JPH0314274B2 - - Google Patents

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JPH0314274B2
JPH0314274B2 JP57214411A JP21441182A JPH0314274B2 JP H0314274 B2 JPH0314274 B2 JP H0314274B2 JP 57214411 A JP57214411 A JP 57214411A JP 21441182 A JP21441182 A JP 21441182A JP H0314274 B2 JPH0314274 B2 JP H0314274B2
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Takao Kinoshita
Shinji Sakai
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Priority to DE3348327A priority patent/DE3348327C2/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14868CCD or CID colour imagers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、固体撮像素子及び該素子を用いたカ
メラ、特に、カラー撮像信号を得るのに好適な固
体撮像素子及び該素子を用いたカメラに関する。
(従来技術) 従来、固体撮像素子を1つ若しくは2つ用いて
3色以上の色信号によるカラー撮像信号を得る場
合にはストライプ状若しくはモザイク状のカラー
フイルタ等の色分離の為の光学部材を介して撮像
素子の撮像部に光を受ける事によつて、各色に対
応した電気情報を各画素に形成し、この各画素の
電気情報を共通の転送路を介して時系列的に読み
出す様に構成している。
第1図は、従来から知られている固体撮像素子
の一例を示すもので、フレームトランスフアー型
(FT)CCD(Charge Coupled Device)について
示すものである。
1は撮像部であつて複数の光電変換用の画素の
行及び列に沿つた配列により構成されている。2
はメモリー部であつて撮像部1の各画素の電荷情
報を夫々記憶する為の部分である。3は読み出し
用の転送路としての水平シフトレジスタであつ
て、メモリー部2の情報を1水平ラインずつ取り
込み、そしてこのライン情報を水平方向に転送す
る事により点順次の信号を得る。
従つて、例えば、第2図の様な色分離用のスト
ライプ状のカラーフイルターを撮像部1の前面に
設け、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色フイルタ
部のピツチを前記撮像部1の各画素ピツチに一致
させれば、各列の画素は各色に対応した信号を形
成するので、水平シフトレジスタ3からは点順次
の色信号が得られる。
この様にして得られた各色信号は第3図に示す
ような信号を処理系により、例えば、NTSC信号
に変換される。
即ち、CCDのアンプ4から出力される点順次
撮像出力信号は先ず3個のサンプルホールド回路
5〜7から成る信号分離回路8において各色信号
がサンプルホールドされて、赤色信号ER、緑色
信号EG、及び青色信号EBに分離される。各色信
号ER、EG、EBは夫々可変利得アンプ9〜11
においてレベル調整されてホワイトバランスがコ
ントロールされる。そして、レベル調整された各
色信号はクランプ回路、γ補正回路、アパーチヤ
ー補正回路等を含むプロセス回路12〜14にお
いて夫々処理された後、マトリクス回路15にお
いて輝度信号と色差信号に変換され、エンコーダ
ー16によつて、例えば、NTSC信号に変換され
る。
この様な構成にすると、先ず水平シフトレジス
タ3は3原色を順次読み出す事になるので、各々
3.58MHzのキヤリアに乗せて読み出す為には
3.58MHz×3=10.74MHzのクロツクで駆動しな
ければならないことになるが、しかし、クロツク
周波数を高くすると転送効率が低下するのと、消
費電力が大になる為、水平シフトレジスタの画素
数、即ち、撮像部1の水平方向の画素数を増大す
る場合の障害となつていた。
(目的) 本発明はこの様な従来の固体撮像素子の欠点を
解消し得る改善されたカラー撮像に好適な固体撮
像素子及び該素子を用いたカメラを提供する事を
目的としたものである。
本発明の他の目的は例えば色信号分離の為のサ
ンプルホールド回路を不要若しくは極めて簡素化
出来る様な固体撮像素子及び該素子を用いたカメ
ラを提供する事にある。
本発明の他の目的はノイズの少ない、又、水平
レジスタを低速駆動し得る、従つて転送効率の良
い固体撮像素子及び該素子を用いたカメラを提供
する事にある。
(実施例) 以下実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
第4図は本発明に係る固体撮像素子の構成の一
例を示す図で、撮像部の前面には第2図の様な色
分離のためのカラーストライプフイルタが貼付け
られる。31〜33は夫々水平シフトレジスタ、
41〜43は夫々電荷電圧変換アンプである。
この様に本実施例では読み出し様の転送路とし
ての水平シフトレジスタを得ようとする色信号の
種類に応じて3本31〜33を設け、各色に対応
した電荷を夫々に専用の水平シフトレジスタ3
1,32,33に振り分けて入力して、読み出す
様に構成している。
従つて、各色の信号は各水平レジスタ31,3
2,33で実質的にサンプリングされ、アンプ4
1,42,43からは各色信号が夫々分離されて
出力される。
次に第5図は第4図示の撮像素子の要部の電極
構成を示すものであつて、図ではメモリー部2の
下端以下、3本の水平シフトレジスタ31〜33
までの部分が示されている。
尚、第4図には示さなかつたが本実施例の撮像
素子の最下端部即ち水平シフトレジスタ31の下
側に隣接した電荷クリアゲートCLを介して電荷
クリアドレインCDが設けられており、ドレイン
CDには電源レベルが接続されている。
又、メモリー部2と3つの水平シフトレジスタ
31〜33との間にはメモリー部2の最終の1水
平ラインの中に含まれる3色の情報を3つの水平
シフトレジスタ31〜33の夫々に振り分けて入
力させる為のいわば、電荷の並列−直列変換を行
う分離入力部17が設けてある。
図中、斜線部はチヤンネルストツプであり、3
1E〜33Eは夫々水平シフトレジスタ31〜3
3の各転送電極、17Eは分離入力部17の転送
電極、2Eはメモリー部2の転送電極である。
尚、本実施例では1相駆動で転送するように構
成されているがこれは2相でも3相でも更には4
相でも差し支えない。
図中、A,B,C,Dで示した部分の1組を以
つて単位セルを構成しており、A〜Dの各部分の
電位をP(A)〜P(D)と表わすものとすれば、P(A)>
P(B)となる様にイオン注入等により仮想電極
(Virtuatl Phase)が形成されており、電位レベ
ルが固定されている。又、各電送電極下の部分
C,Dの電位は常にP(C)>P(D)となる様に、矢張
り設定されており、各電極にロウレベルの電位が
印加された時にはP(A)>P(B)>P(C)>P(D)とな
り、ロウレベルの電位が加わつた時にはP(C)>P
(D)>P(A)>P(B)となる様に構成されている。因み
に、ポテンシヤルで表わせば、電位P(A)〜P(D)の
場合とは逆の関係となる。
尚、φ1〜φ3は電極31E〜33Eに印加され
るクロツクパルス、φTは電極17Eに印加され
るクロツクパルス、φSは電極2Eに印加される
クロツクパルス、φCLはクリアゲートCLの電極
に印加されるクロツクパルスである。
第6図a及びbは夫々垂直転送のクロツクタイ
ミング及び水平転送のタイミングを示すものであ
る。
又、第7図は前述の本発明に係る撮像素子の一
実施例を用いたカラー撮像システムの概略を示す
ブロツク図で、18は制御手段としてのドライバ
ーであつて、第6図a及びbに示す如きクロツク
パルスφI、φS、φT、φ1〜φ3、φCLを供給する。
尚、φIは撮像部1の電極に印加されるクロツク
パルスである。19は基準信号発生器である。図
からも明らかな如く、本構成では各色情報を分離
する為のサンプルホールド回路が省略され簡単な
構成となつている。
第5図に示した構成の動作について説明する
と、第6図aの如く、電荷の撮像部1からメモリ
ー部2への垂直転送の際は垂直同期信号V.
SYNCに同期して、期間t1〜t2の間にクロツクパ
ルスφI、φS、φT、φ3、φ2、φ1、φCLとして、
互いに同期したほぼ同位相のクロツクパルス(但
し、図示の如く、クロツクパルスφSだけは他の
クロツクパルスに対して若干先行している。)を
少なくとも撮像部1の垂直画素数と同じ数だけ供
給する事により、メモリー部2に残つていた電荷
をドレインCDに捨てると共に、撮像部1の電荷
をメモリー部2に移送し、記憶する。その後時刻
t3以降においてメモリー部2の最終行の蓄積電荷
情報を1ラインずつクロツクパルスφsによりシ
フトすると共にクロツクパルスφT、φ3、φ2、φ1
を図のように供給する事により水平方向の情報を
3本の水平シフトレジスタ31〜33の夫々に3
画素毎に振り分けて入力し、更に、時刻t4以降に
各レジスタの情報を順次読み出す。
ここで、特に時刻t3〜t4間の動作、即ち、メモ
リー部2の最終の1ラインの情報を分離入力部1
7を通じて3本の水平シフトレジスタ31〜33
の夫々に適宜振り分けて入力する際の動作につい
て第5図及び第6図a,bを参照し乍ら詳しく説
明する。尚、簡単の為、第5図中、、、及び
で示すメモリー部2の3つの列に於ける電荷情
報の移動についてのみ説明するが、もとより、同
様の動作が他の各組(3列1組)の各列に於いて
も同時に惹起されているものである事は言う迄も
ない。
先ず、時刻t3に於てクロツクパルスφTがハイ
になると、メモリー部2の最終の1ライン中の1
16,117,118の部分に蓄積されていた電
荷が夫々分離入力部17中の111,114,1
15で示す部分に移動し、その後、このクロツク
パルスφTがロウになると、これら111,11
4,115の部分に移つた電荷は更に夫々11
0,113,106で示す部分に移動する。そし
て、クロツクパルスφTに若干遅れてクロツクパ
ルスφ3、φ2、φ1が順番に附与されると、分離入
力部17の106の部分にあつた電荷、即ち、当
初、メモリー部2のIで示す列の118の部分に
蓄積されていた電荷が水平レジスタ33の105
及び104で示す部分、水平レジスタ32の10
3及び102で示す部分、及び、水平レジスタ3
1の101で示す部分を通じて該水平レジスタ3
1の100で示す部分に移動し、ここで蓄積され
る。
次に再びクロツクパルスφTが附与されると、
分離入力部17の111,114の部分にあつた
電荷が夫々109,112で示す部分を通じて1
08,106で示す部分に移動する。そして、ク
ロツクパルスφTに若干遅れてクロツクパルス
φ3、φ2が順番に附与されると、分離入力部17
の106の部分にあつた電荷、即ち、当初、メモ
リー部2ので示す列の117の部分に蓄積され
ていた電荷が105,104及び103で示す部
分を通じて水平レジスタ32の102で示す部分
に移動し、ここで蓄積される。
次に再々度、クロツクパルスφTが附与される
と、分離入力部17の108の部分にあつた電荷
が107で示す部分を通じて106で示す部分に
移動する。そして、クロツクパルスφTに若干遅
れてクロツクパルスφ3が附与されると、分離入
力部17の106の部分にあつた電荷、即ち、当
初、メモリー部2ので示す列の116の部分に
蓄積されていた電荷が105で示す部分を通じて
水平レジスタ33の104の部分に移動し、ここ
で蓄積される。
以上の様にして、メモリー部2の最終の1ライ
ンに蓄積されていた電荷は分離入力部17を介す
る事により列、、の各グループ毎に専用の
水平シフトレジスタ31〜33に夫々分配されて
入力される。従つて例えばR、G、Bのストライ
プフイルターを、列のグループがR、列のグ
ループがG、列のグループがBに対応するよう
貼付けると、水平レジスタ31にはR、水平レジ
スタ32にはG、水平レジスタ33にはBに対応
した電荷が蓄積される。
その後、時刻t4以降に各水平レジスタ31,3
2,33に入力された電荷が夫々読み出されてい
く(第6図bのOUT1〜OUT3)。
そこで、水平レジスタ31〜33を通じてメモ
リー部2の1水平ライン分の電荷の読み出しが終
了すると、第6図bに示す様に、メモリー部2に
対してクロツクパルスφSが附与されて、各水平
ラインの蓄積電荷が1ライン水平ライン分、垂直
方向に移動する事により最終の1ラインに新たな
電荷が取り込まれ、しかる後、上述の時刻t3〜t4
間の動作が行われる事によりこの新たな1ライン
分の蓄積電荷が水平レジスタ31〜33に分配し
て入力される。
以上の様な動作を繰り返し行う事によりメモリ
ー部2の全てのラインの蓄積電荷が各色毎に分離
されて読み出される様になる。
尚、水平レジスタ31〜33に於ける入力電荷
の水平転送に際し、各レジスタ31,32,33
間での電荷の混合を防止するために電荷の水平転
送モードに於て各レジスタ31,32,33を
夫々他に対してアイソレートする様な制御ゲート
等の手段を附加する可きとするものである。或い
は、水平転送モードに於けるクロツクパルスφ1
φ2、φ3の波形を若干工夫する事により、斯かる
アイソートのための手段を附加することなしに、
水平レジスタ31〜33間での電荷の混合を防止
しつつ、電荷の水平転送を行う様にする事も出来
る。例えば、時刻t4に於て、クロツクパルスφ2
φ1に先行して先ずクロツクパルスφ3をハイにす
る事により水平レジスタ33の104の部分に取
り込まれている電荷をその左側の電極33EFの
Cに相当する部分に移し、次いで、クロツクパル
スφ3をハイにしたままクロツクパルスφ2をハイ
にする事により同様に水平レジスタ32の102
の部分に取り込まれている電荷をその左側の電極
32EFのCに相当する部分に移し、次いで、ク
ロツクパルスφ3、φ2を共にハイにしたままクロ
ツクパルスφ1をハイにする事により同様に水平
レジスタ31の100の部分に取り込まれている
電荷をその左側の電極31EFのCに相当する部
分に移し、そして、今度は逆に、クロツクパルス
φ2、φ3に先行して先ずクロツクパルスφ1をロウ
にする事により水平レジスタ31の電極31EF
のC相当の部分にあつた電荷をその左側のA相当
の部分に移し、次いでクロツクパルスφ2をロウ
にする事により同様に水平レジスタ32の電極3
2EFのC相当の部分にあつた電荷をその左側の
部分に移し、次いで、クロツクパルスφ3をロウ
にする事により同様に水平レジスタ33の電極3
3EFのC相当の部分にあつた電荷をその左側の
A相当の部分に移すと言う様に、A相当の部分か
らC相当の部分への電荷移動については水平レジ
スタ33→水平レジスタ32→水平レジスタ31
と言う時間的順序で行い、C相当の部分からA相
当の部分への電荷移動については逆に水平レジス
タ31→水平レジスタ32→水平レジスタ33の
時間的順序で行う様にする事により上述のアイソ
レート用の手段を附加することなしに水平レジス
タ31〜33での電荷の混合を防止しつつ、電荷
の水平転送を良好に行い得る。
さて、以上に説明した実施例にあつては、撮像
部1の1水平ライン分の情報を3分割して夫々を
3本の水平レジスタ31〜33の夫々で分担して
読み出すものであるから、撮像部1の水平方向の
画素数に対し水平レジスタ31〜33の各構成ビ
ツト数は大略1/3で済み、従つて、夫々に附与す
べきクロツクパルスφ1〜φ3の周波数を大略1/3に
出来る事になり、これにより省電力化と共に、ノ
イズの低減、転送効率の向上が可能となる。
尚、実施例としてはフレームトランスフアー型
CCDについてのみ述べたが、インターライン型
のCCDやCPD(Charge Priming Device)にも全
く同じように適用しうる事は言うまでもない。
又、水平シフトレジスタは色分離フイルター等
の色分離の為の光学部材により分離された各色に
ついての電荷を夫々別々に取り込んで読み出す為
のものであつて、色分離フイルターとしては補色
フイルタ等の組み合わせを用いても良いことは言
うまでもない。又、ストライプ状のカラーフイル
ターでなくてモザイク状のカラーフイルターであ
つても良い。
又、水平レジスタは3本でなくても2本にし、
色信号を分離して各水平レジスタに収納するだけ
でも水平レジスタに対するクロツクパルスのクロ
ツク周波数を半分に出来るものである。勿論色分
離光学部材による分離色が3色以上あればそれに
応じて水平レジスタを3本以上にしても良い。
又、本実施例では不要電荷クリアの為にクリア
ドレインCDやクリアゲートCLを設けたが、これ
らがなくても色情報の分離は可能である。尚、水
平レジスタ31〜33に対する分離入力部17は
ゲート電極により構成しても良い。
(効果) 本発明の固体撮像素子及び該素子を用いたカメ
ラによれば固体撮像素子から出力される信号を分
離する為のサンプルホールド回路が不要若しくは
極めて簡素化されるので信号処理系の構成が簡略
化される。又、各水平読み出し部の読み出しクロ
ツク周波数を大幅に低減する事が出来るので撮像
部での水平方向の画素数を増大しても転送効率を
良好に保持出来、又、ノイズを低減化出来ると共
に、省電力化も図れる等、多くの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のフレームトランスフアー型
CCDの構成図、第2図はストライプ状カラーフ
イルターの例を示す図、第3図は従来のカラー撮
像信号の処理系の構成例を示す図、第4図は本発
明に係る固体撮像素子の一実施例を示す図、第5
図は第4図元素子の要部の構成図、第6図a及び
bは夫々該素子の垂直転送タイミング及び水平転
送タイミングを示す図、第7図は前記素子を用い
たカラー撮像システムの構成の一例を示す図であ
る。 1……撮像部、2……メモリー部、17……分
離入力部、31〜33……読み出し部(水平レジ
スタ)、41〜43……出力アンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入射光を受光することにより形成された電気
    的情報を蓄積する行及び列状の蓄積セルを有する
    蓄積部2と、 該蓄積部2に蓄積された電気的情報を読み出す
    ための、列方向に並列に配置され列及び行方向に
    電荷転送可能なN行(Nは2以上の整数)の読み
    出し部31,32,33と、 前記蓄積部2の端の所定の行の各列の蓄積セル
    に夫々の入力端が接続され、出力端がN個ずつ前
    記所定の読み出し部33の各電荷転送段に共通接
    続された複数の電荷転送列、、、、…
    …から成る分離部17と、 を有し、 前記分離部17の複数の電荷転送列は互いに電
    荷転送段数の異なるN種類の電荷転送列をN個ず
    つ繰り返し配置させたものであるとともに、前記
    複数の電荷転送列、、、、……は共通
    の電荷転送電極17Eにより同時に駆動されるよ
    う構成されていることを特徴とする固体撮像素
    子。 2 入射光を受光することにより形成された電気
    的情報を蓄積する行及び列状の蓄積セルを有する
    蓄積部2と、 該蓄積部2に蓄積された電気的情報を読み出す
    ための、列方向に並列に配置され列及び行方向に
    電荷転送可能なN行(Nは2以上の整数)の読み
    出し部31,32,33と、 前記蓄積部2の端の所定の行の各列の蓄積セル
    に夫々の入力端が接続され、出力端がN個ずつ前
    記所定の読み出し部33の各電荷転送段に共通接
    続された複数の電荷転送列、、、、…
    …から成る分離部17と、 を有し、 前記分離部17の複数の電荷転送列は互いに電
    荷転送段数の異なるN種類の電荷転送列をN個ず
    つ繰り返し配置させたものであるとともに、前記
    複数の電荷転送列、、、、……は共通
    の電荷転送電極17Eにより同時に駆動されるよ
    う構成された固体撮像素子と、 前記蓄積部2に蓄積された電気的情報を列方向
    に転送するのに同期して前記分離部の前記電荷転
    送電極17E及び前記読み出し部31,32,3
    3に駆動信号を供給することにより前記蓄積部に
    蓄積された所定の一行分の電気的情報を前記複数
    行の読み出し部31,32,33に順次夫々振り
    分け、その後前記複数行の読み出し部31,3
    2,33の電気的情報を行方向に転送することに
    より読み出す制御手段18,19と、 前記制御手段18,19により複数行の読み出
    し部31,32,33を介して読み出された信号
    を用いてテレビジヨン映像信号を形成する信号処
    理手段41〜43,9〜16と、 を有するカメラ。
JP57214411A 1982-12-07 1982-12-07 固体撮像素子及びカメラ Granted JPS59104879A (ja)

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JP57214411A JPS59104879A (ja) 1982-12-07 1982-12-07 固体撮像素子及びカメラ
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GB08332366A GB2134347B (en) 1982-12-07 1983-12-05 Solid state image pick-up arrangement
NL8304202A NL192285C (nl) 1982-12-07 1983-12-06 Beeldopneeminrichting van het solid-state type.
DE19833344090 DE3344090A1 (de) 1982-12-07 1983-12-06 Festkoerper-bildaufnahmevorrichtung und bildaufnahmesystem zur anwendung derselben
DE3348327A DE3348327C2 (ja) 1982-12-07 1983-12-06
FR838319582A FR2537369B1 (fr) 1982-12-07 1983-12-07 Dispositif analyseur d'image a semi-conducteurs et systeme analyseur l'utilisant
GB08704369A GB2186151B (en) 1982-12-07 1987-02-25 Solid state image pick-up arrangement

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