JPH03185977A

JPH03185977A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH03185977A
Application number: JP1324751A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sekine; 弘一関根
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1991-08-13

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像装置に係わり、特に高集
積化に好適な装置に関するものである。

（従来の技術）ＣＣＤ型の固体撮像装置は、第５図に示されたようなメ
カニカルシャッタ機能を有する電子スチルカメラ５０に
用いられる。筐体５１に搭載されたレンズ５２、メカニ
カルシャッタ５３を通して固体撮像装置５４に光学的な
画像情報が与えられ、電気的な画像信号に変換されて図
示されていない磁気ディスクに記録される。

このようなカメラ５０に搭載されている従来の固体撮像
装置５４について、この構成を示したぁ６図を用いて説
明する。光電変換を行う画素１１．１２及び１３がそれ
ぞれ垂直方向に配列されて、画素列１１ａ、１２ａ及び
１３ａを構成しており、全体として二次元格子状に配列
されている。この各画素列１１ａ〜１３ａには、光の三
原色（グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）、ブルー（Ｂ））
の色フィルタ１０１，１０２及び１０３が形成されてお
り、カラー撮像を可能にしている。さらに、各画素列１
１ａ〜１３ａ上には、光遮蔽膜１０１．１０２及び１０
３がそれぞれ形成されている。

各画素列１１ａ〜１３ａのそれぞれの間には、垂直方向
に垂直レジスタ３１．３２及び３３が配列されている。

この垂直レジスタ３１〜３３は、各々隣接した画素列１
１ａ〜１３ａが蓄積した信号電荷を与えられて、順次下
方へ転送を行う。

この垂直レジスタ３１〜３３によって最下部に転送され
た信号電荷は、水平レジスタ２１に与えられ、順次左方
向に転送されて出力部２２に出力される。出力部２２に
おいて、この信号電荷は信号電圧に変換されて装置外部
に出力される。

（発明が解決しようどする課題）しかし、このような構成を有した従来の固体撮像装置に
は、次のような問題があった。

出力部２２からの信号の出力は、第７図に示したように
時系列的に、Ｇ、　Ｒ，Ｂ、　Ｇ、　Ｒ，Ｂ。

・・・、の順に行われる。従って、水平レジスタ２１の
転送効率が悪いと混色を起こし、画像の劣化をきたすこ
とになる。さらに、出力部２２から出力された信号を、
Ｇ、　Ｒ，Ｂの各原色毎に分離して処理する必要がある
ため、複雑な信号処理を高速で行う技術が必要となる。

また、水平方向の集積度を向上させることが困難である
という問題も存在した。水平方向に必要な幅は、各原色
毎に、素子幅Ｌｌ、垂直レジスタ幅Ｌ３、画素１１〜１
３から垂直レジスタへの電荷転送を制御するフィールド
シフト部幅Ｌ２、さらに画素１１〜１３と垂直レジスタ
の間の素子分離領域幅Ｌ４を全て合計した値となる。こ
のため、）　　− 三原色のピッチ３Ｐは、３Ｐ−３・（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）となる。

ここで、各寸法をＬｌ−４ｕｍｓ　Ｌ２−２ｕｍｓＬ３
＝３μｍ、Ｌ４＝１μｍとすると、−画素列当りのピッ
チＰとして１０μｍ必要となる。一般のカメラでの使用
を考えると、レンズの光学系が２／３インチの場合、水
平方向は８〜９ｍとなるため、水平方向の画素数は８０
０〜９００となる。

この程度の画素数では、銀塩を用いた通常の３５ａｍサ
イズのカメラと比較し、電子スチルカメラとして用いる
には解像度が低すぎる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、信号処
理を容易に行え、混色を有効に防止することができ、さ
らに感度を落とすことなく水平方向の解像度を向上させ
得る固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の固体撮像装置は、光電変換し発生した電荷を蓄
積する画素が垂直方向に配置された複数の第１の画素群
と、第１の画素群の各列間、又は一つおきの各列間に垂
直方向に配置され、第１の画素群が蓄積した電荷を与え
られて最下部へ転送してい＜ＣＣＤ型電荷転送垂直レジ
スタと、ＣＣＤ型電荷転送垂直レジスタの最下部に隣接
して水平方向に配置され、ＣＣＤ型電荷転送垂直レジス
タが転送してきた電荷を与えられて水平方向に転送して
いく水平レジスタと、水平レジスタから電荷を与えられ
て、装置外部へ出力する出力部とを備え、ＣＣＤ型電荷
転送垂直レジスタは、少なくとも一部分が透明電極型の
転送電極で形成されて、光電変換し発生した電荷を蓄積
する第２の画素群としても機能し、この第２の画素群と
して発生した電荷を最下部へ転送し水平レジスタへ与え
た後、第１の画素群の発生した電荷を転送していくもの
であることを特徴としている。

（作　用）ＣＣＤ型電荷転送垂直レジスタは、第１の画素群の発生
し蓄積した電荷を転送するのみならず、透明電極型の転
送電極で形成された部分において、光電変換し発生した
電荷を蓄積する第２の画素群としても機能する。そして
、自ら発生した電荷を最下部へ向かって転送し水平レジ
スタへ与えた後、第１の画素群の発生した電荷を転送し
ていく。これにより、先ず第２の画素列において発生し
た電荷が出力部から出力された後、第１の画素列の発生
した電荷が出力される。この結果、カラー再生を行う場
合においては、各色信号毎に時系列的に出力されるため
、水平レジスタの転送効率が悪くとも混色を起こすおそ
れがない上に、各色毎に分離して処理する必要がなく、
複雑な信号処理を高速で行う技術が不要である。

また、ＣＣＤ型電荷転送垂直レジスタを第２の画素群と
しても用いるため、電荷転送機能のみを持たせた場合に
比し、水平方向の集積度が向上する。

（実施例）以下、本発明の一実施例について、図面を参照して説明
する。

第１図に、本実施例の構成を示す。従来の場合と比較し
、ＣＣＤ型電荷転送垂直レジスタ（以下、垂直レジスタ
という）１２１を画素列１１ａ１及び１２ａからの信号
の転送に用いるだけでなく、第２の画素群としても用い
る点が異なっている。

即ち、垂直レジスタ１２１に、電荷転送機能のみならず
、光電変換機能をも併せ持たせている。ここで、垂直レ
ジスタ１２１は、例えば多結晶シリコンのような光を透
過する転送電極で構成されており、さらにその上には、
画素として使用できるように、従来の場合のような光遮
蔽膜１１１〜１１３は形成されていない。

全体の構成としては、この垂直レジスタ１２１と、これ
に隣接して配置された第１の画素群としての画素列１１
ａ１及び１２ａ１さらに水平レジスタ２１、出力部２２
を備えている。画素列１１ａ１及び１２ａ上には、それ
ぞれグリーンの色フイルタ−１０１とブルーの色フイル
タ−１０３が形成されており、垂直レジスタ１２１上に
は、レッドの色フイルタ−１０２が形成されている。

このような構成を備えた本実施例の動作について、次ぎ
に説明する。ここで、垂直レジスタ１２１は三相駆動で
あるとする。そして、三相のクロックパルスが印加され
る転送電極を、それぞれΦ１．Φ２．及びΦ３とし、Φ
３をロウレベルに、Φ１とΦ２をハイレベルに設定する
。これにより、垂直レジスタ１２１は第２の画素群とし
ても機能し、光電変換し発生した電荷パターンは、垂直
レジスタ１２１のうちのΦ１とΦ２の転送電極下に蓄積
される。

先ず、カメラのメカニカルシャッターが閉じているとき
に、第１の画素群としての画素列１１ａ１及び１２ａに
蓄積されていた電荷、さらに垂直レジスタ１２１に蓄積
された電荷が、この垂直レジスタ１２を介して外部に廃
棄される。メカニカルシャッターが開くと、画素列１１
ａ及び１２ａ１垂直レジスタ１２１において光電変換が
行われ、発生した信号電荷が蓄積される。

メカニカルシャッターが閉じた後、蓄積された信号電荷
の読み出しが行われる。垂直レジスタ１２１の転送電極
に、三相クロックパルスが印加されると、先ず垂直レジ
スタ１２１自体に蓄積された信号電荷が下方へ転送され
ていき、最下部から水平レジスタ１２１を介して出力部
２２より信号電圧として外部に出力される。これにより
、レッド（Ｒ）信号に相当する第２の画素群の信号のみ
読み出されて、フロッピーディスク等の外部の記憶装置
に記録される。

次ぎに、第１の画素群のうちの画素列１１ａに蓄積され
た信号電荷（グリーン（Ｂ）信号）が、垂直レジスタ１
２１に転送される。そして上述したＲ信号の場合と同様
に、クロックパルスの印加により垂直レジスタ１２１の
下方に転送されていき、水平レジスタ２１を経由して出
力部２２から信号電圧に変換されて出力される。そして
、外部の記憶装置に記録される。

最後に、もう一方の第１の画素群に相当する画素列１．
２　ａに蓄積された信号電荷（ブルー（Ｂ））信号の転
送が、上述した画素列１１ａの場合と同様にして行われ
る。これにより、本実施例による固体撮像装置により撮
像された信号電荷パターンが、外部の記憶装置に記録さ
れることになる。

このように本実施例では、従来の場合と異なり、第２図
に示されたように各原色（Ｇ、Ｒ，Ｂ）毎に各信号が独
立して出力されるため、転送効率が特に優れていなくと
も混色は発生せず、画像の劣化が防止される。

また水平方向のピッチ３Ｐは、第３図に示されるように
、二つの画素列１１　ａ、　１２　ａの幅（２Ｌ１）、
垂直レジスタの幅（Ｌ３）、二つのフィールドシフト部
の幅（２Ｌ２）、さらに素子分離領域幅（Ｌ４）の合計
であるがら、３Ｐ−３・（２Ｌ１＋２Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４
）となる。

ここで、上述した従来の場合と同様に、各寸法をＬｌ−
４，ｃｚｍ、Ｌ２−２ｔｔｍＳＬ３−３ｕｍ。

Ｌ４−１μｍとすると、ピッチ３Ｐは１６μｍで足りる
ことになる。従って、−画素列当りのピッチＰとしては
５．３μｍとなり、従来の場合（Ｐ−１０μｍ）と比較
して、約半分の寸法で足りる。

１この結果、レンズの光学系が２／３インチの場合（水平
方向の幅は８〜９＋＋ｕｎ）には、水平方向の画素数は
１５００〜１７００に増大する。

この結果、電子スチルカメラが銀塩フィルムのカメラに
対抗する上で必要である、多画素化という要求を満たす
ことが可能となる。そして水平方向のピッチサイズが減
少したとしても、画素サイズは従来と同程度であり、感
度の低下といった性能劣化を防止することができる。

第４図に、本実施例による固体撮像装置を、電子スチル
カメラ４２に組み込んで使用した場合を示す。被写体４
１　（Ｇ、　Ｒ，Ｂ）からの光学的情報が、各原色毎に
固体撮像装置によって信号電圧に変換され、磁気ディス
ク４３に記録される。従って、カラー印刷装置４４にお
いてカラー再生像４５を印刷する際に、ディスク４４か
ら信号を順次読み出してそのまま同期して印刷すればよ
く、複雑な信号処理が不要で、電子カメラシステムを容
易に構成することが可能となる。

上述した実施例は一例であり、本発明を限定するもので
はない。例えば垂直レジスタの駆動は、本実施例では３
相であったが、他の２相や４相で駆動してもよい。また
、光電変換時にロウレベル電圧に保持される転送電極上
には、光遮蔽膜が形成されていても差し支えない。

本実施例では、色フィルタを各画素列または垂直レジス
タ毎に、ストライプ状に配置しているが、モザイク状に
配置することもできる。この場合には、各フィルタは原
色でなく補色で構成することになる。さらに本実施例の
ように、垂直レジスタの両隣に第１の画素群が存在する
必要はなく、モザイク状に色フィルタを配置する場合に
は、片側のみに設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の固体撮像装置は、垂直レジ
スタが、第１の画素群の発生し蓄積した電荷を転送する
のみならず、光電変換し発生した電荷を蓄積する第２の
画素群としても機能し、発生した電荷を最下部へ向かっ
て転送し出力した後、第１の画素群の発生した電荷を転
送するため、カラー再生を行う場合に各色信号が時系列
的に出力され、混色を起こすおそれがなく画像の劣化が
防止されると共に、信号処理を容易に行うことができる
。また垂直レジスタを第２の画素群としても用いるため
、電荷転送機能のみを持たせた場合に比し、水平方向の
集積度が向上し、高解像度を実現することが可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による固体撮像装置の構成を
示すブロック図、第２図は同装置から出力される時系列
的な信号の出力状態を示した説明図、第３図は同装置の
水平方向に配列された各素子のピッチを示した説明図、
第４図は同装置を適用することが可能な電子スチルカメ
ラシステムの構成を示した説明図、第５図は本発明の固
体撮像装置を適用することが可能な電子スチルカメラの
構成を示した説明図、第６図は従来の固体撮像装置の構
成を示すブロック図、第７図は同装置から出力される時
系列的な信号の出力状態を示した説開園、第８図は同装
置の水平方向に配列された各素子のピッチを示した説明
図である。１１．１２・・・画素、ｌｌａ、１２ａ・・・画素列、
２１・・・水平レジスタ、２２・・・出力部、４１・・
・被写体、４２・・・カメラ、４３・・・磁気ディスク
、４４・・・カラー印刷装置、４５・・・カラー再生画
像、１０１゜１０２．１０３・・・色フィルタ、１２１
・・・垂直レジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

　光電変換し発生した電荷を蓄積する画素が垂直方向に
配置された複数の第１の画素群と、前記第１の画素群の
各列間、又は一つおきの各列間に垂直方向に配置され、
前記第１の画素群が蓄積した電荷を与えられて最下部へ
転送していくＣＣＤ型電荷転送垂直レジスタと、前記Ｃ
ＣＤ型電荷転送垂直レジスタの最下部に隣接して水平方
向に配置され、前記ＣＣＤ型電荷転送垂直レジスタが転
送してきた前記電荷を与えられて水平方向に転送してい
く水平レジスタと、前記水平レジスタから前記電荷を与
えられて、装置外部へ出力する出力部とを備え、前記Ｃ
ＣＤ型電荷転送垂直レジスタは、少なくとも一部分が透
明電極型の転送電極で形成されて、光電変換し発生した
電荷を蓄積する第２の画素群としても機能し、この第２
の画素群として発生した電荷を最下部へ転送し前記水平
レジスタへ転送した後、前記第１の画素群の発生した前
記電荷を転送していくものであることを特徴とする固体
撮像装置。