JPS6022888A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体基板上に複数個の画素が２次元的に配
列さね、該画素で生じた信号電荷な転送することによっ
て画像信号を得ることができるようにした固体撮像装置
に関する。

〔発明の背景〕

テレビジョンなどにおける撮像装はとしては、従来、撮
像素子としてビジコツなどの撮像管が使用されてぎたが
、近年、半導体技術を利用し、画素、走査部などを半導
体基板上に形成して画像信号を得ることができるように
した固体撮像素子を用いた固体撮像装置が実用化され、
小型、軽舟で消費電力が少なく、しかも、偏向歪みが少
ないことなどから、広く用いられるようになってきた。

第１図はかかる従来の固体撮像装置の一例を示す構成図
であって、１は画素、２Ｉｓ　２２＋　２３゜２４は垂
直信号線、３は結合部、４は転送部、５は入力部、６は
出力増幅回路、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ。

７Ｄ、７Ｅは垂直走査線、８は垂直走査回路である。

ｐ１図において、各画素１が水平方向、垂直方向に揃え
て配置されており、各画素１に（ま、夫々所定の色フィ
ルタ（図示せず）が設けられ、この色フィルタを通して
受光される光景に応じた信号電荷が発生される。ここで
、説明の便宜上、画素１は水平方向に４個、垂直方向に
５個配列されているものとし、各画素を区別するときに
は、図示の符号Ａ、、Ａ２．・・・・・・・・・、Ｅ４
を用いて画素Ａ　Ｉ　。

画素Ａ２．・・・・・・・・・１画素Ｅ４と表現する。

また、水平方向に配列された４個の画素をまとめて画素
群とし、画素Ａ　Ｉ、　Ａ　２．　Ａ　３．　Ａ４をま
とめて画素群Ａ、以下、同様に、夫々水平方向の４個の
画素を士とめて画素群Ｂ１画素群Ｃ１画素群り２画素群
Ｅとする。

垂直信号線２１ｅ　２２．２３ｅ　２４は、夫々に接続
さねた画素１から読出された信号電圧を垂直方向に転送
し、結合部３を介して転送部５に供給する信号線であり
、結合部３は垂直信号線２□、２□。

２３＋２４の信号電荷を転送部５に効率よく転送するた
めのものである。

転送部４は、２つの画素群からの信号電荷を同時に水平
方向に転送する、いわゆる、ダブル転送３相ＣＣＩ）　
（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　）で
あり、３つの記憶セル毎に異なる画素群の２つの画素の
信号電荷を蓄積する。入力部５は転送部４と結合部３と
にバイアス電荷を供給する。

垂直走査回路８は垂直走査ｇ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ。

７Ｄ、７Ｅを介して画素群Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅに順次読
出し信号を供給する。かかる読出し信号は画素群中の全
ての画素に同時に供給され、したがって、読出し信号が
供給された画素群では、全ての画素１．から同時に信号
電圧が読み出され、対応する垂直信号線２□ｍ　２２＊
　２３ｅ　２４に転送される。

次に、この固体撮像装置の動作について説明する。

まず、最初の水平帰線期間の前半において、垂直走査回
路８は垂直走査線７ＡＧＣ読出し信号を出力し、この読
出し信号が画素群へに供給される。

このために、画素Ａ、、Ａ２．Ａ３．Ａ４に生じた信号
電圧ａ１ｐ　ａ２＊　ａ３ｅ　ａ４は同時に読出され、
対応する垂直信号線２□、２□、２３，２．に転送され
る。これらの信号電圧８□ｅ　ａ２ｅ　ａ３ｅ　ａ４は
垂直信号線２ｉｓ　２２ｅ　２３ｅ　２４な垂直方向に
転送され、結合部３を介して転送部４に供給される。

転送部４では、結合部３の出力線と直接結合した３つお
きの記憶セル、すなわち、相に夫々信号電圧ａｌ＋　ａ
２＋　ａ３ｔ　ａ４が記憶される。したがって、転送部
４の出力端子側（すなわち、出力増幅回路６　（Ｉ′！
ｌｌ　）から３つ目の相に画素Ａ１からの信号岱、荷ａ
、が、さらに３つ目の相に画素Ａ２からの４１−ｉ号電
荷ａ２が、さらに３つ目の相に画素Ａ３からの信号電荷
ａ、が、さらに３つ目の相に画素、Ａ、からの信号電荷
ａ４が記憶される。これら゛の信′；′￥牝、荷ａ１＋
　ａ２＊　”！＋　ａ４は、記憶後直ちに１相分水平方
向にシフトされる。したがって、結合部３σ）出力層！
に直接結合した転送部４の相は、信８１打荷が８己１．
復され、ていなし）。

次に、同じ水平ｎ線刻間の後半では、垂直走査回路は次
の垂直走査線７Ｂｋｍ読み出し信号を出力する。この結
果、画素Ｂ１＊　”　２’ｅ　Ｂ３ｔ　Ｂ４に生じた信
号電荷ｂ１．ｂ２．ｂ３．ｂ４は同時に読み出され、夫
々対応する垂直信号ｉ！９２□、２□、　２３．２４を
垂自方向に転送され、結合部３を介して転送部４に供給
される。

転送部４では、結合部３の出力線に直接結合した３つお
きの相に夫々信号電荷ｂ□ｅｂ２＊ｂ３＊ｂ４が記憶さ
れ、図示するように、出力端子側から、ｌ相あけて２つ
の相に信号電荷ａ□、ｂ１の順で記憶され、さらに、ｌ
相あけて２つの相に信号電荷ａ２．ｂ２の順で、同様に
して信号電荷ａ３゜ｂ８．ａ４．ｂ４の順で各信号電荷
が記憶される。

この結果、転送部４には、阿り合う２つの画素群の信号
電荷が記憶されたことになる。

次の水平走査期間では、転送部４と入力部５とが駆動さ
れ、転送部４に記憶された信号電荷は同時に水平方向に
転送され、転送部４からは信号電荷ａＩｓ　ｂ１＃　ａ
２ｅ　ｂ２ｙ　””””・ｅ　ａ４ｅ　ｂ４の順−で出
力されて１水平走査期間分の出力信号が得られ、出力増
幅回路６で増幅される。

次の水平帰線期間では、同様にして、画素群Ｃ９Ｄの信
号電荷が転送部４に記憶され、水平走査期間で水平方向
に転送されて出力信号が得られる。

以下、同様にして、水平帰線期間毎に２つの画素１１Ｙ
の信号電荷が転送部４に一記憶さね、次の水平走査期間
に水平方向に転送されて出力信号が得られる。

こσ）ように、りつの画素群の信号電荷を同時に読み出
すが、また、フィールド残像を失くし、色再現性を忠実
に行なうために、あるフィールドで、画素群ＡとＢを２
画素群ＣとＤを、・・・・・・、夫々同時に読み出すも
のとすると、次のフィールドでは、画素群ＢとＣを９画
素群りとＥを、・・・・・・、夫々同時に読み出すよう
にして、２つのフィールド間で同時に読み出す２つの画
素群の絹み合わせを１画素群づらし、擬似インターレー
スを行なうようにしている。

第２図は竿１図の画素１の一例を示す構成図であって、
２は垂直信号線、７は垂直走査線、９は垂直スイッチ、
１０はフォトダイオードである。

〒２図において、垂直信号線２．垂直走査線７は夫々ホ
１図の垂ｉＩ！信号綜２１，２□＋　２３ｅ　２４ｅ垂
直走査腺７Ａ、７Ｂ、７Ｃ，７Ｄ、７Ｅを代表して示す
ものであり、また、垂直スイッチ９はＭＯ８型トランジ
スタからなる。

フォトダイオード１０には受光量に応じた信号電荷が生
じ、垂直走査線７に垂直走査回路８（第１図）から読出
し信号が送られてくると垂直スイッチ９が導通し、フォ
トダイオード１０に：生じた信号電荷は、垂直スイッチ
９分通って垂直信号線２に転送される。

ところで、かかる従来の固体撮像装置においては、第１
図に示すように、転送部４では信号電荷ａｌ＊　ｂｌｍ
　８２ｍ・・・・・・・・・ｅａ４ｔｂ４は等間隔に記
憶されてはいないが、転送部４のシフト動作Ｇこより、
第３図に示すように、時間的に等間隔に出力される。し
たがって、転送部４から出力されるこれら信号電荷は、
あたかも、水平方向の間隔が等しく配列された画素Ａ□
ｅ　Ｂ　１＊　Ａ　２ｔ　Ｂ　２＋　Ａ　３？　Ｂ　３
９Ａ４．Ｂ４で生じたもののようになっている。しかし
、これらの画素の配列は、実際には、第４回に示すよう
に、画素Ａ１とＢ１１画素Ａ２とＢ２ｐ２ｔＡ３とＢ３
　を画素Ａ４とＢ４が夫々水平方向に同一位置となるよ
うに配列されている。

−力、かかる従来の固体撮像装荷を備えたビデオカメラ
でもってカラー画像信号を得る場合、転送部４の出力信
号から輝度信号や色差信号を形成ずろが、このために、
各画素に夫々色フィルタを設Ｃ−）て転送部４の出力信
号に夫々の色フィルタに９、ｚ］応じた信号成分（以下
、画素成分という）を含まセ、信号処理回路で夫々の画
素成分を分離して灯度信丹や色差信号ご形成することが
できるようにしている。

酊５図は色フィルタの配列の一例を示すものであって、
Ｗは白、ＣＹはシアン、Ｇは緑、Ｙ６は黄の各色フィル
タを表わしている。かかる色フィルタを第４図の各画素
に対応づけると、画素Ａ１にはＷフィルタが、画素Ｂ１
にはＣＹフィルタが、画素Ａ　２にはＧフィルタが、ま
た、画素Ｂ２にはＹ０フィルタが夫々対応しており、画
素群Ａの隣り合う２つの画素と、これら画素に対して垂
直方向に配列された画素群Ｂの２つの画素の合計４つの
画素毎【こ、筺５図の色フィルタの配列が対応している
、これは、他の画素群についても同様であって、隣り合
う２つの画素群について、上記のような配列関係にある
４つの画素毎に、第５図の色フィルタの配列がなされて
いる。

そこで、Ｗフィルタが配置された画素で生じた信号電荷
をｗ、Ｃアフィルタが配置された画素で生じた信号電荷
をｃ　、Ｇフィルタが配置された画素で生じた信号電荷
をｇｏ　ｙ、フィルタが配置された画素で生じた信号電
荷をｙ６とし、また、赤フィルタをＪ　＄フィルタをＢ
として几フィルタによる信号電荷をｒ、Ｂフィルタによ
る信号電荷をｂとすると、 Ｗ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ ＣＹ＝Ｇ＋Ｂ Ｙ　二几十Ｇ となり、また、画素にフォトダイオードを用いる。

と、ｒ　：　ｇ　：　ｂ　＝　１　：　１　：　１／３
となり、したがって、Ｗフィルタ、ＣＹフィルタ、Ｇフ
ィルタ。

Ｙ、フィルタが配置された４つの画素からの信号電圧を
加えると、 ｗ　十ｃ　ｙ　＋　ｇ　＋　Ｙ　ｓ　＝（ｒ＋ｇ＋１／
３ｂ）＋（ｇ＋１／３ｂ）十ｇ＋（ｒ＋ｇ）＝２（ｒ＋
２ｇ＋１／３ｂ）　−−−−−−（ｔ）となり、これを
ＮＴＳＣ方式カラーテレビジョン信号の輝度信号Ｙ（＝
０．３ｒ＋０．５９ｇ＋０．１１ｂ）と比較すると、近
似的に輝度信号とみなすことができる。

そこで、第４図に示すように配列された画素と第５図に
示すように配列された色フィルタとが、先に説明したよ
うな位置関係にあるとすると、第３図において、 であるから、信号電荷ａ１．ｂ１．ａ２．ｂ２に対応（
７た画素成分から輝度信号が形成される。すなわち、５
１りする４つの信号電荷に対応した画素成分からＦ度信
Ｃ・が形成されることになる。

ところが、先にも連べたように、画素の配列（７ａ、　
４　Ｍ　）とかかる画素から得られた信号電荷の転送部
４（第１図）による配列（第３図）とは異なるものであ
るから、かかる信号電荷の配列を画素の配列と同じよう
にしなければ輝度信号を得ることができない。このため
に、第６図°に示すように、信号電荷ａ１＊　ａ２ｅ　
ａ３ｐ　”４と信号電荷ｂｌｔｂ２＋ｂ３＊ｂ４とを振
り分け（矢印１１）、さらに、信号電荷ａｉｓ　ａ２ｅ
　ａ３ｅ　ａ４を信号電荷ｂ１．ｂ２゜ｂ３．ｂ４と時
間的に一致するように遅延しく矢印１２）、第４図に示
す画素の配置に各信号電荷の時間関係が対応するように
夫々の信号電荷に対応した画素成分を処理しなければな
らない。

第７図は第１図の固体撮像装置を用い、上記のように、
信号電荷に対応する画素成分の振り分け、遅延処理を行
なうようにしたビデオカメラの一例な示すブロック図で
あって、１３は光学レンズ、１４は第１図に示す固体撮
像装置、１５は前置増幅回路、１６は振り分は回路、１
７□、１７□は遅延回路、１８はマトリックス回路、１
９は遅延回路、２０１，２０□、２０３は低域フィルタ
、２１は信号処理回路、２２は出力端子である。

第７図において、被写体（図示せず）の像は光学レンズ
１３によって固ゝ体撮像装置１４上に結像される。固体
撮像装置１４の各画素には、第５図に示すよう℃、色フ
ィルタが配列されており、固体撮像装置１４の転送部４
（第１図）により、固体投像装置１４から、信号電荷が
第３図のように配列されたことによる出力信号が得られ
る。この出力信号は、各信号電荷に対応した画素成分が
、信号電荷の配列（第３図）と同じように配列されてな
り、名イご′￥′ｆ電荷に対応した画素成分も上記（２
）式でジ！わされることになり、得られた出力信号は前
１７’ｆ増唱回路１５で増幅されて振り分は回路１６に
供給される。

振り分は回路１６は、第６図の矢印１１に示す信号看イ
荷ａ５ｅ　ａ２ｔ　ａ３＋　ａ４に対応した画素成分と
信号電荷ｂ１＋　ｂ２ｐ　ｂ３＋　ｂ４に対応した画素
成分とを振り合けるような処理をなし、信号電荷ａ１゜
８３に対応した画素成分Ｗからなる白信号Ｗ、同４′１
″！しこ、信号電荷ａ２．ａ４に対応した画素成分ｇの
メ７、信仔Ｇ、信号電荷ｂ１＋ｂ３に対した画素成分Ｃ
のシアン信号ＣＹ、信号電荷ｂ２ｐｂ４に対応した画素
成分ｙ、の黄信号Ｙ０を夫々出力する。

白信号Ｗ、緑信号Ｇは夫々、遅延回路１７□。

１７２により、第６図の矢印１２に示す遅延処理がなさ
れ、シアン信号ＣＹ、黄信号Ｙ、とともにマトリックス
回路１８に供給される。マトリックス回路１８は上記（
１）式の処理をなして輝度信号Ｙを発生し、また、 ｗ−ｃ＝ｒ Ｗ−１，＝１／３ｂ の処理をなして赤信号Ｒ２青信号Ｂを発生する。

赤信号几と青信号Ｂとは夫々低域フィルタ２０、。

２０２を通して信号処理回路２１に供給され、また、輝
度信号Ｙは、遅延回路１９で遅延されて赤信号几、′１
＃信号Ｂと位相の合わされ、低域フィルタ２０３企通し
て信号処理回路２１に供給される。

信号処理回路２１は直流再生回路、γ補正回路。

帰線信号挿入回路、白クリツプ回路、黒クリツプ回路、
エンコーダ回路、同期信号挿入回路、出力バッファ回路
などからなり、赤信号Ｒ２青信号Ｂ。

輝度信号Ｙを処理して出力端子２２に、たとえば、ＮＴ
ＳＣ方式のカラー映像信号を出力する。

第８図Ｇｅｔ第７図の振り分は回路１６の一部を示を回
路図であって、２３は信号源、２４はＭＯ８型トランジ
スタ、２５は入力端子、２６はコンデンリ、２７は出力
端子である。

第９図は第８図の各部の信号２示す波形図であつｒ、ｉ
８図に対応する信号には同一符号をつけている。

第８図、第９図において、信号源２３は振り分り回路１
６（ｍ７図）の入力側をまとめたものであって、この信
号源２３からＭＯＳ）ランジスタ２４に、第３図のよう
に信号電荷ａ　１．　Ｉ）　ｉｓ　ａ　２゜ｂ２．・・
・・・・・・・が配列されたことによる信号ａが供給さ
れる。この信号ａは画素１（第１図）に生じた信ｑ電荷
による画素成分２８と入力部５（第１図）によるバイア
ス電荷による成分２９とからなる。

一方、入力端子２５には振り分はパルスｂが供給され、
この振り分はパルスｂによってＭＯＳ）ランジスタ２４
がオンする。このＭ　ＯＳ　）ランジスタ２４がオンと
なるタイミングは、信号ａの画素成分２８に一致し、こ
のために、画素成分２８のみがＭＯＳ）ランジスタ２４
を通過してコンデンサ２６でホールドされ、出力端子２
７には連続した出力信号が得られる。

ところで、いま、第１図に示す固体撮像装置の画素群当
りの画素数を約３９０とすると、この撮像素子から得ら
れる出力信号、すなわち、第８図の信号ａの画素成分の
周波＠（これは、第３図の信号電荷の周波数に等しい）
は１４．３　ＭＨｚとなる。これに対して、第６図の掘
り分は回路１６は、この信号ａを４相、すなわち、第８
図に示す構成の回路を４つ設けて白信号Ｗ、緑信号ｇ、
シアン信号Ｃ、黄信号ｙ、に振り分けるものであるかア ら、入力端子２５　（第８図）に供給される振り分はパ
ルスｂの繰り返し周波数は３．６　Ｍ　Ｈｚであり、し
かも、互いに９０度の位相差を有する同一の繰り返し周
波数の振り分はパルスｂが必要となる。

このようにして、ｍ１図に示す固体撮像装置を用いたビ
デオカメラからは、所望のカラー映像信号が得られるが
、かかるカラー映像信号を得るために、固体撮像装置の
出力信号の画素成分の振り分け、遅延を必要とすること
から、次のような欠点がある。

まず、画素成分の振り分けに際して不所望な雑音成分ｃ
以下、振り分は雑音成分という）が混入する。

この混入する振り分は雑音成分の１つは、振り分は回路
１６において、第８図で説明したように、前置増幅回路
１５（第７図）の出力信号をサンプリングする際に、周
波数の折り返しによって生ずるｉｉｔ：　Ｊ’＋成分で
（以下、折り返し雑音成分という）ある。

先に述ぺたようＧこ、第８図の入力端子２５に供給ざわ
る４１７り分はパルスｂの秤り返し周波数な３．６Ｍ１
１ｚとすると、前置増幅回路１５の出力信号（ずｌ、「
わち、第８図の信号源２３からの信号ａ）蚤」、３．　
Ｇ　Ｍ　ＩＩ　Ｚでサンプリングされたことになる。゛
そこで、出力増幅回路６（第１図）の出力信号が、）ｉ
、　Ｆ増幅回路１５で増幅されて据り分は回路１６に供
給されるまでに、周波数が３．６　Ｍ　Ｈｚおよびその
周辺の周波数やそれらの高調波である雑音成分が混入す
ると、振り分は回路１６のサンプリング動作により、こ
れらの雑音成分もサンプリングされて低い周波数へ折り
返えされ、折り返し雑音成分となる。この折り返し雑音
成分が生じないようにするために１１　、振り分は回路
１６の前段に低域フィルタを設けて折り返し雑音成分の
もととなる上記雑音成分を除けばよいのであるが、振り
分は回路１６の出力信号でもって広帯域の輝度信号Ｙを
形成することから、振り分は回路１６＆こ供給される信
号は充分に広い周波数帯域でなければならず、振り分は
回路１６の前段に上記の雑音成分を除く低域フィルタを
設けることはできない、画素成分の撮り分けに際して混
入する第２の振り分は雑音成分は、第８図において、Ｍ
ＯＳ）ランジスタ２４の熱雑音の影響によってコンデン
サ２６に生じる雑音成分であり、いま、ｋをボルツマン
定１９．Ｔを絶対温度、ＣＢコンデンサ２６の静電容量
とすると、この雑音成分の大きさは、出力端子２７にお
ける電圧の２乗平均値で表わすと、ｋ　Ｔ　／　Ｃであ
って、このために、この雑音成分をｋ　’Ｉ？　／　Ｃ
雑音と称している。

このｋｑ、＋　／　Ｃｐ、（（、音は、コンデンサ２６
の静電客用（二を大きくすることによって小さくするこ
とができ、色信号に対しては、たとえば、ＮＴＳＣ方式
では０．５ＭｆＴｚと帯域を狭くすることができるため
に、Ｃを充分太きくしてｋＴ／Ｃ雑音を充分抑圧するこ
とができるが、輝度信号に対しては、たとえば、ＮＴＳ
Ｃ方式では約４　Ｍ　Ｈｚと帯域を広くしなければなら
ないから、Ｃをあまり大きく“４ることかできない。し
たがって、輝度信号には、このｋ　’Ｉ’　／　Ｃｔｒ
ｒｔ；音が多く混入することになる。

さらに、画素成分の振り分けに際して混入する第３のｌ
Ｋ３１１分は雑音成分は、第８図の入力端子２５にイＪ
Ｉ＝給される振り分はパルスｂのノイズ・ジッターによ
って発生する雑音成分である。振り分はパルスｂのノイ
ズ−ジッター斧は、振り分はパルス発生器の回路槽成に
よって異なるが、画素成分を振り合わられる信号ａは周
波数帯域が１４．３かる高周波信号ａをサンプリングす
る振り分はパルスｂにもノイズ噛ジッターが生じないよ
うにすることは非常に困難である。このノイズ・ジッタ
ーは、信号ａのサンプリングのタイミングに誤差が生じ
、この結果、出力端子２７の出力信号に雑音成分が生ず
るのである。

以上のように、算７図において、振り分は回路１６によ
って出力端子２２に得られるカラー映像信号に雑音成分
が混入するものであるが、特に、振り分は回路１６中で
生ずるｋｉ’／Ｃ舵音や振り分はパルスのノイズ令ジッ
ターによる雑音成分は、前置増幅回路１５によって振り
分は回路１６に入力される信号を充分に増幅することに
より、ある程度まで抑圧することができる。

ところで、この前置増幅回路１５は、画素成分を振り分
ける前の広帯域の信号を増幅するために、広帯域特性を
有し、かつ、折り返し雑音成分の発生を防止する必要性
から充分に低雑音の増幅回路でなければならないが、現
実的には、上記の雑音成分を全て完全に抑圧することが
できる程度に、高利得、広帯域、低雑音特性をもたせる
ことは不可能である。したがって、出力端子２２に得ら
れるカラー映像信号には、不所望な雑音成分が混入し、
とりわけ、輝度信号のＳ／Ｎは著しく劣化することにな
る。

一方、ビデオカメラの感度は、主として、輝度信号のＳ
／Ｎｖこよって決まるものであり、したがって、第１図
に示した固体撮像装置を用いた従来のビデオカメラは、
感度の低下をまぬがれなかった。また、固体操作素子自
体の感度がさらに向上したとしても、輝度信号の低いＳ
／Ｎによって、ビデオカメラの感度の向上は左程期待で
きない。

次に、箪１図の固体撮像装置を用いると、第７図（にお
いて、遅延回路１７．．１７２が必要である。このため
に、ビデオカメラは、遅延回路１７、。

１７□のためのスペースが必要となり、重母、消費電力
、コストなども増加し、ビデオカメラの小型化、軽ｎ化
、低消費電力化、低コストに支障をきたすことになる。

また、遅延回路１７１．１７□は利得の６ｄＢ低下や遅
延歪みなども生じさせ、このことからも得られるカラー
映像信号にＳ／Ｎの劣化を生じさせることになる。

以上のように、従来の固定撮像装置は得られた出力信号
から輝度信号を形成するための処理手段が必要とするた
めに、これを用いたビデオカメラに、感度の低下やスペ
ース、重用、消費電力、コスト、信号歪みなどの点で問
題を惹き起し、前ｉｔ増幅回路の設計を困難にするなど
の欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点な除き、直接輝度
信号とすることができる出力信号を発生し、輝度信号を
形成するための回路手段を除去することができるように
した固体撮像装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、垂直方向に配置
された画素群のうち、１つおきの画素群が他の１つおき
の画素群に対して水平方向にづれるように、各画素を配
列し、隣り合う２つの画素群の水平方向の配列と、該各
画素で生じた信号電荷の転送部での配列とが互いに対応
するようにするとともに、該信号電荷の該転送部での配
列によって輝度情報が形成されるように、各画素毎に所
定の色フィルタを配置した点に特徴がある。

すなわち、第１０図に示すように、画素Ａ工。

Ａ２．Ａ３゜Ａ４からなる画素群へに対し、画素Ｉ３．
，８２，１３３．Ｂ４からなる画素群Ｂを水平方向し二
すら１−５各画素に所定の色フィルタを配置する。

かかる色フィルタとしては、たとえば、第１１図に示す
ように配置されたものを用い、ＷフィルタＧ−を画素Ａ
１に、（）フィルタは画素Ａ２に、ＣＹフィルタはｐＴ
ｑｌ七Ｂ　、に、Ｙ、フィルタは画素Ｂ２に配置される
ようＧこして、以下、同様に、隣り合う２つの画素群の
夫々２つづつの画素毎に第１１図のように色フィルタを
配置する。

このように、各画素および各色フィルタご配置すルコと
により、転送部に記憶される隣り合う２つの画素群Ａ、
Ｂからの信号電荷の配列は、これら画素群Ａ、Ｈにおけ
る各画素の水平方向の配列と対応することになるし、ま
た、転送部の連続する４つの相の信号電荷は夫々ｗ、ｇ
、ｃ、、ｙ。

であるから、これらに対応する画素成分の和は、先の式
（１）から、近似的に輝度信号となる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１２図は本発明による固体撮像装置の一実施例を示す
構成図であって、第１図に対応した部分には同一符号を
つけている。

第１２図において、画素Ａ　Ｉ、　Ａ　２．　Ａ　Ｂ、
　Ａ　４からなる画素群Ａ１画素Ｃ１＋　Ｃ２ｔ　Ｃ３
ｅ　Ｃ４からなる画素群Ｃ１画素Ｅ１ｍ　Ｅ２ｔ　ＥＢ
ｅ　Ｂ４からなる画素群Ｅに対し、画素群Ａ、Ｃ間の画
素Ｂ１．Ｂ２゜Ｂ３．Ｂ、からなる画素群Ｂおよび画素
群Ｃ，Ｂ間の画素Ｄ１　ｅ　Ｄ２＊　Ｂ８　ｐ　Ｂ４か
らなる画素群ＤＧま、水平方向にずれて配置し、このず
れ量は、水平方向に隣り合う２つの画素の中心点間の距
離の１／２に設定する。

画素１は第２図と同様の構成をなして同様の動作をなし
、また、結合部３．転送部４．入力部５゜ＴＴｉＨｉへ
走査回路８の動作も、第１図に示した従来の固体捏像装
置と同様である。したがって、転送部４には、２つの隣
り合う画素群からの信号電荷が、氾１図に示した固体撮
像装置と同様の配列で記憶され、また、水平方向に転送
される。

しかし、この実施例は、１つおきの画素群は他の１つお
きの画素群に対して上記のように水平方向［づれている
ために、隣り合う２つの画素群の各画素の水平方向の配
列に対応して、これらの画素からの信号電荷が転送部４
に配列される。

すなわち、第１２図において、いま、画素群Ａの画素Ａ
、、Ａ２．Ａ３．Ａ４からの信号電荷ａｌｅａ２．ａ３
．ａ４と画素群Ｂの画素Ｂ１＋　Ｂ２ｅ　ＢＢｅ１３　
、からの信号電荷ｂ１．ｂ２．ｂ３．ｂ４とが転送部４
に記憶されたとすると、転送部４には、出力端子側から
信号電荷ａｌｙ　ｂｌｙ　”２ｅ　ｂｌｙ　”Ｎ。

ｂＢｅ　Ｃ４ｅ　Ｂ４　の順で記憶され、この順で水平
方向に転送される。一方、画素群Ａ、Ｂの各画素１は、
水平方向の配列が画素Ａ１．　Ｂ１．　Ａ２．　Ｂ２゜
ｂＢｅ　Ｂ３１　Ａ４ｐ　Ｂ４の順になっており、これ
ら画素の水平方向の配列に対応してこれら画素からの信
号電荷が転送部４で配列されている。

したがって、いま、画素Ａ１にＷフィルタを、画素Ａ２
にＧフィルタを、画素Ｂ１に０１フイルタを、画素Ｂ２
にＹ、フィルタを夫々配置し、第１１図に示すように、
画素群Ａの２つの隣り合う画素とこれらの画素に隣り合
う画素群Ｂの２つの画素との４つの画素毎に、番１１図
に示すように色フィルタを配置し、また同様に、隣り合
う２つの画素群の上記の配列関係にある４つの画素毎に
、第１１図に示するように色フィルタを配置すると、転
送部４には、信号電荷がＷ、ｃ　ｔ　ｇｔ　ｙ、ｅＷ、
Ｃ，、・・・・・・、の順で配列され、しかも、これら
信号電荷の配列は画素１の水平方向の配置に対応してい
る。

そこで、転送部４から得られる出力信号もＷ。

Ｃア、ｇ、ｙ、、ｗ、ｃア、・・・・・・の順で配列さ
れた画素成分からなり、この配列はこれらの画素成分を
生じた画素１の水平方向の配列に対応している。

一方、輝度信号は、画素成分Ｗによる白信号Ｗ。

画素成分Ｃｙによるシアン信号ＣＹ１画素成分ｇによる
緑信号Ｇ１画素成分ｙ、による黄信号Ｙ２Ｏ和によって
得られる。そこで、転送部４の出力信号信号から夫々の
画素成分を振り合けて白信号Ｗ、シアン信号ＣＹ、緑信
号ｑ、黄信号Ｙ６を形成すると、これら信号の位相関係
は、夫りの画素成分の位相関係が画素１の水平方向の配
列関係に対応している。したがって、上記の形成された
白信号Ｗ、シアン信号ＣＹ、緑信号Ｇ、負信号Ｙ６をそ
のまま加算することにより、輝度信号Ｙが得らｆするこ
とになる。

すなわち、転送部４からの出力信号は、白信号Ｗ、シア
ン信号ＣＹ、緑信号ｑ、黄信号Ｙ＠が画（モ１の配列関
係に対応した位相関係で加算されているものであり、画
素成分の振り分けなどの処理をｒ（１，？！Ｓ＋、とけ
ず、直Ｊ９　輝度信号として用いることができるもので
あイ）。

ｒｎ、　１３図はｇｒｔ　１２図の固体撮像装置を用い
たビデオカメラの一具体例を示すブロック図であって、
３０は算１２図に示す固体撮像装置であり、第７図に対
応する部分には同一符号をつけて説明を一部省略する。

第１３図において、固体撮像装置３０には、第１１図に
示したように色フィルタが配置されている。

固体撮像装置３０の出力信号は、前置増幅回路１５で増
幅され、振り分は回路１６に供給されるとともに、輝度
信号として、遅延回路１９．低域フィルタ２０３を介し
、信号処理回路２１に供給される。

振り分は回路１６は、第７図と同様に、供給された信号
から画素成分ｗｅ　ｇｏ　Ｃ，、ｙ＠を分離して白信号
Ｗ、緑信号Ｇ、シアン信号ＣＹ、黄信号Ｙ、を出力し、
これらの信号はマトリックス回路１８に供給されて赤信
号Ｒ１青信号Ｂが形成される。これら赤信号Ｒ，［信号
Ｂは夫々低域フィルタ２０．．２０２を介して信号処理
回路２１に供給され、出力端子２２にカラー映像信号が
得られる。

かかるビデオカメラでは、作度信号を形成するた−りの
画一（が成分の振り分は処理を必要とせず、このために
、輝度信号に振り分は雑音成分が混入することがｌｒ＜
で高いＳ／Ｎが得られ、ビデオカメラσ）感ｒ”ｔ’が
向上する。また、画素成分の位相台ゎセもノ１ろ要がな
いから、このための遅延回路を設ける必要がない。この
結果、ビデオカメラは小型化。

ｉｊｊ　＋・１化、小消費電力化、低コスト化が可能と
なり、さらに、６ｄＴ３のゲイン低下や歪みなどが回避
される。

振り分は回路１６は赤信号Ｒ１青信号Ｂを形成するため
に設（Ｊられたものであり、この場合、マトリックス回
路１８がら出力される夫々の色信号に振り分は外音成分
が混入するが、これら色信号ＧＪ充分に帯域を狭くして
もよいのであるから、低域フィルタ２０．．２０２によ
って振り分は雑音を充分に除くことができ、色信号の８
／Ｎが向上する。また、マトリックス回路１８の構成も
簡略化され、この点からも、ビデオカメラの低コスト化
が促進される。

また、振り分は雑音成分の除去が容易であることから、
前置増幅回路１５の高利得、低雑音性に対する条件を緩
和することができ、その設計が容易になる。

第１４図は色フィルタの配置の他の具体例を示す配置図
である。かかる配置の色フィルタを第１２図の固体撮像
装置に適用した場合には、画素群Ａでは、画素Ａ□、Ａ
２．・・・・・・・・・、の順でＷフィルタ、Ｇフィル
タ、・・・・・・と配置し、画素群Ｂでは、画素Ｂ１　
＊　Ｂ　２　、・・・・・・・・・　の順にＣＹフィル
タ、Ｙ＠フィルタ、・・・・・・と配置する。次の画素
群Ｃでは、画素Ｃ１−Ｃｚ−・・・・・・・・・　のｌ
ｒｉにＧフィルタ、Ｗフィルタ、・・・・・・と配置−
し、画素群りでは、画素Ｊ〕１゜Ｄ２．・・・・・・・
・・の順にＹ、フィルタ、ＣＹフィルタ。

・・・・・・と配置する。このように、４つの画素群２
単位とし、そのうちの隣り合う２つの画素群と他の隣り
合う２つの画素群とで色フィルタの配列を異ならせる。

第１３図に示したビデオカメラにおいても、第１４図に
示すように、各色フィルタを配置することができる。た
だし、振り分は回路１６としては、１水平走査期間毎に
供給される信号の画素成分Ｗ。

ｇｔ　Ｃ，、ｙｅの順序が異なるから、第８図に示す各
画素成分を振り分けるＭＯＳ）ランジスク２４も、この
１；口序に応じて動作させなければならないことはいう
までもない。

２Ｊ′１．１５図、笛１６図１．第１７図は夫々色フィ
ルタの配置のさらに他の具体例を示す配曹図である。

２■１５図の場合には、輝度信号Ｙは、ｗ＋ｙ、＋ｃ、
＝（ｒ十ｇ＋１／３ｂ）＋（ｒ十ｇ）＋（ｇ＋１／３ｂ
）＝　２　ｒ　＋　３　ｇ　＋　２／３　ｂとなり、赤
信号几、宵信号Ｂは夫々 ｗ−ｃ＝ｒ ｗ−ｙ、＝１／３ｂ となる。

単１６図の場合には、輝度信号Ｙは、 ｒ＋ｇ＋ｃｙ＝ｒ十ｇ＋（ｇ＋１／３ｂ）＝ｒ＋２ｇ＋
１／３ｂとなり、赤信号Ｒ２！信号Ｂは夫々、 ｒ　＝　「 Ｃア　−ｇ　＝　１／３　ｂ となる。

第１７図の場合には、輝度信号Ｙは、 Ｙ　ｅ”＋　ｇ＋　Ｃｙ　＝（’　十ｇ　）　十ｇ＋（
ｇ＋１　／３　ｂ　）　＝ｒ　千３　ｇ＋　１／３　ｂ
となり、赤信号Ｒ，９信号Ｂは夫々、 ｙ、−ｇ＝ｒ Ｃｙ　ｇ　”　１／３　ｂ 、となる。

第１８図は第１２図の固体撮像装置を用いたビデオカメ
ラの他の具体例を示すブロック図であって、３０′は第
１５図、第１６図あるいは第１７図に示した配置の色フ
ィルタを設けた第１２図の固体撮像装置であり、第１３
図に対応する部分には同一符号をつけている。

この具体例は、振り分は回路１６が第１５図。

第１６図、第１７図のいずれかの色フィルタの配置に応
じた３種類の画素成分を振り分ける点、および、振り分
は回路１６からの３つの出力信号がら赤信号几、青信号
Ｂを形成するように、マトリックス回路１８が構成され
ている点を除いて、第１３図に示した具体例と構成、動
作および効果は同じである。

第１９図はＷ、１２図の固体撮像装置を用いたビデオカ
メラのざらに他の具体例を示すブロック図であって、１
９は遅延回路、２０は低域フィルタ、３０′は第１２図
に示した固体撮像装置であり、第１３図に対応した部分
には同一符号をつけている。

この具体例は、白黒映像信号を発生するためのビデオカ
メラであり、固体撮像装置３０＃には色フイ、ルタが設
けられていない。この具体例においても、固体ｔｌｉ’
ｆ像装僅３０“の出力信号は、画素成分の振り分けなど
の処理を行なうことｒｒ　＜　、直接白黒１、！：、像
信号とすることができる。

なお、第１９図においで、遅延回路１９は必ず１〜イ）
必要でＬＪ　ｆ、ｒ　＜、また、（７号処理回路２１で
は、Ｔンコーダ回路が必要でないことはいうまでもない
。

肖１２０［ン目ま本発明による固体撮像装置の他の実施
例を示ず（１゛ヤ成であって、３１　３１□、３１３゜
夏１ ３１４　は垂１ｒＴＣｃＤであり、第１２図に対応する
部分には同一符号をつけて一部説明を省略する。

第２０図において、垂直Ｃ０Ｄ３１□、３１２゜３１□
３１４は、たとえば、転送部４と同様に、ダブル転送３
相ＣＣＤであって、垂直ＣＣＤ３１゜は画素Ａ１．Ｂ□
、Ｃ，、Ｄｌ、Ｅｌ　に生じた信号電荷を垂直方向に転
送部４へ転送し、同様に、垂直ＣＣＤ３１．は画素Ａ　
２．　Ｂ　２．　Ｃｇｏ　Ｄ２ｐ　Ｅ２　に生じた信号
電荷を、垂直ＣＣＤ３１３は画素Ａ　３　。

Ｂ３．Ｃ３，Ｄ８．Ｅ、に生じた信号電荷を、垂直ＣＣ
Ｄ　３１　、は画素Ａ４ｅ　Ｂ４ｅ　Ｃ４ｅ　Ｄ４ｅ　
Ｅ４　に生じた信号電荷を転送する。

また、画素群Ａ、ｅ、Ｅに対し１画素群Ｂ、Ｄが、第１
２図に示した実施例と同様に、水平方向にづれている。

次に、この実施例を動作を説明する。

雑石帰線期間において、画素１の全ての信号電荷を対応
する垂直ＣＣＤ３１□、３１□Ｆ　３１３ｐ　”１４に
転送する。次に、水平帰腺期間に垂直ＣＣＩ）３１１゜
３１２．３１．．３１４をＨ１ｆｉＪＪシ、その期間の
前半で画素人□、Ａ、、Ａ１．Ａ４の画素群へからの信
号電荷を＠直方向に転送して転送部４に記憶し、次のｆ
４半で、同様に、画素群Ｂからの信号電荷を転送１’ｒ
ＩＸ４に；；己１ハする。

転送ｙ１（４における画素群Ａ、Ｂからの信号電荷の配
列は、第１２図に示した実施例の場合と同様であり、し
たがって、画素群Ａ、Ｂの各画素の水平方向の配列と一
致している。以下、同様に、各水平帰線期間毎に２つの
画素群からの信号電荷が垂直ＣＣＤ３１□、３１□ｅ　
”３ｖ　３１４　から供給さＪ］、また、垂直帰線期間
毎に、全ての画素１から７４応する垂直ＣＣＩ）　３１
□、３１□、３１３，３１゜にイコ号電荷が転送される
。

そこで、各画素１に設けられる色フィルタを、笛１１図
、箪１３図、第１４図ないし第１７図に示すように配置
することにより、転送部４から出力さね、出力増幅回路
６で増幅された信号は、第１２図の実施例と同様に、直
接輝度信号として用いることができる。したがって、こ
の実施例も、第１３図、第１８図、第１９図に示す構成
のビデオカメラにおける固体撮像装置３０．３０’、３
ゲとして用いることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、色フィルタ
の種類やそれらの配置関係は、これまで述べたものに限
られるものではなく、直接輝度信号が得られ、かつ、色
信号が形成可能であれば、色フィルタの種類やそれらの
配置関係は任意に選ぶことができる。

なお、転送部４．垂直ＣＣ１）　３１゜、　３１２．３
１．。

３１４　などの駆動手段は、煩雑さを避けるために省略
したが、公知゛の手段を用いることができることはいう
までもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、隣り合う２つの
画素群の各画素の水平方向の配列関係と、該画素に生じ
た信号電荷の転送部における配列関係とを対応させるこ
とができて、該転送部から得られる出力信号の各画素成
分の配列関係な修正する必要がなく、前記画素に対して
所定の配列関係で色フィルタを配置することにより、前
記出力信号を直接輝度信号として用いることができるも
のであって、輝度信号の８／Ｎを向上せしめてビデオカ
メラの感度を著しく高め、かつ、該ビデオカメラの小型
化、軽量化、低消費電力化、低コストを実現可能とし、
上記従来技術の欠点を除いて優れた機能の固体撮像装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置の一例を示す構成図、第２
図は第１図の画素の一例？示す構成図、第３図は第１図
の転送部における各画素からの信号電荷の配信を示す説
明図、第４図は第１図の隣り合う画素群における各画素
の空間的配列関係を示す説明図、河５図は８Ｉ！１図の
各画素に設けられた色フィルタの配置関係の一例を示す
説明図、第６図は筆１図の転送部に記憶された信号電荷
の配列関係を各画素の空間的配列関係に対応づけるため
の処理を示す説明図、第７図は第１図の固体撮像装置を
用いた従来のビデオカメラの一例を示すブロック図、第
８図は第７図の振り分は回路の一部を示す回路図、ｇｆ
、９図は第８図の各部の信号を示す波形図、ｊ７Ｔ　ｌ
　Ｑ図は本発明による固体撮像装置の原理図、第１１図
は本発明による固体撮像装置の色フィルタの配置関係の
一具体例を示す説明図、第１２図は本発明による固体撮
像装置の一実施例を示す構成図、第１３図は第１２図の
固体撮像装置を用いたビデオカメラの一興体例を示すブ
ロック図、第１４図〜第１７図は夫々色フィルタの配置
関係の他の具体例を示す説明図、第１８図および第１９
図は夫々算１２図の固体撮像装置を用いたビデオカメラ
の他の具体例を示すブロック図、第２０図は本発明によ
る固体撮像装置の他の実施何分示す構成図である。 １・・・・・・画素、２１ｕ　２１ｅ　２３ｓ　２４・
・・・・・垂直信号線、３・・・・・・結合部、４・・
・・・・転送部、５・・・・・・入方部、６・・−・−
４１力増＋１１１路、７Ａ、　７Ｂ、　７Ｃ，７Ｄ、　
７Ｂ・・・・・・垂直走査線、８・・・・・・垂直走査
回路、３１□、３１２””ｘ＊３１４・・・・・・垂直
ＣＣＤ。 笥／！！！ Ｗｉ２ｆｌ！Ｊ 第３図 節４図 第５１１ 第ｅｖＪ ２ 第７ｖ！Ｊ 廿 １ 第９図 Ｖ、ｔＯ図 第１１図 第１２図 ρ ｓＩ３図 第１５図　第１７図 第１８図 （２′ ｆｉ、１９図 ）／　第２０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に、水平方向に配列された複数個の画素か
   らなる画素群を垂直方向に複数個配置し、該画素で発生
   した信号電荷を該画素群毎に１喧次垂直方向に転送し、
   さらに、２つの該画素群毎に該信号電荷をＪＩＩｉ′を
   次水平方向に転送して出力信号を得イ１よう（・−［７
   た固体撮像装置において、前記画素群σ〉うちの１つお
   きの画素群を、他の１つおきの画素群に対し、水平方向
   に前記画素の中心点間の距離の１／２だけずらして配宿
   し、前記画素の夫々に所定の色フィルタを配置すること
   により、前記出力信号を輝度信号とすることができるよ
   うに構成したこと？特徴とする固体撮像装置。