JPS59201465A - 撮像素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ＼ （技術分野） 本発明は、撮像素子特に改良され友過東電荷除却構造を
有する撮像素子に関するものである。

（従来技術） ００Ｄ等の電荷転送型の固体撮像素子に於ては、一部の
画素に強い光が照射さｔ］ると、そこで発生した電荷の
過剰分が周囲の画素Ｋまであふれ出し゛、画面上の広い
領域にわたり画像を破壊してしまう所謂ブルーミングと
呼ばわる現象がある。従来、このようなプＩレーミング
抑制のために、例えばフレーム転送型００Ｄにおいては
、あふれ出した１電荷を吸収するためにアンチブルーミ
ングゲート及びアンチブルーミングｌ−’　Ｖ　’ｌノ
から成るアンチブルーミング部を設ける方法が用いられ
ていた、 第１図は、水平方向の各画素の境界にアンチブルーミン
グ部を設けた従来のＣＯＤの撮像部の構造の一例及びそ
のポテンシャルウェルの状態の例を示したものである。

図中、画素１ａ、１ｂ、ＩＣ，１ａの間には、アンチブ
ルーミングバリア２ａ、２ｂ、２．ｃ及びアンチブルー
ミングドレイン３ａ、３ｂ１５０から成るアンチプル　
一ミング部が設けられている。第１図（１））に於て斜
線の部分は各画素の蓄積電荷をあられしでいる。強い光
が画素１ａ〜１ｄ　に入射し、電荷が大ｔＫ発生した場
合には、その際の過剰分の電荷はアンチプルーミングバ
リア２ａ〜２Ｃを越えてアンチプルーミングドレイン３
ａ〜３ｃに流入し、この結果プルーミングによる画像の
乱れは最小になる。

しかし、第１図示の従来例では５画面の大きさを同一と
して水平画素数を増した場合に、アンチプルーミング部
（２，５）の占める面積がこれに伴って増加することか
ら画素数が制限されてしまうという欠点を有している。

また、アンチプルーミング部に入射した光＃−ｉ：有効
な出力とならガいため、光の利用効率が低下し、感度が
低下してしまうという欠点も有していた、以上のような
欠点を改善した従来例を第２図及第３図に示す。

第２図は、例えば特開昭５４−２４５５０号公報に記載
されている方法であるが、画素１ａ〜１ｅの境界にチャ
ンネルストッパ４ａ、４０と、アンチプルーミング部２
ｂ−３ｂ　、　２ｄ、−１とが交互に設けられている。

しかし木従来ｆ１１では、第１図の従来例で存在してい
た欠点は若干軽減さｌ］ている反面、新たな欠点も生じ
るものである。

その１つは、画素のサンプリング位置が不等間隔となる
ため、得られる輝度信号にモアレ現象（画像の高域成分
の低域への折返し現象）が生じることである。即ちフレ
ーム転送型ＣＯＤと組合せて良好なカラー画像検出が行
えるとされているＲ（赤）−Ｇ（緑）−Ｂ（青）あるい
はＲ（赤）−（１１）−０ｙ（シアン）のストライプフ
ィルターを用いたときに、水平方向の周期構造が６画素
になシ、非常に低い周波数成分の画像歪が生じてしまう
ことである。との６画素の周期構造は非常に低い周波数
であるため、あ貫り細かい構造を持たない被写体に対し
てもモアレを生じ、その結果、得られる画像の画質が低
下してしまう。

第３図に示したＣＣＤは、特開昭５５−Ｆ１６７８９号
公報に示された従来例である。図中、２け前述同様アン
チプルーミングバリア％　５はアンチプルーミングドレ
イン、４′はバリアで、一対のアンチブルーミング部（
２，３）の間で、一対のバリア４′に分割された６つの
画素ＩＲ，ＩＢ及び１Ｇが形成され、斯かる構造が水平
方向に周期的に繰り返される。画素（ＩＲ，ＩＢ及びＩ
Ｇ）は何れもサイズ（水平方向の幅Ｗ）に於て等しく、
画素１ＲにはＲ（赤）、画素１ＢてはＢ（青）、画素１
ＧにはＧ（緑）のフィルターが夫々配される。

本従来例では、例えば、Ｅ−Ｇ−Ｂの三色のストライプ
フィルターを用いた場合には良好なカラー画像を得るこ
とが可能となる。しかし、本従来例にも、以下に示すよ
うな欠点が存在している。即ち、輝北（Ｙ）信号の面域
成分を前記固体撮像素・子からの出力を合成して祷る際
、複雑外信号処理回路を必要とすることである。前記公
報中に示されているように、輝度信号の高域成分を合成
するためには、 （１）各色フィルターに対応した出力を分離してサンプ
リングする手段。

（２）　　分離された出力を必要な信号レベルまで増幅
する手段。

（３）夫々の色信号を必要な位相ずれｆｒ４えて再度サ
ンプリングする手段。

を必要とし、その結果、信号処理回路が複雑になる。ま
た、この構造では画素のサンプリング位置が不等間隔に
なり、最も大きい間隔により解像力が決まってしまうた
め、解像力の低下を来すことになる、これに対し、第１
図に示した固体撮像素子のようにサンプリング間隔が等
間隔の場合にはＲ−Ｇ−Ｈのストライプフィルターを組
合せ、白色（無彩色）物体に対して各画素からの出力信
号が等しく読み出されるよう設定されている場合に袖、
テレビジョン学会誌第３３巻７号５１６〜５２２ページ
にも記載されているように、単Ｋ、固体撮像素子から得
られる信号を、高域通過フィルターに入力するだけで輝
度信号の高域成分を得ることが可能となることが知られ
ている。

（目的） 本発明は以上に述べ友様な事情に鑑みて為されたもので
、簡単な構成で、高解像度、且つ、高品位な画工象を得
ることのできる改良された撮像素子を提供することをそ
の主たる目的とするものである。

更に又、本発明の他の目的は色再現性のダイナミックレ
ンジの広い撮像素子を提供する事にある。

（実施例） 以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第４図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の撮像素子の構成例を示
す図で、ここではフレームトランスファー型００Ｄの例
につき説明する。

第４図（ａ）に示されるｍ造はフレーム、トランスファ
ー型ＣＯＤの受光部の構造で、図中１ａ、１ｂ、１ｃ。

１ｃ’、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｆ’、１ｇ　・、、は夫
々受光領域であり、この内１ａ、１ｂ、ＩＪ１ｅ、１ｇ
は夫々光電変換要素としての画素を形成している。又、
１ｃ、１ｃ’並びに１ｆ、１ｆ’も夫々一対で画素を形
成している。ａＳはチャネルストップであシ受元領域間
の電荷の移動を禁止してい石。第４図（ｂ）は第４図（
ａ）の断面のポテンシャルプロフィールである。Ｂ、は
電位障壁（バリア）であり、受光領域をオーバーフロー
した電荷はこのバリアを介して隣接する受光領域に移動
可能である。又ＤＦｉアンチブルーミン！　）”　ｖイ
ンであり、上記アンチブルーミングドレインと、このド
レインを囲むように設けられたバリアＢ２とにより過剰
電荷除去手段としてのアンチブルーミング部が形成され
ている。

父、ＯＦはとの撮像素子の受光部前面に貼合わせ又は撮
像素子の製造工稈で形成されるカラーフィルターの例を
示す図で図で￥−ｊ　ＪＧ、Ｂのカラース）ライブフィ
ルター５を受光部のチャネルストップａＳとバリアＢ１
のピッチに合わせて配置する。

尚、本実施例では３画素毎にアンチプルーミング部を設
けているが、これはストライプフィルターを用いた場合
に開口率を向上させる為であり、モザイクフィルターを
用いる場合には２画素毎にアンチブルーミング部を設け
る事が望ましい。

本実施例に示される如く１本発明では受光領域１ａ、１
ｃ、’から成る画素は過剰電荷除去手段としてのアンチ
プルーミング部により分割されている。

従って各画素の境界であるチャネルストップａＳ及びバ
リアＢ、のピッチを等間隔にすふ事が容易と力る。これ
により第４図ｆｂ＞に示す如く各画素の感度重心を夫々
画素の中心にもって来る車力；でき、プンプリングを行
なってもモアレ等が生じる牢がない。

又、アンチブルーミング部の受光部全体に占める割合を
減らす事ができるので開口率をアップする事ができ、又
水平解像度を向上させる事ができる。

又、第４図ｔｃ）に示す如く、赤い分光成分の強い光が
入射した場合にはカラーフィルターＲＩＣ対応する画素
の電荷が飽和し、更にオーバーフローするとこの電荷は
Ｇに対応する画素の領域１ｃ、１ｆに侵入する。更にＲ
に対応する電荷がオーバーフローすると領域１ｃ、１ｆ
の電荷もオーバーフローしてドレインＤに流れ込み電荷
は除去される。

この場合、只の分光成分はこれ以上いくら強（でもすべ
て除去手段により排出されてしオうのでブルーミングは
防止される。

ヌ、Ｐのみが強く、Ｇ、Ｂの分光成分がそれ程ない場合
にはＧＫ対応する画素のｌＡ域Ｉ　Ｃ’、　１　ｆ’及
びＢに対応する画素１ａ、１ａ、１ｇの信号成分は飽和
しないのでＧ、Ｂの色信号を有効な信号として得る事が
でき結果的ＦＣＲＯ色信号のみが強いという情報が残る
。

即ち全体の輝度レベルがそれ桿高（ガい場合には色彩程
度の高い被写体の情報を成る程度忠実に再現し得る効果
を有する、尚、このような効果はアンチブルーミング部
を設けた各画素に対し同じ色分光特性のフィルターを配
置した場合Ｋ特に大きい。

次に第５図はこのような撮像素子の′ｒＦＬ極配置を示
す平面図である。

図では１相駆動方式によるＫＬ極配置例を示しているが
、これに限定されるものでけ方い。

図中φｘＢフレー牟トシトランスファー型Ｄの受光部の
転送電極であり共通に接続されている。

又、φ８はフレーム・トランスファー型ＣＣＤの蓄積部
の転送ｍ極であってやはり共通に接続されている。

又、ＶＫは仮想電極部であってイオン注入等により予め
所定のレベルのポテンシャルが固定的に形成されている
。

又、各転送電極及び各仮想電極部の下には図中下方向に
傾斜した階段状のポテンシャルが形成されてお秒、転送
電極下の階段上ポテンシャルは電極に印加する電圧レベ
ルに応じて上下する為転送電極下のポテンシャルを上げ
た場合には転送電極下の電荷は図中下方に隣接する仮想
電極下のポテンシャルウェルに移動し１、又、転送電極
下のポテンシャルを下げると仮想電極下にあった電荷は
図中下方に隣接する転送電極下のポテンシャルウェルに
移動する。

従って転゛送電葎に対し所定レベルの交番パルスを印加
する事によゆ最初に受光部の転送電極下又は仮想電極下
にあった電ｗＬは順次図中下方向に移動していく。尚、
このよりな−相駆動方式のＣＯＤについては例えばＩＴ
ＥｔＰ　４．２２９．７５２等に詳しく述べられている
。

本実施例のアンチプルーミング部岐受光部内の所定の画
素内に列方向に延長［７て設けられてお炒、その終端は
受光部と蓄積部の境界近傍圧達している。

従って例えば仮想電極領域Ａ７．Ａ、下の電極は転送電
極φ工、φ８に同じ交番電圧を印加すると受光部の最下
行の仮想電極下のＶｌ域Ａ、　＋　Ａ４に夫々移動し、
その後１例えば基板がＰ型半導体の場合には転送電極φ
８に比較的高いレベルの信号を印加する事により領域へ
３　＋　Ａ４の雷、荷は転送電極φ６下の領域Ｓ１に於
て加算される。尚、この場合蓄積部の第１行目の転送電
極下で加算が行なわれ、この第１行目の転送電極が本発
明に係る加Ｗ手段として機能しているがこれはアンチブ
ルーミング部の終端をどこオで延長するかによって変わ
るものである事は言うまでもない。

従って加算手段は受光部内の下方の行の転送電極又は仮
想電極であっても良い。

即ち本発明の加算手段はフレームトランスファー型ＣＯ
Ｄに於ては受光部と蓄積部の境界近傍の電極であれば良
い。

（効果） 以上説明した如く、本発明によれば各画素のサンプリン
グピッチを等間隔にする事ができ、解像度が向上する。

又除去手段により分割された画素の一方の受光領域に他
の画素の電荷がオーバーフローしてきても他方の受光領
域の電荷情報が失なわれる事が少ないので色再現性に優
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａ）　（ｂ）は従来の撮像素子の第１の例を示
す図で、（ａ）は平面模式図、（１））はポテンシャル
図、第２図（ａ）（ｔ→け従来の撮像素子の第２の例を
示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はポテンシャル図、
第３図（ａｌ　（ｔ））け従来の撮像素子の第３の例を
示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はポテンシャル図、
第４図（！Ｌ）　（ｂ）（ｃ）は本発明に係る撮像素子
の実施例を示す図で、（ａ）　Ｈ平面図、（ｂ）はポテ
ンシャル図、（ｃ）は色再現性につき説明する図、＠５
図は第４図示素子の電極構成例を示す図である。 １　ａ、１ｂ（１ｃ、１ｃす、１ｄ１１ｅ、（１ｆ、１
ｆ’ｌ、１ｇ−、画素Ｂ、、Ｄ・、・アンチブルーミン
グ部を構成するアンチブルーミ ングバリア及びアンチブ ルーミングドレイン Ｏ８・・・チャネルストップ Ｂ、、、、バリア である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　夫々受光領域を有してマトリクス状に配置さ
   れた複数の光′ＩＩｉ変換要素と、所定の光％ｆ換要素
   の受光領域内に設けられ該受光領域を分割するよう配置
   された過剰電荷を除去する為の除去手段と、該除去手段
   により分割された前記受光領域内の各領域に於て夫々形
   成された電気情報を加算する加算手段とを有する撮像素
   子。
2. （２）　　前記除去手段が設けられた光電変換要素に同
   一の分光特性の光を入射するカラーフィルターを有する
   事を特徴とする特許請求の範囲＠（１）項記載のｈシ像
   累子。