JPS58146185A - 固体撮像装置 - 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】 匹）発明の技術分野 本発明は固体撮像装置の構造に関するもので、特に入射
光が検知対象物体などの接近に伴ない、過度に至った場
合、入射光強度に応じて光の透過率を自動的に低下せし
めるフィルタを上記撮像装置内に設けることによって自
動的に入射光をしぼるようにし、これによって上記撮像
装置のダイナミックレンジを拡大するようにした撮像装
置に関する。

（至）技術の背景 近年固体撮像装置は著しい発展を遂げたが、未だ完全と
は言い切れない。その一つの理由として、次のような現
象が起こる。

（Ｃ）　　従来技術と問題点 すなわち、従来の撮像装置においては、入射光が増え過
ぎた場合には、再生画象が例えば露出過度の状態におち
いって真白になり、像の形を成さなく々るために、あら
かじめ撮像装置にそなえられているしぼシ機構をしぼっ
て入射光を適当な量にまで制限するという方法をとる以
外にはなかった。勿論このしはシ動作は、別に設けられ
た露出針に相当する光検知器で入射光量を検出し、その
出力を例えばマイクロコンピュータ（以下マイコンと略
称する）などＫよって制御するものであるが、こうし友
機構によれば、余分な電気回路制御系を必要とし、用途
によっては実用的でない。ところが近年開発が進められ
ている信号電荷蓄積型の撮像装置などでは、撮像装置自
体では本質的にダイナミックレンジが１０００−１００
００倍に制限されてしまう。そのためことさらに簡便で
有効な入射光自動制御系が必要とされて来ている。

（ｄ、）　　発明の目的 本発明は上記従来の要求に鑑み、撮像素子と透光窓の開
に、電子的に入射光量をしぼシ得るフィルタを配置し、
このフィルタによって入射光量を自動的に制限するとい
う方法を採ることによって上記したような余分な電気回
路系をそなえずに良質の再生画像を得る固体撮像装置を
提供することを目的とするものである。

（θ）発明の構成 そしてこの目的は１本、発明によればデユワ−の内筒に
配設された撮像素子と当該デユワ−の外筒に配設された
透光窓との間に被冷却光フィルタを備えた構成において
、上記光フィμりをその両型面における上下両表層およ
び中間層からなる半導体板で形成し、当該半導体板の両
表層における禁制帯幅を検知対象波長のフォトンエネル
ギーよりも大とすると共に該半導体板の中間層における
禁制帯幅を上記各表層における禁制帯幅よシも小となし
たことを特徴とする固体撮像装置を提供することによっ
て達成される。

（ト）発明の実施例 以下本発明の実施例を図面を用いて詳述する。

第１図は本発明に係る撮像装置の構造を示す断面図であ
って、デユワ−外筒ｉｂには透光窓４が装着されている
のに対し、デユワ−内筒１１’＋の、例えば銅（Ｃｕ）
などで構成され九ヒートシンク゛（銅ブロック）３には
撮像素子５が装着されている。

そして同じくデユワ−内ｆｉ＠ｌａのうちｔ　ａＩとし
て示した部分には光フィルターフが装着されているので
あるが、寒剤充満部２　Ｋ’例えば液体憲素などが導入
されれば、内筒１ａおよびｌａ’は７７°Ｋに冷却され
る。

ここで冷却される光フィルタフの構造を示し九ものが第
２図（ａ）であって、とれは例えば鉛錫テ〃／ｌ／（Ｐ
ｂ］−ｘＳｎｘＴｅ）とか水銀カドｔｖ７ム？Ａ／ｌｖ
（Ｈｇ１−ｘＣ′ｉＴｅ　）などの半導体板で構成され
ているのであるが該半導体板すなわちフィルタ７の両型
面における２つの表層７ａ、７ｏの帯剣帯幅ＥＧｚは例
えばｌｅＶ程度と大きく、それに対して中間層７ｂの帯
剣帯幅ＥＧＩは第２図（ト）に示したようにＯ，ｌｌＶ
と小さくなされている。但し、６は真空室である。

この半導体板つまり光フイルり７は上記のように冷却さ
れている九めに、その中間層７ｂ中には例えば７７°に
なる温度で熱平衝を保つだけの電荷８が存在している。

このようなフィルタフに、第１図で描いたととく透光窓
４を通して矢印イ方向に光が入射して該光フィルタ７を
通９撮像素子５に光が当るのであるが、一般に入射光は
短い波長から長い波長まで広いヌペクｌ−ルを有してい
る。

このためまず０．２０Ｖ以上のフォトンエネルギー金持
ち、波長にすると６．２μｍ以下の短い波長の光が中間
層７ｂに入射すれば、該中間層７ｂの価電子帯’ＦＥｖ
以下にあつ光電子は導電帯ＥＣ以・上に一励起され再結
合が生じやすいフイ゛ルりの表面には拡散しないので、
該中間層７ｂ中における電荷量は著しく増大するのであ
るが上記短波長の光はこの過程が起こるためにはとんと
吸収されてしまう、このような状頗のところへ０２θＶ
以下のフォトンエネルギーを持ち、波長にすると６．２
μｍ以上の強力な長波長の光が導入されて来ると、この
長波長の光は中間層７ｂ中に閉じこめられた電荷（電子
ならびに正孔）８ａＫよって吸収される結果、上記光フ
ィルタを透過する光は制限されてしまう。

勿論、上記フィルり７に入射する光が弱い場合には励起
された電荷が少ないために、長波長の光の電荷による吸
収も少なく、そのために光のほとんどは光フィルタ？ｆ
：少ない吸収で透過する。

このような過程が光フイルタ７中で起こるたやに該フィ
ルタ７を透過する６、２μｍから、撮像素子のカット波
長までの波長範囲の光量の変イしによって、撮像素子５
の電気的出力と光入力強度との関係は第８図の実線口の
ようＫなだらかとなり、光、フィルタ７が無い場合の上
記関係来示した点線ハ　　−ど非常に異なったものとな
る。　　　　　−したがってこの第８図から判るように
光フィルタ７が無い場合にはダイナミックレンジはＸと
して示した範囲に限られてしまうのに対して冷却された
光フィルタ７が透光窓４と撮像素子すとの間に投入され
れば、その場合のダイナミックレンジは第３図中でＹと
して示したような広い範囲に広がり、このために強い入
射光が導入されて来ても撮像装置からの信号出力は飽和
してしまうことがなく、再生画像が真白となってしまう
ような現象は生じない。

ちなみに光フィルタ７の表面には光反射防止膜として例
えば二酸化硅素などのコーティングを施しておくことが
望ましい。

そして固体撮像装置としては広いダイナミックレンジが
必要であっても入出力特性の直線性を問題にしないもの
が多いため、この種の固体撮像装置は広い用途をもつこ
とになシ、シ九がって付加的回路を用いてプμｍミング
を防止する必要がなくなる。

（２）発明の効果 以上、詳細に説明したように、本発明の撮像装置は構成
が簡単で、しかも回路技術、特にマイコンなどを用いて
撮像素子からの出力が飽和する現象を防止するような必
要をなくすことができるので、実用上極めて多大の効果
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固体撮像装置の構造を示す断面図
、第２図（ａ）、（ｂ）は上記装置中に用いられる光フ
ィルタの構造およびバンドダイヤグラムを示す図、第８
図は上記光フイμりを用いた場合と用いない場合におけ
るダイナミックレンジの違いを示した図である。 図において、ｌａ、ｌｂはデユワ−の内筒および外筒、
２は′；３剤充満室、８はヒートシンク、４は透光窓、
５は撮像素子、６は真空室、７は光フイμりをそれぞれ
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. デユワ−の内筒に配設された撮像素子と当該デユワ−の
   外筒に配設され九透光窓との間に被冷却光フィルタを備
   え友構成において、上記光フィルタをその両生面におけ
   る上下両表層および中間層からなる半導体板で形成し、
   当該半導体板の画表層における禁制帯幅を検知対象波長
   のフォトンエネルギーよりも大とすると共に該半導体板
   の中間層における禁制帯幅を上記各表層における禁制帯
   幅よりも小となしたことを特徴とする固体撮像装置。