JPS61219270A - 画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、スライドフィルム、ネガフィルム、印刷物等
の二次元的な光学情報を固体撮像素子で電気信号に変換
する光・電気信号変換装置に関する。

（発明の背景） 近年、小型磁気ディスクによる記録装置を一体化した所
ＷＩｔａ子スチルカメラが提案されており、被写体を固
体撮像素子で撮影して電気信号に変換し、磁気ディスク
に被写体情報を記録するようにしている。

一方、磁気ディスクを記録媒体として使用した電子スチ
ルカメラの実用化に伴ない、従来の銀塩フィルムについ
ても撮影したフィルム写真を同じ小型磁蝋ディスクに記
録するサービスも提案されており、銀塩フィルムを用い
て撮影した画像であっても、前記画像を記録した小型デ
ィスクを再生装置にかければ、簡単にフィルム写真をテ
レビに写して見ることが可能となる。

このため、銀塩フィルムの画像を小型磁気ディスクに記
録する際、テレビを見ながらトリミング、カラーバラン
ス、γ補正、更には輝度調整が好みに合わせてできるよ
うな機能が、銀塩フィルムを小型磁気ディスクに記録す
るための装置に対する要求として必然的に生ずる。

このような銀塩フィルムの映像（光信号）を電気信号に
変換して小型磁気ディスクに記録するために使用する光
電変換素子としては、撮像管よりも固体Ｉｌｌｌ素像の
ほうが小型軽量化が可能で、また撮像管のような機械的
な弱さや経年変化による画質の劣化も起きない点で優れ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、銀塩フィルムの光電変換に固体撮像素子
を使用した場合、通常、固体ｍｓ素子のダイナミックレ
ンジが銀塩フィルムのもつダイナミックレンジに対し非
常に狭く、フィルムの明暗に応じた電気信号への変換が
うまくできない。

即ち、銀塩フィルムの濃度の低い部分をうまく出そうと
すると、濃度の高い部分は固体−像素子のもつ暗電流の
ためマスキングされて出力信号のＳ／Ｎ比が劣化してし
まい、逆に、銀塩フィルムの濃度の高い部分の信号のＳ
／Ｎ比を上げるため固体ｍ像素子の露光量を増やすと、
濃度の低い部分は露光オーバーとなって固体撮像素子の
蓄積部が飽和し、濃度の低い部分のＳ／Ｎ比が劣化して
しまう。特に、輝度差のある被写体を写した銀塩フィル
ムを光電変換する場合、濃度を忠実に変換できる範囲が
限定されてしまうため、明るい部分をうまく出そうとす
ると、暗い部分がつぶれてしまい、また暗い部分をうま
く出そうとすると逆に明るい部分が飛んでしまうという
欠点があった。

一方、固体ｔａ搬像子として二次元撮像素子を用いる場
合は、二次元ｍ像素子をビデオ動作させ、充電変換出力
をモニタテレビで見ながら固体ｌ１ｉｌＩＩ！素子への
露光量やγ値を決定すれば良いが、コスト的に安価で且
つ解像度の高い再生画像を得たい場合−次元固体撮像素
子を使用することが考えられ、−次元固体ｍｓ素子を、
用いた場合には次の問題がある。

一次元固体撮像素子を用いる場合には、−次元固体ｍ像
素子を機械的に副走査しながら得られるアナログ信号を
一部デジタル値に変換して半導体メモリに記憶させ、走
査終了後に半導体メモリからビデオレートで情報を読出
してモニタテレビで見ることになる。そこで、モニタテ
レビを見ながら例えば露光量を変える場合には、露光量
を変えた後に再度、−次元固体撮像素子を走査してフィ
ルム画像を電気信号に変換することとなり、調整のたび
に一次元固体撮像素子の機械的な副走査が必要になり、
機械的な副走査の回数が多くなる。

この副走査の回数が増える問題を解決するためには、例
えば最初に予備走査を行なって銀塩フィルムの濃度分布
を調べ、マイクロコンピュータ等で露光口を決定したり
、また銀塩フィルムの一部を指定して指定部分の濃度が
固体撮像素子のダイナミックレンジに入るように露光量
を調整することで副走査の回数を減らす工夫が必要とな
る。

また、ネガフィルムの場合には、特に濃度の濃い部分で
γ値の傾きが変化するため、固体撮像素子からのアナロ
グ信号をデジタル信号に変換する前に、アナログ的にγ
値を変化させる回路を入れて量子化ノイズを減らす必要
があり、γ値の変えかたも数種類必要となるため、γ値
の選択も予備走査の段階で決定する必要がある。

このように、−次元固体搬像素子を使用した場合には、
装置構成が複雑で操作が繁雑となり、モニタテレビを４
みながら行なう処理に時間がかかるという問題があった
。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、固体撮像素子を用いても銀塩フィルムのダイナミ
ックレンジをカバーすることのできる広いダイナミック
レンジをもった光電変換出力を得ることのできる光・電
気信号変換装置を提供することを目的とする。

（発明の概ｉ！り この目的を達成するため本発明にあっては、露光量によ
って固体撮像素子のダイナミックレンジに対応する銀塩
フィルムの濃度範囲が変化することに着目し、露光量を
変えて固体撮像素子から得られた光電変換信号を加算す
ることにより、実質的にダイナミックレンジの広い光電
変換出力を得るようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロック図である。

まず構成を説明すると、１は照明用ランプ、２は照明用
ランプ１の光量ムラを抑えて面光源を作り出すための拡
散板、３はスライドフィルムやネガフィルム等の銀塩フ
ィルム、４はレンズ、５は絞り、更に６は一次元固体撮
像素子である。−次元固体Ｉｌｌｌ素像６は横一列に複
数の受光画素を配列しており、受光画素の配列方向（主
走査方向）と垂直な矢印Ｇで示す方向（副走査方向）に
機械的に副走査して銀塩フィルム３の二次元画像情報を
電気信号に変換する。

７は一次元固体撮像素子６の光電変換特性八をアナログ
信号からデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバー
タ、８は加算器、９は半導体メモリ、更に１２は露光量
制御回路である。ここで、−次元固体ｍｌ素像６は、同
じ位置で複数回の信号の読出しを行なっており、露光量
制御回路１２は一次元固体撮像素子６における蓄積時間
をコントロールすることにより露光量を制御し、前述し
た同じ位置での複数回の信号の読出しにおいて、例えば
最初の読出しの際の露光量を１とすると、次の読出しの
際には１／２．更に１／３．１／４となるように、露光
量を変化させている。

半導体メモリ９は一次元固体撮像素子６の１回の走査で
得られる画素情報に対応した記憶容量をもつ必要がある
が、前述したように同一画素に対して複数回の信号の読
出しを行なっており、これらの情報を全て記憶するため
には記憶容量が大きくなる。そこで本発明の実施例では
、後述するように、最終的な出力として同一画素に対し
て露光■を変えて読み出した複数回の出力を加算した値
があれば充分であることから、各画素に対して複数回の
出力を加算した値を記憶できる容−とすることで記憶容
量を大幅に減らしている。即ち、１回の読出しで８ピツ
トにＡ／Ｄ変換するとして、同一画素に対して４回の読
出しを行なえば情報量は３２ピツトであるが、加算した
値は１０ビツトとなるため、加算した値を記憶するよう
にすれば記憶容量は同一画素に対して１回の読出ししか
しない場合と比べてもそれほど増加しない。

加＊！１８は、前述した各々の画素に対して複数回の読
み出した出力を加算して半導体メモリ９に記憶するため
の動作を行なっており、具体的には、最初に半導体メモ
リをリセットしておき、加算器８はＡ／Ｄコンバータ７
の出力と、Ａ／Ｄコンバータ７の出力に対する画素の半
導体メモリ９に記憶されている値を呼び出して加算し、
前述したＡ／Ｄコンバータ７の出力に対する画素の新し
い値として半導体メモリ９に記憶させている。従って、
半導体メモリ９には一次元固体撮像素子６の露光量を可
変して得られた出力信号（デジタル信号）を各画素出力
毎に加算した情報が記憶されることになる。このような
露光量を可変して得られた出力信号の加算情報は、後の
説明で明らかにするように光電変換出力のダイナミック
レンジを実質的に拡大したことに相当する。

以上のように、−次元固体撮像素子６を同じ位置で複数
回露光量を変化させて読出しを行ない、各々の画素に対
して複数回の読み出した出力を加算した値を半導体メモ
リ９に記憶させた後、−次元固体撮像素子６を副走査方
向に一画素分移動させ、新しい画素の情報を半導体メモ
リ９に記憶させてゆくことにより、１回の副走査で二次
元画像情報を半導体メモリに記憶できる。

１０はγ変換回路であり、半導体メモリ９から読み出さ
れる広いダイナミックレンジを有する充電変換信号をデ
ジタル的にγ変換している。１１はγ変換回路１０より
出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／
Ａコンバータであり、このＤ／Ａコンバータの出力りが
ビデオ信号としてモニタテレビ等に与えられる。

第２図は第１図の実施例における一次元固体撮像素子６
の光電変換特性を示したグラフ図であり、曲線へが一次
元固定＊＊素子６のアナログ出力を示し、曲線ＢはＡ／
Ｄコンバータ７を用いてデジタル変換した信号をアナロ
グ値で表わしている。

この第２図から明らかなように、−次元固体撮像素子６
の出力Ａは、光量が少ないと暗電流の比率が多くなって
Ｓ／Ｎ比が下がり、また光陽が多いと蓄積部の飽和によ
り出力も飽和してしまう。

そこで本発明の実施例では、−次元固体撮像素子６の出
力特性、即ち充電変換特性の内、直線性及びＳ／Ｎ比の
良い部分だけをＡ／Ｄコンバータ７でＡ／Ｄ変換してお
り、Ａ／Ｄコンバータ７を通った充電変換特性は曲線已
に示すように狭い範囲となる。

ここで、Ａ／Ｄコンバータ７を通すことによりダイナミ
ックレンジが更に狭くなっているが、本発明にあっては
最終的にダイナミックレンジを広くすることができるた
め、最終的な光電変換出力を得る充電変換特性の直線性
やＳ／Ｎ比を向上させるためにＡ／Ｄコンバータ７によ
って直線性及びＳ／Ｎ比の良い部分のみをＡ／Ｄ変換し
ている。

次に、第３図を参照して、第１図の実施例により光電変
換出力のダイナミックレンジを広くする作用を説明する
。

まず、固体撮像素子６の出力は受光部に光が当ることに
よって得られる電荷を蓄積部で蓄積した後に読み出すた
め、蓄積部からの出力は受光部に当った光の強さを蓄積
時間（露光時間）で積分した値に比例する。このため、
蓄積時間（露光時間）を半分にすると、光電変換特性の
傾きは１／２となる。

第３図において、光電変換特性Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４のそれ
ぞれは、充電変換特性Ｂ１に対し蓄積時間、即ち露光時
間を１／２．１／３．１／４に変えたときのＡ／Ｄコン
バータを通った一次元固体搬像素子の光量に対する光電
出力を示したものである。

ここで、第１図の実施例にあっては、蓄積時間、即ち露
光時間を変える毎に得られた光電変換出力を加算器８で
加算して半導体メモリ９に記憶させているため、半導体
メモリ９の記憶値として得られる光電変換特性は、露光
量を変えて得られる変換特性８１．８２．８３．８４を
加算した破線で示す変換特性Ｃとなる。

このように、蓄積時間（露光時間）を変えて読み出した
固体撮像素子の出力を加算した値を最終的な光電変換出
力とすれば、実質的に光電変換出力のダイナツクレンジ
が広くなると共に、光電変換特性は光量が少ない方が傾
きが急になっているため、デジタル信号に変換した場合
の量子化ノイズを抑えることができ、更にＳ／Ｎ比の良
い出力のみを加算しているため、光量が少ない場合でも
光電変検出力のＳ／Ｎ比が劣化することがない。

このように、半導体メモリ９には露光量を可変して得ら
れた受光信号を各画素出力毎に加算してダイナミックレ
ンジを実質的に拡大した充電変換信号が記憶されるため
、−次元固体撮像素子６の走査終了後に半導体メモリ９
の値をγ変換回路１０を通してＤ／Ａコンバータ１１で
アナログ信号に変換してテレビで見たり、またカラーバ
ランス。

γ補正、更に輝度等をγ変換回路１０で調整し、調整さ
れたγ変換回路１０の出力を電子スチルカメラに使用さ
れているのと同じ小型磁気ディスクに記録すればよい。

更に、銀塩フィルムの場合、最大１１度が限られている
ため、−次元固体撮像素子を用いた場合、銀塩フィルム
の最大濃度をカバーするように加算した光電変換値のダ
イナミックレンジをとれば、１回の副走査を行なうだけ
で銀塩フィルムの全ての情報を得ることができ、従来の
ように走査をやり直すことなく、カラーバランス、γ、
輝度等の調整を全てγ変換回路のみで済ますことができ
る。

尚、上記の実施例にあっては、充電変換特性の傾きを変
えるため、固体撮像素子における露光時間を変化させた
が、露光時間を変える代わりに照明ランプ１の明るさを
変えたり、照明ランプ１の代わりにクセノン管を用いて
閃光時間を変えたり、更に絞り５を制御する等の手法を
用いても、同様に実質的なダイナミックレンジを拡大し
た光電変換出力を得ることができる。また、上記の実施
例では、二次元固体ｍｓ素子についてもそのまま適用す
ることができる。更に、上記の実施例は銀塩フィルムを
光電変換する場合を例にと７たが、印−物や静止してい
る物体像を固体Ｉｌ！ＩＩ素子を用いて電気信号に変換
する場合にも、露光時間を変えて得られた光電変換出力
の加算値を得ることで同様にダイナミックレンジを拡大
した光電変換′出力を得ることができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、露光量を変え
て固体陽像素子から得られた光電変換信号を加算するよ
うにしたため、実質的に固体撮像素子のダイナミックレ
ンジを拡大することができ、フィルム濃度の濃い部分か
ら薄い部分の広い範囲に亘って光電変換信号のＳ／Ｎ比
を向上することができる。

また、回路をほとんどデジタル化できるため、組立時の
調整部分が減り、露光を変えて複数回読み取ることによ
って全ての情報を得ることができるため、露光調整等の
制御が不要となり、モニタテレビを見ながら行なうフィ
ルムの各種の処理操作が簡単となる。勿論、小型磁気デ
ィスクに記録した場合の再生信号も広いダイナミックレ
ンジを有することから、Ｓ／Ｎ比の鮮明なモニタ画像を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は第１図の実施例で使用した固体−機素子とＡ／Ｄコン
バータの各光電変換特性を示したグラフ図、第３図は露
光時間を変えたときの光電変換特性と加算特性として得
られる最終的な光電変換特性を示したグラフ図である。 １：照明ランプ ２：拡散板 ３：銀塩フィルム ４：レンズ ５：絞り ６：−次元固体ｉａ徴集子 ７：Ａ／Ｄコンバータ ８：加算器 ９：半導体メモリ １０：γ変換回路 １１：Ｄ／Ａコンバータ １２：露光量制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二次元光学情報を電気信号に変換する固体撮像素子と、
   該固体撮像素子の露光量を変化させて得られた受光信号
   を各画素出力毎に加算した光電変換出力を発生する手段
   とを備えたことを特徴とする光・電気信号変換装置。