JPS5980056A - 光電変換撮像装置 - Google Patents

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】 （ａｌ　　発明の技術分野 本発明は光電変換撮像装置に係り、さらに詳しくは環境
温度に基づく該光電変換素子の熱雑音の影響を回避する
機能を具備した構成に関する。

（ｂ）　　技術の背景 光電変換素子をセンサとする光電変換撮像装置は近年急
速に発達して各種の画像装置に応用されてきていること
は周知の通りである。

（Ｃ１従来技嚇ｉと問題点 前記光電変換素子は近年はシリコン（Ｓｉ）基板上に半
導体集積回路技術を駆使して形成され、その単位素子数
に関しては急速な発展を見せている。

殊に光電変換素子を電荷転送デノ＼イス（ＣＴＤ）即ち
電荷結合デバイス（ＣＣＤ）や電荷注入デノ＼イス（Ｃ
Ｉ　Ｄ）と組み合わせると、これらのデノ＼イスにクロ
ック・パルスを適当なシーケンスで印加することによっ
て、受光量に応じた電荷を半導体基板中を制御しながら
移動させることか出来。

デバイス内で信号処理が可能となり、広範囲の撮像装置
へ応用出来るようになってきた。さらに各単位素子に対
する引出し導線が不必要となるため。

ｌチップ内に含まれる単位素子数を飛躍的に増大するこ
とが出来、エリア・アレイも可能となってきている。

さて前記ＣＣＤ−？’ＣＩ　Ｄは光電変換素子内の光電
変換による電気信号の蓄積機能と転送機能を併せ持って
いるから、前記光電変換素子の光電変換による信号電流
が微弱であってもこれを蓄積した上で出力して該信号電
流を増幅することが出来る。

ところが光電変換素子の一般的な性質の一つとして、該
素子のハント・ギャップがせまいために。

室温でも熱的に励起される導電電子数が多く、所謂熱雑
音に基づく暗電流の原因となる。従って例えば熱間圧延
装置の圧延工程の探傷用撮像装置においては高温にある
圧延板からの熱輻射により撮像装置の光電変換素子の温
度が上がり、前記熱雑音による暗電流のレベルが信号レ
ベルと同一に近くなると、偽信号が混入して撮像装置の
画質が著しく低下する。

あるいは車載のファクシミリ装置を野外で使用する場合
、該装置の環境温度が上がって、同様の問題を発生する
。

この熱雑音による暗電流は前述したＣＴＤの機能を活用
した微信号電流の蓄積増幅機能を無効にしてしまうので
、該暗電流の除去に従来がら努力が払われてきた。

第１図は暗電流モニタ画素を含んだ２０４８個の画素電
極を有するＣＣＤライセンサの一般的な構成を示す構成
図である。画素電極群１の他に光シールドされたホトセ
ル（図では９２０４８電極）で構成された暗電流モニタ
電極２と、ＣＣＤシフトレジスタ３．検出アンプ４を具
備し、撮像信号は出方端子−５より出力される。

第２図は該出力端子５における出力電圧ＳＳの波形図で
縦軸は出力電圧、横軸は時間を示し、出方は画素電極の
順番に時系列に出力されるから、横軸は順番に並べられ
た画素電極の位置を示すとめてもよい。各出力パルス波
形の白の部分は入方先による信号出力を示し、この場合
は理解に便なように全電極について入力する光強度は一
様とする。

斜線を施した部分ば熱雑音による暗電流の出方を示し図
に見るように電極により不同で常に揺動している。

第３図ば揺動する暗電流を打ち消すための従来行われて
いる暗電流制御回路を説明するための第２図と同様な出
力図である。

サンプルクロックＧＫ、でサンプルホールドＳＨＩによ
りＣＣＤ出力信号ｓＳをサンプリングし、さらにサンプ
ルクロックＣＫ２でサンプルホールドＳＨ２により暗電
流モニタ画素出力ｓＤをサンプリングした後、この各画
素対応の受光信号成分と暗電流成分との２個の信号を差
動アンプＤＡに入力すれば出力信号Ｓをうる。然しＣＣ
Ｄの１読みだしサイクルの暗電流を１個の暗電流モニタ
画素出力ＳＤで代表して前記１サイクルの間は一定とし
ているので、実際の揺動する暗電流を完全に除去するこ
とは出来ない。

さらにＣＯＤの各画素電極１には一定の電荷蓄積容量が
あるので、該容量が暗電流電荷によって一部を占有され
ると、残った電荷容量即ちダイナミックレンジが小さく
なり入力信号の該ダイナミックレンジを超過した部分は
切除°されるので出方信号の歪が大きくなるという欠点
があった。

＋ｄｌ　　発明の目的 本発明は前述の点に鑑みなされたもので、光電変換撮像
装置の光電変換素子の熱雑音に基づく暗電流出力により
発生する偽信号を防止するに当り。

従来のように暗電流モニタ電極出力ＳＤをサンプリング
して出力信号より差し引くという不完全な方法の代わり
に暗電流そのものを小さくしてその悪影響を取り除く機
構を提供しようとするものである。

（ｅｌ　　発明の構成 上記の発明の目的は、電荷転送形光電変換素子を受光素
子とする撮像装置であって、前記電荷転送形光電変換素
子と該電荷転送形光電変換素子を冷却する電子冷却装置
を備え、前記電荷転送形光電変換素子の少なくとも１個
の画素を光遮蔽して暗電流モニタ画素とし、該モニタ画
素の出方信号を別に備えた標準電圧と比較して二値レベ
ルの制御信号を形成し、二値レベルの一方のレベル制御
信号で前記電子冷却装置を動作させ、もう一方のレベル
制御信号で前記電子冷却装置の動作を停止させるように
したことを特徴とする充電変換撮像装置により容易に達
成される。

（ｆｌ　　発明の実施例 以下本発明につき図面を参照して説明する。第４図はは
本発明に基づく改良された光電変換撮像装置の一実施例
を概念的に示す構成ブロック図である。

図に示すような暗電流制御回路において、後述するよう
に電子冷却装置６を具備したＣＣＤセンサ７の出力端子
５よりサンプルクロックＣＫ、でサンプルホールド５ｉ
１１により出力信号電流（信号電流＋暗電流）　ＳＳを
サンプリングし、サンプルクロックＣに２でサンプルホ
ールド５）１２により暗電流モニタ画素信号出力ＳＤを
サンプリングした後、この２個のサンプリング信号電流
を差動アンプＤＡに入力すれば出力信号電流Ｓを得るこ
とは従来の通りである。本発明によれば、暗電流モニタ
画素信号出力ＳＤをさらにアンプＡで増幅した後、コン
パレータＣＰにより、標準電位■。と比較し、これより
大きくなれば高レベル、これより小さくなれば低Ｉ／ベ
ルとなるような制御信号Ｃ８を作る。

一方、前記ＣＣＤセンサ７のパンケージ８には吸熱用熱
交換器９を介してベルチェ素子１０とその電源１１．放
熱用熱交換器１２．冷却ファン１３より構成された電子
冷却装置６を装備して置き、前述の制御信号Ｃ８が高レ
ベルならばスイッチＱを閉じ。

前記電子冷却装置６を動作させて前記Ｃ’ＣＤ７を冷却
する。制御信号ＣＳが低レベルの時は前記スイッチＱを
開いて電子冷却装置６の冷却を停止する。

しかる時は、ＣＯＤは常に所定温度以下に保たれ、前述
の暗電流は一定値以下に押さえられるので、暗電流に基
づく画質の低下を防止出来、また前述のグイナミソクレ
ンジも十分にきることが出来る。

また逆にＣＣＤ素子が所定温度以下になれば。

スイッチＱが開いて電子冷却装置６は自動的に停止する
ので電子冷却装置６を不必要に駆動することもないから
、冷却運転費を合理的に節約することが出来る。

＋ｇ＋　　発明の効果 以上の説明から明らかなように、光電変換撮像装置の光
電変換素子の暗電流で電子冷却装置６を制御出来るよう
な電気回路を配設して、ＣＣＤ素子を冷却して常にその
温度を所定温度以下に効率よく保ことにより、上記暗電
流により発生した偽信号のために低下していた前記光電
変換撮像装置の画質を高い水準に維持出来るという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は暗電流モニタを有する２０４８個の画素電極を
有するリニアＣＯＤの構成を示す構成図、第２図は第１
図の構成図の出力端子５における出力電圧の波形図、第
３図は揺動する暗電流を打ち消すための従来行われてい
る暗電流制御回路を説明するための第２図と同様な出力
図、第４図ばは本発明に基づく改良された光電変換撮像
装置の一実施例を概念的に示す構成ブロック図である。 図において、■は画素電極、２は暗電流モニタ電極、３
はシフトレジスタ、４は検出アンプ、５は出力端子、６
は電子冷却装置、７はＣＣＤ素子。 ８はＣＣＤパッケージ、９は吸熱用熱交換器、　　１０
はペルチェ素子、１１はベルチェ素子の電源、１２は放
熱用熱交換器、１３は冷却ファン、１４はＣＣＤ用ソケ
ットをそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電荷転送形光電変換素子を受光素子とする撮像装置であ
   って、前記電荷転送形光電変換素子と該電荷転送形光電
   変換素子を冷却する電子冷却装置とを備え、前記電荷転
   送形光電変換素子の少なくともＮ１１ｉｌの画素を光遮
   蔽して暗電流モニタ画素とし、該モニタ画素の出力信号
   を別に備えた標準電圧と比較して二値レベルの制御信号
   を形成し、二値レベルの一方のレベル制御信号で前記電
   子冷却装置を動作させ、もう一方のレベル制御信号で前
   記電子冷却装置の動作を停止させるようにしたことを特
   徴とする光電変換撮像装置。