(57)【要約】【目的】開口に光が入射して得られる信号電荷にもとづくシェーディングを防止する。【構成】奇数列については偶数行に，偶数列については奇数行にフォトダイオード２が配置されているハニカム型のＣＣＤ１において，フォトダイオード２に隣接した垂直転送路３上に開口４を形成する。開口４は，ＣＣＤ１の中心部分から周辺部分になるにつれてその大きさが大きくなっている。ＣＣＤ１の前方にレンズが配置されている場合に，レンズの曲面にもとづいてＣＣＤ１の周辺部に入射する光量と中心部に入射する光量とが異なるが，開口４の大きさが中心部分と周辺部分とに応じて変わっているので開口４ごとに蓄積される信号電荷の量は一定となる。シェーディングを防止できる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
奇数列については偶数行に配置され，偶数列については奇数行に配置されている，または奇数列については奇数行に配置され，偶数列については偶数行に配置されている多数の光電変換素子，
上記光電変換素子に隣接して遮光して設けられ，上記光電変換素子に隣接した位置であって，固体電子撮像素子の周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっている開口が形成されており，かつ上記光電変換素子に蓄積された第１の信号電荷および上記開口から光が入射することにより生じる第２の信号電荷をそれぞれ行方向に転送する垂直転送路，
を備えている固体電子撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体電子撮像素子，および
上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力された上記第１の信号電荷にもとづいて得られる第１の画像データを，上記第２の信号電荷に基づいて得られる第２の画像データを用いて補正する補正装置，
を備えた固体電子撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の固体電子撮像素子，
上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力される上記第１の信号電荷にもとづいて本画素を生成し，上記第２の信号電荷にもとづいて補間画素を生成する画素生成装置，および
上記画素生成手段によって生成された上記本画素と上記補間画素とから一間の画像を生成する画像生成装置，
を備えた固体電子撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は，固体電子撮像素子および固体電子撮像装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ＣＣＤのような固体電子撮像素子は，ディジタル・スチル・カメラなどに利用されている。固体電子撮像素子の前方には，撮像レンズが設けられている。撮像レンズは，球面であるから，撮像レンズの周辺部に位置する光電変換素子よりも撮像レンズの中心部に位置する光電変換素子の方が光の入射効率が高い。撮像レンズの中心部に位置する光電変換素子からの出力信号レベルほど高くなり，撮像レンズの周辺部に位置する光電変換素子からの出力信号レベルほど低くなる。このために，いわゆるシェーディングが生じることがある。
【０００３】
【発明の開示】
固体電子撮像素子には，ハニカム配列と呼ばれるものがある。ハニカム配列は，光電変換素子が，奇数列については偶数行に，偶数列については奇数行に配置されている，または奇数列については奇数行に，偶数列については偶数行に配置されているものである。このようなハニカム配列において光電変換素子の間の領域を有効利用するために，その領域に開口を形成することが考えられている。
【０００４】
開口に光が入射することにより得られる画像データによって表される画像にもいわゆるシェーディングが生じることがある。
【０００５】
この発明は，開口に光が入射して得られる信号電荷にもとづくシェーディングを防止することを目的とする。
【０００６】
第１の発明による固体電子撮像素子は，奇数列については偶数行に配置され，偶数列については奇数行に配置されている，または奇数列については奇数行に配置され，偶数列については偶数行に配置されている多数の光電変換素子，上記光電変換素子に隣接して遮光して設けられ，上記光電変換素子に隣接した位置であって，固体電子撮像素子の周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっている開口が形成されており，かつ上記光電変換素子に蓄積された第１の信号電荷および上記開口から光が入射することにより生じる第２の信号電荷をそれぞれ行方向に転送する垂直転送路を備えていることを特徴とする。
【０００７】
第１の発明によると，光電変換素子は，いわゆるハニカム配列であり，奇数列については偶数行に配置され，偶数列については奇数行に配置されている，または奇数列については奇数行に配置され，偶数列については偶数行に配置されている。光電変換素子に隣接して遮光された垂直転送路が形成されている。この垂直転送路上には，光電変換素子に隣接した位置に開口が形成されている。この開口は，周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっている。このために，開口にもとづいて得られる信号電荷の量は，周辺部ほど多くなり，中心部ほど少なくなる。
【０００８】
固体電子撮像素子の前方に撮像レンズが配置されている場合には，中心部に位置する開口にもとづいて得られる信号電荷の量が多くなり，撮像レンズの周辺部に位置する開口にもとづいて得られる信号電荷の量が少なくなる。しかしながら，この発明によると，上述したように，開口は，周辺部から中心に向かうにつれて大きさが小さくなっているので，その位置によって開口にもとづいて得られる信号電荷の量が異なることが未然に防止される。開口にもとづいて得られる信号電荷によるいわゆるシェーディングが発生することが未然に防止される。
【０００９】
第２の発明による固体電子撮像装置は，上述した固体電子撮像素子，および上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力された上記第１の信号電荷にもとづいて得られる第１の画像データを，上記第２の信号電荷に基づいて得られる第２の画像データを用いて補正する補正装置を備えていることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明によると，上記光電変換素子に蓄積された第１の信号電荷にもとづいて得られる第１の画像データが，上記開口に光が入射することにより得られる第２の画像データによって補正される。高画質の画像を表すことができるようになる。とくに，上記開口に光が入射することにより得られる第２の画像データは，上述したようにシェーディングの発生が防止されているものであるから，より高画質の画像を得ることができる。
【００１１】
第３の発明による固体電子撮像装置は，上述した固体電子撮像素子，上記固体電子撮像素子の上記垂直転送路から出力される上記第１の信号電荷にもとづいて本画素を生成し，上記第２の信号電荷にもとづいて補間画素を生成する画素生成装置，および上記画素生成手段によって生成された上記本画素と上記補間画素とから一間の画像を生成する画像生成装置を備えていることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明によると，上記第１の信号電荷にもとづいて本画素が生成され，上記第２の信号電荷にもとづいて補間画素が生成される。生成された補間画素は，上述したようにシェーディングの発生が防止されているから高画質のものとなる。
【００１３】
【実施例の説明】
図１は，この発明の実施例を示すもので，ＣＣＤの模式図である。
【００１４】
ＣＣＤ１には，ほぼ全面に受光領域５が設けられている。
【００１５】
受光領域５には，列方向および行方向に多数の八角形のフォトダイオード２が設けられている。フォトダイオード２は，奇数列には偶数行に配置され，偶数列には奇数行に配置されている。もっとも，フォトダイオード２は，奇数列には奇数行に配置され，偶数列には偶数行に配置されるようにしてもよい。
【００１６】
フォトダイオード２の右側に隣接して，信号電荷を垂直方向（行方向）に転送する垂直転送路３が形成されている。垂直転送路３は，遮光されている。
【００１７】
垂直転送路３には，フォトダイオード２の右側の位置に開口４が形成されている。詳しくは後述するように，受光領域５の中心部から周辺部になるにつれて，開口４の大きさが大きくなっている（図１においては便宜上開口４の大きさは一定にしてある。図２参照）。これらの開口４から光が入射する。
【００１８】
受光領域５の下端には，信号電荷を水平方向に転送する水平転送路６が設けられている。
【００１９】
水平転送路６の出力側（左側）には，増幅回路７が設けられている。
【００２０】
フォトダイオード２に蓄積された信号電荷は，フォトダイオード２にシフト・パルスが与えられることにより，垂直転送路３にシフトされる。垂直転送路３にシフトされた信号電荷は，垂直転送路３に垂直転送パルスが与えられることにより垂直方向に転送させられる。信号電荷は，垂直転送路３から水平転送路６に入力し，水平方向に転送させられる。信号電荷が増幅回路７において増幅され，映像信号としてＣＣＤ１から出力される。
【００２１】
また，受光領域５０の開口４に光が入射することにより，垂直転送路３において信号電荷が発生する。発生した信号電荷は，垂直転送路３に垂直転送パルスが与えられることにより，垂直方向に転送させられる。上述したフォトダイオード２に蓄積された信号電荷と同様に，垂直転送路３，水平転送路６および増幅回路７を介して映像信号として出力される。
【００２２】
図２は，ＣＣＤ１においてフォトダイオード２を省略した模式図である。
【００２３】
上述したように，中心部から周辺部になるにつれて開口４の大きさが序々に大きくなっている。このために，中心部の開口４よりも周辺部の開口４の方が光の入射効率が高い。
【００２４】
ディジタル・スチル・カメラにおいては，撮像素子としてＣＣＤ１が用いられる場合，ＣＣＤ１の前方には撮像レンズが設けられることが多い。撮像レンズは，球面であるために周辺のレンズ部分を透過する光の量よりも中心のレンズ部分を透過する光の量の方が多い。この実施例においては，上述したように中心部から周辺部になるにつれて開口４の大きさが序々に大きくなっているので，開口４に入射する光量は開口４の位置に関わらずほぼ一定となる。開口４に光が入射することにより得られる信号電荷を用いて画像を生成した場合に，シェーディングが起きることを未然に防止できる。
【００２５】
上述した実施例においては，フォトダイオード２の形状は八角形であるが八角形に限らずその他の形状でもよい。また，開口４は，便宜上，円としているが，開口４も円に限らず，八角形その他の形状でもよいのはいうまでもない。
【００２６】
図３は，ディジタル・スチル・カメラの電気的構成を示すブロック図である。
【００２７】
ディジタル・スチル・カメラの全体の動作は，ＣＰＵ１９によって統括される。
【００２８】
ディジタル・スチル・カメラには，シャッタ・レリーズ・ボタン，モード設定スイッチ等を含むシャッタ類２０が含まれている。シャッタ類２０から出力される各種指令信号は，ＣＰＵ１９に入力する。
【００２９】
ディジタル・スチル・カメラには，ストロボ撮影のためのストロボ１１が含まれている。ストロボ１１は，駆動回路１２によりその発光が制御される。
【００３０】
また，駆動回路１２からはクロック信号，その他の制御信号等が出力され，ズーム・レンズ１３，メカニカル・シャッタおよび絞り１４，ＣＣＤ１ならびにアナログ信号処理回路１５に与えられる。
【００３１】
ズーム・レンズ１３によって被写体像を表す光が集光される。シャッタおよび絞り１４を通過した光はＣＣＤ１の受光領域５上に結像する。スイッチ類２０に含まれるモード設定スイッチにより撮像モードが設定されると，ＣＣＤ１から被写体像を表す映像信号が出力され，アナログ信号処理回路１５に入力する。アナログ信号処理回路１５において，相関二重サンプリングなどの所定のアナログ処理が行われる。アナログ信号処理回路１５から出力された映像信号は，アナログ／ディジタル変換回路１６においてディジタル画像データに変換される。
【００３２】
アナログ／ディジタル変換回路１６において変換されたディジタル画像データは，ディジタル信号処理回路１７に入力する。ディジタル信号処理回路１７において，ガンマ補正，白バランス調整などの所定のディジタル信号処理が行われる。ディジタル信号処理回路１７から出力された画像データが画像表示装置２２に与えられることにより，撮像により得られた被写体像が画像表示装置２２の表示画面に表示される。また，通信インターフェイス２３に外部表示装置などが接続されていると，画像データは通信インターフェイス２３を介してその外部表示装置にも与えられる。外部表示装置の表示画面に被写体像が表示されることとなる。
【００３３】
シャッタ・レリーズ・ボタンが押されると，上述したように，ディジタル信号処理回路１７から出力された画像データは，メモリ１８に一時的に記憶される。画像データは，メモリ１８から読み取られ，メモリ・カード・インターフェイス２１に与えられる。メモリ・カード・インターフェイス２１にメモリ・カードが接続されることにより，メモリ・カードに画像データが記録される。
【００３４】
図４は，ＣＣＤ１から映像信号を出力するときのタイム・チャートである。
【００３５】
まず，メカニカル・シャッタおよび絞り１４のメカニカル・シャッタは開放状態とされる。時刻ｔ１においてモード設定スイッチを用いて撮像モードが設定されると，ＣＣＤ１が駆動させられ一定周期Δｔで被写体が撮像される。一定周期ΔｔごとにＣＣＤ１から被写体像を表す画像データが出力される（いわゆる電子シャッタ）。時刻ｔ２において，電子シャッタ動作が停止し，ＣＣＤ１への露光が開始される。時刻ｔ３において，メカニカル・シャッタが閉じるとＣＣＤ１への露光が終了する（露光時間：ｔ２〜ｔ３）。この露光時間の間にフォトダイオード２および垂直転送路３の開口４の部分にそれぞれ信号電荷が蓄積される。
【００３６】
ＣＣＤ１の露光が終了すると，時刻ｔ３からｔ４の間に水平転送路６に水平転送パルスが与えられ，水平転送路６に残っている不要電荷が掃き出される。その後，時刻ｔ５から垂直転送路３に垂直転送パルスが与えられる。垂直転送路３の開口４の部分に蓄積されている信号電荷が垂直方向に転送させられる。時刻ｔ６となると，水平転送路６に水平転送パルスが与えられ，垂直転送路３の開口４の部分に蓄積されている信号電荷が時刻ｔ７までの間に映像信号として出力される。上述したように，開口４の大きさは，中心部分から周辺部分になるにつれて序々に大きくなっているから，上述のようにズーム・レンズ１３の中心部分と周辺部分とで入射光量が異なっても開口４ごとに得られる信号電荷の量（映像信号レベル）はほぼ一定となる。シェーディングが生じるのを未然に防止できる。
【００３７】
時刻ｔ８となると，フォトダイオード２にシフト・パルスが与えられる。フォトダイオード２に蓄積されている信号電荷が垂直転送路３にシフトされる。また，垂直転送路３に垂直転送パルスが与えられる。すると，垂直転送路３にシフトされた信号電荷が垂直方向に転送させられ，水平転送路６に与えられる。時刻ｔ９になると水平転送路６に水平転送パルスが与えられ，フォトダイオード２に蓄積された信号電荷が時刻ｔ１０までの間に映像信号として出力される。
【００３８】
このようにしてフォトダイオード２に蓄積された信号電荷にもとづいて得られる映像信号（画像データ）と垂直転送路３の開口４の部分に蓄積された信号電荷にもとづいて得られる映像信号（画像データ）とを用いることによりダイナミック・レンジの広い画像を次のようにして得ることができる。アナログ／ディジタル変換回路１６の出力は，８ビットのものとする。
【００３９】
図５は，フォトダイオード２への入射光量−出力画像データＹ（アナログ／ディジタル変換回路１６の出力）特性，図６は，フォトダイオード２に蓄積された信号電荷にもとづいて得られた画像データＹとガンマ補正後の画像データＺとの特性をそれぞれ示している。
【００４０】
フォトダイオード２への入射光量が光量Ｘとなるまでは出力画像データＹは入射光量に比例して増加していく。入射光量が光量Ｘを越えると出力画像データＹは飽和（　２５５のレベル）する。出力画像データＹに対して，ディジタル信号処理回路１７において上述したように，図６に示すガンマ補正曲線にしたがうガンマ補正が行われる。ガンマ補正が行われることにより，出力画像データＹのレベルに応じてガンマ補正後の画像データＺが得られる。
【００４１】
図７は，開口４への入射光量−出力画像データｙ（アナログ／ディジタル変換回路１６の出力）特性，図８は，開口４の部分に蓄積された信号電荷にもとづいて得られた画像データｙとガンマ補正後の画像データｚとの特性をそれぞれ示している。
【００４２】
フォトダイオード２の場合と同様に，開口４への入射光量が光量ｘとなるまでは出力画像データｙは入射光量に比例して増加していく。入射光量が光量ｘを越えると出力画像データｙは飽和（６３のレベル）する。出力画像データｙに対して，図８に示すガンマ補正曲線にしたがうガンマ補正が行われる。ガンマ補正が行われることにより，出力画像データｙのレベルに応じてガンマ補正後の画像データｚが得られる。開口４の場合は，開口４の面積はフォトダイオード２の面積よりも小さいので，フォトダイオード２に蓄積される信号電荷にもとづいて得られる画像データＹが飽和する光量Ｘよりも多い光量ｘで飽和する。フォトダイオード２にもとづいて得られる画像データＹよりも細かいレベルを表す画像データｙが得られる。したがって，フォトダイオード２にもとづいて得られるガンマ補正後の画像データＺよりも細かいレベルを表すガンマ補正後の画像データｚが得られる。
【００４３】
このように得られた第１のガンマ補正後の画像データＺと第２のガンマ補正後の画像データｚとを式１にしたがって一駒の画像を表す画像データを生成すると，その生成された画像データＩによって表される画像は，ダイナミック・レンジの広いものとなる。
【００４４】
Ｉ＝（Ｚ＋ｚ）／（２５５＋６３）×２５５・・・式１
【００４５】
また，開口４にもとづいて得られる信号電荷を用いて，フォトダイオード２に蓄積された信号電荷によって表される画素（本画素）の間の補間画素をディジタル信号処理回路１７において生成することもできるのはいうまでもない。フォトダイオード２に蓄積された信号電荷によって表される画素の間に，生成された補間画素が表示されるようにディジタル信号処理回路１７においてアドレッシング操作により行うことができよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＣＤの模式図である。
【図２】フォトダイオードを省略したＣＣＤの模式図である。
【図３】ディジタル・スチル・カメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】ＣＣＤから映像信号を出力するときのタイム・チャートである。
【図５】入射光量と出力画像データとの特性を示している。
【図６】ガンマ補正特性を示している。
【図７】入射光量と出力画像データとの特性を示している。
【図８】ガンマ補正特性を示している。
【符号の説明】
１　ＣＣＤ
２　フォトダイオード
３　垂直転送路
４　開口
５　受光領域
６　水平転送路
１７　ディジタル信号処理回路
１９　ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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