JPH05153503A

JPH05153503A - 残像除去方法

Info

Publication number: JPH05153503A
Application number: JP3310695A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Tagami; 義友田上; Yuji Ide; 祐二井手
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】光導電膜積層型撮像素子等残像が多いデバイ
スでムラが少なく残像の除去ができる残像除去方法を提
供することを目的とする。【構成】本発明の残像除去方法は、光導電膜積層型撮
像素子等、残像を多く含む固体撮像素子において、残像
除去を信号処理で行うことを特徴とするものである。具
体的に述べるならば、少なくとも１フィールド前の信号
に信号の大きさに依存する残像係数を乗じた量を現フィ
ールドの信号から引くことにより残像を除去した信号を
得るものである。さらには、ホワイトバランスをとるた
めに現フィールドの信号に残像係数を乗じた値を加算す
ることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導電膜積層型撮像素
子等の固体撮像素子で発生する残像を信号処理で除去す
る残像除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、撮像管に代わるものとして固体撮
像素子の開発が盛んに進められてきている。この固体撮
像素子は、小型軽量・高信頼性・長寿命等の半導体素子
としての特長に加えて、撮像管の持つ残像、焼き付け、
図形歪等の欠点もない。

【０００３】上記の特長によりハイビジョン（ＨＤ）カ
メラにも固体撮像素子を適用しようと研究がなされてい
る。しかし、ＨＤには２００万画素相当の画素数が必要
であり、現状のＣＣＤ技術の延長では感度不足とダイナ
ミックレンジの低下が避けられない。この問題点を解決
するためにａ−Ｓｉ（アモルファス・シリコン）光導電
膜を積層し、開口率が１００％となるデバイス（光導電
膜積層型撮像素子）の開発が行われている。このデバイ
スは感度、ダイナミックレンジに関しては良好な特性を
持つが、光導電膜を積層しているため残像が多いという
問題点を持っている。なお、この残像を減少させる方法
として、デバイスにバイアスライトを照射させ、信号に
オフセットをかける方法が用いられているが、ライト照
射の結像面均一性や、ライト自体の安定性の問題があ
り、強いバイアスライト光を照射することができず、上
記問題点は解決されていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＨＤ
など画素数が多く要求されるデバイスで感度、ダイナミ
ックレンジ等で有利である光導電膜積層型撮像素子は残
像が多いという問題点を有しており、現在はバイアスラ
イトを照射し残像を減少させているが、光量ムラによる
黒レベルのムラの発生やライト自体の安定性の問題があ
り、あまりバイアスライト光を強く照射することはでき
なかった。

【０００５】本発明はこのような問題を解決すべくなさ
れたもので、バイアスライトを用いず信号処理のみ、あ
るいはバイアスライトと信号処理を併用しバイアスライ
ト光の照射を弱くするようにしたもので、上記光導電膜
積層型撮像素子等残像が多いデバイスでムラが少なく残
像の除去ができる残像除去方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の残像除去方法
は、光導電膜積層型撮像素子等、残像を多く含む固体撮
像素子において、残像除去を信号処理で行うことを特徴
とするものである。具体的に述べるならば、少なくとも
１フィールド前の信号に信号の大きさに依存する残像係
数を乗じた量を現フィールドの信号から引くことにより
残像を除去した信号を得るものである。さらには、ホワ
イトバランスをとるために現フィールドの信号に残像係
数を乗じた値を加算することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明の残存除去方法は、光導電膜積層型撮像
素子等残像が多い固体撮像素子において、残像の除去を
バイアスライトではなく信号処理により行うためバイア
スライトの光量ムラによる黒レベルのムラ等の問題点が
なく、総合的にバランスが取れた残像除去ができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。まず、残像の発生原因を説明するために、ここで
は固体撮像素子の１つであるインターライントランスフ
ァー型ＣＣＤ（ＩＴ−ＣＣＤ）を用いることにする。そ
の基本構成を図６に示す。このＣＣＤアレイはフォトダ
イオードのような光電変換素子からなる画素受光部（Ｓ
Ｄ）１１の列に隣接して垂直転送部（ＶＣＣＤ）１２が
設けられる。ＳＤ１１の電荷はフィールドシフトパルス
φＶ１に対応するＶＣＣＤ１２に移され、パルスφＴに
より水平転送部１３を経てパルスφＨにより出力回路１
４から電気信号として出力端子（ＯＵＴ）に出力され
る。ここで、残像の発生はＳＤ１１に蓄積された電荷が
ＶＣＣＤ１２に転送される際に完全に転送されずにＳＤ
１１に電荷が残ってしまうために生ずる。その説明をＳ
Ｄ１１の信号読み出し時のポテンシャルの変化を用いて
行う。（図７）

【０００９】今、前フィールドの信号電荷読み出し時の
ＳＤの電位（Ｖｓ）をＶｏ(n-1) 、読み出し期間終了時
のＶｓをＶｒ(n-1) とすると、Ｖｒ(n-1) の値はＶｏ(n
-1)の値に依存し、現フィールドの信号電荷の蓄積はＶ
ｓ＝Ｖｒ(n-1) の状態から開始される。入射光量に依存
する電位変化をＸ(n) とすると現フィールドの信号電荷
読み出し時のＳＤの電位Ｖｏ(n) は、

【００１０】

【数１】となる。また、現フィールドの信号読み出し終了時のＶ
ｓをＶｒ(n) とすると、実際に出力される信号（Ｖ_SIG
(n))は信号電荷読み出し期間（１フィールド）のＳＤの
電位変化に等しいから次式のような関係が成り立つ。

【００１１】

【数２】（１）、（２）式により入射光量に依存する電位変化
（Ｘ(n))について解くと

【００１２】

【数３】となり、（３）式右辺の第２項が１フィールドで発生す
る残像成分となる。上式より残像は１フィールド前の信
号と現フィールドの信号により求まる。

【００１３】図８に固体撮像素子の残像特性の一例を示
す。これは、固体撮像素子からの出力信号電流値が基準
の電流値（ここでは３００ｎＡ）となるように光量を設
定し、フィールド周期の１２０倍の周期（１秒オン、１
秒オフ）で光照射を行い、入射光が遮断された直後に暗
状態に対応する第Ｎフィールド目の残像量（％）を示
す。この特性の別の見方をすると、第Ｎフィールドの残
像量と等しい光量が入射されたとき、その第１フィール
ド目の残像量は第（Ｎ＋１）フィールド目の残像量とな
る。そこで、図８の残像特性より入射光量（出力信号電
流）に対する第１フィールド目の残像量Ｌ（％）を求め
ると図９のようになる。この特性を（３）式に当てはめ
た場合、Ｘ(n) ＝０の時の出力信号Ｖ_SIG(n) の値が残
像量Ｌに対応するから、

【００１４】

【数４】となる。一方、暗状態になったとき（Ｎフィールド）、
信号電荷読み出し時のＳＤの電位Ｖｏ(n) は、（１）式
にＸ(n) ＝０を代入することにより求まる。

【００１５】

【数５】

【００１６】上式よりＶｏ(n) は１フィールド前の信号
に依存することになる。したがって、Ｖｏ(n) の値で決
まるＶｒ(n) の値も１フィールド前（（Ｎ−１）フィー
ルド）の信号に依存することになる。つまり、残像特性
の示す残像量Ｌ（（４）式）は１フィールド前の信号の
みで定まることになる。したがって、（３）式にこの条
件を当てはめ、改めて現フィールドの信号をＳｎ、１フ
ィールド前の信号をＳｎ_-1、入射光量に比例する信号を
Ｘｎとすると次のように表すことができる。

【００１７】

【数６】

【００１８】ここで、α（Ｓｎ_-1）はＳｎ_-1に依存する
残像係数で図９に示す残像量Ｌが対応する。この残像係
数が正確であれば残像がとれた信号を得ることができ
る。この信号処理の回路構成を図１に示す。固体撮像素
子１から得られた信号Ｓｎはプリアンプ２により増幅さ
れＡ／Ｄ変換器３によりディジタル値に変換される。デ
ィジタル値に変換された信号は残像係数が入っているＲ
ＯＭテーブル４のアドレスに入力されその信号に対応し
た残像量α（Ｓｎ）・Ｓｎが出力される。この残像量は
フィールドメモリ（ＤＲＡＭ等）５により１フィールド
分遅延され（Ｓｎ_-1）・Ｓｎ_-1となり、演算回路６によ
り残像を除去した信号Ｘｎ（＝Ｓｎ−α（Ｓｎ_-1）・Ｓ
ｎ_-1）を得る。なお、前記フィールドメモリ５は残像成
分を１フィールド分記憶するたけなので、信号自身を記
憶するよりもメモリ容量が少なくて済む。その後、ホワ
イトバランス７、ガンマ補正８の処理を施す。

【００１９】もう一つの実施例として、ホワイトバラン
ス７、ガンマ補正８をアナログで行う場合について説明
する。この場合、残像補正をホワイトバランス７、ガン
マ補正８の後に行う形となり、前フィールドの信号に依
存した残像を除去しただけの信号Ｘｎはホワイトバラン
スが崩れた状態となる。（全体的にレベルが下った状
態）

【００２０】したがって、残像を除去した後にホワイト
バランスをとる操作を行わなければならない。求めたい
信号（残像除去＋ホワイトバランス）をＳｎ´とすると
次式が成り立つ。

【００２１】

【数７】

【００２２】ここで、右辺第２項のホワイトバランス補
正量であるα（Ｓｎ´）・Ｓｎ´はＸｎが変化しない状
態（静止状態）の時の残像成分でありＸｎの大きさに依
存する。つまり（７）式は次式のように置き換えること
ができる。

【００２３】

【数８】

【００２４】（８）式のホワイトバランス補正量β（Ｘ
ｎ）は残像係数αで定まる値であるが図１０に信号（デ
ィジタル値；８ｂｉｔ）と残像係数αの関係を示す。こ
れは、図９に示す信号と残像量の関係グラフより求めた
もので、ガンマ補正（非線形処理）を考慮した値であ
る。また、残像係数は基準出力信号の設定にも大きく影
響するため、ここでは例としてＲ信号、Ｇ信号を３００
ｎＡ、Ｂ信号を５０ｎＡに設定した場合の特性をあげ
る。

【００２５】図１０に示す残像係数のテーブルを見ると
わかるように信号が低いレベルだとそのほとんどが残像
となっている。この場合、図１１に示すように残像を除
去した信号Ｘはほとんどが零となり、その値からホワイ
トバランス補正量β（Ｘｎ）を推測する形となる。現フ
ィールドの信号に含まれている雑音成分（ランダム雑
音）をＮ₀（ｒｍｓ）、１フィールド前の信号に含まれ
ている雑音成分（ランダム雑音）をＮ_-1（ｒｍｓ）とす
ると、（６）式の処理を行った後の雑音は

【００２６】

【数９】となる。ここで、α（ｍａｘ）＝１であるので最高３ｄ
Ｂの劣化となる。さらに（８）式での雑音Ｎ´は次式の
ようになる。

【００２７】

【数１０】

【００２８】ここで、βの係数はαはほぼ１００％（Ｘ
ｎはほぼ零）の時、βはほぼ無限大となり理論的にはＳ
／Ｎは無限大の劣化となる。実際はβ² ・Ｎｘ² は有限
の値を持つが実験の結果、この方式だと残像除去効果よ
りも暗い部分の雑音の増加による画質劣化が支配的にな
るという結論を得た。そこで、本発明は次式のようなホ
ワイトバランス補正方式を行うことを特徴とする。

【００２９】

【数１１】

【００３０】即ち、（１１）式はホワイトバランスをと
るために現フィールドの信号に残像係数を乗じた値を加
算するものである。つまり、ホワイトバランス補正量を
現フィールドの信号量より推測しようとするものであ
る。（１１）式を見るとわかるように、この方式だと静
止画像（Ｓｎ＝Ｓｎ_-1）の時はＳｎ´＝Ｓｎとなるため
ホワイトバランスはとれる。雑音を考えた場合（９）式
に示すようにＸｎ（残像を除去したのみの信号）の雑音
Ｎｘは

【００３１】

【数１２】であり、最高３ｄＢの劣化となる。（α＝１の時）さら
に（１１）式のホワイトバランス補正まで行ったときの
雑音Ｎ´（ｒｍｓ）は次式のようになる。

【００３２】

【数１３】最も雑音が増幅されるケースは、上式よりα＝１の時で

【００３３】

【数１４】倍となり７．０ｄＢのＳ／Ｎの劣化となる。また、９０
％残像時（α＝０．９）では６．５ｄＢのＳ／Ｎの結果
となり、（８）式の補正方式と比較して劣化は非常に少
ない。（（８）式の補正では９０％残像時２０ｄＢの劣
化）

【００３４】ただし、この方法の場合ホワイトバランス
補正量を現フィールドの信号により推測するため完全な
残像の除去はできない。しかし実験の結果、主観評価で
残像は半分以下に減少でき総合的な画質の向上が図れる
ことを確認した。

【００３５】上記方法の信号処理回路の構成図を図２に
示す。固体撮像素子１により読み出された信号はプリア
ンプ２、ホワイトバランス７、ガンマ補正８の処理を施
した後、Ａ／Ｄ変換器３によりディジタル値に変換され
る。ディジタル値に変換された信号は残像係数が入って
いるＲＯＭテーブル４のアドレスに入力され、信号の大
きさに対応した残像量α（Ｓｎ）・Ｓｎが出力される。
この残像量はフィールドメモリ５により１フィールド分
遅延されα（Ｓｎ_-1）・Ｓｎ_-1となる。演算回路６には
元の信号Ｓｎ、そのホワイトバランス補正量α（Ｓｎ）
・Ｓｎ、および１フィールド前の残像量α（Ｓｎ_-1）・
Ｓｎ_-1が入力され処理結果Ｓｎ´（＝Ｓｎ−α（Ｓ
ｎ_-1）・Ｓｎ_-1＋α（Ｓｎ）・Ｓｎ）を得る。

【００３６】他の実施例としてバイアスライトと併用し
た場合について説明する。従来例で説明したようにバイ
アスライトによる残像補正は光量ムラによる黒レベルの
ムラが発生し、あまり光量を大きくすることができな
い。一方、信号処理による補正は上述したように残像係
数が大きい場合Ｓ／Ｎの劣化が大きくなるためあまり残
像係数を大きくすることは望ましくない。そこで、お互
いの欠点を最小限に抑えるために、両方の方式を併用す
る。このバイアスライトとの併用により残像除去の最適
化が図れる。そして、この方法についての信号処理回路
の構成図を図３に示す。基本的な信号の流れは前に述べ
た信号処理と変わらないが、バイアスライト９の光量に
よって残像係数も変わるので、ＲＯＭテーブル４にはバ
イアスライト９の光量に対応した残像係数を複数個用意
し、バイアスライト９の光量により残像係数を選定する
ことを特徴とする。こうすることにより黒レベルのムラ
とＳ／Ｎの劣化を最小限に抑え、総合的に画質がよい残
像補正を行うことができる。

【００３７】以上残像補正の説明はＩＴ−ＣＣＤについ
て行ったが、他の固体撮像素子でも良い。つまり、残像
の補正を行なう必要がある（残像が許容できない大き
さ）固体撮像素子全てに適用可能である。また、光導電
膜積層型撮像素子の場合、光導電膜にトラップされたキ
ャリアが熱放出により信号電荷となる光導電性残像もあ
るが、ほとんど１フィールド前の信号に依存するため、
いままで述べた信号処理方法がそのまま適用できる。

【００３８】また、本実施例の説明ではフィールドメモ
リ５に記憶するデータはメモリ容量削減のため残像量と
したが、フィールド相関を使った他のディジタル信号処
理を行うとか、メモリ容量に余裕がある場合等では元の
信号自体を記憶しても良い。その一実施例を図４、図５
に示す。図４は残像除去の後にホワイトバランス７、ガ
ンマ補正８を行う場合の信号処理回路の構成図で、ディ
ジタル値に変換した信号をすぐフィールドメモリ５に記
憶し、１フィールド遅延した信号からＲＯＭテーブル４
により残像量（α（Ｓｎ_-1）・Ｓｎ_-1）を求める形とな
る。図５はアナログでホワイトバランス７、ガンマ補正
８を行う場合で、この場合は図２の実施例と比較してＲ
ＯＭテーブル４は残像量（α（Ｓｎ_-1）・Ｓｎ_-1）を求
めるＲＯＭテーブル４ａとホワイトバランス補正量（α
（Ｓｎ）・Ｓｎ）を求めるＲＯＭテーブル４ｂを２つ用
意する必要がある。その他、本発明は要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、光導
電膜積層型撮像素子等残像が多い固体撮像素子におい
て、残像除去をバイアスライトではなく信号処理により
行うため、バイアスライトの光量ムラによる黒レベルの
ムラ等の問題点がなく、総合的にバランスが取れた残像
除去ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の残像除去方法に用いられる第１の残
像除去回路の回路構成を示す図。

【図２】本発明の残像除去方法に用いられる第２の残
像除去回路の回路構成を示す図。

【図３】本発明の残像除去方法に用いられる第３の残
像除去回路の回路構成を示す図。

【図４】図１の残像除去回路を改良した図。

【図５】図２の残像除去回路を改良した図。

【図６】インターライントランスファー形ＣＣＤの模
式的な構成を示す図。

【図７】残像の発生機構を説明するための図。

【図８】固体撮像素子の残像特性の一例を示した図。

【図９】図８の残像特性による出力信号電流と残像量
との関係を示した図。

【図１０】信号量と残像係数の関係を示した図。

【図１１】信号処理の一方式で画質劣化の原因を説明
するための図。

【符号の説明】

１…固体撮像素子４…ＲＯＭ（残像テーブル）５…フィールドメモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）６…演算回路８…ガンマ補正回路９…バイアスライト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素受光部で撮像対象からの光に応じて電
荷を蓄積し、垂直転送部により前記画素受光部で蓄積さ
れた電荷をフィールドごとに水平転送部に転送し、この
水平転送部より電気信号として出力することにより、前
記撮像対象からの光を電気に変換する光電変換を行なう
固体撮像素子であって、前記画素受光部から前記垂直転
送部への電荷の転送の際に、前記画素受光部に残存する
電荷を除去する残像除去方法において、第Ｎフィールド
の信号から該第Ｎフィールドより前の信号転送後に残っ
ている電荷により生じる電位に応じた残像量を差し引く
ことを特徴とする残像除去方法。
【請求項２】画素受光部で撮像対象からの光に応じて電
荷を蓄積し、垂直転送部により前記この画素受光部で蓄
積された電荷をフィールドごとに水平転送部に転送し、
この水平転送部より電気信号として出力することによ
り、前記撮像対象からの光を電気に変換する光電変換を
行なう固体撮像素子であって、前記画素受光部から前記
垂直転送部への電荷の転送の際に、前記画素受光部に残
存する電荷を除去し、ホワイトバランス補正を行なって
残像を除去する残像除去方法において、前記ホワイトバ
ランス補正は、第Ｎフィールドの信号から該第Ｎフィー
ルドより前の信号転送後に残っている電荷により生じる
電位に応じた残像量を差し引き、この残像量を差し引か
れた前記第Ｎフィールドの信号に、この第Ｎフィールド
の信号の残像量に応じたホワイトバランス補正量を加算
することを特徴とする残像除去方法。