JP2922912B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2922912B2
JP2922912B2 JP1011992A JP1199289A JP2922912B2 JP 2922912 B2 JP2922912 B2 JP 2922912B2 JP 1011992 A JP1011992 A JP 1011992A JP 1199289 A JP1199289 A JP 1199289A JP 2922912 B2 JP2922912 B2 JP 2922912B2
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秋元  肇
紀雄 小池
幸男 高崎
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、撮像装置、更に詳しく言えば光導電膜を光
電変換部に用いた撮像装置に関するものである。
〔従来の技術〕
光導電膜を用いた撮像装置は光導電膜の一方の面(上
面)には透明電極から成る第1の電極が形成され、ま
た、他方の面(下面)には各画素毎に分離された電荷収
集用の第2の電極がマトリクス状に形成されている。光
導電膜の各画素に対応する部分で発生した信号電荷は、
電荷収集用の第2電極に吸収され、その電極に電気的に
つながる各電荷蓄積素子に蓄積される。そして一定期間
毎に開閉される信号電荷読み出し用のスイッチ素子とCC
Dレジスタ等を通して外部に画像信号として読み出す。
上述のような従来の撮像装置に使用されているアモル
ファスシリコン(a−Si)膜等の光導電膜は膜両面の電
極、すなわち第1電極と第2電極間に加えるターゲット
電圧によって光電変換効率、すなわち感度が変化する。
そして、その感度はターゲット電圧が低い領域では、そ
の電圧の上昇と共に感度も上昇する。そしてターゲット
電圧が一定値をこえると感度はターゲット電圧値によら
ず一定となる。
そこでターゲット電圧と感度の関係を利用する新たな
機能として、信号電荷の蓄積期間を調整する電子シャッ
ター方式(特開昭56−101783号)や光感度を電気的に制
御する電子絞り方式(特開昭55−27772号、特開昭55−1
08782号)などの方式が提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来提案されている電子シャッター方式や電子絞り方
式では、ターゲット電圧が低い領域、すなわち光導電膜
内の電界が弱い領域では、発生した電荷の一部が電荷収
集用の第2電極に至る前に光導電膜内で再結合される。
そのため光電変換効率はターゲット電圧値がさがるに連
れて下がる。
この様に光導電膜内の電界が弱い領域の特性を利用し
た電子シャッター方式や電子絞り方式ではその動作方法
に伴う問題点が発生する。すなわちこの方式では発生し
た電荷の一部が膜内を横方向に拡散して画素信号間で混
色を起こす。また発生した電荷の一部が膜と電極の界面
部にトラップされて残像や焼き付けを起こす。さらに電
子シャッターの遮断(OFF状態)の時に発生した電荷が
残像として残り、シャッター動作が正しく動かないなど
の問題が生じる。特に電子絞りを絞って感度を落したと
き、強い光が当る領域の近傍ではこの電荷の横流れによ
る像の広がり方と焼き付け量が大きくなるため、画質を
著しく劣化させる。
本発明の目的は光導電膜を用いる撮像装置において
も、この様な混色や残像、焼き付けを起こさない電子シ
ャッターや電子絞り機能を持つ撮像装置を提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため本発明では光導電膜を光電変
換部とする撮像装置において、上記光導電膜として電流
増幅作用を起こす光導電膜を用い、上記光導電膜に加え
る直流電圧を光導電膜が電流増幅作用をする範囲(電流
増幅率が1以上になる範囲)で制御する電圧印加手段を
設ける。
上記電圧印加手段としては、電子絞り動作をさせると
き、ターゲット電圧を光導電膜が電流増幅作用をする範
囲内で電圧レベルを制御する場合、ターゲット電圧を光
導電膜が電流増幅作用をする範囲内で印加する印加時間
を制御する場合、あるいは両者を組合わせた場合が有
る。
また電子シャッター動作をさせるときは、ターゲット
電圧として印加するパルス増幅電圧の内、電子シャッタ
ーを開放(ON状態)にする電圧を光導電膜が電流増幅作
用をする範囲の電圧にし、電子シャッターを遮断(OF
F)状態にする電圧を光導電膜が電流増幅作用をしない
範囲の電圧(およそ1以下の増幅率しかえられない電
圧)に設定する。
上記本発明の撮像装置される光導電膜としてはアモル
ファスセレン膜(a−Se膜)が有効であるが、これに限
定されない。
〔作用〕
本発明による撮像装置では、光導電膜が電流増幅作用
をする範囲で、印加電圧の電圧レベル、或は印加時間を
制御するので撮像装置の出力画像に混色や残像、焼き付
けなどの画質の劣化を生じること無く電子シャッター機
能や、電子絞り機能を実現できる。すなわち光導電膜内
に十分大きな電界が生じて発生した電荷の一部が膜内を
横方向に拡散したり、膜と電界の界面部にトラップされ
たりする現象はおこらない。
そのため強い光が当る領域が有っても、隣の画素の信
号電荷の流れによって像が広がったり混色を起こしたり
することを防止することができる。また電子絞りを絞っ
て感度を下げた時の残像や焼き付きによる画質の劣化を
防止することができる。さらに電子シャッターにおいて
OFF状態の時に生じる残像量を低減できるので、シャッ
ター効果を十分上げることができる。
〔実施例〕
第1図は本発明による撮像装置の一実施例の構成図で
ある。同図において、光電変換部1は第2図に示すよう
な固体撮像装置や走査電子ビームを使用する撮像管で画
像などの光情報を電気信号に変換する。光電変換部1の
基本的構成は光導電膜2を除き従来知られているものと
同じである。第2図は固体撮像装置の主要部の構成を示
すもので、同一の半導体基板8上には各画素に対応し
て、電荷蓄積素子9、上記電荷蓄積素子9の信号電荷を
読み出すスイッチ素子10、読み出された信号電荷を出力
信号として取り出すレジスタ11が配置されている。上記
電荷蓄積素子9やスイッチ素子10上には絶縁層15を介し
て各画素ごとの電荷収集用の第2電極13が形成されてい
る。第2電極は電気的に電荷蓄積素子9に接続されてい
る。複数の第2電極上には光導電膜であるアモルファス
セレン膜(a−Se膜)が形成されその上面にターゲット
電圧を加える透明の第1電極が形成されている。
第3図はアモルファスセレン膜(a−Se膜)の光電変
換特性図で、横軸は電界(膜厚は一定と考えられるから
電圧と考えて良い)を、縦軸は感度(電流増幅度)を表
わす。同図に示すごとく印加電圧が低い領域aでは電圧
の上昇と共に感度も上昇するが感度は低い。領域bでは
電圧にかかわらず感度はほぼ一定となる。さらに印加電
圧が高い領域cでは、電圧の上昇と共に感度も上昇す
る。本発明では、この領域cを利用して電子シャッター
機能、及び電子絞り機能を実現する。
第1図に戻り、ターゲット電源回路4は、指定された
絞り値に合わせa−Se膜の上面に形成された第1電極に
ターゲット電圧を加えるための回路で、第3図の領域c
内の直流電圧を電極14に供給する回路である。供給され
た領域c内のターゲット電圧の下で得られた固体撮像装
置1の出力信号は増幅器で増幅された後、信号処理回路
7でテレビ信号に変換して出力される。
絞り値の設定方法としては、マニュアル設定と自動絞
りの2種類がある。第1図のスイッチ5はこの2種類の
設定方法を切り替えるためのもので、6′はマニュアル
設定の回路である。一方自動絞り回路6は、出力された
映像信号のピーク値や画面全体あるいはその一部の信号
の積分値変換言すれば、上記蓄積電荷量に応じて最適な
絞り量を求めるための回路である。ところで第3図の領
域aではターゲット電圧が低いため、光導電膜内の電界
が弱く光導電膜が正常に働かない。そのため従来の光導
電膜の場合と同様に、発生した電荷の一部が膜内を横方
向に拡散して混色を起こしたり、発生した電荷の一部が
膜と電極の界面部にトラップされて残像や焼き付きをお
こす。これに対し第3図の領域bとcでは、電荷蓄積素
子に電気的につながる電荷収集用の第2電極まで、膜内
で発生した全ての電荷を運ぶのに十分な強い電界が膜内
に発生する。そのためこの領域では上記のような横流れ
や残像、焼き付きは起こさない。
本実施例による電子絞り方式では、ターゲット電圧を
常に第3図の領域cの範囲に設定している。そのため電
子絞りを絞っても、従来の電子絞り方式における様な横
流れや残像、焼付きは起きず、常に良好な画像を得るこ
とができる。
第4図は本発明による撮像装置の他の実施例の構成図
で、とくに電子シャッター機能をもつ実施例を示すブロ
ック図である。固体撮像装置の透明電極14にはターゲッ
ト電源回路4′によって、第5図に示すようにテレビ信
号の垂直同期信号に同期したパルス電圧を印加する。た
だしシャッターONに相当する状態を与えるパルス電圧の
ピーク電圧Vhは、第3図の領域c内で高い電流増幅率が
得られるターゲット電圧値に設定する。またシャッター
OFFに相当する状態を与えるパルス電圧の最小電圧V1
は、第3図の領域a、b内の任意のターゲット電圧値に
設定する(ただし低い電圧に設定するのが望ましい)。
シャッター時間はパルス電圧のピーク電圧Vhをあたえる
時間で決まるが、シャッター時間を変えると信号電荷の
蓄積時間が変化し、固体撮像素子の出力信号レベルが変
化する。第4図の自動絞り回路6は、このシャッター時
間変化による信号レベル変化を吸収するため、第1図の
電子絞りを併用した物である。固体撮像装置1の出力信
号は、第1図の回路同様に信号処理回路7でテレビ信号
に変換して出力する。
本実施例では、シャッターOFFに相当する状態を与え
る電圧V1を第3図の領域a、b内に設定する。そのため
この間には従来の方式同様に横流れや残像、焼き付けが
起きる。又特に領域bでは横流れや、残像は生じない
が、この間にほぼ1倍の信号電荷が発生して出力信号に
混入する。
しかしそのレベルは高々入射光によって発生した電荷
による物である(電流増幅率は高々1倍)。そのため例
えばシャッターをON状態にする電圧Vhを電流増幅率が30
に成る様に選べば、発生する横流れや残像、焼き付けの
レベルは従来同様であっても信号レベルが30倍に大きく
なっているため、横流れや残像、焼き付け量を信号レベ
ルに対して相対的に約1/30に低減できる。
なお以上光導電膜としてa−Se膜を使用する場合につ
いてのみ述べた。しかしターゲット電圧を調整すること
によってほぼ1倍以上の電流増幅率が得られる任意の光
導電膜を使用できることは明らかである。
また、撮像装置の構造としては光導電膜およびその電
圧印加部を除き従来知られているインターライン転送CC
D固体撮像装置、他の形のCCD固体撮像装置、MOS固体撮
像装置あるいは電子走査ビームを用いる撮像管等を用い
ることができる。また電子シャッターとしてはテレビカ
メラの場合についてのみ述べたが、電子カメラ等にも用
いることができることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明による撮像装置では、光導電
膜内常に十分大きな電界を発生させて光導電膜を正常に
動作させる状態で電子絞り機能と電子シャッター機能を
実現できる。
そのため強い光が当る領域が有っても、隣の画素の信
号電荷の横流れによって像が広がったり、混色を防止す
ることができる。また、電子絞りを絞って感度を下げた
ときの残像や焼き付きによる画質の劣化を防止すること
ができる。さらに電子シャッターにおいてもOFF状態の
時に生じる残像量を低減できるので、シャッター効果を
十分上げることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第4図は本発明による撮像装置の実施例の構
成図、第2図は本発明の実施例に用いる固体撮像素子の
基本的構成図、第3図は本発明に用いる光導電膜の光電
変換特性図、第5図は本発明の一実施例に用いる信号波
形図である。 1……固体撮像装置、2、12……光導電膜 3……増幅器、4……ターゲット電源回路 5……スイッチ、6……自動絞り回路 7……信号処理回路、8……基板 9……電荷蓄積素子、10……スイッチ素子 11……垂直CCDレジスタ 13……電荷収集用の第2電極 14……自透明電極から成る第1電極
フロントページの続き (72)発明者 小池 紀雄 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 高崎 幸男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 江藤 良純 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−32177(JP,A) 特開 昭63−299580(JP,A) 特開 昭55−107383(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/335

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光導電膜を光電変換部とする撮像装置にお
    いて、上記光導電膜が、膜の両面間に加える電圧の増加
    にしたがって電流増幅率が増加する第1領域と上記第1
    領域に続きの電流増幅率がほぼ一定の第2領域と上記第
    2領域に続き電流増幅率が増加する第3領域とを持つ光
    導電膜で構成され、上記光導電膜の一方の面に形成され
    た電極に加える直流電圧を上記第3領域の電圧範囲で可
    変する電圧印加手段を有することを特徴とする撮像装
    置。
  2. 【請求項2】同一基板の主平面に、光情報に応じた信号
    電圧を蓄積する電荷蓄積素子と上記電荷蓄積素子の信号
    電荷を読みだすスイッチ素子を配列して構成し、上記電
    荷蓄積素子上の一部を除いて絶縁体層を設置し、上記絶
    縁体層の上に上記電荷蓄積素子と電気的に結合した第2
    電極を形成し、上記第2電極上に印加電圧の増加にした
    がって電流増幅率が増加する第1領域と上記第1領域に
    続きの電流増幅率がほぼ一定の第2領域と上記第2領域
    に続き電流増幅率が増加する第3領域とを持つ光導電膜
    を形成し、さらに上記光導電膜上に第1電極を形成して
    成り、上記第1電極に上記光導電膜を上記第3領域とな
    る直流電圧を上記直流電圧のレベル又は時間の少なくと
    も一方を可変して印加する電圧印加手段を有することを
    特徴とする撮像装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載において、上記電圧印
    加手段が直流電圧のレベル又は時間の少なくとも一方を
    可変して上記光導電膜で発生する信号電荷量に応じた電
    圧を上記第1電極に印加する手段を有することを特徴と
    する撮像装置。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3記載において、上記光
    導電膜がアモルファスセレンで構成されたことを特徴と
    する撮像装置。
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JP4511442B2 (ja) * 2005-09-30 2010-07-28 富士フイルム株式会社 感度可変型撮像素子及びこれを搭載した撮像装置
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