JP2004056407A - Solid-state electronic imaging device and solid-state electronic imaging unit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【技術分野】
この発明は,固体電子撮像素子および固体電子撮像装置に関する。
【0002】
【発明の背景】
CCDのような固体電子撮像素子は,ディジタル・スチル・カメラなどに利用されている。固体電子撮像素子の前方には,撮像レンズが設けられている。撮像レンズは,球面であるから,撮像レンズの周辺部に位置する光電変換素子よりも撮像レンズの中心部に位置する光電変換素子の方が光の入射効率が高い。撮像レンズの中心部に位置する光電変換素子からの出力信号レベルほど高くなり,撮像レンズの周辺部に位置する光電変換素子からの出力信号レベルほど低くなる。このために,いわゆるシェーディングが生じることがある。
【0003】
【発明の開示】
固体電子撮像素子には,ハニカム配列と呼ばれるものがある。ハニカム配列は,光電変換素子が,奇数列については偶数行に,偶数列については奇数行に配置されている,または奇数列については奇数行に,偶数列については偶数行に配置されているものである。このようなハニカム配列において光電変換素子の間の領域を有効利用するために,その領域に開口を形成することが考えられている。
【0004】
開口に光が入射することにより得られる画像データによって表される画像にもいわゆるシェーディングが生じることがある。
【0005】
この発明は,開口に光が入射して得られる信号電荷にもとづくシェーディングを防止することを目的とする。
【0006】
第1の発明による固体電子撮像素子は,奇数列については偶数行に配置され,偶数列については奇数行に配置されている,または奇数列については奇数行に配置され,偶数列については偶数行に配置されている多数の光電変換素子,上記光電変換素子に隣接して遮光して設けられ,上記光電変換素子に隣接した位置であって,固体電子撮像素子の周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっている開口が形成されており,かつ上記光電変換素子に蓄積された第1の信号電荷および上記開口から光が入射することにより生じる第2の信号電荷をそれぞれ行方向に転送する垂直転送路を備えていることを特徴とする。
【0007】
第1の発明によると,光電変換素子は,いわゆるハニカム配列であり,奇数列については偶数行に配置され,偶数列については奇数行に配置されている,または奇数列については奇数行に配置され,偶数列については偶数行に配置されている。光電変換素子に隣接して遮光された垂直転送路が形成されている。この垂直転送路上には,光電変換素子に隣接した位置に開口が形成されている。この開口は,周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっている。このために,開口にもとづいて得られる信号電荷の量は,周辺部ほど多くなり,中心部ほど少なくなる。
【0008】
固体電子撮像素子の前方に撮像レンズが配置されている場合には,中心部に位置する開口にもとづいて得られる信号電荷の量が多くなり,撮像レンズの周辺部に位置する開口にもとづいて得られる信号電荷の量が少なくなる。しかしながら,この発明によると,上述したように,開口は,周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっているので,その位置によって開口にもとづいて得られる信号電荷の量が異なることが未然に防止される。開口にもとづいて得られる信号電荷によるいわゆるシェーディングが発生することが未然に防止される。
【0009】
第2の発明による固体電子撮像装置は,上述した固体電子撮像素子,および上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力された上記第1の信号電荷にもとづいて得られる第1の画像データを,上記第2の信号電荷に基づいて得られる第2の画像データを用いて補正する補正装置を備えていることを特徴とする。
【0010】
第2の発明によると,上記光電変換素子に蓄積された第1の信号電荷にもとづいて得られる第1の画像データが,上記開口に光が入射することにより得られる第2の画像データによって補正される。高画質の画像を表すことができるようになる。とくに,上記開口に光が入射することにより得られる第2の画像データは,上述したようにシェーディングの発生が防止されているものであるから,より高画質の画像を得ることができる。
【0011】
第3の発明による固体電子撮像装置は,上述した固体電子撮像素子,上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力される上記第1の信号電荷にもとづいて本画素を生成し,上記第2の信号電荷にもとづいて補間画素を生成する画素生成装置,および上記画素生成手段によって生成された上記本画素と上記補間画素とから一間の画像を生成する画像生成装置を備えていることを特徴とする。
【0012】
第3の発明によると,上記第1の信号電荷にもとづいて本画素が生成され,上記第2の信号電荷にもとづいて補間画素が生成される。生成された補間画素は,上述したようにシェーディングの発生が防止されているから高画質のものとなる。
【0013】
【実施例の説明】
図1は,この発明の実施例を示すもので,CCDの模式図である。
【0014】
CCD1には,ほぼ全面に受光領域5が設けられている。
【0015】
受光領域5には,列方向および行方向に多数の八角形のフォトダイオード2が設けられている。フォトダイオード2は,奇数列には偶数行に配置され,偶数列には奇数行に配置されている。もっとも,フォトダイオード2は,奇数列には奇数行に配置され,偶数列には偶数行に配置されるようにしてもよい。
【0016】
フォトダイオード2の右側に隣接して,信号電荷を垂直方向(行方向)に転送する垂直転送路3が形成されている。垂直転送路3は,遮光されている。
【0017】
垂直転送路3には,フォトダイオード2の右側の位置に開口4が形成されている。詳しくは後述するように,受光領域5の中心部から周辺部になるにつれて,開口4の大きさが大きくなっている(図1においては便宜上開口4の大きさは一定にしてある。図2参照)。これらの開口4から光が入射する。
【0018】
受光領域5の下端には,信号電荷を水平方向に転送する水平転送路6が設けられている。
【0019】
水平転送路6の出力側(左側)には,増幅回路7が設けられている。
【0020】
フォトダイオード2に蓄積された信号電荷は,フォトダイオード2にシフト・パルスが与えられることにより,垂直転送路3にシフトされる。垂直転送路3にシフトされた信号電荷は,垂直転送路3に垂直転送パルスが与えられることにより垂直方向に転送させられる。信号電荷は,垂直転送路3から水平転送路6に入力し,水平方向に転送させられる。信号電荷が増幅回路7において増幅され,映像信号としてCCD1から出力される。
【0021】
また,受光領域50の開口4に光が入射することにより,垂直転送路3において信号電荷が発生する。発生した信号電荷は,垂直転送路3に垂直転送パルスが与えられることにより,垂直方向に転送させられる。上述したフォトダイオード2に蓄積された信号電荷と同様に,垂直転送路3,水平転送路6および増幅回路7を介して映像信号として出力される。
【0022】
図2は,CCD1においてフォトダイオード2を省略した模式図である。
【0023】
上述したように,中心部から周辺部になるにつれて開口4の大きさが序々に大きくなっている。このために,中心部の開口4よりも周辺部の開口4の方が光の入射効率が高い。
【0024】
ディジタル・スチル・カメラにおいては,撮像素子としてCCD1が用いられる場合,CCD1の前方には撮像レンズが設けられることが多い。撮像レンズは,球面であるために周辺のレンズ部分を透過する光の量よりも中心のレンズ部分を透過する光の量の方が多い。この実施例においては,上述したように中心部から周辺部になるにつれて開口4の大きさが序々に大きくなっているので,開口4に入射する光量は開口4の位置に関わらずほぼ一定となる。開口4に光が入射することにより得られる信号電荷を用いて画像を生成した場合に,シェーディングが起きることを未然に防止できる。
【0025】
上述した実施例においては,フォトダイオード2の形状は八角形であるが八角形に限らずその他の形状でもよい。また,開口4は,便宜上,円としているが,開口4も円に限らず,八角形その他の形状でもよいのはいうまでもない。
【0026】
図3は,ディジタル・スチル・カメラの電気的構成を示すブロック図である。
【0027】
ディジタル・スチル・カメラの全体の動作は,CPU19によって統括される。
【0028】
ディジタル・スチル・カメラには,シャッタ・レリーズ・ボタン,モード設定スイッチ等を含むシャッタ類20が含まれている。シャッタ類20から出力される各種指令信号は,CPU19に入力する。
【0029】
ディジタル・スチル・カメラには,ストロボ撮影のためのストロボ11が含まれている。ストロボ11は,駆動回路12によりその発光が制御される。
【0030】
また,駆動回路12からはクロック信号,その他の制御信号等が出力され,ズーム・レンズ13,メカニカル・シャッタおよび絞り14,CCD1ならびにアナログ信号処理回路15に与えられる。
【0031】
ズーム・レンズ13によって被写体像を表す光が集光される。シャッタおよび絞り14を通過した光はCCD1の受光領域5上に結像する。スイッチ類20に含まれるモード設定スイッチにより撮像モードが設定されると,CCD1から被写体像を表す映像信号が出力され,アナログ信号処理回路15に入力する。アナログ信号処理回路15において,相関二重サンプリングなどの所定のアナログ処理が行われる。アナログ信号処理回路15から出力された映像信号は,アナログ/ディジタル変換回路16においてディジタル画像データに変換される。
【0032】
アナログ/ディジタル変換回路16において変換されたディジタル画像データは,ディジタル信号処理回路17に入力する。ディジタル信号処理回路17において,ガンマ補正,白バランス調整などの所定のディジタル信号処理が行われる。ディジタル信号処理回路17から出力された画像データが画像表示装置22に与えられることにより,撮像により得られた被写体像が画像表示装置22の表示画面に表示される。また,通信インターフェイス23に外部表示装置などが接続されていると,画像データは通信インターフェイス23を介してその外部表示装置にも与えられる。外部表示装置の表示画面に被写体像が表示されることとなる。
【0033】
シャッタ・レリーズ・ボタンが押されると,上述したように,ディジタル信号処理回路17から出力された画像データは,メモリ18に一時的に記憶される。画像データは,メモリ18から読み取られ,メモリ・カード・インターフェイス21に与えられる。メモリ・カード・インターフェイス21にメモリ・カードが接続されることにより,メモリ・カードに画像データが記録される。
【0034】
図4は,CCD1から映像信号を出力するときのタイム・チャートである。
【0035】
まず,メカニカル・シャッタおよび絞り14のメカニカル・シャッタは開放状態とされる。時刻t1においてモード設定スイッチを用いて撮像モードが設定されると,CCD1が駆動させられ一定周期Δtで被写体が撮像される。一定周期ΔtごとにCCD1から被写体像を表す画像データが出力される(いわゆる電子シャッタ)。時刻t2において,電子シャッタ動作が停止し,CCD1への露光が開始される。時刻t3において,メカニカル・シャッタが閉じるとCCD1への露光が終了する(露光時間:t2〜t3)。この露光時間の間にフォトダイオード2および垂直転送路3の開口4の部分にそれぞれ信号電荷が蓄積される。
【0036】
CCD1の露光が終了すると,時刻t3からt4の間に水平転送路6に水平転送パルスが与えられ,水平転送路6に残っている不要電荷が掃き出される。その後,時刻t5から垂直転送路3に垂直転送パルスが与えられる。垂直転送路3の開口4の部分に蓄積されている信号電荷が垂直方向に転送させられる。時刻t6となると,水平転送路6に水平転送パルスが与えられ,垂直転送路3の開口4の部分に蓄積されている信号電荷が時刻t7までの間に映像信号として出力される。上述したように,開口4の大きさは,中心部分から周辺部分になるにつれて序々に大きくなっているから,上述のようにズーム・レンズ13の中心部分と周辺部分とで入射光量が異なっても開口4ごとに得られる信号電荷の量(映像信号レベル)はほぼ一定となる。シェーディングが生じるのを未然に防止できる。
【0037】
時刻t8となると,フォトダイオード2にシフト・パルスが与えられる。フォトダイオード2に蓄積されている信号電荷が垂直転送路3にシフトされる。また,垂直転送路3に垂直転送パルスが与えられる。すると,垂直転送路3にシフトされた信号電荷が垂直方向に転送させられ,水平転送路6に与えられる。時刻t9になると水平転送路6に水平転送パルスが与えられ,フォトダイオード2に蓄積された信号電荷が時刻t10までの間に映像信号として出力される。
【0038】
このようにしてフォトダイオード2に蓄積された信号電荷にもとづいて得られる映像信号(画像データ)と垂直転送路3の開口4の部分に蓄積された信号電荷にもとづいて得られる映像信号(画像データ)とを用いることによりダイナミック・レンジの広い画像を次のようにして得ることができる。アナログ/ディジタル変換回路16の出力は,8ビットのものとする。
【0039】
図5は,フォトダイオード2への入射光量−出力画像データY(アナログ/ディジタル変換回路16の出力)特性,図6は,フォトダイオード2に蓄積された信号電荷にもとづいて得られた画像データYとガンマ補正後の画像データZとの特性をそれぞれ示している。
【0040】
フォトダイオード2への入射光量が光量Xとなるまでは出力画像データYは入射光量に比例して増加していく。入射光量が光量Xを越えると出力画像データYは飽和( 255のレベル)する。出力画像データYに対して,ディジタル信号処理回路17において上述したように,図6に示すガンマ補正曲線にしたがうガンマ補正が行われる。ガンマ補正が行われることにより,出力画像データYのレベルに応じてガンマ補正後の画像データZが得られる。
【0041】
図7は,開口4への入射光量−出力画像データy(アナログ/ディジタル変換回路16の出力)特性,図8は,開口4の部分に蓄積された信号電荷にもとづいて得られた画像データyとガンマ補正後の画像データzとの特性をそれぞれ示している。
【0042】
フォトダイオード2の場合と同様に,開口4への入射光量が光量xとなるまでは出力画像データyは入射光量に比例して増加していく。入射光量が光量xを越えると出力画像データyは飽和(63のレベル)する。出力画像データyに対して,図8に示すガンマ補正曲線にしたがうガンマ補正が行われる。ガンマ補正が行われることにより,出力画像データyのレベルに応じてガンマ補正後の画像データzが得られる。開口4の場合は,開口4の面積はフォトダイオード2の面積よりも小さいので,フォトダイオード2に蓄積される信号電荷にもとづいて得られる画像データYが飽和する光量Xよりも多い光量xで飽和する。フォトダイオード2にもとづいて得られる画像データYよりも細かいレベルを表す画像データyが得られる。したがって,フォトダイオード2にもとづいて得られるガンマ補正後の画像データZよりも細かいレベルを表すガンマ補正後の画像データzが得られる。
【0043】
このように得られた第1のガンマ補正後の画像データZと第2のガンマ補正後の画像データzとを式1にしたがって一駒の画像を表す画像データを生成すると,その生成された画像データIによって表される画像は,ダイナミック・レンジの広いものとなる。
【0044】
I=(Z+z)/(255+63)×255・・・式1
【0045】
また,開口4にもとづいて得られる信号電荷を用いて,フォトダイオード2に蓄積された信号電荷によって表される画素(本画素)の間の補間画素をディジタル信号処理回路17において生成することもできるのはいうまでもない。フォトダイオード2に蓄積された信号電荷によって表される画素の間に,生成された補間画素が表示されるようにディジタル信号処理回路17においてアドレッシング操作により行うことができよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】CCDの模式図である。
【図2】フォトダイオードを省略したCCDの模式図である。
【図3】ディジタル・スチル・カメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図4】CCDから映像信号を出力するときのタイム・チャートである。
【図5】入射光量と出力画像データとの特性を示している。
【図6】ガンマ補正特性を示している。
【図7】入射光量と出力画像データとの特性を示している。
【図8】ガンマ補正特性を示している。
【符号の説明】
1 CCD
2 フォトダイオード
3 垂直転送路
4 開口
5 受光領域
6 水平転送路
17 ディジタル信号処理回路
19 CPU[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a solid-state electronic imaging device and a solid-state electronic imaging apparatus.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
A solid-state electronic image pickup device such as a CCD is used in a digital still camera or the like. An imaging lens is provided in front of the solid-state electronic imaging element. Since the imaging lens is spherical, the photoelectric conversion element positioned at the center of the imaging lens has higher light incidence efficiency than the photoelectric conversion element positioned at the periphery of the imaging lens. The output signal level from the photoelectric conversion element positioned at the center of the imaging lens increases, and the output signal level from the photoelectric conversion element positioned at the periphery of the imaging lens decreases. For this reason, so-called shading may occur.
[0003]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
One type of solid-state electronic image sensor is called a honeycomb array. In the honeycomb arrangement, photoelectric conversion elements are arranged in even rows for odd columns, odd rows for even columns, or odd rows for odd columns, and even rows for even columns. It is. In order to effectively use the region between the photoelectric conversion elements in such a honeycomb arrangement, it is considered to form an opening in the region.
[0004]
So-called shading may also occur in an image represented by image data obtained by light entering the aperture.
[0005]
An object of the present invention is to prevent shading based on a signal charge obtained when light enters the aperture.
[0006]
The solid-state electronic image pickup device according to the first invention is arranged in even rows for odd columns, arranged in odd rows for even columns, or arranged in odd rows for odd columns, and even rows for even columns. A large number of photoelectric conversion elements arranged in a light-shielding area adjacent to the photoelectric conversion elements, located adjacent to the photoelectric conversion elements, and increasing in size from the periphery of the solid-state electronic image sensor toward the center. The first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element and the second signal charge generated when light enters from the opening are respectively transferred in the row direction. A vertical transfer path is provided.
[0007]
According to the first invention, the photoelectric conversion elements have a so-called honeycomb arrangement, in which odd columns are arranged in even rows, even columns are arranged in odd rows, or odd columns are arranged in odd rows. , Even columns are arranged in even rows. A light-shielded vertical transfer path is formed adjacent to the photoelectric conversion element. On this vertical transfer path, an opening is formed at a position adjacent to the photoelectric conversion element. The size of the opening decreases from the periphery toward the center. For this reason, the amount of signal charge obtained based on the opening increases in the peripheral part and decreases in the central part.
[0008]
When the imaging lens is arranged in front of the solid-state electronic imaging device, the amount of signal charge obtained based on the opening located in the center is increased, and obtained based on the opening located in the periphery of the imaging lens. The amount of signal charge that is generated is reduced. However, according to the present invention, as described above, since the size of the opening decreases from the periphery toward the center, the amount of signal charge obtained based on the opening varies depending on the position. Is prevented. It is possible to prevent so-called shading from occurring due to the signal charge obtained based on the opening.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid-state electronic image pickup device comprising: the first image data obtained based on the first solid-state image pickup element and the first signal charge output from the vertical transfer path of the solid-state electronic image pickup element; , And a correction device for correcting using the second image data obtained based on the second signal charge.
[0010]
According to the second invention, the first image data obtained based on the first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element is corrected by the second image data obtained by light entering the aperture. Is done. A high-quality image can be represented. In particular, since the second image data obtained by the light entering the opening prevents the occurrence of shading as described above, a higher quality image can be obtained.
[0011]
A solid-state electronic imaging device according to a third aspect of the invention generates the main pixel based on the above-described solid-state electronic imaging device, the first signal charge output from the vertical transfer path of the solid-state electronic imaging device, and the second pixel. A pixel generation device that generates an interpolation pixel based on the signal charge of the pixel, and an image generation device that generates an image between the main pixel and the interpolation pixel generated by the pixel generation means. And
[0012]
According to the third aspect, the main pixel is generated based on the first signal charge, and the interpolation pixel is generated based on the second signal charge. The generated interpolation pixel has high image quality because shading is prevented as described above.
[0013]
[Explanation of Examples]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a schematic diagram of a CCD.
[0014]
The
[0015]
In the
[0016]
Adjacent to the right side of the
[0017]
An
[0018]
At the lower end of the
[0019]
An amplifier circuit 7 is provided on the output side (left side) of the
[0020]
The signal charge accumulated in the
[0021]
Further, when light enters the
[0022]
FIG. 2 is a schematic diagram in which the
[0023]
As described above, the size of the
[0024]
In a digital still camera, when the
[0025]
In the embodiment described above, the shape of the
[0026]
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the digital still camera.
[0027]
The overall operation of the digital still camera is controlled by the
[0028]
The digital still camera includes
[0029]
The digital still camera includes a strobe 11 for strobe photography. The light emission of the strobe 11 is controlled by the
[0030]
Further, a clock signal, other control signals, and the like are output from the
[0031]
Light representing the subject image is collected by the
[0032]
The digital image data converted by the analog /
[0033]
When the shutter release button is pressed, the image data output from the digital
[0034]
FIG. 4 is a time chart when a video signal is output from the
[0035]
First, the mechanical shutter and the mechanical shutter of the
[0036]
When the exposure of the
[0037]
At time t8, a shift pulse is applied to the
[0038]
The video signal (image data) obtained based on the signal charge accumulated in the
[0039]
FIG. 5 shows the incident light quantity to the photodiode 2 -output image data Y (output of the analog / digital conversion circuit 16) characteristic, and FIG. 6 shows the image data Y obtained based on the signal charges accumulated in the
[0040]
The output image data Y increases in proportion to the amount of incident light until the amount of incident light on the
[0041]
FIG. 7 shows the incident light quantity to the opening 4 -output image data y (output of the analog / digital conversion circuit 16) characteristics, and FIG. 8 shows the image data y obtained based on the signal charge accumulated in the
[0042]
As in the case of the
[0043]
When the image data representing the image of one frame is generated from the image data Z after the first gamma correction and the image data z after the second gamma correction obtained in this way according to
[0044]
I = (Z + z) / (255 + 63) × 255
[0045]
Further, by using the signal charge obtained based on the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a CCD.
FIG. 2 is a schematic diagram of a CCD in which a photodiode is omitted.
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of a digital still camera.
FIG. 4 is a time chart when a video signal is output from a CCD.
FIG. 5 shows the characteristics of incident light quantity and output image data.
FIG. 6 shows gamma correction characteristics.
FIG. 7 shows the characteristics of incident light quantity and output image data.
FIG. 8 shows gamma correction characteristics.
[Explanation of symbols]
1 CCD
2
Claims (3)
上記光電変換素子に隣接して遮光して設けられ,上記光電変換素子に隣接した位置であって,固体電子撮像素子の周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっている開口が形成されており,かつ上記光電変換素子に蓄積された第1の信号電荷および上記開口から光が入射することにより生じる第2の信号電荷をそれぞれ行方向に転送する垂直転送路,
を備えている固体電子撮像素子。A number of photoelectric conversion elements arranged in even rows for odd columns, arranged in odd rows for even columns, or arranged in odd rows for odd columns, and arranged in even rows for even columns;
An opening is formed adjacent to the photoelectric conversion element so as to be shielded from light, and is located adjacent to the photoelectric conversion element and decreases in size from the periphery of the solid-state electronic imaging element toward the center. And a vertical transfer path for transferring the first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element and the second signal charge generated when light enters from the opening in the row direction,
A solid-state electronic imaging device.
上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力された上記第1の信号電荷にもとづいて得られる第1の画像データを,上記第2の信号電荷に基づいて得られる第2の画像データを用いて補正する補正装置,
を備えた固体電子撮像装置。The first image data obtained based on the first signal charge output from the vertical transfer path of the solid-state electronic image pickup device according to claim 1 and the solid-state electronic image pickup device is converted into the second signal charge. Corrector using the second image data obtained based on
A solid-state electronic imaging device.
上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力される上記第1の信号電荷にもとづいて本画素を生成し,上記第2の信号電荷にもとづいて補間画素を生成する画素生成装置,および
上記画素生成手段によって生成された上記本画素と上記補間画素とから一間の画像を生成する画像生成装置,
を備えた固体電子撮像装置。The solid-state electronic image pickup device according to claim 1,
A pixel generation device that generates the main pixel based on the first signal charge output from the vertical transfer path of the solid-state electronic image sensor and generates an interpolated pixel based on the second signal charge, and the pixel An image generation device for generating an image between the main pixel and the interpolation pixel generated by the generation unit;
A solid-state electronic imaging device.
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