JP2006324614A - High dynamic range, pixel-periphery recording imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
高速現象の撮影とそのスローモーション再生。 High-speed phenomenon shooting and slow motion playback.
本発明の発明者らは超高速ビデオカメラ用撮像素子として画素周辺記録型撮像素子を開発した。これは各画素にコンパクトで低ノイズの100個以上の画像信号記録領域を作りこむことができる技術で、これにより、撮影中は全画素で一斉に並列的に画像信号を記録することにより、1秒間に100万コマ以上の撮影速度で撮影できるビデオカメラを開発した。
この撮像素子の概念を図1に示している。すなわち、フォトダイオード101で発生した電子を画像信号とし、そこから下に直線的に伸びるCCD102に画像信号を転送する。このCCDを画像信号の記録領域として使っている。全てのフォトダイオードがこのような画像信号記録領域を備えているので、全画素一斉に並列的に画像信号を記録することができる。 The concept of this image sensor is shown in FIG. That is, electrons generated in the
各画像信号記録領域の末端にはドレーン103が備わっており、撮影中は連続的に新しい画像信号をフォトダイオードから記録領域に送るとともに、古い画像信号を連続的にドレーンから撮像素子外に排出し、常に最新の連続する画像信号を撮像素子内に保存する。 A
図1では各画像信号記録領域102のCCDメモリー要素の数は15個であり、連続15枚の超高速連続上書き撮影が可能である。実際の素子のCCDメモリー要素の数は100以上であり、これにより10枚/秒の再生速度で、10秒以上の動画観察が可能となっている。 In FIG. 1, the number of CCD memory elements in each image
撮影終了後は、読み出し垂直CCD104を通して、撮像素子内に保存されている画像信号を、順次、受光面外に作られた読み出し水平CCD105に転送し、さらに終端の読み出しアンプ106を通して撮像素子外に読み出す。読み出された信号は撮像素子外のADコンバータ111でデジタル信号に変換される。図1には、上記の説明で説明した要素以外に、いくつかの要素も付加されているが、これらについては後述する。 After the photographing is finished, the image signal stored in the image sensor is sequentially transferred to the read
図1に示すように、読み出し垂直CCD104は、各画素のCCDメモリー102の最下端の区間を接続したものとなっている。 As shown in FIG. 1, the readout
このような構造を実現するために、図1に示すように、読み出し垂直CCDの末端の区間107と、読み出し水平CCD105の間に、設計上必然的に大きな無駄なスペース108が生じる。 In order to realize such a structure, as shown in FIG. 1, a large
一方ハイネチェクは、CCD型撮像素子に固有の効率的な画像信号増倍装置である衝突イオン化増倍型CCDを発明した。これをCCM(Charge Carrier Multiplier)と呼んでいる。当初はCMDと呼んだが、CMDという名称の別の特許があったので今はCCMと呼んでいる。その原理を簡単に説明すると以下のとおりである。
CCD上を電荷を転送するための電界をある限度以上に大きくすると、電子が高速に加速され、それが周辺の原子に衝突して2次電子を発生する。このような現象を衝突イオン化(Impact Ionization)と呼ぶ。発生する2次電子数はランダム量であり、ノイズとなるので、通常はこのような現象が生じない条件でCCDを設計する。一方、非常に弱いイオン化増倍を数100段のCCD上で多数回繰り返すと、発生する電子数の平均値は衝突回数すなわちCCMの段数に比例して増大し、その標準偏差は衝突回数の平方根に比例して増大する。信号Sは平均値、ノイズNは標準偏差に比例するので、その比であるSN比は段数の平方根に比例して大きくなる(SN比=信号強度/ノイズ強度=発生する電子数の平均値/同標準偏差=CCMの段数/CCMの段数の平方根=CCMの段数の平方根)。 When the electric field for transferring charges on the CCD is increased beyond a certain limit, the electrons are accelerated at high speed, and they collide with surrounding atoms to generate secondary electrons. Such a phenomenon is called impact ionization. Since the number of secondary electrons generated is a random amount and becomes noise, the CCD is usually designed under such a condition that such a phenomenon does not occur. On the other hand, if very weak ionization multiplication is repeated many times on a CCD having several hundred stages, the average number of generated electrons increases in proportion to the number of collisions, that is, the number of stages of CCM, and the standard deviation is the square root of the number of collisions. It increases in proportion to Since the signal S is an average value and the noise N is proportional to the standard deviation, the S / N ratio, which is the ratio, increases in proportion to the square root of the number of stages (S / N ratio = signal intensity / noise intensity = average number of generated electrons / The standard deviation = the number of CCM stages / the square root of the number of CCM stages = the square root of the number of CCM stages).
図1は通常のCCD型撮像素子にCCM109を追加したものを示している。このようにCCMは、読み出し水平CCD105と読み出しアンプ106の間に挿入される。 FIG. 1 shows a
天体撮影のように非常に暗い撮影対象を撮影するとき、画像信号が非常に小さくなる。このときCCMにより信号を読み出しアンプのノイズレベル以上に増幅することができる。このように、微弱光下の撮影や高速撮影のために両像1枚当たりに入射する光量が小さくなるような条件下における撮影では、CCMは非常に有効な手段となる。 When shooting a very dark subject such as astronomical photography, the image signal becomes very small. At this time, the signal can be amplified by the CCM to be higher than the noise level of the read amplifier. In this way, CCM is a very effective means for shooting under conditions where the amount of light incident on each image is small for shooting under weak light or high-speed shooting.
ただし、CCMによって小さな信号のみならず、大きな信号も同時に増幅される。増幅された信号が読み出しアンプの容量を超えてオーバーフローすると、計量できなくなる。 However, not only small signals but also large signals are amplified simultaneously by the CCM. When the amplified signal overflows beyond the capacity of the readout amplifier, it cannot be measured.
そのため、読み出し水平CCDにドレーンを設け、あふれた電荷は増幅することなく、別の転送路を経由して読み出しアンプに転送して読み出すことにより、高感度とともに、大きなダイナミックレンジを確保する方法なども考案されている。 Therefore, there is a method to secure a large dynamic range as well as high sensitivity by providing a drain in the readout horizontal CCD and transferring it to the readout amplifier via a separate transfer path without amplifying the overflowing charge. It has been devised.
通常このような改善は、水平CCDやCCMまわりの構造を複雑にする。またそのために比較的大きなスペースを必要にする。 Usually, such an improvement complicates the structure around the horizontal CCD and CCM. For this purpose, a relatively large space is required.
大別すると以下の二つの課題がある。 Broadly speaking, there are the following two problems.
まず第1に、画素周辺記録型撮像素子では図1に示すように、読み出し垂直CCDの末端区間107と、読み出し水平CCD105の間に大きな無駄な空間108が生じる。 First, in the pixel peripheral recording type imaging device, as shown in FIG. 1, a large
第2に、CCMでは小さな画像信号のみを増幅して出力し、大きな画像信号はCCMの増幅率を下げるか、CCM増幅なしで読み出す機能を付加する必要がある。これにより、高感度と大きなダイナミックレンジを同時に実現する。 Secondly, in the CCM, it is necessary to amplify and output only a small image signal, and to add a function of reading the large image signal without reducing the CCM amplification rate or CCM amplification. This achieves high sensitivity and a large dynamic range at the same time.
第2の課題を解決するためには、いくつかの具体的な課題を解決する必要がある。例えば、一時的にCCDの側面に大きな信号電荷を保存する領域を備えることにすると、小さい信号電荷を読み出したあとで、一時的に保存した大きな信号電荷を、もとのCCD転送路に戻してから読み出す必要がある。このためには、小さな信号電荷を読み出したあと、大きな信号電荷をCCD転送路に戻すために、転送路を一旦空にする機能等を追加する必要がある。 In order to solve the second problem, it is necessary to solve some specific problems. For example, if an area for temporarily storing a large signal charge is provided on the side surface of the CCD, after the small signal charge is read, the temporarily stored large signal charge is returned to the original CCD transfer path. Need to be read from. For this purpose, it is necessary to add a function of temporarily emptying the transfer path in order to return the large signal charge to the CCD transfer path after reading out the small signal charge.
これらをできる限り単純な構造で実現する必要がある。とくに、スペースが限られており、ノイズの混入を最小限とするために余分な要素の作り込みを避ける必要のある撮像素子上の構造については、最大限の単純化を図る必要がある。とくに金属線の数を増やすことは、ショートの可能性を増大させ、大幅な歩留まり率(正しく機能する素子数/製造した素子数)の低下を招く可能性がある。 These must be realized with the simplest possible structure. In particular, it is necessary to make the simplification as much as possible for a structure on an image sensor in which space is limited and it is necessary to avoid making extra elements in order to minimize noise contamination. In particular, increasing the number of metal wires increases the possibility of short-circuiting and may lead to a significant decrease in yield rate (the number of elements that function correctly / the number of manufactured elements).
各画素が、画素長よりも長い直線もしくは直線に近い形状のCCD型メモリー部を備える画素周辺記録型撮像素子において、読み出し垂直CCDの末端の区間と、読み出し水平CCDの間に生じる大きな空間を活用して、読み出し垂直CCDの末端の区間の側面に一時的に電荷を保存する領域を備える。 In a pixel peripheral recording type image pickup device in which each pixel is provided with a CCD memory section having a straight line longer than the pixel length or a shape close to a straight line, a large space generated between the end section of the readout vertical CCD and the readout horizontal CCD is utilized. Thus, an area for temporarily storing charges is provided on the side surface of the end section of the readout vertical CCD.
同時に、水平CCDの末端には衝突イオン化増倍CCMを備える。 At the same time, a collision ionization multiplication CCM is provided at the end of the horizontal CCD.
また、読み出し垂直CCD上を電荷を転送するための駆動電圧発生装置に、通常の順方向転送電圧パターンに加えて、逆方向転送電圧パターンを発生する手段を付加する。 In addition to a normal forward transfer voltage pattern, a means for generating a reverse transfer voltage pattern is added to the drive voltage generator for transferring charges on the readout vertical CCD.
以上により、一時的に読み出し垂直CCDの側面に、ある閾値以上の信号電荷を一時的に保存し、まずそれ以下の小さい信号電荷のみをCCMにより増倍して読み出す。次に読み出し垂直CCDの末端の区間上の電荷を逆送させて空にし、そこに一時的に保存した大きな信号電荷を戻し、CCM増幅することなく読み出す。 As described above, the signal charge of a certain threshold value or more is temporarily stored on the side surface of the read vertical CCD, and only a small signal charge less than that is first multiplied and read by the CCM. Next, the charges on the end section of the readout vertical CCD are evacuated to empty them, and the large signal charges temporarily stored there are returned and read out without CCM amplification.
以上により、超高速ビデオ撮影を可能にする画素周辺記録型撮像素子に、単純かつ、金属配線数の追加を極力減らした構造で、超高感度および大ダイナミックレンジ撮影機能を追加することができる。 As described above, it is possible to add an ultra-high sensitivity and a large dynamic range imaging function to a pixel peripheral recording type imaging device that enables ultra-high-speed video imaging with a simple and reduced structure of the number of metal wires.
別の方法としては、読み出し垂直CCDの末端の区間が、それより上部の部分と独立に電荷転送するための手段を備えることにより、電荷を逆送することなく、末端の区間に残っている小さな信号電荷のみを先に転送することにより、一旦空にすることもできる。 Alternatively, the end section of the readout vertical CCD is provided with a means for charge transfer independently of the upper part thereof, so that the small remaining in the end section without reverse charge transfer. By transferring only the signal charge first, it can be emptied once.
図1は、画素周辺記録型撮像素子100の読み出し水平CCD105と読み出しアンプ106の間に、CCM109を挿入するとともに、読み出し垂直CCDの末端の区間107に、画像信号一時保存領域110を付加した素子の概念図である。読み出しアンプ106は撮像素子外部のADコンバータ111に接続している。 FIG. 1 shows a device in which a
図2は撮影装置のシステム200を示している。システムは撮影部(カメラ部)134、制御部115、モニター114から構成されている。撮影部134ではレンズ201に入射した光202は画素周辺記録型撮像素子100上で結像し、画像信号(電子)を発生する。画像信号は撮像素子100から読み出され、増幅されてADコンバータ111でデジタル化され、バッファメモリ112に貯えられる。制御部115は、画像構成回路113と撮影部制御装置133からなる。画像構成回路113は、撮影部134中のバッファメモリ112から画像信号を読み出し、画像として構成し、10枚/秒のスローモーションでモニター114に出力する。撮影部制御装置133は、撮像素子100、ADコンバータ111、バッファメモリ112等を制御する。図では撮影部制御装置133中の撮像素子制御装置116を別途拡大して示している。その中にCCD駆動電圧発生装置117が含まれている。 FIG. 2 shows a
CCD駆動電圧発生装置117は、画素周辺記録型撮像素子の標準駆動電圧発生装置118に加えて、読み出し垂直CCDの逆走電圧発生装置119と、画像信号一時保存領域110(図1に示す)の操作電圧発生装置120を備えている。 The CCD
図3は図1の読み出し垂直CCDの末端の区間107と側面の画像信号一時保存領域110をより詳しく説明している。図4は、図3のC−C′断面の電極122,127,126、電位、および信号電荷の保存状況を示している。 FIG. 3 illustrates the
CCMの増幅倍率は10倍であり、読み出しアンプの読み出しノイズは10電子相当である。したがって理想的には、1個の電子であっても10倍に増幅され、読み出しアンプの読み出しノイズ以上になって検出可能となる。 The amplification factor of the CCM is 10 times, and the readout noise of the readout amplifier is equivalent to 10 electrons. Therefore, ideally, even one electron is amplified by a factor of 10 and becomes more than the readout noise of the readout amplifier and can be detected.
ADコンバータ111は12ビットである。すなわち検出可能な最小単位と最大値との比は4,096である。アンプのノイズレベルは10電子であるから、最大約40,000個の信号電子までが検出可能である。 The
このCCDは4相駆動である。したがって図3では、読み出しCCDの末端の区間107の1つのCCD要素129に4枚の電極121,122,123,124が乗っている。図1ではこのCCD要素129が6個接続されて読み出しCCDの末端の区間107を構成している。これらの4枚の電極に加える電圧を順次変えることにより、信号電荷125を下方に転送する。このために、図に示す標準駆動電圧発生装置118で4種の電極に対する4種類の電圧パターンを発生させている。 This CCD is a four-phase drive. Therefore, in FIG. 3, four
本実施例ではさらに、逆送電圧発生装置119により、これら4種の電極に対して4種類の逆送電圧パターンを発生させている。ただし順方向転送電圧パターンと逆送電圧パターンは、ともに同一の金属配線で送るので、撮像素子上に新たな金属線を配線する必要はない。 Further, in this embodiment, the
画像信号一時保存領域110の上にも電極126が乗っており、読み出し垂直CCDの末端の区間107と画像信号一時保存領域110の間にはゲート電極127が乗っている。すなわち通常のCCDに加えて2枚の電極126,127が追加されている。図2に示す駆動電圧発生装置117中の、画像信号一時保存領域の操作電圧発生装置120は、これらの2種の電極に対する2種類の電圧パターンを発生させる。 An
記録領域102のCCD要素のサイズは、幅が3ミクロンであり、長さが3.6ミクロンである(図示していない)。この上に幅0.9ミクロンの電極が4枚乗っている(図示していない)。電荷転送容量は30,000電子である。図1では、記録領域102のCCD要素の数は15であるので、連続15枚の画像を連続的に上書き記録できる。 The size of the CCD element in the
図4(a)から図4(f)までは、信号電荷が大きい場合の画像信号一時保存領域の働きを示している。 FIG. 4A to FIG. 4F show the function of the image signal temporary storage area when the signal charge is large.
まず、図4(a)は信号電荷が上から転送されてきた直後の状態を示している。電極122と電極123には10V、電極121と電極124には0Vが加えられている。したがって信号電荷125は電極122と電極123の下に保存されている。画像信号一時保存領域110上の電極126とゲート電極127にも0Vが加えられているので、まだ、画像信号保存領域には電荷は移っていない。 First, FIG. 4A shows a state immediately after signal charges are transferred from above. 10V is applied to the
次に、図4(b)の矢印135,136に示すように、画像信号一時保存領域上の電極126を0Vから12Vに、ゲート電極127は9Vに上げる。電極122、123の電圧10Vと電極127の電圧9Vの差である1V分が側方の画像信号一時保存領域110への電位バリアとなっている。矢印137に示すように、それを超える電荷132が画像信号一時保存領域に移される。このとき読み出しCCDの末端の区間の転送路に残っている画像信号130の信号電子の数は3,000個である。 Next, as indicated by
例えば信号電子数が、転送容量いっぱいの30,000個の場合は、3,000個を差し引いた27,000個が画像信号一時保存領域110に一時的に移され保存される。 For example, when the number of signal electrons is 30,000 which is full of the transfer capacity, 27,000 subtracted 3,000 are temporarily moved and stored in the image signal
もとの信号電子数が3,000個以下の場合は、画像信号一時保存領域110には信号電子は蓄えられない。この状態は図5に示されている。 When the original number of signal electrons is 3,000 or less, no signal electrons are stored in the image signal
次に図4(c)では、矢印138に示すように、ゲート電極127の電圧が0Vとなっている。この状態で電極122、123の下の転送路に残っている3,000個の信号電子が読み出し水平CCDに送られ、さらにCCMに送られる。 Next, in FIG. 4C, as indicated by an
CCMではもとの信号が10倍に増幅される。すなわち3,000個の信号電子は、平均で30,000個に増幅される。検出可能な信号電子数は約40,000個であるから、CCMで増幅後も計量可能である。 In CCM, the original signal is amplified 10 times. That is, 3,000 signal electrons are amplified to 30,000 on average. Since the number of detectable signal electrons is about 40,000, it can be measured even after amplification by CCM.
電極122、123の下に残っている3,000個の信号電子を、下方の読み出し水平CCDに転送するとき、図4(d)の太い矢印139に示すように自動的に読み出し垂直CCDの末端の区間の直上部分から次の6個の信号電荷131が転送されてきて、読み出し垂直CCDの末端の区間107に蓄えられる。 When the 3,000 signal electrons remaining under the
画像信号一時保存領域に一旦保存されている信号電子132を転送路に戻すためには、電極122、123の下の転送路の部分を一旦空にする必要がある。図4(d)で読み出し垂直CCDの末端の区間107に降りてきている信号電荷131を、図4(e)の太い矢印140に示すように、逆送させてこの部分を空にする。この操作を6回行うことにより図4(e)の状態となる。 In order to return the
図4(f)では、矢印141に示すように、画像信号一時保存領域上の電極126の電圧が0Vに戻っている。さらにゲート電極127も0Vにもどされる。これにより矢印142に示すように、一旦画像信号一時保存領域にあふれ出して保存された信号電荷132は、読み出し垂直CCDの末端の区間にもどる。さらに読み出し水平CCDからCCMに送られる。この場合はCCMは通常の読み出し水平CCDと同じ電圧で操作するので2次電子は発生せず、増幅作用もない。したがって読み出しアンプには最大27,000個の信号電子しか入らない。これは読み出しアンプの容量40,000電子以下である。 In FIG. 4F, as indicated by an
このあとは図4(a)の状態にもどり、以上の操作を繰り返す。 Thereafter, the state returns to the state of FIG. 4A and the above operation is repeated.
以上により、最小1個から、最大30,000個までの信号電子が検出できるので、15ビット(約32,768)に近い大きなダイナミックレンジと、最小1個の信号電子という超高感度の2つの高性能を新たに追加した、画素周辺記録型撮像素子による毎秒100万コマ以上の超高速連続ビデオ撮影が可能となった。 As described above, since a minimum of one signal electron can be detected from a maximum of 30,000, a large dynamic range close to 15 bits (about 32,768) and two ultra-high sensitivity of a minimum of one signal electron can be detected. Ultra-high-speed continuous video shooting of over 1 million frames per second has become possible with the newly added high-performance pixel-peripheral recording image sensor.
もし、画像信号一時保存領域による大きな信号電子の一時保存機能がない場合は、小さい信号電子も大きな信号電子も一様に増幅され、もともと30,000個の信号電子は最大300,000個まで増幅され、読み出しアンプの容量40,000電子をはるかに超えてオーバーフローしてしまい、ダイナミックレンジが小さくなる。 If there is no function for temporarily storing large signal electrons in the image signal temporary storage area, both small signal electrons and large signal electrons are uniformly amplified, and the original 30,000 signal electrons are amplified to a maximum of 300,000. As a result, it overflows far beyond the capacity of 40,000 electrons of the read amplifier, and the dynamic range becomes small.
逆にCCM機能を働かせない場合は読み出しアンプでのオーバーフローは生じないが、10電子以下の小さな信号電子は検出されず、超高感度撮影はできない。 On the other hand, when the CCM function is not activated, overflow in the readout amplifier does not occur, but small signal electrons of 10 electrons or less are not detected, and ultra-high sensitivity imaging cannot be performed.
もともとの信号電子が3,000個以下の場合を図5に示す。側面の画像信号一時保存領域に信号電子があふれないだけで、あとは図4と同じであるので説明は省略する。 FIG. 5 shows the case where the original number of signal electrons is 3,000 or less. Since only the signal electrons do not overflow in the side image signal temporary storage area, the rest is the same as in FIG.
図1に示すように、画素周辺記録型撮像素子では、読み出し垂直CCDの末端の区間と読み出し水平CCDの接合部に大きなスペースがあるので、このような画像信号一時保存領域を組み入れることが容易である。このために追加が必要な電極は画像信号保存領域上の電極126とゲート電極127の2種類だけである。またこれらを操作するための電圧を送付するための金属線(図示していない)も全部で2本追加されているだけである。 As shown in FIG. 1, in the pixel peripheral recording type imaging device, since there is a large space at the end of the readout vertical CCD and the junction of the readout horizontal CCD, it is easy to incorporate such an image signal temporary storage area. is there. Therefore, there are only two types of electrodes that need to be added, that is, the
逆走のための電圧パターンは、撮像素子の外部の制御装置中のCCD駆動電圧発生装置で作るので、複雑で微細な構造の撮像素子の内部には、そのための特別な構造を作り込む必要がない。 Since the voltage pattern for reverse running is generated by the CCD drive voltage generator in the control device outside the image sensor, it is necessary to create a special structure for the inside of the image sensor having a complicated and fine structure. Absent.
このように本実施例では、撮像素子には極めて単純な構造を追加するだけで、超高速度、超高感度に加えて、広いダイナミックレンジという高い機能が新たに付与されている。 As described above, in this embodiment, by adding an extremely simple structure to the image sensor, a high function of a wide dynamic range is newly added in addition to the ultra high speed and the ultra high sensitivity.
実施例1との違いは読み出し垂直CCDの末端の区間107が、読み出しCCDのそれより上の区間と独立に転送できるようになっている。すなわち読み出し垂直CCDの末端の区間107で信号電荷を転送するために4本の金属線(図示していない)が撮像素子内に配線されている。またこの電圧パターンを発生するための転送電圧発生装置(図示せず)が撮像素子外の制御装置内に作られている。 The difference from the first embodiment is that the
画像信号が3,000個以上のとき、一旦、画像信号保存領域にあふれ出したのち(図4では(c)の状態)、3,000個の電荷を読み出し水平CCDに転送する。このとき、読み出し垂直CCDの末端の区間のCCDのみをそのうえの区間とは独立に作動させて空にする。これにより、それより上に蓄えられている画像信号は下に下りてこない。したがって逆送させる必要がない。すなわち実施例1に比して、図4(e)のプロセスを省くことができ、操作が単純化される。 When there are 3,000 or more image signals, the image signal once overflows into the image signal storage area (state (c) in FIG. 4), and then 3,000 charges are read and transferred to the horizontal CCD. At this time, only the CCD at the end section of the readout vertical CCD is operated independently of the section above it and is emptied. Thereby, the image signal stored above it does not go down. Therefore, there is no need to reverse feed. That is, as compared with the first embodiment, the process of FIG. 4E can be omitted, and the operation is simplified.
ただし、画像信号保存領域の電極の電圧、ゲート電極の電圧の2種を合わせて、合計6種の転送電圧パターンを発生させ、それらを撮像素子中に送り込むための6種の金属線を撮像素子中に作り込んでいる。 However, the image signal storage region electrode voltage and the gate electrode voltage are combined to generate a total of six types of transfer voltage patterns, and six types of metal lines for feeding them into the image sensor are used as the image sensor. Built in.
超高速撮影。超高速撮影では光量が不足し高い感度を必要とするとともに、明るい部分とまわりの暗い部分の輝度差が大きく、高ダイナミックレンジ撮影を必要とする場合が多い。典型的な観察対象は、爆発現象、エンジン内の燃焼現象、レーザーアブレーション加工、細胞内の高速現象(蛍光観察)などである。 Super high speed shooting. In ultra-high-speed shooting, the amount of light is insufficient and high sensitivity is required, and the brightness difference between a bright part and a dark part around it is large, and high dynamic range shooting is often required. Typical observation objects include explosion phenomena, combustion phenomena in engines, laser ablation processing, high-speed phenomena in cells (fluorescence observation), and the like.
100 画素周辺記録型撮像素子
101 フォトダイオード
102 画像信号記録領域の直線CCDメモリー(15個の要素からなる)
103 ドレーン
104 読み出し垂直CCD
105 読み出し水平CCD
106 読み出しアンプ
107 読み出し垂直CCDの末端の区間(6個の要素からなる)
108 読み出し垂直CCDと読み出し水平CCDの間にできる無駄なスペース
109 CCM
110 画像信号一時保存領域(6個の要素からなる)
111 ADコンバータ
112 バッファメモリー
113 画像構成回路
114 モニター
115 制御部
116 撮像素子制御装置
117 CCD駆動電圧発生装置
118 標準駆動電圧発生装置
119 読み出し垂直CCDの逆走電圧発生装置
120 画像信号一時保存領域の操作電圧発生装置
121、122,123,124 読み出しCCDの末端の区間のCCD要素上の電圧
125 信号電荷
126 画像信号一時保存領域上の電極
127 ゲート電極
129 読み出し垂直CCDの末端の区間の一つのCCD要素
130 読み出しCCDの末端の区間に残っている信号電荷
131 読み出しCCDの末端の区間に上から降りてくる信号電荷
132 画像信号一時保存領域に溢れ出た信号電荷
133 撮影部制御装置
134 撮影部
135〜142 電位の変化や電荷の移動を示す矢印
200 撮影装置のシステム
201 レンズ
202 入射光100 pixel peripheral recording type
105 Readout horizontal CCD
106
108 Wasted space between the readout vertical CCD and readout
110 Image signal temporary storage area (consisting of 6 elements)
111
Claims (4)
画素配列と読み出し水平CCDとの間に、各画素列ごとに、画素の列方向に延びる1列の読み出し垂直CCDを備え、その側面に一時的に電荷を保存する領域を備えることを特徴とする撮像素子。A pixel array of two or more rows and two or more columns, and each pixel includes a straight line-shaped CCD type memory unit longer than the pixel length or more than one row extending in the pixel row direction outside the pixel array An imaging device comprising a readout horizontal CCD, a collision ionization multiplying CCD, and an output amplifier,
Each pixel column is provided with one column of read vertical CCDs extending in the column direction of pixels between the pixel array and the readout horizontal CCD, and a region for temporarily storing charges is provided on the side surface. Image sensor.
Priority Applications (1)
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JP2005172915A JP2006324614A (en) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | High dynamic range, pixel-periphery recording imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|---|
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WO2011142167A1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | 浜松ホトニクス株式会社 | Electron multiplication factor measurement method and image capture device |
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-
2005
- 2005-05-16 JP JP2005172915A patent/JP2006324614A/en not_active Withdrawn
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