JPS61194980A

JPS61194980A - 撮像素子及び撮像装置

Info

Publication number: JPS61194980A
Application number: JP60034780A
Authority: JP
Inventors: Takao Kinoshita; 貴雄木下; Akihiko Tojo; 明彦東條; Akira Suga; 章菅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1986-08-29

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）本発明はスチル画儂記録に適した撮像素子及び撮像装置
に関する。

（従来技術）従来の撮像装置は標準テレビジョンに同期した撮像出力
を得る為に撮像素子に多くの制約があった。例えば１／
６０秒毎に連続的に撮像を行なわなければならないので
ＣＯＤを用いた撮像素子ではバックアメモリ用の蓄積部
が必要であった。したがって素子の規模が大きくなシ歩
留シを下げ、コストアップにつながっていた。これに対
し、近年固体イメージセンサを使ったスチル撮ｉの゛要
望が高まっており、しかも、銀塩フィルムを用いたスチ
ル撮像部みの高解像度を望む声も大きい。

現状でこのような高解像度を得る事は極めて困難であっ
た。

（目　的）本発明の目的は高解像度の得られるスチル撮像用の撮像
素子及び撮像装置を得ることにある。

（実施例）以下図面に基づき本発明の詳細な説明を行なう。

第１図は本発明の撮像素子８の構成の概略を示す図で、
１はイメージ部、２は水平シフトレジスタ、３は出力ア
ンプ、４は出力端である。

図のように撮像素子８にはバッファメモリ用の蓄積部を
有していない点が特徴の１つである。

第２図は本発明に係る撮像装置の構成例を示す図であり
、被写体からの光は撮像光学系５、赤外カット・フィル
ター６、絞りやシャッターから成る遮光手段としての露
出機構７、色分離フィルター０８Ｆを介して撮像素子８
に結儂される。９は信号源としてのクロックジェネレー
タであり、各種クロックパルスを形成する。クロックジ
ェネレータ９の出力は制御手段としてのドライバー１０
において適宜増巾されてから撮像素子８に供給される。

このクロックジェネレータ９及びドライバー１０によっ
て駆動手段が形成されている。

これにより後述する如く撮像素子８からＦｉ３系統の時
系列化されたカラー信号が出力される。

この時系列カラー信号はサンプルホールド回路１１によ
りデユーティを高め、後で行われる各色毎のサンプルホ
ールドを容易にする。又、３系統の時系列信号を再び点
順次信号に変換する。

又、１２は黒レベル・スミア補償回路であって撮像素子
８の黒レベル検出部（不図示）ＦＣ対応する電気信号の
レベルが所定の黒基準レベルとなるようクランプを行う
。

遮光された黒レベル部は撮像部の水平レジスタの終端に
設けられているのでサンプルホールド回路１１を介した
映倫信号を水平ブランキング期間中、前記基準レベルと
なるようクランプ又はフィードバッククランプすること
によって暗電流補償が可能となると共に、撮像部の水平
ライン方向のスミア成分を除去することができる。

１３〜１５は上述の各色毎のサンプルホールドをする為
のサンプルホールド回路であって、点順次カラー信号を
カラーフィルター〇色繰シ返し周期に応じた周期で、か
つ色毎の位相でサンプリングを行う。

１６〜１９け夫々ＬＰＦであってＬＰＦ１６け例えば３
ＭＨｚ程度のカット・オフを有し、ＬＰＦ１７〜１９は
例えば５００　Ｋ　Ｈｚ程度のカット・オフを有する。

２０〜２３はプロセス回路であって、夫々ＬＰＦ１６〜
１９を経た信号に対し、γ補正、ホワイトクリップ、Ａ
ＰＣ等の各種補正を施す。

２４はマトリクス回路であってプロセス回路２０〜２３
を介して得られ九Ｙ、Ｂ、Ｇ、Ｈの各信号から例えばＹ
、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの輝度信号及び色差信号を形成する。

２５はエンコーダーであって上記輝度信号及び色差信号
を用い七ＮＴ８Ｃ信号のような標準テレビジョン信号を
形成する。

２６はこの標準テレビジョン信号を記録する為の記録装
置である。

又、２７は露出機構７を駆動する為の露出ドライバーで
ある。

次に第３図は本発明の撮像素子８のイメージ部１の電極
パターン例を示す図で、本実施例ではイメージ部１はＣ
ＣＤ構造となっている。

図中Ｃ８はチャンネル・ストップ領域で電荷転送チャン
ネルＳＨＯ，ＣＨＩ、ＣＨ２・・・・・・を分離してい
る。

ＣＢ、ＣＷはポテンシャルの駆動領域でその表面には絶
縁層を介して駆動電極ＰＨ１又けＰＥ２が配置されてい
る。ここでＰＥ１け約１００ＫＨｚ　４で抵抗が充分小
さい厚さに構成しておく。

ポリシリコンの場合には約５０ＯＡである。一方ＰＨ２
は数ＭＨｚまで抵抗が小さい厚さＫしておく。ポリシリ
コンの場合には約３００　ＯＡである。又、ＶＢ、ＶＷ
はポテンシャルの固定領域でこの領域のポテンシャルは
ＣＢ−ＣＷ領領土上電極ＰＥＩ又はＰＥ２の電圧の影響
を受けない。

又、ＣＢ、ＣＷ、ＶＢ、ＶＷＩＣｕ夫にイ；４−７注入
等により予めポテンシャルが形成されており、夫々の電
子から見たポテンシャルレベルをＰ（ＣＢ）、Ｐ（ＣＷ
）、Ｐ（ＶＢ）、Ｐ（ＶＷ）とすると電極ＰＥ１又けＰ
Ｅ２にローレベルの電圧を印加したときにはＰ　（ＣＢ
　）　）Ｐ（ＣＷ）＞Ｐ　（ＶＢ　）＞Ｐ　（ＶＷ）の
関ｉが成り立ツ。

又、逆にハイレベルの電圧を印加した時にけＰ　（ＶＢ
　））Ｐ　（ＶＷ））Ｐ　（ＣＢ　））Ｐ　（ＣＷ）の
関係が成り立つ。

従って電極ＦＢＩにハイ・ローの電圧を交互に加えると
とＫより転送路ＣＨｏ、ＣＨｌ、ＣＨ２等の内の電荷は
図中下方向に移動していく。

又、電極ＰＥＩＣ対して前記ハイレベルの電圧よりも大
きな再結合電圧を加えるとＣＷ領領域下部の電荷の内、
所定量以上の電荷は界面のホールと再結合し、消滅して
しまう。一方、ＰＥ２に対してローレベルの電圧を印加
した場合には界面近傍にホールが集められる。

以上のようなローレベル電圧と再結合電圧とを交互に電
極ＰＥ２に印加する事により撮像セルＰ、　Ｃ内の過剰
電荷は除去され、プルーミングの発生を抑止する。

尚、チャンネルＣＨＯ，ＣＨＩ、ＣＨ２には夫々Ｒ，，
Ｇ、Ｂのストライプフィルターが配置されている。又、
このフィルターパターンは水平方向に繰り返している。

第４図は撮像素子８に対してドライバー１０から供給さ
れる駆動パルスの一例を示す図でΦｐｖｘ　、　ｅｐｒ
、ｚ　、　＋１１５ｍは夫々電極ＰＥＩ、ＰＥ２．　水
平シフトレジスター２に供給されるパルス、ΦＩＩＴは
露出ドライバー２７を制御する為のパルスである。

図示の如く、画像蓄積期間ではΦＳＴはローレベルであ
り露出機構７は所定の露光を撮像素子に対して行なって
いる。

又、ΦＰＥ２としては比較的高い周波数（例えば２　Ｍ
Ｈｚ　）で再結合電圧とローレベルとの交番信号が供給
されている。

従って前述の如く各画素ＰＣにて発生した過剰電荷は速
やかに消滅する。

画像蓄積期間が終了すると、記録装置との同期をとる為
に垂直ブランキング期間だけ間を置き、その後、イメー
ジ部の画像信号の読み出しを開始する前にΦｓＴをノ飄
イレペルにする。

これによって露出機構が撮像素子への光入射を遮断する
如く動作する。

尚、０８丁の立上如は実際の連光が為される迄の応答遅
れを見込んだ時間ΔＴだけ読み出し開始時点より先行さ
せている。

読み出し開始に伴ないΦＩ’ｌｌとして４個のパルスが
供給される。

これ忙よりＣＢ、ＣＷ領領域４回ポテンシャルが上下し
、各画素ＰＣ内に蓄積されていた電荷を第３図中下方に
１段転送する。

従って各転送チャンネルＣＨｏ、　ＣＨｌ、　ＣＨ，・
・・の各画素の電荷が夫々水平シフトレジスタ２内の対
応する転送セルに収納される。

その後、１水平走査期間かけて水平シフトレジスタ２の
電荷を読み出す。

このように各転送チャンネルの画素の電荷を同時に１行
分ずつ転送する動作を１垂直走査期間繰り返す事により
１フイールドの画像信号を得る事ができ、この画像信号
は第２図示の様な各種処理回路を経て記録装置２６に記
録される。

ここで本発明の実施例の撮儂素子８では隣り合う転送チ
ャンネル内の画素を上下（垂直方向）に％ピッチずつず
らしていると共に、隣り合う転送チャンネル内の各画素
の感度分布を水平方向にオーバーラツプさせているので
次のような効果が得られる。

即ち１行の読み出しに際して垂直方向に％ピッチずれた
行を同時に読み出しているので水平方向の解像度が向上
する。

又、隣り合う転送チャンネル内の各画素の感度分布を水
平方向にオーバーラツプさせているのでＭ　Ｔ　Ｆ　（
ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆｕｎｃｔ
ｉｏｎ）が向上する。

又、水平方向に画素を単純に並べるのではなく１画素毎
に垂直方向に％ピッチずらして配置しているので集積化
が容易である。

又、第１〜第４図示の実施例によれば次のような効果も
得られる。

即ち、ＣＣＤ構造においてこのよう々画素配置をすると
転送チャンネルの一部が狭くなり転送効訛が低下し高速
転送ができなくなる欠点があるが、本実施例では読み出
し中イメージ部を遮光するようにしているのでイメージ
部内の電荷をフレームトランスファー型ＣＣＤのように
メモリ一部等に高速でシフトさせる必要がない、又、イ
ンターライン型ＣＣＤのようにイメージ部内にメモリ用
のチャンネルを設ける必要がないので開口高が向上する
。しかも、高解像化が可能となる。

又１本実施例では各転送チャンネルにおいて電荷の転送
を１画素分行なう為に転送電極に対して複数回の転送動
作を行なわせるようパルスを供給しているので転送が確
実に行なわれる。

このような複数回の転送動作はイメージ部の高速転送が
不要である為可能となるものである。

更に１本実施例では！８駆駆動式のイメージセンナにお
ける次のような欠点も解消できる。

即ち、従来の１相駆動力式のイメージセンサでは１画素
内に透明な転送電極で覆われた部分とそうでない部分と
があり、これによって転送電極の透過特性に起因する感
度むらが生じていた。特に色毎にこの感度むらの状態が
異なり偽色信号を生じる欠点があったが本実施例でけこ
９ような欠点を除く為に転送電極ＰＥ１のポリリシリコンの厚さを従来に比べて極めて薄くしているので
この転送電極による感度むらの影響は極めて少なくなる
。又、電極ＰＥ２も画素の略中央にあるのでやけシ感度
むらの影響は少ない。

尚、このようにイメージ部の転送電極を薄くすると、従
来のイメージセンサ−では高速転送が必要である為、高
周波の応答性が劣化し、転送効率の低下を招くものであ
ったが本実施例では充分可能である。例えば転送電極の
厚さとしては１００ＫＨｚまでの周波数に対して充分小
さな抵抗値を有する程度の厚み（例えば５００＾）で良
い。

次に第５図は本発明の第２実施例図で、本実施例はイメ
ージ部の各転送チャンネルを１行毎に水平方向に％ピッ
チ分だけずらしたものである。尚、第１〜第４図と同じ
番号のものけ同じ要素を示す。

このようにすると、垂直転送を高速で行なう事は困難と
なるが、本発明の撮像装置のように読み出し中イメージ
部を遮光する構成とすれば高速転送は不要となるので問
題ない。

しかも、各画素ＰＣを１行毎に％ピッチずらすことによ
り隣り合う２行の信号を用いて垂直相関処理を行なった
場合に高解偉度化を図れる。

又、垂直相関処理をしなくても視覚的に解像度が向上す
る効果もある。

又、第３図の電極パターンに比べて電極ＰＥＩ。

ＰＥ２のパターンが簡単となり、製造プロセスが容易と
なる。

第６図は第５図示イメージセンナの８面に配置されるカ
ラーフィルターの配置例を示す図で、０Ｐは遮光部であ
る。各画素に対して１つのカラーフィルターが対応して
いる。

又、水平方向には例えばＲ，、Ｇ、Ｂ、Ｒ，Ｇ。

・−・・・・の繰り返しになるように３種類の色フィル
ターが繰り返し配置されている。又、上下に隣り合う行
のカラーフィルターは３／２ピツチずらしである。

従って上下に隣り合う行についてみるとカラーフィルタ
ーは互いに空間的に補間されている。

従って垂直相関処理をする事によυ輝度信号の解儂度を
向上させることができる。

第７図は本発明の第３実施例図で、イメージ部の電極パ
ターン例を示している。第１〜第６図までと同じ符番の
ものは同じ要素を示す。本実施例は、第５図示構成の変
形例で水平方向に隣り合う画素の感度分布が水平、垂直
方向にオーバーラツプしているので第３図示の構成と同
様ＭＴＦが向上し偽信号が減少する。

第８図は第７図示の電極パターンに適したカラーフィル
ターパターンを示す図でこの実施例の場合も上下に隣り
合う行で３／２ピツチフイルターがずれることになり、
第６図示フィルターと同様の高解偉度化の効果が得られ
ると共に、カラーフィルターのパターンを単純化できる
ので製造プロセスが容易となる。又、本実施例は第２実
施例に比べ色信号の分離が容易となる。

即ち第２実施例では行毎に第２図示のサンプルホールド
回路１３〜１５等の色分離手段の色分離タイミングを切
換えなければならな・いが本実施例では同じ転送チャン
ネルで同じ色フィルタを介した光を受けているからこの
ような問題が々い。

次に第９図は本発明の第４実施例で、本実施例は従来の
１相駆動方式のイメージ部においてチャンネルストップ
領域Ｃ８を蛇行させたものである。しかも、第７図示実
施例と同様水平方向に隣り合う画素について水平、垂直
方向に感度分布がオー　バーラップしており、又、感度
重心が上下に隣り合う行について３／２ピツチずらした
ものである。又、カラーフィルターとじては第１０図示
のようなフィルターを配置する。

このフィルターは第８図示のものと基本的には同じもの
であるが、第１０図実施例ではＲ，、Ｇ。

Ｂの代わりにＹｅ、Ｇ、Ｃｙとしている。

尚、第９図において電極ＰＥ２はＶＢ領領域一部に対し
絶縁層を介して電圧を印加する如く為されており、再結
合電圧とローレベル電圧とを交互に印加するよう構成さ
れている。これによって過剰電荷を消滅させることがで
きる。

又１本実施例では電極ＰＨ１は例えば５００Ａ程度の薄
いポリシリコン等で作ることができ従って前述のような
感度むらが生じにくい。

又、ＰＨ１は例えば３０００Ａのポリシリコン又はシリ
サイドなどの低抵抗の電極から構成している。従ってＰ
Ｈ１による若干の感度むらが生じるが、本実施例では透
過本の悪いＰＥ２Ｉ／ｉ画素ＰＣの中央部に配置してい
るので少なくとも垂直方向には感度むらが生じにくい。

又、ＰＥＩも画素ＰＣの上半分に片寄らせて配置してい
るので水平方向については感度ずれが生じずベアリング
等が生じＫ〈い。

このような第２〜第４実施例の構成にするこ、とにより
、水晶等の複屈折作用を用いたＬＰＦを使わずにモアレ
のないカラー画像を得ることができる。第１１図は第４
実施例に適した撮像素子全体の構成図であり、２ａ〜２
ｃは水平シフトレジスタで夫々イノ−２部１内の同じ色
光に対応した電荷を転送する為のものである。

１ａはイメージ部１の１行分の電荷を水平シフトレジス
タ２３〜２ｃに分配する為の分割部、３ａ〜３Ｃは夫々
レジスタ２ａ〜２ｃの出力ア゛。

ンプ、４ａ〜４ｃは夫々アンプ３ａ〜３ｃの出、力端子
である。分配部１８における電荷の振り分は方法には種
々のものが考えられるが、その−例を第１２図に示す。

図中、ＰＥ１’はＰＥＩと同じ電圧の加わる電極で厚さ
が３０００Ａ程度のポリシリコンから成る。又、ＰＧＦ
ｉゲート電極である。又、レジスタ２ａ〜２Ｃ内のＣＢ
、ＣＷ領域忙は夫々転送電極が絶縁層を介して配置され
、ている。又、この水平レジスタ２３〜２Ｃの転送電極
には共通のパルスΦＢＨが供給されている。又、ＰＧ、
２ａ〜２Ｃの転送電極も３０００Ａ程度のポリシリコン
から成る。このように構成することによりイメージ部１
の最下６行の電荷信号はＰＥｔ及びＰ　Ｒ’に１パルス
与えることによりｃｙ倍信号分配部１ａの中の１０２の
領域に、Ｇ信号は１０１の領域に、Ｙｅ倍信号ｌＯＯの
領域に転送される。

次いで電極ＰＧに１パルス与えることにより１００〜１
０２の領域の電荷は１０３，１０２゜１０４に夫々転送
され、更にＰＧＫ：１パルス与えることｋより１０３，
１０２，１０４の領域の電荷は１０２，１０４．１０５
に転送され、更にＰＧを１パルス与えることによ、ｉ５
１０２゜１０４．１０５の電荷は１０４，１０５．１０
６に転送される。

この状態でイメージ部１の最下行の信号は夫々色毎に水
平シフトレジスタ２ａ〜２Ｃに分配されて収納される。

その後で２ａ〜２Ｃ内の転送電極にΦＢＴＩを与えると
１パルス目で１０４〜１０６の信号は１０７〜１０９に
転送され以下、同様にして順次転送されていく。尚、本
実施例では分配部及び水平シフトレジスタの電極の厚さ
を数ＭＨｚに対応できるものとしたのでイメージ部の電
極を薄くしても高速水平読み出しが可能である。

第１３図は第１１図示のような撮像素子を用いた撮像装
置の構成例を示す図で第２図と同じ符番のものは同じ要
素を示す。４ａ〜４Ｃの出力端を介して出力されて来た
各色信号はそのままローパスフィルター１７〜１９に入
力されて夫々処理される。

各出力端４ａ〜４Ｃの信号はスイッチ回路２８で選択的
に切換えられてからローパスフィルター２９に入力され
てスイッチングノイズを除去される。ローパスフィルタ
２９の出力はＩＨディレィ回路を介して加算回路３１に
入力され、ローパスフィルタ２９の出力と加算される。

ここで水平シフトレジスタ２ａ〜２ｃＨＩＨ毎に読み出
しタイミングを３／２ピット分ずらして読み出すように
為されている。従って加算回路３１の出力には垂直相関
によりｓ儂度が２倍となったＣｙ、Ｙｅ、Ｇの信号が得
られる。従ってこの加算器３１の出力をローパスフィル
タ１６で高域カットして出力すると高解像度の輝度信号
を得ることができる。

尚、加算回路３１は％ピッチで切換わるスイッチ回路に
置き換えても良い。

尚、この第１３図示のような構成にするととくよって実
質的Ｋ　Ｙｅ　、　Ｇ　、　Ｃｙのレベルの揃った色信
号をカラーフィルタのピッチの更に％のピッチで再現す
ることができ、解像度が白黒被写体に対して従来の６倍
近く向上する。

尚、実施例でけＹ信号をスイッチ回路２８のスイッチン
グにより作った後ＩＨディレィ回□路３０及び加算回路
３１により垂直相関処理してより高解像度化を図ってい
るが一方だけを用いても充分解像度を上げることができ
る。

（効　果）本発明によれは解像度の高い撮像素子及び撮像装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る撮像素子の基本構成例を示す図、
第２図は本発明に係る撮像装置の基本構成例を示す図、
第３図は本発明の撮像素子の第１実施例を示す図、第４
図は第１実施例の動作タイミングを示す図、第５図は本
発明の撮像素子の第２実施例図、第６図は第５図示実施
例に適した色フィルターの例を示す図、第７図は本発明
の撮像素子の第３実施例を示す図、第８図は第７図示実
施例に適した色フィルターの例を示す図、第９図は本発
明の撮像素子の第４実施例図、第１０図は第４実施例に
適した色フィルターの例を示す図、第１１図は本発明の
撮像素子の第５実施例図、第１２図はその要部電極パタ
ーン図、第１３図は第１１図の撮像素子を用いた撮像装
置の構成例を示す図、である。１・・・イメージ部％　２．２ａ〜２Ｃ・・・読み出し
部、７・・・露出機構、８・・・撮像素子、１０・・・
ドライバー回路、Ｃ８・・・チャンネルストップ、ＰＣ
・・・画素、ＣＨｏ−ＣＨ２・・・電荷転送チャンネル
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学像を撮像するイメージ部、該イメージ部を遮光する遮光手段、イメージ部の撮像情報をフィールド期間かけて読み出すと共に撮像期間イメージ部を露光し、少な
くとも上記読み出し期間遮光手段によりイメージ部を遮
光させる制御手段、を有する撮像装置。
（２）光学像を撮像する為に行及び列方向に配置された
複数の画素を有し、各画素を隣り合う行について互いに
１／２ピッチずらすと共に、同じ列方向の画素により転
送レジスタを構成する撮像素子。
（３）光学像を撮像する為に行及び列方向に配置された
複数の画素を有し、各画素を隣り合う行について互いに
１／２ピッチずらすと共に、各画素に対して色フィルタ
を配置し、該色フィルタは上下に隣り合う行について互
いに３／２ピッチずらしたものである事を特徴とする撮
像素子。
（４）前記イメージ部は光電変換の為の複数の電荷転送
部を有し、該電荷転送部は少なくとも３００Å以下の厚
みを有するポリシリコンから成る転送電極を含む事を特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の撮像装置。
（５）複数のセル及び転送電極を含む電荷転送路と、該
転送路において１セル分の転送を行なう為に複数回の転
送信号を転送電極に供給する信号源と、を有する撮像装
置。
（６）撮像の為の複数の電荷転送路を含むイメージ部を
有し、該転送路はイメージ部内において蛇行したもので
ある事を特徴とする撮像素子。
（７）前記転送路に対し同じ色を入射する為に対応して
配置される蛇行した色フィルターを有する事を特徴とす
る特許請求の範囲第（６）項記載の撮像素子。