(57)【要約】【課題】  ホワイトバランスに割り振られたゲインの振り幅を少なくする。【解決手段】  デジタルカメラ２０は、水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１２の両端に１つずつ設けられ、信号電荷に応じた信号電圧を出力する一対のフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ−Ｌ、ＦＤＡ−Ｒ）１３、１４と、ＨＣＣＤ１２による信号電荷の転送方向を切り替え、且つ転送方向に対応したＦＤＡを駆動させる駆動回路１５とを有するＣＣＤ２を搭載し、被写体の色温度を検出する色温度検出センサ４４を備える。ＦＤＡ−Ｌ１３、ＦＤＡ−Ｒ１４は、互いに異なる検出感度をもち、駆動回路１５は、色温度の検出結果に応じて、ＲとＢの信号のうちレベルの大きい方と、Ｇの信号のレベルとを比較し、レベルの小さい方を検出感度が高いＦＤＡに転送するように、ＨＣＣＤ１２による信号電荷の転送方向およびＦＤＡの駆動を切り替える。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に２次元配置され、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤと、垂直ＣＣＤから転送される信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤとを有する固体撮像素子を搭載した撮像装置において、
前記固体撮像素子は、前記水平ＣＣＤの両端に設けられ、前記信号電荷に応じた信号電圧を出力する少なくとも一対の出力アンプと、
前記水平ＣＣＤによる信号電荷の転送方向を切り替え、且つ転送方向に対応した出力アンプを駆動させる駆動回路とを有するとともに、
被写体の条件を検出する検出手段を備え、この検出結果またはユーザーの設定した指示に基づいて、前記転送方向および前記出力アンプの駆動を切り替えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記検出手段は、被写体の色温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記検出手段は、色温度検出センサ、またはデジタル信号処理にて色温度を検出する回路であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を搭載した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやカメラ付き携帯電話などの撮像装置に搭載される固体撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサ（ＣＣＤ）が知られている。ＣＣＤは、行列状に２次元配置され、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤと、垂直ＣＣＤから転送される１ライン分の信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤと、水平ＣＣＤの一端に設けられ、信号電荷に応じた信号電圧を出力する出力アンプとを有する。
【０００３】
上記のようなＣＣＤでは、常時通電される出力アンプの駆動熱が光電変換素子に伝わってノイズが発生し、これにより得られる画像データの画質が低下するという問題があった。この問題を解決するために、水平ＣＣＤの両端に一対の出力アンプを設け、水平ＣＣＤによる信号電荷の転送方向を交互に切り換えるとともに、一対の出力アンプを交互に駆動させるようにした固体撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−４８５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、デジタルカメラなどの実機では、ＣＣＤから出力された撮像信号をデジタル化した画像データに対して、その色温度に見合ったゲインをかけるホワイトバランス調整を行っているが、ゲインの振り幅を含んだホワイトバランス調整のためのレベルダイヤグラムを組む必要があった。このため、ホワイトバランス調整以外のレベルダイヤグラムの振り幅の制限に繋がっていた。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ホワイトバランスに割り振られたゲインの振り幅を少なくし、後段処理のゲインの振り幅のマージンを広げることができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、行列状に２次元配置され、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤと、垂直ＣＣＤから転送される信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤとを有する固体撮像素子を搭載した撮像装置において、前記固体撮像素子は、前記水平ＣＣＤの両端に設けられ、前記信号電荷に応じた信号電圧を出力する少なくとも一対の出力アンプと、前記水平ＣＣＤによる信号電荷の転送方向を切り替え、且つ転送方向に対応した出力アンプを駆動させる駆動回路とを有するとともに、被写体の条件を検出する検出手段を備え、この検出結果またはユーザーの設定した指示に基づいて、前記転送方向および前記出力アンプの駆動を切り替えることを特徴とする。
【０００７】
なお、前記検出手段は、被写体の色温度を検出することが好ましい。
【０００８】
また、前記検出手段は、色温度検出センサ、またはデジタル信号処理にて色温度を検出する回路であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の撮像装置によれば、水平ＣＣＤの両端に設けられ、信号電荷に応じた信号電圧を出力する少なくとも一対の出力アンプと、水平ＣＣＤによる信号電荷の転送方向を切り替え、且つ転送方向に対応した出力アンプを駆動させる駆動回路とを有する固体撮像素子を用いるとともに、被写体の条件を検出する検出手段を備え、この検出結果またはユーザーの設定した指示に基づいて、水平ＣＣＤによる信号電荷の転送方向および出力アンプの駆動を切り替えるので、ホワイトバランスに割り振られたゲインの振り幅を少なくし、後段処理のゲインの振り幅のマージンを広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、固体撮像素子としてのＣＣＤ２は、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子（ＰＤ）１０と、ＰＤ１０の垂直列毎に設けられ、各ＰＤ１０からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１１と、ＶＣＣＤ１１から転送される１ライン分の信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１２と、ＨＣＣＤ１２の両端に１つずつ設けられ、ＨＣＣＤ１２によって転送された信号電荷を信号電圧（撮像信号）に変換して出力するフローティングディフュージョンアンプ１３（ＦＤＡ−Ｌ）、１４（ＦＤＡ−Ｒ）と、ＨＣＣＤ１２、ＦＤＡ−Ｌ１３、およびＦＤＡ−Ｒ１４の駆動を制御する駆動回路１５とを有する。
【００１１】
ＰＤ１０は、その外形が八角形となるように形成されており、所定のピッチでハニカム状に配列されている。ＰＤ１０上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズが積層されている。なお、図中のＲＧＢの表記は、カラーフィルタによる赤、緑、青色の配置を示しており、ＣＣＤ２では、同一列のＶＣＣＤ１１で赤色の信号電荷と青色の信号電荷を転送する。
【００１２】
ＶＣＣＤ１１は、いわゆる２相ＣＣＤが採用されている。図中点線の矢印で示すように、ＶＣＣＤ１１は、トランスファーゲート（図示せず）を介して、各ＰＤ１０から信号電荷を受け取り、図中上方から下方に向けて信号電荷を順次転送していく。
【００１３】
ＨＣＣＤ１２は、ＶＣＣＤ１１の最終段に接続されている。ＨＣＣＤ１２は、図中点線の矢印で示すように、ＶＣＣＤ１１から受け取った１ライン分の信号電荷を、駆動回路１５の制御に応じて、図中左方から右方、または右方から左方に向けて、１列ずつＦＤＡ−Ｌ１３、またはＦＤＡ−Ｒ１４に転送していく。
【００１４】
図２に示すように、ＨＣＣＤ１２は、Ｈ１、Ｈ１Ｌ、Ｈ１Ｒ、Ｈ２、Ｈ２Ｌ、およびＨ２Ｒの６種の駆動電極を有する。これらの駆動電極には、ＨＨ（Ｈｉｇｈ−Ｈｉｇｈ）、ＨＭ（Ｈｉｇｈ−Ｍｉｄｄｌｅ）、ＨＬ（Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗ）、ＬＨ（Ｌｏｗ−Ｈｉｇｈ）、ＬＭ（Ｌｏｗ−Ｍｉｄｄｌｅ）、およびＬＬ（Ｌｏｗ−Ｌｏｗ）の６種の電圧が、駆動回路１５により選択的に印加される。これにより、図の中段に示すような電位ポテンシャル波形が形成され、この電位ポテンシャル波形が左右方向に進行することで、ＶＣＣＤ１１から転送された信号電荷が左右方向に転送され、ＦＤＡ−Ｌ１３、またはＦＤＡ−Ｒ１４に入力される。
【００１５】
ＦＤＡ−Ｌ１３、ＦＤＡ−Ｒ１４は、図３に示すような構成となっている。すなわち、駆動回路１５によりオン／オフ制御されるスイッチ（ＳＷ）と、ＨＣＣＤ１２から順次転送された信号電荷を充電するフローティングディフュージョン（ＦＤ）部と、出力の終了した画素の信号電荷を掃き捨てるためのリセットドレイン電圧が印加されるリセットドレイン（ＲＤ）部と、リセットパルスが入力されるリセットゲート（ＲＧ）部と、ＦＤ部に充電された信号電荷による電圧に緩衝増幅を施して、これを信号電圧として出力するソースフォロア回路（ＳＦ）とからなり、ＳＷを介してＨＣＣＤ１２から入力された信号電荷の電荷量に応じた信号電圧を出力端子（ＯＵＴ）から出力する。
【００１６】
ＦＤＡ−Ｌ１３のＦＤ部の浮遊容量ＣＬは、ＦＤＡ−Ｒ１４のＦＤ部の浮遊容量ＣＲとは異なる値（例えば浮遊容量ＣＲの１／２）となっている。ここで、ＦＤＡの検出感度は、ＦＤ部の浮遊容量の逆数に比例する。したがって、浮遊容量ＣＬと浮遊容量ＣＲとを異なる値とすることで、ＦＤＡ−Ｌ１３、ＦＤＡ−Ｒ１４は、互いに異なる検出感度を有することとなる。
【００１７】
図１に戻って、駆動回路１５は、色温度の検出結果に応じて、ＲとＢの信号のうちレベルの大きい方と、Ｇの信号のレベルとを比較し、レベルの小さい方を検出感度が高いＦＤＡに転送するように、ＨＣＣＤ１２による信号電荷の転送方向を切り替えるとともに、転送方向に対応するＦＤＡを駆動させる。
【００１８】
図４において、ＣＣＤ２を搭載したデジタルカメラ２０は、バス２１を介して、ＣＰＵ２２により全体を統括的に制御される。デジタルカメラ２０は、光学系２３、アナログ信号処理回路２４、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）２５、デジタル信号処理回路２６、バッファメモリ２７、圧縮伸長処理回路２８、測光・測距回路２９、およびタイミングジェネレータ（ＴＧ）３０などから構成される。
【００１９】
光学系２３は、フォーカスレンズやズームレンズからなる撮像レンズ３１や絞り３２からなる。撮像レンズ３１および絞り３２には、レンズモータ３３およびアイリスモータ３４が接続されている。これらのモータ３３、３４はステッピングモータからなり、測光・測距回路２９に接続されたモータドライバ３５から送信される駆動パルスにより動作制御される。
【００２０】
レンズモータ３３は、撮像レンズ３１のズームレンズをワイド側、あるいはテレ側に移動させる。また、ズームレンズの変倍などに応じて撮像レンズ３１のフォーカスレンズを移動させ、撮影条件が最適となるように焦点調整を行う。アイリスモータ３４は、絞り３２を動作させ、露出調整を行う。これらのモータ３３、３４による焦点調整、および露出調整は、測光・測距回路２９による被写体の測光・測距結果に基づいて行われる。
【００２１】
アナログ信号処理回路２４は、ＣＣＤ２から出力された撮像信号に対して、相関二重サンプリング、増幅などの周知のアナログ信号処理を施してＡ／Ｄ２５に出力する。Ａ／Ｄ２５は、アナログ信号処理回路２４から入力されたアナログ信号をデジタルの画像データに変換する。
【００２２】
図５に示すように、デジタル信号処理回路２６は、ホワイトバランス（ＷＢ）調整部５０、γ補正部５１、およびＹＣ処理部５２から構成される。ＷＢ調整部５０は、例えば、特開２００４−３１２３６６号公報に記載の手法のように、ＣＣＤ２の撮像エリアを複数のエリアに分割し、分割したエリアごとにＲＧＢの色別の積算値を求め、得られた色別の積算値から一画素あたりの平均値を計算する。そして、その平均値からＲ信号とＧ信号の比Ｒ／Ｇ、およびＢ信号とＧ信号の比Ｂ／Ｇを求め、これに基づいて被写体の光源を特定し、適正なＷＢゲインを算出して、これをＲＧＢ信号に積算する。
【００２３】
γ補正部５１は、ホワイトバランスが調整された信号（Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’）に対して、γ補正を施し、ＹＣ処理部５２に出力する。ＹＣ処理部５２は、γ補正された信号を、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ，Ｃｂとに変換する。
【００２４】
図４に戻って、バッファメモリ２７は、ＹＣ処理部５２でＹＣ処理された画像データを一旦格納する。圧縮伸長処理回路２８は、バッファメモリ２７に格納された画像データを、所定の圧縮方式、例えばＪＰＥＧ方式で圧縮するとともに、圧縮した画像データを伸長して元のデータに戻す。圧縮伸長処理回路２８で圧縮された画像データは、カードＩ／Ｆ３６を経由してメモリカード３７に記憶される。また、バッファメモリ２７に格納された画像データは、ＬＣＤドライバ３８でアナログのコンポジット信号に変換され、ＬＣＤ３９にスルー画像として表示される。
【００２５】
測光・測距回路２９は、被写体の輝度、および被写体までの距離を検出し、この検出結果に基づいて、適正な焦点距離および露出量となるようにモータドライバ３５を駆動制御する。タイミングジェネレータ（ＴＧ）３０は、前述のアナログ信号処理回路２４、Ａ／Ｄ２５、デジタル信号処理回路２６とともに、ＣＣＤ２の駆動を制御するＣＣＤドライバ４０に接続している。ＴＧ３０は、これら各部にタイミング信号（クロックパルス）を送信する。ＣＣＤドライバ４０は、ＴＧ３０から送信されるタイミング信号に基づいて、ＣＣＤ２の動作を制御する。
【００２６】
ＣＰＵ２２には、レリーズボタン４１、操作部４２、ＥＥＰＲＯＭ４３、および色温度検出センサ４４が接続されている。レリーズボタン４１は、２段階押しのスイッチとなっている。レリーズボタン４１を軽く押圧（半押し）すると、自動露出調整、自動焦点調整などの各種撮影準備処理が施される。この状態でレリーズボタン４１をもう１度強く押圧（全押し）すると、撮影準備処理が施された１画面分の撮像信号が画像データに変換された後、前述のＹＣ処理や圧縮処理が施され、メモリカード３７に記憶される。
【００２７】
操作部４２は、ズームレンズをワイド側、テレ側に変倍するズーム操作ボタン、ＬＣＤ３９にメニュー画面を表示させる際や、選択内容を決定する際に操作されるメニューボタン、メニュー画面内でカーソルを移動させる十字キー、デジタルカメラ２０の動作モード（静止画撮影モード、動画撮影モード、再生モード、および設定モードなど）を切り替えるモードダイヤルなどから構成される。ＣＰＵ２２は、前述のレリーズボタン４１、および操作部４２からの操作入力信号に基づいて、デジタルカメラ２０の各部を動作させる。
【００２８】
ＥＥＰＲＯＭ４３には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。ＣＰＵ２２は、これらの情報をＥＥＰＲＯＭ４３から内蔵ＲＡＭに読み出して、各種処理を実行する。色温度検出センサ４４は、被写体の色温度を検出し、この検出結果をＣＰＵ２２に送信する。ＣＰＵ２２は、この検出結果に基づいて、駆動回路１５を前述の如く駆動させる。
【００２９】
次に、上記構成を有するデジタルカメラ２０の動作について説明する。まず、デジタルカメラ２０で被写体の撮影を行う際には、操作部４２の電源スイッチを操作してデジタルカメラ２０の電源を投入し、モードダイヤルを操作して静止画撮影モード、あるいは動画撮影モードを選択する。
【００３０】
撮影モード下において、撮像レンズ３１、絞り３２を介して入射した被写体光は、ＣＣＤ２のＰＤ１０に入射される。ＣＣＤ２では、ＰＤ１０で入射光が信号電荷に変換され、ＣＣＤドライバ４０の制御の下に、各ＰＤ１０からの信号電荷がＶＣＣＤ１１を経てＨＣＣＤ１２からＦＤＡ−Ｌ１３、またはＦＤＡ−Ｒ１４に転送され、ＦＤＡ−Ｌ１３、またはＦＤＡ−Ｒ１４で信号電圧（撮像信号）に変換されてアナログ信号処理回路２４に出力される。
【００３１】
また、このとき、色温度検出センサ４４により、被写体の色温度が検出される。そして、駆動回路１５により、色温度検出センサ４４の検出結果に応じて、ホワイトバランス調整部５０で画像データにかけるゲインの振り幅が小さくなるように、ＨＣＣＤ１２による信号電荷の転送方向が切り替えられ、且つ転送方向に対応するＦＤＡが駆動される。
【００３２】
アナログ信号処理回路２４では、撮像信号に対して各種アナログ信号処理が施される。アナログ信号処理回路２４で信号処理された撮像信号は、Ａ／Ｄ２５でデジタルの画像データに変換され、デジタル信号処理回路２６に送信される。
【００３３】
デジタル信号処理回路２６では、Ａ／Ｄ２５でデジタル化された画像データに対して、ＷＢ調整部５０で所望のゲインがかけられてホワイトバランスが調整され、γ補正部５１でγ補正、ＹＣ処理部５２でＹＣ処理がそれぞれ施される。デジタル信号処理回路２６で信号処理された画像データは、バッファメモリ２７に一旦格納される。
【００３４】
バッファメモリ２７に格納された画像データは、ＬＣＤドライバ３８を介してＬＣＤ３９にスルー画像として表示される。この状態でレリーズボタン４１が半押しされると、測光・測距回路２９の検出結果に基づいて、ＣＰＵ２２により各部の動作が制御され、撮影準備処理が施される。
【００３５】
撮影準備処理後、レリーズボタン４１の全押しにより撮影が実行されると、静止画撮影モード下では、そのときバッファメモリ２７に記録されている画像データが圧縮伸長処理回路２８で圧縮処理され、カードＩ／Ｆ３６を経由してメモリカード３７に記憶される。一方、動画撮影モード下では、レリーズボタン４１が再度全押しされるまで、一定のフレームレート（例えば３０フレーム／秒）で画像データが記憶される。
【００３６】
以上説明したように、デジタルカメラ２０では、検出感度が異なる２つのＦＤＡ−Ｌ１３、ＦＤＡ−Ｒ１４を用いて、ホワイトバランス調整で画像データにかけるゲインの振り幅が小さくなるように、ＨＣＣＤ１２の転送方向および駆動するＦＤＡを切り替えるようにしたので、ホワイトバランス調整以外のレベルダイヤグラムのゲインの振り幅の制限が緩和され、後段処理のゲインの振り幅のマージンを広げることができる。
【００３７】
上記実施形態では、ＰＤ１０がハニカム配列されたＣＣＤ２を例示して説明したが、いわゆるベイヤー配列でもよく、カラーフィルタによるＲＧＢの配置についても、本発明を特に限定するものではない。また、ＦＤＡ−Ｌ１３、ＦＤＡ−Ｒ１４の検出感度の比についても、上記実施形態で例示した数値に限らず、デジタルカメラ２０の仕様に応じて適宜変更することが可能である。
【００３８】
上記実施形態では、色温度検出センサ４４を用いて被写体の色温度を検出しているが、デジタル信号処理によって色温度を検出するようにしてもよい。また、ユーザーが操作部４２を操作することによりマニュアルで色温度を設定した場合は、これに準じてＨＣＣＤ１２による信号電荷の転送方向およびＦＤＡの駆動を切り替えるようにしてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、撮像装置として、デジタルカメラ２０を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他の撮像装置、例えば、カメラ付き携帯電話などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ＣＣＤの概略構成を示す図である。
【図２】水平ＣＣＤの電極構成および電荷転送の様子を示す模式図である。
【図３】フローティングディフュージョンアンプの構成を示す回路図である。
【図４】ＣＣＤを搭載したデジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。
【図５】デジタル信号処理回路の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
２  ＣＣＤ
１０  光電変換素子（ＰＤ）
１１  垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）
１２  水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）
１３、１４  フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ−Ｌ、ＦＤＡ−Ｒ）
１５  駆動回路
２０  デジタルカメラ
２２  ＣＰＵ
２６  デジタル信号処理回路
４４  色温度検出センサ
５０  ホワイトバランス（ＷＢ）調整部
【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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