JPS631170A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は！荷結合フレーム移送イメージ感知装置を含む
固体撮像装置に関するものである。

〔従来の技術〕 このようなセンサにおいて、イメージは！Ｊ積区域とし
て知られた装置の怒知区域上に焦点を合わされる。ＴＶ
読出しフィールドに対応する電荷集積期間後（ｉｌｌｌ
常１６．７または２０ｍ５　）入射光によって発生した
電荷パターンは全体的に平行コラム移送レジスタによっ
て記憶区域にそして水平読出しレジスタを通るラインに
よって続出しラインに移送される。公知の英国特許第２
，８３９，９６８　Ｂ号により集積期間を変化して装置
に対する感度を変化することが知られている。上記装置
によれば、イメージセンサはアレーの集積区域にコラム
レジスタから到達しうる信号シンク装置の形式の電荷ド
レン構造を備えている０通常のフィールド集積期間中電
荷は集積されるが、所望の感度に従う一定の時間に、集
積区域における電荷パターンは高速で記憶区域から移送
され、電荷はコラムレジスタの端部から溢出し装置の基
板に放出される。この電荷を失うことにより、電荷はフ
ィールド期間中の残りに対して集積区域内で集積するこ
とが可能となる０期間の残りの期間中に形成された集積
電荷パターンは通常の方法で続出しされる。しかしてＣ
ＣＤの明白な感度は集積期間の残りの長さに比例する。

感度の変化は電気機械的イリスによって達成される。し
かしながら、電荷結合装置（ＣＣＤ）上に焦点を合わせ
た普通のシーンはきわめて広いダイナミックレンジを有
し、すなわち光レベルの広いレンジを含むことができる
。

通常のフレーム移送電荷結合装置は６０ｄＢ以上のダイ
ナミックレンジをもつことができ、これは装置に発生し
たノイズ電荷の数に対する各画素に記憶された電荷の最
大数の比である。実際有用な範囲は、個々の画素間の感
度および暗黒電流の変化のため、固定パターンノイズに
よってひどく短縮される。この−定のパターンノイズは
実際のダイナミックレンジを４０ｄＢ以下に制限する。

〔発明の要約） 本発明によれば、入射イメージを現す電荷パターンを形
成するイメージ感知集積区域、前記集積区域のそれぞれ
反対側の端部に関連した第１および第２の記憶区域、お
よび前記集積区域に形成された電荷パターンを前記記（
１区域の選択された一つに移送する電荷結合装置を含む
Ｎ荷結合フレーム移送イメージセンサを備えた固体撮像
装置が提供される。

一実施例によれば各集積期間中、電荷は前記期間の一部
に対して’Ｊ　ａされついで前記記憶区域の一方に移送
され期間の残りの間集積された電荷は他の記憶区域に移
送される。この装置によって、その部分は制御可能に変
化して各記憶区域に移送されるイメージに対して所望の
長短の露出を生ずる。同様に一定のＴＶフィールドレン
ジにおいて作動するセンサに対して、長短の感知イメー
ジが各ＴＶフィールドに対して得られる。Ｗ　２からの
データ出力は再構築され拡大したダイナミックレンジを
備えた単一イメージを得る。さもなくば、ダイナミック
レンジを拡大したイメージがダイナミックレンジが制限
された二つのビデオテープレコーダに記録される。

他の実施例において、前記イメージ感知集積区域に゛電
荷ドレン装置、例えばブルーミング防止構造を備え、ｆ
ｌｉ記制鍵制御装置前記集積期間の−定の可変部分に対
して記憶された電荷を前記電荷ドレン装置に失わせるよ
うに作動する。この！ｊｔ置により各ＴＶフィールドに
おける露出期間は別々に制御される。この装置はまた交
互に長短の露出を有する一連のイメージを提供するため
使用されるか、もしくは−定のＴＶフィールド速度でＣ
ＯＤイメージから通常達成される速度の二倍で、同じま
たは同様の露出条件の一連のイメージを得るため使用さ
れる。

〔実施例〕

さらに別の実施例において装置は二つのスペクトルバン
ドまたは二つの偏光平面における現像を観察するため使
用される。

本発明の成る実施例を単に例示として図面に基づいて下
記に説明スル。

まず第１図を参照すると、装置は逼像（電荷集積）区域
１３の上下に設けられた二つの記憶区域１１．１２を有
するＣＣＤフレームトランスファー撮像装置１０を含ん
でいる。各区域１１．１２および１３はイメージ要素の
矩形のアレーを限定する（図示しない）５．ｙ’　　！
、電極および（図示しない）チャンネルストップの組を
含む。

ゲート電極に接続された（図示しない）別々の三相また
は四相クロックはチャンネルスト、ブによって限定され
たコラムに沿弓三つの区域間および区域内のイメージ電
荷を制限または計時する。

！荷の運動方向はいずれの区域においても単に電気的ク
ロック信号の位相を逆転することによって逆転すること
ができる。作用において、感知集積区域１３上に焦点を
合せられたイメージのｉｉｔ荷パターンは通常２０Ｉｌ
ｓ以下のＴＶ集稙期間に対して集積される。ついでイメ
ージはクロックにより上方記憶区域１１に移送されＴＶ
フィールドの残りの部分に対して第２の電荷イメージが
集積され；これはついでクロックにより下方の記憶区域
１２に移送される。二つの記憶されたイメージは同時に
、つぎのＴＶフィルドの間表示または記録のため一連の
読出しレジスタ１４および１５に対して平行にライン毎
に読出され、記憶区域１１から続出されたＴＶフィール
ドにおける連続したラインは逆転され；これば垂直走査
コイルの接続を逆にすることによって陰極線管デイスプ
レー上に表示される。

さもなければ、もしイメージがデジタルフレーム記憶部
に記憶されるならば、アドレスのモード。

は逆になった接続線に適合するように変更される。

装置の変型実施例において、Ａにおける出力はＢに再配
置され水平レジスタ１４が逆に読出す二つの合致したイ
メージは全く逆になった一つのＴＶモニタによって表示
される。

特殊な応用において、二つのイメージの集積期間は一つ
の長い露出および一つのきわめて短い露出を生ずるよう
に調節される。このことはイメージをきわめて広いダイ
ナミックレンジに亘って再構築することを可能にする。

もし過大なイメージ電荷が過度の露出によって発生した
ならば、この電荷は溢出し隣接する画素のイメージ電荷
を破壊しないことを意味する、よいブルーミング防止性
能をもつことが望ましい。

本発明の好ましい実施例による技術を説明するため特殊
な場合が引用され、その際二つの引続いた露出が６４：
ｌの比でフレーム移送電荷結合装置においてなされる。

この比は各２０１１１ｓＴ■フイールドにおいて記憶区
域１１および１２への移送が発生する点を選択すること
によって得られる。

もし−方の記憶区域への完全なイメージを移送するため
要する時間が０．１ｍｓであるならば、残りの１９．８
ｎ＋ｓは６４．１に分割されるべきである。しかして１
９．５ｍｓの集積期間は記憶区域１１へ移送され、さら
に０．３ｍｓ　の露出が続きそれは記憶区域１２へ移送
される。両方の記憶部からの読出しは引続くＴＶフィー
ルドの通常の１９．５ｍｓの能動フィールドタイムにお
いて同時に発生する。二つの出力（３号は同時に二つの
ビデオテープレコーダ１６．１７に記録され、それらは
同期して連続的にまたは一時に単一のフィールドにおい
て再生することができる。通常の陰極線管ならびに眼が
リニヤでなく、制限されたダイナミックレンジのもので
あるため単一のＣＲＴモニタ上にきわめて広いダイナミ
。

クレソンをもってイメージを表示することはでき暑 ない。科学的解析のため二つのイメージは第１図に示す
ように１２ビツトＴＶフレ一ム記憶部２０において組合
わされる。ビデオ信号は二つの６ビツトアナログーデジ
タルコンバータ１８．１９にデジタル化され、信号は１
２ビットフレム記憶部２０においてアマルガム化され、
記憶区域１２の各要素からのデータのうち６ビツトはも
っとも重要なビットを構成する。上記の場合、使用され
るＣＣＤＩ最像装直像装置１０／またはＶＴＲ１６，１
７は７２ｄＢのダイナミックレンジをもったイメージを
生ずるため僅かに３６ｄＢのダイナミックレンジしか必
要でない。

もし、装置が第２図に示されたようにブルーミング防止
構造２１を備えるならば、各ＴＶにおける二つの露出期
間は別々に制御される。ブルーミング防止構造は、イメ
ージの明るい点の区域におけるイメージのブルーミング
を防止するように、電荷集積区域から溢流する過剰な電
荷を放電するのに役立つ、その構造は通常電荷集積位１
の管またはその下にある電荷ドレンを含むことができる
。

電荷の集積区域を放電することによる通常のフレーム移
送電荷結合装置の集積期間を変更する方法が英国特許第
２０８３９６８号に記載されているので、参照されたい
。前記方法の要点は、集積区域１３の垂直電荷移送レジ
スフを逆にクロフクすることおよび装置の周辺に沿うド
レン拡散中に電荷を放電することによって、正確に制御
された量により露出期間を短縮することができる。電荷
集積位置の間にまたはその下方にあるドレンのような、
イメージ電荷集積区域１３内の一体のブルーミング防止
構造２Ｉを備えた装置に対して、この同じ技術を、記憶
および集積区域間のインターフェイスにおいて電荷を発
散するため使用することができる。しかして、第２図に
示すような通常の構造において、もし１ｉ＠結合クロッ
ク機構がイメージ電荷をいずれかの記憶区域まで上方ま
たは下方に移動するため使用され、そして電荷が記憶区
域に移動しないならば、移動する電荷は記憶区域と集積
区域との間のインターフェイスにおいて障害に遭遇する
であろう。

′：ｔＬ荷はついでこのインターフェイスに沿ってブル
ーミング防止ドレンに流入し；この機構は英国特許第２
０８３９６８号に記載されたように集積区域から電荷を
放電するため使用することができる。

本発明の別の応用において、固定フレームイメージ解析
が、イメージ区域を犠牲にすることなしにＴＶ方式によ
って通常得られる二倍の速さで達成することができる。

イメージ電荷を露出期間に先立って集積区域から放電し
、電荷が（−般に０．５　ｍｓ以下の）短い集積期間に
対して記憶することを可能とし、ついで迅速にイメージ
を記憶区域の一方に移送することによって、運動固定ス
ナ・ノプノヨノトが得られる。第２の１スナツプシヨツ
ト”はＴＶフィールドの半分（ＬＯｍｓＮ＆に得られ、
第２の記憶区域に記憶される。二つの通常のビデオテー
プレコーダが二つの出力信号を引き続いて固定フレーム
解析のため記録する。

各ＴＶフィールドに記録された二つの事件に関連した外
部ソースから別々にトリガされる。これは過程中の重要
な点を高速自動製造設備のように正確にモニタすること
を可能にするものである。

ＣＣＤ　ｇ置の第３の応用は、もし二つのイメージ装置
が利用されるならば生ずるであろう誤差を除去すること
なしに二つの特殊なバンドにおける現象を９！１察する
ことである。この場合二つのスペクトルフィルタを備え
たフィルタホイールはＴＶフィールド速度で（すなわち
１３００ＲＰＭ、　Ｃｆ、Ｉ’Ｒ５０Ｈｚフイ一ルド速
度）でカメラと同期して回転される。

露出期間は、各スペクトルフィルタがフォーカルプレー
ンの前面に正確に位置するときだけ生ずるように肉条さ
れる。この方法はまた偏光フィルタを備えたスペクトル
フィルタと交喚することにより、二つの偏光面における
現象を観察するのに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二つの記憶区域を有しかつ広いダイナミックレ
ンジをイメージの構築を許すように構成されたＣＣＤフ
レーム移送逼像装置の線図。第２図はブルーミング防止
構造を備えたＣＣＤフレームｆ多送多送製像装置ズ。 １０・−フレームトランスファー逼（１ｍ置、　　１１
　。 １２−・−記憶区域、１３−・・−集積区域、１４．１
５−・−読出しレジスタ、１６．１７・・−・・ＶＴＲ
，１８゜１９−−Ａ　−Ｄ変換器、２０・−・・１２ビ
ツトフレ一ム記憶区域 図面の浄ｌＦ（内奄に変更なし） Ｆｔｃ、２ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６２年　特許類　第　９８７５４号２、発明の名称 固　　体　　撮　　像　　装　　置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　イギリス国、ロンドン、ダプリュ・シイ・２
・エヌ、５・ジエイ・ティ、ストランド、１１ 名称　　　　ブリテイソノユ・エアロスメイス・パブリ
ック・リミテッド・カンパニー ４、代理人 〒１０５住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号昭和
６２年　６月　３日 図面の浄τ内容に変更なし

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射イメージを現す電荷パターンを形成するイメー
   ジ感知集積区域、前記集積区域のそれぞれ反対側の端部
   に関連した第１および第２の記憶区域、および前記集積
   区域に形成された電荷パターンを前記記憶区域の選択さ
   れた一方に移送する電荷移送装置を含む電荷結合フレー
   ム移送イメージセンサを備えた固体撮像装置。 ２、前記集積区域および前記記憶区域が共通の基板に形
   成された、特許請求の範囲第１項に記載の固体撮像装置
   。 ３、連続する一連のフィールドタイム期間を限定しかつ
   前記電荷移送装置をして前記フィールドタイム期間の一
   部分の間に形成された電荷パターンを前記記憶区域の一
   方に移送させまた前記フィールドタイム期間の他の部分
   の間に形成された電荷パターンを他の記を記憶区域に移
   送させる制御装置を含む特許請求の範囲第１項に記載の
   固体撮像装置。 ４、前記一部分が前記他の部分より長い特許請求の範囲
   第３項に記載の固体撮像装置。 ５、前記一部分と前記他の部分とが実質的に同じ長さで
   ある特許請求の範囲第３項に記載の固体撮像装置。 ６、前記制御装置がその後の可変期間中電荷パターンを
   形成させるよう作動しうる特許請求の範囲第３項に記載
   の固体撮像装置。 ７、前記各記憶区域の電荷パターンを現すデータをうけ
   とるためのまた前記データを連続して拡大されたダイナ
   ミックレンジの前記イメージを現すデータを各フィール
   ド期間に対して発生するための処理装置を含む特許請求
   の範囲第４項に記載の固体撮像装置。 ８、前記出力処理装置が電荷パターンを現すデータをデ
   ジタル化する装置および拡大されたダイナミックレンジ
   の前記イメージを現すデータを記憶する拡大されたダイ
   ナミックレンジのフレーム記憶装置を含み、前記一つの
   期間中形成された電荷パターンを現すデータが連続した
   データの最小の重要な数字を限定し前記他の期間中に形
   成された電荷パターンを現すデータがその最大の重要な
   数字を限定する特許請求の範囲第７項に記載の固体撮像
   装置。 ９、二倍のフィールド速度で前記イメージセンサにより
   消去されたイメージを表示する出力処理装置を含む特許
   請求の範囲第５項に記載の固体撮像装置。 １０、フィルタ装置が前記一つのおよび前記その後の部
   分の一方の間集積区域において入力イメージをフィルタ
   するため設けられた特許請求の範囲第５項に記載の固体
   撮像装置。