JP2007116356A - Solid-state image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子、およびこれを含む固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a solid-state imaging device including the same.
従来より固体撮像素子に含まれる列転送手段には、被写界からの入射光が混入しないよう、例えば遮光膜等が設けられているが、実際には例えば遮光が不完全な場合や、反射等によって側方から光が混入する、すなわち光がもれこむと、この列転送手段を信号電荷が通過する際に光をかぶり、これによって形成された画像に垂直方向に縞状の明るい帯ができる、スミアという現象が起きていた。 Conventionally, the column transfer means included in the solid-state imaging device is provided with, for example, a light-shielding film so that incident light from the object field is not mixed. If the light is mixed from the side due to, for example, light leaking, the signal charge is emitted when the signal charge passes through the column transfer means, and a striped bright band is vertically formed on the image formed thereby. A phenomenon called smear occurred.
スミアは、その発生度合が1画面において均一ではなく、例えば1画面の右側に形成されたスミアの部分が左側よりも多い、というように発生度合、すなわち、1画面におけるスミアが発生する部分の割合が異なっていた。これは、固体撮像素子における受光素子の位置により光の入射角度が違うこと、また、受光素子における、ゲート手段を介して列転送手段が設けられた側とそうでない側とで、遮光膜から列転送手段までの距離や遮光膜の形状が異なっていることに起因する。 The degree of occurrence of smear is not uniform on one screen, for example, the degree of occurrence such that there are more smear parts on the right side of one screen than on the left side, that is, the ratio of the portion where smear occurs on one screen Was different. This is because the incident angle of light differs depending on the position of the light receiving element in the solid-state image sensor, and the column from the light shielding film on the side where the column transfer means is provided via the gate means on the light receiving element, This is because the distance to the transfer means and the shape of the light shielding film are different.
より具体的に説明すると、一般的に固体撮像素子には、ある特定の位置から光が入射するため、固体撮像素子に含まれるすべての受光素子に同じ角度の光が入射するわけではなく、入射角度は位置ごとに異なっている。このとき、鋭角の光が入射した受光素子では、反射等により列転送手段に光が混入しやすくなる。しかし、ゲート手段は受光素子の片側から信号電荷を読み出すため、受光素子には、ゲート手段を介して列転送手段が設けられた側と、チャンネルストップを介して列転送手段が設けられた側が存在しており、このゲート手段を介して列転送手段が設けられた側とチャンネルストップを介して列転送手段が設けられた側とでは、同じ角度の光が入射した場合であっても入射する方向によって、列転送手段に光が混入する場合と混入しない場合があった。よって混入する光の割合が列転送手段毎に異なってしまい、例えば1画面内で左側の方が右側よりもよりスミアが発生する部分が多いということが生じていた。 More specifically, since light is generally incident on a solid-state image sensor from a specific position, not all light receiving elements included in the solid-state image sensor are incident on the same angle. The angle varies from position to position. At this time, in the light receiving element to which the acute angle light is incident, the light is easily mixed into the column transfer means due to reflection or the like. However, since the gate means reads the signal charge from one side of the light receiving element, the light receiving element has a side where the column transfer means is provided via the gate means and a side where the column transfer means is provided via the channel stop. In the direction where the column transfer means is provided via the gate means and the side where the column transfer means is provided via the channel stop, the incident direction is the same even when light of the same angle is incident. Depending on the case, there is a case where light is mixed into the column transfer means and a case where light is not mixed. Therefore, the ratio of light to be mixed differs for each column transfer means, and for example, the left side in one screen has more smears than the right side.
しかし従来技術では、例えば特許文献１が示すように列転送手段の転送速度を向上させることは行われているが、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にすることは行われていなかった。
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にすることが可能な固体撮像素子、およびこの固体撮像素子を含む固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a solid-state imaging device capable of eliminating the above-described drawbacks of the prior art and making the amount of light mixed into the column transfer means substantially uniform, and a solid-state imaging device including the solid-state imaging device. The purpose is to do.
上述の課題を解決するために、本発明では、レンズを介した光が入射する位置、すなわち、レンズの中心と同軸上の位置に対して、垂直転送CCDを対称に設けることで、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にする。具体的には、固体撮像素子において被写界からの入射光が照射される面、すなわち撮像面を光が入射される位置に対して対称になるように複数の領域に分け、各受光素子をこの分けられた領域の境界を挟むようにマトリックス状に配置する。またゲート手段を、そのゲート手段により信号電荷が転送される受光素子の、境界と対向する側に設け、信号電荷を境界とは対向する方向に読み出すようにする。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, column transfer means is provided by providing a vertical transfer CCD symmetrically with respect to a position where light is incident through a lens, that is, a position coaxial with the center of the lens. The amount of light mixed in is made substantially uniform. Specifically, the surface on which incident light from the object field is irradiated in the solid-state imaging device, that is, the imaging surface is divided into a plurality of regions so as to be symmetric with respect to the position where the light is incident, and each light receiving device is divided. It arrange | positions in matrix form so that the boundary of this divided area | region may be pinched | interposed. Further, the gate means is provided on the side facing the boundary of the light receiving element to which the signal charge is transferred by the gate means, and the signal charge is read in the direction facing the boundary.
このように受光素子、ゲート手段、および列転送手段を配置することによって、各列転送手段には実質的に同じように光が混入するようになるため、1画面におけるスミアの発生度合を均一にすることが可能になり、またスミアの影響を改善して画質を向上することが可能になる。なお、このように受光素子、ゲート手段、および列転送手段を配置しても、本発明では信号電荷を境界とは対向する方向に読み出すため、形成される画像に、受光素子、ゲート手段、および列転送手段の配置を変えたことによる影響を及ぼすことはない。また本発明は、境界にセンサーを設け、調光用センサーとして使用する。 By arranging the light receiving element, the gate unit, and the column transfer unit in this way, light is mixed in each column transfer unit in substantially the same manner, so that the degree of smear occurrence in one screen is made uniform. In addition, it is possible to improve the image quality by improving the effect of smear. Even when the light receiving element, the gate means, and the column transfer means are arranged in this way, in the present invention, the signal charge is read in the direction opposite to the boundary, so that the formed image includes the light receiving element, the gate means, and There is no influence by changing the arrangement of the column transfer means. In the present invention, a sensor is provided at the boundary to be used as a dimming sensor.
本発明によれば、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にすることが可能である。その結果、1画面におけるスミアが発生する部分の割合を、画面の右側と左側とで実質的に同じにすること、すなわち、スミアの発生度合を均一にすることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to make the amount of light mixed into the column transfer means substantially uniform. As a result, it is possible to make the ratio of the portion where smear occurs in one screen substantially the same between the right side and the left side of the screen, that is, to make the degree of smear generation uniform.
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。図１は、本発明の個体撮像装置の実施例の構成を表すブロック図である。図１において、固体撮像装置1は、操作部3、制御部5、タイミング発生部7、撮像駆動部9、固体撮像素子11、光学系駆動部13、光学系15、前処理部17、信号処理部19、表示部21、および記録メディア部23を含んでおり、被写界からの入射光を基にしてディジタル画像信号を形成する装置である。より具体的に説明すると、固体撮像素子11は図２に示すように複数の受光素子27を含んでおり、この受光素子27が被写界からの入射光を、光学系15を介して取り込むことで信号電荷を生成する。固体撮像装置1は、操作部3で操作されることにより、制御部3、タイミング発生部7および撮像駆動部9を制御して、受光素子27が生成した信号電荷を読み出してアナログ電気信号として取り出す。その後、このアナログ電気信号を前処理部17および信号処理部19で処理してディジタル画像信号を形成する。形成されたディジタル画像信号は表示部21に表示、または記録メディア部23に記録される。なお、本発明の理解に直接関係のない部分は、図示を省略し冗長な説明を避ける。また以下の説明において各信号はその現れる接続線の参照番号で特定する。 Next, an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of an individual imaging apparatus of the present invention. In FIG. 1, a solid-state imaging device 1 includes an operation unit 3, a control unit 5, a timing generation unit 7, an imaging driving unit 9, a solid-state imaging device 11, an optical system driving unit 13, an optical system 15, a preprocessing unit 17, and signal processing. The apparatus includes a unit 19, a display unit 21, and a recording media unit 23, and forms a digital image signal based on incident light from an object scene. More specifically, the solid-state imaging device 11 includes a plurality of light receiving elements 27 as shown in FIG. 2, and the light receiving elements 27 take in incident light from the object field via the optical system 15. To generate a signal charge. The solid-state imaging device 1 is operated by the operation unit 3 to control the control unit 3, the timing generation unit 7, and the imaging drive unit 9, and read out the signal charge generated by the light receiving element 27 and take it out as an analog electric signal . Thereafter, the analog electrical signal is processed by the preprocessing unit 17 and the signal processing unit 19 to form a digital image signal. The formed digital image signal is displayed on the display unit 21 or recorded on the recording medium unit 23. Note that portions not directly related to understanding the present invention are not shown and redundant description is avoided. In the following description, each signal is specified by the reference number of the connecting line in which it appears.
操作部3は、操作者の指示が入力される手操作装置であり、操作者の手操作状態、例えば図示しないシャッタボタンのストローク操作に応じて、操作信号29を制御部5に供給する部分である。制御部5は、操作部3から供給される操作信号29に応動して、個体撮像装置1全体の動作を制御、統括する部分であり、本実施例では、光学系駆動部13、タイミング発生部7、信号処理部19、および記録メディア部23と接続し、これらに必要な処理を行わせる制御信号31、33、35、37を供給する。 The operation unit 3 is a manual operation device to which an operator's instruction is input, and is a part that supplies an operation signal 29 to the control unit 5 according to an operator's manual operation state, for example, a stroke operation of a shutter button (not shown). is there. The control unit 5 is a part that controls and controls the overall operation of the individual imaging device 1 in response to the operation signal 29 supplied from the operation unit 3, and in this embodiment, the optical system drive unit 13, the timing generation unit 7. Connect to the signal processing unit 19 and the recording media unit 23, and supply control signals 31, 33, 35, and 37 for performing necessary processing.
光学系駆動部13は、制御部5により制御されて後段の光学系15を駆動する駆動信号39を形成する部分である。本実施例では、制御部5は、操作部3からの操作信号29により光学系駆動部13を制御する制御信号31を形成し、これにより光学系駆動部13が光学系15を駆動する駆動信号39を形成する。光学系15は、具体的な構成を図示しないが、レンズ、絞り調整機構、シャッタ機構、ズーム機構、自動焦点 (Automatic Focus : AF) 調整機構、および自動露出 (Automatic Exposure : AE) 調整機構を含んでいる。なお、赤外線 (Infrared Rays : IR) カットフィルタや光学ローパスフィルタ (Low Pass Filter : LPF) を含むことも可能である。また光学系15は、光学系駆動部13からの駆動信号39により制御される。例えば本実施例では、光学系15は、光学駆動部13からの駆動信号39により、レンズ、自動焦点調整機構、自動露出調整機構が駆動して、所望の被写界像を取り込んで固体撮像素子11に入射する。 The optical system drive unit 13 is a part that forms a drive signal 39 that is controlled by the control unit 5 and drives the optical system 15 in the subsequent stage. In the present embodiment, the control unit 5 forms a control signal 31 for controlling the optical system driving unit 13 by the operation signal 29 from the operation unit 3, and thereby the optical system driving unit 13 drives the optical system 15. 39 is formed. The optical system 15 includes a lens, an aperture adjustment mechanism, a shutter mechanism, a zoom mechanism, an automatic focus (AF) adjustment mechanism, and an automatic exposure (AE) adjustment mechanism, although a specific configuration is not illustrated. It is out. An infrared ray (Infrared Rays: IR) cut filter and an optical low pass filter (Low Pass Filter: LPF) can also be included. The optical system 15 is controlled by a drive signal 39 from the optical system drive unit 13. For example, in this embodiment, the optical system 15 is driven by a lens, an automatic focus adjustment mechanism, and an automatic exposure adjustment mechanism in response to a drive signal 39 from the optical drive unit 13, and captures a desired object scene image to obtain a solid-state image sensor. 11 is incident.
タイミング発生部7は、制御部5により制御され、制御部5からの制御信号33に応動してタイミング信号41、43、45を形成する部分である。形成されたタイミング信号41、43、45は、撮像駆動部9、前処理部17、信号処理部19へそれぞれ供給される。なお、どのようなタイミング信号を形成し、どこへ供給するかは制御部5の制御信号33により決定される。例えば、撮像駆動部9へは、信号電荷を読み出す受光素子27を特定するためのタイミング信号41を供給する。 The timing generator 7 is a part that is controlled by the controller 5 and forms timing signals 41, 43, 45 in response to a control signal 33 from the controller 5. The formed timing signals 41, 43, and 45 are supplied to the imaging drive unit 9, the preprocessing unit 17, and the signal processing unit 19, respectively. Note that what timing signal is generated and where it is supplied is determined by the control signal 33 of the control unit 5. For example, the imaging drive unit 9 is supplied with a timing signal 41 for specifying the light receiving element 27 that reads the signal charge.
撮像駆動部9は、タイミング発生部7からのタイミング信号41に応動して、タイミング信号41が示す位置の受光素子27から信号電荷を読み出すための読み出し信号47を形成する部分である。形成された読み出し信号47は固体撮像素子11へと供給される。固体撮像素子11は、光学系15を介して入射された入射光により受光素子27に生成された信号電荷を、撮像駆動部9からの読み出し信号47に応じてアナログ電気信号49に光電変換する、すなわち撮像する部分である。本実施例では固体撮像素子11に、図２に示すように光電結合素子(Charge Coupled Device : CCD) を採用している。アナログ電気信号49は前処理部17へと供給される。 The imaging drive unit 9 is a part that forms a read signal 47 for reading the signal charge from the light receiving element 27 at the position indicated by the timing signal 41 in response to the timing signal 41 from the timing generation unit 7. The formed readout signal 47 is supplied to the solid-state imaging device 11. The solid-state imaging device 11 photoelectrically converts a signal charge generated in the light receiving element 27 by incident light incident through the optical system 15 into an analog electric signal 49 in accordance with a read signal 47 from the imaging drive unit 9. That is, it is the part to be imaged. In the present embodiment, a photoelectric coupled device (CCD) is adopted as the solid-state imaging device 11 as shown in FIG. The analog electrical signal 49 is supplied to the preprocessing unit 17.
前処理部17は、タイミング発生部7のタイミング信号43に応動してアナログ電気信号49におけるノイズを低減したり、アナログ電気信号49のゲインを調整したり、アナログ・デジタル変換を行う部分であり、アナログ電気信号49を処理してディジタル画像信号51を形成する部分である。前処理部17で処理されたディジタル画像信号51は信号処理部19へ供給される。信号処理部19は、制御部5の制御信号35、およびタイミング発生部7のタイミング信号45に応動して、ディジタル画像信号51を後段の表示部21に表示するための信号53や、また後段の記録メディア部23で記録するための信号55に処理する部分である。表示部21は、例えばディスプレイ等の表示装置を含んでおり、信号処理部19から供給される信号53を表示する。また記録メディア部23は、例えばメモリ等を含んでおり、信号処理部19から供給された信号55をメモリに記憶する。 The preprocessing unit 17 is a part that reduces noise in the analog electrical signal 49 in response to the timing signal 43 of the timing generation unit 7, adjusts the gain of the analog electrical signal 49, or performs analog-digital conversion. This is the part that processes the analog electrical signal 49 to form the digital image signal 51. The digital image signal 51 processed by the preprocessing unit 17 is supplied to the signal processing unit 19. The signal processing unit 19 responds to the control signal 35 of the control unit 5 and the timing signal 45 of the timing generation unit 7, and a signal 53 for displaying the digital image signal 51 on the display unit 21 on the subsequent stage, This is the part that processes the signal 55 for recording in the recording media unit 23. The display unit 21 includes a display device such as a display and displays a signal 53 supplied from the signal processing unit 19. The recording media unit 23 includes a memory, for example, and stores the signal 55 supplied from the signal processing unit 19 in the memory.
以上のような構成の固体撮像装置1には、固体撮像素子11を含み被写界像を撮像して画像信号を形成することが可能な装置が該当し、例えば、電子スチルカメラ、画像入力装置、ムービーカメラ、カメラが設けられた携帯電話、または、被写体を撮像してシールに印刷する装置等が挙げられるが、本発明はこれらに限定するわけではない。また本発明では、各部の構成を本実施例に限定するわけではなく、固体撮像装置1に応じて任意の構成を採用することが可能である。 The solid-state imaging device 1 having the above-described configuration corresponds to a device that includes the solid-state imaging device 11 and can capture an image of the object scene and form an image signal. For example, an electronic still camera, an image input device , A movie camera, a mobile phone provided with a camera, or a device that images a subject and prints it on a sticker, but the present invention is not limited thereto. In the present invention, the configuration of each unit is not limited to the present embodiment, and an arbitrary configuration can be adopted according to the solid-state imaging device 1.
図２は、図１における固体撮像素子11の被写界からの入射光が照射される面、すなわち、撮像面57を概念的に示した図である。なお撮像面57は、固体撮像素子11の被写界からの入射光が照射される側の面のうち、被写界からの入射光が照射されて1画面を形成する面である。よって、被写界からの入射光が光学的に遮断されるオプティカルブラック部は含まれない。 FIG. 2 is a diagram conceptually showing a surface irradiated with incident light from the object field of the solid-state imaging device 11 in FIG. The imaging surface 57 is a surface on the side of the solid-state imaging device 11 that is irradiated with incident light from the object scene, and is irradiated with incident light from the object scene to form one screen. Therefore, the optical black portion where the incident light from the object field is optically blocked is not included.
本実施例の撮像面57には、被写界からの光が入射する受光素子27が２次元マトリックス状に配置されている。また、各受光素子27の一方の側には２次元マトリックスの垂直方向、すなわち列それぞれと平行するように、受光素子27で発生した信号電荷の読み出しを制御する、図示しないトランスファーゲートが設けられ、またトランスファーゲートの受光素子27と対向する側には、トランスファーゲートから読み出された信号電荷をマトリックスの列方向に転送する垂直転送CCD 59が設けられている。また２次元マトリックスの水平方向と、すなわち、行と平行するように、垂直転送CCD 59からの電荷を水平方向に転送する水平転送CCD 61が設けられ、また水平転送CCDの左側の端部に出力回路63が設けられている。受光素子27、トランスファーゲート、垂直転送CCD 59、および水平転送CCD 61、出力回路63は公知のものを採用することができ、例えば、本実施例では受光素子27にフォトダイオードを採用している。 On the imaging surface 57 of the present embodiment, light receiving elements 27 on which light from the object field enters are arranged in a two-dimensional matrix. Further, on one side of each light receiving element 27, there is provided a transfer gate (not shown) for controlling reading of signal charges generated in the light receiving element 27 so as to be parallel to the vertical direction of the two-dimensional matrix, that is, each column. On the side of the transfer gate facing the light receiving element 27, a vertical transfer CCD 59 for transferring the signal charge read from the transfer gate in the column direction of the matrix is provided. In addition, a horizontal transfer CCD 61 for transferring charges from the vertical transfer CCD 59 in the horizontal direction is provided so as to be parallel to the horizontal direction of the two-dimensional matrix, that is, the row, and output to the left end of the horizontal transfer CCD. A circuit 63 is provided. As the light receiving element 27, the transfer gate, the vertical transfer CCD 59, the horizontal transfer CCD 61, and the output circuit 63, known ones can be adopted. For example, in the present embodiment, a photodiode is adopted as the light receiving element 27.
このような撮像面57に、図示しない光学系15を介した被写界からの光は、任意の位置へ照射することが可能である。本実施例では図示しないが、光は、撮像面57の実質的に中心91へ照射される。よって中心91が、本実施例における光学系15、すなわちレンズを介した光が入射される位置、すなわち、光学系15に含まれるレンズの中心と対応する位置ということになる。よって、撮像面57は、この中心91で領域67と領域69に分けられている。より具体的に説明すると、中心91を通る垂直方向の直線、すなわち、撮像面57の水平方向の実質的に中央65で、領域67と領域69に分けられている。領域67と領域69の形状および面積は同じであり、また領域に存在する受光素子27の数が同じ数である。 Light from the object scene via the optical system 15 (not shown) can be irradiated onto such an imaging surface 57 to an arbitrary position. Although not shown in the present embodiment, the light is irradiated to substantially the center 91 of the imaging surface 57. Therefore, the center 91 is a position corresponding to the center of the lens included in the optical system 15, that is, the position where the light is incident through the optical system 15, that is, the lens in the present embodiment. Therefore, the imaging surface 57 is divided into a region 67 and a region 69 at the center 91. More specifically, it is divided into a region 67 and a region 69 at a vertical straight line passing through the center 91, that is, at a substantially center 65 in the horizontal direction of the imaging surface 57. The region 67 and the region 69 have the same shape and area, and the number of light receiving elements 27 present in the region is the same.
なお撮像面57の分け方は本実施例に限定するわけではなく、光学系の中心91の位置に応じて任意に分けることが可能である。また中心91を通る垂直方向の直線で分けることに限定するわけではなく、例えば、光学系の中心91を通る水平方向の直線、すなわち、撮像面57の垂直方向の実質的に中央で分けることも可能であるし、例えば、中心から放射状に分けることも可能である。なおこれに限定するわけではない。なお分ける場合は、撮像面57における光学的の中心に対して対称になるように分けることが好ましいがこれに限定するわけではない。 The method of dividing the imaging surface 57 is not limited to the present embodiment, and can be arbitrarily divided according to the position of the center 91 of the optical system. Further, the present invention is not limited to the vertical straight line passing through the center 91. For example, the horizontal straight line passing through the center 91 of the optical system, that is, the vertical center of the imaging surface 57 may be substantially divided. It is possible, for example, to divide radially from the center. However, the present invention is not limited to this. In addition, when dividing, it is preferable to divide so that it may become symmetrical with respect to the optical center in the imaging surface 57, but it is not necessarily limited to this.
受光素子27は、領域67と領域69の間を等間隔に挟むようにして、すなわち、領域67と領域69を介して隣り合い、かつ、中央65から受光素子27までの距離71、73が領域67と領域69とで同じになるように、マトリックス状に複数設けられている。またトランスファーゲートは、そのトランスファーゲートが信号電荷を読み出す受光素子27の、領域67と領域69との間、すなわち境界75と対向する側に設けられており、各領域67、69において、各受光素子27に蓄積した信号電荷をこの境界75と対向する方向に読み出す。 The light receiving element 27 is arranged so as to sandwich the region 67 and the region 69 at equal intervals, that is, adjacent to each other through the region 67 and the region 69, and the distances 71 and 73 from the center 65 to the light receiving element 27 are A plurality of matrixes are provided so as to be the same in the region 69. The transfer gate is provided between the region 67 and the region 69 of the light receiving element 27 from which the transfer gate reads signal charges, that is, on the side facing the boundary 75. In each region 67, 69, each light receiving element The signal charge accumulated in 27 is read in a direction opposite to the boundary 75.
具体的に説明すると、領域67では、トランスファーゲートは、そのトランスファーゲートが信号電荷を読み出す受光素子27の右側にそれぞれ設けられており、信号電荷を矢印77で示すように右の方向に読み出す。また領域69では、トランスファーゲートは、そのトランスファーゲートが信号電荷を読み出す受光素子27の左側にそれぞれ設けられており、信号電荷を矢印79で示すように左の方向に読み出す。また、垂直転送CCD 59は、それぞれのトランスファーゲートの、領域67では右側、また領域69では左側にそれぞれ設けられている。つまり、各領域67、69において、信号電荷を受け取るトランスファーゲートの境界75と対向する側に設けられており、トランスファーゲートから信号電荷を受け取って矢印81で示すように垂直方向に転送する。 Specifically, in the region 67, the transfer gate is provided on the right side of the light receiving element 27 from which the transfer gate reads the signal charge, and reads the signal charge in the right direction as indicated by an arrow 77. In the region 69, the transfer gate is provided on the left side of the light receiving element 27 from which the transfer gate reads the signal charge, and reads the signal charge in the left direction as indicated by an arrow 79. The vertical transfer CCD 59 is provided on the right side in the region 67 and on the left side in the region 69 of each transfer gate. That is, each region 67, 69 is provided on the side facing the boundary 75 of the transfer gate that receives the signal charge, and receives the signal charge from the transfer gate and transfers it in the vertical direction as indicated by the arrow 81.
なお、このように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を設けた場合に、水平転送CCD 61や出力回路63をどのように設けるかは、任意のやり方を採用することが可能である。例えば、領域67に位置する垂直転送CCD 59から信号電荷を受け取る水平転送CCDと、領域69に位置する垂直転送CCD 59から信号電荷を受け取る水平転送CCDの、２つの水平転送CCDを設けるというように領域67、69毎に設けることも可能であるし、また例えば、本実施例のように領域67、69に関係なく、１つの水平転送CCD 61ですべての垂直転送CCD 59から信号電荷を受け取るようにしてもよい。なお本発明はこれに限定するわけではない。また出力回路63は、それぞれの水平転送CCD 61に応じて設けることが可能である。 In addition, when the light receiving element 27, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 59 are provided in this manner, any method can be adopted as to how the horizontal transfer CCD 61 and the output circuit 63 are provided. . For example, two horizontal transfer CCDs are provided, a horizontal transfer CCD that receives signal charges from the vertical transfer CCD 59 located in the area 67 and a horizontal transfer CCD that receives signal charges from the vertical transfer CCD 59 located in the area 69. It is possible to provide for each of the regions 67 and 69. For example, as in this embodiment, one horizontal transfer CCD 61 receives signal charges from all the vertical transfer CCDs 59 regardless of the regions 67 and 69. It may be. The present invention is not limited to this. The output circuit 63 can be provided according to each horizontal transfer CCD 61.
以上のようにして、撮像面57には、受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57が、境界75から右側の領域67と左側の領域69とで、中央61に対して左右対称になるように設けられている。つまり、光学的の中心91に対して対称になるように設けられている。よって、領域67と領域69との間、すなわち、境界75には、トランスファーゲートや垂直転送CCD 57等が設けられないようになる。境界75の水平方向の長さ83は、受光素子27と水平方向に隣り合う受光素子27との間の長さ85と実質的に同じ長さであり、垂直方向の長さ87は、１つの垂直転送CCD 57の垂直方向の長さ89と実質的に同じ長さである。これは、このように中央65から領域67と領域69とで左右対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57が設けられていても、受光素子27はマトリックス状、すなわち等間隔に設けられるからである。 As described above, on the imaging surface 57, the light receiving element 27, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 57 are symmetric with respect to the center 61 in the region 67 on the right side and the region 69 on the left side from the boundary 75. It is provided as follows. That is, it is provided so as to be symmetric with respect to the optical center 91. Therefore, the transfer gate, the vertical transfer CCD 57, and the like are not provided between the region 67 and the region 69, that is, at the boundary 75. The horizontal length 83 of the boundary 75 is substantially the same as the length 85 between the light receiving element 27 and the light receiving element 27 adjacent in the horizontal direction, and the vertical length 87 is one. The vertical transfer CCD 57 has substantially the same length as the length 89 in the vertical direction. In this way, even if the light receiving element 27, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 57 are provided so as to be symmetrical from the center 65 to the area 67 and the area 69, the light receiving element 27 is in a matrix shape, that is, This is because they are provided at intervals.
なお、本発明は、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57の配置を、信号電荷を読み出す受光素子27の境界75と対向する側に限定するわけではなく、例えば、受光素子27の境界75側に、この受光素子から信号電荷を読み出すトランスファーゲート、および垂直転送CCD 57を設けることも可能である。しかしこの場合では、境界75に垂直転送CCD 59が2つ設けられることになるため、この部分の垂直転送CCD 59の転送路が狭くなり、他の部分と比べてバランスが悪くなることが考えられる。よって、本実施例のように、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を、受光素子27の境界と対向する側に設ける方が好ましい。 In the present invention, the arrangement of the transfer gate and the vertical transfer CCD 57 is not limited to the side facing the boundary 75 of the light receiving element 27 that reads out the signal charge. For example, on the boundary 75 side of the light receiving element 27, It is also possible to provide a transfer gate for reading signal charges from the light receiving element and a vertical transfer CCD 57. However, in this case, since two vertical transfer CCDs 59 are provided at the boundary 75, the transfer path of the vertical transfer CCD 59 in this part becomes narrow, and it is considered that the balance becomes worse compared to other parts. . Therefore, it is preferable to provide the transfer gate and the vertical transfer CCD 59 on the side facing the boundary of the light receiving element 27 as in this embodiment.
本実施例では、このような撮像面57に光学系15を介した被写界からの光が中心91へと照射するため、領域67と領域69とで、同じように垂直転送CCD 59に光が混入するようになる。具体的に説明すると、本実施例では光が照射される中心91へと照射するため、撮像面57における受光素子27の位置毎に、受光素子27に入射する光の入射角度が異なり、中心91から離れた位置にある受光素子27ほど入射する光151の角度が鋭角になる。鋭角の光151が入射される受光素子27では、例えば図３に示すように垂直転送CCD 59に光151が混入する場合がある。しかし、撮像面57では、光が照射される中心91に対して対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57を配置しているため、垂直転送CCD 59に混入する光の量を、領域67と領域69とで実質的に同じにすることが可能になり、その結果、撮像面57の左右でスミアの発生度合を均一にすることが可能になる。以下、詳細に説明する。 In the present embodiment, since light from the object scene via the optical system 15 is irradiated onto the image pickup surface 57 to the center 91, the light is transmitted to the vertical transfer CCD 59 in the same manner in the regions 67 and 69. Becomes mixed. More specifically, in this embodiment, since the light is irradiated to the center 91 where the light is irradiated, the incident angle of the light incident on the light receiving element 27 is different for each position of the light receiving element 27 on the imaging surface 57, and the center 91 The angle of the light 151 incident on the light receiving element 27 located farther away from the light beam becomes an acute angle. In the light receiving element 27 on which the acute angle light 151 is incident, the light 151 may be mixed into the vertical transfer CCD 59 as shown in FIG. However, on the imaging surface 57, the light receiving element 27, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 57 are arranged so as to be symmetric with respect to the center 91 where the light is irradiated. The amount can be made substantially the same in the region 67 and the region 69, and as a result, the degree of occurrence of smear can be made uniform on the left and right of the imaging surface 57. Details will be described below.
図３は、図２に示す受光素子95、97を水平方向に切断した際の断面を概念的に示した図である。図３(A)は、領域67側の中心91から離れた位置に存在する受光素子、すなわち水平転送CCD 61の右側の端部の近くに位置する受光素子95の断面を概念的に示した図であり、図３(B)は、領域69側の中心91から離れた位置に存在する受光素子、すなわち水平転送CCD 61の左側の端部の近くに位置する受光素子97の断面を概念的に示した図である。なお、図３において、図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため、説明を省略する。 FIG. 3 is a diagram conceptually showing a cross section when the light receiving elements 95 and 97 shown in FIG. 2 are cut in the horizontal direction. FIG. 3A conceptually shows a cross section of a light receiving element present at a position away from the center 91 on the region 67 side, that is, near the right end of the horizontal transfer CCD 61. FIG. 3B conceptually shows a cross section of a light receiving element present at a position away from the center 91 on the region 69 side, that is, near the left end of the horizontal transfer CCD 61. FIG. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG.
本実施例では、図２に示すように中央65に対して左右対称になるように、受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を設けているため、図３(A)に示すように領域67側では、受光素子95の境界75と対向する側、すなわち右側にトランスファーゲート99を介して垂直転送CCD 101が設けられ、また、受光素子95の境界75側、すなわち左側にチャンネルストップ103を介して、この受光素子95の隣に位置する図示しない受光素子の信号電荷を転送する垂直転送CCD 105が設けられている。チャンネルストップ103は、信号電荷が垂直転送CCD 105側に読み出されるのを防ぐ部分である。よって受光素子95は、矢印77で示すように、右側に信号電荷を転送し、左側には転送しない。また、領域69側では、受光素子97は受光素子95を反対にした配置であり、図３(B)に示すように、受光素子97の境界75と対向する側、すなわち左側にトランスファーゲート107を介して垂直転送CCD 109が設けられ、また、受光素子97の境界75側、すなわち右側にチャンネルストップ111を介して垂直転送CCD 113が設けられている。よって受光素子97は、矢印79で示すように、左側に信号電荷を転送し、右側には転送しない。 In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the light receiving element 27, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 59 are provided so as to be symmetrical with respect to the center 65 as shown in FIG. On the region 67 side, a vertical transfer CCD 101 is provided via a transfer gate 99 on the side facing the boundary 75 of the light receiving element 95, that is, on the right side, and a channel stop 103 is provided on the boundary 75 side of the light receiving element 95, that is, on the left side. A vertical transfer CCD 105 for transferring signal charges of a light receiving element (not shown) located next to the light receiving element 95 is provided. The channel stop 103 is a portion that prevents signal charges from being read out to the vertical transfer CCD 105 side. Therefore, as indicated by the arrow 77, the light receiving element 95 transfers the signal charge to the right side and does not transfer it to the left side. On the region 69 side, the light receiving element 97 is arranged with the light receiving element 95 opposite, and as shown in FIG. 3B, a transfer gate 107 is provided on the side facing the boundary 75 of the light receiving element 97, that is, on the left side. The vertical transfer CCD 109 is provided via the channel stop 111 on the boundary 75 side of the light receiving element 97, that is, the right side. Therefore, as indicated by the arrow 79, the light receiving element 97 transfers the signal charge to the left side and does not transfer it to the right side.
各垂直転送CCD 101、105、109、113の上部には被写界からの入射光151が混入しないように遮光膜117、119、121、123がそれぞれ設けられている。またそれぞれの垂直転送CCD 101、105、109、113と遮光膜117、119、121、123との間には、転送電極127、129、131、133が設けられている。遮光膜117、119、121、123は、受光素子95、97のトランスファーゲート99、107側に位置する垂直転送CCD 101、109と、チャンネルストップ103、111側に位置する垂直転送CCD 105、113とで形状が異なっている。例えば、受光素子95、97のトランスファーゲート99、107側に位置する垂直転送CCD 101、109の遮光膜127、131におけるせり出した部分135、137のせり出し具合が、チャンネルストップ103、111側に位置する垂直転送CCD 105、113の遮光膜119、123におけるせり出した部分139、141のせり出し具合と異なっている。また、トランスファーゲート99、107とチャンネルストップ103、111の幅等にも違いがある。よって、受光素子95、97のトランスファーゲート99、107側と、チャンネルストップ103、111側とで、遮光膜117、119、121、123から垂直転送CCD 101、105、109、113までの距離がそれぞれ異なっている。 Light shielding films 117, 119, 121, and 123 are provided above the vertical transfer CCDs 101, 105, 109, and 113 so that incident light 151 from the object field is not mixed. Transfer electrodes 127, 129, 131, and 133 are provided between the vertical transfer CCDs 101, 105, 109, and 113 and the light shielding films 117, 119, 121, and 123, respectively. The light shielding films 117, 119, 121, and 123 are vertical transfer CCDs 101 and 109 located on the transfer gates 99 and 107 side of the light receiving elements 95 and 97, and vertical transfer CCDs 105 and 113 located on the channel stops 103 and 111 side, respectively. The shape is different. For example, the protruding portions 135 and 137 of the light-shielding films 127 and 131 of the vertical transfer CCDs 101 and 109 located on the transfer gates 99 and 107 side of the light receiving elements 95 and 97 are located on the channel stops 103 and 111 side. This is different from the protruding state of the protruding portions 139 and 141 in the light shielding films 119 and 123 of the vertical transfer CCDs 105 and 113. There are also differences in the widths of the transfer gates 99 and 107 and the channel stops 103 and 111. Therefore, the distance from the light shielding films 117, 119, 121, 123 to the vertical transfer CCDs 101, 105, 109, 113 on the transfer gates 99, 107 side of the light receiving elements 95, 97 and the channel stops 103, 111 side, respectively. Is different.
このような受光素子95、97に入射光151は、図３に示すような鋭角で、受光素子95へは左側から、受光素子97へは右側からそれぞれ入射する。このように入射するのは、本実施例では図２に示すように撮像面57の中心91に向けて光学系からの光151が入射するからである。なお受光素子95に入射する光151の角度と、受光素子97に入射する光151の角度は実質的に同じである。それぞれの受光素子95、97に入射した光151は、受光素子95、97に反射した後に転送電極127、131に反射して、垂直転送CCD 101、109に混入する。具体的に説明すると、図３(A)に示す領域67側では、左側から入射した光151は、まず受光素子95に反射し、その後トランスファーゲート99側の転送電極127に反射して、垂直転送CCD 101に混入する。また、図３(B)に示す領域69側では、右側から入射した光151は、まず受光素子97に反射し、その後トランスファーゲート107側の転送電極131に反射して、垂直転送CCD 109に混入する。 The incident light 151 is incident on the light receiving elements 95 and 97 at an acute angle as shown in FIG. 3, and enters the light receiving element 95 from the left side and enters the light receiving element 97 from the right side. In this embodiment, light is incident because light 151 from the optical system is incident toward the center 91 of the imaging surface 57 as shown in FIG. The angle of the light 151 incident on the light receiving element 95 and the angle of the light 151 incident on the light receiving element 97 are substantially the same. The light 151 incident on the light receiving elements 95 and 97 is reflected on the light receiving elements 95 and 97, then on the transfer electrodes 127 and 131, and mixed into the vertical transfer CCDs 101 and 109. More specifically, on the region 67 side shown in FIG. 3A, the light 151 incident from the left side is first reflected on the light receiving element 95 and then reflected on the transfer electrode 127 on the transfer gate 99 side for vertical transfer. Mix in CCD 101. 3B, the light 151 incident from the right side is first reflected on the light receiving element 97, then reflected on the transfer electrode 131 on the transfer gate 107 side, and mixed into the vertical transfer CCD 109. To do.
このとき、各垂直転送CCD 101、109に混入する光の量は実質的に同じである。また、図示しないが図２に示す他の位置の垂直転送CCD 59についても、領域67と領域69とで対称の位置であれば混入する光の量は、実質的に同じになる。なぜなら本実施例では、光151が入射する部分である中心91に対して対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を配置しているため、光151が入射する方向に対する受光素子95、97から遮光膜117、121までの距離、および遮光膜117、121の形状が、領域67側と領域69側で同じあるからである。 At this time, the amount of light mixed in each of the vertical transfer CCDs 101 and 109 is substantially the same. Although not shown, the vertical transfer CCD 59 at other positions shown in FIG. 2 also has substantially the same amount of light mixed if the area 67 and the area 69 are symmetrical positions. This is because, in this embodiment, the light receiving element 27, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 59 are arranged so as to be symmetric with respect to the center 91 that is the portion where the light 151 is incident. This is because the distance from the light receiving elements 95 and 97 to the light shielding films 117 and 121 and the shape of the light shielding films 117 and 121 are the same on the region 67 side and the region 69 side.
このように、垂直転送CCDに混入する光151の量が、撮像面57の左右で実質的に同じであるため、撮像面57の左右でスミアが発生した部分の割合、すなわち1画面の左右でスミアの発生度合を実質的に同じにすることができ、例えば、従来技術のように1画面の右側と左側とでスミアの発生度合が異なるといった状況を改善することが可能である。また本実施例では、図２に示すように、実質的に中央65で撮像面57を２つの領域に分け、受光素子26、トランスファーゲートおよび垂直転送CCD 59の配置を中央65に対して左右対称になるように配置しても、受光素子27で形成された信号電荷を、境界75と対向する方向に転送するため、形成されるディジタル画像信号51に、例えば中央部分の表示がおかしくなる等の影響を及ぼすことはない。 Thus, since the amount of light 151 mixed in the vertical transfer CCD is substantially the same on the left and right of the imaging surface 57, the ratio of the portion where smear occurs on the left and right of the imaging surface 57, that is, on the left and right of one screen. The degree of occurrence of smear can be made substantially the same. For example, it is possible to improve the situation where the degree of occurrence of smear is different between the right side and the left side of one screen as in the prior art. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the imaging surface 57 is substantially divided into two regions at the center 65, and the arrangement of the light receiving element 26, transfer gate and vertical transfer CCD 59 is symmetrical with respect to the center 65. Even if it is arranged so that the signal charge formed by the light receiving element 27 is transferred in the direction opposite to the boundary 75, the digital image signal 51 to be formed, for example, the display of the center part is strange. There is no effect.
図４は、従来の固体撮像素子の撮像面57を概念的に示した図である。なお図４において図１、図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。また図４において受光素子155、トランスファーゲート、垂直転送CCD157は、図２に示すこれらのものと同様のものであるため説明を省略する。従来の撮像面57では、受光素子155、垂直転送CCD 157は、撮像面57の水平方向の端部の一方、例えば、図４では左側の端部から順に、受光素子155、この受光素子155が形成した信号電化を転送する垂直転送CCD 157、・・・、受光素子155、この受光素子155が形成した信号電化を転送する垂直転送CCD 157の順で、受光素子155と垂直転送CCD 157とが配置されている。よって、信号電荷は、図４に矢印159、161に示すように、左側から右側へと読み出された後、垂直方向に転送される。 FIG. 4 is a diagram conceptually showing an imaging surface 57 of a conventional solid-state imaging device. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIGS. In FIG. 4, the light receiving element 155, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 157 are the same as those shown in FIG. In the conventional imaging surface 57, the light receiving element 155 and the vertical transfer CCD 157 are arranged in one of the horizontal ends of the imaging surface 57, for example, the left end in FIG. The vertical transfer CCD 157 for transferring the formed signal electrification,..., The light receiving element 155, and the vertical transfer CCD 157 for transferring the signal charge formed by the light receiving element 155 in this order. Has been placed. Therefore, the signal charge is read from the left side to the right side and then transferred in the vertical direction as indicated by arrows 159 and 161 in FIG.
図４に示す撮像面57において、例えば図２と同様に上部から光151を照射すると、水平転送CCD 61の左右の端部に近くなるにつれて受光素子155に入射する光151の角度が鋭角となる。このように入射する光151の角度が鋭角となる受光素子155では垂直転送CCD 157に光151が混入するようになるが、従来技術による受光素子155、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 157の配置では、例えば図５に示すように、光が大量に混入する垂直転送CCD 157と、光がそれほど混入しない垂直転送CCD 157とが存在するようになる。よって、1画面の右側と左側で、スミアが形成される部分の割合が異なるようになる。 In the imaging surface 57 shown in FIG. 4, for example, when the light 151 is irradiated from above as in FIG. 2, the angle of the light 151 incident on the light receiving element 155 becomes an acute angle as it approaches the left and right ends of the horizontal transfer CCD 61. . In the light receiving element 155 in which the angle of the incident light 151 is an acute angle, the light 151 is mixed into the vertical transfer CCD 157. However, in the arrangement of the light receiving element 155, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 157 according to the prior art, For example, as shown in FIG. 5, there are a vertical transfer CCD 157 in which a large amount of light is mixed and a vertical transfer CCD 157 in which light is not mixed so much. Therefore, the ratio of the portion where smear is formed is different between the right side and the left side of one screen.
図５は、図４に示す受光素子163、165を水平方向に切断した際の断面を概念的に示した図である。図５(A)は水平転送CCD 61の右側の端部の近くに位置する受光素子163の断面を概念的に示した図であり、図５(B)は水平転送CCD 61の左側の端部の近くに位置する受光素子165の断面を概念的に示した図である。なお図５において図３と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。また、図５に示すチャンネルストップ171、173、トランスファーゲート179、181、垂直転送CCD 175、177、183、185、遮光膜187、189、191、193、および転送電極195、197、199、201は、図３に示すこれらのものと同様のものであるため説明を省略する。 FIG. 5 is a diagram conceptually showing a cross section when the light receiving elements 163 and 165 shown in FIG. 4 are cut in the horizontal direction. 5A is a diagram conceptually showing a cross section of the light receiving element 163 located near the right end of the horizontal transfer CCD 61, and FIG. 5B is a left end of the horizontal transfer CCD 61. FIG. 6 is a diagram conceptually showing a cross section of a light receiving element 165 positioned near the head. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. Further, channel stops 171 and 173, transfer gates 179 and 181 shown in FIG. 5, vertical transfer CCDs 175, 177, 183 and 185, light shielding films 187, 189, 191 and 193, and transfer electrodes 195, 197, 199 and 201 are Since these are the same as those shown in FIG.
撮像面57には、図４に示すように受光素子155、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 157が、この順で設けられているため、受光素子163も受光素子165も共に、左側にチャンネルストップ171、173を介して垂直転送CCD 175、177が設けられ、また右側にトランスファーゲート179、181を介して垂直転送CCD 183、185が設けられている。それぞれの垂直転送CCD 175、177、183、185には、遮光膜187、189、191、193が設けられ、遮光膜187、189、191、193と垂直転送CCD 175、177、183、185の間には、転送電極195、197、199、201が設けられている。つまり図５では、図５(B)に示す受光素子165におけるトランスファーゲート181、チャンネルストップ173、および垂直転送CCD 185、177の配置が、図３(B)に示す受光素子97におけるこれらの配置と逆になるだけであり、他の部分は同じである。信号電荷は、各受光素子163、165から、トランスファーゲート99、107により矢印159の方向にそれぞれ読み出される。 As shown in FIG. 4, since the light receiving element 155, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 157 are provided in this order on the imaging surface 57, both the light receiving element 163 and the light receiving element 165 have a channel stop 171 on the left side. , 173, vertical transfer CCDs 175, 177 are provided, and on the right side, vertical transfer CCDs 183, 185 are provided via transfer gates 179, 181. Each vertical transfer CCD 175, 177, 183, 185 is provided with a light shielding film 187, 189, 191, 193, and between the light shielding film 187, 189, 191, 193 and the vertical transfer CCD 175, 177, 183, 185 Are provided with transfer electrodes 195, 197, 199, and 201. That is, in FIG. 5, the arrangement of the transfer gate 181, the channel stop 173, and the vertical transfer CCDs 185 and 177 in the light receiving element 165 shown in FIG. 5B is different from the arrangement in the light receiving element 97 shown in FIG. It is just the opposite, the rest is the same. The signal charges are read from the respective light receiving elements 163 and 165 in the direction of the arrow 159 by the transfer gates 99 and 107, respectively.
このような受光素子163、165に光151は、図５に示すような鋭角で、受光素子163へは左側から、受光素子165へは右側からそれぞれ入射する。なお受光素子163に入射する光151の角度と、受光素子165に入射する光151の角度は実質的に同じである。受光素子163では、入射した光151は、受光素子163で反射した後、トランスファーゲート179側の転送電極199に反射して、垂直転送CCD 183に混入する。一方、受光素子165では、入射した光151は、その一部が遮光膜193に当たって垂直転送CCD 177に混入しなくなる。よって、混入する量が垂直転送CCD 183に比べて少ない。 The light 151 enters the light receiving elements 163 and 165 at an acute angle as shown in FIG. 5, and enters the light receiving element 163 from the left side and enters the light receiving element 165 from the right side. The angle of the light 151 incident on the light receiving element 163 and the angle of the light 151 incident on the light receiving element 165 are substantially the same. In the light receiving element 163, the incident light 151 is reflected by the light receiving element 163, then reflected by the transfer electrode 199 on the transfer gate 179 side, and mixed into the vertical transfer CCD 183. On the other hand, in the light receiving element 165, a part of the incident light 151 strikes the light shielding film 193 and does not enter the vertical transfer CCD 177. Therefore, the amount of mixing is smaller than that of the vertical transfer CCD 183.
このように、実質的に同じ角度の光151であるのに、図５(A)に示すようにトランスファーゲート側179の垂直転送CCD 183には大量に混入し、逆に図５(B)に示すようにチャンネルストップ173側の垂直転送CCD 177には少しの量しか混入しないのは、従来技術では図４に示すように、撮像面57の一方の端部から順に、受光素子155、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 157の順でこれらを配置していること、および各受光素子においてチャンネルストップ171、173側とトランスファーゲート179、181側とでは、遮光膜187、189、191、193の形状や、受光素子163、165から遮光膜187、189、191、193までの距離が異なっていることに起因する。 Thus, although the light 151 has substantially the same angle, it is mixed in a large amount in the vertical transfer CCD 183 on the transfer gate side 179 as shown in FIG. 5A, and conversely in FIG. As shown in FIG. 4, in the vertical transfer CCD 177 on the channel stop 173 side, only a small amount is mixed, as shown in FIG. 4, in order from one end of the imaging surface 57, in order from the light receiving element 155, transfer gate. , And the vertical transfer CCD 157 in this order, and in each light receiving element, the shape of the light shielding films 187, 189, 191 and 193 on the channel stops 171 and 173 side and the transfer gates 179 and 181 side This is because the distances from the light receiving elements 163 and 165 to the light shielding films 187, 189, 191 and 193 are different.
つまり遮光膜187、189、191、193の形状は、前述したように、チャンネルストップ171、173側とトランスファーゲート179、181側とではせり出し具合が異なっている。よって、受光素子165側では、受光素子165にせり出した遮光膜193側から光151が入射したため、遮光膜193により光151が遮光されて、垂直転送CCD 177に混入する光151の量が少ないのである。また、トランスファーゲート181側の垂直転送CCD 185と比較して、チャンネルストップ173側の垂直転送CCD 177は、受光素子165までの距離が長い。よって混入する光151の量はさらに少なくなる。このように従来技術では、垂直転送CCD 157に混入する光151の量がどちらか一方に片寄ってしまい、1画面の左側と右側とでスミアの発生する部分の割合が異なってしまっていたのである。また左右でスミアの発生度合が異なると、1画面の左右でレベルが異なる等の問題が生じてしまう。 In other words, as described above, the shape of the light shielding films 187, 189, 191, and 193 differs in the degree of protrusion between the channel stops 171 and 173 and the transfer gates 179 and 181. Therefore, on the light receiving element 165 side, since the light 151 is incident from the light shielding film 193 protruding to the light receiving element 165, the light 151 is shielded by the light shielding film 193, and the amount of the light 151 mixed into the vertical transfer CCD 177 is small. is there. Further, the vertical transfer CCD 177 on the channel stop 173 side has a longer distance to the light receiving element 165 than the vertical transfer CCD 185 on the transfer gate 181 side. Therefore, the amount of light 151 mixed in is further reduced. In this way, in the conventional technology, the amount of light 151 mixed in the vertical transfer CCD 157 is shifted to one of the two, and the ratio of the smeared portion is different between the left side and the right side of one screen. . In addition, if the degree of smear is different on the left and right, problems such as different levels on the left and right of one screen may occur.
この問題を解決するために、本実施例では図２に示すように、光151が照射する位置に応じて撮像面57を分け、光151が照射する位置に対して対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を設けている。よって、光151が入射する方向に対する受光素子から遮光膜までの距離、および光151が入射する方向に対する遮光膜の形状を同じすることが可能になる。その結果、各垂直転送CCD 59に混入する光の量を、実質的に同じにすることが可能になり、スミアが発生する際は、例えば撮像面57のどこか一部のみで多く発生するというように片寄るということがなく、同じように発生するようになる。よって例えば1画面の左右でレベルが異なる等の問題を解決することが可能になって、スミアによる影響を改善することが可能になる。 In order to solve this problem, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the imaging surface 57 is divided according to the position irradiated with the light 151, and the light receiving element is symmetrical with respect to the position irradiated with the light 151. 27, a transfer gate, and a vertical transfer CCD 59 are provided. Therefore, the distance from the light receiving element to the light shielding film with respect to the direction in which the light 151 enters and the shape of the light shielding film with respect to the direction in which the light 151 enters can be made the same. As a result, the amount of light mixed into each vertical transfer CCD 59 can be made substantially the same, and when smear occurs, for example, a large amount occurs only at some part of the imaging surface 57. So that it will occur in the same way. Therefore, for example, it becomes possible to solve the problem that the level is different on the left and right of one screen, and it is possible to improve the influence of smear.
なお、撮像面57を複数の領域に分け、領域と領域との間、すなわち境界に対して対称になるよう配置するのは、図２、図３に示すような受光素子27、トランスファーゲート99、107、および垂直転送CCD 59、101、105、109、113に限定するわけではなく、任意の受光素子、トランスファーゲート、および垂直転送CCDで実施することが可能である。例えば、図６に示すような受光素子、トランスファーゲート、および垂直転送CCDで実施することも可能である。 Note that the imaging surface 57 is divided into a plurality of regions and arranged so as to be symmetrical between the regions, that is, with respect to the boundary, the light receiving element 27, the transfer gate 99, as shown in FIGS. The present invention is not limited to 107 and vertical transfer CCDs 59, 101, 105, 109, and 113, but can be implemented by any light receiving element, transfer gate, and vertical transfer CCD. For example, it is possible to implement with a light receiving element, a transfer gate, and a vertical transfer CCD as shown in FIG.
図６は、図１における別の固体撮像素子11の撮像面57を概念的に示した図である。なお図６において図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。図６に示す撮像面57では、実質的に中央65で領域67と領域69に分けられている。また三原色R、G、およびBの色フィルタセグメント301、303、305が、同一水平方向の画素ピッチPPに対して隣接する行の画素を、1/2PP分、すなわち1/2画素ピッチ分ずらして配置されている。色フィルタセグメント301、303、305は、色Gの色フィルタセグメント303に着目すると、格子状に配され、色Rの色フィルタセグメント301および色Bの色フィルタセグメント305が完全市松パターンに配されている。 FIG. 6 is a diagram conceptually showing an imaging surface 57 of another solid-state imaging device 11 in FIG. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 6 is divided into a region 67 and a region 69 substantially at the center 65. Also, the color filter segments 301, 303, and 305 of the three primary colors R, G, and B are shifted by 1 / 2PP, that is, 1/2 pixel pitch, with respect to pixels in adjacent rows with respect to the same horizontal pixel pitch PP. Has been placed. The color filter segments 301, 303, and 305 are arranged in a lattice pattern when focusing on the color filter segment 303 of the color G, and the color filter segment 301 of the color R and the color filter segment 305 of the color B are arranged in a completely checkered pattern. Yes.
受光素子は図示しないが、各色フィルタセグメント301、303、305の裏側、すなわち断面から見て下に、各色フィルタセグメント301、303、305と対応して設けられており、色フィルタセグメント301、303、305を通過した光を受け、この光によって信号電荷を形成する。また受光素子は、領域67と領域69との間、すなわち、境界75を挟むように、かつ境界75からの距離が同じになるように領域67、69にそれぞれ設けられている。よって色フィルタセグメントも同様に、境界75を挟むように、かつ境界75からの距離が同じになるように設けられている。なお領域67、69に存在する受光素子および色フィルタセグメント301、303、305の数は同じである。 Although a light receiving element is not shown, it is provided corresponding to each color filter segment 301, 303, 305 on the back side of each color filter segment 301, 303, 305, that is, as viewed from the cross section, and the color filter segment 301, 303, The light passing through 305 is received and a signal charge is formed by this light. The light receiving elements are provided in the regions 67 and 69 so that the distance between the region 67 and the region 69, that is, the boundary 75 and the distance from the boundary 75 are the same. Accordingly, the color filter segments are similarly provided so as to sandwich the boundary 75 and have the same distance from the boundary 75. Note that the numbers of the light receiving elements and the color filter segments 301, 303, and 305 existing in the regions 67 and 69 are the same.
また、撮像面57には、境界75が存在しても領域67と領域69とで連続した1枚の画像になるように、色フィルタセグメント301、303、305が設けられている。具体的には、領域67における境界75を挟む受光素子には、RおよびBの色フィルタセグメント301、305が設けられ、領域69における境界75を挟む受光素子にGの色フィルタセグメント303が設けられている。よって、境界75が存在しても、例えば画像の右側と左側でつなぎ目のような形成されるといったような不都合が生じることなく、撮像面57の右側と左側とで連続する1枚の画像を形成することが可能である。 In addition, color filter segments 301, 303, and 305 are provided on the imaging surface 57 so that even if the boundary 75 exists, the image is continuous in the region 67 and the region 69. Specifically, R and B color filter segments 301 and 305 are provided in the light receiving element sandwiching the boundary 75 in the region 67, and a G color filter segment 303 is provided in the light receiving element sandwiching the boundary 75 in the region 69. ing. Therefore, even if the boundary 75 exists, for example, a continuous image is formed on the right side and the left side of the imaging surface 57 without causing inconvenience such as a joint formed on the right side and the left side of the image. Is possible.
トランスファーゲートは図示しないが、撮像面57の右側の領域67では受光素子の境界75と対向する側に設けられ、矢印307の方向に、すなわち、境界75と対向する方向である右方向に、受光素子で形成された信号電荷を転送する。また、撮像面57の左側の領域69では受光素子の境界75と対向する側に設けられ、矢印309の方向に、すなわち左方向に形成された信号電荷を転送する。 Although not shown, the transfer gate is provided in the region 67 on the right side of the imaging surface 57 on the side facing the boundary 75 of the light receiving element, and receives light in the direction of the arrow 307, that is, in the right direction that is the direction facing the boundary 75. The signal charge formed by the element is transferred. In addition, a region 69 on the left side of the imaging surface 57 is provided on the side facing the boundary 75 of the light receiving element, and transfers signal charges formed in the direction of the arrow 309, that is, in the left direction.
信号電荷を転送する垂直転送CCD 317は、領域67では、その信号電荷を形成する受光素子の、境界75と対向する側、すなわち右側に設けられ、信号電荷を垂直方向に転送する。また領域69では、その信号電荷を形成する受光素子の、境界75と対向する側、すなわち左側に設けられ、信号電荷を垂直方向に転送する。各垂直転送CCD 317には、図示しないが、例えば図３と同様に、入射光が混入しないように遮光膜が設けられている。 In the region 67, the vertical transfer CCD 317 for transferring the signal charge is provided on the side facing the boundary 75, that is, the right side of the light receiving element that forms the signal charge, and transfers the signal charge in the vertical direction. In the region 69, the light-receiving element that forms the signal charge is provided on the side facing the boundary 75, that is, on the left side, and transfers the signal charge in the vertical direction. Although not shown, each vertical transfer CCD 317 is provided with a light shielding film so that incident light is not mixed, for example, as in FIG.
水平転送CCD 311は、受光素子、すなわち、色フィルタセグメント301、303、305の水平方向と平行するように、垂直転送CCD 317の端部に設けられており、垂直転送CCD 317からの電荷を水平方向に転送する。水平転送CCD 311の左側の端部には、出力回路313が設けられている。このようにして撮像画面の1画面を形成する撮像面57は、受光素子、各受光素子の表面に設けられた色フィルタセグメント301、303、305、垂直転送CCD 317、水平転送CCD 311、および出力回路313により構成されている。なお、受光素子、色フィルタセグメント301、303、305、垂直転送CCD 317、水平転送CCD 311、および出力回路313には公知のものを採用することが可能である。 The horizontal transfer CCD 311 is provided at the end of the vertical transfer CCD 317 so as to be parallel to the horizontal direction of the light receiving element, that is, the color filter segments 301, 303, and 305. Forward in the direction. An output circuit 313 is provided at the left end of the horizontal transfer CCD 311. The imaging surface 57 that forms one screen of the imaging screen in this way is a light receiving element, color filter segments 301, 303, 305, a vertical transfer CCD 317, a horizontal transfer CCD 311 provided on the surface of each light receiving element, and an output The circuit 313 is used. It should be noted that well-known elements can be used for the light receiving elements, color filter segments 301, 303, and 305, vertical transfer CCD 317, horizontal transfer CCD 311 and output circuit 313.
図６に示す例では、受光素子、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 317を上述のように配置しているため、境界75には、何も設けられていない。境界75は、受光素子が等間隔に設けられているため、垂直転送CCD 317と実質的に同様の形状をしている。 In the example shown in FIG. 6, since the light receiving element, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 317 are arranged as described above, nothing is provided at the boundary 75. The boundary 75 has substantially the same shape as the vertical transfer CCD 317 because the light receiving elements are provided at equal intervals.
以上のように受光素子、色フィルタセグメント301、303、305、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 317を配置することによって、例えば、中心91に向けて光151が照射される場合は、光151が照射する方向に対して、受光素子から遮光膜までの距離、および形状を、領域57と領域69とで同じにすることが可能であるため、各垂直転送CCD 317に混入する光151の量を撮像面57の右側と左側とで実質的に同じすることが可能になり、スミアが発生する際は、撮像面57の左右で同じように発生するようになる。よって1画面の左右でレベルが異なる等の問題を解決することが可能になって、スミアによる影響を改善することが可能になる。 By arranging the light receiving element, the color filter segments 301, 303, 305, the transfer gate, and the vertical transfer CCD 317 as described above, for example, when the light 151 is irradiated toward the center 91, the light 151 is irradiated. Since the distance and shape from the light receiving element to the light shielding film can be the same in the region 57 and the region 69, the amount of light 151 mixed in each vertical transfer CCD 317 is imaged. The right and left sides of the surface 57 can be substantially the same. When smear occurs, the same occurs on the left and right sides of the imaging surface 57. Therefore, it is possible to solve problems such as different levels on the left and right of one screen, and to improve the effect of smear.
図７は、図１における別の固体撮像素子11の撮像面57を概念的に示した図である。図７において、図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。図７に示す固体撮像素子11では、撮像面57に存在する境界75にセンサー401を設ける。なお図示しないが、例えば図６に示す固体撮像素子11の撮像面57の境界75にもセンサー401を設けることが可能である。 FIG. 7 is a diagram conceptually showing an imaging surface 57 of another solid-state imaging device 11 in FIG. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. In the solid-state imaging device 11 illustrated in FIG. 7, the sensor 401 is provided at the boundary 75 existing on the imaging surface 57. Although not shown, for example, the sensor 401 can be provided on the boundary 75 of the imaging surface 57 of the solid-state imaging device 11 shown in FIG.
図７に示す例では、境界75にセンサー401が設けられている。このセンサー401はフォトセンサーであり、輝度の値によって電圧が変わるセンサーである。通常このフォトセンサーは外部にも受けられるセンサーであるが、図７に示す例ように内部に設けることによって、光学系15を介して照射される光151を得ることが可能になるため、例えば調光等の制御を精度良く行うことが可能になる。 In the example shown in FIG. 7, a sensor 401 is provided at the boundary 75. The sensor 401 is a photo sensor, and is a sensor whose voltage changes depending on the luminance value. Normally, this photosensor is a sensor that can also be received externally. However, by providing the photosensor inside as shown in the example of FIG. 7, it is possible to obtain the light 151 irradiated through the optical system 15. It becomes possible to control light and the like with high accuracy.
具体的に説明すると、フォトセンサーを外部、例えば固体撮像装置1のレンズの近傍に設けた場合では、光学系15を介して照射される光を用いていないため、被写界に照射する人工的な閃光の発光の制御、すなわち調光の精度が悪いという問題を有していた。しかし、本実施例では、光学系15を介して照射される光151、とくに撮像面57の実質的に中心91に照射される光151を用いて調光することが可能になるため、精度良く調光することが可能になる。 Specifically, when the photo sensor is provided outside, for example, in the vicinity of the lens of the solid-state imaging device 1, the light irradiated through the optical system 15 is not used, so that In other words, there was a problem that the control of the flash emission, that is, the light control accuracy was poor. However, in this embodiment, since light can be adjusted using the light 151 irradiated through the optical system 15, particularly the light 151 irradiated substantially on the center 91 of the imaging surface 57, the light can be adjusted with high accuracy. It becomes possible to dimm.
なお、調光は、例えばセンサーの出力403を制御部5へ送り、制御部5が発光のオン、オフを決定し、各部を制御することによって行うことが可能である。例えば、図７に示す例では、センサー401の値がある値以上になった際に制御部5が発光しないように各部を制御することで調光を行うことが可能になる。また調光は、センサー401に光151が照射される際、すなわち、撮像が行われる際に行うことが可能であるため、リアルタイムに行うことが可能である。 The dimming can be performed, for example, by sending the output 403 of the sensor to the control unit 5, the control unit 5 determining whether the light emission is on or off, and controlling each unit. For example, in the example illustrated in FIG. 7, it is possible to perform light control by controlling each unit so that the control unit 5 does not emit light when the value of the sensor 401 exceeds a certain value. In addition, since light adjustment can be performed when the sensor 401 is irradiated with the light 151, that is, when imaging is performed, it can be performed in real time.
なお本実施例では、センサー401は、境界75全体に設けられているが、本発明はこれに限定するわけではなく、例えば境界75の一部に設けることも可能である。なお、境界75の全体または一部に設ける場合であっても、固体撮像素子11における信号電荷の転送動作の妨げならないようにセンサー401を設ける必要がある。このように設けることによって、固体撮像素子11における信号電荷の転送動作とは関係なく各部の調整を行うことが可能である。 In the present embodiment, the sensor 401 is provided on the entire boundary 75, but the present invention is not limited to this, and may be provided on a part of the boundary 75, for example. Note that the sensor 401 needs to be provided so as not to hinder the transfer operation of the signal charge in the solid-state imaging device 11 even when provided on the whole or a part of the boundary 75. By providing in this way, it is possible to adjust each part irrespective of the signal charge transfer operation in the solid-state imaging device 11.
また本発明は調光することに限定するわけではなく、例えばフォトセンサーを設けた場合に、本実施例とは異なる調整を行うことも可能である。また本発明はフォトセンサーを設けることに限定するわけではなく、どのような調整を行うかによって任意のものを設けることが可能である。例えば、分光フィルターを設け、光151の光源の種類、例えば、太陽光なのか、蛍光灯の光なのか等を判断し、光源の種類に応じてホワイトバランスを自動的に調整するようにすることも可能である。なお本発明はこれに限定するわけではない。 The present invention is not limited to dimming. For example, when a photo sensor is provided, adjustment different from the present embodiment can be performed. In addition, the present invention is not limited to providing a photo sensor, and an arbitrary one can be provided depending on what adjustment is performed. For example, a spectral filter is provided to determine the type of light source of light 151, for example, whether it is sunlight or fluorescent light, and automatically adjust the white balance according to the type of light source. Is also possible. The present invention is not limited to this.
以上のように境界75にセンサー401やフィルター等を設けることによって、スミアの発生を1画面の右側と左側で同じようにすることが可能になると共に、撮影する際にリアルタイムで、調光したりホワイトバランスの調整を行うことが可能になる。 By providing the sensor 401, filter, etc. at the boundary 75 as described above, it is possible to make smearing the same on the right and left sides of one screen, and to adjust the light in real time when shooting. White balance can be adjusted.
1 固体撮像装置
3 操作部
5 制御部
7 タイミング発生部
1 Solid-state imaging device
3 Operation unit
5 Control unit
7 Timing generator
Claims (4)
前記面は、前記被写界からの入射光が照射される位置で複数の領域に分けられ、
前記受光素子は、該分けられた領域と領域との境界を挟むように配置され、
前記ゲート手段は、該境界と対向する方向に前記信号電荷を読み出すことを特徴とする固体撮像素子。 A plurality of light receiving elements that generate signal charges from the incident light are arranged in a matrix on a surface irradiated with incident light from the object field, and gate means for reading the signal charges accumulated in each of the light receiving elements, and the reading In a solid-state imaging device that is provided with column transfer means for transferring the signal charge in the column direction of the matrix and forms an electric signal from the signal charge,
The surface is divided into a plurality of regions at a position irradiated with incident light from the object scene,
The light receiving element is disposed so as to sandwich a boundary between the divided region and the region,
The solid-state imaging device, wherein the gate means reads the signal charge in a direction opposite to the boundary.
該固体撮像素子により形成された前記電気信号を処理して画像信号を形成する処理手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3,
A solid-state imaging device comprising: processing means for processing the electrical signal formed by the solid-state imaging device to form an image signal.
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| JP2005304626A JP2007116356A (en) | 2005-10-19 | 2005-10-19 | Solid-state image sensor |
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2005
- 2005-10-19 JP JP2005304626A patent/JP2007116356A/en not_active Withdrawn
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