JP2015177257A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】混色の影響を抑制可能とする固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、固体撮像装置は、混色補正部を有する。混色補正部は、出力特性調整部である出力特性調整回路22、及び係数保持部であるOTP25を備える。出力特性調整部は、出力特性を調整する。出力特性は、色成分ごとにおける信号出力のレベルと波長との関係を表す。係数保持部は、混色補正係数及び色感度差補正係数を保持する。混色補正係数は、混色補正のための係数である。色感度差補正係数は、イメージセンサにおける色成分同士の感度差を補正する。係数保持部は、像高ごとに設定された色感度差補正係数を保持する。出力特性調整部は、混色補正係数と、像高ごとの色感度差補正係数を係数保持部から読み出す。出力特性調整部は、読み出された色感度差補正係数に応じた感度差の補正と、混色補正係数を使用する出力特性の調整とを実施する。
【選択図】図3
【解決手段】実施形態によれば、固体撮像装置は、混色補正部を有する。混色補正部は、出力特性調整部である出力特性調整回路22、及び係数保持部であるOTP25を備える。出力特性調整部は、出力特性を調整する。出力特性は、色成分ごとにおける信号出力のレベルと波長との関係を表す。係数保持部は、混色補正係数及び色感度差補正係数を保持する。混色補正係数は、混色補正のための係数である。色感度差補正係数は、イメージセンサにおける色成分同士の感度差を補正する。係数保持部は、像高ごとに設定された色感度差補正係数を保持する。出力特性調整部は、混色補正係数と、像高ごとの色感度差補正係数を係数保持部から読み出す。出力特性調整部は、読み出された色感度差補正係数に応じた感度差の補正と、混色補正係数を使用する出力特性の調整とを実施する。
【選択図】図3
Description
本実施形態は、固体撮像装置に関する。
近年、カメラモジュールの低背化が進められるに従い、カメラモジュールの撮像レンズからイメージセンサへ入射する主光線の傾きが大きくなる傾向にある。イメージセンサでは、対角端に近い位置ほど、主光線の傾きが顕著となる。イメージセンサへ斜めに入射する光が増加するほど、本来受光されるべき画素から隣接する画素への光の漏れ出しが多く生じることとなる。また、画素の境界付近に光が集まることで、光電変換を経て生じた電子が境界を越えて、隣接する画素へ漏れ出ることにもなる。このような隣接する画素同士での光学的及び電気的クロストークは、混色とも称され、色再現性を低下させる原因となる。
イメージセンサでの入射角の傾きを軽減させる手法としては、例えば、画素上のマイクロレンズの位置を調整するスケーリング技術による入射角補正、画素上のカラーフィルタの薄膜化などがある。近年のカメラモジュールの低背化に対して、これらの手法では、イメージセンサでの入射角の傾きを十分に補正することが困難となっている。さらに、カラーフィルタの薄膜化が進められるほど、光が顔料成分を通過する距離が短くなるため、カラーフィルタへ吸収させるべき色光を多く透過させてしまうことにもなる。固体撮像装置は、イメージセンサで発生する混色の影響を抑制できることが望まれている。
一つの実施形態は、混色の影響を抑制可能とする固体撮像装置を提供することを目的とする。
一つの実施形態によれば、固体撮像装置は、イメージセンサ及び混色補正部を有する。イメージセンサは、被写体像を撮像する。イメージセンサには、各色画素が水平方向及び垂直方向へ配列されている。各色画素は、各色成分の光を分担して検出する。混色補正部は、被写体像に対する混色補正を実施する。混色補正部は、出力特性調整部及び係数保持部を備える。出力特性調整部は、出力特性を調整する。出力特性は、色成分ごとにおける信号出力のレベルと波長との関係を表す。係数保持部は、混色補正係数及び色感度差補正係数を保持する。混色補正係数は、混色補正のための係数である。色感度差補正係数は、イメージセンサにおける色成分同士の感度差を補正する。係数保持部は、像高ごとに設定された色感度差補正係数を保持する。出力特性調整部は、混色補正係数と、像高ごとの色感度差補正係数を係数保持部から読み出す。出力特性調整部は、読み出された色感度差補正係数に応じた感度差の補正と、混色補正係数を使用する出力特性の調整とを実施する。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
(実施形態)
図1は、実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図2は、固体撮像装置を備えるカメラシステムの概略構成を示すブロック図である。
図1は、実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図2は、固体撮像装置を備えるカメラシステムの概略構成を示すブロック図である。
カメラシステム1は、カメラモジュール2を備える電子機器であって、例えばカメラ付き携帯端末である。カメラシステム1は、カメラ付き携帯端末以外の電子機器、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等であっても良い。
カメラシステム1は、カメラモジュール2及び後段処理部3を有する。カメラモジュール2は、撮像光学系4及び固体撮像装置5を有する。後段処理部3は、イメージシグナルプロセッサ(ISP)6、記憶部7及び表示部8を有する。
撮像光学系4は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置5は、被写体像を撮像する。ISP6は、固体撮像装置5での撮像により得られた画像信号の信号処理を実施する。記憶部7は、ISP6での信号処理を経た画像を格納する。記憶部7は、ユーザの操作等に応じて、表示部8へ画像信号を出力する。
固体撮像装置5は、撮像素子であるイメージセンサ10と、画像処理装置である信号処理回路11とを備える。イメージセンサ10は、被写体像を撮像する。イメージセンサ10は、例えば、CMOSイメージセンサである。イメージセンサ10は、画素アレイ12、垂直シフトレジスタ13、タイミング制御部14、相関二重サンプリング部(CDS)15、アナログデジタル変換部(ADC)16及びラインメモリ17を有する。
画素アレイ12は、イメージセンサ10の撮像領域に設けられている。画素アレイ12は、水平方向及び垂直方向へアレイ状に配列された画素を備える。各画素は、光電変換素子であるフォトダイオードを備える。光電変換素子は、入射光量に応じた信号電荷を生成する。各画素は、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する。
各画素の入射側には、色配列に応じたカラーフィルタ(図示省略)が設けられている。各画素は、カラーフィルタを透過した色光を検出する。各色成分の光を分担して検出する各色画素は、ベイヤー配列を構成する。
ベイヤー配列は、Gr、R、Gb、Bの4画素を単位として構成されている。赤(R)画素は、赤色成分を検出する。青(B)画素は、青色成分を検出する。第1緑画素であるGr画素は、緑色成分を検出する緑(G)画素であって、水平方向においてR画素に隣接する。第2緑画素であるGb画素は、緑色成分を検出する緑(G)画素であって、水平方向においてB画素に隣接する。
タイミング制御部14は、複数の画素からの信号の読み出しを制御する。タイミング制御部14は、画素アレイ12の各画素からの信号を読み出すタイミングを指示する垂直同期信号を、垂直シフトレジスタ13へ供給する。タイミング制御部14は、CDS15、ADC16及びラインメモリ17に対し、駆動タイミングを指示するタイミング信号をそれぞれ供給する。
垂直シフトレジスタ13は、タイミング制御部14からの垂直同期信号に応じて、画素アレイ12内の画素を水平ラインごとに選択する。垂直シフトレジスタ13は、選択された水平ラインの各画素へ読み出し信号を出力する。垂直シフトレジスタ13から読み出し信号が入力された画素は、蓄積された信号電荷を出力する。画素アレイ12は、画素からの信号を、垂直信号線を介してCDS15へ出力する。
CDS15は、画素アレイ12からの信号に対し、固定パターンノイズの低減のための相関二重サンプリング処理を行う。ADC16は、アナログ方式の信号をデジタル方式の信号へ変換する。ラインメモリ17は、ADC16からの信号を蓄積する。イメージセンサ10は、ラインメモリ17に蓄積された信号を出力する。
信号処理回路11は、イメージセンサ10からの画像信号に対し、各種の信号処理を実施する。信号処理回路11は、混色補正回路18を備える。混色補正回路18は、被写体像に対する混色補正を実施する。
信号処理回路11は、混色補正以外にも、各種信号処理、例えば、キズ補正、ガンマ補正、ノイズ低減処理、レンズシェーディング補正、ホワイトバランス調整、歪曲補正、解像度復元等を実施する。図1には、信号処理回路11の構成のうち、混色補正回路18以外の構成の図示を省略している。
固体撮像装置5は、信号処理回路11での信号処理を経た画像信号をチップ外部へ出力する。固体撮像装置5は、信号処理回路11での信号処理を経たデータに基づき、イメージセンサ10のフィードバック制御を実施する。
カメラシステム1は、本実施形態において信号処理回路11が実施するものとした各種信号処理の少なくともいずれかを、後段処理部3のISP6が実施することとしても良い。カメラシステム1は、各種信号処理の少なくともいずれかを、信号処理回路11及びISP6の双方が実施しても良い。信号処理回路11及びISP6は、本実施形態で説明する信号処理以外の信号処理を実施することとしても良い。例えば、画像処理装置としての機能を備えるISP6は、混色補正回路18を備えていても良い。
図3は、混色補正回路の構成を示すブロック図である。混色補正回路18は、光学的及び電気的クロストークに対する混色補正を、画像信号への信号処理により実施する。混色補正回路18は、感度差補正回路21、出力特性調整回路22、ノイズリダクション回路23、OTP24,25を備える。
感度差補正回路21は、緑画素感度差補正部である。感度差補正回路21は、Gr画素とGb画素との感度差を補正する。出力特性調整回路22は、出力特性を調整する。出力特性は、R、B及びGの色成分ごとにおける信号出力のレベルと波長との関係を表したものとする。出力特性調整回路22は、出力特性の調整として、混色補正係数に応じた混色補正を実施する。また、出力特性調整回路22は、イメージセンサ10における色成分同士の感度差を、色感度差補正係数に応じて補正する。
ノイズリダクション回路23は、被写体像に対するノイズ低減処理を実施する。ノイズリダクション回路23は、主に、出力特性調整回路22での混色補正に伴って増加するノイズ成分を低減させる機能を備える。
OTP(One Time Programmable memory)24,25は、係数保持部である。第2係数保持部であるOTP24は、Gr画素とGb画素との間の感度差補正のための緑画素感度差補正係数を保持する。感度差補正回路21は、OTP24から読み出された緑画素感度差補正係数を使用して、感度差補正を実施する。
第1係数補正部であるOTP25は、混色補正のための混色補正係数と、色成分同士の感度差補正のための色感度差補正係数とを保持する。出力特性調整回路22は、OTP25から読み出された混色補正係数を使用する混色補正と、OTP25から読み出された色感度差補正係数を使用する感度差補正とを実施する。
出力特性調整回路22は、次に示す式による演算を、混色補正として実施する。混色補正係数は、3×3の係数マトリクスとする。Aij(i=1,2,3、j=1,2,3,)は補正係数とする。(R,G,B)は、混色補正後の色成分値、(r,g,b)は、混色補正前の色成分値とする。
図4は、混色補正前の色成分値の算出例について説明する図である。出力特性調整回路22は、各画素における各色成分値を算出する。R画素における色成分値は、R画素を中心とする3×3の画素ブロックに含まれる画素の信号値を使用して算出される。色成分値rは、中心のR画素の信号値r0とする。色成分値gは、R画素の周囲の4つのG画素の信号値g1,g2,g3,g4の平均値とする。色成分値bは、R画素の周囲の4つのB画素の信号値b1,b2,b3,b4の平均値とする。
G画素における色成分値は、G画素を中心とする3×3の画素ブロックに含まれる画素の信号値を使用して算出される。色成分値gは、中心のG画素の信号値g0とする。色成分値rは、G画素の周囲の2つのR画素の信号値r1,r2の平均値とする。色成分値bは、G画素の周囲の2つのB画素の信号値b1,b2の平均値とする。
B画素における色成分値は、B画素を中心とする3×3の画素ブロックに含まれる画素の信号値を使用して算出される。色成分値bは、中心のB画素の信号値b0とする。色成分値rは、B画素の周囲の4つのR画素の信号値r1,r2,r3,r4の平均値とする。色成分値gは、B画素の周囲の4つのG画素の信号値g1,g2,g3,g4の平均値とする。なお、各色成分値を算出する手法は、本実施形態で説明するものに限られない。出力特性調整回路22は、いずれの手法によって各色成分値を算出しても良い。
図5は、混色補正による出力特性の変化について説明する図である。図示する曲線は、それぞれ各色成分の信号出力と波長との関係をグラフとして表したものである。一点鎖線のグラフは、R成分の出力特性を表す。破線のグラフは、G成分の出力特性を表す。実線のグラフは、B成分の出力特性を表す。
イメージセンサ10は、混色が生じている場合に、グラフの裾部分として示される波長域における出力が高くなるとともに、グラフのピークにおける出力が低くなるように、出力特性が変化している。出力特性調整回路22は、混色補正として、このような出力特性の変化を軽減させるための処理を実施する。出力特性調整回路22は、混色補正を実施することで、グラフの裾部分における出力を低下させるとともに、ピークにおける出力を向上させる。
図6は、画面内におけるR成分とG成分との感度差について説明する図である。図示する曲面は、G成分の感度を基準として、R成分の感度の分布を表している。水平方向は、画面における位置を表している。高さ方向は、感度を表している。G成分に対するR成分の感度は、画面の中心から離れるにしたがって低下している。
図7は、画面内におけるB成分とG成分との感度差について説明する図である。図示する曲面は、G成分の感度を基準として、B成分の感度の分布を表している。G成分に対するB成分の感度は、画面の中心から離れるにしたがって低下している。ただし、G成分に対しB成分の感度が低下する程度は、G成分に対するR成分の感度の場合に比べて少ない。
OTP25は、一組の混色補正係数と、像高ごとに設定された色感度差補正係数のテーブルとを保持している。出力特性調整回路22は、かかる色感度差補正係数を使用する演算を実施することで、図6及び図7に示されるような色成分同士の感度差を補正する。OTP25は、例えば、像高5%おき、あるいは10%おきに設定されている色感度差補正係数を保持している。OTP25において像高ごとに設定されている色感度差補正係数は、さらに、色温度ごとにおける設定もなされている。
出力特性調整回路22は、被写体像の撮像時の色温度と像高とに応じた色感度差補正係数をOTP25から読み出す。出力特性調整回路22は、OTP25から読み出された色感度差補正係数に応じた感度差の補正と、混色補正係数を使用する出力特性の調整とを実施する。
図8は、Gr画素とGb画素との感度差について説明する図である。図示する曲面は、Gb画素の感度を基準として、Gr画素の感度の分布を表している。Gb画素に対するGr画素の感度は、画面の中心から離れるにしたがって若干低下している。
OTP24は、像高ごとに設定された緑画素感度差補正係数のテーブルを保持している。感度差補正回路21は、かかる緑画素感度差補正係数を使用する演算を実施することで、図8に示されるようなGr画素とGb画素の感度差を補正する。OTP24は、例えば、像高5%おき、あるいは10%おきに設定されている緑画素感度差補正係数を保持している。OTP24において像高ごとに設定されている緑画素感度差補正係数は、さらに、色温度ごとにおける設定もなされている。
感度差補正回路21は、被写体像の撮像時の色温度と像高とに応じた緑画素感度差補正係数をOTP24から読み出す。感度差補正回路21は、OTP24から読み出された緑画素感度差補正係数に応じた感度差の補正を実施する。
イメージセンサ10は、クロストークによる信号の漏れこみレベルがGr画素とGb画素とにおいて異なることで、Gr画素とGb画素との信号出力に差が出る場合がある。また、イメージセンサ10は、画素構造あるいは製造プロセスのばらつきに起因して、Gr画素とGb画素とに感度差が生じる場合がある。
固体撮像装置5は、Gr画素とGb画素とにおけるこのような出力差が影響することで、デモザイク処理等の画像処理において格子状のノイズを生じさせることがある。感度差補正回路21は、このような画質低下の原因となるGr画素とGb画素との感度差を低減させる。
実施形態によると、混色補正回路18は、出力特性調整回路22にて、混色補正係数に基づく調整と併せて、色感度差補正係数に基づいて色成分ごとの感度差を補正する。固体撮像装置5は、像高及び色温度に応じて色成分の感度差が調整された出力特性を得ることができる。固体撮像装置5は、高い色再現性が得られるとともに、出力特性のピークにおける感度を向上させることができる。
混色補正回路18は、感度差補正回路21にて、緑画素感度差補正係数に基づいて、Gr画素とGb画素との感度差を補正する。固体撮像装置5は、像高及び色温度に応じてGr画素とGb画素との感度差が調整された出力特性を得ることができる。また、混色補正回路18は、混色補正に伴って増加するノイズ成分を、ノイズリダクション回路23に低減させる。
固体撮像装置5は、混色補正回路18において各色成分の出力特性を改善させることで、画像処理において高い色再現性を得ることができる。以上により、固体撮像装置5は、混色の影響を抑制可能とし、高品質な画像を得ることができるという効果を奏する。
なお、混色補正回路18は、感度差補正回路21及びノイズリダクション回路23をいずれも備えているものに限られない。混色補正回路18は、Gr画素とGb画素との感度差を補正不要とする場合、感度差補正回路21を省略しても良い。混色補正回路18は、ノイズ低減処理を不要とする場合、ノイズリダクション回路23を省略しても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 イメージセンサ、11 信号処理回路、18 混色補正回路、21 感度差補正回路、22 出力特性調整回路、23 ノイズリダクション回路、24,25 OTP。
Claims (5)
- 各色成分の光を分担して検出する各色画素が水平方向及び垂直方向へ配列され、被写体像を撮像するイメージセンサと、
前記被写体像に対する混色補正を実施する混色補正部と、を有し、
前記混色補正部は、
色成分ごとにおける信号出力のレベルと波長との関係を表す出力特性を調整する出力特性調整部と、
前記混色補正のための混色補正係数と、前記イメージセンサにおける前記色成分同士の感度差を補正するための色感度差補正係数とを保持する係数保持部と、を備え、
前記係数保持部は、像高ごとに設定された前記色感度差補正係数を保持し、
前記出力特性調整部は、前記混色補正係数と、前記像高ごとの前記色感度差補正係数を前記係数保持部から読み出し、読み出された前記色感度差補正係数に応じた感度差の補正と、前記混色補正係数を使用する前記出力特性の調整とを実施することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記混色補正部は、前記各色画素のうち、前記水平方向において赤画素と隣接する緑画素である第1緑画素と、前記水平方向において青画素と隣接する緑画素である第2緑画素と、の感度差を補正する緑画素感度差補正部を備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記混色補正部は、前記被写体像に対するノイズ低減処理を実施するノイズリダクション部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
- 前記係数保持部は、前記像高ごと、及び色温度ごとに設定された前記色感度差補正係数を保持し、
前記出力特性調整部は、前記被写体像の撮像時の色温度に応じた、前記像高ごとの前記色感度差補正係数を前記係数保持部から読み出すことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記混色補正部は、
前記混色補正係数及び前記色感度差補正係数を保持する前記係数保持部である第1係数保持部と、
前記第1緑画素と前記第2緑画素との感度差を補正するための緑画素感度差補正係数を保持する第2係数保持部と、を備え、
前記第2係数保持部は、像高ごとに設定された前記緑画素感度差補正係数を保持し、
前記緑画素感度差補正部は、前記像高ごとの前記緑画素感度差補正係数を前記第2係数保持部から読み出し、読み出された前記緑画素感度差補正係数に応じた感度差の補正を実施することを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
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