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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024024329
(43)【公開日】2024-02-22
(54)【発明の名称】センサ装置及び補正係数を決定する方法
(51)【国際特許分類】
H04N 25/76 20230101AFI20240215BHJP
【ＦＩ】
H04N5/374
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022127099
(22)【出願日】2022-08-09
(71)【出願人】
【識別番号】518078142
【氏名又は名称】上海天馬微電子有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】110001678
【氏名又は名称】藤央弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】河内 玄士朗
(72)【発明者】
【氏名】芳賀 浩史
(72)【発明者】
【氏名】ロ ホウ
(72)【発明者】
【氏名】ヨウ キクン
(72)【発明者】
【氏名】ゲ ゴウチ
【テーマコード（参考）】
5C024
【Ｆターム（参考）】
5C024CX27
5C024GX03
5C024GX16
5C024GX18
5C024GY39
5C024GY41
5C024HX57
(57)【要約】
【課題】センサ装置における測定信号のノイズを効果的に低減する。
【解決手段】センサ装置は、複数の画素と、複数の画素による測定信号を補正する、制御装置とを含む。複数の画素の各画素は、フォトディテクタと、フォトディテクタからの信号を出力する画素回路とを含む。制御装置は、複数の画素の第１画素の未知の測定信号を取得する。制御装置は、複数の画素のうちの一つの画素の未知の測定信号を取得し、複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、複数の画素の測定信号の統計値と一つの画素の測定信号から得られる値との比、に基づく補正係数を使用して、一つの画素による未知の測定信号を補正する。
【選択図】図７
【解決手段】センサ装置は、複数の画素と、複数の画素による測定信号を補正する、制御装置とを含む。複数の画素の各画素は、フォトディテクタと、フォトディテクタからの信号を出力する画素回路とを含む。制御装置は、複数の画素の第１画素の未知の測定信号を取得する。制御装置は、複数の画素のうちの一つの画素の未知の測定信号を取得し、複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、複数の画素の測定信号の統計値と一つの画素の測定信号から得られる値との比、に基づく補正係数を使用して、一つの画素による未知の測定信号を補正する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
センサ装置であって、
複数の画素と、
前記複数の画素による測定信号を補正する、制御装置と、
を含み、
前記複数の画素の各画素は、
フォトディテクタと、
前記フォトディテクタからの信号を出力する画素回路と、
を含み、
前記制御装置は、
前記複数の画素のうちの一つの画素の未知の測定信号を取得し、
複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値と前記一つの画素の測定信号から得られる値との比、に基づく補正係数を使用して、前記一つの画素による前記未知の測定信号を補正する、
センサ装置。
複数の画素と、
前記複数の画素による測定信号を補正する、制御装置と、
を含み、
前記複数の画素の各画素は、
フォトディテクタと、
前記フォトディテクタからの信号を出力する画素回路と、
を含み、
前記制御装置は、
前記複数の画素のうちの一つの画素の未知の測定信号を取得し、
複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値と前記一つの画素の測定信号から得られる値との比、に基づく補正係数を使用して、前記一つの画素による前記未知の測定信号を補正する、
センサ装置。
【請求項2】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記補正係数は、前記複数の異なる強度を持つ参照光のそれぞれに対して割り当てられている重みを係数とする、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの比の線形結合で与えられる、
センサ装置。
前記補正係数は、前記複数の異なる強度を持つ参照光のそれぞれに対して割り当てられている重みを係数とする、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの比の線形結合で与えられる、
センサ装置。
【請求項3】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記複数の画素の測定信号の統計値は、前記複数の画素それぞれの測定信号から前記複数の画素それぞれの暗状態での測定信号を減算した値の平均値である、
センサ装置。
前記複数の画素の測定信号の統計値は、前記複数の画素それぞれの測定信号から前記複数の画素それぞれの暗状態での測定信号を減算した値の平均値である、
センサ装置。
【請求項4】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記制御装置は、前記異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記複数の画素の測定信号の統計値と、前記異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記一つの画素の測定信号から得られる値と、に基づき前記補正係数を決定する、
センサ装置。
前記制御装置は、前記異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記複数の画素の測定信号の統計値と、前記異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記一つの画素の測定信号から得られる値と、に基づき前記補正係数を決定する、
センサ装置。
【請求項5】
請求項４に記載のセンサ装置であって、
前記制御装置は、前記補正係数の決定において、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素それぞれの測定信号から前記複数の画素それぞれの暗状態での測定信号を減算した値から、前記統計値を算出し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記一つの画素の測定信号から、暗状態での前記一つの画素の測定信号を減算して、第１減算値を取得し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記統計値を前記第１減算値で除算した値と、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれの重み係数と、の線形結合を算出し、
前記一つの画素による前記未知の測定信号の補正において、
前記一つの画素の前記未知の測定信号から、前記暗状態での前記一つの画素の測定信号を減算して第２減算値を算出し、
前記第２減算値と前記線形結合との積を計算する、
センサ装置。
前記制御装置は、前記補正係数の決定において、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素それぞれの測定信号から前記複数の画素それぞれの暗状態での測定信号を減算した値から、前記統計値を算出し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記一つの画素の測定信号から、暗状態での前記一つの画素の測定信号を減算して、第１減算値を取得し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記統計値を前記第１減算値で除算した値と、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれの重み係数と、の線形結合を算出し、
前記一つの画素による前記未知の測定信号の補正において、
前記一つの画素の前記未知の測定信号から、前記暗状態での前記一つの画素の測定信号を減算して第２減算値を算出し、
前記第２減算値と前記線形結合との積を計算する、
センサ装置。
【請求項6】
請求項５に記載のセンサ装置であって、
前記制御装置は、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記統計値と、前記一つの画素の前記未知の測定信号と、に基づいて、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれについての前記重み係数を決定する、
センサ装置。
前記制御装置は、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記統計値と、前記一つの画素の前記未知の測定信号と、に基づいて、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれについての前記重み係数を決定する、
センサ装置。
【請求項7】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記制御装置は、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記比と、前記一つの画素の前記未知の測定信号と、に基づき前記補正係数を決定する、
センサ装置。
前記制御装置は、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの前記比と、前記一つの画素の前記未知の測定信号と、に基づき前記補正係数を決定する、
センサ装置。
【請求項8】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記補正係数ｆは、以下の数式で表すことが可能であり、
ｆ＝Σｋｍ＊＜Ｒｍ＞／Ｒｍ
ｍは、前記複数の異なる強度を持つ参照光の識別子を示し、
ｋｍは、参照光ｍに割り当てられている重みを示し、
Ｒｍは、参照光ｍでの、前記一つの画素の測定信号から得られる値を示し、
＜Ｒｍ＞は、参照光ｍでの前記統計値を示す、
センサ装置。
前記補正係数ｆは、以下の数式で表すことが可能であり、
ｆ＝Σｋｍ＊＜Ｒｍ＞／Ｒｍ
ｍは、前記複数の異なる強度を持つ参照光の識別子を示し、
ｋｍは、参照光ｍに割り当てられている重みを示し、
Ｒｍは、参照光ｍでの、前記一つの画素の測定信号から得られる値を示し、
＜Ｒｍ＞は、参照光ｍでの前記統計値を示す、
センサ装置。
【請求項9】
請求項８に記載のセンサ装置であって、
前記未知の測定信号を補正した値Ｓｏ＾は、以下の数式で表すことが可能であり、
Ｓｏ＾＝（Ｓｘ－Ｒｄ）＊ｆ
Ｓｘは、前記未知の測定信号であり、
Ｒｄは、暗状態での前記一つの画素の測定信号であり、
前記参照光ｍでの前記一つの画素の測定信号から得られる値Ｒｍは、以下の数式で表すことが可能であり、
Ｒｍ＝Ｒｌｍ－Ｒｄ
Ｒｌｍは、前記参照光ｍでの前記一つの画素の測定信号であり、
前記参照光ｍでの前記統計値＜Ｒｍ＞は、前記複数の画素についての、前記参照光ｍでの測定信号から暗状態での測定信号を減算した値、の平均値である、
センサ装置。
前記未知の測定信号を補正した値Ｓｏ＾は、以下の数式で表すことが可能であり、
Ｓｏ＾＝（Ｓｘ－Ｒｄ）＊ｆ
Ｓｘは、前記未知の測定信号であり、
Ｒｄは、暗状態での前記一つの画素の測定信号であり、
前記参照光ｍでの前記一つの画素の測定信号から得られる値Ｒｍは、以下の数式で表すことが可能であり、
Ｒｍ＝Ｒｌｍ－Ｒｄ
Ｒｌｍは、前記参照光ｍでの前記一つの画素の測定信号であり、
前記参照光ｍでの前記統計値＜Ｒｍ＞は、前記複数の画素についての、前記参照光ｍでの測定信号から暗状態での測定信号を減算した値、の平均値である、
センサ装置。
【請求項10】
センサ装置の制御装置による画素の測定信号の補正で使用される、補正係数を決定する方法であって、
前記センサ装置の複数の画素の各画素は、
フォトディテクタと、
前記フォトディテクタからの信号を出力する画素回路と、
を含み、
前記方法は、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の各画素の測定信号を取得し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値を決定し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値と前記複数の画素の各画素の測定信号とに基づいて、前記複数の画素の各画素の補正係数を決定する、
方法。
前記センサ装置の複数の画素の各画素は、
フォトディテクタと、
前記フォトディテクタからの信号を出力する画素回路と、
を含み、
前記方法は、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の各画素の測定信号を取得し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値を決定し、
前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値と前記複数の画素の各画素の測定信号とに基づいて、前記複数の画素の各画素の補正係数を決定する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、フォトディテクタからの信号のノイズ低減技術に関する。
【背景技術】
【0002】
光撮像素子からの出力信号に含まれるノイズは、時間的に変動するライダムノイズと、時間変動しない固定パタンノイズ（ＦＰＮ）に分類される。さらに、ＦＰＮは、光入射が無い状態で観測される暗時ＦＰＮと、入射光強度に依存して大きさが変化する明時ＦＰＮの２種類が存在する。暗時ＦＰＮは、撮像素子の画素回路や読み出し回路の入出力特性のばらつきに起因する。一方、明時ＦＰＮは光電変換素子の特性のばらつきに起因し、入射光強度（フォトン数）の増大とともにノイズ強度は増大することが知られている。
【0003】
ＦＰＮは、時間的には変動せず、撮像画素毎の特性ばらつきとして空間的に固定されているため、適切な信号処理によって抑制することができる。例えば、暗状態での信号をメモリに格納しておき、フォトディテクタの検出信号から減算することで暗時ＦＰＮを低減する方法が知られている。
【0004】
明時ＦＰＮの抑制手法としては、例えば、１ないし２の均一参照光照射状態での参照信号を用意し、それらを検出信号から減算する方法が知られている。さらに、特許文献１は、検出信号を均一参照光照射状態の参照信号で除算することで、明時ＦＰＮを抑制する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１５－１０００９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、従来の手法では、明時ＦＰＮを十分に低減することができなかった。したがって、フォトディテクタの明時ＦＰＮをより効果的に低減することができる技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様のセンサ装置は、複数の画素と、前記複数の画素による測定信号を補正する、制御装置と、を含む。前記複数の画素の各画素は、フォトディテクタと、前記フォトディテクタからの信号を出力する画素回路とを含む。前記制御装置は、前記複数の画素のうちの一つの画素の未知の測定信号を取得し、複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値と前記一つの画素の測定信号から得られる値との比、に基づく補正係数を使用して、前記一つの画素による前記未知の測定信号を補正する。
【0008】
本開示の一態様は、センサ装置の制御装置による画素の測定信号の補正で使用される、補正係数を決定する方法である。前記センサ装置の複数の画素の各画素は、フォトディテクタと、前記フォトディテクタからの信号を出力する画素回路とを含む。前記方法は、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の各画素の測定信号を取得し、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値を決定し、前記複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、前記複数の画素の測定信号の統計値と前記複数の画素の各画素の測定信号とに基づいて、前記複数の画素の各画素の補正係数を決定する。
【発明の効果】
【0009】
本開示の一態様によれば、フォトディテクタからの信号に含まれるノイズを効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施形態１に関わるイメージセンサの構成例を示したブロック図である。
【図2】主制御装置の構成例を模式的に示す。
【図3】画素の回路構成例を示した回路図である。
【図4】関連技術によるノイズ低減処理の演算方法を示す信号フローチャートである。
【図5】測定信号に対する関連技術によるノイズ低減処理の実験結果を示す。
【図6】測定信号に対する関連技術によるノイズ低減処理の実験結果を示す。
【図7】本明細書の一実施形態に係る、ノイズ低減処理の演算方法を示す信号フローチャートである。
【図8】本明細書の一実施形態に係る、重み係数の決定方法を示す信号フローチャートである。
【図9】ノイズ除去前の画素の実測データの例を示す。
【図13】実施形態２において、照射光強度とノイズ実行電圧との関係を示す。
【図14】フォトダイオードを含む画素の光電変換特性の例を示す。
【図15】画素のノイズ電圧特性の例を示す。
【図16】センサ付ＯＬＥＤパネルの断面構造を模式的に示す。
【図17】光センサアレイの断面構造例を模式的に示す。
【図18】Ｘ線センサパネルの断面構造を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下において、本開示のイメージセンサについて図面を参照して詳細に説明する。各図面における各構成要素の大きさや縮尺は、図の視認性を確保するために適宜変更して記載している。また、各図面におけるハッチングは、各構成要素を区別するためのものであり、必ずしも切断面を意味するものではない。また、スイッチング素子あるいは増幅素子として用いられる非線形素子についてトランジスタという呼称を用いるが、トランジスタはＴｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ）を含む。
【0012】
本明細書においては、特に言及がない場合、光という語は、可視光及び可視光より波長の短い又は長い電磁波を含む。例えば、赤外線や紫外線の他、より波長の短い電磁波であるＸ線が含まれる。つまり、フォトディテクタ又は光電変換素子は、特に言及がない場合、任意の波長の電磁波を電気信号に変換する素子である。
【0013】
＜実施形態１＞
図１は実施形態１に関わるイメージセンサの構成例を示したブロック図である。本開示のイメージセンサ１０は、センサ基板１１と制御システムを含む。制御システムは、駆動回路１４、信号検出回路１６、及び主制御装置１８を含む。
図１は実施形態１に関わるイメージセンサの構成例を示したブロック図である。本開示のイメージセンサ１０は、センサ基板１１と制御システムを含む。制御システムは、駆動回路１４、信号検出回路１６、及び主制御装置１８を含む。
【0014】
センサ基板１１は、絶縁性基板（たとえばガラス基板）と、絶縁性基板上に画素１３が縦横のマトリクス状に配置された画素領域１２を含む。画素領域１２には、検出光である放射線を受けて蛍光を発するシンチレータが配置されている場合がある。駆動回路１４は、画素１３による光検出のため、画素１３を駆動する。信号検出回路１６は、信号線それぞれからの信号を検出する。主制御装置１８は、駆動回路１４及び信号検出回路１６を制御する。
【0015】
本実施形態において、駆動回路１４及び信号検出回路１６は、センサ基板１１とは別の部品として形成されている。これら回路は、それぞれ異なるＩＣチップに実装されていてもよく、これら回路の一部又はすべてが同一のＩＣチップに実装されていてもよく、一つの回路が複数のＩＣチップに実装されてもよい。
【0016】
主制御装置１８は、例えば、計算機構成を有することができる。図２は、主制御装置１８の構成例を模式的に示す。図２の構成例において、主制御装置１８は、プロセッサ２０１、メモリ（主記憶装置）２０２、補助記憶装置２０３、出力装置２０４、入力装置２０５、及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）２０７、及びＡＤ変換インタフェース（ＡＤＣ）２０８を含む。上記構成要素は、バスによって互いに接続されている。メモリ２０２、補助記憶装置２０３又はこれらの組み合わせは記憶装置であり、プロセッサ２０１が使用するプログラム及びデータを格納している。
【0017】
メモリ２０２は、例えば半導体メモリから構成され、主に実行中のプログラムやデータを保持するために利用される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に格納されているプログラムに従って、様々な処理を実行する。これにより、様々な機能部が実現される。
【0018】
補助記憶装置２０３は、例えばハードディスクドライブやソリッドステートドライブなどの大容量の記憶装置から構成され、プログラムやデータを長期間保持するために利用される。
【0019】
プロセッサ２０１は、単一の処理ユニットまたは複数の処理ユニットで構成することができ、単一もしくは複数の演算ユニット、又は複数の処理コアを含むことができる。プロセッサ２０１は、１又は複数の中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロ計算機、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ステートマシン、ロジック回路、グラフィック処理装置、チップオンシステム、及び／又は制御指示に基づき信号を操作する任意の装置として実装することができる。
【0020】
補助記憶装置２０３に格納されたプログラム及びデータが起動時又は必要時にメモリ２０２にロードされ、プログラムをプロセッサ２０１が実行することにより主制御装置１８の各種処理が実行される。したがって、以下においてプログラムにより実行される処理は、プロセッサ２０１又は主制御装置１８による処理である。
【0021】
入力装置２０５は、ユーザが主制御装置１８に指示や情報などを入力するためのハードウェアデバイスである。出力装置２０４は、入出力用の各種画像を提示するハードウェアデバイスであり、例えば、表示デバイス又は印刷デバイスである。ＡＤ変換インタフェース２０８は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するインタフェースである。通信Ｉ／Ｆ２０７は、ネットワークとの接続のためのインタフェースである。入力装置２０５及び出力装置２０４は省略されてもよく、主制御装置１８は、ネットワークを介して、端末からアクセスされてもよい。
【0022】
主制御装置１８の機能は、１以上のプロセッサ及び非一過性の記憶媒体を含む１以上の記憶装置を含む１以上の計算機からなる計算機システムに実装することができる。複数の計算機はネットワークを介して通信する。例えば、主制御装置１８の複数の機能の一部が一つの計算機に実装され、他の一部が他の計算機に実装されてもよい。
【0023】
図３は一つの画素１３の回路構成例を示した回路図である。なお、図３は画素回路の一例を示すものであって、他の回路構成が利用されてよい。本開示のイメージセンサの一つの画素１３は、４つのトランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４とフォトダイオードＰＤとを含んでいる。
【0024】
フォトダイオードＰＤは、フォトディテクタ（光源変換素子とも呼ぶ）の例である。ここで示した例では、フォトダイオードＰＤのアノード端子がトランジスタＴＲ１のゲート端子とトランジスタＴＲ３のドレイン端子とに接続され、カソード端子が電源線ＰＡに接続されている。トランジスタＴＲ１のドレイン端子は電源線ＰＰに接続され、ソース端子はトランジスタＴＲ２のドレイン端子に接続されている。
【0025】
トランジスタＴＲ２のゲート端子は制御線Ｇｎに接続され、ソース端子は信号線Ｄｍに接続されている。トランジスタＴＲ３のゲート端子は制御線Ｒｎに接続され、ソース端子は電源線ＰＢに接続されている。トランジスタＴＲ４のゲート端子はバイアス線ＢＩに接続され、ドレイン端子は信号線Ｄｍに接続され、ソース端子は電源線ＶＥに接続されている。電源線ＶＥの電源電位は、電源線ＰＰの電源電位より低い。バイアス線ＢＩは、一定のバイアス電位をトランジスタＴＲ４のゲート端子に与える。
【0026】
フォトダイオードＰＤは光を電荷に変換する機能を実現する。トランジスタＴＲ１（増幅トランジスタ）は、フォトダイオードＰＤの一端の電位を増幅する機能を実現する。トランジスタＴＲ２は、出力を制御する機能を実現する。トランジスタＴＲ３はフォトダイオードＰＤの電位をリセットする機能を実現する。トランジスタＴＲ４は、抵抗として機能する。信号線Ｄｍは、フォトダイオードＰＤによる光の検出信号Ｖｏｕｔを信号検出回路１６に伝送する。駆動回路１４は、図３に示す制御線及び電源線に、制御信号及び電源電位を供給する。
【0027】
以下において、主制御装置１８により実行される処理を説明する。主制御装置１８は、センサ基板１１の各画素１３による検出光の測定信号を補正し、そのノイズを低減する。画素１３からの測定信号（出力信号）に含まれるノイズは、時間的に変動するライダムノイズと、時間変動しない固定パタンノイズ（ＦＰＮ）に分類される。
【0028】
ＦＰＮは、光入射が無い状態で観測される暗時ＦＰＮと、入射光強度に依存して大きさが変化する明時ＦＰＮの２種類が存在する。暗時ＦＰＮは、画素回路や読み出し回路の入出力特性のばらつきに起因する。一方、明時ＦＰＮは、フォトダイオードの特性のばらつきに起因し、入射光強度（フォトン数）の増大とともにノイズ強度は増大することが知られている。ＦＰＮは、時間的には変動せず、画素毎の特性ばらつきとして空間的に固定されている。以下に説明する処理は、暗時ＦＰＮ及び明時ＦＰＮを低減する。なお、以降、暗時ＦＰＮを加算性ＦＰＮ、明時ＦＰＮを乗算性ＦＰＮとも呼ぶ。
【0029】
本明細書の一実施形態は、フォトダイオードによる測定信号において下記のノイズモデルを仮定する。
Ｓｘ＝Ｓｏ＋Ａ＊Ｓｏ＋Ｒｄ （１）
Ｓｘ＝Ｓｏ＋Ａ＊Ｓｏ＋Ｒｄ （１）
【0030】
Ｓｘは、ノイズを含む画素による測定信号である。Ｒｄは、暗状態での測定信号である。これは、（加算性ＦＰＮ）である。Ｓｏは、ノイズを含まない真の光検出信号である。Ａは、乗算性ＦＰＮ係数である。主制御装置１８は、画素１３から受け取った測定信号Ｓｘから、加算性ＦＰＮ及び乗算性ＦＰＮを除去して、真の光検出信号Ｓｏを得るために、測定信号Ｓｘを補正する。
【0031】
本明細書に実施形態のノイズ低減のための信号処理を説明する前に、関連技術のノイズ低減のための信号処理を説明する。関連技術は、３つの測定データを準備する。それらは、暗状態での測定信号Ｒｄ、均一光照射時の測定信号Ｒｌ、そして、実利用時の真の光検出信号Ｓｏを抽出すべき測定信号Ｓｘである。
【0032】
図４は、関連技術によるノイズ低減処理の演算方法を示す信号フローチャートである。関連技術は、全画素１３の暗状態の測定信号Ｒｄを取得し、その後、対象の一つの画素１３の補正対称の測定信号Ｓｘを取得する。測定における暗状態は、理想的には、画素１３の検出限界未満の光が存在する状態であるが、設計に応じた閾値未満の強度の光が存在する状態でよい。
【0033】
関連技術は、対象画素１３の測定信号Ｓｘから、対象画素１３の暗状態の測定信号Ｒｄを減算して、信号Ｓ１を得る（３０１）。
Ｓ１＝Ｓｘ－Ｒｄ （２）
これにより、対象画素１３の測定信号Ｓｘから、加算性ＦＰＮが除去される。
Ｓ１＝Ｓｘ－Ｒｄ （２）
これにより、対象画素１３の測定信号Ｓｘから、加算性ＦＰＮが除去される。
【0034】
関連技術は、さらに、均一光（参照光）照射時（明状態）の全画素１３それぞれの測定信号Ｒｌから、それら画素１３の暗状態での測定信号Ｒｄを減算して、全画素１３それぞれの信号Ｒ１を得る（３０２）。均一光強度は、画素１３の検出可能範囲内にあり、暗状態で存在する光の強度よりずっと高い。
Ｒ１＝Ｒｌ－Ｒｄ （３）
これにより、均一光照射時の測定信号Ｒｌから、加算性ＦＰＮが除去される。
Ｒ１＝Ｒｌ－Ｒｄ （３）
これにより、均一光照射時の測定信号Ｒｌから、加算性ＦＰＮが除去される。
【0035】
関連技術は、対象画素１３の信号Ｓ１を、対象画素１３の信号Ｒ１で除算する（３０３）。関連技術は、さらに、全画素１３の信号Ｒ１の平均値＜Ｒ１＞を算出する（３０４）。さらに、関連技術は、次の演算により、信号Ｓ１に含まれる乗算性ＦＰＮを除去する（３０５）
Ｓｏ＾＝（Ｓ１／Ｒ１）＊＜Ｒ１＞ （４）
Ｓｏ＾は、ノイズを含まない真の光検出信号Ｓｏの推定値である。
Ｓｏ＾＝（Ｓ１／Ｒ１）＊＜Ｒ１＞ （４）
Ｓｏ＾は、ノイズを含まない真の光検出信号Ｓｏの推定値である。
【0036】
関連技術が、Ｓ１＾を真の光検出信号Ｓｏと推定する理由を説明する。上記ノイズモデルに従えば、次の関係が成立する。
Ｓ１＝Ｓｏ＊（１＋Ａ） （５）
同様に、次の関係が成立する。
Ｒ１＝Ｒｏ＊（１＋Ａ） （６）
Ｒｏは、測定信号Ｒｌの真の光検出信号である。
Ｓ１＝Ｓｏ＊（１＋Ａ） （５）
同様に、次の関係が成立する。
Ｒ１＝Ｒｏ＊（１＋Ａ） （６）
Ｒｏは、測定信号Ｒｌの真の光検出信号である。
【0037】
関連技術は、信号Ｒ１の全画素の平均値＜Ｒ１＞を、信号Ｒ１の真の信号値Ｒｏと推定する。
Ｒｏ＝＜Ｒ１＞＊（１＋Ａ） （７）
関連技術は、数式（７）から、乗算性ＦＰＮ係数Ａを算出し、式（５）に代入することで、測定信号Ｓｘの信の光検出信号Ｓｏの推定値Ｓｏ＾を算出する。
Ｒｏ＝＜Ｒ１＞＊（１＋Ａ） （７）
関連技術は、数式（７）から、乗算性ＦＰＮ係数Ａを算出し、式（５）に代入することで、測定信号Ｓｘの信の光検出信号Ｓｏの推定値Ｓｏ＾を算出する。
【0038】
図５及び図６は、測定信号Ｓｘに対する関連技術によるノイズ低減処理の実験結果を示す。図５は、４つの異なる強度の均一光の露光条件で測定された、測定信号（Ｒａｗ Ｄａｔａ）を示す。図５のグラフにおいて、横軸は行又は列方向における画素位置を示し、縦軸は画素の出力電圧を示す。
【0039】
測定信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄの照射光強度は、これらの順で、増加する。信号Ｓｄが最も光強度が大きいときの測定信号であり、信号Ｓａが最も光強度が小さいときの測定信号である。図５に示すように、各測定信号は、大きなノイズを示す。
【0040】
図６は、測定信号Ｓａを参照信号Ｒｌとし、式（４）を用いて、測定信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄのノイズを低減した結果Ｓｏａ＾、Ｓｏｂ＾、Ｓｏｃ＾、Ｓｏｄ＾を示す。信号Ｓａ＾に示すように、測定信号Ｓａのノイズは、完全に除去される。これは、式（４）において、Ｓ１＝Ｒ１であるからである。
【0041】
しかし、光照射レベルが測定信号Ｓａの光照射レベルから外れるにしたがって、測定信号Ｓｂ、Ｓｃ、ＳｄのＦＰＮが増大する。そのため、例えば、信号Ｓｄ＾が示すように、参照光信号Ｓａから大きく外れた露光条件では、式（４）により処理した信号において、乗算性ＦＰＮが除去しきれない。
【0042】
次に、本明細書の一実施形態に係る、フォトダイオードの測定信号のノイズ低減のための信号処理を説明する。本明細書の一実施形態は、強度が異なる複数の参照光信号（参照光の測定信号）に基づく補正係数を使用して、測定信号を補正する。これにより、効果的に測定信号からノイズを除去することができる。複数の参照光の波長成分は例えば同一でよい。参照光の強度及び波長成分は、イメージセンサ１０が検出することを目的とする光に特性に応じて適切に決定される。
【0043】
主制御装置１８は、異なる強度の複数参照光に基づく補正係数を使用して、各画素１３からの光測定信号Ｓｘの補正処理を実行する。これにより、各画素１３の測定信号Ｓｘのノイズ成分を効果的に低減し、真の光信号Ｓｏを推定することができる。式（１）のノイズモデルが示すように、測定信号Ｓｘは、加算性ＦＰＮ及び乗算性ＦＰＮを有する。
【0044】
以下に説明する例は、加算性ＦＰＮ及び乗算性ＦＰＮを低減する。ここでは、複数参照光に基づく係数は、乗算性ノイズを低減するため使用される。加算性ＦＰＮが小さい場合、加算性ＦＰＮを低減するための演算は省略されてもよい。主制御装置１８は、次の式によって、各画素１３の測定信号Ｓｘを補正して、真の信号の推定値Ｓｏ＾を得ることができる。
Ｓｏ＾＝（Ｓｘ－Ｒｄ）＊ｆ （８）
Ｓｏ＾＝（Ｓｘ－Ｒｄ）＊ｆ （８）
【0045】
Ｒｄは、暗状態での各画素１３の測定信号Ｒｄであり、加算性ＦＰＮを低減するための補正係数である。ｆは乗算性ＦＰＮを低減するための補正係数であり、強度が異なる複数参照光での測定結果に基づき決定される。本明細書の一実施形態において、特定の画素の補正係数は、複数の異なる強度を持つ参照光それぞれでの、複数の画素の測定信号の統計値と、上記特定の画素の測定信号から得られる値との比、に基づく。本明細書の一実施形態において、補正係数は、複数の異なる強度を持つ参照光での上記比と重み係数の線形結合で表すことができる。
【0046】
実利用時、主制御装置１８は、各画素１３の補正係数Ｒｄ及びｆを予め保持しており、各画素１３の測定信号Ｓｘを補正係数Ｒｄ及びｆを使用して補正し、真の光検出信号の推定値Ｓｏ＾を取得する。なお、主制御装置１８は、ｆを計算するための他の係数を保持していてもよい。
【0047】
以下において、補正係数ｆの決定方法を説明する。例えば、主制御装置１８又はイメージセンサ１０の製造装置が、補正係数ｆを決定することができる。図７は、本明細書の一実施形態に係る、ノイズ低減処理の演算方法を示す信号フローチャートである。
【0048】
図７のフローチャートは、各対象画素１３について、補正係数ｆの計算方法及び補正係数Ｒｄ、ｆを使用した測定信号Ｓｘの補正方法を示す。以下においては、主制御装置１８が、図７が示す処理を実行するものとする。図４を参照した一つの参照信号についての説明は、図７における各参照光についての処理に適用し得る。
【0049】
主制御装置１８は、暗状態の全画素１３の測定信号Ｒｄ、及び異なる強度の第１～第ｎ参照光（均一光）それぞれでの、全画素１３それぞれの測定信号Ｒｌ１～Ｒｌｎを取得する。ｎは、２以上の整数である。測定信号Ｒｄ、Ｒｌ１～Ｒｌｎは一部の複数画素１３からのみ取得されてもよい。
【0050】
主制御装置１８は、全画素１３の各画素１３について、その測定信号Ｒｌ１からその測定信号Ｒｄを減算して、Ｒ１を得る（３５１）。これにより、均一光照射時の測定信号Ｒｌ１から、加算性ＦＰＮが除去される。
Ｒ１＝Ｒｌ１－Ｒｄ （９）
Ｒ１＝Ｒｌ１－Ｒｄ （９）
【0051】
さらに、主制御装置１８は、全画素１３のＲ１の平均値＜Ｒ１＞を算出する（３５２）。そして、主制御装置１８は、平均値＜Ｒ１＞を、補正対象画素１３の信号Ｒ１で除算する（３５３）。なお、平均値と異なる統計値、例えば、中央値が使用されてもよい。
＜Ｒ１＞／Ｒ１ （１０）
＜Ｒ１＞／Ｒ１ （１０）
【0052】
主制御装置１８は、信号Ｒ１について実行した処理を、他の参照光の信号Ｒ２～Ｒｎに対しても実行する。例えば、主制御装置１８は、測定信号Ｒ２について、処理３５４、３５５及び３５６を実行する。また、主制御装置１８は、測定信号Ｒｎについて、処理３５７、３５８及び３５９を実行する。
【0053】
次に、主制御装置１８は、予め算出して保持している重み係数ｋ１～ｋｎを使用して、＜Ｒ１＞／Ｒ１～＜Ｒｎ＞／Ｒｎの加重平均を算出する（３６０）。重み係数ｋ１～ｋｎは正規化されており、それらの総計は１であるとする。
Σｋｍ＊＜Ｒｍ＞／Ｒｍ （１１）
Σｋｍ＊＜Ｒｍ＞／Ｒｍ （１１）
【0054】
ｍは、１～ｎのいずれかである。この加重平均が、補正係数ｆとして使用される。このように、強度が異なる参照光の測定信号を使用することで、様々な強度を取り得る測定信号Ｓｘをより適切に補正することができる。また、参照光それぞれに対して重み係数を与えることで、測定信号Ｓｘをより適切に補正することができる。重み係数の値は、イメージセンサ１０に依存するが、通常、少なくとも一部の重み係数は異なる値である。
【0055】
主制御装置１８は、対象の画素１３の測定信号Ｓｘから、暗状態での当該画素１３の測定信号Ｒｄを減算して、信号Ｓ１を得る（３６５）。
Ｓ１＝Ｓｘ－Ｒｄ （１２）
これにより、対象の測定信号Ｓｘから、加算性ＦＰＮが除去される。
Ｓ１＝Ｓｘ－Ｒｄ （１２）
これにより、対象の測定信号Ｓｘから、加算性ＦＰＮが除去される。
【0056】
次に、主制御装置１８は、係数ｆと信号Ｓ１の積算を行い、対象画素１３の真の光検出信号の推定値Ｓｏ＾を算出する（３６６）。
Ｓｏ＾＝Ｓ１＊ｆ （１３）
Ｓｏ＾＝Ｓ１＊ｆ （１３）
【0057】
上述のように、本明細書の一実施形態は、強度の異なる複数の均一光照射参照測定信号から、画素毎に固有の乗算性ノイズ因子を導出し、その因子を用いて、画素毎の未知の測定信号を補正する。これにより、広い照射強度範囲でノイズを効果的に低減することができる。
【0058】
以下において、重み係数ｋ１～ｋｎの決定方法を説明する。本明細書の一実施形態は、均一参照光照射時の全画素信号のノイズ実効電圧が最小となるように、重み係数ｋ１～ｋｎを決定する。なお、重み係数は、イメージセンサ１０の設計に応じて適切に設定し得る。主制御装置１８又はイメージセンサ１０の製造装置が、重み係数ｋ１～ｋｎを決定し得る。以下において、主制御装置１８が重み係数ｋ１～ｋｎを決定するものとする。
【0059】
図８は、本明細書の一実施形態に係る、重み係数の決定方法を示す信号フローチャートである。主制御装置１８は、全画素１３の各画素１３について、その測定信号Ｒｌ１からその測定信号Ｒｄを減算して、Ｒ１を得る（４０１）。
Ｒ１＝Ｒｌ１－Ｒｄ （１４）
Ｒ１＝Ｒｌ１－Ｒｄ （１４）
【0060】
次に、主制御装置１８は、全画素１３のＲ１の平均値＜Ｒ１＞を算出する（４０２）。さらに、主制御装置１８は、各画素１３の信号Ｒ１から、平均値＜Ｒ１＞を減算する（４０３）。そして、主制御装置１８は、全画素の各画素１３について、信号Ｒ１と平均値＜Ｒ１＞との間の差の二乗値（Ｒ１－＜Ｒ１＞）2を算出する（４０４）。
【0061】
主制御装置１８は、信号Ｒ１について実行した処理を、他の参照光の信号Ｒ２～Ｒｎに対しても実行する。例えば、主制御装置１８は、信号Ｒ２について、処理４０５から４０８を実行する。また、主制御装置１８は、信号Ｒｎについて、処理４０９から４１２を実行する。
【0062】
次に、主制御装置１８は、全画素、全参照光レベルの信号Ｒ１～Ｒｎについて、全画素平均からの偏差の二乗の加重平均を計算する（４１５）。より具体的には、主制御装置１８は、各画素１３について、（Ｒｍ－＜Ｒｍ＞）2と重み係数ｋｍの積和（線形結合）を計算し、さらに、全画素１３の計算した値の和を計算する。ここで、ｍは１からｎの任意の整数であり、重み係数は、正規化されている。
ΣΣｋｍ＊（Ｒｍ－＜Ｒｍ＞）2 （１５）
ΣΣｋｍ＊（Ｒｍ－＜Ｒｍ＞）2 （１５）
【0063】
式（１５）において、一つ目のΣは、全画素についてのＳＵＭを示す。２つ目のΣは各画素１３におけるｎ個の全参照光についてＳＵＭを示す。主制御装置１８は、式（１５）で求めた値を最小化する最適化ループによって、重み係数ｋ１～ｋｎを決定する（４１６）。
【0064】
以下において、本明細書の一実施形態の画素１３の測定信号の補正書処理の効果を説明する。図９は、ノイズ除去前の画素１３の実測データの例を示す。図９のグラフにおいて、横軸は画素位置を示し、縦軸は画素１３からの出力電圧（Ｖ）を示す。図９は、４つの照射光の測定信号Ｒｌ１～Ｒｌ４を示す。それら照射光の光源強度（ａ．ｕ．）は、１２０、１６０、２００、２４０である。
【0065】
測定は、１層又は２層の透明ＰＥＴフィルムで構成された光学変調フィルムによって形成した疑似光信号を、画素アレイに照射した。図９において、鋭いピークは、フィルム側面の影響で光強度が低下していることを示す。出力電圧が小さいほど、光照度は大きいことを意味する。
【0066】
図１０は、図４を参照して説明した関連技術による補正処理の結果を示す。参照光は、Ｒｌ１であり、その光強度は１２０である。図１１は、図７及び８を参照して説明した本明細書の一実施形態による補正処理の結果を示す。４つの照射光Ｒｌ１～Ｒｌ４の全てが、補正係数を決定するための参照光である。
【0067】
図１２は、図１０における破線矩形５０１で囲まれた部分と、図１１において破線矩形５０２で囲まれた部分の、照射光強度とノイズ実行電圧との関係を示す。図１２のグラフにおいて、横軸は参照光の照射光強度を示し、縦軸はノイズの実効電圧（Ｖ）を示す。破線５１１は、関連技術の補正処理後のノイズを示し、実線５１２は本明細書の一実施形態の補正処理後のノイズを示す。照射光Ｒｌ１～Ｒｌ４の強度は、上述のように、それぞれ、１２０、１６０、２００及び２４０である。
【0068】
図１２に示すように、関連技術の補正処理結果は、参照光Ｒｌ１より照射光強度が離れるにしたがって増加するノイズの実効電圧を示す。一方、本明細書の実施形態の補正処理結果は、広い照射光強度において大きなノイズ低減効果を示している。このように、本明細書の実施形態に係る補正処理は、広い照射強度範囲でノイズを効果的に低減することができる。
【0069】
＜実施形態２＞
以下において、本明細書の一実施形態に係る、フォトダイオードの測定信号のノイズ低減のための信号処理を説明する。以下に説明するノイズ低減処理は、乗算性ＦＰＮを低減する補正係数を、測定信号の大きさに基づいて、適応的に決定する。これにより、広い照射強度範囲でノイズを効果的に低減することができる。
以下において、本明細書の一実施形態に係る、フォトダイオードの測定信号のノイズ低減のための信号処理を説明する。以下に説明するノイズ低減処理は、乗算性ＦＰＮを低減する補正係数を、測定信号の大きさに基づいて、適応的に決定する。これにより、広い照射強度範囲でノイズを効果的に低減することができる。
【0070】
本実施形態の主制御装置１８は、実施形態１と同様に、各画素１３の測定信号Ｓｘを補正して、真の信号の推定値Ｓｏ＾を得ることができる。
Ｓｏ＾＝（Ｓｘ－Ｒｄ）＊ｆ （１６）
Ｓｏ＾＝（Ｓｘ－Ｒｄ）＊ｆ （１６）
【0071】
式（１６）において、測定信号Ｓｘ及び加算性ＦＰＮの補正係数Ｒｄは、実施形態１の式（８）と同様である。つまり、Ｒｄは、暗状態での各画素１３の測定信号である。本実施形態の乗算性ＦＰＮの補正係数ｆの導出方法が、実施形態１の導出方法と異なる。他の点は、実施形態１と同様である。以下においては、補正係数ｆの導出方法を説明する。
【0072】
本実施形態のノイズ低減処理は、実施形態１と同様に、複数の強度が異なる参照光の照射により得られる複数の参照信号を使用して、補正係数を決定する。以下に説明する例は、２つの均一参照光の参照信号を使用する。３以上の強度が異なる参照光の測定信号を使用することも可能である。実施形態１と同様に、以下の信号が取得される。
【0073】
Ｓｘ ：補正対象の一つの画素の測定信号
Ｒｌ１：各画素の参照光１における測定信号
Ｒｌ２：各画素の参照光２における測定信号
Ｒｄ ：各画素の暗状態における測定信号
Ｒｌ１：各画素の参照光１における測定信号
Ｒｌ２：各画素の参照光２における測定信号
Ｒｄ ：各画素の暗状態における測定信号
【0074】
主制御装置１８は、対象の画素１３の測定信号Ｓｘから、暗状態での当該画素１３の測定信号Ｒｄを減算して、信号Ｓ１を得る。
Ｓ１＝Ｓｘ－Ｒｄ （１７）
これにより、対象の測定信号Ｓｘから、加算性ＦＰＮが除去される。
Ｓ１＝Ｓｘ－Ｒｄ （１７）
これにより、対象の測定信号Ｓｘから、加算性ＦＰＮが除去される。
【0075】
主制御装置１８は、全画素１３の各画素１３について、その測定信号Ｒｌ１からその測定信号Ｒｄを減算して、Ｒ１を得る。これにより、均一光照射時の測定信号Ｒｌ１から、加算性ＦＰＮが除去される。
Ｒ１＝Ｒｌ１－Ｒｄ （１８）
Ｒ１＝Ｒｌ１－Ｒｄ （１８）
【0076】
さらに、主制御装置１８は、全画素１３の各画素１３について、その測定信号Ｒｌ２からその測定信号Ｒｄを減算して、Ｒ２を得る。これにより、均一光照射時の測定信号Ｒｌ２から、加算性ＦＰＮが除去される。
Ｒ２＝Ｒｌ２－Ｒｄ （１９）
Ｒ２＝Ｒｌ２－Ｒｄ （１９）
【0077】
主制御装置１８は、信号Ｒ１の全画素１３の平均＜Ｒ１＞及び、信号Ｒ２の全画素１３の平均＜Ｒ２＞を決定する。これらは、一部の画素の平均や中央値等でもよいことは、実施形態１と同様である。次に、主制御装置１８は、各画素１３について、未知の強度を有する信号Ｓ１に依存して変化する重み付け係数を次の式で計算する。下記式は、線型補間によって、係数を決定する。＜Ｒ１＞が＜Ｒ２＞より大きいとして、未知信号Ｓ１が＜Ｒ１＞に等しいとき、ｋ１＝ＫＭＡＸ、ｋ２＝ＫＭＩＮとなる。未知信号Ｓ１が＜Ｒ２＞に等しいとき、ｋ１＝ＫＭＩＮ、ｋ２＝ＫＭＡＸとなる。＜Ｒ１＞ ＞Ｓ１＞ ＜Ｒ２＞のとき、ｋ１、ｋ２はＫＭＡＸとＫＭＩＮの間の値を取る。
【0078】
ｋ１＝ＫＭＩＮ
＋（Ｓ１－＜Ｒ２＞）＊（ＫＭＡＸ－ＫＭＩＮ）／（＜Ｒ１＞－＜Ｒ２＞）
ｋ２＝ＫＭＡＸ
－（Ｓ１－＜Ｒ２＞）＊（ＫＭＡＸ－ＫＭＩＮ）／（＜Ｒ１＞－＜Ｒ２＞）
（２０）
ＫＭＡＸ及びＫＭＩＮは定数であり、ＫＭＡＸ＞ＫＭＩＮである。
＋（Ｓ１－＜Ｒ２＞）＊（ＫＭＡＸ－ＫＭＩＮ）／（＜Ｒ１＞－＜Ｒ２＞）
ｋ２＝ＫＭＡＸ
－（Ｓ１－＜Ｒ２＞）＊（ＫＭＡＸ－ＫＭＩＮ）／（＜Ｒ１＞－＜Ｒ２＞）
（２０）
ＫＭＡＸ及びＫＭＩＮは定数であり、ＫＭＡＸ＞ＫＭＩＮである。
【0079】
主制御装置１８は、下記式に従って、積算性ＶＰＮに対する補正係数ｆを算出する。
ｆ＝（ｋ１＊＜Ｒ１＞／Ｒ１＋ｋ２＊＜Ｒ２＞／Ｒ２）／（ｋ１＋ｋ２） （２１）
ｆ＝（ｋ１＊＜Ｒ１＞／Ｒ１＋ｋ２＊＜Ｒ２＞／Ｒ２）／（ｋ１＋ｋ２） （２１）
【0080】
主制御装置１８は、係数ｆと信号Ｓ１の積算を行い、対象画素１３の真の光検出信号の推定値Ｓｏ＾を算出する。
Ｓｏ＾＝Ｓ１＊ｆ （２２）
Ｓｏ＾＝Ｓ１＊ｆ （２２）
【0081】
例えば、最も簡単には、＜Ｒ１＞を最大露光量条件、＜Ｒ２＞を最小露光量条件と設定して、ＫＭＡＸ＝１、ＫＭＩＮ＝０とすることで、ｋ１、ｋ２は０と１の間の値となる。ただし、ＫＭＡＸ、ＫＭＩＮの値は、これらに限られない。ＫＭＡＸ＝１、ＫＭＩＮ＝０とした場合、＜Ｒ２＞として、最小露光条件より大きい値を設定した場合、Ｓ１が＜Ｒ２＞より小さい値となったときに、ｋ１が負値となるケースが生じ得る。
【0082】
ｋ１、ｋ２は正値であることが必要なため、そのような場合には、例えば、ＫＭＩＮ＝１、ＫＭＡＸ＝２として、ｋ１が負値とならないようにする。さらに、全体のノイズ実効電圧が最小となるように最適化した値をＫＭＡＸ、ＫＭＩＮに使用してもよい。
【0083】
均一参照信号がｎ個（３以上）の場合でも、ラグランジュ補間法を用いて、ｎ個の係数ｋ１～ｋｎを定めればよい。一例として、ｎ＝３の場合を考える。＜Ｒ３＞を最大露光量条件、＜Ｒ１＞を最小露光量条件とする。＜Ｒ３＞ ＞ ＜Ｒ２＞ ＞ ＜Ｒ１＞を満たす第３の露光量条件＜Ｒ２＞を設定し、定数ＫＭＡＸ、ＫＭＩＮと、ＫＭＡＸ＞ＫＭＩＤ＞ＫＭＩＮを満たす第３の定数ＫＭＩＤを導入する。この時、信号強度Ｓ１に対するｋ１、ｋ２、ｋ３は２次のラグランジュ補間法により次のように決定すればよい。
【0084】
ｋ１＝｛（Ｓ１－Ｒ２）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ１－Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ３）｝ＫＭＡＸ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ３）｝ＫＭＩＤ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ２）／（Ｒ３－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）｝ＫＭＩＮ
ｋ２＝｛（Ｓ１－Ｒ２）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ１－Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ３）｝ＫＭＩＮ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ３）｝ＫＭＡＸ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ２）／（Ｒ３－Ｒ１）（Ｒ３－Ｒ２）｝ＫＭＩＮ
ｋ３＝｛（Ｓ１－Ｒ２）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ１－Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ３）｝ＫＭＩＮ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ３）｝ＫＭＩＤ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ２）／（Ｒ３－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）｝ＫＭＡＸ
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ３）｝ＫＭＩＤ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ２）／（Ｒ３－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）｝ＫＭＩＮ
ｋ２＝｛（Ｓ１－Ｒ２）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ１－Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ３）｝ＫＭＩＮ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ３）｝ＫＭＡＸ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ２）／（Ｒ３－Ｒ１）（Ｒ３－Ｒ２）｝ＫＭＩＮ
ｋ３＝｛（Ｓ１－Ｒ２）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ１－Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ３）｝ＫＭＩＮ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ３）／（Ｒ２－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ３）｝ＫＭＩＤ＋
｛（Ｓ１－Ｒ１）（Ｓ１－Ｒ２）／（Ｒ３－Ｒ１）／（Ｒ３－Ｒ２）｝ＫＭＡＸ
【0085】
例えば、主制御装置１８は、＜Ｒ１＞、＜Ｒ２＞、Ｒ１、Ｒ２、Ｒｄ、ＫＭＡＸ、ＫＭＩＮを予め保持していてもよい。主制御装置１８は、これらの値と、画素１３による測定信号Ｓｘから、重み係数ｋ１及びｋ２を算出し、さらに、補正係数ｆを算出することができる。実施形態１において説明したように、主制御装置１８が、参照光の測定を行い、各画素１３のＲｌ１、Ｒｌ２を取得してもよい。
【0086】
図１３は、照射光強度とノイズ実効電圧との関係を示す。図１３のグラフにおいて、横軸は参照光の照射光強度を示し、縦軸はノイズの実効電圧（Ｖ）を示す。破線５５１は、関連技術の補正処理後のノイズを示す。実線５５２は実施形態１の補正処理後のノイズを示す。実線５５３は実施形態２の補正処理後のノイズを示す。当該補正処理におけるＫＭＡＸは１．５２、ＫＭＩＮは０．２４である。
【0087】
図１３に示すように、実施形態２の補正処理結果は、実施形態１の補正処理結果と比較し、広い照射強度範囲でさらに安定したノイズ低減効果を示す。
【0088】
＜他の実施形態＞
図１４は、フォトダイオードを含む画素の光電変換特性の例を示す。図１５は、画素のノイズ電圧特性の例を示す。図１４に示すように、出力電圧は、入射光強度の増大と共に減少する。図１５に示すように、ノイズ電圧は入射光強度の増大と共に増大する。つまり、乗算性ノイズが存在することが確認できる。上述のように、本明細書の実施形態の信号補正方法は、加算性ノイズに加えて、乗算性ノイズを効果的に抑制することができる。
図１４は、フォトダイオードを含む画素の光電変換特性の例を示す。図１５は、画素のノイズ電圧特性の例を示す。図１４に示すように、出力電圧は、入射光強度の増大と共に減少する。図１５に示すように、ノイズ電圧は入射光強度の増大と共に増大する。つまり、乗算性ノイズが存在することが確認できる。上述のように、本明細書の実施形態の信号補正方法は、加算性ノイズに加えて、乗算性ノイズを効果的に抑制することができる。
【0089】
以下において、本明細書の実施形態に係る、測定信号の補正処理を適用可能ないくつかの装置を説明する。本明細書の実施形態に係る補正処理は、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素を含む装置に適用することができる。画素レイアウトは、１次元又は２次元であってもよい。
【0090】
図１６は、センサ付ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）パネルの断面構造を模式的に示す。センサ付ＯＬＥＤパネルは、指６１５の指紋を検出することができる。センサ付ＯＬＥＤパネルは、基板であるラミネートフィルム６０１上に、光センサアレイ６０２を含む。光センサアレイ６０２は、複数のＰＩＮダイオード６０３を含み、各ＰＩＮダイオード６０３は、各画素に含まれる。上記実施形態のノイズ低減処理は、光センサアレイ６０２の測定信号に適用し得る。
【0091】
光センサアレイ６０２上に、ＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）６０４によって、ラミネートフィルム６０５が接着されている。ラミネートフィルム６０１上に、ピンホール６０６のアレイ、ＴＦＴアレイ６０７、そして複数の発光層６０８が積層されている。発光層６０８は、ＯＬＥＤの発光層であり、ＴＦＴアレイ６０７が、発光層６０８の発光を制御する。
【0092】
発光層６０８は、薄膜封止層６０９で覆われ、その上に、偏光板６１０が積層されている。偏光板６１０上に、ＯＣＡ６１１によって、カバーガラス６１２が接着されている。指６１５は、カバーガラス６１２の表面に押し当てられる。
【0093】
【0094】
基板ＳＵＢ上に下地層ＵＣが形成され、その上にボトムゲート電極ＢＧが配置されている。図１７は、２つのＴＦＴの一方のボトムゲート電極を例として符号ＢＧで指示している。ボトムゲート電極ＢＧはゲート絶縁層ＧＩ２で覆われている。半導体層ＯＸがゲート絶縁層ＧＩ２上に形成されている。図１７の例において、半導体層ＯＸは酸化物半導体で形成さている。なお、半導体材料は任意である。図１７は、２つのＴＦＴの一方の半導体層を例として符号ＯＸで指示している。
【0095】
ゲート絶縁層ＧＩ１は、半導体層ＯＸを覆っている。ゲート絶縁層ＧＩ１に、トップゲート電極ＴＧを含む金属層が形成されている。図１７は、２つのＴＦＴの一方のトップゲート電極を例として符号ＴＧで指示している。
【0096】
トップゲート電極ＴＧを含む金属層は、層間絶縁層ＩＬＤで覆われている。層間絶縁層ＩＬＤ上に、金属層Ｍ２が形成されている。金属層Ｍ２は、ＴＦＴのソース電極及びドレイン電極に加えて、絶縁層ＩＬＤ又は絶縁層ＩＬＤ、ＧＩ１を貫通するコンタクト部を含む。
【0097】
金属層Ｍ２は、パッシベーション層ＰＶ１で覆われている。パッシベーション層ＰＶ１上に、金属層Ｍ３が形成されている。金属層Ｍ３は、配線層に加えて、絶縁層ＰＶ１を貫通するコンタクト部を含む。
【0098】
金属層Ｍ３は、平坦化層ＰＬＮで覆われている。平坦化層ＰＬＮ上に、金属層４が形成されている。金属層Ｍ４は、ＰＩＮダイオードの下部電極に加えて、絶縁層ＰＬＮを貫通するコンタクト部を含む。
【0099】
金属層４の一部はパッシベーション層ＰＶ２及びその上のパッシベーション層ＰＶ３で覆われている。パッシベーション層ＰＶ２、ＰＶ３に形成されている開口内で、金属層４の下部電極上に半導体積層ＰＩＮが形成されている。半導体積層は、Ｐ型半導体層、Ｎ型半導体層、及びそれらの間の真正半導体層で構成されている。
【0100】
上部電極ＩＴＯが、半導体積層ＰＩＮ上に配置されている。上部電極ＩＴＯは、検出する光に対して透明である。共通電極ＣＯＭが、ＰＩＮダイオードの上部電極ＩＴＯに接続されている。共通電極ＣＯＭは、全てのＰＩＮダイオードに接続されている。最上層のパッシベーション層ＰＶ４は、上部電極ＩＴＯ及び共通電極ＣＯＭを覆う。
【0101】
図１８は、Ｘ線センサパネルの断面構造を模式的に示す。Ｘ線センサパネルは、医療、産業用非破壊検査分野における放射線撮影装置に利用可能である。Ｘ線センサパネルは、ガラス基板６５１上に、光センサアレイ６５２を含む。光センサアレイ６５２は、複数のＰＩＮダイオード６５３を含み、各ＰＩＮダイオード６０３は、各画素に含まれる。上記実施形態のノイズ低減処理は、光センサアレイ６０２の測定信号に適用し得る。
【0102】
光センサアレイ６５２は、保護膜ム６５４で覆われている。保護膜上に、Ｘ線変換膜（シンチレータ）６５５が積層されている。Ｘ線変換膜６５５は、入射したＸ線６７１を、ＰＩＮダイオード６５３により検出可能な可視光６７２に変換する。光センサアレイ６５２の各画素は、Ｘ線変換膜６５５により変換された可視光の強度を測定する。
【0103】
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【0104】
１０ イメージセンサ
１１ センサ基板
１３ 画素
１４ 駆動回路
１６ 信号検出回路
１８ 主制御装置
２０１ プロセッサ
２０２ メモリ
２０３ 補助記憶装置
２０４ 出力装置
２０５ 入力装置
２０７ 通信インタフェース
２０８ ＡＤ変換インタフェース
１１ センサ基板
１３ 画素
１４ 駆動回路
１６ 信号検出回路
１８ 主制御装置
２０１ プロセッサ
２０２ メモリ
２０３ 補助記憶装置
２０４ 出力装置
２０５ 入力装置
２０７ 通信インタフェース
２０８ ＡＤ変換インタフェース
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】