JP2006115160A - 画像入力装置及び画像入力手段 - Google Patents

Abstract

【課題】単層の無機材料を用いた色分離フィルタを搭載した画像入力装置及び入力方法であって、画像周辺部の色ずれの無い画像入力装置及び画像入力方法を提供する。
【解決手段】マイクロコンピュータ４０５は補正データを出力して、シェーディング補正回路４０６にデジタル撮像信号を補正させる。シェーディング補正回路４０６はマイクロコンピュータ４０５からの補正データを用いてデジタル撮像信号をシェーディング補正する。ＹＣ処理回路４０７はシェーディング補正されたデジタル撮像信号から映像信号を生成して、ガンマ補正等の処理を加えた後、出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像入力装置及び画像入力方法に関し、特に、画像入力装置を小型化及び高信頼化した際に生じる色ずれを解消する技術に関する。

近年、デジタルカメラを搭載した携帯電話が広く普及するなど、固体撮像装置に関する小型化の要請が高まっている。固体撮像装置は入射光を三原色に分離するために色分離フィルタを用いている。色分離フィルタの材料としては、従来、顔料などの有機材料が用いられてきたが、近年では無機材料も用いられるようになってきた。

無機材料を用いた色分離フィルタとしては、例えば多層干渉膜を用いた色分離フィルタがある（特許文献１を参照）。無機材料を用いた色分離フィルタは有機材料を用いたものに比べて小型化が容易であるため、固体撮像装置へ適用すべく技術開発が盛んに進められている。
特開平０５−０４５５１４号公報

しかしながら、次のような問題がある。すなわち、固体撮像装置を用いたカメラを小型化するためには固体撮像装置上に被写体からの入射光を結像させる光学系と固体撮像装置との間の距離を小さくする必要がある。この距離を小さくすると、必然的に、固体撮像装置に入射する光の入射角が小さくなる。

このような場合に、固体撮像装置が無機材料を用いた色分離フィルタを使用していると得られた画像の周辺部で色ズレが発生する。これは、有機材料を用いる場合と比較して、無機材料を用いた色分離フィルタでは光の入射角によって透過させる光の波長が変化するためである。

本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、無機材料を用いた色分離フィルタを搭載した画像入力装置及び画像入力手段であって、画像周辺部の色ずれの無い画像入力装置及び画像入力手段を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像入力装置及び画像入力方法は、被写体を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が出力する撮像信号を処理する信号処理手段とを備える画像入力装置及び画像入力装置であって、前記固体撮像素子は、単層の無機材料からなり、所定の波長域の入射光を透過するように膜厚が調整されているフィルタ膜からなる濾光手段と、半導体基板内に二次元状に配置されており、前記濾光手段を透過した入射光を受光する複数の受光手段と、を備え、前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる方法で補正することを特徴とする。

本発明の一形態に係る画像入力装置及び画像入力方法は、前記信号処理手段が前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて２以上の異なる方法で補正することを特徴とする。このようにすれば、色と画像中の位置とによって異なる信号レベルの減衰を補正して、無機材料を用いた色分離フィルタによる画像周辺部の色ずれを解消することができる。

さらに、前記絶縁体層の光学膜厚が、対応する受光手段に入射させるべき光の波長に応じて異なっていると好ましい。このようにすれば、カラー画像を撮像する画像入力装置を小型化することができる。

さらに、前記信号処理手段が互いに相似で、かつ、大きさの異なる複数の図形を同心となるように配置して区画される、前記被写体像の領域毎に異なる方法で前記撮像信号を補正すると好ましい。特に、前記被写体像を結像させる光学レンズと、前記光学レンズへの入射光を制限する絞り機構と、を備え、前記図形は、前記絞り機構の開口形状に略相似するとすれば、絞り機構を有する画像入力装置及び画像入力方法にて生じる色ずれを解消することができる。

或いは、前記図形は、略円形であるとしても良い。受光素子に入射する光の入射角は光学レンズの光軸を中心として対称なので、画像の中心を中心とする同心円で挟まれた領域内では色ずれの程度がほぼ同一となる一方、このような領域間では色ずれの程度が異なる。従って、このような領域ごとに異なる方法で撮像信号を補正すれば、画像周辺において特に顕著な色ずれを解消することができる。

具体的には、前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる係数をその撮像信号レベルに乗算して補正すれば良い。また、前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる定数をその撮像信号レベルに加算して補正し、或いは、前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる定数をその撮像信号レベルに加算し、異なる係数を乗算して補正しても良い。

さらに、前記撮像信号を補正するための補正データを記憶する記憶手段を備え、前記信号処理手段は、前記記憶手段にて記憶されている補正データを用いて前記撮像信号を補正すると好ましい。このようにすれば、色ずれを高速に補正することができる。

さらに、前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて撮像信号レベルを前記補正データに置換すると好ましい。このようにすれば、色ずれ補正に際して、算術演算が不要となるので更に処理を高速化できる。

以上において、前記記憶手段は不揮発性メモリを用いて前記補正データを記憶しても良いし、前記記憶手段は揮発性メモリを用いて前記補正データを記憶しても良い。

さらに、前記記憶手段にて記憶されている補正データを書き換える更新手段を備えると好ましい。このようにすれば、光学系の交換等に起因して色ずれの仕方が変化しても、補正データを更新して、正しく画像を補正することができる。

さらに、前記撮像信号を補正するための補正データを記憶する記憶手段を備え、前記信号処理手段は、前記記憶手段にて記憶されている補正データ及び当該補正データから生成される補正データを用いて前記撮像信号を補正すると好ましい。このようにすれば、撮像信号のすべてのアドレスについて補正データを記憶しなくても、記憶している補正データから他のアドレスの補正データを生成するので、補正データの記憶に必要な記憶容量を削減することができる。従って、画像入力装置及び画像入力方法をより安価に製造することができる。

記憶してある補正データから他のアドレスの補正データを補間によって生成するに際しては、前記補正データの生成は、前記記憶手段にて記憶されている補正データのうちの２つから一次関数を用いてなされても良いし、二次関数を用いてなされても良い。このようにすれば、より妥当な補正データを簡単に生成することができる。

本発明の別の形態に係る画像入力装置及び画像入力方法は、被写体を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が出力する撮像信号を処理する信号処理手段とを備える画像入力装置及び画像入力方法であって、前記固体撮像素子は、単層の無機材料からなり、入射光を選択的に透過させる濾光手段と、半導体基板内に二次元状に配置されており、前記濾光手段を透過した入射光を受光する複数の受光手段と、を備え、前記信号処理手段は、撮像した画像の中心から所定の座標距離内の撮像信号から画像を生成することを特徴とする。このようにすれば、画像周辺の色ずれ部分を削除するので高速に色ずれを解消できる。

この場合において、前記信号処理手段は、前記画像を生成するに先立って、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる方法で補正しても良い。

以下、本発明に係る画像入力装置及び画像入力手段の実施の形態について、電子スチルカメラを例にとり、図面を参照しながら説明する。

[１]第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態に係る電子スチルカメラについて説明する。

（１）電子スチルカメラの構成
まず、本実施の形態に係る電子スチルカメラの構成について説明する。図１は本実施の形態に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電子スチルカメラ１は光学レンズ１０１、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙｓ）カットフィルタ１０２、イメージセンサ１０３、アナログ信号処理回路１０４、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇｕｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１０５、デジタル信号処理回路１０６、メモリカード１０７及びドライブ回路１０８を備えている。

光学レンズ１０１は被写体からの入射光をイメージセンサ１０３上に結像させる。ＩＲカットフィルタ１０２はイメージセンサ１０３に入射する光の長波長線分を除去する。イメージセンサ１０３はいわゆる単板式ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサであって、二次元状に配置された光電変換素子のそれぞれに入射光を濾光する単色フィルタが設けられている。イメージセンサ１０３は、ドライブ回路１０８からの駆動信号に応じて電荷を読み出し、アナログ撮像信号を出力する。

アナログ信号処理回路１０４は、イメージセンサ１０３が出力したアナログ撮像信号に対して相関二重サンプリングや信号増幅などの処理を施す。Ａ／Ｄ変換器１０５はアナログ信号処理回路１０４の出力信号をデジタル撮像信号に変換する。デジタル信号処理回路１０６はデジタル撮像信号の色ずれを補正した後、デジタル映像信号を生成する。メモリカード１０７はデジタル映像信号を記録する。

（２）イメージセンサ１０３の構成
次に、イメージセンサ１０３の構成について説明する。図２は、イメージセンサ１０３の概略構成を示すブロック図である。図２に示されるように、イメージセンサ１０３は光電変換素子２０１、カラーフィルタ２０２〜２０４、垂直転送ＣＣＤ２０５、水平転送ＣＣＤ２０６、増幅回路２０７及び出力端子２０８を備えている。

光電変換素子２０１は二次元状に配列されており、各光電変換素子上には、第１の色Ｒのカラーフィルタ２０２、第２の色Ｇのカラーフィルタ２０３、第３の色Ｂのカラーフィルタ２０４の何れかのカラーフィルタがベイヤ配列されている。カラーフィルタに入射した光のうち特定の色成分のみが光電変換素子２０１に到達し、電荷信号に変換される。

垂直転送ＣＣＤ２０５は、ドライブ回路１０８からの駆動パルスに応じて光電変換素子２０１毎の電荷信号を水平転送ＣＣＤ２０６に転送する。水平転送ＣＣＤ２０６もまたドライブ回路１０８からの駆動パルスに応じて、垂直転送ＣＣＤ２０５からの電荷信号を増幅回路２０７は電荷信号を電圧信号に変換し、出力信号２０８から出力する。

図３（ａ）は、イメージセンサ１０３の構成の一部を示す断面図である。図３（ａ）に示されるように、イメージセンサ１０３はＮ型半導体層３０１、Ｐ型半導体層３０２、絶縁膜３０３、光電変換素子２０１、層３０６、遮光膜３０４、カラーフィルタ２０２〜２０４及び集光レンズ３０５を備えている。

Ｎ型半導体層３０１上にはＰ型半導体層３０２が形成されている。光電変換素子２０１はＰ型半導体層３０２にＮ型不純物がイオン注入されてなる。Ｐ型半導体層３０２及び光電変換素子２０１上には光透過性の絶縁膜３０３が形成されている。絶縁膜３０３には特定のカラーフィルタを透過した光のみが光電変換素子２０１に入射するように遮光膜３０４が設けられている。絶縁膜３０３上にはカラーフィルタ２０２〜２０４が形成されている。カラーフィルタ２０２〜２０４上には素子の平坦化のための二酸化珪素からなる層３０６が形成されている。カラーフィルタ２０２〜２０４上の各光電変換素子２０１に対向する位置には入射光を光電変換素子２０１上に集光するマイクロレンズ３０５が配されている。

カラーフィルタ２０２〜２０４は、単層のアモルファスシリコンからなるフィルタ膜からなり、所定の波長域の光を透過するようにそれぞれの受光セルにおける膜厚を決定するが、まず、極大値を有する波長を決定してから、膜厚を決定する。つまり、極大値を有する波長を、第１の色Ｒ領域では６５０ｎｍ、第２の色Ｇ色領域では５３０ｎｍ、第３の色Ｂ色領域では４７０ｎｍとしたときに、波長６５０ｎｍ、５３０ｎｍおよび４７０ｎｍにおける屈折率はそれぞれ４．５、４．７５および５．０である。ここで、極大値における波長λおよび屈折率ｎおよびフィルタ膜の膜厚ｄの間には以下の関係がある。

したがって、第１の色Ｒ領域、第２の色Ｇ色領域、第３の色Ｂ色領域において極大値を有する膜厚をそれぞれｄａ、ｄｂおよびｄｃと規定すると、ｄａ＝７０ｎｍ、ｄｂ＝５５ｎｍおよびｄｃ＝４０ｎｍとなる。ここでは膜厚が厚いほど極大値を有する波長が長波長側にシフトしており、第１の波長（４７０ｎｍ）よりも長波長側の第２の波長（５６０ｎｍ）に極大値を有する第１膜厚（４０ｎｍ）および第２膜厚（５５ｎｍ）となり第１膜厚は第２膜厚よりも厚くなっている。このときに、可視光の波長は３００ｎｍ〜８００ｎｍであるので、フィルタの膜厚と屈折率の積（ｎｄ）は１５０ｎｍ以上で４００ｎｍ以下の範囲で選択されることになる。

図３（ｂ）はフィルタ膜であるアモルファスシリコンの膜厚が４０ｎｍ、５５ｎｍ、７０ｎｍの場合の透過スペクトルである。膜厚が増加するにつれて、透過スペクトルにおける極大値での波長が長波長側にシフトしていることが分かる。したがって、このことからもこの現象が干渉による効果であるといえる。また、各膜厚とも４００ｎｍの短波長側において、透過率が減少しているが、これはアモルファスシリコンの物性である消衰係数の波長分散のためのカットオフ現象であるといえる。すなわち、カットオフ波長より長い波長域では、カットオフ波長より短い波長域と比較して、その入射光の透過率が高くなっている。したがって、このスペクトルは干渉と吸収を併せた効果をもって導き出されたものであり、干渉および吸収の効果による透過特性を用いることで色分離を実現することができる。

ここで、フィルタ膜には吸収材料であるアモルファスシリコンを用いているが、吸収材料とは波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて消衰係数が０．１以上の値をもつ波長がある材料と定義している。材料の例としては、ポリシリコン、単結晶シリコン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブなどが挙げられる。

一般的に、一定の膜厚を有する媒質は、膜と外部媒質との間の反射によって、その膜厚に応じて強め合う波長、弱め合う波長が決定し干渉を生じる。アモルファスシリコンは屈折率が大きいので反射率も大きくなる。さらに、アモルファスシリコンは消衰係数が大きいため特定の波長領域の光を吸収する性質を有している。

このように、フィルタ膜は、全ての画素セルにおいて単一素材の無機材料であるアモルファスシリコンにより形成される。アモルファスシリコンは、その膜厚に応じて異なる波長域の光を通過させる性質があるので、受光セル毎に異なる膜厚とすることでカラーフィルタの役割を果たすことができる。

また、フィルタ膜は、色別に異なる顔料又は染料ではなく、色別に異なる膜厚により透過光の波長域を定める。したがって、その製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理が不要となり、コストを削減することができる。

また、フィルタ膜は、半導体プロセスにより製造され得る。したがって、アクリル系樹脂を扱うカラーフィルタ製造プロセスが不要となる。その結果、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。

さらに、フィルタ膜の膜厚が最大でも７０ｎｍと極めて薄くなっている。したがって、隣接する受光セルのフィルタ膜を通過した光が入射してしまうという混色を防止する手段としても有効であるといえる。極大値を有する波長はｎｄ＝λ／２で定義されるので、可視光域において極大値を有するように膜厚を設定することで、優れた色分離特性を得ることができる。

また、フィルタ膜の材料として用いているアモルファスシリコンは、低温で成膜することができるため、低融点のアルミなどの遮光膜を形成した後に形成することができる。また、応力を小さくでき、光電変換部へのダメージを小さくすることができる。また、フィルタ膜の膜厚と屈折率の積は１５０ｎｍ以上で４００ｎｍ以下と設定することで、膜厚を変化させることで可視光域において干渉する波長を制御することができ、その結果、色分離が実現できる。

しかしながら、有機材料を用いたカラーフィルタと比較して、上述のようなアモルファスシリコンに代表される無機材料を用いたカラーフィルタは、光が入射する角度が変化すると光の光路長が短くなり、干渉する波長が短波長側にずれてしまう。したがって、垂直に入射した光と斜めに入射した光では色分離機能が異なってしまう。本発明においてはデジタル信号処理回路によってこの課題を解決している。

（３）デジタル信号処理回路１０６
次に、デジタル信号処理回路１０６について説明する。図４は、デジタル信号処理回路１０６の機能構成を示すブロック図である。

図４に示されるように、デジタル信号処理回路１０６は、入力アドレス制御回路４０１、メモリ４０２、メモリコントロール回路４０３、出力アドレス制御回路４０４、マイクロコンピュータ４０５、シェーディング補正回路４０６及びＹＣ処理回路４０７を備えている。

入力アドレス制御回路４０１はデジタル撮像信号のアドレスを制御する。メモリ４０２はデジタル撮像信号を記録する。出力アドレス制御回路４０４はメモリ４０２に記録されたデジタル撮像信号を読み出すアドレスを制御し、また、デジタル撮像信号を補正するための補正データをマイクロコンピュータ４０５に出力させる。メモリコントロール回路４０３は入力アドレス制御回路４０１及び出力アドレス制御回路４０４の制御信号に応じてメモリ４０２に対してデータの読み書きを制御するための制御信号を生成する。

マイクロコンピュータ４０５は補正データを出力して、シェーディング補正回路４０６にデジタル撮像信号を補正させる。シェーディング補正回路４０６はマイクロコンピュータ４０５からの補正データを用いてデジタル撮像信号をシェーディング補正する。ＹＣ処理回路４０７はシェーディング補正されたデジタル撮像信号から映像信号を生成して、ガンマ補正等の処理を加えた後、出力する。

このガンマ補正は非線形処理なのでＹＣ処理の前にシェーディング補正するのが好適である。

（４）シェーディング補正回路４０６
次に、シェーディング補正回路４０６について説明する。図５は、シェーディング補正回路４０６の構成を示すブロック図である。

図５に示されるように、シェーディング補正回路４０６は乗算器５０１とオーバフローアンダフロー補正回路５０２とを備えている。乗算器５０１はマイクロコンピュータ４０５からの補正データとメモリコントロール回路４０３からのデジタル撮像信号とを乗算して、乗算結果を出力する。オーバフローアンダフロー補正回路５０２は乗算結果がアンダフローまたはオーバフローしている場合に、所定のビットレンジ内に収まるようにクリッピング処理を施す。

（５）補正データ
マイクロコンピュータ４０５は撮像したデジタル画像におけるデジタル撮像信号の対応位置ごとに異なる補正データを出力する。本実施の形態においては、マイクロコンピュータ４０５はデジタル画像を複数の領域に分割し、領域ごとに異なる値の補正データを出力する。デジタル撮像信号が同一領域内に対応すれば同じ補正データが出力される。図６は、デジタル画像の領域分割を例示する図である。図６においては、デジタル画像が２０個の領域に分割されている。

このようにすれば、デジタル撮像信号のアドレス毎に自由にシェーディング補正できるので、デジタル画像中の位置毎によって異なる色ずれを精度よく補正できる。また、乗算器５０１を用いれば、アドレス毎に異なるゲイン変動が生じているようなシェーディングを適切に補正することができる。

[２]第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電子スチルカメラについて説明する。本実施の形態に係る電子スチルカメラは上記第１の実施の形態に係る電子スチルカメラと概ね同様の構成を備える一方、絞り機構を備える点で相違している。以下、当該相違点に着目して説明する。

（１）電子スチルカメラの構成
図７は、本実施の形態に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図である。図７に示されるように、電子スチルカメラ７は絞り機構７００、光学レンズ７０１、ＩＲカットフィルタ７０２、イメージセンサ７０３、アナログ信号処理回路７０４、Ａ／Ｄ変換器７０５、デジタル信号処理回路７０６、メモリカード７０７及びドライブ回路７０８を備えている。絞り機構７００は光学レンズ７０１に入射する光量を調整する。

（２）絞り機構７００の構成
図８は絞り機構７００の主要な構成を示す図であって、図８（ａ）は光量を増加させた状態、図８（ｂ）は光量を減少させた状態を表している。絞り機構７００は絞り羽根８００ａ、８００ｂを離させると光学レンズ７０１に入射する光量が増加し、従ってイメージセンサ７０３への入射光量が増加する。逆に図８（ｂ）に示されるように、絞り羽根８００ａ、８００ｂを近づけると、イメージセンサ７０３への入射光量が減少する。イメージセンサ７０３への入射光量を調整することができる。

（３）シェーディング補正回路の構成
デジタル信号処理回路７０６は上記第１の実施の形態に係るデジタル信号処理回路１０６と概ね同様の構成を備える一方、シェーディング補正回路の構成において相違している。図９は、本実施の形態に係るシェーディング補正回路の機能構成を示すブロック図である。

図９に示されるように、シェーディング補正回路９は加算器９０１及びオーバフローアンダフロー補正回路９０２を備えている。加算器９０１はマイクロコンピュータからの補正データとメモリコントロール回路からのデジタル撮像信号とを加算して、加算結果を出力する。オーバフローアンダフロー補正回路９０２は加算結果がアンダフローまたはオーバフローしている場合に、所定のビットレンジ内に収まるようにクリッピング処理を施す。

このようにすれば、撮像信号のアドレス毎に異なるレベルのオフセット変動として生じるシェーディングを補正することができる。

（４）補正データ
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態のようにデジタル画像を領域分割するのに代えて、デジタル画像の中心を中心とする菱形領域にデジタル画像を領域分割する。すなわち、絞り機構７００の開口形状に相似な形状となるように領域分割する。図１０は、本実施の形態に係るデジタル画像の領域分割を例示する図である。図１０において、デジタル画像はその中心からの距離に応じて１２種類の補正データに対応付けられた菱形領域に分割されている。

イメージセンサへの入射光はデジタル画像の水平方向と垂直方向とにおいてデジタル画像の中心からの距離が同じならば入射角がほぼ等しい。

上記第１の実施の形態においては、縦横格子状にデジタル画像が分割されている。この分割は入射光の入射角の特性に合っていないので、有効なシェーディング補正を行うためには領域数を多くする必要がある。一方、本実施の形態で各デジタル画像を水平方向と垂直方向とにおいて対称な菱形領域に分割して補正データを割り当てるので、より少ない領域数で入射光の入射角の特性に即したシェーディング補正を施すことができる。したがって、記憶すべき補正データの数を低減することができるので、処理を簡略化してシェーディング補正回路の回路規模を削減することができる。

[３]第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る電子スチルカメラは上記第１の実施の形態に係る電子スチルカメラと概ね同様の構成を備える一方、シェーディング補正回路の処理において相違している。以下、専ら相違点に注目して説明する。

（１）シェーディング補正回路の構成
図１１は、本実施の形態に係るシェーディング補正回路の機能構成を示すブロック図である。図１１に示されるように、シェーディング補正回路１１は加算器１１０１、乗算器１１０２及びオーバフローアンダフロー補正回路１１０３を備えている。

シェーディング補正回路１１はマイクロコンピュータから２系統の補正データを受け付けている。加算器１１０１は第１系統の補正データとデジタル撮像信号とを加算して、加算結果を出力する。乗算器１１０２は加算結果と第２系統の補正データとを乗算して、乗算結果を出力する。オーバフローアンダフロー補正回路１１０３はクリッピング処理を施す。

このようにすれば、撮像信号のアドレス毎に異なるレベルのオフセット変動として生じているようなシェーディングだけでなく、撮像信号のアドレス毎に異なるレベルのゲイン変動として生じているようなシェーディングも補正することができる。

（２）補正データ
上述のように、本実施の形態においては２系統の補正データを用いてシェーディング補正する。本実施の形態においても他の実施の形態と同様にデジタル画像を複数の領域に分割して、領域ごとに補正データの値を割り当てる。

図１２は、本実施の形態に係るデジタル画像の領域分割を示す図である。図１２に示されるように、デジタル画像はその中心とする同心円領域に分割されている。このようにすれば、イメージセンサへの入射角が所定範囲に収まっている領域毎にデジタル画像が分割されるので、領域数を低減して処理を簡略化し、回路規模を削減することができる。

[４]第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る電子スチルカメラもまた上記第１の実施の形態に係る電子スチルカメラと概ね同様の構成を備える一方、シェーディング補正回路の処理において相違している。すなわち、本実施の形態においては、デジタル撮像信号と補正データとを用いてシェーディング補正を行うのに代えて、デジタル撮像信号を置換データに置き換えることによりシェーディング補正を行う。以下、専ら相違点に注目して説明する。

（１）シェーディング補正回路の構成
図１３は本実施の形態に係るシェーディング補正回路の機能構成を示すブロック図である。図１３に示されるように、シェーディング補正回路１３はセレクタ回路１３０１、１３０３及び置換データ記憶部１３０２を備えている。シェーディング補正回路１３は、（Ａ）メモリコントロール回路からデジタル撮像信号を、（Ｂ）出力アドレス回路からデジタル撮像信号のアドレスを、（Ｃ）マイクロコンピュータから置換データを受け付ける。

置換データ記憶部１３０２はａからｘまでの複数の記憶位置を備え、シェーディング補正に用いる置換データを記憶する。セレクタ１３０１はマイクロコンピュータから受け付けた置換データを格納すべき置換データ記憶部１３０２の記憶位置を選択する。セレクタ１３０３は撮像信号とそのアドレスとに応じて置換データ記憶部１３０２の記憶位置を選択する。すると選択された記憶位置に記憶されている置換データがＹＣ処理回路へ出力される。

マイクロコンピュータは、例えば、置換データのセットを複数用意しており、電子スチルカメラのユーザが指示したセットを置換データ記憶部１３０２に記憶させるとしても良い。このような置換データの更新は電子スチルカメラの起動時や光学レンズのレンズ特性が著しく変化した場合などに行なうと好適である。

このようにすれば、加算や乗算に伴う演算誤差を回避して、精度の良いシェーディング補正を行なうことができる。また、置換データを自由に更新できるので、光学系の交換などに伴うシェーディングの変化に柔軟に対応できる。

（２）変形例
上記においては、デジタル撮像信号のアドレス毎に置換データ記憶部１３０２が置換データを記憶しておく場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、代表的なアドレス（以下、「代表アドレス」という。）についてのみ置換データを用意しておき、他のアドレスについてはその近傍の代表アドレスの置換データを用いて置換データを生成するとしても良い。

図１４は、デジタル画像中における代表アドレスの選択例を示す図である。図１４に示されるように、丸印１４０１〜１４０６等のように格子点を代表アドレスとすれば、置換データ記憶部１３０２の記憶容量を削減して電子スチルカメラの低コスト化を測ることができる。

また、上記においては置換データ記憶部１３０２の記憶内容は更新できるとしたが、これに代えて、置換データ記憶部１３０２としてＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）を用いるとしても良い。このようにすれば、置換データ記憶部１３０２の記憶内容を更新することはできなくなるが、部品コストを低減して電子スチルカメラをより安価に提供することができる。

[５]第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る電子スチルカメラは上記第１の実施の形態に係る電子スチルカメラと概ね同様の構成を備える一方、カラーフィルタの特性に応じてデジタル信号処理を変更する点で相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。

（１）電子スチルカメラの構成
図１５は、本実施の形態に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図である。図１５に示されるように、電子スチルカメラ１５はマイクロコンピュータ１５００、光学レンズ１５０１、ＩＲカットフィルタ１５０２、イメージセンサ１５０３、アナログ信号処理回路１５０４、Ａ／Ｄ変換器１５０５、デジタル信号処理回路１５０６、メモリカード１５０７及びドライブ回路１５０８を備えている。マイクロコンピュータ１５００はイメージセンサ１５０３が備えるカラーフィルタの特性パラメータをデジタル信号処理回路１５０６に入力する。

（２）デジタル信号処理回路１５０６の構成
図１６は、デジタル信号処理回路１５０６の機能構成を示すブロック図である。図１６に示されるように、デジタル信号処理回路１５０６はシェーディング補正回路１６０１、ＹＣ処理回路１６０２、入力アドレス制御回路１６０３、メモリコントロール回路１６０４、マイクロコンピュータ１６０５及びメモリ１６０６を備えている。

メモリ１６０６は、デジタル撮像信号のアドレス毎に補正データが記憶されている。シェーディング補正回路１６０１はデジタル撮像信号のアドレスを指定し、メモリコントロール回路１６０４を介してメモリ１６０６から補正データを読み出して、シェーディング補正する。

マイクロコンピュータ１６０５は、外部からの補正データを更新せよとのコマンドを受け付けると、デジタル撮像信号のアドレスを指定してメモリ１６０６から補正データを読み出す。マイクロコンピュータ１６０５は、マイクロコンピュータ１５００から受け付けたカラーフィルタの特性パラメータを用いて当該補正データを更新し、これをメモリ１６０６に書き込む。

（３）変形例
上記においては、メモリ１６０６がデジタル撮像信号のアドレス毎に補正データを記憶する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、上記第４の実施の形態で説明したように、代表アドレスについてのみ補正データを記憶し、他のアドレスについては代表アドレスの補正データから補正データを補間するとしてもよい。

以下に、デジタル画像の中心から距離が異なる複数の代表アドレスについて補正データを記憶しておく場合を例にとって補正データの補間処理を説明する。図１７は、デジタル撮像信号のシェーディング特性と補正データとがデジタル画像での位置に応じて変化する様子を例示するグラフである。図１７（ａ）において、直線Ｘ−Ｘ'はデジタル画像を水平方向に横切り、及び直線Ｙ−Ｙ'はデジタル画像を垂直方向に横切る。

図１７（ｂ）は、デジタル撮像信号の直線Ｘ−Ｘ'及び直線Ｙ−Ｙ'におけるシェーディング特性と補正データとを表し、シェーディングの特性については第１の色の（Ｒ）成分のみが示されている。また、丸印は代表アドレスにおける補正データを表す。

図１７（ｂ）に示されるように、水平方向と垂直方向との何れについてもシェーディング特性がデジタル画像の中央において最も高く、周辺に近づくにつれて低くなる場合、補正データは逆にデジタル画像の中央において最も低く、周辺に近づくに連れて高くなる。

代表アドレスｐ１、ｐ２における補正データｋ１、ｋ２からアドレスｐ３における補正データｋ３を算出するには、例えば、
ｋ３＝｛（ｋ２−ｋ１）・Δ１／Δ０｝＋ｋ１
とすれば良い。ここで、Δ０はアドレスｐ１とアドレスｐ２との距離を表し、Δ１はアドレスｐ１とアドレスｐ３との距離を表す。或いは、
ｋ３＝｛（ｋ２−ｋ１）・（Δ１／Δ０）＾２｝＋ｋ１
としても良い。何れの算出方法をとるべきか、或いは他の算出方法によるべきかはシェーディング特性による。補間のために、一次関数や二次関数以外の関数を用いたり、複数の関数を組み合わせたりしても良い。また、上記にはデジタル画像の水平方向についての補正データの補間方法を示したが、垂直方向についても同様に補間することができる。

なお、図１７（ｂ）ではデジタル画像の中央に位置する点については周辺の代表アドレスから補正データを補間すると適切な補正データを得ることができない。このようなアドレスは代表アドレスとして、予め、補正データを記憶しておくのが望ましい。また、マイクロコンピュータ１６０５が補間した補正データは、メモリ１６０６に記憶しても良いし、シェーディング補正回路１６０１に入力しても良い。

[６]第６の実施の形態
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る電子スチルカメラは上記第１の実施の形態に係る電子スチルカメラと概ね同様の構成を備える一方、デジタル信号処理回路の処理において相違している。すなわち、上記実施の形態においては専らシェーディング補正により色ずれを解消したが、本実施の形態においてはデジタル画像中の色ずれが著しい部分を削除することにより色ずれの解消を図る。以下、専ら相違点について説明する。

（１）デジタル信号処理回路の構成
図１８は、本実施の形態に係るデジタル信号処理回路の機能構成を示すブロック図である。図１８に示されるように、デジタル信号処理回路１８は入力アドレス制御回路１８０１、メモリ１８０２、メモリコントロール回路１８０３、出力アドレス制御回路１８０４、マイクロコンピュータ１８０５、ズーム処理回路１８０６及びＹＣ処理回路１８０７を備えている。ズーム処理回路１８０６はマイクロコンピュータ１８０５からの指示に従って、ＹＣ処理回路１８０７が出力する映像信号にトリミング処理及び画素補間を行なう。

図１９はデジタル信号処理回路１８が処理するデジタル画像を例示する図である。図１９において、曲線１９０３はデジタル画像１９中の色ずれが著しい領域１９０４とそうでない領域１９０２とを区画する境界線である。曲線１９０３の位置はシェーディング特性によって定まる。マイクロコンピュータ１８０５は領域１９０２に収まる矩形領域であって、所定のアスペクト比を有する矩形領域１９０１を決定し、当該矩形領域を切り出すようズーム処理回路１８０６に指示する。

矩形領域１９０１をそのままデジタル画像として出力すると画素数が不足するので、ズーム処理回路１８０６は画素を内挿補間することによって矩形領域１９０１をデジタル画像１９と同サイズにズームする。そして、得られたデジタル画像をメモリカードへ出力する。

このようにすれば、色ずれの無い映像信号を得ることができる。

なお、上述のようにシェーディング補正を加えた後にトリミング処理を施しても良い。

本発明に係る画像入力装置及び画像入力方法は、カラーフィルタの特性に依存して発生するデジタル画像中の色ずれを解消することができる装置及び方法として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態に係るイメージセンサ１０３の概略構成を示すブロック図 （ａ）本発明の第１の実施の形態に係るイメージセンサ１０３の構成の一部を示す断面図、（ｂ）本発明の第１の実施の形態に係るカラーフィルタの透過特性を示す図（アモルファスシリコンの膜厚：４０ｎｍ、５５ｎｍ、７０ｎｍ） 本発明の第１の実施の形態に係るデジタル信号処理回路１０６の機能構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態に係るシェーディング補正回路４０６の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態に係るデジタル画像の領域分割を例示する図 本発明の第２の実施の形態に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図 （ａ）本発明の第２の実施の形態に係る絞り機構７００の主要な構成を示す図（光量を増加させた状態）、（ｂ）本発明の第２の実施の形態に係る絞り機構７００の主要な構成を示す図（光量を減少させた状態） 本発明の第２の実施の形態に係るシェーディング補正回路の機能構成を示すブロック図 本発明の第２の実施の形態に係るデジタル画像の領域分割を例示する図 本発明の第３の実施の形態に係るシェーディング補正回路の機能構成を示すブロック図 本発明の第３の実施の形態に係るデジタル画像の領域分割を示す図 本発明の第４の実施の形態に係るシェーディング補正回路の機能構成を示すブロック図 本発明の第４の実施の形態の変形例に係るデジタル画像中における代表アドレスの選択例を示す図 本発明の第５の実施の形態に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図 本発明の第５の実施の形態に係るデジタル信号処理回路１５０６の機能構成を示すブロック図 本発明の第５の実施の形態の変形例に係るデジタル撮像信号のシェーディング特性と補正データとがデジタル画像での位置に応じて変化する様子を例示するグラフを示す図 本発明の第６の実施の形態に係るデジタル信号処理回路の機能構成を示すブロック図 本発明の第６の実施の形態に係るデジタル信号処理回路１８が処理するデジタル画像を例示する図

符号の説明

１、７、１５ 電子スチルカメラ
９、１１、１３、４０６、１６０１ シェーディング補正回路
１８、１０６、７０６、１５０６ デジタル信号処理回路
１９ デジタル画像
２０２〜２０４ カラーフィルタ
１０１、７０１、１５０１ 光学レンズ
１０２、７０２、１５０２ ＩＲカットフィルタ
１０３、７０３、１５０３ イメージセンサ
１０４、７０４、１５０４ アナログ信号処理回路
１０５、７０５、１５０５ Ａ／Ｄ変換器
１０７、７０７、１５０７ メモリカード
１０８、７０８、１５０８ ドライブ回路
２０１ 光電変換素子
２０５ 垂直転送ＣＣＤ
２０６ 水平転送ＣＣＤ
２０７ 増幅回路
２０８ 出力端子
３０１ Ｎ型半導体層
３０２ Ｐ型半導体層
３０３ 絶縁膜
３０４ 遮光膜
３０５ 集光レンズ
４０１、１６０３、１８０１ 入力アドレス制御回路
４０２、１６０６、１８０２ メモリ
４０３、１６０４、１８０３ メモリコントロール回路
４０４、１８０４ 出力アドレス制御回路
４０５、１５００、１６０５、１８０５ マイクロコンピュータ
４０７、１６０２、１８０７ ＹＣ処理回路
５０１、１１０２ 乗算器
５０２、９０２、１１０３ オーバフローアンダフロー補正回路
７００ 絞り機構
８００ａ、８００ｂ 絞り羽根
９０１、１１０１ 加算器
１３０１、１３０３ セレクタ
１３０２ 置換データ記憶部
１４０１〜１４０６ 丸印
１８０６ ズーム処理回路
１９０１ 矩形領域
１９０２ 色ずれが著しくない領域
１９０３ 曲線
１９０４ 色ずれが著しい領域

Claims (25)

1. 被写体を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が出力する撮像信号を処理する信号処理手段とを備える画像入力装置であって、
   前記固体撮像素子は、
   所定の波長域の入射光を透過するように膜厚が調整されているフィルタ膜からなる濾光手段と、
   半導体基板内に二次元状に配置されており、前記濾光手段を透過した入射光を受光する複数の受光手段と、を備え
   前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる方法で補正する
   ことを特徴とする画像入力装置及び画像入力方法及び画像入力方法。
2. 前記濾光手段は、
   前記フィルタ膜が単層であって、スペクトル領域において可視光線の一部を透過する透明材料からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
3. 前記所定の波長域は、
   主として反射及び干渉及び吸収の効果により定められる
   ことを特徴とする請求項１〜２に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
4. 前記所定の波長域は、
   前記膜厚により決定されるカットオフ波長よりも長い波長域であり、
   前記所定の波長域における前記入射光の透過率は、
   前記カットオフ波長よりも短い波長域よりも高い
   ことを特徴とする請求項１〜３に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
5. 前記膜厚と前記フィルタの屈折率の積は
   １５０ｎｍ以上で４００ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１〜４に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
6. 前記フィルタ膜が
   アモルファスシリコンまたは、
   ポリシリコンまたは、
   単結晶シリコンまたは、
   酸化チタンまたは、
   酸化タンタルまたは、
   酸化ニオブからなる
   ことを特徴とする請求項１〜５に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
7. 前記フィルタ膜よりも屈折率が小さい材料からなる反射抑制膜を、
   前記フィルタ膜の光源側の主面上に形成する
   ことを特徴とする請求項１〜６に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
8. 前記反射抑制膜が、
   窒化珪素または、
   二酸化珪素または、
   酸化窒化珪素からなる
   ことを特徴とする請求項１〜７に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
9. 前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて２以上の異なる方法で補正する
   ことを特徴とする請求項１〜８に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
10. 前記信号処理手段は、互いに相似で、かつ、大きさの異なる複数の図形を同心となるように配置して区画される、前記被写体像の領域毎に異なる方法で前記撮像信号を補正する
    ことを特徴とする請求項１〜９に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
11. 前記被写体像を結像させる光学レンズと、前記光学レンズへの入射光を制限する絞り機構と、を備え、前記図形は、前記絞り機構の開口形状に略相似する
    ことを特徴とする請求項１〜１０に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
12. 前記図形は、略円形である
    ことを特徴とする請求項１〜１１に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
13. 前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる係数をその撮像信号レベルに乗算して補正する
    ことを特徴とする請求項１〜１２に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
14. 前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる定数をその信号レベルに加算して補正する
    ことを特徴とする請求項１〜１２に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
15. 前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて異なる定数をその撮像信号レベルに加算し、異なる係数を乗算して補正する
    ことを特徴とする請求項１〜１２に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
16. 前記撮像信号を補正するための補正データを記憶する記憶手段を備え、
    前記信号処理手段は、前記記憶手段にて記憶されている補正データを用いて前記撮像信号を補正する
    ことを特徴とする請求項１〜１５に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
17. 前記信号処理手段は、前記撮像信号をその色と画像中の位置とに応じて撮像信号レベルを前記補正データに置換する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
18. 前記記憶手段は不揮発性メモリを用いて前記補正データを記憶する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
19. 前記記憶手段は揮発性メモリを用いて前記補正データを記憶する
    ことを特徴とする請求項１６〜１７に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
20. 前記記憶手段にて記憶されている補正データを書き換える更新手段を備える
    ことを特徴とする請求項１６〜１７に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
21. 前記撮像信号を補正するための補正データを記憶する記憶手段を備え、前記信号処理手段は、前記記憶手段にて記憶されている補正データ及び当該補正データから生成される補正データを用いて前記撮像信号を補正する
    ことを特徴とする請求項１〜２０に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
22. 前記補正データの生成は、前記記憶手段にて記憶されている補正データのうち２つから一次関数を用いてなされる
    ことを特徴とする請求項１〜２１に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
23. 前記補正データの生成は、前記記憶手段にて記憶されている補正データのうちの２つから二次関数を用いてなされる
    ことを特徴とする請求項１〜２１に記載の画像入力装置及び画像入力方法。
24. 被写体を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子が出力する撮像信号を処理する信号処理手段とを備える画像入力装置であって、
    前記固体撮像素子は、
    無機材料からなり、入射光を選択的に透過させる濾光手段と、
    半導体基板内に二次元状に配置されており、前記濾光手段を透過した入射光を受光する複数の受光手段と、を備え、
    前記信号処理手段は、撮像した画像の中心から所定の座標距離内の撮像信号から画像を生成する
    ことを特徴とする画像入力装置及び画像入力方法。
25. 前記信号処理手段は、前記画像を生成するに先立って、前記撮像信号をその色と画像中の位置に応じて異なる方法で補正する
    ことを特徴とする請求項２４に記載の画像入力装置及び画像入力方法。

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