JP2966740B2

JP2966740B2 - 固体撮像素子及びその駆動方法

Info

Publication number: JP2966740B2
Application number: JP6293446A
Authority: JP
Inventors: 透渡辺
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JPH08154253A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルタが装着
された固体撮像素子及びその固体撮像素子の駆動方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ固体撮像素子を用いるテレビカメ
ラ等の撮像装置においては、所定のテレビジョン方式に
従う同期信号に基づいて固体撮像素子の各走査タイミン
グが設定され、所定のフォーマットを有する映像信号が
取り出される。例えば、ＮＴＳＣ方式の場合、垂直走査
期間が１／６０秒に設定され、さらに水平走査期間が垂
直走査期間の２／５２５に設定され、映像情報が１水平
走査期間単位で連続する映像信号が出力される。

【０００３】図７は、フレーム転送型のＣＣＤ固体撮像
素子を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。
固体撮像素子１は、被写体からの映像を受けて情報電荷
を発生する撮像部１ａ、情報電荷を一時的に蓄積する蓄
積部１ｂ、情報電荷を水平方向に転送して出力する水平
転送部１ｃ及び情報電荷量を電圧値に変換して出力する
出力部１ｄよりなる。フレーム転送クロック発生回路２
は、垂直走査のタイミングに同期してフレーム転送クロ
ックφFを発生し、固体撮像素子１の撮像部１ａに供給
して撮像部１ａの情報電荷を１画面毎に垂直走査の帰線
期間内で蓄積部１ｂヘ転送する。垂直転送クロック発生
回路３は、水平走査のタイミングに同期して垂直転送ク
ロックφVを発生し、固体撮像素子１の蓄積部１ｂに供
給して蓄積部１ｂの情報電荷を１行毎に水平走査の帰線
期間内で水平転送部１ｃへ転送する。水平転送クロック
発生回路４は、水平走査のタイミングに同期して水平転
送クロックφHを発生し、水平転送部１ｃに供給して蓄
積部１ｂから転送された１行分の情報電荷を水平走査期
間内で出力部１ｄへ転送出力する。タイミング制御回路
５は、基準クロックＣＫに基づいて垂直走査周期及び水
平走査周期のタイミング信号を生成し、各クロック発生
回路２、３、４に供給する。これにより、撮像部１ａに
発生した情報電荷は、垂直走査期間の始まりのタイミン
グで１画面単位で蓄積部１ｂへ転送されて蓄積される。
そして、この蓄積部１ｂから水平走査期間の始まりのタ
イミングで１行単位で水平転送部１ｃへ転送され、水平
転送部１ｃから１ビットずつ出力部１ｄへ転送される。

【０００４】リセットクロック発生回路６は、水平転送
クロック発生回路４の動作に同期してリセットクロック
φRを発生し、固体撮像素子１の出力部１ｄに供給す
る。出力部１ｄには、フローティングディフュージョン
と称される他の領域から電気的に独立する拡散領域が設
けられ、この拡散領域に蓄積される情報電荷がリセット
クロックφRに応答して電荷排出用のドレインに排出さ
れる。即ち、出力部１ｄは、水平転送部１ｃから転送さ
れる情報電荷を拡散領域に蓄積し、この拡散領域の電位
の変動から電圧値を得ているため、水平転送部１ｃの情
報電荷が出力部１ｄへ１ビットずつ転送される度にリセ
ットクロックφRに応答して情報電荷を排出するよう構
成される。これにより、水平転送部１ｃから転送出力さ
れる情報電荷が１ビット毎に電圧値に変換され、リセッ
トレベルと情報電荷量に対応した信号レベルとを繰り返
す映像信号Ｙ1(t)が出力される。

【０００５】サンプルリング回路７は、映像信号Ｙ1(t)
を取り込んでサンプリングクロックφSに従うタイミン
グでサンプリングし、映像信号Ｙ2(t)として出力する。
サンプリングクロック発生回路８は、リセットクロック
発生回路６と同様に、水平転送クロック発生回路４の動
作に同期してサンプリングクロックφSを発生し、サン
プリング回路７に供給する。このサンプリングクロック
φSは、固体撮像素子１の出力部１ｄから情報電荷量に
対応した電圧値が出力される期間に位相が合わせられて
おり、出力部１ｄから出力される映像信号Ｙ1(t)の内、
信号レベルのみを取り出し、映像信号Ｙ2(t)を生成す
る。

【０００６】以上のような撮像装置においては、撮像部
１ａに１画面分の情報電荷を蓄積する期間が、例えば１
／６０秒として設定されるが、撮像部１ａの情報電荷を
垂直走査期間の途中の特定のタイミングで排出すること
により蓄積期間を１／６０秒以下に設定することも可能
である。従って、明るい被写体に対しては、情報電荷の
蓄積期間を短く設定して固体撮像素子１の撮像部１ａの
情報電荷のオーバーフローが防止される。逆に、暗い被
写体に対しては、情報電荷の蓄積期間を複数の垂直走査
期間に亘って設定することで、蓄積期間を１／６０秒以
上とし、露光不足分を補うようにしている。この場合、
撮像部１ａから蓄積部１ｂへの情報電荷の転送が複数の
垂直走査期間に１回の割合で行われるため、固体撮像素
子１のから出力される映像信号Ｙ1(t)は、映像情報を含
まない期間を有する間欠的な信号となる。そこで、この
ような間欠的な映像信号Ｙ1(t)に対しては、垂直走査期
間単位で映像情報の補間を行う処理が施される。このよ
うな露光制御機能を備えた撮像装置は、例えば、本出願
人により特願昭６３−６６３３０号に提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】固体撮像素子１から出
力される映像信号Ｙ1(t)に対して映像情報の補間を行う
場合には、一画面分の信号を記憶するフィールドメモリ
が必要となり、回路規模が大きくなるという問題を有し
ている。そこで、撮像部１ａの２画素分の情報電荷を合
成することにより、回路規模を大きくすることなく、情
報電荷量を増加させて固体撮像素子１の見かけ上の感度
を向上することが考えられている。２画素分の情報電荷
の合成は、通常、情報電荷を転送する過程で合成する方
法が用いられる。

【０００８】しかしながら、固体撮像素子１の撮像部１
ａにカラーフィルタを装着することで各受光画素を特定
の色成分に対応付けたカラー撮像用の固体撮像素子にお
いては、隣り合う受光画素の色成分が異なっており、複
数の画素の情報電荷を互いに合成することはできない。
例えば、４つの色成分ａ、ｂ、ｃ及びｄからなるモザイ
ク型のカラーフィルタが装着された固体撮像素子の場
合、出力される映像信号Ｙ1(t)は、図８に示すように、
各水平走査期間内で水平転送クロックφHに一致した周
期で色成分ａ及びｂまたはｃ及びｄが交互に繰り返され
る。従って、隣り合う受光画素の情報電荷を転送過程で
合成すると、異なる色成分どうしが混合されることにな
り、再生側で所望の色を再現することができなくなる。

【０００９】そこで本発明は、カラーフィルタが装着さ
れた固体撮像素子で複数の受光画素の情報電荷を合成で
きるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、行方向及び列方向に配置され、受光した光に応答し
て情報電荷を発生する複数の受光画素と、この受光画素
の各列に対応して配置され、各受光画素に発生する情報
電荷を受けて垂直方向に転送する複数の垂直シフトレジ
スタと、各ビットに上記複数の垂直シフトレジスタの各
出力を受け、上記複数の垂直シフトレジスタから出力さ
れる情報電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタ
と、この水平シフトレジスタから出力される情報電荷を
ビット単位で蓄積し、電荷量に対応した電圧値を出力す
る出力部と、上記複数の受光画素を被って配置され、上
記複数の受光画素の各行で奇数列に対して第１の色成分
を与え、偶数列に対して第２の色成分を与えるカラーフ
ィルタと、を備え、上記複数の垂直シフトレジスタは、
偶数列が奇数列に対して遅れたタイミングで上記情報電
荷を上記水平シフトレジスタへ出力することにある。

【００１１】そして、行方向及び列方向に配置され、各
行で奇数列に対して第１の色成分が与えられて偶数列に
対して第２の色成分が与えられる複数の受光画素を備
え、受光画素の各列に対応して配置される複数の垂直シ
フトレジスタに各受光画素に発生する情報電荷を受けて
垂直方向に転送し、各垂直シフトレジスタから出力され
る情報電荷を水平シフトレジスタの各ビットに受けて水
平方向に転送出力すると共に、水平シフトレジスタから
出力される情報電荷をビット単位で出力部に蓄積して情
報電荷量に対応した電圧値を取り出す固体撮像素子の駆
動方法において、上記複数の垂直シフトレジスタでは、
奇数列から１行分の情報電荷を上記水平シフトレジスタ
へ転送し、続いて上記水平シフトレジスタから出力部へ
転送した後、偶数列から１行分の情報電荷を上記水平シ
フトレジスタへ転送し、続いて上記水平シフトレジスタ
から出力部へ転送すると共に、上記出力部では、複数ビ
ット分の情報電荷を合成して電圧値を取り出すことを特
徴としている。

【００１２】

【作用】本発明によれば、行列配置された複数の受光画
素の各行で奇数列と偶数列とに第１の色成分と第２の色
成分とをそれぞれ対応させ、偶数列の垂直シフトレジス
タが奇数列のシフトレジスタに対して遅れたタイミング
で情報電荷を水平シフトレジスタへ転送するようにした
ことで、同じ色成分に対応付けられた受光画素から同時
に情報電荷が水平シフトレジスタへ転送されるようにな
る。このため、水平シフトレジスタ内には同一の色成分
を表す情報電荷が連続することになり、同一の色成分が
１／２行単位で連続する映像信号を得ることができる。

【００１３】そして、本発明の固体撮像素子の駆動方法
によれば、同一の色成分に対応付けられた受光画素から
同時に水平シフトレジスタへ情報電荷が読み出され、そ
の情報電荷が出力部で複数ビット分合成される。このた
め、カラーフィルタを装着した固体撮像素子であって
も、色成分が混合することなく、複数の受光画素の情報
電荷が合成されて高いレベルの映像信号を得ることがで
きる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の固体撮像素子の構成を示す
平面図で、図２は、この固体撮像素子を駆動する各クロ
ックのタイミング図である。この図においては、図面簡
略化のため、撮像部の受光画素を６行×８列で示してい
る。撮像部１１は、互いに平行に配置される複数の垂直
シフトレジスタからなり、これらの垂直シフトレジスタ
がそれぞれ複数のビットに分割されることにより、行列
配置された複数の受光画素が構成される。この撮像部１
１には、４つの色成分ａ、ｂ、ｃ及びｄからなるモザイ
ク型のカラーフィルタが装着される。これにより、奇数
行の受光画素は、奇数列が第１の色成分ａに対応付けら
れて偶数列が第２の色成分ｂに対応付けられ、偶数行の
受光画素は、奇数列が第３の色成分ｃに対応付けられて
偶数列が第４の色成分ｄに対応付けられる。この撮像部
１１の各垂直シフトレジスタには、垂直走査タイミング
に同期したフレーム転送クロックφFが印加され、各受
光画素に発生する情報電荷が蓄積部１２へ転送される。
蓄積部１２は、撮像部１１の垂直シフトレジスタに連続
する複数の垂直シフトレジスタからなり、これらの垂直
シフトレジスタが撮像部１１の受光画素に対応するよう
に分割され、撮像部１１から転送される情報電荷を取り
込んで一時的に蓄積する。蓄積部１２の垂直シフトレジ
スタには、垂直転送クロックφVが印加され、撮像部１
１の垂直シフトレジスタから転送される情報電荷を取り
込んで蓄積すると共に、蓄積した情報電荷を水平走査タ
イミングに同期して１行単位で垂直方向に転送する。こ
れらの垂直シフトレジスタの出力側は、偶数列で奇数列
よりも１ビット多く形成されており、偶数列の最終ビッ
トが垂直転送クロックφVの１／２の周期の補助転送ク
ロックφTで駆動される。これにより、蓄積部１２から
水平転送部１３への情報電荷の転送タイミングを奇数列
の垂直シフトレジスタと偶数列の垂直シフトレジスタと
で水平走査期間の１／２の期間ずらしている。水平転送
部１３は、１列の水平シフトレジスタからなり、この水
平シフトレジスタが蓄積部１２の垂直シフトレジスタの
２列毎に対応して複数のビットに分割され、蓄積部１２
の各垂直シフトレジスタから転送される情報電荷を各ビ
ットに取り込む。水平転送部１３の水平シフトレジスタ
には、水平走査タイミングに同期した水平転送クロック
φHが印加され、蓄積部１２から水平転送部１３に転送
された情報電荷を１／２行毎に水平方向に順次転送出力
する。出力部１４は、水平転送部１３の水平シフトレジ
スタから出力される情報電荷を受ける容量、この容量の
電位の変化を取り出す出力アンプ及び容量に蓄積された
情報電荷を排出するリセットトランジスタより構成され
る。この出力部１４には、水平転送クロックφHに同期
したリセットクロックφRが印加され、水平転送部１３
から出力されてビット単位で容量に蓄積される情報電荷
が順次排出されるようになる。これにより、水平転送部
１３から転送される情報電荷が１ビット単位で電圧値に
変換され、情報電荷量に対応した映像信号Ｙ(t)が出力
される。

【００１５】垂直転送クロックφVは、例えば、４相の
クロックφV1〜φV4からなり、水平同期信号ＨＤに同期
した垂直走査の始まりのタイミングで蓄積部１２の情報
電荷を１行分垂直方向へ転送する。このとき、奇数列の
垂直シフトレジスタでは、最終ビットの情報電荷が水平
転送部１３の水平シフトレジスタへ転送されるが、奇数
列よりも１ビット多い偶数列の垂直シフトレジスタで
は、同一行の情報電荷が垂直シフトレジスタの最終ビッ
トに保持される。この垂直シフトレジスタの最終ビット
を駆動する補助転送クロックφTについては、例えば、
４相のクロッククロックφT1〜φT4からなり、垂直転送
クロックφVと合わせて水平走査の始まりで情報電荷を
垂直シフトレジスタの最終ビットに取り込んだ後、水平
走査期間の１／２の期間が経過したときに垂直シフトレ
ジスタの最終ビットから水平転送部の水平シフトレジス
タへ情報電荷を転送する。そして、水平転送クロックφ
Hは、例えば、２相のクロックφH1、φH2からなり、蓄
積部１２の垂直シフトレジスタから水平転送部１３の水
平シフトレジスタへ情報電荷が転送される毎に水平走査
の１／２の期間で１／２行分の情報電荷を出力部１４へ
転送する。このようにして転送出力される情報電荷は、
各水平走査期間毎に水平走査期間の１／２の期間で同じ
色成分が連続することになる。例えば、奇数番目の水平
走査期間では、水平走査期間の前半で第１の色成分ａを
表す情報電荷が連続し、後半で第２の色成分ｂを表す情
報電荷が連続して出力され、偶数番目の水平走査期間で
は、水平走査期間の前半で第３の色成分ｃを表す情報電
荷が連続し、後半で第４の色成分ｄを表す情報電荷が連
続して出力されるようになる。従って、出力部１４から
出力される映像信号Ｙ(t)は、各水平走査期間におい
て、水平走査期間の１／２の期間毎に単一の色成分を表
すことになり、映像信号Ｙ(t)に対する信号処理では、
色成分の分離が容易にできるようになる。

【００１６】また、出力部１４に印加されるリセットク
ロックφRを適当な間隔で間引くようにすれば、複数ビ
ット分の情報電荷を合成することが可能である。この場
合、水平走査期間の１／２の期間は、同一の色成分が連
続しているため、異なる色成分どうしが混合されること
はない。図３は、モザイク型のカラーフィルタの構成例
を示す平面図で、フレーム転送型のＣＣＤ固体撮像素子
の受光部を示す。そして、図４は、図３のＸ−Ｘ線の断
面図である。これらの図においては、１画素あたりに４
本の転送電極が配置される４相駆動のフルフレーム型Ｃ
ＣＤ固体撮像素子を示す。

【００１７】Ｐ型のシリコン基板２１の表面領域に、高
濃度のＰ型領域よりなる複数の分離領域２２が互いに平
行に形成され、この分離領域２２に挟まれた基板領域
に、Ｎ型の不純物が拡散されてチャネル領域２３が形成
される。分離領域２２及びチャネル領域２３が形成され
たシリコン基板２１上に、酸化膜２４を介して、チャネ
ル領域２３と交差するように複数の１層目の転送電極２
５及び２層目の転送電極２６が互いに平行に配置され
る。また、光電変換によって生じる情報電荷を蓄積する
期間には、例えば、２層目の転送電極２６の偶数番目の
電位を低くしてポテンシャルの障壁を形成し、１層目の
転送電極２５及び２層目の転送電極２６の奇数番目の電
位を高くしてポテンシャルの井戸を形成する。これによ
り、垂直方向に連続するチャネル領域２３が２層目の転
送電極２６の偶数番目で電気的に分離され、複数の受光
画素が形成される。そして、各転送電極２５、２６に
は、例えば４相のクロックパルスが与えられ、ポテンシ
ャルの井戸に蓄積された情報電荷がチャネル領域２３に
沿って出力側へ順次転送される。ここで、各転送電極２
５、２６は、１画素あたりにそれぞれ２本ずつ（計４
本）配置されており、各受光画素に蓄積される情報電荷
が、１画素毎に独立して転送される。

【００１８】各転送電極２５、２６を覆って形成される
カラーフィルタ２７は、受光画素の各行に対応して複数
の領域に分割され、さらにチャネル領域２３の２列毎に
対応して３つの領域に分割される。分離領域２２を挟ん
で隣り合う２つの受光画素に跨る分割領域は、それぞれ
の受光画素の１／３に対応し、その両側に隣接する分割
領域は、各受光画素の２／３に対応する。これらの分割
領域には、Ｙｅ（イエロー）、Ｃｙ（シアン）及びＧ
（グリーン）の各成分が所定の順序で割り当てられる。
各分割領域に対する色成分の割り当ての順序は、各行で
一致しているが、偶数行と奇数行とで行方向に１領域分
ずれている。

【００１９】ところで、Ｇ成分のフィルタは、Ｙｅ成分
のフィルタとＣｙ成分のフィルタとを重ね合わせて構成
できる。このため、Ｙｅフィルタとなる１層目の着色層
２８をＹｅ成分及びＧ成分が割り当てられる分割領域に
配置し、Ｃｙフィルタとなる２層目の着色層２９をＣｙ
成分及びＧ成分が割り当てられる分割領域に配置してカ
ラーフィルタ２７を構成する。これにより、１層目の着
色層２８のみを配置した分割領域がＹｅ成分、２層目の
着色層２９のみを配置した分割領域がＣｙ成分にそれぞ
れ対応付けられ、１層目の着色層２８と２層目の着色層
２９とを重ねて配置した分割領域がＧ成分に対応付けら
れる。

【００２０】以上のカラーフィルタ２７においては、４
つの色成分ａ、ｂ、ｃ及びｄを、それぞれ、ａ＝２Ｃｙ＋Ｙｅｂ＝２Ｇ＋Ｙｅｃ＝２Ｇ＋Ｃｙｄ＝２Ｙｅ＋Ｃｙと表すことができる。そして、このような色成分ａ、
ｂ、ｃ及びｄの構成によれば、各行毎で互いの色成分の
差から、｜ａ−ｂ｜＝（２Ｃｙ＋Ｙｅ）−（２Ｇ＋Ｙｅ）＝２Ｃｙ−２Ｇ＝２Ｂ｜ｃ−ｄ｜＝（２Ｙｅ＋Ｃｙ）−（２Ｇ＋Ｃｙ）＝２Ｙｅ−２Ｇ＝２ＲとしてＢ（ブルー）成分及びＲ（レッド）成分を得るこ
とができる。また、各行毎に色成分を合成することによ
り、ａ＋ｂ＝（２Ｃｙ＋Ｙｅ）＋（２Ｇ＋Ｙｅ）＝２Ｒ＋６Ｇ＋２Ｂｃ＋ｄ＝（２Ｇ＋Ｃｙ）＋（２Ｙｅ＋Ｃｙ）＝２Ｒ＋６Ｇ＋２Ｂとなり、各行毎に等しい信号を得ることができ、この信
号を輝度信号として用いることができるようになる。こ
の場合の輝度信号については、本来の輝度信号には一致
しないが、所定の規格に従う割合に近い割合で各成分が
合成されているため、実用上は問題ない。

【００２１】図５は、本発明の固体撮像素子の駆動方法
を採用した撮像装置の構成を示すブロック図であり、図
６は、その動作タイミング図である。固体撮像素子３１
は、図１と同一の構成であり、モザイク型のカラーフィ
ルタが装着された撮像部３１ａ、偶数列の垂直シフトレ
ジスタが奇数列の垂直シフトレジスタよりも出力側で１
ビット多く形成される出力部３１ｂ、出力部３１ｂの垂
直シフトレジスタの２列毎に水平シフトレジスタの各ビ
ットが対応付けられた水平転送部３１ｃ及び映像信号Ｙ
1(t)を取り出す出力部３１ｄよりなる。

【００２２】フレーム転送クロック発生回路３２は、垂
直走査のタイミングに同期して発生するフレーム転送ク
ロックφFを固体撮像素子３１の撮像部３１ａに供給
し、撮像部３１ａの情報電荷を１画面毎に蓄積部１ｂヘ
転送する。垂直転送クロック発生回路３３は、垂直転送
クロックφVを蓄積部１ｂに供給し、撮像部３１ａから
転送される情報電荷を蓄積部３１ｂに取り込むと共に、
取り込んだ情報電荷を１行毎に垂直方向へ転送する。こ
のとき、蓄積部３１ｂにおいては、偶数列の垂直シフト
レジスタが奇数列の垂直シフトレジスタよりも出力側で
１ビット多く形成されており、奇数列の垂直シフトレジ
スタでは、最終ビットの情報電荷が水平転送部３１ｃの
水平シフトレジスタへ転送され、偶数列の垂直シフトレ
ジスタでは、同一行の情報電荷がその垂直シフトレジス
タの最終ビットに保持される。補助転送クロック発生回
路３４は、蓄積部３１ｂの偶数列の垂直シフトレジスタ
の最終ビットに対して補助転送クロックφTを供給し、
この最終ビットに取り込まれた情報電荷を奇数列の垂直
シフトレジスタの転送タイミングに対して水平走査期間
の１／２の期間遅れたタイミングで水平転送部３１ｃの
水平シフトレジスタへ転送する。水平転送クロック発生
回路３５は、水平走査のタイミングに同期して発生する
水平転送クロックφHを水平転送部３１ｃに供給し、蓄
積部３１ｂから転送された情報電荷を出力部３１ｄへ転
送出力する。タイミング制御回路３６は、基準クロック
ＣＫに基づいて垂直走査及び水平走査の各タイミングを
決定し、各クロック発生回路３２、３３、３４、３５の
動作タイミングを制御する。これにより、撮像部３１ａ
に発生した情報電荷は、垂直走査期間の始まりのタイミ
ングで１画面単位で蓄積部３１ｂへ転送されて蓄積さ
れ、この蓄積部３１ｂから水平走査期間の始まりのタイ
ミングで１行単位で水平転送部３１ｃへ転送される。そ
して、その転送過程で、奇数列の受光画素から読み出さ
れた情報電荷と偶数列の受光画素から読み出された情報
電荷とが振り分けられ、同一の色成分を表す情報電荷が
水平走査期間の１／２の期間毎に連続して出力部３１ｄ
へ転送される。

【００２３】リセットクロック発生回路３７は、水平転
送クロック発生回路３５に同期して水平転送クロックφ
Hと同一周期のリセットクロックφR1を発生する。分周
回路３８は、リセットクロックφR1を１／ｎに分周し、
水平転送クロックφHのｎ倍の周期を有するリセットク
ロックφR2を発生して固体撮像素子３１の出力部３１ｄ
に供給する。これにより、出力部３１ｄでの情報電荷の
排出動作が、水平転送部３１ｃの転送動作のｎ倍の周期
となり、出力部３１ｄにはｎ画素分の情報電荷が蓄積さ
れる。これにより、出力部３１ｄから出力される映像信
号Ｙ1(t)は、水平転送クロックφHの周期のｎ倍の期間
同一レベルを示すことになるが、１画素分の情報電荷量
が少ないときでも十分なレベルを得ることができる。

【００２４】サンプルリング回路３９は、映像信号Ｙ1
(t)を取り込んでサンプリングクロックφS2に従うタイ
ミングでサンプリングし、映像信号Ｙ2(t)として出力す
る。サンプリングクロック発生回路４０は、リセットク
ロック発生回路３７と同様に、水平転送クロック発生回
路３５に同期して水平転送クロックφHと同一周期のサ
ンプリングクロックφS1を発生する。分周回路４１は、
分周回路３８と同様に、サンプリングクロックφS1を１
／ｎに分周し、リセットクロックφR2と同一の周期を有
するサンプリングクロックφS2を発生してサンプリング
回路３９に供給する。尚、サンプリングクロックφS2の
位相は、図７のサンプリングクロックφSと同様に、映
像信号Ｙ1(t)の信号レベルが出力される期間に一致する
ように設定される。

【００２５】ここで、各分周回路３８、４１でのリセッ
トクロックφR1及びサンプリングクロックφS1に対する
分周動作は、垂直走査期間（１フィールド）毎に反転す
るフィールド識別信号ＦＤに応答して、各垂直走査期間
で水平転送クロックφHの１周期分ずれたタイミングに
設定される。例えば、リセットクロックφR1及びサンプ
リングクロックφS1を１／２に分周して出力部３１ｄで
２画素分の情報電荷を合成する場合、奇数フィールド
（ＯＤＤ）では、水平走査信号ＨＤの立ち上がりで各分
周回路３８、４１をリセットし、偶数フィールド（ＥＶ
ＥＮ）では、水平走査信号ＨＤの立ち上がりから水平転
送クロックφHの１周期分遅れて分周回路１２をリセッ
トするように構成される。これにより、リセットクロッ
クφR2は、図６に示すように、奇数フィールドと偶数フ
ィールドとで互いに１周期ずれて設定される。従って、
出力部３１ｄでの情報電荷の排出動作が水平転送部３１
ｃの転送動作に対してフィールド毎に水平転送クロック
φHの１周期ずれ、出力部３１ｄにおいて合成される受
光画素の組み合わせがフィールド毎に反転することにな
る。このように、受光画素の情報電荷を合成するタイミ
ングをフィールド毎に反転させるようにすれば、固体撮
像素子３１が水平方向に疑似的にインタレース走査され
ることになり、２画素の情報電荷の合成による水平方向
の解像度の低下を抑圧することができる。

【００２６】ところで、出力部３１ｄにおいて合成され
る画素の組み合わせを反転する周期は、垂直走査期間単
位で行うほかに、水平走査期間単位で行うことも可能で
ある。この場合、各分周回路３８、４１におけるリセッ
トクロックφR1及びサンプリングクロックφS1に対する
分周動作が、水平走査期間毎に水平転送クロックφHの
１周期だけずれて設定される。

【００２７】以上の実施例においては、蓄積部３１ｂの
偶数列の垂直シフトレジスタのビット数を奇数列に対し
て１ビット多くすることで、奇数列と偶数列との情報電
荷の振り分けを行うようしているが、水平転送部３１ｃ
への情報電荷の取り込みを制御するようにして情報電荷
を振り分けるようにしてもよい。さらに、蓄積部３１ｂ
の垂直シフトレジスタの出力側に奇数列と偶数列とで位
置が反転する一対の出力制御を設け、この出力制御電極
の操作によって情報電荷を振り分けるようにすることも
可能である。

【００２８】また、本実施例においては、フレーム転送
型の固体撮像素子を例示しているが、インターライン型
あるいはフレームインターライン型の固体撮像素子につ
いても同様に適用可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、行列配置される受光画
素がそれぞれ特定の色成分に対応付けられたカラー撮像
用の固体撮像素子において、同一の色成分を表す情報電
荷を１／２行単位でまとめて取り出すようにすることが
できる。このため、映像信号の処理過程で、色成分の分
離が容易になり、信号処理回路の構成を簡略化すること
ができる。

【００３０】また、同一の色成分を表す情報電荷が連続
して出力されるため、複数の画素の情報電荷を容易に合
成することができ、被写体の輝度が低く、受光画素に蓄
積される情報電荷が少ない場合でも、十分なレベルの映
像信号を取り出すことができるようになる。さらに、情
報電荷を合成する受光画素の組み合わせを垂直走査期間
毎、あるいは水平走査期間毎に反転させて疑似的にイン
ターレース走査するようにすれば、情報電荷の合成によ
る解像度の低下を抑圧することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子の構成を示す平面図であ
る。

【図２】本発明の固体撮像素子を駆動するクロックのタ
イミング図である。

【図３】本発明の固体撮像素子に用いるカラーフィルタ
の構成例を示す平面図である。

【図４】図３のＸ−Ｘ線の断面構造を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の固体撮像素子の駆動方法を採用した撮
像装置の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の固体撮像素子の駆動方法を説明するタ
イミング図である。

【図７】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】従来の固体撮像素子の動作を説明するタイミン
グ図である。

【符号の説明】

１、３１固体撮像素子１ａ、１１、３１ａ撮像部１ｂ、１２、３１ｂ蓄積部１ｃ、１３、３１ｃ水平転送部１ｄ、１４、３１ｄ出力部２、３２フレーム転送クロック発生回路３、３３垂直転送クロック発生回路４、３５水平転送クロック発生回路５、３６タイミング制御回路６、３７リセットクロック発生回路７、３９サンプリング回路８、４０サンプリングクロック発生回路２１シリコン基板２２分離領域２３チャンネル領域２４酸化膜２５、２６転送電極２７カラーフィルタ２８、２９着色層３５補助転送クロック発生回路３８、４１分周回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】行方向及び列方向に配置され、受光した
光に応答して情報電荷を発生する複数の受光画素と、こ
の受光画素の各列に対応して配置され、各受光画素に発
生する情報電荷を受けて垂直方向に転送する複数の垂直
シフトレジスタと、各ビットに上記複数の垂直シフトレ
ジスタの各出力を受け、上記複数の垂直シフトレジスタ
から出力される情報電荷を水平方向に転送する水平シフ
トレジスタと、この水平シフトレジスタから出力される
情報電荷をビット単位で蓄積し、電荷量に対応した電圧
値を出力する出力部と、上記複数の受光画素を被って配
置され、上記複数の受光画素の各行で奇数列に対して第
１の色成分を与え、偶数列に対して第２の色成分を与え
るカラーフィルタと、を備え、上記複数の垂直シフトレ
ジスタは、偶数列が奇数列に対して遅れたタイミングで
上記情報電荷を上記水平シフトレジスタへ出力すること
を特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】行方向及び列方向に配置され、受光した
光に応答して情報電荷を発生する複数の受光画素と、こ
の受光画素の各列に対応して配置され、各受光画素に発
生する情報電荷を受けて垂直方向に転送する複数の垂直
シフトレジスタと、各ビットに上記複数の垂直シフトレ
ジスタの各出力を受け、上記複数の垂直シフトレジスタ
から出力される情報電荷を水平方向に転送する水平シフ
トレジスタと、この水平シフトレジスタから出力される
情報電荷をビット単位で蓄積し、電荷量に対応した電圧
値を出力する出力部と、上記複数の受光画素を被って配
置され、上記複数の受光画素の奇数行では、奇数列に対
して第１の色成分を与えて偶数列に対して第２の色成分
を与え、偶数行では、奇数列に対して第３の色成分を与
えて偶数列に対して第４の色成分を与えるカラーフィル
タと、を備え、上記複数の垂直シフトレジスタは、偶数
列が奇数列に対して遅れたタイミングで上記情報電荷を
上記水平シフトレジスタへ出力することを特徴とする固
体撮像素子。
【請求項３】行方向及び列方向に配置され、各行で奇
数列に対して第１の色成分が与えられて偶数列に対して
第２の色成分が与えられる複数の受光画素を備え、受光
画素の各列に対応して配置される複数の垂直シフトレジ
スタに各受光画素に発生する情報電荷を受けて垂直方向
に転送し、各垂直シフトレジスタから出力される情報電
荷を水平シフトレジスタの各ビットに受けて水平方向に
転送出力すると共に、水平シフトレジスタから出力され
る情報電荷をビット単位で出力部に蓄積して情報電荷量
に対応した電圧値を取り出す固体撮像素子の駆動方法に
おいて、上記複数の垂直シフトレジスタでは、奇数列か
ら１行分の情報電荷を上記水平シフトレジスタへ転送
し、続いて上記水平シフトレジスタから出力部へ転送し
た後、偶数列から１行分の情報電荷を上記水平シフトレ
ジスタへ転送し、続いて上記水平シフトレジスタから出
力部へ転送すると共に、上記出力部では、複数ビット分
の情報電荷を合成して電圧値を取り出すことを特徴とす
る固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】上記水平シフトレジスタから転送される
情報電荷を上記出力部で合成するタイミングが、垂直走
査期間毎に上記水平シフトレジスタの転送動作の１周期
ずれることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の
駆動方法。
【請求項５】上記水平シフトレジスタから転送される
情報電荷を上記出力部で合成するタイミングが、水平走
査期間毎に上記水平シフトレジスタの転送動作の１周期
ずれることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の
駆動方法。