(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部増幅型光電変換素子を単位画素とする固体撮像素子に対して色分離用フィルタを介して撮像光を照射するようにした単板カラー撮像装置から得られる撮像信号と、該撮像信号の画素信号間の差分から生成される色信号とに対して、それぞれＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換を行って信号処理を行うようにした単板カラー撮像装置の信号処理回路において、遮光状態あるいは固体撮像素子の蓄積電荷をリセットした直後又はリセットしながら光電荷のない状態の暗時信号を読み出しＡ／Ｄ変換して蓄積する撮像信号用暗時信号データ記憶手段と、固体撮像素子から読み出しＡ／Ｄ変換した撮像信号データから前記記憶手段に蓄積した暗時信号データを減算する撮像信号の暗時固定パターンノイズ抑圧用減算手段と、前記Ａ／Ｄ変換した色信号データから前記撮像信号用暗時信号データ記憶手段に蓄積した暗時信号データに基づいて生成した色信号の暗時信号データを減算する色信号の暗時固定パターンノイズ抑圧用減算手段とを備えていることを特徴とする単板カラー撮像装置の信号処理回路。
【請求項２】
前記撮像信号は、前記単板カラー撮像装置より２線読み出し方式で得られた第１及び第２の撮像信号からなり、前記撮像信号用暗時信号データ記憶手段は第１及び第２の撮像信号用暗時信号データ記憶手段からなり、撮像信号の暗時固定パターンノイズ抑圧用減算手段は第１及び第２の撮像信号の暗時固定パターンノイズ抑圧用減算手段からなり、更に前記色信号は前記第１及び第２の撮像信号の差信号で形成され、前記色信号の暗時固定パターンノイズ抑圧用減算手段は、Ａ／Ｄ変換した色信号データから前記第１及び第２の撮像信号用暗時信号データ記憶手段にそれぞれ蓄積した暗時信号データの差分データを減算するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路。
【請求項３】
前記撮像信号は、前記単板カラー撮像装置より１線読み出し方式で得られた信号であり、前記色信号は前記撮像信号と遅延手段を介して得られた遅延撮像信号との差分により生成され、前記色信号の暗時固定パターンノイズ抑圧用減算手段には、前記撮像信号用暗時信号データ記憶手段に蓄積した暗時信号データと遅延手段を介して得られた遅延暗時信号データとの差分データを暗時信号データとして入力されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路。
【請求項４】
前記色信号用Ａ／Ｄ変換器の前段及び色信号の暗時固定パターンノイズ抑圧用減算手段の前段に、定数を乗じる乗算器を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は，単板カラー撮像装置の信号処理回路に関し、特に暗時固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を抑圧できるようにした信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像光が色分離用フィルタを介して固体撮像素子に照射されるようにした単板カラー撮像装置において、撮像信号をＡ／Ｄ変換する場合に、量子化ノイズで色信号のＳ／Ｎを劣化させないようにするため、図５に示すように、撮像信号と画素間の差分から生成される色信号に対して、別個にＡ／Ｄ変換を行うように構成されている。なお図５において、１は２線読み出し方式の固体撮像素子、２はプリアンプ、３は色信号生成用減算器、４，５は撮像信号用Ａ／Ｄ変換器、６は色信号用Ａ／Ｄ変換器、７は撮像信号用スイッチ、８は色分離用フィルタを示している。周知のとおり、上記のような２線読み出し方式では、固体撮像素子１の、したがってプリアンプ２の双方の出力信号は、同一水平ラインに属する各順次の隣接画素からの出力であり、これらの出力Ｓ１，Ｓ２に対応するデジタルデータが撮像信号用スイッチ７によって順次交互に切り換えて出力され、該撮像信号用スイッチ７の出力側から当該水平ラインの走査に相応する輝度信号Ｙが導出される。また、この方式では上記双方の出力Ｓ１，Ｓ２の差分として色信号（データ）Ｃが導出される。
【０００３】
このように構成された単板カラー撮像装置の信号処理回路において、固体撮像素子の単位画素として内部増幅型光電変換素子を用いると、画素間の暗特性のばらつきに基づく暗時ＦＰＮや、暗時シェーデイングに基づく暗時ＦＰＮが目立つようになる。このような場合には、一般的に図６（図５との対応部は同一の符号により示されている）に示すような構成のＦＰＮ抑圧回路を設けて、暗時ＦＰＮを抑圧するようにしている。
【０００４】
すなわち、遮光フィルタ９と、切り換えスイッチ１０，１１，１２と、減算器１６，１７，１８と、暗時信号データメモリ１３，１４，１５とを設け、撮像前に遮光フィルタ９により遮光状態にして、切り換えスイッチ１０，１１，１２をａ側に接続し、暗時信号データを暗時信号データメモリ１３，１４，１５に記憶させておき、撮像時には切り換えスイッチ１０，１１，１２をｂ側に接続して、減算器１６，１７，１８により撮像信号データから暗時信号データメモリ１３，１４，１５に記憶させた暗時信号データを減算してやることにより、暗時ＦＰＮを抑圧するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＦＰＮ抑圧回路を設ける場合、撮像信号と画素間の差分から生成された色信号に対して、並列に信号処理を行うので、色信号用の暗時信号データメモリが必要となり、コスト高となるという欠点がある。
【０００６】
本発明は、従来の単板カラー撮像装置の信号処理回路に、暗時ＦＰＮ抑圧回路を設けた場合における上記問題点を解消するためになされたもので、請求項１〜３記載の各発明は、色信号用の暗時信号データ記憶手段を必要とせずに、色信号の量子化ノイズを低減しながら、暗時ＦＰＮ抑圧動作を行えるようにした単板カラー撮像装置の信号処理回路を提供することを目的とし、また請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路において、一層量子化ノイズを低減させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記問題点を解決するため、請求項１記載の発明は、内部増幅型光電変換素子を単位画素とする固体撮像素子に対して色分離用フィルタを介して撮像光を照射するようにした単板カラー撮像装置から得られる撮像信号と、該撮像信号の画素信号間の差分から生成される色信号とに対して、それぞれＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換を行って信号処理を行うようにした単板カラー撮像装置の信号処理回路において、遮光状態あるいは固体撮像素子の蓄積電荷をリセットした直後又はリセットしながら光電荷のない状態の暗時信号を読み出しＡ／Ｄ変換して蓄積する撮像信号用暗時信号データ記憶手段と、固体撮像素子から読み出しＡ／Ｄ変換した撮像信号データから前記記憶手段に蓄積した暗時信号データを減算する撮像信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段と、前記Ａ／Ｄ変換した色信号データから前記撮像信号用暗時信号データ記憶手段に蓄積した暗時信号データに基づいて生成した色信号の暗時信号データを減算する色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段とを設けて構成するものである。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路において、前記撮像信号は、前記単板カラー撮像装置より２線読み出し方式で得られた第１及び第２の撮像信号からなり、前記撮像信号用暗時信号データ記憶手段は第１及び第２の撮像信号用暗時信号データ記憶手段からなり、撮像信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段は第１及び第２の撮像信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段からなり、更に前記色信号は前記第１及び第２の撮像信号の差信号で形成され、前記色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段は、Ａ／Ｄ変換した色信号データから前記第１及び第２の撮像信号用暗時信号データ記憶手段にそれぞれ蓄積した暗時信号データの差分データを減算するように構成するものである。
【０００９】
また請求項３記載の発明は、請求項１記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路において、前記撮像信号は、前記単板カラー撮像装置より１線読み出し方式で得られた信号であり、前記色信号は前記撮像信号と遅延手段を介して得られた遅延撮像信号との差分により生成され、前記色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段には、前記撮像信号用暗時信号データ記憶手段に蓄積した暗時信号データと遅延手段を介して得られた遅延暗時信号データとの差分データを暗時信号データとして入力されるように構成するものである。
【００１０】
このように構成した単板カラー撮像装置の信号処理回路においては、撮像信号用暗時信号データ記憶手段に蓄積された暗時信号データを用いて、色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段の動作が行われる。したがって色信号用の暗時信号データ記憶手段を必要としないで、色信号の量子化ノイズを低減しながら、暗時ＦＰＮを抑圧することができる。
【００１１】
また請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路において、前記色信号用Ａ／Ｄ変換器の前段及び色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算手段の前段に、定数を乗じる乗算器を配置するものである。このように構成することにより、色信号の量子化ノイズを一層低減することが可能となる。
【００１２】
【実施例】
次に実施例について説明する。図１は本発明に係る単板カラー撮像装置の信号処理回路の第１実施例を示す回路構成図で、図６に示した従来例と同一又は対応する部材には同一符号を付して示し、その説明は省略する。この実施例において図６に示した従来例と相違している点は、図６に示した従来例のメモリ１５に相当するメモリ手段をもたず、減算器１９が設けられている点である。この減算器１９は、第１の撮像信号用暗時信号データメモリ１３と第２の撮像信号用暗時信号データメモリ１４とに記憶されている各暗時信号データの差をとって、色信号用の暗時信号データを形成するもので、この減算器１９で形成された差分データは、色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算器１８に入力されるようになっている。そして、該減算器１８において、Ａ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換された色信号データから前記撮像信号の暗時信号データの差分データが減算され、色信号からＦＰＮを除去するようになっている。
【００１３】
次に、このように構成されている第１実施例の動作を、図２に示す信号波形図を参照しながら説明する。なお、図２の（Ｃ１），（Ｃ２），（Ｄ），（Ｅ）は、それぞれ該当するディジタル値に相応する波形をアナログ的に表現したものである。まず、固体撮像素子１より２線読み出し方式で読み出されると、プリアンプ２を介して第１及び第２の信号線１ａ，１ｂには、図２の（Ａ１），（Ａ２）に示すように、それぞれ暗時ＦＰＮ成分Ｎ１１，Ｎ２１を含んだ第１及び第２の撮像信号Ｓ１＝（Ｓ１１＋Ｎ１１），Ｓ２＝（Ｓ２１＋Ｎ２１）が出力される。また色信号生成用減算器３において、各信号線１ａ，１ｂの第１及び第２の撮像信号Ｓ１，Ｓ２の差をとることにより、図２の（Ｂ）に示すような、暗時ＦＰＮ成分（Ｎ１１−Ｎ２１）を含んだ色信号｛（Ｓ１１＋Ｎ１１）−（Ｓ２１＋Ｎ２１）｝が形成される。
【００１４】
次に、遮光フィルタ８により固体撮像素子１を遮光させ、スイッチ１０，１１をａ側に接続し、図２の（Ｃ１），（Ｃ２）に示すような、第１及び第２の信号線１ａ，１ｂに出力される第１の撮像信号の暗時信号Ｎ１１及び第２の撮像信号の暗時信号Ｎ２１にそれぞれ相応するデータを、それぞれ第１及び第２の撮像信号用暗時信号データメモリ１３，１４に記憶させる。
【００１５】
次に、スイッチ１０，１１をｂ側に接続し、遮光フィルタ８を外して固体撮像素子１に撮像光を入射し、各信号線１ａ，１ｂより暗時ＦＰＮ成分を含んだ第１及び第２の撮像信号Ｓ１，Ｓ２を出力させる。そして同時に第１及び第２の撮像信号用暗時信号データメモリ１３，１４から記憶させていた暗時信号Ｎ１１，Ｎ２１を読み出し、減算器１６，１７において、撮像信号Ｓ１，Ｓ２に相応するデータと暗時信号データＮ１１，Ｎ２１の減算を行い、ＦＰＮを抑圧した撮像信号が得られる。
【００１６】
また、この動作と同時に減算器１９において、図２の（Ｄ）に示すような、前記撮像信号用暗時信号データメモリ１３，１４から読み出された暗時信号データＮ１１，Ｎ２１の差分データ（Ｎ１１−Ｎ２１）が形成され、この差分データ（Ｎ１１−Ｎ２１）が色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算器１８の負側に入力される。そして該減算器１８において、図２の（Ｂ）に示したような暗時ＦＰＮ成分（Ｎ１１−Ｎ２１）を含んだ色信号｛（Ｓ１１＋Ｎ１１）−（Ｓ２１＋Ｎ２１）｝相応のデータから前記差分データ（Ｎ１１−Ｎ２１）が減算されることにより、図２の（Ｅ）に示すように、暗時ＦＰＮ成分（Ｎ１１−Ｎ２１）の除去された、すなわちＦＰＮの抑圧された色信号データ（Ｓ１１−Ｓ２１）が得られる。
【００１７】
次に、第２実施例について説明する。図３は第２実施例を示す回路構成図で、図１に示した第１実施例と同一又は対応する部材には同一符号を付して、その説明を省略する。この実施例は、第１実施例における色信号生成用減算器３と色信号用Ａ／Ｄ変換器６の間、並びに減算器１９と色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算器１８との間に、それぞれ所定の定数αを乗算する乗算器２１，２２を介在させて構成したものである。
【００１８】
このように、乗算器２１，２２を介在させることにより、色信号用Ａ／Ｄ変換器６による量子化ノイズを、より低減させながら色信号のＦＰＮを抑圧することができる。
【００１９】
次に、第３実施例について説明する。図４は第３実施例を示す回路構成図で、図１に示した第１実施例と同一又は対応する部材には同一符号を付して、その説明を省略する。この実施例は、固体撮像素子１より１線読み出し方式で読み出すように構成されており、色信号は単一の信号線１ａに出力される撮像信号と、信号線１ａにデレイライン３１を介して得られる遅延撮像信号とを減算器３で減算して形成するようになっている。また減算器１９には、撮像信号用暗時信号データメモリ１３からの暗時信号データと、同じく暗時信号データメモリ１３からデレイライン３２を介して得られる遅延暗時信号データとが入力され、その差分がとられて、色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算器１８に入力されるように構成されている。
【００２０】
このように構成することにより、固体撮像素子からの信号の読み出しを１線読み出し方式にしても、同様にＡ／Ｄ変換による量子化ノイズを低減しながら色信号のＦＰＮを抑圧することができる。
【００２１】
なお、この実施例においても、第２実施例と同様に乗算器を介在させることにより、量子化ノイズを一層低減することが可能となる。また、上記各実施例においては、遮光フィルタを用いて暗時信号を読み出すように構成したものを示したが、遮光フィルタを用いずに、固体撮像素子の蓄積電荷をリセットした直後又はリセットしながら光電荷のない状態において、暗時信号を読み出すようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上実施例に基づいて説明したように、請求項１〜３記載の発明によれば、撮像信号用暗時信号データ記憶手段に蓄積された暗時信号データを用いて、色信号用暗時信号データ記憶手段を用いずに、色信号の量子化ノイズを低減しながら暗時ＦＰＮを抑圧することができる低コストの信号処理回路が得られる。また請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３記載の単板カラー撮像装置の信号処理回路において、色信号の量子化ノイズを一層低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る単板カラー撮像装置の信号処理回路の第１実施例を示す回路構成図である。
【図２】図１に示した第１実施例の動作を説明するための信号波形図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す回路構成図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す回路構成図である。
【図５】従来の単板カラー撮像装置の信号処理回路の構成例を示す図である。
【図６】従来のＦＰＮ抑圧回路を備えた単板カラー撮像装置の信号処理回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  固体撮像素子
２  プリアンプ
３  色信号生成用減算器
４，５  撮像信号用Ａ／Ｄ変換器
６  色信号用Ａ／Ｄ変換器
７  撮像信号用スイッチ
８  色分離用フィルタ
９  遮光フィルタ
１０，１１，１２  スイッチ
１３，１４  撮像信号用暗時信号データメモリ
１５  色信号用暗時信号データメモリ
１６，１７  撮像信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算器
１８  色信号の暗時ＦＰＮ抑圧用減算器
１９  減算器
２１，  ２２  乗算器
３１，３２  デレイライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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