JP4120020B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、詳しくは混色補正手段を備えた固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常の固体撮像装置に搭載されているイメージセンサ、特には被写体像からの光をレンズを通して受光し、光電変換により画像信号を電気信号として出力するCMOSイメージセンサは、P型基板に、画素部がnMOSで構成されているとともに周辺回路部がCMOSで構成されているものが主である。
【0003】
また、同一基板にCMOSイメージセンサとイメージングシステムが形成されているもの、同一基板にCMOSイメージセンサのみが形成されていてイメージングシステムは別の基板に形成されているものがある。またCMOSイメージセンサのユニットセルは、キャパシタとトランジスタ(1個また2個)のみで構成されていて増幅手段を持たないもの、各セルに増幅器が設けられているものとがある。
【0004】
上記いずれの構成であっても、CMOSイメージセンサには、信号線とゲート選択線とオプティカルブラック用の遮光用金属膜の3層が必要になる。これらは層間絶縁膜によって分離されていて、その最上面は平坦化されていてその面上にカラーフィルタが形成されている。そのため、カラーフィルタは受光面より3μm〜8μmの高さに形成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のCMOSイメージセンサでは、カラーフィルタの高さが5μm程度またはそれ以下の場合には、シリコン基板内部で発生した光電子が隣の画素に拡散して混入する確率が増加する。このような基板内部での光電子の混入によるクロストークは混色の原因となる。また、隣の画素に混入する成分はRGBの各色ごとに光電変換を起こす深さが異なるので、混入確率は各色ごとに異なる。
【0006】
一方、カラーフィルタの高さが水平画素ピッチの1/2以上になると、隣の画素位置のカラーフィルタを通過した光が混入して生じるクロストークが問題となる。このような基板上でのクロストークは、入射光、特に斜め入射光がカラーフィルタを通過した後に隣のセンサで光電変換を起こすことにより発生し、これも混色の原因となる。
上記斜め入射光の混入する成分はセルサイズとカラーフィルタの高さとレンズのF値とに依存する。画素ピッチ、上層膜の構造等により混入量の絶対値は異なるが、一般に図3に示すように、F値が小さくなるにしたがって斜め入射光の混入量は増大する傾向にある。
特に、上記課題は、ユニットセルのサイズが5μm程度のものから多く現れてくる。
【0007】
上記説明したような混色が発生すると、色の表現性が低下して、固体撮像装置から出力される画像信号の画質が劣化する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた固体撮像装置である。
【0009】
すなわち、固体撮像装置は、被写体像からの光をイメージセンサで光電変換して画像信号を出力するものにおいて、前記イメージセンサから出力される画像信号中に含まれる混色成分の混色の度合いを前記イメージセンサに被写体像を結像するレンズ系のとりうる各F値によって求め、前記混色の度合いに基づいて、前記イメージセンサから出力される画像信号中の混色成分を除いて画像信号を補正するための補正係数を決定する演算を行う補正係数演算手段と、この補正係数に基づいてイメージセンサから出力される画像信号中の混色成分を補正する混色補正手段とを備えたものである。
【0010】
上記固体撮像装置では、イメージセンサから出力される画像信号中に含まれる混色成分の混色の度合いを前記イメージセンサに被写体像を結像するレンズ系のとりうる各F値によって求め、前記混色の度合いに基づいて、前記イメージセンサから出力される画像信号中の混色成分を除いて画像信号を補正するための補正係数を決定する演算を行う補正係数演算手段と、この補正係数に基づいてイメージセンサから出力される画像信号中の混色成分を補正する混色補正手段とを備えている。このことから、イメージセンサから出力される画像信号中に混色成分が混入していても、上記混色補正手段により混色成分が補正される。そのため、イメージセンサから出力された画像信号は混色が補正されるので、混色成分が乗っていない正常な色を表現する画像信号となる。また上記補正係数が、イメージセンサが形成されている基板内部でのクロストーク成分およびこの基板上部でのクロストーク成分のそれぞれに基づいて決定される係数であれば、基板内部で光電子が隣の画素へ混入することによって混色が発生しても、また斜め入射光がカラーフィルタを通過した後に隣のセンサで光電変換を起こすことによって混色が発生しても、各補正係数に基づいて容易に画像信号の混色が補正される。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置に係わる実施形態の一例を、図1のブロック図によって説明する。
【0012】
図1に示すように、固体撮像装置1には、レンズ系31によって結像された被写体像(図示省略)からの光Lを受光するイメージセンサ11が備えられている。上記イメージセンサ11は、レンズ系31によって結像された被写体像からの光を光電変換して画像信号を電気信号として出力するものであり、例えばCMOS形単板式イメージセンサからなる。
【0013】
また、イメージセンサ11から出力される画像信号中の混色成分を補正するための補正係数を記憶するデータ記憶手段21が備えられている。この補正係数は、上記イメージセンサ11が形成されている基板内部で発生するクロストーク成分およびその基板上部で発生するクロストーク成分のそれぞれに基づいて、例えば測定または計算によって決定される。上記データ記憶手段21は、例えばイメージセンサ11が形成されている基板と同一基板に形成されているマスクROM、フラッシュメモリ等のような記憶手段であってもよく、またはイメージセンサ11とは別体に設けられているハードディスク装置のような記憶手段であってもよい。
【0014】
さらにイメージセンサ11の出力側には混色補正手段22が接続されている。この混色補正手段22は、データ記憶手段21に記憶した各補正係数に基づいて上記イメージセンサ11から出力された画像信号中の混色成分を例えば除去してその画像信号が正常な色を表現するように補正するものである。
【0015】
なお、上記固体撮像装置1においては、本発明の主要部のみを図示し、増幅回路、同期信号回路等の図示は省略した。
【0016】
次に上記固体撮像装置1における混色補正の動作を説明する。
イメージセンサ11の構成部品が固定されているものであれば、イメージセンサ11のセルサイズ、カラーフィルタの高さ等による混色の度合いは一定となり、前記図3によって説明したように、レンズ系31のF値によってのみ混色の度合いが変化する。すなわち、F値が小さくなるほど混色の発生が多くなる。
したがって、混色の度合いをレンズ系31のとりうる各F値ごとに測定または計算によって求め、求めた混色の度合いに基づいて、イメージセンサ11から出力される画像信号から混色成分を除いてその画像信号を補正するような補正係数を、例えばテーブルにしてデータ記憶手段21に記憶させる。上記補正係数を決定する演算は、例えば外部の演算手段(図示省略)によって行うか、または上記データ記憶手段21の内部に混色補正係数決定回路(図示省略)のような演算手段を設けることにより行う。
【0017】
そして、上記混色補正手段22により、撮像時のレンズ系31のF値に対応した上記データ記憶手段21に記憶させた補正係数に基づいて、イメージセンサ11から出力される画像信号中の混色成分を除去して、正常な色を表現する画像信号に補正する。
その際、上記データ記憶手段21に記憶されているテーブルに必要とするF値に対応する補正係数が記憶されていない場合には、例えば、上記テーブルより必要とする補正係数の前後のF値を呼び出し、それらのF値に対応する補正係数を基にして、例えば線形補正を行うことにより必要な補正係数を得る。
【0018】
このように、上記固体撮像装置1では、基板内部で光電子が隣の画素へ混入することによって混色が発生しても、また斜め入射光がカラーフィルタを通過した後に隣のセンサで光電変換を起こすことによって混色が発生しても、上記混色補正手段11により混色成分を補正することが可能になる。そのため、イメージセンサから出力された画像信号は混色が補正された画像信号となるので、混色成分が乗っていない正常な色を表現する画像信号となり、画質の向上が図れる。
【0019】
次に上記実施形態で説明した固体撮像装置1の具体的な構成の一例を、図2のブロック図によって説明する。図2では、前記図1で説明した構成部品と同様のものには同一の符号を付す。
【0020】
図2に示すように、固体撮像装置1には、レンズ系(図示省略)によって結像された被写体像の光を光電変換して例えばアナログサンプル値信号を出力するイメージセンサ(例えばMOS形単板式カラーイメージセンサ)11が備えられている。このイメージセンサ11には、それを駆動する駆動回路が内蔵されている。なお、上記駆動回路はイメージセンサ11の外部に設けられているものであってもよい。
【0021】
また、上記イメージセンサ11から出力される画像信号中の混色成分を補正するための各補正係数を記憶するデータ記憶手段21が備えられている。この補正係数は、上記イメージセンサ11が形成されている基板内部で発生するクロストーク成分およびその基板上部で発生するクロストーク成分のそれぞれに基づいて決定される係数であり、例えば測定または計算によって求める。このデータ記憶手段21は、例えばイメージセンサ11が形成されている基板と同一基板に形成されているマスクROM、フラッシュメモリ等のような記憶装置であってもよく、例えばイメージセンサ11とは別体に設けられているハードディスク装置のような記憶装置であってもよい。
【0022】
さらに上記イメージセンサ11の出力側に設けられているものであって後に説明するデジタル信号処理手段14には、混色補正手段22が設けられている。この混色補正手段22は、上記データ記憶手段21に記憶した各補正係数に基づいて上記イメージセンサ11から出力された画像信号中の混色成分を例えば除去して画像信号が正常な色を表現するように補正するものである。その補正に必要な演算は、例えば後に説明するマイクロコンピュータ16によって行う。その際、上記データ記憶手段21に必要とするデータ(補正係数)が記憶されていない場合には、例えば、上記データ記憶手段21に記憶されているデータのテーブルより必要とするデータの前後のデータを呼び出し、それらのデータを基にして、例えば線形補正を行うことにより必要なデータを得る。
【0023】
一方、上記イメージセンサ11の出力側には、CDS(Correlate Double Sampling )回路およびAGC〔Automatic Gain Control〕回路からなるCDS/AGC回路12が接続されている。このCDS/AGC回路12によって、アナログサンプル値信号から画像信号成分を抽出し、それを増幅して出力する。
さらにCDS/AGC回路12の出力側にはA/D変換器13が接続されている。このA/D変換器13によっては、アナログ信号である画像信号成分をデジタルデータ画像信号に変換する。
【0024】
上記A/D変換器13の出力側には、上記デジタルデータ画像信号を入力して、いわゆるビデオプロセス処理を行うデジタル信号処理手段14が接続されている。このデジタル信号処理手段14は、例えば、色信号処理回路(例えば色分離、RGBマトリクス、γ補正等を行う回路)、輝度信号処理回路(例えばYフィルタ、エンハンサ、γ補正等を行う回路)、信号処理回路(例えばNTSC/PAL色変調、同期付加を行うエンコーダ処理等を行う回路)、同期信号発生回路(例えば上記信号処理回路と外部のタイミングジェネレータ17に同期信号を供給する回路)、外部のマイクロコンピュータ16とのインターフェース回路(例えば外部のマイクロコンピュータ16との間で画像情報、パラメータ等を入出力する回路)等および上記混色補正手段22で構成されている。
【0025】
上記デジタル信号処理手段14の出力側にはD/Aコンバータ15が接続されている。このデータ/A変換器15によって、デジタル信号処理手段14より出力されたデジタルY,C信号をアナログY,C信号に変換して出力する。
【0026】
またデジタル信号処理手段14にはマイクロコンピュータ16が接続されている。このマイクロコンピュータ16によって、タイミングジェネレータ17より入力されるパルス信号とデジタル信号処理手段14より読みだした画像情報とに基づいてデジタル信号処理手段14を制御する。
【0027】
さらにイメージセンサ11、CDS/AGC回路12、A/D変換器13、デジタル信号処理手段14、マイクロコンピュータ16、データ記憶手段21、混色補正手段22等の動作タイミングを制御するタイミングジェネレータ17が備えられている。このタイミングジェネレータ17では、デジタル信号処理手段14内の同期信号発生回路で発生させた同期信号に同期して、イメージセンサ11に内蔵されている駆動回路(図示省略)、CDS/AGC回路12、A/D変換器13、デジタル信号処理手段14、マイクロコンピュータ16、データ記憶手段21、混色補正手段22のそれぞれに、必要とするパルス信号を供給する。
なお、この図2では、前記図1に示したレンズ系31の図示は省略した。
【0028】
また、上記固体撮像装置1では、データ記憶手段21をマスクROM、フラッシュメモリ等の記憶装置で構成することにより、前記構成部品を一つのチップに搭載することも可能であり、またイメージセンサ11とデータ記憶手段21とを一つのチップに搭載することも可能である。
【0029】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、イメージセンサから出力される画像信号中に含まれる混色成分の混色の度合いを前記イメージセンサに被写体像を結像するレンズ系のとりうる各F値によって求め、前記混色の度合いに基づいて、前記イメージセンサから出力される画像信号中の混色成分を除いて画像信号を補正するための補正係数を決定する演算を行う補正係数演算手段と、この補正係数に基づいてイメージセンサから出力される画像信号中の混色成分を補正する混色補正手段とを備えているので、基板内部で光電子が隣の画素へ混入することによって混色が発生しても、また斜め入射光がカラーフィルタを通過した後に隣のセンサで光電変換を起こすことによって混色が発生しても、上記混色補正手段により混色成分を補正することが可能になる。そのため、固体撮像装置から正常な色を表現した画像信号を出力することが可能になり、画質の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の主要部に係わる実施形態を示すブロック図である。
【図2】実施形態の固体撮像装置の具体例を説明するブロック図である。
【図3】斜め入射光の混入量とレンズのF値との関係図である。
【符号の説明】
1 固体撮像装置 11 イメージセンサ 21 データ記憶手段
22 混色補正手段
Claims (7)
- 被写体像からの光をイメージセンサで光電変換して画像信号を出力する固体撮像装置において、
前記イメージセンサから出力される画像信号中に含まれる混色成分の混色の度合いを前記イメージセンサに被写体像を結像するレンズ系のとりうる各F値によって求め、前記混色の度合いに基づいて、前記イメージセンサから出力される画像信号中の混色成分を除いて画像信号を補正するための補正係数を決定する演算を行う補正係数演算手段と、
前記補正係数に基づいて前記イメージセンサから出力される画像信号中に含まれる混色成分を補正する混色補正手段と
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1記載の固体撮像装置において、
前記補正係数は、前記イメージセンサが形成されている基板内部で発生するクロストーク成分および該基板上部で発生するクロストーク成分のそれぞれに基づいて決定される係数からなること
を特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1記載の固体撮像装置において、
さらに、前記補正係数を記憶するデータ記憶手段を備えること
を特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1記載の固体撮像装置において、
前記イメージセンサはMOS形単板式カラーイメージセンサであること
を特徴とする固体撮像装置。 - 請求項2記載の固体撮像装置において、
前記イメージセンサはMOS形単板式カラーイメージセンサであること
を特徴とする固体撮像装置。 - 請求項4記載の固体撮像装置において、
前記データ記憶手段は前記イメージセンサが形成されている基板と同一基板に形成されている記憶装置であること
を特徴とする固体撮像装置。 - 請求項5記載の固体撮像装置において、
前記データ記憶手段は前記イメージセンサとは別体に設けられている記憶装置であること
を特徴とする固体撮像装置。
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