JPH04369268A - Ccd固体撮像素子 - Google Patents
Ccd固体撮像素子Info
- Publication number
- JPH04369268A JPH04369268A JP3171771A JP17177191A JPH04369268A JP H04369268 A JPH04369268 A JP H04369268A JP 3171771 A JP3171771 A JP 3171771A JP 17177191 A JP17177191 A JP 17177191A JP H04369268 A JPH04369268 A JP H04369268A
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- JP
- Japan
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- photodiode
- ccd
- blue
- red
- photodiodes
- Prior art date
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- Pending
Links
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、CCD(電荷結合素
子)固体撮像素子に関し、例えばCCDカラーライン(
一次元)センサに利用して有効な技術に関するものであ
る。
子)固体撮像素子に関し、例えばCCDカラーライン(
一次元)センサに利用して有効な技術に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】カラーラインセンサに関しては、特開昭
52−10614号公報、特開昭58−21968号公
報がある。
52−10614号公報、特開昭58−21968号公
報がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のカラーラインセ
ンサでは、上記公報のように3列又は3列以上に設けら
れたホトダイオード列を有し、それぞれのホトダイオー
ドの大きさを等しくするものである。しかし、上記ホト
ダイオードに設けられるカラーフィルタにあっては、光
の透過率が異なるために実質的な感度に差が生じてしま
うという問題がある。また、ホトダイオード列が3列以
上であるために、それぞれの列の間にCCDシフトレジ
スタを配置するため、ホトダイオード列の間隔が広くな
り、ホトダイオードに起因する信号のずれを補正する外
部信号処理が必要となる。この発明の目的は、外部信号
処理回路の削減とカラーバランスの改善を図ったCCD
固体撮像素子を提供することにある。この発明の他の目
的は、高感度化又は高速読み出しを可能にしたCCD固
体撮像素子を提供することにある。この発明の前記なら
びにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述お
よび添付図面から明らかになるであろう。
ンサでは、上記公報のように3列又は3列以上に設けら
れたホトダイオード列を有し、それぞれのホトダイオー
ドの大きさを等しくするものである。しかし、上記ホト
ダイオードに設けられるカラーフィルタにあっては、光
の透過率が異なるために実質的な感度に差が生じてしま
うという問題がある。また、ホトダイオード列が3列以
上であるために、それぞれの列の間にCCDシフトレジ
スタを配置するため、ホトダイオード列の間隔が広くな
り、ホトダイオードに起因する信号のずれを補正する外
部信号処理が必要となる。この発明の目的は、外部信号
処理回路の削減とカラーバランスの改善を図ったCCD
固体撮像素子を提供することにある。この発明の他の目
的は、高感度化又は高速読み出しを可能にしたCCD固
体撮像素子を提供することにある。この発明の前記なら
びにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述お
よび添付図面から明らかになるであろう。
【0004】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、ホトダイオードの形状をC
CD転送路に対応した転送ゲートに向かって広がるよう
にする。また、3原色カラーフィルタが設けられた3つ
のホトダイオードを単位として、青色フィルタが設けら
れるホトダイオードの面積を基準にしてそのピッチに合
わせ込むように赤フィルタと緑フィルタが設けられたそ
れぞれのホトダイオードの面積を約半分に形成する。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、ホトダイオードの形状をC
CD転送路に対応した転送ゲートに向かって広がるよう
にする。また、3原色カラーフィルタが設けられた3つ
のホトダイオードを単位として、青色フィルタが設けら
れるホトダイオードの面積を基準にしてそのピッチに合
わせ込むように赤フィルタと緑フィルタが設けられたそ
れぞれのホトダイオードの面積を約半分に形成する。
【0005】
【作用】上記した手段によれば、ホトダイオードにおい
て狭チャンネル効果により三角形の頂点から底辺に向か
って電位勾配が生じて光電変換電荷をCCD転送路に効
率よく掃き出すことができる。また、透過率の悪い青フ
ィルタが設けられたホトダイオードを大きく形成するこ
とにより、解像度の向上とカラーバランスの改善を図る
ことができる。
て狭チャンネル効果により三角形の頂点から底辺に向か
って電位勾配が生じて光電変換電荷をCCD転送路に効
率よく掃き出すことができる。また、透過率の悪い青フ
ィルタが設けられたホトダイオードを大きく形成するこ
とにより、解像度の向上とカラーバランスの改善を図る
ことができる。
【0006】
【実施例】図1には、この発明が適用されるカラーライ
ンセンサの一実施例の概略レイアウト図が示されている
。同図のカラーラインセンサは、公知の半導体集積回路
の製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導
体基板上において形成される。 同図では、代表とし
て3画素分のホトダイオードとそれに対応したCCDシ
フトレジスタの配置例が例示的に示されている。
ンセンサの一実施例の概略レイアウト図が示されている
。同図のカラーラインセンサは、公知の半導体集積回路
の製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導
体基板上において形成される。 同図では、代表とし
て3画素分のホトダイオードとそれに対応したCCDシ
フトレジスタの配置例が例示的に示されている。
【0007】この実施例では、青色のカラーフィルタの
透過率を補償するために青色のホトダイオードのピッチ
PBを比較的大きく形成している。すなわち、青色のカ
ラーフィルタが設けられるホトダイオードは、上の列に
上記のようなピッチPBを以て形成される。これに対し
て、透過率の高い赤色と緑色のカラーフィルタが設けら
れるホトダイオードは、上記青色のホトダイオード列に
近接して下側に平行に緑、赤交互に配置される。しかも
、そのピッチは、上記青色のカラーフィルタが設けられ
るホトダイオードのピッチPBの約半分のピッチにされ
る。
透過率を補償するために青色のホトダイオードのピッチ
PBを比較的大きく形成している。すなわち、青色のカ
ラーフィルタが設けられるホトダイオードは、上の列に
上記のようなピッチPBを以て形成される。これに対し
て、透過率の高い赤色と緑色のカラーフィルタが設けら
れるホトダイオードは、上記青色のホトダイオード列に
近接して下側に平行に緑、赤交互に配置される。しかも
、そのピッチは、上記青色のカラーフィルタが設けられ
るホトダイオードのピッチPBの約半分のピッチにされ
る。
【0008】上記青色と赤色及び緑色のカラーフィルタ
が設けられるホトダイオードの高さd1,d2は、特に
制限されないが、約同じ高さにされる。これにより、青
色のホトダイオードに対して緑色と赤色のホトダイオー
ドの面積が約半分に形成される。このようなホトダイオ
ードの面積の比率により、赤色及び緑色のカラーフィル
タに対する青色のカラーフィルタ透過率の低さを補うよ
うに設定される。
が設けられるホトダイオードの高さd1,d2は、特に
制限されないが、約同じ高さにされる。これにより、青
色のホトダイオードに対して緑色と赤色のホトダイオー
ドの面積が約半分に形成される。このようなホトダイオ
ードの面積の比率により、赤色及び緑色のカラーフィル
タに対する青色のカラーフィルタ透過率の低さを補うよ
うに設定される。
【0009】上記のようなホトダイオード列に対応して
、上側には青色用のCCDシフトレジスタ(アナログシ
フトレジスタ)が設けられ、下側に緑赤用のCCDシフ
トレジスタが設けられる。緑色と赤色のホトダイオード
に対応した緑赤用CCDシフトレジスタでは、そのピッ
チに対応したCCD転送路が形成されて、緑色画素信号
と赤色画素信号が交互に転送される。これに対して、青
用CCDシフトレジスタは、上記のようにホトダイオー
ドのピッチに対応したCCD転送路を形成するようにし
てもよいが、この場合、単位のゲート長が長くなり転送
効率が悪くなることがある。
、上側には青色用のCCDシフトレジスタ(アナログシ
フトレジスタ)が設けられ、下側に緑赤用のCCDシフ
トレジスタが設けられる。緑色と赤色のホトダイオード
に対応した緑赤用CCDシフトレジスタでは、そのピッ
チに対応したCCD転送路が形成されて、緑色画素信号
と赤色画素信号が交互に転送される。これに対して、青
用CCDシフトレジスタは、上記のようにホトダイオー
ドのピッチに対応したCCD転送路を形成するようにし
てもよいが、この場合、単位のゲート長が長くなり転送
効率が悪くなることがある。
【0010】そこで、特に制限されないが、上記青色の
カラーフィルタが設けられるホトダイオードは、下列の
緑及び赤のホトダイオードに対応した大きさの2つのホ
トダイオードにより構成され、この分割されたホトダイ
オードのピッチに対応してCCD転送路を形成する。こ
の構成では、上下のCCDシフトレジスタを同じピッチ
で形成でき、しかも同じ転送クロックにより動作させる
ことができる。また、1ラインの読み出しに同じ時間が
費やされることとなり、外部にアナログメモリを設ける
必要がない。
カラーフィルタが設けられるホトダイオードは、下列の
緑及び赤のホトダイオードに対応した大きさの2つのホ
トダイオードにより構成され、この分割されたホトダイ
オードのピッチに対応してCCD転送路を形成する。こ
の構成では、上下のCCDシフトレジスタを同じピッチ
で形成でき、しかも同じ転送クロックにより動作させる
ことができる。また、1ラインの読み出しに同じ時間が
費やされることとなり、外部にアナログメモリを設ける
必要がない。
【0011】上記の構成では、下側のCCDシフトレジ
スタから出力されるカラー画素信号は、赤色画素信号、
緑色画素信号の順に交互に出力される。それ故、出力部
には色分離のために、例えばサンプリングホールド回路
が設けられて赤色画素信号と緑色画素信号が分離される
。これと同期して出力される青色の画素信号は、半分ず
つが順次読み出される。それ故、赤色画素信号と同期し
て出力される前半分の青色画素信号に対して、出力回路
のリセット信号を入力しないでデータを保持するか、あ
るいは外部のサンプリングホルード回路に保持させ、緑
色画素信号と同期して出力される後半分の青色画素信号
とをアナログ加算回路で加算する。これにより、簡単な
外部回路により緑色画素信号に同期して、加算された青
色画素信号及びサンプリングホールド回路に保持されて
いた赤色画素信号とを出力させることができる。
スタから出力されるカラー画素信号は、赤色画素信号、
緑色画素信号の順に交互に出力される。それ故、出力部
には色分離のために、例えばサンプリングホールド回路
が設けられて赤色画素信号と緑色画素信号が分離される
。これと同期して出力される青色の画素信号は、半分ず
つが順次読み出される。それ故、赤色画素信号と同期し
て出力される前半分の青色画素信号に対して、出力回路
のリセット信号を入力しないでデータを保持するか、あ
るいは外部のサンプリングホルード回路に保持させ、緑
色画素信号と同期して出力される後半分の青色画素信号
とをアナログ加算回路で加算する。これにより、簡単な
外部回路により緑色画素信号に同期して、加算された青
色画素信号及びサンプリングホールド回路に保持されて
いた赤色画素信号とを出力させることができる。
【0012】上記構成において、使用するカラーフィル
タの透過率に対応し、白色光線が入力されたときの赤、
緑及び青の画素信号がほぼ同じになるように、上記ホト
ダイオードの面積比率が設定される。このときの面積比
率は、CCDでの信号電荷の転送を行う関係上、単位の
画素のピッチPBは同じくし、高さd1,d2の調整、
赤と緑はその分割比の調整により最適値が選ばれる。
タの透過率に対応し、白色光線が入力されたときの赤、
緑及び青の画素信号がほぼ同じになるように、上記ホト
ダイオードの面積比率が設定される。このときの面積比
率は、CCDでの信号電荷の転送を行う関係上、単位の
画素のピッチPBは同じくし、高さd1,d2の調整、
赤と緑はその分割比の調整により最適値が選ばれる。
【0013】図2には、この発明が適用されるカラーラ
インセンサの他の一実施例の概略レイアウト図が示され
ている。この実施例では、色分離を簡単にするために各
色に対応して青用CCDシフトレジスタ、緑用CCDシ
フトレジスタ及び赤用CCDシフトレジスタが設けられ
る。そして、青色のカラーフィルタが設けられたホトダ
イオードのピッチPBを基準にして、その半分のピッチ
で緑色と赤色のカラーフィルタが交互に設けられるホト
ダイオード列が形勢される。そして、特に制限されない
が、青用CCDシフトレジスタの下側に青色のカラーフ
ィルタが設けられるホトダイオード列が配置され、その
下側に上記緑色と赤色のカラーフィルタが交互に設けら
れるホトダイード列を挟むように上側に緑用CCDシフ
トレジスタが、下側に赤用CCDシフトレジスタが配置
される。
インセンサの他の一実施例の概略レイアウト図が示され
ている。この実施例では、色分離を簡単にするために各
色に対応して青用CCDシフトレジスタ、緑用CCDシ
フトレジスタ及び赤用CCDシフトレジスタが設けられ
る。そして、青色のカラーフィルタが設けられたホトダ
イオードのピッチPBを基準にして、その半分のピッチ
で緑色と赤色のカラーフィルタが交互に設けられるホト
ダイオード列が形勢される。そして、特に制限されない
が、青用CCDシフトレジスタの下側に青色のカラーフ
ィルタが設けられるホトダイオード列が配置され、その
下側に上記緑色と赤色のカラーフィルタが交互に設けら
れるホトダイード列を挟むように上側に緑用CCDシフ
トレジスタが、下側に赤用CCDシフトレジスタが配置
される。
【0014】この実施例では、特に制限されないが、青
色のカラーフィルタが設けられるホトダイオードのピッ
チPBに対応して青用CCDシフトレジスタの他、緑及
び赤用CCDシフトレジスタのCCDの転送路のピッチ
も合わせ込む。これにより、3原色のカラー画素を同じ
転送クロックにより同期して独立に出力させることがで
きるものとなる。この構成でも、上記同様に使用するカ
ラーフィルタの透過率に対応し、白色光線が入力された
ときの赤、緑及び青の画素信号がほぼ同じになるように
、単位の画素のピッチPBを同じくし、高さの調整、赤
と緑はその分割比の調整により上記ホトダイオードの面
積比率が設定される。
色のカラーフィルタが設けられるホトダイオードのピッ
チPBに対応して青用CCDシフトレジスタの他、緑及
び赤用CCDシフトレジスタのCCDの転送路のピッチ
も合わせ込む。これにより、3原色のカラー画素を同じ
転送クロックにより同期して独立に出力させることがで
きるものとなる。この構成でも、上記同様に使用するカ
ラーフィルタの透過率に対応し、白色光線が入力された
ときの赤、緑及び青の画素信号がほぼ同じになるように
、単位の画素のピッチPBを同じくし、高さの調整、赤
と緑はその分割比の調整により上記ホトダイオードの面
積比率が設定される。
【0015】図3には、この発明が適用されるカラーラ
インセンサの他の一実施例の概略レイアウト図が示され
ている。この実施例では、青色のカラーフィルタが設け
られるホトダイードのピッチに合わせ、かつその面積が
約半分にされる緑色と赤色のカラーフィルタが設けられ
るホトダイオードが前記の実施例のように転送方向では
なく、それと垂直な縦方向に実質的に分割される。ただ
し、共通化された緑赤用CCDシフトレジスタを用いて
信号電荷の転送を行うために、赤色のカラーフィルタが
設けられるホトダイオードの転送ゲートは、同図におい
て右側で折れ曲がって下方向に配置される緑赤用CCD
シフトレジスタに向かって延びている。これにより、等
価的に前記図1に示した実施例と同様にして3原色のカ
ラー画素信号を得ることができるものとなる。
インセンサの他の一実施例の概略レイアウト図が示され
ている。この実施例では、青色のカラーフィルタが設け
られるホトダイードのピッチに合わせ、かつその面積が
約半分にされる緑色と赤色のカラーフィルタが設けられ
るホトダイオードが前記の実施例のように転送方向では
なく、それと垂直な縦方向に実質的に分割される。ただ
し、共通化された緑赤用CCDシフトレジスタを用いて
信号電荷の転送を行うために、赤色のカラーフィルタが
設けられるホトダイオードの転送ゲートは、同図におい
て右側で折れ曲がって下方向に配置される緑赤用CCD
シフトレジスタに向かって延びている。これにより、等
価的に前記図1に示した実施例と同様にして3原色のカ
ラー画素信号を得ることができるものとなる。
【0016】図4には、この発明が適用されるカラーラ
インセンサの更に他の一実施例の概略レイアウト図が示
されている。この実施例では、基本的には図1の実施例
と同様である。ただし、ホトダイードの形状として、青
色のカラーフィルタが設けられるホトダイオードを2等
辺三角形として、その底辺に転送ゲートを設けて青用C
CDシフトレジスタを配置する。これに対して、緑色と
赤色のカラーフィルタが設けられるホトダイードの形状
は、上記2等辺三角形をその頂点から底辺に向かう垂線
により分割される直角三角形として約半分の面積とする
。そして、上記青色用の2等辺三角形を挟むように2つ
の直角三角形からなる緑色と赤色のカラーフィルタが設
けられるホトダイオードを配置し、その組み合わせによ
り構成される全体の形状が約方形を形作るようにする。 すなわち、上記分割された青色と赤色用のホトダイオー
ドを構成する直角三角形はその斜辺が青色用のホトダイ
オードに対応したもとの2等辺三角形の斜辺と向かい合
うように配置される。
インセンサの更に他の一実施例の概略レイアウト図が示
されている。この実施例では、基本的には図1の実施例
と同様である。ただし、ホトダイードの形状として、青
色のカラーフィルタが設けられるホトダイオードを2等
辺三角形として、その底辺に転送ゲートを設けて青用C
CDシフトレジスタを配置する。これに対して、緑色と
赤色のカラーフィルタが設けられるホトダイードの形状
は、上記2等辺三角形をその頂点から底辺に向かう垂線
により分割される直角三角形として約半分の面積とする
。そして、上記青色用の2等辺三角形を挟むように2つ
の直角三角形からなる緑色と赤色のカラーフィルタが設
けられるホトダイオードを配置し、その組み合わせによ
り構成される全体の形状が約方形を形作るようにする。 すなわち、上記分割された青色と赤色用のホトダイオー
ドを構成する直角三角形はその斜辺が青色用のホトダイ
オードに対応したもとの2等辺三角形の斜辺と向かい合
うように配置される。
【0017】この構成では、3原色ホトダイオード列が
、互いに組み合わせて構成されからほぼ1列のホトダイ
オードとみなすことができ、高い解像度を得ることがで
きるものとなる。また、上記のような三角形のホトダイ
オードにおいては、三角形の頂点では狭(ショート)チ
ャンネル効果により、頂点から底辺に向かうような電位
勾配が形勢される。それ故、ホトダイオードにおいて生
成された光電変換電荷をCCDシフトレジスタに読み出
すときの転送効率を促進することができる。これにより
、光電変換電荷をより確実にしかも高速にCCD転送路
に掃き出すことができるから高感度化も可能になるとも
に高速読み出しも実現できる。
、互いに組み合わせて構成されからほぼ1列のホトダイ
オードとみなすことができ、高い解像度を得ることがで
きるものとなる。また、上記のような三角形のホトダイ
オードにおいては、三角形の頂点では狭(ショート)チ
ャンネル効果により、頂点から底辺に向かうような電位
勾配が形勢される。それ故、ホトダイオードにおいて生
成された光電変換電荷をCCDシフトレジスタに読み出
すときの転送効率を促進することができる。これにより
、光電変換電荷をより確実にしかも高速にCCD転送路
に掃き出すことができるから高感度化も可能になるとも
に高速読み出しも実現できる。
【0018】図5には、この発明が適用されるラインセ
ンサの一実施例の概略レイアウト図が示されている。こ
の実施例では、上記のようにホトダイオードを三角形に
形成した場合には、狭チャンネル効果により光電変換電
荷の効率のよい読み出しができることに着目し、モノク
ロのラインセンサに適用した例が示されている。この実
施例では、ホトダイオードを2等辺三角形に形成し、そ
れを上下対称になるように交互に1列に並べて配置し、
頂点が下に向かうホトダイオードには上側にCCDシフ
トレジスタをを設け、頂点が上に向かうホトダイオード
には下側にCCDシフトレジスタを設ける。言い換える
ならば、頂点が下側に向かうホトダイオードでは、頂点
から上側に配置される底辺に向かって電位勾配を持つた
め、そこで形成された信号電荷を効率よく上側に配置さ
れたCCDシフトレジスタに掃き出すことができる。同
様に、頂点が上側に向かうホトダイオードでは、頂点か
ら下側に配置される底辺に向かって電位勾配を持つため
、そこで形成された信号電荷を効率よく下側に配置され
たCCDシフトレジスタに掃き出すことができる。これ
により、高感度化あるいは高速読み出しを可能にしたラ
インセンサを得ることができるものとなる。
ンサの一実施例の概略レイアウト図が示されている。こ
の実施例では、上記のようにホトダイオードを三角形に
形成した場合には、狭チャンネル効果により光電変換電
荷の効率のよい読み出しができることに着目し、モノク
ロのラインセンサに適用した例が示されている。この実
施例では、ホトダイオードを2等辺三角形に形成し、そ
れを上下対称になるように交互に1列に並べて配置し、
頂点が下に向かうホトダイオードには上側にCCDシフ
トレジスタをを設け、頂点が上に向かうホトダイオード
には下側にCCDシフトレジスタを設ける。言い換える
ならば、頂点が下側に向かうホトダイオードでは、頂点
から上側に配置される底辺に向かって電位勾配を持つた
め、そこで形成された信号電荷を効率よく上側に配置さ
れたCCDシフトレジスタに掃き出すことができる。同
様に、頂点が上側に向かうホトダイオードでは、頂点か
ら下側に配置される底辺に向かって電位勾配を持つため
、そこで形成された信号電荷を効率よく下側に配置され
たCCDシフトレジスタに掃き出すことができる。これ
により、高感度化あるいは高速読み出しを可能にしたラ
インセンサを得ることができるものとなる。
【0019】図6には、この発明が適用されるエリアセ
ンサの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同
図では、CCD固体撮像素子全体の理解を容易にするた
め6行2列の合計14個からなるホトダイオードが代表
として例示的に示されている。実際には、複数行と複数
列にホトダイオードをマトリックス状に配置して、公知
のようにエリアサンサのように全体で約20万から約4
0万のような多数のホトダイオードが設けられるもので
ある。
ンサの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同
図では、CCD固体撮像素子全体の理解を容易にするた
め6行2列の合計14個からなるホトダイオードが代表
として例示的に示されている。実際には、複数行と複数
列にホトダイオードをマトリックス状に配置して、公知
のようにエリアサンサのように全体で約20万から約4
0万のような多数のホトダイオードが設けられるもので
ある。
【0020】ホトダイオード列は、上記図5のラインセ
ンサが縦方向に複数個並ぶものと理解されたい。1列の
ホトダイードは、上記同様に左右に分離されて両側に配
置される垂直CCDシフトレジスタVCCDにより上下
に分けて転送される。上記のようなレイアウトを採ると
、隣接する列ではホトダイオード列の間に2つのVCC
Dが介在して水平CCDシフトレジスタHCCDとのピ
ッチの合わせ込みを複雑にする。これに対して、VCC
Dを上下に振り分けて転送させることにより、HCCD
に対して、VCCD、ホトダイオード列、VCCDのよ
うに順序良く配置することができる。この構成では、ホ
トダイオードの信号電荷の掃き出しを効率よく行うこと
ができるから、高感度化及び高速読み出しが可能になる
。なお、HCCDのピッチの調整により、1つのHCC
Dに対してVCCDの信号電荷を転送させる構成として
もよい。
ンサが縦方向に複数個並ぶものと理解されたい。1列の
ホトダイードは、上記同様に左右に分離されて両側に配
置される垂直CCDシフトレジスタVCCDにより上下
に分けて転送される。上記のようなレイアウトを採ると
、隣接する列ではホトダイオード列の間に2つのVCC
Dが介在して水平CCDシフトレジスタHCCDとのピ
ッチの合わせ込みを複雑にする。これに対して、VCC
Dを上下に振り分けて転送させることにより、HCCD
に対して、VCCD、ホトダイオード列、VCCDのよ
うに順序良く配置することができる。この構成では、ホ
トダイオードの信号電荷の掃き出しを効率よく行うこと
ができるから、高感度化及び高速読み出しが可能になる
。なお、HCCDのピッチの調整により、1つのHCC
Dに対してVCCDの信号電荷を転送させる構成として
もよい。
【0021】図7には、上記ラインセンサ又はエリアセ
ンサに用いられるCCDシフトレジスタの一実施例の素
子構造断面図が示されている。CCDでは、電子(又は
正孔)が通り易い転送チャンネルをシリコン基板中に作
る。シリコン基板の表面に酸化膜を挟み、対となる転送
ゲート1A、2A・・・と蓄積ゲート1B、2B・・・
が形成される。転送ゲート1A、2A・・・下のチャン
ネルと蓄積ゲート1B、2B・・・下のチャンネルとで
は不純物濃度が異なり、ゲートに電圧を印加していない
状態のときに、内部電位に差が生じ、蓄積ゲート1B、
2B・・・下に電子(又は正孔)が集まり易くしてある
。今、シリコン基板表面のゲートに適当な電圧を加え、
転送チャンネル内の電荷に対するポテンシャルを「波」
形に出来たとすると、電荷(電子又は正孔)はその「波
」の谷に集まる。ゲートにかかる電圧をパルスとし、適
当に高電位/低電位に変化させ、上記「波」形が一方向
に移動できれば「波」の谷に集まった電荷を転送チャン
ネル内に移送することができる。
ンサに用いられるCCDシフトレジスタの一実施例の素
子構造断面図が示されている。CCDでは、電子(又は
正孔)が通り易い転送チャンネルをシリコン基板中に作
る。シリコン基板の表面に酸化膜を挟み、対となる転送
ゲート1A、2A・・・と蓄積ゲート1B、2B・・・
が形成される。転送ゲート1A、2A・・・下のチャン
ネルと蓄積ゲート1B、2B・・・下のチャンネルとで
は不純物濃度が異なり、ゲートに電圧を印加していない
状態のときに、内部電位に差が生じ、蓄積ゲート1B、
2B・・・下に電子(又は正孔)が集まり易くしてある
。今、シリコン基板表面のゲートに適当な電圧を加え、
転送チャンネル内の電荷に対するポテンシャルを「波」
形に出来たとすると、電荷(電子又は正孔)はその「波
」の谷に集まる。ゲートにかかる電圧をパルスとし、適
当に高電位/低電位に変化させ、上記「波」形が一方向
に移動できれば「波」の谷に集まった電荷を転送チャン
ネル内に移送することができる。
【0022】以下、電子を転送電荷とする場合について
述べる。正孔を転送電荷とする場合は、電子を転送電荷
とする場合から容易に推論できるので略す。図7に示す
ように、P型シリコン基板の表面にチャンネル幅を残し
て酸化膜を形成し、リン原子イオンをイオン打ち込み法
で注入させる。次いで熱処理を行い約0.7μm程度の
深さ方向の厚みを持つN型の導電性(電子を主荷電子と
する)チャンネルを形成する。次に、その表面全体を酸
化させ、チャンネル部表面に500〜1000Åのシリ
コン酸化膜を形成する。酸化膜の上にポリシリコンから
なる0.5μm程度の膜を積層し、蓄積ゲート1B、2
B・・・をホトリソグラフィ技術によって形成する。こ
れらの蓄積ゲート1B、2B・・・のゲート長(転送チ
ャンネルの長手方向に向かっての寸法)は出来るだけ短
いことが転送効率の点から望まれる。上記ゲート長は現
在の製造技術では1.5〜3μmが普通である。将来、
微細加工技術の進展に伴い、1.0μm、0.8μm、
0.5μm・・・と短くなると考えられる。これらの各
蓄積ゲート1B、2B・・・の繰り返しピッチは、ゲー
ト長の1〜2倍である。上記各蓄積ゲート1B、2B・
・・の間にはボロン原子イオンをイオン打ち込みし、N
型導電性を少しキャンセルし、その上に転送ゲート1A
、2A・・・を蓄積ゲートと同様に酸化膜、ポリシリコ
ン膜をホトリソグラフィ技術により形成する。
述べる。正孔を転送電荷とする場合は、電子を転送電荷
とする場合から容易に推論できるので略す。図7に示す
ように、P型シリコン基板の表面にチャンネル幅を残し
て酸化膜を形成し、リン原子イオンをイオン打ち込み法
で注入させる。次いで熱処理を行い約0.7μm程度の
深さ方向の厚みを持つN型の導電性(電子を主荷電子と
する)チャンネルを形成する。次に、その表面全体を酸
化させ、チャンネル部表面に500〜1000Åのシリ
コン酸化膜を形成する。酸化膜の上にポリシリコンから
なる0.5μm程度の膜を積層し、蓄積ゲート1B、2
B・・・をホトリソグラフィ技術によって形成する。こ
れらの蓄積ゲート1B、2B・・・のゲート長(転送チ
ャンネルの長手方向に向かっての寸法)は出来るだけ短
いことが転送効率の点から望まれる。上記ゲート長は現
在の製造技術では1.5〜3μmが普通である。将来、
微細加工技術の進展に伴い、1.0μm、0.8μm、
0.5μm・・・と短くなると考えられる。これらの各
蓄積ゲート1B、2B・・・の繰り返しピッチは、ゲー
ト長の1〜2倍である。上記各蓄積ゲート1B、2B・
・・の間にはボロン原子イオンをイオン打ち込みし、N
型導電性を少しキャンセルし、その上に転送ゲート1A
、2A・・・を蓄積ゲートと同様に酸化膜、ポリシリコ
ン膜をホトリソグラフィ技術により形成する。
【0023】転送ゲートと蓄積ゲートを相隣合うもの、
すなわち、1Aと1B、2Aと2B・・・を結合させて
同じタイミングで同一電位を加えるようにし、かつこら
れの電極群を1つおきに2つのグループに分け、図2に
示すように、一方に低電位(例えば0V)P1を、他方
に高電位(例えば5V)P2を与える。すなわち、上記
ゲート1Aと1B等にはには駆動クロックパルスP1を
供給し、上記ゲート2Aと2B等には駆動クロックパル
スP2を供給する。
すなわち、1Aと1B、2Aと2B・・・を結合させて
同じタイミングで同一電位を加えるようにし、かつこら
れの電極群を1つおきに2つのグループに分け、図2に
示すように、一方に低電位(例えば0V)P1を、他方
に高電位(例えば5V)P2を与える。すなわち、上記
ゲート1Aと1B等にはには駆動クロックパルスP1を
供給し、上記ゲート2Aと2B等には駆動クロックパル
スP2を供給する。
【0024】例えば、駆動クロックパルスP1を0Vと
し、駆動クロックパルスP2を5Vにすると、転送ゲー
ト1A、蓄積ゲート1B、転送ゲート2A、蓄積ゲート
2Bの順に階段状に低くなる電子に対する内部ポテンシ
ャル(以下、電子について論議を進めるので単に内部ポ
テンシャルという)分布が形成される。このことは、同
様な2組からなる転送ゲート、蓄積ゲートにおいても同
様となる。これにより、谷の部分に電荷が集まり、電子
に注目すると最も高い電位を持つ蓄積ゲート2B等に転
送すべき電子が集まることになる。
し、駆動クロックパルスP2を5Vにすると、転送ゲー
ト1A、蓄積ゲート1B、転送ゲート2A、蓄積ゲート
2Bの順に階段状に低くなる電子に対する内部ポテンシ
ャル(以下、電子について論議を進めるので単に内部ポ
テンシャルという)分布が形成される。このことは、同
様な2組からなる転送ゲート、蓄積ゲートにおいても同
様となる。これにより、谷の部分に電荷が集まり、電子
に注目すると最も高い電位を持つ蓄積ゲート2B等に転
送すべき電子が集まることになる。
【0025】次に、駆動クロックパルスP1を5Vとし
、駆動クロックパルスP2を0Vにすると、転送ゲート
2A、蓄積ゲート2B、次の転送ゲート、蓄積ゲートの
順に階段状に低くなるポテンシャル分布が形成される。 これによって、上記蓄積ゲート2B下にあった電子は次
の蓄積ゲート下の最も低い内部ポテンシャル部に転送さ
れる。そして、再び駆動クロックパルスP1を0Vに駆
動クロックパルスP2を5Vにすると、前記のような内
部ポテンシャル分布に戻るため、上記のような次の蓄積
ゲート下にあった電子は、図外のさらに右側に配置され
る蓄積ゲートに転送される。上記駆動クロックパルスP
1(P2)の1周期によって1ビット分の転送動作が行
われる。すなわち、2相のクロックパルスP1,P2に
より構成されるシフトレジスタと同様な動作を行う。
、駆動クロックパルスP2を0Vにすると、転送ゲート
2A、蓄積ゲート2B、次の転送ゲート、蓄積ゲートの
順に階段状に低くなるポテンシャル分布が形成される。 これによって、上記蓄積ゲート2B下にあった電子は次
の蓄積ゲート下の最も低い内部ポテンシャル部に転送さ
れる。そして、再び駆動クロックパルスP1を0Vに駆
動クロックパルスP2を5Vにすると、前記のような内
部ポテンシャル分布に戻るため、上記のような次の蓄積
ゲート下にあった電子は、図外のさらに右側に配置され
る蓄積ゲートに転送される。上記駆動クロックパルスP
1(P2)の1周期によって1ビット分の転送動作が行
われる。すなわち、2相のクロックパルスP1,P2に
より構成されるシフトレジスタと同様な動作を行う。
【0026】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。 (1)ホトダイオードの形状をCCD転送路に対応した
転送ゲートに向かって広がるようにすることにより、ホ
トダイオードにおいては狭チャンネル効果により三角形
の頂点から底辺に向かって電位勾配が生じて光電変換電
荷をCCD転送路に効率よく掃き出すことができるとい
う効果が得られる。 (2) 3原色カラーフィルタが設けられた3つのホ
トダイオードを単位として、青色フィルタが設けられる
ホトダイオードの面積を基準にしてそのピッチに合わせ
込むように赤フィルタと緑フィルタが設けられたそれぞ
れのホトダイオードの面積を約半分に形成して、透過率
の悪い青フィルタが設けられたホトダイオードを大きく
することにより、カラーバランスの改善を図ることがで
きるという効果が得られる。 (3) 上記3原色カラーフィルタが設けられた3つ
のホトダイオードを三角形として、その底辺部にCCD
シフトレジスタが配置されるよう組み合わせることより
、いっそうの高解像度とカラーバランスの向上を図るこ
とができるという効果が得られる。 (4) 青用のホトダイオードを2つに分割して、他
のホトダイオードと同じピッチに形成することにより、
上記透過率の悪い青フィルタが設けられたホトダイオー
ドを実質的に大きく形成しつつ、CCD転送路を同じく
形成することができるという効果が得られる。
記の通りである。 (1)ホトダイオードの形状をCCD転送路に対応した
転送ゲートに向かって広がるようにすることにより、ホ
トダイオードにおいては狭チャンネル効果により三角形
の頂点から底辺に向かって電位勾配が生じて光電変換電
荷をCCD転送路に効率よく掃き出すことができるとい
う効果が得られる。 (2) 3原色カラーフィルタが設けられた3つのホ
トダイオードを単位として、青色フィルタが設けられる
ホトダイオードの面積を基準にしてそのピッチに合わせ
込むように赤フィルタと緑フィルタが設けられたそれぞ
れのホトダイオードの面積を約半分に形成して、透過率
の悪い青フィルタが設けられたホトダイオードを大きく
することにより、カラーバランスの改善を図ることがで
きるという効果が得られる。 (3) 上記3原色カラーフィルタが設けられた3つ
のホトダイオードを三角形として、その底辺部にCCD
シフトレジスタが配置されるよう組み合わせることより
、いっそうの高解像度とカラーバランスの向上を図るこ
とができるという効果が得られる。 (4) 青用のホトダイオードを2つに分割して、他
のホトダイオードと同じピッチに形成することにより、
上記透過率の悪い青フィルタが設けられたホトダイオー
ドを実質的に大きく形成しつつ、CCD転送路を同じく
形成することができるという効果が得られる。
【0027】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、ホ
トダイオードの配列は、前記同様に青色のホトダイオー
ドを面積が、そのフィルタの透過率を補正するように他
のホトダイオードに比べて大きく形成されたものであれ
ば何であってもよい。ホトダイオードの信号電荷を効率
よく掃きだすためのホトダイオードの形状は、2等辺三
角形や直角三角形のような三角形の他、狭チンネル効果
により転送ゲート部に向かう電位勾配が生じるような形
状のものであればよい。
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、ホ
トダイオードの配列は、前記同様に青色のホトダイオー
ドを面積が、そのフィルタの透過率を補正するように他
のホトダイオードに比べて大きく形成されたものであれ
ば何であってもよい。ホトダイオードの信号電荷を効率
よく掃きだすためのホトダイオードの形状は、2等辺三
角形や直角三角形のような三角形の他、狭チンネル効果
により転送ゲート部に向かう電位勾配が生じるような形
状のものであればよい。
【0028】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、ホトダイオードの形状をC
CD転送路に対応した転送ゲートに向かって広がるよう
に形成することにより、ホトダイオードにおいては狭チ
ャンネル効果により三角形の頂点から底辺に向かって電
位勾配が生じて光電変換電荷をCCD転送路に効率よく
掃き出すことができる。また、3原色カラーフィルタが
設けられた3つのホトダイオードを単位として、青色フ
ィルタが設けられるホトダイオードの面積を基準にして
そのピッチに合わせ込むように赤フィルタと緑フィルタ
が設けられたそれぞれのホトダイオードの面積を約半分
に形成して、透過率の悪い青フィルタが設けられたホト
ダイオードを大きくすることにより、カラーバランスの
改善を図ることができる。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、ホトダイオードの形状をC
CD転送路に対応した転送ゲートに向かって広がるよう
に形成することにより、ホトダイオードにおいては狭チ
ャンネル効果により三角形の頂点から底辺に向かって電
位勾配が生じて光電変換電荷をCCD転送路に効率よく
掃き出すことができる。また、3原色カラーフィルタが
設けられた3つのホトダイオードを単位として、青色フ
ィルタが設けられるホトダイオードの面積を基準にして
そのピッチに合わせ込むように赤フィルタと緑フィルタ
が設けられたそれぞれのホトダイオードの面積を約半分
に形成して、透過率の悪い青フィルタが設けられたホト
ダイオードを大きくすることにより、カラーバランスの
改善を図ることができる。
【図1】この発明が適用されるカラーラインセンサの一
実施例を示す概略レイアウト図である。
実施例を示す概略レイアウト図である。
【図2】この発明が適用されるカラーラインセンサの他
の一実施例を示す概略レイアウト図である。
の一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図3】この発明が適用されるカラーラインセンサの他
の一実施例を示す概略レイアウト図である。
の一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図4】この発明が適用されるカラーラインセンサの他
の一実施例を示す概略レイアウト図である。
の一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図5】この発明に係るラインセンサの一実施例を示す
概略レイアウト図である。
概略レイアウト図である。
【図6】この発明に係るエリアセンサの一実施例を示す
概略レイアウト図である。
概略レイアウト図である。
【図7】この発明に係るラインセンサ又はエリアセンサ
に用いられるCCDシフトレジスタの一実施例を示す素
子構造断面図である。
に用いられるCCDシフトレジスタの一実施例を示す素
子構造断面図である。
VCCD…垂直CCD、HCCD…水平CCD、1A,
2A…転送ゲート、11,2B…蓄積ゲート。P1,P
2…クロックパルス
2A…転送ゲート、11,2B…蓄積ゲート。P1,P
2…クロックパルス
Claims (5)
- 【請求項1】 CCD転送路に対応した転送ゲートに
向かって広がるような形状のホトダイオードを含むこと
を特徴とするCCD固体撮像素子。 - 【請求項2】 上記CCD転送路は、ホトダイオード
列を挟むように2つに分割され、隣接するホトダイオー
ドの転送ゲートが互いに異なる上記2つに分割されたC
CD転送路に対応して設けられるものであることを特徴
とする請求項1のCCD固体撮像素子。 - 【請求項3】 3原色カラーフィルタが設けられた3
つのホトダイオードを単位として、青色フィルタが設け
られるホトダイオードの面積を基準にしてそのピッチに
合わせ込むように赤フィルタと緑フィルタが設けられた
それぞれのホトダイオードの面積を約半分に形成するこ
とを特徴とするCCD固体撮像素子。 - 【請求項4】 上記3原色カラーフィルタが設けられ
るホトダイオード列を挟むように青用CCDシフトレジ
スタと赤と緑共用のCCDシフトレジスタを2つに振り
分けて構成することを特徴とする請求項3のCCD固体
撮像素子。 - 【請求項5】 上記3原色カラーフィルタが設けられ
るホトダイオード単位列は、ほぼ2等辺三角形にされた
青用ホトダイオードと、、上記青用のホトダイオードに
対応した2等辺三角形の頂点から底辺に対する垂線によ
り2分割されてなる直角三角形とほほ同じ形状であって
、上記青用のホトダイオードを挟むように赤用と緑用の
ホトダイオードからなり、上記青用のホトダイオードの
底辺に対応して青用CCDシフトレジスタを設け、上記
赤と緑のホトダイオードに対応して赤と緑共用のCCD
シフトレジスタを設けることを特徴とする請求項4のC
CD固体撮像素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3171771A JPH04369268A (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | Ccd固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3171771A JPH04369268A (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | Ccd固体撮像素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04369268A true JPH04369268A (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=15929377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3171771A Pending JPH04369268A (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | Ccd固体撮像素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04369268A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002231926A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | ラインセンサおよびそれを用いた放射線画像情報読取装置 |
US6618088B1 (en) | 1998-02-06 | 2003-09-09 | Nec Electronics Corporation | Charge transfer device having three pixel rows arranged adjacently to each other |
JP2004048444A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像装置 |
WO2005073683A1 (ja) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | 光検出装置 |
-
1991
- 1991-06-17 JP JP3171771A patent/JPH04369268A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6618088B1 (en) | 1998-02-06 | 2003-09-09 | Nec Electronics Corporation | Charge transfer device having three pixel rows arranged adjacently to each other |
JP2002231926A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | ラインセンサおよびそれを用いた放射線画像情報読取装置 |
JP2004048444A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像装置 |
WO2005073683A1 (ja) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | 光検出装置 |
US7800038B2 (en) | 2004-02-02 | 2010-09-21 | Hamamatsu Photonis K.K. | Photodetector device |
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