JP2008536422A - CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor - Google Patents

CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor Download PDF

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Abstract

本発明は、CCDセンサ(1−1)を読み出すための読出し装置に関し、CCDセンサ(1−1)は、電荷を受け取る画素を含む活性領域を有する検出器(1−2)、活性領域に機能的に接続された読出しレジスタ(1−4)、電荷を活性領域から読出しレジスタ(1−4)内に転送するための手段、電荷を読出しレジスタ(1−4)の出力部(1−4a、1−4b)に転送するための手段、読出しレジスタ(1−4)に機能的に接続された少なくとも1つの読出しウェル(1−6、1−8)、電荷を読出しレジスタ(1−4)の出力部(1−4a、1−4b)から少なくとも1つの読出しウェル(1−6、1−8)内に転送するための手段を備える。本発明は、読出し装置が、電荷のビニングを制御信号に応答して少なくとも部分的に変更することによりダイナミクスを変更するための手段をさらに備えることを特徴とする。  The present invention relates to a readout device for reading out a CCD sensor (1-1). The CCD sensor (1-1) functions as a detector (1-2) having an active region including a pixel that receives charges, and the active region. Connected read register (1-4), means for transferring the charge from the active region into the read register (1-4), the output of the read register (1-4) (1-4a, 1-4b) means for transferring to, at least one read well (1-6, 1-8) operatively connected to the read register (1-4), charge of the read register (1-4) Means are provided for transferring from the output section (1-4a, 1-4b) into at least one read well (1-6, 1-8). The invention is characterized in that the readout device further comprises means for changing the dynamics by changing the binning of the charges at least partly in response to the control signal.

Description

本発明は、請求項1のプリアンブルによるCCDセンサを読み出すための読出し装置(read−out arrangement)に関する。さらに、本発明は、請求項31のプリアンブルによるCCDセンサのダイナミクスを拡大する方法に関する。   The present invention relates to a read-out arrangement for reading a CCD sensor according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a method for enlarging the dynamics of a CCD sensor according to the preamble of claim 31.

CCD素子(電荷結合素子)は、電荷の移動により電荷を蓄積し収集することができる半導体素子と定義され得る。これらの電荷転送素子は、高い情報密度を特徴的に有する動的可変記憶素子に使用される。X線撮像(X−ray imaging)を目的とするCCDセンサでは、物理画素上に形成された、画像生成に使用される電荷が、結合され、ビニングされ(binned)得る。CCDセンサにおけるビニング(binning)は、事実上より大きな画像画素(image pixels)をもたらす。しかし、特定の状況では、これらの結合された画素の電荷の処理が問題になり得る。特に高い信号レベルでは、画像領域から来る信号は非常に大きい場合があるので、選択されたビニングで、電荷を出力増幅器の飽和の危険性なしにCCDセンサ内で結合させることはできない。これは、読出しレジスタと出力増幅器の電荷ウェルとを、それらが画素の電荷容量よりも高い電荷容量を有するように設計することによって部分的に考慮され得る。しかし、出力増幅器の電荷ウェルが拡大されすぎると、その上に発生する電圧は低下し、したがって、生成されるべき信号もまた低下する。   A CCD device (charge coupled device) can be defined as a semiconductor device capable of accumulating and collecting charges by charge movement. These charge transfer elements are used for dynamic variable storage elements that characteristically have a high information density. In a CCD sensor intended for X-ray imaging, charges used for image generation formed on physical pixels can be combined and binned. Binning in CCD sensors results in substantially larger image pixels. However, in certain situations, processing of the charge of these combined pixels can be problematic. Especially at high signal levels, the signal coming from the image area may be very large, so that with the selected binning charge cannot be combined in the CCD sensor without the risk of saturation of the output amplifier. This can be considered in part by designing the readout register and the charge well of the output amplifier so that they have a charge capacity higher than the charge capacity of the pixel. However, if the charge well of the output amplifier is enlarged too much, the voltage generated thereon will drop, and thus the signal to be generated will also drop.

現在、デジタル画像の解像度は、既にフィルムベースのシステムのレベルに近づいており、場合によってはそれを上回ることもある。しかし、CCDセンサのダイナミックレンジ、すなわち基本感度に対する最大信号と開回路雑音の比は、従来のフィルムベースのシステムのダイナミックレンジよりも小さいことが知られている。これに関連して、感度は、暗騒音内での解像度、すなわち暗騒音から分解され得る信号サイズを意味することができる。   Currently, the resolution of digital images is already approaching the level of film-based systems, and in some cases it can be exceeded. However, it is known that the dynamic range of the CCD sensor, i.e. the ratio of maximum signal to open circuit noise relative to the basic sensitivity, is smaller than the dynamic range of conventional film-based systems. In this context, sensitivity can mean the resolution within the background noise, ie the signal size that can be resolved from the background noise.

MPPモードで動作する典型的な非冷却CCD素子は、約10,000:1〜20,000:1のダイナミックレンジを有する。ダイナミックレンジを与える数字は、飽和電圧とRMS雑音の比を表す。このダイナミックレンジが効果的に利用された場合、使用されたA/D変換が許容するだけの数の灰色度(greyness)レベルを十分に引き出すことが可能になる。例えば、14ビットの場合、利用可能な灰色度レベルの総数は16,384である。   A typical uncooled CCD device operating in the MPP mode has a dynamic range of about 10,000: 1 to 20,000: 1. The number giving the dynamic range represents the ratio between the saturation voltage and the RMS noise. If this dynamic range is effectively utilized, it will be possible to extract as many grayness levels as the A / D conversion used allows. For example, for 14 bits, the total number of available gray levels is 16,384.

しかし、これらの数値は、フィルムベースのシステムとデジタルシステムとが互いに比較されるときに、相互比較できない。フィルムシステムが総ダイナミクスのほんのわずかな割合を利用する場合でも、実際には、依然として非常に多数の利用可能な灰色度レベルがある。例えばフィルムの1千(1:1000)のダイナミクスを考える場合、このレンジは16を超える分離レベルに分割されることが分かる。   However, these numbers are not mutually comparable when film-based systems and digital systems are compared to each other. Even if the film system utilizes only a small percentage of the total dynamics, there are still a very large number of available gray levels. For example, when considering the dynamics of a film (1,000: 1000), it can be seen that this range is divided into more than 16 separation levels.

さらに、CCDベースのセンサは、フィルムベースのシステムもそうであるが、露光過度の状況では許されず、その状況では、相反則(緩やかな飽和、フィルムのS字形カーブ)が、滑らかな飽和と、これとともに「圧縮」すなわちダイナミクスの拡大とをもたらす。したがって、ここで固有の非線形性に対処しているということが考えられ、そのことはまた、フィルム自体のガンマ補正のようなものとして理解され得る。デジタルセンサでは、ダイナミックレンジの最高点に到達するとすぐに、可視境界線、アーチファクトが生成される。   In addition, CCD-based sensors, like film-based systems, are not allowed in overexposure situations, where reciprocity laws (slow saturation, sigmoidal curve of the film) Along with this, “compression”, that is, expansion of dynamics is brought about. Thus, it is conceivable that the inherent non-linearity is addressed here, which can also be understood as a gamma correction of the film itself. With digital sensors, visible boundaries and artifacts are generated as soon as the highest dynamic range is reached.

センサの後に接続される信号増幅器及びA/D変換器(A/D、アナログデジタル)は、CCDセンサによってもたらされた全ダイナミックレンジを利用できるようにする目的で設計される。上述のように、既存のCCDセンサは、20000:1をも上回るダイナミックレンジをもたらすことができる。理想的状態では、A/D変換器の量子化ステップは、CCDセンサ自体の雑音レベルをやや下回る。しかし、このことは、画像をデジタル化するために、14ビットを超える高速A/D変換を使用する必要があることを意味する。   The signal amplifier and A / D converter (A / D, analog-digital) connected after the sensor is designed with the aim of making available the full dynamic range provided by the CCD sensor. As mentioned above, existing CCD sensors can provide a dynamic range of even more than 20000: 1. In an ideal state, the quantization step of the A / D converter is slightly below the noise level of the CCD sensor itself. However, this means that in order to digitize the image, it is necessary to use high-speed A / D conversion exceeding 14 bits.

言い換えれば、受け取り画素に入れられた電荷は、非常に大きくすることができるので、その電荷を、ビニング状態で読出しレジスタ及び/又は出力増幅器の電荷ウェルにおいて飽和の危険性なしに処理することはできない。特により大きなビニング動作、例えば3×3及び4×4(水平方向×垂直方向、画像領域から出力レジスタへの読出し回数と出力レジスタから読出しウェルへの読出し回数)の場合、これは問題になる。画像領域に形成された画像は、飽和せず完全に使用することができるが、当該のビニングで飽和なしに読み出すことはできない。   In other words, the charge placed on the receiving pixel can be so large that it cannot be processed in the binning state without risk of saturation in the read register and / or the charge well of the output amplifier. . This is particularly a problem for larger binning operations, such as 3 × 3 and 4 × 4 (horizontal × vertical, read count from image area to output register and read count from output register to read well). An image formed in the image area can be completely used without being saturated, but cannot be read out without saturation in the binning.

セファロスタティック(cephalostatic)用途(セフ(Ceph))でもパノラマ画像(パン(Pan))でも、放射線を減衰させる中間組織なしに直接放射線を受ける顎の下方にある領域がある。こうした状況では、とりわけ、システムが普通なら被写体を通り抜ける信号の最適受信のために調整された場合、飽和の危険性は明らかである。このことは、例えば軟組織領域の撮像を不可能にし、飽和領域ではすべての画像情報が失われる。   In both cephalostatic applications (Ceph) and panoramic images (Pan), there is an area under the jaw that receives radiation directly without intermediate tissue that attenuates the radiation. In these situations, the danger of saturation is obvious, especially if the system is tuned for optimal reception of signals through the subject if it is normal. This makes it impossible to image, for example, a soft tissue region, and all image information is lost in a saturated region.

したがって、本発明の目的は、上記問題を解決できるようにするための方法及びその方法を実施する装置を開発することである。   Therefore, an object of the present invention is to develop a method and an apparatus for implementing the method so as to solve the above problems.

本発明の目的は、独立請求項において提示されていることを特徴とする方法及び装置によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において開示される。
本発明は、ビニングを変更すること、及び/又は少なくとも2つの異なる容量の電荷ウェルを使用すること、ならびにセンサ読出し中に使用されるべき読出しウェルを動的に選択することに基づく。
The object of the invention is achieved by a method and device characterized in that it is presented in the independent claims. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.
The present invention is based on changing the binning and / or using at least two different capacity charge wells and dynamically selecting the read well to be used during sensor readout.

本発明の方法及びシステムは、CCDセンサのダイナミックレンジを拡大し、したがってセンサ又はその一部分が飽和するのを防止できるようにするという利点を有する。   The method and system of the present invention has the advantage of extending the dynamic range of the CCD sensor and thus preventing the sensor or a portion thereof from being saturated.

以下に、本発明について、好ましい実施形態及び添付図面を参照しながら詳細に説明する。   The present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments and the accompanying drawings.

以下に、本発明及びその好ましい実施形態について、典型的なCCDセンサ(例えばアトメル社(Atmel)やトムソン社(Thomson)によって製造されたもの)と、自動利得制御機能(AGC、自動利得制御)も考慮することによって最適化された電荷容量仕様とを例として参照しながら説明する。センサは、例えば以下の特性を有することができる。   In the following, for the present invention and its preferred embodiments, a typical CCD sensor (eg manufactured by Atmel or Thomson) and an automatic gain control function (AGC, automatic gain control) are also provided. Description will be made with reference to an example of the charge capacity specification optimized by considering the above. The sensor can have the following characteristics, for example.

1)分離した単一画素(サイズ:33μm×33μm)の飽和電荷:600,000エレクトロン
2)読出しレジスタの飽和電荷:1.800,000エレクトロン
3)出力増幅器Aの飽和電荷:2,400,000エレクトロン
4)出力増幅器Bの飽和電荷:4,800,000エレクトロン
1) Saturation charge of separated single pixel (size: 33 μm × 33 μm): 600,000 electrons 2) Saturation charge of readout register: 1.800,000 electrons 3) Saturation charge of output amplifier A: 2,400,000 Electrons 4) Saturation charge of output amplifier B: 4,800,000 electrons

センサが水平方向(TDI方向、時間遅延積分)に動作したとき、3×3ビニングで、読出しレジスタは、3つの連続する画素(3×600K=1800K、K=キロ=1000)の100%信号を保持することができる。4×4ビニングでは、その容量(1800K/4/600100)の75%まで充電された4つの水平画素が、オーバフローなしに加算され得る。オーバフローは、例えばキャパシタンスなどの電子部品が、追加電荷のために残された容量がないことを意味することができる。画像領域におけるオーバフローでは、余分の電子電荷が水平方向に移動することができ、出力レジスタにおけるオーバフローでは、余分の電子電荷が垂直方向に移動することができる。 When the sensor is operated in the horizontal direction (TDI direction, time delay integration), with 3 × 3 binning, the readout register outputs 100% signal of 3 consecutive pixels (3 × 600K = 1800K, K = kilo = 1000) Can be held. In 4x4 binning, four horizontal pixels charged to 75% of their capacity (1800K / 4/600 * 100) can be added without overflow. Overflow can mean that an electronic component, such as a capacitance, has no capacity left for additional charge. In the overflow in the image area, the extra electronic charge can move in the horizontal direction, and in the overflow in the output register, the extra electronic charge can move in the vertical direction.

垂直方向(読出し方向)では、状況は以下の通りである。2×2ビニングでは、オーバフローなしに、50%の電荷を有する2つの画素が一方の出力部Aに加算され、100%の電荷を有する3つの画素が第2の出力部Bに加算され得る。3×3ビニングでは、オーバフローなしに、44%の電荷を有する3つの画素が出力部Aに加算され、88%の電荷を有する3つの画素が出力部Bに加算され得る。4×4ビニングでは、オーバフローなしに、25%の電荷を有する4つの画素が出力部Aに加算され、50%の電荷を有する4つの画素が出力部Bに加算され得る。   In the vertical direction (reading direction), the situation is as follows. In 2 × 2 binning, two pixels with 50% charge can be added to one output A and three pixels with 100% charge can be added to the second output B without overflow. In 3 × 3 binning, three pixels with 44% charge can be added to output A and three pixels with 88% charge can be added to output B without overflow. In 4 × 4 binning, 4 pixels with 25% charge can be added to output A and 4 pixels with 50% charge can be added to output B without overflow.

このことから、出力部Aが使用されたときに信号が物理画素の電荷容量の25%を上回る場合、低感度の出力部Bでも画像領域から来る信号を飽和せずに処理できないことが分かる。この状況は、本発明及びその好ましい実施形態を適用することによって修正され得る。   From this, it can be seen that when the output unit A is used and the signal exceeds 25% of the charge capacity of the physical pixel, even the low-sensitivity output unit B cannot process the signal coming from the image area without saturation. This situation can be corrected by applying the invention and its preferred embodiments.

図1は、好ましい一実施形態よる、ダイナミクスを増大させるためのCCDセンサを示す。ここでは、参照番号1−1は、CCDセンサモジュール全体である検出器を示す。電荷受取画素を含む検出器の活性領域は、参照番号1−2で示されている。この当該の画像形成面は、任意形状の実質的に平坦な構造とすることができる。   FIG. 1 shows a CCD sensor for increasing dynamics according to a preferred embodiment. Here, reference numeral 1-1 indicates a detector that is the entire CCD sensor module. The active area of the detector including the charge receiving pixels is indicated by reference numeral 1-2. The image forming surface can have a substantially flat structure having an arbitrary shape.

例えば、2次元のCCDセンサの画像情報は、少なくとも一方の縁部に配置された読出しレジスタ1−4を用いて、それが前記活性領域に機能的に接続されて読み出され得る。このレジスタの中には、例えば1つの画素列に一度でロードすることが可能である。画素列内の画素は、互いに結合され、例えばビニングされ得る。センサはまた、電荷を読出しレジスタ1−4の出力部1−4a、1−4bに転送するための手段も備える。転送後、レジスタは、例えば、電荷を、ビニングされた又はビニングなしの1つの画素から出力増幅器の電荷ウェル1−6、1−8内に転送することによって連続的に読み出され、そこから電荷はさらに転送されて、CCDセンサ1−1から出力され得る1−10、1−2。   For example, image information of a two-dimensional CCD sensor can be read out by using a read register 1-4 arranged on at least one edge, which is functionally connected to the active region. In this register, it is possible to load, for example, one pixel column at a time. The pixels in the pixel column can be combined with each other and binned, for example. The sensor also comprises means for transferring the charge to the outputs 1-4a, 1-4b of the read register 1-4. After the transfer, the register is read out continuously, for example by transferring the charge from one binned or unbinned pixel into the charge wells 1-6, 1-8 of the output amplifier. Can be further transferred and output from the CCD sensor 1-1 1-10, 1-2.

したがって、適切な構成を使用することにより、電荷は、レジスタ内で所望の方向に、又は小容量の出力ウェルの方向に、あるいは大容量の出力ウェルの方向に転送され得る。撮像中に使用されるべき出力ウェルの選択は、撮像中に動的に最適化され、したがって、使用されるべき出力ウェル及び/又はビニングのサイズは、例えば電子回路又は適切な選択プログラムあるいはこれらの組合せによって選択される。   Thus, by using an appropriate configuration, charge can be transferred in the register in the desired direction, in the direction of a small output well, or in the direction of a large output well. The selection of the output well to be used during imaging is dynamically optimized during imaging, so the size of the output well and / or binning to be used can be determined for example by an electronic circuit or a suitable selection program or these Selected by combination.

出力増幅器の出力ウェル1−6、1−8は、レジスタ1−4のどちらの端部に位置されてもよく、あるいは2つ以上のウェル及び/又は増幅器が、レジスタの一端部に配置されてもよく、あるいは少なくとも1つのウェルが、レジスタの各端部に配置されてもよい。本発明及びその好ましい一実施形態によれば、読出しレジスタはその各端部に、少なくとも1つの電荷ウェルと、読出しウェル1−6、1−8と、それに機能的に接続された増幅器とを備える。
増幅器及び/又は緩衝器及び/又は緩衝増幅器が、ウェルに機能的に接続され得る。
Output wells 1-6, 1-8 of the output amplifier may be located at either end of resistor 1-4, or two or more wells and / or amplifiers are located at one end of the resistor. Alternatively, at least one well may be located at each end of the register. According to the present invention and one preferred embodiment thereof, the read register comprises at each end at least one charge well, read wells 1-6, 1-8, and an amplifier functionally connected thereto. .
An amplifier and / or buffer and / or buffer amplifier may be operatively connected to the well.

当該の二重増幅器は、様々な用途で設計され得る。例えば、増幅器の一方は、いわゆるスロースキャンモード用に最適化され、その場合、雑音は、速度を犠牲にしてできるだけ小さくなるように最適化され得る。他方の増幅器は、いわゆる高速モードで最適化され、その場合、読出し速度は、雑音を犠牲にしながらもできるだけ速くなるように最適化され得る。   Such dual amplifiers can be designed for various applications. For example, one of the amplifiers is optimized for the so-called slow scan mode, in which case the noise can be optimized to be as small as possible at the expense of speed. The other amplifier is optimized in a so-called fast mode, in which case the readout speed can be optimized to be as fast as possible, at the expense of noise.

しかし、両方の従来型増幅器では、出力増幅器の電荷ウェルは同じ容量を有している。本発明及びその好ましい実記形態によれば、少なくとも2つの異なる容量を有する出力ウェルが形成される。これらの容量は、例えば大きい出力ウェルが小さい出力ウェルの約2倍の容量を有するように、互いに実質的に異なることが好ましい。他の比も使用され得る。ウェルの数が2つよりも多い場合、少なくとも2つのウェルの容量は、互いに異なることができる。   However, in both conventional amplifiers, the charge wells of the output amplifier have the same capacitance. In accordance with the present invention and its preferred embodiment, an output well having at least two different capacitances is formed. These capacities are preferably substantially different from each other, for example, so that the large output well has about twice the capacity of the small output well. Other ratios can also be used. If the number of wells is greater than two, the capacity of at least two wells can be different from each other.

したがって、本発明及びその好ましい実施形態は、少なくとも2つの異なる容量の電荷ウェルの使用と、使用されるべき出力ウェルを読出し中に動的に選択される可能性とに基づいている。この選択は、信号に応じて、信号データ、例えば画像信号に基づいて行うことができる。   Thus, the present invention and its preferred embodiments are based on the use of at least two different capacitance charge wells and the possibility of dynamically selecting the output well to be used during readout. This selection can be performed based on signal data, for example, an image signal, depending on the signal.

ただ1つの出力増幅器が使用されるか、あるいは同一容量を有する2つの出力増幅器が使用される状況と比べると、この構成は、CCDセンサの(画像領域ではない)内部移動ウェル及び読出しウェルの飽和を回避できるようにするという利点を提供する。さらに、本発明及びその好ましい実施形態を適用することによって、A/D変換器が飽和するのを回避することができる。両状況は、2×2よりも大きい画素で、画素の電荷が結合され、すなわちビニングされているときに生じる可能性が非常に高い。   Compared to the situation where only one output amplifier is used or two output amplifiers with the same capacitance are used, this configuration saturates the internal moving well and readout well (not the image area) of the CCD sensor. Provides the advantage of being able to avoid. Furthermore, by applying the present invention and its preferred embodiments, it is possible to avoid saturating the A / D converter. Both situations are very likely to occur when the pixel charge is combined, ie binned, with a pixel larger than 2 × 2.

図2は、画像データセットの構造を示す。図では、最下位の14個のデータビット(AD0〜AD13、図6:6−51、6−53、6−55、6−57)は、FPGA装置(図6:6−40)(FPGA、フィールドプログラマブルゲートアレイ)の画像データ処理モジュールの16ビット加算器(図6:6−41、6−42、6−43、6−44)と、中間和を記憶することができるレジスタ(6−45、6−46、6−47、6−48)とによってもたらされ得る。この加算器は、各画素のサンプリング前にリセットすることができ、A/Dコンバータから得られた14ビットの計算結果をこの加算器に1回加算することができる。その結果が常に0よりも大きくなるようにするために、合計に値+1を加算することも可能である。この結果は14ビット数であり、最上位の2つのビット(ADD0及びADD1)はゼロである。   FIG. 2 shows the structure of the image data set. In the figure, the 14 least significant data bits (AD0 to AD13, FIG. 6: 6-51, 6-53, 6-55, 6-57) are assigned to the FPGA device (FIG. 6: 6-40) (FPGA, 16-bit adder (FIG. 6: 6-41, 6-42, 6-43, 6-44) of the image data processing module of the field programmable gate array) and a register (6-45) capable of storing intermediate sums 6-46, 6-47, 6-48). The adder can be reset before sampling each pixel, and the 14-bit calculation result obtained from the A / D converter can be added once to the adder. It is also possible to add the value +1 to the sum so that the result is always greater than zero. The result is a 14-bit number, with the two most significant bits (ADD0 and ADD1) being zero.

特定の場合、4つの連続するA/D変換器の値がこの加算器に追加され、それによって、計算結果は16ビットの最大値に近づく。CCDセンサの各チップが、2つの出力部(出力部A及び出力部B、その一方は、同じ放射を有する二重信号を与えることができる)を有することができることをさらに考慮する場合、システムの総合ダイナミクスが、17ビット、すなわち131072の灰色度レベル(16384×4×2)であることに留意することができる。   In certain cases, four consecutive A / D converter values are added to this adder, so that the calculation results approach a 16-bit maximum. When further considering that each chip of a CCD sensor can have two outputs (output A and output B, one of which can provide a dual signal with the same radiation), It can be noted that the overall dynamics is 17 bits, ie 131072 gray level (16384 × 4 × 2).

1つのCCDセンサ(図6:6−20)は、順々に連続的に接続された1つ又は複数の、例えば4つのチップ(図6:6−21、6−22、6−23、6−24)で構成され得る。各チップには、別のクロック信号が供給され得る。セフ手術(Ceph operation)では、2つの同じCCDセンサが使用される。各チップは、2つの出力部(図6:6−25〜6−32)を備える。これらの一方は、感度の高いいわゆる高感度出力部、すなわちA出力部とすることができ、他方は、感度の低いいわゆる大容量出力部、すなわちB出力部とすることができる。したがって、1つのCCDセンサは、合計8つのデジタル出力部を備えることができ、そのうちの例えば4つだけが同時に使用される。実際には、A出力部とB出力部の容量の比は、非常に正確に1/2であり、すなわちB出力部の信号は、同量の放射線を有するA出力部の信号の半分に等しい。   One CCD sensor (FIG. 6: 6-20) has one or a plurality of, for example, four chips (FIG. 6: 6-21, 6-22, 6-23, 6) sequentially connected in sequence. -24). Each chip can be supplied with a separate clock signal. In Cef operation, two identical CCD sensors are used. Each chip includes two output units (FIG. 6: 6-25 to 6-32). One of these can be a so-called high-sensitivity output unit with high sensitivity, that is, an A output unit, and the other can be a so-called large-capacity output unit with low sensitivity, that is, a B output unit. Thus, one CCD sensor can have a total of eight digital outputs, for example only four of which are used simultaneously. In practice, the ratio of the capacities of the A and B outputs is very precisely ½, ie the B output signal is equal to half the A output signal with the same amount of radiation. .

複数のチップが使用される場合、異なるチップのそれぞれが、所与の患者の部分及び/又は異なるモードでの機能から得られたデータを処理することができ、各チップは、個々に又は個別に制御され得る。   If multiple chips are used, each of the different chips can process data obtained from a given patient part and / or function in different modes, each chip individually or individually Can be controlled.

使用される出力部は、例えば手動で制御レジスタによって選択され得る(図6内のスイッチ6−33〜6−36)。あるいは、AGC機能又は試験機能が、出力部に関して決定することができる。すべての8つの出力部は、A/D変換器によってデジタル化することができ、A/D変換器の数は、例えば3個とすることができる。各A/D変換器は、3入力マルチプレクサ、すなわちセレクタを含むことができ、したがって、この場合にデジタル化されるべきチャネルの総数は9である。余分の10番目のチャネルは、試験で使用され、電子回路の雑音とA/D変換とを測定するために適用され得る。   The output used can be manually selected by a control register, for example (switches 6-33 to 6-36 in FIG. 6). Alternatively, an AGC function or a test function can be determined for the output. All eight outputs can be digitized by an A / D converter, and the number of A / D converters can be, for example, three. Each A / D converter can include a three-input multiplexer, or selector, so the total number of channels to be digitized in this case is nine. The extra tenth channel can be used in testing and applied to measure electronic circuit noise and A / D conversion.

図6は、出力ウェル6−25〜6−32の後の選択要素6−33〜6−36が、ウェルのうちの一方を1つのA/D変換器6−37に転送している状態を示す。あるいは、両ウェルの出力のA/D変換を行い、次いで、デジタル化された信号が使用されるべきウェルの一方に関して選択要素に選択させることが可能である。選択要素はまた、A/D変換器の一部を形成することもでき、例えばアナログスイッチ又はデジタルスイッチとすることができる。図6はまた、クロック信号及び/又は制御信号をFPGA要素6−40からCCDセンサ6−20まで運ぶための可能な解決法6−100も示す。   FIG. 6 shows a state in which the selection elements 6-33 to 6-36 after the output wells 6-25 to 6-32 are transferring one of the wells to one A / D converter 6-37. Show. Alternatively, A / D conversion of the outputs of both wells can be performed and then the digitized signal can be selected by the selection element for one of the wells to be used. The selection element can also form part of an A / D converter, for example an analog switch or a digital switch. FIG. 6 also shows a possible solution 6-100 for carrying clock and / or control signals from the FPGA element 6-40 to the CCD sensor 6-20.

AGC機能は、レベル又は利得の自動制御を意味する。しかし、AGC機能は、A/D変換器内でのプログラム可変PGA増幅器(プログラマブルゲートアレイ)の利得を意味するものではなく、その増幅器の利得は、例えば1〜6の範囲で調整され得る。この利得は、各CCDチップに対して別々に調整することができ、この調整は主として、撮像条件(パン/セフ)による基本感度の最適化のために使用される。   AGC function means automatic control of level or gain. However, the AGC function does not mean the gain of the programmable variable PGA amplifier (programmable gate array) in the A / D converter, and the gain of the amplifier can be adjusted within a range of 1 to 6, for example. This gain can be adjusted separately for each CCD chip, and this adjustment is mainly used for optimization of the basic sensitivity according to the imaging conditions (pan / ceff).

AGC手法は、カメラにおいて、例えば以下の2つの方法で利用され得る。各CCDセンサの出力増幅器A又はBのどちらか一方が、適用可能な範囲で使用され得る。B増幅器は、A増幅器の容量の約2倍の容量を処理する信号を有するので、事実上1つの追加ビットがA/D変換で得られる。あるいは、CCDセンサの外部で行われるビニングを使用することも可能である。しかし、これは、ビニングが読出しレジスタの方向に行われるときだけ可能である。   The AGC method can be used in a camera by, for example, the following two methods. Either one of the output amplifiers A or B of each CCD sensor can be used within the applicable range. Since the B amplifier has a signal that processes about twice the capacity of the A amplifier, virtually one additional bit is obtained in the A / D conversion. Alternatively, binning performed outside the CCD sensor can be used. However, this is only possible when binning is performed in the direction of the read register.

高ビニング、例えば4×4ビニングの場合、B出力増幅器が飽和していると、CCDセンサ内で低ビニング、例えば4×2ビニングに変更することが可能である。画素値はこのとき、A/D変換器によって2回サンプリングされることができ、加算は、例えば算術演算ユニット内のFPGA装置で行われ得る。電子回路で生じたずれの多重加算は、コンピュータソフトウェアによって補償され得る。この外部加算は、4×1ビニング及び4回の加算演算の形をとることもできる。   In the case of high binning, for example 4 × 4 binning, if the B output amplifier is saturated, it can be changed to low binning, for example 4 × 2 binning in the CCD sensor. The pixel value can then be sampled twice by the A / D converter, and the addition can be performed, for example, in an FPGA device in an arithmetic unit. Multiple additions of shifts that occur in electronic circuits can be compensated by computer software. This external addition can take the form of 4 × 1 binning and four addition operations.

例えば4個の電荷を加算する代わりにビニングを低減するためには、電荷ウェル内で2つの画素だけを結合し、その画素をデジタル化し、次の2つの画素を取り、その画素をデジタル化し、その場合にのみデジタル化された結果をデジタル処理で加算することが可能である。   For example, to reduce binning instead of adding four charges, combine only two pixels in the charge well, digitize that pixel, take the next two pixels, digitize that pixel, Only in that case, the digitized results can be added by digital processing.

上述の方法で、総合ダイナミクスは17ビットに増大することができ、そのうちの14ビットはA/D変換から、1ビットはA増幅器又はB増幅器の出力から、2ビットは外部加算から得られ、これは、上述のように4回行うことができる。   In the manner described above, the overall dynamics can be increased to 17 bits, of which 14 bits are derived from A / D conversion, 1 bit from the output of the A or B amplifier, and 2 bits from the external addition. Can be performed four times as described above.

図3は、撮像を行う方法を例として示すとともに、撮像中にFPGA装置の自動利得制御(AGC)を制御する制御論理を示す。撮像は、通常は選択された初期値、すなわち既定ビニングで開始される。初めは、各CCDセンサチップの出力部Aが使用され得る。各チップの読出しレジスタは個々に制御され得るので、電荷がシフトされるべき方向をチップ固有の方式で選択することが可能である。上述のように、電荷は、出力部Aの方向(1−8:図1)又は出力部Bの方向(1−6:図1)のどちらかにシフトされ得る。   FIG. 3 shows an example of a method for performing imaging, and shows control logic for controlling automatic gain control (AGC) of the FPGA device during imaging. Imaging is normally started with a selected initial value, ie, default binning. Initially, the output A of each CCD sensor chip can be used. Since the read register of each chip can be controlled individually, it is possible to select the direction in which the charge should be shifted in a chip specific manner. As described above, the charge can be shifted either in the direction of the output part A (1-8: FIG. 1) or in the direction of the output part B (1-6: FIG. 1).

FPGA装置の論理回路は、各チップのA/D変換信号を個別に連続的に監視することができる。段階3−2では、新しい垂直列が、CCDセンサからメモリ内に読み込まれる。段階3−4では、現在使用されているA/D変換済みCCDセンサ出力(図6:6−50、6−52、6−54、6−56)のうちの1つでも、A/D変換器から例えば75%を上回る信号を生成したかどうかを調べるために、チェックが実行され得る。(信号サイズに関する情報は、推論ブロック及び例えば状態マシンに転送され得る(図6:6−50、6−52、6−54、6−56)。)したがって、信号及びその一部が、事前定義した値、例えばA/D変換器の範囲の3/4を上回る場合、この条件を満たすチップにおいて、感度の低い出力部、出力部Bを使用するようになることが可能である。すべての出力が第1の閾値を下回る場合、現在使用されているすべてのCCDセンサ出力部が、A/D変換器から第2の事前定義した閾値、例えば25%を下回る信号を生成したかどうかを判断するために、段階3−6でチェックされ得る。すべての出力が第2の閾値を下回る場合、CCDセンサ外部の最小レジスタ方向のビニングに既に到達しているかどうかを確認するために、段階3−8でチェックされ得る。最小外部ビニングにまだ到達していない場合、手順は段階3−10に進むことができ、ここでは、次の垂直列で、一段小さい外部ビニングサイズに移行することが可能である。一方、最小外部ビニングに既に到達している場合、段階3−12では、次の垂直列で、CCDセンサのB出力が第2の閾値を下回ったままである場合、出力部Aを使用するようにすることが可能である。言い換えれば、信号がそれに対応して、例えば、特定の事前定義した第2の値、例えばA/D変換器の範囲の1/4を完全に下回る場合、この条件を満たすチップにおいて、感度の高い出力部、出力部Aを使用するようにすることが可能である。   The logic circuit of the FPGA device can continuously and continuously monitor the A / D conversion signal of each chip. In step 3-2, a new vertical column is read into memory from the CCD sensor. In step 3-4, any one of the currently used A / D converted CCD sensor outputs (FIG. 6: 6-50, 6-52, 6-54, 6-56) is A / D converted. A check may be performed to see if it has produced a signal, for example, greater than 75% from the instrument. (Information on the signal size can be transferred to the inference block and to the state machine, for example (FIG. 6: 6-50, 6-52, 6-54, 6-56). If the value exceeds 3/4 of the range of the A / D converter, for example, a low-sensitivity output unit and output unit B can be used in a chip that satisfies this condition. If all outputs are below the first threshold, whether all currently used CCD sensor outputs have generated signals from the A / D converter that are below a second predefined threshold, eg, 25% Can be checked in steps 3-6. If all outputs are below the second threshold, a check can be made in steps 3-8 to see if the minimum register direction binning outside the CCD sensor has already been reached. If the minimum external binning has not yet been reached, the procedure can proceed to steps 3-10 where it is possible to move to the next smaller external binning size in the next vertical column. On the other hand, if the minimum external binning has already been reached, then in step 3-12, in the next vertical column, if the CCD sensor B output remains below the second threshold, the output A is used. Is possible. In other words, if the signal correspondingly corresponds, for example, completely below a certain predefined second value, e.g. 1/4 of the range of the A / D converter, the chip that meets this condition is highly sensitive. It is possible to use the output unit and output unit A.

段階3−4で、少なくとも1つの出力が、A/D変換器からの信号の75%を上回る場合、手順は、段階3−14に進むことができる。ここでは、75%を上回る信号を生成した出力のうちの任意の1つが、B出力であるかどうかを調べるために、チェックされ得る。そうではなく、センサのA出力を上回る場合、段階3−16で次の垂直列でB出力を使用するようにすることが可能である。   If in step 3-4 at least one output exceeds 75% of the signal from the A / D converter, the procedure can proceed to step 3-14. Here, any one of the outputs that generated a signal greater than 75% can be checked to see if it is a B output. Otherwise, if it exceeds the A output of the sensor, it is possible to use the B output in the next vertical column in steps 3-16.

出力部Bを使用するようになり、すなわちB出力がデジタル化されているが、信号が、CCDセンサチップのA/D変換器のうちのいずれか1つにおいてA/D変換器の範囲の3/4を依然として上回る場合、段階3−18で、最大レジスタ方向の外部ビニングに既に到達しているどうかを判断するために、チェックされ得る。レジスタ方向の外部最大ビニングにまだ到達していない場合、段階3−20で、次の垂直列で、例えばすべてのチップに対して一段増大したレジスタ方向の算術外部ビニングサイズを使用するようにすることが可能である。必要なら、ビニングは、4×4レベルから1×4レベルに除々に変更し、4×4レベルに戻すことができる。このビニングの減少は、画像データで外部から見ることはできない。というのは、ビニングがセンサ内で行われるのに加えて、ビニングはA/D変換後も行われ、すなわち、画素当り複数のA/D変換が行われ得るからである。結果は依然として同じである。というのは、これが暗電流の補償で考慮されるからである。暗電流は、シリコンの非理想性によって生じるリーク電流を意味することができ、その結果として、電子が画素中に漏れ込んで、ベース信号を生成する。温度は常に約+7℃上昇するので、信号は2倍になり得る。暗電流は、均一ではないが、様々な画素に異なる影響を及ぼす可能性がある。   The output unit B is used, that is, the B output is digitized, but the signal is 3 in the range of the A / D converter in any one of the A / D converters of the CCD sensor chip. If it still exceeds / 4, it can be checked in step 3-18 to determine if external binning in the maximum register direction has already been reached. If the external maximum binning in the register direction has not yet been reached, in step 3-20, use the increased register-direction arithmetic external binning size in the next vertical column, for example, by one step for all chips. Is possible. If necessary, binning can be gradually changed from 4 × 4 level to 1 × 4 level and back to 4 × 4 level. This reduction in binning cannot be seen externally in the image data. This is because in addition to binning being performed in the sensor, binning is also performed after A / D conversion, i.e., multiple A / D conversions per pixel can be performed. The result is still the same. This is because this is taken into account in the dark current compensation. Dark current can mean a leakage current caused by non-idealities in silicon, and as a result, electrons leak into the pixel and generate a base signal. Since the temperature always rises about + 7 ° C., the signal can double. Dark current is not uniform, but can affect different pixels differently.

FPGA装置の構造及びタイミングは、この特性についても最適化され得る。段階3−22では、A出力の使用は、B出力が第2の閾値、例えば25%を下回るレベルを有するCCDセンサに対して再開され得る。レジスタ方向の外部最大ビニングに既に到達している場合、手順は、段階3−18から段階3−24に進むことができる。同様に、段階3−10、3−12、3−16及び3−22の後、手順は、段階3−24に進んで、次の垂直列のデジタル化を待つことができる。   The structure and timing of the FPGA device can also be optimized for this property. In stage 3-22, use of the A output can be resumed for CCD sensors whose B output has a level below a second threshold, eg, 25%. If the external maximum binning in the register direction has already been reached, the procedure can proceed from step 3-18 to step 3-24. Similarly, after steps 3-10, 3-12, 3-16 and 3-22, the procedure can proceed to step 3-24 to wait for digitization of the next vertical column.

したがって、AGC機能が作動している場合、利得制御自動装置では、カメラヘッドは、事前定義した条件に従って、使用されるべきビニング及びA/B出力に関してその結論を単独で出す。FPGA装置の論理回路は、それが、一方の出力から他方にジャンプするのを妨げるためのヒステリシスを含むように構成され得る。画像データが生成されると、コンピュータソフトウェアが、例えば仮想画素が生成されている方法に関係なく、画像データの処理に必要な動作に対応して実行することができるように、カメラヘッドによって印がつけられ得る。   Thus, when the AGC function is activated, in the gain control automation device, the camera head alone makes its conclusion regarding the binning and A / B output to be used, according to predefined conditions. The logic circuit of the FPGA device can be configured to include hysteresis to prevent it from jumping from one output to the other. Once the image data has been generated, the computer software is marked by the camera head so that it can be executed in response to the operations required to process the image data, for example, regardless of how the virtual pixels are generated. Can be turned on.

本発明及びその好ましい実施形態によれば、異なる容量を有する少なくとも2つの異なる出力ウェルが使用されたときに、図3の状態図は以下の形で提示され得る。小容量の出力ウェルが使用されているときに、信号又はその一部が第1の事前定義した値、例えば値75%を上回るかどうかを判断するためにチェックされる。この場合には、大容量の出力ウェルを使用するようにする。この場合もやはり、大容量の出力ウェルが使用されているときに、信号又はその一部が第2の事前定義した値、例えば値25%を下回るままであるかどうかを調べるためにチェックされる。この場合には、小容量の出力ウェルを使用するようにする。   According to the present invention and its preferred embodiments, when at least two different output wells having different capacities are used, the state diagram of FIG. 3 can be presented in the following form. When a small volume output well is in use, it is checked to determine if the signal or part thereof exceeds a first predefined value, eg, the value 75%. In this case, a large output well is used. Again, when a large output well is used, it is checked to see if the signal or part of it remains below a second predefined value, for example the value 25%. . In this case, a small output well is used.

状態図が3つ以上の出力ウェルを含むように、この図を拡張することも可能である。その場合、小さい出力ウェルを使用することから大きい出力ウェルを、さらに次の出力ウェル、例えばさらに大きい出力ウェルを使用するようにすることが可能である。それに対応して、大きい出力ウェルを使用することから小さい出力ウェルを、さらに次の出力ウェル、例えばさらに小さい出力ウェルを使用するようになることが可能である。   It is also possible to extend this diagram so that the state diagram includes more than two output wells. In that case, it is possible to use a larger output well because a smaller output well is used, and a further output well, for example, a larger output well. Correspondingly, it is possible to use a larger output well and thus use a smaller output well and a further output well, eg, a smaller output well.

上述のように、スタートアップでは、CCDセンサのすべてのチップを用いて所定の方法で設定することが可能である。始動状態を固定し常に同じにすることができ、すなわち、すべてのCCDセンサに対して出力部Aとし、標準のCCDセンサ画素ビニングが選択され、CCDセンサ外部に外部ビニングがないものとすることができる。したがって、撮像が、選択された画素サイズでいつでも最大感度から開始され得る。加算によって実施されるべき、CCDセンサ外部の外部ビニングは、AGC機能が最低可能感度に自動的に移行することが望ましくない場合に、別個に定義することもできる。ENABLE信号が例えば内部で作動した後、FPGA装置は、A方向とB方向の両方が前方又は後方に交互に読み出され得る較正シーケンスを実行することも考慮されるべきである。この較正の間、AGC機能は自動的に無効にすることができ、選択されたとき、AGC機能は較正シーケンス後にのみ作動することができる。   As described above, at the start-up, it is possible to set by a predetermined method using all the chips of the CCD sensor. The starting state can be fixed and always the same, that is, the output unit A is selected for all CCD sensors, standard CCD sensor pixel binning is selected, and there is no external binning outside the CCD sensor. it can. Thus, imaging can be started at maximum sensitivity at any time with the selected pixel size. External binning outside the CCD sensor, to be performed by addition, can also be defined separately if it is not desired that the AGC function automatically transition to the lowest possible sensitivity. It should also be considered that after the ENABLE signal is activated internally, for example, the FPGA device performs a calibration sequence in which both the A and B directions can be read alternately forward or backward. During this calibration, the AGC function can be automatically disabled, and when selected, the AGC function can only be activated after the calibration sequence.

上述のように、感度の低い方向に自動的に移動するとき、次の列で、許容されれば、CCDセンサチップのB出力を使用するようにすることが可能である。これは、A出力が使用されているときに、例えばn個のA/D変換が75%レベルを上回っている場合に使用され得る。この検討は、4個又は8個のチップすべてに対して個々に実施され得る。数nは、1〜16の範囲内で選択することができる。初期値は1と見なされ得る。使用されるべき実際の数は、過大な信号を生成している欠陥のある段が1つの同じチップ内に最多で何段あるのかに依存する。   As described above, when moving automatically in the direction of low sensitivity, it is possible to use the B output of the CCD sensor chip if allowed in the next column. This can be used when the A output is used, for example when n A / D conversions are above 75% level. This review can be performed individually for all four or eight chips. The number n can be selected within the range of 1-16. The initial value can be considered as 1. The actual number to be used depends on the maximum number of defective stages producing an excessive signal in a single chip.

可能であるか又は許容されれば、次の列で、CCDセンサ1〜16個のチップのうちのいずれか1つのB出力のA/D変換が、依然として75%を上回る場合に、手順は、センサ全体の内部で小さいレジスタ方向のビニングを使用するようにすることができる。同時に、出力部Bから出力部Aへの考えられるチップ固有の変更を実施することができ、これにより考えられる感度の上昇が可能になる。出力部Aから出力部Bへの変更では、感度の減少を無効にすることができる。この状況では、同時に起こるAB感度の低下は、同時に外部ビニングに変更された場合に回避され得る。そうでない場合は、これらの出力の信号は、2分の1ではなく4分の1まで低下する可能性がある。   If possible or acceptable, in the next column, if the A / D conversion of the B output of any one of the 1 to 16 CCD sensors still exceeds 75%, the procedure is Small register-oriented binning can be used within the entire sensor. At the same time, possible chip-specific changes from output B to output A can be implemented, which allows for a possible increase in sensitivity. In the change from the output unit A to the output unit B, the decrease in sensitivity can be invalidated. In this situation, a simultaneous decrease in AB sensitivity can be avoided if changed to external binning at the same time. If this is not the case, the signal at these outputs may drop to a quarter instead of a half.

感度の高い方向に自動的に移行されたとき、次の列で、最大可能ビニングがまだ使用されていなければ、B出力を用いたチップの出力の最大m個のA/D変換が25%を上回る場合に、CCDセンサ内で大きいレジスタ方向の内部ビニングを使用するようにすることが可能である。数mは、1〜16の範囲で選択することができ、初期値は値1であると見なされ得る。使用されるべき実際の数は、例えば、過大な信号を生成している欠陥のある飽和した段が1つの同じCCDチップ内に最多で何段あるのかに依存することができる。   When automatically moved in the direction of higher sensitivity, in the next column, if the maximum possible binning is not already used, the maximum m A / D conversions of the chip output using B output will be 25%. If so, it is possible to use large register-oriented internal binning in the CCD sensor. The number m can be selected in the range of 1-16, and the initial value can be considered to be the value 1. The actual number to be used can depend, for example, on how many defective and saturated stages producing an excessive signal are in the same CCD chip.

この場合、行われ得る出力部Bから出力部Aへのチップ固有の変更では、感度の上昇を無効にすることができ、出力部Aから出力部Bへの変更では、感度の低下を有効にすることができる。この状況では、同時に起こるAB感度の低下は、同時により小さい外部ビニングに変更された場合に自動的に無効にすることができる。そうでない場合は、これらの出力の信号は、2倍ではなく4倍になる。   In this case, a change specific to the chip from the output unit B to the output unit A that can be performed can invalidate the increase in sensitivity, and a change from the output unit A to the output unit B effectively reduces the sensitivity. can do. In this situation, the simultaneous decrease in AB sensitivity can be automatically disabled if changed to a smaller external binning at the same time. Otherwise, the signal at these outputs is quadrupled rather than doubled.

任意チップの出力のA/D変換が25%を上回らない場合、B出力がデジタル化されているときに、次の列で、そのチップのA出力を使用するようにすることができる。   If the A / D conversion of the output of any chip does not exceed 25%, the A output of that chip can be used in the next column when the B output is digitized.

2個のCCDセンサパッケージを含むCCDセンサヘッドにセフ手法(Ceph method)が使用されているとき、対応する手順に従うことができる。CCDセンサ(DIMAX2)のFPGA装置は、合計8個の分離したチップのレジスタの読出し方向を別々に制御するとともに、すべてのチップの垂直ビニングを一括制御することができる。   When a Ceph method is used for a CCD sensor head comprising two CCD sensor packages, a corresponding procedure can be followed. The FPGA device of the CCD sensor (DIMAX2) can control the reading directions of the registers of a total of eight separated chips separately, and can collectively control the vertical binning of all the chips.

CCDセンサの様々なチップ向けに異なるサイズで作られた垂直ビニングを準備することも可能であるが、垂直ビニングは、必要とされるハードウェアとソフトウェアの両方でより複雑にかかわる。   Although it is possible to prepare vertical binning made in different sizes for various chips of the CCD sensor, vertical binning involves more complex both in the required hardware and software.

利得が上述の方法で変更されたとき、信号内に含まれるシステム雑音及びX線量子雑音は、異なる出力部(出力部A/出力部B)においてかつ/又はADビニングで、大きさが異なっていてもよい。雑音は、ビニングがA/D変換器を用いて行われたときに低減され得る。必要なら、これは、ソフトウェアで考慮することができ、ソフトウェアでは、雑音は、それがビニング手法によって小さくなった領域の上に人為的に加算され得る。   When the gain is changed as described above, the system noise and X-ray quantum noise included in the signal are different in magnitude at different output units (output unit A / output unit B) and / or by AD binning. May be. Noise can be reduced when binning is performed using an A / D converter. If necessary, this can be considered in software, where noise can be artificially added over the area where it has been reduced by the binning technique.

いくつかの画素では、暗電流は、ビニング手法によって数分の1に低減され得る。これは、例えば数学的にソフトウェアによって達成され得る。必要なら、暗電流の較正及び利得の較正が、A出力とB出力の両方に対して実施され得る。FPGA装置は、両出力の信号の測定を可能にする。
しかし、小さいビニングサイズ(2×2又は1×1)の場合に、自動利得制御機能が役に立たないことに留意すべきである。
For some pixels, the dark current can be reduced by a fraction by binning techniques. This can be accomplished by software, for example mathematically. If necessary, dark current calibration and gain calibration can be performed on both the A and B outputs. The FPGA device allows measurement of both output signals.
However, it should be noted that the automatic gain control function is not useful for small binning sizes (2 × 2 or 1 × 1).

図4は、使用されるCCDセンサの容量を処理する典型的な電荷を示す表を示す。表中、列4−2は容量を示し、列4−4はエレクトロンの数を示す。この表から、1つの画素(33μm×33μm)の容量が100万エレクトロンであるとき、読出しレジスタの容量は300万エレクトロンであり、出力増幅器Aの容量は240万エレクトロンであり、出力増幅器Bの容量は480万エレクトロンであることが分かる。保証最小容量は、約20%低いレベルにある。   FIG. 4 shows a table showing typical charges processing the capacitance of the CCD sensor used. In the table, column 4-2 indicates the capacity, and column 4-4 indicates the number of electrons. From this table, when the capacity of one pixel (33 μm × 33 μm) is 1 million electrons, the capacity of the read register is 3 million electrons, the capacity of the output amplifier A is 2.4 million electrons, and the capacity of the output amplifier B Is found to be 4.8 million electrons. The guaranteed minimum capacity is about 20% lower.

図5は、電子電荷を転送することができるユニットの電荷容量分布を例として示す。ブロック5−2は、約100万個の電荷、最少でも80万個の電荷である典型的飽和を有する画像領域内の4つの画素を示す。各画素の飽和値は、約0.8〜1Me(百万エレクトロン)である。   FIG. 5 shows as an example the charge capacity distribution of a unit capable of transferring electronic charges. Block 5-2 shows four pixels in an image area with a typical saturation of approximately 1 million charges and a minimum of 800,000 charges. The saturation value of each pixel is about 0.8 to 1 Me (million electrons).

画像領域内の各画素は、加算レジスタ内の画素に結合され得る。ブロック5−4は、典型的飽和値として約3百万個の電荷、その最小値として約2.4百万個の電荷を有する4個の加算レジスタ画素を示す。したがって、各画素の飽和値は、約2.4〜3百万個の電荷である。   Each pixel in the image area may be coupled to a pixel in the addition register. Block 5-4 shows four adder register pixels having a typical saturation value of about 3 million charges and a minimum value of about 2.4 million charges. Therefore, the saturation value of each pixel is about 2.4 to 3 million charges.

加算レジスタ内の各画素は、読出しレジスタに順に結合され得る。ブロック5−6は、4つの読出しレジスタの典型的な飽和値及び最小値を示し、それぞれ3百万個の電荷及び2.4百万個の電荷である。ブロック5−8は、出力ウェルBの典型的な飽和値及び最小値を示し、それぞれ約4.8百万個の電荷及び約4百万個の電荷である。出力ウェルBの出力信号5−9は、典型的には約3ボルトであり、最低でも約2ボルトである。ブロック2−10も同様に、出力ウェルAの典型的な飽和値、約2.4百万個の電荷を示し、この電荷量の最小値は、2百万個の電荷である。出力ウェルAの出力信号2−11は、典型的には約3ボルトであり、最低でも約2ボルトである。図2では、基本感度は、3×3ビニングで約60mV/mRである。画素サイズは、約99マイクロメートルである。   Each pixel in the summing register can be coupled in turn to a readout register. Block 5-6 shows the typical saturation and minimum values for the four read registers, 3 million charges and 2.4 million charges, respectively. Blocks 5-8 show typical saturation and minimum values for output well B, which are about 4.8 million charges and about 4 million charges, respectively. The output signal 5-9 of output well B is typically about 3 volts and at least about 2 volts. Block 2-10 similarly exhibits a typical saturation value for output well A, approximately 2.4 million charges, with a minimum value for this charge amount of 2 million charges. The output signal 2-11 of output well A is typically about 3 volts, and at least about 2 volts. In FIG. 2, the basic sensitivity is about 60 mV / mR with 3 × 3 binning. The pixel size is about 99 micrometers.

図5の例からは、その状況を水平方向に引き出すことが可能である。この場合、4×4ビニングで、4つの水平画素を画像領域からビニングすることが可能であり、画像領域は、読出しレジスタ内でオーバフローが生じることなく、75%の充実度(3000000/4=750000)を有する。3×3以下のビニングサイズでは、画像領域内の画素は、読出しレジスタ内でオーバフローが生じることなく、その中に自由にビニングされ得る。   From the example of FIG. 5, it is possible to draw the situation in the horizontal direction. In this case, four horizontal pixels can be binned from the image area with 4 × 4 binning, and the image area has 75% fullness (3000000/4 = 750,000) without overflow in the readout register. ). With a binning size of 3 × 3 or less, the pixels in the image area can be freely binned into it without overflow in the readout register.

しかし、出力ウェルは、CCD装置の感度の喪失を回避するために十分に小さくなるように設計されなければならないことに留意すべきである。その場合、出力電圧5−9、5−11は、A/D変換に適しており、したがって、信号対雑音比と解像度の両方に関して十分である。これは、異なる容量の出力ウェルが使用されたときであっても限界を伴う場合がある。   However, it should be noted that the output well must be designed to be small enough to avoid loss of sensitivity of the CCD device. In that case, the output voltages 5-9, 5-11 are suitable for A / D conversion and are therefore sufficient in terms of both signal-to-noise ratio and resolution. This can be limited even when different volumes of output wells are used.

垂直方向すなわち読出し方向では、4×4ビニングの場合の全信号レベルは、約4×4×1Me=16Me(百万エレクトロン)である。これは、出力ウェルAの容量の約6.6倍であり、出力ウェルBの容量の約3.3倍である。したがって、このビニングでは、出力ウェルが飽和する前に、例えば33μmの画素の全容量に対して処理されるべき最大平均電荷は、A出力が使用されたときに得られる値の約15%であり、B出力が使用されたときに得られる値の約30%である。   In the vertical or read direction, the total signal level for 4 × 4 binning is approximately 4 × 4 × 1 Me = 16 Me (million electrons). This is about 6.6 times the capacity of the output well A and about 3.3 times the capacity of the output well B. Thus, in this binning, the maximum average charge to be processed for the total capacity of a pixel of eg 33 μm before the output well is saturated is about 15% of the value obtained when the A output is used. , About 30% of the value obtained when the B output is used.

3×3ビニングが使用されるとき、全信号レベルは、約3×3×1Me=9Meである。これは、出力ウェルAの容量の約3.75倍であり、出力ウェルBの容量の約1.875倍である。したがって、3×3ビニングでは、出力ウェルが飽和する前に、例えば33μmの画素の全容量に対して処理されるべき最大平均電荷は、A出力が使用されたときに約26.6%であり、B出力が使用されたときに約13.3%である。   When 3 × 3 binning is used, the total signal level is approximately 3 × 3 × 1Me = 9Me. This is about 3.75 times the capacity of the output well A and about 1.875 times the capacity of the output well B. Thus, in 3 × 3 binning, the maximum average charge to be processed for the total capacity of, for example, a 33 μm pixel before the output well saturates is about 26.6% when the A output is used. , About 13.3% when the B output is used.

2×2ビニングが使用されるとき、全信号レベルは、約2×2×1Me=4Meである。これは、出力ウェルAの容量の約1.66倍である。しかし、出力ウェルBは、この4Meの容量全体を保持するのに十分大きい。したがって、このビニングでは、出力ウェルが飽和する前に、例えば33μmの画素の全容量に対して処理されるべき最大平均電荷は、A出力が使用されたときに約60%であり、B出力が使用されたときに約100%である。   When 2 × 2 binning is used, the total signal level is approximately 2 × 2 × 1Me = 4Me. This is about 1.66 times the capacity of output well A. However, the output well B is large enough to hold this entire 4Me capacity. Thus, in this binning, before the output well is saturated, the maximum average charge to be processed for the total capacity of, for example, 33 μm pixels is about 60% when the A output is used, and the B output is About 100% when used.

ビニングが行われない場合、全信号レベルは、約1Me、すなわち画素のレベルと同じである。この場合、内部レジスタも出力ウェルも、飽和の危険性なしに信号を処理することができる。   When binning is not performed, the total signal level is about 1 Me, ie the same as the pixel level. In this case, both the internal register and the output well can process the signal without the risk of saturation.

図5からは、感度の低いB出力は、信号が物理画素の電荷蓄積容量の約30%を上回る場合に、飽和することなく、4×4ビニングを有する画像領域から来る信号を処理することができないことが分かる。しかし、この問題は、本発明及びその好ましい実施形態を適用することによって解決され得る。   From FIG. 5, the insensitive B output can process a signal coming from an image area with 4 × 4 binning without saturation if the signal exceeds approximately 30% of the physical pixel charge storage capacity. I understand that I can't. However, this problem can be solved by applying the present invention and its preferred embodiments.

したがって、本発明及びその好ましい実施形態によれば、感度したがってダイナミクスは、いくつかの異なる方法によって増大され得る。ダイナミクスは、例えばビニングを単に変更することによって増大され得る。ビニングは、高い又は低いビニングレベルに移行することによって変更され得る。ビニングは、数倍に変更され得るとともに、例えばCCDセンサの外側で外部から変更され得る。   Thus, according to the present invention and its preferred embodiments, the sensitivity and thus the dynamics can be increased by several different methods. Dynamics can be increased, for example, by simply changing the binning. Binning can be changed by moving to higher or lower binning levels. The binning can be changed several times and can be changed from the outside, for example, outside the CCD sensor.

ビニングを変更するのではなく、大容量の出力ウェルを使用するようにすることも可能である。すなわち、A出力を使用するのではなく、より大きな容量を有するB出力を使用するようにすることも可能である。他の出力ウェル、例えばさらに大きな出力ウェルを使用するようにすることも可能である。   Instead of changing the binning, it is possible to use a large output well. That is, instead of using the A output, it is possible to use the B output having a larger capacity. It is also possible to use other output wells, for example larger output wells.

ダイナミクスを増大させるための追加の選択肢として、最初により大きな容量の出力ウェルを使用するようにし、次いでさらにビニングを変更することが可能であり、あるいは、最初にビニングを変更し、次いでさらにより大きな容量の出力ウェルを使用するようにすることも可能である。   As an additional option to increase dynamics, it is possible to first use a larger volume output well and then change the binning further, or change the binning first and then the larger volume It is also possible to use these output wells.

装置の感度すなわちダイナミクスが変更されるべきとき、これは、ビニングを制御信号に応答して少なくとも部分的に変更することによって行われ得る。制御信号は、例えば事前に、ビニングを変更する前に定義され得る。制御信号は、例えばCCDセンサで見られる光量に依存することができる直接信号又は間接信号に基づくこともできる。あるいは、制御信号は、CCDセンサから読み出された信号に基づくこともできる。制御信号は、なんらかの他の信号に基づくこともできる。   When the sensitivity or dynamics of the device is to be changed, this can be done by changing the binning at least partially in response to the control signal. The control signal can be defined, for example, prior to changing the binning. The control signal can also be based on a direct signal or an indirect signal that can depend, for example, on the amount of light seen by the CCD sensor. Alternatively, the control signal can be based on a signal read from the CCD sensor. The control signal can also be based on some other signal.

装置のダイナミクスは、撮像中又は撮像の前後に変更され得る。ビニングは、例えば画像領域とシフトレジスタとの間でかつ/又はシフトレジスタと出力レジスタとの間で変更され得る。   The dynamics of the device can be changed during imaging or before and after imaging. Binning can be changed, for example, between the image area and the shift register and / or between the shift register and the output register.

さらに、装置は、画像信号を正規化するための手段を含むことができる。正規化では、画像は、それが後で可視ピクチャのように見えるように、例えばグレースケールで変化が起こらないように処理され得る。正規化手段は、センサ上の互いに物理的に隣接する画素によって生成された信号のデジタル加算、ならびに/あるいはビニングに依存し得る暗電流及び/又は利得の補正を含むことができる。当該の加算及び/又は補正は、例えば電気的にかつ/又はソフトウェアによって、部分的に又は完全に実施され得る。   Furthermore, the apparatus can include means for normalizing the image signal. In normalization, an image can be processed so that it does not change, for example in grayscale, so that it will later look like a visible picture. Normalization means may include digital addition of signals generated by pixels physically adjacent to each other on the sensor, and / or correction of dark current and / or gain that may depend on binning. Such addition and / or correction may be performed partly or completely, for example electrically and / or by software.

したがって、本発明及びその好ましい実施形態の目的は、例えばできるだけ幅広にする外部手段によって、CCDセンサのダイナミックレンジを拡大することである。本発明及びその好ましい実施形態によれば、増幅器は、電荷ウェルの容量が異なるときに、例えばX線画像の実時間TDI読出しのために、雑音及び速度について最適化され得る。この手順により、より大きなビニングサイズ、例えば2×2ビニングが使用されるときに、CCDセンサによって処理されるダイナミックレンジを、例えば2倍又は4倍にすることができる。   The object of the present invention and its preferred embodiments is therefore to increase the dynamic range of the CCD sensor, for example by external means that make it as wide as possible. In accordance with the present invention and its preferred embodiments, the amplifier can be optimized for noise and speed when the charge well capacity is different, eg, for real-time TDI readout of X-ray images. This procedure allows the dynamic range processed by the CCD sensor to be doubled or quadrupled, for example, when larger binning sizes are used, for example 2 × 2 binning.

さらに、装置では、両出力増幅器の信号は、同時に又は交互にデジタル化され得る。2つの出力増幅器の信号のどちらが使用されるべきかという選択は、信号自体に依存する。適切な装置では、複数のCCDセンサチップで構成され得るCCDセンサにおいて、各CCDセンサチップの信号を別々に処理し、さらに増幅器のうちのどれが各チップに使用されるべきかを決定することができる。この決定は列対列で比べて行うことができ、したがって、信号レベルを、画像領域全体にわたって動的に監視しかつ最大にすることができる。レジスタ読出し方向の自動選択、したがって増幅器の選択は、例えばFPGA装置を制御することによって、例えば別々に行うことができる。どの増幅器が使用されているのかに関する情報は、画像データの形で行ごとに別々に、また各CCDに対しても別々に送ることができ、したがって、較正プログラムは、このことを画像データの処理に考慮することができる。画像データは、14ビット変換の場合でも16ビット/画素でシフトされ得る。   Furthermore, in the device, the signals of both output amplifiers can be digitized simultaneously or alternately. The choice of which of the two output amplifier signals is to be used depends on the signal itself. In a suitable device, in a CCD sensor that can be composed of a plurality of CCD sensor chips, the signal of each CCD sensor chip is processed separately and further which of the amplifiers is to be used for each chip can be determined. it can. This determination can be made on a column-by-column basis, so the signal level can be dynamically monitored and maximized over the entire image area. The automatic selection of the register reading direction and thus the selection of the amplifier can be performed separately, for example by controlling the FPGA device. Information about which amplifier is being used can be sent separately for each row in the form of image data and separately for each CCD, so the calibration program can do this by processing the image data. Can be considered. Image data can be shifted at 16 bits / pixel even in the case of 14-bit conversion.

例えば14ビットA/D変換が使用される場合、それは、やはり同じA/D変換を用いて、15ビット変換に容易に仮想的に増大され得る(出力増幅器のウェルの容量比が2:1の場合、ダイナミクスが倍増)。   For example, if a 14-bit A / D conversion is used, it can easily be virtually increased to a 15-bit conversion, again using the same A / D conversion (capacity ratio of the output amplifier well is 2: 1) If so, the dynamics doubled).

したがって、CCDセンサカメラでは、出力部A又は出力部Bが使用されるべきかどうかを選択することが可能である。この選択は、例えば8個のチップすべての各チップに対してAGC装置を個別に使用して、例えば手動で又は自動的に行われ得る。しかし、レジスタ方向のビニングと水平ビニングはともに、すべてのチップに対して常に同じである。この手順に従わない場合、コンピュータに生成される画像データは、異なるサイズの画素を含むはずである。カメラのカメラヘッドが、CCDセンサ内でより小さいビニングサイズを使用するようにした場合でも、仮想画素は同一サイズのままである。センサ内での紛失したビニングは、ADビニングで目に見えないように置き換えられ得る。   Therefore, in the CCD sensor camera, it is possible to select whether the output unit A or the output unit B should be used. This selection can be made, for example, manually or automatically, for example using an AGC device individually for each of all eight chips. However, both register direction binning and horizontal binning are always the same for all chips. If this procedure is not followed, the image data generated by the computer should contain pixels of different sizes. Even if the camera head of the camera uses a smaller binning size in the CCD sensor, the virtual pixels remain the same size. Lost binning in the sensor can be replaced invisible with AD binning.

言い換えれば、ビニングは、すべてのチップに共通しているが、A/B方向は、各チップに対して別々にAGC装置を用いて、手動で又は自動的に個別に選択され得る。チップ固有の方式でADビニングを区別することも可能である。   In other words, binning is common to all chips, but the A / B direction can be selected manually or automatically individually using an AGC device for each chip separately. It is also possible to distinguish AD binning in a chip-specific manner.

好ましい一実施形態では、チップのうちのいくつかは、感度の高いA出力を再び使用するようにすることもできるが、B出力とCCD装置外部の外部ビニングの両方が必要とされるほど大きい信号を他のチップが生成することもできる。言い換えれば、チップのうちの任意1つのB出力が過大な信号を生成し、したがってより小さい内部ビニングを使用するようにしなければならない場合、他のチップは、その中の信号が低下しすぎた場合にA方向に自由に戻ることができる。A/B出力の、すなわち合計例えば8個のチップの制御論理回路は分離していてもよいが、FPGA装置は、その中に共通のビニング論理回路を有することができる。   In a preferred embodiment, some of the chips can be re-used with a sensitive A output, but the signal is so large that both the B output and external binning outside the CCD device are required. Can be generated by other chips. In other words, if the B output of any one of the chips generates an excessive signal and therefore has to use smaller internal binning, the other chip will have too low the signal in it Can freely return to the A direction. Although the control logic of the A / B output, ie a total of 8 chips for example, may be separated, the FPGA device can have a common binning logic in it.

本発明及びその好ましい実施形態によれば、CCDセンサのA/D変換器のダイナミクス(DIMAX2装置は、14ビットA/D変換器=16384の離散レベルを有する)は、拡大され、例えば8倍高くすることができる(17ビット=131072の離散レベル)。この拡大は、CCDセンサヘッド(DIMAX2)内で自動的にかつ画像信号に応じて行われる。ダイナミクスは、小さい出力ウェルの代わりにより大きな容量の出力ウェルを使用するようにしたときに、2倍にされ得る。4×4ビニングの代わりに4×2ビニングを使用するようにし、この後4×1ビニングを使用するようにしたとき、ダイナミクスはさらに4倍にされ得る。したがって、この方法により、ダイナミクスを全部で前述の量だけ増大させることができ、すなわち、ダイナミクスを8倍にすることができる。   In accordance with the present invention and its preferred embodiments, the A / D converter dynamics of the CCD sensor (DIMAX2 device has a discrete level of 14-bit A / D converter = 16384) is expanded, for example 8 times higher. (17 bits = 131072 discrete levels). This enlargement is automatically performed in the CCD sensor head (DIMAX2) and according to the image signal. The dynamics can be doubled when trying to use larger capacity output wells instead of smaller output wells. When 4 × 2 binning is used instead of 4 × 4 binning, and then 4 × 1 binning is used, the dynamics can be further quadrupled. Therefore, by this method, the dynamics can be increased by the above-mentioned amount in total, that is, the dynamics can be increased by 8 times.

センサは、画像データを純粋な17ビットフォーマットでコンピュータに送信することができる。さらに、画像データは、最高強度及び最低強度が知られるとすぐに、コンピュータで12ビットフォーマットに(将来は16ビットフォーマットに)圧縮され得ることに留意されたい。これにかかわらず、最大ダイナミクスを用いて被写体自体の撮像することが好ましい。ガンマの補正は、画像データが12ビットフォーマットに変換される間に同時に行うことができ、したがって、最大ダイナミクスは最終画像の形で保存され得る。   The sensor can send image data to the computer in a pure 17-bit format. Furthermore, it should be noted that the image data can be compressed in a computer to a 12-bit format (in the future to a 16-bit format) as soon as the highest and lowest strengths are known. Regardless, it is preferable to image the subject itself using maximum dynamics. Gamma correction can be performed simultaneously while the image data is converted to a 12-bit format, and thus maximum dynamics can be stored in the form of the final image.

画素ビニングは、2つの画素がCCDセンサのレジスタ方向にビニングされかつサンプリングされ、この後もう1つの画素がビニングなしにデジタル化され、この結果が先のビニング済み画素に加算されるビニングを使用して交互に行うこともできる。このビニング手法は、レジスタ方向の選択された元のビニングが、約3倍であり、かつAGC装置が作動状態にある間に感度の低い方向に移動する必要がある場合に使用することができる。   Pixel binning uses binning where two pixels are binned and sampled in the direction of the register of the CCD sensor, after which another pixel is digitized without binning and the result is added to the previous binned pixel. Can also be performed alternately. This binning approach can be used when the selected original binning in the register direction is approximately three times and needs to move in a less sensitive direction while the AGC device is in operation.

この3倍ビニングの間、CCDセンサ内でビニングされた2つの画素が最初に加算され、次いでさらに1つの別のCCD装置が加算された場合、外部加算ビニングに変更されたときに対称の誤差が生じる可能性がある。しかし、この状況でもソフトウェアによって考慮され得る。   During this 3x binning, if two pixels binned in the CCD sensor are first summed, then another one CCD device is summed, a symmetrical error will occur when changed to external summing binning. It can happen. However, this situation can also be considered by the software.

AGC機能は、レジスタ方向のビニングにしか依存しない。水平方向すなわちTDI方向のビニングは、少しも重要でない。水平ビニングは、垂直ビニングと異なっていてもよい。しかし、この場合、生成された画素は、等辺形のサイズではない。   The AGC function depends only on binning in the register direction. Binning in the horizontal or TDI direction is not important at all. Horizontal binning may be different from vertical binning. However, in this case, the generated pixel is not an isosceles size.

本発明及びその好ましい実施形態は、CCDセンサが少なくとも2つの容量のための分離した出力部を備えるようにする手段も提供する。   The present invention and its preferred embodiments also provide a means for allowing the CCD sensor to have separate outputs for at least two capacitors.

本発明及びその好ましい実施形態による装置は、1つ又は複数のマイクロ回路を用いて、単一のCCDチップ上に集積され得る。例えばPGA増幅器を、装置のCCDの前段階で追加集積することも可能である。これらの増幅器の利得は、例えば1倍〜6倍の範囲で64段階に調整可能である(現在1倍)。   The device according to the invention and its preferred embodiments can be integrated on a single CCD chip using one or more microcircuits. For example, a PGA amplifier can be additionally integrated before the CCD of the device. The gains of these amplifiers can be adjusted to 64 levels (for example, 1 time) in the range of 1 to 6 times, for example.

本発明及びその好ましい実施形態を適用するとともに、利得を信号レベル(セフ/パン)に対して適切な値に調整することにより、雑音とダイナミクスの両方について最適結果を達成することができる。特にセフ画像における信号レベルは非常に低いので、後続の画像処理アーチファクト及びシステム雑音を低減するために、余分の利得が利用され得る。さらに、本発明及びその好ましい実施形態による装置は、依然として飽和を防止する。また、例として、同じ頭蓋撮像では、画像内に例えばソフトウェアによって含められた軟組織領域(軟組織フィルタ)を有することが可能である。   By applying the present invention and its preferred embodiments and adjusting the gain to an appropriate value for the signal level (Cef / Pan), optimal results can be achieved for both noise and dynamics. In particular, the signal level in the cef image is very low, so extra gain can be utilized to reduce subsequent image processing artifacts and system noise. Furthermore, the device according to the invention and its preferred embodiments still prevents saturation. For example, in the same cranial imaging, it is possible to have a soft tissue region (soft tissue filter) included in the image by software, for example.

本発明及びその好ましい実施形態によるCCDセンサは、非常に高いダイナミクスを有する16ビットの画像データを画素内に生成し、そのような画像データの構造は、図2に例として示されている。図示のように、2バイトは、画素の灰色度レベルを表すために必要である。データフローで生じる最初のバイトは、下位8ビット(AD0〜AD7)を含み、次に来るバイトは、上位8ビット(AD8〜ADD1)を含む。A/D変換自体は、14ビット変換である。A/D変換のこのビットカウントは、システム自体の雑音が非常に低いということで正当化できる。   The CCD sensor according to the present invention and its preferred embodiment generates 16-bit image data having very high dynamics in a pixel, and the structure of such image data is shown as an example in FIG. As shown, 2 bytes are required to represent the gray level of the pixel. The first byte that occurs in the data flow contains the lower 8 bits (AD0 to AD7) and the next byte contains the upper 8 bits (AD8 to ADD1). The A / D conversion itself is a 14-bit conversion. This bit count of A / D conversion can be justified by the very low noise of the system itself.

したがって、本発明及びその好ましい実施形態によるCCDセンサは、限定されたダイナミックレンジ及び飽和状態からの緩慢な回復という問題を解決する。14ビット変換を使用するとともに、システム雑音を低レベルに保つことにより、A/D変換器のワンステップがCCDセンサの出力増幅器の雑音レベルに対応する理想的状態が達成される。最終画像の信号対雑音比は、X線ビームの量子雑音によって決定される。通常の撮像状態では、16ビット画素値の2つの最上位ビット(ADD1及びADD0)は、ゼロとすることができる。   Thus, the CCD sensor according to the present invention and its preferred embodiments solves the problem of limited dynamic range and slow recovery from saturation. By using 14-bit conversion and keeping the system noise at a low level, an ideal state is achieved in which one step of the A / D converter corresponds to the noise level of the output amplifier of the CCD sensor. The signal-to-noise ratio of the final image is determined by the quantum noise of the X-ray beam. In a normal imaging state, the two most significant bits (ADD1 and ADD0) of the 16-bit pixel value can be zero.

しかし、2つの状態で例外が発生する。本発明のAGCとその好ましい実施形態による自動利得制御の機能は、放射線量が多い場合に、CCDセンサ画素のビニングを、レジスタ方向のビニングがより少ない画素を一体にビニングすることによって行われる形に変換する。同じ状態のままでいる状況では、連続する画素の標本値は、FPGA装置内で加算され得る。したがって、4倍ビニングは、例えば2倍+2倍の形に、最悪の場合、1倍+1倍+1倍+1倍の形に変更され得る。この状況では、16ビット画素の値は、4つの14ビット値が互いに加算されたときに、0×FFDに近づく。しかし、AGC装置は、これをすべて単独で処理することができる。この加算状況では、加算演算の回数に対応して相殺される暗電流の量は、信号から減じられ得る。   However, an exception occurs in two states. The function of the automatic gain control according to the AGC of the present invention and the preferred embodiment thereof is performed by binning the CCD sensor pixels by integrally binning pixels with less binning in the register direction when the radiation dose is large. Convert. In situations where they remain the same, successive pixel sample values may be added within the FPGA device. Therefore, the quadruple binning can be changed, for example, to a form of 2 times + 2 times, and in the worst case, a form of 1 time + 1 times + 1 times + 1 times. In this situation, the 16-bit pixel value approaches 0 × FFD when four 14-bit values are added together. However, the AGC device can handle all of this alone. In this summing situation, the amount of dark current that cancels out corresponding to the number of summing operations can be subtracted from the signal.

技術開発で本発明の基本概念が様々な方法で実施され得ることが、当業者には明らかである。したがって、本発明及びその好ましい実施形態は、上述の例に限定されないが、特許請求の範囲内で変化し得る。本発明の概念の枠内で、感度は他の方法でも調整され得る。   It will be apparent to those skilled in the art that the basic concept of the present invention can be implemented in various ways in technology development. Accordingly, the invention and its preferred embodiments are not limited to the examples described above but may vary within the scope of the claims. Within the framework of the inventive concept, the sensitivity can be adjusted in other ways.

好ましい一実施形態よる、ダイナミクスを増大させるための装置を示す図である。FIG. 2 shows an apparatus for increasing dynamics, according to a preferred embodiment. 画像データの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of image data. 撮像を行う方法と撮像中にFPGA装置のAGC機能を制御する論理とを例として示す図である。It is a figure which shows as an example the method to perform imaging, and the logic which controls the AGC function of an FPGA apparatus during imaging. 使用されるCCDセンサの容量を処理する典型的な電荷を示す表である。6 is a table showing typical charges for processing the capacitance of a CCD sensor used. 電子電荷を転送することができるすべてのユニットの電荷容量分布を例として示す図である。It is a figure which shows the charge capacity distribution of all the units which can transfer an electronic charge as an example. 4チップCCDセンサ及びその制御ブロックを示す図である。It is a figure which shows a 4-chip CCD sensor and its control block.

Claims (46)

CCDセンサ(1−1)を読み出すための読出し装置であって、前記CCDセンサ(1−1)が、
電荷を受け取る画素を含む活性領域を有する検出器(1−2)、
前記活性領域に機能的に接続された読出しレジスタ(1−4)、
電荷を前記活性領域から前記読出しレジスタ(1−4)内に転送するための手段、
電荷を前記読出しレジスタ(1−4)の出力部(1−4a、1−4b)に転送するための手段、
前記読出しレジスタ(1−4)に機能的に接続された少なくとも1つの読出しウェル(1−6、1−8)、及び
電荷を前記読出しレジスタ(1−4)の前記出力部(1−4a、1−4b)から前記少なくとも1つの読出しウェル(1−6、1−8)内に転送するための手段
からなり、電荷のビニングを制御信号に応答して少なくとも部分的に変更することによってダイナミクスを変更するための手段をさらに備えたことを特徴とする読出し装置。
A reading device for reading a CCD sensor (1-1), wherein the CCD sensor (1-1)
A detector (1-2) having an active region comprising a pixel receiving charge;
A read register (1-4) functionally connected to the active region;
Means for transferring charge from the active region into the read register (1-4);
Means for transferring charge to the output section (1-4a, 1-4b) of the read register (1-4);
At least one read well (1-6, 1-8) operatively connected to the read register (1-4), and charge to the output section (1-4a, 1-4b) comprising means for transferring into the at least one readout well (1-6, 1-8), and changing the dynamics by at least partially changing the binning of the charge in response to a control signal A reading apparatus, further comprising means for changing.
撮像中にビニングを変更するための手段を備えたことを特徴とする請求項1の装置。   The apparatus of claim 1 further comprising means for changing binning during imaging. 前記手段がビニングを制御信号に従って変更することを特徴とする請求項1又は2の装置。   3. An apparatus according to claim 1, wherein said means changes binning according to a control signal. 前記手段がビニングを画像領域とシフトレジスタとの間で制御信号に従って少なくとも部分的に変更することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の装置。   4. A device according to claim 1, wherein said means changes binning at least partly according to a control signal between the image area and the shift register. 前記手段がビニングを前記シフトレジスタと出力レジスタとの間で制御信号に従って少なくとも部分的に変更することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の装置。   4. An apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the means changes binning at least partially between the shift register and the output register according to a control signal. 前記手段がビニングを前記シフトレジスタと前記出力レジスタとの間で制御信号に従って変更することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の装置。   4. A device according to claim 1, wherein said means changes binning according to a control signal between said shift register and said output register. 前記制御信号が、事前定義した信号であることを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項に記載の装置。   7. A device according to any one of the preceding claims, wherein the control signal is a predefined signal. 前記制御信号が、前記CCDセンサで見られる光量に依存する信号に直接的又は間接的に基づくことを特徴とする請求項1乃至7いずれか1項に記載の装置。   8. A device according to claim 1, wherein the control signal is based directly or indirectly on a signal depending on the amount of light seen by the CCD sensor. 前記制御信号が、前記CCDセンサから読み出された信号に基づくこと特徴とする請求項1乃至8いずれか1項に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the control signal is based on a signal read from the CCD sensor. 前記センサ内に配置されるか又は前記センサに機能的に接続され、前記電荷によって生成された信号を測定するための手段、及び前記ビニング(1−6、1−8)が変更されるべきかどうかを前記測定された信号に基づいて少なくとも部分的に判断するための選択手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項に記載の装置。   Should the means for measuring the signal generated by the charge placed in or functionally connected to the sensor and the binning (1-6, 1-8) be modified? 10. A device according to any one of the preceding claims, comprising selection means for determining at least in part based on the measured signal. 前記画像信号を正規化するための手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for normalizing the image signal. 前記正規化手段が、前記センサ上に互いに物理的に隣接して位置する画素によって生成された信号のデジタル加算を含むことを特徴とする請求項11記載の装置。   12. The apparatus of claim 11, wherein the normalization means includes digital addition of signals generated by pixels located physically adjacent to each other on the sensor. 前記正規化手段が、前記ビニングに依存する暗電流及び/又は利得の補正を含むことを特徴とする請求項11又は12記載の装置。   13. Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the normalization means comprise dark current and / or gain corrections dependent on the binning. 前記加算及び/又は前記補正が部分的に又は完全に電気的に実施されることを特徴とする請求項12又は13記載の装置。   14. Device according to claim 12 or 13, characterized in that the addition and / or the correction is carried out partially or completely electrically. 前記加算及び/又は前記補正がソフトウェアによって部分的に又は完全に実施されることを特徴とする請求項12又は13記載の装置。   14. Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the addition and / or the correction is performed partly or completely by software. 前記読出しレジスタ(1−4)に接続して配置された異なる容量を有する少なくとも2つの読出しウェル(1−6、1−8)、すなわち第1及び第2の読出しウェル、前記センサ内に配置されるか又は前記電荷によって生成された前記信号を測定するための前記センサに機能的に接続された手段、並びに前記読出しウェル(1−6、1−8)のどちらが前記CCDセンサ(1−1)によって検出された電荷を読み出すために使用されるべきかを前記測定された信号に基づいて少なくとも部分的に決定するための選択手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至15いずれか1項に記載の装置。   At least two read wells (1-6, 1-8) having different capacitances arranged in connection with the read register (1-4), ie first and second read wells, arranged in the sensor Or means operatively connected to the sensor for measuring the signal generated by the charge and which of the readout wells (1-6, 1-8) is the CCD sensor (1-1) 16. A selection means for determining at least in part on the basis of the measured signal whether it should be used to read out the charge detected by The device described in 1. 前記選択手段が、前記センサの読出し中に、使用されるべき前記読出しウェル(1−6、1−8)が変更されるべきかどうかを判断するように適合されたことを特徴とする請求項16記載のセンサ装置。   The means for selecting is adapted to determine whether the readout wells (1-6, 1-8) to be used are to be changed during readout of the sensor. 16. The sensor device according to 16. 前記読出しウェル(1−6、1−8)が増幅器であることを特徴とする請求項1乃至17いずれか1項に記載の装置。   18. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the read well (1-6, 1-8) is an amplifier. 前記読出しウェル(1−6、1−8)が前記読出しレジスタ(1−4)の両端にあるいは前記読出しレジスタの一端に位置することを特徴とする請求項16乃至18いずれか1項に記載の装置。   19. The read well (1-6, 1-8) is located at either end of the read register (1-4) or at one end of the read register. apparatus. 前記第2の読出しウェル(1−6)の容量が前記第1読出しウェル(1−8)の容量の約2倍に等しいことを特徴とする請求項16乃至19いずれか1項に記載の装置。   20. Device according to any one of claims 16 to 19, characterized in that the capacity of the second read well (1-6) is equal to approximately twice the capacity of the first read well (1-8). . 前記検出器(1−2)と前記読出しレジスタ(1−4)との間にこれらに機能的に接続されて配置され、前記電荷の前記読出しレジスタ(1−4)への転送前に前記電荷を加算するためのレジスタを備えたことを特徴とする請求項1乃至20いずれか1項に記載の装置。   The detector (1-2) and the read register (1-4) are arranged between and functionally connected to the charge before the transfer of the charge to the read register (1-4). 21. The apparatus according to any one of claims 1 to 20, further comprising a register for adding. 画素の電荷をそれらの前記読出しレジスタ(1−4)への転送前に処理するための手段をさらに備えたことを特徴とする請求項11乃至21いずれか1項に記載の装置。   22. A device according to any one of claims 11 to 21, further comprising means for processing pixel charges prior to transfer to their readout registers (1-4). 使用されるべき前記ビニング及び/又は使用されるべき前記出力ウェルを少なくとも1つのクロックパルスに基づいて決定するようになされた手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至22いずれか1項に記載の装置。   23. A means according to any one of the preceding claims, comprising means adapted to determine the binning to be used and / or the output well to be used based on at least one clock pulse. The device described. 前記クロックパルスを前記CCDセンサから来る前記信号に基づいて少なくとも部分的に変更するための手段をさらに備えたことを特徴とする請求項23記載の装置。   24. The apparatus of claim 23, further comprising means for changing the clock pulse based at least in part on the signal coming from the CCD sensor. 前記CCDセンサ(1−1)から来る前記信号がそれによって読み出されるべき前記読出しウェル(1−6、1−8)を選択するようになされた選択手段、前記信号のA/D変換を行うようになされた手段すなわち前記少なくとも2つの読出しウェルの信号のA/D変換を行うようになされた手段、前記CCDセンサ(1−1)から来る前記信号がそれによって読み出されるべき前記読出しウェル(1−6、1−8)を選択するようになされた選択手段を備えたことを特徴とする請求項16乃至24いずれか1項に記載の装置。   Selection means adapted to select the readout wells (1-6, 1-8) to be read by the signal coming from the CCD sensor (1-1), so as to perform A / D conversion of the signal Means for performing A / D conversion of the signals of the at least two readout wells, the signal coming from the CCD sensor (1-1) by which the readout well (1- 25. Device according to any one of claims 16 to 24, comprising selection means adapted to select 6, 1-8). 前記A/D変換が事前定義した第1の閾値を上回るかどうかをチェックし(3−4)、前記A/D変換が前記事前定義した第1の閾値を上回る場合、大容量の前記読出しウェル(1−6、1−8)が使用されているかどうかをさらにチェックし(3−14)、それが使用されていない場合、次の垂直ラインの読出しで小容量の読出しウェル(1−6、1−8)の代わりに大容量の読出しウェル(1−6、1−8)を使用するように適合された(3−6)手段を備えることを特徴とする請求項25記載の装置。   Check whether the A / D conversion exceeds a predefined first threshold (3-4), and if the A / D conversion exceeds the predefined first threshold, read the large capacity It is further checked whether the well (1-6, 1-8) is used (3-14), and if it is not used, the small vertical read well (1-6) is read in the next vertical line read. 26. The apparatus of claim 25, further comprising (3-6) means adapted to use a large capacity read well (1-6, 1-8) instead of 1-8). システムが、前記A/D変換が前記事前定義した第1の閾値を上回り(3−4)かつ前記大容量の読出しウェル(1−6、1−8)が使用されている場合に、前記センサ外部の前記レジスタ方向の外部最大ビニングに既に到達しているかどうかをチェックし(3−18)、そうでない場合は、前記センサ外部のより大きなレジスタ方向の外部ビニングを使用するようにして(3−20)次の垂直ラインを読み出すための手段を備えたことを特徴とする請求項25又は26いずれか1項に記載の方法。   When the A / D conversion is above the predefined first threshold (3-4) and the large read well (1-6, 1-8) is used, It is checked whether the external maximum binning in the register direction outside the sensor has already been reached (3-18), and if not, a larger register direction external binning outside the sensor is used (3 27. A method according to any one of claims 25 or 26, comprising means for reading the next vertical line. 前記システムが、前記A/D変換値が第2の事前定義した閾値を下回る場合に、前記小容量の読出しウェル(1−6、1−8)を使用するように(3−22)適合された手段を備えたことを特徴とする請求項27記載の方法。   The system is adapted (3-22) to use the small read wells (1-6, 1-8) when the A / D conversion value is below a second predefined threshold. 28. The method of claim 27, further comprising: 前記システムが、前記A/D変換が前記事前定義した第1の閾値を上回らない場合、前記A/D変換値が前記第2の事前定義した閾値を下回るかどうかをチェックし(3−6)、前記A/D変換値が前記第2の事前定義した閾値を下回る場合、前記最小レジスタ方向の外部ビニングに到達しているかどうかをさらにチェックし、そうでない場合、より小さな外部ビニングを使用するようにして(3−10)次の垂直ラインを読み出すための手段を備えたことを特徴とする請求項28に記載の方法。   If the A / D conversion does not exceed the first predefined threshold, the system checks whether the A / D conversion value is below the second predefined threshold (3-6). ), If the A / D conversion value is below the second predefined threshold, then further check if external binning in the minimum register direction has been reached, otherwise use smaller external binning 29. The method of claim 28, further comprising: (3-10) means for reading a next vertical line. 前記システムが、前記最小レジスタ方向の外部ビニングに到達している場合に、前記小容量の読出しウェル(1−6、1−8)を使用するようにして(3−12)次の垂直ラインを読み出すための手段を備えたことを特徴とする請求項16乃至29いずれか1項に記載の方法。   If the system has reached external binning in the direction of the minimum register, use the small read wells (1-6, 1-8) (3-12) to set the next vertical line 30. A method according to any one of claims 16 to 29, comprising means for reading. CCDセンサ(1−1)のダイナミクスを拡大する方法であって、
画素を含む活性領域で電荷を受け取るステップ、
前記活性領域内の画素の第1の垂直ラインの前記電荷を、前記活性領域から読出しレジスタ(1−4)内に読み出すステップ(3−2)、
前記電荷を前記読出しレジスタ(1−4)の出力部(1−4a、1−4b)に転送するステップ、及び
前記電荷を前記読出しレジスタ(1−4)の前記出力部(1−4a、1−4b)から読み出しウェル(1−6、1−8)内に転送するステップ
からなり、(1−8)前記ダイナミクスが、電荷のビニングを制御信号に応答して少なくとも部分的に変更することによって変更されることを特徴とする方法。
A method for enlarging the dynamics of the CCD sensor (1-1),
Receiving a charge in an active region including a pixel;
Reading the charge of the first vertical line of the pixels in the active region from the active region into a read register (1-4) (3-2);
Transferring the charge to the output section (1-4a, 1-4b) of the read register (1-4); and transferring the charge to the output section (1-4a, 1 -4b) to the read wells (1-6, 1-8), and (1-8) the dynamics change the binning of the charges at least partially in response to the control signal A method characterized by being modified.
前記電荷のビニングが撮像中に変更されることを特徴とする請求項31記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the charge binning is changed during imaging. 前記ビニングが制御信号に従って変更されることを特徴とする請求項31又は32記載の装置。   The apparatus according to claim 31 or 32, wherein the binning is changed according to a control signal. 装置が、前記読出しレジスタ(1−4)に接続して配置された異なる容量を有する少なくとも2つの読出しウェル(1−6、1−8)、すなわち第1及び第2の読出しウェルを備え、前記電荷によって生成された前記信号が測定され、前記読出しウェル(1−6、1−8)のどちらが前記CCDセンサ(1−1)によって検出された電荷を読み出すために使用されるべきかについて、前記測定された信号に基づいて少なくとも部分的に決定されることを特徴とする請求項31乃至33いずれか1項に記載の方法。   The apparatus comprises at least two read wells (1-6, 1-8) having different capacitances arranged in connection with the read register (1-4), ie first and second read wells, The signal generated by the charge is measured, and which of the read wells (1-6, 1-8) should be used to read the charge detected by the CCD sensor (1-1) 34. A method according to any one of claims 31 to 33, wherein the method is determined at least in part based on the measured signal. 前記CCDセンサ(1−1)から来る前記信号がそれによって読み出されるべき前記読出しウェル(1−6、1−8)について選択され、前記信号すなわち少なくとも2つの読出しウェルの信号に関してA/D変換が行われ、前記CCDセンサ(1−1)から来る前記信号がそれによって読み出されるべき前記読出しウェル(1−6、1−8)が選択されることを特徴とする請求項34記載の装置。   The signal coming from the CCD sensor (1-1) is selected for the read wells (1-6, 1-8) to be read out, and A / D conversion is performed on the signals, ie the signals of at least two read wells. Device according to claim 34, characterized in that the reading wells (1-6, 1-8) are selected, by which the signals coming from the CCD sensor (1-1) are to be read out. 前記A/D変換が事前定義した第1の閾値を上回るかどうかを判断するためにチェックされ(3−4)、前記A/D変換が前記事前定義した第1の閾値を上回る場合、大容量の読出しウェル(1−6、1−8)が使用されているかどうかを判断するためにさらにチェックされ(3−14)、それが使用されていない場合、次の垂直ラインの読出しで小容量の読出しウェル(1−6、1−8)の代わりに大容量の読出しウェル(1−6、1−8)を使用するようにする(3−6)ことを特徴とする請求項35記載の装置。   Checked to determine if the A / D conversion exceeds a predefined first threshold (3-4), and if the A / D conversion exceeds the predefined first threshold, then It is further checked (3-14) to determine if the capacitive read wells (1-6, 1-8) are being used, and if they are not being used, the next vertical line read will produce a small volume. 36. The high-capacity read well (1-6, 1-8) is used instead of the read well (1-6, 1-8) (3-6) according to claim 35. apparatus. 前記CCDセンサ(1−1)から読み出された前記信号の信号レベルが測定され、前記信号レベルが事前定義した閾値を上回る場合、前記センサからの電荷の読出しが、前記読出しウェル内の前記電荷が読み出される前に、前記読出しウェル内に転送されるべき画素数が減少するように調整され、前記信号レベルが前記事前定義した閾値を下回る場合、情報の読出しが、前記読出しウェル内の前記電荷が読み出される前に、前記読出しウェル内に転送されるべき画素数が増大するように調整されることを特徴とする請求項31乃至36いずれか1項に記載の方法。   If the signal level of the signal read from the CCD sensor (1-1) is measured and the signal level exceeds a predefined threshold, reading of the charge from the sensor will cause the charge in the read well to be read out. If the signal level is below the pre-defined threshold and the number of pixels to be transferred into the read well is reduced before the is read out, information reading is performed in the read well. 37. A method according to any one of claims 31 to 36, wherein the number of pixels to be transferred into the readout well is adjusted before charge is read out. 事前定義した閾値が前記読出しウェルの飽和レベルに関連して決定されることを特徴とする請求項37記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein a predefined threshold is determined in relation to a saturation level of the read well. 前記読み出された信号の前記信号レベルが少なくとも2つの異なる容量の読出しウェルを備えるセンサを用いて測定され、小容量の出力ウェルが前記測定中に飽和した場合、大容量の読出しウェルを使用するようにすることを特徴とする請求項37又は38いずれか1項に記載の方法。   If the signal level of the read signal is measured using a sensor comprising at least two different capacity read wells, and a small output well is saturated during the measurement, a large capacity read well is used. The method according to any one of claims 37 and 38, characterized in that: 前記読出しウェルのどちらか一方が飽和した場合、前記センサ外部の電荷の外部ビニングが増大することを特徴とする請求項39記載の方法。   40. The method of claim 39, wherein external binning of charges external to the sensor increases when either one of the read wells is saturated. 前記A/D変換が前記事前定義した第1の閾値を上回り(3−4)かつ前記大容量の読出しウェル(1−6、1−8)が使用されている場合に、前記センサ外部の前記レジスタ方向の最大外部ビニングに既に到達しているかどうかをチェックし(3−18)、そうでない場合、前記センサ外部の大きいレジスタ方向の外部ビニングを使用するようにして(3−20)次の垂直ラインを読み出すことを特徴とする請求項35又は36いずれか1項に記載の方法。   When the A / D conversion exceeds the predefined first threshold (3-4) and the large-capacity readout well (1-6, 1-8) is used, Check if the maximum external binning in the register direction has already been reached (3-18), if not, use the external binning in the large register direction outside the sensor (3-20) 37. A method according to claim 35 or 36, wherein a vertical line is read. 前記A/D変換が第2の事前定義した閾値を下回る場合に、前記小容量の読出しウェル(1−6、1−8)を使用するようにする(3−22)ことを特徴とする請求項41記載の方法。   When the A / D conversion is below a second predefined threshold, the small read well (1-6, 1-8) is used (3-22). Item 42. The method according to Item 41. 前記A/D変換が前記事前定義した第1の閾値を上回らない場合、前記A/D変換値が前記第2の事前定義した閾値を下回るかどうかを判断するためにチェックされ(3−6)、前記A/D変換値が前記第2の事前定義した閾値を下回る場合、前記最小レジスタ方向の外部ビニングに到達しているかどうかを判断するためにさらにチェックされ(3−8)、そうでない場合、小さい外部ビニングを使用するようにして(3−10)次の垂直ラインを読み出すことを特徴とする請求項42記載の方法。   If the A / D conversion does not exceed the predefined first threshold, a check is made to determine if the A / D conversion value is below the second predefined threshold (3-6). ), If the A / D conversion value is below the second predefined threshold, it is further checked to determine if external binning in the minimum register direction has been reached (3-8); 43. The method of claim 42, wherein (3-10) the next vertical line is read using small external binning. 前記最小レジスタ方向の外部ビニングに到達している場合に、前記小容量の読出しウェル(1−6、1−8)を使用するようにして(3−12)次の垂直ラインを読み出すことを特徴とする請求項31乃至43いずれか1項に記載の方法。   When the external binning in the minimum register direction is reached, the next vertical line is read by using the small read wells (1-6, 1-8) (3-12). The method according to any one of claims 31 to 43. 前記第1の事前定義した閾値が75%であることを特徴とする請求項26乃至44いずれか1項に記載の方法。   45. A method according to any one of claims 26 to 44, wherein the first predefined threshold is 75%. 前記第2の事前定義した閾値が25%であることを特徴とする請求項26乃至45いずれか1項に記載の方法。   46. A method according to any one of claims 26 to 45, wherein the second predefined threshold is 25%.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012129884A (en) * 2010-12-16 2012-07-05 Fujifilm Corp Imaging apparatus and pixel addition method
JP2019514307A (en) * 2016-04-19 2019-05-30 アイメック・ヴェーゼットウェーImec Vzw Image sensor and method for reading image information

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08298626A (en) * 1995-04-26 1996-11-12 Nec Corp Solid state image pickup element
JPH11298805A (en) * 1998-04-06 1999-10-29 Nikon Corp Tdi transfer type solid-state image pickup device
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
JP2004236305A (en) * 2003-01-10 2004-08-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging apparatus and camera
JP2004336823A (en) * 2004-08-16 2004-11-25 Toshiba Corp Imaging apparatus

Family Cites Families (10)

* 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
FI97665C (en) * 1995-11-21 1997-01-27 Planmed Oy Procedures and apparatus for photographing an object
ATE198232T1 (en) * 1997-10-23 2001-01-15 Fraunhofer Ges Forschung METHOD FOR IMAGE GENERATION IN DIGITAL DENTAL RADIOGRAPHY
EP1063844A4 (en) * 1998-02-10 2007-07-11 Nikon Corp Method of driving solid-state imaging device, imaging device, alignment device, and aligning method
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08298626A (en) * 1995-04-26 1996-11-12 Nec Corp Solid state image pickup element
JPH11298805A (en) * 1998-04-06 1999-10-29 Nikon Corp Tdi transfer type solid-state image pickup device
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
JP2004236305A (en) * 2003-01-10 2004-08-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging apparatus and camera
JP2004336823A (en) * 2004-08-16 2004-11-25 Toshiba Corp Imaging apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012129884A (en) * 2010-12-16 2012-07-05 Fujifilm Corp Imaging apparatus and pixel addition method
JP2019514307A (en) * 2016-04-19 2019-05-30 アイメック・ヴェーゼットウェーImec Vzw Image sensor and method for reading image information

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