JP4024057B2 - デジタルカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラに係り、特に、少なくとも高速電子シャッターを備えたデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、被写体を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の固体撮像素子を含んで構成された固体撮像系を用いて被写体像を静止画像或いは動画像として撮影するデジタルカメラが普及している。
【０００３】
ところで、この種のデジタルカメラでは、固体撮像素子として、例えば、画素毎に正方配置され、受光した光を画素毎に電気信号に光電変換するフォトダイオード（ＰＤ）部と、そのＰＤ部に蓄積された電荷を読み出して転送する複数の垂直転送路と、各垂直転送路から転送された電荷を転送する水平転送路とを備えると共に、ＰＤ部から垂直転送路へ電荷を移送するためのトランスファーゲート（ＴＧ）と、ＰＤ部に残留する不要電荷を排出するためのオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）とが設けられた、所謂、インターライン型ＣＣＤセンサ（以下、単にＣＣＤセンサという。）がよく用いられている。
【０００４】
このＣＣＤセンサにおける、被写体像に対応する光の受光動作時では、電子シャッター機能を果たすＯＦＤを駆動して、ＰＤ部に残留する電荷を全て掃出したのち、ＴＧを駆動して電荷蓄積が可能な状態（受光可能状態）とする。この受光可能状態において、被写体像に対応する光を所定の露光時間（電荷蓄積時間）受光して、ＰＤ部に電荷を蓄積する。さらに、受光動作によって画素毎に蓄積された電荷を転送して出力する電荷転送動作時においては、ＴＧを開放して、各ＰＤ部に蓄積された電荷を垂直転送路へ移送する。垂直転送路へ移送された電荷は、水平転送路側へ順次転送されたのち、水平転送路から出力されることで、各ＰＤ部の蓄積電荷の読み出しがなされる。
【０００５】
このときの蓄積電荷の読み出し方式には、一般に、フィールド蓄積方式及びフレーム蓄積方式が用いられている。
【０００６】
フレーム蓄積方式は、１フレームを２つのフィールド（奇数フィールド及び偶数フィールド）に分けて、奇数フィールドでは奇数ラインの受光素子の蓄積電荷を転送し、偶数フィールドでは偶数ラインの受光素子の蓄積電荷を転送して交互に読み出す方式である。ここでは、奇数フィールドではフィールドシフト期間に垂直方向に１つおきに奇数ラインの画素の蓄積電荷を垂直転送路に転送し、次にラインシフトを行なって出力端から奇数ラインの各画素の蓄積電荷を順次読み出していくが、この間、偶数ラインの画素においては電荷の蓄積が行なわれ、次に、偶数フィールドでは偶数ラインの画素の蓄積電荷を垂直転送路に転送し、そしてラインシフトを行なって出力端から偶数ラインの各画素の蓄積電荷を順次読み出していくようになっている。
【０００７】
一方、フィールド蓄積方式は、奇数フィールドでは水平転送路側から奇数番目のライン及びその次の偶数番目のラインにおける画素の蓄積電荷を混合して転送し、偶数フィールドでは水平転送路側から偶数番目のライン及びその次の奇数番目のラインにおける画素の蓄積電荷を混合して転送して読み出す方式である。
【０００８】
すなわち、フレーム蓄積方式では、各フィールドにおいて常に全画素の半数分のみの蓄積電荷を読み出すことになるが、フィールド蓄積方式では、各フィールド毎に全画素に対して蓄積電荷の読み出しを行なうことになる。
【０００９】
ここでは、フィールド蓄積方式による電荷の読み出し時には、素子全体のポテンシャルを適切に制御するために、各フィールド毎に対応させて、発生タイミングの異なる２種類の転送ゲートパルスが必要であるが、フレーム蓄積方式による電荷の読み出し時には、１種類の転送ゲートパルスのみよいことになる。
【００１０】
ところが、このようなインターライン型ＣＣＤセンサにおいては、電子シャッターのシャッター速度が高速である場合には、蓄積電荷の読み出し時における、奇数フィールドと偶数フィールドとの露光時間の差に起因する、画像のフリッカーの発生等の画質劣化を招くことがある。
【００１１】
この問題を解決するものとして、例えば、特開平６−１３３２２６号公報には、電子シャッターのシャッターパルス出力タイミングを補正することで、各フィールドにおける露光時間を等しくする技術が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明の出願人によって提案されているハニカムＣＣＤのような全画素読み出し方式のＣＣＤについては、電子シャッターが全てのフォトダイオード（ＰＤ）の電荷を同時にリセットする機構であるために、上記先行技術を適用することは困難である。
【００１３】
また、上記ハニカムＣＣＤや各受光素子が正方配置された従来のインターライン型ＣＣＤにおいて、その動画像読み出し処理では、色によって読み出しタイミング（ＰＤから垂直転送路に電荷を移送するタイミング）が異なるので、特に、シャッター速度が高速（例えば、１／１００００秒や１／１０００００秒など）である電子シャッターの使用時には、露光時間の差に起因するゲイン誤差によって色ズレが顕在化し、画質劣化を招くことがある（図６参照）。
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決すべく成されたもので、シャッター速度に依存して生じる感度誤差を適切に補正可能であり、良好な感度特性を有するデジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被写体像に対応する光を受光して、受光量に応じた電荷を蓄積する固体撮像素子と、前記固体撮像素子のフォトダイオードに残留する電荷を同時に排出してから第１の電荷蓄積時間経過後に第１シャッターパルスを出力すると共に、前記第１の電荷蓄積時間より長い第２の電荷蓄積時間経過後に第２シャッターパルスを出力するシャッターパルス出力手段と、前記固体撮像素子の全画素の感光色に対して、緑色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第１の色に基づく領域、及び赤色の光を透過する色分離フィルタまたは青色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第２の色に基づく領域の２つに分け、前記第１シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第１の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをすると共に、前記第２シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第２の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをするように制御する撮像制御手段と、第２の電荷蓄積時間に対する第１の電荷蓄積時間の比の値に基づいて、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域に対応するゲインが互いに等しくなるようにゲイン補正する補正手段と、を有している。
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、固体撮像素子は、被写体像に対応する光を受光して、受光量に応じた電荷を蓄積する。また、シャッターパルス出力手段は、前記固体撮像素子のフォトダイオードに残留する電荷を同時に排出してから第１の電荷蓄積時間経過後に第１シャッターパルスを出力すると共に、第１の電荷蓄積時間より長い第２の電荷蓄積時間経過後に第２シャッターパルスを出力する。また、撮像制御手段は、前記固体撮像素子の全画素の感光色に対して、緑色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第１の色に基づく領域、及び赤色の光を透過する色分離フィルタまたは青色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第２の色に基づく領域の２つに分け、前記第１シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第１の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをすると共に、前記第２シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第２の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをするように制御する。また、補正手段は、第２の電荷蓄積時間に対する第１の電荷蓄積時間の比の値に基づいて、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域に対応するゲインが互いに等しくなるようにゲイン補正する。これによって、シヤッタースピード（露出誤差）に応じて、感度補正を適切に行なうことができる。なお、前記補正手段は、例えば、従来のデジタルカメラが一般的に備えるホワイトバランス調整手段に含めて構成してもよく、当該ホワイトバランス調整手段とは独立した前段の機能に含めて構成してもよい。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補正手段は、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の比の値が所定値以下となった場合に、前記第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の差分に基づいて予め定めた補正係数を用いてゲイン補正することを特徴としている。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の比の値が所定値以下となった場合に、前記第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の差分に基づいて予め定めた補正係数を用いてゲイン補正することで、効果的にかつ適切に感度補正することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記固体撮像素子の受光面へ入射する光を物理的に遮光するメカシャッター手段をさらに備え、前記メカシャッター手段の駆動時には、前記補正手段によるゲイン補正を実行しないことを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、メカシャッター使用時は、上記補正は実行せず、電子シャッター使用時に上記感度補正を行なうことで、ゲイン補正を効率的に実行できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の概略構成が示されている。このデジタルカメラ１０は、被写体像を結像させるためのレンズを含んで構成された光学ユニット２０と、上記レンズの光軸後方に配設されたＣＣＤ２２と、ＣＣＤ２２からの出力信号に基づき被写体像を示すデジタル画像データを生成すると共に光学ユニット２０の各部、ＣＣＤ２２等を駆動するためのタイミング信号を生成する信号処理部４０と、デジタルカメラ１０の全体的な動作を司る主制御部６０と、ＣＣＤ２２を駆動する垂直・水平ドライバ２４と、光学ユニット２０に含まれるシャッタ及び絞り機構を駆動するシャッタ・アイリスモータドライバ２６と、光学ユニット２０に含まれる焦点調整モータを駆動するフォーカスモータドライバ２８と、光学ユニット２０に含まれるズームモータを駆動するズームモータドライバ３０と、を含んで構成されている。
【００２３】
なお、信号処理部４０及び主制御部６０は１チップＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）として構成されており、これによってデジタルカメラ１０の小型化、高信頼性化、及び低コスト化が図られている。
【００２４】
また、デジタルカメラ１０は、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた被写体像や各種情報を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）７２と、主としてＣＣＤ２２による撮像によって得られたデジタル画像データを記憶するＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic RAM）７４と、各種パラメータやプログラム等を記憶したフラッシュＲＯＭ７６と、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた被写体像や各種情報を表示する画像表示部７８と、主制御部６０に対して電源電力を供給する電源部８０と、を含んで構成されている。
【００２５】
一方、信号処理部４０は、相関２重サンプリング（Correlated Double Sampling）回路（ＣＤＳ）４２と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）４４と、Ａ／Ｄコンバータ４６と、タイミングジェネレータ４８と、を含んで構成されている。
【００２６】
また、主制御部６０は、主制御部６０全体の動作を司るＣＰＵ（中央演算処理装置）６１と、所定容量のラインバッファを内蔵すると共に、ホワイトバランスの変動を調整するホワイトバランス調整回路（ＷＢ）６２Ａ及びＲＧＢデータをＹＣ信号に変換するＹ／Ｃ変換回路（Ｙ／Ｃ）６２Ｂを含んで構成された撮像制御部６２と、所定の圧縮形式（例えば、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）形式等）でデジタル画像データに対して圧縮処理を施すと共に、圧縮処理されたデジタル画像データに対して伸張処理を施す圧縮・伸張部６３と、メディア制御部６４と、ＬＣＤ制御部６５と、ビデオエンコーダ６６と、がバスＢＵＳを介して相互に接続されて構成されている。
【００２７】
メディア制御部６４にはスマートメディア、ＩＣカード、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等の可搬型の記憶メディア７０が接続されており、メディア制御部６４によって記憶メディア７０に対する各種情報の書き込みや当該記憶メディア７０に書き込まれている各種情報の読み出しが制御される。また、ＬＣＤ制御部６５には上記ＬＣＤ７２が接続されており、ＬＣＤ７２ではＬＣＤ制御部６５の制御下で各種情報の表示がなされる。なお、ＬＣＤ７２は、ＣＣＤ２２による連続的な撮像によって得られた動画像（スルー画像）を表示してファインダとして使用することができる。
【００２８】
また、ＳＤＲＡＭ７４及びフラッシュＲＯＭ７６は主制御部６０のバスＢＵＳに接続されている。従って、ＣＰＵ６１は、ＳＤＲＡＭ７４及びフラッシュＲＯＭ７６に記憶されている各種データに任意にアクセスすることができる。
【００２９】
一方、ＣＣＤ２２の出力端は、上記のＣＤＳ４２、ＧＣＡ４４、及びＡ／Ｄコンバータ４６を順に介して撮像制御部６２に接続されており、ＣＣＤ２２から出力された信号は、ＣＤＳ４２によって相関２重サンプリング処理が施され、ＧＣＡ４４によってＣＣＤ２２におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）毎の感度調整（詳細は後述）が施された後、各画素毎のＲ、Ｇ、Ｂ信号としてＡ／Ｄコンバータ４６に加えられる。Ａ／Ｄコンバータ４６は、ＧＣＡ４４から順次加えられるＲ、Ｇ、Ｂ信号を各々所定ビット数のデジタル信号（以下、「デジタル画像データ」という。）に変換して撮像制御部６２に出力する。
【００３０】
撮像制御部６２は内蔵しているラインバッファにＡ／Ｄコンバータ４６から順次入力されるデジタル画像データを蓄積して一旦ＳＤＲＡＭ７４に格納する。
【００３１】
ＳＤＲＡＭ７４に格納されたデジタル画像データは、ＣＰＵ６１の制御下でＷＢ６２Ａに読み出され、これらに光源種に応じたデジタルゲインをかけることでホワイトバランス調整を行なうと共に、ガンマ処理及びシャープネス処理を行なって所定のデジタル画像データを生成し、更に、Ｙ／Ｃ６２ＢにてＹＣ信号処理して輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ、Ｃｂ（以下、「ＹＣ信号」という。）を生成し、ＹＣ信号を再びＳＤＲＡＭ７４に格納する。
【００３２】
なお、ＬＣＤ７２をファインダとして使用する場合には、生成したＹＣ信号を、ＬＣＤ制御部６５に順次出力し、ＬＣＤ７２にてスルー画像が表示されることになる。
【００３３】
また、図示しないシャッターボタンが撮影者によって押圧操作された場合には、ＳＤＲＡＭ７４に格納された上記ＹＣ信号を、圧縮・伸張部６３によって所定の圧縮形式で圧縮した後にメディア制御部６４を介して記憶メディア７０に記憶する。
【００３４】
一方、上記タイミングジェネレータ４８には垂直・水平ドライバ２４、シャッタ・アイリスモータドライバ２６、及び撮像制御部６２が接続されており、タイミングジェネレータ４８は、ＣＣＤ２２を駆動させるためのタイミング信号を垂直・水平ドライバ２４に、光学ユニット２０に備えられたメカシャッター及び絞り機構を駆動させるためのタイミング信号をシャッタ・アイリスモータドライバ２６に、撮像制御部６２を駆動させるためのタイミング信号を撮像制御部６２に、各々出力する。
【００３５】
また、フォーカスモータドライバ２８及びズームモータドライバ３０の入力端は各々主制御部６０（より詳しくはＣＰＵ６１）に接続され、フォーカスモータドライバ２８の出力端は光学ユニット２０に備えられた焦点調整モータに、ズームモータドライバ３０の出力端は光学ユニット２０に備えられたズームモータに、各々接続されている。
【００３６】
本実施の形態に係る光学ユニット２０に含まれるレンズは複数枚のレンズを有し、焦点距離の変更（変倍）が可能なズームレンズとして構成されており、図示しないレンズ駆動機構を備えている。このレンズ駆動機構にズームモータ及び焦点調整モータは含まれるものであり、ズームモータ及び焦点調整モータは各々ＣＰＵ６１の制御下でズームモータドライバ３０及びフォーカスモータドライバ２８から供給された駆動信号によって駆動される。
【００３７】
ＣＰＵ６１は、光学ズーム倍率を変更する際にはズームモータを駆動制御して光学ユニット２０に含まれるレンズの焦点距離を変化させる。
【００３８】
また、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた画像のコントラストが最大となるように上記焦点調整モータを駆動制御することによって合焦制御を行う。すなわち、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０では、合焦制御として、読み取られた画像のコントラストが最大となるようにレンズの位置を設定する、所謂ＴＴＬ（Through The Lens）方式を採用しており、オートフォーカス・フレームによって示される撮影位置に被写体が位置した状態でシャッターボタン（図示せず）を半押しすることによって、自動的に合焦制御がなされるように構成されている。
【００３９】
ＣＣＤ２２には、図２に示すような、本発明の出願人によって提案されているハニカムＣＣＤを採用することができる。
【００４０】
このＣＣＤ２２の撮像部は、図２に示すように、１画素１色について１つずつ割り当てられると共に、所定の配列ピッチ（水平配列ピッチ＝Ｐｈ（μｍ）、垂直配列ピッチ＝Ｐｖ（μｍ））で、かつ隣接する受光素子ＰＤが垂直方向及び水平方向にずらされて２次元配置された複数の受光素子ＰＤと、この受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰを迂回するように配置され、かつ受光素子ＰＤからの信号（電荷）を取り出して垂直方向に転送する垂直転送電極ＶＥＬと、垂直方向最下に位置する垂直転送電極ＶＥＬの垂直方向下側に配置され、垂直転送電極ＶＥＬから転送されてきた信号を外部へ転送する水平転送電極ＨＥＬと、を備えている。なお、同図に示す例では、開口部ＡＰを八角形のハニカム形状に形成している。
【００４１】
ここで、水平方向に直線状に並んで配置された複数の垂直転送電極ＶＥＬにより構成される垂直転送電極群には、各々垂直転送駆動信号Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖ８の何れか１つを同時に印加することができるように構成されている。なお、同図に示す例では、１段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ３が、２段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ４が、３段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ５が、４段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ６が、５段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ７が、６段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ８が、７段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ１が、８段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ２が、各々印加できるように構成されている。
【００４２】
一方、各受光素子ＰＤは隣接する１つの垂直転送電極ＶＥＬに対し転送ゲートＴＧを介して電気的に接続されるように構成されている。同図に示す例では、各受光素子ＰＤが右下に隣接する垂直転送電極ＶＥＬに転送ゲートＴＧを介して接続されるように構成されている。
【００４３】
更に、このＣＣＤ２２の撮像部は、同図に示すように、１受光素子領域の垂直隣接領域が４電極構造となっており、水平隣接領域が２電極構造となっている。
【００４４】
なお、同図において‘Ｒ’が記入された受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰは赤色の光を透過する色分離フィルタで覆われており、‘Ｇ’が記入された受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰは緑色の光を透過する色分離フィルタで覆われており、‘Ｂ’が記入された受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰは青色の光を透過する色分離フィルタで覆われている。すなわち、‘Ｒ’が記入された受光素子ＰＤは赤色光を、‘Ｇ’が記入された受光素子ＰＤは緑色光を、‘Ｂ’が記入された受光素子ＰＤは青色光を、各々受光するものとされている。
【００４５】
ここで、このＣＣＤ２２の撮像時における各受光素子ＰＤからの信号の取り出し動作を説明する。
【００４６】
まず、転送ゲートＴＧを介して受光素子ＰＤに接続された垂直転送電極ＶＥＬが含まれる垂直転送電極群（同図の斜線が付された垂直転送電極ＶＥＬ）に対して所定の高電圧を印加すると共に、これらの垂直転送電極群に挟まれた垂直転送電極群（同図の白抜きの垂直転送電極ＶＥＬ）に対して上記高電圧より低い所定の低電圧を印加する。すなわち、垂直転送駆動信号Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、及びＶ８を上記高電圧とし、垂直転送駆動信号Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、及びＶ７を上記低電圧とする。すると、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬの下部にポテンシャル井戸が形成され、ここに当該垂直転送電極ＶＥＬに接続された受光素子ＰＤに蓄積されていた電荷が一気に流れ込む。
【００４７】
次に、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬが含まれる垂直転送電極群の垂直方向下側に隣接する垂直転送電極群に対して上記高電圧より低く、かつ上記低電圧より高い中位電圧を印加する。すなわち、垂直転送駆動信号Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、及びＶ７を上記中位電圧とする。すると、中位電圧が印加された垂直転送電極ＶＥＬの下部にもポテンシャル井戸が形成され、ここに受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬの下部のポテンシャル井戸から電荷が流れ込んでくる。
【００４８】
次に、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬが含まれる垂直転送電極群に対する印加電圧を上記低電圧とする。すなわち、垂直転送駆動信号Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、及びＶ８を上記低電圧とする。この結果、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬの下部に蓄積されていた電荷が全て当該垂直転送電極ＶＥＬの垂直方向下側に隣接する垂直転送電極ＶＥＬの下部に形成されたポテンシャル井戸に移動する。
【００４９】
これ以降、以上の動作を繰り返すことによって各受光素子ＰＤに蓄積された電荷を所謂バケツリレー式に垂直方向下方に隣接した垂直転送電極ＶＥＬに順次転送していくことにより、水平転送電極ＨＥＬを介して１フィールドで読み出すことができる。このようにＣＣＤ２２では、フィールド蓄積方式及びフレーム蓄積方式による電荷の読み出しを併用可能に構成されている。
【００５０】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００５１】
まず、撮影スタンバイ状態となっているデジタルカメラ１０において、ユーザによる被写体像の撮影動作がなされることで、光学ユニット２０を介して被写体の画像光がＣＣＤ２２の受光面上に結像されると、ＣＣＤ２２は、受光面に結像された画像光をその光量に応じた量の信号電荷に変換する。このようにして蓄積された信号電荷は、タイミングジェネレータ４８から垂直・水平ドライバ２４を介して加えられる転送ゲートパルス（ＴＧ）によってシフトレジスタに読み出され、レジスタ転送パルスによって信号電荷に応じた電圧信号として順次読み出される。なお、このＣＣＤ２２は、図３に示すように、蓄積した信号電荷をＯＦＤパルスによって掃き出すことができ、これにより露光時間すなわち電荷の蓄積時間（シャッタスピード）を制御する、いわゆる電子シャッタ機能を有している。
【００５２】
ＣＣＤ２２から出力された電圧信号は、ＣＤＳ４２によって相関二重サンプリング処理がなされた後、ＧＣＡ４４でデジタルゲイン処理が施される。
【００５３】
ＧＣＡ４４では、図３に示すように、Ｇの露光時間ｔGとＲ／Ｂの露光時間tR/Bとが異なることにより生じる、ＣＣＤ２２から出力されるＧ色信号とＲ／Ｂ色信号とのゲイン誤差を以下のように補正する。
【００５４】
図４に示すように、Ｇの露光時間とＲ／Ｂの露光時間との比の値が所定値Ｌ以下となった場合に、以下のゲイン補正係数をＲＧＢ各色の信号値に乗算することで、デジタルゲインをかける。
【００５５】
（ゲイン補正係数α）＝（Ｇの露光時間ｔＧ）／（Ｒ／Ｂの露光時間ｔR/B）＝（Ｇの露光時間ｔＧ）／（（Ｇの露光時間ｔＧ）＋（露光時間差分Δｔ））
ＧＣＡ２２にてゲイン補正された各色信号はＡ／Ｄ４６でＡ／Ｄ変換された後、撮像制御部６２へ入力され、まず、ＷＢ６２Ａにて、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号毎にホワイトバランス調整がなされる。ここでは、予め定めた補正係数（ＡR、ＡG、ＡB）を用いたデジタルゲインがかけられる。
【００５６】
具体的には、Ｇ信号の場合は、（ＧのＷＢ補正値）＝（Ｇ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡG）であり、Ｒ／Ｂ信号の場合は、（Ｒ／Ｂのゲイン補正値）＝（Ｒ／Ｂ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡR／ＡB）である。
【００５７】
なお、ＧＣＡ４４にて行なうゲイン補正をＷＢ６２Ａにて行なうようにしてもよい。この場合、具体的には、Ｇ信号の場合は、（Ｇのゲイン補正値）＝（Ｇ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡG）×（ゲイン補正係数１）であり、Ｒ／Ｂ信号の場合は、（Ｒ／Ｂのゲイン補正値）＝（Ｒ／Ｂ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡR／ＡB）×（ゲイン補正係数α）である。
【００５８】
さらに、ホワイトバランス調整がなされた色信号は、Ｙ／Ｃ６２Ｂにて、輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ、Ｃｂ（ＹＣ信号）に変換され、これらの信号（データ）は、ＳＤＲＡＭ７４に格納される。
【００５９】
上記のようにしてＳＤＲＡＭ７４に格納されたＹＣ信号は、圧縮・伸長部６３によって所定のフォーマットに圧縮されたのち、メディア制御部６４を介して記録メディア７０に記録される。
【００６０】
また、図５に示すように、上記メカシャッター使用時は、各色に対応する受光素子ＰＤの露光時間ｔG、ｔR/Bは常に等しくなるので、上記ゲイン補正を実行せず、電子シャッター使用時にのみ上記ゲイン補正を行なうことで、効率的に感度補正することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態に係るデジタルカメラによれば、露光時間の差に応じて、固体撮像素子からの出力信号のゲインを調整する補正を行なうことで、露光時間の差による感度誤差を補正することができる。さらに、露光時間の差から数式的に補正値を算出することで簡単にゲイン補正することができる。
【００６２】
また、従来のホワイトバランス調整手段によって、ゲイン補正をすれば、大幅に新規要素を追加することなく（大幅なコストアップなく）、現行の資産で実現可能である。さらに、従来のホワイトバランス調整手段とは独立した、前段機能によりゲイン補正することで、複雑なホワイトバランス調整系に影響を与えることなく実現できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子の全画素の感光色に対して、少なくとも第１の色に基づく領域、及び第２の色に基づく領域の２つに分け、前記第１シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第１の色に対応する画素の蓄積電荷を読み出し、かつ前記第２シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第２の色に対応する画素の蓄積電荷を読み出すように制御すると共に、第１の色に基づく領域、及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の比の値に基づいて、各色領域に対応するゲインが互いに等しくなるようにゲイン補正するようにしたので、シャッター速度に依存して生じる感度誤差を適切に補正可能であり、良好な感度特性を有するデジタルカメラを提供することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＣＣＤ撮像部の一部についての概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＣＣＤ撮像部の受光素子の各制御信号の様子を示すタイムチャートである。
【図４】本実施の形態における、ＧとＲ／Ｂとの露光時間比と各色の露光時間長との関係を説明するための図である。
【図５】メカシャッター使用時におけるＣＣＤ撮像部の受光素子の各制御信号の様子を示すタイムチャートである。
【図６】従来技術における、ＧとＲ／Ｂとの露光時間比と各色の露光時間長との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ デジタルカメラ
２０ 光学ユニット
２２ ＣＣＤ
２４ 垂直・水平ドライバ
２６ シャッタ・アイリスモータドライバ
２８ フォーカスモータドライバ
３０ ズームモータドライバ
４０ 信号処理部
４２ ＣＤＳ
４４ ＧＣＡ
４８ タイミングジェネレータ
６０ 主制御部
６１ ＣＰＵ
６２ 撮像制御部
６２Ａ ＷＢ
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラに係り、特に、少なくとも高速電子シャッターを備えたデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、被写体を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の固体撮像素子を含んで構成された固体撮像系を用いて被写体像を静止画像或いは動画像として撮影するデジタルカメラが普及している。
【０００３】
ところで、この種のデジタルカメラでは、固体撮像素子として、例えば、画素毎に正方配置され、受光した光を画素毎に電気信号に光電変換するフォトダイオード（ＰＤ）部と、そのＰＤ部に蓄積された電荷を読み出して転送する複数の垂直転送路と、各垂直転送路から転送された電荷を転送する水平転送路とを備えると共に、ＰＤ部から垂直転送路へ電荷を移送するためのトランスファーゲート（ＴＧ）と、ＰＤ部に残留する不要電荷を排出するためのオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）とが設けられた、所謂、インターライン型ＣＣＤセンサ（以下、単にＣＣＤセンサという。）がよく用いられている。
【０００４】
このＣＣＤセンサにおける、被写体像に対応する光の受光動作時では、電子シャッター機能を果たすＯＦＤを駆動して、ＰＤ部に残留する電荷を全て掃出したのち、ＴＧを駆動して電荷蓄積が可能な状態（受光可能状態）とする。この受光可能状態において、被写体像に対応する光を所定の露光時間（電荷蓄積時間）受光して、ＰＤ部に電荷を蓄積する。さらに、受光動作によって画素毎に蓄積された電荷を転送して出力する電荷転送動作時においては、ＴＧを開放して、各ＰＤ部に蓄積された電荷を垂直転送路へ移送する。垂直転送路へ移送された電荷は、水平転送路側へ順次転送されたのち、水平転送路から出力されることで、各ＰＤ部の蓄積電荷の読み出しがなされる。
【０００５】
このときの蓄積電荷の読み出し方式には、一般に、フィールド蓄積方式及びフレーム蓄積方式が用いられている。
【０００６】
フレーム蓄積方式は、１フレームを２つのフィールド（奇数フィールド及び偶数フィールド）に分けて、奇数フィールドでは奇数ラインの受光素子の蓄積電荷を転送し、偶数フィールドでは偶数ラインの受光素子の蓄積電荷を転送して交互に読み出す方式である。ここでは、奇数フィールドではフィールドシフト期間に垂直方向に１つおきに奇数ラインの画素の蓄積電荷を垂直転送路に転送し、次にラインシフトを行なって出力端から奇数ラインの各画素の蓄積電荷を順次読み出していくが、この間、偶数ラインの画素においては電荷の蓄積が行なわれ、次に、偶数フィールドでは偶数ラインの画素の蓄積電荷を垂直転送路に転送し、そしてラインシフトを行なって出力端から偶数ラインの各画素の蓄積電荷を順次読み出していくようになっている。
【０００７】
一方、フィールド蓄積方式は、奇数フィールドでは水平転送路側から奇数番目のライン及びその次の偶数番目のラインにおける画素の蓄積電荷を混合して転送し、偶数フィールドでは水平転送路側から偶数番目のライン及びその次の奇数番目のラインにおける画素の蓄積電荷を混合して転送して読み出す方式である。
【０００８】
すなわち、フレーム蓄積方式では、各フィールドにおいて常に全画素の半数分のみの蓄積電荷を読み出すことになるが、フィールド蓄積方式では、各フィールド毎に全画素に対して蓄積電荷の読み出しを行なうことになる。
【０００９】
ここでは、フィールド蓄積方式による電荷の読み出し時には、素子全体のポテンシャルを適切に制御するために、各フィールド毎に対応させて、発生タイミングの異なる２種類の転送ゲートパルスが必要であるが、フレーム蓄積方式による電荷の読み出し時には、１種類の転送ゲートパルスのみよいことになる。
【００１０】
ところが、このようなインターライン型ＣＣＤセンサにおいては、電子シャッターのシャッター速度が高速である場合には、蓄積電荷の読み出し時における、奇数フィールドと偶数フィールドとの露光時間の差に起因する、画像のフリッカーの発生等の画質劣化を招くことがある。
【００１１】
この問題を解決するものとして、例えば、特開平６−１３３２２６号公報には、電子シャッターのシャッターパルス出力タイミングを補正することで、各フィールドにおける露光時間を等しくする技術が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明の出願人によって提案されているハニカムＣＣＤのような全画素読み出し方式のＣＣＤについては、電子シャッターが全てのフォトダイオード（ＰＤ）の電荷を同時にリセットする機構であるために、上記先行技術を適用することは困難である。
【００１３】
また、上記ハニカムＣＣＤや各受光素子が正方配置された従来のインターライン型ＣＣＤにおいて、その動画像読み出し処理では、色によって読み出しタイミング（ＰＤから垂直転送路に電荷を移送するタイミング）が異なるので、特に、シャッター速度が高速（例えば、１／１００００秒や１／１０００００秒など）である電子シャッターの使用時には、露光時間の差に起因するゲイン誤差によって色ズレが顕在化し、画質劣化を招くことがある（図６参照）。
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決すべく成されたもので、シャッター速度に依存して生じる感度誤差を適切に補正可能であり、良好な感度特性を有するデジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被写体像に対応する光を受光して、受光量に応じた電荷を蓄積する固体撮像素子と、前記固体撮像素子のフォトダイオードに残留する電荷を同時に排出してから第１の電荷蓄積時間経過後に第１シャッターパルスを出力すると共に、前記第１の電荷蓄積時間より長い第２の電荷蓄積時間経過後に第２シャッターパルスを出力するシャッターパルス出力手段と、前記固体撮像素子の全画素の感光色に対して、緑色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第１の色に基づく領域、及び赤色の光を透過する色分離フィルタまたは青色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第２の色に基づく領域の２つに分け、前記第１シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第１の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをすると共に、前記第２シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第２の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをするように制御する撮像制御手段と、第２の電荷蓄積時間に対する第１の電荷蓄積時間の比の値に基づいて、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域に対応するゲインが互いに等しくなるようにゲイン補正する補正手段と、を有している。
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、固体撮像素子は、被写体像に対応する光を受光して、受光量に応じた電荷を蓄積する。また、シャッターパルス出力手段は、前記固体撮像素子のフォトダイオードに残留する電荷を同時に排出してから第１の電荷蓄積時間経過後に第１シャッターパルスを出力すると共に、第１の電荷蓄積時間より長い第２の電荷蓄積時間経過後に第２シャッターパルスを出力する。また、撮像制御手段は、前記固体撮像素子の全画素の感光色に対して、緑色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第１の色に基づく領域、及び赤色の光を透過する色分離フィルタまたは青色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第２の色に基づく領域の２つに分け、前記第１シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第１の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをすると共に、前記第２シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第２の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをするように制御する。また、補正手段は、第２の電荷蓄積時間に対する第１の電荷蓄積時間の比の値に基づいて、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域に対応するゲインが互いに等しくなるようにゲイン補正する。これによって、シヤッタースピード（露出誤差）に応じて、感度補正を適切に行なうことができる。なお、前記補正手段は、例えば、従来のデジタルカメラが一般的に備えるホワイトバランス調整手段に含めて構成してもよく、当該ホワイトバランス調整手段とは独立した前段の機能に含めて構成してもよい。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補正手段は、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の比の値が所定値以下となった場合に、前記第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の差分に基づいて予め定めた補正係数を用いてゲイン補正することを特徴としている。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の比の値が所定値以下となった場合に、前記第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の差分に基づいて予め定めた補正係数を用いてゲイン補正することで、効果的にかつ適切に感度補正することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記固体撮像素子の受光面へ入射する光を物理的に遮光するメカシャッター手段をさらに備え、前記メカシャッター手段の駆動時には、前記補正手段によるゲイン補正を実行しないことを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、メカシャッター使用時は、上記補正は実行せず、電子シャッター使用時に上記感度補正を行なうことで、ゲイン補正を効率的に実行できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の概略構成が示されている。このデジタルカメラ１０は、被写体像を結像させるためのレンズを含んで構成された光学ユニット２０と、上記レンズの光軸後方に配設されたＣＣＤ２２と、ＣＣＤ２２からの出力信号に基づき被写体像を示すデジタル画像データを生成すると共に光学ユニット２０の各部、ＣＣＤ２２等を駆動するためのタイミング信号を生成する信号処理部４０と、デジタルカメラ１０の全体的な動作を司る主制御部６０と、ＣＣＤ２２を駆動する垂直・水平ドライバ２４と、光学ユニット２０に含まれるシャッタ及び絞り機構を駆動するシャッタ・アイリスモータドライバ２６と、光学ユニット２０に含まれる焦点調整モータを駆動するフォーカスモータドライバ２８と、光学ユニット２０に含まれるズームモータを駆動するズームモータドライバ３０と、を含んで構成されている。
【００２３】
なお、信号処理部４０及び主制御部６０は１チップＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）として構成されており、これによってデジタルカメラ１０の小型化、高信頼性化、及び低コスト化が図られている。
【００２４】
また、デジタルカメラ１０は、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた被写体像や各種情報を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）７２と、主としてＣＣＤ２２による撮像によって得られたデジタル画像データを記憶するＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic RAM）７４と、各種パラメータやプログラム等を記憶したフラッシュＲＯＭ７６と、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた被写体像や各種情報を表示する画像表示部７８と、主制御部６０に対して電源電力を供給する電源部８０と、を含んで構成されている。
【００２５】
一方、信号処理部４０は、相関２重サンプリング（Correlated Double Sampling）回路（ＣＤＳ）４２と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）４４と、Ａ／Ｄコンバータ４６と、タイミングジェネレータ４８と、を含んで構成されている。
【００２６】
また、主制御部６０は、主制御部６０全体の動作を司るＣＰＵ（中央演算処理装置）６１と、所定容量のラインバッファを内蔵すると共に、ホワイトバランスの変動を調整するホワイトバランス調整回路（ＷＢ）６２Ａ及びＲＧＢデータをＹＣ信号に変換するＹ／Ｃ変換回路（Ｙ／Ｃ）６２Ｂを含んで構成された撮像制御部６２と、所定の圧縮形式（例えば、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）形式等）でデジタル画像データに対して圧縮処理を施すと共に、圧縮処理されたデジタル画像データに対して伸張処理を施す圧縮・伸張部６３と、メディア制御部６４と、ＬＣＤ制御部６５と、ビデオエンコーダ６６と、がバスＢＵＳを介して相互に接続されて構成されている。
【００２７】
メディア制御部６４にはスマートメディア、ＩＣカード、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等の可搬型の記憶メディア７０が接続されており、メディア制御部６４によって記憶メディア７０に対する各種情報の書き込みや当該記憶メディア７０に書き込まれている各種情報の読み出しが制御される。また、ＬＣＤ制御部６５には上記ＬＣＤ７２が接続されており、ＬＣＤ７２ではＬＣＤ制御部６５の制御下で各種情報の表示がなされる。なお、ＬＣＤ７２は、ＣＣＤ２２による連続的な撮像によって得られた動画像（スルー画像）を表示してファインダとして使用することができる。
【００２８】
また、ＳＤＲＡＭ７４及びフラッシュＲＯＭ７６は主制御部６０のバスＢＵＳに接続されている。従って、ＣＰＵ６１は、ＳＤＲＡＭ７４及びフラッシュＲＯＭ７６に記憶されている各種データに任意にアクセスすることができる。
【００２９】
一方、ＣＣＤ２２の出力端は、上記のＣＤＳ４２、ＧＣＡ４４、及びＡ／Ｄコンバータ４６を順に介して撮像制御部６２に接続されており、ＣＣＤ２２から出力された信号は、ＣＤＳ４２によって相関２重サンプリング処理が施され、ＧＣＡ４４によってＣＣＤ２２におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）毎の感度調整（詳細は後述）が施された後、各画素毎のＲ、Ｇ、Ｂ信号としてＡ／Ｄコンバータ４６に加えられる。Ａ／Ｄコンバータ４６は、ＧＣＡ４４から順次加えられるＲ、Ｇ、Ｂ信号を各々所定ビット数のデジタル信号（以下、「デジタル画像データ」という。）に変換して撮像制御部６２に出力する。
【００３０】
撮像制御部６２は内蔵しているラインバッファにＡ／Ｄコンバータ４６から順次入力されるデジタル画像データを蓄積して一旦ＳＤＲＡＭ７４に格納する。
【００３１】
ＳＤＲＡＭ７４に格納されたデジタル画像データは、ＣＰＵ６１の制御下でＷＢ６２Ａに読み出され、これらに光源種に応じたデジタルゲインをかけることでホワイトバランス調整を行なうと共に、ガンマ処理及びシャープネス処理を行なって所定のデジタル画像データを生成し、更に、Ｙ／Ｃ６２ＢにてＹＣ信号処理して輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ、Ｃｂ（以下、「ＹＣ信号」という。）を生成し、ＹＣ信号を再びＳＤＲＡＭ７４に格納する。
【００３２】
なお、ＬＣＤ７２をファインダとして使用する場合には、生成したＹＣ信号を、ＬＣＤ制御部６５に順次出力し、ＬＣＤ７２にてスルー画像が表示されることになる。
【００３３】
また、図示しないシャッターボタンが撮影者によって押圧操作された場合には、ＳＤＲＡＭ７４に格納された上記ＹＣ信号を、圧縮・伸張部６３によって所定の圧縮形式で圧縮した後にメディア制御部６４を介して記憶メディア７０に記憶する。
【００３４】
一方、上記タイミングジェネレータ４８には垂直・水平ドライバ２４、シャッタ・アイリスモータドライバ２６、及び撮像制御部６２が接続されており、タイミングジェネレータ４８は、ＣＣＤ２２を駆動させるためのタイミング信号を垂直・水平ドライバ２４に、光学ユニット２０に備えられたメカシャッター及び絞り機構を駆動させるためのタイミング信号をシャッタ・アイリスモータドライバ２６に、撮像制御部６２を駆動させるためのタイミング信号を撮像制御部６２に、各々出力する。
【００３５】
また、フォーカスモータドライバ２８及びズームモータドライバ３０の入力端は各々主制御部６０（より詳しくはＣＰＵ６１）に接続され、フォーカスモータドライバ２８の出力端は光学ユニット２０に備えられた焦点調整モータに、ズームモータドライバ３０の出力端は光学ユニット２０に備えられたズームモータに、各々接続されている。
【００３６】
本実施の形態に係る光学ユニット２０に含まれるレンズは複数枚のレンズを有し、焦点距離の変更（変倍）が可能なズームレンズとして構成されており、図示しないレンズ駆動機構を備えている。このレンズ駆動機構にズームモータ及び焦点調整モータは含まれるものであり、ズームモータ及び焦点調整モータは各々ＣＰＵ６１の制御下でズームモータドライバ３０及びフォーカスモータドライバ２８から供給された駆動信号によって駆動される。
【００３７】
ＣＰＵ６１は、光学ズーム倍率を変更する際にはズームモータを駆動制御して光学ユニット２０に含まれるレンズの焦点距離を変化させる。
【００３８】
また、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた画像のコントラストが最大となるように上記焦点調整モータを駆動制御することによって合焦制御を行う。すなわち、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０では、合焦制御として、読み取られた画像のコントラストが最大となるようにレンズの位置を設定する、所謂ＴＴＬ（Through The Lens）方式を採用しており、オートフォーカス・フレームによって示される撮影位置に被写体が位置した状態でシャッターボタン（図示せず）を半押しすることによって、自動的に合焦制御がなされるように構成されている。
【００３９】
ＣＣＤ２２には、図２に示すような、本発明の出願人によって提案されているハニカムＣＣＤを採用することができる。
【００４０】
このＣＣＤ２２の撮像部は、図２に示すように、１画素１色について１つずつ割り当てられると共に、所定の配列ピッチ（水平配列ピッチ＝Ｐｈ（μｍ）、垂直配列ピッチ＝Ｐｖ（μｍ））で、かつ隣接する受光素子ＰＤが垂直方向及び水平方向にずらされて２次元配置された複数の受光素子ＰＤと、この受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰを迂回するように配置され、かつ受光素子ＰＤからの信号（電荷）を取り出して垂直方向に転送する垂直転送電極ＶＥＬと、垂直方向最下に位置する垂直転送電極ＶＥＬの垂直方向下側に配置され、垂直転送電極ＶＥＬから転送されてきた信号を外部へ転送する水平転送電極ＨＥＬと、を備えている。なお、同図に示す例では、開口部ＡＰを八角形のハニカム形状に形成している。
【００４１】
ここで、水平方向に直線状に並んで配置された複数の垂直転送電極ＶＥＬにより構成される垂直転送電極群には、各々垂直転送駆動信号Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖ８の何れか１つを同時に印加することができるように構成されている。なお、同図に示す例では、１段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ３が、２段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ４が、３段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ５が、４段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ６が、５段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ７が、６段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ８が、７段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ１が、８段目の垂直転送電極群に対して垂直転送駆動信号Ｖ２が、各々印加できるように構成されている。
【００４２】
一方、各受光素子ＰＤは隣接する１つの垂直転送電極ＶＥＬに対し転送ゲートＴＧを介して電気的に接続されるように構成されている。同図に示す例では、各受光素子ＰＤが右下に隣接する垂直転送電極ＶＥＬに転送ゲートＴＧを介して接続されるように構成されている。
【００４３】
更に、このＣＣＤ２２の撮像部は、同図に示すように、１受光素子領域の垂直隣接領域が４電極構造となっており、水平隣接領域が２電極構造となっている。
【００４４】
なお、同図において‘Ｒ’が記入された受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰは赤色の光を透過する色分離フィルタで覆われており、‘Ｇ’が記入された受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰは緑色の光を透過する色分離フィルタで覆われており、‘Ｂ’が記入された受光素子ＰＤの前面に形成された開口部ＡＰは青色の光を透過する色分離フィルタで覆われている。すなわち、‘Ｒ’が記入された受光素子ＰＤは赤色光を、‘Ｇ’が記入された受光素子ＰＤは緑色光を、‘Ｂ’が記入された受光素子ＰＤは青色光を、各々受光するものとされている。
【００４５】
ここで、このＣＣＤ２２の撮像時における各受光素子ＰＤからの信号の取り出し動作を説明する。
【００４６】
まず、転送ゲートＴＧを介して受光素子ＰＤに接続された垂直転送電極ＶＥＬが含まれる垂直転送電極群（同図の斜線が付された垂直転送電極ＶＥＬ）に対して所定の高電圧を印加すると共に、これらの垂直転送電極群に挟まれた垂直転送電極群（同図の白抜きの垂直転送電極ＶＥＬ）に対して上記高電圧より低い所定の低電圧を印加する。すなわち、垂直転送駆動信号Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、及びＶ８を上記高電圧とし、垂直転送駆動信号Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、及びＶ７を上記低電圧とする。すると、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬの下部にポテンシャル井戸が形成され、ここに当該垂直転送電極ＶＥＬに接続された受光素子ＰＤに蓄積されていた電荷が一気に流れ込む。
【００４７】
次に、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬが含まれる垂直転送電極群の垂直方向下側に隣接する垂直転送電極群に対して上記高電圧より低く、かつ上記低電圧より高い中位電圧を印加する。すなわち、垂直転送駆動信号Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、及びＶ７を上記中位電圧とする。すると、中位電圧が印加された垂直転送電極ＶＥＬの下部にもポテンシャル井戸が形成され、ここに受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬの下部のポテンシャル井戸から電荷が流れ込んでくる。
【００４８】
次に、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬが含まれる垂直転送電極群に対する印加電圧を上記低電圧とする。すなわち、垂直転送駆動信号Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、及びＶ８を上記低電圧とする。この結果、受光素子ＰＤに転送ゲートＴＧを介して接続された垂直転送電極ＶＥＬの下部に蓄積されていた電荷が全て当該垂直転送電極ＶＥＬの垂直方向下側に隣接する垂直転送電極ＶＥＬの下部に形成されたポテンシャル井戸に移動する。
【００４９】
これ以降、以上の動作を繰り返すことによって各受光素子ＰＤに蓄積された電荷を所謂バケツリレー式に垂直方向下方に隣接した垂直転送電極ＶＥＬに順次転送していくことにより、水平転送電極ＨＥＬを介して１フィールドで読み出すことができる。このようにＣＣＤ２２では、フィールド蓄積方式及びフレーム蓄積方式による電荷の読み出しを併用可能に構成されている。
【００５０】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００５１】
まず、撮影スタンバイ状態となっているデジタルカメラ１０において、ユーザによる被写体像の撮影動作がなされることで、光学ユニット２０を介して被写体の画像光がＣＣＤ２２の受光面上に結像されると、ＣＣＤ２２は、受光面に結像された画像光をその光量に応じた量の信号電荷に変換する。このようにして蓄積された信号電荷は、タイミングジェネレータ４８から垂直・水平ドライバ２４を介して加えられる転送ゲートパルス（ＴＧ）によってシフトレジスタに読み出され、レジスタ転送パルスによって信号電荷に応じた電圧信号として順次読み出される。なお、このＣＣＤ２２は、図３に示すように、蓄積した信号電荷をＯＦＤパルスによって掃き出すことができ、これにより露光時間すなわち電荷の蓄積時間（シャッタスピード）を制御する、いわゆる電子シャッタ機能を有している。
【００５２】
ＣＣＤ２２から出力された電圧信号は、ＣＤＳ４２によって相関二重サンプリング処理がなされた後、ＧＣＡ４４でデジタルゲイン処理が施される。
【００５３】
ＧＣＡ４４では、図３に示すように、Ｇの露光時間ｔGとＲ／Ｂの露光時間tR/Bとが異なることにより生じる、ＣＣＤ２２から出力されるＧ色信号とＲ／Ｂ色信号とのゲイン誤差を以下のように補正する。
【００５４】
図４に示すように、Ｇの露光時間とＲ／Ｂの露光時間との比の値が所定値Ｌ以下となった場合に、以下のゲイン補正係数をＲＧＢ各色の信号値に乗算することで、デジタルゲインをかける。
【００５５】
（ゲイン補正係数α）＝（Ｇの露光時間ｔＧ）／（Ｒ／Ｂの露光時間ｔR/B）＝（Ｇの露光時間ｔＧ）／（（Ｇの露光時間ｔＧ）＋（露光時間差分Δｔ））
ＧＣＡ２２にてゲイン補正された各色信号はＡ／Ｄ４６でＡ／Ｄ変換された後、撮像制御部６２へ入力され、まず、ＷＢ６２Ａにて、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号毎にホワイトバランス調整がなされる。ここでは、予め定めた補正係数（ＡR、ＡG、ＡB）を用いたデジタルゲインがかけられる。
【００５６】
具体的には、Ｇ信号の場合は、（ＧのＷＢ補正値）＝（Ｇ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡG）であり、Ｒ／Ｂ信号の場合は、（Ｒ／Ｂのゲイン補正値）＝（Ｒ／Ｂ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡR／ＡB）である。
【００５７】
なお、ＧＣＡ４４にて行なうゲイン補正をＷＢ６２Ａにて行なうようにしてもよい。この場合、具体的には、Ｇ信号の場合は、（Ｇのゲイン補正値）＝（Ｇ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡG）×（ゲイン補正係数１）であり、Ｒ／Ｂ信号の場合は、（Ｒ／Ｂのゲイン補正値）＝（Ｒ／Ｂ信号値）×（ＷＢ補正係数ＡR／ＡB）×（ゲイン補正係数α）である。
【００５８】
さらに、ホワイトバランス調整がなされた色信号は、Ｙ／Ｃ６２Ｂにて、輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ、Ｃｂ（ＹＣ信号）に変換され、これらの信号（データ）は、ＳＤＲＡＭ７４に格納される。
【００５９】
上記のようにしてＳＤＲＡＭ７４に格納されたＹＣ信号は、圧縮・伸長部６３によって所定のフォーマットに圧縮されたのち、メディア制御部６４を介して記録メディア７０に記録される。
【００６０】
また、図５に示すように、上記メカシャッター使用時は、各色に対応する受光素子ＰＤの露光時間ｔG、ｔR/Bは常に等しくなるので、上記ゲイン補正を実行せず、電子シャッター使用時にのみ上記ゲイン補正を行なうことで、効率的に感度補正することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態に係るデジタルカメラによれば、露光時間の差に応じて、固体撮像素子からの出力信号のゲインを調整する補正を行なうことで、露光時間の差による感度誤差を補正することができる。さらに、露光時間の差から数式的に補正値を算出することで簡単にゲイン補正することができる。
【００６２】
また、従来のホワイトバランス調整手段によって、ゲイン補正をすれば、大幅に新規要素を追加することなく（大幅なコストアップなく）、現行の資産で実現可能である。さらに、従来のホワイトバランス調整手段とは独立した、前段機能によりゲイン補正することで、複雑なホワイトバランス調整系に影響を与えることなく実現できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子の全画素の感光色に対して、少なくとも第１の色に基づく領域、及び第２の色に基づく領域の２つに分け、前記第１シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第１の色に対応する画素の蓄積電荷を読み出し、かつ前記第２シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第２の色に対応する画素の蓄積電荷を読み出すように制御すると共に、第１の色に基づく領域、及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の比の値に基づいて、各色領域に対応するゲインが互いに等しくなるようにゲイン補正するようにしたので、シャッター速度に依存して生じる感度誤差を適切に補正可能であり、良好な感度特性を有するデジタルカメラを提供することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＣＣＤ撮像部の一部についての概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＣＣＤ撮像部の受光素子の各制御信号の様子を示すタイムチャートである。
【図４】本実施の形態における、ＧとＲ／Ｂとの露光時間比と各色の露光時間長との関係を説明するための図である。
【図５】メカシャッター使用時におけるＣＣＤ撮像部の受光素子の各制御信号の様子を示すタイムチャートである。
【図６】従来技術における、ＧとＲ／Ｂとの露光時間比と各色の露光時間長との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ デジタルカメラ
２０ 光学ユニット
２２ ＣＣＤ
２４ 垂直・水平ドライバ
２６ シャッタ・アイリスモータドライバ
２８ フォーカスモータドライバ
３０ ズームモータドライバ
４０ 信号処理部
４２ ＣＤＳ
４４ ＧＣＡ
４８ タイミングジェネレータ
６０ 主制御部
６１ ＣＰＵ
６２ 撮像制御部
６２Ａ ＷＢ
Claims (3)
- 被写体像に対応する光を受光して、受光量に応じた電荷を蓄積する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子のフォトダイオードに残留する電荷を同時に排出してから第１の電荷蓄積時間経過後に第１シャッターパルスを出力すると共に、前記第１の電荷蓄積時間より長い第２の電荷蓄積時間経過後に第２シャッターパルスを出力するシャッターパルス出力手段と、
前記固体撮像素子の全画素の感光色に対して、緑色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第１の色に基づく領域、及び赤色の光を透過する色分離フィルタまたは青色の光を透過する色分離フィルタで覆われた第２の色に基づく領域の２つに分け、前記第１シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第１の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをすると共に、前記第２シャッターパルスのエッジタイミングに基づいて前記第２の色に対応する画素の蓄積電荷の読み出しをするように制御する撮像制御手段と、
第２の電荷蓄積時間に対する第１の電荷蓄積時間の比の値に基づいて、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域に対応するゲインが互いに等しくなるようにゲイン補正する補正手段と、
を有するデジタルカメラ。 - 前記補正手段は、第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の比の値が所定値以下となった場合に、前記第１の色に基づく領域及び第２の色に基づく領域における電荷蓄積時間の差分に基づいて予め定めた補正係数を用いてゲイン補正することを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラ。
- 前記固体撮像素子の受光面へ入射する光を物理的に遮光するメカシャッター手段をさらに備え、
前記メカシャッター手段の駆動時には、前記補正手段によるゲイン補正を実行しないことを特徴とする請求項１又は２に記載のデジタルカメラ。
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