JP2790542B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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（以下CCDと称す）を用いた
撮像装置に関し、特にフレーム・インターライン型CCD
を用いた撮像装置の黒レベルのシェーディング補正に関
するものである。

従来の技術 フレーム・インターライン型CCD（以後、FIT−CCDと
称す）の詳細は、特開昭58−48579号公報に示されてい
る。

以下第６図を用いてその概要を説明する。第６図は、
FIT−CCDの基本構成を示すもので、受光部A.記憶部B,水
平転送部Ｃとからなっている。

受光部Ａは二次元配列の受光素子Ｆと、これらの受光
素子Ｆに蓄積された信号電荷を読み出すためのゲートＧ
と、このゲートＧを介して受光素子Ｆから読みだされた
信号電荷を垂直方向に転送するための垂直転送レジスタ
Ｈからなり、前記受光素子Ｆ以外の部分はアルミマスク
により遮光されている。

前記垂直転送レジスタＨは垂直方向のどちらにも転送
できるようにポリシリコンによる４相電極構造となって
いる。

これらの４相電極には垂直転送パルスφV1〜φV4が印
加される。受光素子Ｆからの信号電荷を受け取る垂直転
送電極をφV1,φV3とすると、この垂直転送電極φV1,φ
V3に信号電荷読みだしパルスを重畳すれば、受光素子Ｆ
の信号電荷を垂直転送レジスタに読む出すことができ
る。垂直転送レジスタの延長上には、記憶部Ｂが配置さ
れている。記憶部Ｂは受光部Ａの垂直転送手段と略同一
の垂直転送手段により構成されており、また、転送電極
は受光部Ａと同一の４相電極構造となっている。各転送
電極には、φM1〜φM4の４相の転送パルスが供給され
る。記憶部Ｂの他端には水平転送部Ｃが配置されてい
る。水平転送部Ｃには３相の転送電極φH1〜φH3から構
成されており、各転送電極には水平転送パルスが供給さ
れる。水平転送段Ｃの一端には電荷検出部Ｄが配置され
ている。

次にFIT−CCDの動作について第６図，第７図の用いて
説明する。

第７図は、第６図に示したFIT−CCDのφV1〜φV4,φM
1〜φM4に印加する転送パルスの波形の概略を示したも
のである。

まず、φV1〜φV4電極下に蓄積されたスメア等の不要
電荷は、垂直帰線期間の前半の期間t_Sの間にφV1〜φV4
に印加された転送パルスにより、不要電荷排出部Ｅに転
送される。次に、信号読みだし期間t_rの間に印加された
読みだしパルスV_CHにより、受光素子の信号電荷が、垂
直転送電極φV1もしくはφV3電極下に転送される。垂直
転送段に転送された信号電荷は垂直帰線期間内のt_tの期
間内に、記憶部Ｂの所定の位置まで高速に転送される。
記憶部の所定の位置まで転送された信号電荷は、１水平
走査期間毎（以後、1H期間と称す）に水平転送部Ｃへ転
送される。水平転送部Ｃへ転送された信号電荷は水平転
送パルスにより順次、電荷検出部Ｄへ転送され、信号電
荷は、信号電圧に変換されて信号電圧として取り出され
る。

上記のような動作により、FIT−CCDはCCD特有のスメ
アと呼ばれる現象を極端に低減した撮像素子として広く
使われている。

また、一般的にCCDカメラでは、CCD自身の暗電流や電
荷の転送むら等により、入力光を遮断した場合でも第９
図に示すような黒レベル付近のシェーディングが発生す
る。

FIT−CCDを用いたカメラの場合、FIT−CCDの受光部Ａ
の垂直転送段の暗電流による電荷は、受光素子の信号電
荷を垂直転送段に読み出す直前に不要電荷排出部Ｅに掃
き、出され、光電変換により得られた信号電荷は、高速
に記憶部Ｂに転送される。したがって、受光部の垂直転
送段で発生する暗電流の電荷による影響はほとんど発生
しない。ところが、記憶部Ｂを構成する垂直転送段で発
生する暗電流による電荷は、単位時間あたり一定になる
ため、記憶部に転送された後すぐに水平転送段Ｃに転送
される信号電荷は、記憶部Ｂで発生する暗電流による電
荷の影響はほとんど受けない。しかし、垂直走査の終わ
りに近い方の信号電荷は、記憶部に留まる時間が長くな
り、記憶部Ｂで発生する暗電流による電荷の影響を受け
ることになる。つまり、記憶部Ｂで発生する暗電流は単
位時間あたり一定なので、FIT−CCDでは、垂直方向に徐
々に暗電流による電荷が増加し、第５図（ｂ）のような
垂直方向に三角波のシェーディングが発生することにな
る。

また、CCDの暗電流は周囲温度が８〜10℃上昇すると
２倍に変化する。CCDカメラを長時間使用した場合、素
子や回路等の発熱によって、CCDの周囲温度も上昇し、
前述したFIT−CCDの暗電流によるシェーディング、つま
り垂直方向の三角波状のシェーディング波形も２倍に増
大する。

従来のCCDカメラにおけるシェーディング補正回路の
一例を第８図に示す。12は撮像レンズ、13はCCD、14は
プリアンプ、15は信号処理部を示す。

従来のCCDカメラにおけるシェーディング補正回路
は、水平方向三角波発生回路16,垂直方向三角波発生回
路17,水平方向パラボラ波発生回路18および垂直方向パ
ラボラ波発生回路19により発生されたそれぞれの信号の
利得を、利得調整器20,21,22,23で調整し、それぞれを
加算する。前記の加算して得られた第10図に示されたよ
うな波形のシェーディング補正信号をCCD13からプリア
ンプ14を経た出力信号に加算し、入力信号が遮断された
場合でも黒レベルの信号が、第11図に示すようなシェー
ディングのないフラットな信号になるよう補正してい
る。

ところが、実際にカメラを操作するとCCDの温度が変
化することになり、したがって、カメラ使用開始直後の
シェーディング状態と一定時間経過したシェーディング
状態は変化することになり、再度補正しなければ、安定
した黒レベルの撮像信号を得ることはできない。

また近年、信号処理のディジタル化等により、メモリ
等で構成されたシェーディング補正回路を備えたカメラ
もある。

発明が解決しようとする課題 このように、黒レベルのシェーディング補正回路は不
可欠であるが、従来のシェーディング補正回路は特定の
シェーディング波形に対してのみ有効であり、またCCD
の温度変化にともない変化する垂直方向のシェーディン
グに対しては改善効果はなかった。

本発明は、上記課題を解決するもので、周囲温度の変
化に対して再調整の必要がなく、常に黒レベルのシェー
ディングのない安定した撮像信号を得ることのできる固
体撮像装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、読み出し書き込
み可能なメモリと、シェーディング補正動作命令により
固体撮像素子への入力光を遮断して画面全体にわたる補
正値を前記メモりに書き込む手段と、前記メモリから読
み出した補正値で前記固体撮像素子からの撮像信号を補
正するシェーディング補正回路と、前記撮像信号の光学
的黒レベルにより画面垂直方向の補正量を決定する補正
量決定手段と、前記メモリの補正値に対して水平方向の
補正分を残しながら前記補正量で演算し、その演算結果
を再度前記メモリに書き込むメモリ制御手段とを備えた
ものである。

作用 本発明は上記した構成により、暗電流による黒レベル
のシェーディングを検出し、随時シェーディング補正回
路を動作させることで、周囲温度の変化に対して再調整
の必要がなく、常に黒レベルのシェーディングのない安
定した撮像信号を得ることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。

第１図は、本発明の一実施例に基づいたFIT−CCDを使
用したカメラの簡単な構成図を示す。１は撮像レンズ、
２はFIT−CCD、３はプリアンプ、４は信号処理部、５は
撮像信号の信号レベルを検出するメモリ、６は光学的黒
レベルを検出するメモリ、７はマイコン、９は随時読み
だし書き込み可能な補正用メモリ、８はシェーディング
補正部、10はアドレス発生回路、11はシェーディング補
正回路である。

撮像レンズ１により集光された光は、FIT−CCD2で受
光され、光電変換される。FIT−CCD2からの出力信号
は、プリアンプ部３に供給され、不要雑音成分を除去さ
れ、任意の振幅に増幅される。プリアンプ部３の出力信
号は、シェーディング補正部８からの補正信号と加算さ
れ、シェーディングのない波形となり、信号処理部４に
供給される。信号処理部４では、各種信号処理を施し信
号処理部４の出力信号は、標準の映像信号（テレビジョ
ンカメラ出力信号）となっている。信号処理部４には、
撮像画面を任意のブロック数に分割し、それぞれのブロ
ック内の信号レベルの平均値を格納するメモリ５と、撮
像信号の光学的黒レベルを検出しそのレベル値を格納し
ているメモリ６を備えており、それぞれのメモリ5,6に
格納された値は、マイコン７によって読みだされる構成
となっている。

また、前記シェーディング補正部８は、マイコン７に
よって演算された適切な補正値を格納するメモリ９と、
前記メモリを読みだすためのアドレス信号発生回路10
と、前記アドレス発生回路10により読みだされたメモリ
値をD/A変換し、補正信号に整形し、CCDからの撮像信号
を補正するシェーディング補正回路11とから構成されて
いる。

次に、撮像信号の光学的黒レベルを検出する必要につ
いて述べる。

一般にCCDは、受光素子の水平方向の片端の数画素を
アルミマスクにより遮光し、光学的に光の遮断された状
態の信号レベルが検出できるようになっている。この信
号部分は、光学的黒レベルまたは、OBレベル（以後、OB
レベルと称す）と呼ばれており、撮像信号の基準レベル
となっている。

前述したFIT−CCDの暗電流によるシェーディング状態
を考えると、このOBレベルの部分は被写体像からの光に
より変換して得た信号電荷がないので、実際は、光電変
換素子の暗電流による電荷と、記憶部の暗電流による電
荷だけが信号電圧に変換されて、OBレベルとして検出さ
れている。前記光電変換素子の暗電流は、受光部全域に
わたって略均一であり、暗電流そのものの値も小さい。
カメラの信号処理部４では、前記OBレベルをクランプし
て黒レベルとして撮像信号を処理している。前記のクラ
ンプ応答速度を速くすれば、OBレベルが変化した発生す
るシェーディング状態を取り除くことができる。

しかし、クランプ応答を速くすると、OBレベルにある
高域ノイズが低域に折返し、画面上では横引きノイズと
なって現れ、画面を著しく損ねるので、OBレベルのシェ
ーディング状態を吸収するほど速くすることはできな
い。

以上のようなことから、撮像信号のOBレベルを検出す
れば、FIT−CCD特有の記憶部から発生する暗電流による
シェーディング状態を検出することができる。

すなわち、CCDの周囲温度が上昇することにより増大
するシェーディングは、OBレベルを検出することで検出
可能となるので、前記OBレベルをシェーディング補正回
路11で随時補正を行なうことにより常に黒レベルのシェ
ーディングのない安定した撮像信号を得ることができ
る。

次に、第１図で示された回路のシェーディング補正動
作について述べる。

通常の黒レベルのシェーディング補正の場合を、第３
図のフローチャートを参照に説明する。

任意のシェーディング補正動作命令により、レンズ１
をクローズにして入力光を遮断し、信号処理部４から各
画面の信号レベルをメモリ５からマイコン７が検出し、
適切な補正信号となるように演算され、補正メモリ９に
書き込む。この補正メモリ９に書き込まれた値がアドレ
ス発生回路10によって読みだされ、補正信号となってプ
リアンプ部３の出力に加算される。この動作を一定回数
繰り返し、信号処理部４に入力される信号は、画面全体
にわたりシェーディングのない撮像信号に補正される。

このようにして補正された時の補正信号の一例を第４
図に示す。

第４図の（ａ）は補正波形、H1は画面上部の水平方向
の補正信号、M1は画面中央部の水平方向の補正信号、L1
は画面下部の水平方向の補正信号を示す。

また、FIT−CCDの暗電流によるシェーディングを補正
する場合を、第２図のフローチャートを参照に説明す
る。

通常の撮像状態において、信号処理部４のOBレベル値
の格納されたメモリ６からマイコン７が、前記レベル値
を読み出すことにより、画面上部と下部のレベル差から
三角波になるように演算し、画面垂直方向の補正量を決
定する。マイコン７は、既に補正値の書き込まれたメモ
リ９の値に対し、水平方向の補正分を残しながら、前記
補正量を加えて演算し、その演算結果を、メモり９を制
御して、再度メモリ９に書き込んでいく。この補正メモ
リ９に書き込まれた値がアドレス発生回路10によって読
みだされ、補正信号となってプリアンプ部３の出力に加
算される。

このようにして補正された場合の補正信号の一例を第
５図に示し、第４図を参照に、更に詳細に説明する。

第５図の（ｂ）は、温度変化によるシェーディング波
形、（ｃ）は温度が上昇したときの補正信号、H2は画面
上部の水平方向の補正信号、M2は画面中央部の水平方向
の補正信号、L2は画面下部の水平方向の補正信号を示
し、第４図に示したH1,M1,L1と前記H2,M2,L2とは同位置
の補正信号波形である。

温度変化によるシェーディング波形は、第５図の
（ｂ）のように、画面下部方向になるにつれ増大する波
形となる。この変化分をなくすように補正するには、第
５図の（ｃ）の補正波形の点線に示した部分を加算すれ
ばよい。この時、H2,M2,L2に示すように、水平方向のシ
ェーディング補正波形は、そのまま残され、垂直方向は
第４図（ａ）に示した補正波形に、温度変化によるシェ
ーディング波形を補正する波形が加算された第５図
（ｃ）に示すような波形となる。

なお、FIT−CCDの暗電流によるシェーディングは周囲
温度により影響され、その温度変化は徐々に上昇し、急
激な変化ではなく、前述の補正は、常時行なわなくとも
任意の一定時間毎に行なえば充分である。

発明の効果 以上、説明したように本発明によれば、周囲温度の変
化に対して再調整の必要がなく、常に黒レベルのシェー
ディングのない安定した撮像信号を得ることができ、従
来のカメラのシェーディング補正の比べ飛躍的な向上が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に基づいたFIT−CCDを使用し
たカメラの構成図、第２図は温度変化によるシェーディ
ングを補正するための手段を示すフローチャート、第３
図は黒レベルのシェーディングを補正するための手段を
示すフローチャート、第４図は黒レベルのシェーディン
グを補正するための補正波形を示す特性図、第５図は温
度変化によるシェーディングを補正するための補正波形
を示す特性図、第６図はフレーム・インターライン転送
型撮像装置のブロック図、第７図はフレーム・インター
ライン転送型撮像装置の駆動波形を示す波形図、第８図
は従来のカメラにおけるシェーディング補正回路を示す
ブロック図、第９図はシェーディングのある撮像信号を
示す波形図、第10図はシェーディングを補正する波形
図、第11図はシェーディング補正された撮像信号を示す
波形図である。 ２……FIT−CCD、４……信号処理部、５……撮像信号の
信号レベルを検出するメモリ、６……光学的黒レベルを
検出するメモリ、７……マイコン、８……シェーディン
グ補正部、９……メモリ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】読み出し書き込み可能なメモリと、シェー
   ディング補正動作命令により固体撮像素子への入力光を
   遮断して画面全体にわたる補正値を前記メモりに書き込
   む手段と、前記メモリから読み出した補正値で前記固体
   撮像素子からの撮像信号を補正するシェーディング補正
   回路と、前記撮像信号の光学的黒レベルにより画面垂直
   方向の補正量を決定する補正量決定手段と、前記メモリ
   の補正値に対して水平方向の補正分を残しながら前記補
   正量で演算し、その演算結果を再度前記メモリに書き込
   むメモリ制御手段とを備えた固体撮像装置。