JP2799072B2

JP2799072B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2799072B2
Application number: JP2319443A
Authority: JP
Inventors: 勝文大橋; 雄一郎伊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH04189081A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕光を受光して撮像信号を得る撮像装置に関し、強力な光が入射しても飽和せず、撮像温度範囲を広く
することを目的とし、光電変換用の受光部と、該受光部での光電変換により
発生した電荷を蓄積する蓄積部と、該蓄積部に蓄積され
た電荷を読み出すために移送される移送ゲートとを有す
る画素が並設された撮像素子を有する撮像装置におい
て、前記電荷が前記蓄積部に蓄積される単位時間内で蓄
積開始より所定時間後に、該蓄積された電荷をリセット
するリセットゲートを前記画素に設ける構成とし、ま
た、前記移送ゲート及び前記リセットゲートの開閉を制
御すると共に、該リセットゲートが動作された前記画素
からの出力信号を所定倍にして出力させる制御手段を有
する構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、赤外線を受光して撮像信号を得る赤外線撮
像装置に関する。

近年、赤外線撮像装置は、電子ビームによる制限がな
く、赤外線領域の不可視光線用の撮像デバイスとして広
用範囲が広いことから研究が盛んに行われている。この
赤外線撮像装置は、高性能化に伴い、撮像可能な温度範
囲を拡大することが要求されている。

〔従来の技術〕

第６図に、従来の赤外線撮像装置の動作を説明するた
めの図を示す。第６図（Ａ）は、例えばIRCCD（赤外線
電荷結合素子）等の赤外線撮像装置であり、蓄積部50に
赤外光が入射されると、電荷が蓄積される。そして、赤
外光の入射が終了すると、移送ゲート51を開放して電荷
を移送し、出力電圧を撮像信号として出力するものであ
る。この場合、出力電圧は入射赤外光に対して比例して
出力される。

ところで、強い赤外光が入射すると、実際の撮像視野
は第６図（Ｂ）に示すような強度の差A,Bとして認識さ
れるが、蓄積部50に発生する電荷量が該蓄積部の許容電
荷量を上回り、当該レベルで飽和する。このため、撮像
画面上では、第６図（Ｃ）に示すような濃淡のない状態
として認識される。この傾向は感光波長が３〜５μｍ帯
で特に強く現われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述のように強い赤外光で飽和状態が生じる
と、どのような強度パターンの赤外光が入射しているか
の情報が失われることとなり、ひいては撮像可能な温度
範囲を狭くしているという問題があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、強
力な光が入射しても飽和せず、撮像温度範囲の広い撮像
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〕

第１図に、本発明の原理図を示す。第１図（Ａ）は一
画素の構成概念図を示したものである。第１図（Ａ）の
画素１において、２は受光部であり、光を光電変換す
る。３は蓄積部であり、光電変換により発生した電荷を
蓄積する。４は移送ゲートであり、蓄積部３に蓄積され
た電荷を読み出すために移送させる。そして、５はリセ
ットゲートであり、電荷が蓄積部３に蓄積される単位時
間内で蓄積開始より所定時間後に、該蓄積された電荷を
リセットさせる。

このような画素１が複数個並設されて赤外線撮像素子
が構成され、前記移送ゲート４及びリセットゲート５の
開閉等の制御を制御手段（図示せず）により行う。

〔作用〕

第１図（Ａ）に示すように、リセットゲート５を設け
て光の受光により蓄積部３に蓄積された電荷を所定時間
後に一旦クリアにする。すなわち、第１図（Ｂ）に示す
ように、時間t₀より電荷の蓄積が開始され、蓄積許容電
荷量の時間t₂までに（単位時間）当該画素が飽和しない
程度の光の照射であれば、リセットゲート５を開放せず
に電荷の蓄積を行う（第１図（Ｂ））。そして時間t₂
で移送ゲート４を開放して撮像信号を出力する。

一方、強い光で単位時間内（t₀からt₂）に蓄積許容電
荷量を越える場合には、時間t₁（t₀＜t₁＜t₂）でリセッ
トゲート５を開放して電源Ｖに電荷を送りリセットす
る。そして、新たに電荷の蓄積を行い、時間t₂において
移送ゲート４を開放し、所定倍にして撮像信号を出力す
るものである（第１図（Ｂ））。すなわち、複数の画
素が並設された撮像素子の各画素の蓄積時間を変化させ
るものである。これにより、強い光が入射すると、実際
の撮像視野は第１図（Ｃ）に示すような強度の差A,B
が、撮像画面上でも第１図（Ｄ）に示すような濃淡A,B
として現われる。

従って、強い光が入射しても当該画素の出力信号（撮
像信号）レベルが飽和しないことから、撮像温度範囲を
広くすることが可能となる。

〔実施例〕

第２図に、本発明の一実施例の構成図を示す。第２図
において、赤外線撮像素子10は、複数の画素Ａ〜Ｉがマ
トリクス状に並設されている。一つの画素（例えばＡ）
は、第３図に示すように、受光部2,蓄積部3,移送ゲート
4,水平リセットゲート5a,垂直リセットゲート5b,入力ゲ
ート６及び読出しゲート７より構成される。

そこで、第２図に戻って説明するに、各画素Ａ〜Ｉの
水平リセットゲート5aは、垂直に配設された一群ごとに
トランジスタTr1〜Tr3を介して電源Ｖに接続され、トラ
ンジスタTr1〜Tr3を水平方向のα_１，β_１，γ_１の単位
で水平デコーダ11がリセット信号RG₁により駆動する。
また、垂直リセットゲート5bは、水平に配設された一群
ごとに垂直方向のα_２，β_２，γ_２の単位で垂直デコー
ダ12がリセット信号RG₂によりゲート開閉を行う。入力
ゲート６にはバイアス（IG）が加えられ、蓄積部３には
蓄積を行うためのバイアス（SG）が加えられる。また、
移送ゲート４は、水平に配設された一群ごとに垂直方向
のI,II,IIIの単位でシフトレジスタ13が移送信号TGによ
り走査する。そして、読出しゲート７は、垂直に配設さ
れた一群ごとに読出し用CCD14が読出しを行う。

一方、制御手段20は、デコーダ制御回路21,信号判別
回路22及び演算回路23により構成される。デコーダ制御
回路21は、水平デコーダ11及び垂直デコーダ12を制御す
る。信号判別回路22は読出し用CCD14からの信号のレベ
ルを判断して、デコーダ制御回路21の次のリセットタイ
ミング時間の基礎とすると共に、演算回路23で該読出し
信号を所定倍にシフトさせて撮像信号を出力させるもの
である。

次に、上記赤外線撮像装置の動作について説明する。
ここで、第４図に、一画素の動作を説明するための図を
示す。第４図において、受光部２は赤外光によりフォト
ダイオード2aが導通状態となり、入力ゲート６へのバイ
アス（IC）及び蓄積部３へのバイアス（SG）により負の
電荷が該蓄積部３に蓄積される。この蓄積された電荷
は、移送ゲート４への移送信号TGで読出し用CCD14に電
荷が移送（出力）される。この場合、水平リセットゲー
ト5a及び垂直リセットゲート5bにリセット信号RG₁及びR
G₂が印加されると、該蓄積部３に蓄積された負の電荷が
電源Ｖに流れ、当該蓄積部３内の電荷は零となりリセッ
ト状態になる。

そこで、第２図において画素E,Hが飽和レベルを越え
る強度の赤外光を受光した場合を、第５図の動作説明図
に基づいて説明する。まず、赤外光に対して総ての画素
Ａ〜Ｉが単位時間（蓄積時間）受光を行い（第１図
（Ｂ）参照）、読出し用CCD14を介して信号判別回路2
2が、各画素の何れかが飽和レベルに達しているか否か
を判断する。画素Ｅ及びＨが飽和レベル以上の場合には
（第５図（Ａ））、該信号判別回路22によりデコーダ制
御回路21にリセットタイミング時間を、例えば1/2に設
定する。なお、総ての画素Ａ〜Ｉが飽和レベル以下であ
れば、リセットの設定は行わない。

次に、デコーダ制御回路21は、上記設定に即して、画
素E,Hを、蓄積時間（単位時間）の半分の時間で水平及
び垂直デコーダ11,12よりリセット信号RG₁（β_１）及び
RG₂（β_２，γ_２）を出力させてリセットゲート5a,5bを
開放してリセット状態とする（第５図（Ｂ））。そし
て、該画素E,Hは単位時間の残りの半分の時間で電荷の
蓄積を行う（第５図（Ｃ））。すなわち、蓄積時間が半
分となることから、飽和をさせない状態で処理するもの
である。

そこで、単位時間経過後に移送ゲート４が開放されて
読出し用CCD14を介して出力信号が信号判別回路22に入
力されると、再度飽和レベル以上か否かを判別すると共
に、演算回路23に出力信号を送る。演算回路23では画素
E,Hの出力信号を２倍にシフトして撮像信号を出力する
ものである（第５図（Ｄ））。これにより、画素ＥとＨ
では撮像画面上で強度の差が現われることとなる。

なお、上記実施例では、電荷のリセットを一回行わせ
た場合を示したが、残りの蓄積時間で再び飽和レベルを
越える場合には、さらに残りの蓄積時間の半分でリセッ
トを行わせることとすればよい。そして、これらの繰返
しにより順次リセット時間をさらに残りの蓄積時間の半
分づつに縮めることも可能である。

また、上記実施例は、便宜上単位時間の半分のタイミ
ングでリセットを行うこととしたものであるが、本発明
は半分に限られるものではなく、電荷の蓄積を行う単位
時間内で１回以上のリセットを行わせることを要部とし
たものである。

これにより、強い赤外光が入射しても飽和が起こりに
くく、目標からの情報が失われる確率が減少すると共
に、入射光量が少ない場合には演算回路23で信号を積算
し、出力増幅を行うことから高感度となり、入射光量が
多い場合には感度を低くしてダイナミックレンジの広い
画像を得ることができる。すなわち、撮像温度範囲を広
くすることができるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、電荷蓄積の単位時間内
で所定時間後に蓄積された電荷をリセットすることによ
り、強力な光であっても飽和状態になることがなく、撮
像温度範囲を広くすることができ、高性能化を図ること
ができる。また、入射光量が少ない場合、制御手段によ
り画像からの出力信号を所定回数積算にすることによ
り、入射光量の多い部分があっても感度を高くすること
ができる。また、入射光量が少ない場合は、感度が高
く、多過ぎる場合は感度を低くできるのでダイナミック
レンジの広い画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の一実施例の構成図、第３図は第２図における一画素の平面構成図、第４図は一画素の動作を説明するための図、第５図は第２図の動作を説明するための図、第６図は従来の赤外線撮像装置の動作を説明するための
図である。図において、１は画素、２は受光部、３は蓄積部、４は移送ゲート、
５はリセットゲート、６は入力ゲート、７は読出しゲー
ト、20は制御手段を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換用の受光部（２）と、該受光部
（２）での光電変換により発生した電荷を蓄積する蓄積
部（３）と、該蓄積部（３）に蓄積された電荷を読み出
すために移送させる移送ゲート（４）とを有する画素
（１）が並設された撮像素子を有する撮像装置におい
て、前記電荷が前記蓄積部（３）に蓄積される単位時間内で
蓄積開始より所定時間後に、該蓄積された電荷をリセッ
トするリセットゲート（５）を前記画素（１）に設ける
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記移送ゲート（４）及び前記リセットゲ
ート（５）の開閉を制御すると共に、該リセットゲート
（５）が動作された前記画素（１）からの出力信号を所
定倍にして出力させる制御手段（20）を有することを特
徴とする請求項（１）記載の撮像装置。