JPS6346077A - 撮像装置の暗電流除去方式 - 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、固体撮像素子等を用いる撮像装置で生ずる暗
電流を除去して画質のよい映像信号を得ることを可能に
した撮像装置の暗電流除去方式に関する。

〔従来の技術〕

固体撮像素子を用いた撮像装置は、光！変換部において
、入力光をその光量に応じて電荷に変換して映像信号と
するものである。

光電変換部では、光によってキャリアが励起し、入力光
の光量に比例した電荷が生成蓄積されるものであるが、
光量を０にしても生成される電荷はＯにはならない。こ
れはキャリアが熱によって励起することによって電荷が
発生するためで、この電荷による出力電流を一般に暗電
流と呼んでいる。

上記したように、暗電流はキャリアが熱励起することで
生ずるので、温度または時間の関数として表現され、入
力光の光量とは無関係な電荷である。

従って、この暗電流は映像信号に重畳して雑音と々る０
また、暗電流は光′ｖＬ変換部だけでな（ＣＯＤといっ
た電荷転送部でも生ずる。

このような暗電流を除去する従来技術としては、特開昭
６０−５３３８３号公報に記載されたものがある。この
従来技術は、撮像に先立ち光電変換部を遮光したまま撮
像条件と同一の条件で暗電流を生じさせてその信号を一
担記憶しておき、次に撮像時に得られた暗電流を含む映
像信号から、記憶しておいた暗電流信号を減算すること
で暗電流の影響を除去するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術においては、暗電流信号を記憶するだめの
大容量の書換え可能なメモリが必要であり、また、暗電
流を生成させている間（デッドタイム）は撮像装置が使
えないので即応性に欠けるという問題があった〇 本発明は、暗電流を生成させている間のデッドタイムを
なくシ、撮像時の制約条件を伴なわずに暗電流を除去す
るようにした撮像装置の暗電流除去方式を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、暗電流が温度および時間の関数で表現され
ることに着目し、算術式で演算して暗電流値を求め、暗
電流を含む映像信号から上記算術式によって得た暗室流
分を減算することにょシ達成される。

〔作用〕

先ず、本発明における暗電流の算出法を説明する。第６
図は暗電流の温度特性図、第７図は暗電流の時間特性図
である。

第６図において、暗電流Ｉ（ｉは温度（絶対温度）Ｔの
上昇と共に指数関数的に増加することが判る。

また、第７図より暗電流Ｉｄは時間ｔと比例関係にある
ことが判る。

すなわち、暗電流Ｉ（１は、温度Ｔと時間ｔとにより（
１ン式で表せる６ Ｉａ（Ｔ、ｔ）＝αや０７・ｔ　・間開（１ンここでα
、βは定数であシ、各絵素で似た値を示す（一定ではな
い）。この演算定数α、βをあらかじめ求めておき、実
際に撮像する際の撮像素子の温度Ｔａ並びに撮像時間ｔ
ａを知ることにょシ、暗電流は算出される。

よって、従来例にあるように実線に撮像時の条件で暗電
流を生成させる必要はなく、撮像装置の使用が制限され
ることがない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第一の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図であって、１は蓄積時間を変化できる撮像素子、２
はプリアンプ、５は撮像素子を駆動制御する駆動回路（
以下ドライバと称す）、４はドライバ３のクロックパル
ス等をカウントして１時を行なって撮像索子の蓄積時間
を検出する時間検出回路を構成するカウンタ。５はＲＯ
Ｍ（不揮発性メモリ）、６はＤ／Ａ変換器、７は演算回
路、８は減算器、９は出力を示す。

同図において、ドライバ３は撮像素子１に撮像素子を駆
動する駆動パルスＰＤを出力すると共に、撮像索子１の
各絵素をリセットするリセットパルスＰＲと、撮像素子
１の駆動終了パルスＰ１をカウンタ４に出力する。また
、駆動パルスＰ、はＲＯＭ５にも出力される。

カウンタ４はドライバ６よシリセットパルスＰＲをトリ
ガとして受けてからカウントを開始する。

よって、カウンタ４のカウント値は撮像時局ｔを示す。

このカウントは駆動終了パルスＰ、をカウンタ４が受は
取るまで行ない、その後リセットする。このカウンタ４
のカウント値は刻々と演算回路７に送られ、撮像時間ｔ
として用いられる。ＲＯＭ５はドライバ３から駆動パル
スＰ、を受け、順次読出される絵素に１対１に対応した
データα。

βを出力する。α、βは先に示した式（１）の定数α。

βを示す。ＲＯＭ５から出力されたα、βは、Ｄ／Ａ変
換器６でアナログ信号に変換された後演算定数として演
算回路７に入力される。

撮像素子１の温度Ｔは撮像索子１より電気信号として出
力され、演算回路７に入力される。温度Ｔは熱電対や、
ダイオードに流れる電流変化から簡単に電気信号として
得られる。

演算回路７では、入力信号である定数α、β、撮像時間
ｔ１温度Ｔから先に示した式（１）によって暗電流を算
出する。

一万ドライバ６で駆動される撮像素子１から出力される
信号はプリアンプ２で増幅される。この増幅された信号
と、演算回路７の出力である暗電流とを減算器８で減算
することで、出力９には暗電流を含まない信号が得られ
る。

ところで、本発明においては、ＲＯＭ５に記憶しておく
定数α、βの値の精度が重要である。

撮像素子１内で生ずる雑音は、暗電流だけでなく、駆動
パルスのもれ込み等がある。そこで、ＲＯＭ５に記憶さ
せておくデータの測定条件は、高温でかつ、長時間暗電
流を生成させることである。

暗電流は温度上昇と共に急激に増加するものであるから
、高温時の暗電流特性を正確に測定し、ＲＯＭに記憶さ
せておくのがよい。

以上詳述してきたように、本実施例によれば、４つのデ
ータから暗電流の算出が可能である。

よって特別に暗電流を生成させる必要がなく、撮像の妨
げをすることなく暗電流の除去が行なえる。

ところで、上述してきた実施例において、ドライバ６が
一定周期で撮像素子１を駆動している場合には、カウン
タ４が不要であることは明らかである。

次に第二の実施例を説明する。

第２図は本発明の第二の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図で、第６図は撮像素子の絵素毎の暗電流データ例を
示す暗電流の時間特性図である。

第２図において１０は演算回路、第１図と同一符号は同
一部分を示す。

前記第一の実施例では、定数α、β、撮像時間ｔ１温度
Ｔの計４つのデータから求めたのに対し、本実施例では
、６つのデータから近似的に求めようというものである
。演算方法が変わるだけで、回路動作は第一の実施例と
同じである。

第５図において、今、２つの絵素ＲとＸｌを考える。絵
素Ｒの暗室流工、と、絵素Ｘ、の暗電流ＸａＸ＋は、温
度Ｔい時間ｔ。において、式（りよシ次のようｘａｘ＋
　（ＴＯ＋　１：。）　＝％＋・；””−ｔｏ　　−−
（３）・　７　・ 絵素Ｒをｈｔ等で遮光しておくと、実際の撮像中にも絵
素Ｒには暗電流のみが生じる。よって撮像時の温度Ｔ５
、時間ｔ、の間に絵素Ｒに生じた暗室ところで式（２）
、　（３Ｌ　（４１により、−ａ、、　、、（＋＋り　
　　　、曲、　（５゜となり、撮像素子の絵素間におり
てはβの値のバラツキは少なく、鳥、コβＲとおけば式
（５）の指数項一五 はユ　ア　と近似可能である。よって、温度Ｔ７、時間
ｔ、の時の絵素Ｘ、の暗寛流工＋ＨＩ　（’ｒ、　ｌ　
ｔ、　）は、次式で近似可能である。

撮像素子の絵素の中にあるオプティカルブラックはＡＪ
で遮光されているので、オプティカルブラック絵素では
暗電流のみが生ずる。よって先に・　８　・ 述べた絵素Ｒをオプティカルブラック絵素とすることで
、暗電流の近似が可能である。

第１図ＶＣ，撮像索子の各絵素の暗電流データ例を実線
で示す。横軸のＲＩ　Ｘ、＋　Ｘ２ｙ　Ｘ３＋・・・、
Ｘ４．は撮像素子の絵素を示したもので、高温度、長時
間に挾 わたって生成させた暗電流値を翼軸に示す。

撮像した時、Ｈの暗電流値が、データ例の半分の場合に
ついて破線で示した。このように比例計算で暗電流を算
出することも可能である。

本実施例の動作においては、第一の実施例と暗電流の算
出法が異なるのみで、動作は等しいので、動作説明は省
略する。

以上、本実施例によれば、前記第一の実施例と比べてＲ
ＯＭ　５の容量が半分で済み、かつ演算も乗算だけで簡
単に行なえる。（乗算だけで演算するためには、絵素Ｒ
の暗電流だけ逆数にしてＲＯＭ５に記憶させておけばよ
い。） 次に本発明の第三の実施例を説明する。

第４図は本発明の第三の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図であって、第１図と同一符号はＩｍ　−部分を示す
。そして、５′はＲＯＭ、６′はＤ／Ａｆ換器、７′は
演算回路を示す。これらの回路ブロックは撮像素子１よ
り出力される温度信号Ｔを入力し、そのレベルによって
動作をやめる機能を有させる。この点が第１図のＲＯＭ
５、Ｄ／Ａ変換器６、演算回路７とにより構成されたも
のと異なる。

第４図に示した実施例は、暗電流が急激に増加する高温
時には、前記第一の実施例とまったく同様に動作する。

しかし、撮像素子１の温度Ｔが常温以下まで下がった際
には、暗電流は非常に小さな値となるので、暗電流除去
動作をやめるように構成したものである。すなわち、暗
電流が小さい常温以下でｌｔ電流除去動作をやめること
で、ＲＯＭ５’、Ｄ／Ａ変換器６′、演算回路７′での
消費電力の節約が図れる。

次に本発明の第四の実施例を説明する。

第５図は本発明の第四の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図であって、１１は比較回路、１２はスイッチ、１６
はＲＯＭ、＋４はＤ／Ａ変換器、１５は演算回路を示す
。

同図に示した実施例は、低照度の時のみ暗電流除去を行
なうように構成したものであって、ドライバ６で駆動さ
れる撮像素子１の出力信号はプリアンプ２を介して比較
回路１１に入力される。

高照度の時は比較回路１１の入力信号のレベルは大きく
、低照度の時は小さい。よって適当なスレッシ曹ルドレ
ベルを設けることで照度によシ、比較回路１１の出力レ
ベルを切替ることは容易である。

先ず、高照度の時の動作を説明する。

比較回路１１の出力によシ、スイッチ１２は接点ａＯ１
ｌｌを出力９に接続し、プリアンプ２の出力が出力９で
得られる。また、この時同時に、比較回路１１の出力に
より、ＲＯＭＩ　３、Ｄ／Ａ変換器１４、演算回路１５
は電源から切離され、動作をやめる。

次に、低照度の時の動作を説明する。

比較回路１１の出力によシ、スイッチ１２は接点す側を
出力９に接続し、かつ、ＲＯＭ＋３、Ｄ／Ａ変換器１４
、演算回路１５に電源供給をし、・　１１　・ 動作可能な状態にする。

本実流側の暗電流除去の動作は、第２図に示した前記第
二の実施例と等しいので説明は省く。

第５図の構成によれに、暗電流が目立つ低照度の時のみ
暗電流除去を行なうので、第４図に示した前記第三の実
施例同様、高照度時には％　ＲＯＭ１５、Ｄ／ＡＫ換器
１４、演算回路１５の消費電力の節約が図れる。

なお、高照度の判断基準としては、撮像素子１の前に設
ける光学系のアイリスが絞９始められる照度とすること
が好ましい。

以上の実施例では、撮像素子の絵素で生ずる暗電流につ
いての除去法について説明してきた。

本発明の暗電流除去法は、撮像素子の絵素で生ずる暗電
流のみならず、信号電荷転送部たとえばＣ０Ｄ（電荷結
合素子）上で生ずる暗電流に対しても効果を発揮する。

なお、上記実施例では、撮像素子の全絵素に対し、定数
α、β＊　　Ｉｄ　（ＴＯＩｔＯ）＋Ｉａ　（Ｔ＋＋　
ｔ＋　）のデータを１つまたは２つもつ場合を示したが
、当然２〜６絵素毎に１つのデータを、１２　・ 設けても支障はない。

ところで暗電流は式（１）で温度Ｔと時間ｔの特性が得
られることは説明した。このときの定数α。

βは、各絵素で一致するものではない。

しかし、谷絵素の温度Ｔ１時間ｔに対する傾向は合致す
る。そこで、大まかに１組のデータ（α。

β、もしくはｌ１ｌ（ＴＱＩｔＯ）ｌ　　工ａ（’ｒ＋
、ｔ＋））でもって算出した暗電流を全絵素の信号から
減算しても画質は改善される。これは、面識間の暗電流
での交流成分よりも直流成分の方が大きいことによるも
のである。

なお、信号読出と同時に暗電流除去を行なう必要はなく
、一度必要な情報と暗電流を含む映像信号を他の媒体に
記録し、後から暗電流除去を行なうようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれは、撮ｇＩ素子のも
絵素の暗電流を数式で算出できるので、従来性なってい
た補正用の暗電流を生成させる必要がなくなシ、撮像時
の制約条件を伴なわずに暗電流の除去を行なって雑音を
低減できるので、上記従来技術の如き欠点のない優れた
撮像装置の暗電流除去方式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示すブロック図、第２
図は本発明の第二の実施例を示すブロック図、第３図は
絵素毎の暗電流の時間特性図、第４図は本発明の第三の
実施例を示すブロック図、第５図は本発明の第四の実施
例を示すブロック図第６図は暗電流の温度特性図５第７
図は暗電流の時間特性図である。 １・・・・・・・・・・・撮像素子　　　２・・・・・
・・・・・・プリアンプ３・・・・・・・・・・・・ド
ライバ　　　４・・・・・・・・・・・カウンタ５・・
・・・−・・・・・Ｉ？ＯＭ　　　　　　６・・・・曲
・・・・Ｄ／Ａ変換器７・・・・・・・・・・・・演算
回路　　　８・・・・・・・・・・・・減算器９・・・
・・・・−・・出力　　　　　１０・・・・・・・・・
演算回路１１・・・・・・・・・比較回路　　　１２・
・・・・・・・スイッチ１３・・・・・・・・・ＲＯＭ
　　　　　　＋４・・・・・・・・・Ｄ／Ａ変換器１５
・・・・・・・・・演算回路 代理人　弁理士　小　川　勝　男 ・　１５・ １ｔ、１東木舌 ？　ブリアシフ。 ３　ドライバ ４カウ〕γ ７演耳回祢 ８ｊ八耳路 ９出力 菟　２図 系　３　口 ＲＸＩ　）ｈ　Ｘ！　ｘａＸｓメｂ　Ｘ７　Ｘ６　’Ｉ
ｑ　Ｘ＋ｏ￥１＋　　　→靴禾 上　５　図 第　６図 イー Ｔ温度 元写図 ｔ→ −ｆｉ−時間 手続補正書（自発） 昭和　６１年特許願第１８８４１４　　号発明の名称　
　撮像装置の暗電流除去方式補正をする者 事件との関係　　　特　許　出願　　人名　　称　　　
（５１０）株式会社　　日　　立　製　作　所代　　　
理　　　人 補正　の　対　象　　明細書の発明の詳細な説明の欄補
正の内容 】 示される比例計算による近似が可能である。」て訂正す
る。 同第１０頁第８行「の場合について破線で示し仁。」を
「の場合、破線で示されるように全絵素の暗電流は各デ
ータの半分となる。」に訂正する。 以上 、　２　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、撮像素子と、撮像素子を駆動制御する駆動回路と、
   撮像素子の電荷蓄積時間を検出する時間検出回路と、演
   算回路と、撮像素子の暗電流を演算するための演算定数
   に関するデータを予め記憶しておく不揮発性メモリと、
   減算回路と、を有する撮像装置の暗電流除去方式におい
   て、前記演算回路は前記撮像素子の電荷蓄積時間と前記
   不揮発性メモリからの前記データ、および前記撮像素子
   の温度に基づいて暗電流を算出し、算出した暗電流を前
   記減算回路において撮像信号から減算することにより、
   撮像信号に重畳した暗電流を除去することを特徴とする
   撮像装置の暗電流除去方式。