JPH1098651A

JPH1098651A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH1098651A
Application number: JP8253190A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sugiki; 忠杉木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】撮影状態と同一の系を通った状態の基準信号を
実時間で検出しそれを元に撮像信号の補正を行い、経時
変化や温度変化により撮像信号の固定パターン雑音が変
化したとしても自動的に補正量が追従し最適補正が行わ
れる。【解決手段】シャッタ板１１１は固体撮像素子１０２に
対して被写体からの光学像を第１の周期毎に照射する。
駆動タイミング・同期信号発生器１０８は第１の周期よ
りも短い第２の周期毎に固体撮像素子１０２の信号電荷
を読み出す。フレームメモリ１０９は、前記第１と第２
の周期の違いにより、光学像が固体撮像素子１０２に照
射されなかったときの出力信号電荷を基準信号画像とし
て保持する。画素欠陥補正回路１０６は光学像が固体撮
像素子１０２に照射されたときの出力信号電荷を撮像信
号とし、この撮像信号を基準信号により補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】この発明は、ＣＣＤ（電荷結合素
子）等の固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関し、特
に出力画像に悪影響を与えるシェーディングや画素欠陥
を実時間で補正することができるようにしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１６には、画素欠陥補正処理回路を搭
載した従来の固体撮像素子のブロック図を示している。
光学系のレンズ１６０１から取り込まれた被写体の光学
像は、固体撮像素子１６０２の撮像面に結像される。固
体撮像素子１６０２には、ドライブ回路１６０３からの
駆動パルスが与えられる。固体撮像素子１６０２で光電
変換された撮像信号は、増幅器１６０４を介してアナロ
グデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６０５に入力され、デジ
タル化される。デジタル化撮像信号は、画素欠陥補正回
路１６０６に入力されて、画素信号の欠落している部分
を補正される。画素欠陥補正された信号は、デジタル信
号処理回路１６０７に入力されて、規格に適合したビデ
オ信号にデコードされて出力される。

【０００３】駆動タイミング・同期信号発生器１６０８
は、固体撮像素子１６０２を駆動するための基準のパル
スとデジタル信号処理回路１６０７で必要なタイミング
パルスを発生している。また、画素欠陥補正用ＲＯＭ１
６０９に書き込まれているデータに対応した画素欠陥補
正パルスを画素欠陥補正回路１６０６に供給している。
画素欠陥補正回路１６０６では、画素欠陥補正パルスに
基づいて入力信号の画素信号欠陥部分の補正処理を行っ
ている。

【０００４】上記の画素欠陥補正用ＲＯＭ１６０９には
固体撮像素子の画素欠陥データが格納されている。この
画素欠陥データは、撮像装置の製造時に画素欠陥部を調
べることにより得られたものである。

【０００５】このために、撮像装置が完成した後で、固
体撮像素子が弱い放射線を受けたり、熱エネルギーによ
って半導体内の不純物が移動することによって画素欠陥
が新たに生じたり、画素欠陥の程度が経時変化した場合
には、撮像信号の画素信号欠陥部分を補正できない。撮
像装置の性能維持のためにはメインテナンス作業が必要
である。

【０００６】また、固体撮像装置の電源投入時に遮光状
態の固体撮像素子出力をメモリーに取り込んで、通常、
撮像時の固体撮像素子出力から前記メモリー内の画像を
差し引き、画素欠陥補正をする場合でも、撮像素子の温
度が変化すると画素欠陥による信号量が変化するため、
画素欠陥補正エラーが生じていた。

【０００７】また、実時間で映像信号を補正するものと
して、スミアと呼ばれる高輝度被写体の上下に縦線が発
生する個体撮像素子特有の現象を補正するスミア補正処
理がある。これは映像信号の無い垂直ブランキング期間
の撮像素子出力をメモリーに取り込んで、撮像素子の映
像信号出力から差し引くという補正を行う方法である。
このスミア補正による方法では、垂直ブランキング期間
まで垂直相関のある信号であれば補正できなるが、それ
他の映像信号が存在する画面内における画素ごとの補正
には使えなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、製造
時にＲＯＭ書き込んだ画素欠陥データに基づいて、撮像
信号を補正する従来の方法では、経時変化や温度変化に
より変化する画素欠陥を補正することができない。ま
た、製造時に、画素欠陥データをＲＯＭに書き込む調整
作業も必要であった。

【０００９】そこでこの発明の目的とするところは、製
造時の画素欠陥データの作成作業を不要とし、画素欠陥
等が使用中で変化しても自動的に最適に補正処理された
画像が得られる固体撮像装置を実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明では、撮像素子
に周期的に光学像を照射し、その照射周期よりも例えば
短い周期で固体撮像素子の映像信号出力を出力させる。
映像信号出力のうち、光学像が照射されなかった場合の
出力を基準信号（基準画像）とする。この基準信号を記
憶して撮像素子からの撮像信号（必要とする映像信号）
を補正する。

【００１１】このようにすると、撮影中に撮像素子の出
力信号の中に、映像補正用の基準信号を得ることがで
き、常に最適な映像信号補正をかけることができる。ま
た、撮影周期と画像表示周期は同一にできるため動きの
ジャギー（映像変化のがたつき）は発生しない。

【００１２】具体的にはこの発明は、固体撮像素子の光
電変換面に対して被写体からの光学像を第１の周期毎に
照射するための光学手段と、前記固体撮像素子を駆動し
て、前記第１の周期と異なる周期の第２の周期毎に前記
固体撮像素子の信号電荷を読み出す読み出し手段と、前
記第１と第２の周期の違いにより、前記光学像が前記固
体撮像素子の光電変換面に照射されなかったときの前記
固体撮像素子の出力信号電荷を基準信号として保持する
ための記憶手段と、前記光学像が前記固体撮像素子の光
電変換面に照射されたときの前記固体撮像素子の出力信
号電荷を撮像信号とし、この撮像信号を前記基準信号に
より補正する手段とを具備する。

【００１３】またこの発明は、２次元配列された光電変
換面を形成するフォトダイオード群に対して読み出しア
ドレスを指定するＸＹアドレス型の固体撮像素子と、前
記固体撮像素子の前記光電変換面に対して被写体からの
光学像を第１の周期毎に照射するための光学手段と、前
記固体撮像素子に対して読み出しアドレスを与えて、少
なくとも前記光学像が照射されている期間は前記読み出
しアドレスの供給を停止し、前記第１の周期の間に前記
固体撮像素子から１画面分の走査数より多い走査数の読
み出し信号を得る走査手段と、前記読み出し信号のうち
前記１画面分を越えた読み出し信号を取り込み基準信号
として保持するための記憶手段と、前記読み出し信号の
うち１フレーム分の読み出し信号を、前記記憶手段に保
持されている前記基準信号により補正する補正手段とを
具備する。上記の手段により、逐次基準信号が取り込ま
れているために、基準信号が何等かの原因で変化したと
しても、最適な映像信号補正を行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１はこの発明の第１の実施の
形態を示す図である。固体撮像素子１０２の前には、モ
ータ１１０で駆動される回転シャッタ円板１１１が設け
られている。回転シャッタ円板１１１は、例えば、円板
の半分が黒（不透明）、残りの半分が透明である。モー
タ１１０は、駆動タイミング・同期信号発生器１０８か
らのタイミング制御信号により駆動されている。光学系
のレンズ１０１により結像された被写体の光像は、固体
撮像素子１０２の撮像面に結像される。

【００１５】固体撮像素子１０２には、ドライブ回路１
０３からの駆動パルスが与えられる。固体撮像素子１０
２で光電変換された撮像信号は、増幅器１０４を介して
アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０５に入力され、
デジタル化される。デジタル化撮像信号は、画素欠陥補
正回路１０６に入力されて、画素信号の欠落している部
分を補正される。画素欠陥補正された信号は、デジタル
信号処理回路１０７に入力されて、規格に適合したビデ
オ信号にデコードされて出力される。

【００１６】駆動タイミング・同期信号発生器１０８
は、固体撮像素子１０２を駆動するための基準のパルス
とデジタル信号処理回路１０７で必要なタイミングパル
スを発生している。

【００１７】ここで、画素欠陥補正回路１０６では、フ
レームメモリ１０９に書き込まれているデータに対応し
た画素欠陥部分を補正している。図２は上記の固体撮像
装置の動作タイミングを示している。

【００１８】図２（ａ）は、回転シャッタ円板１１１に
より固体撮像素子１０２への入射光がオンオフされるタ
イミングを示している。入射光が通過するときは、固体
撮像素子１０２内のフォトダイオードに信号電荷が蓄積
される。この様子は図２（ｂ）の如くなる。この固体撮
像素子１０２の感光部に蓄積された信号電荷は、ドライ
ブ回路１０３により、入射光遮断の周期（第１の周期）
より短いフィールド周期（第２の周期）であって、かつ
固体撮像素子１０２のフィールド蓄積モードで読み出さ
れる。図２（ｃ）は信号電荷の読み出しパルス周期を示
しており、図２（ａ）のシャッタによる入射光遮断周期
よりも短い周期であることがわかる。

【００１９】このように信号電荷を読み出せば、第１の
周期と第２の周期の違いにより、図２（ｄ）に示すよう
に映像信号の間に黒の基準信号が挿入された信号を固体
撮像素子１０２から得ることができる。図の「Ｏ」は奇
数フィールド信号、「Ｅ」は偶数フィールド信号を意味
し、「Ｒｅｆ（ｏ）」は奇数フィールドの基準信号、
「Ｒｅｆ（ｅ）」は偶数フィールドの基準信号を意味す
る。

【００２０】フィールド蓄積モードでは、図３に示すよ
うに、垂直方向に隣接する２画素の信号電荷が加算され
て、毎フィールド読み出される。しかし第１フィールド
と第２フィールドでは、垂直方向に隣接する２画素の信
号電荷を加算する場合、その組み合わせが変えられる。
これにより、固体撮像素子のインターレース走査による
読み出しが実現される。図３では、わかりやすくするた
めに縦４個、横４個の画素Ｐ11〜Ｐ44配列を示してい
る。

【００２１】また、上記のように垂直方向の２画素の信
号電荷を加算する場合に、その２画素の組み合わせは、
図４に示すように、駆動パルスの与え方で選択できる。
図４のＶＴは、第１フィールドの垂直帰線期間及び第２
フィールドの垂直帰線期間を拡大して示している。図４
のφＶ１〜φｖ４はＣＣＤの転送パルスとフィールドシ
フトパルスを示している。またφＨ１とφＨ２は水平転
送パルスを示している。さらにφＲＳは、高速クロック
であり、ＯＳは出力信号、ＨＴは水平周期のクロックを
示している。

【００２２】この固体撮像素子の場合、フィールドの順
序は自由に選択でき、フィールドシーケンスを変えたと
しても、フォトダイオードの信号電荷を読み出す時間間
隔は常に一定である。よって、撮像素子に光像が照射さ
れたときも、されなかったときも各画素毎の暗電流成分
ばらつきは同一の量で生じる。

【００２３】固体撮像素子１０２からは、図２（ｄ）の
ように映像信号のフィールドが交互になる順序で取り出
すことができる。固体撮像素子１０２の出力は、増幅器
１０４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０５でデジタル化さ
れて、画素欠陥補正回路１０６に入力される。画素欠陥
補正回路１０６は、駆動タイミング・同期信号発生器１
０８からの信号により、基準信号期間には、対応するフ
ィールドの基準画像としてデジタル化された信号をフレ
ームメモリ１０９に書き込む。また、基準信号期間を除
く他の期間では、画素欠陥補正回路１０６は、デジタル
化されたフィールド信号から、フレームメモリ１０９に
記憶されている、対応するフィールド画像を減算して出
力する。

【００２４】図２（ｆ）に示されるように、画素欠陥補
正回路１０６の出力信号には休止期間が生じてしまう。
計算機等のハードディスクなどに取り込む場合にはこの
ままで良いが、実時間で動画像を見る場合には、時間軸
伸張回路１０７を通すことにより、図２（ｇ）に示され
るように連続した映像信号を得ることができる。時間軸
伸張回路１０７は、例えばＦＩＦＯ型のフィールドメモ
リに平均クロック周波数が同一の、間欠の書き込みクロ
ックと連続の読み出しクロックを与えることで実現でき
る。この時間軸伸張により、撮影周期と同一周期で連続
した映像信号に変換されるため、動いている被写体に対
しても映像変化がたつき（ジャギー）は発生させずに、
画質低下の原因である固定パターン雑音を実時間で検出
しながら補正をかけることができ、画質の向上ができ
る。

【００２５】図５は、この発明の第２の実施の形態を示
すブロック図である。レンズ１０１の前にはネマチック
型の液晶板５０１が設けられ、駆動タイミング・同期信
号発生器１０９からの制御信号により駆動される。この
駆動により液晶板５０１は、透明と白濁が切り替えられ
る。液晶板５０１が透明なときには固体撮像素子１０２
に光像が結像され、白濁しているときには平均照明光が
入射した場合と同様になり光学系によりぼかした（シェ
ーディング）画像が固体撮像素子１０２に結像される。
他の部分は、先の実施の形態と同じであるから同一符号
を付している。

【００２６】即ち、固体撮像素子１０２の出力は、増幅
器１０４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１０５でデジタル化
されて、画素欠陥補正回路１０６に入力される。デジタ
ル化撮像信号は、画素欠陥補正回路１０６に入力され
て、画素信号の欠落している部分を補正される。画素欠
陥補正された信号は、デジタル信号処理回路１０７に入
力されて、規格に適合したビデオ信号にデコードされて
出力される。

【００２７】駆動タイミング・同期信号発生器１０８
は、固体撮像素子１０２を駆動するための基準のパルス
とデジタル信号処理回路１０７で必要なタイミングパル
スを発生している。

【００２８】ここで、画素欠陥補正回路１０６では、フ
レームメモリ１０９に書き込まれているデータに対応し
た画素欠陥部分を補正している。図６はこの撮像装置の
動作例を説明するためのタイミングチャートを示してい
る。図６（ａ）には液晶板５０１が白濁している期間と
透明な期間を示している。図６（ｂ）には固体撮像素子
１０２上の信号電荷量を示している。図６（ｃ）には固
体撮像素子１０２に蓄積された電荷を基板に放出するた
めに電荷掃き出しパルスを示している。図６（ｄ）には
固体撮像素子１０２の撮像部の垂直転送パルスを示して
いる。つまりフィールドシフトパルス（感光部からの一
斉読み出しパルス）とこのパルスで読み出した信号電荷
を高速転送するパルスである。図６（ｅ）には、撮像部
の信号電荷を一旦蓄積する蓄積部の垂直転送パルスを示
している。即ち、先の高速転送パルスに同期した読取り
用の高速転送パルスと、出力用の垂直転送パルスであ
る。図６（ｆ）には撮像素子の出力、図６（ｇ）には基
準信号、図６（ｈ）には補正された撮像信号、図６
（ｉ）には時間軸伸張した撮像信号を示している。

【００２９】この撮像装置では、光学シャッタが不要と
なるように、任意時間に電子シャッタを切ることができ
る固体撮像素子１０２を使用している。固体撮像素子１
０２は、図７（ａ）に示されるような画素構造と、図８
に示される転送路構造を持っている。

【００３０】図７（ａ）の画素構造に示すように、ｎチ
ャンネル基板上にｐャンネル層が形成され、このｐチャ
ンネル層にｎチャンネルの転送部が形成されている。ま
たｐチャンネル層には、ｐ＋、ｎによるフォトダイオー
ド層も形成されている。さらにこれらの層の上には絶縁
層に埋設されるように転送電極が設けられる。さらにこ
の絶縁層の上にはフォトダイオード部に開口を有する遮
光膜層が設けられている。

【００３１】電子シャッタ動作は、フォトダイオード内
に蓄積された不要な電荷（図７（ｂ））を基板にパルス
を加えることにより、基板へ流してフォトダイオードを
空乏化する（図７（ｃ））。所定時間が経過するとフォ
トダイオード内には信号電荷が蓄積される（図７
（ｄ））。この信号電荷を読み出しゲートを介して垂直
転送段に読み出す（図７（ｅ））ことで電子シャッタ動
作ができる。しかしながら、垂直転送段に信号電荷を読
み出すためには、垂直転送段に前のフィールドの信号電
荷が残留していると信号電荷が加算されてしまうので、
図８（ａ）〜図８（ｄ）の順番で信号電荷を読み出すフ
レームインターライン転送型の固体撮像素子１０２を使
用する。この固体撮像素子１０２は、撮像領域内の垂直
転送部と、水平転送部の間に電荷蓄積領域としての蓄積
部を持つ。そしてこの固体撮像素子１０２では、垂直転
送部に読み出された電荷が、蓄積部に垂直ブランキング
期間内で高速転送され、この結果、垂直転送部が空乏化
される。よって、映像期間内の任意の期間に、電子シャ
ッタ動作による信号電荷をフォトダイオードから垂直転
送部に読み出すことができる。固体撮像素子１０２に、
第６図（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）の駆動波形を与
えることで、固体撮像素子１０２から、撮影周期よりも
早い周期で撮像素子出力が得られる。そして、複数フィ
ールド毎に白基準画像を得ることができる。この白基準
画像は、駆動タイミング・同期信号発生器１０９からの
制御信号によりフレームメモリ１０６に取り込まれる。
そして、画素欠陥補正回路１０６において、白基準画像
で入力撮像信号を除算することで、撮像信号に対して光
学系のシェーディング補正がかけられる。

【００３２】この補正済みの出力撮像信号（図６
（ｈ））は、時間軸伸張回路１０８により撮影周期と同
一の周期で連続した撮像信号として出力される（図６
（ｉ））。図９はこの発明の第３の実施例である。また
図１０は、この装置の動作例を説明するために示したタ
イミングチャートである。

【００３３】パルス電源９０１は、駆動タイミング・同
期信号発生器１０８からの信号を受けて定期的にＸ線管
９０２に高電圧パルスを供給する（図１０（ａ））。こ
の給電によりＸ線管９０２からはパルス発光したＸ線が
被験者９０３に照射される。被験者９０３を透過したＸ
線はシンチレータ板９０４により可視光像に変換され
る。この可視光像は、レンズ１０１を通して固体撮像素
子１０２の撮像面上に結像される。

【００３４】以後の処理は、先に説明した実施の形態と
ほぼ同様であり、同様な回路手段が設けられている。よ
って、先の実施の形態と同様な部分には同じ符号を付し
て細かい説明は省略する。この実施の形態では、時間軸
伸張回路１０７の出力がさらにフォーマット変換器９１
１に入力されている。このフォーマット変換器９１１
は、後でも説明するようにフィールド単位の撮像信号を
フレーム単位の撮像信号に変換する回路である。

【００３５】Ｘ線診断装置の場合には、誤診しないよう
に高解像度の画像が必要とされるため、１画素ずつの信
号電荷を独立させて、かつ１フレームに１回ずつ読み出
すフレーム蓄積という読み出し方法が使われている。図
１０（ｂ）は固体撮像素子１０２の奇数行の信号電荷量
であり、図１０（ｃ）は固体撮像素子１０２の偶数行の
信号電荷量である。また図１０（ｄ）は信号電荷読み出
しパルス（フィールドシフトパルス）である。従って、
図１０（ｅ）のように固体撮像素子１０２の出力撮像信
号は、その偶数フィールド、奇数フィールドが交互にな
っている。このように偶数フィールド、奇数フィールド
が交互になることは、フォトダイオードの暗電流が奇
数、偶数フィールドに渡って一定であるということであ
る。

【００３６】一方、両フィールドの基準信号を得るため
には、上記の如くフィールド周期の奇数倍の周期毎に基
準信号を得れば良いが、固体撮像素子の撮像信号のフィ
ールドの並びは偶・奇・奇・偶・偶・奇・・・となって
しまう（図１０（ｅ）、図１０（ｆ））。このような状
況であると、現在どちらのフィールドが出力されている
かを検出しながら出力信号を処理しなければならないた
め好ましくない。

【００３７】そこでフレームメモリを持ったフォーマッ
ト変換器９１１を時間軸伸張回路１０７の後に設け、こ
のフレームメモリ１０９の書き込みアドレスを図１０
（ｉ）の様に、読み出しアドレスを図１０（ｊ）の様に
与えることで、図１０（ｋ）の様に順次走査のフレーム
画像のカメラ出力を得ることができる。

【００３８】図１０（ｆ）はフレームメモリ１０９に格
納される基準撮像信号であり、図１０（ｇ）は補正され
た撮像信号、図１０（ｈ）は時間軸伸張された撮像信号
である。

【００３９】図１１は、この発明の第４の実施の形態で
ある。この実施の形態では、第３の実施の形態（図９）
ではフィールドメモリを内蔵した時間軸伸張回路１０７
とフレームメモリを内蔵したフォーマット変換器９１１
が独立していたが、これらの回路が、２フレームメモリ
を内蔵した時間軸伸張・フォーマット変換器９２２に置
き換えられている。他の部分は、先の実施の形態と同じ
であるから同一符号を付している。

【００４０】２フレームメモリを内蔵した時間軸伸張・
フォーマット変換器９２２のように１つの回路にするこ
とで、メモリの読み書きの回数を半減することができ、
消費電力が低減できるという利点がある。

【００４１】図１２は、図１１の回路の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。図１２（ａ）はＸ線
管に供給される高圧パルスである。図１２（ｂ）は固体
撮像素子１０２の奇数行の信号電荷量であり、図１２
（ｃ）は固体撮像素子１０２の偶数行の信号電荷量であ
る。また図１２（ｄ）は信号電荷読み出しパルス（フィ
ールドシフトパルス）である。図１２（ｅ）は固体撮像
素子１０２からの交互に得られる偶数フィールド、奇数
フィールドの撮像信号である。また図１２（ｆ）はフレ
ームメモリ１０９に格納される基準撮像信号であり、図
１２（ｇ）は補正された撮像信号、図１２（ｈ）は書き
込みアドレス、図１２（ｉ）は読み出しアドレスであ
り、時間軸伸張と同時に、フィールド単位からフレーム
単位にフォーマット変換されている。図１２（ｊ）は出
力撮像信号である。

【００４２】図１３は、この発明の第５の実施の形態で
ある。固体撮像素子としては、ＸＹアドレス型の低消費
電力撮像素子であるＣＭＯＳセンサ１３０３が使用され
ている。このＣＭＯＳセンサ１３０３は、２次元配列さ
れた感光素子毎に増幅器を持っている高感度の撮像素子
である。そして２次元配列された感光素子は、ＸＹアド
レスにより指定されてその光電変換出力が読み出され
る。この撮像素子は、信号処理回路とともにオンチップ
化しやすい、つまり１つの基板上にＩＣ化しやすいとい
う特徴を持っている。

【００４３】このＣＭＯＳセンサ１３０３の内部は次の
ように構成されている。即ち、２次元配列された感光素
子部と、各感光素子の出力を増幅する増幅器部と、これ
らの選択スイッチ手段とからなる撮像領域１３０４、こ
の撮像領域からの信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１
３０５、このＡ／Ｄ変換器１３０５の出力を補正する補
正回路１３０６、補正用の基準撮像信号を保持するフレ
ームメモリ１３０７を有する。さらに補正回路１３０６
の出力は、走査線変換部１３０８に入力されて走査線変
換される。走査線変換部１３０８には、２フレームメモ
リ１３０９が接続されている。さらに、駆動タイミング
・同期信号発生器（ＴＧ／ＳＧ）１３１０は、撮像領域
１３０４や各信号処理回路などに各種パルスを送ると共
にＬＥＤドライブ回路１３１１を介してＬＥＤ（発光素
子）１３０２をパルス発光させ、被写体を照明すること
ができる。

【００４４】図１４は、上記の撮像装置の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。ＸＹアドレス型
の固体撮像素子の性質の１つに、信号読み出しタイミン
グと走査タイミングが同一という性質がある。このた
め、露光中は走査を停止させることで、全画素が同一露
光時間である１画面の走査信号を得ることができる。図
１４（ａ）は光源により被写体を照射するタイミングを
示し、図１４（ｂ）は各画素を走査する走査アドレスの
様子を示している。露光中は走査が停止されるので走査
途中のアドレスが維持され、次の非露光期間になると、
アドレスが続いて出力される。図１４（ｂ）は、１回の
露光に対し１画面以上の読み出し走査を行っている様相
を示している。このように走査すると、１画面分の映像
信号と黒画像信号の一部が得られる（図１４（ｃ））。
つまり、露光があってから、１画面分の読み出し走査が
行われた後、次の走査が行われると、次の露光があるま
では黒信号が読み出されることになる。

【００４５】映像信号期間か基準信号期間かを示す信号
が駆動タイミング・同期信号発生器１３１０から補正回
路１３０６に渡される。そこで、補正回路１３０６で
は、黒信号期間においては、１画面分の読み出し時間に
蓄積された暗電流成分が撮像領域から出力されるので、
この暗電流成分をＡ／Ｄ変換した信号を基準信号として
フレームメモリ１３０７の対応するアドレスに書き込む
（図１４（ｄ））。映像信号期間においては、（１画面
分の読み出し時間）＋（走査停止時間）だけ蓄積された
（暗電流成分＋信号成分）が撮像領域から出力される。
よって、（暗電流成分＋信号成分）をＡ／Ｄ変換した信
号から、フレームメモリ１３０７の対応するアドレスの
基準信号データを１＋［（走査停止時間）／（１画面の読み出し時間）］倍にして減算することで、蓄積時間分を考慮して補正し
た暗時の雑音低減処理ができる。このようにして補正さ
れた信号は画像の途中から始まって途中で終わる信号と
なっている。そこで、時間軸伸張・走査変換器１３０８
は、２フレームメモリ１３０９を有し、書き込みアドレ
スを図１４（ｆ）のように、読み出しアドレスを図１４
（ｇ）のように与えている。このように２フレームを活
用した書き込み、読み出し処理により、図１４（ｈ）の
順次走査画像出力信号が得られる。

【００４６】また、黒信号の補正を行う場合には、単純
に差分を取るとランダム雑音が３ｄＢ増加してしまう
が、図１５のブロック図のように基準信号画像を巡回型
ＬＰＦ回路を用いて作成することによりランダム雑音に
よるＳ／Ｎの改善も可能である。即ち、図１５に示す
ように、減算器１５０１において、入力基準信号から基
準信号保持用のフレームメモリ１００の出力を減算し、
これに１以下の係数ｋを掛けた値を前記フレームメモリ
１１００の出力に加算して更新することにより、基準信
号に含まれるランダム雑音成分はほぼ（ｋ／（２−ｋ））^1/2 倍にすることができる。例えばｋ＝１／８の場合にはラ
ンダム雑音量は約０．２６倍となり、補正した後の映像
信号のランダム雑音によるＳ／Ｎの劣化量は０．２８ｄ
Ｂとなり、実用上問題ないレベルにすることもできる。

【００４７】なお撮像信号の補正のためにフレームメモ
リ１００のデータを実際に用いる場合には、フレームメ
モリ１００からの読み出しデータが直接補正回路１０６
に導入されるようになっている。なお、各々の実施の形
態において用いられている光学シャッタ手段は、いずれ
の実施形態においても交換あるいは併用して用いてもよ
い。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたこの発明によれば、経時変化
や温度変化などによって、撮像信号の固定パターン雑音
が変化したとしても自動的に補正量が追従し最適な補正
が行われ、最良の画質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係るブロック
図。

【図２】図１の回路の動作を説明するために示したタイ
ミング図。

【図３】フィールド蓄積モードを説明するための図。

【図４】フィールド蓄積モードの固体撮像素子の駆動波
形を示す図。

【図５】この発明の第２の実施の形態に係るブロック
図。

【図６】図５の回路の動作を説明するために示したタイ
ミング図。

【図７】電子シャッタ動作を説明するための画素構造図
とポテンシャル図。

【図８】フレームインターライン転送型の固体撮像素子
の信号電荷転送を説明するために示した概略構造図。

【図９】この発明の第３の実施の形態に係るブロック
図。

【図１０】図９の回路の動作を説明するために示したタ
イミング図。

【図１１】この発明の第４の実施の形態に係るブロック
図。

【図１２】図１１の回路の動作を説明するために示した
タイミング図。

【図１３】この発明の第５の実施の形態に係るブロック
図。

【図１４】図１３の回路の動作を説明するために示した
タイミング図。

【図１５】基準信号を低雑音化する巡回型ＬＰＦのブロ
ック図。

【図１６】従来の画素欠陥補正処理回路を搭載した固体
撮像素子のブロック図。

【符号の説明】

１０２…固体撮像素子１０３…ドライブ回路１０４…増幅器１０５…Ａ／Ｄ変換器１０６…画素欠陥補正回路１０７…時間軸伸張回路１０８…駆動タイミング・同期信号発生器１０９…フレームメモリ５０１…液晶板９０１…パルス電源９０２…Ｘ線管９０３…被験者９０４…シンチレータ板９１１…フォーマット変換器９２２…時間軸伸張・フォーマット変換器１３０２…発光素子（ＬＥＤ）１３０３…ＣＭＯＳセンサ１３０４…撮像領域１３０５…Ａ／Ｄ変換器１３０６…補正回路１３０７…フレームメモリ１３０８…走査線変換器１３０９…２フレームメモリ１３１０…駆動タイミング・同期信号発生器１３１１…ＬＥＤドライブ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子の光電変換面に対して被写体
からの光学像を第１の周期毎に照射するための光学手段
と、前記固体撮像素子を駆動して、前記第１の周期より短い
周期の第２の周期毎に前記固体撮像素子の信号電荷を読
み出す読み出し手段と、前記第１と第２の周期の違いにより、前記光学像が前記
固体撮像素子の光電変換面に照射されなかったときの前
記固体撮像素子の出力信号電荷を基準信号として保持す
るための記憶手段と、前記光学像が前記固体撮像素子の光電変換面に照射され
たときの前記固体撮像素子の出力信号電荷を撮像信号と
し、この撮像信号を前記基準信号により補正する手段と
を具備したことを特徴とした固体撮像装置。
【請求項２】２次元配列された光電変換面を形成するフ
ォトダイオード群に対して読み出しアドレスを指定する
ＸＹアドレス型の固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記光電変換面に対して被写体から
の光学像を第１の周期毎に照射するための光学手段と、前記固体撮像素子に対して読み出しアドレスを与えて、
少なくとも前記光学像が照射されている期間は前記読み
出しアドレスの供給を停止し、前記第１の周期の間に前
記固体撮像素子から１画面分の走査ラインの読み出し信
号を得た後、さらに読み出し済み走査ラインからの読み
出し信号を得る走査手段と、前記読み出し信号のうち前記読み出し済みの走査ライン
からの読み出し信号を取り込み基準信号として保持する
ための記憶手段と、前記読み出し信号のうち前記１画面分の読み出し信号
を、前記記憶手段に保持されている前記基準信号により
補正する補正手段とを具備したことを特徴とする固体撮
像装置。
【請求項３】前記基準信号は、前記固体撮像素子の光電
変換面が暗のときに得られる基準信号であり、前記補正手段による映像信号に係わる補正対象は、前記
読み出し信号のうち前記固体撮像素子の画素欠陥等の部
分より生じている信号ばらつきであることを特徴とした
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記基準信号は、前記固体撮像素子の光電
変換面を均一照明したときの基準信号であり、前記補正手段による映像信号に係わる補正対象は、前記
読み出し信号のシェーディング処理であることを特徴と
した請求項１の固体撮像装置。
【請求項５】前記第１の周期はフレーム周期又はフィー
ルド周期であることを特徴とした請求項１または２に記
載の固体撮像装置。
【請求項６】前記基準信号により補正された補正後の読
み出し信号を前記第１または２の周期の映像信号に変換
するための時間軸伸張手段をさらに有したことを特徴と
する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記基準信号により補正された補正後の読
み出し信号を、時間軸伸張し、信号フォーマット変換を
施す走査変換手段をさらに有したことを特徴とする請求
項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項８】前記基準信号により補正された補正後の読
み出し信号を時間伸張する時間軸伸張手段内に、信号フ
ォーマット変換を施す走査変換手段を一体に内蔵させた
ことを特徴とする請求項１の固体撮像装置。
【請求項９】前記固体撮像素子の光電変換面に対して被
写体からの光学像を第１の周期毎に照射するための光学
手段は、光路中に設けられた遮光手段を有することを特
徴とした請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１０】前記固体撮像素子の光電変換面に対して
被写体からの光学像を第１の周期毎に照射するための光
学手段は、パルス発光する光源で照明する手段を有する
ことを特徴とした請求項１または２記載の固体撮像装
置。
【請求項１１】前記固体撮像素子を駆動して、前記第２
の周期毎に前記固体撮像素子の信号電荷を読み出す読み
出し手段は、前記固体撮像素子の電子シャッタ機能を駆
動する手段を有することを特徴とする請求項１記載の固
体撮像装置。
【請求項１２】前記基準信号を抽出して前記記憶手段に
記憶する際に、巡回型の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）処
理を施すことを特徴とした請求項１または２記載の固体
撮像装置。
【請求項１３】前記走査手段の前記固体撮像素子に対す
るアドレス指定により、前記固体撮像素子から出力され
る読み出し信号出力期間のうち１フレーム分の信号出力
期間の後に、露光期間を含む読み出し停止時間があった
場合、１フレーム分の信号出力期間を越える読み出し信
号出力期間を得ることを特徴とした請求項２記載の固体
撮像装置。