JPS6373659A - 固体撮像素子 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、撮像機能だけでなく測光機能をも兼ね備えた
固体撮像素子に関する。

（従来の技術） 数年前、レンズで形成された画像を撮像素子により映像
信号に変換してこれを小形の磁気ディスクに記録する電
子スチルカメラが開発され、以来その製品化が急ピッチ
で進められている。銀塩スチルカメラでは不可能であっ
た書き換え記録、映像の即時表示、ケーブルを介しての
遠隔地伝送などが可能となることから、電子スチルカメ
ラは映像分野で大きな波紋を投じている。

この新規なスチルカメラが普及するには、高画質性、携
帯性、経済性の条件が満たされなければならない。画質
に関しては、まだ銀塩スチルカメラに遠く及す、撮像素
子の解像度の向上、信号処理方式の改善が待たれる。携
帯性に関しては、現在の電子スチルカメラは３５ミリ−
眼レフの２倍相当の重量、外形であり、１ｋｇ以下の８
ミリビデオが出現していることからすれば、今後大幅な
小形・軽量化が必要である。しかし、電子スチルカメラ
の小形・軽量化はシステム的に困難な点が多い。すなわ
ち、銀塩スチルカメラではフイルムが撮像、記録の両機
能を兼ねるのに対し、電子スチルカメラでは撮像を撮像
素子、記録を磁気ディスクあるいは半導体メモリがそれ
ぞれ独立して分担するのでその分カメラの主要部品数が
増え、ひいてはサイズ、重量が増大してしまい、これが
価格にも影響している。

ところで、最近のカメラは電子制御による自動化が著し
く、特に自動露出（ＡＥ）機構は大抵のカメラに搭載さ
れており、電子スチルカメラでも当然必要なものとなろ
う。

自動露出では、■被写体輝度の測定、■その測定値と他
の設定値とに基づいての絞り値あるいはシャッタ速度の
演算、■その演算値に応じた絞りあるいはシャッタ速度
の制御が、それぞれ自動化されている。その内、■の被
写体輝一度の測定、すなわち測光に関しては種々の方式
があるが、−眼レフカメラでは受光素子を撮影レンズの
光路中ニ入れて撮影レンズの結ぶ被写体像の明るさを測
定するようなＴＴＬ測光が最も多用されている。

ＴＴＬ測光の実際の方式は、測光時に受光素子を撮影光
路中に置き撮影時には受光素子を撮影光路外に退避させ
る退避型、撮影光またはファインダ光から一部を分割し
てそれを受光素子に導くビームスプリブタ型、および撮
影やファインダの光路外に漏れる光を受光素子に導（オ
フアクシス型に分類される。

第４図はビームスプリブタ型の構成を示す。撮影レンズ
１００の後方にはクイックリターン動作するようになさ
れた主ハーフミラ−１０２が光軸に対して４５°の傾き
で配置されており、このミラー１０２から上方に反射さ
れた入射光は焦点板１０４、コンデンサレンズｔｏｅ、
ペンタプリズム１０８および接眼レンズ１１０を通って
ファインダに導かれる。

主ハーフミラ−１０２の後方には補助ハーフミラ−１１
２が置かれ、このミラー１１２より反射された光はカメ
ラボディの適当な箇所に固定された受光素子１１４に集
光レンズ１１６を介して導かれる。受光素子１１４はＣ
ｄＳ　（硫化カドミウム）などの光導電素子や５ＰＤ（
シリコン・フォト・ダイオード）などの光起電素子から
なり、撮像素子１１８の撮像面上に結像する被写体光の
強さに応じた電気信号を生成する。撮影時に、主ハーフ
ミラー１０２が上方に跳ね上がると、補助ｌ九−フミラ
ー１１２はそれと一緒にたたみ込まれて撮影レンズ１０
０からの入射光の全てを撮像素子１１８側に通すように
なっている。

（発明が解決しようとする問題点） さて、上述のような測光部を電子スチルカメラに設ける
となると、受光素子１１４および集光レンズ１１６の取
付空間ならびにそれらに至る光路の空間を確保しなけれ
ばならないし、さらに補助ハーフミラ−１１２に複雑な
メカニズムが要求され、これがコスト高の一因にもなっ
ている。

また、退避型やオフ１クシス型でもやはり受光素子の取
付空間は必要であり、さらに退避型は撮影光路中に受光
素子を出し入れするための機構が複雑になる欠点があり
、オフアクシス型は焦点板や撮影面の拡散特性が測光値
に影響するという欠点がある。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもの
で、測光用の特別な受光素子およびそれに関する取付や
複雑な駆動機構を不要とすべく、撮像機能だけでなく測
光機能をも兼ね備えた固体撮像素子を提供することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の構成は、撮像面上で各画素
の受光部を除く部分に遮光性の膜を設けた固体撮像素子
において、該遮光膜の上に光導電層をさらにその上に透
明電極をそれぞれ設け、該遮光膜と該透明電極間より該
撮像面の露出量を表す電気信号を得るようにしたことを
特徴とする。

（作用） 撮影レンズからの被写体光が撮像面上に入射すると、受
光部（開口部）では撮像機能が働いて光電変換が行われ
、光の強さに応じた信号電荷が生成される。各画素の信
号電荷は走査（転送）を経て映像信号として出力される
。

受光部以外の部分において、透明電極が設けられた部分
ではそこを光が通って光導電層に達し、先導７４層の抵
抗値は光の強さに応じた値になる。

その結果、遮光膜と透明電極間の両端子より撮像面の露
出量に対応した電気信号が得られる。この電気信号は測
光値を与え、これを基に自動露出を行うことができる。

（実施例） 以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第１図および第２図は本発明をインターライン転送方式
のＣＣＤイメージセンサに適用した実施例に係り、第１
図は単位画素の断面図で、第２図はセンサ全体のブロッ
ク図である。

先ず、第２図において、インターライン転送方式にした
がい受光部のフォトダイオードＰＤと。

続出ゲー）ＲＧと、垂直転送ＣＯＤ　（Ｖ−ＣＯＤ）　
トチ１画素が形成される。各垂直転送ＣＣＤ　（Ｖ−Ｃ
ＯＤ）には垂直転送パルスφＶｌ、　φｖ２が供給され
るとともに、共通（１つの）水平転送ＣＣＤ　（トＣＣ
Ｄ）には水平転送パルスφ旧、φＨ２が供給される。垂
直ブランキング期間中、全ての続出ゲー）ＲＧに読出パ
ルスＰＲＯが供給され、各フォトダイオードＰＤから信
号電荷が続出ゲー）ＲＧを介して全部同時に垂直転送Ｃ
ＯＤ　（Ｖ−ＣＯＤ）に移される。次いで水平ブランキ
ング期間中、−走査線分の信号電荷が水平転送ＣＯＤ　
（Ｈ−ＣＯＤ）に−斉に移されるとともに他の信号電荷
も一走査分だけ下方に移され、水平転送ＣＣＤ　（トＣ
ＣＤ）に移された信号電荷は順次増幅器４４を介して出
力端子４６に映像信号ＶＳとして取り出される。電子ス
チルカメラの場合この映像信号ｖＳは補正と変調を受け
たのち磁気ディスクに記録される。

ところで、インターライン転送方式のＣＣＤイメージセ
ンサでは、受光部のフォトダイオードＰＤを除く部分の
上にいわば光学マスクとしての遮光膜が設けられ、これ
により隣接する画素間の混色が防止される。

本実施例では、次に説明するように、そのような遮光膜
の上に光導電層が配設され、さらにその上に透明電極が
配設され、それによって測光用の感光素子が形成される
。

次に、第１図において、受光部（開口部）のｎ領域１０
はｐウェル１２との間にフォトダイオードＰＤを形成す
る。このｐウェル１２とその下のｎ形基板１４との間に
は逆バイアス電圧ＶＯが印加され、これによってｎ領域
１０．ｐウェル１２およびｎ形基板工４で縦形パンチス
ルートランジスタが形成される。強い入射光により受光
部で発生した過剰電荷はこの縦形パンチスルートランジ
スタによりｎ形基板１４に掃き出され、ブルーミングが
抑制される。

垂直転送ＣＯＤ　（Ｖ−ＣＣＤ）のｎ領域１６と♂イオ
ン打込み層１８は、２相駆動ｎチャンネル埋め込み形Ｃ
ＯＤを構成する。ｐ１領域２０はチャンネルストッパを
構成し、ｎ″″およびｎ領域２２は横方向のオーバーフ
ロードレインを構成する。また、２４は垂直転送電極、
２６は読出ゲート電極、２８はチャンネルバリア電極で
、それぞれ多結晶シリコンからなる。３０は酸化シリコ
ン（Ｓｉ０２）である。

さて、第１図に示すように、受光部ＰＤを除（酸化シリ
コン３０上にアルミニウム（Ａ１）からなる遮光ｌｌ３
２が設けられ、本実施例ではこの遮光膜３２の上に光導
電層３４が、さらにその上に透明電極３８がそれぞれ設
けられる。材料としては、光導電層３４には例えばアモ
ルファスシリコン、透明電極３６には例えば多結晶シリ
コンがそれぞれ使用される。形成方法は蒸着でよく、適
当な厚みに選ばれる。そして、遮光膜３２と透明電極３
６との間には直流電源３８より負荷抵抗４０を介して直
流電圧Ｖａが印加され、この負荷抵抗４０に出力端子４
２が接続される。

上述の構成において、撮影レンズの方から（第１図では
上方から）被写体光が撮像面上に入射すると、各受光部
ＰＤでは通常の仕方で光電変換が行われて光の強さに応
じた信号電荷が生成され、この信号電荷は続出ゲー）Ｒ
Ｇを通って垂直転送ＣＣＤ　（Ｖ−ＣＯＤ）に送られる
。一方、受光部ＰＤ以外のところでは、被写体光は透明
電極３６を通って光導電層３４に入射し、これにより光
導電層３４の各部の抵抗値はそこに入射した光の強さに
応じた値になり、その結果出力端子４２には撮像面に入
射した被写体光の平均光量を表す電圧信号ＳＢが得られ
る。この電圧信号ＳＢは、撮像面の露出値として、すな
わち被写体輝度の測定値として演算部に取り込まれる。

そして、この測定値と他の設定値とに基づいての絞り値
あるいはシャッタ速度が演算され、その演算値に応じて
絞りあるいはシャッタ速度が制御される。

このように、本実施例では、遮光膜３２と、光導電層３
４と、透明電極３６とで形成される感光素子によって一
種のＴＴＬダイレクト測光が行われる。ただし、従来の
ＴＴＬダイレクト測光はフィルム面やシャツタ幕で拡散
反射された光を個別的な受光素子で拾うようなもので、
フィルム面やシャツタ幕の反射特性の影響を受ける欠点
があるのに対し、本実施例のものでは、無反射の真のダ
イレクトな被写体光を入射・測定するので、より正確な
測光値が得られる。また、そのような感光素子（測光部
）は撮像面上に設けられるため、特別な取付部材ないし
空間を必要とせず、カメラの小形・軽量化ないし低コス
ト化に貢献できる。

以上、本発明をインターライン転送方式のＣＯＤイメー
ジセンサに適用した実施例について説明したが、本発明
はフレーム転送方式〇ＣＤイメージセンサやＭＯＳイメ
ージセンサなどの他の固体撮像素子にも適用可能である
。

すなわち、フレーム転送方式ＣＯＤイメージセンサは、
第３図に示すように、受光領域のＣ０Ｄ５０で生成され
た信号電荷をいったん蓄積領域のＣＣＤ５２に溜めてか
ら１行ずつ水平転送ＣＣＤ５４に転送して映像信号を取
り出すものであり、蓄積領域５２は遮光される。そこで
、この蓄積領域５２の上に上記実施例のものと同様な測
光用の感光素子を形成してよい。

また、ＭＯＳイメージセンサでは各画素に読出スイッチ
ング用のＭＯＳ）ランジスタを設けるがこのトランジス
タのところに遮光膜が配置するのが普通である。そこで
、その遮光膜の上に上記実施例と同様に光導電層、さら
にその上に透明電極を設けて測光用の感光素子を形成し
てよい。

なお、遮光膜、光導電層、透明電極の材料は上記のアル
ミニウム、アモルファスシリコン、多結晶シリコンにそ
れぞれ限定されず、適宜選択可能である。

また、理解されるように、本発明の固体撮像素子は電子
スチルカメラだけでなくビデオカメラにも使用可能であ
る。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、固体撮像素子の撮像面
上に測光用の感光素子を形成することにより、撮像機能
に加えて測光機能が得られる。したがって、本発明の固
体撮像素子を、例えば電子カメラに使用すれば、測光用
の特別な受光素子およびそれに関する取付や複雑な駆動
機構が不要となり、カメラの小形・軽量化ないし低コス
ト化を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明をインターライン転送方式のＣＯＤイ
メージセンサに適用した実施例による単位画素の断面図
、 第２図は、上記ＣＣＤイメージセンサ全体の構成を示す
略ブロック図、 第３図は、フレーム転送形ＣＣＤイメージセンサの構成
を示す略ブロック図、および 第４図は、従来技術としてのビームスプリッタ型測光装
置の構成を示す略側面図である。 １０・・・・ｎ領域、 １２・・・・ｐウェル、 １４・・・・ｎ形基板、 １８・・・・ｎイオン打込み層、 ３２・・・・遮光膜、 ３４・・・・光導電層、 ３６・・・・透明電極、 ３８・・・・直流電源、 ４０・・・・負荷抵抗、 ＰＤ・・・・フォトダイオード、 ＲＧ・・・・読出ゲート、 ｖ−ｃｃＤ−＝−・垂直転送ＣＣＤ１ Ｈ−ＣＯＤ・・・・水平転送ＣＣＤ１ ５０・・・・受光領域ＣＯＤ。 ５２・・・・蓄積領域ＣＯＤ。 ５４・・・・水平転送ＣＯＤ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像面上で各画素の受光部を除く部分に遮光性の
   膜を設けた固体撮像素子において、 前記遮光膜の上に光導電層を、さらにその上に透明電極
   をそれぞれ設け、前記遮光膜と前記透明電極間より前記
   撮像面の露出量を表す電気信号を得るようにしたことを
   特徴とする固体撮像素子。
2. （２）前記遮光膜はアルミニウムからなる特許請求の範
   囲第１項に記載の固体撮像素子。
3. （３）前記光導電層はアモルファスシリコンからなる特
   許請求の範囲第１項に記載の固体撮像素子。
4. （４）前記透明電極は多結晶シリコンからなる特許請求
   の範囲第１項に記載の固体撮像素子。