JP2003304547A

JP2003304547A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2003304547A
Application number: JP2002108230A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Shirakawa; 雄資白川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変動や経時変動などの外的要因によって
撮像素子の各色出力レベルが変動することを防止するこ
とが課題とする。【解決手段】深さ方向に複数の光電変換部を有する画
素を複数配列した撮像素子と、補正用のデ−タを得るた
めに撮影を行うキャリブレーションモードと、本画像撮
影を行う本撮影モ−ドとを制御する全体制御ＣＰＵと、
前記キャリブレーションモードで得られる前記補正用の
デ−タに基づいて、前記本撮影モードで得られる深さ方
向の複数の光電変換部からの信号の信号レベル比を補正
するカメラＤＳＰとを有することを特徴とする撮像装置
を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体像を撮影す
る撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラでは、図１に示した様な
構成となっている。この図の構成の場合は、撮影者自身
によるカメラ操作スイッチ１０１（カメラのメインＳＷ
及びレリーズＳＷで構成）の状態変化を全体制御回路１
００が検出し、その他の各回路ブロックへの電源供給を
開始する。

【０００３】撮影画面範囲内の被写体像は、主撮影光学
系１０２及び１０３を通して撮像素子１０４上に結像
し、この撮像素子１０４からの電気信号を、ＣＤＳ／Ａ
ＧＣ回路に入力して、既知の相関二重サンプリング等の
方法で信号に含まれるリセットノイズを除去するととも
に、オプティカルブラック（ＯＢ）画素をクランプ処理
することで、黒レベルを再生している。その後Ａ／Ｄ変
換回路１０６に入力し、画素毎に順々に所定のデジタル
信号に変換する。

【０００４】ここで撮像素子１０４は、全体の駆動タイ
ミングを決定しているタイミングジェネレータ１０８か
らの信号に基づき、画素毎の水平駆動並びに垂直駆動の
為のドライバー回路１０７の出力で所定駆動する事によ
り、画像信号出力を発生する。

【０００５】同様に、撮像素子１０４からの出力をアナ
ログ的に処理を行って所定の信号レベルに変換するＣＤ
Ｓ／ＡＧＣ回路１０５、並びにＡ／Ｄ変換回路１０６も
上記タイミングジェネレータ１０８からのタイミングに
基づいて動作する。

【０００６】Ａ／Ｄ変換回路１０６からの出力は、全体
制御ＣＰＵ１００からの信号に基づいて信号の選択を行
うセレクタ１０９を介してメモリーコントローラー１１
５へ入力し、ここでフレームメモリー１１６へ全ての信
号出力を転送する。従って、この場合撮影フレーム毎の
画素データは、一旦全てフレームメモリー１１６内に記
憶される為、連写撮影等の場合は全てフレームメモリー
１１６への書き込み動作となる。

【０００７】撮影動作終了後は、メモリーコントローラ
ー１１５の制御により、撮影データを記憶しているフレ
ームメモリー１１６の内容を、セレクタ１０９を介して
カメラＤＳＰ１１０へ転送する。このカメラＤＳＰ１１
０では、フレームメモリーに記憶されている各撮影デー
タの各画素データを基にＲＧＢの各色信号を生成する。

【０００８】通常撮影前の状態では、この結果をビデオ
メモリー１１１に定期的（フレーム毎）に転送する事
で、モニター表示手段１１２を介してファインダー表示
等を行っている。

【０００９】一方、カメラ操作スイッチ１０１の操作に
より、撮影動作を撮影者自身が行った場合には、全体制
御ＣＰＵ１００からの制御信号によって、１フレーム分
の各画素データをフレームメモリー１１６から読み出
し、カメラＤＳＰ１１０で画像処理を行ってから一旦ワ
ークメモリー１１３に記憶する。

【００１０】続いて、ワークメモリー１１３のデータを
圧縮・伸張手段１１４で所定の圧縮フォーマットに基づ
きデータ圧縮し、その結果を外部不揮発性メモリー１１
７（通常フラッシュメモリー等の不揮発性メモリーを使
用）に記憶する。

【００１１】又、逆に撮影済みの画像データを観察する
場合には、上記外部メモリーに圧縮記憶されたデータ
を、圧縮・伸張手段１１４を通して通常の撮影画素毎の
データに伸張し、その結果をビデオメモリー１１１へ転
送する事で、モニター表示手段１１２を通して行う事が
出来る。

【００１２】この様に、通常のデジタルカメラでは、撮
像素子１０４からの出力を、ほぼリアルタイムでプロセ
ス処理回路を通して実際の画像データに変換し、その結
果をメモリーないしはモニター回路へ出力する構成とな
っている。

【００１３】以上のような構成のデジタルカメラにおい
て、撮像素子の各色出力の分光感度特性は、撮像素子の
製造時期の違いや個体差によって若干ばらついている。

【００１４】この撮像素子の個体差を吸収し、かつ良好
な色再現性を得るために、従来は、主としてカメラ製造
工程でのキャリブレーションによって色補正がなされ、
一連のキャリブレーションを１セットだけ行うことによ
って得られた調整値をあらかじめデジタルカメラ内に記
憶しておき、記憶された調整値を用いて本画像の補正が
行われていた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】一方、ＵＳＰ５，９６
５，８７５に説明されているような多層フォトダイオー
ド型のカラーイメージセンサーの場合、センサー表面か
らの深さによって分光感度特性が違うことを利用して色
分離を行っている。つまり、センサーの深さ方向にＢ出
力フォトダイオード、Ｇ出力フォトダイオード、Ｒ出力
フォトダイオードを積み上げることで、入射光により発
生した電荷を入射した深さによって分割し、それぞれの
フォトダイオードの電流を検出することでカラー出力を
得ている。このような構造の場合、フォトダイオード自
体の持つ温度特性や出力回路の特性ばらつきによって、
温度変化や経時変化等の外的要因によって撮像素子の各
色出力レベルが変動し、同じ波長の光が同じ条件で入射
した場合でもＲ，Ｇ，Ｂの各色出力の比が違ってしまう
場合がある。このような場合、最終的に出力された画像
は常に色合いが変動してしまい、安定した画質が得られ
ない。

【００１６】本発明の目的は、カラー画像を出力する撮
像素子を備えているデジタルカメラ等の撮像装置におい
て、温度変動や経時変動などの外的要因によって撮像素
子の各色出力レベルが変動するような場合にも、色再現
性を維持し安定して良好な画質を得ることが出来るシス
テムを作り上げることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、深さ方向に複数の光電変換部を有する画素を複数配
列した撮像領域と、補正用のデ−タを得るために撮影を
行うキャリブレーションモードと、本画像撮影を行う本
撮影モ−ドとを制御する制御手段と、前記キャリブレー
ションモードで得られる前記補正用のデ−タに基づい
て、前記本撮影モードで得られる深さ方向の複数の光電
変換部からの信号の信号レベル比を補正する補正手段と
を有することを特徴とする撮像装置を提供する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本実施の形態のデジタルカメラ
（撮像装置）の構成が従来の構成（図１）と異なる部分
は、撮像素子１０４が図２にあらわすように、深さ方向
に複数の光電変換部であるフォトダイオードを有する画
素を複数配列した構成であること、撮像素子への光を遮
光するための開閉可能なシャッタの後段に、撮像素子を
照明するためのＬＥＤ等の照明手段（図５）を持ってい
ること、及び制御手段である全体制御ＣＰＵが後述する
図４、図６のような動作を行うことである。

【００１９】図２はＵＳＰ５，９６５，８７５に記載の
多層フォトダイオード型カラーイメージセンサーの構造
を示した図である。入射光によって発生した信号電荷を
センサー表面からの深さによって切り分け、別々に読み
出すことによって、Ｒ／Ｇ／Ｂの３つの色信号出力を得
ている。このような多層フォトダイオード構造の深さ方
向１次元バンドダイヤグラムは図３のようになり、ポテ
ンシャルのうねりに応じて電子が蓄積されるポテンシャ
ルウェルと正孔が蓄積されるポテンシャルウェルとがで
きるが、温度変動があるとこのポテンシャルのうねりそ
のものが変わってしまう可能性があり、従って各ポテン
シャルウェルに蓄積される電荷の量がそれぞれ変わって
しまう可能性がある。このようにして各ポテンシャルウ
ェルに蓄積される電荷量の比が変わると、同じ条件の光
が入射したときにも、温度が変われば各色出力の信号レ
ベルの比が変わり、同じ光源、同じ被写体でも撮影画像
の色合いが変わってしまう可能性がある。さらには、Ｕ
ＳＰ５，９６５，８７５に記載のイメージセンサーはセ
ンサーからの信号出力段においてＲ／Ｇ／Ｂ各色出力を
別々の端子から出力しており、内部出力アンプが各色出
力毎に異なる。この内部出力アンプも温度変動によって
ゲインが変わる可能性があり、何も補正を行わないと同
じ被写体を撮っても温度によって色合いが変わってしま
うという事態が生じる。通常センサーの出力は画像処理
においてホワイトバランス（ＷＢ）調整を行うことによ
ってその色合いが補正されるが、以上説明したような変
動があると、たとえばプリセットＷＢのような固定ゲイ
ン方式のＷＢでは温度等による色合いの変動まで補正で
きない。

【００２０】また、多層フォトダイオード構造は半導体
のポテンシャルカーブを利用することから、たとえば原
色光などの各色出力が偏った光が入射すると、各ポテン
シャルウェルに蓄積される電荷の量がアンバランスにな
り、それによってポテンシャルカーブが変動することか
ら、各色出力毎の感度バランスが変動することも考えら
れる。

【００２１】本実施の形態によれば、本画像を撮影する
前に本画像撮影と時間的に近いタイミングで補正用のデ
−タを得るためにキャリブレーション動作を行い、キャ
リブレーション撮影時のセンサー各色出力の比を算出す
ることで、本画像撮影時の画像の色合い変動を予測し、
撮像素子の各色出力毎にゲインを補正することで、温度
変動等があった場合にも安定した色合いの画像を得るこ
とが出来る。

【００２２】図４は本実施の形態に係る全体制御ＣＰＵ
の動作であるキャリブレーション動作と本撮影動作のシ
ーケンスの一例をフローチャートで表したものである。

【００２３】撮影動作のレリーズを半押しした状態（Ｓ
Ｗ１オン状態）で測光、測距動作を行うが、これと同時
に撮像素子のキャリブレーション動作を行う。レリーズ
全押しのＳＷ２オンによって本撮影動作が行われるが、
ＳＷ１からＳＷ２の間隔はどのぐらいあるかはわからな
いので、常に本撮影動作に近いタイミングでキャリブレ
ーション動作を行うためにＳＷ１が押されている間は定
期的にキャリブレーション動作を行っている。たとえば
１秒毎にキャリブレーション撮影を行えば、本画像撮影
動作とキャリブレーション動作との間隔は最大１秒とな
り十分短く出来るので、この間の温度変動等の環境変動
はほとんど無視できる。

【００２４】キャリブレーション動作は、図５のように
デジタルカメラ内に撮像素子感光面を照明するＬＥＤ等
の照明手段を用意し、シャッタを閉じた状態で撮像素子
にその照明手段の光のみが当たっている状態でキャリブ
レーション撮影を行う。照明手段としては動作環境によ
る発光波長や発光量の変動がなるべく少ないものが望ま
しい。さらに、Ｒ，Ｇ，Ｂの各出力の比率を一定に保つ
ためには白色光の光源を照明手段として用いることが望
ましいが、逆に、Ｒ，Ｇ，Ｂの原色の光源を複数用いて
複数回キャリブレーション撮影を行うことで、各色出力
レベルがアンバランスであったときの色合いの変動を精
度良く算出する方法でもよい。

【００２５】キャリブレーション撮影によって得られた
画像データを各色出力毎に積分し、各色出力の比を求め
る。この比が撮影によって変わらず一定になるように補
正する。たとえばＧ出力を基準とすると、Ｒ出力に対し
て、Ｇｒ＝ΣＧ／ΣＲＢ出力に対して、Ｇｂ＝ΣＧ／ΣＢなる式で計算されるゲインＧｒ、Ｇｂを補正手段である
カメラＤＳＰ１１０にて、それぞれ、Ｒ出力、Ｂ出力に
乗算する。この場合Ｇ出力はゲイン０ｄＢとする。この
ようにしてキャリブレーションされた撮像素子出力は、
同じ条件での撮影においては、温度変動によらず各色出
力の比が一定となり、安定した色合いが得られる。

【００２６】図６は連写撮影時の撮影シーケンスのフロ
ー図の一例である。キャリブレーション動作は照明装置
によって照明した状態で撮像装置を動作させ、撮影しな
ければならないので、その分時間がかかってしまい、連
写時の本撮影一コマ一コマにキャリブレーション動作を
行うと、単位時間あたりの撮影コマ数が半分程度になっ
てしまう。そこで、一連の連写撮影を時間的に十分短い
として、キャリブレーション動作を連写撮影前に一度だ
け行うようにするといったことが必要になる。こうする
ことで、連写コマ速を犠牲にすることなく、かつ安定し
た色合いを得ることが出来る。

【００２７】以上の実施の形態では、本撮影を行う前に
キャリブレーション動作を行ったが、本撮影を行った後
にキャリブレーション動作を行うようにしても良い。

【００２８】また、キャリブレーション動作に関して
も、上記のようなデジタルカメラ内部に照明手段を設け
る構成が、各色出力の比が一定とし、安定した色合いを
得るために望ましいが、それ以外の構成、照明手段がな
く、例えばシャッタを開いて、全体が白色の画像をユー
ザが撮影するようなものであってもよい。

【００２９】以上のように、本実施の形態では、深さ方
向に複数の光電変換部を有する画素を複数配列した撮像
素子と、補正用のデ−タを得るために撮像を行うキャリ
ブレーションモードと、本撮像を行う本撮像モ−ドとを
制御する全体制御ＣＰＵと、前記キャリブレーションモ
ードで得られる補正用のデ−タに基づいて、本撮像モー
ドで得られる深さ方向の複数の光電変換部からの信号の
信号レベル比を補正するカメラＤＳＰとを有するため、
各色出力の比が一定な、安定した色合いを得ることが可
能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カラー画像を出力する撮像装置において、温度変動や経
時変動などの外的要因によって撮像素子の各色出力レベ
ルが変動するような場合にも、本画像撮影と近いタイミ
ングでキャリブレーション動作を行うことで自動的に色
再現性を維持し安定して良好な画質を得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のカメラシステムの全体構成を説明した図
である。

【図２】多層フォトダイオード型カラーイメージセンサ
ーの構造を説明した図である。

【図３】多層フォトダイオード型カラーイメージセンサ
ーのバンドダイヤグラムの模式図である。

【図４】本発明の実施例に係るキャリブレーション動作
シーケンスのフロー図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る撮像装置の照明方法
を説明した図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る連写撮影時の撮影シ
ーケンスのフロー図である。

【符号の説明】

３０ＬＥＤ１０４撮像素子１００全体制御ＣＰＵ１１０カメラＤＳＰ

───────────────────────────────────────────────────── 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 101:00 Ｈ０１Ｌ 27/14 ＡＦターム(参考） 2H002 AB01 CC00 DB01 EB01 EB09 FB02 FB03 FB21 GA32 GA33 GA70 JA07 4M118 AA09 AB01 BA09 CA02 CA27 5C024 BX01 CX00 CX27 DX01 EX31 GX03 GY01 GY31 HX14 HX18 HX23 HX29 HX58 5C065 AA03 BB01 BB41 DD01 GG13 GG15 GG30 GG32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】深さ方向に複数の光電変換部を有する画
素を複数配列した撮像領域と、補正用のデ−タを得るために撮影を行うキャリブレーシ
ョンモードと、本画像撮影を行う本撮影モ−ドとを制御
する制御手段と、前記キャリブレーションモードで得られる前記補正用の
デ−タに基づいて、前記本撮影モードで得られる深さ方
向の複数の光電変換部からの信号の信号レベル比を補正
する補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項１において、前記補正手段は、深
さ方向の複数の光電変換部からの信号の信号レベル間の
比較に基づいた補正値によって信号レベルを補正するこ
とを特徴とする撮像装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記制御手段
は、キャリブレーションモードは、前記本撮像モードの
前に行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項におい
て、前記撮像領域への光を遮光するための開閉可能なシ
ャッタと、前記シャッタよりも前記撮像領域側に設けら
れた前記撮像領域を照明する照明手段とを有することを
特徴とする撮像装置。
【請求項５】請求項４において、前記制御手段は、キ
ャリブレーションモードにおいて前記シャッタを閉じた
状態において、前記照明手段によって前記撮像領域を照
明することによって前記補正用のデ−タを得ることを特
徴とする撮像装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項におい
て、前記制御手段は、連写撮影モードを有し、前記連写
撮影モードの場合には、連写撮影中は、前記キャリブレ
ーションモードを行わないことを特徴とする撮像装置。