JPH11249004A

JPH11249004A - イメージセンサ

Info

Publication number: JPH11249004A
Application number: JP10049571A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takahara; 宏明高原; Takayuki Haruyama; 隆行春山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、イメージセンサに関し、特にイメ
ージセンサに装着する光学系の異物の有無を確実に判定
することができるイメージセンサを提供することを目的
とする。【解決手段】受光素子を複数有するイメージセンサ１
において、受光素子毎における受光感度のばらつきに関
するデータを記憶する補正データ記憶手段５を備えて構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イメージセンサに
関し、特に、イメージセンサの受光感度のばらつきを補
正することができるイメージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラの自動焦点検出における焦点検出
方式の１つとして、被写体からの光束を左右に分割し、
２つのイメージセンサ各々に結像させ、この２つの像の
相対位置に基づいて焦点を検出する位相差検出方式が知
られている。この方式を図８、図９を用いて説明する。

【０００３】図８は、カメラに搭載されるＡＦモジュー
ルの構成図である。ＡＦモジュールは、光学系ユニット
とイメージセンサとが接着固定されて構成される。光学
系ユニットは、バンドパスフィルタ５３、視野マスク５
４、フィールドレンズ５５、絞りマスク５６および再結
像レンズ５７ａ、５７ｂから構成され、イメージセンサ
は、イメージセンサアレイ５８ａ、５８ｂから構成され
る。

【０００４】このような構成において、対物レンズ５１
の領域５１ａを通過した光束は、フィルム等価面５２上
で焦点を結んだ後、バンドパスフィルタ５３、視野マス
ク５４、フィールドレンズ５５、絞りマスク５６の開口
部５６ａおよび再結像レンズ５７ａを介してイメージセ
ンサアレイ５８ａ上に結像する。同様に、対物レンズ５
１の領域５１ｂを通過した光束は、フィルム等価面５２
上で焦点を結んだ後、バンドパスフィルタ５３、視野マ
スク５４、フィールドレンズ５５、絞りマスク５６の開
口部５６ｂおよび再結像レンズ５７ｂを介してイメージ
センサアレイ５８ｂ上に結像する。

【０００５】イメージセンサアレイ５８ａ、５８ｂ上に
結像した一対の被写体像は、対物レンズ５１が予定焦点
面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶ、いわゆる前ピン状
態では互いに近づき、逆に予定焦点面よりも後ろに被写
体の鮮鋭像を結ぶ、いわゆる後ピン状態では互いに遠ざ
かる。そして、予定焦点面に被写体の鮮鋭像を結ぶ合焦
時には、イメージセンサアレイ５８ａ、５８ｂ上の被写
体像は相対的に一致する。したがって、この一対の被写
体像をイメージセンサアレイ５８ａ、５８ｂで光電変換
し、これら信号を相関演算処理して一対の被写体像の相
対位置を求めることにより対物レンズ５１の焦点状態、
ここでは合焦状態からのずれ量とその方向（以下、「デ
フォーカス量」という）が検出できる。

【０００６】次に、デフォーカス量算出の相関演算処理
について説明する。イメージセンサアレイ５８ａ、５８
ｂはそれぞれ複数の受光素子から構成されており、図９
（１）、（２）に示すように画素出力ａ1,・・・,ａn、
ｂ1,・・・,ｂnを出力する。これらのデータ列ａ1,・・
・,ａnとｂ1,・・・,ｂnとを相対的に所定量Ｌずつシフ
トさせながら相関演算を行う。具体的には、以下の
（１）式により相関量Ｃ(L)を算出する。

【数１】但し、ｊ−ｉ＝Ｌ、Ｌ＝−lmax,・・・,−２,−１,０,
１,２,・・・,lmaxである。Ｌはデータ列のシフト量に
当たる整数であり、初項ｋと最終項ｒはシフト量Ｌに依
存して変化させてもよい。

【０００７】このようにして得られた相関量Ｃ(L)の中
で、極小値となる相関量を与えるシフト量を求め、光学
系ユニットおよびイメージセンサアレイ５８ａ、５８ｂ
の受光素子のピッチ幅によって決まる定数を掛けたもの
がデフォーカス量となる。なお、このときの相関量Ｃ
(L)は、図９（３）に示すように離散的な値であり、検
出可能なデフォーカス量の最小単位はイメージセンサア
レイ５８ａ、５８ｂの受光素子のピッチ幅によって制限
されてしまう。そこで、離散的な相関量Ｃ(L)に対し補
間演算を行うことによって、より正確な極小値を算出
し、より綿密な焦点検出を行う方法も提案されている
（特開昭６０−３７５１３号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光学系ユニ
ットには異物が付着することがあり、この異物によって
イメージセンサの出力信号に部分的な信号レベルの低下
が起こった。例えば、イメージセンサに到達するまでの
光路上、特に光学系ユニット内のバンドパスフィルタ５
３付近には、ゴミ、指紋、溶剤等の本来不要となる異物
が付着することが多々あり、この異物によりイメージセ
ンサアレイ５８ａ、５８ｂに入射する光が部分的に遮光
され、画素出力が低下した。

【０００９】図１０（１）に、このときのイメージセン
サアレイ５８ａの出力を示す。異物によって画素出力
（ここでは、画素ａ10）に部分的な信号レベルの低下が
起こり、偽コントラストが発生している。なお、両端の
画素出力が低下して全体が山形のグラフになっているの
はレンズの周辺光量の低下に起因するものである。前述
したように焦点検出は、（１）式の相関演算によって行
われるが、このとき偽コントラスト部分で焦点検出の判
定が行われてしまうため、偽合焦を引き起こす要因とな
っていた。

【００１０】このためＡＦモジュールの製造工程におい
ては、信号の部分的なレベル低下の有無によって光学系
ユニットに異物が付着しているか否かを判断し、異物が
付着していた場合にはその異物を除去する、または光学
系ユニット自体を交換する作業を行っていた。

【００１１】ところが、イメージセンサには、センサを
構成する受光素子（画素）毎に受光感度にばらつきが存
在した。以下、これを受光素子の感度不均一性という。
この感度不均一性により、イメージセンサの出力は画素
毎にばらつき、それが固定パターンノイズとなって現れ
た。これを図１０（２）に示す。図中の小さな凹凸が感
度不均一性に起因する固定パターンノイズである。

【００１２】ＡＦモジュールの出力信号は、光学系ユニ
ットに異物があった場合には、部分的な信号レベルの低
下を有する信号に、感度不均一性の固定パターンノイズ
が積算された信号（図１０(３)）になる。このような信
号では、異物による信号レベルの低下と固定パターンノ
イズとが判別できないため、光学系ユニットに異物が付
着しているどうかを正確に判断することができず、異物
の検出精度の低下を招くという問題点があった。

【００１３】そこで本発明は、光学系ユニットに付着す
る異物を確実に検出することができるイメージセンサを
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、受光素子を複数有するイメージセンサにおいて、受
光素子毎における受光感度のばらつきに関するデータを
記憶する補正データ記憶手段を備えて構成する。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のイメージセンサにおいて、補正データ記憶手段に記憶
されたデータに基づいて、受光素子各々の画素出力の信
号レベルを調節し、受光感度のばらつきを補正する補正
手段を備えて構成する。このような構成では、イメージ
センサから出力される信号には、受光素子の感度不均一
性のノイズが除去されており、異物による出力信号のレ
ベル低下を確実に検出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。図１は、第１の実施形態であるイメー
ジセンサの構成ブロック図である。なお、本実施形態
は、請求項１、２に記載の発明に対応する。図１におい
て、イメージセンサ１内部には、ＣＣＤ撮像素子である
光電変換部２が配置される。光電変換部２は、データバ
ス３を介して感度補正部４および感度補正データ記憶回
路５と接続され、感度補正データ記憶回路５は、データ
バス６を介して感度補正部４と接続される。

【００１７】イメージセンサ１内部に配置される制御回
路７は、制御バス８を介して光電変換部２と接続され、
制御バス９を介して感度補正データ記憶回路５と接続さ
れる。なお、感度補正データ記憶回路５は、Ａ／Ｄ変換
や補正係数を算出する演算部と補正係数を記憶するメモ
リ部（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）とから構成される。感度
補正部４はデータバス１０を介してイメージセンサ１外
部の異物検出部１１と接続される。

【００１８】なお、本発明の補正データ記憶手段は感度
補正データ記憶回路５に対応し、補正手段は感度補正部
４に対応する。以下、第１の実施形態の動作を図１〜図
５を用いて説明する。（補正係数記憶動作）まず光学系ユニットを取り付けて
いない状態で、イメージセンサ１内部の光電変換部２に
均一な光で一様照明する。光電変換部２のＣＣＤ撮像素
子を構成する画素ａ1〜ａnは、照明光を受光すると光電
信号を生成し蓄積する（ステップＳ１）。このとき感度
不均一性より画素出力は、図４（１）に示すように出力
信号レベルにばらつきが生じる。

【００１９】制御回路７は、制御バス８を介してＣＣＤ
撮像素子の走査部に転送パルスを送出し、走査部は転送
パルスに同期して、蓄積される信号電荷を順次読み出
す。信号電荷は、データバス３を介して感度補正データ
記憶回路５に転送され、感度補正データ記憶回路５にお
いてＡ／Ｄ変換され、メモリ部にデジタル信号として記
憶される（ステップＳ２）。

【００２０】感度補正データ記憶回路５は、ｉ番目の画
素の補正係数Ｈiを、以下の（２）式により求める。Ｈi＝max（ａ1,・・・,ａn）／ａi （２）なお、ｉは１,・・・,ｎであり、max（ａ1,・・・,ａ
n）はａ1からａnまでの出力中の最大値である。

【００２１】感度補正データ記憶回路５は、記憶された
ａ1〜ａnの画素出力から最大値を選出する。そして、
（２）式から、感度不均一性を補正するための補正係数
Ｈiを算出し、補正係数Ｈiをメモリ部に記憶する（ステ
ップＳ３）。（感度不均一性補正動作）次に、光学系ユニットをイメ
ージセンサ１に取り付け、光学系ユニットを介して光電
変換部２を一様照明する。ＣＣＤ撮像素子の画素ａ1〜
ａnは、均一な照明光を受光すると光電信号を生成し蓄
積する（ステップＳ１０）。このとき光学系ユニットに
異物が付着しているとする。図４（２）に示すように、
この異物により画素出力（ここでは、画素ａ10）に部分
的な信号レベルの低下が起こる。なお、両端の画素出力
が低下しているのはレンズの周辺光量の低下に起因する
ものである。

【００２２】制御回路７は、制御バス８を介してＣＣＤ
撮像素子の走査部に転送パルスを送出し、走査部は転送
パルスに同期して、蓄積される信号電荷を順次読み出
す。信号電荷は、データバス３を介して感度補正部４に
転送される（ステップＳ１１）。このとき感度補正デー
タ記憶回路５は、制御回路７からの制御信号に同期し
て、感度補正部４に転送される画素ａiに対応する補正
係数ＨiをＤ／Ａ変換し、データバス６を介して感度補
正部４に伝達する（ステップＳ１２）。

【００２３】感度補正部４はアナログ演算回路であり、
光電変換部２から順次送られてくる画素出力ａiに、そ
の画素出力ａiに対応する補正係数Ｈiを乗算して感度不
均一性を補正する（ステップＳ１３）。その出力を図４
（３）に示す。異物検出部１１は、感度補正部４からの
出力信号をＡ／Ｄ変換する。そして、隣接する画素出力
同士の差をとり、その総和を求める（積分する）。異物
検出部１１は、総和が所定のしきい値を超えると、「異
物が付着している」と判断する（ステップＳ１４）。

【００２４】一方、光学系ユニットに異物が付着してい
ないときには、光電変換部２の出力は、図５（１）に示
すように、異物による部分的な信号レベルの低下は発生
しない。したがって、感度補正部４において感度不均一
性の補正を行うと、図５（２）に示す出力になる。異物
検出部１１は、この出力信号をＡ／Ｄ変換し、隣接する
画素出力同士の差をとり、その総和を求める。このと
き、総和は所定のしきい値を超えないため、「異物が付
着していない」と判断される。

【００２５】「異物が付着していない」と判断された光
学系ユニットとイメージセンサとが接着固定され、ＡＦ
モジュールが製作される。このように第１の実施形態の
イメージセンサでは、感度補正部４において、光電変換
部２の感度不均一性に起因する固定パターンノイズを除
去することができる。したがって、光学系ユニットに異
物が付着していた場合には、異物による信号レベルの低
下を確実に検出することができ、異物の付着を正確に検
出することができる。

【００２６】さらに、第１の実施形態のイメージセンサ
では、センサ内部において感度不均一性の補正を実行し
ているが、このとき、光電変換部２、感度補正部４およ
び感度補正データ記憶回路５が近接しているため、デー
タ転送にかかる時間を短縮化することができ、感度不均
一性の補正動作を高速化することができる。また、デー
タ転送時に外部から受けるノイズも最小限に抑えること
ができる。

【００２７】（第２の実施形態）第２の実施形態では別
の構成例を示す。なお、第２の実施形態は、請求項１、
２に記載の発明に対応する。図６に示すように、イメー
ジセンサ１内部に配置される光電変換部２は、データバ
ス１２を介してＡ／Ｄ変換回路１３と接続され、Ａ／Ｄ
変換回路１３は、データバス１４を介して感度補正デー
タ記憶回路１５と接続される。感度補正データ記憶回路
１５は、補正係数の算出や感度不均一性の補正を行う演
算部と補正係数を記憶するメモリ部とから構成される。

【００２８】感度補正データ記憶回路１５は、データバ
ス１６を介してイメージセンサ１外部の異物検出部１７
と接続される。一方、イメージセンサ１内部に配置され
る制御回路７は、制御バス８を介して光電変換部２と接
続される。なお、本発明の補正データ記憶手段および補
正手段は、感度補正データ記憶回路１５に対応する。

【００２９】（補正係数記憶動作）まず光学系ユニット
を取り付けていない状態で、イメージセンサ１内部の光
電変換部２に均一な光で一様照明する。光電変換部２の
画素ａ1〜ａnは、照明光を受光すると光電信号を生成し
蓄積する。制御回路７は、制御バス８を介してＣＣＤ撮
像素子の走査部に転送パルスを送出し、走査部は転送パ
ルスに同期して、信号電荷を順次読み出す。

【００３０】信号電荷は、データバス１２を介してＡ／
Ｄ変換回路１３に転送され、デジタル信号に変換され
る。デジタル信号は、データバス１４を介して感度補正
データ記憶回路１５に転送され、メモリ部に記憶され
る。感度補正データ記憶回路１５は、記憶されたａ1〜
ａnの画素出力から最大値を選出する。そして、前述し
た（２）式から、感度不均一性を補正するための補正係
数Ｈiを算出し、この補正係数Ｈiをメモリ部に記憶す
る。

【００３１】（感度不均一性補正動作）次に、光学系ユ
ニットをイメージセンサ１に取り付け、光学系ユニット
を介して光電変換部２を一様照明する。光電変換部２の
画素ａ1〜ａnは、均一な照明光を受光すると光電信号を
生成し蓄積する。制御回路７は、ＣＣＤ撮像素子の走査
部に転送パルスを送出し、走査部は転送パルスに同期し
て、蓄積される信号電荷を順次読み出す。信号電荷は、
データバス１２を介してＡ／Ｄ変換回路１３に転送さ
れ、デジタル信号に変換される。デジタル信号は、デー
タバス１４を介して感度補正データ記憶回路１５に転送
される。感度補正データ記憶回路１５は、順次転送され
る画素出力ａiに、その画素出力ａiに対応する補正係数
Ｈiをメモリ部から読み出し、乗算して感度不均一性を
補正する。

【００３２】異物検出部１７は、感度補正データ記憶回
路１５からの出力信号に対し、隣接する画素出力同士の
差をとり、総和を求める。その総和が所定のしきい値を
超えると「異物が付着している」と判断し、超えない場
合には「異物が付着していない」と判断する。なお、第
２の実施形態の効果は、第１の実施形態と同様の効果を
有するが、第２の実施形態では、イメージセンサ１から
出力される信号がデジタル信号であるため、異物検出部
１７に転送する際に受けるノイズの影響を低減すること
ができる。

【００３３】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
を図７を参照して説明する。なお、第３の実施形態は、
請求項１に記載の発明に対応する。第３の実施形態は、
第１の実施形態においてイメージセンサ１内部に配置さ
れた感度補正部４をイメージセンサ１外部に配置した構
成例を示したものである。

【００３４】イメージセンサ１から出力される信号は、
アナログ信号でもデジタル信号でも構わない。なお、第
３の実施形態の動作については、第１の実施形態と同一
であるため、ここでの説明は省略する。また、第３の実
施形態の効果としては、イメージセンサ１の内部構成回
路を簡略化することができる。

【００３５】なお、第１〜第３の実施形態では、感度補
正データ記憶回路５に感度不均一性を補正するためのデ
ータを記憶させたが、それのみならず、周辺光量の減光
による信号レベルの低下を補正するためのデータを記憶
させてもよい。また、第２の実施形態では、感度不均一
性を補正するためのデータを、各画素出力と最大値との
差に基づいて算出したが、それに限定されず、補正デー
タとしては最大値そのものであってもよい。この場合、
感度補正データ記憶回路１５は、各画素出力を最大値に
置き換えることで感度不均一性の補正を行う。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
イメージセンサでは、受光素子の感度不均一性を補正す
るためのデータが、イメージセンサ内部に記憶されてい
る。したがって、このデータを取り出して外部の補正回
路により補正を行えば、感度不均一性による固定パター
ンノイズを除去した信号を得ることができる。

【００３７】また、イメージセンサに光学系を取り付け
た際には、イメージセンサの固定パターンノイズが除去
されているため、光学系に異物が付着していた場合に
は、その異物による信号レベルの低下を確実に検出する
ことができ、異物の検出精度を向上させることができ
る。請求項２に記載のイメージセンサでは、受光感度の
ばらつきを補正する補正手段を備えているため、イメー
ジセンサの出力から感度不均一性の固定パターンノイズ
を確実に除去することができる。したがって、イメージ
センサに光学系を取り付けた際に、異物による信号レベ
ルの低下を確実に検出することができる。

【００３８】このように本発明を適用したイメージセン
サでは、イメージセンサに取り付けられる光学系の異物
を確実に検出することができ、ＡＦモジュールの歩留ま
りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のイメージセンサの構成ブロッ
ク図である。

【図２】補正データ記憶動作のフローチャートである。

【図３】感度不均一性の補正動作のフローチャートであ
る。

【図４】感度不均一性の補正動作を説明する図（１）で
ある。

【図５】感度不均一性の補正動作を説明する図（２）で
ある。

【図６】第２の実施形態の構成ブロック図である。

【図７】第３の実施形態の構成ブロック図である。

【図８】ＡＦモジュールの構成図である。

【図９】相関演算処理を説明する図である。

【図１０】解決する課題を説明する図である。

【符号の説明】

１イメージセンサ２光電変換部３データバス４感度補正部５、１５感度補正データ記憶回路６、１０、１２、１４、１６データバス７制御回路８、９制御バス１１、１７異物検出部１３Ａ／Ｄ変換回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光素子を複数有するイメージセンサに
おいて、前記受光素子毎における受光感度のばらつきに関するデ
ータを記憶する補正データ記憶手段を備えたことを特徴
とするイメージセンサ。
【請求項２】請求項１に記載のイメージセンサにおい
て、前記補正データ記憶手段に記憶された前記データに基づ
いて、前記受光素子各々の画素出力の信号レベルを調節
し、前記受光感度のばらつきを補正する補正手段を備え
たことを特徴とするイメージセンサ。