JP2003189193A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】撮像素子で得られる画像のダイナミックレンジ
を拡大する。 【解決手段】ＣＣＤ15と、このＣＣＤ15の各画素の電荷
をインターレース駆動により個別的に読出させるＣＣＤ
ドライバ28と、ＣＣＤ15に対する実効的露光を全画素同
時に開始すると共に、１フレームを構成する２フィール
ドの第１フィールドと第２フィールドとで異なる実効的
露光時間を与えるシステムコントローラ23と、異なる実
効的露光時間によって生じた２フィールドが各々有する
実効的撮像レンジが互いに重なる被写体輝度範囲の各画
素情報を全て当該画素に関する画素情報として使用し、
被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱するフィールドの
画素情報は他の被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱し
ていないフィールドの画素情報によって補間したものを
当該画素に関する画素情報として出力するデジタルプロ
セス回路17とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に固体撮像素子
を有するデジタルカメラに好適な撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐ
ｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）等の一般的な撮
像素子を用いたデジタルスチルカメラやデジタルビデオ
カメラなどの撮像装置の場合、撮像素子の光電変換特性
は、例えば図５で模式的に示されるようなものであっ
た。

【０００３】同図において、横軸は入射光量を、縦軸は
出力される信号レベルをそれぞれ対数的に示す。図中、
ＵＬは高輝度側限界レベルを、ＬＬは低輝度側限界レベ
ルをそれぞれ示すものである。

【０００４】高輝度側限界レベルＵＬは、撮像素子の飽
和レベルにほぼ対応するレベルであり、一方、低輝度側
限界レベルＬＬについては、最低のノイズレベルＮＬそ
のものではなく、ノイズと共存しても鑑賞に堪える所定
の限界Ｓ／Ｎ比を有する信号レベルとして設定される。

【０００５】そして、高輝度側限界レベルＵＬと低輝度
側限界レベルＬＬとの間が有効輝度域となるもので、こ
れらの（対数軸上での）差ＤＲ＝ＵＬ−ＬＬが撮像レン
ジ（＝ダイナミックレンジ）となる。このダイナミック
レンジＤＲは、撮像装置の設計製造によっても異なる
が、多くの場合５〜６ＥＶ（３０〜３６dB）程度であ
る。

【０００６】一方、すでに広く一般に普及している銀塩
フィルムを用いた銀塩カメラは、カラーネガフィルムや
モノクロフィルムとカラーリバーサルフィルムとによっ
て差があるものの、より一般的に多く使用されているカ
ラーネガフィルムで１０ＥＶ程度のダイナミックレンジ
（＝ラチチュード）を有している。

【０００７】したがって、銀塩カメラと同程度のダイナ
ミックレンジを期待してデジタルカメラで撮影を行なう
と、得られる画像中で、輝度の上下各限界レベルに達し
た部分が「白飛び」や「黒つぶれ」と称される単調な表
現となってしまい、全体の画質を低下させる結果となっ
て、失望させられることも多い。

【０００８】しかるに、撮像素子を用いたデジタルカメ
ラで、ダイナミックレンジを拡大して撮像する試みは多
数提案されており、例えば撮影光路を複数に分岐して異
なる露出状態の撮影を行なう多板式の撮像素子のもの、
単板の撮像素子で濃度フィルタの点順次コーディングを
施した（すなわち画素単位で感度が異なるように構成し
た）もの、フィールド蓄積モードの動画出力を用いたフ
ィールド順次方式のもの、全画素読出し（順次走査）の
撮像素子を用いた特殊なフィールド順次方式のもの等が
挙げられる。

【０００９】ここでは、全画素読出し（順次走査）の撮
像素子を用いたものと、フィールド蓄積モードの動画出
力を用いたフィールド順次方式のものについて簡単に説
明する。

【００１０】図６は、全画素読出し（順次走査）の撮像
素子を用いたものでの撮像素子の駆動タイミングを示す
ものである。露光に先立って、図６（１)に示すように
メカニカルシャッタが開いている状態で、図６（４）に
示す撮像素子の水平／垂直転送路駆動用のクロックφ
Ｈ，Ｖにより該水平／垂直転送路が高速排出駆動され、
不要電荷が一掃される。

【００１１】その後、該クロックφＨ，Ｖの転送が停止
されると同時に、図６（３）に示す電荷排出パルスＶＳ
ＵＢの最終パルスを出力することで露光が開始される。
時間Ｔ１が経過した時点で、第１フレームの電荷移送パ
ルスＴＧ（図では「１ｓｔＴＧ」と称する）により第１
フレームの露光を終了させる。

【００１２】そこからさらに時間Ｔ２が経過した時点
で、図６（１)に示す如くメカニカルシャッタを閉じる
ことで、露光を終了させる。その後、第１フレームの全
画素に対応した電荷量を読出した後に、第２フレームの
電荷移送パルスＴＧ（図では「２ｎｄＴＧ」と称する）
が出力されると、これにより第２フレームの全画素に対
応した電荷量を読出す。

【００１３】こうして得た第１フレームの画像と第２フ
レームの画像は、上記露光時間Ｔ１とＴ２の違いにより
撮影レンジが異なっているので、これら２枚の画像信号
に基づいてよりダイナミックレンジを拡大した画像を得
ようとするものである。

【００１４】また図７は、デジタルビデオ（ムービー）
カメラに採用可能なフィールド蓄積モードの動画出力を
用いたフィールド順次方式での撮像素子の駆動タイミン
グを示すものである。

【００１５】同図は、インタレース駆動の撮像素子でフ
ィールド毎に電荷の蓄積を行なう例で、第１のフィール
ドでは、図７（３）に示す電荷排出パルスＶＳＵＢが出
力されてから露光を開始し、時間Ｔ１が経過した時点
で、図７（１)に示す第１フィールドの電荷移送パルス
ＴＧ（図では「１ｓｔＴＧ」と称する）が出力される
と、各画素に蓄えた電荷を遮光された転送路へ移送させ
る。

【００１６】一方、第２のフィールドでは、図７（３）
に示す電荷排出パルスＶＳＵＢが出力されてから露光を
開始し、時間Ｔ２が経過した時点で、図７（２)に示す
第２フィールドの電荷移送パルスＴＧ（図では「２ｎｄ
ＴＧ」と称する）が出力されると、各画素に蓄えた電荷
を遮光された転送路へ移送させる。

【００１７】第２のフィールドでの露光を行なっている
間に、その前の第１のフィールドで転送路に移送された
各画素の電荷量を、奇数番目のラインの画素（Ａ）とそ
の直下に位置する偶数番目のラインの画素（Ｂ）の各電
荷量を加算（Ａ＋Ｂ）するようにして読出し、続いてま
た第１のフィールドでの露光が開始されると、その間
に、その前の第２のフィールドで転送路に移送された各
画素の電荷量を、偶数番目のラインの画素（Ｂ）とその
直下に位置する奇数番目のラインの画素（Ａ）の各電荷
量を加算（Ｂ＋Ａ）するようにして読出す、というよう
な動作を繰返し実行するもので、奇偶各フィールド毎に
加算対象を１画素分ずらした、いわゆるフィールド蓄積
モードのインタレース駆動を使用して読み出した露出時
間の異なる２枚の画像信号により、２枚の画像信号に基
づいてよりダイナミックレンジを拡大した画像を得よう
とするものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、撮影光
路を複数に分岐して異なる露出状態の撮影を行なう多板
式の撮像素子のものは、装置の構成が大きく複雑になっ
てしまい、コストも高いものとなってしまうため、現実
的ではない。

【００１９】また、上記図６で説明した全画素読出し
（順次走査）の撮像素子を用いたものでは、一回目の露
光と２回目の露光を同時に行なうのではなく、時間差を
もって行なうため、厳密には同一の被写体像に対する露
光条件の異なる２枚の光像を得ることは原理的に不可能
であり、特に動きの激しい被写体像には対応することが
できない。

【００２０】同様に、上記図７で説明したフィールド蓄
積モードの動画出力を用いたフィールド順次方式のもの
も、２回の露光を同時に行なうのではなく、時間差を生
じてしまうため、動きの激しい被写体像には対応できな
い。

【００２１】加えて、フィールド蓄積モードの動画出力
を用いたフィールド順次方式では、隣接する２画素の成
分を加算して読出すようにしているため、本来の撮像素
子の構成画素数を活かすことができず、垂直解像度の低
下が避けられない。

【００２２】さらに、単板の撮像素子で濃度フィルタの
点順次コーディングを施したものは、汎用性が低下する
だけでなく、解像度が低下し、且つモアレが発生するな
どの問題を有している。

【００２３】このように、デジタルカメラでダイナミッ
クレンジを拡大しようとする試みはこれまでにも数多く
考えられているものの、装置構成が簡易な実用的な方式
のものは未だ存在していない。

【００２４】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、装置構成の複雑化
や解像度の低下を招くことなく、同時に露出条件の異な
る複数の画像を撮影することで、よりダイナミックレン
ジを拡大した画像を得ることが可能な撮像装置を提供す
ることにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
撮像素子と、上記撮像素子の有する各画素の電荷をイン
ターレース駆動により個別的に読出し可能な駆動手段
と、上記撮像素子に対する実効的露光を全画素同時に開
始するとともに、上記インターレース駆動により１フレ
ームを構成する複数のフィールドのうち少なくとも１の
フィールドには他のフィールドと異なる実効的露光終了
を行なうことによって、他のフィールドと異なる実効的
露光時間を与える露光制御手段と、上記異なる実効的露
光時間によって生じた上記複数の各フィールドが各々有
する実効的撮像レンジが互いに重なる被写体輝度範囲の
画素情報に関しては、各画素情報を全て当該画素に関す
る画素情報として使用し、被写体輝度が実効的撮像レン
ジを逸脱するフィールドの画素情報に関しては、他の被
写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱していないフィール
ドの画素情報によって補間したものを当該画素に関する
画素情報として出力する画素信号補正手段とを具備した
ことを特徴とする。

【００２６】このような構成とすれば、１フレームを構
成する複数のフィールドがタイミング的に完全同一では
ないが、一方が他方に含まれるから短時間側の露光部分
については同時となるので、時間差がなく、且つ解像度
を低下させることなくダイナミックレンジを拡大した画
像を撮影することができる。

【００２７】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、上記画素信号補正手段は、上記実効的
露光時間が異なるフィールドの画素信号が互いに有する
同一輝度被写体に対する信号レベル差を補償するレベル
補償手段を有することを特徴とする。

【００２８】このような構成とすれば、上記請求項１記
載の発明の作用に加えて、複数のフィールドの共通のダ
イナミックレンジ内で撮影された被写体像部分に関して
は従来公知の撮像装置によって撮像したものと全く同一
の解像度の撮像信号を得ることができる。

【００２９】請求項３記載の発明は、上記請求項１また
は２記載の発明において、上記画素信号補正手段は、被
写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱するフィールドの画
素情報に関して、補間に使用すべき他のフィールドの近
隣の画素情報もまた実効的撮像レンジを逸脱している場
合には、当該補間を禁止し、本来の画素情報を当該画素
に関する画素情報として出力することを特徴とする。

【００３０】このような構成とすれば、上記請求項１ま
たは２記載の発明の作用に加えて、画像中でダイナミッ
クレンジの拡大を見込める画素部分のみを選択して処理
することができ、無理な補間処理によって画質が劣化し
てしまうことを確実に防止できる。

【００３１】請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至
３いずれか記載の発明において、上記撮像素子の撮像面
への被写体像の入力を遮断する光学的シャッタ手段を有
し、上記露光制御手段は、上記複数のフィールドのうち
少なくとも１のフィールドに関する実効的露光終了を上
記撮像素子の光電変換蓄積部である画素部から遮光され
た転送路への移送によって制御し、他の少なくとも１の
フィールドに関する実効的露光終了を、上記光学的シャ
ッタ手段の開閉によって制御することを特徴とする。

【００３２】このような構成とすれば、上記請求項１乃
至３いずれか記載の発明の作用に加えて、一般的な光学
的シャッタ手段を用いることで上記露光制御手段をより
容易に実現することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下本発明をデジタルスチルカメ
ラに適用した場合の実施の一形態について図面を参照し
て説明する。なお、説明を容易にするために、ここでは
モノクロの画像を撮影するものとする。

【００３４】図１は、同実施の形態に係るデジタルカメ
ラ１０の回路構成を示すものである。同図中、このデジ
タルカメラ１０のレンズ鏡胴１１内に、レンズ光学系１
２及び絞り１３が設けられている。

【００３５】このレンズ鏡胴１１を介して得られた光像
は、メカニカルシャッタ１４を透過した後に撮像素子で
あるＣＣＤ１５の撮像面上に結像される。

【００３６】ＣＣＤ１５は、その露光時間中に画素毎の
電荷を蓄積して出力するもので、その出力がプリプロセ
ス回路１６に入力される。

【００３７】このプリプロセス回路１６は、アナログ値
の信号の状態でＲＧＢの各原色成分毎にアンプにより適
宜設定された感度に従ってゲイン調整した後にＡ／Ｄ変
換してデジタル値の画像信号を得、デジタルプロセス回
路１７へ出力する。

【００３８】デジタルプロセス回路１７は、デジタル値
の画像信号を一旦バッファメモリ１８に記憶保持させ、
このバッファメモリ１８に記憶保持した画像信号を読出
してから画素補間処理を含む各種信号処理を施す。

【００３９】こうして各種信号処理を施した画像信号に
対し、デジタルプロセス回路１８は最終的に標準伝送信
号におけるガンマ処理を施した後にＤ／Ａ変換器１９へ
送出し、ここでアナログ値に変換させた後にバックライ
トを備えたＴＦＴ−ＬＣＤパネル２０にてモニタ表示さ
せる。

【００４０】また、上記ガンマ処理を施した画像信号
は、圧縮／伸長回路２１にも読出され、指定された例え
ばＪＰＥＧ等の圧縮方法によりデータ量が適宜圧縮され
た後に、このデジタルカメラ１０の記録媒体として使用
される、フラッシュメモリで構成された挿脱自在のメモ
リカード２２に記録、保存される。

【００４１】このメモリカード２２に保存された画像信
号は、再生モード時に読出されると、圧縮／伸長回路２
１にて記録時とは反対の方法により伸長され、ビットマ
ップ状の画像信号に復元されるもので、得られた画像信
号はデジタルプロセス回路１７によりバッファメモリ１
８に記憶され、Ｄ／Ａ変換器１９を介してＴＦＴ−ＬＣ
Ｄパネル２０で表示出力される。

【００４２】しかして、このデジタルカメラ１０全体を
統括して制御するのがシステムコントローラ２３であ
り、このシステムコントローラ２３に対して、撮影時の
ＡＥ（自動露光）演算を行なうＡＥ処理回路２４、撮影
時のＡＦ（自動合焦）演算を行なうＡＦ処理回路２５、
タイミングジェネレータ（ＴＧ）２６、同期信号発生器
（ＳＧ）２７が接続される。

【００４３】同期信号発生器２７は、システムコントロ
ーラ２３の制御の下にＣＣＤ１５を駆動するための基準
となる垂直同期信号を発振し、タイミングジェネレータ
２６に送出する。

【００４４】タイミングジェネレータ２６は、この垂直
同期信号に基づいて各種タイミング信号を発振し、上記
プリプロセス回路１６及び上記ＣＣＤ１５を駆動するＣ
ＣＤドライバ２８に送出する。

【００４５】また、システムコントローラ２３は、第１
乃至第３のモータドライバ２９〜３１、ストロボ制御部
３２とも接続される。第１のモータドライバ２９は、上
記メカニカルシャッタ１４を開閉動作させる第１のモー
タ（Ｍ）３３を駆動する。第２のモータドライバ３０
は、上記絞り１３を回動させる第２のモータ３４を駆動
する。第３のモータドライバ３１は、上記レンズ光学系
１２を移動させる第３のモータ３５を駆動する。ストロ
ボ制御部３２は、システムコントローラ２３の指示に従
って上記ストロボ発光部３６でのチャージ及び発光をス
イッチング制御する。

【００４６】また、システムコントローラ２３には、図
示しない電源スイッチ、レリーズスイッチ、ズームスイ
ッチ、ストロボスイッチ、カーソルスイッチ、メニュー
スイッチ等を含む操作スイッチ（ＳＷ）部３７からの操
作信号が直接入力され、またその操作に伴なう動作状態
や上記メモリカード２２での記憶状態等は、バックライ
トを備えたモノクロタイプの液晶表示パネルで構成され
る液晶表示部３８にて表示出力するもので、このシステ
ムコントローラ２３は以上のすべての回路の統括動作を
行なうための制御プログラムを記憶したＥＥＰＲＯＭ３
９と接続される。

【００４７】次に上記実施の形態の動作について説明す
る。

【００４８】ちなみに、上記ＣＣＤ１５は上記従来技術
の説明で用いたのと同様の一般的なものであって、各画
素の電荷を、ＣＣＤドライバ２８のインターレース駆動
をいわゆるフレーム蓄積モードで行なうことにより、全
画素１フレームの画素情報を２フィールドとして個別的
に（画素電荷の加算を伴なわずに）読出し可能であるも
のとする。

【００４９】まず、図２により撮像素子であるＣＣＤ１
５の駆動タイミングを示す。図中、まず露光に先立って
は、図２（１)に示すようにメカニカルシャッタ１４が
開いている状態で、図２（５）に示すＣＣＤ１５の水平
／垂直転送路駆動用のクロックφＨ，Ｖにより該水平／
垂直転送路が高速排出駆動され、不要電荷が一掃され
る。

【００５０】その後、該クロックφＨ，Ｖの転送が停止
されると同時に、図２（３）に示す電荷排出パルスＶＳ
ＵＢの最終パルスを出力することでＣＣＤ１５を構成す
る全画素同時に露光が開始される。

【００５１】そして、時間Ｔ１が経過した時点で、第１
フィールドの電荷移送パルスＴＧ（図では「１ｓｔＴ
Ｇ」と称する）を出力してＣＣＤ１５の第１フィールド
（奇数フィールド）の露光を終了させる。

【００５２】この１ｓｔＴＧは、従来例（図７）のそれ
とは異なり、奇数番目のライン（Ａ）の画素に蓄えた電
荷のみを遮光された転送路へ移送させるものである。こ
の時点では偶数番目のライン（Ｂ）の画素に蓄えた電荷
は読み出されないから、こちらは引き続き電荷蓄積（露
光）が継続していることになり、しかも露光開始時点に
ついては上述の如く電荷排出パルスＶＳＵＢの最終パル
ス出力時点であることは、Ａ（第１フィールド）Ｂ（第
２フィールド）共通であるという点が本発明の一つの特
徴である。

【００５３】そこからさらに、上記時間Ｔ１×３の時間
が経過し、第２フィールドに関しては通算して時間Ｔ２
（＝Ｔ１×４）が経過した時点で、図２（１)に示す如
くメカニカルシャッタ１４を閉じることで、露光を終了
させる。

【００５４】その後、図２（５）に示すように、第１フ
ィールドの画素に対応した電荷量を読出した後に、図２
（３）に示す第２フィールド（偶数フィールド）の電荷
移送パルスＴＧ（図では「２ｎｄＴＧ」と称する）が出
力されると、これにより第２フィールドの画素に対応し
た電荷量を読出す。

【００５５】この２ｎｄＴＧは、従来例（図７）のそれ
とは異なり、偶数番目のライン（Ｂ）の画素に蓄えた電
荷のみを遮光された転送路へ移送させるものである。な
お、この間奇数番目のライン（Ａ）の画素は１ｓｔＴＧ
以後にも露光を受けるため電荷が生じているが、これは
使用されることなく、その後必要に応じて不要電荷とし
て排出される。

【００５６】このようにして２フィールドに分けて読出
した、露光時間の異なる２枚分の画像信号を、システム
コントローラ２３の制御の下にデジタルプロセス回路１
７が一旦バッファメモリ１８に保持した後に処理する。

【００５７】図３は、これら２枚の画像信号に対応した
光電変換特性について示すものであり、露光時間の違い
に相当する分だけ、得られる信号レベルを被写体の輝度
を表わす横軸に沿って左右に平行移動させたものになっ
ている。

【００５８】こうして得た２枚の画像信号に対して、デ
ジタルプロセス回路１７は次に示すような該画像信号を
構成する個々の画素信号の値に対しての画素信号生成処
理を実施する。

【００５９】（第１フィールドの画素）： （条件１）自己の画素信号が低輝度側限界レベルＬＬよ
り大きい値のとき→自己の画素信号の値の２倍の値を画
素信号値とする。 （条件２）自己の画素信号が低輝度側限界レベルＬＬ以
下のとき→自己の上下に隣接する２つの第２フィールド
画素の画素信号の値を判定した結果によって、 （条件２−ａ）それが低輝度側限界レベルＬＬより大き
く、高輝度側限界レベルＵＬより小さいとき→その第２
フィールド画素の値（上下とも満たす場合はその平均
値）の１／２の値を画素信号値とする。 （条件２−ｂ）それが低輝度側限界レベルＬＬ以下また
は高輝度側限界レベルＵＬ以上のとき→自己の画素信号
値の２倍を画素信号値とする。

【００６０】（第２フィールドの画素）： （条件１）自己の画素信号が高輝度側限界レベルＵＬよ
り小さい値のとき→自己の画素情報値の１／２を画素信
号値とする。 （条件２）自己の画素信号が高輝度側限界レベルＵＬ以
上のとき→自己の上下に隣接する２つの第１フィールド
画素の画素信号の値を判定した結果によって、 （条件２−ａ）それが低輝度側限界レベルＬＬより大き
く高輝度側限界レベルＵＬより小さいとき→その第１フ
ィールド画素の値（上下とも満たす場合はその平均値）
の２倍の値を画素信号値とする。 （条件２−ｂ）それが低輝度側限界レベルＬＬ以下また
は高輝度側限界レベルＵＬ以上のとき→自己の画素信号
値の１／２を画素信号値とする。

【００６１】上記のような画素信号生成処理において、
上記条件１は、要するに第１及び第２フィールドそれぞ
れの画素について「所定の撮像レンジ（有効輝度域）に
収まっている場合はその画素の情報をそのまま使用す
る」ということであり、その際に各画素が「（図３にお
ける中間の補助線ＡＳに相当する）基準となる露光量に
対して有している感度差を所定の係数を乗じて（すなわ
ちデジタルゲイン調節を行なって）補償」するものであ
る。

【００６２】したがって、第１及び第２両フィールドの
共通の撮影レンジ内の被写体像に関しては、各画素が受
容した個別の被写体情報（画素情報）が独立にかつ（感
度の補償を別にして）そのまま生成画素情報として採用
されるから、解像度は低下せず、撮像素子が本来有する
解像度（Ｄレンジ拡大撮像を採用しない、一般的な例え
ばプログレッシブ（ノンインターレース）スキャンを行
なう撮像装置によって撮像したものと全く同一の解像
度）の撮像信号が得られる。

【００６３】これに対して上記条件２−ａは、「自己の
画素信号値が撮影レンジを逸脱している場合、上下に隣
接する他フィールドの画素信号が撮影レンジを逸脱して
いない場合はそれで補間する」ことを意味している。す
なわち、「どちらか一方のフィールドの撮影レンジでの
みカバーされる高輝度や低輝度の被写体部分」に関して
は、画素密度（垂直解像度）が半分になった状態での信
号が得られることになる。

【００６４】この場合、上記図３の補助線ＡＳで示した
露光量を基準にとると、第２フィールドは２倍、第１フ
ィールドは１／２の露光量であるから、それぞれ低輝度
側、高輝度側に１ＥＶ（６ｄＢ）ずつ撮像レンジがシフ
トしたことになり、合わせて２ＥＶ（１２ｄＢ）撮像レ
ンジが拡大したことになる。

【００６５】一般的なプログレッシブスキャンのＣＣＤ
を用いた場合に得られるダイナミックレンジＤＲ＝６Ｅ
Ｖ（３６ｄＢ）が限界であったとすれば、本実施の形態
によって８ＥＶ（４８ｄＢ）の広ダイナミックレンジの
撮像装置を得ることができる。

【００６６】なお、この場合に上記第１及び第２のフィ
ールドの共通レンジ、すなわち高解像度の得られるレン
ジは４ＥＶあるから、通常の撮影において解像度の低下
はなく、ただハイライト部分やシャドウ部分で解像度が
低下するのみである。

【００６７】このような総合特性を図４に示す。同図
中、上述したデジタルゲイン調節によって２つの特性を
縦軸の信号レベルに沿ってそれぞれ上下に平行移動し、
上記補助線ＡＳ上で一つに重ねた内容となっている。図
中のＥＵＬ，ＥＬＬ等はそれぞれ拡大された高輝度、低
輝度の限界レベルである。

【００６８】このように、撮像により得られる画像信号
のダイナミックレンジが拡大するから、高輝度部での再
現域が拡大すると共に、低輝度部でのＳ／Ｎ比が向上し
てノイズを低減させることができる。

【００６９】一方、上記条件２−ｂは、「第１及び第２
の両フィールドの撮像レンジを共に逸脱している場合
は、本来の画素の情報をそのまま（ゲイン調節は行なっ
てから）使用する」ことを意味している。

【００７０】したがって、拡大された総合レンジをも逸
脱する被写体に対しては再び本来の高解像度が得られる
ことになる。これは、完全な白黒パターン、例えば解像
度チャートなどの特殊な絵柄を撮影する際に、得られる
画像信号の解像度が低下する不具合を防止するものであ
る。

【００７１】こうして、１フレームを構成する第１及び
第２の２フィールド分の画像信号からダイナミックレン
ジを大幅に拡大した画像信号を生成することができるも
ので、デジタルプロセス回路１７は、システムコントロ
ーラ２３の制御によりこうして生成した画像信号に基づ
いてＤ／Ａ変換器１９を介してＴＦＴ−ＬＣＤパネル２
０でモニタ表示させ、あるいは圧縮／伸長回路２１によ
りデータ量を圧縮した上でメモリカード２２に記録、保
存させる。

【００７２】このように、１フレームを構成する第１及
び第２の２つの撮影フィールドは、タイミング的に完全
同一ではないが、一方（第１フィールド）が他方（第２
フィールド）に含まれるから短時間側の露光部分（Ｔ
１）については同時となるので、時間差がなく、且つ解
像度を低下させることなくダイナミックレンジを拡大し
た画像を撮影することができる。

【００７３】また、デジタルプロセス回路１７が２つの
フィールドで得た露光時間の異なる画像信号に対して実
行する各画素信号値毎の補正処理は、互いの画素信号値
に含まれている同一輝度の被写体像に対する信号レベル
差を補償することにより実現する。

【００７４】こうすることで、２つのフィールドで共通
するダイナミックレンジの範囲内で撮影された被写体像
部分に関しては、一般的なノンインタレース方式の全画
素読出し式の撮像装置によって撮像したものと全く同一
の解像度の撮像信号を得ることができる。

【００７５】加えて、上記画素信号値の補正処理に際し
て、被写体像の輝度が両フィールド間の共通のダイナミ
ックレンジを逸脱する部分の画素信号値に関して、補間
に使用すべき他方側のフィールドの近隣の画素情報もま
た実効的撮像レンジを逸脱している場合には、当該補間
を禁止し、本来の画素情報を当該画素に関する画素情報
として出力するものとした。

【００７６】これにより、画像中でダイナミックレンジ
の拡大を見込める画素部分のみを選択して処理すること
ができ、無理な補間処理によって他の部分の画質が必要
以上に劣化してしまうことを確実に回避することができ
る。

【００７７】なお、上記第２のフィールドでの露光の終
了を、メカニカルシャッタ１４により撮影光路を遮断さ
せることで光学的に行なうものとし、このメカニカルシ
ャッタ１４によりＣＣＤ１５への撮影光の入射を光学的
に遮断した状態で第１のフィールドでの各画素信号値の
読出しを行ない、その後に第２フィールドの各画素信号
値の読出しを行なうようになる。

【００７８】したがって、一般的な銀塩カメラでも用い
られているメカニカルシャッタ１４を用いることで露光
制御をより容易に実現しながら、各フィールドでの画像
信号の読出しタイミングを比較的自由度の高いものとす
ることができる。

【００７９】なお、上記実施の形態では、第１のフィー
ルドの露光時間Ｔ１に対して第２のフィールドの露光時
間Ｔ２を４×Ｔ１であるとして説明したが、本発明はこ
れに限らず、複数のフィールド時間における露光時間の
ずらし量は任意に設定可能であるものとする。

【００８０】また、上記実施の形態では、第２フィール
ドの露光を終了するタイミングをメカニカルシャッタ１
４を閉じるタイミングで制御するものとしたが、ＣＣＤ
１５の駆動に伴なう電子的なシャッタ時間の誤差に比し
て、メカニカルシャッタ１４の開閉動作に含まれる時間
的な誤差は非常に大きい。

【００８１】そのため、メカニカルシャッタ１４の動作
誤差に基づく画素信号値の誤差を補償する一手段とし
て、ＣＣＤの一部、例えば水平ラインのＯＢ（光学的暗
部）に隣接する周辺部分に、拡散板による均一光の入射
領域を設け、この領域で得られる輝度情報に基づいて、
後段のプリプロセス回路１６でアナログ値の各画素信号
毎に実施されるゲイン調整の内容を適宜増減するように
しても良い。

【００８２】また、本実施の形態は、説明を容易にする
べくＣＣＤ１５がカラーフィルタを有していないモノク
ロタイプのものであるものとし、輝度信号のみの白黒の
画像データを取り扱うものとして説明したが、カラー画
像を扱う撮像装置においても適用可能であることは勿論
である。

【００８３】さらに、インタレース駆動として一般的な
ＮＴＳＣ等のテレビジョン方式に従って１フレームが２
フィールドであるものとして説明したが、これに限るも
のでもなく、１フレームが３フィールドあるいは４フィ
ールド以上の任意のインタレース駆動にも適用可能であ
り、個々のフィールドの露光時間をそれぞれ異ならせて
設定することにより、非常にダイナミックレンジが広
く、且つ所定の撮影レンジに収まっている輝度部分の画
像に関しては高い解像度を有した画像信号を得ることが
できるようになるものである。

【００８４】その他、本発明は上記実施の形態に限ら
ず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施す
ることが可能であるものとする。

【００８５】さらに、上記実施の形態には種々の段階の
発明が含まれており、開示される複数の構成要件におけ
る適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例
えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの
構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題
の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の
効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得ら
れる場合には、この構成要件が削除された構成が発明と
して抽出され得る。

【００８６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、１フレー
ムを構成する複数のフィールドがタイミング的に完全同
一ではないが、一方が他方に含まれるから短時間側の露
光部分については同時となるので、時間差がなく、且つ
解像度を低下させることなくダイナミックレンジを拡大
した画像を撮影することができる。

【００８７】請求項２記載の発明によれば、上記請求項
１記載の発明の効果に加えて、複数のフィールドの共通
のダイナミックレンジ内で撮影された被写体像部分に関
しては従来公知の撮像装置によって撮像したものと全く
同一の解像度の撮像信号を得ることができる。

【００８８】請求項３記載の発明によれば、上記請求項
１または２記載の発明の効果に加えて、画像中でダイナ
ミックレンジの拡大を見込める画素部分のみを選択して
処理することができ、無理な補間処理によって画質が劣
化してしまうことを確実に防止できる。

【００８９】請求項４記載の発明によれば、上記請求項
１乃至３いずれか記載の発明の効果に加えて、一般的な
光学的シャッタ手段を用いることで上記露光制御手段を
より容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るデジタルカメラの
回路構成を示すブロック図。

【図２】同実施の形態に係る撮像素子であるＣＣＤの駆
動タイミングを示す図

【図３】同実施の形態に係る２フィールド分の画像信号
に対応した光電変換特性を示す図。

【図４】同実施の形態に係る画素信号生成処理により得
られる画素信号の総合特性を示す図。

【図５】一般的な撮像素子の光電変換特性を示す図。

【図６】従来のダイナミックレンジを拡大するための１
方式である全画素読出し（順次走査）の撮像素子の駆動
タイミングを示す図。

【図７】従来のダイナミックレンジを拡大するための１
方式であるフィールド蓄積モードの動画出力を用いたフ
ィールド順次方式での撮像素子の駆動タイミングを示す
図。

【符号の説明】

１０…デジタルカメラ １１…レンズ鏡胴 １２…レンズ光学系 １３…絞り １４…メカニカルシャッタ １５…ＣＣＤ １６…プリプロセス回路 １７…デジタルプロセス回路 １８…バッファメモリ １９…Ｄ／Ａ変換器 ２０…ＴＦＴ−ＬＣＤパネル ２１…圧縮／伸長回路 ２２…メモリカード ２３…システムコントローラ ２４…ＡＥ処理回路 ２５…ＡＦ処理回路 ２６…タイミングジェネレータ（ＴＧ） ２７…同期信号発生器（ＳＧ） ２８…ＣＣＤドライバ ２９…第１のモータドライバ ３０…第２のモータドライバ ３１…第３のモータドライバ ３２…ストロボ制御部 ３３…第１のモータ ３４…第２のモータ ３５…第３のモータ ３６…ストロボ発光部 ３７…操作スイッチ部 ３８…液晶表示部 ３９…ＥＥＰＲＯＭ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子と、 上記撮像素子の有する各画素の電荷をインターレース駆
   動により個別的に読出し可能な駆動手段と、 上記撮像素子に対する実効的露光を全画素同時に開始す
   るとともに、上記インターレース駆動により１フレーム
   を構成する複数のフィールドのうち少なくとも１のフィ
   ールドには他のフィールドと異なる実効的露光終了を行
   なうことによって、他のフィールドと異なる実効的露光
   時間を与える露光制御手段と、 上記異なる実効的露光時間によって生じた上記複数の各
   フィールドが各々有する実効的撮像レンジが互いに重な
   る被写体輝度範囲の画素情報に関しては、各画素情報を
   全て当該画素に関する画素情報として使用し、被写体輝
   度が実効的撮像レンジを逸脱するフィールドの画素情報
   に関しては、他の被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱
   していないフィールドの画素情報によって補間したもの
   を当該画素に関する画素情報として出力する画素信号補
   正手段とを具備したことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】上記画素信号補正手段は、上記実効的露光
   時間が異なるフィールドの画素信号が互いに有する同一
   輝度被写体に対する信号レベル差を補償するレベル補償
   手段を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装
   置。
3. 【請求項３】上記画素信号補正手段は、被写体輝度が実
   効的撮像レンジを逸脱するフィールドの画素情報に関し
   て、補間に使用すべき他のフィールドの近隣の画素情報
   もまた実効的撮像レンジを逸脱している場合には、当該
   補間を禁止し、本来の画素情報を当該画素に関する画素
   情報として出力することを特徴とする請求項１または２
   記載の撮像装置。
4. 【請求項４】上記撮像素子の撮像面への被写体像の入力
   を遮断する光学的シャッタ手段を有し、 上記露光制御手段は、上記複数のフィールドのうち少な
   くとも１のフィールドに関する実効的露光終了を上記撮
   像素子の光電変換蓄積部である画素部から遮光された転
   送路への移送によって制御し、他の少なくとも１のフィ
   ールドに関する実効的露光終了を、上記光学的シャッタ
   手段の開閉によって制御することを特徴とする請求項１
   乃至３いずれか記載の撮像装置。