JP2007088621A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子を搭載した撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device equipped with a solid-state imaging device.
デジタルカメラやカメラ付き携帯電話などの撮像装置に搭載される固体撮像素子として、CCDイメージセンサ(CCD)が知られている。CCDは、行列状に2次元配置され、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子(画素)と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCDと、垂直CCDから転送される1ライン(行)分の信号電荷を水平転送する水平CCDとを有し、信号電荷に応じた撮像信号を出力する。 A CCD image sensor (CCD) is known as a solid-state imaging device mounted on an imaging device such as a digital camera or a camera-equipped mobile phone. The CCD is two-dimensionally arranged in a matrix, and is provided for each of a plurality of photoelectric conversion elements (pixels) that convert incident light into signal charges corresponding to the amount of light and store it, and for each vertical column of photoelectric conversion elements. Image pickup according to a signal charge having a plurality of vertical CCDs that vertically transfer signal charges from photoelectric conversion elements and a horizontal CCD that horizontally transfers signal charges for one line (row) transferred from the vertical CCD Output a signal.
上記のようなCCDでは、欠陥画素による白キズや、高輝度の被写体を撮影した際に、画像に縦方向の明るい帯ができるいわゆるスミアが発生することが知られており、これらの不都合を解決するための様々な手法が提案されている(特許文献1〜4参照)。
CCDでは、上記に挙げた白キズやスミアの他に、垂直CCDの転送効率が悪い場合、隣接する画素の信号電荷のクロストークが増し、最終的に得られる画像にスジ状の段差(縦線キズ)ができるという問題があった。この問題は、同一列の垂直CCDで赤色と青色を転送する場合や、被写体が暗い場合に特に顕著となる。 In the CCD, in addition to the above-mentioned white scratches and smears, when the transfer efficiency of the vertical CCD is poor, the crosstalk of the signal charges of adjacent pixels increases, and a streaky step (vertical line) appears in the finally obtained image. There was a problem of scratching. This problem is particularly noticeable when red and blue are transferred by the vertical CCDs in the same column, or when the subject is dark.
しかしながら、従来、この縦線キズを効果的に抑制する方法がなかったため、製品出荷時の検査段階で転送効率の悪いCCDを撥ねざるを得ず、製品歩留りを著しく低下させていた。 Conventionally, however, there has been no method for effectively suppressing this vertical line flaw, so a CCD with poor transfer efficiency has to be repelled at the inspection stage at the time of product shipment, and the product yield has been significantly reduced.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、より高画質な画像を得ることができ、製品歩留りを向上させることができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of obtaining a higher quality image and improving the product yield.
上記目的を達成するために、本発明は、2次元配置された複数の光電変換素子と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCDと、垂直CCDから転送される1ライン分の信号電荷を水平転送する水平CCDとを有し、信号電荷に応じた撮像信号を出力する固体撮像素子が搭載された撮像装置において、垂直CCDの転送不良に起因する縦線キズを抑制する縦線キズ抑制手段を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally and a plurality of photoelectric conversion elements that are provided for each vertical column of the photoelectric conversion elements and vertically transfer signal charges from the photoelectric conversion elements. In an imaging apparatus having a vertical CCD and a horizontal CCD that horizontally transfers a signal charge for one line transferred from the vertical CCD and mounted with a solid-state imaging device that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge, the vertical CCD The present invention is characterized by comprising vertical line flaw suppressing means for suppressing vertical line flaws caused by transfer defects.
なお、前記縦線キズ抑制手段は、同一列の垂直CCDで赤色と青色を転送する場合に作動することが好ましい。 The vertical line flaw suppression means is preferably operated when red and blue are transferred by a vertical CCD in the same column.
また、前記縦線キズ抑制手段は、前記固体撮像素子で撮像される被写体の色温度が予め設定された閾値よりも小さいときに作動することが好ましい。 Further, it is preferable that the vertical line flaw suppression means operates when the color temperature of the subject imaged by the solid-state image sensor is smaller than a preset threshold value.
前記縦線キズ抑制手段は、前記撮像信号のうちの赤色と青色の信号に対する増幅値が予め設定された閾値よりも大きいときに作動することが好ましい。 It is preferable that the vertical line flaw suppression unit operates when an amplification value for a red signal and a blue signal among the imaging signals is larger than a preset threshold value.
前記縦線キズ抑制手段は、前記縦線キズに対応する特定の周波数の信号に対して急峻な減衰を施す特定帯域減衰フィルタであることが好ましい。 It is preferable that the vertical line flaw suppression means is a specific band attenuation filter that applies sharp attenuation to a signal having a specific frequency corresponding to the vertical line flaw.
この場合、前記特定帯域減衰フィルタは、前記撮像信号のうちの青色の信号の出力に接続されていることが好ましい。また、前記特定の周波数は、前記撮像信号の転送クロックの周波数をサンプリング周波数として、その1/2のナイキスト周波数であることが好ましい。 In this case, it is preferable that the specific band attenuation filter is connected to an output of a blue signal of the imaging signals. Further, the specific frequency is preferably a Nyquist frequency that is ½ of the frequency of the transfer clock of the imaging signal as a sampling frequency.
前記縦線キズ抑制手段は、ISO感度を予め設定された値の範囲内で下げるISO感度調節手段であることが好ましい。 It is preferable that the vertical line flaw suppression means is an ISO sensitivity adjustment means that lowers the ISO sensitivity within a preset value range.
前記固体撮像素子は、前記垂直CCDから転送される1ライン分の信号電荷を一旦蓄積して前記水平CCDに出力するラインメモリを有し、前記縦線キズ抑制手段は、前記垂直CCDと前記ラインメモリ、および/または前記ラインメモリと前記水平CCDの間の、前記信号電荷を転送する際の電位ポテンシャルが、後段に向けて急勾配となるように、前記ラインメモリ、および/または前記水平CCDに印加する電圧を上げる電圧調節手段であることが好ましい。 The solid-state imaging device has a line memory that temporarily accumulates signal charges for one line transferred from the vertical CCD and outputs the signal charges to the horizontal CCD, and the vertical line flaw suppression means includes the vertical CCD and the line In the line memory and / or the horizontal CCD, a potential potential when transferring the signal charge between the memory and / or the line memory and the horizontal CCD becomes steep toward the rear stage. It is preferable that the voltage adjusting means increase the applied voltage.
本発明の撮像装置によれば、垂直CCDの転送不良に起因する縦線キズを抑制する縦線キズ抑制手段を備えたので、より高画質な画像を得ることができ、製品歩留りを向上させることができる。 According to the imaging apparatus of the present invention, since the vertical line flaw suppression means for suppressing the vertical line flaw caused by the transfer defect of the vertical CCD is provided, a higher quality image can be obtained and the product yield can be improved. Can do.
図1において、CCD2は、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子(PD)10と、PD10の垂直列毎に設けられ、各PD10からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCD(VCCD)11と、VCCD11から転送される1ライン分の信号電荷を水平転送する水平CCD(HCCD)12と、HCCD12によって転送された信号電荷を信号電圧(撮像信号)に変換して出力するフローティングディフュージョンアンプ(FDA)13とを有する。
In FIG. 1, a
PD10は、その外形が八角形となるように形成されており、所定のピッチでハニカム状に配列されている。PD10上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズが積層されている。なお、図中のRGBの表記は、カラーフィルタによる赤、緑、青色の配置を示しており、CCD2では、同一列のVCCD11で赤色と青色を転送する。
The
VCCD11は、いわゆる2相CCDが採用されている。図中点線の矢印で示すように、VCCD11は、トランスファーゲート(図示せず)を介して、各PD10から信号電荷を受け取り、図中上方から下方に向けて信号電荷を順次転送していく。
The
HCCD12は、VCCD11の最終段に接続されている。HCCD12は、図中点線の矢印で示すように、VCCD11から受け取った1ライン分の信号電荷を、図中右方から左方に向けて1列ずつFDA13に転送していく。
The
図2において、CCD2を固体撮像素子として搭載したデジタルカメラ20は、バス21を介して、CPU22により全体を統括的に制御される。デジタルカメラ20は、光学系23、アナログ信号処理回路24、A/D変換回路(A/D)25、バッファメモリ26、圧縮伸長処理回路27、YC処理回路28、測光・測距回路29、およびタイミングジェネレータ(TG)30などから構成される。
In FIG. 2, the digital camera 20 on which the
光学系23は、フォーカスレンズやズームレンズからなる撮像レンズ31や絞り32からなる。撮像レンズ31および絞り32には、レンズモータ33およびアイリスモータ34が接続されている。これらのモータ33、34はステッピングモータからなり、測光・測距回路29に接続されたモータドライバ35から送信される駆動パルスにより動作制御される。
The
レンズモータ33は、撮像レンズ31のズームレンズをワイド側、あるいはテレ側に移動させる。また、ズームレンズの変倍などに応じて撮像レンズ31のフォーカスレンズを移動させ、撮影条件が最適となるように焦点調整を行う。アイリスモータ34は、絞り32を動作させ、露出調整を行う。これらのモータ33、34による焦点調整、および露出調整は、測光・測距回路29による被写体の測光・測距結果に基づいて行われる。
The
アナログ信号処理回路24は、CCD2から出力された撮像信号に対して、相関二重サンプリング、増幅、ホワイトバランス調整などの周知のアナログ信号処理を施してA/D25に出力する。A/D25は、アナログ信号処理回路24から入力されたアナログ信号をデジタルの画像信号に変換してバッファメモリ26に出力する。バッファメモリ26は、A/D25でデジタル化された画像信号を一旦格納する。
The analog
圧縮伸長処理回路27は、バッファメモリ26に格納された画像データを、所定の圧縮方式、例えばJPEG方式で圧縮するとともに、圧縮した画像データを伸長して元のデータに戻す。圧縮伸長処理回路27で圧縮された画像データは、カードI/F36を経由してメモリカード37に記憶される。
The compression /
YC処理回路28は、バッファメモリ26に格納された画像データを輝度信号Yと色差信号Cr、Cbとに変換する。YC処理回路28でYC変換された画像データは、LCDドライバ38でアナログのコンポジット信号に変換され、LCD39にスルー画像として表示される。
The
測光・測距回路29は、被写体の輝度、および被写体までの距離を検出し、この検出結果に基づいて、適正な焦点距離および露出量となるようにモータドライバ35を駆動制御する。タイミングジェネレータ(TG)30は、前述のアナログ信号処理回路24、A/D25、YC処理回路28とともに、CCD2の駆動を制御するCCDドライバ40に接続している。TG30は、これら各部にタイミング信号(クロックパルス)を送信する。CCDドライバ40は、TG30から送信されるタイミング信号に基づいて、CCD2の動作を制御する。
The photometry / ranging
CPU22には、レリーズボタン41、操作部42、およびEEPROM43が接続されている。レリーズボタン41は、2段階押しのスイッチとなっている。レリーズボタン41を軽く押圧(半押し)すると、自動露出調整(AE)、自動焦点調整(AF)などの各種撮影準備処理が施される。この状態でレリーズボタン41をもう1度強く押圧(全押し)すると、撮影準備処理が施された1画面分の撮像信号が画像データに変換された後、前述のYC処理および圧縮処理が施され、メモリカード37に記憶される。
A
操作部42は、ズームレンズをワイド側、テレ側に変倍するズーム操作ボタン、LCD39にメニュー画面を表示させる際や、選択内容を決定する際に操作されるメニューボタン、メニュー画面内でカーソルを移動させる十字キー、デジタルカメラ20の動作モード(静止画撮影モード、動画撮影モード、再生モード、および設定モードなど)を切り替えるモードダイヤルなどから構成される。CPU22は、前述のレリーズボタン41、および操作部42からの操作入力信号に基づいて、デジタルカメラ20の各部を動作させる。
The operation unit 42 is a zoom operation button for zooming the zoom lens to the wide side or the tele side, a menu button operated when displaying a menu screen on the
EEPROM43には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。CPU22は、これらの情報をEEPROM43から内蔵RAMに読み出して、各種処理を実行する。
In the EEPROM 43, various control programs and setting information are recorded. The
図3に示すように、アナログ信号処理回路24には、色分離部50と、画素補間部51とが設けられている。色分離部50は、CCD2から出力された撮像信号をrgb(赤、緑、青)の三色の信号に分離し、それぞれを画素補間部51に送信する。画素補間部51は、色分離部50で色分離されたrgb信号を用いて、実際にPD10が存在しない位置、すなわち仮想画素のRGB信号を含む全画素の信号を、所定の演算により作成する。
As shown in FIG. 3, the analog
画素補間部51の青色の信号Bの出力端には、特定帯域減衰フィルタであるノッチフィルタ(NF)52が接続されている。NF52は、アナログ信号処理回路24でホワイトバランス調整を行う際に求められる被写体の色温度が予め設定された閾値(例えば、3000K)よりも小さく、且つ赤色と青色の信号R、Bに対する増幅値が予め設定された閾値よりも大きいとき、つまり被写体が暗く増幅のゲインを上げる場合に作動する。
A notch filter (NF) 52 that is a specific band attenuation filter is connected to the output end of the blue signal B of the
図4に示すように。NF52は、所定のフィルタ係数τ1〜τ5、およびk1〜k3を用いて青色の信号Bにフィルタ演算をかける。すなわち、図5に示すように、NF52は、撮像信号の転送クロックの周波数をサンプリング周波数fsとして、その1/2のナイキスト周波数1/2fsの信号に対して急峻な減衰を施して、信号B’を出力する。NF52を通過した青色の信号B’は、VCCD11の転送不良に起因する縦線キズが抑制されたものとなる。アナログ信号処理回路24は、この信号B’と、画素補間部51から出力された赤色、緑色の信号R、Gに対して、以降の各処理を施す。
As shown in FIG. The
一方、被写体の色温度が予め設定された閾値よりも大きい、および/または赤色と青色の信号R、Bに対する増幅値が予め設定された閾値よりも小さいとき、NF52は作動しない。アナログ信号処理回路24は、画素補間部51から出力された信号R、G、Bの信号に対して、以降の各処理を施す。
On the other hand, when the color temperature of the subject is higher than a preset threshold and / or the amplification values for the red and blue signals R and B are smaller than the preset threshold, the
次に、上記構成を有するデジタルカメラ20の動作について説明する。まず、デジタルカメラ20で被写体の撮影を行う際には、操作部42の電源スイッチを操作してデジタルカメラ20の電源を投入し、モードダイヤルを操作して静止画撮影モード、あるいは動画撮影モードを選択する。 Next, the operation of the digital camera 20 having the above configuration will be described. First, when shooting a subject with the digital camera 20, the power switch of the operation unit 42 is operated to turn on the digital camera 20, and the mode dial is operated to set the still image shooting mode or the moving image shooting mode. select.
撮影モード下において、撮像レンズ31、絞り32を介して入射した被写体光は、CCD2のPD10に入射される。CCD2では、PD10で入射光が信号電荷に変換され、CCDドライバ40の制御の下に、各PD10からの信号電荷がVCCD11を経てHCCD12からFDA13に転送され、FDA13で信号電圧(撮像信号)に変換されてアナログ信号処理回路24に出力される。
Under the photographing mode, the subject light incident through the
アナログ信号処理回路24では、色分離部50でCCD2から出力された撮像信号がrgbの三色の信号に分離され、画素補間部51で仮想画素のRGB信号を含む全画素の信号が作成される。そして、被写体の色温度が予め設定された閾値よりも小さく、且つ赤色と青色の信号R、Bに対する増幅値が予め設定された閾値よりも大きいときは、NF52が作動される。
In the analog
NF52が作動された場合、青色の信号Bは、撮像信号の転送クロックの周波数fsのナイキスト周波数1/2fsの信号に対して急峻な減衰が施され、VCCD11の転送不良に起因する縦線キズが抑制された信号B’として出力される。アナログ信号処理回路24における以降の各処理は、NF52から出力された信号B’と、画素補間部51から出力された赤色、緑色の信号R、Gの信号に施される。
When the
一方、被写体の色温度が予め設定された閾値よりも大きい、および/または赤色と青色の信号R、Bに対する増幅値が予め設定された閾値よりも小さいときは、NF52は作動されず、元のままの信号R、G、Bに各処理が施される。
On the other hand, when the color temperature of the subject is larger than the preset threshold and / or the amplification value for the red and blue signals R and B is smaller than the preset threshold, the
アナログ信号処理回路24では、撮像信号に対して各種アナログ信号処理が施される。アナログ信号処理回路24で信号処理された撮像信号は、A/D25でデジタルの画像信号に変換され、バッファメモリ26に一旦格納される。
In the analog
バッファメモリ26に格納された画像データは、YC処理回路28に読み出され、輝度信号Yと色差信号Cr、Cbとに変換された後、LCDドライバ38を介してLCD39にスルー画像として表示される。この状態でレリーズボタン41が半押しされると、測光・測距回路29の検出結果に基づいて、CPU22により各部の動作が制御され、撮影準備処理が施される。
The image data stored in the
撮影準備処理後、レリーズボタン41の全押しにより撮影が実行されると、静止画撮影モード下では、そのときバッファメモリ26に記録されている画像データが圧縮伸長処理回路27で圧縮処理され、カードI/F36を経由してメモリカード37に記憶される。
When shooting is executed by fully pressing the
一方、動画撮影モード下では、レリーズボタン41が再度全押しされるまで、一定のフレームレート(例えば30フレーム/秒)で画像データが記憶される。また、これと同時にマイクロホン(図示せず)を介して周囲の音声が収録される。マイクロホンで収録された音声は、画像データと関連付けられてメモリカード37に記憶される。
On the other hand, under the moving image shooting mode, the image data is stored at a constant frame rate (for example, 30 frames / second) until the
以上説明したように、NF52を用いて、VCCD11の転送不良に起因する縦線キズを抑制するようにしたので、縦線キズの目立たない画質の良好な画像を得ることができる。また、製品の検査段階でVCCD11の許容範囲を拡げることができる。
As described above, since the
なお、VCCD11の転送不良に起因する縦線キズを抑制する方法としては、上記実施形態のNF52を用いる他に、図6に示すように、CCDドライバ40内のISO感度調節部60で、測光・測距回路29の検出結果に基づいて設定されたISO感度を、予め設定された値の範囲内で下げるようにしてもよい。例えば、ISO感度200であった場合(正味のISO感度180)は、下限値であるISO感度160まで下げる。これにより、アナログ信号処理回路24における増幅値が結果的に下がり、縦線キズも抑制することができる。
In addition to using the
また、図7に示すように、VCCD11から転送される1ライン分の信号電荷を一旦蓄積してHCCD12に出力するラインメモリ(LM)71を有するCCD70を用いた場合は、図8に示すCCDドライバ40内の電圧調節部80で、VCCD11とラインメモリ71、および/またはラインメモリ71とHCCD12の間の、信号電荷を転送する際の電位ポテンシャルが、後段に向けて急勾配となるように、つまり信号電荷が転送しやすくなるように、ラインメモリ71、および/またはHCCD12に印加する電圧を上げるようにしてもよい。
As shown in FIG. 7, when a
この場合、例えば、図9に模式的に示すように、LM71に印加する電圧を、通常の5.0Vから10.0Vに上げ、HCCD12に印加する電圧を、通常の3.3Vから5.0Vに上げる。このようにすると、VCCD11の最終段からLM71、LM71からHCCD12への信号電荷の転送効率が上がり、上記に挙げた方法と同様に、縦線キズを抑制することができる。また、被写体の色温度が予め設定された閾値よりも小さく、且つ赤色と青色の信号R,Bに対する増幅値が予め設定された閾値よりも大きいときにのみ電圧を上げるので、電圧を上げたことによる消費電力の増大も問題にならない程度に抑えられる。
In this case, for example, as schematically shown in FIG. 9, the voltage applied to the
上記実施形態では、PD10がハニカム配列されたCCD2、70を例示して説明したが、いわゆるベイヤー配列でもよく、カラーフィルタによるRGBの配置についても、本発明を特に限定するものではない。また、全画素読み出し時は同一列の垂直CCDで赤色と青色を転送し、インターライン読み出し時は赤色と青色を転送しないCCDに本発明を適用した場合は、縦線キズが特に目立つ同一列の垂直CCDで赤色と青色を転送する全画素読み出し時にのみ縦線キズを抑制するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、撮像装置として、デジタルカメラ20を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他の撮像装置、例えば、カメラ付き携帯電話などにも適用することができる。 In the above embodiment, the digital camera 20 has been described as an example of the imaging device. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to other imaging devices such as a camera-equipped mobile phone.
2、70 CCD
10 光電変換素子(PD)
11 垂直CCD(VCCD)
12 水平CCD(HCCD)
13 フローティングディフュージョンアンプ(FDA)
20 デジタルカメラ
22 CPU
24 アナログ信号処理回路
29 測光・測距回路
40 CCDドライバ
52 ノッチフィルタ(NF)
60 ISO感度調節部
71 ラインメモリ(LM)
80 電圧調節部
2, 70 CCD
10 Photoelectric conversion element (PD)
11 Vertical CCD (VCCD)
12 Horizontal CCD (HCCD)
13 Floating diffusion amplifier (FDA)
20
24 Analog
60
80 Voltage regulator
Claims (9)
垂直CCDの転送不良に起因する縦線キズを抑制する縦線キズ抑制手段を備えたことを特徴とする撮像装置。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally, a plurality of vertical CCDs that are provided for each vertical column of photoelectric conversion elements and vertically transfer signal charges from each photoelectric conversion element, and one line transferred from the vertical CCD In an imaging device having a horizontal CCD that horizontally transfers a signal charge of minutes, and equipped with a solid-state imaging device that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge,
An image pickup apparatus comprising a vertical line flaw suppression means for suppressing a vertical line flaw caused by a transfer failure of a vertical CCD.
前記縦線キズ抑制手段は、前記垂直CCDと前記ラインメモリ、および/または前記ラインメモリと前記水平CCDの間の、前記信号電荷を転送する際の電位ポテンシャルが、後段に向けて急勾配となるように、前記ラインメモリ、および/または前記水平CCDに印加する電圧を上げる電圧調節手段であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の撮像装置。
The solid-state imaging device has a line memory that temporarily accumulates signal charges for one line transferred from the vertical CCD and outputs the signal charges to the horizontal CCD.
In the vertical line flaw suppression means, the potential potential when transferring the signal charge between the vertical CCD and the line memory and / or the line memory and the horizontal CCD becomes steep toward the subsequent stage. 5. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is a voltage adjusting unit that increases a voltage applied to the line memory and / or the horizontal CCD.
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