JP2006345279A - 固体撮像素子の画素欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＣＤの信号レベルが低い場合と、高い場合との双方で、階調値が低レベルとなる画素の抽出を行い、各抽出結果を組み合わせることで、電荷転送路における転送不良によって画素欠陥が連続するような連続傷が生じても、これを見逃すことなく検出できる固体撮像素子の画素欠陥検出方法を提供する。
【解決手段】 複数の光電変換素子にそれぞれ蓄積された信号電荷を電荷転送路に取り出して出力する固体撮像素子に対し、所定光量の照明光で撮像して撮像画像信号を生成し、この撮像画像信号が所定レベル以下の画素を画素欠陥を含む画素として検出する固体撮像素子の画素欠陥検出方法であって、所定光量の照明光による撮像画像信号に加えて、この所定光量よりも低い光量の照明光で撮像した撮像画像信号を用いて画素欠陥を含む画素を検出するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄積した電荷を転送して信号出力する固体撮像素子の画素欠陥検出方法に関する。

固体撮像素子には、電荷結合素子（Charge Coupled Device : 以下、ＣＣＤと呼称する）が広く用いられている。ところで、このＣＣＤの画素の中には、ダストの付着や結晶欠陥等に基づく欠陥（画素欠陥）が含まれていることがあり、その画素からは正常な信号を出力し得ないものがある。そこでＣＣＤ製造メーカは、例えば自社にてこの欠陥画素のチェックを行って、欠陥の画素位置を表すアドレス情報を、ＣＣＤを搭載する機器の製造メーカに情報提供することがある。このような情報提供がある場合、機器の製造メーカ側ではこの情報を利用して欠陥画素の補正処理を行うことができる。
ところが、ＣＣＤ製造メーカで画素欠陥の検出を行う際、ノイズの影響を受けてしまうと欠陥の情報量が多くなりすぎてしまい、隣接した位置に欠陥画素が生じる確率が増加し、この欠陥画素を補正しようとした場合に、補正ができなくなってしまう可能性がある。それに加え、特許文献１に開示されているように、欠陥画素情報をＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶させ、その情報を参照して欠陥画素補正を行う場合に、欠陥画素情報が多すぎると大容量のメモリを必要としてしまう不利がある。
上記の理由により、一般的に、ノイズの影響を少なくするため比較的高い信号レベルで欠陥画素の検出を行っている。例えば、ＣＣＤの各画素のフォトダイオードに対する電荷飽和レベルの１／３〜１／２の信号量を出力させるように光量を調整している。
特開平５−６８２０９号公報

ところで、ＣＣＤ製造メーカ側で画素欠陥の検査を行う際、信号レベルが高い状態で検査を行うと、感度の低下している画素（欠陥画素）が存在する場合でも、これが孤立点もしくはあまり連続しない傷として検出されることになる。しかし、信号レベルを下げてゆくと、その画素欠陥を含む画素に対して、信号電荷の転送方向上流側が局所的に転送効率が悪い状態となり、画素欠陥が連続して発生する場合がある。一般的に信号レベルが低いほど転送効率は下がるので、画素欠陥は信号レベルに依存して低いほど連続して生じる傾向が強くなる。
しかしながら、従来のように信号レベルが高い状態でのみ画素欠陥の検出を行ったのでは、このような連続した画素欠陥である連続傷は検出されにくいので、その画素欠陥に対する欠陥画素の補正処理の対象とならない。その結果、信号の高い場合は補正の効いている固体撮像素子の出力画像を得られるが、信号の低い場合の出力画像データとしては、補正の効いていない劣化した画像しか得られないことになる。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＣＣＤの信号レベルが低い場合と、高い場合との双方で、階調値が低レベルとなる画素の抽出を行い、各抽出結果を組み合わせることで、電荷転送路における転送不良によって画素欠陥が連続するような連続傷が生じても、これを見逃すことなく検出できる固体撮像素子の画素欠陥検出方法を提供することを目的としている。

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１）複数の光電変換素子にそれぞれ蓄積された信号電荷を電荷転送路に取り出して出力する固体撮像素子に対し、所定光量の照明光で撮像して撮像画像信号を生成し、この撮像画像信号が所定レベル以下の画素を画素欠陥を含む画素として検出する固体撮像素子の画素欠陥検出方法であって、前記所定光量の照明光による撮像画像信号に加えて、前記所定光量よりも低い光量の照明光で撮像した撮像画像信号を用いて画素欠陥を含む画素を検出することを特徴とする固体撮像素子の画素欠陥検出方法。

この固体撮像素子の画素欠陥検出方法によれば、所定光量の照明光による撮像画像信号に加えて、所定光量よりも低い光量の照明光で撮像した撮像画像信号を用いて画素欠陥を検出することにより、一般的に低い光量の場合に電荷転送効率の低下等に起因して発生しやすくなる画素欠陥が確実に検出され、より高精度に画素欠陥を検出することが可能となる。

（２）前記検出される複数の画素のうち、互いに連続した位置関係にある画素群のみを画素欠陥として登録し、孤立した画素は画素欠陥から除外することを特徴とする（１）記載の固体撮像素子の画素欠陥検出方法。

この固体撮像素子の画素欠陥検出方法によれば、互いに連続した位置関係にある画素群のみを画素欠陥として登録し、孤立した画素は画素欠陥から除外することにより、欠陥画素情報が過多となることを防止できる。

本発明の固体撮像素子の画素欠陥検出方法によれば、ＣＣＤの信号レベルが低い場合と、高い場合との双方で、階調値が低レベルとなる画素の抽出を行い、各抽出結果を組み合わせることで、電荷転送路における転送不良によって画素欠陥が連続するような連続傷が生じても、これを見逃すことなく検出することができる。

以下、本発明に係る固体撮像素子の画素欠陥検出方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の画素欠陥検出方法を実施するための画素欠陥検査装置の概略構成を示したブロック図である。
画素欠陥検査装置１００は、被検査対象となるＣＣＤ１１を駆動する駆動回路１３と、ＣＣＤ１１による撮像に際し、照明等の撮像条件を設定する撮像条件設定部１５と、ＣＣＤ１１により撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１７と、デジタル信号化された撮像画像信号に対して画素欠陥を検出するための所定の処理を行う演算部１９と、検出された画素欠陥の位置情報を記憶する欠陥画素情報記憶部２１と、上記各部を制御して画素欠陥の検出結果を出力する制御部２３と、を有している。
撮像条件設定部１５は、ＣＣＤ１１の照明用光源を有し、制御部２３からの指令に基づいて照明用光源を所定の光量で発光させ、ＣＣＤ１１を照明する。
演算部１９は、ＣＣＤ１１により撮像されて出力された撮像画像信号がＡ／Ｄ変換された後、例えば８ｂｉｔ階調のデジタル画像データとされて入力されてきたとき、この画像データを画像処理することで、階調値が所定のレベル以下の画素を抽出して、その画素情報を欠陥画素情報記憶部２１に出力する。

上記構成の画素欠陥検査装置１００による画素欠陥の検出方法について以下詳細に説明する。
図２は本発明に係る画素欠陥検出方法の一例を示すフローチャートである。
画素欠陥検出方法を図２に基づいて順次説明するが、本画素欠陥検出方法は、本例の手順に限定されることなく、適宜な変更が可能である。
まず、制御部２３は、撮像条件設定部１５に所定の光量でＣＣＤ１１を照明させる（ステップ１、以降はＳ１と略記する）。ここでいう所定の光量とは、ＣＣＤ１１からの出力信号量が、ＣＣＤ各画素のフォトダイオードに対する電荷飽和レベルの３０〜５０％の範囲となる照明光量である。そして、駆動回路１３によりＣＣＤ１１へ撮像信号を送り、ＣＣＤ１１が撮像する（Ｓ２）。この撮像により得られる撮像画像データから、階調値が所定レベル以下の低レベル画素を抽出する（Ｓ３）。この抽出された低レベル画素の階調値及び画素位置等の画素情報は、欠陥画素情報記憶部２１に出力され保存される。

図３（ａ）に低レベル画素の抽出結果の一例を示した。ＣＣＤ１１は、受光素子であるフォトダイオードと垂直電荷転送路を含む撮像領域２５、水平電荷転送路２７、出力アンプ部２９を有し、その位置関係は図示の通りである。ここでは、撮像領域２５のＰ点（ｘ，ｙ）に低レベル画素が抽出されている。

次に、撮像条件設定部１５を前述の所定光量より低い光量で照明するようにする（Ｓ４）。この低い光量とは、ＣＣＤ１１の出力信号量が、ＣＣＤ各画素のフォトダイオードに対する電荷飽和レベルの５〜１０％の範囲となる照明光量である。この低い光量で照明した状態で、駆動回路１３によりＣＣＤ１１が撮像する（Ｓ５）。この撮像により得られる撮像画像データから、階調値が所定レベル以下の低レベル画素を抽出する（Ｓ６）。この抽出された低レベル画素の階調値及び画素位置等の画素情報も同様に、欠陥画素情報記憶部２１に出力され保存される。

次に制御部２３は、欠陥画素情報記憶部２１に保存された抽出済みの低レベル画素の情報から、低レベル画素の位置として、図３（ｂ）に示すＰ点からｙ方向に隣接するＰ₁（ｘ，ｙ＋１）、Ｐ₂（ｘ，ｙ＋２）が抽出されており、また、その他の位置Ｑにも抽出されたとする。連続するＰ，Ｐ₁，Ｐ₂の画素群は、そのままの画像データでは低照度の黒垂れとして観察される連続傷となり、見逃すことのできない欠陥となる。なお、ｙ方向に欠陥が連続する理由は、垂直電荷転送路上で局所的に転送不良が発生したために、その欠陥画素を始点として、電荷転送方向上流側の画素が連続して画素欠陥となるためである。

一方、点Ｑのような隣接して抽出されることがなかった孤立画素に対しては、これを画素欠陥から除外する（Ｓ７）。孤立画素を画素欠陥として登録すると、低レベル時の信号がノイズを多く含むために欠陥画素情報が過大となってしまう懸念がある。そこで、このような孤立点は欠陥画素情報から削除して、連続した画素欠陥のみを画素欠陥とすることにする。また、感度が低下している画素欠陥（黒欠陥）に検出対象を絞ることにより、欠陥画素情報量を一層小さく抑えることができる。

ここで、図４にＣＣＤからの信号レベルと傷レベルとの関係を示した。傷レベルとは、正常時におけるＣＣＤからの出力レベルに対する測定した検出レベルの割合であり、値が低いほど傷として視認されやすくなる。

ＣＣＤ１１からの信号レベルが高い場合には、Ｐ点のみが抽出されて、１点のみで傷レベルが評価されるが、信号レベルの低い場合には、Ｐ点に加えて、Ｐ₁点、Ｐ₂点、さらにＱ点が抽出される。そして、孤立点であるＱ点は画素欠陥の候補から削除される。その結果、ｙ方向に連続するＰ，Ｐ₁，Ｐ₂の画素群が画素欠陥の検出結果としてリストアップされ、その画素情報が出力される（Ｓ８）。

以上の手順により、特にＣＣＤ１１からの出力信号が低いレベルにだけ発生する階調値が低レベルの画素を、確実に検出することができ、これにより、ＣＣＤ１１の画素欠陥を見逃すことなく、高精度で検出することができる。
ここで、上述し画素欠陥の検出手順は一例であって、例えば、ＣＣＤからの出力信号が高レベルの場合と低レベルの場合とで連続して撮像し、その後、各撮像画像を処理して画素欠陥を検出することでもよい。また、高レベルと低レベルの２つのレベルに限らず、任意の複数段階に設定して画素欠陥を検出するようにしてもよい。また、出力信号レベルを調整する際は、照明光量だけでなく電子シャッタを用いて調整してもよい。

本発明に係る画素欠陥検出方法を実施するための画素欠陥検査装置の概略構成を示したブロック図である。 画素欠陥検出方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は高い信号レベルにおける低レベル画素の抽出結果、（ｂ）は低い信号レベルにおける低レベル画素の抽出結果の一例を示す説明図である。 ＣＣＤからの信号レベルと傷レベルとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ ＣＣＤ
１３ 駆動回路
１５ 撮像条件設定部
１７ Ａ／Ｄ変換部
１９ 演算部
２１ 欠陥画素情報記憶部
２３ 制御部
２５ 撮像領域
２７ 水平電荷転送路
２９ 出力アンプ部
１００ 画素欠陥検査装置

Claims (2)

1. 複数の光電変換素子にそれぞれ蓄積された信号電荷を電荷転送路に取り出して出力する固体撮像素子に対し、所定光量の照明光で撮像して撮像画像信号を生成し、この撮像画像信号が所定レベル以下の画素を画素欠陥を含む画素として検出する固体撮像素子の画素欠陥検出方法であって、
   前記所定光量の照明光による撮像画像信号に加えて、前記所定光量よりも低い光量の照明光で撮像した撮像画像信号を用いて画素欠陥を含む画素を検出することを特徴とする固体撮像素子の画素欠陥検出方法。
2. 前記検出される複数の画素のうち、互いに連続した位置関係にある画素群のみを画素欠陥として登録し、孤立した画素は画素欠陥から除外することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の画素欠陥検出方法。

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