JP4022962B2

JP4022962B2 - 信号処理回路および固体撮像素子の出力信号処理方法

Info

Publication number: JP4022962B2
Application number: JP34105497A
Authority: JP
Inventors: 篤小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: JPH11177998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号処理回路および固体撮像素子の出力信号処理方法に関し、特にサンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号の処理回路、および受光面上にカラーフィルタを有する固体撮像素子の出力信号を処理する処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子を使用するシステムでは、通常、図３に示すように、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device) 固体撮像素子１０１の出力信号を、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）回路１０２を通すことによってリセットノイズを低減し、さらに波形整形を行う。その後に、適正な値になるように、増幅回路１０３で適当な増幅率で増幅する。
【０００３】
この増幅された信号は、増幅回路１０３を通ることによってその波形が汚くなるため、再度サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１０４で波形整形され、しかる後Ａ／Ｄ変換器１０５でディジタル化されてＤＳＰ(Digital Signal Processor;ディジタル信号処理）回路１０６に送られる。このＤＳＰ回路１０６では、種々の信号処理がディジタル的に行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＣＣＤ固体撮像素子１０１の出力信号がＣＤＳ回路１０２および増幅回路１０３を経た後、再度サンプルホールド回路１０４を通ることで、サンプルホールド回路１０４で連続する２画素の信号が干渉して本来の信号レベルとは異なってしまうことがある。図４に、サンプルホールド回路１０４の回路構成の一例を示す。
【０００５】
図４において、入力される信号は、ＭＯＳトランジスタＱ１を介してＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに印加される。ＭＯＳトランジスタＱ１は、そのゲートにクロックＣｌｋが印加されたときにオン状態となる。ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインは電源Ｖｄｄに接続され、そのソースは抵抗Ｒ１を介してグランドＧｎｄに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートとグランドの間には、コンデンサＣ１が接続されている。
【０００６】
上記構成のサンプルホールド回路１０４において、当該回路に入力される２画素の信号を時間の順に信号１／信号２とすると、信号１が入力され、この信号１がオン状態のＭＯＳトランジスタＱ１を介してＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲート電圧が信号１の信号レベルに達した後、クロックＣｌｋが低レベルになることによってＭＯＳトランジスタＱ１がオフ状態となる。
【０００７】
信号１の次に、信号２が入力される。このとき、ＭＯＳトランジスタＱ１の前後では信号レベルは異なっている。すなわち、図４には示していないが、ＭＯＳトランジスタＱ１のソース‐ドレイン間には寄生容量が存在するため、信号２の入力によりＭＯＳトランジスタＱ２のゲート電圧は若干ではあるが変化し、実際の信号レベルとは異なった値となる。この変化は、信号１と信号２のレベル差にほぼ比例する。この現象をクロストーク（または、混色）と呼ぶ。
【０００８】
図５は、クロストーク現象を示す波形図である。同図において、実線が入力信号であり、それがクロストークにより変化したものを点線で示している。Δ１およびΔ２は入力信号の信号ごとのレベル差であり、Δ１およびΔ２に混色率を掛け合わせたものが入力信号と出力信号の変化分となる。ここに、混色率とは、信号１と信号２のレベル差に対して実際に信号１が変化する割合であり、サンプルホールド回路ごとに変わる値である。換言すれば、混色率は、サンプルホールド回路の特性によって決まる。
【０００９】
ところで、色配列が例えば原色Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）ベイヤ配列のカラーフィルタを持つＣＣＤ固体撮像素子を使用した場合を考えると、１ラインごとにＧ信号／Ｂ信号が出力するライン（以下、Ｒラインと称す）とＲ信号／Ｂ信号が出力するライン（以下、Ｂラインと称す）が入れ替わる。赤い被写体を撮像した場合では、Ｇ信号／Ｂ信号がほとんど０に近いにもかかわらず、Ｒ信号はかなり大きくなる。
【００１０】
そのため、ＲラインのＧ信号はＲ信号の影響を受けて信号レベルが大きくなるが、Ｇ信号とＢ信号とがほぼ等しいため、ＢラインのＧ信号はほとんど変化しない。この結果、ＲラインのＧ信号とＢラインのＧ信号では信号レベルが異なり、結果として、これらの信号に基づいて信号処理を行っても良好な画像が再現されないことになる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複雑な回路を付加することなく、サンプルホールドで発生したクロストーク（混色）を良好に補正して、原信号を回復することが可能な信号処理回路および固体撮像素子の出力信号処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による信号処理回路は、サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号の処理回路であって、入力された信号を１ビット分遅延する遅延手段と、この遅延手段で１ビット分遅延された信号の信号レベルから１ビット後に入力される信号の信号レベルを減算する減算手段と、この減算手段の減算結果に前記サンプルホールド回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせる乗算手段と、遅延手段で１ビット分遅延された信号に乗算手段の乗算結果を加算する加算手段とを備えている。
【００１３】
上記構成の信号処理回路において、回路入力となる周期性を持つ信号は、サンプルホールド回路で発生するクロストーク成分を含んでいる。この信号から１ビット後の信号を減算し、その差分にサンプルホールド回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせたものが、補正量となる。したがって、この補正量を１ビット前の信号に加算することで、クロストーク成分がキャンセルされる。これにより、クロストークのない原信号が得られる。
【００１４】
本発明による固体撮像素子の出力信号処理方法は、所定の色配列のカラーフィルタを受光面上に有する固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化して処理する処理方法であって、ディジタル化されて入力された信号を１ビット分遅延する遅延ステップと、この遅延ステップで１ビット分遅延した信号の信号レベルから１ビット後に入力される信号の信号レベルを減算する減算ステップと、この減算ステップでの減算結果に前記サンプルホールドを行う回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせる乗算ステップと、前記遅延ステップで１ビット分遅延した信号に前記乗算ステップでの乗算結果を加算する加算ステップとを有する。
【００１５】
カラーフィルタを持つ固体撮像素子の出力信号が、サンプルホールド回路を通ることで、隣り合った画素の信号の影響を受け、クロストーク（混色）が発生する。このクロストーク成分を含む１ビット前の信号から１ビット後の信号を減算し、その差分にサンプルホールドを行う回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせたものが、補正量となる。この補正量を１ビット前の信号に加算することで、隣り合った画素の信号の影響分、即ちクロストーク成分がキャンセルされる。これにより、クロストークのない撮像信号が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の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、本発明の一実施形態を示すブロック図である。この実施形態に係る信号処理回路は、例えば、カラーフィルタを持つカラーＣＣＤ固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドした後、ディジタル化した信号を処理対象とする。また、カラーＣＣＤ固体撮像素子は、色配列として例えば図２に示す原色ＲＧＢベイヤ配列のカラーフィルタを受光面上に有するものとする。
【００１７】
なお、色配列は原色ベイヤ配列に限定されるものではなく、さらにカラーフィルタもＲＧＢの原色の色配列に限られるものではなく、他の原色の色配列の場合でも、補色を使用した色配列（例えば、Ｙｅ／Ｃｙ／Ｍｇ／Ｇ）の場合でも同様に適応可能である。
【００１８】
図１から明らかなように、本実施形態に係る信号処理回路は、入力信号を１ビット分遅延する遅延手段としてのレジスタ１１と、このレジスタ１１の出力信号Ａから１ビット後の入力信号Ｂを減算する減算器１２と、外部で設定された正の補正係数を減算器１２の減算出力（Ａ−Ｂ）に掛け合わせる乗算器１３と、レジスタ１１の出力信号Ａに乗算器１４の乗算結果を加算する加算器１４とから構成されている。
【００１９】
上記構成の信号処理回路は、先述したように、例えば、カラーＣＣＤ固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドした後、ディジタル化した信号を処理対象とするものである。このとき、ＣＣＤ固体撮像素子から出力される信号は、各画素に対応した点順次の信号であることから、本信号処理回路に入力される信号は、周期性を持つ信号となる。そして、本信号処理回路は、隣り合った画素の信号の影響を受けた場合の補正を行うために、即ちサンプルホールドで発生したクロストーク（混色）を補正するために、図３に示すＣＣＤ固体撮像素子の出力信号の信号処理系において、ＤＳＰ回路１０６の例えば初段回路として用いられる。
【００２０】
この場合、図１に示す信号処理回路には、上記信号処理系におけるサンプルホールド回路１０４で発生したクロストーク成分を含む信号が入力される。入力された信号は、レジスタ１１を通った信号Ａと、レジスタ１１を通らない信号Ｂとして減算器１２にそれぞれ供給される。ここで、レジスタ１１は、１画素に相当する１ビット分（１クロック分）だけ入力を遅延する遅延機能を持つ。これにより、信号Ａは１ビット分遅延されることで、信号Ｂと同時化される。その結果、信号Ｂは信号Ａの次の画素の信号に対応し、図２の原色ＲＧＢベイヤ配列図から明らかなように、例えば信号ＡがＲ信号ならば信号ＢはＧ信号（Ｒライン）となる。
【００２１】
次に、減算器１２において、信号Ａから信号Ｂを引き算する。この減算器１２の減算結果（Ａ−Ｂ）に外部で設定された正の補正係数を乗算器１３を用いて掛け合わせる。この乗算器１３の乗算結果、即ち減算結果（Ａ−Ｂ）に補正係数を掛け合わせた信号が、サンプルホールドで発生したクロストークを補正する際の補正量となる。この補正量は、加算器１４においてレジスタ１１の出力信号である信号Ａに加算される。
【００２２】
ここで、上述したクロストーク補正の原理について、以下に式をもって説明する。なお、クロストークの発生していないときの信号量を信号１／信号２とし、信号１／信号２に対応する信号がクロストークによってそれぞれ信号１′／信号２′になるものとする。
【００２３】
クロストークの発生により、クロストークの起きている信号１′は、
信号１′＝信号１−（信号１−信号２）×混色率
と表される。ここに、混色率は、先述したように、ＣＣＤ固体撮像素子の出力信号の信号処理系（図３を参照）におけるサンプルホールド回路１０４の特性によって決まる値である。
【００２４】
このクロストークの起きている信号１′を、本実施形態に係る信号処理回路において補正することにより、その出力信号は、
出力信号＝信号１′＋（信号１′−信号２′）×補正係数
となる。
【００２５】
ここで、補正係数および混色率が共に１に比べて十分に小さい正の値と仮定すれば、
出力信号≒信号１−（信号１−信号２）×混色率＋（信号１−信号２）×補正係数
となる。
【００２６】
さらに、混色率≒補正係数となるように補正係数を選定すれば、
出力信号≒信号１
となり、クロストークによる信号の変化を補正できることになる。このことから明らかなように、混色率に対応して外部で設定される補正係数も、ＣＣＤ固体撮像素子の出力信号の信号処理系におけるサンプルホールド回路１０４の特性によって決まる値である。
【００２７】
上述したように、カラーＣＣＤ固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドした後、ディジタル化した信号を処理する際に、１ビット先に入力された信号の信号レベルから次に入力される１ビット後の信号の信号レベルを減算し、その減算出力に正の補正係数を掛け合わせた結果を補正量とし、この補正量を１ビット先に入力された信号に加算して出力することにより、サンプルホールドで発生したクロストーク（混色）を良好に補正できる。
【００２８】
その結果、原信号を回復することができるため、それ以降の信号処理系（図３のＤＳＰ回路１０６）で種々の信号処理が行われた撮像信号を用いることで、良好な画像を再現できる。しかも、図１から明らかなように、補正のための信号処理回路は、レジスタ１１、減算器１２、乗算器１３および加算器１４からなる極めて簡単な回路であるため、複雑な回路を付加することなしに、所期の目的を達成できる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、カラーＣＣＤ固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドした後、ディジタル化した信号を本信号処理回路の処理対象とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的に、サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号、特に１ビットごとに信号レベルの変化量の大きい信号が処理対象となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号の処理回路において、１ビット先に入力された信号の信号レベルから次に入力される１ビット後の信号の信号レベルを減算し、その減算出力にサンプルホールド回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせた結果を補正量とし、この補正量を１ビット先に入力された信号に加算して出力することにより、サンプルホールドで発生したクロストークを良好に補正できるため、複雑な回路を付加することなしに、原信号を回復することができる。
【００３１】
また、カラーフィルタを持つ固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化して処理する際に、１ビット先に入力された信号の信号レベルから次に入力される１ビット後の信号の信号レベルを減算し、その減算出力にサンプルホールドを行う回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせた結果を補正量とし、この補正量を１ビット先に入力された信号に加算して出力することにより、サンプルホールドで発生したクロストークを良好に補正して原信号を回復することができるため、良好な画像を再現できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】カラーフィルタの原色ベイヤ配列を示す図である。
【図３】ＣＣＤ固体撮像素子の出力信号の処理系を示すブロック図である。
【図４】サンプルホールド回路の回路構成の一例を示す回路図である。
【図５】クロストーク現象を示す波形図である。
【符号の説明】
１１…レジスタ、１２…減算器、１３…乗算器、１４…加算器、１０１…ＣＣＤ固体撮像素子、１０２…ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、１０４…サンプルホールド回路、１０６…ＤＳＰ（ディジタル信号処理）回路

Claims

サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号の処理回路であって、
入力された信号を１ビット分遅延する遅延手段と、
前記遅延手段で１ビット分遅延された信号の信号レベルから１ビット後に入力される信号の信号レベルを減算する減算手段と、
前記減算手段の減算結果に前記サンプルホールド回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせる乗算手段と、
前記遅延手段で１ビット分遅延された信号に前記乗算手段の乗算結果を加算する加算手段と
を備えることを特徴とする信号処理回路。
前記サンプルホールド回路に入力される信号は、所定の色配列のカラーフィルタを受光面上に有する固体撮像素子の出力信号である
ことを特徴とする請求項１記載の信号処理回路。
所定の色配列のカラーフィルタを受光面上に有する固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化して処理する処理方法であって、
ディジタル化されて入力された信号を１ビット分遅延する遅延ステップと、
前記遅延ステップで１ビット分遅延した信号の信号レベルから１ビット後に入力される信号の信号レベルを減算する減算ステップと、
前記減算ステップでの減算結果に前記サンプルホールドを行う回路の特性に基づいて決定される正の補正係数を掛け合わせる乗算ステップと、
前記遅延ステップで１ビット分遅延した信号に前記乗算ステップでの乗算結果を加算する加算ステップと
を有することを特徴とする固体撮像素子の出力信号処理方法。