JP2007027844A - Imaging apparatus having pixel defect complementary function - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、撮像装置に係り、特に撮像素子の画素欠陥を補完する画素欠陥補完機能を備えた撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly, to an imaging apparatus having a pixel defect complementation function for complementing pixel defects of an imaging element.
撮像素子の出力信号をディスプレイ上に表示したとき、画像中に白点、白線、黒点、黒線あるいは明るさのむらなどが観測されることがある。これらのものを画像欠陥(画素欠陥)あるいは画像傷という。 When the output signal of the image sensor is displayed on the display, white spots, white lines, black spots, black lines, uneven brightness, or the like may be observed in the image. These are called image defects (pixel defects) or image defects.
画像欠陥の発生原因は大きく分けて、使用する半導体の基板(ウエハ)自身に起因するものと、デバイスの製作過程中に導入されるものとに分けられる。 The causes of image defects can be broadly divided into those caused by the semiconductor substrate (wafer) itself used and those introduced during the device manufacturing process.
これらの画像欠陥はほんの小さなものでも非常に目立ち、応用上さまざまな障害を引き起こすが、例えば、半導体ウエハの品質検査では暗い照明環境のため、蓄積時間を増加し、かつ回路ゲインを上げて高感度で傷等を検査する撮像装置では撮像素子の画素欠陥及びS/N(信号/雑音比)が問題になっていた。 These image defects, even small ones, are very noticeable and cause various obstacles in application.For example, in semiconductor wafer quality inspection, due to the dark illumination environment, the accumulation time is increased and the circuit gain is increased to increase the sensitivity. In the image pickup apparatus for inspecting scratches and the like, pixel defects and S / N (signal / noise ratio) of the image pickup element have been problems.
上記の問題を解決するため、従来例において、周囲画素信号で補完したり、被写体からの光線をレンズによって集光し、該集光した光線を複数の経路に分割するプリズムを設け、分割されたそれぞれの光線の結像位置に配設されたCCD板で同時に受光し、該受光したCCD板の出力信号をS/H(サンプルホールド)変換した後に該変換されたそれぞれのアナログ信号を加算して一つの画像出力信号にして取り出すために共通のタイミング発生器を備えている。 In order to solve the above problem, in the conventional example, a prism that supplements the surrounding pixel signal or condenses the light rays from the subject with a lens and divides the condensed light rays into a plurality of paths is provided. Light is simultaneously received by the CCD plate disposed at the imaging position of each light beam, and the converted analog signal is added after S / H (sample hold) conversion is performed on the output signal of the received CCD plate. A common timing generator is provided for taking out as one image output signal.
上記のように構成された従来例では、それぞれのアナログ信号を加算して一つの画像出力信号として取り出すようにしているため、画像出力信号は2倍され、固有のノイズレベルの増幅率は2の平方根以下に押さえ込まれるのでS/Nは改善される。
しかし、上記従来例では、周囲画素信号で補完するためには複雑な回路が必要であり、また、それぞれのアナログ信号を単に加算して一つの画像出力信号として取り出すようにする方法では、S/Nは改善されるが、例えば、CCD板の画素が光電変換機能を失って出力された黒キズは完全には補完されず、正規の出力の1/2以下の補正となり、逆に白キズの場合はより強調された白キズとなってしまう場合も生ずるという問題があった。 However, in the above-described conventional example, a complicated circuit is required to complement the surrounding pixel signals. In addition, in the method in which each analog signal is simply added and extracted as one image output signal, S / N is improved, but, for example, black scratches that are output when a pixel on the CCD plate loses the photoelectric conversion function are not completely compensated, and are corrected to ½ or less of the normal output. In some cases, there was a problem that white scratches were more emphasized.
本願発明者は、上記課題を下記の手段により解決した。
(1)対物レンズからの入射光を複数系統に分光する分光手段と、前記複数系統に分光された入射光のそれぞれの結像位置に配設された撮像素子と、該撮像素子を同一位相で駆動する駆動手段と、前記撮像素子の光電変換された一方の出力信号を他方の出力信号で補完する信号処理手段とを備え、
前記信号処理手段が、前記一方の出力信号の画素信号を前記他方の画素信号でそれぞれ置換する画素欠陥補完回路を備えてなることを特徴とする画素欠陥補完機能を備えた撮像装置。
The inventor of the present application has solved the above problems by the following means.
(1) Spectroscopic means for splitting incident light from the objective lens into a plurality of systems, an image sensor disposed at each imaging position of the incident light split into the plurality of systems, and the image sensor in the same phase Drive means for driving, and signal processing means for complementing one output signal photoelectrically converted by the image sensor with the other output signal,
An image pickup apparatus having a pixel defect complementation function, wherein the signal processing means includes a pixel defect complement circuit that replaces a pixel signal of the one output signal with the other pixel signal.
(2)前記信号処理手段が、さらにそれぞれ置換すべき前記撮像素子の画素欠陥位置情報を記憶する記憶手段を備えてなることを特徴とする前項(1)に記載の画素欠陥補完機能を備えた撮像装置。 (2) The signal processing means further includes a storage means for storing pixel defect position information of the image pickup element to be replaced, and has the pixel defect complementing function described in (1) above Imaging device.
(3)前記信号処理手段が、前記記憶手段から読み出した前記撮像素子のそれぞれの画素欠陥位置情報によって前記出力信号からそれぞれ画素信号を抽出し、前記画素欠陥位置情報に従って前記一方の出力信号の画素信号を前記他方の画素信号でそれぞれ置換する画素欠陥補完回路を備えてなることを特徴とする前項(2)に記載の画素欠陥補完機能を備えた撮像装置。 (3) The signal processing unit extracts a pixel signal from the output signal based on the pixel defect position information of each of the imaging elements read from the storage unit, and the pixel of the one output signal according to the pixel defect position information An image pickup apparatus having a pixel defect complementing function according to item (2), further comprising a pixel defect complementing circuit that replaces each signal with the other pixel signal.
(4)前記信号処理手段が、前記一方の出力信号の画素信号を前記他方の画素信号でそれぞれ置換された2つの信号出力回路を備え、該2つの信号出力回路の画像出力信号の一方の画像出力信号と他方の画像出力信号とを加算する信号補正回路を備えてなることを特徴とする前項(1)〜(3)のいずれか1項に記載の画素欠陥補完機能を備えた撮像装置。 (4) The signal processing means includes two signal output circuits in which the pixel signal of the one output signal is replaced with the other pixel signal, and one image of the image output signals of the two signal output circuits An image pickup apparatus having a pixel defect complementing function according to any one of (1) to (3) above, further comprising a signal correction circuit that adds the output signal and the other image output signal.
本願発明により次のような効果が発揮される。
1.本願請求項1の発明によれば、
前記信号処理手段が、前記一方の出力信号の画素信号を前記他方の画素信号でそれぞれ置換する画素欠陥補完回路を備えているので、一方の画像中に白点、白線、黒点、黒線あるいは明るさのむらなどの画素欠陥があっても、他方の正常な画素信号に置換されて全く画素欠陥のない画像を得ることができる。
The following effects are exhibited by the present invention.
1. According to the invention of claim 1 of the present application,
Since the signal processing means includes a pixel defect complement circuit that replaces the pixel signal of the one output signal with the other pixel signal, a white spot, white line, black spot, black line, or brightness in one image Even if there is a pixel defect such as samurai, an image having no pixel defect can be obtained by replacing the other normal pixel signal.
また、一方の画像中に白点、白線、黒点、黒線あるいは明るさのむらなどの画素欠陥があり入射光に従った光電変換が行われなくても、入射光の変化に従って光電変換が行われた他方の正常な画素信号に置換されるので、周囲画素信号で補完する従来の方法に比較して非常に簡単な回路で、かつ入射光の変化を忠実に再現した画像を得ることができる。 In addition, even if there is a pixel defect such as white spot, white line, black spot, black line or uneven brightness in one image and photoelectric conversion according to incident light is not performed, photoelectric conversion is performed according to the change in incident light. Since the pixel signal is replaced with the other normal pixel signal, it is possible to obtain an image in which a change in incident light is faithfully reproduced with a very simple circuit as compared with the conventional method of complementing with a surrounding pixel signal.
2.本願請求項2の発明によれば、
前記請求項1の効果に加えて、例えば、半導体ウエハの品質検査等で、暗い照明環境下のため、蓄積時間を増加し、かつ回路ゲインを上げて高感度で傷等を検査する撮像状態ではS/Nが悪く、その都度画素欠陥を検出して傷を補完する方法では傷検出誤差を生ずるが、前記信号処理手段が、それぞれ置換すべき前記撮像素子の画素欠陥位置情報を記憶する記憶手段を備えているので、初期設定の段階で画素欠陥位置情報を記憶手段に記憶しておけば、どのような撮像状態下でも画素欠陥位置を特定できるので画素欠陥が正確に補完された画像を得ることができる。
2. According to the invention of claim 2 of the present application,
In addition to the effect of the first aspect, for example, in a semiconductor wafer quality inspection or the like in a dark illumination environment, the storage time is increased and the circuit gain is increased to detect a scratch or the like with high sensitivity. A method for detecting a pixel defect and complementing a flaw by detecting a pixel defect each time causes a flaw detection error. However, the signal processing unit stores pixel defect position information of the image sensor to be replaced. If the pixel defect position information is stored in the storage means at the initial setting stage, the pixel defect position can be specified under any imaging state, so that an image in which the pixel defect is accurately complemented is obtained. be able to.
3.本願請求項3の発明によれば、
前記請求項2の効果に加えて、前記信号処理手段が、前記記憶手段から読み出した前記撮像素子のそれぞれの画素欠陥位置情報によって前記出力信号からそれぞれ画素信号を抽出し、前記画素欠陥位置情報に従って前記一方の出力信号の画素信号を前記他方の画素信号でそれぞれ置換する画素欠陥補完回路を備えているので、前記のようにS/Nの極端に悪い撮像状態の撮像素子からの出力信号であっても記憶された画素欠陥位置情報に従って画素欠陥が正確に置換された画像を得ることができる。
3. According to the invention of claim 3 of the present application,
In addition to the effect of the second aspect, the signal processing unit extracts a pixel signal from the output signal based on the pixel defect position information of the imaging element read from the storage unit, and according to the pixel defect position information. Since a pixel defect complement circuit that replaces the pixel signal of the one output signal with the other pixel signal is provided, the output signal from the image sensor in an imaging state having an extremely bad S / N as described above. However, it is possible to obtain an image in which pixel defects are accurately replaced according to the stored pixel defect position information.
4.本願請求項4の発明によれば、
前記の効果に加えて、前記信号処理手段が、前記一方の出力信号の画素信号を前記他方の画素信号でそれぞれ置換された2つの信号出力回路を備え、該2つの信号出力回路の画像出力信号の一方の画像出力信号と他方の画像出力信号とを加算する信号補正回路を備えているので、画像出力信号は2倍され、これを定格値まで減衰すると、固有のノイズレベルの増幅率は2の平方根以下に押さえ込まれるのでS/Nは改善される。
4). According to the invention of claim 4 of the present application,
In addition to the above effect, the signal processing means includes two signal output circuits in which the pixel signal of the one output signal is replaced with the other pixel signal, respectively, and the image output signals of the two signal output circuits Since the signal correction circuit for adding one image output signal and the other image output signal is provided, the image output signal is doubled, and when this is attenuated to the rated value, the amplification factor of the inherent noise level is 2 S / N is improved because it is held below the square root of.
本願発明を実施するための最良の形態を実施例図に基づいて詳細に説明する。図1は本願発明の画素欠陥補完機能を備えた撮像装置の実施例ブロック図である。
図において、1は撮像装置、2は対物レンズ、3は分光手段、4はハーフミラー、5、5’は固体撮像素子、6はCCD駆動手段、7、7’:CDS回路&VGA回路、8はA/D回路、9は信号処理手段、10は記憶手段、11は画素欠陥補完回路、12、12’は信号出力回路、13は信号補正回路、14は出力端子である。
The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an image pickup apparatus having a pixel defect complementing function according to the present invention.
In the figure, 1 is an imaging device, 2 is an objective lens, 3 is a spectroscopic means, 4 is a half mirror, 5 is a solid-state imaging device, 6 is a CCD driving means, 7 and 7 ': CDS circuit & VGA circuit, and 8 is An A / D circuit, 9 is signal processing means, 10 is storage means, 11 is a pixel defect complement circuit, 12 and 12 'are signal output circuits, 13 is a signal correction circuit, and 14 is an output terminal.
図1において、対物レンズ2からの入射光を2系統に分光する分光手段3と、前記2系統に分光された入射光のそれぞれの結像位置に配設された固体撮像素子5、5’と、該固体撮像素子5、5’を同一位相で駆動するCCD駆動手段6と、前記固体撮像素子5、5’の光電変換された映像出力信号をそれぞれ信号処理するCDS(相関2重サンプリング)回路&VGA(映像増幅)回路7、7’と、アナログ・デジタル変換するA/D回路8と、一方の映像出力信号を他方の映像出力信号で補完する信号処理手段9と、前記固体撮像素子5、5’の画素欠陥位置情報を記憶する記憶手段10とで画素欠陥補完機能を備えた撮像装置1を構成している。
In FIG. 1, a spectroscopic unit 3 that splits incident light from the objective lens 2 into two systems, and solid-
さらに、前記信号処理手段9は、一方の映像出力信号の画素信号を他方の画素信号でそれぞれ置換する画素欠陥補完回路11と、一方の映像出力信号の画素信号を他方の画素信号でそれぞれ置換された2つの信号出力回路12と、該2つの信号出力回路12の一方の出力信号の画像信号と他方の出力信号の画像信号とを加算する信号補正回路13とを備えている。
Further, the signal processing means 9 has a pixel
前記対物レンズ2で撮像した被写体の光学像は、ハーフミラー4が内蔵され分光手段3で2系統に分光された光学像の結像位置にはそれぞれ固体撮像素子5、5’が配設されている。
An optical image of a subject imaged by the objective lens 2 is provided with a solid-
前記2つの固体撮像素子5、5’は、あらかじめ、空間的な位置や回転、あおりなど6軸制御の微調整が可能な固体撮像素子貼付治具により正確な位置合わせをしたうえで接着剤やはんだで固定する接着作業が行われ、分光手段3と一体構成となっている。
The two solid-
また、前記2つの固体撮像素子5、5’は、共通の前記CCD駆動手段6によって所定の走査方式に基づくクロックにより同一位相で駆動されている。
The two solid-
ここで、ハーフミラー4で分光され固体撮像素子5’に結像した光学像が左右反転している場合は固体撮像素子5’の走査はミラー読み出し方式を採用し、また、光学像が上下反転している場合は、ハーフミラー4による分光後に更に全反射ミラー等を増設して固体撮像素子5’に再反転像を投影することが好ましい。
Here, when the optical image split by the half mirror 4 and imaged on the solid-
したがって、前記2つの固体撮像素子5、5’から出力される光電変換された映像信号は、水平・垂直の空間的位置が合致した画素位置の信号が出力されている。
Therefore, the photoelectrically converted video signals output from the two solid-
前記固体撮像素子5、5’で光電変換された映像信号は、それぞれCDS回路&VGA回路7、7’を経由してA/D回路8でデジタル信号に変換され信号処理手段9の画素欠陥補完回路11へ入力される。
The video signals photoelectrically converted by the solid-
前記画素欠陥補完回路11では、あらかじめ初期設定の段階で画素欠陥のある画素位置情報が記憶されている記憶手段10から、画素欠陥のある画素欠陥位置情報を読み出し、その画素欠陥位置情報に従って、一方の出力信号の画素欠陥のある画素信号を捨て去り、他方の画素欠陥のない画素信号で置換する。
The pixel
さらに前記画素欠陥補完回路11では、相互に画素欠陥のない画素信号で置換する信号処理を双方の映像出力信号に対して行いそれぞれの信号出力回路12、12’へ入力する。
Further, the pixel
前記信号出力回路12、12’から出力された画素欠陥のない画像出力信号は信号補正回路13で加算され、さらに1/2の正規信号レベルに制御され、出力端子14から外部へ出力される。この結果、固有のノイズレベルの増幅率は2の平方根以下に押さえ込まれるのでS/Nが改善される。
The image output signals without pixel defects output from the
本願発明の固体撮像素子内の画素欠陥は、同時に双方の同一水平・垂直の空間的位置に発生することはないという条件に基づいて補完している。 Pixel defects in the solid-state imaging device of the present invention are compensated based on the condition that they do not occur at the same horizontal and vertical spatial positions at the same time.
上記実施例において、
また、固体撮像素子に限定されることなく、真空管方式又は類似の撮像素子であっても良い。
In the above embodiment,
Moreover, it is not limited to a solid-state image sensor, A vacuum tube system or a similar image sensor may be used.
さらに、本実施例においては、レンズ系で対物レンズのみを簡略的に示し、分光光学系の入射面側に配置される赤外カットフィルタ、固体撮像素子の入射面側に配置される光学フィルタなどの光学部材は図示していないが、発明の要旨に直接関わらないので省略してあり、これらは必要に応じて使用されるのは当然である。 Further, in the present embodiment, only the objective lens is simply shown in the lens system, and an infrared cut filter disposed on the incident surface side of the spectroscopic optical system, an optical filter disposed on the incident surface side of the solid-state imaging device, etc. These optical members are not shown, but are omitted because they are not directly related to the gist of the invention, and these are naturally used as necessary.
なお、2系統に分光する分光手段を用いて説明したが、これに拘ることはなく3系統以上の分光手段を用いても良い。 In addition, although it demonstrated using the spectroscopic means to divide into two lines, it is not restricted to this and you may use three or more lines of spectroscopic means.
撮像素子の一方の出力信号の画素信号を他方の画素信号でそれぞれ置換する画素欠陥補完回路を備え、一方の画像中に白点、白線、黒点、黒線あるいは明るさのむらなどの画素欠陥があっても、他方の正常な撮像素子の画素信号に置換されて全く画素欠陥のない、かつ入射光の変化を忠実に再現した画像を得ることができる画素欠陥補完機能を備えた撮像装置なので、半導体ウエハの品質検査等各種傷等を検査する撮像装置として利用できる。 It has a pixel defect complement circuit that replaces the pixel signal of one output signal of the image sensor with the other pixel signal, and there is a pixel defect such as white spot, white line, black spot, black line, or uneven brightness in one image. However, it is an imaging device that has a pixel defect complementation function that can be replaced with the pixel signal of the other normal imaging element and can obtain an image that has no pixel defects and faithfully reproduces the change in incident light. It can be used as an imaging device for inspecting various kinds of scratches such as wafer quality inspection.
1:撮像装置
2:対物レンズ
3:分光手段
4:ハーフミラー
5、5’:固体撮像素子
6:CCD駆動手段
7、7’:CDS回路&VGA回路
8:A/D回路
9:信号処理手段
10:記憶手段
11:画素欠陥補完回路
12、12’:信号出力回路
13:信号補正回路
14:出力端子
1: imaging device 2: objective lens 3: spectroscopic means 4: half
Claims (4)
前記信号処理手段が、前記一方の出力信号の画素信号を前記他方の画素信号でそれぞれ置換する画素欠陥補完回路を備えてなることを特徴とする画素欠陥補完機能を備えた撮像装置。 Spectroscopic means for splitting the incident light from the objective lens into a plurality of systems, an image sensor disposed at each imaging position of the incident light split into the plurality of systems, and driving for driving the image sensor with the same phase Means, and signal processing means for complementing one of the output signals photoelectrically converted by the imaging device with the other output signal,
An image pickup apparatus having a pixel defect complementation function, wherein the signal processing means includes a pixel defect complement circuit that replaces a pixel signal of the one output signal with the other pixel signal.
The signal processing means includes two signal output circuits obtained by replacing the pixel signal of the one output signal with the other pixel signal, respectively, and one image output signal of the image output signals of the two signal output circuits The imaging apparatus having a pixel defect complementing function according to claim 1, further comprising a signal correction circuit that adds the other image output signal.
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- 2005-07-12 JP JP2005202978A patent/JP2007027844A/en active Pending
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