JP2534105B2

JP2534105B2 - 固体撮像装置及びその信号読出し方法

Info

Publication number: JP2534105B2
Application number: JP63169052A
Authority: JP
Inventors: 誠雫石; 雅利田部井; 清高小林
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1996-09-11
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JPH0220068A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は固体撮像装置及びその信号読出し方法に関
し、特に垂直転送ラインも感光領域として用いた固体撮
像装置に関する。

（従来技術）従来より、例えばフレーム転送方式の固体撮像装置
は、光電変換とアナログシフトレジスタの両方の役目を
兼ねる垂直CCDと水平CCDとから成っており、垂直ブラン
キング期間に受光部から送り込まれた１画面分の信号電
荷を蓄積部にいったんためたのち、ゆっくりと最下部の
水平CCDに１行ずつ送り順次読み出している。

また、インターライン転送方式の固体撮像装置は、第
６図に示すように、複数のフォトトダイオードからなる
受光エレメント５とCCDの垂直及び水平シフトレジスタ
7,8とから構成されており、１フレーム期間フォトダイ
オードに蓄えられた信号電荷を、垂直ブランキング期間
に転送ゲート６を開けて一斉に垂直CCDに送る。転送ゲ
ート６を閉じたのち、電荷は順次下方に転送され、水平
CCDを通して出力端９で読み出される。

ここで受光エレメントを除く転送ゲート６及びシフト
レジスタ7,8の表面はアルミニウム膜等で遮光（図中、
斜線で示す領域）され、外部光による雑音成分等が信号
電荷に混入しないようになっている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、これら固体撮像装置にあっては、フレ
ーム転送方式の場合、受光部が電荷の集積と転送の２つ
の機能を有しているので、実効的な信号電荷の集積時間
を長く出来ず、感度の向上を困難にしていた。

また、入射光がCCDを構成する転送電極で吸収や反射
されるため、特に短波長光に対する光感度が低いと言う
問題があった。

一方、インターライン転送方式の場合、図からも明ら
かなように、遮光されたシフトレジスタ等が受光部内に
存在することになるため、光の集積効率の向上が困難で
あり、また、１チャンネル毎に遮光膜部分があるので、
水平方向の解像力が低下する問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたてもので、
感度及び解像力を共に向上した固体撮像装置を提供する
ことを目的としている。

また、このような固体撮像装置の信号をデジタル記録
に適した方法で読み出す信号読出し方法を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段及び作用）すなわち、本発明の上記目的は、少なくとも複数個の
受光エレメントからなる感光領域と、該受光エレメント
の垂直１列ごとに付属する垂直電荷転送部及び水平電荷
転送部を有し、その際垂直電荷転送部は、受光エレメン
トで形成された電荷を転送するだけでなく、自身で光電
変換も行うことができ、かつ垂直電荷転送部において３
原色または補色のうち長波長の１つの色（例えばＲ）の
信号を形成し、受光エレメントにおいて残りの２つの色
（例えばＧとＢ）の信号を形成する色フィルタがそれぞ
れ配置されていることを特徴とする固体撮像装置により
達成される。

また、本発明の他の目的は、前記固体撮像装置を所定
期間だけ露光して生成された信号電荷のうち、まず水平
電荷転送部を介して垂直電荷転送部内に形成された第１
の色の信号電荷を、次に受光エレメントに形成された第
２の色の信号電荷を垂直電荷転送部へ転送し、水平電荷
転送部を介して第２の色の信号電荷を、次に受光エレメ
ントに形成された第３の色の信号電荷を垂直電荷転送部
に転送し、水平電荷転送部を介して第３の色の信号電荷
を、それぞれ面順次に読出すことを特徴とする固体撮像
装置の信号読出し方法により達成される。

本発明の固体撮像装置は、垂直電荷転送部に光シール
ドを設けていないので、自身で光信号電荷を形成するこ
ともできる。感光領域と垂直電荷転送部の上には、たと
えばマイクロカラーフィルタが設けられており、感光領
域のそれぞれ受光エレメントは、ＢまたはＧの色に割り
当てられ、かつ、垂直電荷転送部はＲの色信号を発生す
るように構成されている。

そして、メカ・シャッタ等の併用により露光時間を規
制して各色の信号電荷を形成し、シャッタを閉じたのち
各色の信号電荷を面順次に取り出すことにより、混色の
ない出力が得られる。

（実施例）以下、本発明の１実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明による固体撮像装置の概略構成図であ
り、受光部10及び水平電荷転送部11を簡略化した個々の
ブロックとして示している。

受光部10は、同図中、点線の矩形で示すような垂直方
向に並べられた光電変換素子で形成される受光エレメン
ト群からなる感光領域14と、該感光領域14の１列毎に付
属する垂直電荷転送部15から形成され、複数の感光領域
14と垂直電荷転送部15が水平方向（図中、左右方向）に
交互に設けられている。

感光領域14の各受光エレメントの表面には、記号Ｂ及
びＧで示す青色フィルタと緑色フィルタが縦方向に交互
に設けられている。

垂直電荷転送部15は、同図中、点線の矩形で示すよう
に、感光領域14の各受光エレメント毎に対応するように
並べられた転送エレメントから成り、各転送エレメント
は光電変換機能を有すると共に、相互の転送動作でもっ
て信号電荷を下方向へ転送する機能を有している。すな
わち、垂直電荷転送部15は自己走査型撮像デバイスより
なっている。

この垂直電荷転送部15の表面には、記号Ｒで示す赤色
フィルタがストライプ状に設けられている。

受光部10の出力側には、転送ゲートTgを介して水平方
向に信号電荷を転送する水平CCDよりなる水平電荷転送
部11が配置され、更に水平電荷転送部11に転送された信
号電荷は出力アンプ12を通して出力端子13から読み出さ
れる。

次に、第２図に基づいて受光部10の構成を説明する。

フィルタＲ下の垂直電荷転送部15には水平方向に延設
された複数本のポリシリコン製転送電極18,19が設けら
れており、２相駆動（φV₁〜φV₂）されて電荷を下方向
へ順次転送する。一方、感光領域14のフィルタＧ及びＢ
の下の受光エレメント表面は開口されて前記転送電極1
7,18が設けられていない。その代わり各感光領域14上に
は垂直方向に沿って第３の薄いポリシリコン電極20が設
けられている。

また、点線で示すチャンネルストッパで囲まれた受光
エレメントと垂直電荷転送部15を形成する転送エレメン
トとの間には、図には示されていないが、固定したポテ
ンシャル障壁が形成され、転送エレメントで発生した信
号電荷を受光エレメントへ移さないように設けている。

すなわち、前記ポテンシャル障壁を境にしてポテンシ
ャル電位が上下動する受光エレメント及び転送エレメン
トにおいて、受光エレメントは電荷蓄積時に前記第３の
薄いポリシリコン電極20により電圧φｐが印加されて前
記障壁よりも深く設けられて信号電荷を蓄積し、フィー
ルド転送時には前記障壁よりも高いポテンシャルレベル
に設けられて電荷が転送エレメントへ転送される。一
方、転送エレメントは蓄積時よりもポテンシャルレベル
が上がる電荷転送時においても前記障壁よりもレベルが
高くならないように設けてある。

また、本発明の固体撮像装置の特長の１つは、長波長
光（色Ｒ）の信号電荷を形成するフィルタが垂直電荷転
送部上に配置されており、この長波長の光信号電荷が他
の波長の光信号電荷に先立って、最先に読み出されるこ
とにある。

これは、長波長の光信号電荷は、光の漏れ込みや基板
深部で発生したキャリアの拡散が大きく、他の受光エレ
メントへの影響が大きいことによる。

上述のように構成された本発明の固体撮像装置は転送
部にもフィルタが配置されて遮光膜が取り除かれている
ため、各色の信号電荷を混色なく読み出すためには、電
子スチルカメラ等に適用してシャッタにより露光期間を
制限し、露光終了後に電荷の転送を行う必要がある。

第３図は本発明の固体撮像装置が電子スチルカメラに
適用された場合の電荷読み出しのシーケンスを示したも
のである。

固体撮像装置は、シャッタが開放される直前の未露光
状態において、各色フィルタ下に生じた暗電流の掃き出
し動作が一斉に行われる。次いで、シャッタの開放によ
り所定期間だけ露光が行われる。この間、第２図に示し
た転送電極18,19の何れか一方の電極と、第３の電極20
は電圧が印加された「High」レベルに設けられて電荷の
蓄積が行われる。

なお、電荷蓄積時に転送電極18,19の何れか一方を「H
igh」レベルに設け、他方電極を「Low」レベルに設ける
ことにより、この「Low」レベル電極下は垂直方向のポ
テンシャル障壁として作用する。

所定期間の露光が行われてシャッタが閉じると、読出
モードになってフィルタ下に発生した信号電荷は各色毎
に面順次に読み出される。そして、デバイスは再び次の
撮像モードに入る。

第４図は読出モードにおける読出しタイミングを示し
ている。

まず、垂直電荷転送部15の転送電極18（φV₁）下に蓄
積されたＲ信号の電荷が読み出される。その際、電極20
（φｐ）は「High」レベルに維持されており、感光領域
14下に発生するＧ及びＢの信号電荷はそのまま蓄積状態
に置かれる。転送電極18,19は交互に駆動（φV₁〜φ
V₂）して電荷を下方向に垂直転送し、出力側より１行毎
に水平CCDに送る。水平CCDは２相駆動（φH₁〜φH₂）さ
れて電荷を水平方向に高速転送し、出力アンプ12は読出
しタイミング（φｓ）に従って１行分の信号電荷を出力
端子13より読み出す。そして、垂直電荷転送部15に発生
したＲ信号は、前記動作の繰り返しによって1/60秒間に
全て読み出され、フレームメモリ等に記憶されてフレー
ム画を形成する。

次に、本実施例では感光領域14のＢフィルタに対応し
た信号電荷が読み出される。電極20（φｐ）が「Low」
レベルに設けられると共に、この受光エレメントに対応
した転送エレメント上の転送電極18（φV₁）が「High」
レベルに設けられると、電荷は感光領域14から垂直電荷
転送部15にフィールドシフトされる。フィールドシフト
された信号電荷は、Ｒ信号の場合と同様、転送電極18,1
9により垂直転送され、更に水平CCD、出力アンプを介し
て出力端子13から１行毎に順次読み出される。そして、
1/60秒間に色Ｂの信号電荷は全て読み出される。

色Ｂの信号電荷の読み出しが終了すると、最後に感光
領域14のＧフィルタに対応した信号電荷が読み出され
る。すなわち、電極20（φｐ）が「Low」レベルに設け
られると共に、Ｇフィルタの受光エレメントに対応した
転送エレメント上の転送電極19（φV₂）が「High」レベ
ルに設けられることにより、信号電荷は垂直電荷転送部
15にフィールドシフトされる。垂直電荷転送部15にフィ
ールドシフトされた色Ｇの信号電荷は、先の色Ｒ及びＢ
の信号電荷と同様に転送電極18,19により垂直転送さ
れ、更に、水平CCDを介して1/60秒間に全て読み出され
る。

第５図は、本発明の固体撮像装置が適用されて好適と
なる電子スチルカメラの概念を示すブロック図である。

図において、結像光学系21及びシャッタ22を通して入
射される被写体の像は、駆動IC23によって制御される本
発明の固体撮像装置24により撮像され、Ｒ、Ｇ、Ｂに色
分解された３原色成分の画像信号が面順次式に出力され
る。

面順次式に出力された画像信号は、第１色目（本実施
例では色Ｒ）のフイールド信号がアナログ信号処理回路
25に供給されて各種信号処理されたのち、A/D変換回26
でデジタル化され、更に、デジタル信号処理回路27に供
給されて補間や帯域圧縮等の信号処理が行われたのち、
メモリーカード28に記録される。

なお、前記アナログ信号処理回路25は、サンプルホー
ルド回路25a、増幅器25b及びガンマ補正回路25cによっ
て構成されており、また固体撮像装置24及び各信号処理
回路等は同期信号発生器29からの同期信号により制御さ
れている。

次に、固体撮像装置24から出力される第２色目（色
Ｂ）のフィールド信号が同様にデジタル化されてメモリ
ーカード28に記録されたのち、最後に第３色目（色Ｇ）
のフィールド信号が記録される。

そして、メモリーカード28に記録された３フィールド
の画像信号は再生時に同時に読み出されて１カラー画面
を構成する。

前記実施例では、Ｒ、Ｇ、B3原色フィルタを用いた
が、本発明はこれに限定されるものでなく、例えばCy、
Mg、Yeの補色系を用いることもできる。この際、垂直電
荷転送部上には、Cyフィルタが配置される。

また、前記実施例は、垂直電荷転送部が２相駆動され
る場合を述べたが、３相或いは４相駆動であっても良
い。

また更に、前記実施例では、ノンインターレス方式を
記載したが、インターレス方式として垂直方向の１行お
きに読み出したＡフイールドと、同様に垂直方向の１行
おきに読み出したＢフィールドの信号から静止画像を形
成することもできる。

（発明の効果）以上記載したとおり、本発明の固体撮像装置によれ
ば、垂直電荷転送部も光電変換機能を有したことによ
り、受光エレメント数が増加して解像力の向上が図れ
る。また、受光可能な領域が増加するので、感度を上げ
ることができる。また、各色の画像信号が面順次式に出
力されるので、後段の信号処理系は全て１チャンネル化
でき、回路規模を小さくできる。また、面順次式の出力
のため、各色毎のリアルタイム画像処理が容易であり、
A/D変換回路及びその他のデジタル信号処理の負担が小
さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の１実施例の構成を
示す概略構成図、第２図は第１図の受光部の構造を表面
より示した要部表面図、第３図は本発明の固体撮像装置
の信号読み出しシーケンスを説明する図、第４図は本発
明の固体撮像装置を電子スチルカメラに適用した際の信
号の読み出しを説明するタイミング図、第５図は電子ス
チルカメラの構成を示したブロック図、第６図は従来の
固体撮像装置を示す概略構成図である。 10:受光部、11:水平電荷転送部 12:出力アンプ、13:出力端子 14:感光領域、15:感光転送領域 18、19:転送電極、20:第３の電極 24:固体撮像装置 R:赤フィルタ、G:緑フィルタ B:青フィルタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも複数個の受光エレメントからな
る感光領域と、該受光エレメントの垂直１列ごとに付属
する垂直電荷転送部及び水平電荷転送部を有し、その際
垂直電荷転送部は、受光エレメントで形成された電荷を
転送するだけでなく、自身で光電変換も行うことがで
き、かつ垂直電荷転送部において３原色または補色のう
ち長波長の１つの色（例えばＲ）の信号を形成し、受光
エレメントにおいて残りの２つの色（例えばＧとＢ）の
信号を形成する色フィルタがそれぞれ配置されているこ
とを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】少なくとも複数個の受光エレメントからな
る感光領域と、該受光エレメントの垂直１列ごとに付属
する垂直電荷転送部及び水平電荷転送部を有し、その際
垂直電荷転送部は、受光エレメントで形成された電荷を
転送するだけでなく、自身で光電変換も行うことがで
き、かつ垂直電荷転送部において３原色または補色のう
ち長波長の１つの色（例えばＲ）の信号を形成し、受光
エレメントにおいて残りの２つの色（例えばＧとＢ）の
信号を形成する色フィルタがそれぞれ配置されている固
体撮像装置を所定期間だけ露光して生成された信号電荷
のうち、まず水平電荷転送部を介して垂直電荷転送部内
に形成された第１の色の信号電荷を、次に受光エレメン
トに形成された第２の色の信号電荷を垂直電荷転送部へ
転送し、水平電荷転送部を介して第２の色の信号電荷
を、次に受光エレメントに形成された第３の色の信号電
荷を垂直電荷転送部に転送し、水平電荷転送部を介して
第３の色の信号電荷を、それぞれ面順次式に読出しかつ
記録することを特徴とする固体撮像装置の信号読出し方
法。