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JP2652152B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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Publication number
JP2652152B2
JP2652152B2 JP60037607A JP3760785A JP2652152B2 JP 2652152 B2 JP2652152 B2 JP 2652152B2 JP 60037607 A JP60037607 A JP 60037607A JP 3760785 A JP3760785 A JP 3760785A JP 2652152 B2 JP2652152 B2 JP 2652152B2
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JP
Japan
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gain
signal
imaging device
temperature
gain control
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JP60037607A
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Japanese (ja)
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Inventor
輝夫 稗田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Processing Of Color Television Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置に関し、特
に、固体撮像素子の温度上昇に因る画像劣化を防止した
撮像装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an imaging device using a solid-state imaging device, and more particularly to an imaging device that prevents image deterioration due to a rise in temperature of the solid-state imaging device. .

〔従来技術〕(Prior art)

カラーテレビカメラなどの撮像装置に用いられている
固体撮像素子、特に電荷結合素子(CCD)にあっては、
温度上昇に伴なって暗電流が増加するものである。それ
に因り、テレビカメラ装置の画質が劣化してしまう。
For solid-state imaging devices used in imaging devices such as color television cameras, especially charge-coupled devices (CCDs),
The dark current increases as the temperature rises. As a result, the image quality of the television camera device deteriorates.

CCDでは半導体基板の表面付近の蓄積電荷が撮像信号
となって利用されるため、表面において発生する熱励起
された電荷が信号電荷にもれ込むことに起因する。CCD
の構造等により改善は可能であるが、原理的に生ずる暗
電流をなくすことは出来ない。
In a CCD, accumulated charge near the surface of a semiconductor substrate is used as an imaging signal, so that thermally excited charges generated on the surface leak into signal charges. CCD
Although the improvement can be achieved by the structure described above, the dark current generated in principle cannot be eliminated.

固体撮像素子の暗電流が増加すると画素ごとの暗電流
の差が増大し、信号対雑音比(S/N)の低下をきたす。
特に、固定撮像素子の短波長側の低感度の補償のために
当該短波長側の色フィルタに対応する出力の利得を大き
くして、輝度信号を形成する方式のカラーテレビカメラ
装置においてはS/Nの低下が激しい。
When the dark current of the solid-state imaging device increases, the difference in dark current between pixels increases, resulting in a decrease in the signal-to-noise ratio (S / N).
In particular, in order to compensate for the low sensitivity on the short wavelength side of the fixed imaging element, the gain of the output corresponding to the color filter on the short wavelength side is increased, and in a color television camera apparatus of a method of forming a luminance signal, N drops sharply.

これについて以下に説明する。 This will be described below.

第1図はフレームトランスファCCDの固体撮像素子を
示す。この撮像素子10には、露光部11、蓄積部13、色ス
トライプフィルタ15、水平転送CCD17、電荷を電圧に変
換するFDA19を有する。ここで、光像に対応する電荷は
露光部11に形成され、垂直ブランキング期間に蓄積部13
に移され、また、水平期間ごとに水平転送CCD17に移さ
れて水平転送が為される。しかる後、FDA19にて電圧に
変換されて出力される。
FIG. 1 shows a solid-state imaging device of a frame transfer CCD. The imaging device 10 includes an exposure unit 11, a storage unit 13, a color stripe filter 15, a horizontal transfer CCD 17, and an FDA 19 that converts charges into a voltage. Here, the charge corresponding to the light image is formed in the exposure unit 11 and is stored in the accumulation unit 13 during the vertical blanking period.
Is transferred to the horizontal transfer CCD 17 every horizontal period to perform horizontal transfer. Thereafter, the voltage is converted into a voltage by the FDA 19 and output.

第2図は色ストライプフィルタ15の一例を示す。露光
部11の水平画素に対応して、Rフィルタ2、Gフィルタ
23、Bフィルタ25が形成されている。これにより、出力
信号は各々のフィルタに対応してR,G,Bの点順次信号と
なる。
FIG. 2 shows an example of the color stripe filter 15. R filter 2 and G filter corresponding to the horizontal pixels of the exposure unit 11
23, a B filter 25 is formed. As a result, the output signal becomes an R, G, B point-sequential signal corresponding to each filter.

第3図は従来のカラーテレビカメラ装置を示し、第1
図にて説明した固体撮像素子の出力の信号処理回路であ
る。図において固体撮像素子10の出力は前述したように
色フィルタ15に対応した点順次で出力されるので、3相
のタイミングを持つパルス信号SH1,SH2,SH3によりそれ
ぞれ対応するサンプルホールド回路31,33,35でサンプル
ホールドされる。これにより、赤(R)、緑(G)およ
び青(B)の3つの色信号に分離される。この出力は、
一方では利得可変増幅器37,39により、色温度に応じて
Rホワイトバランス(RWB),Bホワイトバランス信号(B
WB)で利得可変される。スイッチ回路41で輝度信号43を
形成し、ローパスフィルタ45、輝度処理回路47により信
号処理された後、輝度(Y)信号48がエンコーダ49に入
力される。
FIG. 3 shows a conventional color television camera device, and FIG.
FIG. 2 is a signal processing circuit of an output of the solid-state imaging device described in FIG. In the figure, since the output of the solid-state imaging device 10 is output in a dot sequence corresponding to the color filter 15 as described above, the corresponding sample-hold circuits 31, 33 corresponding to the pulse signals SH1, SH2, SH3 having three-phase timing, respectively. , 35 is sampled and held. As a result, the color signals are separated into three color signals of red (R), green (G) and blue (B). This output is
On the other hand, the variable gain amplifiers 37 and 39 use the R white balance (RWB) and B white balance signals (B
The gain is varied by WB). After a luminance signal 43 is formed by the switch circuit 41 and subjected to signal processing by the low-pass filter 45 and the luminance processing circuit 47, a luminance (Y) signal 48 is input to the encoder 49.

また、3つの色信号は3つのローパスフィルタ51,53,
55と処理回路57,59,61との直列回路によって信号処理さ
れた後、色差マトリクス回路63により2つの色差信号が
65RY,65BYが形成される。エンコーダ67は、入力された
輝度信号48、2つの色差信号65RY,65BY及び同期信号69
によりテレビ信号71を合成して出力する。
The three color signals are divided into three low-pass filters 51, 53,
After signal processing is performed by a series circuit of 55 and processing circuits 57, 59, 61, two color difference signals are generated by a color difference matrix circuit 63.
65RY and 65BY are formed. The encoder 67 receives an input luminance signal 48, two color difference signals 65RY and 65BY, and a synchronization signal 69.
To synthesize and output the television signal 71.

ところで、CCDの分光感度特性は、第4図に示すよう
に、短波長側で低く長波長側で高くなっている。そのた
め、サンプルホールド回路31〜35の出力は、被写体の色
温度にもよるが、概略Rが大きくてBが小さい。特に色
温度の低い被写体の場合、Bの出力がRの出力と比較し
て非常に小さくなる。
By the way, as shown in FIG. 4, the spectral sensitivity characteristics of the CCD are low on the short wavelength side and high on the long wavelength side. Therefore, the outputs of the sample and hold circuits 31 to 35 have a large R and a small B, depending on the color temperature of the subject. In particular, in the case of a subject having a low color temperature, the output of B becomes very small compared to the output of R.

また、利得可変増幅器37,39の利得はナイキスト折返
し、為信号の発生を最小とするために、スイッチ回路41
の入力において、R:G:B=1:1:1となるように制御され
る。このため、色温度が低い被写体においてB信号の利
得が大きくなってしまう。特にCCDの温度が高温となり
暗電流が増加した際このB信号の利得が高いので輝度S/
Nを極めて低下させてしまう。
In addition, the gains of the variable gain amplifiers 37 and 39 are Nyquist folded, so that the generation of a signal is minimized.
Is controlled so that R: G: B = 1: 1: 1. For this reason, the gain of the B signal increases in a subject having a low color temperature. In particular, when the temperature of the CCD becomes high and the dark current increases, the gain of the B signal is high, so the luminance S /
N decreases extremely.

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明は、上述した欠点を除去するために為されたも
のであり、平常の使用状態では、為信号の発生が少な
く、高温使用状態では、暗電流の増加による画像の劣化
を防止することを可能とした撮像装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in order to eliminate the above-mentioned disadvantages. In a normal use state, the generation of a signal is small, and in a high temperature use state, it is possible to prevent the deterioration of an image due to an increase in dark current. It is an object of the present invention to provide an imaging device that is enabled.

〔発明の実施例〕(Example of the invention)

以下図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

第5図に本発明の一実施例を示す。図において、第3
図と同一符号は同一又は相当部を示し、その説明は省略
する。固体撮像素子10の温度を検出する例えばサーミス
タ等の温度センサ101が当該撮像素子10の近辺に配置さ
れている。この温度センサ101に接続されてその出力を
電圧に変換するセンサアンプ103に依る温度信号105が電
圧比較器107の非反転入力端子に供給されている。比較
器107の反転入力端子には、電圧源109による基準電圧VR
が供給されている。この電圧比較器107の比較出力信号1
11は切換回路113の切換制御端子SCに供給され、Bホワ
イトバランス信号(BWB)と電圧源115による基準電圧Vr
1との切換を行って利得制御信号117を得ている。
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention. In the figure, the third
The same reference numerals as those in the drawings denote the same or corresponding parts, and a description thereof will be omitted. A temperature sensor 101 such as a thermistor for detecting the temperature of the solid-state imaging device 10 is arranged near the imaging device 10. A temperature signal 105 from a sensor amplifier 103 which is connected to the temperature sensor 101 and converts its output into a voltage is supplied to a non-inverting input terminal of a voltage comparator 107. The inverting input terminal of the comparator 107 has a reference voltage V R from the voltage source 109.
Is supplied. The comparison output signal 1 of this voltage comparator 107
11 is supplied to the switching control terminal SC of the switching circuit 113, and outputs the B white balance signal (BWB) and the reference voltage Vr from the voltage source 115.
By switching to 1 , the gain control signal 117 is obtained.

常温使用時つまり基準電圧Vr1による定まる一定温度
より固体撮像素子10の温度が低い場合、Bホワイトバラ
ンス信号(BWB)が利得制御信号117となるので、第5図
の動作は第3図と同一である。
If the temperature of the solid-state imaging device 10 from a constant temperature determined by the time that is a reference voltage Vr 1 normal temperature used is low, since the B white balance signal (BWB) is the gain control signal 117, the operation of FIG. 5 is identical to Figure 3 It is.

ところが、テレビカメラを高温下で使用した場合等、
撮像素子10の温度が前述の一定温度より高くなった場
合、電圧比較器107の出力信号111が反転し、切換回路11
3が基準電圧源115側に切換わる。基準電圧Vr1が利得制
御信号117となるので、利得可変増幅器39の利得が一定
値となる。この時の利得は、概略G信号の利得と同一(
0dB)とすれば良い。
However, when using a TV camera under high temperature,
When the temperature of the imaging device 10 becomes higher than the above-mentioned constant temperature, the output signal 111 of the voltage comparator 107 is inverted, and the switching circuit 11
3 is switched to the reference voltage source 115 side. Since the reference voltage Vr 1 is a gain control signal 117, the gain of the variable gain amplifier 39 becomes a constant value. The gain at this time is substantially the same as the gain of the G signal (
0 dB).

以上の構成により撮像素子10が高温となった時、B信
号の利得が一定値に切り換わる(下がる)ので、画像の
劣化をきたすことはない。
With the above configuration, when the temperature of the image sensor 10 becomes high, the gain of the B signal is switched (decreased) to a constant value, so that the image does not deteriorate.

第6図に本発明の別実施例を示す。図において、第5
図の実施例と異なるのは、青色(B)信号の利得増大と
したときに、当該B信号の利得が一定値に切り換わる
(下がる)温度を異ならせたことである。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. In the figure, the fifth
The difference from the illustrated embodiment is that when the gain of the blue (B) signal is increased, the temperature at which the gain of the B signal switches (falls) to a constant value is changed.

第6図において、センサアンプ103の温度信号105は電
圧比較器201で基準電圧Vr2と比較される。ゲインアップ
・スイッチ203によって、電圧印加端子(UP)に供給さ
れた他の電圧Vhと接地端子(NORM)に接続された接地電
位とを切り換えて利得増大信号205を得ている。この利
得増大信号205と比較器201からの出力信号207とに基づ
きアンドゲート209で論理積をとっている。その出力信
号211と比較器107の出力信号111とに基づきオアゲート2
13で論理和をとり、その出力信号215を切換回路113の切
換制御端子SCに供給する構成となっている。また、利得
増大信号205は輝度処理回路47にも供給されており、輝
度(Y)信号の利得も連動制御されるようになってい
る。
In FIG. 6, the temperature signal 105 of the sensor amplifier 103 is compared with a reference voltage Vr 2 by a voltage comparator 201. The gain-up switch 203 switches between the other voltage Vh supplied to the voltage application terminal (UP) and the ground potential connected to the ground terminal (NORM) to obtain the gain increase signal 205. Based on the gain increase signal 205 and the output signal 207 from the comparator 201, AND operation is performed by an AND gate 209. The OR gate 2 based on the output signal 211 and the output signal 111 of the comparator 107
A logical OR is performed at 13, and the output signal 215 is supplied to the switching control terminal SC of the switching circuit 113. Further, the gain increase signal 205 is also supplied to the luminance processing circuit 47, and the gain of the luminance (Y) signal is also controlled in conjunction therewith.

ゲインアップ・スイッチ203を接地側(NORM)に倒し
てある場合は、アンドゲート209の出力信号211は“0"で
ある。従って、比較器107の出力信号111に応答して切換
回路113による利得制御が行われるので、その場合の動
作は第5図に関連して説明した動作と同じである。
When the gain-up switch 203 is turned to the ground side (NORM), the output signal 211 of the AND gate 209 is “0”. Therefore, the gain control is performed by the switching circuit 113 in response to the output signal 111 of the comparator 107, and the operation in that case is the same as the operation described with reference to FIG.

次に、ゲインアップ・スイッチ203をUP側に倒して、
B信号の利得増大を図るべく指令したものとする。この
場合には、アンドゲート209によって比較器201の出力信
号207あるいは比較器107の出力信号111によってB信号
の利得制御が行われるようになる。
Next, flip the gain up switch 203 to the UP side,
It is assumed that a command is issued to increase the gain of the B signal. In this case, the gain control of the B signal is performed by the output signal 207 of the comparator 201 or the output signal 111 of the comparator 107 by the AND gate 209.

ここで、基準電圧Vr2は基準電圧VRより低く設定して
ある。電圧Vr2の値は、スイッチ203をUP側に倒して利得
増大とした場合に、固体撮像素子10による暗電流の増大
に起因してS/Nの低下が始まる温度に対応して設定して
ある。
Here, the reference voltage Vr 2 is is set lower than the reference voltage V R. The value of the voltage Vr 2 is set in accordance with the temperature at which the S / N starts to decrease due to an increase in dark current caused by the solid-state imaging device 10 when the switch 203 is tilted to the UP side to increase the gain. is there.

つまり、ゲインアップしたときは基準電圧Vr2により
定まる温度で切換回路113が切換わる。従って、ゲイン
アップしたときはS/Nの低下が激しいので、より低い温
度よりB信号の利得を下げるように動作させて、画像の
劣化を早くから防止したものである。
In other words, the switching circuit 113 at a temperature determined by the reference voltage Vr 2 is when the gain up is switched. Therefore, when the gain is increased, the S / N is sharply reduced. Therefore, the operation is performed so as to lower the gain of the B signal at a lower temperature, thereby preventing image deterioration from an early stage.

なお、上述した実施例においては、撮像素子の暗電流
増加の検出を温度センサにより検出したが、、他にオプ
ティカルブラック部をサンプルして暗電流を検出しても
良い。
In the above-described embodiment, the detection of the increase in the dark current of the image sensor is detected by the temperature sensor. However, the dark current may be detected by sampling an optical black portion.

また、利得を制御する信号をB信号のみとしたが、R
信号,B信号の両方であってもよく、それらを選択的に制
御しても良い。
Also, the signal for controlling the gain is only the B signal,
Both the signal and the B signal may be used, and they may be selectively controlled.

更に、ある一定温度より撮像素子の温度が高くなった
場合に利得が切換わるとしたが、暗電流の量に従って利
得を連続的に変化させても良い。第6図の例でゲインア
ップを手動により行うように構成したが、輝度信号のゲ
インを自動的に制御する方式いわゆるAGC方式の場合、
利得を制御する前の輝度信号のレベル又はAGC制御信号
を用いて制御しても良い。
Furthermore, although the gain is switched when the temperature of the image sensor becomes higher than a certain temperature, the gain may be continuously changed according to the amount of dark current. In the example of FIG. 6, the gain is manually increased, but in the case of a so-called AGC method in which the gain of the luminance signal is automatically controlled,
The control may be performed using the level of the luminance signal before controlling the gain or the AGC control signal.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述した如く本発明によれば、通常の使用状態に
おいては、為信号が少なく、また、高温の使用の場合は
暗電流の増加による画像の劣化を軽減することが出来る
撮像装置を実現することができる。
As described in detail above, according to the present invention, an imaging device that can reduce the number of signals in a normal use state and reduce the deterioration of an image due to an increase in dark current when used at a high temperature is realized. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は固体撮像素子の説明図、第2図は色ストライプ
フィルタの構成図、第3図は従来のカラーテレビカメラ
装置の構成を示すブロック図、第4図はCCDの分光感度
特性を示す特性線図、第5図および第6図のそれぞれは
本発明の実施例による撮像装置の構成を示すブロック図
である。 10……固体撮像素子 15……色ストライプフィルタ 37,39……利得可変増幅器 41……スイッチ回路 101……温度センサ 107,201……電圧比較器 113……切換回路 203……ゲインアップ・スイッチ VR,Vr1,Vr2……基準電圧
FIG. 1 is an explanatory diagram of a solid-state image sensor, FIG. 2 is a configuration diagram of a color stripe filter, FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional color television camera device, and FIG. 4 shows a spectral sensitivity characteristic of a CCD. Each of the characteristic diagram, FIG. 5 and FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention. 10 ...... solid-state imaging device 15 ...... color stripe filter 37, 39 ...... variable gain amplifier 41 ...... switching circuit 101 ...... temperature sensor 107,201 ...... voltage comparator 113 ...... switching circuit 203 ...... gain up switch V R , Vr 1 , Vr 2 …… Reference voltage

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】撮像手段と、 該撮像手段により形成された複数の色信号の利得を可変
するための可変利得制御増幅手段と、 被写体の色温度に応じて前記可変利得制御増幅手段の利
得を調整することによりホワイトバランスを調整するた
めの利得制御信号を形成する利得制御信号形成手段と、 前記撮像手段における暗電流のレベルを所定の基準値と
比較することによって前記暗電流のレベルが前記基準値
より大きい場合に所定の比較出力を形成する検出手段
と、 該検出手段の前記所定の比較出力に応じて青信号の利得
を下げるように前記利得制御信号を補正する補正手段
と、 を有する撮像装置。
1. An image pickup means, a variable gain control amplification means for changing a gain of a plurality of color signals formed by the image pickup means, and a gain of the variable gain control amplification means according to a color temperature of a subject. Gain control signal forming means for forming a gain control signal for adjusting a white balance by adjusting the level of the dark current in the imaging means with a predetermined reference value so that the level of the dark current is equal to the reference value. An imaging device comprising: a detection unit that forms a predetermined comparison output when the value is larger than a value; and a correction unit that corrects the gain control signal so as to reduce the gain of the blue signal in accordance with the predetermined comparison output of the detection unit. .
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