JP2003298041A - インターライン電荷結合素子 - Google Patents

インターライン電荷結合素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高レベルの光を捉え、デバイスのダイナミッ
クレンジを拡大する。 【解決手段】 画素２０ごとに設けられたマイクロレン
ズ７０にて入射光をフォトダイオード３０上に合焦す
る。また、マイクロレンズ７０間の間隙８０を通過した
入射光が垂直ＣＣＤ４０に受光される。垂直ＣＣＤ４０
はフォトダイオード３０に対して感度が低く、フォトダ
イオードが飽和してもまだ飽和しない。垂直ＣＣＤ４０
によって高強度の光に対する飽和レベルを高めることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージセンサの
分野に関し、より詳細には高レベルの光を捉える垂直電
荷結合素子と低レベルの光を捉えるフォトダイオードと
を有し、ダイナミックレンジを拡大するイメージセンサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的なインターラインＣＣＤ（電荷結
合素子）は、入射光を捉え、捉えた像を表す電子を生成
する複数の感光領域を含む。ＣＣＤは、当業界では周知
のように、この感光領域にそれぞれ隣接して設けられ、
感光領域で生成された電子を受け取り、この電子を他の
回路に搬送する複数の電荷結合素子をさらに含む。複数
の金属遮蔽層がこの複数の電荷結合素子をそれぞれ被覆
し、電荷結合素子が入射光にさらされるのを防ぐ。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現在知られ、かつ利用
されているインターラインＣＣＤは納得のいくものでは
あるが、改良は常に望ましい。これに関し、感光領域が
飽和した際に失われる高レベルの光を捉えることが望ま
しい場合がある。
【０００４】したがって、上記の改良を含むインターラ
インＣＣＤが望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題を
一つ以上解決することを目的とする。簡単に要約する
と、本発明の一態様によれば、イメージセンサであっ
て、光に対して第１の感度を有して第１感度領域を形成
する複数の感光領域と、前記感光領域にそれぞれ隣接
し、光に対して第２の感度を有して第２感度領域を形成
し、該第２感度領域は前記第１感度領域より光に対して
感度が低く、前記第１感度領域の飽和後に飽和する、複
数の電荷結合素子と、前記第１感度領域から前記第２の
感度領域への電子の移動を可能にする第１の転送機構
と、をそれぞれが備える複数の画素と、前記複数の電荷
結合素子を通過して電子を移動させる第２の転送機構
と、を備えるイメージセンサが提供される。
【０００６】本発明の、上記及び他の態様、目的、特徴
及び効果は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明及び
請求の範囲により、さらに添付の図面を参照してより明
らかに理解される。
【０００７】
【発明の実施の形態】図1及び図２を参照すると、本発
明のインターライン電荷結合素子（ＣＣＤ）１０の一部
を表す平面図が示される。インターラインＣＣＤ１０
は、複数の画素２０を含む。各画素２０は、入射光を集
光するフォトダイオード３０を含み、この入射光が、捉
えた像を表す電子に変換される。各画素２０は、フォト
ダイオード３０にそれぞれ隣接して設けらる複数の垂直
ＣＣＤ４０を含み、これらの垂直ＣＣＤ４０は、フォト
ダイオード３０から電子を受取り、他の周知の回路に搬
送する。トランスファーゲート４５が、この電子をフォ
トダイオード３０から垂直ＣＣＤ４０に転送する。
【０００８】２相ＣＣＤの場合、２つのゲート５０が垂
直ＣＣＤ４０を実質的に覆って配置される。これらの垂
直ＣＣＤは、所定の順序でクロックに従って、電子を他
の周知の回路に送る。当業者であれば、当業界で周知の
ように、他の設計的な選択として２つより多いゲート５
０を使用できることが理解できるであろう。
【０００９】図３には、図１及び図２には示されていな
い種々の要素を含む、本発明のインターラインＣＣＤ１
０が示されている。すなわち、カラーフィルタアレイ６
０が画素２０を覆って設けられ、これは光が通過するフ
ィルタに応じて、異なる色内容をフォトダイオードに与
える。例えば、ベイヤー配列では、アレイ６０はレッ
ド、グリーン、ブルー（ＲＧＢ）の所定のパタン及び色
内容を有する。複数のマイクロレンズがそれぞれフォト
ダイオード３０に対して所定の並びに配置され、入射光
を各フォトダイオード３０に集束させる。製造時の制限
により、マイクロレンズ７０間には必然的に間隙８０が
生じる。よって、マイクロレンズ７０によって捉えられ
ない光はこの間隙８０、カラーフィルタ６０、ゲート５
０を通過し、最終的に各垂直ＣＣＤ４０に達する。ＣＣ
Ｄ４０は、隣接するフォトダイオード３０ほど速くは飽
和しないので、結果として、ＣＣＤ４０が高レベルの光
を捉え、フォトダイオードが低レベルの光を捉える。Ｃ
ＣＤ４０に蓄積された電荷は、フォトダイオード３０に
蓄積された電荷がＣＣＤ４０に転送される前に読み出さ
れる。その後、ＣＣＤ４０に転送された電荷も読み出さ
れる。
【００１０】垂直ＣＣＤ４０に蓄積した電荷を、フォト
ダイオード３０から垂直ＣＣＤ４０への電荷の転送に先
立って読み出すことにより、各画素に対して２つの情報
を得ることができる。垂直ＣＣＤ４０は利用できる光の
一部のみを受光するので、垂直ＣＣＤ４０を使用して、
隣接するフォトダイオード３０が飽和する点を超える
「高レベルの光」を回収することができ、デバイスのダ
イナミックレンジが事実上拡大する。
【００１１】図４を参照すると、上記のインターライン
ＣＣＤ１０は、任意の適当な撮像装置９０に使用でき
る。この撮像装置９０は、例えばディジタルカメラなど
でもよいがこれに限定されない。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、高レベルの光を電荷結
合素子によって捉えることにより、イメージセンサのダ
イナミックレンジを拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のインターラインＣＣＤの平面図であ
り、紙面手前の部分（マイクロレンズ及びカラーフィル
タアレイ）は明瞭に示されていない。
【図２】 図１のインターラインＣＣＤの正面断面図で
ある。
【図３】 インターラインＣＣＤと上方部分（マイクロ
レンズ及びカラーフィルタアレイ）のいずれをも示す正
面断面図である。
【図４】 インターラインＣＣＤが使用できる撮像装置
を示す図である。
【符号の説明】
１０ インターラインＣＣＤ、２０ 画素、３０ フォ
トダイオード、４０垂直ＣＣＤ、４５ トランスファゲ
ート、５０ ゲート、６０ カラーフィルタアレイ、７
０ マイクロレンズ、８０ 間隙、９０ 撮像装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー パークス アメリカ合衆国 ニューヨーク ロチェス ター ケンタッキー クロッシング 113 Ｆターム(参考） 4M118 AA02 AB01 BA13 CA03 CA08 DB09 FA06 FA33 GC08 GD04 5C024 CX43 EX43 GX03 GY04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イメージセンサであって、 （ａ１）光に対して第１の感度を有し、第１感度領域を
    形成する複数の感光領域と、 （ａ２）それぞれが、前記感光領域に隣接し、光に対し
    て第２の感度を有して第２感度領域を形成し、該第２感
    度領域は前記第１感度領域より光に対して感度が低く、
    前記第１感度領域の飽和後に飽和する、複数の電荷結合
    素子と、 （ａ３）前記第１の感度領域から前記第２の感度領域へ
    の電子の移動を可能にする第１の転送機構と、 をそれぞれが備える（ａ）複数の画素と、 （ｂ）前記複数の電荷結合素子を通過して電子を移動さ
    せる第２の転送機構と、 を備えるイメージセンサ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のイメージセンサであっ
    て、複数のマイクロレンズをさらに備え、該複数のマイ
    クロレンズは、第１焦点が前記第１感度領域上にあり、
    前記マイクロレンズ間の領域が前記第２感度領域上に位
    置し、前記レンズにより集束されない光が前記第２感度
    領域に達するように配置されている、イメージセンサ。
  3. 【請求項３】 画像を撮影する撮像装置であって、 （ｉ）光に対して第１の感度を有して第１感度領域を形
    成する複数の感光領域と、 （ｉｉ）それぞれが、前記感光領域に隣接し、光に対し
    て第２の感度を有して第２感度領域を形成し、該第２感
    度領域は前記第１感度領域より光に対して感度が低く、
    前記第１感度領域の飽和後に飽和する、複数の電荷結合
    素子と、 （ｉｉｉ）前記第１の感度領域から前記第２の感度領域
    への電子の移動を可能にする第１の転送機構と、 をそれぞれが備える（ａ１）複数の画素と、 （ａ２）前記複数の電荷結合素子を通過して電子を移動
    させる第２の転送機構と、 を含む（ａ）イメージセンサを備える撮像装置。
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