JP2004208026A

JP2004208026A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2004208026A
Application number: JP2002374699A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yano; 壯矢野
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】キャリブレーションが簡単で画像再現性の良好な固体撮像装置を得る。
【解決手段】入射光量に応じて対数的に変化する出力信号を発生するＬＯＧセンサ１１と、センサ１１の出力信号のダイナミックレンジを調整するオペアンプ１３と、オペアンプ１３からの出力信号をＡＤ変換するためのＡＤコンバータ１４と、画像処理器１５と、メモリ１６と、キャリブレーション信号発生器１７とを備えた固体撮像装置。画像処理器１５は、ＬＯＧセンサ１１に対して均一光を照射したときに得られるＡＤデータの階調に対する頻度を表すヒストグラムを低階調側にシフトさせてキャリブレーション用データを作成し、メモリ１６に記憶させる。そして、画像処理器１５は、撮像された画像データの階調値からキャリブレーション用データを差し引いてモニタに出力する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置、特に、入射光量の対数値に比例した出力信号を発生する固体撮像素子を備えた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平５−３０３５０号公報
【０００３】
前記特許文献１に記載の固体撮像装置は、入射光量に応じて対数的に変化する出力信号を発生するイメージセンサ（ＬＯＧセンサ）と、該センサからの出力信号をＡＤ変換するためのＡＤコンバータと、均一光照射時のデータを記憶するためのメモリと、該メモリに記憶されたデータに基づいて画像データを補正するための補正演算回路とを有している。
【０００４】
この固体撮像装置では、均一光をＬＯＧセンサに照射したときの各画素の階調を示すデータをキャリブレーション用データとしてメモリに記憶させておき、撮像時に画像データとして出力するときは、画素ごとに画像データとキャリブレーション用データとの引き算を行うことで、各画素における感度のばらつきを補正している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く、画像データからキャリブレーション用データを引き算するだけでは、均一光以下の輝度の部分は黒く潰れてしまい、画像情報として取り出すことができないという問題点を有していた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、キャリブレーションが簡単で画像再現性の良好な固体撮像装置を提供することにある。
【０００７】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、入射光量に応じて対数的に変化する出力信号を発生する固体撮像素子と、該固体撮像素子からの出力信号をＡＤ変換するためのＡＤコンバータと、該ＡＤコンバータでＡＤ変換されたＡＤデータをキャリブレーション用データに基づいてキャリブレーションするためのキャリブレーション手段とを備え、前記キャリブレーション用データは、前記固体撮像素子に対して均一光を照射したときに得られるＡＤデータの階調に対する頻度を表すヒストグラムを低階調側にシフトさせて作成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る固体撮像装置によれば、均一光照射時に得られるＡＤデータの階調に対する頻度を表すヒストグラムを低階調側にシフトさせてキャリブレーション用データを作成するという簡単な制御で、均一光以下の輝度の部分が黒く潰れてしまうことのない画像を良好に再現することができる。
【０００９】
本発明に係る固体撮像装置において、前記キャリブレーション用データは、前記固体撮像素子に対して均一光を照射したときに得られるＡＤデータの階調に対する頻度を表すヒストグラムにおいて、低階調側からの頻度の累積値が所定値に達するときの階調値、又は頻度が所定値に達する最も低階調側の階調値をキャリブレーション用データの最小値となるように演算して作成することができる。この場合、所定値とは全画素数の０．１〜１％であることが好ましい。また、最小値はゼロに設定してもよい。
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置は、さらに、キャリブレーション用データを記憶するためのメモリを備えていてもよい。さらに、固体撮像素子からの出力信号を増幅してＡＤコンバータに転送するためのオペアンプを備えていてもよい。
【００１１】
また、前記固体撮像素子内に各画素の感度のばらつき補正用回路を備えるようにすれば、固体撮像装置を１チップで構成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１実施形態、図１〜図３参照）
図１は、本発明の第１実施形態である固体撮像装置１のブロックダイアグラムを示す。この固体撮像装置１は、ＩＲカットフィルタ１２を備えたイメージセンサ１１とオペアンプ１３とＡＤコンバータ１４と画像処理器１５とメモリ１６とキャリブレーション信号発生器１７とから構成され、画像処理器１５にはＣＲＴなどのモニタが接続されている。
【００１４】
イメージセンサ１１は、光電変換特性にＬＯＧ特性を有するもの（以下、ＬＯＧセンサと称する）、即ち、入射光量に応じて対数的に変化する出力信号を発生し、輝度で６桁の範囲を一度に撮像することができるカラーセンサである。
【００１５】
オペアンプ１３はＬＯＧセンサ１１の出力信号を増幅するものである。また、ＡＤコンバータ１４はオペアンプ１３の出力をＡＤ変換するものである。
【００１６】
画像処理器１５は、キャリブレーション信号発生器１７からキャリブレーション命令が入力されたとき、キャリブレーション用の画像データ、即ち、均一光照射時のＡＤコンバータ１４からの出力のヒストグラムを求め（図２、図３の均一光照射時参照）、該ヒストグラムの結果から、所定画素以上存在している最も小さな階調値（ＡＤ値）を求める。画像処理器１５は、所定画素以上存在している最も小さな階調値（ＡＤ値）をキャリブレーション用データの最小値となるように演算し、メモリ１６に書込みを行う。
【００１７】
所定画素以上存在している最も小さな階調値とは、例えば、低階調側からの頻度の累積値が所定値に達するときの階調値、又は頻度が所定値に達する最も低階調側の階調値である。ここで、所定値とは、全画素数の０．１〜１％程度とする。
【００１８】
また、均一光照射時の所定画素数以上存在している最も小さな階調値をキャリブレーション用データの最小値とするとは、ヒストグラムを低階調側にシフトさせることである。図２、図３に示した補正データの作成では、キャリブレーション用データの最小値がゼロとなるようにシフトさせている。
【００１９】
ところで、均一光をＬＯＧセンサ１１に照射した状態でその出力信号がＡＤコンバータ１４のＡＤレンジに入っていることをモニタを見て確認しながらオペアンプ１３のオフセットを手動で下げる調整を行い、キャリブレーション用データとしてメモり１６に記憶させておき、撮像時に画像データとして出力するときは、各画素ごとに画像データとキャリブレーション用データとの引き算を行い出力することでも、一応キャリブレーションは可能である。
【００２０】
しかし、各画素ごとにオフセット成分が異なり、オペアンプ１３のオフセットを手動でキャリブレーションごとに上下させるため、画像の再現性が低く、調整に手間がかかるという問題点が生じる。仮に、オフセット調整を行わずにキャリブレーションを行うと、均一光以下の輝度については黒となり、画像情報として取り出すことは不可能になる。
【００２１】
本第１実施形態においては、キャリブレーション信号発生器１７からキャリブレーション命令が入力されたとき、画像処理器１５にて自動的にキャリブレーション用の画像データのヒストグラムを求め、該ヒストグラムの結果から所定画素数以上存在している最も小さな階調値（ＡＤ値）をキャリブレーション用データの最小値となるように演算し、メモリ１６に記憶させる。
【００２２】
そして、撮像時には、メモリ１６から前記キャリブレーション用データを読み出し、撮像された画像データの階調値からキャリブレーション用データを差し引いてモニタに出力する。
【００２３】
従って、均一光以下の輝度の部分が黒く潰れたりすることのない再現性の高いキャリブレーションが実現できる。また、キャリブレーション用データは、各画素の感度のばらつきそのものだけを表すデータとなっているため、モニタに映し出される画像がキャリブレーションによって暗くなりすぎることがない。
【００２４】
（第２実施形態、図４参照）
ＬＯＧセンサ内にノイズキャンセル機能を持つタイプであり、１チップ構成としたものである。センサ自身では除去しきれない感度のばらつきをさらに低減できる。
【００２５】
図４に示す固体撮像装置２において、Ｇ１１〜Ｇｍｎはマトリクス状に行列配置された画素を示している。２１は垂直走査回路であり、各画素に信号Ｖを与えるライン３−１〜３−ｎ、及び、各画素に信号ＶＤを与えるライン４−１〜４−ｎを順次走査していく。２２は水平走査回路であり、各画素から出力信号ライン６−１〜６−ｍに導出された光電変換信号を各画素ごとに水平方向に順次読み出す。５は電源ラインである。各画素に対しては、その他に、クロックラインやバイアス供給ライン等も接続されているが、これらについては省略する。
【００２６】
出力信号ライン６−１〜６−ｍのそれぞれには、定電流源７−１〜７−ｍが接続されていると共に、選択回路８−１〜８−ｍが設けられ、さらに、補正回路９が設けられている。補正回路９に接続されているメモリ１６、キャリブレーション信号発生器１７は前記第１実施形態と同様の機能を奏する。
【００２７】
各画素からの出力（画像信号、ノイズ信号）は、定電流源７−１〜７−ｍによって増幅され、選択回路８−１〜８−ｍに転送される。選択回路８−１〜８−ｍは転送された画像信号とノイズ信号をサンプルホールドする。
【００２８】
補正回路９へは、選択回路８−１〜８−ｍでサンプルホールドされた画像信号が転送された後、同じようにサンプルホールドされたノイズ信号が転送される。補正回路９では画像信号をノイズ信号に基づいて補正処理してノイズを除去し、かつ、前記第１実施形態で説明したキャリブレーションを行い、画像信号をモニタに出力する。
【００２９】
なお、本第２実施形態で処理されるノイズキャンセル機能の詳細は、特願２００２−２０３８９３に記載の固体撮像装置と同様である。
【００３０】
前記固体撮像装置２においては、以下の三つのモードで動作が可能である。第１のモードは、ノイズキャンセルを行わず、キャリブレーションのみを行う。補正回路９においてノイズ信号の読出しを省略すればよい。第２のモードは、ノイズキャンセル動作をさせ、かつ、キャリブレーションも行う。第３のモードは、キャリブレーションを行わず、ノイズキャンセルのみを行う。この場合、ノイズキャンセルのみを処理してキャリブレーションを行わずに画像信号を直接モニタに出力する。
【００３１】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る固体撮像装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である固体撮像装置を示すブロックダイアグラム図である。
【図２】ＬＯＧセンサの各画素のからの出力信号の階調に対する頻度を表すヒストグラム図である。
【図３】各画素の感度のばらつきに対するキャリブレーション用データの作成を示すヒストグラム図である。
【図４】本発明の第２実施形態である固体撮像装置を示すブロックダイアグラム図である。
【符号の説明】
１，２…固体撮像装置
７−１〜７−ｍ…定電流源
８−１〜８−ｍ…選択回路
９…補正回路
１１…ＬＯＧセンサ
１３…オペアンプ
１４…ＡＤコンバータ
１５…画像処理器
１６…メモリ
１７…キャリブレーション信号発生器
Ｇ１１〜Ｇｍｎ…画素

Claims

入射光量に応じて対数的に変化する出力信号を発生する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子からの出力信号をＡＤ変換するためのＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータでＡＤ変換されたＡＤデータをキャリブレーション用データに基づいてキャリブレーションするためのキャリブレーション手段と、を備え、
前記キャリブレーション用データは、前記固体撮像素子に対して均一光を照射したときに得られるＡＤデータの階調に対する頻度を表すヒストグラムを低階調側にシフトさせて作成されること、
を特徴とする固体撮像装置。
前記キャリブレーション用データは、前記固体撮像素子に対して均一光を照射したときに得られるＡＤデータの階調に対する頻度を表すヒストグラムにおいて、低階調側からの頻度の累積値が所定値に達するときの階調値、又は頻度が所定値に達する最も低階調側の階調値をキャリブレーション用データの最小値となるように演算して作成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記最小値はゼロであることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
さらに、前記キャリブレーション用データを記憶するためのメモリを備えたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子内に各画素の感度のばらつき補正用回路を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の固体撮像装置。