JP3596860B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子から得られた映像信号を処理する撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像素子ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）の読み出し方が、垂直方向の２画素ずつを加算させて読み出すＦｉｅｌｄ読み出し方式の場合には、Ｆｉｅｌｄ読み出し用の基板電圧をＣＣＤに供給し、一方、ＣＣＤの読み出し方が垂直方向の２画素を加算させずに１画素ずつ読み出すＦｒａｍｅ読み出し方式の場合には、Ｆｒａｍｅ読み出し用の基板電圧をＣＣＤに供給するように制御していた。また、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式は、Ｆｒａｍｅ読み出しに対して、ＣＣＤ読み出し時における感度を２倍であるものとし、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の静止画像を得る為の露光量制御動作をＦｉｅｌｄ読み出しにより行い、Ｆｉｅｌｄ読み出しにより検出した露光量とＦｒａｍｅ読み出し方式がＦｉｅｌｄ読み出し方式に対し感度が１／２になることとしてＦｒａｍｅ読み出し方式の静止画露光の露光量を制御していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
撮像素子ＣＣＤの構造は、図５（Ａ）にＣＣＤの断面構造を示し、図５（Ｂ）にその点線Ｘ−Ｙ−Ｙ’の水平方向及び断面方向の電子ポテンシャル図を示す。図５（Ａ）において、２１がｎ型半導体基板、２２がｐ型第１半導体領域、２３がｎ型光電変換素子領域、２４が０２領域を有する垂直電荷転送素子のｎ型チャネル領域、２５がｐ型のチャネルストップ領域、２６が０２領域のｎ型チャネル領域の光電変換電荷をポテンシャルｄで転送しポテンシャルｅで遮断する垂直電荷転送素子の転送電極、２７がｎ型半導体基板２１に基板電圧（ＶＳＵＢ）を加える電源を示している。
【０００４】
図５（Ａ）において、電源ＶＳＵＢ２７を通してｎ型半導体基板２１に印加する基板電圧（ＶＳＵＢ）がある電圧値において、ＣＣＤの深さ方向の障壁を図５（Ｂ）のａであるとき、基板電圧値を下げると、障壁は（Ｂ）のｂのように大きくなる働きがある。この障壁は０１領域に光電変換された光電荷による蓄積された電荷が、０３領域の方向への移動を妨げる働きがある。また、基板電圧値を上げると障壁は特性ｃのように電子が流れやすくなる。このように基板電圧を高く変化させるとポテンシャルのピークは浅い方向のａ→ｃに移動し、１画素に蓄積できる電荷量が減少する。逆に基板電圧を低く変化させるとポテンシャルのピークは深い方向のａ→ｂに移動し、１画素に蓄積できる電荷量が増加する。
【０００５】
このポテンシャルのピーク位置の移動は、基板への印加電圧が低くてポテンシャルのピーク位置が浅い方向に移動した場合は、波長の長い光である赤色の感度が小さくなり、逆に基板への印加電圧が高くてポテンシャルのピーク位置が深い方向に移動した場合は、波長の長い光である赤色の感度が大きくなる性質を持っている。
【０００６】
尚、ｎ型半導体基板２１にパルス状に電圧（ＥＳＨ）を印加すると、障壁ａはｃに変化し、０１領域にある電荷は０３領域に全て移動させることができる。この動作を用いて、０１領域に電荷を貯える開始時間を任意に設定することができる。このパルス状の電圧（ＥＳＨ）を電子シャッターと呼ぶ。
【０００７】
上記ＣＣＤの性質に鑑みると、基板電圧をＦｉｅｌｄ読み出し方式に最適にするためには、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式が２画素をＣＣＤの垂直転送路にて加算する事から、基板電圧を高くし、ポテンシャルのピークを浅めにすることで１画素当たりの飽和蓄積電荷量を小さくし、垂直転送路にて２画素加算の際に２画素の電荷量が垂直転送路の蓄積電荷量を超えないようにする必要がある。このＦｉｅｌｄ読み出し方式に適した基板電圧を、Ｆｒａｍｅ読み出し時に用いると、１画素当たりの飽和蓄積電荷量を小さくしているため、Ｆｒａｍｅ読み出しの飽和ＣＣＤ出力は小さくなる問題がある。
【０００８】
逆に、基板電圧をＦｒａｍｅ読み出し方式に最適になるように基板電圧を低くし、ポテンシャルのピークを深めにして、１画素当たりの蓄積電荷量を大きくすると、この基板電圧でＦｉｅｌｄ読み出しを行うと、垂直転送路にて２画素加算の際に２画素の電荷量が垂直転送路の蓄積電荷量を超えてしまい、溢れた電荷は他の画素信号にまざるブルーミング現象が生じる問題がある。
【０００９】
このことから、Ｆｉｅｌｄ読み出し時とＦｒａｍｅ読み出し時とで各々に最適な基板電圧を印加している。
【００１０】
上記基板電圧制御を用いて、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の静止画像を露光する際において、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の静止画像のための露光時間・絞り径等の露光条件の決定を、Ｆｉｅｌｄ読み出し駆動で読み出された信号を用いて決定している。この露光条件決定において、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式はＣＣＤにおいて２画素を加算して読み出すことから、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の１画素ずつ読み出す信号振幅の２倍であることとしているが、この方法では印加する基板電圧がＦｉｅｌｄ読み出し方式とＦｒａｍｅ読み出し方式とで異なり、Ｆｒａｍｅ読み出し時における基板電圧は、Ｆｉｅｌｄ読み出し時に比べて低く設定され、ＣＣＤ内部のポテンシャルピークは深めとなり、波長の長い光である赤色の感度が大きくなっており、この長波長側の画素感度の変化分だけＦｉｅｌｄ読み出しで決定した露光条件よりＦｒａｍｅ読み出しの輝度差として現れ、最適な輝度の画像を得ることができない問題がある。
【００１１】
また、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式とＦｒａｍｅ読み出し方式とで、ＣＣＤの長波長の感度変化により、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式とＦｒａｍｅ読み出し方式とで得られる画像の色再現性が異なる問題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、前記第１の動作モードでの前記撮像素子の出力信号と、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度の感度差とに基き、前記第２の動作モードにおける露光量制御を行い、前記第２の動作モードでの前記撮像素子の出力信号に基く画像情報を記録するプロセス制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、前記撮像素子からの信号に対して所定の処理を施すプロセス制御手段とを有し、前記プロセス制御手段は、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度との感度差とに基き、前記第１の動作モードでは第１の基板電圧を前記撮像素子に印加し、前記第２の動作モードでは第２の基板電圧を前記撮像素子に印加することにより生じる前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとにおける色再現性が異なることを抑制するように制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明は、複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、前記第１及び第２の動作モードでの前記撮像素子から出力される信号に対してホワイトバランスを合わせるホワイトバランス手段とを有し、前記ホワイトバランス手段は前記撮像素子の出力信号が有する色成分により色成分比率を検出する検出手段と、前記色成分比率に対して白抽出範囲を設定する設定手段とを有し、前記第１の動作モードで撮像素子を動作させる場合においては、前記ホワイトバランス抽出手段には第１の白抽出範囲を設定し、前記第２の動作モードで撮像素子を動作させる場合においては、前記ホワイトバランス抽出手段には第２の白抽出範囲を設定し、第１の白抽出範囲と第２の白抽出範囲とは、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度の感度差に基いた異なる白抽出範囲であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の特徴を最もよく表す図面であり、同図において、１は対象物からの光を集光させる結像レンズやズームレンズ等の光学系、２は光学系１により集光した光を電気信号に変換するセンサーであるところの撮像素子ＣＣＤ、３はＣＣＤ２より出力された電気信号より所望の信号成分を取り出すＣＤＳ（相関２重サンプリング）部とその信号を増幅する増幅回路とを有するＣＤＳ回路、４はＣＤＳ回路３の出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部、５はＣＣＤ２の読み出し信号（ＸＳＧ１，ＸＳＧ２）および電子シャッター信号（ＥＳＨ）を含むＣＣＤ２・ＣＤＳ３およびＡＤ変換部４を駆動させるための駆動タイミング信号を発生させるタイミングジェネレータ（ＴＧ）、６はＣＣＤ２に基板電圧（ＶＳＵＢ電圧）を与え基板電圧を制御するＶＳＵＢ制御回路、７は一時的にデータを記憶するメモリである。
【００１６】
また、８はメモリ７およびバスをコントロールし、かつＴＧ５に水平同期・垂直同期信号（ＨＤ・ＶＤ）を供給し、ＶＳＵＢ制御回路６に基板電圧制御信号（Ｖｓｕｂ＃Ｃｏｎｔｒｏｌ）を供給し、かつＡＤ変換部４およびメモリ７からの映像信号に対して所定の処理を施すメモリ＆バスコントローラー＆プロセス制御部、９は図１に示す本実施形態のシステム全体を制御するシステムコントローラ、１０は光学系１で集光した光をＣＣＤ２に入射させる、あるいはシャッター等の遮光させる手段および撮像素子への入射光量を変える露光絞り手段を有するメカシャッター＆絞り手段である。
【００１７】
また、１１はＣＣＤ２で露光した映像信号を所定の処理を施した後に記録するためのビデオ録画装置やビデオカメラ装置等の映像記録装置としての記録媒体であり、１２はメモリ＆バスコントローラー＆プロセス８で処理を施された映像信号を表示するＣＲＴや液晶、プラズマ・ディスプレイ・パネル、表面伝導型電子放出素子のディスプレイ・パネル等のモニタを含む映像表示手段である。
【００１８】
図２は本発明の特徴を表すタイミング図であり、同図を用いて本発明の動作を説明する。図２（ａ）には、露光量検出動作を説明するタイミングであり、図２（ｂ）には静止画像露光量動作を説明するタイミングである。
【００１９】
図２（ａ）において、露光量検出動作（ＣＣＤ２はＦｉｅｌｄ読み出しで動作する）に記すＶ０〜Ｖ２期間に、撮像素子ＣＣＤ２に基板電圧（ＶＳＵＢ電圧）ＶＳＵＢ＿Ｆｉを印加し、Ｖ１期間に撮像素子ＣＣＤ２で露光した映像をＶ２期間において電気信号として撮像素子ＣＣＤ２より読み出す。Ｖ１期間の露光条件は、メカシャッター＆絞り手段１０の絞り開口径をＦ＿１とし、絞り開口径Ｆ＿１に対応する開口値を（Ａｖ＿１）とし、電子シャッター（ＥＳＨ）と読み出しパルス（ＸＳＧ１，ＸＳＧ２）によって定まる露光時間をＴ１とし、露光時間Ｔ１に対応する時間値を（Ｔｖ＿１）とし、Ｖ２期間におけるＣＤＳ回路のアンプゲインを（Ｇａｉｎ＿Ｆｉ）とし、撮像素子ＣＣＤおよびＣＤＳ回路を含めた感度値を（Ｓｖ＿１）とする。
【００２０】
また、Ｖ２期間に読み出される映像信号に対して露光量検出を行い、該露光量検出結果より撮像素子ＣＣＤに基板電圧（ＶＳＵＢ電圧）ＶＳＵＢ＿Ｆｒが印加される静止画露光動作（ＣＣＤはＦｒａｍｅ読み出しで動作する）における開口値を（Ａｖ＿２）・露光時間値を（Ｔｖ＿２）およびＣＤＳ回路のアンプゲインを（Ｇａｉｎ＿Ｆｒ）を決定し、開口値（Ａｖ＿２）に対応する開口径Ｆ＿２になるようにメカシャッター＆絞り手段１０を制御し、露光時間値（Ｔｖ＿２）に対応する露光時間Ｔ２となるように電子シャッターおよびメカシャッター＆絞り手段１０を制御する。
【００２１】
また、図２（ｂ）に示す静止画像露光量決定において、メカによる絞り制御の再現精度の影響をなくすために、露光量検出動作時と静止画露光動作時の絞りを同じとし（Ｆ＿１＝Ｆ＿２）、すなわち開口値（Ａｖ＿１＝Ａｖ＿２）とする。露光量検出動作時と静止画露光動作時とで、撮像素子ＣＣＤに印加される基板電圧（ＶＳＵＢ）値が異なる事により、ＣＣＤの感度が異なり、この感度差を感度値としてＳｖ＿αとする。この感度値Ｓｖ＿αは基板電圧（ＶＳＵＢ）値が異なる事による感度差として予め測定し、本システムのメモリ７あるいはシステムコントローラー９に記憶されているものとする。
【００２２】
上記絞り開口径Ｆ＿１に対応する開口値Ａｖ＿１、静止画露光動作における開口値Ａｖ＿２、ＣＤＳ回路のアンプゲインから、以下の式が成立する。
【００２３】
Ａｖ＿１＋Ｔｖ＿１＝Ｂｖ＋Ｓｖ＿１：（露出量検出動作時の露光条件式）
Ａｖ＿２＋Ｔｖ＿２＝Ｂｖ＋Ｓｖ＿２：（静止画露光動作時の露光条件式）
Ａｖ＿１＝Ａｖ＿２，
Ｇａｉｎ＿Ｆｒ＝β＊Ｇａｉｎ＿Ｆｉ
（但し、ここで、Ａｖ＿１は絞り開口径Ｆ＿１に対応する開口値、Ｔｖ＿１は露光時間Ｔ１に対応する時間値、Ｂｖは被写体の輝度値、Ｓｖ＿１は撮像素子ＣＣＤおよびＣＤＳ回路を含めた感度値、Ａｖ＿２は静止画露光動作における開口値、Ｔｖ＿２は露光時間値、Ｓｖ＿２は静止画像動作時のＣＣＤ等の感度値、Ｇａｉｎ＿Ｆｒは静止画露光動作時のＣＤＳ回路のアンプゲイン、Ｇａｉｎ＿Ｆｉは露出量検出動作時のＣＤＳ回路のアンプゲイン、βは静止画露光動作時のゲインに対する動画露光動作時のゲインの比較値である。）
とするならば、静止画露光動作時の感度値Ｓｖ＿２、及び静止画露光動作時の露光時間値Ｔｖ＿２は、
となる。
【００２４】
上記式から求められる露光時間値Ｔｖ＿２となる露光時間、およびＣＤＳ回路のアンプゲイン（Ｇａｉｎ＿Ｆｒ）を静止画露光時に設定することで、静止画露光（Ｆｒａｍｅ読み出しの静止画像）を露出量検出動作時（Ｆｉｅｌｄ読み出し画像）と同じ映像輝度値を得ることができる。従って、露出量検出動作時を基準に静止画露光動作時の露光時間及びＣＤＳ回路のゲインを設定することにより、両動作時における映像信号のレベルのばらつきがなくなり、安定した画像品質の映像信号が得られる。
【００２５】
なお、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像とは、奇数フィールドと偶数フィールドとで１枚のフレーム画像となる読み出し方法であり、飛び越し走査方式によるＣＣＤの読み出し方式であり、Ｆｒａｍｅ読み出しの静止画像とは、１枚の１フレームを順次走査で読み出す方式で、被写体を精密に読み取り静止画は１枚のフレームを読み取ることが一般的である。本実施形態では、フィールド読み出し方式、及びフレーム読み出し方式とで、動画像を撮像する場合には前者を用い、静止画を撮像する場合には後者を用いることとするが、これに限定することもなく、動画像にフレーム読み出しを用いてもよく、垂直走査周波数を速くすることでいずれの方式を用いてもよい。
【００２６】
また、上述したように本実施形態によれば、ＣＣＤ２に印加する基板電圧中、第１の基板電圧をＣＣＤ２に印加して動作させる静止画像動作モードと、第２の基板電圧を印加して動作させる動画像動作モードとに分け、静止画像動作モードと動画像動作モードとのＣＣＤ２の感度差を予めメモリ７に記憶しておき、静止画像動作モードでのＣＣＤ２の出力信号を用いて露光量制御を行う場合、動画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの映像情報をＶＴＲやＤＶＤ等のビデオ録画装置に記録する場合には、静止画像動作モードでのＣＣＤ２の出力信号を用いた露光量制御結果に対し、メモリ７に記憶された静止画像動作モードと動画像動作モードとの感度差を補正した露光条件で動画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの画像情報をビデオ録画装置に記録することにより、画像の映像レベルに静止画像動作時と差異はなく、画像品質的にばらつきのない映像を得ることができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、垂直方向に並ぶ複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応したＣＣＤ２と、該ＣＣＤ２に光を入射および遮光するレンズやズーム等の光学機構と、該光学機構とともに該ＣＣＤ２の露光時間を制御する電子シャッターと、ＣＣＤ２をドライブするドライバーと、ＣＣＤ２に複数種の基板電圧を印加できる内第１の基板電圧をＣＣＤ２に印加して加算読み出しで動作させるＦｉｅｌｄ読み出し画像動作モードと、複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧をＣＣＤ２に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させるＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードとについて、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像動作モードとＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードとのＣＣＤ２の感度差を記憶するメモリとを備えており、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像動作モードでのＣＣＤ２の出力信号を用いて露光量制御を行う構成において、Ｆｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの映像情報を記録する場合には、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像動作モードでの撮像素子の出力信号を用いた露光量制御結果に対し、メモリに記憶されたＦｉｅｌｄ読み出し画像動作モードとＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードとの感度差を補正した露光条件でＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの画像情報をビデオ録画蔵置に記録することによって、各走査方式の違いによる映像のばらつきを吸収できる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態の特徴を最もよく表す図面であり、図１のメモリ＆バスコントローラー＆プロセス制御部８の内部構成および周辺回路構成を表すブロック図である。
【００２９】
図３において、８１は映像信号の接続を制御するスイッチであり、ＣＣＤ２から読み出された映像信号はＡＤ変換部４によりデジタル化された後、動画像動作時（ＣＣＤ２は、Ｆｉｅｌｄ読み出し動作）においては、スイッチ８１の（ａ），（ｂ）の双方をＯＮさせ、ＡＤ変換部４の出力をホワイトバランス（ＷＢ）検出回路８２およびホワイトバランス（ＷＢ）制御回路８３に伝達させ、静止画像動作時（ＣＣＤ２は、Ｆｒａｍｅ読み出し動作）においては、スイッチ８１の（ａ）をＯＮ、（ｂ）をＯＦＦにし、ＣＣＤ２から読み出されＡＤ変換部４でデジタル信号に変換された映像信号をメモリ７に記憶させた後に、スイッチ８１の（ａ）をＯＦＦ、（ｂ）をＯＮにして、メモリ７に記憶されている映像信号をＷＢ検出回路８２およびＷＢ制御回路８３に伝達させる動作を行うようにシステム・コントローラ９により制御されるものである。
【００３０】
ここで、動画像動作及び静止画像動作の切り換えと同期した接続スイッチ８１はリレーを用いたメカニックスイッチでもよいが、ＭＯＳＦＥＴを用いた半導体スイッチが適用される。また、ホワイトバランス（ＷＢ）検出回路８２は映像信号よりホワイトバランスを取るために必要なデータを取得するＷＢ検出回路であり、該ＷＢ制御回路８３においては、入力された映像信号内の隣接する複数の画素群が白色を写しているか否かを前記画素群に含まれる複数の色成分の出力比より判別動作を行い、判別結果をシステム・コントローラ９に送る機能を有し、前記判別動作においてはホワイトバランスが追従する色温度範囲がシステム・コントローラ９より設定することが可能な機能を有するものである。
【００３１】
また、ＷＢ制御回路８３は映像信号のホワイトバランスを合わせるためのＷＢ制御回路であり、該ＷＢ制御回路８２での判別結果からシステム・コントローラ９においてホワイトバランスを合わせるための各色成分に対する係数を算出した結果を受けて、映像信号の各色成分毎に係数をかけてホワイトバランスを合わせる動作を行う。
【００３２】
また、図３において、８４はＷＢ制御回路８３からの出力映像信号の輝度信号に所定の処理を行う輝度信号処理回路であり、８５はＷＢ制御回路８３からの映像信号に含まれる複数種類の色成分信号を各色毎に所望のゲインをかけて所定の複数の色信号を生成する色マトリクス処理回路であり、８６は色マトリクス処理回路８５の出力である色信号の色相を制御する色相調整回路であり、８７は色相調整回路８６より出力された色信号にゲイン（利得）をかけて色濃度を調整する色ゲインアンプであり、８８は輝度信号処理回路８４の出力である輝度信号と色ゲインアンプ８７の出力である色信号とを記録媒体１１および映像表示手段１２の各々に合わせたデータ形式に変換するデータ変換回路である。
【００３３】
本発明のシステムを動画像動作させる場合においては、ＣＣＤ２は複数画素を加算して出力する加算読み出し（Ｆｉｅｌｄ読み出し方式）動作を行うように駆動され、ＣＣＤ基板電圧には加算読み出し（Ｆｉｅｌｄ読み出し方式）に適した電圧値であるところのＶＳＵＢ＿Ｆｉを印加する。
【００３４】
また、静止画像動作においては、ＣＣＤ２は複数画素の加算を行わない読み出し動作（Ｆｒａｍｅ読み出し方式）を行うように駆動され、ＣＣＤ基板電圧にはフレーム読み出し方式に適した電圧値であるところのＶＳＵＢ＿Ｆｒを印加する。
【００３５】
また、ＣＣＤ２は複数の色フィルタを有し、例えば補色フィルタ（Ｍｇ，Ｇ，Ｙｅ，Ｃｙ：マゼンタ、緑色、黄色、シアン）であるならば、
ある被写体を静止画像動作時におけるＣＣＤ２の各色の出力を、
Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ），
Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ），
Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ），
Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ），
として得られる。ここで、λは被写体の波長分光特性、ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）はマゼンタ、緑色、黄色、シアン各色の基板電圧ＶＳＵＢ＿Ｆｉから基板電圧ＶＳＵＢ＿Ｆｒにした時の各色画素の感度差とする。
【００３６】
つぎに、ある被写体を撮像したとき、動画像動作時におけるＣＣＤ２の出力は、
Ｗｒ（λ）＝Ｍｇ（λ）＋Ｙｅ（λ），
Ｇｂ（λ）＝ Ｇ（λ）＋Ｃｙ（λ），
Ｗｂ（λ）＝Ｍｇ（λ）＋Ｃｙ（λ），
Ｇｒ（λ）＝ Ｇ（λ）＋Ｙｅ（λ），
で表される。
【００３７】
白色判別動作は、ＣＣＤ２の出力信号の各色成分を用いた
Ｘｗ＝（Ｙｅ−Ｃｙ）／（Ｍｇ＋Ｇ＋Ｙｅ＋Ｃｙ） （横軸）
Ｙｗ＝（Ｍｇ−Ｇ）／（Ｍｇ＋Ｇ＋Ｙｅ＋Ｃｙ） （縦軸）
による２次元座標で、図４に示すように、白色判別範囲を設定し、ＣＣＤ２より読み出された隣接する複数画素の色成分レベルを上記座標に当てはめて、白色判別範囲にあるか否かを判別する。
【００３８】
図４の（Ｘｗｌ，Ｘｗｈ，Ｙｗ１，Ｙｗ２）は、白色判別範囲を定める値であり、ホワイトバランスの追従範囲を（λ０ｗ〜λＸｗ）とすると、静止画像動作時でのＣＣＤ２の出力の各色成分は、ＶＳＵＢの変化による各色画素の感度差を加えた
｛Ｍｇ（λ０ｗ）＋ｄｍ（λ０ｗ）〜Ｍｇ（λｘｗ）＋ｄｍ（λｘｗ），
Ｇ（λ０ｗ）＋ｄｇ（λ０ｗ）〜Ｇ（λｘｗ）＋ｄｇ（λｘｗ），
Ｙｅ（λ０ｗ）＋ｄｙ（λ０ｗ）〜Ｙｅ（λｘｗ）＋ｄｙ（λｘｗ），
Ｃｙ（λ０ｗ）＋ｄｃ（λ０ｗ）〜Ｃｙ（λｘｗ）＋ｄｃ（λｘｗ）｝，
が、白色範囲であり、これを上図４の白色判別範囲に当てはめると、
例えば、ＸｗｌおよびＸｗｈの静止画像時の値をＸｗｌ＃ｓおよびＸｗｈ＃ｓとすると、
Ｘｗｌ＃ｓ＝｛Ｙｅ（λ０ｗ）＋ｄｙ（λ０ｗ）−Ｃｙ（λ０ｗ）−ｄｃ（λ０ｗ）｝／Ｚ０
Ｘｗｈ＃ｓ＝｛Ｙｅ（λｘｗ）＋ｄｙ（λｘｗ）−Ｃｙ（λｘｗ）−ｄｃ（λｘｗ）｝／Ｚｘ
として表すことができる。
【００３９】
尚、Ｚ０＝｛Ｍｇ（λ０ｗ）＋ｄｍ（λ０ｗ）＋Ｇ（λ０ｗ）＋ｄｇ（λ０ｗ）＋Ｙｅ（λ０ｗ）＋ｄｙ（λ０ｗ）＋Ｃｙ（λ０ｗ）＋ｄｃ（λ０ｗ）｝
Ｚｘ＝｛Ｍｇ（λｘｗ）＋ｄｍ（λｘｗ）＋Ｇ（λｘｗ）＋ｄｇ（λｘｗ）＋Ｙｅ（λｘｗ）＋ｄｙ（λｘｗ）＋Ｃｙ（λｘｗ）＋ｄｃ（λｘｗ）｝
とする。
【００４０】
動画像動作時においては、
｛Ｗｒ（λ０ｗ）〜Ｗｒ（λｘｗ），
Ｇｂ（λ０ｗ）〜Ｇｂ（λｘｗ），
Ｗｂ（λ０ｗ）〜Ｗｂ（λｘｗ）
Ｇｒ（λ０ｗ）〜Ｇｒ（λｘｗ）｝
を白色判別範囲に当てはめ、
例えば、ＸｗｌおよびＸｗｈの動画像時の値をＸｗｌ＃ｍおよびＸｗｈ＃ｍとすると、
として表すことができる。
【００４１】
上記式より、ホワイトバランスの追従範囲をλ０ｗ〜λｘｗに対応する白色判別範囲の設定は、静止画像動作時と動画像動作時とで変える必要があることが解る。
【００４２】
静止画像動作時においては、ＶＳＵＢ電圧変化による感度差｛ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）｝を加味した白色判別範囲とし、動画像動作時においては感度差を加味しない白色判別範囲設定とする。
【００４３】
ＷＢ制御回路８３ではＷＢ検出回路８２の結果をシステム・コントローラ９が受け、システム・コントローラ９内で算出したホワイトバランス係数を映像信号の各色成分毎にかけてホワイトバランスを合わせる。
【００４４】
ある光源下での白色を写した場合のＷＢ制御回路８３出力値は、
静止画像動作時においては、ＣＣＤ基板電圧変化による各画素の感度差を加えて、
ｋｍ＊｛Ｍｇ（λｎｗ）＋ｄｍ（λｎｗ）｝
＝ｋｇ＊｛Ｇ（λｎｗ）＋ｄｇ（λｎｗ）｝
＝ｋｙ＊｛Ｙｅ（λｎｗ）＋ｄｙ（λｎｗ）｝
＝ｋｃ＊｛Ｃｙ（λｎｗ）＋ｄｃ（λｎｗ）｝
（ここで、ｋｍ，ｋｇ，ｋｙ，ｋｃはホワイトバランス係数）
を満足させるホワイトバランス係数をかけた信号を出力する。
【００４５】
一方、動画像動作時においては、
ｋｗｒ＊Ｗｒ（λｎｗ）
＝ｋｇｂ＊Ｇｂ（λｎｗ）
＝ｋｗｂ＊Ｗｂ（λｎｗ）
＝ｋｇｒ＊Ｇｒ（λｎｗ）
（ここで、ｋｗｒ，ｋｇｂ，ｋｗｂ，ｋｇｒはホワイトバランス係数）
を満足させるホワイトバランス係数をかけた信号を出力する。
【００４６】
色マトリクス回路８５においては、上記ＷＢ制御回路８３からの出力信号の各色成分毎に係数をかけて、所定の信号成分に変換するものであり、例えば輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｃｒ、Ｃｂに変換するならば、
静止画像動作時においては、
Ｙ＝ａ１１＊ｋｍ＊（Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ））＋ａ１２＊ｋｇ＊（Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ））＋ａ１３＊ｋｙ＊（Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ））＋ａ１４＊ｋｃ＊（Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ））
Ｃｒ＝ａ２１＊ｋｍ＊（Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ））＋ａ２２＊ｋｇ＊（Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ））＋ａ２３＊ｋｙ＊（Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ））＋ａ２４＊ｋｃ＊（Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ））
Ｃｂ＝ａ３１＊ｋｍ＊（Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ））＋ａ３２＊ｋｇ＊（Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ））＋ａ３３＊ｋｙ＊（Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ））＋ａ３４＊ｋｃ＊（Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ））
ａ１１〜ａ３４はマトリクス係数
とする。
【００４７】
動画像動作時においては、ＣＣＤの各色画素を加算して読み出し、かつ各色画素のＶＳＵＢ変化による感度差を含めているため、例えば輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｃｒ、Ｃｂに変換するならば、マトリクスの式は、
Ｙ＝ｂ１１＊（ｋｗｒ＊Ｗｒ（λ））＋ｂ１２＊（ｋｇｂ＊Ｇｂ（λ））＋ｂ１３＊（ｋｗｂ＊Ｗｂ（λ））＋ｂ１４＊（ｋｇｒ＊Ｇｒ（λ））
Ｃｒ＝ｂ２１＊（ｋｗｒ＊Ｗｒ（λ））＋ｂ２２＊（ｋｇｂ＊Ｇｂ（λ））＋ｂ２３＊（ｋｗｂ＊Ｗｂ（λ））＋ｂ２４＊（ｋｇｒ＊Ｇｒ（λ））
Ｃｂ＝ｂ３１＊（ｋｗｒ＊Ｗｒ（λ））＋ｂ３２＊（ｋｇｂ＊Ｇｂ（λ））＋ｂ３３＊（ｋｗｂ＊Ｗｂ（λ））＋ｂ３４＊（ｋｇｒ＊Ｇｒ（λ））
ｂ１１〜ｂ３４はマトリクス係数
とし、輝度信号と２つの色差信号に変換する。
（なお、条件の項目は垂直方向の色モアレを抑圧するための条件である。）
上記マトリクスの係数（静止画像動作時はａ１１〜ａ３４，動画像動作時はｂ１１〜ｂ３４）を、色再現性が最適になるように設定する。上記の動画像動作時にはＶＳＵＢ電圧変化による感度差｛ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）｝が含まれず、演算検出が容易である。
【００４８】
しかし、静止画像動作時と動画像動作時とでは、ＶＳＵＢ電圧値による感度差｛ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）｝、及びＶＳＵＢ電圧値による感度差の影響を受けたホワイトバランス係数（静止画像時は、ｋｍ，ｋｇ，ｋｙ，ｋｃ、動画像時はｋｗｒ，ｋｇｂ，ｋｗｂ，ｋｇｒ）により、全ての被写体色の再現性を静止画像と動画像とで同一にすることができない。
【００４９】
そこで、静止画像と動画像との色再現性を近づけるために、色相調整回路８６においては、上記色マトリクス回路の出力信号であるところの２つの色差信号に対し、
Ｒ−Ｙ＝ｃ１１＊Ｃｒ＋ｃ１２＊Ｃｂ
Ｂ−Ｙ＝ｃ２１＊Ｃｒ＋ｃ２２＊Ｃｂ
のマトリクスにより２つの色差信号の位相関係｛ｃ１１，ｃ１２，ｃ２１，ｃ２２｝により補正し、色再現性を高める機能をはたす。この位相関係｛ｃ１１，ｃ１２，ｃ２１，ｃ２２｝のマトリクス係数は、再生した画像を観測することにより画像品質を高く保つために、人の視覚特性と画像に対する受容感性とにより、本システム全体の構成を考慮して決定することができる。
【００５０】
このように、静止画像動作時と動画像動作時とでは、前述のように、ＣＣＤ２に印加する基板電圧の違いにより、各色画素の分光特性が変化し、その変化に各色フィルタの分光特性と被写体色および光源色が加わることで、また、静止画像と動画像とでは、色マトリクス回路８５の出力信号Ｃｒ，Ｃｂによる色再現では異なる事となり、この違いを補正するために位相調整回路８６のマトリクス係数であるところの（ｃ１１，ｃ１２，ｃ２１，ｃ２２）を印加する基板電圧値に応じて変更して最適な色再現となるようにする。
【００５１】
上述の本実施形態によれば、複数の色フィルタを備えたＣＣＤ２と、該ＣＣＤ２に光を入射および遮光する集光レンズやズームレンズ等の光学機構と、該光学機構と共にＣＣＤ２の露光時間を制御する電子シャッターと、ＣＣＤ２を駆動するドライバーと、ＣＣＤ２に複数種の基板電圧を印加する基板電圧発生器とを有し、複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧をＣＣＤ２に印加して動作させる静止画像動作モードと、第２の基板電圧を印加して動作させる動画像動作モードとで、静止画像および動画像動作モードでのＣＣＤ２から出力される映像信号に対してホワイトバランスを合わせるホワイトバランス回路を備えて、ホワイトバランス回路には、ＣＣＤ２の出力信号が有する色成分により色成分比率を検出し、該色成分比率に対して白抽出範囲を設定する設定手段を備えており、静止画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては、ホワイトバランス回路には第１の白抽出範囲を設定し、動画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては、ホワイトバランス回路には第２の白抽出範囲を設定する。この第１及び第２の白抽出範囲を設定しておくことで、静止画像及び動画像に拘わらず色再現性に優れた映像信号を得ることができる。
【００５２】
また、上記実施形態によれば、ＣＣＤ２の読み出し方式が動画像の場合のように複数画素を加算して読み出す方式と、静止画像の撮像の場合のように複数画素の加算を行わない読み出し方式の２つの方式に対応している場合においても、色再現性に優れた映像信号を得ることができ、これをビデオ録画等によって保管することができる。
【００５３】
また、上記実施形態による静止画像及び動画像の２つの色信号の色相を調整する方式として、静止画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては色相調整する場合に第１の色相調整値として設定し、動画像動作モードではＣＣＤ２を動作させる場合において第２の色相調整値として、図３について説明した色調整回路８６のマトリクス係数を設定することにより、最適な色再現となる映像信号を得ることができる。この映像信号を映像記録装置等に録画することで、静止画像及び動画像とでばらつきのない画像を見ることができる。
【００５４】
また、複数の色フィルタを有するＣＣＤ２の垂直方向に並ぶ複数画素を加算して読み出す静止画像のような読み出し方式と、複数画素の加算を行わない動画像のような読み出し方式の双方に対応したＣＣＤ２等の光センサで撮影する場合においても、静止画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては色相調整する場合に第１の色相調整値として、動画像動作モードではＣＣＤ２を動作させる場合において第２の色相調整値として、図３で説明した色調整回路８６のマトリクス係数をそれぞれ設定することにより、最適な色再現となる映像信号を得ることができる。
【００５５】
なお、上記実施形態では、ホワイトバランス検出回路８２やホワイトバランス制御回路８３等に、補色フィルタ（Ｍｇ，Ｇ，Ｙｅ，Ｃｙ：マゼンタ、緑色、黄色、シアン）を用いた例について説明したが、ＣＣＤ２の各色フィルタを原色のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）として用いた場合でも、同様に適用できる。また、補色フィルタとして緑色フィルタを用いた例を示したが、場合によっては緑色を欠如したマゼンタ、黄色、シアンとでホワイトバランス等の信号処理を行うことがあるが、この場合でも、基本的な技術思想を同一として本発明を適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、印加する基板電圧値が異なる動作状態においても適切な露光量制御が可能となる。
【００５７】
また、本発明によれば、印加する基板電圧値が異なる動作状態においても適切なホワイトバランスを得ることができる。および色再現が得ることができる。
【００５８】
また、本発明によれば印加する基板電圧値が異なる動作状態においても適切な色再現を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシステムの構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る制御タイミングを説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るブロック図である。
【図４】本発明の２次元座標による白色判別範囲を示すグラフである。
【図５】ＣＣＤの構造および動作を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光学系
２ 撮像素子ＣＣＤ
３ ＣＤＳ回路
４ ＡＤ変換
５ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
６ ＶＳＵＢ制御回路
７ メモリ
８ メモリ＆バスコントローラー＆プロセス
９ システムコントローラー
１０ メカシャッター
１１ 記録媒体
１２ 映像表示手段
８１ スイッチ
８２ ホワイトバランス検出回路
８３ ホワイトバランス制御回路
８４ 輝度信号処理回路
８５ 色マトリクス処理回路
８６ 色相調整回路
８７ 色ゲインアンプ
８８ データ変換回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子から得られた映像信号を処理する撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像素子ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）の読み出し方が、垂直方向の２画素ずつを加算させて読み出すＦｉｅｌｄ読み出し方式の場合には、Ｆｉｅｌｄ読み出し用の基板電圧をＣＣＤに供給し、一方、ＣＣＤの読み出し方が垂直方向の２画素を加算させずに１画素ずつ読み出すＦｒａｍｅ読み出し方式の場合には、Ｆｒａｍｅ読み出し用の基板電圧をＣＣＤに供給するように制御していた。また、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式は、Ｆｒａｍｅ読み出しに対して、ＣＣＤ読み出し時における感度を２倍であるものとし、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の静止画像を得る為の露光量制御動作をＦｉｅｌｄ読み出しにより行い、Ｆｉｅｌｄ読み出しにより検出した露光量とＦｒａｍｅ読み出し方式がＦｉｅｌｄ読み出し方式に対し感度が１／２になることとしてＦｒａｍｅ読み出し方式の静止画露光の露光量を制御していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
撮像素子ＣＣＤの構造は、図５（Ａ）にＣＣＤの断面構造を示し、図５（Ｂ）にその点線Ｘ−Ｙ−Ｙ’の水平方向及び断面方向の電子ポテンシャル図を示す。図５（Ａ）において、２１がｎ型半導体基板、２２がｐ型第１半導体領域、２３がｎ型光電変換素子領域、２４が０２領域を有する垂直電荷転送素子のｎ型チャネル領域、２５がｐ型のチャネルストップ領域、２６が０２領域のｎ型チャネル領域の光電変換電荷をポテンシャルｄで転送しポテンシャルｅで遮断する垂直電荷転送素子の転送電極、２７がｎ型半導体基板２１に基板電圧（ＶＳＵＢ）を加える電源を示している。
【０００４】
図５（Ａ）において、電源ＶＳＵＢ２７を通してｎ型半導体基板２１に印加する基板電圧（ＶＳＵＢ）がある電圧値において、ＣＣＤの深さ方向の障壁を図５（Ｂ）のａであるとき、基板電圧値を下げると、障壁は（Ｂ）のｂのように大きくなる働きがある。この障壁は０１領域に光電変換された光電荷による蓄積された電荷が、０３領域の方向への移動を妨げる働きがある。また、基板電圧値を上げると障壁は特性ｃのように電子が流れやすくなる。このように基板電圧を高く変化させるとポテンシャルのピークは浅い方向のａ→ｃに移動し、１画素に蓄積できる電荷量が減少する。逆に基板電圧を低く変化させるとポテンシャルのピークは深い方向のａ→ｂに移動し、１画素に蓄積できる電荷量が増加する。
【０００５】
このポテンシャルのピーク位置の移動は、基板への印加電圧が低くてポテンシャルのピーク位置が浅い方向に移動した場合は、波長の長い光である赤色の感度が小さくなり、逆に基板への印加電圧が高くてポテンシャルのピーク位置が深い方向に移動した場合は、波長の長い光である赤色の感度が大きくなる性質を持っている。
【０００６】
尚、ｎ型半導体基板２１にパルス状に電圧（ＥＳＨ）を印加すると、障壁ａはｃに変化し、０１領域にある電荷は０３領域に全て移動させることができる。この動作を用いて、０１領域に電荷を貯える開始時間を任意に設定することができる。このパルス状の電圧（ＥＳＨ）を電子シャッターと呼ぶ。
【０００７】
上記ＣＣＤの性質に鑑みると、基板電圧をＦｉｅｌｄ読み出し方式に最適にするためには、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式が２画素をＣＣＤの垂直転送路にて加算する事から、基板電圧を高くし、ポテンシャルのピークを浅めにすることで１画素当たりの飽和蓄積電荷量を小さくし、垂直転送路にて２画素加算の際に２画素の電荷量が垂直転送路の蓄積電荷量を超えないようにする必要がある。このＦｉｅｌｄ読み出し方式に適した基板電圧を、Ｆｒａｍｅ読み出し時に用いると、１画素当たりの飽和蓄積電荷量を小さくしているため、Ｆｒａｍｅ読み出しの飽和ＣＣＤ出力は小さくなる問題がある。
【０００８】
逆に、基板電圧をＦｒａｍｅ読み出し方式に最適になるように基板電圧を低くし、ポテンシャルのピークを深めにして、１画素当たりの蓄積電荷量を大きくすると、この基板電圧でＦｉｅｌｄ読み出しを行うと、垂直転送路にて２画素加算の際に２画素の電荷量が垂直転送路の蓄積電荷量を超えてしまい、溢れた電荷は他の画素信号にまざるブルーミング現象が生じる問題がある。
【０００９】
このことから、Ｆｉｅｌｄ読み出し時とＦｒａｍｅ読み出し時とで各々に最適な基板電圧を印加している。
【００１０】
上記基板電圧制御を用いて、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の静止画像を露光する際において、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の静止画像のための露光時間・絞り径等の露光条件の決定を、Ｆｉｅｌｄ読み出し駆動で読み出された信号を用いて決定している。この露光条件決定において、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式はＣＣＤにおいて２画素を加算して読み出すことから、Ｆｒａｍｅ読み出し方式の１画素ずつ読み出す信号振幅の２倍であることとしているが、この方法では印加する基板電圧がＦｉｅｌｄ読み出し方式とＦｒａｍｅ読み出し方式とで異なり、Ｆｒａｍｅ読み出し時における基板電圧は、Ｆｉｅｌｄ読み出し時に比べて低く設定され、ＣＣＤ内部のポテンシャルピークは深めとなり、波長の長い光である赤色の感度が大きくなっており、この長波長側の画素感度の変化分だけＦｉｅｌｄ読み出しで決定した露光条件よりＦｒａｍｅ読み出しの輝度差として現れ、最適な輝度の画像を得ることができない問題がある。
【００１１】
また、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式とＦｒａｍｅ読み出し方式とで、ＣＣＤの長波長の感度変化により、Ｆｉｅｌｄ読み出し方式とＦｒａｍｅ読み出し方式とで得られる画像の色再現性が異なる問題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、前記第１の動作モードでの前記撮像素子の出力信号と、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度の感度差とに基き、前記第２の動作モードにおける露光量制御を行い、前記第２の動作モードでの前記撮像素子の出力信号に基く画像情報を記録するプロセス制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、前記撮像素子からの信号に対して所定の処理を施すプロセス制御手段とを有し、前記プロセス制御手段は、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度との感度差とに基き、前記第１の動作モードでは第１の基板電圧を前記撮像素子に印加し、前記第２の動作モードでは第２の基板電圧を前記撮像素子に印加することにより生じる前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとにおける色再現性が異なることを抑制するように制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明は、複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、前記第１及び第２の動作モードでの前記撮像素子から出力される信号に対してホワイトバランスを合わせるホワイトバランス手段とを有し、前記ホワイトバランス手段は前記撮像素子の出力信号が有する色成分により色成分比率を検出する検出手段と、前記色成分比率に対して白抽出範囲を設定する設定手段とを有し、前記第１の動作モードで撮像素子を動作させる場合においては、前記ホワイトバランス抽出手段には第１の白抽出範囲を設定し、前記第２の動作モードで撮像素子を動作させる場合においては、前記ホワイトバランス抽出手段には第２の白抽出範囲を設定し、第１の白抽出範囲と第２の白抽出範囲とは、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度の感度差に基いた異なる白抽出範囲であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の特徴を最もよく表す図面であり、同図において、１は対象物からの光を集光させる結像レンズやズームレンズ等の光学系、２は光学系１により集光した光を電気信号に変換するセンサーであるところの撮像素子ＣＣＤ、３はＣＣＤ２より出力された電気信号より所望の信号成分を取り出すＣＤＳ（相関２重サンプリング）部とその信号を増幅する増幅回路とを有するＣＤＳ回路、４はＣＤＳ回路３の出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部、５はＣＣＤ２の読み出し信号（ＸＳＧ１，ＸＳＧ２）および電子シャッター信号（ＥＳＨ）を含むＣＣＤ２・ＣＤＳ３およびＡＤ変換部４を駆動させるための駆動タイミング信号を発生させるタイミングジェネレータ（ＴＧ）、６はＣＣＤ２に基板電圧（ＶＳＵＢ電圧）を与え基板電圧を制御するＶＳＵＢ制御回路、７は一時的にデータを記憶するメモリである。
【００１６】
また、８はメモリ７およびバスをコントロールし、かつＴＧ５に水平同期・垂直同期信号（ＨＤ・ＶＤ）を供給し、ＶＳＵＢ制御回路６に基板電圧制御信号（Ｖｓｕｂ＃Ｃｏｎｔｒｏｌ）を供給し、かつＡＤ変換部４およびメモリ７からの映像信号に対して所定の処理を施すメモリ＆バスコントローラー＆プロセス制御部、９は図１に示す本実施形態のシステム全体を制御するシステムコントローラ、１０は光学系１で集光した光をＣＣＤ２に入射させる、あるいはシャッター等の遮光させる手段および撮像素子への入射光量を変える露光絞り手段を有するメカシャッター＆絞り手段である。
【００１７】
また、１１はＣＣＤ２で露光した映像信号を所定の処理を施した後に記録するためのビデオ録画装置やビデオカメラ装置等の映像記録装置としての記録媒体であり、１２はメモリ＆バスコントローラー＆プロセス８で処理を施された映像信号を表示するＣＲＴや液晶、プラズマ・ディスプレイ・パネル、表面伝導型電子放出素子のディスプレイ・パネル等のモニタを含む映像表示手段である。
【００１８】
図２は本発明の特徴を表すタイミング図であり、同図を用いて本発明の動作を説明する。図２（ａ）には、露光量検出動作を説明するタイミングであり、図２（ｂ）には静止画像露光量動作を説明するタイミングである。
【００１９】
図２（ａ）において、露光量検出動作（ＣＣＤ２はＦｉｅｌｄ読み出しで動作する）に記すＶ０〜Ｖ２期間に、撮像素子ＣＣＤ２に基板電圧（ＶＳＵＢ電圧）ＶＳＵＢ＿Ｆｉを印加し、Ｖ１期間に撮像素子ＣＣＤ２で露光した映像をＶ２期間において電気信号として撮像素子ＣＣＤ２より読み出す。Ｖ１期間の露光条件は、メカシャッター＆絞り手段１０の絞り開口径をＦ＿１とし、絞り開口径Ｆ＿１に対応する開口値を（Ａｖ＿１）とし、電子シャッター（ＥＳＨ）と読み出しパルス（ＸＳＧ１，ＸＳＧ２）によって定まる露光時間をＴ１とし、露光時間Ｔ１に対応する時間値を（Ｔｖ＿１）とし、Ｖ２期間におけるＣＤＳ回路のアンプゲインを（Ｇａｉｎ＿Ｆｉ）とし、撮像素子ＣＣＤおよびＣＤＳ回路を含めた感度値を（Ｓｖ＿１）とする。
【００２０】
また、Ｖ２期間に読み出される映像信号に対して露光量検出を行い、該露光量検出結果より撮像素子ＣＣＤに基板電圧（ＶＳＵＢ電圧）ＶＳＵＢ＿Ｆｒが印加される静止画露光動作（ＣＣＤはＦｒａｍｅ読み出しで動作する）における開口値を（Ａｖ＿２）・露光時間値を（Ｔｖ＿２）およびＣＤＳ回路のアンプゲインを（Ｇａｉｎ＿Ｆｒ）を決定し、開口値（Ａｖ＿２）に対応する開口径Ｆ＿２になるようにメカシャッター＆絞り手段１０を制御し、露光時間値（Ｔｖ＿２）に対応する露光時間Ｔ２となるように電子シャッターおよびメカシャッター＆絞り手段１０を制御する。
【００２１】
また、図２（ｂ）に示す静止画像露光量決定において、メカによる絞り制御の再現精度の影響をなくすために、露光量検出動作時と静止画露光動作時の絞りを同じとし（Ｆ＿１＝Ｆ＿２）、すなわち開口値（Ａｖ＿１＝Ａｖ＿２）とする。露光量検出動作時と静止画露光動作時とで、撮像素子ＣＣＤに印加される基板電圧（ＶＳＵＢ）値が異なる事により、ＣＣＤの感度が異なり、この感度差を感度値としてＳｖ＿αとする。この感度値Ｓｖ＿αは基板電圧（ＶＳＵＢ）値が異なる事による感度差として予め測定し、本システムのメモリ７あるいはシステムコントローラー９に記憶されているものとする。
【００２２】
上記絞り開口径Ｆ＿１に対応する開口値Ａｖ＿１、静止画露光動作における開口値Ａｖ＿２、ＣＤＳ回路のアンプゲインから、以下の式が成立する。
【００２３】
Ａｖ＿１＋Ｔｖ＿１＝Ｂｖ＋Ｓｖ＿１：（露出量検出動作時の露光条件式）
Ａｖ＿２＋Ｔｖ＿２＝Ｂｖ＋Ｓｖ＿２：（静止画露光動作時の露光条件式）
Ａｖ＿１＝Ａｖ＿２，
Ｇａｉｎ＿Ｆｒ＝β＊Ｇａｉｎ＿Ｆｉ
（但し、ここで、Ａｖ＿１は絞り開口径Ｆ＿１に対応する開口値、Ｔｖ＿１は露光時間Ｔ１に対応する時間値、Ｂｖは被写体の輝度値、Ｓｖ＿１は撮像素子ＣＣＤおよびＣＤＳ回路を含めた感度値、Ａｖ＿２は静止画露光動作における開口値、Ｔｖ＿２は露光時間値、Ｓｖ＿２は静止画像動作時のＣＣＤ等の感度値、Ｇａｉｎ＿Ｆｒは静止画露光動作時のＣＤＳ回路のアンプゲイン、Ｇａｉｎ＿Ｆｉは露出量検出動作時のＣＤＳ回路のアンプゲイン、βは静止画露光動作時のゲインに対する動画露光動作時のゲインの比較値である。）
とするならば、静止画露光動作時の感度値Ｓｖ＿２、及び静止画露光動作時の露光時間値Ｔｖ＿２は、
【００２４】
上記式から求められる露光時間値Ｔｖ＿２となる露光時間、およびＣＤＳ回路のアンプゲイン（Ｇａｉｎ＿Ｆｒ）を静止画露光時に設定することで、静止画露光（Ｆｒａｍｅ読み出しの静止画像）を露出量検出動作時（Ｆｉｅｌｄ読み出し画像）と同じ映像輝度値を得ることができる。従って、露出量検出動作時を基準に静止画露光動作時の露光時間及びＣＤＳ回路のゲインを設定することにより、両動作時における映像信号のレベルのばらつきがなくなり、安定した画像品質の映像信号が得られる。
【００２５】
なお、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像とは、奇数フィールドと偶数フィールドとで１枚のフレーム画像となる読み出し方法であり、飛び越し走査方式によるＣＣＤの読み出し方式であり、Ｆｒａｍｅ読み出しの静止画像とは、１枚の１フレームを順次走査で読み出す方式で、被写体を精密に読み取り静止画は１枚のフレームを読み取ることが一般的である。本実施形態では、フィールド読み出し方式、及びフレーム読み出し方式とで、動画像を撮像する場合には前者を用い、静止画を撮像する場合には後者を用いることとするが、これに限定することもなく、動画像にフレーム読み出しを用いてもよく、垂直走査周波数を速くすることでいずれの方式を用いてもよい。
【００２６】
また、上述したように本実施形態によれば、ＣＣＤ２に印加する基板電圧中、第１の基板電圧をＣＣＤ２に印加して動作させる静止画像動作モードと、第２の基板電圧を印加して動作させる動画像動作モードとに分け、静止画像動作モードと動画像動作モードとのＣＣＤ２の感度差を予めメモリ７に記憶しておき、静止画像動作モードでのＣＣＤ２の出力信号を用いて露光量制御を行う場合、動画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの映像情報をＶＴＲやＤＶＤ等のビデオ録画装置に記録する場合には、静止画像動作モードでのＣＣＤ２の出力信号を用いた露光量制御結果に対し、メモリ７に記憶された静止画像動作モードと動画像動作モードとの感度差を補正した露光条件で動画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの画像情報をビデオ録画装置に記録することにより、画像の映像レベルに静止画像動作時と差異はなく、画像品質的にばらつきのない映像を得ることができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、垂直方向に並ぶ複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応したＣＣＤ２と、該ＣＣＤ２に光を入射および遮光するレンズやズーム等の光学機構と、該光学機構とともに該ＣＣＤ２の露光時間を制御する電子シャッターと、ＣＣＤ２をドライブするドライバーと、ＣＣＤ２に複数種の基板電圧を印加できる内第１の基板電圧をＣＣＤ２に印加して加算読み出しで動作させるＦｉｅｌｄ読み出し画像動作モードと、複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧をＣＣＤ２に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させるＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードとについて、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像動作モードとＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードとのＣＣＤ２の感度差を記憶するメモリとを備えており、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像動作モードでのＣＣＤ２の出力信号を用いて露光量制御を行う構成において、Ｆｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの映像情報を記録する場合には、Ｆｉｅｌｄ読み出し画像動作モードでの撮像素子の出力信号を用いた露光量制御結果に対し、メモリに記憶されたＦｉｅｌｄ読み出し画像動作モードとＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードとの感度差を補正した露光条件でＦｒａｍｅ読み出しの静止画像動作モードによるＣＣＤ２からの出力信号からの画像情報をビデオ録画蔵置に記録することによって、各走査方式の違いによる映像のばらつきを吸収できる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態の特徴を最もよく表す図面であり、図１のメモリ＆バスコントローラー＆プロセス制御部８の内部構成および周辺回路構成を表すブロック図である。
【００２９】
図３において、８１は映像信号の接続を制御するスイッチであり、ＣＣＤ２から読み出された映像信号はＡＤ変換部４によりデジタル化された後、動画像動作時（ＣＣＤ２は、Ｆｉｅｌｄ読み出し動作）においては、スイッチ８１の（ａ），（ｂ）の双方をＯＮさせ、ＡＤ変換部４の出力をホワイトバランス（ＷＢ）検出回路８２およびホワイトバランス（ＷＢ）制御回路８３に伝達させ、静止画像動作時（ＣＣＤ２は、Ｆｒａｍｅ読み出し動作）においては、スイッチ８１の（ａ）をＯＮ、（ｂ）をＯＦＦにし、ＣＣＤ２から読み出されＡＤ変換部４でデジタル信号に変換された映像信号をメモリ７に記憶させた後に、スイッチ８１の（ａ）をＯＦＦ、（ｂ）をＯＮにして、メモリ７に記憶されている映像信号をＷＢ検出回路８２およびＷＢ制御回路８３に伝達させる動作を行うようにシステム・コントローラ９により制御されるものである。
【００３０】
ここで、動画像動作及び静止画像動作の切り換えと同期した接続スイッチ８１はリレーを用いたメカニックスイッチでもよいが、ＭＯＳＦＥＴを用いた半導体スイッチが適用される。また、ホワイトバランス（ＷＢ）検出回路８２は映像信号よりホワイトバランスを取るために必要なデータを取得するＷＢ検出回路であり、該ＷＢ制御回路８３においては、入力された映像信号内の隣接する複数の画素群が白色を写しているか否かを前記画素群に含まれる複数の色成分の出力比より判別動作を行い、判別結果をシステム・コントローラ９に送る機能を有し、前記判別動作においてはホワイトバランスが追従する色温度範囲がシステム・コントローラ９より設定することが可能な機能を有するものである。
【００３１】
また、ＷＢ制御回路８３は映像信号のホワイトバランスを合わせるためのＷＢ制御回路であり、該ＷＢ制御回路８２での判別結果からシステム・コントローラ９においてホワイトバランスを合わせるための各色成分に対する係数を算出した結果を受けて、映像信号の各色成分毎に係数をかけてホワイトバランスを合わせる動作を行う。
【００３２】
また、図３において、８４はＷＢ制御回路８３からの出力映像信号の輝度信号に所定の処理を行う輝度信号処理回路であり、８５はＷＢ制御回路８３からの映像信号に含まれる複数種類の色成分信号を各色毎に所望のゲインをかけて所定の複数の色信号を生成する色マトリクス処理回路であり、８６は色マトリクス処理回路８５の出力である色信号の色相を制御する色相調整回路であり、８７は色相調整回路８６より出力された色信号にゲイン（利得）をかけて色濃度を調整する色ゲインアンプであり、８８は輝度信号処理回路８４の出力である輝度信号と色ゲインアンプ８７の出力である色信号とを記録媒体１１および映像表示手段１２の各々に合わせたデータ形式に変換するデータ変換回路である。
【００３３】
本発明のシステムを動画像動作させる場合においては、ＣＣＤ２は複数画素を加算して出力する加算読み出し（Ｆｉｅｌｄ読み出し方式）動作を行うように駆動され、ＣＣＤ基板電圧には加算読み出し（Ｆｉｅｌｄ読み出し方式）に適した電圧値であるところのＶＳＵＢ＿Ｆｉを印加する。
【００３４】
また、静止画像動作においては、ＣＣＤ２は複数画素の加算を行わない読み出し動作（Ｆｒａｍｅ読み出し方式）を行うように駆動され、ＣＣＤ基板電圧にはフレーム読み出し方式に適した電圧値であるところのＶＳＵＢ＿Ｆｒを印加する。
【００３５】
また、ＣＣＤ２は複数の色フィルタを有し、例えば補色フィルタ（Ｍｇ，Ｇ，Ｙｅ，Ｃｙ：マゼンタ、緑色、黄色、シアン）であるならば、
ある被写体を静止画像動作時におけるＣＣＤ２の各色の出力を、
Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ），
Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ），
Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ），
Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ），
として得られる。ここで、λは被写体の波長分光特性、ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）はマゼンタ、緑色、黄色、シアン各色の基板電圧ＶＳＵＢ＿Ｆｉから基板電圧ＶＳＵＢ＿Ｆｒにした時の各色画素の感度差とする。
【００３６】
つぎに、ある被写体を撮像したとき、動画像動作時におけるＣＣＤ２の出力は、
Ｗｒ（λ）＝Ｍｇ（λ）＋Ｙｅ（λ），
Ｇｂ（λ）＝ Ｇ（λ）＋Ｃｙ（λ），
Ｗｂ（λ）＝Ｍｇ（λ）＋Ｃｙ（λ），
Ｇｒ（λ）＝ Ｇ（λ）＋Ｙｅ（λ），
で表される。
【００３７】
白色判別動作は、ＣＣＤ２の出力信号の各色成分を用いた
Ｘｗ＝（Ｙｅ−Ｃｙ）／（Ｍｇ＋Ｇ＋Ｙｅ＋Ｃｙ） （横軸）
Ｙｗ＝（Ｍｇ−Ｇ）／（Ｍｇ＋Ｇ＋Ｙｅ＋Ｃｙ） （縦軸）
による２次元座標で、図４に示すように、白色判別範囲を設定し、ＣＣＤ２より読み出された隣接する複数画素の色成分レベルを上記座標に当てはめて、白色判別範囲にあるか否かを判別する。
【００３８】
図４の（Ｘｗｌ，Ｘｗｈ，Ｙｗ１，Ｙｗ２）は、白色判別範囲を定める値であり、ホワイトバランスの追従範囲を（λ０ｗ〜λＸｗ）とすると、静止画像動作時でのＣＣＤ２の出力の各色成分は、ＶＳＵＢの変化による各色画素の感度差を加えた
｛Ｍｇ（λ０ｗ）＋ｄｍ（λ０ｗ）〜Ｍｇ（λｘｗ）＋ｄｍ（λｘｗ），
Ｇ（λ０ｗ）＋ｄｇ（λ０ｗ）〜Ｇ（λｘｗ）＋ｄｇ（λｘｗ），
Ｙｅ（λ０ｗ）＋ｄｙ（λ０ｗ）〜Ｙｅ（λｘｗ）＋ｄｙ（λｘｗ），
Ｃｙ（λ０ｗ）＋ｄｃ（λ０ｗ）〜Ｃｙ（λｘｗ）＋ｄｃ（λｘｗ）｝，
が、白色範囲であり、これを上図４の白色判別範囲に当てはめると、
例えば、ＸｗｌおよびＸｗｈの静止画像時の値をＸｗｌ＃ｓおよびＸｗｈ＃ｓとすると、
Ｘｗｌ＃ｓ＝｛Ｙｅ（λ０ｗ）＋ｄｙ（λ０ｗ）−Ｃｙ（λ０ｗ）−ｄｃ（λ０ｗ）｝／Ｚ０
Ｘｗｈ＃ｓ＝｛Ｙｅ（λｘｗ）＋ｄｙ（λｘｗ）−Ｃｙ（λｘｗ）−ｄｃ（λｘｗ）｝／Ｚｘ
として表すことができる。
【００３９】
尚、Ｚ０＝｛Ｍｇ（λ０ｗ）＋ｄｍ（λ０ｗ）＋Ｇ（λ０ｗ）＋ｄｇ（λ０ｗ）＋Ｙｅ（λ０ｗ）＋ｄｙ（λ０ｗ）＋Ｃｙ（λ０ｗ）＋ｄｃ（λ０ｗ）｝
Ｚｘ＝｛Ｍｇ（λｘｗ）＋ｄｍ（λｘｗ）＋Ｇ（λｘｗ）＋ｄｇ（λｘｗ）＋Ｙｅ（λｘｗ）＋ｄｙ（λｘｗ）＋Ｃｙ（λｘｗ）＋ｄｃ（λｘｗ）｝
とする。
【００４０】
動画像動作時においては、
｛Ｗｒ（λ０ｗ）〜Ｗｒ（λｘｗ），
Ｇｂ（λ０ｗ）〜Ｇｂ（λｘｗ），
Ｗｂ（λ０ｗ）〜Ｗｂ（λｘｗ）
Ｇｒ（λ０ｗ）〜Ｇｒ（λｘｗ）｝
を白色判別範囲に当てはめ、
例えば、ＸｗｌおよびＸｗｈの動画像時の値をＸｗｌ＃ｍおよびＸｗｈ＃ｍとすると、
【００４１】
上記式より、ホワイトバランスの追従範囲をλ０ｗ〜λｘｗに対応する白色判別範囲の設定は、静止画像動作時と動画像動作時とで変える必要があることが解る。
【００４２】
静止画像動作時においては、ＶＳＵＢ電圧変化による感度差｛ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）｝を加味した白色判別範囲とし、動画像動作時においては感度差を加味しない白色判別範囲設定とする。
【００４３】
ＷＢ制御回路８３ではＷＢ検出回路８２の結果をシステム・コントローラ９が受け、システム・コントローラ９内で算出したホワイトバランス係数を映像信号の各色成分毎にかけてホワイトバランスを合わせる。
【００４４】
ある光源下での白色を写した場合のＷＢ制御回路８３出力値は、
静止画像動作時においては、ＣＣＤ基板電圧変化による各画素の感度差を加えて、
ｋｍ＊｛Ｍｇ（λｎｗ）＋ｄｍ（λｎｗ）｝
＝ｋｇ＊｛Ｇ（λｎｗ）＋ｄｇ（λｎｗ）｝
＝ｋｙ＊｛Ｙｅ（λｎｗ）＋ｄｙ（λｎｗ）｝
＝ｋｃ＊｛Ｃｙ（λｎｗ）＋ｄｃ（λｎｗ）｝
（ここで、ｋｍ，ｋｇ，ｋｙ，ｋｃはホワイトバランス係数）
を満足させるホワイトバランス係数をかけた信号を出力する。
【００４５】
一方、動画像動作時においては、
ｋｗｒ＊Ｗｒ（λｎｗ）
＝ｋｇｂ＊Ｇｂ（λｎｗ）
＝ｋｗｂ＊Ｗｂ（λｎｗ）
＝ｋｇｒ＊Ｇｒ（λｎｗ）
（ここで、ｋｗｒ，ｋｇｂ，ｋｗｂ，ｋｇｒはホワイトバランス係数）
を満足させるホワイトバランス係数をかけた信号を出力する。
【００４６】
色マトリクス回路８５においては、上記ＷＢ制御回路８３からの出力信号の各色成分毎に係数をかけて、所定の信号成分に変換するものであり、例えば輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｃｒ、Ｃｂに変換するならば、
静止画像動作時においては、
Ｙ＝ａ１１＊ｋｍ＊（Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ））＋ａ１２＊ｋｇ＊（Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ））＋ａ１３＊ｋｙ＊（Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ））＋ａ１４＊ｋｃ＊（Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ））
Ｃｒ＝ａ２１＊ｋｍ＊（Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ））＋ａ２２＊ｋｇ＊（Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ））＋ａ２３＊ｋｙ＊（Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ））＋ａ２４＊ｋｃ＊（Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ））
Ｃｂ＝ａ３１＊ｋｍ＊（Ｍｇ（λ）＋ｄｍ（λ））＋ａ３２＊ｋｇ＊（Ｇ（λ）＋ｄｇ（λ））＋ａ３３＊ｋｙ＊（Ｙｅ（λ）＋ｄｙ（λ））＋ａ３４＊ｋｃ＊（Ｃｙ（λ）＋ｄｃ（λ））
とする。
【００４７】
動画像動作時においては、ＣＣＤの各色画素を加算して読み出し、かつ各色画素のＶＳＵＢ変化による感度差を含めているため、例えば輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｃｒ、Ｃｂに変換するならば、マトリクスの式は、
Ｙ＝ｂ１１＊（ｋｗｒ＊Ｗｒ（λ））＋ｂ１２＊（ｋｇｂ＊Ｇｂ（λ））＋ｂ１３＊（ｋｗｂ＊Ｗｂ（λ））＋ｂ１４＊（ｋｇｒ＊Ｇｒ（λ））
Ｃｒ＝ｂ２１＊（ｋｗｒ＊Ｗｒ（λ））＋ｂ２２＊（ｋｇｂ＊Ｇｂ（λ））＋ｂ２３＊（ｋｗｂ＊Ｗｂ（λ））＋ｂ２４＊（ｋｇｒ＊Ｇｒ（λ））
Ｃｂ＝ｂ３１＊（ｋｗｒ＊Ｗｒ（λ））＋ｂ３２＊（ｋｇｂ＊Ｇｂ（λ））＋ｂ３３＊（ｋｗｂ＊Ｗｂ（λ））＋ｂ３４＊（ｋｇｒ＊Ｇｒ（λ））
とし、輝度信号と２つの色差信号に変換する。
（なお、条件の項目は垂直方向の色モアレを抑圧するための条件である。）
上記マトリクスの係数（静止画像動作時はａ１１〜ａ３４，動画像動作時はｂ１１〜ｂ３４）を、色再現性が最適になるように設定する。上記の動画像動作時にはＶＳＵＢ電圧変化による感度差｛ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）｝が含まれず、演算検出が容易である。
【００４８】
しかし、静止画像動作時と動画像動作時とでは、ＶＳＵＢ電圧値による感度差｛ｄｍ（λ），ｄｇ（λ），ｄｙ（λ），ｄｃ（λ）｝、及びＶＳＵＢ電圧値による感度差の影響を受けたホワイトバランス係数（静止画像時は、ｋｍ，ｋｇ，ｋｙ，ｋｃ、動画像時はｋｗｒ，ｋｇｂ，ｋｗｂ，ｋｇｒ）により、全ての被写体色の再現性を静止画像と動画像とで同一にすることができない。
【００４９】
そこで、静止画像と動画像との色再現性を近づけるために、色相調整回路８６においては、上記色マトリクス回路の出力信号であるところの２つの色差信号に対し、
Ｒ−Ｙ＝ｃ１１＊Ｃｒ＋ｃ１２＊Ｃｂ
Ｂ−Ｙ＝ｃ２１＊Ｃｒ＋ｃ２２＊Ｃｂ
のマトリクスにより２つの色差信号の位相関係｛ｃ１１，ｃ１２，ｃ２１，ｃ２２｝により補正し、色再現性を高める機能をはたす。この位相関係｛ｃ１１，ｃ１２，ｃ２１，ｃ２２｝のマトリクス係数は、再生した画像を観測することにより画像品質を高く保つために、人の視覚特性と画像に対する受容感性とにより、本システム全体の構成を考慮して決定することができる。
【００５０】
このように、静止画像動作時と動画像動作時とでは、前述のように、ＣＣＤ２に印加する基板電圧の違いにより、各色画素の分光特性が変化し、その変化に各色フィルタの分光特性と被写体色および光源色が加わることで、また、静止画像と動画像とでは、色マトリクス回路８５の出力信号Ｃｒ，Ｃｂによる色再現では異なる事となり、この違いを補正するために位相調整回路８６のマトリクス係数であるところの（ｃ１１，ｃ１２，ｃ２１，ｃ２２）を印加する基板電圧値に応じて変更して最適な色再現となるようにする。
【００５１】
上述の本実施形態によれば、複数の色フィルタを備えたＣＣＤ２と、該ＣＣＤ２に光を入射および遮光する集光レンズやズームレンズ等の光学機構と、該光学機構と共にＣＣＤ２の露光時間を制御する電子シャッターと、ＣＣＤ２を駆動するドライバーと、ＣＣＤ２に複数種の基板電圧を印加する基板電圧発生器とを有し、複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧をＣＣＤ２に印加して動作させる静止画像動作モードと、第２の基板電圧を印加して動作させる動画像動作モードとで、静止画像および動画像動作モードでのＣＣＤ２から出力される映像信号に対してホワイトバランスを合わせるホワイトバランス回路を備えて、ホワイトバランス回路には、ＣＣＤ２の出力信号が有する色成分により色成分比率を検出し、該色成分比率に対して白抽出範囲を設定する設定手段を備えており、静止画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては、ホワイトバランス回路には第１の白抽出範囲を設定し、動画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては、ホワイトバランス回路には第２の白抽出範囲を設定する。この第１及び第２の白抽出範囲を設定しておくことで、静止画像及び動画像に拘わらず色再現性に優れた映像信号を得ることができる。
【００５２】
また、上記実施形態によれば、ＣＣＤ２の読み出し方式が動画像の場合のように複数画素を加算して読み出す方式と、静止画像の撮像の場合のように複数画素の加算を行わない読み出し方式の２つの方式に対応している場合においても、色再現性に優れた映像信号を得ることができ、これをビデオ録画等によって保管することができる。
【００５３】
また、上記実施形態による静止画像及び動画像の２つの色信号の色相を調整する方式として、静止画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては色相調整する場合に第１の色相調整値として設定し、動画像動作モードではＣＣＤ２を動作させる場合において第２の色相調整値として、図３について説明した色調整回路８６のマトリクス係数を設定することにより、最適な色再現となる映像信号を得ることができる。この映像信号を映像記録装置等に録画することで、静止画像及び動画像とでばらつきのない画像を見ることができる。
【００５４】
また、複数の色フィルタを有するＣＣＤ２の垂直方向に並ぶ複数画素を加算して読み出す静止画像のような読み出し方式と、複数画素の加算を行わない動画像のような読み出し方式の双方に対応したＣＣＤ２等の光センサで撮影する場合においても、静止画像動作モードでＣＣＤ２を動作させる場合においては色相調整する場合に第１の色相調整値として、動画像動作モードではＣＣＤ２を動作させる場合において第２の色相調整値として、図３で説明した色調整回路８６のマトリクス係数をそれぞれ設定することにより、最適な色再現となる映像信号を得ることができる。
【００５５】
なお、上記実施形態では、ホワイトバランス検出回路８２やホワイトバランス制御回路８３等に、補色フィルタ（Ｍｇ，Ｇ，Ｙｅ，Ｃｙ：マゼンタ、緑色、黄色、シアン）を用いた例について説明したが、ＣＣＤ２の各色フィルタを原色のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）として用いた場合でも、同様に適用できる。また、補色フィルタとして緑色フィルタを用いた例を示したが、場合によっては緑色を欠如したマゼンタ、黄色、シアンとでホワイトバランス等の信号処理を行うことがあるが、この場合でも、基本的な技術思想を同一として本発明を適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、印加する基板電圧値が異なる動作状態においても適切な露光量制御が可能となる。
【００５７】
また、本発明によれば、印加する基板電圧値が異なる動作状態においても適切なホワイトバランスを得ることができる。および色再現が得ることができる。
【００５８】
また、本発明によれば印加する基板電圧値が異なる動作状態においても適切な色再現を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシステムの構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る制御タイミングを説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るブロック図である。
【図４】本発明の２次元座標による白色判別範囲を示すグラフである。
【図５】ＣＣＤの構造および動作を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光学系
２ 撮像素子ＣＣＤ
３ ＣＤＳ回路
４ ＡＤ変換
５ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
６ ＶＳＵＢ制御回路
７ メモリ
８ メモリ＆バスコントローラー＆プロセス
９ システムコントローラー
１０ メカシャッター
１１ 記録媒体
１２ 映像表示手段
８１ スイッチ
８２ ホワイトバランス検出回路
８３ ホワイトバランス制御回路
８４ 輝度信号処理回路
８５ 色マトリクス処理回路
８６ 色相調整回路
８７ 色ゲインアンプ
８８ データ変換回路
Claims (8)
- 複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、
前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、
前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、
前記第１の動作モードでの前記撮像素子の出力信号と、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度の感度差とに基き、前記第２の動作モードにおける露光量制御を行い、前記第２の動作モードでの前記撮像素子の出力信号に基く画像情報を記録するプロセス制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 請求項１に記載の撮像装置において、前記露光量制御は、前記撮像素子への入射光量を変える絞り手段の開口値を制御することであることを特徴とする撮像装置。
- 請求項１に記載の撮像装置において、前記露光量制御は、前記撮像素子の露光時間を制御することであることを特徴とする撮像装置。
- 請求項１に記載の撮像装置において、前記露光量制御は、前記撮像素子からの信号を増幅するアンプのゲインを制御することであることを特徴とする撮像装置。
- 複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わない読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、
前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、
前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、
前記撮像素子からの信号に対して所定の処理を施すプロセス制御手段とを有し、
前記プロセス制御手段は、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度との感度差とに基き、前記第１の動作モードでは第１の基板電圧を前記撮像素子に印加し、前記第２の動作モードでは第２の基板電圧を前記撮像素子に印加することにより生じる前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとにおける色再現性が異なることを抑制するように制御を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項５に記載の撮像装置において、前記プロセス制御手段は、前記撮像素子から出力される信号に対してホワイトバランスを合わせるホワイトバランス手段を有し、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度との感度差とに基き、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとにおける色再現性が異なることを抑制するように前記ホワイトバランス手段を制御することを特徴とする撮像装置。
- 請求項５に記載の撮像装置において、前記プロセス制御手段は、前記撮像素子から出力される信号より輝度信号と２つの色信号を生成する信号処理手段を有し、前記信号処理手段は、前記２つの色信号の色相を調整値設定により調整可能な色相調整手段を有し、
前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度との感度差とに基き、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとにおける色再現性が異なることを抑制するように、前記色相調整手段を制御することを特徴とする撮像装置。 - 複数画素を加算して読み出す読み出し方式と複数画素の加算を行わな い読み出し方式の双方に対応した撮像素子と、
前記撮像素子に複数種の基板電圧を印加する基板電圧印加手段と、
前記複数種の基板電圧のうち第１の基板電圧を前記撮像素子に印加して、加算読み出しで動作させる第１の動作モードと、前記複数種の基板電圧のうち第２の基板電圧を前記撮像素子に印加して複数画素の加算を行わない読み出しで動作させる第２の動作モードとを制御する駆動手段と、
前記第１及び第２の動作モードでの前記撮像素子から出力される信号に対してホワイトバランスを合わせるホワイトバランス手段とを有し、
前記ホワイトバランス手段は前記撮像素子の出力信号が有する色成分により色成分比率を検出する検出手段と、前記色成分比率に対して白抽出範囲を設定する設定手段とを有し、
前記第１の動作モードで撮像素子を動作させる場合においては、前記ホワイトバランス抽出手段には第１の白抽出範囲を設定し、前記第２の動作モードで撮像素子を動作させる場合においては、前記ホワイトバランス抽出手段には第２の白抽出範囲を設定し、第１の白抽出範囲と第２の白抽出範囲とは、前記第１の動作モードにおける前記撮像素子の感度と前記第２の動作モードにおける前記撮像素子の感度の感度差に基いた異なる白抽出範囲であることを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24208899A JP3596860B2 (ja) | 1999-08-27 | 1999-08-27 | 撮像装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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