(57)【要約】【課題】画質を実質的に低下させることなく、フレームメモリの容量を小さくでき、キャリブレーション補正を迅速に処理でき、及び／又は、冗長性のないキャリブレーション補正を行える固体撮像装置を得る。【解決手段】ＬＯＧイメージセンサ１１と、該センサ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１２と、該アンプ１２からの出力信号をＡＤ変換するためのＡＤコンバータ１３と、キャリブレーションデータを保持するフレームメモリ１５と、画像データを生成してモニタに出力する画像処理器１４とを備えた固体撮像装置。コンバータ１３のビット数Ｍとメモリ１５のビット数ＮとがＭ＞Ｎの関係にあり、画像処理器１４はコンバータ１３からの出力信号をキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する。コンバータ１３のＡＤ変換のビット数Ｍに対して前記補正に使用されるビット数ＮがＭ＞Ｎであってもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、
前記オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、
キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、
前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、
前記ＡＤコンバータのビット数Ｍと前記フレームメモリのビット数ＮとがＭ＞Ｎの関係にあること、を特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、
前記オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、
キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、
前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、
前記ＡＤコンバータのＡＤ変換のビット数Ｍに対して前記キャリブレーション補正に使用されるビット数ＮがＭ＞Ｎであること、を特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、
前記オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、
キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、
前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、
前記ＡＤコンバータのＡＤ変換のビット数Ｍに対して前記キャリブレーションデータのビット数Ｎが２以上少ないこと、を特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、
前記オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、
キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、
前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、
前記キャリブレーションデータは前記ＡＤコンバータから出力された元データを全画素に関して同じ処理方法でビット数を減じて作成されること、を特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記イメージセンサは、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ＬＯＧイメージセンサである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記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置、特に、イメージセンサの出力に基づいてモニタなどに画像データを出力する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
特許文献１：特開平１１−２９８７９８号公報
特許文献２：特開平２００１−１９７３６９号公報
【０００３】
一般に、固体撮像装置では、イメージセンサが各画素の出力特性にばらつきを有するため、予め均一光をイメージセンサに入射させて各画素の出力データをキャリブレーションデータ（シェーディング、固定パターンノイズ等の補正データ）としてメモリに記憶させておき、実際の撮像時に該キャリブレーションデータに基づいた補正を行い、画像データとして出力するようにしている。
【０００４】
特に、近年開発されたＬＯＧイメージセンサ（例えば、特許文献１参照）では、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ため、各画素の出力特性のばらつきが大きく、キャリブレーションを行うことは必須である。
【０００５】
そのために、特許文献２には、ＬＯＧイメージセンサに均一光を照射したときのシェーディングデータを圧縮してメモリし、補正時にはメモリされているデータを伸張するようにした固体撮像装置が提案されている。
【０００６】
即ち、従来の固体撮像装置においては、センサの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータのビット数がＭであると、キャリブレーションデータを保持するフレームメモリのビット数もＭであり、フレームメモリは（総画素数×Ｍ）ビットの容量を必要としていた。
【０００７】
また、撮像データを緻密にＡＤ変換するためにＡＤコンバータのビット数を大きくすると、これに比例してフレームメモリのビット数も増大していた。即ち、ＡＤコンバータのビット数を２ビット大きくした場合、フレームメモリの容量は（総画素数×２）ビット大きくする必要があった。また、ビット数が増えることはＡＤ変換後の階調段が増えることであるから、より精細なキャリブレーションが可能である。しかし、ある精度以上にキャリブレーションを行っても、得られる画像の画質はさほど向上せず、いわば冗長なキャリブレーションを行うことになる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、画質を実質的に低下させることなく、（１）フレームメモリの容量を小さくでき、（２）キャリブレーション補正を迅速に処理でき、及び／又は、（３）冗長性のないキャリブレーション補正を行える固体撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、第１の発明に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、該イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、該オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、前記ＡＤコンバータのビット数Ｍと前記フレームメモリのビット数ＮとがＭ＞Ｎの関係にあることを特徴とする。
【００１０】
イメージセンサに均一光を照射して得られたキャリブレーションデータはＡＤコンバータのビット数に応じたデータであるが、低位のビット数のデータはキャリブレーションデータとしてそれほど重要ではなく、無視して撮像データの補正を行ったとしても実用上画質が低下することはない。第１の発明に係る固体撮像装置においては、ＡＤコンバータのビット数Ｍとフレームメモリのビット数ＮとをＭ＞Ｎの関係に設定することにより、画質を低下させることなく、フレームメモリの容量を｛総画素数×（Ｍ−Ｎ）｝ビットだけ小さくでき、固体撮像装置のコストダウンを達成することができる。
【００１１】
第２の発明に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、該イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、該オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、前記ＡＤコンバータのＡＤ変換のビット数Ｍに対して前記キャリブレーション補正に使用されるビット数ＮがＭ＞Ｎであることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係る固体撮像装置においては、ＡＤコンバータのＡＤ変換のビット数Ｍに対してキャリブレーション補正に使用されるビット数ＮがＭ＞Ｎであることにより、画質を低下させることなく、キャリブレーション補正を迅速に処理することができる。
【００１３】
第３の発明に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、該イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、該オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、前記ＡＤコンバータのＡＤ変換のビット数Ｍに対して前記キャリブレーションデータのビット数Ｎが２以上少ないことを特徴とする。
【００１４】
第３の発明に係る固体撮像装置においては、ＡＤコンバータのＡＤ変換のビット数Ｍに対してキャリブレーションデータのビット数Ｎが２以上少ないため、画質を低下させることなく、フレームメモリの容量を（総画素数×２）ビット以上小さくでき、キャリブレーション補正を迅速に処理することができる。
【００１５】
第４の発明に係る固体撮像装置は、入射光量に応じた出力信号を発生するイメージセンサと、該イメージセンサの出力信号を増幅するオペアンプと、該オペアンプの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、キャリブレーションデータを保持するフレームメモリと、前記ＡＤコンバータからの出力を前記フレームメモリに保持されているキャリブレーションデータに基づいて補正を行い、画像データを生成する画像処理器と、を備え、前記キャリブレーションデータは前記ＡＤコンバータから出力された元データを全画素に関して同じ処理方法でビット数を減じて作成されることを特徴とする。
【００１６】
第４の発明に係る固体撮像装置においては、キャリブレーションデータはＡＤコンバータから出力された元データを全画素に関して同じ処理方法でビット数を減じて作成されるため、画質を低下させることなく、フレームメモリの容量が（総画素数×ビット数の減少数）ビットだけ小さくて済み、キャリブレーション補正を迅速に処理することができる。
【００１７】
前記第１、第２、第３及び第４の発明に係る固体撮像装置において、イメージセンサは、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ＬＯＧイメージセンサであってもよい。ＬＯＧイメージセンサは他のセンサ（ＣＣＤイメージセンサなど）に比べて各画素の出力特性のばらつきが大きいため、キャリブレーション補正が必須であり、本発明を効果的に適用することができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
（第１実施形態、図１参照）
図１に、本発明の第１実施形態である固体撮像装置１のブロックダイヤグラムを示す。この固体撮像装置１は、ＬＯＧイメージセンサ１１とオペアンプ１２とＡＤコンバータ１３と画像処理器１４とフレームメモリ１５とから構成され、画像処理器１４にはＣＲＴなどのモニタが接続されている。
【００２０】
ＬＯＧイメージセンサ１１は、光電変換特性にＬＯＧ特性を有するものであり、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。例えば、前記特許文献１に記載の固体撮像素子を使用することができる。
【００２１】
オペアンプ１２は、ＬＯＧイメージセンサ１１の出力信号を増幅するものであり、ダイナミックレンジ２〜４桁の範囲がＣＲＴなどのモニタの表示可能な範囲になるようにゲイン調整がされている。ＬＯＧイメージセンサ１１は輝度に対して６桁のダイナミックレンジを持っているが、被写体の照度分布は最大４桁程度であり、ほとんどの場合は２桁から３桁で収まるからである。
【００２２】
ＡＤコンバータ１３は、前記オペアンプ１２の出力をＡＤ変換するためのものであり、そのビット数をＭとする。
【００２３】
フレームメモリ１５は、キャリブレーションデータを保持するものである。キャリブレーションデータは、前記ＬＯＧイメージセンサ１１の各画素の出力特性のばらつきに関するデータであり、ＬＯＧイメージセンサ１１に均一光を照射することにより得られる。フレームメモリ１５のビット数をＮとする。
【００２４】
画像処理器１４は、ＡＤ変換後の撮像データに対して必要な補正、特に、前記フレームメモリ１５から読み出したキャリブレーションデータに基づいて撮像データの補正を各画素ごとにリアルタイムで行い、画像データを生成してモニタに出力する。
【００２５】
以上の構成からなる固体撮像装置１において、ＡＤコンバータ１３のビット数Ｍとフレームメモリ１５のビット数Ｎとは、Ｍ＞Ｎの関係に設定されている。均一光をＬＯＧイメージセンサ１１に照射して得られたキャリブレーションデータをフレームメモリ１５に記憶させる際、ＡＤコンバータ１３の出力データ（Ｍビット）の上位Ｎビットをキャリブレーションデータとして記憶する。
【００２６】
一方、ＬＯＧイメージセンサ１１の撮像データから固定パターンノイズ等を除去するために前記キャリブレーションデータで撮像データを補正する際には、フレームメモリ１５に記憶されているキャリブレーションデータを（Ｍ−Ｎ）ビットＭＳＢ側にビットシフトして、即ち、２（Ｍ−Ｎ）の乗算を行って、Ｍビットのデータに変換して撮像データから減算する。
【００２７】
ところで、Ｍビットの撮像データからノイズ成分の除去に必要な実質的なビット数はフレームメモリ１５に記憶されているキャリブレーションデータの一部の上位ビットである。このノイズ成分を除去するのに必要なビット数をＮとした場合、フレームメモリ１５に必要なビット数はＮビットであり、フレームメモリ１５にはＡＤコンバータの出力であるＭビットのうち、上位Ｎビットのデータを記憶するだけでよく、下位の（Ｍ−Ｎ）ビットに対応するデータを切り捨てても実質的に画質に悪影響を及ぼすことはない。
【００２８】
このような補正を全画素に対して一律に行ってもＬＯＧイメージセンサ１１では画質の低下を生じないことは実験からも明らかである。
【００２９】
具体的には、一例として、１０ビットのＡＤコンバータ１３及び６ビットのフレームメモリ１５を用いて、上位６ビットでキャリブレーション補正を行う例を示す。
【００３０】
ＬＯＧイメージセンサ１１に均一光を照明し、キャリブレーションデータをフレームメモリ１５に記憶させる際は、ＡＤコンバータ１３の出力１０ビットのうち、上位６ビットをフレームメモリ１５に記憶する。即ち、全画素のＡＤ出力データに対して一律に上位６ビットを選択して記憶する。
【００３１】
ＬＯＧイメージセンサ１１の撮像した撮像データから固定パターンノイズ等を除去して画像データとして出力する際、画像処理器１４は、フレームメモリ１５から読み出した６ビットのキャリブレーションデータを４ビットＭＳＢ側にビットシフト（２４の乗算）して、１０ビットのデータに変換し、撮像データから減算する。
【００３２】
このような処理を行うことで、画像データの画質を実質的に低下させることなく、フレームメモリ１５の容量を小さくすることができる。
【００３３】
（第２実施形態、図２参照）
図２に、本発明の第２実施形態である固体撮像装置２のブロックダイヤグラムを示す。この固体撮像装置２は、前記第１実施形態と同様に、ＬＯＧイメージセンサ１１とオペアンプ１２とＡＤコンバータ１３と画像処理器１４とフレームメモリ１５’とから構成されている。
【００３４】
ＬＯＧイメージセンサ１１、オペアンプ１２、ＡＤコンバータ１３及び画像処理器１４は前記第１実施形態と同じものであり、その説明は省略する。
【００３５】
フレームメモリ１５’は、前記フレームメモリ１５と同様にキャリブレーションデータを保持するものであり、本第２実施形態では、Ｍビット以上の汎用デバイスが使用されているが、キャリブレーション補正に使用するビット数はＮとしている。
【００３６】
以上の構成からなる固体撮像装置２において、ＡＤコンバータ１３のビット数Ｍとキャリブレーション補正に使用されるビット数Ｎとは、Ｍ＞Ｎの関係に設定されている。均一光をＬＯＧイメージセンサ１１に照射して得られたキャリブレーションデータをフレームメモリ１５’に記憶させる際、ＡＤコンバータ１３の出力データ（Ｍビット）をキャリブレーションデータとして記憶する。
【００３７】
一方、ＬＯＧイメージセンサ１１の撮像データから固定パターンノイズ等を除去するために前記キャリブレーションデータで撮像データを補正する際、画像処理器１４はフレームメモリ１５’に記憶されているキャリブレーションデータをノイズ成分の除去に必要な６ビットのデータを読み出し、（Ｍ−Ｎ）ビットＭＳＢ側にビットシフトして、即ち、２（Ｍ−Ｎ）の乗算を行って、Ｍビットのデータに変換して撮像データから減算する。
【００３８】
Ｍビットの撮像データからノイズ成分の除去に必要な実質的なビット数はフレームメモリ１５’に記憶されているキャリブレーションデータの一部の上位ビットであることは前述のとおりである。本第２実施形態では、フレームメモリ１５’にＭビット以上の汎用デバイスを用いるも、キャリブレーション補正に使用するビット数をＮに抑え、実質的に画質に悪影響を及ぼすことなく、キャリブレーション補正の効率化を図ることができる。
【００３９】
なお、本第２実施形態において、フレームメモリ１５’として使用される汎用デバイスはＭビット以上であることは必ずしも必要ではなく、キャリブレーション補正のために最低限必要なＮビット以上であればよい。
【００４０】
また、フレームメモリ１５’にはＭビットのキャリブレーションデータを記憶しておき、撮像モードに応じて、例えば、モノクロモードであればＮビットを選択してキャリブレーション補正を行い、カラーモードであればＭビットのデータに基づいてキャリブレーション補正を行うように選択することが可能である。
【００４１】
具体的には、一例として、１０ビットのＡＤコンバータ１３及び１６ビットのフレームメモリ１５’を用いて、ＡＤ変換されたキャリブレーションデータのうち６ビットを使用して補正を行う例を示す。
【００４２】
ＬＯＧイメージセンサ１１に均一光を照明し、キャリブレーションデータをフレームメモリ１５’に記憶させる際は、ＡＤコンバータ１３の出力１０ビットを１６ビットに変化して、即ち、上位６ビットには０を格納して、フレームメモリ１５’に記憶する。この処理は全画素のＡＤ出力データに対して一律に行う。
【００４３】
ＬＯＧイメージセンサ１１の撮像した撮像データから固定パターンノイズ等を除去して画像データとして出力する際、画像処理器１４は、フレームメモリ１５’に記憶されている１６ビットのキャリブレーションデータのうちＬＳＢ側より５ビット目から１０ビット目までを選択して６ビットのデータとして読み出し、４ビットＭＳＢ側にビットシフト（２４の乗算）して、１０ビットのデータに変換し、撮像データから減算する。
【００４４】
このような処理を行うことで、画像データの画質を実質的に低下させることなく、キャリブレーション補正を高速に行うことができ、撮像モードに応じたキャリブレーション補正を選択することも可能である。
【００４５】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る固体作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することができる。
【００４６】
例えば、前記第１及び第２実施形態である固体撮像装置は、外付けのオペアンプ、ＡＤコンバータ、画像処理器、フレームメモリで構成したものを示したが、これらをＬＯＧイメージセンサに内蔵して１チップ化したものであってもよい。また、前記第１及び第２実施形態の固体撮像装置における幾つかのエレメントが構成上、或いは機能上において統合された不可分の単一のエレメントとして構成されていてもよい。
【００４７】
また、前記第１及び第２実施形態である固体撮像装置においては、ＡＤコンバータのＡＤ変換のビット数Ｍが１０、キャリブレーション補正に使用されるビット数Ｎが６である場合を説明したが、ＮはＭに対して少なく設定されていればよく、好ましくは２以上少なく設定されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施形態を示すブロックダイヤグラム図である。
【図２】本発明に係る固体撮像装置の第２実施形態を示すブロックダイヤグラム図である。
【符号の説明】
１，２…固体撮像装置
１１…ＬＯＧイメージセンサ
１２…オペアンプ
１３…ＡＤコンバータ
１４…画像処理器
１５，１５’…フレームメモリ
【図１】
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【図２】
2004343623.tif 000004