JPH10136392A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH10136392A JPH10136392A JP8288857A JP28885796A JPH10136392A JP H10136392 A JPH10136392 A JP H10136392A JP 8288857 A JP8288857 A JP 8288857A JP 28885796 A JP28885796 A JP 28885796A JP H10136392 A JPH10136392 A JP H10136392A
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
し、解像度を改善した新規な構造の固体撮像装置を提供
することを課題とする。 【解決手段】 半導体基板上に行方向と列方向とに互い
に所定の配列間隔で形成された複数の光電変換素子(1
1)と、列方向に沿って配置されている光電変換素子の
各列の両側に配置され、光電変換素子から出力される信
号電荷を転送する第1と第2の列方向電荷転送装置(1
6、17)と、信号電荷を行方向に転送する行方向電荷
転送装置(20)と、列方向電荷転送装置からの信号電
荷を行方向電荷転送装置に転送し、行方向電荷転送装置
上での電荷位置が全ての列方向電荷転送装置に対して等
間隔に並ぶように行方向位置を調整するチャネル位置変
換部(18)と、行方向電荷転送装置からの信号電荷を
電圧信号として出力する出力回路(21)とを有する。
Description
し、特に全画素信号同時読み出し型の高解像度化に適し
た固体撮像装置の構造に関する。
固体撮像装置は、NTSC方式等に準拠したテレビジョ
ンやビデオテープレコーダ用のカメラに搭載する事を目
的に開発されてきた。この方式では、1フレームの表示
画像をインターレース走査し、2フィールドの信号に分
ける。従って、1回の信号読み出しでは第1のフィール
ドに対応する受光素子または第2のフィールドに対応す
る受光素子から信号電荷を読み出せばよい。換言すれ
ば、2個の受光素子に対して1転送段を有する構成が一
般的である。
テレビジョン方式のカメラではノンインターレース方式
の撮像を必要とする。この場合、1受光素子に対して1
転送段(一般に4電極)が必要になる。これを実現する
方法として、図5に示す構成の固体撮像装置が提案され
ている。
素信号同時読み出し型固体撮像装置の一例のその一部の
拡大平面図を示す。図5において、1はフォトダイオー
ドのような光電変換素子(以下、受光素子とも称する)
であり、2aで示すのはその矢印方向(列方向)に配列
した複数の受光素子1からなる第1の受光素子列であ
り、2bで示すものはその矢印方向(列方向)に配列し
た複数の受光素子1からなる第2の受光素子列である。
第1と第2の受光素子列2a、2bは図の左右方向(行
方向)に交互に配置される。3はその矢印方向(行方
向)に配列した複数の受光素子1からなる第1の受光素
子行であり、4はその矢印方向(行方向)に配列した複
数の受光素子1からなる第2の受光素子行であり、第1
と第2の受光素子行3、4は列方向に隣接して交互に配
置される。
び第2の受光素子列2a、2bの受光素子1の信号電荷
を読み出してかつ列方向に転送する第1と第2の列方向
電荷転送装置であり、第1と第2の列方向電荷転送装置
5、6は一つの受光素子列の両側に配置される。
方向電荷転送装置5、6で転送された信号電荷のいずれ
か一方を選択的に行方向電荷転送装置8に転送する制御
装置であり、9は行方向電荷転送装置8からの信号電荷
の電荷量に応じた電圧を生成して外部に出力する出力回
路である。以上の受光素子1、列方向電荷転送装置5、
6、制御装置7、行方向電荷転送装置8ならびに出力回
路9は、いずれも共通の半導体基板(図示せず)の上に
形成される。
各受光素子列2a,2bの両側に第1と第2の二つの列
方向電荷転送装置5、6を配置することで、1受光素子
1に対して1転送段10を割り当てることができる。
しいパーソナルコンピュータへの画像入力カメラ(PC
カメラ)では、受光素子の配列ピッチが行方向と列方向
とで同一であることが望ましい。何故なら、受光素子の
配列ピッチが行と列とで同一となることにより正方格子
を形成するので、表示装置側の画素ピッチとの整合性な
らびに信号処理の容易さの観点から有利であるからであ
る。
2bとの間には2個の列方向電荷転送装置5、6が存在
するために、行方向については列方向に比べ間隔が長く
なり、また行方向の間隔を短縮することも難しい。この
ような状況で行と列の配列ピッチを同一にするために
は、列方向の配列ピッチを行方向のそれに合わせるため
に拡大することになり、これは固体撮像装置の高集積化
を妨げる。
光素子1からの信号電荷の読み出し方向が、第1の列方
向電荷転送装置5と第2の列方向電荷転送装置6とで逆
方向となることが明らかである。このため、この固体撮
像装置の製造工程において、受光素子列2a,2bと列
方向転送装置5、6列の相対的位置にズレが生じた場
合、同時読み出しの特性が隣接する受光素子間で異なっ
てしまう。例えば、列方向電荷転送装置5、6に対して
受光素子1が図面の右方向にずれた場合、第1の受光素
子行3を構成する受光素子1と第1の列方向電荷転送装
置5の相対位置が近づき、逆に第2の受光素子行4を構
成する受光素子1と第2の列方向電荷転送装置6の相対
位置が遠ざかる。これにより第1の受光素子行3で発生
する信号電荷は読み出し易く、第2の受光素子行4で発
生する信号電荷は読み出し難くなる。さらに、受光素子
に入射した光の一部が列方向電荷転送装置に漏洩するこ
とで発生するスミアと称される偽信号の量が第1と第2
の列方向転送装置5と6間で異なるために縦縞状の致命
的な固定パターンが雑音として現れる。
能であり、かつ各受光素子行において均一な素子特性を
実現し、解像度を改善した新規な構造の固体撮像装置を
提供することにある。
は、半導体基板と、該半導体基板上に行方向と列方向と
に互いに所定の配列間隔で形成された複数の光電変換素
子と、列方向に沿って配置されている前記光電変換素子
の各列の両側に配置され、該光電変換素子から出力され
る信号電荷を転送する第1と第2の列方向電荷転送装置
と、信号電荷を行方向に転送する行方向電荷転送装置
と、前記第1と第2の列方向電荷転送装置からの信号電
荷を前記行方向電荷転送装置に転送し、前記行方向電荷
転送装置上での電荷位置が全ての前記列方向電荷転送装
置に対して等間隔に並ぶように行方向位置を調整するチ
ャネル位置変換部と、前記行方向電荷転送装置からの信
号電荷を電圧信号として出力する出力回路とを有し、各
一つの光電変換素子に対して前記第1、第2の列方向電
荷転送装置の一方の一つの転送段が対応して設けられ、
該一つの転送段が該一つの光電変換素子から信号電荷を
読み出し、前記光電変換素子の同一行において該光電変
換素子から該信号電荷を読み出す方向が同一であるよう
に構成してなる。
実施例の部分拡大平面図を示す。図1において、11a
〜11dは第1の受光素子行、12a〜12dは第2行
の受光素子行、13a〜13dは第3行の受光素子行、
14a〜14dは第4行の受光素子行、そして15a〜
15dは第5行の受光素子行である。さらに、受光素子
列の左側に第1の列方向電荷転送装置16a、16b,
16c及び16dが配列し、同右側に列方向電荷転送装
置17a、17b,17c及び17dが配列する。18
は、全列方向電荷転送装置の出力端が行方向に同一間隔
で並ぶように行方向位置を変換するためのチャネル位置
変換部であり、19は、列方向電荷転送装置間及び受光
素子間及び列方向電荷転送装置と受光素子との間をそれ
ぞれ電気的に分離する素子分離層であり、20は、列方
向電荷転送装置からチャネル位置変換部18を経て転送
された信号電荷を1行分毎に受け取り、出力回路21に
転送する行方向電荷転送装置であり、出力回路21は転
送された信号電荷量に対応する電圧信号を出力する。
方向に同一間隔に並び、各列の電荷が行方向に同一間隔
に並ぶように調整し、各列の電荷を行方向電荷転送装置
20に供給する。列方向電荷転送装置16、17は、そ
れぞれ行方向に同一間隔に並んでいない。チャンネル位
置変換部18は、列方向電荷装置16、17から電荷を
受け、各列の電荷がそれぞれ行方向に同一間隔になるよ
うに調整し、行方向電荷転送装置20上の所定の位置に
各列の電荷を供給する。
の配列間隔(ピッチ)Whと、列方向に隣接する2個の
受光素子組を1単位としたときの隣接単位間の列方向の
配列間隔(ピッチ)Wvとは互いに等しく設定されてい
る。また、第1と第3と第5の奇数行に配列する受光素
子は各受光素子列の左側に配置する第1の列方向電荷転
送装置16a〜16dへと信号電荷が読み出され、第2
と第4の偶数行に配列する受光素子は各受光素子列の右
側に配置する第2の列方向電荷転送装置17a〜17d
へと信号電荷が読み出される。すなわち、1行分に着目
すれば、1行内ではその行の全受光素子はすべて完全に
同一構造となり、同じ方向に信号電荷が読み出されるこ
とになる。このような構造では、製造過程で、製造バラ
ツキにより受光素子と列方向電荷転送装置、遮光開口等
との相対的位置ずれが生じたとしても1行内においては
それらの相対的関係は変わらず、各1行分内においては
電気的及び光学的特性は常に均一である。
例の固体撮像装置の上に3色のカラーフィルタを形成し
た実施例を示してある。図2の実施例においては、受光
素子の受光部上にG,B,Rと記した色フィルタが形成
されている。ここで、Gは緑(グリーン)、Bは青(ブ
ルー)そしてRは赤(レッド)を示す。この実施例で
は、Gフィルタのある受光素子からの信号電荷(G信
号)は第1の列方向電荷転送装置16a〜16dによ
り、BフィルタとRフィルタのある受光素子からの信号
電荷(B信号とR信号)は第2の列方向電荷転送装置1
7a〜17dによりそれぞれ転送される。ここでは、G
信号、R信号およびB信号がそれぞれ色毎に同一方向に
信号電荷が読み出され、色毎に同一構造を有する。従っ
て、各カラー信号の特性は全撮像領域にわたり均一にな
る。
るカラーフィルタの配置構成を示し、図3(B)に図5
の従来の技術の固体撮像装置のカラーフィルタの配置構
成を示す。両者を比較して説明する。太線で囲まれた領
域が1つの撮像サンプリング単位で、Whは行方向配列
ピッチであり、Wvは列方向配列ピッチを示す。信号処
理上は両ピッチWh,Wvは互いに等しくすることが好
ましい。
はG信号を主とし、R信号とB信号を従としてそれらを
加重加算して生成される。本発明の実施例では、図3
(A)で明らかなように、正方格子(Wh=Wv)をな
すサンプリング領域(Wh×Wv)のすべてにおいて必
ずG信号が配置され、GとRあるいはGとBとが交互に
対を成している。さらに、正方格子には、列方向に2画
素が配置される。従って、撮像サンプリング単位の数と
同数の解像度を得ることが容易にできる。
ては、G領域の数はサンプリング単位数の半分しかな
く、従って解像度も本願実施例に比べ半分となる。図3
(B)の従来技術の構成では信号の補間処理等で見かけ
上の解像度を高めることはできるが、本発明のような本
質的な解像度の改善とはならない。
リング単位を構成する受光素子間においては、列方向電
荷転送装置との相対的位置のズレによる特性の変動が起
こりうる。しかし、図3(A)に示す如く、一方がかな
らずGで他方がRまたはBで互いに異なるカラーフィル
タ配列である場合、この変動は問題にならない。何故な
ら、撮像装置から出力された後、両者は各々分離して増
幅等の信号処理が行われるので、この信号処理工程で容
易に変動の補正を行うことが出来るためである。
の部分拡大平面図を示す。図4において、41a〜41
dは第1の受光素子行、42a〜42dは第2行の受光
素子行、43a〜43dは第3行の受光素子行、44a
〜44dは第4行の受光素子行、そして45a〜45d
は第5行の受光素子行である。さらに、受光素子列の左
側に第1の列方向電荷転送装置46a、46b,46c
及び46dが配列し、同右側に列方向電荷転送装置47
a、47b,47c及び47dが配列する。
装置46a、47b,46c及び47dは図の下方に信
号電荷を転送し、列方向電荷転送装置47a、46b,
47c及び46dは逆に図の上方に信号電荷を転送す
る。下方に転送された信号電荷は下方のチャネル位置変
換部48a〜48dを介して下方の行方向電荷転送装置
50に転送され、上方に転送された信号電荷は上方のチ
ャネル位置変換部49a〜49dを介して上方の行方向
電荷転送装置51に転送される。しかる後、下方の出力
回路52と上方の出力回路53とから信号を上下に分け
て出力する。
転送を受け持つ信号数が半減して、行方向電荷転送装置
の転送段数を半分にできる。転送段数が半分になること
により、その集積度が半分に緩和できるだけでなく、電
荷転送回数も半分になり、1回の転送毎に生じる転送損
失の累計を大幅に改善することができる。なお、本実施
例では素子分離層19を挟んで隣接する列方向電荷転送
装置を1組として上方向あるいは下方向への転送を担わ
せしめている。この理由は、隣接列方向電荷転送装置の
転送電極を分離層19をまたいで一体に形成することが
加工技術上容易で、構造的にも複雑さを伴わないことに
ある。
素子の信号を同時に読み出す、所謂全画素同時読み出し
型の固体撮像装置の場合を例に説明した。しかし、本発
明の適用範囲は、これに限定されるものではない。本発
明は、たとえばNTSC方式に準じたインターレース型
固体撮像装置として利用することもできる。その場合に
は、信号電荷が存在しない列方向電荷転送装置あるいは
転送段が必然的に生じる。この部分には光漏洩によるス
ミアや熱的に発生する暗電流等の雑音信号だけが存在す
る。これらを信号電荷と共に読み出し、信号出力からこ
の雑音信号を引き去ることで、雑音あるいは偽信号を大
幅に減少した出力を得ることができる。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
は自明であろう。
用し、特別な動作無効領域を形成することなく、全画素
同時読み出し固体撮像装置を実現でき、1受光素子行に
わたり均一な素子特性を得ることができる。さらに、受
光素子間に形成される2個の列方向電荷転送装置がもた
らすサンプリング正方格子の構造により、受光素子の配
列ピッチを拡大することなく解像度を向上することがで
きる。
面図である。
成した配置図である。
実施例のカラーフィルタ配置とを比較するための図であ
る。
平面図である。
図である。
4a〜14d、15a〜15d・・・・・受光素子行 16a、16b、16c、16d、17a、17b,1
7c、17d・・・・・・・・列方向電荷転送装置 18・・・・・・チャネル位置変換部 19・・・・・・素子分離層 20・・・・・・行方向電荷転送装置 21・・・・・・出力回路
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板と、 該半導体基板上に行方向と列方向とに互いに所定の配列
間隔で形成された複数の光電変換素子と、 列方向に沿って配置されている前記光電変換素子の各列
の両側に配置され、該光電変換素子から出力される信号
電荷を転送する第1と第2の列方向電荷転送装置と、 信号電荷を行方向に転送する行方向電荷転送装置と、 前記第1と第2の列方向電荷転送装置からの信号電荷を
前記行方向電荷転送装置に転送し、前記行方向電荷転送
装置上での電荷位置が全ての前記列方向電荷転送装置に
対して等間隔に並ぶように行方向位置を調整するチャネ
ル位置変換部と、 前記行方向電荷転送装置からの信号電荷を電圧信号とし
て出力する出力回路とを有し、 各一つの光電変換素子に対して前記第1、第2の列方向
電荷転送装置の一方の一つの転送段が対応して設けら
れ、該一つの転送段が該一つの光電変換素子から信号電
荷を読み出し、前記光電変換素子の同一行において該光
電変換素子から該信号電荷を読み出す方向が同一である
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 列方向に互いに隣接する二つの光電変換
素子からなる組を1単位とし、該1単位の光電変換素子
が行方向と列方向とに複数単位配列され、各単位の行方
向の配列間隔と列方向の配列間隔が実質的に等しいこと
を特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】 前記1単位を構成する二つの光電変換素
子の内、一方の上に緑色フィルタが形成され、他方の上
に緑色以外のフィルタが形成されたことを特徴とする請
求項2に記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】 一列の光電変換素子列の両側の前記第1
と第2の列方向電荷転送装置の信号電荷の転送方向が互
いに逆方向であることを特徴とする請求項1から3のい
ずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項5】 一列の光電変換素子列の両側の前記第1
と第2の列方向電荷転送装置の信号電荷の転送方向が互
いに同じ方向であることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかに記載の固体撮像装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28885796A JP3704406B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 固体撮像装置 |
US08/960,058 US6690421B1 (en) | 1996-10-30 | 1997-10-29 | Structure of solid state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28885796A JP3704406B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10136392A true JPH10136392A (ja) | 1998-05-22 |
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Family
ID=17735656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28885796A Expired - Fee Related JP3704406B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3704406B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1091411A2 (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-11 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | A solid-state image pickup device |
US6670595B1 (en) * | 1999-08-02 | 2003-12-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Photosensor and photosensor system |
JP2004228157A (ja) * | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
JP2010010724A (ja) * | 2009-10-14 | 2010-01-14 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
-
1996
- 1996-10-30 JP JP28885796A patent/JP3704406B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6670595B1 (en) * | 1999-08-02 | 2003-12-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Photosensor and photosensor system |
EP1091411A2 (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-11 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | A solid-state image pickup device |
EP1091411A3 (en) * | 1999-10-07 | 2004-01-28 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | A solid-state image pickup device |
JP2004228157A (ja) * | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
JP2010010724A (ja) * | 2009-10-14 | 2010-01-14 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
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