JP2977057B2 - 固体撮像素子の信号処理装置 - Google Patents

固体撮像素子の信号処理装置

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JP2977057B2
JP2977057B2 JP3303754A JP30375491A JP2977057B2 JP 2977057 B2 JP2977057 B2 JP 2977057B2 JP 3303754 A JP3303754 A JP 3303754A JP 30375491 A JP30375491 A JP 30375491A JP 2977057 B2 JP2977057 B2 JP 2977057B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子の暗時
固定パターンノイズを抑圧する信号処理装置に関し、特
に利得制御を行って精度よく暗時固定パターンノイズを
抑圧できるようにした固体撮像素子の信号処理装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、光電変換機能と蓄積電荷の増幅,
読み出し及びリセット機能をもつ、静電誘導トランジス
タ(Static Induction Transistor :SITと略称され
ている)や電荷変調素子(Charge Modulation Device:
CMDと略称されている)などの内部増幅型光電変換素
子を単位画素として用いたイメージセンサにより画像を
再生する装置においては、イメージセンサ固有の固定パ
ターンノイズ(以下FPNと略称する)をキャンセルす
るために、フレームメモリ等の記憶手段を設け、該記憶
手段に各画素毎にFPNを蓄積し、イメージセンサの各
画素から得られた画像情報から、その画素に対応するF
PNを減算して画像信号を得るようにした信号処理手段
が必要となる。
【0003】図6は、かかる内部増幅型イメージセンサ
による画像再生装置において用いる従来提案されたFP
Nを抑圧する信号処理手段のブロック構成図である。図
において、1は内部増幅型固体撮像素子で、SITやC
MDなどからなる内部増幅型画素をマトリックス状に配
列して構成した受光部2と、該受光部2の水平方向の画
素列を選択するための垂直走査シフトレジスタ3と、水
平走査スイッチ4を介して受光部2の垂直信号線を選択
する水平走査シフトレジスタ5とで構成されている。そ
して1フレーム期間、光電荷に応じた信号を読み出した
後、次の1フレーム期間は蓄積電荷をリセットした直後
又はリセットしながら、信号を読み出すように構成され
ている。
【0004】6は増幅器で、前記固体撮像素子1の水平
走査スイッチ4を介して読み出された信号を増幅するも
ので、該増幅器6で増幅された信号はA/D変換器7で
A/D変換されてメモリ8に取り込まれる。9,10はメ
モリ8に取り込まれた光電荷に応じた信号及び光電荷の
ない状態での信号を、それぞれD/A変換するためのD
/A変換器で、該D/A変換器9,10でD/A変換され
た各信号は減算器11に入力され、減算器11の出力は利得
可変増幅器12を通して出力ビデオ信号として出力するよ
うになっている。なお13はメモリ8の動作を制御するメ
モリ制御部であり、前記A/D変換器7,メモリ8,メ
モリ制御部13,D/A変換器9,10及び減算器11とで減
算回路14を構成している。
【0005】次に、このように構成されている信号読み
出し処理装置の動作について説明する。まず固体撮像素
子1から1フレーム期間、光電荷に応じた信号を読み出
す。次の1フレーム期間は蓄積電荷をリセットした直後
又はリセットしながら、信号を読み出す。これは暗時信
号を読み出していることに相当する。
【0006】内部増幅型撮像素子は、蓄積電荷を増幅す
るトランジスタの特性のばらつきによるFPNを発生す
るが、上記暗時信号の読み出しは暗電流をゼロとした場
合の暗時FPN(以下この意味で用いる)を読み出して
いることにもなる。暗電流は最近非常に小さく抑えられ
ており、通常の固体撮像素子の使用条件下では無視でき
るようになっているため、暗時FPNはほぼトランジス
タの特性のばらつきにより発生しているものを意味す
る。暗時FPNは光量に無関係に一定レベル存在し、最
初に読み出した光電荷に応じた信号にオフセット的に重
畳されている。
【0007】上記光電荷による信号と暗時信号は、フレ
ーム順次信号として読み出される。このようにして読み
出されたフレーム順次信号は増幅器6で増幅され、A/
D変換器7でデジタル信号化されてメモリ8に取り込ま
れる。
【0008】次にメモリ制御部13によりメモリ読み出し
パルスの位相制御することにより、光電荷による信号と
暗時信号に分離する。ここで光電荷による信号と暗時信
号はフレーム順次になっているため、対応する信号のな
いフレームは前フレームの信号で補間する。次いで、光
電荷による信号と暗時信号を、それぞれD/A変換器
9,10でD/A変換して減算器11に入力し、光電荷によ
る信号と暗時信号を減算することにより、暗時FPNを
抑圧した信号を得る。そして信号のレベルに応じて利得
可変増幅器12でゲインを調整して、所定のビデオ信号が
得られるようになっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、固体撮像素
子から光電荷による撮像信号と暗時信号を読み出し、外
部回路で減算して暗時FPNを抑圧する信号処理方式に
おいて、減算回路以前で利得を調整しようとすると、利
得の変化が撮像信号と暗時信号とで一致しないため、減
算結果にエラーが発生し、十分な暗時FPN抑圧効果を
得ることができない。
【0010】このため、図6に示す信号処理装置のよう
に、減算回路の後段に利得可変増幅器を配置して、減算
処理後に利得を調整している。しかしながら、このよう
に減算処理後に利得を調整する場合は、信号レベルが大
きい場合には減算回路のダイナミックレンジをオーバー
してしまい、また信号レベルが小さい場合には、減算回
路のノイズ、例えばA/D変換器の量子化ノイズも同時
に増幅してしまうという問題点があった。
【0011】本発明は、従来の固体撮像素子の信号処理
装置における上記問題点を解消するためになされたもの
で、精度よくFPNを抑圧し且つ減算回路のダイナミッ
クレンジを有効に使用できるようにした固体撮像素子の
信号処理装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明の固体撮像素子の信号処理装置は、
内部増幅型固体撮像素子から光電荷に応じた撮像信号と
蓄積電荷をリセットした直後又はリセットしながら読み
出した暗時信号を、ある同一画素群に対して交互に読み
出して順次信号として出力し、該順次信号を利得可変回
路を通した後、撮像信号と暗時信号の位相を合わせて減
算回路で撮像信号から暗時信号を減算し暗時固定パター
ンノイズを抑圧する信号処理装置であって、前記利得可
変回路の利得可変をステップ状に行い、減算処理をする
撮像信号と暗時信号の対に対して同時に利得変化させる
ことを特徴とするものである。
【0013】このように減算回路の前段に利得可変装置
を設けて減算処理する撮像信号と暗時信号の対を同時に
利得制御するため、利得の制御を一致させることがで
き、精度よくFPNを抑圧することが可能となる。また
利得可変装置で最適レベルにゲインを調整することがで
きるため、減算回路のダイナミックレンジを有効に使う
ことができる。
【0014】
【実施例】次に実施例について説明する。図1は、本発
明に係る固体撮像素子の信号処理方式の第1実施例を説
明するためのブロック構成図であり、図6に示した従来
例と同一又は対応する部材には同一符号を付して、その
説明は省略する。この実施例では、減算回路14の前段に
設ける利得可変装置として、電圧制御利得可変増幅器21
を設け、この電圧制御利得可変増幅器21の利得は、利得
制御電圧発生器22からの制御電圧により連続的に可変制
御できるようになっている。そして、利得の可変は、減
算する撮像信号と暗時信号の対が、常に同時に切り換わ
るようにステップ状に制御されるように構成されてい
る。
【0015】次に、このように構成されている信号処理
装置の動作を図2に示したタイミングチャートを参照し
ながら説明する。まず固体撮像素子1から1フレーム期
間の光電荷に応じた撮像信号を読み出し、次の1フレー
ム期間には蓄積電荷をリセットした直後又はリセットし
ながら暗時信号を読み出す。上記撮像信号と暗時信号と
はフレーム順次信号として読み出され、初段の増幅器6
で増幅されて、図2においてAで示すフレーム順次信号
となり、電圧制御利得可変増幅器21に入力される。この
利得可変増幅器21には利得制御電圧発生器22より、ブラ
ンキング期間にレベルが変化するステップ状電圧Bが加
えられており、これによりフレーム順次信号Aは利得可
変増幅器21で増幅制御されて、Cで示す利得制御された
フレーム順次信号が得られる。このフレーム順次信号C
はA/D変換器7でデジタル信号化されてメモリ8に取
り込まれる。
【0016】次にメモリ制御部13によりメモリ読み出し
パルスの位相制御することにより、撮像信号Dと暗時信
号Eに分離出力する。ここで撮像信号と暗時信号はフレ
ーム順次になっているため、対応する信号のないフレー
ムは前フレームの信号で補間する。次いで、撮像信号D
と暗時信号Eを、それぞれD/A変換器9,10でD/A
変換して減算器11に入力し、撮像信号Dと暗時信号Eを
減算することにより、暗時FPNを抑圧したビデオ信号
Fが得られる。
【0017】このように、電圧制御利得可変増幅器21に
おいて、減算する撮像信号と暗時信号の対を同時にゲイ
ンを制御することによって、完全に暗時FPNを抑圧し
たビデオ信号が得られる。
【0018】次に、図3に基づいて第2実施例について
説明する。この実施例は、図1に示した第1実施例を発
展させてAGCに応用したものである。すなわち出力ビ
デオ信号を整流器23で整流して基準電圧と共に比較器24
に入力し、基準電圧と比較して出力レベルが一定になる
ように、電圧制御利得可変増幅器21の利得を制御するも
ので、AGC動作も可能になるようにしたものである。
【0019】図4は、第3実施例を示すブロック構成図
である。上記第1及び第2実施例では、利得可変装置と
して連続可変の電圧制御利得可変増幅器を用いたものを
示したが、この第3実施例はステップ状にゲイン可変の
利得可変増幅器を用いたものである。すなわち、増幅器
31の帰還抵抗をステップ状にスイッチ回路32により切り
換え可変できるようにし、スイッチ回路32の切り換え動
作をスイッチ制御回路33で制御するように構成するもの
である。そしてゲイン切り換え制御は、減算処理する撮
像信号と暗時信号とが同時に切り換わるタイミングで、
すなわち一対の撮像信号と暗時信号と他の一対の撮像信
号と暗時信号との間において行うようにする。
【0020】図5は、第4実施例を示すブロック構成図
で、この実施例は、ゲインの異なるいくつかの増幅器41
-1,41-2,・・・ 41-Nを設け、それらの出力をスイッチ制
御回路43で制御されるスイッチ回路42で切り換えるよう
に構成するもので、その切り換え動作は、図4に示した
第3実施例と同様に行われる。
【0021】なお上記各実施例では、処理する信号期間
単位は1フレーム期間としたものを示したが、この信号
期間単位はこれに特定されるものではなく、例えば1水
平走査期間単位とすることも勿論可能である。
【0022】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、減算する撮像信号と暗時信号の対に対
して同時に利得制御を行うようにしたので、従来困難で
あった減算回路の前段で行う利得制御が可能になり、そ
れにより高精度でFPNを抑圧することができると共に
減算回路のダイナミックレンジを有効に利用することが
できる等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像素子の信号処理方式の第
1実施例を説明するためのブロック構成図である。
【図2】図1に示した実施例の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。
【図3】本発明の第2実施例を説明するためのブロック
構成図である。
【図4】本発明の第3実施例を説明するためのブロック
構成図である。
【図5】本発明の第4実施例を説明するためのブロック
構成図である。
【図6】従来提案の固体撮像素子の信号処理方式を説明
するためのブロック構成図である。
【符号の説明】
1 固体撮像素子 6 増幅器 7 A/D変換器 8 メモリ 9,10 D/A変換器 11 減算器 12 利得可変増幅器 13 メモリ制御部 21 電圧制御利得可変増幅器 22 利得制御電圧発生器

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部増幅型固体撮像素子から光電荷に応
    じた撮像信号と蓄積電荷をリセットした直後又はリセッ
    トしながら読み出した暗時信号を、ある同一画素群に対
    して交互に読み出して順次信号として出力し、該順次信
    号を利得可変回路を通した後、撮像信号と暗時信号の位
    相を合わせて減算回路で撮像信号から暗時信号を減算し
    暗時固定パターンノイズを抑圧する信号処理装置であっ
    て、前記利得可変回路の利得可変をステップ状に行い、
    減算処理をする撮像信号と暗時信号の対に対して同時に
    利得変化させることを特徴とする固体撮像素子の信号処
    理装置。
  2. 【請求項2】 前記利得可変回路として、連続的に利得
    の変化する電圧制御利得可変増幅器を用い、利得制御電
    圧にステップ状の電圧を印加することを特徴とする請求
    項1記載の固体撮像素子の信号処理装置。
  3. 【請求項3】 前記利得可変回路は、段階的に利得の変
    化する増幅器で構成されていることを特徴とする請求項
    1記載の固体撮像素子の信号処理装置。
  4. 【請求項4】 前記利得可変回路は、切り換え出力され
    る利得の異なる複数の増幅器で構成されていることを特
    徴とする請求項1記載の固体撮像素子の信号処理装置。
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