JPH01151891A - カラー用固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子スチルカメラに適用されて好適なカラー用
固体撮像素子に関し、更に詳述すれば、色温度に応じて
カラーフィルタの各色に対応したピクセルの蓄積時間が
変更でき、それにより見掛上の色バランスがとれてダイ
ナミックレンジが拡大するインクラインＣＣＤ固体撮像
素子に関する。

（従来技術） 従来より、電子スチル・カメラやビデオカメラ等の電子
撮影機器は、固体撮像素子等のイメージセンサからの出
力の信号処理によりホワイトバランス調整を行って、信
号を記録している。

処で、マイクロカラーフィルタを各ピクセル上に配置し
たカラー用固体撮像素子は、第６図に図示するように、
光電変換される各色の信号の飽和レベルが色温度によっ
て異なっているため、色バランス上からカラーセンサと
して利用できる光範囲が最も低い飽和レベルの色、例え
ば色Ｒに合わされる。

（発明が解決しようとする問題点） このため、カラー用固体撮像素子は、カラーフィルタを
配置しない白黒センサとして用いた場合のダイナミック
レンジの全領域が使用できず、ダイナミックレンジを狭
めて輝度差の大きな場面の撮影を非常に困難なものにし
ていた。

本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、カラーフィルタの
各色に対応したピクセルの蓄積時間が色温度に応じて制
限できれば、色バランスのとれた出力が得られ、かつダ
イナミックレンジも拡大することに着目して本発明の達
成に至った。

即ち、本発明の目的は、上記事情に鑑みなされたもので
、出力がホワイトバランスのとれた信号となって信号処
理回路が簡単化でき、かつダイナミックレンジが拡大す
る電子スチルカメラ用カラー固体撮像素子を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明の上記
目的は、マトリクス状に配置された光電変換素子の水平
行の信号が垂直転送制御部から発せられる互いに所定間
隔の時間差でスタートする第１及び第２の駆動信号によ
り垂直方向に順次選択されて転送され、第１の駆動信号
が排出ドレインに掃出し、第２の駆動信号が水平転送路
に読出すように設けたカラー用固体撮像素子に於て、光
電変換素子上に配置されるマイクロカラーフィルタの同
色に対応したピクセルが共通の転送ゲート電極に接続さ
れ、かつ前記転送ゲート電極はゲートパルス制御部によ
り制御されており、前記第１及び第２の駆動信号の位相
差が色温度に応じて出力されて電荷蓄積時間が各色毎に
異なるように設けられていることを特徴とするカラー用
固体描像素子により達成される。

各ピクセルに於る電荷の蓄積時間を制限するために、本
発明者等は、既に、スミアが少くかつ電子シャッタ機能
を付加したインクライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ固体
撮像素子を提案した（特願昭第６２−２４８１３６号）
。

この固体撮像素子は、互いに所定時間だけ位相のずれた
２つの駆動信号によりフォトダイオードの水平行を順次
選択して走査し、第１の駆動信号により不要電荷を掃捨
て、第２の駆動信号で蓄積電荷を読出すように設けてい
る。これにより、受光領域の各水平行が所定の制限され
た期間だけ電荷を蓄積するように動作して、所謂フォー
カルプレーンシャッタと等価な機能を有する固体撮像素
子を得ている。

本発明は、同色のピクセルを共通の転送ゲート電極に接
続し、各色の電荷蓄積時間を色温度に応じて変えて読出
すことにより、ホワイトバランスのとれた出力が得られ
る。

なお、本発明は三原色フィルタに対してばかりでなく、
補色型フィルタにも適用できる。

このような本発明により、ダイナミックレンジの高い電
子スチルカメラ用カラーセンサが得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により詳説する。

第１図は、本発明による電子スチルカメラに適用されて
好適なカラー用固体撮像素子の１実施例を示すブロック
図である。

図において、カラー用固体撮像素子１００は、１つのブ
ロックで示した感光部１０と、該感光部１０の出力端に
蓄積ゲート２を介して水平方向に沿って配列された水平
転送路３及びバッファアンプ４と、前記感光部１０を挟
んで前記水平転送路３と対向するように設けられた排出
ドレイン５と、感光部の蓄積電荷の転送を制御する垂直
転送制御部６及びゲートパルス制御部７と、から成って
いる。

前記感光部１０はマトリクス状に配列されたフォトダイ
オード１１と、該フォトダイオード１１の縦１列毎に並
設された垂直転送路１２とから成っている。

なお、図においては、縦１列のフォトダイオード１１と
これに付属の垂直転送路１２だけを簡略的に示している
。

第２図は、本発明の電子スチルカメラ用カラー固体撮像
素子の要部を拡大して示している。

各ピクセルに対応したフォトダイオード１１上には、記
号Ｒ，Ｇ、Ｂで示す３原色のマイクロカラーフィルタが
配置されている。本実施例では垂直方向にＧだけが配置
された列と、ＲとＢが交互に配置された列とが水平方向
に交互に配列された所謂ＧストライプＲ／Ｂ線順次に配
列されている。

感光部１０の垂直転送路１２は水平方向に複数本延設さ
れた２Ｎポリシリコン構造の転送電極２１．２２により
設けられており、１ピクセルに対応して２本の転送電極
２１．２２が配置されている。また、第１ポリシリコン
電極２１により色Ｇの電荷が垂直転送路１２に読出され
、第２ポリシリコン電極２２により色Ｒまたは色Ｂの電
荷が垂直転送路１２へ読出されるように設けている。前
記転送電極は２１．２２は垂直転送制御部６及びゲート
パルス制御部７と接続されており、垂直方向に隣接した
４本を１組として４相駆動される。

なお、前記垂直転送路１２はチャネル・ス）７パ１３に
より隣接チャネルと分離されている。

前記垂直転送制御部６はスイッチ部６ａとＣＯＤシフト
レジスタ６ｂとから設けられており、前記スイッチ部６
ａは各転送電極毎にドレインを共通にした２つまた３つ
のスイッチ素子６１．６２．６３が接続されたスイッチ
群から成っている。即ち、第１ポリシリコン転送電極２
１にはスイッチ素子６１．６２が接続されており、第２
ポリシリコン転送電極２２にはスイッチ素子６１．６２
．６３が接続されており、各スイッチ素子は垂直ＣＣＤ
シフトレジスタ６ｂ又はゲートパルス制御部７により制
御される。

即ち、例えば第に番目の転送電極２１に接続したスイッ
チ素子６１６２を構成する２つのＭＯＳＦＥＴは、１つ
のＦＥＴのゲートが垂直ＣＣｌ３シフトレジスタ６ｂと
、他方のＦＥＴのゲートがゲートパルス制御部７とそれ
ぞれ接続されている。

そして、それぞれのソースには駆動パルス電圧■１及び
駆動パルス電圧より大きい転送ゲートパルスＰＣが印加
されるように設けられている。従って、この第に番目の
転送電極２１は前記スイッチ素子６１．６２の導通状態
が切換わることにより、垂直ＣＣＤシフトレジスタ６ｂ
及びゲートパルス制御部７から制御されて、色Ｇのフィ
ールドシフト用転送ゲート及び垂直転送電極として作用
する。

次に、第に一１番目の転送電極２２には３つのスイッチ
素子６１．６２．６３がドレインを共通にして接続され
ており、スイッチ素子６１．６２のゲートが垂直シフト
レジスタ６ｂと、スイッチ素子６３のゲートがゲートパ
ルス制御部７とそれぞれ接続されている。そして、それ
ぞれのソースには駆動パルス電圧■２、■４及び駆動パ
ルス電圧より大きい転送ゲートパルスＰＣが印加される
ように設けられている。従って、この第に一１番目の転
送電極２２は前記スイッチ素子６１．６２．６３の導通
状態が切換わることにより、垂直シフトレジスタ６ｂ及
びゲートパルス制御部７から制御されて、色Ｒのフィー
ルドシフト用転送ゲート及び垂直転送電極として作用す
る。以下、同様に接続され、第に一２番目は前記第に番
目と同じく色Ｇのフィールドシフト用転送ゲート及び転
送電極として用いられ、第に一３番目は色Ｂのフィール
ドシフト用転送ゲート及び転送電極として用いられる。

次に、上述の如く構成された本発明の電子スチルカメラ
用カラー固体撮像素子の動作について説明する。

本発明の素子が適用された電子撮影機器に於てシャッタ
モードが選択されると、垂直シフトレジスタ６ｂから発
せられる第１の駆動信号により感光部１０が走査され、
フォトダイオード１１に蓄積した不要電荷が排出ドレイ
ン５に掃捨てられる。

この際、感光部１０の走査は排出ドレイン５に遠い行か
ら排出ドレイン側に向かうように走査される。本実施例
では、第２図に示す最下行に対応した第ｎ番目のポリシ
リコン電極２２がゲートパルス制御部７により走査され
て転送時より高いゲートパルス電圧ＰＣが印加されると
、これにより最下行のフォトダイオードのうち、色Ｒに
対応したピクセルの電荷がまず垂直転送路１２にフィー
ルドシフトされる。この色Ｒに対応したピクセルの電荷
が垂直転送されると、次に同じくフォトダイオードの最
下行に対応した第ｎ−１番目のポリシリコン電極２１が
ゲートパルス制御部７により走査され、同様に転送時よ
り高いゲートパルス電圧ＰＧが印加される。これにより
、最下行のフォトダイオードのうち色Ｇに対応したピク
セルの電荷がフィールドシフトされ、その後同様に第１
の駆動パルスにより垂直転送されて排出ドレイン５に掃
出される。以下、同様にして、第ｎ−２番目に対応した
色Ｂの電荷が掃出され、順次上方に向かって各行のフォ
トダイオードの電荷が排出ドレインに掃捨てられる。

一方、前記第１の駆動信号に対して所定期間、即ちシャ
ッタ時間に相当して位相の遅れた第２の駆動信号が垂直
シフトレジスタ６ｂから発せられると、この第２の駆動
信号は前記第１の駆動信号によって走査された行を恰も
追走するように下方から上方に向って感光部１０を走査
する。しかしこの第２の駆動信号によって走査される各
フォトダイオードの信号電荷は、前記第１の駆動信号の
場合と異なり、垂直転送路にフィールドシフトされた後
に下方に転送され、蓄積ゲート２を介して水平転送路３
へ送られる。また、この第２の駆動信号によって走査さ
れる各ポリシリコン電極は、色温度に応じて第１の駆動
信号との位相差、即ちシャッタ時間が異なるように駆動
される。

即ら、色温度が高い場合には第３図（Ａ）に示すような
特性を有するため、同図（Ｂ）に示すように、色Ｒのシ
ャッタ時間ｔ、ｒが色Ｂ及び色Ｇよりも長くなるように
設定され、転送ゲートパルスＰＣが印加されて蓄積電荷
がフィールドシフトされる。一方、色温度が低い場合に
は第４図（Ａ）に示すような特性を示すため、同図（Ｂ
）に示すように、シャッタ時間が色Ｒよりも色Ｇが、色
Ｇよりも色Ｂが長くなるように設定され、蓄積電荷がフ
ィールドシフトされる。その後、水平転送路３へ送られ
た蓄積電荷は、通常の続出し方法と同しく、水平読出し
期間内にバッファアンプ４から読出される。

なお、上記実施例では、各行に対応した同色のフォトダ
イオードの信号を順次フィールドシフトして垂直転送す
るように記述したが、同時に複数行、複数色を垂直転送
するように設けることも出来る。

以上のように、色温度に応じて各色の蓄積時間を変える
ことにより、第５図に示すように、見掛上の色バランス
がとれてダイナミックレンジが拡大した出力が得られる
。

なお、撮影時における色温度の測定は、本発明による電
子スチルカメラ用カラー固体撮像素子により通常の撮影
を行い、その出力をフィードバックするか、外部回路に
より測定することが出来る。

（発明の効果） 以上記載したとおり、本発明の電子スチルカメラに好適
なカラー用固体撮像素子によれば、各色の電荷蓄積時間
が色温度に応じて異なるように設けられているので、ホ
ワイトバランスのとれた出力信号が得られ、外部信号処
理回路が簡略化される。また、各色毎に蓄積時間を設定
して各色の飽和レベルまでの光量を選択することが出来
るので、ダイナミックレンジを大きくすることが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例によるカラー用固体撮像素子
のブロック構成図、第２図は第１図の要部拡大図、第３
図（Ａ）及び第４図（Ａ）は色温度特性図、第３図（Ｂ
）及び第４図（Ｂ）は第３図（Ａ）及び第４図（Ａ）に
対応して設定されるシャッタ時間の選択図、第５図は本
発明の素子により得られる光強度−信号特性図、第６図
は従来滓子に於る光量−信号特性図である。 ２・・・蓄積ゲート、　　　３・・・水平転送路、４・
・・バッファアンプ、　　訃・・排出ドレイン、６・・
・垂直転送制御部、　６ａ・・・スイッチ部、６ｂ・・
・ＣＣＤシフトレジスタ、 ７・・・ゲートパルス制御部、　　１０・・・感光部、
１１・・・フォトダイオード、　　１２・・・垂直転送
路。 凭　　３゜ 第　４　図 ’Ａｈ　　　　　　　　　　　　　　　　　シｑ−ｔｆ
Ｍｉ蘭第　　５　　図 先（比

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マトリクス状に配置された光電変換素子の水平行の信号
   が垂直転送制御部から発せられる互いに所定間隔の時間
   差でスタートする第１及び第２の駆動信号により垂直方
   向に順次選択されて転送され、第１の駆動信号が排出ド
   レインに掃出し、第２の駆動信号が水平転送路に読出す
   ように設けたカラー用固体撮像素子に於て、光電変換素
   子上に配置されるマイクロカラーフィルタの同色に対応
   したピクセルが共通の転送ゲート電極に接続され、かつ
   前記転送ゲート電極はゲートパルス制御部により制御さ
   れており、前記第１及び第２の駆動信号の位相差が色温
   度に応じて出力されて電荷蓄積時間が各色毎に異なるよ
   うに設けられていることを特徴とするカラー用固体撮像
   素子。