JPH0748826B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0748826B2
JPH0748826B2 JP63305280A JP30528088A JPH0748826B2 JP H0748826 B2 JPH0748826 B2 JP H0748826B2 JP 63305280 A JP63305280 A JP 63305280A JP 30528088 A JP30528088 A JP 30528088A JP H0748826 B2 JPH0748826 B2 JP H0748826B2
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    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は固体撮像装置に関し、特に電荷上澄み転送方
式の固体撮像装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第７図は従来の赤外線撮像素子の斜視図、第８図は第７
図の模式図、第９図は従来の赤外線撮像装置の構成図で
ある。これらの図において、１は例えば128×128個の画
素から成る２次元アレイ型のフォトダイオード、２はシ
リコンCCD、３はインジウム・バンプ、４は赤外線、５
は出力回路、６は赤外線撮像素子、７はスキャンコンバ
ータ、８はモニターTV、９はタイミングジェネレータで
ある。
次に動作について説明する。
フォトダイオード１とシリコンCCD2はインジウム・バン
プ３により電気的に接続されている。フォトダイオード
１により検出された赤外線４は、シリコンCCD2により一
定時間蓄積された後、時系列信号に変換され、出力回路
５より出力される。その後、スキャン・コンバータ７を
通して映像信号に変換され、TVモニター８に写しださ
れ、赤外画像が得られる。
上記のような赤外線撮像素子を構成するフォトダイオー
ド１の材料としてCd0.2Hg0.8Teを用いれば、10μｍ帯の
赤外線の撮像ができることが公知である。10μｍ帯の赤
外線の撮像で最も問題となることは、背景輻射のフォト
ン数が信号源の輻射するフォトン数に比べ極めて多いこ
とである。このため信号のコントラストが小さく、ま
た、シリコンCCD2の蓄積時間を長くすることができない
という問題点があった。そこで、この問題点を解消する
ために、例えば、アイ・イー・イー・イー トランザク
ションズ エレクトロン デバイシィズED−29巻、３
頁、1982年（IEEE Trans.Electron,vol.ED−29,p3,198
2）に示されたような「電荷上澄み転送」方式が用いら
れていた。即ち、第10図（ａ）〜（ｃ）はこのような従
来の電荷上澄み転送型の赤外線撮像素子の入力回路を示
す図、また、第６図は従来の電荷上澄み転送型の赤外線
撮像素子の模式図、第５図は電荷上澄み転送による電荷
量の変化を示す図であり、これらの図において、10は入
力ゲート電極、11は蓄積電極、12はスキミング電極、13
はCCD電極、14はオーバーフロー・ドレイン、15はオー
バーフロー・電極、16は背景輻射による電荷であり、17
は信号源の輻射による電荷、18はスキミング・レベル、
19はスキミング電圧入力端子である。
次に電荷上澄み転送方法を次の〜の手順に従って説
明する。
まず、第10図（ａ）に示すように赤外線４はフォト
ダイオード１により光電流に変換され、入力ゲート電極
10を介して蓄積電極11の下に入力され蓄積される。
そして蓄積終了後、第10図（ｂ）に示すように、ス
キミング電極12にパルス信号を加え、ポテンシャル井戸
の高さを変化させ、蓄積電荷の一部をCCD電極13下へ移
送する。移送する電荷量はスキミング電極12に加えるパ
ルス信号（以下、スキミング電圧と称す）により制御す
る。
その後、第10図（ｃ）に示すように、蓄積電極11の
下に残留した電荷を、オーバーフロー電極15を介してオ
ーバーフロー・ドレイン14へ排出する。
以上のようにして電荷上澄み転送を行うことにより、第
５図に示すように背景輻射による直流成分が除去され、
コントラストが強調されるとともにCCD電極13下へ移送
される電荷量が低減される。なお、CCD電極13下へ移送
された電荷は、電極上澄み転送方式でない場合と全く同
様にCCD2により順次転送され、出力回路５を通して外部
回路へ出力される。
ところで、上記のような従来の電荷上澄み転送方式の赤
外線撮像素子では、第６図に示すようにスキミング電圧
を各画素共通にしなければならなかった。また、各画素
独立にスキミング電圧を加える場合には、たとえば128
×128画素分の配線を外部にとり出さねばならず、物理
的に不可能であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上のように従来の固体撮像装置では、スキミング電圧
が全画素共通であるため、第４図（ａ）に示すようにフ
ォトダイオードの感度が均一でない場合には、一番感度
の低い画素に合わせてスキミング電圧を設定しなければ
ならず、第４図（ｂ）に示すように有効な電荷上澄み転
送ができないという問題点があった。また、各画素独立
にスキミング電圧を設定するには画素分の配線を外部に
取り出すとともに全ての設定値を入力する必要があり、
物理的に不可能であるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、画素間の感度が不均一でも有効な電荷上澄み
転送のできる固体撮像装置を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る固体撮像素子は、上澄み転送する電荷量
の制御信号を転送する電荷転送部を設け、これにより上
澄み転送する電荷量を画素ごとに独立に設定するように
したものである。
また、この発明に係る固体撮像装置は、上澄み転送する
電荷量の制御信号を転送する電荷転送部を有する電荷上
澄み転送方式の固体撮像素子と、背景輻射による電荷に
比例した信号を記憶する記憶装置とを備えたものであ
る。
〔作用〕
この発明の固体撮像素子においては、配線数を増やすこ
となく、各画素に最適なスキミング電圧を加えることが
でき、画素間の感度ばらつきにかかわらず、効率良く背
景光による直流成分が除去できる電荷上澄み転送方法が
得られる。
また、この発明の固体撮像装置においては、配線数を増
やすことなく、各画素毎に最適なスキミング電圧を自動
的に設定でき、画素間の感度ばらつきにかからず、効率
良く背景光による直流成分が除去できる電荷上澄み転送
方法を得ることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例による固体撮像素子を模式
的に示すものであり、図において、１はフォトダイオー
ド、２はシリコンCCD、５は出力回路、12はスキミング
電圧、102はスキミング用CCD、103はスキミング電圧入
力端子、104はスキミング用タイミング電極端子、105は
ゲート、106は本実施例による赤外線撮像素子である。
以下、この赤外線撮像素子106を用いた電荷上澄み転送
の手順を第１図、及び第10図を用いて以下の〜に従
って説明する。
従来と全く同様に、まず、第10図（ａ）に示すのよ
うに赤外線４をフォトダイオード１により光電流に変換
し、入力ゲート電極10を介して蓄積電極11の下に蓄積す
る。
上記のの蓄積と平行して、スキミング電圧入力端
子103より各画素のスキミング・レベルに対応した電圧
信号を時系列信号として入力する。入力した信号はスキ
ミング用CCD102により順次転送され、各画素のスキミン
グ電極12に隣接したスキミング用CCD102に蓄えられる。
各画素のスキミング電極12とスキミング用CCD102間には
出力アンプ（図示せず）とゲート105が設けられてお
り、ゲート105は転送中OFF状態にある。
そして、蓄積およびスキミング電圧の転送終了後、
スキミング用タイミング電極端子104にパルス電圧を加
え、ゲート105をONする。この結果、スキミング電極12
に各画素のスキミング・レベル101に対応した電圧が加
わり、蓄積電荷の一部がCCD電極13の下へ移送される。
その後、従来と全く同様にして、蓄積電極11の下に
残留した電荷を、オーバーフロー電極15を介してオーバ
ーフロー・ドレイン14へ排出する。
なお、CCD電極13下へ移送された電荷は従来と全く同様
にCCD2により順次転送され、出力回路５を通して外部回
路へ出力される。
以上のようにスキミング用CCD102を用いることにより、
配線数を極端に増やすことなく各画素に最適なスキミン
グ電圧を加えることができる。
第２図は上記実施例の固体撮像素子を備えた固体撮像装
置を示し、図において、１はフォトダイオード、２は信
号転送用のシリコンCCD、７はスキャンコンバータ、８
はTVモニター、９はタイミングジェネレータ、102はス
キミング用CCD、103はスキミング電圧入力端子、104は
スキミング用タイミング電極端子、106は赤外線撮像素
子、107は切換スイッチ、108はA/D変換回路、109はメモ
リ回路、110はD/A変換回路である。
この赤外線撮像装置を用いて通常の撮像を行う場合に
は、切換スイッチ107をスキャン・コンバータ７側に接
続しておき、第９図に示した従来の赤外線撮像装置と同
様、赤外線撮像素子106より出力された時系列信号をス
キャン・コンバータ７により映像信号に変換した後、モ
ニターTV8に入力し赤外画像を得る。
一方、各画素のスキミング・レベル101を設定する場合
には、赤外線撮像素子106に覆いを設けて背景光のみ入
射する状態にし、通常の撮像と同じタイミングで赤外線
撮像素子106を駆動する。ただしスキミング用CCD102の
駆動は止め、ゲート105は通常OFFの状態にする。又、切
換スイッチ107はA/D変換回路108側に切換える。このよ
うにしてメモリー109に背景輻射による電荷16に比例し
た信号が記憶される。
以上のようにしてメモリー109に記憶した情報を、D/A変
換回路110でアナログ信号に変換し、時系列信号として
スキミング電圧入力端子103に入力すれば、上記実施例
における赤外線撮像素子で説明したように各画素ごとに
最適のスキミング電圧を加えることができる。
このように本実施例によれば、背景輻射による電荷16に
比例した信号をメモリー109に記憶するようにしたの
で、第３図（ａ）に示すように、各画素毎に最適のスキ
ミング・レベル101を自動的に設定でき、その結果、第
３図（ｂ）に示すように各画素間の感度ばらつきにかか
わらず、有効な電荷上澄み転送を行うことができる。
なお、上記実施例ではこの発明を赤外線撮像素子に利用
する場合について述べたが、他の撮像素子にも利用でき
ることは言うまでもない。
また、上記実施例ではCCDを用いた場合について述べた
が他の電荷転送デバイスを用いることもできる。
また、メモリー109を赤外線撮像素子106と別個のものと
したが、IC化することもできる。また、さらにはメモリ
ー109をROM化してもよく、この場合には固体撮像装置の
簡略化を図ることができる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明の固体撮像素子によれば、上澄み
転送する電荷量の制御信号を転送する電荷転送部を設
け、これにより上澄み転送する電荷量を画素ごとに独立
に設定するようにしたので、配線数を増やすことなく、
各画素毎に最適なスキミング電圧を加えることができ、
画素間の感度ばらつきにかかわらず効率良く背景光によ
る直流成分が除去できる効果がある。また、この固体撮
像素子を備えた固体撮像装置では、背景輻射による電荷
に比例した信号を記憶する記憶装置を備えたので、さら
に各画素毎に最適なスキミング電圧を自動的に設定でき
る効果があり、画素間の感度ばらつきにかかわらず、各
画素ごとに最適な電荷上澄み転送を容易に行うことがで
き、高感度の撮像を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による固体撮像素子の構成
を示す図、第２図はこの発明の一実施例による固体撮像
素子を備えた固体撮像装置の構成を示す図、第３図はこ
の発明の一実施例による固体撮像素子の電荷上澄み転送
方法を説明するための図、第４図，及び第５図は従来例
による電荷上澄み転送方法を説明するための図、第６図
は従来例による固体撮像素子を示す模式図、第７図は従
来例による固体撮像素子を示す斜視図、第８図は第７図
の模式図、第９図は第７図の固体撮像素子を備えた従来
の固体撮像装置の構成図、第10図（ａ）〜（ｃ）は本発
明及び従来例に共通の電荷上澄み転送方式を説明するた
めの図である。 図中、１はフォトダイオード、２はシリコンCCD、３は
インジウム・バンプ、４は赤外線、５は出力回路、6,10
6は赤外線撮像素子、７はスキャンコンバータ、８はモ
ニターTV、９はタイミングジェネレータ、10は入力ゲー
ト電極、11は蓄積電極、12はスキミング電極、13はCCD
電極、14はオーバーフロー・ドレイン、15はオーバーフ
ロー・電極、16は背景輻射による電荷、17は信号源の輻
射による電荷、18,101はスキミング・レベル、19はスキ
ミング電圧入力端子、102はスキミング用CCD、103はス
キミング電圧入力端子、104はスキミング用タイミング
電圧入力端子、105はゲート、107は切換スイッチ、108
はA/D変換回路、109はメモリ回路、110はD/A変換回路で
ある。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２次元アレイ状に配列された受光素子、 該受光素子に隣接して２次元アレイ状に配置され、各受
    光素子の発生する電荷信号から直流成分を除去し電荷上
    澄み転送する電荷上澄み転送回路、 該電荷上澄み転送回路からの信号を列ごとに読みだす垂
    直走査回路、 該垂直走査回路からの信号を読みだす水平走査回路、 及び該水平走査回路よりの信号を時系列信号として出力
    する出力回路を有する電荷上澄み転送方式の固体撮像装
    置において、 前記垂直走査回路と並列に配置され、前記電荷上澄み転
    送回路に、上澄み転送する電荷信号量を受光素子毎に独
    立に設定するための制御信号を転送する制御信号転送用
    垂直走査回路と、 前記水平走査回路と並列に配置され、前記制御信号転送
    用垂直走査回路に前記制御信号を転送する制御信号転送
    用水平走査回路とを備えたことを特徴とする固体撮像装
    置。
  2. 【請求項２】２次元アレイ状に配列された受光素子、 該受光素子に隣接して２次元アレイ状に配置され、各受
    光素子の発生する電荷信号から直流成分を除去し電荷上
    澄み転送する電荷上澄み転送回路、 該電荷上澄み転送回路からの信号を列ごとに読みだす垂
    直走査回路、 該垂直走査回路からの信号を読みだす水平走査回路、 該水平走査回路よりの信号を時系列信号として出力する
    出力回路、 前記垂直走査回路と並列に配置され、前記電荷上澄み転
    送回路に、上澄み転送する電荷信号量を受光素子毎に独
    立に設定するための制御信号を転送する制御信号転送用
    垂直走査回路と、 前記水平走査回路と並列に配置され、前記制御信号転送
    用垂直走査回路に前記制御信号を転送する制御信号転送
    用水平走査回路を有する電荷上澄み転送方式の固体撮像
    装置において、 前記出力回路よりの時系列信号をA/D変換するA/D変換手
    段と、 該A/D変換装置によりA/D変換された信号を記憶するメモ
    リ手段と、 該メモリ装置のデータをD/A変換するD/A変換手段と、 該D/A変換手段によりD/A変換された信号を前記制御信号
    として前記制御信号転送用水平走査回路に入力する手段
    とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
JP63305280A 1988-12-01 1988-12-01 固体撮像装置 Expired - Lifetime JPH0748826B2 (ja)

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