KR20040010305A - 고체 이미지 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광등의 조명 하에서도 플리커나 줄무늬가 발생하는 일 없이, 넓은 범위에서 감도 조정을 행할 수 있는 고체 이미지 센서를 실현한다.

복수의 화소 Pmn과, 복수의 화소로부터 판독된 신호를 증폭하고 증폭율이 가변인 이득 가변 증폭기(32)를 구비하며, 화소의 축적 시간이 사이클 시간보다 작은 시간 범위에서 임의로 설정 가능한 고체 이미지 센서(1)로서, 광 화상의 명도 및 조명 플리커를 검출하는 명도/조명 플리커 검출부(43)와, 축적 시간을, 검출한 명도 및 조명 플리커에 따라 조명 플리커가 발생하지 않는 복수의 플리커리스 시간 중 어느 하나로 설정하도록 단계적으로 변화시킴과 동시에, 검출한 명도 및 축적 시간의 설정값에 따라 이득 가변 증폭기의 증폭율을 변화시키는 제어부를 구비한다.

Description

고체 이미지 센서{SOLID-STATE IMAGE SENSOR}

본 발명은 고체 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 실내 촬영을 하는 경우의 형광등에 의한 플리커 노이즈를 저감한 고체 이미지 센서에 관한 것이다.

이미지 센서에는, 촬상관과 고체 촬상 소자(고체 이미지 센서)가 있고, 고속 현상의 관찰용으로서 사용되는 특수한 것을 제외하면, 대부분의 것은 축적형이다. 축적형의 이미지 센서는 입사 광상(光像)에 대응한 신호 전하를 화소에 축적하는 데, 이들 신호 전하는 주사 방식으로 순차로 판독되어 출력 신호 전류로 된다. 각 화소는 주사 사이클 동안 신호 전하를 축적한다.

최근, 고체 이미지 센서는 디지털 카메라나 휴대 단말기 등의 제품에 내장되어 대량으로 사용되게 되었다. 고체 이미지 센서는 크게 나누어 전하 전송형 이미지 센서로 구성되는 CCD 고체 촬상 소자(CCD형 이미지 센서)와, CMOS 트랜지스터로 이미지 센서를 구성한 CMOS형　고체 촬상 소자(CMOS형 이미지 센서)가 있다. CMOS형 이미지 센서는 MOSFET의 제조 공정과 동일한 기술로 제조할 수 있고, 단일 전원으로 구동할 수 있어 소비 전력도 작으며, 또 각종 신호 처리 회로를 동일 칩 상에 탑재할 수 있기 때문에, CCD 이미지 센서를 대체할 것으로 유망시되고 있다. 본 발명은, 고체 이미지 센서라면 CCD형 이미지 센서나 CMOS형 이미지 센서 등 어느 것에도 적용할 수 있지만, 여기에서는 특히 CMOS형 이미지 센서를 예로서 설명한다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

CMOS 이미지 센서는, 복수의 수직 선택선과 수평 선택선에 접속되어 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소 영역을 갖고 있다. 각 화소 영역에는 포토다이오드 등의 광전 변환 소자가 형성되어 있다. 각 광전 변환 소자의 수광면에 입사한 광이 광전 변환되어 소자 내에 전하가 축적된다. 축적된 전하는 화소 내에 마련된 소스 폴로어(source follower) 증폭기 등으로 증폭되어, 1 화소분의 화상 데이터로서 소정의 타이밍으로 판독된다. 소정의 수평 선택선에 접속된 복수의 화상 데이터는 수직 주사 시프트 레지스터로부터의 행 선택 신호에 의해 일제히 출력되며, 이어서 수평 방향 시프트 레지스터로부터의 열 선택 신호에 기초하여 순차로 외부 시스템측으로 출력된다.

디지털 카메라나 휴대 단말기 등에 사용되는 고체 이미지 센서는 광학 조리개 등에 의해 입사 광량을 조정하는 것이 불가능하므로, 촬영 환경의 명도(조도)에 맞추어 고체 이미지 센서에서 자동적으로 출력을 조정하는 자동 이득 제어 기능을갖는 것이 요구된다. 이 자동 이득 제어의 가장 일반적인 방법은 고체 이미지 센서의 출력부의 증폭기를 이득 가변 증폭기로 하여, 화상의 최고 레벨이나 평균 레벨에 따라 증폭기의 증폭율(이득)을 변경함으로써, 항상 일정한 출력 레벨를 얻을 수 있도록 하는 방법이다.

또 하나의 자동 이득 제어 방법은 축적 시간을 변경하는 것이다. 상기와 같이, 고체 이미지 센서의 각 화소는 일단 신호를 판독한 후, 다음에 신호를 판독하기 까지의 동안에 전하를 축적한다. 이 축적 시간은 감도에 관계하며, 축적 시간이 짧을수록, 축적되는 전하가 적어지고 감도가 저하한다. 최근의 고체 이미지 센서는 각 화소에 축적된 전하를 행마다 리셋하는 기능을 갖고 있고, 축적 시간을 임의로 짧게 할 수 있게 되어 있다. 이 축적 시간을 변화시키는 기능을 자동 이득 제어에 이용하는 것이 행해지고 있다.

도 1과 도 2는 종래의 CMOS 이미지 센서에 있어서의 자동 이득 제어를 설명하는 도면으로서, 도 1은 축적 시간에 대응하는 적분 라인 수의 조정을 도시한 것이고, 도 2는 이득의 조정을 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에 있어서, 아래쪽의 부분은 위쪽의 그래프의 명도값이 0 내지 2000 인 범위를 확대하여 도시한 것이다. 여기에서, CMOS 이미지 센서는 512 개의 행수를 갖고, 30 Hz의 판독 사이클로 각 화소의 데이터가 판독되는 것으로 한다. 따라서, 축적 시간은 최대 1/30 초이며, 이때에 적분 라인 수는 512 개가 된다. 축적 시간을 감소시키면, 적분 라인 수는 512개로부터 감소한다.

명도값은 CMOS 이미지 센서로의 입사 광량을 검출한 데이터로서, 예컨대 14비트로 표시되므로, 0 내지 1616384 의 값을 취하는 것으로 한다. 여기서는, 명도값은 0 이 가장 밝고, 값이 증가함에 따라서 어두워진다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 명도값이 0 에서부터 1000 까지 변화하는 동안, 적분 라인 수를 증가시켜 감도를 높게 한다. 명도값이 1000을 넘어 변화하는 때에는, 적분 라인 수를 최대값으로 고정한 후 이득을 증가시킨다.

촬영 환경이 실내인 경우, 조명에는 형광등이 사용되는 경우가 많지만, 형광등의 조명 하에서의 촬영에서는, 영상에 형광등의 플리커에 기인하는 플리커 노이즈가 발생하는 것을 알 수 있다. 형광등은 전원 주파수의 2 배의 주파수로 발광량이 변동한다. 따라서, 전원 주파수가 50 Hz인 지역이라면 형광등의 발광량은 100 Hz로 변동하고, 전원 주파수가 60 Hz인 지역이라면 형광등의 발광량은 120 Hz로 변동한다. 이 형광등의 발광 주파수와 고체 이미지 센서의 축적 시간의 관계가 문제이다.

도 3은 플리커 노이즈의 발생을 설명하는 도면으로서, (a)는 발광 주파수가 100 Hz인 경우를, (b)은 발광 주파수가 120 Hz인 경우를 도시한 것이다. 도 3에 있어서, 1 프레임의 선두에서부터 제x번째 라인의 수평 선택선(이하, 제x 라인이라고 한다)에 접속된 화소의 포토다이오드에 의한 신호 축적에 관해서 설명한다. 제x 라인에서의 신호 축적 개시 시각을 1xb, 신호 축적 종료 시각을 1xe, 신호 축적 시간(적분 시간)을 ts로 한다. 또, 선두의 수평 선택선에서부터 말미의 수평 선택선까지의 수직 주사 기간 및 수직 블랭킹 기간의 합계를 1 프레임 주기 T라고 하면, 일례로서 1 프레임 주기 T = 1/30초 이며, 따라서, 프레임 주파수 f = 30 Hz이다.

도 3(b)에 도시한 바와 같이, 발광 주기가 1/120초인 형광등의 경우에는, 형광등의 발광 주기의 정수배(4배)가 CMOS 이미지 센서의 1 프레임 주기와 일치한다. 따라서, 제x 라인에서의 신호 축적　개시 시각 1xb 및 신호 축적　종료 시각 1xe는 n 번째 프레임과 다음의 n+1 번째 프레임에서 형광등의 발광 주기에 대하여 동일한 타이밍으로 된다. 이 때문에, 발광 주파수가 120 Hz인 형광등의 조명 하에서의 촬영에서는, 프레임 사이에서의 영상의 명도는 일정하게 된다.

한편, 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 발광 주기가 1/100초인 형광등의 경우에는, 형광등의 발광 주기의 정수배가 CMOS 이미지 센서의 1 프레임 주기와 일치하지 않고, 이 예에서는 1 프레임당 거의 3.3 주기가 된다. 따라서, 신호 축적 시간 ts를 형광등의 발광 주기에 맞추지 않는 한, 제x 라인에서의 신호 축적 개시 시각 1xb 및 신호 축적 종료 시각 1xe는 n 번째 프레임과 다음의 n+1 번째 프레임에서 형광등의 발광 주기에 대하여 동일한 타이밍으로는 되지 않는다. 이 때문에, 발광 주파수가 100 Hz인 형광등의 조명 하에서의 촬영에서는, 프레임 사이에서의 영상의 명도가 프레임마다 다르고, 플리커가 발생한다.

도 6는 프레임간의 문제이지만, 동일 프레임 내에서 다른 수평 라인에 접속된 화소에서의 신호 축적에 관하여는, 발광 주파수가 100 Hz 및 120 Hz 양쪽에서 형광등의 발광 주기에 대하여 동일한 타이밍으로 되지 않는다. 이 때문에, 발광 주파수가 100 Hz 및 120 Hz 양쪽에서 동일 프레임 내의 라인마다의 명도에 차이가 발생하여, 영상에 명암의 줄무늬가 발생한다. 형광등의 조명 하에서 플리커나 줄무늬가 발생하지 않도록 하기 위해서는, 축적 시간을 형광등의 발광 주기의 정수배로 설정할 필요가 있다.

그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래에는 명도값이 1000 이상인 경우에는, 50 Hz와 60 Hz에서 각각 축적 시간을 발광 주기의 정수배로 설정함으로써 이러한 문제가 발생하지 않도록 하였지만, 명도값이 0 에서부터 1000 까지의 사이에서는 축적 시간을 변화시키기 때문에, 이 명도 범위에서는 플리커나 줄무늬가 발생한다고 하는 문제가 있었다. 그러나, 실제의 사용 상황에서는 형광등의 조명이 이루어지는 실내에서 촬영을 하는 경우에는, 조명의 강도가 작기 때문에, 명도값이 1000 이상인 경우가 대부분이고, 도 1 및 도 2와 같은 감도 조정의 방법에서도 거의 문제는 발생하지 않았다.

그러나, 일본에서는 전원 주파수가 50 Hz와 60 Hz인 지역이 있고, 공장 출하시에 사용되는 지역을 상정하여 발송지마다 축적 시간을 설정하였다. 그러나, 발송지와 다른 지역에서 사용되면 역시 플리커나 줄무늬가 발생한다고 하는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 출원인은, 일본 특허 출원 제2001-130150호에서 고체 이미지 센서의 출력 신호로부터 조명광의 플리커를 검출하여, 형광등을 50 Hz 또는 60 Hz로 점등시킨 조명광 하인지를 판정하여, 축적 시간을 형광등의 발광 주기에 대응한 값으로 설정하는 구성을 개시하고 있다.

또한, 일본 특개평10-304249호 공보는 플리커 노이즈 저감을 위한 다른 방법을 개시하고 있다. 이 공보는 참조 문헌으로서 그 전체가 본 명세서에 포함된다.

최근, 고체 이미지 센서, 특히 CMOS 이미지 센서의 감도가 향상되고 있고, 형광등으로 조명되는, 광 강도가 비교적 약한 실내의 촬영에서도, 적분 시간을 변화시키지 않으면 감도 조정을 충분히 행할 수 없었다.

본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하여, 형광등의 조명 하에서도 플리커나 줄무늬가 발생하는 일 없이 넓은 범위에서 감도 조정을 행할 수 있는 고체 이미지 센서의 실현을 목적으로 한다.

상기 목적을 실현하기 위해서, 본 발명의 고체 이미지 센서는 축적 시간과 증폭기의 증폭율을 병용하여 감도 조정을 행한다. 그 때문에, 화소로부터 판독된 신호를 증폭하는 증폭기를 이득 가변 증폭기로 하고, 입사하는 광 화상의 명도 및 조명 플리커를 검출하는 휘도/조명 플리커 검출부를 설치하고, 축적 시간을, 검출한 명도 및 조명 플리커에 따라 조명 플리커가 발생하지 않는 복수의 플리커리스 시간 중 어느 하나로 설정하도록 단계적으로 변화시킴과 동시에, 검출한 명도 및 축적 시간의 설정값에 따라 이득 가변 증폭기의 증폭율을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고체 이미지 센서는 축적 시간과 증폭기의 증폭율을 병용하여 감도 조정을 행하므로 조정 범위를 넓게 할 수 있다. 축적 시간을 변화시키더라도 플리커나 줄무늬가 발생하지 않도록, 조명 플리커를 검출하여 120 Hz 또는 100 Hz에 대한 플리커가 발생하지 않는 플리커리스의 값으로 축적 시간을 단계적으로 변화시켜, 축적 시간의 단계적인 변화에 대하여 증폭기의 증폭율을 병용하여 종합적인 감도가 순조롭게 변화하도록 한다.

조명 플리커가 형광등을 50 Hz로 점등했을 때의 100 Hz의 발광 주기인 경우에는, 축적 시간을 n/100초(n은 1, 2, 3)로 설정하고, 조명 플리커가 형광등을 60 Hz로 점등했을 때의 120 Hz의 발광 주기인 경우에는, 축적 시간을 n/120초(n은 1, 2, 3, 4)로 설정한다.

명도/조명 플리커 검출부는 전술한 일본 특허 출원 제2001-130150호에 개시된 1 프레임 내에 할당한 소정의 평균 휘도 검출 영역에서 화소 신호의 평균 휘도를 프레임마다 검출하고, 프레임 사이의 평균 휘도의 차를 연산하며, 연산한 평균 휘도의 차로부터 형광등을 50 Hz 또는 60 Hz로 점등한 환경 하의 조명 플리커인지를 판정하는 구성에 의해 실현할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 입사하는 광 화상의 명도 및 조명 플리커가 검출 가능하다면, 어떠한 방법으로 검출하더라도 좋다.

도 1은 고체 이미지 센서의 자동 이득 제어의 종래예에 있어서의 적분 라인 수의 변화를 도시한 도면.

도 2는 고체 이미지 센서의 자동 이득 제어의 종래예에 있어서의 증폭기 이득의 변화를 도시하는 도면.

도 3은 형광등 조명에 의한 플리커의 문제를 설명하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예의 CMOS 이미지 센서의 구성을 도시한 도면.

도 5는 실시예의 고체 이미지 센서의 자동 이득 제어에 있어서의 적분 라인 수의 변화를 도시한 도면.

도 6은 실시예의 고체 이미지 센서의 자동 이득 제어에 있어서의 증폭기 이득의 변화를 도시한 도면.

도 7은 실시예의 고체 이미지 센서의 자동 이득 제어에 있어서의 전원 주파수가 100 Hz 일 때의 제어값을 도시한 도면.

도 8은 실시예의 고체 이미지 센서의 자동 이득 제어에 있어서의 전원 주파수가 120 Hz 일 때의 제어값을 도시한 도면.

도 9는 조명 플리커의 검출 처리를 도시한 플로우차트.

도 10은 조명 플리커의 검출 처리에 있어서의 평균 휘도 검출 영역을 도시한도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : CMOS 이미지 센서

4 : 수직 주사 시프트 레지스터/리셋 제어 회로

6 : 증폭기/노이즈 소거 회로

32 : 이득 가변 증폭기

41 : 프로세서

43 : 명도/조명 플리커 검출부

도 4는 본 발명의 실시예의 CMOS 이미지 센서의 구성을 도시하는 도면이다.

도 4는 m행 n열의 화소 배열을 갖는 CMOS 이미지 센서(1)의 4 ×4 화소분의 회로예를 도시하고 있다. 복수의 수직 선택선 CL1∼CL4과 수평 선택선 RW1∼RW4에 접속되는 화소 영역 P11∼P44가 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 각 화소 영역 P11∼P44에는 광전 변환 소자로서 포토 다이오드(10)가 형성되어 있다. 광전 변환 소자는 포토다이오드(10) 대신에, 예를 들면 포토게이트를 이용해도 실현할 수 있다.

CMOS 이미지 센서는 각 화소 영역 P11∼P44에, 예를 들면 MOSFET(본 실시예에서는 N 채널 MOSFET을 예시하고 있다)로 구성되는 소스 폴로어 증폭기(14)나 수평 선택 트랜지스터(16) 등이 배치된 APS(Active Pixel Sensor) 구성을 갖고 있다.

이하, 행 번호를 m으로 하고, 열 번호를 n으로 하여 화소 영역 Pmn의 회로 구성에 관해서 설명한다. 화소 영역 Pmn 내의 포토다이오드(10)의 캐소드측은, 예컨대 N 채널 MOSFET의 리셋 트랜지스터(12)의 소스 전극 및 소스 폴로어 증폭기(14)의 게이트 전극에 접속되어 있다.

각 리셋 트랜지스터(12)의 드레인 전극은 리셋 전압 VR가 인가되는 리셋 전압 공급선 VRm에 접속되며, 게이트 전극은 리셋 신호선 RSTm에 접속되어 있다. 소스 폴로어 증폭기(14)의 드레인 전극은 리셋 전압 공급선 VRm에 접속되고, 소스 전극은 예컨대 N채널 MOSFET의 수평 선택 트랜지스터(16)의 드레인 전극에 접속되어 있다. 각 수평 선택 트랜지스터(16)의 게이트 전극은 선택 신호가 공급되는 수평 선택선 RWm에 접속되어 있다. 각 수평 선택 트랜지스터(16)의 소스 전극은 수직 선택선 CLn에 접속되어 있다.

리셋 전압 공급선 VRm 및 수평 선택선 RWm은 수직 주사 시프트 레지스터/리셋 제어 회로(4)에 접속되어 있다. 수직 주사 시프트 레지스터/리셋 제어 회로(4) 내에 설치된 도시하지 않은 시프트 레지스터에 의해, 소정의 타이밍으로 수평 선택선 RWm에 순차로 선택 신호가 출력되도록 되어 있다.

각 수직 선택선 CLn은 각각 증폭기/노이즈 소거 회로(6)와, 예를 들면 N 채널 MOSFET의 열 선택 트랜지스터를 통하여 신호 공통 출력선(30)에 접속되어 있다.열 선택 트랜지스터(20)의 게이트 전극에는 수평 주사 시프트 레지스터(8)로부터 열 선택 신호가 소정의 타이밍으로 순차 입력되고, 증폭기/노이즈 소거 회로(6)에 의해 고정 패턴 잡음이 제거된 화상 데이터가 순차로 신호 공통 출력선(30)에 출력되며, 증폭기(32)를 거쳐서 외부 시스템에 송출되도록 되어 있다. 증폭기(32)는 증폭율(이득)이 가변인 이득 가변 증폭기이다.

다음에, CMOS 이미지 센서(1)의 동작에 관해서 간단히 설명한다. 우선, 리셋 신호 RST에 의해 리셋 트랜지스터(12)가 소정의 타이밍에서 온으로 되면, 포토다이오드(10)가 리셋 전위 VR로 충전된다. 이어서, 광의 입사에 따라 포토다이오드(10)의 방전이 시작되고, 리셋 전위 VR보다 전위가 저하한다. 소정 시간이 경과한 후에 수평 선택 신호 RW가 수평 선택선 RWm으로 출력되면, 해당 수평 선택선 RWm에 접속된 수평 선택 트랜지스터(16)의 게이트 전극에 해당 수평 선택 신호 RW가 입력되어 수평 선택 트랜지스터(16)가 온으로 된다. 이에 따라, 소스 폴로어 증폭기(14)로부터의 출력 전압이 화소 영역 Pmn의 화상 데이터로서 수직 선택선 CLn으로 출력된다.

본 실시예의 CMOS 이미지 센서는, 상기 구성에 부가하여, 마이크로 프로세서(41)와, D/A 변환기(44)와, A/D 변환기(45)를 갖는다. 마이크로 프로세서(41)의 내부에는 CMOS 이미지 센서(1)의 제어를 행하는 제어부(42)와, 증폭기(32)의 출력을 A/D 변환기(45)에서 디지털 변환한 출력 신호로부터, 화소에 입사하는 광 화상의 명도 및 조명 플리커를 검출하는 명도/조명 플리커 검출부(43)가 소프트웨어로 구성되어 있다. 마이크로 프로세서(41)는 검출한 명도 및 조명 플리커에 따라 리셋 신호를 출력하는 타이밍(즉, 적분 라인 수)을 설정하는 데이터를 수직 주사 시프트 레지스터/리셋 제어 회로(4)에 출력함과 동시에, D/A 변환기(44)에 증폭기(32)의 이득을 설정하는 데이터를 출력한다. 이것에 따라서, 축적 시간(적분 라인 수)이 설정되고, 증폭기(32)의 이득이 설정된다.

도 5와 도 6는 본 실시예에 있어서의 자동 이득 제어를 설명하는 도면으로서, 각각 도 1 및 도 2에 대응하며, 프레임 주파수 f는 30 Hz이다. 도 5는 본 실시예의 자동 이득 제어에 있어서의 적분 라인 수의 변화를 도시한 것이고, 도 6는 본 실시예의 자동 이득 제어에 있어서의 증폭기 이득의 변화를 도시한 것이다. 또한, 도 7은 50 Hz의 전원 주파수로 형광등을 점등했을 경우(발광 주기 100z)의 증폭기 이득과 축적 시간의 제어값을 나타낸 것이고, 도 8은 60 Hz의 전원 주파수로 형광등을 점등했을 경우(발광 주기120z)의 증폭기 이득과 축적 시간의 제어값을 나타낸 것이다.

도 5 및 도 6으로부터 명확한 바와 같이, 본 실시예에서는, 명도값이 341 내지 2000인 범위에 있어서도, 적분 라인 수(축적 시간)를 단계적으로 변화시키고, 또 증폭기 이득도 변화시켜, 종합적인 감도가 휘도값에 따라 순조롭게 변화하도록 하고 있다. 발광 주기가 120 Hz인 경우에는, 축적 시간은 1/120초, 2/120초, 3/120초, 4/120초로 단계적으로 변화하며, 발광 주기가 100 Hz인 경우에는, 축적 시간은 1/100초, 2/100초, 3/100초로 단계적으로 변화한다. 축적 시간이 단계적으로 변화하면, 적분 시간의 변화는 최대 6dB의 변화를 발생시키므로, 이 동안은 증폭기 이득을 조정한다.

프로세서(41)의 명도/조명 플리커 검출부(43)는, 후술하는 방법으로 화소에 입사하는 광 화상의 명도와 조명 플리커를 검출한다. 제어부(42)는 검출한 명도 및 조명 플리커에 따라, 도 7 및 도 8의 표로부터 적분 라인 수(축적 시간)와 증폭기 이득을 결정하여, 수직 주사 시프트 레지스터/리셋 제어 회로(4)에 적분 라인 수(축적 시간)를 지시하는 데이터를 출력하고, D/A 변환기(44)에 증폭기 이득을 지시하는 데이터를 출력한다. 예컨대, 조명 플리커가 50 Hz이고 휘도값이 500이면, 도 7의 표로부터 축적 시간을 10m초(160라인)로 설정하고, 증폭기 이득을 4dB로 설정한다.

실시예의 명도/조명 플리커 검출부(43)에 있어서의 조명 플리커의 검출은 상술한 일본 특허 출원 제2001-130150호에 개시된 방법으로 행한다. 이 방법에 관해서 간단히 설명한다.

도 9는 조명 플리커를 검출하는 플로우차트이다. 우선, CMOS 이미지 센서의 신호 축적 시간을 발광 주파수가 120 Hz인 형광등의 조명 하에서 플리커 노이즈가 발생하지 않는 신호 축적 시간 ts로 설정한다(단계 S1). 형광등의 발광 주기가 1/120초인 경우, 플리커 노이즈에 의한 1 프레임 내의 휘도 변동은 1/120초로 주기적으로 된다. 따라서, 해당 주기의 정수배로서 CMOS 이미지 센서의 1 프레임 주기 1/30초 이하로 되는 1/120, 2/120, 3/l20, 또는 4/120초가, 발광 주파수 120 Hz인 형광등의 조명 하에서 플리커 노이즈가 발생하지 않는 신호 축적 시간을 취할 수 있는 값이 된다.

다음에, 도 10의 화상면 상에서 참조 번호(50)으로 도시하는 소정의 평균 휘도 검출 영역에서의 화상 데이터의 평균 휘도를 프레임마다 검출한다(단계 S2). 도 10에서는, 빗금으로 표시된 평균 휘도 검출 영역(50)이 거의 등간격으로 수평 선택선 d2개 간격으로 3 군데에 도시되어 있다. 평균 휘도 검출 영역(50)은 소정 수의 인접하는 수평 선택선에 접속된 복수의 화소로 구성된다. 또, 각 평균 휘도 검출 영역(50)의 수평 선택선의 개수 d1은 플리커 노이즈에 의해 발생하는 휘도 변동의 주기의 정수배와 일치하지 않는 수로 설정한다.

또한, 평균 휘도 검출 영역(50)은 수평 선택선 총수 V의 3/10배를 간격으로 하여 1 프레임 내에서 1 내지 3 군데에 설정하는 것이 바람직하다.

다음에, 각 프레임간(예를 들면, 해당 프레임과 그 직전의 프레임)의 평균 휘도차를 산출한다(단계 S3). 다음에 평균 휘도차가 소정의 임계값을 넘었는지 여부를 판정한다(단계 S4). 평균 휘도차가 임계값을 넘었다면 프레임마다 휘도차가 발생하므로, 형광등의 발광 주파수가 100 Hz인 것으로 판정한다(단계 S5). 넘지 않았다면, 120 Hz인 것으로 판정한다.

이상과 같이 하여 조명 플리커를 판정할 수 있다.

또, 상기와 같은 조명 플리커의 검출 방법 이외에도, 예를 들면 고체 이미지 센서의 일부에 입사광에 비례한 광을 받는 수광소자를 설치하고, 그 수광량의 변화를 검출하여 조명 플리커를 검출하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 형광등의 조명 하에서도 플리커나 줄무늬가 발생하는 일 없이 넓은 범위에서 감도 조정을 행할 수 있는 고체 이미지 센서를 실현할 수 있다.

Claims (4)

1. 매트릭스 형상으로 배치되어 입사 광량에 따른 전하를 축적하는 복수의 화소와,

   소정의 사이클 시간에 상기 복수의 화소로부터 순차 판독된 신호를 증폭하고, 증폭율이 가변인 이득 가변 증폭기를 구비하고,

   상기 복수의 화소가 전하를 축적하는 축적 시간이 상기 소정의 사이클 시간보다 작은 시간 범위에서 임의로 설정 가능한 고체 이미지 센서로서,

   입사하는 광 화상의 명도 및 조명 플리커를 검출하는 명도/조명 플리커 검출부와,

   상기 축적 시간을, 검출한 명도 및 조명 플리커에 따라 상기 조명 플리커가 발생하지 않는 복수의 플리커리스 시간 중 어느 하나로 설정하도록 단계적으로 변화시킴과 동시에, 검출한 명도 및 상기 축적 시간의 설정값에 따라 상기 이득 가변 증폭기의 증폭율을 변화시키는 제어부를 포함하는 고체 이미지 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 명도/조명 플리커 검출부가 검출한 상기 조명 플리커가 형광등을 50 Hz로 점등했을 때의 발광 주기를 검출한 때에는, 상기 제어부는 상기 축적 시간을 n/100 초(n은 양의 정수)로 설정하는 것인 고체 이미지 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 명도/조명 플리커 검출부가 검출한 상기 조명 플리커가 형광등을 60 Hz로 점등했을 때의 발광 주기를 검출한 때에는, 상기 제어부는 상기 축적 시간을 n/120 초(n은 양의 정수)로 설정하는 것인 고체 이미지 센서.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 명도/조명 플리커 검출부는 1 프레임 내에 할당한 소정의 평균 휘도 검출 영역에서 화소 신호의 평균 휘도를 프레임마다 검출하고, 프레임 간의 상기 평균 휘도의 차를 연산하며, 연산한 평균 휘도의 차로부터 형광등을 50 Hz 또는 60 Hz로 점등한 환경 하의 조명 플리커인지를 판정하는 것인 고체 이미지 센서.