JPS5933864A - Color solid stage image pickup element - Google Patents
Color solid stage image pickup elementInfo
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Classifications
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Landscapes
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の対象〕
本発明は、半導体基板上に複数の色信号を取出すための
光電変換素子、および各光電変換素子から光学情報を取
出す走査素子(CODシフトレジスタ)を乗積化したC
CD型カラー固体撮像素子に関するものである。Detailed Description of the Invention [Object of the Invention] The present invention provides a photoelectric conversion element for extracting a plurality of color signals on a semiconductor substrate, and a scanning element (COD shift register) for extracting optical information from each photoelectric conversion element. Multiplicated C
The present invention relates to a CD-type color solid-state image sensor.
(従来技術〕
固体撮像素子は、現行のテレビジョン放送で使用されて
いる撮像用電子管釜みの解像力を備えた撮像板を必要と
し、このため約500X500個の絵素マトリックスを
構成する光電変換素子と、それに相当した走査素子が必
要となる。従って、上記固体撮像素子は、高集積化が比
較的容易なMO8大規模集積回路技術を用いて作られ、
構成素子として一般にC0D(光ダイオード十CODシ
フトレジスタ)あるいはMOS)ランリスタ(光z−イ
オード+MOSシフトレジスタ)等が使用されている。(Prior art) A solid-state image sensor requires an image sensor plate with the resolving power of an imaging electron tube used in current television broadcasting. Therefore, the solid-state imaging device is manufactured using MO8 large-scale integrated circuit technology, which allows for relatively easy integration.
Generally, a C0D (optical diode + MOS shift register) or a MOS) run lister (optical z-diode + MOS shift register) is used as a component.
第1図に、低雑音を特徴とするCCD型固体撮像素子の
従来における基本構成を示す。FIG. 1 shows the basic configuration of a conventional CCD type solid-state imaging device, which is characterized by low noise.
1は例えば光ダイオードから成る光電変換素子、2およ
び3は光電変換素子に蓄積された光信号を出力端に取出
すための垂直CCDシフ)L/レジスタおよび水平シフ
トレジスタである。Reference numeral 1 denotes a photoelectric conversion element made of, for example, a photodiode, and 2 and 3 denote a vertical CCD shift register and a horizontal shift register for taking out optical signals accumulated in the photoelectric conversion element to output terminals.
第1図の固体撮像素子を用いてカラーテレビジョンカメ
ラを構成する場合、一般には赤、縁、青の光を各々電気
信号に変換させるため3枚の撮像板が必要でおる。しか
し、3枚の固体撮像板を用いるカラーカメラは、被写体
を赤、緑、青の3原色に分解するための色分解光学系、
特殊な撮像レンズ等が必要となり、カメラの小部化や低
廉化に大きな障害どなる。When constructing a color television camera using the solid-state image pickup device shown in FIG. 1, three image pickup plates are generally required to convert each of the red, edge, and blue lights into electrical signals. However, color cameras that use three solid-state image pickup plates require a color separation optical system to separate the subject into the three primary colors of red, green, and blue.
This requires a special imaging lens, which poses a major obstacle to making cameras smaller and cheaper.
そこで、第2図に一例を示すように、市松模様に配列し
た赤色(1t)、緑色(G)、青色(B)の光だけを透
過する色フィルタ4 (R)、5(G)。Therefore, as an example shown in FIG. 2, color filters 4 (R) and 5 (G) are arranged in a checkered pattern and transmit only red (It), green (G), and blue (B) light.
6(B)に、撮像絵素マトリックスを構成する各光電変
換素子を対応させることにより、1枚の撮像板から前記
3原色信号を取り出す方法が提案された(特開昭51−
112228号公報参照)。その構成の色フィルタは、
縁周フィルタ(G)が撮像板の水平、垂直に赤(几)お
よび青(B)の色フィルタの間隙を埋めて余すところな
く配列されているため、固体撮像板の絵素数が少ない場
合でも、解像度の劣化が少ないカラー固体撮像素子を得
ることができ、1枚の撮像板から色信号を取出す方式と
して非常に優れたものである。6(B), a method was proposed for extracting the three primary color signals from one imaging plate by associating each photoelectric conversion element constituting the imaging pixel matrix (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 1983-1999).
(See Publication No. 112228). The color filter of that configuration is
The peripheral filters (G) are arranged horizontally and vertically on the image pickup plate, filling the gaps between the red (几) and blue (B) color filters, so even when the number of pixels on the solid-state image pickup plate is small. , it is possible to obtain a color solid-state image pickup device with little deterioration in resolution, and it is an extremely excellent method for extracting color signals from a single image pickup plate.
従って、本方式(1枚の撮像板から色信号を取り出す方
式)を前述のCCD型撮像素子に適用できれば極めて高
い画質を固体素子において実現することが可能となる。Therefore, if this method (a method for extracting color signals from a single image pickup plate) can be applied to the above-mentioned CCD type image pickup device, it will be possible to realize extremely high image quality in a solid-state device.
しかし乍ら、従来のCCD型撮像素子にそのまま本方式
を適用した場合、CCDのシフト方向は一方向に特定さ
れているため、色信号電荷が転送される過程において、
前フィールドの色信号電荷と後フィールドのそれとが重
複して解像度が低下し、残像が発生してしまう。However, if this method is directly applied to a conventional CCD type image sensor, the shift direction of the CCD is specified in one direction, so in the process of transferring color signal charges,
The color signal charges of the previous field and those of the subsequent field overlap, resulting in a decrease in resolution and the occurrence of an afterimage.
そこで、本方式をCCDW撮像累撮像連子した場合の具
体的な構成として、第3図に示したような構成を考えた
。すなわち、信号電荷を垂直CODシフトレジスタに送
出するゲートを市松模様状に設け、垂直CCDシフ)L
/レジスタ中央を絶縁体で分離して、垂直方向の2列を
同時に読み出すインタレース走置が可能となるようにC
OD凰撮像素子を構成した。Therefore, we considered a configuration shown in FIG. 3 as a specific configuration when this method is combined with CCDW imaging. That is, gates for sending signal charges to the vertical COD shift register are provided in a checkerboard pattern, and the vertical CCD shift register) L
/The center of the register is separated by an insulator, and the C
An OD 凰 image sensor was constructed.
(6−1,6−2)および(6−3,6−4)は垂直方
向に走る垂直CODシフトレジスタ、7−1 、7−2
、7−3 、7−4はマトリックス状(市松模様)に
配列された光電変換素子、8−1゜8−2.8−3は水
平方向に走る水平CODシフトレジスタである。ここで
、一対の垂直CCDシフトレジスタの中央には、両者(
を荷を転送するチャンネル)を電気的に絶縁する分離帯
11が設けられている。また矢印9は、光電変換素子に
蓄積された電荷が垂直CODシフトレジスタに送出され
るゲートを示している。(6-1, 6-2) and (6-3, 6-4) are vertical COD shift registers running in the vertical direction, 7-1, 7-2
, 7-3, and 7-4 are photoelectric conversion elements arranged in a matrix (checkerboard pattern), and 8-1, 8-2, and 8-3 are horizontal COD shift registers running in the horizontal direction. Here, in the center of a pair of vertical CCD shift registers, both (
A separation strip 11 is provided to electrically insulate the load transfer channel). Further, arrow 9 indicates a gate through which the charges accumulated in the photoelectric conversion element are sent to the vertical COD shift register.
色フィルタには3原色型(赤、緑、w色)と、補色澄の
2種類があるが、ここでは第2図に示した3原色型を例
にとり説明する。There are two types of color filters: a three-primary-color type (red, green, W color) and a complementary-color filter.Here, the three-primary color type shown in FIG. 2 will be explained as an example.
7−1および7−4に緑色、7−2に赤色、7−3に青
色を対応させた場合を考えると、垂直CODシフトレジ
スタ(6−2,6−4)には緑色の信号電荷が、レジス
タ6−1には赤色の電荷が、レジスタ6−3には青色の
電荷が送如込まれ、矢印10で示す垂直方向に転送され
、さらにこれらの信号電荷は転送ゲート(図では省略)
を介して水平〇CDシフ)L/レジスタ送シ込まれる。Considering the case where 7-1 and 7-4 correspond to green, 7-2 corresponds to red, and 7-3 corresponds to blue, the vertical COD shift register (6-2, 6-4) has a green signal charge. , red charges are sent to register 6-1 and blue charges are sent to register 6-3, and are transferred in the vertical direction shown by arrow 10, and these signal charges are further transferred to a transfer gate (not shown).
The horizontal 〇CD shift)L/register is sent through the register.
その結果、水平CODシフトレジスタ8−1.8−2.
8−3の一端に設けた出力12−1.12−2゜12−
3からは各々緑、赤、青信号を得ることができる。As a result, horizontal COD shift registers 8-1.8-2.
Output 12-1.12-2゜12- provided at one end of 8-3
From 3, green, red, and green signals can be obtained respectively.
第3図において、水平CODシフトレジスタは3個設け
たが、赤と宵のサンプリング周期(連続的な信号を一定
間隔ごとに抜き出す場合のその間隔)は縁の半分である
から、赤と青の信号電荷は同一の水平CCDシフトレジ
スタで転送してもよい。この場合には水平C0D7フト
レンスタは2個ですむ。また色フィルタが4種類から成
る場合は、各色毎に水平CCf)シフ) l/レジスタ
設け、4個配置してもよい。従って、水平CODシフト
レジスタの個数は2個以上のいずれの数に選んでもよい
。In Figure 3, three horizontal COD shift registers are provided, but since the sampling period for red and evening (the interval when continuous signals are extracted at regular intervals) is half of the edge, the red and blue Signal charges may be transferred in the same horizontal CCD shift register. In this case, only two horizontal C0D7 floor stars are required. In addition, when there are four types of color filters, four horizontal CCf) shift) l/registers may be provided for each color. Therefore, the number of horizontal COD shift registers may be selected to any number greater than or equal to two.
上d己のCOD型カラー撮像素子は、前述の如く解像度
が筒<、キらに、垂直方向の2列を同時に読出すインタ
レース走査が可能なため、フィールド残像を発生しない
という利点を備えており、固体素子どしては極めて高い
画質を得ることができるものである。As mentioned above, the COD type color image sensor has the advantage that it does not generate field afterimages because it is capable of interlaced scanning in which two columns in the vertical direction are simultaneously read out. Therefore, it is possible to obtain extremely high image quality for a solid-state device.
しかし乍ら、上記第3図の構成のように、垂直CODシ
フトレジスタを2個配列することになると、該レジスタ
そのものの容積を変えない場合、1個当たりの垂直CC
Dンジスリス転送できる最大電荷量は、従来構成(第1
図)の場合の約S(2個配列されているうえに、2個の
レジスタの間に分離体が必要となるむめ)と小さくなる
。このことは、ダイナミックレンジ(飽和光量と雑音の
比)、ブルーミング(飽和光量以上の光が入射した時、
光電変換部で発生した過剰な電荷が隣接画素や垂直転送
部に流れ込むために生じる現象)、暗電流に対する8N
比等の減少につながカ、前述の利点を相殺する大きな欠
点となる。However, when arranging two vertical COD shift registers as in the configuration shown in FIG.
The maximum amount of charge that can be transferred is the same as that of the conventional configuration (first
In the case of (Fig.), it is smaller than about S (two registers are arranged and a separator is required between the two registers). This means dynamic range (ratio of saturated light amount to noise), blooming (when more light than saturated light amount is incident,
8N for dark current (a phenomenon that occurs when excess charge generated in the photoelectric conversion unit flows into adjacent pixels and vertical transfer units)
This is a major disadvantage that offsets the above-mentioned advantages.
発明の目的
本発明の目的は、上記の欠点を改善するため、光量に対
するダイナミックレンジ、ブルーミング抑制率、暗電流
に対するSN比の減少をさせることなく、1枚の撮像板
から3原色を取シ出せるようにしfcCCD型カラー撮
像素子を提供することにある。Purpose of the Invention The purpose of the present invention is, in order to improve the above-mentioned drawbacks, to make it possible to extract three primary colors from a single imaging plate without reducing the dynamic range with respect to the amount of light, the blooming suppression rate, and the S/N ratio with respect to dark current. An object of the present invention is to provide an fcCCD type color image sensor.
(発明の詳細な説明〕
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成した
。すなわち、同一半導体基板上に色情報および光学情報
を取出す光電変換素子群、その素子に蓄積された光信号
電荷を順次転送する、電気的に絶縁された互いに対向す
る1組の垂直CODシフトレジスタ群、さらにその垂直
CODシフトレジスタから転送される信号を受は取る水
平CODシフトレジスタ群を集積化したカラー固体撮像
連子において、垂直CODシフトレジスタの蓄積容量(
すなわち、転送できる最大電荷量)を低下させないよう
にするため、光感度の大きい(すなわち、より多くの光
信号電荷を有する)光電変換素子群が属する垂直COD
シフトレジスタ群の転送電荷許容量を太きくシ、この転
送電荷を受は取る水平CODシフトレジスタの転送電荷
許容量を太きくシ、一方、光感度の小さい(すなわち、
より少ない光信号電荷を有する)光電変換素子群が属す
る垂直CODシフトレジスタ群の転送電荷許容量を小さ
くし、この転送電荷を受は取る水平CODシフトレジス
タの転送電荷許容量を小さくすることに%徴がある。(Detailed Description of the Invention) In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.That is, a group of photoelectric conversion elements for extracting color information and optical information on the same semiconductor substrate, and a group of photoelectric conversion elements for extracting color information and optical information on the same semiconductor substrate, and a group of photoelectric conversion elements for extracting color information and optical information on the same semiconductor substrate. A collar that integrates a set of electrically isolated vertical COD shift registers facing each other that sequentially transfers signal charges, and a horizontal COD shift register group that receives and receives signals transferred from the vertical COD shift registers. In the solid-state imaging chain, the storage capacity of the vertical COD shift register (
In other words, in order not to reduce the maximum amount of charge that can be transferred, the vertical COD to which the photoelectric conversion element group with high photosensitivity (that is, has more optical signal charges) belongs
Increase the transfer charge capacity of the shift register group, and increase the transfer charge capacity of the horizontal COD shift register that receives and takes this transfer charge.
By reducing the transfer charge capacity of the vertical COD shift register group to which the photoelectric conversion element group (with less optical signal charge) belongs, and by reducing the transfer charge capacity of the horizontal COD shift register which receives this transfer charge. There are signs.
(発明の実施例〕 以下、実施例により、本発明の詳細な説明する。(Embodiments of the invention) Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.
第4図は本発明の骨子となるCOD凰カラー固体撮像素
子の構成を示す図である。13−1 。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a COD white color solid-state image sensor, which is the gist of the present invention. 13-1.
13−2.13−3.13−4は垂直CODシフトレジ
スタ、14は絶縁分離帯である。13-2.13-3.13-4 is a vertical COD shift register, and 14 is an insulating separation band.
(9)
第4図から分かるように、分離帯14の位置は中心に対
して左側(第3図では中心に設けられている)に形成さ
れているため、垂直CODシフトレジスタ13−2.1
3−4は、垂直CODシフトレジスタ13−1.13−
3に較べて転送可能な信号電荷量(すなわち最大蓄積容
量)が大きくなっている。(9) As can be seen from FIG. 4, since the separation strip 14 is formed on the left side of the center (located at the center in FIG. 3), the vertical COD shift register 13-2.1
3-4 is a vertical COD shift register 13-1.13-
The amount of signal charge that can be transferred (that is, the maximum storage capacity) is larger than that of No. 3.
光電変換素子(一般に光ダイオード)7−1゜7−2.
7−3.7−4に、光入射により1フイ一ルド期間に蓄
積される光信号電荷の量は、光ダイオードの分光感度、
光ダイオードの上部に檀ノーする色フィルタの種類、使
用する照明用光源の色温度に依存し、各光ダイオード間
で異なってくる。Photoelectric conversion element (generally a photodiode) 7-1゜7-2.
7-3.7-4, the amount of optical signal charge accumulated in one field period due to light incidence is determined by the spectral sensitivity of the photodiode,
The color temperature of each photodiode varies depending on the type of color filter placed above the photodiode and the color temperature of the illumination light source used.
換言すれば、光ダイオードの実効感度が各光ダイオード
間で異なることを意味し、感度の高い光ダイオードはど
蓄積される信号電荷量も大きくなる。In other words, this means that the effective sensitivity of each photodiode is different, and a photodiode with higher sensitivity accumulates a larger amount of signal charge.
本実施例は、光ダイオード7−1.7−4の感度が7−
2.7−3に較べて大きい場合を仮定した例であり、蓄
積電荷量の多いダイオード7−1゜7−4の電荷は、転
送電荷許容量の大きな垂直(10)
CC1)シフトレジスター3−213−4へ、−力蓄積
電荷量の少ないダイオード7−2.’I −3の電荷は
転送電荷許容量の小さな垂直CODシフトレジスター3
−1.13−3へ送υ込まれる。In this embodiment, the sensitivity of the photodiode 7-1, 7-4 is 7-
This is an example assuming a larger case than 2.7-3, and the charge of the diode 7-1 and 7-4, which has a large amount of accumulated charge, is transferred to the vertical (10) CC1) shift register 3-, which has a large transfer charge capacity. 213-4, - diode 7-2 with a small amount of force storage charge. 'The charge of I-3 is transferred to the vertical COD shift register 3, which has a small transfer charge capacity.
-1.Sent to 13-3.
本図において、絶縁分M帝を何処に形成するかは、光ダ
イオード7−1(又は7−4)と光ダイオード7−2(
又は7−3)の実効感度の比に応じて決めればよく、例
えば、両ダイオードの実効感度比が2:1であれば、垂
直CODシフトレジスター3−2(13−4)の幅寸法
d2と垂直CCDシフトレジスター3−1 (la−3
)の幅寸法d1の比を2=1に設定すればよい。また、
本例においては、光ダイオード7−1と7−4の実効感
度は等しく、光ダイオード7−2と7−3の実効感度が
等しいことを仮定しているが、現実には、これら光ダイ
オード間で実効感度が各々異なっている場合も多い。こ
の場合においては、各光ダイオードの実効感度を高い順
に、例えば7−1)7−2)7−3)7−4と仮定した
場合、上位2つの光ダイオード7−1および7−2の電
荷(11)
を転送電荷ilF!F谷量の多い上位2つの垂直CCJ
)シフトレジスタ13−2.13−4で転送し、下位2
つの光ダ・rオード7−3.7−4の電荷を転送電荷許
容量の少ない下位2つの垂直CODシフトレジスタ13
−1.13−3で転送するように垂直CODシフトレジ
スタ、光ダイオードの配列を行なえばよい。In this figure, where to form the insulation portion M is determined by photodiode 7-1 (or 7-4) and photodiode 7-2 (
Alternatively, it may be determined according to the effective sensitivity ratio of 7-3). For example, if the effective sensitivity ratio of both diodes is 2:1, the width dimension d2 of the vertical COD shift register 3-2 (13-4) and Vertical CCD shift register 3-1 (la-3
) may be set to 2=1. Also,
In this example, it is assumed that the effective sensitivities of photodiodes 7-1 and 7-4 are equal, and that the effective sensitivities of photodiodes 7-2 and 7-3 are equal, but in reality, there is a difference between these photodiodes. In many cases, the effective sensitivity is different for each. In this case, assuming that the effective sensitivity of each photodiode is, for example, 7-1) 7-2) 7-3) 7-4 in descending order, the charges of the top two photodiodes 7-1 and 7-2 are (11) Transfer charge ilF! Top two vertical CCJs with large F valleys
) Transfer by shift register 13-2.13-4, lower 2
Transferring the charges of the two photodiodes 7-3 and 7-4 The lower two vertical COD shift registers 13 with small charge capacity
The vertical COD shift register and photodiodes may be arranged so as to transfer data at -1.13-3.
さらに、垂直CODシフトレジスタの蓄積容量を光ダイ
オードの実効感度と完全に対応させたい場合は、4個の
垂直CODシフトレジスタの転送電荷許容量を各々で変
えてもよい。第4図(b)は、光ダイオードの実効感度
が7−1>7−4>7−3>7−2であるという仮定の
下に構成したCCD型素子でアシ、垂直CODシフトレ
ジスタの幅寸法dl・d2 + d3 + d4が、各
光ダイオードの実効感度に各々対応するよう、d4)d
2 )d H〉d3なる条件の下に、絶縁分離帯14が
形成されている。Furthermore, if it is desired that the storage capacitance of the vertical COD shift register corresponds completely to the effective sensitivity of the photodiode, the transfer charge capacity of the four vertical COD shift registers may be changed for each of the four vertical COD shift registers. Figure 4(b) shows the width of the vertical COD shift register using a CCD type device constructed under the assumption that the effective sensitivity of the photodiode is 7-1>7-4>7-3>7-2. d4)d so that the dimensions dl・d2 + d3 + d4 respectively correspond to the effective sensitivity of each photodiode.
2) The insulating separation band 14 is formed under the condition that dH>d3.
第5図は、前述の第4図に示した実施例の素子構造を示
す図である。同図(a)は絶縁分離帯14を(12)
厚い絶縁酸化膜14a(一般にSiO2が使用される)
で形成した場合、同図(b)は、絶縁分離帯を基板と同
一材料かつ濃度の高い不純物層14bで形成した場合を
示している(ここでは、説明に必要な2絵素について記
載した)。15は例えばpm半導体の基板、7’ (
7’−3,7’ −4)は例えばn型不純物で作られた
光ダイオードでおる。FIG. 5 is a diagram showing the element structure of the embodiment shown in FIG. 4 described above. The same figure (a) shows the insulating isolation band 14 (12) and the thick insulating oxide film 14a (generally SiO2 is used).
In this case, the same figure (b) shows the case where the insulating separation band is formed of the same material as the substrate and the highly concentrated impurity layer 14b (Here, two picture elements necessary for the explanation are described). . 15 is, for example, a pm semiconductor substrate, 7' (
7'-3, 7'-4) are photodiodes made of n-type impurities, for example.
16は対向する1組の垂直CODシフトレジスタ13’
−3,13’ −4が形成されている領域を示しておシ
、17−1および17−2は垂直CODシフトレジスタ
を構成する、例えば多結晶シリコンを使用した2層の電
極である。18は垂直CCDシフトレジスタを埋込み盤
にするために設けた低濃度n屋不純物層(表面型にする
場合は木理は不要である)、19は電極と基板を絶縁す
るゲート酸化膜、20は光ダイオード7’−3,7’
−4に蓄積された信号電極を垂直CODシフトレジスタ
13’−3,13’ −4に送υ込む転送ゲート領域で
ある。16 is a pair of opposing vertical COD shift registers 13'
17-1 and 17-2 are two-layer electrodes made of polycrystalline silicon, for example, which constitute a vertical COD shift register. 18 is a low-concentration nya impurity layer provided to make the vertical CCD shift register into an embedded board (no grain is required if it is a surface type), 19 is a gate oxide film that insulates the electrode and the substrate, and 20 is a Photodiode 7'-3,7'
This is a transfer gate region for transmitting the signal electrodes accumulated at -4 to the vertical COD shift registers 13'-3 and 13'-4.
通常、電極(17−1又は17−2)の転送方(13)
向(紙面に垂直)における寸法は垂直CODシフトレジ
スタ13’−3,13’−4とも同一の電極を利用する
ので等しい。従って、絶縁分離帯で分けられた両垂直C
ODシフトレジスタ13′−3,13’−4の信号蓄積
容量比は、電極幅d1゜d2の比によって決まることに
なる。Normally, the dimensions of the electrodes (17-1 or 17-2) in the transfer direction (13) (perpendicular to the plane of the paper) are the same since the vertical COD shift registers 13'-3 and 13'-4 use the same electrodes. Therefore, both vertical C
The signal storage capacitance ratio of the OD shift registers 13'-3 and 13'-4 is determined by the ratio of the electrode widths d1 to d2.
上記の実施例においては、複数列配置した水平CODシ
フトレジスタの電極幅Wは、各々等しい場合を仮定した
。これは、垂直CCDシフトレジスタの終端に配置され
る水子〇CDシフトレジスタは、二次元状に配置される
垂直CCDシフトレジスタに較べてレイアウト寸法上の
余裕があム例えば、各水平CODシフトレジスタともに
、最大感度の光ダイオードが蓄積する信号電荷量以上の
蓄積容量を備えることが可能なためである。In the above embodiment, it is assumed that the electrode widths W of the horizontal COD shift registers arranged in a plurality of columns are the same. This is because the Mizuko CD shift register placed at the end of the vertical CCD shift register has more leeway in terms of layout dimensions than the vertical CCD shift register placed two-dimensionally.For example, each horizontal COD shift register This is because both can have a storage capacitance greater than the amount of signal charge accumulated by the photodiode with maximum sensitivity.
しかし乍ら、将来、チップサイズの縮小を図る場合には
、水平CODシフトレジスタも各々が転送する信号電荷
量に相当した蓄積容量を備えればよい。第6図(a)は
、3列の水平CODシフトレジスタ8’−1,8’−2
,8’ −3が異なる蓄積(14)
容量(電極幅W1 、W2 、W3 )を有しており、
蓄積容量の最も大きい水平CODシフトレジスタ8′−
3が最大感度を有する光ダイオードの信号電荷を転送す
ることを示している。同図(b)は、色フィルタが4色
屋である場合に対応しており、蓄積容量の最も大きい水
平CODシフトレジスタ8′−4が最大感度を有する光
ダイオードの信号電荷を転送する。ここで、4色のうち
の2色を扱う光ダイオードの実効感度が等しい場合には
、例えば4列の水平CODシフトレジスタのうち2列、
例えば8′−2と8′−3の電極幅W2 、W3を同
一寸法(W2−W3)にすればよい。However, if the chip size is to be reduced in the future, the horizontal COD shift registers may also each have a storage capacity corresponding to the amount of signal charge transferred. FIG. 6(a) shows three columns of horizontal COD shift registers 8'-1, 8'-2.
,8'-3 have different storage (14) capacitances (electrode widths W1, W2, W3),
Horizontal COD shift register 8'- with the largest storage capacity
3 indicates transferring the signal charge of the photodiode with maximum sensitivity. FIG. 5B corresponds to the case where the color filter is a four-color filter, and the horizontal COD shift register 8'-4 having the largest storage capacity transfers the signal charge of the photodiode having the maximum sensitivity. Here, if the effective sensitivities of the photodiodes that handle two of the four colors are equal, for example, two of the four horizontal COD shift registers,
For example, the electrode widths W2 and W3 of 8'-2 and 8'-3 may be made the same dimension (W2-W3).
尚、上記の説明は、CCD型撮像素子の中でも集積度の
高いインターライン型を対象にして行ってきたが、本発
明の趣旨を越えない範囲で、もう一つの型式であるフレ
ームトランスファー型にも、本発明を適用できることは
自明である。The above explanation has been made with reference to the interline type, which has a high degree of integration among CCD type image sensors, but it may also be applied to the frame transfer type, which is another type, without departing from the spirit of the present invention. , it is obvious that the present invention can be applied.
また、光電変換素子として、上記の光ダイオードの代わ
如に、光導電性薄膜を使用した二階建状の撮像素子の場
合にも本発明はそのまま適用でき、(15)
この場合には、上記の各実施例において光ダイオードを
光導電性薄膜素子に置き換えればよい。Furthermore, the present invention can be applied as is to a two-story image sensor using a photoconductive thin film as a photoelectric conversion element instead of the above-mentioned photodiode; (15) In this case, the above-mentioned In each embodiment, the photodiode may be replaced by a photoconductive thin film element.
更に、上記各実施例においては、色フィルタがモザイク
状(点状)の場合を仮定したが、ストライプ状の場合に
は第7図のような構成にすればよい。ストライプ状のた
めのCCD型撮像素子の構成は、第1図に示したような
従来のものと同様の構成となる。従来屋の構成は前述の
如く、解像度の低下、残像の発生という問題がお9、望
ましい構成とは言えないが、本発明による利点、すなわ
ち(1)素子のダイナミックレンジの向上、(2)ブル
ーミング抑制率の向上、(3)暗電流の減少等の利点は
そのまま生かすことができる。Further, in each of the above embodiments, it is assumed that the color filter is in a mosaic shape (dot shape), but in the case of a stripe shape, a configuration as shown in FIG. 7 may be used. The structure of the CCD type image sensor for the striped image is similar to the conventional one as shown in FIG. As mentioned above, the conventional configuration has problems such as reduced resolution and generation of afterimages, and cannot be said to be a desirable configuration.However, the present invention has the advantages of (1) improvement of the dynamic range of the element, and (2) blooming. Advantages such as improved suppression rate and (3) reduced dark current can be utilized as is.
ここで2−1 、2−2 、2−3は各ダイオード1−
1.1−2.1−3の実効感度に応じて異なる蓄積容量
を備えた垂直CCDシフトレジスタ、3は水平CCDシ
フトレジスタでアシ、容色信号は同一の垂直シフトレジ
スタから時間順次に取り出されるので、水平CODシフ
トレジスタを複数列配置する必要はなく、シフトレジス
タの蓄積電(16)
址は、光ダイオードの最大実効感度以上の蓄積容量とな
るように設計すればよい。Here, 2-1, 2-2, 2-3 are each diode 1-
1.1-2.1-3 are vertical CCD shift registers with different storage capacities depending on the effective sensitivity; 3 is a horizontal CCD shift register; color signals are taken out in time order from the same vertical shift register; There is no need to arrange multiple rows of horizontal COD shift registers, and the storage capacity of the shift registers (16) may be designed to have a storage capacity greater than the maximum effective sensitivity of the photodiodes.
以上、本発明を実施例を用いて詳細に説明してきたが、
さらに附言すれば、本発明は将来チップサイズを低減す
るうえでも有効でアシ、又、電極パターンに所望のレイ
アウト設計を施すことによシ、従来のCCD型素子と全
く同一のプロセス工程で製作できるという大きな利点が
あシ、製作歩留りの低下という問題も生じない。Although the present invention has been explained in detail using examples above,
Furthermore, the present invention will be effective in reducing the chip size in the future, and by applying a desired layout design to the electrode pattern, it can be manufactured in exactly the same process steps as conventional CCD type elements. This has the great advantage of being able to do this, and there is no problem of reduced manufacturing yield.
を発明の効果〕
上記に、詳述した如く、本発明のCCD型撮像素子にお
いては、各々の光電変換素子が蓄積した信号電荷を転送
する、垂直CODシフトレジスタおよび水平CODシフ
トレジスタの備える電荷蓄積容量を、各々のレジスタが
属する光ダイオードの実効感度(す彦わち蓄積電荷)に
対応した値に設定することにより、素子のダイナミック
レンジの向上、プルーミング抑制率の向上、不要な暗電
流の増加を抑制機能によるSN比の減少を図シつつ、一
枚の撮像板から3yX色を取υ出すことかで(17)
きる。[Effects of the Invention] As detailed above, in the CCD type image sensor of the present invention, the charge storage provided in the vertical COD shift register and the horizontal COD shift register that transfer the signal charges accumulated by each photoelectric conversion element is By setting the capacitance to a value that corresponds to the effective sensitivity (i.e., accumulated charge) of the photodiode to which each resistor belongs, it is possible to improve the dynamic range of the element, improve the pluming suppression rate, and increase unnecessary dark current. This can be achieved by extracting 3yX colors from a single image pickup plate (17) while reducing the SN ratio due to the suppression function.
第1図は従来のCCD型固体撮像素子の構成を示す図、
第2図は従来技術である、撮像索子カラー化のため使用
する色フィルタの配置を示す図、第3図は第2図を適用
するために第1図を改良したCCD型固体撮像素子の構
成を示す図、第4図は本発明の一実施例のCCD型固体
撮像素子の構成を示す図、第5図は本発明のCCD型固
体撮像素子の内部構造を示す図、第6図および第7図は
、前記実施例とは異なる実施例の構成を示す図である。
1.7・・・光電変換素子、2.13・・・垂直CCD
シフトレジスタ、3,8・・・水平CCDシフトレジス
タ、4,5.6・・・色フィルタ、9.10・・・転送
方向を示す矢印、11.14・・・絶縁分離帯、12・
・・水平CCDシフトレジスタの出力、15・・・半導
体基板、16・・・垂直CCDシフトレジスタ領域、1
7・・・CCD電極、18・・・低濃度不純物、19・
・・ゲート酸化膜、20・・・転送ゲート領域、d・・
・垂直(18)
CODシフトレジスタを構成するCOD電極の幅、W・
・・水平CCDシフトレジスタを構成するCOD電極の
幅。
代理人 弁理士 薄田利幸
(19)
高 1 口
■ 2 図
6F閑口口
一■■口
口口口口FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional CCD type solid-state image sensor.
Fig. 2 is a diagram showing the arrangement of color filters used for colorizing the imaging probe, which is a conventional technique, and Fig. 3 is a diagram showing the arrangement of a CCD solid-state image sensor, which is an improved version of Fig. 1 in order to apply Fig. 2. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a CCD solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the internal structure of the CCD solid-state image sensor according to the present invention, FIG. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an embodiment different from the embodiment described above. 1.7...Photoelectric conversion element, 2.13...Vertical CCD
Shift register, 3, 8... Horizontal CCD shift register, 4, 5.6... Color filter, 9.10... Arrow indicating transfer direction, 11.14... Insulating separation band, 12.
...Output of horizontal CCD shift register, 15...Semiconductor substrate, 16...Vertical CCD shift register area, 1
7... CCD electrode, 18... Low concentration impurity, 19.
...Gate oxide film, 20...Transfer gate region, d...
・Vertical (18) Width of COD electrodes configuring COD shift register, W・
...The width of the COD electrode that constitutes the horizontal CCD shift register. Agent Patent attorney Toshiyuki Usuda (19) High 1 口■ 2 Figure 6F Kanguchi 口■■口口口口口口
Claims (1)
光電変換素子群、該素子に蓄積された光信号電荷を順次
転送する電気的に絶縁された互いに対向する1組の垂直
CODシフトレジスタ群および該垂直CODシフトレジ
スタから転送される信号電荷を受は取る水平CODシフ
トレジスタ群を集積化したカラー固体撮像素子において
、信号電荷量の多い光電変換素子群が属する垂直COD
シフトレジスタ群の転送電荷許容量を大きくし、信号電
荷量の少ない光電変換素子群が属する垂直CODシフト
レジスタ群の転送電荷許容量を小さくすることを特徴と
するカラー固体撮像素子。 2、転送電荷許容量の大きな垂直CODシフトレジスタ
群の転送電荷を受は取る水平CODシフトレジスタの転
送電荷許容量を大きくシ、転送電荷許容量の小さな垂直
CCDシフトレジスタ群の転送電荷を受は取る水平CO
Dシフトレジスタの転送電荷許容量を小さくすることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のカラー固体撮像
素子。[Claims] 18 A group of photoelectric conversion elements for extracting color information and optical information on the same semiconductor substrate, a set of electrically insulated vertically facing each other for sequentially transferring optical signal charges accumulated in the elements. In a color solid-state image sensor that integrates a COD shift register group and a horizontal COD shift register group that receives and receives signal charges transferred from the vertical COD shift register, the vertical COD to which the photoelectric conversion element group with a large amount of signal charge belongs
A color solid-state image sensor characterized in that the allowable transfer charge amount of a shift register group is increased, and the allowable transfer charge amount of a vertical COD shift register group to which a photoelectric conversion element group with a small amount of signal charge belongs is reduced. 2. Increase the transfer charge capacity of the horizontal COD shift register that receives the transfer charge of the vertical COD shift register group, which has a large transfer charge capacity, and accepts the transfer charge of the vertical CCD shift register group, which has a small transfer charge capacity. Take horizontal CO
2. The color solid-state image sensor according to claim 1, wherein the transfer charge capacity of the D shift register is reduced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57143208A JPS5933864A (en) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | Color solid stage image pickup element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57143208A JPS5933864A (en) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | Color solid stage image pickup element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5933864A true JPS5933864A (en) | 1984-02-23 |
Family
ID=15333393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57143208A Pending JPS5933864A (en) | 1982-08-20 | 1982-08-20 | Color solid stage image pickup element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5933864A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62160758A (en) * | 1986-01-10 | 1987-07-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid-state image pickup element |
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JP2004228157A (en) * | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Sony Corp | Solid-state imaging device |
CN111326535A (en) * | 2019-12-25 | 2020-06-23 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | A large full well and low noise image sensor structure and preparation method thereof |
-
1982
- 1982-08-20 JP JP57143208A patent/JPS5933864A/en active Pending
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