JP2000278704A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色分解した各チャンネル毎に適正な電荷蓄積
時間を決定することができ、電荷蓄積の飽和やＳＮ比の
悪化のない高画質の撮影画像を得ることができるデジタ
ルカメラを提供する。 【解決手段】 被写体光を２色以上の色成分に分解する
色分解手段７と、該色分解手段によって色分解された各
色の光を受光する受光素子を有する１個または複数個の
撮像センサ８ａ〜８ｃとを備える。撮像センサの前記受
光素子に対する電荷蓄積時間を、前記各色に対応する受
光素子ごとに可変制御することにより、電荷蓄積時間の
設定に際しての各チャンネル間での制約がなく、それぞ
れの電荷蓄積時間を適正値に設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はデジタルカメラに
関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラでは、被写体光を撮像セ
ンサの受光素子によって、２色以上の色成分、たとえば
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色成分に分解して受光
するとともに、各色成分ごとに画像処理が行われてい
る。

【０００３】ところで、撮像センサの受光素子に対する
電荷蓄積時間は、従来、画像データに基づいて得られた
ＲＧＢ各チャンネルの平均値をＹマトリクス演算部で輝
度信号（Ｙ信号）へと変換し、これに基づいて決定され
ており、ＲＧＢ各チャンネルに関係なく同一の電荷蓄積
時間に設定されていた（以下、この方式を輝度制御方式
という）。

【０００４】あるいはまた、画像データに基づいて得ら
れたＲＧＢ各チャンネルの最大値を検出し、チャンネル
比較によりこれら最大値を加算した信号に基づいて決定
されており、やはりＲＧＢ各チャンネルに関係なく同一
の電荷蓄積時間に設定されていた（以下、この方式をＮ
ＡＭ制御方式という）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、ＲＧＢ各チャンネルに関係なく、受光素子の電
荷蓄積時間が同一に設定された場合には、次のような欠
点があった。

【０００６】即ち、撮像センサの受光素子はダイナミッ
クレンジが狭いため、１つのチャンネルに対して適正な
電荷蓄積時間を設定した場合、必ずしもそれが他のチャ
ンネルにとっての電荷蓄積時間に関する適正な動作点で
あるとは限らない。動作点が高いと、被写体の高輝度部
分で電荷蓄積量が飽和してしまうおそれもある。逆に、
動作点が低いと、後段での信号増幅率を大きくしなけれ
ばならず、ノイズも増幅されて、ＳＮ比が悪化する。

【０００７】通常は、最も出力レベルの高いチャンネル
について、電荷蓄積量が飽和しないように動作点を設定
するため、それ以外のチャンネルについての電荷蓄積量
は少なくなり、このためＳＮ比の悪化は避けられないも
のであった。

【０００８】この発明は、このような技術的背景に鑑み
てなされたものであって、色分解した各チャンネル毎に
適正な電荷蓄積時間を決定することができ、電荷蓄積の
飽和やＳＮ比の悪化のない高画質の撮影画像を得ること
ができるデジタルカメラの提供を課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、被写体光を
２色以上の色成分に分解する色分解手段と、該色分解手
段によって色分解された各色の光を受光する受光素子を
有する１個または複数個の撮像センサと、該撮像センサ
の前記受光素子に対する電荷蓄積時間を、前記各色に対
応する受光素子ごとに可変制御する露光制御手段と、を
備えたことを特徴とするデジタルカメラによって解決さ
れる。

【００１０】このデジタルカメラによれば、撮像センサ
の受光素子に対する電荷蓄積時間を、各色の受光素子ご
とに独立に設定制御できるから、それぞれの電荷蓄積時
間を適正値に設定できる。このため、電荷蓄積時間の設
定に際しての各チャンネル間での制約がなくなり、電荷
蓄積量の飽和現象やＳＮ比の悪化が防止され、良好な露
出制御による高画質の撮影画像を得ることができる。

【００１１】上記の色分解手段は、特に限定されること
はなく、フィルタ方式を採用しても良いが、望ましくは
プリズムなどにより被写体光を空間的に色分解するもの
を採用し、撮像センサを、色分解された各色の光に対応
してそれぞれ設ける構成とするのが、各撮像センサ毎に
電荷蓄積時間の制御を行うことができ、制御が容易とな
る点で推奨される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１はこの発明の一実施形態であるデジタ
ルカメラにおける主要機構部分と、その電気的構成を示
すブロック図である。

【００１４】デジタルカメラ１は、例えば銀塩一眼レフ
カメラを利用して構成されたカメラ本体２を有し、この
カメラ本体２の前面に撮影レンズユニット３が装着さ
れ、撮影レンズユニット３には、撮影レンズ４、絞り５
等が配設されている。

【００１５】撮影レンズ４の光路方向後方には、該撮影
レンズで取り込まれた被写体光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）の三原色に空間的に色分解するプリズム７が配
設されるとともに、プリズム７の出力側には、色分解さ
れた各色ごとの光を受光するためのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇ
ｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）からなる合計３個
の撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃが配置されている。

【００１６】一方、カメラ本体２には、前記の各撮像セ
ンサ８ａ、８ｂ、８ｃの出力に基いて得られた画像を表
示する液晶表示器（ＬＣＤ）からなる表示部１６が設け
られており、この表示部１６にプレビュー画像が表示さ
れ、撮影前に被写体像を確認できるようになっている。

【００１７】２０は、カメラ本体２内に設けられたカメ
ラ制御ＣＰＵであり、カメラ本体２の各部品を制御する
ものである。具体的には、上記絞り５を絞りドライバ２
１を介して制御し、各撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃをタ
イミングジェネレータ２２および対応する３個のドライ
バ２６ａ、２６ｂ、２６ｃを介して制御する。

【００１８】また、前記カメラ制御ＣＰＵ２０は、各撮
像センサ８ａ、８ｂ、８ｃから出力されるＲ、Ｇ、Ｂの
各データに基づいて、露出制御データを演算し、絞り５
の絞り値および撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃの受光素子
に対する電荷蓄積時間を決定し、この絞り値、電荷蓄積
時間となるように、絞り５及び撮像センサ８ａ、８ｂ、
８ｃをフィードバック制御する。この点については、後
述する。

【００１９】このカメラ制御ＣＰＵ２０には、カメラ操
作スイッチ２４が接続されている。このカメラ操作スイ
ッチ２４は、図示しないシャッターボタンや電源スイッ
チなどを含む。

【００２０】前記撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃは、撮影
レンズ４によって取り込まれプリズム７によって色分解
された被写体の光学像を、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの色成分
ごとに受光素子で受光し、光電変換して出力する。

【００２１】前記タイミングジェネレータ２２は、カメ
ラ制御ＣＰＵ２０から送信される基準クロックに基づ
き、撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃの駆動制御信号や、切
替回路５０の制御信号を生成し出力するものである。こ
のタイミングジェネレータ２２は、例えば積分開始／終
了（露出開始／終了）のタイミング信号、各画素の受光
信号の読出制御信号（水平同期信号、垂直同期信号、転
送信号等）等のクロック信号を生成し、各ドライバ２６
ａ、２６ｂ、２６ｃを介して各撮像センサ８ａ、８ｂ、
８ｃに出力する。

【００２２】前記各撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃにおい
て電荷の蓄積が完了すると、被写体像を光電変換した信
号は、各撮像センサ内の転送路へシフトされ、ここから
バッファを介してそれぞれ読み出される。読み出された
出力は、それぞれの撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃに対応
して設けられたＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路８
１ａ、８１ｂ、８１ｃ、ＡＧＣ（オートゲインコントロ
ール）回路８２ａ、８２ｂ、及び８２ｃ、Ａ／Ｄ変換器
８３ａ、８３ｂ、８３ｃによって信号処理される。

【００２３】ＣＤＳ回路８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、サ
ンプリングにより画像信号のノイズの低減を行い、ＡＧ
Ｃ回路８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、ゲイン調整により画
像信号の感度のレベル調整を行う。Ａ／Ｄ変換器８３
ａ、８３ｂ、８３ｃは、ＡＧＣ回路８２ａ、８２ｂ、８
２ｃで正規化されたアナログ信号を１０ビットのデジタ
ル信号に変換するものである。

【００２４】４０は上記Ａ／Ｄ変換器８３ａ、８３ｂ、
８３ｃの出力を画像処理して画像ファイルを形成する画
像処理部であり、画像処理ＣＰＵにより制御される。

【００２５】前記各Ａ／Ｄ変換器８３ａ、８３ｂ、８３
ｃからの信号は、切替回路５０によって画素ごとに切り
替えられながら画像処理部４０に取り込まれる。取り込
まれた信号は、撮像センサ８ａ、８ｂ、８ｃからの読み
出しに同期して画像メモリ６１に書き込まれ、以後この
画像メモリ６１のデータをアクセスして各ブロックの処
理が行われる。

【００２６】画像処理部４０において、画素補間ブロッ
ク４１は、撮影者の指示により画素数を増加して解像度
変換を行う場合に、撮影者の指定する画素数となるよう
に、演算処理により画素補間用の画素データを作成して
画素補間を行うもので、解像度変換用のブロックであ
る。このような画素補間処理はＲ、Ｇ、Ｂ各チャンネル
ごとに行われる。

【００２７】カラーバランス制御ブロック４３は、前記
画素補間ブロック４１で画素補間が行われ、あるいは解
像度変換の指示がなく画素補間が行われなかった各Ｒ、
Ｇ、Ｂ出力を独立にゲイン補正して、Ｒ、Ｇ、Ｂのホワ
イトバランス調整を行うものである。ホワイトバランス
は、撮影被写体から本来白色と思われる部分を輝度、彩
度データなどから推測し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞ
れの平均、Ｒ／Ｇ、Ｂ／Ｇを求め、Ｒ、Ｂの補正ゲイン
としている。

【００２８】ガンマ補正ブロック４４は、カラーバラン
スブロック４３でホワイトバランス処理が施された各
Ｒ、Ｇ、Ｂ出力に対して非線形変換を行うものであり、
表示部１６に適した階調変換が行われる。ガンマ補正さ
れた画像データは、画像メモリ６１に格納される。

【００２９】画像圧縮ブロック４５は、得られた撮影画
像について、画像データを画像メモリ６１から呼び出し
て圧縮処理を行うもので、撮影画像は圧縮後はメモリカ
ードドライバ４７を介してメモリカード６２に記録され
る。

【００３０】なお、メモリカード６２はデジタルカメラ
１のカメラ本体２の所定部位に着脱自在に装着されるよ
うになっている。

【００３１】ビデオエンコーダー４６は、画像メモリ６
１に格納された上記データを呼び出してＮＴＳＣ／ＰＡ
Ｌにエンコードし、表示部１６に表示する。プレビュー
時には、画像は所定の周期で更新され、動画レートで表
示部１６に表示されるようになっている。一方、撮影後
には、撮影画像が表示部１６に表示され、所定時間後に
再びプレビュー状態に復帰する構成となっている。

【００３２】次に、図１に示したデジタルカメラの動作
を説明する。

【００３３】シャッターボタンが半押しされると、撮影
レンズ４および絞り５を通って入射した光は、プリズム
７でＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに空間的に色分解され、各撮像
センサ８ａ〜８ｃの各受光素子に結像する。結像した光
学像は、各受光素子によって光電変換される。光電変換
された信号はバッファを介して出力された後、ＣＤＳ回
路８１ａ〜８１ｃ、ＡＧＣ回路８２ａ〜８２ｃ、Ａ／Ｄ
変換器８３ａ〜８３ｃにより所定の信号処理を施され、
切替回路５０を介して画像処理部４０に取り込まれると
ともに、撮像センサ８の読み出しに同期して画像メモリ
６１に書き込まれる。

【００３４】画像メモリ６１に書き込まれた画像データ
は、画像処理部４０のカラーバランス制御ブロック４
３、ガンマ補正ブロック４４で、前述したようなホワイ
トバランスの調整、ガンマ補正処理がそれぞれ施され、
再度画像メモリ６１に格納される。なお、撮影者により
解像度の変換が指示されたときは、画素補間ブロック４
１で画素補間が行われる。

【００３５】そして、画像メモリ６１から読み出されて
ビデオエンコーダ４４でＮＴＳＣ／ＰＡＬにエンコード
された後、カメラ本体２背面の表示部１６に表示され
る。このような動作が所定の周期で繰り返される結果、
表示部１６に表示される画像は前記周期で更新される。

【００３６】シャッターボタンがさらに押し込まれて全
押しされると、画像処理済みの直前のプレビュー画像の
ＲＧＢ各チャンネルの画像データが、カメラ制御ＣＰＵ
２０に入力される。

【００３７】カメラ制御ＣＰＵ２０では、各チャンネル
ごとのデータを平均化し、この値と基準信号の比を計算
し、各チャンネルについての撮像センサ８ａ〜８ｃの出
力レベルが適正となるように、撮像センサ８ａ〜８ｃの
受光素子の電荷蓄積時間をチャンネル毎に算出する。

【００３８】このように、電荷蓄積時間は、ＲＧＢ各チ
ャンネルごとに個別に設定されるから、他のチャンネル
における動作点の制約を受けることがなく、適正な値に
設定できる。

【００３９】そして、この算出した電荷蓄積時間となる
ように、カメラ制御ＣＰＵ２０はタイミングジェネレー
タ２２、ドライバ２６ａ〜２６ｃを介して、各撮像セン
サ８ａ〜８ｃを制御する。

【００４０】各撮像センサ８ａ〜８ｃでは、それぞれ設
定された電荷蓄積時間で画像データを蓄積したのち、そ
の出力は、ＣＤＳ回路８１ａ〜８１ｃ、ＡＧＣ回路８２
ａ〜８２ｃ、Ａ／Ｄ変換器８３ａ〜８３ｃで所定の処理
を施される。

【００４１】ここで、各撮像センサ８ａ〜８ｃにおける
各受光素子の電荷蓄積時間は、適正値に設定されている
から、受光素子の出力レベルはＲＧＢ各チャンネルごと
に適正値となっている。このため、ＡＧＣ回路８２ａ〜
８２ｃでのレベル調整のための信号増幅率を大に設定す
る必要はなくなるから、ノイズが増幅されてＳＮ比が低
下するのが防止される。

【００４２】前記ＣＤＳ回路８１ａ〜８１ｃ、ＡＧＣ回
路８２ａ〜８２ｃ、Ａ／Ｄ変換器８３ａ〜８３ｃで所定
の処理を施された画像データは、画像処理部４０で所定
の画像処理を施され、画像メモリ６１に格納されるとと
もに、ビデオエンコーダー４６を介して撮影画像として
表示部１６に表示される。同時に、画像圧縮ブロック４
５で画像圧縮されたのち、メモリカードドライバー４７
を介してメモリカード６２に記録される。

【００４３】次に、この実施形態に係るデジタルカメラ
のように、撮像センサの電荷蓄積時間を各チャンネルご
とに独立して制御した場合と、従来の輝度制御方式及び
ＮＡＭ制御方式との比較を、次表１に基づいて説明す
る。

【００４４】

【表１】

【００４５】上記表１において、上段から順に、基準と
する白色光下でのバランスのとれた被写体の場合、色光
源下での従来の輝度制御の場合、色光源下での従来のＮ
ＡＭ制御の場合、色光源下での本実施形態に係る独立制
御の場合をそれぞれ示している。なお、露光制御因子と
しては、絞りの設定、電荷蓄積時間（Ｔ１（Ｒ）、Ｔ２
（Ｂ）、Ｔ３（Ｇ））、ＡＧＣ回路における増幅率（表
ではＧ０ゲインと記す）である。なお、表中、Ｇ０出力
とは、ＡＧＣ回路の出力（ダイナミックレンジ２００
％）を示す。

【００４６】いま、基準とする白色光下の場合におい
て、絞り（Ａ１）がＦ５．６、蓄積時間がＲＧＢ各チャ
ンネル全て８ｍＳ、ＡＧＣ回路における増幅率２ｄＢと
それぞれ仮定する。

【００４７】次に、この条件で、被写体の色バランスが
Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２：１：０．５に変化した場合の各方式に
ついての差を調べる。

【００４８】輝度制御方式の場合、Ｇチャンネルにウェ
イトが大きいが、Ｇチャンネルの値は白色光源下と変わ
らないため、絞り値、電荷蓄積時間も白色光源下の場合
と変わらない。その結果、ＲチャンネルのＣＣＤ出力
（ダイナミックレンジ：１００％）は飽和する（表中＊
のマークは飽和していることを示す）。

【００４９】ＮＡＭ制御方式の場合、各チャンネルの最
大値の加算で露出制御がなされるため、Ｒチャンネルの
ウェイトが大きく、電荷蓄積時間は白色光下の場合に比
べて半分の４ｍＳに設定され、ＲチャンネルのＣＣＤ出
力のオーバーフローは回避される。しかし、ＲＧＢの各
ＣＣＤ出力はばらついており、Ｂチャンネルの出力は基
準の１／４に低下している。このため、ＡＧＣ回路の増
幅率を８ｄＢに増大している。この結果、ノイズも増大
され、ＳＮ比は悪くなる。

【００５０】これに対し、本実施形態の場合、電荷蓄積
時間をＲチャンネル：４ｍＳ、Ｂチャンネル：１６ｍ
Ｓ、Ｇチャンネル：８ｍＳに設定することで、各ＣＣＤ
出力を適正値にすることができ、各撮像センサについて
その特性を十分に発揮させうる動作点を設定することが
できる。またＡＧＣ回路の増幅率も２ｄＢに押さえるこ
とができ、ＳＮ比の悪化も抑制できる。

【００５１】なお、以上の実施形態では、被写体光の色
分解手段として、空間的に色分解を行うプリズム７を用
い、分解したそれぞれの色の光に対して撮像センサを配
置したが、色分解手段や撮像センサの構成はこれに限定
されるものではない。例えば、色分解手段としてのカラ
ーモザイク状のフィルタを有するＣＭＯＳセンサを、撮
像センサとして用いるとともに、該センサにおける各色
に対応した受光素子ごとに、電荷蓄積時間を可変制御す
る構成としても構わない。また、フィルター交換方式に
より、時間的に色分解を行う構成であっても構わない。

【００５２】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、撮像セン
サの受光素子に対する電荷蓄積時間を、各色の受光素子
ごとに独立に設定制御できるから、それぞれの電荷蓄積
時間を適正値に設定できる。このため、電荷蓄積時間の
設定に際しての各チャンネル間での制約がなくなり、電
荷蓄積量の飽和現象やＳＮ比の悪化が防止され、良好な
露出制御による高画質の撮影画像を得ることができる。

【００５３】請求項２に記載の発明によれば、各撮像セ
ンサ毎に電荷蓄積制御を行うことができ、制御が容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るデジタルカメラの
主要機構部分及び電気系を示すブロック図である。

【符号の説明】 １・・・・・・・・デジタルカメラ ２・・・・・・・・カメラ本体 ４・・・・・・・・撮影レンズ ７・・・・・・・・プリズム（色分解手段） ８ａ〜８ｃ・・・・撮像センサ ８２ａ〜８２ｃ・・ＡＧＣ回路 ２０・・・・・・・カメラ制御ＣＰＵ（露光制御手段） ４０・・・・・・・画像処理部 ４３・・・・・・・カラーバランスブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C065 AA03 BB01 BB30 CC01 DD08 DD13 DD17 EE01 EE03 GG12 GG15 GG18 GG30 GG32

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体光を２色以上の色成分に分解する
   色分解手段と、 該色分解手段によって色分解された各色の光を受光する
   受光素子を有する１個または複数個の撮像センサと、 該撮像センサの前記受光素子に対する電荷蓄積時間を、
   前記各色に対応する受光素子ごとに可変制御する露光制
   御手段と、 を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
2. 【請求項２】 前記色分解手段は、被写体光を空間的に
   色分解するものであり、前記撮像センサは、色分解され
   た各色の光に対応してそれぞれ設けられている請求項１
   に記載のデジタルカメラ。