JP5402249B2 - 固体撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＣＣＤ型イメージャやＣＭＯＳ型イメージャなどの各種撮像素子に適用して好適な固体撮像素子、及びその固体撮像素子を備えた撮像装置に関する。

従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージャやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージャなどの固体撮像素子は、画素を一定間隔で均一な状態で配置してある。即ち、例えば図７に示したように、固体撮像素子９０の画素配置部９１に、水平方向の画素間隔を一定にすると共に、垂直方向の画素間隔についても一定にして、それぞれの画素をマトリクス状に連続して配置してある。ここでの画素とは、入射光を受光する受光素子が配置された箇所である。なお、図７では説明を簡単にするために、水平・垂直のいずれの方向も十数個程度の画素数で簡略化して示してあるが、実際には、画像信号を得る固体撮像素子の画素数は、数十万画素から数百万画素、或いはそれ以上の画素数で構成される。

このような固体撮像素子の各画素で受光した信号を、所定の順序で転送して読み出すことで、１枚（１フレーム）の撮像信号が得られる。１つの固体撮像素子内に配置されたそれぞれの画素のサイズは、従来、基本的に同じサイズであった。

特開２０００−５６４０７号公報 特開２００４−６４７９６号公報 特開平１−９４７７６号公報

ところで、このような固体撮像素子を使って撮像して得た撮像信号は、撮像装置が備えるレンズなどの問題から、１枚の画像の周辺が暗くなる問題があった。即ち、レンズを介して撮像を行う場合、そのレンズの中心の光軸とのなす角度θを決めた場合、コサイン４乗則［ｃｏｓ^４θ］で、入射角と照度の関係から周辺光量が低下することが知られている。周辺光量の低下は、そのまま固体撮像素子で撮像して得られる画像の周辺の明るさ低下につながり、撮像画像の品質低下につながる。
例えばθを１０°とすると、ｃｏｓ１０°≒９８で、ｃｏｓθ＝０．９４となり、それだけの低下があることが知られている。

従来、この周辺光量の低下を固体撮像素子で補正する技術として、例えば各画素の受光部に微小なレンズを配置するいわゆるオンチップレンズ（ＯＣＬ）構成として、周辺部の画素に配置されたレンズをずらして、周辺部での受光光量を確保する技術がある。
また別の技術としては、固体撮像素子に光を導くレンズ系で、故意に歪曲収差を発生させて、周辺スポットの面積を小さくし、光量を増加させる技術が知られている。

これらの技術は、それぞれ最適化が難しいという問題がある。即ち、オンチップレンズ構成で、レンズをずらして周辺部の光量を増やすのは、最適化が非常に難しいとともに、けられる光線が発生し、感度均一性の手法として不十分である。
レンズ系で故意に歪曲収差を発生させる場合にも、上述したコサイン４乗則での現実の周辺光量落ち込みに歪曲収差をマッチングさせるのは非常に困難であり、最適化が難しいという問題がある。

また、周辺光量の低下を固体撮像素子の画素サイズで補正する技術として、例えば特許文献１，２，３に記載されたものが提案されている。
特許文献１には、固体撮像素子の各画素の受光領域である開口の大きさを、周辺部から中心に向かうに従って徐々に小さく構成させて、シェーディング補正を行う点についての記載がある。
特許文献２には、電子撮像デバイスの画素レイアウトとして、中心から周辺になるに従って徐々に画素面積が増える構成のものが記載されている。
特許文献３には、レンズの歪曲収差による糸巻状の像歪みを補正するために、撮像素子の画素を糸巻状に配置すると共に、１つ１つの面積を中心から周辺部へ行くに従って大きくすることが記載されている。

これら各特許文献に記載のように、画素面積を中心から周辺になるに従って徐々に大きくすることで、周辺部の各画素への受光光量を、中心部よりも増やすようにして、画像の周辺部の光量低下を補うアイデアは既に各種提案されている。
しかしながら、１つ１つの画素面積を、中心から周辺部へ行くに従って徐々に大きくするということは、１つ１つの画素の配置間隔が水平方向と垂直方向のそれぞれで異なることになり、撮像素子から出力される撮像信号の画素間隔が一定ではなくなる。

一方、撮像素子で撮像して得た撮像信号を、ディスプレイなどに表示させるための画像信号とする際には、画素の間隔を一定の画像信号とする必要がある。このため、撮像素子上の全ての画素が、異なる間隔で配置されていると、画素間隔が一定の画像信号に変換するための回路で、ほぼ全ての画素の信号について補間などの画素位置変換の処理が必要になる。このような変換回路は大規模な変換処理が必要で、回路系の負担が非常に大きいという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構成で、撮像画像の周辺部の光量低下を防ぐようにすることを目的とする。

本発明の撮像素子は、受光素子等間隔配置部と、受光素子拡大配置部と、両配置部に配置された受光素子に蓄積した受光信号を撮像信号として出力させる出力部とを備えた。
受光素子等間隔配置部は、受光素子が水平方向に一定間隔で配置されると共に垂直方向にも一定間隔で配置され、ぞれぞれの受光素子の受光領域の面積が第１の面積で等しく、撮像素子を構成する基板のほぼ中央に配置される。
受光素子拡大配置部は、受光素子等間隔配置部を中心として対称となる左右の周辺位置に配置される。その受光素子拡大配置部の構成としては、受光素子等間隔配置部での水平方向の一定間隔よりも広い水平方向の間隔で配置されると共に受光素子等間隔配置部での垂直方向の一定間隔と等しい垂直方向の間隔で配置される各受光素子の受光領域の面積を、受光素子等間隔配置部から水平方向に離れるに従って第１の面積よりも徐々に大きい面積とし、垂直方向に並んだ受光素子の間では受光領域の面積を等しくした。

また本発明の撮像装置は、上述した本発明の撮像素子を備える。そして、撮像素子から出力される撮像信号の内の、受光素子等間隔配置部内の受光素子から読み出した撮像信号と、受光素子拡大配置部から読み出した撮像信号とを、一定の画素間隔の撮像信号に変換する変換部を備える。さらに、その変換部で変換された撮像信号を処理する撮像信号処理部を備えた。

本発明によると、受光素子の受光領域の面積が拡大した受光素子拡大配置部を配置したことで、撮像素子の周辺部では、受光光量が増加して、レンズ系の問題に起因した周辺光量の低下を補正することができる。
この場合、受光素子等間隔配置部から読出した信号については、一定間隔の画素間隔の信号となり、出力部から出力される信号を、通常の撮像素子の出力撮像信号と同様に処理できる。そして、撮像素子の左右の周辺の受光素子拡大配置部から読出して出力部から出力される信号については、その水平方向の間隔の変化に対応して補間などの補正処理が必要になる。従って、出力撮像信号に対して補正処理を行う領域が、左右の周辺の受光素子拡大配置部だけに限定されるようになる。

本発明によると、撮像素子の出力部から出力される撮像信号に対して補正処理を行う領域が、左右の周辺の受光素子拡大配置部だけに限定されるようになり、等間隔配置部では特別な処理が不要になる。従って、画素間隔を変換する処理系の負担が少ない構成で、レンズ系の問題に起因した周辺光量の低下を補正することができる。

本発明の第１の実施の形態による撮像素子の画素配置例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態による撮像装置の構成例を示すブロック図である。 レンズの開口効率の概念を示した説明図である。 本発明の第１の実施の形態による撮像素子に非球面レンズの光学系を組み合わせた例を示した説明図である。 歪曲収差の発生例を示した説明図である。 本発明の第２の実施の形態による撮像素子の画素配置例を示す説明図である。 従来のイメージセンサの画素配置例を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態の例を、以下の順序で説明する。
１．第１の実施の形態の撮像装置全体の構成例（図２）
２．第１の実施の形態の撮像素子の画素配置例（図１）
３．第１の実施の形態で画素サイズを決める条件についての説明（図３〜図５）
４．第２の実施の形態の撮像素子の画素配置例（図６）
５．各実施の形態の変形例

［１．第１の実施の形態の撮像装置全体の構成例（図２）］
本発明の第１の実施の形態の例は、撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージャを使用した撮像装置としたものである。撮像装置は、主として動画撮像を行うビデオカメラや、主として静止画の撮像を行うデジタルスチルカメラなど、種々の撮像を行う撮像装置が適用可能である。

図２は、本実施の形態の例の撮像装置全体の概要を示した図である。
複数枚のレンズで構成されるレンズ系１を介して得た像光を、撮像素子であるＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部１１に結像させる。レンズ系１の途中には、絞り２が配置してある。画素配列部１１の画素構成については後述する。

ＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部１１で得られた各画素の受光信号は、駆動回路２６から供給される駆動信号に同期して、イメージセンサ１０内のレジスタ（図示せず）で順に転送されて、出力回路２１から撮像信号として出力される。出力回路２１にも駆動回路２６から駆動用クロックが供給されて、そのクロックに同期したタイミングで処理される。出力回路２１から出力された撮像信号は、遅延回路２２及び補間回路２３に供給する。補間回路２３では、後述する画素位置補正のための補間処理が行われる。遅延回路２２は、補間回路２３での補間処理とタイミングを同期させるためのものである。

そして、遅延回路２２で遅延された撮像信号と、補間回路２３で補間された撮像信号を、切換スイッチ２４に供給して、いずれか一方の信号を選択して、撮像信号処理部２５に供給する。切換スイッチ２４での切換えについては、駆動回路２６から供給されるクロックに同期して行われる。切換スイッチ２４で切換えられる処理状態の詳細は後述する。
撮像信号処理部２５では、供給される撮像信号を処理して、所定のフォーマットの画像信号（映像信号）に変換する。撮像信号処理部２５で変換された画像信号は、記録系回路２７に供給して各種媒体に記録（記憶）させる。或いは、撮像信号処理部２５で変換された画像信号を、表示系回路２８に供給してディスプレイなどに表示させる。或いはまた、撮像信号処理部２５で変換された画像信号を、出力端子部２９に供給して外部に出力させる。

［２．第１の実施の形態の撮像素子の画素配置例（図１）］
次に、ＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部１１の画素配列状態を、図１を参照して説明する。なお、図１に図示した画素配列は、本実施の形態の原理を説明するために強調して図示したものであり、また画素数についても、簡略化して示してある。また、図１では２つの画素の状態を拡大して示してある。
図１に示したように、ＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部１１には、それぞれの画素を構成する受光素子の受光部が縦横それぞれ所定個で配置してある。各画素を構成する受光部の脇には、転送レジスタが配置してあり、その転送レジスタに受光部で受光して得た信号電荷を送り、用意された転送レジスタ内を駆動回路２６（図２）から供給されるクロックに同期して転送させ、出力回路２１まで供給する。

本実施の形態においては、図１に示すように、画素配列部１１は、中心画素部１１ａと周辺画素部１１ｂとに別れている。中心画素部１１ａは、これから説明するように受光素子等間隔配置部である。周辺画素部１１ｂは、受光素子が一定でない間隔で配置された受光素子拡大配置部である。
図１では、中心画素部１１ａの画素の領域に斜線を付与して示してあり、中心画素部１１ａの上下左右の周囲に配列された画素が周辺画素部１１ｂである。周辺画素部１１ｂは、中心画素部１１ａ側から見て、左右対称な位置関係に配置してあると共に、上下方向にも対称な位置関係に配置してある。この例では、画素配列部１１の中心位置から縁部までの長さの１／３から１／２程度までで設定した範囲を中心画素部１１ａとしてあり、受光素子を等間隔に配置してある。そして、残りの領域を、周辺画素部１１ｂとしてある。この周辺画素部１１ｂは、後述する開口効率などの点である程度以下に受光光量が落ちる周辺部である。

中心画素部１１ａ内の各画素は、画素の配置間隔が水平方向で一定の間隔であり、垂直方向でも一定の間隔である。そして、それぞれ画素が備える受光素子の受光領域の面積についても、中心画素部１１ａ内では等しい面積としてある。即ち、図１に示すように、中心画素部１１ａ内の各画素は、画素のサイズとして、垂直方向の幅ｖ１及び水平方向の幅ｈ１としてある。

図１では、その中心画素部１１ａ内の１つの画素を拡大して示してある。中心画素部１１ａ内の１つの画素の垂直方向の幅ｖ１×水平方向の幅ｈ１の内で、水平方向の幅ｖ０については、転送レジスタ１３の幅である。残りの水平方向の幅ｈ１′と垂直方向の幅ｖ１とで、各画素の受光領域１２ａの面積が決まる。中心画素部１１ａについては、画素配置間隔が一定であり、中心画素部１１ａ内の全ての画素の受光領域１２ａの面積は等しい。

周辺画素部１１ｂについては、中心画素部１１ａと接する位置から、画素配列部１１の縁部になるに従って、徐々に１つの画素の面積を増やす構成としてある。具体的には、図１に示すように、中心画素部１１ａの左右の端部と接する画素については、水平方向の幅を、幅ｈ１よりも広い幅ｈ２としてあり、その画素位置から１画素ずつ進むに従って、水平方向の幅ｈ３，ｈ４となるようにしてある。ここで、ｈ１＜ｈ２＜ｈ３＜ｈ４である。
また、中心画素部１１ａの上下の端部と接する画素については、垂直方向の幅を、幅ｖ１よりも広い幅ｖ２としてあり、その画素位置から１画素ずつ進むに従って、垂直方向の幅が拡がって、幅ｖ３となるようにしてある。ここで、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３である。

図１では、周辺画素部１１ｂ内の１つの画素についても拡大して示してある。図１に示した拡大表示した周辺画素部１１ｂ内の１つの画素は、左側の端部の画素であり、垂直方向の幅ｖ４×水平方向の幅ｈ１の画素であり、水平方向の幅ｖ０については、転送レジスタ１３の幅である。残りの水平方向の幅ｈ４′と垂直方向の幅ｖ１とで、その画素の受光領域１２ｂの面積が決まる。
ここでは、転送レジスタ１３の幅は、中心画素部１１ａ内の画素と、周辺画素部１１ｂ内の画素とで等しい。
なお、図１に示した転送レジスタ１３は垂直転送レジスタであり、その垂直転送レジスタの端部には、図示しない水平転送レジスタが接続してあり、その水平転送レジスタで、出力回路２１まで信号電荷が転送される。

この図１に示した画素配列の各画素の受光素子の受光領域に蓄積した信号電荷は、図２に示した出力回路２１で撮像信号として読出される。ここで、中心画素部１１ａ内の各画素の撮像信号については、一定間隔で画素が配置された信号であるので、駆動回路２６からの一定周期のクロックに同期してそのまま出力させればよい。このため、図２の撮像装置の構成で示した切換スイッチ２４については、中心画素部１１ａ内の各画素の信号が出力される区間では、遅延回路２３の出力をそのまま撮像信号処理部２５に供給すればよい。

一方、周辺画素部１１ｂ内の各画素の撮像信号については、間隔が異なる画素配置で得た信号であるので、補間回路２２の隣接画素信号どうしを、そのときの画素位置に対応した比率で加算して、中心画素部１１ａと同じ画素間隔の撮像信号に変換する。隣接した画素の信号としては、例えば水平方向に隣接した画素の信号と、垂直方向に隣接した画素の信号を使用して行う。垂直方向に隣接した画素の信号を使う必要がない画素位置の場合には、水平方向に隣接した画素の信号だけを使って補間してもよい。そして、その補間回路２２で補間された撮像信号を切換スイッチ２４で選択させる。補間回路２２での補間処理のタイミング及び切換スイッチ２４での切換タイミングについては、例えば駆動回路２６内で周辺画素部１１ｂでの非等間隔の画素配列に対応した非等間隔の画素クロックを生成させて、その画素クロックに同期して行う。

［３．第１の実施の形態で画素サイズを決める条件についての説明（図３〜図５）］
次に、図１に示した中心画素部１１ａと周辺画素部１１ｂを有する撮像素子の、画素サイズを決める条件について説明する。
既に説明したように、周辺画素部１１ｂ内の画素の受光領域の面積を拡大するのは、レンズ系の影響で周辺部への入射光量が低下するのを補うためである。
本例の場合には、次式に基づいて周辺部の受光部への光量を求める。
周辺光量＝中心光量×開口効率×ｃｏｓ^４θ ・・・（１）
ここで、θはレンズ系を通過する光の入射角である。

この（１）式から求めた光量の不足分を補うように、周辺画素部１１ｂにおいて、各画素の受光領域の面積を拡大するように設定する。
具体的には、例えば入射角を１０°とすると、
ｃｏｓ１０°≒０．９８となり、
ｃｏｓ^４θ＝０．９４となる。
さらに、開口効率を９０％として、（１）式を求めると、周辺光量は８５％まで低下する。
従って、周辺光量８５％で１５％の低下を補うように、該当する画素位置での受光領域の面積を約１５％程度拡大することで、受光光量を中心部の画素とほぼ等しくすることができる。この約１５％程度ｎ拡大は、画素のサイズで示すと、縦横双方を拡大する場合には、１つの辺の４％程度の拡大でよい。これは、例えば中心画素部１１ａでの１つの画素の１辺のサイズ（間隔）が例えば１．５５ｕｍであるとすると、周辺画素部１１ｂでは、１つの画素の１辺のサイズを１．６０ｕｍ強に拡大することで対処可能である。

ここで開口効率について図３を参照して説明する。
図３に示すようにＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部１１の前面に、レンズと絞りが配置されていた場合に、画素配列部１１の中心位置の画素Ｐｃに入射する光は、開口量Ｓ０の光であるとする。このとき、画素配列部１１の縁部の画素Ｐｅに入射する光は、開口量Ｓ０よりも絞られた開口量Ｓ１の光になる。この開口量Ｓ０と開口量Ｓ１との比が、開口効率になる。先に説明したように開口量Ｓ０を１００％としたとき、入射角θが１０°の場合の開口量Ｓ１は９０％程度まで低下する。
本実施の形態の場合には、従来一般的に周辺部の光量減少の原因と言われていたｃｏｓθの４乗則だけでなく、開口効率による周辺光量の低下まで含めて、レンズ系による光量変化の補正を行う構成としてある。このため、より正確な周辺部の光量補正が可能となる。

また、本実施の形態の場合にはＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部１１の中心画素部１１ａについては、水平・垂直のいずれの方向にも一定間隔で各画素を配置してあり、光量変化の補正を行わない構成としてある。このため、画素配列部１１の中心画素部１１ａではレンズ系による光量減少の補正が行われないが、中心画素部１１ａは光量変化の低下が少ない領域であり、受光量を増やすことによる補正をしなくても、光量低下が撮像画像から目立つことはない。
なお、図１に示した中心画素部１１ａと周辺画素部１１ｂとの境界部は、例えば上述した（１）式で得られる周辺光量が、予め決めた一定の値より低下した位置を基準にして設定してもよい。

このように構成した本実施の形態のＣＣＤイメージセンサ１０は、非球面レンズを備えた光学系と組み合わせた場合にも、高い効果が得られる。即ち、例えば図４に示したように、ＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部１１の前面に配置した光学系として、複数枚のレンズ１ａ〜１ｆを備えた場合に、そのレンズ１ａ〜１ｆの内の１枚又は複数枚のレンズを非球面レンズを備えた構成とする場合がある。この非球面レンズは、主として球面収差を是正するためのものであり、少ない枚数のレンズで収差を低減するようにしてある。しかしながら、非球面レンズは、光軸上の１点から出た光に対する補正であり、光軸外の１点から出た光に対する補正はなされていない。つまり、周辺光量が低下する方向に対する補正は行えていない。

従って、図４に示すように非球面レンズを備えたレンズ系１ａ〜１ｆを使用した撮像装置に、本実施の形態のＣＣＤイメージセンサ１０を組み合わせることで、非球面レンズを使うことによる周辺光量補正をイメージセンサ１０で行え、補正効果が高い。即ち、上述した（１）式で求まる周辺光量に、さらに非球面レンズによる周辺光量補正を加えて、周辺部の画素の受光面積を拡大する処理を行うことで、より精度の高い周辺光量補正処理が行える。

また、撮像装置が備えるレンズ系として、歪曲収差が発生する場合がある。この歪曲収差について図５を参照して説明すると、歪曲収差としては、図５（ａ）に示したように樽型の歪曲収差が発生する場合と、図５（ｂ）に示したように糸巻き型の歪曲収差が発生する場合がある。
歪曲収差が発生するレンズ系を使用した撮像装置に、本実施の形態のＣＣＤイメージセンサ１０を組み合わせた場合にも、その歪曲収差による周辺光量補正をイメージセンサ１０で行え、補正効果が高い。即ち、上述した（１）式で求まる周辺光量に、さらに歪曲収差による周辺光量補正を加えて、周辺部の画素の受光面積を拡大する処理を行うことで、より精度の高い周辺光量補正処理が行える。なお、歪曲収差の場合には、図５（ｂ）に示した糸巻き型の歪曲収差では、周辺光量が低下する方向に発生するので、より周辺部の画素の受光面積を拡大することになる。これに対して、図５（ａ）に示した樽型の歪曲収差では、周辺光量が増加する方向に発生するので、周辺部の画素の受光面積を、（１）式で得られた補正量から減らすことになる。

［４．第２の実施の形態の撮像素子の画素配置例（図６）］
次に、本発明の第２の実施の形態の例を、図６を参照して説明する。
第２の実施の形態においても、上述した第１の実施の形態の例と同様に、撮像素子としてＣＣＤ型イメージャを使用した撮像装置としたものであり、種々の撮像を行う撮像装置が適用可能である。撮像装置全体の構成ついては、例えば図２に示した構成が適用可能である。

本実施の形態においては、第１の実施の形態で説明したＣＣＤイメージセンサ１０の画素配列部を、図６に示した画素配列部３１としたものである。なお、図６に図示した画素配列は、本実施の形態の原理を説明するために強調して図示したものであり、また画素数についても、簡略化して示してある。また、図６では２つの画素の状態を拡大して示してある。
図６に示したように、ＣＣＤイメージセンサの画素配列部３１には、それぞれの画素を構成する受光素子の受光部が縦横それぞれ所定個で配置してある。各画素を構成する受光部の脇には、転送レジスタが配置してあり、その転送レジスタに受光部で受光して得た信号電荷を送り、用意された転送レジスタ内を駆動回路２６（図２）から供給されるクロックに同期して転送させ、出力回路２１まで供給する。

本実施の形態においては、図６に示すように、画素配列部３１は、中心画素部３１ａと周辺画素部３１ｂとに別れている。中心画素部３１ａは受光素子等間隔配置部である。周辺画素部３１ｂは、受光素子が一定でない間隔で配置された受光素子拡大配置部である。
図６では、中心画素部１１ａの画素の領域に斜線を付与して示してあり、中心画素部３１ａの左右の周囲に配列された画素が周辺画素部３１ｂである。周辺画素部３１ｂは、中心画素部３１ａ側から見て、左右対称な位置関係に配置してある。本例の場合には、図１の例と異なり、中心画素部３１ａの上下方向には、周辺画素部３１ｂを配置していない。中心画素部３１ａは、画素配列部３１の内の中心部の比較的大きな領域としてあり、周辺画素部３１ｂは、開口効率などの点である程度以下に受光光量が落ちる周辺部の比較的小さな領域としてある。

中心画素部３１ａ内の各画素は、画素の配置間隔が水平方向で一定の間隔であり、垂直方向でも一定の間隔である。そして、それぞれ画素が備える受光素子の受光領域の面積についても、中心画素部３１ａ内では等しい面積としてある。即ち、図６に示すように、中心画素部３１ａ内の各画素は、画素のサイズとして、垂直方向の幅ｖ１１及び水平方向の幅ｈ１１としてある。

図６では、その中心画素部３１ａ内の１つの画素を拡大して示してある。中心画素部３１ａ内の１つの画素の垂直方向の幅ｖ１１×水平方向の幅ｈ１１の内で、水平方向の幅ｖ０については、転送レジスタ３３の幅である。残りの水平方向の幅ｈ１１′と垂直方向の幅ｖ１１とで、各画素の受光領域３２ａの面積が決まる。中心画素部３１ａについては、画素配置間隔が一定であり、中心画素部３１ａ内の全ての画素の受光領域３２ａの面積は等しい。

周辺画素部３１ｂについては、中心画素部３１ａと接する位置から、画素配列部３１の縁部になるに従って、水平方向に徐々に１つの画素の面積を増やす構成としてある。具体的には、図１に示すように、中心画素部３１ａの左右の端部と接する画素については、水平方向の幅を、幅ｈ１１よりも広い幅ｈ１２としてあり、その画素位置から１画素ずつ進むに従って、水平方向の幅ｈ１３，ｈ１４となるようにしてある。ここで、ｈ１１＜ｈ１２＜ｈ１３＜ｈ１４である。
また、中心画素部３１ａと周辺画素部３１ｂの双方で、それぞれの画素の垂直方向の幅は、幅ｖ１１として等しくしてある。

図６では、周辺画素部３１ｂ内の１つの画素についても拡大して示してある。図６に示した拡大表示した周辺画素部３１ｂ内の１つの画素は、左側の端部の画素であり、垂直方向の幅ｖ１１×水平方向の幅ｈ１４の画素であり、水平方向の幅ｖ０については、転送レジスタ３３の幅である。残りの水平方向の幅ｈ１４′と垂直方向の幅ｖ１１とで、その画素の受光領域３２ｂの面積が決まる。
転送レジスタ３３の幅は、中心画素部３１ａ内の画素と、周辺画素部３１ｂ内の画素とで等しい。

この周辺画素部３１ｂ内の画素内の受光領域の面積を水平方向に徐々に増やす処理は、各画素位置の光量を、上述した（１）式の周辺光量から得て、その周辺光量の減少を補正するような面積とすればよい。従って、開口効率を考慮した上で補正が行われる。

この図６に示した画素配列の各画素の受光素子の受光領域に蓄積した信号電荷は、例えば図２に示した出力回路２１で撮像信号として読出される。ここで、中心画素部３１ａ内の各画素の撮像信号については、一定間隔で画素が配置された信号であるので、駆動回路２６からの一定周期のクロックに同期してそのまま出力させればよい。このため、図２の撮像装置の構成で示した切換スイッチ２４については、中心画素部３１ａ内の各画素の信号が出力される区間では、遅延回路２３の出力をそのまま撮像信号処理部２５に供給すればよい。

一方、周辺画素部３１ｂ内の各画素の撮像信号については、間隔が異なる画素配置で得た信号であるので、補間回路２２で隣接画素信号どうしを、そのときの画素位置に対応した比率で加算して、中心画素部３１ａと同じ画素間隔の撮像信号に変換する。隣接した画素の信号としては、例えば水平方向に隣接した画素の信号だけを使ってもよいが、垂直方向に隣接した画素の信号についても使用して、補間して得た信号の精度を向上させてもよい。そして、その補間回路２２で補間された撮像信号を切換スイッチ２４で選択させる。補間回路２２での補間処理のタイミング及び切換スイッチ２４での切換タイミングについては、例えば駆動回路２６内で周辺画素部１１ｂでの非等間隔の画素配列に対応した非等間隔の画素クロックを生成させて、その画素クロックに同期して行う。

このように構成した第２の実施の形態によると、上述した第１の実施の形態の撮像素子と同様に、周辺画素の光量低下を補正することが可能となる。図６に示した第２の実施の形態の場合には、左右の端部での光量低下だけが行われて、上下の端部では補正が行われないが、ビデオカメラ用などの撮像素子は、撮像面（画面）の縦横比が９：１６のように比較的横長であるため、良好な補正が可能である。即ち、レンズ系による周辺の光量低下は、中心位置から等距離の円を描いて発生するため、上下の端部ではそれほど光量低下が発生せず、左右の端部で比較的大きな光量低下が発生する可能性が高い。従って、図６に示した構成で補正することで、その比較的大きな光量低下が補正され、良好な撮像が可能となる。
そして、本実施の形態の場合には、水平方向に画素を配置する間隔だけを変化させてあるので、垂直方向の画素間隔は全ての画素で同じであり、それだけ撮像素子として構成が簡単であると共に、その撮像素子の出力撮像信号を処理する処理系も簡単になる。

［５．各実施の形態の変形例］
なお、上述した第１及び第２の実施の形態では、ＣＣＤイメージセンサに適用した例について説明したが、ＣＭＯＳ型イメージャなど他の構成の固体撮像素子に、本発明を適用してもよいことは勿論である。即ち、固体撮像素子に配置される各画素を構成する受光素子として、図１又は図６に示した原理で配置することが可能であれば、各種方式の撮像素子に適用可能である。

また、第２の実施の形態では、中心画素部の左右方向だけに周辺画素部を配置して、その周辺画素部で受光領域の面積を拡大するようにしたが、中心画素部の上下方向だけに周辺画素部を配置して、その周辺画素部で受光領域の面積を拡大するようにしてもよい。但し一般的な撮像素子は撮像領域が横長であるため、第２の実施の形態で説明した中心画素部の左右方向だけに周辺画素部を配置する構成の方が好ましい。

１…レンズ系、２…絞り、１０…ＣＣＤイメージセンサ、１１…画素配列部、１１ａ…中心画素部、１１ｂ…周辺画素部、１２ａ，１２ｂ…受光領域、１３…転送レジスタ部、２１…出力回路、２２…遅延回路、２３…補間回路、２４…切換スイッチ、２５…撮像信号処理部、２６…駆動回路、２７…記録系回路、２８…表示系回路、２９…出力端子部、３１…画素配列部、３１ａ…中心画素部、３１ｂ…周辺画素部、３２ａ，３２ｂ…受光領域、３３…転送レジスタ部

Claims (6)

1. 受光素子が水平方向に一定間隔で配置されると共に垂直方向にも一定間隔で配置され、ぞれぞれの受光素子の受光領域の面積が第１の面積で等しく、撮像素子を構成する基板のほぼ中央に配置された受光素子等間隔配置部と、
   前記受光素子等間隔配置部を中心として対称となる左右の周辺位置に配置され、前記受光素子等間隔配置部での前記水平方向の一定間隔よりも広い水平方向の間隔で配置されると共に前記受光素子等間隔配置部での前記垂直方向の一定間隔と等しい垂直方向の間隔で配置される受光素子の受光領域の面積を、前記受光素子等間隔配置部から水平方向に離れるに従って前記第１の面積よりも徐々に大きい面積とし、垂直方向に並んだ受光素子の間では受光領域の面積を等しくした受光素子拡大配置部と、
   前記受光素子等間隔配置部に配置された受光素子に蓄積した受光信号と、前記受光素子拡大配置部に配置された受光素子に蓄積した受光信号とを撮像信号として出力させる出力部とを備えた
   撮像素子。
2. 前記受光素子拡大配置部で受光素子の受光領域の面積を大きくするのは、
   受光素子に到達する光を透過させるレンズ系の開口効率と、前記レンズ系の中心光軸と周辺光とのなす角度をθとしたときのｃｏｓ^４θとを、中心光量に乗算して得られる光量低下を補正するに相当する面積拡大である
   請求項１記載の撮像素子。
3. 前記受光素子拡大配置部の受光素子の配置間隔の拡大に対応して、受光素子の受光領域だけを拡大し、受光素子に蓄積した受光信号を転送させるレジスタの幅は変化させない
   請求項１又は２記載の撮像素子。
4. 受光素子が水平方向に一定間隔で配置されると共に垂直方向にも一定間隔で配置され、ぞれぞれの受光素子の受光領域の面積が第１の面積で等しく、撮像素子を構成する基板のほぼ中央に配置された受光素子等間隔配置部と、
   前記受光素子等間隔配置部を中心として対称となる左右の周辺位置に配置され、前記受光素子等間隔配置部での前記水平方向の一定間隔よりも広い水平方向の間隔で配置されると共に前記受光素子等間隔配置部での前記垂直方向の一定間隔と等しい垂直方向の間隔で配置される受光素子の受光領域の面積を、前記受光素子等間隔配置部から水平方向に離れるに従って前記第１の面積よりも徐々に大きい面積とし、垂直方向に並んだ受光素子の間では受光領域の面積を等しくした受光素子拡大配置部と、
   前記受光素子等間隔配置部に配置された受光素子に蓄積した受光信号と、前記受光素子拡大配置部に配置された受光素子に蓄積した受光信号とを撮像信号として出力させる出力部とを有する撮像素子と、
   前記撮像素子の出力部から出力される撮像信号の内の、前記受光素子等間隔配置部内の受光素子から読み出した撮像信号と、前記受光素子拡大配置部から読み出した撮像信号とを、一定の画素間隔の撮像信号に変換する変換部と、
   前記変換部で変換された撮像信号を処理する撮像信号処理部とを備えた
   撮像装置。
5. 前記撮像素子の受光素子拡大配置部で受光素子の受光領域の面積を大きくするのは、
   受光素子に到達する光を透過させるレンズ系の開口効率と、前記レンズ系の中心光軸と周辺光とのなす角度をθとしたときのｃｏｓ^４θとを、中心光量に乗算して得られる光量低下を補正するに相当する面積拡大である
   請求項４記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子は、前記受光素子拡大配置部の受光素子の配置間隔の拡大に対応して、受光素子の受光領域だけを拡大し、受光素子に蓄積した受光信号を転送させるレジスタの幅は変化させない
   請求項４又は５記載の撮像装置。

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