JP3816866B2

JP3816866B2 - Image sensor

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Publication number: JP3816866B2
Application number: JP2002323767A
Authority: JP
Inventors: 誠清水
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: JP2004159160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、たとえばディジタルカメラに用いられるＣＭＯＳ型のイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイメージセンサは、画像読取領域内において複数行複数列に配列された多数個の受光素子を備えている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３６８１６号公報。
【０００４】
上記各受光素子には、これらに対応して複数のスイッチング素子がそれぞれ接続されている。行方向に配列された受光素子のスイッチング素子には、選択信号を与えるためのアドレス線（選択線）が接続されており、列方向に配列された受光素子のスイッチング素子には、受光素子の出力値を読み出すための読出線が接続されている。読出線の接続端には、受光素子の出力値をアナログ−ディジタル変換するためのＡＤコンバータが接続されている。ＡＤコンバータには、アナログ−ディジタル変換後のディジタル信号をフレームメモリに蓄積させるためのシフトレジスタが接続されている。
【０００５】
この構成において、アドレス線の１ラインごとに順次、選択信号が与えられることにより、行方向に配列された受光素子のスイッチング素子が１ラインごとにオンし、その結果、受光素子の出力値が画素信号として読出線を通じて各ＡＤコンバータに与えられる。そして、画素信号は、ＡＤコンバータにおいてアナログ信号からディジタル信号に変換され、シフトレジスタによってフレームメモリに順次出力される。
【０００６】
このイメージセンサは、レンズを用いた撮像光学系と組み合わせて撮像装置を構成する場合、以下に説明するように、一般に、画像読取領域の中央部に対して周辺部の光量が小さくなる。
【０００７】
図１７は、イメージセンサＩＳが設けられたディジタルカメラの撮像光学系を示す概略図である。この図によって、レンズＺの中心を通ってイメージセンサＩＳに至る光を検討すると、入射光Ａは、レンズＺの中心を通りイメージセンサＩＳの画像読取領域Ｓの中央Ｓｏに入射する一方、この入射光Ａに対して角度θを有して入射する光Ｂは、画像読取領域Ｓの周縁部分Ｓｒに入射する。レンズＺの中心から画像読取領域Ｓまでの光路長は、画像読取領域の周縁部に到達する光ほど長くなるのであり、画像読取領域Ｓの中央Ｓｏにおける光量を１とすれば、画像読取領域Ｓの周縁部分Ｓｒにおける光量は、理論上、ＣＯＳ⁴θで求められる。このように、画像読取領域Ｓの中央Ｓｏにおける光量に比べ、画像読取領域Ｓの周縁部分における光量は小さくなる。この傾向は、レンズからイメージセンサまでの距離を小さく設定して撮像装置をコンパクト化するほど顕著となる。
【０００８】
また、図１８は、画像読取領域Ｓ内における光量の分布を示す図である。同図に示すように、画像読取領域Ｓでは、レンズの光学中心と対応する中央において光量が最大となり、周縁部分に至るほど光量が小となる。より具体的には、光量は、中心点Ｏから遠ざかるにつれて序々に低くなり、中心点Ｏからほぼ同じ距離にある環状領域内では、ほぼ同程度の光量となる。画像読取領域におけるＸ軸断面における光量分布は、図１８(b) に示すように、中心点Ｏを最大光量とした二次曲線で表され、中心点Ｏから距離Ｌｘだけ離れたＸ軸上の点Ｐ₁においては、たとえば最大光量のｘ％の光量となっている。また、Ｙ軸断面における光量分布もまた、図１８(c) に示すように、中心点Ｏを最大光量とした二次曲線で表され、中心点Ｏから距離Ｌｙだけ離れたＹ軸上の点Ｐ₂においては、たとえば最大光量のｙ％の光量となっている。このようなイメージセンサ上の光量分布をそのまま反映させて画像を出力すれば、その画像は、周辺部ほど暗くなることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来のイメージセンサでは、上記のような光量分布を補正して、出力画像の全域にわたってほぼ均一な明るさを得ることのできる技術が種々提案されている。たとえば、イメージセンサに、ディジタル信号を補正するためのＤＳＰ（digital signal processor）を内蔵させ、このＤＳＰによって、各受光素子の出力値に、当該受光素子が位置する点における光量の最大光量に対する比の逆数値を乗算して補正を行うことが提案されている。
【００１０】
たとえば、図１８に示した点Ｐ₁における光量は、最大光量のｘ％であるため、この点Ｐ₁における逆数値は、（１００／ｘ）となる。したがって、画像読取領域Ｓの点Ｐ₁上に配列された受光素子の出力値に上記逆数値を乗算すると、図１９に示すように、最大光量とほぼ同等の補正値が得られることになる。そのため、各受光素子の出力値に対して各受光素子に応じた上記逆数値を乗算して補正を行うことにより、出力画像がその全域においてほぼ均一な明るさとなる。
【００１１】
しかしながら、このＤＳＰを用いて逆数値を乗算する方法には、全ての受光素子に対して上記逆数値を割り付ける必要があるため、これら多数の逆数値が記憶された補正テーブルを備えるメモリを設けなければならないといった欠点がある。しかも、この場合、画素数（受光素子数）が多くなればなるほど、逆数値の数は増え、メモリ容量が大となるとともに、それによるコストが増大してしまう。
【００１２】
なお、メモリ容量を節約するために、図２０に示すように、補正テーブルを画像読取領域Ｓの一つの象限内の受光素子に対応するものに限って作成し、これを他の象限に展開して用いることも考えられる。この方法によれば、メモリ容量を約１／４に低減することができるが、コスト的に十分低減されたとはいい難い。
【００１３】
また、受光素子の出力を補正することなく、画像読取領域の全域にわたって均一な光量を得ることのできる方法として、画像読取領域の中央に向かうほど透光性が減じられた、いわゆるＮＤ（neutral density）フィルタをイメージセンサと併せ用いることが提案されている。すなわち、このＮＤフィルタをイメージセンサの前面近傍に配置させれば、ＮＤフィルタによって画像読取領域の中央における光量を強制的に低下させることができるので、画像読取領域の全域を均一な光量にすることができる。
【００１４】
しかしながら、この場合、入射光をカットすることによって画像読取領域の内部領域の光量を周辺領域の光量に合わせ込むことになり、イメージセンサ全体としての出力が低下してしまうという不都合を生じる。
【００１５】
【発明の開示】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、コスト低減を図りつつ、全域にわたって明るさが均一な出力画像を得ることができるイメージセンサを提供することをその課題とする。
【００１６】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１７】
本願発明によって提供されるイメージセンサは、画像読取領域内に複数行複数列にわたって配列された多数個の受光素子を備え、撮像光学系を介した光を受光して画像信号を出力するイメージセンサであって、上記画像読取領域の所定点を通る行方向座標軸上に位置する各点に対応する行方向補正係数と、上記画像読取領域の所定点を通る列方向座標軸上に位置する各点に対応する列方向補正係数とを定める一方、上記画像読取領域内の各受光素子の出力値に対して、当該受光素子の行方向座標に対応する行方向補正係数と、当該受光素子の列方向座標に対応する列方向補正係数とを乗ずることにより、各受光素子の出力値を補正するように構成したことを基本構成として備える。
【００１８】
ここで、上記所定点は、上記撮像光学系からの基準受光量が最大となる受光素子が位置する点である。また、上記行方向補正係数は、上記所定点を通る行方向座標軸上に配列されている各受光素子の基準受光量の、上記所定点に位置する受光素子の基準受光量に対する比の逆数に基づいて定められており、上記列方向補正係数は、上記所定点を通る列方向座標軸上に配列されている各受光素子の基準受光量の、上記所定点に位置する受光素子の基準受光量に対する比の逆数に基づいて定められている。上記基準受光量とは、たとえば全域にわたって輝度が均一な一定の面を撮像した場合の受光素子の受光量をいう。
【００１９】
本願発明は、たとえば図７に示すように、画像読取領域Ｓ内の原点Ｏにおける受光量を最大受光量とした場合、画像読取領域Ｓ内の任意の点ＰのＸ座標に相当するＸ軸上の点Ｐｘにおける受光量の上記最大受光量に対する比と、上記任意の点ＰのＹ座標に相当するＹ軸上の点Ｐｙにおける受光量の上記最大受光量に対する比とを乗じたものとが、上記任意の点Ｐにおける受光量の上記最大受光量に対する比とほぼ等しいという知見に基づいて発明されたものである。
【００２０】
すなわち、画像読取領域Ｓ内の任意の点Ｐにおける受光素子の出力値を原点Ｏにおける受光素子の出力値と一致させるように補正するためには、点ＰのＸ座標に相当するＸ軸上の点Ｐｘにおける受光量の上記最大受光量に対する比の逆数と、上記任意の点ＰのＹ座標に相当するＹ軸上の点Ｐｙにおける受光量の上記最大受光量に対する比の逆数とを、上記Ｐ点における受光素子の出力値に掛け合わせればよいことになる。
【００２１】
たとえば、図７における点Ｐｘにおける光量の原点Ｏにおける受光量（最大受光量）に対する比を８０％とし、点Ｐｙにおける受光量の原点Ｏにおける受光量（最大受光量）に対する比を８０％とすると、点Ｐにおける原点Ｏに対する受光量の比は６４％となる。したがって、点Ｐにおける受光素子の出力値に対して、点Ｐｘにおける受光量の原点Ｏにおける最大受光量に対する比の逆数である（１００／８０）と、点Ｐｙにおける受光量の原点Ｏにおける最大受光量に対する比の逆数である（１００／８０）とを乗ずるようにすれば、６４×（１００／８０）×（１００／８０）＝１００となることから、上記点Ｐにおける受光素子の出力値は、原点Ｏにおける受光素子の出力値と同等となるように補正されることになる。
【００２２】
別言すれば、画像読取領域の所定点（たとえば中心）を通る行方向座標軸（図７のＸ軸に相当）上の各点に対応する行方向補正係数と、画像読取領域の所定点を通る列方向座標軸（図７のＹ軸に相当）上に位置する各点に対応する列方向補正係数とを定めておき、画像読取領域内の各受光素子の出力値に対して、当該受光素子の行方向座標に対応する行方向補正係数と、当該受光素子の列方向座標に対応する列方向補正係数とを乗ずるようにする。
【００２３】
従来では、画像読取領域内の全ての受光素子あるいは一つの象限内にある受光素子の出力値に対して、それぞれ補正値を有する方法があったが、本願発明で、行方向座標軸上に並ぶ受光素子および列方向座標軸上に並ぶ受光素子についての補正係数を備えておればよいので、メモリ容量を著しく削減することができる。なお、このような受光素子の出力値を補正する方法には、後述するように、たとえばＡＤコンバータの基準電圧を設定変更して行う方法、あるいは予め行方向補正係数および行方向補正係数を記憶して行う方法等が挙げられる。
【００２４】
本願発明の好ましい実施の形態によれば、列ごとに設けられ、かつ受光素子の出力値と所定の基準電圧とを比較することによりアナログ信号としての上記出力値をディジタル信号に変換するための複数の比較手段と、受光素子の出力値が行ごとに読み出されるとき、上記列方向補正係数に関連した値に応じて、行ごとに異なる値の基準電圧を上記比較手段に対して設定する行方向設定手段と、上記行方向補正係数に関連した値に応じて、異なる値の基準電圧を上記比較手段ごとに設定する列方向設定手段とを備える。ここで、列方向補正係数に関連した値とは、たとえば列方向座標軸上に配列された受光素子の受光量の最大受光量に対する比であり、行方向補正係数に関連した値とは、たとえば行方向座標上に配列された受光素子の受光量の最大受光量に対する比である。
【００２５】
ここで、比較手段は、読み出されたアナログ信号としての受光素子の実際の出力値と基準電圧とを比較し、その比較結果をディジタル信号としての受光素子の出力値とするものである。そのため、基準電圧の値を上記列方向補正係数および行方向補正係数に関連した値に応じて、異なる値に設定すれば、受光素子の出力値を変化させることができる。
【００２６】
すなわち、画像読取領域内の列方向に配列された受光素子が行ごとに読み出されるとき、上記列方向補正係数に関連した値に応じて、行ごとに異なるように比較手段の基準電圧を設定すれば、列方向に配列された受光素子の出力値を、設定された基準電圧の値に応じて行ごとに変化させることができる。たとえば、比較手段の基準電圧を所定の割合で下げておけば、受光素子の出力値は高くなる。
【００２７】
また、列ごとに設けられた比較手段の基準電圧を上記行方向補正係数に関連した値に応じて、異なるように設定すれば、列方向に配列された受光素子の出力値を、比較手段の基準電圧に設定された値に応じて変化させることができる。たとえば、受光素子が配列された列における比較手段の基準電圧を所定の割合で下げておけば、受光素子の出力値は高くなる。
【００２８】
本願発明の他の好ましい実施の形態によれば、上記行方向設定手段は、上記基準電圧を抵抗によって分圧することにより、上記比較手段ごとに異なる値の基準電圧を設定する。
【００２９】
この構成によれば、比較手段ごとに基準電圧を容易に設定することができる。
【００３０】
本願発明の他の好ましい実施の形態によれば、列ごとに設けられ、かつ受光素子の出力値と所定の基準電圧とを比較することによりアナログ信号としての上記出力値をディジタル信号に変換するための複数の比較手段と、受光素子の出力値が行ごとに読み出されるとき、上記列方向補正係数に関連した値に応じて、行ごとに異なる値の基準電圧を上記比較手段に対して設定する行方向設定手段と、上記各比較手段の出力を所定のカウント範囲を基準にしてカウントし、上記行方向補正係数に関連した値に応じて、異なるカウント範囲を上記比較手段ごとに設定する列方向設定手段とを備える。
【００３１】
この構成によれば、比較手段の基準電圧を分圧することに代えて、列ごとに設けられた比較手段ごとに、その出力をカウントし、上記行方向補正係数に関連した値に応じて比較手段ごとにそのカウント範囲が異なるように設定することにより、行方向に配列された受光素子の出力値を変化させることができる。たとえば、受光素子が配列された列における比較手段の出力のカウント範囲を広く設定しておけば、カウント範囲を狭く設定した場合に比べ、高いカウント値が得られる。すなわち、実際の受光素子の出力値が見かけ上、高くなる。
【００３２】
また、上記カウント範囲は、比較手段の出力をカウントするためのクロック周波数を変更するだけで、容易に変更可能であり、また、上記構成によれば、分圧するための回路は不要とされるため、部品コストをより一層削減させることができる。
【００３７】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３９】
図１は、本願発明に係るイメージセンサの一例を示す構成図である。このイメージセンサは、ディジタルカメラ等に用いられる、いわゆるエリアイメージセンサとされ、撮像光学系を介した光を受光して画像信号を出力するものであり、横長の画像読取領域Ｓを備えている。画像読取領域Ｓには、複数行複数列にわたって配列された多数個の受光素子としての複数のフォトダイオード１と、これらのフォトダイオード１に接続された複数のスイッチング素子２と、行方向に延びたアドレス線３と、列方向に延びた読出線４とが設けられている。
【００４０】
フォトダイオード１およびスイッチング素子２は、１つずつ組み合わされることにより１画素を構成している。アドレス線３は、行方向に配列された複数のフォトダイオード１ごとに、行方向において複数本設けられている。また、読出線４は、列方向に配列された複数のフォトダイオード１ごとに、列方向において複数本設けられている。
【００４１】
フォトダイオード１は、受光した光信号を電気信号に変換しそれを受光量として蓄える光電変換機能を発揮する素子である。フォトダイオード１は、詳細には示していないが、たとえば平面視矩形状の受光面（図示略）を有しており、この受光面によって光信号を受光することができる。各フォトダイオード１は、そのアノード側がグランドに接地されており、カソード側がスイッチング素子２に接続されている。
【００４２】
スイッチング素子２は、フォトダイオード１によって蓄えられた電荷を読み出すためのものであり、図２に示すように、フォトダイオード１を選択するための選択用トランジスタ２ａと、フォトダイオード１の電位を増幅するための増幅用トランジスタ２ｂと、フォトダイオード１の電位をリセットするためのリセット用トランジスタ２ｃとによって構成されている。
【００４３】
選択用トランジスタ２ａのゲート端子には、アドレス線３が接続されている。選択用トランジスタ２ａのドレイン端子には、増幅用トランジスタ２ｂのソース端子が接続されており、増幅用トランジスタ２ｂのドレイン端子には、読出線４が接続されている。増幅用トランジスタ２ｂのゲート端子には、フォトダイオード１のカソード端子が接続されるとともに、リセット用トランジスタ２ｃのドレイン端子が接続されている。リセット用トランジスタ２ｃのゲート端子には、それをリセットするためのリセット線Ｒ（図１では図示略）が接続されている。また、選択用トランジスタ２ａおよび増幅用トランジスタ２ｂの各ソース端子には、コモン線Ｃ（図１では図示略）が接続されている。
【００４４】
この構成により、アドレス線３に対して、制御部９（後述）から垂直走査信号（選択信号）が出力されると、選択用トランジスタ２ａがオンする。これにより、増幅用トランジスタ２ｂはオン動作され、フォトダイオード１に蓄えられていた画素信号が読出線４に供給され、画素信号は、読出線４を通じてＡＤコンバータ６（後述）に送られる。
【００４５】
図１に戻り、各読出線４の接続端には、アナログ信号をディジタル信号に変換するための複数のＡＤコンバータ６がそれぞれ接続されている。ＡＤコンバータ６の各出力端には、シフトレジスタ７がそれぞれ接続され、各シフトレジスタ７は、ディジーチェーン状に直列に接続されている。また、ＡＤコンバータ６には、分圧回路８を介して制御部９が接続されている。
【００４６】
ＡＤコンバータ６は、図３に示すように、サンプル＆ホールド回路１１と、コンパレータ回路１２と、カウンタ回路１３とによって概略構成されている。
【００４７】
サンプル＆ホールド回路１１は、読出線４に接続され、フォトダイオード１から読出線４を通じて読み出された画素信号を、一時的に保持するための回路である。
【００４８】
コンパレータ回路１２は、サンプル＆ホールド回路１１によって一時的に保持された画素信号と、制御部９から出力される基準電圧とを比較する回路である。すなわち、コンパレータ回路１２の一方の入力端子１２ａは、サンプル＆ホールド回路１１に接続され、他方の入力端子１２ｂは、分圧回路８に接続されている。
【００４９】
ここで、基準電圧としての信号は、図４に示すように、行方向１ラインのスイッチング素子２が選択信号によって選択されるとき、その選択時間Ｔ内で時間の経過とともにスロープ状に変化し、その変化が選択時間Ｔごとに繰り返されるような略のこぎり状の波形を有している。上記選択時間Ｔは、制御部９から出力されるタイミング信号に同期してその周期が規定される。
【００５０】
コンパレータ回路１２は、サンプル＆ホールド回路１１によって一時的に保持された電圧と基準電圧とを比較し、両者が一致したときの一致信号をカウンタ回路１３に出力する。
【００５１】
カウンタ回路１３は、コンパレータ回路１２の出力端子１２ｃに接続され、制御部９から出力される、上記選択時間Ｔと同期したクロック信号に基づいて、たとえば「０」〜「１０２３」を選択時間Ｔごとに繰り返しカウントするものである。カウンタ回路１３は、コンパレータ回路１２からの一致信号によってラッチされ、ラッチされたときのカウント値Ｃをシフトレジスタ７に出力する。
【００５２】
シフトレジスタ７は、カウンタ回路１３の出力に接続され、各カウンタ回路１３から出力されたカウント値Ｃを一時的に保持し、所定のタイミングで順次、後段に接続されたフレームメモリ（図示略）に出力するものである。
【００５３】
制御部９は、このイメージセンサの制御中枢となるものであり、上記したように各スイッチング素子２に対してアドレス線３ごとに走査して選択信号を出力する。制御部９は、ＡＤコンバータ６に対してクロック信号およびタイミング信号を与える。また、制御部９は、フォトダイオード１から読み出された画素信号の比較対象となる基準電圧を、分圧回路８を介してＡＤコンバータ６のコンパレータ回路１２に与える。
【００５４】
分圧回路８は、図５に示すように、増幅器１５と複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ８とによって構成されている。分圧回路８は、基準電圧を分圧して各ＡＤコンバータ６に与えるものである。
【００５５】
増幅器１５は、基準電圧を制御部９から出力される設定信号に基づいて所定の電圧値に増幅するものであり、抵抗Ｒ１〜Ｒ８は、増幅器１５の出力電圧を分圧するものである。
【００５６】
なお、図５に示す分圧回路８では、説明の便宜上、抵抗Ｒ１〜Ｒ８およびそれらに接続された第１ないし第５ＡＤコンバータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅの５つのＡＤコンバータしか記載されていないが、実際は、読出線４の数に応じた数の抵抗およびＡＤコンバータが設けられている。また、第１ないし第５ＡＤコンバータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅは、画像読取領域Ｓの列方向に配列されたフォトダイオード１に対応して読出線４に接続されており、特に、第３ＡＤコンバータ６Ｃは、画像読取領域Ｓの中心を通る列方向座標軸上に配列されているフォトダイオード１に読出線４を介して接続されているとする。
【００５７】
また、アドレス線３は、説明の便宜上、図６に示すように、第１ないし第５アドレス線３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの５本のみ設けられているとし、特に、第３アドレス線３Ｃは、画像読取領域Ｓの中心を通る行方向座標軸上に配列されているフォトダイオード１に接続されているとする。
【００５８】
すでに述べたように、本願発明は、図７に示すように、画像読取領域Ｓ内の原点Ｏにおける受光量を最大受光量（１００％）としたとき、画像読取領域Ｓ内の任意の点ＰのＸ座標に相当するＸ軸上の点Ｐｘにおける受光量の上記最大受光量に対する比と、上記任意の点ＰのＹ座標に相当するＹ軸上の点Ｐｙにおける受光量の上記最大光量に対する比とを乗じたものとが、上記任意の点Ｐにおける受光量の上記最大受光量に対する比とほぼ等しいという知見に基づいてなされたものである。
【００５９】
すなわち、画像読取領域Ｓ内の任意の点Ｐにおいて、上記最大光量を受光する受光素子と同等の出力値を得るためには、任意の点ＰについてのＸ座標に相当するＸ軸上の点Ｐｘにおける受光量の上記最大受光量に対する比の逆数と、上記任意の点ＰについてのＹ座標に相当するＹ軸上の点Ｐｙにおける受光量の上記最大受光量に対する比の逆数とを用い、それらを任意の点Ｐにおける受光素子の出力値に掛け合わせればよいことになる。
【００６０】
具体的には、図７における点Ｐｘにおける受光量の原点Ｏにおける受光量（最大受光量）に対する比を８０％とし、点Ｐｙにおける受光量の原点Ｏにおける受光量（最大受光量）に対する比を８０％とすると、点Ｐにおける受光量の上記最大受光量に対する比は６４％となる。したがって、点Ｐにおける受光素子の出力値に対して、点Ｐｘにおける光量の原点Ｏにおける最大光量に対する比の逆数である（１００／８０）と、点Ｐｙにおける光量の原点Ｏにおける最大光量に対する比の逆数である（１００／８０）とを乗ずるようにすれば、６４×（１００／８０）×（１００／８０）＝１００となることから、上記点Ｐにおける受光素子の出力値は、原点Ｏにおける受光素子の出力値と同等となるように補正されることになる。
【００６１】
そのため、画像読取領域Ｓの所定点（たとえば中心）を通る行方向座標軸（図７のＸ軸に相当）上に位置する各点に対応する行方向補正係数と、画像読取領域Ｓの中心を通る列方向座標（図７のＹ軸に相当）上に位置する各点に対応する列方向補正係数とを定めておき、画像読取領域Ｓの各フォトダイオード１の出力値に対して、当該フォトダイオード１の行方向座標に対応する行方向補正係数と、当該フォトダイオード１の列方向座標に対応する列方向補正係数とを乗ずるようにする。
【００６２】
ここで、行方向補正係数を、行方向座標軸上に配列されているフォトダイオード１の、画像読取領域Ｓの中心に位置するフォトダイオード１の受光量（最大受光量）に対する比の逆数に基づいて定め、列方向補正係数を、列方向座標軸上に配列されているフォトダイオード１の受光量の、画像読取領域Ｓの中心に位置するフォトダイオード１の受光量（最大受光量）に対する比の逆数に基づいて定めておけば、画像読取領域Ｓ内の各点におけるフォトダイオード１の出力値を、上記最大受光量を受光するフォトダイオード1の出力値とほぼ同等の出力値となるように補正することができる。
【００６３】
本実施形態においては、一例として、各ＡＤコンバータ６に対する基準電圧を、上記行方向補正係数および列方向補正係数に関連させて設定変更することにより、各フォトダイオードの出力値に上記行方向補正係数および列方向補正係数を乗じたのと同等となるように構成しており、以下、上記構成における作用を具体的に説明する。
【００６４】
まず、図７におけるＹ軸方向（列方向）についてＡＤコンバータ６に対して基準電圧を設定する場合について説明すると、制御部９は、スイッチング素子２をオン動作させるための選択信号をアドレス線３ごとに順次出力する。このとき、制御部９は、アドレス線３に選択信号を出力するごとに、ＡＤコンバータ６に対して列方向補正係数に関連する値に応じて、異なる値の基準電圧を設定する。
【００６５】
たとえば、図６に示した第３アドレス線３Ｃに選択信号を出力するときの基準電圧を正規の基準電圧（１００％）とし、制御部９は、第１アドレス線３Ａに選択信号を出力するとき、ＡＤコンバータ６の基準電圧が、正規のたとえば約６７．５％の基準電圧になるように設定する。すなわち、制御部９は、基準電圧の振幅が正規の約６７．５％になるように、分圧回路８の増幅器１５に設定信号を送る。これにより、増幅器１５は、振幅が０．６７５倍にされた基準電圧をＡＤコンバータ６に与える。
【００６６】
次いで、制御部９は、第２アドレス線３Ｂに選択信号を出力するとき、ＡＤコンバータ６の基準電圧が、正規のたとえば約９０．０％の基準電圧になるように設定する。制御部９は、第３アドレス線３Ｃに選択信号を出力するとき、正規の基準電圧をそのまま出力する。また、制御部９は、第４アドレス線３Ｄに選択信号を出力するとき、ＡＤコンバータ６の基準電圧が、正規のたとえば約９０．０％になるように設定する。そして、制御部９は、第５アドレス線３Ｅに選択信号を出力するとき、ＡＤコンバータ６の基準電圧が、正規のたとえば約６７．５％の基準電圧になるように設定する。
【００６７】
なお、上記した正規の基準電圧に対する各割合は、アドレス線３が５本の場合を想定して予め定められたものであり、実際のイメージセンサでは、アドレス線３の数は上記の例より多く、アドレス線３の数に応じて異なる値となる。本実施形態においては、たとえば、第１アドレス線３Ａに接続されるフォトダイオード１についての、列方向座標上の点における光量の最大光量に対する比が６７．５％とされており、この値が列方向補正係数に関連した値とされている。
【００６８】
このように、制御部９がＡＤコンバータ６に対して基準電圧を設定すると、ＡＤコンバータ６におけるコンパレータ回路１２の他方の入力端子１２ｂには、図８に示すように、振幅が所定の割合で下げられた基準電圧が入力されることになる。
【００６９】
通常、コンパレータ回路１２の一方の入力端子１２ａには、サンプル＆ホールド回路１１によって保持されたフォトダイオード１の出力値としての画素信号が入力される。そして、コンパレータ回路１２において、基準電圧と画素信号とが比較され、基準電圧の値と画素信号の値とが一致したときの一致信号がカウンタ回路１３に出力される。これにより、カウンタ回路１３では、カウント値Ｃがカウントされる。カウンタ回路１３の出力は、シフトレジスタ７に送られ、フォトダイオード１の正規の出力値とされる。
【００７０】
上記のように、コンパレータ回路１２に、振幅が所定の割合で下げられた基準電圧が入力されると、同じ画素信号が入力された場合でも、基準電圧の値と画素信号の値とが一致するタイミングが遅れることになる。そのため、カウンタ回路１３では、カウント値Ｃより大のカウント値Ｃ′がカウントされることになり、フォトダイオード１の出力値が見かけ上、増加することになる。
【００７１】
一方、図７におけるＸ軸方向（行方向）についてＡＤコンバータ６に対して基準電圧を設定する場合について説明すると、行方向においては、各ＡＤコンバータ６に与えられる基準電圧が、行方向補正係数に関連した値に応じて、分圧回路８の各抵抗Ｒ１〜Ｒ８によって分圧されることにより異なるようにされる。すなわち、図５に示したように、第１ＡＤコンバータ６Ａには、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との抵抗比に基づいて分圧された基準電圧が与えられる。具体的には、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との抵抗比は、たとえば６７５：３２５とされているため、正規の基準電圧の６７．５％の電圧が基準電圧として第１ＡＤコンバータ６Ａに与えられる。
【００７２】
また、第２ＡＤコンバータ６Ｂには、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４との抵抗比がたとえば９：１とされているため、正規の基準電圧の９０％の電圧が基準電圧として与えられる。そして、第３ＡＤコンバータ６Ｃには、抵抗が接続されていないため、増幅器１５で増幅された基準電圧がそのまま与えられる。また、第４ＡＤコンバータ６Ｄには、第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６との抵抗比がたとえば９：１とされているため、正規の基準電圧の９０％の電圧が基準電圧として与えられる。さらに、第５ＡＤコンバータ６Ｅには、第７抵抗Ｒ７と第８抵抗Ｒ８との抵抗比がたとえば６７５：３２５とされているため、正規の基準電圧の６７．５％の電圧が基準電圧として与えられる。
【００７３】
なお、上記した抵抗の分圧比による正規の基準電圧の各割合は、読出線４が５本の場合を想定して予め定められた値であり、実際のイメージセンサでは、読出線４の数は上記の例より多く、読出線４の数に応じて異なる値となる。本実施形態においては、たとえば、第１ＡＤコンバータ６Ａに接続されるフォトダイオード１についての、行方向座標軸上の点における受光量の最大受光量に対する比が６７．５％とされており、この値が行方向補正係数に関連した値とされている。したがって、第１アドレス線３Ａに接続され、かつ第１ＡＤコンバータ６Ａに接続されるフォトダイオード１についての、画像読取領域Ｓ内の点における受光量の最大受光量に対する比は、６７．５×６７．５で求められ、約４５．５％となる。
【００７４】
列方向についてＡＤコンバータ６の基準電圧が設定された場合に、振幅が下げられた基準電圧（図８参照）は、上記のように、分圧回路８によって、第１、第２、第４および第５ＡＤコンバータ６Ａ，６Ｂ，６Ｄ，６Ｅに与えられる基準電圧が所定の割合で下げられることにより、図９に示すように、さらにその振幅が下げられる。そのため、たとえば第１ＡＤコンバータ６Ａのコンパレータ回路１２では、さらにその振幅が下げられた基準電圧と画素信号とが比較されることになる。
【００７５】
そして、そのときの一致信号がカウンタ回路１３に出力され、カウンタ回路１３は、カウント値Ｃ′より高い値のカウント値Ｃ″をシフトレジスタ７に出力する。このカウンタ回路１３の出力は、シフトレジスタ７に送られて、フォトダイオード１の正規の出力値とされるが、カウント値Ｃ″は、上記したカウント値Ｃ′より高い値であるため、フォトダイオード１の出力値は、見かけ上、さらに増加されることになる。
【００７６】
ここで、基準電圧の振幅が所定の割合で下げられると、カウンタ回路１３においてカウントされるカウント値（フォトダイオード１の出力値）は増加するが、この場合、カウント値が増加する割合は、ＡＤコンバータ６に対して設定した基準電圧の割合に対して、ちょうど逆数の関係にある。
【００７７】
図１０は、基準電圧の振幅の変化に対するカウント値の変化を示す図である。なお、この図では、説明の便宜上、基準電圧としては、略のこぎり状波形の傾斜部分のみを示し、その部分のカウント範囲は「１」〜「１０」に設定している。ここで、仮に基準電圧が８０％の割合でその振幅が下げられた場合を想定すると、カウント値は、たとえば「４」から「５」の１．２５倍になっており、ちょうど正規の基準電圧に対する割合の逆数である（１００／８０）と一致する。
【００７８】
つまり、画像読取領域Ｓ内の任意のフォトダイオード１の最終出力値を最大受光量のフォトダイオードの出力値と同等としようとする場合、当該フォトダイオード１の行方向座標に相当する行方向座標軸上のフォトダイオードの受光量の上記最大受光量に対する比と、当該フォトダイオード１の列方向座標に相当する列方向座標上のフォトダイオード1の受光量の上記最大受光量に対する比とを、ＡＤコンバータ６に対して基準電圧の割合としてそれぞれ設定すればよいことになる。
【００７９】
換言すれば、ＡＤコンバータ６に対して上記比を基準電圧の割合として設定することは、任意のフォトダイオード１の出力値に対して、当該フォトダイオード１の行方向座標に相当する行方向座標軸上の点における受光量の上記最大受光量に対する比の逆数（行方向補正係数）と、当該フォトダイオード１の列方向座標に相当する列方向座標軸上の点における受光量の上記最大受光量に対する比の逆数（列方向補正係数）とを乗ずることに相当し、これにより、当該フォトダイオード１の出力値を補正することができる。
【００８０】
たとえば、図１１に示すように、５行５列にわたって配列された各フォトダイオード１のうち、第１行第１列において配列されたフォトダイオード１について、当該フォトダイオード１の行方向座標に相当する行方向座標軸上の点における受光量の上記最大受光量に対する比は、６７．５％であり、また、当該フォトダイオード１の列方向座標に相当する列方向座標軸上の点における受光量の最大受光量に対する比は、６７．５％であるため、第１行第１列において配列されたフォトダイオード１が位置する点の受光量の最大受光量に対する比は、上述したように約４５．５％となる。
【００８１】
そのため、第１行第１列において配列されたフォトダイオード１が位置する点の受光量に対して、当該フォトダイオード１の行方向座標に相当する行方向座標軸上の点における受光量の最大受光量に対する比の逆数である（１００／６７．５）と、当該フォトダイオード１の列方向座標に相当する列方向座標軸上の点における受光量の最大受光量に対する比の逆数である（１００／６７．５）とを乗ずると、４５．５×（１００／６７．５）×（１００／６７．５）＝１００となることから、最大受光量のフォトダイオード1の出力値と同等となるように、当該フォトダイオード１の出力値を補正することができる。
【００８２】
従来では、画像読取領域Ｓ内の全てのフォトダイオード１あるいは一つの象限にあるフォトダイオード１の出力値に対してそれぞれ補正値をもたせることがあったが、本実施形態では、行方向座標軸上に位置する各点および列方向座標軸上に位置する各点についての補正係数を持たせておくだけで、画像読取領域Ｓ内の任意のフォトダイオード１の出力値を容易に補正することができるので、メモリ容量を著しく低減させることができる。また、ＮＤフィルタを用いた場合のように、イメージセンサとしての全体としての出力が低下するということもない。
【００８３】
なお、分圧回路８の構成は、図５に示した回路構成に代えて、図１２に示すように、各ＡＤコンバータ６Ａ〜６Ｄのコンパレータ回路１２に与えられる基準電圧が抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６によって直列的に分圧される回路構成であってもよい。
【００８４】
すなわち、第３ＡＤコンバータ６Ｃは、増幅器１５に直接的に接続されており、第２ＡＤコンバータ６Ｂは、抵抗Ｒ１３を介して増幅器１５に接続されている。また、第１ＡＤコンバータ６Ａは、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を介して増幅器１５に接続されており、第４ＡＤコンバータ６Ｄは、抵抗Ｒ１４を介して増幅器１５に接続されている。そして、第５ＡＤコンバータ６Ｅは、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５を介して増幅器１５に接続されている。抵抗Ｒ１１は、一端が抵抗Ｒ１２に接続され、他端が所定電位Ｖ₀に接続されている。また、抵抗Ｒ１６は、一端が抵抗Ｒ１５に接続され、他端が所定電位Ｖ₀に接続されている。
【００８５】
この構成により、各ＡＤコンバータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅに与えられる基準電圧は、行方向補正係数に関連した値に応じて、各抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６の値によって異なるようにされる。具体的には、第３ＡＤコンバータ６Ｃには、基準電圧がそのまま与えられ、第２および第４ＡＤコンバータ６Ｂ，６Ｄには、正規の基準電圧のたとえば９０％の電圧が基準電圧として与えられる。また、第１および第５ＡＤコンバータ６Ａ，６Ｅには、正規の基準電圧のたとえば６７．５％の電圧が基準電圧として与えられる。したがって、この回路構成により、図５に示した回路構成と同様の作用効果を奏する。
【００８６】
また、これらの分圧回路８を設けることに代えて、図１３に示すように、各ＡＤコンバータ６Ａ〜６Ｄのカウンタ回路１３におけるカウント範囲（カウント加算値）がＡＤコンバータ６Ａ〜６Ｄごとに、行方向補正係数に関連した値に応じて、異なるように設定されるようにしてもよい。
【００８７】
すなわち、上記実施形態では、カウンタ回路１３は、「０」〜「１０２３」の間でカウントされたが、この「０」〜「１０２３」の間でカウントするカウンタ回路１３は、第３ＡＤコンバータ６Ｃのカウンタ回路のみとし、第２および第４ＡＤコンバータ６Ｂ，６Ｄの各カウンタ回路１３は、たとえば「０」〜「１１３８」の間でカウントされ、第１および第５ＡＤコンバータ６Ａ，６Ｅの各カウンタ回路１３は、たとえば「０」〜「１５１７」の間でカウントされるようにする。このようなカウント範囲の設定変更は、カウンタ回路１３に入力されるクロック周波数を変更することにより容易に可能である。
【００８８】
なお、上記した「１１３８」や「１５１７」といったカウント範囲を示す値は、読出線４が５本の場合を想定して予め定められた値である。
【００８９】
図８に示したように、列方向に配列されたフォトダイオード１の出力値を行ごとに補正するときに、カウンタ回路１３では、コンパレータ回路１２から出力される一致信号によって、カウント値Ｃ′がカウントされる。そして、各ＡＤコンバータ６Ａ〜６Ｄのカウンタ回路１３におけるカウント範囲をそれぞれ異なるように設定しておけば、カウント範囲を広くしたカウンタ回路１３の方が、大きな値をカウントすることができる。したがって、フォトダイオード１の出力値は、見かけ上、増加されることになる。
【００９０】
これにより、分圧回路８を設けた回路構成と同様の作用効果を奏することができるとともに、分圧回路８を省略することができる結果、部品コストを一層削減することができる。
【００９１】
次に、イメージセンサにＤＳＰを内蔵させた場合について、参考的に説明する。
【００９２】
すなわち、従来、ＤＳＰを用いる方法では、図１４に示すように、全てのフォトダイオード１によって読み出された全ての出力値に対して、フォトダイオード１が位置する点における受光量の最大受光量に対する比の逆数を補正値としてメモリ３０から読み出し、乗算器３１によって乗算することにより、画像読取領域Ｓにおける光量がほぼ均一になるようにされていた。この方法では、全てのフォトダイオード１に対してそれぞれ補正値を有しなければならない結果、メモリの容量が増大していた。
【００９３】
この参考例では、図１５に示すように、画像読取領域Ｓの中心を通る行方向座標軸上の各点に対応する行方向補正係数と、画像読取領域Ｓの中心を通る列方向座標敷く上の各点に対応する列方向補正係数とをそれぞれメモリ２１に記憶させておく。
【００９４】
そして、フォトダイオード１の実際の出力値に対して、当該フォトダイオード１の行方向座標に対応する行方向補正係数を乗算器２２によって乗算し、当該フォトダイオード１の列方向座標に対応する列方向補正係数を乗算器２３によって乗算する。
【００９５】
このようにすれば、上記行方向補正係数と、列方向補正係数とだけを記憶しておけばよいので、全てのフォトダイオード１に対してそれぞれ補正値を有する場合に比べ、メモリ容量を大幅に低減することができ、ひいては、部品コストの削減化を図ることができる。しかも、この方法によれば、画素数が増えれば増えるほどより大きな効果を発揮する。
【００９６】
なお、補正係数を乗算させる方法としては、図１６に示すように、あらかじめ、フォトダイオード１の行方向座標に対応する行方向補正係数と、列方向座標に対応する列方向補正係数とを乗算器２４によって乗算しておき、その乗算結果をフォトダイオード１の実際の出力値に乗算器２５によって乗算させる方法であってもよい。
【００９７】
また、上記行方向補正係数および列方向補正係数は、予め間引きしたデータとして記憶されていてもよい。すなわち、メモリには、複数の列ごとに１つの補正係数を記憶させるとともに、複数の行ごとに１つの補正係数を記憶させておく。これによれば、メモリ容量をさらに低減させることができる。
【００９８】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記したイメージセンサは、ディジタルカメラに適用されることに限らず、たとえばディジタルビデオカメラやカメラ付きの携帯型電話機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るイメージセンサの一例を示す構成図である。
【図２】フォトダイオードおよびスイッチング素子の回路図である。
【図３】ＡＤコンバータのブロック図である。
【図４】基準電圧信号および画素信号のタイミングチャートである。
【図５】分圧回路の一例を示す回路図である。
【図６】アドレス線の構成の一例を示す図である。
【図７】画像読取領域のＸ軸上およびＹ軸上での受光量の関係を示す図である。
【図８】基準電圧信号および画素信号のタイミングチャートである。
【図９】基準電圧信号および画素信号のタイミングチャートである。
【図１０】基準電圧信号と画素信号との関係を示す図である。
【図１１】行方向および列方向に配列されたフォトダイオードにおける受光量の最大受光量に対する比を示す図である。
【図１２】分圧回路の一例を示す回路図である。
【図１３】ＡＤコンバータのカウント範囲の一例を示す図である。
【図１４】従来のＤＳＰのブロック構成を示す図である。
【図１５】本願発明の参考例として、イメージセンサにＤＳＰを適用した場合のＤＳＰのブロック構成を示す図である。
【図１６】本願発明の参考例として、イメージセンサにＤＳＰを適用した場合のＤＳＰの他のブロック構成を示す図である。
【図１７】ディジタルカメラの撮像光学系を示す概略図である。
【図１８】画像読取領域における光量の分布を示す図である。
【図１９】Ｙ軸断面における中心からの距離と光量の割合との関係を示す図である。
【図２０】画像読取領域の約１／４の領域（一つの象限）を示す図である。
【符号の説明】
１フォトダイオード（受光素子）
２スイッチング素子
３アドレス線
４読出線
６ＡＤコンバータ
７シフトレジスタ
８分圧回路
９制御部
１２コンパレータ回路
１３カウンタ回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a CMOS type image sensor used for a digital camera, for example.
[0002]
[Prior art]
This type of image sensor includes a large number of light receiving elements arranged in a plurality of rows and a plurality of columns in an image reading region (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-36816 A.
[0004]
A plurality of switching elements are respectively connected to the light receiving elements. An address line (selection line) for supplying a selection signal is connected to the switching elements of the light receiving elements arranged in the row direction, and the output of the light receiving element is connected to the switching elements of the light receiving elements arranged in the column direction. A read line for reading a value is connected. An AD converter for analog-digital conversion of the output value of the light receiving element is connected to the connection end of the readout line. The AD converter is connected to a shift register for storing the digital signal after the analog-digital conversion in the frame memory.
[0005]
In this configuration, the selection signal is sequentially given to each line of the address lines, so that the switching elements of the light receiving elements arranged in the row direction are turned on for each line. As a result, the output value of the light receiving element is the pixel. A signal is given to each AD converter through a readout line. The pixel signal is converted from an analog signal to a digital signal in the AD converter, and sequentially output to the frame memory by the shift register.
[0006]
When the image sensor is configured in combination with an imaging optical system using a lens, generally, the amount of light at the peripheral portion is smaller than the central portion of the image reading region, as will be described below.
[0007]
FIG. 17 is a schematic diagram showing an imaging optical system of a digital camera provided with an image sensor IS. Considering the light reaching the image sensor IS through the center of the lens Z according to this figure, the incident light A passes through the center of the lens Z and enters the center So of the image reading region S of the image sensor IS. The light B incident at an angle θ with respect to the light A enters the peripheral portion Sr of the image reading region S. The optical path length from the center of the lens Z to the image reading area S becomes longer as the light reaches the peripheral edge of the image reading area. If the light quantity at the center So of the image reading area S is 1, the image reading area S The amount of light at the peripheral portion Sr of the^FourIt is obtained by θ. As described above, the light amount at the peripheral portion of the image reading region S is smaller than the light amount at the center So of the image reading region S. This tendency becomes more prominent as the distance from the lens to the image sensor is set smaller to make the imaging apparatus more compact.
[0008]
FIG. 18 is a diagram showing a light amount distribution in the image reading region S. As shown in the figure, in the image reading region S, the light amount becomes maximum at the center corresponding to the optical center of the lens, and the light amount becomes smaller toward the peripheral portion. More specifically, the amount of light gradually decreases as the distance from the center point O increases, and the amount of light is substantially the same in an annular region that is substantially the same distance from the center point O. As shown in FIG. 18B, the light amount distribution in the X-axis cross section in the image reading area is represented by a quadratic curve with the center point O as the maximum light amount, and is on the X axis separated from the center point O by the distance Lx. Point P₁For example, the light amount is x% of the maximum light amount. The light amount distribution in the Y-axis cross section is also represented by a quadratic curve with the center point O as the maximum light amount as shown in FIG. 18 (c), and is a point on the Y axis that is separated from the center point O by the distance Ly. P₂For example, the light amount is y% of the maximum light amount. If an image is output with the light quantity distribution on the image sensor reflected as it is, the image becomes darker in the peripheral area.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, various techniques have been proposed for conventional image sensors that can correct the light amount distribution as described above and obtain almost uniform brightness over the entire area of the output image. For example, a DSP (digital signal processor) for correcting a digital signal is built in the image sensor, and the output value of each light receiving element allows the ratio of the light quantity at the point where the light receiving element is located to the maximum light quantity. It has been proposed to perform correction by multiplying the inverse value.
[0010]
For example, the point P shown in FIG.₁Since the light quantity at is x% of the maximum light quantity, this point P₁The reciprocal value at is (100 / x). Therefore, the point P of the image reading area S₁When the output value of the light receiving elements arranged above is multiplied by the inverse value, a correction value substantially equal to the maximum light amount is obtained as shown in FIG. For this reason, by multiplying the output value of each light receiving element by the inverse value corresponding to each light receiving element and performing correction, the output image has almost uniform brightness over the entire area.
[0011]
However, in this method of multiplying the inverse value using the DSP, it is necessary to assign the inverse value to all the light receiving elements, and therefore a memory including a correction table in which these many inverse values are stored must be provided. There is a drawback of having to. In addition, in this case, as the number of pixels (the number of light receiving elements) increases, the number of reciprocal values increases, the memory capacity increases, and the cost increases accordingly.
[0012]
In order to save the memory capacity, as shown in FIG. 20, the correction table is created only for those corresponding to the light receiving elements in one quadrant of the image reading area S, and this is expanded to the other quadrants. Can also be used. According to this method, the memory capacity can be reduced to about 1/4, but it cannot be said that the cost has been sufficiently reduced.
[0013]
Further, as a method for obtaining a uniform amount of light over the entire area of the image reading area without correcting the output of the light receiving element, a so-called ND (neutral density) in which translucency is reduced toward the center of the image reading area. It has been proposed to use a filter in combination with an image sensor. That is, if this ND filter is arranged in the vicinity of the front surface of the image sensor, the amount of light at the center of the image reading area can be forcibly reduced by the ND filter, so that the entire area of the image reading area is made uniform. Can do.
[0014]
However, in this case, by cutting the incident light, the light quantity in the inner area of the image reading area is matched with the light quantity in the peripheral area, resulting in a disadvantage that the output of the entire image sensor is lowered.
[0015]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been conceived under the circumstances described above, and it is an object of the present invention to provide an image sensor capable of obtaining an output image with uniform brightness over the entire area while reducing costs. To do.
[0016]
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
[0017]
  An image sensor provided by the present invention is an image sensor that includes a plurality of light receiving elements arranged in a plurality of rows and a plurality of columns in an image reading region, receives light via an imaging optical system, and outputs an image signal. A row direction correction coefficient corresponding to each point located on the row direction coordinate axis passing through the predetermined point of the image reading area, and corresponding to each point located on the column direction coordinate axis passing through the predetermined point of the image reading area. While determining the column direction correction coefficient to be performed, for the output value of each light receiving element in the image reading area, the row direction correction coefficient corresponding to the row direction coordinate of the light receiving element and the column direction coordinate of the light receiving element Configured to correct the output value of each light receiving element by multiplying by the corresponding column direction correction coefficientThis is provided as a basic configuration.
[0018]
Here, the predetermined point is a point at which a light receiving element having a maximum reference received light amount from the imaging optical system is located. The row direction correction coefficient is based on the reciprocal of the ratio of the reference light reception amount of each light receiving element arranged on the row direction coordinate axis passing through the predetermined point to the reference light reception amount of the light receiving element located at the predetermined point. The column direction correction coefficient is a ratio of the reference light reception amount of each light receiving element arranged on the column direction coordinate axis passing through the predetermined point to the reference light reception amount of the light receiving element located at the predetermined point. It is determined based on the reciprocal of. The reference received light amount refers to the received light amount of the light receiving element when, for example, a certain surface with uniform luminance is imaged over the entire area.
[0019]
In the present invention, for example, as shown in FIG. 7, on the X axis corresponding to the X coordinate of an arbitrary point P in the image reading area S when the received light quantity at the origin O in the image reading area S is the maximum received light quantity. Multiplying the ratio of the received light amount at the point Px to the maximum received light amount and the ratio of the received light amount at the point Py on the Y axis corresponding to the Y coordinate of the arbitrary point P to the maximum received light amount, The invention was invented based on the finding that the amount of received light at the arbitrary point P is substantially equal to the ratio of the maximum received light amount.
[0020]
That is, in order to correct the output value of the light receiving element at an arbitrary point P in the image reading area S so as to coincide with the output value of the light receiving element at the origin O, on the X axis corresponding to the X coordinate of the point P. The reciprocal of the ratio of the received light amount at the point Px to the maximum received light amount and the inverse of the ratio of the received light amount at the point Py on the Y axis corresponding to the Y coordinate of the arbitrary point P to the maximum received light amount are expressed as P It is sufficient to multiply the output value of the light receiving element at the point.
[0021]
For example, if the ratio of the amount of light at the point Px in FIG. 7 to the amount of received light (maximum amount of received light) at the origin O is 80%, and the ratio of the amount of received light at the point Py to the amount of received light at the origin O (maximum amount of received light) is 80%. The ratio of the amount of received light with respect to the origin O at point P is 64%. Therefore, the maximum light reception at the origin O of the light reception amount at the point Py is the reciprocal of the ratio of the light reception amount at the point Px to the maximum light reception amount at the origin O with respect to the output value of the light receiving element at the point P (100/80). By multiplying by (100/80), which is the reciprocal of the ratio to the quantity, 64 × (100/80) × (100/80) = 100, so that the output value of the light receiving element at the point P is The correction is made so as to be equal to the output value of the light receiving element at the origin O.
[0022]
In other words, a row direction correction coefficient corresponding to each point on a row direction coordinate axis (corresponding to the X axis in FIG. 7) passing through a predetermined point (for example, the center) of the image reading region and a predetermined point of the image reading region are passed. A column direction correction coefficient corresponding to each point located on the column direction coordinate axis (corresponding to the Y axis in FIG. 7) is determined, and the output value of each light receiving element in the image reading region is determined. The row direction correction coefficient corresponding to the row direction coordinate is multiplied by the column direction correction coefficient corresponding to the column direction coordinate of the light receiving element.
[0023]
Conventionally, there has been a method of having correction values for the output values of all the light receiving elements in the image reading area or the light receiving elements in one quadrant, but in the present invention, the light receiving elements lined up on the row direction coordinate axes. Since it is sufficient to provide correction coefficients for the elements and the light receiving elements arranged on the column-direction coordinate axis, the memory capacity can be significantly reduced. As a method of correcting the output value of such a light receiving element, as described later, for example, a method of changing the reference voltage of the AD converter or changing the row direction correction coefficient and the row direction correction coefficient in advance is stored. And the like.
[0024]
According to a preferred embodiment of the present invention, a plurality of units are provided for each column and for converting the output value as an analog signal into a digital signal by comparing the output value of the light receiving element with a predetermined reference voltage. When the output value of the comparison means and the light receiving element is read for each row, a reference voltage having a different value for each row is set for the comparison means in accordance with a value related to the column direction correction coefficient. Setting means; and column direction setting means for setting different reference voltages for each of the comparison means according to a value related to the row direction correction coefficient. Here, the value related to the column direction correction coefficient is, for example, the ratio of the light reception amount of the light receiving elements arranged on the column direction coordinate axis to the maximum light reception amount, and the value related to the row direction correction coefficient is, for example, the row direction correction coefficient. This is the ratio of the amount of light received by the light receiving elements arranged on the direction coordinate to the maximum amount of light received.
[0025]
Here, the comparison means compares the actual output value of the light receiving element as the read analog signal with the reference voltage, and uses the comparison result as the output value of the light receiving element as a digital signal. Therefore, if the value of the reference voltage is set to a different value in accordance with the values related to the column direction correction coefficient and the row direction correction coefficient, the output value of the light receiving element can be changed.
[0026]
That is, when the light receiving elements arranged in the column direction in the image reading area are read out for each row, the reference voltage of the comparison unit is set to be different for each row according to the value related to the column direction correction coefficient. For example, the output value of the light receiving elements arranged in the column direction can be changed for each row in accordance with the set reference voltage value. For example, if the reference voltage of the comparison means is lowered at a predetermined rate, the output value of the light receiving element increases.
[0027]
Further, if the reference voltage of the comparison means provided for each column is set to be different according to the value related to the row direction correction coefficient, the output value of the light receiving elements arranged in the column direction is It can be changed according to the value set for the reference voltage. For example, if the reference voltage of the comparison means in the row in which the light receiving elements are arranged is lowered at a predetermined rate, the output value of the light receiving elements is increased.
[0028]
According to another preferred embodiment of the present invention, the row direction setting means sets different reference voltages for each of the comparison means by dividing the reference voltage with a resistor.
[0029]
According to this configuration, it is possible to easily set the reference voltage for each comparison unit.
[0030]
According to another preferred embodiment of the present invention, for converting the output value as an analog signal into a digital signal by comparing the output value of the light receiving element with a predetermined reference voltage provided for each column. When the output value of the plurality of comparison means and the light receiving element is read for each row, a reference voltage having a different value for each row is set for the comparison means according to a value related to the column direction correction coefficient. A column direction in which the output of each of the comparison means is counted based on a predetermined count range, and a different count range is set for each comparison means in accordance with a value related to the row direction correction coefficient. Setting means.
[0031]
According to this configuration, instead of dividing the reference voltage of the comparison unit, the output is counted for each comparison unit provided for each column, and the comparison unit is configured according to the value related to the row direction correction coefficient. By setting the count range to be different every time, the output value of the light receiving elements arranged in the row direction can be changed. For example, if the count range of the output of the comparison means in the row in which the light receiving elements are arranged is set wide, a higher count value can be obtained than when the count range is set narrow. That is, the actual output value of the light receiving element is apparently increased.
[0032]
Further, the count range can be easily changed by simply changing the clock frequency for counting the output of the comparison means, and according to the above configuration, a circuit for dividing the voltage is unnecessary. , Parts costs can be further reduced.
[0037]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
[0039]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an image sensor according to the present invention. This image sensor is a so-called area image sensor used for a digital camera or the like, receives light via an imaging optical system and outputs an image signal, and includes a horizontally long image reading region S. In the image reading region S, a plurality of photodiodes 1 as a large number of light receiving elements arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, a plurality of switching elements 2 connected to these photodiodes 1, and a row direction are extended. Address lines 3 and read lines 4 extending in the column direction are provided.
[0040]
The photodiode 1 and the switching element 2 constitute one pixel by being combined one by one. A plurality of address lines 3 are provided in the row direction for each of the plurality of photodiodes 1 arranged in the row direction. A plurality of readout lines 4 are provided in the column direction for each of the plurality of photodiodes 1 arranged in the column direction.
[0041]
The photodiode 1 is an element that exhibits a photoelectric conversion function of converting a received optical signal into an electrical signal and storing it as a received light amount. Although not shown in detail, the photodiode 1 has, for example, a light receiving surface (not shown) having a rectangular shape in plan view, and an optical signal can be received by the light receiving surface. Each photodiode 1 has its anode side grounded to the ground and its cathode side connected to the switching element 2.
[0042]
The switching element 2 is for reading out the electric charge stored by the photodiode 1, and as shown in FIG. 2, the selection transistor 2a for selecting the photodiode 1 and the potential of the photodiode 1 are amplified. For this purpose, an amplifying transistor 2b and a reset transistor 2c for resetting the potential of the photodiode 1 are formed.
[0043]
The address line 3 is connected to the gate terminal of the selection transistor 2a. The source terminal of the amplifying transistor 2b is connected to the drain terminal of the selecting transistor 2a, and the readout line 4 is connected to the drain terminal of the amplifying transistor 2b. The gate terminal of the amplifying transistor 2b is connected to the cathode terminal of the photodiode 1 and the drain terminal of the resetting transistor 2c. A reset line R (not shown in FIG. 1) for resetting the reset transistor 2c is connected to the gate terminal of the reset transistor 2c. A common line C (not shown in FIG. 1) is connected to the source terminals of the selection transistor 2a and the amplification transistor 2b.
[0044]
With this configuration, when a vertical scanning signal (selection signal) is output from the control unit 9 (described later) to the address line 3, the selection transistor 2a is turned on. As a result, the amplifying transistor 2b is turned on, the pixel signal stored in the photodiode 1 is supplied to the readout line 4, and the pixel signal is sent to the AD converter 6 (described later) through the readout line 4.
[0045]
Returning to FIG. 1, a plurality of AD converters 6 for converting an analog signal into a digital signal are connected to the connection ends of the readout lines 4. A shift register 7 is connected to each output terminal of the AD converter 6, and each shift register 7 is connected in series in a daisy chain. Further, a controller 9 is connected to the AD converter 6 via a voltage dividing circuit 8.
[0046]
As shown in FIG. 3, the AD converter 6 is schematically configured by a sample and hold circuit 11, a comparator circuit 12, and a counter circuit 13.
[0047]
The sample and hold circuit 11 is connected to the readout line 4 and is a circuit for temporarily holding a pixel signal read from the photodiode 1 through the readout line 4.
[0048]
The comparator circuit 12 is a circuit that compares the pixel signal temporarily held by the sample and hold circuit 11 with the reference voltage output from the control unit 9. That is, one input terminal 12 a of the comparator circuit 12 is connected to the sample and hold circuit 11, and the other input terminal 12 b is connected to the voltage dividing circuit 8.
[0049]
Here, as shown in FIG. 4, when the switching element 2 in the row direction 1 line is selected by the selection signal, the signal as the reference voltage changes in a slope shape with the passage of time within the selection time T. It has a substantially sawtooth waveform in which the change is repeated every selection time T. The selection time T has a cycle defined in synchronization with a timing signal output from the control unit 9.
[0050]
The comparator circuit 12 compares the voltage temporarily held by the sample and hold circuit 11 with the reference voltage, and outputs a coincidence signal to the counter circuit 13 when the two coincide.
[0051]
The counter circuit 13 is connected to the output terminal 12c of the comparator circuit 12 and, for example, “0” to “1023” is selected for each selection time T based on the clock signal output from the control unit 9 and synchronized with the selection time T. Are counted repeatedly. The counter circuit 13 is latched by the coincidence signal from the comparator circuit 12 and outputs the count value C when latched to the shift register 7.
[0052]
The shift register 7 is connected to the output of the counter circuit 13, temporarily holds the count value C output from each counter circuit 13, and sequentially to a frame memory (not shown) connected to the subsequent stage at a predetermined timing. Output.
[0053]
The control unit 9 serves as a control center of the image sensor, and scans each switching element 2 for each address line 3 and outputs a selection signal as described above. The control unit 9 gives a clock signal and a timing signal to the AD converter 6. Further, the control unit 9 supplies a reference voltage to be compared with the pixel signal read from the photodiode 1 to the comparator circuit 12 of the AD converter 6 via the voltage dividing circuit 8.
[0054]
As shown in FIG. 5, the voltage dividing circuit 8 includes an amplifier 15 and a plurality of resistors R1 to R8. The voltage dividing circuit 8 divides the reference voltage and supplies it to each AD converter 6.
[0055]
The amplifier 15 amplifies the reference voltage to a predetermined voltage value based on the setting signal output from the control unit 9, and the resistors R1 to R8 divide the output voltage of the amplifier 15.
[0056]
In the voltage dividing circuit 8 shown in FIG. 5, for convenience of explanation, only the five AD converters of the resistors R1 to R8 and the first to fifth AD converters 6A, 6B, 6C, 6D, and 6E connected thereto are described. In actuality, however, the number of resistors and AD converters corresponding to the number of readout lines 4 are provided. Further, the first to fifth AD converters 6A, 6B, 6C, 6D, and 6E are connected to the readout line 4 corresponding to the photodiodes 1 arranged in the column direction of the image reading area S, and in particular, the third AD It is assumed that converter 6 </ b> C is connected to photodiode 1 arranged on the column-direction coordinate axis passing through the center of image reading region S via readout line 4.
[0057]
For convenience of explanation, it is assumed that only five address lines 3A, 3B, 3C, 3D, and 3E are provided as shown in FIG. 3C is connected to the photodiode 1 arranged on the row-direction coordinate axis passing through the center of the image reading region S.
[0058]
As described above, according to the present invention, as shown in FIG. 7, when the received light amount at the origin O in the image reading region S is the maximum received light amount (100%), an arbitrary point P in the image reading region S is used. The ratio of the amount of received light at the point Px on the X axis corresponding to the X coordinate of the above to the maximum amount of received light and the ratio of the amount of received light at the point Py on the Y axis corresponding to the Y coordinate of the arbitrary point P to the maximum amount of light. Is obtained based on the knowledge that the ratio of the amount of received light at the arbitrary point P is substantially equal to the ratio of the maximum amount of received light.
[0059]
That is, in order to obtain an output value equivalent to that of the light receiving element that receives the maximum light amount at an arbitrary point P in the image reading region S, the point Px on the X axis corresponding to the X coordinate for the arbitrary point P is used. And the reciprocal of the ratio of the received light amount to the maximum received light amount and the inverse of the ratio of the received light amount at the point Py on the Y axis corresponding to the Y coordinate for the arbitrary point P to the maximum received light amount. It is sufficient to multiply the output value of the light receiving element at an arbitrary point P.
[0060]
Specifically, the ratio of the received light amount at the point O in FIG. 7 to the received light amount (maximum received light amount) at the origin O is 80%, and the ratio of the received light amount at the point Py to the received light amount (maximum received light amount) at the origin O is If 80%, the ratio of the amount of light received at point P to the maximum amount of light received is 64%. Accordingly, the reciprocal of the ratio of the light amount at the point Px to the maximum light amount at the origin O with respect to the output value of the light receiving element at the point P (100/80), and the ratio of the light amount at the point Py to the maximum light amount at the origin O If multiplied by the reciprocal (100/80), 64 × (100/80) × (100/80) = 100. Therefore, the output value of the light receiving element at the point P is The correction is made to be equal to the output value of the light receiving element.
[0061]
Therefore, a row direction correction coefficient corresponding to each point located on a row direction coordinate axis (corresponding to the X axis in FIG. 7) passing through a predetermined point (for example, the center) of the image reading region S and the center of the image reading region S are passed. A column direction correction coefficient corresponding to each point located on the column direction coordinates (corresponding to the Y axis in FIG. 7) is determined, and the photodiode is determined for each output value of each photodiode 1 in the image reading region S. The row direction correction coefficient corresponding to one row direction coordinate is multiplied by the column direction correction coefficient corresponding to the column direction coordinate of the photodiode 1.
[0062]
Here, the row direction correction coefficient is based on the reciprocal of the ratio of the photodiodes 1 arranged on the row direction coordinate axis to the received light amount (maximum received light amount) of the photodiode 1 located at the center of the image reading region S. The column direction correction coefficient is set to the reciprocal of the ratio of the received light amount of the photodiodes 1 arranged on the column direction coordinate axis to the received light amount (maximum received light amount) of the photodiode 1 located at the center of the image reading region S. If determined based on the above, the output value of the photodiode 1 at each point in the image reading area S is corrected so as to be an output value substantially equivalent to the output value of the photodiode 1 that receives the maximum received light amount. Can do.
[0063]
In the present embodiment, as an example, the reference voltage for each AD converter 6 is set and changed in relation to the row direction correction coefficient and the column direction correction coefficient, whereby the row direction correction coefficient is added to the output value of each photodiode. Further, the operation is the same as that multiplied by the column direction correction coefficient, and the operation in the above configuration will be specifically described below.
[0064]
First, the case where the reference voltage is set for the AD converter 6 in the Y-axis direction (column direction) in FIG. 7 will be described. The control unit 9 outputs a selection signal for turning on the switching element 2 for each address line 3. Are output sequentially. At this time, each time the control unit 9 outputs a selection signal to the address line 3, the control unit 9 sets a different reference voltage for the AD converter 6 according to a value related to the column direction correction coefficient.
[0065]
For example, when the selection voltage is output to the third address line 3C shown in FIG. 6 as a normal reference voltage (100%), the control unit 9 outputs the selection signal to the first address line 3A. The reference voltage of the AD converter 6 is set to a normal reference voltage of, for example, about 67.5%. That is, the control unit 9 sends a setting signal to the amplifier 15 of the voltage dividing circuit 8 so that the amplitude of the reference voltage is about 67.5% of the normal value. As a result, the amplifier 15 provides the AD converter 6 with the reference voltage whose amplitude is 0.675 times.
[0066]
Next, when outputting the selection signal to the second address line 3B, the control unit 9 sets the reference voltage of the AD converter 6 to be a normal reference voltage of, for example, about 90.0%. When outputting the selection signal to the third address line 3C, the control unit 9 outputs the normal reference voltage as it is. In addition, when the control unit 9 outputs a selection signal to the fourth address line 3D, the control unit 9 sets the reference voltage of the AD converter 6 to a regular value of about 90.0%, for example. Then, when outputting the selection signal to the fifth address line 3E, the control unit 9 sets the reference voltage of the AD converter 6 to be a normal reference voltage of, for example, about 67.5%.
[0067]
Each ratio with respect to the regular reference voltage is determined in advance assuming that the number of address lines 3 is five. In an actual image sensor, the number of address lines 3 is larger than the above example. The value varies depending on the number of address lines 3. In the present embodiment, for example, for the photodiode 1 connected to the first address line 3A, the ratio of the light amount at the point on the column direction coordinate to the maximum light amount is 67.5%, and this value is the column. The value is related to the direction correction coefficient.
[0068]
As described above, when the control unit 9 sets the reference voltage for the AD converter 6, the amplitude of the other input terminal 12 b of the comparator circuit 12 in the AD converter 6 is decreased at a predetermined rate as shown in FIG. 8. The inputted reference voltage is input.
[0069]
Usually, a pixel signal as an output value of the photodiode 1 held by the sample & hold circuit 11 is inputted to one input terminal 12 a of the comparator circuit 12. Then, the comparator circuit 12 compares the reference voltage with the pixel signal, and outputs a coincidence signal when the reference voltage value and the pixel signal value coincide with each other to the counter circuit 13. As a result, the counter circuit 13 counts the count value C. The output of the counter circuit 13 is sent to the shift register 7 to be a normal output value of the photodiode 1.
[0070]
As described above, when the reference voltage whose amplitude is reduced by a predetermined ratio is input to the comparator circuit 12, even when the same pixel signal is input, the value of the reference voltage matches the value of the pixel signal. Timing will be delayed. For this reason, the counter circuit 13 counts a count value C ′ larger than the count value C, and the output value of the photodiode 1 apparently increases.
[0071]
On the other hand, the case where the reference voltage is set for the AD converter 6 in the X-axis direction (row direction) in FIG. 7 will be described. In the row direction, the reference voltage applied to each AD converter 6 becomes the row direction correction coefficient. Depending on the related value, the voltage is divided by the resistors R1 to R8 of the voltage dividing circuit 8 to be different. That is, as shown in FIG. 5, the first AD converter 6A is supplied with a reference voltage divided based on the resistance ratio between the first resistor R1 and the second resistor R2. Specifically, since the resistance ratio between the first resistor R1 and the second resistor R2 is 675: 325, for example, 67.5% of the normal reference voltage is used as the reference voltage for the first AD converter 6A. Given.
[0072]
In addition, since the resistance ratio between the third resistor R3 and the fourth resistor R4 is 9: 1, for example, 90% of the normal reference voltage is supplied to the second AD converter 6B as the reference voltage. Since no resistance is connected to the third AD converter 6C, the reference voltage amplified by the amplifier 15 is applied as it is. Further, the fourth AD converter 6D has a resistance ratio of the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 of 9: 1, for example, so that 90% of the normal reference voltage is applied as the reference voltage. Furthermore, since the resistance ratio of the seventh resistor R7 and the eighth resistor R8 is, for example, 675: 325, the voltage of 67.5% of the normal reference voltage is given to the fifth AD converter 6E as the reference voltage. .
[0073]
Each ratio of the normal reference voltage based on the voltage dividing ratio of the resistance described above is a predetermined value assuming that there are five readout lines 4. In an actual image sensor, the number of readout lines 4 is More than the above example, the value varies depending on the number of readout lines 4. In the present embodiment, for example, for the photodiode 1 connected to the first AD converter 6A, the ratio of the received light amount to the maximum received light amount at a point on the row direction coordinate axis is 67.5%, and this value is The value is related to the row direction correction coefficient. Therefore, for the photodiode 1 connected to the first address line 3A and connected to the first AD converter 6A, the ratio of the received light amount to the maximum received light amount at a point in the image reading region S is 67.5 × 67. 5 and is about 45.5%.
[0074]
When the reference voltage of the AD converter 6 is set in the column direction, the reference voltage (see FIG. 8) whose amplitude is lowered is first, second, fourth and fourth by the voltage dividing circuit 8 as described above. By reducing the reference voltage applied to the fifth AD converters 6A, 6B, 6D, and 6E at a predetermined rate, the amplitude is further reduced as shown in FIG. For this reason, for example, in the comparator circuit 12 of the first AD converter 6A, the reference voltage whose amplitude has been further lowered is compared with the pixel signal.
[0075]
The coincidence signal at that time is output to the counter circuit 13, and the counter circuit 13 outputs a count value C ″ higher than the count value C ′ to the shift register 7. The output of the counter circuit 13 is the shift register. 7 is used as the normal output value of the photodiode 1, but the count value C ″ is higher than the above-described count value C ′. Therefore, the output value of the photodiode 1 is apparently further increased. Will be increased.
[0076]
Here, when the amplitude of the reference voltage is lowered at a predetermined rate, the count value (output value of the photodiode 1) counted in the counter circuit 13 increases. In this case, the rate at which the count value increases is AD The ratio of the reference voltage set for the converter 6 is just a reciprocal relationship.
[0077]
FIG. 10 is a diagram illustrating a change in the count value with respect to a change in the amplitude of the reference voltage. In this figure, for convenience of explanation, only the inclined portion of the substantially sawtooth waveform is shown as the reference voltage, and the count range of that portion is set to “1” to “10”. Assuming that the amplitude of the reference voltage is lowered at a rate of 80%, the count value is, for example, 1.25 times “4” to “5”, which is just a normal reference voltage. Which is the reciprocal of the ratio to (100/80).
[0078]
That is, when trying to make the final output value of an arbitrary photodiode 1 in the image reading region S equal to the output value of the photodiode with the maximum light receiving amount, it is on the row direction coordinate axis corresponding to the row direction coordinate of the photodiode 1. A ratio of the received light amount of the photodiode to the maximum received light amount and a ratio of the received light amount of the photodiode 1 on the column direction coordinate corresponding to the column direction coordinate of the photodiode 1 to the maximum received light amount Therefore, the ratio of the reference voltage may be set for each.
[0079]
In other words, setting the above ratio as the ratio of the reference voltage for the AD converter 6 is based on the row direction coordinate axis corresponding to the row direction coordinate of the photodiode 1 with respect to the output value of the arbitrary photodiode 1. The reciprocal of the ratio of the received light amount at the point to the maximum received light amount (row direction correction coefficient) and the ratio of the received light amount at the point on the column direction coordinate axis corresponding to the column direction coordinate of the photodiode 1 to the maximum received light amount This corresponds to multiplying by the reciprocal (column direction correction coefficient), whereby the output value of the photodiode 1 can be corrected.
[0080]
For example, as shown in FIG. 11, among the photodiodes 1 arranged in 5 rows and 5 columns, the photodiodes 1 arranged in the first row and the first column correspond to the row direction coordinates of the photodiode 1. The ratio of the received light amount at the point on the row direction coordinate axis to the maximum received light amount is 67.5%, and the maximum received light amount at the point on the column direction coordinate axis corresponding to the column direction coordinate of the photodiode 1 is. Since the ratio to the amount is 67.5%, the ratio of the received light amount at the point where the photodiodes 1 arranged in the first row and the first column are located to the maximum received light amount is about 45.5% as described above. It becomes.
[0081]
Therefore, the maximum received light amount of the received light amount at the point on the row direction coordinate axis corresponding to the row direction coordinate of the photodiode 1 with respect to the received light amount at the point where the photodiode 1 arranged in the first row and first column is located. (100 / 67.5) is the reciprocal of the ratio of the received light amount to the maximum received light amount at a point on the column direction coordinate axis corresponding to the column direction coordinate of the photodiode 1 (100/67. 5) multiplied by 45.5 × (100 / 67.5) × (100 / 67.5) = 100, so that it is equivalent to the output value of the photodiode 1 with the maximum light receiving amount. The output value of the photodiode 1 can be corrected.
[0082]
Conventionally, correction values have been given to the output values of all the photodiodes 1 in the image reading region S or the photodiodes 1 in one quadrant, but in this embodiment, the correction values are on the row-direction coordinate axes. Since it is possible to easily correct the output value of an arbitrary photodiode 1 in the image reading region S by simply having a correction coefficient for each point located and each point located on the column-direction coordinate axis, Memory capacity can be significantly reduced. Further, unlike the case where the ND filter is used, the overall output of the image sensor is not reduced.
[0083]
The voltage dividing circuit 8 has a configuration in which a reference voltage supplied to the comparator circuit 12 of each of the AD converters 6A to 6D is connected in series by resistors R11 to R16, as shown in FIG. 12, instead of the circuit configuration shown in FIG. Alternatively, a circuit configuration in which voltage is divided may be used.
[0084]
That is, the third AD converter 6C is directly connected to the amplifier 15, and the second AD converter 6B is connected to the amplifier 15 via the resistor R13. The first AD converter 6A is connected to the amplifier 15 via resistors R12 and R13, and the fourth AD converter 6D is connected to the amplifier 15 via a resistor R14. The fifth AD converter 6E is connected to the amplifier 15 via resistors R14 and R15. One end of the resistor R11 is connected to the resistor R12, and the other end is a predetermined potential V.₀It is connected to the. The resistor R16 has one end connected to the resistor R15 and the other end connected to a predetermined potential V.₀It is connected to the.
[0085]
With this configuration, the reference voltages applied to the AD converters 6A, 6B, 6C, 6D, and 6E are made different depending on the values of the resistors R11 to R16 according to the values related to the row direction correction coefficient. Specifically, the third AD converter 6C is supplied with the reference voltage as it is, and the second and fourth AD converters 6B and 6D are supplied with, for example, 90% of the normal reference voltage as the reference voltage. The first and fifth AD converters 6A and 6E are supplied with, for example, 67.5% of the normal reference voltage as the reference voltage. Therefore, this circuit configuration has the same effects as the circuit configuration shown in FIG.
[0086]
Further, instead of providing these voltage dividing circuits 8, as shown in FIG. 13, the count ranges (count addition values) in the counter circuits 13 of the AD converters 6A to 6D are different for each AD converter 6A to 6D. It may be set differently according to a value related to the direction correction coefficient.
[0087]
That is, in the above embodiment, the counter circuit 13 is counted between “0” and “1023”, but the counter circuit 13 that counts between “0” and “1023” is the same as that of the third AD converter 6C. The counter circuits 13 of the second and fourth AD converters 6B and 6D are counted between, for example, “0” to “1138”, and the counter circuits 13 of the first and fifth AD converters 6A and 6E are For example, the number is counted between “0” and “1517”. Such setting change of the count range can be easily performed by changing the clock frequency input to the counter circuit 13.
[0088]
Note that the above-described values indicating the count range such as “1138” and “1517” are values that are determined in advance assuming that there are five readout lines 4.
[0089]
As shown in FIG. 8, when the output value of the photodiodes 1 arranged in the column direction is corrected for each row, the counter circuit 13 sets the count value C ′ by the coincidence signal output from the comparator circuit 12. Be counted. If the count ranges in the counter circuits 13 of the AD converters 6A to 6D are set to be different from each other, the counter circuit 13 having a wider count range can count a larger value. Therefore, the output value of the photodiode 1 is apparently increased.
[0090]
As a result, the same operational effects as the circuit configuration provided with the voltage dividing circuit 8 can be obtained, and the voltage dividing circuit 8 can be omitted, so that the component cost can be further reduced.
[0091]
  next,When a DSP is built in the image sensorThis will be explained for reference.
[0092]
That is, in the conventional method using a DSP, as shown in FIG. 14, for all output values read by all photodiodes 1, the maximum received light amount at the point where photodiodes 1 are located. The reciprocal of the ratio is read out from the memory 30 as a correction value and multiplied by the multiplier 31 so that the amount of light in the image reading area S is substantially uniform. In this method, as a result of having to have a correction value for each of the photodiodes 1, the capacity of the memory is increased.
[0093]
  In this reference example,As shown in FIG. 15, the row direction correction coefficient corresponding to each point on the row direction coordinate axis passing through the center of the image reading region S and the respective points on the column direction coordinate passing through the center of the image reading region S are corresponded. Each of the column direction correction coefficients is stored in the memory 21.
[0094]
Then, the actual output value of the photodiode 1 is multiplied by a row direction correction coefficient corresponding to the row direction coordinate of the photodiode 1 by the multiplier 22, and the column direction corresponding to the column direction coordinate of the photodiode 1 is obtained. The correction coefficient is multiplied by the multiplier 23.
[0095]
In this way, since only the row direction correction coefficient and the column direction correction coefficient need only be stored, the memory capacity can be greatly increased compared to the case where all the photodiodes 1 have correction values. It is possible to reduce the cost of the components, which in turn can reduce the component cost. Moreover, according to this method, the greater the number of pixels, the greater the effect.
[0096]
As a method of multiplying the correction coefficient, as shown in FIG. 16, a row direction correction coefficient corresponding to the row direction coordinate of the photodiode 1 and a column direction correction coefficient corresponding to the column direction coordinate are multiplied in advance. A method of multiplying by 24 and multiplying the actual output value of the photodiode 1 by the multiplier 25 may be used.
[0097]
The row direction correction coefficient and the column direction correction coefficient may be stored as thinned data in advance. In other words, the memory stores one correction coefficient for each of a plurality of columns and one correction coefficient for each of a plurality of rows. According to this, the memory capacity can be further reduced.
[0098]
Of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the above-described image sensor is not limited to being applied to a digital camera, but can be applied to, for example, a digital video camera or a mobile phone with a camera.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an image sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a photodiode and a switching element.
FIG. 3 is a block diagram of an AD converter.
FIG. 4 is a timing chart of a reference voltage signal and a pixel signal.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a voltage dividing circuit.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of an address line.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between received light amounts on an X axis and a Y axis in an image reading area.
FIG. 8 is a timing chart of a reference voltage signal and a pixel signal.
FIG. 9 is a timing chart of a reference voltage signal and a pixel signal.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a reference voltage signal and a pixel signal.
FIG. 11 is a diagram showing a ratio of received light amount to maximum received light amount in photodiodes arranged in a row direction and a column direction.
FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of a voltage dividing circuit.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a count range of an AD converter.
FIG. 14 is a diagram showing a block configuration of a conventional DSP.
FIG. 15 shows the present invention.As a reference example,It is a figure which shows the block configuration of DSP at the time of applying DSP to an image sensor.
FIG. 16 shows the present invention.As a reference example,It is a figure which shows the other block structure of DSP at the time of applying DSP to an image sensor.
FIG. 17 is a schematic diagram showing an imaging optical system of a digital camera.
FIG. 18 is a diagram illustrating a light amount distribution in an image reading region.
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the distance from the center and the ratio of the amount of light in the Y-axis cross section.
FIG. 20 is a diagram illustrating an area (one quadrant) of about ¼ of the image reading area.
[Explanation of symbols]
  1 Photodiode (light receiving element)
  2 Switching elements
  3 Address line
  4 Read line
  6 AD converter
  7 Shift register
  8 Voltage divider circuit
  9 Control unit
12 Comparator circuit
13 Counter circuit

Claims

An image sensor comprising a large number of light receiving elements arranged in a plurality of rows and a plurality of columns in an image reading region, receiving light via an imaging optical system, and outputting an image signal,
A row direction correction coefficient corresponding to each point located on a row direction coordinate axis passing through a predetermined point of the image reading area;
While determining the column direction correction coefficient corresponding to each point located on the column direction coordinate axis passing through the predetermined point of the image reading area,
Multiplying the output value of each light receiving element in the image reading area by the row direction correction coefficient corresponding to the row direction coordinate of the light receiving element and the column direction correction coefficient corresponding to the column direction coordinate of the light receiving element. Is configured to correct the output value of each light receiving element ,
A plurality of comparison means provided for each column and for converting the output value as an analog signal into a digital signal by comparing the output value of each light receiving element with a predetermined reference voltage;
When the output value of the light receiving element is read for each row, row direction setting means for setting a reference voltage having a different value for each row to the comparison means according to a value related to the column direction correction coefficient;
An image sensor comprising: a column direction setting unit that sets a reference voltage having a different value for each of the comparison units according to a value related to the row direction correction coefficient .

An image sensor comprising a large number of light receiving elements arranged in a plurality of rows and a plurality of columns in an image reading region, receiving light via an imaging optical system, and outputting an image signal,
A row direction correction coefficient corresponding to each point located on a row direction coordinate axis passing through a predetermined point of the image reading area;
While determining the column direction correction coefficient corresponding to each point located on the column direction coordinate axis passing through the predetermined point of the image reading area,
Multiplying the output value of each light receiving element in the image reading area by the row direction correction coefficient corresponding to the row direction coordinate of the light receiving element and the column direction correction coefficient corresponding to the column direction coordinate of the light receiving element. Is configured to correct the output value of each light receiving element,
A plurality of comparison means provided for each column and for converting the output value as an analog signal into a digital signal by comparing the output value of each light receiving element with a predetermined reference voltage;
When the output value of the light receiving element is read for each row, row direction setting means for setting a reference voltage having a different value for each row to the comparison means according to a value related to the column direction correction coefficient;
Column direction setting means for counting the output of each comparison means based on a predetermined count range and setting a different count range for each comparison means in accordance with a value related to the row direction correction coefficient. An image sensor.

The predetermined point is a point which is located the light receiving element is the reference amount of received light becomes maximum from the image pickup optical system, an image sensor according to claim 1 or 2.

The row direction correction coefficient is determined based on an inverse number of a ratio of a reference light reception amount of each light receiving element arranged on a row direction coordinate axis passing through the predetermined point to a reference light reception amount of the light receiving element located at the predetermined point. And
The column direction correction coefficient is determined based on an inverse number of a ratio of a reference light reception amount of each light receiving element arranged on a column direction coordinate axis passing through the predetermined point to a reference light reception amount of a light receiving element located at the predetermined point. The image sensor according to claim 1 or 2, wherein:

The row direction setting means is
The image sensor according to claim 1, wherein the reference voltage having a different value is set for each of the comparison units by dividing the reference voltage with a resistor.