JP4146687B2 - Ｃｃｄ型固体撮像素子とそれを用いたカメラシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ型固体撮像素子とそれを用いたカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ型固体撮像素子はプロセスの微細化により高画素化が進み、より高精細な画が撮れるようになってきた。しかし一方で、高画素化に伴い読み出し速度が課題となっている。この課題を解決するために、様々な試みがなされてきた。
【０００３】
第１の従来技術によれば、三板式の高精細（ＨＤ）テレビ方式における個々の固体撮像素子の撮像領域の片側に複数段の水平ＣＣＤを設け、各水平ＣＣＤの最終段に設けたアンプで信号電荷を読み出す。ただし、アンプ特性（ゲイン、オフセット等）のばらつきが問題となるため、これを補正するための基準信号を各水平ＣＣＤへ振り分ける（特開平２−７８３８２号公報）。
【０００４】
また、第２の従来技術によれば、撮像領域を左右に２分割して信号電荷を水平ＣＣＤへ転送し、各ブロックの信号電荷を水平方向互いに逆向きに転送したうえ、水平ＣＣＤの両端に設けられた各アンプで信号電荷を読み出す（特開平３−２２４３７１号公報）。
【０００５】
更に、第３の従来技術によれば、インターレース読み出し（画素加算読み出し）方式の固体撮像素子において、撮像領域の上下両側にそれぞれ水平ＣＣＤを設け、奇数列の信号電荷を下側の水平ＣＣＤへ、偶数列の信号電荷を上側の水平ＣＣＤへそれぞれ転送し、各水平ＣＣＤの最終段に設けたアンプで信号電荷を読み出す（特開平８−１２５１５８号公報）。
【０００６】
一方、非ＣＣＤ型の固体撮像素子における１つの従来技術として、カラーフィルタ配列は従来のままで各出力端子に常に同色の出力を行う技術が知られている（特開平９−４６４８０号公報）。この他、従来の技術を示す文献として、特開平１１−２７５５９４号公報を挙げることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、アンプ特性の全く揃った素子を製造するのは困難である。したがって、上記第１〜第３の従来技術では、アンプ特性のばらつきを補正するための手段が不可欠である。
【０００８】
本発明は、読み出し速度を上げるために複数の読み出しアンプを採用した場合に、アンプ特性が異なっていても画質に影響を与えない単板式のＣＣＤ型固体撮像素子と、それを用いたカメラシステムとを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、撮像領域に複数の光検出器を２次元配列してなるＣＣＤ型固体撮像素子であって、前記複数の光検出器に重ねられ、ベイヤ配列のカラーフィルタと、前記複数の光検出器のうち、ＲおよびＧｂのカラーフィルタを持つ奇数列の光検出器の信号電荷を垂直方向へ上向き又は下向きに転送するための第１の垂直ＣＣＤと、前記複数の光検出器のうち、ＧｒおよびＢのカラーフィルタを持つ偶数列の光検出器の信号電荷を前記第１の垂直ＣＣＤとは逆向きに転送するための第２の垂直ＣＣＤと、前記第１の垂直ＣＣＤから受け取った信号電荷を水平方向に転送するための第１の水平ＣＣＤと、前記第２の垂直ＣＣＤから受け取った信号電荷を水平方向に転送するための第２の水平ＣＣＤと、前記第１の水平ＣＣＤの最終段に設けられた第１のアンプと、前記第２の水平ＣＣＤの最終段に設けられた第２のアンプとを備え、前記第１及び第２のアンプから、それぞれＲおよびＧｂのカラーフィルタを持つ奇数列の光検出器の信号電荷と、ＧｒおよびＢのカラーフィルタを持つ偶数列の光検出器の信号電荷とを別々に読み出すことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子である。但し、３本以上の水平ＣＣＤを有するＣＣＤ型固体撮像素子は本発明の趣旨から除外される。
【００１０】
本発明によれば、各水平ＣＣＤの最終段に置かれたアンプでは、それぞれ異なる色情報を読み出す。このため、アンプ特性のばらつきをカラーフィルタ特性により吸収でき、アンプ特性のばらつきが画質に影響することなく高速で読み出せる。また、このようなＣＣＤ型固体撮像素子を有するカメラシステムも、本発明の趣旨に含まれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に単板式のＣＣＤ型固体撮像素子の概略図を示す。これはベイヤ配列のカラーフィルタを持つＣＣＤ型固体撮像素子である。例示したカラーフィルタ配列において、Ｒは赤、ＧｒとＧｂはどちらも緑、Ｂは青である。Ｇｒは水平方向でＲの隣の緑であり、Ｇｂは水平方向でＢの隣の緑である。ＧｒとＧｂはどちらも緑であるが、左右に位置するフィルタが異なっているので、異なる色として扱う。
【００１３】
図１のＣＣＤ型固体撮像素子１０は、撮像領域１１に複数の光検出器（フォトダイオード）を２次元配列し、その上にカラーフィルタを重ねたものである。ＲとＧｂのカラーフィルタを持つ光検出器で変換された電荷は垂直ＣＣＤ１２を介して下側に配置された水平ＣＣＤ１４に転送される。一方、ＧｒとＢのカラーフィルタを持つ光検出器で変換された電荷は垂直ＣＣＤ１３を介して上側に配置された水平ＣＣＤ１５に転送される。これより、ＲとＧｂの色情報を持つ信号電荷が下側の水平ＣＣＤ１４の最終段にあるアンプ１６で、ＧｒとＢの色情報を持つ信号電荷が上側の水平ＣＣＤ１５の最終段にあるアンプ１７でそれぞれ読み出される。これにより、アンプ１６，１７ではそれぞれ異なる色情報を読み出すため、アンプ特性のばらつきをカラーフィルタ特性により吸収でき、アンプ特性のばらつきが画質に影響することなく高速で読み出せる。
【００１４】
図２、図３に、図１の逆方向電荷転送を可能とする垂直ＣＣＤ１２，１３の電極構造の一例を示す。ここでは、信号電荷のプログレッシブ読み出し（全画素非加算読み出し）が可能であり、２層ポリシリコンプロセスを用いて４相転送を行う。
【００１５】
図２は転送ゲートの電極構造を上から見た図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）はそれぞれ図２に表したＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’の断面を表示したものである。図３（ａ）、図３（ｂ）においてＰＤと表してあるのはフォトダイオードのことで、実際には断面上にはないが電極との位置関係を示すために点線で示してある。ここで、ＰＤからの信号電荷読み出しのための電極はφＶ１である。
【００１６】
図２、図３の電極構造をとることにより、奇数列では下向きにφＶ１→φＶ２→φＶ３→φＶ４と並ぶのが、偶数列では上向きにφＶ４→φＶ３→φＶ２→φＶ１と並ぶことになりそれぞれ逆方向に信号電荷が転送されることになる。
【００１７】
図４、図５に逆方向転送のタイミングチャートを示す。図４はφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４に印加するパルス波形を示したもので、図５は転送の様子を模式的に示したものである。図２、図３に示した４相のゲート電極に図４で示す転送パルスを印加した場合、奇数列では上から下にφＶ１→φＶ２→φＶ３→φＶ４の順にゲート電極が並んでいるため電荷が下側の水平ＣＣＤに転送され、偶数列では下から上にφＶ４→φＶ３→φＶ２→φＶ１の順にゲート電極が並んでいるため電荷が上側の水平ＣＣＤに転送される。これより１列毎に交互に逆方向転送が行われる。
【００１８】
図６に、図１のＣＣＤ型固体撮像素子１０を用いたカメラシステムの例を示す。図６において、５０はレンズであり、５１はＣＣＤ型固体撮像素子１０を駆動するための駆動回路である。ＣＣＤ型固体撮像素子１０の上下２段のアンプから読み出された信号は、それぞれ独立にＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路５２ａ，５２ｂと、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換）回路５３ａ，５３ｂとを通る。ＡＤＣを行った後にメモリコントロール回路５５で制御し、メモリ回路５４内で並べ替えを行い、２つのアンプから読み出したデータを１枚の画に合成する。合成後に回路５６で画像処理を行い、画像データとして出力する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、アンプ毎に読み出す信号電荷の色情報を変えたので、マルチアンプ読み出しによる高速化を実現し、かつアンプ特性のばらつきに伴う画質劣化を生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示すブロック図である。
【図２】 図１中の垂直ＣＣＤの転送ゲート構造の一例を示す平面図である。
【図３】 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図２のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】 図２、図３中の転送ゲートの４相駆動パルス波形の例を示すタイミングチャート図である。
【図５】 図２中の互いに隣接する２つの垂直ＣＣＤにおける逆方向電荷転送の様子を示す図である。
【図６】 図１のＣＣＤ型固体撮像素子を用いたカメラシステムの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ＣＣＤ型固体撮像素子
１１ 撮像領域
１２，１３ 垂直ＣＣＤ
１４，１５ 水平ＣＣＤ
１６，１７ アンプ
５０ レンズ
５１ 駆動回路
５２ａ〜５２ｂ ＣＤＳ回路
５３ａ〜５３ｂ ＡＤＣ回路
５４ メモリ回路
５５ メモリコントロール回路
５６ 画像処理回路
ＰＤ フォトダイオード（光検出器）
Ｒ，Ｇｒ，Ｇｂ，Ｂ カラーフィルタ
φＶ１〜φＶ４ 転送ゲート
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ型固体撮像素子とそれを用いたカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ型固体撮像素子はプロセスの微細化により高画素化が進み、より高精細な画が撮れるようになってきた。しかし一方で、高画素化に伴い読み出し速度が課題となっている。この課題を解決するために、様々な試みがなされてきた。
【０００３】
第１の従来技術によれば、三板式の高精細（ＨＤ）テレビ方式における個々の固体撮像素子の撮像領域の片側に複数段の水平ＣＣＤを設け、各水平ＣＣＤの最終段に設けたアンプで信号電荷を読み出す。ただし、アンプ特性（ゲイン、オフセット等）のばらつきが問題となるため、これを補正するための基準信号を各水平ＣＣＤへ振り分ける（特開平２−７８３８２号公報）。
【０００４】
また、第２の従来技術によれば、撮像領域を左右に２分割して信号電荷を水平ＣＣＤへ転送し、各ブロックの信号電荷を水平方向互いに逆向きに転送したうえ、水平ＣＣＤの両端に設けられた各アンプで信号電荷を読み出す（特開平３−２２４３７１号公報）。
【０００５】
更に、第３の従来技術によれば、インターレース読み出し（画素加算読み出し）方式の固体撮像素子において、撮像領域の上下両側にそれぞれ水平ＣＣＤを設け、奇数列の信号電荷を下側の水平ＣＣＤへ、偶数列の信号電荷を上側の水平ＣＣＤへそれぞれ転送し、各水平ＣＣＤの最終段に設けたアンプで信号電荷を読み出す（特開平８−１２５１５８号公報）。
【０００６】
一方、非ＣＣＤ型の固体撮像素子における１つの従来技術として、カラーフィルタ配列は従来のままで各出力端子に常に同色の出力を行う技術が知られている（特開平９−４６４８０号公報）。この他、従来の技術を示す文献として、特開平１１−２７５５９４号公報を挙げることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、アンプ特性の全く揃った素子を製造するのは困難である。したがって、上記第１〜第３の従来技術では、アンプ特性のばらつきを補正するための手段が不可欠である。
【０００８】
本発明は、読み出し速度を上げるために複数の読み出しアンプを採用した場合に、アンプ特性が異なっていても画質に影響を与えない単板式のＣＣＤ型固体撮像素子と、それを用いたカメラシステムとを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、撮像領域に複数の光検出器を２次元配列してなるＣＣＤ型固体撮像素子であって、前記複数の光検出器に重ねられ、ベイヤ配列のカラーフィルタと、前記複数の光検出器のうち、ＲおよびＧｂのカラーフィルタを持つ奇数列の光検出器の信号電荷を垂直方向へ上向き又は下向きに転送するための第１の垂直ＣＣＤと、前記複数の光検出器のうち、ＧｒおよびＢのカラーフィルタを持つ偶数列の光検出器の信号電荷を前記第１の垂直ＣＣＤとは逆向きに転送するための第２の垂直ＣＣＤと、前記第１の垂直ＣＣＤから受け取った信号電荷を水平方向に転送するための第１の水平ＣＣＤと、前記第２の垂直ＣＣＤから受け取った信号電荷を水平方向に転送するための第２の水平ＣＣＤと、前記第１の水平ＣＣＤの最終段に設けられた第１のアンプと、前記第２の水平ＣＣＤの最終段に設けられた第２のアンプとを備え、前記第１及び第２のアンプから、それぞれＲおよびＧｂのカラーフィルタを持つ奇数列の光検出器の信号電荷と、ＧｒおよびＢのカラーフィルタを持つ偶数列の光検出器の信号電荷とを別々に読み出すことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子である。但し、３本以上の水平ＣＣＤを有するＣＣＤ型固体撮像素子は本発明の趣旨から除外される。
【００１０】
本発明によれば、各水平ＣＣＤの最終段に置かれたアンプでは、それぞれ異なる色情報を読み出す。このため、アンプ特性のばらつきをカラーフィルタ特性により吸収でき、アンプ特性のばらつきが画質に影響することなく高速で読み出せる。また、このようなＣＣＤ型固体撮像素子を有するカメラシステムも、本発明の趣旨に含まれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に単板式のＣＣＤ型固体撮像素子の概略図を示す。これはベイヤ配列のカラーフィルタを持つＣＣＤ型固体撮像素子である。例示したカラーフィルタ配列において、Ｒは赤、ＧｒとＧｂはどちらも緑、Ｂは青である。Ｇｒは水平方向でＲの隣の緑であり、Ｇｂは水平方向でＢの隣の緑である。ＧｒとＧｂはどちらも緑であるが、左右に位置するフィルタが異なっているので、異なる色として扱う。
【００１３】
図１のＣＣＤ型固体撮像素子１０は、撮像領域１１に複数の光検出器（フォトダイオード）を２次元配列し、その上にカラーフィルタを重ねたものである。ＲとＧｂのカラーフィルタを持つ光検出器で変換された電荷は垂直ＣＣＤ１２を介して下側に配置された水平ＣＣＤ１４に転送される。一方、ＧｒとＢのカラーフィルタを持つ光検出器で変換された電荷は垂直ＣＣＤ１３を介して上側に配置された水平ＣＣＤ１５に転送される。これより、ＲとＧｂの色情報を持つ信号電荷が下側の水平ＣＣＤ１４の最終段にあるアンプ１６で、ＧｒとＢの色情報を持つ信号電荷が上側の水平ＣＣＤ１５の最終段にあるアンプ１７でそれぞれ読み出される。これにより、アンプ１６，１７ではそれぞれ異なる色情報を読み出すため、アンプ特性のばらつきをカラーフィルタ特性により吸収でき、アンプ特性のばらつきが画質に影響することなく高速で読み出せる。
【００１４】
図２、図３に、図１の逆方向電荷転送を可能とする垂直ＣＣＤ１２，１３の電極構造の一例を示す。ここでは、信号電荷のプログレッシブ読み出し（全画素非加算読み出し）が可能であり、２層ポリシリコンプロセスを用いて４相転送を行う。
【００１５】
図２は転送ゲートの電極構造を上から見た図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）はそれぞれ図２に表したＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’の断面を表示したものである。図３（ａ）、図３（ｂ）においてＰＤと表してあるのはフォトダイオードのことで、実際には断面上にはないが電極との位置関係を示すために点線で示してある。ここで、ＰＤからの信号電荷読み出しのための電極はφＶ１である。
【００１６】
図２、図３の電極構造をとることにより、奇数列では下向きにφＶ１→φＶ２→φＶ３→φＶ４と並ぶのが、偶数列では上向きにφＶ４→φＶ３→φＶ２→φＶ１と並ぶことになりそれぞれ逆方向に信号電荷が転送されることになる。
【００１７】
図４、図５に逆方向転送のタイミングチャートを示す。図４はφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４に印加するパルス波形を示したもので、図５は転送の様子を模式的に示したものである。図２、図３に示した４相のゲート電極に図４で示す転送パルスを印加した場合、奇数列では上から下にφＶ１→φＶ２→φＶ３→φＶ４の順にゲート電極が並んでいるため電荷が下側の水平ＣＣＤに転送され、偶数列では下から上にφＶ４→φＶ３→φＶ２→φＶ１の順にゲート電極が並んでいるため電荷が上側の水平ＣＣＤに転送される。これより１列毎に交互に逆方向転送が行われる。
【００１８】
図６に、図１のＣＣＤ型固体撮像素子１０を用いたカメラシステムの例を示す。図６において、５０はレンズであり、５１はＣＣＤ型固体撮像素子１０を駆動するための駆動回路である。ＣＣＤ型固体撮像素子１０の上下２段のアンプから読み出された信号は、それぞれ独立にＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路５２ａ，５２ｂと、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換）回路５３ａ，５３ｂとを通る。ＡＤＣを行った後にメモリコントロール回路５５で制御し、メモリ回路５４内で並べ替えを行い、２つのアンプから読み出したデータを１枚の画に合成する。合成後に回路５６で画像処理を行い、画像データとして出力する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、アンプ毎に読み出す信号電荷の色情報を変えたので、マルチアンプ読み出しによる高速化を実現し、かつアンプ特性のばらつきに伴う画質劣化を生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子の構成例を示すブロック図である。
【図２】 図１中の垂直ＣＣＤの転送ゲート構造の一例を示す平面図である。
【図３】 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図２のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】 図２、図３中の転送ゲートの４相駆動パルス波形の例を示すタイミングチャート図である。
【図５】 図２中の互いに隣接する２つの垂直ＣＣＤにおける逆方向電荷転送の様子を示す図である。
【図６】 図１のＣＣＤ型固体撮像素子を用いたカメラシステムの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ＣＣＤ型固体撮像素子
１１ 撮像領域
１２，１３ 垂直ＣＣＤ
１４，１５ 水平ＣＣＤ
１６，１７ アンプ
５０ レンズ
５１ 駆動回路
５２ａ〜５２ｂ ＣＤＳ回路
５３ａ〜５３ｂ ＡＤＣ回路
５４ メモリ回路
５５ メモリコントロール回路
５６ 画像処理回路
ＰＤ フォトダイオード（光検出器）
Ｒ，Ｇｒ，Ｇｂ，Ｂ カラーフィルタ
φＶ１〜φＶ４ 転送ゲート
Claims (2)
- 撮像領域に複数の光検出器を２次元配列してなるＣＣＤ型固体撮像素子であって、
前記複数の光検出器に重ねられ、ベイヤ配列のカラーフィルタと、
前記複数の光検出器のうち、ＲおよびＧｂのカラーフィルタを持つ奇数列の光検出器の信号電荷を垂直方向へ上向き又は下向きに転送するための第１の垂直ＣＣＤと、
前記複数の光検出器のうち、ＧｒおよびＢのカラーフィルタを持つ偶数列の光検出器の信号電荷を前記第１の垂直ＣＣＤとは逆向きに転送するための第２の垂直ＣＣＤと、
前記第１の垂直ＣＣＤから受け取った信号電荷を水平方向に転送するための第１の水平ＣＣＤと、
前記第２の垂直ＣＣＤから受け取った信号電荷を水平方向に転送するための第２の水平ＣＣＤと、
前記第１の水平ＣＣＤの最終段に設けられた第１のアンプと、
前記第２の水平ＣＣＤの最終段に設けられた第２のアンプとを備え、
前記第１の水平ＣＣＤと前記第２の水平ＣＣＤとの間に、前記撮像領域が挟まれており、
前記第１及び第２のアンプから、それぞれＲおよびＧｂのカラーフィルタを持つ奇数列の光検出器の信号電荷と、ＧｒおよびＢのカラーフィルタを持つ偶数列の光検出器の信号電荷とを別々に読み出すことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子（３本以上の水平ＣＣＤを有するＣＣＤ型固体撮像素子を除く）。 - 請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子を用いたカメラシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002241677A JP4146687B2 (ja) | 2002-08-22 | 2002-08-22 | Ｃｃｄ型固体撮像素子とそれを用いたカメラシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002241677A JP4146687B2 (ja) | 2002-08-22 | 2002-08-22 | Ｃｃｄ型固体撮像素子とそれを用いたカメラシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004080690A JP2004080690A (ja) | 2004-03-11 |
| JP4146687B2 true JP4146687B2 (ja) | 2008-09-10 |
Family
ID=32024090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002241677A Expired - Lifetime JP4146687B2 (ja) | 2002-08-22 | 2002-08-22 | Ｃｃｄ型固体撮像素子とそれを用いたカメラシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JP2009117979A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Fujifilm Corp | 固体撮像装置の駆動方法 |
| JP5459768B2 (ja) * | 2009-10-28 | 2014-04-02 | 京セラ株式会社 | 被写体距離推定装置 |
| KR101798992B1 (ko) | 2011-01-10 | 2017-12-21 | 삼성전자주식회사 | 네거티브 커패시턴스 회로를 포함하는 감지 증폭기와, 이를 포함하는 장치들 |
| JP2020061605A (ja) * | 2018-10-05 | 2020-04-16 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置と駆動方法および電子機器 |
-
2002
- 2002-08-22 JP JP2002241677A patent/JP4146687B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Legal Events
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