JP4331553B2

JP4331553B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4331553B2
Application number: JP2003324801A
Authority: JP
Inventors: 圭一森
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2009-09-16
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Also published as: JP2005094338A; US7355638B2; US20050068431A1

Description

本発明は、固体撮像装置等の撮像装置に関し、特に、固定パターンノイズを抑圧する機能を備えた撮像装置に関する。

固体撮像装置は、各々の画素毎の特性ばらつきによる固定パターンノイズ（以下、ＦＰＮと略記する）が課題となっており、このＦＰＮをキャンセルするための手法が従来より各種提案されている。

例えば、特許文献１には、撮像素子の蓄積電荷をリセットした直後又はリセットしながら、光電荷のない状態の暗時信号を読み出しＡ／Ｄ変換して記憶手段に蓄積し、撮像素子から読み出しＡ／Ｄ変換した撮像信号から上記記憶手段に蓄積した暗時信号を減算するＦＰＮ抑圧回路を備えたビデオカメラ装置において、上記Ａ／Ｄ変換前の暗時信号レベルの変化を伴うビデオカメラの動作，機能を変換する手段を備え、該変換手段の切換動作及び電源投入動作に連動して、上記ＦＰＮ抑圧回路の記憶手段への暗時信号の再入力動作を行わせるように構成したビデオカメラ装置が開示されている。

また、特許文献２には、撮像素子の蓄積電荷をリセットした直後又はリセットしながら、光電荷のない状態の暗時信号を読み出しＡ／Ｄ変換して記憶手段に蓄積し、撮像素子から読み出しＡ／Ｄ変換した画像信号から上記記憶手段に蓄積した暗時信号を減算するＦＰＮ抑圧回路を備えたビデオカメラ装置において、上記ＦＰＮ抑圧回路を、常時所定間隔で自動的に繰り返しリフレッシュ動作させるビデオカメラ装置が開示されている。
特開平５−１１５０２５号公報特開平５−１１５０２６号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に開示の手法は何れも、暗時信号を得るための撮像動作と通常撮像のための撮像動作との２回の撮像動作を行って、後者の撮像動作で得られた画像信号から前者の撮像動作で得た暗時信号を減算するものであり、必ず２回の撮像を行わなければならない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、１回の撮像動作でＦＰＮを抑圧することの可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による撮像装置は、光電荷を電荷蓄積し信号出力する複数の画素から成る受光画素部と、光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号を出力する比較画素部とを持つ撮像手段と、予め上記撮像手段の受光画素部の固定パターンノイズ（ＦＰＮ）成分値を記憶保持する第１の記憶手段と、予め上記撮像手段の比較画素部のＦＰＮ成分値を記憶保持する第２の記憶手段と、上記撮像手段の比較画素部からの信号と上記第２の記憶手段に記憶保持されているＦＰＮ成分値とから所定の比較処理を行い、上記第１の記憶手段に記憶保持されているＦＰＮ成分値を補正する第１の補正手段と、上記撮像手段の受光画素部からの信号を上記第１の補正手段による補正後のＦＰＮ成分値にて補正する第２の補正手段と、を具備し、上記第２の補正手段は、上記第１の補正手段の出力信号と所定の判定値とを比較し、対象画素の異常ＦＰＮ成分値の有無を判定するＦＰＮ異常画素検出手段と、上記ＦＰＮ異常画素検出手段で異常判定された画素にあたる上記減算手段の出力信号を、周辺の画素信号から補正するＦＰＮ異常画素補正手段と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明による撮像装置は、請求項１に記載の発明による撮像装置において、上記撮像手段は、温度・蓄積時間に依存しない基準信号を利用して、上記受光画素部の信号及び上記比較画素部の信号をクランプする直流再生部を持つことを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子に画素欠陥があり、１回の撮像動作でＦＰＮを抑圧した明部信号成分に異常があっても、画素欠陥の補正をすることの可能な撮像装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１はその構成を示す図で、この撮像装置は、光電荷を電荷蓄積し信号出力する複数の画素から成る受光画素部１Ａと、光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号（蓄積電荷をリセットした直後に読み出した信号または蓄積電荷をリセットしながら読み出した信号）を常時出力する比較画素部１Ｂとを持つ撮像手段１と、予め上記撮像手段１の受光画素部１ＡのＦＰＮ成分値を記憶保持する第１の記憶手段２と、予め上記撮像手段１の比較画素部１ＢのＦＰＮ成分値を記憶保持する第２の記憶手段３と、上記撮像手段１の比較画素部１Ｂからの信号と上記第２の記憶手段３に記憶保持されているＦＰＮ成分値とから所定の比較処理を行い、上記第１の記憶手段２に記憶保持されているＦＰＮ成分値を補正する第１の補正手段４と、上記撮像手段１の受光画素部１Ａからの信号を上記第１の補正手段４による補正後のＦＰＮ成分値にて補正する第２の補正手段５と、から構成されている。

ここで、上記撮像手段１は、１フィールドまたは１フレームの信号読み出し期間内で、上記比較画素部１Ｂの出力信号が、上記受光画素部１Ａの出力信号に先んじて出力されるようなものであることが好ましい。

また、上記第１の記憶手段２は、予め所定のタイミングもしくは所定の条件下での、上記撮像手段１の受光画素部１Ａの各画素における光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号を上記ＦＰＮ成分値として記憶保持するものであり、上記第２の記憶手段３は、上記撮像手段１の比較画素部１Ｂの複数の画素それぞれの光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号の平均値またはメディアン値（中央値）を上記ＦＰＮ成分値として記憶保持するものである。

なお、これら第１の記憶手段２及び第２の記憶手段３は、不揮発性メモリで構成している。そして、上記第１の記憶手段２及び上記第２の記憶手段３が各々記憶保持するＦＰＮ成分値は、任意のタイミングで上記撮像手段１から１回読み出した受光画素部１Ａ及び比較画素部１Ｂの信号、または、同条件下で上記撮像手段１から受光画素部１Ａ及び比較画素部１Ｂの信号を複数回読み出した平均値またはメディアン値である。このときの受光画素部１Ａは、光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号を出力するよう制御される。

あるいは、上記第１の記憶手段２及び上記第２の記憶手段３は、揮発性メモリで構成しても良い。この場合には、本撮像装置に電源が投入された直後に、所定の駆動条件で上記撮像手段１を駆動して読み出した受光画素部１Ａ及び比較画素部１Ｂの信号を記憶保持することとなる。

一方、上記第１の補正手段４は、上記撮像手段１の出力信号のうち、上記撮像手段１の比較画素部１Ｂの出力信号のＦＰＮ成分値を検出する検出手段４Ａと、該検出手段４Ａで検出したＦＰＮ成分値と上記第２の記憶手段３で記憶保持しているＦＰＮ成分値とから係数を算出する比較手段４Ｂと、上記第１の記憶手段２に記憶保持されるＦＰＮ成分値に対して上記比較手段４Ｂから出力された係数に基づき演算し出力する演算手段４Ｃとから構成されている。ここで、上記検出手段４Ａは、上記撮像手段１の比較画素部１Ｂの各画素からの信号の平均値またはメディアン値を上記ＦＰＮ成分として算出するものである。また、上記比較手段４Ｂは、上記検出手段４Ａで検出した上記ＦＰＮ成分値と上記第２の記憶手段３で記憶保持しているＦＰＮ成分値とからその比を算出して上記係数とする。そして、上記演算手段４Ｃは、上記第１の記憶手段２に記憶保持されるＦＰＮ成分値に上記比較手段４Ｂから出力された上記係数を乗算して出力信号とするものである。

また、上記第２の補正手段５は、上記撮像手段１の受光画素部１Ａの出力信号から上記第１の補正手段４の出力を減算してＦＰＮを除去する減算手段５Ａを有している。さらに、この第２の補正手段は、上記第１の補正手段４の出力信号と所定の判定値とを比較し、対象画素の異常ＦＰＮ成分値の有無を判定するＦＰＮ異常画素検出手段５Ｂと、該ＦＰＮ異常画素検出手段５Ｂで異常判定された画素にあたる上記減算手段５Ａの出力信号を、周辺の画素信号から補正するＦＰＮ異常画素補正手段５Ｃとを備えている。

このような構成の撮像装置によれば、予め、撮像手段１の受光画素部１ＡのＦＰＮ成分値と比較画素部１ＢのＦＰＮ成分値とを記憶保持しておき、撮像動作時には、１回の撮像によって得られる撮像手段１の受光画素部１Ａ及び比較画素部１Ｂ各々からの信号を用いるもので、まず、比較画素部１Ｂからの信号と該比較画素部１Ｂについて予め記憶保持されているＦＰＮ成分値とから所定の比較処理を行うことにより、受光画素部１Ａについて予め記憶保持されているＦＰＮ成分値を補正し、その後、上記撮像手段１の受光画素部１Ａからの信号をその補正したＦＰＮ成分値にて補正する。従って、１回の撮像動作でＦＰＮを抑圧することが可能となる。

また、第１の記憶手段２には、予め所定のタイミングもしくは所定の条件下での、受光画素部１Ａの各画素における光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号を上記ＦＰＮ成分値として記憶保持しておき、第２の記憶手段３には、比較画素部１Ｂの各画素の光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号の平均値またはメディアン値（中央値）をＦＰＮ成分値として記憶保持しておくようにしている。よって、第２の記憶手段３には、複数の画素それぞれについてのＦＰＮ成分値を記憶保持する必要がないので、記憶容量が少なくて済む。

また、第１の補正手段４においては、まず、検出手段４Ａにより、撮像手段１の比較画素部１Ｂの出力信号のＦＰＮ成分値を検出し、比較手段４Ｂによって、その検出したＦＰＮ成分値と第２の記憶手段３で記憶保持しているＦＰＮ成分値とから係数を算出して、演算手段４Ｃで、第１の記憶手段２に記憶保持されるＦＰＮ成分値に対して、その比較手段４Ｂから出力された係数に基づき演算することで、ＦＰＮ成分値の補正を行うようにしている。

また、第２の補正手段５においては、減算手段５Ａで、撮像手段１の受光画素部１Ａの出力信号から、第１の補正手段４の出力つまり第１の記憶手段２に予め保持記憶されていたＦＰＮ成分を補正した値を減算することによりＦＰＮを除去する。そして、さらに、ＦＰＮ異常画素検出手段５Ｂにより、第１の補正手段４の出力信号と所定の判定値とを比較することで、対象画素の異常ＦＰＮ成分値の有無を判定し、異常ＦＰＮ成分値が有った場合には、ＦＰＮ異常画素補正手段５Ｃによって、その異常判定された画素にあたる減算手段５Ａの出力信号を、周辺の画素信号から補正する、即ち、算出した値に置き換えるようにしている。従って、画素欠陥の検出及び補正も行うことができる。

また、第１の補正手段４の検出手段４Ａでは、撮像手段１の比較画素部１Ｂの各画素からの信号の平均値またはメディアン値を上記ＦＰＮ成分として算出し、また、第１の補正手段４の比較手段４Ｂでは、その検出したＦＰＮ成分値と第２の記憶手段３で記憶保持しているＦＰＮ成分値とからその比、つまり、検出手段４ＡからのＦＰＮ成分／第２の記憶手段３からのＦＰＮ成分、を算出して上記係数とするようにしている。そして、第１の補正手段４の演算手段４Ｃでは、第１の記憶手段２に記憶保持されるＦＰＮ成分値にその算出した上記係数を乗算して出力信号とするものである。

また、上記第１及び第２の記憶手段２，３を不揮発性メモリで構成し、それら第１及び第２の記憶手段２，３が各々記憶保持するＦＰＮ成分値は、任意のタイミングで上記撮像手段１から１回読み出した各画素の信号、または、同条件下で上記撮像手段１から各画素の信号を複数回読み出した平均値またはメディアン値とするようにしている。従って、複数の信号の平均値またはメディアン値を用いることで、ランダムノイズを抑圧することができる。あるいは、それら第１及び第２の記憶手段２，３を揮発性メモリで構成し、本装置に電源が投入された直後に、所定の駆動条件で撮像手段１を駆動して読み出した各画素の信号を記憶保持するようにした場合には、不揮発性メモリよりも安価な揮発性メモリを使用することで装置を安価に提供でき、また、アナログ回路で構成することも可能となる。

また、撮像手段１は、１フィールドまたは１フレームの信号読み出し期間内で、その比較画素部１Ｂの出力信号がその受光画素部１Ａの出力信号に先んじて出力されるようなものとしている。従って、受光画素部１Ａの出力信号が先に出力されることはないので、それを保持するようなメモリが不要で、第１の補正手段４、第２の補正手段５と順番に動作させることができる。

以下、このような撮像装置の実施例を、図面を参照して説明する。

[実施例１]
図２は、実施例１に係る撮像装置のブロック構成図であり、この撮像装置は、撮像素子１１、直流再生部１２、ＦＰＮ成分記憶部１３、比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４、比較部１５、掛け算器１６、減算器１７、画素欠陥検出部１８、画素欠陥補正部１９、及び同期タイミング制御部２０から構成されている。

ここで、撮像素子１１及び直流再生部１２は、上記撮像手段１に対応する。ＦＰＮ成分記憶部１３は、上記第１の記憶手段２及び上記第２の記憶手段３に対応するもので、例えばＲＯＭ等の不揮発性メモリにより構成している。比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４は、上記第１の補正手段４の検出手段４Ａに対応するものであり、比較部１５は上記第１の補正手段４の比較手段４Ｂに、掛け算器１６は上記第１の補正手段４の演算手段４Ｃにそれぞれ対応する。減算器１７は、上記第２の補正手段５の減算手段５Ａに対応し、画素欠陥検出部１８は上記第２の補正手段５のＦＰＮ異常画素検出手段５Ｂに、また画素欠陥補正部１９は上記第２の補正手段５のＦＰＮ異常画素補正手段５Ｃにそれぞれ対応する。なお、同期タイミング制御部２０は、上記撮像素子１１、ＦＰＮ成分記憶部１３、比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４、及び比較部１５の動作タイミングを制御するものである。

なお、上記撮像素子１１は、例えばＣＣＤであり、図３に示すような構成を有している。即ち、各画素部となる受光素子（ＰＤ）１１１が行列配置（マトリクス配置）されている。これら受光素子１１１は、図示しないオーバーフロードレインを有し、そのオーバーフロードレインの電圧レベルをコントロールされることにより電荷リセットされ、蓄積開始タイミングが制御される。これら受光素子１１１に蓄積された信号電荷は、図示していないトランスファーゲートを介して隣接する垂直転送路１１２に転送される。この垂直転送路１１２に転送されるタイミングが蓄積終了タイミングとなる。

垂直転送路１１２に転送された電荷は、同期タイミング制御部２０からの図示しない駆動パルスにより、図面下方向へ、１ラインが１水平期間に１回転送される。このとき、垂直転送路１１２の下のものは、水平転送路１１３へ転送される。そして、この水平転送路１１３に転送された１ライン分の電荷は、同期タイミング制御部２０からの図示しない駆動パルスにより、１水平同期期間（ＨＤ）に順次左方向へ転送され、フローティングディヒュージョンおよびプリアンプ１１４を介して出力端子１１５より出力されて、後段の直流再生部１２へ供給される。

このような転送が行われるので、下方ラインに配置された受光素子１１１に蓄積された電荷ほど先に転送され、上方ラインに配置された受光素子１１１に蓄積された電荷ほど後に転送されることになる。前述したように、撮像手段１では、１フィールドまたは１フレームの信号読み出し期間内で、その比較画素部１Ｂの出力信号がその受光画素部１Ａの出力信号に先んじて出力されるようなものしている。従って、本実施例では、この受光素子１１１の下方数ライン分のエリアを上記比較画素部１Ｂとし、それよりも上方に配された受光素子１１１のエリアを上記受光画素部１Ａに対応する受光エリア１１Ａとする。また、この比較画素部１Ｂに対応するエリアは、本実施例では、光電荷のない状態の暗時信号を出力する遮光エリア１１Ｂとして構成する。この遮光エリア１１Ｂの各受光素子１１１は、その表面が例えばアルミニウム等の遮光性の膜で被覆されている。従って、このような構成の撮像素子１１では、まず、上記遮光エリア１１Ｂから得られる「温度依存及び蓄積時間依存を有する暗時信号成分」が出力され、その後に、上記受光エリア１１Ａから得られる「温度依存及び蓄積時間依存を有する光電荷信号成分」が出力されることとなる。

また、上記水平転送路１１３を構成するレジスタの内、出力側の数個（本実施例では３個）のＨレジスタ１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃには、垂直転送路１１２が接続されておらず、これにより、上記暗時信号成分に先立って、所謂、水平空打ち信号が出力されるものとなっている。

この水平空打ち信号は、後段の直流再生部１２にて利用される。即ち、この直流再生部１２は、例えば図４に示すように、相関二重サンプリング（以下、ＣＤＳと略記する）回路１２１とアンプ１２２とＡ／Ｄコンバータ１２３とからなる。ここで、ＣＤＳ回路１２１は、フィードスルー期間をクランプした後、信号期間をサンプルホールドすることにより両者の差をとることでリセット雑音を抑圧するものであるが、この場合、温度・蓄積時間に依存しない信号レベルでクランプする必要があ。そこで、本実施例では、上記水平空打ち信号を、そのような温度・蓄積時間に依存しない基準信号として利用するものである。

ＦＰＮ成分記憶部１３には、予め、撮像素子１１が図示しない遮光部材にて遮光され、同一条件（蓄積時間、温度）で複数回露光され直流再生部１２から読み出された受光エリア１１Ａの各画素の平均信号値と遮光エリア１１Ｂの全画素平均の平均信号値が記憶されている。

図５は、本実施例に係る撮像装置のタイミングチャートを示す図である。ここで、信号ａは、撮像素子１１から直流再生部１２に供給される撮像素子出力信号である（信号レベルを模式的に示したもの）。信号ｂは、直流再生部１２から比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４及び減算器１７に供給される直流再生部出力信号である。信号ｃは、同期タイミング制御部２０から比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４に供給される検出タイミング信号であり、信号ｄは、同じく同期タイミング制御部２０から比較部１５に供給される比較実施タイミング信号である。また、信号ｅは、ＦＰＮ成分記憶部１３から掛け算器１６に供給されるＦＰＮ成分記憶部出力信号であり、信号ｆは、掛け算器１６から減算器１７及び画素欠陥検出部１８に供給される掛け算器出力信号である。そして、信号ｇは、減算器１７から画素欠陥補正部１９に供給される減算器出力信号であり、信号ｈは、画素欠陥補正部１９から該撮像装置の出力として出力される画素欠陥補正部出力信号である。

即ち、垂直同期信号ＶＤによって区切られる１フィールドにおいて、まず、撮像素子１１の上記遮光エリア１１Ｂのライン数分の水平同期期間、本実施例例では３水平同期期間の間、撮像素子１１からは、水平空打ち信号成分と遮光エリア１１Ｂによる暗時信号成分を含む撮像素子出力信号ａが出力される。直流再生部１２は、その水平空打ち信号成分を利用してリセットノイズ抑圧を行い、抑圧された暗時信号成分を含む直流再生部出力信号ｂを出力する。同期タイミング制御部２０は、比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４に供給する検出タイミング信号ｃを、この暗時信号成分が出力されている期間の間、ハイ状態にする。これにより、比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４は、直流再生部出力信号ｂの上記暗時信号成分を順次読み出し、遮光エリア１１Ｂの全ての暗時信号成分が読み出された後に、例えばそれらの平均値を求め、検出暗時信号平均レベルＢとして比較部１５に出力する。もちろん、本実施例では平均値としているが、前述したようにメディアン値であっても良い。

一方、このような検出暗時信号平均レベルＢが供給される比較部１５は、同期タイミング制御部２０からの比較実施タイミング信号ｄの立ち上がりで比較演算を実施し、立ち下がりでその演算結果をラッチするものである。図５に示すように、本実施例では、この比較実施タイミング信号ｄは、遮光エリア１１Ｂの全ての暗時信号成分が読み出された後に立ち上がるようにしているので、それまでは比較部１５は動作せず、該比較部１５から掛け算器１６に係数ｋが供給されることはない。また、掛け算器１６の他方の入力となるＦＰＮ成分記憶部１３からのＦＰＮ成分記憶部出力信号ｅも、この期間は出力させない。よって、該掛け算器１６からの掛け算器出力信号ｆもゼロとなり、結果的に、減算器１７からは、直流再生部１２から供給された直流再生部出力信号ｂにおける暗時信号成分がそのまま減算器出力信号ｇとして出力され、さらには、画素欠陥補正部１９から画素欠陥補正部出力信号ｈとして、該撮像装置外部に出力されることとなる。

そして、遮光エリア１１Ｂの全ての暗時信号成分が読み出された後、同期タイミング制御部２０からの比較実施タイミング信号ｄが立ち上がり、比較部１５は、比較動作を実施する。このとき、ＦＰＮ成分記憶部１３は、同期タイミング制御部２０からの図示しないタイミング信号により、予め記憶保持している上記撮像素子１１の遮光エリア１１Ｂの暗時信号平均レベルＡを比較部１５に供給する。而して、比較部１５は、検出暗時信号平均レベルＢ／記憶暗時信号平均レベルＡの計算を行い、その結果を係数ｋとして掛け算器１６に出力する。そして、比較実施タイミング信号ｄの立ち下がりで、その係数ｋをラッチし、以降もそれを掛け算器１６に出力し続ける。

その後の各水平同期期間では、撮像素子１１からは、水平空打ち信号成分と受光エリア１１Ａによる明部信号成分を含む撮像素子出力信号ａが出力される。ここで、明部信号成分は、光電荷信号成分と暗時信号成分とが重畳されたものである。直流再生部１２からは、光電荷信号成分と抑圧された暗時信号成分とが重畳された明部信号成分を含む直流再生部出力信号ｂが出力される。このときには、同期タイミング制御部２０から比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４に供給される検出タイミング信号ｃはローのままであるので、比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４は動作しない。また、同期タイミング制御部２０から比較部１５に供給される比較実施タイミング信号ｄもローのままであり、新たな比較動作は実施されない。よって、比較部１５からは、ラッチされた上記係数ｋが掛け算器１６に供給され続ける。

一方、この受光エリア１１Ａからの信号を読み出している期間では、ＦＰＮ成分記憶部１３からは、上記直流再生部１２で再生している受光エリア１１Ａの各受光素子１１１についての明部信号成分に対応する、予め記憶保持しているＦＰＮ成分が、同期タイミング制御部２０から与えられるタイミング信号に応じてＦＰＮ成分記憶部出力信号ｅとして出力される。即ち、記憶されている各画素のＦＰＮ成分（この場合、暗時信号成分）が時系列に出力される。そして、このＦＰＮ成分記憶部１３からのＦＰＮ成分記憶部出力信号ｅの各ＦＰＮ成分（暗時信号成分）が掛け算器１６によって係数ｋ倍され、掛け算器出力信号ｆとして減算器１７及び画素欠陥検出部１８に与えられる。而して、減算器１７では、直流再生部出力信号ｂからその掛け算器出力信号ｆを引くことで、明部信号成分からＦＰＮ成分（暗時信号成分）が除去された光電変換成分のみの映像信号を得ることができ、これが減算器出力信号ｇとして画素欠陥補正部１９へ供給される。

即ち、ＦＰＮ成分記憶部１３には、撮像素子１１の全ての受光素子１１１のＦＰＮ成分ではなく、受光エリア１１Ａの受光素子１１１のＦＰＮ成分（暗時信号成分）を予め記憶保持しておき、遮光エリア１１Ｂの受光素子１１１についてはその代表値（本実施例では平均値）のみを予め記憶保持しておいて、撮像時には、その代表値のみを比較することで、所定条件検出して記憶保持したものに対してどれだけ変化したかを判別する。受光エリア１１Ａの受光素子１１１と遮光エリア１１Ｂの受光素子１１１とでは、同一チップとして構成されているので、上記変化した割合は、ほぼ同一であると見なすことができる。よって、その変化した割合により、上記予め記憶保持している受光エリア１１Ａの受光素子１１１のＦＰＮ成分（暗時信号成分）を変換して、実際に得られた明部信号成分から減算することで、明部信号成分に含まれるＦＰＮ成分（暗時信号成分）を除去することができる。

一方、このとき、撮像素子１１に画素欠陥があり暗時信号が異常となると、直流再生部出力信号ｂにおける該当受光素子１１１（例えば図５の例ではｎ行２列目、以下ｎ２と記す）の明部信号成分が信号レンジ上限により限定されてしまうため、光電荷成分は信号頭打ちとなり、暗時信号成分を減算した後の減算器出力信号ｇにおいて、その光電荷成分は異常となる。このような異常光電荷成分を放置すると、特に露光レベルが高いときに黒点となって見苦しい。そこで、本実施例では、画素欠陥検出部１８により、掛け算器出力信号ｆと所定の検出スレッシュレベルＴｈとを比較し、その検出スレッシュレベルＴｈを超える暗時信号成分があったとき、それに対応する受光素子１１１に画素欠陥が存在すると検出するようにしている。そして、この画素欠陥検出部１８は、そのような画素欠陥を検出すると、減算器出力信号ｇにおける当該受光素子１１１に対応する光電荷成分を補正するよう、画素欠陥補正部１９に欠陥補正指示信号を出力する。画素欠陥補正部１９は、この欠陥補正指示信号が入力されると、対象受光素子１１１による光電荷成分を前後の受光素子１１１（ｎ１とｎ３）による光電荷成分との平均値に置き換えることにより、画素欠陥の補正を行う。

なお、この欠陥画素の異常レベルも、温度・蓄積時間に依存する。よって全体のＦＰＮ（暗時信号）レベルが小さい場合は欠陥レベルも小さくなり画質に影響が出ない可能性がある。画質に影響が出るレベルに検出スレッシュレベルＴｈを設定すれば、画質に影響が出ない場合は補正が行われない（過補正の回避が可能）ため、補正による解像力低下を最小限に食い止められる。

[実施例２]
図６は、実施例２に係る撮像装置のブロック構成図であり、この撮像装置は、撮像素子１１、直流再生部１２、ＦＰＮ成分記憶部１３、比較画素部ＦＰＮ成分検出部１４、比較部１５、掛け算器１６、減算器１７、画素欠陥検出部１８、画素欠陥補正部１９、第１同期タイミング制御部２０Ａ、第２同期タイミング制御部２０Ｂ、及び直流再生信号記憶部２１から構成されている。

ここで、撮像素子１１乃至画素欠陥補正部１９は上記実施例１と同様のものである。第１同期タイミング制御部２０Ａと第２同期タイミング制御部２０Ｂとは例えば、第１同期タイミング制御部２０Ａは撮像素子１１の読み出しレート、第２同期タイミング制御部２０Ｂはビデオモニタレートのように、異なる周波数レートで各部のタイミングを制御するものである。

この場合、直流再生部出力信号ｂの明部信号成分のみを一旦直流再生信号記憶部２１に記憶した後、その記憶した信号に対して上記実施例１と同様の減算動作を行うものである。

また、このような直流再生信号記憶部２１を備えることで、受光エリア１１Ａ及び遮光エリア１１Ｂの配置が図７に示すような撮像素子１１を使用することも可能となる。即ち、実施例１の撮像装置構成では、まず複数ライン分の暗時信号成分が遮光エリア１１Ｂから読み出された後に明部信号成分が受光エリア１１Ａから読み出されるような配置構成の撮像素子１１でなければならないが、本実施例の撮像装置構成では、直流再生信号記憶部２１に一旦記憶する場合には任意の順番で読み出しが可能であるので、複数の暗時信号成分、複数の明部信号成分、また複数の暗時信号成分、複数の明部信号成分、…というように交互に複数の暗時信号成分と明部信号成分とが読み出されるような撮像素子１１であっても問題とはならない。

以上、本発明を実施するための最良の形態、並びにその実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した最良の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、比較部１５は、係数ｋを、検出暗時信号平均レベルＢ／記憶暗時信号平均レベルで算出するようにしているが、より正確な値を得られる関数演算で行っても良いし、演算ではなくて２入力によるルックアップテーブル参照による決定であっても勿論構わない。

本発明を実施するための最良の形態に係る撮像装置を示すブロック構成図である。実施例１に係る撮像装置を示すブロック構成図である。実施例１に用いられる撮像素子の構成を示す図である。実施例１に用いられる直流再生部のブロック構成図である。実施例１に係る撮像装置のタイミングチャートを示す図である。実施例２に係る撮像装置を示すブロック構成図である。実施例２に用いられる撮像素子の構成を示す図である。

符号の説明

１…撮像手段、１Ａ…受光画素部、１Ａ…比較画素部、２…第１の記憶手段、３…第２の記憶手段、４…第１の補正手段、４Ａ…検出手段、４Ｂ…比較手段、４Ｃ…演算手段、５…第２の補正手段、５Ａ…減算手段、５Ｂ…ＦＰＮ異常画素検出手段、５Ｃ…ＦＰＮ異常画素補正手段、１１…撮像素子、１１Ａ…受光エリア、１１Ｂ…遮光エリア、１２…直流再生部、１３…ＦＰＮ成分記憶部、１４…比較画素部ＦＰＮ成分検出部、１５…比較部、１６…掛け算器、１７…減算器、１８…画素欠陥検出部、１９…画素欠陥補正部、２０…同期タイミング制御部、２１…直流再生信号記憶部、１１１…受光素子（ＰＤ）、１１２…垂直転送路、１１３…水平転送路、１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ…Ｈレジスタ、１１４…フローティングディヒュージョンおよびプリアンプ、１１５…出力端子、１２１…相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、１２２…アンプ、１２３…Ａ／Ｄコンバータ、ａ…撮像素子出力信号、ｂ…直流再生部出力信号、ｃ…検出タイミング信号、ｄ…比較実施タイミング信号、ｅ…ＦＯＮ成分記憶部出力信号、ｆ…掛け算器出力信号、ｇ…減算器出力信号、ｈ…画素欠陥補正部出力信号、ｋ…係数、Ａ…暗時信号平均レベル、Ｂ…検出暗時信号平均レベル。

Claims

光電荷を電荷蓄積し信号出力する複数の画素から成る受光画素部と、光電荷のない状態の暗時信号または蓄積電荷をリセットした状態の信号を出力する比較画素部とを持つ撮像手段と、
予め上記撮像手段の受光画素部の固定パターンノイズ（ＦＰＮ）成分値を記憶保持する第１の記憶手段と、
予め上記撮像手段の比較画素部のＦＰＮ成分値を記憶保持する第２の記憶手段と、
上記撮像手段の比較画素部からの信号と上記第２の記憶手段に記憶保持されているＦＰＮ成分値とから所定の比較処理を行い、上記第１の記憶手段に記憶保持されているＦＰＮ成分値を補正する第１の補正手段と、
上記撮像手段の受光画素部からの信号を上記第１の補正手段による補正後のＦＰＮ成分値にて補正する第２の補正手段と、
を具備し、
上記第２の補正手段は、
上記第１の補正手段の出力信号と所定の判定値とを比較し、対象画素の異常ＦＰＮ成分値の有無を判定するＦＰＮ異常画素検出手段と、
上記ＦＰＮ異常画素検出手段で異常判定された画素にあたる上記減算手段の出力信号を、周辺の画素信号から補正するＦＰＮ異常画素補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
上記撮像手段は、温度・蓄積時間に依存しない基準信号を利用して、上記受光画素部の信号及び上記比較画素部の信号をクランプする直流再生部を持つことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。