JP2011155568A

JP2011155568A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2011155568A
Application number: JP2010016560A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Motoi; 宣久本居; Shoji So; 昇司宋
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】ＦＤキズの影響を考慮した撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】撮影モードと、画素欠陥を検出する画素欠陥検出モードとに設定可能な撮像装置であって、絞りと、フォトダイオードと、フォトダイオードに蓄積された電荷を一旦蓄積し電圧に変換するアンプと、アンプをリセットするリセット手段と、を備えるＭＯＳイメージセンサーと、画素欠陥検出モードに設定されている場合、絞りを閉じ、リセット手段がアンプをリセットした後、アンプが変換した電圧を出力するまでの時間を、撮影モードよりも長くなるようにＭＯＳイメージセンサーを制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はＭＯＳイメージセンサーを搭載した撮像装置に関し、特に、ＭＯＳイメージセンサーの画素欠陥を検出できる撮像装置に関する。

特許文献１は、撮像装置を開示する。この撮像装置は、ＣＣＤイメージセンサーの画素欠陥を検出する。具体的には、この撮像装置は、同一の撮像条件下で得られた複数の画像信号に基づいてＣＣＤイメージセンサーの欠陥画素アドレスを検出する。

これにより、点滅性欠陥を含めたすべての画素欠陥が補償された高性能な撮像装置を提供できる。

特開２００３−３７７８１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている撮像装置は、ＣＣＤイメージセンサーの画素欠陥の検出を行うのみである。一方、ＣＭＯＳイメージセンサーやＮＭＯＳイメージセンサー等のＭＯＳイメージセンサーにおいては、ＣＣＤイメージセンサーにおいては生じないＦＤ（フローティング・ディフュージョン）キズが発生し得る。特許文献１において、ＦＤキズについては考慮されていない。

本発明は、ＦＤキズの影響を考慮した撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる撮像装置は、撮影モードと、画素欠陥を検出する画素欠陥検出モードとに設定可能な撮像装置であって、絞りと、フォトダイオードと、フォトダイオードに蓄積された電荷を一旦蓄積し電圧に変換するアンプと、アンプをリセットするリセット手段と、を備えるＭＯＳイメージセンサーと、画素欠陥検出モードに設定されている場合、絞りを閉じ、リセット手段がアンプをリセットした後、アンプが変換した電圧を出力するまでの時間を、撮影モードよりも長くなるようにＭＯＳイメージセンサーを制御する制御手段と、を備える。

これにより、ＦＤキズの影響を考慮した撮像装置を提供できる。

デジタルビデオカメラ１００の構成を示すブロック図ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の各画素の回路構成を示す模式図撮影モードにおいて各画素の駆動動作を説明するためのタイミングチャート撮影モードにおける駆動動作の結果得られる画素出力構成を示す模式図画素欠陥検出モードにおいて各画素の駆動動作を説明するためのタイミングチャート画素欠陥検出モードにおける駆動動作の結果得られる画素出力構成を示す模式図他の実施の形態における駆動動作の結果得られる画素出力構成を示す模式図

〔１．実施の形態１〕
〔１−１．構成〕
〔１−１−１．電気的構成〕
本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１００の電気的構成について、図１を用いて説明する。図１は、デジタルビデオカメラ１００の構成を示すブロック図である。デジタルビデオカメラ１００は、ズームレンズ１１０等からなる光学系により形成された被写体像をＣＭＯＳイメージセンサー１８０で撮像する。ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データは、画像処理部１９０で各種処理が施され、メモリカード２４０に格納される。また、メモリカード２４０に格納された映像データは、液晶モニタ２７０で表示可能である。以下、デジタルビデオカメラ１００の構成を詳細に説明する。

デジタルビデオカメラ１００の光学系は、ズームレンズ１１０、ＯＩＳ１４０、フォーカスレンズ１７０を含む。ズームレンズ１１０は、光学系の光軸に沿って移動することにより、被写体像を拡大又は縮小可能である。また、フォーカスレンズ１７０は、光学系の光軸に沿って移動することにより、被写体像のピントを調整する。

ＯＩＳ１４０は、内部に光軸に垂直な面内で移動可能な補正レンズを有する。ＯＩＳ１４０は、デジタルビデオカメラ１００の振れを相殺する方向に補正レンズを駆動することにより、被写体像の振れを低減する。

ズームモータ１３０は、ズームレンズ１１０を駆動する。ズームモータ１３０は、パルスモータやＤＣモータ、リニアモータ、サーボモータなどで実現してもよい。ズームモータ１３０は、カム機構やボールネジなどの機構を介してズームレンズ１１０を駆動するようにしてもよい。検出器１２０は、ズームレンズ１１０が光軸上でどの位置に存在するのかを検出する。検出器１２０は、ズームレンズ１１０の光軸方向への移動に応じて、ブラシ等のスイッチによりズームレンズの位置に関する信号を出力する。

ＯＩＳアクチュエータ１５０は、ＯＩＳ１４０内の補正レンズを光軸と垂直な面内で駆動する。ＯＩＳアクチュエータ１５０は、平面コイルや超音波モータなどで実現できる。また、検出器１６０は、ＯＩＳ１４０内における補正レンズの移動量を検出する。

ＣＭＯＳイメージセンサー１８０は、ズームレンズ１１０等からなる光学系で形成された被写体像を撮像して、映像データを生成する。ＣＭＯＳイメージセンサー１８０は、露光、転送、電子シャッタなどの各種動作を行う。ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の各画素は、点滅キズやＦＤキズ等の画素欠陥を有している場合がある。

画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して各種の処理を施す。画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して処理を施し、液晶モニタ２７０に表示するための映像データを生成したり、メモリカード２４０に再格納するための映像データを生成したりする。例えば、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対してガンマ補正やホワイトバランス補正、キズ補正などの各種処理を行う。また、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の出力が所定の値よりも大きいか否かを判定し、各画素の点滅キズやＦＤキズ等の画素欠陥を検出する。また、画像処理部１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成された映像データに対して、Ｈ．２６４規格やＭＰＥＧ２規格に準拠した圧縮形式等により映像データを圧縮する。画像処理部１９０は、ＤＳＰやマイコンなどで実現可能である。

コントローラー２１０は、全体を制御する制御手段である。コントローラー２１０は、半導体素子などで実現可能である。コントローラー２１０は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。コントローラー２１０は、マイコンなどで実現できる。

メモリ２００は、画像処理部１９０及びコントローラー２１０のワークメモリとして機能する。メモリ２００は、例えば、ＤＲＡＭ、強誘電体メモリなどで実現できる。

液晶モニタ２７０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０で生成した映像データが示す画像や、メモリカード２４０から読み出した映像データが示す画像を表示可能である。

ジャイロセンサー２２０は、圧電素子等の振動材等で構成される。ジャイロセンサー２２０は、圧電素子等の振動材を一定周波数で振動させコリオリ力による力を電圧に変換して角速度情報を得る。ジャイロセンサー２２０から角速度情報を得、この揺れを相殺する方向にＯＩＳ内の補正レンズを駆動させることにより、デジタルビデオカメラ１００は、使用者による手振れを補正する。

カードスロット２３０は、メモリカード２４０を着脱可能である。カードスロット２３０は、機械的及び電気的にメモリカード２４０と接続可能である。メモリカード２４０は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどを内部に含み、データを格納可能である。

内部メモリ２８０は、フラッシュメモリや強誘電低メモリなどで構成される。内部メモリ２８０は、デジタルビデオカメラ１００全体を制御するための制御プログラム等を格納する。また、内部メモリ２８０は、前記画像処理部１９０がＣＭＯＳイメージセンサー１８０の画素欠陥を検出した場合に、その画素のアドレス情報等を格納する。

操作部材２５０は、使用者から画像の撮像指示を受け付ける部材である。ズームレバー２６０は、使用者からズーム倍率の変更指示を受け付ける部材である。

〔１−１−２．CMOSイメージセンサーの画素の回路構成〕
ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の画素の回路構成について、図２を用いて説明する。図２において、ＰＤ９１０は、撮像光を受光し電荷に変換するフォトダイオードである。転送部９２０は、ＰＤ９１０に蓄積された電荷をＦＤ９３０に読み出すスイッチである。ＦＤ９３０は転送部９２０によって読み出された電荷を信号電圧に変換するフローティング・ディフュージョン・アンプである。リセット部９４０はＦＤ９３０に蓄積された信号電圧をリセットするスイッチである。選択部９５０はＦＤ９３０に蓄積された信号電圧を列信号線に読み出すスイッチである。

Ｓ／Ｈ部９６０は列信号線に読み出された信号電圧をサンプルとホールド動作するスイッチである。ＣＯＭＰ９７０はサンプル・ホールドされた信号電圧を参照信号と比較してデジタル信号に変換するコンパレータである。

各スイッチを適切に制御することでＣＭＯＳイメージセンサー１８０は、撮像光の受光から信号の出力までの一連の動作をすることができる。この動作の詳細については後述する。

〔１−２．動作〕
〔１−２−１．ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の各画素の撮像中の駆動動作〕
ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の各画素の撮像中の駆動動作について、図３を用いて説明する。まず、注目する画素の信号電圧を出力するために選択部９５０のスイッチをＯＮにする（パルスを立ち上げる）。次に、リセット部９４０のスイッチをＯＮにしてＦＤ９３０をリセット電圧まで引き上げ、残留している信号電圧を除去する。この状態でＳ／Ｈ部９６０のスイッチをＯＮとし、リセット電圧をサンプル・ホールドする。次に転送部９２０のスイッチをＯＮにしてＰＤ９１０に蓄積された電荷をＦＤ９３０に読み出す。引き続いて再度Ｓ／Ｈ部９６０のスイッチをＯＮとし、信号電圧をサンプル・ホールドする。

以上の駆動動作により、図3の画素信号に示すようにＦＤ９３０の電位が変動することになる。この期間において選択部９５０のスイッチはＯＮのままになっているため、サンプル・ホールドされた各信号電圧は前記のＣＯＭＰ９７０に入力される。同時にＣＯＭＰ９７０にはランプ波形状の参照信号が入力されており、信号電圧と比較された結果、一致した箇所の参照信号のレベルをデジタル信号として出力する。以上の動作で得られた２つのデジタル信号（リセットレベルと信号レベル）は、後に差分を取ることで純粋な画素信号振幅として抽出することが出来る。また、この動作はＣＭＯＳイメージセンサー１８０上の水平方向に配置された一行分の全画素に対して同時に行われる。なお、図３中に示すようにリセット部９４０のスイッチが動作した直後から２回目のサンプル・ホールド動作直後すなわち信号レベルのサンプル・ホールドまでの期間はＦＤリーク成分が蓄積される期間であり、以下ＦＤリーク時間と記す。

以上の動作が完了次第、抽出された画素信号を順次出力していく。図４は前記動作の結果得られる画素出力構成である。図４において、ＨＤ４１０は水平方向の開始・終了の基準となる水平同期信号である。ＶＤ４２０は垂直方向の開始・終了の基準となる垂直同期信号である。水平ブランキング期間４３０（ＨＢＬＫ４３０）は前述の駆動動作等を行う期間を示す水平ブランキング期間である。ＯＢ出力期間４４０はＰＤ９１０上を物理的に遮光され暗時の基準となる画素信号（オプティカル・ブラック）を出力する期間である。マージン期間４５０はＯＢ出力期間４４０との境界に位置し信号出力が不正規となるため映像データとして使用しない無効な画素を出力する期間である。有効画素期間４６０は実際に映像データとして使用する有効な画素信号を出力する期間である。なお、デジタルビデオカメラ１００において前記ＶＤの単位区間が１フレームを示しており、例えば約1/60秒ないし１／５０秒で構成される。

〔１−２−２．ＦＤキズの検出方法〕
本発明の実施の形態にかかるＦＤキズの検出方法について図５、図６を用いて説明する。本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１００は、被写体像を撮影する撮影モードと、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の画素欠陥を検出する画素欠陥検出モードとに設定できる。画素欠陥検出モードにおいて、デジタルビデオカメラ１００は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の欠陥画素を検出し、検出した欠陥画素を内部メモリ２８０に記憶する。デジタルビデオカメラ１００は、ＦＤキズを検出するためにＣＭＯＳイメージセンサー１８０の画素欠陥を強調する駆動をする。図５はＦＤキズを検出するための強調駆動の動作を示すタイミングチャートである。

ＣＭＯＳイメージセンサー１８０を強調駆動する際、まず、不図示の絞りでＣＭＯＳイメージセンサー１８０の受光面を遮断する（絞りを閉じる）。次に図５における選択部９５０のスイッチをＯＮにした後、リセット部９４０のスイッチをＯＮにしてＦＤ９３０をリセット電圧まで引き上げ、残留している信号電圧を除去する。この状態でＳ／Ｈ部９６０のスイッチをＯＮとし、リセット電圧をサンプル・ホールドする。ここで一定期間この状態を保持することにより、ＦＤリーク時間を引き延ばす。具体的には、撮影モードに設定されている場合よりも長時間この状態を保持することによりＦＤリーク時間を引き延ばす。

次に転送部９２０のスイッチをＯＮにしてＰＤ９１０に蓄積された電荷をＦＤ９３０に読み出す。引き続いて再度Ｓ／Ｈ部９６０のスイッチをＯＮとし、信号電圧をサンプル・ホールドする。

以上の駆動動作により、図５の画素信号に示すようにＦＤ９３０の電位が変動することになる。この期間において選択部９５０のスイッチはＯＮのままになっているため、サンプル・ホールドされた各信号電圧は前記のＣＯＭＰ９７０に入力される。同時にＣＯＭＰ９７０にはランプ波形状の参照信号が入力されており、信号電圧と比較された結果、一致した箇所の参照信号のレベルをデジタル信号として出力する。

以上の動作で得られた２つのデジタル信号（リセットレベルと信号レベル）は、後に差分を取ることでＦＤリーク成分となる。また、この動作はＣＭＯＳイメージセンサー１８０上の水平方向に配置された一行分の全画素に対して同時に行われる。

ここで、前述したＦＤリーク時間の決め方について下記詳細に述べる。ＦＤキズはＦＤリーク時間に比例して伸長する特性を持っているため、ＦＤリーク時間を引き延ばすことによりＦＤキズの信号レベルを高くすることが出来る。その結果、ＦＤキズ検出時に暗電流成分等の影響を受けずにＦＤキズを検出することが可能となる。ＦＤリーク時間はできるだけ長い方がＦＤキズの高い強調効果を得られるが、デジタルビデオカメラ１００においては前述のように１フレームが約1/60秒ないし１／５０秒で構成されるため、この制約の範囲内で最大のＦＤリーク時間をとる方が効果的である。また、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０の動作は前述のように水平方向に配置された一行分の全画素に対して同時に行われる。そこでＦＤキズ検出動作時には最小限の画素のみを読み出すこととし、１ＨＤ期間における画素出力期間を短くすることによって水平ブランキング期間を長く確保する。すなわち図４におけるＯＢ出力期間４４０およびマージン期間４５０の水平部分を読み出さずにスキップし、水平ブランキング期間４３０をその分長くすることでＦＤリーク時間も長く出来る。

以上の動作の結果得られる画素出力構成を図６に示す。図６において、ＨＤ６１０は水平方向の開始・終了の基準となる水平同期信号である。ＶＤ６２０は垂直方向の開始・終了の基準となる垂直同期信号である。水平ブランキング期間６３０（ＨＢＬＫ６３０）は前述の駆動動作等を行う期間を示す水平ブランキング期間６３０である。ＯＢ出力期間６４０はＰＤ９１０上を物理的に遮光され暗時の基準となる画素信号（オプティカル・ブラック）を出力する期間である。マージン期間６５０はＯＢ出力期間６４０との境界に位置し信号出力が不正規となるため映像データとして使用しない無効な画素を出力する期間である。有効画素期間６６０は実際に映像データとして使用する有効な画素信号を出力する期間である。前述のようにＯＢ出力期間６４０およびマージン期間６５０の水平部分はスキップされ、その分水平ブランキング期間６３０の水平幅が長く確保されている。

このようにして得られたＦＤキズ成分を検出するために、図１における画像処理部１９０は図６に示す画素出力構成にあわせてキズ補正の処理範囲を変更する。すなわちＯＢ出力期間６４０およびマージン期間６５０の水平部分を除いた有効画素期間６６０のみを参照してＦＤキズを補正する。なお、本発明にかかるデジタルビデオカメラ１００において、画像処理部１９０で行われるキズ補正は、公知のキズ補正方法であり、特許文献１に開示されている「欠陥アドレスが登録された画素に関しての近隣画素による補完」が採用されている。

以上の動作により、ＦＤリークに起因する画素欠陥を正確に検出・補正でき、高品位な映像を得ることが出来る。本発明を実施しない場合、ＦＤキズレベルを伸長することが出来ないため画素欠陥検出時に暗電流成分等のノイズ成分と切り分けが出来ず、ＦＤキズの位置を正しく検出することが出来ない。
〔２．他の実施の形態〕
以上により、本発明の実施の形態として、実施の形態１を説明した。しかし、本発明は、これらには限定されない。そこで、本発明の他の実施の形態を本欄にまとめて説明する。

本実施の形態にかかるデジタルカメラ１００の光学系及び駆動系は、図１に示すものに限定されない。例えば、図１では３群構成の光学系を例示しているが、他の群構成のレンズ構成としてもよい。また、それぞれのレンズは、１つのレンズで構成してもよく、複数のレンズから構成されるレンズ群として構成してもよい。

また、実施の形態１では、撮像手段として、ＣＭＯＳイメージセンサー１８０を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＮＭＯＳイメージセンサーで構成してもよい。

また、実施の形態１では、１フレームの時間が約1/60秒ないし１／５０秒に制約された条件下で例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図７に示すように１ＨＤ期間を２倍に伸長することで、より高いＦＤキズ強調を行うことも出来る。この場合、１フレームの時間は約1/３0秒若しくは１／２５秒となるが、図１における画像処理部１９０等の動作をこれにあわせることで同様にＦＤキズ補正が可能となる。なお、１ＨＤ期間の伸長は２倍に限ったことではなく、３倍以上でも同様の効果が得られることはいうまでもない。

本発明は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルオカメラ、カメラ機能付き携帯電話に適用できる。

１００デジタルビデオカメラ
１１０ズームレンズ
１２０検出器
１３０ズームモータ
１４０ＯＩＳ
１５０ＯＩＳアクチュエータ
１６０検出器
１７０フォーカスレンズ
１８０ＣＭＯＳイメージセンサー
１９０画像処理部
２００メモリ
２１０コントローラー
２２０ジャイロセンサー
２３０カードスロット
２４０メモリカード
２５０操作部材
２６０ズームレバー
２７０液晶モニタ
２８０内部メモリ
４１０ＨＤ
４２０ＶＤ
４３０ＨＢＬＫ
４４０ＯＢ出力期間
４５０マージン期間
４６０有効画素期間
６１０ＨＤ
６２０ＶＤ
６３０ＨＢＬＫ
６４０ＯＢ出力期間
６５０マージン期間
６６０有効画素期間
７１０ＨＤ
７２０ＶＤ
７３０ＨＢＬＫ
７４０ＯＢ出力期間
７５０マージン期間
７６０有効画素期間
９１０ＰＤ
９２０転送部
９３０ＦＤ
９４０リセット部
９５０選択部
９６０Ｓ／Ｈ部
９７０ＣＯＭＰ

Claims

撮影モードと、画素欠陥を検出する画素欠陥検出モードとに設定可能な撮像装置であって、
絞りと、
フォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された電荷を一旦蓄積し電圧に変換するアンプと、前記アンプをリセットするリセット手段と、を備えるＭＯＳイメージセンサーと、
前記画素欠陥検出モードに設定されている場合、前記絞りを閉じ、前記リセット手段が前記アンプをリセットした後、前記アンプが変換した電圧を出力するまでの時間を、前記撮影モードよりも長くなるように前記ＭＯＳイメージセンサーを制御する制御手段と、を備える、
撮像装置。
前記画素欠陥検出モードに設定されている場合において、前記ＭＯＳイメージセンサーの出力が所定の値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段が所定の値よりも大きいと判断した場合に、その画素に関する情報を記憶する記憶手段と、をさらに備える、
請求項１に記載の撮像装置。