JPH0530433A

JPH0530433A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0530433A
Application number: JP3178021A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Tsuji; 和隆辻; Tatsuo Makishima; 達男牧島; Tetsuya Oshima; 徹也大島; Tadaaki Hirai; 忠明平井; Setsu Kubota; 節久保田; Kenkichi Tanioka; 健吉谷岡; Keiichi Shidara; 圭一設楽
Original assignee: Hitachi Ltd; Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】広い入射光量の範囲にわたって入射光量と出力
信号の比例関係を保つことができる撮像装置を提供す
る。【構成】蓄積容量に蓄積された信号電荷の少なくとも一
部を、映像出力信号の１フィールド期間内に２回以上読
み出し、１フィールド期間に読み出された信号を積分ま
たは加算したものから１フィールド期間分の映像信号を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置に係り、特
に、光の入射量の空間分布に対応する電気信号を発生す
る蓄積動作型の撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】入射光量に応じて発生する信号電荷を所
定の期間蓄積し、各画素ごとに蓄積された信号電荷を順
次読み出して、入射光量の空間分布に対応する時系列電
気信号を発生する撮像装置、すなわち蓄積型撮像装置と
しては、例えば、光導電型撮像管や固体撮像素子等が知
られている。光導電型撮像管の動作原理については、例
えば、特開昭５８−１１９４２３１号公報の中に述べら
れており、固体撮像素子については、例えば、特公昭５
９−２６１５４号公報（特許第１２９１８５８号）に述
べられている。

【０００３】蓄積型撮像装置において、入射光によって
信号電荷を発生する受光部には、例えば、外部回路から
のキャリア注入を阻止した状態で電圧を印加した光導電
体や、逆バイアスしたフォトダイオード等が用いられ
る。また、発生した信号電荷は、光導電体やフォトダイ
オード自身の蓄積容量に蓄積されるのが一般的である。
さらに、蓄積された信号電荷の外部回路への読み出し
は、電子ビーム走査や、スイッチングトランジスタのオ
ン／オフによる選択画素の走査等によって行われる。

【０００４】蓄積型撮像装置の動作において、各画素で
は信号の蓄積と読み出しが周期的に繰り返される。図８
は、蓄積型撮像装置の１画素部分についての動作原理を
模式的に示したもので、（ａ）は読み出し過程、（ｂ）
は蓄積過程を示している。なお、ここでは受光部として
光導電体を用いた場合について説明する。図８におい
て、光導電体８０１は模式的なバンド図で示してあり、
８０２は伝導帯端、８０３は価電子帯端を表わしてい
る。また、光導電体８０１に印加された電圧の向きは下
向きを正としてある。

【０００５】信号の読み出し直後すなわち信号の蓄積が
始まる段階では、光導電体８０１には電源８０４によっ
て所定の電圧Ｖ₀が印加されている。蓄積期間中には、
入射光８０５によって発生した電子８０６および正孔８
０７が前記電界によって分離、走行して光導電体８０１
の蓄積容量に蓄積されていく。このとき、図８（ｂ）の
ように、光導電体８０１と電源８０４とが形成する回路
はスイッチ８０８が開かれた状態になっているため、蓄
積電荷が形成する逆電圧によって光導電体８０１に印加
された電圧は、図１（ｂ）の矢印Ｂのように減少してい
く。蓄積期間中に入射光によって生成された電荷量をＱ
_s、光導電体８０１の静電容量をＣ_pとすると、蓄積期間
終了時すなわち読み出し開始時には光導電体８０１に印
加されている電圧は、Ｖ₀−Ｖ_s＝Ｖ₀−Ｑ_s／Ｃ_pとなっ
ている。

【０００６】読み出し時には、図８（ａ）のように、ス
イッチ８０８が閉じられ、前記信号電荷量Ｑ_s（または
信号電圧Ｖ_s）に対応した電気信号が信号検出部８０９
を通して出力端子８１０に出力される。同時に、光導電
体８０１に印加された電圧は図８（ａ）の矢印Ａで示し
たようにリセットされ、光導電体８０１には、再び電源
電圧Ｖ₀が印加される。

【０００７】以上のような蓄積と読み出しの過程が各画
素で周期的に繰り返され、撮像装置全体としては、各画
素に蓄積された信号が順次読み出されることによって、
入射光の空間分布を反映した時系列電気信号が出力され
る。

【０００８】以上に基本的動作原理を説明したような蓄
積型撮像装置では、入射光によって発生した電荷を所定
の期間蓄積してから読み出すため、非蓄積型の撮像装置
に比べて感度が高く、高ＳＮ比が得られるという利点が
ある。

【０００９】なお、蓄積型撮像装置において、入射光に
よって発生した信号電荷が光導電体中で増倍される方式
を用いるとさらに高い感度が得られる。そのような撮像
装置の具体例としては、非晶質セレンを主体とする光導
電膜をターゲットに用いて光導電膜中で電荷のアバラン
シェ増倍を起こさせて高感度を達成した撮像管（例えば
特開昭６３−３０４５５１号公報）などがある。

【００１０】図９は、膜厚10μmの非晶質セレンを光導
電ターゲットに用いたアバランシェ増倍型撮像管の青色
光照射時の信号電流を光導電膜に印加するターゲット電
圧に対して対数プロットしたものである。光電流は、タ
ーゲット電圧を印加していくと約250Ｖ付近から一旦飽
和傾向を示す。この飽和領域では入射光子１個あたりの
電子・正孔対の生成効率がほぼ１になっている。さらに
電圧を上げていくと約700Ｖ以上の電圧で信号電流に急
激な増加が見られる。これは非晶質セレン中で電荷のア
バランシェ増倍が起こることによるもので、暗電流の注
入を阻止した状態でこのような高電界を印加して動作さ
せることにより非常に高い感度を得ることができる。

【００１１】なお、アバランシェ増倍型の撮像管でこの
ような高い感度が得られることは、例えば、1989年のテ
レビジョン学会全国大会講演予稿集第17頁にも述べられ
ており、膜厚６μmの非晶質セレン系薄膜を光導電ター
ゲットに用いて従来の80倍の感度が得られることが開示
されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】蓄積型撮像装置の動作
過程においては、上述のように、入射光により生成され
た電荷によって光導電体やフォトダイオード等の受光部
に印加される電圧が減少していく。一方、受光部で発生
する光電流の大きさは一般に光量と印加電圧に依存す
る。このため、入射光量が一定でも蓄積期間の間の電圧
減少に伴って光−電荷の変換効率が低下し、実効感度が
減少することが知られており、例えば、ジャパニーズ
ジャーナルオブアプライドフィジックス28、（1989
年）第178〜186頁（Japanese Journal of Applied Phys
ics, 28 (1989) pp178-186）の中でも述べられている。
この効果の大きさは蓄積信号電荷量に依存し、蓄積信号
電荷量が小さく、それに伴う光電流の低下が無視できる
ような領域では、蓄積期間中の光−電荷変換効率が一定
なので出力信号は入射光量に比例する。すなわち、出力
信号電流Ｉ_sの入射光量Ｐに対する依存性を logＩ_s∝γ・logＰと書いたときのγ値はほぼ１となる。入射光量が増加し
ていくと、蓄積期間中の感度の減少が次第に大きくなる
ために、出力信号が入射光量に比例しなくなり、γ値は
１よりも小さくなる。特に、蓄積信号電荷量がＣＶ₀に
達すると、光導電膜に電圧が印加されない状態になるた
め、それ以上の光量では出力信号が飽和してしまう。

【００１３】前記のような効果は、例えば図９に光電流
−電圧特性の例を示したアバランシェ増倍型撮像管を高
い増倍率の領域で使用する場合のように、光電流の電圧
依存性が大きい場合には特に顕著となる。図１０は、膜
厚10μmの非晶質セレンを光導電ターゲットに用いたア
バランシェ増倍型撮像管に青色光を照射した場合の出力
信号を、入射光子数に対してプロットしたものである。
ターゲット電圧は、蓄積電荷による感度減少がない場合
の青色光に対するアバランシェ増倍率が約100になるよ
うに選んである。図中に一点鎖線で示したのはγ＝１の
場合の光量依存性である。図から明らかなように、低照
度では信号電流が入射光量に比例しているが入射光子密
度が大きい領域では上述の効果によってγ値が１より小
さくなっている。

【００１４】以上に述べてきたように、蓄積型撮像装置
においては、入射光量が多くなると、実効感度が減少し
て出力信号の光量依存性が弱くなる。そのため、明部の
階調が充分とれず、ダイナミックレンジが狭いという問
題点があった。

【００１５】本発明の目的は、このような問題を解決
し、広い入射光量の範囲にわたって入射光量と出力信号
の比例関係を保つことができる撮像装置を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の課題は、蓄積容量
に蓄積された信号電荷の少なくとも一部を、映像出力信
号の１フィールド期間内に２回以上読み出し、１フィー
ルド期間に読み出された信号を積分または加算したもの
から１フィールド期間分の映像信号を形成することによ
って解決することができる。

【００１７】すなわち、本発明の撮像装置は、光の入射
によって信号電荷を発生する受光部を有し、外部からの
入射光量に応じて前記受光部で発生する信号電荷を蓄積
容量に所定の期間蓄積し、各画素ごとに蓄積された信号
電荷を順次読み出して、入射光量の空間分布に対応する
時系列電気信号を発生する蓄積型撮像装置において、前
記蓄積容量に蓄積された信号電荷の少なくとも一部を、
映像出力信号の１フィールド期間内に２回以上前記蓄積
容量の外部に読み出し、１フィールド期間に読み出され
た信号を積分または加算したものから１フィールド期間
分の映像信号が形成されるようにしたことを特徴とす
る。

【００１８】また、各画素に前記蓄積容量とは別に、静
電容量が前記蓄積容量よりも大きい第２の電荷蓄積手段
を設け、前記蓄積容量に蓄積された信号電荷の少なくと
も一部を、映像出力信号の１フィールド期間内に２回以
上前記第２の電荷蓄積手段に転送して蓄積し、前記第２
の電荷蓄積手段および前記蓄積容量に蓄積された信号電
荷を、１フィールド期間ごとに画素の外部に読み出すよ
うにしたことを特徴とする。

【００１９】また、前記蓄積容量から前記第２の電荷蓄
積手段への信号電荷の転送を、各画素から信号を読み出
すための水平スイッチングトランジスタの動作と同期し
て行うようにしたことを特徴とする。

【００２０】また、前記映像出力信号の１フィールド期
間内に前記蓄積容量の外部に信号電荷を読み出す回数が
可変であることを特徴とする。

【００２１】また、入射光によって発生した電荷が前記
光導電体中で増倍されることを特徴とする。

【００２２】さらに、前記光導電体が非晶質Ｓeである
ことを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明による撮像装置の動作原理を図１および
図２を用いて説明する。図１は、本発明による撮像装置
の基本的構成の一例を示す構成図である。図１におい
て、１は入射光２によって光キャリアを発生する受光部
を有し、かつ発生した信号電荷を蓄積する光電変換部、
３は蓄積された信号を外部回路に読み出すと同時に前記
光電変換部１をリセットして、光電変換部１の受光部へ
の印加電圧を所定の電圧に戻すための読み出し走査部、
４は読み出された信号を積算する積分器、５は積分器４
からの信号を処理して所定の方式の映像信号を出力端子
６から出力するための映像信号発生部、７は読み出し走
査部３、積分器４、および映像信号発生部５の動作を制
御するための同期信号発生部である。

【００２４】読み出し走査部３は、映像信号の１フィー
ルド期間τの間に２回以上の読み出し走査を行う。これ
によって、次々に読み出された信号は積分器４で時間τ
の間積算され、映像信号発生部５で１フィールド期間分
の映像信号となる。

【００２５】図２は、入射光量が一定である場合に、光
電変換部の光導電体で発生する光電流ｉ_pの時間変化を
単位画素について示したものであり、（ａ）は従来の蓄
積型撮像装置の場合、（ｂ）は本発明による蓄積型撮像
装置の場合である。光電流は上述のように蓄積期間τの
間に受光部の印加電圧が減少する効果によって蓄積開始
時の値ｉ_p(Ｖ₀）から時間と共に減少し、信号の読み出
しによって印加電圧がリセットされると再びｉ_p(Ｖ₀）
となる。（ａ）の場合には１フィールド期間τを周期と
して信号の読み出しが行われるので、１フィールド期間
分の信号電荷量Ｑ_sは、

【００２６】

【数１】

【００２７】と書くことができ、図に斜線部で示したよ
うに電圧降下が無い場合の値ｉ_p(Ｖ₀)×τよりも小さく
なってしまう。一方、本発明による撮像装置では、１フ
ィールド期間τの間にｎ回（ｎ≧２、図２（ｂ）では８
回）の読み出し走査を行って、それらの信号を加算して
１フィールド期間分の信号とする。従って、１フィール
ド期間分の信号電荷量は、

【００２８】

【数２】

【００２９】となり、図２（ｂ）の斜線で示したように
実効感度の低減を抑止することができる。

【００３０】以上のように、本発明による撮像装置で
は、映像出力信号の１フィールド期間よりも短い周期で
蓄積電荷の読み出しを行うことによって、蓄積電荷が形
成する逆電界による光電流の低下を防ぐ。そして、１フ
ィールド期間内に読み出された信号を積分して１フィー
ルド期間分の信号とすることから、入射光量が大きい場
合にも実効感度の低減を抑止でき、しかも、映像出力信
号自身はフィールド期間が不変であり、信号の出力先に
は何の変更もいらない。

【００３１】本発明による撮像装置において１フィール
ド期間内に読み出された複数の信号を積算するために
は、積分器を用いる以外に、例えばフレームメモリを使
用して一旦記憶した信号を加算してもよく、また、画素
ごとに第２の電荷蓄積手段を設けてもよい。後者の場
合、受光部の容量に蓄積された信号電荷を、映像出力信
号の１フィールド期間よりも短い周期で読み出して第２
の電荷蓄積手段に蓄積し、これを１フィールド期間ごと
に読み出すようにしてもよい。

【００３２】本発明による撮像装置ではまた、映像出力
信号の１フィールド期間内に行う読み出し走査の回数ｎ
を可変にしてもよい。この場合、低照度ではｎ＝１とし
て通常の動作を行い、高照度の場合にはｎ≧２としてγ
値の低下を防ぐことができる。さらに、信号電荷量に応
じてｎを自動的に切り替えてもよい。

【００３３】

【実施例】実施例１図３は、本発明による撮像装置の第１の実施例における
光電変換部の、一部分の回路構成図である。

【００３４】３０１はフォトダイオード、３０２は透明
電極、３０３は電源、３０４は蓄積スイッチングトラン
ジスタ、３０５は垂直スイッチングトランジスタ、３０
６は水平スイッチングトランジスタ、３０７は水平信号
線、３０８は水平選択スイッチングトランジスタ、３０
９は垂直信号線、３１０は出力増幅器、３１１は出力端
子、３１２は容量、３１３は垂直スイッチゲート、３１
４は垂直選択手段、３１５は水平スイッチゲート、３１
６は水平選択手段、３１７は蓄積スイッチゲート、３１
８は蓄積スイッチ制御手段である。

【００３５】フォトダイオード３０１の一端は各画素に
共通の透明電極３０２を介して電源３０３に接続されて
おり、他端は蓄積スイッチングトランジスタ３０４、垂
直スイッチングトランジスタ３０５、および水平スイッ
チングトランジスタ３０６を介して水平信号線３０７に
接続される。さらに水平信号線３０７は水平選択スイッ
チングトランジスタ３０８を介して垂直信号線３０９に
接続されており、垂直信号線３０９の一端は出力増幅器
３１０を通して出力端子３１１に接続されている。ま
た、蓄積スイッチングトランジスタ３０４と、垂直スイ
ッチングトランジスタ３０５の接続部は容量３１２に接
続され、容量３１２の他端は接地電位になっている。な
お、垂直スイッチングトランジスタ３０５および水平選
択スイッチングトランジスタ３０８は、垂直スイッチゲ
ート３１３を介して垂直選択手段３１４により制御さ
れ、水平スイッチングトランジスタ３０６は水平スイッ
チゲート３１５を介して水平選択手段３１６により制御
される。また、蓄積スイッチングトランジスタ３０４
は、蓄積スイッチゲート３１７を介して蓄積スイッチ制
御手段３１８により制御される。

【００３６】次に、本実施例の撮像装置の動作を説明す
る。蓄積スイッチングトランジスタ３０４、垂直スイッ
チングトランジスタ３０５、および水平スイッチングト
ランジスタ３０６が全てオンとなった状態では、フォト
ダイオード３０１には電源電圧Ｖ₀が印加され、容量３
１２の両端には電荷がない。この状態を初期状態と呼ぶ
ことにする。蓄積スイッチングトランジスタ３０４、垂
直スイッチングトランジスタ３０５、および水平スイッ
チングトランジスタ３０６が全てオフとなった後、フォ
トダイオード３０１に光が入射すると、信号電荷が発生
し、電源電圧の極性に応じた電荷がフォトダイオード３
０１と蓄積スイッチングトランジスタ３０４のソースと
の接続点に蓄積される。このとき、蓄積信号電荷量をＱ
_s、フォトダイオード３０１の蓄積容量をＣ_pとすると、
フォトダイオード３０１の印加電圧はＶ₀−Ｑ_s／Ｃ_pと
なる。ここで、蓄積スイッチングトランジスタ３０４が
オンとなると、信号電荷はフォトダイオード３０１と容
量３１２に分配される。そして、容量３１２の静電容量
をＣとすると、容量３１２にはＣＱ_s／(Ｃ_p＋Ｃ）の電
荷が蓄積され、フォトダイオード３０１の印加電圧はＶ
₀−Ｑ_s／(Ｃ_p＋Ｃ）となる。このとき、ＣをＣ_pよりも
充分大きくしておけば、信号電荷は大半が容量３１２に
蓄積され、フォトダイオード３０１の印加電圧はほぼ電
源電圧Ｖ₀に回復する。このように、蓄積スイッチング
トランジスタ３０４をオフにすると、新たな信号電荷が
フォトダイオード３０１に蓄積され、蓄積スイッチング
トランジスタ３０４をオンにすると、信号電荷が容量３
１２に転送されてフォトダイオード３０１の印加電圧が
回復する。本実施例では、以上の過程を１フィールド期
間内に繰り返すことにより、フォトダイオード３０１の
印加電圧の低減による感度の低下が抑制される。１フィ
ールド期間が経過すると、垂直選択手段３１４および水
平選択手段３１６によって再び蓄積スイッチングトラン
ジスタ３０４、垂直スイッチングトランジスタ３０５、
および水平スイッチングトランジスタ３０６が全てオン
となり、フォトダイオード３０１および容量３１２に蓄
積された信号電荷が水平信号線３０７および垂直信号線
３０９を通して出力増幅器３１０に読み出される。同時
に、フォトダイオード３０１および容量３１２は前記初
期状態に復帰する。なお、１フィールド期間とは、映像
出力信号における垂直同期信号の周期のことをいう。

【００３７】本実施例の撮像装置を１フィールド期間内
に蓄積スイッチングトランジスタ３０４を100回オン／
オフして動作させたところ、広い入射光量の範囲にわた
って信号電流が入射光量に比例する良好な特性が得られ
た。さらに、本実施例の場合、固体撮像素子の各画素ご
とに信号電荷の積分手段が設けられているので、水平信
号線３０７および垂直信号線３０９における電荷の転送
速度を上げる必要がなく、また、固体撮像素子の外部に
メモリや積分器等を設ける必要もないという特長を有し
ている。

【００３８】本実施例においては、蓄積スイッチングト
ランジスタ３０４のゲートが、専用の蓄積スイッチゲー
ト３１７に接続され、オン／オフのタイミングは蓄積ス
イッチ制御手段３１８によって制御するようにしたが、
例えば蓄積スイッチングトランジスタ３０４のゲートを
水平スイッチゲート３０７に接続して、同じ垂直ライン
上の画素から信号が読み出される度に容量３１２への電
荷の転送を行ってもよく、この場合にはさらに構成が簡
単になる。

【００３９】実施例２図４は、本発明による撮像装置の第２の実施例における
光電変換部の、画素部の一部を示す断面図である。本実
施例では水素を含有する非晶質シリコンを主体とする光
導電膜を走査基板上に積層した固体撮像素子を光電変換
部に用いている。

【００４０】４０１はｐ型Ｓｉ基板、４０２はドレイ
ン、４０３はソース、４０４はスイッチングトランジス
タ、４０５は信号線、４０６は画素電極、４０７は絶縁
層、４０８は光導電膜、４０９は電子注入阻止層、４１
０は透明電極である。

【００４１】ｐ型Ｓi基板４０１の一方の面上にドレイ
ン４０２、ソース４０３からなるスイッチングトランジ
スタ４０４が設けられている。ドレイン４０２には信号
線４０５が接続され、ソース４０３にはＡｌからなる画
素電極４０６が接続されている。絶縁層４０７の上方の
画素電極４０６の上端には、水素を含有する非晶質シリ
コンを主体とする光導電膜４０８が積層され、さらに光
導電膜４０８の上部をＳiＯ₂からなる電子注入阻止層４
０９および酸化スズを主体とする透明電極４１０が覆っ
ている。

【００４２】以上のような画素構造を有する固体撮像素
子を光電変換部として用い、図５の構成によって本実施
例の撮像装置を得た。

【００４３】５０１は同期信号発生器、５０２は画素選
択回路、５０３は固体撮像素子の走査基板部、５０４は
受光部、５０５は増幅器、５０６はフレームメモリ、５
０７はデジタル演算回路、５０８は映像信号発生部、５
０９は出力端子である。

【００４４】本実施例では、同期信号発生器５０１は、
１フィールド周期に対応する水平および垂直同期信号と
共に、外部スイッチによってそれぞれの２倍から５０倍
までの周波数の同期信号を発生できるようにした。これ
により、画素選択回路５０２を駆動して固体撮像素子の
走査基板部５０３の水平および垂直スイッチングトラン
ジスタを選択制御して１フィールド周期内に２〜50回の
走査を行い、受光部５０４に蓄積された信号電荷を読み
出す。各走査によって得られた信号は増幅器５０５で増
幅されてフレームメモリ５０６に記憶された後、デジタ
ル演算回路５０７によって１フィールド期間分の信号が
積算される。積算された信号は映像信号発生部５０８を
通して映像出力信号となり、出力端子５０９から出力さ
れる。

【００４５】本実施例の撮像装置では、広い入射光量の
範囲でγ値が１に保たれるという効果に加えて、照度等
の使用条件に応じて１フィールド期間内の走査回数が切
り替えられるという特長がある。

【００４６】実施例３図６は、本発明による撮像装置の第３の実施例の構成図
である。本実施例では、非晶質セレンを主体とする光導
電膜をターゲットに用いたアバランシェ増倍型の撮像管
を光電変換部に用いている。

【００４７】６０１はガラス基板、６０２は透光性導電
膜、６０３は正孔注入阻止層、６０４は非晶質半導体
層、６０５はＳｂ₂Ｓ₃層、６０６は電子銃筐体、６０７
は同期信号発生器、６０８は電子ビーム、６０９は走査
系、６１０は増幅器、６１１は積分器、６１２は映像信
号処理部、６１３は負荷抵抗、６１４は直流電源、６１
５は出力端子である。

【００４８】まず、撮像管の作製方法を説明する。ガラ
ス基板６０１の上に、酸化インジウムを主体とする透光
性導電膜６０２を形成し、さらに透光性導電膜６０２の
上に膜厚15nmのＣｅＯ₂からなる正孔注入阻止層６０
３、並びに光導電膜として膜厚10μmのセレンを主体と
する非晶質半導体層６０４を、それぞれ真空蒸着法によ
って形成する。非晶質半導体層６０４の上には、電子注
入阻止層としてＳｂ₂Ｓ₃層６０５を２×10~¹Ｔorrの不
活性ガス雰囲気中で100nmの厚さに蒸着し、電子銃筐体
６０６と結合して真空封止することにより本実施例の撮
像管を得る。

【００４９】本実施例では、同期信号発生器６０７によ
り１フィールド周期１／60秒、走査線数525本に対応す
る水平及び垂直同期信号と共に、それぞれの20倍の周波
数の同期信号を発生する。電子ビーム６０８の走査系６
０９は、20倍周波数の同期信号を受けて１フィールド周
期内に20回の走査を行う。各走査によって得られた信号
は、増幅器６１０で増幅されて積分器６１１に送られ、
20回分の信号が積算される。積算された信号は映像信号
処理部６１２を通して映像出力信号となり、出力端子６
１５から出力される。

【００５０】図７は、本実施例の撮像装置において約10
50Ｖのターゲット電圧を印加することによりアバランシ
ェ増倍率が約100となる条件で動作させ、青色光を照射
したときの信号電流量を測定し、照射光量に対してプロ
ットしたものである。

【００５１】実線７０１は１フィールド期間中の走査回
数ｎを20とした本実施例の結果を示し、破線７０２は従
来の方式の場合（ｎ＝１）の測定結果である。また、一
点鎖線７０３はγ＝１の理想的特性を示している。図か
ら明らかなように、本発明による撮像装置の場合には、
光電流の電圧依存性が強いアバランシェ増倍型撮像管を
用いているにもかかわらず、信号電流の光量依存性が大
幅に改善されている。

【００５２】以上本発明を前記実施例に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは勿論である。例えば、前記の実施例にお
いては、主に可視光の撮影を行ったが、本発明による撮
像装置が紫外線や、Ｘ線など、可視光以外の電磁波の撮
像装置にも適用可能であることは言うまでもない。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の撮像装置
によれば、入射光により生成された電荷によって光導電
体に印加される電圧が減少することによる実効感度の低
下を抑制することができる。従って、入射光量が多くな
ると出力信号の光量依存性が弱くなり、明部の階調が充
分とれないという問題点を解決でき、ダイナミックレン
ジが広い撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮像装置の基本構成の一例を示す
構成図である。

【図２】本発明の原理を説明するための光電流の時間依
存性を示す図である。

【図３】本発明による撮像装置の第１の実施例の受光部
の一部の回路構成図である。

【図４】本発明による撮像装置の第２の実施例の受光部
の一部を示す図である。

【図５】本発明による撮像装置の第２の実施例の構成図
である。

【図６】本発明による撮像装置の第３の実施例の構成図
である。

【図７】本発明による撮像装置の第３の実施例における
信号電流と入射光子数の関係を示す図である。

【図８】蓄積型撮像装置の１画素部分における動作原理
を示す図である。

【図９】アバランシェ増倍型撮像管における信号電流と
ターゲット電圧の関係の一例を示す図である。

【図１０】従来の蓄積型撮像装置における信号電流と入
射光子数の関係の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…光電変換部、２…入射光、３…読み出し走査部、４
…積分器、５…映像信号発生部、６…出力端子、７…同
期信号発生部、３０１…フォトダイオード、３０４…蓄
積スイッチングトランジスタ、３１２…容量、３１７…
蓄積スイッチゲート、３１８…蓄積スイッチ制御手段、
５０１…同期信号発生器、５０２…フレームメモリ、５
０７…デジタル演算回路、６０７…同期信号発生器、６
１１…積分器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大島徹也東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者平井忠明東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者久保田節東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者谷岡健吉東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者設楽圭一東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の入射によって信号電荷を発生する受光
部を有し、外部からの入射光量に応じて前記受光部で発
生する信号電荷を蓄積容量に所定の期間蓄積し、各画素
ごとに蓄積された信号電荷を順次読み出して、入射光量
の空間分布に対応する時系列電気信号を発生する蓄積型
撮像装置において、前記蓄積容量に蓄積された信号電荷
の少なくとも一部を、映像出力信号の１フィールド期間
内に２回以上前記蓄積容量の外部に読み出し、１フィー
ルド期間に読み出された信号を積分または加算したもの
から１フィールド期間分の映像信号が形成されるように
したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】各画素に前記蓄積容量とは別に、静電容量
が前記蓄積容量よりも大きい第２の電荷蓄積手段を設
け、前記蓄積容量に蓄積された信号電荷の少なくとも一
部を、映像出力信号の１フィールド期間内に２回以上前
記第２の電荷蓄積手段に転送して蓄積し、前記第２の電
荷蓄積手段および前記蓄積容量に蓄積された信号電荷
を、１フィールド期間ごとに画素の外部に読み出すよう
にしたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】前記蓄積容量から前記第２の電荷蓄積手段
への信号電荷の転送を、各画素から信号を読み出すため
の水平スイッチングトランジスタの動作と同期して行う
ようにしたことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】前記映像出力信号の１フィールド期間内に
前記蓄積容量の外部に信号電荷を読み出す回数を可変と
したことを特徴とする請求項１、２または３記載の撮像
装置。
【請求項５】入射光によって発生した電荷が前記光導電
体中で増倍されることを特徴とする請求項１、２、３ま
たは４記載の撮像装置。
【請求項６】前記光導電体が非晶質Ｓeであることを特
徴とする請求項１、２、３、４または５記載の撮像装
置。