JPS58134577A - 電気光学的光制御素子 - 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】 この発明は、エレクトｐクロミック素子などの電気光学
的光制御素子に関し、特に固体撮像素子の前面に配置さ
れてそこへの入射光量を電気信号による発色によって制
御する電気光学的光制御素子、に関する。

特開昭５５−８８０２９或いは特開昭５６−４６７９、
号公報に開示されたような全固体薄膜透過型エレクトロ
フレミック素子ｃ以下ＥＣＤと称する）の発色部を複数
に分割したものをＣＣＤ（電荷結合素子）などの固一体
撮像素子の前面に配置すると、分割された個々の発色部
（以下ＥＣセグメントと称する）のいくつか或いは全て
を電気信号に半って発色させることにより、固体撮像素
子への入射光をその撮像面内で局部的に或いは全面的に
制御することができるようになる。このようなセグメン
ト化されたＥＣＤは稙々の用途に用いることができ、例
えば固体撮像素子に局部的に強い光が入射したときに生
じるプルーミングを防ぐためにこの強い光の入射する領
域に対応するＥＣセグメントを発色させるのもそのひと
つである。また全てのＥＣセグメントの発色濃度を変化
させることにより濃度可変フィルタとして用いるとと°
もで自る。さらに数字や文字記号などの所望パターンを
発色ＥＣセグメントの選択で得て所望文字図形を被写体
像に重ねて固体撮像素子に写し込むことも可能である。

しかしながら、ＥＣＤの発色部を前述のようにセグメン
ト化すると、各ＥＣセグメントの境界に発色不ｉＪ能な
領域が生じるので、例えばこの境界領域を６明に形成し
た場合は、ここを通った光が固体撮像素子に到達してし
まってＥＣセグメント部での光透角率制伽の効果を減す
ることになり、また、一方この境界領域を不透明に形成
した場合には、この境界領域が固体撮像素子への入射光
を常時遮光することになるので固体撮像素子の光の有効
利用を損うことになる。

このような光透過率の変化が不可能な領域が固体撮像素
子の撮像面内に位置することによる影響は、前述のよう
−ｉＦ、ＣＤだけに限らず、発色部をセグメント化した
あらゆる電気光学的光制御素子：ｌ、： につ７ても同様に生じるもｔｒｐ、（、、；、ある・こ
の発明は、固体撮像素子と組合される電気光学的光制御
素子において光透過率の変化が不可能な領域の存在によ
って生じる不都合を除去することを目的としている。

すなわちこの発明の電気光学的光制御素子は、撮像面内
に有効な光電変換に寄与する第１領域と寄与しな一第２
領域とを含む固体撮像素子の前面に配置されて電気信号
に応じて前記固体撮像素子の撮像面へ入射する光の透過
率を変化させるものであって、光透過率の変化が不可能
な領域によって複数に分割された光透過率可変領域をも
ち、前記光透過率の変化が不可能が領域が、光軸方向に
おいて前記固体撮像素子の撮像面内の前記第２領域の上
に重ね合されるように位置づけられていることを特徴と
するものである。

前記固体撮像素子の第１領域とけ撮像信号としての有効
な光電出力を生じるための光電変換部分７あ５．ｔｏし
一７□。。わ。□、２゜′：１ スタフィンやアト、レスライン、ライントランス７アレ
ジスタ部、晟１・いは−チャンネルストッパ部の１：。

ような光電変換を行なわない部分および光電変換作用を
有するもののその光電信号が混信等により有効なものと
はなり得ない部分を総称している。

この発明を図面と共に詳述すれば以下の通りである。

第１図はこの発明の電気光学的光制御素子に好適なＥＣ
Ｄの基本構成を示す拡大断面図で、（ａ）は特開昭５６
−４６７９号公報に示されたタイプのもの、（ｂ）は特
開昭５５−８８０２９号公報に示されたタイプの１ので
ある。図示するようにＥＣＤｏｌは例えばネサ（８ｕＯ
，）　、酸化インジウムなどの透明な上部電極０υと下
部電極α９０間にエレクトロミック発色＃０７）を挾ん
で薄膜形式技術により薄陵状に形成されており１前記発
色層αｎけ、（ａ）図の屯のでは酸化タングステンのＥ
ＣＣｏ３と酸化タンタルのイオン良導体層α東と水酸化
イリジウムのＥＣ層０４１との積層構造からなり、また
の）図の本のでは酸化タングステンのＥｃｍａａと酸化
イリジウムのイオン良導体層αｅとの積層構造からなっ
ており、いずれのものも電極ＯＢ鯵間に所定極性の電圧
信号を印加することによりＥＣ層が発色し、逆極性のｉ
ｔｔ比信号の印加または両１に極間を外部短絡すること
により消色して透明に戻るものである。

第１図に示したような構成をもつＥＣＤをセグメント化
して各ＥＣセグメントをマトリクス駆動するための回路
構成は第２図に示しである。すなわち第２図においてａ
樽はＥＣセグメントであって各々□のＥＣセグメント部
は第１図（ａ）又は（ｂ）の基本的な構造を持っている
。０１Ｆｉ各ＥＣセグメントα種に対応して設けられた
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などのスイッチング素
子、（２１ａ）〜（２１ｎ）はマトリクスのＸ方向ドラ
イブライン、（２２ａ）〜（２２ｎ）は同じくＹ方向ド
ライブラインである。各ＥＣＣダグン）（ＩＩの一方の
透明電極（第１図の１１又ｔｆ１５）ｋ′ｉＹ方向ドラ
イブイン（２２ａ）　〜（２２ｎ　）に接続され、他方
の透明電極はスイッチング素子翰を介して接地されてい
る。また各スイッチング素子翰の制御電極はそれぞれマ
トリクス駆動に従ってＸ方向ドライブライン（２１ａ）
〜（２Ｉｎ）に接続されており、従ってこのＸ方向ドラ
イブライ瘉（２１ａ）〜（２１ｎ）のいずれかにスイッ
チング素子を導通させる電圧を印加し、Ｙ方向ドライブ
ライン（２２ａ）〜（２２ｂ）のいずれかにＥＣセグメ
ントを発色させる電圧を印加することにより、それらラ
インのマトリクス組合せによって所望のＥＣセグメント
（ｉ８１を発色させることができる。

この拠明において上述ｖＩ数のＥＣセグメントからなる
ＥＣＤＱＩけ固体撮像素子の撮像面前面に配置されるが
、第６図にはこのような固体撮像素子の一例としてイン
タライン方式ＣＣＤ（至）の構成が模式的に示されてい
る。第３図においてＧυは有効な光電変換部としての光
センサセル、Ｃ（２１は転送ゲート、（至）は遮光され
た転送レジスタ、（財）は同じく遮光された続出レジス
タであり、ゲート嬢を電気的に開くことにより各セルＣ
３ＤＫ入射した光強度と電荷蓄積時間とに応じた童の電
荷が転送レジスタ（財）に転送され、読出レジスタ（３
４１を介して時系列的に外部へ読出されるようになされ
ている。このような固体撮像素子では、撮像−向に入射
した光のうちセルＧυに入射した光だけ２摂“禅像に有
効利用され、レジスタ鍮部分など、讐ル６υ以外の部分
に入射した光は利用されない。

この発明では、上記の入射光が利用されない部分にＥＣ
Ｄの光透過事変化不能領域を対置させようとするもので
ある。

第４図および第５図はこのようなセグメント化されたＥ
ＣＤＱＩとＣＣＤ固体撮像素子ωとの組合せの例を相互
位置関係が判り易いように模式的に示した亀のである。

第４図は第３図に対応する模式図５、第５図はその部分
拡大断面図で、０９はＣＣＤ基部、（７）けＣＣＤ（至
）とＥＣＤ（ＩＱとの間を電気的に絶縁する透明絶縁ｈ
１例えばプラスチック又はガラス等である。この例にお
いてＣＣＤ（至）の表面に透明絶縁膜（イ）を被積して
からその上に透明な下部電極０９を共通電極として全面
的に形成し、その上にセグメント化したＥＣ発色層ａη
およびスイッチング素子内を形成して、さらにその上に
透明な上部電極αυを形成：）する。この場合、不透明
なスイッチング素子■け・１；転送レジスタＧ３の上に
位置され、ＥＣセグメントを′ｔＩ１４或する発色層へ
ηはセル６１）の上に位置される。ま起ドライブライン
（２１ａ）〜（２Ｉｎ）および（２２ａ）〜（２２ｎ）
は第４図および第５図では省略しであるが、これらライ
ンは勿論転送レジスタ鰻ないし読出レジスタ（ロ）の上
に配置され得るものであり、この場合にはこれらライン
を透明導電材によらずに不透明な金属薄膜によって形成
してその電気伝導度を高く選ぶことがで愈る。屯ちろん
、各ＥＣ発色層αηの寸法は、第５図に示す如くひとつ
の光センサセル６υを覆う大きさに限ることなく、複数
の光センサセルを−う大きさにしてもよい。

上記のよりなＥＣＤ（１３を備えたＣＣＤ（至）による
撮像システムとしては例えば第６図に示すようなイδ号
蛤理ループを組むことにより自動的にプルーミングを防
ぐものが構成できる。すなわち第６図において、（４Ｇ
はＣＣＤ（至）上に被写体像を結像する撮像レンズ、Ｏ
υはＣＣＤ（至）からの出力信号を処理して所定の訣像
信号を出力端子（４１ａ）　Ｋ出力すると−にＣＣＤ０
Ｉの撮像面に局部的に強い光が入射した場合にはその入
射位置を表わす位置信号を別の出力端子（４１ｂ）に出
力号る信号処理回路、（４２ｐ信号処理回理０υの別の
出力端子（４１ｂ）に生じる位置信号に応じて対応する
位置のＥＣセグメントを発色させるようにＢＣＤ（ＩＩ
を駆動制御する駆動回路である。このよう゛な回路構成
において、撮像レンズ禰は被写体像をＢＣＤ顛を透過し
てＣＣＤ０１ｌ上に結１１Ｌ、その結果Ｃ０Ｄ（至）か
ら電気信号としてとり出された出力信号は信号処理回路
（ＡＤＫよって所定の信号形式の訣像信号に蜜換されて
出力端子（４１ｍ）から出力される。この際、撮像画面
上に局部的に強い光が入射したときには□、信号処理回
路（４１）はその入射位置精報を位置信号として出力端
子（４１ｂ）に出力し、駆動回路りはこの位置信号に応
動して前記局部入射位置に対応したＥＣＤ（１０のＥＣ
セグメントを発色させる。この場合、信号処理回路４１
１に前記位置信号と共にその入射光強度に対応した強度
信号を出力させ、駆動回路（４２でこの強度信号に応じ
て前記ＥＣセグメントの発色製置を制御させるようにし
て・亀よく、かくして一層効果的なプルーミングの防止
が果せるものである。

また、−力信号処理回路１υの出力端子（４１ｂ）に例
えばＣＯＤ■の撮像面全体の入射光強度の平均値を表わ
す信号を得るようにし、駆動回路Ｏｚによつてこの平均
値信号に応じてＲＣＤ（ＩＩの全ＥＣセグメンＦの発色
濃度を制御するようにすると、この場合のＥＣＤ（ｌｌ
Ｆ１被写体輝度に応じて濃度が変化する可変濃度フィル
タとなる。

さらに第６図に破線で示したように手動操作手段Ｑｊを
設け、外部から駆動回路（４２を操作することで前記可
変濃度フィルタを制御するようにしてもよく、或いは手
動操作手段（４３内にパターンジェネレータを含めてお
いて、外部から設定した所望パターンに応じなパターン
信号を駆動回路（４２１に与え、駆動回路Ｉｚによって
このパターン信号に応じてＥＣセグメントを選択的に発
色させることにより、被写体像とＥＣセグメントによる
発色パターンとをＣ０Ｄ（至）で撮像するようにしても
よい。

ＥＣＤＱＩとＣ０Ｄ（至）との接合構造は第５図に示し
た直接重ねて形成するもめ以外にも種々考えられ、第７
図ではＣＣＤバットジ本体６Ｇの保護ガラス６υの裏面
、すなわちパッケージ本体内のＣ０Ｄ（ＩＱのほうに面
した面にＥＣＤ（ＩＯが薄膜形成技術で形成されており
、ＣＣＤ（至）とｇｃＤＱｌとの間の空間部は透明プラ
スチックで充填されるか或いは不活性ガスが封入される
。この場合、保護ガラスθυ上のＥｃＤＱＱと、ハッケ
ーシ本体ｅａｒｎ上のＣＣＤ（至）との相対位置関係は
、第８図に拡大して示すようにＦｉＣＤ（ＩＩのＥＣセ
グメントのＥＣＮαηとＣＣＤ（ＩＱのセルｃ１１）と
が、またＥＣＤ（ＩＱのスイッチング素子（至）とＣ０
Ｄ（至）のレジスタ（至）部分とがそれぞれ対置される
ように位置づけられることは述べるまでもない。

第９図はこの発明のもうひとつの実施例を示し、（ａ）
図は第３図と同じインクライン方式〇ＣＤ（至）の模式
図、Φ）図はこのＣＣＤ（至）Ｃ上に重ねられるＥＣＤ
の上部電極とＥＣ層のセグメント構成体の一式図、（Ｃ
）図はこのセグメント構成体の上に重ねられるイオン良
導体層と下部電極の一式図である。

：′：１ すなわちとの竺Ｊ’９図においては、（ａ）図に示すＣ
０Ｄ（至）の全面に透′パ−絶縁膜（図示せず）をコー
）１！・。

たのち、各転送タイン毎に隣接する光センサセルＧυと
転送レジスタ（ハ）とに重なりもうように（ｂ）図の如
（ＣＣ’Ｄ（至）の上に複数の互いに絶縁されて分割さ
れた短冊状の透明な上部電極ａ１）を形成し、各上部電
極ａυ上にはセルｃｌＤに重なる位置にＥＣＪ１１ａ３
を、そして転送レジスターに重力る位置に良導電性電極
１衿をそれぞれ形成してあり、さらに（Ｃ）図に示すイ
オン良導体層顧をその上に全面にわたって形成したうえ
に全てのＥＣ層α３をカバーするように透明な共通下部
電極α９を形成しである。前記良導電性電＆ｉｆ）は、
不透明または光透過率が低いが導電性に極めて優れた材
料、例えば金属薄膜から成りζＥＣＤ駆動回路からの電
圧信号を各上部電極αｙＫ伝える役目を果すものである
。

この第９図の構造に従って組立てられたＥＣＤとＣＣＤ
ｏ複合素子では、駆動回路からの電気信号により下部電
＆（Ｉ９と良導電性電極−のひとつとの間に発色方向の
電圧が印加されたと自にその良導電性電極輪に関係した
ＥＣＣ層温４一列に、すなわちＣＯＤの成るひとつの転
送ラインに沿った８０層α２が発色する。不透明ないし
光透過率の低い良導電性電極ＳＯｔはＣ０Ｄ（至）の転
送部上に位置づけられており、従ってセル？３１）への
入射光を遮光していないから、ＣＯＤへの有効光量を損
うことはない。一般的に透明電極には８ｎＯ，或いＦＩ
Ｉｎｋ、などを用いて光透過性を確保するために膜厚を
薄くし、従ってその電気抵抗が比較的高いが、良導電性
電極ＩＩＩ／ｉセルｅ１Ｊ以外の部分に位置づけられる
から不透明ないし光透過性の低い材料で構成してよく、
光透過性よりも導電性の良さを主体に材質選定すればよ
い。尚、第９図の例において下部電極ａ鴎の導電性を良
くするために下部電極ａ９の上に良導電性電極輪と重な
る位置で別の良導電性電極を形成してもよい。

第１０図は第９図（ｂ）の各Ｂｅセグメントを！トリク
ス駆動する場合の構成を示す模式図で、（旬間は第９図
（荀と同一の模式図、（ロ）図は第９図Φ）と似通った
ＢＣセグメント構成体の模式図、（Ｃ）図はこのＥＣセ
グメンシ構成体の上に重ねられるバタ一二ビグされた透
明電極とスイン・チング素子の模式図、（ｄ）図は良導
電性電極−と直交するＹ方向ドライブライン用透明電極
の配置を示す模式図である。

この場合、（ＪＯ図ＯＣＣＤＣＩＩｍの上に透明絶縁薄
ａ（（図示せず）を形成したのち（ｂ）図の如く各セル
０１）とそれに関連する転送レジスタ關とに重なり合う
ように複数の透明な上部電極ａυをパターニングし、縦
に並んだ一列の上部電極ａυを転送ライン毎に接続する
ように短冊状の良導電性電極−を転送レジスタ（ハ）に
重なる位置に形成してＸ方向ドライブラインとし、各上
部電極αυ上にセル６υと重なるように位置づけてＥＣ
Ｃ発色層α管形成する。次いで前記ＥＣ発色層（Ｉ７）
部分を除いて上部電極６υと良導電性電極輪の上に短冊
状絶縁層σ〔を形成したのち、各ＥＣ発色層αｎとのみ
各々電気的に接続されるように透明なセグメント電極（
ｉｌｌ）をパターニングし、各セグメント電極συ上に
おいて転送レジスタ（至）と重なる位置にソース又はド
レイン電極の一方が各セグメント１１９に接続されるよ
うにＦＥＴからなるスイッチング素子（４）をそれぞれ
形成する。各スイッチング素子■の上には透明絶縁層（
図示せず）を介して（ｄ）図に示すような横方向に延び
たＹ方向ドライブライン用の透明電極σ邊を横−列毎に
各スイッチング素子翰のゲート電極と接続するように形
成し、各スイッチング素子翰のソース又はドレイン電極
の他方は、全てのＹ方向ドライブライン用透明電極ｆｆ
ａ　ｔ−Ｊ明絶縁層（ＷＪ示せず）を介して覆うように
形成した゛共通透明電極（図示せず）に接続する。・か
くしてこの共通透明電極をＥＣ駆動電源の一方の極に接
続し、Ｘ方向ドライブラインとしての良導電性電極−の
どれかをＸ方向アドレスに従ってＥＣ駆動電源の他方の
極に接続し、Ｙ方向ドライブラインとしての透明電極ａ
ｚのどれかにＹ方向アドレスに従ってトリが入力を与え
ることにより、ＸおよびＹ方向の両アドレスに対応した
ＥＣセグメントをマトリクス駆動することができる。　
　　　： 以上に述べた各実施例でＦｉＥｃＤをインタライン方式
の固体撮像素子に組合せる場合について述べたが、本発
明ｉこれに限るものではなく、Ｘ−ビ、。

Ｙアドレス方式の°島の或いはライントランスファ方式
のものに適用できるものであり、前者にあってはＸ−Ｙ
アドレスライ２部分、後者にあってはライントランス７
アレジスタ部などが光電変換に寄与しない領域として存
在するので、これらの領域に対応するようにＥＣＤの非
発色部、すなわちスイッチング素子や不透明導電体等の
光透過事変化不能領域を位置づけるようにすればよい。

また７レーＡ）ランス７ア方式の固体撮像素子について
も、この素子には光電変換に寄与し−ないチャンネルス
トッパ部があるから、ここにＥＣＤの光透過事変化不能
領域を位置づけれ、ばよく、さらにこのフレームトラン
ス７７方式の吃のでは水平・垂直方向の島接ｗ４素間の
光集積特性のために各画素の光電信号が混信する領域が
存在するが、この信号混信領域ＫＥＣＤの光透過率不能
領域、それも不透明なものを重ね合わせるようにすれば
、この信号混信領域への入射光を積極的に遮光すること
ができて前記混信の発生を未然に防止ないし低減できる
ことにもなる。

尚、本発明けＥＣＤに限らず他の電気光学的制御素子に
広く適用てきることは勿論である。

本発明は以上のようであり、固体撮像素子の撮像面内の
電荷転送レジスタライン、アドレスライン、ライントラ
ンス７アレジスタ部、或いはチャンネルストッパ部の如
く、光電変換を行なわない領域ないし光電変換を行がっ
ても光電信号が混信等により有効な゛ものとはならない
領域、換言すれば撮像出力めための有効な・光電変換に
寄与しない。

領域に電気光学的光制御簀子の光透過率変化不能ｉ域を
重ね合わせるようにしてこの光透過事変化不能領域によ
って光透過事変化領域を複数に分割したので、この分割
によっても光透過事変化不能領域が固体撮像素子の撮像
面への有効な入射光に何等悪影醤を与えることがなく、
種々の用途に利用可能な新しいセグメント化電気光学的
光制御素子を得ることができる屯のである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）はこの発明に好適なエレク）四り
ロ曙ツク素子の原理的構造を示す拡大断面図、第２図は
セグメント化されたエレクトロクルミック素子のマトリ
クス回路図、第３図はインタライン方式ＣＯＤの模式図
、第４図は第３図のＣＣＤｌＩｃ対置されるこの発明の
一実施舛に係るＥＣＤの模式図、第５図は同じ（ＣＣＤ
、！：ＥＣＤとの対置関係を示す部分拡大断面図、第６
図はこの発明の電気光学的光制御素子を用いたＣＣＤ撮
像システムのブロック図、第７図けＣＣＤとＥＣＤとの
接合構造の別の例を示す断面図、第８図は第７図の部分
拡大断面図、第９図（ａ）（ロ）（Ｃ）はこの発明の別
の実施例を示すもので（ａ）図は第３図と同じＣＯＤの
模式図、（ｂ）図はとのＣＣＤのりえ忙重ねられるＨＯ
Ｄの上部電極とＥＣ層のセグメント構成体の模式図、（
Ｃ）図はこのセグメント構成体のうえに重ねられるイオ
ン良導体層と下部電極の模式図、第１０図（ａ）（ｂ）
　（Ｃ）　（ｄ）はこの発明のさらに別の実施例を示し
、（ａ）図−は第３図と同じＣＯＤの模式図、０）図は
Ｘ方向ドライブラインとＥＣセグλント構成体の模式図
、（Ｃ）　ＩＭはこのＥＣセグメント構成体の上に重ね
られるパターニングされた透明、！極とスイッチング素
子の模式図＜　（ｄ）図はＹ方向Ｐライブライン用憑明
電極の配置を示す模式図である。 各図において同一符号は同等ないし対応部分を示し、ａ
Ｑｆ′ｉエレタト讐クロミフクロミック素子上部電極、
（１１６４１Ｆ１Ｂ　Ｃ層、ａｓ　ハ下ｇ　ｔｉ　極、
（ＩＩＥ（４色層、ａｓａｇｃセグメント、翰はスイッ
チング素子、（２１ｍ）　〜（２１ｎ）はＸ方向ドライ
ブライン、（２２ａ）〜（２２ｍ＞はＹ方向ドライブラ
イン、（至）はインタライン方式ＣＣＤ、（ｌｌは光セ
ンサル、ｃ＠は転送ゲート、（至）は転送レジスタ、（
財）は読出レジスタ、＋４１は撮像レンズ、０１）は信
号処理回路、（４ｚは駆動回路、　６Ｇはパツテージ本
体、６υは保護ガラス、輪は良導電性電極、ａｌ）はセ
グメント電極、σりはＹ方向ドライブライン用透明電極
を示す。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 □、、、、。 、：：１□。 胃 、パ１１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像面内に有効な光電変換に寄与する第１領域と有効な
   光電変換に寄与しない第２領域とを含む固体撮像素子の
   前面に配置され電算信号に応じて前記固体撮像面へ入射
   する光の透過率を変化させる電気光学的光制御素子にお
   いて、光透過率の変化が不可能な領域によって複数に分
   割された光透過率可変領域をもち、前記光透過率の変化
   が不可能な領域が、光軸方向において前記固体撮像素子
   の撮像面内の前記第２領域の上に重ね合されるように位
   置づけられていることを特徴とする電気光学的光制御素
   子。