JPH02194779A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ＣＯＤ
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−８ｉ）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
一方式（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５５−１０８７８２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一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償
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
電子シャッタ一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（ＯＦ　Ｆ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き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。

（１１１１ＩＰｌ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振幅電圧の内、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−８ｅｌｌｌ）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、戒は印加時間を制
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。

〔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回
りである。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−８ｅ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−３θ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、領域すでは
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−５ｓ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
袋！１の出力信号は、信号処理回路１２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
積分値等換言すれば、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０．そのため従来の光導
電膜の場合同様に１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図の領域すと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ｖｂ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１２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。５Ａ特に領域すでは横流れや、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、焼き付は量を信号レベル
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−５ｅ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ＣＯＤ固体撮像装置、ＭＯ８
Ｏ８固体製像装置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珂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電極代理人弁理士　
　中　村　純之助 第３ 図 第２ 図 １−・−一固体ｉ謬ｉイＩｌ（國１ｊ１［第５ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、膜の両面間に一定以上の電圧を加えると
   電流増幅作用を起こす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
   記電流増幅作用を起こす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、同一基板の主表面に、光情報に応じた信号電荷を蓄
   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
   み出し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電極上に電流増幅作用を有する光導電膜
   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の電流増幅率がおよ
   そ１倍以上に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、請求項第１又は第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
   の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、請求項第１、第２又は第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。