JPH04207275A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、固体撮像素子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ＣＯＤを用イタ撮像装置の
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ＣＯＤ　（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、Ｆ
　Ｉ　Ｔ−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は取る垂直
転送電極をφＶｌ、　　φＶ３とすると、この垂直転送
電極φＶｌ、　φＶ３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
み出すことができる。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
転送手段と路間−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
荷検出部りが配置されて・いる。

次にＦ　Ｉ　Ｔ−ＣＯＤの動作について第６図、第７図
を用いて説明する。

第７図は、第６図に示したＦ　ＩＴ−ＣＣＤのφ■１〜
φＶ４．　　φＭ１〜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。

ます、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ｔｓ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、の間に
印加された読みだしパルスＶｃｏ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、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１、ＩＨ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
部り、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、−船釣に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（ｂｌ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
１１４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ＣＯＤ
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、撮像信号の光学的
黒レベルを検出するメモリと、撮像信号の信号し、ベル
を検出するメモリと、随時読みだし書き込み可能なメモ
リと、前記読みだし書き込み可能なメモリを駆動するア
ドレス発生回路とにより構成されたシェーディング補正
回路を有し、前記光学的黒レベルを入力とし画面垂直方
向のレベル差を判断するレベル差判断手段と、前記レベ
ル差判断手段からの測定信号に基づきシェーディング補
正量を決定する補正量決定手段と、前記随時読みだし書
き込み可能なメモリに前記補正量決定手段からの制御信
号を書き込むメモリ制御手段とを備え、光学的黒レベル
の変化を検出することによって、随時シェーディングの
補正を動作させるものである。

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−ＣＯＤ
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、８
は随時読みだし書き込み可能な補正用メモリ、９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９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９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８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Ｆ　Ｉ　Ｔ−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ｒｉ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−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
ルが変化して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レヘルを検出す
れば、Ｆ　Ｉ　Ｔ−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１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（ａｌは補正波形、Ｈｌは画面上部の水平方向
の補正信号、Ｍｌは画面中央部の水平方向の補正信号、
Ｌｌは画面下部の水平方向の補正信号を示す。

また、Ｆ　ＩＴ−ＣＯＤ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を演
算し補正量を判断する。

マイコン７は、既に補正値の書き込まれた補正メモリ９
の値に対し、水平方向の補正量を残しながら、前記レベ
ル差を垂直方向の三角波になるように演算し、再度補正
メモリ９の値を書きなおしていく。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ｌｂｌ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Ｈｌ。

Ｍｌ、Ｌｌ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Ｔｂ）
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
（Ｃｌ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（ａｌ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１
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に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、９・・・・・・シェーデ
ィング補正部。 代理人の氏名　弁理士小蝦治明　ほか２名第２図 第３図 １４図 ３５　図 Ｈ；ｌ　　　　　　　　　　ＭＺ　　　　　　　　　　
　　Ｌｚ第　６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　撮像信号の光学的黒レベルを検出するメモリと、撮像
   信号の信号レベルを検出するメモリと、随時読みだし書
   き込み可能なメモリと、前記読みだし書き込み可能なメ
   モリを駆動するアドレス発生回路により構成されたシェ
   ーディング補正回路を有し、前記光学的黒レベルを入力
   とし画面垂直方向のレベル差を判断するレベル差判断手
   段と、前記レベル差判断手段からの測定信号に基づきシ
   ェーディング補正量を決定する補正量決定手段と、前記
   随時読みだし書き込み可能なメモリに前記補正量決定手
   段からの制御信号を書き込むメモリ制御手段とを備えた
   固体撮像装置。