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JP4356311B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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JP4356311B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP4356311B2 JP2002358135A JP2002358135A JP4356311B2 JP 4356311 B2 JP4356311 B2 JP 4356311B2 JP 2002358135 A JP2002358135 A JP 2002358135A JP 2002358135 A JP2002358135 A JP 2002358135A JP 4356311 B2 JP4356311 B2 JP 4356311B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光面に入射した光に応じて信号電荷を生成する受光領域を有する複数の画素が2次元に配置された固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、複数の画素が2次元に配置された固体撮像装置は、様々な用途に使用されている。
このような固体撮像装置には、ナイキスト周波数の折り返しによって発生するエイリアシングや複数のカラーフィルタを持つ撮像素子の場合に目立つ偽色を低減するため、所定の空間周波数成分を除去するOLPF(Optical Low Pass Filter:光学ローパスフィルタ)を設けたものがある。
【0003】
さらに、矩形状の画素を有する固体撮像装置として、本発明者が発明した特許文献1が知られている。
【特許文献1】
特開2000−23171号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、OLPFを設けた従来の固体撮像装置では、OLPFを設けていない固体撮像装置と比べ、鮮鋭度が著しく低下してしまうという問題が発生していた。
【0005】
また、電子カメラなど画像処理を伴う装置に使用される固体撮像装置では、複数の画素が2次元状に配置されており、入射光を複数方向に対して均等にぼかすには、複数枚のOLPFを設ける必要がある。例えば、入射光を縦方向と横方向とに対して均等にぼかして正方形状のアパーチャを実現するには、入射光を縦方向にぼかすOLPFと、入射光を横方向にぼかすOLPFとが必要となる。
【0006】
そのため、従来の固体撮像装置では、複数枚のOLPFを設けることによって、コストアップが生じたり、光路中の界面が増えてフレアが増加したり、OLPF全体の厚みが増して光学系の収差特性が劣化したり、スペースが増加するなどの問題が発生していた。
【0007】
そこで、本発明では、偽色の低減と鮮鋭度の低下防止とをバランス良く行うことができ、かつ、入射光をぼかす(多重化も含む)光学部材の数を最小限に抑えることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0008】
また、本発明の別の目的は、上記固体撮像装置(具体的には、画素アスペクト比「2:1」程度の極端な矩形状をなす画素を備えた固体撮像装置)において、各画素の受光特性を高めるための技術を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の固体撮像装置は、受光面に入射した光に応じて信号電荷を生成する矩形の受光領域を個別に有し、該受光領域の短辺方向に対しては該受光領域の長辺方向の画素ピッチの1/2ずつオフセットされて2次元に配置された複数の画素と、その複数の画素のオフセットされた配置の形態に合わせて前記短辺方向にジグザグ状に、かつ、受光領域毎に設けられ、信号電荷のCCD転送路への読み出しを制御するパルス信号が供給されるCCD電極と、CCD電極にパルス信号を供給することにより信号電荷を走査して外部に読み出す走査手段と、複数の画素の受光面側に設けられ、該受光面に入射される光を短辺方向に画素ピッチ分ぼかす一枚の光学部材とを備える。これらの受光領域は、アスペクト比が「2:1」に近似される矩形である。また、複数の画素は、受光面の1つの方向に配置される画素群毎に分離され、信号電荷を受光面の1つの方向に順次転送し、走査手段は、複数の画素を受光面の1つの方向に直交する方向に配置される画素群毎に駆動し、フレーム転送方式で信号電荷を走査することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
ただし、以下では、本発明の固体撮像装置の一例として、フレーム転送形のモノクロの固体撮像装置を用いて説明を行う。
【0013】
《第1の実施形態の説明》
図1は、第1の実施形態に対応する固体撮像装置の概略構成を示す図である。図1において、固体撮像装置1は、開口部がガラス基板11によって塞がれた筐体12と、ガラス基板11に積層されたOLPF13と、受光面がガラス基板11に対向されるように筐体12に内設された撮像チップ14とから構成される。
【0014】
また、図1において、撮像チップ14には、複数の画素141が2次元に配置されている。各々の画素141は、長辺方向と短辺方向との長さの比が「2:1」に近似される矩形であり、短辺方向に対しては、長辺方向の画素ピッチの1/2ずつオフセットされてジグザグに配置され、長辺方向に対しては、ほぼ一直線上に配置されている。
【0015】
OLPF13は、画素141の短辺方向に対し、入射光を短辺方向の画素ピッチ分ぼかす。
その結果、各々の画素141の等価なアパーチャは、図2に示すように、画素141の短辺方向に拡大して正方形状となり、短辺方向に隣接する画素141間では相互に重なることになる。ただし、図2では、短辺方向を基準とし、奇数番目に配置されている画素141のアパーチャを実線で示し、偶数番目に配置されている画素141のアパーチャを点線で示している。
【0016】
また、各々の画素141に対するサンプル点は、図3のようになる。
ところで、固体撮像装置1がフレーム転送形の固体撮像装置の場合は、各々の画素141の大部分を、受光領域(入射光に応じた信号電荷を生成する領域)が占めることになる。
【0017】
図4は、第1の実施形態における受光領域の構成を示す図である。
図4において、各々の受光領域142(点線で囲んで示した)は、図1に示した画素141と同様に、長辺方向と短辺方向との長さの比が「2:1」に近似される矩形(厳密には短辺方向の長さはチャンネルストップ中央から隣のチャンネルストップ中央までの長さ)であり、短辺方向に対しては、長辺方向の画素ピッチの1/2ずつオフセットされてジグザグに配置され、長辺方向に対しては、ほぼ一直線上に配置されている。
【0018】
また、図4では、受光面の垂直転送方向(受光領域の長辺方向に相当する)に配置された受光領域142の列(画素群)毎にチャンネルストップ143が設けられ、受光面の水平転送方向(受光領域の短辺方向に相当する)に沿ってジグザグに配置された受光領域142(画素群)毎に2相の透明電極144が設けられている。このような透明電極144には、信号電荷の転送用のパルス信号φ1A,φ2Aが供給される。
【0019】
図4のような構成によれば、チャンネルストップ143によって複数の受光領域142が受光面の垂直転送方向に配列される列毎に分離され、共通の透明電極144が設けられた受光領域142で生成される信号電荷を受光面の垂直転送方向に同時に転送することができる。したがって、既存のフレーム転送形の固体撮像装置と同様に、不図示の蓄積部および水平読み出し部を介して、フレーム転送方式による信号電荷の走査が可能である。
【0020】
以上説明したように、第1の実施形態では、受光領域142(画素141とほぼ一致)の短辺方向に対し、入射光を短辺方向の画素ピッチ分ぼかす単一のOLPF13を備えるだけで、図2に示すような等価なアパーチャが得られる。したがって、鮮鋭度の低下を最小限に抑えつつ、ナイキスト周波数の折り返しによる偽色を低減することができると共に、入射光をぼかす光学部材を複数設けることによって発生していた従来の問題(コストアップ、フレアの増加、光学系の収差特性の劣化、スペースの増加など)を回避することができる。
【0021】
また、第1の実施形態では、透明電極144の形状を図4のようにジグザグにすることによって、図1の画素配置(交互列で1/2オフセット)を実現している。
【0022】
なお、第1の実施形態では、図4に示すように、各々の受光領域142の長辺方向が受光面の垂直転送方向に一致するように、受光領域142(第1の実施形態では画素141とほぼ一致)を配置した例を示したが、図5のように、長辺方向が受光面の水平転送方向に一致するように、受光領域142が配置されても良い。
【0023】
ただし、受光領域142を図5のように配置する場合、フレーム転送方式による信号電荷の走査を実現するためには、チャンネルストップ143を、受光面の垂直転送方向(受光領域の短辺方向に相当する)に沿ってジグザグに配置された受光領域142の列毎に設け、透明電極144を、受光面の水平転送方向(受光領域の長辺方向に相当する)に配置された受光領域142(点線で囲んだ領域)毎に共通に設ける必要がある。2相で転送する場合は、各受光領域毎に2相の電極が割り当てられる。
【0024】
また、受光領域142を図5のように配置する場合、画素141の短辺方向が受光面の垂直転送方向と一致することになるので、入射光を画素141の短辺方向に対してぼかすためには、OLPF13による入射光のぼかし方向を受光面の垂直転送方向に変更する必要がある。
【0025】
《第2の実施形態の説明》
図6は、第2の実施形態に対応する固体撮像装置の概略構成を示す図である。
図6において、固体撮像装置2は、図1に示した第1の実施形態に対応する固体撮像装置1と同様に、開口部がガラス基板21によって塞がれた筐体22と、ガラス基板21に積層されたOLPF23と、受光面がガラス基板21に対向されるように筐体22に内設された撮像チップ24とから構成される。
【0026】
また、図6において、撮像チップ24には、複数の画素241が2次元に配置されている。各々の画素241は、長辺方向と短辺方向との長さの比が「2:1」に近似される矩形であり、短辺方向に対しては、長辺方向の画素ピッチの1/2ずつオフセットされてジグザグに配置され、長辺方向に対しては、ほぼ一直線上に配置されている。
【0027】
ただし、図6では、図1と異なり、各々の画素241は、受光面の水平転送方向および垂直転送方向に対して45度傾いている。
OLPF23は、画素241の短辺方向に対し、入射光を短辺方向の画素ピッチ分ぼかす。
その結果、各々の画素241のアパーチャは、図7に示すように、画素241の短辺方向に拡大して正方形状となり、短辺方向に隣接する画素241間では相互に重なることになる。
【0028】
また、各々の画素241に対するサンプル点は、図8のようになる。
図9は、第2の実施形態における受光領域の構成を示す図である。
図9において、各々の受光領域242(点線で囲まれた領域)は、図6に示した画素241と同様に、長辺方向と短辺方向との長さの比が「2:1」に近似される矩形であり、短辺方向に対しては、長辺方向の画素ピッチの1/2ずつオフセットされてジグザグに配置され、長辺方向に対しては、ほぼ一直線上に配置されている。
【0029】
ただし、図9では、受光面の垂直転送方向に沿ってジグザグに配置された受光領域242の列(画素群)毎にチャンネルストップ243が設けられ、2相駆動の場合は受光面の水平転送方向に沿ってジグザグに配置された受光領域242(画素群)毎に2相の透明電極244が設けられている。このような透明電極244には、信号電荷の転送用のパルス信号φ1A,φ2Aが供給される。
【0030】
図9のような構成によれば、チャンネルストップ243によって複数の受光領域242が受光面の垂直転送方向に沿ってジグザグに配列される列毎に分離され、共通の透明電極244が設けられた受光領域242(受光面の水平転送方向に沿ってジグザグに配列されている受光領域242に相当する)で生成される信号電荷を受光面の垂直転送方向に同時に転送することができる。したがって、既存のフレーム転送形の固体撮像装置と同様に、不図示の蓄積部および水平読み出し部を介して、フレーム転送方式による信号電荷の走査が可能である。
【0031】
以上説明したように、第2実施形態では、受光領域242の短辺方向に対し、入射光を短辺方向の画素ピッチ分ぼかす単一のOLPF23を備えるだけで、図7に示すようなアパーチャが得られる。したがって、第1の実施形態と同様に、鮮鋭度の低下を最小限に抑えつつ、ナイキスト周波数の折り返しによるエイリアシングを低減することができると共に、入射光をぼかす光学部材を複数設けることによって発生していた従来の問題を回避することができる。
【0032】
また、第2の実施形態では、各々の受光領域242の形状や配置が既存のフレーム転送形の固体撮像装置と異なっていても、チャンネルストップ243や透明電極244の形状を図9のようにジグザグにすることによって、フレーム転送方式による信号電荷の走査を容易に実現することができる。
さらに、第2の実施形態では、各々の画素241に対するサンプル点は、図8に示すように、正方格子状のサンプル点となる。
【0033】
また、上述した各実施形態では、本発明の固体撮像装置の一例としてフレーム転送形の固体撮像装置について説明した。このようなフレーム転送方式の採用により、画素アスペクト比が「2:1」程度の極端な矩形画素でありながらも、その矩形画素の殆どを有効受光領域として使用することが可能になる。その結果、画素アスペクト比の極端な矩形形状の画素を採用しながらも、受光効率に優れた固体撮像装置を実現できる。
【0034】
なお、本発明は、このようなフレーム転送方式に限定されるものではない。例えば、インタライン転送方式を採用することも可能である。ただし、上記構成をインタライン転送形式で実現する場合、受光領域の画素アスペクト比が極端な値であるため、開口率の低下による感度劣化などの問題が生じやすい。
従来、このインタライン転送方式の受光効率を高める場合、画素単位にマイクロレンズを設けることがよく行われる。しかしながら、本発明の固体撮像装置は、画素アスペクト比が「2:1」と極端であるため、適切なマイクロレンズの設計が非常に難しい。
【0035】
例えば、辺の長さが「2:1」程度の画素形状に合わせてマイクロレンズを形成する場合、図10(1)に示すような楕円形のマイクロレンズが考えられる。しかしながら、長方形の受光部の上に楕円形のレンズをマイクロレンズとして用いると、集光特性が長辺方向と短辺方向とで異なってしまい、ぼけが丸くならないなどの問題が生じる。
【0036】
このような問題を回避するため、図10(2)に示すように、マイクロレンズを画素(受光領域)の長辺方向に2つ配置することが好ましい。このように矩形状の受光領域に対して複眼式のマイクロレンズを設けることにより、画素アスペクト比の極端な矩形形状の画素でありながらも、各画素の集光特性はほぼ等方的になる。
【0037】
さらに、複数のマイクロレンズの境界領域に遮光部を設けることにより、いびつな方向からの光を遮ることが可能になり、矩形画素の集光特性の等方性を一段と高めることが可能になる。
【0038】
さらに、図10(2)では、複眼式のマイクロレンズの下に共通の蓄積部を設ける。そのため、複眼式のマイクロレンズの入射光によって生成される信号電荷を、矩形画素の単位にまとめて蓄積して加算することができる。その結果、画素加算のためのシーケンス動作を省いて、固体撮像装置の転送シーケンスを単純化することが容易になる。
【0039】
また、上述した各実施形態に対応する固体撮像装置1,2では、OLPF13,23が設けられているが、OLPFとしては、例えば、回折格子のように、受光面に入射される光を受光領域の短辺方向にぼかすことができる光学部材であれば、如何なる光学部材を設けても良い。
【0040】
さらに、上述した各実施形態に対応する固体撮像装置1,2では、ガラス基板11,21によって筐体12,22の開口部を塞いでいるが、ガラス基板11,21を設けずに、OLPF13,23によって筐体12,22の開口部を塞ぐ構成にしても良い。
【0041】
また、上述した各実施形態では、カラーフィルタを設けていないモノクロの固体撮像装置について説明したが、本発明は、複数のカラーフィルタを有するカラーの固体撮像装置にも同様に適用することができ、エイリアシングによって発生する偽色を低減することができる。
例えば、第1の実施形態に対応する固体撮像装置1において、R,G,Bの3色のカラーフィルタを、図11(1)のような配列(Gのカラーフィルタが配された列とR,Bのカラーフィルタが交互に配された列とがストライプを成す配列)で各々の画素141に対応付けると、アパーチャは、図11(2)のようになる。
【0042】
このようなアパーチャは、二板式の固体撮像装置(Gのカラーフィルタのみが設けられた撮像素子と、R,Bのカラーフィルタが市松模様状に設けられた撮像素子とを有する固体撮像装置)において、2枚の撮像素子を1/2画素ピッチずらした場合のアパーチャと等価であり、カラーの固体撮像装置に有効である。
【0043】
なお、各々の画素に設けるカラーフィルタは、R,G,Bの3色に限らず、Ye,Mg,Cy,Gの4色など如何なる色種であっても良く、カラーフィルタの配列は、図11(1)のような配列に限られるものではない。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、入射光をぼかす(多重化する場合も含む)光学部材の数を1つにしても、ナイキスト周波数の折り返しによって発生するエイリアシングによる欠陥を適当に抑圧し、かつ、鮮鋭度の低下を最小限に抑えることができる。カラー撮像素子の場合では、偽色の低減と鮮鋭度の低下防止とをバランス良く行うことができる。また、入射光をぼかす光学部材を複数設けることによって発生していた従来の問題(コストアップ、フレアの増加、光学系の収差特性の劣化、スペースの増加など)を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に対応する固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【図2】第1の実施形態におけるアパーチャの状態を示す図である。
【図3】第1の実施形態におけるサンプル点を示す図である。
【図4】第1の実施形態における受光領域の構成を示す図である。
【図5】第1の実施形態における受光領域の他の構成を示す図である。
【図6】第2の実施形態に対応する固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【図7】第2の実施形態におけるアパーチャを示す図である。
【図8】第2の実施形態におけるサンプル点を示す図である。
【図9】第2の実施形態における受光領域の構成を示す図である。
【図10】マイクロレンズを設けた場合の画素の構成例を示す図である。
【図11】カラーフィルタを設けた場合のアパーチャの状態を示す図である。
【符号の説明】
1、2 固体撮像装置
11、21 ガラス基板
12、22 筐体
13、23 OLPF
14、24 撮像チップ
141、241 画素
142、242 受光領域
143、243 チャンネルストップ
144、244 透明電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device in which a plurality of pixels having a light receiving region that generates a signal charge according to light incident on a light receiving surface is two-dimensionally arranged.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, solid-state imaging devices in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged are used for various purposes.
Such a solid-state imaging device includes an OLPF (Optical Low Pass) that removes a predetermined spatial frequency component in order to reduce aliasing caused by aliasing of the Nyquist frequency and false color that is noticeable in the case of an imaging device having a plurality of color filters. Some filters are provided with an optical low-pass filter.
[0003]
Further, Patent Document 1 invented by the present inventor is known as a solid-state imaging device having rectangular pixels.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-23171
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional solid-state imaging device provided with the OLPF has a problem in that the sharpness is remarkably reduced as compared with the solid-state imaging device not provided with the OLPF.
[0005]
Further, in a solid-state imaging device used in an apparatus such as an electronic camera that involves image processing, a plurality of pixels are arranged two-dimensionally, and a plurality of OLPFs are used to uniformly blur incident light in a plurality of directions. It is necessary to provide. For example, to realize a square aperture by uniformly blurring the incident light in the vertical and horizontal directions, an OLPF that blurs the incident light in the vertical direction and an OLPF that blurs the incident light in the horizontal direction are required. Become.
[0006]
Therefore, in the conventional solid-state imaging device, by providing a plurality of OLPFs, the cost increases, the interface in the optical path increases, flare increases, the thickness of the entire OLPF increases, and the aberration characteristic of the optical system increases. Problems such as deterioration and increased space have occurred.
[0007]
Therefore, in the present invention, a solid that can reduce the false color and prevent the reduction of sharpness in a well-balanced manner and can minimize the number of optical members that blur incident light (including multiplexing). An object is to provide an imaging device.
[0008]
Another object of the present invention is to receive light from each pixel in the solid-state imaging device (specifically, a solid-state imaging device having pixels having an extremely rectangular shape with a pixel aspect ratio of “2: 1”). It is to provide a technique for enhancing the characteristics.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The solid-state imaging device according to claim 1 has a rectangular light receiving region that individually generates a signal charge according to light incident on the light receiving surface, and the light receiving region has a short side direction with respect to the short side direction of the light receiving region. A plurality of pixels that are two-dimensionally offset by 1/2 of the pixel pitch in the long side direction , and a zigzag shape in the short side direction according to the configuration of the offset arrangement of the plurality of pixels, and A CCD electrode provided for each light receiving region and supplied with a pulse signal for controlling reading of the signal charge to the CCD transfer path, and a scanning means for scanning the signal charge to the outside by supplying the pulse signal to the CCD electrode And a single optical member that is provided on the light receiving surface side of the plurality of pixels and divides the light incident on the light receiving surface into the pixel pitch in the short side direction. These light receiving areas have a rectangular shape whose aspect ratio is approximated to “2: 1”. The plurality of pixels are separated for each pixel group arranged in one direction of the light receiving surface, and signal charges are sequentially transferred in one direction of the light receiving surface, and the scanning unit transfers the plurality of pixels to one of the light receiving surfaces. Driving is performed for each pixel group arranged in a direction orthogonal to one direction, and signal charges are scanned by a frame transfer method.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
However, in the following description, a frame transfer type monochrome solid-state imaging device will be described as an example of the solid-state imaging device of the present invention.
[0013]
<< Description of First Embodiment >>
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus corresponding to the first embodiment. In FIG. 1, the solid-state imaging device 1 includes a housing 12 whose opening is closed by a glass substrate 11, an OLPF 13 stacked on the glass substrate 11, and a light receiving surface that faces the glass substrate 11. 12 and an imaging chip 14 provided internally.
[0014]
In FIG. 1, a plurality of pixels 141 are two-dimensionally arranged on the imaging chip 14. Each pixel 141 is a rectangle whose length ratio between the long side direction and the short side direction is approximated to “2: 1”. For the short side direction, 1/1 of the pixel pitch in the long side direction. They are offset by two and are arranged in a zigzag, and are arranged substantially in a straight line with respect to the long side direction.
[0015]
The OLPF 13 divides incident light by the pixel pitch in the short side direction with respect to the short side direction of the pixel 141.
As a result, as shown in FIG. 2, the equivalent aperture of each pixel 141 is enlarged in the short side direction of the pixel 141 to become a square shape, and the pixels 141 adjacent to each other in the short side direction overlap each other. . However, in FIG. 2, the apertures of the odd-numbered pixels 141 are indicated by solid lines and the even-numbered pixel 141 apertures are indicated by dotted lines with the short side direction as a reference.
[0016]
The sample points for each pixel 141 are as shown in FIG.
By the way, when the solid-state imaging device 1 is a frame transfer type solid-state imaging device, most of each pixel 141 is occupied by a light receiving region (a region for generating a signal charge corresponding to incident light).
[0017]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a light receiving region in the first embodiment.
In FIG. 4, each light receiving region 142 (indicated by a dotted line) has a length ratio of “2: 1” between the long side direction and the short side direction, similarly to the pixel 141 shown in FIG. 1. A rectangle to be approximated (strictly, the length in the short side direction is the length from the center of the channel stop to the center of the adjacent channel stop), and for the short side direction, it is 1/2 of the pixel pitch in the long side direction. They are offset one by one and are arranged in a zigzag, and are arranged on a substantially straight line in the long side direction.
[0018]
Further, in FIG. 4, a channel stop 143 is provided for each column (pixel group) of the light receiving regions 142 arranged in the vertical transfer direction of the light receiving surface (corresponding to the long side direction of the light receiving region). A two-phase transparent electrode 144 is provided for each light receiving region 142 (pixel group) arranged in a zigzag direction (corresponding to the short side direction of the light receiving region). Such transparent electrodes 144 are supplied with pulse signals φ1A and φ2A for signal charge transfer.
[0019]
According to the configuration shown in FIG. 4, a plurality of light receiving regions 142 are separated for each column arranged in the vertical transfer direction of the light receiving surface by the channel stop 143, and are generated in the light receiving region 142 provided with the common transparent electrode 144. Can be transferred simultaneously in the vertical transfer direction of the light receiving surface. Therefore, similarly to the existing frame transfer type solid-state imaging device, it is possible to scan the signal charges by the frame transfer method via the storage unit and the horizontal reading unit (not shown).
[0020]
As described above, in the first embodiment, only the single OLPF 13 that blurs the incident light by the pixel pitch in the short side direction with respect to the short side direction of the light receiving region 142 (substantially coincides with the pixel 141) is provided. An equivalent aperture as shown in FIG. 2 is obtained. Therefore, it is possible to reduce the false color due to the Nyquist frequency aliasing while minimizing the reduction in sharpness, and at the same time, the conventional problem (cost increase, which has occurred by providing a plurality of optical members that blur incident light) Increase in flare, deterioration of aberration characteristics of the optical system, increase in space, etc.) can be avoided.
[0021]
In the first embodiment, the transparent electrode 144 is formed in a zigzag shape as shown in FIG. 4 to realize the pixel arrangement of FIG. 1 (1/2 offset in alternating rows).
[0022]
In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the light receiving regions 142 (in the first embodiment, the pixels 141 are arranged so that the long side direction of each light receiving region 142 coincides with the vertical transfer direction of the light receiving surface. However, as shown in FIG. 5, the light receiving region 142 may be arranged so that the long side direction coincides with the horizontal transfer direction of the light receiving surface.
[0023]
However, when the light receiving region 142 is arranged as shown in FIG. 5, in order to realize signal charge scanning by the frame transfer method, the channel stop 143 is set in the vertical transfer direction of the light receiving surface (corresponding to the short side direction of the light receiving region). Are provided for each column of the light receiving regions 142 arranged in a zigzag manner, and the transparent electrode 144 is disposed in the horizontal transfer direction of the light receiving surface (corresponding to the long side direction of the light receiving region) (dotted line) It is necessary to provide a common area for each of the areas surrounded by When transferring in two phases, a two-phase electrode is assigned to each light receiving area.
[0024]
Further, when the light receiving region 142 is arranged as shown in FIG. 5, the short side direction of the pixel 141 coincides with the vertical transfer direction of the light receiving surface, so that incident light is blurred with respect to the short side direction of the pixel 141. In this case, it is necessary to change the blurring direction of the incident light by the OLPF 13 to the vertical transfer direction of the light receiving surface.
[0025]
<< Description of Second Embodiment >>
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus corresponding to the second embodiment.
In FIG. 6, the solid-state imaging device 2 is similar to the solid-state imaging device 1 corresponding to the first embodiment shown in FIG. 1, and a housing 22 whose opening is closed by a glass substrate 21, and a glass substrate 21. And an imaging chip 24 provided in the housing 22 so that the light receiving surface faces the glass substrate 21.
[0026]
In FIG. 6, a plurality of pixels 241 are two-dimensionally arranged on the imaging chip 24. Each pixel 241 is a rectangle whose length ratio between the long side direction and the short side direction is approximated to “2: 1”. For the short side direction, 1/1 of the pixel pitch in the long side direction. They are offset by two and are arranged in a zigzag, and are arranged substantially in a straight line with respect to the long side direction.
[0027]
However, in FIG. 6, unlike FIG. 1, each pixel 241 is inclined 45 degrees with respect to the horizontal transfer direction and the vertical transfer direction of the light receiving surface.
The OLPF 23 divides incident light by the pixel pitch in the short side direction with respect to the short side direction of the pixel 241.
As a result, as shown in FIG. 7, the aperture of each pixel 241 expands in the short side direction of the pixel 241 to have a square shape, and overlaps between the pixels 241 adjacent in the short side direction.
[0028]
Also, the sample points for each pixel 241 are as shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a light receiving region in the second embodiment.
In FIG. 9, each light receiving region 242 (region surrounded by a dotted line) has a length ratio of “2: 1” between the long side direction and the short side direction, similarly to the pixel 241 shown in FIG. 6. It is a rectangle that is approximated, and is arranged in a zigzag manner offset by 1/2 of the pixel pitch in the long side direction with respect to the short side direction, and is arranged substantially in a straight line with respect to the long side direction. .
[0029]
However, in FIG. 9, a channel stop 243 is provided for each column (pixel group) of the light receiving regions 242 arranged zigzag along the vertical transfer direction of the light receiving surface, and in the case of two-phase driving, the horizontal transfer direction of the light receiving surface. A two-phase transparent electrode 244 is provided for each light receiving region 242 (pixel group) arranged in a zigzag pattern. Such transparent electrodes 244 are supplied with pulse signals φ1A and φ2A for transferring signal charges.
[0030]
According to the configuration as shown in FIG. 9, a plurality of light receiving regions 242 are separated by a column stop 243 into columns arranged in a zigzag manner along the vertical transfer direction of the light receiving surface, and a light receiving device provided with a common transparent electrode 244 is provided. Signal charges generated in the region 242 (corresponding to the light receiving regions 242 arranged in a zigzag manner along the horizontal transfer direction of the light receiving surface) can be simultaneously transferred in the vertical transfer direction of the light receiving surface. Therefore, similarly to the existing frame transfer type solid-state imaging device, it is possible to scan the signal charges by the frame transfer method via the storage unit and the horizontal reading unit (not shown).
[0031]
As described above, in the second embodiment, the aperture as shown in FIG. 7 is obtained only by including the single OLPF 23 that divides incident light by the pixel pitch in the short side direction with respect to the short side direction of the light receiving region 242. can get. Therefore, as in the first embodiment, aliasing due to Nyquist frequency aliasing can be reduced while minimizing the reduction in sharpness, and a plurality of optical members that blur incident light are provided. The conventional problem can be avoided.
[0032]
In the second embodiment, the shape of the channel stop 243 and the transparent electrode 244 is zigzag as shown in FIG. 9 even if the shape and arrangement of each light receiving region 242 are different from those of the existing frame transfer type solid-state imaging device. By doing so, it is possible to easily realize signal charge scanning by the frame transfer method.
Further, in the second embodiment, the sample points for each pixel 241 are square lattice sample points as shown in FIG.
[0033]
In each of the above-described embodiments, the frame transfer type solid-state imaging device has been described as an example of the solid-state imaging device of the present invention. By adopting such a frame transfer method, it is possible to use most of the rectangular pixels as an effective light receiving area even though the pixel aspect ratio is an extreme rectangular pixel of about “2: 1”. As a result, it is possible to realize a solid-state imaging device having excellent light receiving efficiency while adopting a rectangular pixel having an extreme pixel aspect ratio.
[0034]
The present invention is not limited to such a frame transfer method. For example, it is possible to adopt an interline transfer method. However, when the above configuration is realized in the interline transfer format, since the pixel aspect ratio of the light receiving region is an extreme value, problems such as sensitivity deterioration due to a decrease in aperture ratio are likely to occur.
Conventionally, in order to increase the light receiving efficiency of this interline transfer method, it is often performed to provide a microlens for each pixel. However, since the solid-state imaging device of the present invention has an extreme pixel aspect ratio of “2: 1”, it is very difficult to design an appropriate microlens.
[0035]
For example, when the microlens is formed in accordance with a pixel shape having a side length of about “2: 1”, an elliptical microlens as shown in FIG. However, when an elliptical lens is used as a microlens on a rectangular light-receiving part, the light collection characteristics differ between the long side direction and the short side direction, resulting in problems such as no blurring.
[0036]
In order to avoid such a problem, it is preferable to arrange two microlenses in the long side direction of the pixel (light receiving region) as shown in FIG. By providing a compound eye type microlens for the rectangular light receiving region in this way, the light condensing characteristics of each pixel become substantially isotropic even though the pixel has an extremely rectangular pixel aspect ratio.
[0037]
Furthermore, by providing a light shielding portion in the boundary region between the plurality of microlenses, it is possible to block light from an irregular direction, and it is possible to further increase the isotropic property of the light collecting characteristics of the rectangular pixels.
[0038]
Further, in FIG. 10B, a common storage unit is provided under the compound-eye microlens. Therefore, the signal charges generated by the incident light of the compound-eye microlens can be accumulated and added together in units of rectangular pixels. As a result, it is easy to simplify the transfer sequence of the solid-state imaging device by omitting the sequence operation for pixel addition.
[0039]
In the solid-state imaging devices 1 and 2 corresponding to each of the above-described embodiments, the OLPFs 13 and 23 are provided. As the OLPF, for example, light incident on the light receiving surface is received as a light receiving region like a diffraction grating. Any optical member may be provided as long as the optical member can be blurred in the short side direction.
[0040]
Furthermore, in the solid-state imaging devices 1 and 2 corresponding to the above-described embodiments, the openings of the housings 12 and 22 are closed by the glass substrates 11 and 21, but the OLPF 13 and the glass substrates 11 and 21 are not provided. 23 may close the openings of the casings 12 and 22.
[0041]
In each of the above-described embodiments, a monochrome solid-state imaging device not provided with a color filter has been described. However, the present invention can be similarly applied to a color solid-state imaging device having a plurality of color filters. False color generated by aliasing can be reduced.
For example, in the solid-state imaging device 1 corresponding to the first embodiment, three color filters of R, G, and B are arranged in an array as shown in FIG. , B in an array in which the color filters are alternately arranged to form a stripe), the apertures are as shown in FIG. 11B.
[0042]
Such an aperture is used in a two-plate type solid-state image pickup device (a solid-state image pickup device having an image pickup element provided with only a G color filter and an image pickup element provided with R and B color filters in a checkered pattern). This is equivalent to an aperture in which two image sensors are shifted by 1/2 pixel pitch, and is effective for a color solid-state imaging device.
[0043]
Note that the color filter provided in each pixel is not limited to the three colors R, G, and B, and may be any color type such as four colors of Ye, Mg, Cy, and G. The arrangement is not limited to 11 (1).
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, even if the number of optical members that blur incident light (including when multiplexed) is one, defects due to aliasing caused by aliasing of the Nyquist frequency are eliminated. Appropriate suppression is possible, and a reduction in sharpness can be minimized. In the case of a color image sensor, it is possible to reduce the false color and prevent the sharpness from being lowered with a good balance. Further, conventional problems (such as an increase in cost, an increase in flare, a deterioration in aberration characteristics of the optical system, an increase in space, etc.) that have occurred by providing a plurality of optical members that blur incident light can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus corresponding to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an aperture state in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing sample points in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a light receiving region in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing another configuration of the light receiving region in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus corresponding to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an aperture in the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing sample points in the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a light receiving region in the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a pixel when a microlens is provided.
FIG. 11 is a diagram illustrating a state of an aperture when a color filter is provided.
[Explanation of symbols]
1, 2 Solid-state imaging device 11, 21 Glass substrate 12, 22 Housing 13, 23 OLPF
14, 24 Imaging chip 141, 241 Pixel 142, 242 Light receiving area 143, 243 Channel stop 144, 244 Transparent electrode

Claims (1)

受光面に入射した光に応じて信号電荷を生成する矩形の受光領域を個別に有し、該受光領域の短辺方向に対しては該受光領域の長辺方向の画素ピッチの1/2ずつオフセットされて2次元に配置された複数の画素と、
前記複数の画素の前記オフセットされた配置の形態に合わせて前記短辺方向にジグザグ状に、かつ、前記受光領域毎に設けられ、前記信号電荷のCCD転送路への読み出しを制御するパルス信号が供給されるCCD電極と、
前記CCD電極に前記パルス信号を供給することにより前記信号電荷を走査して外部に読み出す走査手段と、
前記複数の画素の前記受光面側に設けられ、該受光面に入射される光を前記短辺方向に画素ピッチ分ぼかす一枚の光学部材とを備え、
前記受光領域は、アスペクト比が「2:1」に近似される矩形であり、
前記複数の画素は、前記受光面の1つの方向に配置される画素群毎に分離され、前記信号電荷を該受光面の1つの方向に順次転送し、
前記走査手段は、前記複数の画素を、前記受光面の1つの方向に直交する方向に配置される画素群毎に駆動し、フレーム転送方式で前記信号電荷を走査する
ことを特徴とする固体撮像装置。
Each pixel has a rectangular light receiving region that generates a signal charge in response to light incident on the light receiving surface, and each half of the pixel pitch in the long side direction of the light receiving region with respect to the short side direction of the light receiving region. A plurality of pixels offset and arranged two-dimensionally;
A pulse signal that is provided in each light receiving region in a zigzag manner in the short side direction in accordance with the offset arrangement form of the plurality of pixels and that controls reading of the signal charges to the CCD transfer path is provided. A CCD electrode to be supplied;
Scanning means for scanning the signal charge and supplying it to the outside by supplying the pulse signal to the CCD electrode;
A plurality of pixels provided on the light receiving surface side, and a single optical member that divides the light incident on the light receiving surface into pixel pitches in the short side direction, and
The light receiving area is a rectangle whose aspect ratio is approximated to “2: 1”;
The plurality of pixels are separated for each pixel group arranged in one direction of the light receiving surface, and sequentially transfer the signal charges in one direction of the light receiving surface,
The scanning means drives the plurality of pixels for each pixel group arranged in a direction orthogonal to one direction of the light receiving surface, and scans the signal charges by a frame transfer method. apparatus.
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