JPS5848457A - 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】 本発明は撮像素子１％に、一対のアンチブルーミング部
間に、複数のバリアによって、複数個の画素を区画して
設ける様にした撮像素子に関する。

ＣＣＤ等の電荷転送型の固体撮像素子においては、一部
の画素に強い光が照射されると、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、ｌｍｌ１上の広
い領域にわた多画像を破壊してしまう所關プルーミング
と呼ばれる現象がある。

従来、このようなブルー之ング抑餉のために、例ｔ　ｋ
ｌ　、：ｙ　ｖ−ム転送＠ＣＣＤＩＣおいては、あふれ
出した電荷を吸収するためにアンチブルー考ンググート
及びアンチブルー々ン゛グドレインかう成るアンチブル
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
ク部を設けた従来のＣＯＤの撮像部の構造の一例及びそ
のポテンシャルフェルの状態の例を示したものである。

図中５ＷｊｊＪ素１ｍ　、　１ｂ　Ｉ　ＩＣ、１ｄの間
には、アンチプルーミングゲート２１１２ｂ　−２ｃ及
びアンチプルーミングドレイン３ａ　＊　３ｂ　ｅ　３
ｃから成るアンチブルーミンク部が設けられている。！
１図（ｂ）　において、斜線の部分は各画素の蓄積電荷
をあられしている。強い光が画素１１〜１ｄに入射し）
電荷が大量に発生した場合には、その際の過剰分の電荷
社アンチプルーミングゲー）　２８〜２ｃを越えてアン
チブルーミングドレイン３ａ〜３ｃに流入し、この結果
プルーミングによる画像の乱れ社最小になる。

しかし、＃Ｘ１図示の従来例では、画面の大きさを同一
として水平画素数を増した場合に、アンチブルーミンク
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元は有効な出
力とならないため、党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図及び第Ｓ図
に示す。

第２図祉、例えば特開昭５４−２４５３０号公報に示さ
れている方法であるが、画素１３〜１Ｃの境界にアンチ
プルーミングゲート２ｂ　、　２ｄとアンチブルーミン
グドレイン３ｂ　、　油とから成るアンチプルーミング
部（２ｂ　−５ｂ　、　２ｄ　−３ｄ　）とアンチブル
ーをングゲート２ｂ、２ｄよシも高ポテンシャルのチャ
ンネルストッパ４ｍ　、　４ｃとが交互に設けられてい
る。しかし本従来例では）第１図の従来例で存在してい
た欠点は若干軽減されている反面、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。また、他の欠点は、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なえるとされている玖赤）
−Ｇ　（ａｉ）　−Ｂ　（實）あるい韓Ｒ（赤）−Ｇ［
）−（Ｊ（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。この６
画素の周期構造は非常に低い周波数であるため、あまシ
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ＣＯＤは、特開昭５５−５６７８９号公
報に示された従来例である。図中、２は前述同様アンチ
プルーミングゲート、５Ｆｉアンチブルー宅ングドレイ
ン　４１は７ン〒プルーミングゲート２と同等のポテン
シャルのバリアで、アンチブルーミンク部（２，３）の
間で、一対のバリア４’）Ｃよ）分割された３つの画素
ｊＲ，１Ｂ及び１ｑが形成され、斯かる構造が水平方向
に周期的に繰〉返される。画素（ＩＲ，ＩＢ及び１Ｇ）
ａ何れもサイズ（水平方向の幅Ｗ）において等しく、画
素ＩＲＫｔｉＩＬ（赤）、画素１Ｂ）ＣｄＢ（青）１画
素１ｑにｔｉＧＣ緑）のフィルターが夫々配される。

本従来例では、例えば、Ｒ，−Ｇ−Ｈ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ｉ！ｉｉ儂
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、輝度（１）信
号の高域成分を前記固体撮像素子からの出力を合成して
得る際、複雑な信号処理回路な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Ｆ１〜 （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。

■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を与えて再度サン
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こと
は避けられない。また、この構造で社画素のサンプリン
グ位置が不等間隔になり、最も大きい間隔によシ解像力
が決まってしまうため、解像力の低下を姦すことになる
。これに対し、第１図に示した固体ｗ＆儂素子にＲ−Ｑ
−Ｂのストライプフィルターを組合せ１ａ色（無彩色）
物体に対して各画素からの出力信号が等しくかつ等間隔
に読み出されるよう設定されている場合には、テレビジ
目ン学金誌第！１！１巻７号５１６−５２２ページにも
記載されているように、単に％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。この方式におい
て社）信号処理回路が単純になる反面、固体撮像素子の
感度が比較的低いＢ（實）の出力信号によってカメラ全
体としての感度が制限され１カメラを高感度化すること
が困難になるという欠点が生じて（る。フィルターの色
の組合せを、例えば、Ｒ（赤）　−Ｃｙ　（シアｙ）　
−Ｇ樟）等の組合せに変更することによシある程度の高
感度化轄可能となるが、その場合にも、輝度分布の高域
成分からＢ（青）信号にもれ込んで生じるための色信号
が増加してしまうため、素子の青感度社できるだけ高い
ことが望ましい。

ところで、第３図に示す従来例では）バリア４′のボテ
ｌシャｓｐｕ何れもアンチプルーミングゲート２のポテ
ポンシャルと同等となっている訳であるが、これらによ
ると、過剰電荷の発生に際し１アンチブル一建ング部Ｃ
２，５＞によシプルーミングは防止出来るものの、画素
ＩＲ，ＩＢ、ＩＧ相互間で電荷の混合を生じ、結局、混
色を生じて色再現を全（維持出来なくなると云った欠点
がある。

本発明は斯かる事情に鑑みて為されたもので、一対のア
ンチブルーミング部間に、複数のバリアによってＳ複数
個の画素を区画して設ける様にした撮像素子として）電
荷の過剰発生に際しても信号の混合を成る領域のみに限
定せしめｔ他の領域による画儂の再現を確実に保鉦出来
、殊にカラー現像においては少な（とも成るベクトル方
向の色再現については確実に維持出来る新規且つ有利な
撮像素子を提供する。こ、とを目的とじ１そして、斯、
］ かる目的の下で、本発明は、上記複数のバリアのうちの
１つを、他のバリア及びアンチブルーミツ１部よりも高
く為したことを肴黴とするものであるＯ 尚、以下に説明する本発明の好ましい実施例によれげ）
一対のアンチブルーミング部間に、一対のバリアによっ
て３個の画素を区画して設ける場合に、一方のバリアを
他方のバリア及びアンチブルー建ング部よりも高く為し
た撮像素子の構成が示されているが、これ社、特に、６
色によるカラー撮像に好適なものである・ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明するＯ 先ず、第４図を参照して本発明の第１の実施例について
説明するに、同図において、１１Ｌ、ＩＢ＃ＩＧ、２．
３＆び４１社夫々前述と同様、Ｉｌ像部のブ 画素、アンチプルーミングゲート、アンチ賽ルーミンダ
ドレイン及びバリアである。図示の如くｔ一対のアンチ
ブルーミツ１部（２，５）間に、一対のバリア４’によ
シ区分された３個の画素ＩＲ。

ＩＢ、ＩＧが設けられている訳であるが、ここでは）ア
ンチプルーミング部（２，３）を介して隣シ合５画素（
図中１左端の画素と１Ｒ並びＫＩＧと右端の画素）間の
各ピッチと、アンチブルーミン／ＩＩ（２，３）を介さ
ずしてＩＩ）合う、即ち１ａ　９７４”ｉｋ介しｒｌｉ
Ｌ＆５ｉｉｉｉｉ素（ＩＢと１Ｂ並びＫＩＢと１０）間
のピッチとを略同等にするために１画素１＆ＩＩＢＩＱ
のサイズ、即ち、水平方向の幅Ｗ黄、　Ｗｓ　、　Ｗ・
に予め差異が設けられている。即ち、具体的にはＷ・＞
ＷＲ、Ｗ−となっている。

斯かる構成においては、第３図に示した従来の撮のサン
プリング位置がアンチプルーンンダドレイン５に近づき
、画素間のピッチがはげ同じになって、凧５図示の従来
例で社不可能であったす／プリンダ位置の等間隔化が可
能となる。

尚％図で轄省略しであるが、上記画素ｊＲ，ｊＢ。

ＩＱＩＩｉ夫々Ｒ，Ｂ、Ｇの各色のストライプフィルタ
ーに対応付けられているものである。従って、図に示す
ように１例えば１青（Ｂ）フィルターの如き短波長のフ
ィルターに対応した１ｍ素１Ｂの幅Ｗｓが他のもののそ
れに比較して広く作られている場ここ襄蓄積される電荷
の量轄それだけ多くなる。

このため、従来から知られている様に、■体撮曹素子の
青色光に対する感度、が低くても、出力信号として電圧
変換された信号社他の信号と比較して大きくなシ、この
結′果′、固体撮像素子の青感度が向上したのと同等の
効果が得られることとなる。

即ち、本実施例によれば、第１図示固゛体撮像素子にお
ける感度向′上を妨げる最大の原因となっていたＢの出
力信号は１．５倍程度向上し、こり結も実効的゛セ感度
を１．５倍程度両上させることが可能となる。　′ 第４図（ｂ）＃ｉ、ＣＣＤ表面でのポテンシャルレベル
をあられしたものであるが、バリア４′のレベルは、ア
ンチブルーミングゲート２０レベルに’ｌＬいことが望
ましいが〜しかじ、そのうち一方は高くても嵐い。また
、アンチブルーミングゲート２０レベルをＣＯＤ駆動に
同期して変えるダイナミックプルーミンダ防止法を用い
ている場合に＃ｉ、バリア４′の少な（とも一方のポテ
ンシャｋｆｄ　、アンチブルー瑠ングゲー”ト２と同一
レベルに制御されることか望ましい。今、非常に強い青
色ｊｔ′ｔＩＫ入射し、画素１Ｂから電荷があふれ出た
場合を考えると、この電荷は画ＸＩＲ，ＩＧの一方ある
いは両方に流れ込むこととなる。しかしこの場合には、
例えばｔブルーミング検出回路（図示省略）等を用いて
出力画像を白色としてしまうととＫよシ、画像の大きな
乱れを生じない様にすることが出来るＯ さて、ここで、本発明によれば、上記一対のバリア４′
のうち一方のバリア４′のポテンシャルは他方のバリア
４′及びアンチブルーミングゲート２のポテンシャルに
対して常に高くなる様に設定されるものであるが、これ
によると、電荷の過剰発生に際して１少なくとも１種類
の画素については電荷の混合による混色を防止して、少
なくとも成るベクトル方向の色再現については確実に保
証し得る橡になる。例えば〜画素１Ｂと１０との間がバ
リア４１を高くしておくことによシ゛少なくとも緑色の
ベクトル方向の色再現について轄確実に保証出来、また
、逆に１画素１Ｒと画素１Ｂとの間の縛バリア４′を高
くしておくことによシ赤色のペクト常′に多く、従って
、斯かる部門から゛すれば、画素１Ｂと画素１Ｇとの間
のバリアを高くしてお（方が有利であろ５゜ 因みに本実施例の構造は、ｌＣ製造プロセスに簡単な変
更を施すだけで実現することが可能である。例えば、素
子設計に際し／（リア４′とアンチブルーミングドレイ
ン３を同一幅、同一ピッチで構成シてオキ、アンチブル
ーミングゲート２を所定の幅で加えることによ）、番別
なピッチのパターンな゛設定することな（製造すること
が可能となる。

本実施例による撮像素子の出力よシｐラーＴＶ信号を得
るための信号処理回路を第５図に示す。

カラーフィルターと組合された固体撮像素子１０は駆動
回路１１で駆動され、その出力社高域フィルター１４及
び色分゛離回路゛１２の入力となる。高域フィルター１
４を通った信号は高〜１周波数成分だけの信号となシ、
この信号は、輝度信号の高域信号Ｙ、とじて使用するた
め、カラーＴＶのコンポジットビデオ信号を作シ出すプ
ロセス回路２０に入力される。一方１駆動回路１１から
−のサンプリングパルスに応じて、色分離回路１２中で
は各色信号の分離が行なわれる。分離された各色信号は
、低域フィルター１５Ｒ、１５Ｇ　、　１５Ｂを通った
後、プロセス回路のＲ，Ｇ、Ｂ各入力となる。

以上のよ５Ｋして得られたＲ、Ｇ、Ｂの各色信号と輝度
゛信号の高域信号Ｙ−、プロセス回路２０中で逼蟲な大
きさに増幅され、ｗ）リツクス回島ガンマ補正回路等を
通った後、ＮＴ８０信号等のコンポジットビデオ信′号
として出力される。

次に本発明の第２の実施例を第７図により説明する。

本実施例は前掲第１の実施例における青色用画素Ｗｌｌ
　ｅ　Ｗ−となっている。また、バリア４，４つポテン
シャルレベルも互いに異なって−する。尚、高いバリア
４はチャンネλストツノ（でも曳（、また、低いグーリ
ア４１はアンチブルーをングゲート２とはば同じポテン
シャルレベルとすれば良い。このように各画素の幅に自
由度を持たせることによ〉、カラー撮像素子を容易に構
成することができるよ５になる。一方、本発明に従って
バリア（チャンネルストッパ）４とバリア４Ｉのレベル
が異なっているため、画素ＩＣｙと画素１Ｇ相互間の電
荷の混合社会（生じず、一部にブルー１ングが生じたと
きにも、成るベクトル方向の色再現だけは維持すること
が可能となる。

なお、第６図に示した固体撮像素子を第５図示の信号処
理回路と組合せた場合、得られる色信号韓Ｒ＊　ｃ７　
ｅ　Ｇの各信号となる。この場合紘Ｃｙ（シアン）信号
から遣尚な割−合で減算することによ〉、青ＣＢ）信号
を得ることができる。

以上説−したよ５に、本発明゛によれば、アンチブルー
電ング部を設けているにも拘らず、解像度を低下させる
ことなく、素子の小型化、ｉ１素数の増加を１４に達成
することができ、高画質のＴＶ傷信号簡単に得ることの
できる撮像素子が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）　ｔｉ従来の撮像素子の＠１０例を
示す図で、（ａ）＃ｉ平面模式図、（ｂ）社ポテンシャ
ル図、第２図体）（ｂ田従来の撮像−子の第２の例を示
す図へ（ａ）は平面−１（ｂ）祉ポテンシャル図、第３
図（１）　（ｂ）紘従来の撮像素子の第６の例を示す図
で１（ａ）紘平面図、（ｂ）はポテンシャル因％菖４図
神）（ｂ）は本発明に係る撮像素子の第１の実施例を示
す図で、偵）は平面図、（ｂ）＃ｉポテンシャル図、菖
５図社第４図示素子出力の処理回路の例を示す図、１１
１６図（ａ）（ｂ）　社本！１ｉｌｊＨｃ係る撮像素子
の第２の実施例を示す図で、（鳳）は平面Ｅｓ（１））
はポテンシャル園である。 ＩＲｔＩＢｅＩＧ；ＩＲ＊ＩＣｙｅＩＧ　ｍｍ””　画
素、２　Ｊ＠＠１１＠＠アンチプルーミング部を構成す
るアンチプル−インｌゲート及びアンチプルーミングド
レ゛イン、４゜４Ｉ０・・・チャンネルストッパ着しく
祉バリア、１０・・・・・固体撮ｇ１素子、１１・・・
・・駆動回路く、１２００・色分離回路、１４−＠・・
・高域フィル！−１１５＠・・・・低域フィルター、２
０・・・・・プロセス回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）一対のアンチプルーミング部間に複数のバリアを
   設けることによシ複数個の画素を区−して設けると共に
   、該複数のバリアのうちの１つを、他のバリア及びアン
   チプルーミング部より４１く為したことを特徴とする撮
   像素子。 Ｑ）′上記高いバリアがチャンネルストッパである特許
   請求の範囲第（１）項に記載の撮像素子。 （３）一対のアンチプルーミング部間に一対すバリアを
   設けることによシ３つの画素を区画して設けた特許請求
   の範囲第（１）項又は同第■項に記載の撮像素子。 （４）バリアによって挾まれる画素を實色乃至シアン色
   の信号を得るために用いる様にした特許請求の範囲第（
   ６）項に記載の撮像素子。 （５）アンチプルーミング部とバリアとによって挾まれ
   る画素を夫々赤色及び保色の信号な得−るた゛めに用い
   る様にした特許請求の範囲第（３）項又は同第（４）項
   に記載の撮像素子。 （６）高い方のバリアとアンチブルーミング部とｋよっ
   て挾まれるｌｉｊ素を緑色の信号を得るために用いる様
   にした特許請求の範囲第（９項に記載の撮像素子。