JPH10191181A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的な絞り機構を廃して、比較的簡単な構
成で、小型で廉価に調光を行うことができ、白つぶれ現
象や黒つぶれ現象を回避することのできる固体撮像装置
の実現を課題とする。 【解決手段】 固体撮像素子１と、この固体撮像素子１
を収納する収納容器３と、この収納容器３に設けられ固
体撮像素子１へ入射される入射光を透過するシールガラ
ス２とを具備する固体撮像装置において、シールガラス
２に調光機能を持たせるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関
し、特に固体撮像装置における自動絞り機能の改善に関
する。

【０００２】

【従来の技術】より小型軽量で、低電力、高信頼性を目
的として放送用、ＩＴＶ、ホームビデオ、ディジタルＶ
ＴＲ、医療用等のビデオ入力装置やファクシミリ、電子
スチールカメラなどに固体撮像素子を用いた固体撮像装
置が広く用いられるようになっている。

【０００３】このような撮像装置に用いられる固体撮像
素子は、半導体基板上に設けた絶縁酸化膜上に光電変換
と電荷蓄積の機能を有する素子群と、各素子に蓄積され
た信号電荷を順次取り出す操作機能を持つ回路を一体に
構成して実現されていて、いわゆるＣＣＤ（Chage Coup
led Device：電荷転送デバイス）型のものが特に利用さ
れている。

【０００４】ところで、このようなＣＣＤ型等の固体撮
像装置においては、入射光が強すぎると多数の受光素子
にキャリアのオーバフローから飽和などの現象が起きて
しまい、いわゆる白つぶれ現象が発生して映像の明るい
部分の詳細情報が欠落してしまう結果になる。一方、被
写体が遠い場合や入射光が弱い場合などでは、モニタ画
面が暗くなっていわゆる黒つぶれとなり、撮影内容が判
別できないなどの結果になる。

【０００５】これを防ぐため、自動的に絞りの開放の割
合を変えて全光量を一括して調光するオートアイリス
（Auto Iris ：自動絞り）の機構が備えられている場合
が多い。しかし、従来のオートアイリス機構は、固体撮
像素子から出力される映像信号の全光量に応じた輝度情
報をもとに、光量を機械的に絞る絞り手段と、この絞り
手段を駆動させるモータなどの駆動手段を備えたサーボ
機構によるものであって、機械的な動作を伴うものであ
るため、一般に小型化することが難しく、また部品点数
が多く、高価なものになりがちであった。また、あくま
で固体撮像素子が受光する全光量に対する調光機能であ
って、部分的な明るさ・暗さに対応できるものにはなり
得ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
オートアイリス機構は機械的な動作を伴うものであるた
め、小型化が難しく、部品点数が多く、高価なものにな
りがちであるという問題点があった。

【０００７】本発明はこの点を解決して、比較的簡単な
構成で、小型で廉価に調光を行って、白つぶれ現象や黒
つぶれ現象を回避することのできる固体撮像装置の実現
を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、固体撮像素子と、該固体撮像素子を収納
する収納容器と、該収納容器に設けられ前記固体撮像素
子へ入射される入射光を透過するシールガラス手段とを
具備する固体撮像装置において、前記シールガラス手段
に調光機能を持たせることを特徴とする。

【０００９】また、固体撮像素子と、該固体撮像素子を
収納する収納容器と、該収納容器に設けられ前記固体撮
像素子へ入射される入射光を集光させるオンチップレン
ズ手段とを具備する固体撮像装置において、前記オンチ
ップレンズ手段に調光機能を持たせることを特徴とす
る。

【００１０】また、固体撮像素子と、該固体撮像素子を
収納する収納容器と、該収納容器に設けられ前記固体撮
像素子の複数の受光領域に対応し該受光領域に入射され
る入射光の透過量を変化させる部分調光手段と、前記固
体撮像素子の複数の受光領域からの出力レベルに応じて
前記部分調光手段における入射光の透過量を制御する透
過量制御手段とを具備することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる固体撮像装
置を添付図面を参照にして詳細に説明する。図１は、本
発明の固体撮像装置の一実施の形態での構成の概要を示
す断面図である。図１において、１は固体撮像素子、２
はシールガラス、３はパッケージである。ここで、固体
撮像素子１は、図１で上面から入射される光をシールガ
ラス２を通して受光し、受光した光を光電変換して信号
電荷を形成する画素領域と、この画素領域からの信号電
荷を受けとって垂直方向に転送する垂直転送領域と、垂
直転送領域の一端で画素領域から転送されてきた信号電
荷を受けとって水平方向に転送する水平転送領域と、転
送された電荷を電気信号として出力する回路から構成さ
れている。

【００１２】ここで、シールガラス２は調光機能を有す
る調光ガラスで制作されている。調光機能を有するシー
ルガラス２は受光光量が少ない場合は透明であるが、受
光光量が多くなると暗く変化する。

【００１３】本実施の形態の固体撮像装置は、このよう
にシールガラス２に調光機能を持たせるようにしている
ので以下のような特徴を示すものである。

【００１４】１）入射光量が通常の光量の際には、シー
ルガラス２は透過率の高いガラスとして動作する。

【００１５】２）過大な光量が入射されると、このシー
ルガラス２は光の強さに比例して反応し、暗くなって透
過率を下げ、固体撮像素子１に入力される光量を制限し
て一定にする。

【００１６】３）これによって、調光機能が働き過大な
光量が固体撮像素子１に入ることが少なくなるので、入
射カメラレンズのオートアイリス（Auto Iris ：自動絞
り）機構を省略することができ、これによってカメラの
小形化を達成することができる。またオートアイリス機
構を省略した分だけカメラを廉価に製造することができ
る。

【００１７】４）過大光量によって明るい像の周辺に表
れ、にじみの原因となり著しく画質を悪化させるスミア
やブルージングなども、このように固体撮像素子１に入
力される光量が常にコントロールされるため、その発生
を防ぐことができる。これによって画質そのものを高画
質にすることが期待できる。

【００１８】このシールガラス２に用いる調光ガラスは
光照射によって色変化を起こすフォトクロミック材料を
用いる。フォトクロミック材料として普通に用いられる
ものは、結晶中のカラーセンタを利用するもの、ガラス
中の銀イオンを用いるもの、あるいは有機フォトクロミ
ック材料などである。

【００１９】結晶中のカラーセンタを利用するものとし
ては、ＦおよびＭセンタが有力であり、結晶としてはＣ
ａＦ₂ 、ＮａＦ、ＫＣｌ、ＣａＴｉＯ₃ 等が用いられ、
Ｃａ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌなどのドープが考えられ
る。ガラス中の銀イオンによるフォトクロミズムは、比
較的低エネルギで動作するという点で優れている。

【００２０】フォトクロミック性を有する有機化合物と
しては、アゾベンゼン、スチルベン、スピロピラン、サ
リチリデンアニミン、フルギド、チオインジゴ、ジアリ
ールエテン、ビスアントラセンおよびこれらの誘導体が
多く知られている。

【００２１】結晶または有機化合物のフォトクロミック
材料はガラス面にコーティングして用いたり、あるいは
薄膜に構成してガラスの間に挟み込んだりして用いるこ
とができる。

【００２２】また、シールガラス２に液晶素子を用い
て、固体撮像素子１からの出力電気信号をもとにして入
射光量を可変するようにさせることも可能である。この
場合、液晶素子を用いて機械的な絞りと同様に同心円状
の開口の径を変化させて調光することもできるし、ネマ
ティック液晶の動的散乱特性やコレステリック・ネマテ
ィック相転移モードを利用して透過率を連続的に変化さ
せて調光することもできる。

【００２３】また、以上ではシールガラス２に調光機能
を持たすように説明したが、固体撮像素子１とともに用
いられる赤外線フィルタやローパスフィルタに同様な調
光機能を持たせるようにすることももちろん可能であ
る。

【００２４】このように本実施の形態では、シールガラ
ス２等に調光機能を持たすようにしたので、新たに部材
を追加することなく、比較的簡単な構成で、小型で廉価
に調光を行って、白つぶれ現象や黒つぶれ現象を回避す
ることができる。ことにフォトクロミック材料を用いる
場合には外部からの制御なしに自動的に調光が行われる
ので、一層小型で廉価に構成することができる。

【００２５】図２は、本発明を固体撮像素子のオンチッ
プレンズに用いた他の実施の形態の構成の概要を示す断
面図である。図２において、１は固体撮像素子、３はパ
ッケージ部分、４はオンチップレンズである。この方式
では、オンチップレンズ４をフォトクロミック材料等を
含む調光ガラスで作成するようにした。このようにする
と、オンチップレンズ４がレンズとしての集光効果と、
高輝度時の過大光量を防ぐ調光機能を合わせ持つことに
なり、集光機能と調光機能を有する固体撮像素子を実現
することができる。

【００２６】このように、すでに存在するオンチップレ
ンズ４に調光機能を持たすようにしたので、新たに余分
な部材を追加するような必要がなく、構成は簡単であ
り、小型で廉価に効果的な調光を行うことができる。

【００２７】ところで、以上の２つの実施の形態の方法
は固体撮像素子１に加わる全光量に対して調光を行う場
合であった。しかし、このような方法では受光面上に分
布する入力光量のダイナミックレンジの分布が受光素子
の特性内に治まる範囲にある場合だけにしか完全に有効
であるとはいえない。

【００２８】このような全画面に亙る均一な調光制御で
は広いダイナミックレンジを有する入射光に対しては映
像信号中に白つぶれ部分や黒つぶれが発生することを避
けきれないという問題がある。

【００２９】このような問題を解決するためには、固体
撮像素子１の受光画面を複数のブロックに分けそれぞれ
のブロックに対して、それぞれ独立に調光が可能な部分
調光手段を設け、これらの部分調光手段の調光機能を固
体撮像素子１の出力信号で制御するという方法が考えら
れる。

【００３０】図３は、このような部分調光手段を有する
固体撮像装置のブロック図である。図３で、１は固体撮
像素子、５は部分調光手段、６は調光制御部、７は映像
信号処理部である。固体撮像素子１は部分調光手段５を
介して入射された入射光をその各画素で受光し、各画素
は受光光量に応じた電気信号を出力する。この受光光量
に応じた電気信号は映像信号処理部７へ送られて映像化
処理されると共に、調光制御部６へも送られる。

【００３１】調光制御部６はこの受光信号に応じて部分
調光手段５の対応する領域の光透過率を制御する。これ
により、部分的に強い光が入射されたような場合は、こ
の強い光が入射される受光領域に相当する部分調光手段
５の対応する領域の透過率が低下して固体撮像素子１に
入り込む光量が制限される。したがって、固体撮像素子
１のダイナミックレンジ内に受光レベル分布を収めるこ
とができ、これによって、白つぶれや黒つぶれがなくな
り、詳細情報の欠落のない映像信号が得られるようにな
る。このように外部信号によって光の透過率を変更でき
るような部分調光手段５は例えば液晶素子などを用いる
ことによって実現することができる。

【００３２】液晶では、ゲストホストモードや捩れネマ
ティックモード、ＳＴＮモードなどによって光透過・遮
断のスイッチングを行うことができるし、ネマティック
液晶の動的散乱特性やコレステリック・ネマティック相
転移モードを利用して透過率を連続的に変化させること
もできるので、これらを利用して部分調光手段５を構成
することができる。また、複数のフォトクロミック素子
を用いた調光ガラスを用いて部分調光手段５を構成する
こともできる。この場合は調光制御部６は必要ではな
い。

【００３３】いずれの場合も、部分調光手段５が調光で
きる領域は必要とあれば固体撮像素子１の１画素単位ま
で小さくしても良い。このようにすると、固体撮像素子
１の受光画面内で受光信号のダイナミックレンジを固体
撮像素子１の特性の範囲内に収めることができ、比較的
簡単な構成で、かつ小型で廉価に調光機能を実現するこ
とができ、この面で大きな効果を上げることができる。

【００３４】以上、本発明を幾つかの実施の形態に沿っ
て説明したが、本発明はこれらに限られるものではな
く、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々な変形を採る
ことができる。ことにパッケージの構成や固体撮像素子
の設置方法などにはいろいろの方法が取り得ることはい
うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、固体撮像素子と、この固体撮像素子を収納する
収納容器と、この収納容器に設けられ固体撮像素子へ入
射される入射光を透過するシールガラス手段とを具備す
る固体撮像装置において、シールガラス手段に調光機能
を持たせることを特徴とする。

【００３６】このように、本発明ではシールガラスに調
光機能を持たせるようにしたので、機械的な構造を廃す
ることができ、かつ新たに部材を追加することもなく、
比較的簡単な構成で、小型で廉価に調光を行うことがで
き、白つぶれ現象、黒つぶれ現象やスミア、ブルージン
グなども回避することができ、高画質にすることができ
る。また、これによって、カメラのオートアイリス機構
を省略することができ、カメラを小形かつ廉価にするこ
とができる。

【００３７】本発明の請求項２の発明は、固体撮像素子
と、この固体撮像素子を収納する収納容器と、この収納
容器に設けられ固体撮像素子へ入射される入射光を集光
させるオンチップレンズ手段とを具備する固体撮像装置
において、オンチップレンズ手段に調光機能を持たせる
ことを特徴とする。

【００３８】このように、本発明ではオンチップレンズ
に調光機能を持たすようにしたので、集光効果と高輝度
時の過大光量を防ぐ調光機能とを合わせ持つことがで
き、機械的な構造を廃することができて、かつ新たに部
材を追加することもなく、比較的簡単な構成で、小型で
廉価に調光を行うことができ、白つぶれ現象、黒つぶれ
現象やスミア、ブルージングなども回避することがで
き、高画質にすることができる。また、これによってカ
メラのオートアイリス機構を省略することができるの
で、カメラを小形かつ廉価にすることができる。

【００３９】本発明の請求項３の発明は、固体撮像素子
と、この固体撮像素子を収納する収納容器と、この収納
容器に設けられ固体撮像素子の複数の受光領域に対応し
受光領域に入射される入射光の透過量を変化させる部分
調光手段と、固体撮像素子の複数の受光領域からの出力
レベルに応じて部分調光手段における入射光の透過量を
受光領域毎に制御する透過量制御手段とを具備すること
を特徴とする。

【００４０】このようにすると、画面の明るい所の受光
量を下げて、固体撮像素子の受光画面内で受光信号のダ
イナミックレンジを固体撮像素子の特性の所定範囲内に
収めることができる。したがって比較的簡単な構成で、
かつ小型で廉価に受光領域別の調光機能を実現すること
ができ、同一画面内で白つぶれ現象や黒つぶれ現象が同
時に生まれることを回避することができる。また、部分
的な調光を比較的簡単な構成で、小型で廉価に行うこと
ができるので、スミアやブルージングなどを回避でき、
高画質な出力を得ることがができる。さらにまた、カメ
ラのオートアイリス機構を省略することができるので、
カメラを小形かつ廉価にすることができる。

【００４１】本発明の請求項４の発明は、調光手段をフ
ォトクロミック素子で構成したことを特徴とする。この
ように調光手段にフォトクロミック材料を用いると、外
部からの制御なしに自動的に調光が行われるので、装置
を一層小型に構成することができ、経済的である。

【００４２】本発明の請求項５の発明は、調光手段を液
晶素子で構成したことを特徴とする。このように調光手
段を液晶素子で構成すると、外部からの制御によって容
易に調光条件を可変できるので、装置の自由度を一層高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の一実施の形態の構成の
概要を示す断面図。

【図２】本発明の固体撮像装置の他の実施の形態の構成
の概要を示す断面図。

【図３】本発明の固体撮像装置のさらに他の実施の形態
を示すブロック図。

【符号の説明】

１……固体撮像素子、２……シールガラス、３……パッ
ケージ、４……オンチップレンズ、５……部分調光手
段、６……調光制御部、７……映像信号処理部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子と、該固体撮像素子を収納
   する収納容器と、該収納容器に設けられ前記固体撮像素
   子へ入射される入射光を透過するシールガラス手段とを
   具備する固体撮像装置において、 前記シールガラス手段に調光機能を持たせることを特徴
   とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 固体撮像素子と、該固体撮像素子を収納
   する収納容器と、該収納容器に設けられ前記固体撮像素
   子へ入射される入射光を集光させるオンチップレンズ手
   段とを具備する固体撮像装置において、 前記オンチップレンズ手段に調光機能を持たせることを
   特徴とする固体撮像装置。
3. 【請求項３】 固体撮像素子と、 該固体撮像素子を収納する収納容器と、 該収納容器に設けられ前記固体撮像素子の複数の受光領
   域に対応し該受光領域に入射される入射光の透過量を変
   化させる部分調光手段と、 前記固体撮像素子の複数の受光領域からの出力レベルに
   応じて前記部分調光手段における入射光の透過量を前記
   受光領域毎に制御する透過量制御手段とを具備すること
   を特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記調光手段がフォトクロミック素子で
   構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
   いずれかに記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記調光手段が液晶素子で構成されるこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の固体撮像装置。