JPS59106148A

JPS59106148A - 固体撮像装置及びカメラ

Info

Publication number: JPS59106148A
Application number: JP57216391A
Authority: JP
Inventors: Takao Kinoshita; 貴雄木下; Shinji Sakai; 堺　信二
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1984-06-19
Also published as: JPS6355870B2

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】（技術分野）本発明は、固体撮像素子、特に、カラー撮像信５ラーを
得るのに好適な固体撮像素子に関する。

（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
はストライブ状若しくはモザイク状のカラーフィルタ等
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
を受ける事によって、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−例を
小１しも（ハＣ１）し−ノ）１・二・ンスノ、　　、１
ｌｌｊ（ＦＴ’）（シ　ＣＤ　　　（Ｃｈ　Ｌｌｒｇｅ
　　Ｃｏｕｐｌｅｄ　　Ｄｅｖｉｃｅ）　に　−−ン　
い−ζ、ｌ＜１−ものであζ″）６Ｉｔ；）ｔ■；１蒙％ｊｌ（てあっ−Ｃ抄成の光ｒｉ−
変換用の画集のＩＩ及びタリに治った配列により構成さ
れ−Ｃいる。２１」メモ１ｊ一部てあって撮像部１の各
画素の電荷↑−５報を夫々・記ｔ（τ７−る為の部分で
ある。３は読み出し川の転送路とじ−Ｃの水平シノトシ
・マスタ′Ｃあって、メモリ一部２の情報を１水平ライ
ンずつ取り込み、そしてこのジイン情報を水平力向に転
送する小により点１１１１１　次の信ｔ３を得る。

従って、例えば、第２図の様な色分離用のス）・ライブ
状のカラーフィルターを撮像部１の前面に設け、Ｒ（赤
）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色フィルタ８［（のピッチ
を前記撮像部１の各画素ピッチに−・致させれば、各列
の画素は各色に対１心した（Ｆμ３を形成するので、水
平シフトレジスタ３がらは点順次の色信ＶＪが得られる
。

この様にしてｌ）　Ｉ：）れた各色信号は第３図に示す
ような侶月処理系により、例えば、ＮＴＳＣ信じ（−変
換される。

Ｉｌｌら、ＣＣＩ）のアンプ４がトら出力Ｊ＼れる点ｍ
ｒｉ次撮像出カイ、昂は先ず３個のリーンプル′オ＜−
ルト回路５−・７から成る侶Ｘ５ニー分Ｉ雄回路８にお
いてイ仝色イ、ｊ−冗かサンプルポール；・されて、赤
色＋７’−Ｍ′−Ｊ、　）ΣＩ９、緑色イ１．ｉ”［：
’　ＩシＧ、及υ青色（、；υＥ　Ｂに分離される。６
色イ１１弓ＥＲ，ＥＧ、Ｅ１１１よ夫／ｌ［丁丁変利イ
４ノアンプ９〜１１においでレヘル調整１されてホワイ
トバランスが」ントｌニア　−７１される。そして、レ
ヘル調整されｊ−各色イ１−１弓はクランプ回路、γ抽
１ト回路、アバ・−チャー抽車回路等を含むプロセス回
路１２〜１４においで人々処理された後、マトリクス回
路１５におい−Ｃん１１瓜イ、■□シＪと色差帖シ」に
変換され、エンコーター１６ζこよって、例えｉ、ｆ’
、　Ｎ　’ｒＳ　Ｃ侶ぢｔこ変換される。

この様な構成にすると、先ず水ｉ＋・シフ）・レジスタ
３は３原色を＋ｕｒ＊次読み出す７１１：になるので、
各７？３．５８　ＭＨｚのキャリアに乗せてｎ’Ｊ”ｊ
、み出す為には３．５８Ｍ１−１ｚ　Ｘ　３　＝　１０
．７４　ＭＨｚ　（ｒ：ｒりＴ３　、りＴ！！Ａ動しな
けれＩＪならないことになるが、しかし、クロ〉４１周
波数を高くすると転送効率が低下するのと、消費′１ｂ
。

力か犬になる為、水平−シクト１／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ＪＡ合の障
害となっていた。

（目的）本発明はこの様な従来の固体撮像素−１′の欠点を解消
し得る改ｙ１されたカラー撮像になｊ′適な固体撮像素
子を提供する東を目的としたものである。

本発明の他のＩＩ的は色信すを良好番ご分離し−Ｃ泊核
的に得る事の出来る固体撮像素子を提供する・ｌｆにあ
る。

本発明の他の［１的は２ノイスの少ない、又、ｔ　Ｍ・
レジスタを低速駆動Ｌ　＃ＩＩる、従って転送効率の良
い固体撮像素子を提供する事にある。

（実施例）以ド実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

第４図は未発明番こ係る固体撮像素子の構成の一例を示
す図て、撮像部の前面には第２図の様な色分囚のための
カラーストンイプノイルタか貼イ・Ｊけられる。３１〜
３；３は夫ノｌ！ｋ」ｌシフＩ・レジスタ、５１・〜５
３は本発明に従って水平ジノ］・レソ、ズタ３１−３３
での重荷の水・ｔ・−中１．Ｊス１（ｌｒに名水１１し
パ／ス′）３１．３７．３３を夫々側のものに対してア
・イソし・−）・する７ン、５に各水中し・ンスノ７３
１，３２゜３３　＋、ｍ　ＪＪ　Ｌ　ｉ　Ｉイソ　；ｉ
Ｑ　、されたｆｆＭＩ　ｉＪ［ｌ−ｉ；１能なアイツレ
−１・、・”ｌ（１，１７ＩＩＩメモリ一部２と３つの
水・１１う・〕訃レしス々３１〜３３との間１こ設げら
れ、メモリ一部２の最終の１水中−ラインの中に含まれ
る３色の情報なコ３つの水中シフ］・レジスタ３１〜３
３の人・′／ｉこ１、Ｌｌ、、り分くｔで人力させる１
ｊのいわば、電荷の並タリー的列吏換を七う分１情人力
部、４１〜４３は夫／ン市、（１１ｊ市圧変換ア゛／プ
である。

この様に木実施例では読め出し様の転送路としての水−
１・−ジットＬ／マスタを青ようとする色イ１、りのＪ
φ・類に１５１〕で３木（３１〜；３３）設け、各色に
対１ｊ心した取前を人／、−にり！川の水トシフト［／
ラスタ３１．３２．３３ｉこ振り分（ｊて人力しで、読
み出ｔイ、１に構成している。

１〕）−ンで、各色の仏ｇ、１．　（コイ１水平し／パ
ンス；’−’　３１　。

３２．３３−Ｃ実賀自勺番こザンズリソクされ、−７ン
プ４１．４２．４３からは各色信号が夫々分Ｎ［されて
出力される。

尚、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。

次に第５図は第４図示の撮像素子の要部の電極・構成を
示すものであって、図ではメモリ一部２の下端以下、３
木の水平シフトレジスタ３１〜３３まての部分が示され
ている。

図中、斜線部はチャネルストップであり、ＣＥはクリア
ゲートＣＬの電極、３１Ｅ〜３３Ｅは夫々水平シフトレ
ジスタ３１〜３３の各転送電極、５１Ｅ〜５３Ｅは夫々
アイソレート部５１〜５３の各制御電極、１７Ｅは分離
入力部１７の転送電極、２Ｅはメモリ一部２の転送電極
である。尚、各水平シフトレジスタ３１，３２．３３の
転送電極３１Ｅ、３２Ｅ、３３Ｅは図示の如く各水平レ
ジスタ３１，３２．３３中で分離して形成されているが
、勿論、これらはＡ立県等、周知の手段により各水平レ
ジスタ３１，３２．３３毎に共通接続されているもので
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組を以って単位
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は、Ｐ　（Ａ）　＞
Ｐ　（Ｂ）となる様にイオン注入等により仮想電極（Ｖ
ｉｒｔｕａｌ　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、ごウレベルの電位が加わった
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、ポテンシャ
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、φｌ〜φ３は電極３１Ｅ〜３３Ｅに印加されるクロ
ックパルス、φＴは電極１７Ｅ、５１Ｅ〜５３Ｅ及びＣ
Ｅに印加されるクロックパルス、φＳは電極２Ｅに印加
されるクロックパルスである。

第６図（ａ）及び（ｂ）は夫々垂直転送のクロックタイ
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ック図で、
１８は制御手段としてのドライ７へ−であって、第６図
（ａ）及び（ｂ）に示す如きクロックパルスφＩ、φＳ
、φ丁、φｌ〜φ３を供給する。尚、φ■は撮像部ｌの
電極に印加されるクロックパルスである。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
簡単な構成となっている。

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からメモリ一部２へ
の垂直転送の際は垂直同期信号■。

５ＹＮＣにほぼ同期して、期間ｔ、〜Ｌ２の間にクロッ
クパルスφＩ、φＳ、φＴとして、互いに同期したほぼ
同位相のクロックパルス（但し、図示の如く、クロック
パルスφＳだけは他のクロックパルスに対して若干先行
している。）を少なくとも撮像６Ｂ１の垂直画素数と同
じ数だけ供給する事により、メモリ一部２に残っていた
電荷をアイソレート部５１〜５３、水平レジスタ３１〜
３３、クリアゲートＣＬを通じてクリアトレインＣＤに
捨てると共に、撮像部１の電荷をメモリ一部２に移送し
、記、憶する。その後、第６図（ｂ）に示す如く、時刻
ｔ３以降においてメモリ一部２の最終行の蓄積電荷情報
を１ラインずつクロックパルスφＳによりシフトすると
共にクロックパルスφＴを図示の如く供給する事により
水平方向の情報を分離入力部１７及びアイソレータ５１
〜５３及び３木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
谷本Ｘｐ　（う；くど７３１，３ンく、３３にり［Ｊヅ
タバ−［スψＬ　、φ、・、φ３を図７１’＜の如＜１
クイＩＪＪ−揉るＪｓによりＥの情（′μを順次読み出
す。

、二、−で、特Ｃ１１１１［刻ｔ４う〜・ｔ４間の動イ
′１、即ち、メモリ一部２の最終の１ラインの情報を分
ＰＭ入力１″Ｘ１＋　１．７及びアイツレ−１一部５１
〜５：３を通しで、−３木の水−１ノシフトし・マスタ
３１〜３３の夫々に適宜振り分けて人力する際の動作に
ついて第°５図及び第６図（ｂ）を参１１すし乍ら、ｉ
’／シ＜説明する。尚、１）（１中の為、第５図中、Ｉ
　、　ＩＩ　、及びＩｌｌで示すメモリー’−ｒ：Ｂ　
２の３つの列に於ける′Ｉｌｉ：　（７Ｘｒ情報の移動
についてのみ説明するが、もとより、同様の動作か他の
各組（３列１組）の各列に於いても同蒔に慈起されてい
るものであるｑｌｙは几う迄もない。

先ず、水平同期信じ−Ｈ、Ｓ　Ｙ　Ｎ　Ｃにほぼ回期し
て１１ν刻Ｌ３に於てクロックパルスφ丁がハイになる
と、メモリ一部２の最終の１ライン中の１１６゜１１７
、１１１３の部分に蓄積されでいた電荷か人々分屋入力
部１７中の１１１．１１４．１１５で示す部分に移動し
、その後、このクロックパルスφＴかロウになると、こ
、ｔｔらＩｌｌ、　１１４．　ｌＨｉの：：＋＋分番、
゛移った゛屯イ１（■は更に人）／　１１０．１１３．
１０８　Ｔ小ず部分に移動する。次いて、２つ［［の、
クロックパルスφＴか１；イ１リ−さねると、分画入力
部１７の１０６の部分番こあった電荷、即し、当初、メ
モ１）−ｙｒ＋＋　２のＩて示１−り（Ｉの１１）ＩＩ
の部分番こ蓄積されていたＩｌ！、前がアイツレ−ｂ　
ｙＸｇ　５３の１０５で示す部分を通して水平レジスタ
３３の１０４で示すｔｆｌ！分に移動し、また、この時
、分離入力ｉ’ｉＢ　ｌ　７の１１１．１１４の？′イ
１（分にあった電荷か夫）ｚ　１０９．　＋１２で示す
部分を通じて１０８．１０６で・■＼ず部分番−移動す
る。次いで、３つ１１のクロックパルスφＴか１（ＩＪ
す、されると、水平レジスタ３３の１０４のｒｊＢ分に
あった電荷がアイソレート部５２の１０３で・「、すＢ
）（分を通して水平レジスタ３２の１０２で小ずτ（ｂ
力に移動すると」丸に、分離入力部１７の１０６の部分
にあった電荷、即ち、当初、メモリーｉ；］１２の］１
て小す夕１ｊの１．　ｌ　７の部分に蓄ＪＪ’、Ｌされ
ていた′１Ｆし荷かアイツレ−１・部分５：３の１０５
で示す″部分を通じて水平しマスタ３３の１０４で示す
部分に移動し、また、この（Ｈｈ、分順入カフ：Ｈ１７
の１０８のｒｊト分にあっｌ−電荷か１０７で示す部分
を通じて１０６で・Ｊクス部分に移動する。次いで４つ
１−１のクロックパルスφＴが１（イ（与されると、木
」ｉレジスタ３２の１０２のｆｉｆ１分にあった゛電荷
がアイツレ−Ｉ一部５１の１０１で示す部分を通して水
中レジスタ３１の１００で示す部分番こ移動し、ここで
蓄積されると共に、水中レジスタ３３の１０４の部分に
あった′電荷がアイソレート部５２の１０３の部分を通
じて水−・（・レジスタ３２の１０２のｔ″イ１分に移
動し、ここてに・積され、そし、て、この時、分ＮＦ入
力部１７の１０１３の部分にあった７１ｉ荷、即ち、当
初、メモリ一部２０ｉｌｌで示す列の１．１６の部分に
蓄積されていた′電荷かアイソレート部５３の１０５て
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。

以上の様番こし７て、メモリーｒ：＋＋　２の最終のＩ
ニラインにＭ−植されていた電荷は分離人力部１７を介
する事により列１　、　ｉｆ　、　Ｉｌｌの名グループ
％　＋こ専用の水中うフ］・レジスタ３１〜３３に夫７
７分配されて人力される。従って例えばｆ（、Ｇ　、　
Ｂのストライプフィルターを、列ＩのグループかＩ）、
列Ｉ（のグループかＧ、夕）］１ＨのグループかＢに対
１＋１、するよう貼イ・ｊ（−すると、水平レジスタ３
ｊには■（、木−１１ｉ：　（、・シスタ３２じはＧ、
水中レジスタ３３にはＢに附記。

したｊ１！、荷か蓄積される。

妃の後、１）５刻ｔ４以降に名水中レジスタ３】。

３２．３３に人力され？：？ｌｉ荷か沫ノ？クロンクツ
々ルスφ１〜’ｂ、を附５されることしこより読み出さ
れてい（か、この１１−、クロツクパルスφＴかロウ（
こＭｌｌｔ　Ｊｌされるためにアイソし・−１・ｉ”；
８５１〜５３は何れもバリアとり、て機能し、従って、
各水１Ｉｌｖシスタ３１，３２，３３ての′ｉＬ荷の水
平転送に際し、省水へ（ｌ−１，ジスタ３１，３２．３
３間での電荷のイ１巳人か良好（−防１トされる様にな
る。

そこで、水平し・マスタ３１〜３３を通してのメモり一
部２の１水中−ライン分の′ＩＬ何の読み出ｊ７が、柊
ｒすると、第６図（ｂ）に小側様に、メモリ一部２に幻
してクロツクパルスψＳか１（イ１与されて、看水・）
・ティンの７シト積′屯荷が１水トライン分、１Ｆ直力
回番二社・動Ｊ−る小（ＪよりｌＩＡ終の１ライン番こ
ｌｉたな市荷が取り込まれ、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ｌライフ
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」二の様な動作を繰り返し行う事によりメモリ一部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（第６図（ｂ）の○ＵＴＩ−ＯＵＴ３）
。

尚、上記実施例では水平レジスタ３１〜３３に於ける入
力電荷の水平転送に際し、第６図（ｂ）に示す如く、各
レジスタ３１，３２．３３に対するクロックパルスφ１
　、φ２　、φ３．の位相を異ならしめて３色の信号が
異なった位相で得られる様にしているが、もとより、こ
の時のクロックパルスφｌ〜φ３の位相をそ・ろえて、
３色の信号が同相で得られる様にしても良いものであり
、後の信号処理との関係で３色の信号の読み出し方は任
意に選択出来るものである。

さて、以上に説明した実施例にあっては、撮像部ｌの１
水平ライン分の情報を３分割して夫々を３木の水平レジ
スタ３１〜３３の夫りで分担し・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ｙト数は大略】／３で済み；従っ
て、夫々にトイ］与すべきクロックパルス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、ノイ只の低減、転送効率の向上が可能とな
り、且つ、アイソレート部５１〜５３により電荷の水平
転送時の各水平レジスタ３１，３２゜３３間での電荷の
混入等も防止され、良好な読み出し信刊が得られる。

尚、実施例としてはフレームトランスファー型ＣＯＤに
ついてのみ述へたが、インターライン型のＣＣＤやＣＰ
　Ｄ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｐｒｉｍｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ
）にも全く同しように適用しうる車は言うまでもない。

又、水平シフトレジスタは色分離フィルター等の色分Ｎ
［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って、色
分離フィルターとしては補色フィルタ等の組み合わせを
用いても良いことば言うまでもない。又、スＩ・ライブ
状のカラーフィルターでなくてモザイク状のカラーフィ
ルターであっても良い。

又、水平レジスタは３木でなくても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
タに対するクロックパルスのクロ・ンク周波数を半分に
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３１〜３
３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によれば各色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、しかも、各色情
報を読み出す際の各色情報間での混合の問題も十分に回
避されて、良好な色情報を４４Ｆる事か出来る様になる
。又、各水乎読み出し部の読み出しクロック周波数を大
幅に低減する小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ァー型ＣＯＤの構成
図、第２図はストライブ状カラーフィ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図示素子の要部の構成図、第６図Ｃａ）及
び（ｂ）は夫々類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、ｒ）−−−ス＋リ　部、１．７−−−
−分画入力部、３３１〜３３−−−−ｉ−１っ７．み出
［一部（水中ビ、〕［・し−うスタ）　　、　　５１−
５３−−−−アｆソＬ、−１・部、４１〜４３−−−−
出力ア゛２プ。出願人　　ギヤ、ノ　ン株式会ン１己ミ１．；Ｉお

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入射光を複数種の着色光に分離する色分離光学部
材を介して受光することにより夫々の着色光に相応した
電気的情報を形成する撮像部と、該撮像部で形成された
該電気的情報を読み出すための複数の読み出し部と、該
撮像部で形成された該電気的情報を各着色光の種類毎に
、前記読み出し部の夫々に振り分けて入力するための入
力部と、各読み出し部での情報の移動に際し、各読み出
し部を夫々他伜魂に対してアイソレートするためのアイ
ソレート部とを具えた固体撮像素子。
（２）夫々入用光に一相応した電気的情報を形成する行
及び列に沿った画素の配列を有する撮像部と、該撮像部
で形成された電気的情報を読み出すだめの少なくとも３
つの読み出し部と、該撮像部に於ける画素の配列をその
列に関して少なくとも３つの群に分割し、前記電気的情
報を各群毎に、前記読み出し部の夫々に振り分けて入力
するための入力部と、各読み出し部での情報の移動に際
し、各読み出し部を夫々他に対してアインレ−１・する
ためのアイソレート部とを具えた固体撮像素子。