JP2591120B2 - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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- JP2591120B2 JP2591120B2 JP63304939A JP30493988A JP2591120B2 JP 2591120 B2 JP2591120 B2 JP 2591120B2 JP 63304939 A JP63304939 A JP 63304939A JP 30493988 A JP30493988 A JP 30493988A JP 2591120 B2 JP2591120 B2 JP 2591120B2
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- light
- imaging
- time
- voltage
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は二次元光学像を電気信号に変換し、変換後の
電気信号が記憶される撮像装置に関するものである。
電気信号が記憶される撮像装置に関するものである。
従来の技術 従来の撮像装置として一般的に用いられているのにCC
D（Charge Coupled Device）がある。これはシリコン
・フォトダイオードに誘起された信号電荷をCCDシフト
レジスタで外部へ読み出すものである。
D（Charge Coupled Device）がある。これはシリコン
・フォトダイオードに誘起された信号電荷をCCDシフト
レジスタで外部へ読み出すものである。
発明が解決しようとする課題 しかしながらCCD撮像素子はテレビジョン信号のよう
な一定周期の繰り返し出力には適するが、ランダムな周
期の出力には不適であった。その理由は、周期が長くな
ると熱による暗電流のため、光が当たらなくとも白レベ
ルの出力を出してしまうためである。室温ではおよそ１
秒〜数秒が限界である。
な一定周期の繰り返し出力には適するが、ランダムな周
期の出力には不適であった。その理由は、周期が長くな
ると熱による暗電流のため、光が当たらなくとも白レベ
ルの出力を出してしまうためである。室温ではおよそ１
秒〜数秒が限界である。
また、光学像が短時間のみ照射される場合にこの光学
像を捕らえることも適していない。CCDは一度出力する
とその電荷は消えてしまう、つまり記憶機能を持ってい
ないためである。これに対処する方法には外部に膨大な
量の画像メモリーを持って全て記録する方法と、目的の
光学像がどうか判断しつつ必要な像のみ記録する方法が
ある。前者は構成が大きくなりすぎる、後者は制御が複
雑になる欠点があった。以上述べたようにCCDは非周期
動作には適していない撮像素子であった。
像を捕らえることも適していない。CCDは一度出力する
とその電荷は消えてしまう、つまり記憶機能を持ってい
ないためである。これに対処する方法には外部に膨大な
量の画像メモリーを持って全て記録する方法と、目的の
光学像がどうか判断しつつ必要な像のみ記録する方法が
ある。前者は構成が大きくなりすぎる、後者は制御が複
雑になる欠点があった。以上述べたようにCCDは非周期
動作には適していない撮像素子であった。
本発明はかかる点に鑑み、非周期の入出力に適した撮
像装置を提供することを目的とする。
像装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、光透過性基板、透明電極、光半導体ないし
は光導伝体、島状にパターン化された第１電極、異方性
固体電解質、第２電極を順次積層してなる撮像素子と、
前記光半導体に光学像を撮像する手段と、垂直方向と水
平方向に走査される光ビームを前記光半導体ないしは光
導電体に照射する手段とを備えたことを特徴とする撮像
装置である。
は光導伝体、島状にパターン化された第１電極、異方性
固体電解質、第２電極を順次積層してなる撮像素子と、
前記光半導体に光学像を撮像する手段と、垂直方向と水
平方向に走査される光ビームを前記光半導体ないしは光
導電体に照射する手段とを備えたことを特徴とする撮像
装置である。
作用 本発明は前記した構成により、撮像時は以下の動作を
行なう。光透過性基板を通じて光半導体に光半導体材料
のバンドギャップより大きいエネルギーを有する光を照
射すると、光半導体において伝導帯では励起電子が、ま
た価電子帯ではホールが生成される。このとき、透明電
極と第２電極とを電気的に短絡すると、この電子及びホ
ールの作用により第１電極及び第２電極ではそれぞれ特
定の電気化学反応が発生し、この反応により第１電極と
第２電極間の電圧が変化する。この第１電極と第２電極
間の電圧は第１電極、固体電解質、第２電極により構成
される二次電池の起電圧に相当し、光照射を停止した後
もそのまま維持される。つまり照射光の二次元パターン
が二次電池の二次元パターンに変換されるのである。
行なう。光透過性基板を通じて光半導体に光半導体材料
のバンドギャップより大きいエネルギーを有する光を照
射すると、光半導体において伝導帯では励起電子が、ま
た価電子帯ではホールが生成される。このとき、透明電
極と第２電極とを電気的に短絡すると、この電子及びホ
ールの作用により第１電極及び第２電極ではそれぞれ特
定の電気化学反応が発生し、この反応により第１電極と
第２電極間の電圧が変化する。この第１電極と第２電極
間の電圧は第１電極、固体電解質、第２電極により構成
される二次電池の起電圧に相当し、光照射を停止した後
もそのまま維持される。つまり照射光の二次元パターン
が二次電池の二次元パターンに変換されるのである。
読み出し時には細く絞った光ビームを光半導体に照射
してその部分の光半導体のみを電気的に導通状態にする
ことで、第１電極と第２電極間の電圧を透明電極を介し
て外部に取り出すことにより行なう。
してその部分の光半導体のみを電気的に導通状態にする
ことで、第１電極と第２電極間の電圧を透明電極を介し
て外部に取り出すことにより行なう。
消去時は透明電極と第２電極間を撮像時とは逆の電圧
の印加により第１電極と第２電極間の二次電池電圧を放
電することで行なう。
の印加により第１電極と第２電極間の二次電池電圧を放
電することで行なう。
又、光導電体の場合もその抵抗が照射光に反比例する
ので適宜書き込み電源にて二次電池に充電することによ
って同様の作用が得られる。
ので適宜書き込み電源にて二次電池に充電することによ
って同様の作用が得られる。
実施例 第１図は本発明の第１の実施例における撮像装置の構
成図を示すものである。第１図において、100は光透過
性基板、透明電極、光半導体ないしは光導電体、島状に
パターン化された第１電極、異方性固体電解質、第２電
極107を順次積層してなる撮像素子、200は撮像素子100
の信号処理回路である。詳細は後述する。300は光ビー
ムを発生するレーザー発振器、301は焦点レンズ、302は
レーザー光を垂直走査（低速側走査）するガルバノメー
タ、303はレーザー光を水平走査（高速側走査）する回
転多面鏡、304は撮像素子100に照射する光を切り換える
反射鏡、305は撮像レンズである。
成図を示すものである。第１図において、100は光透過
性基板、透明電極、光半導体ないしは光導電体、島状に
パターン化された第１電極、異方性固体電解質、第２電
極107を順次積層してなる撮像素子、200は撮像素子100
の信号処理回路である。詳細は後述する。300は光ビー
ムを発生するレーザー発振器、301は焦点レンズ、302は
レーザー光を垂直走査（低速側走査）するガルバノメー
タ、303はレーザー光を水平走査（高速側走査）する回
転多面鏡、304は撮像素子100に照射する光を切り換える
反射鏡、305は撮像レンズである。
この第１図の構成において、撮像時では反射鏡304は
点線で示す角度に固定され、撮像レンズ305によって作
り出された光学像は撮像素子100に焦点を結ぶ。読み出
し時並びに消去時は反射鏡304は実線で示す角度に固定
され、垂直走査と水平走査されたレーザー光が撮像素子
100に照射される。
点線で示す角度に固定され、撮像レンズ305によって作
り出された光学像は撮像素子100に焦点を結ぶ。読み出
し時並びに消去時は反射鏡304は実線で示す角度に固定
され、垂直走査と水平走査されたレーザー光が撮像素子
100に照射される。
次に、撮像素子100の内部について第２図、第３図と
共に説明する。第２図は撮像素子100の断面図を示し、1
01はガラス等でできた光透過性基板、102はインジウム
・錫等でできた透明電極、103はＰ型のアモルファスシ
リコン、104はＩ型のアモルファスシリコン、105は島状
にパターン化された第１電極、106は異方性固体電解
質、107は第２電極、108は保護膜を示す。
共に説明する。第２図は撮像素子100の断面図を示し、1
01はガラス等でできた光透過性基板、102はインジウム
・錫等でできた透明電極、103はＰ型のアモルファスシ
リコン、104はＩ型のアモルファスシリコン、105は島状
にパターン化された第１電極、106は異方性固体電解
質、107は第２電極、108は保護膜を示す。
なお、撮像時の入射光並びに読み出し時のレーザー光
は透明基板101側から照射される。光半導体としては上
記の他に、Si,ZnSe、ZnTe、CdS,CdSe、CdTe,AlXGal−XA
s（０≦Ｘ≦１）,GaAs1−XPX（０≦Ｘ≦１）,AlSb、In
P,MoS2,MoSe2,WS2、WSe2,MXInS2（Ｍ＝CuまたはAg,0＜
Ｘ＜１）,MXInSe2（Ｍ＝CuまたはAg、０＜Ｘ＜１）等を
使用することができ、これらのＰ型、Ｎ型、あるいはＰ
−Ｉ、Ｎ−Ｉ、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合型のものを選択すること
ができる。
は透明基板101側から照射される。光半導体としては上
記の他に、Si,ZnSe、ZnTe、CdS,CdSe、CdTe,AlXGal−XA
s（０≦Ｘ≦１）,GaAs1−XPX（０≦Ｘ≦１）,AlSb、In
P,MoS2,MoSe2,WS2、WSe2,MXInS2（Ｍ＝CuまたはAg,0＜
Ｘ＜１）,MXInSe2（Ｍ＝CuまたはAg、０＜Ｘ＜１）等を
使用することができ、これらのＰ型、Ｎ型、あるいはＰ
−Ｉ、Ｎ−Ｉ、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合型のものを選択すること
ができる。
固体電解質の材料としてはRbCl−CuCl−CuI系やCuI−
Cu2O−MoO3系の結晶状及びガラス状銅イオン導電性固体
電解質物、または、RbI−AgI系やAgI−Ag2O−B2O3系の
結晶状及びガラス状銀イオン導電性固体電解質物を用い
ることができる。
Cu2O−MoO3系の結晶状及びガラス状銅イオン導電性固体
電解質物、または、RbI−AgI系やAgI−Ag2O−B2O3系の
結晶状及びガラス状銀イオン導電性固体電解質物を用い
ることができる。
第３図に撮像素子100の平面図を示す。第３図におい
て第２図と同一番号のものはその層を示す。109は透明
電極102の取り出し電極部、110は第２電極107の取り出
し電極部を示す。第３図は第１電極を横６列、縦６行に
島化した例である。
て第２図と同一番号のものはその層を示す。109は透明
電極102の取り出し電極部、110は第２電極107の取り出
し電極部を示す。第３図は第１電極を横６列、縦６行に
島化した例である。
次に第４図に信号処理回路200の内部と撮像素子100の
等価回路に示す。第４図において201aと201bは連動して
いる動作切換スイッチ、202はインピーダンス変換用の
増幅器、203は消去用電源である。そして第４図の113は
第２図の透明電極102と第１電極105の間にできた光半導
体102と103からなる光電池であり、この起電圧は照射光
に比例する。第４図の114は第２図の第１電極105の異方
性固体電解質106とは第２電極107からなる二次電池であ
る。第１電極が互いに独立なので、直列接続された光電
池と二次電池の組が島化された数だけあることになる。
第３図の例では６×６の36個である。
等価回路に示す。第４図において201aと201bは連動して
いる動作切換スイッチ、202はインピーダンス変換用の
増幅器、203は消去用電源である。そして第４図の113は
第２図の透明電極102と第１電極105の間にできた光半導
体102と103からなる光電池であり、この起電圧は照射光
に比例する。第４図の114は第２図の第１電極105の異方
性固体電解質106とは第２電極107からなる二次電池であ
る。第１電極が互いに独立なので、直列接続された光電
池と二次電池の組が島化された数だけあることになる。
第３図の例では６×６の36個である。
以上のように構成されたこの実施例の撮像装置におい
て、以下その動作を第５図と共に説明する。
て、以下その動作を第５図と共に説明する。
まず、第５図（ａ）は撮像時の動作原理を示す。撮像
レンズ305を通った光が光半導体103と104に照射されこ
の照射光に比例した電圧が光電池113に発生する。撮像
時は透明電極102と第２電極103は短絡されているのでこ
の発生した電圧は二次電池114を充電し、照射光のパタ
ーンを二次電池の電圧パターンに変換したことになる。
この充電電荷は固体電解質の種類によって異なるが数時
間から数百時間保持可能である。
レンズ305を通った光が光半導体103と104に照射されこ
の照射光に比例した電圧が光電池113に発生する。撮像
時は透明電極102と第２電極103は短絡されているのでこ
の発生した電圧は二次電池114を充電し、照射光のパタ
ーンを二次電池の電圧パターンに変換したことになる。
この充電電荷は固体電解質の種類によって異なるが数時
間から数百時間保持可能である。
次に、第５図（ｂ）に読み出し時の動作原理を示す。
読み出し時は第１図の反射鏡304を切り換え、一定強度
のレーザー光を照射する。このレーザー光は島化された
第１電極105のパターンにそって縦横に走査され、ある
瞬間には一つの島だけ照射している。そして透明電極10
2と第２電極103は増幅器202に接続されているので、レ
ーザー光が当たっている光電池113と二次電池114の電圧
差が増幅器202の入力となる。光電池113の電圧はレーザ
ー光が一定、つまり一定電圧なので撮像時の照射光に比
例した二次電池114の電圧を読み出せることになる。レ
ーザー光が当たらない他の素子の光電池は開放と等価な
ので影響をおよぼさない。また増幅器202の入力電流を
二次電池114のリーク電流程度にすれば、この読み出し
による二次電池114の電圧低下は無視できるので読み出
しを何回でも、または長時間行なっても良い。
読み出し時は第１図の反射鏡304を切り換え、一定強度
のレーザー光を照射する。このレーザー光は島化された
第１電極105のパターンにそって縦横に走査され、ある
瞬間には一つの島だけ照射している。そして透明電極10
2と第２電極103は増幅器202に接続されているので、レ
ーザー光が当たっている光電池113と二次電池114の電圧
差が増幅器202の入力となる。光電池113の電圧はレーザ
ー光が一定、つまり一定電圧なので撮像時の照射光に比
例した二次電池114の電圧を読み出せることになる。レ
ーザー光が当たらない他の素子の光電池は開放と等価な
ので影響をおよぼさない。また増幅器202の入力電流を
二次電池114のリーク電流程度にすれば、この読み出し
による二次電池114の電圧低下は無視できるので読み出
しを何回でも、または長時間行なっても良い。
次に、第５図（ｃ）に消去時の動作原理を示す。消去
時は撮像時と逆の電圧を外部から印可して行なう。この
場合の光半導体113は順方向バイアスのダイオードと等
価なので、二次電池114の電荷を放電することになる。
この時の外部の消去用電源203の電圧はダイオード動作
の光電池113の順方向電圧よりも高くしておく必要があ
る。
時は撮像時と逆の電圧を外部から印可して行なう。この
場合の光半導体113は順方向バイアスのダイオードと等
価なので、二次電池114の電荷を放電することになる。
この時の外部の消去用電源203の電圧はダイオード動作
の光電池113の順方向電圧よりも高くしておく必要があ
る。
以上のようにこの実施例によれば、光半導体の誘起電
圧を二次電池に充電することにより、長時間の記憶が可
能となる。これにより一度光入力があるとそれを記憶
し、何度でも読み出すことができる非周期動作に適した
撮像装置を得ることができる。
圧を二次電池に充電することにより、長時間の記憶が可
能となる。これにより一度光入力があるとそれを記憶
し、何度でも読み出すことができる非周期動作に適した
撮像装置を得ることができる。
また、第３図では６×６のマトリクスで説明したが、
マトリクス駆動していないので、この素子数に基本的に
制限は受けない。この制限はレーザーのビーム径ないし
は二次電池が細分化されることによる読み出し電流の減
少のS/N比で決まる。この範囲内で数多くの素子を集積
することが可能である。
マトリクス駆動していないので、この素子数に基本的に
制限は受けない。この制限はレーザーのビーム径ないし
は二次電池が細分化されることによる読み出し電流の減
少のS/N比で決まる。この範囲内で数多くの素子を集積
することが可能である。
第６図は本発明の第２の実施例における撮像装置に使
用する撮像素子の断面図を示すものである。第２の実施
例は第１の実施例の光電池を光導電体に変えたものであ
る。第６図において、115は光導電体であり、これ以外
は第２図と同様であるので同一番号で示す。光導電体11
5はアモルファスシリコン、Si,ZnSe、ZnTe、CdS,CdSe、
CdTe等が使用できる。
用する撮像素子の断面図を示すものである。第２の実施
例は第１の実施例の光電池を光導電体に変えたものであ
る。第６図において、115は光導電体であり、これ以外
は第２図と同様であるので同一番号で示す。光導電体11
5はアモルファスシリコン、Si,ZnSe、ZnTe、CdS,CdSe、
CdTe等が使用できる。
第７図に第６図の撮像素子の等価回路とそれに対応し
た信号処理回路を示す。第７図において、第４図と同一
機能のものは同一番号を付して説明を省略する。第７図
において116は第６図の光導電体115の抵抗で照射光に反
比例する。そして第１の実施例と同様に第１電極105が
互いに独立なので、直列接続された抵抗と二次電池の組
が島化された数だけあることになる。204は撮像時の書
き込み電源、205は消去時の電源である。
た信号処理回路を示す。第７図において、第４図と同一
機能のものは同一番号を付して説明を省略する。第７図
において116は第６図の光導電体115の抵抗で照射光に反
比例する。そして第１の実施例と同様に第１電極105が
互いに独立なので、直列接続された抵抗と二次電池の組
が島化された数だけあることになる。204は撮像時の書
き込み電源、205は消去時の電源である。
以上のように構成されたこの第２の実施例の撮像装置
において、以下その動作を第８図と共に説明する。
において、以下その動作を第８図と共に説明する。
まず、第８図（ａ）は撮像時の動作原理を示す。撮像
レンズ305を通った光が光導電体115に照射されこの照射
光に反比例した抵抗116になる。撮像時は書き込み電源2
04が接続されているのでこの抵抗116を通じて二次電池1
14を充電し、第１の実施例と同様に照射光のパターンを
二次電池の電圧パターンに変換したことになる。
レンズ305を通った光が光導電体115に照射されこの照射
光に反比例した抵抗116になる。撮像時は書き込み電源2
04が接続されているのでこの抵抗116を通じて二次電池1
14を充電し、第１の実施例と同様に照射光のパターンを
二次電池の電圧パターンに変換したことになる。
次に、第８図（ｂ）に読み出し時の動作原理を示す。
第１の実施例と同様に読み出し時は第１図の反射鏡304
を切り換え、一定強度のレーザー光を照射する。レーザ
ー光が当たっている光導電体のみ短絡状態になるので撮
像時の照射光に比例した二次電池114の電圧を読み出せ
ることになる。他は素子は開放状態なので影響をおよぼ
さない。
第１の実施例と同様に読み出し時は第１図の反射鏡304
を切り換え、一定強度のレーザー光を照射する。レーザ
ー光が当たっている光導電体のみ短絡状態になるので撮
像時の照射光に比例した二次電池114の電圧を読み出せ
ることになる。他は素子は開放状態なので影響をおよぼ
さない。
次に第８図（ｃ）に消去時の動作原理を示す。消去時
は撮像時と逆の電圧を電源205にて印加し、同時に光を
照射して光導電体116を短絡状態にして二次電池114を放
電することで行なう。この光を読み出し時のレーザー光
と兼用してもよい。この場合、部分消去が可能となる。
全体消去の場合は走査する必要がないので別な光源を用
いて一度に消去してもよい。また、消去時間を長く設定
できる場合は電源205を用いずに短絡するだけでも良
い。
は撮像時と逆の電圧を電源205にて印加し、同時に光を
照射して光導電体116を短絡状態にして二次電池114を放
電することで行なう。この光を読み出し時のレーザー光
と兼用してもよい。この場合、部分消去が可能となる。
全体消去の場合は走査する必要がないので別な光源を用
いて一度に消去してもよい。また、消去時間を長く設定
できる場合は電源205を用いずに短絡するだけでも良
い。
以上のようにこの実施例によれば、第１の実施例と同
様に二次電池に充電することにより、長時間の記憶が可
能となる。そして光導電体の方が光電池よりも光吸収波
長、感度の点で選択の幅が広い利点がある。
様に二次電池に充電することにより、長時間の記憶が可
能となる。そして光導電体の方が光電池よりも光吸収波
長、感度の点で選択の幅が広い利点がある。
なお、第１及び第２の実施例では読みだしにレーザー
光を使用したが、レーザーのようにコーヒーレントな光
は必須条件でなく一定強度の光であれば良く、通常のラ
ンプ光で可能である。
光を使用したが、レーザーのようにコーヒーレントな光
は必須条件でなく一定強度の光であれば良く、通常のラ
ンプ光で可能である。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、間欠的に発生
する現象の撮像やランダムな周期の出力にも対応できる
撮像装置を得ることができ、その実用的効果は大きい。
する現象の撮像やランダムな周期の出力にも対応できる
撮像装置を得ることができ、その実用的効果は大きい。
第１図は本発明の第１の実施例における撮像装置の構成
図、第２図は同実施例の撮像素子の断面図、第３図は同
実施例の撮像素子の平面図、第４図は同実施例の撮像素
子と信号処理回路の等価回路図、第５図（ａ）〜（ｃ）
は同実施例の動作説明図、第６図は本発明の他の実施例
における撮像装置に使用する撮像素子の断面図、第７図
は同実施例の撮像素子と信号処理回路の等価回路図、第
８図（ａ）〜（ｃ）は同実施例の動作説明図である。 100……撮像素子、101……光透過性基板、102……透明
電極、103、104……光半導体、105……第１電極、106…
…異方性固体電解質、107……第２電極、200……信号処
理回路、300……レーザー発振器、302……ガルバノメー
タ、303……回転多面鏡、305……撮像レンズ。
図、第２図は同実施例の撮像素子の断面図、第３図は同
実施例の撮像素子の平面図、第４図は同実施例の撮像素
子と信号処理回路の等価回路図、第５図（ａ）〜（ｃ）
は同実施例の動作説明図、第６図は本発明の他の実施例
における撮像装置に使用する撮像素子の断面図、第７図
は同実施例の撮像素子と信号処理回路の等価回路図、第
８図（ａ）〜（ｃ）は同実施例の動作説明図である。 100……撮像素子、101……光透過性基板、102……透明
電極、103、104……光半導体、105……第１電極、106…
…異方性固体電解質、107……第２電極、200……信号処
理回路、300……レーザー発振器、302……ガルバノメー
タ、303……回転多面鏡、305……撮像レンズ。
Claims (3)
- 【請求項１】光透過性基板、透明電極、光半導体、島化
された第１電極、異方性固体電解質、第２電極を順次積
層してなる撮像素子と、前記光半導体に光学像を撮像す
る手段と、垂直方向と水平方向に走査される光ビームを
前記光半導体に照射する手段とを備えたことを特徴とす
る撮像装置。 - 【請求項２】光透過性基板、透明電極、光導電体、島化
された第１電極、異方性固体電解質、第２電極を順次積
層してなる撮像素子と、前記光導電体に光学像を撮像す
る手段と、垂直方向と水平方向に走査される光ビームを
前記光導電体に照射する手段とを備えたことを特徴とす
る撮像装置。 - 【請求項３】請求項２記載の撮像装置に一定の強度の光
を前記光導電体に照射する手段を加えることを特徴とす
る撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63304939A JP2591120B2 (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | 撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP63304939A JP2591120B2 (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | 撮像装置 |
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| JP2591120B2 true JP2591120B2 (ja) | 1997-03-19 |
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ID=17939137
Family Applications (1)
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-
1988
- 1988-12-01 JP JP63304939A patent/JP2591120B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH02150181A (ja) | 1990-06-08 |
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