(57)【要約】  撮像装置は、レンズから入射した光束を比較的光量の少ない第１光束と、比較的光量の多い第２光束とに分解し、第２光束を赤色光、緑色光および青色光の各色成分に分解する色分解光学系と、第１光束を受光するモザイクカラーフィルタ撮像素子と、赤色光、緑色光および青色光のそれぞれを受光する３つのモノクロ撮像素子と、各撮像素子から得られる電気信号を変換してカラー映像を作り出す信号処理部と、を有する。信号処理部は、モザイクカラーフィルタ撮像素子から得られる電気信号により主に高輝度領域のカラー映像を生成し、３つのモノクロ撮像素子から得られる電気信号により主に低輝度領域のカラー映像を生成し、高輝度領域のカラー映像と低輝度領域のカラー映像を合成して、一つのカラー映像を生成する。
2019053764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズから入射した光束を比較的光量の少ない第１光束と比較的光量の多い第２光束とに分解し、前記第２光束を赤色光、緑色光および青色光の各色成分に分解する色分解光学系と、
前記第１光束を受光するモザイクカラーフィルタ撮像素子と、
前記赤色光、前記緑色光および前記青色光のそれぞれを受光する３つのモノクロ撮像素子と、
各撮像素子から得られる電気信号を変換してカラー映像を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記モザイクカラーフィルタ撮像素子から得られる電気信号により主に高輝度領域のカラー映像を生成し、
前記３つのモノクロ撮像素子から得られる電気信号により主に低輝度領域のカラー映像を生成し、
前記高輝度領域のカラー映像と前記低輝度領域のカラー映像を合成し、一つのカラー映像を生成する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
各撮像素子の露出を制御する露出制御部を有し、
より広ダイナミックレンジの映像を撮像したい場合においては、前記露出制御部により、前記モザイクカラーフィルタ撮像素子の露出を下げる、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記カラー映像の利得を制御する利得補正部を有し、
前記低輝度領域のＳ／Ｎ比をより良くしたい場合においては、前記利得補正部により前記低輝度領域のカラー映像の利得を下げる、こと特徴とする撮像装置。
【請求項４】
レンズから入射した光束を第１光束と第２光束とに分解し、前記第２光束を赤色光、緑色光および青色光に分解する色分解光学系と、
前記第１光束を受光し、第１電気信号を生成するカラーフィルタを備えた第１撮像素子と、
前記赤色光を受光し、第２電気信号を生成する赤色用の第２撮像素子と、
前記緑色光を受光し、第３電気信号を生成する緑色用の第３撮像素子と、
前記青色光を受光し、第４電気信号を生成する青色用の第４撮像素子と、
前記第１ないし第４電気信号を変換してカラー映像を生成する信号処理部と、
前記第1ないし第４撮像素子の露出を制御可能な露出制御部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記第1ないし第４電気信号の利得を制御可能な利得補正部と、
前記利得補正部の出力に接続され、前記第１電気信号に対応する出力信号と前記第２ないし前記第４電気信号に対応する出力信号と、を合成する合成部と、を有する、
こと特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記色分解光学系は、前記第１光束の光量を、前記第２光束の光量と比べて、少なくし、
前記合成部は、
前記第１電気信号により高輝度領域のカラー映像を生成し、
前記第２ないし前記第４電気信号により低輝度領域のカラー映像を生成し、
前記高輝度領域のカラー映像と前記低輝度領域のカラー映像を合成し、一つのカラー映像を生成する、こと特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に係わり、特に分光または露出制御により受光量を変えた複数の撮像素子で撮像した映像を合成して広ダイナミックレンジの映像を得るカラー撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic  Light  Emitting  Diode）技術の普及によってコントラスト比をより人間の視覚に近づけたＨＤＲ（High  Dynamic  Range）に対応したディスプレイ等の表示装置が注目されている。【０００３】
それに伴い、表示する映像を撮影する撮像装置にもＨＤＲに対応できるようダイナミックレンジの拡大が強く求められている。しかし、撮像素子が光電変換できる光量は限られており、光量が大きい場合には所定レベル以上が飽和してしまう。すなわち、撮像素子のダイナミックレンジには限度があり、実際には人間の視覚よりもかなり狭い。加えて、撮像素子の画素数の増加（高密度化）により個々の画素サイズが小さくなり、ダイナミックレンジはさらに狭くなる傾向にある。【０００４】
そこで、ダイナミックレンジを拡大した映像を得るための技術として、単一の撮像素子の露出を異ならせて２つの画像を連続で撮像し、２つの画像を合成することでダイナックレンジを拡大している（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
また、入射光を分光して２つの撮像素子に同一の被写体像を結像し、２つの撮像素子の露出を異ならせて同時に撮像し、２つの画像を合成することでダイナックレンジを拡大している（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
また、入射光を色分解して各色成分を各々の撮像素子で受光する構成の撮像装置において、飽和量の小さい色成分の露出を減らして実質的な飽和量を増やし、各色成分の飽和量を最も飽和量が大きい色成分に合わせることでダイナミックレンジを拡大している（例えば、特許文献３参照）。【０００７】
なお、ここで述べる撮像装置のダイナミックレンジとは、撮像装置の出力が基準レベルとなる光量を１とした時の撮像装置の出力が飽和する光量の比率を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−２０４５７９号公報
【特許文献２】特開平９−１４９３１４号公報
【特許文献３】特開平７−２５０３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、単一の撮像素子の露出を時間差で異ならせて連続で撮像した場合には、連続して撮像している間に被写体が移動してしまうと、合成した映像は被写体ぶれが発生してしまう。これは、常に被写体の動きがある映像、すなわち、動画を撮影するには不向きである。【００１０】
また、入射光を分光して２つの撮像素子で受光する構成の撮像装置は、主に放送用途に使用される、入射光を色分解して各色成分を３つの撮像素子で受光する構成の３板式撮像装置と比較して、信号対ノイズ比（以下、Ｓ／Ｎ比）や色再現性および周波数帯域等の画質が劣る。とはいえ、３板式撮像装置で同様の構成を成そうとしても、各色成分それぞれに撮像素子を追加することとなり、物理的配置が困難である。実現できたとしても、撮像素子の数が倍になるため、撮像装置のコストが大幅に上昇してしまう。【００１１】
また、飽和量の小さい色成分の撮像素子の露出を減らした場合には、露出を減らした色成分のＳ／Ｎ比が劣化してしまう。さらに、各色成分の飽和量の差は大きくとも３倍程度であるため、ダイナミックレンジを飛躍的に拡大することはできない。【００１２】
本発明の目的は、被写体ぶれが発生せず、低輝度領域のカラー映像は良好なＳ／Ｎ比と高階調と広周波数帯域を得ることができ、高輝度領域のカラー映像は広ダイナミックレンジと良好な色再現性を得ることができる撮像装置を提供することにある。【００１３】
本発明の他の目的は、分光または露出制御により受光量を変えた複数の撮像素子で撮像した映像を合成して広ダイナミックレンジの映像を得ることができる撮像装置を提供することにある。【００１４】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。【００１６】
すなわち、撮像装置は、レンズから入射した光束を比較的光量の少ない第１光束と比較的光量の多い第２光束に分解し、第２光束を赤色光、緑色光および青色光の各色成分に分解する色分解光学系と、第１光束を受光するモザイクカラーフィルタ撮像素子と、赤色光、緑色光および青色光のそれぞれを受光する３つのモノクロ撮像素子と、各撮像素子から得られる電気信号を変換してカラー映像を作り出す信号処理部と、を有する。信号処理部は、モザイクカラーフィルタ撮像素子から得られる電気信号により主に高輝度領域のカラー映像を生成し、３つのモノクロ撮像素子から得られる電気信号により主に低輝度領域のカラー映像を生成し、高輝度領域のカラー映像と低輝度領域のカラー映像とを合成し、一つのカラー映像を生成する。【００１７】
また、上記の撮像装置において、撮像素子の露出を制御する露出制御部を有し、より広ダイナミックレンジの映像を撮像したい場合においては、露出制御部によりモザイクカラーフィルタ撮像素子の露出を下げる。【００１８】
また、上記の撮像装置において、映像の利得を制御する利得補正部を有し、低輝度領域カラー映像のＳ／Ｎ比をより良くしたい場合においては、利得補正部により低輝度領域のカラー映像の利得を下げる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、被写体ぶれが発生せず、低輝度領域のカラー映像は良好なＳ／Ｎと高階調と広周波数帯域を得ることができ、高輝度領域のカラー映像は広ダイナミックレンジと良好な色再現性を得ることができる。【００２０】
また、本発明によれば、分光または露出制御により受光量を変えた複数の撮像素子で撮像した映像を合成して広ダイナミックレンジの映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施態様に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施態様に係る映像信号処理部のブロック図である。
【図３】実施例１に係る撮像素子への入射光量と撮像素子の信号出力の関係図である。
【図４】実施例１に係る撮像素子への入射光量と撮像装置の信号出力の関係図である。
【図５】実施例２に係る撮像素子への入射光量と撮像素子の信号出力の関係図である。
【図６】実施例２に係る撮像素子への入射光量と撮像装置の信号出力の関係図である。
【図７】実施例３に係る撮像素子への入射光量と撮像素子の信号出力の関係図である。
【図８】実施例３に係る撮像素子への入射光量と撮像装置の信号出力の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施形態、および、実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
（実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、撮像装置１は、色分解光学系１１、モザイクカラーフィルタ（Ｃ、Color）撮像素子１２Ｃ、赤色（Ｒ、Red）用モノクロ撮像素子１２Ｒ、緑色（Ｇ、Green）用モノクロ撮像素子１２Ｇ、青色（Ｂ、Blue）用モノクロ撮像素子１２Ｂ、映像信号処理部１３、露出制御部１４、中央処理装置（ＣＰＵ：Central  Processing  Unit）部１５で構成されている。
【００２５】
モザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃは、モザイク状に配置された微小なカラーフィルタを撮像素子の上に設けた構成であり、１つの撮像素子でカラー画像やカラー映像を得ることが出来る。なお、モザイクカラーフィルタは、例えば、バイヤー配置のカラーフィルタを採用することが可能である。
【００２６】
赤色（Ｒ、Red）用モノクロ撮像素子１２Ｒは、赤色の単色フィルタを撮像素子の上に設けた構成である。緑色（Ｇ、Green）用モノクロ撮像素子１２Ｇは、緑色の単色フィルタを撮像素子の上に設けた構成である。青色（Ｂ、Blue）用モノクロ撮像素子１２Ｂは、青色の単色のフィルタを撮像素子の上に設けた構成である。
【００２７】
また、撮像素子（１２Ｃ、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ-Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像デバイスを採用することが可能である。
【００２８】
ＣＰＵ部１５は、撮像装置１の各部を制御する。また、露出制御部１４は、ＣＰＵ部１５からの制御に応じてモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃとモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの露出をそれぞれ制御する。露出を制御する回路ないし手段は、例えば、電子シャッタ等を採用することが可能であるが、これに限定されるわけではない。
【００２９】
被写体からの入射光はレンズ２で結像され、色分解光学系１１で比較的光量の少ない第１光束ＢＥ１と比較的光量の多い第２光束ＢＥ２に分解される。第２光束ＢＥ２は、さらに、赤色光、緑色光および青色光に分解される。分解された第１光束ＢＥ１は、モザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃで、カラー信号（Ｃ信号）として第1電気信号に光電変換される。赤色光、緑色光および青色光に色分解された第２光束ＢＥ２は各々のモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂでそれぞれ、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号として第２電気信号、第３電気信号、第４電気信号に光電変換される。Ｃ信号、Ｒ信号、Ｇ信号、および、Ｂ信号は、映像信号処理部１３に入力され、映像信号処理部１３により各種信号処理が施され、例えば、ＨＤ−ＳＤＩ（High  Definition  Serial  Digital  Interface）信号として出力される。
【００３０】
なお、本発明の撮像装置１から出力される映像信号は、ＨＤ−ＳＤＩ信号に限定されるわけではなく、種々の映像信号を採用することが可能である。また、映像信号処理部１３に、圧縮処理回路や暗号処理回路等を内蔵させ、圧縮や暗号化等の処理が施され映像信号を撮像装置１から出力させても良い。
【００３１】
図２は本発明の実施形態に係る映像信号処理部のブロック図である。
【００３２】
図２において、映像信号処理部１３は、利得補正部１３１、画素補間部１３２、遅延部１３３、合成部１３４、ガンマ補正部１３５、映像信号出力部１３６で構成されている。映像信号処理部１３の各部はＣＰＵ部１５により制御される。
【００３３】
映像信号処理部１３では、利得補正部１３１でＣ信号、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に利得補正が掛けられ、Ｃ信号は画素補間部１３２でベイヤ―配列の画素補間処理が施されＲ’信号、Ｇ’信号、Ｂ’信号に分離された後、合成部１３４でＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号にそれぞれ合成される。その後、ガンマ補正部１３５で色補正、ガンマ補正、ニー補正等の各種映像信号処理を施され、映像信号出力部１３６はＲ映像信号、Ｇ映像信号、Ｂ映像信号から、例えば、ＨＤ−ＳＤＩ信号を生成して出力する。
【００３４】
遅延部１３３は、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号をＲ’信号、Ｇ’信号、Ｂ’信号のタイミングに合わせるために行う遅延処理である。
【００３５】
なお、遅延部１３３は、ＬＰＦ（Low  Pass  Filter）でもよい。また、遅延部１３３は、モノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの駆動方法により信号を所定時間遅延させて読み出せる場合には不要としてもよい。
【実施例】
【００３６】
次に、図３−図８を用いて、本発明の実施例１、実施例２、および、実施例３を説明する。【００３７】
図３は、実施例１に係る撮像素子への入射光量と撮像素子の信号出力の関係図である。図４は、実施例１に係る撮像素子への入射光量と撮像装置の信号出力の関係図である。【００３８】
図５は、実施例２に係る撮像素子への入射光量と撮像素子の信号出力の関係図である。図６は、実施例２に係る撮像素子への入射光量と撮像装置の信号出力の関係図である。【００３９】
図７は、実施例３に係る撮像素子への入射光量と撮像素子の信号出力の関係図である。図８は、実施例３に係る撮像素子への入射光量と撮像装置の信号出力の関係図である。【００４０】
図３、図５および図７において、横軸は撮像素子（１２Ｃ、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）への入射光量ＬＱを示し、縦軸は撮像素子（１２Ｃ、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）の信号出力ＬＯを示している。縦軸に示される飽和レベルＳＬは、第１光束ＢＥ１を受光するモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃと第２光束ＢＥ２を受光するモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの飽和量を示す。横軸に示される第１光束飽和光量ＳＬＢＥ１は、モザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃが飽和レベルＳＬの時の第１光束ＢＥ１の飽和光量を示す。横軸に示される第２光束飽和光量ＳＬＢＥ２は、モノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが飽和レベルＳＬの時の第２光束ＢＥ２の飽和光量を示す。【００４１】
図４、図６および図８において、横軸は撮像素子（１２Ｃ、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）への入射光量ＬＱを示し、縦軸は撮像装置１の信号出力ＶＯを示している。縦軸に示される飽和レベルＳＬＶＯは、撮像装置１の信号出力ＶＯの飽和レベルを示しており、横軸に示される飽和光量ＳＬＬＱは、飽和レベルＳＬＶＯの時の入射光量ＬＱの飽和光量を示している。横軸に示される第２光束使用領域ＵＡＲＢＥ２は、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和していない領域であり、低輝度領域と見做すことが出来る。横軸に示される第１光束使用領域ＵＡＲＢＥ１は、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和した領域であり、また、第１光束ＢＥ１の各色成分が飽和していない領域であり、高輝度領域と見做すことが出来る。また、カラー映像ＣＶＢＥ１は高輝度領域のカラー映像を示し、カラー映像ＣＶＢＥ２は低輝度領域のカラー映像を示す。なお、図４、図６および図８には、入射光量ＬＧの基準光量ＲＦＬＱにおける撮像装置１の信号出力ＶＯの基準レベルＲＦＶＯ、も示される。
【実施例１】
【００４２】
次に、本発明の実施例１に係る撮像装置の動作について、図３、図４を用いて説明する。【００４３】
図３に示すように、色分解光学系１１は、第１光束ＢＥ１と第２光束ＢＥ２の光量の比率（分光比ＳＲ）が１／Ｎ：１となるように入射光を分解する。Ｎは、１以上の正の数（小数含む）である。第１光束ＢＥ１を受光するモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃと第２光束ＢＥ２を受光するモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの飽和量（飽和レベルＳＬ）が同等であれば、第１光束ＢＥ１の飽和光量（第１光束飽和光量ＳＬＢＥ１）は、第２光束ＢＥ２の飽和光量（第２光束飽和光量ＳＬＢＥ２）に比べて、Ｎ倍になる（ＳＬＢＥ１＝Ｎ×ＳＬＢＥ２）。【００４４】
図４に示すように、映像信号処理部１３は、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和していない領域（第２光束使用領域ＵＡＲＢＥ２）において、第２光束ＢＥ２を赤色光、緑色光および青色光に分解し、各々のモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂで光電変換したＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号によりカラー映像ＣＶＢＥ２を生成する。【００４５】
映像信号処理部１３は、また、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和した領域（第１光束使用領域ＵＡＲＢＥ１）において、第１光束ＢＥ１をモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃで光電変換したＣ信号をＮ倍に利得補正してカラー映像ＣＶＢＥ１を生成する。【００４６】
低輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ２と高輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ１とを合成して、一つのカラー映像を生成する。その後、合成したカラー映像に各種映像信号処理を施し、例えばＨＤ−ＳＤＩ信号を生成して出力する。【００４７】
本実施例１において、モザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃとモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは同時に露出を行うため、単一の撮像素子の露出を時間差で異ならせて連続で撮像して合成した場合に生じる被写体ぶれは発生することはない。【００４８】
また、３板式撮像装置と比較した場合、第２光束ＢＥ２が色分解されたのちに３つのモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂで光電変換されカラー映像に生成される構成は３板式撮像装置と同様であるため、第２光束ＢＥ２から生成されるカラー映像は３板式撮像装置と同等の画質を得られる。第２光束ＢＥ２の光量は全入射光の１−１／Ｎ倍となるが、Ｎが大きければ、Ｓ／Ｎ比と階調の劣化に大きく影響しない。【００４９】
さらに、モザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃで受光する第１光束ＢＥ１の飽和量は第２光束ＢＥ２のＮ倍であるため、第１光束ＢＥ１と第２光束ＢＥ２を合成したカラー映像はダイナミックレンジが広く、高輝度領域においても良好な色再現性を得られる。【００５０】
なお、モザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃから生成した高輝度領域のカラー映像信号は、モノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂから生成した低輝度領域のカラー映像信号と比較して、モザイクカラーフィルタであるため、高周波帯域の変調度が劣り、また、光量の少ない第１光束ＢＥ１の被写体映像を映像信号処理部１３で利得を上げているため、Ｓ／Ｎ比と階調とが劣った映像になる。しかし、人間の視覚特性により、ＯＬＥＤを利用したディスプレイ等の表示装置またモニタ上において、眩しいと感じてしまうような高輝度領域では、Ｓ／Ｎ比や輝度の階調、高周波帯域の変調度が目立つことはないため、特に問題にはならない。【００５１】
以上のように、実施例１によれば、被写体ぶれが発生せず、低輝度領域のカラー映像の画質を損なうことなく、高輝度領域のカラー映像の広ダイナミックレンジと良好な色再現性とを得ることが可能である。
【実施例２】
【００５２】
次に、本発明の実施例２に係る撮像装置の動作について、図５、図６を用いて説明する。【００５３】
図５に示すように、露出制御部１４は、第１光束ＢＥ１を受光するモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃの露出を１／Ｍ倍に制御する。Ｍは、１以上の正の数（小数含む）である。これにより、第１光束ＢＥ１の飽和量は前記実施例１の場合と比べてＭ倍になる。【００５４】
図６に示すように、映像信号処理部１３は、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和していない領域（第２光束使用領域ＵＡＲＢＥ２）において、第２光束ＢＥ２を赤色光、緑色光および青色光に分解し各々のモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂで光電変換したＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号からカラー映像ＶＣＢＥ２を生成する。【００５５】
映像信号処理部１３は、また、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和した領域（第１光束使用領域ＵＡＲＢＥ１）において、第１光束ＢＥ１をモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃで光電変換したＣ信号をＮ×Ｍ倍に利得補正してカラー映像ＶＣＢＥ１を生成する。【００５６】
低輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ２と高輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ１とを合成して、一つのカラー映像を生成する。その後、合成したカラー映像に各種映像信号処理を施し、例えばＨＤ−ＳＤＩ信号を生成して出力する。【００５７】
本実施例２において、第２光束ＢＥ２を受光する各々のモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの露出と利得とは、前記実施例１の場合と変化ないため、低輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ２の画質が損なわれることはない。また、第１光束ＢＥ１の飽和量がＭ倍となるため、撮像装置１全体のダイナミックレンジはＭ倍となる。高輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ２のダイナミックレンジは広く出来る。【００５８】
なお、モザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃから生成した高輝度領域の映像信号（カラー映像ＣＶＢＥ１）は、前記実施例１の場合と比較して、第１光束ＢＥ１の光量を減らした分を映像信号処理部１３で利得を上げているため、Ｓ／Ｎ比と階調が劣った映像になる。しかし、前述の通り、高輝度領域ではＳ／Ｎ比や輝度の階調が目立つことはないため、特に問題にはならない。【００５９】
これに対し、３板式撮像装置において撮像素子の露出を減らしてダイナミックレンジを広げようとした場合、低輝度領域の露出も減り、その分も利得を上げなければならないため、低輝度領域カラー映像の画質も損なわれてしまう。この時、露出を１／Ｍ倍した分の利得を上げずに、レンズ絞りを開くなどして光量をＭ倍にすれば、画質は保たれる。しかしながら、結果として、撮像素子の受光量は変わらずに、撮像素子の出力が飽和してしまうため、ダイナミックレンジは広がらないこととなる。【００６０】
以上のように、実施例２によれば、低輝度領域のカラー映像の画質を損なうことなく、高輝度領域のカラー映像はより広いダイナミックレンジを得ることが可能である。
【実施例３】
【００６１】
次に、本発明の実施例３に係る撮像装置の動作について、図７、図８を用いて説明する。【００６２】
図７に示すように、露出制御部１４は、第１光束ＢＥ１を受光するモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃの露出を１／Ｌ倍に制御する。Ｌは、１以上の正の数（小数含む）である。これにより、第１光束ＢＥ１の飽和量は、前記実施例１の場合と比べて、Ｌ倍になる。【００６３】
図８に示すように、映像信号処理部１３は、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和していない領域（第２光束使用領域ＵＡＲＢＥ２）において、第２光束ＢＥ２を赤色光、緑色光および青色光に分解し各々のモノクロ撮像素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂで光電変換したＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を１／Ｌ倍に利得補正してカラー映像ＣＶＢＥ２を生成する。【００６４】
映像信号処理部１３は、また、第２光束ＢＥ２の各色成分が飽和した領域（第１光束使用領域ＵＡＲＢＥ１）において、第１光束ＢＥ１をモザイクカラーフィルタ撮像素子１２Ｃで光電変換したＣ信号をＮ倍に利得補正してカラー映像ＣＶＢＥ１を生成する。【００６５】
低輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ２と高輝度領域のカラー映像ＣＶＢＥ１とを合成して、一つのカラー映像を生成する。その後、合成したカラー映像に各種映像信号処理を施し、例えば、ＨＤ−ＳＤＩ信号を生成して出力する。【００６６】
実施例３において、第１光束ＢＥ１は露出を１／Ｌ倍とし、第２光束ＢＥ２は利得を１／Ｌ倍としている。そのため、合成されたカラー映像の映像信号レベルは１／Ｌ倍となるが、レンズ絞りを開くなどして光量をＬ倍にすることで、映像信号レベルを補間することができる。光量がＬ倍となっても、第１光束ＢＥ１の飽和量がＬ倍となっているため、撮像装置１全体としてのダイナミックレンジが狭まることはない。そして、第２光束ＢＥ２の利得を１／Ｌとしたことで、低輝度領域のカラー映像のＳ／Ｎ比と階調とはＬ倍に改善される。【００６７】
なお、第２光束ＢＥ２は利得を下げた分だけ第２光束ＢＥ２から生成した低輝度領域のカラー映像の飽和量が下がることになるが、その分は第１光束ＢＥ１から生成した高輝度領域のカラー映像で補間できる。第１光束ＢＥ１から生成したカラー映像は、第２光束ＢＥ２から生成したカラー映像と比較して、画質が劣る。しかし、第２光束ＢＥ２の利得を極端に下げ過ぎなければ、第２光束ＢＥ２が低輝度領域において飽和することはなく、第１光束ＢＥ１から生成したカラー映像で補間する高輝度領域では、Ｓ／Ｎ比や輝度の階調、高周波帯域の変調度が目立つことはないため、特に問題にはならない。【００６８】
これに対し、３板式撮像装置において利得を下げてＳ／Ｎ比を上げようとした場合、撮像素子そのものの飽和量は変化しないため、３板式撮像装置全体としての飽和量は利得の分だけ下がり、ダイナミックレンジは狭まってしまう。【００６９】
以上のように、実施例３によれば、広ダイナミックレンジを維持しつつ、低輝度領域のカラー映像はより良好なＳ／Ｎ比と高階調とを得ることが可能である。【００７０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施態様、実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７１】
１：撮像装置
２：レンズ
１１：色分解光学系
１２Ｃ：モザイクカラーフィルタ撮像素子
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ：モノクロ撮像素子
１３：映像信号処理部
１４：露出制御部
１５：ＣＰＵ部
１３１：利得補正部
１３２：画素補間部
１３３：遅延部
１３４：合成部
１３５：ガンマ補正部
１３６：映像信号出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月21日(2020.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズから入射した光束を第１光束と第２光束とに分解し、前記第２光束を赤色光、緑色光および青色光に分解する色分解光学系と、
前記第１光束を受光し、第１電気信号を生成するカラーフィルタを備えた第１撮像素子と、
前記赤色光を受光し、第２電気信号を生成する赤色用の第２撮像素子と、
前記緑色光を受光し、第３電気信号を生成する緑色用の第３撮像素子と、
前記青色光を受光し、第４電気信号を生成する青色用の第４撮像素子と、
前記第１ないし第４電気信号を変換してカラー映像を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記第1ないし第４電気信号の利得を制御可能な利得補正部と、
前記利得補正部の出力に接続され、前記第１電気信号に対応する第１出力信号と前記第２ないし前記第４電気信号に対応する第２出力信号と、を合成する合成部と、を有し、
前記色分解光学系は、前記第１光束と前記第２光束の光量の比率が１／Ｎ：１（Ｎは、１以上の正の数）となる様に、前記光束を分解し、
前記第１電気信号の飽和量と前記第２ないし第４電気信号の飽和量とが同一の場合において、前記信号処理部は、
前記第２ないし第４電気信号が飽和していない領域において、前記第２ないし第４電気信号に対応する前記第２出力信号に基づいて低輝度領域のカラー映像を生成し、
前記第２ないし第４電気信号が飽和した領域において、前記利得補正部により前記第１電気信号をＮ倍に利得補正した前記第１出力信号に基づいて高輝度領域のカラー映像を生成し、
前記合成部により、前記低輝度領域のカラー映像と前記高輝度領域のカラー映像とを合成する、
撮像装置。
【請求項２】
レンズから入射した光束を第１光束と第２光束とに分解し、前記第２光束を赤色光、緑色光および青色光に分解する色分解光学系と、
前記第１光束を受光し、第１電気信号を生成するカラーフィルタを備えた第１撮像素子と、
前記赤色光を受光し、第２電気信号を生成する赤色用の第２撮像素子と、
前記緑色光を受光し、第３電気信号を生成する緑色用の第３撮像素子と、
前記青色光を受光し、第４電気信号を生成する青色用の第４撮像素子と、
前記第１ないし第４電気信号を変換してカラー映像を生成する信号処理部と、
前記第1ないし第４撮像素子の露出を制御可能な露出制御部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記第1ないし第４電気信号の利得を制御可能な利得補正部と、
前記利得補正部の出力に接続され、前記第１電気信号に対応する第１出力信号と前記第２ないし前記第４電気信号に対応する第２出力信号と、を合成する合成部と、を有し、
前記色分解光学系は、前記第１光束と前記第２光束の光量の比率が１／Ｎ：１（Ｎは、１以上の正の数）となる様に、前記光束を分解し、
前記露出制御部は、前記第１撮像素子の露出を１／Ｍ倍（Ｍは、１以上の正の数）に制御し、
前記第１電気信号の飽和量と前記第２ないし第４電気信号の飽和量とが同一の場合において、前記信号処理部は、
前記第２ないし第４電気信号が飽和していない領域において、前記第２ないし第４電気信号に対応する前記第２出力信号に基づいて低輝度領域のカラー映像を生成し、
前記第２ないし第４電気信号が飽和した領域において、前記利得補正部により前記第１電気信号をＮ×Ｍ倍に利得補正した前記第１出力信号に基づいて高輝度領域のカラー映像を生成し、
前記合成部により、前記低輝度領域のカラー映像と前記高輝度領域のカラー映像とを合成する、
撮像装置。
【請求項３】
レンズから入射した光束を第１光束と第２光束とに分解し、前記第２光束を赤色光、緑色光および青色光に分解する色分解光学系と、
前記第１光束を受光し、第１電気信号を生成するカラーフィルタを備えた第１撮像素子と、
前記赤色光を受光し、第２電気信号を生成する赤色用の第２撮像素子と、
前記緑色光を受光し、第３電気信号を生成する緑色用の第３撮像素子と、
前記青色光を受光し、第４電気信号を生成する青色用の第４撮像素子と、
前記第１ないし第４電気信号を変換してカラー映像を生成する信号処理部と、
前記第1ないし第４撮像素子の露出を制御可能な露出制御部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記第1ないし第４電気信号の利得を制御可能な利得補正部と、
前記利得補正部の出力に接続され、前記第１電気信号に対応する第１出力信号と前記第２ないし前記第４電気信号に対応する第２出力信号と、を合成する合成部と、を有し、
前記色分解光学系は、前記第１光束と前記第２光束の光量の比率が１／Ｎ：１（Ｎは、１以上の正の数）となる様に、前記光束を分解し、
前記露出制御部は、前記第１撮像素子の露出を１／Ｌ倍（Ｌは、１以上の正の数）に制御し、
前記第１電気信号の飽和量と前記第２ないし第４電気信号の飽和量とが同一の場合において、前記信号処理部は、
前記第２ないし第４電気信号が飽和していない領域において、前記利得補正部により前記第２ないし第４電気信号を１／Ｌ倍に利得補正した前記第２出力信号に基づいて低輝度領域のカラー映像を生成し、
前記第２ないし第４電気信号が飽和した領域において、前記利得補正部により前記第１電気信号をＮ倍に利得補正した前記第１出力信号に基づいて高輝度領域のカラー映像を生成し、
前記合成部により、前記低輝度領域のカラー映像と前記高輝度領域のカラー映像とを合成する、
撮像装置。
【国際調査報告】
2019053764.tif 000011
2019053764.tif 000012