JPS5824287A - カラ−固体撮像装置 - Google Patents

カラ−固体撮像装置

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JPS5824287A
JPS5824287A JP56122487A JP12248781A JPS5824287A JP S5824287 A JPS5824287 A JP S5824287A JP 56122487 A JP56122487 A JP 56122487A JP 12248781 A JP12248781 A JP 12248781A JP S5824287 A JPS5824287 A JP S5824287A
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JP
Japan
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color
signal
filter
color filter
circuit
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Application number
JP56122487A
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English (en)
Inventor
Nobuyoshi Tanaka
田中 信義
Tetsuo Kuwayama
桑山 哲郎
Seiji Hashimoto
誠二 橋本
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/135Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

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】 本発明は、固体撮像素子を用いて、カラ7画像信号を得
るカラー固体撮像装置に関するものである。
カラー固体撮像装置として、電荷転送撮像素子(以下C
CDという)を、1枚、2枚あるいは3枚用いる、それ
ぞれ単板式、2板式、3板式カラーカメラが考えられて
いるが、本発明は特に、CCDを1枚用いる単板撮像装
置にかかわるものである。
従来、CCD等の固体撮像素子を用いた単板式固体撮像
装置では、カラーフィルタ・アレイと撮像素子の各撮像
セルを1対1に重ね合わせて各色信号を分離することが
行なわれている。この様な単板固体撮像装置に用いるカ
ラーフィルタ・アレイとしては、CCDの撮像セル数を
節約する意味から赤、緑および青等の各フィルタエレメ
ントをモザイク状に配列する。例えばベイア配列とよば
れる様なカラーフィルタを用いるのが一般的である。
この様なモザイク状に配列されたカラーフィルタをフレ
ーム転送型のCCDに組み合わせて単板式カラーカメラ
を作ろうとすると、その構造上、隣接する各セル間でか
なりの信号漏洩があるため混色が生じ、色分離が不確実
になるという問題が生ずる。
この問題を解決する方法が本出願人によりすでに提案さ
れており(例えば特願昭55−17968号を参照〕、
かなり混色の問題は解決されているが、特にカラーフィ
ルタアレイと平行な緑を境にして明暗が異なるような画
像の場合も:は偽の輪郭が発生し、良質な画質の画像を
得ることができない。
従って本発明はこのような従来の欠点を解消しフレーム
転送型のCCDと組み合わせ、偽輪郭を少なくし良質の
カラー画像信号を得ることができるカラー固体撮像装置
を提供することを目的とする。
本発明では、この目的を達成するために相異なるカラー
フィルタのエレメントに少なくとも相対的に透過光量の
少ないフィルタ部分を設けるようにした。このフィルタ
部分はマゼンタ透過、緑透過又は全可視光透過であり、
特にカラーフィルタのアレイに平行な緑を境にして明暗
の異なる画像の場合には、透過光量の少ないフィルり部
分(二より補償され偽輪郭を減少させることができる。
以下図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説明する
す様にφ1.φ2.φ3.φ4より成る各電極を駆動す
るとき、ドライバ11(:直流〕何アス電圧12をそれ
ぞれ加えること(二よりポテンシャルの形状13を図に
示す様(二形成する。すなわちボテンシャル井戸の底の
形状が、電荷の転送方向に向って下降階段状にすること
が可能である。点線で示したポテンシャルの形状13′
は、ポテンシャルの形状13を与える転送パルス波形の
位相を180°変化したときの状態を示す。2相駆動型
のCCDおよび1相駆動型のCCD l’:おいても、
第1図(a)に示す様な下降階段状のポテンシャルの形
状を形成しうる。本発明はそれらのタイプのCCUにも
、当然のことながら適用可能であるが、ここでは4相駆
動型のCCDについて説明するものとする。
以−L1説明したポテンシャルの形状は、電荷を転送す
るときに、本質的に必要な形状であるが、電荷を蓄積す
る状態においては、転送電極に適当な電圧を印加するこ
とにより、ポテンシャルの形状を第1図(blの状態に
することが可能である。このときの電荷捕獲の確率分布
は第1図(c)の様になる0 このCODに、一つの色配列例である第2図に示す様な
色配列のカラーフィルタ15を図に示す様にそれぞれの
感光素子に対応させて設ける。なお図の様にカラーフィ
ルタ・エレメントは垂直方向(ニ一つの電極の半ピッチ
分だけずらせて設置しである。
このフィルタ・エレメントの組は水平方向および垂直方
向に繰返し設けられるものとする。
第2図18,17,18および19は、それぞれ赤R1
緑G、青BおよびマゼンタMaの各成分光を通過させる
カラー・フィルタ・エレメントを示し20は不透明なエ
レメント0paqueおよびチャンネルストッパ部分の
遮光層を示している。図の様(二このカラーフィルタは
φ1.φ2.φ3およびφ4の電極からなる一つのセル
(二相具なる2つのカラーフィルタ・エレメントをそれ
ぞれ対応させることを特徴としている。
なお第2図ではφ1.φ1′、φ1“はそれぞれ同じ電
極であるが、説明の都合上、異なるセル(二ある電極に
はそれぞれダアシュ記号をつけた。
このカラー撮像素子(:第1図(b)に示す様なポテン
シャルの形状ができていると、第0列23のφ2電極下
のポテンシャル井戸には、Rのカラーフィルタ・エレメ
ントを通過した光分に対応して感光素子より得られた信
号電荷が蓄積されると同時C二第1図(c)の電荷捕獲
確率分布より推測される様;:Rのカラーフィルタ・エ
レメント15の上下(:するカラーフィルタ・エレメン
ト15であるGを通過した光分により発生する電荷が蓄
積され、これが混色成分となる。今、各カラーフィルタ
・エレメント15を通過し、その直下にあるポテンシャ
ル井戸に蓄積される混色成分を含まない電荷量をそれぞ
れ、r、  I、  b、 ma、  0paqueの
様に小文字で示すと、混色成分・もれ通量の係数αとし
てこの第n列φ2電極下のポテンシャル井戸に蓄積され
る電荷量r′は r′二r+2α・f(1) で与えられる。
同様にして第n列、φ4電極下のポテンシャル井戸(二
は、 y’=α・r+f+α・b(2) 第n列、φ2′電極下のポテンシャル井戸には、b′=
2α・y 十b             (3)第n
列、φ4′電極下のポテンシャル井戸には、f′=α・
r十f+α・b(4) % n + 1列24、φ2電極下のポテンシャル井戸
には、 ma’=ma + 2α・l            
 (5)第n+1列、φ4電極下のポテンシャル井戸に
は、y’=α・ma + f            
 (6)第n+1列、φ2′電極下のポテンシャル井戸
には、opaque’=2α−y          
       (力第n+1列、φ4′電極下のポテン
シャル井戸には、y’=α・ma + 9      
         (8)がそれぞれ蓄積されることに
なる。
以上は、蓄積モードにおける各電極下のポテンシャル井
戸に蓄積される電荷量を示したが、電荷蓄積のあと、信
号を読出すための転送モードに移るとき、各電極に加え
る転送パルス電圧を変化させ、ポテンシャルの形状を第
1図(b)より第1図(a)13′の様な下降階段状に
変換させる。このとき第n列、φ2電極下のポテンシャ
ル井戸に蓄積された電荷ビと第n列、φ4電極下のポテ
ンシャル井戸(:蓄積された電荷f′は、それぞれ加え
合わされてφ4電極下に新しく形成された1つのポテン
シャル井戸(二蓄積されることになる。また第n + 
1列、φ2電極下のポテンシャル井戸に蓄積された電荷
ma’と、第n+1列、φ4電極下のポテンシャル井戸
に蓄積された電荷f′はそれぞれ加え合わされてφ4電
極下のポテンシャル井戸C二蓄積される。     1
も したがって、φ1.φ2.φ3およびφ4磁極よりなる
水平ライン21からは、r’+ f’、 ma’+ f
’がそれぞれ交互に繰返して読出されることになる。
また同様(ニしてφ1′、φ2′、φ3′およびφ4′
電極よりなる水平ライン22からは、b’十f’、  
opaque’+y′がそれぞれ交互に繰返して読出さ
れる。
インタレース動作時においては、第1図(a)の13に
示すボテンシャルの形状【二なる様、転送パルス電圧を
変化させるので、φ3.φ4.φ1′およびφ2′電極
より成る水平ライン21′からはb’十y’およびop
aque’+9’がそれぞれ交互に、また同様にしてφ
3′、φ4′、φ1〃およびφ2“電極より成る水平ラ
イン22′からは、r’+f’、およびma’十f’が
それぞれ交互(二読み出されることになる。
この様にして読出されたカラー撮像素子からの出力信号
よりカラー信号を生ずるための一構成列を示す制御ブロ
ック図を第3図に示す。
同図に於いて、35は信号発生器で電極駆動信号φ1〜
φ4を発生する。
36はスイッチ回路で、信号発生器35の駆動信号φ1
〜φ4及びそれに直流バイアス電圧37を加えた駆動信
号を転送モード、蓄積モードC二応じてカラー撮像素子
25に切換えて印加する。スイッチ回路36はモード信
号Mの印加によってその出力を変える。
26はディレィラインで、−水平走査(IH)期間、信
号を遅延させ垂直方向の相関を利用して輝度信号Y、赤
信号R1青信号Bを得ようとするものである。25は、
すでに述べたモザイク状のカラーフィルタとCCDを組
合せたカラー固体撮像素子で第2図に相当するものであ
る。カラー撮像素子25からの出力信号は、加算器27
、ディレィライン26およびスイッチ回路28の入力端
子a。
dに導びかれている。またディレィライン26の出力は
、加算器27およびスイッチ回路28の入力端子す、c
に導びかれている。
加算器27より得られる信号は、第n列では第1式〜第
4式より導びかれ、今ここで、各電荷量(:相当する信
号レベルをそれぞれの大文字で表わすと、 (R+G’)+(B’+σ)=(1+2α)(R+2G
+B)となり、ま、た第n+1列では第5式〜第8式よ
り、(Ma’+σ) +(opaque’十σ)=(1
+2α) (Ma+2G)となりここでMa −= R
,+ Bであるがら、それぞれ輝度信号Yとして用いる
ことができる。
−トの結果をみると、混色の影響はR+2G十Bなる輝
度信号に係数(1+2α)がかがっているだけであるか
ら特に問題とはならないことがわかる。
また、1クロツク毎に、輝度信号が得られるので水平方
向の絵素数として、比較的少ない数のCCDで十分解像
度を得られる可能性を示している。
スイッチ回路28の出力端子eとfは連動して、それぞ
れ入力端子aとcT−IH期間だけ接続され、次の1H
期間では、入力端子すとdに接続される。
したがって図に示したfHは水平走査周波数を示してい
る。この出力端子eを減算器29のプラス側に、出力端
子fを減算器29のマイナス側にそれぞれ接続すると、
減算器29の出力として、(R′十σ) −(B’十σ
)=R−Bおよび(Ma’十G’ ) −(0paqu
e’ + G′) −Ma の信号がそれぞれ交互に得
ることができる。スイッチ回路28は、B−R。
−Ma  のごとく信号の反転すやのを防ぐ様に動作さ
せるわけである。このとき、混色成分は上記の様に全て
、減算処理で補正されてしまい、得られる信号は混色成
分をまったく含まない信号となる。
−この減算器29の出力は加算器31、隣接するセル成
分の信号まで遅延させる1ピツトデイレイライン30お
よび減算器32に接続される。また1ビツト・ディレィ
ライン30の出力は加算器31および減算器32(二そ
れぞれ接続される。この様にすると加算器31の出力に
得られる信号は赤R信号となる。また減算器32の出力
には、青B信号が正負交互に得られる。この青B信号を
、ブタダクト検波器33にて、青B信号にする。
Y、R,Bの各信号は、ローパス・フィルタ、ガンマ補
正回路、マトリックス回路およびカラーエンコーダ回路
等よりなるプロセッサ34に入り、このプロセッサ34
の出力としてNTSCカラー信号が得られることになる
以上のようなカラー固体撮像装置によれば、フレーム転
送型CCDにモザイク状のカラーフィルタを組み合わせ
ることによって混色の問題を取り除くことができ、その
場合カラーフィルタの色配列の組み合わせは種々のもの
が考えられそれぞれ解像度、画質等が生じてくる。
しかし結像すべき画像が第4図(a)に図示したように
カラーフィルタのアレイにほぼ平行な線43を境にして
明部41と暗部42からなるような画像である場合には
以下に述べるような問題が発生する。すなわち第4図(
a)のような画像を第4図(b)に図示したようなフィ
ルタ・アレイに結像させる場合を考えてみる。尚第4図
(b)のフィルタ・アレイは第n列及び第(n+1)列
に示した配列は第2図の配列と同一であり、又第(n+
2 )列、第(n+3)列に示した配列は第n、第(n
+1)列のフィルタ配列を部分的に反転したものとなっ
ており、更に入力画像は上側が明るく下側が黒いものと
なって第4図(a)に図示したものと反転した像になる
第4図(a)に示した画像が、正確に第4図(b)に示
したカラーフィルタ・アレイ上に結像されている時には
、ある−水平走査時にCCDから得られる出力(IH倍
信号は、信号51で示した範囲の色フィルタに対応して
、 (B’+σ) +  (0paque’+σ)、(R’
+σ)、  (Ma’+σ)の順に得られる。又次の一
走査時間には記号52で示した範囲の色フィルタに対応
したOH信号が(R′+σ)t  (Ma’+σ)、(
B’十σ) *  (0paque’+σ)の順に得ら
れる。
CCDからの出力は、−水平走査時間だけ遅延された後
、加算されて輝度信号Yとなるが、第4図に示した場合
には、51で示した範囲に対応したIH倍信号、被写体
の明部41に対応しているため、色フィルタの透過率に
対応した出力変動を生じ(第5図(a)参照)、52で
示した範囲に対応したOH信号は、被写体の暗部に対応
しているため出力はほとんど生じない(第5図(b)参
照)。従って第5図(c)に示すよう(=、IH倍信号
OH信号の和により得られる輝度信号Yには、出力の変
動が生じてしまい、最終的にTV (テレビジョン)画
面上に得られる画像は第6図に示すように元の被写体に
は存在しない、ノコギリの歯の形のような偽の輪郭とし
て表示されてしまう。この凹凸形の偽輪郭は、最終的な
画質を低下させる要因となる。なお第6図において矢印
Xは走査方向を示す。
この、ような偽輪郭による画質の低下を防止した例が第
7図に図示されている。
第7図において符号M、は第4図(b)図示の従来例の
マゼンタフィルタと比較してやや透過率の低下したマゼ
ンタフィルタである゛。符号M2も同一のマゼンタフィ
ルタであるが、フィルタの面積の大半は遮光され、開口
の面積は本来の面積の荀〜Σ程度となっている。いまM
、およびM2の各フィルタを通して、光電変換される電
荷量が第4図(b)の従来例に示すマゼンタフィルタの
場合の、K1及びに2倍であるとする。この時符号71
で表わされた範囲のフィルタを通して検出されるIH倍
信号、符号72で表わされた範囲のフィルタを通して検
出されるOH信号とが加え合わされて正規の輝度信号Y
となるためには M、’ + M2’= R’ 十B′(9)となること
が必要であるが、ここでMI’= KI・Ma1M2′
二に2・Ma′であるので、 (K、 十に2) Ma’ = R’ 十B’ =: 
Ma’に、+に2=1               
   (101の条件を係数に1及びに2が満たしてい
れば良い。
今に1コ0.8. K2=0.2とするための例として
は、マゼンタフィルタの濃度を高くして、 M、=0.
8・Maとし、M2フィルタの開口を正規の員の大きさ
とすれば、比較的実現が容易である。
このような色フィルタを用いた時に輝度信号(ト)の変
化する様子が第8図に図示されており、点線で示した第
4図(b)に示した色フィルタを用いた場合のY信号8
2は第7図に図示した色フィルタではY信号81となり
変調振幅が小さくなって偽の輪郭は目立ちにくくなる。
これは少なくとも相対的に透過光量の小さいカラーフィ
ルタ部分を設けることによって暗部における輝度信号が
補償されるからである。
第8図は白黒のエツジに生じる信号であるが、物体色が
赤、青、マゼンタ等の彩度の高い色や、中間色等積々の
色の場合を考えると、その差は更に大きくなる。マゼン
タ色と黒のエツジに生じる− 信号を第9図に示す。従
来例ではY信号82′に示すようにY信号が完全にOと
なる場所があり、得られたテレビジョン画面上の画像を
目で見た場合に凹凸が非常に目立つの(二対し、本発明
によるY信号81′ではこれが大幅に軽減されている。
このような色フィルタを用いて色信号を取り出−す回路
が第10図に図示されており、同図において第3図と同
一部分C二は同様の参照符号が付されている。
第10図において35は信号発生器で、電極駆動信号φ
1〜φ4を発生する。36はスイッチ回路で、信号発生
器35の駆動信号φ1〜φ4及びそれζ二部流バイアス
電圧37を加えた駆動信号を、転送モード、蓄積モード
C;応じてカラー撮像素子25に切り換えて印加する。
スイッチ回路36はモード信号Mの印加によってその出
力を変える。
26はディレィラインで、−水平走査期間、信号を遅延
させる。カラー固体撮像素子からの出力信号は加算器2
7、ディレィライン26、減算器43の入力端子に導か
れている。
前述の説明同様、加算器27からは出力信号として、 (1+2α)(R千2G十B) が得られ、これは輝度信号Yとしてプロセス回路34に
入力される。一方、減算器43からの出力は、 (RB)=   (KI  K2)・(R十B)、  
(RB)−(Kt−に2)・(R+B )。
で表わされる信号の繰り返しとして得られる。伺ここで
、混色のうち消される原理は前述した従来例の説明と同
一であるので説明を省略する。
減算器43からの出力信号は、反転器44により2クロ
ツク毎に出力が反転された後、信号分離回路45によっ
て、(R−B )信号、及び(K、−に2)・(R+B
 )信号によって分離され、適当な大きさに増幅された
信号は加算器47を介してR信号となり、又、減算器4
8を介してB信号となる。
以上の過程で得られたY、R,B信号はプロセス回路3
4に入力され、この結果NTSC信号が得られる。
以上の説明に示したように、増幅器46及び増幅器46
′の増幅率を適当な値に設定すること(−より、(R+
B)信号に係数(KlKt)がかかっていても、これを
補正して正しいR,B信号を得ることが可能となる。
本発明を用いることにより、輝度信号の高域成分が色信
号に漏れ込んで生じる偽の色信号は、わずかであるが増
加する。しかし、それに対して偽輪郭信号は、大幅に減
少させることが可能となるため全体として得られるカラ
ー画像の画質を向上させることができる。
本発明に用いられるカラーフィルタ・プレイの第2の実
施例が第11図に図示されている。第9図の実施例と異
なる点は、小開口のM2の部分が、透明フィルタとなっ
ている点である。このような色フィルタ配列においても
、基本的には第10図と同一の信号処理回路を用いてN
TSC信号を取り出すことが可能となる。より厳密には
Y信号の1クロツク毎の出力変動を補正する回路、減算
器43に入力される信号の大きさを4クロック毎C:調
節する回路、及びプロセス回路中で色補正のためのリニ
アーマトリックス回路を必要に応じて付は加えれば良い
第12図は本発明に用いられるカラーフィルタアレイの
第3の実施例を示した図である。図中Mはマゼンタフィ
ルタで、(R十B)相当の分光透過率を有している。一
方、Nは近似的(−平担な分光透過率を有する、ニュー
トラルデンシティフィルタで、その透過率は1/20〜
1/2程度であることが望ましい。
更に本発明に用いられるカラーフィルタアレイの第4の
実施例が第13図に図示されている。図中、σは緑色フ
ィルタで、その分光透過率は他のGで表わした緑色フィ
ルタと同一でも、高くても、低くても良い。又開口の大
きさは、1/1oから全開まで任意の大きさの開口が使
用可能である。
以上、説明した如く本発明によればカラーフィルタに相
対的に透過光量の少ないフィルタ部分を設けるようζ−
しているので、フレーム転送型CCDとカラーモザイク
フィルタとを組み合わせて一偽色信号をあまり増加させ
ることなく、物体像の、L下のエツジ部に生じる偽の輪
郭を補正する有効な手段を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (bL (c)は本発明によるカラー
固体撮像装置の一実施例の固体撮像素子を示す説明図、
第2図は第1図における固体撮像素子とカラーフィルタ
の位置関係を示す説明図、第3図は第2図の素子を用い
た場合における信号処理回路を示すブロック図、第4図
(a)、 (b)は物体像の上下のエツジ部に生じる偽
輪郭の生じる原因を説明する説明図、第5図(a)、 
(b)、 (c)は第4図に示した状態で出現する偽輪
郭の信号波形を表わした信号波形図、第6図は第5図の
偽輪郭のテレビジョン画面上で観察されるパターンを表
わした説明図、第7図は本発明に用いられるカラーフィ
ルタの第1の実施例を示した説明図、第8図、第9図は
それぞれ第7図のフィルタを用いて偽輪郭の減少する様
子を表わした信号波形図、第10図は第7図のカラーフ
ィルタを用いた場合の信号処理回路を示すブロック図、
第11図は本発明(二用いられるカラーフィルタの第2
の実施例を示した説明図、第12図は本発明(−用いら
れるカラーフィルタの第3の実施例を示した説明図、第
13図は本発明に用いられるカラーフィルタの第4の実
施例を示した説明図である。 25・・・カラー固体撮像素子  26・・・IHディ
レィライン27.47・・・加算器      35・
・・クロック信号発生器36・・・スイッチ回路   
43.48・・・減算器44・−・反転器      
 45・・・分離回路46.46’・・・増幅器 34・・−NTSC信号プロセス回路 特許出願人 キャノン株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)1つの固体撮像素子に独立した少なくとも2つのポ
    テンシャル井戸を形成し、その各ポテンシャル井戸に相
    異なるカラーフィルタ・エレメントを対応させて、信号
    電荷を蓄積する手段と、前記相異なる2つのポテンシャ
    ル井戸に蓄積された信号電荷を混合させ、この混合され
    た信号電荷を読出すことによって、カラー信号を発生す
    る手段とを備え、前記カラーフィルタに相対的に透過光
    砒の小さいフィルタ部分を設けることを特徴とするカラ
    ー固体撮像装置。 2)前記フィルタ部分はマゼンタ透過であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のカラー固体撮像装置
    。 3)前記フィルタ部分は緑透過又は全可視光透過である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のカラー固
    体撮像装置。
JP56122487A 1981-08-06 1981-08-06 カラ−固体撮像装置 Pending JPS5824287A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56122487A JPS5824287A (ja) 1981-08-06 1981-08-06 カラ−固体撮像装置

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JP56122487A JPS5824287A (ja) 1981-08-06 1981-08-06 カラ−固体撮像装置

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JPS5824287A true JPS5824287A (ja) 1983-02-14

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ID=14837058

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JP56122487A Pending JPS5824287A (ja) 1981-08-06 1981-08-06 カラ−固体撮像装置

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JP (1) JPS5824287A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10874242B2 (en) 2012-09-17 2020-12-29 Current Products Corp. Rotatable drive element for moving a window covering

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