JP2003009162A

JP2003009162A - 撮像装置

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Publication number: JP2003009162A
Application number: JP2001189915A
Authority: JP
Inventors: Koji Mitani; 公二三谷
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP4418130B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】様々な光源色に対応可能で、しかも、撮像装
置のゲイン補正が簡易にできる撮像装置を提供すること
を目的とする。【解決手段】撮像素子２と、その撮像素子に光学像を
結ぶレンズ１との間に、映像信号を増幅するための電気
回路のゲイン調整用の参照光源４、６を設けた。撮像素
子の受光領域は、複数に分割された小領域からなり、そ
れぞれに光電変換した信号を増幅するアンプが接続さ
れ、参照光源に基づいて、アンプのゲイン特性を補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に係り、
特に、様々な光源色に対応可能で、しかも、撮像装置の
ゲイン補正が簡易にできる撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２次元画像を撮影する撮像装置は、ま
ず、レンズにより結像された光学像を撮像素子で電気信
号に変換し、次いで、その信号を垂直、水平に走査する
ことにより、一次元の二つの電気信号とし、更に、それ
ぞれの電気信号について黒レベルやゲインを調整して、
表示装置や記録装置に出力している。この撮像装置から
出力される電気信号のレベルを決定する要因、即ち、撮
像装置のゲイン特性を決定する要因として以下の項目が
挙げられる。・撮影対象に対する照明光源の色温度・光学系における光伝達特性・撮像素子の受光面に配置された個々の画素の光電変換
特性・撮像素子における電気的なバイアス特性や駆動特性・撮像素子の映像出力アンプの特性・撮像素子の出力端子に接続された外部回路のゲイン特
性このように、撮像装置のゲイン特性は、照明光から光学
系、撮像素子、周辺の信号処理回路の特性等によって、
各種・各様の影響を受ける。しかしながら、この撮像装
置のゲイン特性が、２次元の撮影画像に対して均一でな
ければ、映像の輝度むらや色むらなどの原因となる。

【０００３】これら特性を補正し、忠実に被写体を再現
する方法として以下のような方法が用いられている。

【０００４】（ア）電気的なテスト信号を、撮像素子に
接続される信号処理回路に入力し、信号処理回路のゲイ
ンを補正する方法（イ）光源の色温度が決められたパターンボックスを撮
影し、出力される２次元映像をもとにシェーディングや
色むらなどの不均一性を電気信号により補正する方法（ウ）撮影場所で基準となる白色用紙を撮影し、照明光
に併せた各色チャンネル（ＲＧＢの信号）のゲインを補
正する方法（エ）撮影映像の輝度信号レベルのもっとも高い信号を
白色と見なし、各色チャンネルのゲインを補正する方法

【発明が解決しようとする課題】上記の（ア）の方法は
撮像装置に内蔵することができ簡便である。しかしなが
ら、信号処理回路の電気的なゲイン特性の補正しかでき
ず、光学系や撮像素子におけるゲイン特性の補正はでき
ないという問題がある。

【０００５】また、（イ）〜（エ）の方法では実際に撮
影信号を用いて特性補正を行うため、光学系から撮像素
子、周辺信号処理回路の特性を含めて補正できる。しか
しながら、（イ）の方法では、内蔵される光源の種類に
よって色温度が決まるため、色温度を変更することがで
きないという問題がある。また、（ウ）の方法では、基
準となる白色用紙を撮影しても、必ずしも均一な入射光
が、撮像装置に入射されないという問題がある。また、
（エ）の方法では、撮影映像の輝度信号レベルのもっと
も高い信号を白色と見なすので、正確な色温度の補正が
できないという問題がある。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、様々な光源色に対応可能で、しかも、撮像装置
のゲイン補正が簡易にできる撮像装置を提供することを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するた
めの手段を採用している。

【０００８】請求項１に記載された発明は、撮像素子
と、その撮像素子に光学像を結ぶレンズとの間に、映像
信号を増幅するための電気回路のゲイン調整用の参照光
源を設けたことを特徴とする撮像装置である。

【０００９】請求項１に記載された発明によれば、撮像
素子と、その撮像素子に光学像を結ぶレンズとの間に、
電気回路のゲイン調整用の参照光源を設けたことによ
り、様々な光源色に対応可能で、しかも、撮像装置のゲ
イン補正が簡易にできる撮像装置を提供することができ
る。

【００１０】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の撮像装置において、前記撮像素子の受光領域は、複
数に分割された小領域からなり、前記複数に分割された
小領域には、それぞれに光電変換した信号を増幅するア
ンプが接続され、前記参照光源に基づいて、前記アンプ
のゲイン特性を補正することを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載された発明によれば、撮像
素子の受光領域は、複数に分割された小領域からなり、
複数に分割された小領域には、それぞれに光電変換した
信号を増幅するアンプが接続され、参照光源に基づい
て、アンプのゲイン特性を補正することにより、より緻
密に、アンプのゲイン特性を補正することができる。

【００１２】請求項３に記載された発明は、請求項１又
は２記載の撮像装置において、前記参照光は、赤、緑、
青の３色の光源で構成し、前記３色の光源の明るさを調
整することにより光源の色温度を変えることを特徴とす
る。

【００１３】請求項３に記載された発明によれば、参照
光は、赤、緑、青の３色の光源で構成し、３色の光源の
明るさを調整し、光源の色温度を変えることにより、例
えば、白昼光、白熱灯、蛍光灯等の様々な光源色に対応
可能となる。

【００１４】請求項４に記載された発明は、請求項１又
は２記載の撮像装置において、前記参照光は、白色の光
源で構成し、その光源の明るさを調整することを特徴と
する。

【００１５】請求項４に記載された発明によれば、参照
光は、白色の光源で構成し、その光源の明るさを調整す
ることにより、簡単な構成でホワイトバランスを取るこ
とができる。

【００１６】請求項５に記載された発明は、請求項１又
は２記載の撮像装置において、前記参照光は、赤、緑、
青、白色の４色の光源で構成し、前記４色の光源の明る
さを調整することにより光源の色温度、及び輝度を変え
ることを特徴とする。

【００１７】請求項５に記載された発明によれば、参照
光は、赤、緑、青、白色の４色の光源で構成し、４色の
光源の明るさを調整することにより光源の色温度、及び
輝度を変えることにより、参照光の色温度、及び輝度を
自在に変更することができる。

【００１８】請求項６に記載された発明は、請求項３記
載の撮像装置において、前記赤、緑、青の３色の光源
は、赤、緑、青の光を発光するＬＥＤを用い、各ＬＥＤ
に流す電流量を制御することによりそれぞれの色のＬＥ
Ｄの明るさを調整することを特徴とする。

【００１９】請求項６に記載された発明によれば、各Ｌ
ＥＤに流す電流量を制御し、それぞれの色のＬＥＤの明
るさを調整することにより、簡便に、光源を制御するこ
とができる。

【００２０】請求項７に記載された発明は、請求項４記
載の撮像装置において、前記白色参照光は、白色光を発
光するＬＥＤを用い、ＬＥＤに流す電流量を制御するこ
とによりその色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴
とする。

【００２１】請求項７に記載された発明によれば、白色
参照光は白色光を発光するＬＥＤを用い、ＬＥＤに流す
電流量を制御することによりその色のＬＥＤの明るさを
調整することにより、簡単な構成で、白色光を制御する
ことができる。

【００２２】請求項８に記載された発明は、請求項５記
載の撮像装置において、前記赤、緑、青、白の４色の光
源は、赤、緑、青、白の光を発光するＬＥＤを用い、各
ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの色
のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする。

【００２３】請求項８に記載された発明によれば、赤、
緑、青、白の４色の光源は、赤、緑、青、白の光を発光
するＬＥＤを用い、各ＬＥＤに流す電流量を制御するこ
とによりそれぞれの色のＬＥＤの明るさを調整すること
により、簡便に、赤、緑、青、白の４色の光源を制御す
ることができる。

【００２４】請求項９に記載された発明は、請求項１な
いし８いずれか一項記載の撮像装置において、色分解プ
リズムと複数の撮像素子を有し、前記レンズと色分解プ
リズムの間に前記参照光源を配置したことを特徴とする
撮像装置である。

【００２５】請求項９に記載された発明によれば、色分
解プリズムと複数の撮像素子を有し、レンズと色分解プ
リズムの間に参照光源を配置したことにより、カラー画
像を撮影する撮像装置に適用することができる。

【００２６】請求項１０に記載された発明は、請求項９
記載の撮像装置において、前記色分解プリズムとして、
赤、緑、青の３つの光に分解する色分解プリズムを用
い、レンズと色分解プリズムの間に配置した前記参照光
源を色分解プリズムの分光特性に合わせ、分解されるそ
れぞれの色の中心波長付近に発光輝度のピークを持つ
赤、緑、青の３つの光源で構成したことを特徴とする。

【００２７】請求項１０に記載された発明によれば、レ
ンズと色分解プリズムの間に配置した参照光源を色分解
プリズムの分光特性に合わせ、分解されるそれぞれの色
の中心波長付近に発光輝度のピークを持つ赤、緑、青の
３つの光源で構成したことにより、撮像装置の正確なゲ
イン特性の補正ができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。

【００２９】＜実施例１＞本発明の１つの実施例を図１
に示す。本実施例の撮像装置は、被写体の光学像を作る
レンズ１、その光学像を光電変換する撮像素子２、その
撮像素子２の出力信号を電気的に処理する信号処理装置
３、撮像装置のゲイン調整用の参照光を生成する第１の
参照光ユニット４、第２の参照光ユニット６、これらの
参照光を均一に拡散する第１の拡散板５及び第２の拡散
板７から構成されている。

【００３０】参照光ユニットには、赤、緑、青のそれぞ
れの光源となる赤光ＬＥＤ、緑光ＬＥＤ、青光ＬＥＤ
が、各１個ずつが近接して取り付けられており、これら
３個のＬＥＤが１つのクラスタＣとなっている。この３
色のＬＥＤクラスタＣが、さらに、列状に７個並べられ
て、第１及び第２の参照光ユニット４、６が構成されて
いる。

【００３１】本実施例では、ＬＥＤクラスタＣを列状に
７個配置したものを参照光ユニットとし、２つの参照光
ユニット４、６を撮像素子２の左右に配置し、撮像素子
２上に参照光を与えることができるよう構成している。
第１の参照光ユニット４及び第２の参照光ユニット６の
前面には、参照光を均一にするために、第１の拡散板５
及び第２の拡散板７を配置している。

【００３２】図２に、参照光ユニット上のＬＥＤの回路
構成図を示す。参照光ユニット２０上のＬＥＤは赤色Ｌ
ＥＤ８_１〜８_７、緑色ＬＥＤ９_１〜９_７、青色ＬＥＤ１
０_１〜１０_７が、それぞれ直列に接続され、それぞれの
色のＬＥＤアレイ８、９、１０を構成している。さら
に、過電流時にＬＥＤを保護するための保護抵抗Ｒ_１、
Ｒ_２、Ｒ_３が、それぞれの色のＬＥＤアレイ８、９、１
０に直列に接続されている。

【００３３】また、参照光ユニット２０の電源回路であ
る信号処理回路２１は、定電流回路Ｉ_１〜Ｉ_３及び可変
抵抗ＶＲ_１〜ＶＲ_３から構成されている。ＬＥＤアレイ
８、９、１０に流す電流量は、この可変抵抗ＶＲ_１〜Ｖ
Ｒ_３により変更される。ＬＥＤの発光強度は、ＬＥＤに
流れる電流量によって決定されるため、各色のＬＥＤア
レイに流す電流量を、可変抵抗ＶＲ_１〜ＶＲ_３によって
制御することにより、参照光の色温度を可変とすること
ができる。これにより、所望の色温度の参照光を得るこ
とができる。

【００３４】つまり、予めそれぞれの色温度に対する各
色ＬＥＤアレイの電流量を測定しておき、それぞれのＬ
ＥＤアレイに流す電流量を、その色温度に対応する電流
値に設定することにより、所望の色温度の参照光を得る
ことができる。

【００３５】また、このとき、素子出力から得られるビ
デオ信号のゲインを調整することにより、特定の色温度
の照明下におけるカメラの感度調整が可能となる。

【００３６】また、図３に示すように、撮像素子とし
て、受光領域を複数の小領域３１_１〜３１_５に分割し、
それぞれの領域の光電変換信号をそれぞれの領域に対応
して設けられた複数の信号電荷転送素子３３_１〜３３_５
によって転送し、それぞれの領域毎にアンプ３２_１〜３
２_５によって増幅するようにした撮像装置を用いること
ができる。なお、分割数は、５に限られず実施すること
ができる。

【００３７】この場合は、撮像素子とレンズの間に設け
られた同一の光源（参照光）に基づいて、各出力端子に
設けられたアンプのゲイン特性を補正することにより、
領域毎のゲインのばらつきを補正することができ、分割
された領域毎の境界線の見えない、なめらかな映像を得
ることが可能となる。

【００３８】本実施例においては、参照光ユニット上で
のＬＥＤクラスタの配置及び数等は、図１に限られず、
実施可能である。

【００３９】その１例として参照光ユニット上に白色Ｌ
ＥＤを用いたものを図４に示す。図１と異なる点は、光
源として白色ＬＥＤを用いた参照光ユニット４_Ｗ、６_Ｗ
を用い、構造を簡単にした点である。

【００４０】また、別の例として、参照光ユニットに
は、赤、緑、青、白のＬＥＤを用いた場合の構成例を図
５に示す。参照光ユニット４_４、６_４を用い、赤光ＬＥ
Ｄ、緑光ＬＥＤ、青光ＬＥＤ及び白色ＬＥＤが、各１個
ずつが近接して取り付けられており、これら４個のＬＥ
Ｄが１つのクラスタＣとなっている。このように、４色
の光源を用い、それぞれの明るさを制御することにより
参照光の色温度、及び輝度を自在に変更することができ
る。

【００４１】＜実施例２＞本発明を３板式カラーカメラ
に応用した場合の実施例を図６に示す。３板式カラーカ
メラはレンズの後に色分解プリズムを設け、入射光を赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に分解し、それぞ
れの光をモノクロの撮像素子で光電変換し、色情報を
Ｒ、Ｇ、Ｂの電気信号として取り扱い、カラー画像を撮
影する。被写体の白色は撮影されたＲ、Ｇ、Ｂの電気信
号出力が同じレベルの場合に白色として再現される。従
って、白色の被写体が白色として再現されるためには被
写体の照明光の色温度に応じてＲ、Ｇ、Ｂの信号処理回
路のゲインを調整するホワイトバランス処理が必要とな
る。

【００４２】このようなカラーカメラにおいて、実施例
１において用いた参照光ユニットをレンズと色分解プリ
ズムの間に挿入することによってホワイトバランス処理
の参照光を作ることができる。

【００４３】図７に典型的な色分解プリズムの分光特性
を示す。この分光特性に対し、Ｒ光としてピーク波長６
６０ｎｍのＧａＡｌＡｓを用いたＬＥＤ、Ｇ光としてピ
ーク波長５６２ｍのＩｎＧａＡｌＰを用いたＬＥＤ、Ｂ
光としてＧａＮを用いたＬＥＤを用いることによって、
効率的にＬＥＤ光を色分解プリズムを通して各撮像素子
に照射することができる。ここで用いたＬＥＤのピーク
波長はあくまでも一例であり、色分解プリズムを通して
効率よく各色の光を撮像素子に伝達できるような光であ
れば、ピーク波長は上記数値に限定されない。

【００４４】なお、色分解プリズムとして、赤、緑、青
の３つの光に分解する色分解プリズムを用いた場合、レ
ンズと色分解プリズムの間に配置した参照光源を色分解
プリズムの分光特性に合わせ、分解されるそれぞれの色
の中心波長付近に発光輝度のピークを持つ赤、緑、青の
３つの光源で構成してもよい。

【００４５】ホワイトバランスを調整する方法は、ま
ず、レンズからの光を遮光し、参照光ユニットのＬＥＤ
を点灯させる。参照光ユニットの色温度は被写体の照明
光と同じ色温度になるように各色のＬＥＤの輝度を調整
する。例えば、白昼光、白熱灯、蛍光灯などのように照
明光源によって予め決められた設定値に合わせてもよ
い。その後、各Ｒ、Ｇ、Ｂの信号が同レベルになるよう
ゲインを調整し、ホワイトバランスを取る。

【００４６】従来のものでは、光学系や撮像素子を通し
て撮像装置のゲインを、簡便に調整できるものは無かっ
たが、本実施の形態により、初めて、基準となる光源レ
ベルを撮像装置本体に内蔵したので、光学系や撮像素子
の特性も含めたゲイン補正が簡易にできるようになっ
た。

【００４７】また、従来のパターンボックスでは、内蔵
される光源の種類によって色温度が決まっていたため、
色温度を変更することができなかったが、本実施の形態
では、色温度を任意に変更できるので様々な光源色に対
応できるようになった。

【００４８】また、本実施の形態によれば、照明光の色
温度によって映像信号のゲイン調整を行う場合、特定の
白色チャートやパターンボックスを必要とせず、また、
電気的波形パターンや輝度レベルの高い被写体を白色と
仮定するような方法より高精度にしかも簡便にホワイト
バランスを取ることができる。

【００４９】また、領域分割された複数の出力端子を持
つ撮像素子などでは出力端子毎のゲインばらつきを調整
するための参照光信号として用いることができる。

【００５０】また、光学系や撮像素子の光電変換特性を
含めた撮像装置のゲイン特性を補正するための参照光を
発生する撮像装置を提供することができる。

【００５１】また、光学系や撮像素子の光電変換特性を
含めた撮像装置の色バランスを調整するための基準とな
る参照光を発生する回路を併せ持つ撮像装置を提供する
ことができる。

【００５２】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、様々な光源
色に対応可能で、しかも、ゲイン補正が簡易にできる撮
像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明するための図であ
る。

【図２】参照光ユニットの回路構成図を説明するための
図である。

【図３】領域分割撮像素子の構成図を説明するための図
である。

【図４】本発明の第１の実施例の変形例(その１)を説明
するための図である。

【図５】本発明の第１の実施例の変形例(その２)を説明
するための図である。

【図６】本発明の第２の実施例を説明するための図であ
る。

【図７】色分解プリズムの分光特性例を説明するための
図である。

【符号の説明】

１レンズ２撮像素子３信号処理装置４第１の参照光ユニット５第１の拡散板６第２の参照光ユニット７第２の拡散板８赤色ＬＥＤアレイ９緑色ＬＥＤアレイ１０青色ＬＥＤアレイ１１輝度調整用可変抵抗１２電流源２０参照光ユニット２１、４４信号処理回路３１受光領域３２アンプ３３信号電荷転送素子４０色分解プリズム４１赤色用撮影素子４２緑色用撮影素子４３青色用撮影素子Ｒ_１〜Ｒ_３保護抵抗ＶＲ_１〜ＶＲ_３可変抵抗Ｉ_１〜Ｉ_３電流源

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 17/02 Ｈ０４Ｎ 17/02 ＤＦターム(参考） 2H083 AA02 AA26 AA32 AA51 AA54 5C022 AB20 AC42 AC54 AC69 5C024 AX01 CX27 DX01 EX00 GY01 GZ42 HX18 5C061 BB15 CC05 5C065 AA01 BB02 CC01 EE20 GG15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子と、その撮像素子に光学像を結
ぶレンズとの間に、映像信号を増幅するための電気回路
のゲイン調整用の参照光源を設けたことを特徴とする撮
像装置。
【請求項２】請求項１記載の撮像装置において、前記撮像素子の受光領域は、複数に分割された小領域か
らなり、前記複数に分割された小領域には、それぞれに光電変換
した信号を増幅するアンプが接続され、前記参照光源に基づいて、前記アンプのゲイン特性を補
正することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の撮像装置におい
て、前記参照光は、赤、緑、青の３色の光源で構成し、前記
３色の光源の明るさを調整することにより光源の色温度
を変えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】請求項１又は２記載の撮像装置におい
て、前記参照光は、白色の光源で構成し、その光源の明るさ
を調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】請求項１又は２記載の撮像装置におい
て、前記参照光は、赤、緑、青、白色の４色の光源で構成
し、前記４色の光源の明るさを調整することにより光源
の色温度、及び輝度を変えることを特徴とする撮像装
置。
【請求項６】請求項３記載の撮像装置において、前記赤、緑、青の３色の光源は、赤、緑、青の光を発光
するＬＥＤを用い、各ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの
色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする撮像装
置。
【請求項７】請求項４記載の撮像装置において、前記白色参照光は、白色光を発光するＬＥＤを用い、ＬＥＤに流す電流量を制御することによりその色のＬＥ
Ｄの明るさを調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】請求項５記載の撮像装置において、前記赤、緑、青、白の４色の光源は、赤、緑、青、白の
光を発光するＬＥＤを用い、各ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの
色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする撮像装
置。
【請求項９】請求項１ないし８いずれか一項記載の撮
像装置において、色分解プリズムと複数の撮像素子を有し、前記レンズと色分解プリズムの間に前記参照光源を配置
したことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】請求項９記載の撮像装置において、前記色分解プリズムとして、赤、緑、青の３つの光に分
解する色分解プリズムを用い、レンズと色分解プリズムの間に配置した前記参照光源を
色分解プリズムの分光特性に合わせ、分解されるそれぞれの色の中心波長付近に発光輝度のピ
ークを持つ赤、緑、青の３つの光源で構成したことを特
徴とする撮像装置。