JP2002320142A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Abstract
にゲインを補正する2チャンネル出力の固体撮像装置に
関する。 【解決手段】 本発明の固体撮像装置は、複数の出力部
からそれぞれ撮像信号を同時に出力する固体撮像素子1
0と、各撮像信号間のレベル差を撮像信号の複数のレベ
ルにおいて検出する検出手段15と、検出手段15の各
検出結果を記憶する記憶手段24と、記憶手段24の各
検出結果に基づいて各撮像信号のレベルが実質的に等し
くなるように各調整値を決定した後に、該各調整値で各
撮像信号のレベルをそれぞれ調整する調整手段19とを
備えて構成される。
Description
チャンネルで出力する固体撮像素子を備える固体撮像装
置において、各チャンネルの信号レベルが略均等になる
ように各チャンネル信号を増幅する場合のゲインを補正
する固体撮像装置に関する。
pled devices)は、受光部と垂直転送部と水平転送部と
を備えて構成される。CCDは、受光部で光学画像に応
じた光電変換が行われると、生じた電荷を垂直転送部に
転送する。垂直転送部に転送された電荷は、最初の1行
から水平転送部へ転送され、水平転送部は、1走査線に
相当する画像信号として、電荷を出力する。水平転送部
から電荷が転送されると、次の1行分が垂直転送部から
転送される。この動作が、垂直転送部の全行について行
われるまで順次に繰り返される。
の転送を終了し、1フレーム分(1フィールド分)の信
号を出力する。
レベルまで増幅され、必要な画像処理が諸回路で行われ
る。
記録装置における撮像部に使用される場合には、例え
ば、1フレーム分の画像信号は、1/30秒以下の期間
内に終了する必要がある。
Dの多画素化に伴い、所定の期間内にすべての転送を終
了することができないという事態が生じた。これに対応
するために、受光部を左右の2チャンネルに分割し、こ
れに応じて水平転送部も左右の2チャンネルに分割する
ことによって、1ライン信号を左チャンネル信号と右チ
ャンネル信号とに分割して出力する2チャンネル出力C
CDが考えられた。この2チャンネル出力CCDは、画
素数が同数の1チャンネルCCD(受光部および水平転
送部が2分割されていないCCD)に較べ、略半分の時
間で転送を終了することができる。
いて、左右のチャンネル間にレベル差が生じるという問
題がある。このため、画像信号を再生・表示した場合
に、1画像中の左画像と右画像とにおいて輝度が異な
り、画質が劣化するという問題となる。
右チャンネル信号とをそれぞれ増幅する増幅部のゲイン
を補正することによって、左右チャンネル信号間に生じ
るレベル差を補償する固体撮像装置を提供することを目
的とする。
は、複数の出力部からそれぞれ撮像信号を同時に出力す
る固体撮像素子と、前記各撮像信号間のレベル差を撮像
信号の複数のレベルにおいて検出する検出手段と、前記
検出手段の各検出結果を記憶する記憶手段と、前記記憶
手段の各検出結果に基づいて各撮像信号のレベルが実質
的に等しくなるように各調整値を決定した後に、該各調
整値で前記各撮像信号のレベルをそれぞれ調整する調整
手段とを備えて構成される。
生じるレベル差を実際に測定し、この測定結果に基づい
て各チャンネル信号間のレベルが実質的に等しくなるよ
うに調整するので、再生画像の画質は、向上する。すな
わち、レベル差を調整しなければ再生画像の左半分と右
半分の境界で明るさの差が生じるが、レベル差を調整す
ることによりこの明るさの差が無くなるかまたは視覚的
に違和感を感じない程度に実質的に画質が改善される。
依存するが、検出手段が複数のレベルでレベル差を測定
するので、この依存性を補償することができる。さら
に、固体撮像装置ごとに実測されるので、チップ間のバ
ラツキも確実に補償される。
撮像素子から出力される各撮像信号をそれぞれ処理する
複数の信号処理回路系をさらに備え、前記検出手段は、
前記各信号処理回路系を経た後に、前記レベル差を検出
するように構成してもよい。
素子で生じるレベル差だけでなく、周辺回路、特に信号
をアナログ処理する周辺回路によって生じるレベル差も
含めて、依存性を補償することができる。
の時期に1度だけ動作するようにしてもよい。
ら、このように構成することにより、固体撮像装置を使
用する度ごとに調整する煩わしさから解放され、しかも
確実に依存性を補償することができる。
にしてもよい。
図面に基づいて説明する。
ク図である。
ル出力CCD10、アナログ/ディジタル変換回路(以
下、「A/D回路」と略記する。)14、複数ラインゲ
イン検波回路15、黒レベル検波回路16、画素並替回
路17、黒レベル補正回路18、ゲイン補正回路19、
遅延回路20、CCD信号処理回路21、Y信号処理回
路22-Y、C信号処理回路22-C、制御マイコン23お
よびメモリ24を備えて構成される。
および垂直レジスタ11、水平レジスタL12-L、水平
レジスタR12-R、アンプ13-Lおよびアンプ13-Rを
備えて構成される。
トダイオードなどの光電変換素子である複数の受光画素
がマトリクス状に配置され、垂直方向の受光画素間に垂
直レジスタが配置されて構成される。
画素で受光されて光電変換される。各受光画素は、受光
した光の強度に従う電荷量の電荷を生成する。生成され
た電荷は、所定のタイミングで垂直レジスタに転送され
る。
方向で左右に2分割されている。転送された電荷を1行
ずつ所定のタイミングで、左半分の垂直レジスタは、水
平レジスタL12-Lに転送し、一方、右半分の垂直レジ
スタは、水平レジスタR12-Rに転送する。
列を左チャンネル信号としてアンプ13-Lに出力し、水
平レジスタL12-Rは、転送された電荷列を右チャンネ
ル信号としてアンプ13-Rに出力する。アンプ13-L
は、水平レジスタ12-Lの出力を電流値から電圧値に変
換し、A/D回路14-Lに出力する。アンプ13-Rは、
水平レジスタ12-Rの出力を電流値から電圧値に変換
し、A/D回路14-Rに出力する。
号をディジタル信号に変換する回路であり、入力された
各電圧値をそれぞれ変換した後に複数ラインゲイン検波
回路15に出力する。
ル信号間に生じるレベル差は、信号をアナログで扱う、
2チャンネル出力CCD10およびA/D回路14で主
に生じることが実験により認められた。そして、レベル
差は、受光画素の出力レベル(すなわち、受光光量、被
写体の明暗)に依存することが認められた。したがっ
て、各チャンネル信号を増幅する場合のゲインは、この
レベル差を補償するために差が生じ、このゲイン差も受
光画素の出力レベルに依存することになる。この出力レ
ベル−ゲイン差の依存性を示す特性曲線を乗数特性曲線
と呼称することにする。さらに、この乗数特性曲線は、
2チャンネル出力CCD10のチップごとやA/D回路
14の部品ごとに異なることも認められた。
インの各チャンネルにおいて、右チャンネル信号のレベ
ルと左チャンネル信号のレベルとの差を所定の測定点ご
とに検出し、ゲイン差を検出する。例えば、右チャンネ
ル信号に対するゲインを基準にゲイン差を検出する。あ
るいは、左チャンネル信号に対するゲインを基準にゲイ
ン差を検出する。
隔で測定される。所定の間隔は、各測定点に対し等間隔
でもよいし、明暗によってゲイン差の変化の割合が変わ
る場合には、ゲイン差が急激に変化する範囲については
間隔を狭め、ゲイン差が緩やかに変化する範囲について
は間隔を広げるように、間隔を調整してもよい。
v1、Lev2およびLev3についてゲイン差がそれぞ
れ測定され、それに対して測定結果がGa0、Ga1、G
a2およびGa3としてそれぞれ得られた。
ァイルに基づいて決定される。各画素信号レベルに対す
る乗数特性の各微分係数がほとんど同じ場合には、測定
点数は少なくし、異なる場合には測定点数はより多くす
る。
定結果を測定点とともに制御マイコン23に出力する。
すなわち、複数ラインゲイン検波回路15は、測定点a
(Lev0、Ga0)、測定点b(Lev1、Ga1)、測
定点c(Lev2、Ga2)および測定点d(Lev3、
Ga3)を制御マイコン23に出力する。
ROM(electrically erasable programmable read-on
ly memory)などの書き換え可能な不揮発性のメモリ2
4に格納する。
うな乗数特性の測定は、明るさに分布のある被写体に対
して、固体撮像装置の初期設定の際、例えば、工場出荷
の際やユーザが固体撮像装置を備えたカメラを初めて使
用開始する際などに測定される。このため、各固体撮像
装置ごとに乗数特性がばらついたとしても、該装置に対
する測定結果がメモリ24に格納されるので、的確に装
置ごとの特性を反映することができる。
性の測定を行う場合を除き、左右チャンネルの各信号を
そのまま黒レベル検波回路16に出力する。
号に対して、画像の黒色とディジタルコードの0との差
を検出する。黒レベル検波回路16は、左右チャンネル
の各信号をそのまま画素並替回路17に出力するととも
に、検出した結果を黒レベル補正回路18に出力する。
CD10が1ラインを左右2チャンネルに分割して出力
したため、これらを1ラインに再構成する。すなわち、
第1ラインの右チャンネル信号に第1ラインの左チャン
ネル信号を続ける。第2ラインの右チャンネル信号に第
2ラインの左チャンネル信号を続ける。そして、第3ラ
インの右チャンネル信号に第3ラインの左チャンネル信
号を続ける。以下、同様に各信号を続け、1フレーム
(またはフィールド)分の信号を構成する。これら再構
成された1ライン分の各ライン信号は、画素並替回路1
7から黒レベル補正回路18に順次に出力される。
路16の出力に基づいて、画像の黒色とディジタルコー
ドの0とを一致させた後に、ゲイン補正回路19に出力
する。
ィジタルコードの0とを一致させると、仮にノイズなど
でA/D回路14に負電圧が入力された場合に、該負電
圧に対応する画素が、本来黒色となるべきにも拘わらず
欠落してしまう。このため、A/D回路14でオフセッ
ト電圧が予め印加された後に、A/D変換されているた
め、黒レベル検波回路16で上述の差を検出し、黒レベ
ル補正回路18でこのオフセット電圧分を除去する。
を介してメモリ24に格納されている乗数特性を参照
し、入力されたライン信号のレベルに応じたゲイン差を
算出する。そして、ゲイン補正回路19は、左チャンネ
ル信号を増幅すべき左ゲインおよび右チャンネル信号を
増幅すべき右ゲインをゲイン差に応じてそれぞれ決定す
る。ゲイン補正回路19は、各ライン信号において、決
定された各ゲインによって各チャンネルごとにそれぞれ
増幅した後に、遅延回路20に出力する。すなわち、ゲ
イン補正回路19は、ライン信号中における左チャンネ
ル信号に相当する部分に対しては左ゲインで増幅し、ラ
イン信号中における右チャンネル信号に相当する部分に
対しては右ゲインで増幅する。これによって、各チャン
ネル信号に対して適正なゲインでそれぞれ増幅されるた
め、2チャンネル出力CCDからレベル差を以て各チャ
ンネル信号が出力されたとしても、確実にレベル差を補
正することができる。
り詳細に説明する。
ある。
器32および乗数算出回路33を備えて構成される。
イン信号は、加算器31、乗算器32および乗数算出回
路33にそれぞれ入力される。
介してメモリ24に格納されている乗数特性を参照し
て、入力された入力ライン信号からゲイン差を算出し、
ゲイン差からライン信号中の各チャンネルごとに各ゲイ
ンを決定する。入力された入力ライン信号が、各測定点
の間である場合には、隣接する2測定点における乗数特
性から線形補完することによって、当該入力ライン信号
におけるゲイン差を算出する。
することによって得られた乗数特性曲線を図3に示す。
図3の横軸は、受光画素の信号レベルを示し、図3の縦
軸は、ゲイン差を示す。
との間におけるLevXが入力された場合、測定点b
(Lev1,Ga1)と測定点c(Lev2,Ga2)とに
よって線形補完された関係でGaXが算出される。すな
わち、 GaX={(Lev2-LevX)×Ga1+( LevX-Lev1)×Ga2}/(Lev2-Le
v1) によって、GaXは、算出される。
ネルごとに各チャンネルに対応するゲインで増幅した後
に、増幅した増幅ライン信号を加算器31に出力する。
ン信号を加算した後に出力する。
Sig>は、入力ライン信号中における左チャンネル信号
Sig-L、左チャンネル信号に対して決定されたゲインG
a-L、入力ライン信号中における右チャンネル信号Sig-
R、右チャンネル信号に対して決定されたゲインGa-R、
右チャンネル信号に対するゲインGabasを基準としゲイ
ン差をGasubとすると、画面右においては、 <Sig>=(Sig-R+Sig-R×Ga-R) =(Sig-R+Sig-R×Gabas) となり、画面左においては、 <Sig>=(Sig-L+Sig-L×Ga-L) =(Sig-L+Sig-L×(Gabas+Gasub)) となる。
(V方向)にエッジを取って輪郭をより明瞭にするため
に必要な回路であり、入力信号を所定時間遅らせてCC
D信号処理回路21に出力する。
ンおよびマゼンダの各信号から輝度信号(Y信号)およ
びクロマ信号(C信号)を生成するために必要な前処理
を行い、Y信号処理回路22-YおよびC信号処理回路2
2-Cに出力する。
からY信号を生成して出力し、C信号処理回路22-C
は、入力された信号からRGB信号を生成し後にC信号
を生成して出力する。
ゲイン補正回路の構成を示す図であり、乗数が一定の場
合では、乗数特性曲線は、図3で破線で示すように、G
a0の一定の直線となる。
合では、受光画素の出力レベルに応じて変化するゲイン
差に対応することができない。
した乗数特性を制御マイコン23を介してメモリ24に
蓄積し、ゲイン補正回路19は、必要に応じて制御マイ
コン23を介してメモリ24から取得するようにした
が、ゲイン補正回路19内にメモリを備え、複数ライン
ゲイン検波回路15から直接ゲイン補正回路19内のメ
モリに乗数特性を格納するようにしてもよい。
ゲイン差を受光画素の出力レベルに応じて調整すること
ができるので、2チャンネル出力CCD10およびA/
D回路14で各チャンネル信号間に生じるレベル差を実
質的に無くすことができる。
に実測してメモリに格納するので、各チャンネル信号間
に生じるレベル差を装置ごとに的確な乗数特性で補償す
ることができる。
装置ごとにプログラマブルに設定することができる。
された画像を再生・表示する場合に、画像の劣化を防止
することができる。
成を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の出力部からそれぞれ撮像信号を同
時に出力する固体撮像素子と、 前記各撮像信号間のレベル差を撮像信号の複数のレベル
において検出する検出手段と、 前記検出手段の各検出結果を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段の各検出結果に基づいて各撮像信号のレベ
ルが実質的に等しくなるように各調整値を決定した後
に、該各調整値で前記各撮像信号のレベルをそれぞれ調
整する調整手段とを備えることを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項2】 前記固体撮像素子から出力される各撮像
信号をそれぞれ処理する複数の信号処理回路系をさらに
備え、 前記検出手段は、前記各信号処理回路系を経た後に、前
記レベル差を検出することを特徴とする請求項1に記載
の固体撮像素子。 - 【請求項3】 前記検出手段は、所定の時期に1度だけ
動作することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素
子。 - 【請求項4】 前記固体撮像素子は、複数の出力部が2
個である2チャンネル出力CCDであることを特徴とす
る請求項1に記載の固体撮像素子。
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