JPS5871780A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS5871780A
JPS5871780A JP56170014A JP17001481A JPS5871780A JP S5871780 A JPS5871780 A JP S5871780A JP 56170014 A JP56170014 A JP 56170014A JP 17001481 A JP17001481 A JP 17001481A JP S5871780 A JPS5871780 A JP S5871780A
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JP
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color
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solid
horizontal
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JP56170014A
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Michio Masuda
増田 美智雄
Toshiro Kinugasa
敏郎 衣笠
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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
    • H01L27/14806Structural or functional details thereof
    • 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

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (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】 本発明はカラービデオカメラ用の固体カラー撮gII装
置に関するものである◎ MUSやCCDを使った固体撮像装置は性能、量産性が
良い、信頼性が高いなどの理由で研究、開発が活発に進
められておf)SMO5形固体撮像索子を使った家庭用
カラービデオカメラは丁でに実用化されている。特に家
庭用カラービデオカメラは低価格を実現するため、単板
の固体撮f*潔子を使ったものが有力でめp1受光面の
サイズも1インチからV5インチというように小ざくな
る傾向にある。しかしながら、カラービデオカメラの性
能を大きく左右する解像度については、解像度を上ける
ことと、単板化することおよび受光面のサイズを小さく
することは一般に相反関係にある。
第1図を用い従来のカラー固体撮像装置について以下に
説明する。同図←)は単板式カラー固体撮[F子の色フ
ィルタ配置を含む平面構造を模式的に示す・ 同図において、A11〜A66はそれぞれ上面にモザイ
ク状色フィルタが配置された画素(受光素子と該素子の
信号を読み出丁スイッチからなっている。)を示してい
る。これらの画IN!2次元的に規則的に配列されてい
る。V1〜ri2tt!l1Tl信号線、51〜S12
はその一端に垂厘信91111が接続された水平スイッ
チ、φB1〜φB611水平スイッチ51〜512のゲ
ートに印加される水平走査パルス(同図(blに示した
)を示して−する。
同図においてモザイク状色フィルタ&1透明(す、黄色
(Yl)、シアン(cy )、緑(G)と(・う縁をベ
ースにした色フィルタが、1画素率位に配列されている
。同図の構成にお(・てIi、同色の色フィルタが配置
された画素からの信号11、共通の垂直出力線に出力さ
れるよう構成されている。そのため、それぞれのii!
111Aからの色信号w、ya、cy、1は水平スイッ
チ51〜512の他端に出力される。なお、色信号’*
ygtCy+yGz原色信号でおる赤ケ)、縁Q)、青
Cb)を用(・ると以下のように表わされる。
wzr+y+b 18   ! 又、同図(α)においては、受光素子からスイッチを介
して垂直出力@V1〜F12へ信号を読み出丁機構は囚
示していない。詳細は例えば、本出願人による特願昭5
4−57427号・「カラー固体撮偉索子」を参照され
たい。
ざて、上記構成において、インターレース走査を行う場
合について説明する。インターレース走査で信号読み出
すには、まずあるフィールドでペアAの信号を垂直出力
線V1〜V12に読み出し、水平走査パルスφB1〜参
B6により水平走査を行い、次にペアBの信号、続いて
ペアCの信号・・・・・・・・を順次同様に読み出す。
次のフィールドでは同時に読み出丁2水平ラインの組み
合せを層重方向に1画素分ずらし、ペアα、ペアI、ペ
アr・・・・・・・・・と欧み出丁・こうして得られた
色信号w=y、yε、Cyから、輝度信号Y、赤信号R
1青信号Bを以下のようにして得ることができる。
Y悶−+tt−ya+cyにr十η十り2Rw=w −
g+ym −cyt=2r      −°−:°(2
32B−w −y −′yg +cy−24したがって
、上述した構成の単板式カラー固′体撮*津子において
、水平方向の画素数を増加丁れば水平解偉度が上がるが
、単純に1jIlIA数を増加丁れば受光サイズが増加
してしまう。又、受光サイズを変えずにIu*数を増加
するためには画素ピッチを狭くしなけれはならず、同じ
開口率を得るためにはレイアラトノくターンを細密化す
る必要がめり、技術的な問題がめる。
一方、従来から画素数、を増加することなく、水平解偉
度を上げる方法として、例えば特願昭51−15090
1号・「固体カラー撮gIi装置」に開示されている画
素の市松状配置という方法があるが、この方法を単純に
第1図←)の構成に適用しようとすると次のような間組
が発生するO第2図に、w41−の構成に1ulliの
市松状配置を適用した構造な示す。本平面構造は本出願
人が先に出願したが、本願出願時点では公知ではない。
同図において、A11〜A66 、 Sl −512。
V1〜V12.φB1〜φB6は第1図←)のものと同
一物を示L、Δ、B、C,a mlwrも第1図と同様
インターレース走査のためのペアを示す。
■、■、0)は各面素上に設けられたモザイク状色フィ
ルタの種類を示している。奇数行の水平ライン上に位置
する画素A11〜A16 t A51〜AS6 、.4
51〜A56と、偶数行の水平ライン上に位置する画素
、421〜.(26、141〜A46 、 A61〜A
66とは、それぞれ水平方向に牛画素ピッチ(1/2ピ
ツチ)すれている。この構成がw#累の市松状配置であ
る。
同図において、もう一つの特徴は、画素A11゜J!5
1 、41がIIMされた!&厘出力線V1と、それら
の画素と172ピツトずれて配liすれたms、421
 、 A41 、 A61が接l1ftされ、た―1出
力線V2とにIi絖された水平スイッチS1・S2が同
一の水平パルスφIi1によって開閉されることにある
同様FCSs ト54が4142で、S5と86がφB
5で、S7とS8がφh4で、S9とS10がφB5で
、S11とS12がφB6で開閉される。このような構
成をとる理由は水平走査パルスを発生する水平走査画路
の性能にある。・ 同図において、第1図と同様インターレース走査のた一
?に2水平ライン(例えばペアA)の同時読み出しを行
なうと、垂血出力線P′1〜F12に接続されたikI
素は、相隣接する垂I出力IMK接続された画素と水平
方向に172ピツチずれているから、出力端で得られる
画3F!A11−Al6の信号と画素A21〜A26の
信号は空間的な1/2ピツチのずれに対応した時間的ず
れを持って出力されなけれはならな、い。そのためには
、水平スイッチ51〜S12のゲートに印加する水平走
査パルスは、それぞれ異なるタイミングで発生されなけ
ればならない。しかしながら、−水平ライン上の画素数
が約SOO@とすると、−水平期間に発生されるべき水
平走査パルスは1000個必要になる。このような高周
波数の水平走査パルスを発生する水平走査回路を構成す
ることは、現状の技術では全く不可能に近い。以上が第
2図の構成をとる最も大きな理由である。
よって、第2図の構成においては、必然的に出力端にお
いて時間ずれなく出力されるA11〜A16からの信号
とA21〜A26からの信号との間に、空間的な1/2
ピツチのずれに対応した時間的ずれを与える必要がめる
。しかしながら単純に、遅延回路を用いて、A21〜A
26の信号をAn〜A16の信号に対して時間的ずれを
与えると、現状の遅延回路の精度では、後の色分離が完
全に行なうことができず、色信号間に混色がおきるとい
う問題がある。
本発明の目的は、上述した第2図の構成において、空間
的に172ピツチずれた画素からの信号に、その空間的
なずれに対応した時間的ずれを正確に与え、分離された
色信号間に混色のない固体カラー撮像装置を提供するこ
とにある。
上記目的を達成するため、本発明においては、第2図の
構成の素子から得られる信号な、各色フィルタの色別に
出力ぎせるとともに、各色刷の出力端にそれぞれサンプ
リング回路を接続し、各画素の空間的位置ずれに対応し
た時間すれを上記各色別の信号に与えるため、上記サン
プリング回路のサンプリング時期を調整する構成をとる
さらに、本発明においては、上記サンプリング回路を、
上記各色刷の出力端に接続した積分回路で兼用し、骸積
分回路の積分リセットパルスをサンプリングパルスとし
て用いることにより、回路の簡略化をはかる。
以下、本発明を実施例を用いて詳述する。第3図に本発
明の一実施例を示す。第3図←)は素子の色フィルタ配
置を含む平面構成、第5図(A)は信号処理回路の構成
を示している。同図において、第1図、第2図と同一の
記号は同一のものを示している。01〜G鴇は重置ゲー
ト線である。なお、1ill索An4の畦細な同図←)
右下に示した。11112はそれぞれ据置走査回路、水
平走査回路、15はインターレース走査用回路、17は
フォトダイオード、15は所n!Ii11Mosスイッ
チを示す0同図においては、fl[MOSスイッチ15
、フォトダイオード17とも2個ずつ示しておるが、一
般には一個ずつである。
画素A11〜AnrlLニは、色74 k 夕1F 、
Yg 、Cyが例示されている。Ll、L2.L5は信
号出力線でめり、それぞれ出力端子18e19e20に
色信号tu、yt、cyを出力する。インターレース走
査回路13は公知であるが、その内容を簡単に説明する
と、インターレース走査のために、重置走査(ロ)路1
1の出力である垂直走査パルスな重置ゲート@61〜O
nに分配する。まず、ある74−ルドでは、第1の垂直
走査パルスを据置ゲート線G1.G2に同時に印加、第
2のkN走査パルスを1厘ゲート線G5eG4に同時に
印加することにより、ペアA、ペアB・・・・・・・・
・を選択するよう動作する。次のフィールドでは、同様
にしてペアα、ペアト・・・・・・・・を選択するよう
動作する。
第5図(b)の信号処理回路において、22−1゜22
−2.22−5は出力端18119.20にあられれた
色信号w 、 yg 、 cyを増幅するプリアンプ、
23−1 。
25−2 、23−5 はそれぞれサンプリング−路、
27はパルス発生回路、24s25e26は出力端子で
あり、それぞれ輝度信号、青信号、赤信号が得られる。
サンプリン・グ回路25は、空間すれに対応した時間す
れを各色信号に与えるよう機能する。
例えば、第3図に示すGi 、 G2の2行が選択され
た時、G1によって選択されたホトダイオニドと62に
よって選択されたホトダイオードがそれぞれ1つずつペ
アで“読み出されるが、G2によって選択されたホトダ
イオードはG1によって選択されたホトダイオードから
みて空間的に水平方向に1/2ピツチずれているので、
出力信号を遅らせる必要がある。遅延時間は画素の読み
出し周期をTとすると、T/2である。以上のことを第
4図を用いて説明すると、第3図←)に示す各色フィル
タに対応する信号w 、 yg 、 Cyは第4図←)
のような夕、イミングで出力される。これをサンプリン
グ1路2Sにより第4囚(句のように空間配置に対応し
たタイミングになお丁のであるO以下に第3図(A)2
5のサンプリング回路の具体例を第5図に示す。第5図
はMO5形撮計重e子における固定バタン雑音と呼ばれ
る雑音を除去するために考案された積分回路と呼はれる
回路を同じ構成をとるため、サンプリング機能と同時に
、いわゆる積分機能をもつ。サンプリング機能を説明す
る前にまず積分機能について説明する。読み出し方式が
方法1の場合、MO5形撮計重I素子の出力信号w、y
g、cyはタイミングとしては第4図に示す通りに出力
されるが、出力波形は第6図に示すようになり、信号成
分w1・・・・・・4 、 ygll・・・・・a、c
yl・・・※・・4は上下のスパイク雑音に乗った形と
なる。このスパイク雑音は第3図←)に示す水平ゲート
MOSスイッチ51〜SmのU!W、OFFによるもの
である。したがって水平ゲートMOSスイッチの特性バ
ラツキにより例えば絡6図−に示すようにスパイク雑音
の大きさがバラツキ、かつ、上下のスパイク雑音が水平
ゲートMOSスイッチのonJ91r&11だけ時間的
にずれるため、上下のスパイク雑音の包路線は信号処理
回路のローパスフィルタでは除去し切れずにモニタ画面
上で固定した縦1じとなって現わ1.れる。この縦1じ
が固定バタン雑音である。
この固定バタン雑音を回路で除去する手段として、1回
の水平ゲートMOSスイッチのON。
OFFによる上下のスパイク雑音が等し−・ことに着目
して1画素分の出力波形を積分てるのが、積分回路であ
る。第5図24に示す積分コンデンサで1画素分の出力
波形を積分して上下のスノ(イク雑音をキャンセルして
、後に/(ルス発生回路27からの積分リセットノ(ル
スφW(リ−・φCy)で信号成分のみを得る。以上が
積分機能であるが、積分された信号成分の出力タイミン
グ&家積分リセットパルス%w * lyn tφcy
で制御できるので、φ11’ * 4yg 4φcyの
位相を出力信号w 、 yj 。
ayに対して第6図に示すようにすると、サンプリング
および積分された出力信号m’ 、 311’ 、 C
9’は同図に示すように空間配置に対応したタイミング
で出力される。
第7図はサンプリング/くルス(積分リセットパルス)
4w 、dye *φayの発生するパルス発生回路を
説明Tるための図でるる。同図←)において、28は1
75分周回路、2−9 # 50はD型フリップ・70
ツブ(DFF)である。信号φは固体撮像装置の原発振
信号で、水平走査N路の動作周波数の2倍の周波数を有
する。信号φを173分周回路28で分局することによ
り、信号蓼の並びかえのためのサンプリングパルスφ。
、を得る。次にパルスφWを信号φの立ち下がりでたた
(DFF29によりφU、より120”遅れたサンプリ
ングパルスφygを作ることができる。例えば、第7図
(Alにおいて、T1のタイミングではパルスφWの立
ち下がpより信号φの立ち下がりの方が、必ずタイミン
グとしては早いのでパルスφygは立ち上が9、T2の
タイミングでφy−は立ち下がる。
同様にDFF50でサンプリングパルスφayを得るこ
とができる。
以上が、サンプリング回路23の詳細、及び動作でるる
。サンプリングIQ%23を出た色信号W′。
、L、C,Iはそれぞれ加算回路Al)D、減算回路5
UB1.2に印加され、輝度信号、青信号、赤信号を得
る。
次に、本発明の他の実施例を示す。上述した第1の実施
例においては、インターレース走査回路13で2水平ラ
イン同時読み出し、各フィールドで1水平ラインずらし
て読み出すというインターレース走査を行なった。本実
施例においては、インターレース走査回路13を次のよ
うに動作させる。まず、第1の71−ルドにおいて、垂
直ゲート線G1.G5.G5・・・・・・と奇数の水平
ラインのみを選択し、次の第2フイールドにおいては、
垂直ゲート線G2 、 G4 、 Gl、・・・・・・
と偶数の水平ラインを選択する。このような、インター
レース走査を行なうインターレース走査回路も公知であ
るので、詳述しない。
さて、上記のインターレース走査を行なった場合の信号
処理回路の動作、特にサンプリング回路25のサンプリ
ングのタイミングについて詳述する。すなわち、固体撮
像素子の出力端1B、。
19s20に出力される信号w 、 ys 、 ayは
#IB図←)に示すように、第1フイールド、第2フイ
ールドで空間的なすれに対応しないタイミングで読み出
されるので、第8図(b)に示すように第1フイールド
に対して、第2フイールドでは1iulEの読み出し周
期Tの半分だけ遅延させる必要がある。
そのため、第3図(b)の信号処理回路のサンプリング
l151路25に印加するサンプリングパルス(積分リ
セットパルス)φw e Qg tφe9を第1フイー
ルド、第274−ルドで、第9図(bl 、 (C)に
示すようた位相に丁れば、第8図(b)に示すような、
空間的なずれに対応した出力信号W−y−・cyを得る
ことができる。
以上、詳述してきた第1、第2の実施例’tr−ら明ら
かなように1本発明によって、第3図に)に示した構造
の固体撮像素子の出力端IL 19・20に出力される
色信号に、画素の空間的な位置ずれに対応した時−間約
ずれを、簡単な信号処理回路の構造で与えることができ
る。又、本発明によれば、MO5型固体撮像津子0信号
処理回路の中で、きわめて重要な役割を有する積分回路
を、上記時間ずれの補正回路として兼用できるため、回
路規模の増大がない。さちに本発IJIにおいては、複
数の色フィルタの色別に出力信号をとり出丁構1ii、
な有しているため、色信号間の混色が全くない。
さらに又、本発明においては、各色フィルタに対応した
出力端を設けたことにより、緑色をベース圧した補色フ
ィルタを用いる時に問題となる、いわゆるハイライトグ
リーンを容易に対策できる利点がある。ハイライトグリ
ーンとは高照度の白色が緑色に着色する現象で、各色フ
ィルタに対応する画素の相対感度が異なり、画素のi号
電荷が飽和する飽和光量がi4なるために生じる現象で
ある。ハイライトグリーンを簡易な回路でかつ高精度に
対策する手段は丁でに出願した特願昭55−11022
5号・「撮像装置」に述べであるように、それによると
、第10図に示すように、プリアンプ22のバイアス電
圧F、(#)・r#(ya ) 、Vb(cy)を調整
し、それぞれの飽和光量点を一致させればよい。本発明
の構成によれは、この調整が極めて簡単に行なえる。
なお、以上詳述してきた本発明によれと1色フィルタ■
、■、■は第3図(α)に示したようなン・yt・C゛
yに限定されるものではないことは言う管でもない。色
フィルタ■、■l■として例えは次のような色フィルタ
を採用できる。
・■:R9■:G、■:C’y ・■:Y−9■mG、■:B ・(5) :、 Y、g 、■:G、■:Cy又、本発
明はMO5gの固体撮像素子を例示してきたが、′他の
型の固体撮像素子、例えと、フレームトランスファーt
’ t’ D 1m、インターラインtCD@、M t
’ 1)@ (受光部が第2図に示す構造で、水平読み
出し部にt’ CDやHBD・B CD等の電荷転送津
子を用いたものであり既に公知)の固体撮像素子にも適
用可能v6る。
これらの素子において、水平読み出し部を複数並列に設
置する構造は公知であるので、第3−(alに和尚する
実施例はここでは詳述しない。但し、ccD型、MCD
型ともにその出力端に積分回路は接続されないので、第
3図(A)に示すサンプリング回路は積分回路と共有と
いう形ではなく、出力端に直接的に*Wtされることと
なる。
以上詳述してき−た本発明によれは、限られた画素数の
固体撮像素子で、解g11fの良い、しかも色分離の良
い固体撮像素子を実現できる。
なお、上述してきた説明により、本件発明の説明を終了
するが、第11図を用いて本件発明の関連技術を付記す
る。丁なわち、第2の実施例にみた各フィールド毎に奇
数番目の水平ライン、偶数番目の水平ラインを交互に読
み出す場合、出力される信号に内在する空間的ずれに対
応した時間ずれの補正を次のように行っても良い。
第11図(cLlは水平走査回路の概略を示し、SPH
はスタートパルスの印加端、cpl、cp2は位相の逆
転した2相のりpツクパルスの印加端でメク、水平MO
SスイッチをONさせるパルス列φH1〜φHmを順次
発生する。
そこで、第11図←)の水平走査回路において、第11
図(b)・(C1に示すように、第1フイールドと第2
のフィールドで、スタートパルスSPHと/ロックパル
スCP1*(、’P2 をT/’lずらせると、水平M
OSスイッチをOR−gせるパルス列φH1〜φHmは
、第1の〕づ−ルドと第2のフィールドでC72ずれる
ことになり、上記したインターレース走査において、空
間的すれに対応した時間ずれを有する信号を出力1)I
ff 18e19e20に直接得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の色フィルタ配置の固体撮像素子の1例を
示す図、第2図は先に本出願人が出願した固体撮像素子
の概略囚、第3図←)* (A)は本発明による固体撮
像素子の一実施例を示す図、wJ4図は第3図の実施例
におけるサンプリングを説明するタイミングチャート図
、第5図は第6図(b)のサンプリング回路の具体的術
J[、第6図は第5図のサンプリング回路の動作を説明
するタイミングチャート函、第7図は第6図に示したサ
ンプリングパルスの一生を説明するための図、第8図、
第9図は固体撮像素子の信号読み出しを別方法にしたと
きのサンプリングを示す図、第10図はハイライトグリ
ーン対策な示す図、第11−は本発明の関連技術を示す
図でめる。 上図において、L1〜L5は出力信号縁、2Sはサンプ
リング回路、27はサンプリングパルス発生回路である
。 T l  図(α) 98番                      
   −一−−1′2   図 才 3 図 ((j) \、  /′ 才  3  目 (F)) 2/’ 4 才  斗  図 ((1) 才 夕 図 11゛ 1 .1−6  図 t 7 図 (a) (b) (pc4 2 1  図 (bン φ92゜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. t 相異なる三種の分光特性を有する感光素子が陶期的
    に配列された光電変換部と、該光電変換部に蓄積した電
    荷を順次読み出丁信号読み出し部と、読み出された信号
    からカラー映像信号を作成する信号処理部とを有する固
    体撮像装置において、上記感光素子は垂直方向に相隣接
    する感光素子か水平方向に牛ピ・ツチずれるよう配列さ
    れており、上記信号読み出し部は分光特性の種類別に設
    けた三本の信号出力線にそれぞれの信号電荷を出力する
    構成を有し、かつ上記信号処理部は上記感光素子の水平
    方向の空間配置に対応しない時系列で読み出された信号
    電荷を、サンプリングにより上記空間配置に対応した時
    系列に変換する手段ttvすることな特徴とする固体撮
    像装置。
JP56170014A 1981-10-26 1981-10-26 固体撮像装置 Pending JPS5871780A (ja)

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JP56170014A Pending JPS5871780A (ja) 1981-10-26 1981-10-26 固体撮像装置

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JP (1) JPS5871780A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62104390A (ja) * 1985-10-31 1987-05-14 Canon Inc 撮像装置
JPS62230187A (ja) * 1986-03-31 1987-10-08 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像素子

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5637588B2 (ja) * 1975-06-12 1981-09-01

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