JP4488261B2 - Image sensor sorting method, image sensor, and image pickup apparatus - Google Patents

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オプティカルブラック（光学的黒：ＯＢ）の欠陥判定を通常より厳しい判定条件とした撮像素子の選別方法と、この選別方法によって選別され使用可能条件が記載された撮像素子、更には撮像素子の使用条件に基づいた露光時間の制御等を行う撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ等の撮像素子を用いた撮像装置においては、温度などの条件変動に伴って大きく変動する暗電流のＤＣ分を取り除くためにＯＢクランプ回路が設けられている。旧くは全アナログ回路であったが、近年の回路デジタル化に伴いデジタル回路が採用され、例えば特開平９−８３８３６号公報には、Ａ／Ｄコンバータ前段のアナログ部にＡ／Ｄのデジタル出力からフィードバックしたＤＣバイアスを重畳する、デジタル検出アナログフィードバックＯＢクランプの技術も記載されている。この方式を用いれば、Ａ／Ｄレンジを充分に取ることができ、またＡ／Ｄコンバータの分解能以下での処理が可能である。
【０００３】
このようなデジタル化されたＯＢクランプのクランプ基準としては原理的には垂直（Ｖ）ＯＢを用いても、水平（Ｈ）ＯＢを用いてもよいが、スミアの混入による悪影響を避けるという意味から、回路設計上の要請が大きかったアナログ回路時代と同様にＨＯＢを用いることが望ましい。
【０００４】
ＯＢクランプ回路の方式を問わず、ＯＢ領域からは正常な画素出力が出力されていることが前提であり、ＯＢ領域にいわゆる画素欠陥が存在した場合はクランプ情報の中に本来のＯＢ画素情報以外の情報が混入してしまうため、クランプが誤動作してしまい画質不良を生じてしまう。特に、ＨＯＢクランプを採用している場合には、当該ラインだけがその上下のラインとは異なった誤クランプ（クランプずれ）を生じるため、信号レベル差が筋状のノイズ（ライン段差）となって極めて目立ち易く、僅かな欠陥の存在が画質不良の原因となるものである。
【０００５】
ところで、通常の有効画素領域の画素欠陥に関しては、撮像装置における信号処理の過程で、当該欠陥画素の画素信号を無効とし周辺画素の情報で補完するなどの対策が取られる。そして、このための欠陥情報は予め所定露光時間の露光を行って、その出力画像信号のレベルを解析、判定することによってその検出が行われている。具体的には、所定の信号出力が出力されない、いわゆる黒欠陥画素や、暗電流のレベルが他の画素に比して極端に大きい白欠陥画素などを検出し、その画素位置（アドレス）情報を欠陥情報としてしている。
【０００６】
このように、通常の画素欠陥対策としてはその欠陥画素の判定に当たっては信号レベルを用いるが、撮像装置ではそのアドレス情報だけが使用され、当該画素の情報は補完に際して無効化されるから、その欠陥レベル自体はその撮像素子が使用可能であるかどうかの合否判定に際しては問題にはならない。また、これら通常の有効画素領域の出力画像信号とは、既に上記ＯＢクランプ処理を受けた後の信号である。
【０００７】
これに対して、ＯＢ領域の画素については上記ＯＢクランプに使用されるものであるから、上記補完処理を適用することができない。また、上記したように僅かなレベルの欠陥でも目立ち易いという問題があった。
【０００８】
これは、特に温度や露光時間などの使用条件を様々に設定した場合により大きな問題になるものである。何故なら、一般的な使用状況では少なくともＯＢ部には問題となるような画素欠陥を有しない撮像素子であったとしても、温度上昇に伴いその暗電流レベルは増大し、またそれによる暗出力レベルは露光時間（厳密には蓄積時間）にほぼ比例して増大するため、高温下での使用や長時間露光を行なう場合には潜在していた画素欠陥が顕在化し、上記筋状のノイズを生じてしまう畏れがあるからである。そしてこれは、通常の有効画素領域の暗電荷による点状の孤立ノイズよりも目立ち易いものであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、撮像素子のＯＢ領域に画素欠陥が存在すると、これを使用した撮像装置においては画質不良を招くことになる。また、ＯＢ領域に欠陥が無い撮像素子であっても、長時間露光に伴う電荷蓄積により潜在欠陥が顕在化して、画質劣化を生じる不具合があった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、撮像装置の仕様条件（温度・露出時間）の範囲内で、ＯＢ画素欠陥によってＯＢクランプに際して発生する画質劣化を生じない撮像素子を選別するための撮像素子の選別方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、上記の選別方法を適用して選別され、撮像装置を製造する際の作業効率を高める撮像素子を提供することにある。また、本発明の更に他の目的は、この選別方法を適用した撮像素子を用いて画質劣化を生じないようにした撮像装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１３】
即ち本発明は、撮像装置の被写体画像取込みに用いる撮像素子の選別方法であって、前記撮像素子の出力信号に基づいて与えられた露光時間及び温度条件下における該撮像素子の各画素毎の画素欠陥レベルを検出する第１ステップと、前記第１ステップにより検出された欠陥情報のうち、前記撮像素子の光学的黒領域の画素部分に対しては第１の判定方法を適用し、前記光学的黒領域以外の有効画素領域の画素部分に対しては第１の判定方法とは異なる第２の判定方法を適用して前記選別のための合否判定を行う第２ステップとを有し、前記第１の判定方法は前記撮像素子のライン毎に求めたＨＯＢ領域の各画素出力レベルの相対的な差を第１の閾値と比較し、前記第２の判定方法は該撮像素子のライン毎に求めた有効領域の画素出力レベルと該ＨＯＢ領域の画素出力レベルの差を第２の閾値と比較するものであり、該第１の閾値は該第２の閾値よりも小さい値に設定され、対象画素領域における欠陥レベルが該第１の閾値又は該第２の閾値を超えないのを条件とすることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、上記の撮像素子の選別方法を用いて選別された撮像素子であって、前記使用可能条件を表す情報が付与されていることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、上記の選別方法又は撮像素子を被写体画像取込みに用いる撮像装置であって、画質劣化を生じない露光時間の最大値である露光時間制限値を設定する制限時間設定手段を具備してなり、前記制限時間設定手段は前記撮像素子の前記使用可能条件が許容する最長露光時間を超えない値に前記露光時間制限値を設定するものであることを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１８】
(1) 欠陥判定手段における合否判定において、合格の判定を得るための露光時間及び温度範囲と欠陥レベルとの関係である使用可能条件を基に、選別対象の撮像素子に対して合格の判定を行うこと。
【００１９】
(2) 撮像素子における使用可能条件を表す情報の付与は、撮像素子に対する貼付，刻印，印刷，又は筆記によって行われたものであること。
【００２０】
(3) 撮像素子における使用可能条件を表す情報の付与は、撮像素子が内蔵する記憶手段に対する情報の書込みによって行われたものであること。
【００２１】
(4) 撮像装置における制限時間設定手段は、装置自体の仕様温度上限において使用可能条件が許容する最長露光時間を超えない値に、露光時間制限値を設定するものであること。
【００２２】
(5) 撮像装置は制限時間設定手段と共に温度検出手段を具備してなり、制限時間設定手段は、温度検出手段で検出される使用温度下で前記使用可能条件が許容する最長露光時間を超えないように、露光時間制限値を可変設定するものであること。
【００２３】
(6) 撮像装置は、露光時間制限値以下に露光時間を制限する露光時間制限手段を具備したこと。
【００２４】
(7) 撮像装置は、露光時間制限値を超える露光時間の使用に際しては警告を発する警告手段を具備したこと。
【００２５】
(8) 撮像装置は、使用可能条件を記憶する記憶手段を有していること。
【００２６】
（作用）
本発明によれば、撮像装置の被写体画像取込みに用いる撮像素子の選別に際して、撮像素子の光学的黒領域の画素部分に対しては第１の判定方法を適用し、光学的黒領域以外の有効画素領域の画素部分に対しては第２の判定方法を適用して合否判定を行う。ここで、第１の判定方法は撮像素子のライン毎に求めたＨＯＢ領域の各画素出力レベルの相対的な差を第１の閾値と比較し、第２の判定方法は撮像素子のライン毎に求めた有効領域の画素出力レベルと該ＨＯＢ領域の画素出力レベルの差を第２の閾値と比較するものであり、第１の閾値は第２の閾値よりも小さい値に設定する。そして、第１の判定方法において、選別対象の撮像素子に対して使用可能条件を基に合格の判定を行うことにより、撮像装置の仕様条件（温度・露出時間）の範囲内で、ＯＢ画素欠陥によってＯＢクランプに際して発生する画質劣化を防止することが可能となる。
【００２７】
また、上記の選別方法によって選別された撮像素子に対して、合格の判定を得る際に付帯された使用可能条件を表す情報を付与することにより、撮像装置を製造する際の作業効率を高めることが可能となる。さらに、使用可能条件を表す情報を付与された撮像素子を用いて撮像装置を構成することにより、撮像装置は使用可能条件に基づいた露光時間の制限を行うことが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
まず、実施形態を説明する前に、本発明に用いるデジタルカメラの基本構成とＯＢクランプ部の基本構成を説明しておく。
【００２９】
図１は、本発明に用いるデジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。
【００３０】
図中１０１は各種レンズからなるレンズ系、１０２はレンズ系１０１を駆動するためのレンズ駆動機構、１０３はレンズ系１０１の絞りを制御するための露出制御機構、１０４はメカシャッタ、１０５は色フィルタを内蔵したＣＣＤカラー撮像素子、１０６は撮像素子１０５を駆動するためのＣＣＤドライバ、１０７はＡ／Ｄ変換器等を含むプリプロセス回路、１０８は色信号生成処理，マトリックス変換処理，その他各種のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス回路、１０９はカードインターフェース、１１０はＣＦ等のメモリカード、１１１はＬＣＤ画像表示系を示している。
【００３１】
また、図中の１１２は各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ（ＣＰＵ）、１１３は各種ＳＷからなる操作スイッチ系、１１４は操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系、１１５はレンズ駆動機構１０２を制御するためのレンズドライバ、１１６は発光手段としてのストロボ、１１７はストロボ１１６を制御するための露出制御ドライバ、１１８は各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を示している。
【００３２】
本実施形態のデジタルカメラにおいては、システムコントローラ１１２が全ての制御を統括的に行っており、特に露出制御機構１０３に含まれるシャッタ装置と、ＣＣＤドライバ１０６によるＣＣＤ撮像素子１０５の駆動を制御して露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行い、それをプリプロセス回路１０７を介してデジタルプロセス回路１０８に取込んで、各種信号処理を施した後にカードインターフェース１０９を介してメモリカード１１０に記録するようになっている。
【００３３】
図２は、ＯＢクランプ部の回路構成を示すブロック図である。
【００３４】
ＣＣＤ撮像素子２０１から得られる映像信号は、メインＡ／Ｄ変換器（ＭＡＤ）２０２に入力され、このＭＡＤ２０２により有効画素領域における映像信号がＡ／Ｄ変換されて映像信号が得られる。また、撮像素子２０１からの映像信号は、クランプ用Ａ／Ｄ変換器（ＣＬＡＤ）２０３に入力され、このＣＬＡＤ２０３によりＯＢ部における信号がＡ／Ｄ変換される。ＣＬＡＤ２０３の出力は、クランプシフタ（ＣＬＳＨ）２０４に入力され、このＣＬＳＨ２０４によりによりＯＢ出力の平均値が得られる。そして、この平均値は、ＭＡＤ２０２にボトム基準電圧として与えられる。従って、ＭＡＤ２０２では、撮像素子信号から暗電流成分を差し引いた映像信号が得られることになる。
【００３５】
ここで、本実施形態では白欠陥について考える。黒欠陥については温度や露光時間に依存しないものであり、素子製造工程で既に、ＯＢ領域では無し（あったら選別で除去）、有効領域では欠陥アドレス登録されているものとする。 カメラのＯＢクランプは、黒レベル検出は各ライン（Ｈ）毎にＯＢ画素の出力レベルのクランプ用Ａ／Ｄ出力の加算平均を求めてホールドし、そのラインの有効画素をサンプリングする際の画像信号用Ａ／Ｄボトム基準電圧に重畳する。
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３６】
（第１の実施形態）
本実施形態は、撮像装置に使用する撮像素子の選別方法である。これを、図４のフローチャートに従って説明する。
【００３７】
まず、撮像素子を特定の条件に保持した状態で該素子の出力を検出できる判定用の検査装置を用意する。この装置を用い、遮光状態で例えば２５度の恒温槽中で１０秒の露光（蓄積）時間で撮像素子出力をＡ／Ｄサンプリングする。ビット数（分解能）カメラのＡ／Ｄ分解能（例示：１ｍＶ）に対して充分とる。
【００３８】
使用予定カメラがＨＯＢサンプリングを使用するものである場合、ＶＯＢは不要であり、従ってＨＯＢと有効画素領域を解析する。ここで、撮像素子におけるＨＯＢ，ＶＯＢ，有効画素領域の関係を図３に示しておく。ここでは、全画素数を１０００×１０００とし、ＨＯＢ，ＶＯＢの幅は共に２０画素とした。
【００３９】
ＨＯＢのライン毎の積分値に着目し、全ラインにおける平均値とＰ−Ｐ値を求める。平均値は有効画素領域の判定をするためであり、Ｐ−Ｐ値はＯＢ領域の欠陥を判定するためである。そして、上記の条件下（２５度，１０秒）でのＯＢレベル（平均値）をＯＢＬ（２５，１０）、ＯＢ欠陥レベル（Ｐ−Ｐ値）をＯＢＤ（２５，１０）とする（ステップＳ１）。
【００４０】
補足すれば、ＨＯＢの（ライン毎の積分）値はクランプ基準になるものであるからそれ自体の大小は画質劣化には直接関与せず、その差がライン段差となって画質劣化を生じることは前述のとおりである。従ってその差の最大値に対応する、積分値のＰ−Ｐ値をもってＯＢ欠陥レベルの評価量としたものである。
【００４１】
次いで、指定した使用条件下における欠陥レベル算出値をＯＢＬ（ｅｎｖ）とＯＢＤ（ｅｎｖ）とする（ステップＳ２）。換算は時間比例、また６ｄＢ／８℃で行う。例えば、４１℃，３０秒のとき、時間による換算が３倍で、温度による換算が４倍であることから、ＯＢＬ（４１，３０）＝１２×ＯＢＬ（２５，１０），ＯＢＤ（４１，３０）＝１２×ＯＢＤ（２５，１０）となる。
【００４２】
第１の判定（ステップＳ３）では、ＯＢＤ（ｅｎｖ）≦０．５ｍＶなら合格、ＯＢＤ（ｅｎｖ）＞０．５ｍＶなら不合格とする。第２の判定（ステップＳ４〜６）では、各有効画素出力（ｅｎｖ）−ＯＢＬ（ｅｎｖ）＞２５ｍＶを（補完対象の）欠陥画素とし、欠陥画素に関してはアドレス登録する。ここで、登録数が許す限り幾つでもよいが、欠陥画素数が多すぎる場合は不合格とする。例えば、1000個／100万画素以下は合格とする。なお、各有効画素出力（ｅｎｖ）−ＯＢＬ（ｅｎｖ）≦２５ｍＶは合格とする。
【００４３】
このように本実施形態では、第１及び第２の判定共に合格の場合に総合判定合格とする。そして、総合判定合格の撮像素子を用いることによって、使用するカメラの指定した使用条件下において撮像素子は常に欠陥レベルが所定値以下となり、長時間露光に伴う電荷蓄積による画質劣化を防止することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本実施形態は、判定用の検査装置によってデータが記載された撮像素子に関する。なお以下では、第２の判定については４５度，３０秒においてまだ余裕を持って合格しているとし、第１の判定のみに着目して例示する。
【００４５】
第１の実施形態による撮像素子選別方法を使用した撮像評価の結果が、ＯＢＤ（４５，３０）＝０．５ｍＶであったとする。この結果を、例えばバーコード印刷されたシールとして、撮像素子パッケージ背面に貼付させる。他にリードも含めた任意箇所に同様の貼付，刻印，印刷，捺印，ペン等による書込み、を行ってもよい。さらに、ＥＥＰＲＯＭを内蔵させ、電気的に記憶させてもよい。
【００４６】
本実施形態による撮像素子では、パッケージ背面に貼付されたバーコード等により、該素子の最大使用環境を判断することができる。このため、撮像装置を構成する際の作業効率を高めることができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態による撮像素子選別方法で選別された撮像素子、又は第２の実施形態による撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【００４８】
（実施例１）
撮像装置としての仕様は、温度上限４５℃、最長露光時間３０秒であるとする。この場合、この条件で合格するもの、即ちＯＢＤ（４５，３０）≦０．５ｍＶのものだけを合格として選別した撮像素子を使用する。即ち、撮像装置の仕様に応じてどのような撮像素子が使用できるかが判断でき、装置仕様に適した撮像素子のみを搭載することができる。
【００４９】
（実施例２）
撮像装置としての仕様は、温度上限４５℃であるとする。この装置にＯＢＤ（４５，３０）＝０．５ｍＶと判別された撮像素子が組込まれた場合（他のものも使用され得る）、製造工程においてバーコードリーダー入力を介して本体装置のＥＥＰＲＯＭ１１８にこのデータが入力される。
【００５０】
これに基づいて、このカメラの最長露光時間は３０秒と設定される。例えば、ＯＢＤ（４５，３０）＝１ｍＶの撮像素子が組込まれた場合は、データに基づいてこのカメラの最長露光時間は１５秒（ＯＢＤ（４５，３０）＝ＸｍＶなら｛３０×０．５／Ｘ｝秒）と設定される。即ち、搭載された撮像素子に合わせて露光条件を設定することができる。
【００５１】
（実施例３）
撮像装置としての仕様は、温度上限４５℃であるとする。また、この装置は温度センサを有しているものとする。この装置にＯＢＤ（４５，３０）＝０．５ｍＶと判別された撮像素子が使用された場合（他のものも使用され得る）、製造工程においてバーコードリーダー入力を介して本体装置のＥＥＰＲＯＭ１１８にこのデータが入力される。
【００５２】
これに基づいて、かつ温度センサの出力に従ってこのカメラの最長露光時間は、３０秒／４５℃，６０秒／３７℃，１２０秒／２９℃，２４０秒／２１℃，…（ＯＢＤ（４５，３０）＝ＸｍＶのものでＴ℃の場合は｛３０×２^(45-T)/8×０．５／Ｘ｝秒）と設定される。即ち、搭載された撮像素子及び温度条件に合わせて露光条件を設定することができる。
【００５３】
（実施例４）
撮像装置としての仕様は、温度上限４５℃であるとする。また、この装置は温度センサを有しているものとする。この装置にＯＢＤ（４５，３０）＝０．５ｍＶと判別された撮像素子が使用された場合（他のものも使用され得る）、製造工程においてバーコードリーダー入力を介して本体装置のＥＥＰＲＯＭ１１８にこのデータが入力される。
【００５４】
これに基づいて、かつ温度センサの出力に従ってこのカメラの露光時間制限値は、３０秒／４５℃，６０秒／３７℃，１２０秒／２９℃，２４０秒／２１℃，c…（ＯＢＤ（４５，３０）＝ＸｍＶのものでＴ℃の場合は｛３０×２^(45-T)/8×０．５／Ｘ｝秒）と設定される。ここで、カメラの最長露光時間は固定的に１２０秒に設定されている。検出温度が２９℃より大きい場合は、その温度での制限値を超える露光時間の場合に警告表示を出す（撮影は可能）。２９℃以下では制限値を超えないから警告はされない。
【００５５】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、第１の判定レベルはカメラのＡ／Ｄを考慮して１／２ＬＳＢ以下としたが、これはあくまでも例示であり、Ａ／Ｄ分解能と必ずしも対応づける必要はない。第１の判定レベルは画質許容レベルから決められるものであり、適宜変更可能である。第２の判定レベルについても同様である。
【００５６】
さらに、上記実施形態ではＯＢ欠陥レベルの評価量ＯＢＤとしてＨＯＢのライン毎の積分値のＰ−Ｐ値を使用したが、これに限られず任意の評価量を用いることができる。一例を挙げれば、ライン段差の目立ち易さを考慮して、隣接２ライン間の差だけに着目してこれの最大値をもってＯＢＤとしたものも好適である。こうすることによってＰ−Ｐ値自体は大きくても良いことになるからさらに歩留りを向上できる可能性がある。（この場合上記実施例よりも判定基準を緩くしたＰ−Ｐ値評価を併用しても良い。）
また、上記実施形態では、バーコードシール貼付された撮像素子を用いて、カメラの製造工程においてバーコードリーダー入力を介して本体装置のＥＥＰＲＯＭ１１８にこのデータが入力されるようにしたが、ＥＥＰＲＯＭを内蔵した撮像素子を用いる場合には、カメラ本体のＥＥＰＲＯＭへのデータ書込みを行うことなくこの撮像素子内蔵ＥＥＰＲＯＭのデータを読み出して直接用いることができるし、一旦本体ＥＥＰＲＯＭに書き移す場合も、組立て完了後も含めた任意の時点で行なうことができる。
【００５７】
なお、このように、ＥＥＰＲＯＭを内蔵した撮像素子又はこれを使用したカメラにおける「撮像素子にＥＥＰＲＯＭを内蔵した」という新規な特徴的構成により生じる効果は、上記したように撮像素子の個別性能に係るデータの撮像素子への付帯を目的とした場合に最大に発揮されるものであることは言うまでも無いが、たとえそのような限定条件が無くともそれ自体大きな効果を有したものである。
【００５８】
即ちこのような構成の撮像素子を用いることで、「この撮像素子内蔵ＥＥＰＲＯＭを、組立て後の完成したカメラが各種の調整等のために汎用的に必要とするＥＥＰＲＯＭとして使用する」構成も実現可能となる。そしてこのような構成を特徴とするカメラは、従来必要とした独立のＥＥＰＲＯＭを不要と出来るから、コスト低減や小型化の観点から優れた効果を有しているものである。そしてこのような構成においても、既に上記実施例で述べたような個別性能に関するものなどの撮像素子データを付帯するために、この撮像素子内蔵ＥＥＰＲＯＭを使用することができる。この場合は、少なくとも付帯する撮像素子データに予定するデータ量とその他の調整等に用いる汎用データに予定するデータ量の合計に対して不足の無い容量のＥＥＰＲＯＭを内蔵した構成とするものである。
【００５９】
なお、上記における撮像素子へのＥＥＰＲＯＭの「内蔵」に関しては、一つの電子部品として通常分離不可能に一体化されていることを意味するのみであり、例えばワンチップかマルチチップかなどを含めて、内蔵の方法や形態は任意である。
【００６０】
また、本発明はデジタルカメラやビデオカメラに適用できるのは勿論のこと、撮像素子を使用する各種の撮像装置に適用することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、撮像素子に対してＯＢにおける欠陥判定レベルを通常よりも厳しくすることにより、撮像装置の仕様条件（温度・露出時間）の範囲内で、ＯＢ画素欠陥によってＯＢクランプに際して発生する画質劣化を防止することができる。また、上記の選別方法で選別された撮像素子に対して使用可能条件を表す情報が付与することにより、撮像装置を製造する際の作業効率を高めることができる。さらに、上記の選別方法を適用した撮像素子を用い撮像装置を構成することにより、ＯＢクランプに際して発生する画質劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるデジタルカメラの回路構成を示すブロック図。
【図２】ＯＢクランプ部の回路構成を示すブロック図。
【図３】撮像素子におけるＨＯＢ，ＶＯＢ，有効画素領域の関係を示す図。
【図４】第１の実施形態に係わる撮像素子の選別方法を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１０１…レンズ系
１０２…レンズ駆動機構
１０３…露出制御機構
１０４…メカシャッタ
１０５…ＣＣＤカラー撮像素子
１０６…ＣＣＤドライバ
１０７…プリプロセス部
１０８…デジタルプロセス部
１０９…カードインターフェース
１１０…メモリカード
１１１…ＬＣＤ画像表示系
１１２…システムコントローラ（ＣＰＵ）
１１３…操作スイッチ系
１１４…操作表示系
１１５…レンズドライバ
１１６…ストロボ
１１７…露出制御ドライバ
１１８…不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
２０１…ＣＣＤ撮像素子
２０２…メインＡ／Ｄ変換器（ＭＡＤ）
２０３…クランプＡ／Ｄ変換器（ＣＬＡＤ）
２０４…クランプシフタ（ＣＬＳＨ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for selecting an imaging element in which optical black (optical black: OB) defect determination is made stricter than usual, an imaging element that is selected by this sorting method and describes usable conditions, and further imaging. The present invention relates to an imaging apparatus that controls exposure time based on element usage conditions.
[0002]
[Prior art]
In an image pickup apparatus using an image pickup element such as a CCD, an OB clamp circuit is provided in order to remove a DC component of dark current that greatly varies with changes in conditions such as temperature. Formerly an all-analog circuit, a digital circuit has been adopted along with the recent digitization of the circuit. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-83833, an A / D digital output is supplied to an analog part before the A / D converter. A technique for digitally detected analog feedback OB clamping that superimposes the fed back DC bias is also described. If this method is used, a sufficient A / D range can be obtained, and processing at a resolution lower than that of the A / D converter is possible.
[0003]
In principle, either a vertical (V) OB or a horizontal (H) OB may be used as a clamp reference for such a digitized OB clamp. However, in order to avoid the adverse effects of smear contamination. It is desirable to use HOB as in the analog circuit era, where there has been a great demand for circuit design.
[0004]
Regardless of the method of the OB clamp circuit, it is premised that a normal pixel output is output from the OB area. When a so-called pixel defect exists in the OB area, the clamp information includes information other than the original OB pixel information. Therefore, the clamp malfunctions, resulting in poor image quality. In particular, when the HOB clamp is adopted, only the relevant line causes an erroneous clamp (clamp deviation) different from the upper and lower lines, so that the signal level difference becomes a streak noise (line step). It is extremely conspicuous, and the presence of a slight defect causes poor image quality.
[0005]
By the way, with respect to pixel defects in a normal effective pixel region, measures are taken such as invalidating the pixel signal of the defective pixel and complementing it with information of peripheral pixels in the process of signal processing in the imaging apparatus. The defect information for this purpose is detected by performing exposure for a predetermined exposure time in advance and analyzing and determining the level of the output image signal. Specifically, a so-called black defective pixel in which a predetermined signal output is not output or a white defective pixel whose dark current level is extremely large compared to other pixels is detected, and the pixel position (address) information is obtained. As defect information.
[0006]
As described above, the signal level is used to determine the defective pixel as a normal countermeasure against the pixel defect, but only the address information is used in the imaging apparatus, and the pixel information is invalidated when complementing. The level itself is not a problem when determining whether or not the image sensor is usable. Further, the normal output image signal of the effective pixel region is a signal that has already been subjected to the OB clamping process.
[0007]
On the other hand, since the pixels in the OB area are used for the OB clamp, the above complement processing cannot be applied. Further, as described above, there is a problem that even a slight level of defects is easily noticeable.
[0008]
This becomes a serious problem particularly when various use conditions such as temperature and exposure time are set. This is because even if the image pickup device does not have a pixel defect that causes a problem at least in the OB portion in a general use situation, the dark current level increases as the temperature rises, and the dark output level caused thereby. Increases substantially in proportion to the exposure time (strictly speaking, the accumulation time). Therefore, when used at high temperatures or when exposed for a long time, latent pixel defects become apparent, causing the above streak noise. It is because there is a drowning. This is more conspicuous than the point-like isolated noise due to the dark charge in the normal effective pixel region.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, when a pixel defect exists in the OB region of the image sensor, an image quality using the image defect is caused in an image pickup apparatus using the pixel defect. Further, even in an image sensor having no defect in the OB region, there is a problem in that a latent defect becomes obvious due to charge accumulation accompanying long-time exposure and image quality is deteriorated.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances. The object of the present invention is to reduce image quality degradation that occurs during OB clamping due to OB pixel defects within the range of specification conditions (temperature / exposure time) of the imaging apparatus. An object of the present invention is to provide a method of selecting an image sensor for selecting an image sensor that does not occur.
[0011]
Another object of the present invention is to provide an image pickup element that is selected by applying the above-described selection method and that enhances work efficiency when an image pickup apparatus is manufactured. Still another object of the present invention is to provide an imaging apparatus that does not cause degradation in image quality have use an image sensor applying this screening method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(Constitution)
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
[0013]
That is, the present invention is a method for selecting an image sensor used for capturing a subject image of an image pickup apparatus, and includes a pixel for each pixel of the image sensor under an exposure time and temperature condition given based on an output signal of the image sensor. A first step of detecting a defect level; and among the defect information detected in the first step, a first determination method is applied to a pixel portion of an optical black region of the image sensor, and the optical information for pixels portion of the effective pixel region other than the black region to have a second step of performing acceptance judgment for the screened by applying a different second determination method to the first determination method, the first The first determination method compares the relative difference between the pixel output levels of the HOB areas obtained for each line of the image sensor with a first threshold value, and the second determination method is obtained for each line of the image sensor. Pixel output level of the effective area The pixel output level difference in the HOB area is compared with a second threshold value, the first threshold value is set to a value smaller than the second threshold value, and the defect level in the target pixel area is the first threshold value. Or the second threshold value is not exceeded .
[0014]
The present invention is an imaging element which is selected using selection method of the imaging device, information representative of the pre-Symbol usable condition, characterized in that have been granted.
[0015]
The present invention is also an image pickup apparatus using the above selection method or image pickup device for capturing a subject image, and further includes a time limit setting means for setting an exposure time limit value that is a maximum value of an exposure time that does not cause image quality degradation. Thus, the time limit setting means sets the exposure time limit value to a value that does not exceed the longest exposure time allowed by the usable condition of the image sensor.
[0016]
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
[0018]
( 1 ) In the pass / fail judgment by the defect judgment means, the pass / fail judgment is made for the image sensor to be selected based on the usable conditions that are the relationship between the exposure time and temperature range for obtaining a pass judgment and the defect level. To do.
[0019]
( 2 ) The information indicating the usable conditions in the image sensor shall be given by pasting, engraving, printing, or writing on the image sensor.
[0020]
( 3 ) The information indicating the usable conditions in the image sensor should be given by writing information to the storage means built in the image sensor.
[0021]
(4) The time limit setting means in the imaging apparatus is to set the exposure time limit value to a value that does not exceed the longest exposure time allowed by the usable conditions at the upper specification temperature limit of the apparatus itself.
[0022]
( 5 ) The imaging apparatus includes a temperature detection unit together with the time limit setting unit, and the time limit setting unit does not exceed the longest exposure time permitted by the usable condition under the use temperature detected by the temperature detection unit. As described above, the exposure time limit value is variably set.
[0023]
( 6 ) The imaging device should have exposure time limiting means for limiting the exposure time below the exposure time limit value.
[0024]
( 7 ) The imaging device shall have warning means for issuing a warning when using an exposure time exceeding the exposure time limit value.
[0025]
( 8 ) The imaging device shall have storage means for storing usable conditions.
[0026]
(Function)
According to the present invention, the first determination method is applied to the pixel portion of the optical black region of the image pickup device when selecting the image pickup device used for capturing the subject image of the image pickup device, and the effective area other than the optical black region is applied. The pass / fail determination is performed by applying the second determination method to the pixel portion of the pixel region. Here, the first determination method compares the relative difference between the pixel output levels of the HOB areas obtained for each line of the image sensor with the first threshold, and the second determination method is for each line of the image sensor. The difference between the obtained pixel output level of the effective area and the pixel output level of the HOB area is compared with the second threshold value, and the first threshold value is set to a value smaller than the second threshold value . Then, in the first determination method, an OB pixel defect is determined within the range of the specification conditions (temperature / exposure time) of the imaging device by performing a pass determination on the imaging device to be selected based on the usable conditions. Therefore, it is possible to prevent image quality degradation that occurs during OB clamping.
[0027]
In addition, by adding information indicating usable conditions attached when obtaining a pass determination to the image pickup device selected by the above-described selection method, the work efficiency when manufacturing the image pickup device is increased. Is possible. Furthermore, by configuring the imaging apparatus using an imaging element to which information indicating usable conditions is assigned, the imaging apparatus can limit the exposure time based on the usable conditions.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, before describing the embodiment, the basic configuration of the digital camera used in the present invention and the basic configuration of the OB clamp unit will be described.
[0029]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a digital camera used in the present invention.
[0030]
In the figure, 101 is a lens system composed of various lenses, 102 is a lens driving mechanism for driving the lens system 101, 103 is an exposure control mechanism for controlling the aperture of the lens system 101, 104 is a mechanical shutter, and 105 is a color filter. Built-in CCD color image sensor, 106 is a CCD driver for driving the image sensor 105, 107 is a preprocess circuit including an A / D converter, 108 is a color signal generation process, matrix conversion process, and other various digital processes , A digital process circuit 109, a card interface 109, a memory card 110 such as a CF, and a LCD image display system 111.
[0031]
Also, 112 in the figure is a system controller (CPU) 112 for overall control of each part, 113 is an operation switch system composed of various SWs, 114 is an operation display system for displaying operation states and mode states, 115 Is a lens driver for controlling the lens driving mechanism 102, 116 is a strobe as a light emitting means, 117 is an exposure control driver for controlling the strobe 116, 118 is a non-volatile memory (EEPROM) for storing various setting information, etc. ).
[0032]
In the digital camera of the present embodiment, the system controller 112 performs overall control, and in particular controls the shutter device included in the exposure control mechanism 103 and the drive of the CCD image sensor 105 by the CCD driver 106. Exposure (charge accumulation) and signal readout are performed, taken into the digital process circuit 108 via the pre-process circuit 107, subjected to various signal processing, and then recorded on the memory card 110 via the card interface 109. It has become.
[0033]
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of the OB clamp unit.
[0034]
The video signal obtained from the CCD image sensor 201 is input to a main A / D converter (MAD) 202, and the video signal in the effective pixel area is A / D converted by this MAD 202 to obtain a video signal. The video signal from the image sensor 201 is input to a clamp A / D converter (CLAD) 203, and the signal in the OB section is A / D converted by the CLAD 203. The output of the CLAD 203 is input to a clamp shifter (CLSH) 204, and the average value of the OB output is obtained by the CLSH 204. This average value is given to the MAD 202 as a bottom reference voltage. Therefore, the MAD 202 can obtain a video signal obtained by subtracting the dark current component from the image sensor signal.
[0035]
Here, in this embodiment, a white defect is considered. The black defect does not depend on the temperature or the exposure time, and is already absent in the OB area (removed by selection if there is any) in the element manufacturing process, and the defect address is registered in the effective area. In the OB clamp of the camera, the black level detection is performed by obtaining and holding the average of the clamp A / D outputs of the output level of the OB pixel for each line (H), and sampling the effective pixels of the line. Superposed on the A / D bottom reference voltage.
The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
[0036]
(First embodiment)
The present embodiment is a method for selecting an image sensor used in an image pickup apparatus. This will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0037]
First, an inspection device for determination that can detect the output of an image pickup device while maintaining the image pickup device in a specific condition is prepared. Using this apparatus, the output of the image sensor is A / D-sampled in an exposure (accumulation) time of 10 seconds in a thermostatic chamber at 25 degrees in a light-shielded state. The number of bits (resolution) is sufficient for the A / D resolution (example: 1 mV) of the camera.
[0038]
If the camera to be used is one that uses HOB sampling, VOB is not required, so HOB and effective pixel area are analyzed. Here, the relationship among HOB, VOB, and effective pixel area in the image sensor is shown in FIG. Here, the total number of pixels is 1000 × 1000, and the widths of HOB and VOB are both 20 pixels.
[0039]
Focusing on the integrated value of each HOB line, the average value and PP value in all lines are obtained. The average value is for determining an effective pixel area, and the PP value is for determining a defect in the OB area. Then, the OB level (average value) under the above conditions (25 degrees, 10 seconds) is OBL (25, 10), and the OB defect level (PP value) is OBD (25, 10) (step S1). ).
[0040]
In other words, since the HOB (integral for each line) value is a clamp reference, the size of the HOB itself is not directly related to the image quality degradation, and the difference becomes a line step to cause the image quality degradation. As described above. Accordingly, the integrated value PP value corresponding to the maximum value of the difference is used as the evaluation amount of the OB defect level.
[0041]
Next, the defect level calculation values under the specified use conditions are set to OBL (env) and OBD (env) (step S2). Conversion is performed in proportion to time and at 6 dB / 8 ° C. For example, at 41 ° C. for 30 seconds, the time conversion is 3 times and the temperature conversion is 4 times, so OBL (41,30) = 12 × OBL (25,10), OBD (41,30 ) = 12 × OBD (25, 10).
[0042]
In the first determination (step S3), if OBD (env) ≦ 0.5 mV, the test is accepted, and if OBD (env)> 0.5 mV, the test is rejected. In the second determination (steps S4 to S6), each effective pixel output (env) −OBL (env)> 25 mV is set as a defective pixel (to be complemented), and an address is registered for the defective pixel. Here, the number of registrations may be as many as the number permits, but if the number of defective pixels is too large, it is rejected. For example, 1000 / 1,000,000 pixels or less is acceptable. Each effective pixel output (env) −OBL (env) ≦ 25 mV is regarded as acceptable.
[0043]
As described above, in the present embodiment, when both the first and second determinations are acceptable, the overall determination is accepted. By using an image sensor that passes the overall judgment, the image sensor always has a defect level below a predetermined value under the use conditions specified by the camera to be used, and it is possible to prevent image quality deterioration due to charge accumulation associated with long-time exposure. it can.
[0044]
(Second Embodiment)
The present embodiment relates to an image sensor in which data is described by an inspection apparatus for determination. In the following description, the second determination is assumed to have passed with sufficient margin at 45 degrees and 30 seconds, and only the first determination will be exemplified.
[0045]
It is assumed that the result of the imaging evaluation using the imaging element selection method according to the first embodiment is OBD (45, 30) = 0.5 mV. This result is pasted on the back surface of the image sensor package, for example, as a bar code printed seal. In addition, the same sticking, engraving, printing, stamping, and writing with a pen or the like may be performed at an arbitrary place including the lead. Further, an EEPROM may be built in and electrically stored.
[0046]
In the imaging device according to the present embodiment, the maximum use environment of the device can be determined by a barcode or the like attached to the back of the package. For this reason, the work efficiency at the time of comprising an imaging device can be improved.
[0047]
(Third embodiment)
The present embodiment relates to an imaging device using the imaging device selected by the imaging device selection method according to the first embodiment or the imaging device according to the second embodiment.
[0048]
Example 1
It is assumed that the specification as an imaging device is a temperature upper limit of 45 ° C. and a maximum exposure time of 30 seconds. In this case, an image pickup element that is selected under the above conditions, that is, only those having OBD (45, 30) ≦ 0.5 mV as pass is used. That is, it is possible to determine what kind of image sensor can be used according to the specifications of the image pickup apparatus, and it is possible to mount only an image pickup element suitable for the apparatus specification.
[0049]
(Example 2)
It is assumed that the specification as an imaging device is a temperature upper limit of 45 ° C. When an image sensor identified as OBD (45, 30) = 0.5 mV is incorporated in this device (others may be used), this is stored in the EEPROM 118 of the main unit via a barcode reader input in the manufacturing process. Data is entered.
[0050]
Based on this, the longest exposure time of this camera is set to 30 seconds. For example, when an image sensor of OBD (45, 30) = 1 mV is incorporated, the longest exposure time of this camera is 15 seconds based on data (if OBD (45, 30) = X mV {30 × 0.5 / X} seconds). That is, exposure conditions can be set according to the mounted image sensor.
[0051]
(Example 3)
It is assumed that the specification as an imaging device is a temperature upper limit of 45 ° C. In addition, this apparatus has a temperature sensor. When an image sensor determined to have OBD (45, 30) = 0.5 mV is used for this device (others may be used), this is stored in the EEPROM 118 of the main unit via a barcode reader input in the manufacturing process. Data is entered.
[0052]
Based on this, and according to the output of the temperature sensor, the maximum exposure time of this camera is 30 seconds / 45 ° C., 60 seconds / 37 ° C., 120 seconds / 29 ° C., 240 seconds / 21 ° C.,... (OBD (45, 30 ) = XmV, and in the case of T ° C., {30 × 2 ^(45−T) /8×0.5/X} seconds) is set. That is, exposure conditions can be set according to the mounted image sensor and temperature conditions.
[0053]
Example 4
It is assumed that the specification as an imaging device is a temperature upper limit of 45 ° C. In addition, this apparatus has a temperature sensor. When an image sensor determined to have OBD (45, 30) = 0.5 mV is used for this device (others may be used), this is stored in the EEPROM 118 of the main unit via a barcode reader input in the manufacturing process. Data is entered.
[0054]
Based on this, and according to the output of the temperature sensor, the exposure time limit value of this camera is 30 seconds / 45 ° C., 60 seconds / 37 ° C., 120 seconds / 29 ° C., 240 seconds / 21 ° C., c... (OBD (45 , 30) = XmV, and in the case of T ° C., {30 × 2 ^(45−T) /8×0.5/X} seconds) is set. Here, the longest exposure time of the camera is fixedly set to 120 seconds. If the detected temperature is higher than 29 ° C., a warning is displayed when the exposure time exceeds the limit value at that temperature (photographing is possible). Below 29 ° C, the limit is not exceeded and no warning is given.
[0055]
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments. In the embodiment, the first determination level is set to 1/2 LSB or less in consideration of the A / D of the camera. However, this is merely an example, and it is not always necessary to correspond to the A / D resolution. The first determination level is determined from the image quality allowable level and can be changed as appropriate. The same applies to the second determination level.
[0056]
Furthermore, in the above-described embodiment, the PP value of the integral value for each line of the HOB is used as the evaluation amount OBD of the OB defect level. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary evaluation amount can be used. For example, in consideration of the conspicuousness of the line level difference, it is also preferable to use only the difference between two adjacent lines as the OBD with the maximum value. By doing so, the P-P value itself may be large, so that the yield may be further improved. (In this case, P-P value evaluation with a lower judgment criterion than the above embodiment may be used in combination.)
In the above embodiment, this data is input to the EEPROM 118 of the main unit via the barcode reader input in the camera manufacturing process using the image sensor with the barcode sticker attached. When using the image sensor, the data stored in the image sensor built-in EEPROM can be read and used directly without writing data into the EEPROM of the camera body. Can be performed at any time including.
[0057]
In addition, as described above, the effect produced by the novel characteristic configuration of “an EEPROM is incorporated in the imaging device” in an imaging device incorporating the EEPROM or a camera using the same relates to the individual performance of the imaging device as described above. Needless to say, it is most effective when the data is attached to the image pickup device, but it has a great effect even if there is no such limitation.
[0058]
In other words, by using an image pickup device having such a configuration, it is possible to realize a configuration in which “the built-in image pickup EEPROM is used as an EEPROM that is generally required for various adjustments by the completed camera after assembly”. It becomes. Since the camera having such a configuration can eliminate the need for an independent EEPROM that has been conventionally required, it has excellent effects from the viewpoint of cost reduction and miniaturization. Even in such a configuration, this image sensor built-in EEPROM can be used to attach image sensor data such as those related to individual performance as already described in the above embodiments. In this case, at least the amount of data planned for the attached image sensor data and the amount of data planned for general-purpose data used for other adjustments, etc. are built in an EEPROM having a sufficient capacity.
[0059]
Note that the “built-in” of the EEPROM in the image sensor in the above only means that it is normally integrated as one electronic component so as not to be separated, and includes, for example, one-chip or multi-chip. The built-in method and form are arbitrary.
[0060]
Further, the present invention can be applied not only to a digital camera and a video camera but also to various imaging apparatuses using an imaging element. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0061]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the defect determination level in the OB is made stricter than usual with respect to the image pickup element, so that the OB pixel defect is within the range of the specification condition (temperature / exposure time) of the image pickup apparatus. Therefore, it is possible to prevent image quality degradation that occurs during OB clamping. In addition, by providing information indicating usable conditions to the image pickup elements selected by the above-described selection method, it is possible to improve work efficiency when manufacturing the image pickup apparatus. Furthermore, by configuring the image pickup apparatus using the image pickup element to which the above selection method is applied, it is possible to prevent image quality deterioration that occurs during OB clamping.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a digital camera used in the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of an OB clamp unit.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship among HOB, VOB, and effective pixel area in an image sensor.
FIG. 4 is a flowchart for explaining an image sensor selection method according to the first embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Lens system 102 ... Lens drive mechanism 103 ... Exposure control mechanism 104 ... Mechanical shutter 105 ... CCD color image sensor 106 ... CCD driver 107 ... Pre-process part 108 ... Digital process part 109 ... Card interface 110 ... Memory card 111 ... LCD image display System 112 ... System controller (CPU)
113 ... Operation switch system 114 ... Operation display system 115 ... Lens driver 116 ... Strobe 117 ... Exposure control driver 118 ... Non-volatile memory (EEPROM)
201: CCD image sensor 202 ... main A / D converter (MAD)
203 ... Clamp A / D converter (CLAD)
204 ... Clamp shifter (CLSH)