JPS62265575A - 暗電流補償装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放射検出装置における暗電流補償装置に関する
。

〔従来の技術〕

カメラの自動焦点回路のような光学装置においては、受
光量を測定するのに、特に電荷結合デバイス（以下ＣＣ
Ｄと呼ぶ）形の光検出器が広く使われている。

例えば、ノーマン・エル・スタウフア−の米国特許第４
．１８５．１９１号には複数の小レンズの後に複数のＣ
ＣＤをベアにして配置したＴＴＬ　（レンズ透過）形自
動焦点装置が記載されている。個々のＣＣＤの出力の比
較により信号が作られ、この信号により装置はレンズに
対して適正な焦点位置を定めることができる。この装置
では個々の検出器に生じた電荷は取り出され、シフトレ
ジスタに転送され、上記米国特許に記載の方法で比較さ
れる。

ノーマン・エル・スタウフア−とテニス・ジエイ・ウィ
ルワーデイングの米国特許第４，２４９，０７３号、ジ
ェイムス・ディー・ジョセフとテニス・ジェイ・ウィル
ワーデイングの米国特許第４，２５０゜３７６号、ノー
マン・エル・スタウファートテニス・ジェイ・ウイルワ
ーデイングの米国特許第４＋２０４．３３０号およびリ
チャード・エイ・ラングライス、フランシス・ティ・オ
ガワおよびテニス・ジエイ・ウィルワーディングの米国
特許第４，３３３．ＯＱＴ号には一眼レフカメラでＣＯ
Ｄ検出器を使用した自動焦点装置のさらに進んだものが
開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらのすべての装置においては“暗電流”（ｄａｒｋ
　ｃｕｒｒｅｎｔ）として知られる現象があり、この暗
電流は光センサが検知した光量とは関係なく、他の外囲
因子、熱が主たるものであるが、によって生ずるもので
ある。暗電流信号は検知光量による信号に重畳されるが
その値は検出器間で差はなくほぼ一定値である。したが
って、検出器の出力は必要な信号より大きいけれども、
検出した光量をなお表わしており、ある種の回路におい
ては暗電流信号成分が信号に含まれていても特別な問題
は生じない。しかしながら、ある電子装置（例えばＡ／
Ｄ変換器）においては最大入力容量があって、入力信号
がこれを超えると情報の欠損が生じ自動焦点検出の誤動
作となることが判っている。

検出器からの信号の大きさを減らすには検出器の受光部
のサイズを減らせばよいが、そうすると装置の感度が低
下する。

この問題のひとつの解決法は個々の信号から暗電流に相
当する信号値と減算して後入力容量に制限のある電子回
路に入力することである。

今まではこの暗電流の大きさを決めることならびに自動
焦点回路の非常に速い動作の間に、この減算を行うこと
が困難であった。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の特許に開示されているように、個々の検出器から
の信号はシフトレジスタに並列に入力され直列に出力さ
れる。実際のところではシフトレジスタからの最初のい
くつかのシフトは、“空バケット”シフトであって、こ
の中には検出した光量についての情報はなにも含まれて
いない。本発明はシフトレジスタからの“空バケット”
出力のひとつに装置に対する補償信号を供給することに
よって暗電流の問題を解決するものである。例へばシフ
トレジスタの３番目の“空バケット”が検出器の暗電流
を表わす電荷を有しているとすれば、他の放射検出信号
を含んだ各バケット出力が次段の高感度電子回路に入力
される前に、この３番目の信号値を減数値として利用す
ることができる。

この処理をするひとつの方法は検出器を１個付加し、こ
れに対して入射線を遮断し、かつ、これを他の検出器と
同一の周囲条件下におくことによってこの検出器がシフ
トレジスタの３番目のバケットに入れる暗電流値を発生
させることである。ついでこの信号がシフトレジスタか
ら出て来たときに、その値を出力回路のフローテングゲ
イトによって形成されたサンプルホールド回路にストア
して、シフトレジスタからの他の信号値からこの値を減
算する。

〔実施例〕

第１図の従来の技術で見られるようなＣＣＤシフトレジ
スタの最初の９ケのバケットの出力を示すグラフである
。矩形波１０はバケット１〜９の内容を示している。図
示の通りそれぞれのバケットには装置内での一般的なノ
イズレベル（バックグランドノイズ）による小さい値の
電荷がある。

この小さな信号は基準レベルと称され一般的にすべての
バケットに対して等しい。通常この信号はシステム内で
補正され特に問題は生じない。スタート信号が与えられ
ると、第３図に関連して述べるように、ＣＯＤ検出器は
蓄えていた電荷をＣＣＤに接続されているバケットへ移
す（この例では４．６および８のバケットが最初の３ケ
の検出器からの電荷を受は取る）。検出器の電荷はそれ
ぞれの検出器が受けた光量に対応するものだけではなく
、検出器に影響を及ぼすような周囲条件、主として温度
、によって生じた“暗電流°を含んでいる。通例として
最初の３ケのバケットは空にするがその個数は変えるこ
とができる。さらに空バケット信号のひとつを小さい基
準レベル電荷に対する出力の補正を行うのに使うことが
できる。更に詳述すれば第１図では、クロックサンプル
１２に基準レベル信号を取り出したいときパルス１４が
発生する（この例では第３バケツトにおいて）。

すると３番目のバケットの電荷量はシフトレジスタで通
常行われているように基４ルベル信号を生ずるよう動作
する。

シフトレジスタは動作を続けるので第１の検出器は自己
の信号を矩形パルス１６で示されているようにバケット
４の中に移す。そして第１図で見られるように、このパ
ルスは、暗電流レベルを表わす斜線部分１８を含んでい
る。次のバケット５は空で、次に並んだ第２の検出器は
矩形パルス２０で示されているようにその電荷をバケッ
ト６の中に移す。矩形パルス２０もまた暗電流を示す部
分２２を含んでいる。次のバケット７は空バケットであ
る。次に並んだ第３の検出器はその電荷をバケット８に
移すがこれも矩形パルス２６が示すように暗電流を表わ
す斜線部分２８をやはり含んでいる。最後にバケット９
も空である。勿論、連鎖になったバケットは多数あるが
筒車のため第１図では３ケの検出器の出力のみが示しで
ある。

バケット８は基準レベルの電荷および暗電流の電荷に加
えて比較的大きな光検出の電荷を存しており、この全電
荷の大きさは破線３０で示された電子回路上限レベルを
超えるものとなっていることが判る。このためバケット
８からの信号は先端が削りとられて（クリッピングとよ
ぶ）、レベル３０より上の部分３２を含まないものとな
る。この結果、第３の検出器による放射検出量は誤まっ
て得られ、誤った焦点状態が生ずるであろう。

第２図は本発明が適用されたときの状態を示すものであ
る。前と同様に矩形波１０はバケット１〜９の中の電荷
を表わすものとして示されており、ここでも装置内で生
じるノイズによる少量の電荷がある。また、パルス１４
を有するクロックサンプル信号１２は通常の方法で基準
レベル信号を発生するために使用されている。しかし、
第２図においては、第３図に関連してさらに説明される
ように、バケット３の電荷は小ノイズレベル信号だけで
はなく暗電流の信号部分１５も含んでいる。

この１３号は配列の最初にある正規の検出部より上流側
に設置されるが放射検出は遮蔽されている特別の検出器
によって発生される。こうしてこの特別の検出器の信号
だけが暗電流によるものとなる。

従って、バケット３の電荷は暗電流信号を含んだ大きさ
のものとなり、破線４０で示される新しい基準レベルを
つくるための回路にこれを利用することができる。これ
の効果としては電子回路のレンジが増加し、破線４２で
示される最上限レベルは矩形パルス２６のピーク３２よ
りも高い。なぜなら電子回路の最上限レベルは基準レベ
ルから第１図と同じ幅をもっているためである。信号３
２はもはや先端を削られることがないので、出力に誤差
を生じないことが判る。

第３図を参照して説明するに、視野内からの放射線は複
数の小レンズ（図示せず）を通り、矢印５０で示される
ような線に沿って複数の検出器ペアに向けられる。簡略
して第３図では２′！Ｊｉの検出器ペアのみが示されて
おり、最初のペアはＡ検出器５２とＢ検出器５４を有し
、第２のペアはＡ検出器５６およびＢ検出器５８を有し
、最後に昭電流検出器として設けた１ケの検出器はこれ
に組合わされるようなペアになる検出器をもたないもの
として示されている。これは各ペアの左側の“Ｂ”検出
器と同形で示されているが、各ペアの右側の“Ａ″検出
器と同形でもよいことは言うまでもない。

第３図の検出器はそれぞれ第１ゲート６５に接続されて
おり、すべての第１ゲート６５はΦＴで表わされる信号
源に電気的に相互接続されている。

ΦＴスタート信号が装置に与えられると、ＡおよびＢ検
出器５２〜５８に蓄えられた全電荷および検出部６０に
ある暗電流電荷は、これらに組合わされたゲート６５の
中に移される。暗電流検出器６０は点線で示すような放
射遮蔽板６８を有し、光がこの暗電流検出器６０に到達
することを防止していることに留意すべきである。した
がって、この検出器の電荷はすべて装置の暗電流による
ものである。

それぞれのゲート６５は次にゲート７０に接続され、こ
のゲート７０はすべてΦ２信号と受信するように電気的
に共通接続されている。φ２信号が増加するとφＴ倍信
号減少し、検出器の電荷は、ゲート６５からゲート７０
の中に移される。それぞれのゲート７０はゲート７５に
接続されていて、ゲート７５はすべてΦ３信号に受信す
るように電気的に共通接続されている。φ３信号が増加
するとφ２信号が減少し、検出器の電荷はゲート７０か
らゲート７５の中に移される。それぞれのゲート７５は
ゲート８０に接続されていて、ゲート８０はすべてφ１
信号を受信するように電気的に共通接続されている。Φ
１信号が増加するとφ３信号が減少し、検出器からの電
荷はすべてゲート７５からゲート８０の中に移される。

第３図では、ゲート８０はシフトレジスタを構成するゲ
ート列のゲートに接続されたものが示されている。図に
示された配列ではゲート８０は参照番号２の関連のゲー
トに接続されている。参照番号２はこの番号が付された
ゲートはすべて以下に述べる動作のため同時にφ２信号
を受信するように接続されていることを示す。シフトレ
ジスタゲ−１・２のそれぞれは右方はシフトレジスタゲ
ート３と、また左方はシフトレジスタ１と接続されゲー
トの鎖を形成しているものが示されている。参照番号１
の付されたゲートはすべてφｌ信号を受信するよう電気
的に接続されており、また、参照番号３の付されたゲー
トはすべてΦ３信号を受信するよう接続されていて次に
述べるような動作を行う。

ゲート１．２および３のそれぞれの下には出力９０およ
びバケット９１〜９７で表された左方に連なる複数のバ
ケットが示されている。最右端に−は参照番号３の最後
のゲートの後にリセットパケット９８が正の電圧源９９
に接続している。参照番号１００の付された右方の出力
ゲートは接続線１０１によって電界効果トランジスタ１
０２のケートへ接続され、またトランジスタ１０２のド
レインは正電圧ａｔｏ３にまたそのソースは出力信号接
続線１０４に接続されている。接続線１０４は自動焦点
装置のＡ／Ｄ変換器（図示せず）のような高感度電子回
路に接続される。トランジスタ１０２の’ノ”−ｈには
、第２の電界効果Ｉ・ランジスタ１０７のソース１０６
が接続線１０５で結ばれ、トランジスタ１０７のドレイ
ンは接続線１０８により基′＄雷電圧と、またゲート１
０９はクロックサンプル信号へ接続されている。

〔動　作〕

スタート信号ΦＴが装置に与えられるとすべての検出器
は前述したようにその電荷をゲート６５に移す。次にΦ
２信号の発生により検出器信号は前述したように参照番
号７０で表わされるゲートに移される。この時点の状況
は第３図に示すとおりである。ここでパケットの唯一の
電荷は参照番号２の付されたゲートの下に存在する電荷
で、これは装置のノイズによる電荷であり、バケット内
の負符号によって示されている。

次の段階では信号Φ３が始まりこのためゲート７０の検
出器の電荷はゲート７５に移され始める。

このとき同様にシフトレジスタの中で参照番号２の付さ
れたゲートに存在するバケット９１〜９７に示されてい
る電荷はすべて参照番号３のゲートに移され始める。次
にΦｌの信号が生しると険出器からの信号はゲート８０
に移され、またシフトレジスタの中では参照番号３のゲ
ートの中の信号は参照番号１のゲートに移される。次の
段階では、信号Φ２が再び与えられゲート８０からの電
荷をシフトレジスタのゲート２に移動する。このときま
でにバケット９０はリセットバケット９８へ移り終え、
バケット９１は出力ゲート１００の下の位置に移動させ
られその中の電荷は接続線１０１を通じて電界効果トラ
ンジスタ１０２に伝送され、出力信号を導線１０４に発
生する。バケット９２は右方に動いて、その結果、図の
バケット９１で示した位置を占める。これと同様なこと
が第３図に示すすべてのバケットについて起こる。した
がって、暗電流検出器６０に接続したゲート８０にあっ
た暗電流の電荷はバケット９３の中に移され、“Ａ”検
出器５６からの電荷はバケット９４に移され、“Ｂ″検
出器５８の電荷はバケット９６に移され”Ａ”検出器５
２の電荷はバケット９７のすく左側のバケット（図示せ
ず）の中に移され、“Ｂ”検出器５４の電荷についても
同様なことが行われる。

信号φ３が次に発生すると、バケット９３の暗電流の電
荷が右に移動し、バケット９４の検出器５６からの電荷
も右に移動し、他も同様で、シフトレジスタの技術とし
て公知のように、φ１．φ２およびφ３の連続した位相
信号の発生にしたがって電荷は漸進的に右方に移動する
。その結果として暗電流検出器６０からの信号および検
出器５２〜５６からの信号は電界効果トランジスタ１０
２へ、かくして、出力１０４へと連続的に供給される。

接続線１０１と出力信号の接続線１０４の電圧は線１０
１の電荷とシフトレジスタの出力ゲート１００の下の電
荷とによって決まる。こうして暗電流とバックグランド
電荷を含んだ信号はこの点で電圧信号に変換される。接
続線１０１の電荷は接続線１０１の電圧と、接続線１０
４の出力信号に影響を与えるので、接続線１０４のスタ
ートの電圧すなわちＡ／Ｄ基卓信号は接続線１０１を所
定の電圧にまで予め充電することにより設定することか
できる。これにより接続線１０４の出力信号は所望のＡ
／Ｄ基準レベルまで効率的にオフセットされる。従来の
技術においてはこの出力回路のり七ノドは第１図で示す
ようにクロックサイクルで行われていた。出力ゲートの
電圧がプリセットされるときに、シフトレジスタの出力
ハケ・ノド９０の中に平均暗電流に比例した信号がある
ようにＣＣＤの構造を変えることによって、回路はすべ
ての信号を効果的に、暗電流に比例した量だけオフセッ
トさせる・ 線１０１に接続された出力トランジスタ１０２のゲート
は、第２のトランジスタが導通状態になることによって
Ａ／Ｄ基準電圧にプリセットされる。これは接続線１０
９のクロックサンプル信号（第１図と第２図に示された
クロックサンプル信号と同じ）に呼応して行われる。ト
ランジスタ１０７が導通のときは接続線１０１は接続線
１０８の基準電圧■に接続される。そしてこの基準電圧
■は接続線１０４の出力信号を所望のＡ／Ｄコンバータ
の基イ１（電圧レベルにさせるに適当な直流電圧である
。接続線１０９にクロックサンプルパルスがないときは
トランジスタ１０７は非導通であり、接続線１０１はフ
ローティングの状態であって、シフトレジスタの出力バ
ケット９０の電荷のレベルの任意の変化に感応する。

かくしてＡ／Ｄ変換器に対する入力からは好ましからざ
る暗電流の信号成分が除かれ、その結果、先行技術によ
る回路に比してより高い精度が得られ、クリッピングも
少なくなる。

本発明は当業者にとって多くの変更が可能であり、好ま
しい実施例の説明とじて特定して開示したものに宋定さ
れるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術において、数個の検出器出力と回路の
上限値との比較を示すグラフである。 第２図は本発明において、第１図と同し信号値から暗電
流成分を減算したものを示す。 第３図はいくつかのＣＣＤ検出器とその出力を受信すべ
く動作するシフトレジスタの配列を示す図である。 ５２．５６：“Ａ″検出器 ５４．５８：“Ｂ″検出器 ６０：暗電流検出器 ６５．７０，７５．ａｏ：ゲート ９０〜９７：バケフト ９８：リセットパケット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の受信バケットの前に少くともひとつの“空バ
   ケット”を有するシフトレジスタの前記受信バケットに
   受光量を表わす信号を転送する複数の光検出器と共に用
   いられる装置であって、該装置は、前記受光量を表わす
   信号に加えて前記光検出器内に発生する暗電流信号を表
   わす出力をシフトレジスタから発生するように動作し、 検出されるべき光線から遮蔽され、受光量を表わす信号
   成分を含まないで暗電流を表わす出力信号を発生する暗
   電流検出器と、 前記“空バケット”に前記暗電流検出器の出力信号を転
   送するように前記暗電流検出器をシフトレジスタに接続
   する手段と、 “空バケット”内の出力信号を受信し、この値を受信バ
   ケット内の各信号から減算するよう動作する受信手段 とから成る暗電流補償装置。 ２、第１項において、 前記受信手段は、 ゲート、ドレインおよびソースを有する第１の電界効果
   トランジスタを含み、該ゲートは出力信号を受信するよ
   うに接続され、該ドレインは基準電圧源に接続され、該
   ソースは次段の電子装置に接続されてなる暗電流補償装
   置。 ３、第２項において、 前記受信手段は、 ゲート、ドレインおよびソースを有する第２の電界効果
   トランジスタを含み、前記第２の電界効果トランジスタ
   のゲートがクロック信号を受信するように接続され、前
   記第２の電界効果トランジスタのドレインは基準電圧を
   受けるように接続され、 前記第２の電界効果トランジスタのソースは前記第１の
   電界効果トランジスタのゲートに接続されてなる暗電流
   補償装置。