(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左上に第１の分光特性を有する第１の画素、右上に第２の分光特性を有する第２の画素、左下に第３の分光特性を有する第３の画素、および右下に第４の分光特性を有する第４の画素からなる水平および垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素を組として、当該組を水平および垂直方向にマトリクス状に配列することにより形成される画素部を備え、水平および垂直方向に隣接する２組×２組の計１６画素を加算単位として、上記各画素の画素信号を加算して読み出すカラー固体撮像装置であって、
上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号を作成するとともに、
上記加算単位において、上記各画素にそれぞれ感応された色に基づいて当該各画素の画素信号を加算して読み出すことにより色信号を作成することを特徴とするカラー固体撮像装置。
【請求項２】
上記加算単位において、同じ色が感応された画素の画素信号同士をそれぞれ加算して読み出すことにより色信号が作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】
上記組を構成する４つの画素のうちいずれか１つの画素の画素信号から、当該画素と組内で水平方向に隣接する画素の画素信号を引算して読み出すことにより色差信号が作成され、上記加算単位において、上記作成された同一の組み合わせの４つの色差信号を加算して読み出すことにより色信号が作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】
上記第１の分光特性および第４の分光特性は同じであり、
上記色信号は、上記加算単位に含まれる４つの第２の画素の画素信号を加算して読み出すことにより作成される第１色信号、および上記加算単位に含まれる４つの第３の画素の画素信号を加算して読み出すことにより作成される第２色信号であることを特徴とする請求項２に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項５】
上記第１の画素および第４の画素は緑色に感応され、かつ、上記第２の画素は赤色に感応され、かつ、上記第３の画素は青色に感応されてい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】
上記画素部に配列されている画素の画素信号を保持する信号蓄積部と、
上記信号蓄積部への上記画素信号の書き込みと、上記信号蓄積部からの上記画素信号の読み出しとを制御する制御手段とを備え、
上記信号蓄積部は、画素を単位とした列毎に、上記加算単位における１行目の画素の画素信号を保持する第１蓄積部、上記加算単位における２行目の画素の画素信号を保持する第２蓄積部、上記加算単位における３行目の画素の画素信号を保持する第３蓄積部、および上記加算単位における４行目の画素の画素信号を保持する第４蓄積部を有し、
上記制御手段は、上記加算単位における１列目および２列目の上記第１蓄積部および第２蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出し、上記加算単位における３列目および４列目の上記第１蓄積部および第２蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すとともに、上記加算単位における１列目および２列目の上記第３蓄積部および第４蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出し、上記加算単位における３列目および４列目の上記第３蓄積部および第４蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すように制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項７】
上記制御手段は、さらに、上記加算単位において、当該加算単位における画素の画素信号がそれぞれ保持された複数の蓄積部から、同じ色が感応された画素の画素信号同士をそ
れぞれ加算して読み出すように制御す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】
上記制御手段は、さらに、上記組を構成する４つの画素の画素信号をそれぞれ保持する４つの蓄積部のうちいずれか１つの蓄積部に保持された画素信号から、当該蓄積部と組内で水平方向に隣接する蓄積部に保持された画素信号を引算して読み出し、上記加算単位において、上記引算して読み出した同一の組み合わせの４つの画素信号を加算して読み出すように制御す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】
上記加算単位における列方向の上記画素信号の加算は、アナログ信号により行われることを特徴とする請求項６，７または８に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項１０】
上記第１蓄積部、第２蓄積部、第３蓄積部、および第４蓄積部のそれぞれの後段にＡＤ変換部をさらに備え、
上記加算単位における列方向の上記画素信号の加算は、上記ＡＤ変換部により出力されたデジタル信号により行われることを特徴とする請求項６，７または８に記載のカラー固体撮像装置。
【請求項１１】
左上に第１の分光特性を有する第１の画素、右上に第２の分光特性を有する第２の画素、左下に第３の分光特性を有する第３の画素、および右下に第４の分光特性を有する第４の画素からなる水平および垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素を組として、当該組を水平および垂直方向にマトリクス状に配列することにより形成される画素部を備え、水平および垂直方向に隣接する２組×２組の計１６画素を加算単位として、上記各画素の画素信号を加算して読み出す画素信号の読み出し方法であって、
上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号を作成する第１ステップと、
上記加算単位において、上記各画素にそれぞれ感応された色に基づいて当該各画素の画素信号を加算して読み出すことにより色信号を作成する第２ステップとを含むことを特徴とする画素信号の読み出し方法。
【請求項１２】
上記第２ステップでは、上記加算単位において、同じ色が感応された画素の画素信号同士をそれぞれ加算して読み出すことにより上記色信号を作成することを特徴とする請求項１１に記載の画素信号の読み出し方法。
【請求項１３】
上記第２ステップは、
上記組を構成する４つの画素のうちいずれか１つの画素の画素信号から、当該画素と組内で水平方向に隣接する画素の画素信号を引算して読み出すことにより色差信号を作成するステップと、
上記加算単位において、上記作成した同一の組み合わせの４つの色差信号を加算して読み出すことにより上記色信号を作成するステップとを有することを特徴とする請求項１１に記載の画素信号の読み出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モザイク状にカラーフィルタを形成したカラー固体撮像装置に関し、より詳しくは、高解像度化素子の感度向上のために画素信号を加算して読み出す技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、カラー固体撮像装置は、マトリクス状に配列された多数の画素の光入射面上に、それぞれ分光特性の異なる複数種類のカラーフィルタを一定の空間周期で配列することにより形成される画素領域（画素部）を備えている。つまりは、１つの画素に１種類のカラーフィルタが割り当てられるように、複数種類のカラーフィルタがそれぞれ配置されている。
【０００３】
図７の（ａ）は、水平垂直方向に２画素×２画素の計４画素を１組として、この１組に４種類のカラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４を割り当てて配列したカラー固体撮像装置の画素部の一構成例を示す。画素部は、多数の画素が水平垂直方向にマトリクス状に配列された画素配列層と、画素配列層の光入射面側に設けられ、複数種類のカラーフィルタが各画素に割り当てられるように配列されたカラーフィルタ層とを含んでいる。
【０００４】
また、図７の（ａ）に示した４種類のカラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４において、図８の（ａ）に示すように、Ｃ１＝Ｇｒ（緑１），Ｃ２＝Ｒ（赤），Ｃ３＝Ｂ（青），およびＣ４＝Ｇｂ（緑２）とした場合は、特にベイヤー配列として知られている。なお、ＧｒおよびＧｂは一般に同じ分光特性とされるが、以下では識別のために別記号とする。
【０００５】
さて、カラー固体撮像装置においては、解像度を向上する開発が進められ、年々高解像度のカラー固体撮像装置が商品化されつつある。解像度は、どの程度細かく画像を表現できるかを表す尺度であり、この値が高いほどより自然に近い画質を得ることができる。
【０００６】
しかし、単に解像度を高めただけでは問題が生じる。例えば、特許文献１には、高解像度のカメラが主に静止画用であり、動画を撮影することが困難であるという問題に対して、加算前の各色の空間的な色の配列と加算後の各色の空間的な色の配列とが同じになるように複数の画素信号を加算する技術が記載されている。これにより、動画撮像時の画像劣化を防止している。
【０００７】
また、近年、携帯用画像入力製品向けを中心に、カラー固体撮像装置におけるトータルの画素数を拡大しつつ、光学サイズは縮小化する開発が進んでいる。この場合、画素サイズは大幅に縮小化され、１画素当りの感度および飽和信号量は少なくなるので、性能確保は一段と厳しくなる。言い換えると、光学サイズを維持したまま多画素化すなわち高解像度化を行うためには、一方で画素サイズを縮小し、他方で感度を維持する必要がある。このため、これを実現することが近年の固体撮像装置に対する要求として存在する。なお、現在は、８Ｍ（８００万画素）程度の開発が各メーカーで進められている。
【０００８】
ここで、感度や飽和信号量を増大させ、性能を確保するために、画素信号を加算して読み出すことが有用である。特に、低照度の条件下での使用においては、画素信号を加算する事によって高感度化を計る手法が行われている。微細画素による多画素撮像素子では、低照度時などに画素信号を加算して読み出すことは、感度増大、読み出しフレームレートの高速化、およびモアレの抑圧などに有利である。
【０００９】
画素信号の加算について、図７の（ａ）に示した２画素×２画素の計４画素を加算する場合を例にして説明する。この場合、同じ色同士で加算する必要があるため、４画素×４画素の計１６画素を加算単位とする。そして、図７の（ｂ）に示すように、計１６画素中の同じ色が割り当てられた画素の画素信号を加算して読み出す。
【００１０】
例えば、カラーフィルタＣ１が割り当てられた画素は、計１６画素中４画素あるので、この４つの画素の画素信号を加算して色信号ｓＣ１を読み出す。この色信号ｓＣ１は、加算単位当り１画素分の色信号となる。すなわち、図７の（ｂ）中、大文字かつ太字でＣ１と記載しているように、加算単位当りで１画素分のカラーフィルタＣ１の色情報を含む色信号となる。
【００１１】
このようにして、加算単位当りそれぞれ１画素分の加算した色信号ｓＣ１，ｓＣ２，ｓＣ３，およびｓＣ４を得ることになる。また、色信号ｓＣ１，ｓＣ２，ｓＣ３，およびｓＣ４は、画素信号を４つ分加算しているので、４画素加算分の高い感度を得ることが可能となっている。
【００１２】
同様に、図８の（ａ）に示したベイヤー配列において２画素×２画素の計４画素を加算する場合、図８の（ｂ）に示すように、加算単位当りそれぞれ１画素分の加算した緑１（Ｇｒ）の色情報を含む色信号ｓＧｒ，赤（Ｒ）の色情報を含む色信号ｓＲ，青（Ｂ）の色情報を含む色信号ｓＢ，および緑２（Ｇｂ）の色情報を含むの色信号ｓＧｂを得ることになる。
【特許文献１】特開２００１−３６９２０号公報（平成１３年２月９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記のような画素信号を加算する方法では、解像度が大幅に低下する問題を避けることができない。つまりは、上記加算方法では、同じ色同士で加算する必要があるため４画素×４画素の計１６画素を加算単位として、空間的に離散している同色のカラーフィルタの色情報を含む画素信号だけを加算している。それゆえ、カラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４の４色それぞれで、加算単位当り１つの画素信号を作成することになる。
【００１４】
このため、解像度が、水平垂直方向共に１／４となってフル画素の１／４×１／４となり、トータルでは画素数換算で１／１６に大幅に低下するという問題が生じる。それゆえ、８Ｍ素子であっても、０．５Ｍ（５０万画素）素子相当となり、画像モニタ程度の応用しか用途がなく、スチル画像としては使えないレベルになってしまう。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、高感度と高解像度との両立を図ることができるカラー固体撮像装置、および画素信号の読み出し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のカラー固体撮像装置は、上記課題を解決するために、左上に第１の分光特性を有する第１の画素、右上に第２の分光特性を有する第２の画素、左下に第３の分光特性を有する第３の画素、および右下に第４の分光特性を有する第４の画素からなる水平および垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素を組として、当該組を水平および垂直方向にマトリクス状に配列することにより形成される画素部を備え、水平および垂直方向に隣接する２組×２組の計１６画素を加算単位として、上記各画素の画素信号を加算して読み出すカラー固体撮像装置であって、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号が作成されることを特徴としている。
【００１７】
従来では、上記水平および垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素の組において画素信号を加算して読み出す場合、画素信号を同じ分光特性を有するもの同士で加算する必要があるため、水平および垂直方向に隣接する２組×２組の計４組の計１６画素を加算単位としていた。そして、この加算単位の計１６画素において、第１の分光特性、第２の分光特性、第３の分光特性、および第４の分光特性をそれぞれ有する各画素信号を同じ分光特性を有するもの同士で加算して、第１の分光特性、第２の分光特性、第３の分光特性、および第４の分光特性のそれぞれで、加算単位当り１つの画素信号を作成していた。このため、解像度が、水平および垂直方向共に１／４となってフル画素の１／４×１／４となり、トータルでは画素数換算で１／１６に大幅に低下するという問題が生じていた。
【００１８】
これに対し、本発明のカラー固体撮像装置における上記の構成によれば、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号が作成されるので、高い解像度が求められる輝度信号が２画素×２画素の単位で得られることになる。これにより、解像度が、水平および垂直方向共に１／２となってフル画素の１／２×１／２となり、トータルでは画素数換算で１／４となる。
【００１９】
それゆえ、従来の加算方式のような画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、従来の加算方式と比べて、４倍の高解像度を得ることが可能となる。さらに、輝度信号は、４画素分の画素信号を加算して作成されているので、４倍の感度を得ることが可能となる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、高感度と高解像度との両立を図ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記加算単位において、同じ色が感応された画素の画素信号同士をそれぞれ加算して読み出すことにより色信号が作成されることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、色信号の解像度はトータルでは画素数換算で１／１６となるが、色信号は比較的低解像度でよく、高い解像度が求められる輝度信号の解像度が従来の加算方式の４倍となっているので、トータル性能として高い解像度のカラー信号を得ることが可能となる。さらに、色信号も４画素分の画素信号を加算して作成されているので、４倍の感度を得ることが可能となる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、感度を増加させながら、高い解像度を維持することが可能となる。
【００２２】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記組を構成する４つの画素のうちいずれか１つの画素の画素信号から、当該画素と組内で水平方向に隣接する画素の画素信号を引算して読み出すことにより色差信号が作成され、上記加算単位において、上記作成された同一の組み合わせの４つの色差信号を加算して読み出すことにより色信号が作成されることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、色信号の解像度はトータルでは画素数換算で１／１６となるが、色信号は比較的低解像度でよく、高い解像度が求められる輝度信号の解像度が従来の加算方式の４倍となっているので、トータル性能として高い解像度のカラー信号を得ることが可能となる。さらに、色信号も４画素分の画素信号を加算して作成されているので、４倍の感度を得ることが可能となる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、感度を増加させながら、高い解像度を維持することが可能となる。さらに、上記色差信号が作成されることにより色の範囲が増えるので、再現可能な色の範囲を拡大することが可能となる。
【００２４】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記第１の分光特性および第４の分光特性は同じであり、上記色信号は、上記加算単位に含まれる４つの第２の画素の画素信号を加算して読み出すことにより作成される第１色信号、および上記加算単位に含まれる４つの第３の画素の画素信号を加算して読み出すことにより作成される第２色信号であることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、上記加算単位に含まれる色は３種類となり、色の３原色における必要最小限の構成を有することになる。また、上記輝度信号、上記第１色信号、および上記第２色信号の３つの信号を作成するだけでカラー信号を得ることが可能となり、信号処理が簡単になるというメリットがある。
【００２６】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記第１の画素および第４の画素は緑色に感応され、かつ、上記第２の画素は赤色に感応され、かつ、上記第３の画素は青色に感応されていることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、上記各色の配列はベイヤー配列として一般的に知られている。よって、一般的なベイヤー配列に本発明を適用して、大きな効果を得ることが可能となる。
【００２８】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記画素部に配列されている画素の画素信号を保持する信号蓄積部と、上記信号蓄積部への上記画素信号の書き込みと、上記信号蓄積部からの上記画素信号の読み出しとを制御する制御手段とを備え、上記信号蓄積部は、画素を単位とした列毎に、上記加算単位における１行目の画素の画素信号を保持する第１蓄積部、上記加算単位における２行目の画素の画素信号を保持する第２蓄積部、上記加算単位における３行目の画素の画素信号を保持する第３蓄積部、および上記加算単位における４行目の画素の画素信号を保持する第４蓄積部を有し、上記制御手段は、上記加算単位における１列目および２列目の上記第１蓄積部および第２蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出し、上記加算単位における３列目および４列目の上記第１蓄積部および第２蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すとともに、上記加算単位における１列目および２列目の上記第３蓄積部および第４蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出し、上記加算単位における３列目および４列目の上記第３蓄積部および第４蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すように制御することが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、上記画素部に配列された画素の画素信号は、上記加算単位毎に第１蓄積部〜第４蓄積部を有する信号蓄積部により保持され、上記信号蓄積部への上記画素信号の書き込みと、上記信号蓄積部からの上記画素信号の読み出しとは、制御手段により制御される。
【００３０】
すなわち、制御手段が、上記加算単位における１列目および２列目の上記第１蓄積部および第２蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すように制御することにより、第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号が加算して読み出されることになる。また同様に、制御手段が、上記加算単位における３列目および４列目の上記第１蓄積部および第２蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すように、上記加算単位における１列目および２列目の上記第３蓄積部および第４蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すように、上記加算単位における３列目および４列目の上記第３蓄積部および第４蓄積部にそれぞれ保持された画素信号を加算して読み出すように制御することにより、第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号が加算して読み出されることになる。
【００３１】
よって、上記加算単位当り上記加算して読み出された４つの画素信号を作成することになる。この加算して読み出された画素信号は全ての色情報を含むため輝度信号となる。したがって、上記信号蓄積部と上記制御手段とを備えるだけで、輝度信号を容易に作成することが可能となる。
【００３２】
また、画素部は通常の構成のままでよく、上記信号蓄積部と上記制御手段とを追加構成するだけでよい。これにより、従来ある画素部に容易に適用することが可能となるので、微細画素による多画素撮像素子の応用分野を拡大することが可能となる。
【００３３】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記制御手段は、さらに、上記加算単位において、当該加算単位における画素の画素信号がそれぞれ保持された複数の蓄積部から、同じ色が感応された画素の画素信号同士をそれぞれ加算して読み出すように制御することが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、制御手段により、上記複数の蓄積部から同じ色が感応された画素の画素信号が加算して読み出される。この加算して読み出された画素信号は１つの色情報を含むため色信号となる。したがって、さらに色信号を容易に作成することが可能となる。
【００３５】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記制御手段は、さらに、上記組を構成する４つの画素の画素信号をそれぞれ保持する４つの蓄積部のうちいずれか１つの蓄積部に保持された画素信号から、当該蓄積部と組内で水平方向に隣接する蓄積部に保持された画素信号を引算して読み出し、上記加算単位において、上記引算して読み出した同一の組み合わせの４つの画素信号を加算して読み出すように制御することが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、制御手段により、上記蓄積部に保持された画素信号が引算して読み出された後、この引算して読み出された同一の組み合わせの４つの画素信号が加算して読み出される。この加算して読み出された画素信号は、色情報をふくむため色信号となる。したがって、さらに色信号を容易に作成することが可能となる。また、途中、蓄積部に保持された１つの色情報を含む画素信号は、引算されて他の色情報が増えていることにより色の範囲が増えるので、再現可能な色の範囲を拡大することが可能となる。
【００３７】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記加算単位における列方向の上記画素信号の加算は、アナログ信号により行われるが好ましい。
【００３８】
上記の構成によれば、アナログ信号による加算の場合、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化ノイズの影響を受けずに加算することができるため、Ｓ／Ｎ向上に有利となる。
【００３９】
また、本発明のカラー固体撮像装置は、上記第１蓄積部、第２蓄積部、第３蓄積部、および第４蓄積部のそれぞれの後段にＡＤ変換部をさらに備え、上記加算単位における列方向の上記画素信号の加算は、上記ＡＤ変換部により出力されたデジタル信号により行われることが好ましい。
【００４０】
上記の構成によれば、上記ＡＤ変換部をさらに備えることにより、第１蓄積部、第２蓄積部、第３蓄積部、および第４蓄積部からそれぞれ読み出された画素信号は、デジタル信号に処理される。そして、デジタル信号による加算の場合、加算処理をデジタル的に行えるので、画素信号を加算して読み出す処理を容易にすることが可能となる。
【００４１】
また、本発明の画素信号の読み出し方法は、左上に第１の分光特性を有する第１の画素、右上に第２の分光特性を有する第２の画素、左下に第３の分光特性を有する第３の画素、および右下に第４の分光特性を有する第４の画素からなる水平および垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素を組として、当該組を水平および垂直方向にマトリクス状に配列することにより形成される画素部を備え、水平および垂直方向に隣接する２組×２組の計１６画素を加算単位として、上記各画素の画素信号を加算して読み出すカラー固体撮像装置であって、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号を作成する第１ステップと、上記加算単位において、上記各画素にそれぞれ感応された色に基づいて当該各画素の画素信号を加算して読み出すことにより色信号を作成する第２ステップとを含むことを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより、輝度信号が作成される。また、次いで色信号が作成されるので、カラー信号を容易に得ることが可能となる。
【００４３】
また、高い解像度が求められる輝度信号が２画素×２画素の単位で得られることになる。これにより、解像度が、水平および垂直方向共に１／２となってフル画素の１／２×１／２となり、トータルでは画素数換算で１／４となる。
【００４４】
それゆえ、従来の加算方式では解像度がトータルでは画素数換算で１／１６と大幅に低下していたが、本発明のカラー固体撮像装置では、従来の加算方式と比べて、４倍の高解像度を得ることが可能となる。さらに、輝度信号は、４画素分の画素信号を加算して作成しているので、４倍の感度を得ることが可能となる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、高感度と高解像度との両立を図ることが可能となる。
【００４５】
また、本発明の画素信号の読み出し方法は、上記第２ステップでは、上記加算単位において、同じ色が感応された画素の画素信号同士をそれぞれ加算して読み出すことにより上記色信号を作成することが好ましい。
【００４６】
上記の構成によれば、色信号の解像度がトータルでは画素数換算で１／１６となるが、色信号は比較的低解像度でよく、高い解像度が求められる輝度信号の解像度が従来の加算方式の４倍となっているので、トータル性能として高い解像度のカラー信号を得ることが可能となる。さらに、色信号も４画素分の画素信号を加算して作成しているので、４倍の感度を得ることが可能となる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、感度を増加させながら、高い解像度を維持することが可能となる。
【００４７】
また、本発明の画素信号の読み出し方法は、上記第２ステップは、上記組を構成する４つの画素のうちいずれか１つの画素の画素信号から、当該画素と組内で水平方向に隣接する画素の画素信号を引算して読み出すことにより色差信号を作成するステップと、上記加算単位において、上記作成した同一の組み合わせの４つの色差信号を加算して読み出すことにより上記色信号を作成するステップとを有することが好ましい。
【００４８】
上記の構成によれば、色信号の解像度はトータルでは画素数換算で１／１６となるが、色信号は比較的低解像度でよく、高い解像度が求められる輝度信号の解像度が従来の加算方式の４倍となっているので、トータル性能として高い解像度のカラー信号を得ることが可能となる。さらに、色信号も４画素分の画素信号を加算して作成しているので、４倍の感度を得ることが可能となる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、感度を増加させながら、高い解像度を維持することが可能となる。さらに、上記色差信号を作成することにより色の範囲を増加させることができるので、再現可能な色の範囲を拡大することが可能となる。
【発明の効果】
【００４９】
以上のように、本発明のカラー固体撮像装置は、左上に第１の分光特性を有する第１の画素、右上に第２の分光特性を有する第２の画素、左下に第３の分光特性を有する第３の画素、および右下に第４の分光特性を有する第４の画素からなる水平および垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素を組として、当該組を水平および垂直方向にマトリクス状に配列することにより形成される画素部を備え、水平および垂直方向に隣接する２組×２組の計１６画素を加算単位として、上記各画素の画素信号を加算して読み出すカラー固体撮像装置であって、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号が作成される構成である。
【００５０】
これにより、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号が作成されるので、高い解像度が求められる輝度信号が２画素×２画素の単位で得られることになる。これにより、解像度が、水平および垂直方向共に１／２となってフル画素の１／２×１／２となり、トータルでは画素数換算で１／４となる。
【００５１】
それゆえ、従来の加算方式では解像度がトータルでは画素数換算で１／１６と大幅に低下していたが、従来の加算方式のような画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、従来の加算方式と比べて４倍の高解像度を得ることができる。さらに、輝度信号は、４画素分の画素信号を加算して作成されているので、４倍の感度を得ることができる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、高感度と高解像度との両立を図ることができるカラー固体撮像装置を実現するという効果を奏する。
【００５２】
例えば、低照度での画素信号の加算を行っても、従来よりも高い解像度の信号を得ることが可能となるので、高解像度仕様の素子であっても従来の手法であれば８Ｍ（８００万画素）素子は０．５Ｍ（５０万画素）相当となってスチル画像として実用上問題があったが、本発明のカラー固体撮像装置では、同じ８Ｍ素子に対して２Ｍ（２００万画素）相当となり、スチル画像としても使え、実用上問題のないレベルの画像を得ることができる。
【００５３】
また、本発明の画素信号の読み出し方法は、左上に第１の分光特性を有する第１の画素、右上に第２の分光特性を有する第２の画素、左下に第３の分光特性を有する第３の画素、および右下に第４の分光特性を有する第４の画素からなる水平および垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素を組として、当該組を水平および垂直方向にマトリクス状に配列することにより形成される画素部を備え、水平および垂直方向に隣接する２組×２組の計１６画素を加算単位として、上記各画素の画素信号を加算して読み出すカラー固体撮像装置であって、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより輝度信号を作成する第１ステップと、上記加算単位において、上記各画素にそれぞれ感応された色に基づいて当該各画素の画素信号を加算して読み出すことにより色信号を作成する第２ステップとを含む方法である。
【００５４】
これにより、上記組を構成する第１の画素、第２の画素、第３の画素、および第４の画素のそれぞれの画素信号を加算して読み出すことにより、輝度信号が作成される。また、次いで色信号が作成されるので、カラー信号を容易に得ることができるという効果を奏する。
【００５５】
また、高い解像度が求められる輝度信号が２画素×２画素の単位で得られることになる。これにより、解像度が、水平および垂直方向共に１／２となってフル画素の１／２×１／２となり、トータルでは画素数換算で１／４となる。
【００５６】
それゆえ、従来の加算方式では解像度がトータルでは画素数換算で１／１６と大幅に低下していたが、本発明のカラー固体撮像装置では、従来の加算方式と比べて４倍の高解像度を得ることができる。さらに、輝度信号は、４画素分の画素信号を加算して作成しているので、４倍の感度を得ることができる。よって、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、高感度と高解像度との両立を図ることができる画素信号の読み出し方法を提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５８】
まず、本実施の形態のカラー固体撮像装置の特徴的構成である画素信号の加算について説明し、その次に、上記画素信号の加算を実現する本実施の形態のカラー固体撮像装置の回路構成について説明する。
【００５９】
図１は、本実施の形態のカラー固体撮像装置の画素部における、（ａ）はカラーフィルタ配列図であり、（ｂ）は画素信号の加算方法を模式的に示す図である。
【００６０】
本実施の形態のカラー固体撮像装置は、多数の画素がマトリクス状に配列された画素配列層と、画素配列層の光入射面側に設けられ、それぞれ分光特性の異なる複数種類のカラーフィルタが一定の空間周期で配列されて各画素に割り当てられるように配置されたカラーフィルタ層と、を含む画素部を備えている。
【００６１】
本実施の形態のカラー固体撮像装置では、多数の画素は、隣接する水平方向の２画素および垂直方向の２画素、すなわち水平垂直方向に隣接する２画素×２画素の計４画素を１組として、この１組に、４種類のカラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４がそれぞれ割り当てられている。詳細には、図１の（ａ）に示すように、水平垂直方向に隣接する２画素×２画素の組Ａでは、左上にカラーフィルタＣ１、右上にカラーフィルタＣ２、左下にカラーフィルタＣ３、および右下にカラーフィルタＣ４がそれぞれ割り当てられている。そして、上記組Ａが水平垂直方向に複数配列される。なお、カラーフィルタが割り当てられた画素は、そのカラーフィルタに設定されている色が感応されることになる。
【００６２】
また、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、このカラーフィルタが割り当てられた画素の画素信号が加算して読み出される。このとき、水平垂直方向に隣接する２組×２組、すなわち４画素×４画素の計１６画素を１加算単位としている。なお、説明の便宜上、図１ではこの加算単位分のみを示している。
【００６３】
ここで、従来のカラー固体撮像装置において画素信号を加算する場合、図７に示したように、４画素×４画素の計１６画素を１加算単位とし、該加算単位当りそれぞれ１画素分の加算した色信号ｓＣ１，ｓＣ２，ｓＣ３，およびｓＣ４を得ていた。このため、解像度が、水平垂直方向共に１／４となり、トータルでは画素数換算で１／１６に大幅に低下する。
【００６４】
これに対し、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、４画素×４画素の計１６画素の１加算単位において、図１の（ｂ）に示すように、隣接する２画素×２画素の組内で各画素信号の加算を行い、「Ｙ＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４（なお、説明の便宜のため、この式でのＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４はカラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４が割り当てられた画素の画素信号を示す）」を得る。Ｙは全ての色情報を含むため輝度信号となる。つまりは、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、隣接する２画素×２画素の計４画素の各画素信号を加算することにより、輝度信号Ｙを作成している。また、加算単位当り４つの輝度信号Ｙを作成することになる。
【００６５】
これにより、輝度信号Ｙを２画素×２画素により１画素分を得ることができるので、その解像度は図７に示した従来の加算方式に比べ、２×２＝４倍となる。すなわち、従来では画素加算によって解像度が１／１６に低下していたが、本実施の形態のカラー固体撮像装置の加算方法では解像度を１／４の低下に抑制することが可能となる。よって、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、解像度をフル画素比１／４まで高められ、高い解像度を確保することが可能となる。
【００６６】
また、色信号は、１加算単位における計１６画素中の同じ色が感応された画素の画素信号を加算して作成する。例えば、図１の（ｂ）では、カラーフィルタＣ２およびＣ３がそれぞれ割り当てられた画素について、それぞれ４画素分の画素信号を加算し、それぞれの色信号ｓＣ２およびｓＣ３を作成する。すなわち、大文字かつ太字でＣ２およびＣ３と記載しているように、加算単位当りで１画素分のカラーフィルタＣ２およびＣ３の色情報を含む色信号を作成する。
【００６７】
よって、解像度のゆるい色信号ｓＣ２およびｓＣ３については従来と同じ解像度となるが、高い解像度が求められる輝度信号Ｙについては従来方式の４倍となり、トータル性能として高い解像度のカラー信号を得ることが可能となる。さらに、輝度信号Ｙおよび色信号ｓＣ２およびｓＣ３ともに、４画素分を加算して得ているので、４倍の感度を得ることが可能となる。
【００６８】
以上により、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、画素信号の加算を行っても、画素信号の加算による解像度の低下を抑制し、高感度と高解像度との両立を図ることが可能となる。
【００６９】
次に、上記画素信号の加算を実現する本実施の形態のカラー固体撮像装置の回路構成について説明する。
【００７０】
図２は、本実施の形態のカラー固体撮像装置の一構成例を示す回路ブロック図である。なお、図２では、図１に示した１加算単位における構成を図示している。
【００７１】
本実施の形態のカラー固体撮像装置は、図２に示すように、画素１１（第１の画素〜第４の画素）およびコラム信号線１２を含んで構成される画素領域１０（画素部）と、アナログメモリ２１（第１蓄積部〜第４蓄積部）、水平読み出し線２２、書き込み制御線Ｗ１〜Ｗ４（制御手段）、および読み出し制御線Ｒ１〜Ｒ４（制御手段）を含んで構成されるアナログ信号蓄積部２０（信号蓄積部）を備えている。画素領域１０は、上述した画素部に含まれる部分である。アナログ信号蓄積部２０は、図２に示すように画素領域１０の下端に設けられているが、これに限らず、画素１１が配列されている行方向の上端または下端に設けられればよい。なお、カラー固体撮像装置における図示しない残りの部分は、従来の一般的な構成で実現される。
【００７２】
画素１１は、水平垂直方向に隣接する４×４の計１６個が配置されている。また、画素１１は、図１の（ａ）に示した４種類のカラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４の配列により、それぞれの色が感応されている。
【００７３】
コラム信号線１２は、画素１１の画素信号が流れる配線であり、大きくは４本設けられている。すなわち、１本のコラム信号線１２は、一列分の４つの画素１１とスイッチにより接続がそれぞれ制御可能とされながら、垂直方向に形成されている。また、コラム信号線１２は、アナログ信号蓄積部２０のアナログメモリ２１に接続される。
【００７４】
アナログメモリ２１は、コラム信号線１２から供給される画素１１の画素信号を蓄積する（保持する）メモリであり、画素１１と対になるように同数設けられる。すなわち、図２に示す実施例では、アナログメモリ２１は１６個設けられている。また、一列分の４つのアナログメモリ２１は、１本のコラム信号線１２とスイッチにて接続がそれぞれ制御可能とされながら接続されている。
【００７５】
ここで、複数のアナログメモリ２１を、各画素１１の画素信号用としてそれぞれ区別する目的で蓄積部と呼ぶとすると、４画素×４画素の１加算単位に対応して、４つの蓄積部Ｍ１ｊ，Ｍ２ｊ，Ｍ３ｊ，およびＭ４ｊ（ｊは列方向の番号を示す）が、コラム信号線１２毎（画素１１の列毎）に設けられている。例えば、図２において、一番左のコラム信号線１２では、一列分のカラーフィルタＣ１，Ｃ３，Ｃ１，およびＣ３が割り当てられた画素１１に対応するように、蓄積部Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ３１，およびＭ４１が設けられている。
【００７６】
水平読み出し線２２は、アナログメモリ２１に書き込まれた画素信号が流れる配線であり、大きくは最終的に１本にまとめられる４本が設けられている。すなわち、最終的に１本にまとめられる前の１本の水平読み出し線２２は、一列分の４つのアナログメモリ２１とスイッチにより接続がそれぞれ制御可能とされながら、垂直方向に形成されている。そして、最終的に１本にまとめられた水平読み出し線２２は、後段の構成に接続される。
【００７７】
書き込み制御線Ｗ１〜Ｗ４は、コラム信号線１２とアナログメモリ２１との間に設けられたスイッチのオンおよびオフを制御する制御信号を供給する配線である。書き込み制御線Ｗ１〜Ｗ４は、一行分の４つのアナログメモリ２１とコラム信号線１２との間にそれぞれ設けられたスイッチにそれぞれ接続されながら、水平方向に形成されている。例えば、書き込み制御線Ｗ１は、一行分の４つの蓄積部Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，およびＭ１４とコラム信号線１２との間にそれぞれ設けられたスイッチにそれぞれ接続されている。
【００７８】
読み出し制御線Ｒ１〜Ｒ４は、アナログメモリ２１と水平読み出し線２２との間に設けられたスイッチのオンおよびオフを制御する制御信号を供給する配線である。読み出し制御線Ｒ１〜Ｒ４は、一行分の４つのアナログメモリ２１とコラム水平読み出し線２２との間にそれぞれ設けられたスイッチにそれぞれ接続されながら、水平方向に形成されている。例えば、読み出し制御線Ｒ１は、一行分の４つの蓄積部Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，およびＭ１４と水平読み出し線２２との間にそれぞれ設けられたスイッチにそれぞれ接続されている。
【００７９】
なお、上述した本実施の形態のカラー固体撮像装置の回路構成について説明した各個数は、隣接する４画素×４画素の計１６画素を１加算単位としたときの画素１１の個数に合わせた図２に示す実施例に基づいて説明しただけであり、これに限るわけではない。
【００８０】
上記構成を有する本実施の形態のカラー固体撮像装置では、まず最初に、書き込み制御線Ｗ１〜Ｗ４により制御信号を与えることによってスイッチが制御されて、蓄積部Ｍ１１〜Ｍ４４に行単位で画素信号を順次書き込む。すなわち、蓄積部は４行あるので、行単位で４回書き込むことにより、１加算単位中の各画素信号を４つの蓄積部に順次書き込むことになる。例えば、書き込み制御線Ｗ１に制御信号が与えられて各スイッチがオンされ、１行分のカラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ１，およびＣ２が割り当てられた画素１１の各画素信号が、各コラム信号線１２を介して、蓄積部Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，およびＭ１４にそれぞれ同時に書き込まれる。
【００８１】
４行分の画素信号すなわち画像情報の書き込みが完了すると、読み出し制御線Ｒ１〜Ｒ４により制御信号を与えることによってスイッチが制御されて、蓄積部Ｍ１１〜Ｍ４４に書き込まれた画素信号が、加算しながら読み出される。
【００８２】
このとき、上述したように本実施の形態のカラー固体撮像装置では、隣接する２画素×２画素の計４画素の各画素信号を加算することにより輝度信号Ｙを作成し、１加算単位における計１６画素中の同じ色が感応された画素の画素信号を加算することにより色信号ｓＣ２およびｓＣ３を作成している。
【００８３】
つまりは、輝度信号Ｙは、以下の組み合わせで加算しながら、加算単位当り４つの輝度信号Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ２１，およびＹ２２が順番に読み出される。
【００８４】
Ｙ１１＝（Ｍ１１＋Ｍ２１）＋（Ｍ１２＋Ｍ２２）
Ｙ１２＝（Ｍ１３＋Ｍ２３）＋（Ｍ１４＋Ｍ２４）
Ｙ２１＝（Ｍ３１＋Ｍ４１）＋（Ｍ３２＋Ｍ４２）
Ｙ２２＝（Ｍ３３＋Ｍ４３）＋（Ｍ３４＋Ｍ４４）
（なお、説明の便宜のため、上記４つの式でのＭ１１〜Ｍ４４は蓄積部Ｍ１１〜Ｍ４４に保持された画素信号を示す。）
詳細には、輝度信号Ｙは、１行目のアナログメモリ２１に書き込まれた画素信号と２行目のアナログメモリ２１に書き込まれた画素信号とを加算（１行目＋２行目）して読み出し、その後、３行目のアナログメモリ２１に書き込まれた画素信号と４行目のアナログメモリ２１に書き込まれた画素信号とを加算（３行目＋４行目）して読み出す。
【００８５】
例えば、輝度信号Ｙ１１を読み出す場合、読み出し制御線Ｒ１およびＲ２に制御信号が与えられて各スイッチがオンされ、蓄積部Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，およびＭ２２と水平読み出し線２２とが接続される。これにより、蓄積部Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，およびＭ２２に蓄積された画素信号を水平読み出し線２２により加算して読み出すことにより、輝度信号Ｙ１１を得ることが可能となる。
【００８６】
また、色信号ｓＣ２およびｓＣ３は、４つの輝度信号Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ２１，およびＹ２２が読み出された後、以下の組み合わせで加算しながら順番に読み出される。
【００８７】
Ｃ２  ＝（Ｍ１２＋Ｍ３２）＋（Ｍ１４＋Ｍ３４）
Ｃ３  ＝（Ｍ２１＋Ｍ４１）＋（Ｍ２３＋Ｍ４３）
（なお、説明の便宜のため、上記２つの式での、Ｃ２およびＣ３はカラーフィルタＣ２およびＣ３の色情報を含む色信号ｓＣ２およびｓＣ３を示し、Ｍ１２，Ｍ３２，Ｍ１４，Ｍ３４，Ｍ２１，Ｍ４１，Ｍ２３，およびＭ４３は蓄積部Ｍ１２，Ｍ３２，Ｍ１４，Ｍ３４，Ｍ２１，Ｍ４１，Ｍ２３，およびＭ４３に保持された画素信号を示す。）
詳細には、色信号は、同じ色の画素信号が書き込まれているアナログメモリ２１の画素信号を加算して読み出す。例えば、色信号ｓＣ２を読み出す場合、読み出し制御線Ｒ１およびＲ３に制御信号が与えられて各スイッチがオンされ、蓄積部Ｍ１２，Ｍ１４，Ｍ３２，およびＭ３４と水平読出し線４とが接続される。これにより、蓄積部Ｍ１２，Ｍ１４，Ｍ３２，およびＭ３４に蓄積された画素信号を水平読み出し線２２により加算して読み出すことにより、色信号ｓＣ２を得ることが可能となる。
【００８８】
このように、各アナログメモリ２１当り２回読み出しが行なわれている。すなわち、１加算単位において、１回目の加算読み出しにより輝度信号Ｙ１１〜Ｙ２２を得て、２回目の加算読み出しにより色信号ｓＣ２およびｓＣ３を得ることが可能となる。
【００８９】
また、輝度信号および色信号は画素信号を４つ分加算しているので、４画素信号加算分の高い感度を得ることが可能となる。さらに同時に、撮像画像全体の解像度を決める輝度信号については２画素×２画素単位で高い解像度を得ることが可能となっているので、高感度および高解像度のカラー信号を得ることが可能となる。
【００９０】
以上により、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、加算単位当り、高解像度を要求される輝度信号に関しては隣接する２画素×２画素単位での画素信号の加算を４組に対して行い、高解像度を要求されない色信号に対しては離散した各色（２画素×２画素を単位とした４色）毎の画素信号の加算を行う。
【００９１】
そして、上記加算を実現するために、加算単位当り４行分のアナログメモリ２１（水平画素数×４行）を備えており、４行単位で書き込んだ各画素のデータすなわち画素信号に対して、読み出し時にタイミング制御を行うことにより、輝度信号用の加算と色信号用の加算とをそれぞれ可能にしている。
【００９２】
上記構成および手法にて読み出しを行うことにより、低照度での画素信号の加算を行っても、従来よりも高い解像度の信号を得ることが可能となる。したがって、高解像度仕様の素子であっても、従来の手法であれば８Ｍ素子の例では０．５Ｍ相当となってスチル画像として実用上問題があったが、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、同じ８Ｍ素子の例に対して２Ｍ（２００万画素）相当となり、実用上問題のないレベルの画像を得ることが可能となる。さらに、間引き読み出し時に問題となる色モアレ現象も生じない。
【００９３】
また、アナログ信号蓄積部２０は、特にこの構成に限定するものではなく、例えば、図３に示すように構成してもよい。
【００９４】
図３は、アナログ信号蓄積部３０の一構成例を示す回路ブロック図である。なお、図３では、書き込み制御線および読み出し制御線を省略している。アナログ信号蓄積部３０は、図２に示したアナログ信号蓄積部２０の構成に加えて、１本にまとめられる前の水平読み出し線２２毎に、ＡＤ変換部３１をそれぞれ設けている。ＡＤ変換部３１は、各アナログメモリの後段に備えればよい。
【００９５】
上記の構成を有するアナログ信号蓄積部３０では、行間の画素信号の加算は蓄積部間のアナログ信号で行い、列間の加算は、列毎に設けられたＡＤ変換部３１によりＡＤ変換された後のデジタル信号で行う。
【００９６】
図２に示したアナログ信号蓄積部２０におけるアナログ信号による加算の場合は、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化ノイズの影響を受けずに加算できるため、Ｓ／Ｎ向上に有利である。これに対し、アナログ信号蓄積部３０におけるデジタル信号による加算の場合は、Ｓ／Ｎ的には不利であるが、加算処理をデジタル的に行うことが可能となり、画素信号を加算して読み出す処理を容易にすることが可能となる。
【００９７】
ここで、図１の（ａ）に示した４種類のカラーフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，およびＣ４において、図４の（ａ）に示すように、Ｃ１＝Ｇｒ（緑１），Ｃ２＝Ｒ（赤），Ｃ３＝Ｂ（青），およびＣ４＝Ｇｂ（緑２）としたベイヤー配列の場合であっても、本実施の形態のカラー固体撮像装置に適用することができる。
【００９８】
すなわち、図４の（ａ）に示すカラーフィルタ配列図のように、カラーフィルタがベイヤー配列されている場合、図４の（ｂ）に示すように、隣接する２画素×２画素の計４画素の各画素信号を加算することにより、輝度信号Ｙ「Ｙ＝Ｇｒ＋Ｇｂ＋Ｒ＋Ｂ（なお、説明の便宜のため、この式でのＧｒ，Ｇｂ，Ｒ，およびＢはカラーフィルタＧｒ，Ｇｂ，Ｒ，およびＢが割り当てられた画素の画素信号を示す）」が作成される。そして、カラーフィルタＢおよびＲについて、それぞれ４画素分の各画素信号を加算することにより、それぞれの色信号ｓＢおよびｓＲが作成される。
【００９９】
これにより、トータル性能として高い解像度のカラー信号を得ることが可能となるとともに、４倍の感度を得ることが可能となる。よって、画素加算を行っても、高感度と高解像度との両立を実現することが可能となる。よって、一般的なベイヤー配列に本発明を適用して、大きな効果を得ることが可能となる。
【０１００】
なお、本実施の形態のカラー固体撮像装置では、色信号は１加算単位における１６画素中の同じ色が感応された４画素の各画素信号を加算して得ていたが、これに限らず、他の加算方法を用いてもよい。
【０１０１】
図５の（ａ）はベイヤー配列のカラーフィルタ配列図であり、（ｂ）は他の例の画素加算方法を模式的に示す図である。
【０１０２】
まず、輝度信号Ｙは、図４の（ｂ）に示したように、隣接する２画素×２画素の計４画素の各画素信号を加算することにより作成される（Ｙ＝Ｇｒ＋Ｇｂ＋Ｒ＋Ｂ）。
【０１０３】
次いで、色信号について説明する。図５の（ｂ）に示すように、カラーフィルタＢに割り当てられた画素の画素信号から、水平方向に隣接するカラーフィルタＧｂに割り当てられた画素の画素信号を引き算することにより、色差信号ｓ（Ｂ−Ｇｂ）が作成される。この色差信号ｓ（Ｂ−Ｇｂ）は１加算単位で４つ作成され、この４つの色差信号ｓ（Ｂ−Ｇｂ）を加算することにより色信号が作成される。また、カラーフィルタＲに割り当てられた画素の画素信号から、水平方向に隣接するカラーフィルタＧｒに割り当てられた画素の画素信号を引き算することにより、色差信号ｓ（Ｒ−Ｇｒ）が作成される。この色差信号ｓ（Ｒ−Ｇｒ）は１加算単位で４つ作成され、この４つの色差信号ｓ（Ｒ−Ｇｒ）を加算することにより色信号が作成される。
【０１０４】
すなわち、カラーフィルタＧｒ，Ｇｂ，Ｒ，およびＢがそれぞれ割り当てられた組を構成する４つの画素のうちいずれか１つの画素の画素信号から、当該画素と組内で水平方向に隣接する画素の画素信号を引算して読み出すことにより色差信号が作成され、１加算単位において、作成された同一の組み合わせの４つの色差信号を加算して読み出すことにより色信号が作成される。
【０１０５】
このように作成された色信号であっても、４画素分の画素信号を加算して得ているので、高い感度を維持することが可能となる。また、輝度信号Ｙは、高い解像度を維持しているので、高感度と高解像度との両立を図ることが可能となる。
【０１０６】
また、カラーフィルタの配列はベイヤー配列の場合に限らず、他の配列にも適用することができる。
【０１０７】
図６の（ａ）〜（ｄ）は、様々な配列例によるカラーフィルタ配列図である。
【０１０８】
（ａ）は、図４に示したベイヤー配列のＧｒ（緑１）およびＧｂ（緑２）を白（White）に置き換えた配列例である。なお、白色は全色透過である。（ｂ）は、図４に示したベイヤー配列のＧｂ（緑２）をエメラルド（Emerald）に置き換えた配列例である。（ｃ）は補色に置き換えた配列例であり、一般的には、シアン（Cyan）、イエロー（Yellow）、マゼンタ（Magenta）、およびグリーン（Green）の４色により構成される。（ｄ）は、図４に示したベイヤー配列のＧｂ（緑２）を白（White）に置き換えた配列例である。
【０１０９】
これら（ａ）〜（ｄ）のいずれの配列例においても、隣接する２×２画素間の各画素信号の加算により輝度信号が得られ、４×４画素の中で２種の独立した色信号が、それぞれ４画素分の各画素信号を加算することにより得られる。なお、（ｃ）の配列例の場合は、図５を参照して説明したような、色差信号を算出してから色信号を読み出す加算方法が適している。
【０１１０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、高解像度化素子の感度向上のために画素信号を加算して読み出すカラー固体撮像装置に適用できる。上記カラー固体撮像装置としては、例えば、動画や静止画を撮影するビデオカメラおよびスチルカメラなどの、各種の映像機器に搭載されているカラー固体撮像装置がある。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明のカラー固体撮像装置における加算方式を模式的に示す図である。
【図２】上記カラー固体撮像装置の実施の一形態を示す図である。
【図３】上記カラー固体撮像装置におけるアナログ信号蓄積部の他の構成例を示す図である。
【図４】本発明のカラー固体撮像装置における、ベイヤー配列時の加算方式を模式的に示す図である。
【図５】本発明のカラー固体撮像装置における他の加算方式を模式的に示す図である。
【図６】様々なカラーフィルタの配列例を示すカラーフィルタ配列図である。
【図７】従来の加算方式を模式的に示す図である。
【図８】従来のベイヤー配列時の加算方式を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０  画素領域（画素部）
１１  画素（第１の画素〜第４の画素）
１２  コラム信号線
２０，３０  アナログ信号蓄積部（信号蓄積部）
２１  アナログメモリ（第１蓄積部〜第４蓄積部）
２２  水平読み出し線
３１  ＡＤ変換部
Ｗ１〜Ｗ４  書き込み制御線（制御手段）
Ｒ１〜Ｒ４  読み出し制御線（制御手段）
【図１】
0004359634.tif 000002
【図２】
0004359634.tif 000003
【図３】
0004359634.tif 000004
【図４】
0004359634.tif 000005
【図５】
0004359634.tif 000006
【図６】
0004359634.tif 000007
【図７】
0004359634.tif 000008
【図８】
0004359634.tif 000009