JPH0220068A

JPH0220068A - 固体撮像装置及びその信号読出し方法

Info

Publication number: JPH0220068A
Application number: JP63169052A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shizukuishi; 誠雫石; Masatoshi Tabei; 田部井　雅利; Kiyotaka Kobayashi; 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: 1990-01-23
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JP2534105B2

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フレ一ム期間フォトダ
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狛、光の集積効率の向上が困難であ
り、また、１チヤ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８１５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ブ状に設けられている。

受光部１０の出力側には、転送ゲー）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１７．１８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である。

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、各色フイ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ｒＨｉｇｈ」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
ｒＨｉｇＪレベルに設け、他方電極を「ＬＯＷｊレベル
に設けることにより、このｒＬｏｗ」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、続出モ
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図は続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（φＶ、）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ｒＨｉｇｈ」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〜φｖ２）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（φＨ８〜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「Ｌ
ＯＷ」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「Ｈｌｇｈ」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゜１９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ｒＬ。

Ｗ」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「Ｈｌｇｈ」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ＣＣ
Ｄ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、ＲＳＧ
ＳＢ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）のフィールド信号がアナログ信号処理回路２
５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２
７に供給されて補間や岑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２５ａ１増幅器２５ｂ及びガンマ補正回路２５
ｃ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フイールド
の画像信号は再生時に同時に読み出されて１力ラー画面
を構成する。

前記実施例では、Ｒ，Ｇ、Ｂ３３原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、
Ｍｇ５Ｙｅ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フィールドと、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チヤンネル化でき、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１２：出力アンプ、・。１４：感光領域１８．１９：転送電極２４：固体撮像装置Ｒ：赤フィルタＢ：青フィルタＧ：緑フィルタ１１：水平電荷転送部１３：出力端子１５：感光転送領域２０：第３の電極

Claims

【特許請求の範囲】

（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。
（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。