JP2739601B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP2739601B2
JP2739601B2 JP1291310A JP29131089A JP2739601B2 JP 2739601 B2 JP2739601 B2 JP 2739601B2 JP 1291310 A JP1291310 A JP 1291310A JP 29131089 A JP29131089 A JP 29131089A JP 2739601 B2 JP2739601 B2 JP 2739601B2
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charge transfer
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雅利 田部井
清高 小林
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インターライントランスファ(inter line
transfer)方式の電荷結合型固体撮像デバイスで撮像
を行う撮像装置に関し、特に電荷結合型固体撮像デバイ
スの受光領域中の垂直電荷転送路を感光部(画素)に適
用して解像度及び開口率の向上を図った撮像装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an interline transfer
The present invention relates to an imaging apparatus that performs imaging with a charge-coupled solid-state imaging device of a transfer type, and in particular, improves a resolution and an aperture ratio by applying a vertical charge transfer path in a light receiving area of the solid-state imaging device to a photosensitive unit (pixel). The present invention relates to an imaging device designed to achieve this.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のインターライン電荷結合型固体撮像装置を第7
図に基づいて説明する。同図において、1は受光領域、
2は水平電荷転送路、3は出力アンプであり、受光領域
1には、縦(行方向)及び横(列方向)にマトリクス状
に配列されたn×m個のフォトダイオードが形成され、
奇数行(第1の行)に配列されたフォトダイオードの夫
々の光入射面に青(B)のカラーフィルタを積層するこ
とにより青の分光感度を有する画素a1.1,a1.2……a
1.m、a3.1,a3.2……a3.m、an−1.1,an−1.2……a
n−1.mが形成され、偶数行(第2の行)に配列された
フォトダイオードの夫々の光入射面に緑(G)のカラー
フィルタを積層することにより緑の分光感度を有する画
素a2.1,a2.2……a2.m、a4.1,a4.2……a4.m、an.1,
an.2……an.mが形成されている。
The conventional interline charge-coupled solid-state imaging device
Description will be made based on the drawings. In the figure, 1 is a light receiving area,
Reference numeral 2 denotes a horizontal charge transfer path, reference numeral 3 denotes an output amplifier, and n × m photodiodes arranged in a matrix in a vertical (row direction) and a horizontal (column direction) are formed in the light receiving region 1.
Pixels a 1.1 , a 1.2 ... A having blue spectral sensitivity by stacking blue (B) color filters on the respective light incident surfaces of the photodiodes arranged in odd-numbered rows (first rows)
1.m , a 3.1 , a 3.2 ... a 3.m , a n-1.1 , a n-1.2 ... a
n-1.m are formed, and a pixel a having a green spectral sensitivity is formed by stacking a green (G) color filter on each light incident surface of the photodiodes arranged in even rows (second rows). 2.1, a 2.2 ...... a 2.m, a 4.1, a 4.2 ...... a 4.m, a n.1,
a n.2 ... a nm are formed.

皿に、各列に配列する青と緑の画素群に隣接して垂直
電荷転送路l1,l2……lmが形成され、所謂4相駆動方式
の駆動信号に基づいて信号電荷を縦方向へ転送するため
のポリシリコンから成る転送電極(図示せず)が積層さ
れている。
Dish, each blue and green pixels in the vertical charge transfer paths l 1 adjacent groups arranged in columns, l 2 ...... l m is formed, the vertical signal charge based on a drive signal of the so-called four-phase drive system Transfer electrodes (not shown) made of polysilicon for transferring in the direction are stacked.

垂直電荷転送路l1,l2……lmの終端が水平電荷転送路
2に対して並列に接続しており、水平電荷転送路2の出
力端に出力アンプ3が形成されている。
And the end of the vertical charge transfer paths l 1, l 2 ...... l m is connected in parallel to the horizontal charge transfer path 2, the output amplifier 3 to the output terminal of the horizontal charge transfer path 2 are formed.

更に、受光領域の構造を第8図に基づいて詳述する。
尚、青(B)の画素a1.1,a1.2,a1.3及び緑(G)の画
素a2.1,a2.2,a2.3の近傍の構造を代表して説明する。
同図において、夫々の青及び緑の画素と垂直電荷転送路
l1,l2,l3は斜線部分で示すチャンネルストッパで分離さ
れ、各行に配列される画素に対して1対ずつの転送電極
G1,G2,G3,G4が垂直電荷転送路l1,l2,l3の上面に積層
(但し、青と緑の画素の上面を避けて積層)され、これ
らの転送電極に所謂4相駆動方式に準じた駆動信号φ1,
φ23を印加することによって垂直電荷転送路
l1,l2,l3に信号電荷転送のためのポテンシャル井戸(以
下、これらのポテンシャル井戸をパケットという)を発
生させる。
Further, the structure of the light receiving area will be described in detail with reference to FIG.
The structure near the blue (B) pixels a 1.1 , a 1.2 , a 1.3 and the green (G) pixels a 2.1 , a 2.2 , a 2.3 will be described as a representative.
In the figure, each blue and green pixel and vertical charge transfer path
l 1 , l 2 , and l 3 are separated by a channel stopper indicated by oblique lines, and a pair of transfer electrodes is provided for pixels arranged in each row.
G 1 , G 2 , G 3 , G 4 are stacked on the upper surface of the vertical charge transfer paths l 1 , l 2 , l 3 (however, stacked avoiding the upper surfaces of the blue and green pixels), and these transfer electrodes The driving signal φ 1 according to the so-called four-phase driving method,
φ 2, φ 3, the vertical charge transfer paths by applying a phi 4
Potential wells (hereinafter, these potential wells are referred to as packets) for signal charge transfer are generated in l 1 , l 2 , and l 3 .

更に、青の画素の一端とそれらに隣接するパケットの
間にトランスファゲートTg1、緑の画素の一端とそれら
に隣接するパケットの間にトランスファゲートTg2が形
成され、所定の転送電極G2,G4に高い電圧の駆動信号を
印加することによってトランスファゲートTg1とTg2を導
通にする構成になっている。
Further, transfer between one end and the packet adjacent to those pixels and blue gate Tg 1, the transfer gate Tg 2 is formed between the one end and the packet adjacent to those of the green pixel, a predetermined transfer electrodes G 2, It has a configuration to conduct a transfer gate Tg 1 and Tg 2 by applying a drive signal of high voltage G 4.

更に、第8図中のX−X線における垂直電荷転送路の
断面構造を第9図に基づいて説明すると、半導体基板中
のPウェル層の表面にゲート酸化膜層となるシリコン酸
化膜(SiO2)を介してポリシリコンから成る転送電極
G1,G2,G3,G4……が形成され、例えば転送電極G1,G2
“H"レベルの駆動信号φ1、転送電極G3,G4に“L"
レベルの駆動信号φ3を印加すると、図示するよう
に、転送電極G1,G2下に深いポテンシャル井戸、転送電
極G3,G4下にポテンシャル障壁が発生して信号電荷を保
持することができる。
Further, the sectional structure of the vertical charge transfer path taken along line XX in FIG. 8 will be described with reference to FIG. 9. A silicon oxide film (S) serving as a gate oxide film layer is formed on the surface of a P well layer in a semiconductor substrate. transfer electrodes i O 2) through a polysilicon
G 1 , G 2 , G 3 , G 4 ... Are formed. For example, the drive signals φ 1 , φ 2 of “H” level are applied to the transfer electrodes G 1 , G 2 , and “L” is applied to the transfer electrodes G 3 , G 4.
When the level driving signals φ 3 and φ 4 are applied, a deep potential well is generated below the transfer electrodes G 1 and G 2 , and a potential barrier is generated below the transfer electrodes G 3 and G 4 as shown in FIG. can do.

そして、撮像の際、第7図中の で示す部分のパケットのポテンシャルレベルを深くする
ことにより、赤の画素として使用する。例えば、第8図
において、転送電極G1,G2,G3の上面に赤(R)のカラー
フィルタを形成し、撮像の際に、これらの転送電極への
駆動信号φ〜φを“H"レベル、転送電極G4への駆動
信号φを“L"レベルとすることにより、転送電極G1,G
2,G3による転送エレメントを赤(R)の画素とし、転送
電極G4下のポテンシャル障壁で画素間分離を行う。そし
て、他の転送電極に対しても同じ位相関係で駆動信号φ
〜φを印加することによって同様の画素を構成す
る。
Then, at the time of imaging, By increasing the potential level of the portion of the packet indicated by, it is used as a red pixel. For example, in FIG. 8, a red (R) color filter is formed on the upper surface of the transfer electrodes G 1 , G 2 , G 3 , and the driving signals φ 1 to φ 3 to these transfer electrodes are applied at the time of imaging. By setting the drive signal φ 4 to the transfer electrode G 4 to “H” level and the drive signal φ 4 to “L” level, the transfer electrodes G 1 , G
2, the transfer elements by G 3 and the pixel of red (R), performs pixel separation in the transfer electrode G 4 under the potential barrier. The drive signal φ is applied to the other transfer electrodes in the same phase relationship.
Constituting the same pixel by applying a 1 to [phi] 4.

次に、かかる構成の固体撮像デバイスによる撮像動作
を説明すると、まず露光期間中に、所定の駆動信号(例
えば、φ〜φ)を“H"レベル、残りの駆動信号(例
えば、φ)を“L"レベルに設定することにより、垂直
電荷転送路に赤の画素群を発生させ、フォトダイオード
により形成される青及び緑の画素と共に信号多電荷の集
積を行わせる。露光完了後、所謂4相駆動方式による転
送により赤の信号電荷を水平電荷転送路2側へ転送する
と共に、その転送動作に同期して水平電荷転送路2で信
号読出しを行い、全ての赤の画素信号を読み出す。次
に、通常より高電圧の駆動信号を所定の転送電極(例え
ば、第8図ではG2)に印加することによって青の画素に
対応するトランスファゲートTg1を導通にして青の画素
の信号電荷を垂直電荷転送路へ転送させ、再びトランス
ファゲートTg1を非導通にした後、所謂4相駆動方式に
よる転送により青の信号電荷を水平電荷転送路2側へ転
送すると共に、その転送動作に同期して水平電荷転送路
2で信号読出しを行い、全ての青の画素信号を読み出
す。次に、通常より高電圧の駆動信号を所定の転送電極
に印加することによって緑の画素に対応するトランスフ
ァゲートTg2を導通にして緑の画素の信号電荷を垂直電
荷転送路へ転送させ、再びトランスファゲートTg2を非
導通にした後、所謂4相駆動方式による転送により緑の
信号電荷を水平電荷転送路2側へ転送すると共に、その
転送動作に同期して水平電荷転送路2で信号読出しを行
い、全ての緑の画素信号を読み出す。
Next, an imaging operation by the solid-state imaging device having such a configuration will be described. First, during an exposure period, a predetermined drive signal (for example, φ 2 to φ 4 ) is set to “H” level, and the remaining drive signals (for example, φ 1) ) Is set to the “L” level, so that a red pixel group is generated in the vertical charge transfer path, and the signal multi-charge is integrated with the blue and green pixels formed by the photodiodes. After the completion of the exposure, the red signal charges are transferred to the horizontal charge transfer path 2 by the transfer using a so-called four-phase driving method, and the signal is read out in the horizontal charge transfer path 2 in synchronization with the transfer operation. Read the pixel signal. Then, the transfer electrode drive signal of a predetermined normal than the high voltage (e.g., FIG. 8 in the G 2) in the conductive transfer gate Tg 1 corresponding to the blue pixel by applying the blue pixel signal charge Is transferred to the vertical charge transfer path, the transfer gate Tg 1 is turned off again, and the blue signal charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 by transfer using a so-called four-phase drive method, and is synchronized with the transfer operation. Then, the signal is read out in the horizontal charge transfer path 2 to read out all the blue pixel signals. Next, a transfer signal Tg 2 corresponding to the green pixel is turned on by applying a drive signal of a voltage higher than normal to a predetermined transfer electrode, and the signal charge of the green pixel is transferred to the vertical charge transfer path. After the transfer gate Tg 2 is turned off, the green signal charges are transferred to the horizontal charge transfer path 2 by transfer using a so-called four-phase drive method, and the signals are read out on the horizontal charge transfer path 2 in synchronization with the transfer operation. And read out all the green pixel signals.

このように、面順次走査読出しによって各色毎の画素
信号を読出し、第7図から明らかなように各色毎に(n/
2)×m個の同数及び同解像度の画素信号を得るように
なっている。
In this way, the pixel signals for each color are read out by the plane sequential scanning readout, and as is apparent from FIG.
2) xm pixel signals of the same number and the same resolution are obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、このような撮像装置にあっては、赤の感度
に対する青及び緑の感度が低いため、青及び緑の各画素
の開口率を向上することが望まれている。
By the way, in such an imaging apparatus, since the sensitivity of blue and green to the sensitivity of red is low, it is desired to improve the aperture ratio of each pixel of blue and green.

即ち、ポリシリコン層を転送電極に使用した垂直電荷
転送路のパケットを赤の画素とし、フォトダイオードで
青及び緑の画素を形成する場合、赤の量子効率ηが約
0.7であるのに対し、青の量子効率ηと緑の量子効率
ηが共に約0.5程度であることから、このような量子
効率の差を補償すべく特に青と緑の画素の開口率を高め
る必要がある。
That is, when a packet of a vertical charge transfer path using a polysilicon layer as a transfer electrode is a red pixel and blue and green pixels are formed by a photodiode, the red quantum efficiency η R is about
Since the quantum efficiency of blue η B and the quantum efficiency of green η G are both about 0.5 in contrast to 0.7, in order to compensate for such a difference in quantum efficiency, the aperture ratio of the blue and green pixels is particularly large. Need to be increased.

このような要求を満足するためには、垂直電荷転送路
の幅を狭くして、その分、青と緑の画素の面積を拡大す
ることが考えられるが、垂直電荷転送路の信号電荷転送
能力を考慮すると限界がある。
In order to satisfy such requirements, it is conceivable to reduce the width of the vertical charge transfer path and increase the area of the blue and green pixels accordingly, but the signal charge transfer capability of the vertical charge transfer path is considered. There is a limit when considering.

このように、開口率が低いことによる感度の低下の他
に、このような感度のバラツキを有する固体撮像デバイ
スから得られた各色の画素信号から画像を再生すると色
バランスが悪くなるという問題も招来する。
As described above, in addition to a decrease in sensitivity due to a low aperture ratio, when an image is reproduced from pixel signals of each color obtained from a solid-state imaging device having such a variation in sensitivity, a problem that color balance is deteriorated also occurs. I do.

本発明はこのような課題に鑑みて成されたものであ
り、感度が高く、且つ各画素の感度バラツキの少ない撮
像装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an imaging device having high sensitivity and having less variation in sensitivity of each pixel.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

このような目的を達成するために本発明は、フォトダ
イオード等の光電変換素子を青及び緑の画素に適用し、
垂直電荷転送路の所定のパケットを赤の画素に適用する
インターライントランスファ方式の電荷結合型固体撮像
デバイスを使用する撮像装置を対象とし、上記青の画素
と垂直電荷転送路間に形成されるトランスファゲート及
び上記緑の画素と垂直電荷転送路間に形成されるトラン
スファゲートのポテンシャルレベルを可変制御すると共
に、青と緑の画素に発生した夫々の画素信号を複数回の
フィールド走査読出しによって読出すこととし、最初の
フィールド走査読出しでの上記トランスファゲートのポ
テンシャルレベルを浅くして各画素信号の一部を読出
し、2回目以後のフィールド走査読出しでの上記トラン
スファゲートのポテンシャルレベルを回数が上がる毎に
次第に深くし、最後のフィールド走査読出しで上記トラ
ンスファゲートのポテンシャルレベルを最も深くして残
余の画素信号を全て読み出し、このように複数回に分割
して読み出された信号を最後に各画素毎に加算演算する
ことによって青と緑の画素信号を形成することとした。
In order to achieve such an object, the present invention applies a photoelectric conversion element such as a photodiode to blue and green pixels,
A transfer formed between the blue pixel and the vertical charge transfer path is intended for an image pickup apparatus using an interline transfer type charge-coupled solid-state imaging device that applies a predetermined packet of a vertical charge transfer path to a red pixel. The potential levels of the gate and the transfer gate formed between the green pixel and the vertical charge transfer path are variably controlled, and each pixel signal generated in the blue and green pixels is read out by a plurality of field scan readings. The potential level of the transfer gate in the first field scan reading is made shallow to read a part of each pixel signal, and the potential level of the transfer gate in the second and subsequent field scan readings is gradually increased as the number of times increases. Deeper, and at the last field scan readout, The remaining pixel signals are read out by setting the initial level to the deepest, and the signals read out in such a plurality of times are finally added and calculated for each pixel to form blue and green pixel signals. I decided that.

又、各色毎の感度を等しくするように、青及び緑の画
素の開口面積を設定すると同時に、赤の画素に適用する
垂直電荷転送路の幅を設定し、上記同様に、複数回のフ
ィールド走査読出しによって各色毎の画素信号を読み出
すこととした。
Further, the aperture areas of the blue and green pixels are set so as to make the sensitivity of each color equal, and the width of the vertical charge transfer path applied to the red pixels is set at the same time. The pixel signal for each color is read out by reading.

〔作用〕[Action]

このような構成を有する撮像装置によれば、青と緑の
画素に集積した信号電荷を少量ずつ分けて複数回で読み
出すようにしたので、垂直電荷転送路の幅を狭くするこ
とができると共に、その分、青と緑の画素の開口率を高
めることができる。
According to the imaging device having such a configuration, the signal charges integrated in the blue and green pixels are divided into small amounts and read out a plurality of times, so that the width of the vertical charge transfer path can be reduced, and Accordingly, the aperture ratio of the blue and green pixels can be increased.

一方、垂直電荷転送路による赤の画素の量子効率に対
して光電変換素子による青と緑の画素の量子効率が低い
ことに鑑みて垂直電荷転送路の幅を小さく設計し、その
分、青と緑の画素の開口率を高めることで各色毎の感度
を均等にするように設計した結果、垂直電荷転送路の電
荷転送容量が不十分となって青と緑の画素信号を夫々1
回のフィールド走査読出しによって読み出すことができ
なくなった場合でも、複数回のフィールド走査読出しに
よって全ての画素の画素信号を読み出すことができる。
On the other hand, the width of the vertical charge transfer path is designed to be small in view of the fact that the quantum efficiency of the blue and green pixels by the photoelectric conversion element is lower than the quantum efficiency of the red pixel by the vertical charge transfer path. As a result of increasing the aperture ratio of the green pixel so as to equalize the sensitivity for each color, the charge transfer capacity of the vertical charge transfer path becomes insufficient, and the blue and green pixel signals are reduced by one each.
Even when the reading cannot be performed by the field scanning readouts, the pixel signals of all the pixels can be read out by the field scanning readings a plurality of times.

このように、開口率を高め且つ各色毎の感度を均等に
した撮像装置を提供することができると共に、設計の自
由度を向上させることができる。
As described above, it is possible to provide an imaging device in which the aperture ratio is increased and the sensitivity for each color is equalized, and the degree of freedom in design can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、第1図に基づいて撮像装置の全体構成を説明す
る。同図において、1は固体撮像デバイスの受光領域、
2は水平電荷転送路、3は出力アンプであり、受光領域
1には、縦(行方向)及び横(列方向)にマトリクス状
に配列されたn×m個のフォトダイオードが形成され、
奇数行(第1の行)に配列されたフォトダイオードの夫
々の光入射面に青(B)のカラーフィルタを積層するこ
とにより青の分光感度を有する画素が形成され、偶数行
(第2の行)に配列されたフォトダイオードの夫々の光
入射面に緑(G)のカラーフィルタを積層することによ
り緑の分光感度を有する画素が形成されている。
First, the overall configuration of the imaging apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is a light receiving area of a solid-state imaging device,
Reference numeral 2 denotes a horizontal charge transfer path, reference numeral 3 denotes an output amplifier, and n × m photodiodes arranged in a matrix in a vertical (row direction) and a horizontal (column direction) are formed in the light receiving region 1.
By stacking blue (B) color filters on the respective light incident surfaces of the photodiodes arranged in odd rows (first rows), pixels having blue spectral sensitivity are formed, and even rows (second rows) are formed. Pixels having green spectral sensitivity are formed by laminating green (G) color filters on the respective light incident surfaces of the photodiodes arranged in (row).

更に、各列に配列する青と緑の画素群に隣接して垂直
電荷転送路l1,l2……lmが形成され、所謂4相駆動方式
の駆動信号に基づいて信号電荷を縦方向へ転送するため
のポリシリコンから成る転送電極(図示せず)及び赤の
ストタイプフィルタが積層されている。
Furthermore, the blue and green pixels in the vertical charge transfer paths l 1 adjacent groups arranged in columns, l 2 ...... l m is formed, longitudinally signal charges on the basis of a drive signal of the so-called four-phase drive system A transfer electrode (not shown) made of polysilicon and a red strike type filter for transfer to the substrate are stacked.

垂直電荷転送路l1,l2……lmの終端が水平電荷転送路
2に対して並列に接続しており、水平電荷転送路2の出
力端に出力アンプ3が形成されている。
And the end of the vertical charge transfer paths l 1, l 2 ...... l m is connected in parallel to the horizontal charge transfer path 2, the output amplifier 3 to the output terminal of the horizontal charge transfer path 2 are formed.

更に、受光領域の構造を第2図に基づいて詳述する。
尚、ある奇数行iに配列された青(B)の画素ai.j,a
i.j+1及びその隣の偶数行i+1に配列された緑
(G)の画素ai+1.j,ai+1.j+1の近傍の構造を代
表して説明する。同図において、夫々の青及び緑の画素
と垂直電荷転送路ljは斜線部分で示すチャンネルストッ
パで分離され、各行に配列される画素に対して一対ずつ
の転送電極g2i,g2i+1,g2i+2,g2i+3が垂直電荷転送路lj
の上面に積層(但し、青と緑の画素の上面を避けて積
層)され、これらの転送電極に所謂4相駆動方式に準じ
た駆動信号φ123を印加することによって垂
直電荷転送路ljに信号電荷転送のためのポテンシャル井
戸(即ち、パケット)を発生させ、更に、青と緑の画素
に対応する所定パケットを赤の画素に適用する。
Further, the structure of the light receiving region will be described in detail with reference to FIG.
It should be noted that blue (B) pixels a ij , a arranged in a certain odd-numbered row i
The structure near the green (G) pixels a i + 1.j and a i + 1.j + 1 arranged in i.j + 1 and the adjacent even-numbered row i + 1 will be described as a representative. In the figure, the blue and green pixels and the vertical charge transfer paths l j each are separated by the channel stopper hatched portion, the transfer electrodes g 2i of each pair with respect to pixels arranged in each row, g 2i + 1 , g 2i + 2 and g 2i + 3 are the vertical charge transfer paths l j
(Except for the top surfaces of the blue and green pixels), and drive signals φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 according to a so-called four-phase drive method are applied to these transfer electrodes. potential well (i.e., packets) for signal charges transferred to the vertical charge transfer paths l j by to generate a further predetermined packet corresponding to blue and green pixels applied to the red pixel.

更に、青の画素の一端とそれらに隣接するパケットの
間にトランスファゲートTg1、緑の画素の一端とそれら
に隣接するパケットの間にトランスファゲートTg2が形
成され、所定の転送電極g2i+1,g2i+3に所定電圧の駆動
信号を印加することによってトランスファゲートTg1とT
g2を導通にする構成になっている。
Further, a transfer gate Tg 1 is formed between one end of the blue pixel and a packet adjacent thereto, and a transfer gate Tg 2 is formed between one end of the green pixel and a packet adjacent thereto, and a predetermined transfer electrode g 2i + 1, transfer to g 2i + 3 by applying a driving signal of a predetermined voltage gate Tg 1 and T
g 2 is made conductive.

次に、青及び緑の画素のサイズ及び垂直電荷転送路の
サイズを説明する。尚、第2図において、各行の画素に
対応する一対の転送電極(画素ai.jに対してg2iとg
2i+1、画素ai+1.jに対してg2i+2とg2i+3)の行方向
の幅をv、垂直電荷転送路のピッチ間隔をh、各垂直電
荷転送路の幅をb、フォトダイオードの周囲を遮光する
部分の幅をλとする。尚、半導体製造技術における所謂
レイアウトルールに従って転送電極が若干ずれる分は説
明の都合上無視して説明する。
Next, the size of the blue and green pixels and the size of the vertical charge transfer path will be described. In the second view, and g 2i to the pair of transfer electrodes (pixel a ij for each row of pixels g
2i + 1 , the width in the row direction of g 2i + 2 and g 2i + 3 ) for the pixel a i + 1.j is v, the pitch interval between the vertical charge transfer paths is h, the width of each vertical charge transfer path is b, Let λ be the width of the part that shields the periphery of the photodiode. Note that the transfer electrodes are slightly displaced in accordance with the so-called layout rule in the semiconductor manufacturing technology, and are ignored for convenience of explanation.

画素ai.jとそれに対応する垂直電荷転送路ljの部分
を代表すると、まず、画素aj.jが蓄積し得る電荷量Q1
は、開口面積と単位面積当たりの飽和電荷量(空乏層に
よるキャパシタンス)αとの積で表せるので、 Q1=(v−2λ)×(h−2λ−b)×α ……(1) となり、画素ai.jに対応する垂直電荷転送路中の赤の
画素(パケット)が蓄積し得る電荷量Q2は、該当するパ
ケットの面積と単位面積当たりの飽和電荷量(MOSキャ
パシタの容量)βの積で表せるので、 Q2=b×v×σ×β ……(2) となる。尚、係数σは、転送相数に対する赤の画素に適
用するパケットの数の比率を示し、例えば、一対の青及
び緑の画素(aj.j,ai+1.j)に対する赤の画素を4相
駆動方式の転送電極g2iとg2i+1の下の2個のパケットと
する場合には、σ=2/4となる。
When representing the portion of the pixel a ij and the vertical charge transfer paths l j corresponding thereto, firstly, the charge amount Q 1 of the pixel a jj can accumulate
Can be expressed by the product of the opening area and the saturated charge amount per unit area (capacitance due to the depletion layer) α, so that Q 1 = (v−2λ) × (h−2λ−b) × α (1) , The amount of charge Q 2 that can be stored by the red pixel (packet) in the vertical charge transfer path corresponding to the pixel a ij is determined by the area of the packet and the saturated charge amount (capacity of the MOS capacitor) β per unit area. Since it can be expressed as a product, Q 2 = b × v × σ × β (2) The coefficient σ represents the ratio of the number of packets to be applied to the red pixels to transfer phase number, e.g., four-phase drive a pair of blue and green pixel (a jj, a i + 1.j ) red pixels to In the case of two packets below the transfer electrodes g 2i and g 2i + 1 of the method, σ = 2.

更に、赤と青の信号電荷を夫々τ回のフィールド走査
読出しによって読み出す場合には、τ回の電荷転送可能
容量Q3は、上記式(2)から、 Q3=τ×Q2=τ×b×v×σ×β ……(3) となる。
Further, when the red and blue signal charges are respectively read out by τ times of field scan reading, the τ times charge transferable capacity Q 3 is calculated from the above equation (2) by Q 3 = τ × Q 2 = τ × b × v × σ × β (3)

そして、垂直電荷転送路による毎回の転送電荷量を等
しくするものとすると、上記式(1)と(3)から、 Q1≦Q3 ……(4) の関係が成立するように、各サイズv,h,bを決定する。
Assuming that the amount of charge transferred by the vertical charge transfer path is equal every time, from the above equations (1) and (3), each size is set so that the relationship of Q 1 ≦ Q 3. Determine v, h, b.

但し、各画素の感度を均等にすることを考慮して設計
を行うために、画素の感度を均等にするように各サイズ
v,h,bを決定した後、垂直電荷転送路による転送回数τ
を決定する。
However, in order to design in consideration of equalizing the sensitivity of each pixel, each size should be set so that the sensitivity of the pixel is equal.
After determining v, h, b, the number of transfers τ by the vertical charge transfer path
To determine.

即ち、夫々の画素の感度は量子効率と開口面積の積に
比例することから、青及び緑の画素の感度をΓ、赤の
画素の感度をΓ、青及び緑の画素の開口面積をS1、赤
の画素の受光面積をS2、青と緑のカラーフィルタの光透
過率等を含む係数を夫々ε1、赤のカラーフィルタ
の光透過率等を含む係数をεとすると、 となる。そして、上記式(5)と(6)から、 又は、 の関係式に基づいて青と緑及び赤の画素の面積を決定
し、更に、これらの面積を上記式(1)〜(3)に代入
して最終的に上記式(4)の条件を満足するサイズv,h,
bを決定すると共に、転送回数τを決定する。
That is, since the sensitivity of each pixel is proportional to the product of the quantum efficiency and the aperture area, the sensitivity of the blue and green pixels is Γ 1 , the sensitivity of the red pixel is Γ 2 , and the aperture area of the blue and green pixels is S 1 , the light receiving area of the red pixel is S 2 , the coefficients including the light transmittance of the blue and green color filters are ε 1 and ε 2 , and the coefficient including the light transmittance of the red color filter is ε 3, respectively. Then Becomes Then, from the above equations (5) and (6), Or The areas of the blue, green, and red pixels are determined based on the relational expression, and these areas are further substituted into the above expressions (1) to (3) to finally satisfy the condition of the above expression (4). Size v, h,
b and the number of transfers τ are determined.

次に、複数回のフィールド走査読出しによって、青と
緑の画素の信号電荷を分割して読み出すための手段を第
3図に基づいて説明する。第3図は、あるトランスファ
ゲートに沿ってフォトダイオードと垂直電荷転送路の間
のポテンシャルプロフィールを示し、通常の信号電荷転
送において発生するパケットの最も深いポテンシャルレ
ベルよりもフォトダイオードのポテンシャルレベルの方
が浅くなるように形成され、更に、通常の信号電荷転送
時にはトランスファゲートのポテンシャルレベルが浅く
なってフォトダイオードとパケット間を分離する所謂ポ
テンシャル障壁となるように形成される。
Next, means for dividing and reading out the signal charges of the blue and green pixels by a plurality of field scan readings will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a potential profile between a photodiode and a vertical charge transfer path along a transfer gate, wherein the potential level of the photodiode is higher than the deepest potential level of a packet generated in normal signal charge transfer. The transfer gate is formed so as to be shallow, and furthermore, at the time of normal signal charge transfer, the potential level of the transfer gate becomes so shallow that it becomes a so-called potential barrier separating the photodiode and the packet.

そして、トランスファゲート上の転送電極に印加する
駆動信号の電圧を変化させることによってトランスファ
ゲートのポテンシャルレベルを可変にし、青と緑の画素
(フォトダイオード)から垂直電荷転送路へ転送する信
号電荷量を調節する。
The potential level of the transfer gate is varied by changing the voltage of the drive signal applied to the transfer electrode on the transfer gate, and the signal charge transferred from the blue and green pixels (photodiodes) to the vertical charge transfer path is reduced. Adjust.

例えば、各画素毎に2回のフィールド走査読出しによ
って画素信号を読み出す場合、トランスファゲートを完
全に導通にするための駆動電圧をVM、任意の割合k(但
し0<k<1)の信号電荷を転送するための駆動電圧を
k×VMとし、最初のフィールド走査読出しの際には駆動
電圧をk×VMに設定して例えば第3図(a)に示すポテ
ンシャルレベルP1にすることにより、このポテンシャル
レベルP1より上の一部信号電荷だけを垂直電荷転送路側
へ移してから読出し、次のフィールド走査読出しでは駆
動電圧をVMに設定して例えば第3図(a)に示すポテン
シャルレベルP2にすることにより、残りの信号電荷を垂
直電荷転送路側へ移してから読出す。
For example, when a pixel signal is read out by two field scan readings for each pixel, the drive voltage for completely turning on the transfer gate is V M , and the signal charge at an arbitrary ratio k (where 0 <k <1). the driving voltage for transferring the k × V M, is the time of the first field scan reading to the potential level P 1 shown in FIG. 3 for example by setting the drive voltage to the k × V M (a) that the the show only a portion signal charges above this potential level P 1 from the transferred to the vertical charge transfer path side reading, in the next field scan read by setting the drive voltage to the V M for example FIG. 3 (a) by the potential level P 2, reads from the remaining was transferred signal charge to the vertical charge transfer path side.

再び第1図に戻って説明するに、4は垂直電荷転送路
の転送電極に印加する4相駆動方式の駆動信号φ〜φ
、水平電荷転送路2を駆動する2相駆動方式の駆動信
号φH1H2及びトランスファゲートを制御するための
制御信号等を発生する駆動信号発生回路、5は撮像装置
全体の動作タイミングを制御するタイミング制御回路で
ある。
Referring back to FIG. 1, reference numeral 4 denotes a four-phase drive type drive signal φ 1 to φ applied to the transfer electrode of the vertical charge transfer path.
4 , a drive signal generation circuit for generating drive signals φ H1 and φ H2 of a two-phase drive method for driving the horizontal charge transfer path 2 and a control signal for controlling the transfer gate, etc. It is a timing control circuit for controlling.

更に、6は出力アンプ3を介して読み出された画素信
号を標本化するサンプルホールド回路、7は標本化した
画素信号をデジタルの画素データに符号化するA/D変換
器、8は赤(R)の画素データを記憶する第1メモリ、
9は青(B)の画素データを記憶する第2メモリ、10は
緑(G)の画素データを記憶する第3メモリであり、第
2及び第3メモリ9,10は読出し回数に対応した複数のメ
モリ領域を備えている。11はチャンネル切換えスイッチ
であり、各色毎の読出しに対応してA/D変換器7とメモ
リ8,9,10の接続を切り換えるように成っている。
Further, reference numeral 6 denotes a sample-and-hold circuit for sampling a pixel signal read via the output amplifier 3, 7 an A / D converter for encoding the sampled pixel signal into digital pixel data, and 8 a red ( R) a first memory for storing the pixel data of
9 is a second memory for storing blue (B) pixel data, 10 is a third memory for storing green (G) pixel data, and the second and third memories 9, 10 are plural memories corresponding to the number of times of reading. Memory area. Reference numeral 11 denotes a channel switch, which switches the connection between the A / D converter 7 and the memories 8, 9, and 10 in accordance with the reading for each color.

12は演算回路であり、メモリ9,10の各メモリ領域に分
割して記憶された画素データを夫々の画素毎に対して加
算演算を行うことによって、青と緑の画素に発生した画
素信号に相当する画素データを再生する。
Reference numeral 12 denotes an arithmetic circuit, which performs an addition operation on pixel data divided and stored in each of the memory regions of the memories 9 and 10 for each pixel to generate a pixel signal generated in blue and green pixels. The corresponding pixel data is reproduced.

次に、かかる構成の撮像装置の作動を第4図のタイミ
ングチャートに基づいて説明する。尚、同図は電子スチ
ルカメラ等の静止画像を撮像するカメラに適用した場合
を示す。
Next, the operation of the imaging apparatus having such a configuration will be described with reference to the timing chart of FIG. FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a camera for capturing a still image, such as an electronic still camera.

まず、ステップ100において、電圧VMの駆動信号φ
を付加することにより青(B)の画素群に関するトラン
スファゲートを完全に導通にしてこれらの画素に残留し
ていた不要電荷を隣の垂直電荷転送路へ転送し、次に、
ステップ110において、4相駆動方式の駆動信号φ
φに従って垂直電荷転送路に電荷転送動作を行わせる
と同時に、2相駆動方式の駆動信号φH1H2に従って
水平電荷転送路2が所定のタイミングで読み出す。
First, in step 100, the drive signal of the voltage V M phi 2
Is added to make the transfer gates for the blue (B) pixels completely conductive, and unnecessary charges remaining in these pixels are transferred to the adjacent vertical charge transfer path.
In step 110, the driving signals φ 1 to φ 4 of the four-phase driving method
at the same time to perform the charge transfer operation in the vertical charge transfer path according to phi 4, the driving signal phi H1 of 2-phase drive system, the horizontal charge transfer path 2 according phi H2 are read at a predetermined timing.

全ての青の画素からの不要電荷を読み出した後、次の
ステップ120において、電圧VMの駆動信号φを印加す
ることにより緑(G)の画素群に関するトランスファゲ
ートを完全に導通にしてこれらの画素に残留していた不
要電荷を隣の垂直電荷転送路へ転送し、次に、ステップ
130において、4相駆動方式の駆動信号φ〜φに従
って垂直電荷転送路に電荷転送動作を行わせると同時
に、2相駆動方式の駆動信号φH1H2に従って水平電
荷転送路2が所定のタイミングで読み出し、全ての緑の
画素に残留していた不要電荷を外部に排出する。
After reading the unnecessary charges from the pixels of all the blue, at the next step 120, it is the transfer gate related group of pixels the green (G) by applying a driving signal phi 4 of the voltage V M to the fully conductive Unnecessary charges remaining in the pixel are transferred to the adjacent vertical charge transfer path.
In 130, at the same time to perform the charge transfer operation in the vertical charge transfer path in accordance with driving signals phi 1 to [phi] 4 of four-phase drive system, the drive signal of the 2-phase drive method phi H1, according phi H2 are horizontal charge transfer path 2 given And unnecessary charges remaining in all the green pixels are discharged to the outside.

上記ステップ100〜130の処理により、画素及び垂直電
荷転送路の不要電荷を排出することとなり、この排出直
後に、ステップ140で、駆動信号φとφを通常の電
荷転送のための電圧レベル“H"、駆動信号φとφ
“L"レベルにすることによって、駆動信号φとφ
印加された転送電極下の垂直電荷転送路中に赤の画素と
なるパケットを発生させ、同時に受光領域1の前面に配
置された機械式シャッター(図示せず)を開いてシャッ
タースピードに対応する時間だけ露光を行い、再び機械
式シャッターを閉じる。
The processes in steps 100 to 130, it becomes possible to discharge the unnecessary charges of the pixel and the vertical charge transfer path, immediately after the discharge, in step 140, the voltage level for the drive signals phi 1 and phi 2 normal charge transfer By setting “H” and driving signals φ 3 and φ 4 to “L” level, a packet that becomes a red pixel is generated in the vertical charge transfer path under the transfer electrode to which the driving signals φ 1 and φ 2 are applied. At the same time, a mechanical shutter (not shown) arranged in front of the light receiving area 1 is opened, exposure is performed for a time corresponding to the shutter speed, and the mechanical shutter is closed again.

次に、ステップ150において、4相駆動方式の駆動信
号φ〜φに同期して垂直電荷転送路による電荷転送
動作を行わせ、1行ずつ転送されてくる信号電荷を水平
電荷転送路2が出力アンプ3を介して読出し、この動作
を繰返すことによって赤の画素で受光した1フレーム分
の画素信号を読み出す。更に、この読出し中は、各画素
信号はサンプルホールド回路6及びA/D変換器7で赤の
画素データに変換され、チャンネル切換えスイッチ11を
介して第1メモリ8に赤の画素配列に対応して記憶す
る。
Next, in step 150, in synchronization with the driving signals phi 1 to [phi] 4 of four-phase drive system to perform the charge transfer operation by the vertical charge transfer path, line by line the transferred come signal charges horizontal charge transfer path 2 Is read out through the output amplifier 3, and by repeating this operation, the pixel signal for one frame received by the red pixel is read out. Further, during this reading, each pixel signal is converted into red pixel data by the sample hold circuit 6 and the A / D converter 7, and is stored in the first memory 8 via the channel switch 11 in accordance with the red pixel arrangement. To remember.

次に、ステップ160において、トランスファゲートに
印加する最大電圧VMの比率k1を設定し、ステップ170に
おいて、第2メモリ9と第3メモリ10中のメモリ領域を
指定する。
Next, in step 160, sets the ratio k 1 of the maximum voltage V M applied to the transfer gate, in step 170, specifies the memory area of the second memory 9 in the third memory 10.

次に、ステップ180において、第1フィールドに配列
される青(B)の画素に対するトランスファゲートTg1
を電圧k1×VMの駆動信号φによって導通にする。この
とき、トランスファゲートTg1は最も深ポテンシャルレ
ベルにはならないので、該ポテンシャルレベルより高い
レベルの分の青の信号電荷だけが垂直電荷転送路へ転送
され、所定時間後に再びトランスファゲートを非導通に
する。
Next, in step 180, the transfer gate Tg 1 for the blue (B) pixel arranged in the first field.
The to conduction by a drive signal phi 2 of the voltage k 1 × V M. At this time, since the transfer gate Tg 1 is not a most deep potential level, only the signal charges of minute blue higher than the potential level level is transferred to the vertical charge transfer paths, the non-conductive again transfer gate after a predetermined time I do.

次に、ステップ190において、4相駆動方式の駆動信
号φ〜φに同期して垂直電荷転送路による電荷転送
動作を行わせ、1行ずつ転送されてくる信号電荷を水平
電荷転送路2が出力アンプ3を介して読出し、この動作
を繰返すことによって青の画素で受光した一部の画素信
号を読み出し、サンプルホールド回路6、A/D変換器7
及びチャンネル切換えスイッチ11を介して第2メモリ9
の指定されたメモリ領域に画素配列に対応して記憶す
る。
Next, in step 190, in synchronization with the driving signals phi 1 to [phi] 4 of four-phase drive system to perform the charge transfer operation by the vertical charge transfer path, line by line the transferred come signal charges horizontal charge transfer path 2 Is read out via the output amplifier 3, and by repeating this operation, a part of the pixel signal received by the blue pixel is read out, and the sample / hold circuit 6, the A / D converter 7
And the second memory 9 via the channel switch 11
Is stored in the designated memory area corresponding to the pixel array.

次に、ステップ200において、第2フィールドに配列
される緑(G)の画素に対するトランスファゲートTg2
を電圧k1×VMの駆動信号φによって導通にする。この
とき、トランスファゲートTg2は最も深ポテンシャルレ
ベルにはならないので、該ポテンシャルレベルより高い
レベルの分の緑の信号電荷だけが垂直電荷転送路へ転送
され、所定時間後に再びトランスファゲートTg2を非導
通にする。
Next, in step 200, the transfer gate Tg 2 for the green (G) pixel arranged in the second field
The to conduction by the drive signal phi 4 of the voltage k 1 × V M. At this time, since the transfer gate Tg 2 does not reach the deepest potential level, only the green signal charges of a level higher than the potential level are transferred to the vertical charge transfer path, and after a predetermined time, the transfer gate Tg 2 is reset again. Make it conductive.

次に、ステップ210において、4相駆動方式の駆動信
号φ〜φに同期して垂直電荷転送路による電荷転送
動作を行わせ、1行ずつ転送されてくる信号電荷を水平
電荷転送路2が出力アンプ3を介して読出し、この動作
を繰返すことによって緑の画素で受光した一部の画素信
号を読み出し、サンプルホールド回路6、A/D変換器7
及びチャンネル切換えスイッチ11を介して第3メモリ10
の指定されたメモリ領域に画素配列に対応して記憶す
る。
Next, in step 210, in synchronization with the driving signals phi 1 to [phi] 4 of four-phase drive system to perform the charge transfer operation by the vertical charge transfer path, line by line the transferred come signal charges horizontal charge transfer path 2 Is read out via the output amplifier 3 and by repeating this operation, a part of the pixel signal received by the green pixel is read out, and the sample-and-hold circuit 6, the A / D converter 7
And a third memory 10 via a channel changeover switch 11
Is stored in the designated memory area corresponding to the pixel array.

次に、ステップ220において、予め設定された回数τ
の読出しを完了したか否かの判断を行い、完了していな
い場合には、ステップ230へ処理が移行する。ステップ2
30では、トランスファゲートへ印加するための電圧の比
率kを変更する。但し、先の印加電圧よりも高電圧とな
る比率に設定する。更に、ステップ240において、第2
メモリ9と第3メモリ10中の次のメモリ領域を指定す
る。
Next, in step 220, a preset number of times τ
It is determined whether or not reading has been completed. If not, the process proceeds to step 230. Step 2
At 30, the ratio k of the voltage applied to the transfer gate is changed. However, the ratio is set to be higher than the applied voltage. Further, in step 240, the second
The next memory area in the memory 9 and the third memory 10 is designated.

そして、ステップ180〜220の処理を新たに設定された
電圧k×VMに応じて行うことにより、更に分割した青と
緑の画素データを第2メモリ9と第3メモリ10中の次の
メモリ領域に画素配列にしたがって記憶する。
Then, the next memory by performing in accordance with the voltage k × V M newly set the processing of step 180 to 220, further divided blue and green pixel data and second memory 9 in the third memory 10 The information is stored in the area according to the pixel arrangement.

このように、予め設定した回数の読出し処理をτ回繰
り返して行うと、ステップ260へ処理が移行する。
As described above, when the reading process is repeated τ times a preset number of times, the process proceeds to step 260.

ステップ250では、演算回路12を起動し、第2メモリ
9の各メモリ領域に記憶されている画素データを各画素
配列に対応して加算演算し、青の各画素で発生した画素
信号に相当する画素データを再生し、所定のメモリ領域
に格納する。
In step 250, the arithmetic circuit 12 is activated, pixel data stored in each memory area of the second memory 9 is subjected to an addition operation corresponding to each pixel array, and corresponds to a pixel signal generated in each blue pixel. The pixel data is reproduced and stored in a predetermined memory area.

次に、ステップ260において、演算回路12を起動し、
第3メモリ10の各メモリ領域に記憶されている画素デー
タを各画素配列に対応して加算演算し、緑の各画素で発
生した画素信号に相当する画素データを再生し、所定の
メモリ領域に格納する。
Next, in step 260, the arithmetic circuit 12 is activated,
Pixel data stored in each memory area of the third memory 10 is subjected to an addition operation corresponding to each pixel array, and pixel data corresponding to a pixel signal generated in each green pixel is reproduced. Store.

そして、周知のメモリ読出しによって各メモリ8,9,10
から画素データを出力させることで、モニタ等に静止画
像を再生するのに供することができる。
Then, each of the memories 8, 9, 10 is read by well-known memory reading.
By outputting the pixel data from, it can be used for reproducing a still image on a monitor or the like.

更に、他の実施例を第5図ないし第6図に基づいて説
明する。この実施例は、第1図に示す固体撮像デバイス
の受光領域1中の垂直電荷転送路を2相駆動方式に基づ
いて電荷転送を行う構成にしたものであり、駆動信号発
生回路4からは2相駆動方式の駆動信号φV1V2が出
力される。そして、第1の実施例と同様に青(B)と緑
(G)の画素群と垂直電荷転送路群が形成されている。
Further, another embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. In this embodiment, the vertical charge transfer path in the light receiving region 1 of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 is configured to perform charge transfer based on a two-phase driving method. Drive signals φ V1 and φ V2 of the phase drive system are output. Then, similarly to the first embodiment, a blue (B) and green (G) pixel group and a vertical charge transfer path group are formed.

第5図に基づいて、受光領域の構造を、ある奇数行i
に配列された青(B)の画素ai.j,ai.j+1及びその隣
の偶数行i+1に配列された緑(G)の画素ai+1.j,
ai+1.j+1の近傍を代表して説明する。同図におい
て、夫々の青及び緑の画素と垂直電荷転送路ljは斜線部
分で示すチャンネルストッパで分離され、各行に配列さ
れる画素に対して1つずつの転送電子gi,gi+1,……が垂
直電荷転送路ljの上面に積層(但し、青と緑の画素の上
面を避けて積層)され、これらの転送電極に第6図
(d)に示すような2相駆動方式に準じた駆動信号
φV1V2を印加することによって垂直電荷転送路lj
信号電荷転送のためのポテンシャル井戸(即ち、パケッ
ト)を発生させ、更に、青と緑の画素に対応する所定パ
ケットを赤の画素に適用する。
Based on FIG. 5, the structure of the light receiving region is changed to a certain odd-numbered row i.
Blue (B) pixels a ij , a i.j + 1 and green (G) pixels a i + 1.j , arranged in the even-numbered row i + 1 adjacent thereto .
A description will be given on behalf of the neighborhood of a i + 1.j + 1 . In the figure, the blue and green pixels and the vertical charge transfer paths l j each are separated by the channel stopper hatched portion, transfer electronic g i of one for pixels arranged in each row, g i + 1, ... are stacked on the upper surface of the vertical charge transfer paths l j (where, to avoid the upper surface of the blue and green pixels stacked) is the two-phase drive, as shown in FIG. 6 (d) to these transfer electrodes driving signals phi V1 in conformity with scheme, potential well for signal charges transferred to the vertical charge transfer paths l j by applying the phi V2 (i.e., a packet) is generated, further, correspond to the blue and green pixels Apply a given packet to the red pixels.

更に、青と緑の画素の一端とそれらに隣接するパケッ
トの間にトランスファゲートTgが形成され、転送電極に
所定電圧の駆動信号を印加することによってトランスフ
ァゲートTgを導通にする。
Further, a transfer gate Tg is formed between one end of the blue and green pixels and a packet adjacent thereto, and the transfer gate Tg is made conductive by applying a drive signal of a predetermined voltage to the transfer electrode.

垂直電荷転送路は、第6図(a)又は同図(b)に示
す縦断面構造となっている。
The vertical charge transfer path has a longitudinal sectional structure shown in FIG. 6 (a) or (b).

一方の具体例として第6図(a)に示すように、半導
体基板中のP−ウエル層の表面に、各転送電極が信号電
荷の転送方向に対して厚さの異なるシリコン酸化膜(Si
O2)を介して積層し、これらの転送電極に第6図(d)
に示す2相駆動信号φV1V2を供給することにより、
第6図(c)に示すようなポテンシャルプロフィールを
発生させて、信号電荷を水平電荷転送路側へ転送する。
即ち、第6図(d)に示す時点t1(即ち、φV1が“H"、
φが“L"レベルの時)は第6図(c)中の実線で示す
ポテンシャルプロフィール、第6図(d)に示す時点t2
(即ち、φV1が“L"、φが“H"レベルの時)は第6図
(c)中の点線で示すポテンシャルプロフィールとな
り、これを繰り返すことにより信号電荷を転送する。
As one specific example, as shown in FIG. 6A, on the surface of a P-well layer in a semiconductor substrate, each transfer electrode has a silicon oxide film (S i ) having a different thickness in the signal charge transfer direction.
O 2 ), and these transfer electrodes are connected to each other as shown in FIG.
By supplying the two-phase drive signals φ V1 and φ V2 shown in
By generating a potential profile as shown in FIG. 6C, the signal charges are transferred to the horizontal charge transfer path side.
That is, the time point t 1 shown in FIG. 6D (that is, φ V1 is “H”,
phi 2 is "L" when the level) potential profile indicated by a solid line in FIG. 6 (c) during the time t 2 shown in FIG. 6 (d)
(That is, when φ V1 is “L” and φ 2 is at “H” level), the potential profile shown by the dotted line in FIG. 6C is obtained, and the signal charge is transferred by repeating this.

他方の具体例では、第6図(b)に示すように、半導
体基板中のP−ウエル層の表面に、各転送電極が均等の
厚さのシリコン酸化膜(SiO2)を介して積層し、各転送
電極下のP−ウエル層に、信号電荷の転送方向に対して
P+型不純物の埋込み層とこの埋込み層のない部分が形成
されている。そして、これらの転送電極に第6図(d)
に示す2相駆動信号φV1V2を供給することにより、
第6図(c)に示すようなポテンシャルプロフィールを
発生させて、信号電荷を水平電荷転送路側へ転送する。
In other embodiments, as shown in FIG. 6 (b), the surface of the P- well layer in a semiconductor substrate, each transfer electrode through an equal thickness of the silicon oxide film (S i O 2) Stacked on the P-well layer under each transfer electrode in the direction of signal charge transfer.
A buried layer of a P + type impurity and a portion without this buried layer are formed. Then, these transfer electrodes are applied to FIG. 6 (d).
By supplying the two-phase drive signals φ V1 and φ V2 shown in
By generating a potential profile as shown in FIG. 6C, the signal charges are transferred to the horizontal charge transfer path side.

何れの具体例でも同様の機能を得ることができるの
で、本実施例では適宜に選択している。
Since the same function can be obtained in any of the specific examples, it is appropriately selected in this embodiment.

次に、青及び緑の画素のサイズ及び垂直電荷転送路の
サイズを説明する。尚、第5図において、各行の画素に
対応する行方向の幅をv、垂直電荷転送路のピッチ間隔
をh、各垂直電荷転送路の幅をb、フォトダイオードの
周囲を遮光する部分の幅をλとする。尚、半導体製造技
術における所謂レイアウトルールに従って転送電極が若
干ずれる分は説明の都合上無視して説明する。
Next, the size of the blue and green pixels and the size of the vertical charge transfer path will be described. In FIG. 5, the width in the row direction corresponding to the pixels in each row is v, the pitch interval between the vertical charge transfer paths is h, the width of each vertical charge transfer path is b, and the width of the portion that shields the periphery of the photodiode from light. Is λ. Note that a slight shift of the transfer electrode in accordance with the so-called layout rule in the semiconductor manufacturing technology is ignored for convenience of explanation.

画素ai.jとそれに対応する垂直電荷転送路ljの部分
を代表すると、まず、画素ai.jが蓄積し得る電荷量Q1
は、開口面積と単位面積当たりの飽和電荷量(空乏層に
よるキャパシタンス)αとの積で表せるので、 Q1=(v−λ)×(h−2λ−b)×α ……(9) となり、画素ai.jに対応する垂直電荷転送路中の赤の
画素(パケット)が蓄積し得る電荷量Q2は、該当するパ
ケットの面積と単位面積当たりの飽和電荷量(MOSキャ
パシタの容量)βの積で表せるので、 Q2=b×v×σ×β ……(10) となる。尚、係数σは、転送相数に対する赤の画素に適
用するパケットの数の比率を示し、σ=1/2となる。
As a representative of the pixel a ij and the corresponding portion of the vertical charge transfer path l j , first, the charge amount Q 1 that the pixel a ij can accumulate
Can be expressed by the product of the opening area and the saturated charge amount per unit area (capacitance due to the depletion layer) α, so that Q 1 = (v−λ) × (h−2λ−b) × α (9) , The amount of charge Q 2 that can be stored by the red pixel (packet) in the vertical charge transfer path corresponding to the pixel a ij is determined by the area of the packet and the saturated charge amount (capacity of the MOS capacitor) β per unit area. Since it can be expressed as a product, Q 2 = b × v × σ × β (10) The coefficient σ indicates the ratio of the number of packets applied to the red pixel to the number of transfer phases, and σ = σ.

更に、赤と青の信号電荷を夫々τ回のフィールド走査
読出しによって読み出す場合には、τ回の電荷転送可能
容量Q3は、上記式(9)から、 Q3=τ×Q2=τ×b×v×σ×β ……(10) となる。
Further, when the red and blue signal charges are respectively read out by τ times of field scan reading, τ times of the charge transferable capacity Q 3 can be calculated from the above equation (9) by Q 3 = τ × Q 2 = τ × b × v × σ × β (10)

そして、垂直電荷転送路による毎回の転送電荷量を等
しくするものとすると、上記式(1)と(3)から、 Q1≦Q3 ……(11) の関係が成立するように、各サイズv,h,bを決定する。
Assuming that the amount of charge transferred by the vertical charge transfer path is equal every time, from the above equations (1) and (3), each size is set so that the relationship of Q 1 ≦ Q 3. Determine v, h, b.

又、各画素の感度を均等にすることを考慮して設計を
行うために、青及び緑の画素の感度をΓ、赤の画素の
感度をΓ、青及び緑の画素の開口面積をS1、赤の画素
の受光面積をS2、青と緑のカラーフィルタの光透過率等
を含む係数を夫々ε1、赤のカラーフィルタの光透
過率等を含む係数をεとすると、 となる。そして、上記式(12)と(13)から、 又は、 の関係式に基づいて青と緑及び赤の画素の面積を決定
し、更に、これらの面積を上記式(9)〜(11)に代入
して最終的に上記式(11)の条件を満足するサイズv,h,
bを決定すると共に、転送回数τを決定する。
In addition, in order to perform the design in consideration of equalizing the sensitivity of each pixel, the sensitivity of the blue and green pixels is 1 1 , the sensitivity of the red pixel is Γ 2 , and the opening area of the blue and green pixels is S 1 , the light receiving area of the red pixel is S 2 , the coefficients including the light transmittance of the blue and green color filters are ε 1 and ε 2 , and the coefficient including the light transmittance of the red color filter is ε 3, respectively. Then Becomes Then, from the above equations (12) and (13), Or The areas of the blue, green, and red pixels are determined based on the relational expression, and these areas are further substituted into the above expressions (9) to (11) to finally satisfy the condition of the above expression (11). Size v, h,
b and the number of transfers τ are determined.

そして、第1実施例と同様に、複数回の読出し走査を
行うと共に、各読出し時に青と緑の画素から垂直電荷転
送路へ信号電荷を移すときにトランスファゲートのポテ
ンシャルレベルを可変にすることによって、幅の狭い垂
直電荷転送路でも全ての画素信号を読み出すことがで
き、又、青と緑の感度を赤に等しい感度に設定すること
ができる。
As in the first embodiment, a plurality of read scans are performed, and the potential level of the transfer gate is made variable when signal charges are transferred from the blue and green pixels to the vertical charge transfer path at each read. In addition, all pixel signals can be read out even in a narrow vertical charge transfer path, and the sensitivity of blue and green can be set to be equal to the sensitivity of red.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、従来、垂直電荷
転送路に形成した赤の感度が光電変換素子で形成した青
と緑の感度より高く、その結果、色バランスが悪かった
が、色感度を均等にするように垂直電荷転送路の幅と青
と緑の開口面積を設計して、それによる垂直電荷転送路
の一回の信号電荷転送能力が低下しても複数回の信号読
出しによって補償することができるので、色バランスの
問題を容易に解決することができると同時に、各色毎の
撮像感度の向上も図ることができるという優れた効果が
得られる。
As described above, according to the present invention, conventionally, the sensitivity of red formed in the vertical charge transfer path is higher than the sensitivity of blue and green formed by the photoelectric conversion element, resulting in poor color balance. The width of the vertical charge transfer path and the opening areas of blue and green are designed so that the signal charge transfer capability of the vertical charge transfer path can be reduced by one signal readout multiple times Therefore, it is possible to easily solve the problem of the color balance, and at the same time, obtain an excellent effect that the imaging sensitivity for each color can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による固体撮像装置の一実施例構成説明
図、 第2図は第1図における受光領域の要部構造を拡大して
示す構造説明図、 第3図は第2図におけるトランスファゲートの機能を説
明する説明図、 第4図は実施例における撮像動作を説明するためのフロ
ーチャート、 第5図は他の実施例の固体撮像デバイスの受光領域の要
部構造を拡大して示す構造説明図、 第6図は第5図の垂直電荷転送路の構造及び作動を説明
するための説明図、 第7図は従来の固体撮像装置の構成を示す構成説明図、 第8図は第7図における受光領域の要部構造を拡大して
示す構造説明図、 第9図は第8図における垂直電荷転送路の部分断面図で
ある。 図中の符号: 1;受光領域 2;水平電荷転送路 3;出力アンプ 4;駆動信号発生回路 5;タイミング制御回路 6;サンプルホールド回路 7;A/D変換器 8;第1メモリ 9;第2メモリ 10;第3メモリ 11;チャンネル切換え回路 12;演算回路 l1,l2,l3,……;垂直電荷転送路 ai.j,ai.j+1,ai+1.j,ai+1.j+1……,;青又は赤
の画素 gi,gi+1……、g2i,g2i+1……;転送電極
FIG. 1 is an explanatory view of a configuration of an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing an enlarged structure of a main part of a light receiving area in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a flow chart for explaining an imaging operation in the embodiment. FIG. 5 is a structure showing an enlarged main part structure of a light receiving region of a solid-state imaging device of another embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the structure and operation of the vertical charge transfer path in FIG. 5, FIG. 7 is a structural explanatory diagram showing the configuration of a conventional solid-state imaging device, and FIG. FIG. 9 is an enlarged structural explanatory view showing a main structure of a light receiving region in FIG. 9, and FIG. 9 is a partial sectional view of a vertical charge transfer path in FIG. Reference numerals in the drawing: 1; light receiving area 2; horizontal charge transfer path 3; output amplifier 4; drive signal generation circuit 5; timing control circuit 6; sample and hold circuit 7; A / D converter 8; first memory 9; 2 memory 10; third memory 11; channel switching circuit 12; arithmetic circuit l 1 , l 2 , l 3 ,...; Vertical charge transfer paths a ij , a i.j + 1 , a i + 1.j , a i + 1.j + 1 . … ,; blue or red pixel g i , g i + 1 ……, g 2i , g 2i + 1 ……; transfer electrode

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】縦及び横方向にマトリクス状に複数の光電
変換素子を形成し、第1の行に配列する光電変換素子群
を青(B)の分光特性を有する画素群、第2の行に配列
する光電変換素子群を緑(G)の分光特性を有する画素
群とし、列方向に配列される各列の画素群毎に隣接して
垂直電荷転送路を形成すると共に、垂直電荷転送路の所
定のパケットを赤(R)の画素群に適用し、上記青の画
素と垂直電荷転送路の間及び緑の画素と垂直電荷転送路
の間にトランスファゲートを形成したインターライント
ランスファ方式の電荷結合型固体撮像デバイスで撮像を
行う撮像装置において、 前記トランスファゲートのポテンシャルレベルを可変制
御すると共に、青と緑の画素に発生した夫々の画素信号
を複数回のフィールド走査読出しによって読出すことと
し、そのフィールド走査読出し順に従って上記トランス
ファゲートのポテンシャルレベルを順次に深くすること
によって、各フィールド走査読出し毎に画素信号を分割
して読み出すことを特徴とする撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion elements are formed in a matrix in the vertical and horizontal directions, and a group of photoelectric conversion elements arranged in a first row is a pixel group having blue (B) spectral characteristics, a second row. Are formed as a group of pixels having spectral characteristics of green (G), and a vertical charge transfer path is formed adjacent to each pixel group in each column arranged in the column direction. Is applied to the red (R) pixel group, and a transfer gate is formed between the blue pixel and the vertical charge transfer path and between the green pixel and the vertical charge transfer path by an interline transfer method. In an image pickup apparatus for picking up an image by a combined solid-state image pickup device, the potential level of the transfer gate is variably controlled, and respective pixel signals generated in blue and green pixels are read out by a plurality of field scan readings. An image pickup apparatus characterized in that by sequentially increasing the potential level of the transfer gate in accordance with the field scan reading order, a pixel signal is divided and read for each field scan read.
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