JPS60199279A - 固体撮像素子の欠陥検出装置 - 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の欠陥検出装置に関し、例えばビ
デオカメラにおいて使用される固体撮像素子を製造した
際に製品の良否を判定する場合に通用して好適なもので
ある。

〔背景技術とその問題点〕

この種の固体撮像素子は多数のピクセルを平面格子上に
形成されているもので、製造上撮像素子の受光面全体に
亘って均一な特性をもった固体撮像素子を得ることは実
際上困難であり、順次配列されているピクセルから得ら
れる光電変換出力には種々のノイズ成分が含まれている
。

すなわち光電変換出力ＲＤ−ｔ−１水平区間分について
検出してみると、第２図（Ａ）に示すように、充電変換
出力ＲＤは第１に、固体撮像素子を水平方向に走査した
とき平均的信号レベルが徐々に変動するシェーディング
成分ＳＨをもつ、このシェーディング成分ＳＨは各ピク
セルの開口むら、変換むら、エツチングむら、フィルタ
の染色むら等に基づいて発生するもので、比較的低い周
波数をもっている。

また光電変換出力ＲＤは第２に、ピクセル相互間のむら
に基づいて発生するノイズ成分ＫＯを有する。このノイ
ズ成分ＫＯは比較的高い周波数をもち、変動幅も比較的
大きい。

以上は欠陥ビクセルを含まない固体撮像素子についても
見られる現象であるが、欠陥ピクセルをもっている場合
の光電変換出力ＲＤは、欠陥があればこれに対応する位
置にパルス状に立上る白欠陥ＷＤ又は黒欠陥ＢＤが生ず
ることになる。

−０備うに種々の変動成分を含んでなる検出データＲＤ
の中からピクセルの不良に基づく欠陥ＷＤ及び８Ｄを抽
出して当該不良なピクセルを検出するために従来は、検
出データＲＤを空間フィルタを用いて抽出する方法が用
いられていた。ところがこの方法によると、検出しよう
とする欠陥の大きさ、種類又は周波数特性に基づいてこ
れに通用するように空間フィルタの大きさや重み関数を
設定する必要があるが、実際上最適値に設定することは
困難な場合が多く、例えば周波数特性に基づいて検出デ
ータＲＤから欠陥を検出する際に最適な周波数特性をも
った空間フィルタを設計することは実際上きわめて困難
で、簡易なフィルタ例えば３×３又は５×５フイルタに
よって実現することは実際上困難である。

さらに従来の欠陥検出方法によると、検出データＲＤが
供給された空間フィルタから得られる出力をコンパレー
タにおいて基準値と比較することによって欠陥を判別す
るようにした場合には、欠陥の集合状態や出力レベルが
検出データＲＤの信号レベルが変化するとこれに応じて
変化してしまうので欠陥ピクセルから得られる真のデー
タを推定できず、そのため欠陥ビクセルを自動判定する
ことが困難であった。

例えば欠陥に対してラプラシアン １−ｉ−ｔ −１８−１ １−１−１ をほどこした集合は、第３図に示すように変化する。

また従来の欠陥検出方法によれば、空間フィルタを用い
て欠陥の検出処理を行なう際に、固体撮像素子の外周縁
部のエリアにあるピクセルについての判定結果を得るこ
とができなくなる欠点がある。因みにこの従来の欠陥検
出方法は一般に、空間フィルタリングの範囲を広くとり
かつ複数回フィルタリング処理を行なうのが普通であり
、か（すれば周縁部の空白エリアの発生を避は得ない。

例えば欠陥検出データＲＤに３×３空間フィルタを用い
た場合には第４図に示すように外周縁エリアにある１ビ
ット分のピクセルについての演算はできなくなる。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、シェーデ
ィング成分及びノイズ成分に基づく変動成分が大きい検
出データＲＤの中に含まれている欠陥を比較的簡易な構
成によって適確に判定することができるようにした欠陥
検出装置を得ようとするもので、かくするにつき特に固
体撮像素子の外周縁部のピクセルについての欠陥検出演
算を確実に実行し得るようにした欠陥検出装置を提案し
ようとするものである。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するため本発明においては、固体撮像
素子から得られる検出データからシェーディング成分を
抽出して上記検出データから当該抽出されたシェーディ
ング成分を差し引くことにより上記検゛出データに含ま
れている欠陥データでなる欠陥検出データを得るように
する。

〔実施例〕

以下図面について本発明の一実施例を詳述する。

第１図についてｌは固体撮像素子で、例えばＣＣＤ（チ
ャージ　カップルド　デバイス）でなる多数のピクセル
をＨ方向及びＶ方向に平面格子上に配列してなり、光源
２からの照射光を光電変換する。

各ピクセルの光電変換出力はクロックトライバ３によっ
て発生される水平クロック信号ＳＨ及び垂直クロック信
号Ｓ■によってＬＨづつ順次走査されて時間直列的な検
出データＲＤとして入力回路４を通じてアナログ−ディ
ジタル変換回路５に入力され、ディジタル信号に変換さ
れた後シェーディング抽出回路６のピクチャメモリ７に
入力される。ピクチャメモリ７は順次ＩＨごとに到来す
る検出データＲＤを受けるごとにアキュムレータ８を用
いて同期加算演算を各ピクセルごとに実行し、これによ
り検出データＲＤに含まれているノイズ成分を低減させ
るような信号処理を行なった後当該検出データを格納保
持する。かくして第２図（Ｂ）に示すように検出データ
ＲＤ（第２図（Ａ））に含まれているピクセルごとのむ
らに基づく高い周波数のノイズ成分ＫＯが抑圧されて小
さいノイズ成分に１に変換されてなる入力データＳ１が
ピクチャメモリ７から送出されることになる。

ここで人力データＳ１には固体撮像素子１のピクセルの
異常に基づく欠陥信号ＷＤ及びＢＤとＩＨ区間の間にゆ
っくりと変動するシェーディング成分ＳＨとがそのまま
送出される。ここでシェーディング成分ＳＨは順次到来
する１８分のライン信号全体について類似の傾向をもっ
て変化する性質を持っているので各フレームについての
同期加算によって抑圧されずにそのまま出力される。ま
た欠陥信号ＷＤ及びＢＤも複数の隣接するライン信号に
ついて類似する信号として発生しているので抑圧されず
にそのまま残ることになる。因に固体撮像素子１として
ＣＣＤを用いた場合その性質上ピクセルに生じる異常は
ほとんどの場合Ｈ方向には連続せずＶ方向にのみ連続す
るからである。

このような１６号内容をもつ入力データＳｌは欠陥除去
用フィルタ９に入力される。この欠陥除去用フィルタ９
は第５図に示すような１×５メデイアンフイルタで構成
され、入力データＳｌの１本のライン信号のうち順次続
く５ピクセル分のデータの中間値を中間位置のデータと
して送出する。

すなわち第５図において入力データＳｌのうち第ｊ番目
のライン出力に含まれている第１番目のピクセル（その
アドレスをｘｉｊ　とする）のデータ「４０」を中央の
ビット位置すなわち第３のビット位置Ｍ３に入力すると
共に、順次連接するアドレスｘ（ｉ−１）Ｊ　、　ｘ（
ｉ−２）ｊ　のピクセルのデータ「１２」、ｒｌＯＪを
第２、第１のビット位置Ｍ２、Ｍｌに記憶し、かつアド
レス×（１＋１）ｊ　、　ｘ（ｉ＋２）ｊ　のデータ「
９」、ｒｌｌＪを第４、第５のビット位置Ｍ４、Ｍ５に
入力する。この状態においてフィルタ９は第１〜第５ビ
ツト位置Ｍ　ｌ　−Ｍ　５に入力されているデータのう
ちの中間値を表しているデータ（この実施例の場合第５
ビツトのデータｒｌｌＪ　）がフィルタ９の出力Ｓ２と
して送出される。

かかる動作において第３ビット位置Ｍ３に入力されてい
るデータの内容「４０」は白欠陥を表わす大きな値を示
しているのに対してその他の第１、第２、第４、第５ビ
ット位置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ４、Ｍ５の内容「１０」、「１
２」、「９」、「１１」は対応するピクセルが正常であ
ることを表す信号レベルをもっている。このような場合
メディアンフィルタ動作により中央位置ｘｌｊのデータ
が中間値データｒｌｌＪ　（アドレスｘ（ｉ÷２）ｊ　
のデータ）であるとして選定してこれを出力Ｓ２として
送出する。

このようにして欠陥除去用フィルタ９は入力データＳ１
に欠陥が含まれていても当該欠陥を除去したフィルタ出
力Ｓ２を送出できることになる。

なおこのようにＩＸ５メディアンフィルタを欠陥除去用
フィルタ９として用いた場合にはライン入力の連続する
５ビツト中に３個以上の欠陥があると欠陥除去動作はな
し得なくなるので、このような場合には当該検査中の固
体撮像素子は不良であると判定する。

このフィルタ出力Ｓ２はバッファメモリ刊に入力され、
アキュムレータ８を用いて同時加算演算を行なうことに
よってさらに雑音成分を抑制した後第２図（Ｃ）に示す
ようなシェーディング抽出出力Ｓ３を送出する。ここで
シェーディング抽出出力Ｓ３はフィルタ出力３２（第２
図（Ｂ））と比較して欠陥データＷＤ及びＢＤが除去さ
れかつピクセルごとのむらに基づくノイズ成分に２がさ
らに小さくなっている。このシェーディング抽出出力Ｓ
３はローパスフィルタ１１に与えられる。

このローパスフィルタ１１はシェーディング抽出出力Ｓ
３に含まれているノイズ成分に２を平滑するもので、例
えば第６図又は第７図に示すような３×３０−パスフイ
ルタを適用し得る。か、＜シてローパスフィルタ１１の
出力端には第２図（Ｄ）に示すようにほぼシェーディン
グ成分ＳＨのみでなる平滑出力Ｓ４が得られ、これが周
縁部補間回路１２に与えられる。

周縁部補間回路１２は欠陥除去用フィルタ９及びローパ
スフィルタ１１における処理の際に固体撮像素子１の周
縁部分に演算によりめることができない空白エリアが生
じることを避は得ないので、この空白エリアにデータを
補間して以後の処理をなし得るようにしようとするもの
である。因みに実際上固体撮像素子ｌにおいて外周縁部
に使用できるか否かが判定されないピクセル群があるこ
とは当該周縁部分が光電変換機能を果し得ないことにな
るので、固体撮像素子を有効に利用するためにはかかる
判定不可能なエリアがないほうがよい。

実際上第４図の実施例の場合のように欠陥除去用フィル
タ９として１×５メデイアンフイルタを用いかつローパ
スフィルタ１１として３×３フイルタを用いたとすると
、平滑出力Ｓ４は第８図に示すように１■方向の外周縁
部に３ビツトの空白エリア２１及び２２が生ずると共に
、■方向の外周縁部に１ビツトの空白エリア２３及び２
４が生ずる。この空白エリア２１〜２４は周縁部補間回
路１２によって第９図に示す順序で補間演算される。

すなわちまず左側縁＠＄！！白エリチェリア第９図（Ａ
）に示すように当該空白エリア２１の内側３ビツトのピ
クセル群のデータＤＩを用いて補間する。

かくして第９図（Ｂ）に示すように左側周縁部には同じ
データＤｉを有する２つのデータエリアが連接して形成
されることになる。

次に周縁部補間回路１２は上側縁部の空白エリア２３に
対してその内側の１ビツトのピクセル群のデータＤ２を
補間して第９図（Ｃ）に示すように互いに同じデータＤ
２を有する２つのデータエリアを連接させるような補間
がなされる。続いて周縁部補間回路１２は第９図（Ｃ）
に示すように右側縁部の空白エリア２２をその内側のデ
ータＤ３によって補間演算を行ない、これにより第９図
（Ｄ）に示すように互いに同じデータＤ３を有する２つ
のエリアが連接するように形成される。

その後周縁部補間回路１２は下側縁部の空白エリア２４
に対してその内側のデータＤ４を補間演算し、かくして
第９図（Ｅ）に示すように下側縁部に同じデータＤ４を
有する２つのエリアが形成される。

このようにして補間出力Ｓ５は固体撮像素子１のピクセ
ル全体に亘って対応するデータをもつ補間出力Ｓ５を発
生し、これを減算回路１３においてピクチャメモリ７か
ら送出される入力データＳ１から差し引く。

ここで入力データＳ１は第２図（Ｂ）について上述した
ように固体撮像素子ｌにおいて得られる検出データＲＤ
（第２図（Ａ））のノイズ成分ＫＯを抑制したと同様の
データであるから、固体ＦＪ１ｍ素子１全体のピクセル
の出力がその周縁部のものを含めて出力されている。従
って減算回路１３の減算出力Ｓ６は入力データＳＬ（第
２図（Ｂ））からそのシェーディング成分ＳＨを補間出
力Ｓ５によって差し引くことにより、白欠陥ＷＤ及び黒
欠陥ＢＤのみが残って出力されることになる。

そしてかかる減算は固体撮像素子１の外周縁部を含む全
面に亘って実行されるので白欠陥ＷＤ又は黒欠陥ＢＤが
周縁部のピクセルに発生すればこれを確実に検出するこ
とができる。因みに補間出力Ｓ５の当該外周縁部に相当
する信号成分にはその内側にあるピクセル群のデータと
同じデータが補間されているが、実際上シェーディング
曲線ＳＨの外側縁部における曲線に近似した曲線を得る
ことができるので、入力データＳｌとの減算結果にシェ
ーディング波形の影響を残さないようにし得る。

減算回路１３の減算出力Ｓ６は欠陥判定回路Ｉ４に入力
される。

欠陥判定回路１４は減算出力Ｓ６を受けると第２図（Ｆ
）に示すように例えば４つの比較レベルＣＯＭＩ−ＣＯ
Ｍ４を設定し、欠陥ＷＤ又はＢＤがこれらの比較レベル
ＣＯＭＩ〜Ｃ０Ｍ４を越えたか否かを判定する。そして
その判定結果によって、まず第１に欠陥の個数を積算し
ていわゆる点数計算を行ない、これにより現在検査した
固体撮像素子ｌの点数の評価を行なう。

また第２に欠陥判定回路１４は欠陥４１４ＷＤ又はＢＤ
が発生したアドレスを検出していわゆる形状認識、点数
計算、後処理を行なう。

また第３に欠陥判定回路１４はこれらの形状認識、点数
計算に基づいて欠陥の分布及び大きさを表す欠陥マツプ
を作成する。

かくして欠陥判定回路１４は欠陥判定結果を内容とする
欠・陥検出信号ＡＤＤを送出する。

以上の構成において、固体撮像素子１から第１０図（Ａ
）に示すような検出データＲＤが得られたとき、欠陥除
去用フィルタ９におけるメディアンフィルタの動作によ
ってフィルタ出力Ｓ２は第１０図（Ｂ）に示すようにシ
ェーディング成分Ｓ　Ｈのみとなり、これをローパスフ
ィルタ１１において平滑した後周縁部補間回路１２にお
いて補間演算をする。その補間出力Ｓ５を用いて減算回
路１３において入力データＳ１から差し引くと、減算出
力Ｓ６は第１０図（Ｃ）に示すように欠陥信号ＷＤ及び
ＢＤがシェーディング成分ＳＨから分離されて抽出され
たと同様の信号を得ることができる。従つて欠陥判定回
路１４では当該欠陥４ｓ４ＷＤ及びＢＤのアドレスを容
易に判別できる。

なお第５ＦＩ！Ｊの実施例の場合は欠ＮＩＩ除去用フィ
ルタ９として白黒画像用の１×５メデイアンフイルタの
構成を用いたが、カラー画像用の欠陥除去用フィルタ９
としては第１１図の構成のものを適用すればよい。すな
わち固体撮像素子１は第１１図（Ａ）に示すように３原
色信号Ｒ，Ｇ、Ｂに対応するピクセルを順次配列した構
成を有するが、各３原色信号のピクセルにはそれぞれ特
有のカラーフィルタが装着されているので、欠陥除去用
フィルタ９のフィルタリングも各色ごとに行なう必要が
ある。

このような場合には各原色信号Ｒ，Ｇ、Ｂに対してそれ
ぞれ第１１図（Ｂ）に示すように中間に２ビツト分のマ
スク部ＳＫを形成してなるマスク２１を用いて各原色信
号を互いに分離して当該分離出力をメディアンフィルタ
にかけるようにすればよい。

第１２図は欠陥除去用フィルタ９のさらに他の実施例を
示すもので、ピクチャメモリ７から抽出して得られる入
力データＳｌのうち隣接する２ビツトのデータを比較し
てその鰻大値又は最小値を選択して行くようにするごと
によって黒欠陥又は白欠陥を含まないフィルタ出力を得
ようとするものである。

この実施例の場合欠陥除去用フィルタ９はビクセルｘｉ
Ｊのフィルタ出力Ｓ２を得るにつき前後５つの隣接する
ビットのデータを用い、第１ステツプにおいて隣接する
２つのビットのデータのうち最大値を選択し、当該選択
出力について第２ステツプにおいて隣接するデータのう
ちの最小値を選択し、第３ステツプにおいて当該選択さ
れた隣接するデータのうち最小値を選択し、第４ステツ
プにおいて当該２つのデータのうち鰻大値を選択する。

このようにすればビクセルｘｉｊ位置におけるデータと
して不良ビクセルに基づく欠陥によるデータを除去して
なるフィルタ出力を得ることができる。かくするにつき
第５図のメディアンフィルタの演算では時間がかかりす
ぎたり、ハード的に適用することができな−い問題があ
る装置についてこれに代わる簡易な構成として用いるこ
とができまた上述の欠陥除去用フィルタ９に代え空間フ
ィルタ又は２次元フィルタを用いた構成のものを通用し
てもよい。

また第１図の構成のローパスフィルタ１１としてカラー
画像用 のを適用し得る。すなわちバッファメモリｌＯから受け
たシェーディング出力Ｓ３を第１３図に示すようにメモ
リエリアＭｌｌを中心に例えばＲ信号についてのデータ
を記憶させておき、まずメモリ８１１を下方に１ビツト
シフトさせてデータＲ２を取込み、次にメモリＭｌｌを
上方に１ビツトシフトさせて下側のデータＲ３を取込み
、次にメモリＭｌｌを右に１ビツトシフトさせてデータ
Ｒ４を取込む。

そしてローパスフィルタ１１は次の（１）式％式％（１
） を用いて平均化出力ＭＷを得てこれを事情出力Ｓ４とし
て送出する。

このようにして信号処理をするローパスフィルタ１１を
用いればいかなるカラーパターンの画像信号についても
適用でき、かつ全てのピクセルについて同時処理ができ
るローパスフィルタを実現し得る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、検出データに含まれてい
るシェーディング成分をシェーディング抽出回路におい
て得ると共に、その検出出力を用いて検出データに含ま
れているシェーディング成分を除去することによって検
出データに含まれている欠陥を確実に検出し得る欠陥検
出装置を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像素子の欠陥検出装置の一
実施例を示すブロック図、第２図はその各部の信号を示
す信号波形図、第３図は従来用いられていた空間フィル
タの説明に供する図表、第４図は空間フィルタを用いた
場合に生じる空白エリアを示す路線図、第５図は第１図
の欠陥陣愚用フィルタ９を示ず路線図、第６図及び第７
図は第１図のローパスフィルタ１１を示す図表、第８図
及び第９図は第１図の周縁部補間回路１２の補間動作の
説明に供する路線図、第１０図はｆｆ１１図の構成によ
る欠陥検出装置の実験結果を示す各部の信号波形図、第
１１図及び第１２図は第１図の欠陥除去用フィルタ９の
他の実施例を示す路線図、第１３図は第１ＦｙＪのロー
パスフィルタ１１の他の実施例を示す路線図である。 １・・・固体撮像素子、２・・・光源、３・・・クロッ
クトライバ、６・・・シェーディング抽出回路、７・・
・ピクチャメモリ、８・・・アキュムレータ、９・・・
欠陥除去用フィルタ、１０・・・バッファメモリ、１１
・・・ローパスフィルタ、１２・・・周縁部補間回路、
１３・・・減算回路、１４・・・欠陥判定回路。 代理人　田辺恵基 第６図　第１２図　４　ｔｓ図 第１０　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　固体撮像素子から得られる検出データを受けてシ
   ェーディング成分を抽出するシェーディング抽出回路と
   、上記検出データから当該抽出されたシェーディング成
   分を差し引いて上記検出データに含まれている欠陥デー
   タでなる欠陥検出データを送出する減算回路とを具える
   ことを特徴とする固体撮像素子の欠陥検出装置。 ２、上記シェーディング抽出回路は上記検出データを同
   期加算することによりノイズ成分を低減させてなるデー
   タを記橿友するピクチャメモリの出力データから欠陥信
   号を除去するフィルタリング回路とを有してなる特許請
   求の範囲第１項に記載の固体撮像素子の欠陥検出装置。