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JP2004222048A - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP2004222048A
JP2004222048A JP2003008166A JP2003008166A JP2004222048A JP 2004222048 A JP2004222048 A JP 2004222048A JP 2003008166 A JP2003008166 A JP 2003008166A JP 2003008166 A JP2003008166 A JP 2003008166A JP 2004222048 A JP2004222048 A JP 2004222048A
Authority
JP
Japan
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photosensitive area
color temperature
signal
solid
state imaging
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2003008166A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Kobayashi
寛和 小林
Kazuya Oda
和也 小田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP2003008166A priority Critical patent/JP2004222048A/en
Publication of JP2004222048A publication Critical patent/JP2004222048A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Processing Of Color Television Signals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device which obtains signals having correct hues and stable color balance from a main photosensitive area and a sub photosensitive area respectively. <P>SOLUTION: A digital camera 10 supplies image signals successively read out from the main photosensitive area and the sub photosensitive area of a light receiving element to a signal processing part 18, and extents of deviation of spectral sensitivities which colors R, G, and B and colors r, g, and b in a main photosensitivity correction part 70 and a sub photosensitivity correction part 72 corresponding to the main photosensitive area and the sub photosensitive area respectively have, are corrected by a spectral sensitivity correction part 48 provided in the signal processing part 18, and color balance of image signals obtained from the main photosensitive area and the sub photosensitive area in image signals obtained by this correction is adjusted. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、本発明は、たとえば分光特性のバランスにずれをともなう固体撮像素子を用いて広ダイナミックレンジを有する画像を得る固体撮像装置等に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
固体撮像素子は、受光した光を電荷に変換する受光領域を設け、この受光領域で生成された余剰な電荷を基板側に排出する構造、いわゆる縦型オーバーフロードレイン構造を有しているものがある。この受光領域に光が入射すると、固体撮像素子は基板の光吸収によって受光領域の直下に電荷を生成する。縦型オーバーフロードレイン構造では、信号電荷の蓄積において障壁としてオーバーフローバリア領域を形成している。このとき、固体撮像素子には、オーバーフローバリアより浅い位置で発生した電荷が蓄積領域に流入する。固体撮像素子において流入するこの信号電荷が、信号電荷の蓄積に寄与する。
【0003】
ところで、入射光の波長に着目すると、波長の長い光は、オーバーフローバリア領域よりも深く入射し、この位置で入射光が吸収される。このため、発生した信号電荷は、基板に流れ、信号電荷の蓄積に寄与しない(特許文献1を参照)。これは、固体撮像素子が分光感度の影響を受け、波長依存性があることを意味している。具体的に固体撮像素子の分光感度を例示すると、短波長側は、シリコン基板上の膜が有する吸収特性で制限される。長波長側の理論限界は、シリコンの禁制帯エネルギーで決まり、この場合、1100 nmである(非特許文献1を参照)。
【0004】
このような分光感度において、特に、長波長の感度を高くする要請があるとき、固体撮像素子は、オーバーフローバリア領域を基板の奥深くに形成するように設計する提案がされている(特許文献1)。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−50755号公報
【非特許文献1】
和久井幸太郎 監修、映像情報メディア学会 編「テレビジョンカメラの設計技術」、コロナ社、1999,p.187。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
また、本出願人は、一つの受光領域を相対的に電荷蓄積容量の大きい主感光領域と相対的に電荷蓄積容量の小さい従感光領域とに分けた固体撮像装置を提案してきている。この固体撮像装置は、主感光領域と従感光領域とをポテンシャル障壁によって領域を分離している。ここで、オーバーフローバリアによって主感光領域および従感光領域のそれぞれに信号電荷を蓄積するように形成されるポテンシャルの深さを同じ深さに設計するとき、完全に垂直なポテンシャル障壁を形成することが望まれる。しかしながら、このようなポテンシャル障壁の形成には従感光領域に対して印加する電圧を非常に高い設定が要求されることから、その実現は現実的に困難なものになってしまう。
【0007】
このことにより、実際のオーバーフローバリアは傾斜を有するポテンシャル障壁となる。結果として、従感光領域は、基板表面から深いところが少なく、長波長の光に対する信号電荷を蓄積しようとしても、蓄積する容量が小さくなる。これは、主感光領域と従感光領域に同じ光を入射しても、従感光領域における長波長の感度が主感光領域に比べて低くなる可能性が高いことを示している。この可能性を考慮して要求を満足するように主感光領域と従感光領域に対してそれぞれ異なるオーバーフローバリアによる深さを形成することは、困難である。
【0008】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、主感光領域および従感光領域からそれぞれ色味が正しく安定した色バランスの信号を得ることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、主感光領域とこの主感光領域より小さい面積の従感光領域とを含み入射光を電気信号に変換する受光素子が複数、2次元アレイ状に配設された固体撮像素子と、この固体撮像素子から読み出した画像信号に信号処理を施す信号処理手段とを含み、この信号処理手段は、主感光領域および副感光領域それぞれの信号に対する分光感度を補正する感度補正手段を含むことを特徴とする。
【0010】
本発明の固体撮像装置は、受光素子の主感光領域と従感光領域とのそれぞれから順次読み出した画像信号を信号処理手段に供給し、信号処理手段に設けた感度補正手段で主感光領域および副感光領域のそれぞれで異なる分光感度を補正することにより、得られる画像信号における色バランスを調整している。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の一実施例を詳細に説明する。
【0012】
本実施例は、本発明の固体撮像装置をディジタルカメラ10に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【0013】
ディジタルカメラ10は、図3に示すように、光学系12、撮像部14、前処理部16、信号処理部18、システム制御部20、操作部22、タイミング信号発生器24、ドライバ26、モニタ28およびストレージ30を含んでいる。
【0014】
光学系12には、図示しないがメカニカルシャッタ、光学系レンズ、ズーム機構、絞り調節機構、およびオートフォーカス(AF: Automatic Focus)調節機構が含まれている。光学系12は、光学レンズを上述した各種の機構を調整して入射光を撮像部14に送る機能を有している。
【0015】
ズーム機構は、図示しないが被写界の画角を調整する。AF調節機構は、複数の光学レンズの配置を自動的に変位調節して被写体を焦点の合った位置関係に調節する機構である。機構のそれぞれには、上述した位置に光学レンズを移動させるためモータが配設されている。これらの機構は、各モータにドライバ26からそれぞれ供給される駆動信号32に応動して動作している。
【0016】
絞り調節機構は、具体的に図示しないが入射光量を調節するAE(Automatic Exposure)調節機構であり、ドライバ26からの駆動信号34に応じてリング部を回転させる。リング部は、羽根を部分的に重ならせてアイリスの形状を丸く形成し、入射する光束を通すようにアイリスを形成する。このようにして絞り調節機構はアイリスの口径を変えている。絞り調節機構は、メカニカルシャッタをレンズシャッタとして光学系レンズに組み込んでもよい。
【0017】
メカニカルシャッタは、撮像部14に撮影のとき以外に光が照射されないように遮光するとともに、露光の開始と終了により露光時間を決める機能を有している。メカニカルシャッタには、たとえば一眼レフカメラで使用されているようなフォーカルプレン式がある。この方式は、シャッタ幕が縦または横に走り、この瞬間にできるスリットで露光を行うものである。また、上述したようにレンズシャッタ式を用いてもよい。メカニカルシャッタは、ドライバ26から供給される駆動信号36に応じてシャッタを開閉する。
【0018】
撮像部14は、図示しないが光学ローパスフィルタおよび色フィルタが配された固体撮像素子を備えている。光学ローパスフィルタは、入射光の空間周波数をナイキスト周波数以下にするフィルタである。固体撮像素子は、電荷結合素子(CCD: Charge Coupled Device)で、一つの受光素子の受光面が受光面積の大きい主感光領域と受光面積の狭い従感光領域とに分けられ、主感光領域および従感光領域のそれぞれに蓄積した信号電荷を垂直転送路に読み出すトランスファゲート(TG: Transfer Gate)が配設されている。固体撮像素子については後段でさらに説明する。固体撮像素子にもドライバ26から駆動信号38が供給されている。駆動信号38は、固体撮像素子の動作モードに応じた水平駆動信号φH、垂直駆動信号φVおよびOFD(Over Flow Drain)信号等である。撮像部14は、固体撮像素子からで得られたアナログ電圧信号40を前処理部16に出力する。固体撮像素子は、飽和量を考慮して主感光領域から先に信号電荷を読み出して、次に従感光領域から信号電荷を読み出している。固体撮像素子は、一つの受光素子に対して上述した順序で各領域の信号電荷が独立にインターレース読出しされている。
【0019】
前処理部16には、ノイズ除去に相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling: CDS)回路、ゲイン調整アンプ(GCA: Gain Control Amplifier)、およびA/D変換器(Analog−to−Digital Converter)が含まれている。CDS回路には、タイミング信号発生器24からサンプリング信号としてCDSパルス42が供給され、A/D変換器には、変換クロック信号44が供給されている。前処理部16は、供給されるアナログ信号40に対してノイズ除去、波形整形、ディジタル化を行って得られた撮像データのすべてをディジタルデータ46として信号処理部18に出力する。
【0020】
信号処理部18は、図1に示すように、分光感度補正部48、画像加算部50、ヒストグラム算出部52、ガンマ変換部54、同時化処理部56、補正部58、圧縮/伸長処理部60、カードインタフェース部62、画像縮小部64および画像メモリ66, 68を有している。
【0021】
分光感度補正部48は、主感光補正部70および従感光補正部72を含んでいる。主感光補正部70は、主感光領域から得られた信号、すなわち画素データに対する分光感度を補正する機能を有している。また、従感光補正部72は、従観光領域から得られた信号、すなわち画素データに対する分光感度を補正する機能を有している。
【0022】
さらに説明すると、主感光補正部70は、図2に示すように、オフセット部74、リニアマトリックス(LMTX: Linear MaTriX)部76およびホワイトバランス(WB:White Balance)ゲイン部78を有し、従感光補正部72もオフセット部80、LMTX部82およびWBゲイン部84を有している。主感光補正部70と従感光補正部72は、補正する対象が主感光領域からの画素データと従感光領域からの画素データという点で異なるだけでそれぞれ同様の処理を行う。上述した各部について以下に説明する。
【0023】
オフセット部74, 80は、たとえば長時間露出にともなって黒レベルが上がる、いわゆる黒浮きを補正する機能を有している。すなわち、黒の基準レベル(ペデスタルレベル)が一定になるように上昇分のレベルを減じる機能である。
【0024】
LMTX部76, 82は、固体撮像素子の分光感度における色の重なりを解消する機能をそれぞれ有し、この機能を実現させるために演算機能を有している。分光感度における色の重なりとは、本実施例において色Rと色Bとの各分光特性に対する色Gの分光特性の重複領域を意味している。LMTX部76, 82は、色Rおよび色Bの分光特性が正しく表現されるように、対象とする色R, Bの画素に隣接する色Gの画素または近傍に位置する色Gの画素からの画素データに定数を乗算し、対象の画素データから乗算結果を減じる演算を行う。対象の画素データをR(x,y), B(x,y)、r(x,y), b(x,y)、定数L_RG, L_BG、L_rg, L_bg、対象に対して周囲に位置する色Gの画素データG(x+1,y)、補正された対象の画素データR(x,y), B(x,y)、r(x,y), b(x,y)とすると、演算は、それぞれ、
【0025】
【数1】
(x,y)=R(x,y)−L_RG*G(x+1,y) ・・・(1)
(x,y)=B(x,y)−L_BG*G(x+1,y) ・・・(2)
(x,y)=r(x,y)−L_rg*G(x+1,y) ・・・(3)
(x,y)=b(x,y)−L_bg*G(x+1,y) ・・・(4)
となる。
ここで、演算における主感光領域の定数L_RG, L_BGと従感光領域の定数L_rg, L_bgは、L_RG<L_rg, L_BG>L_bgの関係にすることが好ましい。これは、従感光領域における色rの信号に含まれる短波長成分を主感光領域における色Rの信号に含まれる短波長成分より少なくし、従感光領域における色bの信号に含まれる長波長成分を主感光領域における色Bの信号に含まれる長波長成分より多くすることを意味する。
【0026】
WBゲイン部78, 84は、色ごとに従感光領域のWBゲインを主感光領域のWBゲインに対する補正量により補正して分光感度を調整する機能をそれぞれ有している。補正量αは赤色、補正量βは青色の補正値である。ただし、この補正機能は、たとえば顕著に大きな輝線を持つ光源に対して厳密な補正を行うことはできない。しかしながら、この補正機能は、少なくとも、ブロードな一定の色温度を持つ光源に対して好適なものである。
【0027】
定義から、従感光領域からの色rに対するゲインr_gainは、α*R_gainであり、従感光領域からの色bに対するゲインb_gainは、β*B_gainである。また、ゲインは、それぞれの色に対する色Gの比として定義している(R_gain=G/R, B_gain=G/B, r_gain=g/r, b_gain=g/r)。この定義は後述する検出枠に対応している。したがって、補正量α, βは、所定の色温度として、たとえば色温度5000Kにおいて、
【0028】
【数2】
α(5000)=(R/G)/(r/g)=(R/r)*(g/G) ・・・(5)
β(5000)=(B/G)/(b/g)=(B/b)*(g/G) ・・・(6)
から算出する。実際にはカメラ製造時の画質調整工程においてたとえば、色温度5000Kの光源に対して補正量α, βを算出する。この算出値を保存しておく。
【0029】
さらに、WBゲイン部78, 84は、画像を複数に領域分割し、各領域に対して算出した検出枠から得られる補正量α, βでゲイン補正を行うようにしてもよい。補正量α, βは、検出枠(R/G, B/G)を座標とするプロットに対する値で設定する。これらの関係をシステム制御部20の図示しないEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)に格納し、使用時に対応する補正量α, βをシステム制御部20から読み出して制御バス86を介してWBゲイン部78, 84に供給し、WBゲイン部78, 84にてゲイン調整する。このゲイン調整についてはさらに後段で動作を説明する。
【0030】
なお、分光感度補正部48は、主感光補正部70および従感光補正部72において、少なくとも、図2に示すLMTX部76, 82およびWBゲイン部78, 84のいずれか一方を含むとよい。
【0031】
図1に戻って、信号処理部18には、画像信号としてディジタルデータ46がデータバス88, 90を介して画像メモリ66, 68にそれぞれ供給される。また、画像メモリ66, 68は、一時的に格納した主感光領域と従感光領域からのディジタルデータを分光感度補正部48に送って、ディジタルデータに対して分光感度を補正し、再び画像メモリ66, 68に格納する。図1に示す信号処理部18における分光感度補正部48〜画像縮小部64は、制御バス86を介してシステム制御部20から供給される制御信号102に応じて制御される。信号処理部18には、図3に示すタイミング信号発生器24から図示しないタイミング信号が供給されている。このタイミング信号は、水平同期信号HD、垂直同期信号VDおよび後述する各部の動作クロック等を含んでいる。
【0032】
図1に戻って、次に画像加算部50は、画像メモリ66と画像メモリ68とからそれぞれ、分光感度補正された主感光領域のディジタルデータと従感光領域のディジタルデータとが供給され、これらのディジタルデータを画素ごとに加算して得られる画像データを広ダイナミック化する機能を有している。広ダイナミック化は、ヒストグラム算出部52から供給されるシーン判定信号92に応じて行われる。画像加算部50は、たとえばハイライトシーンを含むと判定したシーン判定信号92の供給に応じて画像加算処理に移行する。画像加算処理は、制御バス86を介してシステム制御部20から供給される制御信号に応じて画素ごとにそれぞれ対応する主感光領域と従感光領域とを加算する。画像加算部50は、これらの処理に応じて生成された画像データをデータバス88を介して画像メモリ66に記憶する。
【0033】
ガンマ変換部54は、たとえばガンマ補正用のルックアップテーブルを有している。ガンマ補正部54は、画像メモリ66から供給される画像データをルックアップテーブルのデータを用いてガンマ補正する。ガンマ補正部54は、ガンマ補正した画像データを画像メモリ66に格納する。
【0034】
なお、このガンマ補正後の画像データは、図示しないが評価値算出部にも供給する。評価値算出部は、絞り値・シャッタ速度、ホワイトバランス調整値および階調補正値を算出する演算回路を含み、この演算回路にて、供給される画像データを基に適切な各パラメータを演算処理により積算値を算出する。この場合、図3に示す信号処理部18は、算出された積算値94をパラメータとしてシステム制御部20に供給する。この評価値算出部は、信号処理部18への配設に限定することなく、システム制御部20に配設するようにしてもよい。このとき、信号処理部18は、ガンマ補正した画像データをシステム制御部20に供給すればよい。
【0035】
ところで、たとえば撮像部14に単板式の原色の色フィルタを使用していることから、実際に受光素子(実画素)が配設されていても、配設された色フィルタセグメント以外の色に対応した画素データは存在しない。そこで、図1に戻って、同時化処理部56は、対象の画素に対して色フィルタセグメントにない原色を周囲の画素データを用いて補間により算出する演算回路を有している。この演算回路により、対象の画素に対する3つの原色が同時に揃えることができる。この処理を同時化と呼んでいる。
【0036】
また、ディジタルカメラ10が撮像部14に、いわゆるハニカム配列の固体撮像素子を配設していると、実際には受光素子のない仮想画素が設定されることになる。同時化処理部56は、この仮想画素についても周囲の実画素や補間により得られた画素データを駆使することによって新たな画素データを生成してもよい。同時化処理部56は、色Gの画素データや輝度データYを用いて補間処理し、生成する画素データを広帯域化してもよい。同時化した画像データが画像メモリ66に供給される。
【0037】
補正部58は、同時化した3原色の画像データに所定の係数を乗算し、色差マトリクス処理を行う。また、補正部58は、この他にも生成した輝度データYに対して輪郭強調処理を施したり、生成した色データC, Cに色強調処理を施す機能を有している。補正部58は、輝度データY、色データC, Cから色差データを生成し、このように得られた画像データは画像メモリ66に供給される。なお、RAWデータ記録する場合、補正部58および圧縮/伸長処理部60の処理は行わない。
【0038】
圧縮/伸長処理部60は、静止画や動画(ムービ)モードにおいて供給される画像データ(Y/C)や色差データ等にJPEG(Joint Photographic coding Experts Group)やMPEG(Moving Picture coding Experts Group)−1, MPEG−2等の規格でそれぞれ、圧縮処理を施す。圧縮/伸長処理部60は、圧縮処理した画像データをカードインタフェース部62に供給する。カードインタフェース部62は、ストレージ30のカード記録媒体との書込み/読出しにおける電気的な特性を調整したり、タイミング調整したりする機能を有し、処理された画像データ96をストレージ30に出力している。また、圧縮/伸長処理部60は、ストレージ部30に記録した画像データ96を読み出し、カードインタフェース部62を介して伸長処理を施す。この伸長処理は、圧縮処理の逆処理である。
【0039】
画像縮小部64は、生成した画像データや再生にともなって伸長した画像データ(Y/Cや色差データ)に対してRGB変換を行い、このRGB変換した画像データをモニタ28が表示可能な画素サイズにする機能を有している。画像表示におけるサイズは、間引き処理によって破綻のない画像を生成する。画像縮小部64は、生成した画像データ98をモニタ28に供給する。
【0040】
画像メモリ66, 68には、画像データ46が入力され、一時的に記憶される。画像メモリ66は、受光素子の内、主感光領域から得られる画素データを格納するメモリである。また、画像メモリ68は、受光素子の内、従感光領域から得られる画素データを格納するメモリである。ディジタルカメラ10は、一枚の画像を形成するためにメモリを2個用いている。画像メモリ66, 68は、繰り返し読出しを行う場合、不揮発性メモリを用いることが好ましい。
【0041】
この他、信号処理部18は、図示しない信号発生回路を制御信号に応動して動作させる。信号発生回路は、複数の周波数を生成することができるPLL(Phase Locked Loop)回路を有している。信号発生回路は、源発の発振周波数を基準クロックとして逓倍して複数種類のクロック信号を生成し、図示しないがシステム制御部20およびタイミング信号発生器24に出力している。
【0042】
図3に戻って、システム制御部20は、カメラ全体の汎用な部分やディジタル処理を行う部分を制御するマイクロコンピュータまたはCPU(Central Processing Unit)である。システム制御部20は、図示しないが係数を格納するEEPROMや動作手順の指示プログラムを格納するROM(Read Only Memory)等を含んでいる。システム制御部20は、操作部22から供給されるモードや操作のトリガを指示する指示信号100に応じてディジタルカメラ10を静止画撮影モードまたは動画撮影モードに設定し、図示しないレリーズシャッタボタンから撮像タイミングの報知を受けて、積算値94に応じた制御信号102, 104, 106をそれぞれ、生成する。生成した制御信号102, 104, 106は、それぞれ、信号処理部18、タイミング信号発生器24およびドライバ26に供給される。
【0043】
システム制御部20は、信号処理部18内におけるライン補間や信号発生回路に対する制御および信号処理を行う上での制御も考慮した制御信号102を生成し、ストレージ30における制御信号108により読出し/書込み制御も行っている。また、図示しないが、システム制御部20は、前処理部16における動作タイミング制御も行っている。
【0044】
操作部22は、図示しないがモード選択部およびレリーズシャッタボタンを含んでいる。モード選択部は、静止画撮影モードと動画撮影モードのうち、いずれのモードにするか選択を行う。モード選択部は、選択したモードを指示信号100としてシステム制御部20に出力する。レリーズシャッタボタンは、2段階のストロークを有するボタンで、第1段のストロークでディジタルカメラ10を予備撮像の段階(S1)にし、第2段のストロークで本撮像の段階(S2)にするトリガタイミングを指示信号100としてシステム制御部20に出力する。操作部22には、この他、ズーム選択スイッチおよび十字ボタンを設けてもよく、液晶表示パネルに表示される条件を選択する機能を持たせてもよい。
【0045】
タイミング信号発生器24は、信号処理部18から供給されるクロック信号(図示せず)を基準にシステム制御部20から供給される制御信号104に応じてタイミング信号を生成する。タイミング信号は、垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルス等がある。また、タイミング信号発生器24は、CDSパルス42および変換クロック信号44も生成して前処理部16に供給している。タイミング信号発生器24は、これら生成した垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルスを含むタイミング信号110をドライバ26に供給している。
【0046】
ドライバ26は、供給されるタイミング信号110や制御信号106を基に駆動信号32〜38を生成する駆動回路を有している。ドライバ26は、制御信号106を基に駆動信号32, 34, 36を光学系12の光学レンズおよび絞り調節機構にそれぞれ供給してAF調節やAE調節を行わせる。ドライバ26は、操作部22のレリーズシャッタボタンから供給される本撮像のタイミングに応動してメカニカルシャッタの開閉を行う駆動信号36をメカニカルシャッタに出力する。また、ドライバ26は、タイミング信号110を基に生成した駆動信号38を撮像部14の固体撮像素子に供給し、各受光素子の主感光領域と従感光領域に信号電荷を露光期間中に蓄積させ、蓄積した信号電荷を前述した条件に応じた制御により独立または同時に垂直転送レジスタに読み出して、水平転送レジスタに転送させ、さらに水平転送レジスタ、出力アンプを経てアナログ電圧信号40を出力している。
【0047】
モニタ28は、図示しない表示コントローラにより供給される画像データ98が表示デバイスにて動作することにより画像表示される。モニタ28には、一般的に液晶モニタが用いられる。液晶モニタには、液晶表示コントローラが配設されている。液晶コントローラは、画像データ98を基に液晶分子の並び方や電圧の印加によりスイッチング制御している。この制御により液晶モニタは、画像を表示する。モニタ28は、液晶モニタに限定されず、小型、画像の確認および電力の消費が抑えられる表示機器であれば、十分に用いることができることは言うまでもない。
【0048】
ストレージ30は、半導体メモリ等を記録媒体として用いて、信号処理部18から供給される画像データ96を記録する。記録媒体には、光ディスクや光磁気ディスク等を用いてもよい。ストレージ30は、各記録媒体に適したピックアップやピックアップと磁気ヘッドを組み合わせて記録再生用ヘッドを用いてデータの書込み/読出しを行う。データの書込み/読出しは、図示しないがシステム制御部20の制御に応じて行われる。
【0049】
次に撮像部14の構成要素として稠密に配設する固体撮像素子の一受光素子112に着目して図4に示すそれぞれの線におけるポテンシャルを図5に示す。また、受光素子112は、垂直転送レジスタ114を隣接した位置に形成している。受光素子112を稠密に形成することにより、結果として垂直転送レジスタ114は、各受光素子112を迂回することになり、蛇行するように形成される。
【0050】
図4に示すように、受光素子112の受光部は、本実施例において八角形の感光領域とし、この受光部をたとえば、L字状に分離部116で分割されている。分割された感光領域は、相対的に広い感光領域を主感光領域118と狭い感光領域を従感光領域120とする。受光素子112を切断線IV−IV、V−VおよびVI−VIに沿う方向に切断し、このときの各切断線におけるポテンシャルを示す。切断線IV−IVは、受光素子112を水平面に対して垂直に所定の深さで切断した際に得られる軌跡である。また、切断線V−VおよびVI−VIは、それぞれ受光素子112の主感光領域および従感光領域における水平面に対して垂直に所定の深さで切断した線と、さらに、この線のある位置から基板側に抜ける線とを表した線である。
【0051】
図5(a)は、主感光領域118に蓄積した信号電荷を読み出すトランスファゲート122、主感光領域118、分離部116および従感光領域120に蓄積した信号電荷を読み出すトランスファゲート124のポテンシャルを順次表している。図5(b)は、トランスファゲート122、主感光領域118、縦型オーバーフロードレインのポテンシャルをそれぞれ表し、図5(c)は、それぞれ、トランスファゲート124、従感光領域120および縦型オーバーフロードレインのポテンシャルである。
【0052】
図5(a)において、分離部116は、通常の印加電圧でポテンシャルの山を形成することにより主感光領域118と従感光領域120とを分けている。分離部116のポテンシャルは、極端に高い電圧を印加するとポテンシャルの山における広い裾野を形成することなく、矩形的な形のポテンシャルを形成する。しかしながら、このような電圧を印加することは、エネルギーの面を考慮すると、非効率なので実際には行われない。したがって、分離部116のポテンシャルは、裾野の広い山型になる。このとき、山の裾野が占める範囲は主感光領域118と従感光領域120において、たとえ、同程度の裾野範囲であっても、相対的に狭い従感光領域120の開口126は従感光領域として利用可能な範囲が小さくなり、主感光領域118の開口127に比べてより大きな割合で影響を受ける。この影響は、主感光領域118における色R, G, Bと従感光領域120とにおける色r, g, bとの面積にともなう信号電荷生成の比率が一致しないことを意味する。したがって、色バランスが主感光領域118と従感光領域120とでの崩れまたは不一致の第1の原因となる。
【0053】
また、入射光の吸収は、受光素子112の深さ方向に見て、浅い方から分光的に色B, 色G, 色Rの順で生じる特徴がある。この傾向は、主感光領域118および従感光領域120の感光領域にかぎらず、見受けられる。この特徴は、分光的に深い領域まで入射光が入射し、そこで信号電荷を生成した場合、基板側に生成した信号電荷が捨てられることを意味する。これらの点を考慮すると、分光的には長波長側の分光感度、特に、色Rの感度が著しく低下する。これが第2の原因である。この色Rに不感という事実も鑑みて、狭い従感光領域120では、現実的な対応として高電圧を印加してポテンシャルの谷も深く形成することなく、通常の電圧を印加する程度でポテンシャルを形成することにより破線BLが示す程度のレベルに従感光領域120のポテンシャルベースを設定している。また、この設定により、受光素子112は、従感光領域120の信号電荷を掃き出し易くしている。
【0054】
図5(b)および図5(c)において、縦型オーバーフロードレイン(OFD:OverFlow Drain)のピークレベルが主感光領域118および従感光領域120それぞれの飽和レベル128を表している。
【0055】
前述したように、これらの原因を踏まえて、波長に対する分光感度を主感光領域118と従感光領域120とのそれぞれについて図6に示す。主感光領域118の分光感度特性は実線で示す。また、従感光領域120の分光感度特性は破線で示す。両分光感度特性を比較すると、主感光領域における色R, G, Bのピーク130, 132, 134は、従感光領域における色r, g, bのピーク136, 138, 140より長波長側にある。換言すると、従感光領域における各色のピークは、短波長側にシフトすることがわかる。
【0056】
なお、図6の分光感度特性は、IR(InfraRed)遮断フィルタを考慮しない場合の特性を示している。
【0057】
この他、図6の分光感度特性が示すように、各色の分光感度特性は、色Gの端部、ウィング領域が色R, Bのウィング領域とオーバーラップしている。このオーバーラップを解消するため、色R, Bに対して重複する色Gのウィング領域に相当する量を減じる処理により色再現性を高めている。この処理を図2に示すLMTX部76, 82でそれぞれ行っている。補正に用いる色Gの画素は、前述したように、色R, Bの対象画素の隣または近傍の画素を用いる。式(1)〜式(4)では、隣の画素を使用するように座標を指定している。
【0058】
式(1)〜式(4)のそれぞれにて色R, r, B, bに用いる係数L_RG, L_rg, L_BG, L_bgは、L_rg>L_RG, L_bg<L_BGの関係にする。この第1の関係は、従感光領域120から得られる色r信号に含まれる短波長成分を主感光領域118の色Rに含まれる短波長成分を少なくする。第2の関係は、従感光領域120から得られる色b信号に含まれる長波長成分を主感光領域118の色Bに含まれる長波長成分を多くする。LMTX部76, 82にて使用するこれらの係数は、あらかじめ、システム制御部20のEEPROMに格納しておき、ディジタルカメラ10の起動時にLMTX部76, 82に読み出しておくことが好ましい。具体的な係数としては、L_RG=16/256, L_BG=8/256, L_rg=32/256, L_bg=4/256とするとよい。
【0059】
これらの演算処理をLMTX部76, 82において行うことにより、従感光領域から得られた色R, Bに対する分光感度の短波長へのシフトを軽減することができる。
【0060】
色バランス調整は、LMTX部76, 82による演算に限定されるものでなく、WBゲイン部78, 84を用いても行うことができる。この調整について以下に説明する。
【0061】
WBゲイン部78, 84では、所定の色温度に対する補正が行われる。補正量αを赤色、補正量βを青色の補正値である。これらの補正量α、βは、前述した式(5),式(6)からそれぞれ、得られる。カメラ製造の画質調整工程において所定の色温度を5000 Kとした場合、補正量α, βを算出する。算出の具体例としてα(5000)=1.4, β(5000)=1がある。補正量α, βは、システム制御部20のEEPROMに記憶させておく。色温度によらず、α(5000), β(5000)で補正しても、本来の色味が残るWBゲインを行うことができる。ここで述べる本来の色味とは、低色温度領域で赤色が強く、高色温度領域で青色が強く再現されることをいう。このような調整でも好ましいWB調整を与えることが多く、違和感を与えずに広ダイナミックレンジ処理を行うことができる。
【0062】
ところで、補正量α, βは、図7に示す関係にある。これは、低色温度領域で赤色が強く、高色温度領域で青色が強く再現されることから、補正量αが低色温度領域で小さくて済み、高色温度領域で少ない赤味が大きくなるように補正することを意味する。また、補正量βは低色温度領域で少ない青味を大きくするように大きくし、高色温度領域では本来青味が強いから小さな補正量で済むことを意味している。
【0063】
図6に示したように、IR−遮断フィルタを考慮しない場合、補正量の定義に合わせて主感光領域と従感光領域との同色同士による比は、図8に示すように、色温度依存性に定性的な傾向が得られる。色温度5000 Kより低い色温度において比R/r, B/bはともに大きく、g/Gが小さい傾向にある。また、色温度5000 Kより高い色温度においてR/r, B/bはともに小さく、g/Gが大きい傾向にある。
【0064】
上述した検討は、IR−遮断フィルタを搭載しない場合についての記述である。ここで、より現実に近い状況としてIR−遮断フィルタを搭載したディジタルカメラ10について考える。このIR−遮断フィルタを考慮すると、従感光領域120の色rの成分は、分光感度特性によらず、IR−遮断フィルタにより入射光からすでに削られている。このことから、色温度依存性は、図9に示すように、比R/rが色温度によらず変化しない。他の比は、図8と同じ傾向を示している。この傾向を分光感度特性で表すと、図10に示すように、色R, rのピーク130, 136は同じ波長の位置になる。色rの感度は、他の色g, bに比べて小さいことから、補正量α(5000)=1.4の補正を行うことが望ましい。補正量αの定義から、補正量αは緑色における比g/Gの色温度依存性に支配されるから、さらなる厳密な補正には比g/Gによる補正を考慮することが好ましい。
【0065】
一方、補正量βを考えるとき、比B/bと比g/Gとの色温度依存性は、前述した通り逆傾向にある。このことから、図7に示した色温度依存性に対する補正量βは、現段階において定性的なものとして十分に満足する説明を与えることができるとは言い難い状況にあるが、現象の一つとして得られる確かな一つの事実である。
【0066】
色温度依存性は、図7から明らかなように、色温度5000 Kより低色温度領域で補正量α(=1.4)に対して小さく、補正量β(=1)に対して大きく、色温度5000 Kより高色温度領域で補正量αに対して大きく、補正量βに対して小さい。このため、色温度依存性を考慮した補正量α, βを用いて、従感光領域120の色r, bに対するWBゲインを補正するとき、低色温度領域のWBゲイン、色rのr_gainは正しいゲインよりも大きく、色bのb_gainは正しいゲインよりも小さく算出される。また、高色温度領域のWBゲイン、色rのr_gainは正しいゲインより小さく、色bのb_gainは正しいゲインより大きく算出される。
【0067】
この傾向を考慮にして、WBゲイン部78は、さらにWBゲイン部78が有する画面を分割した各ブロック毎の光源判別に使用する検出枠R/G, B/Gを求める機能を用い、図11に示すような、得られたプロット位置に対応する補正量α, βを適用する。この適用により、補正量α, βの色温度依存性を吸収する制御が可能になる。主感光領域118と従感光領域120に生じる色味のずれを補正して輝度によらない安定した色バランス処理を行うことができる。
【0068】
以上のように構成することにより、主感光領域118と従感光領域120のLMTX処理におけるパラメータを分光感度特性を考慮して変更した値を用いて色バランスを調整して、特に、従感光領域に対する調整において輝度によらない、安定した色バランスを得ることができる。
【0069】
また、違和感を感じない範囲で従感光領域120に対して補正することにより、簡便に色バランスを調整しても安定した色バランスを得ることができる。違和感を感じない範囲は、所定の色温度に対して選ばれる。
【0070】
さらに、所定の色温度に対する低色温度領域や高色温度領域の色温度依存性を考慮してあらかじめ設定した従感光領域に対するWBゲイン、色r_gain, b_gainを用いることにより、色バランスが適切に調整され、輝度によらない、安定した色バランスを得ることができる。
【0071】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、受光素子の主感光領域と従感光領域とのそれぞれから順次読み出した画像信号を信号処理手段に供給し、信号処理手段に設けた感度補正手段で主感光領域および副感光領域のそれぞれで異なる分光感度を補正することにより、得られる画像信号における色バランスを調整することにより、特に、従感光領域に対する調整において輝度によらない、安定した色バランスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカメラにおける信号処理部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図2】図1の分光感度補正部における主感光補正部および従感光補正部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカメラにおける概略的な構成を示すブロック図である。
【図4】図3の撮像部に配設する固体撮像素子の一受光素子に対する受光素子の切断方向IV−IV、V−VおよびVI−VIを示す図である。
【図5】図4の各方向に切った線において得られるポテンシャルの描像を示す図である。
【図6】図4の受光素子でIR−遮断フィルタを使わずに得られる波長に対する主感光領域および従感光領域の分光感度を示すチャートである。
【図7】図2のWBゲイン部において色温度に対するWBゲイン補正係数である補正量α, βの関係を示すグラフである。
【図8】図3のディジタルカメラにおいてIR−遮断フィルタを考慮していない、色温度5000 Kに対する比R/r, B/bおよびg/Gの色温度依存性を示す図である。
【図9】図3のディジタルカメラにおいてIR−遮断フィルタを考慮して、色温度5000 Kに対する比R/r, B/bおよびg/Gの色温度依存性を示す図である。
【図10】図3のディジタルカメラにおいてIR−遮断フィルタを考慮して得られる波長に対する主感光領域および従感光領域の分光感度を示すチャートである。
【図11】所定の色温度に対する色温度依存性を考慮し、検出枠に対応した補正量αおよびβを示す図である。
【符号の説明】
10 ディジタルカメラ
12 光学系
14 撮像部
16 前処理部
18 信号処理部
20 システム制御部
22 操作部
24 タイミング信号発生器
26 ドライバ
28 モニタ
30 ストレージ
48 分光感度補正部
70 主感光補正部
72 従感光補正部
76, 82 LMTX部
78, 84 WBゲイン部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device, and the present invention relates to a solid-state imaging device that obtains an image having a wide dynamic range using, for example, a solid-state imaging device with a shift in the balance of spectral characteristics.
[0002]
[Prior art]
Some solid-state imaging devices have a light receiving region that converts received light into electric charges, and have a structure that discharges excess charge generated in the light receiving region to the substrate side, that is, a so-called vertical overflow drain structure. . When light is incident on the light receiving region, the solid-state imaging device generates a charge immediately below the light receiving region by light absorption of the substrate. In the vertical overflow drain structure, an overflow barrier region is formed as a barrier in signal charge accumulation. At this time, the charge generated at a position shallower than the overflow barrier flows into the solid-state imaging device. This signal charge flowing in the solid-state image sensor contributes to accumulation of the signal charge.
[0003]
By the way, paying attention to the wavelength of incident light, light having a long wavelength enters deeper than the overflow barrier region, and the incident light is absorbed at this position. For this reason, the generated signal charge flows to the substrate and does not contribute to accumulation of the signal charge (see Patent Document 1). This means that the solid-state imaging device is affected by spectral sensitivity and has wavelength dependency. Specifically, when the spectral sensitivity of the solid-state imaging device is exemplified, the short wavelength side is limited by the absorption characteristics of the film on the silicon substrate. The theoretical limit on the long wavelength side is determined by the forbidden band energy of silicon, and in this case is 1100 nm (see Non-Patent Document 1).
[0004]
Among such spectral sensitivities, in particular, when there is a demand to increase the sensitivity of long wavelengths, it has been proposed that the solid-state imaging device is designed so that the overflow barrier region is formed deep in the substrate (Patent Document 1). .
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-50755 A
[Non-Patent Document 1]
Supervised by Kotaro Wakui, edited by the Institute of Image Information and Television Engineers, “Design Techniques for Television Cameras”, Corona, 1999, p. 187.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present applicant has also proposed a solid-state imaging device in which one light receiving region is divided into a main photosensitive region having a relatively large charge storage capacity and a sub photosensitive region having a relatively small charge storage capacity. In this solid-state imaging device, the main photosensitive region and the secondary photosensitive region are separated from each other by a potential barrier. Here, when the potential depth formed so as to accumulate signal charges in each of the primary photosensitive region and the secondary photosensitive region by the overflow barrier is designed to be the same depth, a completely vertical potential barrier may be formed. desired. However, the formation of such a potential barrier requires a very high voltage to be applied to the secondary photosensitive region, which makes it practically difficult to realize.
[0007]
As a result, the actual overflow barrier becomes a potential barrier having a slope. As a result, the sub-photosensitive region is less deep from the substrate surface, and even if it is attempted to accumulate signal charges for light having a long wavelength, the accumulated capacity becomes small. This indicates that even when the same light is incident on the main photosensitive area and the secondary photosensitive area, the sensitivity of the long wavelength in the secondary photosensitive area is likely to be lower than that of the primary photosensitive area. In consideration of this possibility, it is difficult to form different depths by overflow barriers for the main photosensitive region and the sub-photosensitive region so as to satisfy the requirements.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of solving such drawbacks of the prior art and obtaining a color balance signal having a correct and stable color tone from the main photosensitive region and the secondary photosensitive region.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a plurality of light receiving elements, each including a main photosensitive region and a sub photosensitive region having an area smaller than the main photosensitive region, for converting incident light into an electric signal, in a two-dimensional array. And a signal processing means for performing signal processing on the image signal read from the solid-state imaging element, and the signal processing means corrects the spectral sensitivity with respect to the signals of the main photosensitive area and the auxiliary photosensitive area. It includes a sensitivity correction unit.
[0010]
The solid-state imaging device of the present invention supplies image signals sequentially read from the main photosensitive area and the secondary photosensitive area of the light receiving element to the signal processing means, and the sensitivity correction means provided in the signal processing means allows the main photosensitive area and the secondary photosensitive area to be detected. The color balance in the obtained image signal is adjusted by correcting the different spectral sensitivities in each photosensitive region.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0012]
In this embodiment, the solid-state imaging device of the present invention is applied to a digital camera 10. The illustration and description of parts not directly related to the present invention are omitted. In the following description, the signal is indicated by the reference number of the connecting line in which it appears.
[0013]
As shown in FIG. 3, the digital camera 10 includes an optical system 12, an imaging unit 14, a preprocessing unit 16, a signal processing unit 18, a system control unit 20, an operation unit 22, a timing signal generator 24, a driver 26, and a monitor 28. And storage 30.
[0014]
Although not shown, the optical system 12 includes a mechanical shutter, an optical system lens, a zoom mechanism, a diaphragm adjustment mechanism, and an auto focus (AF) adjustment mechanism. The optical system 12 has a function of adjusting the various mechanisms described above for the optical lens and sending incident light to the imaging unit 14.
[0015]
Although not shown, the zoom mechanism adjusts the angle of view of the object scene. The AF adjustment mechanism is a mechanism that automatically adjusts the arrangement of a plurality of optical lenses to adjust the subject to a focused positional relationship. Each of the mechanisms is provided with a motor for moving the optical lens to the position described above. These mechanisms operate in response to a drive signal 32 supplied from the driver 26 to each motor.
[0016]
Although not specifically shown, the aperture adjustment mechanism is an AE (Automatic Exposure) adjustment mechanism that adjusts the amount of incident light, and rotates the ring portion according to a drive signal 34 from the driver 26. The ring part partially overlaps the blades to form a round shape of the iris, and forms the iris so that the incident light beam passes therethrough. In this way, the iris adjusting mechanism changes the aperture of the iris. The aperture adjustment mechanism may be incorporated in the optical system lens as a mechanical shutter.
[0017]
The mechanical shutter has a function of shielding the image capturing unit 14 from being irradiated with light except when photographing and determining an exposure time depending on the start and end of exposure. As the mechanical shutter, for example, there is a focal plane type used in a single-lens reflex camera. In this method, the shutter curtain runs vertically or horizontally, and exposure is performed with a slit formed at this moment. Further, as described above, a lens shutter type may be used. The mechanical shutter opens and closes the shutter according to the drive signal 36 supplied from the driver 26.
[0018]
Although not shown, the imaging unit 14 includes a solid-state imaging device in which an optical low-pass filter and a color filter are arranged. The optical low-pass filter is a filter that makes the spatial frequency of incident light equal to or lower than the Nyquist frequency. The solid-state imaging device is a charge coupled device (CCD), and the light receiving surface of one light receiving device is divided into a main photosensitive region having a large light receiving area and a sub photosensitive region having a small light receiving area. A transfer gate (TG) for reading the signal charge accumulated in each of the photosensitive regions to the vertical transfer path is provided. The solid-state imaging device will be further described later. A drive signal 38 is also supplied from the driver 26 to the solid-state imaging device. The drive signal 38 is a horizontal drive signal φH, a vertical drive signal φV, an OFD (Over Flow Drain) signal, or the like corresponding to the operation mode of the solid-state imaging device. The imaging unit 14 outputs an analog voltage signal 40 obtained from the solid-state imaging device to the preprocessing unit 16. The solid-state imaging device reads the signal charge first from the main photosensitive region in consideration of the saturation amount, and then reads the signal charge from the following photosensitive region. In the solid-state imaging device, signal charges in each region are independently interlaced and read out in the order described above with respect to one light receiving device.
[0019]
The preprocessing unit 16 includes a correlated double sampling (CDS) circuit, a gain adjustment amplifier (GCA), and an A / D converter (Analog-to-Digital Converter) for noise removal. It is. A CDS pulse 42 is supplied as a sampling signal from the timing signal generator 24 to the CDS circuit, and a conversion clock signal 44 is supplied to the A / D converter. The preprocessing unit 16 outputs all of the imaging data obtained by performing noise removal, waveform shaping, and digitization to the supplied analog signal 40 to the signal processing unit 18 as digital data 46.
[0020]
As shown in FIG. 1, the signal processing unit 18 includes a spectral sensitivity correction unit 48, an image addition unit 50, a histogram calculation unit 52, a gamma conversion unit 54, a synchronization processing unit 56, a correction unit 58, and a compression / decompression processing unit 60. A card interface unit 62, an image reduction unit 64, and image memories 66 and 68.
[0021]
The spectral sensitivity correction unit 48 includes a main photosensitive correction unit 70 and a secondary photosensitive correction unit 72. The main photosensitive correction unit 70 has a function of correcting the spectral sensitivity with respect to a signal obtained from the main photosensitive region, that is, pixel data. The sub-photosensitive correction unit 72 has a function of correcting the spectral sensitivity with respect to the signal obtained from the sub-tourist area, that is, pixel data.
[0022]
More specifically, as shown in FIG. 2, the main photosensitive correction unit 70 includes an offset unit 74, a linear matrix (LMTX: Linear MaTriX) unit 76, and a white balance (WB: Gain Balance) gain unit 78. The correction unit 72 also includes an offset unit 80, an LMTX unit 82, and a WB gain unit 84. The main photosensitive correction unit 70 and the secondary photosensitive correction unit 72 perform the same processing except that the correction target is pixel data from the primary photosensitive area and pixel data from the secondary photosensitive area. Each part mentioned above is demonstrated below.
[0023]
The offset units 74 and 80 have a function of correcting so-called black float, for example, the black level increases with long exposure. That is, it is a function of reducing the level of the increase so that the black reference level (pedestal level) becomes constant.
[0024]
The LMTX units 76 and 82 each have a function of eliminating color overlap in the spectral sensitivity of the solid-state imaging device, and have an arithmetic function to realize this function. The color overlap in the spectral sensitivity means an overlapping region of the spectral characteristics of the color G with respect to the spectral characteristics of the color R and the color B in this embodiment. The LMTX units 76 and 82 receive from the pixels of the color G adjacent to or adjacent to the target color R and B pixels so that the spectral characteristics of the colors R and B are correctly expressed. An operation is performed to multiply the pixel data by a constant and subtract the multiplication result from the target pixel data. The target pixel data is R (x, y), B (x, y), r (x, y), b (x, y), constants L_RG, L_BG, L_rg, L_bg, located around the object Pixel data G of color G (x + 1, y), corrected pixel data R c (X, y), B c (X, y), r c (X, y), b c If (x, y), the operations are
[0025]
[Expression 1]
R c (X, y) = R (x, y) −L_RG * G (x + 1, y) (1)
B c (X, y) = B (x, y) −L_BG * G (x + 1, y) (2)
r c (X, y) = r (x, y) −L_rg * G (x + 1, y) (3)
b c (X, y) = b (x, y) −L_bg * G (x + 1, y) (4)
It becomes.
Here, it is preferable that the constants L_RG and L_BG of the main photosensitive area and the constants L_rg and L_bg of the secondary photosensitive area in the calculation have a relationship of L_RG <L_rg and L_BG> L_bg. This is because the short wavelength component included in the signal of color r in the secondary photosensitive region is less than the short wavelength component included in the signal of color R in the primary photosensitive region, and the long wavelength component included in the signal of color b in the secondary photosensitive region. Is larger than the long wavelength component included in the signal of color B in the main photosensitive region.
[0026]
The WB gain units 78 and 84 each have a function of adjusting the spectral sensitivity by correcting the WB gain of the photosensitive area according to the color by the correction amount for the WB gain of the main photosensitive area. The correction amount α is a red correction value, and the correction amount β is a blue correction value. However, this correction function cannot perform strict correction for a light source having a remarkably large bright line, for example. However, this correction function is suitable at least for a light source having a broad constant color temperature.
[0027]
By definition, the gain r_gain for the color r from the secondary photosensitive area is α * R_gain, and the gain b_gain for the color b from the secondary photosensitive area is β * B_gain. The gain is defined as the ratio of the color G to each color (R_gain = G / R, B_gain = G / B, r_gain = g / r, b_gain = g / r). This definition corresponds to a detection frame described later. Therefore, the correction amounts α and β are set as predetermined color temperatures, for example, at a color temperature of 5000K.
[0028]
[Expression 2]
α (5000) = (R / G) / (r / g) = (R / r) * (g / G) (5)
β (5000) = (B / G) / (b / g) = (B / b) * (g / G) (6)
Calculate from Actually, in the image quality adjustment process at the time of camera manufacture, for example, correction amounts α and β are calculated for a light source having a color temperature of 5000K. This calculated value is stored.
[0029]
Furthermore, the WB gain units 78 and 84 may divide the image into a plurality of regions and perform gain correction using the correction amounts α and β obtained from the detection frames calculated for each region. The correction amounts α and β are set as values for a plot having the detection frame (R / G, B / G) as coordinates. These relationships are stored in an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) (not shown) of the system control unit 20, and correction amounts α and β corresponding to the use are read from the system control unit 20 and the WB gain unit via the control bus 86. 78 and 84, and the WB gain sections 78 and 84 adjust the gain. The operation of the gain adjustment will be described later.
[0030]
The spectral sensitivity correction unit 48 preferably includes at least one of the LMTX units 76 and 82 and the WB gain units 78 and 84 shown in FIG. 2 in the main photosensitive correction unit 70 and the secondary photosensitive correction unit 72.
[0031]
Returning to FIG. 1, the digital data 46 is supplied to the signal processing unit 18 as image signals to the image memories 66 and 68 via the data buses 88 and 90, respectively. The image memories 66 and 68 send temporarily stored digital data from the main photosensitive area and the secondary photosensitive area to the spectral sensitivity correction unit 48 to correct the spectral sensitivity of the digital data, and again the image memory 66. , 68. The spectral sensitivity correction unit 48 to the image reduction unit 64 in the signal processing unit 18 illustrated in FIG. 1 are controlled according to the control signal 102 supplied from the system control unit 20 via the control bus 86. A timing signal (not shown) is supplied to the signal processing unit 18 from the timing signal generator 24 shown in FIG. This timing signal includes a horizontal synchronization signal HD, a vertical synchronization signal VD, and operation clocks of respective units described later.
[0032]
Returning to FIG. 1, the image adder 50 is supplied with the digital data of the main photosensitive area and the digital data of the secondary photosensitive area, which have been subjected to spectral sensitivity correction, from the image memory 66 and the image memory 68, respectively. It has a function of widening image data obtained by adding digital data pixel by pixel. Widening dynamics is performed according to the scene determination signal 92 supplied from the histogram calculation unit 52. For example, the image addition unit 50 proceeds to the image addition processing in response to the supply of the scene determination signal 92 determined to include the highlight scene. In the image addition process, the main photosensitive area and the secondary photosensitive area corresponding to each pixel are added according to a control signal supplied from the system control unit 20 via the control bus 86. The image adding unit 50 stores the image data generated according to these processes in the image memory 66 via the data bus 88.
[0033]
The gamma conversion unit 54 has a lookup table for gamma correction, for example. The gamma correction unit 54 performs gamma correction on the image data supplied from the image memory 66 using the data in the lookup table. The gamma correction unit 54 stores the gamma corrected image data in the image memory 66.
[0034]
The image data after the gamma correction is also supplied to an evaluation value calculation unit (not shown). The evaluation value calculation unit includes an arithmetic circuit for calculating an aperture value / shutter speed, a white balance adjustment value, and a gradation correction value. In this arithmetic circuit, an appropriate parameter is calculated based on the supplied image data. The integrated value is calculated by In this case, the signal processing unit 18 shown in FIG. 3 supplies the calculated integrated value 94 to the system control unit 20 as a parameter. The evaluation value calculation unit may be arranged in the system control unit 20 without being limited to the arrangement in the signal processing unit 18. At this time, the signal processing unit 18 may supply the gamma-corrected image data to the system control unit 20.
[0035]
By the way, for example, since a single-plate primary color filter is used for the imaging unit 14, even if a light receiving element (actual pixel) is actually provided, it corresponds to a color other than the provided color filter segment. There is no pixel data. Returning to FIG. 1, the synchronization processing unit 56 has an arithmetic circuit that calculates a primary color that is not in the color filter segment for the target pixel by interpolation using surrounding pixel data. By this arithmetic circuit, the three primary colors for the target pixel can be aligned at the same time. This process is called synchronization.
[0036]
In addition, when the digital camera 10 is provided with a so-called honeycomb array solid-state imaging device in the imaging unit 14, a virtual pixel having no light receiving element is actually set. The synchronization processing unit 56 may generate new pixel data for the virtual pixel by making full use of surrounding real pixels and pixel data obtained by interpolation. The synchronization processing unit 56 may perform interpolation processing using the pixel data of the color G and the luminance data Y to widen the pixel data to be generated. The synchronized image data is supplied to the image memory 66.
[0037]
The correction unit 58 multiplies the synchronized image data of the three primary colors by a predetermined coefficient to perform color difference matrix processing. In addition, the correction unit 58 performs edge enhancement processing on the generated luminance data Y or generates the generated color data C b , C r Has a function of performing color enhancement processing. The correction unit 58 includes luminance data Y, color data C b , C r The color difference data is generated from the image data, and the image data thus obtained is supplied to the image memory 66. When RAW data is recorded, the processing of the correction unit 58 and the compression / decompression processing unit 60 is not performed.
[0038]
The compression / decompression processing unit 60 adds JPEG (Joint Photographic Coding Experts Group) or MPEG (Moving Picture Coding Experts Group)- 1, compression processing is performed according to standards such as MPEG-2. The compression / decompression processing unit 60 supplies the compressed image data to the card interface unit 62. The card interface unit 62 has a function of adjusting electrical characteristics and timing adjustment in writing / reading with the card recording medium of the storage 30, and outputs processed image data 96 to the storage 30. Yes. Further, the compression / decompression processing unit 60 reads the image data 96 recorded in the storage unit 30 and performs decompression processing via the card interface unit 62. This decompression process is the reverse process of the compression process.
[0039]
The image reduction unit 64 performs RGB conversion on the generated image data and image data (Y / C or color difference data) expanded with reproduction, and the pixel size that the monitor 28 can display the RGB converted image data. It has a function to make. As for the size in image display, an image without failure is generated by thinning-out processing. The image reduction unit 64 supplies the generated image data 98 to the monitor 28.
[0040]
Image data 46 is input to the image memories 66 and 68 and temporarily stored. The image memory 66 is a memory for storing pixel data obtained from the main photosensitive area among the light receiving elements. The image memory 68 is a memory for storing pixel data obtained from the secondary photosensitive region in the light receiving element. The digital camera 10 uses two memories to form one image. The image memories 66 and 68 are preferably non-volatile memories when repeatedly reading.
[0041]
In addition, the signal processing unit 18 operates a signal generation circuit (not shown) in response to the control signal. The signal generation circuit has a PLL (Phase Locked Loop) circuit capable of generating a plurality of frequencies. The signal generation circuit multiplies the oscillation frequency of the source as a reference clock to generate a plurality of types of clock signals, which are output to the system control unit 20 and the timing signal generator 24 (not shown).
[0042]
Returning to FIG. 3, the system control unit 20 is a microcomputer or CPU (Central Processing Unit) that controls a general-purpose part of the entire camera and a part that performs digital processing. Although not shown, the system control unit 20 includes an EEPROM for storing coefficients, a ROM (Read Only Memory) for storing instruction programs for operation procedures, and the like. The system control unit 20 sets the digital camera 10 to the still image shooting mode or the moving image shooting mode in accordance with the instruction signal 100 for instructing the mode or the operation trigger supplied from the operation unit 22 and picks up an image from a release shutter button (not shown). In response to the timing notification, control signals 102, 104, and 106 corresponding to the integrated value 94 are generated. The generated control signals 102, 104, and 106 are supplied to the signal processing unit 18, the timing signal generator 24, and the driver 26, respectively.
[0043]
The system control unit 20 generates a control signal 102 that also considers control for performing line interpolation and signal generation circuit in the signal processing unit 18 and signal processing, and performs read / write control by the control signal 108 in the storage 30. Is also going. Although not shown, the system control unit 20 also performs operation timing control in the preprocessing unit 16.
[0044]
Although not shown, the operation unit 22 includes a mode selection unit and a release shutter button. The mode selection unit selects one of the still image shooting mode and the moving image shooting mode. The mode selection unit outputs the selected mode as an instruction signal 100 to the system control unit 20. The release shutter button is a button having a two-stage stroke, and the trigger timing when the digital camera 10 is set to the preliminary imaging stage (S1) with the first stroke and the main imaging stage (S2) is set with the second stroke. Is output to the system control unit 20 as an instruction signal 100. In addition, the operation unit 22 may be provided with a zoom selection switch and a cross button, and may have a function of selecting conditions displayed on the liquid crystal display panel.
[0045]
The timing signal generator 24 generates a timing signal according to the control signal 104 supplied from the system control unit 20 based on a clock signal (not shown) supplied from the signal processing unit 18. The timing signal includes a vertical synchronization signal, a horizontal synchronization signal, a field shift pulse, a vertical transfer signal, a horizontal transfer signal, an electronic shutter pulse, and the like. The timing signal generator 24 also generates a CDS pulse 42 and a converted clock signal 44 and supplies them to the preprocessing unit 16. The timing signal generator 24 supplies the driver 26 with a timing signal 110 including the generated vertical synchronizing signal, horizontal synchronizing signal, field shift pulse, vertical transfer signal, horizontal transfer signal, and electronic shutter pulse.
[0046]
The driver 26 has a drive circuit that generates drive signals 32 to 38 based on the supplied timing signal 110 and control signal 106. The driver 26 supplies drive signals 32, 34, and 36 to the optical lens and the aperture adjustment mechanism of the optical system 12 based on the control signal 106, respectively, to perform AF adjustment and AE adjustment. The driver 26 outputs a drive signal 36 for opening and closing the mechanical shutter to the mechanical shutter in response to the main imaging timing supplied from the release shutter button of the operation unit 22. In addition, the driver 26 supplies a driving signal 38 generated based on the timing signal 110 to the solid-state imaging device of the imaging unit 14, and accumulates signal charges in the main photosensitive area and the secondary photosensitive area of each light receiving element during the exposure period. The stored signal charges are read out independently or simultaneously into the vertical transfer register by control according to the above-described conditions, transferred to the horizontal transfer register, and the analog voltage signal 40 is output through the horizontal transfer register and the output amplifier.
[0047]
The monitor 28 displays an image by operating image data 98 supplied from a display controller (not shown) on a display device. As the monitor 28, a liquid crystal monitor is generally used. The liquid crystal monitor is provided with a liquid crystal display controller. The liquid crystal controller performs switching control by arranging liquid crystal molecules and applying voltage based on the image data 98. By this control, the liquid crystal monitor displays an image. Needless to say, the monitor 28 is not limited to a liquid crystal monitor, and may be sufficiently used as long as it is a small display device that can confirm images and reduce power consumption.
[0048]
The storage 30 records image data 96 supplied from the signal processing unit 18 using a semiconductor memory or the like as a recording medium. As the recording medium, an optical disk, a magneto-optical disk, or the like may be used. The storage 30 writes / reads data using a recording / reproducing head by combining a pickup suitable for each recording medium, a pickup, and a magnetic head. Data writing / reading is performed under the control of the system control unit 20 although not shown.
[0049]
Next, FIG. 5 shows the potential of each line shown in FIG. 4 while paying attention to one light receiving element 112 of the solid-state imaging device arranged densely as a component of the imaging unit 14. The light receiving element 112 has a vertical transfer register 114 formed at an adjacent position. By forming the light receiving elements 112 densely, as a result, the vertical transfer register 114 bypasses each light receiving element 112 and is formed to meander.
[0050]
As shown in FIG. 4, the light receiving portion of the light receiving element 112 is an octagonal photosensitive region in the present embodiment, and this light receiving portion is divided into, for example, an L shape by a separating portion 116. In the divided photosensitive areas, a relatively wide photosensitive area is set as a main photosensitive area 118 and a narrow photosensitive area is set as a secondary photosensitive area 120. The light receiving element 112 is cut in a direction along cutting lines IV-IV, VV and VI-VI, and potentials at the cutting lines at this time are shown. The cutting line IV-IV is a trajectory obtained when the light receiving element 112 is cut at a predetermined depth perpendicular to the horizontal plane. The cutting lines VV and VI-VI are respectively a line cut at a predetermined depth perpendicular to the horizontal plane in the main photosensitive area and the secondary photosensitive area of the light receiving element 112, and a position where the line is located. It is a line showing the line which goes out to the substrate side.
[0051]
FIG. 5A sequentially shows the potentials of the transfer gate 122 that reads the signal charges accumulated in the main photosensitive region 118, the main photosensitive region 118, the separation unit 116, and the transfer gate 124 that reads the signal charges accumulated in the sub-photosensitive region 120. ing. FIG. 5B shows the potentials of the transfer gate 122, the main photosensitive region 118, and the vertical overflow drain. FIG. 5C shows the potentials of the transfer gate 124, the secondary photosensitive region 120, and the vertical overflow drain, respectively. It is.
[0052]
In FIG. 5A, the separation unit 116 separates the main photosensitive region 118 and the secondary photosensitive region 120 by forming a potential peak with a normal applied voltage. When an extremely high voltage is applied, the potential of the separation unit 116 forms a rectangular potential without forming a wide base in the potential peak. However, such a voltage is not actually applied because it is inefficient in view of energy. Therefore, the potential of the separation unit 116 is a mountain shape with a wide base. At this time, the range occupied by the base of the mountain is the main photosensitive area 118 and the secondary photosensitive area 120, and the opening 126 of the comparatively narrow secondary photosensitive area 120 is used as the secondary photosensitive area even if the base area is the same. The possible range is reduced and is affected at a greater rate than the opening 127 in the main photosensitive area 118. This influence means that the ratios of signal charge generation due to the areas of the colors R, G, B in the main photosensitive region 118 and the colors r, g, b in the secondary photosensitive region 120 do not match. Therefore, the color balance becomes the first cause of the collapse or mismatch between the main photosensitive area 118 and the secondary photosensitive area 120.
[0053]
Further, absorption of incident light is characterized in that it occurs spectrally in the order of color B, color G, and color R from the shallower side as viewed in the depth direction of the light receiving element 112. This tendency is not limited to the photosensitive areas of the main photosensitive area 118 and the secondary photosensitive area 120. This feature means that when incident light enters a spectrally deep region and signal charges are generated there, the signal charges generated on the substrate side are discarded. Considering these points, the spectral sensitivity on the long wavelength side, particularly the sensitivity of the color R, is remarkably lowered. This is the second cause. In consideration of the fact that the color R is insensitive, in the narrow secondary photosensitive region 120, as a practical measure, a high voltage is applied and a potential is formed by applying a normal voltage without forming a deep potential valley. Thus, the potential base of the photosensitive region 120 is set according to the level indicated by the broken line BL. Also, with this setting, the light receiving element 112 makes it easy to sweep out the signal charge in the secondary photosensitive region 120.
[0054]
In FIG. 5B and FIG. 5C, the peak level of the vertical overflow drain (OFD) represents the saturation level 128 of the main photosensitive region 118 and the secondary photosensitive region 120, respectively.
[0055]
As described above, the spectral sensitivity with respect to the wavelength is shown in FIG. 6 for each of the main photosensitive region 118 and the secondary photosensitive region 120 based on these causes. The spectral sensitivity characteristic of the main photosensitive region 118 is indicated by a solid line. The spectral sensitivity characteristic of the secondary photosensitive region 120 is indicated by a broken line. Comparing both spectral sensitivity characteristics, the peaks 130, 132, and 134 of the colors R, G, and B in the main photosensitive region are on the longer wavelength side than the peaks 136, 138, and 140 of the colors r, g, and b in the secondary photosensitive region. . In other words, it can be seen that the peak of each color in the secondary photosensitive region shifts to the short wavelength side.
[0056]
In addition, the spectral sensitivity characteristic of FIG. 6 has shown the characteristic when not considering IR (InfraRed) cutoff filter.
[0057]
In addition, as shown in the spectral sensitivity characteristics of FIG. 6, in the spectral sensitivity characteristics of each color, the end portion of the color G and the wing area overlap the wing areas of the colors R and B. In order to eliminate this overlap, the color reproducibility is improved by a process of reducing the amount corresponding to the wing area of the color G overlapping with the colors R and B. This process is performed by the LMTX units 76 and 82 shown in FIG. As described above, the pixel of color G used for correction is a pixel adjacent to or near the target pixel of colors R and B. In the equations (1) to (4), the coordinates are specified so that the adjacent pixels are used.
[0058]
The coefficients L_RG, L_rg, L_BG, and L_bg used for the colors R, r, B, and b in the equations (1) to (4) are in a relationship of L_rg> L_RG and L_bg <L_BG. This first relationship reduces the short wavelength component contained in the color R of the main photosensitive region 118 from the short wavelength component contained in the color r signal obtained from the secondary photosensitive region 120. The second relationship is to increase the long wavelength component contained in the color B of the main photosensitive region 118 from the long wavelength component contained in the color b signal obtained from the secondary photosensitive region 120. These coefficients used in the LMTX units 76 and 82 are preferably stored in advance in the EEPROM of the system control unit 20 and read out to the LMTX units 76 and 82 when the digital camera 10 is activated. As specific coefficients, L_RG = 16/256, L_BG = 8/256, L_rg = 32/256, L_bg = 4/256 may be used.
[0059]
By performing these arithmetic processes in the LMTX units 76 and 82, it is possible to reduce the shift of the spectral sensitivity to the short wavelength for the colors R and B obtained from the sub-photosensitive areas.
[0060]
The color balance adjustment is not limited to the calculation by the LMTX units 76 and 82, and can be performed using the WB gain units 78 and 84. This adjustment will be described below.
[0061]
In the WB gain units 78 and 84, correction for a predetermined color temperature is performed. The correction amount α is a red correction value, and the correction amount β is a blue correction value. These correction amounts α and β are obtained from the above-described equations (5) and (6), respectively. When the predetermined color temperature is set to 5000 K in the image quality adjustment process of camera manufacture, correction amounts α and β are calculated. Specific examples of the calculation include α (5000) = 1.4 and β (5000) = 1. The correction amounts α and β are stored in the EEPROM of the system control unit 20. Regardless of the color temperature, even if correction is performed with α (5000) and β (5000), a WB gain in which the original color remains can be performed. The original color described here means that red is strong in the low color temperature region and blue is strongly reproduced in the high color temperature region. Such an adjustment often gives a preferable WB adjustment, and a wide dynamic range process can be performed without giving a sense of incongruity.
[0062]
Incidentally, the correction amounts α and β have the relationship shown in FIG. This is because red is intensely reproduced in the low color temperature region and blue is strongly reproduced in the high color temperature region, so that the correction amount α can be small in the low color temperature region, and less redness is increased in the high color temperature region. It means to correct as follows. In addition, the correction amount β is increased so as to increase less bluishness in the low color temperature region, and since the bluishness is inherently strong in the high color temperature region, it means that a small correction amount is sufficient.
[0063]
As shown in FIG. 6, when the IR-blocking filter is not taken into consideration, the ratio of the same color of the main photosensitive area and the secondary photosensitive area in accordance with the definition of the correction amount is dependent on the color temperature as shown in FIG. A qualitative tendency is obtained. At a color temperature lower than 5000 K, the ratios R / r and B / b are both large and g / G tends to be small. Further, at a color temperature higher than 5000 K, both R / r and B / b tend to be small and g / G tends to be large.
[0064]
The above-described examination is a description of a case where no IR-cutoff filter is installed. Here, consider a digital camera 10 equipped with an IR-blocking filter as a more realistic situation. Considering this IR-blocking filter, the component of color r in the secondary photosensitive region 120 is already shaved from the incident light by the IR-blocking filter regardless of the spectral sensitivity characteristic. From this, the color temperature dependency does not change the ratio R / r regardless of the color temperature, as shown in FIG. Other ratios show the same tendency as in FIG. If this tendency is expressed by spectral sensitivity characteristics, as shown in FIG. 10, the peaks 130 and 136 of the colors R and r are located at the same wavelength. Since the sensitivity of the color r is smaller than that of the other colors g and b, it is desirable to perform correction with a correction amount α (5000) = 1.4. From the definition of the correction amount α, the correction amount α is governed by the color temperature dependency of the ratio g / G in green. Therefore, it is preferable to consider correction by the ratio g / G for further strict correction.
[0065]
On the other hand, when the correction amount β is considered, the color temperature dependency of the ratio B / b and the ratio g / G has a reverse tendency as described above. From this, it is difficult to say that the correction amount β for the color temperature dependency shown in FIG. 7 can be sufficiently satisfied as a qualitative one at this stage, but it is one of the phenomena. It is a certain fact that can be obtained as
[0066]
As apparent from FIG. 7, the color temperature dependency is small with respect to the correction amount α (= 1.4) in the color temperature region lower than the color temperature of 5000 K, and is large with respect to the correction amount β (= 1). The color temperature is higher than the correction amount α in the color temperature region higher than 5000 K, and smaller than the correction amount β. For this reason, when correcting the WB gain for the colors r and b in the sub-photosensitive region 120 using the correction amounts α and β in consideration of the color temperature dependency, the WB gain in the low color temperature region and the r_gain of the color r are correct. The b_gain of the color b is calculated to be smaller than the correct gain. Further, the WB gain in the high color temperature region and the r_gain of the color r are calculated to be smaller than the correct gain, and the b_gain of the color b is calculated to be larger than the correct gain.
[0067]
Taking this tendency into consideration, the WB gain unit 78 further uses a function for obtaining detection frames R / G and B / G used for light source discrimination for each block obtained by dividing the screen of the WB gain unit 78. FIG. The correction amounts α and β corresponding to the obtained plot positions are applied as shown in FIG. This application makes it possible to control the color temperature dependence of the correction amounts α and β. It is possible to perform a stable color balance process independent of luminance by correcting a color shift generated in the main photosensitive area 118 and the secondary photosensitive area 120.
[0068]
By configuring as described above, the color balance is adjusted using values obtained by changing the parameters in the LMTX processing of the main photosensitive area 118 and the secondary photosensitive area 120 in consideration of the spectral sensitivity characteristics. In the adjustment, a stable color balance can be obtained regardless of the luminance.
[0069]
In addition, by correcting the sub-photosensitive region 120 within a range that does not cause a sense of incongruity, a stable color balance can be obtained even if the color balance is simply adjusted. A range in which a sense of incongruity is not felt is selected for a predetermined color temperature.
[0070]
Further, the color balance is appropriately adjusted by using the WB gain and the colors r_gain and b_gain for the secondary photosensitive region set in advance in consideration of the color temperature dependency of the low color temperature region and the high color temperature region with respect to a predetermined color temperature. Therefore, it is possible to obtain a stable color balance regardless of luminance.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the image signal sequentially read from each of the main photosensitive area and the secondary photosensitive area of the light receiving element is supplied to the signal processing means, and the sensitivity correction means provided in the signal processing means. By adjusting the color balance in the obtained image signal by correcting different spectral sensitivities in each of the primary photosensitive area and secondary photosensitive area, it is possible to achieve a stable color balance that does not depend on brightness, especially in the adjustment to the secondary photosensitive area. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal processing unit in a digital camera to which a solid-state imaging device of the present invention is applied.
2 is a block diagram showing a schematic configuration of a main photosensitive correction unit and a secondary photosensitive correction unit in the spectral sensitivity correction unit of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital camera to which the solid-state imaging device of the present invention is applied.
4 is a diagram showing cutting directions IV-IV, VV, and VI-VI of the light receiving element with respect to one light receiving element of the solid-state imaging element disposed in the imaging unit of FIG. 3;
5 is a diagram illustrating a potential image obtained by a line cut in each direction of FIG. 4; FIG.
6 is a chart showing the spectral sensitivities of the main photosensitive region and the secondary photosensitive region with respect to the wavelength obtained by using the light receiving element of FIG. 4 without using an IR-blocking filter.
7 is a graph showing a relationship between correction amounts α and β that are WB gain correction coefficients with respect to color temperature in the WB gain section of FIG. 2;
8 is a diagram showing the color temperature dependence of the ratios R / r, B / b and g / G with respect to a color temperature of 5000 K without considering the IR-blocking filter in the digital camera of FIG. 3;
9 is a diagram showing the color temperature dependence of ratios R / r, B / b and g / G with respect to a color temperature of 5000 K in consideration of the IR-cutoff filter in the digital camera of FIG.
10 is a chart showing the spectral sensitivities of the main photosensitive region and the secondary photosensitive region with respect to the wavelength obtained in consideration of the IR-blocking filter in the digital camera of FIG. 3;
FIG. 11 is a diagram illustrating correction amounts α and β corresponding to a detection frame in consideration of color temperature dependency with respect to a predetermined color temperature.
[Explanation of symbols]
10 Digital camera
12 Optical system
14 Imaging unit
16 Pre-processing section
18 Signal processor
20 System controller
22 Operation unit
24 Timing signal generator
26 Driver
28 Monitor
30 storage
48 Spectral Sensitivity Correction
70 Main photosensitive correction part
72 Sub-photosensitive correction unit
76, 82 LMTX part
78, 84 WB gain section

Claims (9)

主感光領域と該主感光領域より小さい面積の従感光領域とを含み入射光を電気信号に変換する受光素子が複数、2次元アレイ状に配設された固体撮像素子と、
該固体撮像素子から読み出した画像信号に信号処理を施す信号処理手段とを含み、
該信号処理手段は、前記主感光領域および前記副感光領域それぞれの信号に対する分光感度を補正する感度補正手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of light receiving elements including a main photosensitive region and a secondary photosensitive region having an area smaller than the main photosensitive region and converting incident light into an electrical signal; a solid-state imaging device arranged in a two-dimensional array;
Signal processing means for performing signal processing on the image signal read from the solid-state imaging device,
The signal processing means includes a sensitivity correction means for correcting a spectral sensitivity with respect to signals of the main photosensitive area and the auxiliary photosensitive area, respectively.
請求項1に記載の装置において、前記感度補正手段は、前記主感光領域および前記従感光領域の信号それぞれに対して線形マトリックス演算を施す線形演算手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the sensitivity correction means includes linear arithmetic means for performing a linear matrix operation on each of the signals of the main photosensitive area and the secondary photosensitive area. 請求項2に記載の装置において、前記線形演算手段は、前記主感光領域および前記従感光領域の信号それぞれにおいて前記分光感度を補正する対象の信号から該信号に対して近傍に位置する該対象と同種の感光領域における緑色の信号を定数倍した値を減算することを特徴とする固体撮像装置。3. The apparatus according to claim 2, wherein the linear computing means includes the target located in the vicinity of the signal from a signal for correcting the spectral sensitivity in each of the signals of the main photosensitive region and the secondary photosensitive region. A solid-state imaging device characterized by subtracting a value obtained by multiplying a green signal in a photosensitive region of the same type by a constant. 請求項3に記載の装置において、前記定数倍は、前記分光感度の補正のうち、赤色に関して前記主感光領域に対する値より前記従感光領域に対する値を大きな値にし、青色に関して前記主感光領域に対する値より前記従感光領域に対する値を小さな値にすることを特徴とする固体撮像装置。4. The apparatus according to claim 3, wherein the constant multiple is a value for the sub-photosensitive area for red that is larger than a value for the main photo-sensitive area for red and a value for the main photo-sensitive area for blue. A solid-state imaging device characterized in that the value for the sub-photosensitive region is made smaller. 請求項1に記載の装置において、前記感度補正手段は、前記主感光領域の緑色に対する赤色を第1の比とし、前記従感光領域の緑色に対する赤色を第2の比とし、第2の比に対する第1の比の関係を基にした前記分光感度における赤色ゲインを第1の補正係数とし、前記主感光領域の緑色に対する青色を第3の比とし、前記従感光領域の緑色に対する青色を第4の比とし、第4の比に対する第3の比の関係を基にした前記分光感度における第2の補正係数とし、
前記主感光領域の赤色に第1の補正係数を乗算して前記従感光領域の赤色を補正し、かつ前記主感光領域の青色に第2の補正係数を乗算して前記従感光領域の青色を補正することを特徴とする固体撮像装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the sensitivity correction means sets a first ratio of red to green in the primary photosensitive area as a first ratio, a secondary ratio of red as green to the secondary photosensitive area, and a second ratio. The red gain in the spectral sensitivity based on the relationship of the first ratio is the first correction coefficient, the blue to green of the main photosensitive area is the third ratio, and the blue to green of the secondary photosensitive area is the fourth. And the second correction coefficient in the spectral sensitivity based on the relationship of the third ratio to the fourth ratio,
The red of the primary photosensitive area is multiplied by a first correction coefficient to correct the red of the secondary photosensitive area, and the blue of the primary photosensitive area is multiplied by a second correction coefficient to obtain the blue of the secondary photosensitive area. A solid-state imaging device characterized by correcting.
請求項5に記載の装置において、第1および第2の補正係数は、所定の色温度において定数とすることを特徴とする固体撮像装置。6. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the first and second correction coefficients are constants at a predetermined color temperature. 請求項6に記載の装置において、第1の補正係数は、前記所定の色温度より低い色温度にて前記所定の色温度における第1の補正係数より低い値にし、前記所定の色温度より高い色温度にて前記所定の色温度における第1の補正係数より高い値にすることを特徴とする固体撮像装置。The apparatus according to claim 6, wherein the first correction coefficient is set to a value lower than the first correction coefficient at the predetermined color temperature at a color temperature lower than the predetermined color temperature, and is higher than the predetermined color temperature. A solid-state imaging device having a color temperature that is higher than the first correction coefficient at the predetermined color temperature. 請求項6に記載の装置において、第2の補正係数は、前記所定の色温度より低い色温度にて前記所定の色温度における第2の補正係数より高い値にし、前記所定の色温度より高い色温度にて前記所定の色温度における第2の補正係数より低い値にすることを特徴とする固体撮像装置。7. The apparatus according to claim 6, wherein the second correction coefficient is set to a value higher than the second correction coefficient at the predetermined color temperature at a color temperature lower than the predetermined color temperature, and is higher than the predetermined color temperature. A solid-state imaging device having a color temperature that is lower than a second correction coefficient at the predetermined color temperature. 請求項2または5に記載の装置において、前記感度補正手段は、前記主感光領域および前記副感光領域から信号に対してオフセットするオフセット手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。6. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the sensitivity correction unit includes an offset unit that offsets a signal from the main photosensitive region and the sub photosensitive region.
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