JP2000041189A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像画像のちらつきや撮像信号の波形鈍りが
なく、低製造コストで簡単にダイナミックレンジを拡大
可能な撮像装置を提供する。 【解決手段】 ＣＣＤ１に、ＮＤフィルタ１２の被覆が
ない第１光電変換素子と、ＮＤフィルタ１２が被覆され
た第２光電変換素子とが交互に配列され、分離回路２、
相関二重サンプリング回路３ａ、３ｂ、プリアンプ５
ａ、５ｂにより、第１光電変換素子の出力信号と、第２
光電変換素子の出力信号とが、それぞれ分離され信号処
理され、制御回路１０により、第１光電変換素子の出力
信号が飽和する絞り値までは、第１光電変換素子の撮像
信号が、該絞り値を越えると第２光電変換素子の撮像信
号が、選択回路６から出力され、ＮＤフィルタ１２によ
るコンパクト構造で、被写体を広いダイナミックレンジ
で撮像し、被写体に対して、広輝度範囲で輝度差が明確
で、撮像画像のちらつきや撮像信号の波形鈍りのない高
品質の撮像画像を得ることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はビデオカメラなどの
撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラなどの撮像装置では、被写
体の広い輝度範囲にわたって、輝度差を明確に表示して
撮像が行なわれ、被写体のコントラストのよい高品質の
撮像画像を得ることが望まれる。しかし、従来の撮像デ
バイスにＣＣＤを使用した撮像装置でのダイナミックレ
ンジは通常６００％程度であり、このダイナミックレン
ジを越える輝度範囲を有する被写体の撮像では、高輝度
部分での輝度を弁別して、コントラストのよい高品質の
撮像画像を得ることはできなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、ＣＣＤの光電変換素子の一部にシャッタを付加
し、シャッタのＯＮ−ＯＦＦでダイナミックレンジを拡
大する撮像装置が提案されている。しかし、提案に係る
撮像装置では、シャツタ動作により撮像画像にちらつき
が生じ、また、高輝度部分の上下に波形鈍り（スミア）
が確認されやすくなると共に、ＣＣＤの駆動をシャッタ
のＯＮ−ＯＦＦに対応して行なうために、ＣＣＤの高速
駆動系を新に設けることが必要で、構成が複雑になり製
造コスト上でも問題が生じる。

【０００４】本発明は、前述したような撮像装置のダイ
ナミックレンジ拡大の現状に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、撮像画像のちらつきや撮像信号の波形
鈍りを生じることなく、低製造コストで簡単にダイナミ
ックレンジを拡大することが可能な撮像装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、光電変換面に、高出力レベルの光電変換
素子と、低出力レベルの光電変換素子とが、交互に配列
された撮像デバイスと、前記高出力レベルの光電変換素
子の出力信号をサンプリングし、信号処理して出力する
第１の信号出力手段と、前記低出力レベルの光電変換素
子の出力信号をサンプリングし、信号処理して出力する
第２の信号出力手段と、前記第１の信号出力手段の出力
信号が飽和する第１の絞り値までは、前記第１の信号出
力手段から撮像信号を出力し、前記第１の絞り値を越え
る絞り値では、前記第２の信号出力手段から撮像信号を
出力する出力制御手段とを有することを特徴とするもの
である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１ない
し図６を参照して説明する。図１は本実施の形態の構成
を示すブロック図、図２は本実施の形態の固体撮像デバ
イスの構成を示す説明図、図３は本実施の形態の固体撮
像デバイスの出力撮像信号の信号波形図、図４は本実施
の形態のＮＤフィルタの不使用時の絞り値と、撮像信号
のダイナミックレンジとの間の関係を示す特性図、図５
は本実施の形態のＮＤフィルタの使用時の絞り値と、撮
像信号のダイナミックレンジとの間の関係を示す特性
図、図６は本実施の形態のＮＤフィルタの切換使用時の
絞り値と、撮像信号のダイナミックレンジとの間の関係
を示す特性図である。

【０００７】本実施の形態では、図２に示すように、被
写体を撮像して被写体の光像に対応する撮像信号を出力
するＣＣＤ１の光電変換面には、複数の光電変換素子１
１（１、ｉ）、１１（２、ｉ）、１１（３、ｉ）・・１
１（１、ｊ）、１１（２、ｊ）、１１（３、ｊ）・・１
１（１、ｋ）、１１（２、ｋ）、１１（３、ｋ）・・が
マトリスク上に配列されており、このマトリクス配列の
偶数列の光電変換素子には、入射光の分光組成を変えな
いで減光を行う分光選択吸収を示さない無彩色のＮＤフ
ィルタ１２が被覆されている。

【０００８】本実施の形態では、図１に示すように、被
写体の光像を出力する絞り７が設けられ、この絞り７か
らの光像を受光するＣＣＤ１が、絞り７に対向して配置
され、ＣＣＤ１からは、被写体の光像に対応する撮像信
号が光電変換されて出力されるように構成されている。
そして、ＣＣＤ１には、この撮像信号が入力され、入力
される撮像信号を、ＮＤフィルタ１２が被覆されない光
電変換素子からの撮像信号Ｆｏと、ＮＤフィルタ１２が
被覆された光電変換素子からの撮像信号Ｆｎとに分離し
て出力する分離回路２が接続されている。

【０００９】この分離回路２の撮像信号Ｆｏの出力端子
には、信号に反転やノイズ除去などの信号処理を施して
サンプリングする相関二重サンプリング回路３ａが接続
され、相関二重サンプリング回路３ａの出力端子には、
プリアンプ５ａが接続され、プリアンプ５ａの出力端子
が、信号の選択を行なう選択回路６の一方の入力端子に
接続されている。同様にして、分離回路２の撮像信号Ｆ
ｎの出力端子には、信号に反転やノイズ除去などの信号
処理を施してサンプリングする相関二重サンプリング回
路３ｂが接続され、相関に樹サンプリング回路３ｂの出
力端子には、プリアンプ５ｂが接続され、プリアンプ５
ｂの出力端子が、信号の選択を行なう選択回路６の他方
の入力端子に接続されている。

【００１０】また、本実施の形態には、全体の動作を制
御する制御回路１０が設けられ、この制御回路１０に
は、選択回路６、絞り７及び駆動パルスを供給する駆動
パルス発生器８が接続され、駆動パルス発生器８には、
ＣＣＤ１、分離回路２、相関二重サンプリング回路３ａ
及び相関二重サンプリング回路３ｂが接続されている。

【００１１】ところで、本実施の形態においては、ＮＤ
フィルタ１２を通過しない撮像信号Ｆｏについては、図
４に示すように、絞り７の絞り値が１１で、１００％の
定格出力が得られるように調整設定されており、この条
件下では、絞り値が８．０では、ダィナミックレンジが
２００％に、絞り値が５．６では、ダイナミックレンジ
が４００％に、絞り値が４．９では、ダイナミックレン
ジが６００％になる。本実施の形態では、ＣＣＤ１のダ
イナミックレンジは６００％に設定されていて、絞り値
が４．９を越えると、撮像信号Ｆｏは飽和状態となり、
ダイナミックレンジがそれ以上拡大することはない。

【００１２】一方、本実施の形態においては、ＮＤフィ
ルタ１２を通過する撮像信号Ｆｎについては、図５に示
すように、絞り７の絞り値が４．９で、１００％の定格
出力が得られるように、ＮＤフィルタ１２が、ＣＣＤ１
の光電変換素子に対して、調整被覆されており、この条
件下では、絞り値が３．４では、ダイナミックレンジが
２００％に、絞り値が２．４ではダイナミックレンジが
４００％に、絞り値が１．９ではダイナミックレンジが
６００％になる。

【００１３】そして、本実施の形態では、絞り７の絞り
値が１１から４．９までの絞り条件での撮像時には、制
御回路１０によって、選択回路６からはＮＤフィルタ１
２を通過しない撮像信号Ｆｏが選択出力され、絞り値が
４．９を越えると、制御回路１０によつて、選択回路６
からはＮＤフィルタ１２を通過した撮像信号Ｆｎが選択
出力されるように構成されている。

【００１４】このような構成の本実施の形態の動作を説
明する。本実施の形態においては、絞り７を絞り値１１
に設定して、被写体の撮像を行なうと、ＣＣＤ１のＮＤ
フィルタ１２が被覆されていない光電変換素子１１
（１、ｉ）、１１（３、ｉ）、１１（５、ｉ）・・・、
１１（１、ｊ）、１１（３、ｊ）、１１（５、ｊ）・・
・、１１（１、ｋ）、１１（３、ｋ）、１１（５、ｋ）
・・・からの図３に示すような波形の撮像信号Ｆｏが、
１００％の定格出力として分離回路２によって分離出力
される。この撮像信号Ｆｏには、相関二重サンプリング
回路３ａで、反転やノイズ除去などの信号処理が施さ
れ、プリアンプ５ａで増幅されて選択回路６の一方の入
力端子に入力される。この時、制御回路１０では、絞り
７からの絞り信号Ｆａによって、絞り値が１１であるこ
とを検出し、制御回路１０からの選択信号Ｆｃによっ
て、選択回路６からは、１００％の定格出力の撮像信号
Ｆｏが出力される。

【００１５】そして、絞り７で設定される絞り値が１１
から４．９の間で、被写体の撮像を行なうと、同様にし
て、ＣＣＤ１のＮＤフィルタ１２が被覆されていない光
電変換素子から、図３に示すような波形の撮像信号Ｆｏ
が、図４に示すように、絞り値８、５．６、４．９に対
して、それぞれダイナミックレンジ２００％、４００
％、６００％で出力され、絞り値が４．９を越えると、
ＣＣＤ１からの出力は飽和して、それ以上に出力のダイ
ナミックレンジは拡大しない。

【００１６】この場合、制御回路１０が、絞り７からの
絞り信号Ｆａによって、絞り７に設定される絞り値が１
１ないし４．９の範囲にあることを検出すると、制御回
路１０からの選択信号Ｆｃによって、選択回路６から
は、ＮＤフィルタ１２が被覆されていない光電変換素子
からの撮像信号Ｆｏが、絞り７の絞り値に対応したダイ
ナミックレンジで選択出力される。この際、図４に示す
ように、絞り値が８．０、５．６、４．９では、それぞ
れ絞り値が１１の時の１００％定格出力に対して、２
倍、４倍、６倍の輝度レベル範囲の撮像信号Ｆｏが出力
される。このために、絞り値を８．０、５．６、４．９
に設定することにより、絞り値が１１の場合に比して、
それぞれ２００％、４００％、６００％の輝度範囲での
被写体の撮像が行なわれる。

【００１７】一方、絞り７の絞り値が４．９では、ＣＣ
Ｄ１のＮＤフィルタ１２が被覆された光電変換素子１１
（２、ｉ）、１１（４、ｉ）、１１（６、ｉ）・・・１
１（２、ｊ）、１１（４、ｊ）、１１（６、ｊ）・・・
１１（２、ｋ）、１１（４、ｋ）、１１（６、ｋ）・・
・から、図３に示すような波形の撮像信号Ｆｎが、１０
０％の定格出力として分離回路２によって分離される。
そして、この撮像信号Ｆｎは、相関二重サンプリング回
路３ｂで、反転やノイズ除去などの信号処理が施され、
プリアンプ５ｂで増幅されて、選択回路６の他方の入力
端子に入力される。

【００１８】本実施の形態では、絞り７で設定される絞
り値が、４．９を越える範囲で、被写体の撮像を行なう
と、制御回路１０が絞り７からの絞り信号Ｆａによって
絞り値を検出し、ＣＣＤ１のＮＤフィルタ１２が被覆さ
れている光電変換素子から、図３に示すような波形の撮
像信号Ｆｎが、図５に示すように、絞り値３．４、２．
４、１．９に対して、それぞれダイナミックレンジ２０
０％、４００％、６００％で出力され、絞り値が１．９
を越えると、ＣＣＤ１からの出力は飽和して、それ以上
に出力のダイナミックレンジは拡大しない。

【００１９】この場合、制御回路１０が、絞り７からの
絞り信号Ｆａによって、絞り７による設定絞り値が４．
９を越える範囲にあることを検出すると、制御回路１０
からの選択信号Ｆｃによって、選択回路６からは、ＮＤ
フィルタ１２が被覆されている光電変換素子からの撮像
信号Ｆｎが、絞り７の絞り値に対応したダイナミックレ
ンジで選択出力される。この際、図５に示すように、絞
り値が４．０、３．４、２．８、２．４、２．０、１．
９では、それぞれ絞り値４．９の時の１００％定格出力
に対して、１．３３倍、２倍、２．６６倍、４倍、５．
３３倍、６倍の輝度レベル範囲の撮像信号Ｆｎが出力さ
れ、例えば、絞り値を８．０、５．６、４．９に設定す
ることにより、絞り値が１１の場合に比して、それぞれ
２００％、４００％、６００％の輝度範囲での被写体の
撮像が行なわれる。

【００２０】以上に説明したように、本実施の形態で
は、被写体の撮像動作時には、制御回路１０が、絞り７
からの絞り信号Ｆａによって、絞り７に設定される絞り
値が１１から４．９の範囲にあると判定すると、制御回
路１０からの選択信号Ｆｃによつて、選択回路６は、Ｃ
ＣＤ１のＮＤフィルタが被覆されていない光電変換素子
からの撮像信号Ｆｏを、絞り値１１の時を１００％定格
出力として、絞り値が８．０、５．６、４．９では、そ
れぞれ２００％、４００％、６００％のダイナミックレ
ンジで出力する。また、制御回路１０が、絞り７からの
絞り信号Ｆａによって、絞り値が４．９を越えたと判定
すると、制御回路１０からの選択信号Ｆｃによって、選
択回路６は、ＣＣＤ１のＮＤフィルタが被覆されている
光電素子からの撮像信号Ｆｎを、絞り値４．９の時を１
００％定格出力として、絞り値が８．０、５．６、４．
９では、それぞれ２００％、４００％、６００％のダイ
ナミックレンジで出力する。

【００２１】このように、本実施の形態によると、被写
体の撮像時には、絞り値が４．９に達するまでは、制御
回路１０の制御によって、選択回路６からは、ＣＣＤ１
のＮＤフィルタ１２が被覆されない光電変換素子からの
撮像信号Ｆｏが、絞り値が１１の時を１００％定格出力
とし、絞り値４．９でＣＣＤ１のダイナミックレンジの
６００％に達するまで出力され、絞り値が４．９を越え
ると、制御回路１０の制御によって、選択回路６から
は、ＣＣＤ１のＮＤフィルタ１２が被覆された光電変換
素子からの撮像信号Ｆｎが、絞り値が４．９の時を１０
０％定格出力とし、絞り値が１．９でＣＤＤ１のダイナ
ミックレンジの６００％に達するまで出力されるので、
図６に示すように、撮像信号は、全体として３６００％
のダイナミックレンジで出力され、広輝度範囲にわたる
被写体に対してコントラストの明確な高品質の撮像画像
を得ることが可能になる。

【００２２】以上の実施の形態では、ＣＣＤの光電変換
素子の一部ににＮＤフィルタを被覆する構成を説明した
が、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
く、光電変換素子の出力ゲインを変化する構成にするこ
とも可能であり、ＮＤフィルタを使用する場合でも、複
数種類のＮＤフィルタを使用し、ダイナミックレンジを
調整したり、ＮＤフィルタの比率を変化させ、解像度を
変化させることも可能である。また、本発明は、ＣＣＤ
のフィールド蓄積モード及びフレーム蓄積モードの何れ
にも適用することが可能であり、さらにＣＣＤ以外の撮
像デバイスにも適用することが可能である。

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、撮像デバ
イスの光電変換面に、高出力レベルの光電変換素子と、
低出力レベルの光電変換素子とが、交互に配列されてお
り、第１の信号出力手段によって、高出力レベルの光電
変換素子の出力信号がサンプリングされ、信号処理され
て出力され、第２の信号出力手段によって、低出力レベ
ルの光電変換素子の出力信号がサンプリングされ、信号
処理されて出力され、出力制御手段によって、第１の信
号出力手段の出力信号が飽和する第１の絞り値までは、
第１の信号出力手段からの撮像信号が出力され、第１の
絞り値を越える絞りレベルでは、第２の信号出力手段か
らの撮像信号が出力されるので、広輝度範囲の被写体に
対して、広輝度領域にわたり輝度差の明確な撮像が行な
われ、撮像画像のちらつきや撮像信号の波形鈍りを生じ
ない高品質のコントラストのよい撮像画像を得ることが
可能になる。

【００２４】請求項２記載の発明によると、撮像デバイ
スの光電変換面に、ＮＤフィルタが被覆されない高出力
レベルの光電変換素子と、ＮＤフィルタが被覆された低
出力レベルの光電変換素子とが、交互に配列されてお
り、第１の信号出力手段によって、高出力レベルの光電
変換素子の出力信号がサンプリングされ、信号処理され
て出力され、第２の信号出力手段によって、低出力レベ
ルの光電変換素子の出力信号がサンプリングされ、信号
処理されて出力され、出力制御手段によって、第１の信
号出力手段の出力信号が飽和する第１の絞り値までは、
第１の信号出力手段からの撮像信号が出力され、第１の
絞り値を越える絞り値では、第２の信号出力手段からの
撮像信号が出力されるので、ＮＤフィルタを使用するコ
ンパクトな構造によって、広輝度範囲の被写体に対し
て、広輝度領域にわたり輝度差の明確な撮像が行なわ
れ、撮像画像のちらつきや撮像信号の波形鈍りを生じな
い高品質のコントラストのよい撮像画像を得ることが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図
である。

【図２】同実施の形態の固体撮像デバイスの構成を示す
説明図である。

【図３】同実施の形態の固体撮像デバイスの出力撮像信
号の信号波形図である。

【図４】同実施の形態のＮＤフィルタの不使用時の絞り
値と、撮像信号のダイナミックレンジとの間の関係を示
す特性図である。

【図５】同実施の形態のＮＤフィルタの使用時の絞り値
と、撮像信号のダイナミックレンジとの間の関係を示す
特性図である。

【図６】同実施の形態のＮＤフィルタの切換使用時の絞
り値と、撮像信号のダイナミックレンジとの間の関係を
示す特性図である。

【符号の説明】

１…ＣＣＤ、２…分離回路、３ａ、３ｂ…相関二重サン
プリング回路、５ａ、５ｂ…プリアンプ、６…選択回
路、７…絞り、８…駆動パルス発生器、１０…制御回
路、１１…光電変換素子、１２…ＮＤフィルタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換面に、高出力レベルの光電変換
   素子と、低出力レベルの光電変換素子とが、交互に配列
   された撮像デバイスと、 前記高出力レベルの光電変換素子の出力信号をサンプリ
   ングし、信号処理して出力する第１の信号出力手段と、 前記低出力レベルの光電変換素子の出力信号をサンプリ
   ングし、信号処理して出力する第２の信号出力手段と、 前記第１の信号出力手段の出力信号が飽和する第１の絞
   り値までは、前記第１の信号出力手段から撮像信号を出
   力し、前記第１の絞り値を越える絞り値では、前記第２
   の信号出力手段から撮像信号を出力する出力制御手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の撮像装置において、前記
   高出力レベルの光電変換素子と前記低出力レベルの光電
   変換素子との設定に、ＮＤフィルタが使用され、前記低
   出力レベルの光電変換素子は、対応する光電変換素子に
   ＮＤフィルタが被覆配設されていることを特徴とする撮
   像装置。