JPH09130814A

JPH09130814A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH09130814A
Application number: JP7282241A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukui; 博福井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像信号が飽和するほどの高輝度の被写体を
撮像しても、撮像信号の信号レベルを調整してホワイト
バランス調整を行うことができる。【解決手段】ＣＣＤイメージセンサ１は、電子シャッ
タのシャッタ動作に基づいて、撮像信号を出力する。切
換回路１２は、ＣＣＤイメージセンサ１から出力された
撮像信号と１フィールド期間の遅延された撮像信号とか
ら、被写体の撮像信号とホワイトバランス用の撮像信号
とに選別する。ホワイトバランス用の撮像信号は、レベ
ル調整回路１６で、常に一定の信号レベルに調整され
る。マイコン１９は、ホワイトバランス用の撮像信号を
用いて、被写体の撮像信号のホワイトバランス調整を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体像の無彩色
部分に対する３原色信号の信号レベルを一致させるホワ
イトバランス調整機能を有する固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光源により被写体の色温度（分
光分布特性）が異なるので、固体撮像装置が、そのまま
白色の被写体を撮影すると、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），
青色（Ｂ）の各信号の信号レベルが異なってしまい、色
の劣化した撮像信号が出力される。そこで、固体撮像装
置は、特定の色温度で最大の色再現が得られるようにホ
ワイトバランス調整を行う。ホワイトバランス調整は、
色温度が変化したときに白被写体を撮像して、各色信号
の信号レベルの比率を１：１：１となるように補正する
ものである。

【０００３】以下、従来のホワイトバランス調整を行う
固体撮像装置の一例について、図４を参照しながら説明
する。

【０００４】この固体撮像装置は、例えば図４に示すよ
うに、撮像信号を出力する固体撮像素子１０１と、相関
二重サンプリング回路１０２と、撮像信号から各色信号
に分離する色分離回路１０３と、信号レベルの差分を検
出する差分検出回路１０４及び差分検出回路１０６と、
信号レベルを調整するレベル調整回路１０５及びレベル
調整回路１０７と、いわゆるプロセス回路１０８と、エ
ンコーダ１０９と、送信回路１１０とを備える。

【０００５】以上のように構成された固体撮像装置で
は、被写体が撮像されると、固体撮像素子１０１は、撮
像光から得られた撮像信号を出力し、その撮像信号を相
関二重サンプリング（以下、「ＣＤＳ：Correrated Dou
ble Sampling」という）回路１０２に供給する。ＣＤＳ
回路１０２は、供給された撮像信号からランダム雑音を
低減し、その撮像信号を色分離回路１０３に供給する。

【０００６】色分離回路１０３は、供給された撮像信号
をＲ，Ｇ，Ｂの各色信号に分離して、Ｒ信号を差分検出
回路１０４及びレベル調整回路１０５に供給し、Ｇ信号
を差分検出回路１０４，１０６及びプロセス回路１０８
に供給し、Ｂ信号を差分検出回路１０６及びレベル調整
回路１０７に供給する。

【０００７】差分検出回路１０４は、供給されたＲ信号
とＧ信号とから高輝度の信号レベルの差分を検出し、そ
の差分が零になるようにレベル調整回路１０５を制御す
る。レベル調整回路１０５は、差分検出回路１０４に基
づいて、Ｒ信号の信号レベルが所望の信号レベルになる
ように調整して、調整されたＲ信号をプロセス回路１０
８に供給する。

【０００８】差分検出回路１０６は、供給されたＢ信号
とＧ信号とから高輝度の信号レベルの差分を検出し、そ
の差分が零になるようにレベル調整回路１０７を制御す
る。レベル調整回路１０７は、差分検出回路１０６に基
づいて、Ｂ信号の信号レベルが所望の信号レベルになる
ように調整して、調整されたＢ信号をプロセス回路１０
８に供給する。

【０００９】プロセス回路１０８は、供給されたＲ，
Ｇ，Ｂの各色信号に、ダイナミックレンジ圧縮のための
ホワイトクリップ，ニー処理や、ブランキング挿入，ガ
ンマ補正，ブラッククリップ等の処理を行い、これら各
色信号をエンコーダ１０９に供給する。

【００１０】エンコーダ１０９は、供給された各色信号
と図示しない同期発生回路から供給される複合同期信号
等とから複合カラー映像信号を作りだし、この複合カラ
ー信号を送信回路１１０に供給する。

【００１１】送信回路１１０は、供給されたカラー複合
映像信号を、送信すべき図示しない受像装置等の規格に
対応するように、信号レベルの調整等を施してから出力
する。

【００１２】すなわち、この固体撮像装置は、被写体の
撮像中にその色温度が変化しても、被写体を撮像しなが
ら高輝度の各色信号の信号レベルを検出し、それら信号
レベルを１：１：１に補正することができるので、常
に、ホワイトバランス調整を行うことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
固体撮像装置であっても、被写体の対象によってはホワ
イトバランス調整を行うことができなかった。

【００１４】例えば全面赤色の被写体を撮像する場合で
は、固体撮像装置は、被写体に白情報が含まれていない
ため、ホワイトバランス調整を行うことができなかっ
た。しかしながら、この場合は、ホワイトバランス調整
を行うことができないのは当然であるので、それを行う
こと自体を禁止することによって対処すべきである。

【００１５】また、固体撮像装置は、例えば低輝度の被
写体とスポット光のような超高輝度の白い背景を撮像す
る場合では、ＣＣＤイメージセンサ１から飽和した撮像
信号が出力されるので、差分検出回路１０４，１０６で
正確な色信号の差分を検出することができなくなり、ホ
ワイトバランス調整を行うことができなかった。

【００１６】とりわけ、緑色は自然界に最も多く存在し
ているので、ＣＣＤイメージセンサ１はＧ信号を最も早
く飽和して出力してしまい、その結果、固体撮像装置は
ホワイトバランス調整を行うことができなかった。

【００１７】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、撮像信号が飽和するほどの高輝度の被写
体を撮像しても、撮像信号の信号レベルを調整してホワ
イトバランス調整を行い、その撮像信号を出力する固体
撮像装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る固体撮像装置は、撮像光に応じた全
画素の撮像信号を１フィールド期間毎に出力する固体撮
像素子と、固体撮像素子が出力した撮像信号を、第１又
は第２フィールド期間の一方のフィールド期間に出力し
た一のフレーム信号と、他方の１フィールド期間に出力
した他のフレーム信号とに分離処理する信号処理手段
と、一のフレーム信号についてホワイトバランス調整を
行うホワイトバランス調整手段と、他のフレーム信号に
基づいて、ホワイトバランス制御信号をホワイトバラン
ス調整手段に供給することにより、ホワイトバランス調
整手段を制御するホワイトバランス制御手段と、固体撮
像素子の有効露光量を可変させるシャッタ動作を行うシ
ャッタ手段と、他のフレーム信号に基づいて、１フィー
ルド期間おきに所定期間シャッタ手段のシャッタ動作を
制御するシャッタ制御手段とを備える。

【００１９】そして、この固体撮像装置は、一のフレー
ム信号及び上記他のフレーム信号とから、被写体の撮像
信号及びホワイトバランス用の撮像信号に分ける。そし
て、固体撮像装置は、シャッタ手段のシャッタ動作にを
制御して固体撮像素子の有効露光量を調整し、ホワイト
バランス用の撮像信号を一定の信号レベルにすることに
より、被写体の撮像信号に対して安定したホワイトバラ
ンス調整をすることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体撮像装置
の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明
する。

【００２１】本発明に係る固体撮像装置は、例えば単板
式カメラ装置に適用することができる。

【００２２】この単板式カメラ装置１は、例えば図１に
示すように、ＣＣＤイメージセンサ１０と、信号処理部
２０と、ホワイトバランス制御部４０と、ホワイトバラ
ンス調整部５０と、シャッタ制御部６０とを備える。

【００２３】ＣＣＤイメージセンサ１０から出力された
撮像信号は、信号処理部２０によって、後述する被写体
の撮像信号（以下「画像信号」という）とホワイトバラ
ンス用の撮像信号（以下「ホワイトバランス信号」とい
う）とに分離処理される。そして、画像信号は、ホワイ
トバランス調整部５０に供給される一方、ホワイトバラ
ンス信号は、シャッタ制御部６０を介して、ホワイトバ
ランス制御部４０に供給される。ホワイトバランス制御
部４０は、供給されたホワイトバランス信号に基づきホ
ワイトバランス調整部５０を制御し、画像信号のホワイ
トバランスを調整する。一方、シャッタ制御部６０は、
信号処理部２０から供給されたホワイトバランス信号に
基づき、ＣＣＤイメージセンサ１０の電子シャッタのシ
ャッタ動作を制御する。

【００２４】具体的には、ＣＣＤイメージセンサ１０
は、受光部１１で撮像光を受光すると、１フィールド期
間で全画素の赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の時
分割の各信号電荷を撮像信号として、レジスタ１２，１
３を介して、２ライン同時に出力する。また、ＣＣＤイ
メージセンサ１０は例えば電子シャッタを備え、この電
子シャッタは、後述するシャッタ信号に基づいて、１Ｈ
周期（１水平走査周期）毎に蓄積電荷の廃棄を行うフィ
ールド期間はシャッタを閉るようになっている。この期
間は、１フィールド期間おきに１回あり、ホワイトバラ
ンス用の有効電荷量が可変制御される。なお、上記期間
以外のフィールド期間は、シャッタは開いている。これ
により、ＣＣＤイメージセンサ１０から出力される撮像
信号は、１フィールド期間電子シャッタが開いていると
きに出力された画像信号と、１フィールド期間に電子シ
ャッタが閉じてしまったときに出力されてホワイトバラ
ンス調整に用いられるホワイトバランス信号とからな
る。

【００２５】そして、ＣＣＤイメージセンサ１０は、電
子シャッタが開いているときは、例えばレジスタ１２か
らは第１フィールドの画素の撮像信号を出力し、同時
に、例えばレジスタ１３からは第２フィールドの画素の
撮像信号を出力する。ここで、ＣＣＤイメージセンサ１
０は、全画素を読み出す毎に、レジスタ１２，レジスタ
１３で読み出すフィールドを切り換えるようになってい
る。このようにしてＣＣＤイメージセンサ１０から出力
された撮像信号は、レジスタ１２，１３を介して、それ
ぞれ信号処理部２０に供給される。

【００２６】信号処理部２０は、例えば相関二重サンプ
リング回路（以下「ＣＤＳ」という）２１及びＣＤＳ回
路２５と、アナログ／ディジタル（以下「Ａ／Ｄ」とい
う）変換器２６、フィールドメモリ２７、Ｄ／Ａ変換器
２８と、切換回路２９とを備える。

【００２７】ＣＤＳ回路２１は、ＣＣＤイメージセンサ
１０による撮像信号が供給され、それに含まれる雑音成
分を低減した後、図２Ａに示すように、画像信号とホワ
イトバランス信号とからなる撮像信号を切換回路２９に
供給する。

【００２８】ＣＤＳ回路２５は、ＣＣＤイメージセンサ
１０からの撮像信号が供給され、それに含まれる雑音成
分を低減した後、その撮像信号をＡ／Ｄ変換器２６に供
給する。Ａ／Ｄ変換器２６は、撮像信号を撮像データに
変換し、撮像データをフィールドメモリ２７に供給す
る。フィールドメモリ２７は、撮像データを一度記憶し
てから撮像データを読み出し、その撮像データをＤ／Ａ
変換器２８に供給する。ここで、フィールドメモリ２７
は、撮像データを記憶してから読み出すまで１フィール
ド期間かかるようになっている。このため、フィールド
メモリ２７は、１フィールド期間遅延する遅延回路と同
等の働きをしている。Ｄ／Ａ変換器２８は、供給された
撮像データを撮像信号に変換して、図２Ｂに示すよう
に、１フィールド期間遅延した画像信号とホワイトバラ
ンス信号とからなる撮像信号を、切換回路２９に供給す
る。

【００２９】切換回路２９は、ＣＤＳ回路２１に接続さ
れている端子ａ及び端子ｄと、Ｄ／Ａ変換器２８に接続
されている端子ｂ及び端子ｃと、シャッタ制御部６０の
レベル調整回路６１及びゲインコントロール回路３０に
接続される２つのスイッチ２９ａ，２９ｂを備え、スイ
ッチ２９ａが端子ａにあるときはスイッチ２９ｂは端子
ｃに、スイッチ２９ａが端子ｂにあるときはスイッチ２
９ｂは端子ｄに切り換わるようになっている。

【００３０】切換回路２９は、図示しないコントローラ
によって１フィールド期間毎にスイッチ２９ａ及び２９
ｂの切り換えが行われ、スイッチ２９ｂからは、図２Ｃ
に示すような画像信号を出力し、また、スイッチ２９ａ
からは、図２Ｄに示すようなホワイトバランス信号を出
力する。

【００３１】そして、切換回路２９は、画像信号をゲイ
ンコントロール回路３０に供給し、ゲインコントロール
回路３０は、画像信号の信号レベルを調整した後、その
画像信号をホワイトバランス調整部５０に供給する。ま
た、切換回路２９は、同時に、ホワイトバランス信号を
シャッタ制御部６０を介し、ホワイトバランス制御部４
０に供給する。

【００３２】ホワイトバランス制御部４０は、例えば色
分離回路４１と、ホワイトバランスコントロール回路４
２と、サンプルホールド，Ａ／Ｄ変換，Ｄ／Ａ変換の各
機能を有するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」
という）４３とを備え、色分離回路４１にシャッタ制御
部６０からのホワイトバランス信号が供給される。

【００３３】色分離回路４１は、供給されたホワイトバ
ランス信号をＲ，Ｇ，Ｂの色信号に分離し、各色信号を
ホワイトバランスコントロール回路４２に供給する。ホ
ワイトバランスコントロール回路４２は、供給された各
色信号のホワイトバランスの調整を、後述するマイコン
４３からの制御信号に基づいて行う。そして、ホワイト
バランスコントロール回路４２は、調整された各色信号
をマイコン４３に供給する。マイコン４３は、供給され
た各色信号から一定レベル以上の高輝度の信号レベルを
サンプリングし、例えばＲ信号とＧ信号との信号レベル
の差分を検出する。そして、マイコン４３は、その差分
が零になるようにＲ信号を制御するＲ制御信号をホワイ
トバランスコントロール回路４２に供給すると共に、ホ
ワイトバランス調整部５０にも同じＲ制御信号を供給す
る。また、マイコン４３は、同様に、Ｂ信号を制御する
Ｂ制御信号をホワイトバランスコントロール回路４２に
供給すると共に、ホワイトバランス調整部５０にも同じ
Ｂ制御信号を供給する。

【００３４】ホワイトバランス調整部５０は、例えば色
分離回路５１と、上述のホワイトバランスコントロール
回路４２と回路特性の等しいホワイトバランスコントロ
ール回路５２とを備え、色分離回路５１にゲインコント
ロール回路３０からの画像信号が供給される。

【００３５】色分離回路５１は、供給された画像信号を
Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号に分離する。そして、色分離回路５
１は、各色信号をホワイトバランスコントロール回路５
２に供給する。ホワイトバランスコントロール回路５２
は、マイコン４３から供給されたＲ制御信号に基づき、
Ｇ信号とＲ信号の信号レベルが同じになるようにＲ信号
を制御し、同様に、Ｂ制御信号に基づき、Ｇ信号とＢ信
号の信号レベルが同じになるようにＢ信号を制御する。

【００３６】これにより、マイコン４３は、ホワイトバ
ランスコントロール回路５２を介して、画像信号におけ
る各色信号の信号レベルの比率が等しくなるようにホワ
イトバランス調整をすることができる。

【００３７】ホワイトバランスコントロール回路５２
は、このようにホワイトバランス調整された各色信号を
プロセス回路７１に供給する。

【００３８】プロセス回路７１は、供給されたＲ，Ｇ，
Ｂの色信号に、ダイナミックレンジ圧縮のためのホワイ
トクリップ，ニー処理や、ブランキング挿入，ガンマ補
正，ブラッククリップ等の処理を行い、これら各色信号
をエンコーダ７２に供給する。エンコーダ７２は、供給
された各色信号と図示しない同期発生回路から供給され
る複合同期信号等から複合カラー映像信号を作り出し、
この複合カラー映像を送信回路７３に供給する。送信回
路７３は、供給されたカラー映像信号を、供給されたカ
ラー複合映像信号を、送信すべき図示しない受像装置等
の規格に対応するように信号レベルの調整等を施してか
ら出力する。

【００３９】一方、シャッタ制御部６０は、上述のした
ように、信号処理部２０からホワイトバランス信号が供
給される。

【００４０】シャッタ制御部６０は、例えば、レベル調
整回路６１と、ピーク整流回路６２と、差分検出回路６
３及び差分検出回路６４と、ＮＡＮＤ素子６５と、振幅
変換回路６６とを備え、レベル調整回路６１にホワイト
バランス信号が供給される。

【００４１】レベル調整回路６１は、供給されたホワイ
トバランス信号を、後述する差分検出回路６３の出力に
応じて調整し、調整されたホワイトバランス信号をピー
ク整流回路６２に供給する一方、上述のように、ホワイ
トバランス制御部４０にも供給する。ピーク整流回路６
２は、図２Ｅの点線に示すように、ホワイトバランス信
号をそのピーク値と同じ値の直流信号に整流し、その直
流信号を差分検出回路６３に供給する。

【００４２】差分検出回路６３は、ピーク整流回路６２
から供給された直流信号と一定値の直流信号Ｖ_Z との差
分を検出し、得られた直流信号を差分検出回路６４及び
レベル調整回路６１に供給する。

【００４３】このとき、レベル調整回路６１は、差分検
出回路６３からの信号レベルが所望の信号レベルになる
ように、切換回路２９から供給されたホワイトバランス
信号の信号レベル調整して出力する。この結果、レベル
調整回路６１は、差分検出回路６３からレベル調整回路
６１への閉ループによって、常にホワイトバランス調整
に適し、かつ、ピーク値が一定となるホワイトバランス
信号を出力することができる。すなわち、レベル調整回
路６１は、飽和する程の高輝度の撮像信号が供給されて
たときでも、逆に、ホワイトバランス調整には不十分な
程の低輝度の撮像信号が供給されたときでも、ホワイト
バランス信号をその調整に適した信号レベルにすること
ができ、その結果、ホワイトバランス制御部４０及びホ
ワイトバランス調整部では、常に安定したホワイトバラ
ンス調整を行うことができる。

【００４４】そして、差分検出回路６３からの安定した
直流信号は、差分検出回路６４に供給される。

【００４５】ここで、差分検出回路６４は、基準信号よ
り比較信号が大きいと「１」を出力し、基準信号より比
較信号が小さいと「０」を出力するコンパレータであ
り、基準信号として差分検出回路６３から直流信号が供
給され、また、比較信号として図２Ｅに示すのこぎり波
が供給される。そして、差分検出回路６４は、図２Ｆに
示すように、２フィールド期間を１周期とする方形波を
出力し、これをＮＡＮＤ素子６５に供給する。

【００４６】ＮＡＮＤ素子６５は、差分検出回路６４か
らの方形波と、図２Ｇに示すように、ＣＣＤイメージセ
ンサ１０の１Ｈ周期と同じ周期のパルス信号が供給され
る。そして、ＮＡＮＤ素子６５は、それらの否定論理積
を出力して、図２Ｈに示すように、電子シャッタのシャ
ッタ動作を制御するシャッタ信号を振幅変換回路６６に
供給する。振幅変換回路６６は、シャッタ信号の振幅を
所定の信号レベルに変換して、このシャッタ信号をＣＣ
Ｄイメージセンサ１０のサブストレートに供給する。電
子シャッタは、所定の信号レベルのシャッタ信号が供給
される期間、ＣＣＤイメージセンサ１０が出力する撮像
信号を強制的に廃棄してシャッタを閉じる。

【００４７】ここで、ＮＡＮＤ素子６５からＣＣＤイメ
ージセンサ１０までは閉ループとなっているので、ＮＡ
ＮＤ素子６５は、ＣＣＤイメージセンサ１０からの撮像
信号の信号レベルに応じて、シャッタ信号を出力するよ
うになっている。

【００４８】例えば、この単板式カメラ装置１が高輝度
の被写体を撮像したとき、切換回路２９において信号レ
ベルの高いホワイトバランス信号が得られ、レベル調整
回路６１，ピーク整流回路６２を介して、信号レベルの
高い直流信号が差分検出回路６３に供給される。そし
て、差分検出回路６３は信号レベルの低い直流信号を検
出し、差分検出回路６４はパルス幅の広いパルス信号を
検出し、ＮＡＮＤ素子６５は電子シャッタの閉じる期間
が長くなるようなシャッタ信号を出力する。すなわち、
電子シャッタは、高輝度の被写体が撮像されたときにシ
ャッタを閉じる期間を長くすることにより、適正なホワ
イトバランス信号得るように露光を絞るようになってい
る。換言すると、単板式カメラ装置１は、高輝度の被写
体を撮像しても、適正なホワイトバランス信号を得て、
ホワイトバランス調整を行うことができる。単板式カメ
ラ装置１は、逆に、低輝度の被写体を撮像しても、適正
なホワイトバランス信号を得て、ホワイトバランス調整
を行うこともできる。

【００４９】以上のように、この単板式カメラ装置１
は、飽和する程の高輝度の被写体を撮像しても、逆に、
低輝度の被写体を撮像しても、適正なホワイトバランス
調整を施すことにより、画質のよい撮像信号を出力する
ことができる。

【００５０】なお、この単板式カメラ装置１は、静止画
像も取り込むことができるように、例えばＣＤＳ回路２
１と切換回路２９の間に例えば画像メモリを挿入しても
よい。

【００５１】つぎに、本発明に係る固体撮像装置の第２
の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【００５２】本発明に係る固体撮像装置は、例えば３板
式カメラ装置に適用することができる。

【００５３】なお、第１の実施の形態で説明した回路等
と同一のものについては、同一の符号を付すと共に、各
色信号に対応するＲ，Ｇ，Ｂのいずれかを添えて表すも
のとする。また、各色信号の各回路におけるの同一の動
作については、Ｇ信号の動作のみ説明し、他の色信号の
動作については省略する。

【００５４】この３板式カメラ装置８０は、例えば図３
に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光に変えられた撮像
光にそれぞれ対応して配置されたＣＣＤイメージセンサ
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、信号処理部２０Ｒ，２０
Ｇ，２０Ｂと、ホワイトバランス制御部４０と、ホワイ
トバランス調整部５０と、シャッタ制御部６０とを備え
る。

【００５５】ＣＣＤイメージセンサ１０Ｒ，１０Ｇ，１
０Ｂから出力された色信号は、信号処理部２０Ｒ，２０
Ｇ，２０Ｂによって、後述する被写体の色信号（以下
「画像色信号」という）とホワイトバランス用の色信号
（以下「ホワイトバランス色信号」という）とに分離処
理される。そして、各画像色信号は、ホワイトバランス
調整部５０に供給される一方、各ホワイトバランス色信
号は、シャッタ制御部６０等を介して、ホワイトバラン
ス制御部４０に供給される。ホワイトバランス制御部４
０は、供給されたホワイトバランス色信号に基づきホワ
イトバランス調整部５０を制御し、画像色信号のホワイ
トバランスを調整する。一方、シャッタ制御部６０は、
信号処理部２０Ｇから供給されたホワイトバランス色信
号に基づき、ＣＣＤイメージセンサ１０Ｒ，１０Ｇ，１
０Ｂの電子シャッタのシャッタ動作を制御する。

【００５６】具体的には、ＣＣＤイメージセンサ１０Ｇ
は、受光部１１Ｇで撮像光を受光すると、１フィールド
期間で全画素の緑色（Ｇ）の信号電荷を色信号として、
レジスタ１２Ｇ，１３Ｇを介し２ライン同時に出力す
る。また、ＣＣＤイメージセンサ１０Ｇは例えば電子シ
ャッタを備え、この電子シャッタは、後述するシャッタ
信号に基づいて、１Ｈ周期（１水平走査周期）毎に蓄積
電荷の廃棄を行うフィールド期間はシャッタを閉るよう
になっている。この期間は、１フィールド期間おきに１
回あり、ホワイトバランス用の有効電荷量が可変制御さ
れる。なお、上記期間以外のフィールド期間は、シャッ
タは開いている。これにより、ＣＣＤイメージセンサ１
０Ｇから出力される色信号は、１フィールド期間中に電
子シャッタが開いているときに出力される画像色信号
と、１フィールド期間中に電子シャッタが閉じてしまっ
たときに出力されホワイトバランス調整に用いられるホ
ワイトバランス色信号とからなる。

【００５７】そして、ＣＣＤイメージセンサ１０Ｇは、
電子シャッタが開いているときは、例えばレジスタ１２
Ｇからは第１フィールドの画素の色信号を出力し、同時
に、例えばレジスタ１３Ｇからは第２フィールドの画素
の色信号を出力する。ここで、ＣＣＤイメージセンサ１
０Ｇは、全画素を読み出す毎に、レジスタ１２Ｇ，レジ
スタ１３Ｇで読み出すフィールドを切り換えるようにな
っている。このようにしてＣＣＤイメージセンサ１０Ｇ
から出力された色信号は、レジスタ１２Ｇ，１３をＧ介
して、信号処理部２０Ｇに供給される。

【００５８】信号処理部２０Ｇは、例えばＣＤＳ回路２
１Ｇ及びＣＤＳ回路２５Ｇと、Ａ／Ｄ変換器２２Ｇ及び
Ａ／Ｄ変換器２６Ｇと、フィールドメモリ２３Ｇ及びフ
ィールドメモリ２７Ｇと、Ｄ／Ａ変換器２４Ｇ及びＤ／
Ａ変換器２８Ｇと、切換回路２９Ｇとを備える。

【００５９】ＣＤＳ回路２１Ｇは、ＣＣＤイメージセン
サ１０Ｇによるの色信号が供給され、それに含まれる雑
音成分を低減した後、その色信号をＡ／Ｄ変換器２２Ｇ
に供給する。Ａ／Ｄ変換器２２Ｇは、色信号を色データ
に変換し、フィールドメモリ２３Ｇに供給する。フィー
ルドメモリ２３Ｇは、色データを一度記憶してから読み
出し、その色データをＤ／Ａ変換器２４Ｇに供給する。
ここで、フィールドメモリ２３Ｇは、遅延せずにＧデー
タの記憶，読み出しを行い、例えば静止画像を取り込む
ことができる。Ｄ／Ａ変換器２４Ｇは、フィールドメモ
リ２３Ｇから供給された色データを色信号に変換して、
図２Ａに示すように、画像色信号とホワイトバランス色
信号とからなる色信号を、切換回路２９Ｇに供給する。

【００６０】一方、ＣＤＳ回路２５Ｇは、ＣＣＤイメー
ジセンサ１０Ｇによる色信号が供給され、それに含まれ
る雑音成分を低減した後、その色信号をＡ／Ｄ変換器２
６Ｇに供給する。Ａ／Ｄ変換器２６Ｇは、色信号を色デ
ータに変換し、フィールドメモリ２７Ｇに供給する。フ
ィールドメモリ２７Ｇは、色データを一度記憶してから
読み出し、その色データをＤ／Ａ変換器２８Ｇに供給す
る。ここで、フィールドメモリ２７Ｇは、色データを記
憶してから読み出すまで１フィールド期間かかるように
なっている。このため、フィールドメモリ２７Ｇは、１
フィールド期間遅延する遅延回路と同等の働きをしてい
る。Ｄ／Ａ変換器２８Ｇは、供給された色データを色信
号に変換して、図２Ｂに示すように、１フィールド期間
遅延した画像色信号とホワイトバランス色信号とからな
る色信号を、切換回路２９Ｇに供給する。

【００６１】切換回路２９Ｇは、Ａ／Ｄ変換器２４Ｇに
接続されている端子ａ及び端子ｄと、Ｄ／Ａ変換器２８
Ｇに接続されている端子ｂ及び端子ｃと、シャッタ制御
部６０のレベル調整回路６１Ｇ及びゲインコントロール
回路３０Ｇに接続される２つのスイッチ２９Ｇａ，２９
Ｇｂを備え、スイッチ２９Ｇａが端子ａにあるときはス
イッチ２９Ｇｂは端子ｃに、スイッチ２９Ｇａが端子ｂ
にあるときはスイッチ２９Ｇｂは端子ｄに切り換わるよ
うになっている。

【００６２】切換回路２９Ｇは、図示しないコントロー
ラによって１フィールド期間毎にスイッチ２９Ｇａ及び
２９Ｇｂの切り換えが行われ、スイッチ２９Ｇｂから
は、図２Ｃに示すような画像色信号を出力し、また、ス
イッチ２９Ｇａからは、図２Ｄに示すようなホワイトバ
ランス色信号を出力する。

【００６３】そして、切換回路２９Ｇは、画像色信号を
ゲインコントロール回路３０Ｇに供給し、ゲインコント
ロール回路３０Ｇは、画像色信号の信号レベルを調整し
た後、その画像色信号をホワイトバランス調整部５０に
供給する。また、切換回路２９Ｇは、同時に、ホワイト
バランス色信号を、シャッタ制御部６０を介しホワイト
バランス制御部４０に供給する。

【００６４】なお、切換回路２９Ｒ，２９Ｂは、同様
に、画像色信号をホワイトバランス調整部５０に供給す
るが、ホワイトバランス色信号については、レベル調整
回路６１Ｒ，６１Ｂを介して、ホワイトバランス制御部
４０に供給する。

【００６５】ホワイトバランス制御部４０は、例えばホ
ワイトバランスコントロール回路４２と、サンプルホー
ルド，Ａ／Ｄ変換，Ｄ／Ａ変換の各機能を有するマイコ
ン４３とを備え、ホワイトバランスコントロール回路４
２にＲ，Ｇ，Ｂの各ホワイトバランス色信号が供給され
る。

【００６６】ホワイトバランスコントロール回路４２
は、供給された各ホワイトバランス色信号のホワイトバ
ランスの調整を、後述するマイコン４３からの制御信号
に基づいて行う。そして、ホワイトバランスコントロー
ル回路４２は、調整されたホワイトバランス色信号をマ
イコン４３に供給する。マイコン４３は、供給された各
ホワイトバランス色信号から一定レベル以上の高輝度の
信号レベルをサンプリングし、例えばＲ信号とＧ信号と
の信号レベルの差分を検出する。そして、マイコン４３
は、その差分が零になるようにＲ信号を制御するＲ制御
信号をホワイトバランスコントロール回路４２に供給す
ると共に、ホワイトバランス調整部５０にも同じＲ制御
信号を供給する。また、マイコン４３は、同様に、Ｂ信
号を制御するＢ制御信号をホワイトバランスコントロー
ル回路４２に供給すると共に、ホワイトバランス調整部
５０にも同じＢ制御信号を供給する。

【００６７】ホワイトバランス調整部５０は、上述のホ
ワイトバランスコントロール回路４２と回路特性の等し
い、ホワイトバランスコントロール回路５２を備え、ゲ
インコントロール回路３０Ｒ，Ｇ，Ｂからそれぞれ画像
色信号が供給される。ホワイトバランスコントロール回
路５２は、マイコン４３から供給されたＲ制御信号に基
づき、Ｇ信号とＲ信号の信号レベルが同じになるように
Ｒ信号を制御し、同様に、Ｂ制御信号に基づき、Ｇ信号
とＢ信号の信号レベルが同じになるようにＢ信号を制御
する。

【００６８】これにより、マイコン４３は、ホワイトバ
ランスコントロール回路５２を介して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各
画像色信号の信号レベルの比率が等しくなるようにホワ
イトバランス調整をすることができる。

【００６９】ホワイトバランスコントロール回路５２
は、このようにホワイトバランス調整された各画像色信
号をプロセス回路７１に供給する。

【００７０】プロセス回路７１は、供給されたＲ，Ｇ，
Ｂの画像色信号に、ダイナミックレンジ圧縮のためのホ
ワイトクリップ，ニー処理や、ブランキング挿入，ガン
マ補正，ブラッククリップ等の処理を行い、これら画像
各色信号をエンコーダ７２に供給する。エンコーダ７２
は、供給された各画像色信号と図示しない同期発生回路
から供給される複合同期信号等とから複合カラー映像信
号を作り出し、この複合カラー映像を送信回路７３に供
給する。送信回路７３は、供給されたカラー映像信号
を、供給されたカラー複合映像信号を、送信すべき図示
しない受像装置等の規格に対応するように信号レベルの
調整等を施してから出力する。

【００７１】一方、シャッタ制御部６０は、上述のした
ように、信号処理部２０Ｇからホワイトバランス色信号
が供給される。

【００７２】シャッタ制御部６０は、例えば、レベル調
整回路６１Ｇと、ピーク整流回路６２と、差分検出回路
６３及び差分検出回路６４と、ＮＡＮＤ素子６５と、振
幅変換回路６６とを備え、レベル調整回路６１Ｇにホワ
イトバランス色信号が供給される。

【００７３】レベル調整回路６１Ｇは、供給されたホワ
イトバランス色信号を、後述する差分検出回路６３の出
力に応じて調整し、調整されたホワイトバランス色信号
をピーク整流回路６２に供給する一方、上述のように、
ホワイトバランス調整部４０にも供給する。ピーク整流
回路６２は、図２Ｅの点線に示すように、ホワイトバラ
ンス色信号をそのピーク値と同じ値の直流信号に整流
し、その直流信号を差分検出回路６３に供給する。

【００７４】差分検出回路６３は、ピーク整流回路６２
から供給された直流信号と一定値の直流信号Ｖ_Z との差
分を検出し、得られた直流信号を差分検出回路６４及び
レベル調整回路６１に供給する。

【００７５】このとき、レベル調整回路６１Ｇは、差分
検出回路６３からの信号レベルが所望の信号レベルにな
るように、切換回路２９Ｇから供給されたホワイトバラ
ンス色信号の信号レベル調整して出力する。この結果、
レベル調整回路６１Ｇは、差分検出回路６３からレベル
調整回路６１Ｇへの閉ループによって、常にホワイトバ
ランス調整に適し、かつ、ピーク値が一定となるホワイ
トバランス色信号を出力することができる。すなわち、
レベル調整回路６１Ｇは、飽和する程の高輝度の色信号
が供給されたときでも、逆に、ホワイトバランス調整に
は不十分な程の低輝度の色信号が供給されたときでも、
ホワイトバランス色信号をその調整に適した信号レベル
にすることができ、その結果、ホワイトバランス制御部
４０及びホワイトバランス調整部４０では、常に安定し
たホワイトバランス調整を行うことができる。

【００７６】そして、差分検出回路６３からの安定した
直流信号は、差分検出回路６４に供給される。

【００７７】ここで、差分検出回路６４は、基準信号よ
り比較信号が大きいと「１」を出力し、基準信号より比
較信号が小さいと「０」を出力するコンパレータであ
り、基準信号として差分検出回路６３から直流信号が供
給され、また、比較信号として図２Ｅに示すのこぎり波
が供給される。そして、差分検出回路６４は、図２Ｆに
示すように、２フィールド期間を１周期とする方形波を
出力し、これをＮＡＮＤ素子６５に供給する。

【００７８】ＮＡＮＤ素子６５は、差分検出回路６４か
らの方形波と、図２Ｇに示すように、ＣＣＤイメージセ
ンサ１０のＨ周期（１水平走査周期）と同じ周期のパル
ス信号とが供給される。そして、ＮＡＮＤ素子６５は、
それらの否定論理積を出力して、図２Ｈに示すように、
電子シャッタのシャッタ動作を制御するシャッタ信号を
振幅変換回路６６に供給する。振幅変換回路６６は、シ
ャッタ信号の振幅を所定の信号レベルに変換して、この
シャッタ信号をＣＣＤイメージセンサ１０Ｇのサブスト
レートに供給する。電子シャッタは、所定の信号レベル
のシャッタ信号が供給される期間、ＣＣＤイメージセン
サ１０Ｇが出力する色信号を強制的に廃棄してシャッタ
を閉じる。

【００７９】ここで、ＮＡＮＤ素子６５からＣＣＤイメ
ージセンサ１０Ｇまでは閉ループとなっているので、Ｎ
ＡＮＤ素子６５は、ＣＣＤイメージセンサ１０Ｇからの
撮像信号の信号レベルに応じて、シャッタ信号を出力す
るようになっている。

【００８０】例えば、この３板式カメラ装置８０が高輝
度の被写体を撮像したとき、切換回路２９Ｇにおいて信
号レベルの高いホワイトバランス色信号が得られ、レベ
ル調整回路６１Ｇ，ピーク整流回路６２を介して、信号
レベルの高い直流信号が差分検出回路６３に供給され
る。そして、差分検出回路６３は信号レベルの低い直流
信号を検出し、差分検出回路６４はパルス幅の広いパル
ス信号を検出し、ＮＡＮＤ素子６５は電子シャッタの閉
じる期間が長くなるようなシャッタ信号を出力する。す
なわち、電子シャッタは、高輝度の被写体が撮像された
ときにシャッタを閉じる期間を長くすることにより、適
正なホワイトバランス色信号得るように露光を絞るよう
になっている。換言すると、３板式カメラ装置８０は、
高輝度の被写体を撮像しても、逆に、低輝度の被写体を
撮像しても、適正なホワイトバランス色信号を得て、ホ
ワイトバランス調整を行うことができる。

【００８１】以上のように、この３板式カメラ装置８０
は、飽和する程の高輝度の被写体を撮像しても、逆に、
低輝度の被写体を撮像しても、適正なホワイトバランス
調整を施すことにより、画質のよい撮像信号を出力する
ことができる。

【００８２】また、この３板式カメラ装置８０は、撮像
光をＲ，Ｇ，Ｂの各色信号に分解してＣＣＤイメージセ
ンサ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの感光面上に各々の画像を結像す
ることにより、基本的に撮像光を損失することなく利用
することができ、ＳＮ比がよく、また、高解像度が得ら
れ、さらに、色フィルタ特性が独立に決められるので色
再現のよい撮像信号を得ることができる。

【００８３】また、上述した第１の実施の形態及び第２
の実施の形態では、固体撮像装置のシャッタ手段として
電子シャッタを適用して説明したが、電子シャッタの代
わりに液晶シャッタを用いてもよい。

【００８４】なお、この固体撮像装置は、上述の実施の
形態ではオートホワイトバランスの場合を用いて説明し
たが、いわゆるワンプッシュ式のホワイトバランスの場
合でも適用することができるのは勿論である。

【００８５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る固体撮像装置では、固体撮像素子から出力された撮像
信号と固体撮像素子から出力され１フィールド期間の遅
延を施された撮像信号とから、被写体の撮像信号とホワ
イトバランス用の撮像信号とに分ける。そして、撮像信
号の信号レベルによらず、ホワイトバランス用の撮像信
号を常に一定調整するので、撮像信号のホワイトバラン
ス調整を行うことができる。すなわち、この固体撮像装
置は、例えば色温度２０００〜９０００゜Ｋの光源下に
おいて、飽和する程の高輝度の被写体を撮像しても、ホ
ワイトバランス調整を施した画質のよい撮像信号を出力
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置に適用した単板式カ
メラ装置の具体的な構成を示すブロック図である。

【図２】同固体撮像装置の動作状態を説明するためのタ
イミングチャートである。

【図３】同固体撮像装置等でブラックバランスの調整を
説明するためのブロック図である。

【図４】本発明に係る固体撮像装置を適用した３板式カ
メラ装置の具体的な構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ＣＣＤイメージセンサ２０信号処理部４０ホワイトバランス制御部５０ホワイトバランス調整部６０シャッタ制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像光に応じた全画素の撮像信号を１フ
ィールド期間毎に出力する固体撮像素子と、上記固体撮像素子が出力した撮像信号を、第１又は第２
フィールド期間の一方のフィールド期間に出力した一の
フレーム信号と、他方の１フィールド期間に出力した他
のフレーム信号とに分離処理する信号処理手段と、上記一のフレーム信号についてホワイトバランス調整を
行うホワイトバランス調整手段と、上記他のフレーム信号に基づいて、ホワイトバランス制
御信号を上記ホワイトバランス調整手段に供給すること
により、上記ホワイトバランス調整手段を制御するホワ
イトバランス制御手段と、上記固体撮像素子の有効露光量を可変させるシャッタ動
作を行うシャッタ手段と、上記他のフレーム信号に基づいて、１フィールド期間お
きに所定期間上記シャッタ手段のシャッタ動作を制御す
るシャッタ制御手段とを備えることを特徴とする固体撮
像装置。
【請求項２】上記シャッタ手段は、上記固体撮像素子
から出力される撮像信号を強制的に廃棄する電子シャッ
タであり、上記シャッタ制御手段は、上記固体撮像素子による撮像
信号を所定時間廃棄することのより上記固体撮像素子を
読み出し制御することを特徴とする請求項１記載の固体
撮像装置。
【請求項３】上記シャッタ手段は、上記固体撮像素子
に入射する撮像光を遮光する液晶シャッタであり、上記シャッタ制御手段は、上記固体撮像素子に入射され
る撮像光を所定時間毎に遮光することにより、上記液晶
シャッタを制御することを特徴とする請求項１記載の固
体撮像装置。