JPH1023339A

JPH1023339A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH1023339A
Application number: JP8174609A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Wakayama; 博之若山; Kenji Awamoto; 健司粟本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】固体撮像装置に関し、固体撮像素子の電荷蓄
積部に簡単な改変を加えると共に固体撮像装置の光学系
にも簡単な改変を導入し、動作中に発生する画素欠陥に
依る偽信号を検出し、その偽信号を正常画素の信号に確
実に置き換えることが可能であるようにする。【解決手段】視野像を集光する為の集光レンズ１１と
受光素子を含む画素部からなるイメージ・エリア１３と
の間に設置されて受光素子に結像される視野像を走査方
向に１画素分だけ移動させる為のスキャナ１２並びにス
キャナ制御部１８と、隣接する二つの画素部に於ける略
同一視野像の信号を比較し該信号が視野内対象物からの
眞の信号であるか動作中にランダムに発生した画素欠陥
に依る偽の信号であるかを判定する比較・置き換え回路
１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速物体を対象と
するようなポイント・ターゲット用追尾装置の光電変換
部として好適な一次元固体撮像装置に関する。

【０００２】現在、追尾装置を高性能化する為、空間分
解の向上を狙いとして固体撮像素子の画素数の増大及び
画素サイズの縮小が行われ、また、チップ・サイズは大
きくなる傾向にある。

【０００３】前記したところに随伴し、半導体基板上に
形成された光電変換部では、パターン不良等のように製
造過程に於ける初期検査で発見できる欠陥とは異なり、
結晶内部の微小欠陥などに依るトラップの存在に起因
し、経時的要因に依って動作中に画素欠陥を発生する。

【０００４】そのような画素欠陥は、追尾装置では、誤
認識という重大な問題を引き起こすことになるので、動
作中であっても、欠陥発生の検出を行い、正常な信号を
出力することができるような信頼性が高い固体撮像装置
の実現が期待されているところであり、本発明は、それ
に応える一手段を提供することができる。

【０００５】

【従来の技術】一般に、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅｃｏｕ
ｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）を用いた固体撮像装置に於い
ては、画素欠陥の補正を行う為、種々な手段が採られて
いる。

【０００６】図５は画素欠陥を補正する機能をもった従
来の固体撮像装置の一例を表す要部ブロック図である。
尚、具体的には、特開昭５６−１４０７９０号公報を参
照されると良い。

【０００７】図に於いて、１はレンズ、２は固体撮像素
子、３はＡ／Ｄ変換器、４はフレーム・メモリ、５は欠
陥登録ＲＯＭ（ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、
６は欠陥画素判定回路をそれぞれ示している。

【０００８】この固体撮像装置では、製品出荷時に予め
欠陥画素を特定し、その位置情報をＲＯＭなどに登録し
ておき、動作中、この欠陥画素の位置情報に基づいて、
欠陥画素の信号を他の正常画素の信号に置き換えるよう
にしている。

【０００９】但し、固体撮像素子２に於ける各画素の色
フィルタは、水平方向に所定繰り返し周期をもって配設
されていることから、置き換えるべき正常画素の信号
は、欠陥画素に隣接する画素の信号を選択することはで
きず、前記繰り返し周期を考慮して、欠陥画素に近く、
且つ、同じ色フィルタをもつ画素の信号をもって置き換
えるようにしている。

【００１０】前記説明した固体撮像装置とは別に、光電
変換用素子と、その各画素からの信号を転送する為のＣ
ＣＤレジスタと、そのＣＣＤレジスタと並列に配置され
たメモリ・レジスタと、そのメモリ・レジスタに電荷を
注入する為に前記光電変換素子に於ける各画素に対応し
て同数の電荷注入部が設けられた固体撮像装置も知られ
ている（要すれば、特開昭５８−９６４６６号公報を参
照）。

【００１１】この固体撮像装置では、画像欠陥が発生し
ている画素とＣＣＤレジスタとの間に於ける配線をレー
ザなどで切断しておき、メモリ・レジスタへ注入された
メモリ電荷をＣＣＤレジスタヘ注入することで欠陥の補
正を行っている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図５に見られるよう
に、従来、追尾装置に用いられている撮像装置では、光
学系で制限された一定な視野像を二次元固体撮像素子上
に結像させて光電変換を行い、その電気信号を外部の信
号処理系へ読み出し、２フレーム〜３フレーム分の画像
データをフレーム・メモリ４に記憶し、このフレーム・
メモリ４に於けるデータのうち、欠陥登録ＲＯＭ５に登
録された欠陥画素位置に相当するデータは、固体撮像素
子２に於いて、水平方向に所定繰り返し周期をもって配
設されている色フィルタに対応する画素の信号と置き換
えて欠陥補正を行ってから、ターゲットを検出してい
る。

【００１３】図６は正常画素及び欠陥画素の出力に於け
る直流成分を表す線図であり、横軸にはフレームを、縦
軸には直流レベルを任意単位でそれぞれ採ってある。

【００１４】図から明らかであるが、画素欠陥には、幾
つものフレームに亙ってランダムに発生及び消滅を繰り
返すものがあるので、そのような画素欠陥については、
前記説明した従来の技術では対応することができず、実
際の運用上では、このようなランダムな画素欠陥は、１
画素大のポイント・ターゲットを検出することが必要と
される高速移動物体を対象とする追尾装置に於いては、
誤認識を引き起こすことになる。

【００１５】本発明は、固体撮像素子の電荷蓄積部に簡
単な改変を加えると共に固体撮像装置の光学系にも簡単
な改変を導入し、動作中に発生する画素欠陥に依る偽信
号を検出し、その偽信号を正常画素の信号に確実に置き
換えることが可能であるようにする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理を解
説するための固体撮像装置を表した要部ブロック図であ
る。

【００１７】図に於いて、１１は集光レンズ、１２はス
キャナ、１３はイメージ・エリア、１４は信号検出部、
１５は遅延回路、１６は比較・置き換え回路、１７はア
ドレス変換部、１８はスキャナ制御部、Ｔ１並びにＴ２
は出力端をそれぞれ示している。

【００１８】図示のスキャナ１２は、集光レンズ１１か
らイメージ・エリア１３に至る光路をスキャナ制御部１
８に依る制御の下で１画素分だけ水平方向に移動する作
用をする。

【００１９】同じく、信号検出部１４は、イメージ・エ
リア１３で光電変換した信号から設定したしきい値以上
の信号を検出する作用をする。

【００２０】同じく、遅延回路１５は、信号検出部１４
で信号検出を行った場合、信号発生があったフレームの
出力を１フレーム分だけ遅延させる作用をする。

【００２１】同じく、比較・置き換え回路１６は、遅延
回路１５からの出力と次フレームの出力とを比較し、画
素欠陥があった場合には、次フレームのデータで置き換
える作用をする。

【００２２】同じく、アドレス変換部１７は、次フレー
ムの出力に於けるアドレスを前フレームの出力と画素位
置を合わせる為の作用をする。

【００２３】図２は図１に見られる固体撮像装置の動作
を説明する為の画像出力領域を表す要部説明図である。

【００２４】今、一定背景下で撮像していることを条件
とし、出力端Ｔ１に於ける出力であるＫフレーム目に
（ｉ，ｊ）の位置にある画素部の信号が増大した場合、
信号検出部１４に於いては、この信号変化を捉え、遅延
回路１５の作用に依り、外部の信号処理回路への出力を
１フレーム分だけ遅延させる。

【００２５】Ｋ＋１フレーム目には、スキャナ制御部１
８で制御されたスキャナ１３の作用に依り、視野像を１
画素分だけ水平方向に移動し、Ｋフレーム目には（ｉ，
ｊ）の画素部にあった像を（ｉ＋１，ｊ）の画素部に入
力し、その信号は出力端Ｔ２から出力し、アドレス変換
部１７の作用でＫフレームの画素位置と合わせた後、遅
延回路１５で１フレーム分だけ遅延させたＫフレーム目
の信号と共に比較・置き換え回路１６へ入力する。

【００２６】フレーム周期は、遅くても３０〔Ｈｚ〕以
上であるから、Ｋフレーム目とＫ＋１フレーム目の視野
像は殆ど変化ないと考えて良く、Ｋフレーム目の信号が
眞の対象物からの信号であった場合には、Ｋフレーム目
とＫ＋１フレーム目の両信号を比較すると、Ｋフレーム
目の（ｉ，ｊ）の画素部からの信号とＫ＋１目の（ｉ＋
１，ｊ）の画素部からの信号とは殆ど同じ筈である。

【００２７】然しながら、Ｋフレーム目の（ｉ，ｊ）の
画素部からの信号が、図６に見られるような突然発生し
たランダム雑音からなる偽信号であった場合、Ｋフレー
ム目の（ｉ，ｊ）の画素部の信号とＫ＋１フレーム目の
（ｉ＋１，ｊ）の画素部の信号とは相違するので、比較
・置き換え回路１６の作用に依って、Ｋフレーム目の
（ｉ，ｊ）の画素部からの信号をＫ＋１フレーム目の
（ｉ＋１，ｊ）の画素部からの信号と置き換えてから外
部信号処理回路へ出力する。

【００２８】前記したところから、本発明に依る固体撮
像装置に於いては、（１）視野像を集光する為の光学レンズ系（例えば集光
レンズ１１：図１参照）と受光素子（例えばフォト・ダ
イオードＤ１：図４参照）を含む画素部（例えば画素部
２１、２２・・・・など：図３参照）からなるイメージ
・エリア（例えばイメージ・エリア１３：図１参照）と
の間に設置されて受光素子に結像される視野像を走査方
向に１画素分だけ移動させる為の操作手段（例えばスキ
ャナ１２、スキャナ制御部１８など：図１参照）と、隣
接する二つの画素部に於ける略同一視野像の信号を比較
して該信号が視野内対象物からの眞の信号であるか動作
中にランダムに発生した画素欠陥に依る偽の信号である
かを判定する比較手段（例えば比較・置き換え回路１
６：図１参照）とを備えてなることを特徴とするか、又
は、

【００２９】（２）前記（１）に於いて、各画素部は異
なるフレーム或いは異なるフィールドの信号電荷を蓄積
する二つの電荷蓄積部（例えば電荷蓄積部Ｃ１並びにＣ
２：図４参照）及び該二つの電荷蓄積部に対応する二つ
のアナログ増幅器（例えば増幅器Ａ１及びＡ２：図４参
照）をもち且つ該二つの電荷蓄積部の一方は或フレーム
又は或フィールドの信号電荷を蓄積し他方の電荷蓄積部
は隣接画素部に於ける或視野に関する或フレーム又は或
フィールドの信号が設定しきい値以上になった際に略同
一視野に関する次なるフレーム又は次なるフィールドの
信号電荷を蓄積するものであることを特徴とするか、又
は、

【００３０】（３）前記（１）に於いて、比較手段は隣
接する二つの画素部に於けるアナログ増幅器からの略同
一視野に関する１フレーム分或いは１フィールド分ずれ
た信号をアナログ値で比較して信号が視野内対象物から
の眞の信号であるか動作中にランダムに発生した画素欠
陥に依る偽の信号であるかを判定するものであることを
特徴とするか、又は、

【００３１】（４）前記（１）に於いて、イメージ・エ
リア（例えばイメージ・エリア１３：図１参照）はシス
テムで要求される画素部の数がｎ列×ｍ行個（ｎ，ｍは
自然数）である場合に（ｎ＋１）列×ｍ行個の画素部が
配設されると共にフレーム毎或いはフィールド毎に光学
レンズ操作手段（例えばスキャナ１２、スキャナ制御部
１８など：図１参照）に依って隣接する二つの画素部に
略同一視野を結像させ得る構成を有し且つ画像信号に追
尾対象が存在しない場合にはｎ列×ｍ行の画像信号は順
に比較手段である比較・置き換え回路（例えば比較・置
き換え回路１６：図１参照）を介して外部の信号処理回
路に送出するものであることを特徴とするか、又は、

【００３２】（５）前記（１）に於いて、比較手段であ
る比較・置き換え回路（例えば比較・置き換え回路１
６：図１参照）は信号検出部（例えば信号検出部１４：
図１参照）がイメージ・エリア（例えばイメージ・エリ
ア１３：図１参照）からの設定しきい値以上の画像信号
を検出した場合に遅延回路（例えば遅延回路１５：図１
参照）で遅らせた該画像信号と略同一の視野情報である
次のフレーム或いはフィールドの出力と比較し該画像信
号が動作中にランダムに発生した画素欠陥に依る偽の信
号である場合には該略同一の視野情報である次のフレー
ム或いはフィールドの出力である画像信号と置き換えて
外部の信号処理回路へ送出するものであることを特徴と
する。

【００３３】前記手段を採ることに依り、固体撮像装置
の動作中に発生した画素欠陥に起因する偽信号が発生し
た場合、その信号が偽であることを確実に検出して、そ
れを正常画素の信号と置き換えることができるので、１
画素大の対象物を捕捉しなければならないような高速物
体追尾装置に於いても、誤認識を低減させることが可能
であり、また、ランダム雑音を発生する画素からの信号
は出力させないから、システムとして雑音増大を抑止す
ることができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】図３は本発明に依る固体撮像装置
の一実施の形態を解説する為の要部ブロック図である。
尚、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか
或いは同じ意味を持つものとする。

【００３５】図に於いて、２１乃至２４及び３１乃至３
４は画素部、４１は水平シフト・レジスタ、４２は垂直
シフト・レジスタ、Ｔは出力端子をそれぞれ示してい
る。

【００３６】画素部の数はイメージ・エリア１３（図１
参照）内のフォト・ダイオードからなる受光素子の数、
或いは、画素電極の数と考えても良く、その数は、シス
テムとして要求される画素部の数がｎ列×ｍ行個（ｎ，
ｍは自然数）であるのに対して、実際には、（ｎ＋１）
列×ｍ行個を配設してある。

【００３７】図４は１画素部分の具体的構成を説明する
為の要部回路図であり、図３に見られる画素部２１乃至
２４及び３１内３４は何れも同じ構成になっている。

【００３８】図に於いて、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ
２１，Ｍ２２，Ｍ２３はトランジスタ、Ｄ１はフォト・
ダイオード、Ｃ１及びＣ２は電荷蓄積部、Ａ１及びＡ２
は増幅器をそれぞれ示している。

【００３９】レンズ位置を示すＦ選択信号と積分時間コ
ントロール・パルスで制御されるトランジスタＭ１１が
オンの期間にフォト・ダイオードＤ１で光電変換された
信号電荷が電荷蓄積部Ｃ１に蓄積され、増幅器Ａ１で電
荷電圧変換される。

【００４０】この状態で、垂直シフト・レジスタ４２に
依る選択パルスとＦ選択信号で制御されるトランジスタ
Ｍ１３をオン状態にすることで、増幅器Ａ１の電圧を信
号検出部１４へ信号を読み出す。

【００４１】ここで、視野内に変化がない場合、信号
は、信号検出部１４から比較・置き換え回路１６を経
て、水平シフト・レジスタ４１に依る選択パルスで順に
出力端子Ｔから外部の信号処理装置へと読み出される。
この時、信号検出部１４からのフィードバック信号が変
化することはない。

【００４２】前記動作を１フレーム分或いは１フィール
ド分繰り返した後、リセット・パルスと信号検出部１４
からのフィードバック信号に依る制御パルスをリセット
・トランジスタＭ１２に供給することで、電荷蓄積部Ｃ
１に蓄積されている信号電荷をリセットし、同様の読み
出しを行う。

【００４３】今、ある画素部での信号が増大した場合、
信号検出部１４で信号の増大を検出し、信号検出部１４
からのフィードバック信号に依って現フレームに於ける
リセット・パルスの供給を停止し、電荷蓄積部Ｃ１に現
フレームに依る信号電荷を保持したままとする。

【００４４】次のフレームでは、レンズ操作を行って、
水平方向で１画素分視野像を移動させ、前フレームでは
画素部２１にあった視野像が画素部２２に入射する。

【００４５】画素部２２に於いては、Ｆ選択信号と積分
時間コントロール・パルスに依ってトランジスタＭ２１
をオンにするので、画素部２２に於けるフォト・ダイオ
ードＤ１の信号電荷は電荷蓄積部Ｃ２に蓄積され、増幅
器Ａ２で電荷電圧変換する。

【００４６】増幅器Ａ２の電圧は、垂直シフト・レジス
タ４２に依る選択パルスとＦ選択信号で制御されるトラ
ンジスタＭ２３をオン状態とすることで、信号検出部１
４を経ることなく、比較・置き換え回路１６へ読み出
す。

【００４７】また、これと同時に、画素部２１に於いて
は、トランジスタＭ１３をオン状態とし、電荷蓄積部Ｃ
１が保持していた前フレームの信号電荷を増幅器Ａ１を
介して再度読み出し、比較・置き換え回路１６に於いて
画素部２２の増幅器Ａ２からの電荷電圧と比較する。

【００４８】通常、フレーム周期は遅くても３０〔Ｈ
ｚ〕以上であるから、Ｋフレーム目とＫ＋１フレーム目
の視野像には殆ど変化がないとして良い。

【００４９】前記信号の増大が動作中発生したランダム
雑音に依るものであった場合、Ｋフレーム目とＫ＋１フ
レーム目の両信号は異なる為、前フレームの信号増大し
た画素部２１のデータを次フレームの該当画素部２２の
データで置き換えてから出力することで正常な信号のみ
を出力する。

【００５０】

【発明の効果】本発明に依る固体撮像装置に於いては、
視野像を集光する為の光学レンズ系と受光素子を含む画
素部からなるイメージ・エリアとの間に設置されて受光
素子に結像される視野像を走査方向に１画素分だけ移動
させる為の操作手段、隣接する二つの画素部に於ける略
同一視野像の信号を比較して該信号が視野内対象物から
の眞の信号であるか動作中にランダムに発生した画素欠
陥に依る偽の信号であるかを判定する比較手段を備え
る。

【００５１】前記構成を採ることに依り、固体撮像装置
の動作中に発生した画素欠陥に起因する偽信号が発生し
た場合、その信号が偽であることを確実に検出して、そ
れを正常画素の信号と置き換えることができるので、１
画素大の対象物を捕捉しなければならないような高速物
体追尾装置に於いても、誤認識を低減させることが可能
であり、また、ランダム雑音を発生する画素からの信号
は出力させないから、システムとして雑音増大を抑止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を解説するための固体撮像装置を
表した要部ブロック図である。

【図２】図１に見られる固体撮像装置の動作を説明する
為の画像出力領域を表す要部説明図である。

【図３】本発明に依る固体撮像装置の一実施の形態を解
説する為の要部ブロック図である。

【図４】１画素分の具体的構成を説明する為の要部回路
図である。

【図５】画素欠陥を補正する機能をもった従来の固体撮
像装置の一例を表す要部ブロック図である。

【図６】正常画素及び欠陥画素の出力に於ける直流成分
を表す線図である。

【符号の説明】

１１集光レンズ１２スキャナ１３イメージ・エリア１４信号検出部１５遅延回路１６比較・置き換え回路１７アドレス変換部１８スキャナ制御部Ｔ１並びにＴ２出力端２１乃至２４画素部３１乃至３４画素部４１水平シフト・レジスタ４２垂直シフト・レジスタＴ出力端子Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３トランジスタＭ２１，Ｍ２２，Ｍ２３トランジスタＤ１フォト・ダイオードＣ１及びＣ２電荷蓄積部Ａ１及びＡ２増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】視野像を集光する為の光学レンズ系と受光
素子を含む画素部からなるイメージ・エリアとの間に設
置されて受光素子に結像される視野像を走査方向に１画
素分だけ移動させる為の操作手段と、隣接する二つの画素部に於ける略同一視野像の信号を比
較して該信号が視野内対象物からの眞の信号であるか動
作中にランダムに発生した画素欠陥に依る偽の信号であ
るかを判定する比較手段とを備えてなることを特徴とす
る固体撮像装置。
【請求項２】各画素部は異なるフレーム或いは異なるフ
ィールドの信号電荷を蓄積する二つの電荷蓄積部及び該
二つの電荷蓄積部に対応する二つのアナログ増幅器をも
ち且つ該二つの電荷蓄積部の一方は或フレーム又は或フ
ィールドの信号電荷を蓄積し他方の電荷蓄積部は隣接画
素部に於ける或視野に関する或フレーム又は或フィール
ドの信号が設定しきい値以上になった際に略同一視野に
関する次なるフレーム又は次なるフィールドの信号電荷
を蓄積するものであ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３】比較手段は隣接する二つの画素部に於ける
アナログ増幅器からの略同一視野に関する１フレーム分
或いは１フィールド分ずれた信号をアナログ値で比較し
て信号が視野内対象物からの眞の信号であるか動作中に
ランダムに発生した画素欠陥に依る偽の信号であるかを
判定するものであ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４】イメージ・エリアはシステムで要求される
画素部の数がｎ列×ｍ行個（ｎ，ｍは自然数）である場
合に（ｎ＋１）列×ｍ行個の画素部が配設されると共に
フレーム毎或いはフィールド毎に光学レンズ操作手段に
依って隣接する二つの画素部に略同一視野を結像させ得
る構成を有し且つ画像信号に追尾対象が存在しない場合
にはｎ列×ｍ行の画像信号は順に比較手段である比較・
置き換え回路を介して外部の信号処理回路に送出するも
のであ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５】比較手段に含まれる比較・置き換え回路は
信号検出部がイメージ・エリアからの設定しきい値以上
の画像信号を検出した場合に遅延回路で遅らせた該画像
信号と略同一の視野情報である次のフレーム或いはフィ
ールドの出力と比較し該画像信号が動作中にランダムに
発生した画素欠陥に依る偽の信号である場合には該略同
一の視野情報である次のフレーム或いはフィールドの出
力である画像信号と置き換えて外部の信号処理回路へ送
出するものであることを特徴とする請求項１記載の固体
撮像装置。