JPS5957588A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は単板の固体撮像素子から波長感度領域の異なる
複数の解像度の高い画像情報を得る固体撮像装置に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

固体撮像素子は従来の撮像管とくらべて小型。

軽量、高信頼性のカメラが出来る利点があり、残像が殆
んどない良質の画像を提供する星ができる。

固体撮像素子の殆んどはＳｉウェハ上に形成されるため
、その分光特性はＳｉが感度を有する可視領域を中心に
約１μｍ程度までの赤外部のみである。

例えば４〜５μｍの赤外部に感する固体撮像素子を得る
にはＳｔウェハの代わシに１ｎｓｂウエイ・音用いる必
要がある。最近では、従来のＳｉの固体撮像素子を走査
部として使用しその上部に設けた光導電体等にて光電変
換を行なう素子が提案されている。

光導電体の材料を変える石工により、Ｓｌとは異なった
分光特性をもつ固体撮像素子が得られる。

本発明者の一人は他の発明者と共に分光感度特性の異な
る複数の光電変換部からなる固体撮像素子によシ、複数
の分光特性の異なる画像情報をイ与る事を提案した。イ
ンターライン転送形ＣＣＤの例により以下図面により説
明する。

第１図は提案した固体撮像素子の一実施例の断面図を示
す。ｐ形Ｓｉ基板（１）にｎの埋め込みチャネＡ／ＣＣ
Ｕからなる垂直ｃｃＤ（２ａ　＋　ｂ）と同じくｎ＋の
蓄積ダイオード（３−ａ）とホト・ダイオード（３−ｂ
）が形成される。すなわち、垂直方向に関して、図では
２ａｔ＊の光′シ変換拐料となるように構成するもので
、左側には光導電体の光を変換部右側は従来のＳｔラウ
ェ部の光電変換部とする。このため転送用のゲート−極
となるボ！ＪＳｊｔ極（４−ａ、ｂ）及び絶縁膜（５）
を形成した後に、蓄積ダイオード（：３−ａ）上の絶縁
膜（５）の一部に大明けを行ないＡＪなどの下部電極（
６）を隣接のホト・ダイオード（３−ｂ）上を除いて形
成′ｊ−る。同じく光導′電体（力と透明電極（８）を
ホト・ダイオードの上部を除いて形成する。

第１図の固体（最像素子では、Ｓｉウェハ基板に形成さ
れたホト・ダイオード（３ｂ＞が入射光（９）のうち主
としてｆ＝ｆ祝光に対する分光感度を有し、光導電体（
力にＩｎ８ｂを用いると入射光（１０）のうち主として
４〜５μｎ１の赤外光に対する分光感度を治する。同図
では下部電極（６）が垂直ＣＣＤ　（２−ａ、　ｂ）の
光シールド膜としての役割も果している。

第２図は固体撮像素子を被写体側から眺めだ場合の素子
の構成を示す。固体撮１ぷ素子の垂直列の奇数列がＩｎ
Ｓｂなどの光導電体（７）で構成され１＾数列がＳｔウ
ェハのホト・ダイオード（３）で構成された配置となシ
、列毎に分光特性の異なる幽塚信号が水平ＣＣＤレジス
タ（１１）とプリアンプ（１２１を通して得られる。

第３図は配置例の変形例であるが、市松状に異なった光
電変換部が構成された例でるる。

固体撮像素子では画素が単独に分離され−Ｃおり、かつ
そのイば号出刃が画素位置と合致しで正しい時間系列で
現われるので、上述の固体］埴塚累子ｅこて撮像後、ノ
リアンプからの出力信号を時間的にノＰ別して、別々の
表示を行なえは、例えば赤外渾と可視像の２種類の異な
っだ画像情報が得られる。

上記により極めてＭ用な画像情報を提供する固体撮像素
子を得る事が出来るが、光電変換部を分割する事になり
、各々の画像情報が半減Ｉる結果となる。例えば第２図
では赤外像の情報が偶数列で得られず、可視像の情報は
奇数列で得られない。

第３図の市松状の配置でも全体像として補足は可能であ
るが画像情報の数量は半分になる。また列によらず行に
て分割してもハソ同様である。従って、現行５００　Ｘ
　４００画素にて２００　Ｋ画素の情報が各々で１０’
ＯＫと半減してしまう。

〔発明の目的〕

本発明は光電変換部が複数の分光感度領域からなる固体
撮１家素子を用いて、画素数が分割されたにもかかわら
ず解像度を減じる事なく、本来の解像度ないし画素数の
２種類の画像情報を得る固体撮像装置を提供する事を目
的と−３−る。

〔発明の概要〕

本発明は、「ＪｉＩ述の分割配置光電変換部をもつ固体
撮像素子からｊ１伎保時間の時間分割によシ画像情報を
得る固体撮１象装置であって、所定の時間に光電変換し
て蓄積した信号を全画素から読み出し、複数の画像情報
として弁別して送り出して画像表示した後、次の所定の
時間には虚像位置を前回では情報の得られなかった位置
に移動して同様の動作を繰シ返し、前回では不足してい
た部分に次回の画像情報にて埋め合わせて、全体の画１
象表示とする固体撮像装置である。

〔発明の効果〕

この発明により、異なった光電変換月料の画素が分割配
置された固体撮像素子において、画素数を減じる事なく
画像表示が可能となり、解像度が良好な複数の画像が得
られる。

従来は複数の固体撮像素子とカメラを必要としたのが、
単数の固体撮像装置で足りる利点がある。

〔発明の実施例〕

図面により本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の固体撮像装置の構成略図である。例え
ば赤外に感する光導電体からなる光′−変換部（力と可
視に感するＳｉホト・ダイオード（３）が列毎に構成さ
れており、それらから得られた信号電荷が垂直ＣＯＤ　
（図示せず）を通って水平〇ＣＩ）（１１）に転送され
一水平走査分の信号が水平転送されてプリアン７’（１
２１を通って外部へ送シ出される固体撮像素子（１３１
があシ、これに得られた信号を画素位置に応じて時間的
に分ける弁別回路Ｉがあ）、赤外と可視の情報を別々に
送υ出す。ここまではすでに提案した固体撮像素子であ
るが、本発明においては、固体撮像索子Ｑ３）の撮像位
置を時間的に振動させる振動回路（１５）が設けられて
いるのが特徴である。

第５図は本発明の固体撮像装置を用いた撮像方式の例を
示す鎖線内が固体撮像装置を示し、上、下にて時間の経
過がある。

標準撮像方式にて説明すると１／６ｏ秒のフィールド期
間ＬｐＡフィールド、Ｂフィールドの２フイールドで１
／３ｏ秒の１フレームを構成゛Ｊ−る。そこで最初のＡ
フィールドでは図の囚に示す如く撮像を行ない、各々の
画素にて１／６ｏ秒にわたる信号電荷を蓄積ダイオード
やホト・ダイオードに蓄積する。

Ａフィールドが終了し、垂直ブランキングの期間に振動
回路叫により、固体３＠像素子の位置をＡフィールドよ
り画素の水平の長さくＰＨ）だけ移動させる（図では右
方へ）、この時、同時に蓄積されていた信号をフィール
ド・シフト−ゲートを開けてダイオード部から垂直ＣＣ
Ｄへ転送させる。′＃勤しま た位置であらたに次の７６０秒のＢ−ｙ４−ルドの撮像
に入る。この間、Ａフィールドにて得られた信号は弁別
回路μ力を通して分けられた後に、例えば赤外信号はテ
レビ・モニタ四へ、可視信号は別のテレビモニタ住ηへ
送られてＡフィールドの画像を順次表示する。図の但）
で示すＢフィールドの終了後は前述と同じ信号処理が行
なわれると同時に、元の（５）の状態になるように左方
へ振動回路ｕ最によυ固体撮像索子が移動される。処理
された信号は同シくテレビ・モニタに表示される。この
時、表示位置を１画素分水平方向にずら丁。これらの操
作によシ、Ａフィールドで得られなかった位置の映像情
報がＪＪ７４−ルドで得られ、これらの信号があたかも
全画素から得られたように１フレ一ム画像としてテレビ
・モニタに表示される。このようにして、画素数が半分
にもかかわらず、表示画像では赤外像と町ａ像の両方と
もに通常の解像度が得られる。

固体撮像素子に第３図の市松状配置を用いｆＣ場合にも
水平方間に谷フィールド毎に振動させる事によシ全画累
を埋めつくす事ができる。

なお、実施例では振動回路にて、固体撮像素子を移動で
せたが、この振動方法として圧電素子を用いたり、磁石
の磁力め発撥力や吸引力を用いても良く、さらに単に偉
械的に往復運動をさせても良い。

また、固体撮像索子は固定したま＼で、光入射側に例え
ば光学的偏向板を設け、この偏向板によυ光入射光を相
対的に振動させても艮い。さらに光学的なミラーで振動
させても良いし、一枚のガラス板の角度上質える事によ
り屈析度全を質えで光路を震えても良い。

なお、振動の例に、矩形波状を示したがこれに限らず三
角波で振動しても良い。相対的に画素が増えるように振
動させれは良い。なお、振動させた時に例えは第５囚の
テレビ・モニタα７）に示す如く光情報がディスクリー
トになり、アパーチャ効果によるモアレなどの疑信号が
出る場合には矩形波で振動させて変えだ位置にてさらに
ウオブリングちせるなどの方法によシ無効感度領域を無
くす事によシ擬信号を防止しても良い。

上記実施例でぐよ、赤外像とｌｊＪ’祝稼の例を示した
が、これに限らす紫外ＩＭ、Ｘ勝像などとの各種の組み
合わせが考えられ、分光感層領域の異なる画像情報が借
られる。゛また、画像表示において、別々ノテレビ・モ
ニタに表示したが、例えばカラーのテレビ・モニタ一台
に赤外像を赤のチャネル、可視像を緑のチャネルに表示
しても良い。

なお、光導電体からなる光′ａ変換部の構成にて、下部
電極−光導電体−透明電極といういわば縦方向の伝導を
用いたが、これに限らず、特開昭５６−８９１７４に示
すような、いわゆる１黄方向伝導型の固体撮像索子にも
適用できる。

なお、本発明の説明はインターライン転送形ＣＣＤ　（
ＩＴ　−Ｃ（１）　）を用イテ行！ｒ　つだが、テレビ
ジョン学会誌７月号ｖｏｆ　３３　、　Ｎｏ、７のＰＰ
、５：３６−ＰＰ、５４１原田等１−５１２　Ｘ　３４
０画素ｃｃＤイメージセンサ」に記述されているごとき
７レーム・トランスファ（ＦＴ）方式ＣＣＵを用いても
同６Ｎの効果を′得ることができる。これら固体撮像チ
ップ基板の撮像動作に共通するところは各セルの感光部
に蓄積された信号電荷が垂直ブランキング期間に同時に
読出部に移動される動作を有していることである。従ッ
テ、上記Ｏｆ’ｌｌ’−ＣＣＬ）、　ＦＴ−ＣＣＵと同
様な動作を有した固体撮１家素子ならば本発明における
固体撮像素子として用いることができる。

実施例のＩＶ−ＣＣＵでは各画素が垂直方向に対して一
列に配列されたものを用いたが、画素がジクザク配列さ
れたものでも艮い。

また、振動の方向は実施例では水平方向であるが、感光
部の配列状態により行にて分割した場合には垂直方向と
なる。さらに別の配列では斜め方向の振動となる場合も
ある。

さらに実施例では赤外と０工視の二種類の画像の例を示
したが１．漂準方式からはずれると１フレームを３フイ
ールドに分割して例えば、赤外、可視及び紫外と三種類
の画像情報を得る事ができる。

なお、実施例では二次元センサで説明したが、−次元セ
ンサにも適用できる事は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる固体」）ｋ像素子の断面図、第
２図と第３図は光電変換部の画素の配置例を示す図、第
４図は本発明の固体撮゛謝装置の構成説明図、および第
５図はづ最１象方式のＣ説明図である。 １　・ｐ形Ｓ１基板、　　　２−ａ、ｂ−垂直ＣＣＩＪ
、３−ａ・・・蓄積ダイオード、　　３−ｂ・・・ホト
・ダイオード、４−ａ、ｂ・・・ポＩＪＳｉ電極、　５
・・・絶縁膜、６・・・下部電極、　　　７・・・光導
電体、８・・・透明電極、９．１０・・・入射光、１１
・・・水平ＣＣＤレジスタ、１２・・・プリアンプ、１
３・・・固体撮像素子、　　１４・・・弁別回路、１５
・・・振動回路、１６　、１７・・・テレビ・モニタ。 代理人　弁理士　　則　近　恵　佑 （ほか１名） 第　　１　　図、 ／　　　ｆ４　　　．３−（ｌ　　　ｆ−４Ｊ−４第　
　２　　Ｎ 第　　３　　図 第　　４　　図 第　　５　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光電変換部が列または行の縞状画素群、あるいは市松状
   の画像群となるように異なった分光感度特性の光電変換
   材料により構成され、かつ、光電変換部に蓄積された信
   号電荷を垂直ブランキング期間に同時に読出し部に移動
   させた後に順次信号として取り出す固体撮像素子によシ
   、１フレ一ム時間内のフィールド時間毎に前記固体撮像
   素子を入射光軸に対して相対的に移動せしめて、それぞ
   れの光電変換材料からなる画素群が実効的に全画素位置
   を占めるようにし、それぞれの移動位置にて得られ／こ
   信号？各々の光電変換材料の画素群ごとの信号として弁
   別した複数の画像情報とし、該画像情報を表示装置へ送
   シ出す機能を有している事を特徴とする固体撮像装置。