JPS6113663B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は撮像装置に関する。

撮像管あるいは固体撮像デバイスなどの撮像素
子を備えた撮像装置を用いて撮像を行なう場合、
撮像素子の一部分に過大な光が入射されると、前
記過大な光が入射された部分に発生した光電子が
前記過大な光が入射された部分から外側へ広がつ
ていき、得られる画像では前記過大な光が入射さ
れた部分の周囲が本来の明るさよりも明るくなる
現象があり、この現象は一般にブルーミングと呼
ばれている。このブルーミングによつて本来の明
るさが変化した領域が広がると画質が著しく劣化
してしまうため、ブルーミングは可能な限りなく
す必要がある。従つて、このブルーミングを起さ
ないために、例えばレンズのアイリスを絞るなど
して撮像素子にブルーミングが起る光量（以下飽
和光量と呼ぶ）以上の光量が入射されないように
することが行なわれる。しかしながら、一部に特
に明るい部分のあるような階調範囲の極めて広い
被写体を撮像する場合、前記特に明るい部分にブ
ルーミングを起さないように撮像素子への入射光
量を減ずると、他の部分に対応する撮像素子の出
力信号のＳ／Ｎが劣化する。また計測用の撮像装
置においては撮像素子の出力信号を２値化するこ
とがよく行なわれるが、前記Ｓ／Ｎが劣化した撮
像素子の出力信号を２値化すると誤まつて２値化
される場合が増大してしまう。

以上述べたように従来の撮像装置においては、
階調範囲の広い被写体を撮像する場合、明るい部
分のブルーミングが暗い部分のＳ／Ｎの劣化かの
いずれか一方が起るという欠点があつた。

このような欠点を解決するために、第１図に示
すように入射光量によつて透過率が変化する物質
すなわちフオトクロミツク物質１を撮像素子２の
前面に取り付けるような構造が提案されている。

すなわち、レンズ３により被写体４の光学像５
が結像される際に入射される光によつて、前記フ
オトクロミツク物質１に前記被写体４と明るさが
逆の陰画像を生じさせ、前記光学像５を前記被写
体４より階調範囲を圧縮した光学像として結像し
ようとするものである。

しかしながら、第１図に示したような構造、す
なわち前記フオトクロミツク物質１を透過した光
が直接前記撮像素子２に入射される構造では、前
記フオトクロミツク物質１が前記撮像素子２の飽
和光量程度の光が入射されたときに透過率が大き
く変化するほどの感度を持つていないと、前記光
学像５の階調範囲を前記被写体４よりも圧縮する
効果がなく、ところが現実にはフオトクロミツク
物質は感度が悪く、撮像素子の飽和光量程度の入
射光量では透過率はほとんど変化しない。

第２図はフオトクロミツク物質の透過特性の一
例を示したものである。第２図において、横軸７
は入射光量を、縦軸８は透過光量を表わしてお
り、両方とも単位はfc（フートカンデラ）であ
る。

また実線９はフオトクロミツク物質の透過特性
を示しており、一点鎖線１０はフオトクロミツク
物質がない場合を表わしている。

前記実線９と前記一点鎖線１０を比較すれば分
るように、フオトクロミツク物質の透過率が変化
しフオトクロミツク物質の透過光量がフオトクロ
ミツク物質がない場合の光量に比べて大きく変化
するのは、100fc程度以上の光量が入射されたと
きである。

これに対して撮像素子の飽和光量が1fc程度で
あり、第２図に示されるようにこの程度の光量で
はフオトクロミツク物質の有無によつて撮像素子
への入射光量はほとんど変ることがない。

以上述べたように、フオトクロミツク物質は感
度が悪く、撮像素子の飽和光量程度の入射光量で
は透過率はほとんど変化しないので、第１図に示
した構造は前記撮像素子上に結像される光学像の
階調範囲を圧縮する手段としての実現性がない。

本発明の目的は、従来の撮像装置において階調
範囲の広い被写体を撮像する場合に、明部でのブ
ルーミングか暗部でのＳ／Ｎの劣化かのいずれか
一方が発生せざるを得なかつた欠点をなくし、し
かも現実に存在する感度の悪いフオトクロミツク
物質を用いても前記欠点を除去できる撮像装置を
提供することにある。

本発明によれば、少なくとも第１の光学系と、
第２の光学系とフオトクロミツク板と、撮像手段
とを含み撮像すべき被写体の第１の光学像を前記
フオトクロミツク板上に結像させ、該第１の光学
像を、前記第２の光学系により前記撮像手段の撮
像面上に第２の光学像として結像せしめて被写体
の撮像を行なうようにしたことを特徴とする撮像
装置が得られる。

前記本発明による撮像装置においては、前記第
１の光学像が結像される際に前記フオトクロミツ
ク板に入射される入射量は感度の悪いフオトクロ
ミツク物質でもその透過率を変化させるほど充分
な光量をもつており、前記入射光によつて前記フ
オトクロミツク板に前記被写体と明るさが逆の陰
画像が形成されることにより、前記第１の光学像
は前記被写体よりも階調範囲を圧縮した光学像と
して結像される。更に前記第１の光学像を光量調
整して第２の光学像として前記撮像手段の撮像面
上に投影させることによつて、前記第２の光学像
を最も明るい部分の光量が前記撮像手段の飽和光
量以下で、前記被写体よりも階調範囲を圧縮した
光学像として結像することができる。

以下本発明の詳細を図面を用いて説明する。

第３図は本発明による撮像装置の第１の実施例
の構造を模式的に示す図である。第３図に示した
第１の実施例では、フオトクロミツク板としてフ
オトクロミツクガラス板１１を撮像手段とし電荷
転送デバイス１２を、第１の光学系としてレンズ
１３を第２の光学系としてアイリス１４を備えた
リレーレンズ１５を用いている。

第３図において被写体１６の第１の光学像１７
は、前記レンズ１３によつて前記フオトクロミツ
クガラス１１上に結像される。前記第１の光学像
１７を形成する入射光は前記フオトクロミツクガ
ラス１１の透過率を変化させるほど充分な光量を
もつているので前記フオトクロミツクガラス１１
には前記被写体１６の陰画像が形成され、前記第
１の光学像１７は前記被写体１６よりも階調範囲
を圧縮した光学像として結像される。更に前記第
１の光学像１７は前記リレーレンズ１５によつて
前記電荷転送デバイス１２上に第２の光学像１８
として結像される。この際、前記第２の光学像１
８の中で最も明るい部分の光量は前記電荷転送デ
バイス１２の飽和光量以下になるように前記アイ
リス１４によつて光量調整される。

今、フオトクロミツク物質として第２図に示し
た透過特性をもつフオトクロミツクガラスを用い
撮像素子として飽和光量が1fcである電荷転送デ
バイスを用い、アイリスを開放にしたときレンズ
によつて結像される光学像の光量を被写体の光量
の10％、リレーレンズによつて投影される第２の
光学像の光量を第１の光学像の光量と同じとし、
被写体の中で最も明るい点（以下Ａ点と呼ぶ）の
光量を10000fc、最も暗い点（以下Ｂ点と呼ぶ）
の光量を10fcとした場合、各光学像において前記
Ａ点およびＢ点に対応する点の光量を求めてみ
る。

第１図に示した構造をもつ撮像装置においては
前記光学像５において前記Ａ点に対応する点の光
量は、ブルーミングを起さないためには撮像素子
２の飽和光量1fcにする必要がある。第２図に示
したフオトクロミツク物質の透過特性において透
過光量が1fcのときの入射光量は、同じく1fcであ
る。前記光学像５において前記Ａ点に対応する点
の光量は前記アイリス６を絞らないと前記被写体
４の前記Ａ点の光量10000fcの10％の光量1000fc
になる。従つて前記光学像５において前記Ａ点に
対応する点の光量を1fcとするには、前記アイリ
ス６を１／1000に絞る必要がある。

一方、前記光学像５において前記Ｂ点に対応す
る点の光量は、前記被写体４の前記Ｂ点の光量
10fcの10％の光量1fcが前記アイリス６によつて
１／1000に絞られた光量0.001fcが前記フオトク
ロミツク物質１に入射され、第２図の透過特性に
示されるように同じ光量が透過されるので、
0.001fcになる。このように第１図に示した構造
をもつ撮像装置においては、前記撮像素子２にブ
ルーミングが起らないように前記アイリス６を調
整すると、前記フオトクロミツク物質１の入射光
量と透過光量はほとんど変らず、前記フオトクロ
ミツク物質１を設けたことによつて前記光学像５
の階調範囲を前記被写体４よりも圧縮する効果は
ない。

これに対して、第３図に示した本発明による撮
像装置においては、レンズ１は第１図のアイリス
６を開放にしたときのレンズ３と同じとすると、
前記被写体１６の前記Ａ点の光量10000fcの10％
の光量1000fcが前記フオトクロミツクガラス１１
に入射されるので、第２図の透過特性により前記
第１の光学像１７において前記Ａ点に対応する点
の透過光量は100fcになる。同様に前記第１の光
学像１７において前記Ｂ点に対応する点の光量
は、前記被写体１６の前記Ｂ点の光量10fcの10％
の光量1fcが前記フオトクロミツクガラス１１に
入射され、第２図の透過特性により同じ光量が透
過されるので1fcになる。前記第２の光学像１８
において前記Ａ点に対応する点の光量は、前記光
学像１７の前記Ａ点に対応する点の光量100fcを
前記アイリス１４によつて１／100に絞ることに
よつて、前記電荷転送デバイス１２の飽和光量
1fcにすることができる。同様に前記光学像１８
において前記Ｂ点に対応する点の光量は、前記光
学像１７のＢ点に対応する点の光量1fcを、前記
アイリス１４によつて１／100に絞られた光量
0.01fcになる。

以上の結果に示されるように前記Ａ点でブルー
ミングを起さないようにアイリスによつて光量調
整を行なうと、撮像素子上に結像される光学像に
おける前記Ｂ点に対応する点の光量は、第１図に
示した構造の撮像装置では0.001fcであるのに対
し第３図に示した本発明による撮像装置では
0.01fcと10倍になり、Ｓ／Ｎも10倍すなわち20dB
向上する。

本発明による撮像装置は階調範囲を圧縮する効
果の他に２つの利点を有している。

第１の利点はアイリスの光量調節範囲が小さく
ても良い点である。本発明による撮像装置におい
てはフオトクロミツク板によつて階調範囲を圧縮
しているため、アイリスの光量調節範囲は小さく
ても良い。このことは、第１図に示した構造をも
つ撮像装置と第３図に示した本発明による撮像装
置の第１の実施例を比較した際に明らかにされた
ようにブルーミングを起さないためには第１図に
示した構造をもつ撮像装置においては前記アイリ
ス６を１／1000に絞る必要があつたのに対し、本
発明による撮像装置の第１の実施例においては前
記アイリス１４を１／100に絞れば良かつたこと
から容易に理解できる。

第２の利点はγ（ガンマ）補正のための電気回
路が不要になる点である。本発明による撮像装置
においては、フオトクロミツク板によつて撮像手
段の撮像面上に結像される光学像の階調範囲を圧
縮しており、撮像装置に入射される入射光量に対
する撮像手段の撮像面に入射される入射光量の割
合は、撮像装置への入射光量が増加するほど小さ
くなる。従つて光学的にγ補正を行なつているこ
とになり、入射光量と出力信号が比例する撮像手
段、例えば電荷転送デバイスを用いた場合でもγ
補正を行なう電気回路が不要になる。

前記第３図に示した本発明の第１の実施例にお
いては、第１の光学系として用いている前記レン
ズ１３が前記光学像１７を形成する前記フオトク
ロミツクガラス１１への入射光の光量を調整する
機能をもつていないため、前記被写体１６の光量
の大小すなわち前記フオトクロミツクガラス１１
への入射光量の大小によつてγ特性が変る。第４
図は第３図に示した本発明の第１の実施例におい
て、前記フオトクロミツクガラス１１が第２図に
示した透過特性をもち、前記レンズ１３によつて
前記第１の光学像が結像される際に前記フオトク
ロミツクガラス１１に入射される入射光量を前記
被写体１６の光量の10％とした場合のγ特性を示
したものである。横軸１９は前記被写体１６の光
量を、縦軸２０は前記光学像１８の光量を示して
おり、両軸ともそれぞれの最大光量で正規化して
いる。また破線２１、一点鎖線２２、および実線
２３は前記被写体１６の最大光量が各々500fc、
1000fc、および10000fcすなわち前記フオトクロ
ミツクガラス１１への最大入射光量が50fc、
100fcおよび1000fcのときのγ特性を示してい
る。第２図に示されるように前記フオトクロミツ
クガラス１１への最大入射光量が50fcのときには
前記フオトクロミツクガラス１１の透過光量は入
射光量とほぼ同じであり、前記破線２１はほぼ直
線でγの値は１になる。前記最大入射光量が
100fcのときには、入射光量に対する透過光量の
割合は入射光量が大きくなるにつれて小さくな
り、前記一点鎖線は少し曲りγの値は0.8程度に
なる。前記最大入射光量が1000fcのとには前記実
線２３は更に曲りγの値は0.2程度になる。

第５図は本発明による撮像装置の第２の実施例
の構造を模式的に示す図であつて、第３図に示し
た第１の実施例にアイリス２を加えた構造を有し
ている。

この構造をとることによつて被写体１６の光量
が変つても前記アイリス２４を調整することによ
り同じ光量をフオトクロミツクガラス１１に入射
することができ、同じγ特をもつことができる。

一般に前記被写体１６の各部の光量すなわち前
記被写体１６の光量の範囲を知ることは困難であ
るが以下に述べるように前記アイリス２４および
アイリス１４を調整することにより、前記被写体
１６の光量の範囲が変つても前記フオトクロミツ
クガラス１１への入射光の光量の範囲を同じにす
ることができる。仮に前記フオトクロミツクガラ
ス１１が第２図に示した透過特性を持ち前記フオ
トクロミツクガラス１１への入射光量の最大値を
1000fcにしたいときには、このときの透過光量
100fcの光量をもつ第１の光学像２５を投影し電
荷転送デバイス１２上に結像される第２の光学像
２６の光量が前記電荷転送デバイス１２の飽和光
量となるように前記アイリス１４を固定し、前記
被写体１６の光量が変つた場合には前記電荷転送
デバイス１２のブルーミングの状態を見ながら前
記第２の光学像２６の中で最も明るい点の光量が
前記電荷転送デバイス１２の飽和光量になるよう
に前記アイリス２４を調整すれば良い。

また前記フオトクロミツクガラス１１への入射
光量を500fcにしたいときには前記アイリス１４
を1000fcのときの半分に絞つてから固定し、前記
被写体１６の光量が変つたときには前記アイリス
２４を調整すれば良い。このように第４図に示し
た本発明による撮像装置においては、前記アイリ
ス１４を調整した後に前記アイリス２４を調整す
ることによつてγ特性を自由に設定することがで
きる。

以上に述べた調整方法は、前記第２の光学像２
６の最大光量を前記電荷転送デバイス１２の飽和
光量に抑えて、γ特性を一定にする方法であつ
た。実際には、被写体の光量が強度的に片寄つて
いるとき、例えば被写体の一部に特に明るい部分
があるときなど、この部分にブルーミングが起き
ても他の部分の入射光量を増やしたい場合もあ
り、このような場合には被写体の平均光量の変化
に対してγ特性を一定に保つようにした方が良
い。第５図に示した本発明による撮像装置の第２
の実施例において前記アイリス２４に被写体の平
均光量によつて開閉するEE（エレクトリツク・
アイ）機能−オートアイリス機構−を付加してや
れば、被写体が変つてその光量が変化してもEE
機構によつてフオトクロミツクガラス１１へ入射
する平均光量は一定となり、自動的にγ特性を一
定にすることができる。このEE機構の設定中心
光量を変えることによつてフオトクロミツクガラ
ス１１へ入射する平均光量を変えることができる
のでγ特性を自由に設定することもできる。

第３図および第４図に示した実施例においては
フオトクロミツク板としてフオトクロミツクガラ
スを、撮像手段として電荷転送デバイスを、第２
の光学系としてアイリスを備えたリレーレンズを
用いているが、フオトクロミツク物質としては、
CaTiO₃化合物、SrTiC₃化合物、ソーダライト、
スピロピラン類などを、撮像素子としてはMOS
デバイス、サチコン、ビジコンなどを、第２の光
学系としてはセルフオツクレンズとNDフイルタ
ーなどを用いても良く、以上の構成要素を組み合
せた数十種の撮像装置が考えられるが、いずれも
本発明の主旨に含まれることは明らかである。

以上詳細に説明したように本発明による撮像装
置は、従来の撮像装置において階調範囲の広い被
写体を撮像する場合に明部でのブルーミングか暗
部でのＳ／Ｎの劣化かのいずれか一方が発生せざ
るを得なかつた欠点をなくし、しかも現実に存在
する感度の悪いフオトクロミツク物質を用いても
前記欠点を除去することができる。

また、アイリスの光量調整範囲が小さくても良
い利点と、γ補正を行なうための回路が不要でγ
特性を自由に設定できる利点をも合せて持つてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の撮像装置の構造を示す模式図、
第２図はフオトクロミツク物質の透過特性の一
例、第３図および第５図は本発明による撮像装置
の第１および第２の実施例の構造を示す模式図、
第４図はγ特性の変化を示す図である。 各図を通して、１はフオトクロミツク物質、２
は撮像素子、３および１３はレンズ、４および１
６は被写体、５，１７，１８，２５および２６は
光学像、６，１４および２４はアイリス、７は入
射光量を示す横軸、８は透過光量を示す縦軸、９
はフオトクロミツクガラスの透過特性の一例を示
す実線、１０はフオトクロミツク物質がない場合
を示す一点鎖線、１１はフオトクロミツクガラ
ス、１２は電荷転送デバイス、１５はリレーレン
ズ、１９は被写体の光量、２０は撮像素子上の光
学像の光量、２１，２２および２３は各々γ特性
を示す破線、一点鎖線、実線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも第１の光学系と、第２の光学系
   と、フオトクロミツク板と、撮像手段とを含み撮
   像すべき被写体の第１の光学像を前記フオトクロ
   ミツク板上に結像させ、該第１の光学像を、前記
   第２の光学系により前記撮像手段の撮像面上に第
   ２の光学像として結像せしめて被写体の撮像を行
   なうようにしたことを特徴とする撮像装置。 ２ 第２の光学系が光量の調整手段を具備してい
   る特許請求の範囲第１項記載の撮像装置。 ３ 第１の光学系および第２の光学系がともに光
   量の調整手段を具備している特許請求の範囲第１
   項記載の撮像装置。