JPS6142911B2

JPS6142911B2 -

Info

Publication number: JPS6142911B2
Application number: JP53077054A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Hamada
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1978-06-27
Publication date: 1986-09-24
Also published as: JPS554155A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、固体撮像装置の電荷転送時に発生す
る暗電流雑音の除去方式に関する。

一般に、固体撮像装置（以下CCDと呼ぶ）
は、入力光を、その光量に応じた電荷に変換し蓄
積する光電変換部と、その蓄積された電荷を転送
するために前記光電変換部の両側に２系列に配置
された電荷転送レジスタ部と、転送されてきた電
荷を検知して出力する信号出力部から構成されて
いる。この種のシリコンを素材とする装置におい
ては、暗電流特性が問題になる。このCCDにお
いても、その機能構成が電荷蓄積型であるため、
必要とする撮像電荷に暗電流によつて発生した電
荷が加えられて出力される。

この暗電流雑音成分を除くため、従来は(1)
CCD信号出力の処理回路に暗電流雑音成分に見
合つた電圧レベルのオフセツトを掛け、見かけ
上、暗電流雑音成分を除く方式や、(2)CCDが例
えば、衛星、航空機など遠方に位置し、装置の作
業者がCCDを直接操作できない場合、(1)の方式
の他、使用するCCDの特性を予め測定してお
き、送られてきたCCDのデータを装置の温度環
境情報などをもとに補正する方式、などが行なわ
れてきた。しかし、暗電流雑音は、周囲の温度に
密接に依存しており、温度変動により、CCDの
暗電流雑音成分も変化するので、前述(1)，(2)の方
式とも、これを補償するのにかなり複雑な構成と
なる欠点があつた。また前記(2)の方式において
は、データ伝送過程であるアナログ・デジタル変
換時における量子化誤差や、CCDを長時間運用
する事による特性変化によつて初期の特性との差
が大きくなることがあるので暗電流雑音成分の補
正ができなくなる、などの問題があつた。

本発明の目的は暗電流除去装置の構成を複雑化
することなく温度および経時変化の影響を除去で
きることはもちろんデータ伝送過程におけるＡ／
Ｄ変換時の量子化誤差を少なくして高精度で暗電
流雑音成分の除去を行なえるようにした固体撮像
装置の暗電流除去方式を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明による固体撮
像装置の暗電流雑音除去方式は光電変換部と、前
記変換部に蓄積された電荷を転送する電荷転送レ
ジスタ部を有する固体撮像装置において、前記転
送レジスタの転送回数を前記光電変換部で得られ
る撮影信号のビツト数より多く設定し、撮影信号
成分と暗電流雑音成分を含む撮像信号と前記余剰
転送により得られる暗電流雑音成分のみを含む信
号を得て、前記撮像信号を第１の増幅器で増幅
し、前記暗電流雑音成分を前記第１の増幅器の利
得より大きな利得を有する第２の増幅器で増幅
し、これら増幅器出力信号を伝送し、受信側で、
受信信号中の撮像信号から暗電流雑音成分のみを
含む信号を減算することにより撮像信号を得るよ
うに構成してある。

上記構成によれば、本発明の目的は完全に達成
できる。

以下図面等を参照して、本発明をさらに詳しく
説明する。

第１図は一般的な固体撮像装置（CCD）の構
成を示す略図である。

この図において、１，２，…，３，４は、入力
光をその光量に応じて電荷に変換し、蓄積するフ
オトゲート電極からなる光電変換部である。５ａ
と５ｂはフオトゲート電極列の奇数番、偶数番毎
に、各々の蓄積電荷を二系列の電荷転送レジスタ
６ａ，６ｂに転送するトランスフアゲート電極で
ある。１０ａ，１１ａ，…，１２ａ，１３ａと１
０ｂ，１１ｂ，…，１２ｂ，１３ｂはそれぞれ、
６ａ，６ｂ両電荷転送レジスタにおける電荷転送
ゲート、１４は電荷転送レジスタ部の出力ゲート
である。PGはフオトゲート信号、TGはトランス
フアゲート信号を示す。ここで６ａ，６ｂ両電荷
転送ゲートに加えられる転送ゲートφ_１，φ_２
（転送クロツク）は互いに半周期ずれており、フ
オトゲートから読み出された電荷を１０ａから１
３ａ，１０ｂから１３ｂに転送する。図からわか
るように、出力ゲートには、６ａ，６ｂか交互
に、すなわち、フオトゲート電極列の１，２，
…，３，４の順に、電荷が転送されてくる。同図
中１５は拡散領域、１６はリセツトゲート電極、
１７はそのドレイン電極、１８はCCDの出力ア
ンプを示す。リセツトゲート電極１６に印加され
るリセツト信号によつてリセツト電圧Ｖ_DRが印加
された拡散領域に、出力ゲート１４を介して転送
電荷が読出されると、拡散領域の電位が変化す
る。出力アンプ１８はそれを検知増幅して、装置
から出力する。第２図は、その信号出力波形
Voutとリセツト波形の一例を示すグラフであ
る。これらの信号Voutは、各々暗電流雑音成分
を含んでいる。この暗電流雑音成分のほとんど大
部分が、転送レジスタ内で生じることも知られて
いる。転送レジスタ部を常時作動させておくこと
により、局所的に発生するものも含めて、CCD
出力においてその信号中の暗電流雑音成分は一様
に均一化することが可能である。すなわち本発明
方式では転送レジスタにおける転送回数を撮像信
号数より多く設定し、その分、トランスフアゲー
ト信号のタイミングを遅く設定することにより、
第２図にも示してあるように、撮像データパルス
の伝送時間の他に空のスペースを少くとも１ビツ
ト以上設けて、そこで、撮像電荷成分を含まない
信号を得るようにしてある。

電荷転送レジスタの余剰転送すなわち空送りさ
せることにより、電荷転送レジスタ内における暗
電流雑音成分のみからなる信号を出力させる。第
２図における、アイとウエはその信号を示してい
る。

第３図は転送クロツクφ_１，φ_２、ホトゲート
信号PG、トランスフアゲート信号TG、リセツト
信号の関係を示すタイムチヤートである。この実
施例では余剰転送数を２個としてあるが１個にし
ても本発明の効果は得られる。

しかし撮像部に過大な光が入射する場合などを
考慮すると余剰転送数を多くした方が通常の雑音
暗電流成分が得られる。

第４図はCCD出力の処理回路の参考例を示す
回路図である。図において１８は、先に第１図に
示したCCDの出力アンプである。１９は撮像信
号用アンプ、２０は暗電流雑音用アンプ、２１は
電圧保持回路、２２は信号路切換スイツチ、２３
は差動アンプである。２４はCCD駆動信号発生
器であつて、CCDにPG、TG、φ_１，φ_２、リセ
ツト信号を供給している。スイツチ２２はスイツ
チ制御回路２５により制御される。スイツチ制御
回路２５はTG（あるいはPG）に同期した信号を
発生し、スイツチ２２を制御しCCDの出力をそ
の出力信号が撮像成分を含んでいる場合は、アン
プ１９に接続し、CCD出力が暗電流雑音成分の
みの信号時には、アンプ２０に接続する。アンプ
２０の後に設けられている電圧保持回路２１は、
スイツチ２２がアンプ１９に接続している期間中
暗電流雑音成分のレベルを保持し、差動アンプ２
３に出力を供給している。差動アンプ２３により
撮像信号から暗電流雑音成分を除去した撮影信号
が得られる。

第５図は第４図に示した回路の動作を説明する
ための波形図である。

CCDの出力端にはVoutに示すように余剰転送
期間にア、イ、およびウ、エに示す暗電流雑音成
分Ｎのみの信号、および撮像信号ビツト転送期間
に撮像信号Sxと前記雑音信号Ｎとの和の撮像信
号（S₁＋Ｎ）（S₂＋Ｎ）……（S₄＋Ｎ）が現われ
る。トランスフア信号TGの期間に光電変換部
１，２……３，４から前述した電荷転送ゲート６
ａ，６ｂに撮影信号（S₁……S₄）が移されるとと
もに、この信号に同期してスイツチ２２に信号
SWが供給される。SWが１のときは、前記Vout
はアンプ２０に、零のときは１９に接続される。
１９の出力には撮像信号のみが現われ、２０の出
力には前記暗電流出力成分ＮおよびN′のみが現
われる。

このアンプ２０の出力は、ＮおよびN′のそれ
ぞれイおよびエの出力にホールドされる。差動ア
ンプ２３の出力には暗電流雑音成分Ｎを引いた撮
影信号S₁……S₄のみが現われ雑音成分は完全に除
去される。次のサイクルではN′を引いた撮影信
号が現われる。

第６図は本発明の実施例を示す回路図である。
本実施例はCCDが衛星などに搭載され、きわめ
て遠方にある場合、暗電流雑音について、その情
報を得る必要がある場合に適している。

第６図において、２２′は信号切換スイツチ
で、第４図で説明したスイツチ２２と同じタイミ
ングで動作する。２６はＡ／Ｄ変換器で、アナロ
グ信号をデジタル信号に変換し、送信回路に出力
する。暗電流成分は通常は小さい為、そのままで
伝送してはＡ／Ｄ変換の際の量子化誤差の影響が
大きくなるので、アンプ２０のゲインを１９のそ
れより大きくしてあり、暗電流雑音成分を含んだ
撮像信号と暗電流成分のみのデータをそれぞれ独
立して高精度で伝送することができる。

この出力を受信しＤ／Ａ変換すると第５図
Voutに示すような波形が得られ、これを前述し
たように処理して暗電流雑音成分を除去すること
ができる。

またデジタル処理し、その結果をＤ／Ａ変換す
ることにより第５図に示す２３の出力に相当する
信号を得ることもできる。

以上、説明したように本発明は転送レジスタの
転送回数を光電変換部で得られる撮像信号のビツ
ト数より多く設定し、撮像信号成分と暗電流成分
を含む撮像信号のほかに暗電流雑音成分のみの信
号を得て、それぞれの信号を別個に増幅し、その
際暗電流成分のみの信号の増幅を撮像信号のそれ
より利得を大きくして増幅し、これら信号を伝送
した後、撮像信号より暗電流成分のみを減算する
ように構成したものである。

したがつて、前述した従来の方式、すなわち、
暗電流雑音成分に相当するオフセツトをかける方
式や、既知特性データを利用した推測により補正
方式などにより直接的な雑音成分の除去が可能と
なることはもちろんその装置の特性変化や、その
環境状態などについて多くの情報を含む暗電流雑
音を、撮像信号の増幅器の利得より大きな利得で
増幅して撮像信号とともに遠隔地に伝送するの
で、衛星のような遠方にCCDがある場合にＡ／
Ｄ変換して伝送する際、量子化誤差の影響を受け
ずに高精度で伝送できる。したがつて本発明方式
に用いられる暗電流雑音のみの信号を利用して衛
星の環境状態等を高精度で推定することが可能に
なつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的な固体撮像装置の概略平面
図、第２図は、第１図に示した装置の出力波形を
示すタイムチヤート、第３図は、第１図に示した
装置の動作を説明のためのタイムチヤート、第４
図はCCD出力の処理回路の参考例を示す回路
図、第５図は第６図に示した装置の実施例を示す
タイムチヤート、第６図は本発明の実施例を示す
回路図である。１，２，……，３，４…撮像装置の光電変換部
のフオトゲート電極、５ａ，５ｂ…トランスフア
ゲート電極、６ａ，６ｂ…電荷転送レジスタ、１
４…出力ゲート、１５…拡散領域、１６…リセツ
トゲート電極、１８…CCDの出力アンプ、１９
…撮像信号用アンプ、２０…暗電流雑音用アン
プ、２１…電圧保持回路、２２，２２′…スイツ
チ、２３…差動アンプ、２４…CCD駆動信号発
生器、２５…スイツチ制御回路、２６…Ａ／Ｄ変
換器。

Claims

【特許請求の範囲】

１光電変換部と、前記変換部に蓄積された電荷
を転送する電荷転送レジスタ部を有する固体撮像
装置において、前記転送レジスタの転送回数を前
記光電変換部で得られる撮影信号のビツト数より
多く設定し、撮影信号成分と暗電流雑音成分を含
む撮像信号と前記余剰転送により得られる暗電流
雑音成分のみを含む信号を得て、前記撮像信号を
第１の増幅器で増幅し、前記暗電流雑音成分を前
記第１の増幅器の利得より大きな利得を有する第
２の増幅器で増幅し、これら増幅器出力信号を伝
送し、受信側で、受信信号中の撮像信号から暗電
流雑音成分のみを含む信号を減算することにより
撮像信号を得るように構成したことを特徴とする
固体撮像装置の暗電流雑音除去方式。