JPH0691660B2 - カラ−用固体撮像素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はCCD形固体撮像素子およびその上に画素に対応
して配置されたマイクロカラーフイルタから成るカラー
用固体撮像素子に関し、更に詳述すれば、フレームトラ
ンスフア形の電荷転送方式において青感度に優れてカラ
ーバランスが良くかつ全体の感度向上も得られる固体撮
像素子に関する。

（従来技術） フレームトランスフア形の固体撮像素子は、光電変換素
子自体が電荷転送機能も有し、光電変換素子の表面に、
電荷の転送を行うポリシリコン製透明電極が配置される
ため、ここでの光の吸収を生じて感度を低下させてい
る。特にフレームトランスフア形の固体撮像素子をカラ
ー用に適用した場合、長波長側に較べ短波長側の光の吸
収が大きい。この場合、撮像系の感度は視感度に近い方
が良いため、従来例では例えば素子全面にシアンフイル
タをかけ、実質的に長波長側の光を減少させることによ
り全体のカラーバランスをとつていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、カラーバランスをとるために、上述のよ
うに長波長側の光を減少させる方法は、全体の感度低下
を招くことになり、好ましいものではなかつた。カラー
バランスをとるため、短波長側の感度を長波長側に合わ
せて相対的に高められれば、全体の感度を下げることな
く良好なカラーバランスが得られる。

従つて、本発明の目的は、カラーフイルタを通して入射
されて来る光の長波長側感度に対応させて短波長側感度
を相対的に向上させることにより、青感度に優れかつ全
体のカラーバランスが向上できるカラー用固体撮像素子
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明によるカラー用固体撮
像素子は次のように構成されている。すなわち垂直電荷
転送部と、該垂直電荷転送部の左右両側に転送ゲートを
介して並設された光電変換部と、前記垂直電荷転送部の
出力側に配置した第１の水平電荷転送部とが設けられて
おり、その他に切換回路と、前記垂直電荷転送部に対応
する電荷蓄積部と、該電荷蓄積部に付属の第２および第
３の水平電荷転送部とが設けられており、前記電荷蓄積
部は前記垂直電荷転送部の１列に対応して２列の蓄積ラ
インが割り当てられ、かつ該蓄積ラインの水平方向の幅
が前記垂直電荷転送部の１列と前記光電変換部の２列と
の組の水平方向の幅の1/2であり、前記垂直電荷転送部
は前記光電変換部で形成された信号電荷を転送するだけ
でなく、自身で光電変換も行うことができ、かつ３原色
のうち第１の色の信号電荷を形成し、前記光電変換部は
３原色のうち残りの第２および第３の色の信号電荷を形
成し、前記垂直電荷転送部より出力される信号電荷は前
記第１の水平電荷転送部または前記切換回路を介して前
記蓄積ラインの一方に択一的に振り分けられ前記第２ま
たは第３の水平電荷転送部から読み出される。

（作 用） 本発明によるカラー用固体撮像素子は、光電変換部はイ
ンターライントランスフア形の光電変換素子から成り、
また垂直電荷転送部はフレームトランスフア形の光電変
換素子から成つている。また、マイクロカラーフイルタ
は例えばR,G,Bストライプフイルタが用いられており、
ポリシリコン転送電極が配置されない光電変換部上には
色ＧおよびＢが配置され、ポリシリコン転送電極が存在
する垂直電荷転送部上にはポリシリコンに吸収されず光
透過性の良い色Ｒが配置されている。そして、まず垂直
電荷転送部に形成される色Ｒの信号電荷が、信号転送周
期の間に、切換回路により振り分けられて電荷蓄積部の
色Ｒ用のチヤネルへ転送される。この期間中、色ＧとＢ
の信号電荷はそれぞれの光電変換部に留つている。色Ｒ
の信号電荷がすべて電荷蓄積部へ転送されると、次に色
ＢまたはＧの何れか一方例えばＢの信号電荷が、この信
号電荷を形成した光電変換部と垂直電荷転送部との間に
設けられた転送ゲートを介して、先きに色Ｒを転送した
垂直電荷転送部へフイールドシフトされる。すなわち、
垂直電荷転送部は色Ｒの光電変換並びに転送と、この色
Ｂおよび後述する色Ｇの転送を行う素子として動作す
る。色Ｂがフイールドシフトされると、次いで切換回路
が切換つて、色Ｂを電荷蓄積部のもう一方のチヤネル、
すなわち色Ｂ用のチヤネルへ転送する。色Ｂの信号電荷
がすべて電荷蓄積部へ転送されると、最後に色Ｇの信号
電荷が、この信号電荷を蓄えた光電変換部と垂直電荷転
送部との間に設けた転送ゲートを介して垂直電荷転送部
へフイールドシフトされる。このとき、色ＲとＢの信号
電荷は電荷蓄積部のそれぞれのチヤネルにすでに準備さ
れており、かつ色Ｇの信号電荷もまた垂直電荷転送部に
準備される。これらすべての信号電荷は、次に所定の水
平電荷転送部、すなわち水平CCDを介して一斉に読み出
される。

なお上記の電荷の転送の間、少なくとも垂直電荷転送部
は何んらかの遮光手段、例えば機械的シヤツタによつて
遮光されていなければならないことは言うまでもない。

このように本発明によるカラー用固体撮像素子では、１
本の垂直電荷転送部とこの転送部を挾むように垂直方向
に沿つて設けた２列の光電変換部とを１組とし、この組
を水平方向に複数組並べて撮像部を形成している。そし
てポリシリコンによる光の吸収等の大きい短波長および
中波長の色のフイルタはインターライントランスフア形
として動作する光電変換部上に配置し、一方、長波長光
に対応する色のフイルタはフレームトランスフア形とし
て動作する垂直電荷転送部上に配置してそれぞれの色の
電荷を形成している。更にこれら形成された電荷のうち
２色については２分割した１つの電荷蓄積部へそれぞれ
転送し、残る１色は垂直電荷転送部へ移し、その後３つ
の水平CCDから同時読み出しを行つている。

また、２つの光電変換部の信号電荷を１本の垂直電荷転
送部を用いて順次読み出すために、それぞれの転送ゲー
トはスレシホールド電圧が異なる値に設定されている。

（実施例） 本発明の実施例を以下図面により説明する。

第１図は、本発明の１実施例によるカラー用固体撮像素
子の概要を示す図である。この撮像素子は、撮像部１
と、第１の水平CCD2と、切換回路３と、電荷蓄積部４
と、電荷蓄積部に付属の第２および第３の水平CCD5,6と
を主な構成要素としている。

撮像部１は、それ自身光電変換機能も併せて有する垂直
電荷転送部1aと、この転送部に沿つて左右両側に配置さ
れた２列の光電変換部1bとから成る組が水平方向に複数
組配列されて形成されている。撮像部１上にはマイクロ
カラーフイルタが配置されている。マイクロカラーフイ
ルタは、それぞれの光電変換部1b並びに垂直電荷転送部
1aに対応して３つの色R,G,Bを有する。本発明に用いる
マイクロカラーフイルタは、垂直方向に同一の色を並べ
たストライプ配列から成つている。図中斜線並びにR,G,
Bによりこの配列が概略的に示されている。垂直電荷転
送部1a上にはフイルタＲが、また光電変換部1b上にはフ
イルタＧおよびＢがそれぞれ配置されている。

第２図は、撮像部１を拡大した図である。

フイルタＲ下の垂直電荷転送部1aには水平方向に延設さ
れた複数本のポリシリコン製転送電極７が設けられてお
り、４相駆動（φV1〜φV4）されて電荷を出力側へ順次
転送する。一方、フイルタＧおよびＢの下の光電変換部
1b、すなわちフオトダイオード表面は開口されて転送電
極７が設けられていない。その代り各光電変換部1bと垂
直電荷転送部1aとの間には、各フオトダイオード毎に転
送ゲート８が設けられている。色Ｂの電荷の排出を制御
する転送ゲート8aと色Ｇの電荷の排出を制御する転送ゲ
ート8bはスレシホールド電圧が異なつており、本実施例
では色Ｂ（Vth）＜色Ｇ（Vth）に設けられている。

なお図において、一点鎖線で示す部分はシリコン基板に
形成されたチヤネルストツパ13であり、チヤネルストツ
パで囲まれた部分に光電変換部1bおよび垂直電荷転送部
1aすなわち自己走査形CCDシフトレジスタが形成されて
いる。

第１図に戻つて、撮像部１の出力側には第１の転送ゲー
トTG1を介して第１の水平CCD2と、切換回路３とが形成
されており、切換回路３の出力側には更に電荷蓄積部４
が設けられている。

第３図は前述した部分を更に詳説するための構成図であ
る。

第１の転送ゲートTG1は制御信号S₁によりオン・オフ
し、撮像部１からの信号電荷の転送を制御するようにな
つている。また、第１の水平CCD2はCCDシフトレジスタ
により構成され、水平方向に並設された転送電極21,22
により、撮像部１から転送された信号電荷を順次付属の
バツフアアンプ９へ出力する。

切換回路３は第２および第３の転送ゲートTG2,TG3並び
にゲートG2,G3とから構成されている。ゲートG2,G3は略
櫛形状をなし、互い違いに配置されて逆相関係に設けら
れている。

電荷蓄積部４は、撮像部１におけるR,G,Bから成る１組
の列を１ピツチＷとしたとき、１チヤネルが同一ピツチ
を２分割したチヤネル幅W/2に形成されて蓄積ライン4
a、蓄積ライン4bを設けている。また、電荷蓄積部４は
切換回路３により電荷が蓄積ライン4a,4bの何れか一方
に振り分けられて供給されるようになつている。そして
振り分けられた各蓄積ライン4a,4bの電荷は撮像部１と
同様に設けられた転送電極10により出力端へ転送される
構成になつている。

次に、信号電荷の転送の様子を述べると、電荷転送時に
第１の転送ゲートTG1は開いた状態に保持されている。
従つて、色Ｒの電荷は、切換回路３のゲートG2がＬレベ
ル、ゲートG3がＨレベルに設けらると、垂直電荷転送部
1aから蓄積ライン4aへ供給される。次いで色Ｂの電荷は
転送ゲート8aが開いて垂直電荷転送部1aへフイールドシ
フトされた後、切換回路３のゲートG2がＨレベル、ゲー
トG3がＬレベルに切り換わることにより蓄積ライン4bに
供給される。最後に色Ｇは、先きの転送ゲート8aより高
いスレシホールド電圧Vthが印加されて転送ゲート8bが
開くことにより垂直電荷転送部1aへフイールドシフトさ
れる。この際、切換回路３はゲートG2,G3を共にＬレベ
ルに設けて電荷の蓄積部への転送を阻止することによ
り、垂直電荷転送部に留つてすべての電荷の転送準備が
完了する。次いで、蓄積ライン4aの色Ｒは第２の水平CC
D5を介してＲ用バツフアアンプ11から、蓄積ライン4bの
色Ｂは第３の水平CCD6を介してＢ用バツフアアンプ12か
ら、垂直電荷転送部1aの色Ｇは第１の水平CCD2を介して
Ｇ用バツフアアンプ９からそれぞれ同時に読み出され
る。

なお、前記各水平CCD9,11,12からの信号電荷の読み出し
は、従来周知のように行われる。

（発明の効果） 以上記載したとおり、本発明のカラー用固体撮像素子に
よれば、短波長側および中波長側の色のフイルタをポリ
シリコン電極がない光電変換部上に配置し、かつ長波長
側の色のフイルタを垂直電荷転送部上に配置したことに
より、長波長側の光の感度を低下させることなく短波長
側および中波長側の感度を相対的に上昇させて良好なカ
ラーバランスが得られ、かつ全体の感度も向上できる。
また、蓄積部を２分割して用いることにより、チツプ面
積を拡大することなく製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す構成図、第２図はその
撮像部を示す拡大構成図、第３図はその切換回路並びに
動作を説明する図である。 １……撮像部、1a……垂直電荷転送部、 1b……光電変換部、２……第１の水平CCD、 ３……切換回路、４……電荷蓄積部、 ５……第２の水平CCD、６……第３の水平CCD、 7,10……転送電極、８……転送ゲート、 9,11,12……バツフアアンプ、 13……チヤネルストツパ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】CCD形固体撮像素子およびその上に画素に
   対応して配置されたマイクロカラーフィルタから成るカ
   ラー用固体撮像素子において、垂直電荷転送部と、該垂
   直電荷転送部の左右両側に転送ゲートを介して並設され
   た光電変換部と、前記垂直電荷転送部の出力側に配置し
   た第１の水平電荷転送部とが設けられており、その他に
   切換回路と、前記垂直電荷転送部に対応する電荷蓄積部
   と、該電荷蓄積部に付属の第２および第３の水平電荷転
   送部とが設けられており、前記電荷蓄積部は前記垂直電
   荷転送部の１列に対応して２列の蓄積ラインが割り当て
   られ、かつ該蓄積ラインの水平方向の幅が前記垂直電荷
   転送部の１列と前記光電変換部の２列との組の水平方向
   の幅の1/2であり、前記垂直電荷転送部は前記光電変換
   部で形成された信号電荷を転送するだけでなく、自身で
   光電変換も行うことができ、かつ３原色のうち第１の色
   の信号電荷を形成し、前記光電変換部は３原色のうち残
   りの第２および第３の色の信号電荷を形成し、前記垂直
   電荷転送部より出力される信号電荷は前記第１の水平電
   荷転送部または前記切換回路を介して前記蓄積ラインの
   一方に択一的に振り分けられ前記第２または第３の水平
   電荷転送部から読み出されることを特徴とするカラー用
   固体撮像素子。
2. 【請求項２】前記垂直電荷転送部の両側に設けられた前
   記２列の光電変換部を制御する前記転送ゲートはそれぞ
   れのスレシホールド電圧が異なる値に設定されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の素子。
3. 【請求項３】前記２列の光電変換部上には垂直方向に同
   一色の色ＧおよびＢのフィルタが、前記垂直電荷転送部
   上には色Ｒのフィルタがそれぞれ配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の素子。