JPH08242408A

JPH08242408A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH08242408A
Application number: JP7072380A
Authority: JP
Inventors: Juichi Yoneyama; 寿一米山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】広範囲なダイナミックレンジを有する撮像装
置を得る。【構成】入射光を蓄積して画像情報信号に変換して出
力する光電変換画素をアレイ状に配列してなる撮像装置
において、複数の画素から互いに異なる蓄積時間の第１
と第２の画像情報信号群を読み出す信号読出し制御手段
と、第１と第２の画像情報信号群をそれぞれ別個に記憶
する記憶手段と、記憶手段に記憶された第１と第２の画
像情報信号群のいずれか一方の画像情報信号群の出力レ
ベルが予め定められた基準レベル範囲内であるか否かを
判定し、判定された画像情報信号群に基準レベル範囲外
の出力レベルの画像情報信号がある場合には、他方の画
像情報信号群の対応する画像情報信号を記憶手段から読
み出して、判定された画像情報信号群が得られた蓄積時
間と同一の蓄積時間とした場合に取り得る出力レベルを
演算して、基準レベル範囲外の出力レベルを有する画像
情報信号と演算された画像情報信号とを置換して出力す
る画像信号合成手段とを備えた撮像装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば輝度差の大きい
画像を的確に撮像することができる撮像装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の一般的な撮像装置の概略
構成ブロック図を示す説明図である。図７に示すように
従来の撮像装置は、アレイ状に配列された複数の光電変
換素子（光電変換画素）２と読出し制御機構３とから構
成されるセンサ部１と、Ａ／Ｄ変換部４と、記憶部５
と、制御部６とから主に構成されている。

【０００３】センサ部１は、各光電変換素子２によって
入射光を蓄積して画像情報信号に変換するとともに、読
出し制御機構３によって複数の光電変換素子２から得ら
れた画像情報信号群を順次Ａ／Ｄ変換部４に出力する。
Ａ／Ｄ変換部４は、センサ部１（読出し制御機構３）か
ら送出されるアナログ信号である画像情報信号群をデジ
タル信号に変換する。記憶部５は、Ａ／Ｄ変換部４によ
ってデジタル信号に変換された画像情報信号群を記憶す
る。制御部６は、Ａ／Ｄ変換部４で変換されたデジタル
信号を記憶部５の所定の番地に順次書込む。そして、記
憶部５に記憶された画像情報信号群は、必要に応じてコ
ンピュータ等（図示せず）で画像処理され、表示部（図
示せず）に画像表示される。

【０００４】尚、図７に示す撮像装置を、例えばビデオ
カメラに使用した場合、ある一定時間、入射光を蓄積
（光蓄積）を行った後に読出し動作に入るが、その時同
時に次の画面の光蓄積を行う。即ち、光蓄積が完了した
画素から得られる画像情報信号群の読出しを行いなが
ら、次の画面のために光蓄積動作を行っている。この光
蓄積時間は、通常のテレビジョン方式に採用されている
ＮＴＳＣ方式では１／３０秒になっている。

【０００５】また、図７に示す撮像装置を、例えば電子
スチルカメラに使用した場合、シャッター機能を持た
せ、光蓄積時間を通常より短くして使用される場合もあ
るが、このような場合でも画像情報信号群を読出すため
に必要な時間は通常と変わらない。即ち、光蓄積時間と
対応して画像情報信号群を読出すための読出し時間を短
くすることは困難なのである。そのため、読出し時間と
光蓄積時間との差の残りの時間の画像情報信号群はその
まま捨てられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の撮像装置においては、１度の光蓄積動作よって得ら
れる画像情報信号群をすべての光電変換素子２について
１回だけしか読み出さないため、撮像装置のダイナミッ
クレンジを広くすることができないという問題点があっ
た。

【０００７】上記問題点を図８（ａ），（ｂ）を用いて
更に詳細に説明する。尚、図８（ａ）は、それぞれ異な
った照度の画像光（入射光）を受ける光電変換素子Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ（複数の光電変換画素２）の出力レベル（出
力電圧値）と光蓄積時間との関係を示す出力電圧−光蓄
積時間特性グラフである。

【０００８】つまり、図８（ａ）に示すように、例えば
画像情報信号群を読み出すための光蓄積時間を時刻Ｔ１
までとした場合、光電変換素子Ａと光電変換素子Ｂの出
力レベルＶ_A1，Ｖ_B1は、雑音レベルＶ_NLを十分に超えて
いるため、光電変換素子Ａ，Ｂによる画像情報信号を正
確に読出すことができる。また、光電変換素子Ｃの出力
レベルＶ_C1も若干ではあるが雑音レベルＶ_NLを超えてい
るため、光電変換素子Ｃによる画像情報信号を読み出す
ことができる。しかし、光電変換素子Ｄの出力レベルＶ
_D1は、雑音レベルＶ_NLに達していないため、光電変換素
子Ｄによる画像情報信号を正確に読み出すことはできな
い。

【０００９】また、図８（ｂ）に示すように、光蓄積時
間を時刻Ｔ１よりも長い時刻Ｔ２において画像情報信号
群を読み出すようにすると、光電変換素子Ｄによる画像
情報信号の出力レベルＶ_D2は、雑音レベルＶ_NLを越える
ようになり、時刻Ｔ１では読み出すことができなかった
光電変換素子Ｄによる画像情報信号を読出すことができ
る。また、光電変換素子Ｂによる画像情報信号の出力レ
ベルＶ_B2も飽和レベルＶ_SAT の直前ではあるが、光電変
換素子Ｂの画像情報信号を読出すことができる。しか
し、光電変換素子Ａによる画像情報信号Ｖ_A2は、途中で
飽和しており、光電変換素子Ａによる画像情報信号を正
確な読出ことができない。

【００１０】即ち、光蓄積時間が短いと光電変換素子Ａ
〜Ｃの照度範囲の撮像しかすることができず、又光蓄積
時間を長くすると光電変換素子Ｂ〜Ｄの照度範囲の撮像
しかすることができない。従って、光電変換素子Ａ〜Ｄ
の全照度範囲の撮像をすることができないという問題点
が生じていた。

【００１１】このように、従来の撮像装置では、光の強
い、即ち明るい領域では飽和レベル（図８（ｂ）におけ
る飽和レベルＶ_SAT ）によって制限され、又光の弱い、
即ち暗い領域では雑音レベル（図８（ａ）における雑音
レベルＶ_NL）によって制限されるため、撮像装置のダイ
ナミックレンジを広くすることができないという問題点
があった。

【００１２】本発明は、上記課題を鑑みて成されたもの
であり、広範囲なダイナミックレンジを有する撮像装置
を得ることを目的とする。

【００１３】また、本発明の別の目的は、画像情報信号
群の出力レベルが粗悪になることを防止することができ
る撮像装置を得ることである。

【００１４】また、本発明の別の目的は、複数の画素か
ら第１と第２の画像情報信号群を得るための互いに異な
る蓄積時間をそれぞれ理想的な時間とすることができる
撮像装置を得ることである。

【００１５】また、本発明の別の目的は、目的や用途に
応じた種々様々な画像を得ることができる撮像装置を得
ることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る撮像装置は、上記目的を達成するために、入射光を
蓄積して画像情報信号に変換して出力する光電変換画素
をアレイ状に配列してなる撮像装置において、前記複数
の画素から互いに異なる蓄積時間の第１と第２の画像情
報信号群を読み出す信号読出し制御手段と、前記第１と
第２の画像情報信号群をそれぞれ別個に記憶する記憶手
段と、前記記憶手段に記憶された第１と第２の画像情報
信号群のいずれか一方の画像情報信号群の各画像情報信
号の出力レベルが全て予め定められた基準レベル範囲内
であるか否かを判定し、判定された画像情報信号群に前
記基準レベル範囲外の出力レベルを有する画像情報信号
がある場合には、他方の画像情報信号群の内の対応する
画像情報信号を前記記憶手段から読み出して、判定され
た画像情報信号群が得られた蓄積時間と同一の蓄積時間
とした場合に取り得る出力レベルを演算して、前記基準
レベル範囲外の出力レベルを有する画像情報信号と前記
演算された画像情報信号とを置換して出力する画像信号
合成手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００１７】また、請求項２に記載の発明に係る撮像装
置では、請求項１に記載の撮像装置において、前記画像
信号合成手段が、前記第１と第２の画像情報信号群のい
ずれか一方を固定的に前記判定の対象として定め、この
判定対象の画像情報信号群の各画像情報信号の出力レベ
ルが前記基準レベル範囲の上限、及び／又は、下限を越
えているか否かを判定する手段を含むことを特徴とする
ものである。

【００１８】また、請求項３に記載の発明に係る撮像装
置では、請求項１に記載の撮像装置において、前記信号
読出し制御手段と前記記憶手段との間に、分解能が互い
に異なる第１と第２のＡ／Ｄ変換部が備えられているこ
とを特徴とするものである。

【００１９】また、請求項４に記載の発明に係る撮像装
置では、請求項３に記載の撮像装置において、前記第１
と第２のＡ／Ｄ変換部の少なくともいずれか一方に、Ａ
／Ｄ変換利得を設定変更可能な調整手段が含まれている
ことを特徴とするものである。

【００２０】また、請求項５に記載の発明に係る撮像装
置では、請求項１に記載の撮像装置において、前記画像
信号合成手段が、記憶手段から読み出され、前記基準レ
ベル範囲内であるか否かが判定される一方の画像情報信
号群と、前記記憶手段から読み出される他方の画像情報
信号群との差を演算する手段を含むことを特徴とするも
のである。

【００２１】

【作用】請求項１に記載の発明による撮像装置は、光電
変換画素と、信号読出し制御手段と、記憶手段と、画像
信号合成手段とから主に構成されている。

【００２２】ここで、光電変換画素は、アレイ状に配列
され、入射光を蓄積して画像情報信号に変換して出力す
る。信号読出し制御手段は、前記複数の画素から互いに
異なる蓄積時間の第１と第２の画像情報信号群を読み出
す。記憶手段は、前記第１と第２の画像情報信号群をそ
れぞれ別個に記憶する。

【００２３】画像信号合成手段は、前記記憶手段に記憶
された第１と第２の画像情報信号群のいずれか一方の画
像情報信号群の各画像情報信号の出力レベルが全て予め
定められた基準レベル範囲内であるか否かを判定し、判
定された画像情報信号群に前記基準レベル範囲外の出力
レベルを有する画像情報信号がある場合には、他方の画
像情報信号群の内の対応する画像情報信号を前記記憶手
段から読み出して、判定された画像情報信号群が得られ
た蓄積時間と同一の蓄積時間とした場合に取り得る出力
レベルを演算して、前記基準レベル範囲外の出力レベル
を有する画像情報信号と前記演算された画像情報信号と
を置換して出力する。

【００２４】つまり、アレイ状に配列された複数の光電
変換画素から、互いに異なる蓄積時間（具体的には、蓄
積時間が短い場合と長い場合）の第１と第２の画像情報
信号群を読み出して、それぞれ別個に記憶手段に記憶さ
せる。

【００２５】次に、画像信号合成手段によって、記憶手
段に記憶された第１と第２の画像情報信号群のいずれか
一方の画像情報信号群を読出し、この読み出された画像
情報信号群の各画像情報信号の出力レベルが予め定めら
れた基準レベル範囲内であるか否かを判定する。

【００２６】即ち、記憶手段から読み出された画像情報
信号群の中に、出力レベルが、従来例において示した図
８（ａ），（ｂ）のように、雑音レベルに達していない
画像情報信号あるいは飽和している画像情報信号が含ま
れているか否かを判定する。

【００２７】そして、記憶手段から読み出された画像情
報信号群の中に、出力レベルが、雑音レベルに達しない
画像情報信号あるいは飽和している画像情報信号が含ま
れている場合には、記憶手段に記憶されている他方の画
像情報信号群の内の対応する画像情報信号を読み出し、
判定された画像情報信号群が得られた蓄積時間と同一の
蓄積時間とした場合に取り得る出力レベルを演算して、
この演算された画像情報信号と雑音レベルに達しない画
像情報信号あるいは飽和している画像情報信号とを置換
して出力する。

【００２８】即ち、例えば出力レベルが雑音レベルに達
しているか否かあるいは飽和レベルを越えていないか否
かの判定がされた画像情報信号群が、蓄積時間が長い第
２の画像情報信号群であって、この第２の画像情報信号
群の中に、例えば飽和している画像情報信号がある場
合、記憶手段に記憶されている蓄積時間が短い第１の画
像情報信号群の中から、飽和した画像情報信号を生じた
画素と同一の画素によって得られた画像情報信号を読み
出し、この読み出された画像情報信号が、蓄積時間が長
いならば取り得るであろう出力レベルを演算して求め、
この演算された画像情報信号と第２の画像情報信号群の
中の飽和している画像情報信号とを置換して出力する。

【００２９】この結果、従来、出力レベルが飽和して、
正確に読み出すことができなかった画像情報信号でも、
正確に読み出すことが可能となる。従って、どのような
照度範囲のものでも撮像することが可能となり、広範囲
なダイナミックレンジを有する撮像装置を得ることが可
能になる。

【００３０】請求項２に記載の発明による撮像装置で
は、請求項１に記載の撮像装置において、前記画像信号
合成手段が、前記第１と第２の画像情報信号群のいずれ
か一方を固定的に前記判定の対象として定め、この判定
対象の画像情報信号群の各画像情報信号の出力レベルが
前記基準レベル範囲の上限、及び／又は、下限を越えて
いるか否かを判定する手段を含んでいる。

【００３１】つまり、画像情報信号群の中の大部分の画
像情報信号は、前記予め定められた基準レベルの範囲
（具体的には、雑音レベル (Ｖ_NL) 以上であって、飽和
レベル(Ｖ_SAT)以下の範囲（従来例、図８（ａ），
（ｂ）参照。））内に入っていることが一般的である。
換言すれば、前記基準レベル範囲外の画像情報信号は、
画像情報信号群の中にわずかしか含まれていない。

【００３２】従って、第１と第２の画像情報信号群のい
ずれか一方を固定的に基準レベル範囲内であるか否かが
判定される画像情報信号群と定め、この判定対象の画像
情報信号群の中に、基準レベル範囲の上限を越える出力
レベルの画像情報信号、又は基準レベル範囲の下限に達
しない出力レベルの画像情報信号、及び基準レベル範囲
の上限を越える出力レベルの画像情報信号と基準レベル
範囲の下限に達しない出力レベルの画像情報信号、が含
まれていないか否かを判定することによっても、広範囲
なダイナミックレンジを有する撮像装置を得ることが可
能になる。

【００３３】即ち、上記種類の画像情報信号が含まれて
いる場合には、記憶手段に記憶されている他方の画像情
報信号群を読み出して、対応する画像情報信号を演算し
て、置換することにより、装置のダイナミックレンジを
拡大することが可能になる。尚、判定対象とされる画像
情報信号群が定められると、置換するための画像情報信
号群も結果として定められる。例えば、判定対象とされ
る画像情報信号群が第１の画像情報信号群である場合に
は、置換するための画像情報信号群は第２の画像情報信
号群である。

【００３４】請求項３に記載の発明による撮像装置で
は、請求項１に記載の撮像装置において、前記信号読出
し制御手段と前記記憶手段との間に、分解能が互いに異
なる第１と第２のＡ／Ｄ変換部が備えられている。

【００３５】つまり、蓄積時間が短い画像情報信号群を
第１の画像情報信号群とし、又蓄積時間が長い画像情報
信号群を第２の画像情報信号群とした場合において、例
えば蓄積時間が短い第１の画像情報信号群の出力レベル
を蓄積時間の長い第２の画像情報信号群の出力レベルに
対応させた場合、第１の画像情報群の出力レベルが粗悪
になる。

【００３６】簡単に述べると、蓄積時間が短い第１の画
像情報信号群の出力レベルを蓄積時間の長い第２の画像
情報信号群の出力レベルに対応させるということは、第
１の画像情報信号群の出力レベルを引き伸ばすというこ
とであり、このため、引き伸ばされた画像情報信号群の
出力レベルは粗悪になる。

【００３７】また、画素から出力される画像情報信号は
アナログ信号であり、これを記憶手段に記憶させるため
には、デジタル信号に変換する必要があるために、信号
読出し制御手段と記憶手段との間に必然的にＡ／Ｄ変換
部が配置される。

【００３８】従って、分解能が互いに異なる第１と第２
のＡ／Ｄ変換部を信号読出し手段と記憶手段との間に配
設して、第１と第２の画像情報信号群のそれぞれを別々
のＡ／Ｄ変換部を介した後に記憶手段に記憶させるよう
にすると、画像情報信号群の出力レベルが粗悪になるこ
とが防止される。具体的に述べれば、出力レベルを対応
させられることとなる画像情報信号群をデジタル信号に
変換するためのＡ／Ｄ変換部を高分解能にすればよい。

【００３９】請求項４に記載の発明による撮像装置で
は、請求項３に記載の撮像装置において、前記第１と第
２のＡ／Ｄ変換部の少なくともいずれか一方に、Ａ／Ｄ
変換利得を設定変更可能な調整手段が含まれている。

【００４０】つまり、本発明による撮像装置を例えば一
般的なビデオカメラに適用する場合において、適用する
ビデオカメラの規格・規定等の理由により、複数の画素
から第１と第２の画像情報信号群を得るための互いに異
なる蓄積時間をそれぞれ理想的な時間とすることができ
ない場合がある。勿論、例えばデジタル演算回路等を用
いれば、理想的な時間を確保することができるが、装置
の回路構成が複雑になるとともに、コスト的にも高価に
なる場合が多い。

【００４１】従って、このような場合には、アナログ的
にＡ／Ｄ変換部の利得（ゲイン）を自由に設定変更可能
な調整手段を設けることにより、装置の回路構成が複雑
になることもなく、又コスト的にも高価になることもな
く、複数の画素から第１と第２の画像情報信号群を得る
ための互いに異なる蓄積時間をそれぞれ理想的な時間と
することが可能となる。

【００４２】請求項５に記載の発明による撮像装置で
は、請求項１に記載の撮像装置において、前記画像信号
合成手段は、記憶手段から読み出され、前記基準レベル
範囲内であるか否かが判定される一方の画像情報信号群
と、前記記憶手段から読み出される他方の画像情報信号
群との差を演算する手段を含んでいる。

【００４３】つまり、撮像対象物には、大きく分類して
静止物と移動物とがある。画像情報信号の合成（画像情
報信号を演算して置換する処理）は、撮像対象物が静止
物であるのか移動物であるのか、判断してなされるのが
好ましい。請求項５に記載の発明による撮像装置では、
撮像対象物が静止物であるのか移動物であるのかを判断
することが可能となる。

【００４４】即ち、第１と第２の画像情報信号群は、そ
れぞれ複数の光電変換画素に蓄積されて得られる時間が
互いに異なっているため、撮像対象物が動いた場合に
は、一方の画像情報信号群の各画像情報信号の出力レベ
ルと他方の画像情報信号群の各画像情報信号の出力レベ
ルとを一致するように演算することができないのであ
る。

【００４５】更に述べると、静止物を撮像した場合に
は、第１と第２の画像情報信号群の各画像情報信号の出
力レベルを演算することによってそれぞれの出力レベル
を対応させた結果、それぞれの出力レベルの差は０
（零）になるのであるが、移動物を撮像した場合には、
第１と第２の画像情報信号群の各画像情報信号の出力レ
ベルを演算することによってそれぞれ出力レベルを対応
させた結果、それぞれの出力レベルの差は０（零）には
ならないのである。

【００４６】従って、複数の画素から互いに異なる蓄積
時間の第１と第２の画像情報信号群を読み出すことが可
能な装置においては、用途や目的に応じた種々様々な画
像を得ることが可能となる。即ち、演算した結果、それ
ぞれの出力レベルの差が０（零）にはならないことを利
用し、移動物を撮像して、例えば蓄積時間が短い第１の
画像情報信号群の各画像情報信号の出力レベルを蓄積時
間が長い第２の画像情報信号群の各画像情報信号の出力
レベルに対応させると、蓄積時間が短い第１の画像情報
信号群には移動物を含まない背景部分の画像情報信号が
得られるため、結局、移動物が静止した画像が得られ
る。

【００４７】逆に、例えば蓄積時間が長い第２の画像情
報信号群の各画像情報信号の出力レベルを蓄積時間が短
い第１の画像情報信号群の各画像情報信号の出力レベル
に対応させると、蓄積時間が長い第２の画像情報信号群
の各画像情報信号は、背景部分を移動した移動物が尾を
引いたようになり、結局、移動物の移動状態を強調した
画像が得られる。

【００４８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る撮像装置の
概略構成ブロック図を示す説明図である。図１に示すよ
うに本実施例に係る撮像装置は、アレイ状に配列された
複数の光電変換素子（光電変換画素）１１及び第１と第
２の信号読出し制御機構（信号読出し制御手段）１２，
１３とを有するイメージセンサ１０と、第１，第２のＡ
／Ｄ変換部２１，２２と、第１，第２の記憶部（記憶手
段）３１，３２と、出力レベル演算機構４１とレベル判
定機構４２及びスイッチング機構４３とを有する画像信
号合成部（画像信号合成手段）４０と、Ｄ／Ａ変換機構
５１と視覚補正機構５２及び表示機構５３とを有する画
像表示部５０と、制御部６０とから主に構成されてい
る。

【００４９】イメージセンサ１０は、各光電変換素子１
１によって入射光に応じた電荷を蓄積して画像情報信号
に変換すると共に、第１と第２の読出し制御機構１２，
１３によって複数の光電変換素子１１から光蓄積時間が
短い画像情報信号群（以下、「短時間画像情報信号群」
という。）と光蓄積時間が長い画像情報信号群（以下、
「長時間画像情報信号群」という。）をそれぞれ非破壊
で読出し、読み出された短時間画像情報信号群を第１の
Ａ／Ｄ変換部２１へ、長時間画像情報信号群を第２のＡ
／Ｄ変換部２２へ順次出力する。

【００５０】第１，第２のＡ／Ｄ変換部２１，２２は、
イメージセンサ１０（第１，第２の読出し制御機構１
２，１３）から送出されるアナログ信号である画像情報
信号群をデジタル信号に変換する。また、第１の記憶部
３１は第１のＡ／Ｄ変換部２１によってデジタル信号に
変換された短時間画像情報信号群を記憶し、第２の記憶
部３２は第２のＡ／Ｄ変換部２２によってデジタル信号
に変換された長時間画像情報信号群を記憶する。

【００５１】画像信号合成部４０の出力レベル演算機構
４１は、第１の記憶部３１に記憶された短時間画像情報
信号群を第２の記憶部３２に記憶された長時間画像情報
信号群が得られた蓄積時間と同一の蓄積時間とした場合
に、短時間画像情報信号群の各画像情報信号が取り得る
出力レベルを演算する。また、レベル判定機構４２は、
第２の記憶部３２に記憶された長時間画像情報信号群の
全ての画像情報信号の出力レベルが予め定められた基準
レベル範囲内であるか否かを判定する。スイッチング機
構４３は、第２の記憶部３２に記憶された長時間画像情
報信号群に前記予め定められた基準レベル範囲外の出力
レベルを有する画像情報信号がある場合に、この予め定
められた基準レベル範囲外の出力レベルを有する画像情
報信号と対応する短時間画像情報信号群の中の画像情報
信号を第１の記憶部３１から出力レベル演算機構４１を
介して読み出して、前記基準レベル範囲外の出力レベル
を有する画像情報信号と前記読み出された画像情報信号
とを置換する。

【００５２】画像表示部５０は、Ｄ／Ａ変換機構５１に
よって画像信号合成部４０（スイッチング機構４３）か
ら送出されるデジタル信号である画像情報信号群をアナ
ログ信号に変換し、視覚補正機構５２によって画像情報
信号群を必要に応じて例えばγ補正等の色度の補正を行
い、例えばＣＲＴや液晶表示器等の表示機構５３によっ
て映像が再現される。尚、制御部６０は、上記各部に作
動命令あるいは作動条件等を与え、その動作を制御して
いる。

【００５３】上記のように構成された本実施例に係る撮
像装置の動作を図２を参照しながら説明する。尚、図２
は、それぞれ異なった照度の入射光（画像光）を受ける
光電変換素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（複数の光電変換素子１
１）から出力される画像情報信号の出力レベル（出力電
圧）と光蓄積時間との関係を示す出力電圧−光蓄積時間
特性グラフである。

【００５４】先ず、図２に示す時刻Ｔ₁ において、制御
部６０からイメージセンサ１０に作動命令が与えられる
と、光電変換素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（複数の光電変換素子
１１）が時刻Ｔ₁ まで入射光を蓄積して得られた画像情
報信号群（短時間画像情報信号群）が第１の信号読み出
し機構１２によって読み出され、第１のＡ／Ｄ変換部２
１によってデジタル信号からアナログ信号に変換され
て、第１の記憶部３１に記憶される。尚、このときイメ
ージセンサ１０は、非破壊動作をしており、各光電変換
素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに蓄積される入射光に応じた電荷は
リセットされず、そのまま続けて蓄積される。

【００５５】次に、図２に示す時刻Ｔ₁ より６４倍長い
時刻Ｔ₂ において、制御部６０からイメージセンサ１０
に作動命令が与えられると、同一の光電変換素子Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄが時刻Ｔ₂ まで入射光を蓄積して得られた画
像情報信号群（長時間画像情報信号群）が第２の信号読
出し制御機構１３によって読み出され、第２のＡ／Ｄ変
換部２２によってデジタル信号からアナログ信号に変換
され、第２の記憶部３２に記憶される。尚、時刻Ｔ₂ に
おいて、イメージセンサ１０の各光電変換素子Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄに蓄積された入射光に応じた電荷はリセットさ
れ、各光電変換素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの蓄積電荷は０
（零）となる。

【００５６】次に、制御部６０から画像信号合成部４０
に作動命令が与えられると、レベル判定機構４２が、第
２の記憶部３２に記憶された長時間画像情報信号群の各
画像情報信号の出力レベルが全て飽和レベルＶ_SAT 内で
あるか否かを判定する。尚、図２からも明らかなよう
に、本実施例においては、光電変換素子Ａによる長時間
画像情報信号の出力レベル（Ｖ_A2）が飽和レベルＶ_SAT
上で飽和しているということが、レベル判定機構４２に
よって判定される。

【００５７】次に、画像信号合成部４０の出力レベル演
算機構４１は、前記レベル判定機構４２の判定結果よ
り、光電変換素子Ａによる長時間画像情報信号が飽和し
ているということを判断すると、第１の記憶部３１に記
憶されている光電変換素子Ａから出力された短時間画像
情報信号を読み出し、長時間画像情報信号群を得るため
の蓄積時間と同一の蓄積時間とした場合に、光電変換素
子Ａから読み出された短時間画像情報信号が取り得る出
力レベルを演算する。

【００５８】即ち、長時間画像情報信号群の出力レベル
は、光電変換素子Ａから出力された長時間画像情報信号
を除き、全て対応する光電変換素子から出力された短時
間画像情報信号群の６４倍の出力レベルとなっている。
これは、長時間画像情報信号群が、短時間画像情報信号
群が出力された時刻Ｔ₁ よりも６４倍長い時刻Ｔ₂ まで
複数の光電変換素子に蓄積された入射光によって生成さ
れた画像情報信号群であるためである。

【００５９】従って、光電変換素子Ａから出力された短
時間画像情報信号の出力レベルＶ_A1を６４倍に演算する
ことにより、飽和して正確な出力レベルが不明となって
いる長時間画像情報信号の出力レベルＶ_A2の正確な出力
レベルが判明する。

【００６０】次に、スイッチング機構４３が、出力レベ
ル演算機構４１において演算された短時間画像情報信号
を読み出して、光電変換素子Ａから出力されて飽和して
いる画像情報信号と前記読み出された短時間画像情報信
号とを置換する。

【００６１】この結果、光電変換素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに
から出力される全ての画像情報信号を正確に読み出すこ
とができ、撮像装置のダイナミックレンジを６４倍に拡
大することができる。従って、イメージセンサ１０が本
来有するダイナミックレンジを、例えば１０００倍（６
０デシベル）とした場合、撮像装置全体としては６４０
００倍（９６デシベル）のダイナミックレンジを得るこ
とができる。

【００６２】尚、一般的に、光蓄積時間が長い画像情報
信号群は、光蓄積時間が短い画像情報信号に比べて、い
わゆるＳ／Ｎ比が良く、良好な画質が得られるため、図
１と図２を用いた実施例では、光蓄積時間が長い画像情
報信号群の出力レベルを判定対象として、撮像装置のダ
イナミックレンジを拡大している。即ち、出力レベルが
飽和した画像情報信号（Ｖ_A2）を光蓄積時間の短い画像
情報信号（Ｖ_A1）によって置換することにより、撮像装
置のダイナミックレンジを拡大している。

【００６３】ところが、撮像時において、撮像装置に手
振れ等が生じた場合には、光蓄積時間が長い画像情報信
号群の出力レベルを判定対象にすると、手振れ等による
影響が大きく現れる。このため、光蓄積時間の短い画像
情報信号群の出力レベルを判定対象とした方が手振れ等
の影響が少ない良好な画質が得られる場合が多い。

【００６４】従って、撮像時において、撮像装置に手振
れ等が生じた場合には、光蓄積時間の短い画像情報信号
群の出力レベルを判定対象とする方が好ましい。

【００６５】尚、光蓄積時間の短い画像情報信号群の出
力レベルを判定対象とした場合には、光電変換素子Ｄか
ら出力される短時間画像情報信号の出力レベルＶ_D1が雑
音レベルＶ_NLに達しないため（図２参照）、光電変換素
子Ｄから出力された長時間画像情報信号の出力レベルＶ
_D2を出力レベル演算機構４１によって１／６４倍に演算
する。

【００６６】そして、スイッチング機構４３によって、
光電変換素子Ｄから出力された短時間画像情報信号と光
電変換素子Ｄから出力された長時間画像情報信号とを置
換することにより、光蓄積時間が長い画像情報信号群の
出力レベルを判定対象とした場合と同様に、撮像装置の
ダイナミックレンジを拡大することができ、加えて、手
振れ等の少ない良好な画質を得ることができる。

【００６７】従って、光蓄積時間の長い画像情報信号群
の出力レベルを判定対象としても良く、又光蓄積時間の
短い画像情報信号群の出力レベルを判定対象としても、
撮像装置のダイナミックレンジを拡大することができ
る。

【００６８】尚、撮像装置の手振れ等を検出する方法と
しては、例えば撮像して得られた２つの画像の周辺（エ
ッジ）の位置を比較して検出しても良く、又、加速度セ
ンサーや角速度センサー等の機械的センサーで検出して
も良い。

【００６９】また、本実施例に係る撮像装置において、
第１のＡ／Ｄ変換部２１と第２のＡ／Ｄ変換部２２の分
解能が同一である場合には、例えば短時間画像情報信号
の出力レベルを６４倍にした場合、この短時間画像情報
信号の出力レベルは、長時間画像情報信号の出力レベル
に比べて粗悪になる場合が考えられる。

【００７０】即ち、簡単に考えた場合を述べれば、短時
間画像情報信号の出力レベルを６４倍にするということ
は、長時間画像情報信号の出力レベルにまで引き伸ばす
ということであり、このため、引き伸ばされた短時間画
像情報信号の出力レベルは粗悪になることが考えられる
のである。

【００７１】従って、画像情報信号の出力レベルが粗悪
になることを防止するためには、第１のＡ／Ｄ変換部２
１の分解能を予め第２のＡ／Ｄ変換部２２の分解能より
細かくしておくことが好ましい。このようにすると、短
時間画像情報信号の出力レベルを６４倍にしても画像情
報信号の出力レベルが粗悪になることが防止される。

【００７２】尚、本実施例に係る撮像装置では、時刻Ｔ
₁ と時刻Ｔ₂ との比が６４であるため、理想的には、第
１のＡ／Ｄ変換部２１の分解能が６４倍細かいこと（例
えば６ビット程度）が望ましいが、これに限定されるこ
となく、現実的には、Ａ／Ｄ変換器の入手のし易さや経
済性などを考慮し、第１のＡ／Ｄ変換部２１の分解能を
１２ビット程度とし、第２のＡ／Ｄ変換部２２の分解能
を８ビット程度としても撮像装置のダイナミックレンジ
を十分拡大することができる。

【００７３】ところで、図２を用いて説明した撮像装置
の動作は、例えばビデオカメラの場合では、１画面分
（通常のテレビレートにおける１／３０の画面）のみの
説明であり、実際に撮像装置を使用した場合には、この
１画面が連続することになる。従って、この場合留意す
べき点は、画像情報信号群の読出し動作である。

【００７４】即ち、従来例において説明したように、光
蓄積時間を短くしても（例えば図２に示す時刻Ｔ₁ ）光
蓄積時間と対応して画像情報信号群を読出すための読出
し時間を短くすることは困難であり、従って、光蓄積時
間を短くしても短蓄積画像情報信号群を読出すための読
出し時間は、光蓄積時間が長い（例えば図２に示す時刻
Ｔ₂ ）画像情報信号群を読み出すための読出し時間と変
わらない。

【００７５】このため、図３に示すように、第２画面の
短時間画像情報信号群の読出し動作（読み出しＳ２）
と、第１画面の長時間画像情報信号群の読出し動作（読
み出しＬ１）とは、時間的に一部同時に読み出し動作を
行わざるを得ない。また、第１画面の短時間画像情報信
号群の読出し動作（読み出しＳ１）は、第２画面の光蓄
積動作（蓄積Ｓ２）の終了時（時刻Ｔ_a1）まで行わざる
を得ない。従って、以下に、このような読出し動作を行
うイメージセンサの動作について説明する。尚、図３
は、図１に示す撮像装置から出力される画像情報信号群
を連続的に読み出す場合の連続画面の読み出し状態を示
す説明図である。

【００７６】図４は、図１において示したイメージセン
サ１０の一例を示す概略模式回路図であり、図３を用い
て説明した読出し動作を行うイメージセンサである。
尚、図４に示すイメージセンサでは、説明のために４つ
の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂が、２行２列のマトリク
ス状に配置された場合を例示しており、ここでは、ソー
スフォロワによる信号読み出し方式を用いている。尚、
各画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂は、ＭＯＳ型静電誘導ト
ランジスタ（ＭＯＳＳＩＴ）から構成され、入射光量に
応じた電荷を画素内部に蓄積し、これを非破壊増幅して
読み出すものである。

【００７７】各画素（ＭＯＳＳＩＴ）Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，
Ｓ₂₁，Ｓ₂₂のソースは、マトリクス配置の各列毎に垂直
ソースライン７０ａあるいは７０ｂに共通に接続され、
また、各画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂のドレインには行
ライン７３を介して電源電圧Ｖ_Dが共通に印加されてい
る。

【００７８】各画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂のゲート電
極は、マトリクス配置の各行毎に垂直走査回路７４によ
って走査されるゲートライン７１ａあるいは７１ｂに共
通に接続されており、垂直走査回路７４から送出される
駆動パルスφＶ₁ あるいはφＶ₂ によって前記画素が行
単位で動作するようになっている。

【００７９】前記垂直ソースライン７０ａと７０ｂは、
一方において、各列毎に短時間画像情報信号群転送用Ｍ
ＯＳトランジスタＱ_S1，Ｑ_S2（以下、単に「トランジス
タＱ_S1，Ｑ_S2」という。）及び長時間画像情報信号群転
送用ＭＯＳトランジスタＱ_L1，Ｑ_L2（以下、単に「トラ
ンジスタＱ_L1，Ｑ_L2」という。）を介して短時間画像情
報信号群蓄積用コンデンサＣ_S1，Ｃ_S2（以下、単に「コ
ンデンサＣ_S1，Ｃ_S2」という。）及び長時間信号蓄積用
コンデンサＣ_L1，Ｃ_L2（以下、単に「コンデンサＣ_L1，
Ｃ_L2」という。）に接続されるとともに、水平読出し選
択用ＭＯＳトランジスタＱ_HS1,Ｑ_HS2,Ｑ_HL1,Ｑ_HL2 を各
々経て信号出力線７５ａ及び７５ｂに接続されている。

【００８０】尚、前記水平読出し選択用ＭＯＳトランジ
スタＱ_HS1,Ｑ_HS2,Ｑ_HL1,Ｑ_HL2 の各々のゲート電極に
は、水平走査回路７６の水平選択信号ライン７７ａある
いは７７ｂが共通に接続され、該水平走査回路７６から
送出される駆動パルスによって前記水平読出し選択用Ｍ
ＯＳトランジスタＱ_HS1,Ｑ_HS2,Ｑ_HL1,Ｑ_HL2 による水平
読出しが制御されるようになっている。

【００８１】トランジスタＱ_S1，Ｑ_S2の各ゲート電極は
クロックライン７８ａを介して、又トランジスタＱ_L1，
Ｑ_L2の各ゲート電極はクロックライン７９ａを介して、
それぞれ駆動パルス発生回路７８及び７９に接続され、
該駆動パルス発生回路７８及び７９から送出されるそれ
ぞれの駆動パルスφ_TS，φ_TLによって、トランジスタＱ
_S1，Ｑ_S2及びトランジスタＱ_L1，Ｑ_L2が各々予め定めら
れた順序で交互に動作するようになっている。

【００８２】前記垂直ソースライン７０ａ及び７０ｂ
は、他方において、各列毎にリセット用トランジスタＱ
_R1，Ｑ_R2のドレインと、ソースフォロワ読み出し用定電
流源８０ａ，８０ｂに接続されており、また各リセット
用トランジスタＱ_R1，Ｑ_R2のソースは接地されている。

【００８３】尚、リセット用トランジスタＱ_R1，Ｑ_R2の
ゲート電極は、駆動パルス発生回路８１によって走査さ
れるリセット用クロックライン８１ａに共通接続されて
おり、駆動パルス発生回路８１から送出されるリセット
パルスφ_RSによってリセット用トランジスタＱ_R1，Ｑ_R2
が動作するようになっている。そして、前記リセットパ
ルスφ_RSが供給された場合には、リセット用トランジス
タＱ_R1，Ｑ_R2が導通（オン）して、垂直ソースライン７
０ａ，７０ｂを接地状態にすることができるようになっ
ている。

【００８４】また、ソースフォロワ読み出し用定電流源
８０ａ，８０ｂは、ソースフォロワ動作の時定数を制御
すると同時に、各画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂毎のバイ
アス点の変動等による時定数ばらつきを抑えて、ゲイン
を揃え、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を抑えるように
なっている。

【００８５】次に、図５に示すタイミングチャートを参
照しながら、更に詳細に上記イメージセンサの動作につ
いて説明する。尚、説明の便宜上、第１行目の画素
Ｓ₁₁，Ｓ₁₂が２度目の蓄積状態となった時点から説明す
る。即ち、電圧レベルがＶ_RSの駆動パルスφＶ₁ を垂直
走査回路７４（図４参照）から第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ
₁₂のゲート電極に与え、これら画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の内部に
溜っていた電荷を排出させて、これら画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂を
リセット（初期化）した直後、即ち期間ｔ₁₀から説明す
る。

【００８６】図５に示すように、期間ｔ₁₀は、第１行目
の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の（２度目の）光蓄積時間が短い時間
帯（以下、「短光蓄積時間」という。）Ｔ₁₁₂ となって
いる。そして、期間ｔ₁₀の終了（期間ｔ₁₁の最初）と同
時に、第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂のゲート電極に、垂直
走査回路７４からゲートライン７１ａを介して電圧レベ
ルがＶ_RDの駆動パルスφＶ₁ が与えられる。

【００８７】この結果、短光蓄積時間Ｔ₁₁₂ において、
第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の内部に蓄積された電荷に対
応する画像情報信号群（短時間画像情報信号群）が垂直
ソースライン７０ａ及び７０ｂに出力される。尚、この
とき同時に（期間ｔ₁₁の最初において）、駆動パルスφ
_TSがハイレベルになってトランジスタＱ_S1，Ｑ_S2が導通
（オン）状態とされ、第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂から出
力された短時間画像情報信号群がトランジスタＱ_S1，Ｑ
_S2を介してコンデンサＣ_S1，Ｃ_S2に蓄積される。また、
この第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂は、期間ｔ₁₀の終了後で
も、光蓄積状態（光蓄積時間が長い時間帯（以下、「長
光蓄積時間」という。）Ｔ₁₂₂ ）となっている。

【００８８】次に、期間ｔ₁₁の終了時（期間ｔ₁₂の最
初）において、駆動パルスφ_TSがローレベルになり、ト
ランジスタＱ_S1，Ｑ_S2が非導通（オフ）状態にされ、前
記短時間画像情報信号群がコンデンサＣ_S1，Ｃ_S2に保持
されたままの状態にされると共に、第１行目の画素
Ｓ₁₁，Ｓ₁₂のリセット前（前画面）から継続していた第
２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂の長光蓄積時間Ｔ₂₂₁ が終了す
る。そして、第２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂のゲート電極に
垂直走査回路７４からゲートライン７１ｂを介して電圧
レベルがＶ_RDの駆動パルスφＶ₂ が与えられる。

【００８９】この結果、長光蓄積時間Ｔ₂₂₁ において、
第２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂の内部に蓄積された電荷に対
応する画像情報信号群（長時間画像情報信号群）が垂直
ソースライン７０ａ及び７０ｂに出力される。尚、この
とき同時に（期間ｔ₁₂の最初において）、駆動パルスφ
_TLがハイレベルになってトランジスタＱ_L1，Ｑ_L2が導通
（オン）状態にされ、該トランジスタＱ_L1，Ｑ_L2を介し
て前記長時間画像情報信号群がコンデンサＣ_L1，Ｃ_L2に
蓄積される。

【００９０】そして、期間ｔ₁₂の終了時には、駆動パル
スφ_TLがローレベルになり、トランジスタＱ_L1，Ｑ_L2が
非導通（オフ）状態とされ、前記長時間画像情報信号群
がコンデンサＣ_L1，Ｃ_L2に保持されたままの状態にな
る。

【００９１】即ち、期間ｔ₁₂の終了時には、図４におい
て示したコンデンサＣ_S1，Ｃ_S2には短光蓄積時間Ｔ₁₁₂
によって第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂から出力された短時
間画像情報信号群が蓄積されており、また、図４におい
て示したコンデンサＣ_L1，Ｃ_L2には長光蓄積時間Ｔ₂₂₁
によって第２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂から出力された長時
間画像情報信号群が蓄積されている。

【００９２】次に、期間ｔ₁₃において、第２行目の画素
Ｓ₂₁，Ｓ₂₂のゲート電極に、垂直走査回路７４からゲー
トライン７１ｂを介して電圧レベルがＶ_RSの駆動パルス
φＶ₂ が与えられるとともに、リセットパルスφ_RSがハ
イレベルにされ、第２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂の内部に溜
っていた電荷が排出され、これら画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂のみが
リセット（初期化）され、期間ｔ₁₄の最初から、第２行
目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂が２度目の光蓄積状態（短光蓄積時
間Ｔ₂₁₂ 及び長光蓄積時間Ｔ₂₂₂ ）とされる。尚、第２
行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂の長光蓄積時間Ｔ₂₂₁ が終了した
後に、これら画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂から得られる長時間画像情
報信号群の読み出し動作と、これら画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂のリ
セット動作とは、同一水平帰線期間内で行われる。

【００９３】次に、期間ｔ₁₄中において、水平走査回路
７６から水平選択信号ライン７７ａ及び７７ｂを介して
駆動パルスが水平読出し選択用ＭＯＳトランジスタＱ
_HS1 ，Ｑ_HL1 及びＱ_HS2 ，Ｑ_HL2 の各々のゲート電極に
順次与えられ、コンデンサＣ_S1，Ｃ_S2に保持されていた
短時間画像情報信号群及びコンデンサＣ_L1，Ｃ_L2に保持
されていた長時間画像情報信号群が、それぞれ順次信号
出力線７５ａあるいは７５ｂに読み出され、出力端子Ｖ
_OL及びＶ_OSから出力される。

【００９４】即ち、前記出力端子Ｖ_OLから出力された長
時間画像情報信号群は、例えば図１において示した第２
のＡ／Ｄ変換部２２を介して第２の記憶部３２に記憶さ
れ、前記出力端子Ｖ_OSから読み出される画像情報信号群
は、第１のＡ／Ｄ変換部２１を介して第１の記憶部３１
に記憶される。

【００９５】次に、期間ｔ₁₅の最初（期間ｔ₁₄の終了
時）において、第２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂の短光蓄積時
間Ｔ₂₁₂ が終了するとともに、駆動パルスφ_TSがハイレ
ベルになってトランジスタＱ_S1，Ｑ_S2が導通（オン）状
態とされる。

【００９６】この結果、前記短光蓄積時間Ｔ₂₁₂ におい
て第２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ₂₂で生成された短時間画像情
報信号群が、垂直ソースライン７０ａ，７０ｂに出力さ
れ、トランジスタＱ_S1，Ｑ_S2を介してコンデンサＣ_S1，
Ｃ_S2に蓄積される。

【００９７】次に、期間ｔ₁₆の最初（期間ｔ₁₅の終了
時）において、駆動パルスφ_TSがローレベルになり、ト
ランジスタＱ_S1，Ｑ_S2が非導通（オフ）状態にされ、前
記短光蓄積時間Ｔ₂₁₂ において第２行目の画素Ｓ₂₁，Ｓ
₂₂で生成された短時間画像情報信号群がコンデンサ
Ｃ_S1，Ｃ_S2に保持されたままの状態にされる。

【００９８】また、このとき（期間ｔ₁₆の最初）、第１
行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂のゲート電極に、垂直走査回路７
４からゲートライン７１ａを介して電圧レベルがＶ_RDの
駆動パルスφＶ₁ が与えられ、第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ
₁₂の長光蓄積時間Ｔ₁₂₂ が終了する。

【００９９】また、このとき（期間ｔ₁₆の最初）同時
に、駆動パルスφ_TLがハイレベルになって、トランジス
タＱ_L1，Ｑ_L2が導通（オン）状態とされ、前記長光蓄積
時間Ｔ₁₂₂ において第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂で生成さ
れた長時間画像情報信号群が、垂直ソースライン７０
ａ，７０ｂからトランジスタＱ_L1，Ｑ_L2を介してコンデ
ンサＣ_L1，Ｃ_L2に蓄積される。

【０１００】次に、期間ｔ₁₇の最初（期間ｔ₁₆の終了
時）において、前記駆動パルスφ_TLがローレベルになっ
て、トランジスタＱ_L1，Ｑ_L2が非導通（オフ）状態とさ
れ、前記長光蓄積時間Ｔ₁₂₂ において第１行目の画素Ｓ
₁₁，Ｓ₁₂で生成された長時間画像情報信号群が、コンデ
ンサＣ_L1，Ｃ_L2にに保持されたままの状態とされる。

【０１０１】このとき同時に（期間ｔ₁₇の最初）、第１
行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂のゲート電極に、電圧レベルがＶ
_RSの駆動パルスφＶ₁ が与えられるとともに、リセット
パルスφ_RSがハイレベルにされて、リセット用トランジ
スタＱ_R1，Ｑ_R2が駆動し、垂直ソースライン７０ａ，７
０ｂが定電流源８０ａ，８０ｂによって接地レベルにさ
れ、第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂のゲートに溜っていた電
荷が排出され、これら第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂のみが
リセット（初期化）される。尚、第１行目の画素Ｓ₁₁，
Ｓ₁₂の長光蓄積時間Ｔ₁₂₂ が終了した後に、これら画素
Ｓ₁₁，Ｓ₁₂から得られる長時間画像情報信号群の読み出
し動作と、これら画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂のリセット動作とは、
同一水平帰線期間内で行われる。

【０１０２】そして、期間ｔ₂₀の最初（期間ｔ₁₇の終了
時）において、第１行目の画素Ｓ₁₁，Ｓ₁₂が、３度目の
光蓄積状態となり、短光蓄積時間Ｔ₁₁₃ 及び長光蓄積時
間Ｔ₁₂₃ の光蓄積状態とされ、この期間ｔ₂₀中におい
て、水平走査回路７６から水平選択信号ライン７７ａ及
び７７ｂを介して駆動パルスが水平読出し選択用ＭＯＳ
トランジスタＱ_HS1 ，Ｑ_HL1 及びＱ_HS2 ，Ｑ_HL2 の各々
のゲート電極に順次与えられ、コンデンサＣ_S1，Ｃ_S2に
保持された短時間画像情報信号群及びコンデンサＣ_L1，
Ｃ_L2に保持された長時間画像情報信号群が、それぞれ順
次信号出力線７５ａ及び７５ｂに読み出され、出力端子
Ｖ_OL及びＶ_OSから出力される。

【０１０３】以上の動作を繰り返し行うことにより、図
３において説明した連続画面の画像情報信号群を読み出
すことができる。尚、図４に示すイメージセンサでは、
マトリクス状に配置された画素が２行２列の４つの画素
Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂の場合を例示しているが、図５
に示す出力端子Ｖ_OL及びＶ_OSから出力される画像情報信
号の出力総数は、２行２列の４つの画素から得られる画
像情報信号の出力総数よりも多くなっている。これは、
マトリクス状に配置される画素が実際には１０００行１
０００列以上となるため、このことに対応して画像情報
信号の出力総数を多くしたものである。

【０１０４】尚、出力端子Ｖ_OSから出力される短時間画
像情報信号群は、図１において示した第１のＡ／Ｄ変換
部２１を介して第１の記憶部３１に記憶され、出力端子
Ｖ_OLから出力される長時間画像情報信号群は、第２のＡ
／Ｄ変換部２２を介して第２の記憶部３２に記憶される
が、同一時間に各記憶部３１，３２に記憶される各画像
情報信号群は、それぞれ異なった画素によって生成され
た画像情報信号群である。

【０１０５】従って、出力レベルを判定するために記憶
部３１あるいは記憶部３２から画像情報信号群を読み出
すときは、同一の画素によって生成された画像情報信号
となるように読み出して、出力レベルが雑音レベルＶNL
に達しない画像情報信号、あるいは飽和レベルＶSAT を
越える画像情報信号が、それぞれ図１において示した画
像信号合成部４０によって対応する他方の画像情報信号
と置換される。

【０１０６】また、図４に示すイメージセンサでは、短
光蓄積時間による短時間画像情報信号群の読出し時に、
当該画素とは別の画素の長光蓄積時間による長時間画像
情報信号群を読み出すという並列動作になっており、単
位時間当たりの読出しフレーム数は変わらないため、Ｎ
ＴＳＣ方式等の動画に適用できることはいうまでもな
い。

【０１０７】また、画像情報信号を置換して合成する際
において、短光蓄積時間と長光蓄積時間との比が２，
４，８，・・６４・・・というように２の巾乗（２ⁿ
（ｎ＝１，２，３，…））になっている場合には、Ａ／
Ｄ変換部（２１，２２）によってディジタル変換された
画像情報信号を単純にシフトするだけで良いため、回路
構成も簡単に行うことができる。

【０１０８】しかし、図４に示すイメージセンサにおい
ては、画素から出力される画像情報信号が、水平帰線期
間内にコンデンサに蓄積されるように転送している。ま
た、これに対して、一般的なＮＴＳＣ方式では水平帰線
期間の位置等が規定されているため、短光蓄積時間と長
光蓄積時間との比を厳密に２の巾乗とすることが困難な
場合がある。このため、画像情報信号を単純に置換する
ことができない場合が生じる。勿論、例えばデジタル乗
算器などを使用して小数点演算をすれば、画像情報信号
を単純に置換しても正確な画像合成は可能ではあるが、
回路構成が複雑で高価になるという問題点が生じる。

【０１０９】このような問題点を解決するためには、例
えばデジタル演算（画像合成部４０）は２の巾乗に限定
しておき、第１のＡ／Ｄ変換部２１及び第２のＡ／Ｄ変
換部２２のゲイン（利得）を自由に変えることができる
ようにすれば回路構成が簡単で安価にすることができ
る。

【０１１０】また、一般的に、Ａ／Ｄ変換部（２１，２
２）のゲインは可変抵抗等で可変・微調整ができるの
で、例えば長光蓄積時間が短光蓄積時間の６５．３倍に
なっているときには、第１のＡ／Ｄ変換部２１のゲイン
を６５．３／６４＝１．０２倍として、デジタル乗算を
２の巾乗である６４倍とすればよい。

【０１１１】尚、上記実施例における撮像装置は、撮像
対象物が静止物である場合を想定して説明したが、撮像
対象物が移動物である場合もある。このような場合に
は、図２において示した時刻Ｔ₁ と時刻Ｔ₂ とにおける
同一の光電変換素子から出力された画像情報信号にずれ
が生じる場合がある。従って、単純に、短蓄積画像情報
信号群と長蓄積画像情報信号群と置換することが困難な
場合が生じる。そこで、以下に、撮像対象物が移動物で
ある場合に撮像装置から得られる画像情報信号の取扱い
について図５を用いて説明する。

【０１１２】図５は、撮像対象物が移動物である場合に
撮像装置から得られる画像情報信号の取扱いを示す説明
図である。図５において、Ａは撮像対象物であり、Ｂを
囲む実線は撮像対象物Ａが動いた軌跡である。また、Ｃ
はＡの背景部分である。

【０１１３】撮像対象物Ａが図５に示す状態において、
矢印に沿って移動した場合、光蓄積時間が短い短蓄積画
像情報信号群からはＡを囲む実線部分のみの情報が得ら
れる。また、光蓄積時間が長い長蓄積画像情報信号群か
らはＢを囲む実線部分の情報が得られる。従って、この
ような場合、短蓄積画像情報信号群の出力レベルを長蓄
積画像情報信号群の出力レベルと対応する出力レベルと
なるように演算して（例えば６４倍）置換しても、画像
情報信号にずれが生じることは明らかである。

【０１１４】即ち、静止物を撮像した場合には、光蓄積
時間が短い短蓄積画像情報信号群と光蓄積時間が長い長
蓄積画像情報信号群の各画像情報信号の出力レベルを演
算することによってそれぞれの出力レベルを対応させた
結果、それぞれの出力レベルの差は０（零）になるので
あるが、移動物を撮像した場合には、光蓄積時間が短い
短蓄積画像情報信号群と光蓄積時間が長い長蓄積画像情
報信号群の各画像情報信号の出力レベルを演算すること
によってそれぞれ出力レベルを対応させた結果、それぞ
れの出力レベルの差は０（零）にならないのである。

【０１１５】図２を用いて更に述べれば、静止物を撮像
した場合には、光蓄積時間が短い短蓄積画像情報信号群
と光蓄積時間が長い長蓄積画像情報信号群の各画像情報
信号の出力レベルのグラフの傾きは同一であるが、移動
物を撮像した場合には、光蓄積時間が短い短蓄積画像情
報信号群と光蓄積時間が長い長蓄積画像情報信号群の各
画像情報信号の出力レベルのグラフの傾きは途中から異
なっていまい、それぞれ出力レベルを演算して対応させ
ても、それぞれの出力レベルの差は０（零）にならない
のである。

【０１１６】従って、同一の画素から光蓄積時間が短い
短蓄積画像情報信号と光蓄積時間が長い長蓄積画像情報
信号を読み出すことができる装置においては、用途や目
的に応じた所望の画像を得ることができる。即ち、演算
した結果、それぞれの出力レベルの差が０（零）にはな
らないことを利用して、移動物を撮像した場合、例えば
光蓄積時間が短い短蓄積画像情報信号群の各画像情報信
号の出力レベルを光蓄積時間が長い長蓄積画像情報信号
群の各画像情報信号の出力レベルに対応させると、短蓄
積画像情報信号群には移動物を含まない背景部分の画像
情報信号が得られるため、結局、移動物が静止した画像
が得られる。

【０１１７】逆に、例えば長蓄積画像情報信号群の各画
像情報信号の出力レベルを短蓄積画像情報信号群の各画
像情報信号の出力レベルに対応させると、長蓄積画像情
報信号群の各画像情報信号は、背景部分を移動した移動
物が尾を引いたようになり、結局、移動物の移動状態を
強調した画像が得られる。

【０１１８】従って、同一の画素から光蓄積時間が短い
短蓄積画像情報信号と光蓄積時間が長い長蓄積画像情報
信号を読み出すことができる装置を用いて、移動物を撮
像した場合、用途や目的に応じた所望の画像を得ること
ができる。

【０１１９】尚、本発明においては、ビデオカメラに適
用する場合について説明したが、電子スチルカメラにも
本発明を適用することができることは述べるまでもな
い。

【０１２０】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、装置の性
能に制約されることがなくなり、どのような照度範囲の
ものでも撮像することができる広範囲なダイナミックレ
ンジを有する撮像装置を得ることができるという効果が
ある。

【０１２１】また、本発明では、信号読み出し手段と記
憶手段との間に、分解能が互いに異なる第１と第２のＡ
／Ｄ変換部を備えたため、画像情報信号群の出力レベル
が粗悪になることを防止することができるという効果も
ある。

【０１２２】また、本発明では、第１と第２のＡ／Ｄ変
換部の少なくともいずれか一方に、Ａ／Ｄ変換利得を設
定変更可能な調整手段を含めたため、複数の画素から第
１と第２の画像情報信号群を得るための互いに異なる蓄
積時間をそれぞれ理想的な時間とすることができるとい
う効果もある。

【０１２３】また、本発明では、画像信号合成手段が、
記憶手段から読み出され、予め定められた基準レベル範
囲内であるか否かが判定される一方の画像情報信号群
と、判定された画像情報信号群に前記基準レベル範囲外
の画像情報信号がある場合に前記記憶手段から読み出さ
れる他方の画像情報信号群との差を演算する手段を含ん
でいるため、用途や目的に応じた種々多様な画像を得る
ことができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る撮像装置の概略構成ブ
ロック図を示す説明図である。

【図２】異なった照度の画像光を受ける画素の出力電圧
と光蓄積時間との関係を示す出力電圧−光蓄積時間特性
グラフである。

【図３】図１に示す撮像装置から出力される画像情報信
号群を連続的に読み出す場合の連続画面の読み出し状態
を示す説明図である。

【図４】図１において示したイメージセンサの一例を示
す概略模式回路図である。

【図５】図４に示すイメージセンサの動作を説明するタ
イミングチャートである。

【図６】撮像対象物が移動物である場合の画像情報信号
群の取扱いを示す説明図である。

【図７】従来の一般的な撮像装置の概略構成ブロック図
を示す説明図である。

【図８】従来の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１０：イメージセンサ１１：複数の光電変換素子（光電変換画素）１２：第１の信号読出し制御機構（信号読出し制御部）１３：第２の信号読出し制御機構（信号読出し制御部）２１：第１のＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換部）２２：第２のＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換部）３１：第１の記憶部（記憶手段）３２：第２の記憶部（記憶手段）４０：画像信号合成部（画像信号合成手段）４１：時間差補正機構４２：レベル判定機構４３：スイッチング機構５０：画像表示部５１：Ｄ／Ａ変換機構５２：視覚補正機構５３：表示機構６０：制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を蓄積して画像情報信号に変換し
て出力する光電変換画素をアレイ状に配列してなる撮像
装置において、前記複数の画素から互いに異なる蓄積時間の第１と第２
の画像情報信号群を読み出す信号読出し制御手段と、前記第１と第２の画像情報信号群をそれぞれ別個に記憶
する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された第１と第２の画像情報信号群
のいずれか一方の画像情報信号群の各画像情報信号の出
力レベルが全て予め定められた基準レベル範囲内である
か否かを判定し、判定された画像情報信号群に前記基準
レベル範囲外の出力レベルを有する画像情報信号がある
場合には、他方の画像情報信号群の内の対応する画像情
報信号を前記記憶手段から読み出して、判定された画像
情報信号群が得られた蓄積時間と同一の蓄積時間とした
場合に取り得る出力レベルを演算して、前記基準レベル
範囲外の出力レベルを有する画像情報信号と前記演算さ
れた画像情報信号とを置換して出力する画像信号合成手
段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記画像信号合成手段が、前記第１と第２の画像情報信号群のいずれか一方を固定
的に前記判定の対象として定め、この判定対象の画像情
報信号群の各画像情報信号の出力レベルが前記基準レベ
ル範囲の上限、及び／又は、下限を越えているか否かを
判定する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の
撮像装置。
【請求項３】前記信号読出し制御手段と前記記憶手段
との間に、分解能が互いに異なる第１と第２のＡ／Ｄ変
換部が備えられていることを特徴とする請求項１に記載
の撮像装置。
【請求項４】前記第１と第２のＡ／Ｄ変換部の少なく
ともいずれか一方に、Ａ／Ｄ変換利得を設定変更可能な
調整手段が含まれていることを特徴とする請求項３に記
載の撮像装置。
【請求項５】前記画像信号合成手段が、記憶手段から読み出され、前記基準レベル範囲内である
か否かが判定される一方の画像情報信号群と、前記記憶
手段から読み出される他方の画像情報信号群との差を演
算する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮
像装置。