JPS63232591A - カラー撮像装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、対数カラー撮像装置にｌＩｌφ、特にダイナ
ミックレンジの拡大等の手段を有するものである。

［従来の技術］ 一般に、ｍｓ素子のダイナミックレンジは、５０ｄＢ程
度であると言われている。ところが一般的な被写体の輝
度差、つまりダイナミックレンジは、これより大きいも
のが多く、１００ｄＢ以上のこともある＝この点を解決
する手段として特開昭６０−５２１７１号公報に記載さ
れているような技術的手段があるが、これはあくまで白
黒画像を対象としたものであり、カラー画像を対象とす
るものではない。

［発明が解決しようとする問題点］ 特開昭６０−５２１７１号公報（特願昭５８−１６０９
１６号）に記載されているダイナミックレンジ改善手段
は、白黒画像を対象としたものであり、カラー画像を対
象とするものではない。カラー画像−を対象とする場合
には、カラー撮像装置の性質に応じた格別の処理を行な
う必要があるが、現在のところその具体的手段がない。

このため、カラーＲ像を行なう場合に、種々不具合があ
り、良好なカラー画像を得ることが困難であった。

そこで本発明は、従来の撮像素子（例えば５０ｄＢ＞を
用いたちのでありながら、カラー画像のダイナミックレ
ンジを大幅に改善でき、極めて良好なカラー画像の撮像
を行なえる対数カラー撮像装置を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、第
１実施例では次のような手段を講じた。

すなわら、一対のカラー撮像素子の出力を、一対のＲＧ
Ｂ分離回路にてそれぞれ三原色信号に分離し、分離した
各出力を対数増幅器により各色ごとに対数特性に近似さ
せる如く増幅し、その出力信号を加算器により各色ごと
に加算し、この加締された信号をフローティングポイン
ト方式の逆対数変換回路にて逆対数変換し、この逆対数
変換回路の出力をマトリクス変換回路により線形７トリ
クス変換し、その変換出力信号を対数圧縮回路にて対数
圧縮し、この対数圧縮回路の出力信号を利得調整等を行
ないながらカラー信号に合成するようにした。

［作用］ このような手段をｍＤたことにより、次のような作用を
呈する。ＲＧＢの三原色ベクトルで示される色空間は、
マトリクス変換により、第１図に示すように輝度信号Ｙ
と、これに垂直な面として示される色相面Ｍ　（Ｒ−Ｙ
とＢ−Ｙの直交座標にて表示される）に分けて考えるこ
とができる。第１図中θは色相を示し、γは彩度を示し
、ＣＢは色ベクトルを示している。ところで、カラー画
像のダイナミックレンジを拡大するには、輝度信号Ｙの
みを圧縮すればよいのであるが、視覚上の彩度γは輝度
Ｙで規格化されたもの（彩度の絶対値が同じでも輝度が
２倍になれば、彩度は１／２となる）であるから、輝度
Ｙの１縮比を彩度γに乗じなければならない。つまり輝
度Ｙを対数圧縮するときは、ＩｏｏＹ／ＹをＲ−Ｙ、Ｂ
−Ｙに乗じればよい。かくして前記手段を講じたことに
より、視覚上での彩度、色相に影響なくダイナミックレ
ンジを拡大することが可能となる。

［実施例］ 第２図および第３図は本発明の第１実施例の全体的構成
を示すブロック図である。第２図に示すように、結像レ
ンズ１、ハーフミラ−２を通った光像は、撮像素子３ａ
、３ｂに入射する。ａｍ素子３ａ、３ｂは駆動回路４．
により駆動され、光像を電気信号に変換する。この信号
は、ＲＧＢ分離回路５，６に送られ、二組のＲＧＢ信号
に分離される。

今、撮像素子３ａ、３ｂのダイナミックレンジを５０ｄ
Ｂとし、ハーフミラ−２の〔透過光量〕／（反射光量）
を５０ｄＢに設定すると、Ｉｌ像素子３ａ、３ｂの撮像
特性は第４図のようになる。

第４図の入力座標は対数目盛となっている。第４図にお
いて、ａは撮像素子３ａの撮像特性であり、ｂはｉ像素
子３ｂのｉｓ特性である。上記撮像素子３ａ、３ｂの出
力を単純に加算すると、第５図のように折線近似で表わ
される１００ｄＢの対数撮像特性が得られる。第５図の
破線は理想的な対数特性を示している。上記折線の部分
を破線で示す理想的な対数特性にできるだけ接近させる
ために、第２図に示すように対数増幅器７〜１２を用い
ている。

第６図は対数増幅器７〜１２の内部構成を示す図で、第
５図の折線の範囲（５０ｄＢ）を４段の折線でさらに対
数特性に近似させるようにした例である。第６図の１３
〜１５はそれぞれ１２．５ｄ　Ｂの増幅度をもつ増幅器
である。また１６〜１９は１２．５ｄＢに相当する振幅
でリミッタを行なうウィンドウ回路である。また２０は
加算器である。

第７図は第６図に示す対数増幅器の作用を示す図で、２
１はウィンドウ回路１６の出力、２２はウィンドウ回路
１７の出力、２３はウィンドウリ路１８の出力、２４は
ウィンドウ回路１９の出力、をそれぞれ示す。これらの
４個の出力を第６図の加算器２０で加算することにより
、第７図に２５で示すような１００ｄＢのダイナミック
レンジを有する理想的な対数特性に近付けることができ
る。

なお第６図の例では４段で近似させる場合を示したが、
段数を増せばさらに良好な近似が得られることは言うま
でもない。実際にはウィンドウ回路１６〜１７に使用す
る半導体素子の対数特性を利用して少ない段数で実施可
能である。

上記説明から解かるように、二組のＲＧＢ出力をさらに
対数増幅器７〜１２を通すことにより、理想的な対数特
性となし、これを第２図に示す如＜ＲＧＢ毎に加算器２
６．２７．２８にてそれぞれ加算することにより、−）
Ｊ正確な１００ｄＢのダイナミックレンジをもつ信号ｔ
ｏ！ＩＩ　Ｒ，ｌｏｇ　Ｑ。

ｌｏｇ　３を得ることができる。

ところで、カラー画像に関しては、前述したように信号
Ｉｏｏ　Ｒ，１Ｇ（ｌ　Ｇ、　１０！ＩＩ　Ｂを、ｌｏ
ｇＹ。

１ｏｇＹ　（Ｒ−Ｙ）　／Ｙ、　ｔｏｏ　Ｙ　（Ｂ−Ｙ
）　／Ｙの形に変換しなければならない。次にその手段
について説明する。

基本原理は逆対数増幅器によって゛逆変換を行ない、各
色信号Ｒ，Ｇ、Ｂを取出したのち、線形マトリクス変換
回路でＹ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換し、その後においてｌ
ｏｇ　Ｙ、　＋００　Ｙ　（Ｒ−Ｙ）　／Ｙ。

ｌｏｏ　Ｙ　（Ｂ−Ｙ）／Ｙに変換することにある。と
ころが逆対数増幅器で１００ｄＢのダイナミックレンジ
をもつＲ，Ｇ、Ｂ信号に変換してから信号処理すること
は、現実にμ電気回路そのもののダイナミックレンジ（
Ｓ／Ｎ）の点で不可能である。

しかるに、Ｒ，Ｇ、Ｂの相対比率は視覚特性上、４０ｄ
Ｂ以上は必要ないとされている。つまり、４０ｄＢ以上
であっても輝度、彩度、色相の相違が目に感じないとい
うことである。この視覚特性を利用して信号ｌｏｇ　Ｒ
，Ｉｏａ　Ｇ、　ＩＱ＋ｌ　８の逆対数変換回路を７０
一テ°イングポイント方式によって実現することができ
る。以下その具体的手段について説明する。

まず信号１０！ＩＩ　Ｒ，ｌｏａ　Ｇ、　ｌｏｇＢを第
３図に示す増幅器２９．３０．３１で第８図の３２に示
すように２倍に増幅する。そして、これらの出力の実時
間平均値が常に第３図のウィンドウ回路３６゜３７．３
８のリミッタ値Ｗの半分すなわちＷ／２になるように減
算器３３．３４．３５でダイナミックに減算を行ない、
第８図の３９のような特性となす。第８図のＱ−ｗは５
０ｄＢのウィンドウ幅を示す。上記減算において減する
値１００　Ｍは１０！ＩＩ　Ｍ　−（（１０り　Ｒ＋ｌ
０１１１　Ｇ＋Ｉｏｏ　Ｂ）／３）−Ｗ／２ なる式で表わされる。上記値Ｉｏａ　Ｍは、第３図に示
す平均値演算回路４０によってつくられる。ウィンドウ
回路３６．３７．３８のリミッタ値Ｗは、増幅器２９．
３０．３１の出力の５０ｄＢ分のダイナミックレンジに
相当する。つまり、信号ｌｏｇＲ，１０１１１Ｇ、　１
０１１１　Ｂの平均値を中心に±２５ｄＢの範囲の信号
がウィンドウ回路３６．３７．３８から出力されること
になる。ここでウィンドウの幅を５０ｄＢに選んだのは
、前記４０ｄＢに対して１０ｄＢの余裕をみて５０ｄＢ
に設定したからである。５０ｄＢのダイナミックレンジ
であれば、良好なＳ／Ｎにて逆対数増幅器（指数増幅器
）を構成することができ、後のマトリクス変換処理も容
易となる。

第９図は逆対数増幅器４１．４２．４３の内部構成を示
す図である。第９図において、６１〜６３は減算器、６
４〜６７はマイナス利得増幅器、６８〜７１は０（Ｖ）
以下をクリップするクリップ回路、７２は加算器である
。

第３図に示すウィンドウ回路３６．３７．３８の各出力
は、５０ｄＢのダイナミックレンジをもつ逆対数増幅器
４１．４２．４３に入力し、ここで入力に対して線形な
値に変換されたのち、マトリクス変換回路４４に入力す
る。マトリクス変換回路４４の出力を式で表わすと、 ここでｌｏｇ　”は５０ｄＢのレンジとなる。

つまり となる。このマトリクス変換回路４４の出力は、再度５
０ｄＢの対数増幅器４５．４６．４７に入力され、対数
圧縮がなされたのち、加算器４８゜４９．５０によって
前記平均値１ｏｇＭが加算される。これにより、１００
ｄＢのダイナミックレンジをもつｌｏａ　Ｙ、　ｌｏｇ
（Ｒ−Ｙ）　、　ｔｏ（１（Ｂ−Ｙ）を合成することが
できる。この後、ｌｏｇ　Ｙは加算器５１によって利得
調整および自動利得制御が行なわれ、係数Ｓを与えられ
る乗算器５２によってダイナミックレンジの調整が行な
われる。この点に関しては、前記した特開昭６０−５２
１７１号公報に開示されている技術的手段を用い得る。

一方、ｌｏｇ　　（Ｒ−Ｙ　）とｌｏｇ　＜Ｂ−Ｙ）は
、減算器５３．５４によって対数増幅器４５の出力であ
る１０（ｌ　Ｙを減じられ、ｔｏｏ　　（（Ｒ−Ｙ）／
Ｙ）。

１０ａ　　（（Ｂ−Ｙ）／Ｙ）の形に変換される。そし
て１００ｄＢのダイナミックレンジをもつ逆対数増幅器
５５．５６によって（Ｒ−Ｙ）／Ｙ、（Ｂ−Ｙ）／Ｙの
形に変換されたのら、乗算器５７゜６８によって乗算器
５２の出力であるｌｏｇ　ｙが乗惇され、 ＋００Ｙ／Ｙ・　（Ｒ−Ｙ） １ｏｇＹ／Ｙ・　（Ｂ−Ｙ） の形に変換される。この後で、逆マトリクス回路５９で
Ｒ’　、Ｇ’　、Ｂ’倍信号変換したり、ＮＴＳＣ信号
に変換したりして、通常のカラーＴＶ信号として取扱う
ことができる。

上記第１実施例によれば、ダイナミックレンジの狭い撮
像素子を用いたものでありながら、カラー画像のダイナ
ミックレンジを大幅に改善でき、極めて良好なカラー画
像の撮像を行なうことができる。

本発明−の第２一実施例を第１０図−を参照して以下に
説明をする。尚、第１実施例と同じ回路については同じ
番号を付する。

第１実施例の第３図に示される増幅Ｂ２９．３０．３１
の出力は第１０図のγ補正回路７２．７３．７４に入力
され、ここでγ補正が施される。

つまり増幅器２９，３０．３１の出力は１００Ｒ。

ｌｏｇ　Ｇ、　ｌｏｇ　Ｂと言う具合に対数圧縮が施さ
れているため、Ｒ，Ｇ、Ｂにγ補正をかけると言うこと
は、次式に示す様にこれらの信号にγをそれぞれ乗算す
れば良いことになる。

ｌｏｇ　Ｒγ＝γ・ｌｏｇ　Ｒ ｔｏｇ　Ｑγ＝γφｌｏｇ　Ｑ ｌｏｇ　Ｂγ＝γ弗ｌｏｇ　Ｂ ところで、γ補正回路は通常γ〈１であるから、第１０
図において７２．７３．７４に示す様にそれぞれ抵抗Ｒ
１，Ｒ２を用いた抵抗分割による減算器で簡単に構成す
ることができる。ただし、第１２図に示す様にγ補正後
の最大振幅値（飽和値）を補正前のそれと一致させるた
めに減衰の基準電圧ＶＲは補正前の最大振幅値（飽和値
）に等しく設定されている。次にγ補正を受けた信号ｌ
ｏｇ　Ｒγ、　ｌｏｇ　Ｇγ、　１００　Ｂγは３つの
入力端を有する平均値演算回路４０に入力されると共に
、それぞれ減算器３３，３４．３５及び加算器７５，７
６゜７７に入力される。平均値演算回路４０と減算器３
３．３４．３５とウィンドウ回路３６．３７゜３８と逆
対数増幅器４１．４２．４３とマトリクス回路７８と対
数増幅器４５と加算器４８の動作は前述の第１実施例と
同じである。マトリクス回路７８はＹ信号のみを作るた
めのものである。加算器４８の出力である１０１ｊＹ（
１００ｄＢのダイナミックレンジを持つ。）は次に加算
器７９によって利得調整または自動利得調整が行なわれ
、乗算器８０によってダイナミックレンジ調整または自
動ダイナミックレンジ調整が行なわれる。加算Ｆ！７９
に印加される利１［整電圧をＩｏｇｂ、乗算器８０に印
加されるダイナミックレンジ調整電圧をａとすれば、乗
算器８０の出力はａｌｏｇｂＹとなる。切換スイッチ８
１と８２は利得調整およびダイナミックレンジ調整の自
動制御と手動制御を切＃！Ｉ！選択するためのものであ
る。

次に自動利得調整と自動ダイナミックレンジ調整の原理
について誂明する。自動利得調整は輝度信号の１画面分
の平均値、もしくは画面の一部分の平均値（自乗平均で
も良い）、もしくは画面の一部分に重みづけをした平均
値が一定となるように、帰還制御をすることで行なわれ
る。自動ダイナミックレンジ調整は輝度信号の１画面分
の標準偏差値、もしくは画面の一部分の標準偏差値、も
しくは画面の一部分に重みづけをした標準偏差値が一定
となる様に帰還制御をすることで行なわれる。第１０図
のうち８３は前述の輝度信号の平均値を求めるためのロ
ーパスフィルタである。ローパスフィルタ８３の出力は
比較増幅器８４によって、（可変抵抗ＶＲＩで設定でき
る。）利得基準電圧８６と比較増幅器幅（差動増幅）さ
れた後、切換スイッチ８１を経て加粋器７９に入力され
、１ｒ１１度信号と加算される。こうすることにより帰
還ループが成立し、輝度信号の平均値（ローパスフィル
タ８３の出力）が利得基準電圧８６と等しくなるように
自動的に制御される。この様にして自動利得制御を受け
た輝度信号は次に乗算器８０に入力される。乗算器８０
の出力は標準偏差値を求める標準偏差生成回路１００に
入力される。まず減算器１００−１によって輝度信号の
平均値（ローパスフィルタ８３の出／力）が差し引かれ
た後自乗検波器１００−２によって検波が行なわれる。

そしてローパスフィルタ１００−３によって、その平均
値が求められた後に、平方根回路１ｏｏ−４に入力され
、輝度信号の標準偏差値が求められる。この値は比較増
幅器８５に入力され、（可変抵抗ＶＲ２で設定可能な）
ダイナミックレンジ基ＴＰ電圧８７と比較増幅（差動増
幅）された後、切換スイッチ８２を経て乗棹器８０に入
力され輝度信号と乗算される。こうすることにより帰還
ループが成立し、輝度信号の標準偏差値がダイナミック
レンジ基準電圧８７と等しくなるように自動的に制御さ
れる。尚、第１０図に示す標準偏差値を求める標準偏差
生成回路１００は簡易化して第１１図に示す標準偏差生
成回路１００′の様にしても良い。つまり減算回路１０
０−１で平均値を差し引いた後、検波回路１００−５で
絶対値検波を行ない、ローパスフィルタ１００−６で輝
度信号の分散の平均値を求めても良い。このようにして
利得とダイナミックレンジの制御を受けた輝度信号は次
に対数増幅器９２に入りされる。

尚、第１０図において、切換スイッチ８１とか８２を図
で示す接点Ｓａ側がオンするように切換えると、それぞ
れ可変抵抗ＶＲ３，ＶＲ４で設定された利得設定電圧及
びダイナミックレンジ設定電圧が印加され、手動によっ
て利得制御及びダイナミックレンジ制御を行うことがで
きる。

尚、例えば利ＩＪを手動制御、ダイナミックレンジを自
動制御のように選択できるし、この逆を選択することも
できる。

ところで、上記第１実施例においては色信号Ｒ−Ｙ、Ｂ
−Ｙに輝度信号Ｙの圧縮＊ＩｏｇＹ／Ｙを乗じることに
より、色相、彩度に影響を与えることなく輝度信号Ｙの
みを圧縮させている。これについては輝度信号Ｙの圧縮
度ＩＱ（ＩＹ／ＹをＲ，Ｇ。

Ｂそれぞれに乗算して１０！ＩＩ　Ｙ／Ｙ　−Ｒ、ｔｏ
ｇＹ／Ｙ−Ｇ、ｔｏ（ｌ　Ｙ／Ｙ−８としても同じ結果
になる。

このことはｌｏｏ　Ｙ、　１０（ｌ　Ｙ／Ｙ　（Ｒ−Ｙ
）　、　１０（１Ｙ／Ｙ　（Ｂ−Ｙ）を逆マトリクス回
路に通すとｌｏａ　Ｙ／Ｙ　−Ｒ，ｔｏｏ　Ｙ／Ｙ　−
Ｇ、　ＩｏｇＹ／Ｙ・Ｂとなることからもわかる。そこ
で本実施例においては乗算器８０の出力、つまりａｌｏ
ｇｂＹを一旦、１００ｄＢの対数増幅器９２によって圧
縮し、１０（＋　　（ａｔｏｇｂＹ）の形にする。次に
この信号から加算器４８の出力であるｌｏｇ　Ｙを減算
器８８にヨッテ減スルコトニより、ｌｏｇ　　（ａｌｏ
ｇ　ｂＹ／Ｙ）の信号を得る。この減算器８８の出力を
加算器７５．７６．７７によって１０＜ｌ　Ｒ，１０（
１Ｇ、　ｌｏａ　Ｂにそれぞれ加算することによってｌ
ｏｇ（ａ　ｔｏｏ　ｂＹ／Ｙ−Ｒ）、１０（ＩＩ　　（
ａｌｏｏ　ｂＹ／Ｙ−Ｇ）。

ｌｏｇ　　（ａｌｏｇ　ｂＹ／Ｙ−８）を得ることがで
きる。

この後１００ｄＢの逆対数増幅器８９．９０．９１でａ
ｌｏｇｂＹ／Ｙ−Ｒ，ａｌｏｇｂＹ／Ｙ−Ｇ。

ａ１０ｇｂＹ／Ｙ−Ｂを得ることができ、結果的に色相
、彩度に影響を与えることなく輝咲信号のみを圧縮する
ことができる。ここで上記第１実施例と比較した第２実
施例の特徴を述べると、第１実施例においては色信号Ｒ
−Ｙ、Ｂ−Ｙは正負の撮幅を持つため、対数増幅器４６
．４７と加算器４９．５０と減算器５３．５４と逆対数
増幅器５５゜５６は信号を正負に分けて、それぞれ計算
しなくではならなくなり、回路が多少複雑になる。これ
は対数の真数は数学的に正の値しか取れないためである
。ところがこの第２実施例においては正の値しかとらな
いＲ，Ｇ、Ｂ信号のみで処理を行なうため、回路が簡単
になる。

次に以上の各実施例で使用しているフローティングポイ
ント方式の他の方式を第１３図と第１４図を用いて説明
をする。

前述の７０−ティング方式の逆対数変換を行うものにお
いては、例えば第１０図では入力信号は＋００　Ｒ、１
ｏＯＧ　　、　１００８″ｒ（第３図ではｌｏｇγ　　
　　γ Ｒ，１００Ｇ、　ｌｏｇ　Ｂである。）となり、これら
の信号の平均値をウィンドウ幅の中心に設定している。

これに対しこのフローティング方式のものでは入力信号
１ｏｇＲ、ｌｏｇＧ”、　ｌｏｇＢＴ（又はγ ｔｏ（Ｊ　Ｒ，ｌｏｇＧ、　１０（Ｉ　Ｂでも良い。）
の内の一番大きい信号を検出し、その一番大きい信号を
ウィンドウの上限に設定し、この上限から一５０ｄＢだ
け下のレベルの範囲迄をウィンドウの幅にするものであ
る。ウィンドウの幅より小さい信号、つまり最大信号レ
ベルより一５０ｄＢ以下の信号は同一振幅として取り扱
っても、先述した様にカラー画像の人間の視覚特性上ま
ったく影響がないため、ウィンドウ回路で一旦切り捨て
てしまう。実γ 際の回路は第１４図に示す様に、ｌｏｇ　Ｒ、ｌｏｇＧ
、１ＯＱＢＴの信号は１０（ＩＩＲ７とＩｏｇＱ”。

γ γ　　　　γ　　　　γ ｔｏｏ　Ｇ　　とｌｏｇ　Ｂ　　、　ｌｏｇ　３　　と
ＩｏｇＲ７とをそれぞれ比較する比較器９３と９４と９
５に入力される。そして各比較出力は最大値を判定する
ためのリードオンリメモリＲＯＭ　（ルックアップテー
ブル〉９６に入力される。リードオンリメモリ９６から
の判定信号は＾速マルチプレクサ９７に入力され、最大
信号を選択するために、ダイナミックに切換動作を行う
切換信号として機能する。この一連の動作により第１３
図に示すように常に１０ＯＲ、１０１１１Ｇ　　、　Ｉ
Ｑ（ｌ　Ｂγの信号のうち一番大γ　　　　　　　　γ きい信号が常時選択されることになる。尚、ローパスフ
ィルタ９８は切換ノイズを取るためのものである。そし
てこの最大値から一５０ｄＢのウィンドウ幅を取るため
に、ローパスフィルタ９８の出力は加算回路９９で５０
ｄＢのウィンドウ幅に相当する電圧Ｗが加算された後減
算回路３３，３４．３５に入力され、減算されると共に
加算回路４８（第３図では４８．４９．５０となる）に
入力されフローティングポイント方式のマトリクス演算
が行なわれる。

ところで以上の実施例は当然、ディジタル回路でそのま
ま構成することができる。第３図と第１０図に示すアナ
ログｍのフローティングマトリクス演算回路はＡ／Ｄ変
換した後にリードオンリメモリ等を使用したルックアッ
プテーブル方式による非線形なマトリクス演算により実
行しても良いし、浮動小数点演算方式のディジタルシグ
ナルプロセッサ（ＬＳＩ化されている）によって実施し
ても良いし、将来的にディジタル技術が進歩した゛とき
は実用的である。

次に本発明に他の機能を付加した例について説明を行な
う。加Ｗ器４８の出力は輝度信号を対数圧縮したもので
あるから、加算器４８の後に２次元バイパスフィルタを
入れることにより、照明ムラ等の乗法的雑音を除去した
り、構造強調を効率良〈実施したりすることができる。

詳しい原理については特願昭６０−２７２８８５に記載
されているので説明をはふく。

上述の各実施例では撮像素子からＲ，Ｇ、Ｂの原色信号
が得られるものであった。カラー撮像素子としては補色
系、すなわち黄（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（
Ｍａ）等のカラーフィルタを使用する例もある。以下こ
のようなカラー撮像素子を用いた場合の実施例について
説明する。

第１５図は補色フィルタの例を示す。Ｍｑ、Ｇ。

Ｃｙ、Ｙｅの４色を使用している。第１６図は第３実施
例におけるカラー信号処理回路のブロック図を示す。第
１５図に示すような補色フィルタが受光面に取付けられ
た撮像素子から得られた対数特性をもつ信号１ｏｏ　Ｍ
ａ、　Ｉｏａ　Ｇ、　ＩＱ（］　Ｃｙ。

＋ｏｇｙｅが減算器１０２〜１０５に°それぞれ入力さ
れる。減り′５される値ｌｏｇ　Ｍは、ｌｏｇ　Ｍ＝　
（（１０（ｌ　Ｍａ＋ｌ０ｔＪ　Ｇ＋ＩｏＯｃｙ＋Ｉｏ
ｇＹｅ）／４）−Ｗ／２ なる式で与えられ、この値は平均値演算回路１゜１にて
生成される。減算器１０２〜１０５より出力される信号
の実時間平均値は常にウィンドウ回路１０６〜１０９の
リミッタ値Ｗの半分となり、逆対数増幅器１１０〜１１
３により線形な信号に再現することができる。（尚、第
１４図に示す方式を用いて最大レベルから５０ｄＢ下ま
でのウィンドウ幅にしても良い。）逆対数増幅器１１０
〜１１３より出力される線形な信号Ｍａ、Ｇ、ＣＳ／。

Ｙｅは、マトリクス回路１１４により輝度信号Ｙ、色差
信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換される。ここでマトリクス回
路１１４において行なわれる演算のマド、リクスの係数
は補色フィルタの特°性に対応して設定されることはも
ちろんである。第１５図に示す補色フィルタの場合、フ
ィルタ透過率を適切に設定すれば輝度信号及び色差信号
は次式で表わされる。

Ｙ　＝　Ｍ　ａ　＋　ＣＶ　＋　Ｇ　＋　Ｙ　ｅＲ−Ｙ
＝　（Ｇ＋Ｃｙ）　＝（ｆｖｌ＋Ｙｅ）Ｂ−Ｙ＝　（Ｍ
Ｏ＋Ｃ，Ｖ）−（Ｇ＋Ｙｅ）すなわちマトリクスの係数
は１となり、マトリクス回路１１４は加篩器または減Ｆ
Ｉ器のみの単純な構成となる。

さて、減算器１０２〜１０５によってマトリクス回路１
１４より出力された信号は、平均値Ｍで割られているも
のである。従って、これらの信号は対数増幅器１１５〜
１１７により対数圧縮された後加算器１１８〜１２０に
よりｌｏｇ　Ｍが加算されることｒｌｏｏ　Ｙ、　ｔｏ
ｏ　　（Ｒ−Ｙ）　、　Ｉｏｏ　　（Ｂ−Ｙ）が得られ
る。ｌｏｇ　ｙ信号は加算器１２１及び乗算器１２２に
より、第１０図に示す場合と同様に利得及びダイナミッ
クレンジの制御が行なわれる。一方、Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙ
信号は減算器１２３゜１２４によりｌｏｇ　Ｙ信号が減
算された後、加ｎ器１２６．１２７により対数増幅２１
！１２５より出力されたｌｏｇ（ｔｏｇＹ）が加算され
る。そして逆対数増幅器１２８．１２９により線形な信
号に変換され、視覚上の補正がされた信号（Ｒ−Ｙ）’
　ｘ（Ｒ−Ｙ）　１Ｇ（ｌ　Ｙ／Ｙ、　　（Ｂ−Ｙ）’
　−（Ｂ−Ｙ）ｌｏｇ　Ｙ’／Ｙが得られる。なお、補
色信号を用いた場合には通常のガンマ補正は行なえない
が、対数圧縮された輝度信号を抵抗Ｒ３及びＲ４で分圧
し、バイアス電圧■を与えた減衰器１３０を通してガン
マ補正するとともに、輝度信号に応じて色差信号のレベ
ルを調整することによりガンマ補正と同様の効果を得る
ことが可能である。

尚、１３１は色差信号レベルの補正を行なうγ補正用関
数変換回路である。以上で得られた輝度信号Ｙ′及び色
差信号（Ｒ−Ｙ）’　、（Ｂ−Ｙ）′はＮＴＳＣ信号に
変換したり、逆マトリクス回路でＲ’　、Ｇ’　、Ｂ’
信号に変換される。

第１７図は本発明の第４実施例におけるカラー信号処理
回路を示し、この回路では補色フィルタを用いた場合の
カラー信号処理を行う、ＩｏａＭａ。

ｔｏｇ　Ｇ、　ｌｏｏ　ｃｙ、　ｌｏｇＹｅの信号がフ
ローティングポイント方式の逆対数増幅器により線形な
信＠ＭＯ，Ｇ、Ｃｙ、Ｙｅに変換されることは、第１６
図に示す実施例と同様である。これらの信号は４人力の
加算器１３２により加算され、輝度信号Ｙが得られる。

更に対数増幅器１１５により対数圧縮された後、加算器
１１８により係数Ｍが加えられ、１０ｇＹ信号となる。

加算器１２１及び乗算器１２２により利得及びダイナミ
ックレンジの・調整が行なわれ、圧縮された輝度信号Ｙ
′が得られる。

対数増幅器１２５を通ったＹ′信号とｌｏｇ　Ｙ信号と
が減算器１３３により減算され、Ｉｏｇ（Ｙ’／Ｙ）が
得られる。この信号とｌｏｇ　ＭＯ，ｌｏｇ　Ｑ。

ｌｏｇ　ＣＶ、　１０（ｌ　Ｙｅとが加算器１３４〜１
３７によりそれぞれ加えられ、各補色信号にＹ’　／Ｙ
が乗算された信号になる。この後、逆対数増幅器１３８
〜１４１により、４つの線形な信号Ｍｇ・Ｙ’　／Ｙ、
Ｇ−Ｙ’　／Ｙ、Ｃｙ−Ｙ’　／Ｙ、Ｙｅ　−Ｙ’　／
Ｙが得られ、これらが４人力の加減算器１４２．１４３
に印加されて視覚上の補正がなされた色差信号（Ｒ−Ｙ
）’　、（Ｂ−Ｙ）’　が得られる。

以上説明したように、補色フィルタを使用した場合でも
Ｒ，Ｇ、Ｂの原色信号の場合と同様にカラ一対数８像を
行なうことができる。

ところで、上述した各実施例では、第１図に示すように
２つの撮像素子３ａ、３ｂを用いて、広いダナミックレ
ンジ（例えば１００ｄＢ）の信号を得ているが、撮像手
段側でその出力特性（光電変換特性）を対数特性にした
ものにしであると、撮像素子を１つにできるので、小型
化できる等の利点がある。

以下、撮像側の出力特性を対数特性にした本発明の第５
実施例を説明する。

上記出力特性を対数特性にする方法として、例えば（撮
像）素子内対数圧縮することが挙げられる。この具体例
として、第１８図に示す横型０ＦＤ（オーバーフロード
レイン）１４４を備えた■Ｌ−ＣＯＤ　（インタライン
転送型Ｃ０Ｄ）１４５を用いて実現することを説明する
。

上記ＩＬ−ＣＣＤ１４５は、縦方向の受光エレメント列
１４６と交互に垂直シフトレジスタ１４７を配置し、さ
らに受光エレメント列１４６と垂直シフトレジスタ１４
７との間に配設した転送ゲート１４８にトランス、ファ
ゲート信号φＴＧを印加することによって、各垂直シフ
トレジスタ１４７には隣接する受光エレメント列１４６
で蓄積された信＠電荷が転送される。しかして、垂直シ
フミーレジスタ１４７に垂直転送りロックφＶを印加す
ることによって、信号電荷を垂直（縦）方向に転送し、
水平シフトレジスタ１４９に転送し、この水平シフトレ
ジスタ１４９に水平（横）方向の画素数分の水平シフト
用クロックφＨを印加することによって、出力アンプ１
５０を経てＣＯＤ出力信号を出力できる。尚、各受光エ
レメント列１４６に隣接して形成されたオーバー７０−
ドレイン１４４は、通常は適宜値で正の電圧が印加され
（ｎチャンネルの場合）、受光エレメントで過剰に蓄積
された電荷をオーバーフローさせる等させる。この実施
例では、このオーバーフロードレイン１４４への印加電
圧を制御して出力特性を対数特性にするものである。尚
、ドレインは抵抗Ｒを介して接地されている。

素子内対数圧縮の方法は、基本的には素子１４５の各受
光エレメントのポテンシャル井戸の深さを露光時間ｔの
経過に伴い、次式で表わされる関数Ｖ（ｔ）に従って変
化させる。

（Ｂ　　Ｔ　　　　　ｔ　　）　　　　　５　　（Ｖ　
　　（ｊ　　）　　　＋　　Ｖ　　　（ｊ　　）＝ＡＩ
ｏｇ　（ｄｔ　Ｖ（ｔ）−ＢＴ＋１）・（１）但し、こ
こで時間ｔは、最大露光時間（期間）Ｔ以下、つまりＯ
≦ｔ≦王である。又、△は対数圧縮の度合（ダイナミッ
クレンジ）を表わす定数であり、Ｂは利得を表わす定数
である。

上記（１）式を導くために、第１８図に示す関数Ｖ　（
ｔ）を考える。

第１８図において、横軸は時間ｔ１縦軸はポテンシャル
井戸の深さを表わし、この関数Ｖ（ｔ）はポテンシャル
井戸の深さの時間的変化を表わす曲線である。

すなわち、１露先期間中において、露光開始点から少し
だけ経過した時点では、ポテンシャル井戸の深さはごく
浅いため、極低輝度の光信号電荷は全てチャージされる
が、それ以上の強度の輝度の光信号電荷はポテンシャル
井戸の深さに飽和してしまい、この飽和以上に余分の電
荷は０ＦＤ１４４に捨てられる。

しかして、時間と共に増加するポテンシャル井戸のａ！
さはＶ（ｔ）で表わされる。この場合、各時間ｔでのポ
テンシャル井戸の深さ分の電荷値が嵩上げ分として、そ
の時間（１）でのＶ（ｔ）の接線の傾きｄＶ（ｔ）／ｄ
ｔに相当した光信号電荷の蓄積が繰り返されて、この関
数Ｖ（ｔ）に従って則加する。上記時間ｔでの関数Ｍ（
１）での接線の傾きｄＶ（ｔ）／ｄｔは、時間ｔと共に
大きくなる。このため、低輝度成分程電荷蓄積が行われ
る実質の露光時間が長くなり、その分信号レベルが増大
する。一方、高輝度成分になる程、実質の露光時間は短
くなり、その分高輝度レベルで曲線である。

すなわち、１Ｂ光ｔｔ］ｍ中において、露光開始点から
少しだけ経過した時点では、ポテンシャル井戸の深さは
ごく浅いため、極低輝度の光信号電荷は全てチャージさ
れるが、それ以上の強度の輝度の光信号電荷はポテンシ
ャル井戸の深さに飽和してしまい、この飽和以上に余分
の電荷は０ＦＤ１４４に捨てられる。

しかして、時間と共に増加するポテンシャル井戸の深さ
はＶ（ｔ）で表わされる。この場合、各時間ｔでのポテ
ンシャル井戸の深さ分の電荷量が嵩上げ分として、その
時間（１）でのＶ（ｔ）の接線の傾きｄＶ（ｔ）／ｄｔ
に相当した光信＠電荷の蓄積が繰り返されて、この関数
Ｖ　（ｔ）に従って増加する。上記時間ｔでの関数Ｖ（
ｔ）での接線の傾きｄＶ（ｔ）／ｄｔは、時間ｔと共に
大きくなる。このため、低輝度成分程電荷蓄積が行われ
る実質の露光時間が長くなり、その分信号レベルが増大
する。一方、高輝度成分になる程、実質の露光時間は短
くなり、その分高輝度レベルでの信号増大が抑圧される
ことになる。

上記抑圧の割合が対数圧縮となるように関数■（１）を
以下のようにして求めることができる。

ある時間ｔ１における関数Ｖ（ｔ）の接線Ｐ（ｔｌ）は
次式で表わさ／れる。

この傾きｄＶ　（ｔｌ）／ｄｔを持つ／＝輝度の光電荷
は露光期聞Ｔ中に、 だけ発生し、最大露光時間Ｔでの接３５ＪＰ　（Ｔ）は
、（２）式より たけポテンシャル井戸にチャージされる。

従って、素子の出力特性に対数特性を持たせるためには
、 Ｐ　（Ｔ）　　−八　１０（Ｊ（Ｑ　　（Ｔ））　　　
・・・・・・（５）なる関係が成立する必匹がある。

ところで、入射光量がＯの時（つまり電荷量が０の時）
、上記（５）式ではＰ（Ｔ）＝−ωとなってしまうが、
実際の光電変換特性では光電荷がＯから始まるのに対応
して、Ｐ　（Ｔ＞もＯから始まる必要がある。従って、
上記（５）式は、これを考慮して、 Ｐ　（Ｔ＞　＝Ａ　　１０（］（Ｑ　（Ｔ）　＋　１１
　　・・・（５°）となるべきである。（すなわち、素
子の光電変換特性の縦軸を右に１だけシフトしたことと
等価。）また、利得を変えることは、■を変化できるよ
うにすることであり、例えばＴを８倍ずれば良く、（３
）、　（４）式のＴをＢ−Ｔに置換すれば良い。

従って、（３）、　（４）、　（５°）式より（ｔｌ）
・ｔ１’−Ｖ（ｔｔ）） ・・・（６） となる。

ここで、時間ｔ１は０からＴまでの任意の時間ｔで、上
式が成立する必要があるので、ｔｌをｔに置換して ・　し　−Ｖ　　（ｔ）　　） ・・・（７） となり、この（７）式を整理すると となり、（１）式が求められる。

第２０図に（１）式を満たす関数Ｖ（ｔ）のグラフを示
す。

実際の回路上では、例えば１００ｄＢのダイナミンクレ
ンジの圧縮を行なう場合、ｔ＝Ｔにおける例えば暗電流
の様なＭ音電筒の′？Ｂ積閤が素子の最大飽和レベルＥ
　ｍａｘの例えば１／１０　となるように定数Ａを決め
、且つ１００ｄＢの光信号がＥ　ｌ１ｌａＸになる様に
利得Ｂを定める。

参考までに、△＝１．Ｂ＝１のときＶ（ｔ）はＶ　（ｔ
）＝　Ｉｏり（Ｔ／　（Ｔ−ｔ）　）−ｔ／Ｔとなる。

尚、ここで１１０ｇは自然対数を表わす。

第２１図に素子内対数圧縮を行った時の素子の光電変換
特性を示す。但し、この特性は、ダイナミックレンジ５
０ｄＢの素子を使って、撮像ダイナミックレンジを１０
０ｄＢに拡大した場合の例を示す。

上記ＩＬ−ＣＧＤ１４５では、ポテンシャル井戸の深さ
を変化させる方法として、ＯＦＤゲート電圧をＯＦＤゲ
ートの障壁が一番低くなり、受光エリアにたまった全電
荷をＯＦＤに流してしまうレベル■２から、ＯＦＤゲー
トの障壁の高さが一番高くなるレベルＶｏまで、上記（
１）式に従って連続的に変化させることで行われる。

但し、実際にはＯＦＤゲートにかｔノる電圧は、電荷が
負であることにより、上記（１）式の極性を反転し、Ｖ
２から減少させる減少関数となり、第２２図の破線で小
すものとなる。尚、横軸は時間ｔｔ’、■は例えば１／
３０ｓｅｃ又は１／６０ｓｅｃである。

上記ＯＦＤゲート制御信号Ｓ３は、例えば次のようにし
て生成される。

第２３図はＯＦＤ制御信号発生回路のブロック図を示す
。

先ず、利得、ダイナミックレンジが固定の基本システム
について、第２３図中の破線で示された流れに従って説
明する。

先ずシステムコントローラ１５１から出力されるタイミ
ング信号により、位相同期がかけられた鋸歯状波発生回
路１５２は、第２４図（ａ）に示ず鋸歯状波Ｓ１が出力
される。この鋸歯状波Ｓ１は、周波数が６０Ｈｚ　　（
フィールド読出し時）あるいは３０１−１ｚ（フレーム
読出し時）であり、ピーク電圧は例えばＶｌである。但
し、このピーク電圧Ｖ１１り低い電圧レベルＶ２で、鋸
歯状波Ｓ１をリミットした時゛に生じる上辺の長さ部分
が垂直ブランキングに相当する様に設定されている。こ
の鋸歯状波Ｓ１は、関数発生回路１５３に入力され、上
記（１）式に従った関数曲線Ｖ（ｔ）の反転出力Ｓ３が
生成される。この出力Ｓ３は第２４図（ｂ）に示す反転
前の信号Ｓ２を反転した同図（Ｃ）に示す波形となる。

つまり、この信号Ｓ３は、１＝０のとき電圧レベル■２
であり、ＶＯでクランプされた波形になっている。尚、
この関数発生回路１５３の特性に、システム全体のγ特
性を考慮して、そのγ特性を補正した特性を（１）式の
への値に持たせ、素子内でγ補正を行わせることもでき
る。

例えば、第２２図の破線で示す制御信号Ｓ３から実線で
示す制御信号８３′にすることにより、γ補正された信
号を出力させることもできる。このように素子内でγ補
正を行うと、映像信号処理部に設けるγ補正回路が不要
となり、回路を簡単化できる。（この場合には、第２５
図、第４３図における破線部Ｂは不要になる。） ところで、被写体によって、全体に明るい被写体の場合
あるいはその逆で暗い被写体の場合がある。また、ダイ
ナミックレンジの広い被写体もあれば、ダイナミックレ
ンジの狭い被写体もある。

従って、あらゆる被写体の情報を常に同一の圧縮特性で
撮像する必要がない場合、各画像を常に最大のＳ／Ｎの
ものにするべく、利得側ａｌｌ（自動利得制御：　ＡＧ
Ｏとか手動による利得制御）と°かダイナミックレンジ
制御（自動ダイナミックレンジ制御：ＡＤＣあるいは手
動によるダイナミックレンジ制御）を行えるようにする
ことは有効なものになる。

上記利得制御は露光時間を制御することで行うことがで
き、（１）式中のＢを変化できるようにずれば良い。こ
の利得制御を行う制御回路は、第２３図に示すように鋸
歯状波発生回路１５２の出力信号Ｓ１をリミッタ１５４
に入力して、電圧レベルｖ２でリミットした後、減算器
１５５に入力し、電圧■２から減算する。この減算出力
を乗算器１５６に入力し、利得制御信号Ｓ４を乗算し、
再度リミッタ１５７に入力し、電圧ｖ２でリミットし、
減算器１５８に入力し、電圧Ｖ２から減算する。

この減算ＶＳｉ１５８の出力信号Ｓｔ’を関数発生回路
１５３に入力する。この時、利得制御信号Ｓ４は、後段
のカラ一対数陽像用信号処理部（第２５図参照）からの
１０ｇＹ信号を用い、このｌｏｇ’ｙ’信号をＬＰＦｌ
　６１を通過させて１フイールド（あるいは１フレーム
）分の積分値を求め、可変抵抗１６２で適切なレベルに
設定された電圧が一方の入力端に印加された比較増幅器
１６３の他方の入力端に入力され、比較増幅された出力
信号Ｓ４が切換スイッチ１６４を経て乗算器１５６に入
力され乗算してＡＧＣで制御される。又、搬像者がこの
切換スイッチ１６４を切換えること暢より、可変抵抗１
６５にて任意の値に設定された電圧を乗算する手動によ
る利得制御を行うごともできる。

上記切換スイッチ１６４を経て出力される信号Ｓ牛は、
（１）式の８に相当する。

またダイナミックレンジ制御は、前記関数発生回路１５
３をダイナミックレンジ制御信号Ｓ５でその特性を制御
することで行なわれる。

この時、ダイナミックレンジ制御信＠８５は以下のよう
にして生成される４ 先ず利得制御信号Ｓ４と同じ＜ＬＰＦ１６１を通した　
ＩＯｇＹ信号と、このＬＰＦ１６１を通る前の　ｌｏｇ
Ｙ信号とを第１０図の符号１００で示す標準偏差生成回
路（又は第１１図の１００’）に入力し、この回路１０
０から出力される信号を得る。

この信号を、（利得制御とは独立に設けられ、適切なレ
ベルに設定できる可変抵抗１６６が一方の入力端に印加
された）比較増幅器１６７の他方の入力端に印加し、こ
の比較増幅ｒＡ１６７を通した比較出力で、切換スイッ
チ１６８を通したダイナミックレンジ制御信号Ｓ５を関
数発生回路１５３に入力してＡＤＣによるダイナミック
レンジの制御を行う。又、ＡＤＣで行うのでなく、ｂｉ
　＊　ｇが切換スイッチ１６８を手動側に切換え、可変
抵抗１６９で任意に設定された値により手動制御するこ
ともできる。ここ゛で、信＠Ｓ５は、（１）式のＡに相
当する。

上記第２３図に示す実施例では、手動と自動による１ｌ
Ｊ１１１を切換スイッチ１６４，１６８で行えるように
している。

この第５実施例におけるカラ一対数撮像用映像信号処理
部を第２５図に示す。

本実施例では、対数特性を自動的にあるいは手動で可変
する。

ところで、第２５図に示すカラ一対数Ｒ像用映像処理部
ではフローティングマトリクス演算を行なう際、１度リ
ニアに直した後、マトリクス変換を行ない、再度対数変
換を行なっている。

ここで用いる逆対数増幅器４１〜４３．８９〜９１、対
数増幅器４５．９２は素子からの出力の対数特性が固定
ならば、それに対応させて固定で良い。

しかし、素子からの出力の対数特性が素子内で、あるい
は、カラ一対数搬像用映像処理部の前段で可変できる場
合、その時々の対数特性に応じて逆対数増幅器４１〜４
３．８９〜９１、及び対数増幅器４５．９２の特性を変
える必要がある。

そこで、ダイナミックレンジ＄１０１１用信号Ｓ５を用
い、まず逆対数増幅器４１〜４３．８９〜９１に対して
は、割り算器１７１により１／Ｓ５を作った後、この信
号１／Ｓ５を用いて逆対数増幅器４１〜４３及び８９〜
９１の特性を制御することにより、補正を行なう。

また、対数増幅器４５．９２に対しては、信号Ｓ５をそ
のまま用いて、対数増幅器４５．９２の特性を制御する
ことにより補正を行なう。

上記逆対数増幅器４１〜４３を通した色信号ＭＲ，ＭＲ
，ＭＧは、マトリクス回路７８により輝度信号ＭＹが生
成され、対数増幅器４５に入力される。尚、破線Ｂは素
子内でγ補正を行う場合、つまり信号Ｓ３のかわりに８
３−を用いた場合には不要になる。

上記第５実施例では、ＯＦＤゲートを制御することで対
数圧縮を行うようにしているが、本発明の第６実施例で
は第２６図に示すＦＴ−ＣＯＤ（フレーム転送型Ｃ０Ｄ
）１７３を用い、？８積電位制御（ポテンシャル井戸の
深さの制御）により同様の機能を実現している。（但し
、Ｉ　Ｌ−ＣＣＤのときでも、受光部を拡散フォトダイ
オードではなく、ＭＯＳフォトダイオードとすると同じ
原理が使える。） 第２６図において、ＦＴ−ＣＧＤｌ　７３は受光部１７
４に隣接して転送部１７５が設けられ、受光部１７４で
蓄積された信号電荷は、通常の使用法では高速の垂直転
送信号ＣＫ　ｔの印加により、転送部１７５に転送され
る。この転送部１７５に転送後は第２７図（Ｃ）に示す
垂直転送りロックφＶ２で垂直方向に１つ転送し、その
後水平シフトレジスタ１７６に水平方向の画素数の水平
シフト用りロックφト１（第２７図（ｄ）参照）を印加
することを繰り返して出力アンプを経てＣＣＯ信号が出
力される。

ところで、この実施例では上記垂°直転送りロックＣＫ
１を印加する前に、第２７図（ｂ）に示すように蓄積電
位ＩＩＪＩｌ１Ｍ号８６を印加して、対数圧縮特性の電
荷信号にした後、上述のように高速の転送りロックＣＫ
１を印加して転送部１７５に転送する。つまり、この実
施例では受光部１７４には蓄積電位制御信号Ｓ６と垂直
転送り０ツクＣＫ１とが印加されることになり、これら
をまとめて制御信号φＶ１で表わす。

第２６図に示すように、上記制御信号φ■１は、減算器
１７７によって電圧■２から信号８３　　（第２７図（
ａ）参照）を減算して生成された信号Ｓ６（第２７図（
ｂ）参照）からさらにＣＯＤ駆動用の垂直転送信号ＣＫ
１を減算（但しＩ　Ｌ−ＣＯＤに応用する場合には、Ｃ
ＯＤ駆動用信号ＣＫｔを減算する必要はない）してでき
た信号φ■１を受光部１７４の入力端に印加する。この
場合信号Ｓ３を電圧■２から減算する代りに、第２３図
に示す関数発生回路１５３内の反転前の信号（第２４図
（ｂ）に示す）を■２に加算しても良い。

またφｖ１は減Ｆｉ器１７７からの出力時に適当なレベ
ルに変換されている。

第２８図は上記制御信号φ■１が生成される様子を示す
。つまり、減算器１７７により電圧ｖ２から信号Ｓ３を
減算して生成された第２８図（ｂ）に示す信号Ｓ６は、
同図（ａ）に示す信号ＣＫ１がざらに減算されて同図（
Ｃ）に示す信号φｖ１が生成される。

ところで、上記第５実施例ではＩ　Ｌ−ＣＯＤの場合、
ＯＦＤゲートをｉＩ制御して対数圧縮特性を実現したが
、本発明の第７実施例のように、トランスフ１ゲートを
制御して素子内対数圧縮を行うこともできる。

第２９図は第７実施例におけるトランスファゲート制御
による素子内対数圧縮ＩＬ−ＣＣＤ１７８を示す。

この素子内対数圧縮ＩＬ−ＣＧＤ１７８では、Ｉ　Ｌ−
ＣＣＤのＯＦＤゲートには正の電圧ＶＯが印加され、受
光部で蓄積された信号電荷が過剰となった場合、ＯＦＤ
ゲート側に流す。（電圧■２レベル以上。）しかして、
受光部で蓄積された信号電荷は通常の使用法ではトラン
スファゲートクロックφＴＧの印加により、垂直シフト
レジスタに転送され、転送時以外は垂直シフトレジスタ
側に信号電荷が漏れるのを防止しているが、この実施例
では電荷蓄積時（転送時以外の時）に、・垂直シフトレ
ジスタ側に一部を漏らすようなａｉｌＪ御信号を印加し
て対数圧縮特性にするものである。

このため、加算器１７９により第３０図（ａ）に示すｖ
制御信号Ｓ３と、同図（ｂ）に示すトランス７？ゲート
信号φＴＧとを加算して、同図（Ｃ）に示すような対数
圧縮制御信号φＴＧ’　を生成し、トランスファゲート
端子に印加するようにしている。

尚、上記トランスファゲート信号φＴＧはシステムコン
トローラから出力される。

また、φＶＧ’　は加算器１７９からの出力時に適当な
レベルに変換されている。

第３０図（ａ）に示すＩＩＪｔｌＩｌ信号Ｓ３ハ１ｉｉ
ＪｉＢ％ｌＩ（露光時）に印加され、この制御信号Ｓ３
のために垂直シフトレジスタ側に漏れた電荷弁は、第３
０図（ｄ）に示す垂直転送りロックφｖ１によって昂き
出すようにしている。このため、この垂直転送りＯツク
φｖ１は、その撮像素子の許容範囲内で最大のクロック
速度にすることが望ましい。一方、１露光１１１７ｇ後
に出力されるトランスファゲ−ト信号φＴＧにより垂直
シフトレジスタに転送された信号電荷は、第３０図（ｄ
）、（ｅ）に示す垂直転送りロックφｖ２及び水平シフ
トレジスタ用クロックφ（１により出力アンプを経て対
数圧縮されたＣＯＤ信号が出力される。この場合、クロ
ックφＶ２とりＯツクφＨとは同期して出力される。

（但し、φ■２とφＨとの位相は１／２ずらして印加さ
れる。） この第７実施例では、垂直シフトレジスタを信号電荷の
垂直転送ｇ１能以外に、過剰電荷の掃き出し機能、を兼
ねさせることにより、オーバフロー電荷の吸収能力を向
上ざぜることができる。又、ＯＦＤゲートの負荷を軽減
させることができる。

ざらに上記実施例では、アナログ回路で対数圧縮特性に
するため万ｖ制御信号を生成しているが、例えば第３１
図に示すようにディジ゛タル回路で制御信号を生成する
こともできる。

第８実施例における制御信号発生回路は、第３１図に示
すように、システムコントローラ１５１の出力信号はル
ックアップテーブル（ＲＯＭテーブル等）１８０のアド
レス端に印加され、読出されたデータはＤ／Ａコンバー
タ１８１でアナログ信号に変換され、さらに適当なカッ
トオフ特性を持ったＬＰＦ１８２を通してスムージング
して制御信号Ｓ３を生成している。上記Ｄ／Ａコンパ−
１り１８１に入力される信号は第３２図の実線で示】細
かいステップ状の信号となり、Ｄ／Ａコンバータ１８１
でアナログ信号に変換し、ＬＰＦ１８２を通した信号は
同図の破線で示す制御信号Ｓ３になる。

上記第８実施例では利（７制御は、システムコントロー
ラ１５１に上記信号Ｓ４に応じ【りＯツク速度を変化す
ることで行われ、ダイナミックレンジ制御は同じく上記
信号Ｓ５に応じてルックアップテーブル１８０へのアド
レスをコントロールして対応した曲線の情報を読み出す
ことで行われる。

上述した素子内対数圧縮特性を得る各実施例の他の実施
例として、第３４図に示す方法を用いても良い。

本発明の第９実施例では、第３４図に示すように、１露
光期間中にＮ回露光及び垂直シフトレジスタへの転送を
行い、垂直シフトレジスタ上でＮ回分のチャージ量を加
算し、素子内対数圧縮を行うものである。

但し、この時１回、２回、・・・、Ｎ回と露光する時間
は、第３３図に示ず様に（１）式に対応して非線形に減
少させ、且つＯＦＤゲート電圧はゲートの高さが通常の
１／Ｎとなる様に設定される。Ｎ回のく垂直シフトレジ
スタへの）読出し後には、通常の読出しと同様に信号電
荷の読出しが行われる。

第３４図（ａ）に示すように各露光時間ｔｌ。

ｔ２．・・・の直後に、トランスファ、ゲートクロック
φＴＧを印加し、各露光時間で蓄積された信号電荷を垂
直シフトレジスタに転送し、この垂直シフトレジスタで
加算する。（第１８図のＩＬ−ＣＯＤに適用して説明し
ている。）しかして、Ｎ回の露光時の信号電荷の加算が
終了した直後に、第３４図（ｂ）、　（ｃ）に示すよう
に垂直転送りロックφ■１及び水平シフトレジスタ用ク
ロックφＨを印加して、出力端からＣＯＤ信号を出力さ
せる。

ところで、Ｎ個のトランスファゲートクロックφＴＧ印
加後に通常の読出しと同様にＣＯＤ信号を出力している
間に、受光部に？Ｂｖ４された不要な信号電荷は、掃出
しをするためトランスファゲートクロック（第３４図（
ａ）でφで示す）を１つ印加し、その後第３４図（ｂ）
に示すように垂直転送りロックφＶ２を垂直方向の画素
数分印加しくその後水平シフトレジスタに図示しない水
平画素数分のクロックを印加して）描き出す。尚、ＯＦ
Ｄゲートには第３４図（ｄ）に示すように、ゲー１〜′
ｉ３さが１になる時の電圧ＶＯに対し、ゲート高さが１
／Ｎ（ここでは例えば１１５）と、なる電圧■１が印加
される。

このようにして、この実施例ではＣＯＤの光電変換出力
特性を対数特性に近似する折れ線特性となる。

撮像素子内で信号を対数圧縮して出力する方式を、ＣＯ
Ｄではなくｘ−ｙアドレス型の撮像素子に適用した本発
明の第１０実施例を以下に説明する。Ｘ−Ｙアドレス型
の撮像素子は画面内の画素を順次走査していくため、画
素ごとに露光開始及び終了のタイミングが異なってくる
。このため、信号圧縮を行う場合に配慮が必要である。

機械式のシャッタを併用して露光開始・終了のタイミン
グを決める場合とか面順次方式の内視鏡に用いる場合な
どは、先１よどのＣＯＤで述べた方式と同様に、全画素
共通のタイミングで信号を圧縮するパルスを加えてやれ
ばよい。しかし、一般的な場合には画素ごとの露光タイ
ミングが異なってくるため、信号圧縮パルスも菫なるタ
イミングで印加する必要がある。この方法を、Ｘ−Ｙア
ドレス型の撮像素子である５ＩＴ（静電誘導トランジス
タ）イメージセンサに適用した場合について以下に説明
する。

第３５図はＳＩＴイメージセンサ゛のＩＮｉ素１８３の
構成を示し、（ａ）は構造を示し、（ｂ）は等価回路を
示す。第３５図に示す画素１８３に光が入射するとゲー
ト１８４に正孔が蓄積してゲート電位が上昇し、ソース
１８５及びドレイン１８６問に流れる電流が増加する。

尚、符号１８７はゲート１８４に接続されたキャパシタ
である。上記ソース１８５及びドレイン１８６間の電流
を各画素から検出して映像信号を得る。このような撮像
素子において出力信号を圧縮する方法については特願昭
５８−２１３４８８において前述しである。

従って、ここで示されている原理を用いて、対数圧縮特
性が得られる撮像素子について説明する。・第３６図は
Ｗａ像素子装置１８８の全体の回路構成を示す。

この撮像素子装置１８８は、第３５図に示す画、素１８
３がマトリクス状に配列されている。各画素のゲート１
８４は、行ライン１８９−１．１８９−２．・・・、１
８９−ｎに接続され、ソース１８５は列ライン１９０−
１．１９０−２．・・・、１９Ｑ−ｍにそれぞれ接続さ
れている。尚、各画素１８３のドレイ−ン１８６は、企
画−素共通に接続されている。行ライン１８９−ｉ　（
ｉ−１，２，・・・ｈ）は、垂直走査回路１９１に接続
され、列ライン１９０−Ｊ　（ｊ−１，２，・・・ｍ）
は水平走査回路１９２及びリセット回路１９３に接続さ
れている。

垂直走査回路１９１は、垂直シフトレジスタ１９４、ア
ナログシフトレジスタ１９５及び倍長）混合回路１９６
を備えている。水平走査回路１９２は、水平シフトレジ
スタ１９７、水平選択スイッチ１９８及びビデオライン
１９９を備えている。

リセット回路１９３は、リセットスイッチ２００から成
る。上記撮像素子装置１８８の動作タイミングを示す信
号波形を第３７図に示す。

第３７図において、φＳは水平走査回路１９２から出力
されるパルス。又、φｅｔ、φＧ２．φＧｎは、垂直走
査回路１９１から出力されるパルスであり、φＲ５はリ
セット回路１９３に印加されるパルスである。

上記第３６図に示す＠機素子装置１８８の動作を第３７
図を参照して以下に説明する。

第３７図の各パルスφＧ１．φＧ２．・・・φＧｎにお
いて、電圧ＶＲＤは該当する行ライン１８９−１を読出
すための電圧であり、この電圧ＶＲＤが印加されるタイ
ミングは垂直シフトレジスタ１９４により与えられる。

又、電圧ＶＯＦは水平ブランキング期間ごとに加えられ
る電圧であり、アナログシフトレジスタ１９５により与
えられる。

信号混合回路１９６は垂直シフトレジスタ１９４、アナ
ログシフトレジスタ１９５の出力を適切なタイミングで
混合し、パルスφＧｌ、φＧ２．・・・を生成する。水
平走査回路１９２においては、水平走査期間ごとに水平
シフトレジスタ１９７が動作することにより、水平選択
スイッチ１９８．・・・。

１９８が順次開き、列ライン１９０−１，１９０−２．
１９０−ｎの信号が順次ビデオライン１９９に読みされ
る。リセット回路１９３においては、リセットスイッチ
２００が水平ブランキング期間ごとにパルスφＲ５に同
期して開く。いま行ライン１８９−１に接続される画素
１８３について考える。パルスφＧ１がＶＲＤ、となっ
た時に、水平走査回路１９２の動作により各画素１８３
の信号が順次読み出される。続く水平ブランキング期間
においてＶＯＦが各画Ｍ　１８３を完全にリセットする
高い値で印加され、またリセットスイッチ２００が開く
ことにより、画素１８３のリセットが行われ、画素１８
３のゲートは積分１１ｎ始時の低い値となる。−水平走
査周期後の次の水平ブランキング期間においてはＶＯＦ
がやや低い値とされでいる。一方、各画素１８３のゲー
ト電位は、画素１８３に入射した光量に応じて上昇して
いる。光量の大きかった画素１８３に対してはゲート電
位がクリップされ、光用の小さい画素の電位はクリップ
されずそのまま保たれる。このため、光量の大きかった
画素１８３の信号のみが圧縮される。

次のブランキング期間においても再び、この信号圧縮動
作が行われる。圧縮のレベルは電圧ＶＯＦにより決めら
れる。以下同様に水平ブランキング期間ごとに信号圧縮
が行われ、１垂直走査周期後にφＧ１が再びＶＲＤとな
ることにより、圧縮された信号が読み出される。ここで
Ｖ’ＯＦの電圧を第３８図φ＾で示されるように（１）
式に従って変化させれば、対数的に圧縮された信号出力
が得られる。

他の行うイン１８９−ｉ’　　（ｉ’　≠１）に接続さ
れた画素１８３については、垂直走査回路１９１゛の働
きにより、画素９３の読み出されるタイミングだけ遅延
された信号ψＧが加えられる。（この遅延は読み出し電
圧ＶＲＤについては垂直シフトレジスタ１９４で、電圧
ＶＯＦについてはアブ　　・ログシフトレジスタ１９５
で与えられる。）従って、各画素１８３の動作は行ライ
ン１８９−１と全く同じことになり、対数圧縮された信
号がすべての画素１８３から得られる。

信号圧縮の程度はアナログシフトレジスタ１９５に入力
される対数圧縮用制御信号としてのパルスφＡを変える
ことにより自由に設定できる。このパルスφＡを常時０
ボルトとすれば圧縮されない線型の出力特性が得られる
。又、このパルスφＡをへ％ｆ圧と低電圧とに切り換え
れば２線の折れ線で表わされる特性となる。また（１）
式の関数に合わせる場合にも、その振幅、傾き等を調節
することにより、対数圧縮のダイナミックレンジを変化
させることができる。このため、先に述べたＡＧＣ，Ａ
ＤＣの制御をパルスφＡにより行うことができる。

尚、垂直走査回路１９１に用いるアナログシフトレジス
タ１９５として、例えばＢ　Ｂ　Ｄ　（ＢｕｃｂｅｔＢ
ｒｉｇａｄｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　＞を使用することができ
る。これは第３９図（ａ）に示されるようにＭＯＳトラ
ンジスタＱ１とキャパシタＣ１とを多数段接続したもの
であり、第３９図（ｂ）に示されるような構造をもつ。

ＢＢＤを使用すれば簡単な回路でアナログシフトレジス
タ１９５を構成することができる。

以上述べた方式により信号を対数圧縮して出力する方式
は、他のＸ−Ｙアドレス方式のｍ像ｉ子にも適用できる
。

次にＣＭ　Ｄ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
　（ｌｅｖｉｃｅ）を用いた本発明の第１１実施例につ
いて説明する。

第４０図はＣＭＤの１画素の構成を示し、同図（ａ）は
構造を、同図（ｂ）は等価回路を示１゜通常ゲート２０
１には負電圧が印加されている。光が入射した時にはゲ
ート２０１の下に正孔が蓄積し、電位が上昇する。ゲー
ト２０１に信号読み出しのため光？！？積時より高い電
圧（負電圧）が加えられると、ソース２０２及びドレイ
ン２０３聞の電流が光量に応じて流れ、画素の信号が読
み出される。

ゲート２０１に正電圧を加えると、ゲート２０１下の正
孔が消失し、リセットされる。撮像素子全体の構成は、
第３６図において画素１８３を第４０図に示されるＣＭ
Ｄ画素におきがえたものとなる。また、リセット回路は
不要である。動作タイミングを示す信号波形も第３７図
と同様であり、ただゲートパルスφＧ１．φＧ２．・・
・φＱｎの電圧をＣＭＤに適するように変更するだけで
よい。

このような撮像素子において、信号読み出し後の水平ブ
ランキング期間にゲート２０１に正電圧が加えられるこ
とにより、画素がリセットされる。

その次のブランキング期間にはリセット時より低い電圧
が加えられる。入射した光量が大きい画素ではゲート電
位が正電位となり、信号がクリップされる。一方、光Ｍ
が小さい画素では信号がそのまま保たれる。このため、
光量の大きがった画素の信号の壱が圧縮される。以下水
平ブランキング１１１ｍごとにこの圧縮動作が行われ、
プランキング期間にゲートに加える電圧を（１）式の関
数で変化させることにより、対数圧縮された信号出力が
得られる。

さらに他のＸ−Ｙアドレス型撮像素子に適用した本発明
の第１２実施例として、ＡＭ　Ｉ　（Ａｍｐｌｉｒｉｅ
ｄ　Ｗａｓ　Ｉｍａｇｅｒ）を用いた例を次に示す。

第４１図はＡＭＩの１画素２０４の等価回路を示す。フ
ォトダイオード２０５がＭＯＳトランジスタ２０６のゲ
ートに接続され、ＭＯＳトランジスタ２０６のトレイン
にはＭＯＳトランジスタ２０７のソースに接続されてい
る。フォトダイオード２０５はダイオード２０８を介し
て正電圧によりリセットされる。光が入射するとフオト
ダイオード２０５のカソード電位は低下する。このため
、ＭｏＳトランジスタ２０６の電流は光が強いほど減少
し、これが出力信号として得ら゛れる。

１１ｉ）ｌＩＩ素子装置の構成は、第４２図のようにな
る。

基本的には第３６図と同様であり、同一要素には同一符
号で表わしている。１画素に対し読み出し用の行ライン
２０９とリセット用の行ライン２１０の２本の行ライン
が設けである。読み出し用の行ライン２０９は垂直シフ
トレジスタ１９４に接続され、リセット用の行ライン２
１０はアナログシフトレジスタ１９５に接続されている
。

リセット用行ライン２１０に加えられる電圧■ＯＦは信
号読み出し時には０Ｖｌｌ：設定されている。

信号読み出し後、高い電圧が加えられると、各画素では
ダイオード２０８を介してフォトダイオード２０５がリ
セットされる。その後ＶＯＦを低下させていくと、光ｍ
が小さい画素に対しては・、光信号がそのまま保持され
るが、元旦が大きい画素においては電圧がクリップされ
るため、信号が圧縮される。このＶＯＦを（１）式に従
って変化させることにより、対数圧縮された信号を得る
ことができる。

以上様々の撮像素子について説明したように、Ｘ−Ｙア
ドレス型の撮像素子においても、光けの大きい部分の信
号をクリップする電圧を適切に変化させ、且つこの電圧
を画素ごとに信号読み出しのタイミングに合わせて変化
させることにより、撮像素子内で信号を対数圧縮するこ
とができる。

上記第１８図以降の第５実施例ないし第１２実施例は素
子内対数圧縮の例を説明しており、カラー撮像を行うに
は、素子前面にモザイク状等のカラーフィルタアレイを
取付けたり、あるいは３板式の構造にすることにより実
現できる。

これら対数圧縮特性を実現する素子を用いて、対数圧縮
カラー撮像装置を第２５図のように実現できる。一方、
これら実施例の素子を用いて、素子内自動利得制御用信
号Ｓ４や自動ダイナミックレンジ制御用信号Ｓ５を作る
ための　１ｏｏＹ信号に直列に電気的自動利得制御回路
、自動ダイナミックレンジ制御回路を組み合わせ、その
出力を表示用　１ｏｇＹ信号として用いる事により、逆
にダイナミックレンジの狭い被写体に対してはダイナミ
ックレンジの伸長を行なう事が可能となる。

第４３図の映像信号処理部において破線で囲まれたＡの
部分がこの動作を行う。第４３図においてＡ以外の部分
は第２５図と同一であり、またへの部分は第１０図及び
第１１図において説明しであるので、その説明を省略す
る。

これまでの素子内対数圧縮の各実施例は、固体撮像素子
、特にＣＯＤを中心に上げてきたが、撮像素子としては
、ビジコンなどの撮像管もある。

撮像管のうちビジコンについては、もともと光電変換特
性が対数特性となっている。

従って、ビジコンを用いる場合は、そのままの出力を用
いて、１ｏａＲ、ＩｏａＧ　、　　ｌｏｇＢとして、カ
ラ一対数１！！像用映像信号処理部へ入力する事で本目
的を達成できる。

但し、この場合対数特性は、固定となり、ＡＤＣ，マニ
ュアル調整は後段で電気的に行なう。

上述した第５ないし第１２実施例における素子内対数圧
縮による効果として次のような利点を有する。

素子内対数圧縮を行なうことにより、 （１）素、子からの出力そのものが対数特性を持ってい
るため、後段の信号処理が簡単な構成ですみ、小型化で
きる。

（２）１つ又は１組（３板式の場合）の素子で対数圧縮
ができ、圧縮のためのメモリが不要である。

これまでの素子内対数圧縮の各実施例は、固体撮像素子
、特にＣＯＤを中心に上げてきたが、撮像素子としては
、ビジコンなどのＩｌ’ｉｉ管もある。

搬像管のうちビジコンについては、もともと光電変換特
性が対数特性となっている。

従って、ビジコンを用いる場合は、そのままの出力を用
いて、１ｏＯＲ、ＩｏｏＧ　、　　ｔｏ（１Ｂとして、
カラ一対数撮像用映像信号処理部へ入力する事で本目的
を達成できる。

但し、この場合対数特性は、固定となり、ＡＤＣ１マニ
ュアル調整は後段で電気的に行なう。

上述した第５ないし第１２実施例における素子内対数圧
縮による効果として次のような利点を有する。

素子内対数圧縮を行なうことによ゛す、（１）素子から
の出力そのものが対数特性を持っているため、後段の信
号処理が簡単な構成ですみ、小型化できる。

（２）１つ又は１組（３板式の場合）の素子で対数圧縮
ができ、圧縮のためのメｔりが不要である。

（３）１素子の出力中に、被写体の全ダイナミックレン
ジを入れることが／可能であり、後段の回路処理で被写
体の任意の輝度レベルの像情報を抜き出して表示するこ
ともできる。

（４）素子内で、対数圧縮を行なっているので、素子外
で（複数の素子を使って、あるいは複数回搬像後メモリ
で合成する等して）対数圧縮を行なう場合に比べ、Ｓ／
Ｎが良くなる。

ｃｃｏｍ像素子内において信号を圧縮し、出力に対数特
性をもたせる実施例について先に説明した。さて、コン
トラストの低い被写体を撮像する場合などには、素子出
力に逆対数特性（指数特性）をもたせたほうが都合がよ
い。これは信号を対数変換した後に正の値の乗算及び減
算を行ない、表示するダイナミックレンジを狭（するこ
とに相当する。この操作を信号処理回路で行なうよりも
撮像素子内で行なうほうがＳ／Ｎの点で有利である。

以下、ｃｃｏ撮像素子出力が指数特性を有するようにす
る実施例について説明する。

第４４図は本発明の第１３実施例に用いられるＣＯＤの
素子構成を示す。２２１は受光部、２２２は遮光された
蓄積部である。受光部２２１にはフォトダイオード２２
３が行及び列に配列されている。フォトダイオード列に
は遮光された垂直シフトレジスタ２２４及びオーバーフ
ロードレイン２２５が隣接して配置されている。２２６
はフォトダイオード２２３と垂直シフトレジスタ２２４
間の電荷転送を制御するトランスファゲートであり、２
２７はフォトダイオードの飽和レベルを制御するＯＦＤ
ゲートである。遮光された蓄積部２２２には垂直シフト
レジスタ２２８が受光部２２１に接続して備えられてお
り、また水平シフトレジスタ２２９が垂直シフトレジス
タ２２４に接続されている。水平シフトレジスタ２２９
の一端には出力アンプ２３０が接続されている。即ち、
このＣＯＤはいわゆるフレームインターライントランス
ファＣＣＤ　（Ｆ　ＩＴＣＣＤ）の構成をしている。

このような撮像素子においては蓄積された信号電荷はす
みやかに遮光蓄積部２２２に転送され、光蓄積時には受
光部２２１の垂直シフトレジスタ２２４は空となってい
る。そこで光蓄積時にトランスファゲート２２６の電位
を適切に制御し、フォトダイオード２２３から垂直シフ
トレジスタ２２４にあふれる電荷を信号としてとりだす
ことににり出力に指数特性をもたせることができる。

第４５図はフォトダイオード、垂直シフトレジスタ、オ
ーバーフロードレインの断面構造及びポテンシャル分布
を示す図である。第４６図はトランスファゲートに印加
するパルスφＴＧを示す。

パルスφ丁Ｇはフォトダイオード電荷がすべて垂直シフ
トレジスタに転送するような正のレベルＶａから上に凸
の曲線で減少するパルスである。この曲線をＶ（ｔ）で
表わすと、Ｖ（ｔ）は完全な指数特性の出力を得るため
には、時間ｔに対して次式を満足するように与えられる
。

ここで、ａは利得、ｂはダイナミックレンジ、ＣはＯＦ
Ｄゲート電圧のＤＣ分を調節するための定数である。

上記（８）式を満たす第４６図に示す曲線Ｖ（ｔ）のパ
ルスφＴＧを光蓄積期間にトランスファゲート２２６に
印加することによって、指数特性の出力を得ることがで
きる。

尚、実用上は、第４６図に示す連続曲線の代りに、折れ
線近似、その他の近似関数で近似しても良い。

上記第４６図に示す曲線のパルスφＴＧを印加しながら
、光電荷を蓄積させると、蓄積１用始当初にはフォトダ
イオードと垂直シフトレジスタ間のポテンシャル障壁が
低いため電荷が両者に分割して蓄積されるが（第４７図
（ａ））、時間とともに障壁が高くなり電荷はフォトダ
イオードのみに蓄積されるようになる（第４７図（ｂ）
　）。この場合、入射光量が弱いほど電荷が障壁を越え
られなくなる時期ははやい。従って、垂直シフトレジス
タに蓄積される電荷については、入射光量が弱いほど蓄
積時間が短く、入射光量が強いほど蓄積時間が長いこと
になる。この結果、第４８図に示される指数関数的な入
射強度対出力特性が得られる。この場合フォトダイオー
ドと垂直シフトレジスタの飽和電荷かが等しいものとす
ると出力信号の飽和近傍での接線の傾きは２倍となって
おり、対数変換した信号に２倍の利得をもたせたことに
相当する。この倍率を更に増すためには、フォトダイオ
ードの飽和電荷皇を増す必要がある。ずなわら倍率をＮ
倍とするためにはフォトダイオードの飽和電荷母を（Ｎ
−１）倍にする必要がある。これにはフォトダイオード
部の寸法を増すか、印加する電圧を環１必要があるが、
前者は素子寸法が増大し、また後者は耐圧上の制約から
困難である。

そこで、光Ｓ積時にフォトダイオードの電荷をパルス的
に排出することにより倍率を高くする方式について次に
記す。

第４９−図はトランスファゲー−トに印加するパルスφ
ＴＧ及びＯＦＤゲートに印加するパルスφ０ＦＤＧを示
す。パルスφＴＧはＶａから（８）式に従って減少し、
Ｏｖに達すると電圧がＶａだけ高くされ、引き続き（８
）式により連続的に変化する。

一方、φ０ＦＤＧはφＴＧがＯＶに達する直前に正のパ
ルスが加えられる。この変化が適当な回数繰り返される
。

このパルスφ０ＦＤＧが加えられる場合、光蓄積開始か
らの動作は前記実施例と同様である。そしてフォトダイ
オードの電荷が飽和に達する瞬間にφ０ＦＯＧのパルス
が加えられることにより、第５０図（ａ）に示すにうに
フォトダイオードの電荷がオーバーフロードレインに排
出される。この直後にフォトダイオードと垂直シフトレ
ジスタの間のポテンシャル障壁は低くなり、第５０図（
ｂ）に示すように光蓄積が再開される。しかして、ポテ
ンシャル障壁が時間とともに高くなることにより第５０
図（Ｃ）に示すように光間の強い画素の電荷のみが垂直
シフトレジスタに蓄積されるようになる。この動作が繰
り返されることにより、第５１図に承り入力対出力特性
が得られる。蓄積途中の電荷排出をｎ回行なった場合、
飽和近傍での傾きは（ｎ＋２）倍となり、第４９図に示
すように、途中で２回の排出を行なっている場合には利
得は４倍となる。

第４４図に示すようなｃｃｏｉ像素子では、当然、フォ
トダイオードに光電荷を蓄積するという通常の動作を行
なわせることができる。また、光蓄積中にフォトダイオ
ードとオーバーフロードレインとの間のポテンシャル障
壁を適切に増加させることにより、蓄積される信号電荷
を対数的に圧縮できることは先に述べたとおりである。

そこで、この動作と先はどの指数特性の動作とを切り換
えることにより、同一素子を用いて対数特性出力と指数
特性出力とを行なうことかができる。このため、このよ
うな素子の出力を既に述べたような対数撮像処理回路に
接続することにより、被写体に応じて観察するダイナミ
ックレンジを縮小あるいは拡大しながら搬像することが
可能となる。

対数搬像信号処理部の構成例を第５２図に示す。

基本的には第３図と同様であり、同一構成要件には同一
符号を付しである。回路中対数増幅器２３１〜２３３が
備えられており、逆対数ｍ幅器４１〜４３に入力される
信号がスイッチ２３４〜２３９により切り換えられるよ
うになっている。このスイッチ２３４〜２３９の動作に
より素子出力が対数特性である場合には逆対数増幅器４
１〜４３に、また素子出力が指数特性である場合には対
数増幅器２３１〜２３３に信号を入力することによって
線型信号への変換を行なう。また、素子で撮像している
ダイナミックレンジが連続的に変化させて設定されてい
る場合には、それに応じて対数及び逆対数増幅器の利得
を１ＩＩＪ御し適切な変換を行なえばよく、これは第２
５図に説明されていることと同様である。

マトリクス回路４４から出力された輝度信号は対数増幅
器４５または指数増幅器２４０にスイッチ２４１．２４
２により切り換えて入力され、撮像時の対数または指数
特性に戻され−る。また、素子出力が指数特性の場合に
はフＤ−ティングポイント方式の演算は必要ないので、
このときには平均値演算回路４０の出力はスイッチ２４
３により、０レベルに切り換えられる。これにより、減
算器３３．３４．３５及び加算器４８．４９．５０での
加減算は特に行なわれず、指数特性の出力に対してｂ１
正しく視覚上の色差信号補正が行なわれる。

その他の５ｆｉ理は既に説明されていることと同様であ
るので説明を省略する。

以上の実施例はフォトダイオードが拡散層により形成さ
れている場合であった。フォトダイオードをＭＯＳゲー
トを用いたＭＯＳフォトダイオードにより形成した場合
の本発明の第１４実施例を次に示す。第５３図はフォト
ダイオード付近の断面構造及びポテンシャル分布を示す
図である。２４４はフォトダイオード上のゲート（ＰＤ
ゲート）、２４５は垂直シフトレジスタゲート、２４６
はオーバーフロードレインである。第５４図はＰＤゲー
トに加えるパルスφＰＤＧを示す。φＰＤＧは０レベル
から（８）式に準じて増加するパルスである。

このようなパルスを加えながら光電荷を蓄積させると、
蓄４ａＩＦｌｌ始当初にはＰＤゲート下のポテンシャル
井戸が浅いため、第５５図（ａ）に示すように電荷が垂
直シフトレジスタにもＹＩ積されるが、時間とともにポ
テンシャル井戸が深くなるためその後電荷は同図（ｂ）
に示すように７オトダイ７１−ドのみに７Ｂ積されるよ
うになる。そして前の実施例と同様の原理により、指数
特性をもつ出力が得られる。指数特性の利得はＭＯＳフ
ォトダイオードの飽和電荷間が大きいほど大きくとれる
。

この実施例ではフォトダイオード上部に電極が存在する
ため、光感度がやや低下するが、トランスファゲートと
かオーバーフローコントロールゲートは必要なくなり、
構造が簡単になる特徴がある。

尚、第４４図において、ＣＣＤｌ５像素子の構成をＦＩ
Ｔ−ＣＯＤとしたが、これは画像を連続的に搬像するた
めである。１画面の１１像後、信号読み出しに必要な期
間は搬像を停止し、信号読み出しの終了後法の画面の光
蓄積を開始するようにすれば、Ｉ　Ｌ−ＣＯＤを使用す
ることもできる。

また、オーバーフロードレインはフォトダイオードに隣
接しているものとしたが、これはフォトダイオード下に
８層を介してｎｌ板を用いた、いゆわる縦型オーバーフ
ロードレインを用いるものでもよい。ｎｌ板に印加する
電圧により、フォトダイオードとオーバーフロードレイ
ン（ｎ基板）との間のポテンシャル障壁を変化させるこ
とで、前の実施例と同様の動作を行なわせることができ
る。

前述の実施例では、素子内対数圧縮する装置及び方法に
ついて述べたが、例えば、電子内視鏡の様に、照明手段
を有する場合、照明手段を形成する光源の光強度を変化
させることで、被写体照度を対数圧縮することができる
。

この場合、ｍ働手段゛を形成するｉ機素子がカラーフィ
ルタアレイ付きである場合には、白色照明のもとでカラ
ー撮像を行うものとなり、先願例（特開昭５８−１６０
９１７．ＵＳＰ−４５８４６０６）の方式に準する。

一方、撮像素子がカラーフィルタアレイを設けてないモ
ノクロ用のものである（ＲＧＢ等の）面順次搬像方式の
場合の本発明の第１５実施例について説明する。面順次
搬像方式の場合には、各照明光ごとに、例えば露光徂（
照射光Ｍつより（光強度）×（時間））が１　：３００
　（素子単体のダイナミックレンジが５０ｄＢのとき）
の比となる様に、照明光を順次変える。

各照明期間の後には、素子の垂直転送期間分の遮光期間
を設ける。この場合、照明手段はＲＧＢの回転フィルタ
の各色ごとに各々色フィルタの（間口）窓の比率を１：
３００にしても良いし、あるいはＲＧＢのストロボ照明
の場合は各色ごとに各々ＯＮ時間の比率を１：３００に
しても良い。

この様にして例えば２回、同一色Ｒで露光１１１を変え
、その出力データを１回目はＲ用フレームメモリに格納
し、２回目は、１回目のデータを前記Ｒ用フレームメモ
リから順次読み出゛しながら２回目の出力データと加算
後、前記フレームメモリの内容を加算後のデータに田ぎ
換える。これをＲｌＧ、Ｂ各色ごとに行なうことにより
、折れ線近似の対数特性をもった画像データが各フレー
ムメモリに蓄積される。ＲＧＢ各色データがそろった後
、ビデオＤ／Ａコンバータを経て例えば第１０図に示さ
れるカラ一対数撮像用映像処理部に入力された後、ＲＧ
［３出力又はＮＴＳＣコンポジット出力としてモニタに
カラー表示される。

（尚、この実施例において、フレームメモリを各色ごと
に段数分く本例では２段）用意し、各露光レベルごとに
フレームメモリに蓄積し、その後読み出し藺に各段ごと
の画素情報を加算しても良い。） 第５６図はフレームメモリ部を中心とした電子スコープ
装置の構成を示ず。

同図において電子スコープ装置１ｆｆ３０１は、体腔内
笠に挿入できるように細長にされた電子スコープ３０２
と、この電子スコープ３０２が接続され、光源部３０３
及び信号処理手段を内蔵したスコープυＪ１１１装置部
３０４と、このスコープルリ御装置部３０４の映像出力
端に接続された表示用のモニタ３０５とから構成される
。

上記電子スコープ３０２の先端部３０６には、結像用の
対物レンズ３０７及びこの対物レンズ３０７の焦点面に
聞直した固体撮像素子（ＳＩＤ）３０８が収納されてい
る。又、この電子スコープ３０２内には、照明光を伝送
するライトガイド３０９が挿通されており、その入射端
面側を光源部３０３に接続することによって、キセノン
ランプ３１０等からの白色光が、第５７図（ａ）又は（
ｂ）に示す回転フィルタ３１１又は３１２を通したＲ（
赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の面順次光が照射され
る。

しかして、ライトガイド３０９の出射端面から照明レン
ズ３１３を経て被写体側に出射される。

上記キセノンランプ３１０は、電源３１４の電力で発光
する。又、ＲＧＢ回転回転フィルタ３１１３１２は、（
−タ３１５で回転駆動され、このモータ３１５はモータ
ドライバ３１６の駆動信号で駆動される。

上記スコープ制御製置部３０４内には図示しないＳＩ［
］ドライバが配設され、このＳＩＤドライバからのドラ
イブ信号の印加により、５ＩＤ３０８から読出された信
号は、信号ケーブルを介してフレームメモリ部３１７内
のＡ／Ｄコンバータ３１８に入力され、ディジタル信号
に変換される。

このＡ／Ｄコンバータ３１８を通した信号は、マルチプ
レクサ３１９を介して３つのマルチプレクサ３２１，３
２２．３２３に入力される。

これら３つのマルチプレクサ３２１，３２２゜３２３に
は、それぞれ１対の加ｎ器３２４ａ、３２４ｂ；３２５
ａ、３２５ｂ：３２６ａ、３２６ｂと１対のマルチプレ
クサ３２７ａ、３２７ｂ；３２８ａ、３２８ｂ；３２９
ａ、３２９ｂとが接続されている。

また、上記各１対の加埠器３２４ａ、３２４ｂ；３２５
ａ、３２５ｂ；３２６ａ、３２６ｂの出力端と、上記マ
ルチプレクサ３２１，３２２．３２３の一方の接点とを
切換える１対のマルチプレクサ３２７ａ、３２７ｂ：３
２８ａ、３２８ｂ：３２９ａ、３２９ｂの出力は、１対
のバッフ７３３３ａ、３３３ｂ：３３４ａ、３３４ｂ；
３３５ａ。

３３５ｂを介して、１対のＲ用フレームメモリ３３６ａ
、３３６ｂ、Ｇ用フレームメモリ３３７ａ。

３３７ｂ、Ｂ用７Ｌ／−ムメモリ３３８ａ、３３８ｂに
入力される。これら１対のフレームメモリ３３６ａ、３
３６ｂ：３３７ａ、３３７ｂ：３３８ａ、３３８ｂはそ
れぞれラッチ３３９ａ、３３９ｂ：３４０ａ、３４０ｂ
：３４１ａ、３４１ｂを介して加惇器３２４ａ、３２４
ｂ：３２５ａ、３２５ｂ：３２６ａ、３２６ｂと接続さ
れ、フレームス−Ｅ−ＩＪ３３６ａ、３３６ｂ：３３７
ａ、３３７ｂ：３３８ａ、３３８ｂから読み出したデー
タとマルチプレクサ３２１，３２２．３２３からのデー
タとを加算してマルチブレフナ３２７ａ、３２７ｂ：３
２８ａ、３２８ｂ；３２９ａ、３２９ｂ及びバッファ３
３３ａ、３３３ｂ；３３４ａ、３３４ｂ；３３５ａ、３
３５ｂを介して再びフレームメモリ３３６ａ、３３６ｂ
；３３７ａ、３３７ｂ；３３８ａ、３３８ｂに書き込め
るようにしである。

又、各１対のフレームメモリ３３６ａ、３３６ｂ；３３
７ａ、３３７ｂ：３３８ａ、３３８ｂは、それぞれマル
チプレクサ３４２，３４３，３４４を介してビデオＤ／
Ａコンバータ３４５と接続されている。このビデオＤ／
Ａコンバータ３４５で変換されたアナログ信号は、例え
ば第１０図に示す対数カラー搬像用映像処理部３４６に
入力され、その出力はモニタ３０５で表示される。

上記１対のフレームメモリ３０６ａ、３０６ｂ；３０７
ａ、３０７ｂ：３０８ａ、３０８ｂｋ：おけるそぞれぞ
れ一方のフレームメモリ３０６ａ、３０７ａ、３０８ａ
は、例えば偶数フィールドでのリード、ライトを行うた
めのものであり、他方のフレームメモリ３０６ｂ、３０
７ｂ、３０８ｂは、奇数フィールドでのリード、ライト
を行うのに用いられる。

ところで、光源部３０３を形成するＲＯＢ回転フィルタ
３１１又は３１２を第５７図に示す。

尚、第５７図（ａ）は電子スコープ先端部３０６に内蔵
した５ＩＤ３０８として、ライン転送方式、フレーム転
送方式あるいはＸ−Ｙアドレス方式のものを用いた場合
の例であり、同図（ｂ）は、インタライン転送方式を用
いた場合の例である。

第５７図（ａ）において、Ｒダイクロイックフィルタ３
５１ａ、３５１ｂ、Ｇダイクロイックフィルタ３５２ａ
、３５２ｂ、Ｂダイクロイックフィルタ３５３ａ、３５
３ｂは、７−１’　ルタ面積が１：３００の比に設定し
である。（例えばＩＲ，３００Ｒ等は面積比が１：３０
０であることを意味する。） 第５７図（ａ）ではそれぞれのフィルタ（例えば３５１
ａ、３５２ｂ）との間に遮光部を設けであるが、インク
ライン転送方式のＳＩＤの場合のＲＧＢ回転フィルタ３
１２では、同図（ｂ）に示すように、遮光部を設けるこ
となく、Ｒ，Ｇ、Ｂダイクロイックフィルタ３５４ａ、
３５４ｂ：３５５ａ、３５５ｂ：３５６ａ、３５６ｂが
それぞれ連続して形成してあり、それぞれを３５４．３
５５゜３５６で示す。

各フィルタの色の判別は、スタートマーカ３５７（第５
７図（ａ）の場合）、３５８（同図（ｂ）の場合）の位
置から判別し、各露光後の読み出しのタイミングをリー
ドマーカ３６１　ａ、３６１　ｂ　：３６２ａ、、３６
２ｂ：３６３ａ、３６３ｂ　（第５７図（ａ）の場合）
、３６４ａ、３６４ｂ：３６５ａ、３６５ｂ　：３６６
ａ、３６６ｂ　（第５７図（ｂ）の場合）を位置検出セ
ンサ（又はリーダ）３６７（第５６図参照）で検出して
いる。以下、第５７図（ａ）のフィルタ３１１を用いた
場合について説明する。

例えばＩＲ（ＩＧ）、（（ＩＢ））で示すＲ（Ｇ）（（
Ｂ））ダイクロイックフィルタ３５１ａ　（３５２ａ）
（（３５３ａ））で露光された偶数フィールドでの画像
データは、Ａ／Ｄコンバータ３１８、マルチプレクサ３
１９、マルチプレクサ３２１　（３２２）（（３２３）
）、３２７ａ（３２８ａ）（（３２９ａ））、ラッチ３
３３ａ（３３４ａ）（（３３５ａ））を経てＲ用フレー
ムメＥリ−３３６ａ（Ｇ用フレームメモリ３３７ａ）（
（Ｂ用フレームメモリ３３８ａ））に書き込まれる（複
合同順）。次に３００Ｒ（３００Ｇ）（（３００Ｂ））
で示すＲ（Ｇ）（（Ｂ））フィルタ３５１　ｂ　（３５
２ｂ）（（３５３ｂ））で露光後には、その画像データ
はΔ／Ｄコンバータ３１８、マルチプレクサ３１９、マ
ルチプレクサ３２１　（３２２）１３２３））、加算器
３２４ａ（３２５ａ）（（３２６ａ））、マルチプレク
サ３２７ａ（３２８ａ）（（３２９ａ））及びバッファ
３３３ａ　（３３４ａ）（（３３５ａ＞）を経てＲ用フ
レー′ムメモリ３３６ａ　（３３７ａ）（（３３８ａ）
）に取込まれる。尚、各フレームメモリ３３６ａ〜３３
２ｂはデータ書込みの速度と読み出しの速度は、各々５
ＩＤ３０８の転送能力及びモニタ３０５の表示のタイミ
ングにより独立に決められる。また、第５８図に示すよ
うにデータの書込み時は、同図（ａ）に示すようにアド
レスが指定された期間に対し、同図（ｂ）で示すように
２倍の速度でリード／ライトが行われ、同図（Ｃ）に示
１ようにリード時にフレームメモリから読出されたデー
タはラッチで取込まれ、且つライト信号時にホールドし
て出力できるようにしている。

つまりシッヂ３３９ａ〜３４１ｂはリードのタイミング
に同期して、各フレームメモリ３３６ａ〜３３２ｂから
のデータをラッチする。１Ｒのフィルタ３５１ａのもと
で撮像され、ラッチ３３９ａにラッチされた１−夕は、
３００Ｒのフィルタ３５１ｂで撮像されたデータが入力
されると、加算器３２４ａで加算された後（偶数フィー
ルドの場合）、ライトのタイミングで再びＲ用フレーム
メモリ３３６ａに書込まれる。

つまり、Ｒフィルタ３５１ａ、３５１ｂを用いたＲの全
露光が終了した場合、Ｒ用フレームメモリ３３６ａには
（ＩＲ＋３０ＯＲ）の照明のもとでのデータが格納され
る。

Ｇ、Ｂについても同様である。

これをＲ，Ｇ、Ｂと繰り返して、１フイ一ルド分のＲＧ
Ｂデータが記憶される。この動作が終了すると、マルチ
プレクサ３２３〜３２５．３４２〜３４４とが切換えら
れて、同様の動作を他方のＲ，Ｇ、Ｂ用フレームメモリ
３３６ｂ、３３７ｂ。

３３８ｂで、該フレームメモリ３３６ｂ、３３７ｂ、３
３８ｂへのデータ書込みを順次行うと同時に、上記書込
まれた一方のＲ，Ｇ、Ｂ用フレームメモリ３３６ａ、３
３７ａ、３３８ａはリードモードになり、これらフレー
ムメモリ３３６ａ、３３７ａ、３３８ａから同時にデー
タが読出され、３チヤンネルのビデオＤ／Δコンバータ
３４５を経て、後段のカラ一対数撮像用映像信号処理部
（例えば第１０図に示Ｊちの）３４６に送られ、その出
力はモニタ３０５で表示される。

尚、第５６図に示す光源部３０３において、モータ３１
５は、ロータリエンコーダ、タコメータ等の回転速度検
出部３７１で検出された回転速度が入力されるモータド
ライバ３１６で一定速度に回転が制御される。

尚、上記フレームメモリ部３１７、モータドライバ３１
６′ｓはシステムコントロール部１５１でルリ御される
。

上記説明では第５７図（ａ）の回転フィルタ３１１を用
いた場合で説明したが、５ＩＤ３０８としてＩ　Ｌ−Ｃ
ＯＤを用いた場合とは同図（ｂ）に示す回転フィルタ３
１２を用い、各リードマーク３６４ａ〜３４６ｂのタイ
ミングで垂直シフトレジスタに転送し、１ｌｉｌ像面で
は同一色に対しては連続露光を行う。

データを取込んだ後の動作は、上記の説明と同一となる
。

上記Ｉ　Ｌ−ＣＯＤを用いた場合、素子シャッタ機能を
活用しているため、圧縮比の設定変更が可能となり、同
一色での露光を連続して行えるため、進光部を最小限に
抑えられるため、（＠転フィルター周部分での）露光期
間の割合を大きくできるメリットを有する。

上記第１５実施例では、照明期間をコントロールして対
数圧縮したカラー搬像を行うものであるが、素子内対数
圧縮した撮像素子を用いて電子スコープに適用するには
、従来の電子スコープの一部を前述した素子内対数圧縮
した実施例のカラー撮像装置に置換することにより、実
現できる。

また、電子スコープのｌ！像方式をＲＧＢ面順次１’ｔ
１方式とする場合、カラーフィルタアレイのつかない前
記素子内対数圧縮のシステムを用い、且つ、例えばＲＧ
Ｂ回転カラーフィルタを組込んだ専用光源、マルチプレ
クサ、Ａ／Ｄコンバータ、３フレ一ム分（実際には、上
記第１５実施例と同じく、容量的には６フレ一ム分が望
ましい）のフレームメモリ、ビデオＤ／Ａコンバータ等
を組込むことで実現可能である。

上述のようなカラ一対数圧縮特性で電子スコープを形成
すると、ラチチュードが狭いという欠点がある一般の電
子スコープの特性を改善できる。

例えば、食道や腸など奥行きの深い被写体の場合等、従
来の電子スコープによる画像では、被写体の奥の部が黒
くつぶれ、手前が白く飽和してしまうような不具合が生
じるが、この対数圧縮特性の電子スコープによれば、そ
のような不具合を解消でき、より識別し易い状態での観
察、測定が可能となるばかりではなく、被写体の°全で
のダイナミックレンジの画像情報を例えばテープとかデ
ィスク等に記録できるため、ルーチン検査とか、あるい
は画像処理の際非常に有利となる。

対数カラー搬像を電子カメラに応用した実施例について
以下に説明する。

電子カメラは銀塩フィルムに像を露光するカメラに代り
、ｍ像素子から拙力される電気信号を記録媒体に記録す
ることにより、静止画を記録再生するものである。第５
９図にこの概念図を示す。

４０１は電子カメラ撮像機、４０２は再生機を示す。撮
像機４０１ではレンズ４０３を用いて被写体の像を撮像
素子４０４に投影する。、′＠像水素子４０４出力は信
号処理回路４０５を経て記録媒体４０６例えば磁気ディ
スクに記録される。この磁気ディスクを再生ｇ１４０２
にかけ、記録再生回路により読み出された信号を信号処
理回路４０７を通してＴＶモニタ４０８に出力し、画像
を再生する。このような電子カメラシステム４００にお
いて対数カラー撮像を行なう場合、前述した信号の対数
圧縮・カラー信号の処理といった機能を搬ａ機、再生機
にどのように盛り込むかにより種々の方式が考えられる
。

第６０図に示す第１６実施例は撮像ｎ４０１内に対数撮
像処理をすべて盛りこんだ実施例である。

！ａ像線機４０１内は撮像素子４°０４の映像出力が信
号処理回路４０５に入力される信号処理回路４０５内に
は例えば第３図に示されるような対数撮像処理回路４０
９がある。前述したような手段により、例えば１００ｄ
Ｂのダイナミックレンジを右する映像信号は、ここで輝
度信号の対数圧縮処理及び色差信号の視覚上の補正処理
をうけ、記録媒体４０６に記録される上記の処理をうけ
た信号のグイプミックレンジは、通常の信号と同じく５
０ｄＢ程度に圧縮されているため、通常の場合と同じ記
録容量で配録することができ、例えばスチルビデオフロ
ッピーシステム規格の場合、１フイールドの信号が磁気
ディスクの１トラツクに記録される。

信号が記録された記録媒体は再生機４０２において再生
され、信号が信号処理回路４０７に入力される。この場
合、信号処理回路は対数搬像を行なわない通常の画像に
対するものと全く同一でよい。映像信号は信号処理回路
４０７より出力され、ＴＶモニタに送出される。

以上説明したように、対数カラー撮像処理をずべて撮像
１４０１側で行なう場合には、信号の利得及びダイナミ
ックレンジの制御はすべて比像機４０１側で行なう必要
がある。これらの制御は撮像機４０１に利得ダイナミッ
クレンジ設定用のスイッチ及び可変抵抗等を設け、手動
で設定するようにすればよい。またｊａｆ＆素子４０４
を連続的に動作させ、複数枚の画像を連続的に画像する
場合（Ｍ写モード）においては自動で設定させることも
できる。これには第１０図に示されるような自動利得調
整回路及び自動ダイナミックレンジ調整回路を使用し、
前フレームの輝度信号の平均値を用いて自動調整を行な
う。

１枚の画像だけを撮像する場合には、このように前フレ
ームの情報を利用した自動制御はできない。この場合に
はＷｉ画像１４０１内に測光素子を設け、ぬ像間始時に
測光した情報を用いて利得及びダイナミックレンジを設
定させ、撮像を行なうようにすることができる。

第６１図は対数搬像処理を再生機で行なう第１７実施例
に示す。撮像機４０１においては露光量が５０ｄＢだＧ
ノ異なる２枚の画像（ダイナミックレンジ５０ｄＢ）を
搬像して記録媒体に記録する。

その手段として、例えば撮像素子４０４の光蓄積時間を
機械的シャッターあるいは撮像素子自体のシャッター動
作により１６．７ｍｓに設定して搬像する。この時の映
像信号を信号処理回路４０５を介して記録媒体４０６に
記録する。続いて光蓄積時間を０．０５ｍ５に設定して
撮像する。この映像信号を再び記録媒体に記録する。こ
のような手段により、露光ｍが５０ｄＢ異なる信号が例
えば磁気ディスクの２トラツクに記録される。すなわち
、この場合には記録媒体の記録容量は通常の２倍を必要
とする。一方、再生機４０２においては記録媒体に記録
された２枚の画像が１枚の画像に対数撮像処理される。

例えば、磁気ディスクの２トラツクがダブルヘッドによ
り再生され、２枚の画像が同時に読み出される。この画
像信号は信号処理回路４０７内のＲＧＢ分離回路により
１対の原色信号とされた後、第２図に示されているのど
同様にして対数増幅器により対数変換された後の各原色
ごとに２枚分の信号が加算され、１００ｄＢのダイナミ
ックレンジをもつ原色信号とされ〆 る。以下、信号処理回ｆｆ１４０７内の対数ＲｆＩＩ処
理回路４０９において輝度信号の圧縮及び色差信号の補
正が行なわれる。処理をうけた映像信号は再生機より出
力され、ＴＶモニタに映出される。

この実施例のように対数ｉｌｌ像処理回路を再生機４０
２側に設けた場合には、画像の利得及びダイナミックレ
ンジが再生機４０２にａ３いて自由に設定できるという
特徴があり、すでに記録媒体に記録されている画像に対
しても画像の効果を換えながら観察することができる。

上記の方式では、記録媒体の容量が通常の２倍必要であ
るが、データの圧縮を行なうことにより記録媒体の容量
を小さくすることができる。

第６２図は記録媒体の容量が小さくて済む本発明の第１
．８実施例である。

再生機４０１内の撮像素子４０４から出力された信号は
データ圧縮回路４１０において圧縮される。この信号は
記録増幅器４１１を介して記録媒体に記録される。再生
１４０２においては記録媒体４０６から読み出された信
号がデータ伸長回路４１２により圧縮前の信号に戻され
たのち、信号処理回路４１３に送られる。ここで対数撮
像処理回路４０９により輝度信号の圧縮及び色差信号の
補正が行なわれ、映像信号が得られる。

この実施例においても前記第１７′３：施例と同様に再
生機内に対数比像処理回路を備えているため、画像の利
得及びダイナミックレンジを自由に設定することができ
る。また、信号処理回路４０７の最終段内に関数変換回
路を設け、輝度信号を変化させることもできるにれによ
り輝度信号を対数圧縮だけでなく、画像再現上最良の効
果をもつように設定することができる。

次に、対数搬像の処理を行なう回路を撮像機と再生機と
に分割して備えさせた第１９実施例について説明する。

このような場合について種々の具体例が考えられるが、
第６３図は信号の対数圧縮のみを８９機において行なう
例を示す。

対数圧縮を行なうには対数増幅器を用いることもできる
が、先に記した方式によりｌｉ画像子自体で対数を行な
うことがＳ／Ｎの点から有利である。

第６３図において撮像機４０１には素子内で対数圧縮を
行なう撮像素子４０４がおかれ、その出力は信号処理回
路４０５に入力される。

４１４は撮像素子を駆動する駆動回路である。

先に説明したように、駆動回路４１４から撮像素子４０
４のオーバーフロードレインに加えられるパルスの形状
を変化させることにより利得及びダイナミックレンジが
変化する。

この制御を自動で行なう場合には、先に述べたように　
１ｏａＹの信号が必要である。第６３図の構成では、Ｉ
ｏａＹ信号が再生機側に出力されるためその代りに撮像
素子から得られる　ｌ１ｏａＧ信号を使用することで実
用上十分に自動利得制御及び自動ダイナミックレンジ制
御を行うことができる。

ｍ像素子から出力された対数圧縮された信号は記録媒体
に記録され、例えば記録媒体として磁気ディスクを使用
する場合には信号処理回路４０５内のＦＭ変調器４１５
によりＦＭ変調され、記録増幅器４１６により増幅され
て磁気ディスク４１７に書き込まれる。なお、撮像時に
ダイナミックレンジを変化させている場合には、そのダ
イナミックレンジを示ず信号も磁気ディスクに記録して
おく。

再生１ｆｉ４０２においては、磁気ディスク４１７から
読み出された信号が再生増幅器４１８により増幅され、
ＦＭ変調器４１９により原信号に戻される。さらに色分
離回路４２０により　ＩｏｏＲ。

１Ｇ！ＩＩＧ　、　　ｔａｇＢの信号に分離される。こ
れらの信号は逆対数増幅器４２１により線型信号に変換
されるが、この時に記録されているダイナミックレンジ
を参照し、適切な逆変換を行なう必要がある。

逆対数増幅器として、例えば先に述べた。↓うなフロー
ティングポイント方式の構成とすることができる。線型
信号となったＲ、Ｇ、Ｂ信号はマトリクス回路４２２に
より輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換される
。この後輝度信号は対数増幅器４２３により再び対数圧
縮される。この時の圧縮度は先はどの搬像時の圧縮度の
値と同じにしてもよいし、画像の再現効果をみながら適
当に設定してもよい。

色信信＠Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは補正回路４２４により　ｌｏ
ｇＹ／Ｙが乗算され視覚上の補正がなされる。

これらの処理をうけた信号Ｙ’　、（Ｒ−Ｙ）’　。

（Ｂ−Ｙ）’　はエンコーダ４２５によりＮＴＳＣ信号
に変換され、モニタに出力される。

第６４図は本発明の第２０実施例を示す。この実施例で
は記録媒体としてｔＣメモリを用いている。ｍ搬機４０
１において、踊ａＭ子４０４より出力された信号はＡ／
Ｄコンバータ４２６によりデジタル値に変換される。こ
こで、先はどと同様に撮像素子４０４には駆動回路４１
４より信号圧縮パルスを印加し、出力に対数特性をもた
せておくことが好ましい。この場合、Ａ／Ｄコンバータ
４２６の量子化ビット数としては８ビツトあれば４８ｄ
Ｂの信号を記録できるが、後に再生機側でよりせまい光
は範囲の画像だけを観察する場合に母子化誤差がめだた
ないためには、量子化ビット数を１０〜１２ビット程度
儀えておくことが望ましい。デジタル値に変換された映
像信号はデータ圧縮回路４２７及び符号化回路４２８に
よりデータ吊が減らされた後ＩＣメモリ４２９に記録さ
れる。

再生１ｉ４０２においては、ＩＣメモリ４２９から出力
された信号がデータ伸長回路４３０により原信号に復元
された後、色分離回路４３１によりｌｏｇＲ，ｌｏｇＧ
　、　　ＩｏａＢの信号に分離される。この後、信号処
理回路４３２内において線型信号へ変換された後、マト
リクス演惇により輝度・色差信号に変換される。さらに
輝度信号の圧縮、色差信号の補正処理とされた後、映像
信号として出力される。なお、以上の再生機における処
理は、ＩＣメモリからデジタル値として信号が得られる
ため、そのままデジタル演算により処理を進めていくこ
とができるが、その場合でも最終的に出力される映像信
号はＤ／Ａコンバータによりアナログ信号とされる。

なお、例えば第５６図に示す装置において、照明強度が
１：３００でそれぞれ撮像した信号を１フレームづつ交
互にモニタで表示するようにすることもできる。

尚、対数圧縮する場合、ＩｏｏＹ／Ｙを色差信号１０ａ
　　（Ｒ−Ｙ）　、　Ｉｏ（１（Ｂ−Ｙ）に乗じて色調
がずれない様にしているが、この比率を変化できるよう
にして色強調を行うこともできる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、対数圧縮等を行う手
段を形成しであるので、所望とするダイナミックレンジ
のカラー映像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の原理図、第２図及び第３図は全体的構
成を示すブロック図、第４図は撮像素子の特性を示す図
、第５図は二つの撮像素子の出力を単純に加鐸した場合
の特性を示す図、第６図は対数増幅器の内部構成を一示
−す図、第７図は第６図に示す対数増幅器の作用を示す
図、第８図は逆対数変換回路の作用を示す図、第９図は
逆対教則幅器の内部構成を示す図、第１０図は本発明の
第２実施例におけるカラー信号処理回路のブロック図、
第１１図は第１０図に示１ものと異る構成の標準偏差生
成回路を示すブロック図、第１２図は第２実施例におけ
るγ補正回路の動作説明図、第１３図は他のフローティ
ングポイント演算回路を構成するマルチプレクサの切換
動作を示す説明図、第１４図は入力信号の最大レベルを
基準としてウィンドウ幅を設定する部分の構成を示すブ
ロック図、第１５図は本発明の第３実施例における補色
フィルタを示す説明図、第１６図は本発明の第３実施例
におけるカラー信号処理回路の構成図、第１７図は本発
明の第４実施例におけるカラー信号処理回路の構成図、
第１８図は本発明の第５実施例における固体撮像素子の
構成を示す一説明図、第１９図は第１８図の固体撮像素
子の受光エリアのポテンシャル井戸の深さを露光時間と
共に変化させて対数圧縮特性にするための説明図、第２
０図は第１９図のポテンシャル井戸の深さを対数圧縮特
性に設定した場合の特性を示すグラフ、第２１図は対数
圧縮特性に設定した場合の固体ｉ機素子の入出力を示す
特性図、第２２図はオーバドレインゲートに印加するａ
ＩＩｊ御信号の波形図、第２３図はオーバドレインゲー
トに印加する制御信号発生回路の構成を示すブロック図
、第２４図はオーバドレインゲートに印加する制御信号
を生成する動作の説明図、第２５図は第５実施例におけ
るカラー映像処理部の構成図、第２６図は本発明の第６
実施例におけるカラー映像処理部の構成図、第２７図は
第６実施例の動作説明型タイミングチャート、第２８図
は第６実施例における蓄ｗｉ電位の制御信号を生成する
ための動作説明書タイミングチャート、第２９図は本発
明の第７実施例における固体ｍ機素子を示１説明図、第
３０図は第２９図に示す固体撮像素子により素子内対数
圧縮する動作説明図、第３１図は本発明の第８実施例に
おけるディジタル式の制御信号発生回路の構成を示すブ
ロック図、第３２図は、第３１図の制御信号発生回路に
より発生される制御信号の波形図、第３３図は本発明の
第９実施例における素子内対数圧縮する方法の説明図、
第３４図は、第９実施例の動作説明図、第３５図は本発
明の第１０実施例における１画素の構造及び等価回路を
示す図、第３６図は第１０実施例における素子内・対数
圧縮する固体ｒｄ像素子装置を示す構成図、第３７図は
第１０実施例の動作説明用タイミングチャート、第３８
図はアナログシフトレジスタに印加される制御信号パル
スの波形図、第３９図は第１０実施例におけるアナログ
シフトレジスタを構成するＢＢＤを示す図、第４０図は
本発明の第１１実施例におけるＣＭＤの１画素の構造及
び等価回路を示す図、第４１図は本発明の第１２実施例
におけるＡＭｌの１画素の等価回路図、第４２図はＡＭ
Ｉを用いた素子内対数圧縮撮像素子装置の構成図、第４
３図は素子内対数圧縮する固体ｉ機素子を用いた映像処
理部の構成図、第４４図本発明の第１３実施例に用いら
れるフレームインターライントランスファ型固体撮像素
子の構成図、第４５図は第１３実施例の１画素部分の断
面構造及びポテンシャル分布を示す図、第４６図はトラ
ンスファゲートに印加されるｉ１１制御信号の波形図、
第４７図は第１３実施例における動作説明図、第４８図
は第１３実施例による入射光強度に対する出力特性を示
す特性図、第４９図は飽和電荷量を増すために制御信号
を複数回に分けて印加する場合の波形図、第５０図は第
４９図の制御信号を用いた場合の動作説明図、第５１図
は飽和ＴｉＩＩを大きくしだ場合の入力光強度に対する
出力す性を示す図、第５２図は対数及び指数特性のいず
れのｌｌ１ｌ像信号にも対応できる映像処理部の構成図
、第５３図は本発明の第１４実施例におけるＭＯＳフォ
トダイオード付近の断面構造及びポテンシャル分布を示
す図、第５４図はＭＯＳフォトダイオードに印加される
制御信号の波形図、第５５図は動作説明図、第５６図は
本発明の第１５実施例面順次式電子スコープ装置の構成
図、第５７図は面順次照明を行う際のＲＧＢ回転フィル
タを示す説明図、第５８図はライトモード時でのフレー
ムメモリ及びラッチに関するタイミングチャート、第５
９図は本発明を電子カメラに応用した場合の概略図、第
６０図は踊ａ機側に対数１ｆｉｌ像処理機能を内蔵した
本発明の第１６実施例の構成図、第６１図は再生機側に
対数顕像処理機能を内蔵した本発明の第１７実施例の構
成図、第６２図は本発明の第１８実施例の構成図、第６
３図は対数圧縮のみを搬像機で行う本発明の第１９実施
例の構成図、第６４図は記録媒、体としてＩＣメモリを
用いた本発明の第２０実施例の構成図である。 １・・・結像レンズ、２・・・ハーフミラ−１３ａ、３
ｂ・・・′ｆｒｉ像素子、７〜１２．４５〜４７・・・
対数増幅器、１３〜１５．２９〜３１・・・増幅器、１
６〜１９．３６〜３８・・・ウィンドウ回路、２０．２
６〜２８．４８〜５０．５１．７２・・・加口器、３３
〜３５．５３，５４．６１〜６３・・・減算器、４０・
・・平均値演算回路、４１〜４３．５５．５６・・・逆
対数増幅器、４７１・・・マトリクス変換口゛路、５２
．５７．５８・・・東１５．ミ蔭曇、５９・・・逆マト
リクス変換回路、６０・・・ＮＴＳＣ変換部、６８〜７
１・・・クリップ回路。 第１図 第６図 第９図 第１３図 第１４図 第１５図 第１９図 （０１（＋／３０ＳｅＣ：５（ｌａ　ｌ／６０Ｓ６Ｃ）
第２０図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第あ
図 第３７図 第３８図 （０）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）ば） Ｃ４ °倍、ト、＼、准公 第ヌ図 第５３図　　　　　　　　第５５図 一 ■ し。 第６１図 手続ネｍ正書（自発） 昭和６２年１０月３０日 １、事件の表示　　　昭和６２年特許願第２３４１３３
号２、発明の名称　　　対数カラー撮像装置３、補正を
する者 事件との関係　　特許出願人 １、明ＩＩ書の第３４ページの第１行目から第２０行目
までを削除しまず。 ２、明細書の第６７ページの第１行目から第２０行目ま
でを削除します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素
   子の出力を原色又は補色ごとに分離する色分離手段と、 前記色分離手段の出力を原色又は補色ごとに対数圧縮す
   る第１の対数圧縮回路と、 前記第１の対数圧縮回路からの信号を逆対数変換する逆
   対数変換回路と、 前記逆対数変換回路の出力について線型マトリクス変換
   をおこなうマトリクス変換回路と、前記マトリクス変換
   回路の出力信号を対数圧縮する第２の対数圧縮回路と、 前記第２の対数圧縮回路の出力信号と前記第１の対数圧
   縮回路の出力信号とを用いてカラー信号を合成する手段
   と、 を具備したことを特徴とする対数カラー撮像装置。 ２、前記撮像素子段の出力を原色又は補色ごとに分離す
   る色分離手段は前記撮像素子に設けられたカラーフィル
   タ及び前記撮像素子の出力を分離する色分離回路である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対数カラ
   ー撮像装置。 ３、前記色分離手段の出力を対数圧縮する第１の対数圧
   縮回路は、入力信号に対する出力を対数に近似させる対
   数増幅器及び露光量の異なる画像信号を加算する加算器
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対
   数カラー撮像装置。 ４、前記カラー信号を合成する手段は、前記第１の対数
   圧縮回路の出力信号と前記第２の対数圧縮回路の出力信
   号とを用いて前記マトリクス変換回路より出力される輝
   度及び色差信号に対し輝度信号には対数圧縮を行ない、
   色差信号には輝度信号の圧縮度の乗算を行なう回路であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対数カ
   ラー撮像装置。 ５、前記第１の対数圧縮回路の出力信号と前記第２の対
   数圧縮回路の出力信号とを用いてカラー信号を合成する
   手段は、前記マトリクス変換回路より出力される輝度信
   号に対数圧縮を行ない、前記原色又は補色ごとに対数圧
   縮された信号に輝度信号の圧縮度の乗算を行なう回路で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対数
   カラー撮像装置。 ６、前記対数圧縮された信号を逆対数変換する逆対数変
   換回路は、フローティングポイント方式の逆対数変換す
   る回路であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の対数カラー撮像装置。 ７、前記対数圧縮する第１の対数圧縮回路は、前記撮像
   素子の出力が対数特性となるように前記撮像素子に駆動
   パルスを加える駆動回路を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の対数カラー撮像装置。 ８、前記撮像素子の出力を原色又は補色ごとに分離する
   色分離手段は、光像を画面ごとに異なった原色成分に分
   離するフィルタ及び画面ごとに信号を切り換える回路で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対数
   カラー撮像装置。 ９、前記撮像素子の出力を原色又は補色ごとに対数圧縮
   する第１の対数圧縮回路は、光像を画面ごとに異なった
   露光量とするフィルタを含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の対数カラー撮像装置。 １０、前記撮像素子は、電子内視鏡の挿入部先端側に収
   納したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対
   数カラー撮像装置。 １１、前記撮像素子は、電子カメラ撮像機に収納したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対数カラー
   撮像装置。 １２、前記電子カメラ撮像機は、前記撮像素子の出力を
   記録媒体に記録する記録手段を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１１項記載の対数カラー撮像装置。 １３、前記記録媒体は、該記録媒体に記録された映像信
   号を原色ごとに対数圧縮する第１の対数圧縮回路と、対
   数圧縮された信号を逆対数変換する逆対数変換回路と、
   この逆対数変換回路の出力について線型マトリクス変換
   を行うマトリクス変換回路と、該マトリクス変換回路の
   出力信号を対数圧縮する第２の対数圧縮回路と、該第２
   の対数圧縮回路の出力信号と前記第１の対数圧縮回路の
   出力信号とを用いてカラー信号を合成する手段とを備え
   た電子カメラ再生機によって記録された映像信号の再生
   を可能とすることを特徴とする特許請求の範囲第１２項
   記載の対数カラー撮像装置。 １４、前記撮像素子は、その出力を前記原色又は補色ご
   とに対数圧縮する第１の対数圧縮回路と、原色又は補色
   ごとに指数伸長する手段にも入力可能で、この指数伸長
   する手段の出力信号は、対数変換する回路に入力され、
   切換手段により前記指数伸長する手段の出力及び前記第
   １の対数圧縮回路の出力とを切換えてカラー信号を合成
   可能にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の対数カラー撮像装置。