JPH114374A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、間欠的に発光する光源によって照
明される被写体の光学像を撮像して画像信号を生成する
撮像装置に関し、画像信号のノイズ成分を確実に低減す
ることを目的とする。 【解決手段】 被写体Ａの光学像を撮像して信号電荷を
生成する撮像手段１０と、間欠的に発光して被写体Ａを
照明する照明手段１２と、照明手段１２が発光を終了し
た直後に、撮像手段１０によって生成された信号電荷を
走査して画像信号を生成する画像走査手段１４と、照明
手段１２が発光を開始する直前に、撮像手段１０によっ
て生成された信号電荷を排出する排出手段１６とを備え
て構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、間欠的に発光する
光源によって照明される被写体の光学像を撮像して画像
信号を生成する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像処理技術の発展に伴って、撮
像装置で生成された画像信号は、様々な演算が施され、
測定装置や製造装置における自動制御の制御量などとし
て用いられている。例えば、ＩＣ製造装置の縮小投影型
露光装置（以下、「ステッパ」と言う。）では、自動ア
ライメント時にＸＹステージを自動制御するための制御
量として用いられている。

【０００３】すなわち、ステッパにおいて、自動アライ
メントが行われる過程では、撮像装置は、レティクル上
のアライメント用マークとウェハ上のアライメント用マ
ークとを撮影して画像信号を生成する。また、ＸＹステ
ージの制御部は、撮像装置で生成された画像信号に対
し、対称性パターンマッチング演算などを施してレティ
クルとウェハとのズレ量を検出する。このように検出さ
れたズレ量に基づき、ＸＹステージの制御部は、ＸＹス
テージの位置を制御する。

【０００４】ところで、一般的なステッパには、露光用
の光源とは別に、ウェハのレジストを感光しないアライ
メント用の光源が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、露光と
アライメントとを同一の光源からの光によって行うステ
ッパが実用化されつつある。

【０００６】このようなステッパには、間欠的に発光す
る光源（例えば、エキシマレーザ光など）を用いたもの
があり、アライメント用マークは数ｎｓｅｃ〜数十ｎｓ
ｅｃという極めて短い照明時間で照明される。例えば、
光源の発光周期が数ｍｓｅｃである場合、発光周期に占
める発光期間（上述した照射時間に相当する）の割合
は、１／１０００〜１／１００となる。

【０００７】また、アライメント時のレジストの感光を
避けるために光源の光量を抑制するステッパでは、発光
期間に生成される信号電荷の量に限界があった。このよ
うな事情によって、撮像装置では、蓄積時間のほとんど
が暗電流などのノイズの蓄積に費やされ、ＳＮ比が著し
く低下して良好な画像信号を生成することができないと
いう問題があった。

【０００８】また、スピード・ライトの間欠的な発光に
同調して連続撮影を行う電子カメラの撮像装置にも、上
述したステッパ内の撮像装置と同様に良好な画像信号を
生成することができないという問題があった。そこで、
請求項１から請求項７に記載の発明は、画像信号のノイ
ズ成分を確実に低減できる撮像装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１、５〜
７に記載の発明の原理ブロック図である。請求項１に記
載の撮像装置は、被写体Ａの光学像を撮像して信号電荷
を生成する撮像手段１０と、間欠的に発光して被写体Ａ
を照明する照明手段１２と、照明手段１２が発光を終了
した直後に、撮像手段１０によって生成された信号電荷
を走査して画像信号を生成する画像走査手段１４と、照
明手段１２が発光を開始する直前に、撮像手段１０によ
って生成された信号電荷を排出する排出手段１６とを備
えたことを特徴とする。

【００１０】図２は、請求項２に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項２に記載の撮像装置は、請求項１
に記載の撮像装置において、照明手段１２が発光する期
間を規定する制御信号によって該照明手段１２の発光の
タイミングを制御する発光制御手段１８を備え、画像走
査手段１４は、制御信号を取得し、該制御信号に基づき
照明手段１２が発光を終了した直後のタイミングを検出
して画像信号を生成し、排出手段１６は、制御信号を取
得し、該制御信号に基づき照明手段１２が発光を開始す
る直前のタイミングを検出して信号電荷を排出すること
を特徴とする。

【００１１】図３は、請求項３に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項３に記載の撮像装置は、間欠的に
発光する光源Ｂによって照明される被写体Ａの光学像を
撮像し、信号電荷を生成する撮像手段１０と、光源Ｂが
発光する期間を規定する制御信号を取得して該光源Ｂが
発光を終了した直後のタイミングを検出し、撮像手段１
０によって生成された信号電荷を該タイミングで走査し
て画像信号を生成する画像走査手段１４と、制御信号を
取得して光源Ｂが発光を開始する直前のタイミングを検
出し、撮像手段１０によって生成された信号電荷を該タ
イミングで排出する排出手段１６とを備えたことを特徴
とする。

【００１２】図４は、請求項４に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項４に記載の撮像装置は、間欠的に
発光する光源Ｂによって照明される被写体Ａの光学像を
撮像し、信号電荷を生成する撮像手段１０と、光源Ｂか
らの光を取得して該光源Ｂが発光を終了した直後のタイ
ミングを検出し、撮像手段１０によって生成された信号
電荷を該タイミングで走査して画像信号を生成する画像
走査手段１４と、光源Ｂからの光を取得して該光源Ｂが
発光を開始する直前のタイミングを検出し、撮像手段１
０によって生成された信号電荷を該タイミングで排出す
る排出手段１６とを備えたことを特徴とする。

【００１３】請求項５に記載の撮像装置は、請求項１な
いし請求項４の何れか一項に記載の撮像装置において、
撮像手段１０は、受光部と、該受光部に隣接した排出部
とを備え、排出手段１６は、排出部を介して信号電荷を
排出することを特徴とする。

【００１４】請求項６に記載の撮像装置は、請求項１な
いし請求項４の何れか一項に記載の撮像装置において、
撮像手段１０は、受光部と、該受光部の垂直方向に配さ
れた排出部とを備え、排出手段１６は、排出部を介して
信号電荷を排出することを特徴とする。請求項７に記載
の撮像装置は、請求項１ないし請求項４の何れか一項に
記載の撮像装置において、撮像手段１０は、光学像の光
電変換を行う受光部と、該受光部で行われる光電変換に
よって得られる信号電荷を転送する転送路とを備え、画
像走査手段１４は、転送路を介して信号電荷を読み出し
て画像信号を生成し、排出手段１６は、転送路の少なく
とも一部を介して信号電荷を排出することを特徴とす
る。

【００１５】（作用）請求項１に記載の発明にかかわる
撮像装置では、撮像手段１０は、間欠的に発光する照明
手段１２によって照明される被写体Ａの光学像を撮像し
て信号電荷を生成する。画像走査手段１４は、照明手段
１２が発光を終了した直後に、撮像手段１０によって生
成された信号電荷を走査して画像信号を生成する。排出
手段１６は、照明手段１２が発光を開始する直前に、撮
像手段１０によって生成された信号電荷を排出する。

【００１６】すなわち、撮像手段１０で生成される信号
電荷の内、照明手段１２が発光している期間に生成され
た信号電荷は、画像走査手段１４によって走査される。
また、照明手段１２が発光を終了してから次に発光を開
始するまでに暗電流などによるノイズによって生成され
た信号電荷は、排出手段１６によって排出される。した
がって、発光が休止されている期間に生成された不要な
信号電荷については、画像信号のノイズ成分として重畳
されることがないため、画像信号のＳＮ比を確実に向上
することができる。

【００１７】請求項２に記載の発明にかかわる撮像装置
では、請求項１に記載の撮像装置において、発光制御手
段１８は、照明手段１２が発光する期間を規定する制御
信号によって該照明手段１２の発光のタイミングを制御
する。画像走査手段１４は、制御信号を取得し、その制
御信号に基づき照明手段１２が発光を終了した直後のタ
イミングを検出して画像信号を生成する。

【００１８】排出手段１６は、制御信号を取得し、その
制御信号に基づき照明手段１２が発光を開始する直前の
タイミングを検出して信号電荷を排出する。すなわち、
照明手段１２の発光する期間を規定する制御信号を画像
走査手段１４および排出手段１６に伝達することによっ
て、発光が終了した直後のタイミングの検出および発光
が開始される直前のタイミングの検出を容易に、かつ確
実に行うことができる。

【００１９】請求項３に記載の発明にかかわる撮像装置
では、撮像手段１０は、間欠的に発光する光源Ｂによっ
て照明される被写体Ａの光学像を撮像し、信号電荷を生
成する。画像走査手段１４は、光源Ｂが発光する期間を
規定する制御信号を取得し、その光源Ｂが発光を終了し
た直後のタイミングを検出する。また画像走査手段１４
は、このように検出したタイミングで、撮像手段１０に
よって生成された信号電荷を走査して画像信号を生成す
る。

【００２０】排出手段１６は、制御信号を取得して光源
Ｂが発光を開始する直前のタイミングを検出し、そのタ
イミングで、撮像手段１０によって生成された信号電荷
を排出する。すなわち、光源Ｂが外部に設けられている
場合であっても、その光源Ｂの発光する期間を規定する
制御信号を取得することによって、発光が終了した直後
のタイミングおよび発光が開始される直前のタイミング
を検出することができるため、発光が休止されている期
間を確実に認識することができる。

【００２１】したがって、発光が休止されている期間に
生成された不要な信号電荷を排出することによって、こ
のような信号電荷が画像信号のノイズ成分として重畳さ
れることがないため、画像信号のＳＮ比を確実に向上す
ることができる。請求項４に記載の発明にかかわる撮像
装置では、撮像手段１０は、間欠的に発光する光源Ｂに
よって照明される被写体Ａの光学像を撮像し、信号電荷
を生成する。

【００２２】画像走査手段１４は、光源Ｂからの光を取
得し、その光源Ｂが発光を終了した直後のタイミングを
検出する。また、画像走査手段１４は、このように検出
したタイミングで、撮像手段１０によって生成された信
号電荷を走査して画像信号を生成する。排出手段１６
は、光源Ｂからの光を取得して光源Ｂが発光を開始する
直前のタイミングを検出し、そのタイミングで、撮像手
段１０によって生成された信号電荷を排出する。例え
ば、排出手段１６は、光源Ｂが一定の周期で間欠的に発
光する場合、その光源Ｂからの光を取得することによっ
て、次に発光が開始されるタイミングを確実に予測する
ことができる。

【００２３】したがって、光源Ｂが外部に設けられてい
る場合であっても、発光が休止されている期間を認識す
ることができるため、その期間に生成された不要な信号
電荷を排出することによって、請求項３に記載の発明と
同様に、画像信号のＳＮ比を確実に向上することができ
る。請求項５に記載の発明にかかわる撮像装置では、請
求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の撮像装置に
おいて、排出手段１６は、撮像手段１０内の受光部に隣
接して備えられた排出部を介して信号電荷を排出する。

【００２４】すなわち、受光部から排出部に対して不要
な信号電荷を転送してしまえば、排出が完了していない
場合であっても、画像信号の生成を並行して行うことが
できる。

【００２５】したがって、不要な信号電荷を排出するタ
イミングを発光が開始されるタイミングに近づけること
ができるため、発光が開始される直前に生成された信号
電荷についても、確実に排出することができる。請求項
６に記載の発明にかかわる撮像装置では、請求項１ない
し請求項４の何れか一項に記載の撮像装置において、排
出手段１６は、撮像手段１０内の受光部の垂直方向に配
された排出部を介して信号電荷を排出する。

【００２６】すなわち、転送を行うことなく排出が行え
るため、発光が休止された期間に生成された不要な信号
電荷を高速に排出することができる。したがって、不要
な信号電荷を排出するタイミングを発光が開始されるタ
イミングに近づけることができるため、発光が開始され
る直前に生成された信号電荷についても、確実に排出す
ることができる。

【００２７】請求項７に記載の発明にかかわる撮像装置
では、請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の撮
像装置において、画像走査手段１４は、撮像手段１０内
の転送路を介して信号電荷を読み出して画像信号を生成
する。排出手段１６は、転送路の少なくとも一部を介し
て信号電荷を排出する。したがって、遮光領域の有無に
かかわらず、発光が休止されている期間に、ノイズによ
って転送路で生成された不要な信号電荷についても、確
実に排出することができる。

【００２８】

【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。 （第一の実施形態）図５は、請求項１〜３および６に記
載の発明に対応した実施形態の機能ブロック図である。

【００２９】図において、撮像装置２０は、固体撮像素
子２２、レンズ２４、光源制御部２６、光源２８、駆動
制御部３０およびハーフミラー３２によって構成され
る。固体撮像素子２２は、レンズ２４を介して得られる
アライメント用マークの光学像が結像する位置に配され
る。光源制御部２６の出力端は光源２８および駆動制御
部３０に接続される。駆動制御部３０は複数の出力端を
有し、これらの出力端から出力されるパルスは後述する
固体撮像素子２２内の各部に供給される。

【００３０】なお、このような撮像装置２０は、ステッ
パ内に設けられ、アライメント時に、レティクルもしく
はウェハ上のアライメント用マークの光学像を撮像して
画像信号を生成することとする。また、このように生成
された画像信号は、ステッパ内の演算処理部で演算され
て、ＸＹステージを自動制御するための制御量として用
いられている。

【００３１】図６は、請求項１〜３および６に記載の発
明に対応した固体撮像素子の構成を示す図である。図に
おいて、複数の受光部４０は撮像面にマトリクス状に配
置され、トランスファゲート４２は各受光部４０に隣接
して配置される。複数の垂直ＣＣＤ４４は、受光部４０
の垂直列の間にトランスファゲート４２を介して配置さ
れる。これらの垂直ＣＣＤ４４の出力端は、水平ＣＣＤ
４６に接続され、水平ＣＣＤ４６の出力端は、出力アン
プ４８に接続される。

【００３２】図７は、図６に示した固体撮像素子のＸ-
Ｘ'線上の断面図である。図において、Ｎ型シリコン基
板５２にはＰ型ウェル領域５４が形成され、Ｐ型ウェル
領域５４上にはＮ型受光領域５０が設けられる。Ｎ型受
光領域５０とＰ型ウェル領域５４との接合によって、図
６に示す受光部４０に相当するフォトダイオードが構成
される。

【００３３】また、Ｐ型ウェル領域５４上には埋め込み
チャネル領域６０が設けられ、Ｎ型受光領域５０とＰ型
ウェル領域５４との間には、絶縁膜５８上に形成された
トランスファゲート電極５６が配置される。埋め込みチ
ャネル領域６０上には、絶縁膜５８を介して垂直ＣＣＤ
電極６２が配置される。なお、各画素を分離する拡散領
域としてチャネルストッパ６４が設けられている。

【００３４】ところで、本実施形態では、図５に示す駆
動制御部３０の出力端からトランスファパルス、垂直駆
動パルス、水平駆動パルスおよびリセットパルスが出力
される。これらのパルスの供給先については、トランス
ファパルスは図７に示すトランスファゲート電極５６に
供給され、垂直駆動パルスは垂直ＣＣＤ電極６２に供給
される。また、水平駆動パルスは図６に示す水平ＣＣＤ
４６に供給され、リセットパルスは図７に示すＮ型シリ
コン基板５２とＰ型ウェル領域５４とが逆バイアスとな
るようにＰ型ウェル領域５４に供給される。

【００３５】なお、請求項１〜３および６に記載の発明
と本実施形態との対応関係については、撮像手段１０は
固体撮像素子２２に対応する。特に、撮像手段１０に設
けられた受光部は図６に示す受光部４０に対応し、排出
部は図７に示すＮ型シリコン基板５２とに対応する。照
明手段１２および光源Ｂは光源２８に対応し、画像走査
手段１４は駆動制御部３０の「トランスファパルス、垂
直駆動パルスおよび水平駆動パルスの発生を制御する機
能」に対応し、排出手段１６は「リセットパルスの発生
を制御する機能」に対応し、発光制御手段１８は光源制
御部２６に対応し、被写体Ａはアライメント用マークに
対応する。

【００３６】図８は、光源の発光および固体撮像素子の
動作を示すタイミングチャートである。以下、図５〜８
を参照して請求項１〜３および６に記載の発明に対応し
た実施形態の動作を説明する。光源制御部２６は、予め
決められた周期Ｔ（ここでは、数ｍｓｅｃとする。）毎
に、発光の開始を指示する発光タイミング信号を光源２
８に与える。

【００３７】光源２８は、光源制御部２６から発光タイ
ミング信号が与えられた時点で発光を開始し、予め決め
られた期間ｔ１が経過した時点で発光を自動的に休止す
る。なお、期間ｔ１は、光源２８の種類によって異なる
が、本実施形態では、光源２８をエキシマレーザである
と仮定し、期間ｔ１を数ｎｓｅｃとする。すなわち、光
源２８は、期間ｔ１では発光し、再び発光タイミング信
号が与えられるまでの期間ｔ２では発光を休止すること
によって、図８に示すようにアライメント用マークを周
期Ｔで間欠的に照明する。以下、期間ｔ１を「発光期間
ｔ１」と言い、期間ｔ２を「発光休止期間ｔ２」と言う
こととする。

【００３８】光源２８から照射された光は、ハーフミラ
ー３２を介してアライメント用マークに到達し、アライ
メント用マークの光学像は、ハーフミラー３２およびレ
ンズ２４を介して固体撮像素子２２に結像する。固体撮
像素子２２では、受光部４０で光電変換が行われ、光学
像に応じて信号電荷が生成される。なお、光源制御部２
６から出力される発光タイミング信号は、駆動制御部３
０でも取得される。

【００３９】駆動制御部３０は、発光タイミング信号が
取得された時点から数ｎｓｅｃ遅延した時点（発光期間
ｔ１が終了した時点）で、図８に示すようにトランスフ
ァパルスを発生する。固体撮像素子２２では、トランス
ファパルスの立ち上がりの時点で、信号電荷がトランス
ファゲート４２を介して垂直ＣＣＤ４４に読み出され
る。

【００４０】このようにして垂直ＣＣＤ４４に読み出さ
れた信号電荷は、駆動制御部３０から供給される垂直駆
動パルスに基づいて、水平ＣＣＤ４６に転送される。ま
た、水平ＣＣＤ４６に転送された信号電荷は、駆動制御
部３０から供給される水平駆動パルスに基づいて、出力
アンプ４８方向に転送されて画像信号として出力され
る。

【００４１】ところで、受光部４０に相当するＮ型受光
領域５０では、発光休止期間ｔ２であっても、暗電流な
どのノイズによって不要な信号電荷（以下、単に「不要
電荷」と言う。）が生成される。

【００４２】駆動制御部３０は、周期Ｔに基づき、発光
タイミング信号が発光制御部２８から再び出力される時
点を予測する。また、駆動制御部３０は、このようにし
て予測した時点から不要電荷の排出などに要する時間ｔ
３（ここでは、数〜数十ｎｓｅｃとする。）だけ先行す
る時点で、図８に示すようにリセットパルスを発生す
る。

【００４３】なお、本実施形態では、リセットパルスの
パルス幅は、時間ｔ３（数〜数十ｎｓｅｃ）に対応付け
られて設定され、Ｐ型ウェル領域５４とＮ型シリコン基
板５２との電位差は、発光タイミング信号が出力される
直前に定常化するものとする。固体撮像素子２２では、
通常の状態よりも高い逆バイアス電圧のリセットパルス
がＰ型ウェル領域５４に供給されると、Ｐ型ウェル領域
５４が完全に空乏化してＮ型受光領域５０とＮ型シリコ
ン基板５２との接合が順方向となる。そのため、Ｎ型受
光領域５０で生成された不要電荷はＮ型シリコン基板５
２に排出される。

【００４４】すなわち、本実施形態では、光源２８の発
光に先行して不要電荷を排出することができるため、受
光部４０内で信号電荷に重畳される不要電荷の量を確実
に低減することができる。特に、リセットパルスの後縁
を発光の開始時点まで延ばすことによって、信号電荷に
重畳される不要電荷を完全に排除することもできる。し
たがって、画像信号のノイズ成分を低減することがで
き、画像信号のＳＮ比を確実に向上することができる。

【００４５】なお、本実施形態では、撮像装置２０に光
源制御部２６および光源２８が含まれているが、これら
の光源制御部２６および光源２８については、レジスト
の露光時にも用いられるため、駆動制御部３０によって
発光タイミング信号が取得できるのであれば、撮像装置
２０の構成に含めなくてもよい。 （第二の実施形態）図９は、請求項４および５に記載の
発明に対応した実施形態の機能ブロック図である。

【００４６】図において、撮像装置７０は、サンプリン
グ用ハーフミラー７２、ハーフミラー７４、レンズ７
６、固体撮像素子７８および駆動制御部８０によって構
成される。このような撮像装置７０は、光源８２および
光源制御部８４を含むステッパ内に設けられ、アライメ
ント時に、レティクルもしくはウェハ上のアライメント
用マークの撮影を行うものする。

【００４７】ここで、光源８２から照射された光は、サ
ンプリング用ハーフミラー７２およびハーフミラー７４
を介してアライメント用マークに到達し、アライメント
用マークからの反射光は、ハーフミラー７４を介してレ
ンズ７６に到達する。また、サンプリング用ハーフミラ
ー７２を介して分岐した光は、駆動制御部８０に到達す
る。

【００４８】また、固体撮像素子７８は、レンズ７６を
介して得られるアライメント用マークの光学像が結像す
る位置に配される。駆動制御部８０は複数の出力端を有
し、これらの出力端から出力されるパルスは後述する固
体撮像素子７８内の各部に供給される。図１０は、請求
項４および５に記載の発明に対応した固体撮像素子の構
成を示す図である。

【００４９】図において、複数の受光部９０は、ライン
状に配される。各受光部９０は２つの出力端を有し、一
方の出力端はトランスファゲート９２を介してＣＣＤ９
４に接続され、他方の出力端はリセットゲート９６を介
してリセットドレイン９８に接続される。また、ＣＣＤ
９４の出力端は、出力アンプ１００に接続される。とこ
ろで、本実施形態では、図９に示す駆動制御部８０の出
力端からトランスファパルス、駆動パルスおよびリセッ
トパルスが出力される。これらのパルスは、図１０に示
すトランスファゲート９２、ＣＣＤ９４およびリセット
ゲート９６に供給される。

【００５０】なお、請求項４および５に記載の発明と本
実施形態との対応関係については、撮像手段１０は固体
撮像素子７８に対応する。特に、撮像手段１０に設けら
れた受光部は図１０に示す受光部９０に対応し、排出部
はリセットゲート９６およびリセットドレイン９８とに
対応する。照明手段１２および光源Ｂは光源８２に対応
し、画像走査手段１４は駆動制御部８０の「トランスフ
ァパルスおよび駆動パルスの発生を制御する機能」に対
応し、排出手段１６は駆動制御部８０の「リセットパル
スの発生を制御する機能」に対応し、被写体Ａはアライ
メント用マークに対応する。

【００５１】以下、図９および１０を参照して請求項４
および５に記載の発明に対応した実施形態の動作を説明
する。光源制御部８４は、上述した実施形態と同様に、
周期Ｔ毎に発光タイミング信号を光源８２に与える。光
源８２は、光源制御部８４から発光タイミング信号が与
えられると、上述した実施形態と同様に、発光期間ｔ１
と発光休止期間ｔ２とを繰り返してアライメント用マー
クを周期Ｔで間欠的に照明する。

【００５２】このような光源８２からの光によって生成
されたアライメント用マークの光学像は、レンズ７６お
よびハーフミラー７４を介して固体撮像素子７８に結像
する。固体撮像素子７８では、受光部９０で光電変換が
行われ、光学像に応じて信号電荷が生成される。一方、
光源８２から照射された光は、上述したようにサンプリ
ング用ハーフミラー７２を介して分岐して駆動制御部８
０に到達する。

【００５３】駆動制御部８０は、このようにして光が到
達してから数ｎｓｅｃ遅延した時点（発光期間ｔ１が終
了した時点）で、トランスファパルスを発生する。固体
撮像素子７８では、トランスファパルスの立ち上がりの
時点で、信号電荷がトランスファゲート９２を介してＣ
ＣＤ９４に読み出される。

【００５４】このようにしてＣＣＤ９４に読み出された
信号電荷は、駆動制御部８０から供給される駆動パルス
に基づいて、出力アンプ１００方向に転送されて画像信
号として出力される。ところで、受光部９０では、発光
休止期間ｔ２であっても、暗電流などのノイズによって
不要電荷が生成される。

【００５５】駆動制御部８０は、周期Ｔに基づき、サン
プリング用ハーフミラー７２を介して光が再び到達する
時点を予測し、その時点から不要電荷の読み出しに要す
る時間ｔ３（ここでは、数ｎｓｅｃとする。）だけ先行
する時点で、リセットパルスを発生する。固体撮像素子
７８では、リセットパルスの立ち上がりの時点で、受光
部９０からリセットゲート９６を介して不要電荷が読み
出され、発光期間ｔ１が終了するまでに、リセットドレ
イン９８によって排出される。

【００５６】すなわち、本実施形態では、光源８２の発
光に先行し、受光部９０の不要電荷が読み出されるた
め、信号電荷に重畳される不要電荷の量を確実に低減す
ることができる。したがって、画像信号のノイズ成分を
低減することができ、画像信号のＳＮ比を確実に向上す
ることができる。

【００５７】また、本実施形態では、光源制御部８４に
依存することなく発光の開始時点を予測することができ
るため、上述した実施形態と比較し、撮像装置としての
独立性が保持されステッパだけでなく他の装置への汎用
性が向上する。なお、本実施形態では、受光部９０がラ
イン状に配された固体撮像素子７８によってアライメン
ト用マークを撮像しているが、このような固体撮像素子
７８を複数設けることによって２次元的にアライメント
用マークを撮像してもよい。

【００５８】（第三の実施形態）図１１は、請求項４お
よび７に記載の発明に対応した固体撮像素子の構成を示
す図である。図において、図６に示す固体撮像素子と機
能および構成が同じものについては、同じ符号を付与し
て示す。

【００５９】なお、本実施形態の固体撮像素子と図６に
示す固体撮像素子との構成の相違点は、垂直ＣＣＤ４４
が２つの出力端を有し、一方の出力端がリセットゲート
１０２を介してリセットドレイン１０４に接続された点
である。また、本実施形態の特徴は、駆動制御部８０の
制御方法および固体撮像素子の構成にあり、他のハード
ウエアの構成については、図９に示す実施形態の機能ブ
ロック図と同じであるから、ここでは、図示を省略す
る。

【００６０】また、本実施形態では、駆動制御部８０の
出力端からトランスファパルス、垂直駆動パルス、水平
駆動パルスおよびリセットパルスが出力される。これら
のパルスは、トランスファゲート４２、垂直ＣＣＤ４
４、水平ＣＣＤ４６およびリセットゲート１０２に供給
される。さらに、請求項４および７に記載の発明と本実
施形態との対応関係については、撮像手段１０は図９に
示す固体撮像素子７８に対応する。特に、撮像手段１０
に設けられた受光部は受光部４０に対応し、転送路は図
９に示す垂直ＣＣＤ４４および水平ＣＣＤ４６に対応す
る。照明手段１２および光源Ｂは図９に示す光源８２に
対応し、画像走査手段１４は図９に示す駆動制御部８０
の「画像信号の生成にかかわるトランスファパルス、垂
直駆動パルスおよび水平駆動パルスの発生を制御する機
能」に対応し、被写体Ａは、図９に示すアライメント用
マークに対応する。また、排出手段１６は、図９に示す
駆動制御部８０の「不要電荷の排出にかかわるトランス
ファパルス、垂直駆動パルスおよびリセットパルスの発
生を制御する機能」とリセットゲート１０２およびリセ
ットドレイン１０４とに対応する。

【００６１】以下、図９および１１を参照して請求項４
および７に記載の発明に対応した実施形態の動作を説明
する。光源制御部８４は、上述した実施形態と同様に、
周期Ｔ毎に発光タイミング信号を光源８２に与える。光
源８２は、光源制御部８４から発光タイミング信号が与
えられると、上述した実施形態と同様に、発光期間ｔ１
と発光休止期間ｔ２とを繰り返してアライメント用マー
クを周期Ｔで間欠的に照明する。

【００６２】また、固体撮像素子７８では、上述した実
施形態と同様に、光源８２からの光によって生成された
アライメント用マークの光学像が結像し、受光部４０で
信号電荷が生成される。駆動制御部８０は、上述した実
施形態と同様に、サンプリング用ハーフミラー７２を介
して光が到達すると、その光が到達した時点から数ｎｓ
ｅｃ遅延した時点（発光期間ｔ１が終了した時点）で、
トランスファパルスを発生する。

【００６３】固体撮像素子７８では、トランスファパル
スの立ち上がりの時点で、信号電荷がトランスファゲー
ト４２を介して垂直ＣＣＤ４４に読み出される。このよ
うにして垂直ＣＣＤ４４に読み出された信号電荷は、駆
動制御部８０から供給される垂直駆動パルスに基づい
て、水平ＣＣＤ４６に転送される。また、水平ＣＣＤ４
６に転送された信号電荷は、駆動制御部８０から供給さ
れる水平駆動パルスに基づいて、出力アンプ４８方向に
転送されて画像信号として出力される。

【００６４】ところで、駆動制御部８０は、上述した実
施形態と同様に、サンプリング用ハーフミラー７２を介
して光が再び到達する時点を予測する。また、駆動制御
部８０は、このような時点から不要電荷の排出などに要
する時間ｔ３（ここでは、数十ｎｓｅｃとする。）だけ
先行する時点で、トランスファパルスおよび逆方向の電
荷転送を指示する垂直駆動パルスを発生すると共に、リ
セットパルスを発生する。

【００６５】このようなパルスによって、受光部４０で
生成された不要電荷は、トランスファゲート４２を介し
て垂直ＣＣＤ４４に読み出される。また、垂直ＣＣＤ４
４に読み出された不要電荷は、発光期間ｔ１が終了する
までに、リセットゲート１０２方向に転送され、リセッ
トゲート１０２を介してリセットドレイン１０４によっ
て排出される。

【００６６】すなわち、本実施形態では、発光期間ｔ１
に生成された信号電荷が受光部４０から読み出されるま
でに、不要電荷の排出が完了するため、垂直ＣＣＤ４４
内で信号電荷に不要電荷が重畳されることがない。した
がって、画像信号のノイズ成分を低減することができ、
画像信号のＳＮ比を確実に向上することができる。

【００６７】なお、上述した各実施形態では、請求項５
ないし請求項７の何れか一項に記載の発明に対応した固
体撮像素子を介し、不要電荷を排出する動作を示した
が、本発明は、不要電荷の排出の方法に限定されず、如
何なる撮像素子が適用されてもよい。また、上述した各
実施形態では、撮像装置２０、７０がステッパに適用さ
れた場合の動作を説明したが、本発明に対応した撮像装
置は、ステッパに限らず、例えば、電子カメラに適用す
ることによって良好な画像信号を生成することも可能で
ある。

【００６８】

【発明の効果】上述したように請求項１に記載の発明で
は、発光が休止されている期間に生成された不要な信号
電荷については、画像信号のノイズ成分として重畳され
ることがないため、画像信号のＳＮ比を確実に向上する
ことができる。また、請求項２に記載の発明では、照明
手段が発光する期間を規定する制御信号を画像走査手段
および排出手段に伝達することによって、発光が終了し
た直後のタイミングの検出および発光が開始される直前
のタイミングの検出を容易に、かつ確実に行うことがで
きる。

【００６９】さらに、請求項３および請求項４に記載の
発明では、光源Ｂが外部に設けられている場合であって
も、発光が休止されている期間を確実に認識することが
でき、このような期間に生成された不要な信号電荷が画
像信号のノイズ成分として重畳されることがなく、画像
信号のＳＮ比を確実に向上することができる。また、請
求項５および請求項６に記載の発明では、不要な信号電
荷を排出するタイミングを発光が開始されるタイミング
に近づけることができるため、発光が開始される直前に
生成された信号電荷についても、確実に排出することが
できる。

【００７０】さらに、請求項７に記載の発明では、遮光
領域の有無にかかわらず、発光が休止されている期間
に、ノイズによって転送路で生成された不要な信号電荷
についても、確実に排出することができる。したがっ
て、これらの発明が適用された撮像装置では、冷却装置
などを付加することなく暗電流などによるノイズを確実
に低減することができるため、小型軽量化および低廉化
をはかりつつ、良質の画像信号を生成することができ
る。また、このような撮像装置が採用されたステッパで
は、アライメントの高速化および信頼性の向上をはかる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１、５〜７に記載の発明の原理ブロック
図である。

【図２】請求項２に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図３】請求項３に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図４】請求項４に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図５】請求項１〜３および６に記載の発明に対応した
実施形態の機能ブロック図である。

【図６】請求項１〜３および６に記載の発明に対応した
固体撮像素子の構成を示す図である。

【図７】図６に示した固体撮像素子のＸ-Ｘ'線上の断面
図である。

【図８】光源の発光および固体撮像素子の動作を示すタ
イミングチャートである。

【図９】請求項４および５に記載の発明に対応した実施
形態の機能ブロック図である。

【図１０】請求項４および５に記載の発明に対応した固
体撮像素子の構成を示す図である。

【図１１】請求項４および７に記載の発明に対応した固
体撮像素子の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 撮像手段 １２ 照明手段 １４ 画像走査手段 １６ 排出手段 １８ 光源制御手段 ２０、７０ 撮像装置 ２２、７８ 固体撮像素子 ２４、７６ レンズ ２６、８４ 光源制御部 ２８、８２、Ｂ 光源 ３０、８０ 駆動制御部 ３２、７４ ハーフミラー ４０、９０ 受光部 ４２、９２ トランスファゲート ４４ 垂直ＣＣＤ ４６ 水平ＣＣＤ ４８、１００ 出力アンプ ５０ Ｎ型受光領域 ５２ Ｎ型シリコン基板 ５４ Ｐ型ウェル領域 ５６ トランスファゲート電極 ５８ 絶縁膜 ６０ 埋め込みチャネル領域 ６２ 垂直ＣＣＤ電極 ６４ チャネルストッパ ７２ サンプリング用ハーフミラー ９４ ＣＣＤ ９６、１０２ リセットゲート ９８、１０４ リセットドレイン Ａ 被写体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体の光学像を撮像して信号電荷を生
   成する撮像手段と、 間欠的に発光して前記被写体を照明する照明手段と、 前記照明手段が発光を終了した直後に、前記撮像手段に
   よって生成された信号電荷を走査して画像信号を生成す
   る画像走査手段と、 前記照明手段が発光を開始する直前に、前記撮像手段に
   よって生成された信号電荷を排出する排出手段とを備え
   たことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記照明手段が発光する期間を規定する制御信号によっ
   て該照明手段の発光のタイミングを制御する発光制御手
   段を備え、 前記画像走査手段は、 前記制御信号を取得し、該制御信号に基づき前記照明手
   段が発光を終了した直後のタイミングを検出して前記画
   像信号を生成し、 前記排出手段は、 前記制御信号を取得し、該制御信号に基づき前記照明手
   段が発光を開始する直前のタイミングを検出して前記信
   号電荷を排出することを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】 間欠的に発光する光源によって照明され
   る被写体の光学像を撮像し、信号電荷を生成する撮像手
   段と、 前記光源が発光する期間を規定する制御信号を取得して
   該光源が発光を終了した直後のタイミングを検出し、前
   記撮像手段によって生成された信号電荷を該タイミング
   で走査して画像信号を生成する画像走査手段と、 前記制御信号を取得して前記光源が発光を開始する直前
   のタイミングを検出し、前記撮像手段によって生成され
   た信号電荷を該タイミングで排出する排出手段とを備え
   たことを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 間欠的に発光する光源によって照明され
   る被写体の光学像を撮像し、信号電荷を生成する撮像手
   段と、 前記光源からの光を取得して該光源が発光を終了した直
   後のタイミングを検出し、前記撮像手段によって生成さ
   れた信号電荷を該タイミングで走査して画像信号を生成
   する画像走査手段と、 前記光源からの光を取得して該光源が発光を開始する直
   前のタイミングを検出し、前記撮像手段によって生成さ
   れた信号電荷を該タイミングで排出する排出手段とを備
   えたことを特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の何れか一項に
   記載の撮像装置において、 撮像手段は、 受光部と、該受光部に隣接した排出部とを備え、 前記排出手段は、 前記排出部を介して前記信号電荷を排出することを特徴
   とする撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項４の何れか一項に
   記載の撮像装置において、 撮像手段は、 受光部と、該受光部の垂直方向に配された排出部とを備
   え、 前記排出手段は、 前記排出部を介して前記信号電荷を排出することを特徴
   とする撮像装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項４の何れか一項に
   記載の撮像装置において、 撮像手段は、 光学像の光電変換を行う受光部と、該受光部で行われる
   光電変換によって得られる信号電荷を転送する転送路と
   を備え、 前記画像走査手段は、 前記転送路を介して前記信号電荷を読み出して画像信号
   を生成し、 前記排出手段は、 前記転送路の少なくとも一部を介して前記信号電荷を排
   出することを特徴とする撮像装置。