JPH03187591A - 固体撮像素子の駆動方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、モザイク状の色分離フィルタが装着されたフ
レームトランスファ方式の固体撮像素子の駆動方法に係
り、特にインターレース駆動の際のフリッカ防止に関す
る。

（口〉従来の技術 単板式のカラー撮像装置に於いては、撮像装置に搭載さ
れるＣＣＤ固体撮像素子の受光面にモザイク状、ストラ
イプ状等の色分離フィルタが装着され、受光面の各受光
画素が各色成分に対応付けられる。モザイク状の色分離
フィルタを用いると、ストライブ状の色分離フィルタを
用いた場合よりも高い水平解像度を得られるものの、Ｃ
ＣＤから出力される映像信号の処理が複雑になるといっ
た問題があるため、撮像装置の使用目的等に応じて色分
離フィルタが選択される。

第３図は、モザイク状の色分離フィルタが装着されたフ
レームトランスファ方式のＣＣＤＣＣ固体撮像素子光面
を示す平面図である。

ＣＣＤの受光面には、複数のチャネル領域（１）がチャ
ネル分離領域（２）で互いに分離され、垂直方向に延在
して設けられる。そして、チャネル領域（１）に直交し
て２層構造の転送電極（３）（４）が絶縁膜を介して形
成される。また、上層側の転送電極（４）は、チャネル
分離領域（２〉上で、その幅が狭く形成され、転送電極
（３）との間で開口部が形成されて受光効率の向上が図
られている。これら転送電極（３）（４）にｉｔ例えば
４相の転送クロックが印加され、チャネル領域（１）に
発生した情報電荷がチャネル領域（１）に沿って転送さ
れる。

受光面に装着されるモザイク状の色分離フィルタ（１０
）は、受光面の画素に従って分割されており、各分割領
域にイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、グノーン（Ｇ
）及びホワイト（ｗ）の各色が所定の順序で与えられて
いる。受光面の画素は、チャネル分離領域（２〉に依っ
て垂直方向に分離されると共に、転送電極（３）（４）
が形成するポテンシャルの障壁に依って水平方向に分離
される。即ち、転送電極（３）（４）の端部付近が各画
素の境界となり、一対の転送電極（３）（４）の幅が一
画素に相当する。従って、色分離フィルタ（１０）は、
チャネル分離領域（２）に沿って垂直方向に分割される
と共に、転送ｉｔ！１（３）（４）の端部に沿って水平
方向に分割される。

このようなＣＯＤに於いては、通常、垂直方向の２画素
が同時に読出され、フィールド毎にその組合せを反転さ
せるインターレース駆動が採用され、解像度の向上が図
られている。即ち、奇数フィールドに於いては、ｎ行目
とｎ＋１行目との画素が同時に読出され、偶数フィール
ドに於いてはｎ−１行目とｎ行目との画素が同時に読出
されることになる。そして、ＣＣＤから読出された信号
の水平方向に隣り合うものの和から輝度信号、差から色
成分信号を夫々得ている。

第４図は上述の如きインターレース駆動を行う際のタイ
ミング図であり、第５図は各タイミングのポテンシャル
の状態を示す図で、第３図のＸ−Ｙ断面を示す。

偶数フィールドＥＶＥＮでは、光電荷の蓄積期間中転送
クロックφ１〜φ３が高電位、転送クロックφ４が低電
位に固定され、第５図のＴＩに示すように転送クロック
φ４で形成されるポテンシャル障壁で２画素毎に分離さ
れて転送クロックφ、〜φ、で形成されるポテンシャル
井戸にＷとＹｅ、ＷとＣｙの各色成分の光電荷が混合し
て蓄積される。そして、蓄積期間が終了時点で転送クロ
ックφ、が低レベルとなって第２図のＴ、に示すように
転送クロックφ１で形成されていたポテンシャル井戸が
なくなり、転送クロックφ、φ、で形成されるポテンシ
ャル井戸に光電荷が移される。この後、転送クロックを
φ４．φ１．φ２．φ、の順に繰り返し高電位とすると
共に、転送クロックをφ□φ８．φ４゜φ、の順で低電
位とする４相駆動に依って光電荷が転送される。従って
、色成分信号Ｗ＋　Ｙｅ　、　’ｄ＋　Ｃｙが繰り返し
得られる。また、隣り側のチャネル領域（１）に於いて
は、Ｇとｃｙ、ｃとＹｅが混合されて色成分信号Ｇ＋Ｃ
ｙ、Ｇ＋Ｙｅが得られる。

一方、奇数フィールドＯＤＤでは、光電荷の転送期間中
φ、φ、φ４が高電位、転送クロックφ、が低電位に固
定され、第５図のＴ、に示すように転送クロックφ、で
形成されるポテンシャル障壁で２画素毎に分離され、転
送クロックφ１φ、φ４で形成されるポテンシャル井戸
にＷ＋Ｙｅ、　Ｗ＋Ｃｙ（７）色成分の光電荷が蓄積さ
れる。そして、蓄積期間が終了すると転送クロックφ、
が低レベルとなり、続いて転送クロックφ１〜φ４の４
相駆動に依り光電荷が出力される。この奇数フィールド
ＯＤＤで杜、混合される画素の組合せが偶数フィールド
ＥＹＥＮと反転しており、偶数フィールドＥＶＥＮで得
られた映像信号と奇数フィールドＯＤＤで得れた映像信
号とを組合せることで１フレームが構成される。

以上の様にして得られる映像信号は、（Ｗ＋Ｙｅ）＋（
Ｃｙ＋Ｇ）から輝度信号、（ｗ＋　ｙｅ）　−（Ｃｙ＋
　ｃ）或いは（＄Ｊ＋　Ｃｙ）　−（Ｙｅ十ｃ）から色
信号を得る。即ち、Ｗ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ、Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ、Ｃ
ｙ＝Ｇ＋Ｂ（Ｒ：レッド、Ｂニブル−）であることから
輝度信号４ｆ２Ｒ＋４ｃ＋２Ｂ、色信号は夫々２Ｒ或い
は２Ｂとなる。

（八〉発明が解決しようとする課題 しかながら、上述の如きインターレース駆動を行う場合
、光電荷の蓄積期間中の各転送電極（３）（４〉の電位
が偶数フィールドＥＶＥＮと奇数フィールドＯＤＤとで
異なり、転送クロックφ、〜φ４の対称性がないことか
ら、両フィールドから得られる各色成分信号に僅かな差
が生じ、この差がフリッカとなって再生画面に表われる
といった問題が生じる。

そこで本発明は、モザイク状の色分離フィルタを装着し
たフレームトランスファ型の固体撮像素子をインターレ
ース駆動する際のフリッカの発生を防止することを目的
とする。

〈二）課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、
分離領域で区画されて互いに平行に配列され光電変換に
依り発生する光電荷が蓄積転送される複数のチャネル領
域と、このチャネル領域内にポテンシャルの障壁を形成
して受光画素の分離をする第１の転送電極及び、第１の
転送電極に形成されるポテンシャル障壁の間にポテンシ
ャルの井戸を形成して上記光電荷を蓄積する第２の転送
電極と、上記第１の転送電極に沿って分割された各領域
が各受光画素に対応付けられ各分割領域が特定波長の入
射光を透過する色分離フィルタと、を備え、第１の期間
に各受光画素に光電荷を蓄積した後、偶数フィールドに
於いては、第２の期間に偶数列の上記第１の転送電極で
上記チャネル領域にポテンシャルの井戸を形成して隣接
する受光画素の光電荷を合成し、奇数フィールドに於い
ては、第２の期間に奇数列の上記第２の転送電極で上記
チャネル領域にポテンシャル井戸を形成して隣接する受
光画素の光電荷を合成し、続く第３の期間に上記第１及
び第２の転送電極のパルス駆動で上記光電荷を上記チャ
ネル領域に沿って転送することを特徴とするものである
。

（本）作用 本発明に依れば、光電荷を蓄積する期間中の第１及び第
２の転送電極の電位が偶数フィールドと奇数フィールド
とで同一となり、両フィールドで蓄積される光電荷が同
一となる。そして、この光電荷を光電荷の蓄積期間の終
了時点で混合すべき画素間のポテンシャル障壁を消滅さ
せて２画素の光電荷を混合した後に、転送電極を多相の
転送クロックでパルス駆動して転送することで、偶数フ
ィールドと奇数フィールドとでバランスのとれた色成分
信号が出力される。

（へ）実施例 本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の固体撮像素子の駆動方法を示すタイミ
ング図であり、第２図は各タイミングのボテンシ号ルの
状態を示す図である。この図に於いては、第５図と同様
に第３図のＸ−Ｙ断面を示している。

偶数フィールドＥＶＥＮでは、光電荷の蓄積期間に転送
クロックφ１φ、が高電位、転送クロックφ、φ４が低
電位に固定され、第２図のＴ、に示すように転送クロッ
クφ、φ４で形成されるポテンシャル障壁で１画素毎に
分離され、転送クロックφ、φ、で形成されるポテンシ
ャル井戸に各画素に対応する色成分（Ｗ　、　Ｙｅ　、
　Ｃｙ）の光電荷が蓄積される。

この固体撮像素子杜、過剰な光電荷を基板側に排出させ
る縦型オーバーブロードレイン方式が採用されており、
基板側の電位の制御に依って転送クロックφ、φ４で形
成されるポテンシャル障壁の部分が無感度領域となるよ
うに構成され、光電荷の混合が防止されている。即ち、
縦型オーバーブロードレイン方式の固体撮像素子は、転
送電極の電位と基板側の電位とに依っては、チャネル領
域に発生する光電荷が全て基板側に排出されるため、転
送クロックφ１〜φ、が低電位のときに光電荷がチャネ
ル領域から基板側に流れるように基板側の電位を設定し
ておけば、転送クロックφ１〜φ４が低電位のときに実
効的な受光感度がなくなる。

そして、光電荷の蓄積期間の終了時点で転送クロックφ
、を高電位とし、第２図のＴ、に示すように２画素の光
電荷を混合し、続いて転送クロックφ、を低電位として
第２図のＴ、に示すように転送クロックφヨで形成され
ていたポテンシャル井戸の光電荷を転送クロックφ、φ
、で形成されるポテンシャル井戸に転送する。以後の転
送期間で辻、転送クロックφ□〜φ４の４相駆動に依り
２画素分が混合された光電荷が転送される。

また、奇数フィールドＯＤＤでも光電荷の蓄積期間中は
転送クロックφ、φ、が高電位、転送クロックφ、φ４
が低電位に固定され、偶数フィールドＥＶＥＮと同様に
第２図のＴ１に示すようなポテンシャル障壁及び井戸が
形成され、各画素に対応する色成分の光電荷が蓄積され
る。

そして、光電荷の蓄積期間の終了時点で転送クロックφ
４を高電位とし、第２図のＴ４に示すように２画素の光
電荷を混合する。この後、転送クロックφ、を低電位と
して転送クロックφ、で形成されていたポテンシャル井
戸の光電荷を転送クロックφ４φ、で形成されるポテン
シャル井戸に転送し、続く転送期間に偶数フィールドＥ
ＶＥＮと同様に転送クロックφ、〜φ、の４相駆動で転
送される。

従って、偶数フィールドＥＶＥＮと奇数フィールドＯＤ
Ｄとで夫々色成分信号Ｗ＋Ｙａ、　Ｗ＋Ｃｙ、　Ｃｙ＋
Ｇ及びＹｅ＋Ｇが得られ、これらの色成分信号の演算に
依って輝度信号及び色信号が作成される。この色成分信
号の演算に関しては、従来と同一であり、説明は省略す
る。

上述の如きインターレース駆動に於いては、光電荷の転
送期間中の転送電極の電位が偶数フィールドＥＶＥＮと
奇数フィールドＯＤＤとで等しくなり、両フィールドで
の光電荷の蓄積が同じボテンシケルの状態で行われるた
め、両フィールド間の映像信号の差はなくなる。また、
各画素毎に蓄積された光電荷は、転送クロックφ、或い
はφ４を高電位として２画素分が一旦混合された後に順
次転送されることから、転送クロックφ１〜φ４の位相
ずれ等に依る光電荷の不要な混合を防止できる。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、モザイクフィルタを装着したフレーム
トランスファ方式の固体撮像素子をフリッカが発生する
ことなくインターレース駆動をすることができるため、
本発明駆動方法の採用で高い水平解像度を有するテレビ
カメラを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の駆動方法を示すタイミ
ング図、第２図は第１図のタイミングのポテンシャル状
態を示す図、第３図はフレームトランスファ方式の固体
撮像素子の受光面を示す平面図、第４図は従来の固体撮
像素子の駆動方法を示すタイミング図、第５図は第２図
の各タイミングのポテンシャル状態を示す図である。 （１）・・・チャネル領域、　（２）・・・チャネル分
離領域、　（３）（４）・・・転送電極、　（１０）・
・・色分離フィルタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）分離領域で区画されて互いに平行に配列され光電
   変換に依り発生する光電荷が蓄積転送される複数のチャ
   ネル領域と、 このチャネル領域内にポテンシャルの障壁を形成して受
   光画素の分離をする第１の転送電極及び、第１の転送電
   極に形成されるポテンシャル障壁の間にポテンシャルの
   井戸を形成して上記光電荷の蓄積をする第２の転送電極
   と、 上記第１の転送電極に沿って分割された各領域が各受光
   画素に対応付けられ各分割領域が特定波長の入射光を透
   過する色分離フィルタと、 を備え、 第１の期間に各受光画素に光電荷を蓄積した後、偶数フ
   ィールドに於いては、第２の期間に偶数列の上記第１の
   転送電極で上記チャネル領域にポテンシャルの井戸を形
   成して隣接する受光画素の光電荷を合成し、 奇数フィールドに於いては、第２の期間に奇数列の上記
   第２の転送電極で上記チャネル領域にポテンシャル井戸
   を形成して隣接する受光画素の光電荷を合成し、 続く第３の期間に上記第１及び第２の転送電極のパルス
   駆動で上記光電荷を上記チャネル領域に沿って転送する
   ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
2. （２）上記チャネル領域は、一導電型の半導体基板の一
   面に埋設された逆導電型の拡散領域内に形成され、 上記チャネル領域の過剰な光電荷を上記半導体基板側に
   排出することを特徴とする請求項第１項記載の固体撮像
   素子の駆動方法。
3. （３）上記第１及び第２の転送電極は、互いに絶縁され
   た多層構造を成し、 各転送電極に４相の転送クロックが供給されることを特
   徴とする請求項第１項記載の固体撮像素子の駆動方法。