(57)【要約】【課題】撮像中にシャッタ速を変化させてもホワイトバランスのずれが目立たない固体撮像装置を提供することである。【解決手段】撮像部１１により光学像が撮像信号に変換され、奇数リニアリティ補正部２１、偶数リニアリティ補正部２２にて、撮像部１１に設定されるシャッタ速の変化に応じてリニアリティ補正値が変動されて、前記光学像の光量と前記撮像信号との入出力特性が補正される。前記シャッタ速と前記リニアリティ補正値との関係は、リニアリティ補正値記憶部２３に記憶されている。そして、前記撮像信号は前記リニアリティ補正手段を経由してホワイトバランス補正部２４に入力され、ここで撮像信号のホワイトバランスが補正される。【選択図】      図１
2008118557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像を撮像信号に変換する撮像手段と、
前記光学像の光量と前記撮像信号との入出力特性を補正するもので、前記撮像手段に設定されるシャッタ速の変化に応じてリニアリティ補正値が変動するリニアリティ補正手段と、
前記撮像信号のホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正手段と、
前記シャッタ速と前記リニアリティ補正値との関係を記憶したリニアリティ補正値記憶手段と、
を具備し、
前記撮像信号は前記リニアリティ補正手段を経由して前記ホワイトバランス補正手段に入力されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記ホワイトバランス補正手段に接続された色温度係数演算器と、
前記色温度係数演算器に色温度入力手段を参照するかどうかを選択するスイッチと、
を更に具備し、
前記スイッチがオンされた時は前記色温度入力手段により入力設定された色温度を白と定義したホワイトバランス補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
３色以上のカラーフィルタを搭載しているインタレース型ＣＣＤを更に具備し、
前記撮像信号は奇数フィールドと偶数フィールドとで電荷混合されずに読み出され、前記リニアリティ補正手段は前記奇数フィールドと偶数フィールドとの少なくとも何れか一方を補正することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色に分光する光学プリズムと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像素子とを更に具備し、
前記リニアリティ補正手段は、前記Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用にそれぞれ独立して補正することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
複数の撮像信号出力アンプに並列読み出しするＸ−Ｙアドレス型撮像素子を更に具備し、
前記リニアリティ補正手段は、前記複数の撮像信号出力アンプ毎にそれぞれ独立して補正することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記リニアリティ補正手段は、オフセット補正と、２点以上のリニアリティ補正とから成ることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記シャッタ速とは分母に小数点を含む高分解能シャッタであり、前記高分解能シャッタは撮像のフレームレートと連動して変動し、撮像中に前記撮像のフレームレートを変更可能であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
光学像を撮像信号に変換する撮像手段と、
前記撮像手段のシャッタ速を変化可能に設定するためのシャッタ速入力手段と、
前記光学像の光量と前記撮像信号との入出力特性を補正するもので、前記シャッタ速入力手段で設定されたシャッタ速の変化に応じて、前記撮像信号の非リニア特性をリニア特性に補正するためのリニアリティ補正値が変動するリニアリティ補正手段と、
前記シャッタ速と前記リニアリティ補正値との関係を記憶したリニアリティ補正値記憶手段と、
前記リニアリティ補正手段で前記入出力特性が補正された撮像信号のホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正手段と、
を具備し、
前記リニアリティ補正手段は、前記シャッタ速の変化に応じた前記リニアリティ補正値記憶手段に記憶されているリニアリティ補正値を参照して、前記撮像信号の入出力特性を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
前記ホワイトバランス補正手段に接続された色温度係数演算器と、
前記色温度係数演算器に色温度入力手段を参照するかどうかを選択するスイッチと、
を更に具備し、
前記ホワイトバランス補正手段は、前記スイッチで前記色温度入力手段の参照が選択された場合は、前記色温度入力手段により入力設定された色温度を白と定義したホワイトバランス補正を行うことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像手段で変換される撮像信号は、奇数フィールドと偶数フィールドとで電荷混合されずに出力されることを特徴とする請求項８若しくは請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像手段は、少なくとも３色のカラーフィルタを搭載しているインタレース型ＣＣＤを有し、前記撮像信号は奇数フィールドと偶数フィールドとで電荷混合されずに出力され、
前記リニアリティ補正手段は、前記撮像手段から出力された前記奇数フィールドと偶数フィールドとの少なくとも何れか一方の入出力特性を補正することを特徴とする請求項８若しくは請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記撮像手段は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色に分光する光学プリズムと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像素子とを有し、
前記リニアリティ補正手段は、前記Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用にそれぞれ独立して前記入出力特性を補正することを特徴とする請求項８若しくは請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像手段は、複数の撮像信号出力アンプと、前記複数の撮像信号出力アンプに並列読み出しするＸ−Ｙアドレス型撮像素子を有し、
前記リニアリティ補正手段は、前記複数の撮像信号出力アンプ毎にそれぞれ独立して前記入出力特性を補正することを特徴とする請求項８若しくは請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記リニアリティ補正手段は、オフセット補正と、少なくとも２点のリニアリティ補正を行うことを特徴とする請求項８若しくは請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記シャッタ速とは分母に小数点を含む高分解能シャッタであり、前記高分解能シャッタは撮像のフレームレートと連動して変動し、撮像中に前記撮像のフレームレートを変更可能であることを特徴とする請求項８若しくは請求項９に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアリティ補正手段を経由してホワイトバランスを補正する固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ出力特性をリニア特性にする技術が、例えば、下記特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載されたＣＣＤ画像出力装置は、出力特性に折れ曲がり特性を持たせるようにしたＣＣＤ画像出力装置であって、ＣＣＤ出力の折れ曲がり特性をリニア特性に戻す直線化回路を設け、該直線化回路の出力をその出力とするように構成している。また、特許文献１の装置では、ホワイトバランスをとったにも拘らず階調チャートを写すと、特定の階調に色がついてしまうという問題点について解決しようとしている。
【０００３】
一方、下記特許文献２には、所定の周期で露光時間が交互に切り替えられる撮像素子と、該撮像素子から出力される映像信号をホワイトバランス補正処理する信号処理回路と、該ホワイトバランス補正された映像信号をもとに、該露光時間に応じたホワイトバランス値を生成し、ホワイトバランス補正のために該信号処理回路に供給するホワイトバランス補正回路とを備え、該撮像素子で切り替えられる該露光時間毎に、所定のルールに基いて、ホワイトバランス補正での色温度補正範囲を設定する撮像装置が記載されている。
【特許文献１】特開昭６３−２６０２８３号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１では、撮像部に設定するシャッタ速の変化で変動するＣＣＤのリニアリティ特性については触れられていない。前記特許文献１に記載されているＣＣＤ画像出力装置では、シャッタ速を変更したらホワイトバランスも取り直す必要が生じる。
【０００５】
仮に、撮像前であれば、シャッタ速の変更に伴いホワイトバランスを取り直せば良い。また、撮像途中にシャッタ速を変化させたい場合もあるが、撮像途中ではホワイトバランスを取り直すことはできない。別の手法として、フィードバック制御によるオートホワイトバランス機能を用いるものがあるが、ホワイトバランスが正しく補正されるのは、少なくとも１フレーム遅れとなる。更に、１フレーム単位で刻々とシャッタ速が変化し続けるシーンでは、オートホワイトバランスを施しても常に微量なずれがあるホワイトバランスのままで撮り続けてしまうことになる。
【０００６】
更に、前記特許文献２の装置では、１フィールド毎に長露光時間と短露光時間とに交互に露光時間が切り替えられ、長時間露光、短時間露光のフィールド毎のホワイトバランス（ＷＢ）補正値でＷＢの補正がなされている。次いで、長時間露光のフィールドと短時間露光のフィールドとが異なるガンマ特性Ａ、ガンマ特性Ｂでガンマ補正されることについて記載されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献２にあるような長時間露光用のガンマ特性Ａ、短時間露光用のガンマ特性Ｂの周期的な切り替えでは、撮像のフレームレートの変動に応じて、滑らかに露光時間を変化させ続ける撮像手法のホワイトバランス補正には対応できていないものであった。
【０００８】
このように、前述した従来技術では、シャッタ速を変化させながら光学像を撮像した場合、シャッタ速の変化と供にホワイトバランスがずれたり、特定の階調に色が付いたりするという課題を有していた。
【０００９】
したがって本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、シャッタ速を変化させながら撮像しても、ホワイトバランスのずれを目立たなくすることのできる固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明は、光学像を撮像信号に変換する撮像手段と、前記光学像の光量と前記撮像信号との入出力特性を補正するもので、前記撮像手段に設定されるシャッタ速の変化に応じてリニアリティ補正値が変動するリニアリティ補正手段と、前記撮像信号のホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正手段と、前記シャッタ速と前記リニアリティ補正値との関係を記憶したリニアリティ補正値記憶手段と、を具備し、前記撮像信号は前記リニアリティ補正手段を経由して前記ホワイトバランス補正手段に入力されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、前記ホワイトバランス補正手段に接続された色温度係数演算器と、前記色温度係数演算器に色温度入力手段を参照するかどうかを選択するスイッチと、を更に具備し、前記スイッチがオンされた時は前記色温度入力手段により入力設定された色温度を白と定義したホワイトバランス補正を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明に於いて、３色以上のカラーフィルタを搭載しているインタレース型ＣＣＤを更に具備し、前記撮像信号は奇数フィールドと偶数フィールドとで電荷混合されずに読み出され、前記リニアリティ補正手段は前記奇数フィールドと偶数フィールドとの少なくとも何れか一方を補正することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明に於いて、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色に分光する光学プリズムと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像素子とを更に具備し、前記リニアリティ補正手段は、前記Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用にそれぞれ独立して補正することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明に於いて、複数の撮像信号出力アンプに並列読み出しするＸ−Ｙアドレス型撮像素子を更に具備し、前記リニアリティ補正手段は、前記複数の撮像信号出力アンプ毎にそれぞれ独立して補正することを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明に於いて、前記リニアリティ補正手段は、オフセット補正と、２点以上のリニアリティ補正とから成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明に於いて、前記シャッタ速とは分母に小数点を含む高分解能シャッタであり、前記高分解能シャッタは撮像のフレームレートと連動して変動し、撮像中に前記撮像のフレームレートを変更可能であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、光学像を撮像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段のシャッタ速を変化可能に設定するためのシャッタ速入力手段と、前記光学像の光量と前記撮像信号との入出力特性を補正するもので、前記シャッタ速入力手段で設定されたシャッタ速の変化に応じて、前記撮像信号の非リニア特性をリニア特性に補正するためのリニアリティ補正値が変動するリニアリティ補正手段と、前記シャッタ速と前記リニアリティ補正値との関係を記憶したリニアリティ補正値記憶手段と、前記リニアリティ補正手段で前記入出力特性が補正された撮像信号のホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正手段と、を具備し、前記リニアリティ補正手段は、前記シャッタ速の変化に応じた前記リニアリティ補正値記憶手段に記憶されているリニアリティ補正値を参照して、前記撮像信号の入出力特性を補正することを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明に於いて、前記ホワイトバランス補正手段に接続された色温度係数演算器と、前記色温度係数演算器に色温度入力手段を参照するかどうかを選択するスイッチと、を更に具備し、前記ホワイトバランス補正手段は、前記スイッチで前記色温度入力手段の参照が選択された場合は、前記色温度入力手段により入力設定された色温度を白と定義したホワイトバランス補正を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項８若しくは９に記載の発明に於いて、前記撮像手段で変換される撮像信号は、奇数フィールドと偶数フィールドとで電荷混合されずに出力されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項８若しくは９に記載の発明に於いて、前記撮像手段は、少なくとも３色のカラーフィルタを搭載しているインタレース型ＣＣＤを有し、前記撮像信号は奇数フィールドと偶数フィールドとで電荷混合されずに出力され、前記リニアリティ補正手段は、前記撮像手段から出力された前記奇数フィールドと偶数フィールドとの少なくとも何れか一方の入出力特性を補正することを特徴とする。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項８若しくは９に記載の発明に於いて、前記撮像手段は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色に分光する光学プリズムと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像素子とを有し、前記リニアリティ補正手段は、前記Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用にそれぞれ独立して前記入出力特性を補正することを特徴とする。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、請求項８若しくは９に記載の発明に於いて、前記撮像手段は、複数の撮像信号出力アンプと、前記複数の撮像信号出力アンプに並列読み出しするＸ−Ｙアドレス型撮像素子を有し、前記リニアリティ補正手段は、前記複数の撮像信号出力アンプ毎にそれぞれ独立して前記入出力特性を補正することを特徴とする。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、請求項８若しくは９に記載の発明に於いて、前記リニアリティ補正手段は、オフセット補正と、少なくとも２点のリニアリティ補正を行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、請求項８若しくは９に記載の発明に於いて、前記シャッタ速とは分母に小数点を含む高分解能シャッタであり、前記高分解能シャッタは撮像のフレームレートと連動して変動し、撮像中に前記撮像のフレームレートを変更可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、撮像中にシャッタ速を変化させてもホワイトバランスのずれを目立たなくする効果があり、また、シャッタ速の変化と供に特定の階調に色が付くことを抑制する効果がある。更に、通常露光から長時間露光に切り替えた場合に気になる黒の変色についても目立たなくする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示したもので、インタレース型ＣＣＤ撮像素子を搭載した単板式固体撮像装置のブロック構成図である。この固体撮像装置に於いては、撮像素子はインタレース型ではあるが、奇数フィールドと偶数フィールドとを電荷混合せずに読み出しており、奇数フィールドと偶数フィールドとで撮像の時間位相も略一致しているのでプログレッシブ撮像システムである。
【００２８】
図１に於いて、この固体撮像装置１０は、撮像手段である撮像部１１と、シャッタ速入力部（シャッタ速入力手段）１９と、リニアリティ補正手段を構成する奇数リニアリティ補正部２１及び偶数リニアリティ補正部２２と、リニアリティ補正値記憶部（リニアリティ補正値記憶手段）２３と、ホワイトバランス補正部（ホワイトバランス補正手段）２４と、色温度係数演算器２５と、色温度入力部２６及びスイッチ２７とを有して構成される。
【００２９】
前記撮像部１１は、奇数フィールド１３ａ及び偶数フィールド１３ｂの撮像素子１３と、撮像信号出力アンプ１５と、Ａ／Ｄ変換器１６とを有して構成される。撮像素子１３の奇数フィールド１３ａ、偶数フィールド１３ｂで得られた撮像信号は、撮像信号出力アンプ１５を介して出力され、Ａ／Ｄ変換器１６に入力される。Ａ／Ｄ変換器１６にてデジタル撮像信号に変換された後、奇数フィールド１３ａの撮像信号は奇数リニアリティ補正部２１に、偶数フィールド１３ｂの撮像信号は偶数リニアリティ補正部２２にそれぞれ入力される。奇数リニアリティ補正部２１及び偶数リニアリティ補正部２２の出力は、ホワイトバランス補正部２４に入力され、画像信号として出力されるに至る。尚、Ａ／Ｄ変換器をリニアリティ補正部の後段に配置し、リニアリティ補正部をアナログ処理としても良い。
【００３０】
前記奇数リニアリティ補正部２１及び偶数リニアリティ補正部２２には、リニアリティ補正値記憶部２３が接続されている。また、撮像部１１に設定されるシャッタ速の変化を入力するためのシャッタ速入力部１９が、リニアリティ補正値記憶部２３にも接続されている。また、ホワイトバランス補正部２４には色温度係数演算器２５が接続されている。そして、この色温度係数演算器２５は、色温度入力部２６による色温度を参照することができる。
【００３１】
図２は、カラーフィルタの配列の一部分を示した一例の図であり、図１の撮像部１１に含まれている。
【００３２】
図２に於いて、先ず、撮像素子１３の奇数フィールド１３ａに配列されているＧ1 （緑１）とＲ（赤）が読み出され、次に偶数フィールド１３ｂに配列されているＢ（青）とＧ2 （緑２）が読み出される。尚、カラーフィルタの配列は図２に示されるものに限られるものではなく、Ｇ1 とＧ2 は同色であっても良いし、Ｇ2 はＥｍ（エメラルドグリーン）であっても良いし、グリーン系の代わりにＷ（白）でも、Ｙｅ（黄）でもよく、いろいろな変形が考えられる。また、Ｇ1 とＧ2 を同色として透過率だけ変えても良い。
【００３３】
図２に示されている奇数フィールド１３ａと偶数フィールド１３ｂの露光期間について、図３のタイミングチャートを参照して説明する。
【００３４】
露光期間の開始は奇数フィールド１３ａと偶数フィールド１３ｂとで同時であるのに、奇数フィールド１３ａの読み出しの方が先であるため、後から読み出す偶数フィールド１３ｂとの間にタイムラグＸが発生する。このタイムラグＸが、奇数フィールド１３ａと偶数フィールド１３ｂの露光期間及び／または電荷保持期間の差となる。
【００３５】
仮に、光学像の光量と撮像信号との入出力特性が理想的なリニア特性となるならば、撮像信号のホワイトバランスとブラックバランスとを取ることで、図３に示されるタイムラグＸに伴う露光量の差異を、輝度階調性としてはキャンセルできるはずである。ホワイトバランスについては、図４に表されるようなホワイトバランスゲインのように、各色のゲイン補正をすれば良い。
【００３６】
図４に表されるＧは、Ｇ1 とＧ2 の平均としても良いし、Ｇ1 のみでも良い。或いは、Ｇ1 とＧ2 の値の大きい方としても良い。このホワイトバランスゲインには、０ｄＢより小さいアッテネートを含んでも良い。
【００３７】
しかし、通常の撮像素子の光学像の光量と撮像信号との入出力特性は、図５に示されるように、光量（入力）と撮像信号（出力）の特性にオフセット成分を有し、また、電荷飽和領域付近ではリニア特性が潰れているのが普通である。更に、このリニア特性は、各色、及び／または、各フィールドで異なっている。
【００３８】
そこで、本実施形態に於いては、光学像の光量（入力）と撮像信号（出力）の入出力特性を、図６に示されるようにリニアに補正するリニアリティ補正部が必要となってくる。このリニアリティ補正部とは、例えば、図１に示される奇数リニアリティ補正部２１と偶数リニアリティ補正部２２のことである。
【００３９】
図１及び図６で示すようなリニアリティ補正部を省略した場合、図７に示されるように、光学像の光量と撮像信号との入出力特性のフィールド差が、色再現性で問題となることがある。図７に示されるように、ホワイトバランスとブラックバランスを取っても、リニアリティ特性が座標で一致しているのはホワイトバランスとブラックバランスを取った２点となるからである。
【００４０】
図７に示される曲線ａが奇数フィールドで、曲線ｂが偶数フィールドとなる理由は、図３で示したように、曲線ｂである偶数フィールドの方が奇数フィールドよりも後に読み出されるからである。つまり、偶数フィールドの露光期間の方がタイムラグＸ分だけ長くなり、偶数フィールドの方が撮像素子としての感度が高くなる。一方で、オフセットの差異については、黒部をオプチカルブラックにて処理しており、また、ブラックバランスを取り直すので一概には言えない。偶数フィールドの方が奇数フィールドよりも感度が高くなる分だけ、ホワイトバランスを取った後の信号飽和レベルは偶数フィールドの方が低くなる。
【００４１】
図７で示した奇数フィールドと偶数フィールドのリニアリティ特性の差が色再現性と関係する理由は、図２を参照すると、奇数フィールド１３ａにＧ1 とＲが配列されており、偶数フィールド１３ｂにＢとＧ2 が配列されているからである。例えば、ホワイトバランスとブラックバランスを取った後に、ホワイトバランス取得の信号レベルとブラックバランス取得の信号レベルとの中間の信号レベルに着目すれば、図７に曲線ｂで示された偶数フィールド１３ｂの方が、曲線ａで示される奇数フィールド１３ａよりも小さく描かれている。つまり、偶数フィールド１３ｂに配列されたＢとＧ1 の方があるべきホワイトバランスよりも小さなゲインレベルとなっている。この現象を色再現性で表現するならば、特定の階調に於いて、色ベクトルがＹｅ（黄）方向にシフトすることになる。
【００４２】
前述したように、図７に示されたリニアリティ特性の差分から発生する色再現性の問題を改善するには、図１に示された奇数リニアリティ補正部２１と偶数リニアリティ補正部２２とが必要である。そして、リニアリティ補正部の機能は、図５に示される撮像信号の非リニア特性を、図６に示されるようなリニア特性に補正することである。このような補正のことを、リニアリティ補正と称する。
【００４３】
図８は、撮像部１１のシャッタ速を高速シャッタに切り替えた時の奇数フィールドのリニアリティ特性をイメージした図である。図８のイメージ図は、図１のリニアリティ補正値記憶部２３が省略された場合について示したものである。
【００４４】
図３のタイミングチャートで示したように、奇数フィールドではタイムラグＸの分だけ偶数フィールドよりも露光期間が短い。更に、偶数フィールドは奇数フィールドよりも垂直転送路に於ける電荷保持時間が長く、暗電流等による影響も懸念される。仮に、一定のシャッタ速での撮像であれば、前述したように、リニアリティ補正を施して、ホワイトバランスとブラックバランスを取ればよい。しかしながら、撮像中に高速シャッタに切り替える場合は、露光期間、及び／または、電荷保持期間に対するタイムラグＸの占有比率の変化に注意するべきである。これは、短時間露光期間の方が長時間露光期間よりもタイムラグＸの占有比率が大きくなる、つまり、タイムラグＸによる影響を受けやすくなるからである。
【００４５】
そこで、撮像中にシャッタ速を変化させた場合に、シャッタ速別に対応したリニアリティ補正が必要とされる。図１に示されるリニアリティ補正値記憶部２３には、撮像部１１に設定されるシャッタ速が、シャッタ速入力部１９から入力される。このシャッタ速入力部に入力されるシャッタ速信号は、シャッタパルスのような電気信号でも良いし、シリアルコードのような符号化されたものでも良い。入力されるシャッタ速に応じて、リニアリティ補正値を変化させ対応させるために、リニアリティ補正値記憶部２３には、予めリニアリティ補正値が記憶されている。
【００４６】
この記憶手法は、ルックアップテーブルのようなものでも良いし、パラメータ代入による関数近似演算方式でも良い。また、関数近似式の精度に特に制限はなく、粗い近似であっても、定性的な画質評価の許容範囲にあるならば、オフセット補正と２点の折れ線近似とからなる簡単なものでも改善の効果は認められた。
【００４７】
図９は、オフセット補正と２点の折れ線近似によるリニアリティ補正の一例であって、図５で示され光量（入力）と撮像信号（出力）の入出力特性を折れ線近似した一例を示した図である。
【００４８】
図９に於いて、撮像信号（出力）をダイナミックレンジ６００％に設定した場合の、０〜３０％の低輝度領域を直線Ｌ１、同３０〜２６０％の高輝度領域（一部ＫＮＥＥ領域）を直線Ｌ２、同２６０〜６００％の完全ＫＮＥＥ領域を直線Ｌ３に、それぞれ折れ線近似して示している。
【００４９】
前記ＫＮＥＥ領域とは、１００％以上の輝度圧縮領域を指すのが通常であるが、画像編集機によっては入力レンジが１００％仕様の場合もあるので、ＫＮＥＥ領域を約９０％以上とする場合もある。画像編集機で画像を暗く編集したりすることも考えられるので、図９に示される直線Ｌ２のように、２６０％あたりまではＫＮＥＥ領域といえどもある程度のリニアリティを保つべきである。図９に示される直線Ｌ１と直線Ｌ２によるリニアリティ補正により、特定の階調での色付き現象を抑制する効果がある。
【００５０】
一方で、画像編集後もＫＮＥＥ領域であることが想定される直線Ｌ３のような、２６０％以上の輝度領域については、それほど正確なリニアリティは要求されなくとも良い。したがって、直線Ｌ３のような粗い近似でも画質的にはさほど問題ない。
【００５１】
前述した技術背景から、図５で示した光量（入力）と撮像信号（出力）の特性曲線を多点補正にて直接的に図６のようにリニアリティ補正するよりも、一旦は図９のようにオフセット補正と２点の折れ線近似（直線Ｌ１、直線Ｌ２、直線Ｌ３）にしてから折れ線を図６のようにリニアリティ補正した方が、回路規模を小さくして、消費電力を抑え、コストダウンを狙うことができる。無論、このリニアリティ補正は一例であり、これに限られるものではない。
【００５２】
次に、色温度係数演算器２５について説明する。
【００５３】
図１を見れば、色温度係数演算器２５に色温度入力部２６を参照するかどうか選択できるスイッチ２７を有し、該スイッチ２７がＯＮの時は色温度入力部２６により入力設定された色温度を白と定義したホワイトバランス補正をすることが可能である。また、色温度入力部２６を参照するスイッチ２７をＯＦＦにすることもできる。
【００５４】
前記ホワイトバランス補正部２４は、例えば、図４に表されるホワイトバランスゲインによる演算部であり、デジタルゲインであるので、ゲインが大きければ大きいほど画像信号のＳ／Ｎは劣化する。そこで、図４に表されるホワイトバランスゲインが最小となるように、被写体と撮像部との光軸上に光学的色温度変換フィルタを配置する手法がある。これは、ホワイトバランスゲインが小さい方が、画像信号のＳ／Ｎに有利だからである。被写体の白が白く撮像されるようにホワイトバランスを補正する場合には、色温度入力部２６のスイッチ２７をＯＦＦにすると良い。つまり、光学的色温度変換フィルタも被写体の一部となり、光学的色温度変換フィルタがデジタルゲインの代わりとなる。
【００５５】
一方で、被写体に対してカラーフィルタを掛けて見るような映像表現手法を考えれば、被写体の白はカラーフィルタの色に撮像されるべきである。図１にある色温度入力部のスイッチをＯＮにすることで、映像出力の色温度を自由に入力設定できるようにして映像表現の自由を増す。視覚的には人間の目に色付きサングラスを掛けたような画像になるのと等価であり、サングラスの色を図１の色温度入力部２６にて設定することができる。
【００５６】
また、一旦は色温度入力部２６のスイッチ２７をＯＦＦにして光学的色温度変換フィルタにて色温度の粗調整をした後、色温度入力部２６のスイッチ２７をＯＮにして、色温度入力部２６にて色温度の微調整をする使い方も考えられる。
【００５７】
このように、前述した実施形態によれば、撮像中にシャッタ速が変化してもリニアリティ補正を行うためのリニアリティ補正値を変化させるので、ホワイトバランスのずれを目立たなくすることが可能となる。
【００５８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５９】
図１０は、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置について示したもので、Ｒ（赤）色、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色に分光する光学プリズムと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像素子をそれぞれ有する固体撮像装置の構成を示したブロック図である。
【００６０】
尚、以下に述べる第２の実施形態に於いて、固体撮像装置の基本的な構成及び動作については、前述した第１の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６１】
この第２の実施形態による固体撮像装置は、撮像手段である撮像部３１と、シャッタ速入力部１９と、リニアリティ補正値記憶部２３と、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用にそれぞれ独立して補正するリニアリティ補正部（リニアリティ補正手段）３６ａ〜３６ｃと、ホワイトバランス補正部２４とを有して構成されている。
【００６２】
前記撮像部３１は、Ｒ（赤）色、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色に分光する光学プリズム３２と、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像信号出力アンプ３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用のＡ／Ｄ変換器３５ａ、３５ｂ、３５ｃとを有して構成される。各色のＡ／Ｄ変換器３５ａ、３５ｂ、３５ｃを経た撮像信号は、それぞれＲ色用、Ｇ色用、Ｂ色用のリニアリティ補正部３６ａ、３６ｂ、３６ｃに入力される。更に、リニアリティ補正値記憶部２３が、各色のリニアリティ補正部３６ａ、３６ｂ、３６ｃにそれぞれ接続されている。
【００６３】
尚、図１０に示される固体撮像装置３０では、撮像素子はＣＣＤに限定されるものではない。例えば、ＭＯＳ型撮像素子でも良いし、アモルファス撮像管でも良い。
【００６４】
図１０に示される固体撮像装置３０では、撮像信号の読み出し方式をプログレッシブ読み出し方式にしているが、仮にインタレース型ＣＣＤ撮像素子を用いて、奇数フィールドと偶数フィールドとを電荷混合せずにプログレッシブ撮像信号として読み出すならば、図１と同様に、奇数リニアリティ補正部と偶数リニアリティ補正部を有するべきである。更に、奇数リニアリティ補正部と偶数リニアリティ補正部は、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用にそれぞれ設置すればよい。
【００６５】
図１１は、プログレッシブ型撮像素子を用いて、プログレッシブ読み出しする場合のホワイトバランスゲインについての一例を示した図である。
【００６６】
図１１に於いて、Ｇ色列のゲインを１に固定して、Ｒ色とＢ色をそれぞれＧ色と同じ信号レベルになるように、ホワイトバランスゲインを掛けることを表している。Ｇ色はＹ（輝度）のマトリックス演算の中に占める比率が高いので、Ｇ色をゲイン１倍に固定することで、ホワイトバランス取得にて画像の明るさ変動を抑える効果がある。
【００６７】
尚、図１１に表されているホワイトバランスゲインは、一般的な固体撮像装置のホワイトバランス手法と同じである。
【００６８】
図１２は、インタレース型撮像素子を用いて、奇数フィールドと偶数フィールドとを電荷混合せずにプログレッシブ撮像信号として読み出す場合のホワイトバランスについての一例を示した図である。
【００６９】
図１２に於いては、Ｇ1 とＧ2 から生成されるＧに対して、信号レベルが同じになるように、ホワイトバランスゲインを掛けることを表している。図１２表されているＧは、Ｇ1 とＧ2 の平均としても良いし、Ｇ1 のみでも、Ｇ1 とＧ2 の値の大きい方としても良い。このホワイトバランスゲインには、０ｄＢより小さいアッテネートを含んでも良い。
【００７０】
図１０の固体撮像装置３０にリニアリティ補正部３６ａ〜３６ｃを設置する理由は、図５に示されるような撮像信号のリニアリティ特性が、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色について、それぞれ異なる特性であるからである。奇数フィールドと偶数フィールドを持たないフレーム読み出しである場合は、図３のタイミングチャートに示されたタイムラグＸは存在しない。しかしながら、撮像信号出力アンプとＡ／Ｄ変換器３４ａ〜３４ｃは、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用にそれぞれ有するので、撮像信号出力アンプとＡ／Ｄ変換器に依存するリニアリティ特性を補正する必要がある。
【００７１】
また、前述した図１に示される第１の実施形態の場合と同様に、撮像中にシャッタ速を変化させてもホワイトバランスのずれを目立たなくし、シャッタ速の変化と供に特定の階調に色が付くことを抑制するためには、シャッタ速にて変動するリニアリティ補正値を記憶するリニアリティ補正値記憶部２３を有する必要がある。
【００７２】
このように、第２の実施形態に於いても、前述した第１の実施形態と同様に、撮像中にシャッタ速が変化してもリニアリティ補正を行うためのリニアリティ補正値を変化させるので、ホワイトバランスのずれを目立たなくすることが可能となる。
【００７３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７４】
図１３は、本発明の第３の実施形態の固体撮像装置の構成を示したブロック図である。
【００７５】
尚、以下に述べる第３の実施形態に於いて、固体撮像装置の基本的な構成及び動作については、前述した第１及び第２の実施形態と同じであるので、説明の重複を避けるため、同一の部分には同一の参照番号を付して、その図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００７６】
この第３の実施形態による固体撮像装置４０の撮像部（撮像手段）４１は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の撮像信号出力アンプに並列読み出しするＸ−Ｙアドレス型撮像素子４２を搭載し、ｎ個の撮像信号出力アンプ４３1 〜４３n と、ｎ個のＡ／Ｄ変換器４４1 〜４４n を有している。この固体撮像装置４０は、図５で示されるような撮像信号のリニアリティ特性が、撮像信号出力アンプ４３1 〜４３nとＡ／Ｄ変換器４４1 〜４４n でそれぞれ異なるｎ種類の特性から成るので、リニアリティ補正部（リニアリティ補正手段）４６1 〜４６n を設置する必要がある。
【００７７】
図１３に示される固体撮像装置４０でも、撮像中にシャッタ速を変化させてもホワイトバランスのずれを目立たなくし、シャッタ速の変化と供に特定の階調に色が付くことを抑制するために、シャッタ速にて変動するリニアリティ補正値を記憶するリニアリティ補正値記憶部２３が設けられている。
【００７８】
図１４は、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子４２を用いて、ｎ個の撮像信号出力アンプ４３1 〜４３n に並列読み出しする場合のホワイトバランスについての一例を示した図である。
【００７９】
図１４では、Ｇ1 〜Ｇn から生成されるＧに対して、Ｇ1 〜Ｇn 、Ｒ1 〜Ｒn 、Ｂ1 〜Ｂn の各信号レベルが同じレベルになるようにホワイトバランスゲインを掛けることを示している。
【００８０】
このように構成しても、前述した第１、第２の実施形態と同様に、撮像中にシャッタ速が変化しても、ホワイトバランスのずれを目立たなくすることが可能となる。
【００８１】
次に、可変フレームレート撮像と図１、図１０及び図１３に示される固体撮像装置との関係について説明する。
【００８２】
図１５は円形状の機械的シャッタの例を示している。この機械的シャッタ５０は、円形状の部材中に、遮光部５１と開口部５２とを有して構成されている。また、この機械的シャッタ５０の開口部５２は、被写体と撮像素子との間の光軸上に設置され、右または左にモータ駆動により回転できる。図１５に示される機械的シャッタ５０は、ロータリシャッタと称されるものである。
【００８３】
ロータリシャッタ５０が制御するのは、シャッタ速と撮像のフレームレートである。そして、シャッタ速は開口部５２の開閉で調節される開口率とロータリシャッタ５０の回転速度で決定される。また、撮像のフレームレートは、ロータリシャッタ５０の回転速度のみで決定される。
【００８４】
ここで、撮像条件とロータリシャッタ５０の制御の一例について説明する。
【００８５】
いま、ロータリシャッタ５０が開口率４０％で、回転速度が秒速２４回転であるならば、シャッタ速１／６０(ｓ)、２４ｐによる撮像条件と等価である。開口率を４０％のまま固定して駆動モータの回転速度を徐々に滑らかに速くしていき、回転速度が秒速１００回転に達すれば、シャッタ速１／２５０(ｓ)、１００ｐによる撮像条件と等価である。この撮像手法は可変フレームレート撮像の一例である。
【００８６】
前述した可変フレームレート撮像手法を、図１、図１０及び図１３に示される固体撮像装置に応用すれば、前述した円形状の機械的回転シャッタ（ロータリシャッタ）を撮像素子で駆動制御する電子シャッタにて擬似的に再現すれば良い。つまり、機械制御にて得られるシャッタ速を予めシミュレーション演算で求めておき、それを電子シャッタの制御に応用すれば良い。
【００８７】
開口率を固定して回転速度を徐々に滑らかに早くしていく撮像手法を、電子シャッタの制御に応用するためには、シャッタ速を、１／６０(ｓ)→１／６０．１(ｓ)→１／６０．３(ｓ)→…→１／２４９．７(ｓ)→１／２４９．９(ｓ)→１／２５０(ｓ)となるように、電子シャッタ速を徐々に滑らかに変化させる必要がある。そのため、シャッタ速の分母に小数点を含むような高分解能シャッタであることが理想的である。
【００８８】
そして、この高分解能シャッタが撮像のフレームレートと連動して変動し、撮像中に撮像のフレームレートを変更できるようにした場合、あたかも円形状の機械的回転シャッタ（ロータリシャッタ）を搭載したような撮像手法が電子シャッタ制御にて擬似的に再現できるようになる。
【００８９】
また、撮像中に撮像のフレームレートを変更し、撮像のフレームレートと連動した高分解能シャッタを滑らかに変動させていくような撮像手法である場合には、撮像中にシャッタ速を変化させてもホワイトバランスのずれを目立たなくする工夫が必要である。そのため、前述したような、シャッタ速にて変動するリニアリティ補正値を記憶するリニアリティ補正値記憶部を有する必要がある。
【００９０】
以上述べた実施形態によれば、撮像中にシャッタ速を変化させてもホワイトバランスのずれを目立たなくすることができる。また、シャッタ速の変化と供に特定の階調に色が付くことを抑制する効果がある。更に、通常露光から長時間露光に切り替えた場合に気になる黒の変色についても、目立たなくすることができる。
【００９１】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００９２】
更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示したもので、インタレース型ＣＣＤ撮像素子を搭載した単板式固体撮像装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態で用いられるカラーフィルタの配列の一例を示した図である。
【図３】奇数フィールドと偶数フィールド間にある露光期間／電荷保持期間の差であるタイムラグＸの発生原理を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に於けるホワイトバランスゲインの一例を示す図である。
【図５】一般的な撮像素子に於ける光量と撮像信号の入出力特性を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に於けるリニアリティ補正部の入出力特性を示す図である。
【図７】光量と撮像信号との入出力特性のフィールド差を奇数フィールドと偶数フィールドとで表現した特性図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に於いて、撮像部のシャッタ速を高速シャッタに切り替えた時の奇数フィールドのリニアリティ特性を表現するイメージ図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に於いて、オフセット補正と２点以上のリニアリティ補正を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置について示したもので、Ｒ（赤）色、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色に分光する光学プリズムと、Ｒ色用、Ｇ色用、Ｂ色用の撮像素子をそれぞれ有する固体撮像装置の構成を示したブロック図である。
【図１１】一般的なホワイトバランスゲインの一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に於けるホワイトバランスゲインの一例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に於けるホワイトバランスゲインの一例を示す図である。
【図１５】一般的な機械的回転シャッタ（ロータリシャッタ）の概念を表現した図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０…固体撮像装置、１１…撮像部、１３…撮像素子、１３ａ…奇数フィールド、１３ｂ…偶数フィールド、１５…撮像信号出力アンプ、１６…Ａ／Ｄ変換器、１９…シャッタ速入力部、２１…奇数リニアリティ補正部、２２…偶数リニアリティ補正部、２３…リニアリティ補正値記憶部、２４…ホワイトバランス補正部、２５…色温度係数演算器、２６…色温度入力部、２７…スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008118557.tif 000011
【図１０】
2008118557.tif 000012
【図１１】
2008118557.tif 000013
【図１２】
2008118557.tif 000014
【図１３】
2008118557.tif 000015
【図１４】
2008118557.tif 000016
【図１５】
2008118557.tif 000017