JP4115220B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデジタルスチルカメラの構成例を、図７を参照して説明する。
【０００３】
同図において、撮影者がカメラ操作スイッチ２０１（カメラのメインスイッチ、レリーズスイッチ等で構成）を操作すると、カメラ操作スイッチ２０１の状態変化を全体制御ＣＰＵ２００が検出し、その他の各回路ブロックへの電源供給を開始する。
【０００４】
撮影画面範囲内の被写体像は、主撮影光学系２０２及び２０３を通して撮像素子２０４上に結像し、アナログ電気信号に変換される。撮像素子２０４からのアナログ電気信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２０５によりアナログ的に処理されて、所定の信号レベルに変換され、更に各画素順々に、Ａ／Ｄ変換部２０６でデジタル信号に変換される。
【０００５】
なお、全体の駆動タイミングを決定するタイミングジェネレータ２０８からの信号に基いて、ドライバ回路２０７が撮像素子２０４の水平駆動並びに垂直駆動を所定制御することにより、撮像素子２０４は画像信号を出力する。
【０００６】
同様に、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２０５、並びにＡ／Ｄ変換部２０６も上記タイミングジェネレータ２０８からのタイミングに基づいて動作する。
【０００７】
２０９は全体制御ＣＰＵ２００からの信号に基づいて信号の選択を行うセレクタであり、Ａ／Ｄ変換部２０６からの出力は、セレクタ２０９を介してメモリコントローラ２１５へ入力し、フレームメモリ２１６へ全ての信号出力が転送される。従って、この場合各撮影フレームの画素データを、全てフレームメモリ２１６内に一旦記憶する為、連写撮影等の場合は、撮影された画像の画素データを全てフレームメモリ２１６へ書き込むことになる。
【０００８】
フレームメモリ２１６への書き込み動作終了後は、メモリコントローラ２１５の制御により、画素データを記憶しているフレームメモリ２１６の内容を、セレクタ２０９を介してカメラデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２１０へ転送する。このカメラＤＳＰ２１０では、フレームメモリ２１６に記憶されている各画像の各画素データを基にＲＧＢの各色信号を生成する。
【０００９】
通常撮影前の状態では、この生成されたＲＧＢの各色信号をビデオメモリ２１１に定期的（フレーム毎）に転送する事で、モニター表示部２１２によりファインダー表示等を行っている。
【００１０】
一方、カメラ操作スイッチ２０１の操作により、撮影者が撮影（すなわち、画像の記録）を指示した場合には、全体制御ＣＰＵ２００からの制御信号によって、１フレーム分の各画素データをフレームメモリ２１６から読み出し、カメラＤＳＰ２１０で画像処理を行ってから一旦ワークメモリ２１３に記憶する。
【００１１】
続いて、ワークメモリ２１３のデータを圧縮・伸張部２１４で所定の圧縮フォーマットに基いてデータ圧縮し、圧縮したデータを外部不揮発性メモリ２１７（通常フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを使用）に記憶する。
【００１２】
また、逆に撮影済みの画像データを観察する場合には、上記外部メモリ２１７に圧縮記憶されたデータを、圧縮・伸張部２１４を通して通常の画素毎のデータに伸張し、伸長した画素毎のデータをビデオメモリ２１１へ転送する事で、モニタ表示部２１２を通して撮影済み画像を観察する事ができる。
【００１３】
この様に、通常のデジタルカメラでは、撮像素子２０４からの出力を、ほぼリアルタイムで信号処理回路を通して実際の画像データに変換し、その結果をメモリないしはモニター回路へ出力する構成となっている。
【００１４】
一方、上記の様なデジタルカメラシステムに於いて、特にレンズ交換式一眼レフカメラの場合、銀塩フィルム、例えば１３５フォーマットのフィルムカメラシステムとの互換性が重要になる。
【００１５】
レンズはマウントを共通にすれば使用可能であるが、撮影画角、すなわち焦点距離については撮像素子とフィルムとの大きさの違いが存在してしまう。
【００１６】
現状、撮像素子は、製造装置、いわゆるステッパーの関係から、一度に製造可能な大きさに自ずと限界があり、またコストの点からもフィルムより小さい撮像素子が一般的である。しかし、フィルムと同様の撮影感覚、特に広角レンズでの描写を考えると、銀塩フィルムと同じサイズの撮像素子が望ましいことになる。
【００１７】
図８はその対策方法の一つとして、ＣＣＤ等の１つの撮像素子を３分割露光によりつないで構成（以降、つなぎ露光と称する）した場合を簡単に示したものである。
【００１８】
図８では、左、中央、右といった３つの領域に分割し、それぞれ個別のマスクにて露光し、最終的に１つの撮像素子として構成した場合の例である。図示したのは半導体層、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層からなる縦構造それぞれにおいて、つなぎ露光を実施し、フィルムと同じサイズの撮像素子を構成している。
【００１９】
図９は図８をＣＣＤとした場合の半導体層の説明図で、このＣＣＤでは、フォトダイオード部１９０で発生した各画素の電荷をある所定のタイミングで一斉に垂直ＣＣＤ１９１へ転送し、次のタイミングで全ラインの垂直ＣＣＤ１９１の電荷を水平ＣＣＤ１９２及び１９３、１９４に転送する。
【００２０】
図９に示す構成では、水平ＣＣＤ１９２、１９３，１９４は共に、転送クロック毎にその電荷を共通のアンプ１９５へ向かって転送し、アンプ後の出力を共通のＣＤＳ／ＡＧＣ回路１９６、１９８を通して読み出される事になる。
【００２１】
従って、つなぎ露光が問題なく出来れば、通常の撮像素子と同様の使い方が可能となる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
何ら変わらない様に見える図９のＣＣＤにおいても、実際には半導体層、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層からなる縦構造それぞれにおいて、つなぎ露光によるずれが少なからず存在し、出力レベルが３つの領域毎にばらついてしまう問題がある。
【００２３】
特に、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層はずれやすく、影響がゲイン方向の段差となって現れてくる。特にオンチップカラーフィルタ層は各色毎に露光するため、ずれがそれぞれ異なり、各色での段差がまちまちといった問題になる。
【００２４】
更に図１０に示したように、それぞれが面的（２次元的）にねじれるような場合もあり、かなり複雑なずれが生じることとなる。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、半導体基板上への複数回の分割露光により製造され、撮像領域内に第１の分割露光領域と前記第１の領域と異なる領域の第２の分割露光領域を少なくとも有する撮像素子と、前記撮像素子の前記第１の分割露光領域および前記第２の分割露光領域からの同一チャンネルで読み出される信号に補正値をかける補正手段と、前記補正手段により補正値をかけられた信号をフレームメモリに書き込む制御手段とを有し、前記補正手段は、同一チャンネルから読み出される前記第１の分割露光領域からの信号と前記第２の分割露光領域からの信号との前記分割露光に起因する出力レベルの差を補正することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る撮像信号の補正方法及び撮像装置について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における撮像装置（デジタルカメラ）のブロック図である。
【００２９】
基本的には、図７にブロック補正部６とその補正値を格納するための補正用不揮発性メモリ７を追加したものである。
【００３０】
図１に於いて、１は撮像素子を示し、つなぎ露光により構成されていても通常の素子同様の駆動・制御を行う。撮像素子１は、ドライバ２によって駆動されて所定の周波数で動作する。また、タイミングジェネレータ３は垂直同期信号ＶＤ及び水平同期信号ＨＤを出力するタイミング発生回路で、同時に各回路ブロックへタイミング信号を供給している。
【００３１】
撮像素子１からの画素信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４へ入力し、ここで既知の相関２重サンプリング等の処理を行う事で、ＣＣＤ等の出力に含まれるリセットノイズ等を除去すると共に、所定の信号レベル迄出力を増幅する。増幅された画素信号をＡ／Ｄ変換部５でデジタル信号に変換して、デジタル化された画素信号を得る。
【００３２】
デジタル化された画素信号はブロック補正部６へ送られ、つなぎ露光によるずれの補正を行う。ブロック補正部６では全体制御ＣＰＵからの指示により、ブロック毎の補正値を補正用不揮発性メモリから読み込み、タイミングジェネレータ３からのタイミング信号に従ってデジタル画素信号に後述するような補正を行う。
【００３３】
また、撮影レンズ２０の情報はマウント１９（カメラ及びレンズマウント）を通じて全体制御ＣＰＵ１８へと伝えられる。従って、撮影レンズによりブロック毎の補正値を切り換える場合は、全体制御ＣＰＵ１８からブロック補正部６に対しその指示が出される。これについても後述する。
【００３４】
補正された画素信号は、セレクタ８を介してメモリコントローラ１０へ入力し、フレームメモリ１１へ全ての信号出力が転送される。従って、この場合各撮影フレームの画素データを、全てフレームメモリ１１内に一旦記憶する為、連写撮影等の場合は、撮影された画像の画素データを全てフレームメモリ１１へ書き込むことになる。
【００３５】
フレームメモリ１１への書き込み動作終了後は、メモリコントローラ１０の制御により、画素データを記憶しているフレームメモリ１１の内容を、セレクタ８を介してカメラデジタル信号処理部（ＤＳＰ）９へ転送する。このカメラＤＳＰ９では、フレームメモリ１１に記憶されている補正された各画像の各画素データを基にＲＧＢの各色信号を生成する。
【００３６】
カメラ操作スイッチ１７の操作により、撮影者が撮影（すなわち、画像の記録）を指示した場合には、全体制御ＣＰＵ１８からの制御信号によって、１フレーム分の各画素データをフレームメモリ１１から読み出し、カメラＤＳＰ９で画像処理を行ってから一旦ワークメモリ１３に記憶する。
【００３７】
続いて、ワークメモリ１３のデータを圧縮・伸張部１５で所定の圧縮フォーマットに基いてデータ圧縮し、圧縮したデータを外部不揮発性メモリ１７（通常フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを使用）に記憶する。
【００３８】
また、撮影済みの画像データを観察する場合には、上記外部メモリ１６に圧縮記憶されたデータを、圧縮・伸張部１５を通して通常の画素毎のデータに伸張し、伸長した画素毎のデータをビデオメモリ１２へ転送する事で、モニタ表示部１４を通して撮影済み画像を観察する事ができる。
【００３９】
なお、図１の構成はカメラＤＳＰ９での信号処理の負担を増加させない前提での構成である。カメラＤＳＰ９による信号処理にシステム的に余裕が有るならば、カメラＤＳＰでのずれの補正を行ってももちろん良い。
【００４０】
続いて、つなぎ露光によって生じるずれの補正について説明する。
【００４１】
前述したように、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層はずれやすく、影響がゲイン方向の段差となって現れてくる。特にオンチップカラーフィルタ層は各色毎に露光するため、ずれがそれぞれ異なり、各色での段差がまちまちといった問題になる。
【００４２】
従って、本実施の形態では、露光分割領域を細分化する複数画素からなるブロック単位での補正値を予め記憶、あるいは演算して求めた補正値での補正を行う。
【００４３】
図２はブロック単位での分割の説明図である。
【００４４】
同図（Ａ）のように、撮像素子が左右２カ所のつなぎ目でつなぎ露光され、１つの撮像素子が左、中央、右の３つの領域をつないで構成された場合、同図（Ｂ）のように左右のつなぎ目を分割する境界の１つとする複数のブロックで撮像素子を分割する。ここでは、縦６分割、横１１分割としている。従って、撮像素子全体では同図（ｃ）のような数のブロックが形成され、これが補正値テーブルそのものとなる。しかし、本実施の形態ではオンチップカラーフィルタの色毎に対応した補正値を持つため、例えば一般的なベイヤーフィルタの場合は同図（Ｄ）の様に４面からなるの補正値テーブルとなる。
【００４５】
ブロックの数は多いほど精度が良くなるとも考えられるが、システム上記憶領域がその分増加してしまうので、効果とのバランスで決定すべきである。
【００４６】
次に補正値の形式について、具体的に説明する。
【００４７】
補正値はゲイン方向の補正値となり、左右のつなぎ目での段差が無くなる様につなぎ目の両側での画素信号に補正値をかけることになる。
【００４８】
本実施の形態では、求める補正値として、撮影光学系の光軸を含む分割露光領域、すなわち、本実施例では中央領域の信号を基準にし、それに対する左右の領域での補正値をもとめる事とした。
【００４９】
これは、画面中央はなるべくそのままで用いる事を優先したためである。やはり、画面中央部は鑑賞の対象となりやすく、撮像光学系の性能を十分引き出すためにも自然のままが良いとの判断による。
【００５０】
更に、ずれの補正はつなぎ部分の段差が無くなることを目的としており、その目的達成を第１優先と考える。逆に、それ以外は他の補正に任せるものと考え、つなぎ目の境界方向には独立、境界方向に直交する方向には境界端部と同一の補正値をそのまま用いるものとした。
【００５１】
以上のような観点での１つの補正値テーブルは図３に示した様になる。
【００５２】
図３では、中央領域の補正値は全て１，左右の領域ではつなぎ目に沿ったブロックでは個々のブロックに最適な値とし、つなぎ目に垂直方向（図では水平方向）にはつなぎ目に沿ったブロックの補正値と同じ補正値としている。これにより、周辺部において、例えば周辺光量の変化があっても自然な変化が維持される事となる。
【００５３】
一方、補正値が例えば撮影レンズの瞳距離や絞り値により、どうしても変更しないとずれの補正が満足にならない場合、対象のレンズ毎に補正値を切り換える事となる。
【００５４】
図４はこの説明図で、特に一眼レフシステム用の交換レンズにおいては、瞳距離が主に焦点距離によってまちまちとなる。従って、例えば標準用、広角用、望遠用の３種類用の補正値を用意しておき、補正値用不揮発性メモリに全て記憶しておき、カメラに撮影レンズ２０が装着されたとき、マウント１９を通して得られたレンズ識別情報（レンズＩＤ）により、最適な補正値テーブルがブロック補正部６の補正演算領域に送り、常に満足いくずれの補正を可能としている。
【００５５】
なお、装着されたレンズ情報として、レンズＩＤでの変更ではなく、瞳距離や絞り値の情報そのものを基準に補正値を変更或いは演算して用いても良い。
【００５６】
（第２の実施の形態）
以上の実施の形態では、撮像素子１の読み出し系は１チャンネルであった。本実施の形態では、読み出しの高速化が可能な読み出し系統が２チャンネルの場合を説明する。
【００５７】
図５は撮像素子１の読み出し系統が２チャンネルでの撮像装置（デジタルカメラ）のブロック図である。
【００５８】
高速性を重視するため、図１のブロック図に対し、２つのＣＤＳ／ＡＧＣ回路４−１，４−２と２つのＡ／Ｄ変換部５−１，５−２を追加している。
【００５９】
撮像素子１での２系統の読み出し方は多種多様で、図６（Ａ）に示したような特開２０００−２５３３０５号公報のように素子面中央での左右振り分けに限らず、一列毎に交互に読み出す方式（同図（Ｂ））、更には撮像素子内部ではより細分化して読み出し、外部に出るときに２チャンネルにマルチプレクスしてもよい（同図（Ｃ））。
【００６０】
これらの場合、読み出し系統の違いで発生するずれに対しても対応が必要になる。
【００６１】
これはオンチップカラーフィルタの構成との組み合わせにより異なるが、例えばベイヤー配列を採用した場合、図６の（Ａ）、（Ｂ）は１組みのブロック補正テーブルでも可能となる。
【００６２】
一方、同図（Ｃ）の場合、複数系統間のずれを何らかの他の方法で補正しないならば、２組のブロック補正値が必要になる。これは、同じオンチップカラーフィルタの色においても２通りの読み出しチャンネルによるものが存在してしまう為である。
【００６３】
以上説明したように実施の形態１、２によれば、撮像装置内の撮像素子の撮像領域がつなぎ露光で形成されたことにより二次元方向に感度が不均一になっている場合に、複数の領域間の信号差を補正することが可能になる。
【００６４】
また、上記不均一性が撮影光学系の光学的要因、例えば射出瞳位置や絞り値等により異なる場合であっても、より適切に信号差を補正することが可能になる。
【００６５】
更に、多系統による読み出しが行われた場合においても、複数の読み出しチャンネルによるずれ量も含め複数の領域間の信号差を補正することが可能になる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、分割露光により製造され、撮像領域内に第１の分割露光領域と第２の分割露光領域を少なくとも有する撮像素子において生じる、つなぎ目の段差を少なくすることで、高画質な画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１でのデジタルカメラの構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態１でのブロック分割の説明図である。
【図３】本発明の実施形態１での補正値テーブルの説明図である。
【図４】本発明の実施形態１での拡張補正値テーブルの説明図である。
【図５】本発明の実施形態２でのデジタルカメラの構成説明図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る補正値テーブルの説明図である。
【図７】従来のデジタルカメラの構成説明図である。
【図８】つなぎ露光の説明図である。
【図９】つなぎ露光による半導体撮像素子の説明図である。
【図１０】つなぎ露光によるずれの一例の説明図である。
【符号の説明】
１ 撮像素子
２ ドライバ
３ ＴＧ／ＳＳＧ
４、４−１，４−２ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
５，５−１，５−２ Ａ／Ｄ変換回路
６ ブロック補正回路
７ ブロック補正用不揮発性メモリ
８ メモリセレクタ
９ カメラＤＳＰ
１０ メモリコントローラ
１１ フレームメモリ
１２ ビデオメモリ
１３ ワークメモリ
１４ モニタ表示部
１５ 圧縮・伸張部
１６ 不揮発性メモリ
１７ カメラ操作スイッチ
１８ 全体制御ＣＰＵ
１９ カメラ・レンズマウント
２０ 撮影レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデジタルスチルカメラの構成例を、図７を参照して説明する。
【０００３】
同図において、撮影者がカメラ操作スイッチ２０１（カメラのメインスイッチ、レリーズスイッチ等で構成）を操作すると、カメラ操作スイッチ２０１の状態変化を全体制御ＣＰＵ２００が検出し、その他の各回路ブロックへの電源供給を開始する。
【０００４】
撮影画面範囲内の被写体像は、主撮影光学系２０２及び２０３を通して撮像素子２０４上に結像し、アナログ電気信号に変換される。撮像素子２０４からのアナログ電気信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２０５によりアナログ的に処理されて、所定の信号レベルに変換され、更に各画素順々に、Ａ／Ｄ変換部２０６でデジタル信号に変換される。
【０００５】
なお、全体の駆動タイミングを決定するタイミングジェネレータ２０８からの信号に基いて、ドライバ回路２０７が撮像素子２０４の水平駆動並びに垂直駆動を所定制御することにより、撮像素子２０４は画像信号を出力する。
【０００６】
同様に、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２０５、並びにＡ／Ｄ変換部２０６も上記タイミングジェネレータ２０８からのタイミングに基づいて動作する。
【０００７】
２０９は全体制御ＣＰＵ２００からの信号に基づいて信号の選択を行うセレクタであり、Ａ／Ｄ変換部２０６からの出力は、セレクタ２０９を介してメモリコントローラ２１５へ入力し、フレームメモリ２１６へ全ての信号出力が転送される。従って、この場合各撮影フレームの画素データを、全てフレームメモリ２１６内に一旦記憶する為、連写撮影等の場合は、撮影された画像の画素データを全てフレームメモリ２１６へ書き込むことになる。
【０００８】
フレームメモリ２１６への書き込み動作終了後は、メモリコントローラ２１５の制御により、画素データを記憶しているフレームメモリ２１６の内容を、セレクタ２０９を介してカメラデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２１０へ転送する。このカメラＤＳＰ２１０では、フレームメモリ２１６に記憶されている各画像の各画素データを基にＲＧＢの各色信号を生成する。
【０００９】
通常撮影前の状態では、この生成されたＲＧＢの各色信号をビデオメモリ２１１に定期的（フレーム毎）に転送する事で、モニター表示部２１２によりファインダー表示等を行っている。
【００１０】
一方、カメラ操作スイッチ２０１の操作により、撮影者が撮影（すなわち、画像の記録）を指示した場合には、全体制御ＣＰＵ２００からの制御信号によって、１フレーム分の各画素データをフレームメモリ２１６から読み出し、カメラＤＳＰ２１０で画像処理を行ってから一旦ワークメモリ２１３に記憶する。
【００１１】
続いて、ワークメモリ２１３のデータを圧縮・伸張部２１４で所定の圧縮フォーマットに基いてデータ圧縮し、圧縮したデータを外部不揮発性メモリ２１７（通常フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを使用）に記憶する。
【００１２】
また、逆に撮影済みの画像データを観察する場合には、上記外部メモリ２１７に圧縮記憶されたデータを、圧縮・伸張部２１４を通して通常の画素毎のデータに伸張し、伸長した画素毎のデータをビデオメモリ２１１へ転送する事で、モニタ表示部２１２を通して撮影済み画像を観察する事ができる。
【００１３】
この様に、通常のデジタルカメラでは、撮像素子２０４からの出力を、ほぼリアルタイムで信号処理回路を通して実際の画像データに変換し、その結果をメモリないしはモニター回路へ出力する構成となっている。
【００１４】
一方、上記の様なデジタルカメラシステムに於いて、特にレンズ交換式一眼レフカメラの場合、銀塩フィルム、例えば１３５フォーマットのフィルムカメラシステムとの互換性が重要になる。
【００１５】
レンズはマウントを共通にすれば使用可能であるが、撮影画角、すなわち焦点距離については撮像素子とフィルムとの大きさの違いが存在してしまう。
【００１６】
現状、撮像素子は、製造装置、いわゆるステッパーの関係から、一度に製造可能な大きさに自ずと限界があり、またコストの点からもフィルムより小さい撮像素子が一般的である。しかし、フィルムと同様の撮影感覚、特に広角レンズでの描写を考えると、銀塩フィルムと同じサイズの撮像素子が望ましいことになる。
【００１７】
図８はその対策方法の一つとして、ＣＣＤ等の１つの撮像素子を３分割露光によりつないで構成（以降、つなぎ露光と称する）した場合を簡単に示したものである。
【００１８】
図８では、左、中央、右といった３つの領域に分割し、それぞれ個別のマスクにて露光し、最終的に１つの撮像素子として構成した場合の例である。図示したのは半導体層、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層からなる縦構造それぞれにおいて、つなぎ露光を実施し、フィルムと同じサイズの撮像素子を構成している。
【００１９】
図９は図８をＣＣＤとした場合の半導体層の説明図で、このＣＣＤでは、フォトダイオード部１９０で発生した各画素の電荷をある所定のタイミングで一斉に垂直ＣＣＤ１９１へ転送し、次のタイミングで全ラインの垂直ＣＣＤ１９１の電荷を水平ＣＣＤ１９２及び１９３、１９４に転送する。
【００２０】
図９に示す構成では、水平ＣＣＤ１９２、１９３，１９４は共に、転送クロック毎にその電荷を共通のアンプ１９５へ向かって転送し、アンプ後の出力を共通のＣＤＳ／ＡＧＣ回路１９６、１９８を通して読み出される事になる。
【００２１】
従って、つなぎ露光が問題なく出来れば、通常の撮像素子と同様の使い方が可能となる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
何ら変わらない様に見える図９のＣＣＤにおいても、実際には半導体層、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層からなる縦構造それぞれにおいて、つなぎ露光によるずれが少なからず存在し、出力レベルが３つの領域毎にばらついてしまう問題がある。
【００２３】
特に、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層はずれやすく、影響がゲイン方向の段差となって現れてくる。特にオンチップカラーフィルタ層は各色毎に露光するため、ずれがそれぞれ異なり、各色での段差がまちまちといった問題になる。
【００２４】
更に図１０に示したように、それぞれが面的（２次元的）にねじれるような場合もあり、かなり複雑なずれが生じることとなる。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、半導体基板上への複数回の分割露光により製造され、撮像領域内に第１の分割露光領域と前記第１の領域と異なる領域の第２の分割露光領域を少なくとも有する撮像素子と、前記撮像素子の前記第１の分割露光領域および前記第２の分割露光領域からの同一チャンネルで読み出される信号に補正値をかける補正手段と、前記補正手段により補正値をかけられた信号をフレームメモリに書き込む制御手段とを有し、前記補正手段は、同一チャンネルから読み出される前記第１の分割露光領域からの信号と前記第２の分割露光領域からの信号との前記分割露光に起因する出力レベルの差を補正することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る撮像信号の補正方法及び撮像装置について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における撮像装置（デジタルカメラ）のブロック図である。
【００２９】
基本的には、図７にブロック補正部６とその補正値を格納するための補正用不揮発性メモリ７を追加したものである。
【００３０】
図１に於いて、１は撮像素子を示し、つなぎ露光により構成されていても通常の素子同様の駆動・制御を行う。撮像素子１は、ドライバ２によって駆動されて所定の周波数で動作する。また、タイミングジェネレータ３は垂直同期信号ＶＤ及び水平同期信号ＨＤを出力するタイミング発生回路で、同時に各回路ブロックへタイミング信号を供給している。
【００３１】
撮像素子１からの画素信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４へ入力し、ここで既知の相関２重サンプリング等の処理を行う事で、ＣＣＤ等の出力に含まれるリセットノイズ等を除去すると共に、所定の信号レベル迄出力を増幅する。増幅された画素信号をＡ／Ｄ変換部５でデジタル信号に変換して、デジタル化された画素信号を得る。
【００３２】
デジタル化された画素信号はブロック補正部６へ送られ、つなぎ露光によるずれの補正を行う。ブロック補正部６では全体制御ＣＰＵからの指示により、ブロック毎の補正値を補正用不揮発性メモリから読み込み、タイミングジェネレータ３からのタイミング信号に従ってデジタル画素信号に後述するような補正を行う。
【００３３】
また、撮影レンズ２０の情報はマウント１９（カメラ及びレンズマウント）を通じて全体制御ＣＰＵ１８へと伝えられる。従って、撮影レンズによりブロック毎の補正値を切り換える場合は、全体制御ＣＰＵ１８からブロック補正部６に対しその指示が出される。これについても後述する。
【００３４】
補正された画素信号は、セレクタ８を介してメモリコントローラ１０へ入力し、フレームメモリ１１へ全ての信号出力が転送される。従って、この場合各撮影フレームの画素データを、全てフレームメモリ１１内に一旦記憶する為、連写撮影等の場合は、撮影された画像の画素データを全てフレームメモリ１１へ書き込むことになる。
【００３５】
フレームメモリ１１への書き込み動作終了後は、メモリコントローラ１０の制御により、画素データを記憶しているフレームメモリ１１の内容を、セレクタ８を介してカメラデジタル信号処理部（ＤＳＰ）９へ転送する。このカメラＤＳＰ９では、フレームメモリ１１に記憶されている補正された各画像の各画素データを基にＲＧＢの各色信号を生成する。
【００３６】
カメラ操作スイッチ１７の操作により、撮影者が撮影（すなわち、画像の記録）を指示した場合には、全体制御ＣＰＵ１８からの制御信号によって、１フレーム分の各画素データをフレームメモリ１１から読み出し、カメラＤＳＰ９で画像処理を行ってから一旦ワークメモリ１３に記憶する。
【００３７】
続いて、ワークメモリ１３のデータを圧縮・伸張部１５で所定の圧縮フォーマットに基いてデータ圧縮し、圧縮したデータを外部不揮発性メモリ１７（通常フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを使用）に記憶する。
【００３８】
また、撮影済みの画像データを観察する場合には、上記外部メモリ１６に圧縮記憶されたデータを、圧縮・伸張部１５を通して通常の画素毎のデータに伸張し、伸長した画素毎のデータをビデオメモリ１２へ転送する事で、モニタ表示部１４を通して撮影済み画像を観察する事ができる。
【００３９】
なお、図１の構成はカメラＤＳＰ９での信号処理の負担を増加させない前提での構成である。カメラＤＳＰ９による信号処理にシステム的に余裕が有るならば、カメラＤＳＰでのずれの補正を行ってももちろん良い。
【００４０】
続いて、つなぎ露光によって生じるずれの補正について説明する。
【００４１】
前述したように、オンチップカラーフィルタ層、オンチップマイクロレンズ層はずれやすく、影響がゲイン方向の段差となって現れてくる。特にオンチップカラーフィルタ層は各色毎に露光するため、ずれがそれぞれ異なり、各色での段差がまちまちといった問題になる。
【００４２】
従って、本実施の形態では、露光分割領域を細分化する複数画素からなるブロック単位での補正値を予め記憶、あるいは演算して求めた補正値での補正を行う。
【００４３】
図２はブロック単位での分割の説明図である。
【００４４】
同図（Ａ）のように、撮像素子が左右２カ所のつなぎ目でつなぎ露光され、１つの撮像素子が左、中央、右の３つの領域をつないで構成された場合、同図（Ｂ）のように左右のつなぎ目を分割する境界の１つとする複数のブロックで撮像素子を分割する。ここでは、縦６分割、横１１分割としている。従って、撮像素子全体では同図（ｃ）のような数のブロックが形成され、これが補正値テーブルそのものとなる。しかし、本実施の形態ではオンチップカラーフィルタの色毎に対応した補正値を持つため、例えば一般的なベイヤーフィルタの場合は同図（Ｄ）の様に４面からなるの補正値テーブルとなる。
【００４５】
ブロックの数は多いほど精度が良くなるとも考えられるが、システム上記憶領域がその分増加してしまうので、効果とのバランスで決定すべきである。
【００４６】
次に補正値の形式について、具体的に説明する。
【００４７】
補正値はゲイン方向の補正値となり、左右のつなぎ目での段差が無くなる様につなぎ目の両側での画素信号に補正値をかけることになる。
【００４８】
本実施の形態では、求める補正値として、撮影光学系の光軸を含む分割露光領域、すなわち、本実施例では中央領域の信号を基準にし、それに対する左右の領域での補正値をもとめる事とした。
【００４９】
これは、画面中央はなるべくそのままで用いる事を優先したためである。やはり、画面中央部は鑑賞の対象となりやすく、撮像光学系の性能を十分引き出すためにも自然のままが良いとの判断による。
【００５０】
更に、ずれの補正はつなぎ部分の段差が無くなることを目的としており、その目的達成を第１優先と考える。逆に、それ以外は他の補正に任せるものと考え、つなぎ目の境界方向には独立、境界方向に直交する方向には境界端部と同一の補正値をそのまま用いるものとした。
【００５１】
以上のような観点での１つの補正値テーブルは図３に示した様になる。
【００５２】
図３では、中央領域の補正値は全て１，左右の領域ではつなぎ目に沿ったブロックでは個々のブロックに最適な値とし、つなぎ目に垂直方向（図では水平方向）にはつなぎ目に沿ったブロックの補正値と同じ補正値としている。これにより、周辺部において、例えば周辺光量の変化があっても自然な変化が維持される事となる。
【００５３】
一方、補正値が例えば撮影レンズの瞳距離や絞り値により、どうしても変更しないとずれの補正が満足にならない場合、対象のレンズ毎に補正値を切り換える事となる。
【００５４】
図４はこの説明図で、特に一眼レフシステム用の交換レンズにおいては、瞳距離が主に焦点距離によってまちまちとなる。従って、例えば標準用、広角用、望遠用の３種類用の補正値を用意しておき、補正値用不揮発性メモリに全て記憶しておき、カメラに撮影レンズ２０が装着されたとき、マウント１９を通して得られたレンズ識別情報（レンズＩＤ）により、最適な補正値テーブルがブロック補正部６の補正演算領域に送り、常に満足いくずれの補正を可能としている。
【００５５】
なお、装着されたレンズ情報として、レンズＩＤでの変更ではなく、瞳距離や絞り値の情報そのものを基準に補正値を変更或いは演算して用いても良い。
【００５６】
（第２の実施の形態）
以上の実施の形態では、撮像素子１の読み出し系は１チャンネルであった。本実施の形態では、読み出しの高速化が可能な読み出し系統が２チャンネルの場合を説明する。
【００５７】
図５は撮像素子１の読み出し系統が２チャンネルでの撮像装置（デジタルカメラ）のブロック図である。
【００５８】
高速性を重視するため、図１のブロック図に対し、２つのＣＤＳ／ＡＧＣ回路４−１，４−２と２つのＡ／Ｄ変換部５−１，５−２を追加している。
【００５９】
撮像素子１での２系統の読み出し方は多種多様で、図６（Ａ）に示したような特開２０００−２５３３０５号公報のように素子面中央での左右振り分けに限らず、一列毎に交互に読み出す方式（同図（Ｂ））、更には撮像素子内部ではより細分化して読み出し、外部に出るときに２チャンネルにマルチプレクスしてもよい（同図（Ｃ））。
【００６０】
これらの場合、読み出し系統の違いで発生するずれに対しても対応が必要になる。
【００６１】
これはオンチップカラーフィルタの構成との組み合わせにより異なるが、例えばベイヤー配列を採用した場合、図６の（Ａ）、（Ｂ）は１組みのブロック補正テーブルでも可能となる。
【００６２】
一方、同図（Ｃ）の場合、複数系統間のずれを何らかの他の方法で補正しないならば、２組のブロック補正値が必要になる。これは、同じオンチップカラーフィルタの色においても２通りの読み出しチャンネルによるものが存在してしまう為である。
【００６３】
以上説明したように実施の形態１、２によれば、撮像装置内の撮像素子の撮像領域がつなぎ露光で形成されたことにより二次元方向に感度が不均一になっている場合に、複数の領域間の信号差を補正することが可能になる。
【００６４】
また、上記不均一性が撮影光学系の光学的要因、例えば射出瞳位置や絞り値等により異なる場合であっても、より適切に信号差を補正することが可能になる。
【００６５】
更に、多系統による読み出しが行われた場合においても、複数の読み出しチャンネルによるずれ量も含め複数の領域間の信号差を補正することが可能になる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、分割露光により製造され、撮像領域内に第１の分割露光領域と第２の分割露光領域を少なくとも有する撮像素子において生じる、つなぎ目の段差を少なくすることで、高画質な画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１でのデジタルカメラの構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態１でのブロック分割の説明図である。
【図３】本発明の実施形態１での補正値テーブルの説明図である。
【図４】本発明の実施形態１での拡張補正値テーブルの説明図である。
【図５】本発明の実施形態２でのデジタルカメラの構成説明図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る補正値テーブルの説明図である。
【図７】従来のデジタルカメラの構成説明図である。
【図８】つなぎ露光の説明図である。
【図９】つなぎ露光による半導体撮像素子の説明図である。
【図１０】つなぎ露光によるずれの一例の説明図である。
【符号の説明】
１ 撮像素子
２ ドライバ
３ ＴＧ／ＳＳＧ
４、４−１，４−２ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
５，５−１，５−２ Ａ／Ｄ変換回路
６ ブロック補正回路
７ ブロック補正用不揮発性メモリ
８ メモリセレクタ
９ カメラＤＳＰ
１０ メモリコントローラ
１１ フレームメモリ
１２ ビデオメモリ
１３ ワークメモリ
１４ モニタ表示部
１５ 圧縮・伸張部
１６ 不揮発性メモリ
１７ カメラ操作スイッチ
１８ 全体制御ＣＰＵ
１９ カメラ・レンズマウント
２０ 撮影レンズ
Claims (6)
- 半導体基板上への複数回の分割露光により製造され、撮像領域内に第１の分割露光領域と前記第１の領域と異なる領域の第２の分割露光領域を少なくとも有する撮像素子と、
前記撮像素子の前記第１の分割露光領域および前記第２の分割露光領域からの同一チャンネルで読み出される信号に補正値をかける補正手段と、
前記補正手段により補正値をかけられた信号をフレームメモリに書き込む制御手段とを有し、
前記補正手段は、同一チャンネルから読み出される前記第１の分割露光領域からの信号と前記第２の分割露光領域からの信号との前記分割露光に起因する出力レベルの差を補正することを特徴とする撮像装置。 - 請求項１において、前記補正手段は、前記分割露光領域を複数のブロックに分割し、ブロック毎に補正することを特徴する撮像装置。
- 請求項１又は２において、前記補正手段は、前記複数の分割露光領域は、一方向に少なくとも３つ有し、前記３つの分割露光領域の中心の分割露光領域を基準として補正値によって、他の２つの分割露光領域の補正を行うことを特徴とする撮像装置。
- 請求項１又は３において、前記補正手段は、分割露光領域間の境界方向では、異なる補正値で補正し、前記境界方向に直交する方向には、同一の補正値で補正することを特徴とする撮像装置。
- 請求項１乃至４のいずれか１項において、補正値テーブルを記憶する記憶手段をさらに備え、前記補正手段は、前記補正値テーブルに基づいて補正することを特徴する撮像装置。
- 請求項１乃至５のいずれか１項において、前記補正手段は、色毎の別々の補正値によって補正することを特徴とする撮像装置。
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