(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＭ−ＣＣＤの高電子増倍時の平均電子増倍率を所定の値に維持する。【解決手段】ＥＭ−ＣＣＤ３とラインメモリとを有する撮像装置１において、温度測定手段８とＥＭ−ＣＣＤの受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有し、第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号とを記憶するＯＢ画素メモリを有し、ＯＢ画素メモリに暗電流の基準値を記憶し第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の平均値を算出し遮光した画素の基準値の平均値との比を算出し、画面間で平均した値を所定の値に維持するように、ＣＭＧ駆動部９の電子増倍電極の振幅電圧または冷却ペルチェ同期整流駆動部１１または冷却ファンパルス駆動部１３を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（ＥＭ−ＣＣＤ）と可変電圧電子増倍電極駆動部と利得可変増幅（ＡＧＣ）部とラインメモリと画面メモリとを有する撮像装置において、ＥＭ−ＣＣＤ冷却手段とＥＭ−ＣＣＤの受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有し、前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号とを記憶する手段（ＯＢ画素メモリ）を有し、ＯＢ画素メモリに暗電流の基準値を記憶し前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の暗電流の代表値を算出し全画素メモリの遮光した画素の暗電流の代表値との比（各垂直周期の電子増倍率）を算出し、画面間で平均した値を、平均の電子増倍率として、平均の電子増倍率を所定の値に維持するように、電子増倍電極の振幅電圧または冷却手段の少なくとも１つを制御する手段を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子増倍型撮像素子を用いた撮像装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と暗電流補正と利得可変増幅回路（Automatic Gain Control以下ＡＧＣ）とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したＦＥＰ（Front End Processor）が普及し、ＦＥＰのＡＤＣ階調は従来１０ビットだったが、１２ビットや１４ビットが一般化し、１６ビットも製品化された。ＡＤＣを２２ビットとし、ＡＧＣをＡＤＣの後に配置したＦＥＰも製品化された。
【０００３】
また、デジタル信号処理回路の集積化が進み、複数ラインの出力信号を記憶し算術処理することが、映像専用のメモリ集積ＤＳＰだけでなく、安価な汎用のＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)でも容易に実現できる様になった。
【０００４】
さらに、電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（Electron Multiplying-ＣＣＤ以下ＥＭ−ＣＣＤ）は、フォトダイオードで光電変換された信号電荷を電圧振幅が高い水平転送ＣＣＤ（ＣＭＧ）内部で電子増倍させることにより、電子冷却部と組み合わせて感度を高くできるため、可視光と近赤外光の夜間の撮影用の照明なしの準動画監視が可能となった。
【０００５】
しかし、ＥＭ−ＣＣＤは、ＣＭＧ電圧振幅が高い高電子増倍時は、０．１Ｖで１．４倍感度が変化し、１１℃で１．８倍感度が変化する。また、ＥＭ−ＣＣＤが強く電子増倍した状態で大量の光量が入射されると、電子増倍で加速された電子が転送電極下に留まるキャリアトラップがおこる。高い電子増倍率と入射光量平均値の累積に強く相関するキャリアトラップ量に反比例して電子増倍率の低下が起る。電子増倍率を維持するには電子増倍電極に印加する振幅電圧をさらに高くする必要がある。さらに、強く電子増倍した状態では、電子増倍率が揺らぎ、１／ｆ低周波雑音成分が増大する。
【０００６】
ところで、ＥＭ−ＣＣＤを用いたテレビジョンカメラにおいて、ＥＭ−ＣＣＤに取り付けてある冷却部が周囲温度の影響で冷却または加熱の能力を超えた場合でもＥＭ−ＣＣＤの感度を一定に保つため、ＥＭ−ＣＣＤの温度を検出し、検出した温度に基づきＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率を制御することも検討されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許公開２００７−３１８７３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
感度を一定に調整するには、基準となる光源・被写体または輝度計等の外部基準が必要になる。
【０００８】
外部基準が無くても、高電子増倍時は、０．１Ｖで１．４倍感度が変化し、１１℃で１．８倍感度が変化し、高い電子増倍率と入射光量平均値の累積に強く相関するキャリアトラップ量に反比例して電子増倍率の低下が起き、電子増倍率が揺らぐＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率の平均値を一定に維持し、ＥＭ−ＣＣＤを用いた撮像装置の感度の平均値を一定に維持することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（ＥＭ−ＣＣＤ）と可変電圧電子増倍電極駆動部と利得可変増幅（ＡＧＣ）部とラインメモリと画面メモリとを有する撮像装置において、ＥＭ−ＣＣＤ冷却手段とＥＭ−ＣＣＤの受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有し、前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号とを記憶する手段（ＯＢ画素メモリ）を有し、ＯＢ画素メモリに暗電流の基準値を記憶し前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の代表値を算出し全画素メモリの遮光した画素の基準値の代表値との比（各垂直周期の電子増倍率）を算出し、画面間で平均した値を、平均の電子増倍率として、平均の電子増倍率を所定の値に維持するように、電子増倍電極の振幅電圧または冷却手段の少なくとも１つを制御する手段を有することを特徴とする撮像装置である。
【００１０】
さらに、上記撮像装置において、ＥＭ−ＣＣＤ温度測定手段を有し、上記冷却手段が同期整流スイッチング電源で可変駆動されたペルチェ素子と放熱フィンとパルス駆動された二重反転ファンであり、上記制御が前記同期整流スイッチング電源のｏｎ−ｏｆｆ比または前記パルス駆動された二重反転ファンの該パルス駆動角の少なくとも１つを制御する手段を有することを特徴とする撮像装置である。
【００１１】
また、温度測定手段とＶ−ＯＢとを備える電子増倍型ＣＣＤ撮像素子と可変電圧電子増倍電極駆動部と利得可変増幅部とラインメモリと画面メモリとを有する固体撮像装置の撮像方法において、ＥＭ−ＣＣＤ冷却手段とＶ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比を各垂直周期の電子増倍率として、さらに画面間で平均した値を平均の電子増倍率として、平均の電子増倍率を所定の値に維持するように、可変電圧電子増倍電極の振幅電圧または冷却手段の少なくとも１つを制御することを特徴とする撮像方法である。
【発明の効果】
【００１２】
V-OBライン内のH-OBには有効画素の高輝度信号の垂直スミア成分も水平スミア成分もないので、Ｖ−ＯＢの暗電流の代表値としてV-OBライン内のH-OBを加算平均し、非増倍時のV-OBライン内のH-OBを加算平均し温度補正したものを除算すれば、暗電流の各画面V-OB時の増倍率が検出でき、各垂直周期の増倍率が推定できる。または、V-OBの最少からＮ番目の値にも、有効画素の高輝度信号の垂直スミア成分も水平スミア成分もないので、Ｖ−ＯＢの暗電流の代表値としてV-OBの最少からＮ番目の値を算出し、非増倍時のV-OBの最少からＮ番目の値を算出し温度補正したものを除算しても、暗電流の各画面V-OB時の増倍率が検出でき、各垂直周期の増倍率が推定できる。さらに各垂直周期の増倍率を画面間で平均すれば電子増倍揺らぎを減衰させた、平均電子増倍率が算出できる。
【００１３】
上記の様に本発明によれば、平均電子増倍率とＥＭ−ＣＣＤ温度が検出でき、平均の電子増倍率を所定の値に維持するように、電子増倍電極の振幅電圧または冷却手段を制御することで、撮像装置の感度が所定の感度が外部基準が無くても、維持できる。また、カメラを設置場所から取り外しを行わなくても感度調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例のＥＭ−ＣＣＤを用いた撮像装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は本発明の１実施例のＥＭ−ＣＣＤの平均の電子増倍率の制御を示すフローチャートであり、本発明の一実施例の動作を図１，図２を参照しつつ説明する。
図１において、１は撮像装置、２は入射光を結像するレンズ等の光学系、３は光学系２から入射した光を電気信号に変換するＥＭ−ＣＣＤ等のＣＣＤ撮像素子、４はＣＣＤ撮像素子３から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳと暗電流補正と信号の利得を調整するＡＧＣとデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣからなるＦＥＰ、５は増倍検出含む映像信号処理部、６はＣＰＵ、７は垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）、８は温度センサ、９はＣＭＧ、１０はペルチェ素子、１１はペルチェ同期整流駆動部、１２は二重反転ファン、１３はファンを駆動するパルス駆動部、１４は放熱フィンである。５は信号Ｖｉに種々の画像処理を施しＮＴＳＣ（National Television System Committee）方式またはＰＡＬ（Phase Alternating by Line）方式の複合映像信号（Video Burst Sync以下ＶＢＳ）またはＳＤＩ（Serial Digital Interface）映像信号、あるいはＨＤＴＶのＳＤＩ（ＨＤ−ＳＤＩ）等の所定方式の映像信号に変換して出力する映像信号処理部、７はＥＭ−ＣＣＤ３の駆動および電子増倍の利得制御を行うためのＣＣＤ駆動部（または、ＴＧと標記する）であり、ＥＭ―ＣＣＤを駆動するタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ（ＴＧ）と、生成されたタイミング信号を駆動するドライバとを主に備えており、６は撮像装置１内の各部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）である。
【００１５】
次に、撮像装置１のＥＭ−ＣＣＤ３は光学系２で受光面に結像された入射光をフォトダイオードで光電変換して信号電荷を生成し、垂直転送したのち水平転送しながら信号電荷を電子増倍してＦＥＰ４に出力する。ＦＥＰ４はＥＭ−ＣＣＤ３から出力された信号から雑音を除去し暗電流成分を補正し補正した信号を増幅してデジタル映像信号Ｖｉに変換して増倍検出含む映像信号処理部５にデジタル映像信号Ｖｉを出力する。
【００１６】
さらに、垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）の７とＣＭＧ駆動部の９はＣＰＵ６から出力される制御信号に従ってＥＭ−ＣＣＤ３を駆動するための信号を出力する。
【００１７】
ＥＭ−ＣＣＤ３の出力信号には、V-OBライン内のH-OBには垂直スミア成分も水平スミア成分もないので、V-OBライン内のH-OBを加算平均し、非増倍時のV-OBライン内のH-OBを加算平均し温度補正したものを除算すれば、暗電流の各垂直V-OB時の増倍率が検出でき、各垂直周期の増倍率が推定できる。さらに冷却手段が同期整流スイッチング電源駆動部１１で可変駆動されたペルチェ素子１０と放熱フィン１４とパルス駆動部１３で駆動された二重反転ファン１２であれば高い冷却効率となり、画面間で平均した値を平均の電子増倍率として、平均の電子増倍率を所定の値に維持するように、電子増倍電極の振幅電圧または同期整流スイッチング電源のｏｎ−ｏｆｆ比または前記パルス駆動二重反転ファンの該パルス駆動角の少なくとも１つを制御する。パルス駆動はＰＷＭ駆動でも台形波駆動でもよい。
【００１８】
本発明の１実施例のＥＭ−ＣＣＤの平均の電子増倍率の制御を示すフローチャートの図２の概略としては、以下となる
増倍時のV-OBライン内のH-OBを加算平均し温度補正した電子増倍暗電流を検出する。
【００１９】
電子増倍暗電流を非増倍時のV-OBライン内のH-OBを加算平均し温度補正した基準暗電流で除算し垂直周期の電子増倍率Ａを算出する。
【００２０】
垂直周期の電子増倍率Ａを画面間で平均し平均電子増倍率Bを算出する。
【００２１】
平均電子増倍率Bと基準像倍率Ｃと比較し、像倍率Ｂ＞基準増倍率Ｃ  なら、
電子増倍電極の振幅電圧または冷却ペルチェ同期整流駆動角または冷却ファンパルス駆動角を低減し、電子増倍率を下げる。
【００２２】
像倍率Ｂ＜基準増倍率Ｃなら、電子増倍電極の振幅電圧または冷却ペルチェ同期整流駆動角または冷却ファンパルス駆動角を増倍し、像倍率を上げる。
【００２３】
像倍率Ｂ＝基準増倍率Ｃなら終了する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例のＥＭ−ＣＣＤを用いた撮像装置の全体構成を示すブロック図
【図２】本発明の１実施例のＥＭ−ＣＣＤの平均の電子増倍率の制御を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２５】
１：撮像装置、２：光学系、３：撮像素子、４：ＦＥＰ、
５：増倍検出含む映像信号処理部、６：ＣＰＵ、
７：垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）、８：温度センサ、９：ＣＭＧ駆動部
１０：ペルチェ素子、１１：同期整流駆動部、
１２：二重反転ファン、１３：パルス駆動部、１４：放熱フィン
【図１】
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【図２】
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