(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、その撮像素子に光学像を結ぶレンズとの間に、映像信号を増幅するための電気回路のゲイン調整用の参照光源を設けた撮像装置において、
前記撮像素子の受光領域は、複数に分割された小領域からなり、
前記複数に分割された小領域には、それぞれに光電変換した信号を増幅するアンプが接続され、
前記参照光源に基づいて、前記アンプのゲイン特性を補正し、
前記参照光源は、赤、緑、青の３色の光源で構成し、前記３色の光源の明るさを調整することにより、被写体の照明光と同じ色温度になるように、光源の色温度を調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置において、
前記参照光源は、赤、緑、青の３色の光源で構成する代わりに、白色の光源で構成し、その光源の明るさを調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の撮像装置において、
前記参照光源は、赤、緑、青の３色の光源で構成する代わりに、赤、緑、青、白色の４色の光源で構成し、前記４色の光源の明るさを調整することにより光源の色温度、及び輝度を変えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１記載の撮像装置において、
前記赤、緑、青の３色の光源は、赤、緑、青の光を発光するＬＥＤを用い、
各ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２記載の撮像装置において、
前記白色の光源は、白色光を発光するＬＥＤを用い、
ＬＥＤに流す電流量を制御することによりその色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項３記載の撮像装置において、
前記赤、緑、青、白の４色の光源は、赤、緑、青、白の光を発光するＬＥＤを用い、
各ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１記載の撮像装置において、
色分解プリズムと複数の撮像素子を有し、
前記レンズと色分解プリズムの間に前記参照光源を配置したことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７記載の撮像装置において、
前記色分解プリズムとして、赤、緑、青の３つの光に分解する色分解プリズムを用い、
レンズと色分解プリズムの間に配置した前記参照光源を色分解プリズムの分光特性に合わせ、
分解されるそれぞれの色の中心波長付近に発光輝度のピークを持つ赤、緑、青の３つの光源で構成したことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に係り、特に、様々な光源色に対応可能で、しかも、撮像装置のゲイン補正が簡易にできる撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次元画像を撮影する撮像装置は、まず、レンズにより結像された光学像を撮像素子で電気信号に変換し、次いで、その信号を垂直、水平に走査することにより、一次元の二つの電気信号とし、更に、それぞれの電気信号について黒レベルやゲインを調整して、表示装置や記録装置に出力している。
この撮像装置から出力される電気信号のレベルを決定する要因、即ち、撮像装置のゲイン特性を決定する要因として以下の項目が挙げられる。
・撮影対象に対する照明光源の色温度
・光学系における光伝達特性
・撮像素子の受光面に配置された個々の画素の光電変換特性
・撮像素子における電気的なバイアス特性や駆動特性
・撮像素子の映像出力アンプの特性
・撮像素子の出力端子に接続された外部回路のゲイン特性
このように、撮像装置のゲイン特性は、照明光から光学系、撮像素子、周辺の信号処理回路の特性等によって、各種・各様の影響を受ける。しかしながら、この撮像装置のゲイン特性が、２次元の撮影画像に対して均一でなければ、映像の輝度むらや色むらなどの原因となる。
【０００３】
これら特性を補正し、忠実に被写体を再現する方法として以下のような方法が用いられている。
【０００４】
（ア）電気的なテスト信号を、撮像素子に接続される信号処理回路に入力し、信号処理回路のゲインを補正する方法
（イ）光源の色温度が決められたパターンボックスを撮影し、出力される２次元映像をもとにシェーディングや色むらなどの不均一性を電気信号により補正する方法
（ウ）撮影場所で基準となる白色用紙を撮影し、照明光に併せた各色チャンネル（ＲＧＢの信号）のゲインを補正する方法
（エ）撮影映像の輝度信号レベルのもっとも高い信号を白色と見なし、各色チャンネルのゲインを補正する方法
【発明が解決しようとする課題】
上記の（ア）の方法は撮像装置に内蔵することができ簡便である。しかしながら、信号処理回路の電気的なゲイン特性の補正しかできず、光学系や撮像素子におけるゲイン特性の補正はできないという問題がある。
【０００５】
また、（イ）〜（エ）の方法では実際に撮影信号を用いて特性補正を行うため、光学系から撮像素子、周辺信号処理回路の特性を含めて補正できる。しかしながら、（イ）の方法では、内蔵される光源の種類によって色温度が決まるため、色温度を変更することができないという問題がある。また、（ウ）の方法では、基準となる白色用紙を撮影しても、必ずしも均一な入射光が、撮像装置に入射されないという問題がある。また、（エ）の方法では、撮影映像の輝度信号レベルのもっとも高い信号を白色と見なすので、正確な色温度の補正ができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、様々な光源色に対応可能で、しかも、撮像装置のゲイン補正が簡易にできる撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【０００８】
請求項１に記載された発明は、撮像素子と、その撮像素子に光学像を結ぶレンズとの間に、映像信号を増幅するための電気回路のゲイン調整用の参照光源を設けた撮像装置において、
前記撮像素子の受光領域は、複数に分割された小領域からなり、
前記複数に分割された小領域には、それぞれに光電変換した信号を増幅するアンプが接続され、
前記参照光源に基づいて、前記アンプのゲイン特性を補正し、  
前記参照光源は、赤、緑、青の３色の光源で構成し、前記３色の光源の明るさを調整することにより、被写体の照明光と同じ色温度になるように、光源の色温度を調整することを特徴とする撮像装置。
【０００９】
請求項１に記載された発明によれば、撮像素子と、その撮像素子に光学像を結ぶレンズとの間に、電気回路のゲイン調整用の参照光源を設けたことにより、様々な光源色に対応可能で、しかも、撮像装置のゲイン補正が簡易にできる撮像装置を提供することができる。
また、撮像素子の受光領域は、複数に分割された小領域からなり、複数に分割された小領域には、それぞれに光電変換した信号を増幅するアンプが接続され、参照光源に基づいて、アンプのゲイン特性を補正することにより、より緻密に、アンプのゲイン特性を補正することができる。
また、参照光源は、赤、緑、青の３色の光源で構成し、３色の光源の明るさを調整し、光源の色温度を変えることにより、例えば、白昼光、白熱灯、蛍光灯等の様々な光源色に対応可能となる。
【００１４】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記参照光源は、赤、緑、青の３色の光源で構成する代わりに、白色の光源で構成し、その光源の明るさを調整することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載された発明によれば、参照光源は、白色の光源で構成し、その光源の明るさを調整することにより、簡単な構成でホワイトバランスを取ることができる。
【００１６】
請求項３に記載された発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記参照光源は、赤、緑、青の３色の光源で構成する代わりに、赤、緑、青、白色の４色の光源で構成し、前記４色の光源の明るさを調整することにより光源の色温度、及び輝度を変えることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載された発明によれば、参照光は、赤、緑、青、白色の４色の光源で構成し、４色の光源の明るさを調整することにより光源の色温度、及び輝度を変えることにより、参照光源の色温度、及び輝度を自在に変更することができる。
【００１８】
請求項４に記載された発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記赤、緑、青の３色の光源は、赤、緑、青の光を発光するＬＥＤを用い、各ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載された発明によれば、各ＬＥＤに流す電流量を制御し、それぞれの色のＬＥＤの明るさを調整することにより、簡便に、光源を制御することができる。
【００２０】
請求項５に記載された発明は、請求項２記載の撮像装置において、前記白色の光源は、白色光を発光するＬＥＤを用い、ＬＥＤに流す電流量を制御することによりその色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載された発明によれば、白色の光源は白色光を発光するＬＥＤを用い、ＬＥＤに流す電流量を制御することによりその色のＬＥＤの明るさを調整することにより、簡単な構成で、白色光を制御することができる。
【００２２】
請求項６に記載された発明は、請求項３記載の撮像装置において、前記赤、緑、青、白の４色の光源は、赤、緑、青、白の光を発光するＬＥＤを用い、各ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの色のＬＥＤの明るさを調整することを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載された発明によれば、赤、緑、青、白の４色の光源は、赤、緑、青、白の光を発光するＬＥＤを用い、各ＬＥＤに流す電流量を制御することによりそれぞれの色のＬＥＤの明るさを調整することにより、簡便に、赤、緑、青、白の４色の光源を制御することができる。
【００２４】
請求項７に記載された発明は、請求項１記載の撮像装置において、色分解プリズムと複数の撮像素子を有し、前記レンズと色分解プリズムの間に前記参照光源を配置したことを特徴とする撮像装置である。
【００２５】
請求項７に記載された発明によれば、色分解プリズムと複数の撮像素子を有し、レンズと色分解プリズムの間に参照光源を配置したことにより、カラー画像を撮影する撮像装置に適用することができる。
【００２６】
請求項８に記載された発明は、請求項７記載の撮像装置において、前記色分解プリズムとして、赤、緑、青の３つの光に分解する色分解プリズムを用い、レンズと色分解プリズムの間に配置した前記参照光源を色分解プリズムの分光特性に合わせ、分解されるそれぞれの色の中心波長付近に発光輝度のピークを持つ赤、緑、青の３つの光源で構成したことを特徴とする。
【００２７】
請求項８に記載された発明によれば、レンズと色分解プリズムの間に配置した参照光源を色分解プリズムの分光特性に合わせ、分解されるそれぞれの色の中心波長付近に発光輝度のピークを持つ赤、緑、青の３つの光源で構成したことにより、撮像装置の正確なゲイン特性の補正ができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２９】
＜実施例１＞
本発明の１つの実施例を図１に示す。本実施例の撮像装置は、被写体の光学像を作るレンズ１、その光学像を光電変換する撮像素子２、その撮像素子２の出力信号を電気的に処理する信号処理装置３、撮像装置のゲイン調整用の参照光を生成する第１の参照光ユニット４、第２の参照光ユニット６、これらの参照光を均一に拡散する第１の拡散板５及び第２の拡散板７から構成されている。
【００３０】
参照光ユニットには、赤、緑、青のそれぞれの光源となる赤光ＬＥＤ、緑光ＬＥＤ、青光ＬＥＤが、各１個ずつが近接して取り付けられており、これら３個のＬＥＤが１つのクラスタＣとなっている。この３色のＬＥＤクラスタＣが、さらに、列状に７個並べられて、第１及び第２の参照光ユニット４、６が構成されている。
【００３１】
本実施例では、ＬＥＤクラスタＣを列状に７個配置したものを参照光ユニットとし、２つの参照光ユニット４、６を撮像素子２の左右に配置し、撮像素子２上に参照光を与えることができるよう構成している。第１の参照光ユニット４及び第２の参照光ユニット６の前面には、参照光を均一にするために、第１の拡散板５及び第２の拡散板７を配置している。
【００３２】
図２に、参照光ユニット上のＬＥＤの回路構成図を示す。参照光ユニット２０上のＬＥＤは赤色ＬＥＤ８１〜８７、緑色ＬＥＤ９１〜９７、青色ＬＥＤ１０１〜１０７が、それぞれ直列に接続され、それぞれの色のＬＥＤアレイ８、９、１０を構成している。さらに、過電流時にＬＥＤを保護するための保護抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が、それぞれの色のＬＥＤアレイ８、９、１０に直列に接続されている。
【００３３】
また、参照光ユニット２０の電源回路である信号処理回路２１は、定電流回路Ｉ１〜Ｉ３及び可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ３から構成されている。ＬＥＤアレイ８、９、１０に流す電流量は、この可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ３により変更される。ＬＥＤの発光強度は、ＬＥＤに流れる電流量によって決定されるため、各色のＬＥＤアレイに流す電流量を、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ３によって制御することにより、参照光の色温度を可変とすることができる。これにより、所望の色温度の参照光を得ることができる。
【００３４】
つまり、予めそれぞれの色温度に対する各色ＬＥＤアレイの電流量を測定しておき、それぞれのＬＥＤアレイに流す電流量を、その色温度に対応する電流値に設定することにより、所望の色温度の参照光を得ることができる。
【００３５】
また、このとき、素子出力から得られるビデオ信号のゲインを調整することにより、特定の色温度の照明下におけるカメラの感度調整が可能となる。
【００３６】
また、図３に示すように、撮像素子として、受光領域を複数の小領域３１１〜３１５に分割し、それぞれの領域の光電変換信号をそれぞれの領域に対応して設けられた複数の信号電荷転送素子３３１〜３３５によって転送し、それぞれの領域毎にアンプ３２１〜３２５によって増幅するようにした撮像装置を用いることができる。なお、分割数は、５に限られず実施することができる。
【００３７】
この場合は、撮像素子とレンズの間に設けられた同一の光源（参照光）に基づいて、各出力端子に設けられたアンプのゲイン特性を補正することにより、領域毎のゲインのばらつきを補正することができ、分割された領域毎の境界線の見えない、なめらかな映像を得ることが可能となる。
【００３８】
本実施例においては、参照光ユニット上でのＬＥＤクラスタの配置及び数等は、図１に限られず、実施可能である。
【００３９】
その１例として参照光ユニット上に白色ＬＥＤを用いたものを図４に示す。図１と異なる点は、光源として白色ＬＥＤを用いた参照光ユニット４Ｗ、６Ｗを用い、構造を簡単にした点である。
【００４０】
また、別の例として、参照光ユニットには、赤、緑、青、白のＬＥＤを用いた場合の構成例を図５に示す。参照光ユニット４４、６４を用い、赤光ＬＥＤ、緑光ＬＥＤ、青光ＬＥＤ及び白色ＬＥＤが、各１個ずつが近接して取り付けられており、これら４個のＬＥＤが１つのクラスタＣとなっている。このように、４色の光源を用い、それぞれの明るさを制御することにより参照光の色温度、及び輝度を自在に変更することができる。
【００４１】
＜実施例２＞
本発明を３板式カラーカメラに応用した場合の実施例を図６に示す。３板式カラーカメラはレンズの後に色分解プリズムを設け、入射光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に分解し、それぞれの光をモノクロの撮像素子で光電変換し、色情報をＲ、Ｇ、Ｂの電気信号として取り扱い、カラー画像を撮影する。被写体の白色は撮影されたＲ、Ｇ、Ｂの電気信号出力が同じレベルの場合に白色として再現される。従って、白色の被写体が白色として再現されるためには被写体の照明光の色温度に応じてＲ、Ｇ、Ｂの信号処理回路のゲインを調整するホワイトバランス処理が必要となる。
【００４２】
このようなカラーカメラにおいて、実施例１において用いた参照光ユニットをレンズと色分解プリズムの間に挿入することによってホワイトバランス処理の参照光を作ることができる。
【００４３】
図７に典型的な色分解プリズムの分光特性を示す。この分光特性に対し、Ｒ光としてピーク波長６６０ｎｍのＧａＡｌＡｓを用いたＬＥＤ、Ｇ光としてピーク波長５６２ｍのＩｎＧａＡｌＰを用いたＬＥＤ、Ｂ光としてＧａＮを用いたＬＥＤを用いることによって、効率的にＬＥＤ光を色分解プリズムを通して各撮像素子に照射することができる。ここで用いたＬＥＤのピーク波長はあくまでも一例であり、色分解プリズムを通して効率よく各色の光を撮像素子に伝達できるような光であれば、ピーク波長は上記数値に限定されない。
【００４４】
なお、色分解プリズムとして、赤、緑、青の３つの光に分解する色分解プリズムを用いた場合、レンズと色分解プリズムの間に配置した参照光源を色分解プリズムの分光特性に合わせ、分解されるそれぞれの色の中心波長付近に発光輝度のピークを持つ赤、緑、青の３つの光源で構成してもよい。
【００４５】
ホワイトバランスを調整する方法は、まず、レンズからの光を遮光し、参照光ユニットのＬＥＤを点灯させる。参照光ユニットの色温度は被写体の照明光と同じ色温度になるように各色のＬＥＤの輝度を調整する。例えば、白昼光、白熱灯、蛍光灯などのように照明光源によって予め決められた設定値に合わせてもよい。その後、各Ｒ、Ｇ、Ｂの信号が同レベルになるようゲインを調整し、ホワイトバランスを取る。
【００４６】
従来のものでは、光学系や撮像素子を通して撮像装置のゲインを、簡便に調整できるものは無かったが、本実施の形態により、初めて、基準となる光源レベルを撮像装置本体に内蔵したので、光学系や撮像素子の特性も含めたゲイン補正が簡易にできるようになった。
【００４７】
また、従来のパターンボックスでは、内蔵される光源の種類によって色温度が決まっていたため、色温度を変更することができなかったが、本実施の形態では、色温度を任意に変更できるので様々な光源色に対応できるようになった。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、照明光の色温度によって映像信号のゲイン調整を行う場合、特定の白色チャートやパターンボックスを必要とせず、また、電気的波形パターンや輝度レベルの高い被写体を白色と仮定するような方法より高精度にしかも簡便にホワイトバランスを取ることができる。
【００４９】
また、領域分割された複数の出力端子を持つ撮像素子などでは出力端子毎のゲインばらつきを調整するための参照光信号として用いることができる。
【００５０】
また、光学系や撮像素子の光電変換特性を含めた撮像装置のゲイン特性を補正するための参照光を発生する撮像装置を提供することができる。
【００５１】
また、光学系や撮像素子の光電変換特性を含めた撮像装置の色バランスを調整するための基準となる参照光を発生する回路を併せ持つ撮像装置を提供することができる。
【００５２】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、様々な光源色に対応可能で、しかも、ゲイン補正が簡易にできる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための図である。
【図２】参照光ユニットの回路構成図を説明するための図である。
【図３】領域分割撮像素子の構成図を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施例の変形例(その１)を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施例の変形例(その２)を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【図７】色分解プリズムの分光特性例を説明するための図である。
【符号の説明】
１    レンズ
２    撮像素子
３    信号処理装置
４    第１の参照光ユニット
５    第１の拡散板
６    第２の参照光ユニット
７    第２の拡散板
８    赤色ＬＥＤアレイ
９    緑色ＬＥＤアレイ
１０    青色ＬＥＤアレイ
１１    輝度調整用可変抵抗
１２    電流源
２０    参照光ユニット
２１、４４    信号処理回路
３１    受光領域
３２    アンプ
３３    信号電荷転送素子
４０    色分解プリズム
４１    赤色用撮影素子
４２    緑色用撮影素子
４３    青色用撮影素子
Ｒ１〜Ｒ３    保護抵抗
ＶＲ１〜ＶＲ３    可変抵抗
Ｉ１〜Ｉ３    電流源
【図１】
0004418130.tif 000002
【図２】
0004418130.tif 000003
【図３】
0004418130.tif 000004
【図４】
0004418130.tif 000005
【図５】
0004418130.tif 000006
【図６】
0004418130.tif 000007
【図７】
0004418130.tif 000008