JP2680880B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 規則的に配列された複数個の受光素子の夫々により、
撮像対象からの赤外光を光電変換して得られた電荷を電
荷結合素子に注入後転送して読み出す固体撮像素子を用
いた固定撮像装置に関し、 短時間で最適表示範囲に自動調整して常に最適画像を
得ることを目的とし、 複数個の受光素子により夫々光電変換して得られた信
号電荷を、電荷結合素子を用いて蓄積及び転送する固体
撮像素子から取り出された撮像信号を画像メモリに蓄え
た後出力する構成の固体撮像装置において、前記画像メ
モリから読み出した撮像信号データの最小値と最大値と
を夫々検出し、それらの値とそれらの値を示す受光素子
の番号を記憶する検出・記憶手段と、該検出・記憶手段
により記憶されている最小値と最大値が予め設定された
映像信号出力のダイナミックレンジの範囲内に収まるか
否かを判定する判定手段と、前記複数個の受光素子の夫
々についての電圧対電流特性データが予め記憶されてい
るメモリと、前記判定手段からの前記最小値と最大値の
少なくとも一方が前記ダイナミックレンジの範囲を超え
ているとの判定出力と前記メモリから読み出した前記特
性データとに基づいて前記電荷結合素子の入力ゲートの
ゲート電圧と蓄積時間の少なくとも一方を制御する制御
信号を生成して前記電荷結合素子へ供給する制御手段と
を具備するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は固体撮像装置に係り、特に規則的に配列され
た複数個の受光素子の夫々により、撮像対象からの赤外
光を光電変換して得られた電荷を電荷結合素子に注入後
転送して読み出す固体撮像素子を用いた固体撮像装置に
関する。

複数個の受光素子の夫々により撮像対象からの赤外光
を光電変換して得られた電荷を電荷結合素子（CCD）に
注入後転送して読み出す固体撮像素子はIRCCD（Infrare
d Charge Coupled Device）と呼ばれる。このIRCCDを用
いた赤外線撮像装置は撮像対象である物体の温度分布を
的確に把えられることから、産業分野で広く応用されつ
つある。

この場合、適正な表示画像を撮像者の経験の長短によ
らず得るためには、最適な動作条件を自動的に設定でき
ることが赤外線撮像装置として必要となる。このため、
最も低温を示す黒レベルが表示レベル範囲内に入るよう
に入力ゲートを開くとともに、最も高温を示す白レベル
が表示レベル範囲内に入るよう、蓄積時間を短くする制
御がかかる固体撮像装置（赤外線撮像装置）に要求され
る。

〔従来の技術〕

第６図は従来の固体撮像装置の一例のブロック図を示
す。同図中、11は受光アレイで、複数個の赤外線受光素
子が２次元配置されている。12は水平走査CCDで、受光
アレイ11の１ライン分の電荷を水平方向にシリアル転送
し、出力アンプ13を通してA/D変換器14へ出力する。

A/D変換器14は入力信号をディジタル信号に変換して
画素データを生成し、これを画像メモリ15に供給して記
憶させる。16はオフセット・ゲイン補正メモリで、受光
アレイ11を構成する各赤外線受光素子のオフセットとゲ
イン（感度）のばらつきを夫々補正し、均一化するため
の補正データが予め測定されて格納されている。

17は演算回路で、上記画像メモリ15からの画素データ
と上記の補正データとの演算を行なって、オフセット及
びゲインの補正された画素データを生成して出力端子18
へ出力する。

この従来の固体撮像装置においては、撮像者が撮像対
象物の温度を想定して、低温、高温のレベルを決める入
力ゲート電圧、蓄積時間をマニュアル設定し、水平走査
CCD12により水平方向に転送される電荷量を制御してい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、上記の従来の固体撮像装置は、入力ゲート
電圧、蓄積時間をマニュアル設定していたので、撮像対
象物が何であるか不明な場合や撮像者が技術者に未熟な
者である場合には、上記２つのパラメータを設定して最
適画像を得るためには、調整に時間を要し、撮像チャン
スを逃してしまう。また、撮像対象が変った場合にはそ
の都度、上記２つのパラメータの設定のための調整操作
が必要で、操作が煩雑であった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、短時間で
最適表示範囲に自動調整して常に最適画像を得ることが
できる固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理ブロック図を示す。同図中、21
は受光素子、22は受光素子21からの信号電荷を蓄積及び
転送する電荷結合素子、23は電荷結合素子22からの撮像
信号を蓄える画像メモリである。

このような構成の固体撮像装置において、本発明は検
出・記憶手段24,判定手段25,メモリ26及び制御手段27を
設けたものである。検出・記憶手段24は撮像信号データ
の最小値と最大値とを夫々検出し、それらの値とそれら
の値を示す受光素子の番号を記憶する。

判定手段25は上記の最小値と最大値が映像信号出力の
ダイナミックレンジの範囲内に収まるか否かを判定す
る。メモリ26は受光素子の電圧対電流特性データを記憶
している。

制御手段27は電荷結合素子22の入力ゲートのゲート電
圧と蓄積時間の少なくとも一方を制御する制御信号を生
成して電荷結合素子22へ供給する。

〔作用〕

受光素子21を電荷結合素子22に接続したときの電圧−
電流特性は第２図に示す如くになる。同図中、実線Ｉは
受光素子21の電圧−電流特性を示し、また破線II a,II
bは電荷結合素子22の入力ゲートの電圧−電流特性を示
す。電圧−電流特性Ｉ及びII a（又はII b）の交点が動
作点で、電荷結合素子22へ流入する電流を示している。

いま、入力ゲートの電圧−電流特性が破線II aで示す
電荷結合素子22の入力ゲートに対してゲート電圧を大き
くすると、電圧−電流特性はII aから左へ平行移動して
II bで示す如くになり、流入電流が増える。受光素子21
のすべてについてこの変化量を予め測定して得られた電
圧対電流特性データがメモリ26に記憶されている。

制御手段27は判定手段25より、表示レベルの黒レベル
が撮像信号データの最小値よりも小さいことを示す判定
出力が入力されたときは、入力ゲートのゲート電圧を大
とする制御信号を発生する。これにより、入力ゲートの
注入電流が増えるため、電荷結合素子22の出力信号レベ
ルが増大する。

一方、制御手段27は判定手段25より、表示レベルの白
レベルが撮像信号データの最大値よりも大きいことを示
す判定出力が入力されたときは、電荷係合素子22に蓄積
される信号電荷が蓄積時間に比例するので、蓄積時間を
短くする制御信号を生成出力する。これにより、電荷結
合素子22の出力信号レベルが低下する。

このようにして、電荷結合素子22の入力ゲートのゲー
ト電圧と蓄積時間とを夫々制御することにより、撮像信
号を表示レベルの白レベルと黒レベルとの範囲（映像出
力のダイナミックレンジ）に収めることができる。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例のブロック図を示す。同図
中、第１図と同一構成部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。第３図において、31は受光赤外光用フォ
トダイオードで、複数個が規則的に配列されており、前
記受光素子21を構成している。

フォトダイオード31のカソードは電荷結合素子（CC
D）22の入力ダイオード32に接続されている。また、CCD
22には入力ゲート33,蓄積ゲート34,転送ゲート35などが
形成されており、更にシフトレジスタ36,出力アンプ37
が形成されている。

第３図において、撮像対象からフォトダイオード31へ
入射された赤外光はここで変換される。これにより得ら
れた信号電荷は１つのライン分の受光素子31に１対１に
対応して設けられた入力ダイオード32に供給され、更に
これより入力ゲート33で入力制限されつつ蓄積ゲート34
直下の半導体基板のポテンシャルの井戸に蓄積される。

そして、所定の時間経過すると転送ゲート35直下の半
導体基板のポテンシャルが下げられるため、上記の蓄積
信号電荷は転送ゲート35直下の半導体基板部分を通過し
てシフトレジスタ36へ転送される。ここで、転送ゲート
35より転送される信号電荷量は蓄積ゲート34と転送ゲー
ト35の各々の直下のポテンシャルの差に対応した量とな
る。

シフトレジスタ36に転送された信号電荷は、水平方向
に順次シフトされていき、出力アンプ37を通過してA/D
変換器38に供給され、ここでディジタル信号（撮像信号
データ）とされてから画像メモリ23に入力されて記憶さ
れる。

画像メモリ23から漸次読み出された撮像信号データ
は、コンピュータ39に入力される。コンピュータ39は前
記検出・記憶手段24,判定手段25及び制御手段27を構成
しており、後述する如く、最大値、最小値とそれを示し
ているフォトダイオード31の素子番号とを内蔵するメモ
リに格納し、それらが予め設定されている表示レベル範
囲にあるか否かを判定し、範囲外のときは、メモリ26か
ら必要に応じて特性データを読み出して演算を行ない、
表示レベル範囲内に上記の最大値と最小値とが収まるよ
うに、入力ゲート電圧用制御信号と蓄積時間用制御信号
とを生成する。

上記の入力ゲート電圧用制御信号は入力ゲート用ドラ
イバ40を経由して入力ゲート33に印加される。一方、蓄
積時間用制御信号は蓄積ゲート用ドライバ41を経由して
蓄積ゲート34に印加される。これにより、出力アンプ37
から取り出される撮像信号のレベルが制御される。

次にコンピュータ39による動作について第４図に示す
フローチャートと共に更に詳細に説明する。第４図にお
いて、ステップ100でこの最適表示範囲自動調整用プロ
グラムが起動されると、ステップ101でコンピュータ39
内の２つのメモリA,Bが夫々クリアされた後、ステップ1
02で画像メモリ23から１つの撮像信号データを読み出
す。

引続いてコンピュータ39はステップ103で読み出した
撮像信号データがそれまでの撮像信号データとの比較に
おいて最小値か否かを判定し、最小値でないときは次の
ステップ104でそれまでのデータの比較により最大値か
否かを判定し、最大値でもないときはステップ104です
べての撮像信号データについての比較が行なわれたか否
かを判定し、まだすべてのデータについて比較が行なわ
れていないときはステップ102へ戻る。

ステップ103で最小値の判定が行なわれたときはステ
ップ106で最小値を示すフォトダイオード31の素子番号
と最小値の信号レベルとが前記メモリＡに書き込まれた
後ステップ105へ進む。一方、ステップ104で最大値と判
定されたときはステップ107で最大値をフォトダイオー
ド31の素子番号と最大値の信号レベルとが前記メモリＢ
に書き込まれた後ステップ105へ進む。以下、上記のス
テップ102〜107の処理動作が、画像メモリ23のすべての
撮像信号にデータについて行なわれる。従ってステップ
102〜107は前記検出・記憶手段24を構成していることに
なる。

次にコンピュータ39はステップ108でメモリＡに記憶
されている最小値が表示黒レベルより小さいか否かの判
定を行ない、最小値が表示黒レベルより大のときはステ
ップ109でメモリＢに記憶されている最大値が表示白レ
ベルより大きいか否かの判定を行なう。従って、上記の
ステップ108及び109は前記した判定手段25を構成してい
る。

ステップ108で最小値が表示黒レベルより小と判定さ
れたときは、コンピュータ39は次のステップ110でメモ
リ26から最小値を示す素子番号のフォトダイオード31の
特性データを取り込み、｛（表示黒レベル）−（最小
値）｝×（特性データ）の式の演算を行なって入力ゲー
ト電圧を大とする入力ゲート電圧制御データを生成し、
これをドライバ40へ供給した後、ステップ109へ進む。

また、ステップ109で最大値が表示白レベルよりも大
と判定されたときは、コンピュータ39は次のステップ11
1で例えば（表示白レベル）×（現在の蓄積時間）／
（最大値）なる式を満足する演算を行なって蓄積時間を
現在のものより短くする蓄積時間の制御データを生成
し、これをドライバ41へ供給する。

従って、上記のステップ110及び111は前記した制御手
段27を構成している。このようにして、ステップ109及
び111の処理が終了すると、コンピュータ39は再びステ
ップ101へ戻る。

以上の処理動作により、例えば画像メモリ23に記憶さ
れた画像信号データが第５図（Ａ）に示す如く素子番号
１の撮像信号データが最小値で表示黒レベルよりも小で
あり、素子番号Ｎの撮像信号データが最大値で表示白レ
ベルよりも大であるものとすると、前記ステップ110で
の処理により入力ゲート電圧が大となるような制御が行
なわれるために第５図（Ｂ）に示す如く素子番号１の撮
像信号データが表示黒レベルより大となる（このとき、
他の素子番号の撮像信号データも同様にレベルが大とな
る）。

また、次の前記ステップ111での処理により蓄積時間
が短くなるような制御が行なわれるために第５図（Ｃ）
に示す如く各素子番号の撮像信号データのレベルが小と
なるようにされるが、前記入力ゲート電圧の制御が行な
われているため素子番号Ｎの最大値は表示白レベルより
もまだ大である。

この場合は、コンピュータ39は再びステップ101から
処理動作を行なうから、再びステップ111での処理によ
り蓄積時間を短くするような制御が行なわれるため、こ
の結果、最大値を示す素子番号Ｎの撮像信号データも第
５図（Ｄ）に示す如く表示白レベルより小となり、すべ
ての撮像信号データのレベルが表示白レベルと表示黒レ
ベルとの範囲内に収まる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、撮像信号を表示レベル
の白レベルと黒レベルとの範囲内に自動的に収めること
ができるため、撮像対象の温度範囲がわからなくても、
全温度範囲を表示画面内に適正に表示させることが自動
的に行なえ、また撮像に際して技術的な熟練度は要求さ
れないので、誰でも最適な表示画像を表示させることが
でき、また自動的に最適画像が得られるから、撮像対象
が変っても調整が不要で操作性が良いなどの特長を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は電圧−電流特性図、 第３図は本発明の一実施例のブロック図、 第４図は本発明の一実施例の要部の動作説明用フローチ
ャート、 第５図は本発明による制御動作説明図、 第６図は従来の一例のブロック図である。 図において、 21は受光素子、 22は電荷結合素子、 23は画像メモリ、 24は検出・記憶手段、 25は判定手段、 26はメモリ、 27は制御手段、 32は入力ダイオード、 33は入力ゲート、 34は蓄積ゲート、 35は転送ゲート、 40,41はドライバ を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の受光素子（21）により夫々光電変
   換して得られた信号電荷を、電荷結合素子（22）を用い
   て蓄積及び転送する固体撮像素子から取り出された撮像
   信号を画像メモリ（23）に蓄えた後出力する構成の固体
   撮像装置において、 前記画像メモリ（23）から読み出した撮像信号データの
   最小値と最大値とを夫々検出し、それらの値とそれらの
   値を示す受光素子の番号を記憶する検出・記憶手段（2
   4）と、 該検出・記憶手段（24）により記憶されている最小値と
   最大値が予め設定された映像信号出力のダイナミックレ
   ンジの範囲内に収まるか否かを判定する判定手段（25）
   と、 前記複数個の受光素子（21）の夫々についての電圧対電
   流特性データが予め記憶されているメモリ（26）と、 前記判定手段（25）からの前記最小値と最大値の少なく
   とも一方が前記ダイナミックレンジの範囲を超えている
   との判定出力と前記メモリ（26）から読み出した前記特
   性データとに基づいて前記電荷結合素子（22）の入力ゲ
   ートのゲート電圧と蓄積時間の少なくとも一方を制御す
   る制御信号を生成して前記電荷結合素子（22）へ供給す
   る制御手段（27）とを具備したことを特徴とする固体撮
   像装置。