JPS6273876A - 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】 この発明は不良感光素子を含む固体撮像器用の温度追跡
不良補正装置に関する。

〔発明の背景〕

固体撮像器は通常の撮像管に比して長寿命、低消費Ｔカ
、小型のため可児光および赤外領域の輻射エネルギ検知
用カメラに用途全拡大しつつある。

固体撮像器は被写体からの光に応動する個別感光素子（
画素）の配列より成る撮像領域を含み、持Ｖｃｘｙ座標
アドレス式Ｍｏ５Ｔ界効果ｌ−ランシスタ型℃自己定査
式ＣＴＪ）　（宙荷転送装置）型のようなテレビジョン
カメラに適するものは２０万個もの画素を有する。この
固体撮像器？製凸する半導体尽阪材料内のランダムな不
均一性と、製造中Ｖこ浸入する不純物□および／または
欠陥のため、各画素の撮像用応答特性が合格の固体撮像
器の製雅走留ば、撮像器内の画素数の増大と共に実質的
に低下する。

例えば、固体撮像２ｇの撮（（！用応答特性の１つが暗
°、「流応答である。半導体装置があるＩｌｌの凹成″
１［１′流を摺すること６１周知であるが、固１−＋　
ｆｉ＆像器ではそのＩｌ１代′、１１″流が光１１ｊ、
すＪｍｌのないときでも画４′、、内にＴｕ：ｒ全収集
することがあり、これが暗電流応答として知らｔｌてい
る。ｌｆｌ、１　ｉｔ＜　４最１゛（２藷台・アレヒ′
シＨンカメシに用いる場合２この各画素の暗電流（非画
像表示）ればならないが、ある画素の暗７ｒｉ流応答が
その周囲の画素の平均レベルより高いとこれが発生さｔ
ｚたテレビジョン信−号中に１白色スボツ１−４不良と
して現れる。また画素は撮像器の裂危工程で導入された
不純物および／″！ｉｆＬ＆″ｉ！ｉｆＬ＆″ｉ欠陥ン
信号中に「黒色ヌボツｌ−Ｊ不良音生ずることモアル。

テレビジョンカメラに適するような多数の画素を持つ固
体撮像器の製造歩留は、この様な不良のためＶＣ前めで
低い。従って、各撮像器を深型に試験してこの様な不良
を除去することを要するため、合格と認められた比較的
少数の撮像器は高価になる。

テレビジョンカメラにこの様な不良撮像オｇを用いるこ
とにより使用可能の撮像藷数全増し、これによってその
価格を低減する１つの方法は、カメラに不良補正２ｇを
備えることである。例えば米国特許第４１’７９７１１
号には電荷結合装置（ＣＯＤ）撮像器と不良ケ所情報金
記・１αしたフＶ−１．メモリが同期クロラギングさＪ
Ｌるカメラが開示されている。その不良ケ所メモリが不
良画素からの信号がＣＣＤから供給さノｔていることを
示すと、その場所に前の画素が置換７されるもので、こ
の型の補正は通常「置換」と呼ばれ、デス１−パタンー
′？倣細部のある１７％而全面示しているどきはそのＨ
′？換された信号が明らかに間違いであることが判るた
め、プレビジョンカメラに用いることは一般Ｖこ好まし
くない。その上、不良の画素全識別するため各画素の゛
アドレス？記憶するために大型メモリが必要で、そのた
め不良補正器の寸法、価格および’ｉｆ力消費量が増大
する。

米国特許第４２００９３４号明、匍１）には他の形式の
画像不良補正器が示されているが、これは固体撮像器の
各画素に列する暗電流の振幅全記憶するフレームメモリ
２備えている。撮像器とフＶ　−ムメ−Ｔ：りは同期ク
ロッキンクさｆｌ、ツレ＝ムメモリに記憶された暗電流
の振幅が撮１ψ器の各画素の供給する信号から差引かれ
る。この結果、記憶された各暗電流振幅が各画素に対す
る可能最高変化信号より小さく、入射光に正確に応動す
るに充分な信号容積（”ラドルーム）が残されている限
り、非画（象暗？Ｔｒ流変化が実質的にない画像表示信
号が得らね、る。この方式は表示画像において補正が実
際上見分けられないため置換法より有利である。

半導体材料の温度変化によって暗ｔ「流の振幅が変るこ
とば知られている。例えば、ＣＣＤ撮像器では暗電流振
幅が撮像ｔｇの温度が＋８°Ｃ上芹するごとに約２倍に
なる。従って上記置換型の不良補爪器では、暗７「流信
号？メモリに記目ヱするときとこれ企１点出すときの間
に撮像器の温度が変って不良補正が不正確になることが
ある。

〔全問の概要〕

この発明の原理により、固体撮像２に用不良Ｆ＋ｌｉ正
恭において不良画素に関連する温度追跡不良補正は号が
発生され、この不良補正信号が対応する不良画素からの
光応答信号と組合されて、各不良画素に対する温度補償
済不良補正光１志答１ａ号を生成するようになっている
。

〔推奨実施側の詳、Ｔ８１−説明〕 第１図のカメラでは、波形矢印で示す彼写体からの光が
光字糸１０により固体撮像器〕２の感光撮像領域上に投
射される。撮像１（ｉ７１２はｘｙ座標アドレスＭＯ３
撮像２ｇ？自己走査型ＣＴＤ撮像２ｇのような通常使用
されるいくつかの固体撮像装置のど−ｉ’Ｌでもよいが
、この実施例ではアールシーニー社（ＲＣＡＣｏｒｐ　
）のＳＩＤ　５０・１型フレーム転送弐〇ＣＤ撮像器の
ようなフレーム転送弐〇ＣＤ撮像藷から成っている。

簡単ＩＣＭ　５と、フレーム転送弐ＣＣＤ撮像器は基板
絶縁７＼′η土に設けらｎた彼故閏の一１ｖ唖と、波写
体がらの入射光Ｖこ応じて′ｔ１７荷バタンｋ　−５７
’　：（ＬＥする１・１麟光性画素の配列全台むＩ＠像
領域（Ａレジスタ）、入射光から遮蔽されてＡレジスタ
で発生された重荷バタンを記憶する’ｉＴ荷１訟送領域
ＣＢレジスタ）および発生された′１［？荷パタンに対
応する電気信号全読取る読取り領域（Ｃレジスタ）全形
成するため選択的にドープさｉ”ｔた領域と全含む半導
体基板ｋ　＋ｉｎえている。駆動段１４は公知のように
レベル移動段と増、線膜を含むもので、親発振器１Ｂか
らのパルスニｌｕシてタイミンク同期回路１６から発生
される多相クロック信号全レベル移動増幅したもの全撮
像ｉｘ２のＡ、Ｂ、Ｃレジスタの各ＭＷ＜に供給する。

ＣＣＤ撮像２ｇのＩ？Ｉ￥造ど動作は当業者に公知のた
め、撮像器１２のこれ以上の詳述は不要である。

Ｃレジスタの出力に生じた重電信号は撮像器の出力信号
を例えば公知の相関２重→Ｊ゛ンデリング回路を含み得
る信号回復回路２０に供給する。この信号回復回路２０
からの信号は差動増幅器２２の非反転信号入力（−＋−
１に印加される。以下詳述するように、ある画素が不良
のとき、撮像器１２の温度によって振幅を調節される不
良補正信号が、増幅器２２の非反転信号人力（＋の雷電
信号が不良画素に対応する期間中、その増幅器２２の反
転信号入力（→に供給される。不良補正信号は増幅（社
）２２の出力に発生され、例えばガンマ補正、白黒平衡
、同期信号挿入等を行って通常のテレビジョン信号を発
生する信号処理回路２４により処理される。補正信号の
振幅は撮像器の温度に応じて調節されるため、不良補正
は弾めて正確である。その上不良画素に対する補正信号
しか発生の・〔１・要がないから、以下して説明するよ
うに、不良補正藷にすする回；洛のｊＩＮと消費富力が
著しく節約さｎる。

詳言すれば、この発明の不良補正２ｇは補止すべき各不
良画素の位置？識別するアドレス情報を記憶する不揮発
性リードオンリメモリ（ＲＯＭ）ｆ　含ｆ−ｒ不良位置
メモリ２６全備え、そのアドレス情報に］例えハヒット
群から成っている。このビットＷＵ例えば１８ビツトか
ら成り、その第１ビツトがト艮のアルテレビジョンフィ
ールドは奇数ノ、イ・−ルドか偶数フィールドかを示し
、次の８ピッ１−が不良のあるテレビジョン線全示しく
　ＮＴＳＣテレビジョン方式、の１フィールド当りの有
効アレビジ三１ン線故？４２に対して充分な２５５本ま
での線の識別には８ビット−１１’足りる）、最後の９
ビットがそのプレビジョン線に沿う不良の水平位置を示
す（例えばアールシーニー社のＳＩＤ　５０４型ＣＣＤ
撮像器の場合のように各線光り４０３個の画素に対して
充分な５１１個までの位置の識別ｒＪ″ｉ９ビットでで
きる）。不良振陥メモリ２８もまた補正すべき各不良画
素に討する不良振幅レベルに関する情報群を記憶°する
不揮発ＲＯＭ　ｉ含む。例えば、補正すべき不良が白色
スポット不良であれば、その不良画素に対する暗電流の
その近傍の平均画素暗電流より大きい（即ちその暗電流
の基準レベルを超える）部分の振幅レベｔＶ”ｋその不
良画素に対する不良補正信号としてメモリ２８に位置群
（６ビツトで充分）で記憶される。

順次アドレス発生器３０は不良位置メモリ２６と不良振
幅メモリ２８にアドレス指定信号を供給する。

このアドレス指定信号の表わす各アドレスに対して不良
位置メモリ２６から１８ビツトの不良アドレスが読取ら
れて緩衝レジスタ３２に記憶され、不良振幅メモＵ２８
から対応する６ビツトの不良補正信号が１読取られて緩
衝レジスタ３４に記憶される。カメラのスイッチを入れ
る度にタイミング同期回路１６はフレーム周波数の信号
を順次アドレス発生器（÷３０に供給してメモリ２６に
アドレス指定信号全供給させ、これによって補正すべき
テレビジョンフレームの第１の画素不良に関する第１の
Ｉ青報群全読取らせる。緩衝レジスタ３４に記憶された
テ゛ジタル不良補正（３号はデジタル・アナロタ（ＤＡ
）変換器３６Ｇ・こより対応するアナログ不良補ｉＴＥ
信号に変換される。

前述のように、暗電流レベルは温度によって変るから、
温度補噴段３８はＤＡ変換２ｇ３６の発生する不良補正
信号の振幅レベルを撮像器１２と熱的に接触する温度感
知器４０の発生する温度表示信号に従って変える。、温
度補償段３８は例えばその温度信号をｆｌｌｌｌ副制御
信号て利用する利得制御増幅器をよむこともできる。

アドレス比較器４２はその入力部の一方に緩衝１／’シ
スタ３２からの不良アドレスを受け、その１ｍ方しで撮
像器１２からその時読取らｔｔてい２３画；（；のアド
レスを表わすアドレス指定信号を現時画素アドレス発生
器４４から受ける。現時画素アドレス発４Ｅ　’Ｉｇ−
１４はテレビジョン回路の当業−バに公知のように現時
画素アドレスを発！１ミするためタイミンタ同＋ＩＪ＋
回路１６から（１（給される１３号Ｆ、［、、，１つに
応動する）ｆ−ルド周波敢■、線周波数σ・）および画
素周波数（■−〕の各３１数器金含む。現時画素アドレ
スが１？ξ１（ｉｌ”ｌ、”ｊ　３２に記ｆｆ１Ｑされ
ている不良アドレスと一致すると、比１咬器４２の出力
Ｃでフラッグ信−号が発生され、このフラッグ信号に応
じてゲート４６が温度追踊・不良補正信号を、第１不良
画素から取出した信号が増幅器；；２２の非反１匹入力
（−１−）に印加されている期間中その増、幅２ｇ２２
０反転入力←［供給する。増幅器２２は第１不良画素か
ら取出された撮像型供給信号から不良補正信号ｆｆ：差
引いて、得られた不良画素に対する画像表示光応答だけ
に実質的に対応する信号をカメラ信号処理回路２４に供
給する、この１言号処理回路２・１もまた公知のように
ゲート４６によって画素の端縁に生ずる切換信号の過渡
現象全消去するように不良補正器を再びサンプリングす
るサンプリンク回路？その入力に含むことがある。フラ
ッグ信号はまた順次アドレス発生器３０にも印加されて
それに新しいアドレス指定信号全メモリ２６．２８に供
給させ、これによって前の画素に対する不良補正終了後
火の不良画素に対するアドレスと不良補正（信号がそれ
ぞれ緩衝レジスタ３２．３４に記憶される。

不良補正装置の実際の構造によっては、上記動作のタイ
ミンクが適正になるように遅延器４７．４つを介してそ
れぞれゲート１６と順次アドレス発生器３０にフラッフ
１ｇ号を印加するの？遅らせる必要があることもある。

過大（不良）暗電流レベルを持つが第１図の装置により
補正し得る撮像型画素の中で、異る画素が異る温度対振
幅特性を示すことがあることが拐１つた。この様な温度
特性の違いは撮像器の半導体材料内のその欠陥の深さの
違いによると思われる。

また、Ａレジスタに生ずる暗？「流不良の振幅には温度
変化特性があるが、Ｂレジスタに生じたと見られる信号
不良の振幅には殆んど温度変化がないことも判った。以
上の状況から、第１図の温度補償段３８は極めて複雑に
なって、不良画素全部に対する、特に広い温度範囲に亘
る正確な温度追跡は困難と考えられる。従って、この発
明の史に他の観侭から、不良振幅メモリ（第２図の２８
）が各画素不良に対し複数個の不良補正信号全記憶して
おり、与えられた不良画素に対するその各不良補正信号
が異なる撮像型温度の暗電流に対する振幅レベル全表し
ている。カメラの動作中にメモリ２８のアドレス指定を
撮像Ｊｇ温度信号に従って度え、その時の温度に従って
不良画素に対する暗′Ｍ流の振１’ｌｉ＜に最もよく合
う不良補正信号全読取るようにするのである。

第２図（ｄこの発明の上記用の実施例で、図中第１図に
ついて説明した構造と動作が同様の素子は同じ引用数字
で示されている。第２図では温度感知器４０からの温度
１３号がＡＤ変換”ａｗ　ｓ　３によりデジタル化され
てアドレス修正器５５の一方の入力に印加され、その能
力の入力には順次アドレス発生器３０からアドレス指定
（３号が印加される。アドレス修正器５５はその入力の
デジタル信号を組合せて出力に発生した単一のアト゛レ
ス信号？不良振幅メモリ２８のへ入力に印加する。ここ
で順次アドレス発生器３０からのアドレス指定信号が与
えらね、た不良画素を選ぶためのメモリ位置群の特定の
集団？識別し、ＡＤ変換：ｅ＃５３からの１ａ号がその
識別された位置群の集団の中から撮像器１２のその時の
温度の不良補正信号全記憶最もよく表わす不良補正１８
号を記憶する特定の群を識別する。この＋３［Ｌ−て不
良振幅メモリ２８はその出力に撮像器の温度変ｆに全追
跡して広い温度範囲に亘り正確な不良補正を行う不良補
正信号を生成する。

カメラの組立て前、即ちカメラの製凸中に、不良位置メ
モリ２６と不良振ＳメモＩＪ２８には各不良画素のアド
レスと振幅情報を記憶させねばならない。

第３図に第１図のメモリ２６．２８に不良アドレスと不
良振（幅情報１に書込む装置を示すが、ここで第１図お
よび第２図のものとＦＴｌｔ　ａ動作の同じ素子は同じ
引用数字で表されている。塘ず第１図および第２図の不
良補正器に適する欠陥全行つ撮像器だけが使用され、例
えばその欠陥が白色スポットであれば、それが充分小さ
くて各不良画素に対する画像表示光応答全正確に発生す
るに足る信号容量（ヘッドルーム）が得られる場合であ
る。撮像２ｇ１２の感光Ａレジスタの前面にマスタ５１
金置いて光が感光画素に実質的に全く達しない様に遮光
し、操作員がモニタ５０上に例えば白色スポットのよう
な暗電流不良を見得るようにする。ｔＪ信号理回路２・
１からの映像は号は加算器４８を介してモニタ５０に印
加され、ここで再生される。操作員にモニタ５０を見て
カーソル・アドレス発生２ｇ５２から発生されるカーソ
ルの位置？調節し、それ全センタ５０上テ不良画素に一
致させる。一致させた後スイッチ５４を押してカーソル
・アドレス発生器５２の指定する不良画素用１８ビツト
アドレヌをメモＩノ２６のＲＯＭ　ｉＣ−１込むと共に
、不良補正信号発生器５６の発生する６ビツトデジタル
補正信号をメモリ２８のＲＯＭ　Ｋ　書込む。この処理
全繰返して補正すべき各不良に対するアドレスと補正信
号を順次メモリ２６．２８に記憶させる。

評言すれば、カーソル・アドレス発生器５２はＦ、Ｌ、
Ｐの各信号に応じてカーソル信号全発生する計数２ｇ全
含み、この１言号は加算器４８で撮像詔の発生する映像
信号に加算される。舊たカーソル・アドレス発生器５２
は同時にその時のカーソル位置全表わす１８ビットアド
レス全発生してこれ全アドレス比較２り４２と不良位置
メモリ２６のデータ入力りに印加する。操作員がカーソ
ル・アドレス６　生ｈ　５２に付属する水平σ」垂直（
２）制御器を調節してカーソルを補正すべき第］の不良
に一致さぜた後、メモリ２６に供給される１８３ヒ゛ツ
トのカーソル・アドレスは不良画素の１８ビツトアドレ
スに一致するっりｊに比’１１ｇ４２ｕカーソルのアド
レスＩｇ　’ｆｆ全７１’　Ｖ　ス定十器４４からのそ
の時の画素アドレスと比較し、両アドレスが一致するた
びにフラッグ１ａ号を発生する。このフラッグ信号はサ
ンプル・アンド・ホールド（Ｓ／Ｔ−Ｊ　）回路５Ｂに
印加さハて不良画素の暗″＋ｆｒ流レベルをサンプリン
グする。このリーンプリンクさｉｌ−たレベルは差動増
幅ｇｇ６ｏのノド反転入力（＋）に印加される。低域開
披ｔＲ（ＬＰＦ）６２は比較的長い時定数（例えば３０
画素）を有し、その出力Ｇｃ不良画十に先行して隣接す
る画素の平均暗電流を表わす信号ｋ　’Ｅ５　生ずる。

サンプル・アンド・ホールド回路６４もフラッフ１３号
に応じて低域νＪ波器（３２の出力全サンプリングし、
基準レベルとしての平均暗宙流口号全増幅に６ｏの反１
獣入力（ハ）に印加する。増幅型６０の出力に発生する
差信号は不良補正１ａ号に対応し、不良画素に対する暗
電流のその近隣画未の平均暗７ｒｉ流からの偏差を表わ
す。この不良補正１ａはＡＤ変換器６６により６ピット
デシタル信号に変換されてメモリ２８のＤ入力に印加さ
れる。従って操作員がカーソルを補正すべき第１の不良
に一致させると、以上説明した第３図の部分はその第１
の不良のアドレスと補正信号をメモリ２６．２８のＤ入
力に印加する。

順次アドレス発生器３０はメモリ２６．２８のアドレス
入力ＡＩＣアドレス指定信号を供給して１８ビツトの画
素アドレスと第１不良用の６ピットデシクル不良補正信
号をメモリ２６．２８の第１記憶位置群に供給する。次
に操作員がスイッチ５４を押すと、単発マルチバイブレ
ータ６８が動作してｍ　込ミハ／ｌ／　、７゜全発生し
、これによって不良アドレス信号とテ゛ンタル補正信号
が順次アドレス発生器３０によりアドレス指定されるメ
モリ２６．２日の第１の記憶位置群に記・憶される。こ
のメモリ２６．２８の書込みが終ると、遅延器７０から
順次アドレス発生器３０に書込み信号が印加され、その
アドレス指定信号の数値奮進めるため、メモリ２６．２
８には補正すべき次の不良に対する次の情報集団のアド
レスを表わす新しいアドレス指定信号が印加される。操
作員はこの手順を反復してメモリ２６．２已に補正すべ
きすべての不良に対する不良アドレスと補正情報を記［
貸させる。

第４図はこの発明の第３図の実施例に従って補正すべき
各画素不良に対し腹故閏の不良振幅２表わす信号を不良
振幅メモ’ｊｐ、８に書込む装置を示す。

図中第２図および第３図の素子とト苗造および動作の同
様の素子は同じ引用数字で表わす。まず撮（℃器１２と
それに付属するマスク５１全温度制（財）した室内（図
示せず）に置き、撮像２ｇ１２を不良ｉｔｉ　＋Ｅ　１
塁の所要動作範囲内の１１見られた温度例えば温度範囲
０〜５０°Ｃ内の○゛Ｃにする。次に操作員はカーソル
アドレス発生器５２を調節して補正すべき第１の不良に
カーソル全会せ、アドレス指定１’；’５　Ｖ　ｋアド
レス修正器５５に供給する制御段７　Ｘ’、１．　ｆ調
節して１１ち正；（ｇ５５の出力にに１ユするアドレス
が、撮１家器１；２の温度が０°Ｃであったなら第３図
の実施例の第１の画素不良に対してケえらｒ−た管のア
ドレスに（゛［１当するようにする。このときメモ１１
２６．２８は第３図について説明したのと同様にして各
不良画素に対する不良位置信号と補正信号全記憶してい
る。これが終ると操作員は温度制御室を例えば２°Ｃに
再調節し、制御器７２を再調節して修正１ｉ５５から供
給されるアドレスが、撮像器１２の温度が２°Ｃの場合
第３図の実施例で第１の画素不良に対して与えられるア
ドレスに対応するようにする。次にその２°Ｃの温度に
対応する不良補正イ言号？メモリ２８に書込む。以」二
の手順を反復して各不良画素に対し２５個の不良振幅全
、即ち５０°Ｃの全温度範囲全２°Ｃきざみに記憶する
。池の実施例として、不良位置メモリ２６に最初即ちｏ
′Ｃで位置情報を書込んだ後、カーソル・アドレス発生
ｇｇ５２を位置メモリ２６に置換してメモリ２８の書込
み用の画素アドレスを自動的Ｖ？−発生し得るようにす
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明により開成された固体撮像型用温度追
跡不良補正２ｇを含むテレビジョンカメラのブロック図
、第２図はこの発明の原理によって開成された不良補正
２ｇの他の実施例のブロック図、第３図は第１図および
第２図の不良補正＆Ｎに関連して使用し得る固体撮像器
内の不良の位置と振幅レベル金測定する装置のブロック
図、第４図は第２図の不良補正器に関連して使用し得る
固体撮像器内の不良の位置と振幅レベル全測定する装置
のブロック図である。 １２・・・固体撮像手段、２２・・・加算相殺手段、２
８．３８．５３．５５・・・補正は号発生手段、４０・
・・温度信号発生手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）感光素子の配列を含み、この感光素子の各々に対
   応する温度依存振幅レベルを持つ非画像表示信号成分を
   含む画像表示信号を供給する固体撮像手段と、 上記固体撮像手段のその時の温度を表わす温度信号を供
   給する手段と、 上記温度信号に応じて上記感光素子の各々に対応し、上
   記温度依存性非画像表示信号成分の各々の振幅を追跡す
   る振幅を持つ複数個の温度依存補正信号を順次供給する
   手段と、 上記補正信号の各々を上記画像表示信号と合計してその
   画像表示信号の上記温度依存性非画像表示成分を実質的
   に相殺する手段とを含む撮像装置。