JPH05336454A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPH05336454A JPH05336454A JP4141576A JP14157692A JPH05336454A JP H05336454 A JPH05336454 A JP H05336454A JP 4141576 A JP4141576 A JP 4141576A JP 14157692 A JP14157692 A JP 14157692A JP H05336454 A JPH05336454 A JP H05336454A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 それ自体で常に高画質の画像を得ることので
きる固体撮像素子を提供すること。 【構成】 固体撮像素子の各画素（Ｅ）は、画素の感度
分布の幅（Ｄ）が画素の間隔（ｐ）よりも大きくなるよ
うな形状と配置をなしている。固体撮像素子は積層型ダ
イオード構造を有している。
きる固体撮像素子を提供すること。 【構成】 固体撮像素子の各画素（Ｅ）は、画素の感度
分布の幅（Ｄ）が画素の間隔（ｐ）よりも大きくなるよ
うな形状と配置をなしている。固体撮像素子は積層型ダ
イオード構造を有している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子、特に固体撮
像素子の改良に関する。
像素子の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像素子の各画素は、図１１
に示すように、ほぼ四角形をなしていて、画素の感度分
布の幅Ｄは画素の間隔ｐよりも小さくなるように配列さ
れていた。
に示すように、ほぼ四角形をなしていて、画素の感度分
布の幅Ｄは画素の間隔ｐよりも小さくなるように配列さ
れていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の固体
撮像素子では、その解像周波数よりも高い周波数の画像
を検出しようとすると、折返し周波数の誤差（aliasin
g）が生じ、偽画像が生じるという欠点がある（このよ
うな誤差を生じない周波数をナイキスト限界という）。
このために、通常のビデオカメラ等では、固体撮像素子
の前にローパスフィルタを設けて、レンズで撮影した画
像の周波数の内の高周波側をカットしている。しかし、
これは画質を劣化させる結果となるし、また装置を高価
なものにする原因となる。
撮像素子では、その解像周波数よりも高い周波数の画像
を検出しようとすると、折返し周波数の誤差（aliasin
g）が生じ、偽画像が生じるという欠点がある（このよ
うな誤差を生じない周波数をナイキスト限界という）。
このために、通常のビデオカメラ等では、固体撮像素子
の前にローパスフィルタを設けて、レンズで撮影した画
像の周波数の内の高周波側をカットしている。しかし、
これは画質を劣化させる結果となるし、また装置を高価
なものにする原因となる。
【０００４】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、それ自体で常に高画質の画像を得ることのでき
る固体撮像素子を提供しようとするものである。
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、それ自体で常に高画質の画像を得ることのでき
る固体撮像素子を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明による固体撮像素子においては、画
素の感度分布の幅が画素の間隔よりも大きくなるように
形状と配置が選定されている。更に、本発明によれば、
かかる構成の実現を容易にするため、積層型構造が用い
られている。
するために、本発明による固体撮像素子においては、画
素の感度分布の幅が画素の間隔よりも大きくなるように
形状と配置が選定されている。更に、本発明によれば、
かかる構成の実現を容易にするため、積層型構造が用い
られている。
【０００６】以下、本発明の基礎となる撮像における周
波数特性の解析について説明する。
波数特性の解析について説明する。
【０００７】一般に、固体撮像素子によって物体の強度
（濃度）情報を得る撮像プロセスには、（１）撮像レン
ズを介して物体の像を固体撮像素子上へ投影するステッ
プと、（２）固体撮像素子上に投影された像の強度分布
を、固体撮像素子の各フォトダイオード（画素）を介し
て光電変換するステップとがある。
（濃度）情報を得る撮像プロセスには、（１）撮像レン
ズを介して物体の像を固体撮像素子上へ投影するステッ
プと、（２）固体撮像素子上に投影された像の強度分布
を、固体撮像素子の各フォトダイオード（画素）を介し
て光電変換するステップとがある。
【０００８】図１は、固体撮像素子を用いた撮像系を示
す。今、物体の強度分布をｏ（ｘ）、像の強度分布をｉ
（ｘ）、撮像レンズの点像応答関数（ＰＳＦ）をｈ
（ｘ）、画素の感度分布をａ（ｘ）、画素の間隔をｐと
すれば、レンズ系のみの結像特性は、 ｉ（ｘ）＝ｈ（ｘ）＊ｏ（ｘ） （１） で表わされる。ここで、＊はコンボリューションを表わ
す。次にこれをフーリエ変換すると、 Ｉ（ｆ）＝Ｈ（ｆ）Ｏ（ｆ） （２） となり、積の形で表わすことができる。ここで、大文字
は小文字の関数のフーリエ変換を表わす。ここで、ｆは
空間周波数である。
す。今、物体の強度分布をｏ（ｘ）、像の強度分布をｉ
（ｘ）、撮像レンズの点像応答関数（ＰＳＦ）をｈ
（ｘ）、画素の感度分布をａ（ｘ）、画素の間隔をｐと
すれば、レンズ系のみの結像特性は、 ｉ（ｘ）＝ｈ（ｘ）＊ｏ（ｘ） （１） で表わされる。ここで、＊はコンボリューションを表わ
す。次にこれをフーリエ変換すると、 Ｉ（ｆ）＝Ｈ（ｆ）Ｏ（ｆ） （２） となり、積の形で表わすことができる。ここで、大文字
は小文字の関数のフーリエ変換を表わす。ここで、ｆは
空間周波数である。
【０００９】次に、固体撮像素子による撮像系の特性に
ついて調べる。感度分布ａ（ｘ）を有する画素で像ｉ
（ｘ）を検出する場合に得られる信号は、サンプル点に
おける像の強度分布ｉ′（ｘ）と画素の感度分布ａ
（ｘ）との積に比例するから、各画素からの出力信号
ｉ′s （ｘ）は、 となり、相互相関で表わされる。実際には、各画素が間
隔ｐでアレイを形成しているから、固体撮像素子からの
出力信号ｉs （ｘ）は、 ｉs （ｘ）＝Σk δ（ｓ−ｋｐ）ｉ′s （ｘ） （４） となる。ここでｋは整数である。Σk δ（ｓ−ｋｐ）＝
comb（ｓ／ｐ）と表わせば、 ｉs （ｘ）＝comb（ｓ／ｐ）｛ａ（ｘ）☆ｉ（ｘ）｝ （５） となる。ここで☆は相関を表わす。又、上記（１）式よ
り、ｉ（ｘ）＝ｈ（ｘ）＊ｏ（ｘ）であるから、 ｉs （ｘ）＝comb（ｓ／ｐ）｛ａ（ｘ）☆ｈ（ｘ）＊ｏ（ｘ）｝ （６） これをフーリエ変換すると、 Ｉs （ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ）Ｏ（ｆ） （７） となる。ここで、Ａは逆フーリエ変換を表わす。
ついて調べる。感度分布ａ（ｘ）を有する画素で像ｉ
（ｘ）を検出する場合に得られる信号は、サンプル点に
おける像の強度分布ｉ′（ｘ）と画素の感度分布ａ
（ｘ）との積に比例するから、各画素からの出力信号
ｉ′s （ｘ）は、 となり、相互相関で表わされる。実際には、各画素が間
隔ｐでアレイを形成しているから、固体撮像素子からの
出力信号ｉs （ｘ）は、 ｉs （ｘ）＝Σk δ（ｓ−ｋｐ）ｉ′s （ｘ） （４） となる。ここでｋは整数である。Σk δ（ｓ−ｋｐ）＝
comb（ｓ／ｐ）と表わせば、 ｉs （ｘ）＝comb（ｓ／ｐ）｛ａ（ｘ）☆ｉ（ｘ）｝ （５） となる。ここで☆は相関を表わす。又、上記（１）式よ
り、ｉ（ｘ）＝ｈ（ｘ）＊ｏ（ｘ）であるから、 ｉs （ｘ）＝comb（ｓ／ｐ）｛ａ（ｘ）☆ｈ（ｘ）＊ｏ（ｘ）｝ （６） これをフーリエ変換すると、 Ｉs （ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ）Ｏ（ｆ） （７） となる。ここで、Ａは逆フーリエ変換を表わす。
【００１０】ここで点物体に対する応答を考える。ｏ
（ｘ）＝δ（ｘ）（デルタ関数）とすると、 であるから、上記（７）式は、 Ｉs ′（ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ） （８） となり、点物体に対する伝達関数を与えることになる。
ところで、画素の感度分布ａ（ｘ）が偶関数であれば、
上記（７）式及び（８）式は、夫々、 Ｉs （ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ）Ｏ（ｆ） （７）′ Ｉs ′（ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ） （８）′ となる。
（ｘ）＝δ（ｘ）（デルタ関数）とすると、 であるから、上記（７）式は、 Ｉs ′（ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ） （８） となり、点物体に対する伝達関数を与えることになる。
ところで、画素の感度分布ａ（ｘ）が偶関数であれば、
上記（７）式及び（８）式は、夫々、 Ｉs （ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ）Ｏ（ｆ） （７）′ Ｉs ′（ｆ）＝comb（ｐｆ）＊Ａ（ｆ）Ｈ（ｆ） （８）′ となる。
【００１１】更に、画素の感度分布が一様であるとして
解析を進める。即ち、幅Ｄで矩形状の感度分布をしてい
るとする。即ち、ａ（ｘ）＝rect（ｘ／Ｄ）で、光学系
のカットオフ空間周波数をｆc 、画素間隔をｐとする
と、 が得られる。
解析を進める。即ち、幅Ｄで矩形状の感度分布をしてい
るとする。即ち、ａ（ｘ）＝rect（ｘ／Ｄ）で、光学系
のカットオフ空間周波数をｆc 、画素間隔をｐとする
と、 が得られる。
【００１２】図２は空間周波数の応答特性ＩS の意味を
示す。即ち、光学系の周波数特性Ｈ（ｆ）と画素の感度
分布のフーリエ交換Ａ（ｆ）との積の特性が、画素間隔
の逆数１／ｐで繰り返すことを示している。
示す。即ち、光学系の周波数特性Ｈ（ｆ）と画素の感度
分布のフーリエ交換Ａ（ｆ）との積の特性が、画素間隔
の逆数１／ｐで繰り返すことを示している。
【００１３】図３は、従来の固体撮像素子を用いた場合
を示している。即ち、画素の感度分布幅Ｄが画素間隔ｐ
よりも小さく、１／ｐ＜１／Ｄとなっている。従って、
１／２ｐから１／ｐの高周波の画像が周波数０から１／
２ｐの低周波の画像として重なってくることを示してい
る。また１／ｐから１／Ｄの高周波も１／ｐから１／ｐ
−１／Ｄの周波数領域に重なってきている。従って、高
価な水晶フィルタ等のローパスフィルタを用いることに
より光学系の特性Ｈ（ｆ）の高周波特性を低下させて、
この問題を解決していた。
を示している。即ち、画素の感度分布幅Ｄが画素間隔ｐ
よりも小さく、１／ｐ＜１／Ｄとなっている。従って、
１／２ｐから１／ｐの高周波の画像が周波数０から１／
２ｐの低周波の画像として重なってくることを示してい
る。また１／ｐから１／Ｄの高周波も１／ｐから１／ｐ
−１／Ｄの周波数領域に重なってきている。従って、高
価な水晶フィルタ等のローパスフィルタを用いることに
より光学系の特性Ｈ（ｆ）の高周波特性を低下させて、
この問題を解決していた。
【００１４】本発明は、このような画像特性に鑑み、１
／ｐ＞１／Ｄの状態、更に好ましくは１／２ｐ≧１／Ｄ
の状態にすることによって、問題点を解決したものであ
る。即ち、画素の感度分布の幅Ｄが画素の間隔ｐよりも
大きくなるように画素の形状と配置を選定したものであ
る。この場合、図４に示すＣＣＤのような一般的な固体
撮像素子では、画素構造も光電変換信号の読出し構造も
共に複雑であって、画素の形状を工夫することは容易で
はないので、本発明では、図５に示すような積層型のフ
ォトダイオード構造をもつ画像センサーを用いて、画素
形状と配置の選定を容易にした。
／ｐ＞１／Ｄの状態、更に好ましくは１／２ｐ≧１／Ｄ
の状態にすることによって、問題点を解決したものであ
る。即ち、画素の感度分布の幅Ｄが画素の間隔ｐよりも
大きくなるように画素の形状と配置を選定したものであ
る。この場合、図４に示すＣＣＤのような一般的な固体
撮像素子では、画素構造も光電変換信号の読出し構造も
共に複雑であって、画素の形状を工夫することは容易で
はないので、本発明では、図５に示すような積層型のフ
ォトダイオード構造をもつ画像センサーを用いて、画素
形状と配置の選定を容易にした。
【００１５】
【実施例】図６は本発明の第１実施例を示している。図
中、Ｅは画素であって、コ字状をなし、図示のように配
置されて、画素の感度分布の幅Ｄが画素の間隔ｐよりも
大きくなるように（Ｄ≒２ｐ）配置が選定されている。
基本となる固体撮像素子としては、光電変換を行うフォ
トダイオードが積層型構造となっている内部増幅型の固
体撮像素子が用いられている。構造は図５に示されてい
る通りであり、図７はその等価回路を示していて、破線
枠内は一画素分を表わしている。
中、Ｅは画素であって、コ字状をなし、図示のように配
置されて、画素の感度分布の幅Ｄが画素の間隔ｐよりも
大きくなるように（Ｄ≒２ｐ）配置が選定されている。
基本となる固体撮像素子としては、光電変換を行うフォ
トダイオードが積層型構造となっている内部増幅型の固
体撮像素子が用いられている。構造は図５に示されてい
る通りであり、図７はその等価回路を示していて、破線
枠内は一画素分を表わしている。
【００１６】次に、図５と図７を用いてその作用を説明
する。図５に示すように、光は透明電極１を透過して光
電変換層２内に入射し、光電変換層２で生じた電荷は画
素電極３で捕捉される。この電荷は、図７においてはフ
ォトダイオードｄの容量Ｃpdに蓄積された電荷を意味す
るが、この電荷による電位は画素電極３の直ぐ近くにあ
る増幅トランジスタＴａのゲートに印加され、ＭＯＳス
イッチＴｙ，Ｔｘを介して読出される。この場合、Ｓ／
Ｎは良く、通常のＣＣＤ等に比べて１０〜１００倍の大
きさの出力信号が得られる。画素の形状は画素電極３の
形状のみで決定されるから、図６に示した形状と配置を
実現するのは容易である。
する。図５に示すように、光は透明電極１を透過して光
電変換層２内に入射し、光電変換層２で生じた電荷は画
素電極３で捕捉される。この電荷は、図７においてはフ
ォトダイオードｄの容量Ｃpdに蓄積された電荷を意味す
るが、この電荷による電位は画素電極３の直ぐ近くにあ
る増幅トランジスタＴａのゲートに印加され、ＭＯＳス
イッチＴｙ，Ｔｘを介して読出される。この場合、Ｓ／
Ｎは良く、通常のＣＣＤ等に比べて１０〜１００倍の大
きさの出力信号が得られる。画素の形状は画素電極３の
形状のみで決定されるから、図６に示した形状と配置を
実現するのは容易である。
【００１７】図８は本発明の第２実施例を示している。
この実施例は、ｙ方向が改善されている点で第１実施例
とは異なるが、その作用効果は第１実施例と殆ど同じで
ある。
この実施例は、ｙ方向が改善されている点で第１実施例
とは異なるが、その作用効果は第１実施例と殆ど同じで
ある。
【００１８】図９は本発明の第３実施例を示している。
この実施例では、ｘ方向，ｙ方向共に画素の感度分布の
幅Ｄが画素の間隔ｐよりも大きく（Ｄ≒（４／３）ｐ）
なるように構成されているが、その作用効果は第１実施
例と同様である。
この実施例では、ｘ方向，ｙ方向共に画素の感度分布の
幅Ｄが画素の間隔ｐよりも大きく（Ｄ≒（４／３）ｐ）
なるように構成されているが、その作用効果は第１実施
例と同様である。
【００１９】図１０は本発明の第４実施例を示してい
る。この実施例では、ｘ，ｙ両方向共にＤ≒２ｐとなる
ように構成されているが、その作用効果は第１実施例と
同様である。
る。この実施例では、ｘ，ｙ両方向共にＤ≒２ｐとなる
ように構成されているが、その作用効果は第１実施例と
同様である。
【００２０】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、それ自体で
折返し周波数誤差を除去することができ、従って光学系
の優れた高周波特性を損なうことなく、且つ高価なロー
パスフィルタを使用することなく忠実性の良い優れた画
像を得ることのできる固体撮像素子を提供することがで
きる。
折返し周波数誤差を除去することができ、従って光学系
の優れた高周波特性を損なうことなく、且つ高価なロー
パスフィルタを使用することなく忠実性の良い優れた画
像を得ることのできる固体撮像素子を提供することがで
きる。
【図１】固体撮像素子を用いた撮像系を示す図である。
【図２】空間周波数の応答特性の意味を示す特性線図で
ある。
ある。
【図３】従来の固体撮像素子を用いた場合の空間周波数
の応答特性を示す線図である。
の応答特性を示す線図である。
【図４】ＣＣＤのような一般的な固体撮像素子の構成を
示す図である。
示す図である。
【図５】積層型のフォトダイオード構造をもつ画像セン
サーの構成を示す図である。
サーの構成を示す図である。
【図６】本発明による固体撮像素子の第１実施例におけ
る画素の形状と配置を示す図である。
る画素の形状と配置を示す図である。
【図７】図５に示す画像センサーの等価回路図である。
【図８】本発明の第２実施例における画素の形状と配置
を示す図である。
を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例における画素の形状と配置
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施例における画素の形状と配
置を示す図である。
置を示す図である。
【図１１】従来の固体撮像素子における画素の形状と配
置を示す図である。
置を示す図である。
Ｅ 画素 Ｄ，Ｄx ，Ｄy 画素の感度分布の幅 ｐ，ｐx ，ｐy 画素の間隔 １ 透明電極 ２ 光電変換層 ３ 画素電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年７月３１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】更に、画素の感度分布が一様であるとして
解析を進める。即ち、幅Ｄで矩形状の感度分布をしてい
るとする。即ち、ａ（ｘ）＝rect（ｘ／Ｄ）で、光学系
のカットオフ空間周波数をｆc 、画素間隔をｐとする
と、 が得られる。
解析を進める。即ち、幅Ｄで矩形状の感度分布をしてい
るとする。即ち、ａ（ｘ）＝rect（ｘ／Ｄ）で、光学系
のカットオフ空間周波数をｆc 、画素間隔をｐとする
と、 が得られる。
Claims (1)
- 【請求項１】 画素の感度分布の幅Ｄが、画素の間隔ｐ
よりも大きくなるように各画素の形状と配置を選定して
成る固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14157692A JP3274704B2 (ja) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14157692A JP3274704B2 (ja) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05336454A true JPH05336454A (ja) | 1993-12-17 |
| JP3274704B2 JP3274704B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=15295198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14157692A Expired - Fee Related JP3274704B2 (ja) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3274704B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004021698A1 (en) * | 2002-08-30 | 2004-03-11 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Detector arrangement |
| JP2006245527A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-09-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子 |
| WO2016096622A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Koninklijke Philips N.V. | Detector and method for detecting ionizing radiation |
-
1992
- 1992-06-02 JP JP14157692A patent/JP3274704B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004021698A1 (en) * | 2002-08-30 | 2004-03-11 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Detector arrangement |
| JP2006245527A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-09-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子 |
| WO2016096622A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Koninklijke Philips N.V. | Detector and method for detecting ionizing radiation |
| CN107110987A (zh) * | 2014-12-17 | 2017-08-29 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于探测电离辐射的探测器和方法 |
| JP2018500556A (ja) * | 2014-12-17 | 2018-01-11 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 電離放射線を検出する検出器及び方法 |
| US10054692B2 (en) | 2014-12-17 | 2018-08-21 | Koninklijke Philips N.V. | Detector and method for detecting ionizing radiation |
| CN107110987B (zh) * | 2014-12-17 | 2019-11-01 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于探测电离辐射的探测器和方法 |
| RU2705717C2 (ru) * | 2014-12-17 | 2019-11-11 | Конинклейке Филипс Н.В. | Детектор и способ для обнаружения ионизирующего излучения |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3274704B2 (ja) | 2002-04-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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