FI120328B - CCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics - Google Patents

CCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics Download PDF

Info

Publication number
FI120328B
FI120328B FI20050375A FI20050375A FI120328B FI 120328 B FI120328 B FI 120328B FI 20050375 A FI20050375 A FI 20050375A FI 20050375 A FI20050375 A FI 20050375A FI 120328 B FI120328 B FI 120328B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
read
well
register
sensor
signal
Prior art date
Application number
FI20050375A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20050375A (en
FI20050375A0 (en
Inventor
Godzinsky Christian De
Original Assignee
Planmeca Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Planmeca Oy filed Critical Planmeca Oy
Priority to FI20050375A priority Critical patent/FI120328B/en
Publication of FI20050375A0 publication Critical patent/FI20050375A0/en
Priority to EP06725927A priority patent/EP1905087A4/en
Priority to PCT/FI2006/050152 priority patent/WO2006108928A1/en
Priority to JP2008505918A priority patent/JP2008536422A/en
Publication of FI20050375A publication Critical patent/FI20050375A/en
Priority to US11/871,581 priority patent/US8279315B2/en
Application granted granted Critical
Publication of FI120328B publication Critical patent/FI120328B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762Charge transfer devices
    • H01L29/765Charge-coupled devices
    • H01L29/768Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/76816Output structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14806Structural or functional details thereof
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/95Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems
    • H04N23/951Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems by using two or more images to influence resolution, frame rate or aspect ratio
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/42Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by switching between different modes of operation using different resolutions or aspect ratios, e.g. switching between interlaced and non-interlaced mode
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57Control of the dynamic range
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/711Time delay and integration [TDI] registers; TDI shift registers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/713Transfer or readout registers; Split readout registers or multiple readout registers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14825Linear CCD imagers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

CCD-sensori ja menetelmä CCD-sensorin dynamiikan laajentamiseksiCCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics

Keksinnön alaField of the Invention

Keksintö liittyy uloslukujärjestelyyn CCD-sensorin lukemiseksi 5 patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisesti. Keksintö liittyy lisäksi menetelmään CCD-sensorin dynamiikan laajentamiseksi patenttivaatimuksen 31 johdanto-osan mukaisesti.The invention relates to a readout arrangement for reading a CCD sensor according to the preamble of claim 5. The invention further relates to a method for expanding the dynamics of a CCD sensor according to the preamble of claim 31.

Keksinnön tausta CCD-laite (Charge Coupled Device) voidaan määritellä puolijohde-10 laitteeksi, jossa sähköisten varausten liikkeestä johtuen varausten säilyttäminen ja kerääminen on mahdollista. Näitä varaussiirtolaitteita käytetään dynaamisissa, muuttuvissa muistielementeissä, joille on tyypillistä korkea informaa-tiotiheys. Röntgenkuvantamiseen tarkoitetuissa CCD-sensoreissa kuvanmuodostukseen käytettyjä, fyysisiin pikseleihin muodostuneita varauksia voidaan 15 yhdistää, binnata. Kun binnataan CCD-sensorissa, muodostuu virtuaalisesti suurempia kuvapikseleitä. Kuitenkin tietyissä tilanteissa näiden yhdistettyjen pikseleiden varauksen käsittely voi olla ongelmallista. Varsinkin suuremmilla signaalitasoilla kuva-alueelta tuleva signaali voi olla niin suurta, että valitulla binnauksella varauksia ei voida yhdistää CCD-sensorin sisällä ilman lähtö- • · · 20 vahvistimen saturaation vaaraa. Tämä voidaan osittain ottaa huomioon suun- nittelemalla lukurekisteri ja lähtövahvistimen varauskaivo, joiden varauskapasi- :*·*: teetit ovat pikseleiden varauskapasiteettia suurempia. Kuitenkin, jos lähtövah- • · :**·; vistimen varauskaivoa suurennetaan liikaa, siihen muodostuva jännite piene- • · · : .·. nee, jolloin myös tuotettava signaali pienenee.BACKGROUND OF THE INVENTION A Charge Coupled Device (CCD) device can be defined as a semiconductor device (10) where, due to the movement of electrical charges, it is possible to store and collect charges. These charge transfer devices are used in dynamic, variable memory elements, which are characterized by high information density. In CCD sensors for X-ray imaging, the charges in the physical pixels used to form the image can be combined, binned. When binned on a CCD sensor, virtually larger pixels are formed. However, in certain situations, handling of the charge of these combined pixels can be problematic. Especially at higher signal levels, the signal from the image area may be so large that, with the selected binary, the charges cannot be combined inside the CCD without the risk of saturation of the output amplifier. This can be partially taken into account by designing a read register and an output amplifier charge well having a charge capacity: * · *: greater than the pixel charge capacity. However, if the departure • •: ** ·; • the expansion chamber of the strainer is enlarged too much, the voltage is reduced • · ·: ·. nee, which also reduces the output signal.

“··[ 25 Nykyään digitaalikuvantamisen resoluutio eli erottelukyky lähentelee 9 · jo filmipohjaisten järjestelmien tasoa ja voi joissakin tapauksissa jopa ylittää ... sen. On kuitenkin tunnettua, että CCD-sensoreiden dynamiikka-alue, maksi- • · · misignaalin suhde tyhjäkäyntikohinaan, perusherkkyyteen, on pienempi kuin • · *···* perinteisten filmipohjaisten järjestelmien dynamiikka-alue. Herkkyydellä voi- ··· 30 daan tässä yhteydessä tarkoittaa erottelukykyä pohjakohinan sisällä eli sitä • · · · .*··. minkä kokoinen signaali voidaan erottaa kohinasta.“·· [25 Today, the resolution or resolution of digital imaging is nearing 9 · the level of film-based systems and in some cases may even exceed…. However, it is known that the dynamic range of the CCD sensors, the ratio of the maximum signal to the idle noise, the basic sensitivity, is smaller than the dynamic range of the conventional film-based systems. In this context, sensitivity can mean · · · ·. * ··. the size of the signal can be distinguished from noise.

• · · ·. Tyypillisen CCD-laitteen, joka toimii MPP-moodissa ja joka ei ole ··· ··”' jäähdytetty, dynamiikka-alue on noin 10.000:1 ... 20.000:1. Dynamiikka-alueen luku kuvaa saturaatiojännitteen suhdetta rms-kohinaan. Mikäli tämä dynamiik-35 ka-alue käytetään tehokkaasti hyväksi, harmaatasoja saadaan käyttöön yhtä 2 monta kuin mitä käytetty A/D-muunnos mahdollistaa. Esimerkiksi 14-bitin tapauksessa harmaatasoja on käytettävissä 16.384 kpl kokonaisuudessaan.• · · ·. A typical CCD device operating in MPP mode that is not ··· ·· ”'has a dynamic range of about 10.000: 1 ... 20.000: 1. The dynamic range figure describes the ratio of saturation voltage to rms noise. If this dynamic-35 ka range is effectively utilized, the gray levels will be as many as 2 as the A / D conversion used. For example, in the case of the 14-bit, 16,384 gray levels are available in their entirety.

Nämä lukuarvot eivät kuitenkaan ole keskenään vertailukelpoisia verrattaessa filmi- ja digitaalipohjaisia järjestelmiä keskenään. Vaikka filmijär-5 jestelmässä käytettäisiin hyväksi vain pieni osa kokonaisdynamiikasta, on käytettävissä käytännössä hyvin suuri määrä harmaatasoja. Mikäli tarkastellaan esimerkiksi yhtä tuhannesosaa (1:1000) filmin dynamiikasta, voidaan osoittaa että tämä alue jakaantuu yli 16 erilliseen tasoon.However, these numerical values are not comparable when comparing film and digital systems. Even if only a small part of the overall dynamic system is utilized in the film system, a very large number of gray levels are available in practice. For example, if you look at one-thousandth (1: 1000) of the film's dynamics, it can be shown that this area is divided into more than 16 distinct levels.

CCD-perusteiset sensorit eivät myöskään anna anteeksi ylivalotus-10 tilanteissa kuten tiimipohjaiset järjestelmät, joissa resiprookkilaki (filmin asteittainen saturoituminen, s-käyrä) aiheuttaa pehmeän saturaation ja tämän mukana "kompression” eli dynamiikan laajennuksen. Voidaan siis ajatella, että kyseessä on sisäänrakennettu epälineaarisuus, jota voidaan myös mieltää eräänlaiseksi gamma-korjaukseksi itse filmissä. Digitaalisissa antureissa syn-15 tyy heti näkyvä raja, artefakta, kun dynamiikan maksimi savutetaan.Also, CCD-based sensors do not forgive over-exposure-10 situations, such as team-based systems where the reciprocal law (gradual saturation of the film, s-curve) causes soft saturation with accompanying "compression", an expansion of dynamics. which can also be thought of as a kind of gamma correction in the film itself. ”Digital sensors produce an instantly visible boundary, an artifact, when the dynamics are maximized.

CCD-sensorin perässä oleva signaalivahvistin ja A/D-muunnin (A/D, Analog-to-Digital) pyritään mitoittamaan siten, että koko CCD-sensorin tuottama dynamiikka-alue voidaan käyttää hyväksi. Kuten edellä mainittiin, nykyisillä CCD-sensoreilla voidaan aikaansaada jopa yli 20000:1 dynamiikka-alue. Ihan-20 teellinen tilanne on silloin, kun A/D-muuntimen kvantisointiaskel on hieman alle CCD-sensorin oman kohinatason. Tämä tarkoittaisi kuitenkin sitä, että kuvan • · : digitoimiseksi pitäisi käyttää yli 14-bitin nopeaa A/D-muunnosta.The signal amplifier behind the CCD sensor and the Analog-to-Digital converter (A / D) are designed so that the entire dynamic range produced by the CCD sensor can be utilized. As mentioned above, current CCD sensors can provide a dynamic range of up to 20,000: 1. The perfect situation is when the quantization step of the A / D converter is slightly below the noise level of the CCD sensor. However, this would mean that you would need to use an A / D conversion greater than 14-bit to digitize the image.

·· : *·· Toisin sanoin yhteen pikseliin tullut ja siihen mahtuva varaus voi olla [’ V niin suuri, ettei sitä voida binnaustilanteessa käsitellä lukurekisterissä ja/tai läh- i": 25 tövahvistimen varauskaivossa ilman saturaation vaaraa. Varsinkin suuremmis- ·· · : sa binnauksissa, esim. 3x3 ja 4x4 (horisontaalisuunta x vertikaalisuunta, mon- • · · · .***. tako kertaa luetaan kuva-alueelta lähtörekisteriin ja lähtörekisteristä ulosluku- kaivoon), tämä muodostuu ongelmaksi. Kuva-alueelle muodostunut kuva ei ole : .·' saturoitunut ja se on täysin käyttökelpoinen, mutta sitä ei voi lukea ulos ilman • · · y./ 30 saturaatiota kyseisellä binnauksella.··: * ·· In other words, the charge entered in one pixel and accommodating it can be ['V so large that it cannot be processed in the read register and / or near "in the bin state: 25 amplifiers in the well without risk of saturation. In binnings, eg 3x3 and 4x4 (horizontal x vertical, mono · · · ·. ***. forged times from the image area to the output register and from the output register to the excavation well), this becomes a problem. :. · 'Saturated and it is fully usable, but cannot be read out without • · · y / 30 saturation at that binnacle.

**:·* Sekä cephalostaattikäytössä (Ceph) että panoraamakuvassa (Pan) leukojen alapuolella on alueita, jotka vastaanottavat suoraa säteilyä ilman vä-Iissä olevaan säteilyä vaimentavaa kudosta. Mm. näissä tilanteissa saturaation . vaara on ilmeinen, mikäli järjestelmä on muuten viritetty ottamaan vastaan op- • · · 35 timaalisesti signaali, joka tulee kohteen läpi. Tämä tekee esimerkiksi pehmyt- • ♦ 3 osien kuvantamisen mahdottomaksi ja saturaatioalueilla menetetään kaikki kuva-informaatio.**: · * Both in Cephalostat (Ceph) and Panoramic (Pan), there are areas beneath the jaws that receive direct radiation without any attenuating tissue. Among other things, saturation in these situations. the danger is obvious if the system is otherwise tuned to • • · 35 optimally receive a signal coming through the target. This, for example, makes imaging • soft parts impossible and all image information is lost in saturation regions.

Keksinnön lyhyt selostusBrief Description of the Invention

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän 5 toteuttava laitteisto siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan menetelmällä ja järjestelmällä, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.It is thus an object of the invention to provide a method and apparatus implementing the method 5 so that the above problems can be solved. The object of the invention is achieved by a method and a system characterized by what is stated in the independent claims. Preferred embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.

Keksintö perustuu siihen, että muutetaan binnausta ja/tai käytetään 10 ainakin kahta eri kapasiteetin varauskaivoa ja sensorin ulosluvun aikana dynaamisesti valitaan käytettävä uloslukukaivo.The invention is based on changing the binnings and / or using at least two different capacity reservoir wells and dynamically selecting a readout well to be used during sensor readout.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän etuna on se, että CCD-sensorin dynamiikka-aluetta voidaan laajentaa ja siten estää sensorin tai osan siitä joutuminen saturaatioon.An advantage of the method and system according to the invention is that the dynamic range of the CCD sensor can be expanded and thus prevent the sensor or a part of it from being saturated.

15 Kuvioiden lyhyt selostus15 Brief Description of the Figures

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:The invention will now be further described in connection with preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which:

Kuvio 1 esittää erään edullisen suoritusmuodon mukaista laitetta dynamiikan kasvattamiseksi; : 20 Kuvio 2 esittää kuvadatan rakennetta; ··· ·Figure 1 shows a device for increasing dynamics according to a preferred embodiment; Figure 2 shows the structure of image data; ··· ·

Kuvio 3 esittää esimerkinomaisesti erästä menetelmää kuvauksen suorittamiseksi ja kuvauksen aikaista FPGA-laitteen AGC-toiminnan ohjauslo- • · .···. giikkaa; • · ·”·. Kuvio 4 esittää taulukkoa, jossa on näytetty käytetyn CCD-sensorin • · · 25 tyypilliset varauksenkäsittelykapasiteetit; **··’ Kuvio 5 kuvaa esimerkinomaista varauskapasiteettijakautumaa kai kissa elektronivarauksen siirtoon kykenevissä yksiköissä; ja v ; Kuvio 6 kuvaa neljän sirun CCD-sensoria ja sen ohjauslohkoja.Figure 3 illustrates, by way of example, a method for performing an imaging and an AGC operation control over a FPGA device during imaging. logic of; • · · ”·. Figure 4 shows a table showing typical charge processing capacities of the CCD sensor used; ** ·· 'FIG. 5 illustrates an exemplary charge capacity distribution for all units capable of transferring electron charges; and v; Figure 6 illustrates a four chip CCD sensor and its control blocks.

• · · • · • · • · · *. Keksinnön yksityiskohtainen selostus • · · ’III 30 Keksintöä ja sen edullisia suoritusmuotoja kuvataan seuraavassa **:·* viitaten esimerkinomaisesti tyypilliseen CCD-sensoriin (valmistaja esimerkiksi ..*j* Atmel, Thomson) ja varauskapasiteettispesifikaatioihin, jotka on optimoitu ot- ·:··· tamalla huomioon myös automaattinen vahvistuksensäätötoiminto (AGC, Au tomatic Gain Control). Sensorilla voi olla esimerkiksi seuraavia ominaisuuksia: 4 1) Erillisen, yhden pikselin (koko: 33 pm x 33 pm) satu-raatiovaraus: 600.000 elektronia.• · · • • • • • *. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention and preferred embodiments thereof will be described in the following **: · * by way of example with reference to a typical CCD sensor (manufactured by, for example, * j * Atmel, Thomson) and charge capacity specifications optimized for? ·· Note also the Automatic Gain Control (AGC) function. For example, the sensor may have the following characteristics: 4 1) A random single pixel (size: 33 µm x 33 µm) random charge: 600,000 electrons.

2) Lukurekisterin saturaatiovaraus: 5 1.800.000 elektronia.2) Saturation reservation of the numerical register: 5 1.800.000 electrons.

3) Lähtövahvistimen A saturaatiovaraus: 2.400.000 elektronia.3) Saturation charge of output amplifier A: 2,400,000 electrons.

4) Lähtövahvistimen B saturaatiovaraus: 4.800.000 elektronia.4) Saturation charge of output amplifier B: 4.800.000 electrons.

1010

Kun käytetään kyseistä sensoria horisontaalisuunnassa (TDI-suunta, Time Delay Integration), 3x3 binnauksella mahtuu 3 peräkkäisen pikselin 100%:n signaali lukurekisteriin (3x600K=1800K, K=Kilo=1000). 4x4 binnauksella voidaan summata 4 horisontaalista pikseliä, jotka ovat 75% täynnä 15 (1800K/4/600*100) ilman ylivuotoa. Ylivuodolla voidaan tarkoittaa sitä, että esimerkiksi elektroniseen komponenttiin, kuten kapasitanssiin, ei mahdu enää lisää varauksia. Ylivuodossa kuva-alueella ylimääräinen elektronien varaus voi liikkua horisontaaliseen suuntaan ja ylivuodossa lähtörekisterissä vertikaa-lisuuntaan.When used in the horizontal direction (TDI, Time Delay Integration), this sensor can accommodate a 100% signal of 3 consecutive pixels in a read register (3x600K = 1800K, K = Kilo = 1000). The 4x4 binary can sum up 4 horizontal pixels that are 75% full 15 (1800K / 4/600 * 100) without overflow. An overflow can mean that, for example, an electronic component such as capacitance can no longer hold additional charges. In an overflow, the excess electron charge in the image region may move in the horizontal direction and in the overflow in the output register, it may move vertically.

20 Vertikaalisessa suunnassa (uloslukusuunta) tilanne on seuraava.20 In the vertical direction (reading direction) the situation is as follows.

2x2 binnauksella voidaan yhteen lähtöön A summata 2 kpl pikseleitä, joilla on ·.· - 50% varausta, ja toiseen lähtöön B 3 kpl pikseleitä, joilla on 100%:n varaus il- man ylivuotoa. 3x3 binnauksella voidaan lähtöön A summata 3 kpl pikseleitä, :***: joilla on 44% varauksesta, ja lähtöön B 3 kpl pikseleitä, joilla on 88% varauk- • · .**·. 25 sesta ilman ylivuotoa. 4x4 binnauksella voidaan summata lähtöön A 4 kpl 25% ·· · : .·. varauksen pikseleitä ja lähtöön B 4 kpl 50% varauksen pikseleitä ilman yli- *.···* vuotoa.With 2x2 binning, one output A can be summed with 2 pixels with · · · - 50% charge and another output B with 3 pixels with 100% charge without overflow. With 3x3 binning, 3 pixels can be added to output A: ***: with 44% charge, and output B 3 pixels with 88% reserve • ·. ** ·. 25 without overflow. With 4x4 binning you can add to the output A 4 pieces 25% ·· ·:. charge pixels and output B 4 50% charge pixels without over *. ··· * leakage.

• · Tästä nähdään, että edes vähemmän herkempi lähtö B ei kykene . . käsittelemään kuva-alueelta tulevaa signaalia saturoitumatta, jos signaali ylit- • · · 30 tää 25% fyysisen pikselin varauskapasiteetista, kun käytetään lähtöä A. Kek- '··♦* sinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen avulla tämä tilanne voidaan korjata.• · This shows that even the less sensitive output B cannot. . to process a signal from the image area without saturation if the signal exceeds 25% of the physical pixel charge capacity when using the output of A.Kek- ·· ♦ * and its preferred embodiments can remedy this situation.

·:· Kuvio 1 esittää erään edullisen suoritusmuodon mukaista CCD- ··«» :***. sensoria dynamiikan kasvattamiseksi. Siinä viitenumero 1-1 kuvaa koko CCD- ·»· .* . sensorimoduulia, detektoria. Detektorin varauksia vastaanottavia pikseleitä kä- • · · ** *| 35 sittävää aktiivista aluetta kuvataan viitenumerolla 1-2. Kyseisenä kuvan muo- • · 5 dostavana pintana voi olla minkä tahansa muotoinen, olennaisesti tasainen rakenne.·: · Figure 1 shows a CCD ··· ”: *** according to a preferred embodiment. sensor to increase dynamics. In it, reference numeral 1-1 describes the entire CCD · · ·. *. sensor module, detector. Pixels receiving detector charges • · · ** * | The 35 active regions are described by reference numeral 1-2. This image-forming surface may have a substantially flat structure of any shape.

Esimerkiksi kaksiulotteisen CCD-sensorin kuvainformaatio voidaan lukea ulos ainakin yhdellä reunalla sijaitsevan lukurekisterin 1-4 avulla, joka 5 rekisteri liittyy toiminnallisesti mainittuun aktiiviseen alueeseen Tähän rekisteriin voidaan ladata kerrallaan esimerkiksi yksi pikselisarake. Pikselisarakkeen pikselit voivat olla yhdistettyjä keskenään eli binnattuja. Sensori käsittää myös välineet varausten siirtämiseksi lukurekisterin 1-4 lähtöön 1-4a, 1-4b, jonka jälkeen rekisteri voidaan lukea esimerkiksi sarjamuotoisesti siirtämällä varausta 10 pikseli kerrallaan, binnattuna tai ilman binnausta, lähtövahvistimen varaus-kaivoon 1-6, 1-8, josta se voidaan syöttää edelleen ulos 1-10, 1-12 CCD-sensorista 1-1.For example, the image information of a two-dimensional CCD sensor can be read out by means of a read register 1-4 at least one edge operatively associated with said active region. For example, one pixel column may be loaded at a time into this register. The pixels in the pixel column may be interconnected, i.e. binned. The sensor also comprises means for transferring the charges to the output 1-4a, 1-4b of the read register 1-4, whereupon the register can be read, for example, serially by transferring the charge 10 pixels at a time, with or without binning, to the output well 1-6, 1-8. it can be further output from the 1-10, 1-12 CCD sensor 1-1.

Varauksia voidaan siis siirtää sopivin järjestelyin rekisterissä haluttuun suuntaan, pienemmän kapasiteetin lähtökaivon suuntaan tai suuremman 15 kapasiteetin lähtökaivon suuntaan. Se kumpaa lähtökaivoa kuvauksen aikana käytetään, voidaan optimoidaan dynaamisesti kuvauksen aikana, jolloin esimerkiksi elektroniikka, valintaohjelma tai niiden yhdistelmä valitsee sensorin ulostulon perusteella käytettävän lähtökaivon ja/tai binnauksen suuruuden.Thus, the bookings can be transferred by suitable arrangements in the register in the desired direction, in the direction of a lower capacity outlet or in the direction of a larger capacity outlet. Which output well is used during imaging can be dynamically optimized during imaging so that, for example, the size of the output well and / or binning used by the sensor output is selected by the electronics, selection program, or combination thereof.

Lähtövahvistimen varauskaivo 1-6, 1-8 voi sijaita jommassakum-20 massa päässä rekisteriä 1-4 tai vaihtoehtoisesti kaksi tai useampia kaivoja ja/tai vahvistimia voi sijaita rekisterin toisessa päässä tai rekisterin molemmis-·.· · sa päissä voi olla ainakin yksi kaivo. Keksinnön ja sen erään edullisen suori- tusmuodon mukaisesti lukurekisterin kummassakin päässä on siihen toiminnal-lisesti liittyvä ainakin yksi varauskaivo, uloslukukaivo 1-6,1-8 ja vahvistin.The output amplifier reservoir 1-6, 1-8 may be located at either end of the register 1-4, or alternatively two or more wells and / or amplifiers may be located at one end of the register or at both ends of the register. . According to the invention and a preferred embodiment thereof, at each end of the read register there is at least one operatively associated well, a read well 1-6,1-8 and an amplifier.

• · 25 Kaivoon voi olla liittyneenä toiminnallisesti vahvistin ja/tai puskuri • · m : .·. ja/tai puskurivahvistin.The well may have an operational amplifier and / or buffer attached. and / or a buffer amplifier.

[···] Kyseiset kaksinkertaiset vahvistimet voidaan suunnitella erilaisiin » · käyttöihin. Esimerkiksi toinen vahvistin voidaan optimoida ns. slow-scan moo- . . dia varten, jolloin kohina voidaan optimoida mahdollisimman pieneksi nopeu- • · · :;j/ 30 den kustannuksella. Toinen vahvistin voidaan optimoida ns. high-speed moo- • · *···* dia varten, jolloin lukunopeus voidaan optimoida mahdollisimman nopeaksi, ·:· mutta kohinan kustannuksella.[···] These dual amplifiers can be designed for different »· applications. For example, the second amplifier can be optimized for so-called. slow-scan moo-. . for slides, so that noise can be optimized to a minimum at the cost of speeds. The second amplifier can be optimized for so-called. for high-speed mode • · * ··· * slides to optimize read speed as fast as possible, but not at the expense of noise.

• · · · :***: Kuitenkin molemmilla perinteisillä vahvistimilla lähtövahvistimien va- • · · .* . rauskaivoilla on ollut sama kapasiteetti. Keksinnön ja sen edullisten suoritus- • ·> · ** 35 muotojen mukaisesti tuotetaan siis ainakin kaksi ulostulokaivoa, joilla on eri ' * kapasiteetit. Kapasiteettien tulee edullisesti poiketa toisistaan oleellisesti esi- 6 merkiksi siten, että suuremman lähtökaivon kapasiteetti on noin kaksi kertaa pienemmän lähtökaivon kapasiteetti. Myös muita suhdelukuja voidaan käyttää. Mikäli kaivoja on useampi kuin kaksi voi ainakin kahden kaivon kapasiteetit poiketa toisistaan.• · · ·: ***: However, with both traditional amplifiers, the output amplifiers • · ·. *. the wells have had the same capacity. Thus, according to the invention and the preferred embodiments thereof, at least two outlet wells having different capacities are produced. Preferably, the capacities should differ substantially from each other, for example, so that the capacity of the larger outlet is approximately twice that of the smaller outlet. Other ratios may also be used. If there are more than two wells, the capacities of at least two wells may differ.

5 Keksintö ja sen edulliset suoritusmuodot perustuvat siis siihen, että käytetään ainakin kahta eri kapasiteetin varauskaivoa ja sensorin ulosluvun aikana voidaan valita dynaamisesti käytettävä uloslukukaivo. Valinta voidaan tehdä signaalista riippuen, signaalitiedon, esimerkiksi kuvasignaalin perusteella.Thus, the invention and its preferred embodiments are based on the use of at least two different capacity charge wells, and a dynamically operated readout well can be selected during sensor readout. The selection can be made depending on the signal, based on the signal information, for example an image signal.

10 Tällöin saavutetaan se etu verrattuna tilanteeseen, jossa käytetään vain yhtä ulostulovahvistinta tai toisaalta käytettäessä kahta ulostulovahvistin-ta, joilla on samat kapasiteetit, että CCD-sensorin sisäisten siirto- ja ulosluku-kaivojen (ei kuva-alueen) saturaatio voidaan estää. Lisäksi keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen avulla voidaan estää A/D-muuntimen yliohjaus.This gives the advantage over using only one output amplifier or, on the other hand, using two output amplifiers having the same capacities, so that saturation of the internal transfer and readout wells (not the image area) of the CCD sensor can be prevented. In addition, the invention and its preferred embodiments can prevent over-control of the A / D converter.

15 Molemmat tilanteet ovat hyvin todennäköisiä, kun suoritetaan pikseleiden varausten yhdistämistä eli binnausta suuremmilla kuin 2x2 pikseleillä.15 Both situations are very likely to occur when pixel charges are merged, i.e. binned, at greater than 2x2 pixels.

Kuvio 2 esittää erään kuvadatan rakennetta. Kuviossa alimmat 14 databittiä (AD0-AD13: Kuvio 6: 6-51, 6-53, 6-55, 6-57) voivat tulla pikseleiden FPGA-laitteen (Kuvio 6: 6-40) (FPGA, Field Programmable Gate Array) kuva- 20 datan käsittelymoduulin 16-bittisenä summaimesta (Kuvio 6: 6-41, 6-42, 6-43, 6-44) ja rekisteristä (6-45, 6-46, 6-47, 6-48), joka voi pitää välisummat tallessa.Figure 2 shows a structure of an image data. In the figure, the lowest 14 data bits (AD0-AD13: Figure 6: 6-51, 6-53, 6-55, 6-57) may come from a Field Programmable Gate Array (FPGA) of a pixel FPGA (Figure 6: 6-40). illustrates a data processing module in a 16-bit adder (Figure 6: 6-41, 6-42, 6-43, 6-44) and a register (6-45, 6-46, 6-47, 6-48) which can keep subtotals.

Tämä summain voidaan nollata ennen kunkin pikselin näytteistystä, ja saatu 14-bittinen A/D-muuntimen tulos voidaan lisätä tähän summaimeen kerran.This adder can be reset before sampling each pixel, and the resulting 14-bit A / D converter result can be added to this adder once.

:*·*· Summaan voidaan lisätä myös arvo +1, jotta tulos olisi aina suurempi kuin 0.: * · * · You can also add +1 to the sum so that the result is always greater than 0.

• · .···. 25 Tämä on tulos on 14-bittinen ja ylimmät 2 bittiä (ADDO ja ADD1) ovat nollia.• ·. ···. 25 This is a result of 14 bits and the top 2 bits (ADDO and ADD1) are zeros.

:*!·. Eräässä tapauksessa tähän summaimeen summataan neljän pe- • · · räkkäisen A/D-muuntimen arvo, jolloin tulos lähenee 16-bittistä maksimia. Mi- • · *’* käli huomioidaan vielä se tosiseikka, että jokaisessa CCD-sensorin sirussa voi . . olla kaksi lähtöä (Lähtö A ja lähtö B, joista toinen voi antaa kaksinkertaisen sig- : 30 naalin samalla säteilyllä), voidaan todeta, että järjestelmän kokonaisdynamiik- ka on 17-bittiä eli 131 072 harmaatasoa (16384 x 4 x 2).: * ·!. In one case, the sum of four consecutive A / D converters is added to this adder so that the result approaches a maximum of 16 bits. Mi- • · * '* if one takes into account the fact that each CCD sensor chip can. . There can be two outputs (Output A and Output B, one of which can give double sig- nal: 30 signals with the same radiation), the total system dynamics is 17 bits, or 131,072 gray planes (16,384 x 4 x 2).

··· Yksi CCD-sensori (Kuvio 6: 6-20) voi koostua yhdestä tai useam- • ·· · .***. masta, esimerkiksi neljästä (Kuvio 6: 6-21, 6-22, 6-23, 6-24) toistensa perään .**. saumattomasti liitetystä sirusta. Kullekin sirulle voidaan tuoda oma kellosignaa- • · · *♦ *| 35 linsa. Ceph-toiminnassa on käytössä kaksi identtistä CCD-sensoria. Kussakin * * sirussa on kaksi lähtöä (Kuvio 6: 6-25 ... 6-32). Toinen voi olla herkempi ns.··· One CCD sensor (Figure 6: 6-20) can consist of one or more • ·· ·. ***. for example, four (Figure 6: 6-21, 6-22, 6-23, 6-24) one after the other. **. seamlessly connected chip. Each chip can have its own clock signal- • · · * ♦ * | 35 flax. Ceph operation uses two identical CCD sensors. Each * * chip has two outputs (Figure 6: 6-25 ... 6-32). The other may be more sensitive to so-called.

7 high sensitivity eli A-lähtö ja toinen voi olla vähemmän herkempi ns. high capacity eli B-lähtö. Siten yhdessä CCD-sensorissa voi olla yhteensä 8 digitoitavaa lähtöä, joista samanaikaisesti käytetään esimerkiksi vain neljää lähtöä. Käytännössä AB-lähtöjen kapasiteettisuhde on hyvin tarkkaan Vz eli B-lähdön 5 signaali on puolet samalla säteilymäärällä A-lähdön signaalista.7 high sensitivity or A-output and the other may be less sensitive so-called. high capacity or B output. Thus, a single CCD sensor can have a total of 8 digitizable outputs, of which, for example, only four outputs are used at a time. In practice, the output ratio of the AB outputs is very close to Vz, i.e. the signal of the B output 5 is half the same amount of radiation as the output of the A output.

Mikäli käytetään useampaa kuin yhtä sirua, voi kukin eri siru käsitellä tiettyä osaa potilaasta ja/tai toimia eri moodissa ja kutakin sirua voidaan ohjata yksilöllisesti tai erikseen.If more than one chip is used, each different chip may handle a specific portion of the patient and / or operate in a different mode, and each chip may be individually or individually controlled.

Käytössä oleva lähtö voidaan valita (Kytkimet 6-33 ... 6-36 kuviossa 10 6) esimerkiksi manuaalisesti ohjausrekisterin kautta. Vaihtoehtoisesti AGC-toiminto tai jokin testitoiminto voi päättää lähdöstä. Kaikki 8 lähtöä voidaan digitoida A/D-muuntimilla, joita voi olla esimerkiksi kolme kappaletta. Kussakin A/D-muuntimessa voi olla 3-tuloinen multiplekseri eli valitsin, joten digitoitavien kanavien kokonaislukumäärä on tällöin 9. Ylimääräinen kymmenes kanava on 15 testikäytössä, jolla voidaan mitata elektroniikan ja A/D-muunnoksen kohinaa.The current output can be selected (Switches 6-33 ... 6-36 in Fig. 10 6), for example, manually via the control register. Alternatively, the AGC function or one of the test functions may decide the output. All 8 outputs can be digitized with A / D converters, such as three. Each A / D converter can have a 3-input multiplexer or selector, so the total number of channels to be digitized is 9. The extra tenth channel is in 15 test runs that can measure electronics and A / D conversion noise.

Kuviossa 6 on esitetty tilanne, jossa lähtökaivojen 6-25 ... 6-32 jälkeinen valintaelementti 6-33 ... 6-36 ohjaa toisen kaivoista yhdelle A/D-muuntimelle 6-37. Vaihtoehtoisesti molempien kaivojen ulostuloille voidaan tehdä A/D-muunnos ja vasta sitten valita valintaelementillä kumman kaivon di-20 gitoitua signaalia käytetään. Valintaelementti voi olla myös A/D-muuntimen osa ja se voi olla esimerkiksi analoginen tai digitaalinen kytkin. Kuviossa 6 on esi- : tetty myös erästä mahdollisuutta 6-100 kellosignaalien ja/tai ohjaussignaalien • · · · ·*... tuomiseksi FPGA-elementiltä 6-40 CCD-sensoriin 6-20.Figure 6 illustrates a situation in which the selection element 6-33 ... 6-36 after the output wells 6-25 ... 6-32 directs one of the wells to a single A / D converter 6-37. Alternatively, the outputs of both wells can be subjected to A / D conversion and then only the select element used to select the di-20-gated signal of each well is used. The selection element may also be part of an A / D converter and may be, for example, an analog or digital switch. Figure 6 also shows an option for importing 6-100 clock signals and / or control signals from the FPGA element 6-40 to the CCD sensor 6-20.

AGC-toiminnolla tarkoittaa automaattista tason tai vahvistuksen • · .···. 25 säätöä. Sillä ei kuitenkaan tarkoiteta AD-muuntimien sisällä olevien ohjelmani- • · sesti muutettavien PGA-vahvistimien (Programmable Gate Array) vahvistusta, • · · joiden vahvistusta voidaan säätää esimerkiksi välillä 1 ... 6. Tätä vahvistusta • · ’*·* voidaan säätää erikseen kullekin CCD-sirulle, ja säätöä käytetään lähinnä pe- rusherkkyyden optimointiin kuvantamisolosuhteiden mukaisesti (Pan/Ceph).AGC function means automatic level or gain • ·. ···. 25 adjustments. It does not, however, refer to Programmable Gate Array (PGA) amplifiers inside AD converters, which can be adjusted, for example, between 1 and 6. This gain can be adjusted. separately for each CCD chip, and the adjustment is mainly used to optimize the basic sensitivity according to the imaging conditions (Pan / Ceph).

: 30 AGC-menetelmää voidaan hyödyntää kamerassa esimerkiksi seu- • · · raavilla kahdella tavalla. Kunkin CCD-sensorin jompaa kumpaa lähtövahvistin- ta A tai B voidaan käyttää soveltuvin osin. Koska B-vahvistimen signaalinkäsit- .*··. telykapasiteetti on noin kaksinkertainen A-vahvistimeen nähden, saadaan vir- • · ’·* tuaalisesti yksi bitti lisää AD-muunnokseen. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää :.**i 35 myös CCD-sensorin ulkopuolella tapahtuvaa binnausta. Tämä on kuitenkin mahdollista vain lukurekisterin suuntaan tapahtuvalla binnauksella.: 30 The AGC method can be utilized in a camera in the following two ways. Either of the output amplifiers A or B of each CCD sensor can be used as appropriate. Because the signal amplifier of the B amplifier is * ··. compression capacity is about twice that of the A amplifier, virtually one bit is added to the AD transform. Alternatively:. ** i 35 Binnings outside the CCD can also be used. However, this is only possible with a binning toward the read register.

88

Mikäli suurilla binnauksilla, esimerkiksi binnaus 4x4, B-lähtövah-vistin on saturoitumassa, on mahdollista siirtyä pienempään binnaukseen CCD-sensorin sisällä, esimerkiksi binnaukseen 4x2. Tällöin pikseliarvot voidaan näytteistää kahdesti A/D-muuntimella, ja summaus voidaan suorittaa 5 esimerkiksi FPGA-laitteen sisällä aritmetiikkayksikössä. Elektroniikan aiheuttamien offsettien monikertainen summaus voidaan kompensoida tietokoneen ohjelmistoilla. Tämä ulkopuolinen summaus voi jopa olla muodossa binnaus 4x1 ja 4 summausta.If with large binnings, such as 4x4 binning, the B output amplifier is getting saturated, it is possible to switch to a smaller binning inside the CCD sensor, for example 4x2 binning. Hereby, the pixel values can be sampled twice by the A / D converter, and summing can be performed, for example, inside an FPGA device in an arithmetic unit. The multiplication of electronics offsets can be offset by computer software. This external summation can even be in the form of 4x1 and 4 summations.

Binnauksen pienentämisessä voidaan esimerkiksi neljän varauksen 10 summauksen asemesta yhdistää lähtökaivoon vain 2 pikseliä, digitoida pikselit, ottaa seuraavat kaksi pikseliä, digitoida pikselit ja vasta sitten summata digitoidut tulokset digitaalisesti.For example, in binary reduction, instead of summing four charges, you can combine only 2 pixels with the output well, digitize the pixels, take the next two pixels, digitize the pixels, and then digitize the Digitized Results.

Edellä mainitulla tavalla saadaan kokonaisdynamiikkaa kasvatettua 17-bittiseksi, joista biteistä 14 bittiä saadaan AD-muunnoksesta, 1 bitti A- tai B-15 vahvistimen lähdöstä ja 2 bittiä ulkopuolisesta summauksesta, joka voidaan tehdä siis 4 kertaa.In the above manner, the total dynamics is increased to 17 bits, of which 14 bits are obtained from the AD conversion, 1 bit from the output of the A or B-15 amplifier and 2 bits from the external summing, which can thus be done 4 times.

Kuviossa 3 kuvataan esimerkinomaisesti erästä menetelmää kuvauksen suorittamiseksi ja kuvauksen aikaista FPGA-laitteen automaattisen vah-vistuksensäädön (AGC) ohjauslogiikkaa. Kuvaus käynnistyy normaalisti valitul-20 la alkuarvolla, default-binnauksella. Alussa voidaan käyttää kunkin CCD-sensorin sirun lähtöä A. Koska kunkin sirun lukurekisteriä voidaan ohjata yksi- • löllisesti, voidaan sirukohtaisesti valita, kumpaan suuntaan varausta siirretään.FIG. 3 illustrates, by way of example, a method for performing imaging and control logic for automatic gain control (AGC) of an FPGA device during imaging. Shooting starts normally with the initial value selected, the default binary. Initially, the output A of each CCD sensor chip can be used. Since the read register of each chip can be individually controlled, it is possible to select in which direction the charge is transferred.

• · · ·• · · ·

Varausta voidaan siis siirtää joko A-lähdön (1-8: kuvio 1) suuntaan tai B-lähdön *:·.·. (1-6: kuvio 1) suuntaan.The charge can thus be shifted either in the direction of output A (1-8: Fig. 1) or output B: *. (1-6: Figure 1).

• · *.·!. 25 FPGA-laitteen logiikka voi monitoroida koko ajan erikseen kunkin si- run A/D-muunnoksen signaalia. Vaiheessa 3-2 luetaan uusi pystyrivi CCD-:;j.: sensorilta muistiin. Vaiheessa 3-4 voidaan tarkastaa, tuottiko edes yksi tällä *···’ hetkellä käytössä oleva CCD-sensorin A/D-muunnettu lähtö (Kuvio 6: 6-50, 6- 52, 6-54, 6-56) esimerkiksi yli 75% signaalin A/D-muuntimesta. (Informaatio • · : 30 signaalin koosta voi siirtyä päättelylohkoon ja esimerkiksi tilakoneeseen: Kuvio 6: 6-50, 6-52, 6-54, 6-56) Mikäli siis signaali tai osa siitä ylittää tietyn ennalta määritellyn arvon, esimerkiksi Ya A/D-muuntimen alueesta, voidaan siirtyä käyt- Τ’*. tämään epäherkempää lähtöä, lähtöä B, niissä siruissa, joissa tämä ehto täyt- « · T tyy. Mikäli kaikki lähdöt ovat alle ensimmäisen raja-arvon, voidaan tarkastaa • · 35 vaiheessa 3-6 tuottivatko kaikki tällä hetkellä käytössä olevat CCD-sensorin *”’· lähdöt alle toisen ennalta määritellyn raja-arvon, alle esimerkiksi 25% signaalin 9 A/D-muuntimesta. Mikäli kaikki lähdöt ovat alle toisen raja-arvon, voidaan tarkastaa vaiheessa 3-8 onko pienin rekisterisuuntainen CCD-sensorin ulkopuolinen binnaus jo saavutettu. Mikäli pienintä ulkopuolista binnausta ei ole saavutettu, voidaan siirtyä vaiheeseen 3-10, jossa seuraavalla pystyrivillä voidaan 5 siirtyä askelta pienempään ulkopuoliseen binnaukseen. Mikäli taas pienin ulkopuolinen binnaus on jo saavutettu, voidaan vaiheessa 3-12 seuraavalla pystyrivillä siirtyä arvon alittavilla CCD-sensorin B-lähdöillä käyttämään A-lähtöä. Eli jos signaali vastaavasti alittaa esimerkiksi kokonaisuudessaan tietyn ennalta määritellyn toisen arvon, esimerkiksi V* A/D-muuntimen alueesta, niin voi-10 daan siirtyä käyttämään herkempää lähtöä, lähtöä A, niissä siruissa, joissa tämä ehto täytyy.• · *. · !. The logic of the FPGA device can continuously monitor the signal of each of the individual A / D conversions. In step 3-2, a new column of CCDs is read from the sensor to the memory. In Step 3-4, it can be checked whether even one of the * /·· 'A / D converted outputs of the CCD currently in use (Figure 6: 6-50, 6- 52, 6-54, 6-56), for example, exceeds 75% of signal to A / D converter. (Information • ·: 30 signal sizes can be passed to the inference block and, for example, to a state machine: Figure 6: 6-50, 6-52, 6-54, 6-56) Thus, if the signal or a portion thereof exceeds a predetermined value, e.g. From the D converter range, you can switch to Τ '*. to less sensitive output, output B, on the chips where this condition is met. If all outputs are below the first threshold, it is possible to check • · 35 in steps 3-6 whether all currently used CCD sensor * "'· outputs produce below a second predetermined threshold, for example less than 25% of the 9 A / D signal. converter. If all the outputs are below the second threshold, it can be checked in step 3-8 whether the smallest off-line binary off-CCD is already achieved. If the smallest external binning has not been achieved, it is possible to proceed to step 3-10 where the next vertical row can be 5 steps to a smaller external binning. If, on the other hand, the smallest external binning has already been achieved, in step 3-12, the next vertical row can be switched to the A-output by the B-outputs of the CCD sensor. That is, if the signal correspondingly, for example, falls below a certain predetermined second value, for example, in the range of a V * A / D converter, then the more sensitive output, output A, can be switched on the chips where this condition is required.

Mikäli vaiheessa 3-4 ainakin yksi lähtö ylittää 75% signaalin A/D-muuntimesta, voidaan siirtyä vaiheeseen 3-14. Siinä voidaan tarkastella onko joku yli 75% signaalin tuottaneista lähdöistä jo B-lähtö. Mikäli näin ei ole, voi-15 daan siirtyä ylittävillä sensorin A-lähdöillä käyttämään B-lähtöä seuraavalla pystyrivillä vaiheessa 3-16.If, in step 3-4, at least one output exceeds 75% of the signal from the A / D converter, proceed to step 3-14. It can look at whether any of the outputs that produce more than 75% of the signal are already B-outputs. If this is not the case, the A-15 outputs of the transducer may be switched to use the B output in the next column in step 3-16.

Mikäli signaali edelleen ylittää % A/D-muuntimen alueesta yhdes-säkin CCD-sensorin sirun A/D-muuntimessa, vaikka ollaan siirrytty käyttämään lähtöä B eli jossa digitoidaan B-lähtöä, voidaan vaiheessa 3-18 tarkastella, on-20 ko maksimi rekisterisuuntainen ulkopuolinen binnaus jo saavutettu. Mikäli ulkopuolista rekisterisuuntaista maksimibinnausta ei ole vielä saavutettu, voi- : ;*: daan vaiheessa 3-20 siirtyä käyttämään seuraavalla pystyrivillä askelta suu- • · · · I*.., rempaa CCD-sensorin ulkopuolista rekisterisuuntaista aritmeettista binnausta esimerkiksi kaikilla siruilla. Binnausta voidaan muuttaa tarvittaessa asteittain • · [_···, 25 4x4 ... 1x4-tasolle ja takaisin 4x4-tasolle. Tämä binnauksen pienentäminen ei • · .“I, näy ulospäin kuvadatassa, koska sensorin sisällä tapahtuvan binnauksen li- ·*::.·* säksi suoritetaan binnaus myös AD-muunnoksen jälkeen eli voidaan suorittaa • · ’···* useampi A/D-muunnos per pikseli. Tulos on silti sama, kun tämä otetaan huo mioon pimeävirran kompensoinnissa. Pimeävirralla voidaan tarkoittaa piin • · : 30 epäideaalisuuksista johtuvaa vuotovirta, jolloin pikseleihin vuotaa elektroneja, • · · josta syystä syntyy pohjasignaali. Signaali voi kaksinkertaistua lämpötilan aina noustessa noin +7 astetta C. Pimeävirta ei ole tasainen vaan voi vaikuttaa eri [···. pikseleihin eri tavalla.If the signal still exceeds% of the area of the A / D converter in the A / D converter of the 1-socket CCD sensor chip, even though switching to output B, i.e. where the B output is being digitized, can be viewed in steps 3-18, external binning already achieved. If the maximum external register-facing binary has not yet been reached, in step 3-20, you can move to the next vertical row incremental · · · · I * .., preferring the external register-oriented arithmetic binning of the CCD sensor, for example on all chips. Binnings can be changed incrementally as required • · [_ ···, 25 to 4x4 ... 1x4 and back to 4x4. This binning reduction does not • ·. ”I appear in the image data because, in addition to binning inside the sensor, binning is also performed after the AD conversion, so more A / D can be performed. -convert per pixel. The result is still the same when this is taken into account when compensating for dark currents. The dark current can mean the leakage current of silicon • · 30 due to non-idealities, whereby electrons are leaking into the pixels, • · · resulting in a bottom signal. The signal can double as the temperature increases by about +7 degrees C. The dark current is not uniform but can affect different [···. pixels differently.

• · FPGA-laitteen rakenne ja ajoitus voidaan optimoida myös tätä omi-:.**i 35 naisuutta silmällä pitäen. Vaiheessa 3-22 voidaan palauttaa A-lähtö käyttöön kaikilla CCD-sensoreilla, joiden taso B-lähdössä on alle toisen raja-arvon, esi- 10 merkiksi alle 25%. Mikäli rekisterisuuntainen ulkopuolinen maksimibinnaus on jo saavutettu, voidaan vaiheesta 3-18 siirtyä vaiheeseen 3-24. Samoin vaiheiden 3-10, 3-12, 3-16 ja 3-22 jälkeen voidaan siirtyä vaiheeseen 3-24, jossa odotetaan seuraavan pystyrivin digitointia.• · The design and timing of the FPGA can also be optimized for your own:: ** i 35 femininity. In step 3-22, the A output can be reset to all CCD sensors having a B output below a second threshold, for example less than 25%. If the maximum exterior register binning has already been reached, proceed from step 3-18 to step 3-24. Likewise, after steps 3-10, 3-12, 3-16 and 3-22, it is possible to proceed to step 3-24, where the next column is expected to be digitized.

5 Mikäli AGC-toiminne on siis aktivoitu, automaattisen vahvistuk- sensäädön automatiikassa kamerapää voi päätellä itsenäisesti binnauksesta ja käytettävistä A/B-lähdöistä määriteltyjen ehtojen mukaisesti. FPGA-laitteen logiikkaan voidaan rakentaa hystereesi, joka estää hyppimisen lähdöltä toiselle. Kuvadata, joka tuotetaan, voidaan merkitä kamerapäällä, jotta tietokoneen oh-10 jelmisto voi vastaavasti tehdä tarvittavat toimenpiteet kuvadatan käsittelyssä riippumatta esimerkiksi siitä, miten varsinaiset virtuaalipikselit on tuotettu.5 If the AGC function is thus activated, in the automatic gain control, the camera head can independently determine the binning and the A / B outputs to be used, according to defined conditions. Hysteresis can be built into the FPGA's logic to prevent jumping from one output to another. The image data produced can be marked on the camera head so that the computer software can accordingly perform the necessary processing of the image data regardless of, for example, how the actual virtual pixels are produced.

Kun käytetään keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukaisesti vähintään kahta eri lähtökaivoa, joilla on eri kapasiteetit, voidaan kuvion 3 päättelykaavio esittää seuraavassa muodossa. Kun käytetään pienemmän ka-15 pasiteetin lähtökaivoa, tarkastetaan ylittääkö signaali tai osa siitä ensimmäisen ennalta määritellyn arvon, esimerkiksi arvon 75%. Mikäli näin on, siirrytään käyttämään suuremman kapasiteetin lähtökaivoa. Kun taas käytetään suuremman kapasiteetin lähtökaivoa, tarkastetaan alittaako signaali tai osa siitä toisen ennalta määritellyn arvon, esimerkiksi arvon 25%. Mikäli näin on, siirry-20 tään käyttämään pienemmän kapasiteetin lähtökaivoa.When at least two different output wells of different capacities are used in accordance with the invention and preferred embodiments thereof, the inference diagram of Figure 3 may be presented in the following form. When using an output well of lower capacity, it is checked whether the signal or part thereof exceeds the first predetermined value, for example, 75%. If this is the case, a higher capacity outlet well will be used. While a higher capacity output well is used, it is checked whether or not the signal is below another predetermined value, for example 25%. If this is the case, switch to a lower-capacity output well.

Päättelykaaviota on myös mahdollista jatkaa siten, että lähtökaivoja : on useampia kuin kaksi. Tällöin voidaan siirtyä käyttämään pienemmän lähtö- • · · · kaivon asemesta suurempaa lähtökaivoa ja edelleen seuraavaa lähtökaivoa, esimerkiksi vielä suurempaa lähtökaivoa. Vastaavasti voidaan siirtyä käyttä- !···. 25 mään suuremman lähtökaivon asemesta pienempää lähtökaivoa ja edelleen • · .']! seuraavaa lähtökaivoa, esimerkiksi vielä pienempää lähtökaivoa.It is also possible to extend the inference scheme so that there are more than two starting wells. You can then switch to a larger outlet well instead of a smaller exit well and then to a subsequent exit well, such as an even larger outlet well. Similarly, you can switch to! ···. 25 smaller ones instead of 25 bigger ones, and more • ·. ']! the next outlet, for example an even smaller outlet.

Kuten yllä kuvattiin, käynnistyksessä voidaan lähteä liikkeelle ennal- • · ***** ta määrätyllä tavalla kaikilla CCD-sensorin siruilla. Lähtötilanne voi olla kiinteä ja aina sama: A-lähtö kaikilla CCD-sensoreilla, normaali valittu CCD-sensori- • · : 30 pikselibinnaus, ei CCD-sensorin ulkopuolista binnausta. Näin ollen kuvaus voi • · · alkaa aina maksimiherkkyydestä valitulla pikselikoolla. CCD-sensorin ulkopuo- .:. linen, summaamalla tehtävä maksimibinnaus on myös rajattavissa erikseen, j·’·. mikäli ei haluta että AGC-toiminto siirtyy automaattisesti pienimpään mahdolli- • · "* seen herkkyyteen. On myös huomioitava, että signaalin ENABLE aktivoiduttua :.**i 35 esimerkiksi sisäisesti, FPGA-laite suorittaa kalibrointisekvenssin, jossa sekä A- *:**: että B-suuntia voidaan lukea vuorotellen oikeinpäin tai väärinpäin. Tämän ka- 11 libroinnin aikana AGC-toiminto voi olla automaattisesti poistettuna (disable) ja se voi aloittaa toimintansa sen ollessa valittuna vasta kalibrointisekvenssin jälkeen.As described above, the start-up can proceed in a predetermined manner with all the CCD sensor chips. The initial situation may be fixed and always the same: A-output on all CCD sensors, normal selected CCD sensor • ·: 30 pixels, no binning outside the CCD. Thus, shooting may always start at maximum sensitivity with the selected pixel size. Outside CCD sensor:. line, the maximum totalization by summing can also be defined separately, j · '·. if you do not want the AGC function to automatically switch to the lowest possible • · "* sensitivity. Also note that when the ENABLE signal is activated:. ** i 35 for example internally, the FPGA will execute a calibration sequence with both A- *: ** : that the B-directions can be read alternately upright or inverse 11. During this calibration, the AGC function may be automatically disable and may not commence operation when it is selected until after the calibration sequence.

Kuten edellä kuvattiin, siirryttäessä automaattisesti vähemmän her-5 kempään suuntaan seuraavalla sarakkeella voidaan siirtyä käyttämään, jos se on sallittua, CCD-sensorin sirun B-lähtöä. Tätä voidaan käyttää, mikäli A-lähtöä käytettäessä esimerkiksi n kappaletta pikselin AD-muunnosta ylittää 75% tason. Tämä tarkastelu voidaan tehdä kaikille neljän tai kahdeksan kappaleen siruille yksilöllisesti. Luku n on valittavissa välillä 1 ... 16. Oletuksena 10 voidaan pitää lukua 1. Todellinen käytettävä luku riippuu siitä, montako liian suurta signaalia tuottavaa defektiä riviä on enimmillään yhdessä ja samassa sirussa.As described above, when automatically switching to the less her-5 cell direction, the following column can be used to allow, if permitted, the B output of the CCD sensor chip. This can be used if, for example, when using N output, the n-pixel AD conversion exceeds 75%. This examination can be done individually for all four or eight chips. The number n is selectable between 1 and 16. By default, the number 10 can be considered to be 1. The actual number to use depends on the number of defective lines in a single chip at most.

Mikäli on mahdollista tai sallittua, seuraavan sarakkeen kohdalla voidaan siirtyä käyttämään pienempää, koko sensorin sisäistä rekisterisuun-15 täistä binnausta, jos yhdenkään CCD-sensorin sirun B-lähdön AD-muun-noksista 1 ... 16 kappaletta ylittää edelleen 75%. Samalla voi tapahtua mahdolliset sirukohtaiset muutokset lähdöstä B lähtöön A. Tällöin mahdolliset her-kistykset voidaan sallia. Muutoksessa lähdöstä A lähtöön B epäherkistykset voidaan estää. Tässä tilanteessa samanaikaiset AB-epäherkistykset voidaan 20 estää, mikäli samalla siirrytään ulkopuolisen binnaukseen. Muussa tapauksessa näiden lähtöjen signaali voi laskea yhteen neljänteenosaan puolen asemes- : ta.If possible or permissible, the next column can be used to use a smaller binary internal register-to-15 binary if any of the CCD transducer B-output AD conversions still exceed 75%. At the same time, any chip-specific changes can be made from output B to output A. In this case, possible sensitizations can be allowed. In the change from output A to output B, non-sensitization can be prevented. In this situation, simultaneous AB non-sensitization can be prevented by simultaneously switching to external binning. Otherwise, the output signal can be calculated by summing the fourth part of the side, rather than a added.

• · ·• · ·

Siirryttäessä automaattisesti herkempään suuntaan seuraavalla sa- *. · · j.,·. rakkeella voidaan siirtyä käyttämään suurempaa CCD-sensorin sisäistä rekis- • · 25 terisuuntaista binnausta, mikäli suurinta mahdollista binnausta ei jo käytetä, jos kaikkien B-lähtöä käyttävien sirujen AD-muunnoksista maksimissaan m kappa- • · · :;j(: letta ylittää 25%. Luku m on valittavissa välillä 1... 16 ja oletusarvona voidaan pitää arvoa 1. Todellinen käytettävä luku voi riippua esimerkiksi siitä, montako liian suurta signaalia tuottavaa defektiä, saturoitunutta riviä on enimmillään yh- • · ·.: * 30 dessä ja samassa CCD-sirussa.When automatically switching to a more sensitive direction, the next one *. · · J., ·. the blade can move to use a larger CCD sensor internal register • · 25 bisector, if the maximum possible binary is not already used, if at most m kappa • · · j (: over 25 of the AD conversions of all B output chips) The number m is selectable between 1 and 16 and the default value is 1. The actual number used may, for example, depend on the number of defective lines, saturated rows that are too large at any one time. CCD chip.

Tällöin mahdollisesti tapahtuvissa sirukohtaisissa muutoksissa läh-döstä B lähtöön A herkistykset voidaan estää ja muutoksissa lähdöstä A läh-töön B epäherkistykset voidaan sallia. Tässä tilanteessa samanaikaiset AB- **:** herkistykset voidaan estää automaattisesti, jos samalla siirrytään pienempään • · ·.*·· 35 ulkopuoliseen binnaukseen. Muussa tapauksessa näiden lähtöjen signaali *:·*: nousisi 4-kertaiseksi tuplauksen asemesta.In this case, any possible chip-specific changes from output B to output A may prevent sensitization, and changes from output A to output B may allow non-sensitizations. In this situation, simultaneous AB-**: ** sensitization can be automatically prevented by switching to a smaller external · · ·. * ·· 35 binnacle. Otherwise, the signal *: · * of these outputs would be increased 4-fold instead of doubling.

1212

Jos minkä tahansa sirun AD-muunnos B-lähtöä digitoitaessa ei ylitä 25%, niin seuraavalla sarakkeella voidaan siirtyä käyttämään sirun A-lähtöä.If the AD conversion of any chip does not exceed 25% when digitizing the B output, then the following column can be used to switch to the A output of the chip.

Vastaavasti voidaan toimia käytettäessä Ceph-menetelmää CCD-sensorin päässä, jossa on kaksi CCD-sensoripakettia. CCD-sensorin (Dl-5 MAX2) FPGA-laite kykenee ohjaamaan erikseen yhteensä kahdeksan erillisen sirun rekisterin lukusuuntaa sekä yhteisesti kaikkien sirujen vertikaalibinnausta.Similarly, the Ceph method can be used at the end of a CCD sensor with two CCD sensor packages. The CCD sensor of the CCD sensor (Dl-5 MAX2) is capable of individually controlling the reading directions of a total of eight separate chips and the vertical binning of all chips together.

Vertikaalibinnauksen jäljestäminen eri kokoiseksi eri CCD-sensorin siruille on myös mahdollista, vaikkakin se monimutkaistaa sekä tarvittavaa hardwares että softwarea.Tracking vertical binnings to different sizes on different CCD sensor chips is also possible, although it complicates both the required hardwares and software.

10 Muutettaessa edellä mainitulla tavalla vahvistusta voi myös signaa lissa oleva järjestelmäkohina ja röntgenkvanttien kohina olla eri suuri eri lähdöillä (lähtö A / lähtö B) ja/tai A/D-binnauksella. Kohina voi pienentyä, kun bin-nataan A/D-muunninta käyttäen. Tämä voidaan tarvittaessa ottaa huomioon ohjelmistossa, jossa voidaan summata kohinaa keinotekoisesti niihin alueisiin, 15 joissa se on binnaustavasta johtuen pienempää.When altering the gain as described above, the system noise and X-ray quantum noise in the signal may also be different at different outputs (output A / output B) and / or A / D binary. Noise can be reduced when bin-binizing using an A / D converter. This may be taken into account in software where it is possible to artificially add noise to areas where it is smaller due to the binning method.

Pimeävirtaa voidaan vähentää joistakin pikseleistä useampaan kertaan binnaustavasta riippuen. Tämä voidaan suorittaa esimerkiksi matemaattisesti ja ohjelmallisesti. Tarvittaessa sekä A-lähdölle että B-lähdölle voidaan suorittaa pimeävirtakalibrointi ja vahvistuksen kalibrointi. FPGA-laite mahdollis-20 taa molempien lähtöjen signaalien mittauksen.The dark current can be reduced from some pixels to several times depending on the binary mode. This can be done, for example, mathematically and programmatically. If necessary, both dark-current calibration and gain calibration can be performed for both the A output and the B output. The FPGA device enables the measurement of signals from both outputs.

On kuitenkin huomioitava, että pienillä binnauksilla (2x2 tai 1x1) au- : temaattisen vahvistuksen säädön toiminnosta ei ole hyötyä.However, it should be noted that the small binnings (2x2 or 1x1) do not benefit from the auto-thematic gain adjustment function.

• · · · :·. Kuvio 4 esittää taulukkoa, jossa on näytetty käytetyn erään CCD- i. · · |·.·. sensorin tyypilliset varauksenkäsittelykapasiteetit. Kuviossa sarake 4-2 kuvaa • · 25 kapasiteettia ja sarake 4-4 kuvaa elektronien määrää. Taulukosta voidaan nähdä, että kun yhden pikselin (33um x 33um) kapasiteetti on 1 miljoona elekt- • · · ronia, niin lukurekisterin kapasiteetti on 3 miljoonaan elektronia, lähtövah-*··.' vistimen A kapasiteetti on 2,4 miljoonaan elektronia ja lähtövahvistimen B ka pasiteetti 4,8 miljoonaan elektronia. Taatut minimikapasiteetit ovat noin 20% • · :.· I 30 matalammalla tasolla.• · · ·: ·. Figure 4 shows a table showing the CCD of the batch used. · · | ·. ·. typical charge handling capacities of the sensor. In the figure, column 4-2 represents • · 25 capacities and column 4-4 represents the number of electrons. From the table it can be seen that when the capacity of one pixel (33um x 33um) is 1 million electrons, the capacity of the read register is 3 million electrons, the output signal is * ··. ' capacitor A has a capacity of 2.4 million electrons and output amplifier B has a capacity of 4.8 million electrons. Guaranteed minimum capacities are approximately 20%.

Kuvio 5 kuvaa esimerkinomaista varauskapasiteettijakautumaa [·„ elektronivarauksen siirtoon kykenevissä yksiköissä. Lohko 5-2 esittää neljän ”” kuva-alueen pikselin tyypillistä saturaatiota, joka on noin 1 miljoona varausta, ’*;** minimissään 800000 varausta. Jokaisen pikselin saturaatioarvo on noin 0,8 ...Figure 5 illustrates an exemplary charge capacity distribution in units capable of transferring electron charges. Block 5-2 represents the typical saturation of four pixels in the "" image area, which is about 1 million charges, '*; ** with a minimum of 800,000 charges. The saturation value for each pixel is about 0.8 ...

0-j 35 1Me.0-j 35 1Me.

• · 13• · 13

Kuva-alueen jokainen pikseli voidaan yhdistää summausrekisterin pikseliin. Lohko 5-4 kuvaa neljän summausrekisterin pikselin tyypillistä satu-raatioarvoa, noin 3 miljoonaa varausta sekä arvoa minimissään, noin 2,4 miljoonaa varausta. Jokaisen pikselin saturaatioarvo on siis noin 2,4 ... 3 miljoo-5 naa varausta.Each pixel in the image area can be mapped to a pixel in the summation register. Block 5-4 illustrates a typical randomization value of four pixels of summing registers, about 3 million charges and, at minimum, about 2.4 million charges. Thus, the saturation value of each pixel is about 2.4 ... 3 million to 5 nano charges.

Summausrekisterin jokainen pikseli voidaan puolestaan yhdistää lu-kurekisteriin. Lohko 5-6 kuvaa neljän uloslukurekisterin tyypillistä saturaatio- ja minimiarvoa, 3 miljoonaa varausta ja 2,4 miljoonaa varausta vastaavasti. Lohko 5-8 kuvaa lähtökaivon B tyypillistä saturaatiota, noin 4,8 miljoonaa varausta 10 ja minimiarvoa, noin 4 miljoonaa varausta vastaavasti. Lähtökaivon B ulostulosignaali 5-9 on tyypillisesti noin 3 volttia, minimissään noin 2 volttia. Lohko 2-10 puolestaan kuvaa lähtökaivon A tyypillistä saturaatiota, noin 2,4 miljoona varausta, joka varausmäärä on minimissään noin 2 miljoonaa varausta. Lähtö-kaivon A ulostulosignaali 2-11 on tyypillisesti noin 3 volttia, minimissään noin 2 15 volttia. Kuviossa 2 perusherkkyys on noin 60 mV / mR binnauksella 3x3. Pikselin koko on noin 99 mikrometriä.In turn, each pixel in the summation register can be associated with a read register. Block 5-6 describes the typical saturation and minimum values for the four readout registers, 3 million charges and 2.4 million charges respectively. Blocks 5-8 illustrate typical saturation of source well B, about 4.8 million charges 10 and minimum values, approximately 4 million charges, respectively. The output signal 5-9 of the output well B is typically about 3 volts, with a minimum of about 2 volts. Block 2-10, in turn, describes the typical saturation of the well A, about 2.4 million charges, with a minimum charge of about 2 million charges. The output signal 2-11 of output well A is typically about 3 volts, with a minimum of about 2 volts. In Figure 2, the basic sensitivity is about 60 mV / mR with a binary 3x3. The pixel size is about 99 micrometers.

Kuvion 5 esimerkistä voidaan johtaa tilanne horisontaalisuuntaan.From the example of Fig. 5, the situation can be derived in a horizontal direction.

Tällöin 4x4 binnauksella voidaan binnata 4 horisontaalista pikseliä kuva- alueelta, jotka kuva-alueet ovat noin 75% täynnä (3000000/4=750000), ilman 20 että tapahtuu ylivuotoa lukurekisterissä. 3x3 ja tätä pienemmillä binnauksilla voidaan binnata vapaasti kuva-alueen pikseleitä lukurekisteriin ilman sen yll· . . vuotoa.In this case, 4x4 binning can be used to bin 4 horizontal pixels from the image area, which are about 75% full (3000000/4 = 750000), without overflow in the read register. With 3x3 and smaller binnings, pixels of the image area can be freely binned into the read index without being overwritten. . leakage.

• · · • · · *.!* * On kuitenkin huomattava, että lähtökaivot on suunniteltava riittävän • _· " pieniksi, jotta CCD-laitteen herkkyyttä ei menetettäisi. Tällöin lähtöjännite 5-9, • · · 25 5-11 on sopiva AD-muunnokselle, jotta se on sekä häiriöetäisyydeltään että :···: resoluutioltaan riittävä. Tästä voi seurata rajoituksia, vaikka käytetään kahta eri • · : kapasiteetin lähtökaivoa.However, it should be noted that the output wells must be designed to be small enough to avoid the loss of sensitivity of the CCD. In this case, the output voltage 5-9, • · · 25 5-11 is a suitable AD for both interference distance and: ···: sufficient resolution, which may result in limitations even when using two different • ·: capacity output wells.

• · ·• · ·

Vertikaalisessa suunnassa, uloslukusuunnassa, 4x4 binnauksen tapauksessa signaalin kokonaistaso on noin 4x4x1 Me = 16 Me (miljoonaa : 30 elektronia). Tämä on noin 6,6 kertaa enemmän kuin A-lähtökaivon kapasiteetti, ··· · ja noin 3,3 kertaa yli B-lähtökaivon kapasiteetin. Tällöin tällä binnauksella suu- • · · *. rin keskimääräinen käsiteltävä varaus esimerkiksi 33 μ m: n koko pikselin kapa- ··· •*;j siteettia kohti ennen lähtökaivon saturaatiota on noin 15% siitä arvosta, joka :···: saadaan A-lähtöä käytettäessä ja noin 30% siitä arvosta, joka saadaan B- 35 lähtöä käytettäessä.In the vertical direction, in the readout direction, in the case of 4x4 binning, the total signal level is approximately 4x4x1 Me = 16 Me (million: 30 electrons). This is approximately 6.6 times the capacity of the A output well, ··· ·, and about 3.3 times the capacity of the B output well. Then, with this binnacle, • · · *. the average processing charge, for example, at 33 μm full pixel capacity ··· • *; j before saturation of the output well is approximately 15% of the value: ···: obtained using the A output and approximately 30% of that value , obtained with the B-35 output.

• · m • · 14 Käytettäessä 3x3 binnausta signaalin kokonaistaso on noin 3 x 3 x 1 Me = 9 Me. Tämä on noin 3,75 kertaa enemmän kuin A-lähtökaivon kapasiteetti ja noin 1,875 kertaa suurempi kuin B-lähtökaivon kapasiteetti. Tällöin 3 x 3 binnauksella suurin keskimääräinen käsiteltävä varaus esimerkiksi 33 μηη:η 5 koko pikselin kapasiteettia kohti ennen lähtökaivon saturaatiota on noin 26,6% A-lähtöä käytettäessä ja noin 13,3% B-lähtöä käytettäessä.• · m • · 14 When using 3x3 binary, the total signal level is approximately 3 x 3 x 1 Me = 9 Me. This is about 3.75 times the capacity of output A and about 1.875 times the capacity of output B. At 3 x 3 binnings, for example, the maximum average charge to be processed, for example, at 33 μηη: η 5 per pixel capacity before saturation of the output well, is about 26.6% for A output and about 13.3% for B output.

Käytettäessä 2x2 binnausta signaalin kokonaistaso on noin 2 x 2 x 1 Me = 4 Me. Tämä on noin 1,66 kertaa enemmän kuin A-lähtökaivon kapasiteetti. Tämä 4 Me:n kapasiteetti mahtuu kuitenkin kokonaisuudessaan Βίο lähtökaivoon. Tämän takia tällä binnauksella suurin keskimääräinen käsiteltävä varaus esimerkiksi 33 pm:n koko pikselin kapasiteettia kohti ennen lähtökaivon saturaatiota on noin 60% A-lähtöä käytettäessä, mutta noin 100% B-lähtöä käytettäessä.With a 2x2 binary, the total signal level is about 2 x 2 x 1 Me = 4 Me. This is approximately 1.66 times the capacity of the A-well. This 4 Me capacity, however, will fit entirely into the Βίο well. Therefore, with this binning, the maximum average charge to be processed, for example, at 33 µm full pixel capacity before output well saturation, is about 60% with A output, but about 100% with B output.

Mikäli binnausta ei tehdä, signaalin kokonaistaso on noin 1Me eli 15 sama kuin pikselin taso. Tällöin sekä sisäiset rekisterit että lähtökaivot voivat käsitellä signaalia ilman saturaatiovaaraa.If no binning is done, the total signal level will be about 1Me, or 15 times the pixel level. This allows both internal registers and output wells to process the signal without the risk of saturation.

Kuviosta 5 voidaan nähdä, että vähemmän herkempi B-lähtö ei kykene käsittelemään saturoitumatta kuva-alueelta tulevaa signaalia 4x4 binnauksella, jos tämä ylittää noin 30% fyysisen pikselin varauksenvarastointi-20 kyvystä. Tämä ongelma voidaan kuitenkin ratkaista keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen avulla.From Figure 5, it can be seen that the less sensitive B output is unable to process the signal from the unsaturated image area with 4x4 binning if this exceeds about 30% of the physical pixel charge storage capacity 20. However, this problem can be solved by the invention and its preferred embodiments.

: Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukaisesti herkkyyttä • · · · ja siten dynamiikkaa voidaan siis kasvattaa useilla eri menetelmillä. Dynamiik- • * :*.*. kaa voidaan kasvattaa esimerkiksi pelkästään muuttamalla binnausta. Binna- .·.··. 25 usta voidaan muuttaa siirtymällä suurempaan tai pienempään binnaukseen.: According to the invention and its preferred embodiments, the sensitivity • · · · and thus the dynamics can be increased by various methods. Dynamiik- • *: *. *. for example, it can be increased simply by changing the binnacle. Binna-. ·. ··. The 25 doors can be changed by moving to a larger or smaller binnacle.

• ·• ·

Binnausta voidaan muuttaa useaan eri otteeseen ja binnausta voidaan muut-• · · * ::i/ taa esimerkiksi CCD-sensorin ulkopuolisesti.The binning can be changed several times and the binning can be changed, for example, outside the CCD sensor.

• · ***** Binnauksen muuttamisen asemesta voidaan siirtyä käyttämään myös suuremman kapasiteetin lähtökaivoa. Tällöin voidaan esimerkiksi A-: 30 lähdön asemesta siirtyä käyttämään suurempikapasiteetista B-lähtöä. On • · · myös mahdollista siirtyä käyttämään edelleen toista, esimerkiksi vielä suurem-paa lähtökaivoa.• · ***** Instead of changing the binnacle, you can switch to a larger capacity output well. For example, instead of the A: 30 output, you can switch to a higher capacity B output. It is also possible to · · · switch to another, for example, an even larger starting well.

!···. Vielä eräinä vaihtoehtoina dynamiikan kasvattamiseksi voidaan en- • · [**' sin siirtyä käyttämään suuremman kapasiteetin lähtökaivoa ja tämän jälkeen :.‘*i 35 lisäksi muuttaa binnausta tai voidaan ensin muuttaa binnausta ja tämän jäi- ***“: keen siirtyä lisäksi käyttämään suuremman kapasiteetin lähtökaivoa.! · · ·. Still other options for increasing dynamics may be to move the • • [** 'sin to use a larger capacity output well and then:.' * I 35 to change the binning or to change the binning first and then to use a larger capacity outlet well.

1515

Kun järjestelyn herkkyyttä, dynamiikkaa muutetaan, voidaan se tehdä muuttamalla binnausta vasteena ainakin osittain ohjaussignaalille. Ohjaussignaali voidaan määritellä esimerkiksi etukäteen, ennen binnauksen muuttamista. Ohjaussignaali voi myös perustua suoraan tai epäsuoraan signaaliin, jo-5 ka voi olla riippuvainen esimerkiksi CCD-sensorin näkemästä valomäärästä. Vaihtoehtoisesti ohjaussignaali voi perustua CCD-sensorilta ulostettuun signaaliin. Ohjaussignaali voi perustua myös muuhun signaaliin.When the sensitivity, the dynamics of the arrangement is changed, it can be done by changing the binning in response at least in part to the control signal. The control signal can be defined, for example, in advance, before changing the binning. The control signal may also be based directly or indirectly on the signal, which may depend on, for example, the amount of light seen by the CCD sensor. Alternatively, the control signal may be based on a signal output from the CCD sensor. The control signal may also be based on another signal.

Järjestelyn dynamiikkaa voidaan muuttaa kuvauksen aikana tai ennen tai jälkeen kuvausta. Binnausta voidaan muuttaa esimerkiksi kuva-alueen 10 ja siirtorekisterin välillä ja/tai siirtorekisterin ja ulostulorekisterin välilläThe dynamics of the arrangement can be changed during shooting, or before or after shooting. The binning can be changed, for example, between the image area 10 and the shift register and / or between the shift register and the output register

Lisäksi järjestely voi käsittää välineet kuvasignaalin normalisoimiseksi. Kuvaa voidaan käsitellä normalisoinnissa siten, että sen jälkeen kuva(t) näyttää/näyttävät katsottavalta kuvalta/kuvilta, esim. siten, että harmaaskaa-lassa ei tapahdu muutoksia. Normalisointivälineet voivat käsittää sensorilla 15 fyysisesti vierekkäisten kuva-alkioiden tuottamien signaalien digitaalisen summaamisen ja/tai pimeävirran, joka voi riippua binnauksesta, ja/tai vahvistuksen korjauksen. Kyseinen summaus ja/tai korjaus voidaan toteuttaa osittain tai kokonaan esimerkiksi elektronisesti ja/tai ohjelmallisesti.Further, the arrangement may comprise means for normalizing the image signal. The image may be manipulated in normalization so that the image (s) subsequently appear (s) to be viewed, e.g., without any change in the gray scale. The normalization means may include digital summing and / or darkening of the signals produced by the sensor 15 physically adjacent pixels, which may depend on binning, and / or correction of gain. Such summing and / or correction may be carried out partially or completely, for example electronically and / or software.

Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen tarkoituksena on siis 20 laajentaa CCD-sensorin dynamiikkaa esimerkiksi ulkopuolisin keinoin mahdollisimman suureksi. Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukaisesti • vahvistimet voidaan optimoida kohinan ja nopeuden suhteen esimerkiksi rönt- • · · · genkuvan reaaliaikaiseen TDI-uloslukuun, kun varauskaivojen kapasiteetit on erisuuria. Näin menetellen voidaan CCD-sensorin käsittelemää dynamiikka- • · )·>·. 25 aluetta esimerkiksi kaksinkertaistaa tai nelinkertaistaa, kun käytetään suurem- • · pia binnauksia, esimerkiksi yli 2x2 binnausta.The object of the invention and its preferred embodiments is thus to extend the dynamics of the CCD sensor, for example by external means, to the greatest extent possible. In accordance with the invention and preferred embodiments thereof, amplifiers can be optimized for noise and speed, for example, real-time TDI readout of an x-ray image when charge wells have different capacities. By doing so, the dynamics processed by the CCD can be • ·) ·> ·. For example, 25 areas will be doubled or quadrupled when using larger binnings, such as more than 2x2 binnings.

::i.: Lisäksi järjestelyssä molempien lähtövahvistimien signaalit voidaan • · ’···* digitoida joko samanaikaisesti tai vuorotellen. Se, kumpaa lähtövahvistimen signaalia käytetään, riippuu itse signaalista. Sopivalla järjestelyllä voidaan • · : 30 CCD-sensorissa, joka voi koostua useammasta CCD-sensorisirusta, käsitellä • · · kunkin CCD-sensorisirun signaalia erikseen ja myös päättää erikseen kumpaa vahvistinta käytetään kussakin sirussa. Tämä päätös voidaan tehdä sarake sa- *.···. rakkeelta ja siten seurata dynaamisesti signaalitasoa ja maksimoida se koko • · kuva-alueella. Kyseinen automaattinen rekisterin lukusuunnan ja siten vahvis- 35 timen valinta voidaan tehdä esimerkiksi itsenäisesti, ohjaavan FPGA-laitteen avulla. Tieto siitä, kumpaa vahvistinta on käytetty, voidaan välittää kuvadatas- • · 16 sa erikseen rivi riviltä sekä myös CCD-kohtaisesti, jotta kalibrointiohjelma osaa ottaa tämän huomioon kuvadataa käsiteltäessä. Kuvadataa voidaan siirtää 16-bittiä/pikseli, vaikka kyseessä on 14-bittinen muunnos.:: i .: In addition, the signals of both output amplifiers can be • · '··· * digitized simultaneously or alternately. Which signal from the output amplifier is used depends on the signal itself. With a suitable arrangement, the · · · 30 CCD sensor, which may consist of multiple CCD sensor chips, can process the · · · signal of each CCD sensor chip individually and also decide separately which amplifier to use in each chip. This decision can be made with the column * -. ···. blast, and thus dynamically monitor the signal level and maximize it throughout the • · image area. Such automatic selection of the register reading direction and thus of the amplifier can be made independently, for example, by a controlling FPGA device. Information about which amplifier has been used can be transmitted in the • • 16 line-by-line image data and also by CCD, so that the calibration program can take this into account when processing the image data. Image data can be transmitted at 16 bits / pixel, even if it is a 14-bit conversion.

Mikäli käytetään esimerkiksi 14-bittistä A/D-muunnosta, voidaan se 5 helposti nostaa virtuaalisesti 15-bittiseksi (dynamiikan kahdennus, mikäli lähtö-vahvistimien kaivojen kapasiteettisuhde on 2:1) edelleen samaa A/D-muun-nosta käyttäen.For example, if a 14-bit A / D conversion is used, it can be easily upgraded to virtually 15-bit (dynamics doubling if the output amplifier wells have a capacity ratio of 2: 1) further using the same A / D conversion.

CCD-sensorikamerassa voidaan siis valita käytetäänkö lähtöä A vai lähtöä B. Tämä valinta voidaan tehdä esimerkiksi manuaalisesti tai AGC-10 laitteen avulla automaattisesti sirukohtaisesti, esimerkiksi kaikilla kahdeksalla sirulla, chipillä. Sekä rekisterisuuntainen binnaus että horisontaalisuuntainen binnaus ovat kuitenkin aina samat kaikille siruille. Mikäli näin ei menetellä, tuotettaisiin tietokoneelle kuvadataa, jossa kaikki pikselit eivät olisi samankokoisia. Vaikka kameran kamerapää siirtyy käyttämään CCD-sensorin sisäisesti 15 pienempää binnausta, niin virtuaalipikselit säilyvät saman kokoisina. Puuttuva sensorin sisällä tapahtuva binnaus voidaan korvata näkymättömästi AD-binnauksella.Thus, the CCD sensor camera can be selected to use output A or output B. This selection can be made, for example, manually, or automatically by the AGC-10 device on a chip-specific basis, for example, with all eight chips, chips. However, both register binning and horizontal binning are always the same for all chips. If this is not done, image data would be produced on the computer where not all pixels would be the same size. While the camera's camera head moves to use the 15 smaller binnings internally in the CCD sensor, the virtual pixels remain the same size. Missing binning inside the sensor can be invisibly replaced by AD binning.

Binnaus on siis kaikille siruille yhteinen, kun taas A/B-suunta voidaan valita yksilöllisesti manuaalisesti tai automaattisesti AGC-laitteen avus-20 tuksella kullekin sirulle erikseen. On myös mahdollista eriyttää AD-binnaus si-rukohtaiseksi.Thus, binning is common to all chips, while the A / B direction can be individually selected manually or automatically with the aid of the AGC 20 for each chip individually. It is also possible to differentiate the AD binning to serum specific.

: Eräässä edullisessa suoritusmuodossa osa siruista voi siirtyä takai- • · · · :·. sin käyttämään herkempää A-lähtöä, kun taas muut sirut voivat tuottaa niin suurta signaalia, että tarvitaan sekä B-lähtöä että CCD-laitteen ulkopuolista • · 25 binnausta. Toisin sanoin, jos yksikin sirun B-lähtö antaa liikaa signaalia siten, että täytyy siirtyä pienempään sisäiseen binnaukseen, muut sirut voivat va- • · · päästi siirtyä takaisin A-suuntaan, mikäli signaali laskee niissä liian pieneksi.: In a preferred embodiment, some of the chips may be moved backward • · · ·: ·. while using the more sensitive A-output, other chips can produce such a large signal that both B-output and external · · 25 bins are required. In other words, if one of the B-outputs of a chip gives too much signal to move to a smaller internal binning, the other chips may • • · be allowed to move back in the A-direction if the signal drops too small.

• · *···* Ohjauslogiikka A/B-lähdöille eli yhteensä esimerkiksi 8 sirulle, voi olla erillinen, mutta FPGA-laitteen sisällä voi olla yhteinen binnauslogiikka.• · * ··· * The control logic for A / B outputs, for example a total of 8 chips, may be separate, but there may be common binning logic inside the FPGA device.

• · · 30 CCD-sensorin A/D-muuntimen dynamiikkaa (DIMAX2 laitteessa 14- bittinen A/D-muunnin = 16384 erillistasoa) voidaan siis laajentaa keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukaisesti esimerkiksi 8-kertaiseksi (17-bitti-seksi = 131072 erillistasoa). Tämä laajennus tapahtuu CCD-sensorin (Dl- • · *:* MAX2) päässä automaattisesti ja kuvasignaalista riippuen. Dynamiikkaa voi- • · V·: 35 daan kasvattaa kaksinkertaiseksi, kun siirrytään käyttämään suuremman ka- •:”i pasiteetin lähtökaivoa pienemmän lähtökaivon asemesta. Dynamiikkaa voi- 17 daan edelleen kasvattaa nelinkertaisesti, kun siirrytään käyttämään 4x4 binna-uksen asemesta 4x2 binnausta ja tämän jälkeen 4x1 binnausta. Kaiken kaikkiaan tällä tavoin dynamiikkaa voidaan siten kasvattaa edellä mainittu määrä eli kahdeksankertaistaa se.Thus, the dynamics of the 30 CCD sensor A / D converter (14 bit A / D converter in DIMAX2 device = 16384 discrete levels) can thus be extended to 8x (17 bit sex = 131072 discrete levels) in accordance with the invention and preferred embodiments thereof. ). This extension occurs automatically at the end of the CCD sensor (D1- • *: * MAX2) and depends on the image signal. Dynamics can be doubled when switching to a higher capacity output well instead of a smaller output well. The dynamics can be further increased fourfold by switching from 4x4 to Binna instead of 4x4 and then 4x1 to Binna. All in all, this way the dynamics can be increased by the above amount, ie by eight times.

5 Sensori pystyy lähettämään kuvadatan aidosti 17-bittisenä tietoko neelle. Lisäksi on huomioitava, että kuvadataa voidaan kompressoida tietokoneella 12-bittiseksi (tulevaisuudessa 16-bittiseksi) heti kun kuvauksen minimi-ja maksimi-intensiteetit ovat tiedossa. Riippumatta tästä on edullista kuvata itse kohde maksimidynamiikalla. Gamma-korjaus voidaan suorittaa samanaikai-10 sesti, kun kuvadata muutetaan 12-bittiseksi, jotta lopullisessa kuvassa voidaan säilyttää mahdollisimman suuri dynamiikka.5 The sensor is capable of transmitting image data in true 17-bit format to a computer. In addition, it should be noted that image data can be compressed by a computer to 12-bit (in future 16-bit) as soon as the minimum and maximum intensities of the image are known. Regardless, it is advantageous to describe the object itself with maximum dynamics. Gamma correction can be performed concurrently by converting the image data to 12 bits, in order to preserve the maximum dynamics of the final image.

Pikselin binnaus voidaan suorittaa myös vuorotellen käyttäen binnausta, jossa kaksi pikseliä binnataan CCD-sensorin rekisterisuunnassa ja näytteistetään ja tämän jälkeen digitoidaan vielä yksi pikseli binnaamatta ja 15 tämän tulos lisätään edelliseen binnattuun pikseliin. Kyseistä binnaustapaa voidaan käyttää, mikäli valittu alkuperäinen binnaus rekisterisuuntaan on noin kolminkertainen ja mikäli joudutaan siirtymään vähemmän herkempään suuntaan AGC-laitteen ollessa aktivoituna.Pixel binning can also be performed alternately using binning, whereby two pixels are binned in the register direction of the CCD and sampled, and then another pixel is binned and the result is added to the previous binned pixel. This type of binning can be used if the initial binning in the registry direction is about three times selected and if you need to move to a less sensitive direction while the AGC is activated.

Kyseisen kolminkertaisen binnauksen aikana voi syntyä symmet-20 riavirhettä, kun siirrytään ulkopuoliseen summausbinnaukseen, mikäli summataan ensin 2 CCD-sensorin sisällä binnattua pikseliä ja tämän jälkeen vielä yksi • erillinen CCD-laite. Kuitenkin myös tämä tilanne voidaan ottaa huomioon oh- • · · · :m.mm jelmallisesti.During this triple binning, symmetry-20 line errors may occur when switching to external summing binning, if 2 pixels binned inside a CCD sensor are summed first and then another discrete CCD device. However, this situation can also be taken into account programmatically.

AGC-toiminto on riippuvainen vain rekisterisuuntaisesta binnaukses- • · 25 ta. Horisontaalisuunnan, TDI-suunnan binnauksella ei ole merkitystä. Horison- • · .*’! taalisuunnan binnaus voi olla eri kuin vertikaalisuunnan. Tällöin kuitenkin tuote- • · · tut pikselit eivät tällöin ole tasasivuisen neliön kokoisia.The AGC function is only dependent on the registry • binary • · 25. Horizontal, TDI biasing does not matter. Horison- • ·. * '! the tilt may be different from the vertical. However, in this case, the produced pixels are not of equal square size.

• · ’···* Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen avulla voidaan myös huolehtia siitä, että CCD-sensorissa on erilliset lähdöt ainakin kahdelle eri ka- • · : 30 pasiteetille.The invention and its preferred embodiments can also provide for the CCD sensor to have separate outputs for at least two different capacities.

• · ·• · ·

Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukainen järjestely voidaan integroida yhdelle CCD-sirulle käyttäen yhtä tai useampaa mikropiiriä.An arrangement according to the invention and preferred embodiments thereof may be integrated on a single CCD chip using one or more integrated circuits.

"··. On myös mahdollista integroida laitteen CCD-etuasteisiin tämän lisäksi vielä • · esimerkiksi PGA-vahvistimet. Näiden vahvistimien vahvistus on säädettävissä * · 35 esimerkiksi välillä x1 ... x6 64-portaisesti (nykyään x1)."··. It is also possible to integrate the device with the CCD preamps, for example, • PGA amplifiers. The amplification of these amplifiers is adjustable * · 35, for example between x1 ... x6 in 64 steps (today x1).

• · 18 Käyttämällä keksintöä ja sen edullisia suoritusmuotoja ja säätämällä vahvistus sopivaksi signaalitasoon nähden (Ceph/Pan) voidaan saada aikaan optimitulos sekä kohinan että dynamiikan suhteen. Koska signaalitaso varsinkin Ceph-kuvissa on erittäin pieni, lisävahvistuksella voidaan pienentää myö-5 hempiä kuvakäsittelyn artefaktoja ja järjestelmän kohinaa. Lisäksi keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukainen laite estää edelleenkin saturaation. Myös esimerkiksi samassa kallokuvauksessa on mahdollista saada pehmeät osat, kudokset, mukaan kuvaan esimerkiksi ohjelmallisesti (Soft-tissue-suoda-tin).By using the invention and its preferred embodiments and adjusting the gain to the signal level (Ceph / Pan), an optimum result in terms of both noise and dynamics can be obtained. Because the signal level, especially in Ceph images, is extremely low, additional gain can also reduce the smaller image processing artifacts and system noise. Furthermore, the device according to the invention and its preferred embodiments still prevents saturation. It is also possible, for example, in the same skull photography, to incorporate soft parts, tissues, into the image, for example, programmatically (Soft-tissue filter).

10 Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukainen CCD- sensori tuottaa hyvin suurella dynamiikalla olevaa 16-bittistä kuvadataa, pikse-leitä, jota kuvadatan rakennetta kuvataan esimerkinomaisesti kuviossa 2. Yhden pikselin harmaatason esittämiseen tarvitaan siten 2 tavua. Datavirrassa ensimmäisenä esiintyvässä tavussa on alemmat 8-bittiä (AD0-AD7) ja seuraa-15 vassa esiintyvässä tavussa ylimmät 8-bittiä (AD8-ADD1). A/D-muunnos on itsessään 14-bittinen. Tämä A/D-muunnoksen bittimäärä on perusteltavissa siten, että järjestelmän oma kohina on hyvin pientä.A CCD sensor according to the invention and preferred embodiments thereof produces 16-bit image data with very high dynamics, pixels, the structure of which is illustrated by way of example in Figure 2. Thus, 2 bytes are required to represent one pixel gray level. The first byte in the data stream has the lower 8 bits (AD0-AD7) and the next byte 15 the upper 8 bits (AD8-ADD1). The A / D conversion itself is 14-bit. This amount of A / D conversion bits can be justified so that the system's own noise is very small.

Keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen mukainen CCD- sensori ratkaisee siten rajallisen dynamiikka-alueen ja yliohjaustilanteesta ta- 20 pahtuvan hitaan toipumisen ongelmat. Käyttämällä 14-bitttistä muunnosta ja pitämällä järjestelmän kohina pienenä päästään ihannetilanteeseen, jossa yksi : A/D-muuntimen askel vastaa CCD-sensorin lähtövahvistimen omaa kohina- • · · · I*.., tasoa. Lopullisen kuvan signaalikohinasuhteen määrää röntgensäteilyn kvant- • ' :*.·. tikohina. Normaalikuvaustilanteessa kaksi ylintä bittiä (ADD1 ja ADDO) 16- *.*··. 25 bittisestä pikselin arvosta voivat olla nollia.The CCD sensor according to the invention and its preferred embodiments thus solves the problems of a limited dynamic range and slow recovery from an overdrive situation. Using a 14-bit conversion and keeping the system noise low achieves the ideal situation where one: A / D converter step corresponds to the noise level of the CCD sensor output amplifier • · · · I * ... The signal-to-noise ratio of the final image is determined by the quantum • ': *. ·. tikohina. Under normal shooting, the top two bits (ADD1 and ADDO) are 16- *. * ··. The 25-bit pixel value can be zeros.

• · .*“ Poikkeuksia on kuitenkin kaksi tilannetta. Keksinnön ja sen edullisen • · · *• ·. * “However, there are two exceptions. The invention and its advantageous · · · *

:::J suoritusmuotojen mukainen automaattisen vahvistuksensäädön toiminta AGC::: Operation of automatic gain control according to J embodiments AGC

• · ***** on saattanut siirtää suurella säteilymäärällä CCD-sensorin pikselien binnauk- sen sellaiseen muotoon, jossa rekisterisuuntainen binnaus tehdään binnaa- • · i 30 maila harvempia pikseleitä yhteen. Jotta tilanne säilyisi samana, voidaan pe- räkkäisten pikseleiden näytteistettyjä arvoja summata FPGA-laitteen sisällä.• · ***** may have shifted the pixel blurring of the CCD sensor with a large amount of radiation to a form where the index blurring is made with pixels thinner than • 1 bar. To maintain the same situation, the sampled values of consecutive pixels can be summed within the FPGA device.

Täten x4 binnaus voi esimerkiksi muuttua muotoon x2 + x2 tai pahimmassa ]···. tapauksessa muotoon x1 + x1 + x1 + x1. Tällöin 16-bittisen pikselin lukuarvo • · *” lähenee arvoa OxFFD, kun neljä 14-bittistä lukuarvoa summataan yhteen.Thus, for example, the binning of x4 may change to x2 + x2 or at worst] ···. in the case x1 + x1 + x1 + x1. In this case, the 16-bit pixel value · · * ”approaches OxFFD when the four 14-bit numbers are summed.

:Λ: 35 AGC-laite voi kuitenkin hoitaa kaiken tämän itsenäisesti. Tässä summaus- • · 19 tilanteessa voidaan signaalista vähentää summauskertoja vastaava määrä pi-meävirran offsettia.: Λ: 35 However, the AGC can handle all this independently. In this summation, · · 19, the signal can be subtracted from the sum of times the offset of the silicon stream.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-5 muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Keksinnöllisen ajatuksen puitteissa herkkyyttä voidaan säätää muillakin tavoin.It will be obvious to a person skilled in the art that as technology advances, the basic idea of the invention can be implemented in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims. In the context of the inventive idea, the sensitivity can be adjusted in other ways.

• · • · · • · · • · · · • · • « • t1 • · m m · · • · • · • · · • ” · • · • · · • · • · · • · · • · · · ··· * 1 • · · • « • · · • · · • · · · • 1 · • · • · • · · • · · · • · · · « · · « · « · · » • · • « · • · · • ·· 1 t 1 t t 1 t1 mm mm • · 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ··· * 1 • • • • • • • • • • • • • • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··· «· • · · ·

Claims (46)

1. Uloslukujärjestely panoraama-ja/tai cephaloröntgenkuvauksessa käytettävään kameraan järjestetyn CCD-sensorin (1-1) lukemiseksi, joka CCD-sensori (1-1) on järjestetty käytettäväksi TDI tekniikalla ja käsittämään 5. detektorin (1-2), jossa on varauksia vastaanottavia pikse- leitä pystyriveissä käsittävä aktiivinen alue; - lukurekisterin (1-4), joka liittyy toiminnallisesti mainittuun aktiiviseen alueeseen; - välineet varausten siirtämiseksi aktiiviselta alueelta luku- 10 rekisteriin (1-4); - välineet varausten siirtämiseksi lukurekisterin (1-4) lähtöön (1-4a, 1-4b); - ainakin yhden uloslukukaivon (1-6, 1-8), joka liittyy toiminnallisesti lukurekisteriin (1-4); ja 15. välineet varausten siirtämiseksi lukurekisterin (1-4) läh döstä (1-4a, 1-4b) ainakin yhteen uloslukukaivoon (1-6, 1-8), t u n n e 11 u siitä, että järjestely käsittää lisäksi - välineet dynamiikan muuttamiseksi muuttamalla ainakin sensorilla tehtävää varausten pystyrivinsuuntaista binna- 20 usta ainakin osittain vasteellisesti sensorilta ulosluettuun signaaliin perustuvalle ohjaussignaalille.A readout arrangement for reading a CCD sensor (1-1) arranged on a camera used for panoramic and / or cephalophotography, which CCD sensor (1-1) is configured for use with TDI technology and comprising a 5th detector (1-2) with charges an active area comprising receiving pixels in the vertical rows; a reading register (1-4) operatively associated with said active area; - means for transferring the charges from the active area to the read register (1-4); means for transferring charges to the output (1-4a, 1-4b) of the read register (1-4); - at least one readout well (1-6, 1-8) operatively associated with the read register (1-4); and 15. means for transferring charges from the output (1-4a, 1-4b) of the read register (1-4) to at least one readout well (1-6, 1-8), characterized in that the arrangement further comprises: means for changing the dynamics by changing at least a vertical binnings of the charges by the sensor, at least in part in response to a control signal based on a signal read from the sensor. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää välineet binnauksen muuttamiseksi kuvauksen aikana.2. An arrangement according to claim 1, characterized in that the arrangement comprises means for changing the binning during imaging. . . 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu sii- • · · :·: : 25 tä, että välineet muuttavat kuva-alueen ja siirtorekisterin välistä binnausta ai- : 1·· nakin osittain ohjaussignaalin mukaan. • 1.ί. . Arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the means change the binning between the image area and the shift register at least partly according to the control signal. • 1.ί 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu sii- tä, että välineet muuttavat siirtorekisterin ja ulostulorekisterin välistä binnausta ··· : .·. ainakin osittain ohjaussignaalin mukaan.Arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the means change the binning between the shift register and the output register ···: ·. at least in part according to the control signal. 5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu sii- *·1·1 tä, että välineet muuttavat kuva-alueen ja siirtorekisterin sekä siirtorekisterin ja ulostulorekisterin välistä binnausta ohjaussignaalin mukaan.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the means change the binning between the image area and the shift register and the shift register and the output register according to the control signal. : ’·· 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että ohjaussignaali on etukäteen määritelty. • · • · • · · • · · • · · · • · 1 • · · • ·An arrangement according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the control signal is predetermined. • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että ohjaussignaali perustuu suoraan tai epäsuorasti signaaliin, joka on riippuvainen CCD-sensorin näkemästä valomäärästä.Arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the control signal is based directly or indirectly on a signal which is dependent on the amount of light seen by the CCD sensor. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-7 mukainen järjestely, 5 tunnettu siitä, että sensoriin tai sensorin kanssa toiminnalliseen yhteyteen on järjestetty välineet varauksien aikaansaaman signaalin mittaamiseksi ja va-lintavälineet ainakin osittain mainitun mitatun signaalin perusteella sen päättämiseksi muutetaanko binnausta (1-6,1-8).Arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that means for measuring the signal generated by the charges are provided in the sensor or in a functional connection with the sensor, and means for selecting at least partially based on said measured signal 8). 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen järjestely, tunnettu 10 siitä, että järjestely käsittää lisäksi välineet kuvasignaalin normalisoimiseksi.An arrangement according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the arrangement further comprises means for normalizing the image signal. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että normalisointivälineet käsittävät sensorilla fyysisesti vierekkäisten kuva-alkioiden tuottamien signaalien digitaalisen summaamisen.An arrangement according to claim 9, characterized in that the normalization means comprise digital summation of the signals produced by the sensor physically adjacent pixels. 11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen järjestely, tunnettu 15 siitä, että normalisointivälineet käsittävät binnauksesta riippuvan pimeävirran ja/tai vahvistuksen korjauksen.Arrangement according to Claim 9 or 10, characterized in that the normalization means comprise correction of the dark current and / or gain dependent on the binary. 12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että summaus ja/tai korjaus on toteutettu osittain tai kokonaan elektronisesti.Arrangement according to Claim 10 or 11, characterized in that the summing and / or correction is carried out partially or completely electronically. 13. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että summaus ja/tai korjaus on toteutettu osittain tai kokonaan ohjelmallisesti.Arrangement according to Claim 10 or 11, characterized in that the summing and / or correction is carried out partially or completely by software. 14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-13 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että järjestely käsittää ainakin kaksi, ensimmäisen ja toisen, . 25 lukurekisterin (1-4) yhteyteen järjestettyä uloslukukaivoa (1-6, 1-8), joilla on • · · : erisuuruiset kapasiteetit ja sensoriin tai sensorin kanssa toiminnalliseen yhtey- : *** teen on järjestetty välineet varauksien aikaansaaman signaalin mittaamiseksi • · · • V ja valintavälineet ainakin osittain mainitun mitatun signaalin perusteella sen päättämiseksi kumpaa uloslukukaivoa (1-6, 1-8) käytetään CCD-sensorilla • · · : 30 (1-1) ilmaistujen varausten uloslukemiseksi. ”··1.Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the arrangement comprises at least two, the first and the second,. 25 read wells (1-6, 1-8) arranged in connection with the read register (1-4) having different capacities and means for measuring the signal generated by the charges in the sensor or in the functional connection with the sensor. · • V and selection means, at least in part, on the basis of said measured signal to determine which readout well (1-6, 1-8) is used by the CCD sensor to read out the charges indicated by 30 (1-1). "·· 1. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen sensorijärjestely, tunnet- • · *** t u siitä, että se valintavälineet on sovitettu päättämään sensorin ulosluvun ai kana vaihdetaanko käytettävää uloslukukaivoa (1-6, 1-8). : 2·A sensor arrangement according to claim 14, characterized in that its selection means are adapted to decide during the sensor readout whether the readout well (1-6, 1-8) to be used is changed. : 2 · 16. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-15 mukainen järjestely, 35 tunnettu siitä, että uloslukukaivo (1-6, 1-8) on vahvistin. • · • · • · · • · · • · · · • · · • · · 2 • ·Arrangement according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the read-out well (1-6, 1-8) is an amplifier. • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-16 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että uloslukukaivot (1-6, 1-8) sijaitsevat lukurekisterin (1-4) kummassakin päässä tai lukurekisterin toisessa päässä.Arrangement according to one of the preceding claims 14 to 16, characterized in that the read-out wells (1-6, 1-8) are located at each end of the read register (1-4) or at the other end of the read register. 18. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-17 mukainen järjestely, 5 tunnettu siitä, että toisen uloslukukaivon (1-6) kapasiteetti on noin kaksi kertaa ensimmäisen uloslukukaivon (1-8) kapasiteetin suuruinen.Arrangement according to one of the preceding claims 14 to 17, characterized in that the capacity of the second discharge well (1-6) is about twice the capacity of the first discharge well (1-8). 19. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-18 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että detektorin (1-2) ja lukurekisterin (1-4) väliin, niiden kanssa toiminnalliseen yhteyteen on järjestetty rekisteri varausten summaami- 10 seksi ennen niiden siirtämistä lukurekisteriin (1-4).Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 18, characterized in that a register is arranged between the detector (1-2) and the read register (1-4), operatively connected therewith, for summing up the charges before they are transferred to the read register (1-4). ). 20 CCD-sensorista tulevan signaalin perusteella.20 Based on the signal from the CCD sensor. 20. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 9-19 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se edelleen käsittää välineet pikseleiden varausten käsittelemiseksi ennen niiden siirtämistä lukurekisteriin (1-4).Arrangement according to one of the preceding claims 9 to 19, characterized in that it further comprises means for processing the charge of the pixels before transferring them to the read register (1-4). 21. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, 15 tunnettu siitä, että se käsittää välineet, jotka on sovitettu määrittämään käytettävän binnauksen ja/tai käytettävän lähtökaivon ainakin yhden kellopuls-sin perusteella.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises means adapted to determine the binary to be used and / or the output well to be used based on at least one clock pulse. 22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää välineet kellopulssin muuttamiseksi ainakin osittainArrangement according to Claim 21, characterized in that it further comprises means for at least partially changing the clock pulse 23. Jonkin patenttivaatimuksen 14-22 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää valintavälineet, jotka on sovitettu valitsemaan minkä uloslukukaivon (1-6, 1-8) kautta CCD-sensorilta (1-1) tuleva signaali luetaan ja välineet, jotka on sovitettu suorittamaan A/D-muunnos signaalille tai vä- : 25 lineet, jotka on sovitettu suorittamaan A/D-muunnos ainakin kahden ulosluku- ' kaivon signaalille ja valintavälineet, jotka on sovitettu valitsemaan minkä ulos- • · j' ” lukukaivon (1-6, 1-8) kautta CCD-sensorilta (1-1) tuleva signaali luetaan. : VArrangement according to one of Claims 14 to 22, characterized in that it comprises selection means adapted to select through which readout well (1-6, 1-8) the signal from the CCD sensor (1-1) is read and means adapted to perform an A / D conversion to a signal or means adapted to perform an A / D conversion to a signal of at least two read wells and selection means adapted to select which outgoing • • j 'read well (1- 6, 1-8), the signal from the CCD sensor (1-1) is read. : V 24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää välineet, jotka on sovitettu tarkastamaan (3-4) ylittääkö A/D- : 30 muunnos ennalta määritellyn ensimmäisen raja-arvon; ja mikäli A/D-muunnos • · · · .···. ylittää ennalta määritellyn ensimmäisen raja-arvon, tarkastamaan (3-14) lisäksi käytetäänkö suuremman kapasiteetin uloslukukaivoa (1-6, 1-8) ja mikäli ei käy- .. tetä, siirtymään (3-16) käyttämään seuraavan pystyrivin lukemisessa suurem- • · man kapasiteetin uloslukukaivoa (1-6, 1-8) pienemmän kapasiteetin ulosluku-35 kaivon (1-6, 1-8) asemesta. • · • · « • · · • · · • · · 1 · • · · • · · • ·An arrangement according to claim 23, characterized in that it comprises means adapted to check (3-4) whether the A / D-: 30 conversion exceeds a predetermined first threshold value; and if the A / D conversion • · · ·. ···. exceeds a predetermined first threshold, in addition to verifying (3-14) whether a higher capacity excavation well (1-6, 1-8) is used and, if not used, to move (3-16) to use the next column to read higher • · A man-capacity excavation well (1-6, 1-8) instead of a capacity-excavation-35 well (1-6, 1-8). · · «« 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 25. Patenttivaatimuksen 23 tai 24 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää välineet, mikäli A/D-muunnos ylittää (3-4) ennalta määritellyn ensimmäisen raja-arvon ja käytetään suuremman kapasiteetin uloslukukaivoa (1-6, 1-8), tarkastamaan (3-18) onko rekisterisuuntainen senso- 5 rin ulkopuolinen maksimibinnaus jo saavutettu ja mikäli ei ole, siirtymään (3-20) seuraavan pystyrivin lukemiseksi käyttämään suurempaa rekisteri-suuntaista sensorin ulkopuolista binnausta.An arrangement according to claim 23 or 24, characterized in that it comprises means if the A / D conversion exceeds (3-4) a predetermined first cut-off value and a higher capacity excavation well (1-6, 1-8) is used, to check (3-18) whether the maximum off-sensor off-register has already been reached and, if not, to move (3-20) to read the next off-sensor off-line in order to read the next vertical line. 26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää välineet, jotka on sovitettu siirtymään (3-22) pienemmän kapalo siteetin uloslukukaivon (1-6, 1-8) käyttöön, mikäli A/D-muunnos alittaa toisen ennalta määritellyn raja-arvon.An arrangement according to claim 25, characterized in that it comprises means adapted to move (3 to 22) for use with a lower drainage well (1 to 6, 1 to 8) if the A / D conversion falls below another predetermined limit. value. 27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää välineet, mikäli A/D-muunnos ei ylitä ennalta määriteltyä ensimmäistä raja-arvoa, tarkastamaan (3-6) alittaako A/D-muunnos toisen ennal- 15 ta määritellyn raja-arvon ja mikäli A/D-muunnos alittaa toisen ennalta määritellyn raja-arvon tarkastamaan (3-8) lisäksi onko pienin rekisterisuuntainen ulkopuolinen binnaus saavutettu ja mikäli ei ole, siirtymään (3-10) seuraavan pysty-rivin lukemiseksi pienempään ulkopuoliseen binnaukseen.An arrangement according to claim 26, characterized in that it comprises means, if the A / D conversion does not exceed a predetermined first threshold value, to check (3-6) whether the A / D conversion falls below a second predetermined limit value. value, and if the A / D conversion falls below another predetermined threshold value to check (3-8) whether the lowest register-facing external binning is achieved and, if not, move (3-10) to read the next vertical line to the smaller external binning. 28. Jonkin patenttivaatimuksen 14-27 mukainen järjestely, tun-20 n e 11 u siitä, että se käsittää välineet, mikäli pienin rekisterisuuntainen ulkopuolinen binnaus on saavutettu, siirtymään (3-12) seuraavan pystyrivin lukemiseksi käyttämään pienemmän kapasiteetin uloslukukaivoa (1-6, 1-8).An arrangement according to any one of claims 14 to 27, characterized in that it comprises means, if the smallest external binning of the register has been achieved, to move (3-12) to read the next vertical row to use a lower capacity readout (1-6, 1). -8). 29. Menetelmä CCD-sensorin (1-1) dynamiikan laajentamiseksi panoraama- ja/tai cephalostaattiröntgenkuvauksen yhteydessä, jossa kuvainfor- . . 25 maatiota ilmaistaan TDI tekniikalla, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää « · · ’ ’ l:: 1 vaiheet: • · • “ - vastaanotetaan varauksia pikselipystyrivejä käsittävällä • · · : aktiivisella alueella; - luetaan (3-2) aktiivisen alueen pikseleiden ensimmäinen • ;1: 30 pystyrivin varaukset aktiiviselta alueelta uloslukurekisteriin l::\ (1-4); • · - siirretään varaukset uloslukurekisterin (1-4) lähtöön (1-4a, :·. 1'4b): 2. siirretään varaukset uloslukurekisterin (1-4) lähdöstä • · · 35 (1-4a, 1-4b) uloslukukaivoon (1-6, 1-8); • · • · • · · « · · • · · * · • · · • · · 2 • · - muutetaan dynamiikkaa muuttamalla varausten binnausta sensorilla ainakin pystyrivien suunnassa ainakin osittain vasteellisesti sensorilta ulosluettuun signaaliin perustuvalle ohjaussignaalille.A method for expanding the dynamics of a CCD sensor (1-1) in the context of panoramic and / or cephalostatic X-ray imaging, wherein . The 25 representations are detected by the TDI technique, characterized in that the method comprises «· · '' 1 :: 1 steps: • · •“ - receiving charges in a • · ·: active area comprising pixel vertical lines; - reading (3-2) the first •; 1: 30 columns of the active area pixels from the active area to the read-out register l :: \ (1-4); • · - Transferring the allocations to the output of the readout register (1-4) (1-4a,: ·. 1'4b): 2. Transferring the bookings to the output of the readout register (1-4) • · · 35 (1-4a, 1-4b) to the output well (1-6, 1-8); - changing the dynamics by changing the charge biasing of the sensor, at least in the vertical row direction, at least partially in response to a control signal based on the signal read from the sensor. 30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että muutetaan varausten binnausta kuvauksen aikana.A method according to claim 29, characterized by changing the binning of the charges during imaging. 31. Patenttivaatimuksen 29 tai 30 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että muutetaan binnausta ohjaussignaalin mukaan.31. A method according to claim 29 or 30, characterized in that the binning is changed according to the control signal. 32. Jonkin patenttivaatimuksen 29-31 mukainen menetelmä, t u n -10 n e tt u siitä, että muutetaan siirtorekisterin ja uloslukurekisterin välistä binnausta.A method according to any one of claims 29 to 31, characterized in that the binning between the shift register and the count register is changed. 33. Jonkin patenttivaatimuksen 29-32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muutetaan kuva-alueen ja siirtorekisterin välistä binnausta.Method according to one of Claims 29 to 32, characterized in that the binning between the image area and the shift register is changed. 34. Jonkin patenttivaatimuksen 29-33 mukainen menetelmä, t u n -15 n e 11 u siitä, että järjestely käsittää ainakin kaksi, ensimmäisen ja toisen, luku- rekisterin (1-4) yhteyteen järjestettyä uloslukukaivoa (1-6, 1-8), joilla on erisuuruiset kapasiteetit ja mitataan varauksien aikaansaamaa signaalia ja päätetään ainakin osittain mainitun mitatun signaalin perusteella kumpaa uloslukukaivoa (1-6, 1-8) käytetään CCD-sensorilla (1-1) ilmaistujen varausten uloslukemisek-20 si.The method according to any one of claims 29 to 33, characterized in that the arrangement comprises at least two read wells (1-6, 1-8) arranged in connection with the first and second read registers (1-4), has different capacities and measures the signal generated by the charges and determines, at least in part, on the basis of said measured signal, which readout well (1-6, 1-8) is used to read out the charges indicated by the CCD sensor (1-1). 35. Patenttivaatimuksen 34 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valitaan minkä uloslukukaivon (1-6, 1-8) kautta CCD-sensorilta (1-1) tuleva signaali luetaan ja suoritetaan A/D-muunnos signaalille tai suoritetaan A/D-muunnos ainakin kahden uloslukukaivon signaalille ja valitaan minkä ulos- ; ... 25 lukukaivon (1-6, 1-8) kautta CCD-sensorilta (1-1) tuleva signaali luetaan.A method according to claim 34, characterized by selecting via which readout well (1-6, 1-8) the signal from the CCD sensor (1-1) is read and the A / D conversion is performed or the A / D conversion is performed. at least two readout wells and selecting which output; ... The signal from the CCD sensor (1-1) is read through the 25 wells (1-6, 1-8). * 36. Patenttivaatimuksen 35 mukainen menetelmä, tunnettu sii- • · ” tä, että tarkastetaan (3-4) ylittääkö A/D-muunnos ennalta määritellyn ensim- : V mäisen raja-arvon; ja mikäli A/D-muunnos ylittää ennalta määritellyn ensim- :...: mäisen raja-arvon, tarkastetaan (3-14) lisäksi käytetäänkö suuremman kapasi- i 30 teetin uloslukukaivoa (1-6, 1-8) ja mikäli ei käytetä, siirrytään (3-16) käyttä- • · · · .1··. mään seuraavan pystyrivin lukemisessa suuremman kapasiteetin ulosluku kaivoa (1-6, 1-8) pienemmän kapasiteetin uloslukukaivon (1-6, 1-8) asemesta.The method of claim 35, characterized in that it is checked (3-4) whether the A / D conversion exceeds a predetermined first: V threshold; and if the A / D conversion exceeds a predetermined first: ... threshold, additionally checking (3-14) whether a higher capacity 30-well excavation well (1-6, 1-8) is used and if not , move to (3-16) to use • · · · .1 ··. reading one of the next columns, a higher capacity readout than a smaller capacity readout (1-6, 1-8). .. 37. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 29-36 mukainen menetel- • · mä, tunnettu siitä, että mitataan CCD-sensorilta (1-1) ulosluetun signaalin 35 signaalitasoa, ja mikäli signaalitaso ylittää ennalta määritellyn raja-arvon, sää-detään varausten uloslukua sensorilta siten, että pienennetään ennen uloslu- • • · ··« • · · • · · · • · # • · · • · kukaivossa olevien varausten uloslukua uloslukukaivoon siirrettävien pikselei-den lukumäärää ja mikäli signaalitaso alittaa ennalta määritellyn raja-arvon, säädetään informaation uloslukua siten, että kasvatetaan ennen ulosluku-kaivossa olevien varausten uloslukua uloslukukaivoon siirrettävien pikseleiden 5 lukumäärää.The method according to any one of claims 29 to 36, characterized by measuring the signal level 35 of the signal read from the CCD sensor (1-1), and if the signal level exceeds a predetermined threshold value, the charge reading is adjusted. from the sensor so as to reduce the number of pixels to be transferred to the well, before reading out the charges in the well, and if the signal level falls below a predetermined threshold, reading out the information by incrementing the number of pixels 5 to be transferred to the reading well before reading out the charges in the read well. 38. Patenttivaatimuksen 37 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään ennalta määritelty raja-arvo uloslukukaivon saturaatiotason funktiona.38. A method according to claim 37, characterized by determining a predetermined threshold value as a function of the saturation level of the excavation well. 39. Jonkin patenttivaatimuksen 37-38 mukainen menetelmä, t u n -10 nettu siitä, että ulosluetun signaalin signaalitason mittaamiseksi käytetään anturia, joka käsittää ainakin kaksi eri kapasiteetin uloslukukaivoa, ja mikäli alemman kapasiteetin lähtökaivo saturoituu mittauksen aikana siirrytään käyttämään suuremman kapasiteetin uloslukukaivoa.A method according to any one of claims 37 to 38, characterized in that a sensor comprising at least two different capacity readout wells is used to measure the signal level of the readout signal, and if the lower capacity output well saturates during the measurement, a higher capacity readout well is used. 40. Patenttivaatimuksen 39 mukainen menetelmä, tunnettu sii-15 tä, että mikäli jompikumpi uloslukukaivoista saturoituu kasvatetaan sensorin ulkopuolista varausten binnausta.The method of claim 39, characterized in that if one of the wells is saturated, the charge binning outside the sensor is increased. 41. Jonkin patenttivaatimuksen 35-36 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikäli A/D-muunnos ylittää (3-4) ennalta määritellyn ensimmäisen raja-arvon ja käytetään suuremman kapasiteetin uloslukukaivoa (1-6, 20 1-8), tarkastetaan (3-18) onko rekisterisuuntainen sensorin ulkopuolinen mak- simibinnaus jo saavutettu ja mikäli ei ole, siirrytään (3-20) seuraavan pystyrivin lukemiseksi käyttämään suurempaa rekisterisuuntaista sensorin ulkopuolista binnausta.A method according to any one of claims 35 to 36, characterized in that if the A / D conversion exceeds (3-4) a predetermined first cut-off value and a higher capacity excavation well (1-6, 20 1-8) is used, 3-18) whether the maximum off-sensor off-register has already been reached and, if not, moving to (3-20) to read the next off-sensor off-peak. 42. Patenttivaatimuksen 41 mukainen menetelmä, tunnettu sii- : ... 25 tä, että siirrytään (3-22) pienemmän kapasiteetin uloslukukaivon (1-6, 1-8) i:: 1 käyttöön, mikäli A/D-muunnos alittaa toisen ennalta määritellyn raja-arvon.A method according to claim 41, characterized by: ... switching (3-22) to a lower capacity excavation well (1-6, 1-8) i :: 1 if the A / D conversion is below another a predefined threshold. • · : “ 43. Patenttivaatimuksen 42 mukainen menetelmä, tunnettu sii- ·· · : 1.· tä, että mikäli A/D-muunnos ei ylitä ennalta määriteltyä ensimmäistä raja- :...: arvoa, tarkastetaan (3-6) alittaako A/D-muunnos toisen ennalta määritellyn ra- • 30 ja-arvon ja mikäli A/D-muunnos alittaa toisen ennalta määritellyn raja-arvon • · · · .···. tarkastetaan (3-8) lisäksi onko pienin rekisterisuuntainen ulkopuolinen binnaus saavutettu ja mikäli ei ole, siirrytään (3-10) seuraavan pystyrivin lukemiseksi .. pienempään ulkopuoliseen binnaukseen. • · • 1'The method of claim 42, characterized in that: if the A / D conversion does not exceed a predetermined first limit: ...: value, (3-6) is checked. whether the A / D conversion falls below another • predefined threshold and • if the A / D conversion falls below another predefined threshold • · · ·. ···. further checking (3-8) whether the smallest external binning in the register direction has been reached and, if not, moving to (3-10) to read the next vertical row .. the smaller external binning. • · • 1 ' 44. Jonkin patenttivaatimuksen 29-43 mukainen menetelmä, t u n - • · · 35 nettu siitä, että mikäli pienin rekisterisuuntainen ulkopuolinen binnaus on • · • · ··· • · · « · · · • · · • · · • · saavutettu, siirrytään (3-12) seuraavan pystyrivin lukemiseksi käyttämään pienemmän kapasiteetin uloslukukaivoa (1-6, 1-8).44. The method of any one of claims 29 to 43, characterized in that, if the smallest off-line binning of the register is achieved, moving (3-12) to read the next vertical row to use a lower capacity readout (1-6, 1-8). 45. Jonkin patenttivaatimuksen 29-44 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varausten binnausta sensorilla pienennetään perustuen oh- 5 jaussignaaliin, jonka perusteella uloslukukapasiteetin käyttöaste nousi yli ensimmäisen ennalta määritellyn raja-arvon, kuten 75% maksimistaan.45. A method according to any one of claims 29 to 44, characterized in that the charge biasing by the sensor is reduced based on a control signal, by which the readout capacity utilization exceeded the first predetermined threshold, such as 75% of its maximum. 46. Jonkin patenttivaatimuksen 29-45 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varausten binnausta sensorilla kasvatetaan perustuen ohjaussignaaliin, jonka perusteella uloslukukapasiteetin käyttöaste laski alle toisen 10 ennalta määritellyn raja-arvon, kuten 25% maksimistaan. • ' · • · · • · · • · · · ·· • · • ·· ·· · • · · • · • · • · · • · • · • M • · • · · • · · ··· · • ·· • · • · • · · • · • · • ·· ·«· • · • · • · · • · • · • · · • · · • · · 1 · • · · • · · • ·A method according to any one of claims 29 to 45, characterized in that the charge binning on the sensor is increased based on a control signal, whereby the utilization rate of the readout capacity dropped below another 10 predetermined threshold, such as 25% of its maximum. • '' '' '•' '' '' '' '' '' '' '' '*' '' '' * '*' '' '' '*' '' '' '' * '' '' '' * '' '' '*' '' '' '' '*' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '' '? · • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · To– werequil - ·
FI20050375A 2005-04-12 2005-04-12 CCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics FI120328B (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20050375A FI120328B (en) 2005-04-12 2005-04-12 CCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics
EP06725927A EP1905087A4 (en) 2005-04-12 2006-04-12 Ccd sensor and method for expanding dynamic range of ccd sensor
PCT/FI2006/050152 WO2006108928A1 (en) 2005-04-12 2006-04-12 Ccd sensor and method for expanding dynamic range of ccd sensor
JP2008505918A JP2008536422A (en) 2005-04-12 2006-04-12 CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor
US11/871,581 US8279315B2 (en) 2005-04-12 2007-10-12 CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20050375 2005-04-12
FI20050375A FI120328B (en) 2005-04-12 2005-04-12 CCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20050375A0 FI20050375A0 (en) 2005-04-12
FI20050375A FI20050375A (en) 2006-10-13
FI120328B true FI120328B (en) 2009-09-15

Family

ID=34508075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20050375A FI120328B (en) 2005-04-12 2005-04-12 CCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1905087A4 (en)
JP (1) JP2008536422A (en)
FI (1) FI120328B (en)
WO (1) WO2006108928A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5629568B2 (en) * 2010-12-16 2014-11-19 富士フイルム株式会社 Imaging device and pixel addition method thereof
JP5455996B2 (en) * 2011-09-26 2014-03-26 富士フイルム株式会社 Imaging apparatus, imaging program, and imaging method
JP2015053600A (en) * 2013-09-06 2015-03-19 富士フイルム株式会社 Imaging device, and method of generating image correction data
EP3446476B1 (en) * 2016-04-19 2024-03-06 IMEC vzw Imaging sensor and method for reading out image information

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8700372A (en) * 1987-02-16 1988-09-16 Optische Ind De Oude Delft Nv IMAGE RECORDING DEVICE.
JPH084136B2 (en) * 1987-12-22 1996-01-17 日本電気株式会社 Charge transfer device
FR2653626A1 (en) * 1989-10-24 1991-04-26 Thomson Composants Militaires PHOTOSENSITIVE SENSOR WITH PROGRAMMABLE INTEGRATION TIME.
JP2624138B2 (en) * 1993-08-05 1997-06-25 日本電気株式会社 Solid-state imaging device
JPH08298626A (en) * 1995-04-26 1996-11-12 Nec Corp Solid state image pickup element
FI97665C (en) * 1995-11-21 1997-01-27 Planmed Oy Procedures and apparatus for photographing an object
AU5313598A (en) * 1997-10-23 1999-05-17 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Device and method for producing images in digital dental radiography
WO1999041904A1 (en) * 1998-02-10 1999-08-19 Nikon Corporation Method of driving solid-state imaging device, imaging device, alignment device, and aligning method
JPH11298805A (en) * 1998-04-06 1999-10-29 Nikon Corp Tdi transfer type solid-state image pickup device
US7012644B1 (en) * 2000-09-06 2006-03-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Multiple output node charge coupled device
US6800870B2 (en) * 2000-12-20 2004-10-05 Michel Sayag Light stimulating and collecting methods and apparatus for storage-phosphor image plates
US20040012689A1 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 Fairchild Imaging Charge coupled devices in tiled arrays
JP2004159274A (en) * 2002-09-13 2004-06-03 Shoji Kawahito Solid-state imaging unit
JP2004194248A (en) * 2002-12-13 2004-07-08 Chinon Ind Inc Image pickup element and image pickup device
JP3863880B2 (en) * 2003-01-10 2006-12-27 松下電器産業株式会社 Solid-state imaging device and camera
JP2004336823A (en) * 2004-08-16 2004-11-25 Toshiba Corp Imaging apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
EP1905087A1 (en) 2008-04-02
FI20050375A (en) 2006-10-13
EP1905087A4 (en) 2012-03-21
WO2006108928A1 (en) 2006-10-19
FI20050375A0 (en) 2005-04-12
JP2008536422A (en) 2008-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101771252B1 (en) Imaging device and camera system
US9888199B2 (en) Solid-state imaging device, imaging device, and signal reading method
KR101038386B1 (en) Image sensor with extended dynamic range
US7973841B2 (en) Photo sensor with a low-noise photo element, sub-linear response and global shutter
US10091430B2 (en) Solid-state imaging device and driving method of same
CN104115211B (en) High dynamic range imaging system
US6252217B1 (en) Device for imaging radiation
KR20110036500A (en) Image taking device and camera system
FI120328B (en) CCD sensor and method for expanding CCD sensor dynamics
CN102572313B (en) Image sensor with charge multiplication output channel and charge sensing output channel
US20100141820A1 (en) Image sensor having cut-off corners, with a multiplexer between two adjacent rows of pixels
KR101484345B1 (en) Solid-state imaging device
JPH10322599A (en) Solid-state image pickup device and driving method therefor
US20100141819A1 (en) Imaging Array with Non-Linear Light Response
US8279315B2 (en) CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor
JP2005332880A (en) Imaging element and image input processor
JP2001189891A (en) Method for reading sensor element of sensor, and sensor
JP6671715B2 (en) Light receiving device and signal reading method of light receiving device
FI121724B (en) CCD sensor arrangement and method for panoramic and / or kephalostat imaging
CN102547165B (en) Method for processing an image captured by an image sensor
JP2000504486A (en) Optical detector for narrow beam
TW200926795A (en) Method and apparatus providing column parallel architecture for imagers
GB2457716A (en) Active pixel sensor (APS) array with selective passive pixel (charge binning) mode
WO2002023894A1 (en) Method and apparatus for instantaneous exposure control in digital imaging devices
WO2000078034A2 (en) Dual sensitivity image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
FD Application lapsed
RF Appeal filed
FG Patent granted

Ref document number: 120328

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed