JPS5943035B2 - カラ−固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の利用分野 本発明は、テレビカメラ等に用いる固体撮像装置に関し
、特にカラー・テレビカメラ用の固体撮像装置に関する
。

（２）従来技術 固体撮像装置の方式として、１ＭＯＳ形、２ＣＴＤ形、
３ＣＩＤ形の３つに大別でき、それぞれ撮像装置を必要
とする光電変換機能、走査機能に特色がある。

（エレクトロニクス昭和５１年４月号、第３６８〜３７
２頁、「二次元ＭＯＳ形撮像デバイスとテレビカメラ」
長原他）例えば、ＭＯＳ形固体撮像装置は以下に述べる
構成となつている。

第１図はＭＯＳ形固体撮像装置の概略を説明する図であ
り、１１はＸ位置選択用水平走査回路、１２はＹ位置選
択用垂直走査回路である。

１３は回路１２からの垂直走査パルスによつて開閉する
垂直スイツチ用ＭＯＳトランジスタ（以下、ＭＯＳＴと
略記する）、１４はＭＯＳＴｌ３のソース接合を利用し
たフオトダイオード、１５はＭＯＳＴｌ３のドレインを
共通に接続した垂直信号出力線である。

また１６は水平走査回路１１からの水平走査パルスによ
つて開閉する水平スイツチ用ＭＯＳＴで、ドレインは水
平信号出力線１７、ソースは垂直信号出力線１５に接続
されている。１８は水平信号出力線１７に抵抗１９を介
して接続したフオトダイオードの１駆動電圧源（ビデオ
電圧源）である。

又、２０は信号出力端子である。前記水平、垂直２つの
走査回路はスイツチ用ＭＯＳＴｌ６，ｌ３を順次開閉し
て二次元状に配列したフオトダイオードからの光電流を
抵抗１９を通して読出す。各フオトダイオードからの信
号はその上に投影された光学像に対応するので、上記動
作により映像信号を読出すことができる。この種固体撮
像装置の特徴は、光電変換にスイツチ用ＭＯＳＴのソー
スが利用でき、また走査回路にはＭＯＳＴシフトレジス
タが利用できる。したがつて、通常は高集積化が比較的
容易で、第２図に画素構造の一例を示したようなＮＯＳ
大規模集積回路技術を用いて作られる。

第２図において、２３は光電変換素子、走査回路等を集
積化するためのＮ型半導体基板、２４はＮ型半導体基板
上に形成したＰ型半導体領域のウエルである。又１３は
垂直走査回路１２からの垂直走査パルスの印加されるゲ
ート電極２５を備えた垂直スイツチＭＯＳＴである。２
６はＭＯＳＴｌ３のソースであり、高濃度Ｎ型不純物領
域であつて、Ｐ型ウエルとの間の接合でもつて光ダイオ
ード１４を構成する。

２７はＭＯＳＴｌ３のドレインであり、高濃度Ｎ型不純
物領域であつて、垂直信号出力線１５となる導体層２８
に接続されていも複数のスイツチ用ＭＯＳＴのドレイン
が共通につながつた出力線２８（１５）の一端は、水平
走査回路１１からの水平走査パルスにより開閉する水平
スイツチＭＯＳＴｌ６につながり、スイツチ用ＭＯＳＴ
ｌ６の他端は水平信号出力線１７に接続されている。

また、ウエル２４および基板２３は通常接地電圧（０Ｖ
）に固定される（ウエルと基板間のＰＮ接合を逆バイア
スすることもある。）。又、２９１，２９２，２９３は
絶縁膜であり、通常ＳｉＯ２膜が使われる。走査により
ターゲツト電圧７まで充電されたフオトダイオードは、
１フイールド期間に入射した光量に応じて放電ΔＶｖし
、次回の走査でスイツチ用ＭＯＳＴｌ３，ｌ６が導通す
ると、この放電分を充電するための充電電流が流れる。

この充電電流はターゲツト電源１８につながる抵抗１９
を介して読出さべ出力端子２０に映像信号を得ることが
できる。第２図に示す画素構造を備えた固体撮像装置は
、Ｐ型ウエルを設けて、該ウエル内に光電変換素子を設
けたため、ブルーミングの発生を防止することができる
。

又、赤外光は殆ど基板内で吸収されるので、解像力の低
下を招かないし、可視域分光感度が平坦化されて被写体
に忠実な映像信号を得ることができ、多くの利点を有し
ている。この装置は、現在までに提案、開発されている
撮像装置の中で、最も優れた特性を有しているものであ
る。上述のＭＯＳ形撮像装置や、ＣＴＤ形撮像装置、Ｃ
ＩＤ形撮像装置を用いて、固体カラーカメラを構成でき
る。第３図は固体撮像装置を３個用いる３板式カラーカ
メラの概要を示す。

レンズ３１を通つた光は３色分解用のダイタロイツクプ
リズム３２などにより、赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂ成分に
分けられ、それぞれＲ，Ｇ，Ｂ用固体撮像装置（以下撮
像板）３４，３３，３５に結像し、光電変換されるもの
である。従来のカラー用固体撮像装置においては、撮像
板３３，３４，３５の各画素の光学的な位置関係は、色
ズレ防止のために正確に重なる様に位置合わせがなされ
ている。解像力は各撮像板３３，３４，３５が個々に白
色光に対して持つものと同じである。テレビに於ける表
示は、１画面を日本あるいは米国の標準方式の場合、５
２５本の水平走査線で描く形を採つている。

撮像板の垂直方向の画素数も、これに合わせて同じ数、
実際には垂直帰線期間分を省く事ができるとしても５０
０画素程度必要である。水平方向については、解像力と
の兼ね合いであるが、一応満足できる程度の画質を得る
ためには、最低４００画素程度は必要である。この結果
、撮像板３３，３４，３５は、各々半導体ＬＳＩとして
２００Ｋビツト以上の超大容量とも言えるメモリ素子に
対応し、素子寸法が大きくならざるを得ない。さらに、
画面寸法がＮＴＳＣ方式の場合、水平方向に対し垂直方
向が３／４と小さいため、特に垂直方向に多くの画素を
並べることを要するが、技術的に極めて困難である。従
つて、撮像板の寸法は、半導体ＬＳＩとして法外とも言
える巨大なものとなり、歩留が著しく低下し、製造が困
難となる。又、上記プリズムなどの光学系も大きくなら
ざるを得ず、小形、軽量、安価なカラーカメラという固
体カメラの利点が損なわれるばかりでなく、実現そのも
のを困難にしている。また、テレビの走査方式は、１つ
のフイールドで水平走査ラインを１本おきに走査し、次
のフイールドでその間の水平走査ラインを走査する２フ
イールド（１フレームと呼んでいる）で１画面を構成す
るインターレ一又走査を行なつており、撮像板３３，３
４，３５から得られる光電変換信号もこれに合つたもの
でなければならない。第４図は６×６画素に簡略化した
撮像板４１である。水平に並んだ画素４２の各列Ａ，，
Ｂｌ，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３に対し、上記テレビのイ
ンターレース走査に合わせると、奇数フイールドではＡ
ｌ，Ａ２，Ａ３という様に走査し、偶数フイールドでＢ
ｌ，Ｂ２，Ｂ３と走査する形式になる。このような走査
を行なうためには、撮像板４１（第３図では３３，３４
，３５）に対して、フイールド毎に走査を切替える複雑
な機構が必要である。

さらに上記走査方法で１１丸例えば奇数フイールド走査
直後、読め飛ばしたＢ１〜Ｂ２には、信号が残つている
ことになり、それが次の偶数フイールド走査時に、重畳
して信号が得らへ再生画面上で見苦しい残像として現わ
れる。

これを避けるためには、各フイールド毎に全画素の信号
を読み出してしまうことが必要である。この場合、奇数
フイールドではＡｌＢｌ，Ａ２Ｂ２，Ａ３Ｂ３と２列ず
っ走査し、偶数フイールドでは組合わせを代え、ＢｌＡ
２，Ｂ２Ａ３という形で走査する。この結果、切替機構
は更に複雑なものとなり、信号の扱いも複雑化する。ま
た、垂直方向の画素数も上記の標準方式の場合には１フ
レーム分の約５００ケほど必要になる。（３）発明の目
的 本発明は、上述の従来技術の欠点を改善し、小型化、低
価格化を達成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。

又、本発明はインタレース走査機構を省略できるカラー
固体撮像装置を提供することを目的とする。

（４）実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳緬こ説明する。

第５図は本発明の１実施例を示すもので、撮像板の光学
的相対位置関係を示す。

本発明のカラー固体撮像装置では、Ｇ用撮像板３３を、
Ｒ用およびＢ用撮像板３４，３５に対し、垂直方向に画
素のピツチＰｖの１／２だけずらしたものである．上下
関係は同図に示すものに限定されない。ヌ，第５図に示
した本発明のカラー固体撮像装置の走査においては、例
えば奇数フイールドにおいてはＣｌＭｌ，Ｇ２Ｍ２，・
・・の組合わせで行ない、偶数フイールドにおいては例
えばＧの走査を１水平走査だけずらし１Ｇ２Ｍ１ｙＧ３
Ｍ２，・・・という組合わせで行なう。カラーテレビ系
においては、解像力は輝度信号により決定される。

この輝度信号はＲ，Ｇ，Ｂ信号の混成からなり、ＮＴＳ
Ｃ方式ではＲ＋Ｂ：Ｇ＝０．４１・０．５９であるが、
これを０．５：０．５に直しても色バランスは大きな影
響は受けない。本発明のカラー固体撮像装置では、この
ような輝度信号構成ならびに上記撮像板配置と走査方法
により、フイールド毎に垂直方向に画素のピツチの１／
２ずれた輝度信号が得られる。これは垂直方向に画素数
が倍になつたと等価であり、前記標準方式でも、１フイ
ールド分の垂直画素数約２５０ケですむこととなり、し
かもインターレース走査と合致する．すなわち、本発明
の装置では、垂直方向の画素数は半分で済むことになる
し、当然読み残しも起こらない。さらに上記フイールド
毎の走査の切換えは、撮像装置に対しては何ら特殊な切
換機構を必要とせず、簡単に実現できる。

例えば、第５図に示す配置の場合、第６図に示すごとく
、Ｇ用撮像素子３３の垂直走査パルスに対して、偶数フ
イールド直前の垂直帰線期間ＴＢ内に、パルス６１を１
つ加えてやるだけで良い。第６図において、Ａは奇数フ
イールドでの垂直走査パルス、Ｂは偶数フイールドでの
垂直走査パルスを示し、６２は撮像板３４，３５に対す
る走査パルス、６３は撮像板３３に対する走査パルスを
示す。第７図に駆動回路構成例を示す。同期駆動パルス
発生回路７１から出たＧ用撮像素子３３の垂直走査パル
ス線７２に混合回路７３を挿入し、線７５を通してフイ
ールド切換パルスにより、前記パルス６１を追加するも
のである。混合回路７３に代り、Ｒ，Ｂ用撮像素子３４
，３５の垂直走査パルス線７４に、フイールド切換パル
スで短絡と遅延を切換えるゲート回路付１水平走査期間
の遅延回路を挿入しても良い。又 ７６，７７は水平走
査パルス線である。第８図は本発明の他の実施例を示す
。これは前実施例に加え、撮像板の水平方向にも、撮像
板３３と撮像板３４，３５とを画素のピツチＰＨの１／
２だけ光学的位置関係をずらせたものである。信号もこ
れに合わせ、第９図に示すごとく１／２画素分ずらして
取り出す。９１，９２，９３はそれぞれ、撮像板３３，
３５，３４からの画像信号である。

このためには、水平走査パルスを、Ｇ用撮像板３３に対
し、Ｒ，Ｂ用撮像板３４，３５で１８０囁延させても良
く、同時に１駆動し、Ｒ，Ｂ用撮像素子８，８′の出力
信号を１／２画素分の遅延回路を通して用いても良い。
本実施例のカラー固体撮像装置の場合、解像力を決定す
る輝度信号成分において、Ｇ用撮像板３３をＲ，Ｂ用撮
像板３４，３５が補間する形となり、水平解像力は個々
の撮像板の能力の倍にすることができる。

言い換えると、本実施例の場合、水平、垂直両方向共に
画素数を半分にすることができ、従来技術の１／４の画
素数でインターレース走査機構の無い撮像板を用い、テ
レビ坊式に合うカラー信号を得ることができる。この水
平方向の解像力向上手段はすでに公知の常套手段ではあ
るが前述したごとく、多数の画素を並べることが困難な
垂直方向の画素数を半分で済ます本発明の装置に於いて
初めてその実用的効果を発揮させることができるもので
ある。以上説明したごとく、本発明により撮像装置に必
要な画素数を１／２ないしは１／４に減らし、インター
レース走査機構を省く事を可能とし、したがつて撮像装
置の小型イ！低価格化を可能とし、ひいては小型、軽量
、低価格の固体カラーカメラを実現する事ができる。

なお、説明の便宜上、撮像装置を３枚用いる３板方式カ
ラーカメラで説明したが、２板方式などの他の方式にお
いても同様な効果を得ることは言うまでもない。

ヌ、赤、緑、青色光の三成分に分けて三板式装置を組み
立てたが、上記三原色の補色や、他の色成分に分離して
カラー固体撮像装置を構成することもできる。

また、カラーカメラに限らず、モノクロカメラにおいて
も、同様な効果を得る。

例えば２枚の撮像板を垂直、もしくは垂直、水平両方向
に画素ピツチの１／２だけずらし、同様な信号読取り方
式を施こす（この場合は２つの撮像板の信号は輝度信号
のみであり同じ重みを持つ）ことにより、小規模な固体
撮鐵装置を用い、Ｔ表示に適した小型、低廉な高解像力
の固体カメラを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＭＯＳ形固体撮像装置の概略を示す略回
路図、第２図は第１図の装置の画素部の素子構造を示す
断面図、第３図は３板式固体カラーカメラの概略を示す
図、第４図はインタレース方式を示すため６×６画素に
簡略化した固体撮像装置（板）の画素配置を示す図、第
５図は本発明のカラー固体撮像装置の第１の実施例にお
ける撮像板の位置関係を示す図、第６図は本発明の第１
の実施例における垂直走査パルスを示すパルスチヤート
図、第７図は本発明の第１の実施例における駆動回路構
成例を示すプロツク図、第８図は本発明のカラー固体撮
像装置の第２の実施例における撮像板の位置関係を示す
図、第９図は本発明の第２の実施例における画像信号を
示すタイムチヤート図。 ３１・・・・・・レンズ、３２・・・・・・ダイクロイ
ツクプリズム、３３・・・・・・緑色光用撮像板、３４
・・・・・・赤色光用撮像板、３５・・・・・・青色光
用撮像板、７１・・・・・・パルス発生器、７３・・・
・・混合回路、７２，７４・・・・・・水平走査パルス
線、７６，７７・・・・・・垂直走査パルス線、７５・
・・・・・フイールド切替パルス線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 垂直、水平方向に所定のピッチで二次元状に配列さ
   れた画素を有する固体撮像装置を複数個用いてなるカラ
   ー固体撮像装置において、第１の固体撮像装置の光学的
   位置を、他の固体撮像装置に対して、垂直方向の画素ピ
   ッチの半分だけずらして配置するとともに、奇数フィー
   ルドにおいて、第１の固体撮像装置のｎ番目の水平ライ
   ンと他の固体撮像装置のｎ番目の水平ラインを同時に走
   査し、偶数フィールドにおいて、第１の固体撮像装置の
   （ｎ＋１）又はｎ番目の水平ラインと他の固体撮像装置
   の夫々ｎ又は（ｎ＋１）番目の水平ラインを同時に走査
   することを特徴とするカラー固体撮像装置。 ２ 第１の固体撮像装置の光学的位置を、他の固体撮像
   装置に対して、さらに水平方向の画素ピッチの半分だけ
   ずらして配置してな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 三個の上記固体撮像装置からなり、第１の固体撮像
   装置は緑色光成分を撮像する装置であり、第２、第３の
   他の固体撮像装置はそれぞれ赤色光、青色光成分を撮像
   する装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載のカラー固体撮像装置。