JPH11112853A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 普及している程度のＣＣＤ固体撮像素子を使
って、フィルム並の高画質を実現する。 【解決手段】 レンズ系を介した入射光を受光して画像
を取り込むＣＣＤブロック１１と、画像複数枚分の蓄積
容量を有するＲＡＭ１５と、ＣＣＤブロック１１の走査
速度を切り替えるクロックジェネレータ１２と、ＣＣＤ
ブロック１１のＣＣＤを振動させると水平，垂直駆動素
子２２，２３及びウォブリングドライバ２１と、ＣＣＤ
の走査速度とＣＣＤの振動を制御するシステムコントロ
ーラ２０とを備え、ＣＣＤに微少振動を与え且つ走査速
度を切り替えて撮像した複数の画像をＲＡＭ１５に蓄積
し、その蓄積された複数の画像から１枚の画像を合成す
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、画像をデータ化す
る手段として固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled D
evice）を備えてなる撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被写体等の画像を撮影するた
めの撮影装置として、主に動画像の撮影に使用されるビ
デオカメラや、主に静止画像の撮影に使用される電子ス
チルカメラ（アナログスチルカメラ、ディジタルスチル
カメラ）等が存在する。

【０００３】上述したような撮像装置において画像をデ
ータ化する手段として一般的に使われている固体撮像素
子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）は、素子の撮像
面上に規則正しく並んだ受光センサ部分の間隔が、その
まま画素の間隔となるため、解像度は一価的に決まって
いる。したがって、解像度を向上させるには、受光セン
サ密度を向上させる必要があり、その手法として、各々
の受光センサ部分の面積を小さくする方法、あるいは素
子の面積を大きくする方法などが採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、それら解像度
を向上させる方法は、いずれも固体撮像素子上の受光セ
ンサの絶対数を増やさなければならず、このことから当
該素子製造時の歩溜まりを著しく低下させることとなっ
ている。このため、現在の固体撮像素子の解像度は、横
４０００画素とも言われるいわゆる３５ｍｍ銀塩フィル
ムには遠く及ばないのが現状である。

【０００５】また、撮像素子の解像度は、素子によって
固定値なので、例えば数種類の解像度を切り替える要求
がある場合、最も高いものに合わせて撮像素子を選び、
この撮像素子を用いて例えば低解像度の画像を生成する
ときには当該撮像素子の周囲の画素の信号を捨てるなど
方法が採られる。この場合、当然、画枠が変化すること
になるので、例えばカメラのズーム機能を連動させるな
どの操作を施さなければ、同一範囲の撮影ができないこ
とになる。

【０００６】さらに、もしも撮像素子に不良画素が発生
したような場合、その撮像素子自体を製造不良として破
棄してしまうか、或いは不良画素の周囲の画素で補間す
るという方法が採られる。もちろん、前者の方法を採る
とコストアップにつながり、また、後者の方法では、所
詮、画素を捏造する処理なので、完全な修復は不可能で
ある。

【０００７】一方、撮像素子の露光範囲に注目すると、
現在は以前よりも広くなって６００％と言われている
が、２０００％とも言われる銀塩フィルム（銀塩感光フ
ィルム）には遠く及ばない。

【０００８】このように、銀塩フィルムのラチチュード
が広いのは、その感光特性の非線形性によるものと言わ
れている。基本的に線形な露光特性であるＣＣＤのよう
な固体撮像素子を使う場合、例えば画像の中に白い部分
があるとき当該白い部分の画像が飽和して潰れるのを抑
えるため、素子からの撮像信号をニー（knee）補正回路
と呼ばれる歪み発生回路を通して、上記白い部分に階調
が残るようにしている。しかし、それでも受光センサそ
のものが飽和してしまう範囲には無力であるし、これを
解決するために例えばアイリスを絞るようなことを行う
と、逆に暗部の利得を無理に上げなければならなくな
り、ノイズが目立つようになってしまう。

【０００９】また、暗部の階調を維持しつつレンジを広
げれば、Ａ／Ｄ変換器のビット数が増えることになり、
その点でのデメリットも大きい。

【００１０】いずれにしても、高解像度や軟調さが求め
られる高画質の用途に対して、現状のＣＣＤのような撮
像素子の特性では不充分である。このため、一般的に
は、撮影をフィルムで行い、それをリニアイメージ受光
センサ（Linear Image Sensor）などでデータ化、ある
いはカメラ・テレシネ装置などでビデオ信号化するとい
う方法が採られている。しかし、当然のことながら、直
接ＣＣＤで撮影するより、時間もコストも大幅に多くか
かる。

【００１１】そこで、本発明はこのような状況に鑑みて
なされたものであり、普及している程度のＣＣＤ固体撮
像素子を使って、フィルム並の高画質を実現することを
可能にする撮像装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、レ
ンズ系を介した入射光を受光して画像を取り込む撮像素
子と、少なくとも画像２枚分の蓄積容量を有する画像蓄
積手段と、撮像素子の走査速度を制御する走査速度制御
手段とを備え、撮像素子の走査速度を切り替えて少なく
とも２枚の画像を取り込んで画像を画像蓄積手段に蓄積
し、その蓄積された少なくとも２枚の画像から１枚の画
像を合成することにより、上述した課題を解決する。

【００１３】すなわち本発明によれば、撮像素子の走査
速度を切り替えて画像を取り込むことで、例えば画像の
明るい部分を適正値で撮像した画像と暗い部分を適正値
で撮像した画像とを生成し、これらを合成することで、
明るい部分と暗い部分が共に適正値となる１枚の画像を
得るようにしている。

【００１４】また、本発明の撮像装置は、レンズ系を介
した入射光を受光して画像を取り込む撮像素子と、画像
複数枚分の蓄積容量を有する画像蓄積手段と、撮像素子
を振動させる振動手段と、振動手段の動作を制御する振
動制御手段とを備え、撮像素子に微少振動を与えながら
複数の画像を取り込んで画像蓄積手段に蓄積し、その蓄
積された複数の画像から１枚の画像を合成することによ
り、上述した課題を解決する。

【００１５】すなわち本発明によれば、撮像素子を微少
振動させて複数の画像を取り込み、これらを合成するこ
とで、撮像素子の受光センサ間を補間した高解像度の１
枚の画像を得るようにしている。

【００１６】さらに本発明の撮像装置は、レンズ系を介
した入射光を受光して画像を取り込む撮像素子と、画像
複数枚分の蓄積容量を有する画像蓄積手段と、撮像素子
の走査速度を制御する走査速度制御手段と、撮像素子を
振動させる振動手段と、振動手段の動作を制御する振動
制御手段とを備え、撮像素子に微少振動を与え且つ走査
速度を切り替えて複数の画像を取り込んで画像蓄積手段
に蓄積し、その蓄積された複数の画像から１枚の画像を
合成することにより、上述した課題を解決する。

【００１７】すなわち本発明によれば、撮像素子を微少
振動させると共に走査速度を切り替えて画像を取り込
み、これらを合成することで、明るい部分と暗い部分が
共に適正値で且つ撮像素子の受光センサ間を補間した高
解像度の１枚の画像を得るようにしている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照しながら説明する。

【００１９】図１には、本発明の撮像装置の一実施の形
態として、電子スチルカメラの構成を示す。

【００２０】先ず、この図１に示す電子スチルカメラの
通常の動作を説明する。

【００２１】クロックジェネレータ１２で発生した一定
周波数のクロックにて、いわゆる３板式のＣＣＤブロッ
ク１１がドライブされる。なお、このＣＣＤブロック１
１の各ＣＣＤは現在一般に普及している４８万画素のＣ
ＣＤを用いている。

【００２２】上記ＣＣＤブロック１１にて撮像された撮
像信号は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータ
１３にてサンプリングされてデータ化された後、ビデオ
プロセッサ１４にて処理される。このビデオプロセッサ
１４での処理により得られた画像データは、例えば６４
メガビットの容量を持つＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）１５に一旦蓄えられる。なお、ビデオプロセッサ１
４の詳細な構成及び動作については後述する。

【００２３】上記ＲＡＭ１５から読み出された画像デー
タは、上記ビデオプロセッサ１４を介して、Ｄ／Ａ（デ
ィジタル／アナログ）コンバータ１８にてモニタ用のア
ナログ信号に変換され、モニタ出力端子１９を介して図
示しないモニタ装置に送られる。また、上記ビデオプロ
セッサ１４を介してＲＡＭ１５から読み出された画像デ
ータは、装置全体の動作を司るシステムコントローラ２
０からの制御信号に応じて、ディスクストレージ部１６
内のディスク記録媒体に記録される。このディスクスト
レージ部１６内のディスク記録媒体に記録された画像デ
ータは、その後必要に応じて再生され、外部コンピュー
タとのインターフェイス端子１７を介して出力される。

【００２４】次に、上記図１の電子スチルカメラにおい
て、本発明の一つの特徴である広レンジ撮影を行う場合
の動作を説明する。

【００２５】ここで、図２に示す特性曲線ＣＶ１は、Ｃ
ＣＤに入ってくる光量とＣＣＤからの出力レベルの関係
を表している。この特性曲線ＣＶ１から判る通り、ＣＣ
Ｄの露光特性は、直線性はよいが入力光量の輝度レベル
が５００％を越えると出力レベルが飽和してしまう。一
方、図２の点線で示した特性曲線ＣＶ２は銀塩フィルム
の感光特性を表しており、この特性曲線ＣＶ２から判る
通り、銀塩フィルムの感光特性は直線性は悪いが図２に
示した範囲では飽和することがない。

【００２６】ところで、電子スチルカメラにおいて、通
常はＣＣＤから出力されるビデオ信号のうち１２０％程
度以上のレベル部分については伝送しないが、単純にそ
れをカットすると不自然に見えるため、前記ニー（Kne
e）補正回路と呼ばれる非線形回路を通して、ビデオ信
号のレベルの１００％を超えた部分の利得を圧縮して、
画像の白が潰れるのを抑えている。この方法を発展させ
れば、例えばＣＣＤの露光特性を前記銀塩フィルムの特
性曲線ＣＶ２の特性に近づけることは可能である。しか
し、このようにしたとしても、所詮ＣＣＤが飽和する入
力輝度レベル６００％以上の領域に階調を付けることは
不可能である。

【００２７】このようなことから、本実施の形態の電子
スチルカメラでは、先ず、第１の撮像動作として、図示
しないアイリスの絞り量を通常より１絞り（１ＥＶ）分
だけ開けるようにし、図２中の特性曲線ＣＶ３にて示す
露光特性でＣＣＤの撮像を行うようにする。この第１の
撮像動作での撮像により得られた信号を、１０ビットの
Ａ／Ｄコンバータ１３にてデータ化し、ＲＡＭ１５に一
旦蓄える。

【００２８】次に、第２の撮像動作として、アイリスの
絞り量はそのままに、シャッタスピードを８倍に速め
て、つまり露光時間を上記第１の撮像動作時の１／８
（アイリスの絞り量に換算すると３ＥＶ暗い画像にす
る）にして、図２中の特性曲線ＣＶ４にて示す露光特性
でＣＣＤの撮像を行い、その信号を上記Ａ／Ｄコンバー
タ１３にてデータ化し、ＲＡＭ１５に蓄える。なお、シ
ャッタスピードは、ＣＣＤをドライブするクロック周波
数に正比例するので、クロックジェネレータ１２の制御
によって瞬時に、しかも正確に切り替えることが可能で
ある。

【００２９】上記第１，第２の撮像動作での撮像により
得られた２枚の画像には、ちょうど８倍の感度差がある
ので、上記第２の撮像動作による画像データを３ビット
（＝ｌｏｇ２８)だけシフトすれば、第１の撮像動作に
よる画像データに値として一致することになる。つま
り、第１の撮像動作での撮像によって画像データのビッ
ト９〜０を、第２の撮像動作での撮像によって画像デー
タのビット１２〜３を、それぞれ撮像したことになる。

【００３０】ただし、第１の撮像動作での撮像におい
て、画像の明るい部分は潰れることになるので、当該第
１の撮像動作では上記明るい部分を無効とし、一方で、
第２の撮像動作での撮像において、画像の暗い部分は階
調が粗くなるので、当該第２の撮像動作では上記暗い部
分を無効とする。この場合、明るい部分と暗い部分で、
第１，第２の撮像動作による信号を切り替えて使う必要
がある。本実施の形態では、上記第１，第２の撮像動作
を各画素毎にそのレベルに応じて切り替えて１枚の画像
を合成するようにしている。具体的には、第１の撮像動
作での撮像時に露光特性の直線性が怪しくなる、図２中
の境界レベルＬＶ５にて示した１５０％の輝度レベルを
境に、暗い部分を第１の撮像動作による画像に、明るい
部分を第２の撮像動作による画像に、というように切り
替えて１枚の画像を合成する。なお、２枚の画像の切り
替え部分は、画像のにじみやブレの問題が目立つおそれ
があるので、ゆるやかに移行するようにすることが望ま
しい。いずれにしても２枚の画像の感度の比が周波数の
比と正確に一致するので、段差のつく心配は無用であ
る。

【００３１】本実施の形態の電子スチルカメラは、上述
のようにして、輝度レベル１５０％以上の階調は粗いが
１３ビット分の階調を有する、という画像を得た後、更
にビデオプロセッサ１４によって非線形演算を施して、
目指す図２の特性曲線ＣＶ２の特性を得るようにする。
上述のような処理を行えば、画像の明るい部分の利得が
圧縮されるので、階調の粗いことは問題にならなくな
る。

【００３２】なお、上述の説明では、画像の明るい部分
の処理を目的としたが、例えば極く暗い部分に不感帯を
設け、黒が潰れるようにすれば、より銀塩フィルムの特
性に近づけることが可能である。

【００３３】上述した本発明の電子スチルカメラの例で
は、８倍の感度差を付けて２回撮像しているが、これだ
と上記切り替え境界部分で画像が急激に粗くなるので、
例えば２倍ずつで４回撮像するようにすれば、それら４
つの境界部分での画像の変化を、より緩やかにすること
が可能となる。このような手法は、Ａ／Ｄコンバータの
ビット数を更に減らしたい場合にも応用できる。逆に、
レンジを更に広げたい場合は、感度差や回数を増やせば
良い。

【００３４】また、補正処理のカーブを変えて、暗い部
分から明るい部分まで一様に画像の濃淡を圧縮するよう
にすれば、例えば日向と日陰を同時に見ることができる
ような画像を撮影できるようになる。例えば、前記ニー
（Knee）補正をかける。或いは、折れ線のニー（Knee）
補正ではなく、ｌｏｇをとって指数部を使うことも可能
である。

【００３５】次に、上記図１の電子スチルカメラにおい
て、本発明のもう一つの特徴である高解像度撮影につい
て以下に説明する。

【００３６】図３には、図１の３板式ＣＣＤブロック１
１のうちの１つのＣＣＤ３１が搭載される光学ブロック
を詳細に示している。

【００３７】この図３の光学ブロックにおいて、ＣＣＤ
３１は、ピエゾ効果の圧電素子３４，３５によって、中
間枠３２に２点だけで懸架される。すなわち、圧電素子
３４は両端部に支持部３４ａ，３４ｂが固定され、また
圧電素子３５は両端部に支持部３５ａ，３５ｂが固定さ
れてなり、上記圧電素子３４の支持部３４ａと圧電素子
３５の支持部３５ａがＣＣＤ３１の対角線上の外縁部に
それぞれ固定され、さらに上記圧電素子３４の支持部３
４ｂと圧電素子３５の支持部３５ｂが中間枠３２の対角
線上の内縁部にそれぞれ固定されることで、ＣＣＤ３１
は、圧電素子３４，３５によって中間枠３２に２点だけ
で懸架されている。

【００３８】当該中間枠３２は、同じくピエゾ効果の圧
電素子３６，３７によって、外枠３３に２点だけで懸架
される。すなわち、圧電素子３６は両端部に支持部３６
ａ，３６ｂが固定され、また圧電素子３７は両端部に支
持部３７ａ，３７ｂが固定されてなり、上記圧電素子３
６の支持部３６ａと圧電素子３７の支持部３７ａが上記
中間枠３２の対角線上の外縁部にそれぞれ固定され、さ
らに上記圧電素子３６の支持部３６ｂと圧電素子３７の
支持部３７ｂが外枠３３の対角線上の内縁部にそれぞれ
固定されることで、中間枠３２は、圧電素子３６，３７
によって外枠３３に２点だけで懸架されている。

【００３９】さらに、この外枠３３は、図示しないレン
ズ光学系に固定され、上記ＣＣＤ３１がレンズ光学系の
光軸上に配置されている。

【００４０】ここで、上記圧電素子３４，３５に電圧を
加えると、これら圧電素子３４，３５は同方向に湾曲す
ることになり、したがってＣＣＤ３１は左右に動かされ
ることになる。同様に、圧電素子３６，３７に電圧を加
えると、これら圧電素子３６，３７は同方向に湾曲する
ことになり、したがって中間枠３２と共にＣＣＤ３１は
上下に動かされることになる。すなわち、上記圧電素子
３４，３５，３６，３７に電圧を加えれば、ＣＣＤ３１
を上下左右に移動させることが可能になる。またこれら
圧電素子３４，３５，３６，３７は、長軸方向に長い形
状を有しているため、これらに電圧を印加してＣＣＤ３
１を移動させたとしても、当該ＣＣＤ３１はレンズ光学
系の光軸に対して回転することはない。このように、Ｃ
ＣＤ３１を図３のような光学ブロックに搭載すること
で、レンズ光学系の光軸に対して垂直を保ったままで、
しかも回転を与えることもなく、ＣＣＤ３１を平行に上
下左右微動させることができる。

【００４１】上記圧電素子３４，３５は前記図１の例で
は図中指示符号２２にて示される構成要素（以下、水平
駆動素子２２と呼ぶ）に相当し、上記圧電素子３６，３
７は前記図１の例では図中指示符号２３にて示される構
成要素（以下、垂直駆動素子２３と呼ぶ）に相当する。

【００４２】上記水平駆動素子２２及び垂直駆動素子２
３の各圧電素子は、図１の例ではウォブリングドライバ
２１にて駆動される。当該ウォブリングドライバ２１
は、位相が９０°ずれた同一周波数の正弦波を出力する
ものである。このような位相が９０°ずれたそれぞれ同
一周波数の４つの正弦波を、上記水平駆動素子２２及び
垂直駆動素子２３の４つの圧電素子への駆動電圧として
各々供給すると、上記ＣＣＤ３１上の受光センサ４１は
図４の図中円Ｃの軌跡を描いて微動することになる。な
お、図４はＣＣＤ３１上を拡大して示すものであり、図
中指示符号４１，４５，４６，４７がＣＣＤ３１上の受
光センサ位置を示している。上記ウォブリングドライバ
２１が上記水平駆動素子２２及び垂直駆動素子２３を駆
動することで、ＣＣＤ３１上の例えば受光センサ位置４
１は、円Ｃの軌跡を描いて図中指示符号４１，４２，４
３，４４にて示す位置に移動することになる。なお、上
記受光センサ位置が移動する際の振幅は、ＣＣＤの画素
間隔（受光センサ間隔）の約０．７倍になるように、ま
た周期は１枚の画像撮像時間の４倍になるようにする。
この振幅及び周期による微動をＣＣＤ３１に与えるため
に、前記システムコントローラ２０は上記ウォブリング
ドライバ２１を制御する。

【００４３】本実施の形態の電子スチルカメラでは、上
述のような微動をＣＣＤ３１に与え、例えば図４の受光
センサ位置４１のときに１枚目の画像を撮像し、受光セ
ンサ位置４２のときに２枚目の画像を撮像し、以下同様
に、受光センサ位置４３のときに３枚目の画像を、受光
センサ位置４４のときに４枚目の画像を撮像する。この
ようにして撮像された４枚の画像データを、それぞれＲ
ＡＭ１５の別番地に蓄える。上記４枚の画像のうち、受
光センサ位置４２，４３，４４のときの３つの画素は、
受光センサ位置４１のときの近傍の位置４５，４６，４
７の各受光センサの画素との間を補間した画素となる。
ＣＣＤ３１は全体として微動されるため、上記のような
補間画素は、ＣＣＤ３１上の全ての画素（受光センサ）
について生成されることになる。

【００４４】上述のようにして生成されてＲＡＭ１５に
蓄えられた４枚分の画像は、当該ＲＡＭ１５から読み出
される際に、４枚の画像の各画素のデータが交互に読み
出されて１枚の合成画像として出力される。すなわち、
当該１枚の合成画像における第１の走査線（最初の走査
線）は、上記４枚の画像のうちの１枚目の画像の第１の
走査線と２枚目の画像の第１の走査線の各画素を交互に
配置してなり、合成画像の次の第２の走査線は、上記４
枚の画像のうちの３枚目の画像の第１の走査線と４枚目
の画像の第１の走査線の各画素を交互に配置してなり、
さらに合成画像のその次の第３の走査線は、上記４枚の
画像のうちの１枚目の画像の第２の走査線と２枚目の画
像の第２の走査線の各画素を交互に配置してなり、さら
に合成画像のその次の第４の走査線は、上記４枚の画像
のうちの３枚目の画像の第２の走査線と４２枚目の画像
の第２の走査線の各画素を交互に配置してなる。以下、
この繰り返しである。なお、当該合成画像を生成する際
には、例えば空間フィルタによって、各画素が滑らかに
繋がるように平滑化処理することが望ましい。

【００４５】このようにして画像の合成（並べ替え）と
平滑化の処理を行うことで、本実施の形態の電子スチル
カメラでは、等価的にＣＣＤ単体の２倍の解像度、すな
わち４倍の画素数を実現することができる。本実施の形
態では、４８万画素のＣＣＤを使用しているため、１９
２万画素相当の画像を合成することが可能となる。

【００４６】上述の説明では、広レンジ化と高解像度化
を個々に説明したが、本発明実施の形態の電子スチルカ
メラでは、それらを組み合わせて所望の画像を得るよう
にしている。具体的には、広レンジ化のための２回の撮
像を、高解像度化のためにＣＣＤブロック１１を揺すり
ながら４回繰り返し、都合８回の撮像で、一枚の合成画
像を完成させている。

【００４７】次に、図５を用いて、図１の電子スチルカ
メラのビデオプロセッサ１４の構成及び動作を詳細に説
明する。なお、ビデオプロセッサ１４は、通常はディジ
タルシグナルプロセッサにて構成されるものであり、内
部での処理はソフトウェアにて行われるが、この図５に
は当該内部の処理をブロック構成として表している。ま
た、ここでは、Ｒ，Ｇ，Ｂ三原色のうちの１色成分のデ
ータに絞って述べるが、他の２色成分も並行して全く同
じ処理が施される。

【００４８】先ず、撮像した画像を図１のＲＡＭ１５に
貯め込む過程から説明する。図５において、ライトアド
レスジェネレータ５１では撮像と同期した同期信号であ
る水平同期信号（Ｈシンク）及び垂直同期信号（Ｖシン
ク）を基点にして内部カウンタを回して、書き込みのた
めの下位アドレスを発生する。書き込みのための上位ア
ドレスには、ビデオプロセッサ１４の外部から与えられ
るＣＣＤの位置（走査位置）に対応したポジション信号
と、シャッタスピード切り替え信号であるファースト／
スロー信号が、そのまま与えられる。なお、ファースト
信号はＣＣＤのシャッタスピードが速い（走査速度が速
い）ときを、スロー信号はシャッタスピードが遅い（走
査速度が遅い）ときを表す。こうして得られたライトア
ドレスに応じて、Ａ／Ｄコンバータ１３から入力される
１０ビットデータが、セレクタ５４、バッファ５５を介
して、ＲＡＭ１５上に書き込まれる。以上のように、先
ず１枚の画像を撮り、次にファースト／スロー信号を切
り替えてもう１枚の画像を撮像した後、それらを１枚に
合成する処理をする。

【００４９】次に、ＲＡＭ１５からの読み出し過程を説
明する。図５において、リードアドレスジェネレータ５
２は、システムコントローラ２０が発生する合成開始ト
リガであるマージスタート信号に応じて起動し、２枚の
画像の同位置の各画素データを交互にＲＡＭ１５から読
み出すように、読み出しアドレスを発生する。ＲＡＭ１
５から読み出された上記スロー時のデータは、バッファ
５５を介してフリップフロップ５６にラッチされ、次に
読み取られるファースト時のデータと位相が揃えられ
る。これら２系統の１０ビットデータは、１３ビット幅
のセレクタ５８に入力されるが、その際、スロー側は上
位を、またファースト側は下位を、それぞれ３ビット幅
０で満たす。ジャッジ回路５７は、ファースト側のデー
タからレベルが１５０％を越えるか否かを判定し、セレ
クタ５８の入力選択信号を発生する。こうしてセレクタ
５８の出力は、リニアな１３ビット幅のデータになる。

【００５０】続くニー補正回路５９では、レベルが１０
０％以上の明るさで階調を残すための図６の（ａ）に示
すような３タイプの変換カーブを用意している。なお、
図６の（ｂ）にはｌｏｇスケールで変換カーブを表して
いる。

【００５１】先ず、タイプＴ１の変換カーブは、入力５
０％までが利得１、１００％までが１／４、それ以上は
１／３２となる。急激に利得を下げるので、入力１００
％でも出力は６３％で、出力が１００％になるのは約１
２５０％である。

【００５２】次のタイプＴ２の変換カーブは、完全なｌ
ｏｇカーブであり、不自然な画像になるが、極めて広い
入力範囲に階調が残る。

【００５３】また、タイプＴ３の変換カーブは、５５％
以下で利得を１とし、それ以上は入力の自乗に反比例し
た傾きで変換される。この方法だと、入力１００％でも
出力が８０％という自然なレベルであり、なおかつ１０
００％以上にも階調が残る。

【００５４】これら変換カーブによる補正処理は、被写
体に応じてカメラマンが選択し、システムコントローラ
２０からの制御信号で切り替えられる。こうして１３ビ
ット幅のデータがニー補正回路５９によって１０ビット
幅に圧縮され、セレクタ５４とバッファ５５を経て、再
びＲＡＭ１５に書き込まれていく。

【００５５】以上を一式として、前述の通り、ＣＣＤブ
ロック１１を微動させながら４回撮像を繰り返し、ＲＡ
Ｍ１５上に１枚分の高解像度のデータが揃ったところ
で、システムコントローラ２０よりリードリクエスト
（読み出し要求）がくる。リードアドレスジェネレータ
５２は、並べ替えを実現するように読み出しアドレスを
発生し、ＲＡＭ１５からのデータはバッファ５５を経
て、ビデオ出力として当該ビデオプロセッサ１４から出
力されていく。

【００５６】なお、上述した本実施の形態の例では、同
一周波数、同一振幅の正弦波にてＣＣＤを揺すっている
が、周波数を適当な整数比にして、より複雑なリサージ
ュを描かせれば、さらに解像度を上げることが可能であ
る。その場合、正弦波ではなく、三角波や鋸歯状波を使
えば、補間画素が整列するので、合成処理が容易にな
る。

【００５７】図７には、３板式ＣＣＤブロック１１を前
記水平，垂直駆動素子２２，２３にて図７の（ａ）のよ
うにＸ方向に振動させつつ、その２／３の周波数でＹ方
向に振動させた場合の例を挙げている。このように、Ｃ
ＣＤブロック１１をＸ方向に振動させつつ、その２／３
の周波数でＹ方向に振動させると、一つの受光センサ
（画素）は図７の（ｂ）に示すようなリサージュを描
く。振幅が受光センサ（画素）の間隔と同じであれば、
図７の（ｂ）中の太線は１／４の領域だけを通る。この
とき、ＣＣＤをＦＩＴ（フレームインタライン）型と
し、図７の（ｂ）中の矢印の終点にて一気に読み出して
レジスタに転送することでシャッタを閉じる。次に、同
様にして図７の（ｂ）中の点線の期間だけ露光しながら
図中の太線部の結果を読み出してＲＡＭ１５に蓄える。
これを繰り返すことで、都合６枚の画像を得ることがで
きる。その後、ＲＡＭ１６に蓄えた６枚の画像を足し引
きして合成することで、等価的に１画素が６分割された
解像度の高い合成画像を完成することができる。ＣＣＤ
の画素数が５０万画素であれば、３００万画素相当の画
像を得ることが可能となる。なお、この場合、レンズ光
学系を工夫してスポットをむしろ小さくすることも必要
となる。また、正弦波でなく三角波に基づいてＣＣＤを
振動させれば、演算処理は楽になるがいずれにしても空
間フィルタを駆使して、なめらかな画を得る必要があ
る。

【００５８】この図７の例のように６枚の画像から合成
画像を生成する場合においても、前記広レンジ化を併用
することが可能である。すなわち具体的には、広レンジ
化のための２回の撮像を、高解像度化のためにＣＣＤブ
ロック１１を揺すりながら６回繰り返し、都合１２回の
撮像で、一枚の合成画像を完成させている。なお、１２
回の撮像で１枚の合成画像が完成するので、当該１枚の
合成画像を得るまでの時間が長くなる。この場合、例え
ば動き検出をして、自然にぼかす処理を施すことが望ま
しい。

【００５９】上述したようなことから、本発明実施の形
態の電子スチルカメラにおいては、強い明暗が同一画面
内に混在しても、各々について絵柄の認識が可能にな
る。また、現在でも入手可能な画素数の少ない安価なＣ
ＣＤを用い、電子シャッタスピードを変えたり、位置を
微動させたりしながら複数の画を取り込み、ディジタル
処理することによって、高解像度の画像を得ることが可
能である。さらに、データ量や撮像時間の許す範囲内な
ら、解像度を自由に切り替えられる。また、広レンジ、
高解像の撮像が実現できるので、銀塩フィルムに殆ど遜
色ない画質が得られ、銀塩フィルムにとってかわるＣＣ
Ｄ撮像デバイスが実現できる。その他、ＣＣＤの出力を
取り込むＡ／Ｄコンバータのビット数を減らすことがで
きる。

【００６０】なお、上述の説明では、銀塩フィルム並の
解像度を目指す高画質の電子スチルカメラ（例えばディ
ジタルカメラ）について説明したが、同様にして、動画
ビデオカメラや監視用ビデオカメラなどでも、高画質、
高機能化が可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
おいては、レンズ系を介した入射光を受光して画像を取
り込む際に、撮像素子の走査速度を切り替えて少なくと
も２枚の画像を取り込み、それら２枚の画像から１枚の
画像を合成することにより、普及している程度のＣＣＤ
固体撮像素子を使って、フィルム並の高レンジを実現可
能である。

【００６２】また、本発明の撮像装置は、レンズ系を介
した入射光を受光して画像を取り込む際に、撮像素子に
微少振動を与えながら複数の画像を取り込み、それら複
数の画像から１枚の画像を合成することにより、普及し
ている程度のＣＣＤ固体撮像素子を使って、フィルム並
の高解像度を実現可能である。

【００６３】さらに本発明の撮像装置は、レンズ系を介
した入射光を受光して画像を取り込む際に、撮像素子に
微少振動を与え且つ走査速度を切り替えて複数の画像を
取り込み、それら複数の画像から１枚の画像を合成する
ことにより、普及している程度のＣＣＤ固体撮像素子を
使って、フィルム並の高解像度を実現可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の電子スチルカメラの概略
構成を示すブロック回路図である。

【図２】ＣＣＤへの入力光量と出力の関係を示す特性図
である。

【図３】ＣＣＤブロックの懸架機構を示す平面図であ
る。

【図４】受光センサ（受光画素）の軌跡の説明に用いる
図である。

【図５】ビデオプロセッサの詳細な構成を示すブロック
回路図である。

【図６】ニー補正のための３タイプの変換カーブを示す
特性図である。

【図７】ＣＣＤをＸ方向に振動させつつ、その２／３の
周波数でＹ方向に振動させた場合にＣＣＤが描く軌跡を
示す図である。

【符号の説明】

１１ ＣＣＤブロック、 １２ クロックジェネレー
タ、 １３ Ａ／Ｄコンバータ、 １４ ビデオプロセ
ッサ、 １５ ＲＡＭ、 １６ ディスクストレージ
部、 １７ コンピュータインターフェイス端子、 １
８ Ｄ／Ａコンバータ、 １９ モニタ出力端子、 ２
０ システムコントローラ、 ２１ ウォブリングドラ
イバ、 ２２ 水平駆動素子、 ２３ 垂直駆動素子、
３１ ＣＣＤ、 ３４，３５，３６，３７ 圧電素
子、 ３２ 中間枠、 ３３ 外枠、５１ ライトアド
レスジェネレータ、 ５２ リードアドレスジェネレー
タ、５３，５４，５８ セレクタ、 ５５ バッファ、
５６ フリップフロップ、５７ ジャッジ回路、 ５
９ ニー補正回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズ系を介した入射光を受光して画像
   を取り込む撮像素子と、 少なくとも画像２枚分の蓄積容量を有する画像蓄積手段
   と、 上記撮像素子の走査速度を制御する走査速度制御手段と
   を備え、 上記撮像素子の走査速度を切り替えて少なくとも２枚の
   画像を取り込み、上記少なくとも２枚の画像を上記画像
   蓄積手段に蓄積し、上記画像蓄積手段上に蓄積された少
   なくとも２枚の画像から１枚の画像を合成することを特
   徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 レンズ系を介した入射光を受光して画像
   を取り込む撮像素子と、 画像複数枚分の蓄積容量を有する画像蓄積手段と、 上記撮像素子を振動させる振動手段と、 上記振動手段の動作を制御する振動制御手段とを備え、 上記撮像素子に微少振動を与えながら複数の画像を取り
   込み、上記複数の画像を上記画像蓄積手段に蓄積し、上
   記画像蓄積手段上に蓄積された複数の画像から１枚の画
   像を合成することを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】 レンズ系を介した入射光を受光して画像
   を取り込む撮像素子と、 画像複数枚分の蓄積容量を有する画像蓄積手段と、 上記撮像素子の走査速度を制御する走査速度制御手段
   と、 上記撮像素子を振動させる振動手段と、 上記振動手段の動作を制御する振動制御手段とを備え、 上記撮像素子に微少振動を与え且つ走査速度を切り替え
   て複数の画像を取り込み、上記複数の画像を上記画像蓄
   積手段に蓄積し、上記画像蓄積手段上に蓄積された複数
   の画像から１枚の画像を合成することを特徴とする撮像
   装置。
4. 【請求項４】 上記合成した１枚の画像に非線形補正を
   施す非線形補正手段を設けることを特徴とする請求項１
   記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 上記合成した１枚の画像に非線形補正を
   施す非線形補正手段を設けることを特徴とする請求項３
   記載の撮像装置。
6. 【請求項６】 上記合成した１枚の画像に平滑化処理を
   施す平滑化手段を設けることを特徴とする請求項２記載
   の撮像装置。
7. 【請求項７】 上記合成した１枚の画像に平滑化処理を
   施す平滑化手段を設けることを特徴とする請求項３記載
   の撮像装置。