(57)【要約】【課題】1画面におけるスミアの発生度合を均一にすることが可能な固体撮像素子の提供。【解決手段】固体撮像装置1は、操作部3、制御部5、タイミング発生部7、撮像駆動部9、固体撮像素子11、光学系駆動部13、光学系15、前処理部17、信号処理部19、表示部21、および記録メディア部23を含み、固体撮像装置11の撮像面63には、撮像面63の中央65に空き領域67が設けられている。受光素子27、トランスファーゲート、垂直転送CCD 57は、空き領域67に対して左右対称になるように配置されており、また、トランスファーゲートは受光素子27から信号電荷を、空き領域67とは対向する方向に読み出す。よって、垂直転送CCD 57に混入する光の割合を、撮像面63の左右で同じでき、1画面におけるスミアの発生度合を均一にすることが可能になる。【選択図】図１
2007116356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界からの入射光が照射される面に、該入射光から信号電荷を生成する受光素子がマトリックス状に複数配列され、該受光素子それぞれに蓄積した信号電荷を読み出すゲート手段、および該読み出した信号電荷を前記マトリックスの列方向に転送する列転送手段が設けられ、前記信号電荷から電気信号を形成する固体撮像素子において、
前記面は、前記被写界からの入射光が照射される位置で複数の領域に分けられ、
前記受光素子は、該分けられた領域と領域との境界を挟むように配置され、
前記ゲート手段は、該境界と対向する方向に前記信号電荷を読み出すことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、前記面は、前記被写界からの入射光が照射される位置で、該位置を通る垂直方向の直線に対して対称になるように第１の領域と第２の領域に分割されることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像素子において、前記境界には、センサーが設けられることを特徴とする個体撮像素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の固体撮像素子と、
該固体撮像素子により形成された前記電気信号を処理して画像信号を形成する処理手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子、およびこれを含む固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より固体撮像素子に含まれる列転送手段には、被写界からの入射光が混入しないよう、例えば遮光膜等が設けられているが、実際には例えば遮光が不完全な場合や、反射等によって側方から光が混入する、すなわち光がもれこむと、この列転送手段を信号電荷が通過する際に光をかぶり、これによって形成された画像に垂直方向に縞状の明るい帯ができる、スミアという現象が起きていた。
【０００３】
スミアは、その発生度合が1画面において均一ではなく、例えば1画面の右側に形成されたスミアの部分が左側よりも多い、というように発生度合、すなわち、1画面におけるスミアが発生する部分の割合が異なっていた。これは、固体撮像素子における受光素子の位置により光の入射角度が違うこと、また、受光素子における、ゲート手段を介して列転送手段が設けられた側とそうでない側とで、遮光膜から列転送手段までの距離や遮光膜の形状が異なっていることに起因する。
【０００４】
より具体的に説明すると、一般的に固体撮像素子には、ある特定の位置から光が入射するため、固体撮像素子に含まれるすべての受光素子に同じ角度の光が入射するわけではなく、入射角度は位置ごとに異なっている。このとき、鋭角の光が入射した受光素子では、反射等により列転送手段に光が混入しやすくなる。しかし、ゲート手段は受光素子の片側から信号電荷を読み出すため、受光素子には、ゲート手段を介して列転送手段が設けられた側と、チャンネルストップを介して列転送手段が設けられた側が存在しており、このゲート手段を介して列転送手段が設けられた側とチャンネルストップを介して列転送手段が設けられた側とでは、同じ角度の光が入射した場合であっても入射する方向によって、列転送手段に光が混入する場合と混入しない場合があった。よって混入する光の割合が列転送手段毎に異なってしまい、例えば1画面内で左側の方が右側よりもよりスミアが発生する部分が多いということが生じていた。
【０００５】
しかし従来技術では、例えば特許文献１が示すように列転送手段の転送速度を向上させることは行われているが、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にすることは行われていなかった。
【特許文献１】特開平１０−２１５４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にすることが可能な固体撮像素子、およびこの固体撮像素子を含む固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、本発明では、レンズを介した光が入射する位置、すなわち、レンズの中心と同軸上の位置に対して、垂直転送CCDを対称に設けることで、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にする。具体的には、固体撮像素子において被写界からの入射光が照射される面、すなわち撮像面を光が入射される位置に対して対称になるように複数の領域に分け、各受光素子をこの分けられた領域の境界を挟むようにマトリックス状に配置する。またゲート手段を、そのゲート手段により信号電荷が転送される受光素子の、境界と対向する側に設け、信号電荷を境界とは対向する方向に読み出すようにする。
【０００８】
このように受光素子、ゲート手段、および列転送手段を配置することによって、各列転送手段には実質的に同じように光が混入するようになるため、1画面におけるスミアの発生度合を均一にすることが可能になり、またスミアの影響を改善して画質を向上することが可能になる。なお、このように受光素子、ゲート手段、および列転送手段を配置しても、本発明では信号電荷を境界とは対向する方向に読み出すため、形成される画像に、受光素子、ゲート手段、および列転送手段の配置を変えたことによる影響を及ぼすことはない。また本発明は、境界にセンサーを設け、調光用センサーとして使用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、列転送手段に混入する光の量を実質的に均一にすることが可能である。その結果、1画面におけるスミアが発生する部分の割合を、画面の右側と左側とで実質的に同じにすること、すなわち、スミアの発生度合を均一にすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。図１は、本発明の個体撮像装置の実施例の構成を表すブロック図である。図１において、固体撮像装置1は、操作部3、制御部5、タイミング発生部7、撮像駆動部9、固体撮像素子11、光学系駆動部13、光学系15、前処理部17、信号処理部19、表示部21、および記録メディア部23を含んでおり、被写界からの入射光を基にしてディジタル画像信号を形成する装置である。より具体的に説明すると、固体撮像素子11は図２に示すように複数の受光素子27を含んでおり、この受光素子27が被写界からの入射光を、光学系15を介して取り込むことで信号電荷を生成する。固体撮像装置1は、操作部3で操作されることにより、制御部3、タイミング発生部7および撮像駆動部9を制御して、受光素子27が生成した信号電荷を読み出してアナログ電気信号として取り出す。その後、このアナログ電気信号を前処理部17および信号処理部19で処理してディジタル画像信号を形成する。形成されたディジタル画像信号は表示部21に表示、または記録メディア部23に記録される。なお、本発明の理解に直接関係のない部分は、図示を省略し冗長な説明を避ける。また以下の説明において各信号はその現れる接続線の参照番号で特定する。
【００１１】
操作部3は、操作者の指示が入力される手操作装置であり、操作者の手操作状態、例えば図示しないシャッタボタンのストローク操作に応じて、操作信号29を制御部5に供給する部分である。制御部5は、操作部3から供給される操作信号29に応動して、個体撮像装置1全体の動作を制御、統括する部分であり、本実施例では、光学系駆動部13、タイミング発生部7、信号処理部19、および記録メディア部23と接続し、これらに必要な処理を行わせる制御信号31、33、35、37を供給する。
【００１２】
光学系駆動部13は、制御部5により制御されて後段の光学系15を駆動する駆動信号39を形成する部分である。本実施例では、制御部5は、操作部3からの操作信号29により光学系駆動部13を制御する制御信号31を形成し、これにより光学系駆動部13が光学系15を駆動する駆動信号39を形成する。光学系15は、具体的な構成を図示しないが、レンズ、絞り調整機構、シャッタ機構、ズーム機構、自動焦点 (Automatic Focus : AF) 調整機構、および自動露出 (Automatic Exposure : AE) 調整機構を含んでいる。なお、赤外線 (Infrared Rays : IR) カットフィルタや光学ローパスフィルタ (Low Pass Filter : LPF) を含むことも可能である。また光学系15は、光学系駆動部13からの駆動信号39により制御される。例えば本実施例では、光学系15は、光学駆動部13からの駆動信号39により、レンズ、自動焦点調整機構、自動露出調整機構が駆動して、所望の被写界像を取り込んで固体撮像素子11に入射する。
【００１３】
タイミング発生部7は、制御部5により制御され、制御部5からの制御信号33に応動してタイミング信号41、43、45を形成する部分である。形成されたタイミング信号41、43、45は、撮像駆動部9、前処理部17、信号処理部19へそれぞれ供給される。なお、どのようなタイミング信号を形成し、どこへ供給するかは制御部5の制御信号33により決定される。例えば、撮像駆動部9へは、信号電荷を読み出す受光素子27を特定するためのタイミング信号41を供給する。
【００１４】
撮像駆動部9は、タイミング発生部7からのタイミング信号41に応動して、タイミング信号41が示す位置の受光素子27から信号電荷を読み出すための読み出し信号47を形成する部分である。形成された読み出し信号47は固体撮像素子11へと供給される。固体撮像素子11は、光学系15を介して入射された入射光により受光素子27に生成された信号電荷を、撮像駆動部9からの読み出し信号47に応じてアナログ電気信号49に光電変換する、すなわち撮像する部分である。本実施例では固体撮像素子11に、図２に示すように光電結合素子(Charge Coupled Device : CCD) を採用している。アナログ電気信号49は前処理部17へと供給される。
【００１５】
前処理部17は、タイミング発生部7のタイミング信号43に応動してアナログ電気信号49におけるノイズを低減したり、アナログ電気信号49のゲインを調整したり、アナログ・デジタル変換を行う部分であり、アナログ電気信号49を処理してディジタル画像信号51を形成する部分である。前処理部17で処理されたディジタル画像信号51は信号処理部19へ供給される。信号処理部19は、制御部5の制御信号35、およびタイミング発生部7のタイミング信号45に応動して、ディジタル画像信号51を後段の表示部21に表示するための信号53や、また後段の記録メディア部23で記録するための信号55に処理する部分である。表示部21は、例えばディスプレイ等の表示装置を含んでおり、信号処理部19から供給される信号53を表示する。また記録メディア部23は、例えばメモリ等を含んでおり、信号処理部19から供給された信号55をメモリに記憶する。
【００１６】
以上のような構成の固体撮像装置1には、固体撮像素子11を含み被写界像を撮像して画像信号を形成することが可能な装置が該当し、例えば、電子スチルカメラ、画像入力装置、ムービーカメラ、カメラが設けられた携帯電話、または、被写体を撮像してシールに印刷する装置等が挙げられるが、本発明はこれらに限定するわけではない。また本発明では、各部の構成を本実施例に限定するわけではなく、固体撮像装置1に応じて任意の構成を採用することが可能である。
【００１７】
図２は、図１における固体撮像素子11の被写界からの入射光が照射される面、すなわち、撮像面57を概念的に示した図である。なお撮像面57は、固体撮像素子11の被写界からの入射光が照射される側の面のうち、被写界からの入射光が照射されて1画面を形成する面である。よって、被写界からの入射光が光学的に遮断されるオプティカルブラック部は含まれない。
【００１８】
本実施例の撮像面57には、被写界からの光が入射する受光素子27が２次元マトリックス状に配置されている。また、各受光素子27の一方の側には２次元マトリックスの垂直方向、すなわち列それぞれと平行するように、受光素子27で発生した信号電荷の読み出しを制御する、図示しないトランスファーゲートが設けられ、またトランスファーゲートの受光素子27と対向する側には、トランスファーゲートから読み出された信号電荷をマトリックスの列方向に転送する垂直転送CCD 59が設けられている。また２次元マトリックスの水平方向と、すなわち、行と平行するように、垂直転送CCD 59からの電荷を水平方向に転送する水平転送CCD 61が設けられ、また水平転送CCDの左側の端部に出力回路63が設けられている。受光素子27、トランスファーゲート、垂直転送CCD 59、および水平転送CCD 61、出力回路63は公知のものを採用することができ、例えば、本実施例では受光素子27にフォトダイオードを採用している。
【００１９】
このような撮像面57に、図示しない光学系15を介した被写界からの光は、任意の位置へ照射することが可能である。本実施例では図示しないが、光は、撮像面57の実質的に中心91へ照射される。よって中心91が、本実施例における光学系15、すなわちレンズを介した光が入射される位置、すなわち、光学系15に含まれるレンズの中心と対応する位置ということになる。よって、撮像面57は、この中心91で領域67と領域69に分けられている。より具体的に説明すると、中心91を通る垂直方向の直線、すなわち、撮像面57の水平方向の実質的に中央65で、領域67と領域69に分けられている。領域67と領域69の形状および面積は同じであり、また領域に存在する受光素子27の数が同じ数である。
【００２０】
なお撮像面57の分け方は本実施例に限定するわけではなく、光学系の中心91の位置に応じて任意に分けることが可能である。また中心91を通る垂直方向の直線で分けることに限定するわけではなく、例えば、光学系の中心91を通る水平方向の直線、すなわち、撮像面57の垂直方向の実質的に中央で分けることも可能であるし、例えば、中心から放射状に分けることも可能である。なおこれに限定するわけではない。なお分ける場合は、撮像面57における光学的の中心に対して対称になるように分けることが好ましいがこれに限定するわけではない。
【００２１】
受光素子27は、領域67と領域69の間を等間隔に挟むようにして、すなわち、領域67と領域69を介して隣り合い、かつ、中央65から受光素子27までの距離71、73が領域67と領域69とで同じになるように、マトリックス状に複数設けられている。またトランスファーゲートは、そのトランスファーゲートが信号電荷を読み出す受光素子27の、領域67と領域69との間、すなわち境界75と対向する側に設けられており、各領域67、69において、各受光素子27に蓄積した信号電荷をこの境界75と対向する方向に読み出す。
【００２２】
具体的に説明すると、領域67では、トランスファーゲートは、そのトランスファーゲートが信号電荷を読み出す受光素子27の右側にそれぞれ設けられており、信号電荷を矢印77で示すように右の方向に読み出す。また領域69では、トランスファーゲートは、そのトランスファーゲートが信号電荷を読み出す受光素子27の左側にそれぞれ設けられており、信号電荷を矢印79で示すように左の方向に読み出す。また、垂直転送CCD 59は、それぞれのトランスファーゲートの、領域67では右側、また領域69では左側にそれぞれ設けられている。つまり、各領域67、69において、信号電荷を受け取るトランスファーゲートの境界75と対向する側に設けられており、トランスファーゲートから信号電荷を受け取って矢印81で示すように垂直方向に転送する。
【００２３】
なお、このように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を設けた場合に、水平転送CCD 61や出力回路63をどのように設けるかは、任意のやり方を採用することが可能である。例えば、領域67に位置する垂直転送CCD 59から信号電荷を受け取る水平転送CCDと、領域69に位置する垂直転送CCD 59から信号電荷を受け取る水平転送CCDの、２つの水平転送CCDを設けるというように領域67、69毎に設けることも可能であるし、また例えば、本実施例のように領域67、69に関係なく、１つの水平転送CCD 61ですべての垂直転送CCD 59から信号電荷を受け取るようにしてもよい。なお本発明はこれに限定するわけではない。また出力回路63は、それぞれの水平転送CCD 61に応じて設けることが可能である。
【００２４】
以上のようにして、撮像面57には、受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57が、境界75から右側の領域67と左側の領域69とで、中央61に対して左右対称になるように設けられている。つまり、光学的の中心91に対して対称になるように設けられている。よって、領域67と領域69との間、すなわち、境界75には、トランスファーゲートや垂直転送CCD 57等が設けられないようになる。境界75の水平方向の長さ83は、受光素子27と水平方向に隣り合う受光素子27との間の長さ85と実質的に同じ長さであり、垂直方向の長さ87は、１つの垂直転送CCD 57の垂直方向の長さ89と実質的に同じ長さである。これは、このように中央65から領域67と領域69とで左右対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57が設けられていても、受光素子27はマトリックス状、すなわち等間隔に設けられるからである。
【００２５】
なお、本発明は、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57の配置を、信号電荷を読み出す受光素子27の境界75と対向する側に限定するわけではなく、例えば、受光素子27の境界75側に、この受光素子から信号電荷を読み出すトランスファーゲート、および垂直転送CCD 57を設けることも可能である。しかしこの場合では、境界75に垂直転送CCD 59が2つ設けられることになるため、この部分の垂直転送CCD 59の転送路が狭くなり、他の部分と比べてバランスが悪くなることが考えられる。よって、本実施例のように、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を、受光素子27の境界と対向する側に設ける方が好ましい。
【００２６】
本実施例では、このような撮像面57に光学系15を介した被写界からの光が中心91へと照射するため、領域67と領域69とで、同じように垂直転送CCD 59に光が混入するようになる。具体的に説明すると、本実施例では光が照射される中心91へと照射するため、撮像面57における受光素子27の位置毎に、受光素子27に入射する光の入射角度が異なり、中心91から離れた位置にある受光素子27ほど入射する光151の角度が鋭角になる。鋭角の光151が入射される受光素子27では、例えば図３に示すように垂直転送CCD 59に光151が混入する場合がある。しかし、撮像面57では、光が照射される中心91に対して対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 57を配置しているため、垂直転送CCD 59に混入する光の量を、領域67と領域69とで実質的に同じにすることが可能になり、その結果、撮像面57の左右でスミアの発生度合を均一にすることが可能になる。以下、詳細に説明する。
【００２７】
図３は、図２に示す受光素子95、97を水平方向に切断した際の断面を概念的に示した図である。図３(A)は、領域67側の中心91から離れた位置に存在する受光素子、すなわち水平転送CCD 61の右側の端部の近くに位置する受光素子95の断面を概念的に示した図であり、図３(B)は、領域69側の中心91から離れた位置に存在する受光素子、すなわち水平転送CCD 61の左側の端部の近くに位置する受光素子97の断面を概念的に示した図である。なお、図３において、図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため、説明を省略する。
【００２８】
本実施例では、図２に示すように中央65に対して左右対称になるように、受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を設けているため、図３(A)に示すように領域67側では、受光素子95の境界75と対向する側、すなわち右側にトランスファーゲート99を介して垂直転送CCD 101が設けられ、また、受光素子95の境界75側、すなわち左側にチャンネルストップ103を介して、この受光素子95の隣に位置する図示しない受光素子の信号電荷を転送する垂直転送CCD 105が設けられている。チャンネルストップ103は、信号電荷が垂直転送CCD 105側に読み出されるのを防ぐ部分である。よって受光素子95は、矢印77で示すように、右側に信号電荷を転送し、左側には転送しない。また、領域69側では、受光素子97は受光素子95を反対にした配置であり、図３(B)に示すように、受光素子97の境界75と対向する側、すなわち左側にトランスファーゲート107を介して垂直転送CCD 109が設けられ、また、受光素子97の境界75側、すなわち右側にチャンネルストップ111を介して垂直転送CCD 113が設けられている。よって受光素子97は、矢印79で示すように、左側に信号電荷を転送し、右側には転送しない。
【００２９】
各垂直転送CCD 101、105、109、113の上部には被写界からの入射光151が混入しないように遮光膜117、119、121、123がそれぞれ設けられている。またそれぞれの垂直転送CCD 101、105、109、113と遮光膜117、119、121、123との間には、転送電極127、129、131、133が設けられている。遮光膜117、119、121、123は、受光素子95、97のトランスファーゲート99、107側に位置する垂直転送CCD 101、109と、チャンネルストップ103、111側に位置する垂直転送CCD 105、113とで形状が異なっている。例えば、受光素子95、97のトランスファーゲート99、107側に位置する垂直転送CCD 101、109の遮光膜127、131におけるせり出した部分135、137のせり出し具合が、チャンネルストップ103、111側に位置する垂直転送CCD 105、113の遮光膜119、123におけるせり出した部分139、141のせり出し具合と異なっている。また、トランスファーゲート99、107とチャンネルストップ103、111の幅等にも違いがある。よって、受光素子95、97のトランスファーゲート99、107側と、チャンネルストップ103、111側とで、遮光膜117、119、121、123から垂直転送CCD 101、105、109、113までの距離がそれぞれ異なっている。
【００３０】
このような受光素子95、97に入射光151は、図３に示すような鋭角で、受光素子95へは左側から、受光素子97へは右側からそれぞれ入射する。このように入射するのは、本実施例では図２に示すように撮像面57の中心91に向けて光学系からの光151が入射するからである。なお受光素子95に入射する光151の角度と、受光素子97に入射する光151の角度は実質的に同じである。それぞれの受光素子95、97に入射した光151は、受光素子95、97に反射した後に転送電極127、131に反射して、垂直転送CCD 101、109に混入する。具体的に説明すると、図３(A)に示す領域67側では、左側から入射した光151は、まず受光素子95に反射し、その後トランスファーゲート99側の転送電極127に反射して、垂直転送CCD 101に混入する。また、図３(B)に示す領域69側では、右側から入射した光151は、まず受光素子97に反射し、その後トランスファーゲート107側の転送電極131に反射して、垂直転送CCD 109に混入する。
【００３１】
このとき、各垂直転送CCD 101、109に混入する光の量は実質的に同じである。また、図示しないが図２に示す他の位置の垂直転送CCD 59についても、領域67と領域69とで対称の位置であれば混入する光の量は、実質的に同じになる。なぜなら本実施例では、光151が入射する部分である中心91に対して対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を配置しているため、光151が入射する方向に対する受光素子95、97から遮光膜117、121までの距離、および遮光膜117、121の形状が、領域67側と領域69側で同じあるからである。
【００３２】
このように、垂直転送CCDに混入する光151の量が、撮像面57の左右で実質的に同じであるため、撮像面57の左右でスミアが発生した部分の割合、すなわち1画面の左右でスミアの発生度合を実質的に同じにすることができ、例えば、従来技術のように1画面の右側と左側とでスミアの発生度合が異なるといった状況を改善することが可能である。また本実施例では、図２に示すように、実質的に中央65で撮像面57を２つの領域に分け、受光素子26、トランスファーゲートおよび垂直転送CCD 59の配置を中央65に対して左右対称になるように配置しても、受光素子27で形成された信号電荷を、境界75と対向する方向に転送するため、形成されるディジタル画像信号51に、例えば中央部分の表示がおかしくなる等の影響を及ぼすことはない。
【００３３】
図４は、従来の固体撮像素子の撮像面57を概念的に示した図である。なお図４において図１、図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。また図４において受光素子155、トランスファーゲート、垂直転送CCD157は、図２に示すこれらのものと同様のものであるため説明を省略する。従来の撮像面57では、受光素子155、垂直転送CCD 157は、撮像面57の水平方向の端部の一方、例えば、図４では左側の端部から順に、受光素子155、この受光素子155が形成した信号電化を転送する垂直転送CCD 157、・・・、受光素子155、この受光素子155が形成した信号電化を転送する垂直転送CCD 157の順で、受光素子155と垂直転送CCD 157とが配置されている。よって、信号電荷は、図４に矢印159、161に示すように、左側から右側へと読み出された後、垂直方向に転送される。
【００３４】
図４に示す撮像面57において、例えば図２と同様に上部から光151を照射すると、水平転送CCD 61の左右の端部に近くなるにつれて受光素子155に入射する光151の角度が鋭角となる。このように入射する光151の角度が鋭角となる受光素子155では垂直転送CCD 157に光151が混入するようになるが、従来技術による受光素子155、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 157の配置では、例えば図５に示すように、光が大量に混入する垂直転送CCD 157と、光がそれほど混入しない垂直転送CCD 157とが存在するようになる。よって、1画面の右側と左側で、スミアが形成される部分の割合が異なるようになる。
【００３５】
図５は、図４に示す受光素子163、165を水平方向に切断した際の断面を概念的に示した図である。図５(A)は水平転送CCD 61の右側の端部の近くに位置する受光素子163の断面を概念的に示した図であり、図５(B)は水平転送CCD 61の左側の端部の近くに位置する受光素子165の断面を概念的に示した図である。なお図５において図３と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。また、図５に示すチャンネルストップ171、173、トランスファーゲート179、181、垂直転送CCD 175、177、183、185、遮光膜187、189、191、193、および転送電極195、197、199、201は、図３に示すこれらのものと同様のものであるため説明を省略する。
【００３６】
撮像面57には、図４に示すように受光素子155、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 157が、この順で設けられているため、受光素子163も受光素子165も共に、左側にチャンネルストップ171、173を介して垂直転送CCD 175、177が設けられ、また右側にトランスファーゲート179、181を介して垂直転送CCD 183、185が設けられている。それぞれの垂直転送CCD 175、177、183、185には、遮光膜187、189、191、193が設けられ、遮光膜187、189、191、193と垂直転送CCD 175、177、183、185の間には、転送電極195、197、199、201が設けられている。つまり図５では、図５(B)に示す受光素子165におけるトランスファーゲート181、チャンネルストップ173、および垂直転送CCD 185、177の配置が、図３(B)に示す受光素子97におけるこれらの配置と逆になるだけであり、他の部分は同じである。信号電荷は、各受光素子163、165から、トランスファーゲート99、107により矢印159の方向にそれぞれ読み出される。
【００３７】
このような受光素子163、165に光151は、図５に示すような鋭角で、受光素子163へは左側から、受光素子165へは右側からそれぞれ入射する。なお受光素子163に入射する光151の角度と、受光素子165に入射する光151の角度は実質的に同じである。受光素子163では、入射した光151は、受光素子163で反射した後、トランスファーゲート179側の転送電極199に反射して、垂直転送CCD 183に混入する。一方、受光素子165では、入射した光151は、その一部が遮光膜193に当たって垂直転送CCD 177に混入しなくなる。よって、混入する量が垂直転送CCD 183に比べて少ない。
【００３８】
このように、実質的に同じ角度の光151であるのに、図５(A)に示すようにトランスファーゲート側179の垂直転送CCD 183には大量に混入し、逆に図５(B)に示すようにチャンネルストップ173側の垂直転送CCD 177には少しの量しか混入しないのは、従来技術では図４に示すように、撮像面57の一方の端部から順に、受光素子155、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 157の順でこれらを配置していること、および各受光素子においてチャンネルストップ171、173側とトランスファーゲート179、181側とでは、遮光膜187、189、191、193の形状や、受光素子163、165から遮光膜187、189、191、193までの距離が異なっていることに起因する。
【００３９】
つまり遮光膜187、189、191、193の形状は、前述したように、チャンネルストップ171、173側とトランスファーゲート179、181側とではせり出し具合が異なっている。よって、受光素子165側では、受光素子165にせり出した遮光膜193側から光151が入射したため、遮光膜193により光151が遮光されて、垂直転送CCD 177に混入する光151の量が少ないのである。また、トランスファーゲート181側の垂直転送CCD 185と比較して、チャンネルストップ173側の垂直転送CCD 177は、受光素子165までの距離が長い。よって混入する光151の量はさらに少なくなる。このように従来技術では、垂直転送CCD 157に混入する光151の量がどちらか一方に片寄ってしまい、1画面の左側と右側とでスミアの発生する部分の割合が異なってしまっていたのである。また左右でスミアの発生度合が異なると、1画面の左右でレベルが異なる等の問題が生じてしまう。
【００４０】
この問題を解決するために、本実施例では図２に示すように、光151が照射する位置に応じて撮像面57を分け、光151が照射する位置に対して対称になるように受光素子27、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 59を設けている。よって、光151が入射する方向に対する受光素子から遮光膜までの距離、および光151が入射する方向に対する遮光膜の形状を同じすることが可能になる。その結果、各垂直転送CCD 59に混入する光の量を、実質的に同じにすることが可能になり、スミアが発生する際は、例えば撮像面57のどこか一部のみで多く発生するというように片寄るということがなく、同じように発生するようになる。よって例えば1画面の左右でレベルが異なる等の問題を解決することが可能になって、スミアによる影響を改善することが可能になる。
【００４１】
なお、撮像面57を複数の領域に分け、領域と領域との間、すなわち境界に対して対称になるよう配置するのは、図２、図３に示すような受光素子27、トランスファーゲート99、107、および垂直転送CCD 59、101、105、109、113に限定するわけではなく、任意の受光素子、トランスファーゲート、および垂直転送CCDで実施することが可能である。例えば、図６に示すような受光素子、トランスファーゲート、および垂直転送CCDで実施することも可能である。
【００４２】
図６は、図１における別の固体撮像素子11の撮像面57を概念的に示した図である。なお図６において図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。図６に示す撮像面57では、実質的に中央65で領域67と領域69に分けられている。また三原色R、G、およびBの色フィルタセグメント301、303、305が、同一水平方向の画素ピッチPPに対して隣接する行の画素を、1/2PP分、すなわち1/2画素ピッチ分ずらして配置されている。色フィルタセグメント301、303、305は、色Gの色フィルタセグメント303に着目すると、格子状に配され、色Rの色フィルタセグメント301および色Bの色フィルタセグメント305が完全市松パターンに配されている。
【００４３】
受光素子は図示しないが、各色フィルタセグメント301、303、305の裏側、すなわち断面から見て下に、各色フィルタセグメント301、303、305と対応して設けられており、色フィルタセグメント301、303、305を通過した光を受け、この光によって信号電荷を形成する。また受光素子は、領域67と領域69との間、すなわち、境界75を挟むように、かつ境界75からの距離が同じになるように領域67、69にそれぞれ設けられている。よって色フィルタセグメントも同様に、境界75を挟むように、かつ境界75からの距離が同じになるように設けられている。なお領域67、69に存在する受光素子および色フィルタセグメント301、303、305の数は同じである。
【００４４】
また、撮像面57には、境界75が存在しても領域67と領域69とで連続した1枚の画像になるように、色フィルタセグメント301、303、305が設けられている。具体的には、領域67における境界75を挟む受光素子には、RおよびBの色フィルタセグメント301、305が設けられ、領域69における境界75を挟む受光素子にGの色フィルタセグメント303が設けられている。よって、境界75が存在しても、例えば画像の右側と左側でつなぎ目のような形成されるといったような不都合が生じることなく、撮像面57の右側と左側とで連続する1枚の画像を形成することが可能である。
【００４５】
トランスファーゲートは図示しないが、撮像面57の右側の領域67では受光素子の境界75と対向する側に設けられ、矢印307の方向に、すなわち、境界75と対向する方向である右方向に、受光素子で形成された信号電荷を転送する。また、撮像面57の左側の領域69では受光素子の境界75と対向する側に設けられ、矢印309の方向に、すなわち左方向に形成された信号電荷を転送する。
【００４６】
信号電荷を転送する垂直転送CCD 317は、領域67では、その信号電荷を形成する受光素子の、境界75と対向する側、すなわち右側に設けられ、信号電荷を垂直方向に転送する。また領域69では、その信号電荷を形成する受光素子の、境界75と対向する側、すなわち左側に設けられ、信号電荷を垂直方向に転送する。各垂直転送CCD 317には、図示しないが、例えば図３と同様に、入射光が混入しないように遮光膜が設けられている。
【００４７】
水平転送CCD 311は、受光素子、すなわち、色フィルタセグメント301、303、305の水平方向と平行するように、垂直転送CCD 317の端部に設けられており、垂直転送CCD 317からの電荷を水平方向に転送する。水平転送CCD 311の左側の端部には、出力回路313が設けられている。このようにして撮像画面の1画面を形成する撮像面57は、受光素子、各受光素子の表面に設けられた色フィルタセグメント301、303、305、垂直転送CCD 317、水平転送CCD 311、および出力回路313により構成されている。なお、受光素子、色フィルタセグメント301、303、305、垂直転送CCD 317、水平転送CCD 311、および出力回路313には公知のものを採用することが可能である。
【００４８】
図６に示す例では、受光素子、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 317を上述のように配置しているため、境界75には、何も設けられていない。境界75は、受光素子が等間隔に設けられているため、垂直転送CCD 317と実質的に同様の形状をしている。
【００４９】
以上のように受光素子、色フィルタセグメント301、303、305、トランスファーゲート、および垂直転送CCD 317を配置することによって、例えば、中心91に向けて光151が照射される場合は、光151が照射する方向に対して、受光素子から遮光膜までの距離、および形状を、領域57と領域69とで同じにすることが可能であるため、各垂直転送CCD 317に混入する光151の量を撮像面57の右側と左側とで実質的に同じすることが可能になり、スミアが発生する際は、撮像面57の左右で同じように発生するようになる。よって1画面の左右でレベルが異なる等の問題を解決することが可能になって、スミアによる影響を改善することが可能になる。
【００５０】
図７は、図１における別の固体撮像素子11の撮像面57を概念的に示した図である。図７において、図２と同じ参照番号は同様の構成を示すため説明を省略する。図７に示す固体撮像素子11では、撮像面57に存在する境界75にセンサー401を設ける。なお図示しないが、例えば図６に示す固体撮像素子11の撮像面57の境界75にもセンサー401を設けることが可能である。
【００５１】
図７に示す例では、境界75にセンサー401が設けられている。このセンサー401はフォトセンサーであり、輝度の値によって電圧が変わるセンサーである。通常このフォトセンサーは外部にも受けられるセンサーであるが、図７に示す例ように内部に設けることによって、光学系15を介して照射される光151を得ることが可能になるため、例えば調光等の制御を精度良く行うことが可能になる。
【００５２】
具体的に説明すると、フォトセンサーを外部、例えば固体撮像装置1のレンズの近傍に設けた場合では、光学系15を介して照射される光を用いていないため、被写界に照射する人工的な閃光の発光の制御、すなわち調光の精度が悪いという問題を有していた。しかし、本実施例では、光学系15を介して照射される光151、とくに撮像面57の実質的に中心91に照射される光151を用いて調光することが可能になるため、精度良く調光することが可能になる。
【００５３】
なお、調光は、例えばセンサーの出力403を制御部5へ送り、制御部5が発光のオン、オフを決定し、各部を制御することによって行うことが可能である。例えば、図７に示す例では、センサー401の値がある値以上になった際に制御部5が発光しないように各部を制御することで調光を行うことが可能になる。また調光は、センサー401に光151が照射される際、すなわち、撮像が行われる際に行うことが可能であるため、リアルタイムに行うことが可能である。
【００５４】
なお本実施例では、センサー401は、境界75全体に設けられているが、本発明はこれに限定するわけではなく、例えば境界75の一部に設けることも可能である。なお、境界75の全体または一部に設ける場合であっても、固体撮像素子11における信号電荷の転送動作の妨げならないようにセンサー401を設ける必要がある。このように設けることによって、固体撮像素子11における信号電荷の転送動作とは関係なく各部の調整を行うことが可能である。
【００５５】
また本発明は調光することに限定するわけではなく、例えばフォトセンサーを設けた場合に、本実施例とは異なる調整を行うことも可能である。また本発明はフォトセンサーを設けることに限定するわけではなく、どのような調整を行うかによって任意のものを設けることが可能である。例えば、分光フィルターを設け、光151の光源の種類、例えば、太陽光なのか、蛍光灯の光なのか等を判断し、光源の種類に応じてホワイトバランスを自動的に調整するようにすることも可能である。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【００５６】
以上のように境界75にセンサー401やフィルター等を設けることによって、スミアの発生を1画面の右側と左側で同じようにすることが可能になると共に、撮影する際にリアルタイムで、調光したりホワイトバランスの調整を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の個体撮像装置の実施例の構成を表すブロック図である。
【図２】図１における固体撮像素子の撮像面を概念的に示した図である。
【図３】図２に示す受光素子を水平方向に切断した際の断面を概念的に示した図である。
【図４】従来の固体撮像素子の撮像面を概念的に示した図である。
【図５】図４に示す受光素子を水平方向に切断した際の断面を概念的に示した図である。
【図６】図１おける別の固体撮像素子の撮像面を概念的に示した図である。
【図７】図１おける別の固体撮像素子の撮像面を概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００５８】
1  固体撮像装置
3  操作部
5  制御部
7  タイミング発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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