JPH089393A

JPH089393A - 面順次カラーカメラ

Info

Publication number: JPH089393A
Application number: JP6159377A
Authority: JP
Inventors: Jiyunya Yamashita; 純矢山下
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】被写体の画像光の損失を最小限に押さえつつ
撮像素子の分光感度特性を補正し、高感度のカメラを実
現する。【構成】面順次カラーカメラであって、電子シャッタ
機能を有する固体撮像素子（２３）と、互いに異なる面
積を有する複数の色領域（１１，１２，１３）を備え、
被写体の画像光を色分解して固体撮像素子（２３）に供
給する色分解フィルタ（１４）と、該色分解フィルタを
所定速度で駆動するための駆動装置（２８，２９）とを
備えたものである。前記色分解フィルタの各色領域の面
積は固体撮像素子の分光感度特性に基づき設定すること
ができ、必要に応じて被写体の照明光のスペクトル分布
をも加味して調節できる。固体撮像素子のシャッタ開時
間は前記色分解フィルタの各色領域が固体撮像素子の撮
像面を通過する時間内で調節され、色バランスの設定が
行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、面順次カラーカメラに
関し、特に色分解フィルタの各色領域の面積を異ならせ
ることによって、カメラ全体としての感度を低下させる
ことなく撮像素子の分光感度特性などによる各色の被写
体光に対する感度の差を適切に補正する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】面順次カラーカメラの一つとして色分解
用の回転カラーフィルタとＣＣＤなどの固体撮像素子を
使用したものが知られている。この様な面順次カラーカ
メラにおいては、被写体の画像光を回転カラーフィルタ
を介して赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の
３原色に順次色分解し、一つの撮像素子でこれら色分解
された画像光を順次撮像する。

【０００３】図５は、このような従来の面順次カラーカ
メラに使用されている色分解用の回転カラーフィルタの
構成を示す。同図の回転カラーフィルタ４は、複数の色
領域３，２，１を有し所定の速度で回転駆動される。色
領域３はＲの光のみを透過し、色領域２はＧの光のみを
透過し、色領域１はＢの光のみを透過する。また、３つ
の色領域３，２，１がそれぞれ占有する角度、したがっ
て面積は均等に分割されており、かつ回転カラーフィル
タ４の回転速度も一定とされる。

【０００４】そして、このような回転カラーフィルタ４
ともに使用される撮像素子としてＣＣＤ素子が使用され
る。ＣＣＤ撮像素子は長波長側（Ｒ側）に感度が高い固
有の分光感度特性を持っている。したがって、この分光
感度特性を補正するために、従来は通常は色温度変換フ
ィルタを回転カラーフィルタ４の前に挿入して、回転カ
ラーフィルタ４を通過する各色の強度を調整していた。

【０００５】あるいは、色温度変換フィルタを用いる代
わりに、ＣＣＤ撮像素子の持つ電子シャッタ機能を利用
し、各色の露光時間を加減することによってこの分光感
度特性を補正する方法も考えられている。この方法で
は、感度が高い長波長側の画像光に対する露光時間を短
くし、したがって例えばＲ，Ｇ，Ｂの順に露光時間を長
く設定する。これによって、感度の低いＧおよびＢの画
像光については露光時間を長くしてＲの画像光との感度
を均一化させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の面
順次カラーカメラのうち、色温度変換フィルタを使用し
てＣＣＤ素子の分光感度特性を補正するものにあって
は、ＣＣＤ素子の感度が高い長波長側の画像光を減衰さ
せることになるため、カメラ全体としての感度が低下す
るという不都合があった。

【０００７】また、ＣＣＤ素子の持つ電子シャッタ機能
を利用して各色の露光時間を加減し、ＣＣＤ素子に固有
の長波長側に感度が高い分光感度特性を補正する場合に
は、感度の低い短波長側が短波長域用の色領域全体を使
用できるのに対し、長波長側は長波長域用の色領域の一
部しか使用できず、やはり全体としてカメラの感度が低
下してしまうという不都合があった。

【０００８】図５を使用してこの点につき詳細に説明す
る。まず、使用される撮像素子の分光感度特性に対応し
て、

【式１】長波長域の感度／短波長域の感度＝ｍ中波長域の感度／短波長域の感度＝ｎと仮定する。また、ある瞬間に撮像素子の撮像面の前に
ある回転カラーフィルタ上の領域５が、色の境界から外
れてから次に色の境界にかかる直前までの角度を青色の
色領域に対してθＢとする。通常のＣＣＤでは青色の感
度が最も低く、赤色および緑色の感度は青色の感度より
も高いから、それぞれの色の感度に反比例した露光時間
に対応する回転角度を、長波長域の赤色に対してはθ
Ｒ、緑色の長波長域の感度はθＧとして、

【式２】θＢ／θＲ＝ｍ θＢ／θＧ＝ｎとなるようにＣＣＤ素子の電子シャッタを開く時間を設
定すれば、各波長領域に対しほぼ均一の感度を得ること
ができる。

【０００９】ところが、このように各色ごとにＣＣＤ素
子の電子シャッタを開く時間を設定すると、回転カラー
フィルタの各色領域のうち赤色については領域θＬ１、
緑色については領域θＬ２の部分が使用されないことと
なり、したがってカラーカメラ全体としての感度が低下
するという不都合を生じる。

【００１０】したがって、本発明の目的は、色分解フィ
ルタを使用する面順次カラーカメラにおいて、撮像素子
の分光感度特性などを適切に補正可能であり、しかもカ
メラ全体としての感度を高め高品質のカラー画像が得ら
れるようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係わる面順次カラーカメラでは、電子シャ
ッタ機能を有する固体撮像素子と、互いに異なる面積を
有する複数の色領域を備え被写体の画像光を色分解して
前記固体撮像素子に供給する色分解フィルタと、該色分
解フィルタを所定速度で駆動するための駆動装置とを設
ける。

【００１２】前記固体撮像素子の各色のシャッタ開時間
は前記色分解フィルタの各色領域が前記固体撮像素子の
撮像面を通過する時間内で設定される。

【００１３】また、前記固体撮像素子の各色のシャッタ
開時間を上述のように前記色分解フィルタの各色領域が
固体撮像素子の撮像面を通過する時間内で微細に調節す
ることによって色バランスの設定を行うことができる。

【００１４】さらに、前記色分解フィルタの各色領域の
面積はあらかじめ前記固体撮像素子の分光感度特性に基
づいて設定しておくと好都合である。

【００１５】さらに、前記色分解フィルタの各色領域の
面積は被写体の照明光のスペクトル分布を加味して調節
することもできる。

【００１６】さらに、前記固体撮像素子の各色のシャッ
タ開時間は前記色分解フィルタの色境界が固体撮像素子
の撮像面上を通過している混色時間を除いた対応する色
領域の通過時間以下となるよう制御すると好都合であ
る。

【００１７】

【作用】上記構成に係わる面順次カラーカメラにおいて
は、色分解フィルタの各色領域の面積が異ならせてある
から、被写体の画像光を固体撮像素子に取り入れる時間
を各色ごとに異ならせることができる。したがって、例
えば固体撮像素子の分光感度特性に応じて、感度が低い
色については前記色領域の面積を大きくし、感度が高い
色については前記色領域の面積を小さく設定し、前記固
体撮像素子のシャッタ開時間を各色領域の範囲内で設定
することにより、固体撮像素子の分光感度特性を補正し
かつ色バランスの設定をも行うことができる。また、被
写体の画像光を有効に利用できるから、カメラ全体とし
ての感度を高めることができる。

【００１８】なお、被写体の照明光として一定のものを
使用する場合には、前記色分解フィルタの各色領域の面
積を設定する際に、該被写体の照明光のスペクトル分布
をも加味しておくことにより、固体撮像素子の分光感度
特性と合わせてより適切に色バランスの設定を行うこと
が可能になる。

【００１９】さらに、前記固体撮像素子の各色のシャッ
タ開時間は前記色分解フィルタの色境界が前記固体撮像
素子の撮像面上を通過している混色時間を除く対応する
色領域の通過時間以下となるよう制御することにより、
カメラの感度を最大限に維持しながら混色のないカラー
画像を撮像することが可能になる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は、本発明の一実施例に係わる面順次カ
ラーカメラに使用される色分解フィルタすなわち回転カ
ラーフィルタの構成を示す。

【００２１】同図の色分解フィルタ１４は、３つの色領
域１３，１２，１１を有する。色領域１３は赤色（Ｒ）
の光のみを透過させ、色領域１２は緑色（Ｇ）の光のみ
を透過させ、色領域１１は青色（Ｂ）の光のみを透過さ
せる。また、各色領域１３，１２，１１は使用されるＣ
ＣＤ素子などの固体撮像素子の分光感度特性に合わせて
異なる角度幅すなわち面積を有する。すなわち、図１に
おいて点線で示される撮像素子の撮像面に対向する領域
１５が、ある色の境界から外れて次の色の境界にかかる
直前までの角度をθ′とし、長波長域すなわち赤色の角
度θ′をθ′Ｒ、緑色のθ′をθ′Ｇとし、短波長域す
なわち青色のθ′をθＢとしたとき、

【式３】θ′Ｂ／θ′Ｒ＝ｍ θ′Ｂ／θ′Ｇ＝ｎとなるように各色領域が占有する角度を設定する。な
お、ここでｍおよびｎの値は前記図５の場合と同様に、

【式４】長波長域の感度／短波長域の感度＝ｍ中波長域の感度／短波長域の感度＝ｎであるものとする。

【００２２】このような構成により、色分解フィルタ１
４上の混色期間を除く全ての領域を使用することがで
き、画像光の利用効率が高まってカメラ全体の感度を高
めることが可能になる。なお、混色期間とは、のちに説
明するように、撮像素子の撮像面が色分解フィルタ１４
の色境界を通過している時間であり、図１における角度
θ′Ｒ、θ′Ｇ、θ′Ｂ以外の３つの角度部分がそれぞ
れ混色期間である。

【００２３】次に、図２は、このような色分解フィルタ
を使用した本発明の一実施例に係わる面順次カラーカメ
ラの概略の構成を示す。同図の装置は、被写体２１の画
像光を受ける撮像レンズ２２と、該撮像レンズ２２を通
った画像光を色分解する前記図１のような構成を有する
色分解フィルタ１４と、色分解フィルタ１４を通った画
像光を電気信号に変換するＣＣＤ素子のような固体撮像
素子２３とを備えている。また、撮像素子２３を駆動す
るために撮像素子駆動回路２４が設けられ、かつ撮像素
子２３の出力に所定の画像処理などを施して出力するた
めの信号処理回路２５が設けられている。

【００２４】図２の装置は、さらに、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）２６、同期信号発生回路２７、モータ駆動回路２
８および該モータ駆動回路によって回転駆動され色分解
フィルタ１４を所定速度で回転させるモータ２９を備え
ている。また、色分解フィルタ１４の回転を検出するた
めに、フォトインタラプタのような光センサ３０が設け
られている。光センサ３０は、色分解フィルタ１４の外
周部などに設けられた不透明部分（図示せず）などを検
出して色分解フィルタ１４の例えば回転位相に対応した
信号を生成しＣＰＵ２６に入力するものである。

【００２５】図２において、被写体２１からの画像光は
結像レンズ２２により色分解フィルタ１４を経由して固
体撮像素子２３の撮像面上に結像される。同期信号発生
回路２７からの制御信号に基づき撮像素子駆動回路２４
が所定のフィールド周期で固体撮像素子２３に駆動パル
スを入力し、画像の掃き出し、蓄積、転送などの動作を
行わせる。これによって、固体撮像素子２３は色分解フ
ィルタ１４によって色分解された各色の画像光に対応す
る画像信号を生成し順次信号処理回路２５に入力する。
信号処理回路２５は、入力された各色の画像信号に対し
所定の画像処理、例えばガンマ補正その他、を行ったの
ち撮像画像信号として出力する。

【００２６】この場合、同期信号発生回路２７からモー
タ駆動回路２８にも制御信号が入力され、色分解フィル
タ１４の回転と固体撮像素子２３の走査が同期するよう
制御される。また、光センサ３０によって色分解フィル
タ１４の不透明領域が検出され、これによって色分解フ
ィルタ１４の回転位相などに関する情報がＣＰＵ２６を
介して同期信号発生回路２７にも入力される。同期信号
発生回路２７は、このような光センサ３０からの信号な
どに基づき、色分解フィルタ１４の回転速度、回転位相
および固体撮像素子２３の撮像動作を制御する。

【００２７】図２のカラーカメラに使用される固体撮像
素子２３としては、電子シャッタ動作が可能なものが使
用される。すなわち、電荷蓄積型の画素を有し、蓄積時
間を制御することができ、かつリセット動作が可能なも
のが使用される。図３の（ａ）は、このような電子シャ
ッタ動作が可能な固体撮像素子２３の構成例を示す。同
図の固体撮像素子は、２次元的にマトリックス状に配置
された複数の受光素子、すなわちフォトダイオード３１
と、該フォトダイオード３１から画像光に対応する電荷
信号を図示しないフィールドシフトゲートを介して受入
れ縦方向に、すなわち図面では上から下方向に転送する
垂直転送ＣＣＤ３２と、各垂直転送ＣＣＤ３２から順次
転送されてきた垂直方向の画素からの映像信号電荷を順
次水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ３３を備えてい
る。また、水平転送ＣＣＤ３３の出力を映像信号として
外部に取り出すために増幅器３４が設けられている。

【００２８】このような固体撮像素子においては、被写
体の画像光が各画素、すなわちフォトダイオード３１に
照射され、各画素の位置における画像光の強度に応じた
電荷が図示しないフィールドシフトゲートを介してｎ番
目のフィールドとｎ＋１番目のフィールドとの間に各フ
ォトダイオード３１に隣接する垂直転送ＣＣＤ３２に転
送される。そして、垂直転送ＣＣＤ３２はこのようにし
て各フォトダイオード３１から入力される画像電荷を順
次転送し水平転送ＣＣＤ３３に与える。水平転送ＣＣＤ
３３は、また垂直転送ＣＣＤ３２から供給される電荷を
順次水平方向に転送し、増幅器３４を介して映像信号と
して外部に供給する。

【００２９】このような固体撮像素子は、図３の（ｂ）
に示すようなフィールドシフトゲートパルスの１周期ご
とに１フィールド分の画像情報が得られるよう駆動され
る。そして、各フォトダイオード３１における画像電荷
の蓄積は、蓄積開始パルスの例えば立下り時点から開始
され、フィールドシフトゲートパルスの立上り時点まで
行われる。すなわち、蓄積開始パルスの立下りからフィ
ールドシフトゲートパルスの立上りまでの期間が画像光
の蓄積期間となる。したがって、一つのフィールド期間
における、この蓄積期間の前の期間は画像電荷が蓄積さ
れず掃き出される。また、蓄積期間の間に各画素に蓄積
された画像電荷は蓄積期間の終了後、すなわち各フィー
ルドの終りに転送され外部に出力される。

【００３０】次に、以上のような構成を有する面順次カ
ラーカメラの動作を説明する。前記光センサ３０によっ
て色分解フィルタ１４の前記不透明領域が検出され、こ
れによって色分解フィルタ１４の回転位置または位相な
どに関する情報がＣＰＵ２６に入力され、該ＣＰＵ２６
はこの情報を同期信号発生回路２７に供給する。同期信
号発生回路２７は、光センサ３０からの信号などに基づ
き、色分解フィルタ１４の回転位置と固体撮像素子２３
の撮像面の位置などから色分解フィルタ１４の色境界が
固体撮像素子２３の撮像面上を通過している期間、すな
わち混色期間を検出する。同期信号発生回路２７は、こ
の混色期間を示す信号を撮像素子駆動回路２４に入力す
る。

【００３１】撮像素子駆動回路２４は、図４に示すよう
に、同期信号発生回路２７からの信号に基づき、混色期
間、例えば図４のＴＭ１の間は画像電荷を掃き出し、混
色期間が終了したのちに蓄積開始パルスを生成して固体
撮像素子２３に入力する。これによって固体撮像素子２
３は画像電荷の蓄積を開始する。この画像電荷の蓄積は
各フィールド期間の終りまで、すなわち次の混色期間に
入る前まで続けられ、この期間の終りに蓄積された電荷
が外部に転送される。

【００３２】そして、本発明では、図４にも示されてい
るように、各色ごとの蓄積期間は色分解フィルタの各色
領域の蓄積期間を除いた時間の範囲内で設定される。し
たがって、図１に示されるようなＲ，Ｇ，Ｂの順に色分
解領域が大きくなる色分解フィルタでは、図４に示され
るように画像電荷の蓄積期間もＲ，Ｇ，Ｂの順に長くな
る。

【００３３】なお、各色の画像電荷の蓄積時間の長さ
は、撮像画像のホワイトバランスが適切に設定されるよ
うに微細に調整される。すなわち、ホワイトバランスを
設定する場合には、被写体２１として例えば白い紙など
の白い被写体を撮影するか、あるいは画像発生装置（カ
ラービューア）からの白色光源の画像を撮像しながら図
示しないホワイトバランス設定スイッチを操作する。こ
の操作に応じて、ＣＰＵ２６は信号処理回路２５からの
各色の画像信号のレベルを示す信号を解読して、各色の
画像信号のレベルが等しくなるようあるいは所定の比率
になるようにするため、固体撮像素子２３の画像電荷の
蓄積時間を制御する信号を同期信号発生回路２７に入力
する。同期信号発生回路２７はこの信号を撮像素子駆動
回路２４に送り、該撮像素子２４はこの信号、すなわち
色バランス補正制御信号に基づき、前記混色期間が終了
したのちに各色ごとに生成される蓄積開始パルスの生成
タイミングを調節して、各色ごとの電荷蓄積時間を設定
する。これによって、信号処理回路２５からは色バラン
スの設定された画像信号が出力される。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、面順次
カラーカメラにおいて、色分解フィルタの各色領域の混
色期間を除く使用可能な領域の大部分を使用して各色の
画像電荷の蓄積を行うから、被写体の画像光をより有効
に利用することが可能であり、したがってカメラ全体と
しての感度を高めることができる。

【００３５】また、色温度変換フィルタを用いて撮像素
子の分光感度特性を補正する場合のように感度が高い長
波長の光を減衰させることもなく画像光を有効に利用す
ることができ、この点でもカメラの感度低下が防止でき
る。

【００３６】さらに、本発明によれば、電子シャッタ機
能を有する固体撮像素子と組み合わせることにより、該
固体撮像素子の電子シャッタ機能を有効に活用し感度低
下を生じることなく適切に色バランスの設定が行われ、
したがって高品質の画像信号を容易に得ることが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる面順次カラーカメラ
に使用されている色分解フィルタの構成を示す正面図で
ある。

【図２】図１の色分解フィルタを使用した面順次カラー
カメラの概略の構成を示すブロック図である。

【図３】図２の面順次カラーカメラに使用されている固
体撮像素子の構成例を示す概略的平面図（ａ）および該
固体撮像素子に供給される制御パルスを示す概略的信号
波形図（ｂ）である。

【図４】図２の面順次カラーカメラにおける固体撮像素
子の動作を説明するための信号波形図である。

【符号の説明】

１１，１２，１３色領域１４色分解フィルタ１５固体撮像素子の撮像面２１被写体２２撮像レンズ２３固体撮像素子２４撮像素子駆動回路２５信号処理回路２６ＣＰＵ２７同期信号発生回路２８モータ駆動回路２９色分解フィルタ駆動用モータ３０光センサ３１フォトダイオード３２垂直転送ＣＣＤ３３水平転送ＣＣＤ３４増幅器

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【手続補正書】

【提出日】平成６年９月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図５】従来の面順次カラーカメラに使用されている色
分解フィルタの構成を示す正面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子シャッタ機能を有する固体撮像素子
と、互いに異なる面積を有する複数の色領域を備え、被写体
の画像光を色分解して前記固体撮像素子に供給する色分
解フィルタと、前記色分解フィルタを所定速度で駆動するための駆動装
置と、を具備することを特徴とする面順次カラーカメラ。
【請求項２】前記色分解フィルタの各色領域が前記固
体撮像素子の撮像面を通過する時間内で前記固体撮像素
子の各色のシャッタ開時間を設定することを特徴とする
請求項１に記載の面順次カラーカメラ。
【請求項３】前記個体撮像素子の各色のシャッタ開時
間を調節することにより色バランスの設定を行なうこと
を特徴とする請求項２に記載の面順次カラーカメラ。
【請求項４】前記色分解フィルタの各色領域の面積は
前記固体撮像素子の分光感度特性にもとづき設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の面順次カラーカメ
ラ。
【請求項５】さらに、被写体の照明光のスペクトル分
布に応じて前記色分解フィルタの色領域の面積を調節す
ることを特徴とする請求項４に記載の面順次カラーカメ
ラ。
【請求項６】前記固体撮像素子の各色のシャッタ開時
間は前記色分解フィルタの色境界が前記固体撮像素子の
撮像面上を通過している混色時間を除く対応する色領域
の通過時間以下となるよう制御されることを特徴とする
請求項１に記載の面順次カラーカメラ。