JPS64863B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体イメージセンサに関する。

〔背景技術〕

現在の半導体イメージセンサ（以下ISとする）
は電荷転送方式によつてＸ―Ｙアドレス形又は
CCD形に分類される。MOS形ISとCID形ISは前
者の形式を持ち、CCD形IS又はBBD形ISは後者
の形式を持つ。電流が流れる抵抗MOSゲートは
エリアイメージセンサ（エリアIS）の垂直走査回
路（Ｙアドレス）として使用する事ができる。リ
ニアイメージセンサ（リニアIS）はＹ＝１である
エリアISに等しい。回転ミラー又は振動ミラーを
使用するリニアIS又はエリアISは公知である。

〔従来技術の課題〕

しかしながら、従来の半導体ISは感度又は解像
度において不十分な特性を持つていた。そして、
回転ミラー又は振動ミラーは大形複雑な反射形光
学系を必要とした。

〔発明の目的〕

本発明の目的は半導体イメージセンサ（IS）の
感度又は解像度の改善である。

〔発明の開示〕

これらの目的は、簡単な機械的走査手段の付加
によつて達成された。本発明の概要は以下に説明
される。

Ａ 感度の改善に対し； (1) 並列チヤンネルCCD又はBBDに２次元光パ
タン（エリアイメージ）が入射する。そして、
エリアイメージかCCD又はBBDの電荷転送方
向に移動する。パタンの移動速度と電荷の転送
速度は同じである。その結果、転送電荷は増巾
される。

(2) 点状光セル又はリニアISは機械的に振動す
る。振動方向は光軸に対して直角である。その
結果、簡単な構造を持つリニアIS又はエリアIS
が作られる。走査周期は振動周期と同じであ
る。

(3) 固定された又は振動する点状光セル又はリニ
アISは振動するレンズから受光する。レンズの
振動方向の受光素子の振動方向は光軸に直角で
ある。そして両者の振動方向は直角である。そ
の結果、簡単な構造を持つリニアIS又はエリア
ISが作られる。走査周期は振動周期と同じであ
る。

Ｂ 解像度の改善に対し； (4) リニアIS又はエリアISは振動する１次元光セ
ル（リニアイメージ）又は振動するエリアイメ
ージを受け入れる。振動イメージはレンズの振
動又はISの振動によつて作られる。IS上の光パ
タンの振巾は数十μ以下であり、その振動方向
は光軸に直角である。エリアISの光パタンは水
平方向又は垂直方向又は斜め方向に振動する。
リニアISの線走査周波数又はエリアISの面走査
周波数は光パタンの振動周波数の２以上の整数
倍である。その結果、リニアIS又はエリアISの
解像度は増加する。

〔発明を実施するための最良の形態〕

〔第１実施例〕 図１は本発明の増巾式リニアIS
の平面図である。２相CCD１は並列のMOSゲー
ト３Ａ〜３Ｇと並列の電荷転送領域（チヤンネ
ル）４ａ〜４ｊを持つ。チヤンネル４ａ〜４ｊの
一端はリニアCCD２に接続される。CCD２は出
力アンプ５に接続される。並列CCD１とリニア
CCD２は２相クロツクφ１，φ２を持つ。MOS
ゲート電極３Ａ〜３Ｇはポリシリコン又は酸化す
ず等の半透明物質によつて作られる。並列CCD
１にエリアイメージが入射する。そして、ゲート
４ａ〜４ｊ下のチヤンネル領域に光電荷は蓄積さ
れる。光電荷パタンは２相クロツクによつてリニ
アCCD２に転送される。そしてエリアイメージ
は電荷転送方向に移動する。IS上のエリアイメー
ジの移動速度は光電荷の平均転送速度に等しい。
その結果、電荷転送時に光電荷は増巾される。図
１において、チヤンネル領域以外の領域は厚い酸
化膜と高濃度チヤンネルストツプ不純物を持つ。
エリアイメージの直線移動（垂直走査）は回転ミ
ラー、振動ミラー等の公知の機械走査手段によつ
て作られる。又、これは本明細書によつて開示さ
れる振動レンズ又は振動ISによつても作られる。
この機械的垂直走査手段を持つ増巾式リニアISは
エリアISになる。図２は第１実施例の応用実施例
である。直線移動するフイルム（又はテープ）６
には凹凸パタン又は明暗パタンが記録されてい
る。そしてフイルム６から再生されたエリアイメ
ージはこの並列チヤンネルIS１に入射する。その
結果、このリニアISの出力は増巾される。この時
もIS１上のエリアイメージは転送電荷と同期す
る。第１実施例の応用実施例が以下に説明され
る。フイルム６の１端又は機械的走査手段の１端
に一定パタンが記録される。そして、IS１によつ
てこの記録パタンが検出される。そして、フイル
ム速度又は機械走査速度が検出される。この速度
によつて並列チヤンネルIS１のクロツク周波が制
御される。その結果、エリアイメージと転送電荷
は完全に同期される。もちろん埋め込みチヤンネ
ルCCD又はBBDの使用は可能である。クロツク
は２相に限定されない。非透明ゲート電極は使用
できる。裏面入射は可能である。チヤンネル４
ａ，４ｇ，４ｊ上に赤透過フイルタ（RF）が作
られる。チヤンネル４ｂ，４ｅ，４ｈ上に緑透過
フイルタ（GF）が作られる。チヤンネル４ｃ，
４ｆ，４ｉ上に青透過フイルタ（BF）が作られ
る。その結果、このISはカラーISになる。

〔第２実施例〕 図３は本発明のエリアISの断面
図である。半導体リニアイメージセンサ（IS）８
は弾性を持つ金属板９上に作られる。IS８にはレ
ンズ７を通してエリアイメージが入射する。弾性
金属板９は支持基板１１に支持される。弾性金属
板９は軟鋼板９Ｂを持ち、バネ１３によつて弾正
を与えられる。軟鋼板９Ｂは電磁石１０によつて
吸引される。その結果、このリニアIS８は光軸に
直角に振動する。そして、リニアISのホトセルの
配列と振動方向は直角である。その結果このリニ
アISはエリアISになる。但し、振動周期は垂直走
査時間に等しい。この機械的垂直走査式エリアIS
は以下の特徴を持つ。

(1) 半導体イメージセンサの振動によつて垂直走
査が作られるから、機械走査糸と光学系が簡単
になる。リニアIS８は点状ホトセンサに変更で
きる。この場合には、機械走査リニアISが作ら
れる。受光素子の機械振動はムービングコイル
又は電歪又は磁歪振動子によつても作られる。
この実施例の改良実施例が図４で説明される。
リニアIS８は支持基板１１上に固定される。そ
して、レンズ７は磁歪振動子１３上に固定され
る。磁歪振動子１３は支持基板１１上に固定さ
れる。エリアイメージはレンズ７を通つてリニ
アIS８に入射する。磁歪振動子１３は光軸１４
に直角に振動する。そして、この振動方向はリ
ニアISのホトセルの配列方向に直角である。こ
の装置の動作は以下に説明される。図からわか
るようにレンズの振動によつて光軸１４は振動
し、そしてリニアIS８表面に結像したエリアイ
メージは振動する。その結果この装置はエリア
ISになる。そして垂直振動周期は垂直走査周期
になる。もちろん、ムービングコイル又は電歪
振動子は使用できる。又、リニアIS８は点状ホ
トセンサに変更できる。この場合、リニアISが
作られる。この振動センサ形又は振動レンズ形
イメージセンサは回転ミラー形に比べて小形で
あり、簡単な構造を持つ。そしてその走査精度
は高い。

〔第３実施例〕 図４は高い解像度を持つエリア
ISを開示する。本実施例では図４のイメージセン
サ８はエリアイメージセンサ（２次元イメージセ
ンサ）である。エリアIS８の水平方向のホトセル
ピツチは10μである。ただし、ホトセルピツチは
平行移動によつてホトセルが重なる間隔である。
そして受光セルの水平巾は約5μである。そして
この光パタンの振動方向は水平方向である。その
振巾は5μである。振動周期（Ｔ）は画面走査周
期（標準テレビジヨン方式のフレーム走査周期に
相当する）の２倍である。即ち、１フレーム相当
の画面の読み取り走査するために、先ず最初の読
み取り走査（奇数フイールド走基に相当する）を
行い、次に受光セルと光パタンを相対的に約5μ
ずらしてから次の読み取り走査（奇数フイールド
走査に相当する）を行う。その結果、最初の走査
により得られる奇数画面と次の走査により得られ
る偶数画面は水平距離が5μ異なり、これら奇数
及び偶数画面を合成して得られる１フレーム相当
の画面は２倍の水平解像度となり、そしてこのエ
リアISは２倍の水平解像度を持つこととなる。

振動子１３にはステツプ波形のクロツク電圧を
加える事が好ましい。もちろん、その他のクロツ
ク波形も可能である。振動周期は画面走査周期の
整数倍に設計される。同様に垂直方向に光イメー
ジが振動するイメージセンサも可能である。但
し、振巾は受光セルピツチとホトセルの巾の差よ
り小さい事が望ましい。約45度の斜め方向に振動
するレンズを持つエリアISは高い水平解像度と垂
直解像度を持つ。

この実施例の変形実施例を以下に説明する。

水平方向に赤色（Ｒ）検出セル、緑色(G)検出セ
ル、青色(B)検出セルが順番に配置される。そして
振動の水平振巾はホトセルピツチの約３倍であ
る。そして画面周波数は振動周波数の３倍又は３
の倍数倍である。その結果、このイメージセンサ
のカラー解像度は増加する。たとえば、３倍周期
の相対振動を持つ光パタンの任意の１点は第１画
面走査周期においてＲ検出セルに入射し、第２画
面走査周期においてＧ検出セルに入射し、第３画
面走査周期でＢ検出セルに入射する。３色フイル
タは垂直方向のストライプ（線）フイルタである
事が好ましい。もちろし振動レンズのかわりに受
光素子を振動する事は可能である。なお第３実施
例において、相対振動による位置変化は水平及び
垂直走査電圧の補正によつて、補正できる。な
お、本明細書に開示された振動レンズはレーザ光
線の走査等にも利用できる。その結果、点又は線
光源から２次元光パタンが作られる。この走査糸
は回転ミラー等より小形に製作できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、読取りパ
ターンに対してイメージセンサを所定のタイミン
グで往復移動させることで、イメージセンサの解
像度を実質的に向上させることができる。

そして、本発明のイメージセンサはフアクシミ
リ、TVカメラ、ビデオ又はオーデイオフイルム
再生装置等に使用できる。本発明の振動レンズ装
置は光線走査装置に使用できる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の増巾式ISの平面図；図２は本発
明の増巾式ISのブロツク図；図３は本発明の振動
センサ式ISのブロツク図；図４は本発明の振動レ
ンズ式ISのブロツク図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平方向及び垂直方向に配列された複数の受
   光セルと、 光パタンに対応して該受光セルに発生した電気
   信号を所定のフイールド周期で読取りの走査を行
   なつて各フイールド信号を外部に出力する走査手
   段とを具備するイメージセンサ装置において、前
   記フイールド周期に同期して前記受光セルと光パ
   タンを相対的に前記水平方向及び又は垂直方向に
   所定の振幅で往復移動させて、各フイールド信号
   を外部に出力するようにした振動手段を備えたひ
   とを特徴とするイメージセンサ装置。 ２ 前記受光セルの表面に所定の原色又は補色を
   分担する色フイルタの組合せたを設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のイメージセ
   ンサ装置。 ３ 前記振動手段は、前記フイールド周期に同期
   して前記受光セルと光パタンを相対的に少なくと
   も前記色フイルタの１組の組合せの範囲内の振幅
   で所定方向に往復移動させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項及び第２項記載のイメージセ
   ンサ装置。 ４ 前記振動手段は、前記フイールド周期毎の変
   わり目の期間において前記受光セルと光パタンを
   相対的に前記所定の振幅で往方向又は復方向のい
   ずれか一方へ移動させ、前記フイールド周期にお
   ける読取り走査中は前記受光セルと光パタンとの
   相対位置を固定させることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項及び第３項記載のイメージセンサ装
   置。