JP2008005137A - Solid-state imaging device and imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズ収差などの改善が可能な固体撮像装置および撮像システムに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging system capable of improving lens aberration and the like.
近年、携帯電話、監視用、車載用カメラにおいては、低背化(薄型化)が進み、レンズ収差の影響など、画質面での品質確保が困難となってきている。特に車載用カメラにおいては、自動車周辺の情報収集能力を上げるため広角撮像が要求されている。このような状況において、もっとも影響が出やすい画質劣化の内容として、歪曲収差が挙げられる。レンズ設計における収差には、ザイデルの5収差と呼ばれる球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差が存在し、この全てを最適化する光学系は存在しない。 In recent years, mobile phones, surveillance cameras, and in-vehicle cameras have become thinner (thinner), and it has become difficult to ensure quality in terms of image quality, such as the effect of lens aberration. In particular, in-vehicle cameras require wide-angle imaging in order to increase the ability to collect information around the automobile. In such a situation, distortion that is most likely to be affected is distortion. Aberrations in lens design include spherical aberration, coma aberration, astigmatism, field curvature, and distortion aberration, which are called Seidel's five aberrations, and there is no optical system that optimizes all of these.
一般的なレンズ設計においては球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲を最適化し、歪曲収差については犠牲にされる場合が多い。この歪曲収差とは、光学条件によっても異なるが、正方方眼を撮像した場合、樽型歪曲収差と呼ばれる楕円状に膨張(若しくは四頂点が縮小)する集光状態と、糸巻型と呼ばれる四辺が縮小(もしくは四頂点が膨張)する集光状態になる。これは、撮像面中央に入射する光路に対して、撮像面外周に入射する光路のずれが大きくなるためである。 In general lens design, spherical aberration, coma aberration, astigmatism, and field curvature are optimized, and distortion is often sacrificed. This distortion varies depending on the optical conditions, but when a square square is imaged, the light is condensed into an elliptical shape called barrel distortion (or four vertices are reduced) and the four sides called pincushion are reduced. (Or the four vertices expand). This is because the optical path incident on the outer periphery of the imaging surface becomes larger than the optical path incident on the center of the imaging surface.
この歪曲収差の対策としては、一般的に、
(1).レンズを対称系にする。すなわち、前玉(被写体に近いレンズ)と後玉(固体撮像装置に近いレンズ)を同じ種類のレンズを使用する。
As a countermeasure for this distortion, in general,
(1). Make the lens symmetrical. That is, the same type of lens is used for the front lens (lens close to the subject) and the rear lens (lens close to the solid-state imaging device).
(2).合わせレンズにする。すなわち、凹レンズには凸レンズを合わせ、凸レンズには凹レンズを合わせる。 (2). Use a matching lens. That is, a convex lens is matched with a concave lens, and a concave lens is matched with a convex lens.
(3).画像処理LSIを使用し計算で補正する。
などの改善手段がとられる。通常、上記3手段でほぼ歪曲収差を抑圧することは可能である。
(3). Correction is performed using an image processing LSI.
Such improvement measures are taken. Usually, it is possible to substantially suppress distortion by the above three means.
しかしながら、上記(1)、(2)については、レンズ枚数の増加により、低背化の阻害要素となるとともに、カメラシステム全体の価格上昇の原因となる。また、上記(3)についても、画像処理LSIが別途必要であるため、消費電力増加と価格上昇の原因となる。このようにレンズ枚数、画像処理LSIを減らし低価格化と小型化を両立しつつ、歪曲収差を改善できる方法の実現が重要な課題となっている。 However, with respect to (1) and (2) above, an increase in the number of lenses becomes an impediment to lowering the height and causes an increase in the price of the entire camera system. In addition, the above (3) also requires an image processing LSI, which causes an increase in power consumption and a price increase. Thus, the realization of a method capable of improving the distortion while reducing both the number of lenses and the image processing LSI and reducing the size and size is an important issue.
以下、図面を参照しながら歪曲収差と従来の対策について説明する。 Hereinafter, distortion and conventional measures will be described with reference to the drawings.
図7は、歪曲収差の状態を示している。図7(a)は入射される光を後玉レンズ701を介して、撮像素子のセンサー部704へ光が照射される状態を示している。図7(a)に示すように、後玉レンズ701が凸レンズで構成されているとともに、後玉レンズ701の前で一度焦点を結ぶ(以下、前側焦点と称する、)構成の場合、前側焦点から後玉レンズ701に入射する際、後玉レンズ701周辺に進んだ光はコマ収差によって、理想集光光路703から外れ、レンズ中心に対して外側の光路702に沿って進む。従って、センサー部704に投影された被写体の光学画像は、中央から外側ほど理想集光光路703から外側に外れた位置で集光するため、画像が樽型に歪んでしまう。このような画像の歪みは、樽型歪曲収差と呼ばれる。
FIG. 7 shows the state of distortion. FIG. 7A shows a state in which incident light is irradiated to the
また、図7(b)に示す構成は、後玉レンズ705が凹レンズで構成されている。このような構成は、広角で撮像した被写体の光学画像を、そのままセンサー部708上に縮小投影する目的で設計される場合が多い。図7(b)の構成において、後玉レンズ705に入射する光は、図7(a)の原理と同様で、後玉レンズ705周辺に進んだ光はコマ収差によって理想集光光路707から外れ、レンズ中心に対して内側の光路706に沿って進む。従って、センサー部708に投影された被写体の光学画像は、中央から外側ほど理想集光光路707から内側に外れた位置で集光するため、画像が糸巻き型に歪んでしまう。このような画像の歪みは、糸巻き型歪曲収差と呼ばれる。
In the configuration shown in FIG. 7B, the
なお、広角画像を撮像する目的で設計されるレンズのほとんどは、図7(a)に示すような凸レンズで構成されている。 Note that most of the lenses designed for imaging wide-angle images are composed of convex lenses as shown in FIG.
図8は、歪曲収差によって生じる具体的な影響を説明するための図である。図8(a)に示す被写体801(正方方眼)を、凹レンズを介して撮像した場合、画像802に示すように糸巻き型歪曲収差が発生する。また、被写体801を、凸レンズを介して撮像した場合、画像803に示すように樽型歪曲収差が発生する。このように、歪曲収差が発生するレンズを含む撮像システムを実用化した場合、撮影された画像が歪むため、実用性が損なわれてしまう。
FIG. 8 is a diagram for explaining a specific influence caused by distortion. When a subject 801 (square square) shown in FIG. 8A is imaged through a concave lens, pincushion distortion is generated as shown in an
図8(b)は、自動車が後退する際に、自動車の後方を撮影可能な車載用後方撮影システムによって撮影された画像を示している。図8(b)に示すように、自動車後部に装着されている撮像装置において樽型歪曲収差が生じる場合、撮影された画像の周縁近傍において被写体の歪みが発生し、遠近感が得にくいという問題が発生する。 FIG. 8B shows an image photographed by an in-vehicle rear photographing system that can photograph the rear of the automobile when the automobile moves backward. As shown in FIG. 8B, when barrel distortion occurs in the imaging device mounted on the rear part of the automobile, the subject is distorted near the periphery of the captured image, and it is difficult to obtain a sense of perspective. Will occur.
このような歪曲収差を改善するための、従来の方法について説明する。 A conventional method for improving such distortion will be described.
図9は、歪曲収差を改善するために複数のレンズの組み合わせる構成を示している。まず、図9(a)に示す構成は、凸レンズで構成された後玉レンズ903と同種のレンズ901を、絞り902を介して、後玉レンズ903の被写体側(図中上側)に配置する構成である。この構成では、後玉レンズ903のコマ収差をレンズ901で相殺させることで、センサー部905に入射する光の光路904を理想集光光路に略一致させて、画像の歪曲収差を抑えている。
FIG. 9 shows a configuration in which a plurality of lenses are combined to improve distortion. First, the configuration shown in FIG. 9A is a configuration in which a
また、図示はしないが、レンズ自身を「非球面レンズ」と呼ばれる曲率がレンズ中央とレンズ周辺で異なるレンズを用いれば、更にコマ収差の改善とともに歪曲収差も改善することができる。 Although not shown, if the lens itself is called an “aspheric lens” and has different curvatures at the lens center and the lens periphery, coma and distortion can be improved.
また、図9(b)に示すように、レンズ906と後玉レンズ908とを凹レンズで構成し、絞り907を挟んで、両レンズの凹部を互いに対向させて配置させることで、センサー部910に入射する光の光路909を理想集光光路に略一致させることができ、画像の歪曲収差を抑えることができる。
Further, as shown in FIG. 9B, the
また、歪曲収差が生じている画像を、計算によって補正する方法も提案されている。これは、特許文献1及び2などで開示されているように、歪曲収差量自身を正しく把握し、係数として保持し、これを補正計算に展開することで正しい補正画像を得る方法である。
しかしながら図9に示す構成の場合、後玉レンズ903(または906)と同種のレンズ901(または906)が必要となるため、撮像装置全体が大型化してしまうという問題がある。 However, in the case of the configuration shown in FIG. 9, the lens 901 (or 906) of the same type as the rear lens 903 (or 906) is required, and there is a problem that the entire imaging apparatus is increased in size.
また、特許文献1及び2に開示されているように、信号処理によって歪曲収差を補正する方法では、補正計算用集積回路(LSI)もしくはDSP(ディジタル信号処理LSI)が必要となり、カメラシステム全体の消費電力が上昇してしまうとともに、コストアップにつながってしまうという問題がある。
Further, as disclosed in
本発明は、上記問題点に鑑み、画像の歪曲を抑えるとともに、小型、低コスト、低消費電力で実現することができる固体撮像装置および撮像システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and an imaging system that can suppress image distortion and can be realized with a small size, low cost, and low power consumption.
前記目的を達成するために本発明の固体撮像装置の第1の構成は、半導体基板内に形成され、入射光の受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光部と、前記受光部が2次元状に複数配置された撮像部とを備え、前記受光部は、前記撮像部の中心から外周に向かって、配列の間隔を変化させて配置しているものである。 In order to achieve the above object, a first configuration of the solid-state imaging device according to the present invention includes a light receiving unit that is formed in a semiconductor substrate and accumulates luminance information corresponding to the amount of incident light received, and the light receiving unit is two-dimensional. A plurality of imaging units arranged in a shape, and the light receiving unit is arranged by changing the arrangement interval from the center of the imaging unit toward the outer periphery.
また、本発明の固体撮像装置の第2の構成は、半導体基板内に形成され、入射光の受光量に応じた輝度情報を蓄積する受光部と、前記受光部が2次元状に複数配置された撮像部と、前記受光部から信号を読み出すよう制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記受光部から選択的に読み出す信号の間隔が、前記撮像部の中心から外周方向に向かって変化するよう、読み出し制御を行うものである。 According to a second configuration of the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of light receiving units that are formed in a semiconductor substrate and store luminance information corresponding to the amount of incident light received and a plurality of the light receiving units are arranged in a two-dimensional manner. An imaging unit and a control unit that controls to read a signal from the light receiving unit, and the control unit is configured such that an interval between signals selectively read from the light receiving unit is from the center of the imaging unit toward an outer peripheral direction. Read control is performed so as to change.
本発明の固体撮像装置および撮像システムにおいては、カメラの薄型化、低消費電力、低価格化を両立しつつ、撮像時の歪曲収差を効果的に抑制できる。 In the solid-state imaging device and the imaging system according to the present invention, it is possible to effectively suppress distortion during imaging while simultaneously achieving a reduction in camera thickness, power consumption, and price.
本発明の固体撮像装置の第1の構成は、前記受光部の配列間隔は、前記撮像部の中心が密であり、前記撮像部外周方向に向かって疎となるよう変化させている構成としてもよい。 In the first configuration of the solid-state imaging device of the present invention, the arrangement interval of the light receiving units may be changed so that the center of the imaging unit is dense and sparse toward the outer peripheral direction of the imaging unit. Good.
また、前記受光部の配列間隔は、前記撮像部の中心が疎であり、前記撮像部外周方向に向かって密となるよう変化させている構成としてもよい。 Further, the arrangement interval of the light receiving units may be changed so that the center of the imaging unit is sparse and becomes dense toward the outer peripheral direction of the imaging unit.
また、本発明の固体撮像装置の第2の構成は、前記受光部から信号として読み出す間隔が、前記撮像部の中心が密であり、前記撮像部の外周方向に向かって疎となるよう変化させている構成としてもよい。 The second configuration of the solid-state imaging device according to the present invention is such that the interval at which the signal is read from the light receiving unit is changed so that the center of the imaging unit is dense and sparse toward the outer peripheral direction of the imaging unit. It is good also as composition which has.
また、前記受光部から信号として読み出す間隔が、前記撮像部の中心が疎であり、前記撮像部の外周方向に向かって密となるよう変化させている構成としてもよい。 Further, the interval of reading out signals from the light receiving unit may be changed so that the center of the imaging unit is sparse and becomes dense toward the outer peripheral direction of the imaging unit.
また、前記受光部からの信号を読み出す間隔を調整する制御端子を、さらに備え、前記制御端子に入力される制御信号に応じて、前記受光部から読み出す信号の間隔を変化させる構成としてもよい。 In addition, a control terminal for adjusting an interval for reading a signal from the light receiving unit may be further provided, and the interval of the signal read from the light receiving unit may be changed according to a control signal input to the control terminal.
この受光部の配列の間隔は、前記撮像部内において、中央部が密に配置されており、前記撮像部外周に向かって疎となる場合と、逆に中央部が疎に配置されており、前記撮像部外周に向かって密となる場合が考えられる。この関係は、レンズの特性によって最適化することを想定しており、また、疎密の度合、中央の間隔に対する最外周の間隔の比率、中央から最外周にかけての間隔変化仕様(例えば、線形性もしくは対数性など)について特に限定するものではない。 The interval between the arrangements of the light receiving parts is that the central part is densely arranged in the imaging part, and the central part is sparsely arranged oppositely to the outer periphery of the imaging part. The case where it becomes dense toward the outer periphery of an imaging part can be considered. This relationship is assumed to be optimized according to the characteristics of the lens, and the degree of density, the ratio of the outermost peripheral distance to the central distance, and the interval change specification from the center to the outermost periphery (for example, linearity or There is no particular limitation on the logarithm).
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における固体撮像装置の一例を説明するための図である。図1(a)は正方方眼で構成されている被写体5を示している。図1(b)は、被写体の光学画像5aが投影されている状態の撮像部3の平面図である。実施の形態1では、図7(a)に示すように凸レンズで構成されている後玉レンズで集光させる構成を採用しているため、図1(b)に示すように撮像部3に投影される被写体の光学画像5aには、樽型歪曲収差が発生する。図1(c)は、撮像部3で撮像された画像を示している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a solid-state imaging device according to
図1において、撮像部3には、受光部1と無効領域2とが配置されている。受光部1は、撮像部3に到達した光を電荷に変換して蓄積し、電気信号として出力する領域である。無効領域2は、撮像部3に到達した光の輝度情報に反応しない領域である。実施の形態1では、受光部1と無効領域2の間隔が、撮像部3の中心から外側に向かって徐々に異なるように配置されている。具体的には、撮像部3の中央近傍においては無効領域2が少なく、受光部1が密に配置されている。また、撮像部3の中央から外周に向かうに従い、受光部1の間隔が疎になり、無効領域2が増加するように配置されている。
In FIG. 1, the
なお、受光部1と無効領域2との間隔の具体例としては、例えば、歪曲率(歪曲収差が生じている画像と被写体像とのずれ率)が20%の凸レンズが搭載されている場合、撮像部3の最外周においては、無効領域2が、受光部1のサイズの20%の大きさになるように受光部1及び無効領域2が配置されている。また、撮像部3の中央から最外周の間においては、無効領域2の受光部1のサイズに対する割合が、線形変化するように受光部1及び無効領域2が配置されている。すなわち、撮像部3の最外周(無効領域2の割合が20%)から中心に向かうにしたがい、無効領域2の割合が徐々に低下するように、無効領域2のサイズを異ならせている。
In addition, as a specific example of the interval between the
図1(b)に示すように構成された撮像部3に、樽型歪曲した光学画像5aが入射されると、受光部1で受光及び光電変換され、撮像部3から電気信号が出力される。撮像部3から出力される電気信号は、別途設けられた画像信号処理回路に入力され、画像情報が生成される。ここで、図1(b)に示すように受光部1が配置されていることにより、画像信号処理回路からは、図1(c)に示すように歪曲収差が低減された画像情報6が得られる。
When the barrel-distorted
以上のように本実施の形態によれば、撮像部3における受光部1が、撮像部3の中央では密に配置され、撮像部3の外周部に向かうにしたがい疎に配置されていることにより、樽型歪曲収差を低減させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、受光部1の間隔について、撮像部3の最外周での受光部1と無効領域2の比率、撮像部3の中央から最外周までの途中における、受光部1と無効領域2の比率の変化方法については、上記に限定されるものではない。
In addition, about the space | interval of the light-receiving
(実施の形態2)
前述したように実施の形態1では、撮像部3の中央近傍においては無効領域2が少なく、すなわち受光部1が密に配置され、撮像部3の中央から外周に向かうに従い、受光部1が疎に配置され、無効領域2が増加するよう配置されている。実施の形態2は、撮像部の中央近傍においては無効領域が多く、すなわち受光部が疎に配置され、撮像部の中央から外周に向かうに従い、受光部の間隔を密にし、無効領域が減少するように配置されている。なお、実施の形態2の撮像部の構成については、便宜上、図示は省略する。
(Embodiment 2)
As described above, in the first embodiment, the ineffective area 2 is small in the vicinity of the center of the
このような構成にすることで、図7(b)に示すように凹レンズ705が搭載されている際に発生する糸巻き型歪曲収差(図8(a)の画像803参照)を、低減させることができる。
By adopting such a configuration, the pincushion distortion (see the
なお、受光部1の間隔について、撮像部3の最外周での受光部1と無効領域2との比率、撮像部3の中央から撮像部3の最外周の途中における受光部1と無効領域2との比率の変化方法については。上記に限定されるものではない。
In addition, about the space | interval of the light-receiving
(実施の形態3)
図2は、実施の形態3における固体撮像装置の一例を示す図である。図2(a)は正方方眼で構成されている被写体を示している。図2(b)は、被写体の光学画像が投影されている状態の撮像部の平面図である。なお、実施の形態3では、図7(a)に示すように凸レンズで構成されている後玉レンズが搭載されているため、図2(b)に示すように撮像部13に投影される被写体の光学画像15aには、樽型歪曲収差が発生する。図2(c)は、撮像部13で撮像された画像を示している。
(Embodiment 3)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the solid-state imaging device according to the third embodiment. FIG. 2A shows a subject composed of a square grid. FIG. 2B is a plan view of the imaging unit in a state where an optical image of the subject is projected. In the third embodiment, since a rear lens composed of a convex lens is mounted as shown in FIG. 7A, the subject projected on the
図2において、撮像部13には、受光部11と無効領域12とが配置されている。受光部1は、撮像部3に到達した光を電荷に変換して蓄積し、電気信号として出力する領域である。無効領域12は、撮像部13に到達した光の輝度情報に反応しない領域である。実施の形態3においては、受光部11のみで構成されたブロックと、無効領域12のみで構成されたブロックと、受光部11と無効領域12とが所定の割合で含まれたブロックとが配置されている。具体的には、撮像部13の中央近傍においては、受光部11が多く含まれた(すなわち無効領域12が少ない)ブロックが配されている。また、撮像部13の中央から外周に向かうに従い、受光部11が疎に配され、無効領域12のブロックが含まれる割合が徐々に増加するブロックが配置されている。
In FIG. 2, the
受光部11と無効領域12との間隔の具体例としては、例えば、歪曲率(歪曲収差後画像の被写体像とのずれ率)が20%の凸レンズが搭載されている場合、まず、撮像部13を水平方向、垂直方向ともに200分割してブロックを形成した時、撮像部13の中央においては受光部11が100%含まれるブロックが配され、撮像部13の最外周においては、受光部11が80%で、無効領域12が20%含まれるブロックが配される。なお、撮像部3の中央から最外周の間におけるブロックにおいては、各ブロック内で受光部11と無効領域12との比率を、撮像部3の中央からの距離に応じて、線形変化させて各ブロック内の無効領域13の比率を変化させる。なお、上記「ブロック」とは、複数の受光部を一纏めにした単位を意味しており、光電変換動作や電気信号の出力は各受光部ごとに行われる。
As a specific example of the interval between the
図2(b)に示すように構成された撮像部13に、樽型歪曲した光学画像15aが入射されると、受光部11で受光及び光電変換され、撮像部13から電気信号が出力される。撮像部13から出力される電気信号は、別途設けられた画像信号処理回路に入力され、画像情報が生成される。ここで、図2(b)に示すように受光部11が配置されていることにより、画像信号処理回路からは、図2(c)に示すように歪曲収差が低減された画像情報16が得られる。
When the barrel-distorted
以上のように本実施の形態によれば、撮像部13における受光部11が、撮像部13の中央では密に配置され、撮像部13の外周部に向かうにしたがい疎に配置されていることにより、樽型歪曲収差を低減させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、実施の形態2と実施の形態1との差は、受光部1のサイズ単位で変化させるか、撮像部13をブロックとして分割したブロックサイズ単位で変化させるかの差である。実施の形態2による効果としては、撮像部13の外周付近での解像度低下を抑えることができる。
Further, the difference between the second embodiment and the first embodiment is a difference between changing in units of size of the
なお、各ブロック内の受光部11と無効領域12との間隔、もしくは撮像部13の最外周における各ブロック内の受光部11と無効領域12との比率、撮像部13の中央から最外周までの途中における比率変化方法については、上記に限定されるものではない。
The interval between the
(実施の形態4)
前述の実施の形態3においては、撮像部13の中央近傍において無効領域12のブロックを少なく、すなわち受光部11のブロックが密に配置され、撮像部13中央から外周に向かうに従い、受光部11のブロックが疎に配され、無効領域12のブロックが増加するように配置されている。
(Embodiment 4)
In the above-described third embodiment, the number of blocks of the
実施の形態4では、撮像部13の中央近傍において無効領域12のブロックを多く、すなわち受光部11のブロックの間隔が疎に配置され、撮像部13の中央から外周に向かうに従い、受光部11のブロックの間隔が密に配され、無効領域12のブロックが減少するよう配置されている。なお、上記「ブロック」とは、複数の受光部を一纏めにした単位を意味しており、光電変換動作や電気信号の出力は各受光部ごとに行われる。図示および詳細説明は省略するが、本構成においては、糸巻き型歪曲収差を低減させることができる。
In the fourth embodiment, the number of blocks in the
なお、受光部11のブロックの間隔について、撮像部13の最外周での受光部11のブロックと無効領域12とのブロックの比率、撮像部13の中央から撮像部13最外周までの途中における受光部11のブロックと無効領域12のブロックとの比率変化方法については、限定しないのは同様である。
In addition, about the space | interval of the block of the light-receiving
(実施の形態5)
図3は、実施の形態5における固体撮像装置の一例を示す図である。図3(a)は正方方眼で構成されている被写体を示している。図3(b)は、被写体の光学画像が投影されている状態の撮像部の平面図である。なお、実施の形態5では、図7(a)に示すように凸レンズで構成されている後玉レンズが搭載されているため、図3(b)に示すように撮像部33に投影される被写体の光学画像35aには、樽型歪曲収差が発生している。図3(c)は、撮像部33で撮像された画像を示している。
(Embodiment 5)
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a solid-state imaging device according to the fifth embodiment. FIG. 3A shows a subject composed of a square grid. FIG. 3B is a plan view of the imaging unit in a state where an optical image of the subject is projected. In the fifth embodiment, since a rear lens composed of a convex lens is mounted as shown in FIG. 7A, the subject projected on the
図3において、撮像部33には、受光部31及び32がマトリクス状に配置されている。受光部31は、撮像部33に到達した光を電荷に変換して蓄積し、電気信号として出力する領域である。受光部32は、構造上、受光部31と同じ構成であるが、電気信号を出力しない領域である。なお、実施の形態5では、受光部31と受光部32の間隔を変化させて配置させている。具体的には、撮像部33の中央近傍においては、垂直または水平方向に受光部31の間隔が密に配されている。また、撮像部33の中央から外周に向かうに従い、受光部31の間隔が疎に配され、受光部32が増加するように配置されている。
In FIG. 3, the
例えば、歪曲率(歪曲収差後画像の被写体像とのずれ率)が20%の凸レンズが搭載される場合、まず、撮像部33を水平方向、垂直方向とも200分割してブロックを形成した時、撮像部33の中央においては受光部31が100%含まれるブロックが配され、撮像部33の最外周においては、受光部31が80%で受光部32が20%含まれるブロックが配置される。また、撮像部33の中央から最外周の間におけるブロックにおいては、各ブロック内で受光部31と受光部32との比率を、撮像部33の中央からの距離に応じて、線形変化させて各ブロック内の受光部32の比率を変化させる。なお、上記「ブロック」とは、複数の受光部を一纏めにした単位を意味しており、光電変換動作や電気信号の出力は各受光部ごとに行われる。
For example, when a convex lens with a distortion rate (deviation rate of the image after distortion aberration of the subject image) of 20% is mounted, first, when the
このような構成によって得られる実際の画像情報は、図3(c)に示す画像情報36のように、受光部31で光電変換されて出力された電気信号のみが集まったものとなり、樽型歪曲収差が低減されている。
The actual image information obtained by such a configuration is a collection of only the electrical signals that have been photoelectrically converted by the
以上のように本実施の形態によれば、光電変換を行い電気信号を出力する受光部31と、受光部31と同様の構成でありながら光電変換を行わない受光部32とを備え、撮像部33の中央付近では受光部31が密に配され、撮像部33の外周に向かうにしたがい受光部31が疎に配されることにより、樽型歪曲収差が低減された画像情報36を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the imaging unit includes the
なお、受光部31と受光部32の間隔、変化率については、前述の実施の形態1〜4と同様で、特に限定されるものではない。
In addition, about the space | interval and change rate of the light-receiving
(実施の形態6)
実施の形態6は、実施の形態5で示した受光部31と受光部32の間隔を制御するための構成である。
(Embodiment 6)
The sixth embodiment is a configuration for controlling the interval between the
図4は、受光部を動作制御する構成を示す回路図である。本実施の形態における固体撮像装置の構成は、X−Yアドレス型のMOS型固体撮像装置の場合を一例にあげている。図4において、受光部40は、光電変換を行うフォトダイオード41と、フォトダイオード41の行選択(Yアドレス)を行う制御信号が入力される垂直制御線42と、フォトダイオード41から出力される電気信号(以下、画素信号と称する)を伝達する垂直信号線43とから構成されている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration for controlling the operation of the light receiving unit. The configuration of the solid-state imaging device in this embodiment is an example of an XY address type MOS solid-state imaging device. In FIG. 4, the
また、受光部40を駆動させるために、水平信号選択スイッチ44、論理和回路45、反転回路46、水平シフトレジスタ47、垂直シフトレジスタ48、駆動パルス入力端子49、垂直出力間隔制御端子50、論理和回路51、反転回路52、出力アンプ53、出力端子54、水平出力間隔制御端子55、駆動パルス入力端子56とを備えている。すなわち、駆動パルス入力端子49から入力される駆動パルスに基づいて受光部40を駆動する垂直シフトレジスタ48と、垂直信号線43の信号を水平信号選択スイッチ44をオン/オフ動作させて制御する水平シフトレジスタ47とを有し、水平信号選択スイッチ44より得られた信号を最終出力するための出力アンプ53を有する。従来の固体撮像装置では、駆動パルス入力端子49と駆動パルス入力端子56に各々駆動パルスを入力することによって、すべての受光部40の信号を全部出力する構成となっていたが、本実施の形態においては、垂直出力間隔制御端子50、水平出力間隔制御端子55を介して入力される制御信号に基づいて、受光部40を選択的に動作させることを特徴としている。
Further, in order to drive the
まず、垂直出力間隔制御端子50の役割から説明する。
First, the role of the vertical output
垂直出力間隔制御端子50には、垂直シフトレジスタ48からの出力信号と論理和演算を実施する論理和回路51が接続され、論理和回路51の出力信号が受光部40に伝達される回路としている。通常、垂直出力間隔制御端子50にHigh電圧が入力されていれば、垂直シフトレジスタ48の出力信号は垂直制御線42を介して受光部40へ入力され、垂直信号線43から画素信号が出力される。一方、垂直出力間隔制御端子50にLow電圧が入力された場合、垂直シフトレジスタ48の出力信号は受光部40に伝達されない。すなわち、垂直出力間隔制御端子50にLow電圧を入力させることで、画素信号が出力されない行を作ることができる。
The vertical output
また、論理和回路51の出力端子には、反転回路52が接続されている。したがって、受光部40への入力がLow電圧であった場合、反転回路52からはHigh電圧が出力され、この出力が垂直シフトレジスタ48に返される。垂直シフトレジスタ48は、反転回路52から出力されるHigh電圧が入力されると、強制的に制御対象を次の行へ移行させる。総じて、垂直出力間隔制御端子50にLow電圧が入力された場合、該当する行はまったく無い行とみなされ、次の行へ移ることになる。
An inverting
同様に、水平出力間隔制御端子55、論理和回路45、反転回路46の組み合わせにおいても、水平方向に同様の動作を実現する。
Similarly, in the combination of the horizontal output
図5に、本実施の形態における固体撮像装置の駆動タイミングを示す。 FIG. 5 shows the drive timing of the solid-state imaging device in the present embodiment.
図5(a)は、駆動パルス入力端子49へ入力される垂直シフトレジスタ駆動パルスを示している。図5(b)は、垂直出力間隔制御端子50へ入力される垂直出力間隔制御パルスを示している。図5(c)は、駆動パルス入力端子56へ入力される水平シフトレジスタ駆動パルスを示している。図5(d)は、水平出力間隔制御端子55へ入力される水平出力間隔制御パルスを示している。図5(e)は、出力端子54から出力される信号を示している。
FIG. 5A shows a vertical shift register drive pulse input to the drive
まず、垂直シフトレジスタ48は、図5(a)に示すように1垂直期間毎に入力される垂直シフトレジスタ駆動パルスによって駆動し、同タイミングで論理和回路51の入力端子へHigh信号を出力している。また、垂直出力間隔制御端子50へは、図5(b)に示す垂直出力間隔制御パルスが入力され、垂直出力間隔制御パルスは論理和回路51の一方の入力端子へ入力されている。なお、よって、論理和回路51は、垂直制御線42へ、図5(b)に示すタイミングでHigh信号を出力している。本実施の形態では、垂直出力間隔制御パルスは、期間V1、V4、V6、・・・がHighとなっている。図示しないが、垂直出力間隔制御パルスは、1画像分の期間内で、期間中程において周期が短く、期間の前側及び後側に向かって周期が長くなるパルスとなっている。
First, as shown in FIG. 5A, the
また、水平シフトレジスタ47は、図5(c)に示すように1水平期間毎に入力される水平シフトレジスタ駆動パルスによって駆動し、同タイミングで論理和回路45の入力端子へHigh信号を出力している。また、水平出力間隔制御端子50へは、図5(d)に示す水平出力間隔制御パルスが入力され、水平出力間隔制御パルスは論理和回路45の一方の入力端子へ入力されている。よって、論理和回路45は、図5(d)に示すタイミングでスイッチ44がオンになるよう制御している。なお、本実施の形態では、水平出力間隔制御パルスは、各垂直期間内で、期間中程において周期が短く、期間の前側及び後側に向かって周期が長くなるパルスとなっている。
The
図5(b)に示すように、垂直出力間隔制御パルスがHighの期間において、図5(d)に示すように水平出力間隔制御パルスがHighになった期間のみ、図5(e)に示すように出力端子54から信号が出力される。この時、出力アンプ53によって1画像分の信号が蓄積され、各垂直期間毎に周期が一定になった信号が出力される。本実施の形態では、出力端子54からは、期間V1、V4、V6・・・の各期間において、水平出力間隔制御パルスに同期したタイミングの信号が出力される。
As shown in FIG. 5B, in the period in which the vertical output interval control pulse is High, only in the period in which the horizontal output interval control pulse is High as shown in FIG. Thus, a signal is output from the
なお、図5では動作原理を簡略化するため、垂直シフトレジスタ駆動パルスおよび水平シフトレジスタ駆動パルスは、行数及び列数を全部入力するような図示をしているが、実際は出力する行数および列数、すなわち図5(b)に示す垂直出力間隔制御パルスと、図5(d)に示す水平出力間隔制御パルスの数を入力すればよい。 In FIG. 5, in order to simplify the operation principle, the vertical shift register drive pulse and the horizontal shift register drive pulse are shown in such a manner that the number of rows and the number of columns are all input. The number of columns, that is, the number of vertical output interval control pulses shown in FIG. 5B and the number of horizontal output interval control pulses shown in FIG.
このように、出力間隔制御端子50を設け、外部制御することにより任意の間隔で画素信号を出力する受光部(図3の受光部31)と、画素信号を出力しない受光部(図3の受光部32)を、選択的に動作制御できる。
In this way, the output
また、本実施の形態においては、水平走査、垂直走査をシフトレジスタ型のものとしたが、図6に示すようにデコーダ型のものでも同様に実現できる。図6に示すようなデコーダ型の場合、あらかじめタイミング発生回路63に、図3に示す受光部31と受光部32の出力間隔のテーブルを、記憶もしくはハード的に固定した数種のパターンを準備しておき、出力間隔制御端子61に入力される制御信号に基づいて、そのテーブルの選択もしくはパターンの切り替えを実施する。タイミング発生回路63から出力されるタイミング信号に基づいて、垂直デコーダ64が各垂直制御線42に所定のパルス(図5(b)参照)を出力して受光部40を動作させる。また、水平デコーダ65は、タイミング発生回路63から出力されるタイミング信号に基づいて、スイッチ44のオン/オフを切り換えるよう制御する。例えば、図5(d)に示すパルスにおいてHigh期間にスイッチ44をオンにするよう制御する。
In this embodiment, the horizontal scanning and the vertical scanning are of the shift register type, but a decoder type as shown in FIG. 6 can be similarly realized. In the case of the decoder type as shown in FIG. 6, the
また、図4及び図6に示すように、出力間隔を制御する一例を取り上げたが、同様な概念にて設計された回路構成、実現方法であれば、特に図示の構成に限定されるものではない。 In addition, as shown in FIGS. 4 and 6, an example of controlling the output interval has been taken, but the circuit configuration and the implementation method designed based on the same concept are not particularly limited to the illustrated configuration. Absent.
本発明の固体撮像装置としては、輝度情報を蓄積する受光部、および受光部が2次元状に複数配置された撮像部を有した固体撮像装置であれば、各画素および駆動回路の回路形式について限定されるものではない。例えば、画素内の出力回路が増幅器を備えたアンプ回路であるアクティブ型、および画素内の出力回路に増幅器を備えていないパッシブ型のいずれの増幅型固体撮像装置であっても、CCD型(Charge Coupled Device:電荷結合素子)固体撮像装置でも良い。 If the solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device having a light-receiving unit that accumulates luminance information and an imaging unit in which a plurality of light-receiving units are arranged two-dimensionally, the circuit format of each pixel and drive circuit It is not limited. For example, the active type in which the output circuit in the pixel is an amplifier circuit provided with an amplifier and the passive type solid-state imaging device in which the output circuit in the pixel is not provided with an amplifier are charged with a CCD type (Charge Coupled Device: Charge-coupled device) A solid-state imaging device may be used.
以上のように、本発明の固体撮像装置および撮像システムは、従来の改善方法(対称系レンズ増加、信号処理による補正)による大型化、コストアップ、消費電力増を伴うことなく、効果的に歪曲収差を改善することが可能である。このため、カメラの小型、薄型化を要求され、かつ歪曲収差が画像情報を使用する上で障害となる分野にはすべて使用可能である。 As described above, the solid-state imaging device and the imaging system according to the present invention are effectively distorted without increasing the size, increasing the cost, and increasing the power consumption due to the conventional improvement method (increase in symmetrical lens, correction by signal processing). It is possible to improve the aberration. Therefore, the present invention can be used in all fields where a camera is required to be small and thin and distortion is an obstacle to using image information.
例えば、車載用後方撮影カメラ、車内監視用カメラ、車内用バックミラーの代替としてのカメラ、携帯電話機用カメラなどにも利用可能である。また、人工衛星などに使用される広角撮像用カメラなどにも有効である。 For example, the present invention can also be used for an in-vehicle rear-view camera, an in-vehicle monitoring camera, a camera as an alternative to an in-vehicle rearview mirror, a mobile phone camera, and the like. It is also effective for wide-angle imaging cameras used for artificial satellites.
1 受光部
2 無効領域
3 撮像部
40 受光部
41 フォトダイオード
42 垂直制御線
43 垂直信号線
44 スイッチ
45、51 論理和回路
46,52 反転回路
47 水平シフトレジスタ
48 垂直シフトレジスタ
49、56 駆動パルス入力端子
50 垂直出力間隔制御端子
53 出力アンプ
55 水平出力間隔制御端子
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記受光部が2次元状に複数配置された撮像部とを備え、
前記受光部は、前記撮像部の中心から外周に向かって、配列の間隔を変化させて配置されていることを特徴とする固体撮像装置。 A light receiving portion that is formed in the semiconductor substrate and accumulates luminance information according to the amount of incident light received;
An imaging unit having a plurality of the light receiving units arranged two-dimensionally,
The solid-state imaging device, wherein the light receiving unit is arranged by changing an arrangement interval from a center of the imaging unit toward an outer periphery.
前記受光部が2次元状に複数配置された撮像部と、
前記受光部から信号を読み出すよう制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記受光部から選択的に読み出す信号の間隔が、前記撮像部の中心から外周方向に向かって変化するよう、読み出し制御を行うことを特徴とする固体撮像装置。 A light receiving portion that is formed in the semiconductor substrate and accumulates luminance information according to the amount of incident light received;
An imaging unit in which a plurality of the light receiving units are arranged two-dimensionally;
A control unit that controls to read a signal from the light receiving unit,
The controller is
A solid-state imaging device, wherein readout control is performed so that an interval of signals selectively read from the light receiving unit changes from a center of the imaging unit toward an outer peripheral direction.
前記撮像部の中心が密であり、前記撮像部外周方向に向かって疎となるよう変化させている請求項1記載の固体撮像装置。 The arrangement interval of the light receiving parts is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the center of the imaging unit is dense and is changed so as to become sparse toward the outer peripheral direction of the imaging unit.
前記撮像部の中心が疎であり、前記撮像部外周方向に向かって密となるよう変化させている請求項1記載の固体撮像装置。 The arrangement interval of the light receiving parts is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a center of the imaging unit is sparse, and the imaging unit is changed so as to become dense toward an outer peripheral direction of the imaging unit.
前記制御端子に入力される制御信号に応じて、前記受光部から読み出す信号の間隔を変化させることを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 A control terminal for adjusting an interval for reading a signal from the light receiving unit;
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein an interval of signals read from the light receiving unit is changed in accordance with a control signal input to the control terminal.
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