JP3394019B2

JP3394019B2 - 画像入力装置の露光制御回路

Info

Publication number: JP3394019B2
Application number: JP2000150384A
Authority: JP
Inventors: 康宏小宮; 達夫長崎; 健森
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2003-04-07
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: JP2000358190A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、累積加算を用い
る電子カメラ等の画像入力装置に関し、特にダイナミッ
クレンジの広い被写体の撮像を高速化した画像入力装置
の露光制御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＣＤイメージセンサやＭＯＳ型
イメージセンサ等種々の固体撮像素子が開発されてい
る。そして、これらの固体撮像素子を用いて被写体を電
子的に撮像する電子カメラ等の画像入力装置の開発が、
種々行われている。

【０００３】ところで、上記固体撮像素子により撮像に
供される被写体が持つダイナミックレンジは、往々にし
て約８０ｄＢにも及ぶことがある。一般に、固体撮像素
子の撮像能力（ダイナミックレンジ）は約５０ｄＢであ
り、これ以上の広いダイナミックレンジを持つ被写体に
ついては撮像することが不可能であった。例えば、高輝
度部で固体撮像素子の飽和が生じ、いわゆる白飛び状態
が発生したり、逆に低輝度部が露光不足となって、いわ
ゆる黒つぶれの状態になることがあった。

【０００４】このような問題点に対して、特願平１−３
３４５０８号では、固体撮像素子から読出される画像信
号を累積加算してダイナミックレンジを広げる装置を開
示している。図２３はこの装置の概略を示したもので、
電子カメラの要部概略構成図である。

【０００５】同図に於いて、図示されない被写体を電子
的に撮像入力する固体撮像素子（ＡＭＩ）１から高速度
に読出された画像信号は、プリアンプ２を介して所定の
信号レベルに増幅される。その後、上記信号は、信号処
理回路３にてクリッピング処理等が施され、Ａ／Ｄ変換
器４でデジタル符号化される。更に、デジタル符号化さ
れた画像信号は、加算器５を介して、この加算器５との
組合わせで累積加算を行うフレームメモリ６に順次１フ
レーム毎に記憶される。

【０００６】こうして、累積加算されてダイナミックレ
ンジが拡大された画像信号は、ビデオプロセッサ７に於
いて、その輝度信号成分Ｙが分離抽出されると共に、
Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色成分に分解される。輝度信号成分Ｙ
は、ダイナミックレンジ制御回路８内のログアンプ８ａ
により、log Ｙに対数変換されて取込まれる。そして、
２次元フィルタ８ｂを介して、その照度むらの成分が除
去された信号は、ダイナミックレンジゲインコントロー
ラ（ＤＧＣ）８ｃに入力される。ここで、輝度信号成分
Ｙのダイナミックレンジを画像モニタのダイナミックレ
ンジに合わせた出力が求められた後、ログアンプ８ａか
ら遅延回路８ｄを介した出力と共に加算器８ｅに出力さ
れ、この加算器８ｅにて、ダイナミックレンジの圧縮係
数が求められる。

【０００７】一方、ビデオプロセッサ７にて変換出力さ
れた３原色成分Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれログアンプ９
ｒ、９ｇ、９ｂを介してｌｏｇＲ、ｌｏｇＧ、ｌｏｇＢ
として対数変換された後、遅延回路１０ｒ、１０ｇ、１
０ｂを介して加算器１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにそれぞれ
与えられる。そして、これらの加算器１１ｒ、１１ｇ、
１１ｂにて、上記圧縮係数が加算され、更に逆ログアン
プ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂで逆対数変換された後、Ｄ／
Ａ変換器１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを介してダイナミック
レンジの圧縮された信号成分が得られる。

【０００８】このような構成の装置では、累積加算によ
りランダムノイズが軽減されることを利用しており、こ
れによって広いダイナミックレンジを得ることが可能と
なっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術による装置では、固体撮像素子による累積
加算数と露光時間との関係については、詳細な記載がな
されていないものである。ここで、累積加算数をｎとす
れば、その信号値はｎ倍、ノイズ値はｎ^1/2倍になるこ
とから、撮像のダイナミックレンジはｎ^1/2倍にするこ
とができる。

【００１０】すなわち、ｉ）加算数を増やすほどダイナ
ミックレンジは広くできるが、撮像に費やされる時間が
増加する。ii）撮像するべき被写体のダイナミックレン
ジが狭い場合に不必要な累積加算が行われ、撮像時間が
無用に長くなる。iii)高輝度の被写体を撮像する場合に
は固体撮像素子の露光時間を短くする必要があり、逆に
低輝度の被写体を撮像する場合には露光時間を長くしな
ければならないものであった。このように、累積加算数
と露光時間は、撮像されるべく被写体のダイナミックレ
ンジ、輝度に応じて適切な状態に設定する必要があっ
た。

【００１１】この発明は上記のような点に鑑みてなされ
たもので、撮像されるべく被写体のダイナミックレン
ジ、輝度により撮影者の意図に応じて最も適切な状態を
設定することのできる画像入力装置の露光制御回路を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、第１の発明
は、被写体を撮像して電気的な画像信号に変換する固体
撮像素子と、撮像された被写体の画像信号を上記固体撮
像素子から読出す手段と、上記固体撮像素子から読出さ
れた画像信号を累積加算する累積加算手段とを備えた画
像入力装置の露光制御回路において、上記固体撮像素子
に入射する入射光量を調節する光量調節手段と、上記固
体撮像素子の露光時間を制御する固体撮像素子制御手段
と、上記累積加算手段における画像信号の累積加算数を
制御する累積加算数制御手段と、上記被写体の最大輝度
及び最小輝度を検出する被写体輝度検出手段と、上記被
写体の最大輝度及び最小輝度から被写体のダイナミック
レンジを検出し、上記被写体の最大輝度若しくは最小輝
度、及び、上記被写体のダイナミックレンジに基いて、
撮像のダイナミックレンジ、及び、撮像のダイナミック
レンジの上限値若しくは下限値を設定し、撮像のダイナ
ミックレンジの上限値若しくは下限値、及び、撮像のダ
イナミックレンジに基き、上記入射光量、上記露光時間
及び上記累積加算数を設定し、それぞれ上記光量調節手
段、上記固体撮像素子制御手段及び上記累積加算数制御
手段に出力する条件設定手段と、を具備することを特徴
とする。

【００１３】また、第２の発明は、被写体を撮像して電
気的な画像信号に変換する固体撮像素子と、撮像された
被写体の画像信号を上記固体撮像素子から読出す手段
と、上記固体撮像素子から読出された画像信号を累積加
算する累積加算手段とを備えた画像入力装置の露光制御
回路において、上記固体撮像素子に入射する入射光量を
調節する光量調節手段と、上記固体撮像素子の露光時間
を制御する固体撮像素子制御手段と、上記累積加算手段
における画像信号の累積加算数を制御する累積加算数制
御手段と、上記固体撮像素子の固定パターンノイズを記
憶する記憶手段と、画像信号を外部機器に適合する形式
に変換する前に、画像信号から上記記憶手段に記憶され
ている固定パターンノイズを減算する減算手段と、上記
被写体の最大輝度及び最小輝度を検出する被写体輝度検
出手段と、上記被写体の最大輝度及び最小輝度から被写
体のダイナミックレンジを検出し、上記被写体の最大輝
度若しくは最小輝度、及び、上記被写体のダイナミック
レンジに基いて、撮像のダイナミックレンジ、及び、撮
像のダイナミックレンジの上限値若しくは下限値を設定
し、撮像のダイナミックレンジの上限値若しくは下限
値、及び、撮像のダイナミックレンジに基き、上記入射
光量、上記露光時間及び上記累積加算数を設定し、それ
ぞれ上記光量調節手段、上記固体撮像素子制御手段及び
上記累積加算数制御手段に出力する条件設定手段と、を
具備することを特徴とする。

【００１４】この発明の画像入力装置の露光制御回路に
あっては、固体撮像素子により、被写体が撮像されて電
気的な画像信号に変換され、撮像された被写体の画像信
号が上記固体撮像素子から読出される。そして、上記固
体撮像素子から読出された画像信号が、累積加算手段で
累積加算される。更に、上記固体撮像素子に入射する入
射光量が光量調節手段で調節され、上記固体撮像素子の
露光時間が固体撮像素子制御手段によって制御される。
また、上記累積加算手段における画像信号の累積加算数
は、累積加算数制御手段により制御され、上記被写体の
最大輝度及び最小輝度が被写体輝度検出手段で検出され
る。そして、条件設定手段では、上記被写体の最大輝度
及び最小輝度から被写体のダイナミックレンジが検出さ
れ、上記被写体の最大輝度若しくは最小輝度、及び、上
記被写体のダイナミックレンジに基いて、撮像のダイナ
ミックレンジ、及び、撮像のダイナミックレンジの上限
値若しくは下限値が設定され、撮像のダイナミックレン
ジの上限値若しくは下限値、及び、撮像のダイナミック
レンジに基き、上記入射光量、上記露光時間及び上記累
積加算数が設定され、それぞれ上記光量調節手段、上記
固体撮像素子制御手段及び上記累積加算数制御手段に出
力される。

【００１５】また、この発明の画像入力装置の露光制御
回路にあっては、固体撮像素子により、被写体が撮像さ
れて電気的な画像信号に変換され、この撮像された被写
体の画像信号が上記固体撮像素子から読出される。そし
て、上記固体撮像素子から読出された画像信号が、累積
加算手段により累積加算される。また、上記固体撮像素
子に入射される入射光量は光量調節手段で調節され、上
記固体撮像素子の露光時間が固体撮像素子制御手段で制
御される。更に、上記累積加算手段における画像信号の
累積加算数は、累積加算数制御手段で制御され、上記固
体撮像素子の固定パターンノイズが記憶手段に記憶され
る。そして、画像信号を外部機器に適合する形式に変換
する前に、画像信号から上記記憶手段に記憶されている
固定パターンノイズが減算手段によって減算される。上
記被写体の最大輝度及び最小輝度が、被写体輝度検出手
段で検出される。そして、条件設定手段では、上記被写
体の最大輝度及び最小輝度から被写体のダイナミックレ
ンジが検出され、上記被写体の最大輝度若しくは最小輝
度、及び、上記被写体のダイナミックレンジに基いて、
撮像のダイナミックレンジ、及び、撮像のダイナミック
レンジの上限値若しくは下限値が設定され、撮像のダイ
ナミックレンジの上限値若しくは下限値、及び、撮像の
ダイナミックレンジに基き、上記入射光量、上記露光時
間及び上記累積加算数が設定され、それぞれ上記光量調
節手段、上記固体撮像素子制御手段及び上記累積加算数
制御手段に出力される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。

【００１７】図１は、この発明の画像入力装置の露光制
御回路が適用された電子カメラの全体を示す概略的なブ
ロック構成図である。同図に於いて、１４は撮影用の光
学系であり、この光学系１４からハーフミラー１５を介
して入射される入射光量が、絞り１６で調節されるよう
になっている。この絞り１６は、Ｆ値制御回路１７によ
り、その絞り値Ｆが制御されるものである。

【００１８】絞り１６を通過した入力画像は、後述する
性質のランダムノイズを有するＣＣＤ撮像素子１８で電
子的に撮像される。このＣＣＤ撮像素子１８は、ＣＣＤ
駆動回路１９によってその読出し及び露光時間Ｔが制御
されるようになっている。ＣＣＤ撮像素子１８から出力
された画像信号は、プリアンプ２０を介して所定の信号
レベルに増幅され、信号処理回路２１にてクリッピング
処理等が施される。その後、Ａ／Ｄ変換器２２でデジタ
ル符号化された画像信号は減算器２３に出力され、ここ
で予め固定パターンノイズ（ＦＰＮ）記憶ＲＯＭ２４に
記憶されているＣＣＤ撮像素子１８のＦＰＮが除去され
る。

【００１９】上記減算器２３でＦＰＮが除去された画像
信号は、累積加算回路２５を構成する加算器２６に供給
される。そして、この加算器２６の出力はフレームメモ
リ２７に送られ、順次１フレーム毎に記憶される。上記
累積加算回路２５は、累積加算数制御回路２８によっ
て、その累積加算数が制御されるようになっている。こ
の累積加算回路２５で累積加算された信号Ｓｎは、画像
処理回路２９にて輝度変換、符号化等の処理が施され、
その後記録媒体３０に書込まれる。

【００２０】上記Ｆ値制御回路１７、ＣＣＤ駆動回路１
９及び累積加算数制御回路２８は、例えばマイクロプロ
セッサで構成される条件設定回路３１によってそれぞれ
制御される。この条件設定回路３１は、撮像されるべく
被写体光の一部がハーフミラー１５、全反射ミラー３２
を介して導出される輝度検出器３３により検出された被
写体の最大輝度Ｌｈと最小輝度Ｌｌに基いて、絞り１６
のＦ値と、ＣＣＤ撮像素子１８の露光時間Ｔと、累積加
算回路２４の累積加算数ｎを制御するものである。

【００２１】図２は、図１の条件設定回路３１の詳細を
示したもので、輝度検出器３３により供給された被写体
の最大輝度Ｌｈと最小輝度Ｌｌは、それぞれダイナミッ
クレンジ検出回路３１１に入力される。このダイナミッ
クレンジ検出回路３１１は、Ｓ／Ｎ設定回路３１２に於
いて設定された最小輝度Ｌｌの被写体のＳ／Ｎ比ｓｎｌ
（ｄＢ）と、最大輝度Ｌｈと最小輝度Ｌｌから、撮像の
ダイナミックレンジＤＲを検出する。そして、このダイ
ナミックレンジ検出回路３１１で検出されたダイナミッ
クレンジＤＲは、ｎＴ条件設定回路３１３に出力され、
ここで累積加算数ｎ及び露光時間Ｔを決定するべくｎ、
Ｔに対する拘束条件Ｉが算出され、条件Ｃ_Iとしてパラ
メータ設定回路３１４に出力される。

【００２２】また、上記最大輝度Ｌｈは、ＦＴ条件検出
回路３１５に出力され、ここでＦ値、露光時間Ｔに対す
る拘束条件IIが算出されて条件Ｃ_IIとして、パラメータ
設定回路３１４に出力される。また、ＦＴ条件検出回路
３１５からは、上記Ｆ、Ｔの条件の状態信号Ｃ_FT（詳細
は後述する）がパラメータ設定回路３１４に出力され
る。

【００２３】このパラメータ設定回路３１４には、撮像
モード設定回路３１６からの、例えば次のように設定さ
れるモード信号ｍｏｄｅが出力される。モード１：撮像時間を最も短くする。モード２：撮像時間を一定にする。モード３：被写界深度を最も深くする。そして、このパラメータ設定回路３１４は、このように
設定されたモード信号ｍｏｄｅと、上記条件Ｃ_I、Ｃ_II
及び状態信号Ｃ_FTにより、最も適切な絞り値Ｆ、露光時
間Ｔ、累積加算数ｎを算出して設定する。

【００２４】図３は、図１の輝度検出器３３の詳細を示
したもので、ハーフミラー１５、全反射ミラー３２を介
して導出された被写体の入射光は、駆動回路３３１によ
り駆動されるラインセンサで構成される非破壊センサ３
４に入射される。そして、この非破壊センサ３４で電子
的に読出された画像信号ＳＯは、プリアンプ３３２で増
幅されてＡ／Ｄ変換器３３３でデジタル符号化された
後、輝度演算器３３４に入力される。また、非破壊セン
サ３４からは、ピーク値信号ＰＥが、輝度演算器３３４
に入力される。この輝度演算器３３４の出力は、上記駆
動回路と共にカウンタ３３５に供給される。更に、輝度
演算器３３４は、上記Ａ／Ｄ変換器３３３からの出力、
ピーク値信号ＰＥ及びカウンタ３３５からのカウント数
Ｃｎｔから、最大輝度Ｌｈ及び最小輝度Ｌｌを演算す
る。

【００２５】図４は、図３の非破壊センサ３４の構成を
示したもので、複数の非破壊読出しフォトセンサ３４１
₁、…、３４１_nを有している。これらのフォトセンサ
３４１₁、…、３４１_nには、それぞれ読出しスイッチ
３４２₁、…、３４２_nを介して走査回路３４３が接続
されている。この走査回路３４３の駆動により、読出さ
れた画像信号は、出力アンプ３４４を経て端子３４５か
ら画像信号ＳＯとして出力される。尚、３４６はリセッ
トスイッチである。

【００２６】また、フォトセンサ３４１₁、…、３４１
_nには、それぞれバッファアンプ３４７₁、…、３４７
_nを介してピーク検出部３４８が接続されている。この
ピーク検出部３４８からは、ピーク値が検出されて、端
子３４９からピーク値信号ＰＥとして出力されるように
なっている。

【００２７】次に、上述した固体撮像素子のノイズにつ
いて説明する。

【００２８】固体撮像素子には種々のノイズがあるが、
これらは主に上述した２つのノイズ、すなわち固定パタ
ーンノイズ（ＦＰＮ）とランダムノイズに分けられる。
このうちランダムノイズ（Ｎ_R）は、画像信号を累積加
算することにより相対的に減少させることができる。更
に、このランダムノイズは、露光時間に依存する暗電流
ノイズ（Ｎ_D）と、露光時間に依存しないシステムノイ
ズ（Ｎ_S）に分けられるもので、これら２種類のノイズ
は、例えば図５に示されるように変化する。

【００２９】いま、累積加算数をｎ、固体撮像素子の露
光時間をＴとして、露光時間Ｔでｎ回累積加算する場合
のノイズについて考える。すると、この場合の総露光時
間ｔ _BはｎＴで表される。累積加算が無い場合の暗電流
ノイズＮ_Dは数１のように表される。

【００３０】

【数１】そして、ｎ回累積加算した場合は数２のように表され
る。

【００３１】

【数２】また、システムノイズＮ_Sをｎ回累積加算した場合は数
３の如く表される。

【００３２】

【数３】したがってランダムノイズＮ_Rは数４のように表され
る。

【００３３】

【数４】

【００３４】そして、上記信号の振幅の最大値をＳとす
れば、累積加算数ｎの場合の信号の最大レベルはｎＳと
なることから、撮像のダイナミックレンジＤＲは、数５
のように表される。

【００３５】

【数５】尚、ここではランダムノイズについてのみ考慮すること
にする。

【００３６】上記数５をグラフで表すと、図６に示され
るようになる。同図に於いて、縦軸、横軸は、共に対数
で表されており、数６に示される関係で表されている。

【００３７】

【数６】

【００３８】この図６から、必要なダイナミックレンジ
を得るための露光時間と累積加算数を知ることができ
る。

【００３９】ところで、あるダイナミックレンジを得る
にあたって、露光時間Ｔと累積加算数ｎの組合わせは複
数考えられる。しかしながら、露光時間Ｔは、被写体の
輝度と撮影光学系のＦナンバにより決定されるものであ
る。すなわち、飽和せずに撮像できる被写体の最大輝度
をＬ_maxとすれば、数７の関係式で表される。

【００４０】

【数７】

【００４１】ここでｋは撮像素子の感度等に依存して求
められる定数である。これに対し、撮像し得る最小輝度
をＬ_minとすれば、数８の関係式で表される。

【００４２】

【数８】

【００４３】ここで、Ｌ_minはノイズレベルとなる。上
記数８のＤＲは、上述した数５に於けるＤＲ（ｎ，Ｔ）
のことである。

【００４４】ここで、撮像したい被写体の輝度が最小輝
度Ｌｌ［ｃｄ／ｍ²］からＬｈ［ｃｄ／ｍ²］（但しＬ
ｌ＜Ｌｈ）に分布しているものとする。このとき、被写
体のダイナミックレンジをｄｒとすると数９に表される
ようになる。

【００４５】

【数９】

【００４６】そして、その最小輝度ＬｌのＳ／Ｎ比とし
てｓｎｌ［ｄＢ］を確保するために必要とされる撮像の
ダイナミックレンジＤＲは数１０のように表される。

【００４７】

【数１０】

【００４８】この場合、最大輝度Ｌｈの被写体のＳ／Ｎ
比はＤＲ［ｄＢ］となる。そして、最大輝度Ｌｈを飽和
せずに撮像する条件として数１１の関係式が必要とな
る。

【００４９】

【数１１】

【００５０】このことから、上記数１１と数７とを合わ
せて、数１２を満足する露光時間Ｔ、Ｆナンバを選択
し、上記数５から累積加算数ｎを求めればよい。

【００５１】

【数１２】次に、同実施の形態の動作について説明する。

【００５２】撮像が開始されると、まず輝度検出器３３
により、撮像されるべく被写体の画像の最大輝度Ｌｈ及
び最小輝度Ｌｌが求められる。すなわち、図３を参照す
ると、輝度検出が開始されると、非破壊センサ３４がリ
セットされると共に、カウンタ３３５がゼロにセットさ
れる。次いで、非破壊センサ３４の露光が開始される
と、これと共にカウンタ３３５のカウントが開始され
る。そして、図７に示されるように、時間ｔ₀秒後にピ
ーク値信号ＰＥが飽和値に達したとすると、そのときの
カウント数Ｃｎｔ₀より、最大輝度Ｌｈが求められる。

【００５３】また、このときの画像信号の最小値が最小
輝度を与えることになるが、上記最小値が非破壊センサ
３４のＳ／Ｎ比で決定されるノイズレベル以下である場
合は、更に露光を続ける。そして、所定時間毎（例えば
時間ｔ₁、ｔ₂、…）に信号を読出し、最小輝度Ｌｌが
上記ノイズレベルを上回った時間（同図では時間ｔ₃）
のカウント数（この場合Ｃｎｔ₃）から最小輝度Ｌｌを
求める。

【００５４】このような動作をすることにより、被写体
のダイナミックレンジｄｒが、非破壊センサ３４のＳ／
Ｎ比より大きい場合でも、正確に最大輝度Ｌｈ及び最小
輝度Ｌｌを求めることができる。

【００５５】こうして、輝度検出器３３にて最大輝度Ｌ
ｈ及び最小輝度Ｌｌが求められると、これらの輝度Ｌ
ｈ、Ｌｌが条件設定回路３１内のダイナミックレンジ検
出回路３１１に供給される。このダイナミックレンジ検
出回路３１１では、上述した数９に基いて、先ず被写体
のダイナミックレンジｄｒが算出される。次いで、この
被写体のダイナミックレンジｄｒと、Ｓ／Ｎ設定回路３
１２で設定された最小輝度の被写体が必要とするＳ／Ｎ
比ｓｎｌとから、撮像に必要なダイナミックレンジＤＲ
が上記数１０から求められる。ｎＴ条件検出回路３１３
は、このダイナミックレンジＤＲを受けて、上記数５か
ら数１３の関係式で表される拘束条件Ｉを算出し、条件
Ｃ_Iとしてパラメータ設定回路３１４に出力する。

【００５６】

【数１３】

【００５７】一方、ＦＴ条件設定回路３１５では、撮像
のダイナミックレンジＤＲを確保し、最大輝度Ｌｈの被
写体を撮像するための数１４の関係式で表される条件II
を算出し、条件Ｃ_IIとして上記パラメータ設定回路３１
４に出力する。

【００５８】

【数１４】

【００５９】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ条件Ｃ
_I及びＣ_IIの例を示したものである。ここで、図８
（ａ）に於いてダイナミックレンジＤＲより大きい図の
斜線部分と、同図（ｂ）に於いて実線Ｌｈで表される部
分が、それぞれ条件Ｃ_I及びＣ_IIを満たす部分である。
したがって、これらを満足する累積加算数ｎ、絞り値
Ｆ、露光時間Ｔが設定されればよいことになる。そし
て、これら３つのパラメータの値は、複数の組合わせが
可能となり、最も適切な値を選択する必要がある。

【００６０】いま、露光時間ＴがＴ_min〜Ｔ_maxの範囲
で連続的に変化が可能であるとし、累積加算数ｎが１〜
ｎ_maxの整数値をとり、絞り値ＦがＦ_min〜Ｆ
_close（入射光量ゼロ）まで連続した値をとり得るもの
とする。

【００６１】ここで、図９（ｂ）に（ｉ）で示されるよ
うに、最大輝度Ｌｈの値がＬｈ₁＜Ｌｈの関係の場合、
その露光時間ＴはＴ_min≦Ｔ≦Ｔ_maxの範囲内となり、
絞り値ＦはＦ₁≦Ｆ≦Ｆ₁′の範囲内となる。同様に
（ii）で示されるように最大輝度Ｌｈの値がＬｈ₂≦Ｌ
ｈ≦Ｌｈ₁の場合、露光時間ＴはＴ₂≦Ｔ≦Ｔ_maxの範
囲内となり、絞り値ＦはＦ_min≦Ｆ≦Ｆ₂′の範囲内と
なる。更に、（iii)で示されるように、最大輝度Ｌｈの
値がＬｈ＜Ｌｈ₂の場合は、上記条件Ｃ_IIを満足する
Ｔ、Ｆは存在しないことになる。そして、上記（ｉ）、
（ii）、（iii)の各状態が、上述した状態信号ＣＦＴと
してＦＴ条件検出回路３１５からパラメータ設定回路３
１４に出力されるものである。

【００６２】こうして図９（ｂ）に示された条件Ｃ_IIに
より、図９（ａ）に示された条件Ｃ _Iの横軸（Ｔ）が決
定される。例えば、上記（ｉ）の場合（Ｔ_min≦Ｔ≦Ｔ
_max）、撮像のダイナミックレンジＤＲは最大ＤＲ₁の
値まで可能であり、このうち露光時間Ｔ＝Ｔ_maxの場合
は最大でＤＲ₃まで可能になる。また、上記（ii）の場
合（Ｔ₂≦Ｔ≦Ｔ_max）、撮像のダイナミックレンジＤ
Ｒは図９（ａ）の斜線で示される部分となる。そして、
このときの累積加算数ｎを最大にすると、Ｔ＝Ｔ₂のと
きに最大でＤＲ₂まで撮像のダイナミックレンジを得る
ことができる。

【００６３】図１０（ａ）〜（ｃ）は、上述した条件Ｃ
_I及びＣ_IIに応じたダイナミックレンジ等を説明する概
念図である。同図（ａ）は条件Ｃ_I、Ｃ_IIの何れも満足
している場合、同図（ｂ）は条件Ｃ_IIのみ満足している
場合、同図（ｃ）は条件Ｃ_Iを満足していない場合の、
それぞれの概念図である。尚、何れの図に於いても、縦
軸は輝度に対応しており、ここで図示されるＤＲ₁は、
そのそれぞれの状態でとり得る最大のダイナミックレン
ジとする。

【００６４】図１０（ａ）に於いては、ダイナミックレ
ンジＤＲはＮ_RからＬｈまでの広範囲に渡る。また、図
１０（ｂ）の場合、Ｆ、Ｔを変化させなければ撮像し得
る最大輝度値は変わらない。この場合、Ｄ−１：Ｓ／Ｎ
がｓｎｌがｓｎｌ′に変化する、Ｄ−２：高輝度側をと
らずにｓｎｌを確保する、Ｄ−３：上記Ｄ−１とＤ−２
の中間をとる、の３つを選択することができる。ここ
で、上記Ｄ−２の場合、Ｌｈ′はＦ_min ²ｋ／Ｔ_max以
上の値とするものとする。更に、図１０（ｃ）の場合、
Ｄ−４：撮像のダイナミックレンジを図示ＤＲからＤ
Ｒ′に増大する、Ｄ−５：Ｓ／Ｎがｓｎｌがｓｎｌ′に
変化する、の何れかを選択することができる。

【００６５】また、撮影モードにより、次のようなモー
ド設定を行う。モードＡ：累積加算数ｎを極力小さくする。モードＢ：累積加算数を一定値（ｎ_C）とする。モードＣ：絞り値Ｆを極力大きく、ｎは極力小さくし撮
像時間を短くする。

【００６６】以上のことに基いて、各状態、各モードに
対して、最も適切なｎ、Ｆ、Ｔを図１１の関係図のよう
に設定する。尚、ここではｎ、Ｆ、Ｔの３つのパラメー
タに対して、複数の組合わせによる設定が可能な上記状
態（ｉ）、（ii）の例について示すものとする。

【００６７】このような原理により、同実施の形態に於
いては、条件設定回路３１で被写体のダイナミックレン
ジ、輝度、撮像希望モードのそれぞれに応じて、最も適
切な累積加算数ｎ、絞り値Ｆ、露光時間Ｔが設定され
る。そして、これらのパラメータに基いて、累積加算回
路２５で累積加算が行われる。また、ＦＰＮ記憶ＲＯＭ
２４と減算器２３により、ＣＣＤ撮像素子１８のＦＰＮ
が減算された信号が得られて累積加算されるため、累積
加算回路２５から得られる信号Ｓｎには、ＦＰＮが含ま
れていないものとなる。したがって、上記数５に示され
たダイナミックレンジを有した信号を得ることができ
る。更に、この信号Ｓｎは、画像処理回路２９により、
特開昭６３−２３２５９１号公報に提唱されているよう
な輝度変換や符号化等の処理が施され、記録媒体３０に
書込まれるようになっている。

【００６８】尚、同実施の形態に於いて、絞り値Ｆの最
小値はＦ_minとしてこの値以上に小さくすることはでき
ないとしたが、適切な照明光を点燈し、不足している光
量を補うようにしてもよい。

【００６９】また、同実施の形態では、ハーフミラー等
を使用して、撮像するべく被写体光を直接輝度検出器に
導いていたが、これに限られるものではなく、例えば別
途ファインダー系を使用することも可能である。

【００７０】更に、撮像モードとして３種類の設定とし
たが、他に被写界深度を浅くすることを優先させたり、
露光時間Ｔを短くすることを優先させるようにしてもよ
いものである。

【００７１】尚、最大輝度値Ｌｈ及び最小輝度値Ｌｌ
は、画像中の１点でもよいし、複数点の平均値としても
よい。

【００７２】また、暗電流ノイズは、温度によりその大
きさが大きく変化することから、温度センサを設けて、
より正確な暗電流ノイズを検出するようにしてもよい。
更には、撮像素子を冷却して暗電流ノイズを抑制し、よ
り広いダイナミックレンジを得るようにしてもよい。

【００７３】更に、図２に示される条件設定回路は、Ｌ
ｈ、Ｌｌ、ｓｎｌを入力、ｎ、Ｆ、Ｔを出力とするＲＯ
Ｍで構成することもできる。

【００７４】次に、図１２乃至図１５を参照して、この
発明の第２の実施の形態を説明する。尚、上述した第１
の実施の形態と同じ部分には同一の参照番号を付して重
複を避けるため、その説明は省略するものとする。

【００７５】図１２は、この発明の第２の実施の形態で
画像入力装置の露光制御回路が適用された電子カメラの
全体を示す概略的なブロック構成図であり、図１の輝度
検出器３３に代わって被写体輝度検出器３５を有してい
る。図１３は、この被写体輝度検出器３５の詳細を示し
たもので、被写体指示器３５１は、例えばファインダと
釦によって構成される。この釦が押下されたときに、該
ファインダの中央に見える撮影光学系１４の光軸上にあ
る被写体の撮像が行われ、その輝度が輝度演算器３３４
から出力されるようになっている。ここで、輝度演算器
３３４は、ピーク値が飽和したときの信号を用いて、信
号の最大輝度Ｌｈ′と平均値Ｌave ′を被写体輝度演算
器３５２に出力する。この被写体輝度演算器３５２は、
上記最大輝度Ｌｈ′と平均値Ｌave ′を基に、撮像する
べき画像の最大輝度Ｌｈと被写体の平均輝度Ｌave を検
出する。

【００７６】ここで、被写体輝度演算器３５２は、被写
体指示器３５１により指示される複数の被写体の輝度を
総合的に判断して、最大輝度Ｌｈと被写体の平均輝度Ｌ
aveを出力する。例えば、ｊ種類の被写体を指定したも
のとして、順にＬave _i、Ｌｈ_i、（ｉ＝１〜ｊ）とす
れば数１５で表される関係式からＬｈ、Ｌave を求め
る。

【００７７】

【数１５】次に、この第２の実施の形態の動作について説明する。

【００７８】いま、例えば図１４に示されるように、部
屋の中から窓の外を写す場合を考えてみる。そして、図
中にｐ、ｑ、ｒ、ｓで示される各被写体の輝度が、次の
ようになっているものとする。ｐ窓の外の景色Ｌｈ₁ ，Ｌave ₁ ｑ電燈Ｌｈ₂ ，Ｌave ₂ ｒ本棚Ｌｈ₃ ，Ｌave ₃ ｓ時計Ｌｈ₄ ，Ｌave ₄ そして、被写体指示器３５１で各被写体を順次指示した
場合の最大輝度値Ｌｈと平均値Ｌave は、図１５の概念
図のように表される。

【００７９】上記被写体輝度演算器３５２で算出された
上記Ｌｈ及びＬave は、条件設定回路３１に出力され
る。次いで、上述した第１の実施の形態と同様にして処
理が行われるもので、Ｌave がＬｌに代わってパラメー
タの設定がなされる。ここで、撮像のダイナミックレン
ジがＤＲ＞ＤＲ₁の場合、図１０（ｂ）に示されるよう
に、低輝度側のＳ／Ｎを優先するものとして、同図中Ｄ
−２で示されるように、撮像のダイナミックレンジがセ
ットされる。このように、Ｌave のＳ／Ｎ比を確実に確
保することにより、最も写したい被写体（主要被写体）
を良好に写すことができる。

【００８０】尚、この第２の実施の形態では、図１５に
示されるように、Ｌave は本棚ｒや時計ｓの平均値Ｌav
e ₃、Ｌave ₄よりも輝度値が大きく、この２つの被写
体については必ずしも必要とされるＳ／Ｎ比が確保され
てはいないものである。この場合、被写体指示器３５１
に於いて、該被写体を複数回指定すればよい。例えば、
窓の外の景色ｐを１回、電燈ｑを１回、本棚ｒを２回、
時計ｓを４回指定する。すると、最大輝度及び平均輝度
は、図１５中のＬｈ′及びＬave ′のようになり、本棚
や時計のＳ／Ｎ比も確保されることになる。

【００８１】このように、同実施の形態によれば、撮像
したい画像を指定することにより、主要被写体を最も良
好に写すことができるようにパラメータｎ、Ｆ、Ｔが設
定されて撮像が行われる。

【００８２】上述した第２の実施の形態では、被写体輝
度検出器３５にはラインセンサを用いているが、エリア
センサを使用すれば撮影光学系を動かすことなく被写体
の指定をすることができる。

【００８３】また、輝度演算器３３４では、被写体の最
大輝度値Ｌｈ′と平均値Ｌave ′を検出しているが、こ
れに限られずに、上述した第１の実施の形態と同様に最
小輝度を検出し、この最小輝度を考慮してパラメータ
ｎ、Ｆ、Ｔを設定するようにしてもよい。

【００８４】上述した第１及び第２の実施の形態では、
被写体の輝度を求めるために、ハーフミラー１５、全反
射ミラー３２を設けている。しかしながら、一般にこの
ような部材を用いると、光学系が大きくなり、装置全体
が大きくなってしまうという欠点を有する。そこで、次
に、上記部材を用いない実施の形態について説明する。

【００８５】図１６に於いて、36はプリ測光回路であ
り、第１の実施の形態の輝度検出器33、第２の実施の形
態の被写体輝度検出器３５に代わる回路である。これ
は、Ａ／Ｄ変換器２２の出力信号を入力とし、信号の最
大値Ｌｈと最小値Ｌｌを、条件設定回路３１へ出力す
る。

【００８６】また、第１及び第２の実施の形態と異なる
部分として、ＣＣＤ撮像素子１８に代えて高速度読出し
が可能な撮像素子、ここではＣＭＤ（Charge Modulatio
n Device）１８ａ、及びＣＭＤ駆動回路１９ａを用いて
いる。更に、画像処理回路２９の出力は、モニタ３７へ
入力されている。その他の構成は、上述した第１及び第
２の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。

【００８７】次に、この第３の実施の形態の動作につい
て説明する。ＣＭＤ１８ａにて撮像された信号は、高速
度に読出され、Ａ／Ｄ変換された後、プリ測光回路３６
へ入力される。そして、このプリ測光回路３６では、入
力される信号の最大値Ｌｈと、最小値Ｌｌを検出して、
条件設定回路３１へ出力する。

【００８８】条件設定回路３１では、最大値Ｌｈの信号
が飽和しているか否かが判断されるもので、飽和してい
る場合には、露光時間Ｔを短くするか、または絞り値を
大きくする。一方、飽和していない場合には、露光時間
Ｔを長くするか、または絞り値を小さくする。この動作
は、ＣＭＤ１８ａから信号が読出される毎に行われるこ
とにより、数１６で表される関係式に調整されるＣＭＤ
１８ａから高速読出しが行われているため、この調整に
要する時間は非常に短いものとなる。

【００８９】

【数１６】

【００９０】そして、このとき、読出された信号の最小
値Ｌｌから、上記数９より被写体のダイナミックレンジ
ｄｒ［ｄＢ］が決定される。このＬｈとＬｌの検出にあ
たっては、第１の実施の形態の輝度検出器３３と同様
に、１回の露光中に多数回に渡って非破壊読出しを行っ
てもよい。

【００９１】尚、同実施の形態に於いて、最大値Ｌｈ、
最小値Ｌｌの単位は、Ａ／Ｄ変換された後の輝度として
の値であり、上述した第１及び第２の実施の形態で用い
られた単位［ｃｄ／ｍ²］と異なっているものである。

【００９２】そして、上記数１０より撮像のダイナミッ
クレンジＤＲが求められる。以下、第１、第２の実施の
形態と同様にして、露光時間Ｔ、絞り値Ｆ、累積加算数
ｎが設定される。

【００９３】以上のようにして、露光時間Ｔ、絞り値
Ｆ、累積加算数ｎが設定され、累積加算数された信号Ｓ
ｎに対し、輝度変換の処理が画像信号処理回路２９で行
われ、モニタ３７へ出力される。

【００９４】同実施の形態では、高輝度撮像素子を用い
ているために、累積加算数ｎに要する時間をＮＴＳＣの
１フレーム時間以下とすることができ、動画像を撮像す
る場合に於いても、モニタ３７によって動きに不自然さ
を伴うことなく、広いダイナミックレンジを持つ画像を
観察することができる。

【００９５】また、同実施の形態では、読出された信号
から測光を行うプリ測光回路を設けたため、光学系の光
路を分離する部材を必要としない。したがって、装置全
体を小型化することが可能である。

【００９６】尚、ＣＭＤは、ランダムアクセスも可能な
ことから、プリ測光時の読出し位置を、撮像したい小領
域に限定することにより、条件設定に要する時間を更に
短縮することもできる。

【００９７】次に、減算するＦＰＮを撮像毎に検出する
この発明の第４の実施の形態を説明する。

【００９８】ＦＰＮは温度依存性が高く、使用環境によ
ってその値が大きく異なることが知られている。また、
クロックノイズ等により、同じ温度で使用しても、ＦＰ
Ｎが変化することもある。累積加算数ｎが大きくなる
と、ＦＰＮもｎに比例して大きくなるため、ＦＰＮだけ
正確に減算することが、広いダイナミックレンジを得る
うえで、大変重要なものとなってくる。そこで、この第
４の実施の形態では、ＦＰＮの記憶を撮像時に行い、正
確なＦＰＮの減算が行われるようにしている。

【００９９】図１７は、画像入力装置の露光制御回路が
適用された電子カメラの全体を示すブロック構成図であ
る。同図に於いては、上述した第１の実施の形態と異な
り、ＣＣＤ撮像素子１８の直前に機械的シャッタ３８が
設けられ、更にシャッタ制御装置３９及びＦＰＮ記憶切
換スイッチ４０を具備している。上記シャッタ３８は、
光学系１４の内部に挿入されるようにしてもよい。尚、
その他の部分については、上述した実施の形態と同じで
あるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。

【０１００】次に、この第４の実施の形態の動作につい
て説明する。撮像が開始されると、図示されないコント
ローラにより、シャッタ制御装置３９が制御されてシャ
ッタ３８が閉じられる。このシャッタ３８により光が遮
光されるのと同時に、ＦＰＮ記憶切換スイッチ４０がａ
側に切換えられる。そして、１フレーム時間露光された
後に読出された信号は、Ａ／Ｄ変換変換されてＦＰＮ記
憶ＲＯＭ２４に記憶される。そして、次のフレームで
は、シャッタ３８が開かれ、光学系１４からの被写体光
がＣＣＤ撮像素子１８上に結像されると共に、ＦＰＮ記
憶切換スイッチ４０がｂ側に切換えられる。こうして、
上述した第１の実施の形態と同様にして、撮像が行われ
る。

【０１０１】このように、撮像が行われる直前にＦＰＮ
の記憶が行われることにより、正確なＦＰＮの減算処理
を行うことができる。また、同実施の形態に於いては、
ＦＰＮの露光を１フレームとしたが、これは実際の露光
時間Ｔとした方が、より正確となるため、次のようにし
てもよい。

【０１０２】すなわち、シャッタ３８が閉じられて遮光
されたときにも、輝度検出器３３には被写体光が入射さ
れるため、この出力Ｌｈ、Ｌｌから、条件設定回路３１
では撮像の露光時間Ｔ、絞り値Ｆ、累積加算数ｎが求め
られる。そして、この露光時間Ｔに基き、ＣＣＤ撮像素
子１８の露光が行われ、読出された信号がＦＰＮ記憶Ｒ
ＯＭ２４に記憶される。

【０１０３】また、同実施の形態では、遮光された状態
で一度撮像された信号をＦＰＮとしたが、遮光された状
態で複数回撮像し、これを累積加算した信号をＦＰＮと
してもよい。

【０１０４】尚、上述した実施の形態では撮像素子にＣ
ＣＤを使用しているが、これに限られるものではなく、
例えばＣＭＤ（Charge Modulation Device）を用いても
よい。

【０１０５】図１８は、この発明の第５の実施の形態を
示すブロック構成図で、上述した第３の実施の形態に対
して、累積加算によるＦＰＮの検出がなされた例を示し
たものである。

【０１０６】同実施の形態に於いて、累積加算器２５の
出力がＦＰＮとして記憶され、撮像時には乗算器４１に
て係数Ｃ_Nが乗ぜられて減算処理が行われるようになっ
ている。ここで、係数Ｃ_Nは、ＦＰＮの記憶時の累積加
算数と撮像の累積加算数が異なる場合の補正係数であ
る。例えば、ＦＰＮの記憶時の累積加算数をＮ_FPN、撮
像時の累積加算数をｎ′とすれば、数１７の関係式が成
立する。

【０１０７】

【数１７】

【０１０８】累積加算数によりＦＰＮを検出するため
に、ＦＰＮをより正確に求めることができる。また、高
速読出しが可能な撮像素子を用いているため、ＦＰＮの
検出も短時間で行うことができる。

【０１０９】尚、上述した第４及び第５の実施の形態に
於けるＦＰＮの検出に於いては、シャッタ３８を設け
て、被写体光が完全に遮光されて行われたが、一般にこ
のような機械的シャッタ手段を用いると、装置全体が大
型化してしまう。そのため、このような機械的シャッタ
を設けずに、撮像素子の露光時間を最も短縮し、絞り値
Ｆを最も大きくして撮像した信号を、ＦＰＮとして用い
ることも考えられる。

【０１１０】更に、絞り値の最大値が無限大（∞；絞り
値Ｆ_close、入射光量ゼロ）になる場合は、これをシャ
ッタとして使用してもよいのは勿論である。

【０１１１】次に、図１９を参照して、この発明の第６
の実施の形態を説明する。同実施の形態は、非破壊読出
し可能な固体撮像素子を使用し、１露光期間内に、異な
った露光時間の複数の画像を得ようとするものである。

【０１１２】図１９の画像処理回路２９は、従来例で記
述した図２３のビデオプロセッサ回路７からＤ／Ａ変換
器１３（１３ｂ、１３ｇ、１３ｒ）までの回路であるこ
とを前提とする。

【０１１３】図１９に示されるブロック構成図に於い
て、前述した第３の実施の形態と同様に、非破壊読出し
可能な撮像素子としてＣＭＤ１８ａを使用している。ま
た、減算器２３と累積加算器２５との間にはスライス回
路４２が、そして上記累積加算器２５と画像処理回路２
９の間には線形変換回路４３が、それぞれ挿入接続され
ている。

【０１１４】ここで、ＣＭＤ１８ａによる非破壊読出し
について、図２０を参照して説明する。同図に於いて、
時間“０”にてリセット（図中ＲＳＴ）が実行され、電
荷の蓄積が開始される。そして、時間ｔ₁が経過したと
きに信号読出し（同ＲＥＡＤ）が実行される。次いで、
時間ｔ₂が経過したときに信号が読出される。このと
き、読出されるデータは、時間ｔ₁＋ｔ₂の間、露光さ
れた信号である。つまり、ｔ₁で信号が読出されたとき
にリセット動作がされない限り、データが失われること
はないということを示している。時間ｔ₂が経過した後
に信号が読出され、リセットが実行されると蓄積電荷は
なくなる。

【０１１５】このように、リセットを実行せずに読出し
のみ行うと、１露光期間中に露光時間の異なる複数の画
像を読出すことができる。

【０１１６】次に、この実施の形態の動作について説明
する。上記ＣＭＤ１８ａからの信号は、プリアンプ２０
で増幅され、信号処理回路２１にてクランプ等の処理が
行われ、更にＡ／Ｄ変換器２２でデジタルに変換され
る。変換されたデータは、減算器２３に於いてＦＰＮが
除去される。そして、スライス回路４２にてクリップさ
れ、累積加算回路２５にて露光時間の異なる画像が順次
加算される。この加算回数は、条件設定回路３１にて設
定される。

【０１１７】図２１は、累積加算回路２５で累積加算さ
れたデータを示した図である。同図では、１露光期間中
に５回の読出しが行われる例について示すもので、図中
ｆ₁の露光時間が一番長く、同ｆ₅が最も露光時間が短
い、光電変換特性を有している。露光時間が短いために
飽和する輝度が高くなっている。

【０１１８】いま、ｆ₁〜ｆ₅の光電変換特性出力が、
スライス回路４２にてＶ₁でスライスされたものとす
る。そして、上記ｆ₁〜ｆ₅の出力が、累積加算回路２
５にて累積加算されることにより、図中Ｆ₀に示される
光電変換特性が得られる。非破壊読出しがされない場合
は、１露光期間中では、例えば図中Ｌ₁で表される光量
しか再現できない。しかしながら、同実施の形態によれ
ば、Ｌ₁よりもはるかに光量の多いＬ₅までの光量が撮
像可能となる。

【０１１９】また、累積加算されたデータは、Ｆ₀で示
されるように非線形であるため、線形変換回路４３に於
いて、図２１のＦ₁で示される線形の特性に変換され
る。そして、線形の信号に変換後、画像処理回路２９で
モニタ３７に適した信号に変換されてモニタ３７に出力
される。

【０１２０】上述した実施の形態では、輝度を検出する
ためにプリ測光回路３６等を具備していたが、この実施
の形態では、画像処理回路２９のビデオプロセッサ７に
てマトリクス変換することにより、輝度信号を検出す
る。画像処理回路２９は、図２３に示されるダイナミッ
クレンジゲイン検出回路（ＤＧＣ）８ｃを具備してい
る。

【０１２１】ＤＧＣ８ｃの回路構成を図２２に示す。参
照番号４４は標準偏差生成回路であり、加算器４４ａ、
２乗検波器４４ｂ、ＬＰＦ４４ｃ及び平方根回路４４ｄ
を有している。そして、この標準偏差生成回路４４の出
力は、一方が可変抵抗ＶＲ２に接続された比較増幅器４
５の他方に入力されて基準電圧との間で比較増幅され
る。この比較増幅器４５の出力は、一方が可変抵抗ＶＲ
４に接続された切換スイッチ４６の他方の入力に供給さ
れ、自動制御及び手動制御が切換え選択されてダイナミ
ックレンジ調整電圧βとして出力される。

【０１２２】ＬＰＦ４７は輝度信号の平均値を求めるた
めのもので、このＬＰＦ４７の出力は、可変抵抗ＶＲ１
に接続された比較増幅器４８で利得基準電圧と比較され
る。そして、可変抵抗ＶＲ３により設定された利得設定
電圧と比較増幅器４８の出力とを切換えスイッチ４９で
切換えることにより、自動制御及び手動制御が切換え選
択されて利得調整電圧αが出力される。

【０１２３】このような構成のＤＧＣ８ｃにより、Ｙ
（輝度信号）からα、βの信号を得ることができる。そ
の出力α、βは、それぞれ輝度に於ける画像の平均値と
標準偏差に相当する。α、βを条件設定回路３１に入力
することによって、それぞれ絞りと露光時間の制御を行
うものである。ＤＧＣ８ｃの動作については、特開昭６
３−２３２５９１号公報等に詳しく述べているので省略
する。また、絞りと露光時間の設定を細かく行うと、線
形処理が複雑になるため、予め決められた幾つかの設定
条件にて絞りと露光時間を制御するほうが望ましい。線
形変換時には、上記設定条件を信号線Ｓを介して線形変
換回路43に入力し、線形変換を行う。

【０１２４】以上の動作を行うことにより、複数の画像
データを高速に累積加算し、広ダイナミックレンジ信号
を得ることができる。更に、広ダイナミックレンジ信号
は、絞りと露光時間が最適に設定されるため、Ｓ／Ｎの
良い画像が得られる。

【０１２５】また、同実施の形態では図示されていない
が、Ａ／Ｄ変換器２２の前のクランプ回路が不安定な場
合は、Ａ／Ｄ変換した後にデジタル部でクランプしても
よい。

【０１２６】このように、１露光期間中に、何度も読出
すことにより、より広輝度の被写体を撮像することがで
きる。更に、１露光期間中でなく、幾つかの露光期間経
過後に非破壊読出しを行い、これを数回読出した後にリ
セットを行うようにしてもよい。

【０１２７】この発明に使用されたカラー撮像装置につ
いては、特開昭６３−２３２５９１号公報及び特願平１
−３３４５０８号に記載されているので、詳細は省略す
る。

【０１２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、撮像
されるべく被写体のダイナミックレンジ、輝度により、
撮影者の意図に応じて最も適切な露光時間、絞り値、累
積加算数を設定することのできる画像入力装置の露光制
御回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の画像入力装置の露光制御回路が適用
された電子カメラの全体を示す概略的なブロック構成図
である。

【図２】図１の条件設定回路の詳細を示すブロック構成
図である。

【図３】図１の輝度検出器の詳細を示すブロック構成図
である。

【図４】図３の非破壊センサの詳細を示す回路構成図で
ある。

【図５】ランダムノイズの経時変化を示した図である。

【図６】累積加算数と露光時間の関係を示した図であ
る。

【図７】非破壊センサの蓄積電荷量の経時変化を示した
図である。

【図８】（ａ）はｎＴ条件検出回路で算出される拘束条
件Ｉに対応した条件Ｃ_Iを示した図、（ｂ）はＦＴ条件
設定回路で算出される拘束条件IIに対応した条件Ｃ_IIを
示した図である。

【図９】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図８（ａ）及び
（ｂ）の条件Ｃ_I及びＣ_IIに対応した累積加算数、絞り
値、露光時間のパラメータの組合わせを表した図であ
る。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、条件Ｃ_I及びＣ_IIに応じ
たダイナミックレンジ等を説明する概念図である。

【図１１】図９（ｂ）の各状態と撮影モードとの最も適
切なパラメータの関係を示した図である。

【図１２】この発明の第２の実施の形態で画像入力装置
の露光制御回路が適用された電子カメラの全体を示す概
略的なブロック構成図である。

【図１３】図１２の被写体輝度検出器の詳細を示したブ
ロック構成図である。

【図１４】ファインダから見た被写体を表した図であ
る。

【図１５】図１４の被写体の最大輝度値と平均値を説明
する概念図である。

【図１６】この発明の第３の実施の形態で画像入力装置
の露光制御回路が適用された電子カメラの全体を示す概
略的なブロック構成図である。

【図１７】この発明の第４の実施の形態で画像入力装置
の露光制御回路が適用された電子カメラの全体を示す概
略的なブロック構成図である。

【図１８】この発明の第５の実施の形態で画像入力装置
の露光制御回路が適用された電子カメラの全体を示す概
略的なブロック構成図である。

【図１９】この発明の第６の実施の形態で画像入力装置
の露光制御回路が適用された電子カメラの全体を示す概
略的なブロック構成図である。

【図２０】図１９の電子カメラによる蓄積電荷量と露光
時間との関係を示した図である。

【図２１】図１９の電子カメラの出力電圧と光量との関
係を示した図である。

【図２２】画像処理回路内のダイナミックレンジゲイン
検出回路の構成を示すブロック図である。

【図２３】従来の電子カメラの要部概略構成図である。

【符号の説明】

１４光学系、１５ハーフミラー、１６絞り、１７Ｆ値制御回路、１８ＣＣＤ撮像素子、１９ＣＣＤ駆動回路、２０、３３２プリアンプ、２１信号処理回路、２２、３３３Ａ／Ｄ変換器、２３減算器、２４固定パターンノイズ（ＦＰＮ）記憶ＲＯＭ、２５累積加算回路、２６加算器、２７フレームメモリ、２８累積加算数制御回路、２９画像処理回路、３０記録媒体、３１条件設定回路、３２全反射ミラー、３３輝度検出器、３４非破壊センサ、３１１ダイナミックレンジ検出回路、３１２Ｓ／Ｎ設定回路、３１３ｎＴ条件設定回路、３１４パラメータ設定回路、３１５ＦＴ条件設定回路、３１６撮像モード設定回路、３３１駆動回路、３３４輝度演算器、３３５カウンタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森健東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献特開平２−50584（ＪＰ，Ａ) 特開平１−245770（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を撮像して電気的な画像信号に変
換する固体撮像素子と、撮像された被写体の画像信号を
上記固体撮像素子から読出す手段と、上記固体撮像素子
から読出された画像信号を累積加算する累積加算手段と
を備えた画像入力装置の露光制御回路において、上記固体撮像素子に入射する入射光量を調節する光量調
節手段と、上記固体撮像素子の露光時間を制御する固体撮像素子制
御手段と、上記累積加算手段における画像信号の累積加算数を制御
する累積加算数制御手段と、上記被写体の最大輝度及び最小輝度を検出する被写体輝
度検出手段と、上記被写体の最大輝度及び最小輝度から被写体のダイナ
ミックレンジを検出し、上記被写体の最大輝度若しくは
最小輝度、及び、上記被写体のダイナミックレンジに基
いて、撮像のダイナミックレンジ、及び、撮像のダイナ
ミックレンジの上限値若しくは下限値を設定し、撮像の
ダイナミックレンジの上限値若しくは下限値、及び、撮
像のダイナミックレンジに基き、上記入射光量、上記露
光時間及び上記累積加算数を設定し、それぞれ上記光量
調節手段、上記固体撮像素子制御手段及び上記累積加算
数制御手段に出力する条件設定手段と、を具備することを特徴とする画像入力装置の露光制御回
路。
【請求項２】上記条件設定手段は、上記累積加算数を
設定する条件を複数個用意し、該複数個の設定条件の内
から任意の設定条件をモード信号として出力する撮影モ
ード設定部と、上記ダイナミックレンジ及び上記モード
信号に基いて上記入射光量、上記露光時間及び上記累積
加算数に対して最適な数値を設定するパラメータ設定部
とを具備することを特徴とする請求項１に記載の画像入
力装置の露光制御回路。
【請求項３】上記被写体輝度検出手段は、非破壊読出し可能な固体撮像素子と、蓄積電荷の最大値を検出するピーク検出手段と、を具備することを特徴とする請求項１、請求項２に記載
の画像入力装置の露光制御回路。
【請求項４】上記最大輝度及び最小輝度を検出すべき
被写体を指示する被写体指示手段を更に具備し、上記被写体輝度検出手段は、上記指示された被写体の最
大輝度及び最小輝度を計算することを特徴とする請求項
１に記載の画像入力装置の露光制御回路。
【請求項５】上記被写体輝度検出手段はエリアセンサ
を具備し、上記被写体指示手段により指示された被写体
の位置に対応するエリアからの出力に基き、上記指示さ
れた被写体の最大輝度及び最小輝度を計算することを特
徴とする請求項４に記載の画像入力装置の露光制御回
路。
【請求項６】上記被写体輝度検出手段は、上記固体撮
像素子から読出された上記画像信号に基き、上記被写体
の最大輝度及び最小輝度を検知することを特徴とする請
求項１に記載の画像入力装置の露光制御回路。
【請求項７】上記被写体の最小輝度に代えて、被写体
の平均輝度とすることを特徴とする請求項１に記載の画
像入力装置の露光制御回路。
【請求項８】被写体を撮像して電気的な画像信号に変
換する固体撮像素子と、撮像された被写体の画像信号を
上記固体撮像素子から読出す手段と、上記固体撮像素子
から読出された画像信号を累積加算する累積加算手段と
を備えた画像入力装置の露光制御回路において、上記固体撮像素子に入射する入射光量を調節する光量調
節手段と、上記固体撮像素子の露光時間を制御する固体撮像素子制
御手段と、上記累積加算手段における画像信号の累積加算数を制御
する累積加算数制御手段と、上記固体撮像素子の固定パターンノイズを記憶する記憶
手段と、画像信号を外部機器に適合する形式に変換する前に、画
像信号から上記記憶手段に記憶されている固定パターン
ノイズを減算する減算手段と、上記被写体の最大輝度及び最小輝度を検出する被写体輝
度検出手段と、上記被写体の最大輝度及び最小輝度から被写体のダイナ
ミックレンジを検出し、上記被写体の最大輝度若しくは
最小輝度、及び、上記被写体のダイナミックレンジに基
いて、撮像のダイナミックレンジ、及び、撮像のダイナ
ミックレンジの上限値若しくは下限値を設定し、撮像の
ダイナミックレンジの上限値若しくは下限値、及び、撮
像のダイナミックレンジに基き、上記入射光量、上記露
光時間及び上記累積加算数を設定し、それぞれ上記光量
調節手段、上記固体撮像素子制御手段及び上記累積加算
数制御手段に出力する条件設定手段と、を具備することを特徴とする画像入力装置の露光制御回
路。
【請求項９】上記減算手段は、上記画像信号読出し手
段から出力される画像信号から上記記憶手段に記憶され
ている固定パターンノイズを減算することを特徴とする
請求項８に記載の画像入力装置の露光制御回路。