JP2004289728A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光源の識別精度を向上させ、正確なホワイトバランス調整を行うことのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤ２０は、ｎ型半導体基板２６上にｐ型ウェル２７が形成されており、さらにその上に主感光部２２及び従感光部２３が設けられている。主感光部２２及び従感光部２３の上には、平坦化層３０を挟んで第１カラーフィルタ３１とマイクロレンズ３２が設けられている。従感光部２３の上部にはさらに第１カラーフィルタと同色である第２カラーフィルタ３３が設けられている。主感光部２２上と従感光部２３上とでカラーフィルタの厚みが異なるため、主感光部２２で光電変換される被写体光と従感光部２３で光電変換される被写体光の分光特性とが異なる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラや画像入力装置などの撮像装置では、タングステン光源からの光、蛍光灯からの光、昼光などのように分光特性の異なるさまざまな照明光の下で撮影が行われるため、ホワイトバランスを調整する機構が備えられている。
【０００３】
ホワイトバランスの調整は、任意の光源で照明された白色の被写体を撮影したときに、被写体が無彩色となるようにＲ，Ｇ，Ｂのゲインを設定することによって行われる。例えばデジタルスチルカメラにおいては、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の撮像素子の分光特性がそれぞれ異なることを利用し、撮像素子から取り出したＲ，Ｇ，Ｂの撮像信号の出力レベルを比較して光源の分光特性をおおまかに推定し、タングステン光源、蛍光灯、昼光など、予め各光源ごとに設定された分光特性パターンのうち最も近似しているものを適用し、適用した分光特性パターンにしたがってＲ，Ｇ，Ｂのゲインを設定してホワイトバランスの調整を行うことが一般的である。
【０００４】
一方、相対的に広い面積を有する主感光部と相対的に狭い面積を有する従感光部とを備えた撮像素子を用いる撮像装置がある。このような撮像装置には、主感光部と従感光部のそれぞれから画像信号を取り出し、従感光部からの撮像信号を用いて主感光部からの撮像信号に補間処理を施すことによって高画質な撮影画像を得ることができるというメリットがある。例えば、主感光部と従感光部の感度差を利用すればダイナミックレンジを広げるなどの補間処理を行うことが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の撮像素子からのＲ，Ｂ，Ｇの撮像信号の出力レベルに基づいて照明光源の分光特性を推定する方法では、タングステン光源であるか蛍光灯であるかなど、光源の種類をおおまかに識別することは可能であったが、蛍光灯の種類などによる分光特性の違いを細かく判別することは困難であった。特に蛍光灯は製品ごとに様々な分光特性をもっているため、撮像装置が予め設定した分光特性パターンと、実際に撮像が行われる際に照明として用いられた蛍光灯の分光特性が大きく異なっているためにホワイトバランスの調整が正確に行われないという問題が生じていた。
【０００６】
また、相対的に広い面積を有する主感光部と相対的に狭い面積を有する従感光部とを備えた撮像素子を有する撮像装置においても、従来では主感光部と従感光部とが同一の分光特性をもっていたため、照明光源の識別精度は単一の感光部を備える撮像素子を有する撮像装置と同様であった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、照明光源の識別精度を向上させ、正確なホワイトバランス調整を行うことのできる撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、カラーフィルタを通過した被写体光を、主感光部及び主感光部と異なる分光特性をもつ従感光部でそれぞれ受光して撮像信号に変換する撮像素子と、前記主感光部から取り出された撮像信号と前記従感光部から取り出された撮像信号とを比較することにより照明光源の種類を判断する判断部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記従感光部を覆うカラーフィルタの膜厚を、前記主感光部を覆うカラーフィルタの膜厚に対して厚く、もしくは薄くなるように構成することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、デジタルスチルカメラ１は、その前面に、撮影レンズ２が保持されたレンズ鏡筒３、光学ファインダ４が設けられ、上面にはポップアップ式のストロボ発光部５、機能ダイヤル６が設けられている。ストロボ発光部５は、カメラ側面に設けられたポップアップボタン７を操作すると飛び出し、手動で元の位置に収納される。機能ダイヤル６は、露出調整やピント合わせを行う際、遠距離、近距離、屋内など規定の撮影パターンに対応した自動設定と、手動設定とを切り替える際に使用されるもので、ダイヤル中心部には、レリーズボタン８が設けられている。
【００１１】
図２に示すカメラ背面には、各種のスイッチボタンが配置された入力操作パネル１０と、フルカラー表示が可能な液晶ディスプレイ１１が設けられている。入力操作パネル１０には、撮影モードと再生モードとを切替える際に使用されるモード切替レバー１２が設けられている。液晶ディスプレイ１１は、撮影モード時に被写体の映像を表示して電子ビューファインダとして用いられ、再生モード時には、撮影された被写体画像を再生表示に用いられる。十字キー１３は、露出調整を手動で行う時や画像の解像度を設定するときなどに操作されるもので、各種の設定状況は、白黒表示の反射型液晶パネル１４で確認することができる。
【００１２】
図３及び図４は、本発明の撮像装置における撮像素子を説明する平面概略図及び断面概略図である。図３に示すように、ＣＣＤ２０は画素２１が行方向及び列方向に多数配列された画素領域を有しており、各画素２１は主感光部２２と従感光部２３とを備えている。各画素２１は、各行において一列おきに配置されるとともに、各列において一行おきに配置され、所謂ハニカム構造に構成されている。
【００１３】
各画素２１には、図中上からＶ１ｓ〜Ｖ４ｍで示す転送電極が接続されている。各転送電極は図４に示す垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）２４に接続されており、ＶＣＣＤはさらに図示しない水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）に接続されている。転送電極から取り出された画像信号はＶＣＣＤ２４及びＨＣＣＤによって転送されてＣＣＤ２０から出力された後、種々の信号処理が行われて撮影画像となる。
【００１４】
画像信号の取り出しは、主感光部２２、従感光部２３の順で行われる。画素２１の露光が終了すると、読み出しゲートパルスがまず転送電極Ｖ１ｍ，Ｖ２ｍ，Ｖ３ｍ，Ｖ４ｍに印加されて主感光部２２の画像信号が取り出され、ＶＣＣＤ２４及びＨＣＣＤによって取り出された画像信号が転送されてＣＣＤ２０から出力される。主感光部２２からの画像信号の取り出しが終了した後、今度は読み出しゲートパルスが転送電極Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓ，Ｖ３ｓ，Ｖ４ｓに印加されて従感光部２３の画像信号が取り出され、ＶＣＣＤ２４及びＨＣＣＤによって取り出された画像信号が転送されて同様にＣＣＤ２０から出力される。
【００１５】
図４に示すように、ＣＣＤ２０は、ｎ型半導体基板２６上にｐ型ウェル２７が形成されており、さらにその上に主感光部２２、従感光部２３及びＶＣＣＤ２４が設けられている。また、主感光部２２、従感光部２３及びＶＣＣＤ２４の各間には、電気的な分離を行うためのチャンネルストップ２８が設けられている。
【００１６】
転送電極Ｖ１ｓ，Ｖ１ｍの上には、遮光膜２９が形成されている。遮光膜２９は、ＶＣＣＤ２４を遮光してＶＣＣＤ２４で被写体光の光電変換が行われないようにするためのものである。主感光部２２及び従感光部２３の上には、平坦化層３０を挟んで第１カラーフィルタ３１とマイクロレンズ３２が設けられている。
【００１７】
従感光部２３の上部にはさらに、第１カラーフィルタと同色である第２カラーフィルタ３３が設けられている。このように、主感光部２２上と従感光部２３上とでカラーフィルタの厚みが異なるように構成することにより、主感光部２２で光電変換される被写体光と従感光部２３で光電変換される被写体光の分光特性とを異ならせることが可能になる。
【００１８】
図５は、主感光部及び従感光部の分光特性の例を示す説明図である。第１カラーフィルタ３１を通過した被写体光を受光する主感光部２２の分光特性が、青色領域のものはＢｍ，緑色領域のものはＧｍ，赤色領域のものはＲｍで示されている。一方、第１カラーフィルタ３１及び第２カラーフィルタ３３を通過した被写体光を受光する従感光部２３の分光特性が、青色領域のものはＢｓ，緑色領域のものはＧｓ，赤色領域のものはＲｓで示されている。
【００１９】
分光特性の半値幅が各感光部が受光する波長域である場合、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色において主感光部２２が受光する波長域と従感光部２３が受光する波長域とが異なっている。図中では、Ｂｍの半値幅をＤＢｍ、Ｇｍの半値幅をＤＧｍ、Ｒｍの半値幅をＤＲｍで示しており、同様に、Ｂｓの半値幅をＤＢｓ、Ｇｓの半値幅をＤＧｓ、Ｒｓの半値幅をＤＲｓで示している。同図では、５００ｎｍの波長をもつ光はＤＢｍ及びＤＧｍの受光範囲内にあるため青色領域及び緑色領域の主感光部２２で受光されるが、ＤＢｓ及びＤＧｓの受光範囲内にないため従感光部２２では受光されない。同様に、６００ｎｍの波長をもつ光はＤＧｍ及びＤＲｍの受光範囲内にあるため緑色領域及び赤色領域の主感光部２２で受光されるが、ＤＧｓ及びＤＲｓの受光範囲内にないため従感光部２２では受光されない。
【００２０】
図６は、蛍光灯の分光特性例を示す説明図である。蛍光灯は、ある波長に輝線スペクトルを持っている。図中に示す蛍光灯の分光特性ＦＬは、５００ｎｍの波長と６００ｎｍの波長とに輝線スペクトルを持っていることを示している。
【００２１】
この蛍光灯を照明光源に用いて撮像を行うと、輝線スペクトルがある５００ｎｍ及び６００ｎｍの波長を受光する主感光部２２の信号レベルと、５００ｎｍ及び６００ｎｍの波長を受光しない従感光部２３の信号レベルとが大きく異なるため、主感光部２２からの撮像信号と従感光部２３からの撮像信号との信号レベルを比較することによって蛍光灯の種類を識別することができる。
【００２２】
特に、各種蛍光灯はそれぞれ固有の輝線スペクトルを有しているため、輝線スペクトルがどの波長で発生しているかを検出することにより蛍光灯の種類を正確に識別することができ、正確なホワイトバランス調整を行うことが可能になる。また、蛍光灯以外の各種光源についても、主感光部２２からの撮像信号と従感光部２３からの撮像信号との信号レベルを比較することによって精度の高い識別を行うことができる。
【００２３】
図７は画像信号処理のプロセスを説明するブロック図である。撮影者が機能ダイヤル６、レリーズボタン８及び入力操作パネル１０などからなる操作部４０により撮影操作を行うと、ＣＰＵ４１はドライバ４２を介して撮影レンズ２及びレンズ鏡筒３などからなる光学系４３を駆動して撮影を行う。
【００２４】
撮影が終了すると、ＣＰＵ４１はタイミング発生器４４を介してドライバ４５を駆動し、読み出しゲートパルスをＣＣＤ２０の転送電極Ｖ１ｍ，Ｖ２ｍ，Ｖ３ｍ，Ｖ４ｍに印加する。読み出しゲートパルスの印加により主感光部２２の電荷がＶＣＣＤ及びＨＣＣＤを介してＣＣＤ２０から取り出され、ＣＤＳ／ＧＣＡ部４６に転送される。主感光部２２からの画像信号をすべて取り出した後、さらに読み出しゲートパルスを転送電極Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓ，Ｖ３ｓ，Ｖ４ｓに印加して同様に従感光部２３の画像信号を取り出し、ＣＣＤ２０からＣＤＳ／ＧＣＡ部４６に転送する。
【００２５】
ＣＤＳ／ＧＣＡ部４６では、ＣＣＤ２０からの画像信号に含まれるノイズを相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ） によって除去し、利得可変増幅器（Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）によって画像信号の大きさの最適化を行う。ＣＤＳ／ＧＣＡ処理が行われた画像信号は、ＡＤ変換器４７によってデジタル信号に変換される。
【００２６】
ＡＤ変換器４７によってデジタル信号に変換された撮像信号は、信号処理部４８に送られる。信号処理部４８では、後に詳しく説明するように主感光部２２から得られた画像と従感光部２３から得られた画像とを比較演算して測光時にホワイトバランス調整を行う他、撮影が行われた際には必要に応じて主感光部２２から得られた画像に対して広ダイナミックレンジ化などの処理を行う。信号処理部４８によって各種処理が行われた後、完成された撮影画像が液晶ディスプレイ１１に表示され、また画像データが記録メディア４９に記録される。なお、ＣＣＤ２０からの画像信号の読み出しから信号処理部４８での補間処理に至るまでのすべての信号処理に用いるパルス信号をタイミング発生器４４によって基準クロックに同期して発生させることにより、各信号処理プロセスを最適な条件で行うことができる。
【００２７】
図８は、信号処理部４８の信号処理プロセスを示す説明図である。測光時にＣＣＤ２０から取り出された撮像信号はＡＤ変換器４７によってデジタル信号に変換された後、ＷＢゲイン決定部５０に送られる。ＷＢゲイン決定部５０では、Ｒ，Ｂ，Ｇ各色毎に主感光部２２から得られた信号レベルの積算値と従感光部２３から得られた信号レベルの積算値とを比較することによって照明光源の種類を識別し、識別された光源の種類にしたがって主感光部２２及び従感光部２３のＲ，Ｂ，Ｇ各色のゲイン補正係数を決定する。比較方法として例えば、主感光部の信号レベルの積算値Ｍ＝従感光部の信号レベルの積算値Ｓ×感度係数αであれば通常光とし、主感光部の信号レベルの積算値Ｍ≠従感光部の信号レベルの積算値Ｓ×感度係数αである場合には、差の大きさに応じて異種光源の種類を識別する方法が考えられる。なお、感度係数αの値はカラーフィルタの厚みなど撮像素子の設計によって決定されるものである。
【００２８】
測光が終了し、ＷＢゲイン決定部５０において主感光部２２及び従感光部２３のＲ，Ｇ，Ｂ各色のゲイン補正係数が決定された後、撮影が行われると、主感光部２２及び従感光部２３から取り出された撮像信号がそれぞれＡＤ変換器４７によってデジタル信号に変換された後、主感光部２２からの撮像信号はＷＢゲイン決定部５０において決定されたゲイン補正係数にしたがってゲイン補正部５１ａでＲ，Ｇ，Ｂ各色のゲイン補正が行われてホワイトバランスが調整される。従感光部２３からの撮像信号はゲイン補正部５１ｂで同様にＷＢゲイン決定部５０において決定されたゲイン補正係数にしたがってゲイン補正が行われる。
【００２９】
ゲイン補正部５１ａ，５１ｂから出力された主感光部２２及び従感光部２３からの撮影画像は、ガンマ補正部５２ａ，５２ｂにおいてガンマ補正が行われた後、画像加算部５３で画素単位に合成される。このとき、必要に応じて広ダイナミックレンジ化などの処理が行われる。合成された撮影画像は各種補正部５４によって必要に応じて輪郭補正や色調補正などが行われた後、ＪＰＥＧ圧縮部５５においてＪＰＥＧ画像に圧縮されて記録メディア４９に記録される。また、画像縮小部５６において画像縮小処理が行われた後、液晶ディスプレイ１１に表示される。これらの完成された画像は、正確なホワイトバランス調整が行われているため高画質なものとなる。
【００３０】
上記実施形態では、主感光部２２上と従感光部２３上とでカラーフィルタの厚みが異なるように構成することにより、主感光部２２で光電変換される被写体光と従感光部２３で光電変換される被写体光の分光特性とを異ならせているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図９に示すように、主感光部６２と従感光部６３の光軸方向への厚みが異なるように構成することによって主感光部２２で光電変換される被写体光と従感光部２３で光電変換される被写体光の分光特性とを異ならせるようにしてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では従感光部２３の上方に第２カラーフィルタ３３を設けることにより主感光部２２上と従感光部２３上とでカラーフィルタの厚みが異なるように構成されているが、カラーフィルタの厚みを異ならせる方法はこれに限定されず、１枚のカラーフィルタで部分ごとに厚みを変化させるようにしてもよい。また、上記実施形態では主感光部２２上よりも従感光部２３上のカラーフィルタが厚くなるように構成されているが、逆に主感光部２２上のカラーフィルタが厚くなるように構成してもよい。
【００３２】
また、各画素の配列はハニカム構造に限定されず、例えば正方行列的に各画素を配列してもよい。さらに、撮像素子もＣＣＤに限定されるものではなく、例えばＭＯＳ型撮像素子など、ＣＣＤ以外の撮像素子に本発明を適用することもできる。
【００３３】
なお、上記実施形態ではデジタルスチルカメラに本発明を適用したが、本発明の適用はデジタルスチルカメラに限定されず、画像入力装置などに本発明を適用するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上発明したように、本発明の撮像装置によれば、カラーフィルタを通過した被写体光を、主感光部及び主感光部と異なる分光特性をもつ従感光部でそれぞれ受光して撮像信号に変換する撮像素子と、前記主感光部から取り出された撮像信号と前記従感光部から取り出された撮像信号とを比較することにより照明光源の種類を判断する判断部とを備えたので、照明光源の識別精度を向上させることができ、正確なホワイトバランス調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したデジタルスチルカメラの前面斜視図である。
【図２】本発明を適用したデジタルスチルカメラの背面斜視図である。
【図３】本発明の撮像素子を説明する平面概略図である。
【図４】本発明の撮像素子を説明する断面概略図である。
【図５】主感光部及び従感光部の分光特性の例を示す説明図である。
【図６】蛍光灯の分光特性例を示す説明図である。
【図７】画像信号処理のプロセスを示すブロック図である。
【図８】信号処理部の信号処理プロセスを示す説明図である。
【図９】本発明の別の実施形態による撮像素子を説明する断面概略図である。
【符号の説明】
１ デジタルスチルカメラ
２０ ＣＣＤ
２２ 主感光部
２３ 従感光部
３１ 第１カラーフィルタ
３３ 第２カラーフィルタ
５０ ＷＢゲイン決定部

Claims (2)

1. カラーフィルタを通過した被写体光を、主感光部及び主感光部と異なる分光特性をもつ従感光部でそれぞれ受光して撮像信号に変換する撮像素子と、前記主感光部から取り出された撮像信号と前記従感光部から取り出された撮像信号とを比較することにより照明光源の種類を判断する判断部とを備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記従感光部を覆うカラーフィルタの膜厚を、前記主感光部を覆うカラーフィルタの膜厚に対して厚く、もしくは薄くなるように構成したことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。

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