JPH0691659B2 - Image sensor - Google Patents

Image sensor

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JPH0691659B2
JPH0691659B2 JP61164716A JP16471686A JPH0691659B2 JP H0691659 B2 JPH0691659 B2 JP H0691659B2 JP 61164716 A JP61164716 A JP 61164716A JP 16471686 A JP16471686 A JP 16471686A JP H0691659 B2 JPH0691659 B2 JP H0691659B2
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JP
Japan
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wavelength light
color
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pixel
photoelectric conversion
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JP61164716A
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雅利 田部井
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はバーチヤルフエーズCCD(VPCCD)形のイメージ
センサに関し、更に詳述すれば、短波長光に対する光感
度が向上できた電子スチルカメラ専用のイメージセンサ
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to an image sensor of a birch pieze CCD (VPCCD) type, and more specifically, an electronic still camera capable of improving photosensitivity to short wavelength light. The present invention relates to a dedicated image sensor.

(従来技術) 従来より、撮像素子の特性において光感度を上げること
は重要なテーマである。この点、フレームトランスフア
CCD(FTCCD)は光電変換するための専用の撮像部を持
ち、その領域全面で受光できるため、他の方式の撮像素
子に比べると、本質的に光の利用効率は高い。しかし、
従来のFTCCDは、撮像部をゲート電極で覆われており、
この電極による光の吸収や反射によつて特に短波長光に
対する光感度が制御されていたため、この最大の特長を
充分に生かしていなかつた。
(Prior Art) Conventionally, it has been an important theme to increase the photosensitivity in the characteristics of an image sensor. This point, frame transfer
The CCD (FTCCD) has a dedicated image pickup unit for photoelectric conversion, and since it can receive light over the entire area, it has essentially higher light utilization efficiency than other types of image pickup devices. But,
In the conventional FTCCD, the imaging part is covered with a gate electrode,
Since the photosensitivity to short-wavelength light is controlled by the absorption and reflection of light by this electrode, this maximum feature has not been fully utilized.

この問題を解決するために、撮像部に電極の覆われてい
ない開口窓を構成することが考慮され、その1つとして
バーチヤルフエイズCCDと呼ばれるものが開発された。
In order to solve this problem, it is considered to form an opening window in which the electrodes are not covered in the image pickup section, and one of them, a so-called birch fraise aids CCD, has been developed.

これは、第3図に図示したとおり、従来の2相転送にお
ける電極の片方を、チヤンネル内の拡散層1で代用し
(これを仮想ゲートと呼ぶ)、この部分を開口窓とした
ものであり、チヤンネル内の電位は、不純物の注入によ
つてたくみにコントロールされ、電荷転送が可能となつ
たものである。
As shown in FIG. 3, one of the electrodes in the conventional two-phase transfer is replaced by the diffusion layer 1 in the channel (this is called a virtual gate), and this portion is used as an opening window. , The electric potential in the channel is controlled by the injection of impurities to enable the charge transfer.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このVPCCDにカラーフイルタを配置した
場合、実際の分光スペクトルはまだ長波長光側が高く、
短波長光側すなわち青感度が不足していた。これは、感
光領域がポリシリコン(ゲート電極)の無い部分と有る
部分を半々にして構成されているため、ポリシリコンの
有る部分では依然として光の吸収等を生じていたことに
よる。
(Problems to be solved by the invention) However, when a color filter is arranged in this VPCCD, the actual spectrum is still high on the long wavelength light side,
The short wavelength light side, that is, the blue sensitivity was insufficient. This is because the photosensitive region is composed of a portion without polysilicon (gate electrode) and a portion with polysilicon, and therefore light absorption and the like still occur in the portion with polysilicon.

本発明の目的は、短波長光側の感度が改善されかつ全体
の感度も向上できたスチルカメラ専用のイメージセンサ
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an image sensor dedicated to a still camera, which has improved sensitivity on the short wavelength light side and improved overall sensitivity.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明によるイメージセンサ
は次のように構成されている。すなわち、マトリクス状
に配置された光電変換素子の信号電荷をバーチヤルフエ
イズCCD構造の転送電極で転送するイメージセンサにお
いて、垂直方向に同一色を並べたストライプ配列のカラ
ーフイルタを画素上に配置しており、少なくとも短波長
光に対応する画素表面はポリシリコン転送電極が取り除
かれた完全開口窓を有しており、かつ短波長光の画素と
中波長光または長波長光の画素との間に転送ゲートが設
けられており、該転送ゲートが設けられた中波長光また
は長波長光の画素の信号電荷が読み出された後に前記短
波長光の画素の信号電荷が前記転送ゲートを介して該中
波長光または該長波長光の画素のラインにフイールドシ
フトされた後読出されることを特徴とするイメージセン
サにより達成される。
(Means for Solving Problems) In order to achieve the above object, the image sensor according to the present invention is configured as follows. That is, in an image sensor in which signal charges of photoelectric conversion elements arranged in a matrix are transferred by a transfer electrode having a vertical phase CCD structure, a color filter having a stripe arrangement in which the same color is arranged in the vertical direction is arranged on a pixel. The pixel surface corresponding to at least short wavelength light has a complete aperture window with the polysilicon transfer electrode removed, and between the short wavelength light pixel and the medium wavelength light or long wavelength light pixel. A transfer gate is provided, and after the signal charge of the pixel of the medium wavelength light or the long wavelength light provided with the transfer gate is read out, the signal charge of the pixel of the short wavelength light is read through the transfer gate. This is achieved by an image sensor which is read out after being field-shifted to a line of pixels of the medium wavelength light or the long wavelength light.

(作用) 本発明によるイメージセンサは、少なくとも短波長光に
関しては対応する光電変換素子の表面が完全開口されて
ポリシリコン転送電極が取り除かれており、従つてイン
ターライントランスフア(IT)方式で動作し、一方、長
波長光または中波長光に関しては撮像部がバーチヤルフ
エイズCCDにより構成されている。従つて、例えばR、
G、Bストライプフイルタを用いることにより、電荷転
送プロセスは、まず長波長光または中波長光である色R
またはGの光電変換素子に形成された信号電荷がバーチ
ヤルフエイズ電極により単相駆動され、信号転送周期の
間に信号蓄積部に転送される。この期間中、短波長光で
ある色Bの信号電荷は光電変換素子に留まつている。色
RまたはGの信号電荷がすべて信号蓄積部に転送され、
更に水平CCDから読出されると、次に色Bの信号電荷が
色RまたはGの光電変換素子にフイールドシフトされ
る。すなわち、このとき、色RまたはGの光電変換素子
は色Bの垂直転送ラインとして動作し、色Bの信号電荷
を色RまたはGと同様に信号蓄積部へ転送する。その
後、色Bの電荷は水平CCDを介して読出される。
(Operation) In the image sensor according to the present invention, at least for short wavelength light, the surface of the corresponding photoelectric conversion element is completely opened and the polysilicon transfer electrode is removed. Therefore, the image sensor operates by the interline transfer (IT) method. On the other hand, for long-wavelength light or medium-wavelength light, the image pickup unit is composed of a birch fraise aids CCD. So, for example, R,
By using the G and B stripe filters, the charge transfer process is first performed with the color R that is long-wavelength light or medium-wavelength light.
Alternatively, the signal charges formed in the G photoelectric conversion element are single-phase driven by the vertical phase electrodes and transferred to the signal storage unit during the signal transfer cycle. During this period, the signal charge of the color B, which is short-wavelength light, remains in the photoelectric conversion element. All the signal charges of color R or G are transferred to the signal storage unit,
When further read out from the horizontal CCD, the color B signal charge is then field-shifted to the color R or G photoelectric conversion element. That is, at this time, the photoelectric conversion element of the color R or G operates as a vertical transfer line of the color B, and transfers the signal charge of the color B to the signal storage unit similarly to the color R or G. Thereafter, the charge of color B is read out via the horizontal CCD.

なお、上記の色Bの垂直転送の間、撮像部に入射する光
は、何らかの遮光手段、例えば機械式シヤツタによつて
遮断しておかねばならないことは言うまでもない。
It is needless to say that during the vertical transfer of the color B, the light incident on the image pickup section must be blocked by some kind of light blocking means, for example, a mechanical shutter.

以上のように本発明によるイメージセンサでは、少なく
とも短波長光の色に関してはポリシリコン転送電極が完
全開口された窓を有し、また、長波長光または中波長光
に対してはバーチヤルフエイズ電極により部分的開口窓
を有して全体の感度向上が得られると共に、短波長光の
一層の感度向上が得られる。
As described above, in the image sensor according to the present invention, at least the color of the short wavelength light has a window in which the polysilicon transfer electrode is completely opened, and for the long wavelength light or the medium wavelength light, the birefringence aids. The electrode has a partial opening window to improve the overall sensitivity and further improve the sensitivity of short wavelength light.

(実施例) 本発明の実施例を以下図面により説明する。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図の1実施例は、本発明によるイメージセンサの撮
像部を示す構成図である。撮像部10は、マトリクス状に
配列された光電変換素換素子を有し、撮像部上にはマイ
クロカラーフイルタが配置されている。マイクロカラー
フイルタは、それぞれの光電変換素子に対応して3つの
色R,G,Bを有する。本発明による構成のマイクロカラー
フイルタは、垂直方向に同一の色を並べたストライプ配
列から成つている。図中記号R,G,Bによりこの配列が概
略的に示されている。色RとGの下に配置された光電変
換素子はそれ自体電荷転送素子の役割も有しており、そ
の転送はバーチヤルフエーズCCDにより単相駆動され
る。すなわち、このバーチヤルフエーズCCD構造は、従
来素子を説明する第3図において図示したように、2相
駆動における2つの電極の片方を、チヤンネル内の拡散
層で代用し(仮想電極)、この部分を開口窓2としたも
のである。更に仮想電極としただけでは十分転送機能を
有しないので、イオン注入により基板濃度をかえて、信
号電荷が仮想電極の下へ、さらに、次の電極へ移動し易
くしている。一方、色Bに対応する画素の光電変換素子
はそれ自体電荷転送機能を有しない。従つて素子表面は
ポリシリコン転送電極3が取り除かれた完全開口窓4を
設けている。色Bに基づいて発生した信号電荷は隣接の
色Rの転送ラインを用いて垂直転送される。従つて、色
B用の光電変換素子と色R用の光電変換素子との間には
転送ゲート5が設けられて、色Bの信号電荷のフイール
ドシフトを制御している。以上の記載から明らかなとお
り、本実施例において、色R用の光電変換素子は、色R
の光電変換および電荷転送と、色Bの電荷転送の3つの
機能を果たす。
1 is a block diagram showing an image pickup section of an image sensor according to the present invention. The image pickup unit 10 has photoelectric conversion elements arranged in a matrix, and a micro color filter is arranged on the image pickup unit. The micro color filter has three colors R, G, B corresponding to each photoelectric conversion element. The micro color filter having the structure according to the present invention comprises a stripe array in which the same color is arranged in the vertical direction. This sequence is schematically indicated by the symbols R, G, B in the figure. The photoelectric conversion elements arranged under the colors R and G also have a role of a charge transfer element, and the transfer thereof is single-phase driven by a birch phase CCD. That is, in this Birch phase CCD structure, as shown in FIG. 3 for explaining the conventional device, one of the two electrodes in the two-phase driving is substituted by the diffusion layer in the channel (virtual electrode). The portion is the opening window 2. Furthermore, since the virtual electrode alone does not have a sufficient transfer function, the substrate concentration is changed by ion implantation to facilitate the movement of the signal charge to the lower side of the virtual electrode and further to the next electrode. On the other hand, the photoelectric conversion element of the pixel corresponding to the color B does not have the charge transfer function itself. Therefore, the element surface is provided with a complete opening window 4 from which the polysilicon transfer electrode 3 is removed. The signal charge generated based on the color B is vertically transferred by using the transfer line of the adjacent color R. Therefore, the transfer gate 5 is provided between the color B photoelectric conversion element and the color R photoelectric conversion element to control the field shift of the color B signal charge. As is clear from the above description, in this embodiment, the photoelectric conversion element for the color R is the color R
It performs the three functions of photoelectric conversion and charge transfer of B, and charge transfer of color B.

なお、図において、斜線で示す部分はシリコン基板に形
成されたチヤンネルストツパであり、チヤンネルストツ
パで囲まれた部分に光電変換素子および電荷転送素子す
なわちバーチヤルフエイズ電極構造の自己走査形CCDシ
フトレジスタが形成されている。
In the figure, the hatched portion is a channel stopper formed on a silicon substrate, and the portion surrounded by the channel stopper is a photoelectric conversion element and a charge transfer element, that is, a self-scanning CCD having a birch flueze electrode structure. A shift register is formed.

色RおよびGの光電変換素子で発生された信号電荷は、
それぞれ光電変換素子自身を介して図示しない信号蓄積
部に近い出力端部より順次この蓄積部に送られる(図
中、の矢印で示す)。色RおよびGのすべての電荷の
転送が完了すると、次にこれら信号電荷は図示しない水
平CCDより順次読出される。この一連の色R用およびG
用に関する転送・読出しプロセスが終了すると、次に、
色Bの光電変換素子で発生された信号電荷は、転送ゲー
ト5が開いて、空状態の色R用の光電変換素子にフイー
ルドシフトされる(図中、の矢印で示す)。色R用の
光電変換素子にフイールドシフトされた色Bの信号電荷
は、以下、先の色Rまたは色Gの電荷と同様に垂直転送
され(図中、の矢印で示す)、更に水平CCDを介して
読出される。
The signal charges generated by the photoelectric conversion elements of colors R and G are
The signals are sequentially sent to the accumulating section (shown by arrows in the figure) from output ends near the signal accumulating section (not shown) via the photoelectric conversion elements themselves. When the transfer of all the charges of the colors R and G is completed, these signal charges are then sequentially read from a horizontal CCD (not shown). This series of colors for R and G
When the transfer / read process for
The signal charge generated in the photoelectric conversion element for color B is field-shifted to the photoelectric conversion element for color R in the empty state by opening the transfer gate 5 (indicated by an arrow in the figure). The field charge of the color B, which has been field-shifted to the photoelectric conversion element for the color R, is vertically transferred in the same manner as the charge of the color R or the color G described above (indicated by an arrow in the figure), and is further transferred to the horizontal CCD. Read through.

なお、上記実施例では電荷蓄積部を設けられて電荷転送
が行われるように記述したが、本発明は蓄積部を省略し
て撮像部と水平CCDだけにした所謂フルフレーム・モー
ドで動作するVPCCD構造であつてもよい。
In the above embodiment, the charge storage unit is provided for charge transfer, but the present invention omits the storage unit and operates only in the so-called full frame mode in which the image pickup unit and the horizontal CCD are used. It may have a structure.

第2図は、本発明の他の実施例を図示している。本実施
例は、先の第1図に示した実施例素子の色Gの光電変換
素子が、色Bと同様にポリシリコン転送電極6を取り除
いて完全開口窓7を有している。従つて電荷の転送は色
Rの転送ラインを用いて行う。そのため色Bの転送と同
様、色G用の光電変換素子と色R用の光電変換素子との
間には転送ゲート8が設けられている。そして、信号の
転送は、色Rに関して行つた後、色BまたはGについて
順次に行う。従つて、この際、色Bと色R間の転送ゲー
ト9と、色Gと色R間の転送ゲート8とが同時に動作し
ては困るので、それぞれのスレシホールド電圧は異つて
いる。
FIG. 2 illustrates another embodiment of the present invention. In this embodiment, the photoelectric conversion element of the color G of the embodiment shown in FIG. 1 has the completely open window 7 by removing the polysilicon transfer electrode 6 like the color B. Therefore, the charge transfer is performed using the transfer line of the color R. Therefore, like the transfer of the color B, the transfer gate 8 is provided between the photoelectric conversion element for the color G and the photoelectric conversion element for the color R. Then, the signal transfer is performed for the color R and then sequentially for the color B or G. Therefore, at this time, since it is difficult for the transfer gate 9 between the color B and the color R and the transfer gate 8 between the color G and the color R to operate at the same time, the respective threshold voltages are different.

(発明の効果) 以上記載したとおり、本発明のイメージセンサによれ
ば、撮像部をVPCCD構造とすることにより仮想電極上に
部分的開口部を有して長波長光側の感度向上がはかれる
と共に、特に短波長光側は転送電極が排除された完全開
口部を形成することにより、単にVPCCD構造の素子より
高感度の素子が得られる。また、VPCCDにより実質的に
転送電極が1層だけであるため、構造が簡素化できる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the image sensor of the present invention, by forming the image pickup unit with the VPCCD structure, it is possible to improve the sensitivity on the long wavelength light side by having a partial opening on the virtual electrode. Particularly, on the short wavelength light side, by forming a complete opening in which the transfer electrode is excluded, a device having a higher sensitivity than a device having a VPCCD structure can be obtained. Further, since the VPCCD substantially has only one transfer electrode, the structure can be simplified.

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

第1図は、本発明の1実施例を説明する構成図、第2図
は、本発明の他の実施例を説明する構成図、第3図は従
来のバーチヤルフエイズCCDを説明する図である。 2……開口窓、3,6……ポリシリコン転送電極、4,7……
完全開口窓、5,8,9……転送ゲート
FIG. 1 is a block diagram for explaining one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram for explaining another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional birch fraise aids CCD. Is. 2 …… Opening window, 3,6 …… Polysilicon transfer electrode, 4,7 ……
Fully open window, 5,8,9 …… Transfer gate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マトリクス状に配置された光電変換素子の
信号電荷をバーチャルフエイズCCD構造の転送電極で転
送するイメージセンサにおいて、垂直方向に同一色を並
べたストライプ配列のカラーフィルタを画素上に配置し
ており、少なくとも短波長光に対応する画素表面はポリ
シリコン転送電極が取り除かれた完全開口窓を有してお
り、かつ短波長光の画素と中波長光または長波長光の画
素との間に転送ゲートが設けられており、該転送ゲート
が設けられた中波長光または長波長光の画素の信号電荷
が読み出された後に前記短波長光の画素の信号電荷が前
記転送ゲートを介して該中波長光または該長波長光の画
素のラインにフィールドシフトされた後読み出されるこ
とを特徴とするイメージセンサ。
1. In an image sensor in which signal charges of photoelectric conversion elements arranged in a matrix are transferred by a transfer electrode having a virtual phase CCD structure, a color filter having a stripe arrangement in which the same color is vertically arranged is arranged on a pixel. The pixel surface corresponding to at least the short-wavelength light has a complete opening window with the polysilicon transfer electrode removed, and the short-wavelength light pixel and the medium-wavelength light or long-wavelength light pixel are arranged. A transfer gate is provided between the transfer gate and the signal charge of the pixel of the medium wavelength light or the long wavelength light in which the transfer gate is provided, and then the signal charge of the pixel of the short wavelength light passes through the transfer gate. An image sensor which is read out after being field-shifted to a line of pixels of the medium wavelength light or the long wavelength light.
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EP87105138A EP0244655B1 (en) 1986-04-07 1987-04-07 Solid state color pickup apparatus
DE3750347T DE3750347T2 (en) 1986-04-07 1987-04-07 Solid state color image recorder.
US07/207,989 US4924316A (en) 1986-04-07 1988-06-17 Solid color pickup apparatus

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