JPH02257777A - 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〕 この発明は、撮像装置、特に固体撮像素子を利用した撮
像装置に関する。

〔従来の技術〕

携帯用ビデオカメラや電子式スチールカメラ又は画像入
力装置の撮像素子に使用されている固体撮像素子は従来
の撮像管に比べて小さく、軽いため、これを利用した機
器の小型軽量化が可能であるので、漸次その応用範囲が
拡大している。

このような固体↑造像素子の一つとして、電荷結合デバ
イス（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ；
　　以下ＣＣＤと略称する）の光電変換機能と信号電荷
蓄積及び信号電荷伝送機能を利用したＣＣＤ型固体撮像
素子が広く使用さているが、その概略的な構成を第１図
に示した。

この撮像素子（１）は、いわゆるインクライン（１ｎｌ
ｔｅｒｌｉｎｅ）方式のＣＣＤ型固体撮像素子であるが
、基板（１）上に半導体集積技術でそれぞれ形成された
、入射光（２）を信号電荷に変換させる光電変換素子（
１１）と、この信号電荷を垂直伝送部（１３）に伝送さ
せる伝送ゲー１−（１，２）と、図示されていない水平
伝送部に信号電荷を伝送させる垂直伝送部（１３）を備
えている。

一方、入射光（２）が桁外れに大きい場合、光電変化素
子（１１）から蓄積された信号電荷が隣接チャネル垂直
伝送部（１３）に流れ、溢れ出て発生する、いわゆるブ
ルーミング（ｂｌｏｏｍｉｎｇ）現象を防止するために
、各チャネル間にはオーバーフロートドレイン（１４）
が形成されており、基板（１０）は深いウェル領域（１
０ｂ）と浅いウェル領域（１０ａ）から形成されている
が、浅いウェル領域（１０ａ）はチャネルスト−パーの
役割をするようになり、スミアリング（ｓｍｅａｒｉｎ
ｇ）現象を防止するようになる。未説明符号（１５）は
伝送電極、また符号（１６）はドレイン電極である。

ここで、光電変換素子（１１）と、浅いウェル領域（１
０ａ）及びその下部の基板（１０）は一種のＭＯ３Ｉ−
ランジスタを形成するようになるが、入射光が桁外れに
強い場合には、パンチトルー　（ｐｕｎｃｈ−ｔｈｒｏ
ｕｇｈ）現象を発生させる過度な電流をバイパスさせる
ことにより、ブルーミング現象を抑制する役割をするよ
うになる。ところが、このような従来の技術の撮像素子
では基板（１０）に印加される基板電圧（ｖｂ）が特定
の電圧で固定されているため、広い範囲の入射光に対し
てブルーミングを抑制するのが不可能となる問題があっ
た。

このため、従来の方法では別な絞る器具を利用して調節
された光量の入射光を撮像素子に供給する方式が主に使
用されたが、上に述べた撮像素子（１）を利用した従来
の撮像装置、特にビデオカメラの一例を第２図に示す。

このカメラは、入射光（２）をフォーカシング及び分光
させるレンズ、及びプリズム又は鏡、フィルター等から
構成される光学系（３）と、この光学系（３）によって
制御された光を受光してこれを電子的な出力信号に変換
し、図示されていない撮像回路に印加させる撮像素子−
例えば、第１図に図示されたのと同じＣＣＤ型固体撮像
素子（１）−と、図示されていないが、この撮像素子（
１）を所定の周期で駆動させるための駆動パルス発生回
路とを備えて構成される。

ここで、ＣＣＤ等の固体撮像素子は入射光の光量に敏怒
であるので、光量が不足している場合には、感度、即ち
結局のところ解像度が不充分であり、光量が過多な場合
には、前述のブルーミング（ｂｌｏｏｍｉｎｇ）現象等
が発生し、画質を劣化させるようになるので、撮像素子
に入射する入射光の光量を適切に調節する必要があるこ
とは、前述の通りである。

従って、従来の撮像装置は第２図に示したように撮像素
子（１）から印加される出力信号の一部を信号レベル検
出器（４）が受は取り、そのレベルを検出し、絞り調節
（ａｕｔｏｉｒｉｓ）回路（６）はこの出力信号の平均
レベルが常に一定になるようにモータ又はソレノイド等
から成る絞り駆動部（７）を制御し、この絞り駆動部（
７）が絞り器具（８）を駆動させることにより撮像素子
（１）に入射される入射光の光量を調節するように構成
された。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の撮像装置の光量調節手段は、機械式の
絞り調節器具を使用するように構成されたので、その構
成が複雑であり、製造コストが高く、小型軽量化が難し
い問題点があった。また、被写体が速い速度で移動する
場合に、その応答速度が遅い問題点があるが、特にその
被写体の光度が非常に高いか、低い場合には、その識別
が殆ど不可能であった。

また、この機械式の光量調節手段はその消費電力が大き
いので、通常電池を電源とする携帯用ビデオカメラや電
子式スチールカメラの動作可能時間を制限させる一つの
原因となった。

このような従来の撮像装置の問題点に鑑み、この発明の
目的は構造が大変簡単で、応答速度が早く、消費電力が
大変小さい光量調節手段を備えた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］ 上記の課題は、この発明により、入射光を光学的に制御
する光学系と、この光学系を通じて入射された光を信号
電荷に変換させて出力する撮像素子と、この撮像素子の
出力信号のレベルを検出する信号レベル検出回路を備え
た撮像装置であって、上記信号レベル検出回路から検出
された撮像素子の出力信号のレベルに応じてこれに対応
する基板電圧を上記撮像素子に供給する電圧変換制御回
路が更に備えて構成される損保装置によって解決されて
いる。

〔実施例〕

以下、この発明により構成された撮像装置の好まし一実
施例を示す添付図を参照して、この発明の詳細な説明す
る。

第３図に示したこの発明によって構成された撮像装置は
、例えばビデオカメラであって、入射光（２）を撮像素
子（１）に対してフォーカシングし、必要によりフィル
タリング及び分光させる光学系（３）と、この光学系（
３）により制御された光を受けて信号電荷に変化させ、
この出力信号を図示していない撮像回路に印加させる撮
像素子（１）と、↑石像素子（１）の出力信号の一部の
印加を受けてこのレベルを検出して、これに該当する電
圧を出力する信号レベル検出回路（４）と、この信号レ
ベル検出回路（４）から供給された電圧レベルに応じて
、これに対応する電圧を出力して撮像素子（１）の基板
（１０）に印加される基板電圧（ｖｂ）を制御する電圧
変換制御回路（５）を備えて構成される。

ここで、光学系（３）はフォーカシング用のレンズ群と
分光用のプリズム又は鏡やフィルタリング用のフィルタ
ー等を適切に結合させて構成するのが好ましい。

撮像素子（１）は固体撮像素子であって、例えば第１図
を参照して説明したような、通常のＣＣＤ型固体撮像素
子であるのが好ましく、図示されているものはインター
ライン（ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ）型やフレーム型等どんな
形式のものであっても、この発明の構成には差し支えな
い。

第３図に図示されていないが、この撮像素子（１）に配
列された伝送電極（１５）とドレイン電極（１６）に伝
送パルスとドレインパルス等を印加させる駆動パルス発
生回路及びその周辺回路が備えられるのが好ましい。

信号レベル検出回路（４）は、撮像素子（１）の出力信
号の一部の印加を受けて、これを増幅及び必要により変
換させ、そのレベルに対応する直流電圧を出力させる形
式のものであり、電圧変換制御回路（５）はこの信号レ
ベル検出信号（４）の出力電圧に応じて撮像素子（１）
の基板（１０）に適切な基板電圧（ｖｂ）を供給するも
のであって、例えば増幅器等のような回路である。

このような構成を有するこの発明によって形成された撮
像装置の動作を詳細に説明する。

先ず、第３図において、 入射光（２）は、光学系（２）によって制御され、撮像
素子（１）に入射し、撮像素子（１）から信号電荷に変
換され図示していない撮像回路と信号レベル検出回路（
４）に出力される。信号レベル検出回路（４）は撮像素
子（１）の出力信号を適切に増幅及び／又は必要により
変換させて、そのレベルに対応する直流電圧を電圧変換
制御ａ回路（５）に印加させる。電圧変換制御回路（５
）は信号レベル検出回路（４）から印加された入力電圧
に応じて、これに対応する電圧を撮像素子（１）の基板
に基板電圧（ｖｂ）で供給するようになる。

これを第１図を参照して更に詳しく説明すれば、光電変
換素子（１１）は浅いウェル領域（１０ａ）と、その下
部の基板（１０）はＭＯＳ）ランジスタとして機能する
が、基板電圧（ｖｂ）は浅いウェル領域（１０ａ）と基
板（１０）間にバイアスされたバイアス電圧の役割をす
るようになる。

従って、撮像素子（１）の信号電荷出力レベルに応じて
この基板電圧（ｖｂ）を変化させるということは、上に
述べたＭＯＳ）ランジスタからパンチトルー（ｐｕｎｃ
ｈ−ｔｈｒｏｕｇｈ）現象が発生する臨界レベル（ｔｈ
ｒｅｓｈｏｌｄ　１ｅｖｅｌ）を変化させるようになる
のである。

例えば、撮像素子（１）に入力される入射光量が多い場
合には、その出力レベル及び信号レベル検出回路（４）
の出力レベルが高いレベルになるであろうし、これによ
って電圧変換制御回路（５）は高いレベルの基板電圧（
ｖｂ）を供給することにより、上に述べたＭＯＳ）ラン
ジスタにパンチトルーが発生する臨界レベルを低くする
ようにする。これに従って、パンチトルー電流が増加し
て光電変換素子（１１）から伝送ゲート（１２）を通じ
て伝送される信号電荷の量が減少する。

反対に、入射した光量が少ない場合には、上に述べた作
動と逆に作動することにより、パンチトルー電流が減少
し、伝送される信号電荷の量が増加する。

このような作動によって伝送される信号電荷は、常に一
定レベルを維持するようになり、これに従って別途の光
量調節手段が不必要になる。

このように、この発明により構成された撮像装置は、別
途の機械的絞り調節器具を使用しないので、その構造が
簡単で製作が容易であり、小型軽量化が可能で、応答速
度が速いので、認識度も優れており、消費電力も従来の
ものに比べて無視することができる程の小さい種々の利
点があるので、特に携帯用ビデオ装置として適切な撮像
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、撮像素子、特にインターライン型ＣＣＤ撮像素
子の構成を示す概略横断面図。 第２図、従来の撮像装置の構成を示すブロック図。 第３図、この発明による撮像装置の構成を示すブロック
図。 図中参照符号： １・・・撮像素子、 ２・・・入射光、 ３・・・光学系、 ４・・・信号レベル検出回路、 ５・・・電圧変換制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光を光学的に制御する光学系と、この光学系を
   通じて入射された光を信号電荷に変化させ、出力する撮
   像素子と、この撮像素子の出力信号のレベルを検出する
   信号レベル検出回路を備える撮像装置において、 上記信号レベル検出回路で検出された撮像素子の出力信
   号のレベルに応じて、これに対応する基板電圧を上記撮
   像素子に供給する電圧変換制御回路が更に備えて構成さ
   れることを特徴とする撮像装置。