JP2015039044A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内部温度上昇や使用環境温度の変化が生じた場合においてもホワイトバランスの変化を一定に維持できる3板式の固体撮像装置を提供する。【解決手段】この発明の1つの実施の形態である撮像装置(1)は、加法混色に従う第1の色成分を電気信号に変換する第1のCCD7Rと、第1の色成分とは異なる第2の色成分を第2の電気信号に変換する第2のCCD7Gと、第1および第2の色成分とは異なる第3の色成分を第3の電気信号に変換する第3のCCD7Bと、前記第1ないし第3のCCDからの熱を放熱する第1ないし第3の放熱体を含む放熱板11と、を有し、第1ないし第3の放熱体のそれぞれは同一温度に維持されることを特徴とする。【選択図】 図4
Description
この発明は、撮像素子、例えば3板CCDを用いた撮像装置におけるホワイトバランスの改善(温度補償)に関する。
3板CCDを使用した撮像装置においては、R,G,Bの各CCDの温度上昇に伴い、ホワイトバランスがくずれ易いことが知られている。
このような背景から、CCDを使用した撮像装置において、ホワイトバランスの変化を抑える方法が既に提案されている。
特許文献1には、単板式の固体撮像素子において、撮像素子を基板に取り付けて基板の熱を放熱し、R,G,Bの撮像素子の温度を均一にしてホワイトバランスのずれをなくすことが開示されている。
特許文献2には、色分解プリズムを用いた3板CCDの固体撮像素子において、個々の撮像素子(R,G,B)を、電子冷却素子を用いて冷却することが開示されている。
特許文献3には、CMOSセンサにおいて、温度変化によりホワイトバランスがずれることを、工場調整時の温度と現在の温度差分に応じて補正する画像処理装置が、示されている。
特開平1−259692
特開平5−207486
特開2008−72439
特許文献1に示された固体撮像素子は単板式であり、R,G,Bそれぞれの撮像素子が独立して設けられる場合の素子毎の温度上昇あるいは温度上昇に伴う素子毎の感度の変化に起因するホワイトバランスのずれをなくすことについては言及されていない。
特許文献2に示された電子冷却素子は非常に高価であり、しかも全体の大きさ(容積)が増大することが知られている。
特許文献3に示された画像処理装置は、CMOSセンサを駆動する際に、工場調整時の温度と現在(設置環境)の温度の差分に応じてホワイトバランスを補正するが、R,G,Bそれぞれの撮像素子が独立して設けられる場合の素子毎の温度上昇の差に起因するホワイトバランスのずれをなくすことについては言及されていない。
この発明の目的は、内部の温度上昇や使用環境温度の変化が生じた場合においてもホワイトバランスの変化を一定に維持できる3板式の固体撮像装置を提供することである。
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、加法混色に従う第1の色成分を電気信号に変換する第1の素子と、加法混色に従い、第1の色成分とは異なる第2の色成分を第2の電気信号に変換する第2の素子と、加法混色に従い、第1および第2の色成分とは異なる第3の色成分を第3の電気信号に変換する第3の素子と、前記第1の素子からの熱を放熱する第1の放熱体と、前記第2の素子からの熱を放熱する第2の放熱体と、前記第3の素子からの熱を放熱する第3の放熱体と、を有し、前記第1の放熱体、第2の放熱体および第3の放熱体のそれぞれは、同一温度に維持されることを特徴とする撮像装置である。
この発明によれば、周囲温度変化、もしくはCCDセンサ自身の温度上昇に起因して、色毎のCCDセンサの出力特性が変動し、ホワイトバランスがずれ正しい色再現が実現できないという問題点を改善することができる。
また、例えば総ての個別CCDセンサの温度上昇を、単一の放熱板により放熱することで、温度変化に起因する個々のCCDセンサの出力がばらつくことを低減できる。
さらに、個別CCDセンサの温度上昇に対する各CCDセンサ出力のばらつきを、CCDセンサの近傍に設けた温度センサにより検出した温度に基づいて補正することで、一層ホワイトバランスの安定な撮像装置を得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例について説明する。
図1は、この発明の実施の形態が適用される3板式CCD撮像装置の一例を示す。
図1に示す撮像装置1は、撮像対象からの画像光を受け入れるレンズ3、レンズ3から入力される画像光を、加法混色の3原色であるR(Red,赤)、G(Green,緑)およびB(Blue,青)に分解するプリズム5、プリズム5により分解されたR,GおよびBの色毎の画像光を入力画像信号に変換する3板式CCDセンサ7(R,G,B)を含む。なお、レンズ3は、キャビネット3aにより、プリズム5および3板式CCDセンサ7に対して着脱可能に形成され、レンズ3の交換が要求される場合に、有益である。また、プリズム5および3板式CCDセンサ7は一体に形成され、熱伝導シート9および熱伝導シート9を介してプリズム5および3板式CCDセンサ7と一体化される放熱板11により、3板式CCDセンサ7からの熱が放熱される。なお、放熱板11の一端部は、多くの場合金属で形成されるキャビネット3aと接続され、放熱効率が高められる(高い放熱量が確保される)。
3板式CCDセンサ7(R,G,B)のそれぞれから出力される入力画像信号は、図2に概略を説明するが、プロセス回路ブロック13により所定のゲインまで増幅された後、A/D変換され、信号処理回路ブロック15により所定の信号処理が施されて、R信号出力、G信号出力、B信号出力として、出力される。なお、プロセス回路ブロック13は、R,G,B各CCDセンサから出力される入力画像信号からノイズ成分を除去するCDS(Correlated Double Sampling,相関二重サンプリング回路)、CDS回路の出力に所定のゲインを与えるゲインコントロールアンプ(GCA)および(アナログの入力画像信号を)デジタル信号に変換して出力するA/Dコンバータ等を含む。
信号処理回路ブロック15は、各CCDセンサ7から出力される信号のうち、レンズ3の中心を通った画像光とレンズ3の周辺を通った画像光の光量の差を補正するシェーディング補正部および入力画像信号のコントラストを補正するガンマ(γ)補正部等を含む。
信号処理回路ブロック15から出力されるR,G,B各画像信号は、図示しないが、画像出力回路(カメラリンクドライバ)を経由して後段に接続される、例えば表示装置(モニタ装置)あるいは画像データ蓄積部(大容量記憶部)等に出力される。
図3は、入力画像光をCCDセンサ7のそれぞれのチャンネル、すなわち色毎のCCDセンサ7R,7G,7Bに入射させるプリズム5の反射面と各色のプリズムとの位置関係の一例を示す。
プリズム5に入射した入力画像光のうち、例えばBチャンネルすなわちCCD7Bが受光すべき青系の画像成分は、第1の波長選択膜5Bにより反射し、光入射面5Iで反射され、CCD7Bの詳述しない受光面に案内される。また、プリズム5に入射した入力画像光のうち、例えばRチャンネルすなわちCCD7Rが受光すべき赤系の画像成分は、第1の波長選択膜5Bを透過し、第2の波長選択膜5Rにより反射し、第1の波長選択膜5Bの背面で再び反射され、CCD7Rの詳述しない受光面に案内される。なお、プリズム5に入射した入力画像光のうち、GチャンネルすなわちCCD7Gが受光すべき緑系の画像成分は、第1の波長選択膜5Bおよび第2の波長選択膜5Rを透過し、CCD7Gの詳述しない受光面に案内される。また、各CCDセンサ7R,7G,7Bは、それぞれが放出する熱を放熱する個別放熱板7a,7b,7cを一体に有する。
図4は、図1に示した実施の形態が摘要される撮像装置における方熱板の形状の特徴を示す。
図4に示されるように、放熱板11は、プリズム5および3板式CCDセンサ7に一体に設けられる熱伝導シート9を介してプリズム5および3板式CCDセンサ7の側方からプリズム5および3板式CCDセンサ7のそれぞれと接続される。なお、放熱板11は、3板式CCDセンサ7の個々のCCDセンサ7R,7G,7Bに設けられた個別放熱板7a,7b,7cからの熱を均一化するよう、各個別放熱板7a,7b,7cがCCDセンサ毎に設けられるに対して、一体化されている(熱伝導シート9を介してCCDセンサ7R,7G,7Bのそれぞれと接する領域が大きな面積の単一の板に形成されている)。
この構成により、青用(B)CCD7Bと緑用(G)CCD7Gと赤用(R)CCD7Rの温度上昇値が同一となり、温度による個別CCDの感度差が低減され、撮像装置1のホワイトバランスが安定化される。
図5は、図4に示した放熱板の別の実施の形態の一例を示す。
図5に示されるように、放熱板11は、プリズム5および3板式CCDセンサ7に一体に設けられる熱伝導シート9を介してプリズム5および3板式CCDセンサ7の側方からプリズム5および3板式CCDセンサ7のそれぞれと接続される。なお、放熱板11は、3板式CCDセンサ7の個々のCCDセンサ7R,7G,7Bに設けられた個別放熱板7a,7b,7cに準じて、個々のCCDセンサ7R,7G,7Bに対して独立して設けられる。この場合、各CCDセンサR,7G,7Bからの熱が比較的少ないことを前提として、必ずしも図1に示したようにキャビネット3aと接続されることを必要としない。
この構成により、青用(B)CCD7Bと緑用(G)CCD7Gと赤用(R)CCD7Rの温度上昇値が同一となり、温度による個別CCDの感度差が低減され、撮像装置1のホワイトバランスが安定化される。
図6は、図4に示した放熱板のさらに別の実施の形態の一例を示す。
図6に示されるように、放熱板11は、プリズム5および3板式CCDセンサ7のうちの赤用(R)CCDセンサ7Rおよび青用(B)CCDセンサ7Bに設けられた個別放熱板7a(センサ7R)および7c(センサ7B)にのみ、熱伝導シート9(2箇所)を通じて、独立して設けられる。この場合、CCDセンサ7Gからの熱が比較的少ないことを前提として、図1に示したようにキャビネット3aと接続されることを必要としない。
この構成により、プリズム5による反射の回数が他のCCDセンサに比較して少ない緑用(G)CCDセンサ7Gを基準として、青用(B)CCDセンサ7Bと赤用(R)CCDセンサ7Rの温度上昇を好適に制御することで、すなわちG成分を固定した状態で、R成分とB成分を補正することにより、色むら(ホワイトバランスのずれ)が生じることを抑止できる。
図7および図8は、図2に示した信号処理回路を用いた赤用(R)CCDセンサと青用(B)CCDセンサの出力とアンプゲイン(補正信号レベル)の関係を、それぞれ示す。
図7は、赤用(R)CCDセンサ(図1におけるCCD7R)を例に説明するが、周囲温度およびCCDセンサ自身の温度が上昇するにつれて、映像レベルすなわちCCD出力を増大させる例を示している(温度が上昇すると抵抗値が大きくなるようなサーミスタを使った例)。
図7に示す例では、図示しないが、例えばプロセス回路ブロック13内のゲインコントロールアンプにより、周囲温度およびCCDセンサ自身の温度の上昇に伴うCCD出力の増加が実質的に「0」となるよう、ゲインが制御される。
図8は、青用(B)CCDセンサ(図1におけるCCD7B)を例に説明するが、周囲温度およびCCDセンサ自身の温度が上昇するにつれて、映像レベルすなわちCCD出力が減少する例を示している(温度の上昇にしたがって抵抗値が減少するようなサーミスタを使った例)。
図8に示す例では、図示しないが、例えばプロセス回路ブロック13内のゲインコントロールアンプにより、周囲温度およびCCDセンサ自身の温度の上昇に伴うCCD出力の減少が実質的に「0」となるよう、ゲインが制御される。
なお、図7および図8に示す例は、一例であり、例えば青用(B)CCDセンサの出力が、周囲温度およびCCDセンサ自身の温度上昇により増大する場合には、図7に示した例に準じて、アンプゲイン(補正信号レベル)が減少されることはいうまでもない。また、例えば赤用(R)CCDセンサの出力が、周囲温度およびCCDセンサ自身の温度上昇により減少する場合には、図8に示した例に準じて、アンプゲイン(補正信号レベル)が増大される。すなわち、温度の上昇にしたがって、出力ゲインが大きくなるか小さくなるかに合わせ、逆の温度特性を示すサーミスタを用いることで、個々のCCDの出力レベルの温度に対する変動が打ち消され、ホワイトバランスを安定化することができる。
図9(A),同(B)および同(C)は、図2に一例を示した信号処理回路をより詳細に説明する回路例である。
図9(B)に示すように、図1および図3に概略を示した3板式CCDセンサ7の緑用(G)CCDセンサ7Gの出力は、G用CDS回路17Gによりノイズ成分が除去されたのち、直列抵抗RG1、負帰還増幅器G−GCA、帰還抵抗RG2からなるゲインコントロール部19Gにより所定のレベルまで増幅される。
これに対し、図9(A)に示すように、図1および図3に概略を示した3板式CCDセンサ7の赤用(R)CCDセンサ7Rの出力は、R用CDS回路17Rによりノイズ成分が除去されたのち、直列抵抗RR1およびRR3、負帰還増幅器R−GCA、帰還抵抗RR2、ならびにサーミスタRTHからなるゲインコントロール部19Rにより所定のレベルまで増幅される。なお、サーミスタRTHは、直列抵抗RR1とRR3との間で接地される。
一方、図9(C)に示すように、図1および図3に概略を示した3板式CCDセンサ7の青用(B)CCDセンサ7Bの出力は、B用CDS回路17Bによりノイズ成分が除去されたのち、直列抵抗RB1、負帰還増幅器B−GCA、帰還抵抗RB2、ならびに帰還抵抗RB2と直列に設けられるサーミスタBTHからなるゲインコントロール部19Bにより所定のレベルまで増幅される。
なお、図9(A)、同(B)および同(C)に示したゲインコントロール部は、任意の色に対して、好適に組み合わせることが可能であり、例えば緑用(G)CCDセンサ7Gの出力以外、すなわちR出力およびB出力ともに、図9(A)に示したゲインコントロール部を用いてもよいし、図9(C)に示したゲインコントロール部を用いてもよい。また、R,G,B総てのCCDセンサ7R,7G,および7Bについて、図9(A)に示したゲインコントロール部を用いてもよいし、図9(C)に示したゲインコントロール部を用いてもよい。
なお、図3に示したプリズム5およびCCDセンサ7を用いる場合、レンズ3を介して入力される入力画像光は、R,GおよびBの色毎に、入力画像信号に変換されるが、同図に示した実施の形態では、GチャンネルすなわちCCD7Gに案内される緑系の画像成分のプリズム5による反射の回数が最も少ないため、緑用(G)CCDセンサ7Gについては、図9(B)に示したようにサーミスタを含まない構成として、すなわちG成分を固定した状態で、R成分とB成分を補正することにより、色むら(ホワイトバランスのずれ)が生じることを、より安定に抑止できる。
図10は、図2に一例を示した信号処理回路の別の実施の形態を示す。
図10に示す信号処理回路は、3板式CCDセンサ7(R,G,B)のそれぞれから出力される入力画像信号について、色成分(R,G,B)毎に、各CCDセンサ7R,7Gおよび7Bから出力される入力画像信号からノイズ成分を除去するCDS回路21R、21Gおよび21Bと、それぞれのCDS回路の出力に所定のゲインを与える可変アンプ回路23R,23Gおよび23Bを含むプロセス回路25を含む。プロセス回路25すなわち、色成分毎の可変アンプ回路23R,23Gおよび23Bからの出力は、図2により説明した信号処理回路ブロック15に入力される。
なお、プロセス回路25の各可変アンプ回路23R,23Gおよび23Bのゲイン(調整量)は、プリズム5および3板式CCDセンサ7の近傍に設けられる温度センサ27の出力を取得して色成分毎の個別CCDセンサ7R,7Gおよび7Bの出力を補正するための指示値を設定し、各可変アンプ回路23R,23Gおよび23Bによる補正の有無および補正値を決定するマイコン部29により、設定される。すなわち、CCDセンサ7の周辺の温度を温度センサ27で検出し、温度によるR,G,Bの個々のCCDの出力レベルをあらかじめ記憶しているマイコン部29にて、温度センサ27で検出した温度に従い、マイコン部29でプロセス回路25のゲインを、R,G,Bのそれぞれについて、別々に制御をおこなうことで、各CCDセンサ7R,7Gおよび7Bの出力をより細かく補正でき、ホワイトバランスを一層良好に維持することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態の1つを用いることにより、周囲温度変化、もしくはCCDセンサ自身の温度上昇に起因して、色毎のCCDセンサの出力特性が変動し、ホワイトバランスがずれ正しい色再現が実現できないという問題点を改善することができる。
また、例えば総ての個別CCDセンサの温度上昇を、単一の放熱板により放熱することで、温度変化に起因する個々のCCDセンサの出力がばらつくことを低減できる。
さらに、個別CCDセンサの温度上昇に対する各CCDセンサ出力のばらつきを、CCDセンサの近傍に設けた温度センサにより検出した温度に基づいて補正することで、一層ホワイトバランスの安定な撮像装置を得ることができる。
なお、本発明の内容はここに記述した形態だけに限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で、他にも様々な形態を取り得ることはいうまでもない。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて、もしくは一部を削除して実施されてもよく、その場合は、組み合わせもしくは削除に起因したさまざまな効果が得られる。
1…3板CCD式撮像装置、3…レンズ、3a…レンズホルダ(キャビネット)、5…プリズム、7…CCDセンサ、7R,7G,7B…個別CCDセンサ((R)CCDセンサ7R、(G)CCDセンサ7G、(B)CCDセンサ7B)、9…熱伝導シート、11…放熱板、13…プロセス回路ブロック、15…信号処理回路ブロック、17R,17G,17B…CDS回路、19R、19G、19B…ゲインコントロール部19、21R、21G、21B…CDS回路、23R、23G、23B…可変アンプ部、25…プロセス回路、27…温度センサ、29…マイコン部。
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、加法混色に従う第1の色成分を電気信号に変換する第1の素子と、加法混色に従い、第1の色成分とは異なる第2の色成分を第2の電気信号に変換する第2の素子と、加法混色に従い、第1および第2の色成分とは異なる第3の色成分を第3の電気信号に変換する第3の素子と、前記第1の素子からの熱を放熱する第1の放熱体と、前記第2の素子からの熱を放熱する第2の放熱体と、前記第3の素子からの熱を放熱する第3の放熱体と、前記第1の素子、前記第2の素子および前記第3の素子に画像光を入射するレンズ、および前記第1の素子、前記第2の素子および前記第3の素子を支持するキャビネットと、を有し、前記第1の放熱体、第2の放熱体および第3の放熱体のそれぞれは、相互に接続されるともに、前記キャビネットに固定されて、同一温度に維持されることを特徴とする撮像装置である。
Claims (11)
- 加法混色に従う第1の色成分を電気信号に変換する第1の素子と、
加法混色に従い、第1の色成分とは異なる第2の色成分を第2の電気信号に変換する第2の素子と、
加法混色に従い、第1および第2の色成分とは異なる第3の色成分を第3の電気信号に変換する第3の素子と、
前記第1の素子からの熱を放熱する第1の放熱体と、
前記第2の素子からの熱を放熱する第2の放熱体と、
前記第3の素子からの熱を放熱する第3の放熱体と、
を有し、前記第1の放熱体、第2の放熱体および第3の放熱体のそれぞれは、同一温度に維持されることを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の放熱体、第2の放熱体および第3の放熱体のそれぞれは、相互に接続されていることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記第1の放熱体、第2の放熱体および第3の放熱体の少なくとも2つが、相互に接続されていることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 加法混色に従う第1の色成分を電気信号に変換する第1の素子と、
加法混色に従い、第1の色成分とは異なる第2の色成分を第2の電気信号に変換する第2の素子と、
加法混色に従い、第1および第2の色成分とは異なる第3の色成分を第3の電気信号に変換する第3の素子と、
前記第1の素子が出力する出力信号のゲインを周囲または自身の温度の変化に基づいて変更する第1の出力調整装置と、
前記第2の素子が出力する出力信号のゲインを周囲または自身の温度の変化に基づいて変更する第2の出力調整装置と、
前記第3の素子が出力する出力信号のゲインを周囲または自身の温度の変化に基づいて変更する第3の出力調整装置と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の素子からの熱を放熱する第1の放熱体と、
前記第2の素子からの熱を放熱する第2の放熱体と、
前記第3の素子からの熱を放熱する第3の放熱体と、
をさらに有することを特徴とする請求項4記載の撮像装置。 - 前記第1の放熱体、第2の放熱体および第3の放熱体のそれぞれは、相互に接続されていることを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 前記第1の放熱体、第2の放熱体および第3の放熱体の少なくとも2つが、相互に接続されていることを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 前記第1の出力調整装置と前記第2の出力調整装置と前記第3の出力調整装置のうちの少なくとも2つが設けられることを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 前記第1の出力調整装置と前記第2の出力調整装置と前記第3の出力調整装置のうちの少なくとも1つは、温度上昇に供なって抵抗値が減少する素子を含むことを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 前記第1の出力調整装置と前記第2の出力調整装置と前記第3の出力調整装置のうちの少なくとも1つは、温度上昇に供なって抵抗値が増大する素子を含むことを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 加法混色に従う第1の色成分を電気信号に変換する第1の素子と、
加法混色に従い、第1の色成分とは異なる第2の色成分を第2の電気信号に変換する第2の素子と、
加法混色に従い、第1および第2の色成分とは異なる第3の色成分を第3の電気信号に変換する第3の素子と、
前記第1の素子、第2の素子および第3の素子の近傍の温度を検知する温度検知装置と、
前記第1の素子が出力する出力信号のゲイン、前記第2の素子が出力する出力信号のゲイン、および前記第3の素子が出力する出力信号のゲインの少なくとも1つを、前記温度検知装置が検知する温度に基づいて変更するコントロール部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
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