CN1989764A - 固体摄像装置、摄像装置和摄像元件 - Google Patents

Abstract

本发明的固体摄像元件由摄像信号温度变动抑制部按照CCD摄像元件的元件温度的变化改变倍增寄存器的驱动电压的电压值，由此对电荷倍增部的电荷倍增增益进行电控制，来抑制因CCD摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。其结果，不依赖于高精度控制非常困难的热控制，并且以摄像信号温度变动抑制部按照CCD摄像元件的元件温度的变化来进行的高精度控制非常容易的电控制，对电荷倍增部的电荷倍增增益进行控制，由此抑制因CCD摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

Description

固体摄像装置、摄像装置和摄像元件

技术领域

本发明涉及具备以二维阵列方式配置在被摄体像的投影面中的多个光电转换机构的固体摄像装置、摄像装置和摄像元件。

背景技术

近年来，作为摄像装置中常用的固体摄像元件的CCD摄像元件使用于电子照相机等中。现有的CCD摄像元件例如如图14所示那样具备：以二维阵列方式配置在作为图像部区域的被摄体像的投影面中的多个光电转换部191，CCD单元(cell)192、193，输出寄存器194和电荷电压转换部195。将由光电转换部191光电转换而被检测出的与一个画面相应的量的信号电荷，由CCD单元192向相邻的蓄积区域的CCD单元193全部传送而暂时蓄积。而且，由蓄积区域的CCD单元193向配置在电荷取出区域的输出寄存器194每次传送规定个数的信号电荷。其后，由输出寄存器194向电荷电压转换部195按照顺序再次传送信号电荷并且转换为电压信号后作为摄像信号输出(例如，参照专利文献1)。

(i)而且，近年来在CCD摄像元件中，在抑制噪声增大的情况下使信号电荷倍增来提高检测灵敏度，即提出了进行高灵敏度化的两个技术方案。这些两个技术方案的共同点在于，通过配设电荷倍增部(未图示)来提高检测灵敏度，其中上述电荷倍增部利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象来倍增信号电荷。

对于最初的技术方案更具体地说明的话，在蓄积区域的CCD单元193的一部分上生成电荷倍增用的强电场区域，并且传送信号电荷之时使其通过电荷倍增用的强电场区域来倍增信号电荷，由此实现高灵敏度化。即，前面的技术方案中将电荷倍增部安装(incorporated)到蓄积区域的CCD单元193中来提高灵敏度(例如，参照专利文献2和非专利文献1)。

更具体地说明另一个技术方案的话，增设倍增寄存器来实现高灵敏度化，其中倍增寄存器在输出寄存器194和电荷电压变换部195之间生成电荷倍增用的强电场区域，并且在传送信号电荷之时使信号电荷通过电荷倍增用的强电场区域，来倍增信号电荷。即，后面的技术方案中，在输出寄存器194与电荷电压转换部195之间追加配备电荷倍增部，来提高灵敏度(例如，参照专利文献1和非专利文献2)。

(ii)图14的CCD摄像元件的情况下，如(i)中也所说明那样在输出寄存器194与电荷电压转换部195之间还配设电荷倍增部(未图示)。由于从输出寄存器194送出的信号电荷在电荷倍增部中被倍增之后，转换为电压信号，因此相对于被摄体的光学像的检测灵敏度较高，但是在超过1万画面/秒(＝1万帧/秒)的高速度摄影中，赶不上信号电荷的取出速度。

另一方面，已经开发出了能够进行超过1万画面/秒的高速度摄影的高速摄像元件。如图15(a)～图15(b)所示，现有的高速摄像元件中，信号电荷蓄积部202分别附设在各光电转换部201，其中该信号电荷蓄积部202将由各光电转换部201光电转换而被检测出的信号电荷以每画面量(与一个画面相应的量)取入多个画面量(与多个画面相应的量)之后，按每取入画面进行蓄积。而且，在图(15)和图15(b)中所表示的光电转换部201之中沿纵方向并列的光电转换部201仅仅是一部分，实际上纵方向上横方向上皆并列有多个光电转换部201。

各信号电荷蓄积部202以多个CCD单元202A串联连接的方式构成。在摄影执行过程中，每次画面取入时将信号电荷从各光电转换部201送入最初的CCD单元202A，并且将在先的画面取入中已被蓄积的信号电荷以每个CCD单元202A的量同时向前传送。从而，在各信号电荷蓄积部202的CCD单元202A中，信号电荷以每画面量被取入与CCD单元202A的个数相同的画面个数相应的量、并且以取入顺序按每取入画面被蓄积。而且，在信号电荷蓄积部202的CCD单元202A中所蓄积的信号电荷，在摄像结束之后被读出，并且转换为电压信号后作为视频信号输出(例如，参照专利文献3)。

这样在图15(a)或者图15(b)的高速摄像元件的情况下，信号电荷蓄积部202附设在光电转换部201中，并集中蓄积与CCD单元202A的个数相同的画面个数相应的量的信号电荷，其中该信号电荷蓄积部202在CCD单元202A之间以极短的时间传送从光电转换部201送入的信号电荷，并且将该信号电荷以与CCD单元202A的个数相同的画面个数相应的量进行蓄积。从而，可使用于超过1万画面/秒的高速度摄影中。

此外，在图15(a)的高速摄像元件的情况下，光电转换部201的二维阵列配置没有形成为方阵(square matrix)。这是因为，在纵方向上并列的光电转换部201之间下级的光电转换部201配置在靠近上级的光电转换部201的斜左下方的位置，以使与上级的信号电荷蓄积部202不重叠。相对于此，在图15(b)的高速摄像元件的情况下，信号电荷蓄积部202的CCD单元202A的排列方向倾斜，下级的光电转换部201配置在上级的光电转换部201的正下方，因此光电转换部201的二维阵列配置形成为方阵。

专利文献1：特开平10-304256号公报；

专利文献2：特开平7-176721号公报(第3～7页，图1～11)；

专利文献3：特开2001-345441号公报(第二页，图11、12)；

非专利文献1：J.Hynecek，“Impactron-A New Solid State ImageIntensifier，”IEEE Trans.on Elec.Dev.，vol.48，No.10，2001(p.2238-2241，Fig1)；

非专利文献2：M.S.Rpbbins，B.J.Hadwen，“The Noise Performance ofElectron  Multiplying  Charge-Couple Devices，”IEEE Trans.onElec.Dev.，vol.50，No.5，2003(p.1227-1229，Fig2-3)

但是存在如下的(i)、(ii)的课题。

对于(i)的课题

上述现有的CCD摄像元件中存在：不易抑制因元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动的问题。

即，在上述现有的CCD摄像元件的情况下，为了倍增信号电荷所配设的电荷倍增部的电荷倍增增益(electric charge multiplication gain)随着固体摄像元件的元件温度变化而变化(参照非专利文献1的p.2240的Fig2(b)，或者非专利文献2的p.1228的Fig4)，因此如果不顾及固体摄像元件的元件温度的变化，则因固体摄像元件的元件温度的变化而摄像信号的信号强度就会变动。该摄像信号的信号强度的变动破坏摄影图像的再现性或者特性(profile)的再现性。

因此，在使用上述现有的CCD摄像元件时，进行固体摄像元件的元件温度保持为恒定的温度控制，由此抑制固体摄像元件的元件温度的变化。即，在上述现有的CCD摄像元件的情况下，对电荷倍增部的电荷倍增增益进行热控制以使其稳定。

但是，固体摄像元件的元件温度按照环境温度简单地发生变化，另外温度变化的时间常数在热性质(nature of heat)上变长，因此通过利用温度控制使固体摄像元件的元件温度保持为恒定的这样的热控制，来实现电荷倍增部的电荷倍增增益的稳定化，在实际中很难实现。

对于(ii)的课题

在上述现有的高速摄像元件的情况下存在：将被摄体的光学像光电转换的光电转换部201的受光面的面积较宽的问题。在超过1万画面/秒的高速度摄影的情况下，被摄体的光学像投影到光电转换部201的受光面的时间极短，而且入射到光电转换部201的受光面的光的量为微量，因此必须使光电转换部201的受光面的面积增宽来争取检测灵敏度。结果使光电转换部201的受光面的面积变宽。

这样，在光电转换部201的受光面的面积较宽的情况下，不仅难以进行光电转换部201的高密度化，而且难以从光电转换部201取出信号电荷。如图16所示，如果在光电转换部201的受光面之上设置传送电极(transferelectrode)203A、203B，则可迅速取出信号电荷。即，能够传送到信号电荷蓄积部202一侧。但是产生如下不良情况：不仅需要传送电极203A、203B的追加形成工序，还因传送电极203A、203B的光吸收作用而使相对于特定波长的光的检测灵敏度下降。

发明内容

本发明鉴于这种事实而实现的，其目的在于提供一种(i)能够容易地抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动，并且(ii)能够实现将被摄体的光学像光电转换的光电转换机构的受光面的面积缩小的固体摄像装置、摄像装置和摄像元件。

为了解决上述(i)问题而创作的本发明的固体摄像装置，是进行摄像的固体摄像装置，其特征在于，具备固体摄像元件、电荷倍增机构和摄像信号温度变动抑制机构，并且上述固体摄像元件具备：多个光电转换机构，以二维阵列方式配置在被摄体像的投影面上；电荷传送机构，其对由各光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷进行传送；和电荷电压转换机构，其将从电荷传送机构传送的信号电荷转换为电压信号，并且作为摄像信号进行输出。上述电荷倍增机构利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象来倍增信号电荷，并且该电荷倍增机构配设在上述电荷电压转换机构的前级一侧，上述摄像信号温度变动抑制机构，按照固体摄像元件的元件温度的变化对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动，或者按照固体摄像元件的元件温度的变化对摄像信号本身的信号强度进行电调整，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

根据本发明的固体摄像装置，在使用该固体摄像装置进行摄影时，被摄体像通过以二维阵列方式配置在被摄体像的投影面上的多个光电转换机构所完成的光电检测转换为信号电荷之后，由电荷传送机构传送到电荷电压转换机构的一侧，并且由设置在电荷电压转换机构的前级一侧的电荷倍增机构进行信号电荷的倍增。其后，通过电荷电压转换机构转换为作为摄像信号的电压信号之后被输出。而且，设置在电荷电压转换机构的前级一侧的电荷倍增机构利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电力现象对信号电荷进行倍增，因此通过以二维阵列方式配置的多个光电转换机构被转换为信号电荷的被摄体像，由电荷倍增机构的倍增功能抑制噪声的增大而被放大之后转换为作为摄像信号的电压信号。结果，提高对被摄体像的检测灵敏度。

另外，摄像信号温度变动抑制机构按照固体摄像元件的元件温度的变化，对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动时，成为如下所述。即，不依赖于高精度控制非常困难的热控制，并且通过按照固体摄像元件的元件温度的变化摄像信号温度变动抑制机构所进行的高精度控制非常容易的电控制，对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行控制，由此抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

另外，摄像信号温度变动抑制机构按照固体摄像元件的元件温度的变化，对摄像信号本身的信号强度进行电调整，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动时，成为如下所述。即，不依赖于高精度控制非常困难的热控制，并且通过按照固体摄像元件的元件温度的变化摄像信号温度变动抑制机构所进行的高精度控制非常容易的电调整，对摄像信号本身的信号强度进行控制，由此抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

为了解决上述(i)问题而创作的本发明的一例中，上述电荷倍增机构由依次传送信号电荷的多级倍增寄存器构成，各倍增寄存器的构成为：伴随着驱动电压的施加在倍增寄存器的要素内生成电荷倍增用的强电场区域，在传送信号电荷之时使该信号电荷通过强电场区域，以使电荷倍增用的强电场区域的电场强度随着所施加的驱动电压的电压值的变化而变化，从而通过按照固体摄像元件的元件温度的变化改变驱动电压的电压值，由此对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制。

在本发明的一例的情况下，摄像信号温度变动抑制机构按照固体摄像元件的元件温度的变化来改变施加到倍增寄存器的驱动电压的电压值，由此进行电荷倍增机构的电荷倍增增益的电控制，因此可以非常容易地进行由摄像信号温度变动抑制机构的电控制所完成的电荷倍增机构的电荷倍增增益的控制。

为了解决上述(i)问题而创作的本发明的一例中，上述固体摄像元件与上述电荷倍增机构被分体配置。

在本发明的一例的情况下，由于将电荷倍增机构另外配设，因此不改变其他部分的结构，就可配设电荷倍增机构。

为了解决上述(i)问题而创作的本发明的一例中，在固体摄像元件上配设检测上述固体摄像元件的元件温度的温度传感器，按照由该温度传感器检测出的固体摄像元件的元件温度，使摄像信号温度变动抑制机构工作。

在本发明的一例的情况下，通过配设在固体摄像元件本身的温度传感器可靠地检测出固体摄像元件的元件温度，由此能够可靠地抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

在上述的配设温度传感器的本发明一例中，将上述温度传感器配设在上述电荷倍增机构的附近。

在本发明的一例的情况下，在由配设在固体摄像元件本身的温度传感器检测出的固体摄像元件的元件温度上充分反映电荷倍增机构的附近的温度，因此可充分抑制伴随于电荷倍增机构附近的温度变化的摄像信号的信号强度的变动。

上述温度传感器的一例为热敏电阻。另外温度传感器的另一例为使用了金属细线的测温体。

为了解决上述(i)的问题而创作的本发明的一例中，上述摄像信号温度变动抑制机构具有可变更电阻值的电阻值控制型电阻元件作为反馈电阻，并且基于固体摄像元件的元件温度的结果改变电阻值控制型电阻元件的电阻值，来调整摄像信号温度变动抑制机构的放大功能的放大率，由此对摄像信号本身的信号强度进行电增减，从而抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

为了解决上述(i)问题而创作的本发明的一例中，上述各光电转换机构均分别附设多个信号电荷蓄积机构，用于蓄积由各光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷。

在本发明的一例的情况下，将由光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷传送并蓄积到附设在光电转换机构中的信号电荷蓄积机构。从而，也可适用于高速摄像用的固体摄像元件中。

另外，为了解决上述(i)问题而创作的本发明的摄像装置，是具备为了解决上述(i)问题而创作的本发明的固体摄像装置的摄像装置。

在本发明的摄像装置的情况下，由于具备为了解决上述(i)问题而创作的本发明的固体摄像装置，因此能够容易地抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

为了解决上述(ii)问题而创作的本发明的摄像元件，其特征在于，具备：多个光电转换机构，以二维阵列方式配置在被摄体像的投影面上；多个信号电荷蓄积机构，其分别附设在各光电转换机构，将由各光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷以每画面量取入多个画面量之后，按每取入画面进行蓄积；信号电荷读出机构，其维持各信号电荷蓄积机构所蓄积的信号电荷与取入画面之间的对应关系的同时，将上述信号电荷传送并读出；和电荷倍增机构，其利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象，来倍增由信号电荷读出机构所读出的信号电荷。

根据本发明的摄像元件，使用本发明摄像元件进行摄影的情况下，在摄影执行中，由以二维阵列方式配置在被摄体的光学像的投影面上的多个光电转换机构，将映射到投影面的被摄体的光学像转换为电荷信号后，以每画面量取入并且继续向分别附设在各光电转换机构的信号电荷蓄积机构送入。信号电荷蓄积机构中，按照从光电转换机构以每画面量顺次将信号电荷取入多次的方式，将多个画面量的信号电荷按每取入画面进行蓄积。而且，摄影结束之后，蓄积在各信号电荷蓄积机构中的信号电荷，由信号电荷读出机构维持与取入画面之间的对应关系，并且将该信号电荷传送、读出。另外，由电荷倍增机构对所读出的信号电荷进行倍增，该电荷倍增机构利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象进行倍增。

即，在本发明的摄像元件的情况下，对各光电转换机构分别附设信号电荷蓄积机构，上述信号电荷蓄积机构将从对被摄体的光学像进行光电转换进而进行检测的光电转换机构送入的与被摄体的光学像的摄影画面相对应的信号电荷，以每画面量顺次取入并且多个画面都集中进行蓄积。从而，能够将与被摄体的光学像的摄影画面对应的信号电荷以多个画面量高速地检测出并进行蓄积。另外，通过信号电荷读出机构维持蓄积在信号电荷蓄积机构中的信号电荷与取入画面之间的对应关系，同时传送该信号电荷并且读出，所以能够根据所读出的信号电荷来再生按每取入画面的高速度摄影图像。

另外，在本发明的摄影元件的情况下，与被摄体的光学像的摄影画面相对应的信号电荷由信号电荷读出机构读出之后，由利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象进行倍增的电荷倍增机构以不增大噪声的方式倍增信号电荷，因此能够使光电转换机构的受光面的面积按照与由电荷倍增机构所完成的信号电荷的倍增量相对应的方式缩小。这样，如果能够缩小光电转换机构的受光面的面积，则使光电转换机构变小，因此能够实现光电转换机构的高密度化，并且迅速取出信号电荷，由此还可实现摄影速度的高速化。

另外，为了解决上述(ii)问题而创作的本发明的一例中，上述电荷倍增机构由依次传送信号电荷的多级倍增寄存器构成，各倍增寄存器伴随着驱动电压的施加在倍增寄存器的要素内生成电荷倍增用的强电场区域，在传送信号电荷之时使该信号电荷通过电荷倍增用的强电场区域。

在本发明的一例的情况下，电荷倍增机构由依次传送信号电荷的多级倍增寄存器构成，因此能够以各个倍增寄存器的放大率合计后的放大率来倍增信号电荷。

为了解决上述(ii)问题而创作的本发明的一例中，上述光电转换机构为无电极型，即在受光面上不具有将被光电转换的信号电荷传送到信号电荷蓄积机构一侧的传送电极。

在本发明的一例的情况下，由于光电转换机构为无电极型，因此不需要在光电转换机构的受光面上追加形成传送电极的工序，从而能够防止由传送电极的光吸收作用所产生的相对于特定波长的光的检测灵敏度的下降。

为了解决上述(ii)问题而创作的本发明的一例中，在上述电荷倍增机构的后级具备电荷电压转换机构，用于将从电荷倍增机构送过来的信号电荷转换为电压信号。

在本发明的一例的情况下，由于与被摄体的光学像的摄影画面相对应的信号电荷由电荷电压转换机构转换为电压信号，因此与被摄体的光学像的摄影画面相对应的摄像信号以电压信号的状态被输出。

为了解决上述(ii)问题而创作的本发明的一例中，在上述各光电转换机构的前面一侧配设用于集中检测对象的光的微透镜，。

在本发明的一例的情况下，利用配设在各光电变换机构的前面一侧的微透镜，将检测对象的光集中到各光电转换机构的受光面，从而通过微透镜的设置而使入射到光电转换机构的受光面的光的量增加，由此使对于被摄体的光学像的检测灵敏度与该增加的量相应地提高。

为了解决上述(ii)问题而创作的本发明的一例中，上述光电转换机构的二维阵列配置为方阵，上述信号电荷蓄积机构为串联连接了多个CCD单元的一维CCD单元阵列，其中将信号电荷在每次画面取入时向向前一个(downstream)的CCD单元传送，一维CCD单元阵列中的CCD单元的排列方向相对于光电转换机构的排列方向倾斜。

在本发明的一例的情况下，由于光电转换机构的二维阵列配置为方阵，因此高速摄像元件的检测象素也成为沿纵、横以直线规则地正确排列的方阵的二维配置。此外，由于信号电荷蓄积机构是一维CCD单元阵列，因此信号电荷蓄积机构的结构变得简洁。另外，作为信号电荷蓄积机构的一维CCD单元阵列中的CCD单元的排列方向相对于光电转换机构的排列方向倾斜，因此即使CCD单元的个数增加而使一维CCD单元阵列延长，也不会碰到在纵、横相邻的光电转换机构。从而，通过增多作为信号电荷蓄积机构的一维CCD单元阵列的CCD单元的个数，增加可蓄积在信号电荷蓄积机构中的信号电荷的数目，从而可增多能够连续摄影的图像的个数。

发明效果

本发明的固体摄像装置中，由配设在电荷电压转换机构的前级一侧的电荷倍增机构，利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象对信号电荷进行倍增，上述电荷电压转换机构将由二维阵列配置的光电转换机构转换为信号电荷的被摄体像转换为作为摄像信号的电压信号。由光电转换机构转换为信号电荷的被摄体像，由电荷倍增机构的倍增功能抑制噪声的增大而被放大之后转换为作为摄像信号的电压信号，因此能够提高对被摄体像的检测灵敏度。

另外，摄像信号温度变动抑制机构按照固体摄像元件的元件温度的变化，对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动时，不依赖于高精度控制非常困难的热控制，并且通过按照固体摄像元件的元件温度的变化摄像信号温度变动抑制机构所进行的高精度控制非常容易的电控制，对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行控制，由此抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

另外，摄像信号温度变动抑制机构按照固体摄像元件的元件温度的变化，对摄像信号本身的信号强度进行电调整，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动时，不依赖于高精度控制非常困难的热控制，并且通过按照固体摄像元件的元件温度的变化摄像信号温度变动抑制机构所进行的高精度控制非常容易的电调整，对摄像信号本身的信号强度进行控制，由此抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

因此，根据本发明的固体摄像装置，能够容易地抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

另外，在本发明的摄像元件的情况下，对各光电转换机构分别附设信号电荷蓄积机构，上述信号电荷蓄积机构将从对被摄体的光学像进行光电转换进而进行检测的光电转换机构送入的与被摄体的光学像的摄影画面像对应的信号电荷，以每画面量顺次取入并且多个画面都集中进行蓄积。从而，能够将与被摄体的光学像的摄影画面对应的信号电荷以多个画面量高速地检测出并进行蓄积。另外，通过信号电荷读出机构维持蓄积在信号电荷蓄积机构中的信号电荷与取入画面之间的对应关系，同时传送该信号电荷并且读出，所以能够根据所读出的信号电荷来再生按每取入画面的高速度摄影图像。

另外，在本发明的摄影元件的情况下，与被摄体的光学像的摄影画面相对应的信号电荷由信号电荷读出机构读出之后，由利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象进行倍增的电荷倍增机构以不增大噪声的方式倍增信号电荷，因此能够使光电转换机构的受光面的面积按照与由电荷倍增机构所完成的信号电荷的倍增量相对应的方式缩小。

因此，根据本发明的摄像元件能够实现缩小光电转换机构的受光面的面积，该光电转换机构对被摄体的光学像进行光电转换。这样如果能够缩小光电转换机构的受光面的面积，则光电转换机构变小，因此能够实现光电转换机构的高密度化，并且迅速取出信号电荷，由此还可实现摄影速度的高速化。

附图说明

图1是表示实施例1的摄像装置的主要部分结构的框图。

图2是以实施例1的摄像装置所具备的固体摄像装置的结构为中心示出的详细框图。

图3是表示对实施例1的摄像装置中的电荷倍增部所施加的驱动电压的经时变化的图。

图4是表示相对于实施例1的摄像装置中的电荷倍增部的各倍增寄存器的驱动电压的施加状况的部分框图。

图5是表示伴随着对实施例1的摄像装置的电荷倍增部的驱动电压的施加而发生的倍增寄存器的要素内的势能变化(potential variations)的示意图。

图6是表示实施例1的摄像装置中的CCD摄像元件的元件温度与驱动电压的电压值之间的对应关系的图。

图7是表示实施例1的摄像装置中的温度传感器的配置方式的变形例的部分框图。

图8是以实施例2的摄像装置所具备的固体摄像装置的结构为中心示出的详细框图。

图9是表示实施例3涉及的高速摄像元件的主要部分结构的框图。

图10是表示安装有实施例3的高速摄像元件的高速摄像装置的主要部分结构的框图。

图11是表示在实施例3的高速摄像元件的光电转换部的前面一侧设置的微透镜的配置状况的俯视图。

图12是表示安装有实施例3的高速摄像元件的高速摄像装置的变形形态的部分框图。

图13是表示应用了为了解决(i)问题所创作的发明的固体摄像元件的其他一例的框图。

图14是表示现有的摄像装置所使用的CCD摄像元件的结构的框图。

图15(a)是表示现有的高速摄像元件的主要部分结构例的框图，(b)是表示现有的高速摄像元件的其他的主要部分结构例的框图。

图16是表示设置在现有的高速摄像元件的光电转换部之上的传送电极的俯视图。

1、16-CCD摄像元件；1A-(被摄体像的)投影面；8-光电转换部；9-CCD单元；10-CCD单元；11-输出寄存器；12-电荷电压转换部；13-电荷倍增部；13A-倍增寄存器；14、17-摄像信号温度变动抑制部；15-温度传感器；φ3-驱动电压。

具体实施方式

通过具备摄像信号温度变动抑制机构，来实现容易地抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动这样的目的，上述温度变动抑制机构按照固体摄像元件的元件温度的变化对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动，或者按照固体摄像元件的元件温度的变化对摄像信号本身的信号强度进行电控制，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

(实施例1)

参照附图，对于安装了本发明的固体摄像装置的一例的实施例1的摄像装置进行说明。图1是表示实施例1的摄像装置的主要部件结构的框图，图2是以实施例1的摄像装置所具备的固体摄像装置的结构为中心示出的框图。

如图1所示，实施例1的摄像装置具备：检测被摄体像的CCD摄像元件1；使被摄体像成像在CCD摄像元件1中的被摄体像的投影面1A上光学透镜2；对CCD摄像元件1进行驱动的摄像元件驱动部3；对从CCD摄像元件1输出的摄像信号进行处理而取得摄影图像的摄像信号处理部4；存储由摄像信号处理部4取得的摄影图像的图像存储器5；显示由摄像信号处理部4取得的摄影图像的图像显示部6；和对摄影装置的运行供给必要电力的电源部7。CCD摄像元件1相当于本发明的固体摄像元件。

由实施例1的摄像装置进行摄影时，向CCD摄像元件1中的投影面1A投影由光学透镜2取入的被摄体像，并且CCD摄像元件1按照摄像元件驱动部3的驱动检测出被摄体像并转换为摄像信号之后，输出到摄像信号处理部4。摄像信号处理部4对从CCD摄像元件1所输出的摄像信号进行处理而取得摄影图像，并且由摄像信号处理部4取得的摄影图像被图像存储器5存储，还由图像显示部6进行显示。

此外，实施例1的摄像装置中除了上述部分之外还设置有用于进行摄影条件的设定或快门开闭(shuttering)等的操作部(未图示)等。另外，通过在布线基板1B软钎焊CCD摄像元件1，来实现CCD摄像元件1的安装。

如图2所示，对于CCD摄像元件1而言，具备：多个光电转换部8，以纵横方阵的二维阵列状态配置在被摄体像的投影面1A上；CCD单元9，具有与光电转换部8相同的二维阵列配置，并将由各光电转换部8光电转换而被检测出的信号电荷向后级的蓄积区域传送；CCD单元10，其将从CCD单元9传送过来的信号电荷暂时蓄积和再次传送；CCD类型的输出寄存器11，其将蓄积在CCD单元10中的信号电荷每次输出规定个数；和电荷电压转换部12，将从CCD单元9经由输出寄存器11传送过来的信号电荷转换为电压信号后输出作为摄像信号。光电转换部8相当于本发明的光电转换机构，CCD单元9、10和输出寄存器11相当于本发明的电荷传送机构，电荷电压转换部12相当于本发明中的电荷电压转换机构。

摄影执行中的CCD摄像元件1中，按照与快门开闭动作同步的方式将驱动电压从摄像元件驱动部3的读出电荷倍增电压施加机构3A输出到CCD摄像元件1。最初的快门开闭时由光电转换部8光电转换而被检测出的一个被摄体像量(与一个被摄体像相应的量)的信号电荷，在下一次快门开闭时从CCD单元9传送到CCD单元10而暂时被保持。其后，下一次快门开闭时经由输出寄存器11被送入到电荷电压转换部12后转换为摄像信号。

另外，如图2所示，在CCD摄像元件1中设置有电荷倍增部13，该电荷倍增部13利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象来倍增信号电荷。电荷倍增部13由介于输出寄存器11与电荷电压转换部12之间的依次传送信号电荷的多级倍增寄存器13A构成。该倍增寄存器13A伴随着驱动电压的施加而在倍增寄存器13A的要素内生成电荷倍增用的强电场区域，在传送信号电荷之时使其通过强电场区域，由此倍增信号电荷。为方便起见，在图2中将倍增寄存器13A示出6级，但是电荷倍增部13通常采用串联连接几十个～几百个范围内的倍增寄存器13A的多级结构，由电荷倍增部13将信号电荷倍增为例如1000倍。电荷倍增部13相当于本发明的电荷倍增机构。

另外，从摄像元件驱动部3的电荷倍增电压施加机构3B对电荷倍增部13的各倍增寄存器施加驱动电压。如图3所示，电荷倍增电压施加机构3B输出电压值随时间以脉冲方式变化的驱动电压φ1～φ3、和电压值不随时间变化的恒定电压的驱动电压φe，并且如图4所示那样驱动电压φ1～φ3、φe施加到每个倍增寄存器13A。而且，伴随着施加到倍增寄存器13A的驱动电压φ1～φ3、φe的变化，信号电荷向电荷电压转换部12一方被传送的同时在倍增寄存器13A之间阶段性地被倍增。在实施例1的情况下，主要负责信号电荷的传送的驱动电压φ1、φ2为大约10伏特的电压值，主要负责信号电荷的倍增的驱动电压φ3为大约40伏特的电压值。

更具体说明的话，对一个倍增寄存器13A进行观察，如图5(a)～图5(d)中示意性地表示那样，伴随着驱动电压φ1～φ3的变化，在倍增寄存器13A的各要素内发生变化。尤其，施加了驱动电压φ3之后，如图5(c)所示那样在寄存器13A的要素内生成电荷倍增用的强电场区域。其结果，在信号电荷通过强电场区域之时引起碰撞电离现象，从而在抑制噪声增大的情况下倍增信号电荷，由此提高对被摄体像的检测灵敏度。

另外，安装在实施例1的摄像装置中的固体摄像装置的结构上的特征在于，设置有摄像信号温度变动抑制部14，该摄像信号温度变动抑制部14按照CCD摄像元件1的元件温度的变化对电荷倍增部13的电荷倍增增益进行电控制，来抑制因CCD摄像元件1的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。另外，如图1所示，在实施例1的摄像装置的情况下，将检测CCD摄像元件1的元件温度的温度传感器15以一体化方式安装在CCD摄像元件本身，并且按照由温度传感器15检测出的CCD摄像元件1的元件温度来使摄像信号温度变动抑制部14运行。作为温度传感器15可以列举热敏电阻等，但是温度传感器15并不限于特定种类的温度传感器。摄像信号温度变动抑制部14相当于本发明中的摄像信号温度变动抑制机构。

即，对电荷倍增部13的倍增寄存器13A而言，如果所施加的驱动电压φ3的电压值发生变化，则电荷倍增用的强电场区域的电场强度发生变化，进而信号电荷的倍增增益发生变化。因而，在实施例1的情况下，利用该变化，摄像信号温度变动抑制部14按照CCD摄像元件1的元件温度的变化来改变施加到倍增寄存器13A的驱动电压φ3的电压值，由此对电荷倍增部13的电荷倍增增益进行电控制。

更具体而言，摄像信号温度变动抑制部14根据图6所示的CCD摄像元件1的元件温度(K)与驱动电压φ3的电压值(伏特)之间的对应关系，改变施加到倍增寄存器13A的驱动电压φ3的电压值，来防止伴随着CCD摄像元件1的元件温度的变化而电荷倍增部13的电荷倍增增益发生变动。摄像信号温度变动抑制部14所发生的驱动电压φ3的电压值的变化可以采用模拟电路的方式或者数字电路的方式的任一种方式来进行。

另外，CCD摄像元件1的元件温度与电荷倍增部13的电荷倍增增益之间成反比关系，因此如果CCD摄像元件1的元件温度变高，则驱动电压φ3的电压值升高，并且电荷倍增用的强电场区域变强，由此抑制因元件温度的上升而导致的电荷倍增增益的降低。相反，如果CCD摄像元件1的元件温度变低，则驱动电压φ3的电压值降低，并且电荷倍增用的强电场区域变弱，由此抑制因元件温度的下降而导致的电荷倍增增益的增加。

综上所述，在实施例1的情况下，摄像信号温度变动抑制部14按照CCD摄像元件1的元件温度的变化来改变倍增寄存器13A的驱动电压的电压值，从而对电荷倍增部13的电荷倍增增益进行电控制，由此抑制因CCD摄像元件1的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。其结果，不依赖于高精度控制非常困难的热控制，并且通过按照CCD摄像元件1的元件温度的变化摄像信号温度变动抑制部14所进行的高精度控制非常容易的电控制，对电荷倍增部13的电荷倍增增益进行控制，由此抑制因CCD摄像元件1的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

因此，根据实施例1所涉及的摄像装置和固体摄像装置，能够容易抑制因CCD摄像元件1的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

另外，在实施例1的情况下，摄像信号温度变动抑制部14按照CCD摄像元件1的元件温度的变化来改变施加到倍增寄存器13A的驱动电压φ3的电压值，从而进行电荷倍增部13的电荷倍增增益的电控制，由此可非常容易地进行摄像信号温度变动抑制部14的电控制所完成的电荷倍增部13的电荷倍增增益的控制。

另外，在实施例1的情况下，另外设置电荷倍增部13，因此能够在不改变其他部分的结构的情况下设置电荷倍增部13。

另外，在实施例1的情况下，利用设置在CCD摄像元件本身的温度传感器15能够可靠地检测出摄像元件1的元件温度，由此可靠地抑制因CCD摄像元件1的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

此外，检测CCD摄像元件1的元件温度的温度传感器15也可如图7所示那样设置在电荷倍增部13的附近。如图7所示那样设置在电荷倍增部13的附近的温度传感器，可以采用例如使用了铜或者铝等的金属细线的测温体等。在该情况下，在由温度传感器检测出的CCD摄像元件1的元件温度上充分反映电荷倍增部13附近的温度，因此可充分抑制伴随于电荷倍增部13附近的温度变化的摄像信号的信号强度的变动。

(实施例2)

接下来，参照附图，对于安装有本发明的固体摄像装置的其他一例的实施例2的摄像装置进行说明。图8是以实施例2的摄像装置所具备的固体摄像装置为中心示出的框图。在实施例2的摄像装置的情况下，除了具备摄像信号温度变动抑制部17来代替实施例1的摄像信号温度变动抑制部14之外，其他结构实质上与实施例1相同，因此省略共同点的说明，而只说明不同点，其中摄像信号温度变动抑制部17按照CCD摄像元件16的元件温度的变化对摄像信号本身的信号强度进行电调整，来抑制因CCD摄像元件16的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。CCD摄像元件16相当于本发明中的固体摄像元件，摄像信号温度变动抑制部17相当于本发明中的摄像信号温度变动抑制机构。

即，实施例2的摄像装置的固体摄像装置，在不改变电荷倍增部13的电荷倍增增益的情况下，在CCD摄像元件16的电荷电压转换部12的输出侧串联连接具有放大率可变型的放大功能的摄像信号温度变动抑制部17。而且，通过按照CCD摄像元件16的元件温度的变化来调整摄像信号温度变动抑制部17的放大功能的放大率，对摄像信号本身的信号强度进行电增减，从而抑制因CCD摄像元件16的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

另外，CCD摄像元件16的元件温度与电荷电压转换部12的输出电压之间成反比关系。因而，如果CCD摄像元件16的元件温度升高，则电荷电压转换部12的输出电压减少，从而提高摄像信号温度变动抑制部17的放大功能的放大率而增大电荷电压转换部12的输出电压，由此抑制因元件温度的上升而导致的电荷电压转换部12的输出电压的降低。相反，如果CCD摄像元件16的元件温度变低，则电荷电压转换部12的输出电压增大，从而降低摄像信号温度变动抑制部17的放大功能的放大率而减小电荷电压转换部12的输出电压，由此抑制因元件温度的下降而导致的电荷电压转换部12的输出电压的增大。

此外，摄像信号温度变动抑制部17例如具有电阻值随外部信号(温度传感器15的温度结果相关的信号)可变更的电阻值控制型电阻元件(例如晶体管元件)17A作为反馈电阻。而且，通过将温度传感器15的温度结果相关的信号施加到电阻值控制型电阻元件(例如晶体管元件)17A，来改变电阻值控制型电子元件17A的电阻值，从而改变摄像信号温度变动抑制部17的放大功能的放大率。

如上所述，在实施例2的情况下，摄像信号温度变动抑制部17按照CCD摄像元件16的元件温度的变化来增减摄像信号，由此将摄像信号本身的信号强度电调整从而抑制因CCD摄像元件16的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。其结果，不依赖于高精度控制非常困难的热控制，并且通过按照CCD摄像元件16的元件温度的变化摄像信号温度变动抑制部17所进行的高精度控制非常容易的电调整，对摄像信号本身的信号强度进行控制，由此抑制因CCD摄像元件16的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

因此，根据实施例2的摄像装置和固体摄像装置，能够容易抑制因CCD摄像元件16的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

(实施例3)

参照附图，对本发明的高速摄像元件的实施例3进行说明。图9是表示实施例3涉及的高速摄像元件的主要部分结构的框图，图10是表示安装有实施例3的高速摄像元件的高速摄像装置的主要部分结构的框图。

此外，实施例3的高速摄像装置除了作为高速摄像用的摄像装置来使用的这一点之外，与实施例1的摄像装置(参照图1)大致相同，但是为了与实施例1区分，在实施例3中将高速摄像用的摄像元件(高速摄像元件)的符号设为“51”，并且将光学透镜2的符号设为“52”、将摄像元件驱动部3的符号设为“53”、将摄像信号用处理部的符号设为“54”、图像存储器的符号设为“55”、将图像显示部的符号设为“56”、将电源部的符号设为“57”。此外，实施例3的摄像元件被用作高速摄像元件，其结构为图9所示的结构，而且与实施例1的摄像元件的结构(参照图2)不同。

图10的高速摄像装置具备高速摄像元件51，该高速摄像元件51即使在超过1万画面/秒的高速度摄影中也可检测出被摄体的光学像并且作为摄像信号(视频信号)进行输出，并且图10的高速摄像装置还具备与实施例1相同的光学透镜52、摄像元件驱动部53、摄像信号处理部54、图像存储器55、图像显示部56和电源部57等。此外，还具备快门ST和摄影控制部CPU等，并且光学透镜52将摄影对象的被摄体作为光学像成像在高速摄像元件51中的投影面1A，其中快门ST置于光学透镜52和投影面1A之间，摄影控制部CPU通过总括管理装置各部分的动作，而使摄影顺利进行。

即使在由图10的高速摄像装置进行高速度摄影的情况下，也与实施例1的图1的摄像装置所进行的摄影相同的步骤进行，因此省略其说明。此外，摄影执行中打开快门ST。

此外，配置在图10的高速摄像51与光学透镜52之间的快门ST，在摄影图像的检测/取入期间被打开，除此之外的期间被关闭以防止检测电荷的溢出。快门ST也可为机械式快门机构或者电子式快门机构的某一个，快门ST的开闭由控制部CPU控制。

如图9所示，高速摄像元件51具备：以二维阵列方式配置在被摄体的光学像的投影面51A上的多个光电二极管等的光电转换部58、多个信号电荷蓄积部59、信号电荷读出部60和电荷电压转换部61等。信号电荷蓄积部59分别附设在各光电转换部58，将由各光电转换部58光电转换而被检测出的信号电荷以每画面量取入多个画面量之后，按每取入画面依次蓄积在各信号电荷蓄积部59(CCD单元59A)。信号电荷读出部60，维持蓄积在各信号电荷蓄积部59中的信号电荷与取入画面之间的对应关系的同时，将该信号电荷传送并读出。电荷电压转换部61将经由信号电荷读出部60送入的信号电荷转换为电压信号后作为摄像信号进行输出。此外，在图9中只表示光电转换部58和信号电荷蓄积部59的一部分，但是实际上无论在纵方向还是在横方向上配置有多个光电转换部58和信号电荷蓄积部59。

如图11所示，实施例3的高速摄像元件51中在各光电转换部58的前面一侧配置有用于集中检测对象的光的微透镜51a。其结果，通过微透镜51a将检测对象的光集中在各光电转换部58的受光面，从而微透镜51a的设置使得入射到光电转换部58的受光面的光的量增加，由此对被摄体的光学像的检测灵敏度与该增加的量相应地提高。

如图9所示，光电转换部58的二维阵列配置为方阵，因此高速摄像元件51的检测象素也成为沿纵、横以直线规则地正确排列的方阵的二维配置。此外，光电转换部58为在受光面没有传送电极的无电极型，因此不需要在光电转换部58的受光面追加形成传送电极的工序，从而能够防止由传送电极的光吸收作用所产生的相对于特定波长的光的检测灵敏度的下降。

如图9所示，信号电荷蓄积部59是串联连接了24个CCD单元59A的一维CCD单元阵列，其中在每次将信号电荷以每画面量取入时向向前一个的CCD单元传送，因此信号电荷蓄积部59的结构变得简洁。此外，伴随于画面取入的CCD单元之间的信号电荷的传送，通过配置在上方的传送电极(未图示)、和从摄像元件驱动部53输出的画面取入用传送信号(驱动脉冲)进行。

另外，作为信号电荷蓄积部59的一维CCD单元阵列的CCD单元59A的排列方向相对于光电转换部58的排列方向倾斜，因此即使CCD单元59A的个数增加而使一维CCD单元阵列延长也不会碰到在纵、横相邻的光电转换部58。从而，通过增大作为信号电荷蓄积部59的一维CCD单元阵列的CCD单元59A的个数，而使可蓄积在信号电荷蓄积部59中的信号电荷的数目增加，由此能够增大可连续摄影的图像的个数。

在高速摄像元件51的情况下，在每次以每画面量取入信号电荷时，打开设置在光电转换部58与信号电荷蓄积部59之间的电极栅(electrodegate)  (未图示)，将信号电荷从光电转换部58向每个信号电荷蓄积部59的最初的第24号的CCD单元29A送入而被蓄积。以下，重复进行以下动作，即在每次以每图面量取入信号电荷时，将新的信号电荷送入到第24号的CCD单元59A，并且与此同步地将在先所蓄积的信号电荷同时向向前的CCD单元59A传送而被蓄积。从而，在信号电荷蓄积部59中可以一次性地蓄积与CCD单元59A的个数相同的24个画面个数相应的量的信号电荷。

另一方面，如图9所示，高速摄像元件51具备：配置在各信号电荷蓄积部59的出口侧的连续改写(overwrite)用沟栅(drain gates)62；和排出从连续改写用沟62送出的信号电荷的连续改写用沟63。从而，如果预先打开连续改写用沟栅62，则送入到信号电荷蓄积部59的第1号的CCD单元59A而被蓄积的信号电荷，在下一个画面取入时经由连续改写用沟63排出到外部，因此通过预先打开连续改写用沟栅62，能够进行连续改写动作。

另一方面，如图9所示，高速摄像元件51的信号电荷读出部60包括：通过在纵方向被连接的信号电荷蓄积部59的第一号～第五号的5个CCD单元59A构成的垂直读出CCD单元阵列60A；和与CCD单元阵列60A的末端连接的水平读出CCD单元阵列60B。

在由信号电荷读出部60进行信号电荷的读出的情况下，快门ST和连续改写用沟栅62被关闭，并且经由垂直读出CCD单元阵列60A从水平读出CCD单元阵列60B首先读出蓄积在最下级的信号电荷蓄积部59中的信号电荷。接着，以同样的方式读出紧接的上一级的信号电荷蓄积部59所蓄积的信号电荷，重复进行这样的动作，由此读出蓄积在信号电荷蓄积部59中的所有的信号电荷。

伴随于信号电荷读出的信号电荷读出部60的CCD单元之间的信号电荷的传送，通过配置在上方的传送电极(未图示)、和从摄像元件驱动部53输出的信号读出用传送信号(驱动脉冲)来进行。信号电荷读出部60所进行的信号电荷的读出，在维持与取入画面之间的对应关系下进行，但是也可通过将信号读出用传送信号与信号电荷蓄积部59的CCD单元59A的顺序预先建立一对一的关联，来建立读出信号电荷与取入画面之间的对应关系。

此外，无需连续读出信号电荷蓄积部59所蓄积的全部24个信号电荷。例如，也可将24个信号电荷分成每次读出5个。于是，水平读出CCD单元阵列60B的CCD单元的个数较少也可。

这样，在高速摄像元件51的情况下，与被摄体的光学像的摄影图面相对应的信号电荷在维持与取入画面之间的对应关系的同时从信号电荷读出部60被传送并且被读出，因此后级的摄像信号处理部4根据所读出的信号电荷能够再生按每取入画面的高速度摄影图像。

另外，如图9所示，高速摄像元件51与实施例1的摄像元件1同样，在信号电荷读出部60与电荷电压转换部61之间具备电荷倍增部64，该电荷倍增部64利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象来倍增信号电荷。由于电荷倍增部64的结构与图4所示的实施例1的电荷倍增部13的结构相同，因此省略其说明。此外，后述的图12的倍增寄存器64A与图4所示的倍增寄存器13A对应。

另外，由于施加到电荷倍增部64的驱动电压φ1～φ3、φe的经时变化、或者伴随着对电荷倍增部64的倍增寄存器64A施加驱动电压而发生的要素内的势能变化，也与实施例1的图3、图5相同，因此省略其说明。

接下来，具体说明具有以上详细说明的结构的高速摄像装置的摄影动作。图10的高速摄像装置采用其构成为：可选择性地进行超过1万画面/秒的高速度摄影和比高速度摄影慢的低速度摄影(例如30画面/秒)。例如采用其结构为：平常打开连续改写用沟栅62以低速度进行改写摄影，必要时关闭连续改写用沟栅62以高速度进行非改写摄影。

平常，每次将信号电荷从光电转换部58以30画面/秒的低速度按每画面被取入到各信号电荷蓄积部59时，该信号电荷以30画面/秒的低速度在各信号电荷蓄积部59的24个CCD单元59A之间被传送，并且被蓄积。在信号电荷也蓄积到第一号的CCD单元59A中之后，在每次进行下一个画面取入时，蓄积在第一号的CCD单元59A的信号电荷通过连续改写用沟栅62从连续改写用沟63排出，从而低速度的连续改写继续进行。

而且，如果由高速摄影对象的到来(例如发生爆发现象)而切换到高速度摄影，则在每次将信号电荷从光电转换部58以1万画面/秒的高速度按每画面被取入到信号电荷蓄积部59时，该信号电荷以1万画面/秒的高速度在信号电荷蓄积部59的24个CCD单元59之间被传送，并且被蓄积。连续改写用沟栅62在低速度摄影期间所蓄积的信号电荷残留在信号电荷蓄积部59中的期间被打开，但是如果由低速度摄影所蓄积的全部信号电荷从连续改写用沟栅62排出之后，立即关闭连续改写用沟栅62，进而高速度摄影被停止。其结果，成为信号电荷蓄积部59的24个CCD单元59A仅蓄积有在高速度摄影期间从光电转换部58送入的信号电荷的状态。换言之，切换到高速度摄影之后如果重复进行24次的图像取入，则高速度摄影就结束，并且成为在24个CCD单元59A中蓄积有24个相应的量的高速度摄影图像用的信号电荷的状态。

另外，伴随着摄影结束，快门ST被关闭，从而蓄积在信号电荷蓄积部59中的信号电荷，由信号电荷读出部60被依次读出之后，由电荷倍增部64倍增，并且由电荷电压转换部61转换为电压信号之后输出到摄像信号处理部54作为摄像信号。摄像信号处理部54中对摄像信号进行处理来编集取得24个高速度摄影图像，所取得的高速度摄影图像根据需要存储到图像存储器55中，并且由图像显示部56显示。

如上所述，在实施例3的高速摄像元件51的情况下，信号电荷蓄积部59分别附设在各光电转换部58，上述信号电荷蓄积部59将从对被摄体的光学像进行光电转换进而进行检测的光电转换部58送入的被摄体的光学像的摄影画面像相对应的信号电荷，以每画面量顺次取入多个画面量并且集中进行蓄积。从而，能够将与被摄体的光学像的摄影画面对应的信号电荷以多个摄影画面量高速地检测并且蓄积。另外，信号电荷读出部60，维持蓄积在各信号电荷蓄积部59中的信号电荷与取入画面之间的对应关系的同时，将该信号电荷传送并读出，由此能够根据所读出的信号电荷来再生按每取入画面的高速度摄影图像。

另外，在实施例3的高速摄像元件51的情况下，与被摄体的光学像的摄影画面相对应的信号电荷由信号电荷读出部60读出之后，由利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象进行倍增的电荷倍增部64，以不增大噪声的方式倍增信号电荷，因此能够使光电转换部8的受光面的面积按照与由电荷倍增部64所倍增的部分的信号电荷相对应的方式缩小。

因此，根据实施例3的高速摄像元件51，能够实现对被摄体的光学像进行光电转换的光电转换部58的受光面的面积缩小。这样，如果能够缩小光电转换部58的受光面的面积，则光电转换部58变小，因此能够实现光电转换部58的高密度化，并且迅速取出信号电荷，由此还可实现摄影速度的高速化。

此外，在图10的高速摄像装置的情况下，也可采用进一步控制从高速摄像元件51输出的摄像信号以使其为适当的范围内的电压值的结构。例如，如图12所示那样也可设置自动增益控制部65，该自动增益控制部65按照电荷电压转换部61的输出信号对施加到倍增寄存器64A的驱动电压φ3的电压值进行控制，以使摄像信号为适当的范围内的电压值。

本发明并不限于上述实施方式，能够实施如下所述的变形。

(1)为了解决上述(i)问题而创作的发明也可适用于图13所示的高速摄像用的CCD摄像元件18中。CCD摄像元件18对每个光电转换部19附设24个传送/蓄积用的CCD单元20A串联连接的蓄积部20。高速摄影中每次快门开闭时由光电转换部19光电转换而被检测出的信号电荷被传送并被蓄积到辐射在光电转换部19中的蓄积部20的CCD单元。摄影之后输出寄存器21中读出从蓄积部20蓄积的信号电荷。电荷倍增部13与实施例1的情况同样介于输出寄存器21与电荷电压转换部12之间。

该CCD摄像元件18与为了解决上述(ii)问题而创作的发明的实施例3的高速摄像元件51对应，光电转换部19与实施例3的光电转换部58对应，蓄积部20与实施例3的信号电荷蓄积部59对应，电荷电压转换部12与实施例3的电荷电压转换部61对应。

另外，如实施例3所述，在CCD摄像元件18的情况下，将蓄积部20的CCD单元连接得相对于连接靠近的光电转换部19的中心线的直线倾斜并且延伸呈线状，因此具有光电转换部19的排列成为正方排列的优点。

(2)实施例1中采用了改变施加到倍增寄存器13A的驱动电压φ3的电压值来阻止电荷倍增部13的电荷倍增增益变动的结构，但是也可采用切换串联连接的倍增寄存器13A的级数来阻止电荷倍增部13整体的电荷倍增增益变动的结构，在该情况下电荷倍增部13也可共用蓄积部20。

(3)实施例1、2中，固体摄像元件为CCD类型，但是本发明也可应用于固体摄像元件为MOS类型的情况。

(4)在实施例1、2中采用了将电荷倍增部13另外配设在输出寄存器11的后级的结构，但是也可采用电荷倍增部13共用CCD单元10而配设呈与CCD单元10一体化的状态的结构。

(5)在实施例1、2中采用了温度传感器配设在CCD摄像元件本身的结构，但是也可采用将温度传感器不配设在CCD摄像元件中而另外配设的结构。

(6)实施例1中采用了摄像信号温度变动抑制部14与CCD摄像元件1分开配设的结构，但是也可采用将摄像信号温度变动抑制部14内置在CCD摄像元件1中而成为一体化的结构。在实施例2中也可采用将摄像信号温度变动抑制部17与CCD摄像元件16为分开独立的结构、或者一体化的结构。

(7)实施例1的情况下，采用了将摄像信号温度变动抑制部14配置在摄像元件驱动部3的外侧的结构，但是也可采用将摄像信号温度变动抑制部14安装到摄像元件驱动部3的内侧的结构。

(8)在实施例2的情况下，采用了将摄像信号温度变动抑制部17追加到电荷电压转换部12的后级的结构，但是也可采用下述结构：将摄像信号温度变动抑制部17安装到电荷电压转换部12中，并且改变电荷电压转换部12的放大率，来抑制因CCD摄像元件16的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动的结构。

(9)在为了解决上述(ii)的问题而创作的发明的实施例3的高速摄像元件51的情况下，各信号电荷蓄积部59中CCD单元59A的数目为24个，但是CCD单元59A的数目不限于24个，各信号电荷蓄积部59的CCD单元59A的数目例如也可为100个。

(10)在实施例3的高速摄像元件51的情况下，光电转换部58的二维阵列配置为方阵，但是光电转换部58的二维阵列配置并非限定于方阵。

(11)在实施例3的高速摄像元件51中，列举除了内置有摄像元件驱动部53之外其他结构与实施例3相同的高速摄像元件作为变形例。

产业上的利用可能性

如上所述，本发明适于元件温度瞬时变化的固体摄像元件。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1、 (修改后)一种固体摄像装置，在进行摄像的固体摄像装置中具备固体摄像元件、电荷倍增机构和摄像信号温度变动抑制机构，并且上述固体摄像元件具备：多个光电转换机构，以二维阵列方式配置在被摄体像的投影面上；电荷传送机构，其对由各光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷进行传送；电荷电压转换机构，其将从电荷传送机构传送的信号电荷转换为电压信号，并且作为摄像信号进行输出；和温度检测机构，其检测固体摄像元件的元件温度，

上述电荷倍增机构利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象来倍增信号电荷，并且该电荷倍增机构配设在上述电荷电压转换机构的前级一侧，

上述摄像信号温度变动抑制机构，按照由上述温度检测机构检测出的固体摄像元件的元件温度的变化对电荷倍增机构的驱动电压进行控制，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的电荷倍增机构的电荷倍增增益的变动，或者按照由上述温度检测机构检测出的固体摄像元件的元件温度的变化对电荷电压转换机构的转换增益进行电调整，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的电荷倍增机构的电荷倍增增益的变动。

2、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述电荷倍增机构由依次传送信号电荷的多级倍增寄存器构成，

各倍增寄存器的构成为：伴随着驱动电压的施加而在倍增寄存器的要素内生成电荷倍增用的强电场区域，在传送信号电荷之时使该信号电荷通过电荷倍增用的强电场区域，以使电荷倍增用的强电场区域的电场强度随着所施加的驱动电压的电压值的变化而变化，

通过按照固体摄像元件的元件温度的变化改变驱动电压的电压值，对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制。

3、(修改后)根据权利要求1～2中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述固体摄像元件与上述电荷倍增机构被分体配设。

4、(修改后)根据权利要求1～3中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述温度检测机构配设在固体摄像元件本身，按照由上述温度检测机构检测出的固体摄像元件的元件温度，使摄像信号温度变动抑制机构工作。

5、(修改后)根据权利要求1～4中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

将上述温度检测机构配设在上述电荷倍增机构的附近。

6、(修改后)根据权利要求1～5中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述温度检测机构为热敏电阻。

7、(修改后)根据权利要求1～5中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述温度检测机构为使用了金属细线的测温体。

8、(修改后)根据权利要求1～7中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述摄像信号温度变动抑制机构具有可变更电阻值的电阻值控制型电阻元件作为反馈电阻，并且基于固体摄像元件的元件温度的结果改变电阻值控制型电阻元件的电阻值，来调整摄像信号温度变动抑制机构的放大功能的放大率，由此对电荷电压转换机构的转换增益进行电调整，从而抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的电荷倍增机构的电荷倍增增益的变动。

9、(修改后)根据权利要求1～8中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述各光电转换机构均分别附设多个信号电荷蓄积机构，用于蓄积由各光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷。

10、(修改后)一种摄像装置，具备权利要求1～9中任一项所述的固体摄像装置。

Claims (16)

1、一种固体摄像装置，在进行摄像的固体摄像装置中具备固体摄像元件、电荷倍增机构和摄像信号温度变动抑制机构，并且上述固体摄像元件具备：多个光电转换机构，以二维阵列方式配置在被摄体像的投影面上；电荷传送机构，其对由各光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷进行传送；和电荷电压转换机构，其将从电荷传送机构传送的信号电荷转换为电压信号，并且作为摄像信号进行输出，

上述电荷倍增机构利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象来倍增信号电荷，并且该电荷倍增机构配设在上述电荷电压转换机构的前级一侧，

上述摄像信号温度变动抑制机构，按照固体摄像元件的元件温度的变化对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动，或者按照固体摄像元件的元件温度的变化对摄像信号本身的信号强度进行电调整，来抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

2、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述电荷倍增机构由依次传送信号电荷的多级倍增寄存器构成，

各倍增寄存器的构成为：伴随着驱动电压的施加而在倍增寄存器的要素内生成电荷倍增用的强电场区域，在传送信号电荷之时使该信号电荷通过电荷倍增用的强电场区域，以使电荷倍增用的强电场区域的电场强度随着所施加的驱动电压的电压值的变化而变化，

通过按照固体摄像元件的元件温度的变化改变驱动电压的电压值，对电荷倍增机构的电荷倍增增益进行电控制。

3、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述固体摄像元件与上述电荷倍增机构被分体配设。

4、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

在固体摄像元件上配设检测上述固体摄像元件的元件温度的温度传感器，按照由该温度传感器检测出的固体摄像元件的元件温度，使摄像信号温度变动抑制机构工作。

5、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，

将上述温度传感器配设在上述电荷倍增机构的附近。

6、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述温度传感器为热敏电阻。

7、根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述温度传感器为使用了金属细线的测温体。

8、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述摄像信号温度变动抑制机构具有可变更电阻值的电阻值控制型电阻元件作为反馈电阻，并且基于固体摄像元件的元件温度的结果改变电阻值控制型电阻元件的电阻值，来调整摄像信号温度变动抑制机构的放大功能的放大率，由此对摄像信号本身的信号强度进行电增减，从而抑制因固体摄像元件的元件温度的变化而产生的摄像信号的信号强度的变动。

9、根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述各光电转换机构均分别附设多个信号电荷蓄积机构，用于蓄积由各光电转换机构被光电转换而被检测出的信号电荷。

10、一种摄像装置，具备权利要求1所述的固体摄像装置。

11、一种摄像元件，进行摄像，具备：

多个光电转换机构，以二维阵列方式配置在被摄体像的投影面上；

多个信号电荷蓄积机构，其分别附设在各光电转换机构，将由各光电转换机构光电转换而被检测出的信号电荷以每画面量取入多个画面量之后，按每取入画面进行蓄积；

信号电荷读出机构，其维持各信号电荷蓄积机构所蓄积的信号电荷与取入画面之间的对应关系的同时，将上述信号传送并读出；和

电荷倍增机构，其利用信号电荷通过强电场区域期间所引起的碰撞电离现象，来倍增由信号电荷读出机构所读出的信号电荷。

12、根据权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，

上述电荷倍增机构由依次传送信号电荷的多级倍增寄存器构成，

各倍增寄存器伴随着驱动电压的施加在倍增寄存器的要素内生成电荷倍增用的强电场区域，在传送信号电荷之时使该信号电荷通过电荷倍增用的强电场区域。

13、根据权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，

上述光电转换机构为无电极型，即在受光面不具有将被光电转换的信号电荷传送到信号电荷蓄积机构一侧的传送电极。

14、根据权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，

在上述电荷倍增机构的后级具备电荷电压转换机构，用于将从电荷倍增机构送过来的信号电荷转换为电压信号。

15、根据权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，

在上述各光电转换机构的前面一侧配设用于集中检测对象的光的微透镜。

16、根据权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，

上述光电转换机构的二维阵列配置为方阵，上述信号电荷蓄积机构为串联连接了多个CCD单元的一维CCD单元阵列，其中在每次画面取入时将信号电荷向向前一个的CCD单元传送，一维CCD单元阵列中的CCD单元的排列方向相对于光电转换机构的排列方向倾斜。

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