KR20070036779A

KR20070036779A - 고체 촬상장치, 촬상장치 및 촬상소자

Info

Publication number: KR20070036779A
Application number: KR1020077001464A
Authority: KR
Inventors: 야스시 곤도; 히로마사 마루노
Original assignee: 가부시키가이샤 시마즈세이사쿠쇼
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-04-03
Also published as: US7692707B2; US20080303933A1; EP1781025A1; JP4442608B2; WO2006009164A1; KR100910501B1; JPWO2006009164A1

Abstract

이 발명의 고체(固體) 촬상소자(撮像素子)는, 촬상신호 온도변동 제어부가 CCD촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 증배(增倍) 레지스터의 구동전압의 전압치를 변화시킴으로써 전하 증배부의 전하 증배 이득(增倍利得)이 전기적으로 제어되어 CCD촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬영신호의 신호 강도(信號强度) 변동이 억제된다. 그 결과, 고정도(高精度) 제어가 대단히 곤란한 열적(熱的)인 제어에 의지하지 않고서도, CCD촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지부가 행하는 고정도 제어가 대단히 용이한 전기적인 제어로 전하 증배부의 전하 증배 이득을 컨트롤함으로써, CCD촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 쉽게 억제할 수 있다.

고체 촬상소자, 고전계 영역, 충돌 전리 현상

Description

고체 촬상장치, 촬상장치 및 촬상소자{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, IMAGING DEVICE, AND IMAGING ELEMENT}

이 발명은, 피사체상(被寫體像)의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 복수의 광전변환(光電變換) 수단을 갖춘 고체 촬상(固體撮像)장치 및 촬상장치 및 촬상 소자(素子)에 관한 것이다.

최근, 촬상(撮像) 장치로 상용(常用)되는 고체 촬상(固體撮像)소자(素子)인 CCD촬상소자는, 전자 카메라 등에 이용되고 있다. 종래의 CCD촬상소자는, 예를 들어, 도14 도시한 바와 같이, 화상부(畵像部) 에리어로서의 피사체상(被寫體像)의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 다수의 광전변환부(光電變換部)

(191)와, CCD셀(192, 193)과, 출력 레지스터(194)와, 전하전압 변환부(195)를 갖추고 있다. 광전변환부(191)에 의해 광전변환되어서 검출된 한 화면 분(分)의 신호

전하(信號電荷)를 CCD셀(192)에 의해 인접하는 축적 에리어의 CCD셀(193)로 모두 전송해서 일단 축적한다. 그리고, 신호 전하를 소정(소정(所定)) 개수씩 축적 에리어의 CCD셀(193)에 의해 전하 인출 에리어에 배치된 출력 레지스터(194)로 전송한다. 그 후, 출력 레지스터(194)에 의해 전하전압 변환부(195)로 순차적으로 다시 전송하여 전압신호로 변환해 촬상 신호로서 출력한다 (예를 들어, 특허문헌1참조).

(i) 그리고, 최근, CCD촬상소자에 있어서는, 노이즈의 증대를 억제하여 신호 전하(信號電荷)를 증배(增倍)시키는 것으로 검출 감도(感度)를 올린다, 즉 고감도화(高感度化)하는 제안이 두 가지 되어 있다. 이것들 두 가지 제안은, 신호 전하

(信號電荷)가 고전계(高電界)영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리(電離) 현상에 의해 신호 전하를 증배하는 전하 증배부(增倍部)(도시 생략)를 배설(配設)함으로써 검출 감도를 향상시킨다는 점에서 공통이다.

최초의 제안에 대해서, 보다 구체적으로 설명하면, 축적 에리어의 CCD셀

(193)의 일부에 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 생성시켜서, 신호 전하를 전송할 때에 전하 증배용의 고전계 영역을 통과시켜서 신호 전하를 증배 시킴으로써 고감도화를 꾀하고 있다. 즉 앞의 제안에서는, 축적 에리어의 CCD셀(193) 중에 전하 증배부를 내장하여 감도를 올리고 있다(예를 들어, 특허문헌2 및 비특허문헌1참조).

또 하나의 제안을 보다 구체적으로 말하면, 출력 레지스터(194)와 전하전압 변환부(195)와의 사이에, 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 생성시켜서, 신호 전하를 전송할 때에 전하 증배용의 고전계 영역을 통과시켜서 신호 전하를 증배시키는 증배 레지스터를 증설함으로써 고감도화를 꾀하고 있다. 즉 뒤의 제안에서는, 출력 레지스터(194)와 전하전압 변환부(195)와의 사이에, 전하 증배부를 추가 배비(配備)해서 감도를 올리고 있다(예를 들어, 특허문헌1 및 비특허문헌2참조).

(ii)도14의 CCD촬상소자의 경우, (i)에서도 말한 것 같이, 출력 레지스터

(194)와 전하전압 변환부(195)와의 사이에 전하 증배부(도시 생략)를 더 배설(配

設)하고 있다. 출력 레지스터(194)로부터 보내지는 신호 전하는 전하 증배부에서 증배되고 나서 전압신호로 변환되므로, 피사체의 광학상(光學像)에 비해 검출 감도는 높지만, 1만화면/초(=1만프레임/초)를 넘는 고속도(高速度) 촬영에서는, 신호 전하의 취득 스피이드가 따라가지 못한다.

한편, 1만화면/초를 넘는 고속도 촬영도 가능한 고속 촬상소자가 이미 개발되어 있다. 종래의 고속 촬상소자에서는, 도15(a) 내지 도15(b)에 도시한 바와 같이, 각 광전(光電) 변환부(201)에서 광전변환되어서 검출되는 신호 전하를 1화면 분(分)씩 복수 화면 분(分) 수용하여 수용화면마다 축적하는 신호 전하 축적부

(202)가 각 광전변환부(201)에 각각 부설되어 있다. 또, 도15(a)나 도15(b)에서는 광전변환부(201) 중 세로방향으로 나열되어 있지만 일부만을 나타내고 있어, 실제로는 세로방향으로도 가로방향으로도 다수의 광전변환부(201)가 나열되어있다.

각 신호 전하 축적부(202)는, 복수의 CCD셀(202A)이 직렬로 접속되어 구성되

고 있다. 촬영실행중, 화면수용도(畵面受容度)에 각 광전변환부(201)로부터 신호 전하가 최초의 CCD셀(202A)에 보내지고, 앞 서의 화면수용으로 이미 축적되어 있는 신호 전하가 일제히 CCD셀(202A) 한 개분 씩 앞으로 전송된다. 따라서, 각 신호 전하 축적부(202)의 CCD셀(202A)에서는 신호 전하가 한 화면 분(分)씩 CCD셀(202A)의 개수와 같은 화면 매수(枚數)분만 받아들여 화면마다 수용 순(順)으로 축적된다. 그리고, 신호 전하 축적부(202)의 CCD셀(202A)에 축적된 신호 전하는, 촬영 종료 후에 판독되어, 전압신호로 변환되고 나서 영상신호로서 출력된다(예를 들어, 특허문헌3참조).

이렇게 도15(a)나 도15(b)의 고속 촬상소자의 경우, 광전변환부(201)로부터 보내진 신호 전하를 CCD셀(202A)의 사이에서 극히 짧은 시간으로 전송하여 CCD셀

(202A)의 개수와 같은 화면 매수분만 축적하는 신호 전하 축적부(202)가 광전변환부(201)에 부설되어 있어서, 각 신호 전하 축적부(202)는 CCD셀(202A)의 개수와 같은 화면 매수분의 신호 전하를 합쳐서 축적한다. 따라서, 1만화면/초를 넘는 고속도 촬영에 이용할 수 있다.

또, 도15(a)의 고속 촬상소자의 경우, 광전변환부(201)의 2차원 어레이 배치는 정방(正方) 행렬(matrix)이 되지 않는다. 세로방향에 나열해 있는 광전변환부

(201)의 사이에서는, 상단의 신호 전하 축적부(202)와 겹치지 않도록, 하단의 광전변환부(201)가 상단의 광전변환부(201)의 왼쪽 밑으로 비스듬히 배치되어 있기 때문이다. 이에 대하여, 도15(b)의 고속 촬상소자의 경우는, 신호 전하 축적부(202)

의 CCD셀(202A)의 배열 방향이 비스듬히 기울어져 있고, 하단의 광전변환부(201)가

상단의 광전변환부(201)의 바로 아래에 배치되어 있으므로, 광전변환부(201)의 2차

원 어레이 배치가 정방 행렬로 되어있다.

특허문헌1:특개평10-304256호 공보

특허문헌2:특개평7-176721호 공보(제3 내지 7페이지, 도1 내지 11)

특허문헌3:특개2001-345441호 공보(제2페이지, 도11, 12)

비특허문헌1:J.Hynecek,“ lmpactron-A New Solid State Image Intensif

er,” IEEE Trans.on Elec .Dev .,voL48, No.10,2001(p.2238 내지 2241, Fig1)

비특허문헌2:M.S.Rpbbins,B.J.Hadwen,“The Noise Performance of Electron

Multiplying Charge-Coupled Devices,”IEEE Trans.on Elec.Dev.,voL50,No.5,2003

(p.1227 내지 1229, Fig2 내지 3)

[발명이 해결하려고 하는 과제]

그렇지만, 하기와 같은 (i), (ii)의 과제가 있다.

(i)의 과제에 대해서

상기 종래의 CCD촬상소자는, 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제하는 것이 용이하지 않다는 문제가 있다.

즉, 상기 종래의 CCD촬상소자의 경우, 신호 전하를 증배하기 위해서 배설(配設)한 전하 증배부의 전하 증배 이득(전하 증배게인(gain))은, 고체 촬상소자의 소자온도가 변화되는 것에 따라 변화(비특허문헌1의 p.2240 의 Fig2(b), 내지 비특허문헌2의 p.1228 의 Fig4를 참조)되므로, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화를 방치한 상태라면, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 의하여 촬상신호의 신호 강도가 변동해버린다. 이 촬상신호의 신호 강도의 변동은, 촬영 화상의 재현성(再現性)이나 프로파일(profile)의 재현성을 떨어뜨린다.

그러므로, 상기 종래의 CCD촬상소자를 이용하는 때는, 고체 촬상소자의 소자온도를 일정하게 유지하는 온도제어를 행하여 고체 촬상소자의 소자온도의 변화 그 자체를 억제하고 있다. 즉 상기 종래의 CCD촬상소자의 경우, 전하 증배부의 전하 증배 이득을 열적(熱的)으로 제어해서 안정시키고 있다.

그러나, 고체 촬상소자의 소자온도는 환경온도에 의해 간단히 변화되고, 또한 온도변화 시에 정수(定數)는 열의 성질상(性質上) 길어지므로, 고체 촬상소자의 소자온도를 온도제어로 일정하게 유지하는 열적인 제어에 의해 전하 증배부의 전하 증배 이득의 안정화를 실현하는 것은, 실제로는 곤란하다.

(ii)의 과제에 대해서

상기 종래의 고속 촬상소자의 경우, 피사체의 광학상(光學像)을 광전변환하는 광전변환부(201)의 수광면(受光面)의 면적이 넓다고 하는 문제가 있다. 1만화면/초를 넘을 것 같은 고속도 촬영의 경우, 광전변환부(201)의 수광면에 피사체의 광학상이 투영되는 시간은 극히 짧고, 광전변환부(201)의 수광면에 입사하는 빛의 양은 미량으므로, 광전변환부(201)의 수광면의 면적을 넓혀서 검출감도를 벌어야한다. 그 결과, 광전변환부(201)의 수광면의 면적이 넓어진다.

이렇게, 광전변환부(201)의 수광면의 면적이 넓을 경우에는, 광전변환부

(201)의 고밀도화가 어렵게 될 뿐만 아니라, 광전변환부(201)로부터 신호 전하를 꺼내기가 어려워진다. 도16 도시한 바와 같이, 광전변환부(201)의 수광면 위에 전송전극(203A, 203B)을 설치하면, 신호 전하는 신속하게 꺼낼 수 있다. 즉, 신호 전하 축적부(202)측에 전송할 수 있다. 그러나, 전송전극(203A, 203B)의 추가 형성 공정이 필요하게 되는 동시에, 전송전극(203A, 203B)의 광(光)흡수작용에 의해 특정 파장의 광에 대하여 검출 감도가 저하하는 다른 불편함이 생긴다.

이 발명은, 이러한 사정을 감안하여 행하여진 것이며, (i)고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 쉽게 억제할 수 있다, (ii)피사체의 광학상을 광전변환하는 광전변환 수단의 수광면의 면적축소를 꾀할 수 있는 고체 촬상장치, 촬상장치 및 촬상소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이 발명의 고체 촬상장치는, 촬상을 하는 고체 촬상장치에 있어서, 고체 촬상소자와 전하 증배 수단과 촬상신호 온도변동 억지 수단을 갖추는 동시에, 상기 고체 촬상소자는, 피사체상의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 복수의 광전변환 수단과, 각 광전변환 수단에 의해 광전변환되어서 검출된 신호 전하를 전송하는 전하 전송 수단과, 전하 전송 수단으로부터 전송된 신호 전하를 전압신호로 변환해 촬상신호로서 출력하는 전하 전압변환 수단을 갖추고, 상기 전하 증배 수단은 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리(電離)현상에 의해 신호 전하를 증배하고, 그 전하 증배 수단을 상기 전하 전압변환 수단의 전단(前段)측에 배설(配設)하고, 상기 촬상신호 온도변동 억지 수단은, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 전하 증배 수단의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제한다, 또는 고체 촬상소자의 소자온도의 변화 에 따라 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 조정해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명의 고체 촬상장치에 의하면, 이 고체 촬상장치를 이용해서 촬영이 행하여질 경우, 피사체상(被寫體像)은, 피사체상의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 복수의 광전변환 수단에 의한 광전검출에 의해 신호 전하로 변환된 후, 전하 전송 수단에 의해 전하 전압변환 수단의 측에 전송되어서, 전하 전압변환 수단의 전단(前段)측에 마련되어진 전하 증배 수단에 의한 신호 전하의 증배(增倍)가 행하여진다. 그 후, 전하 전압변환 수단에서 촬상 신호로서의 전압신호로 변환되어 출력된다. 그리고, 전하 전압변환 수단의 전단측에 마련되어진 전하 증배(增倍)수단은, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 신호 전하를 증배하므로, 2차원 어레이 배치된 복수의 광전변환 수단에서 신호 전하로 변환된 피사체상은, 전하 증배 수단의 증배기능에 의해, 노이즈의 증대를 억제하고 증폭되어서 촬상신호로서의 전압신호로 변환된다. 결과, 피사체상에 대한 검출 감도가 향상한다.

또한, 촬상신호 온도변동 억지 수단이, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 전하 증배 수단의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 경우에

는, 아래와 같이 된다. 즉, 고정도(高精度)제어의 대단히 곤란한 열적인 제어에 의지하지 않더라도, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지수단이 행하는 고정도(高精度) 제어의 대단히 용이한 전기적인 제어에서 전하 증배 수단의 전하 증배 이득을 컨트롤함으로써, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 수 있다.

나아가, 촬상신호 온도변동 억지수단이, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화 에 따라 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 조정해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 경우에는, 아래와 같이 된다. 즉, 고정도 제어가 대단히 곤란한 열적인 제어에 의지하지 않더라도, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지수단이 행하는 고정도(高精度)제어의 대단히 용이한 전기적인 조정으로 촬상신호 자체의 신호 강도를 컨트롤함으로써, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 수 있다.

상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이 발명의 일례는, 상기 전하 증배 수단은, 신호 전하를 순차로 전송하는 복수단(複手段)의 증배레지스터로 구성되고, 각 증배 레지스터는, 구동 전압의 인가에 따라 증배 레지스터의 요소 내에 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 생성하고, 신호 전하를 전송할 때에 전하 증배용의 고전계 영역을 통과시켜서, 인가되는 구동 전압의 전압치의 변화에 의해 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역의 전계강도가 변화되는 것 같이 구성되고 있어, 소노체 촬상소자의 소자온도의 변화 에 따라 구동 전압의 전압치를 변화시키는 것으로 전하 증배 수단의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어하는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 촬상신호 온도변동 억지 수단이 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따른 증배 레지스터에 인가하는 구동 전압의 전압치를 변화시키는 것에 의해 전하 증배 수단의 전하 증배 이득의 전기적인 제어가 행하여지므로, 촬상신호 온도변동 억지 수단의 전기적인 제어에 의한 전하 증배(增倍)수단의 전하 증배 이득의 컨트롤을 대단히 용이하게 행할 수 있다.

상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이들 발명의 일례는, 상기 고체 촬상소자와 상기 전하 증배 수단과를 별체(別體)로 배설(配設)하는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 전하 증배 수단이 별체로 배설되어 있으므로, 다른 부분의 구성을 변경하지 않고, 전하 증배 수단을 배설할 수가 있다.

상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이들 발명의 일례는, 상기 고체 촬상소자의 소자온도를 검출하는 온도 센서를 고체 촬상소자에 배설(配設)하고, 이 온도센서에서 검출된 고체 촬상소자의 소자온도에 따라서 촬상신호 온도변동 억지수단을 작동시키는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 고체 촬상소자 자체에 배설되어 있는 온도센서에 의해 고체 촬상소자의 소자온도가 정확하게 검출되므로, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상 신호의 신호 강도의 변동을 정확하게 억제할 수 있

다.

상기의 온도 센서를 배설한 이 발명의 일례는, 상기 온도 센서를 상기 전하 증배 수단의 근방에 배설하는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 고체 촬상소자 자체에 배설되어 있는 온도 센서에 의해 검출되는 고체 촬상소자의 소자온도에 전하 증배 수단의 근방의 온도가 충분히 반영되므로, 전하 증배 수단 근방의 온도변화에 따르는 촬상신호의 신호 강도의 변동이 충분히 억제된다.

상기의 온도 센서의 일례는, 사미스터(thermistor)이다. 또한, 온도 센서의 다른 일례는, 금속세선(金屬細線)을 이용한 측온체(測溫體)이다.

상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이들 발명의 일례는, 상기 촬상신호 온도변동 억지 수단은, 저항치가 변경 가능한 저항치(抵抗値) 제어형 저항 소자를 귀환(歸還) 저항으로서 갖고, 고체 촬상소자의 소자온도의 결과에 근거해서 저항치 제어형 저항 소자의 저항치를 변화시키고, 촬상신호 온도변동 억지 수단의 증폭 기능의 증폭률을 조정함으로써 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 증감시켜서, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 억제하는 것이다.

상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이들의 발명의 일례는, 상기 각 광전변환(光電變換) 수단마다, 각 광전변환 수단에 의해 광전변환되어 검출되는 신호 전하를 축적하는 복수의 신호 전하 축적 수단을 각각 부설(付設)하는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 광전변환 수단에서 광전변환되어 검출되는 신호 전하를 광전변환 수단에서 부설된 신호 전하 축적 수단으로 전송· 축적한다. 따라서, 고속 촬상용의 고체 촬상소자에도 적용할 수가 있다.

또한, 상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이 발명의 촬상장치는, 상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이 발명의 고체 촬상장치를 갖춘 촬상장치이다.

이 발명의 촬상장치의 경우, 상기(i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이 발명의 고체 촬상장치를 갖추고 있으므로, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 용이하게 억제할 수 있다.

상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이 발명의 촬상소자는, 피사체상의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 복수의 광전변환 수단과, 각 광전변환 수단에 각각 부설되어 있어서, 각 광전변환 수단에 의해 광전변환되어 검출되는 신호 전하를 한 화면 분(分)씩 복수 화면분 수용해서 수용화면마다 축적하는 복수의 신호 전하 축적 수단과, 각 신호 전하 축적 수단에 축적된 신호 전하를 수용하여 화면과의 대응을 유지하면서 전송해서 판독하는 신호 전하 판독 수단과, 신호 전하 판독 수단으로 판독된 신호 전하를, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 증배하는 전하 증배 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명의 촬상소자에 의하면, 이 발명의 촬상소자를 이용해서 촬영이 행하여질 경우, 촬영 실행중, 피사체의 광학상의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 복수의 광전변환(光電變換) 수단에 의해, 투영면에 비치는 피사체의 광학상이 전하 신호로 변환되어서 한 화면 분(分)씩 수용되어서 각 광전변환 수단 각각 부설되어 있는 신호 전하 축적 수단으로 계속해서 보내진다. 신호 전하 축적 수단에서는 광전변환 수단으로부터 한 화면 분(分)씩 차례 차례로 신호 전하가 복수 회에 걸쳐 수용되어 복수 화면 분(分)의 신호 전하가 수용화면마다 축적된다. 그리고, 촬영 종료 후, 각 신호 전하 축적 수단에 축적된 신호 전하는, 신호 전하 판독 수단에 의해 수용화면과 대응이 유지되면서 전송되어서 판독된다. 게다가 판독된 신호 전하는, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 증배하는 전하 증배 수단에 의해 증배된다.

즉, 이 발명의 촬상소자의 경우, 피사체의 광학상(光學像)을 광전변환(光電變換)해서 검출하는 광전변환 수단으로부터 보내지는 피사체의 광학상의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하를 한 화면 분(分)씩 순차로 수용되어 복수화면에 걸쳐 정리해서 축적하는 신호 전하 축적 수단이, 각 광전변환 수단에 각각 부설되어 있다. 따라서, 피사체의 광학상의 촬영 화면에 대응하는 신호 전하를 여러 장의 촬영 화면분, 고속으로 검출해서 축적할 수 있다. 또한, 신호 전하 축적 수단에 축적된 신호 전하가 신호 전하 판독 수단에 의해 수용화면과의 대응이 유지되면서 전송되어서 판독되므로, 판독된 신호 전하로부터 수용화면마다의 고속도 촬영 화상을 재생할 수 있다.

게다가, 이 발명의 촬상소자의 경우, 피사체의 광학상의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하가, 신호 전하 판독 수단에 의해 판독된 후에, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리(電離) 현상에 의해 증배하는 전하 증배(增倍)수단에 의해 신호 전하를 노이즈 증대의 수반(隨伴) 없이 증배하므로, 광전변환 수단의 수광면(受光面)의 면적을 전하 증배 수단에 의한 신호 전하의 증배분에 대응해서 좁게 할 수 있다. 이렇게 광전변환 수단의 수광면의 면적을 좁게 할 수 있으면, 광전변환 수단이 작아지므로, 광전변환 수단의 고밀도화를 실현할 수 있고, 신호 전하를 신속하게 꺼낼 수 있으므로, 촬영 속도의 고속화도 실현할 수 있다.

또한, 상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이 발명의 일례는, 상기 전하 증배 수단은, 신호 전하를 순차로 전송하는 복수 단(段)의 증배 레지스터로부터 되고, 각 증배 레지스터는, 구동 전압의 인가에 따라 증배 레지스터의 요소 내에 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 생성하고, 신호 전하를 전송할 때에 전하 증배용의 고전계 영역을 통과시키는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 전하 증배 수단이, 신호 전하를 순차로 전송하는 복수 단의 증배 레지스터로 구성되므로, 개개의 증배 레지스터의 증배율을 합계한 증배율로 신호 전하가 증배된다.

상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이것들의 발명의 일례는, 상기 광전변환 수단이, 광전변환된 신호 전하를 신호 전하 축적 수단측으로 전송하는 전송전극을 수광면(受光面)에 갖지 않는 무전극(無電極) 타입인 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 광전변환 수단이 무전극 타입이므로, 광전변환 수단의 수광면에 전송 전극을 추가 형성하는 공정이 불필요해서, 전송전극의 광흡수 작용에 의한 특정 파장의 광에 대한 검출 감도의 저하를 방지할 수가 있다.

상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이들 발명의 일례는, 상기 전하 증배 수단의 후단(後段)에, 전하 증배 수단으로부터 보내진 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하 전압변환 수단을 갖추고 있는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 피사체의 광학상(光學像)의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하는 전하·전압변환 수단에 의해 전압신호로 변환되므로, 피사체의 광학상의 촬영 화면에 상응하는 촬상신호가 전압신호의 상태로 출력된다.

상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이들 발명의 일례는, 상기 각 광전변환 수단의 전면(前面)측에, 검출 대상의 광을 모으는 마이크로 렌즈를 배설(配設) 하는 것이다.

이 발명의 일례의 경우, 각 광전변환 수단의 전면측에 배설된 마이크로 렌즈에 의해, 각 광전변환 수단의 수광면(受光面)에 검출 대상의 광이 모아지므로, 마이크로 렌즈의 설치에서 광전변환 수단의 수광면에 입사하는 광의 양이 늘고, 그 늘어난 분만큼 피사체의 광학상에 대한 검출 감도가 향상한다.

상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 이들 발명의 일례는, 상기 광전변환 수단의 2차원 어레이 배치가 정방 행렬(matrix)이며, 상기 신호 전하 축적 수단은, 신호 전하가 화면 수용할 때마다 하나 앞쪽의 CCD셀로 전송되는 복수 개의 CCD셀을 직렬로 접속한 1차원 CCD셀 어레이이며, 1차원 CCD셀 어레이에 있어서의 CCD셀의 배열 방향이 광전변환 수단의 배열 방향에 대하여 비스듬한 방향인 것이 다.

이 발명의 일례의 경우, 광전변환 수단의 2차원 어레이 배치가 정방 행렬

(matrix)이므로, 촬상소자의 검출 화소도 세로와 가로 일직선으로 규칙에 맞게 늘어선 정방 행렬의 2차원 배치가 된다. 또한, 신호 전하 축적 수단이 1차원 CCD셀 어레이이므로, 신호 전하 축적 수단의 구성이 간결하게 된다. 더욱이, 신호 전하 축적 수단으로서의 1차원 CCD셀 어레이에 있어서의 CCD셀의 배열 방향이 광전변환 수단의 배열 방향에 대하여 비스듬한 방향이므로, CCD셀의 개수를 많게 해서 1차원

CCD셀 어레이를 길게 연장시켜도 세로 및 가로에 인접하는 광전변환 수단에 충돌하지 않는다. 따라서 신호 전하 축적 수단으로서의 1차원 CCD셀 어레이의 CCD셀의 개수를 많게 함으로써, 신호 전하 축적 수단으로 축적할 수 있는 신호 전하의 수를 늘리고, 연속 촬영할 수 있는 화상의 매수를 많게 하는 것이 가능해진다.

도1은, 실시예1의 촬상장치의 요부 구성을 나타내는 블록도이다.

도2는, 실시예1의 촬상장치가 갖춰져 있는 고체 촬상장치의 구성을 중심으로 나타내는 상세 블록도이다.

도3은, 실시예1의 촬상장치에 있어서의 전하 증배부(增倍部)에 인가되는 구동 전압의 경시적(經時的) 변화를 나타내는 그래프이다.

도4는, 실시예1의 촬상장치에 있어서의 전하 증배부의 각 증배 레지스터에 대한 구동 전압의 인가상황을 나타내는 부분 블록도이다.

도5는, 실시예1의 촬상장치의 전하 증배부로의 구동 전압의 인가에 따르는 증배 레지스터의 요소 내의 포텐셜 변화를 나타내는 모식도이다.

도6은, 실시예1의 촬상장치에 있어서의 CCD촬상소자의 소자온도와 구동 전압의 전압치와의 대응관계를 나타내는 그래프이다.

도7은, 실시예1의 촬상장치에 있어서의 온도 센서의 배치 형태의 변형 예를 나타내는 부분 블록도이다.

도8은, 실시예2의 촬상장치가 갖추고 있는 고체 촬상장치의 구성을 중심으로 나타내는 상세 블록도이다.

도9는, 실시예3에 관계하는 고속 촬상소자의 요부 구성을 나타내는 블록도이다.

도10은, 실시예3의 고속 촬상소자가 내장되어 있는 고속 촬상장치의 요부 구성을 나타내는 블록도이다.

도11은, 실시예3의 고속 촬상소자의 광전변환부의 전면(前面)측에 설치하는 마이크로 렌즈의 배치 상황을 나타내는 평면도이다.

도12는, 실시예3의 고속 촬상소자가 내장되어 있는 고속 촬상장치의 변형 상태를 나타내는 부분 블록도이다.

도13은, (i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 발명이 적용되는 고체 촬상소자의 다른 일례를 나타내는 블록도이다.

도14는, 종래의 촬상장치에 이용할 수 있는 CCD촬상소자의 구성을 나타내는 블록 도이다.

도15(a)는, 종래의 고속 촬상소자의 요부 구성 예를 나타내는 블록도이며, (b)는, 종래의 고속 촬상소자의 다른 요부 구성 예를 나타내는 블록도이다.

도16은, 종래의 고속 촬상소자의 광전변환부상에 마련되어진 전송 전극을 나타내는 평면도이다.

[부호의 설명]

1, 16 … CCD 촬상(撮像) 소자(素子)

1A … (피사체상의) 투영면(投影面)

8 … 광전(光電) 변환부

9 … CCD셀

10 … CCD셀

11 … 출력 레지스터

12 … 전하전압 변환부

13 … 전하 증배부(增倍部)

13A … 증배(增倍) 레지스터

14, 17 … 촬상신호 온도변동 억지부

15 … 온도 센서

φ3 … 구동 전압

고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 전하 증배 수단의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제하는, 또는 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 조정해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 억제하는 촬상신호 온도변동 억지 수단을 갖춤으로써 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 쉽게 억제한다는 목적을 실현했다.

(실시예1)

이 발명의 고체 촬상장치의 일례가 내장된 실시예1의 촬상장치에 대해서, 도면을 참조해서 설명한다. 도1은 실시예1의 촬상장치의 요부 구성을 나타내는 블록 도, 도2는 실시예1의 촬상장치에 갖춰져 있는 고체 촬상장치의 구성을 중심으로 나타내는 블록도이다.

실시예1의 촬상장치는 도1 도시한 바와 같이 피사체상을 검출하는 CCD촬상소자(1)와, CCD촬상소자(1)에 있어서의 피사체상의 투영면(1A)에 피사체상을 결상(結像)시키는 광학렌즈(2)와, CCD촬상소자(1)을 구동하는 촬상소자 구동부3과, CCD촬 상소자(1)로부터 출력되는 촬상신호를 처리해서 촬영 화상을 취득하는 촬상신호 처리부(4)와, 촬상신호 처리부(4)에서 취득된 촬영 화상을 기억하는 화상 메모리(5)

와, 촬상신호 처리부(4)에서 취득된 촬영 화상을 표시하는 화상 표시부(6)와, 촬영

장치의 작동에 필요한 전력을 공급하는 전원부(7)를 갖추고 있다. CCD촬상소자(1)는, 이 발명에 있어서의 고체 촬상소자에 상당한다.

실시예1의 촬상장치에 의해 촬영이 행하여질 경우는, CCD촬상소자(1)에 있어서의 투영면(1A)에 광학렌즈(2)에서 받아들인 피사체상이 투영되어, CCD촬상소자

(1)이 촬상소자 구동부(3)의 구동에 따라서 피사체상을 검출해서 촬상신호로 변환하고 나서 촬상신호처리부(4)에 출력한다. 촬상신호처리부(4)는 CCD촬상소자(1)로부터 출력된 촬상신호를 처리해서 촬영 화상을 취득하는 동시에, 촬상신호 처리부

(4)에서 취득된 촬영 화상은, 화상메모리(5)에 의해 기억되어, 또 화상표시부(6)에 의해 표시된다.

또, 실시예1의 촬상장치에는, 상기의 이외에 촬영 조건의 설정이나 셔터링 등을 행하기 위한 조작부(도시 생략)등도 설치되어져 있다. 또한, CCD촬상소자(1)의 설치는, CCD촬상소자(1)을 배선 기판(1B)에 납땜하여 형성되어 있다.

CCD촬상소자(1)의 경우, 도2에 도시한 바와 같이, 피사체상의 투영면(投影

面)(1A)에는 종횡 정방(縱橫正方)행렬의 2차원 어레이 상태로 배치된 다수의 광전

(光電) 변환부(8)과, 각 광전변환부(8)에 의해 광전변환되어서 검출된 신호 전하를 후단의 축적 영역에 전송하는 광전변환부(8)와 같은 2차원 어레이 배치의 CCD셀(9)과, CCD셀(9)로부터 전송되어 오는 신호 전하의 일시적 축적 및 재전송을 하는 CCD 셀(10)과, CCD셀(10)에 축적되어 있는 신호 전하를 소정(所定) 개수씩 출력하는 CCD타입의 출력 레지스터(11)와, CCD셀(9)로부터 출력 레지스터(11)경유로 전송된 신호 전하를 전압신호로 변환해 촬상신호로서 출력하는 전하전압 변환부(12) 등을

갖추고 있다. 광전변환부(8)는, 이 발명에 있어서의 광전변환 수단에 상당하고, CCD셀(9,10) 및 출력 레지스터(11)는, 이 발명에 있어서의 전하 전송 수단에 상당하고, 전하전압 변환부(12)는, 이 발명에 있어서의 전하전압변환 수단에 상당한다.

촬영 실행중의 CCD촬상소자(1)에서는, 촬상소자 구동부(3)의 판독 전하 증배전압 인가기구(印加機構)(3A)로부터 셔터링 동작과 동기(同期)해서 구동전압이 CCD촬상소자(1)에 출력된다. 최초의 셔터링시에 광전변환부(8)에서 광전변환되어서 검출된 피사체상 한 장분의 신호 전하가, 다음 셔터링 시에 CCD셀(9)로부터 CC셀(10)

에 전송되어 일시적으로 유지된다. 그 후, 다음 셔터링 시에 출력 레지스터

(11)경유로 전하전압 변환부(12)로 보내져서 촬상신호로 변환된다.

또한, CCD촬상소자(1)는, 도2에 도시한 바와 같이, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 신호 전하를 증배하는 전하 증배부(13)를 배설(配設)하고 있다.

전하 증배부(13)는, 출력 레지스터(11)와 전하전압 변환부(12)의 사이에 개재하여 신호 전하를 순차적으로 전송하는 복수 단(段)의 증배 레지스터(13A)로 구성된다. 이 증배 레지스터(13A)는 구동 전압의 인가에 따라 증배 레지스터(13A)의 요소 내에 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 생성하고, 신호 전하를 전송할 때에 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 통과시키는 것으로 신호 전하를 증배한다 . 도2에서는 증배 레지스터(13A)를 편의상 6단(6段) 분만 나타내고 있지만, 전하 증배부(13)은, 보통, 몇 십개 내지 몇 백개 범위의 증배 레지스터(13A)를 직렬로 접속한 다단구성으로 되어 있어, 신호 전하는 전하 증배부(13)에 의해 예를 들어 1000배로 증배된다. 전하 증배부(13)는, 이 발명에 있어서의 전하 증배 수단에 상당한다.

또 전하 증배부(13)의 각 증배 레지스터에는, 촬상소자 구동부(3)의 전하증배 전압인가기구(3B)로부터 구동 전압이 인가된다. 전하증배 전압 인가기구(3B)는, 도3에 도시한 바와 같이, 경시(經時)적으로 전압치가 펄스적으로 변화되는 구동 전압φ1 내지 φ3과 경시적으로 전압치가 변화되지 않는 정전압(定電壓)의 구동 전압φe가 출력되어, 구동 전압φ1 내지 φ3, φe는, 도4에 도시한 바와 같이, 각 증배 레지스터(13A)마다 인가된다. 그리고, 증배 레지스터(13A)에 인가된 구동 전압φ1 내지 φ3, φe의 변화에 따라, 신호 전하가 증배 레지스터(13A)의 사이를 전하전압 변환부(12)쪽에 전송되면서 단계적으로 증배된다. 실시예1의 경우, 주로 신호 전하의 전송을 책임지는 구동 전압φ1, φ2는, 약 10볼트의 전압치이며, 주로 신호 전하의 증배를 책임지는 구동 전압φ3은, 약 40볼트의 전압치이다.

보다 구체적으로 설명하면, 1개의 증배 레지스터(13A)에 대해서 보면, 도5

(a)내지 도5(d)에 모식적으로 도시한 바와 같이, 구동 전압φ1 내지 φ3의 변화에 따라, 증배 레지스터(13A)의 각 요소내에서 변화가 일어난다. 특히, 구동 전압φ3이 인가 되었을 때에, 도5(c)에 도시한 바와 같이 레지스터(13A)의 요소 내에 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역이 생성된다. 그 결과, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과할 때에 충돌 전리 현상이 일어나고, 노이즈의 증대를 억제하며 신호 전하가 증배되어, 피사체상에 대한 검출 감도가 향상한다.

더욱이, 실시예1의 촬상장치에 갖추어진 고체 촬상장치는, CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 따라 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어해서 CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제하는 촬상신호 온도변동 억지부(14)를 배설(配設)하는 것을 구성상의 특징으로 하고 있다. 또한, 실시예1의 촬상장치의 경우, 도1에 도시한 바와 같이, CCD촬상소자(1)의 소자온도를 검출하는 온도 센서(15)를 CCD촬상소자 자체에 일체적(一體的)으로 설치, 온도 센서(15)에 의해 검출되는 CCD촬상소자(1)의 소자온도에 따라서 촬상신호 온도변동 억지부(14)를 작동시킨다. 온도 센서(15)로서는, 예를 들어 사미스터(thermistor)를 들 수 있지만, 온도 센서(15)는 특정한 종류의 온도 센서에 한정되는 것은 아니다. 촬상신호 온도변동 억지부(14)는, 이 발명에 있어서의 촬상신호 온도변동 억지수단에 상당(相當)한다.

즉, 전하 증배부(13)의 증배 레지스터(13A)는, 인가되는 구동 전압φ3의 전압치가 변하면 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역의 전계강도가 변하고, 신호 전하의 증배 이득이 변화된다. 따라서 실시예1의 경우, 이 변화를 이용하고 있어, 촬상신호 온도변동 억지부(14)는 CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 따라 증배 레지스터(13A)에 인가하는 구동 전압φ3의 전압치를 변화시키는 것에 따라 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어한다.

보다 구체적으로는, 촬상신호 온도변동 억지부(14)가, 도6에 나타내는 CCD촬 상소자(1)의 소자온도(K)과 구동 전압φ3의 전압치(볼트)과의 대응관계에 따라서, 증배 레지스터(13A)에 인가하는 구동 전압φ3의 전압치를 변화시키고, CCD촬상소자

(1)의 소자온도의 변화에 따라 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득이 변동하는 것을 저지한다. 촬상신호 온도변동 억지부(14)에 의한 구동 전압φ3의 전압치의 변화는 아날로그 회로방식이나 디지털 회로방식의 어느 쪽으로 행해도 좋다.

또한, CCD촬상소자(1)의 소자온도와 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득과는 반비례의 관계에 있어서, CCD촬상소자(1)의 소자온도가 높아지면, 구동 전압φ3의 전압치를 높히고 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 강하게 해서, 소자온도의 상승에 의한 전하 증배 이득의 감소를 억제한다. 반대로, CCD촬상소자(1)의 소자온도가 낮아지면, 구동 전압φ3의 전압치을 낮추고 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 약하게 해서, 소자온도의 하강에 의한 전하 증배 이득의 증가를 억제한다.

상기에 설명한 바와 같이, 실시예1의 경우, 촬상신호 온도변동 억지부(14)가 CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 따라 증배 레지스터(13A)의 구동 전압의 전압치를 변화시키는 것에 의해 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득이 전기적으로 제어되어 CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동이 억제된다. 그 결과, 고정도(高精度)제어가 대단히 곤란한 열적인 제어에 의지하지 않더라도, CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지부(14)가 행하는 고정도(高精度)제어의 대단히 용이한 전기적인 제어로 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득을 컨트롤함으로써, CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동이 억제된다.

따라서, 실시예1에 관계하는 촬상장치 및 고체 촬상장치에 의하면, CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 쉽게 억제 수 있다.

또한, 실시예1의 경우, 촬상신호 온도변동 억지부(14)가 CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 따라 증배 레지스터(13A)에 인가하는 구동 전압φ3의 전압치를 변화시키는 것에 따라 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득의 전기적인 제어가 행하여지므로, 촬상신호 온도변동 억지부(14)의 전기적인 제어에 의한 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득의 컨트롤을 대단히 용이하게 행할 수 있다.

게다가, 실시예1의 경우, 전하 증배부(13)가 별체(別體)에 배설(配設)되어 있으므로, 다른 부분의 구성을 변경하지 않고, 전하 증배부(13)를 배설할 수가 있다.

또한, 실시예1의 경우, CCD촬상소자 자체에 배설되어 있는 온도 센서(15)에 의해 CCD촬상소자(1)의 소자온도가 정확하게 검출되므로, CCD촬상소자(1)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동이 정확하게 억제된다.

또, CCD촬상소자(1)의 소자온도를 검출하는 온도 센서(15)는, 도7에 도시한 바와 같이, 전하 증배부(13)의 근방에 설치되어 있어도 좋다. 도7과 같이 전하 증배부(13)의 근방에 설치되는 온도 센서로서는, 예를 들어 동 내지 알루미늄 등의 금속세선(細線)을 이용한 측온체(測溫體) 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 온도 센서에서 검출되는 CCD촬상소자(1)의 소자온도에 전하 증배부(13)의 근방의 온도가 충분히 반영되므로, 전하 증배부(13)의 근방의 온도변화에 따르는 촬상신호의 신호 강도의 변동이 충분히 억제된다.

(실시예2)

다음으로, 이 발명의 고체 촬상장치의 다른 일례가 내장된 실시예2의 촬상장치에 관해, 도면을 참조해서 설명한다. 도8은 실시예2의 촬상장치에 갖춰져 있는 고체 촬상장치를 중심으로 나타내는 블록도이다. 실시예2의 촬상장치의 경우, 실시예1의 촬상신호 온도변동 억지부(14)의 대신에, CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 조정해서 CCD촬상소자(16)의

소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 억제하는 촬상신호 온도변동 억지부(17)를 갖추고 있는 것 외에는, 실질적으로 실시예1과 같으므

로, 공통점의 설명은 생략하고, 다른 점만을 설명한다. CCD촬상소자(16)는, 이 발명에 있어서의 고체 촬상소자에 상당하고, 촬상신호 온도변동 억지부(17)는, 이 발명에 있어서의 촬상신호 온도변동 억지 수단에 상당한다.

즉, 실시예2의 촬상장치의 고체 촬상장치의 경우, 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득을 변화시키지 않고, CCD촬상소자(16)의 전하전압 변환부(12)의 출력 측에, 증폭률 가변(可變)타입의 증폭 기능을 갖는 촬상신호 온도변동 억지부(17)를 직렬로 접속한다. 그리고, CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지부(17)의 증폭 기능의 증폭률을 조정함으로써 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 증감시켜서 CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제한다.

또한, CCD촬상소자(16)의 소자온도와 전하전압 변환부(12)의 출력 전압과는 반비례의 관계에 있다. 따라서, CCD촬상소자(16)의 소자온도가 높아지면, 전하전압 변환부(12)의 출력 전압이 감소하므로, 촬상신호 온도변동 억지부(17)의 증폭 기능의 증폭률을 올려서 전하전압 변환부(12)의 출력 전압을 증대시켜, 소자온도의 상승에 의한 전하전압 변환부(12)의 출력 전압의 감소를 억제한다. 반대로, CCD촬상소자(16)의 소자온도가 낮아지면, 전하전압 변환부(12)의 출력 전압이 증대하므로, 촬상신호 온도변동 억지부(17)의 증폭 기능의 증폭률을 내려서 전하전압변환부(12)

의 출력 전압을 감소시켜, 소자온도의 하강에 의한 전하전압 변환부(12)의 출력 전압의 증대를 억제한다.

또, 촬상신호 온도변동 억지부(17)는, 예를 들어, 외부신호(온도 센서15의 온도결과에 관한 신호)에 의해 저항치가 변경 가능한 저항치 제어형(抵抗値制御型) 저항 소자 (예를 들어 트랜지스터 소자)(17A)를 귀환 저항으로서 갖는다. 그리고, 온도 센서(15)의 온도결과에 관한 신호를 저항치 제어형 저항소자(예를 들어 트랜지스터 소자)(17A)에 인가함으로써 저항치 제어형 저항소자(17A)의 저항치를 변화시켜서 촬상신호 온도변동 억지부(17)의 증폭 기능의 증폭률을 변화시킨다.

상기에 설명한 바와 같이, 실시예2의 경우, 촬상신호 온도변동 억지부(17)가 CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호를 증감시키는 것에 의해 촬상신호 자체의 신호 강도가 전기적으로 조정되어서 CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동이 억제된다. 그 결과, 고정도

(高精度)제어가 대단히 곤란한 열적(熱的)인 제어에 의지하지 않더라도, CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지부(17)가 행하는 고정도

(高精度)제어가 대단히 용이한 전기적인 조정으로 촬상신호 자체의 신호 강도를 컨트롤하는 것에 의해, CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 수 있다.

따라서, 실시예2의 촬상장치 및 고체 촬상장치에 의하면, CCD 촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 쉽게 억제할수 있다.

(실시예3)

이 발명의 고속 촬상소자의 실시예3에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 도9는, 실시예3에 관계하는 고속 촬상소자의 요부 구성을 나타내는 블록도, 도10은, 실시예3의 고속 촬상소자가 내장된 고속 촬상장치의 요부 구성을 나타내는 블록도이다. 또, 실시예3의 고속 촬상장치는, 고속촬상용의 촬상장치로서 이용할 수 있는 점을 제외하면, 실시예1의 촬상장치(도3을 참조)와 거의 같지만, 실시예1과 구별하기 위해서, 실시예3에서는 고속촬상용의 촬상소자(고속 촬상소자)의 부호를「51」로 하는 동시에, 광학렌즈(2)의 부호를「52」라고 하며, 촬상소자 구동부(3)의 부호를 「53」이라고 하고, 촬상신호용 처리부의 부호를 「54」라고 하며, 화상 메모리의 부호를「55」라고 하고, 화상표시부의 부호를「56」이라고 하며 전원부의 부호를 「57」이라고 한다. 또, 실시예3의 촬상소자는, 고속 촬상소자용으로서 이용할 수 있어, 실시예1의 촬상소자의 구조(도2을 참조)와 상위(相違)하며, 도9에 나타난 구조가 된다.

도10의 고속 촬상장치는, 1만화면/초를 넘는 고속도 촬영에서도 피사체의 광 학상을 검출해 촬상신호(영상신호)로 해서 출력할 수 있는 고속 촬상소자(51)과, 실시예1로 같은 광학렌즈(52)와 촬상소자 구동부(53)와 촬상신호 처리부(54)와 화상 메모리(55) 화상표시부(56)와 전원부(57)등을 갖추고 있다. 이밖에, 셔터ST와 촬영제어부CPU등을 갖추고, 촬영 대상인 피사체를 광학상(光學像)으로서 고속 촬상소자(51)에 있어서의 투영면(投影面)(51A)에 셔터ST를 사이로 해서 광학렌즈(52)는 결상(結像)시키고, 촬영 제어부CPU는 장치 각 부의 동작을 통괄적으로 제어하는 것에 의해 촬영을 원활하게 진행시킨다. 도10의 고속 촬상장치에 의해 고속도(高速度

) 촬영이 행하여질 경우도, 실시예1의 도1의 촬상장치에 의한 촬영과 같은 순서로 행하여지므로 설명을 생략한다. 또, 촬영 실행중에는, 셔터ST가 열린다.

또, 도10의 고속촬상(51)과 광학렌즈(52)와의 사이에 배치되어 있는 셔터ST는, 촬영 화상의 검출·수용 기간만 열리고, 그 이외의 기간은 검출 전하의 오버플로(overflow)가 일어나지 않도록 닫힌다. 셔터ST는, 기계식 셔터링 기구나 전자식 셔터링 기구의 어느 쪽이어도 좋으며, 셔터ST의 개폐는 촬영 제어부CPU에 의해 컨트롤 된다. 고속 촬상소자(51)의 경우, 도9에 도시한 바와 같이, 피사체의 광학상의 투영면(51A)에 2차원 어레이 배치된 다수의 포토 다이오드 등의 광전변환부

(58)와, 다수의 신호 전하 축적부(59)와, 신호 전하 판독부(60)와, 전하전압 변환부(61)등을 갖추고 있다. 신호 전하 축적부(59)는, 각 광전변환부(58)에 각각 부설되어 있어서, 각 광전변환부(58)에 의해 광전변환되어 검출되는 신호 전하를 한 화면 분(分)씩 복수 화면 분(分) 수용하여 수용 화면마다 각 신호 전하 축적부(59)

(CCD셀59A)에 순차적으로 축적한다. 신호 전하 판독부(60)은, 각신호 전하 축적부

(59)에 축적된 신호 전하를 수용하여 화면과의 대응을 유지하면서 전송해서 판독한다. 신호 전하 판독부(60)를 경유해서 보내지는 신호 전하를, 전하전압 변환부(61)는 전압신호로 변환해서 촬상신호로서 출력한다. 또, 도9에는, 광전변환부(58) 및 신호 전하 축적부(59)의 일부가 나타내져 있을 뿐이지만, 실제로는 세로방향에도 가로방향에도 다수의 광전변환부(58) 및 신호 전하 축적부(59)가 배치되어 있다.

실시예3의 고속 촬상소자(51)에서는, 도11에 도시한 바와 같이, 각 광전변환부(58)의 전면(前面)측에 검출 대상의 광을 모으는 마이크로 렌즈(51a)가 배설(配設) 되어 있다. 그 결과, 마이크로 렌즈(51a)에 의해 각 광전변환부(58)의 수광면에 검출 대상의 광이 모아지고, 마이크로 렌즈(51a)의 설치에서 광전변환부(58)의 수광면에 입사하는 광의 양이 늘고, 그 늘어난 분만큼 피사체의 광학상에 대한 검출 감도가 향상한다. 광전변환부(58)의 2차원 어레이 배치는, 도9에 도시한 바와 같이, 정방 행렬이므로, 고속 촬상소자(51)의 검출 화소도 세로와 가로 일직선으로 규칙에 맞게 나란히서는 정방 행렬의 2차원배치가 된다. 또한, 광전변환부(58)는,

수광면에 전송전극을 갖지 않는 무전극(無電極) 타입이므로, 광전변환부(58)의

수광면에 전송전극을 추가 형성하는 공정이 불필요해서, 전송전극의 광흡수 작용에 의한 특정 파장의 광에 대한 검출 감도의 저하를 방지할 수가 있다.

신호 전하 축적부(59)는, 도9에 도시한 바와 같이, 신호 전하가 한 화면 분

(分)씩 수용할 때마다 하나 앞쪽의 CCD셀로 전송되는 24개의 CCD셀(59A)을 직렬로 접속한 1차원 CCD셀 어레이이므로, 신호 전하 축적부(59)의 구성이 간결해 진다. 또, 화면수용에 따른 CCD셀 간의 신호 전하의 전송은, 상방(上方)에 배치된 전송전 극(도시 생략)과, 촬상소자 구동부(53)로부터 출력되는 화면 수용용(受容用) 전송 신호(구동 펄스)에 의해 행하여진다.

또한, 신호 전하 축적부(59)로서의 1차원 CCD셀 어레이에 있어서의 CCD셀

(59A)의 배열 방향이 광전변환부(58)의 배열 방향에 대하여 비스듬한 방향으로 되어 있으므로, CCD셀(59A)의 개수를 많게 하여 1차원 CCD셀 어레이를 길게 연장시켜도 세로 및 가로에 인접하는 광전변환부(58)에 충돌하지 않는다. 따라서, 신호 전하 축적부(59)로서의 1차원 CCD셀 어레이의 CCD셀(59A)의 개수를 많게 함으로써, 신호 전하 축적부(59)에서 축적할 수 있는 신호 전하의 수를 늘리고, 연속 촬영할 수 있는 화상의 매수를 많게 할 수가 있다.

고속 촬상소자(51)의 경우, 촬영 실행중에는, 한 화면 분(分)씩 수용될 때마다 광전변환부(58)와 신호 전하 축적부(59)와의 사이에 마련되어진 전극 게이트(도시 생략)가 열리고, 광전변환부(58)로부터 신호 전하가 각 신호 전하 축적부(59)마다 최초의 24번째의 CCD셀(59A)로 보내져서 축적된다. 이하, 한 화면 분(分)씩 수용될 때마다 새로운 신호 전하가 24번째의 CCD셀(59A)에 보내지고, 그것과 동기해서 먼저 축적되어 있는 신호 전하가 일제히 하나 앞쪽의 CCD셀(59A)로 전송되어서 축적되는 동작이 반복된다. 따라서, 신호 전하 축적부(59)에는 CCD셀(59A)의 개수와 같은 24장이라는 화면 매수(枚數) 분(分)의 신호 전하를 한번에 축적하는 것이 가능하다.

한편, 고속 촬상소자(51)는, 도9에 도시한 바와 같이, 각 신호 전하 축적부

(59)의 출구 측에 배설(配設)된 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)와, 연속 덮어 쓰기용 드레인(62)으로부터 보내지는 신호 전하를 배출하는 연속 덮어쓰기용 드레인(63)을 갖추고 있다. 따라서, 연속 덮어쓰기 드레인 게이트(62)를 열어 두면, 신호 전하 축적부(59)의 첫 번째의 CCD셀(59A)로 보내져서 축적되어 있는 신호 전하가, 다음 화면 수용 시에는 연속 덮어쓰기용 드레인(63)을 경유해서 외부에 배출되므로, 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)를 개방해 두는 것에 의해, 연속 덮어쓰기 동작을 행할 수 있다.

한편, 고속 촬상소자(51)의 신호 전하 판독부(60)는, 도9에 도시한 바와 같이, 신호 전하 축적부(59)의 첫 번째 내지 다섯 번째의 5개의 CCD셀(59A)이 세로방향으로 접속되는 것으로 구성되어 있는 수직 판독CCD셀 어레이(60A)와, CCD셀 어레이(60A)의 말단이 접속되어 있는 수평 판독CCD셀 어레이(60B)로 이루어진다.

신호 전하 판독부(60)에 의해 신호 전하의 판독이 행하여질 경우, 셔터ST 및 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)가 닫혀서, 우선 최하단의 신호 전하축적부(59)에 축적된 신호 전하가 수직 판독CCD셀 어레이(60A)를 거쳐서 수평 판독 CCD셀 어

레이(60B)로부터 판독된다. 계속해서, 즉시 상단의 신호 전하 축적부(59)에 축적된 신호 전하가 같은 방법으로 판독되는 동작이 반복됨으로써 모든 신호 전하축적부

(59)에 축적된 신호 전하가 판독된다.

신호 전하 판독에 따르는 신호 전하 판독부(60)의 CCD셀 간의 신호 전하의 전송은, 상방(上方)에 배치된 전송전극(도시 생략)과, 촬상소자 구동부(53)로부터 출력되는 신호 판독용 전송신호(구동 펄스)에 의해 행하여진다. 신호 전하 판독부

(60)에 의한 신호 전하의 판독은, 수용 화면과의 대응을 유지하면서 행하여지지만, 판독신호 전하와 수용 화면과의 대응은, 신호 판독용 전송 신호를 신호 전하 축적부(59)의 CCD셀(59A)의 순서와 미리 1대1로 관련시켜 놓음으로써 행할 수 있다.

또, 신호 전하 축적부(59)에 축적된 24개의 신호 전하는 모두 연속으로 판독할 필요는 없다. 예를 들어 24개의 신호 전하를 5개씩 구분해서 판독하도록 해도 좋다. 이렇게 하면 수평판독 CCD셀 어레이(60B)의 CCD셀의 개수가 적어도 해결된

다.

이렇게, 고속 촬상소자(51)의 경우, 피사체의 광학상(光學像)의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하(信號電荷)는 신호 전하 판독부(60)로부터 수용 화면과의 대응이 유지되면서 전송되어 판독되므로, 후단(後段)의 촬상 신호처리부(4)는 판독된 신호 전하로부터 수용 화면마다의 고속도 촬영화상을 재생할 수가 있다.

더욱이, 고속 촬상소자(51)는, 실시예1의 촬상소자(1)와 마찬가지로, 도9에 도시한 바와 같이, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 신호 전하를 증배하는 전하 증배부(64)를, 신호 전하 판독부(60)와 전하전압 변환부(61)와의 사이에 갖추고 있다.

전하 증배부(64)는, 도4에 나타내는 실시예1의 전하 증배부(13)와 같은 구성으로 되어 있으므로, 그 설명을 생략한다. 또, 후술하는 도12의 증배 레지스터

(64A)는, 도4에 나타내는 증배 레지스터(13A)에 대응한다.

또한, 전하 증배부(64)에 인가되는 구동 전압φ1 내지 φ3, φe의 경시(經

時)적 변화나, 전하 증배부(64)에 있어서의 증배 레지스터(64A)로의 구동 전압인가에 따르는 요소 내의 포텐셜 변화에 관해서도, 실시예1의 도3, 도5과 같으므로, 그 설명을 생략한다.

계속해서, 이상으로 상기한 구성을 갖는 고속 촬상장치에 의한 촬영 동작을 구체적으로 설명한다. 도10의 고속 촬상장치는, 1만화면/초를 넘는 고속도 촬영과 고속도 촬영보다 느린 저속도 촬영(예를 들어 30화면/초)을 선택적으로 행할 수 있는 구성으로 되어 있다. 예를 들어, 보통은 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)를 개방해서 저속도(低速度)로 덮어쓰기 촬영을 하고, 필요한 때에 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)를 닫고, 고속도에서 비중복 기재 촬영을 할 수 있는 구성으로 되어 있다.

보통은, 광전변환부(58)로부터 신호 전하가 각 신호 전하 축적부(59)에 30화면/초의 저속도로 한 화면씩 수용할 때마다, 그 신호 전하가 각 신호 전하 축적부 (59)의 24개의 CCD셀(59A) 사이를 30화면/초의 저속도로 전송되면서 축적된다. 첫 번째의 CCD셀(59A)에도 신호 전하가 축적된 후에는, 다음 화면 수용이 행하여질 때마다 첫 번째 CCD셀(59A)에 축적된 신호 전하는 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트

(62)를 지나 연속 덮어쓰기용 드레인(63)으로부터 배출되어, 저속도의 연속 덮어쓰기가 계속된다.

그리고, 고속촬영 대상의 도래(到來)(예를 들어 폭발현상의 생기(生起-발생)

)에 의해 고속도 촬영으로 전환되면, 광전변환부(58)로부터 신호 전하가 신호 전하 축적부(59)에 1만화면/초의 고속도에서 한 화면씩 수용할 때마다, 그 신호 전하가 신호 전하 축적부(59)의 24개의 CD셀(59A) 사이를 1만화면/초의 고속도로 전송되면서 축적된다. 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)는, 저속도 촬영 동안에 축적된 신호 전하가 신호 전하 축적부(59)에 잔존하고 있는 동안에는 해방되어 있지만, 저속도 촬영으로 축적된 전신호 전하가 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)로부터 배출되는 즉시 연속 덮어쓰기용 드레인 게이트(62)이 닫혀서, 고속도 촬영은 정지된다. 그 결과, 신호 전하 축적부(59)의 24개의 CCD셀(59A)에는 고속도 촬영 동안에 광전변환부(58)로부터 보내진 신호 전하만이 축적되어 있는 상태가 된다. 바꾸어 말하면, 고속도 촬영으로 전환되고 나서 24회의 화상수용이 반복되면 고속도 촬영은 끝나고, 24개의 CCD셀(59A)에 24장분의 고속도 촬영 화상용의 신호 전하가 축적되어 있는 상태가 된다.

게다가, 촬영 종료에 따라, 셔터ST는 닫혀서, 신호 전하 축적부(59)에 축적된 신호 전하는, 신호 전하 판독부(60)에 의해 순차로 판독된 후, 전하 증배부(64)에서 증배 되어, 전하전압 변환부(61)에서 전압신호로 변환되고 나서 촬상신호로서 촬상신호 처리부(54)에 출력된다. 촬상 신호처리부(54)에서는 촬상신호를 처리해서 24장의 고속도 촬영 화상을 편집 취득하고, 취득된 고속도 촬영 화상은, 필요에 따라 화상 메모리(55)에 기억되어, 화상표시부(56)에서 표시된다.

이상으로 말한 것 같이, 실시예3의 고속 촬상소자(51)의 경우, 피사체의 광학상을 광전변환해서 검출하는 광전변환부(58)로부터 보내지는 피사체의 광학상의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하를 한 화면 분(分)씩 순차로 받아들여서 복수 화면 분(分) 합쳐서 축적하는 신호 전하 축적부(59)가, 각 광전변환부(58)에 각각 부설되어 있다. 따라서, 피사체의 광학상의 촬영 화면에 대응하는 신호 전하를 복수장의 촬영화면 분, 고속으로 검출해서 축적할 수 있다. 또 신호 전하 판독부(60)에 의해 신호 전하 축적부(59)에 축적된 신호 전하가 수용화면과의 대응이 유지되면서 전송되어서 판독되므로, 판독된 신호 전하로부터 받아들여 화면마다 고속도 촬영 화상을 재생할 수 있다.

또한, 실시예3의 고속 촬상소자(51)의 경우, 피사체의 광학상의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하가, 신호 전하 판독부(60)에 의해 판독된 후에, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 증배하는 전하 증배부(64)에 의해 신호 전하를 노이즈의 증대를 수반하지 않고 증배하므로, 광전변환부(8)의 수광면의 면적을 전하 증배부(64)에 의한 신호 전하의 증배분에 대응해서 좁게 할 수 있다.

따라서, 실시예3의 고속 촬상소자(51)에 의하면, 피사체의 광학상을 광전변환하는 광전변환부(58)의 수광면의 면적축소를 꾀할 수 있다. 이렇게 광전변환부

(58)의 수광면의 면적을 좁게 할 수 있다면, 광전변환부(58)가 작아지므로, 광전변환부(58)의 고밀도화가 실현되고, 신호 전하를 신속하게 꺼낼 수 있으므로, 촬영 속도의 고속화도 실현할 수 있다.

또, 도10의 고속 촬상장치의 경우도, 고속 촬상소자(51)로부터 출력되는 촬상신호가 적당한 범위의 전압치가 되도록 제어를 행하는 구성으로 해도 좋다. 예를 들어, 도12에 도시한 바와 같이, 증배 레지스터(64A)에 인가하는 구동 전압φ3의 전압치를 전하전압 변환부(61)의 출력 신호에 따라 제어함으로써 촬상신호를 적당한 범위의 전압치로하는 자동이득 제어부(65)를 설치하면 된다. 이 경우, 자동이득 제어부(65)는 고속 촬상소자(61)에 내장시키는 구성으로 해도 좋다.

이 발명은, 상기실시 형태에 한정되지 않고, 하기와 같이 변형 실시할 수 있다.

(1) 상기 (i)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 발명은, 도13에 나타내는 고속촬상용의 CCD촬상소자(13)에도 적용할 수가 있다. CCD 촬상소자(18)은, 광전변환부(19)마다 24개의 전송·축적용의 CCD셀(20A)가 직렬로 접속된 축적부(20)를 부설하고 있다. 고속촬영중은 셔터링마다 광전변환부(19)에서 광전변환되어서 검출되는 신호 전하를 광전변환부(19)에 부설된 축적부(20)의 CCD셀에 전송·축적한다. 촬영

후에 축적부(20)로부터 축적된 신호 전하를 출력 레지스터(21)에서 판독한다. 전하 증배부(13)는, 실시예1의 경우와 같이 출력 레지스터(21)와 전하전압 변환부(12)와의 사이에 개재된다.

이 CCD촬상소자(18)는, 상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 발명의 실시예3의 고속 촬상소자(51)에 대응하고, 광전변환부(19)는, 실시예3의 광전변환부(58)에 대응하고, 축적부(20)는, 실시예3의 신호 전하 축적부(59)에 대응하고, 전하전압 변환부(12)는, 실시예3의 전하전압 변환부(61)에 대응한다.

또한, 실시예3에서 말한 것 같이, CCD촬상소자(18)의 경우, 축적부(20)의 CCD셀이 근접하는 광전변환부(19)의 중심선을 맺는 직선에 대하여 비스듬한 방향으로 선상에 연장되도록 접속되어 있으므로, 광전변환부(19)의 배열이 정방배열이 되는 이점도 갖고 있다.

(2)실시예1에서는, 증배 레지스터(13A)에 인가하는 구동 전압φ3의 전압치를 변화시켜서 전하 증배부(13)의 전하 증배 이득이 변동하는 것을 저지하는 구성이었 지만, 직렬로 접속되는 증배레지스터(13A)의 단수(段數)를 바꾸어서 전하 증배부

(13)전체의 전하 증배 이득이 변동하는 것을 저지하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우도 전하 증배부(13)는 축적부(20)를 공용(共用)해도 좋다.

(3)실시예1,2 에서는, 고체 촬상소자가 CCD타입이었지만, 이 발명은 고체 촬상소자가 MOS타입이어도 적용할 수가 있다.

(4)실시예1,2에서는, 전하 증배부(13)가 출력 레지스터(11)의 후단에 별체로 배설(配設)되어 있는 구성이었지만, 전하 증배부(13)은 CCD셀(10)을 공용해서 CCD셀(10)과 일체화(一體化)한 상태에서 배설되어 있는 구성이어도 좋다.

(5)실시예1,2에서는, 온도 센서가 CCD촬상소자 자체에 배설(配設)되는 구성이었지만, 온도 센서는 CCD촬상소자에는 배설되지 않고 별체에서 배설되어 있는 구성이어도 좋다.

(6)실시예1에서는, 촬상신호 온도변동 억지부(14)가 CCD촬상소자(1)와는 별체로 배설(配設) 되어 있는 구성이었지만, 촬상신호 온도변동 억지부(14)는 CCD촬상소자(1)에 내장되어서 일체화된 구성이어도 좋다. 실시예2에서도, 촬상신호 온도변동 억지부(17)는 CCD촬상소자(16)와는 별체이여도 좋고, 일체화된 구성이여도 좋다.

(7)실시예1의 경우, 촬상신호 온도변동 억지부(14)가 촬상소자 구동부(3)의 외측에 배치되어 있는 구성이었지만, 촬상신호 온도변동 억지부(14)는 촬상소자 구동부(3)의 안쪽에 내장되어 있는 구성이어도 좋다.

(8)실시예2의 경우, 촬상신호 온도변동 억지부(17)가 전하전압 변환부(12)의 후단에 추가되어 있는 구성이었지만, 촬상신호 온도변동 억지부(17)를 전하전압 변환부(12)에 내장하여 전하전압 변환부(12)의 증폭률을 변화시켜서 CCD촬상소자(16)의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제하는 구성으로 해도 좋다.

(9)상기(ii)의 문제를 해결하기 위해서 창작된 발명의 실시예3의 고속 촬상소자(51)의 경우, 각신호 전하 축적부(59)에서는 CCD셀(59A)의 수가 24개이었지만, CCD 셀(59A)의 수는 24개에 한정되나 것은 아니고, 각 신호 전하 축적부(59)의 CCD셀(59A)의 수가, 예를 들어 100개 이여도 좋다.

(10)실시예3의 고속 촬상소자(51)의 경우, 광전변환부(58)의 2차원 어레이 배치가 정방 행렬이었지만, 광전변환부(58)의 2차원 어레이 배치는 정방 행렬에 한정되는 것은 아니다.

(11)실시예3의 고속 촬상소자(51)에 있어서, 촬상소자 구동부(53)이 내장되고 있는 것 외에는 실시예3과 같은 구성의 고속 촬상소자를, 변형 예로서 들 수 있다.

이 발명에 관계하는 고체 촬상장치로는, 2차원 어레이 배치된 광전변환 수단에서 신호 전하로 변환된 피사체상을 촬상 신호로서의 전압신호로 변환하는 전하 전압변환수단의 전단(前段) 측에 배설(配設)된 전하 증배 수단에 의해, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리(電離) 현상에 의해 신호 전하를 증배한다. 광전변환 수단에서 신호 전하로 변환된 피사체상은, 전하 증배 수단의 증배기능에 의해, 노이즈의 증대를 억제하고 증폭되어서 촬상 신호로서의 전압신호로 변환되므로, 피사체상에 대한 검출 감도가 향상한다.

게다가, 촬상신호 온도변동 억지 수단이, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 전하 증배(增倍)수단의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상 신호의 신호 강도의 변동을 억제할 경우, 고정도(高精度) 제어가 대단히 곤란한 열적(熱的)인 제어에 의지하지 않더라도, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지 수단이 행하는 고정도 제어의 대단히 용이한 전기적인 제어로 전하 증배 수단의 전하 증배 이득을 컨트롤함으로써, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 수 있다.

더욱이, 촬상신호 온도변동 억지 수단이, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화 에 따라 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 조정해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 경우, 고정도(高精度) 제어가 대단히 곤란한 열적인 제어에 의지하지 않더라도, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 온도변동 억지 수단이 행하는 고정도(高精度) 제어의 대단히 용이한 전기적인 조정으로 촬상신호 자체의 신호 강도를 컨트롤함으로써, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 억제할 수 있다.

따라서, 이 발명의 고체 촬상장치에 의하면, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도의 변동을 쉽게 억제할 수 있다.

또한, 이 발명에 관계하는 촬상소자의 경우, 피사체의 광학상(光學像)을 광전변환해서 검출하는 광전(光電) 변환 수단으로부터 보내지는 피사체의 광학상의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하를 한 화면 분(分)씩 순서대로 수용하여 복수 화면에 걸쳐 합쳐서 축적하는 신호 전하(信號電荷) 축적 수단이, 각 광전변환 수단에 각각 부설되어 있다. 따라서, 피사체의 광학상의 촬영화면에 대응하는 신호 전하를 여러 장(枚)의 촬영화면 분(分), 고속으로 검출해서 축적할 수 있다. 또 한, 신호 전하 축적 수단에 축적된 신호 전하가 신호 전하 판독수단에 의해 수용화면과의 대응이 유지되면서 전송되어 판독되므로, 판독된 신호 전하로부터 수용화면마다 고속도 촬영 화상을 재생할 수 있다.

게다가, 이 발명의 촬상소자의 경우, 피사체의 광학상의 촬영 화면에 상응하는 신호 전하가, 신호 전하 판독수단에 의해 판독된 후에, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 증배하는 전하 증배 수단에 의해 신호 전하를 노이즈 증대의 수반 없이 증배하므로, 광전변환 수단의 수광면의 면적을 전하 증배 수단에 의한 신호 전하의 증배 분(分)에 대응해서 좁게 할 수 있다.

따라서, 이 발명의 촬상소자에 의하면, 피사체의 광학상을 광전변환하는 광전변환 수단의 수광면의 면적축소를 꾀할 수 있다. 이렇게 광전변환 수단의 수광면의 면적이 좁혀진다면, 광전변환 수단이 작아지므로, 광전변환 수단의 고밀도화를 실현할 수 있으며, 신호 전하를 빠르게 꺼낼 수 있으므로, 촬영 속도의 고속화도 실현할 수 있다.

이상과 같이, 이 발명은, 소자온도가 바로 변화되는 고체 촬상소자에 적합하다.

Claims

촬상(撮像)을 행하는 고체(固體) 촬상장치에 있어서,

고체 촬상소자(素子)와 전하 증배(增倍)수단과 촬상신호온도 변동 억지수단을 갖춤과 동시에, 상기 고체 촬상소자는, 피사체상(被寫體像)의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 복수의 광전(光電)변환 수단과, 각 광전변환 수단에 의해 광전변환되어서 검출된 신호 전하(信號電荷)를 전송하는 전하 전송 수단과, 전하 전송 수단으로부터 전송된 신호 전하를 전압신호로 변환해 촬상신호로서 출력하는 전하 전압변환 수단을 갖추고, 상기 전하 증배(增倍)수단은 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리(電離) 현상에 의해 신호 전하를 증배하고, 그 전하 증배(增倍)수단을 상기 전하 전압변환 수단의 전단(前段)측에 배설(配設)하고, 상기 촬상신호 온도변동 억지 수단은, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 전하 증배 수단의 전하 증배 이득(利得)을 전기적으로 제어하여 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 억제하거나, 또는 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 촬상신호 자체의 신호 강도를 전기적으로 조정해서 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 억제하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제1항에 있어서,

상기 전하 증배(增倍)수단은, 신호 전하를 순차적으로 전송하는 복수 단(段)의 증 배(增倍) 레지스터로 구성되고, 각 증배 레지스터는, 구동(驅動) 전압의 인가에 따라 증배 레지스터의 요소 내에 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역을 생성하고, 신호 전하를 전송할 때에 전하 증배용의 고전계 영역을 통과시켜서, 인가되는 구동 전압의 전압치 변화에 의해 전하 증배용의 고전계(高電界) 영역의 전계(電界)강도가 변화되도록 구성되고 있어, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 따라 구동 전압의 전압치를 변화시킴으로써 전하 증배 수단의 전하 증배 이득을 전기적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제1항에 있어서,

상기 고체 촬상소자와 상기 전하 증배(增倍)수단을 별체(別體)로 배설(配設)하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제1항에 있어서,

상기 고체 촬상소자의 소자온도를 검출하는 온도 센서를 고체 촬상소자에 배설(配設)하고, 이 온도 센서로 검출된 고체 촬상소자의 소자온도에 따라 촬상신호 온도변동 억지 수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제4항에 있어서,

상기 온도 센서를 상기 전하 증배(增倍)수단의 근방에 배설(配設)한 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제4항에 있어서,

상기 온도 센서는, 서미스터(thermistor)인 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제4항에 있어서,

상기 온도 센서는, 금속 세선(細線)을 이용한 측온체(測溫體)인 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제1항에 있어서,

상기 촬상신호 온도변동 억지 수단은, 저항치(抵抗値)가 변경 가능한 저항치 제어형 저항 소자를 귀환(歸還) 저항으로서 갖고, 고체 촬상소자의 소자온도의 결과에 근거해서 저항치 제어형 저항 소자의 저항치를 변화시키고, 촬상신호 온도변동 억지 수단의 증폭 기능의 증폭률을 조정함으로써 촬상신호 자체(自體)의 신호 강도를 전기적으로 증감시켜서, 고체 촬상소자의 소자온도의 변화에 기인해서 생기는 촬상신호의 신호 강도 변동을 억제하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제1항에 있어서,

상기 각 광전변환 수단 마다에, 각 광전변환 수단에 의해 광전변환되어서 검출되는 신호 전하를 축적하는 복수의 신호 전하 축적 수단을 각각 부설하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
제1항의 고체 촬상장치를 갖춘 촬상장치.
촬상을 행하는 촬상소자에 있어서,

피사체상(被寫體像)의 투영면(投影面)에 있어서 2차원 어레이 배치된 복수의 광전변환 수단과, 각 광전변환 수단에 각각 부설되어 있어, 각 광전변환 수단에 의해 광전변환되어서 검출되는 신호 전하를 한 화면 분(分)씩 복수 화면 분(分) 수용하여 수용 화면마다 축적하는 복수의 신호 전하 축적 수단과, 각 신호 전하 축적 수단에 축적된 신호 전하를 수용화면과의 대응을 유지하면서 전송해서 판독하는 신호 전하 판독 수단과, 신호 전하 판독 수단에서 판독된 신호 전하를, 신호 전하가 고전계(高電界) 영역을 통과하는 사이에 일으키는 충돌 전리 현상에 의해 증배하는 전하 증배 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 촬상소자.
제11항에 있어서,

상기 전하 증배 수단은, 신호 전하를 순차적으로 전송하는 복수 단의 증배 레지스터로 구성되고, 각 증배 레지스터는, 구동 전압의 인가에 따라 증배 레지스터의 요소 내에 전하 증배용의 고전계 영역을 생성하고, 신호 전하를 전송할 때에 전하 증배용의 고전계 영역을 통과시키는 것을 특징으로 하는 촬상소자.
제11항에 있어서,

상기 광전변환 수단이, 광전변환된 신호 전하를 신호 전하 축적수단 측에 전송하는 전송전극을 수광면(受光面)에 갖지 않는 무전극(無電極) 타입인 것을 특징으로 하는 촬상소자.
제11항에 있어서,

상기 전하 증배 수단의 후단(後段)에, 전하 증배 수단으로부터 보내진 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하전압 변환수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 촬상소자.
제11항에 있어서,

상기 각 광전변환 수단의 전면(前面)측에, 검출 대상의 광을 모으는 마이크로 렌즈를 배설(配設)하는 것을 특징으로 하는 촬상소자.
제11항에 있어서,

상기 광전변환 수단의 2차원 어레이 배치가 정방 행렬이며, 상기 신호 전하 축적 수단은, 신호 전하가 화면수용을 할 때마다 하나 앞쪽의 CCD셀로 전송되는 복수 개의 CCD셀을 직렬로 접속한 1차원 CCD셀 어레이이며, 1차원 CCD셀 어레이에 있어서의 CCD셀 배열 방향이 광전변환 수단의 배열 방향에 대하여 비스듬한 방향인 것을 특징으로 하는 촬상소자.