JP4365117B2 - インターライン電荷結合素子 - Google Patents

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Description

【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５０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ＣＣＤ１０が示されている。すなわち、カラーフィルタアレイ６０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５０を通過し、最終的に各垂直ＣＣＤ４０に達する。ＣＣＤ４０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。ＣＣＤ４０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、７０ マイクロレンズ、８０ 間隙、９０ 撮像装置。

Claims (3)

  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感光領域と、
    （ａ２）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、電荷結合素子であって、画素間で電荷を搬送する機構を有する垂直電荷結合素子に含まれる電荷結合素子と、
    （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、
    を備え、前記垂直電荷結合素子は、前記第２感度領域を形成する電荷結合素子に蓄えられた電荷を、前記第１の転送機構による電子の移動に先立って搬送する、
    イメージセンサ。
  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. 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感光領域と、
    （ｉｉ）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、電荷結合素子であって、画素間で電荷を搬送する機構を有する垂直電荷結合素子に含まれる電荷結合素子と、
    （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、
    を含み、前記垂直電荷結合素子は、前記第２感度領域を形成する電荷結合素子に蓄えられた電荷を、前記第１の転送機構による電子の移動に先立って搬送する、
    （ａ）イメージセンサを備える撮像装置。
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