JPS6164155A - 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】 瑳亙圀ｊ 本発明は固体撮像！Ｉｃ置、とくに、　ＭＯＳやＣＣＤ
などの固体撮像デバイスを用いて静止画撮影を行なう固
体撮像装置に関するものである。

１２亘３ 従来、静止画撮影では、固体撮像デバイスの撮像面の前
方の光学系に配設され機械的に動作する光学シャッタを
所望の時間開放することによって、撮像面の撮像セルを
画像光で露光し、静止画像を撮影していた。しかし、こ
のような機械的に動作するシャッタでは、スチルカメラ
の小型化を進める上で、それをさまたげる−因となって
いる。

旦−一的 本発明はこのような従来技術の欠点を１１１’ｉ　Ｌ　
。

コンパクトなシャンク機能を提供することを目的と干る
。

え」Ｊ口１３ 本発明によれば、入射光に応動する感光領域が画素に対
応して２次元に配列された撮像面を有する固体撮像デバ
イスを含む固体＋ｉ像装置は、撮像面を覆って配設され
感光領域のそれぞれに対応して配列された第１および第
２のセグメントを有する光学フィルタ手段と、感光領域
に対するセグメントの相対的位置を変える変位手段とを
含み、各感光領域は、撮像面の１画素の面積のたかだか
半分を占め、第１のセグメントは入射光を遮光する材料
を含み、ｔＪＳ２のセグメントは入射光を透過する材料
を含み、変位手段は、通常は第１のセグメントを各感光
領域の上に位置させ、感光領域に入射光を照射させると
きは、所望の期間第２のセグメントを実質的に各感光領
域の上に位置させるものである。

ヱ１０乳！」Ｌ男 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。

第１図および第２図を参照すると、本発明による固体撮
像装置の実施例では、全体として直方体をなす筐体１０
にＭＯＳ型またはＣＣＤ型などの固体撮像デバイス１２
が１図示のように２次元の撮像セルアレイ１４を上にし
て装着されている。その上方には、本実施例では色フィ
ルタ１６が配設され、その四隅が支持体１８および圧電
バイモルフ２０および２２を介して償体ｌＯに支持され
ている０色フィルタ１６は、色フィルタセグメントが撮
像セルアレイ１４に対応して２次元に配列されたセグメ
ントアレイ２Ｂを有している。フィルタ１６と撮像セル
アレイ１４との間隔は、スペーサ２４によって所定の値
、たとえば５〜５００ｇｍ１１度に保持されている。

図示のように、左側の２つのバイモルフ２０は接続ｖａ
３０によって、また、右側の２つのバイモルフ２０は接
続線３２によってパルス源３４に接続されている。同様
に、下側の２つのバイモルフ２２は接続線３Ｂによって
、また、上側の２つのバイモルフ２２は接続線３Ｂによ
ってパルス源３４に接続されている。

両パルス源３４および４０は、制御回路８０によって制
御される。制御回路６０には、本装置のカメラと・して
のシャツタレリーズボタンに連動するスイッチ６２が接
続されている。制御回路θ０は、このスイッチ６２の開
成に応動してパルス源３４および４０、ならびに撮像デ
バイス１２の映像信号読出し動作を制御する回路である
。

パルス源３４は、制御回路ＢＯの制御の下に、その出力
３０にたとえば第６図に示すような波形の電圧パルスＶ
ＨＩ　を発生し、その出力３２にはこれと位相が１８０
°反転した波形の電圧パルスＶＨ２を発生する。そのパ
ルス高ｖ１は、所定の電圧４２に接続された半固定抵抗
４４によって調整され、また、その直流シフト分Ｖ２は
所定の電圧４Ｇに接続された半固定抵抗４８によって調
整される。

同様に、パルス源４０は、その出力３Ｂにたとえば第７
図に示すような波形の電圧パルスｖｖｌを発生し、その
出力３８にはこれと位相が１８０”反転した波形の電圧
パルスＶＶ２を発生する。そのパルス幅Ｔは、前述のパ
ルスＶＨＩなどと同じである。そのパルス高ｖ３は、所
定の電圧５０に接続された半固定抵抗５２によって調整
され、また、その直流シフト分ｖ４は所定の電圧５４に
接続された半固定抵抗５６によって調整される０両パル
ス源３４および４０は、制御回路６０によって同期して
制御される。

バイモルフ２０は、フィルタＩＢの水平（Ｈ）方向の位
置を調整するものである０本実施例では、バイモルフ２
０に印加される電圧ＶＨＩおよびＶＨ２に応じてフィル
タＩＢが水平方向に移動する。したがって、パルス状に
電圧ＶＨＩおよびＶ）１２が印加されると、フィルタ１
８はそれに応じて左右に移動する。

同様に、バイモルフ２２は、フィルタＩＢの垂直（Ｖ）
方向の位置を調整するものである０本実施例では、バイ
モルフ２２に印加される電圧ＶＶＩおよびＶＶ２に応じ
てフィルタ１６が垂直方向に移動する。

したがって、パルス状に電圧ＶＶＩおよびＶＶ２が印加
されると、フィルタ１６はそれに応じて上下に移動する
。

コレラノ印加電圧Ｖ）ＩＩ、　ＶＨ２オ、ｌ：びＶＶＩ
、　ＶＶ２１７）ソれぞれの直流分り２およびｖ４を半
固定抵抗喀８および５６によって相対的にｗＲ整し、こ
れによって、フィルタ１８のセグメントアレイ２Ｂの特
定の位置を撮像セルアレイＩＢの特定の位置に合わせる
、すなわち両者の原点の位置合せを行なうことができる
。また、印加電圧ＶＨＩ、　ＶＨ２オヨびＶＶＩ、　Ｖ
Ｖ２１７）七ｈツレのパルス高ｖ１およびｖ３を半固定
抵抗４４および５２によって相対的に調整し、これによ
って、フィルタ１６のセグメントアレイ２Ｂが撮像セル
アレイ１６に対してそれに垂直な軸を中心とする回転角
を調整することかでさる。

通常、装置を組み立てる際、デバイス１２の撮像セルア
レイ！４に対するフィルタセグメントアレイ２Ｂのおお
まかな整合が行なわれる。さらに精密な整合は、これら
の電圧ｖ１〜ｖ４をＷ堕することによって行なわれる。

この精密整合では、上述のようにして、撮像セルアレイ
１４に対してフィルタセグメントアレイ２８を位置的に
正しく整合させることができる。

撮像セルアレイ２Ｂには、本実施例では水平（Ｈ）方向
に３８０画素、垂直（Ｖ）方向に４８０画素に相当する
撮像セル１００（第３図）が行列状に配置されている。

第３図には、それらのうち隣接する２つのセル１００を
示している。セル１００の表面は、たとえばアルミニウ
ムなどの金属蒸着層１０２にて遮光され、その一部に光
学開口１０４が形成されている。技術の現状では、撮像
デバイスの素子の１つの画素において光学開口部が占め
る割合は、たかだか２０〜５０％程度１通常は約３０％
以下である６本実施例では、このような通常の撮像デバ
イスが有利に使用され、たとえば水平方向の長さにおい
て開口部１０４は画素ピッチのＩ７２以下である。

本実施例で撮像セルアレイ１４の上方に配設されている
色フィルタ１８は、１つの画素当り２つのセグメン）１
１０ａおよび１　ｊｏｂが配置されている０本実施例で
は、一方のセグメント１ｌｏａは光を遮光する材料を含
み、またはそのような材料で構成されている。また他方
のセグメントｔｔｏｂは、光を透過する材料で構成され
１本実施例では、それぞれ各撮像セル１００への入射光
を色分離するように配列された色フィルタセグメントを
構成している。この色セグメント配列は、従来知られて
いる原色系または補色系のいずれの配列も有利に使用さ
れる。

第４図からよくわかるように、撮像セル１００の配列さ
れているピッチの１７２でフィルタセグメントアレイ２
Ｂのセグメン）　１ｌＯａおよび１１０ｂが配列されて
いる。したがって、非露光状態における光の受光開口部
１Ｇ４への回り込みをなくし、それによるスミアを防ぐ
ためには、フィルタセグメント１１０ｂの大きさは、受
光開口部！０４の面積を力／（−することができる程度
か、またはそれ以下とし。

残りの部分を遮光セグメント＋１０ａが占めることが望
ましい。

通常の状態、すなわち撮像デバイス１２の撮像面１４を
露光しない非露光状態では、第４図に示すように、遮光
セグメン）　＋１０ａが光学開口１０４の上方に位置す
るように、パルス源３４および４０の直流バイアスｖ２
およびｖ４が調整される。したがって、本撮像装置への
入射光は、遮光セグメント！１０ａによって十分に遮光
され、開口部１０４に入射しない、なお、好ましくは、
これらの直流バイアスｖ２およびｖ４が非露光状態でＯ
となるように、フィルタセグメントアレイ２Ｂの撮像面
１４に対する相対的位置を機械的に整合させておく。

第８図に示すように、フィルタ１Ｂの上にマイクロレン
ズ１２０を形成してもよい、マイクロレンズ＋２０は１
図示のように、フィルタセグメン）１１０ａおよび１ｌ
Ｑｂの配列ピッチに合わせてレンズセグメン）　１２２
ａおよび１２２ｂが配列されている。なお、遮光セグメ
ント１１０ａに対応するレンズセグメント１２２ａは木
質的には不要である。レンズセグメント１２２ｂは、屈
折率が所定の分布をなし、各セグメントに入射した光が
ｔｉｔデバイスの撮像面上に集光するように構成されて
いる。これによって、撮像セル１００の実質開口率が相
対的に向ｈＬ、　　スミア成分の発生が少なくなるので
、ざらに高感度を達成できる。

ところで第６図および第７図に示すように、時刻しにお
いてシャツタレリーズボタンを押すとスイッチ６２が一
時的に閉成し、制御回路６０は、パルス源３４および４
０を駆動する。これによって、四回に示すような波形の
パルス電圧ＶＨＩ、　ＶＨ２およびＶＶＩ　、ＶＶ２が
それらから、それぞれバイモルフ２０および２２に印加
される。この継続期間Ｔ中、＄５図に示すようにフィル
タ１Ｂが矢印Ｈ２の方向に駆動されて、各画素における
フィルタセグメントｌｌ０ｂが受光開口部１０４を覆う
位置をとる。そこで、同図の上方から本撮像装置へ入射
した光は、フィルタセグメント１Ｉｏｂを透過して開口
部１０４に入射する。

パルス電圧Ｖ旧、　ＶＨ２およびＶＶＩ、ＶＶ２の継続
期間Ｔが経過すると、バイモルフ２０および２２に印加
される電圧が所定のレベルｖ２およびｖ４に立ち下る。

そこで、フィルタ１８は矢印旧の方向に移動され。

第４図に示す状態になる。したがって、第４図に示すよ
うに遮光セグメント１ｌｏａが受光開口部ｌ◇４を覆う
位置をとる。したがって５本撮像装置への入射光は、遮
光セグメント＋１０ａによって十分に遮光され、開口部
１０４に入射しない。

このようにして、継続期間Ｔ中、各撮像セル＋００が露
光され、それぞれの入射光に応じて光キャリアが発生し
、それに蓄積される。以降、制御回路６０は、適当なタ
イミングにて撮像デバイス１２を駆動し、これから映像
信号を読み出す。

なお、ここで説明した実施例は本発明を説明するための
ものであって１本発明は必ずしもこれに限定されるもの
ではなく１本発明の精神を逸脱することなく当業者が可
能な変形および修正は本発明の範囲に含まれる。

たとえば、本実施例ではフィルタを変位させているが、
要は、撮像セルに対するフィルタセグメントの相対的位
置が変位すればよいので、フィルタを固定し撮像デバイ
スを変位させるように構成してもよい、また、黒白撮影
に適用する場合。

フィルタの色フィルタセグメントは単なる光学的な開口
であってよいことは明らかである。

丸−１ このように、本発明によれば、固体撮像デバイスの撮像
面に近接配置されたフィルタを撮像面に対して相対的に
移動させることによって、コンパクトにシャッタ機能を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の実施例を示す概略
ブロック図、 第２図は、第１図における一点鎖線ＩＩ−Ｉ＋における
断面を示す図。 第３図は、第１図の実施例における２つの隣接する撮像
セルを部分的に示す図。 第４図および第５図は、第１図の実施例の動作を説明す
るためのフィルタおよび撮像セルの断面を部分的に示す
断面図、 ：ＪＳＧ図および第７図は、第１図に示すパルス源から
発生するパルス波形の例を示す波形図、第８図は、本発
明の他の実施例を示す第４図と同様の断面図である。 ”′＋１′の′７”の、？３ ＋２．、、固体撮像デバイス ＋４．、、撮像セルアレイ ２０．２２．　、圧電バイモルフ ２Ｂ、、、色フィルタセグメントアレイ３４．４０．　
、パルス源 ＋００５．　撮像セル ｌｏ２．、、Ｍ光膜 ＋１０ａ、　、遮光セグメント ＋１０ｂ、　、フィルタセグメント ！２０．．．マイクロレンズ ＋２２ｂ、　、マイクロレンズセグメント第２図 第３図 第４図 第５図 ＋Ｚ 第６図 −ＩＩ′を聞 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光に応動する感光領域が画素に対応して２次元
   に配列された撮像面を有する固体撮像デバイスを含む固
   体撮像装置において、該装置は、前記撮像面を覆って配
   設され、前記感光領域のそれぞれに対応して配列された
   第１および第２のセグメントを有する光学フィルタ手段
   と、 前記感光領域に対する前記セグメントの相対的位置を変
   える変位手段とを含み、 前記各感光領域は、前記撮像面の１画素の面積のたかだ
   か半分を占め、 第１のセグメントは入射光を遮光する材料を含み、第２
   のセグメントは入射光を透過する材料を含み、 前記変位手段は、通常は第１のセグメントを各感光領域
   の上に位置させ、前記感光領域に入射光を照射させると
   きは、所望の期間第２のセグメントを実質的に各感光領
   域の上に位置させることを特徴とする固体撮像装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記変
   位手段は、前記フィルタ手段を可動的に支持する圧電バ
   イモルフを含むことを特徴とする固体撮像装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の装置において、第２の
   セグメントは、前記感光領域への入射光を色分離する色
   フィルタセグメントを含むことを特徴とする固体撮像装
   置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記撮
   像面には、前記感光領域を除いて入射光を遮光する遮光
   膜が形成されていることを特徴とする固体撮像装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記フ
   ィルタ手段は、第２のセグメントに対応して入射光を集
   光させるマイクロレンズ手段を含むことを特徴とする固
   体撮像装置。 ６、特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記変
   位手段は、前記圧電バイモルフへの印加電圧を調整して
   前記フィルタ手段を前記撮像面に整合させる調整手段を
   含むことを特徴とする固体撮像装置。