(57)【要約】【課題】隣接画素間で加算処理を行わない場合にはベイヤー配列と同程度の輝度及び色の解像度が得られ、隣接画素間で加算処理を行う場合にも十分に高い輝度及び色の解像度が得られるカラー固体撮像装置を提供する。【解決手段】４行を単位配列とし、１行目は、行方向にＧ画素Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17とＲ画素Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18が交互に配列され、２行目は、Ｇ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28が１行目のＧ画素と行方向に１画素ずれてＧ画素とＢ画素（第２の色画素）Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27が交互に配列され、３行目は１行目と同じ配列であり、４行目は２行目を行方向に１画素ずらした配列である。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光特性がそれぞれ異なる第１の色画素、第２の色画素、第３の色画素のいずれかの画素をマトリクス状に２次元配列した画素アレイを備えるカラー固体撮像装置であって、
前記２次元配列は、マトリクスの列方向に連続する４行を単位配列とし、
前記単位配列の１行目は前記第１の色画素と前記第３の色画素が交互に偶数個、周期的に配列され、
前記単位配列の２行目は前記第１の色画素が１行目の前記第１の色画素と第１の方向に１画素ずれて、前記第１の色画素と前記第２の色画素が交互に偶数個、周期的に配列され、
前記単位配列の３行目は１行目と同じ配列であり、
前記単位配列の４行目は２行目を第１の方向に１画素ずらした配列であり、
前記単位配列を基本パターンとして繰り返した２次元配列により前記画素アレイが構成されることを特徴とするカラー固体撮像装置。
【請求項２】
前記単位配列の４行に続く５行目〜８行目をなす次の単位配列は、前記１行目〜４行目の配列を、行方向に１画素ずらした４行の配列とし、はみ出した最終列が１画素ずらして空白となった最前列の位置にはめ込まれるように循環周期的に配置され、
順に８行毎に前記単位配列が循環周期的に配列された繰り返し配列で、前記２次元配列をなして前記画素アレイが構成されることを特徴とする請求項１に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項３】
前記単位配列の４行に続く５行目〜８行目をなす次の単位配列は、前記１行目〜４行目の配列と同じ４行の配列とし、
順に８行毎に前記単位配列が循環周期的に配列された繰り返し配列で、前記２次元配列をなして前記画素アレイが構成されることを特徴とする請求項１に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項４】
前記２次元配列された各画素からの信号を独立して読み出すように駆動する、読み出し回路を、前記画素アレイの周辺に更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項５】
前記２次元配列の行方向又は列方向のいずれかの方向を第１の方向と定義し、該第１の方向と交わる方向を第２の方向と定義し、
前記２次元配列中の前記第１の色画素が存在しない画素位置では、前記第１の方向及び前記第２の方向の中で、隣接する前記第１の色画素の処理を行い、
前記２次元配列中の前記第２の色画素が存在しない画素位置では、前記第１の方向、前記第２の方向、及び前記第１の方向と前記第２の方向の対角方向の中で、隣接する前記第２の色画素の平均化の処理を行い、
前記２次元配列中の前記第３の色画素が存在しない画素位置では、前記第１の方向、前記第２の方向、及び前記第１の方向と前記第２の方向の対角方向の中で、隣接する前記第３の色画素の平均化の処理を行うことにより、
フルカラー画像情報を算出する、信号処理回路を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項６】
前記２次元配列の行方向又は列方向のいずれかの方向を第１の方向と定義し、該第１の方向と交わる方向を第２の方向と定義し、
前記２次元配列された各画素からの信号を、前記第２の方向に隣接する２画素間で加算して読み出すように駆動する、読み出し回路を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項７】
前記単位配列の１行目及び２行目から前記第２の方向に隣接する２画素間で加算した、前記第２の色信号を含む第１の加算信号と前記第３の色信号を含む第２の加算信号を得、前記単位配列の３行目及び４行目から前記第２の方向に隣接する２画素間で加算した、前記第１の色信号を含む第３の加算信号と前記第２及び第３の色信号を含む第４の加算信号を得、前期第１の方向に隣接する前記第１の加算信号と第２の加算信号の間、及び前記第１の方向に隣接する前記第３の加算信号と第４の加算信号の間で、和の平均値により輝度信号を得る、信号処理回路を更に備えることを特徴とする請求項６に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１の加算信号と第４の加算信号の和から前記第２の加算信号を減算することにより第２の色信号を得、前記第２の加算信号と第４の加算信号の和から前記第１の加算信号を減算することにより第３の色信号を得る、信号処理回路を更に備えることを特徴とする請求項６に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項９】
前記画素アレイを構成する画素中の互いに連接する２画素のそれぞれが、共通の加算増幅回路を備え、前記第２の方向に隣接する２画素間で、前記画素アレイの内部において加算され、前記画素アレイの外部に出力されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の色画素は緑色画素、前記第２の色画素は青色画素、前記第３の色画素は赤色画素に割り当てられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のカラー固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス状に画素が配列されたカラー固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置を単板でカラー化するには、各画素上に３種類以上のカラーフィルタを形成することが一般的である。特に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色のカラーフィルタを用いる場合には、図１６に示すようなベイヤー配列が水平方向、垂直方向共に高い輝度及び色の解像度が得られ、最も一般的である。この場合、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色成分毎にフレーム画像を得るには、抜けている画素信号を周りに隣接する同じ色画素の平均値により補間する手法が取られる。
【０００３】
即ち、図１７に示すように、Ｇ画素はすべての画素で補間処理が共通で、上下及び左右に隣接する４画素の平均値となる。他方、図１８，１９に示すように、Ｒ画素及びＢ画素では、上下２画素間の平均、左右２画素間の平均、対角方向４画素の平均の３種類の平均化処理となる。その後、Ｇ，Ｒ，Ｂ各フレーム画像からカラー画像信号が形成されるが、輝度信号に最も寄与するＧ画素が１画素置きに存在するため、高い輝度解像度が得られる。又、Ｒ，Ｂ信号は共に同じ解像度で、バランスの取れた高い色解像度が得られる。
【０００４】
更に、列方向又は行方向に２つずつの同色画素を配置するカラーフィルタの配列も提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載された固体撮像装置は、入射光を光電変換する光電変換素子を有する画素を備えた増幅型固体撮像装置であり、画素には入射光の赤、緑、青の成分をそれぞれ信号に変換するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素があり、撮像領域において、ｎを正の整数、ｍを２以上の整数とすると、第ｎ列と第（ｎ＋２）列の画素列はＧ画素で構成され、第（ｎ＋１）列と第（ｎ＋３）列の画素列は、Ｒ画素とＢ画素とが少なくとも列方向にｍ個ずつ交互に配置されてなり、且つ第（ｎ＋１）列の画素列と第（ｎ＋３）列の画素列とは画素の配置が列方向にｍ画素分ずれており、同じ色の複数の画素からの信号が画素加算されるので、隣接画素間で加算処理を行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１６に示したベイヤー配列カラーフィルタの場合、隣接画素間で加算処理を行うとフルカラー画像情報が得られないという課題が発生する。即ち、例えば上下２画素間で加算を行うと、図２０に示すように、Ｇ＋Ｂ＝Ｃｙ、Ｇ＋Ｒ＝Ｙｅの２つの色信号しか得られず、フルカラー画像情報を算出するために必要な３つの独立した色信号が得られない。
【０００７】
他方、特許文献１に示すように、上下・左右方向に直交する画素配列で加算する画素を同じ色とすると、非加算時にＧは２行周期、Ｒ，Ｂは４列周期、あるいはこれと行、列を入れ替えたものとなり、輝度及び色の解像度が大きく低下する。
【０００８】
上記事情を鑑み、本発明は、隣接画素間で加算処理を行わない場合にはベイヤー配列と同程度の輝度及び色の解像度が得られ、隣接画素間で加算処理を行う場合にも十分に高い輝度及び色の解像度が得られる新規なカラーフィルタ配列を備えたカラー固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、分光特性がそれぞれ異なる第１の色画素、第２の色画素、第３の色画素のいずれかの画素をマトリクス状に２次元配列した画素アレイを備えるカラー固体撮像装置に関する。すなわち、本発明の態様に係るカラー固体撮像装置の画素アレイを構成する２次元配列は、マトリクスの列方向に連続する４行を単位配列としており、(a)単位配列の１行目は第１の色画素と第３の色画素が交互に偶数個、周期的に配列され、(b)単位配列の２行目は第１の色画素が１行目の第１の色画素と第１の方向に１画素ずれて第１の色画素と第２の色画素が交互に偶数個、周期的に配列され、(c)単位配列の３行目は１行目と同じ配列であり、(d)単位配列の４行目は２行目を第１の方向に１画素ずらした配列である。そして、本発明の態様に係るカラー固体撮像装置では、上記の、４行からなる単位配列を基本パターンとして構成される２次元配列により画素アレイが構成されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、隣接画素間で加算処理を行わない場合にはベイヤー配列と同程度の輝度及び色の解像度が得られ、隣接画素間で加算処理を行う場合にも十分に高い輝度及び色の解像度が得られる新規なカラーフィルタ配列を備えたカラー固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るカラー固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の主要部の概略構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子を構成する画素アレイの一部の画素配列を例示的に示す部分図である。
【図３】図２に示す画素配列の各Ｇ画素から信号を独立して読み出して緑信号を形成する方法を示す図である。
【図４】図２に示す画素配列の各Ｒ画素から信号を独立して読み出して赤信号を形成する方法を示す図である。
【図５】図２に示す画素配列の各Ｂ画素から信号を独立して読み出して青信号を形成する方法を示す図である。
【図６】図３に示す色信号形成方法での平均化係数を示す図である。
【図７】図４，５に示す色信号形成方法での平均化係数を示す図である。
【図８】図２に示す画素配列の各画素から、信号を上下方向に隣接する２画素間で加算して読み出す場合の、各加算信号の配列を示す図である。
【図９】図８に示す加算信号配列から、輝度（白）信号を形成する方法を示す図である。
【図１０】図８に示す加算信号配列から、Ｒ信号を形成する方法を示す図である。
【図１１】図８に示す加算信号配列から、Ｂ信号を形成する方法を示す図である。
【図１２】第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイを構成するそれぞれの画素の内部構造の例を示す回路図である。
【図１３】図１２に示す画素で画素アレイを構成した場合の各画素の駆動タイミングを示すタイミング図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）を構成する画素アレイの一部の画素配列を例示的に示す部分図である。
【図１５】図１４に示す画素アレイの配列を用いた場合の各画素の駆動タイミングを示すタイミング図である。
【図１６】従来のカラー固体撮像素子を構成する画素アレイの画素配列を示す図である。
【図１７】従来の画素配列から信号を独立して読み出してＧ信号を形成する方法を示す図である。
【図１８】従来の画素配列から信号を独立して読み出してＲ信号を形成する方法を示す図である。
【図１９】従来の画素配列から信号を独立して読み出してＢ信号を形成する方法を示す図である。
【図２０】従来の画素配列から、信号を上下方向に隣接する２画素間で加算して読み出す場合に発生する課題を説明する図である。
【図２１】第３の実施形態に係るカラー固体撮像素子を構成する画素アレイの一部の画素配列を例示的に示す部分図である。
【図２２】図２１に示す画素配列の各Ｇ画素から信号を独立して読み出して緑信号を形成する方法を示す図である。
【図２３】図２１に示す画素配列の各Ｒ画素から信号を独立して読み出して赤信号を形成する方法を示す図である。
【図２４】図２１に示す画素配列の各Ｂ画素から信号を独立して読み出して青信号を形成する方法を示す図である。
【図２５】図２２に示す色信号形成方法での平均化係数を示す図である。
【図２６】図２１に示す画素配列の各画素から、信号を上下方向に隣接する２画素間で加算して読み出す場合の、各加算信号の配列を示す図である。
【図２７】その他の実施形態に係るカラー固体撮像素子を構成する画素アレイの一部の画素配列を例示的に示す部分図である。
【図２８】図２７に示す画素配列の各画素から、信号を列方向に隣接する２画素間で加算して読み出す場合の、各加算信号の配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１〜第３の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１に示すとおり、本発明の第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）は、複数の画素が２次元に配列された画素アレイ１と、この画素アレイ１が設けられた半導体チップと同一の半導体チップ上において画素アレイ１の周辺に配列され、画素のそれぞれから信号を読み出す読み出し回路２と、この読み出し回路２によってそれぞれの画素から読み出された信号ＯＳを処理する信号処理回路３とを備える。信号処理回路３は、画素アレイ１が設けられた半導体チップと同一の半導体チップ上に集積化されていても、他の半導体チップ上に集積化されていても構わない。画素アレイ１は、読み出し回路２により読み出し動作が行われ、それぞれの画素から読み出された信号ＯＳは信号処理回路３へ導かれて、カラー信号処理が行われる。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１の画素配列の一部を例示的に示すもので、分光特性がそれぞれ異なる第１の色画素、第２の色画素、第３の色画素のいずれかの画素をマトリクス状に２次元配列している。例えば、第１の色画素として緑（Ｇ）色の画素、第２の色画素として青（Ｂ）色の画素、第３の色画素として赤（Ｒ）色の画素の三原色の画素を割り当てることが可能である。ここで、各画素は白黒素子の上に各色のカラーフィルタが形成されていても、あるいは画素自身の分光特性が各色特性を備えていても良い。図２では、説明を簡素化するために、画素アレイ１の一部の８×８マトリクスを模式的に示し、便宜上、図示した左右方向の画素配列を行、上下方向の画素配列を列として、上下方向に８行を単位とした配列とした配列を例示的に示しているが、「行」と「列」の定義等は、これに限られるものではなく、例えば、９０°回転したトポロジーでも構わない。また、後述の説明からわかるように、図２の行方向にはｍを１以上の整数として２ｍ個が循環周期的に配列され、図２の行方向には、ｎを１以上の整数として８ｎ個が周期的に配列され、全体としては２ｍ×８ｎのマトリクスが構成される。
【００１５】
図２に示した８×８マトリクスの１行目は行方向（左右方向）にＧ画素（第１の色画素）Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17とＲ画素（第３の色画素）Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。図２の８×８マトリクスの２行目はＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28が１行目のＧ画素Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17と行方向（左右方向）に１画素ずれてＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28とＢ画素（第２の色画素）Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。図２に示した８×８マトリクスの３行目は１行目と同じ配列であり、４行目は２行目を行方向（左右方向）に１画素ずらした配列である。以上の１行目〜４行目を単位配列として、５行目〜８行目はこの単位配列を行方向（左右方向）に１画素ずらした配列とし、はみ出した最終列が１画素ずらして空白となった最前列の位置にはめ込まれるように循環周期的に配置ように形成される。
【００１６】
以上のように、第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１においては、４行毎の単位配列のパターンを基本パターンとし、この基本パターンを循環周期的に１画素ずらして配列された繰り返し配列で、矩形の２ｍ×８ｎのマトリクスからなる２次元配列をなしている。
【００１７】
＜画素信号の補間＞
図３，４，５は、図２に示す画素アレイ１の一部を示す画素配列から、各画素信号を独立して読み出す場合において、フルフレームの各色信号を補間により形成する方法を示すものである。即ち、各色信号の抜けている画素位置に、周りに隣接する同じ色画素の平均値により補間する。図２又は図３，４，５において、２次元配列の行方向又は列方向のいずれかの方向を第１の方向と定義し、この第１の方向に直交する方向を第２の方向と定義することが可能であるが、図３，４，５の説明では、便宜上、図示した行方向を第１の方向と定義し、列方向を第２の方向と定義して以下の説明をする。
【００１８】
即ち、具体的には図３に示すように、画素アレイ１を構成する２次元配列中のＧ画素（第１の色画素）Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17，Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28，…， Ｇ82，Ｇ84，Ｇ86，Ｇ88が存在しない画素位置では、第１の方向（行方向）及び第２の方向（列方向）の中で、隣接するＧ画素の平均化の処理を行うことにより、周りに隣接する同じＧ画素（第１の色画素）の平均値によりＧ画素（第１の色画素）を補間できる。
図４に示すように、２次元配列中のＲ画素（第３の色画素）Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18，Ｒ32，Ｒ34，Ｒ36，Ｒ38，…，Ｒ71，Ｒ73，Ｒ75，Ｒ77が存在しない画素位置では、第１の方向（行方向）、第２の方向（列方向）、及び第１の方向（行方向）と第２の方向（列方向）の対角方向の中で、隣接するＲ画素の処理を行うことにより、周りに隣接する同じＲ画素（第３の色画素）の平均値によりＲ画素（第３の色画素）を補間できる。
【００１９】
同様に、図５に示すように、２次元配列中のＢ画素（第２の色画素）Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27，Ｂ42，Ｂ44，Ｂ46，Ｂ48，…Ｂ81，Ｂ83，Ｂ85，Ｂ87，が存在しない画素位置では、第１の方向（行方向）、第２の方向（列方向）、及び第１の方向（行方向）と第２の方向（列方向）の対角方向の中で、隣接するＢ画素の平均化の処理を行うことにより、周りに隣接する同じＢ画素（第２の色画素）の平均値によりＢ画素（第２の色画素）補間できる。
【００２０】
ここで、各色画素が存在しない画素位置での平均化係数をＧ画素では図６（図６（ｂ）の上下反転も含む）、ＲないしＢ画素では図７（図７（ｄ）の上下反転も含む）のそれぞれ対応する組み合わせにおける値にするのが望ましい。図３〜５及び図６，７に示す処理により、輝度信号に最も寄与するＧ画素では、同じ行及び同じ列の隣接Ｇ画素で補間されるから、上下方向、左右方向共に高い輝度解像度が得られる。又、Ｒ，Ｂ画素では両者同様の処理となると共に、それぞれ同じ行か、同じ列、ないし対角に隣接する同じ色画素で補間されるから、バランスの取れた高い色解像度が得られる。
【００２１】
＜加算読み出し＞
図８は、図２に示す画素配列から、各画素信号を上下方向に隣接する２画素間で加算して読み出す場合の、各加算信号配列を示すものである。なお、以下の図8〜図11の説明において、２次元配列の行方向又は列方向のいずれかの方向を第１の方向と定義し、この第１の方向に直交する方向を第２の方向と定義することが可能であるが、図8〜図11の説明では、行方向を第１の方向と定義し、列方向を第２の方向と定義して、Ｇ＋Ｂ＝Ｃｙ（シアン）、Ｇ＋Ｒ＝Ｙｅ（イエロー）、Ｒ＋Ｂ＝Ｍａ（マゼンタ）、Ｇ＋Ｇ＝２Ｇと表記する。
【００２２】
即ち、図8に示すように、第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子において、図２における４行単位の単位配列の１行目及び２行目から第２の方向に隣接する２画素間で加算した、第１の色画素（Ｇ画素）からの信号と第２の色画素（Ｂ画素）からの信号との和を第１の加算信号Ｃｙ11，Ｃｙ13，…，Ｃｙ38として算出し、第３の色画素（Ｒ画素）からの信号と第１の色画素（Ｇ画素）からの信号との和を第２の加算信号Ｙｅ12，Ｙｅ14，…Ｙｅ37として算出できる。又、図２における４行単位の単位配列の３行目及び４行目から第２の方向に隣接する２画素間で加算した、２個の第１の色画素（Ｇ画素）からの信号の和を第３の加算信号２Ｇ21，２Ｇ23，…２Ｇ48として算出し、第２の色画素（Ｂ画素）からの信号と第３の色画素（Ｒ画素）からの信号との和を第４の加算信号Ｍａ22，Ｍａ24，…，Ｍａ47として算出することができる。図８から明らかなように、本発明の第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子では、上下２画素間で加算しても４つの独立した色信号Ｃｙ11，Ｙｅ12，２Ｇ21，Ｍａ22；Ｃｙ13，Ｙｅ14，２Ｇ23，Ｍａ24；…；Ｙｅ37，Ｃｙ38，Ｍａ47，２Ｇ48を得ることが可能となる。そして、図８に示した４つの独立した色信号Ｃｙ11，Ｙｅ13，２Ｇ21，Ｍａ22；Ｃｙ13，Ｙｅ14，２Ｇ23，Ｍａ24；…；Ｙｅ37，Ｃｙ38，Ｍａ47，２Ｇ48からフルカラー画像信号を得る方法を図９，１０，１１に示す。
【００２３】
−輝度信号−
まず図９において、実線からなる楕円又は破線からなる楕円で和（加算）を表したように、輝度（白）信号Ｗは、第１の方向（左右方向）に隣接する２個の加算信号の平均値により得ることができる。即ち、図８に示した第１の加算信号（Ｇ＋Ｂ＝Ｃｙ）と第２の加算信号（Ｇ＋Ｒ＝Ｙｅ）を得ることができるので、 第１の加算信号Ｃｙと、第１の方向に隣接する、第２の方向（上下方向）に隣接する２画素間で加算した第２の加算信号Ｙｅとの和の平均値により輝度（白）信号Ｗを得ることができる。
Ｗ＝Ｃｙ＋Ｙｅ                            ……（１ａ）
【００２４】
あるいは、図８に示した第３の加算信号（Ｇ＋Ｇ＝２Ｇ）と第４の加算信号（Ｒ＋Ｂ＝Ｍａ）を得ることができるので、第３の加算信号２Ｇと、第１の方向に隣接する、第２の方向（上下方向）に隣接する２画素間で加算した第４の加算信号Ｍａとの和の平均値により輝度（白）信号Ｗを得ることができる。
Ｗ＝Ｍａ＋２Ｇ＝Ｃｙ＋Ｙｅ＝Ｒ＋２Ｇ＋Ｂ ……（１ｂ）
【００２５】
式（１ａ）および（１ｂ）の各加算信号は、加算しない場合の２倍の信号量であるから、それらにより得られる輝度（白）信号Ｗも加算しない場合の２倍であり、高い輝度Ｓ／Ｎを得ることができる。ここで、デジタル信号処理の場合のように、１つの加算信号を２度用いることができれば、図９の破線の楕円が示すように、輝度（白）信号Ｗは第１の方向（左右方向）に１画素分ずらして加算平均することが可能で、その場合には、図９の実線の楕円と破線の楕円の和として表すように、第１の方向（左右方向）に１画素単位で輝度（白）信号Ｗが得られ、高い横方向解像度が達成される。
【００２６】
−フルカラー画像情報の算出−
次に、フルカラー画像情報を構成する第２の色信号（青色信号）及び第３の色信号（赤色信号）を得るには、以下のようにすればよい。即ち、Ｒ信号（第３の色信号）は
２Ｒ＝（Ｙｅ＋Ｍａ）−Ｃｙ               ……（２）
であるから、図１０に示すように、式（２）に示すとおり、第２の加算信号Ｙｅと第４の加算信号Ｍａの和から第１の加算信号Ｃｙを減算する演算により、第３の色信号（Ｒ信号）を得ることができる。式（２）に示す第３の色信号（Ｒ信号）は、加算しない場合の２倍の信号量２Ｒで得られ、高い色Ｓ／Ｎを得ることができる。ここで、デジタル信号処理の場合のように、１つの色信号用加算信号を２度用いることができれば、Ｒ信号は第２の方向（上下方向）に１信号用加算信号（２画素）分ずらして演算することが可能で、その場合には、破線の楕円で示したように、第２の方向（上下方向）に２画素単位で色信号が得られ、高い縦方向解像度が達成される。それを、図１０の実線と破線の楕円の和として表す。
【００２７】
一方、Ｂ信号（第２の色信号）は、
２Ｂ＝（Ｃｙ＋Ｍａ）−Ｙｅ               ……（３）
であるから、図１１に示すように、式（３）に示すとおり、第１の加算信号Ｃｙと第４の加算信号Ｍａの和から第２の加算信号Ｙｅを減算する演算により、第２の色信号を得ることができる。式（３）に示す第２の色信号（Ｂ信号）の強度は、加算しない場合の２倍の信号量２Ｂで得られ、高い色Ｓ／Ｎを得ることができる。ここで、デジタル信号処理の場合のように、１つの色信号用加算信号を２度用いることができれば、Ｂ信号は第２の方向（上下方向）に１色信号用加算信号（２画素）分ずらして演算することが可能で、その場合には、破線の楕円で示したように、第２の方向（上下方向）に２画素単位で色信号が得られ、高い縦方向解像度が達成される。それを、図１１の実線と破線の和として表す。このようにして、図1に示した信号処理回路３は、第１の加算信号Ｃｙ、第２の加算信号Ｙｅ、第３の加算信号２Ｇ、第４の加算信号Ｍａから、輝度信号Ｗ及び２つの色信号２Ｒと２Ｂを算出して、フルカラー画像情報とすることができる。
【００２８】
＜画素の内部構造＞
本発明の第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１を構成するそれぞれの画素の内部構造の例を図１２に示す。図１２は、画素アレイ１が周辺の読み出し回路２及び信号処理回路３とモノリシックに一体化するのに有利なＣＭＯＳトランジスタにより構成されたＣＭＯＳイメージセンサの例であり、ｐを１以上の正の整数として、（２ｐ−１）行目の画素Ｘ(2p-1)，jと、その下の２ｐ行目の画素Ｘ2p，jを代表として例示的に示している。即ち、上下方向に隣接する画素Ｘ(2p-1)，jと画素Ｘ2p，jとの間で加算する４トランジスタ型の加算増幅回路を備える画素構成の例を示しており、４トランジスタ型の加算増幅回路によって、上下の画素Ｘ(2p-1)，jと画素Ｘ2p，jとの間の加算機能を実現している。
【００２９】
図１２において、上側の（２ｐ−１）行目の画素Ｘ(2p-1)，jの受光部がＰＤＡ、下側の２ｐ行目の画素Ｘ2p，jがＰＤＢである。受光部ＰＤＡ及びＰＤＢは、通常埋め込みフォトダイオードで構成される。上側の画素Ｘ(2p-1)，jの受光部ＰＤＡから共通電荷検出領域ＦＤ2pｊへは転送トランジスタＱＴ(2p-1)，jにより信号電荷が転送され、下側の画素Ｘ2p，jの受光部ＰＤＢから共通電荷検出領域ＦＤ2pｊへ転送トランジスタＱＴ2p，jにより信号電荷が共通電荷検出領域ＦＤ2p，jに転送される。
【００３０】
図１２に示すように、共通電荷検出領域ＦＤ2p，jには、２画素共通の加算増幅回路を構成する信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＱＡ2pｊのゲート電極と、リセットトランジスタＱＲ2p，jのソース電極が接続されている。リセットトランジスタＱＲ2p，jのドレイン電極及び信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＱＡ2pｊのドレイン電極は、それぞれ電源ＶODに接続され、信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＱＡ2pｊのソース電極は画素選択用のスイッチングトランジスタＱＳ2p，jのドレイン電極に接続されている。リセットトランジスタＴR2pｊのリセットゲート電極に対し、（２ｐ−１）行と２ｐ行の共通リセット信号ＲＴ（２ｐ）をハイ（Ｈ）レベル（ＲＴ（２ｐ）＝“１”）にして、共通電荷検出領域ＦＤ2p，jに蓄積された電荷をそれぞれ吐き出し、共通電荷検出領域ＦＤ2p，jをリセットする。画素選択用のスイッチングトランジスタＱＳ2p，jのソース電極は、ｊ列の垂直信号線Ｂｊに接続され、ゲート電極には２ｐ行の水平ラインの垂直選択信号ＳＬ（２ｐ）が読み出し回路２から与えられる。
【００３１】
図１２に示したように、画素アレイ１のｊ列目の垂直信号線Ｂｊには、ｊ列目の負荷となる定電流トランジスタＱＬｊが接続され，例えばｊ列目の（２ｐ−１）行と２ｐ行の２画素共通の加算増幅回路と，定電流トランジスタＱＬｊとによって，ソースフォロワ回路が形成され、ソースフォロワ回路の出力Ｓ（ｊ）が読み出し回路２のｊ列のカラム処理回路に読み出された後、信号処理回路３へ導かれる。図示を省略しているが、他の列の垂直信号線Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｊ−１，Ｂｊ＋１，…，Ｂｍにも同様に、各列の負荷となる定電流トランジスタＱＬ１，ＱＬ２，…，ＱＬｊ−１，ＱＬｊ＋１，…，ＱＬｍがそれぞれ接続されてソースフォロワ回路が形成され、ソースフォロワ回路の出力Ｓ（１），Ｓ（２），…，Ｓ（ｊ−１），Ｓ（ｊ＋１），…，Ｓ（ｍ）が、それぞれ読み出し回路２の対応する列のカラム処理回路に読み出される。
【００３２】
図１２に示す垂直信号線Ｂｊの場合、２画素共通の加算増幅回路の画素選択用のスイッチングトランジスタＱＳ2p，jのゲート電極に、読み出し回路２から（２ｐ−１）行と２ｐ行の共通垂直選択信号ＳＬ（２ｐ）をハイレベル（ＳＬ（２ｐ）＝“１”）にする信号を印加してスイッチングトランジスタＱＳ2p，jを導通させ、且つ、ｊ列目の定電流トランジスタＱＬｊのゲート電極に、読み出し回路２のバイアス発生回路から一定電圧Ｖbを印加することにより、信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＱＡ2pｊで増幅された共通電荷検出領域ＦＤ2p，jに蓄積された電荷を、ｊ列目のソースフォロワ回路の出力Ｓ（ｊ）として読み出し回路２に読み出す。
【００３３】
＜カラー固体撮像素子の動作＞
以下では、上下２画素間で加算しない場合と加算する場合について、第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子の動作を、図１３のタイミング図により説明する。
【００３４】
−上下２画素間で加算しない場合−
図１３（ａ）のタイミング図において、図１２に示した上側の（２ｐ−１）行と下側の２ｐ行に対し、共通に印加する駆動信号には（２ｐ0）の表示をしている。
（イ）  まず水平ラインの共通の垂直選択信号ＳＬ（２ｐ0）により選択トランジスタＱＳ2pｊをオン状態とした後、共通リセット信号ＲＴ（２ｐ0）によりリセットトランジスタＱＲ2pｊをオンすることにより、共通電荷検出領域ＦＤ2pｊの電位をドレイン電圧ＶODにリセットする。
【００３５】
（ロ）  次に、（２ｐ−１）行目の電荷転送信号ＴＸＡ（２ｐ−１）により（２ｐ−１）行の転送トランジスタＱＴ(2p-1)，jをオンして、受光部ＰＤＡからの信号電荷を共通電荷検出領域ＦＤ2p，jに転送する。
【００３６】
（ハ）  共通リセット信号ＲＴ（２ｐ0）によるリセット後、及び電荷転送信号ＴＸＡ（２ｐ−１）による信号電荷転送後の共通電荷検出領域ＦＤの電圧は、増幅トランジスタＱＡ2pｊによって増幅され、選択トランジスタＱＳ2pｊを介して読み出し信号線Ｂjへ読み出され、これが図１２におけるｊ列目の出力電圧Ｓ（ｊ）となる。こうして１水平走査期間：１Ｈの間に、図１における読み出し回路２から読み出される信号ＯＳとして、各列から得られる（２ｐ−１）行目の信号列Ａ（２ｐ−１）が得られる。
【００３７】
（ニ）  次の水平走査期間では、同様にして、２ｐ行目の電荷転送信号ＴＸＢ（２ｐ）により２ｐ行目の転送トランジスタＱＴ2pｊをオンし、受光部ＰＤＢからの信号電荷を共通電荷検出領域ＦＤ2pｊに転送する。
【００３８】
（ホ）  共通リセット信号ＲＴ（２ｐ）によるリセット後、及び電荷転送信号ＴＸＢ（２ｐ）による信号電荷転送後の共通電荷検出領域ＦＤ2pｊの電圧は、増幅トランジスタＱＡ2pｊによって増幅され、選択トランジスタＱＳ2pｊを介して読み出し信号線Ｂjへ読み出され、ｊ列目の出力電圧Ｓ（ｊ）となる。こうして次の水平走査期間の間に信号ＯＳとして、各列から得られる２ｐ行目の信号列Ｂ（２ｐ）が得られる。
【００３９】
−上下２画素間で加算する場合−
図１３（ｂ）のタイミング図に示すように、加算しない場合と比べ、（２ｐ−１）行目の電荷転送信号ＴＸＡ（２ｐ−１）と２ｐ行目の電荷転送信号ＴＸＢ（２ｐ）を同時にオンすることのみが異なる。即ち、
（イ）  まず水平ラインの共通の垂直選択信号ＳＬ（２ｐ0）により選択トランジスタＱＳ2pｊをオン状態とした後、共通リセット信号ＲＴ（２ｐ0）によりリセットトランジスタＱＲ2pｊをオンすることにより、共通電荷検出領域ＦＤ2pｊの電位をドレイン電圧ＶODにリセットする。
【００４０】
（ロ）次に、（２ｐ−１）行目の電荷転送信号ＴＸＡ（２ｐ−１）及び２ｐ行目の電荷転送信号ＴＸＢ（２ｐ）により、（２ｐ−１）行目の転送トランジスタＱＴ(2p-1)，j及び２ｐ行目の転送トランジスタＱＴ2pｊを同時にオンして、受光部ＰＤＡ及びＰＤＢからの信号電荷を加算して共通電荷検出領域ＦＤ2pｊに転送する。
【００４１】
（ハ）共通リセット信号ＲＴ（２ｐ0）によるリセット後、及び電荷転送信号ＴＸＡ（２ｐ−１）及び電荷転送信号ＴＸＢ（２ｐ）信号による同時電荷転送後の共通電荷検出領域ＦＤの電圧は、増幅トランジスタＱＡ2pｊによって増幅され、選択トランジスタＱＳ2pｊを介して読み出し信号線Ｂjへ読み出され、これが図１２におけるｊ列目の出力電圧Ｓ（ｊ）となる。こうして１水平走査期間：１Ｈの間に、図１の読み出し回路２から読み出される信号ＯＳとして、各列から得られる（２ｐ−１）行目の画素Ｘ(2p-1)，jからの信号と２ｐ行目の画素Ｘ2p，jからの信号とが加算された信号列Ａ（２ｐー１）＋Ｂ（２ｐ）が得られる。
【００４２】
なお、ここでは上下方向に加算する場合を示したが、左右方向にすることも、図１２に例示的に示したＰＤＡ，ＰＤＢの配置を上下の並びから左右の並びに変更するだけで可能である。
【００４３】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１の画素配列の一部を例示的に示すもので、受光部ＰＤをそれぞれ構成する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の画素から構成されるインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサである。インターライン転送型ＣＣＤイメージセンサを構成する各画素は、白黒素子の上に各色のカラーフィルタが形成されていても、あるいは画素自身の分光特性が各色特性を備えていても良い。図１４に示すインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサでは、説明を簡素化するために、画素アレイ１の一部となる８×８マトリクスの部分を模式的に示し、左右方向の画素配列を行、上下方向の画素配列を列として、上下方向に８行を単位とした配列とした受光部ＰＤの配列を例示的に示しているが、「行」と「列」の定義等は、これに限られるものではなく、例えば、９０°回転したトポロジーでも構わない。
【００４４】
図１４に示した８×８マトリクスの下から１行目は、左右方向に受光部ＰＤをそれぞれ構成するＧ画素Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17と受光部ＰＤをそれぞれ構成するＲ画素Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18が１画素置きに交互に配列されている。Ｇ画素Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17は、それぞれ転送ゲートＴＧ11，ＴＧ13，ＴＧ15，ＴＧ17を介して、垂直転送路ＶＣＣＤ1，ＶＣＣＤ3，ＶＣＣＤ5，ＶＣＣＤ7とに接続されている。同様に、Ｒ画素Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18は、それぞれＴＧ12，ＴＧ14，ＴＧ16，ＴＧ18を介して垂直転送路ＶＣＣＤ2，ＶＣＣＤ4，ＶＣＣＤ6，ＶＣＣＤ8に接続されている。
【００４５】
図１４の８×８マトリクスの下から２行目は受光部ＰＤをそれぞれ構成するＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28が、下から１行目のＧ画素Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17と左右方向に１画素ずれて受光部ＰＤをそれぞれ構成するＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28と受光部ＰＤをそれぞれ構成するＢ画素Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27が１画素置きに交互に配列されている。下から２行目の受光部ＰＤをそれぞれ構成するＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28とは、それぞれ対応する転送ゲートＴＧを介して垂直転送路ＶＣＣＤ2，ＶＣＣＤ4，ＶＣＣＤ6，ＶＣＣＤ8に接続され、受光部ＰＤをそれぞれ構成するＢ画素Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27は、それぞれ対応する転送ゲートＴＧを介して垂直転送路ＶＣＣＤ1，ＶＣＣＤ3，ＶＣＣＤ5，ＶＣＣＤ7に接続されている。
【００４６】
図１４に示した８×８マトリクスの下から３行目は、下から１行目と同じ配列であり、下から４行目は、下から２行目を左右方向に１画素ずらした配列であり、下から５行目は、下から１行目を左右方向に１画素ずらした配列であり、下から６行目は、下から４行目と同じ配列であり、下から７行目は、下から５行目と同じ配列であり、下から８行目は下から２行目と同じ配列であり、それぞれ対応する転送ゲートＴＧjを介して垂直転送路ＶＣＣＤjに接続されている。
【００４７】
そして、第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子の垂直転送路ＶＣＣＤ1，ＶＣＣＤ2，ＶＣＣＤ3，……，ＶＣＣＤ8は、更に水平転送路ＨＣＣＤに接続されている。水平転送路ＨＣＣＤには更に、電荷検出増幅部ＡＭＰが接続されている。電荷検出増幅部ＡＭＰから出力ＯＳが画素信号として得られる。なお、各画素を独立して読み出すことが可能なように、１つの受光部ＰＤに対して１ビット分の垂直転送路ＶＣＣＤjが形成される。受光部ＰＤからの信号は転送ゲートＴＧを介して全画素同時に垂直転送路ＶＣＣＤjに転送された後、順次読み出し動作が行われる。
【００４８】
＜カラー固体撮像素子の動作＞
以下では、上下２画素間で加算しない場合と加算する場合についての第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子の動作を、図１５に示したタイミング図により説明する。ここで、第１の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの場合と同様、上下２画素を１単位として下から（２ｐ−１）行目をＡ、下から２ｐ行目をＢにより表示する。
【００４９】
−上下２画素間で加算しない場合−
（イ）  図１５（ａ）のタイミング図に示すように、第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子の上下２画素間で加算しない場合は、１水平走査期間：１Ｈの最初に、垂直転送信号ΦＶを駆動して、垂直転送路ＶＣＣＤjから水平転送路ＨＣＣＤへ１行単位で電荷が転送される。ここでΦＶは、例えば４相駆動の場合にはΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３、ΦＶ４の組を表す。
【００５０】
（ロ）次に、水平駆動信号ΦＨを駆動して、水平転送路ＨＣＣＤから電荷検出増幅部ＡＭＰへ各列からの信号電荷が高速で転送される。ここで、ΦＨは、例えば２相駆動の場合にはΦＨ１、ΦＨ２の組を表す。こうして、出力ＯＳには下から（２ｐ−１）行目の信号Ａ（２ｐ−１）が得られる。
【００５１】
（ハ）次の水平走査期間では、同様にして、垂直転送信号ΦＶを駆動して、垂直転送路ＶＣＣＤから水平転送路ＨＣＣＤへ１行単位で電荷が転送される。
【００５２】
（ニ）次に、水平駆動信号ΦＨを駆動して、水平転送路ＨＣＣＤから電荷検出増幅部ＡＭＰへ各列からの信号電荷が高速で転送され、出力ＯＳには下から２ｐ行目の信号Ｂ（２ｐ）が得られる。
【００５３】
−上下２画素間で加算する場合−
図１５（ｂ）のタイミング図に示す第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子の上下２画素間で加算する場合は、図１５（ａ）に示した加算しない場合のタイミング図と比べ、１水平走査期間の最初に、垂直転送信号ΦＶを２回動作させることのみ異なる。これにより、垂直転送路ＶＣＣＤjから水平転送路ＨＣＣＤへ上下２画素分の電荷が加算して転送される。
【００５４】
次に、水平駆動信号ΦＨを駆動して、水平転送路ＨＣＣＤから電荷検出増幅部ＡＭＰへ各列からの加算された信号電荷が高速で転送される。こうして、出力ＯＳには下から（２ｐ−１）行目の信号Ａ（２ｐ−１）及び下から２ｐ行目の信号Ｂ（２ｐ）の加算された信号Ａ（２ｐ）＋Ｂ（２ｐ）が得られる。
【００５５】
受光部ＰＤからの信号は、それぞれの転送ゲートＴＧを介して全画素同時に垂直転送路ＶＣＣＤjに転送され、垂直転送路ＶＣＣＤjから水平転送路ＨＣＣＤへは１行単位で順次転送され、１行期間の間に水平転送路ＨＣＣＤから電荷検出増幅部へ電荷が転送され、そこで１画素単位で検出・増幅されて１行分の画像信号が出力され、以下これらの動作が１行周期で繰り返されて、すべての画素エリアの信号が読み出される。
【００５６】
第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子において、上下２画素間で加算する場合には、水平転送路ＨＣＣＤ内で２行分の電荷を受けてから出力すれば良い。以上は上下方向の加算の場合を示したが、第２の実施形態に係るカラー固体撮像素子において、左右方向に加算する場合には、１行単位で読み出し、共通電荷検出領域で水平方向２画素分の電荷を受けてから検出・増幅すれば容易に実現される。
【００５７】
（第３の実施形態）
図示を省略しているが、本発明の第３の実施形態に係るカラー固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）は、図１に示したのと同様に、複数の画素が２次元に配列された画素アレイ１と、この画素アレイ１が設けられた半導体チップと同一の半導体チップ上において画素アレイ１の周辺に配列され、画素のそれぞれから信号を読み出す読み出し回路２と、この読み出し回路２によってそれぞれの画素から読み出された信号ＯＳを処理する信号処理回路３とを備える。
【００５８】
図２１は、本発明の第３の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１の画素配列の一部を例示的に示すもので、分光特性がそれぞれ異なる第１の色画素、第２の色画素、第３の色画素のいずれかの画素をマトリクス状に２次元配列している点で、第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子と基本的に同様である。例えば、第１の色画素として緑（Ｇ）色の画素、第２の色画素として青（Ｂ）色の画素、第３の色画素として赤（Ｒ）色の画素の三原色の画素を割り当てることが可能である。各画素は白黒素子の上に各色のカラーフィルタが形成されていても、あるいは画素自身の分光特性が各色特性を備えていても良い。但し、画素アレイ１の画素配列に関し、４行単位の単位配列の内、上側４行は同じであり、下側４行が第１の方向（左右方向）に１画素ずれており、上側４行と下側４行とが同じ配列になっていることのみ、図２に示した第１の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１の画素配列とは、異なる。
【００５９】
即ち、図２１に示した８×８マトリクスの１行目は行方向（左右方向）にＧ画素（第１の色画素）Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17とＲ画素（第３の色画素）Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。図２１の８×８マトリクスの２行目はＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28が１行目のＧ画素Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17と行方向に１画素ずれてＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28とＢ画素（第２の色画素）Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。図２１に示した８×８マトリクスの３行目は１行目と同じ配列であり、４行目は２行目を行方向に１画素ずらした配列である。
【００６０】
そして、図２１に示した８×８マトリクスの５行目は１行目と同様に、Ｇ画素Ｇ51，Ｇ53，Ｇ55，Ｇ57とＲ画素Ｒ52，Ｒ54，Ｒ56，Ｒ58が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列している。６行目は２行目と同様に、Ｇ画素Ｇ62，Ｇ64，Ｇ66，Ｇ68が１行目のＧ画素Ｇ55，Ｇ53，Ｇ55，Ｇ57に対し行方向に１画素ずれ、Ｇ画素Ｇ66，Ｇ64，Ｇ66，Ｇ68とＢ画素Ｂ61，Ｂ63，Ｂ65，Ｂ67が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。７行目は１行目、５行目と同じ配列であり、８行目は２行目及び６行目を行方向に１画素ずらした配列である。
図２１に示した第３の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１の画素配列において、それぞれの画素から各画素信号を独立して読み出す場合の補間方法を図２２，２３，２４に、各画素信号を上下方向に隣接する２画素間で加算して読み出す場合の読み出し方法を図２６に示す。
【００６１】
＜画素信号の補間＞
即ち、具体的には図２２に示すように、画素アレイ１を構成する２次元配列中のＧ画素（第１の色画素）Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17，Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28，…， Ｇ81，Ｇ83，Ｇ85，Ｇ87が存在しない画素位置では、第１の方向（行方向）及び第２の方向（列方向）の中で、隣接するＧ画素の平均化の処理を行うことにより、周りに隣接する同じＧ画素（第１の色画素）の平均値によりＧ画素（第１の色画素）を補間できる。
【００６２】
図２３に示すように、２次元配列中のＲ画素（第３の色画素）Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18，Ｒ32，Ｒ34，Ｒ36，Ｒ38，…，Ｒ72，Ｒ74，Ｒ76，Ｒ78が存在しない画素位置では、第１の方向（行方向）、第２の方向（列方向）、及び第１の方向（行方向）と第２の方向（列方向）の対角方向の中で、隣接するＲ画素の処理を行うことにより、周りに隣接する同じＲ画素（第３の色画素）の平均値によりＲ画素（第３の色画素）を補間できる。
【００６３】
同様に、図２４に示すように、２次元配列中のＢ画素（第２の色画素）Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27，Ｂ42，Ｂ44，Ｂ46，Ｂ48，…Ｂ82，Ｂ84，Ｂ86，Ｂ88が存在しない画素位置では、第１の方向（行方向）、第２の方向（列方向）、及び第１の方向（行方向）と第２の方向（列方向）の対角方向の中で、隣接するＢ画素の平均化の処理を行うことにより、周りに隣接する同じＢ画素（第２の色画素）の平均値によりＢ画素（第２の色画素）補間できる。
【００６４】
ここで、各色画素が存在しない画素位置での平均化係数をＧ画素では図２５（図２５（ｃ）の上下反転も含む）、ＲないしＢ画素では図７（図７（ｄ）の上下反転も含む）のそれぞれ対応する組み合わせにおける値にするのが望ましい。図２２〜２５に示す処理により、輝度信号に最も寄与するＧ画素では、同じ行及び同じ列の隣接Ｇ画素で補間されるから、上下方向、左右方向共に高い輝度解像度が得られる。又、Ｒ，Ｂ画素では両者同様の処理となると共に、それぞれ同じ行か、同じ列、ないし対角に隣接する同じ色画素で補間されるから、バランスの取れた高い色解像度が得られる。
【００６５】
＜加算読み出し＞
図２６は、図２１に示す画素配列から、各画素信号を上下方向に隣接する２画素間で加算して読み出す場合の、各加算信号配列を示すものである。即ち、図２６に示すように、図２１における４行単位の単位配列の１行目及び２行目から第２の方向に隣接する２画素間で加算した、第１の色画素（Ｇ画素）からの信号と第２の色画素（Ｂ画素）からの信号との和を第１の加算信号Ｃｙ11，Ｃｙ13，…，Ｃｙ37として算出し、第３の色画素（Ｒ画素）からの信号と第１の色画素（Ｇ画素）からの信号との和を第２の加算信号Ｙｅ12，Ｙｅ14，…Ｙｅ38として算出できる。又、図２における４行単位の単位配列の３行目及び４行目から第２の方向に隣接する２画素間で加算した、２個の第１の色画素（Ｇ画素）からの信号の和を第３の加算信号２Ｇ21，２Ｇ23，…２Ｇ47として算出し、第２の色画素（Ｂ画素）からの信号と第３の色画素（Ｒ画素）からの信号との和を第４の加算信号Ｍａ22，Ｍａ24，…，Ｍａ48として算出することができる。
【００６６】
図２６から明らかなように、本発明の第３の実施形態に係るカラー固体撮像素子では、上下２画素間で加算しても４つの独立した色信号Ｃｙ11，Ｙｅ12，２Ｇ21，Ｍａ22；Ｃｙ13，Ｙｅ14，２Ｇ23，Ｍａ24；…；Ｙｅ37，Ｃｙ38，Ｍａ47，２Ｇ48を得ることが可能となる。そして、図２６に示した４つの独立した色信号Ｃｙ11，Ｙｅ13，２Ｇ21，Ｍａ22；Ｃｙ13，Ｙｅ14，２Ｇ23，Ｍａ24；…；Ｃｙ37，Ｙｅ38，２Ｇ47，Ｍａ48からフルカラー画像信号を得る方法は、図９，１０，１１に示したのと原理的に同様であり、図８に示した４つの独立した色信号の場合の説明から容易に理解可能であるので、説明を省略する。
【００６７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６８】
例えば、図１４に示したインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサでは４行単位の単位配列の内、上側４行が下側４行に対し第１の方向（左右方向）に１画素ずれた配置となっているが、図２１に示した第３の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイ１の画素配列と同様に、上側４行と下側４行とが同じ配列になっていても構わない。
【００６９】
又、図２〜図５、図１４、図１６〜図１９，或いは図２０〜図２４等では、カラー固体撮像素子の画素アレイ１の画素配列が矩形の場合について例示的に説明したが、画素アレイ１の画素配列は必ずしも図示されたような矩形のトポロジーでなくて良い。例えば、行方向と列方向が９０度で交わらず菱形になったような画素アレイ１の画素配列でも良い。具体例として、第１の実施の形態に係るカラー固体撮像素子の説明において例示した図２の配列において、列方向が左下４５度方向となるＸ−Ｙマトリクスの場合を図２７に例示する。図２７に示したその他の実施の形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイの画素配列では、図２の配列に比し、行方向ピッチに比べ列方向ピッチを短くしており、それぞれの画素サイズが縦横１：２の横長の場合である点が、図２に例示した第１の実施の形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイの画素とは異なる。
【００７０】
図２７に示した８×８マトリクスの１行目は、図２と同様に、行方向（左右方向）にＧ画素（第１の色画素）Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17とＲ画素（第３の色画素）Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，Ｒ18が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。図２７の４５度座標系の８×８マトリクスの２行目の第１列は図２に例示した直交座標系に比し、斜線で示したように左下４５度方向に移動しているが、Ｇ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28が１行目のＧ画素Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，Ｇ17と行方向に１画素ずれてＧ画素Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，Ｇ28とＢ画素（第２の色画素）Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，Ｂ27が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。
【００７１】
図２７に示した４５度座標系の８×８マトリクスの３行目の第１列の括弧書きで示した位置のＧ画素Ｇ31は図２に例示した直交座標系に比し、斜線で示したように左下４５度方向に移動しているので、図２７に示した８×８マトリクスの配列の範囲外の位置となっている。よって、図２７に示した８×８マトリクスの３行目の先頭にはＲ画素（第３の色画素）Ｒ32が位置して、図２に例示した直交座標系の第２列に対応している。即ち、図２７に示した４５度座標系の３行目は、行方向にＧ画素（第１の色画素）Ｇ33，Ｇ35，Ｇ37，…とＲ画素（第３の色画素）Ｒ32，Ｒ34，Ｒ36，Ｒ38が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。又、図２に例示した直交座標系に比し、斜線で示したように左下４５度方向に移動した配列となっている関係で、８×８マトリクスの範囲内では、見かけ上、４５度座標系の８×８マトリクスの１行目を行方向に１画素ずらした配列と同じ配列になっているが、直交座標系から４５度座標系への写像として投影しているので、直交座標系から見れば、図２７の３行目は斜線で示したとおり、１行目と同じ配列である。
【００７２】
図２７に示した４５度座標系の８×８マトリクスの４行目の先頭にはＢ画素Ｂ42が位置して、図２に例示した直交座標系の第２列に対応している。即ち、図２７に示した４５度座標系の４行目は、Ｇ画素Ｇ43，Ｇ45，Ｇ47，がＢ画素Ｂ42，Ｂ44，Ｂ46，Ｂ48が１画素置きに交互に偶数個、周期的に配列されている。図２に例示した直交座標系に比し、斜線で示したように左下４５度方向に移動した配列となっている関係で、８×８マトリクスの範囲内では、見かけ上、４５度座標系の８×８マトリクスの２行目と同じ配列になっているが、直交座標系から４５度座標系への写像として投影しているので、直交座標系から見れば、図２７の斜線で示したとおり、４行目は２行目を行方向に１画素ずらした配列である。
【００７３】
同様に図２７の斜線で示したように、５行目は１行目を行方向に１画素ずらした配列であり、６行目は４行目と同じ配列であり、７行目は５行目と同じ配列であり、８行目は２行目と同じ配列である。図２７に例示したとおり、本発明のその他の実施形態に係るカラー固体撮像素子の画素アレイにおいては、４行毎の単位配列を基本パターンとして、循環周期的に１画素ずらして繰り返す、４５度座標系における２ｍ×８ｎのマトリクスからなる２次元配列が形成可能であることが分かる。又、図２７に例示したとおり、本発明のカラー固体撮像素子の画素アレイの画素配列は最外周に位置する画素の先頭位置が揃っていない凹凸のある形状でも構わないことが理解できる。
【００７４】
図２７に例示した４５度座標系の配列は、あくまで色配列についての技術的思想を示すための例示であり、画素信号読み出しの順番は必ずしも列方向に規定されるものではない。図２７で列方向に隣接する２画素間で加算した場合を図２８に示す。加算後のピッチは縦横方向に等しくなり、輝度および色の解像度を縦横方向にバランス良く高くできる。図２７、２８の４５度座標系の配列の場合、画素信号読み出しの順番は図２７の一点鎖線で示したとおり、列方向では１画素毎に半画素ずらして水平・垂直方向に読み出す構成が容易であり現実的である。加算後は図２８の破線で示すように完全に直交座標系の場合と同じになる。
【００７５】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１…画素アレイ
２…読み出し回路
３…信号処理回路
ＡＭＰ…電荷検出増幅部
Ｒij…Ｒ画素
Ｇij…Ｇ画素
Ｂij…Ｂ画素
ＦＤ2pｊ…共通電荷検出領域
ＨＣＣＤ…水平転送路
ＶＣＣＤj…垂直転送路
ＰＤＡ，ＰＤＢ…受光部
ＱＬｊ…定電流トランジスタ
ＱＡ2pｊ…信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）
ＱＲ2pｊ…リセットトランジスタ
ＱＳ2pｊ…スイッチングトランジスタ
ＱＴ(2p-1)，j，ＱＴ2p，j…転送トランジスタ
ＴＧj…転送ゲート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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