JPH03235587A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （概要） 画素間の出力バラツキによる固定パターン雑音を二点補
正を用いて補正する固体搬像装置に関し、基準光源を増
加することなく、固定パターン雑音を低減することを目
的とし、 基準光源を別々に撮像して得られた固体撮像素子の画素
出力と予め設定した規定値とから各画素の補正演算係数
を算出し、該補正演算係数を用いて画素毎に感度補正を
行なう固体ｍ像装置において、前記基準光源以外の任意
の被写体からの光の光路を相対的に変更し、光路変更前
に複数の画素に別々に入射した光と同一の光を、所定画
素ビツヂ離れた各画素に別々に入射する光路変更手段と
、該光路変更手段による光路変更の館後の夫々の各画素
の出力値を、前記基準光源搬像時の各画素の出力圃及び
前記補正演算係数と共に記憶する記憶手段と、該記憶手
段から読み出した各画素の出力１直と前記補正演算係数
と前記基準光源搬像時の出力値とに基づいて同じ被写体
部分からの光を受光する２つの画素の出力を同一にする
ための感度の補正係数を算出する算出手段とを有するよ
う構成する。

（産業上の利用分野］ 本発明は固体ｍ像装置に係り、特に画素間の出力バラツ
キによる固定パターン雑音を二点補正を用いて補正する
固体撮像装置に関する。

（従来の技術〕 複数の光電変換素子（画素）がマトリクス状に二次元配
列された固体ｍｅ装置においては、各画素間の入出力特
性にばらつきがあるため、従来はそれを補正するために
低輝度基準光源と高輝度基準光源を用いて第９図に示す
如きフローチャートに従って二点補正を行なっている。

同図に示すように、固体ｗ１象装置の動作制御をつかさ
どるマイクロコンピュータがドライバに低輝度基準光源
を集光レンズの前面に配置させるよう駆動信号を送出し
くステップ９１）、これにより低輝度基準光源を撮像し
て得られる固体搬像素子（各画素）の出力をメモリの第
１の領域に記憶する（ステップ９２）。ここで、上記の
画素は便宜上３行３列のマトリクスを構成する全部で９
個の画素からなるものとすると、上記第１の領域に記憶
される出力をＶＩＩＬ〜Ｖ３３Ｌで表わすものとする。

次にドライバに低輝度基準光源をもとに戻し、かつ、高
輝度基準光源を集光レンズ前面に配置させる駆動信号を
送出しくステップ９３）、それにより高輝度基準光源を
ｍ懺して得られる上記９個の画素の出力（これをＶｎＨ
〜Ｖ【Ｈで表わすものとする）をメモリの第２の領域に
記憶する（ステップ９４）。

次にドライバに高輝度基準光源をもとに戻すコマンドを
送出した後（ステップ９５）、ディジタル・シグナル・
プロセッサ（ＤＳＰ）へ補正動作後園像動作を行なうコ
マンドを送出する（ステップ９６）。

これにより、ＤＳＰは第１０図に示すフローチャートに
従い、まず第１行第１列の第１の画素の高輝度基準光源
撮像時の出力ＶＩＩＨ及び低輝度基準光源ｍｓ時の出力
ＶＩＩＬの差と、この固体ｍ像装置における＾ｍ関度基
準光源撮像時規定出力ＶＨ及び低輝度基準光源ｍ像層の
規定出力ＶＬの差との比である感度補正係数Ｇｏ（＝（
ＶＨＶＬ　）　／　（Ｖｎ　Ｈ−Ｖｌｌ　Ｌ　）　）　
ヲ算出シくステップ１０１）、以下同様にして第１行第
２列の画素から第３行第３列の画素までの夫々について
も感度補正係数Ｇ＋２〜Ｇ３３を算出する（ステップ１
０２）　、。

そして、このようにして算出した感度補正係数Ｇ１１〜
Ｇ３３をメモリの第３の領域に記憶する（ステップ１０
３）。

次に従来装置による撮像動作について第１１図と共に説
明する。所望の被写体を撮像している状態にある固体搬
像装置内のＤＳＰは、まず補正（較正）動作指示コマン
ド等のコマンド入力が有るかないかを判定しくステップ
１１１）　、コマンド入力が無いときはデータ入力の有
無を判定しくステップ１１２）　、次に第１行第１列の
第１の画素の現在の出力Ｖｎから同じ画素の低輝度基準
光源撮像時の出力ＶＩＩＬを差し引いて差分値ＶＤを算
出しくステップ１１３）　、次いで、この差分値ＶＤに
この第１の画素の前記感度補正係数Ｇｏを乗じた値に低
輝度基準光源ｌｌｌｌｌ像層定ｆｉｌ　Ｖ　Ｌを加算し
てこの第１の画素の補正値Ｖｏｕを算出する（ステップ
１１４）　。

しかる後に、この補正値ｖ０１１を表示部メモリに記憶
しくステップ１１５）　、以下上記と同様の演韓を第１
行第２列の画素から第３行第３列の画素までの夫々につ
いて繰り返して夫々の補正値を得る（ステップ１１６）
。

このようにして、この従来の固体系象装置によれば、第
１２図（Ａ＞に示す如く、任意の２つの画素ａ、ｂの感
度にばらつきがあり、高輝度基準光源搬像時（入射光量
ＰＨ）の出力がＶａＨ，ＶｂＨ（六ＶａＨ）。低輝度基
準光１１ｊｉ搬像時（入射光量Ｐ＋−）の出力かＶａＬ
、　Ｖｂｌ　（４ＶａＬ）　テあったとしても、原理的
には両画素ａ、ｂ共に同図（８）に示す如く、萌記した
補正演算係数によって入射光量がＰＨのときは規定ｆｉ
ｉ　Ｖ　Ｈに、入射光量がＰ＋−のときは規定ｍ　Ｖ　
ｌ−に夫々補正することができる。

従来の固体ｌ＃ｉ像装置によれば、この所謂２点補正に
より、全画素を第１２図（Ｂ）のような同一の入出力特
性とすることで、固定パターン雑音を無くすようにして
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、各画素の入出力特性は実際には第１２図（Ａ
）のように完全な直線ではなく、第１３図（Ａ＞に示す
如き曲線で表わされる非直線特性である。このため、上
記の２点補正をしてし補正侵の画素ａ、ｂの入出力特性
は第１３図（Ｂ）に示す如くになり完全には一致せず、
固定パターン雑音を生じる。

一般的には、２つの基準光源の入射光量Ｐ　）−＋とＰ
しの間の中間レベルの入射光ＩＰ＋に対しては両者の出
力電圧Ｖａ１とＶｂｌの差は小さく、固定パターン雑音
は少ないが、例えば高輝度基準光源の入射光量ＰＨより
も大きな入射光Ｉ　Ｐ　２に対しては両者の出力電圧ａ
２とＶｂ２の差は大きく、大なる固定パターン雑音が発
生する。

この問題を解決するためには、補正点数を増加すること
が考えられるが、この場合には基準光源が３以上必要に
なり、搬像装置全体が大型化し、また光源の輝度を制御
するためのコントローラなどが槽雑化する。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、基準光源を
増加することなく、固定パターン雑音を低減することが
できる固体銀縁装置を提供することを目的とする。

（３題を解決するための手段） 第１図は本発明の原理構成図を示す３．同図中、１１は
固体ｌｉｌ象素子で、基準光源を別々に１ｌｉｌ像し、
またそれ以外の任意の被写体も撮像する。、１２は光路
変更手段で、任意の被写体からの光の光路を変更し、光
路変更前に複数の画像に別々に入射した光と同一の光を
、固体撮像素子１１の各画素に対して夫々所定画素ピッ
チ離れた各画素に別々に入射する。

１３は記憶手段で、固体撮像素子１１の各画素の光路変
更＃Ｊ＠の出力値を基準光源搬像時の各画素の出力値及
び補正演算係数と共に記憶する。

１４は算出手段で、記憶手段１３の読み出し出力に基づ
いて同じ被写体部分からの光を受光する２つの画素の出
力を同一にするための感度の補正係数を算出する。

（作用） 固体撮像素子１１が便宜上、９個の光電変換素子（画素
）を３行３列のマトリクス状に配置されており、夫々を
第２図に示す如（ａＣｔ〜ａ３３で表わすものとすると
、期間「＝Ｔ１で第２図＜Ａ＞に示す如く各画素ａ　ｎ
〜ａｌが任意の被写体を通常位置でＦｉ像する。次に光
路変更手段１２により、第２図（Ｂ）に示す如く期間Ｔ
＝Ｔ２０間、光路を例えば１画素ピッチ分左側にシフト
し撮＠する。

従って、例えばそれまでの期間Ｔ１で画素ａ３１により
撮像されていた（Ｘ３　、Ｙ＋　）の座標位置の被写体
部分は、期間工２では画素ａ２＋により撮像される。ま
た、１４間Ｔ１での画素ａ２ｔと期間Ｔ２での画素ａｌ
ｌも（Ｘ２　、Ｙ＋　）の座標位置の同じ被写体部分を
撮像する。

また、期間Ｔ＝Ｔ３ではＴ１のときの状態から光路変更
手段１２により光路を相対的に下方向にシフトすること
により、第２図（Ｃ）に示す如く、期間Ｔ１で画素ａ３
１により撮像されていたく×３゜Ｙ＋　）の被写体部分
は、期間Ｔ３で画素ａ３２により撮像される。

このようにして得られた光路変更手段１２による光路変
更前後の各画素の出力値は記憶手段１３により記憶され
、算出手段１４により期間Ｔ１での画ｊｌｌ　ａ　３１
の出力値とＷＡ間Ｔ２での画素ａ２Ｉの出力値を一致さ
せ、また期間Ｔ１での画素ａ２＋の出力値に期間Ｔ２で
の画素ａ　Ｉ＋の出力値を合致させるような感度補正係
数を算出することにより、画素ａｌｌ　、　ａ２＋　、
　ａ３１の較正が行なえる。他の画素についても同様で
ある。

（実施例） 第３図は本発明の一実施例の構成図を示す。同図中、集
光レンズ２１及び光学フィルタ２２を透過した入射光は
固体搬像素子１１に入射される。

光学フィルタ２２はモータ２３と共に前記した光路変更
手段１２を構成している。固体ｍ像素了１１の画素出力
信号（映像信号）はアンプ２４゜Ａ／Ｄ変換器２５を通
して信号処理部２６内のＤＳＰ（ディジタル・シグナル
・プロセッサ）２７へ入力される。ＤＳＰ２７とメモリ
２８により信号処理部２６が構成されている。

信号処理部２６により通常の感度とオフセット補正動作
を行なわれた映像信号はメモリ２９ａ及び２９ｂのうち
読み出し動作を行なって（１な（Ｘ方のメモリに１き込
まれる。メモリ２９ａ、２９ｂは所定期間毎に交互に読
み出しｔ！Ｉ乍と１き込み動作を行ない、一方が書き込
み動作を行なっているときは他方が読み出し動作を行な
っている。

メモリ２９ａ、２９ｂから読み出された映像信号はマル
チプレクサ（ＭＵＸ）３０により多重されＤ／Ａコンバ
ータ３１によりアナログ信号に変換された後、陰極線管
（ＣＲＴ）３２で表示される。メモリ２９ａ、２９ｂ、
ＭＬＪＸ３０．Ｄ／Ａコンバータ３１及びＣＲＴ３２は
表示部３３を構成している。

一方、本発明による較正動作はマイクロコンピュータに
よる制御回路３４により制御される。すなわち、制御回
路３４はタイミング発生回路３５を通してドライバ３６
を制御し、モータ２３を駆動制御して光学フィルタ２２
をＸ、Ｙ方向に移動させて光路を変更させる。また、制
御回路３４（よドライバ３７を介してモータ３Ｂを駆動
制御し、低輝度基準光源３９及び高輝度基準光源４０の
うち選択しｌζ一方の光源を固体搬像素子１１の入射光
路に挿入するか、両方ともに該光路から退避させる。

また、ｉｉ１！１１回路３４はＤＳＰ２７を制御し、後
述の補正動作を行なわせる。なお、タイミング発生回路
３５の出力信号はドライババイアス発生回路４１へ供給
されて固体撮像素子１１へ必要な駆動タイミング信号を
供給させる。

このような構成により、信号処理部２６は通常の補正動
作と異なる較正動作を行なうが、ＤＳＰ２７はプログラ
ムにより所要の動作が行なえるから何ら実現には問題は
ない。また、本発明の較正後の補正動作では補正点数が
増加するため、信号処理時間が増加するが、ＤＳＰ２７
として高速のものを使用するか、又は複数のＤＳＰを使
用することにより実現することができる。

次に本実施例の較正動作について更に詳細に説明する。

第４図は本発明装置の要部の一実施例の動作説明用フロ
ーチャートを示す。同図に示すフローチャートは制御回
路３４により実行される。

まず、ＤＳＰ２７に第２図＜Ａ）の状態での各画素のデ
ータを補正データとしてメモリ２８の第４の領域（なお
、メモリ２８の第１乃至第３の領域には、前記した従来
装置と同様にして低輝度基準光１３９と高輝麿基準光１
４０を使用した２点補正時のステップ９２，９４．　１
０３での各データが記憶されている。）に記憶させるコ
マンドを送る（ステップ５１）。すなわち、ステップ５
１では第５図（Ａ）に示すように、第２図（Ａ）に示し
た状態の各画素ａ　１１〜〜ａ３３の出力信号ＶＩＩＡ
〜Ｖ３３Ａをメモリ２８の第４の領域に記憶する（ステ
ップ５１０）。

次にドライバ３６にＸ方向に光路変更されて第２図（Ｂ
）の状態となるような信号を送出しくステップ５２）、
ＤＳＰ２７に第２図（Ｂ）の状態での各画素の出力信号
を補正データとしてメモリ２８の第５の領域に記憶させ
るコマンドを送る（ステップ５３）。すなわち、このス
テップ５３では第５図（Ｂ）に５３０で示す如く、第２
図（Ｂ）の状態の各画素ａ　ＩＩ〜〜ａ３３の出力信号
ＶＩＩＢ〜Ｖ：１３Ｂをメモリ２８の第５の領域に記憶
する。

次にドライバ３６へ制御信号を送出し、光路を再び第２
図（△）の状態に戻し、その後Ｙ方向に光路を移動して
光路が第２図（Ｃ）に示す状態になるようにしくステッ
プ５４）、引続いてＤＳＰ２７に各画素の出力信号を補
正データとしてメモリ２８の第６の領域に記憶させるコ
マンドを送出する（ステップ５５）。このステップ５５
により第５図（Ｃ）に５５０で示す如く、第２図＜Ｃ＞
の状態の各画１Ａａ１１〜ａ３３の出力信号ＶＩＩＣ〜
Ｖ３３Ｃがメモリ２８の第６の領域に記憶される。

次に第４図のステップ５６へ進み、ＤＳＰ２７に較正動
作指示コマンドを送出し、続くステップ５７でＤＳＰ２
７に搬像動作指示コマンドを送出する。

次にステップ５６による較正動作の詳細について第６図
のフローチャートと共に説明する。、ＤＳＰ２７は第２
図（Ａ）の状態で（Ｘ３　、Ｙ＋　）の被写体部分をｌ
ｌ像する画素ａ３＋の出力信号Ｖ３１Ａ。

高輝度基準光源４０１１１時の画素ａ３１の出力信号Ｖ
３１Ｈ及び前記した従来装置と同様にして生成した補正
演痺係数Ｇ３１を夫々メモリ２８から読み出し、 Ｖｓ　＝　（Ｖ３１　Ａ　−Ｖ３１　）−１）　・Ｇ３
１なる式に基づいて高輝度領域の感度Ｖｓを算出する（
ステップ６１）。

次に、第２図（Ｂ）の状態で、上記と同じ（Ｘ３　、Ｙ
＋　＞の被写体部分をｌ徴する画素ａ２の出力信号Ｖ２
＋８．高輝度基準光源４０１１１時の出力ｆｆ１ｊＪＶ
２＋Ｈをメモリ２８から読み出し、Ｖ２１Ｓ　　＝Ｖ２
＋Ｂ　　−Ｖ２＋１−１なる式に基づいて画素ａ２＋の
出力信号の差分値Ｖ２＋４３を−出しくステップ６２）
、ＶＳ／Ｖ２１Ｓなる式からに２＋を算出する（ステッ
プ６３）。このに２１は画素ａ２１の特性を画素ａ３１
の特性に一致させるための高輝度領域感度補正係数であ
る。

次にに２＋・（Ｖ２＋Ａ　−Ｖ２＋１−１　）なる式か
ら第２図＜Ａ）の状態における画素ａ２＋の、画素ａ３
１の特性に一致させたときの高輝度領域補正出力を算出
する（ステップ６４）。同様にして、このときの画素ａ
２＋の出力ＶＳ２＋を隣りの画素ａ　Ｉ＋に伝搬させ、 Ｖｎ　ｓ　＝　Ｖｕ　ｓ　−Ｖ２１　Ｈなる式から第２
図（Ｂ）での画素ａｌｌの出力のＶ２１Ｈに対する差分
を求めた後（ステップ６５）、Ｖｓ２＋／Ｖ＋＋ｓなる
式に基づいて画素ａｌｌの高輝度ｆ！４域感度補正係数
Ｋｎを算出する（ステップ６６）。このＫｕは画素ａｌ
ｌの特性を画素ａｌｌの特性に一致させるための感度補
正係数である。

次に、第２図（Ｃ）の状態で、前記（×３゜Ｙ＋　）の
被写体部分をＩＩＩする画素ａ（の出力信号Ｖ３２Ｃと
高輝度基準光源撮像時の出力信号Ｖ３２日をメモリ２８
から読み出して Ｖ！２Ｓ　＝Ｖ３２Ｃ−Ｖ３２Ｈ なる式に基づいて画素ａ：１２の出力信号の差分値Ｖ３
２Ｓを算出した後（ステップ６７）、Ｖｓ／Ｖ３２Ｓな
る式から、画素ａ３２の特性を画素ａ３＋の特性に一致
させるための高輝度領域感度補正係数に３２を算出する
（ステップ６８）。

以下上記と同様にして、他の画１Ａａ２２．８＋２゜ａ
３３．ａ２３．ａ１３の夫々についても画素ａ３１の特
性に一致させるための高輝度領域感度補正係数に２２．
ＫＩ２　、に３３．に２３．ＫＩ３を算出する（ステッ
プ６９）。

そして、このようにして算出した８つの感度補正係数Ｋ
ｎ〜に３３（ただし、Ｋ３１は存在せず）をメモリ２８
の第７の領域に格納する（ステップ７０）。

次に本実施例の撮像動作時について第７図のフローチャ
ートと共に説明する。所望の被写体を撮像している固体
撮像装置内のＤＳＰ２７は、較正動作指示コマンドなど
の入力の有無を判定しくステップ７１）、コマンド入力
無しのときはデータ入力の有無を判定しくステップ７２
）、データ入力有りのときはまず画素ａ　ｎの環在撮像
している出力信号ＶＴＩを入力しくステップ７３）、そ
れと前記ＶｎＨと大小比較する（ステップ７４）。

本実施例では前記した従来装置の２点補正動作を前提に
しており、これにより、例えば画素ａ２１と８３１の各
々の入出力特性は第８図（Ａ）に示す如くになっている
。すなわち、２つの基準光源３９及び４０の入射光ＩＰ
Ｌ及びＰＨの中間レベルの入射光量に対しては略一致し
ている。これは他の画素についても同様である。

そこで、第９図のステップ７４でＶｎ≦１１１−１の判
定結果が得られたときは、Ｖｎと低輝度基準光源３９１
１像時の画素ａｌｌの出力！ＩＶＩＩＬとの差分子ｆｉ
　Ｖ　Ｄを求めた後（ステップ７５）、Ｖｏ　ｕ　−Ｖ
ｏ　０Ｇｌｌ　＋ＶＬ なる式に基づいて画素ａｌｌの補正＠　Ｖ　ｏ　＋＋を
算出する（ステップ７６）。すなわち、Ｖｎ≦Ｖｎ＋の
ときは従来装置と同様の補正演算を行なう。

これに対して、第８図（Ａ）に示す如く、入射光Ｉ　Ｐ
　Ｈよりもｉｗ度の高い入射光量ＰＥＸＩのときは、２
つの画素ａ３１と８２１の入出力持性Ｉ及び■が大きく
異なる。同様に第２図の（Ｘ２　、Ｙ＋　）の座標位置
の入射光ｌＰＥＸ２の被写体部分＊＊時の画素ａ２ｔ（
Ｔ＝Ｔ＋のとき）と画素ａ＋＋（Ｔ−Ｔ２のとき）も、
入出力特性は■及び■で示す如く大きく異なる。

そこで、本実施例ではステップ７４でＶｌｌ〉Ｖｎ＋−
ｉの判定結果が得られたとき（よＶｏ　＝Ｖｎ　　−Ｖ
ｌｌ　　１−１ なる式に基づき、高輝度Ｍ単光１１ｆｆ１４０■像時の
画素ａ　１１の出力値Ｖｔ＋ｚとの差分１１Ｖｏを求め
た後（ステップ７７）、 Ｖｏｎ　＝Ｖｏ　０Ｋｕ　＋Ｖ＋−＋ なる式に基づき、高輝度領域感度補１係！！［Ｋ　ｎと
高輝度基準光源１１像時の規格（［Ｖ　Ｈとを用いて画
素ａｎの補正１１Ｖｏｎを算出する（ステップ７８）。

ステップ７６又は７８で算出された補正値Ｖｏｎは表示
部３３のメモリ２９ａ、２９ｂの一方に書き込まれ（ス
テップ７つ）、その機能の画素ａ２１〜ａ３３について
も上記と同様にして補正１直ＶＯ２１〜ＶＯ３３を算出
し、メモリ２９ａ又は２９ｂに書き込む（ステップ８０
）　ａこれにより、本実施例によれば、第８図（Ａ）の
入出力持性■は工に略等しくなるようにされ、また第８
図（８）の画素ａ２＋、ａｌｌの入出力持性■及び■は
本実施例の適用により夫々第８図（Ｂ）に王で示す画素
ａ３＋の特性に略一致せしめられることになる。

〔発明の効果］ 上述の如く、本発明によれば、一つの画素の入出力特性
に他のすべての画素の入出力特性を、光路変更と演算動
作により略一致させることができるため、装置を大型化
することなく固定パターン雑音を高輝度領域においても
大きく低減することができ、よってｍ像装置の高性能化
に寄与するところ大である等の特長を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は光路変更手段による作用説明図、第３図は本発
明の一実施例の構成図、 第４図は本発明装置の要部の一実施例の動作説明用フロ
ーチャート、 第５図は第４図の各部の説明用フローチャート、第６図
は本発明装置の他の要部の一実施例の説明用フローチャ
ート、 第７図は本発明装置の一実施例の戯像肋作時のフローチ
ャート、 第８図は本発明装置の一実施例による補正前後の入出力
特性説明図、 第９図は従来装置の一例の動作説明用フローチャート、 第１０図は従来装置による補正動作の一例の説明用フロ
ーチャート、 第１１図は従来装置による撮像動作時のフローチャート
、 第１２図は従来装置による補正動作前後の入出力特性説
明図、 第１３図は従来装置の課題説明用入出力特性図である。 図において、 １１は固体ｍ像素子、 １２は光路変更手段、 １３は記憶手段、 １４は韓出手段、 ２２は光学フィルタ、 ２３はモータ、 ２７はディジタル・シグナル・プロセッサ＜ＤＳＰ） を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基準光源を撮像して得られた固体撮像素子 （１１）の画素出力と予め設定した規定値とから各画素
   の補正演算係数を算出し、該補正演算係数を用いて画素
   毎に感度補正を行なう固体撮像装置において、 前記基準光源以外の任意の被写体からの光の光路を相対
   的に変更し、光路変更前に複数の画素に別々に入射した
   光と同一の光を、所定画素ピッチ離れた各画素に別々に
   入射する光路変更手段（１２）と、 該光路変更手段（１２）による光路変更の前後の夫々の
   各画素の出力値を、前記基準光源撮像時の各画素の出力
   値及び前記補正演算係数と共に記憶する記憶手段（１３
   ）と、 該記憶手段（１３）から読み出した各画素の出力値と前
   記補正演算係数と前記基準光源撮像時の出力値とに基づ
   いて同じ被写体部分からの光を受光する２つの画素の出
   力を同一にするための感度の補正係数を算出する算出手
   段（１４）と、を有することを特徴とする固体撮像装置
   。