JPS5847225A - 固体センサの温度補正方法及びその装置 - Google Patents

固体センサの温度補正方法及びその装置

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JPS5847225A
JPS5847225A JP14547481A JP14547481A JPS5847225A JP S5847225 A JPS5847225 A JP S5847225A JP 14547481 A JP14547481 A JP 14547481A JP 14547481 A JP14547481 A JP 14547481A JP S5847225 A JPS5847225 A JP S5847225A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ホトダイオード又はホトトランジスタ等のホ
トエレメントを複数個並設した固体センサにおける、各
ホトエレメントの出力全温度について補正する方法及び
装置に関する。
レンズの収差等を検査するIVITF(変調伝達関数)
検査機等の光学的計測装置においては、光量分布を測定
するためにCCU (電荷結合素子)センサ等の固体セ
ンサが使用されている。CCDセンサは1例えば、20
48個(2048ビツト)のホトエレメントを中心間距
離13μmで並設してなり、各ホトエレメントの露光量
に対応する出力を信号処理装置に伝送して露光量分布等
を測定することが可能である。而して、ホトエレメント
の感度特性は保証動作周波数の範囲において直線性金有
し、その出力は露光量全変数とする一次関数で表わされ
るのであるが、出力値には露光量に対応して増減する出
力成分の外に、非露光時(露光量零)にも検出される暗
電流成分が存在する。この暗電流は、各ホトエレメント
間でバラツキがあり、また、CCDセンサが使用される
雰囲気温度によって敏感に変動するため、CCDセンサ
による光量測定における誤差発生髪因となる。
このため、従来は、 CCDセンサの温度を一定に保持
するか、又は電気回路により暗電流成分について補正を
する手段が採用され、光量測定誤差を解消せんとしてい
た。然るに、前者において、CCDセンサの空冷による
場合は厳密な温度制御は不可能であり、またCCDセン
サに温度センサ及びペルチェ効果素子等の温度制御素子
を接触させてCCDセンサ會一定温度に保持する場合は
MTF検査機の如く多数のCCDセンサ(例えば12個
)を使用するものについては極メて高価になり実用的で
ない。また、後者において、スイッチ回路の開閉により
、CCDセンサから暗電流のみが出力される期間中これ
をコンデンサに接続して充電させ、コンデンサの電位差
として暗電流を記憶させておいてCCDセンサの光量測
定出力を補正する手段があるが、この電位差は各CCD
センサについての暗電流の平均レベルにすぎないため、
各ホトエレメント間の暗電流のバラツキについて補正す
ることはできなかった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであって、各ホト
エレメント間でバラツキがあり、また温度によっても変
動する暗電流成分を、高精度で補正することができ、露
光蓋に直接対応する出力成分のみを取出すことができ、
またこれを安価に実施可能な固体センサの温度補正方法
及びその装置全提供することを目的とする。即ち、本発
明方法の特徴とするところは、光量検出用の複数個の検
出ホトエレメントを有する固体センサの温度補正方法に
おいて、前記検出ホトエレメントの近傍に実質的に暗電
流のみ全出力する基準ホトエレメントを配設し、基準温
度(5) における非露光状態での検出ホトエレメント及び基準ホ
トエレメントの出力並びに光量測定時の基準ホトエレメ
ントの出力に基づいて、光量測定時の検出ホトエレメン
トの暗電流成分全算出し、その検出ホトエレメントの出
力を前記暗電流成分により補正する点にある。また1本
発明装置は、光量検出用の複数個の検出ホトエレメント
及び該検出ホトエレメントの近傍に配設され実質的に暗
電流のみ全出力する少くとも1個の基準ホトエレメント
を有する固体センサと。
該固体センサに接続され各ホトエレメントの出力全アナ
ログ/デジタル変換する変換器と、基準温度Toにおけ
る非露光状態での検出ホトエレメントの出力Vi (T
、)及び基準ホトエレメントの出力■。(To) kス
トアする記憶装置と、温度Tの光量測定時における前記
基準ホトエレメントの出力■。(T)及び前記記憶装置
にストアされた前記V。(T、)から温度定数を演算す
る演算装置と、前記温度定数及び前記記憶装置にストア
された前記■(To)から光量測定時の前記検出ホトニ
レ(6) メントの出力Vl(T)の暗電流成分全算出し前記出力
Vi(T) ’fc前記暗電流成分により補正する補正
演算装置とを有することを特徴とするものである。
先ず1本発明における各ホトエレメントの出力の温度補
正原理について説明する。CCDセンサ等の固体センサ
は1例えば、N個(2048個)のホトエレメントを中
心間距離13μ■で並設しであるが、各ホトエレメント
の感度特性は保証動作周波数の範囲において露光量に対
して直線性を有しており、各ホトエレメントの出力Vf
は露光量Eの一次関数として下記(1)式の如く表わさ
れる。
Vs  =  AIE  +  Bt  −−−−−−
−−−−−−−−−−・(1)但し、 Vs : i番
目のホトエレメントの出力(i−1,2+・・・N) E;露光量 AI:ホトエレメントiの光応答性を示す定数 B1:ホトエレメントlの暗電流成分 そして、暗電流Biはその発生機構から温度についての
指数関数で表わされることが示され、BIは下記(′2
J式の如く表わされる。
と1 Bi(T)  =  Bi(T@) @28−−−−−
−−−−−−−−− (2)但し%Bi(T)  :温
度Tにおける暗電流成分Bi(To) :基準温度T。
における暗電流成分即ち、温度Tが基準温度T。より8
℃だけ上昇すると、暗電流Bt(T)は基準温度T。に
おける暗電流Bl(To)の2倍に増加する。
而して、本発明においては光量検出に盛装なビット数(
例えば2048個)だけ並設された検出ホトエレメント
の外に、この検出ホトエレメントの近傍に少くとも1個
の基準ホトエレメントを配設する。基準ホトエレメント
はその光検知面全金属等で被覆してあり、従って、CC
Dセンサへ光照射がなされても、基準ホトエレメントは
露光されず常に暗電流成分のみ全出力している。ところ
で、基準ホトエレメントについても、その暗電流B0は
温度に関する指数関数で下記(3)式の如く表わされる
ヒI B、(T)  =  B、(To) −28,−−−−
−−−−−−−−−−(3)但し、Bo(T) :温度
Tにおける暗電流成分Bo(To) :基準温度T0に
おける暗電流成分そして、 (2) 、 (a)式から
下記(4)式が成立する。
Bi (T)  =  (Bo(T)/Bo(T、) 
 )  −Bl (To)  −−−−−−−(4)従
って、任意に設定した基準温度T0において。
露光量が零の暗状態で検出ホトエレメントの出力V4(
To)及び基準ホトエレメントの出力■。(To)を測
定して13i(To)及びB、(To) k予め求めて
おき、光量測定(固体センサの温度T)K際しては。
暗電流成分のみ全出力する基準ホトエレメントの出力■
。(T) ’e測測定て、そのときの温度Tにおける暗
電流B。(’f’) ’に求め、これらのデータを(4
)式に従って演算することにより、光量測定時の温度T
における検出ホトエレメントの暗電流Bi (T)全算
出することができる。
即ち、定数ki前記(5)式の如く定義すれば、k =
 Bo(T) / Be(’i’o) −−−−−−−
−−−−一−−−−−−−−−−−−−−(5)(9) (4)式は下記(6)式の如く変形される。
Bi(T)=に11Bi(To)  −−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−(6)そこで、予め、
任意の基準温度T。において、非露光状態での各ホトエ
レメントの出力Vi (To)及び■。(To) f、
測定すると、これが夫々Bt(To) 及tfi13゜
(To)に一致する。そして、このデータ全ストアして
おき、CCDセンサの光量測定時(温度T)においては
、基準ホトエレメントの出力V。(T)のみ全実測する
ことによって、これがB。(T)に一致するから、(5
)式に従い温度定数1c f算出し、(6)式に従う演
算をすることにより、全ての検出ホトエレメントの出力
Vi(T)の暗電流成分Bl(T) k高梢度で算出す
ることができる。そこで、光量測定時における検出ホト
エレメントの出力Vi(T)からB+(T)を減算する
と、(1)式から明らかな如く。
出力Vi(T)のうち露光量に直接対応する光応答成分
AiEのみを取出すことができ、こメAIEは、各ホト
エレメント間の暗電流のバラツキ及び暗電流の温匿変化
による変動の影響を受けないので。
AIE成分を基準にして光量分布を測定することに(1
0) より、極めて高精度の光学的計測を行うことができる。
次に、上述の如き温度補正を実施するための温度補正装
置について説明する。第1図はCCDセンサ100のブ
ロック図、第2図に動作のタイムチャート図、第3図は
本発明の1実施例を示すブロック図、第4図は補正演算
装置115のフローチャート図である。CCDセンサ1
00はN個(例えば2048個)の検出ホトエレメント
2が一列に並設され、その並設方面両側に分離ホトエレ
メント3を介して、基準ホトエレメント1が夫々4個並
設されている。基準ホトエレメント1は前述の如くその
光検出面が金属等で被覆されて遮光されており、常に暗
電流成分のみを出力する。これらの各ホトエレメント1
,2及び3の近傍にその並設方向に沿ってトランスファ
ゲート4が配設されており、トランスファゲート4の外
側にはアナログトランスポートシフトレジスタ5,5が
トランスファゲート4と平行に配設されていて、各ホト
エレメントの出力(以下、ビデオ出力ともいう)は、ア
ナログトランスポートシフトレジスタ5から電荷検出回
路8を経て出力アンプ9へ順次的に送出され、ビデオ出
力が出力アンプ9からアナログマルチプレクサ106へ
入力される。なお、第1図中。
6及び7は夫々アナログシフトレジスタ及びアナログE
OSシフトレジスタであり、また、10及び11は夫々
IVIO8回路及びEOSアンプを示す。
アナログマルチプレクサ106にはCCDセンサ100
と同様のCCDセンサ101 、 102 、103 
104及び105が接続されており、同様にその各ホト
エレメントの出力が順次的に入力されるようになってい
るが、以下簡単のために、CCDセンサ100のみを使
用した場合について説明する。
第2図中、φxは)ランスファパルス、φTはシフトパ
ルス、φRはリセットパルスで;hF)、トランスファ
パルスφXがCCDセンサ100に入力されると、シフ
トパルスφTに同期して各ホトエンメントからビデオ出
力が取出される。ビデオ出力は、8ビツトの空信号の後
に、図中りで示した4ビツトの基準ホトエレメント1の
出力信号が続き、次いで図中■で示した4ビツトの分離
ホトエレメント3の出力値−号(出力零)を経て、検出
ホトエレメント2のNビットの信号が出力される。従っ
て、トランスファパルスφXが入力された後のリセット
パルスφR’にカウントすることにより、これらの各ビ
ットが連続するビデオ出力の中から、基準ホトエレメン
トの出力を読み出すことができる。
第3図に示す如(、CCDセンサ100の各ホトエレメ
ントの出力は、ザンプルーアンド・ホールド回路107
 k経てアナログ/デジタル変換器(以下ADCと略す
)108に入力され、AD0108にてデジタル信号に
変換された後、その内部に設けられたレジスタに一旦ス
ドアされる。ADC108の出力はデータバス13に送
出され、入カポ−)122に経て演算記憶装置(不図示
)に入力されるようになっている。演算記憶装置は、入
力データである各ホトエレメントの出力を記憶し、前記
温度定数ki算出するとともに、補(13) 正後のホトエレメント出力を基にMTF検査のための所
要の演算をするものであり1例えば、記憶手段としてフ
ロッピーディスクを有するコンピュータ等により構成さ
れる。
データバス13には、RAM 1.12及びRAM11
4が接続され、これらは夫々MTF検査対象の光量測定
時における各検出ホトエレメントの出力Vl (T)及
び基準温度T。における非露光状態での各検出ホトエレ
メントの出力■(To) ’にストアする。
111及び113は夫々RAIVI 112及びRAM
 114のアドレスカウンタである。演算記憶装置にて
算出された温度定数には出力ボート121からデータバ
ス13を経てレジスタ110に入力され、ここに一旦ス
ドアされる。補正演算装置115は。
レジスタ110にストアされた温度定数k 、 RAM
112にストアされた光量測定時の検出ホトエレメント
出力Vi(T)及びRAM 114にストアされた基準
温度での検出ホトエレメント出力v+ (To)から、
光景測定時の各検出ホトエレメントの出力Vt(T)t
=補正演算するものであり、レジスタ(14) 116.117及び118並びに乗算器119及び加減
算器120ヲ有する。制御回路123け、CCDセンサ
出力の読み取り動作信号等を入力1−て、上記各回路へ
制御信号10〜30を出力し、各回路の入出力動作を制
御する回路である。なお、109は単位信号(”1″)
発生器である。
次ニ、この温度補正装置の動作について説明する。
(I) CCI)センサのMTIi”検査機へのセット
時。
(1)制御回路123へCCDセンサ100の基準ホト
エレメント1(第1図診照)の出力V。(To)の読み
取り指令信号を出力すると、制御回路123からサンプ
ル・アンド・ホールド回路107へCCDセンサの動作
タイミング(第2図診照)に同期したサンプリング信号
10が出力され、更にADC108にAI)C開始信号
11が出力され、CCDセンサ100の出力のうち、基
準ホトエレメント1の出力のみが取出され、デジタル信
号に変換されてAD0108のレジスタに一旦スドアさ
れる。
(2)次いで、制御回路123へADC108の記憶内
容を入力ポート122に転送する動作の指令信号を出力
すると、制御回路123からADC108へ出力動作信
号12が入力され、ADC108はセット時の温度(基
準温度T。)における基準ホトエレメント1の出力■。
(To)ヲデータバス13へ送出し、 Vo(’r、)
は入カポ−) 122を経て演算装置に読み込まれる。
(3)そして、CCDセンサ100の露光量を零にして
、検出ホトエレメント2を非露光状態にし、制御回路1
23へ動作指令信号を出力し、上記(1)及び(2)の
動作と同様にして、基準温度T。における非露光状態で
の各検出ホトエレメント2の出力v+(To) k演算
装置に読み込ませ、ストアさせる。
■MTF検査対象の被検レンズの光量測定時。
(1)前記演算装置にストアされた検出ホトエレメント
の出力V+(’r、)全出力ボート121を経てRAM
114に入力させてストアさせる。
(2)上記(I) 、 (1) (2)の動作と同様に
して、MTF検査時(光量測定時)の基準ホトエレメン
トの出力■。(T)’を演算装置に読み込む。このVo
(T)と演算装置にストアされている■。(To)とは
、夫々前記(5)式のBo(T)とBo(To)とに一
致するから、演算装置は■。(T)と■。(To)との
比を演算して(5)式の温度定数kを算出する。
そして、この温度定数に−i出力ポート121全介して
データバス13に送出し、レジスタ110にストアさせ
る。
(3)上記(1)、 (1)(2)と同様の動作により
、MTF’検査時のCCDセンサ100のビデオ信号、
即ち検出ホトエレメント20出力V+(T)會Mみ取り
、データバス13を経てRAM 112にストアさせる
(4)次いで、補正演算装置115がレジスタ110゜
RAM 112及びRAM 114にストアされている
各データから検出ホトエレメントの出力V+ (T)の
暗電流成分Bt (T)を算出し、 Vl(T)からB
1(T) ’jl”除外した露光量に直接対応する光応
答成分AiE ’i求める。即ち%Vt(To)は(1
7) 非露光状態での出力であるから、前記(6)式のBs(
To)に一致し、(6)式に従ってBi (T)を算出
する。そして、Vl(T) −Bi(T)を演舞−して
AiEを算出する。
次に、この補正演算装置115の動作について、第4図
のフローチャート’に基に説明する。先ず、制御回路1
23からアドレスカウンタ111及び113に夫々ロー
ド信号18及び21が出力され、アドレスカウンタ11
1及び113に先頭番地が設定される。次いで、RAM
112へ出力動作信号19が入力され、RAM112の
ストア内容■1(T)のうち1番目の検出ホトエレメン
トに係るVl(T)がデータバス13に送出され、1だ
補正演算装置115にロード信号24が入力され、デー
タバス13からV r (T)がレジスタ116に入力
されラッチされる。同様に、単位信号発生器109への
出力動作信号14及び補正演算装置へのロード信号25
によシ、単位信号′″l′がレジスタH1l/Cラッチ
される。そして、補正演算装置1’ 15へのロード信
号26の入力により、レジスタ116のス(18) ドア内容とレジスタ117のストア内容とが乗算され、
乗算結果1・V、(T)がレジスタ11Bにラッチされ
る。
次いで、RAM114へ出力動作信号22が入力され、
 RAM114.のストア内容V、(To)がデータバ
ス13へ送出され、ロード信号24によりレジスタ11
6にラッチされる。また、レジスタ110への出力動作
信号16により、そのストア内容kがデータバス13へ
送出され、ロード信号25によりレジスタ117にラッ
チされる。そして、ロード信号26及び加減算コントロ
ール信号28により、レジスタ116のV、(T、)及
びレジスタ1170kが乗算され、この乗算結果k・V
 1(T、)と。
レジスタ118にラッチされている1・V、(T)とか
ら、  1−V、(T) −k−Vl(To)が算出さ
れ、これがレジスタ118にラッチされてそのストア内
容がV、(T) −kVl(To) K書き替えられる
。次いで、出力動作信号27が入力されると、このレジ
スタ118のストア内容がデータバス13に送出され。
チップ動作信号29及び読み取り動作信号30が入力さ
れたRAM 112にストアされる。そして。
カウント信号17及び20が夫々アドレスカウンタ11
1及び113に入力され、アドレスカウンタ111及び
1130番地がインクリメントされる。
次いで、ラム112に出力動作信号19が再度入力され
、2番目の検出ホトエレメントについて上述の動作が繰
り返される。そして、この繰り返し回数がCCDセンサ
100のビット数N、即ち検出ホトエレメント2の個数
Nに達した場合に、補正演算装置115の動作が停止さ
れる。
この場合に、 RAM112にストアされている内容は
、MTF検査時の温度Tにおける検出ホトエレメントの
出力Vi (T)から、その温度における暗電流成分B
l (T)全減算したもの(Vi (T) −Bi (
T) =AIE)となシ、各検出ホトエレメントの露光
量に直接対応する光応答成分のみがRAM 112の記
憶内容として求められる。従って、これを基にCCDセ
ンサの光量分布を求めれば、暗電流成分の各ホトエレメ
ント間でのバラツキ及び温度変動による影響?受けない
高精度の光学的計測を行うことができる。
以上、詳説した如く1本発明によれば、 CCDセンサ
の各検出ホトエレメントの出力から、各ホトエレメント
間でバラツキがあり8℃の温度上昇で2倍になる等温度
による変動がある暗電流成分を温度に対して極めて高精
度で補正演算してこれを除外し、露光量に直秋対応する
成分のみを取出すことができ、且つ、これを極めて簡潔
な計算プロセス及び装置で実施するから、不発明全MT
F検査機のような光学的計測装置に適用した場合に、装
置環境の温度変化がおるとき又は使用開始時等の装置内
部の温度が定常状態になる迄の過渡期においても、極め
て高精度の光学的計測が可能である。
なお1本発明は上記の特定の実施例に限定されるべきも
のではなく、不発明の技術的範囲内において珈々の変形
例が可能である。特に1本発明は、常に実質的に暗電流
成分のみを出力する基準ホトエレメントの出力温度変化
を基にして、検出ホトエレメントの基準温度時からの出
(21) 力温度変化を求めて出力を温度補正するものであるから
、その補正演算の計算プロセスについては上記実施例に
示したものに限定されることはない。例えば、基準温度
における非露光状態での検出ホトエレメントの出力Vl
(To)及び基準ホトエレメントの出力V0(T、)の
比M (To) /V、(T、)ヲ予め算出してこれを
ストアしておき、光量測定時に基準ホトエレメントの出
力■。(T)と前記比との積を演算して、光量測定時の
検出ホトエレメントの暗電流成分Bx(T) ’f:算
出することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
m1図はCCDセンサ100のブロック図、第2図は動
作のタイムチャート図、第3図は不発明の1実施例を示
すブロック図、第4図は補正演算装置115のフローチ
ャート図である。 (符号の説明) 1・・・基準ホトエレメント 2・・・検出ホトエレメ
ント100・・・CCDセンサ  108・・・アナロ
グ/デジタル変換器 110.116.117.118
・・・レジスタ(22) 112、114・・・RAM  115・・・補正演算
装置119・・・乗算器  120・・・加算器特許出
願人  株式会社 リ コ − (23)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光量検出用の複数個の検出ホトエレメントを有する
    固体センサの温度補正方法において、前記検出ホトエレ
    メントの近傍に実質的に暗電流のみ全出力する基準ホト
    エレメントを配設し、非露光状態での検出ホトエレメン
    ト及び基準ホトエレメントの出力並びに光量測定時の基
    準ホトエレメントの出力に基づいて。 光量測定時の検出ホトエレメントの暗電流成分を算出し
    、その検出ホトエレメントの出力を前記暗電流成分によ
    り補正することを特徴とする固体センサの温度補正方法
    。 2、光量検出用の複数個の検出ホトエレメント及び該検
    出ホトエレメントの近傍に配設され実質的に暗電流のみ
    を出力する少くとも1個の基準ホトエレメントを有する
    固体センサと、該固体センサに接続でれ各ホトエレメン
    トの出力をアナログ/デジタル変換する変換器と。 基準温度T。における非露光状態での検出ホトエレメン
    トの出力Vi (To)及び基準ホトエレメントの出力
    ■。(T−iストアする記憶装置と、温度Tの光量測定
    時における前記基準ホトエレメントの出力V0(T)及
    び前記記憶装置にストアされた前記V、(T、)から温
    度定数を演算する演算装置と、前記温度定数及び前記記
    憶装置にストアされた前記Vi(To)から光量測定時
    の前記検出ホトエレメントの出力Vi (T)の暗電流
    成分全算出し前記出力Vi(T) k前記暗電流成分に
    より補正する補正演算装置とを有することを特徴とする
    固体センサの温度補正装置。 3、上記第2項において、前記温度定数は、前記■。(
    T)と前記V0(To)との比V0(T) /Vo(T
    o) テあり、前記補正演算装置は前記比■。(T) 
    / Vo(To)と前記Vi(To)とを乗算して前記
    暗電流成分Bi(T) ’(r算出することを特徴とす
    る固体センサの温度補正装置。 4、上記第3項において、前記補正演算装置は、前記検
    出ホトエレメントの出力Vi(T)から前記暗電流成分
    13i(T) ’r−減算して前記出力Vi(T)の補
    正をすることを特徴とする固体センサの温度補正装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6047931A (ja) * 1983-08-26 1985-03-15 Yokogawa Hokushin Electric Corp 多色放射温度計
JPS6175227A (ja) * 1984-09-20 1986-04-17 Nippon Kokan Kk <Nkk> 移動物体の温度測定装置
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JP2008154234A (ja) * 2003-07-28 2008-07-03 Asml Holding Nv デバイスでの暗電流の補償方法およびシステム、リソグラフィ装置の波面収差の補正方法およびシステム

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