JPH02252375A - 固体撮像カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばスチルビデオ、ＴＶカメラ等、光電変
換素子として固体撮像素子を用いた固体撮像カメラに関
するものである。

（従来の技術） 従来、この種の固体撮像カメラ製品においては、使用す
る撮像レンズの収差補正、特に幾何学的変形を生ずる収
差（すなわち、デイスト−ジョン）や信号色収差の補正
を厳しく行っていた。これは、撮像管を用いたカメラの
場合には、撮像管の電子ビームの偏向の軌跡を制御する
ことにより、撮像レンズで生ずる収差を電気的に補正す
ることが６エ能であるのに対して、固体撮像カメラにあ
っては、そのような補正手段が知られていないためであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来の固体撮像カメラではこの種の補正
が不可能のため、撮像レンズは、それ自体で補正を必要
としないようにするために、大形化、レンズ枚数の増加
１重量の増大、特殊なガラスの使用等によるコスト高等
の問題が伴っていた。

本発明は、以上のような従来例の問題点にかんがみてな
されたもので、画質が良好で、かつコストの安いこの種
の固体撮像カメラの提供を目的としている。

（課題を解決するための手段〕 このため、本発明においては、撮像レンズで生じた幾何
学的歪みをその幾何学的変形に沿って固体撮像素子の画
素信号を読取り、補間することによって収差を補正する
よう構成することにより、前記目的を達成しようとする
ものである。

〔作用〕

以上のような構成により、また、特に複数行の画素デー
タを用いて幾何学的変形を持つ走査線の画素の信号を一
本ずつ算出し収差を補正するよう構成することにより、
撮像レンズによって生じた収差は良好に補正されるため
、比較的安価なレンズを用いても優れた画質を得ること
ができる。

〔実施例〕

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。

（構成） 第１図に、本発明の第１実施例を示す概略構成ブロック
図を示す。

１は固体撮像素子（イメージセンサ）ＣＣＤの光電変換
部、２は像パターンの一例であり、光電変換部１上に形
成される。３はＣＣＤ　１の蓄積部、４は電荷パターン
である。５はシフトレジスタであり、光電変換部１．蓄
積部３．シフトレジスタ５によりＣＣＤイメージセンサ
が形成されている。

６はアンプ、７はサンプル（アンド）ホールド回路、８
はアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器である。９は
ラインメモリであり、ＣＣＤイメージセンサからの出力
を数行分記憶する容量をイｆする。１０はレンズ状態信
号である。レンズ状態信号１０は撮像レンズの現在の状
態を示すもので、ズームの状態、フォーカスの状態等に
関する情報が含まれている。１１はアドレス発生回路で
あり、ラインメモリ９からの読出しのためのアドレスを
発生させる。１２は補間回路である。

１３はビデオ信号処理回路であり、１４は同期信号付加
回路、１５は出力ビデオ信号である。

また、以上の素ｒ回路の動作はタイミング制御回路によ
って制御されているが、制御回路。

制御信号などは簡略化のため図示を省略しである。

（Ｊｌ像素子） 第２図は撮像光学系を示す概略模式図である。

２１は物体面であり、２２は物体例である。

２３は固体撮像カメラの撮像レンズである。２４は像面
であり、２５は像である。物体面２１の物体２２は、撮
像レンズ２３によって像面２４上に結像され、像２５と
なる。ＣＯＤ等の固体撮像素子１は像２５を光電変換す
るために像面２４上に置かれる。撮像レンズ２３は、デ
イスト−ジョンが通常の許容値よりも大きく設定されて
おり、このため像２５は物体２２に比べて歪んだものに
なっている。

しかしながら、レンズ設計においては、周知のように、
ある収差量をより大きく許容すれば、他の収差の補正は
容易となり、撮像レンズ２３は小型化、レンズ枚数の低
減、安価なガラス材料の使用等を図ることができる。

第１図において、ＣＣＤの光電変換部１上には撮像光学
系によって形成された像パターン２が生じている。本実
施例に示したＣＣＤイメージセンサはフレーム転送形で
ある。すなわち、光電変換部１で光電変換された像パタ
ーン２は、８積部３へ電荷パターン４として転送される
。電荷パターン４は、シフトレジスタ５を用いて１行ず
つ読出される。

（像とＣＣＤ画素の関係） 第３図は像とＣＣＤの画素の関係を示す概略模式図であ
る。

３！はＣＯＤの画素、３２．．３２□、３２３はそれぞ
れ第１．第２．第３の走査線である。

第１〜第３の走査線３２１〜３２３は最初の３木の走査
線を示しており、本来直線であるべきものであるがデイ
スト−ジョンのために曲線になっている。すなわち、こ
れらの曲線の形状は撮像レンズ２３の物体面２１におい
た水平線が像面２４に結像したときのデイスト−ジョン
によって生じる弯曲した形状そのものである。

電荷パターンの読出しは１行ずつ、また１行の中では１
画素ずつ順次行われる。画素３１の中では、右下の画素
が最初に読出され、次に左隣の画素が読出され、順次１
行分がまず読まれる、続いて１つ上の行の画素信号が最
も右の画素から読出されて行く。３行目以降も同様であ
る。

第１図において、シフトレジスタ５から読出されたＣＣ
Ｄの画素の信号は、アンプ６で増幅されてからサンプル
アンドホールド回路７に送られホールドされる。さらに
、サンプルアンドホールド回路７の出力信号は、Ａ／Ｄ
変換器８でディジタル化され、ライシンそり９に送られ
、ここで記憶される。ラインメモリ９には、読出しを開
始する前にＣＣＤイメージセンサの数行分の信号が蓄え
られる。これは、弯曲した走査線に従って画素信号を読
出すためで、この走査線は画素数性分に跨がっているか
らである。レンズ状態信号ｌＯがアドレス発生回路１１
に入力されアドレス発生回路１１は現在のレンズ状態を
知ることができる。

アドレス発生回路１１内にはＲＯＭ　（読出専用メモリ
）が内蔵されており、レンズ状態に対応した走査線の形
状データが記憶されている。走査線の形状データは走査
線を直接サンプリングした形で心良いし、また適当な関
数近似を行い、その係数という形でも良い。これらのレ
ンズ状態に対応する走査線の形状データは、撮像レンズ
の設計時あるいは試作後の光学測定時に得られる。

アドレス発生回路！ｌは、前記ＲＯＭ内のデータとレン
ズ状態に応じて読出し、これよりラインメモリ９内の画
素信号を読出すためのアドレスを生成する。、ＣＣＤイ
メージセンサで得られる画素の位置は一般には一致しな
いために、弯曲した走査線上の画素の位置は補間処理が
必要となる。

従って、ラインメモリ９からは数画素分のデータが読出
され補間回路１２に送られ、ここで走査線上の一つの画
素の値が算出される。

（ラインメモリの容量決定） ラインメモリ９の容量は次のようにして決定する。

第４図に、ラインメモリ９の画素と走査線の関係図を示
す。４１は、ラインメモリ９の画素であり、ＣＣＤの画
素３１と１対１に対応している。

４２は最も弯曲した走査線である。すなわち、走査線の
中で最も多くのラインメモリ９の画素の行に跨がるもの
である。４３は、最も弯曲した走査線４２の次の走査線
である。４４．４５はそれぞれ最も弯曲した走査線４２
及び次の走査線４３の画素である。黒丸で表わした最も
弯曲した走査線４２の画素４４及び次の走査線４３の画
素１４５の位置で画素データの値を算出する必要がある
。

４６はラインメモリ９のサイズを示す。ラインメモリ９
のサイズ４６は最も弯曲した走査線４２の画素４４の値
が全て算出できるようなＣＣＤの画素３１のデータを記
憶できる容量である。すなわち、最も弯曲した走査線４
２が跨がるＣＯＤの画素３１の行数に必要であれば補間
処理で必要となる周辺の行を加えた行数がラインメモリ
９のサイズ４６となる。もちろんこれ以上であったも良
い。

最も弯曲した走査線４２上の画素４４の値の算出は、ラ
インメモリ９がラインメモリ９のサイズ４６だけの容量
があれば、ラインメモリ９の画素４１より完全に算出で
きる。次に、次の走査線４３上の画素４５の値を算出す
るときは、ラインメモリ９内より最下行の画素データを
棄て、ラインメモリ９には未だ記憶されていない次の行
、例えば、第４図では一番上の行の画素データを読込む
。ラインメモリ９のサイズ４６は、どの走査線に対して
も走査線上の全ての画素の値を算出するのに十分なライ
ンメモリ９の画素データ４１を記憶できることが保証さ
れているから、次の走査線４３上の画素４５についても
全ての値が算出される。他の走査線に対しても仝〈同様
に画素の値を算出していく。

走査線の形状によっては画素の値の計算に際して新たな
画素データを読込む必要がない場合もあれば、２行以上
の画素データを読込まねばならない場合もある。これら
はアドレス発生回路１１よりの１８号を受けてタイミン
グ制御回路が調整する。固体撮像カメラの最終出力信号
がビデオ信号の場合には、−・定の時間毎に一行ずつの
画素データを出力しなければならないから、場合によっ
てはタイミング調整用にラインメモリ９にさらにバッフ
ァメモリを持たせることがあり得る。

（補間処理） 補間回路１２では次のような処理が行われる。

第５図に、補間処理の説明図を示す。５１は走査線、５
２．．５２２はそれぞれ走査線の画素である。また、５
３１．５３２　、・−−−−−，５３６はライシンそす
９の画素である。走査線５１に対して画素の値を算出す
る場合、走査線の画素５２１゜５２２の位置はラインメ
モリ９の画素５３１〜５３６の位置と異なるので、補間
値として値を計算する必要がある。最も簡単にはライン
メモリ９の画素５３．〜５３６の中から最近傍画素の値
を走査線の画素５２１．５２□の値として与える。

すなわち、走査線の画素５２．．５２□の値はそれぞれ
ラインメモリ９の画素５３４．５３２の値とする。この
処理の場合には、アドレス発生回路１１で適当にアドレ
スを決めてやれば、ラインメモリ９からの読出しの際に
補間処理が行われ、特別な補間回路１２は不要とするこ
とができる。

他の近似の方法は、隣接するラインメモリ９の４画素か
ら線形近似で補間値を算出する方法である。すなわち、
走査線の画素５２　ｌ、　５２２の値の計算は、それぞ
れラインメモリ９の画素５３＋　、５３２．５３４．５
３ａ及び５３２゜５３３．５３ｓ　、５３ｅの４画素ず
つを補間回路１２に送って、それらより線形近似を用い
て行う。

あるいは、他の近似の方法として“キュービックコンポ
ルージョン法”がある。これは近傍画素の値よりキュー
ビックスプライン曲線を用いて補間するもので、この場
合には、一画素のＭ算について近傍１６６画素値が必要
となる。

第１図において、補間回路１２の出力はビデオ信号処理
回路に送られ、ＮＴＳＣ信号、ハイビジョン信号の定め
られたフォーマットの信号に変換される。同期信号付加
回路１４から同期信号がビデオ信号処理回路１３に供給
され、最終的なビデオ信号が形成される。ビデオ信号処
理回路１３よりの出力ビデオ信号１５は、全体のシステ
ムの構成に応じてモニタに表示され、次段の処理回路に
送られる、などが行われる。

（デイスト−ジョン補正処理） 第６図は、デイスト−ジョン補正処理を示す説明図であ
る。

６１は物体例である。６２はその像であり、撮像レンズ
によって得られたものである。ＣＣＤ上の電荷パターン
もこれと同じ形状をしている。

６３は、出力ビデオ信号による像である。第６図におい
て３つの図形の相互の縮尺の関係は実際とは異なるよう
誇張して描いである。

物体６１に対して、像６２は撮像レンズのデイスト−ジ
ョンのために歪む。しかし、既述のように収差補正を電
気的に行うので、出力ビデオ信号による像６３の元の物
体６１と相似な画像が得られることを示している。

（他の実施例〕 第７図に、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を
示す。

（構成） この第２実施例は３板式の固体撮像カメラである。７１
は撮像レンズ、７２は３色分解プリズムである。７３＋
　、７３２．７３３は、各ＣＣＤイメージセンサ、７’
ｌ＋　、？４２．７４：＋は各スペーサであり、各ＣＣ
Ｄイメージセンサ７３．〜７３３は、各スペーサ７４．
〜７４３を介して３色分解プリズムに接着されている。

７５＋　、７５２．７５３は各アンプ、７６１゜７６２
．７６３は各サンプルアンドホールド回路、７７、．７
７□、７７３は各ＡＤ変換器、７８、．７８□、７８３
は各ラインメモリであり、それぞれ第１図第１実施例に
おいて説明したものと同様のものである。７９はレンズ
状態信号であり、撮像レンズ７１のズーム状態、フォー
カス状態などを信号として含むものである。８０はアド
レス発生回路であり、３つずつのアドレスを発生する。

８１＋　、８１２．８１３は補間回路、８２はビデオ信
号処理回路、８３は同期信号付加回路である。

この第２実施例においてはデイスト−ジョン及び倍率の
色収差を補正するようにしている。

また、必要な場合には同じ処理部を用いてカラーレジス
トレーションの調整を行うこともできる。

（収差補正処理） 第８図はこの第２実施例の収差補正処理を示す説明図で
ある。

９１は物体例、９２＋　、９２２．９３３はそれぞれＲ
（赤）、Ｇ（縁）、Ｂ（青）の各機である。９３は出力
ビデオ信号による像である。

撮像レンズ７１と３色分解プリズム７２によって物体９
１のＲの像９２１．Ｇの像９２２．Ｂの像９２．が生ず
る。実際は３つの像は異なる場所に生ずるわけであるが
、比較のためにここでは重ねて描いである。Ｒ，Ｇ、Ｂ
の各機９２１〜９２、は、それぞれ撮像光学系が色ごと
に異なる結像特性を持つ、すなわち、倍率色収差があり
、色ごとにディストーシジンが異なるために互いに一致
しない。

第８図においては、Ｒ，Ｇ、Ｈの像９２１〜９２３は中
心は一致しているとして描いであるが、それぞれの色の
ためのＣＣＤイメージセンサにカラーレジストレーショ
ンずれがあるとすると中心がずれる。第２実施例の電気
的な収差補正が行われると、出力ビデオ信号による像９
３が得られ元の物体９１を再現した画像が得られる。

第７図において、撮像レンズ７１を透過した結像光束は
３色分解プリズム７２に入射する。３色分解プリズム７
２は、結像光束を３色に分解しＲの像、Ｇの像、Ｂの像
をそれぞれ各ＣＣＤイメージセンサ７３＋　、７３２．
７３３上に生じさせる。これ以後、Ｒ，Ｇ、Ｂそれぞれ
の信号毎に電気的な処理が行われる。

第７図において、記号の添字の１．２．３はそれぞれＲ
，Ｇ、Ｈの像の処理のための素子。

回路等であることを表わす。ＣＯＤイメージセンサ７３
．からはＲの像の画素信号が得られ、アンプ７５．に送
られ増幅される。アンプ７５．の出力はサンプルアンド
ホールド回路７６、でホールドされＡ／Ｄ変換器７７、
でＡ／Ｄ変換される。

Ａ／Ｄ変換器７７、かうの出力はラインメモリ７８１に
記憶される。レンズ状態信号７９に基づきアドレス発生
回路８０はラインメモリ７８．にＲの像に対応した走査
線の画素の位置に関するアドレスを発生し、ラインメモ
リ７８．に記憶された画素データを読出す。ラインメモ
リ７８１から読出された画素データを用いて補間回路８
１．は走査線の画素の値を補間処理して算出する。この
Ｒの像に対するー・連の処理は第１実施例で述べた処理
と全く同様である。

Ｇの像に対する処理、Ｂの像に対する処理も同様である
ので詳細な重複説明は省略する。Ｇの像の画像信号はＣ
ＣＤイメージセンサ７３２より得られ、補間回路８１２
からＧの像に関する収差補正された画素の値が得られる
。Ｂの像の画像信号はＣＣＤイメージセンサ７３２より
出力され、補間回路８１２からＢの像に関する収差補正
された画素の値が得られる。アドレス発生回路８０はＲ
，Ｇ、Ｂそれぞれの像に対応した走査線の画素の位置を
示す各アドレスを発生し、各ラインメモリ７８１〜７８
３に送る。カラーレジストレーション補正の必要がある
ときは、補正量に応じて各ラインメモリ７８１〜７８３
の読出しのためのアドレスにオフセットを加えれば良い
。

ビデオ信号処理回路８２には各補間回路８１、〜８１３
より収差補正された画像データが人力され、これらは互
いに形状の一致したものであるから良好なビデオ信号が
作られる。ビデオ信号処理回路８２には同期信号付加回
路８３から同期信号が送られ、出力ビデオ信号８４が形
成される。

なお、以上の実施例の説明においては、固体撮像素子と
してＣＣＤイメージセンサを考えたがＭＯＳ形のイメー
ジセンサであっても良い。

また、不揮発性の読出しが可能なタイプのイメージセン
サ（例えばキャノン株式会社製ＢＡＳ　Ｉ　Ｓなど）の
場合には同じ画素の信号を何度も読出ｂ補間処理に用い
ることができるのでラインメモリを不用にする構成をと
ることも可能である。

また、これまでインタレースについては触れなかったが
、各実施例の説明における各画素は同フィールド内の画
素と考えれば良い。また、複写体がゆっくりした動きし
かしない場合、あるいは静止画の場合には、ｌフレーム
分の画像を使っても良い。このときには、画素データは
一行毎に異なるフィールド、偶または奇フィールドに属
していることになり、２つのフィールド間には時間差が
あるが、時間変化の小さな画像の場合には問題なく、解
像度が上がるため良質の画像が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、撮像レンズで
発生した収差によって生じた幾何学的変形を、その幾何
学的変形に沿フて画素信号を読み、補間することによっ
て収差が補正できるように構成したため、撮像レンズが
レンズ枚数が少なく、コンパクト、軽量であり、また、
安価な固体撮像カメラが得られる。

また、撮像レンズは原形のままであるとすれば、収差が
良好に補正され画質の優れた固体撮像カメラが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す概略構成ブロック
図、第２図は、撮像光学系の概略模式図、第３図は、像
とＣＣＤの画素の関係図、第４図は、ラインメモリ内の
画素と走査線の関係図、第５図は、補間処理説明図、第
６図は、デイスト−ジョン補正処理図、第７図は、本発
明の第２実施例の概略構成ブロック図、第８図は、第２
実施例の収差補正処理図である。 １・・・・・・ＣＣＤの光電変換部 ９．７８．〜７８３−−−−−ラインメモリ１２．８１
．〜８１３・−・・・補間回路２３．７１撮像レンズ ３１・・・−ＣＯＤの画素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像レンズと固体撮像素子とを備え、該撮像レンズによ
   って生じた像の幾何学的歪みを、前記固体撮像素子の画
   素データを前記像の幾何学的変形に基づき読出すことに
   より補正するよう構成したことを特徴とする固体撮像カ
   メラ。