JPS60162387A - 回路動作制御用サーボ機構 - Google Patents
回路動作制御用サーボ機構Info
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- JPS60162387A JPS60162387A JP60007341A JP734185A JPS60162387A JP S60162387 A JPS60162387 A JP S60162387A JP 60007341 A JP60007341 A JP 60007341A JP 734185 A JP734185 A JP 734185A JP S60162387 A JPS60162387 A JP S60162387A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/63—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は冷却によって暗電流レベルを低下させる(撮
像器のような)固体装置に関し、特に半導体ダイス上に
集積された電荷結合装置(COD)配列を含む回路の動
作を制御するサーボ機構の改良に関する。
像器のような)固体装置に関し、特に半導体ダイス上に
集積された電荷結合装置(COD)配列を含む回路の動
作を制御するサーボ機構の改良に関する。
1983年9月16日付米国特許願第532958号明
細書には、固体撮像器を所定温度に冷却することが記載
されている。この温度は十分低くて明細書内の全固体撮
像器の暗電流が十分低くなるだめ、七の撮像器の出力信
号から生成されるテレビジョン画像に現われる暗電流変
化によるノイズが許容限度より低く保たれる。現在アー
ル・シー・ニー社(RCA Corp、 )で製造され
ている背面照射薄型基板CCD撮像器では、その固体撮
像器を正規の動作温度から10℃まで冷却すると、暗電
流変化によるノイズが他の発生源からのノイズに匹敵す
るレベルまで4倍も低下する。これに必要な冷却は、天
体観測やこれと同様の用途に用いられる可視光感知用C
CD撮像器または赤外線感知用CCD撮像器 に要求さ
れ るような液体窒素温度までの冷却に比して緩やかで、C
CDの撮像器に結合した熱電式冷却器による冷却で十分
である。撮像器の照射面における凝縮を防ぐ熱電式冷却
器のCCD撮像器への結合方法の詳細は1983年9月
16日付米国特許願第532957号(Bf!j願昭5
9−193830号)明細書に記載されている。
細書には、固体撮像器を所定温度に冷却することが記載
されている。この温度は十分低くて明細書内の全固体撮
像器の暗電流が十分低くなるだめ、七の撮像器の出力信
号から生成されるテレビジョン画像に現われる暗電流変
化によるノイズが許容限度より低く保たれる。現在アー
ル・シー・ニー社(RCA Corp、 )で製造され
ている背面照射薄型基板CCD撮像器では、その固体撮
像器を正規の動作温度から10℃まで冷却すると、暗電
流変化によるノイズが他の発生源からのノイズに匹敵す
るレベルまで4倍も低下する。これに必要な冷却は、天
体観測やこれと同様の用途に用いられる可視光感知用C
CD撮像器または赤外線感知用CCD撮像器 に要求さ
れ るような液体窒素温度までの冷却に比して緩やかで、C
CDの撮像器に結合した熱電式冷却器による冷却で十分
である。撮像器の照射面における凝縮を防ぐ熱電式冷却
器のCCD撮像器への結合方法の詳細は1983年9月
16日付米国特許願第532957号(Bf!j願昭5
9−193830号)明細書に記載されている。
従来の装置では、固体撮像器の温度感知をその撮像器と
同じ半導体ダイス上に設けた順バイアス半導体接合の電
圧降下を用いて行っていたが、順バイアス接合による撮
像器への電荷担体の注入を防ぐ必要のため、半導体ダイ
スの処理が複雑になり、従って温度感知に好ましい撮像
器の中央部に順バイアス接合を設けることが実際的でな
い上、この方法では問題の暗電流の発生するチップ全域
でなくチップ上の一点で温度を感知し、またその感知器
の出力信号を取出すために撮像器に余分のビンを設けね
ばならぬ問題もある。
同じ半導体ダイス上に設けた順バイアス半導体接合の電
圧降下を用いて行っていたが、順バイアス接合による撮
像器への電荷担体の注入を防ぐ必要のため、半導体ダイ
スの処理が複雑になり、従って温度感知に好ましい撮像
器の中央部に順バイアス接合を設けることが実際的でな
い上、この方法では問題の暗電流の発生するチップ全域
でなくチップ上の一点で温度を感知し、またその感知器
の出力信号を取出すために撮像器に余分のビンを設けね
ばならぬ問題もある。
1982年5月27日付米国特許願第382422号(
特開昭58−213572号)および第382423号
(特開昭58−213571号)の各明細書には、CC
D撮像器を集積した半導体ダイス上の累積暗電流を感知
する種々の方法が記載されている。撮像器から累積した
暗電流を抽出することは、いくつかの方法により、他の
目的で予め撮像器の外囲器に設けられているビンを介し
て行うことができる。累積暗電流は、周知のように温度
と共に増大し、シリコン装置では温度上昇10℃毎に約
2倍になる。順バイアス半導体接合を用いる代りにこの
累積暗電流を用いて温度変化を測定し、これによって米
国特許願第532958号(特願昭59−193831
号)記載の熱サーボ機構を改良することができる。この
ように改良された熱サーボ機構は冷却に要する電力を保
存し、撮像器が本来さらに低温の環境で動作するとき、
または照射するふく射エネルギが小さいときは冷却を減
じる。
特開昭58−213572号)および第382423号
(特開昭58−213571号)の各明細書には、CC
D撮像器を集積した半導体ダイス上の累積暗電流を感知
する種々の方法が記載されている。撮像器から累積した
暗電流を抽出することは、いくつかの方法により、他の
目的で予め撮像器の外囲器に設けられているビンを介し
て行うことができる。累積暗電流は、周知のように温度
と共に増大し、シリコン装置では温度上昇10℃毎に約
2倍になる。順バイアス半導体接合を用いる代りにこの
累積暗電流を用いて温度変化を測定し、これによって米
国特許願第532958号(特願昭59−193831
号)記載の熱サーボ機構を改良することができる。この
ように改良された熱サーボ機構は冷却に要する電力を保
存し、撮像器が本来さらに低温の環境で動作するとき、
または照射するふく射エネルギが小さいときは冷却を減
じる。
固定撮像器を冷却する最終目的は暗電流変化のレベルを
制限することである。良好に製作された最近の固体撮像
器における各画素間の暗電流変化のレベルは、本質的に
ジョンソンノイズであるため、長時間かつ多数の画素に
わたって、平均暗電流レベルに実質的に直線関係を示す
。平均暗電流測定することができ、この測定値を用いて
その固体撮像器に与える冷却の量を制御することができ
る。これによって、撮像器の温度を一定に調整する代り
に、直接平均暗電流レベルを一定に調整することができ
、また間接的には暗電流変化によるノイズを一定に保つ
ことができる。
制限することである。良好に製作された最近の固体撮像
器における各画素間の暗電流変化のレベルは、本質的に
ジョンソンノイズであるため、長時間かつ多数の画素に
わたって、平均暗電流レベルに実質的に直線関係を示す
。平均暗電流測定することができ、この測定値を用いて
その固体撮像器に与える冷却の量を制御することができ
る。これによって、撮像器の温度を一定に調整する代り
に、直接平均暗電流レベルを一定に調整することができ
、また間接的には暗電流変化によるノイズを一定に保つ
ことができる。
実際、平均端′亀流レベルを一定に調整することは固体
撮像器の温度を制御する好ましい方法である。例えば、
半導体基板の結晶構造の変化やその基板上に撮像器を設
置する処理の変動によって、各固体撮像器の暗電流レベ
ルが2〜3倍変ることが判っている。撮像器の温度を所
定値に調整するのではなく、暗電流レベルを所定値に調
整することは、最初から暗電流が少く付随する暗電流レ
ベルの変化も少い撮像器が少しの冷却で自動的に得られ
ることを意味する。冷却量が減るとカメラ内の電力消費
が減り、このため電池式カメラの電池の寿命が延びる。
撮像器の温度を制御する好ましい方法である。例えば、
半導体基板の結晶構造の変化やその基板上に撮像器を設
置する処理の変動によって、各固体撮像器の暗電流レベ
ルが2〜3倍変ることが判っている。撮像器の温度を所
定値に調整するのではなく、暗電流レベルを所定値に調
整することは、最初から暗電流が少く付随する暗電流レ
ベルの変化も少い撮像器が少しの冷却で自動的に得られ
ることを意味する。冷却量が減るとカメラ内の電力消費
が減り、このため電池式カメラの電池の寿命が延びる。
またカメラ内の撮像器を交換するとき、暗電流を減じる
ために温度を調節したり、暗電流ノイズを十分小さくす
るために電力消費を極めて少くしたりする必要がない。
ために温度を調節したり、暗電流ノイズを十分小さくす
るために電力消費を極めて少くしたりする必要がない。
その上、生産ラインにまたがる各カメラ間に均一性があ
るため、同じ型の他のカメラに比して暗電流性能が良く
ないという理由による顧客からの返品の怖れが少い。
るため、同じ型の他のカメラに比して暗電流性能が良く
ないという理由による顧客からの返品の怖れが少い。
放送用の場合はカメラからカメラへの切換えがそれほど
目立たなくなる。
目立たなくなる。
撮像器のフィールド蓄積レジスタの面積のCCD配列内
に発生した暗電流を測定することにより、温度をミリ度
の精度で測定することができる。
に発生した暗電流を測定することにより、温度をミリ度
の精度で測定することができる。
1/60秒間にわたるCCD撮像器のフィールド蓄積(
B)レジスタの位置と同様の寸法のCCD配列の各暗電
流電荷蓄積位置は、室温で平均2000個の電子を蓄積
することができる。この平均2000個の電子は各位置
間で40個(自乗平均値の根r、m、s)の電子のノイ
ズ変化を持つ。n個の位置の配列からのこの各2000
個の電子の電荷の貢献が併合されると、これらの貢献が
数学的に加って2000 n個の電子を与える。暗電流
電荷蓄積位置100個によって電子20万個のウェル一
杯の電荷が得られる。各位1dからの40個(r、m、
s)の電子のノイズが1.00(ユ/2) 位置にわたり40 (n) 個の電子すなわち400個
(r、m、s)の電子にベクトル的に加わり、累積電子
数は8℃毎に倍加する。室温から上のこの8℃において
20万個の電子のウェル一杯の電荷の半分がこの40個
(r、m、s)の電子ノイズと共に蓄積されるため、温
度精度は8℃/(1ooooo/4oo)すなわち32
ミリでとなり、これは短いサンプリング周期に良く、し
かも温度上昇と共に向上する。従って、100位置程度
の中型のCCD配列を温度調整すべき任意の半導体ダイ
ス上に置いて、温度調整ループのダイス温度の感知に用
いることができる。
B)レジスタの位置と同様の寸法のCCD配列の各暗電
流電荷蓄積位置は、室温で平均2000個の電子を蓄積
することができる。この平均2000個の電子は各位置
間で40個(自乗平均値の根r、m、s)の電子のノイ
ズ変化を持つ。n個の位置の配列からのこの各2000
個の電子の電荷の貢献が併合されると、これらの貢献が
数学的に加って2000 n個の電子を与える。暗電流
電荷蓄積位置100個によって電子20万個のウェル一
杯の電荷が得られる。各位1dからの40個(r、m、
s)の電子のノイズが1.00(ユ/2) 位置にわたり40 (n) 個の電子すなわち400個
(r、m、s)の電子にベクトル的に加わり、累積電子
数は8℃毎に倍加する。室温から上のこの8℃において
20万個の電子のウェル一杯の電荷の半分がこの40個
(r、m、s)の電子ノイズと共に蓄積されるため、温
度精度は8℃/(1ooooo/4oo)すなわち32
ミリでとなり、これは短いサンプリング周期に良く、し
かも温度上昇と共に向上する。従って、100位置程度
の中型のCCD配列を温度調整すべき任意の半導体ダイ
ス上に置いて、温度調整ループのダイス温度の感知に用
いることができる。
コノ発明は、CCD配列を含み半導体ダイスに集積され
た回路の動作を制御するサーボ機構に実施される。この
サーボ機構はダイスと回路の温度に直接関係するレベル
の側熱信号を発生する測定手段と、その側熱信号が基準
レベルを超える量に関係するレベルの制御信号を発生す
る冷却器制御回路と、ダイスに熱的に結合され、制御信
号に応じてその制御信号のレベルに関係する割合でダイ
スから熱を除去する冷却手段とを含んでいる。
た回路の動作を制御するサーボ機構に実施される。この
サーボ機構はダイスと回路の温度に直接関係するレベル
の側熱信号を発生する測定手段と、その側熱信号が基準
レベルを超える量に関係するレベルの制御信号を発生す
る冷却器制御回路と、ダイスに熱的に結合され、制御信
号に応じてその制御信号のレベルに関係する割合でダイ
スから熱を除去する冷却手段とを含んでいる。
この発明によれば、測定手段は半導体ダイスの一部に暗
電流電荷が蓄積したとき側熱信号を発生する型のもので
、この構成によりCCD配列内の暗電流のレベルを所定
レベル以下に保つことができる。
電流電荷が蓄積したとき側熱信号を発生する型のもので
、この構成によりCCD配列内の暗電流のレベルを所定
レベル以下に保つことができる。
第1図のCODカメラにおいて、そのカメラの外部の被
写体3から伝送または反射された光は、カメラレンズ・
シャッタ構体5と、CCD撮像撮像器および付属の熱電
式冷却器7を囲む外囲器(図示せず)の窓6を通ってC
CD撮像撮像器に至る光路4を進む。伝送された光はC
CD撮像撮像器の背面に像8を投射する。このCCD撮
像撮像器の像8が投射された部分は、画像(A)レジス
タ11を画定レジスタ12と出力線路(C)レジスタ1
3を持つフィールド転送型のものとして示されている。
写体3から伝送または反射された光は、カメラレンズ・
シャッタ構体5と、CCD撮像撮像器および付属の熱電
式冷却器7を囲む外囲器(図示せず)の窓6を通ってC
CD撮像撮像器に至る光路4を進む。伝送された光はC
CD撮像撮像器の背面に像8を投射する。このCCD撮
像撮像器の像8が投射された部分は、画像(A)レジス
タ11を画定レジスタ12と出力線路(C)レジスタ1
3を持つフィールド転送型のものとして示されている。
Cレジスタは帰線期間中に1列ずつ供給される電荷パケ
ットを線走査期間中に順次供給される出力信号ザンプル
に変換する。Cレジスタは電荷を出力信号電流または電
圧サンプルに変換する出力回路を含むものと仮定する。
ットを線走査期間中に順次供給される出力信号ザンプル
に変換する。Cレジスタは電荷を出力信号電流または電
圧サンプルに変換する出力回路を含むものと仮定する。
普通の型の出力回路は、Cレジスタ13の電荷転送チャ
ンネルに浮動拡散域を用い、その浮動拡散域の下の電荷
で電界効果トランジスタのゲート電極をバイアスして、
電位計を形成する。CCD撮像撮像器のレジスタ11.
12.13は薄肉の半導体基板の透明裏打板14に接合
された部分を占めているが、Bレジスタ12とCレジス
タ13(および一般にAレジスタ11の最後数列)の占
める基板部分に光が当らないようにマスク(第1図には
ない)が設けられている。
ンネルに浮動拡散域を用い、その浮動拡散域の下の電荷
で電界効果トランジスタのゲート電極をバイアスして、
電位計を形成する。CCD撮像撮像器のレジスタ11.
12.13は薄肉の半導体基板の透明裏打板14に接合
された部分を占めているが、Bレジスタ12とCレジス
タ13(および一般にAレジスタ11の最後数列)の占
める基板部分に光が当らないようにマスク(第1図には
ない)が設けられている。
Aレジスタ11、Bレジスタ12およびCレジスタ13
のゲート電極を上に設けた背面照射型CCDj最像器最
前器は保護用土ぐすりを有し、熱電式冷却器−7に(例
えば導熱性エポキシ樹脂で接合することにより)熱的に
接続されている。その冷却器7はさらに図示のような銅
棒または編組銅線の熱シンク9に熱的に接続されること
もある。この熱的接続は外装材料(第1図にはない)を
介してもよいが、常に撮像器10から冷却器7への熱伝
導が良好に行なわれるように、(撮像器10から離して
図示されている)熱電式冷却器7は通常撮像器10に近
接している。窓6に凝縮を生じないようにCCD撮像撮
像器を熱電式冷却器7と共に用いる方法の詳細は、前記
米国特許願第532957号明細書中に示されている。
のゲート電極を上に設けた背面照射型CCDj最像器最
前器は保護用土ぐすりを有し、熱電式冷却器−7に(例
えば導熱性エポキシ樹脂で接合することにより)熱的に
接続されている。その冷却器7はさらに図示のような銅
棒または編組銅線の熱シンク9に熱的に接続されること
もある。この熱的接続は外装材料(第1図にはない)を
介してもよいが、常に撮像器10から冷却器7への熱伝
導が良好に行なわれるように、(撮像器10から離して
図示されている)熱電式冷却器7は通常撮像器10に近
接している。窓6に凝縮を生じないようにCCD撮像撮
像器を熱電式冷却器7と共に用いる方法の詳細は、前記
米国特許願第532957号明細書中に示されている。
クロック発生器20はクロック信号を母線21.22.
23を介してそれぞれAレジスタ11、Bレジスタ12
、Cレジスタ13ニ供給する。このクロック信号は単相
でも2相でも多相でも多相でもよい。フィールド帰線期
間中に生ずるフィールド転送時に、Aレジスタ11とB
レジスタ12が同期してクロッキングされ、累積画像サ
ンプルを画像(A)レジスタ11の画素配列中の位置か
らフィールド蓄積(B)レジスタ12の対応位置に転送
する。この各フィールド転送期間中に、累積暗電流によ
る残留電荷がBレジスタから順次読取られ、Cレジスタ
13のCCD部分を介してその電位計部分に高速度で送
られる。
23を介してそれぞれAレジスタ11、Bレジスタ12
、Cレジスタ13ニ供給する。このクロック信号は単相
でも2相でも多相でも多相でもよい。フィールド帰線期
間中に生ずるフィールド転送時に、Aレジスタ11とB
レジスタ12が同期してクロッキングされ、累積画像サ
ンプルを画像(A)レジスタ11の画素配列中の位置か
らフィールド蓄積(B)レジスタ12の対応位置に転送
する。この各フィールド転送期間中に、累積暗電流によ
る残留電荷がBレジスタから順次読取られ、Cレジスタ
13のCCD部分を介してその電位計部分に高速度で送
られる。
その電位計は電荷パケットをそれぞれCCD撮像器の出
力電圧サンプルに変換し、七の撮像器10の出力線路1
5から供給する。
力電圧サンプルに変換し、七の撮像器10の出力線路1
5から供給する。
暗電流の累積は順次各線毎に前のフィールドのより小さ
い部分について進行するから、サンプルの振幅は各線毎
に減る。このため、フィールド転送期間中出力電圧サン
プルの包絡線が階段型波形になる。これに続くフィール
ド走査期間中はAレジスタにおけるクロッキングが中止
され、新しい画素サンプルの配列の累積が可能になる。
い部分について進行するから、サンプルの振幅は各線毎
に減る。このため、フィールド転送期間中出力電圧サン
プルの包絡線が階段型波形になる。これに続くフィール
ド走査期間中はAレジスタにおけるクロッキングが中止
され、新しい画素サンプルの配列の累積が可能になる。
Bレジスタ12に転送された画素サンプルを表わす電荷
パケットは、各帰線期間中にすべて1行進められ、Bレ
ジスタ12内の最後の行がCレジスタ13の000部分
に並列に書込まれる。このCレジスタ13の000部分
は線走査期間中に画素走査速度でその電位計部分に順次
読取られ、そこから映像信号出力のサンプルがCCDC
D撮像力出力線路16して供給される。上述のCCD撮
像撮像器のクロッキングは本質的に一般的なものである
。(撮像器10は2つの出力線路15.16を持つよう
に図示されているが、CCD撮像器のピンの数を変えず
に、1本の出力線路の外部にゲートを設け、同じ信号を
供給して別に処理することもできる。) この発明では、フィールド転送期間中にBレジスタ12
からCレジスタ13を介して撮像器の出力線路15に読
出された残留暗電流電荷が測定回路30に供給される。
パケットは、各帰線期間中にすべて1行進められ、Bレ
ジスタ12内の最後の行がCレジスタ13の000部分
に並列に書込まれる。このCレジスタ13の000部分
は線走査期間中に画素走査速度でその電位計部分に順次
読取られ、そこから映像信号出力のサンプルがCCDC
D撮像力出力線路16して供給される。上述のCCD撮
像撮像器のクロッキングは本質的に一般的なものである
。(撮像器10は2つの出力線路15.16を持つよう
に図示されているが、CCD撮像器のピンの数を変えず
に、1本の出力線路の外部にゲートを設け、同じ信号を
供給して別に処理することもできる。) この発明では、フィールド転送期間中にBレジスタ12
からCレジスタ13を介して撮像器の出力線路15に読
出された残留暗電流電荷が測定回路30に供給される。
回路30はタロツク発生器20から制御線路24を介し
て供給されるタイミングパルスに応じて残留暗電流電荷
の積分値を測定する。この回路30からの測定値は線路
25を介して比較器26に印加され、基準レベルと比較
されて誤差信号を生ずる。この誤差信号は線路27を介
して、熱電式冷却器7への電力供給を線路29を介して
制御する冷却器電力制御器28に印加され、CCD撮像
撮像器の冷却を調整する負帰還ループを完成する。撮像
器10は比較器26に印加される基準レベルにより決ま
る規定の平均レベル以下に暗電流を減するように冷却す
ることが望ましい。
て供給されるタイミングパルスに応じて残留暗電流電荷
の積分値を測定する。この回路30からの測定値は線路
25を介して比較器26に印加され、基準レベルと比較
されて誤差信号を生ずる。この誤差信号は線路27を介
して、熱電式冷却器7への電力供給を線路29を介して
制御する冷却器電力制御器28に印加され、CCD撮像
撮像器の冷却を調整する負帰還ループを完成する。撮像
器10は比較器26に印加される基準レベルにより決ま
る規定の平均レベル以下に暗電流を減するように冷却す
ることが望ましい。
第2図はこの発明の一実施例における残留暗電流測定回
路30の構成細部を示す。フィールド帰線ゲート31は
クロック発生器20から制御線路24aを介して供給さ
れるゲートパルスに応じて、フィールド帰線期間中にC
ODのCレジスタ13から送り出されて線路15に現れ
る暗電流信号に対する階段状電圧応答を選択し、これを
フィールド掃引期間中に線路15に現れるすべての信号
から分離する。
路30の構成細部を示す。フィールド帰線ゲート31は
クロック発生器20から制御線路24aを介して供給さ
れるゲートパルスに応じて、フィールド帰線期間中にC
ODのCレジスタ13から送り出されて線路15に現れ
る暗電流信号に対する階段状電圧応答を選択し、これを
フィールド掃引期間中に線路15に現れるすべての信号
から分離する。
選択された階段状電圧応答は低域濾波器32に入力とし
て供給され、ここで各線間の段が積分されてランプ信号
となる。円内に示すこのランプ信号33は直流回復器3
4に供給される。このランプ信号は各フィールド帰線毎
に反復するが、急激な立下りとこれに続く緩やかな斜め
上昇部とを持つ。ラング信号は、図示のように、CCD
CC撮像器のBレジスタ12とCレジスタ13を覆う光
マスクの縁の下からの漏光によって生じる偏移ペデスタ
ルの上に重っていることもある。フィールド帰線中CC
D撮像器10を遮光しなければ、このラング信号の前後
縁部に転送ぼけによる下向きのスパイク(図示せず)が
現れる。
て供給され、ここで各線間の段が積分されてランプ信号
となる。円内に示すこのランプ信号33は直流回復器3
4に供給される。このランプ信号は各フィールド帰線毎
に反復するが、急激な立下りとこれに続く緩やかな斜め
上昇部とを持つ。ラング信号は、図示のように、CCD
CC撮像器のBレジスタ12とCレジスタ13を覆う光
マスクの縁の下からの漏光によって生じる偏移ペデスタ
ルの上に重っていることもある。フィールド帰線中CC
D撮像器10を遮光しなければ、このラング信号の前後
縁部に転送ぼけによる下向きのスパイク(図示せず)が
現れる。
ランプ信号の急激な立下りの少し後の時点t□において
、直流回復器34はクロック発生器20から線路24b
を介して供給されたパルスに応じて、そのときのランプ
信号の値を信号接地電位に対してクランプする。時点t
□以後t2より若干後の時点まで、Bレジスタ12から
Cレジスタ13を介し、また低域濾波器32と直流回復
器34を介して減少する残留暗電流が送り出されるにつ
れて、ランプ信号は直線的に正方向に向う。直流回復さ
れたランプ信号は直流回復器34から、クロック発生器
20から制御線路24cを介して供給されるパルスに応
動するサンプル・アンド・ホールド回路35に入力信号
として供給される。回路35は時点t、でランプ信号を
サンプリングして、そのサンプル電圧を線路25の暗電
流の測定値として次のフィールド掃引期間中保持する。
、直流回復器34はクロック発生器20から線路24b
を介して供給されたパルスに応じて、そのときのランプ
信号の値を信号接地電位に対してクランプする。時点t
□以後t2より若干後の時点まで、Bレジスタ12から
Cレジスタ13を介し、また低域濾波器32と直流回復
器34を介して減少する残留暗電流が送り出されるにつ
れて、ランプ信号は直線的に正方向に向う。直流回復さ
れたランプ信号は直流回復器34から、クロック発生器
20から制御線路24cを介して供給されるパルスに応
動するサンプル・アンド・ホールド回路35に入力信号
として供給される。回路35は時点t、でランプ信号を
サンプリングして、そのサンプル電圧を線路25の暗電
流の測定値として次のフィールド掃引期間中保持する。
時点t2のサンプリングにより、暗電流のランプ信号が
重っている偏移ペデスタルを検知することなく、可能な
最大の暗電流応答が得られる。
重っている偏移ペデスタルを検知することなく、可能な
最大の暗電流応答が得られる。
保持された電圧は第1図の比較器26により基準レベル
の電圧と比較される。比較器26は電圧比較器の形をと
るもので、誤差信号を生成してこれを冷却器電力制御器
28に供給する。
の電圧と比較される。比較器26は電圧比較器の形をと
るもので、誤差信号を生成してこれを冷却器電力制御器
28に供給する。
直流回復後サンプリングと保持を行って誤差信号を発生
する上述の技法は、CCD撮像撮像0の出力線路15に
供給される信号の基底線に、CCD撮像器の光マスクの
下からの漏光による変位を全く生じず、フィールド帰線
期間のカメラのシャッタ開放によって生ずる転送ぼけス
パイクへの応答をなくすることができる。
する上述の技法は、CCD撮像撮像0の出力線路15に
供給される信号の基底線に、CCD撮像器の光マスクの
下からの漏光による変位を全く生じず、フィールド帰線
期間のカメラのシャッタ開放によって生ずる転送ぼけス
パイクへの応答をなくすることができる。
第3図は、Bレジスタ12とCレジスタ13を遮光する
マスクからBレジスタ12内への顕著な漏光がないとき
、第2図の回路の代りに使用し得る残留暗電流測定回路
を示す。フィールド帰線ゲート31は(フィールド帰線
期間中にBレジスタ12から送り出される残留暗電流に
応じて出力線路15を介し供給される)階段状電圧を選
択的に積分器36に供給する。積分器36は各フィール
ド掃引期間の終りに制御線路24dを介してクロック発
生器20からリセットパルスを供給され、次のフィール
ド掃引期間中、フィールド帰線期間中にBレジスタ12
から送り出される残留暗電流を測定する電圧を線路25
に供給する。フィールド帰線期間中この電圧の変動は熱
電式冷却器7の熱時定数により抑制される。
マスクからBレジスタ12内への顕著な漏光がないとき
、第2図の回路の代りに使用し得る残留暗電流測定回路
を示す。フィールド帰線ゲート31は(フィールド帰線
期間中にBレジスタ12から送り出される残留暗電流に
応じて出力線路15を介し供給される)階段状電圧を選
択的に積分器36に供給する。積分器36は各フィール
ド掃引期間の終りに制御線路24dを介してクロック発
生器20からリセットパルスを供給され、次のフィール
ド掃引期間中、フィールド帰線期間中にBレジスタ12
から送り出される残留暗電流を測定する電圧を線路25
に供給する。フィールド帰線期間中この電圧の変動は熱
電式冷却器7の熱時定数により抑制される。
第4図はフィールド転送期間中にBレジスタ12からC
レジスタ13に転送され、Cレジスタ13における累積
により積分された暗電流の一部を示す。
レジスタ13に転送され、Cレジスタ13における累積
により積分された暗電流の一部を示す。
この累積は暗電流サンプルの各列がBレジスタ12から
送り出されているときCレジスタ13のクロッキングが
停止するのに応じて生ずる。(Cレジスタ13のクロッ
キングは、フィールド帰線期間中のCCD撮像撮像0の
シャッタ開放による転送ぼけスパイクにより残留電荷の
最初の数行が汚染されたとき、それを読取った後止める
ことができる。)とのCレジスタのクロッキングの中止
は、積分された暗電流のレベルがCレジスタ13の出力
の電位計段で感知される前にCレジスタ13の電荷転送
チャンネルに形成されるため、電荷感知動作における誤
差がない点で有利である。フィールド転送の終る前に電
荷の感知を行い、Cレジスタ13のクロッキングを再開
して、Bレジスタ12から送り出された残留電荷のさら
に前の行だけを累積することもできる。このようにして
、Cレジスタ13のクロッキングが再開されるまでに、
Bレジスタ12からCレジスタ13に送り込まれた残留
暗電流の列数を選択し、感知した電荷の振幅の上昇によ
る電荷感知用電位計段の過負荷を防ぐことができる。(
CCD撮像撮像0がフィールド帰線期間中シャッタ開放
状態で動作する場合は、フィールド転送終了前に電荷の
感知を行うとフィールド転送の終りの転送ぼけスパイク
に対する応答が防がれる。)Cレジスタ13のクロッキ
ングが再開され、そのレジスタに累積された暗電流の行
に対するサンプル応答の線が出力線路15を介してCC
D撮像撮像0から送り出されると、線ゲート37がクロ
ック発生器20から制御線路24eを介して供給される
パルスに応じて、この暗電流サンプルの線を積分器36
に送る。
送り出されているときCレジスタ13のクロッキングが
停止するのに応じて生ずる。(Cレジスタ13のクロッ
キングは、フィールド帰線期間中のCCD撮像撮像0の
シャッタ開放による転送ぼけスパイクにより残留電荷の
最初の数行が汚染されたとき、それを読取った後止める
ことができる。)とのCレジスタのクロッキングの中止
は、積分された暗電流のレベルがCレジスタ13の出力
の電位計段で感知される前にCレジスタ13の電荷転送
チャンネルに形成されるため、電荷感知動作における誤
差がない点で有利である。フィールド転送の終る前に電
荷の感知を行い、Cレジスタ13のクロッキングを再開
して、Bレジスタ12から送り出された残留電荷のさら
に前の行だけを累積することもできる。このようにして
、Cレジスタ13のクロッキングが再開されるまでに、
Bレジスタ12からCレジスタ13に送り込まれた残留
暗電流の列数を選択し、感知した電荷の振幅の上昇によ
る電荷感知用電位計段の過負荷を防ぐことができる。(
CCD撮像撮像0がフィールド帰線期間中シャッタ開放
状態で動作する場合は、フィールド転送終了前に電荷の
感知を行うとフィールド転送の終りの転送ぼけスパイク
に対する応答が防がれる。)Cレジスタ13のクロッキ
ングが再開され、そのレジスタに累積された暗電流の行
に対するサンプル応答の線が出力線路15を介してCC
D撮像撮像0から送り出されると、線ゲート37がクロ
ック発生器20から制御線路24eを介して供給される
パルスに応じて、この暗電流サンプルの線を積分器36
に送る。
積分器36はこの暗電流サンプルの線に応じてCCD撮
像撮像0の出力信号に付随する暗電流ノイズを間接的に
測定する信号を発生する。
像撮像0の出力信号に付随する暗電流ノイズを間接的に
測定する信号を発生する。
フィールド転送型CCD撮像器10のBレジスタ12の
Aレジスタ11と反対の端の電荷の行がフィールド掃引
期間の(他の可能な回路におけるように後期ではなく)
前期に送シ出されると、帰線期間に送り出された累積暗
電流がBレジスタ12のAレジスタ11に近い部分から
の暗電流の貢献分をより多く含む。これは暗電流に対す
る最大感度がAレジスタ11に近い撮像器の中央の方に
あり、暗電流の測定値がAまたはBレジスタに沿って設
けた温度感知装置からの出力よりCCD撮像撮像器の半
導体ダイスの平均温度の良い指標であることを意味する
。
Aレジスタ11と反対の端の電荷の行がフィールド掃引
期間の(他の可能な回路におけるように後期ではなく)
前期に送シ出されると、帰線期間に送り出された累積暗
電流がBレジスタ12のAレジスタ11に近い部分から
の暗電流の貢献分をより多く含む。これは暗電流に対す
る最大感度がAレジスタ11に近い撮像器の中央の方に
あり、暗電流の測定値がAまたはBレジスタに沿って設
けた温度感知装置からの出力よりCCD撮像撮像器の半
導体ダイスの平均温度の良い指標であることを意味する
。
第5図はフィールド伝送中遮光されるCODカメラに使
用し得る回路配置を示す。この配置によると、Aレジス
タ11の遮光部分すなわちAレジスタ11のBレジスタ
12に近い最後の数行に累積された暗電流の積分ができ
る。フィールド帰線中にBレジスタ12に転送されたこ
の最後数行の電荷は、最初にBレジスタ12からCレジ
スタ13に送り出されるものである。ゲート38はこの
フィールド掃引中の初期の1本またはそれ以上の線期間
中に制御線路24fを介してクロック発生器20から供
給されるパルスに応じて、Aレジスタ11の濾光された
行で生成する累積暗電流を積分器36の入力に選定する
。これは線掃引の残部中のようにCレジスタのクロッキ
ングによって行うことも、また、後の線掃引1でCレジ
スタ13のクロッキングを中止し、Cレジスタ13に電
荷を累積させてゲート38が積分器36の入力に選定し
た信号の振幅を増大させることにより行うこともできる
。何れの場合もこの一般的方法はCCD撮像器用の遮光
マスクのAレジスタ上のその端縁の下側に光がほとんど
入り込まないことを要する。この方法をとるときは、上
面にCCD撮像撮像器が形成される薄肉半導体基板の背
面にマスクを被着するのが最もよい。
用し得る回路配置を示す。この配置によると、Aレジス
タ11の遮光部分すなわちAレジスタ11のBレジスタ
12に近い最後の数行に累積された暗電流の積分ができ
る。フィールド帰線中にBレジスタ12に転送されたこ
の最後数行の電荷は、最初にBレジスタ12からCレジ
スタ13に送り出されるものである。ゲート38はこの
フィールド掃引中の初期の1本またはそれ以上の線期間
中に制御線路24fを介してクロック発生器20から供
給されるパルスに応じて、Aレジスタ11の濾光された
行で生成する累積暗電流を積分器36の入力に選定する
。これは線掃引の残部中のようにCレジスタのクロッキ
ングによって行うことも、また、後の線掃引1でCレジ
スタ13のクロッキングを中止し、Cレジスタ13に電
荷を累積させてゲート38が積分器36の入力に選定し
た信号の振幅を増大させることにより行うこともできる
。何れの場合もこの一般的方法はCCD撮像器用の遮光
マスクのAレジスタ上のその端縁の下側に光がほとんど
入り込まないことを要する。この方法をとるときは、上
面にCCD撮像撮像器が形成される薄肉半導体基板の背
面にマスクを被着するのが最もよい。
撮像器10のCレジスタ13から出力信号を取出す方法
を考える。図にはCレジスタ13の出力が2つ示されて
いるが、映像出力信号が1つの撮像器を用いることもで
きる。このような信号を受信するフィールド帰線ゲート
31または線ゲート37は端型・流ノイズの間接測定に
要する信号を分離するもので、映像出力信号の選ばれな
かった部分が同期パルス(および用いられておれば等化
パルス)の挿入のため後続の処理増幅器に供給される形
式で作ることができる。出力信号はCレジスタ13の最
後のドレン結線から取出すことができ、従ってフィール
ド帰線期間中に測定された累積暗電流はウェル一杯の電
荷に関係し、電位計段の変換利得またはこの段の電界効
果トランジスタに付随するフリッカ−ノイズに関係しな
い。
を考える。図にはCレジスタ13の出力が2つ示されて
いるが、映像出力信号が1つの撮像器を用いることもで
きる。このような信号を受信するフィールド帰線ゲート
31または線ゲート37は端型・流ノイズの間接測定に
要する信号を分離するもので、映像出力信号の選ばれな
かった部分が同期パルス(および用いられておれば等化
パルス)の挿入のため後続の処理増幅器に供給される形
式で作ることができる。出力信号はCレジスタ13の最
後のドレン結線から取出すことができ、従ってフィール
ド帰線期間中に測定された累積暗電流はウェル一杯の電
荷に関係し、電位計段の変換利得またはこの段の電界効
果トランジスタに付随するフリッカ−ノイズに関係しな
い。
また、第1図ないし第5図の上記説明で仮定したように
、電界効果トランジスタを電位計として用いて電荷の大
きさを電圧(または電流)信号に変換する浮動ゲートま
たは浮動拡散段により、Cレジスタ13から出力信号を
取出すこともできる。
、電界効果トランジスタを電位計として用いて電荷の大
きさを電圧(または電流)信号に変換する浮動ゲートま
たは浮動拡散段により、Cレジスタ13から出力信号を
取出すこともできる。
このとき電位計の利得は暗電流ノイズ測定における因子
であると共に出力映像信号振幅とCCDレジスタのウェ
ル一杯の電荷の比における因子である。このような回路
配置では、電位計の出力信号をCレジスタ13のクロッ
キング周波数の高’FA波で同期的に検波し、電界効果
トランジスタの7リツカーノイズを抑制することが望捷
しい。
であると共に出力映像信号振幅とCCDレジスタのウェ
ル一杯の電荷の比における因子である。このような回路
配置では、電位計の出力信号をCレジスタ13のクロッ
キング周波数の高’FA波で同期的に検波し、電界効果
トランジスタの7リツカーノイズを抑制することが望捷
しい。
第6図はこのような同期検波をサンプル・アンド・ホー
ルド回路40で行うCCD撮像撮像器の出力結線を示す
。サンプル・アンド・ホールド回路40はCCD撮像撮
像器の出力信号中のベースバンド周波数スペクトルを抑
圧する高域1慮波器39に続き、その出力信号は第2図
のゲート31、第3図のゲート31、第4図のゲート3
7または第5図のゲート38に対応するゲート41の入
力信号として用いられる。
ルド回路40で行うCCD撮像撮像器の出力結線を示す
。サンプル・アンド・ホールド回路40はCCD撮像撮
像器の出力信号中のベースバンド周波数スペクトルを抑
圧する高域1慮波器39に続き、その出力信号は第2図
のゲート31、第3図のゲート31、第4図のゲート3
7または第5図のゲート38に対応するゲート41の入
力信号として用いられる。
暗電流ノイズ抑制のだめのCCD撮像器の冷却により、
暗電流に由来するフィールトンエージングの問題がなく
なるが、場合によっては電力保存のため熱電式冷却を中
止し得るようにすることが望ましい。あるフィールドに
おいて各線毎に黒レベルに差があると、暗電流ノイズが
各線毎に増大するため、フィールドシェージングが起る
。このフィールドシェージングは前記米国特許願第38
2422号において本願発明者が述べたように、暗電流
測定値に由来する補償信号を発生することにより、補償
することができる。これを行うときは、上述の暗電流測
定用のものと同じ装置をフィールトンエージング補償信
号の発生に用いることができる。
暗電流に由来するフィールトンエージングの問題がなく
なるが、場合によっては電力保存のため熱電式冷却を中
止し得るようにすることが望ましい。あるフィールドに
おいて各線毎に黒レベルに差があると、暗電流ノイズが
各線毎に増大するため、フィールドシェージングが起る
。このフィールドシェージングは前記米国特許願第38
2422号において本願発明者が述べたように、暗電流
測定値に由来する補償信号を発生することにより、補償
することができる。これを行うときは、上述の暗電流測
定用のものと同じ装置をフィールトンエージング補償信
号の発生に用いることができる。
この発明はまた背面を熱電式冷却器で冷却した前面照射
型の撮像器にも適用し得る。この構成は例えば線間転送
型のCCD撮像器に対して用いられるが、線間転送型C
CD撮像器は通常フィールド帰線期間はクロッキングさ
れない。この発明を実施するためこれをフィールド帰線
中クロッキングすると、その前のフィールド中に累積さ
れた暗電流電荷が除かれて、次のフィールドの画像応答
に上下のフィールドシェージングを誘導する傾向がある
。しかし、この傾向は、撮像器の冷却によってフィール
ドシェージングを生ずる暗電流が十分減少し、フィール
ドシェージングが無視し得る程小さくなるため、問題に
はならない。
型の撮像器にも適用し得る。この構成は例えば線間転送
型のCCD撮像器に対して用いられるが、線間転送型C
CD撮像器は通常フィールド帰線期間はクロッキングさ
れない。この発明を実施するためこれをフィールド帰線
中クロッキングすると、その前のフィールド中に累積さ
れた暗電流電荷が除かれて、次のフィールドの画像応答
に上下のフィールドシェージングを誘導する傾向がある
。しかし、この傾向は、撮像器の冷却によってフィール
ドシェージングを生ずる暗電流が十分減少し、フィール
ドシェージングが無視し得る程小さくなるため、問題に
はならない。
また、線間転送型のCCD撮像器に遮光された余分の列
を設け、感光素子から電荷を供給しないようにすること
もでき、水平帰線期間中に累積暗電流を除去し積分して
暗電流ノイズを間接的に測定する信号を生成する。この
技法はフィールド転送型のCCD撮像器にも用いること
ができるが、暗電流感知が撮像型全体に分配されずにそ
の側方に局限される点において、この発明の実施例とし
ては余り好ましくない。また撮像器のダイス面積の保存
の点からも、その面積の相当部分を暗電流の測定だけに
提供することは望ましくない。
を設け、感光素子から電荷を供給しないようにすること
もでき、水平帰線期間中に累積暗電流を除去し積分して
暗電流ノイズを間接的に測定する信号を生成する。この
技法はフィールド転送型のCCD撮像器にも用いること
ができるが、暗電流感知が撮像型全体に分配されずにそ
の側方に局限される点において、この発明の実施例とし
ては余り好ましくない。また撮像器のダイス面積の保存
の点からも、その面積の相当部分を暗電流の測定だけに
提供することは望ましくない。
第1図は熱電式冷却器を持つCCDカメラの分解図と七
〇熱電式冷却器を動作させてこの発明により暗電流ノイ
ズを制御する電子回路の一例ブロック図を示す図、第2
図、第3図および第4図はこの発明によりフィールド転
送型CCD撮像器のBレジスタの残留暗電流を測定する
装置のブロック回路図、第5図はこの発明によりAレジ
スタの遮光された行に累積した暗電流を測定する装置の
ブロック回路図、第6図は第1図ないし第5図の装置に
関して導入し得る変形のブロック回路図でちる。 10 、20・・・回路、11.12.13・・・CC
D配列、30.26・・・測定手段、28・・・冷却器
制御回路、7・・・冷却手段。 特許出願人 アールシーニー コーポレーション代理人
清水 哲ほか2名 才2図 ’!3図 才5図 60
〇熱電式冷却器を動作させてこの発明により暗電流ノイ
ズを制御する電子回路の一例ブロック図を示す図、第2
図、第3図および第4図はこの発明によりフィールド転
送型CCD撮像器のBレジスタの残留暗電流を測定する
装置のブロック回路図、第5図はこの発明によりAレジ
スタの遮光された行に累積した暗電流を測定する装置の
ブロック回路図、第6図は第1図ないし第5図の装置に
関して導入し得る変形のブロック回路図でちる。 10 、20・・・回路、11.12.13・・・CC
D配列、30.26・・・測定手段、28・・・冷却器
制御回路、7・・・冷却手段。 特許出願人 アールシーニー コーポレーション代理人
清水 哲ほか2名 才2図 ’!3図 才5図 60
Claims (2)
- (1)ecD配列を含み、半導体ダイス上に集積された
回路において、このダイスと回路の温度に直接関係する
レベルの側熱信号を発生する測定手段と、上記側熱信号
の基準レベル超過量に直接関係するレベルの制御信号を
発生する冷却器制御回路網と、上記ダイスに熱的に結合
され、上記制御信号に応じてその制御信号のレベルに関
係する割合で上記ダイスから熱を除去する冷却手段とを
含み、上記測定手段が、上記半導体ダイスの一部におけ
る暗電流電荷の累積に応じて上記側熱信号を発生し、こ
れによって上記COD〜配列内の暗電流のレベルを所定
レベル以下に維持する形式のものであることを特徴とす
る回路動作制御用サーボ機構。 - (2)上記ダイス上に集積された上記回路を含む固体撮
像器が上記COD配列内に形成されたレジスタを有すル
蒔許請求の範囲(1)のサーボ機構を備えたテレビジョ
ンカメラであって、上記レジスタがある時間にそのカメ
ラの受ける画像を表わす電荷サンプルを保持し、上記レ
ジスタの少くとも一部が受ける画像ふく射から遮へいさ
れていて、集積された暗電流だけを表わす電荷サンプル
を他の時間に保持し、上記測定手段が上記レジスタの遮
へいされた部分から上記他の時間に取られた上記暗電流
電荷サンプルを上記画像表示電荷ザンブルから分離する
と共に、上記暗電流ザンプルのレベルを上記基準レベル
に比較して上記側熱信号を発生し、これによって上記撮
像器の生成する映像出力信号に付随する暗電流ノイズの
レベルが所定限度に限定されるようにしたことを特徴と
するテレビジョンカメラ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US571719 | 1984-01-18 | ||
US06/571,719 US4551762A (en) | 1984-01-18 | 1984-01-18 | Dark-current level regulation in solid-state devices |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60162387A true JPS60162387A (ja) | 1985-08-24 |
JPH0426274B2 JPH0426274B2 (ja) | 1992-05-06 |
Family
ID=24284767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60007341A Granted JPS60162387A (ja) | 1984-01-18 | 1985-01-17 | 回路動作制御用サーボ機構 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4551762A (ja) |
JP (1) | JPS60162387A (ja) |
KR (1) | KR900000360B1 (ja) |
DE (1) | DE3501407C2 (ja) |
FR (1) | FR2560439B1 (ja) |
GB (1) | GB2153183B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS6319978A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Leo Giken:Kk | 固体イメ−ジセンサの暗電流低減装置 |
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- 1985-01-18 FR FR8500749A patent/FR2560439B1/fr not_active Expired - Lifetime
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DE3501407C2 (de) | 1986-08-28 |
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FR2560439A1 (fr) | 1985-08-30 |
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