JP2005020472A

JP2005020472A - 固体撮像素子の個体情報設定方法、及び固体撮像素子、撮像装置

Info

Publication number: JP2005020472A
Application number: JP2003183674A
Authority: JP
Inventors: Masami Yuyama; 将美湯山
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20
Also published as: US7141774B2; US20040262495A1

Abstract

【課題】撮像装置において、使用する固体撮像素子の個体情報の設定や再設定を容易かつ誤りなく行うことを可能とする。
【解決手段】固体撮像素子の受光面１ａにおいて画像の生成に使用しない非有効画素領域Ｂにデータ領域Ｃを設定する。データ領域Ｃの所定の画素部分のマイクロレンズ１２の表面に黒色の塗装皮膜１３を選択的に予め形成し、塗装皮膜１３を形成した画素を「０」、他の画素を「１」として、データ領域Ｃに、固体撮像素子に固有の個体情報をデジタル情報として記録する。所定の条件下で固体撮像素子を駆動し、その時出力される撮像信号からデータ領域Ｃの各画素の値を判定することにより個体情報を読み出し、それを所定のメモリに記録する。撮像装置に固体撮像素子を組み込んだ状態で個体情報の設定ができ、その際には固体撮像素子と個体情報とが不可分の関係を確保される。また設定される個体情報それ自体から人為的な誤りが排除できる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラに用いて好適な固体撮像素子の個体情報設定方法、及び固体撮像素子、撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタルカメラ等の撮像装置には撮像素子としてＣＣＤが多く用いられている。撮像装置においてＣＣＤを適正に機能させるためには各種の設定パラメータが必要である。そのため、デジタルカメラ等においては、上記設定パラメータを所定のメモリに予め記憶しておき、稼働時には、記憶されている設定パラメータを読み出し、それに基づきＣＣＤの駆動や各種の信号処理を実施するのが一般的である（例えば、下記特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、前述した設定パラメータとしてはＣＣＤの種類毎に共通する情報や、デバイス毎に固有の個体情報があり、個体情報としては、例えば傷欠陥やＲＧＢ毎の感度やサブストレート電圧（又はその調整データ）がある。サブストレート電圧は垂直転送ＣＣＤの飽和電圧であり、従来であれば、内部で平均的なＤＣバイアスを発生させることにより、個体毎に外部から調整電圧を与える必要がなかったものが、近時のように画素数が増加し、かつサイズが小型化して１画素の大きさが小さくなり、その電圧に余裕がなくなったために個別調整の必要が生じてきたものである。
【０００４】
ところで、前記個体情報のうち傷欠陥やＲＧＢ毎の感度等はＣＣＤを製品に組み込んだ状態であっても、比較的短時間（例えば傷欠陥では、数十秒〜１分程度）に、かつ容易に取得することが可能である。それに対し、サブストレート電圧は、製品に組み込む以前における単体の状態でなければ最適な値を取得することが難しく、かつその取得にはかなりの時間が必要である。係ることから、通常は、ＣＣＤの製造時にそのデバイス表面（一般に裏面側）にシリアルナンバーを予め印字するとともに、シリアルナンバー毎のサブストレート電圧のデータを、記録媒体に記録された状態で、あるいは文書の形態でデジタルカメラ等の製造工場に提供する一方、製造工場では、ＣＣＤを製品に組み込む際に、提供されたデータを１台毎に前述した所定のメモリに書込むことが行われている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−４６８７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにＣＣＤの個体情報をデジタルカメラ等に記録し、それを使用する場合には、設定パラメータの記録時間や管理等にコストがかかるという問題があった。特に前述したサブストレート電圧にあっては、その記録時に入力ミスを起こす可能性があり、さらにＣＣＤを組み込んだ基板や製品を再調整する際、それらを分解しなければシリアルナンバーの確認ができず、それが著しい。
【０００７】
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、撮像装置において、それに使用する固体撮像素子の個体情報の設定や再設定を容易かつ誤りなく行うことができる固体撮像素子の個体情報設定方法、及び固体撮像素子、撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１の発明にあっては、受光面に結像された光学像を電荷に変換し撮像信号として出力する固体撮像素子を備えた撮像装置に、前記固体撮像素子に固有の個体情報を設定する方法であって、前記固体撮像素子の受光面における画像の生成に使用されない非有効画素領域に、前記個体情報を撮像信号として出力可能に予め記録しておき、前記個体情報設定の設定に際し、前記固体撮像素子を駆動するとともに、固体撮像素子から出力される撮像信号に含まれる個体情報を取得し、取得した個体情報を撮像装置が有する所定の記録媒体に記録する方法とした。
【０００９】
かかる方法においては、撮像装置に固体撮像素子が組み込まれた状態で、撮像装置への固有情報の設定を行うことができ、その際には、固体撮像素子と個体情報とが不可分の関係を確保され、かつ設定される個体情報それ自体から人為的な誤りが排除されることとなる。
【００１０】
また、請求項２の発明にあっては、受光面に結像された光学像を電荷に変換し、撮像信号として出力する固体撮像素子において、前記受光面における画像の生成に使用されない非有効画素領域に、当該固体撮像素子に固有の個体情報を撮像信号として出力可能に記録したものとした。かかる構成からなる固体撮像素子を用いれば請求項１の発明が実施可能となる。
【００１１】
また、請求項３の発明にあっては、前記個体情報を、複数の画素部分の受光機能を制限する、つまり受光機能を低下させたり無効としたりすることにより前記非有効画素領域に記録したものとした。
【００１２】
また、請求項４の発明にあっては、前記複数の画素部分に遮光手段を設けることにより、前記複数の画素部分の受光機能を制限したものとした。
【００１３】
また、請求項５の発明にあっては、前記複数の画素部分に対して受光機能を喪失させる処理を施すことにより、前記複数の画素部分の受光機能を制限したものとした。
【００１４】
また、請求項６の発明にあっては、前記個体情報を、誤り訂正が可能なデータ構造で前記非有効画素領域に記録したものとした。
【００１５】
かかる構成においては、個体情報を構成する非有効画素領域に傷欠陥が存在する場合においても、常に正確な個体情報を提供することが可能となる。
【００１６】
また、請求項７の発明にあっては、受光面に結像された光学像を電荷に変換し撮像信号として出力する固体撮像素子を備えた撮像装置において、前記固体撮像素子に固有の個体情報が記録される記録手段と、前記固体撮像素子を駆動するとともに、固体撮像素子から出力される撮像信号に含まれる個体情報を取得する個体情報取得手段と、この個体情報取得手段により取得された個体情報を前記記録手段に記録させる制御手段とを備えたものとした。かかる構成からなる撮像装置によれば請求項１の発明が実施可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。図１は、本発明に係るデジタルカメラの要部を示す概略ブロック図である。
【００１８】
デジタルカメラは固体撮像素子であるＣＣＤ１を備えており、ＣＣＤ１の受光面には、図示しない光学系により被写体の光学像が結像される。ＣＣＤ１は、ＴＧ（ＴｉｍｉｎｇＧｅｎｅｒａｔｏｒ）２により駆動され、各画素の蓄積電荷レベルに応じた撮像信号をアナログ処理部３に出力する。アナログ処理部３は、ＡＧＣ（ＡｕｔｏＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）アンプ、ＣＤＳ（ＣｏｒｒｅｌａｔｅｄＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ）回路、ＡＤコンバータを含み、入力した撮像信号のゲインを調整するととともに、ＴＧ２からのタイミングに同期した信号を用いて入力した撮像信号のサンプリングを行い、所定のビット数でデジタルデータ化して撮像データとしてＣＰＵ４へ出力する。
【００１９】
ＣＰＵ４は、内蔵メモリ５に記録されている各種の制御プログラムに基づき、上記画像データの圧縮を含む装置全体の制御を行う。ＣＰＵ４へ送られた撮像データは、その後、各種の信号処理を施されてＲＧＢの色毎の画像データに変換される。変換された画像データは、さらにビデオ信号に変換されて図外のモニタによってスルー画像として表示されたり、撮影操作に応じてＪＰＥＧ等の所定フォーマットに従い圧縮されて図外の画像記録用のメモリに記録される。
【００２０】
また、上記内蔵メモリ５は、必要に応じた記録データの書き込み、及び書き込まれたデータの保持が可能なフラッシュメモリ等であって、内蔵メモリ５には、前述した制御プログラムとともに、撮像時におけるＡＥ（自動露出制御）、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）等の動作に使用されるデータ、及びＣＣＤ１を適正に機能させるための設定パラメータが含まれている。ＣＣＤ１の設定パラメータは、従来技術で説明したように、ＣＣＤ１の種類に応じた情報やＣＣＤ１に固有の個体情報であり、係る設定パラメータに基づきＣＰＵ４はＣＣＤ１の駆動を制御する。その際、ＣＰＵ４は、上記設定パラメータとして記録されているサブストレート電圧の設定情報に基づきＤＡコンバータ６を制御し、図外の電源回路からＣＣＤ１へ供給するサブストレート電圧を最適な値とする。なお、ＤＡコンバータ６とＣＣＤ１との間にはインピーダンス調整用のバッファ７が設けられている。また、本実施の形態において上記設定情報はサブストレート電圧の電圧値とするが、所定の基準電圧との差等の他の情報であってもよい。
【００２１】
一方、前記ＣＣＤ１は図２に示した構成を備えている。同図（ａ）はＣＣＤ１の受光面１ａの画素領域を示す模式図、同図（ｂ）はＣＣＤ１の感光部の構造を示す模式断面図である。ＣＣＤ１の受光面１ａは、その全画素領域が有効画素領域Ａと非有効画素領域Ｂとから構成されている。有効画素領域Ａは、各画素部分に配置されたフォトダイオード１１（同図（ｂ）参照）の光電変換によって出力された撮像信号が画像データに変換され、撮像した画像の生成に使用される領域である。これと異なり非有効画素領域Ｂは、その部分に配置された図示しないフォトダイオード１１の光電変換により出力された撮像信号が、最終的には撮像した画像の生成に使用されない領域である。なお、係る構成については従来の一般的なＣＣＤにおいても同様であるとともに、通常、非有効画素領域Ｂには有効画素領域Ａに接して遮光領域Ｄが存在している。
【００２２】
また、本実施の形態のＣＣＤ１にあっては、前記遮光領域Ｄを除く非有効画素領域Ｂに前述したサブストレート電圧の設定情報が、以下の方式により記録されている。すなわち、非有効画素領域Ｂに所定の画素数分のデータ領域Ｃを設定し、その内の複数画素部分に、図２（ｂ）に示したように、フォトダイオード１１を覆っている集光用のマイクロレンズ１２の表面に黒色の塗装皮膜１３を選択的に形成して、所定の画素部分の受光機能を無効とする。そして、その画素部分を「０」、それ以外のデータ領域Ｃの画素部分を「１」として認識させることにより（詳細については後述する。）、複数の画素部分によって、前記設定情報に応じた所定のビット長（例えば４ビット乃至８ビット）のデジタル情報を構成させるといったものである。なお、前記設定情報の記録、つまり前記塗装皮膜１３の形成は、ＣＣＤ１の製造時に例えばウェハーの状態で行ったものである。
【００２３】
そして、以上の構成からなるデジタルカメラにおいては、前述した方式でＣＣＤ１に記録されているサブストレート電圧の設定情報（ＣＰＵ４がＣＣＤ１の駆動制御に直接使用する設定パラメータ）が、その製造過程でＣＣＤ１が製品に組み込まれた状態で、以下の初期設定作業が行われることにより内蔵メモリ５に記録されている。
【００２４】
図３は、その手順を示したフローチャートであって、作業者は、まず図４に示したように、一様の明るさを有する被写体を提供するための被写部１０２ａを備えた輝度箱１０２を準備し、製品（デジタルカメラ）１０１の撮影レンズ１０１ａを前記被写部１０２ａに向けて配置した状態で、工場内での初期設定用として製品１０１に用意されている隠しモードを設定する（ステップＳ１）。するとＣＰＵ４が、先ず前記サブストレート電圧をＣＣＤ１の種類に応じた基準電圧に制御しながらＣＣＤ１を駆動し（ステップＳ２）、ＣＣＤ１から出力された全画素領域（有効画素領域Ａと非有効画素領域Ｂ）の撮像信号に基づく画像データを取得する（ステップＳ３）。つまり、製品として通常取得する画像データが、例えば横１，６００ドット×縦１，２００画素等の画像サイズ（最大サイズ）のデータである場合には、それ以上の画像サイズ（横１，６００＋ｎ画素×縦１，２００＋ｎ画素）の画像データを取得する。次に、その画像データから前述したデータ領域Ｃ以外で、かつ遮光領域Ｄを除いた領域の画素の電圧（輝度情報）の平均値を計算した後（ステップＳ４）、データ領域Ｃの全画素について、その電圧を計算した平均値と比較し、その電圧が計算した平均値と同等の電圧であれば「１」、平均値よりも所定幅を超えるような低い電圧であれば「０」と判定し（ステップＳ５）、データ領域Ｃの全画素の判定結果からなるデジタル情報、つまりＣＣＤ１の個体情報として与えられているサブストレート電圧の情報に基づき、前述した設定パラメータとしてのサブストレート電圧の設定情報（本実施の形態では設定電圧）を生成する（ステップＳ６）。そして、生成した設定情報を内蔵メモリ５に記録させる（ステップＳ７）。
【００２５】
以上のように本実施の形態においては、デジタルカメラの製造に際して、ＣＣＤ１に固有のサブストレート電圧を設定（記録）するとき、その設定データがＣＣＤ１と不可分の関係を確保され、かつ設定データから人為的な誤りを確実に排除することができる。よって、サブストレート電圧の設定を容易かつ誤りなく行うことができる。しかも製品出荷前の最終テストで、撮像系等に何らかの不具合が生じ、上記サブストレート電圧を再設定する必要が生じた場合においても、その再設定作業を容易かつ誤りなく行うことができる。
【００２６】
なお、上記説明では、ＣＣＤ１からサブストレート電圧の設定情報を読み出し、それを内蔵メモリ５に記録する時期を、製品の組み立てが終了した時点である場合について説明したが、内蔵メモリ５に設定情報を記録させる時期は、ＣＰＵ４が前述した設定処理を実行可能な状態であればいつの時点でも構わない。
【００２７】
また、ＣＣＤ１からサブストレート電圧の設定情報を読み出す際、ＣＣＤ１に、輝度箱１０２を用いて一様の明るさを有する被写体を撮像させる場合について説明したが、ＣＣＤ１の出力信号（撮像信号）に基づき、それに記録されている設定情報（デジタル情報）が認識可能であれば、他の被写体を撮像させるようにしてもよい。
【００２８】
また、本実施の形態においては、ＣＣＤ１にサブストレート電圧の設定情報のみを記録する場合について説明したが、これに止まらずＣＣＤ１に固有の他の個体情報、例えば傷欠陥やＲＧＢ毎の感度等の情報についても、サブストレート電圧と同様の方式でＣＣＤ１に記録し、かつ同様の方法で内蔵メモリ５に記録（デジタルカメラに設定）するようにしてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態では、ＣＣＤ１におけるサブストレート電圧の記録構造として、前述したデータ領域Ｃ内の所定の画素部分の受光機能を無効としたものについて説明したが、ＣＣＤ１から出力される撮像信号に基づき所定の画素部分とそれ以外の画素部分とが識別可能であれば、所定の画素部分の受光機能を完全に無効とせず、ある程度の受光機能を残すようにしてもかまわない。つまりＣＣＤ１における記録時点では、サブストレート電圧の設定情報を「０」と「１」とからなる完全なデジタル情報とせずともよく、それをＣＣＤ１の出力信号（撮像信号）から読み取った時点でデジタル情報として認識させるようにしてもよい。さらには、例えば「０」と「１」と以外の値「１．５」等の表現を可能とするよう、所定の画素部分の受光機能を３段階等の他段階に制限して、３値以上のデータによる情報記録を行うようにしてもよい。
【００３０】
また、受光機能を無効とするため、所定の画素部分のマイクロレンズ１２の表面に塗装皮膜１３を形成したが、塗装皮膜１３の材質及び塗装方法はマイクロレンズ１２の材質に応じて適宜選択可能である。また、塗装以外の方法によって、例えばマイクロレンズ１２の表面又は裏面に遮光皮膜を形成し、それにより所定の画素部分の受光機能を制限するようにしてもよい。また、受光機能を無効とする方法については、前述した遮光領域Ｄの遮光方法と同一としてもよい。さらに、他の実施の形態としては、例えばＣＣＤ１の製造後や製造過程で、所定の画素部分のフォトダイオード１１にレーザー光線を照射し、その熱でフォトダイオード１１を破壊するといったように、所定の画素部分について素子それ自体の受光機能を喪失させる処理を施すことが考えられる。
【００３１】
また、本実施の形態では、データ領域Ｃ内の所定の画素の各々に、デジタル情報の「０」又は「１」を表現させるようにしたが、現在ＣＣＤ１においては、いずれかの画素に傷欠陥が不可避的に存在しており、それがデータ領域Ｃ内の所定の画素に存在する場合も予想される。したがって、データ領域ＣにＣＣＤ１の固有情報を記録する際には、その記録データに何らかの誤り訂正が可能なデータ構造を採用することが望ましい。
【００３２】
誤り訂正が可能なデータ構造としては、例えば３×３画素の複数画素を１ブロックとし、ブロック単位で「０」又は「１」を表現させるものがある。その場合、記録されている設定情報を撮像信号から読み取る際には、各ブロックの値（「０」又は「１」）を９画素の値（電圧）を平均化した値から判定したり、９画素について個別に値（「０」又は「１」）をいったん判定し、その判定結果の多数決を採り、その結果を各ブロックの値としたりすることにより、データ領域Ｃにおける傷欠陥の存在に起因するデータ不良をなくすことができる。
【００３３】
また、上記とは別に、データ領域Ｃ内の３以上の奇数ヶ所に設定情報を記録しておく、つまり設定情報の記録に冗長性を持たせたデータ構造としてもよい。その場合には、それら複数の設定情報の読み取り結果について多数決を行い、それにより採用する設定情報を決定するようにすれば、データ領域Ｃにおける傷欠陥の存在に起因するデータ不良をなくすことができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、本発明をデジタルカメラに採用した場合について説明したが、本発明はデジタルカメラ以外にも、デジタルビデオカメラ、携帯電話やＰＤＡに内蔵又は外付けされるカメラユニット等の他の撮像装置にも採用することができる。また、本発明をＣＣＤに採用した場合について説明したが、これに限らず、本発明は、撮像した画像の生成に使用されない非有効画素領域を有するものであれば、ＭＯＳ型等の他の固体撮像素子にも採用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子の個体情報設定方法によれば、撮像装置に固体撮像素子が組み込まれた状態で、撮像装置への固有情報の設定が行うことができ、その際には、固体撮像素子と個体情報とが不可分の関係を確保され、かつ設定される個体情報それ自体から人為的な誤りが排除されるようにした。よって、撮像装置において、それに使用する固体撮像素子の個体情報の設定や再設定を容易かつ誤りなく行うことが可能となる。
【００３６】
また、本発明の固体撮像素子及び撮像装置においては、それを用いることにより上記方法を実施することが可能となる。特に、請求項６の固体撮像素子では、個体情報を構成する非有効画素領域に傷欠陥が存在する場合においても、常に正確な個体情報を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すデジタルカメラの要部を示す概略ブロック図である。
【図２】同デジタルカメラが有するＣＣＤの構造を示す図であって、（ａ）は受光面の画素領域を示す模式図、（ｂ）は感光部の模式断面図である。
【図３】同デジタルカメラにおける工場内での初期設定作業の手順を示すフローチャートである。
【図４】同初期設定作業の作業形態を示す図である。
【符号の説明】
１ＣＣＤ
１ａ受光面
２ＴＧ
３アナログ処理部
４ＣＰＵ
５内蔵メモリ
６ＤＡコンバータ
７バッファ
１１フォトダイオード
１２マイクロレンズ
１３塗装皮膜
１０１製品
１０２輝度箱
Ａ有効画素領域
Ｂ非有効画素領域
Ｃデータ領域
Ｄ遮光領域

Claims

受光面に結像された光学像を電荷に変換し画像信号として出力する固体撮像素子を備えた撮像装置に、前記固体撮像素子に固有の個体情報を設定する方法であって、
前記固体撮像素子の受光面における画像の生成に使用されない非有効画素領域に、前記個体情報を撮像信号として出力可能に予め記録しておき、前記個体情報設定の設定に際し、前記固体撮像素子を駆動するとともに、固体撮像素子から出力される撮像信号に含まれる個体情報を取得し、取得した個体情報を撮像装置が有する所定の記録媒体に記録することを特徴とする固体撮像素子の個体情報設定方法。
受光面に結像された光学像を電荷に変換し、撮像信号として出力する固体撮像素子において、
前記受光面における画像の生成に使用されない非有効画素領域に、当該固体撮像素子に固有の個体情報を撮像信号として出力可能に記録したことを特徴とする固体撮像素子。
前記個体情報を、複数の画素部分の受光機能を制限することにより前記非有効画素領域に記録したことを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
前記複数の画素部分に遮光手段を設けることにより、前記複数の画素部分の受光機能を制限したことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
前記複数の画素部分に対して受光機能を喪失させる処理を施すことにより、前記複数の画素部分の受光機能を制限したことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
前記個体情報を、誤り訂正が可能なデータ構造で前記非有効画素領域に記録したことを特徴とする請求項３，４又は５記載の固体撮像素子。
受光面に結像された光学像を電荷に変換し撮像信号として出力する固体撮像素子を備えた撮像装置において、
前記固体撮像素子に固有の個体情報が記録される記録手段と、
前記固体撮像素子を駆動するとともに、固体撮像素子から出力される撮像信号に含まれる個体情報を取得する個体情報取得手段と、
この個体情報取得手段により取得された個体情報を前記記録手段に記録させる制御手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。