JP2004201203A

JP2004201203A - 撮像素子及びそれを備えたデジタル撮影装置

Info

Publication number: JP2004201203A
Application number: JP2002370083A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Suemoto; 一紀末元
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】余分な処理時間をかけることなく、各色のシェーディングを的確に低減して高品質な画像を得る。
【解決手段】レンズを介して入射した被写体光を電気信号に変換する撮像部１２の撮像素子３０を、複数の受光素子３１と受光素子３１からの電気信号を転送するための垂直転送路３２ａ、水平転送路３２ｂとを有する受光部３３と、受光部３３の上部に順に設けたＲＧＢのカラーフィルター３４、ＮＤフィルター３５及びマイクロレンズ３６とから構成する。シェーディングによる被写体光の変化にあわせてＮＤフィルター３５の濃度を調整して透過率を調整し、受光部３３における出力を調整する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光した被写体光を電気信号に変換する撮像素子及びそれを備えた撮像装置に係り、特に、シェーディングの影響を低減する撮像素子及びそれを備えたデジタル撮影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、受光した被写体光を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子を備え、撮影画像をデジタル的に記録するデジタルカメラやデジタルビデオカメラが普及している。
ところで、この種のデジタル撮影装置では、光学レンズ系を介して撮像素子へ入射する光が、画面中心に比較して周辺部にて減少し、周辺部における信号出力が小さくなる、いわゆるシェーディングが発生する。
特に、撮像素子の微細化が進み、撮像素子を構成する複数のフォトダイオードの開口サイズが小さくなってくると、このシェーディングの影響が顕著になる。このシェーディングの低減方法としては、撮像素子に設けられたオンチップマイクロレンズの位置をフォトダイオードの中心からずらして光学的に最適化を図る方法が一般的である（特許文献１〜３参照）
また、最近では、上記のような光学的な補正のみによらず、デジタル演算処理的に補正しようとする方法も実施されつつある（特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１４０６０９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１２５８８７号公報
【特許文献３】
特開２００１−１６０９７３号公報
【特許文献４】
特開２０００−３２４５０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シェーディングを光学的に低減させる方法では、マイクロレンズの位置の最適化に限度があるため、撮像素子のさらなる微細化に対応することが困難である。特に、各色毎に支配的な波長が異なる各色の光は、それぞれ屈折率が異なるので、マイクロレンズを一律にずらすだけでは、各色毎のシェーディングを的確に低減することは非常に難しい。
また、シェーディングをデジタル演算処理的に補正する方法では、さらなる微細化により画素数が増加すると、演算に要する時間が増大し、余分な処理時間がかかってしまう。また、画像中心部と周辺部とで画像のノイズ感にばらつきが生じてしまい、画質が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、余分な処理時間をかけることなく、シェーディングを的確に低減して高品質な画像を得ることができる撮像素子及びそれを備えたデジタル撮影装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像素子は、入射した被写体光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子を有する受光部と、該受光部に積層されたカラーフィルターとを備えた撮像素子であって、前記受光部の上方に、光の透過量を制御するＮＤフィルターを設け、少なくとも一色の前記カラーフィルターに対応する前記ＮＤフィルターの透過率を、シェーディングによる被写体光の変化にあわせて調整し、前記受光部の出力を調整したことを特徴としている。この構成の撮像素子によれば、シェーディングにあわせてＮＤフィルターの透過率を調整することにより、受光部の出力を調整したので、波長の異なる各色のシェーディングを的確に低減して高品質な画像を得ることができる。
【０００７】
請求項２記載の撮像素子は、前記ＮＤフィルターの濃度を調整することにより、透過率を調整したことを特徴としている。
この構成の撮像素子によれば、ＮＤフィルターの濃度を調整して透過率を調整することにより、受光部の出力を容易に調整して波長の異なる各色のシェーディングを的確に低減して高品質な画像を得ることができる。
【０００８】
請求項３記載の撮像素子は、前記ＮＤフィルターの厚さを調整することにより、透過率を調整したことを特徴としている。
この構成の撮像素子によれば、ＮＤフィルターの厚さを調整して透過率を調整することにより、受光部の出力を容易に調整して波長の異なる各色のシェーディングを的確に低減して高品質な画像を得ることができる。
【０００９】
請求項４記載の撮像素子を備えたデジタル撮影装置は、レンズと、該レンズを介して入射した被写体光を電気信号に変換する撮像部と、該撮像部からの出力信号から画像データを作成するデジタル信号処理部とを有するデジタル撮影装置であって、前記撮像部に、請求項１から３のいずれか１項記載の撮像素子を用いたことを特徴としている。
この構成の撮像素子を備えたデジタル撮影装置によれば、出力を演算処理的に補正するものと比較して、余分な処理時間をかけることなく、高品質な画像を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の撮像素子及びそれを備えたデジタル撮影装置について、図面を参照して説明する。
なお、ここでは、デジタル撮影装置として、デジタルカメラを例にとって説明する。
図１は、デジタルカメラの構成を示す図である。このデジタルカメラ１０に取り付けられるレンズ１１は、焦点距離が一定で、撮影画角が固定された単焦点レンズである。デジタルカメラ１０は、レンズ１１を介して被写体からの光を集光し、集光面がレンズ１１の焦点位置に配置された撮像部１２によって光を受光する。撮像部１２は、それぞれ八角形形状を有する複数の受光素子を備えたハニカムＣＣＤと呼ばれる撮像素子で構成されている。各受光素子は、受光した光を受光量に応じて電気信号に変換し、得られた電気信号は、転送パルスに従い垂直転送路（ＶＣＣＤ）及び水平転送路（ＨＣＣＤ）を介して増幅器１３に出力される。撮像部１２の詳細については、後述する。
【００１１】
増幅器１３は、撮像部１２から送られた電気信号を所定の増幅率で増幅するアンプである。その後、電気信号はＡ／Ｄコンバータ１４によりデジタル信号に変換され、バスライン２０に送られる。バスライン２０には、ＣＰＵ２１と、デジタル信号処理部２２と、圧縮処理部２３と、記録媒体制御器２４と、表示部２５と、ＲＡＭ２６が接続されている。
デジタル信号処理部２２は、Ａ／Ｄコンバータ１４から送られたデジタル信号に各種補正処理を加える信号処理部である。具体的に、デジタル信号処理部２２は、ＣＰＵ２１からの指示に応じて、色毎の積算値を基に各色信号のデジタル値に所定の調整値をかけあわせるホワイトバランス調整、ホワイトバランス調整が行われたＲＧＢ信号が所望のガンマ特性となるよう入出力特性を変換するガンマ補正、輝度信号とクロマ信号を生成するＹＣ処理等を行い、デジタル画像データを作成する。
【００１２】
圧縮処理部２３は、デジタル信号処理部２２が作成した画像データをＪＰＥＧ方式等の所定の圧縮方式に基づき圧縮し、所定のフォーマットの圧縮データを作成する。また逆に、圧縮処理部２３は、ＣＰＵ２１からの指示に応じて、所定のフォーマットに圧縮されたデータを解凍処理する作業も行う。
記録媒体制御器２４は、スマートメディア等の着脱可能な記録媒体３０と接続され、記録媒体３０との信号の伝達を行うインターフェースである。記録媒体制御器２４は、ＣＰＵ２１の指示に従い、記録媒体３０からのデータの読み出し、記録媒体３０へのデータの書き込み又は消去等を行う。
表示部２５は、画像データの表示を行うモニターを有する。表示部２５は、例えば、デジタルカメラ１０の筐体の裏面に取り付けられており、ＣＰＵ２１からの指示に従い、記録媒体３０に書き込まれたデータがＲＡＭ２６に読み出され、表示部２５上のモニターに表示される。
【００１３】
図２は、デジタルカメラ１０の撮像部１２を構成する撮像素子を示す分解斜視図である。
撮像素子３０は、前述したように、ハニカム配列で配列された複数のハニカム形状の受光素子３１と、これら受光素子３１からの電気信号を転送するための垂直転送路（ＶＣＣＤ）３２ａ、水平転送路（ＨＣＣＤ）３２ｂとを有する受光部３３を備えている。そして、この受光部３３の各受光素子３１の直上には、ＲＧＢのカラーフィルター３４、光の透過量を制御するＮＤフィルター３５、マイクロレンズ３６が順に配設されている。
【００１４】
レンズ１１から入射した被写体光は、まずマイクロレンズ３６に入射する。マイクロレンズ３６は、レンズ１１を介して入射した被写体光を集光して受光素子３１に効率よく光を収集するものである。マイクロレンズ３６を通過した被写体光は、ＮＤフィルター３５、カラーフィルター３４の順に透過し、受光素子３１に入射する。
【００１５】
カラーフィルター３４は、各受光素子３１毎にＲ、Ｇ、Ｂのうち何れか一つのフィルタが所定の配列で並べられたものであり、マイクロレンズ３６により集光させられた被写体光は、カラーフィルター３４を透過して受光素子３１に入射する。その後、被写体光は、受光素子３１にて電気信号に変換され、この電気信号は、垂直転送路３２ａ及び水平転送路３２ｂを介して増幅器１２へ転送される。
【００１６】
以下、ＮＤフィルター３５とその効果について説明する。ＮＤフィルタ３５は、マイクロレンズ３６とカラーフィルタ３４間に配置されており、ＮＤフィルタ３５を透過する光の強度を所定の比率で減衰させる光強度減衰フィルタである。ＮＤフィルタ３５は、各受光素子３１に応じてそれぞれ設けられており、受光素子３１の位置に依存して光の透過率が異なっている。以下に、シェーディングとＮＤフィルタ３５の関係について説明する。
【００１７】
図３は、ＮＤフィルター３５が無い場合の画像の出力レベルを示す図であり、図４は、ＮＤフィルターの濃度分布を示す概念図である。図４において、中心部の濃い部分は濃度が濃く、周辺部の薄い部分は濃度が薄くなっていることを示している。。
【００１８】
図３からわかるように、素子中心を基準として考えると、同一の光量で撮像されるべき場合であっても、各Ｒ、Ｇ、Ｂ信号ともに、素子中心より周辺部のほうが受光レベルが低下するシェーディングが生じる。また、この受光レベルの減少は、一般に波長が長い光で大きく、ＲＧＢ原色の出力レベルは、Ｂ、Ｇ、Ｒの順に変化が大きくなる。このシェーディングにより、画面の周辺部にシアン・ブルーの色付きとなることがあり、画像の再現性が劣ってしまう。
【００１９】
このため、ＮＤフィルター３５では、シェーディングにより受光部３３における各色の出力レベルの変化にあわせて、各受光素子毎に濃度が調整されており、これにより、中心部の受光素子と周辺部の受光素子との受光レベルがほぼ均一となるように調整されている。すなわち、ＮＤフィルター３５の光の透過率を調整することにより、中心部と周辺部との受光レベルの不均一にバランスを取っている。透過率の調整の仕方としては、ＮＤフィルター３５の濃度を、図４に示すように、画面中央は濃く、周辺部に向かって次第に薄くする。これにより、被写体光の全体の透過量が均一化される。このようにすると、図５に示すように、受光部３３からの出力が均一化し、シェーディングによる影響がなくされて最適化が図られる。
【００２０】
このように、上記の撮像素子３０によれば、シェーディングにあわせてＮＤフィルター３５の透過率を調整することにより、受光部３３の出力を調整したので、波長の異なる各色のシェーディングを的確に低減して高品質な画像を得ることができる。そして、この撮像素子３０を備えたデジタルカメラ１０によれば、出力を演算処理的に補正するものと比較して、余分な処理時間をかけることなく、高品質な画像を得ることができる。
【００２１】
なお、ＮＤフィルター３５の各色における濃度の調整の仕方としては、シェーディングによる画像の色むらを抑えることができれば、上記の例に限定されない。
【００２２】
図６に示すものは、ＮＤフィルター３５のうち、シェーディングにより最も大きく影響をうけるＲ色に対応するものの濃度を調整し、他の色の出力レベルに近づけたものである。このように、Ｒのみについて補正を行っても、補正を行う前と比べて、周辺部と中心部の受光レベルの差が縮まり、撮像された画像の見た目において、調整前よりも良好な画像が得られる。
【００２３】
図７に示すものは、ＮＤフィルター３５のうち、Ｒ、Ｇ色に対応するものの濃度を調整して、シェーディングによる影響をあまり受けないＢ色の出力レベルに近づけたものである。このように、各色の減衰度合いを一致させるような調整を行った場合には、周辺部と中心部の受光レベルの差が縮まるとともに、ＲＧＢ合成時の各色の比率が、被写体が発する光に含まれるＲＧＢ比率により近づけることができ、調整前よりも良好な画像が得られる。
【００２４】
図８に示すものは、ＮＤフィルター３５のうち、シェーディングにより最も大きく影響をうけるＲ色及びシェーディングによる影響をあまり受けないＢ色にそれぞれ対応するものの濃度を調整し、輝度に依存する割合の大きいＧ色は調整せずにこのＧ色の出力レベルに、Ｒ、Ｂ色の出力レベルを近づけたものである。このような調整を行うことによっても、図７に示すフィルタと同様の効果を得ることが可能である。
【００２５】
このように、上記図６〜図８に示す調整の仕方によれば、各色の出力レベルを揃えて差を少なくすることができ、シェーディングによる画像の色むらを抑えることができる。
【００２６】
なお、上記の例では、各色に対応するＮＤフィルター３５の濃度を調整して受光部３３における出力レベルをシェーディングにあわせて調整したが、図９に示すように、シェーディングにあわせてＮＤフィルター３５の厚さを調整しても同様な効果を得ることができる。
【００２７】
また、上記の例では、画面中心から周辺部に向かって次第に出力変化が生じるシェーディングにあわせてＮＤフィルター３５の各色の透過率を調整したが、例えば、水平方向に特徴的に色変化が現れるようなシェーディングの場合は、このシェーディングによる出力変化にあわせてＮＤフィルター３５の各色毎の透過率を調整するのは勿論である。
また、上記の例では、それぞれの受光素子３１に対応させてＮＤフィルター３５を設けたが、図１０に示すように、一枚のＮＤフィルター３５を受光部３１の上部を覆うように設け、このＮＤフィルター３５の全体の濃度あるいは厚さをシェーディングにあわせて調整して透過率を調整しても同様な効果を得ることができる。そして、この場合は、構造の簡略化を図ることができる。
【００２８】
なおまた、上記の実施形態のレンズ１１としては、焦点レンズに限らず、望遠等のズームレンズでも良い。
また、上記の例では、デジタル撮影装置として、静止画像を撮影するいわゆるデジタルカメラを例にとって説明したが、本発明は、デジタルビデオカメラからなるデジタル撮影装置にも適応可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の撮像素子によれば、シェーディングにあわせてＮＤフィルターの透過率を調整することにより、受光部の出力を調整したので、波長の異なる各色のシェーディングを的確に低減して高品質な画像を得ることができる。
そして、この撮像素子を備えたデジタルカメラによれば、出力を演算処理的に補正するものと比較して、余分な処理時間をかけることなく、高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の撮像素子及びそれを備えたデジタル撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。
【図２】撮像素子の概略構造を説明する撮像素子の分解斜視図である。
【図３】シェーディングによる受光部の出力の変化を説明するグラフ図である。
【図４】ＮＤフィルターの透過率の調整の仕方の説明図である。
【図５】受光部の出力の調整の仕方を説明するグラフ図である。
【図６】受光部の出力の調整の仕方の他の例を説明するグラフ図である。
【図７】受光部の出力の調整の仕方の他の例を説明するグラフ図である。
【図８】受光部の出力の調整の仕方の他の例を説明するグラフ図である。
【図９】ＮＤフィルターの厚さの調整の仕方の説明図である。
【図１０】一枚のＮＤフィルターを設けた撮像素子を説明する撮像素子の分解斜視図である。
【符号の説明】
１０デジタル撮影装置
１１レンズ
１２撮像部
３０撮像素子
３１受光素子
３３受光部
３４カラーフィルター
３５ＮＤフィルター

Claims

入射した被写体光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子を有する受光部と、該受光部に積層されたカラーフィルターとを備えた撮像素子であって、
前記受光部の上方に、光の透過量を制御するＮＤフィルターを設け、少なくとも一色の前記カラーフィルターに対応する前記ＮＤフィルターの透過率を、シェーディングによる被写体光の変化にあわせて調整し、前記受光部の出力を調整したことを特徴とする撮像素子。
前記ＮＤフィルターの濃度を調整することにより、透過率を調整したことを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
前記ＮＤフィルターの厚さを調整することにより、透過率を調整したことを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
レンズと、該レンズを介して入射した被写体光を電気信号に変換する撮像部と、該撮像部からの出力信号から画像データを作成するデジタル信号処理部とを有するデジタル撮影装置であって、前記撮像部に、請求項１から３のいずれか１項記載の撮像素子を用いたことを特徴とするデジタル撮影装置。