JP2009141583A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークを精度よく補正し、画像の劣化を防止することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤ１０３上に結像した画像信号は電気信号に変換された後、ＣＣＤ１０３の撮像面を２分割した左右の領域毎に読み出され、左半分の領域における出力信号がバッファ１０４Ａへ、右半分の領域における出力信号がバッファ１０４Ｂへ出力される。その後、それぞれの出力信号は、Ａ／Ｄ変換部１０６Ａ、１０６Ｂでアナログ信号からディジタル信号に変換され、クロストーク補正部１０７でクロストークを補正された後、２分割した信号が合成部１０８で合成され、カメラ信号処理１０９に送られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、撮像素子からの画像信号を複数の領域に分割して読み出す時に生じるクロストークの検出及び補正技術に特徴のある撮像装置に関するものである。

撮像素子の多画素化に伴い、撮像素子の全画素の情報を読み出すためには、より高い周波数で撮像素子を駆動する必要があるが、その結果、Ｓ／Ｎの劣化や消費電力の増大を招いている。

撮像素子の駆動周波数を低く抑えたまま、撮像情報のデータレートを上げる方法の１つとして、撮像面を複数の領域に分割し、それぞれの領域に独立した電荷転送部、増幅器及び出力端子を持たせ、撮像信号を並列に読み出す技術がある（例えば、特許文献１参照）。

このような撮像素子の例を図２に示す。

同図において、撮像素子の撮像面は左右の２領域に分割されている。そして、２つの領域は、それぞれ、画素領域２０１Ａ、２０１Ｂ、水平転送部２０２Ａ、２０２Ｂ、読み出しアンプ２０３Ａ、２０３Ｂ、出力端子２０４Ａ、２０４Ｂ、ＯＢ（オプティカルブラック）部２０５Ａ、２０５Ｂを有する。画素領域２０１は、光電変換及び垂直転送部として機能する。

このような構造の撮像素子を用いることにより、撮像素子の駆動周波数に対して２倍のデータレートの撮像情報が得られる利点がある。
特開２００５−６４７６０号公報

しかしながら、上記従来技術では、各領域の同時刻に読み出す画素の間で電気的干渉が発生し、高輝度被写体が別領域に写り込む現象が発生する。以下、この現象をクロストークと呼ぶ。

図３はクロストークの概念図である。

同図において、水平転送部３０２Ａ、３０２Ｂ、出力アンプ３０３Ａ、３０３Ｂを示す。

図３に示す画素ａ（ｎｍ）とｂ（ｎｍ）のうち、（ｎｍ）が同じ数字の画素は同時刻に読み出される画素である。左半分の領域の画素ａ（ｎｍ）に高輝度被写体３０４が入ると、右半分領域画素ｂ（ｎｍ）に電気的影響を与え、左半分の高輝度被写体３０４が右半分の画像領域に写り込むクロストーク３０５が発生する。

上述したクロストーク問題を回避するためには、撮像素子の各チャネル間で電気的分離を完全にすることが根本対策であるが、昨今の基板の集積化が進んだ現状では完全に電気的分離をすることは困難である。

本発明の目的は、クロストークを精度よく補正し、画像の劣化を防止することができる撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、複数の出力端子に対応する複数の撮像領域を有し、複数の前記撮像領域から異なる画素を同時に読み出す撮像素子を備える撮像装置において、同時に読み出される前記異なる画素の一方に発生するクロストークを検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記クロストークを補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

本発明の撮像装置によれば、クロストークを精度よく補正し、画像の劣化を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。

以下、その構成を動作と併せて説明する。

同図において、露光制御部１０１からレンズ１０２を通過した画像信号は、撮像素子１０３上に結像する。本実施の形態では、撮像素子としてＣＣＤ（ＣＣＤエリアセンサ）を適用する。

ＣＣＤ１０３上に結像した画像信号は電気信号に変換された後、ＣＣＤ１０３の撮像面を２分割した左右の領域毎に読み出され、左半分の領域における出力信号がバッファ１０４Ａへ、右半分の領域における出力信号がバッファ１０４Ｂへ出力される。

バッファ１０４Ａ、１０４Ｂからの出力信号は、それぞれＣＤＳ１０５Ａ、１０５Ｂへ出力されて、このＣＤＳ１０５Ａ、１０５Ｂで、左右の撮像面におけるＣＣＤ出力波形にそれぞれ相関２重サンプルを施すことにより低周波ノイズを除去する。

続いて、それぞれの出力信号は、Ａ／Ｄ変換部１０６Ａ、１０６Ｂでアナログ信号からディジタル信号に変換され、クロストーク補正部１０７でクロストークを補正された後、２分割した信号が合成部１０８で合成され、カメラ信号処理１０９に送られる。クロストーク補正部１０７については後に詳細を記載する。

図２は、図１におけるＣＣＤの具体例を示す概略図である。

ＣＣＤ１０３の撮像面は、左半分の画素領域（撮像領域）２０１Ａと右半分の画素領域（撮像領域）２０１Ｂとに区分されている。また、ＣＣＤ１０３の撮像面の両端にはそれぞれＯＢ部２０５Ａ、２０５Ｂが配設されている。

各画素領域２０１Ａ、２０１Ｂから順次垂直転送されてきた画素（画像信号）は、各領域に設けられた水平転送部２０２Ａ、２０２Ｂにそれぞれ出力される。画像信号は、左半分の画素領域２０１Ａにおける水平転送部２０２Ａでは同図の左方向に、右半分の画素領域２０１Ｂにおける水平転送部２０２Ｂでは同図の右方向に水平転送された後、領域毎に読み出しアンプ２０３Ａ、２０３Ｂで電圧に変換される。そして、変換された画像信号は、それぞれ出力端子２０４Ａ、２０４Ｂに出力される。

図４は、図１におけるクロストーク補正部の構成を示すブロック図である。

同図において、符号４０１Ａ、４０１Ｂは、Ａ／Ｄ変換部１０６によるＡ／Ｄ変換後の信号入力、符号４０４Ａ、４０４Ｂは後段の合成部１０８への出力を示す。

クロストークは入力光量に依存するため、クロストーク量補正部４０３Ａ、４０３Ｂにより、入力光量に応じたクロストーク量を反対側の画素に補正することでクロストーク補正が可能となる。

クロストーク補正関数ｆ（ｘ）４０２Ａ、ｆ´（ｘ）４０２Ｂは、後述するＣＣＤ１０３の内部に設けられたクロストーク検出用画素を用いて求める。あるいは、工場出荷時に露光制御部１０１において、ＣＣＤ１０３の撮像面へ入力する光量を変化させ、予めクロストーク補正量を測定し、その結果から決定し、これを記憶しておくものとしてもよい。

図５は、クロストーク補正関数ｆ（ｘ）の具体例を示す図である。

同図において、Ｘ軸が入力光量、Ｙ軸が補正すべきクロストーク補正量となる。

図６は、図１の撮像装置によって実行されるクロストーク補正処理の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１：露光制御部１０１により、ＣＣＤ１０３の撮像面へ入力する光量の輝度を適正露光量にする。

ステップＳ２：各入力光量の輝度に対するクロストーク量（同時に読み出される異なる画素の一方に発生するクロストーク量）を検出し、クロストーク補正関数ｆ（ｘ）及びｆ´（ｘ）を求める。

ここで、ＣＣＤ１０３の内部に備えられたクロストーク検出用画素を用いて、クロストーク補正関数ｆ（ｘ）及びｆ´（ｘ）を求める構成について説明する。図７は、クロストーク検出画素を備えた左右２分割ＣＣＤの具体例を示す概略図である。

同図において、ＣＣＤ１０３は、有効画素領域５０２の外側にあるクロストーク検出用画素領域５０１、有効画素領域５０２、ＯＢ領域５０３を有する。

また図中で黒く塗りつぶされている画素５０４は、公知のＯＢ領域５０３と同様に、フォトダイオード部を遮光した遮光画素、黒く塗りつぶされていない画素５０５は通常画素を示す。

クロストーク検出用画素領域５０１は、同時刻に読み出される左右の画素領域の画素ペアでそれぞれ通常画素５０５と遮光画素５０４が存在する。クロストーク検出用画素領域５０１のａ（ｎｍ）、ｂ（ｎｍ）のうち、（ｎｍ）が同じ数字の画素は同時刻に読み出される画素を示す。

露光制御部１０１によりＣＣＤ１０３の撮像面に光を照射し、画素ａ１１〜画素ａ２６と画素ｂ１１〜画素ｂ２６のそれぞれを比較することで、クロストーク補正関数ｆ（ｘ）及びｆ´（ｘ）を求めることができる。上述したように、クロストークは各領域の同時刻に読み出す画素の間で電気的干渉が発生し、高輝度被写体が別領域に写り込む現象である。よって、同時に読み出される遮光画素である画素ｂ１１の出力と、画素ａ１１の輝度から、画素ａ１１における入射光量に対するクロストーク量を求めることができる。同様に、画素ａ１２と画素ｂ１２、画素ａ１３と画素ｂ１３、・・・、画素ａ２６と画素ｂ２６のそれぞれから、離散的な複数の入射光量に対するクロストーク量を求めることができる。

クロストーク補正部１０７は画素ａ１１〜画素ａ１６と画素ｂ１１〜画素ｂ１６から得られた離散的なデータを用いて図５に示すクロストーク関数ｆ（ｘ）を求める。同様に、クロストーク補正部１０７は画素ｂ２１〜画素ｂ２６と画素ａ２１〜画素ａ２６から得られた離散的なデータを用いてクロストーク関数ｆ´（ｘ）を求める。実際には多数のクロストーク検出用画素領域５０１が存在し、ノイズの影響を考慮して入射光量毎に複数画素の平均の差を求めてから、クロストーク関数ｆ（ｘ）及びｆ´（ｘ）を求める。

ステップＳ３：ステップＳ２で求められたクロストーク補正関数ｆ（ｘ）及びｆ´（ｘ）と画素毎の輝度値（入力光量）から、画素毎のクロストーク量を求め、クロストーク補正部１０７で補正する。

以上説明したように、上記実施の形態によれば、複数の入力光量の輝度に対するクロストーク量を検出してクロストーク補正関数を求め、このクロストーク補正関数を用いてクロストークを補正することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。 図１におけるＣＣＤの第１の具体例を示す概略図である。 クロストークの概念図である。 図１におけるクロストーク補正部の構成を示すブロック図である。 クロストーク補正関数ｆ（ｘ）の具体例を示す図である。 図１の撮像装置によって実行されるクロストーク補正処理の手順を示すフローチャートである。 図１におけるＣＣＤの第２の具体例を示す概略図である。

符号の説明

１０１ 露光制御部
１０２ レンズ
１０３ ＣＣＤ
１０４ バッファ
１０５ ＣＤＳ
１０６ Ａ／Ｄ変換部
１０７ クロストーク補正部
１０８ 合成部
１０９ カメラ信号処理部

Claims (3)

1. それぞれ出力端子を有する複数の撮像領域を有し、複数の前記撮像領域から異なる画素を同時に読み出す撮像素子を備える撮像装置において、
   同時に読み出される前記異なる画素の一方に発生するクロストークを検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された前記クロストークを補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記検出手段は、前記撮像素子に入力される複数の入力光量の輝度に対するクロストーク量を検出してクロストーク補正関数を求め、
   前記補正手段は、前記クロストーク補正関数に基づいて前記画素毎に前記クロストークを補正することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子は、有効画素領域の外側に、通常画素と遮光画素の組み合わせを持つクロストーク検出用画素領域を有することを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。

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