JP3972302B2 - 撮像素子 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子に関し、特に、得られる画素信号から構成される画像に、規則性のあるノイズが発生することを抑止するようにした撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、画像をディジタル信号として取得するディジタルスチルカメラ、ディジタルビデオカメラ等のような電子機器には、被写体の光学像を電気信号に変換する、すなわち、光電変換を行う撮像素子が搭載されている。
【0003】
撮像素子としては、CCD(Charge Coupled Device)センサ、CMOSセンサが知られている。
【0004】
CMOSセンサは、CCDセンサに比較して、高密度で膨大な画素を配置することができ、画素信号の読み出しが非常に速く、消費電力が少なく、生産コストが低いことが長所であり、画素信号にノイズが含まれることや画素精度にばらつきが生じることが短所として知られている。
【0005】
図1は、CMOSセンサが搭載されている一般的なディジタルビデオカメラの構成例を示している。このディジタルビデオカメラ1は、大別して光学系、信号処理系、記録系、表示系、および制御系から構成される。
【0006】
ディジタルビデオカメラ1の光学系は、被写体の光画像を集光するレンズ2、光画像の光量を調整する絞り3、および集光された光画像を所定のフレームレートで光電変換して画素信号を発生するCMOSセンサ4から構成される。
【0007】
信号処理系は、CMOSセンサ4により発生された画素信号をサンプリングすることによってノイズを低減させる信号補正部5、信号補正部5によってノイズが除去された画素信号をAD変換するA/Dコンバータ6、A/Dコンバータ6が出力するディジタルの画素信号を元にして画像信号を生成するDSP(Digital Signal Processor)7から構成される。
【0008】
ディジタルビデオカメラ1の記録系は、DSP7から入力される画像信号をエンコードしてメモリ13に記録したり、メモリ13に記録されている符号化データを読み出してデコードし、その結果得られる画像信号をDSP7に供給したりするCODEC(Compression/Decompression)12、および、エンコードされた符号化データを記憶する磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体などよりなるメモリ13から構成される。
【0009】
ディジタルビデオカメラ1の表示系は、DSP7から供給される画像信号をDA変換するD/Aコンバータ9、D/Aコンバータ9が出力するR,G,B成分の全てを有する画素から構成されるカラー画像を、輝度Y、色差Cr,Cb等の通常のビデオ信号に変換してディスプレイ11に出力するビデオエンコーダ10、およびビデオ信号に対応する画像を表示することによってファインダやビデオモニタとして機能するLCD(Liquid Crystal Display)等よりなるディスプレイ11から構成される。
【0010】
ディジタルビデオカメラ1の制御系は、CMOSセンサ4乃至DSP7の動作タイミングを制御するタイミングジェネレータ(TG)8、ユーザからの各種の操作を受け付けるインプットデバイス15、およびディジタルビデオカメラ1の全体を制御するCPU(Central Processing Unit)14から構成される。
【0011】
図2は、CMOSセンサ4と信号補正部5の詳細な構成例を示している。CMOSセンサ4には、光電変換によって画像を構成する各画素の画素信号をそれぞれ発生する複数の光電変換部31が縦横に配置されている。以下、座標(x,y)の画素に対応する光電変換部31を光電変換部31−xyと記述する。
【0012】
縦方向に並んで配置された光電変換部31−00,31−01,31−02,…は、垂直配線32−0を介して、信号補正部5のCDS(Correlated Double Sampling)部41−0に接続されている。縦方向に並んで配置された光電変換部31−10,31−11,31−12,…は、垂直配線32−1を介して、信号補正部5のCDS部41−1に接続されている。以下、同様に、縦方向に並んで配置された光電変換部31−x0,31−x1,31−x2,…は、垂直配線32−xを介して、信号補正部5のCDS部41−xに接されている。
【0013】
信号補正部5のCDS部41−0は、垂直配線32−0を介して、光電変換部31−00,31−01,31−02,…から入力される画素信号のノイズを除去するとともに、光電変換部31−00,31−01,31−02,…それぞれの性能のばらつきに起因する各画素信号のばらつきを補正して、後段のA/Dコンバータ6に出力する。CDS部41−1は、垂直配線32−1を介して、光電変換部31−10,31−11,31−12,…から入力される画素信号のノイズを除去するとともに、光電変換部31−10,31−11,31−12,…それぞれの性能のばらつきに起因する各画素信号のばらつきを補正して、後段のA/Dコンバータ6に出力する。以下、同様に、CDS部41−xは、垂直配線32−xを介して、光電変換部31−x0,31−x1,31−x2,…から入力される画素信号のノイズを除去するとともに、光電変換部31−x0,31−x1,31−x2,…それぞれの性能のばらつきに起因する各画素信号のばらつきを補正して、後段のA/Dコンバータ6に出力する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、信号補正部5を構成するCDS部41−0,41−1,42−2,…にも、その補正処理の性能にバラツキがあるので、A/Dコンバータ6に入力される画素信号のうち、縦方向に並んだ画素の画素信号はバラツキが抑止されているものの、縦のライン毎に画素信号は依然としてバラツキが生じていることがあり得るので、最終的に得られる画像信号の画像に縦縞のノイズが生じてしまうことがあった。
【0015】
縦縞のように規則性のあるノイズは視覚的に知覚され易く、見るものに不快感を与えることになるので何らかの対策が必要となるが、従来においては、画素信号のバラツキがなくなるように画素信号を補正することが主眼とされており、容易な方法で当該ノイズを目立たなくする方法は発明されていないという課題があった。
【0016】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、CMOSセンサを用いて得られる画像信号の画像に生じ得る規則性のあるノイズを目立たないようにすることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像素子は、画像信号を構成する各画素の画素信号を光電変換によって生成する、縦横に配置された複数の光電変換手段と、光電変換手段によって生成された画素信号を補正する複数の補正手段と、任意の第1の光電変換手段によって生成された画素信号第1の光電変換手段の上下左右に隣接する第2乃至第5の光電変換手段によって生成された画素信号とを、規則性なくランダムに定められた異なる補正手段に供給する供給手段とを含むことを特徴とする。
【0018】
前記撮像素子は、CMOSセンサとすることができる。
【0019】
前記補正手段は、CDS処理回路とすることができる。
【0020】
本発明の撮像素子においては、任意の第1の光電変換手段によって生成された画素信号第1の光電変換手段の上下左右に隣接する第2乃至第5の光電変換手段によって生成された画素信号とが、規則性なくランダムに定められた異なる補正手段に供給される。
【0021】
【発明の実施の形態】
図3は、本発明の一実施の形態であるCMOSセンサの構成例を示している。このCM0Sセンサ50は、図2に示された従来のCMOSセンサ4の代わりに、図1のディジタルビデオカメラ1の構成に用いるものである。
【0022】
CMOSセンサ50は、光電変換によって画像を構成する各画素の画素信号をそれぞれ発生し、縦横に配置されている複数の光電変換部51−xy、および複数の配線52−xから構成される。ここで、x,yは、画素の座標を示すものとする。以下、座標(x,y)の画素に対応する光電変換部51を光電変換部51−xyと記述する。
【0023】
CMOSセンサ50から出力される画素信号は、信号補正部5に入力される。信号補正部5は、図2に示された構成と同様に、CDS部41−0,41−1,42−2,…から構成される。CDS部41−0,41−1,42−2,…には、その補正処理の性能にバラツキが存在する。
【0024】
縦方向に並んで配置された光電変換部51−00,51−01,51−02,…は、必ずしも、配線52−0を介して、信号補正部5のCDS部41−0に接続されているわけではなく、それぞれが、上下左右に隣接する光電変換部51とは異なる配線52−zを介してCDS部41−zに接続されている。ここで、zは横方向の座標であるが、規則性はなくランダムな値である。
【0025】
縦方向に並んで配置された光電変換部51−10,51−11,51−12,…は、必ずしも、配線52−1を介して、信号補正部5のCDS部41−1に接続されているわけではなく、それぞれが、上下左右に隣接する光電変換部51とは異なる配線52−zを介してCDS部41−zに接続されている。ここで、zは横方向の座標であるが、規則性はなくランダムな値である。
【0026】
以下、同様に、縦方向に並んで配置された光電変換部51−x0,51−x1,51−x2,…は、必ずしも、配線52−xを介して、信号補正部5のCDS部41−xに接続されているわけではなく、それぞれが、上下左右に隣接する光電変換部51とは異なる配線52−zを介してCDS部41−zに接続されている。ここで、zは横方向の座標であるが、規則性はなくランダムな値である。
【0027】
信号補正部5のCDS部41−0は、配線52−0を介して入力される画素信号のノイズを除去するとともに、各画素信号のばらつきを補正して、後段のA/Dコンバータ6に出力する。CDS部41−1は、配線52−1を介して入力される画素信号のノイズを除去するとともに、各画素信号のばらつきを補正して、後段のA/Dコンバータ6に出力する。以下、同様に、CDS部41−xは、配線52−xを介して入力される画素信号のノイズを除去するとともに、各画素信号のばらつきを補正して、後段のA/Dコンバータ6に出力する。
【0028】
したがって、最終的に得られる画像の各画素信号は、CDS部41−0,41−1,42−2,…のうち、上下左右に隣接する画素の画素信号とは異なるものによって補正されたものとなるようになされている。
【0029】
上述したように、CDS部41−0,41−1,42−2,…は、補正処理の性能にバラツキがあるが、その影響は、縦縞や横縞等のように視覚的に目立つものではなく、ランダム、すなわち、規則性を有することなく、最終的に得られる画像上に現れることになる。したがって、当該画像を見るものに与える視覚的な不快感を低減させることが可能となる。
【0030】
なお、本発明を適用したCMOSセンサ50は、上述したように、従来のCMOSセンサ4と置換して用いるだけであるので、従来と比較して、何らかの補正処理を追加して実行する訳ではない。よって、最終的な画像信号を得るまでに要する時間が延伸されることもなく、上述した効果を得ることができる。
【0031】
また、本発明を適用したCMOSセンサ50は、ディジタルビデオカメラの他、ディジタルスチルカメラ、スキャナ等の光学像を元にしてディジタル画像信号を生成するあらゆる電子機器に適用することが可能である。
【0032】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、CMOSセンサを用いて得られる画像信号の画像に生じ得る規則性のあるノイズを目立たないようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の一般的なディジタルビデオカメラの構成例を示すブロック図である。
【図2】従来のCMOSセンサの構成例を示すブロック図である。
【図3】本発明の一実施の形態であるCMOSセンサの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
5 信号処理部, 31 光電変換部, 32 配線, 41 CDS部

Claims (3)

  1. 光学像に対応する電気的な画像信号を生成する撮像素子において、
    前記画像信号を構成する各画素の前記画素信号を光電変換によって生成する、縦横に配置された複数の光電変換手段と、
    前記光電変換手段によって生成された前記画素信号を補正する複数の補正手段と、
    任意の第1の光電変換手段によって生成された画素信号前記第1の光電変換手段の上下左右に隣接する第2乃至第5の光電変換手段によって生成された画素信号とを、規則性なくランダムに定められた異なる前記補正手段に供給する供給手段と
    を含むことを特徴とする撮像素子。
  2. 前記撮像素子は、CMOS(Complementary Mental-Oxide Semiconductor)センサである
    ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
  3. 前記補正手段は、CDS(Correlated Double Sampling)処理回路であ
    ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
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