JP3526381B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP3526381B2
JP3526381B2 JP01420897A JP1420897A JP3526381B2 JP 3526381 B2 JP3526381 B2 JP 3526381B2 JP 01420897 A JP01420897 A JP 01420897A JP 1420897 A JP1420897 A JP 1420897A JP 3526381 B2 JP3526381 B2 JP 3526381B2
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light
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モアレの発生を防
止するようにした、CCDイメージセンサ(固体撮像素
子)を用いる固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device using a CCD image sensor (solid-state image pickup device) for preventing the generation of moire.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCDイメージセンサを用いるテレビカ
メラ等の固体撮像装置においては、単一のレンズまたは
複数のレンズの組み合わせからなる光学機構により、イ
メージセンサの受光面に被写体画像が投射される。そし
て、受光面に行列配置される複数の受光画素に、その投
射画像に対応する情報電荷がそれぞれ蓄積されるように
構成される。
2. Description of the Related Art In a solid-state image pickup device such as a television camera using a CCD image sensor, a subject image is projected on a light receiving surface of the image sensor by an optical mechanism including a single lens or a combination of a plurality of lenses. Then, the information charges corresponding to the projected image are respectively stored in the plurality of light receiving pixels arranged in a matrix on the light receiving surface.

【0003】図5は、CCDイメージセンサを用いる固
体撮像装置の構成を示すブロック図で、図6は、その動
作を説明するタイミング図である。CCDイメージセン
サ1は、複数の受光画素が行列配置された受光面を有
し、この受光面に被写体画像を受けることにより、各受
光画素で被写体画像に応じた情報電荷をそれぞれ発生し
て蓄積する。このイメージセンサ1は、複数の受光画素
の各列に対応付けられた垂直転送部及び垂直転送部の出
力側に配置される水平転送部を含み、これら垂直転送部
及び水平転送部によって各受光画素に蓄積される情報電
荷が1行単位で連続して転送出力される。イメージセン
サ1が、フレーム転送方式の場合、垂直転送部は、受光
画素の各列に直列に配置され、各受光画素の情報電荷が
シリアルに垂直転送部へ転送される。そして、イメージ
センサ1が、インターライン転送方式の場合、垂直転送
部は、受光画素の各列に並列に配置され、各受光画素の
情報電荷がパラレルに垂直転送部へ転送される。さら
に、イメージセンサ1は、水平転送部から転送出力され
る情報電荷を電気的に独立した容量に受けて電荷量を電
圧値に変換する出力部を含み、各受光画素の情報電荷量
の変化を電圧値の変化で表す画像信号Y0(t)として出力
する。
FIG. 5 is a block diagram showing the structure of a solid-state image pickup device using a CCD image sensor, and FIG. 6 is a timing chart for explaining its operation. The CCD image sensor 1 has a light receiving surface in which a plurality of light receiving pixels are arranged in a matrix, and by receiving a subject image on this light receiving surface, each light receiving pixel generates and accumulates information charges corresponding to the subject image. . The image sensor 1 includes a vertical transfer section associated with each column of a plurality of light receiving pixels and a horizontal transfer section arranged on the output side of the vertical transfer section. The information charges accumulated in are continuously transferred and output on a row-by-row basis. When the image sensor 1 is of the frame transfer type, the vertical transfer unit is arranged in series in each column of the light receiving pixels, and the information charges of each light receiving pixel are serially transferred to the vertical transfer unit. When the image sensor 1 uses the interline transfer method, the vertical transfer units are arranged in parallel in the respective columns of the light receiving pixels, and the information charges of the respective light receiving pixels are transferred in parallel to the vertical transfer unit. Further, the image sensor 1 includes an output unit that receives the information charges transferred and output from the horizontal transfer unit in an electrically independent capacitance and converts the charge amount into a voltage value, and changes the information charge amount of each light receiving pixel. It is output as an image signal Y0 (t) represented by a change in voltage value.

【0004】光学機構2は、イメージセンサ1の受光面
に被写体画像を結像する1つ乃至複数のレンズ及びレン
ズを支持する鏡筒を含み、被写体からイメージセンサ1
の受光面に至る光路上に配置される。この光学機構2で
は、図7に示すように、凸レンズを透過した光が、イメ
ージセンサ1の受光面上で一点に収束するようにして、
被写体画像をイメージセンサ1の受光面上に結像させ
る。
The optical mechanism 2 includes one or a plurality of lenses for forming a subject image on the light receiving surface of the image sensor 1 and a lens barrel for supporting the lenses, and the image sensor 1 from the subject.
Is arranged on the optical path leading to the light receiving surface of. In this optical mechanism 2, as shown in FIG. 7, the light transmitted through the convex lens is converged to one point on the light receiving surface of the image sensor 1,
A subject image is formed on the light receiving surface of the image sensor 1.

【0005】駆動回路3は、垂直同期信号VT及び水平
同期信号HTに応答して多相の垂直転送クロックφv及
び水平転送クロックφhを発生し、イメージセンサ1の
垂直転送部及び水平転送部へ供給する。即ち、イメージ
センサ1の垂直転送部及び水平転送部は、CCDシフト
レジスタであり、それぞれ垂直転送クロックφv及び水
平転送クロックφhによってパルス駆動することによ
り、各受光画素の情報電荷を所定の順序で転送出力させ
る。例えば、垂直同期信号VTに同期して読み出しクロ
ックφfを発生し、各受光画素の情報電荷を垂直転送部
へ転送させる。その後、水平同期信号HTに同期して垂
直転送クロックφvを発生して垂直転送部の情報電荷を
1行ずつ水平転送部へ転送すると共に、水平転送クロッ
クφhを発生して水平転送部の情報電荷を出力部へ転送
出力させる。同時に、駆動回路3は、水平転送クロック
φhに同期したリセットクロックφrを発生し、イメージ
センサ1の出力部へ供給する。このリセットクロックφ
rにより、水平転送部から出力部へ転送出力される情報
電荷は1画素毎に排出されるようになり、1画素単位で
情報電荷量が電圧値に変換される。
The drive circuit 3 generates a multi-phase vertical transfer clock φv and a horizontal transfer clock φh in response to the vertical sync signal VT and the horizontal sync signal HT, and supplies them to the vertical transfer section and the horizontal transfer section of the image sensor 1. To do. That is, the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit of the image sensor 1 are CCD shift registers, and the information charges of the respective light receiving pixels are transferred in a predetermined order by being pulse-driven by the vertical transfer clock φv and the horizontal transfer clock φh, respectively. Output. For example, the read clock φf is generated in synchronization with the vertical synchronizing signal VT to transfer the information charges of each light receiving pixel to the vertical transfer unit. After that, the vertical transfer clock φv is generated in synchronization with the horizontal synchronization signal HT to transfer the information charges of the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit row by row, and the horizontal transfer clock φh is generated to generate the information charges of the horizontal transfer unit. Is output to the output unit. At the same time, the drive circuit 3 generates a reset clock φr synchronized with the horizontal transfer clock φh and supplies it to the output section of the image sensor 1. This reset clock φ
By r, the information charges transferred and output from the horizontal transfer unit to the output unit are discharged for each pixel, and the information charge amount is converted into a voltage value on a pixel-by-pixel basis.

【0006】タイミング制御回路4は、一定周期の基準
クロックCLKに基づいて、イメージセンサの垂直走査
及び水平走査の各タイミングを決定する垂直同期信号V
T及び水平同期信号HTを生成する。例えば、NTSC
方式に従う場合、14.32MHzの基準クロックを9
10分周して水平同期信号HTを生成し、この水平同期
信号を525/2分周して垂直同期信号VTを生成する
ように構成される。このタイミング制御回路4では、イ
メージセンサ1の露光状態を最適に保つようにするた
め、イメージセンサ1の各受光画素に発生する情報電荷
の量に対応して垂直走査期間の途中で受光画素内の情報
電荷を排出させるシャッタ制御が行われる。即ち、シャ
ッタ動作のタイミングを早くすると、情報電荷の蓄積開
始から読み出し開始までの期間が長くなり、各受光画素
でより長い期間情報電荷の蓄積が行われるようになる。
逆に、シャッタ動作のタイミングを遅くすると、情報電
荷の蓄積開始から読み出し開始までの期間が短くなり、
各受光画素では短い期間で情報電荷の蓄積が行われるよ
うになる。情報電荷を排出するシャッタ動作について
は、駆動回路3からイメージセンサ1に供給する駆動ク
ロックの作用によって実行される。
The timing control circuit 4 determines the timing of vertical scanning and horizontal scanning of the image sensor based on the reference clock CLK having a constant cycle.
T and a horizontal synchronizing signal HT are generated. For example, NTSC
When the system is followed, the reference clock of 14.32MHz is 9
The frequency is divided by 10 to generate a horizontal synchronizing signal HT, and the horizontal synchronizing signal is divided by 525/2 to generate a vertical synchronizing signal VT. In order to keep the exposure state of the image sensor 1 optimal, the timing control circuit 4 corresponds to the amount of information charges generated in each light receiving pixel of the image sensor 1 in the light receiving pixel in the middle of the vertical scanning period. Shutter control for discharging information charges is performed. That is, if the timing of the shutter operation is advanced, the period from the start of the accumulation of the information charges to the start of the readout becomes long, and the information charges are accumulated in each light receiving pixel for a longer period.
On the contrary, if the timing of the shutter operation is delayed, the period from the start of accumulation of information charges to the start of reading becomes shorter,
In each light receiving pixel, information charges are accumulated in a short period. The shutter operation for discharging the information charges is executed by the action of the drive clock supplied from the drive circuit 3 to the image sensor 1.

【0007】信号処理回路5は、垂直同期信号VT及び
水平同期信号HTを受け、駆動回路3に同期して動作
し、イメージセンサ1から出力される画像信号Y0(t)に
対してサンプルホールド、ガンマ補正等の各種信号処理
を施す。例えば、サンプルホールド処理においては、リ
セットレベルと信号レベルとを繰り返す画像信号Y0(t)
から信号レベルのみが取り出され、ガンマ補正処理にお
いては、画像信号Y0(t)の強度に対する人の視覚上の線
形性のずれが補正される。さらに、信号処理回路5で
は、画像信号Y0(t)の画像成分に、垂直同期信号VT及
び水平同期信号HTに従う同期成分が付加される。これ
により、所定のフォーマットに従う画像信号Y1(t)が生
成され、次段の回路へ出力される。
The signal processing circuit 5 receives the vertical synchronizing signal VT and the horizontal synchronizing signal HT, operates in synchronization with the driving circuit 3, and samples and holds the image signal Y0 (t) output from the image sensor 1. Performs various signal processing such as gamma correction. For example, in the sample hold processing, the image signal Y0 (t) in which the reset level and the signal level are repeated
Only the signal level is extracted from the image signal, and in the gamma correction process, the shift of the human visual linearity with respect to the intensity of the image signal Y0 (t) is corrected. Further, in the signal processing circuit 5, a sync component according to the vertical sync signal VT and the horizontal sync signal HT is added to the image component of the image signal Y0 (t). As a result, the image signal Y1 (t) according to the predetermined format is generated and output to the circuit of the next stage.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】イメージセンサ1の解
像度は、受光面の受光画素の配列ピッチにより決定され
る。所定の解像度を有するイメージセンサ1において、
その解像度よりも細かい規則的なパターン、即ち、濃淡
の配列ピッチが受光画素の配列ピッチよりも狭い被写体
を撮したとき、再生画面上に周期性のビートノイズ(モ
アレ)が発生する。
The resolution of the image sensor 1 is determined by the arrangement pitch of the light receiving pixels on the light receiving surface. In the image sensor 1 having a predetermined resolution,
When a regular pattern finer than the resolution, that is, a subject whose light and dark arrangement pitch is narrower than the arrangement pitch of the light receiving pixels is photographed, periodic beat noise (moiré) occurs on the reproduction screen.

【0009】このモアレの発生の原因は、以下のとおり
である。図8に示すように、イメージセンサ1の解像度
に対して被写体のパターンの配列ピッチdが3/4のと
き、イメージセンサ1の受光面には、受光画素の配列ピ
ッチpに対して3/4倍の間隔tで被写体のパターンが
投射されることになる。このとき、受光面の各受光画素
では、被写体のパターンに対応して情報電荷が発生する
が、対応するパターンの数が1つの受光画素と2つの受
光画素とができるため、各受光画素に発生する情報電荷
量にも差が生じる。例えば、1つのパターンにより発生
する信号強度を「3」とした場合、信号強度「6」とな
る受光画素が信号強度「3」となる受光画素を間に2つ
ずつ置いて連続する。従って、被写体のパターンの本来
の周期tに対して、画像信号Y0(t)では3倍の周期fで
強弱を繰り返すようになるため、この画像信号Y0(t)に
基づいて表示される再生画面上にビートノイズ、即ち、
モアレが発生する。
The cause of the occurrence of the moire is as follows. As shown in FIG. 8, when the arrangement pitch d of the subject patterns is 3/4 with respect to the resolution of the image sensor 1, the light receiving surface of the image sensor 1 is 3/4 of the arrangement pitch p of the light receiving pixels. The pattern of the subject is projected at the doubled interval t. At this time, in each light receiving pixel on the light receiving surface, information charges are generated corresponding to the pattern of the subject, but since the number of corresponding patterns can be one light receiving pixel and two light receiving pixels, they are generated in each light receiving pixel. A difference also occurs in the amount of information charges to be applied. For example, when the signal intensity generated by one pattern is "3", the light receiving pixels having the signal intensity "6" are consecutive with two light receiving pixels having the signal intensity "3" placed therebetween. Therefore, since the strength of the image signal Y0 (t) is repeated three times as long as the original cycle t of the subject pattern, the reproduction screen displayed based on this image signal Y0 (t). Beat noise on top, ie
Moire occurs.

【0010】このようなモアレの発生を防止するため、
通常は、イメージセンサ1の解像度を超える細かい画像
の光を透過しないようにする光学的ローパスフィルタが
光学機構2に設けられる。この光学的ローパスフィルタ
としては、水晶複屈折板や回折格子等が用いられる。し
かしながら、水晶複屈折板を用いる場合、水晶複屈折板
自体が高価であるため、装置の大幅なコストアップを招
くことになり、また、回折格子を用いる場合には、回折
格子の光の透過率が低いことから、装置の受光感度を低
下させるという問題が生じる。また、複雑なフィルタを
光学機構2に設けることは、装置の小型化の妨げとな
る。
In order to prevent the occurrence of such moire,
In general, the optical mechanism 2 is provided with an optical low-pass filter that prevents light of a fine image exceeding the resolution of the image sensor 1 from passing through. A quartz birefringent plate, a diffraction grating, or the like is used as the optical low-pass filter. However, when the crystal birefringent plate is used, the crystal birefringent plate itself is expensive, which leads to a large increase in the cost of the device, and when the diffraction grating is used, the light transmittance of the diffraction grating is increased. However, there is a problem in that the light receiving sensitivity of the device is lowered. Further, providing the optical mechanism 2 with a complicated filter hinders downsizing of the apparatus.

【0011】そこで本発明は、大幅なコストアップや受
光感度の低下を伴うことなく、尚かつ、小型化の妨げと
ならないようにしてモアレの発生を防止することを目的
とする。
Therefore, an object of the present invention is to prevent the occurrence of moire without significantly increasing the cost and reducing the light-receiving sensitivity and without hindering the miniaturization.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、複数の受光画素が行列配置され、各受光画素に被写
体画像に応じた情報電荷を蓄積する固体撮像素子と、被
写体からの反射光を取り込んで上記固体撮像素子の受光
面に被写体画像を投射する光学機構と、上記固体撮像素
子の複数の受光画素に蓄積される情報電荷を所定の順序
で転送出力して画像信号を得る駆動回路と、を備えた固
体撮像装置であって、上記光学機構は、光軸に垂直な断
面の各位置で焦点距離が異なる多重焦点を有することに
ある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is characterized in that a plurality of light-receiving pixels are arranged in rows and columns, and each light-receiving pixel is formed in a subject image. A solid-state image sensor for accumulating information charges, an optical mechanism for capturing reflected light from the object and projecting a subject image on the light-receiving surface of the solid-state image sensor, and a plurality of light-receiving pixels for the solid-state image sensor. A solid-state imaging device comprising: a drive circuit for transferring and outputting information charges in a predetermined order to obtain an image signal, wherein the optical mechanism is a multifocal lens having different focal lengths at respective positions of a cross section perpendicular to the optical axis. To have.

【0013】本発明によれば、固体撮像素子の受光面に
被写体画像を投射する光学機構が多重焦点を有すること
により、固体撮像素子の解像度よりも細かいパターンの
被写体画像がそのまま固体撮像素子の受光面に投射され
ることがなくなる。このとき、被写体画像の各パターン
は、複数の受光画素に広がるようにして受光面に投射さ
れるため、全ての受光画素でほぼ平均的に情報電荷が発
生するようになる。従って、固体撮像素子の解像度より
も細かいパターンの被写体画像は、パターンの配列規則
に従う濃度の中間調で表示されるようになる。
According to the present invention, since the optical mechanism for projecting the subject image on the light-receiving surface of the solid-state image pickup device has multiple focal points, the subject image having a pattern finer than the resolution of the solid-state image pickup device is directly received by the solid-state image pickup device. It is no longer projected on the surface. At this time, since each pattern of the subject image is projected on the light receiving surface so as to spread over the plurality of light receiving pixels, information charges are generated almost uniformly on all the light receiving pixels. Therefore, a subject image having a pattern finer than the resolution of the solid-state image sensor is displayed in a halftone of the density according to the pattern arrangement rule.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の固体撮像装置の
要部の構成図で、イメージセンサの受光面及び光学機構
の一部としてのレンズの断面を示す。イメージセンサ1
0は、複数の受光画素が行列配置された受光面11を有
し、駆動回路から供給される各種の転送クロックにより
パルス駆動される。このイメージセンサ10に対する駆
動回路、タイミング制御回路及び信号処理回路(何れも
図示せず)は、図5と同一であり、説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram of a main part of a solid-state image pickup device of the present invention, showing a light receiving surface of an image sensor and a cross section of a lens as a part of an optical mechanism. Image sensor 1
0 has a light receiving surface 11 in which a plurality of light receiving pixels are arranged in a matrix, and is pulse-driven by various transfer clocks supplied from a drive circuit. A drive circuit, a timing control circuit, and a signal processing circuit (not shown) for the image sensor 10 are the same as those in FIG.

【0015】光学機構を成すレンズ20は、その中心を
受光面11の中心にほぼ一致させ、受光面11に対向し
て配置される。このレンズ20は、光軸の中心から離れ
るに従って焦点距離が短くなるように形成される非球面
レンズである。即ち、レンズ20の中心付近を透過した
光は、受光面11よりも深い位置で収束し、側辺部分を
透過した光は受光面11の手前で収束するようにレンズ
20の曲面が非球面に形成されている。尚、このレンズ
20については、中心付近の焦点距離が側辺部分の焦点
距離よりも短くなるような非球面形状としてもよい。
The lens 20 forming the optical mechanism is arranged so that its center substantially coincides with the center of the light receiving surface 11 and faces the light receiving surface 11. This lens 20 is an aspherical lens formed so that its focal length becomes shorter as it goes away from the center of the optical axis. That is, the light transmitted through the vicinity of the center of the lens 20 is converged at a position deeper than the light receiving surface 11, and the light transmitted through the side portion is converged before the light receiving surface 11, so that the curved surface of the lens 20 is an aspherical surface. Has been formed. The lens 20 may have an aspherical shape such that the focal length near the center is shorter than the focal length at the side portion.

【0016】レンズ20の中心付近の焦点距離と側辺部
分の焦点距離との差については、大きくするほどモアレ
防止の効果は高くなるが、大きくしすぎると、受光面1
1に鮮明な被写体画像を投射できなくなり、解像度が劣
化するという問題が生じる。従って、中心付近と側辺部
分との焦点距離の差は、受光面11上での収束光の直径
aが受光画素の配列ピッチの1/2倍から3倍程度とな
るように設定することが好ましい。尚、中心付近から側
辺部分までの焦点距離の差と受光面11上での収束光の
直径aと関係は、レンズの直径、レンズの屈折率、レン
ズから受光面11までの距離(焦点距離の平均)等に従
うものである。
The difference between the focal length in the vicinity of the center of the lens 20 and the focal length in the side portion is increased as the difference is increased. However, if the difference is too large, the light receiving surface 1
Therefore, it becomes impossible to project a clear subject image on the first image, and the resolution deteriorates. Therefore, the difference in focal length between the vicinity of the center and the side portion can be set so that the diameter a of the converged light on the light receiving surface 11 is about 1/2 to 3 times the arrangement pitch of the light receiving pixels. preferable. The relationship between the difference in the focal length from the center to the side portion and the diameter a of the converged light on the light receiving surface 11 depends on the diameter of the lens, the refractive index of the lens, the distance from the lens to the light receiving surface 11 (focal length Of the average) etc.

【0017】ここで、受光面11上での収束光の直径a
を受光画素の配列ピッチdの1/2に設定した場合の受
光の様子を説明する。尚、被写体のパターンの配列ピッ
チdは、図8の場合と同様に、イメージセンサ10の解
像度の3/4としている。レンズ20の収束光の直径a
が受光画素の配列ピッチpの1/2である場合、図2に
示すように、被写体パターンは、受光面上で両側にそれ
ぞれp/4だけ広がって投射される。このとき、受光面
上の被写体パターンの配列ピッチt自体は、図8の場合
と同様に、受光画素の配列ピッチpの3/4のままであ
る。そして、受光面では、2つのパターンのそれぞれ2
/3が対応する受光画素と、1つのパターン及び1つの
パターンの1/3が対応する受光画素とができる。これ
らの受光画素においては、何れも1つのパターンの4/
3が対応しており、被写体のパターンに対応して発生す
る情報電荷は、各受光画素で均等になる。例えば、1つ
のパターンにより発生する信号強度を「3」とした場
合、2つの受光画素に跨るパターンが信号強度を「1」
及び「2」として分配するため、全ての受光画素におい
て信号強度は「4」となる。従って、イメージセンサ1
0の解像度よりも細かい被写体パターンに対しては、被
写体パターンの濃淡の比率に応じた中間の一定レベルと
なる画像信号を得られるようになる。そして、この画像
信号により表示される再生画面では、イメージセンサ1
0の解像度よりも細かい被写体パターンが、被写体パタ
ーンの濃淡の割合に応じた中間調で擬似的に表示される
ようになり、モアレは発生しなくなる。
Here, the diameter a of the convergent light on the light receiving surface 11
The state of light reception when the light receiving pixel array pitch d is set to 1/2 will be described. The pattern arrangement pitch d of the subject is set to 3/4 of the resolution of the image sensor 10 as in the case of FIG. Diameter a of convergent light of lens 20
Is 1/2 of the arrangement pitch p of the light receiving pixels, the subject pattern is projected on both sides of the light receiving surface by p / 4 as shown in FIG. At this time, the arrangement pitch t itself of the subject patterns on the light receiving surface remains 3/4 of the arrangement pitch p of the light receiving pixels, as in the case of FIG. Then, on the light-receiving surface, each of the two patterns
A light receiving pixel corresponding to / 3 and a light receiving pixel corresponding to one pattern and one third of one pattern can be formed. Each of these light-receiving pixels has a pattern of 4 /
3 corresponds, and the information charges generated corresponding to the pattern of the subject become uniform in each light receiving pixel. For example, when the signal intensity generated by one pattern is "3", the pattern extending over two light receiving pixels has a signal intensity of "1".
And “2”, the signal intensity is “4” in all the light receiving pixels. Therefore, the image sensor 1
For a subject pattern finer than 0 resolution, it is possible to obtain an image signal having a constant intermediate level according to the ratio of the shade of the subject pattern. Then, in the reproduction screen displayed by this image signal, the image sensor 1
A subject pattern finer than the resolution of 0 is pseudo-displayed in a halftone according to the shade ratio of the subject pattern, and moire does not occur.

【0018】図3は、本発明の第2の実施の形態を示す
構成図で、固体撮像装置の要部であるイメージセンサの
受光面及び光学機構の一部としてのレンズの断面を示
す。この第2の実施の形態においては、単一焦点の一般
的なレンズ30に対して、非球面形状を有する凹レンズ
31を組み合わせることにより、レンズ30の中心付近
を透過した光が受光面11よりも深い位置で収束し、側
辺部分を透過した光が受光面11の手前で収束するよう
にしている。即ち、図7と同様に、レンズ30を透過し
た光が受光面11上の1点で収束するべきところに、凹
レンズ31を配置することにより、図1と同様の効果を
得られるようにしている。ここで、レンズ30の中心付
近を透過する光と側辺部分を透過する光との収束距離の
差は、受光面11上での収束光の直径aが受光画素の配
列ピッチの1/2倍から3倍程度となるように設定する
ことが好ましい。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, showing a cross section of a light receiving surface of an image sensor which is a main part of a solid-state image pickup device and a lens as a part of an optical mechanism. In the second embodiment, the concave lens 31 having an aspherical shape is combined with the general lens 30 having a single focus, so that the light transmitted near the center of the lens 30 is less than the light receiving surface 11. The light that converges at a deep position and that has passed through the side portions converges before the light receiving surface 11. That is, similar to FIG. 7, by arranging the concave lens 31 at the position where the light transmitted through the lens 30 should converge at one point on the light receiving surface 11, the same effect as in FIG. 1 can be obtained. . Here, the difference in the convergence distance between the light passing through the vicinity of the center of the lens 30 and the light passing through the side portion is that the diameter a of the converged light on the light receiving surface 11 is 1/2 times the arrangement pitch of the light receiving pixels. It is preferable to set it so that it is about 3 times.

【0019】図4は、本発明の第3の実施の形態を示す
構成図で、固体撮像装置の要部であるイメージセンサの
受光面及び光学機構の一部としてのレンズの断面を示
す。この第3の実施の形態においては、単一焦点の一般
的なレンズ30に対して、非球面形状を有する凸レンズ
32を組み合わせることにより、レンズ30の中心付近
を透過した光が受光面11の手前で収束し、側辺部分を
透過した光が受光面11よりも深い位置で収束するよう
にしている。この第3の実施の形態においても、図7と
同様に、レンズ30を透過した光が受光面11上の1点
で収束するべきところに、凸レンズ32を配置すること
により、受光面11上での収束光が直径aとなる所定の
範囲に広がるようにしている。但し、この場合には、図
7とは逆に、レンズ30の中心付近を透過した光が短い
距離で収束し、側辺部分を透過した光が長い距離で収束
するようになる。
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention, showing a light receiving surface of an image sensor which is a main part of a solid-state image pickup device and a cross section of a lens as a part of an optical mechanism. In the third embodiment, by combining a general lens 30 having a single focus with a convex lens 32 having an aspherical shape, light transmitted near the center of the lens 30 is in front of the light receiving surface 11. The light that has converged at and is transmitted through the side portion is converged at a position deeper than the light receiving surface 11. Also in the third embodiment, similarly to FIG. 7, by arranging the convex lens 32 at the place where the light transmitted through the lens 30 should be converged at one point on the light receiving surface 11, the light receiving surface 11 can be obtained. The convergent light is spread over a predetermined range having a diameter a. However, in this case, contrary to FIG. 7, the light transmitted near the center of the lens 30 converges at a short distance, and the light transmitted at the side portion converges at a long distance.

【0020】第2及び第3の実施の形態の何れにおいて
も、イメージセンサ10の解像度よりも細かい被写体の
パターンが受光面11に投射されたとしても、図2に示
すように、全ての受光画素で信号強度が均等になる。従
って、何れの場合においても、被写体パターンの濃淡の
比率に応じた中間のレベルで一定となる画像信号を得る
ことができ、この画像信号により表示される再生画面上
でモアレは発生しなくなる。
In any of the second and third embodiments, even if a pattern of an object finer than the resolution of the image sensor 10 is projected on the light receiving surface 11, as shown in FIG. The signal strength becomes uniform at. Therefore, in any case, it is possible to obtain an image signal that is constant at an intermediate level according to the contrast ratio of the subject pattern, and moire does not occur on the reproduction screen displayed by this image signal.

【0021】以上の実施の形態においては、レンズを透
過した光の収束距離(焦点距離)がレンズの中心付近か
ら側辺部分まで一様に短くなる場合または長くなる場合
を例示したが、レンズの各位置での光の収束距離をラン
ダムに変えるようにしてもよい。この場合、同心円状の
凹凸あるいはランダムな凹凸を有する光分散用のフィル
タを第2の実施の形態(第3の実施の形態)において凹
レンズ31(凸レンズ32)に代えて配置することによ
り実現できる。
In the above embodiment, the case where the convergence distance (focal length) of the light transmitted through the lens is uniformly shortened or lengthened from the center of the lens to the side portion is illustrated. The convergence distance of light at each position may be changed randomly. In this case, it can be realized by arranging a filter for light dispersion having concentric circular irregularities or random irregularities in place of the concave lens 31 (convex lens 32) in the second embodiment (third embodiment).

【0022】また、第2及び第3の実施の形態での凹レ
ンズ31及び凸レンズ32については、レンズ30の被
写体側に配置する他、レンズ30とイメージセンサ10
との間に配置するようにしても同等の効果を得ることが
できる。そして、凹レンズ31及び凸レンズ32を組み
合わせてレンズ30と共に配置することも可能である。
The concave lens 31 and the convex lens 32 in the second and third embodiments are arranged on the object side of the lens 30, and the lens 30 and the image sensor 10 are arranged.
The same effect can be obtained even if it is arranged between and. Then, the concave lens 31 and the convex lens 32 may be combined and arranged together with the lens 30.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、高価な水晶複屈折板や
光の透過率が低い回折格子等の光学ローパスフィルタを
用いることなく、イメージセンサの受光面に細かいパタ
ーンが投射されないようすることができる。従って、イ
メージセンサの解像度よりも細かいパターンの被写体に
起因して発生するモアレを防止しながら、装置のコスト
の低減を図れる。
According to the present invention, it is possible to prevent a fine pattern from being projected on the light receiving surface of an image sensor without using an expensive low-pass filter such as an expensive crystal birefringent plate or a diffraction grating having a low light transmittance. You can Therefore, it is possible to reduce the cost of the device while preventing moire caused by a subject having a pattern finer than the resolution of the image sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す構成図であ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の固体撮像装置による被写体撮像の様子
を説明する模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating how a solid-state imaging device of the present invention images a subject.

【図3】本発明の第2の実施の形態を示す構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態を示す構成図であ
る。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図5】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional solid-state imaging device.

【図6】従来の固体撮像装置の動作を説明するタイミン
グ図である。
FIG. 6 is a timing diagram illustrating an operation of the conventional solid-state imaging device.

【図7】レンズの透過光がイメージセンサの受光面に収
束される様子を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing how transmitted light of a lens is converged on a light receiving surface of an image sensor.

【図8】従来の固体撮像装置による被写体撮像の様子を
説明する模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating how a subject is imaged by a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10 イメージセンサ 2 光学機構 3 駆動回路 4 タイミング制御回路 5 信号処理回路 11 受光面 20、30 レンズ 31 凹レンズ 32 凸レンズ 1, 10 image sensor 2 Optical mechanism 3 drive circuit 4 Timing control circuit 5 Signal processing circuit 11 Light receiving surface 20, 30 lens 31 concave lens 32 convex lens

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の受光画素が行列配置され、各受光
画素に被写体画像に応じた情報電荷を蓄積する固体撮像
素子と、被写体からの反射光を取り込んで上記固体撮像
素子の受光面に被写体画像を投射する光学機構と、上記
固体撮像素子の複数の受光画素に蓄積される情報電荷を
所定の順序で転送出力して画像信号を得る駆動回路と、
を備えた固体撮像装置であって、上記光学機構は、光軸
に垂直な断面の各位置で焦点距離が異なる多重焦点を有
することを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state image sensor in which a plurality of light-receiving pixels are arranged in rows and columns and information charges corresponding to a subject image are accumulated in each light-receiving pixel, and reflected light from the subject is taken in to the light-receiving surface of the solid-state image sensor. An optical mechanism for projecting an image, a drive circuit for transferring and outputting information charges accumulated in a plurality of light receiving pixels of the solid-state image sensor in a predetermined order to obtain an image signal,
A solid-state imaging device comprising: the optical mechanism, wherein the optical mechanism has multiple focal points having different focal lengths at respective positions of a cross section perpendicular to the optical axis.
【請求項2】 上記光学機構は、上記固体撮像素子の受
光面上での収束光の大きさを上記受光画素の配列ピッチ
の1/2より大きくすることを特徴とする請求項1に記
載の固体撮像装置。
2. The optical mechanism according to claim 1, wherein the size of the converged light on the light receiving surface of the solid-state image sensor is larger than 1/2 of the arrangement pitch of the light receiving pixels. Solid-state imaging device.
【請求項3】 上記光学機構は、光軸の中心からの距離
に応じて焦点距離が長くなるあるいは短くなる非球面レ
ンズを含むことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像
装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the optical mechanism includes an aspherical lens whose focal length becomes longer or shorter depending on the distance from the center of the optical axis.
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