JPH08340486A

JPH08340486A - 電子的撮像装置

Info

Publication number: JPH08340486A
Application number: JP17026195A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Saito; 藤邦昭斎
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1996-12-24
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP3979682B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高ダイナミックレンジ特性及び高分解能特性を
もつ電子的撮像装置を提供する。【構成】感度特性を異にする複数の各センサーによる総
合的な光電変換特性を対応する特性領域毎に分担せしめ
て広域なダイナミックレンジを得る際、所定の輝度レベ
ルに対応する一のしきい値と光電変換対象の輝度レベル
との比較結果に応じて複数の各センサーのうち該当する
ものを選択して出力させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子的撮像装置に関し、
特に光電変換素子としてのセンサーを複数用いることに
より総合的にダイナミックレンジの拡大を図った電子的
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、印刷製版用の電子的撮像装置と
しては、ＣＣＤ等のラインセンサーに対してフィルム原
稿を移動させて、フィルム原稿の画像を入力させる装置
が実用化されている。図１３には、従来のこの種の電子
的撮像装置の概略図が示されている。

【０００３】駆動ステッピングモータ１０９により矢印
方向に移動されるステージ台１０８に取り付けられたフ
ィルム原稿１０１には、光源１００からの光が照射され
る。フィルム原稿１０１の透過光は、結像レンズ１０２
を通り、絞り１０３で光量が調節されて、撮像素子とし
てのＣＣＤ１に結像される。先ず、初期位置（画像取込
みの開始位置）で所定露光を実施後光電変換された電荷
をＣＣＤのシフトレジスターにより信号処理回路に転送
すると同時に所定位置まで駆動ステッピングモーターに
より移動し、移動後さらに同様の動作を継続する。この
様に画像取込み終了位置までの画像を出力し後段に配置
する各種プロセス処理を経過して１枚の電子画像を構成
している。

【０００４】上述のように、従来の電子的撮像装置で
は、ＣＣＤのラインセンサーが小型で取り扱いが容易で
あることから広く用いられるが、次のような問題も存在
していた。すなわち、ＣＣＤ単体のダイナミックレンジ
の中の各画素出力のリニアリティ（線形性）が揃った範
囲を考えると、現実に有効に用い得るレンジとしては４
０ｄＢ程度であり、この様なセンサーを使用して画像入
力をした場合には非常に暗い部分で小さな筋状のノイズ
として現れる。

【０００５】セラーグラフィック研究会１９９３年３月
号（Ｐ２８〜Ｐ２９）では、このような問題点に対して
別途設けられた光源から弱い光を入射してバイアス光に
よるノンリニア領域の削除の方法が提案されているが、
あくまでもＣＣＤのリニア領域を利用する方法であり、
ダイナミックレンジに対する不足を補うことにはならな
い。

【０００６】一方、印刷の製版用の電子的撮像装置とし
ては、濃度レンジ３．５以上（７０ｄＢ以上）が、フィ
ルムの再現レンジから望まれている。したがって、高品
質が要求される電子的撮像装置では、フォトマル等の素
子出力自体が高ダイナミックレンジを有するセンサーが
用いられ、取り扱いが簡便なＣＣＤの使用範囲が限定さ
れる原因となっている。

【０００７】かかる問題を解決するために、本願出願人
は、特願平５−３５２４６０号において、感度特性を異
にする複数のイメージセンサーによる同一画像位置に対
応する光電変換出力の時間位相を実質的に合致させたデ
ジタルデータの合成処理により、単体のセンサーに比較
して広いダイナミックレンジを得る技術を提案してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この技術は、光電変換
に係る感度特性を異にする複数のセンサーと、これら複
数の各センサーによる総合的な光電変換特性を当該対応
する特性領域毎に分担せしめ実効的に各単体のセンサー
によるものよりも広域なダイナミックレンジを得るよう
にしたもので、具体的には、上位７ビットに対して１つ
の出力を使い、それらをある継ぎ目部分を一致させて継
ぎ合わせることにより１４ビットの出力を得ている。実
際にはＣＣＤの高感度側の出力データは１４ビットの中
の７ビットであり、トータル１４ビットの精度が下位７
ビットで表現されるので、１４ビットの精度をもつこと
になる。すなわち、明るさに関して一番暗い所から一方
のＣＣＤの出力データが賄う継ぎ目の濃度のところまで
については、１４ビット中の７ビットによって１４ビッ
トの精度の表現ができる。しかし、上位部分に関して
は、下位部分を賄うセンサー出力は既に飽和しているの
で、全く変化しない。したがって、上位部分についてだ
け変化出力を持てるので見かけの１４ビット出力は得ら
れるものの、下位７ビットについては無効になってしま
い、実質７ビットの分解能しかなくなってしまう。その
結果、継ぎ目の濃度ポイントより光量が大きくなった時
には分解能が低下し、１４ビットの実際の出力はとれな
いという問題が生ずる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、高ダイナミック
レンジ特性及び高分解能特性をもつ電子的撮像装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による電子的撮像装置は、次のような構成を
採用している。

【００１１】（１）光電変換に係る感度特性を異にする
複数のセンサーと、これら複数の各センサーによる総合
的な光電変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せし
め実効的に各単体のセンサーによるものよりも広域なダ
イナミックレンジを得るようにした電子的撮像装置であ
って、所定の輝度レベルに対応して設定された一のしき
い値を保持するしきい値保持手段と、該一のしきい値と
当該検出時点での光電変換対象の輝度レベルとを比較す
る比較手段と、該比較結果に応じて上記複数の各センサ
ーのうち該当するものを選択しそれらの出力を取り出す
選択出力手段と、を備えた電子的撮像装置。

【００１２】（２）上記しきい値保持手段は想定された
光電変換対象の輝度レベルの全変化域内の所定値として
選択された少なくとも一のしきい値を保持するように構
成され、且つ、上記選択出力手段は同一画像部位に対す
る該当するセンサーの光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させるようにして上記複数の各センサーのうち該
当するものの出力を時間軸上で連続するようにして取り
出すように構成された（１）の電子的撮像装置。

【００１３】（３）上記複数のセンサーは光電変換特性
に関して比較的低感度の一のセンサーの比較的入力輝度
の低い動作領域を比較的高感度の他のセンサーの比較的
入力輝度の高い動作領域によって賄うように当該相互の
感度が選択されて成るものである（１）または（２）の
電子的撮像装置。

【００１４】（４）上記複数のセンサーは光電変換特性
に関して比較的低感度の一のセンサーの非線形領域を比
較的高感度の他のセンサーの線形領域によって賄うよう
に当該相互の感度が選択されてなるものである（１）ま
たは（２）の電子的撮像装置。

【００１５】（５）上記一のセンサーの比較的入力輝度
の低い動作領域と上記比較的高感度の他のセンサーの比
較的入力輝度の高い動作領域との境界に対応するレベル
に上記しきい値保持手段のしきい値が設定されてなる
（３）の電子的撮像装置。

【００１６】（６）上記一のセンサーの非線形領域と他
のセンサーの線形領域との境界に対応するレベルに上記
しきい値保持手段のしきい値が設定されてなる（４）の
電子的撮像装置。

【００１７】（７）上記複数（２以上）のセンサーは当
該相互の感度比が２のべきとなるように設定されてなる
ものであり、上記複数のセンサーによる光電変換特性領
域の分担の割り当てに関し、上記各センサーの出力をバ
イナリデータ化し、このバイナリデータ化された当該両
センサーの出力によって分担されるべき隣接する両分担
領域が相互に上記２のべきに関するべき指数相応のディ
ジット分だけシフトした関係にあるバイナリディジット
系列相当の領域となるように上記分担を割り当てるべく
構成されたものである（１）または（２）の電子的撮像
装置。

【００１８】（８）上記複数のセンサーは相互の感度比
が１：２ⁿとなるように設定されてなる低感度センサー
と高感度センサーとの２つのものであり、上記しきい値
保持手段のしきい値は上想定された光電変換対象の輝度
レベルの全変化域内の１／２ⁿのレベルに設定されてな
る（１）または（２）の電子的撮像装置。

【００１９】（９）光電変換に係る感度特性を異にする
高感度及び低感度のセンサーと、これら各センサーによ
る総合的な光電変換特性を当該対応する特性領域毎に分
担せしめ実効的に各単体のセンサーによるものよりも広
域なダイナミックレンジを得るようにした電子的撮像装
置であって、上記高感度及び低感度のセンサーのうち低
感度センサーの出力をＡ／Ｄ変換するため想定された光
電変換対象の輝度レベルの全変化域を賄うべく第１の分
解能を有してなる第１のＡ／Ｄ変換器と上記高感度セン
サーによって賄う比較的低照度の領域に適合すべく設定
された第２の分解能を有して成る第２のＡ／Ｄ変換器と
備えた電子的撮像装置。

【００２０】（１０）上記第１及び第２のＡ／Ｄ変換器
の出力の最下位ビットの重みが等しくなるようにするた
めの重み付け調整手段を更に有する（９）の電子的撮像
装置。

【００２１】（１１）上記複数のセンサーはそれらの感
度の高低の程度に応じて順次の感度系列を為すように各
自の感度が設定され、この順次の感度系列において最も
低感度側に位置するセンサー出力のうち利用対象となる
所定領域（線形領域よりも広い概念）についての所定の
上限値が上記総合的な光電変換特性におけるダイナミッ
クレンジの上限レベルに対応せしめられると共に、上記
複数のセンサーによる上記対応する特性領域毎の分担を
割り当てるにつき、当該両センサーの出力によって分担
されるべき隣接する両分担領域に係って上記順次の感度
系列に関して相対的に低感度側に対応するセンサー出力
のうち利用対象となる所定領域についての所定の下限値
とされた出力レベルに上記順次の感度系列に関して相対
的に高感度側に対応するセンサー出力のうち利用対象と
なる所定領域についての上限値とされた出力レベルが合
致するよう該相対的に高感度側に対応するセンサー出力
のオフセットレベルを増減するオフセットレベル調整手
段を更に備えた（１）または（２）の電子的撮像装置。

【００２２】（１２）上記複数のセンサーはそれらの感
度の高低の程度に応じて順次の感度系列をなすように各
自の感度が設定され、この順次の感度系列において最も
低感度側に位置するセンサー出力の線形領域についての
所定の上限値が上記総合的な光電変換特性におけるダイ
ナミックレンジの上限レベルに対応せしめられると共
に、上記複数のセンサーによる上記対応する特性領域毎
の分担を割り当てるにつき、当該両センサーの出力によ
って分担されるべき隣接する両分担領域に係って上記順
次の感度系列に関して相対的に低感度側に対応するセン
サー出力の線形領域の所定の下限値とされた出力レベル
に上記順次の感度系列に関して相対的に高感度側に対応
するセンサー出力の線形領域の所定の上限値とされた出
力レベルが合致するよう該相対的に高感度側に対応する
センサー出力のオフセットレベルを増減するオフセット
レベル調整手段を更に備えた（１）または（２）の電子
的撮像装置。

【００２３】（１３）上記オフセットレベル調整手段
は、上記当該両センサーの出力によって分担されるべき
隣接する両分担領域乃至その近傍領域で上記両センサー
の一方の出力を固定した状態で他方のセンサーの出力に
ついてのオフセットレベルを増減して両センサーの出力
レベルが実質的に等しくなるような調節が可能に構成さ
れた（１１）または（１２）の電子的撮像装置。

【００２４】（１４）上記オフセットレベル調整手段
は、当該センサー出力に関する増幅率を変化させた後
に、オフセットレベルの増減を行うように構成された
（１１）、（１２）または（１３）の電子的撮像装置。

【００２５】（１５）上記各センサーによる同一画像位
置に対応する光電変換出力の時間位相を実質的に合致さ
せるについてこれら高感度センサーの出力を先行して読
出してこれを遅延せしめ後続して読出す低感度センサー
の出力に対して時間位相を実質的に合致させる位相差補
正手段を備えた（７）の電子的撮像装置。

【００２６】（１６）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーと、これら複数の各センサーによる同
一画像部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させて上記複数の各センサーによる総合的な光電
変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的
に各単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミッ
クレンジを得るようにした電子的撮像装置であって、上
記複数のセンサーのうち比較的高感度の一のセンサーに
よりプリスキャンを行って当該撮像に関係した情報を得
る手段を備えたことを特徴とする電子的撮像装置。

【００２７】（１７）上記一のセンサーによるプリスキ
ャンに基づいて当該撮像に関する露出条件を決定する手
段を有してなる（１６）の電子的撮像装置。

【００２８】（１８）上記一のセンサーによるプリスキ
ャンに基づいて当該撮像に関する合焦調節のための動作
を行なう手段を有してなる（１６）の電子的撮像装置。

【００２９】（１９）上記一のセンサーによるプリスキ
ャンに基づいて当該撮像に関するホワイトバランス調節
を行なうための手段を有してなる（１６）の電子的撮像
装置。

【００３０】（２０）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーによる同一画像位置に対応する光電変
換出力の時間位相を実質的に合致させて上記複数の各セ
ンサーによる総合的な光電変換特性を当該対応する特性
領域毎に分担せしめ実効的に各単体のセンサーによるよ
りも広域なダイナミックレンジを得るようにしたマルチ
センシングモードと、単一のセンサーにより光電変換出
力を得るノーマルモードとのいずれかの動作モードを選
択可能なモード選択手段を有する電子的撮像装置。

【００３１】（２１）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーと、これら複数の各センサーによる同
一画像部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させて上記複数の各センサーによる総合的な光電
変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的
に各単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミッ
クレンジを得るようにした電子的撮像装置であって、上
記各センサーの光学的黒に対応する出力レベルを画一化
するための手段を備えた電子的撮像装置。

【００３２】（２２）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーと、これら複数の各センサーによる同
一画像部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させて上記複数の各センサーによる総合的な光電
変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的
に各単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミッ
クレンジを得るようにした電子的撮像装置であって、検
出対象の輝度レベルが比較的低い領域を比較的高感度の
センサーにより賄い輝度レベルが比較的高い領域を比較
的低感度のセンサーにより賄うようにし、当該比較的高
感度のセンサーの出力に関する利得を調整することによ
り上記特性領域の境界でこの境界に係る両センサーの出
力が一致するようにした電子的撮像装置。

【００３３】（２３）上記センサーは二次元センサーで
ある（１）、（２）、（６）、（２１）または（２２）
の電子的撮像装置。

【００３４】（２４）上記各センサーの感度特性は各個
に対応して設けられた増幅器の利得により設定されてな
る（１）、（２）、（６）、（２１）または（２２）の
電子的撮像装置。

【００３５】（２５）上記各センサーの感度特性は各個
のセンサーに対する実質的な露光時間により設定される
ようになされた（１）、（２）、（６）、（２１）また
は（２２）の電子的撮像装置。

【００３６】（２６）上記実質的な露光時間は当該セン
サーの光電変換部に対する信号電荷の蓄積開始時点から
電荷転送部へ信号電荷を移送するまでの時間により制御
するようになされた（２５）の電子的撮像装置。

【００３７】（２７）上記センサーの感度特性は各個の
センサーに対応して設けられた透過率の異なるフィルタ
ーにより設定されるように構成された（１）、（２）、
（６）、（２１）または（２２）の電子的撮像装置。

【００３８】（２８）上記複数のセンサーはそれらの感
度の高低に応じて順次の感度系列をなすように各自の感
度が設定され、この順次の感度系列において最も低感度
側に位置するセンサーの出力の線形領域について所定の
上限値が上記総合的な光電変換におけるダイナミックレ
ンジの上限レベルに対応せしめられると共に、上記複数
のセンサーによる上記対応する特性領域毎の分担を割り
当てるにつき、当該両センサーの出力によって分担され
るべき隣接する両分担領域に係って上記順次の感度系列
に関して相対的に低感度側に対応するセンサーの出力の
線形領域の所定の下限値とされた出力レベルと上記順次
の感度系列に関して相対的に高感度側に対応するセンサ
ー出力の線形領域の所定の上限値とされた出力レベルと
を等しくするための信号レベル調整手段を備えた（１）
または（２）の電子的撮像装置。

【００３９】（２９）上記信号レベル調整手段は、当該
センサーの該当する画素毎の出力のゲインを調整する手
段を含んでなる（２８）の電子的撮像装置。

【００４０】（３０）上記複数のセンサーは当該相互の
感度比が２のべきとなるように設定され、上記各センサ
ーの出力をそれぞれバイナリーデータ化した値を上記２
のべきに関するべき指数相応のディジット分だけ相対的
にシフトした状態で当該対応するバイナリーデータを比
較することによって同一の被検出輝度に対する当該両セ
ンサーによる出力差を求める比較手段を有する（１）、
（２）、（６）、（２１）または（２２）の電子的撮像
装置。

【００４１】

【作用】本発明では、感度特性を異にする複数の各セン
サーによる総合的な光電変換特性を対応する特性領域毎
に分担せしめて広域なダイナミックレンジを得る際、所
定の輝度レベルに対応する一のしきい値と光電変換対象
の輝度レベルとの比較結果に応じて複数の各センサーの
うち該当するものを選択して出力させている。つまり、
暗い所から低感度センサー出力が飽和する手前の線形領
域のピークまでについては、１２ビットのＡ／Ｄ変換器
を用いてデータ値を得る。それから下の高感度センサー
では、所定の感度差をもって設定するので暗い部分につ
いては同一精度が得られるビット数のＡ／Ｄ変換器出力
として切り換える。例えば、１２ビット中の８ビット以
降の継ぎ目ポイントから明るさのピークになるところま
でも１２ビットで分解しているので、トータルとしては
１２ビットの出力が得られ、全領域に渡って１２ビット
の出力で、なお且つ暗い所のＣＣＤの問題点である非線
形領域も改善しているので、トータルとして線形領域を
高ダイナミックレンジとして取り込むことができる。

【００４２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の実施例による電子的
撮像装置の模式的構成図である。

【００４３】図１３と同様に、駆動ステッピングモータ
１０９により矢印方向に移動されるステージ台１０８に
取り付けられたフィルム原稿１０１には、光源１００か
らの光が照射される。フィルム原稿１０１を透過した透
過光は、結像レンズ１０２を通り、絞り１０３で光量が
調節されて、撮像素子としての２つのＣＣＤから構成さ
れる高感度センサー１Ａと低感度センサー１Ｂに結像さ
れる。ここで光電変換された電荷は、ＣＣＤのシフトレ
ジスターにより信号処理回路に転送される。こうして得
られた画像取込み終了位置までの画像は、後段の２枚の
画像の時間軸（画像位置）の一致処理を含む各種プロセ
ス処理を経て１枚の電子画像が構成される。

【００４４】図２は、本発明の実施例による電子的撮像
装置におけるプリ信号処理系のブロック図である。矢印
方向の副走査方向に駆動され、後述するＮＤフィルタに
より感度が調整されたＣＣＤ１Ａ（高感度センサー）と
１Ｂ（低感度センサー）からの画像信号は、ＣＤＳ（相
関二重サンプリング）部２Ａと２Ｂ及びクランプ部３Ａ
と３Ｂにおいて、周知のサンプリング及びクランプ処理
が施された後、ゲイン調整部４Ａと４Ｂでゲインが調整
される。このクランプは、黒レベルを一致させる初期オ
フセットを行うもので、クランプ電位を用いて黒レベル
が固定される。また、ゲイン調整は、通常、２つのＣＣ
Ｄが設計通りの感度差をもたないため、双方の感度特性
（傾き）を調整するものである。オフセット加算部５Ａ
は、ゲイン調整部４Ａからの出力信号に、後述するＤ／
Ａコンバータ９からのオフセット信号を加算して出力す
る。ゲイン調整部４Ａ，４Ｂ及びオフセット加算部５
Ａ，５Ｂにより、ＣＣＤ１Ａと１Ｂから得られる２つの
画像信号を継ぎ合わせる際の連続性（継ぎ目の一致）及
びオフセット値をフィードバックをかけてアナログ加算
するようなダイナミックレンジ調整が行われる。尚、Ｃ
ＣＤ自体をスキャンする代わりに原稿を移動させること
もできる。

【００４５】オフセット加算部５Ａからの高感度ＣＣＤ
１Ａの出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ６Ａで８ビットの
デジタルデータに変換された後、遅延部７でＣＣＤ１Ａ
と１Ｂ間の配設位置の違いに起因した取り込み時間のず
れに相当する時間Ｔだけ遅延されて出力される。また、
Ａ／Ｄコンバータ６Ｂは、オフセット加算部５Ｂからの
出力信号をデジタルデータに変換して出力する。Ａ／Ｄ
コンバータ６Ｂは、低感度ＣＣＤ１Ｂが全体のダイナミ
ックレンジを包括するような形で入力するため１２ビッ
トとしている。

【００４６】Ａ／Ｄコンバータ６Ａからの８ビットデー
タは、暗い部分を賄うためのデータなので、８ビットで
十分である。信号処理回路８には、遅延回路７（ＣＣＤ
１Ａ側）とＡ／Ｄコンバータ６Ｂ（ＣＣＤ１Ｂ側）から
の出力が入力され、シスコン（図示せず）から送出され
る後述するしきい値切替信号により切り替え動作する。
このしきい値は、２つのＣＣＤ１Ａと１Ｂの出力を上記
しきい値に対して選択的に切り替える際の基準とされ
る。こうして最終的には１２ビットの出力が信号処理回
路から得られる。

【００４７】しきい値切り替えの原理、構成が図３に示
されている。ＣＣＤ１Ｂの出力は全体のダイナミックレ
ンジを全て表現するため１２ビット出力であり、高感度
センサーＣＣＤ１Ａの出力は１２ビットの下位ビットに
対応させており、この場合、下位ビットだけで表現でき
る領域だけ分担するので８ビットで良い。

【００４８】ＣＣＤ１Ａと１Ｂの出力が、デジタルコン
パレータ８ＢによるＣＣＤ１Ｂの出力としきい値データ
との比較結果に基づいて制御されるスイッチ８Ａを介し
て切り替え出力される。しきい値データ（ＲＥＦ）とし
ては、図において、上位から”００００１１１１１１０
１”が設定されており、ＣＣＤ１Ａの出力とＣＣＤ１Ｂ
の出力の切り替えのしきい値基準とされる。この切り替
えのため、スイッチ８Ａ、デジタルコンパレータ８Ｂ及
びＯＲゲート８Ｃを備えている。デジタルコンパレータ
８Ｂは、しきい値データＲＥＦとＣＣＤ１Ｂの１２ビッ
ト出力をデジタル的に比較する。通常、デジタル比較
は、２入力のどちらが高いかを比較し、比較結果の高い
方のフラグ出力と、一致出力の３出力を持っている。例
えば、ＣＣＤ１Ｂの出力がしきい値データＲＥＦよりも
大きい場合には、デジタルコンパレータ８Ｂの出力を使
ってスイッチ８Ａを切り替えてＣＣＤ１Ｂの出力を切り
替え出力する。一方、ＣＣＤ１Ｂの出力が、しきい値Ｒ
ＥＦよりも小さいときや両者が等しいときには、ＯＲゲ
ート８Ｃにはそれぞれを示すフラグが入力され、その出
力がスイッチ８Ａに送出される。したがって、ＣＣＤ１
Ａの出力が最終出力として得られる。この場合は、上位
４ビットは０が設定され、最終出力は常に１２ビットの
出力になる。

【００４９】図４は本実施例の動作を説明するための図
で、全体の入射光量を横軸に、出力電圧レベルを縦軸と
したときのＣＣＤ１Ａと１Ｂの出力の切り替え時を含む
関係を示している。低感度センサーＣＣＤ１Ｂは、暗い
部分から該ＣＣＤ１Ｂの線形領域のピーク対応の明るい
部分についての１２ビットの出力データを得る。上述の
ように、また、図４にも示すように、ＣＣＤ１Ｂは、暗
い部分に対しては線形性が保たれないという問題があ
る。そこで、本実施例では、この線形性が保たれない部
分に対しては高感度センサーＣＣＤ１Ａの出力で置き換
えて（切り替えて）全体的なリニアリティを確保してい
る。ＣＣＤ１ＡはＣＣＤ１Ｂに切り替えられた継ぎ目濃
度ポイント相当以上の入射光量に対しては飽和状態に至
る。

【００５０】かかるＣＣＤ出力の切り替えにより、出力
データを接続する際には、継ぎ目の濃度ポイントでの濃
度のレベルの段差をなくす調整が必要となる。この調整
は、増幅率を合わせた増幅器の増幅出力のオフセットを
合わせることにより得られる。さて、ＣＣＤ１Ｂの出力
が”００００１１１１１１０１”、ＣＣＤ１Ａの出力
が”１１１１１０１０”とすると、ビット表現のオフセ
ット部分”００００００１１”があるので、このオフセ
ット部分をシフトすることにより、濃度的段差を除去す
ることができる。

【００５１】以上のゲイン補正とオフセット調整は、全
体の平均的調整であるが、画素毎のばらつきを補正する
ための処理が必要である。そこで、本実施例では、図５
に示すように、Ｄmin補正ＲＯＭ８２Ａ、８２Ｂと、Ｄm
ax補正ＲＯＭ８４Ａ、８４Ｂを設けている。Ｄmin補正
ＲＯＭ８２Ａ、８２Ｂは、例えば、遮光状態において、
画素毎のばらつきを補正するもので、ある値に対して各
画素毎のオフセット量が格納されており、加算部８１
Ａ、８１Ｂによりオフセット量の加算演算が行なわれ
る。一方、Ｄmax補正ＲＯＭ８４Ａ、８４Ｂには、ＣＣ
Ｄの感度特性の傾斜を補正するための補正係数が格納さ
れている。この補正係数は、先ず前述の暗い部分を補正
しておいて、後に飽和付近でのゲイン方向の補正を行な
って各画素毎のばらつきをなくしている。このようなゲ
イン方向の補正は、乗算部８３Ａ、８３Ｂにおいて入力
とＲＯＭ８４Ａ、８４Ｂに格納されている補正係数との
乗算により行なわれる。乗算部８３Ａと８３Ｂからの出
力は、スイッチ８５の２入力端子に供給され、システム
コントローラからのしきい値切替信号に基づいて選択的
に切り替え出力される。

【００５２】本実施例では、感度特性を異にする２つの
ＣＣＤによる同一画像位置に対応する出力の時間的位相
を合致させて２つの各ＣＣＤによる総合的な光電変換特
性を対応する特性領域毎に分担させてダイナミックレン
ジの広い出力を得るモード（以下、マルチモードと称す
る）と、単一ＣＣＤからの光電変換出力を得るノーマル
モードの設定を可能とし、システムコントローラからの
モード切替信号により、いずれかのモードが設定され
る。マルチモード時には、スイッチ８５からの出力を、
ノーマルモード時には乗算部８３Ａからの出力を選択出
力している。これらのモードは、最後の画像取り込み以
前に、プリスキャンを実行して画像のトリミング確認や
フォーカス確認時に有益となる。例えば、フォーカスや
露出を合わせたいときにプリスキャンを実行する際、マ
ルチモードでは低感度ＣＣＤと高感度ＣＣＤは１６対１
のような感度差がある。このとき、高感度ＣＣＤは、通
常のＣＣＤの使い方であるのに対して、低感度ＣＣＤは
１６分の１の明るさ、光量を減らして使うことになる。
マルチモードの場合、例えば１秒で全画像を取り込んで
いたのに対して、１６倍の時間がかかるので、プリスキ
ャン時には都合が良くない。マルチモードとノーマルモ
ードの切り替えは、ユーザの使い勝手で選択でき、ゆっ
くりでも高画質の画像が撮りたいときはマルチモードに
切り替え、ラフな画像で良ければノーマルモードで早く
撮ることができる。スイッチ８６からの出力は、マルチ
モードで１２ビット、ノーマルモードで８ビットとな
り、各モードで有効なビット幅が選択される。

【００５３】オフセット補正量算出回路ブロックは、図
５の点線で囲まれており、メモリ８７、８８、減算部８
９及びレジスタ９０とから構成され、乗算部８３Ａと８
３Ｂから出力されるＣＣＤ１Ａと１Ｂ側からの入力８ビ
ットデータと入力１２ビットデータが比較データとして
メモリ８７と８８にそれぞれ格納される。例えば、図示
のように、１２ビットデータを格納するメモリ８７には
８ビットの比較データ１が格納されており、上位４ビッ
トに０が設定されている。また、メモリ８８には１２ビ
ットの比較データ２が格納されている。比較データ２か
ら比較データ１を、減算部８９で減算すると、下位デー
タ”１１”が得られる。この”１１”がオフセット量で
あり、調整時データとしてレジスタ９０に一時格納さ
れ、ＲＯＭ９１に格納される。ＲＯＭ９１に格納された
データは、通常、オフセット量としてアナログ信号のオ
フセット加算に入力される。その結果、２つのデータを
切り替えても境界での濃度に段差は生じないようにする
ことができる。

【００５４】図６は、上述実施例で得られた１２ビット
の画像データの画像表示に至るまでの信号処理系の構成
ブロック図である。

【００５５】１２ビットの画像データは、高域強調部２
１で高域再現性（シャープネス）を改善するために高域
成分が強調され、フィールドメモリ２２に格納された
後、パソコン等の画像処理ステーション２３に転送され
る。高域強調された画像データは、また、表示ガンマ処
理部２４でガンマ補正が施された後、表示用メモリ２５
に格納される。表示用メモリ２５からは、表示系に適合
する速度で画像データが読み出され（速度変換）、同期
信号混合部２６で同期信号が混合され、Ｄ／Ａコンバー
タ２７でアナログ信号に変換される。このアナログ信号
は、ローパスフィルタ２８を経て、モニタ２９で表示さ
れ、プリスキャンビュー時等における撮影画像が確認で
きる。画角の確認時には、高感度ＣＣＤを用いて高速ス
キャンした８ビット入力となる。

【００５６】次にプリスキャン調整を行なうための構成
について図７を参照しながら説明する。フォーカス制御
部７２による制御で位置調整されたレンズ５１を通過し
た被写体光は、絞り制御部７１で絞り制御された絞り５
２を通り、センサー部５３に入射される。被写体光は、
センサー部５３の高感度ＣＣＤ５３Ａと低感度ＣＣＤ５
３Ｂで電気信号に変換され、プリアンププリプロセス部
５４と５５でプリプロセス処理が施された後、Ａ／Ｄコ
ンバータ５６と５７でデジタルデータに変換される。図
２の信号処理部８と同様な信号処理部を構成する補正部
５８と５９で補正されたデータは、スイッチ６０を介し
て１２ビットデータとして出力される。スイッチ６０の
切り替え制御は、上述の如く、所定のしきい値に基づい
て行なわれる。

【００５７】プリスキャン時には、高感度ＣＣＤ５３Ａ
側からのデータを用いるため、システム制御部からのシ
ステム制御信号によりスイッチ６１を閉成する。データ
積分部６２により積分された積分データは、コンパレー
タ６４において、基準レベル６５と比較され、露出制御
基準データが得られる。コンパレータ６４からの出力
は、Ｄ／Ａコンバータ６６でアナログ信号に変換され、
絞り制御部７１に送出されて絞り５２を制御する。この
場合には、高感度ＣＣＤを用いているので、最終的に絞
りは、マルチモードに対応して露出を切り換える必要が
あり、この状態で露出を合わせている。絞りにより本ス
キャン時の絞りを決めることは、この状態で露出が設定
されることになる。現状に対し、絞りを１６倍の入射光
量になるように開き、マルチモードで取り込む。また、
シャッター速を１６倍の長時間露光とすることもでき
る。

【００５８】一方、自動合焦（ＡＦ）制御のため、ハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）６３で抽出された高域成分デー
タをデータ積分部６７でデータ積分し、積分データがデ
ータ保持部６８に保持される。コンパレータ６９は、デ
ータ積分部６７からの積分データと、データ保持部６８
からの以前に得られた積分データとを比較し、比較結果
データを出力する。Ｄ／Ａコンバータ７０は、比較結果
データをアナログ信号に変換して、フォーカス制御部７
２に送出して、レンズ５１の位置を制御する。このＡＦ
制御は、コンパレータ６９からの比較結果データに基づ
いて、いわゆる”山登り方式”を用い、ある時点でのレ
ベルがその時点のレベルより低くなっていれば、山を越
えたと判断し、高ければ合焦方向に向かっていると判断
して制御している。このようなプリスキャンにより高感
度ＣＣＤを用いて迅速なプリスキャン調整が可能とな
る。

【００５９】図８は、本発明の他の実施例としてのカラ
ー撮影を可能とする３枚のＣＣＤ１Ａ，１Ｂ及び１Ｃを
用いた場合の実施例を説明するための図である。ＣＣＤ
１Ａ〜１Ｃは、各単体ブロック毎にＮＤフィルタが貼り
合わされて感度が、例えば、０ｄＢ，−２４ｄＢ，−４
８ｄＢに設定されており、３枚のＣＣＤ１Ａ〜１Ｃのブ
ロックが全体として移動され、スキャン動作する。各Ｃ
ＣＤには、Ｒ，Ｇ，Ｂの色フィルタが取り付けられ、さ
らにＲ，Ｇ，Ｂ画像信号が出力され、図２と図３に示す
構成を有するＲ系信号処理部１１１、Ｇ系信号処理部１
１２及びＢ系信号処理部１１３に供給される。

【００６０】各ＣＣＤ毎にＲ，Ｇ，Ｂ用の色フィルタを
取り付ける代わりに、円盤を扇形に３分割し、各分割領
域にＲ，Ｇ，Ｂ用色フィルタを設けた回転カラーフィル
タを用意し、ＣＣＤの移動ステップ毎にこのフィルタを
回転させて、実施例の様な複数ＣＣＤに順次Ｒ，Ｇ，Ｂ
色フィルタを通過した線順次の画像信号を入射せしめる
ことも可能である。

【００６１】図８において、Ｒ３、Ｇ３及びＢ３が高感
度出力に割り当てられており、信号処理部１１１、１１
２及び１１３からの出力は、上述と同様なしきい値に基
づくしきい値切替信号により、切り替え出力され、Ｒ、
Ｇ、Ｂ信号が得られる。その結果、高ダイナミックレン
ジでのカラー撮影が可能となる。ホワイトバランス調整
もプリスキャンにより迅速に行なえる。

【００６２】コンパレータ１１５には信号処理部１１２
と１１３からの出力が、コンパレータ１１６には信号処
理部１１１と１１２からの出力が入力され、それぞれの
比較結果データがＤ／Ａコンパレータ１１７と１１８で
アナログ信号に変換され、スイッチ１１９に供給され
る。このとき、Ｇを基準にして、ＲもＢも一致すれば、
ホワイトバランスがとれることになる。尚、ホワイトバ
ランス調整時には、白い被写体を撮影する。システム制
御信号で切替制御されるスイッチ１１９を介してのＤ／
Ａコンバータ１１７と１１８からの出力は、信号処理部
１１３と１１１のゲイン入力に供給される。上記システ
ム制御信号は、ホワイトバランス調整時のみ供給される
ため他の動作には影響を与えない。

【００６３】次に、本発明の他の実施例として、図９
（Ａ）と（Ｂ）に示すような、各色チャンネル毎に実施
例のような複数のラインセンサーを用いたカラー版への
適用を説明する。同図（Ａ）においては、スキャン移動
される原稿１０１を通過する光源１００からの光は、レ
ンズ１０２、絞り１０３を経て、図示のような光路を生
成するダイクロイックプリズム１０４に入射され、それ
ぞれ適正位置に配設された色フィルタを有するＲ（赤）
用センサー、Ｇ（緑）用センサー、Ｂ（青）用センサー
に結像される。このように、ダイクロックプリズムによ
って分光された光がＲＧＢの光となる。感度の異なるモ
ノクロの２本のセンサーがそれぞれＲＧＢチャンネルに
取り付けられており、原稿をスキャンすることにより、
高ダイナミックレンジ特性が可能となる。

【００６４】ここで、２次元センサーとしてのエリアセ
ンサーを用いることもできる。この場合には、原稿をス
キャンする必要はなく、光源の光量をそれぞれ変化さ
せ、それらの出力を記憶しておき、選択することによっ
て出力が得られる。また、光源光量を変化させる代わり
に、光源の前に配設したＮＤを切り換えることもでき
る。

【００６５】また、同図（Ｂ）では、ダイクロイックプ
リズム１０４の代わりに、全反射ミラー１０５、ハーフ
ミラー１０６と１０７を用いて、入射光を分光してＲセ
ンサー、Ｇセンサー、Ｂセンサーに結像する。

【００６６】すなわち、全反射ミラー１０５による反射
光は、入力光を２：１に分光するミラー１０６で分光さ
れ、その出力光はハーフミラー１０７で１／２ずつに分
光され、結局、Ｒｃｈセンサー、Ｂｃｈセンサー及びＧ
ｃｈセンサーに同一光量の入射光が入射されることにな
る。この場合も、上述と同様にエリアセンサーを用いる
ことができる。

【００６７】感度の異なるセンサーは、図１０に示すよ
うに構成することもできる。すなわち、２枚のＣＣＤ１
Ａと１Ｂを第１のタイミング入力と第２のタイミング入
力により駆動することにより、電気的シャッターで露光
量を変化させ、例えば、本例では、１：２の４乗分の１
という感度差をもたせることができる。

【００６８】センサー感度を異ならせるため各センサー
の電気的シャッター速度を変えて（電子シャッターによ
り）露光時間を制御する例を図１１（Ａ）と（Ｂ）を参
照して説明する。同図は、ＣＣＤ１Ａと１Ｂの露光、転
送、フォトダイオード電荷排出シフトレジスタ転送の動
作の動作タイミングチャートを示している。ＣＣＤのフ
ォトダイオード部分の電荷は最初に排出した後に、露光
が開始される。インターラインの場合、トランスファゲ
ート、いわゆる転送路との障壁を制御し、トランスファ
ゲートを開くと最初の有効出力となり、電子シャッター
機能をなす。また、垂直シフトレジスタに移送され、所
定期間に光電変換された電荷が各画素出力として取り出
される。フォトダイオードの転送により、そこで露光さ
れた電荷が転送される。

【００６９】より具体的に、図１１（Ａ）を参照して説
明すると、ＣＣＤ１Ａは、図１１（Ａ）に示すように、
第１の露光期間から第２の露光期間に至る途中で露光が
停止され、この途中期間でメカ的に移動される。各露光
が終了した時点でトランスファゲート（ＴＧ）タイミン
グパルスが供給され、次の露光開始直前にフォトダイオ
ードに蓄積されている電荷が排出され、リセットされ
る。トランスファゲートパルス送出後に、シフトレジス
タの転送動作を行わせるためのパルスが供給され、各露
光による出力電荷が転送される。すなわちＰD電荷排出
からＴＧタイミングの期間Ｔが露光期間に設定される。

【００７０】図１１（Ｂ）は、ＣＣＤ１Ａに対して、露
光期間を１／２⁴として感度を１／２⁴としたＣＣＤ１Ｂ
についての同様な動作タイミングを示している。本例
は、図１１（Ａ）と比較して露光期間が非常に短い。期
間Ｔに対し、１対２の４乗分の１に設定して低感度ＣＣ
Ｄのトリガタイミングとフォトダイオード電荷排出タイ
ミングをコントロールすることにより、図１０のような
感度差をもたせることができる。

【００７１】図１２は、本発明を適用したカラー処理系
の構成ブロック図である。それぞれ所定の感度差を持つ
３つのラインセンサーブロックにＲ，Ｇ，Ｂの色フィル
タが取り付けられたＣＣＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂからの出力
は、それぞれ図２と図３に示すような信号処理を行う信
号処理部３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂで信号処理され、得ら
れた１２ビットの画像データに対してホワイトバランス
調整部３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂでホワイトバランス調整
が施された後、色補正処理部３３で、フィルタの分光特
性等の違いを補正する処理が施される。

【００７２】こうして色補正されたＲ，Ｇ，Ｂの画像デ
ータは、高域強調処理部３４で高域強調処理される。高
域強調されたＲ，Ｇ，Ｂの画像データは、フィールドメ
モリ３５を介して画像処理ステーション３６に転送され
る。また、このＲ，Ｇ，Ｂの画像データは、表示ガンマ
処理部３７でガンマ補正され、表示メモリ３８に記憶さ
れる。この表示メモリ３８から表示系に適合する速度で
読み出された画像データは、同期混合部３９で同期信号
が混合され、Ｄ／Ａコンバータ４０、ローパスフィルタ
４１を介して、アナログ画像信号としてＲＧＢ入力モニ
タ４２に表示される。システムコントローラ４３から出
力されるしきい値切替信号が信号処理部３１Ｂ、３１
Ｇ、３１Ｒ及びホワイトバランスゲイン調整部３２Ｂ、
３２Ｇ、３２Ｒに送出され、一番感度の高いセンサーが
出力される。

【００７３】以上の実施例の構成要旨及びその効果は、
次のとおりである。（１）光電変換に係る感度特性を異にする複数のセンサ
ーと、これら複数の各センサーによる総合的な光電変換
特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的に各
単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミックレ
ンジを得るようにした電子的撮像装置であって、所定の
輝度レベルに対応して設定された一のしきい値を保持す
るしきい値保持手段と、該一のしきい値と当該検出時点
での光電変換対象の輝度レベルとを比較する比較手段
と、該比較結果に応じて上記複数の各センサーのうち該
当するものを選択しそれらの出力を取り出す選択出力手
段と、を備えた電子的撮像装置。

【００７４】（２）上記しきい値保持手段は想定された
光電変換対象の輝度レベルの全変化域内の所定値として
選択された少なくとも一のしきい値を保持するように構
成され、且つ、上記選択出力手段は同一画像部位に対す
る該当するセンサーの光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させるようにして上記複数の各センサーのうち該
当するものの出力を時間軸上で連続するようにして取り
出すように構成された（１）の電子的撮像装置。従来、
各センサー出力の選択は絵柄の同一出力レベルが得られ
る継ぎ目で選択していたが、この場合被写体の明るさの
空間位置の条件に見合った選定及び、各センサー出力の
レベルシフトが必要で、初期設定が複雑であった。
（１）と（２）の構成では、各センサー出力が正規化し
た後にクロスする条件内に存在すれば初期設定を必要と
せずにセンサー出力の選択＝出力信号の獲得が可能であ
る。

【００７５】（３）上記複数のセンサーは光電変換特性
に関して比較的低感度の一のセンサーの比較的入力輝度
の低い動作領域を比較的高感度の他のセンサーの比較的
入力輝度の高い動作領域によって賄うように当該相互の
感度が選択されて成るものである（１）または（２）の
電子的撮像装置。従来は、低輝度低レベル出力時に画素
毎の暗電流バラツキや非線形部分が画像Ｓ／Ｎを劣化さ
せていた。本構成によれば、低感度センサーによって全
体のダイナミックレンジを賄い、その時の低輝度部分を
高感度センサー出力で置換することで全体のＳ／Ｎを向
上させることができる。

【００７６】（４）上記複数のセンサーは光電変換特性
に関して比較的低感度の一のセンサーの非線形領域を比
較的高感度の他のセンサーの線形領域によって賄うよう
に当該相互の感度が選択されてなるものである（１）ま
たは（２）の電子的撮像装置。

【００７７】（５）上記一のセンサーの比較的入力輝度
の低い動作領域と上記比較的高感度の他のセンサーの比
較的入力輝度の高い動作領域との境界に対応するレベル
に上記しきい値保持手段のしきい値が設定されてなる
（３）の電子的撮像装置。

【００７８】（６）上記一のセンサーの非線形領域と他
のセンサーの線形領域との境界に対応するレベルに上記
しきい値保持手段のしきい値が設定されてなる（４）の
電子的撮像装置。（４），（５），（６）の構成によれ
ば、低レベル出力の非線形部分が改善されるので暗部の
正確なコントラスト再現や色再現が可能となる。

【００７９】（７）上記複数のセンサーは当該相互の感
度比が２のべきとなるように設定されてなるものであ
り、上記複数のセンサーによる光電変換特性領域の分担
の割り当てに関し、上記各センサーの出力をバイナリデ
ータ化し、このバイナリデータ化された当該両センサー
の出力によって分担されるべき隣接する両分担領域が相
互に上記２のべきに関するべき指数相応のディジット分
だけシフトした関係にあるバイナリディジット系列相当
の領域となるように上記分担を割り当てるべく構成され
たものである（１）または（２）の電子的撮像装置。

【００８０】（８）上記複数のセンサーは相互の感度比
が１：２ⁿとなるように設定されてなる低感度センサー
と高感度センサーとの２つのものであり、上記しきい値
保持手段のしきい値は上想定された光電変換対象の輝度
レベルの全変化域内の１／２ⁿのレベルに設定されてな
る（１）または（２）の電子的撮像装置。従来は、感度
比設定が無作為であった時には、出力データに対する乗
算又は除算演算が必要である。一方、（７），（８）の
構成では、２ⁿ：１に設定することによってビットシフ
トだけで合成でき、回路を簡単化できる。

【００８１】（９）光電変換に係る感度特性を異にする
高感度及び低感度のセンサーと、これら各センサーによ
る総合的な光電変換特性を当該対応する特性領域毎に分
担せしめ実効的に各単体のセンサーによるものよりも広
域なダイナミックレンジを得るようにした電子的撮像装
置であって、上記高感度及び低感度のセンサーのうち低
感度センサーの出力をＡ／Ｄ変換するため想定された光
電変換対象の輝度レベルの全変化域を賄うべく第１の分
解能を有してなる第１のＡ／Ｄ変換器と上記高感度セン
サーによって賄う比較的低照度の領域に適合すべく設定
された第２の分解能を有してなる第２のＡ／Ｄ変換器と
を有する電子的撮像装置。従来、センサー出力レートに
応じて高・低感度の出力を同時処理するには比較的大規
模な回路系を必要としていた。本構成によれば、低感度
センサーの賄う全ダイナミックレンジを量子化するＡ／
Ｄのビット数に対して高感度センサーは一部の領域であ
り最適なＡ／Ｄ変換、分解能を設定することにより回路
を簡単化できる。

【００８２】（１０）上記第１及び第２のＡ／Ｄ変換器
の出力の最下位ビットの重みが等しくなるようにするた
めの重み付け調整手段を更に有する（９）の電子的撮像
装置。従来、理論的な２本のセンサーのビット重みの一
致に対してセンサー自体のバラツキや感度比バラツキを
考慮する必要がある。本構成によれば、最下位ビット重
み＝デジタル上でのゲイン一致を調整することで適切な
合成ができる。

【００８３】（１１）前記複数のセンサーはそれらの感
度の高低の程度に応じて順次の感度系列を為すように各
自の感度が設定され、この順次の感度系列において最も
低感度側に位置するセンサー出力のうち利用対象となる
所定領域についての所定の上限値が上記総合的な光電変
換特性におけるダイナミックレンジの上限レベルに対応
せしめられると共に、上記複数のセンサーによる上記対
応する特性領域毎の分担を割り当てるにつき、当該両セ
ンサーの出力によって分担されるべき隣接する両分担領
域に係って上記順次の感度系列に関して相対的に低感度
側に対応するセンサー出力のうち利用対象となる所定領
域についての所定の下限値とされた出力レベルに上記順
次の感度系列に関して相対的に高感度側に対応するセン
サー出力のうち利用対象となる所定領域についての上限
値とされた出力レベルが合致するよう該相対的に高感度
側に対応するセンサー出力のオフセットレベルを増減す
るオフセットレベル調整手段を更に備えた（１）または
（２）の電子的撮像装置。通常、２本のセンサーが理想
出力であればゲインを一致するだけで合成可能であるが
低レベル出力では非線形部分を含んだ不一致が存在す
る。本構成によれば、ゲインに加えてオフセット調整を
加えることで重複部に於いても一致させることができ
る。

【００８４】（１２）上記複数のセンサーはそれらの感
度の高低の程度に応じて順次の感度系列をなすように各
自の感度が設定され、この順次の感度系列において最も
低感度側に位置するセンサー出力の線形領域についての
所定の上限値が上記総合的な光電変換特性におけるダイ
ナミックレンジの上限レベルに対応せしめられると共
に、上記複数のセンサーによる上記対応する特性領域毎
の分担を割り当てるにつき、当該両センサーの出力によ
って分担されるべき隣接する両分担領域に係って上記順
次の感度系列に関して相対的に低感度側に対応するセン
サー出力の線形領域の所定の下限値とされた出力レベル
に上記順次の感度系列に関して相対的に高感度側に対応
するセンサー出力の線形領域の所定の上限値とされた出
力レベルが合致するよう該相対的に高感度側に対応する
センサー出力のオフセットレベルを増減するオフセット
レベル調整手段を更に備えた（１）または（２）の電子
的撮像装置。従来、センサー出力は高レベル出力では線
形から非線形へ変化する。合成時に考慮しないとき最終
的に継ぎ目部分で非線形領域が存在することとなる。本
構成によれば、高感度センサーの線形領域の上限値が少
なくとも重複部に含まれることとしてオフセット調整し
ているので不具合を生じない。

【００８５】（１３）上記オフセットレベル調整手段
は、上記当該両センサーの出力によって分担されるべき
隣接する両分担領域乃至その近傍領域で上記両センサー
の一方の出力を固定した状態で他方のセンサーの出力に
ついてのオフセットレベルを増減して両センサーの出力
レベルが実質的に等しくなるような調節が可能に構成さ
れた（１１）または（１２）の電子的撮像装置。

【００８６】（１４）上記オフセットレベル調整手段
は、当該センサー出力に関する増幅率を変化させた後
に、オフセットレベルの増減を行うように構成された
（１１）、（１２）または（１３）の電子的撮像装置。
従来、オフセット調整において簡単化する必要がある
が、本構成では、オフセット増減により２つの出力一致
があるごとく調整することで選択後のレベル段差は生じ
ない。

【００８７】（１５）上記各センサーによる同一画像位
置に対応する光電変換出力の時間位相を実質的に合致さ
せるについてこれら高感度センサーの出力を先行して読
出してこれを遅延せしめ後続して読出す低感度センサー
の出力に対して時間位相を実質的に合致させる位相差補
正手段を備えた（７）の電子的撮像装置。従来、２本の
センサー出力を同時化するための遅延にあたり先行出力
は遅延あるいは保持のための回路が必要である。本構成
では、取り出しデータ量の少ない高感度センサー出力を
先行して読み出しているので回路規模を縮小できる。

【００８８】（１６）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーと、これら複数の各センサーによる同
一画像部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させて上記複数の各センサーによる総合的な光電
変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的
に各単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミッ
クレンジを得るようにした電子的撮像装置であって、上
記複数のセンサーのうち比較的高感度の一のセンサーに
よりプリスキャンを行って当該撮像に関係した情報を得
る手段を備えたことを特徴とする電子的撮像装置。撮影
に先だってプリスキャンによる画面、画像確認を行う
が、従来は、低感度センサーを露光するに必要な時間が
必要でありデータ入力時間が長くなる。一方、本構成で
は、プリスキャンにおいては、高感度センサー出力のみ
を基準に露光することで高速に表示できる。

【００８９】（１７）上記一のセンサーによるプリスキ
ャンに基づいて当該撮像に関する露出条件を決定する手
段を有してなる（１６）の電子的撮像装置。本構成で
は、露出決定の時間短縮が可能であり、感度比に基づく
最終撮影時の条件が決定できる。

【００９０】（１８）上記一のセンサーによるプリスキ
ャンに基づいて当該撮像に関する合焦調節のための動作
を行なう手段を有してなる（１６）の電子的撮像装置。
本構成では、合焦調整の時間短縮が可能となる。

【００９１】（１９）上記一のセンサーによるプリスキ
ャンに基づいて当該撮像に関するホワイトバランス調節
を行なうための手段を有してなる（１６）の電子的撮像
装置。本構成では、ホワイトバランス調節の時間短縮が
可能である。

【００９２】（２０）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーによる同一画像位置に対応する光電変
換出力の時間位相を実質的に合致させて上記複数の各セ
ンサーによる総合的な光電変換特性を当該対応する特性
領域毎に分担せしめ実効的に各単体のセンサーによるよ
りも広域なダイナミックレンジを得るようにしたマルチ
センシングモードと、単一のセンサーにより光電変換出
力を得るノーマルモードとのいずれかの動作モードを選
択可能なモード選択手段を有することを特徴とする電子
的撮像装置。通常、広ダイナミックレンジを要求する撮
影場面と高速入力を要求する場面とがあるが、本構成で
は、高感度センサー出力のみと２出力合成出力とを選択
可能とすることで対応できる。

【００９３】（２１）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーと、これら複数の各センサーによる同
一画像部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させて上記複数の各センサーによる総合的な光電
変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的
に各単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミッ
クレンジを得るようにした電子的撮像装置であって、上
記各センサーの光学的黒に対応する出力レベルを画一化
するための手段を備えたことを特徴とする電子的撮像装
置。従来、２つのセンサー出力を合成するにあたりオフ
セット調整を含み線形一致させるが、基準としてのレベ
ルが固定されている必要がある。本構成では、基準とな
る電位に対してセンサーの光学的黒レベルを一致させる
ごとく前処理をすることで合成を適切に実行できる。

【００９４】（２２）光電変換に係る感度特性を異にす
る複数のセンサーと、これら複数の各センサーによる同
一画像部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的
に合致させて上記複数の各センサーによる総合的な光電
変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的
に各単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミッ
クレンジを得るようにした電子的撮像装置であって、検
出対象の輝度レベルが比較的低い領域を比較的高感度の
センサーにより賄い輝度レベルが比較的高い領域を比較
的低感度のセンサーにより賄うようにし、当該比較的高
感度のセンサーの出力に関する利得を調整することによ
り上記特性領域の境界でこの境界に係る両センサーの出
力が一致するようにしたことを特徴とする電子的撮像装
置。従来、２本のセンサー出力に対してビットシフト等
の手段によりデータ一致させるも、各バラツキに対応す
る微調整が必要である。本構成では、高感度測センサー
ゲインを低感度出力に一致するように調整することで、
期待するセンサー感度を変化させることがない。

【００９５】（２３）上記センサーは二次元センサーで
ある（１）、（２）、（６）、（２１）または（２２）
の電子的撮像装置。（２４）上記各センサーの感度特性は各個に対応して設
けられた増幅器の利得により設定されてなる（１）、
（２）、（６）、（２１）または（２２）の電子的撮像
装置。二次元センサーにより、メカ的可動部を不要と
し、画像位置の精度が向上する。

【００９６】（２５）上記各センサーの感度特性は各個
のセンサーに対する実質的な露光時間により設定される
ようになされた請求項（１）、（２）、（６）、（２
１）または（２２）の電子的撮像装置。露光時間により
各個のセンサー特性を得ることで、減光用フィルター等
各センサー毎の入射光コントロールが不要となる。

【００９７】（２６）上記実質的な露光時間は当該セン
サーの光電変換部に対する信号電荷の蓄積開始時点から
電荷転送部へ信号電荷を移送するまでの時間により制御
するようになされた（２５）の電子的撮像装置。（２
５）と同等効果を得ることができる。

【００９８】（２７）上記センサーの感度特性は各個の
センサーに対応して設けられた透過率の異なるフィルタ
ーにより設定されるように構成された（１）、（２）、
（６）、（２１）または（２２）の電子的撮像装置。
（１）、（２）、（５）、（２１）または（２２）と同
様効果を得ることができる。

【００９９】（２８）上記複数のセンサーはそれらの感
度の高低に応じて順次の感度系列をなすように各自の感
度が設定され、この順次の感度系列において最も低感度
側に位置するセンサーの出力の線形領域について所定の
上限値が上記総合的な光電変換におけるダイナミックレ
ンジの上限レベルに対応せしめられると共に、上記複数
のセンサーによる上記対応する特性領域毎の分担を割り
当てるにつき、当該両センサーの出力によって分担され
るべき隣接する両分担領域に係って上記順次の感度系列
に関して相対的に低感度側に対応するセンサーの出力の
線形領域の所定の下限値とされた出力レベルと上記順次
の感度系列に関して相対的に高感度側に対応するセンサ
ー出力の線形領域の所定の上限値とされた出力レベルと
を等しくするための信号レベル調整手段を備えた（１）
または（２）の電子的撮像装置。広域なダイナミックレ
ンジを得る為に複数の感度系列による置換により、あた
かも単一のセンサー出力とする必要があるが、最も低感
度側のセンサー出力を基準として順次高感度側センサー
がコントラストジャンプ無く継ぐまで全体のダイナミッ
クレンジを担う低感度側センサーの分担領域の入射光量
対出力特性を維持することができるため高感度で調整が
できる。

【０１００】（２９）上記信号レベル調整手段は、当該
センサーの該当する画素毎の出力のゲインを調整する手
段を含んでなる（２８）の電子的撮像装置。（２８）で
更に画素毎の出力バラツキを含んでいる場合は別途対応
が必要であるが、本構成では、画素毎のゲインバラツキ
を回避するために画素対ゲイン係数のテーブル演算等で
補正することで解決する。

【０１０１】（３０）上記複数のセンサーは当該相互の
感度比が２のべきとなるように設定され、上記各センサ
ーの出力をそれぞれバイナリーデータ化した値を上記２
のべきに関するべき指数相応のディジット分だけ相対的
にシフトした状態で当該対応するバイナリーデータを比
較することによって同一の被検出輝度に対する当該両セ
ンサーによる出力差を求める比較手段を有する（１）、
（２）、（６）、（２１）または（２２）の電子的撮像
装置。本構成では、最終出力のバイナリデータを比較
し、一致点を調整して、精度の高い容易な手法を実現し
ている。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による電子
的撮像装置によれば、単体では充分なダイナミックレン
ジの出力を得ることができないセンサを用いても高ダイ
ナミックレンジで高分解能の撮像出力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による電子的撮像装置の模式的
構成図である。

【図２】本発明の実施例による電子的撮像装置における
プリ信号処理系のブロック図である。

【図３】図２の信号処理回路８におけるしきい値切り替
えの原理、構成を示す図である。

【図４】図２の信号処理回路８におけるオフセット調整
としきい値との関係を示す図である。

【図５】図２における信号処理部８の構成図である。

【図６】本発明の実施例で得られた１２ビットの画像デ
ータの画像表示に至るまでの信号処理系の構成ブロック
図である。

【図７】本発明の実施例におけるプリスキャン調整部の
構成図である。

【図８】３枚のＣＣＤ１Ａ，１Ｂ及び１Ｃを用いた場合
の本発明の実施例を説明するための図である。

【図９】本発明をカラー版に適用したときの実施例の構
成図である。

【図１０】本発明の実施例における感度の異なる２つの
ＣＣＤの構成例を示す図である。

【図１１】本発明の実施例におけるＣＣＤ１Ａと１Ｂの
露光、転送、フォトダイオード電荷排出シフトレジスタ
転送動作の動作タイミングチャートを示す図である。

【図１２】本発明を適用したカラー処理系の実施例の構
成ブロック図である。

【図１３】従来の撮像装置の模式的構成図である。

【符号の説明】

１Ａ〜１ＣＣＣＤ（センサー）２Ａ，２Ｂ相関二重サンプリング部３Ａ，３Ｂクランプ部４Ａ，４Ｂゲイン調整部５Ａ，５Ｂオフセット加算部６Ａ，６ＢＡ／Ｄ変換器７遅延部８信号処理部８Ａスイッチ８Ｂデジタルコンパレータ８ＣＯＲゲート９Ｄ／Ａ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換に係る感度特性を異にする複数の
センサーと、これら複数の各センサーによる総合的な光
電変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効
的に各単体のセンサーによるものよりも広域なダイナミ
ックレンジを得るようにした電子的撮像装置であって、所定の輝度レベルに対応して設定された一のしきい値を
保持するしきい値保持手段と、該一のしきい値と当該検出時点での光電変換対象の輝度
レベルとを比較する比較手段と、該比較結果に応じて上記複数の各センサーのうち該当す
るものを選択しそれらの出力を取り出す選択出力手段
と、を備えたことを特徴とする電子的撮像装置。
【請求項２】上記しきい値保持手段は想定された光電変
換対象の輝度レベルの全変化域内の所定値として選択さ
れた少なくとも一のしきい値を保持するように構成さ
れ、且つ、上記選択出力手段は同一画像部位に対する該
当するセンサーの光電変換出力の時間位相を実質的に合
致させるようにして上記複数の各センサーのうち該当す
るものの出力を時間軸上で連続するようにして取り出す
ように構成された請求項１に記載の電子的撮像装置。
【請求項３】上記複数のセンサーは光電変換特性に関し
て比較的低感度の一のセンサーの比較的入力輝度の低い
動作領域を比較的高感度の他のセンサーの比較的入力輝
度の高い動作領域によって賄うように当該相互の感度が
選択されて成るものである請求項１または２に記載の電
子的撮像装置。
【請求項４】上記複数のセンサーは光電変換特性に関し
て比較的低感度の一のセンサーの非線形領域を比較的高
感度の他のセンサーの線形領域によって賄うように当該
相互の感度が選択されてなるものである請求項１または
２に記載の電子的撮像装置。
【請求項５】上記一のセンサーの比較的入力輝度の低い
動作領域と上記比較的高感度の他のセンサーの比較的入
力輝度の高い動作領域との境界に対応するレベルに上記
しきい値保持手段のしきい値が設定されてなる請求項３
に記載の電子的撮像装置。
【請求項６】上記一のセンサーの非線形領域と他のセン
サーの線形領域との境界に対応するレベルに上記しきい
値保持手段のしきい値が設定されてなる請求項４に記載
の電子的撮像装置。
【請求項７】上記複数のセンサーは当該相互の感度比が
２のべきとなるように設定されてなるものであり、上記複数のセンサーによる光電変換特性領域の分担の割
り当てに関し、上記各センサーの出力をバイナリデータ
化し、このバイナリデータ化された当該両センサーの出
力によって分担されるべき隣接する両分担領域が相互に
上記２のべきに関するべき指数相応のディジット分だけ
シフトした関係にあるバイナリディジット系列相当の領
域となるように上記分担を割り当てるべく構成されたも
のである請求項１または２に記載の電子的撮像装置。
【請求項８】上記複数のセンサーは相互の感度比が１：
２ⁿとなるように設定されてなる低感度センサーと高感
度センサーとの２つのものであり、上記しきい値保持手
段のしきい値は上想定された光電変換対象の輝度レベル
の全変化域内の１／２ⁿのレベルに設定されてなる請求
項１または２に記載の電子的撮像装置。
【請求項９】光電変換に係る感度特性を異にする高感度
及び低感度のセンサーと、これら各センサーによる総合
的な光電変換特性を当該対応する特性領域毎に分担せし
め実効的に各単体のセンサーによるものよりも広域なダ
イナミックレンジを得るようにした電子的撮像装置であ
って、上記高感度及び低感度のセンサーのうち低感度セ
ンサーの出力をＡ／Ｄ変換するため想定された光電変換
対象の輝度レベルの全変化域を賄うべく第１の分解能を
有してなる第１のＡ／Ｄ変換器と上記高感度センサーに
よって賄う比較的低照度の領域に適合すべく設定された
第２の分解能を有して成る第２のＡ／Ｄ変換器と備えた
ことを特徴とする電子的撮像装置。
【請求項１０】上記第１及び第２のＡ／Ｄ変換器の出力
の最下位ビットの重みが等しくなるようにするための重
み付け調整手段を更に有する請求項９に記載の電子的撮
像装置。
【請求項１１】上記複数のセンサーはそれらの感度の高
低の程度に応じて順次の感度系列を為すように各自の感
度が設定され、この順次の感度系列において最も低感度
側に位置するセンサー出力のうち利用対象となる所定領
域についての所定の上限値が上記総合的な光電変換特性
におけるダイナミックレンジの上限レベルに対応せしめ
られると共に、上記複数のセンサーによる上記対応する
特性領域毎の分担を割り当てるにつき、当該両センサー
の出力によって分担されるべき隣接する両分担領域に係
って上記順次の感度系列に関して相対的に低感度側に対
応するセンサー出力のうち利用対象となる所定領域につ
いての所定の下限値とされた出力レベルに上記順次の感
度系列に関して相対的に高感度側に対応するセンサー出
力のうち利用対象となる所定領域についての上限値とさ
れた出力レベルが合致するよう該相対的に高感度側に対
応するセンサー出力のオフセットレベルを増減するオフ
セットレベル調整手段を更に備えた請求項１または２に
記載の電子的撮像装置。
【請求項１２】上記複数のセンサーはそれらの感度の高
低の程度に応じて順次の感度系列をなすように各自の感
度が設定され、この順次の感度系列において最も低感度
側に位置するセンサー出力の線形領域についての所定の
上限値が上記総合的な光電変換特性におけるダイナミッ
クレンジの上限レベルに対応せしめられると共に、上記
複数のセンサーによる上記対応する特性領域毎の分担を
割り当てるにつき、当該両センサーの出力によって分担
されるべき隣接する両分担領域に係って上記順次の感度
系列に関して相対的に低感度側に対応するセンサー出力
の線形領域の所定の下限値とされた出力レベルに上記順
次の感度系列に関して相対的に高感度側に対応するセン
サー出力の線形領域の所定の上限値とされた出力レベル
が合致するよう該相対的に高感度側に対応するセンサー
出力のオフセットレベルを増減するオフセットレベル調
整手段を更に備えた請求項１または２に記載の電子的撮
像装置。
【請求項１３】上記オフセットレベル調整手段は、上記
当該両センサーの出力によって分担されるべき隣接する
両分担領域乃至その近傍領域で上記両センサーの一方の
出力を固定した状態で他方のセンサーの出力についての
オフセットレベルを増減して両センサーの出力レベルが
実質的に等しくなるような調節が可能に構成された請求
項１１または１２に記載の電子的撮像装置。
【請求項１４】上記オフセットレベル調整手段は、当該
センサー出力に関する増幅率を変化させた後に、オフセ
ットレベルの増減を行うように構成された請求項１１、
１２または１３に記載の電子的撮像装置。
【請求項１５】上記各センサーによる同一画像位置に対
応する光電変換出力の時間位相を実質的に合致させるに
ついてこれら高感度センサーの出力を先行して読出して
これを遅延せしめ後続して読出す低感度センサーの出力
に対して時間位相を実質的に合致させる位相差補正手段
を備えた請求項７に記載の電子的撮像装置。
【請求項１６】光電変換に係る感度特性を異にする複数
のセンサーと、これら複数の各センサーによる同一画像
部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的に合致
させて上記複数の各センサーによる総合的な光電変換特
性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的に各単
体のセンサーによるものよりも広域なダイナミックレン
ジを得るようにした電子的撮像装置であって、上記複数
のセンサーのうち比較的高感度の一のセンサーによりプ
リスキャンを行って当該撮像に関係した情報を得る手段
を備えたことを特徴とする電子的撮像装置。
【請求項１７】上記一のセンサーによるプリスキャンに
基づいて当該撮像に関する露出条件を決定する手段を有
してなる請求項１６に記載の電子的撮像装置。
【請求項１８】上記一のセンサーによるプリスキャンに
基づいて当該撮像に関する合焦調節のための動作を行な
う手段を有してなる請求項１６に記載の電子的撮像装
置。
【請求項１９】上記一のセンサーによるプリスキャンに
基づいて当該撮像に関するホワイトバランス調節を行な
うための手段を有してなる請求項１６に記載の電子的撮
像装置。
【請求項２０】光電変換に係る感度特性を異にする複数
のセンサーによる同一画像位置に対応する光電変換出力
の時間位相を実質的に合致させて上記複数の各センサー
による総合的な光電変換特性を当該対応する特性領域毎
に分担せしめ実効的に各単体のセンサーによるよりも広
域なダイナミックレンジを得るようにしたマルチセンシ
ングモードと、単一のセンサーにより光電変換出力を得るノーマルモー
ドとのいずれかの動作モードを選択可能なモード選択手
段を有することを特徴とする電子的撮像装置。
【請求項２１】光電変換に係る感度特性を異にする複数
のセンサーと、これら複数の各センサーによる同一画像
部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的に合致
させて上記複数の各センサーによる総合的な光電変換特
性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的に各単
体のセンサーによるものよりも広域なダイナミックレン
ジを得るようにした電子的撮像装置であって、上記各センサーの光学的黒に対応する出力レベルを画一
化するための手段を備えたことを特徴とする電子的撮像
装置。
【請求項２２】光電変換に係る感度特性を異にする複数
のセンサーと、これら複数の各センサーによる同一画像
部位に対応する光電変換出力の時間位相を実質的に合致
させて上記複数の各センサーによる総合的な光電変換特
性を当該対応する特性領域毎に分担せしめ実効的に各単
体のセンサーによるものよりも広域なダイナミックレン
ジを得るようにした電子的撮像装置であって、検出対象の輝度レベルが比較的低い領域を比較的高感度
のセンサーにより賄い輝度レベルが比較的高い領域を比
較的低感度のセンサーにより賄うようにし、当該比較的
高感度のセンサーの出力に関する利得を調整することに
より上記特性領域の境界でこの境界に係る両センサーの
出力が一致するようにしたことを特徴とする電子的撮像
装置。
【請求項２３】上記センサーは二次元センサーである請
求項１、２、６、２１または２２に記載の電子的撮像装
置。
【請求項２４】上記各センサーの感度特性は各個に対応
して設けられた増幅器の利得により設定されてなる請求
項１、２、６、２１または２２に記載の電子的撮像装
置。
【請求項２５】上記各センサーの感度特性は各個のセン
サーに対する実質的な露光時間により設定されるように
なされた請求項１、２、６、２１または２２に記載の電
子的撮像装置。
【請求項２６】上記実質的な露光時間は当該センサーの
光電変換部に対する信号電荷の蓄積開始時点から電荷転
送部へ信号電荷を移送するまでの時間により制御するよ
うになされた請求項２５に記載の電子的撮像装置。
【請求項２７】上記センサーの感度特性は各個のセンサ
ーに対応して設けられた透過率の異なるフィルターによ
り設定されるように構成された請求項１、２、６、２１
または２２に記載の電子的撮像装置。
【請求項２８】上記複数のセンサーはそれらの感度の高
低に応じて順次の感度系列をなすように各自の感度が設
定され、この順次の感度系列において最も低感度側に位
置するセンサーの出力の線形領域について所定の上限値
が上記総合的な光電変換におけるダイナミックレンジの
上限レベルに対応せしめられると共に、上記複数のセン
サーによる上記対応する特性領域毎の分担を割り当てる
につき、当該両センサーの出力によって分担されるべき
隣接する両分担領域に係って上記順次の感度系列に関し
て相対的に低感度側に対応するセンサーの出力の線形領
域の所定の下限値とされた出力レベルと上記順次の感度
系列に関して相対的に高感度側に対応するセンサー出力
の線形領域の所定の上限値とされた出力レベルとを等し
くするための信号レベル調整手段を備えた請求項１また
は２に記載の電子的撮像装置。
【請求項２９】上記信号レベル調整手段は、当該センサ
ーの該当する画素毎の出力のゲインを調整する手段を含
んでなる請求項２８に記載の電子的撮像装置。
【請求項３０】上記複数のセンサーは当該相互の感度比
が２のべきとなるように設定され、上記各センサーの出
力をそれぞれバイナリーデータ化した値を上記２のべき
に関するべき指数相応のディジット分だけ相対的にシフ
トした状態で当該対応するバイナリーデータを比較する
ことによって同一の被検出輝度に対する当該両センサー
による出力差を求める比較手段を有する請求項１、２、
６、２１または２２に記載の電子的撮像装置。