KR20070035987A - 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치 Download PDF

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마사아끼 다까야마
히로아끼 다나까
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 수광 소자 상에 설치하여 소정의 색에 의한 필터링을 행하는 복수 색의 컬러 필터와, 수광 소자에 인접시켜 배치하여, 수광 소자로부터 수평 전송 레지스터에 전하를 전송하는 수직 전송 레지스터와, 촬상 영역을 사이에 두고 배치하여, 수직 전송 레지스터로부터 전송된 전하를 각각 전송함과 함께, 이 전하에 기초하는 신호를 각각 출력하는 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터를 갖는 고체 촬상 소자, 및 이 고체 촬상 소자를 구비한 고체 촬상 장치로서, 제1 수평 전송 레지스터 및 제2 수평 전송 레지스터로부터 출력된 신호의 출력 특성차 조정을 불필요로 할 수 있는 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치를 제공한다. 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에서 각각 축적된 전하를, 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터 중 어느 한쪽에 의해서만 전송해서 신호로서 출력한다.
컬러 필터, 수광 소자, 전송 레지스터, 채널 스톱, 노이즈

Description

고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING ELEMENT AND SOLID-STATE IMAGING APPARATUS}
도 1은 본 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 개략적인 블록도.
도 2는 본 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 설명도로서, (a)는 제1 필드의 판독 상태를 도시하는 도면, (b)는 제2 필드의 판독 상태를 도시하는 도면.
도 3은 본 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 설명도로서, (a)는 제1 필드의 판독 상태를 도시하는 도면, (b)는 제2 필드의 판독 상태를 도시하는 도면.
도 4는 수직 전송용의 전극 형성 방법의 설명도.
도 5는 본 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 변용예의 설명도.
도 6은 본 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 변용예의 설명도.
도 7은 2×4 보색 필터의 경우의 설명도.
도 8은 2×4 보색 필터의 경우의 설명도.
도 9는 2×8 보색 필터의 경우의 설명도.
도 10은 종래의 고체 촬상 소자의 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A : 고체 촬상 장치
10 : 고체 촬상 소자
20 : 타이밍 제너레이터
11 : 수광 소자
12 : 촬상 영역
13a : 제1 수평 전송 레지스터
13b : 제2 수평 전송 레지스터
14a : 제1 수직 전송 레지스터
14b : 제2 수직 전송 레지스터
15a : 제1 출력 앰프 회로
15b : 제2 출력 앰프 회로
16 : 채널 스톱
[특허 문헌 1] 일본 특개평 08-125158호 공보
본 발명은, 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에 관한 것으로, 특히 수평 전송 레지스터를 2개 이상 구비한 CCD(Charge-Coupled Device)형의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
종래, CCD(Charge-Coupled Device)형의 고체 촬상 소자는, 반도체 기판 상에, 종횡으로 병설한 복수의 수광 소자와, 이 수광 소자에 각각 인접시킨 복수의 수직 전송 레지스터와, 이 수직 전송 레지스터의 일단에 인접시킨 수평 전송 레지스터를 설치하여 구성하고, 수광에 수반하여 각 수광 소자에 축적된 전하를 수직 전송 레지스터와 수평 전송 레지스터에 의해 전송하고 있다.
수평 전송 레지스터에는 종단 부분에 출력 앰프 회로를 설치하고 있고, 이 출력 앰프 회로에서는 전송되어 온 전하의 전하량에 대응시킨 전압을 출력하여 가능하게 하여, 각 수광 소자에서 축적한 전하량 정보를 전압 신호로서 출력하고 있다.
이러한 고체 촬상 소자를 구비한 고체 촬상 장치에서는, 한층 더한 고기능화가 요구되고 있는 것에 의해, 고체 촬상 장치에 이용하는 고체 촬상 소자에는, 한층 더한 고화소화, 고프레임 레이트화가 요구되고 있다.
특히, 고체 촬상 소자를 고화소화한 경우에는, 반도체 기판 상에 형성하는 수광 소자의 수가 늘어남으로써 프레임 레이트는 저하되게 되어, 촬영 간격의 단축화가 곤란해지거나, 연사 매수의 상한을 높게 할 수 없는 등, 고체 촬상 장치의 사용 시에서의 취급성의 저하를 초래할 우려가 있었다.
따라서, 작금에는, 고체 촬상 소자를 고화소화함과 함께 프레임 레이트도 향상시키기 위해, 고체 촬상 소자에서는, 구동 주파수를 증가시키거나, 수평 전송 레지스터로부터 출력되는 신호의 출력 채널을 복수화하거나 하는 것이 행해지고 있다.
출력 채널을 복수화하는 경우에는, 수평 전송 레지스터를 복수 설치하면 되고, 구체적으로는, 도 10에 도시한 바와 같이 복수의 수광 소자(100)가 종횡으로 배치된 촬상 영역(200)을 사이에 두고 제1 수평 전송 레지스터(300a)와 제2 수평 전송 레지스터(300b)를 대향시켜 배치하는 것이 행해지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
수광 소자(100)에 인접시켜 배치하여, 수광 소자(100)에 축적된 전하를 제1 수평 전송 레지스터(300a) 또는 제2 수평 전송 레지스터(300b)에 전송하는 수직 전송 레지스터는 촬상 영역(200) 내에 필요한 수만큼 병설하고 있고, 특히, 도 10에 도시하는 고체 촬상 소자에서는, 제1 수평 전송 레지스터(300a)에 전하를 전송하는 제1 수직 전송 레지스터(400a)와, 제2 수평 전송 레지스터(300b)에 전하를 전송하는 제2 수직 전송 레지스터(400b)를 교대로 배치하고 있다.
이와 같이, 제1 수평 전송 레지스터(300a)와 제2 수평 전송 레지스터(300b)로부터 신호를 출력시킴으로써, 프레임 레이트를 향상시킬 수 있다. 도 10에서, 참조 부호 500a는 제1 수평 전송 레지스터(300a)의 단부에 설치한 제1 출력 앰프 회로, 참조 부호 500b는 제2 수평 전송 레지스터(300b)의 단부에 설치한 제2 출력 앰프 회로이다.
상술한 고체 촬상 소자에는, 대부분의 경우에서 컬러 필터가 장착되어 있다. 컬러 필터는, 각 수광 소자 상에 각각 단색의 필터를 배치하고 있는 것으로서, 소위 RGB 원색 필터의 경우에는, 적(R), 녹(G), 청(B)의 3색으로 구성되며, 이 3색 중 어느 1색의 필터를 배치하고 있다.
도 10에서는, 각 수광 소자(100) 상에 설치한 필터의 색을 「R」, 「G」, 「 B」로 나타내고 있고, 「R」은 그 부분이 적색 필터인 것, 「G」는 그 부분이 녹색 필터인 것, 「B」는 그 부분이 청색 필터인 것을 도시하고 있다. 또한, 도 10의 컬러 필터는, 일반적인 RGB 원색 필터에서 널리 이용되고 있는 베이어 배열(체크 무늬 모양 형상의 배열)에서의 컬러 필터 구성을 나타내고 있다.
이러한 컬러 필터는, 각 색의 필터를 소정의 패턴으로 배치한 기본 유닛을 반복하여 배열하여 구성하고 있고, 특히, 베이어 배열의 컬러 필터에서는, 반복 패턴에서의 기본 유닛을, 한쪽의 대각에 배치한 2개의 녹색의 필터와, 다른쪽의 대각에 배치한 1개의 적색의 필터와 1개의 청색의 필터로 이루어지는 2열 2행 배열의 4개의 필터로 구성하고 있고, 상술한 바와 같이 제1 수직 전송 레지스터와 제2 수직 전송 레지스터를 교대로 설치한 경우에는, 2개의 녹색의 필터에서의 전하량 중, 한쪽의 수광 소자에서 축적된 전하와, 다른쪽의 수광 소자에서 축적된 전하가, 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터에 의해 각각 전송됨과 함께, 따로따로 신호로 변환되어 출력되게 되어 있었다.
따라서, 출력된 신호에는, 제1 수평 전송 레지스터에 설치한 제1 출력 앰프 회로에서의 프로세스 변동의 영향과, 제2 수평 전송 레지스터에 설치한 제2 출력 앰프 회로에서의 프로세스 변동의 영향이 각각 가해짐으로써, 제1 수평 전송 레지스터로부터 출력된 신호와, 제2 수평 전송 레지스터로부터 출력된 신호 사이에는 부정확한 출력 특성차가 발생한다고 하는 문제가 있었다. 이 출력 특성이란, 앰프 회로의 출력 특성, 출력의 리니어리티, 출력에 중첩하는 노이즈 등을 예로 들 수 있고, 이 특성은 수직 전송 레지스터, 수평 전송 레지스터, 출력 회로 각각의 특성 의 겹침으로 된다.
필터의 색이 서로 다른 신호에서는, 이들 신호를 이용한 화상 데이터 신호의 생성 시에, 다른 회로에 의한 색마다의 출력 특성 보정 처리에 의해 출력 특성차를 보정하는 것은 가능하지만, 녹색의 필터와 같이 동색의 경우에는, 동일한 색끼리가 동시에 시각적으로 비교되기 때문에, 출력 특성차가 눈에 띄기 쉬워, 화질을 열화시킬 우려가 있었다.
따라서, 본 발명의 고체 촬상 소자에서는, 반도체 기판의 촬상 영역 내에 설치한 복수의 수광 소자와, 수광 소자 상에 설치하여 소정의 색에 의한 필터링을 행하는 복수색의 컬러 필터와, 수광 소자에 인접시켜 배치하여, 수광 소자로부터 수평 전송 레지스터에 전하를 전송하는 수직 전송 레지스터와, 촬상 영역을 사이에 두고 배치하여, 수직 전송 레지스터로부터 전송된 전하를 각각 전송함과 함께, 이 전하에 기초하는 신호를 각각 출력하는 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터를 갖는 고체 촬상 소자로서, 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에서 각각 축적된 전하를, 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터 중 어느 한쪽에 의해서만 전송해서 신호로서 출력하는 것으로 하였다.
또한, 컬러 필터는, 각 색의 필터를 소정의 패턴으로 배치한 기본 유닛을 반복하여 배열하여 구성함과 함께 기본 유닛에는 동색의 필터를 2개 이상 설치한 것에도 특징을 갖고, 기본 유닛은 베이어 배열이며, 동색이란 녹색인 것에도 특징을 갖는 것이다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치에서는, 반도체 기판의 촬상 영역 내에 설치한 복수의 수광 소자와, 수광 소자 상에 설치하여 소정의 색에 의한 필터링을 행하는 복수색의 컬러 필터와, 수광 소자에 인접시켜 배치하여, 수광 소자로부터 수평 전송 레지스터에 전하를 전송하는 수직 전송 레지스터와, 촬상 영역을 사이에 두고 배치하여, 수직 전송 레지스터로부터 전송된 전하를 각각 전송함과 함께, 이 전하에 기초하는 신호를 각각 출력하는 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터를 갖는 고체 촬상 소자를 구비한 고체 촬상 장치로서, 고체 촬상 소자는, 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에서 각각 축적된 전하를, 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터 중 어느 한쪽에 의해서만 전송해서 신호로서 출력하는 것으로 하였다.
<실시예>
본 발명의 고체 촬상 소자 및 이 고체 촬상 소자를 구비한 고체 촬상 장치에서는, 반도체 기판의 소정 위치에 수광 소자와, 수직 전송 레지스터와, 수평 전송 레지스터를 형성함과 함께, 반도체 기판 상에 복수색의 필터로 이루어지는 컬러 필터를 설치하여 고체 촬상 소자를 구성하고 있고, 특히, 수평 전송 레지스터는, 수광 소자가 형성된 수광 영역을 사이에 두고 제1 수평 전송 레지스터와, 제2 수평 전송 레지스터로 구성하고 있는 것이다.
그리고, 고체 촬상 소자에서는, 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에서 각각 축적된 전하를, 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수 평 전송 레지스터 중 어느 한쪽에 의해서만 전송하여 신호로서 출력하고 있는 것이다.
이와 같이, 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에서 각각 축적된 전하를 동일한 수평 전송 레지스터로부터 신호로서 출력함으로써, 동일색의 신호에서는 제1 수평 전송 레지스터의 출력 앰프 회로와 제2 수평 전송 레지스터의 출력 앰프 회로의 출력 특성차의 영향이 발생하는 것을 원리적으로 방지할 수 있다.
이하에서, 설명의 편의상, 「컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에 의해 각각 축적된 전하」를, 「신호용 전하」라고 부르기로 한다.
동일색의 신호에서 출력 특성차의 영향이 해소됨으로써, 이 신호로부터 소정의 화상 데이터 신호를 생성하는 경우에는, 화이트 밸런스 등의 게인 보정 처리만으로, 제1 수평 전송 레지스터의 출력 앰프 회로와 제2 수평 전송 레지스터의 출력 앰프 회로의 출력 특성차를 확실하게 보정할 수 있어, 화상 데이터 신호에 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 종래 필요했던 출력 특성차 보정용의 보정 신호 처리를 불필요로 할 수 있기 때문에, 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 장치의 제조 효율의 향상을 도모할 수 있다.
이하에서, 도면에 기초하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 실시예의 고체 촬상 장치(A)의 개략적인 블록도이다. 본 실시예의 고체 촬 상 장치(A)는, 소위 디지털 카메라라고 불리는 디지털 스틸 카메라로 하고 있다. 또한, 고체 촬상 장치(A)는, 디지털 스틸 카메라에 한정하는 것은 아니고, 디지털 비디오 카메라나, 혹은 휴대 전화기 등에 내장되는 카메라 유닛 등이어도 된다.
도 1은, 고체 촬상 장치(A)에서의 촬상을 위한 고체 촬상 소자(10)와, 이 고체 촬상 소자(10)를 소정 타이밍에서 구동시키기 위한 구동용 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터(20)를 도시한다. 이 외에, 고체 촬상 장치(A)에는, 배터리 등의 전원부, 촬상하여 생성한 화상 데이터 신호를 기억하는 기억부, 고체 촬상 장치(A)전체를 제어하는 제어부 등이 있다. 이들을 구성하는 회로는, 본 도면에서는 다른 회로(고체 촬상 소자(10) 이외의 칩)로 하고 있지만, 동일 칩에 설치하거나, 혹은 몇 개의 칩으로 분할해서 설치하거나 하는 경우도 있다. 또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자(10)는, 인터레이스 방식의 CCD 고체 촬상 장치로서 설명하는 것으로 한다.
고체 촬상 소자(10)는 반도체 기판으로 구성하고, 이 반도체 기판 상에는, 소정 간격으로 종횡으로 병설한 포토 다이오드로 이루어지는 복수의 수광 소자(11)와, 이 수광 소자(11)가 배치된 촬상 영역(12)을 사이에 두고 배치한 제1 수평 전송 레지스터(13a)와 제2 수평 전송 레지스터(13b)와, 세로 방향으로 일렬 형상으로 배치한 수광 소자(11)의 한쪽측에 배치한 제1 수직 전송 레지스터(14a)와, 다른쪽측에 배치한 제2 수직 전송 레지스터(14b)를 설치하고 있다.
또한, 반도체 기판 상에는 컬러 필터를 설치하고 있다. 본 실시예에서는 컬러 필터는, 베이어 배열로 한 소위 2×2 원색 필터로서, 녹색의 필터가 체크 무늬 형상으로 배치되어 있는 것이다. 설명의 편의상, 도 1에서, 각 수광 소자(11) 상에 배치된 필터의 색을 「R」, 「G」, 「B」로 표시하고 있으며, 「R」은 적색의 필터가 배치되고, 「G」는 녹색의 필터가 배치되고, 「B」는 청색의 필터가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다.
수평 전송에 대해서, 본 실시예에서는 수평 전송은 널리 알려져 있는 2상 구동 방식을 이용하고 있고, 구동 신호의 2상은, 각각 제1 수평 구동 신호 Hφ1과, 제2 수평 구동 신호 Hφ2로 나타내고, 제1 수평 전송 레지스터(13a)와 제2 수평 전송 레지스터(13b)의 쌍방에 공급, 인가하여 전송을 행하도록 하고 있다.
특히, 제1 수평 전송 레지스터(13a)와 제2 수평 전송 레지스터(13b)는, 수광 소자(11)가 배치된 촬상 영역(12)을 사이에 두고 대향시켜 배치하고 있고, 타이밍 제너레이터(20)로부터 입력된 제1 수평 구동 신호 Hφ1과, 제2 수평 구동 신호 Hφ2에 의해, 제1 수평 전송 레지스터(13a)는, 도 1의 도면 상에서, 왼쪽으로부터 오른쪽으로 신호용 전하를 전송하고, 제2 수평 전송 레지스터(13b)는, 도 1의 도면 상에서, 오른쪽으로부터 왼쪽으로 신호용 전하를 전송하도록 하고 있다.
제1 수평 전송 레지스터(13a) 및 제2 수평 전송 레지스터(13b)의 종단에는 각각 제1 출력 앰프 회로(15a) 및 제2 출력 앰프 회로(15b)를 설치하고 있고, 이 제1 출력 앰프 회로(15a) 및 제2 출력 앰프 회로(15b)에 의해, 전송되어 온 신호용 전하에 기초하여 소요 전압 신호를 생성해서 출력하도록 하고 있다.
본 실시예에서는 제1 출력 앰프 회로(15a)를 포함해서 제1 수평 전송 레지스터(13a)로서 설명하고, 제2 출력 앰프 회로(15b)를 포함해서 제2 수평 전송 레지스 터(13b)로서 설명을 행한다.
제1 수직 전송 레지스터(14a)는, 도 1에서 세로 방향으로 일렬 형상으로 배치한 수광 소자(11)의 한쪽측에 설치함과 함께, 제2 수직 전송 레지스터(14b)는 그 다른쪽측에 설치하고, 촬상 영역(12)에 수광 소자(11)를 사이에 두고 제1 수직 전송 레지스터(14a)와 제2 수직 전송 레지스터(14b)를 교대로 배치하고 있다.
제1 수직 전송 레지스터(14a) 및 제2 수직 전송 레지스터(14b)는, 타이밍 제너레이터(20)로부터 입력된 제1 수직 구동 신호 Vφ1과, 제2 수직 구동 신호 Vφ2와, 제3 수직 구동 신호 Vφ3과, 제4 수직 구동 신호 Vφ4에 의해 구동하도록 하고 있고, 제1 수직 전송 레지스터(14a)는, 도 1의 도면 상에서, 아래로부터 위로 신호용 전하를 전송하여 제1 수평 전송 레지스터(13a)에 신호용 전하를 판독하도록 하고 있고, 제2 수직 전송 레지스터(14b)는, 도 1의 도면 상에서, 위로부터 아래로 신호용 전하를 전송하여 제2 수평 전송 레지스터(13b)에 신호용 전하를 판독하도록 하고 있다.
이와 같이 구성한 고체 촬상 소자(10)에 의해 촬상한 화상 데이터를 취출하는 경우에는, 제1 필드로서 도 1에 도시하는 촬상 영역(12)의 홀수열의 수광 소자(11)로부터 신호용 전하를 판독하여 전송하고, 계속해서, 제2 필드로서 도 1에 도시하는 촬상 영역(12)의 짝수열의 수광 소자(11)로부터 신호용 전하를 판독하여 전송하고 있다.
여기서, 본 실시예에서는 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 필드에서의 신호용 전하의 판독을 행하는 경우에는, 촬상 영역(12)의 홀수열의 수광 소자(11)에 서, 녹색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하는, 제1 수직 전송 레지스터(14a)에 판독하고, 적색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하는, 제2 수직 전송 레지스터(14b)에 판독하고 있다.
제1 수직 전송 레지스터(14a)에 판독된 신호용 전하는, 제1 수평 전송 레지스터(13a)에 전달되어, 제1 수평 전송 레지스터(13a)로부터 제1 녹색 신호로서 출력된다. 또한, 제2 수직 전송 레지스터(14b)에 판독된 신호용 전하는, 제2 수평 전송 레지스터(13b)에 전달되어, 제2 수평 전송 레지스터(13b)로부터 적색 신호로서 출력된다.
계속해서, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 제2 필드에서의 신호용 전하의 판독을 행하는 경우에는, 촬상 영역(12)의 짝수열의 수광 소자(11)에서, 녹색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하는, 제1 수직 전송 레지스터(14a)에 판독하고, 청색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하는, 제2 수직 전송 레지스터(14b)에 판독하고 있다.
제1 수직 전송 레지스터(14a)에 판독된 신호용 전하는, 제1 수평 전송 레지스터(13a)에 전달되어, 제1 수평 전송 레지스터(13a)로부터 제2 녹색 신호로서 출력된다. 또한, 제2 수직 전송 레지스터(14b)에 판독된 신호용 전하는, 제2 수평 전송 레지스터(13b)에 전달되어, 제2 수평 전송 레지스터(13b)으로부터 청색 신호로서 출력된다.
이와 같이, 제1 필드에서 판독된 제1 녹색 신호와, 제2 필드에서 판독된 제2 녹색 신호는, 각각 제1 수직 전송 레지스터(14a)에 의해서만 전송되어 제1 수평 전 송 레지스터(13a)로부터 출력됨으로써, 제1 녹색 신호와 제2 녹색 신호에 출력 특성차가 없어, 양질의 화상 데이터 신호를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 필드에서는, 녹색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하를 제1 수직 전송 레지스터(14a)에 판독하고, 적색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하를 제2 수직 전송 레지스터(14b)에 판독함과 함께, 제2 필드에서는, 녹색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하를 제1 수직 전송 레지스터(14a)에 판독하고, 청색의 필터가 설치된 수광 소자(11)의 신호용 전하를 제2 수직 전송 레지스터(14b)에 판독하기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이, 각 수광 소자(11)는 신호용 전하의 판독 방향을 조정하고 있다.
녹색의 필터가 설치된 수광 소자(11)에서는, 제1 수직 전송 레지스터(14a)와는 반대의 제2 수직 전송 레지스터(14b)측에 채널 스톱(16)을 설치하고, 적색 및 청색의 필터가 설치된 수광 소자(11)에서는, 제2 수직 전송 레지스터(14b)와는 반대의 제1 수직 전송 레지스터(14a)측에 채널 스톱(16)을 설치하고, 이 채널 스톱(16)에 의해 신호용 전하의 이동 방향을 규제하여, 소정의 제1 수직 전송 레지스터(14a) 또는 제2 수직 전송 레지스터(14b)에 신호용 전하를 판독하고 있다.
수직 전송 레지스터의 양단에 번갈아 설치된 채널 스톱(16)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 번갈아 배치하면서도 소정의 화소간에서 연결하여 전기적으로 고립되지 않도록 하고 있어, 종래의 채널 스톱의 기능을 다하도록 하고 있다. 즉, 채널 스톱(16)에서는, 소정 전위(현재 GND 전위가 널리 이용되고 있음)의 인가에 의한 촬상 영역의 단부와 중앙부에서의 기판 표면의 전위차의 억제, 수광 소자 또는 수직 레지스터에서 발생한 홀의 소정 전위에의 폐기에 의한 노이즈의 억제 등의 기능을 손상시키지 않도록 하고 있다.
도 3에서, 제1 수직 전송 레지스터(14a) 및 제2 수직 전송 레지스터(14b)에서, 「1」, 「2」, 「3」, 「4」는, 제1 수직 구동 신호 Vφ1과, 제2 수직 구동 신호 Vφ2와, 제3 수직 구동 신호 Vφ3과, 제4 수직 구동 신호 Vφ4의 바이어스가 인가되는 각 레지스터를 나타내고 있고, 제1 필드에서는, 「1」의 레지스터 부분의 전극에 판독용의 전압을 인가함으로써 판독용의 포텐셜을 형성하여, 녹색의 필터가 설치된 수광 소자(11)로부터 제1 수직 전송 레지스터(14a)에의 신호용 전하의 판독을 행함과 함께, 적색의 필터가 설치된 수광 소자(11)로부터 제2 수직 전송 레지스터(14b)에의 신호용 전하의 판독을 행하고, 제2 필드에서는, 「3」의 레지스터 부분의 전극에 판독용의 전압을 인가함으로써 판독용의 포텐셜을 형성하여, 녹색의 필터가 설치된 수광 소자(11)로부터 제1 수직 전송 레지스터(14a)에의 신호용 전하의 판독을 행함과 함께, 청색의 필터가 설치된 수광 소자(11)로부터 제2 수직 전송 레지스터(14b)에의 신호용 전하의 판독을 행하고 있다.
제1 수직 구동 신호 Vφ1, 제2 수직 구동 신호 Vφ2, 제3 수직 구동 신호 Vφ3, 제4 수직 구동 신호 Vφ4가 각각 입력되는 전극은, 이하와 같이 하여 형성하고 있다.
도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 우선, 반도체 기판 상에는, 수직 레지스터의 「2」의 영역을 피복하도록 제2 전극(22)을 설치함과 함께, 수직 레지스터의 「4」의 영역을 피복하도록 제4 전극(24)을 설치한다. 특히, 제2 전극((22)) 및 제4 전 극(24)은, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 각각 직선 형상으로 형성하여 가로 방향으로 연결된 패턴으로 하고, 도시하지 않은 화소 영역 밖에 설치한 버스 라인으로부터 인가된 수직 구동 신호를, 도면에서의 가로 방향으로 인가하도록 하고 있다.
계속해서, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제2 전극(22) 상에는, 이 제2전극(22)과 마찬가지로 직선 형상으로 제1 전극(21)을 설치함과 함께, 제4 전극(24) 상에는, 이 제4 전극(24)과 마찬가지로 직선 형상으로 제3 전극(23)을 설치하고 있다.
특히, 제1 전극(21)은 제2 전극(22)보다도 폭이 좁은 직선 형상으로 함과 함께, 직교 방향으로 돌출되어 수직 레지스터의 「1」의 영역을 피복하는 돌출부를 형성하고 있다. 제3 전극(23)은 제4 전극(24)보다도 폭이 좁은 직선 형상으로 함과 함께, 직교 방향으로 돌출되어 수직 레지스터의 「3」의 영역을 피복하는 돌출부를 형성하고 있다.
그리고, 이 제1 전극(21), 제2 전극(22), 제3 전극(23), 제4 전극(24) 상에는, 제1 수직 전송 레지스터(14a) 및 제2 수직 전송 레지스터(14b)로 되는 반도체층을 형성하고 있다.
상술한 실시예에서는 제1 수평 전송 레지스터(13a)의 신호용 전하의 전송 방향과, 제2 수평 전송 레지스터(13b)의 신호용 전하의 전송 방향을 반대 방향으로 하고 있지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 수평 전송 레지스터(13a)와 제2 수평 전송 레지스터(13b)에 의해 동일한 방향으로 신호용 전하를 전송하도록 하여도 된다.
또한, 상술한 실시예에서는 제1 수평 전송 레지스터(13a) 및 제2 수평 전송 레지스터(13b)를, 도 1에 도시한 바와 같이 도면에서의 좌우 방향과 평행하게 설치하고, 제1 수직 전송 레지스터(14a)와 제2 수직 전송 레지스터(14b)를 도 1에 도시한 바와 같이 도면에서의 좌우 방향과 평행하게 설치하고 있지만, 도 6에 도시한 바와 같이 제1 수평 전송 레지스터(13a') 및 제2 수평 전송 레지스터(13b')를 촬상 영역(12)을 사이에 두고 도면에서의 상하 방향과 평행하게 설치하고, 제1 수직 전송 레지스터(14a')와 제2 수직 전송 레지스터(14b')를 도면에서의 상하 방향과 평행하게 설치하여도 된다.
제1 수평 전송 레지스터(13a, 13a') 및 제2 수평 전송 레지스터(13b, 13b')의 「수평」이란 용어와, 및 제1 수직 전송 레지스터(14a, 14a') 및 제2 수직 전송 레지스터(14b, 14b')의 「수직」이란 용어는, 제1 수평 전송 레지스터(13a, 13a') 및 제2 수평 전송 레지스터(13b, 13b')와, 제1 수직 전송 레지스터(14a, 14a') 및 제2 수직 전송 레지스터(14b, 14b')를 구별하기 위해 관용적으로 이용하고 있는 것에 불과한 용어로서, 방향성을 한정하는 것은 아니다.
또한, 제1 수평 전송 레지스터(13a, 13a') 및 제2 수평 전송 레지스터(13b, 13b')는, 2개로 한정하는 것이 아니라, 필요에 따라, 2개 이상의 수평 전송 레지스터를 설치하여도 된다.
또한, 상술한 실시예에서는 컬러 필터를 2×2 원색 필터로 하고 있지만, 2×2 원색 필터에 한정되는 것이 아니라, 원색 필터 이외에서는 시안 「Cy」, 옐로우 「Ye」, 마젠타 「Mg」, 그린 「G」를 이용한 보색 필터이어도 된다. 또한, 필터 의 배열도, 2×2에 한하지 않고, 2×4이어도 된다.
도 7에는, 2×4 보색 필터를 이용한 경우에서의 제1 수직 전송 레지스터(14a)와 제2 수직 전송 레지스터(14b)에의 신호용 전하의 판독 방향을 도시하고 있고, 도 7의 (a)에서는 제1 필드에서의 판독 상태, 도 7의 (b)에서는 제2 필드에서의 판독 상태를 도시하고 있다. 제1 필드에서는, 제1 전극(21)에 판독용의 신호를 인가하고, 제2 필드에서는, 제3 전극(23)에 판독용의 신호를 인가하여, 소정의 수광 소자(11)로부터의 신호용 전하의 판독을 행하고 있다.
도 8은, 도 7에서의 2×4 보색 필터의 변용예의 경우에서의 제1 수직 전송 레지스터(14a)와 제2 수직 전송 레지스터(14b)에의 신호용 전하의 판독 방향을 도시하고 있고, 도 8의 (a)에서는 제1 필드에서의 판독 상태, 도 8의 (b)에서는 제2 필드에서의 판독 상태를 도시하고 있다.
도 8의 2×4 보색 필터는, 도 7의 2×4 보색 필터에서의 시안 「Cy」와 옐로우 「Ye」의 배치가 일부 교체되어 있는 것이다.
도 9에는, 2×8 보색 필터를 이용한 경우에서의 제1 수직 전송 레지스터(14a)와 제2 수직 전송 레지스터(14b)에의 신호용 전하의 판독 방향을 도시하고 있고, 도 9의 (a)에서는 제1 필드에서의 판독 상태, 도 9의 (b)에서는 제2 필드에서의 판독 상태를 도시하고 있다. 제1 필드에서는, 제1 전극(21)에 판독용의 신호를 인가하고, 제2 필드에서는, 제3 전극(23)에 판독용의 신호를 인가하여, 소정의 수광 소자(11)로부터의 신호용 전하의 판독을 행하고 있다.
본 발명에 따르면, 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에서 각각 축적된 전하를, 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터 중 어느 한쪽에 의해서만 전송해서 신호로서 출력하는 것으로 함으로써, 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 수광 소자에서 각각 축적된 전하를 동일한 수평 전송 레지스터로부터 신호로서 출력할 수 있기 때문에, 동일색의 신호에서 출력 특성차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 기판의 촬상 영역 내에 설치한 복수의 수광 소자와,
    상기 수광 소자 상에 설치하여 소정의 색에 의한 필터링을 행하는 복수 색의 컬러 필터와,
    상기 수광 소자에 인접시켜 배치하여, 상기 수광 소자로부터 수평 전송 레지스터에 전하를 전송하는 수직 전송 레지스터와,
    상기 촬상 영역을 사이에 두고 배치하여, 상기 수직 전송 레지스터로부터 전송된 전하를 각각 전송함과 함께, 이 전하에 기초하는 신호를 각각 출력하는 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터
    를 갖는 고체 촬상 소자로서,
    상기 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 상기 수광 소자에서 각각 축적된 전하를, 상기 제1 수평 전송 레지스터와 상기 제2 수평 전송 레지스터 중 어느 한쪽에 의해서만 전송해서 상기 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터는, 각 색의 필터를 소정의 패턴으로 배치한 기본 유닛을 반복하여 배열하여 구성함과 함께, 상기 기본 유닛에는 동색의 필터를 2개 이상 설치한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기본 유닛은 베이어 배열이고, 상기 동색은 녹색으로 한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 반도체 기판의 촬상 영역 내에 설치한 복수의 수광 소자와,
    상기 수광 소자 상에 설치하여 소정의 색에 의한 필터링을 행하는 복수 색의 컬러 필터와,
    상기 수광 소자에 인접시켜 배치하여, 상기 수광 소자로부터 수평 전송 레지스터에 전하를 전송하는 수직 전송 레지스터와,
    상기 촬상 영역을 사이에 두고 배치하여, 상기 수직 전송 레지스터로부터 전송된 전하를 각각 전송함과 함께, 이 전하에 기초하는 신호를 각각 출력하는 제1 수평 전송 레지스터와 제2 수평 전송 레지스터
    를 갖는 고체 촬상 소자를 구비한 고체 촬상 장치로서,
    상기 고체 촬상 소자는, 상기 컬러 필터에서의 동일색의 필터를 투과한 광에 기초하여 상기 수광 소자에서 각각 축적된 전하를, 상기 제1 수평 전송 레지스터와 상기 제2 수평 전송 레지스터 중 어느 한쪽에 의해서만 전송해서 상기 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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