(57)【要約】【課題】  撮影範囲に含まれる被写体の全体にわたって白とびや黒つぶれが発生しないように、画像のダイナミックレンジを拡大することができるカメラ装置を提供することを目的とする。【解決手段】  撮像レンズ１０と、撮像レンズ１０により被写体の光学像が結像される撮像素子５１とを備え、撮像素子５１に結像された光学像に基づいて、少なくとも２種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成手段５０と、閾値を設定する閾値設定部と、設定された閾値に基づいて、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する部分画像信号抽出部と、抽出された部分画像信号に基づいて、被写体の光学像全体に対応する一の合成画像信号を合成する合成画像信号作成部とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2007281816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズと、当該撮像レンズにより被写体の光学像が結像される撮像素子とを備え、前記撮像素子に結像された光学像に基づいて、少なくとも２種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成手段と、
閾値を設定する閾値設定部と、
設定された閾値に基づいて、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する部分画像信号抽出部と、
抽出された部分画像信号に基づいて、被写体の光学像全体に対応する一の合成画像信号を合成する合成画像信号作成部とを備えたことを特徴とするカメラ装置。
【請求項２】
前記複数画像信号生成手段の撮像素子は、複数個の光電変換素子が行方向及び列方向に配列されてなるとともに、
複数個の光電変換素子の前に、光透過率の異なる少なくとも２種の光学フィルタが、互いに光透過率の異なる光学フィルタどうし隣接するようにして規則的に配列されてなることを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
【請求項３】
前記複数画像信号生成手段は、少なくとも２つの撮像素子と、
前記撮像レンズからの光束を異なる光量に分割して、それぞれの撮像素子に光学像を結像させる光束分割手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
【請求項４】
前記光束分割手段は、複数のプリズムと、
プリズム間の接合部分に介在する反射型ＮＤフィルタとにより構成されることを特徴とする請求項３に記載のカメラ装置。
【請求項５】
前記複数画像信号生成手段は、光感度が異なる少なくとも２つの撮像素子と、
前記撮像レンズからの光束を分割して、それぞれの撮像素子に光学像を結像させる光束分割手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
【請求項６】
前記複数画像信号生成手段は、少なくとも２つの撮像素子、同数の光量調整手段及び同数の撮像レンズからなり、
各撮像レンズは、それぞれ１つの撮像素子に対し被写体からの互いに平行な光束を結像させるよう配置されるとともに、
各光量調整手段は、それぞれ１つの撮像レンズと１つの撮像素子との間に配置され、
さらに、各光量調整手段は、それぞれ異なる光量を入射させることを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
【請求項７】
前記光量調節手段は、開口を有する絞り、及び／又は、光学フィルタであることを特徴とする請求項６に記載のカメラ装置。
【請求項８】
前記複数画像信号生成手段は、撮像レンズから取り込んだ光を増幅する増幅手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
【請求項９】
前記複数画像信号生成手段は、マイクロチャンネルプレート型イメージインデンシファイアを備え、
前記複数画像信号生成手段の撮像素子は、複数個の光電変換素子が行方向及び列方向に配列されてなるとともに、
前記マイクロチャンネルプレート型イメージインデンシファイアと複数個の光電変換素子との間に、分光特性の異なる少なくとも２種の光学フィルタが、互いに分光特性の異なる光学フィルタどうし隣接するようにして規則的に配列されてなることを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を撮影するカメラ装置に関し、特に、撮影可能な画像のダイナミックレンジを拡大したカメラ装置に関する。
ここでいう「画像のダイナミックレンジの拡大」とは、単に撮影可能な最大輝度と最小輝度との絶対値差を大きくすることのみをいうのではなく、それぞれの輝度部分で周囲との輝度差（コントラスト）が明確に現れるような状態で最大輝度と最小輝度との絶対値差を拡大することをいう。
【背景技術】
【０００２】
光学像が結像されることにより、当該光学像を画像信号に変換する撮像素子は、光電変換素子固有のコントラスト記憶容量（ダイナミックレンジ）を有する。例えば、光電変換素子に対する露光量が所定値を超えると、光電変換素子内に蓄積された電荷が飽和状態になる。つまり、それ以上の電荷の蓄積が不可能となってしまう。よって、高輝度部分において輝度が異なっていても、同一の輝度のものとして出力される。一方、光電変換素子に対する露光量が減少するにつれ、光電変換素子から出力される電気信号に含まれるノイズが増大する。そこで、被写体が概ね一様に明るい又は暗い場合には、シャッタ速度や絞り値を調整することにより、光電変換素子に対する最適な露光量を設定している。
【０００３】
図１５は、従来のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。カメラ装置５０１は、被写体から光を取り込む撮像レンズ５１０と、取り込む光量を調整する絞り５６０と、撮像レンズ５１０から取り込まれた光により光学像が結像されるとともに当該光学像を画像信号に変換する撮像素子５５０と、撮像素子５５０からの画像信号に対し種々の画像処理を実行して画像情報を作成する画像処理手段５２０と、作成された画像情報を表示するモニタ５４０と、作成された画像情報を記憶する記憶装置５８０とから構成される。つまり、撮像レンズ５１０と撮像素子５５０との間の光学路に、絞り５６０が設けられている。よって、絞り５６０の絞り値を調整することにより、光電変換素子に対する露光量を制御していた。
【０００４】
また、光電変換素子内に蓄積された電荷を失わないで読み出しを行う非破壊読出しあるいは高速読出し可能な撮像素子を用いることにより、露光期間中に少なくとも１回読出しを行い、その結果、透過光量を制御する撮像光量制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１２２６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光量を制御するだけでは、適切な画像が得られない場合があった。例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合、日光が当たる被写体部分についての光電変換素子の電荷が飽和しない程度に露光量を制限すると、影となる被写体部分についての光電変換素子に露光量が不足するため、影となる被写体部分の画像が不適切なもの（黒つぶれ現象）となったり、ノイズが大きくなったりしていた。一方、影となる被写体部分についての光電変換素子に充分な露光量が得られる程度に露光量を増大させると、日光が当たる被写体部分についての光電変換素子の電荷が飽和するため、日光が当たる被写体部分の画像が不適切なもの（白とび現象）となった。このように、従来のカメラ装置では、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影することは不可能であった。
【０００６】
そこで、本発明は、撮影範囲に含まれる被写体の全体にわたって白とびや黒つぶれが発生しないように、画像のダイナミックレンジを拡大することができるカメラ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明のカメラ装置は、撮像レンズと、当該撮像レンズにより被写体の光学像が結像される撮像素子とを備え、前記撮像素子に結像された光学像に基づいて、少なくとも２種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成手段と、閾値を設定する閾値設定部と、設定された閾値に基づいて、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する部分画像信号抽出部と、抽出された部分画像信号に基づいて、被写体の光学像全体に対応する一の合成画像信号を合成する合成画像信号作成部とを備えるようにしている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のカメラ装置によれば、撮像素子に結像された光学像に基づいて、輝度レベルが異なる複数の画像信号が生成されるので、各画像信号から、黒つぶれや白とびが発生しない輝度レベルの部分を抽出し、これら抽出された輝度レベルの画像信号を、一の合成画像信号に合成するので、撮影範囲に含まれる被写体の全体にわたって白とびや黒つぶれが発生しないように、画像のダイナミックレンジを拡大することができる。
【０００９】
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記発明において、前記複数画像信号生成手段の撮像素子は、複数個の光電変換素子が行方向及び列方向に配列されてなるとともに、複数個の光電変換素子の前に、光透過率の異なる少なくとも２種の光学フィルタが、互いに光透過率の異なる光学フィルタどうし隣接するようにして規則的に配列されてなるようにしてもよい。
本発明のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、低い光透過率の光学フィルタが設けられた撮像素子から出力される画像信号より抽出するとともに、影となる被写体部分については、高い光透過率の光学フィルタが設けられた撮像素子から出力される画像信号より抽出するので、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる少なくとも２種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
【００１０】
また、上記発明において、前記複数画像信号生成手段は、少なくとも２つの撮像素子と、撮像レンズからの光束を異なる光量に分割して、それぞれの撮像素子に光学像を結像させる光束分割手段とからなるようにしてもよい。
本発明のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、少ない光量が入射される撮像素子から出力される画像信号より抽出するとともに、影となる被写体部分については、多い光量が入射される撮像素子から出力される画像信号より抽出するので、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる少なくとも２種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
【００１１】
また、上記発明において、前記光束分割手段は、複数のプリズムと、プリズム間の接合部分に介在する反射型ＮＤフィルタとにより構成されるようにしてもよい。
これにより、プリズムとＮＤフィルタとの組み合わせという簡単な構造で、所望の分割比に光束を分割することができる。
【００１２】
また、上記発明において、前記複数画像信号生成手段は、光感度が異なる少なくとも２つの撮像素子と、前記撮像レンズからの光束を分割して、それぞれの撮像素子に光学像を結像させる光束分割手段とからなるようにしてもよい。
本発明のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、低い光感度の撮像素子から出力される画像信号より抽出するとともに、影となる被写体部分については、高い光感度の撮像素子から出力される画像信号より抽出するので、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる少なくとも２種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
ここで、「撮像素子の光感度」とは、撮像素子における電荷の蓄積され易さのことをいう。例えば、多い光量が入射しないと、電荷が蓄積しない撮像素子を、低い光感度の撮像素子といい、一方、少ない光量が入射しても、電荷が蓄積していく撮像素子を、高い光感度の撮像素子という。
【００１３】
また、上記発明において、前記複数画像信号生成手段は、少なくとも２つの撮像素子、同数の光量調整手段及び同数の撮像レンズからなり、各撮像レンズは、それぞれ１つの撮像素子に対し被写体からの互いに平行な光束を結像させるよう配置されるとともに、各光量調整手段は、それぞれ１つの撮像レンズと１つの撮像素子との間に配置され、さらに、各光量調整手段は、それぞれ異なる光量を入射させるようにしてもよい。
本発明のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、少ない光量が入射される撮像素子から出力される画像信号より抽出するとともに、影となる被写体部分については、多い光量が入射される撮像素子から出力される画像信号より抽出するので、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる少なくとも２種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
【００１４】
また、上記発明において、前記光量調節手段は、開口を有する絞り、及び／又は、光学フィルタであるようにしてもよい。
そして、上記発明において、前記複数画像信号生成手段は、撮像レンズから取り込んだ光を増幅する増幅手段を備えるようにしてもよい。例えば、増幅手段として、マイクロチャンネルプレート型イメージインデンシファイアを備えるようにしてもよい。
【００１５】
さらに、上記発明において、前記複数画像信号生成手段は、マイクロチャンネルプレート型イメージインデンシファイアを備え、前記複数画像信号生成手段の撮像素子は、複数個の光電変換素子が行方向及び列方向に配列されてなるとともに、前記マイクロチャンネルプレート型イメージインデンシファイアと複数個の光電変換素子との間に、分光特性の異なる少なくとも２種の光学フィルタが、互いに分光特性の異なる光学フィルタどうし隣接するようにして規則的に配列されてなるようにしてもよい。
本発明のカメラ装置によれば、マイクロチャンネルプレート型イメージインデンシファイアにおいて、蛍光面に結像された光学像は、光電面に結像された光学像の光電子の数を増幅したものとなるが、各分光特性により、光電子の数の透過率が異なるので、分光特性の異なる少なくとも２種のカラーフィルタを透過することにより、輝度レベルの異なる少なくとも２種の画像信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１７】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態であるカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。本実施形態では、隣接する画素ごとに透過率が異なる光学フィルタをかけるようにしている。すなわち、カメラ装置１は、３種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成部５０と、ＡＤコンバータ７０と、処理系１１と、合成画像信号を表示するモニタ４０とから構成される。
【００１８】
複数画像信号生成部５０は、被写体から光を取り込む撮像レンズ１０と、取り込む光量を調整する光量調整部６０（絞り）と、透過光量を制限する光学フィルタ部５２と、撮像レンズ１０から取り込まれた光による光学像が結像されるとともに、当該光学像を画像信号に変換する撮像素子５１とから構成される。このとき、複数画像信号生成部５０は、被写体に近い方から順に、撮像レンズ１０、光量調整部６０、光学フィルタ部５２、撮像素子５１を有する。図２は、第一の実施形態に係る撮像素子５１の構成を示す図であり、図３は、第一の実施形態に係る光学フィルタ部５２の構成を示す図である。
【００１９】
図２に示すように、撮像素子５１は、行方向にｍ個と列方向にｎ個の光電変換素子５３が規則的に配列されたマトリクスを構成する。光電変換素子５３は、同一の種類のものである。このとき、１個の光電変換素子５３が１個の画素となるので、ｍ×ｎ個の画素を有することになる。なお、ｍ、ｎは自然数である。上記撮像素子としては、例えば、ｎ型半導体基板とｐウェル層と受光部と電荷転送部とポリシリコン電極とメタル遮光層と平坦膜とを有する一般的なものや、フォトダイオードとＣＣＤ素子群とを有するもの等が挙げられる。
【００２０】
図３に示すように、光学フィルタ部５２は、行方向にｍ個と列方向にｎ個の光学フィルタ５４が配列されたマトリクスを構成する。つまり、１個の光電変換素子５３に対応して１個の光学フィルタ５４が設けられている。また、光学フィルタ５４は、１の光透過率、１／２の光透過率及び１／４の光透過率の異なる３種（すなわち相対比が３種類）のもので構成される。このとき、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ及び１／４の光透過率の光学フィルタは、それぞれが規則的に配列されている。例えば、行方向に順に、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ、１／４の光透過率の光学フィルタと繰り返すように配列されているとともに、列方向にも順に、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ、１／４の光透過率の光学フィルタと繰り返すように配列されている。したがって、画素を形成する光電変換素子の全数のうち、ほぼ１／３ずつが同じ光透過率の光学フィルタが設けられることになる。
【００２１】
ここで、１の光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子（以下、素子１ＦＰともいう）、１／２の光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子（以下、素子１／２ＦＰともいう）、及び、１／４の光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子（以下、素子１／４ＦＰともいう）の電荷蓄積量と露光時間との関係について説明する。図４は、素子１ＦＰ、素子１／２ＦＰ及び素子１／４ＦＰに同一の光を照射したときの、それぞれの電荷蓄積量と露光時間との関係を示すグラフである。図４に示すように、同じ露光時間でも、それぞれ異なる電荷蓄積量となる。つまり、被写体を撮影すると、輝度レベルの異なる３種の電気信号（光電変換素子からの出力信号）を得ることができる。なお、光電変換素子の最大電荷蓄積量（飽和状態）は、Ｍとする。
【００２２】
ＡＤコンバータ７０は、光電変換素子５３から出力された電気信号（アナログ信号）を電気情報信号（デジタル信号）に変換するものである。この電気情報信号に基づいて、画像信号が生成される。
処理系１１は、種々の画像処理を実行する画像処理手段２０と、後述する合成画像信号を記憶する記憶装置８０とから構成される。
【００２３】
画像処理手段２０は、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する部分画像信号抽出部２３と、抽出された部分画像信号に基づいて、一の合成画像信号を合成する合成画像信号作成部２１と、閾値設定部２２と、信号読出部２４と、信号処理部２５とを有する。これらは、ＣＰＵで構成される。
【００２４】
閾値設定部２２は、閾値等を予め設定する制御を行うものである。例えば、素子１ＦＰの電気情報信号の情報が閾値Ａに達した後は、１／２ＦＳから出力された電気情報信号を抽出し、素子１／２ＦＰの電気情報信号の情報が閾値Ａに達した後は、素子１／４ＦＰから出力された電気情報信号を抽出することができるような、閾値Ａを設定する。なお、閾値Ａの値は初期設定値として与えておけばよく、また、図示しない入力装置（例えば、キーボード）から設定するようにしてもよい。
【００２５】
信号読出部２４は、同じ光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子から出力された電気情報信号が一つの画像信号になるように、（ｍ×ｎ）／３個の同じ光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子ごとに、電気情報信号をそれぞれ読み出す制御を行うものである。つまり、素子１ＦＰから出力された電気情報信号、素子１／２ＦＰから出力された電気情報信号、及び、素子１／４ＦＰから出力された電気情報信号の３種の電気情報信号により、３種の画像信号を形成する。
【００２６】
部分画像信号抽出部２３は、設定された閾値Ａに基づいて、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する制御を行うものである。つまり、素子１ＦＰの画像信号については、閾値Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、１／２ＦＳの画像信号については、Ａ／２以上Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し（素子１ＦＰと素子１／２ＦＰとの比が２倍であるため、切替値をその逆数比であるＡ／２とする）、１／４ＦＳの画像信号については、Ａ／２以上の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出する（素子１／２ＦＰと素子１／４ＦＰとの比が２倍であるため、切替値をその逆数比であるＡ／２とする）。
【００２７】
信号処理部２５は、部分画像信号を圧縮処理する制御を行うものである。
合成画像信号作成部２１は、輝度レベルの異なる３種の部分画像信号を、一の合成画像信号に合成する制御を行うものである。
【００２８】
ここで、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明する。図５は、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明するためのフローチャートであり、図６は、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明するための図である。なお、図６のグラフの縦軸は、電気情報信号の情報を示し、横軸は、位置を示す。
【００２９】
まず、ステップＳ１０１の処理において、信号読出部２４により、（ｍ×ｎ）／３個の同じ光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子ごとに、電気情報信号をそれぞれ読み出す。つまり、素子１ＦＰから出力された電気情報信号、素子１／２ＦＰから出力された電気情報信号、及び、素子１／４ＦＰから出力された電気情報信号の３種の電気情報信号により、３種の画像信号を形成する（図６（ａ）参照）。
【００３０】
次に、ステップＳ１０２の処理において、部分画像信号抽出部２３により、閾値Ａに基づいて、各画像信号から部分画像信号をそれぞれ抽出する。つまり、素子１ＦＰの画像信号については、閾値Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、素子１／２ＦＰの画像信号については、Ａ／２以上Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、素子１／４ＦＰの画像信号については、Ａ／２以上の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出する（図６（ｂ）参照）。
【００３１】
次に、ステップＳ１０３の処理において、信号処理部２５により、素子１ＦＰの部分画像信号及び１／２ＦＳの部分画像信号を圧縮処理する。つまり、１ＦＳの部分画像信号については、部分画像信号の情報を１／４に圧縮処理し（素子１ＦＰと素子１／２ＦＰとの比が４倍であるため、その逆数比である１／４とする）、素子１／２ＦＰの部分画像信号については、部分画像信号の情報を１／２に圧縮処理する（素子１ＦＰと素子１／２ＦＰとの比が２倍であるため、その逆数比である１／２とする）（図６（ｃ）参照）。
【００３２】
次に、ステップＳ１０４の処理において、合成画像信号作成部２１により、素子１ＦＰの圧縮処理された部分画像信号、素子１／２ＦＰの圧縮処理された部分画像信号、及び、素子１／４ＦＰの部分画像信号を合成処理することにより、一の合成画像信号を得る（図６（ｄ）参照）。このようにして得られた一の合成画像信号は、記憶装置８０に転送され、モニタ４０に出力される。
【００３３】
以上のように、第一の実施形態のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、素子１／４ＦＰから出力される画像信号より抽出し、中間の被写体部分については、素子１／２ＦＰから出力される画像信号より抽出し、影となる被写体部分については、素子１ＦＰから出力される画像信号より抽出するので、これらを部分ごとに合成することにより、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる３種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
【００３４】
なお、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ及び１／４の光透過率の光学フィルタの配列は、図３に示すような配列に限るものではない。さらに、光学フィルタの光透過率の種類も、１、１／２、１／４に限るものではない。また、光透過率は３種に限るものではなく、少なくとも２種あればよい。
【００３５】
以上は、白黒画像を前提として説明をしたが、カラー画像に適用する場合も基本的構造は同様であり、この場合は、さらにカラーフィルタ部を取り付ける。すなわち、複数画像信号生成部は、被写体に近い方から順に、光量調整部、カラーフィルタ部５５と、光学フィルタ部と、撮像素子とを有するような構成とする。図７は、カラーフィルタ部の一例の構成を示す図である。このとき、カラーフィルタ部５５は、例えば、図７に示すように、行方向にｍ／３個と列方向にｎ／３個のカラーフィルタ５６が配列されたマトリクスを構成する。つまり、９個の光電変換素子５３に対応して１個のカラーフィルタ５６が設けられている。また、カラーフィルタ５６は、緑（Ｇ）を透過する分光特性、青（Ｂ）を透過する分光特性及び赤（Ｒ）を透過する分光特性の異なる３種のもので構成される。このとき、緑（Ｇ）を透過する分光特性のカラーフィルタ、青（Ｂ）を透過する分光特性のカラーフィルタ及び赤（Ｒ）を透過する分光特性のカラーフィルタは、それぞれが規則的に配列されている。例えば、行方向に順に、緑（Ｇ）を透過する分光特性のカラーフィルタ、青（Ｂ）を透過する分光特性のカラーフィルタ、赤（Ｒ）を透過する分光特性のカラーフィルタと繰り返すように配列されているとともに、列方向にも順に、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）を透過する分光特性のカラーフィルタが繰り返すようにして配列されている。
【００３６】
＜第二の実施形態＞
図８は、第二の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。本実施形態では、被写体からの光束を、光量が異なる３種の光束に分割するものであり、光束の分割に特殊なプリズム式３板型カメラを用いるようにしている。すなわち、本実施形態のカメラ装置１０１は、３種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成部１５０と、ＡＤコンバータ１７０と、処理系１１１と、合成画像信号を表示するモニタ１４０とから構成される。
【００３７】
複数画像信号生成部１５０は、被写体から光を取り込む撮像レンズ１１０と、取り込む光量を調整する光量調整部１６０と、光量の異なる３種の光束に分割する光束分割部１３０と、撮像レンズ１１０から取り込まれた光による光学像が結像されるとともに、当該光学像を画像信号に変換する３つの撮像素子１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃとから構成される。
【００３８】
光束分割部１３０は、入射した光を光量の異なる３種の光束に分割するものである。例えば、入射した光は、反射等によるロスを除いた光量が、１２／１６、３／１６、１／１６の比率で分割される。そして、１２／１６の光量の光束を撮像素子１５１ａに導き、３／１６の光量の光束を撮像素子１５１ｂに導き、１／１６の光量の光束を撮像素子１５１ｃに導く。上記光束分割部としては、具体的には、図９に示すような反射型ＮＤフィルタを用いた特殊なプリズム式３板型カメラを利用することができる。すなわち、プリズム式３板型カメラの場合、一般に、撮像レンズを通過して入射した光束はプリズムにより三原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に分割（波長分割）され、それぞれが異なる３つの撮像素子に到達するように設計されている。これに対し、本実施形態のものでは、３つの撮像素子に到達する光線の強度（光量）が異なるようにする。そのために、プリズムの接合部に三原色の分割用に用いるダイクロックフィルタに代えて、反射型ＮＤフィルタを用いることにより、光束を３種の光量に分割する。
【００３９】
撮像素子１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃは、それぞれ、第一の実施形態において図２を用いて説明した撮像素子５１と同様に、光電変換素子群からなる。
よって、撮像素子１５１ａの光電変換素子（以下、素子１２／１６ＰＰともいう）、撮像素子１５１ｂの光電変換素子（以下、素子３／１６ＰＰともいう）、及び、撮像素子１５１ｃの光電変換素子（以下、素子１／１６ＰＰともいう）は、同一の光が撮像レンズ１１０に入射したときに、同じ露光時間でも、それぞれ異なる電荷蓄積量となる。つまり、一の被写体を撮影すると、輝度レベルの異なる３種の電気信号を得ることができる。
【００４０】
ＡＤコンバータ１７０は、光電変換素子から出力された電気信号（アナログ信号）を電気情報信号（デジタル信号）に変換するものである。この電気情報信号が集合することにより、画像信号が生成される。
処理系１１１は、種々の画像処理を実行する画像処理手段１２０と、合成画像信号を記憶する記憶装置１８０とから構成される。
【００４１】
画像処理手段１２０は、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する部分画像信号抽出部１２３と、抽出された部分画像信号に基づいて、一の合成画像信号を合成する合成画像信号作成部１２１と、閾値設定部１２２と、信号読出部１２４と、信号処理部１２５とを有する。これらは、ＣＰＵで構成される。
【００４２】
閾値設定部１２２は、閾値等を予め設定する制御を行うものである。例えば、素子１２／１６ＰＰからの電気情報信号の情報が閾値Ａに達した後は、素子３／１６ＰＰから出力された電気情報信号を抽出し、素子３／１６ＰＰからの電気情報信号の情報が閾値Ａに達した後は、素子１／１６ＰＰから出力された電気情報信号を抽出することができるような、閾値Ａを設定する。なお、閾値Ａの値は初期設定値として与えておけばよく、または、図示しない入力装置から設定するようにしてもよい。
【００４３】
信号読出部１２４は、同じ撮像素子の光電変換素子から出力された電気情報信号が一つの画像信号になるように、各撮像素子１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃごとに、画像信号をそれぞれ形成する。つまり、素子１２／１６ＰＰから出力された電気情報信号、素子３／１６ＰＰから出力された電気情報信号、及び、素子１／１６ＰＰから出力された電気情報信号の３種の電気情報信号により、３種の画像信号を形成する。
【００４４】
部分画像信号抽出部１２３は、設定された閾値Ａに基づいて、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する制御を行うものである。つまり、素子１２／１６ＰＰの画像信号については、しきい値Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、素子３／１６ＰＰの画像信号については、Ａ／４以上Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し（素子１２／１６ＰＰと素子３／１６ＰＰとの比が４倍であるため、切替値をその逆数比であるＡ／４とする）、素子１／１６ＰＰの画像信号については、Ａ／３以上の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出する（３／１６ＰＰと１／１６ＰＰとの比が３倍であるため、切替値をその逆数比であるＡ／３とする）。
【００４５】
信号処理部１２５は、部分画像信号をバイアス処理する制御を行うものである。
合成画像信号作成部１２１は、輝度レベルの異なる３種の部分画像信号を、一の合成画像信号に合成する制御を行うものである。
ここで、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明する。
【００４６】
まず、信号読出部１２４により、各撮像素子１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃごとに、画像信号をそれぞれ形成する。つまり、素子１２／１６ＰＰから出力された電気情報信号、素子３／１６ＰＰから出力された電気情報信号、及び、素子１／１６ＰＰから出力された電気情報信号の３種の電気情報信号により、３種の画像信号を形成する。
【００４７】
次に、部分画像信号抽出部１２３により、閾値Ａに基づいて、各画像信号から部分画像信号をそれぞれ抽出する。つまり、素子１２／１６ＰＰの画像信号については、閾値Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、素子３／１６ＰＰの画像信号については、Ａ／４以上Ａ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、素子１／１６ＰＰの画像信号については、Ａ／３以上の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出する。
【００４８】
次に、信号読出部１２４により、素子１２／１６ＰＰの部分画像信号の情報に負のバイアス処理をかけるとともに、素子１／１６ＰＰの部分画像信号の情報に正のバイアス処理をかける。
【００４９】
次に、合成画像信号作成部１２１により、素子１２／１６ＰＰのバイアス処理された部分画像信号、素子３／１６ＰＰの部分画像信号及び素子１／１６ＰＰのバイアス処理された部分画像信号を合成処理することにより、一の合成画像信号を得る。このようにして得られた一の合成画像信号は、記憶装置１８０に転送され、モニタ１４０に出力される。なお、一の合成画像信号は、撮影された一の被写体の情報とは異なっているが、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とが視認可能となるようにモニタ１４０に出力されることになる。
【００５０】
以上のように、第二の実施形態のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、素子１／１６ＰＰから出力される画像信号より抽出し、中間の被写体部分については、素子３／１６ＰＰから出力される画像信号より抽出するとともに、影となる被写体部分については、素子１２／１６ＰＰから出力される画像信号より抽出するので、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる３種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
【００５１】
なお、この実施形態についても、分割される光束の光量の種類は、１２／１６の光量と３／１６の光量と１／１６の光量とに限るものではない。さらに、分割される光束の光量は３種に限るものではなく、少なくとも２種あればよい。
また、３つの撮像素子の前にカラーフィルタ部を有するような構成としてもよい。
【００５２】
＜第三の実施形態＞
図１０は、第三の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。本実施形態では、被写体からの光束を分割するとともに、光感度が異なる３つの撮像素子を用いるようにしている。すなわち、本実施形態では、カメラ装置２０１は、３種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成部２５０と、ＡＤコンバータ２７０と、処理系２１１と、合成画像信号を表示するモニタ２４０とから構成される。
【００５３】
複数画像信号生成部２５０は、被写体から光を取り込む撮像レンズ２１０と、取り込む光量を調整する光量調整部２６０と、光量の同じ３つの光束に分割する光束分割部２３０と、撮像レンズ２１０から取り込まれた光による光学像が結像されるとともに、当該光学像を画像信号に変換する３つの撮像素子２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃとから構成される。
【００５４】
光束分割部２３０は、入射した光を光量が同じ（あるいは、大きな光量差がない）３つの光束に分割するものである。そして、第一の光束を撮像素子Ａ２５１ａに導き、第二の光束を撮像素子Ｂ２５１ｂに導き、第三の光束を撮像素子Ｃ２５１ｃに導く。
【００５５】
撮像素子Ａ２５１ａは、第一の実施形態において図２を用いて説明した撮像素子５１と同様に、光電変換素子群からなる。
また、撮像素子Ｂ２５１ｂは、撮像素子Ａ２５１ａの光感度より低い光感度のものに変更した以外は、上述したような撮像素子Ａ２５１ａと同様である。
さらに、撮像素子Ｃ２５１ｃは、撮像素子Ｂ２５１ｂの光感度より低い光感度のものに変更した以外は、上述したような撮像素子Ｂ２５１ｂと同様である。撮像素子の光感度の差は、撮像素子の種類を変えることにより、実現することができる。また、各撮像素子２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃの前に、異なる透過率のフィルタや異なる開口度のマスクを一体に取り付けることによっても実現できる。
【００５６】
よって、撮像素子２５１ａの光電変換素子（以下、高感度素子ＳＰ１ともいう）、撮像素子２５１ｂの光電変換素子（以下、中感度素子ＳＰ２ともいう）、及び、撮像素子２５１ｃの光電変換素子（以下、低感度素子ＳＰ３ともいう）は、同一の光が撮像レンズ２１０に入射したときに、同じ露光時間でも、それぞれ異なる電荷蓄積量となる。つまり、一の被写体を撮影すると、輝度レベルの異なる３種の電気信号を得ることができる。
【００５７】
なお、ＡＤコンバータ２７０は、上述したようなＡＤコンバータ１７０と同様である。
また、処理系２１１は、上述したような処理系１１１と同様である。よって、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法も、上述した合成方法と同様である。
【００５８】
以上のように、第三の実施形態のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、低感度素子ＳＰ３から出力される画像信号より抽出し、中間の被写体部分については、中感度素子ＳＰ２から出力される画像信号より抽出し、影となる被写体部分については、高感度素子ＳＰ１から出力される画像信号より抽出するので、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる３種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
【００５９】
なお、３つの撮像素子の前にカラーフィルタ部を有するような構成としてもよい。
また、分割される光束の光量の種類は、３等分するものに限るものではなく、例えば、１２／１６の光量と３／１６の光量と１／１６の光量とにするものでもよい。つまり、第二の実施形態と第三の実施形態とを併用してもよい。
【００６０】
＜第四の実施形態＞
図１１は、第四の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。本実施形態では、３つの撮像素子を用いるとともに、それぞれの撮像素子に対して独立した撮像レンズを用いて光学像を結像するようにしている。すなわち、カメラ装置３０１は、３種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成部３５０と、ＡＤコンバータ３７０と、処理系３１１と、合成画像信号を表示するモニタ３４０とから構成される。
【００６１】
複数画像信号生成部３５０は、被写体から光を取り込む３つの撮像レンズ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃと、取り込む光量を調整する３つの光量調整部３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃと、撮像レンズ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃから取り込まれた光による光学像が結像されるとともに、当該光学像を画像信号に変換する３つの撮像素子３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃとから構成される。
また、各撮像レンズ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃは、それぞれ１つの撮像素子３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃに対し被写体からの互いに平行な光束を結像させるよう配置される。被写体までの距離があるときは、３つのレンズと撮像素子とをそれぞれ平行に並べるだけでよい。さらに、各光量調整部３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃは、それぞれ１つの撮像レンズ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃと１つの撮像素子３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃとの間に配置される。
なお、撮像素子３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃは、それぞれ、第一の実施形態において図２を用いて説明した撮像素子５１と同様に、光電変換素子群からなる。
【００６２】
光量調整部３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃは、それぞれ、Ｆナンバーを異ならしめるための開口を有する絞りである。なお、光量調整部Ｂ３６０ｂの開口の面積は、光量調整部３６０ａＡの開口の面積より小さくなっているとともに、光量調整部Ｃ３６０ｃの開口の面積は、光量調整部Ｂ３６０ｂの開口の面積より小さくなっている。
【００６３】
よって、撮像素子３５１ａの光電変換素子（以下、大開口度素子ＨＰともいう）、撮像素子３５１ｂの光電変換素子（以下、中開口度素子ＨＰともいう）、及び、撮像素子３５１ｃの光電変換素子（以下、小開口度素子ＨＰともいう）は、同一の光が撮像レンズ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃに入射したときに、同じ露光時間でも、それぞれ異なる電荷蓄積量となる。つまり、一の被写体を撮影すると、輝度レベルの異なる３種の電気信号を得ることができる。
【００６４】
なお、ＡＤコンバータ３７０は、上述したようなＡＤコンバータ１７０と同様である。
また、処理系３１１は、上述したような処理系１１１と同様である。よって、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法も、上述した合成方法と同様である。
【００６５】
以上のように、第四の実施形態のカメラ装置によれば、例えば、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とを同時に撮影する場合に、日光が当たる被写体部分については、小開口度素子ＨＰから出力される画像信号より抽出し、中間の被写体部分については、中開口度素子ＨＰから出力される画像信号より抽出するとともに、影となる被写体部分については、大開口度素子ＨＰから出力される画像信号より抽出するので、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる３種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
なお、第四の実施形態のカメラ装置では、上述したように３つの撮像レンズにより光を取り込むため、光束を平行にすることが好ましく、そのため、遠くの被写体を撮影するために用いることが好ましい。
【００６６】
なお、３つの撮像素子の前にカラーフィルタ部を有するような構成としてもよい。
また、光量調整部３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃを、開口を有する絞りとする構成としたが、これに代えて、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ、１／４の光透過率の光学フィルタのように、異なる透過率のフィルタを設けた構成としてもよい。
また、撮像素子３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃに使用される撮像素子は、それぞれ、光感度の異なる撮像素子とする構成としてもよい。このときには、光量調整部３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃは、それぞれ、同じ面積の開口を有する絞りを備える構成としてもよい。
【００６７】
＜第五の実施形態＞
図１２は、第五の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。本実施形態では、これまでの実施形態と異なり、撮像レンズから取り込んだ光を増幅することにより、暗視機能を備えるようにしている。カメラ装置４０１は、３種の異なる輝度レベルの画像信号を生成して、それぞれの画像信号を出力する複数画像信号生成部４５０と、ＡＤコンバータ４７０と、処理系４１１と、合成画像信号を表示するモニタ４４０とから構成される。
【００６８】
複数画像信号生成部４５０は、被写体から光を取り込む撮像レンズ４１０と、取り込む光量を調整する光量調整部４６０と、撮像レンズ４１０から取り込まれた光を受けるとともに当該光を光学像に変換するマイクロチャンネルプレート型イメージインデンシファイア（以下、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．ともいう）４５７と、カップリング機構４５８と、透過光量を制限する光学フィルタ部４５２と、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ.４５７から出力された光学像が結像されるとともに、当該光学像を画像信号に変換する撮像素子４５１とから構成される。このとき、複数画像信号生成部４５０は、被写体に近い方から順に、撮像レンズ４１０、光量調整部４６０、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．４５７、カップリング機構４５８、光学フィルタ部４５２、撮像素子４５１を有する。
【００６９】
図１３は、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ. の一例を示す構造図である。ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．４５７は、撮像レンズ４１０に近い方から順に、入射光を受ける入射ファイバーガラス４５７ａと、光電面４５７ｂと、入射光を光電子に変換するとともに光電子の数を増倍するマイクロチャンネルプレート４５７ｃと、マイクロチャンネルプレート４５７ｃから出力された光電子を光学像に変換する蛍光面４５７ｄとを備える。
【００７０】
これにより、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．４５７において、撮像レンズ４１０から入射ファイバーガラス４５７ａに入射した光は、光電面４５７ｂに光学像として結像される。そして、マイクロチャンネルプレート４５７ｃは、この光学像を光電子に変換する。さらに、マイクロチャンネルプレート４５７ｃは、パルス電圧を印加することにより電子衝突を起こしながら、光電子を転送する。このとき、多数の２次電子を放出するアバランシュ現象が繰り返し生じる。これにより、光電子の数が増倍されることになる。増倍して転送された光電子は、蛍光面４５７ｄに当たることにより、再び光学像に戻されて出力される。つまり、蛍光面４５７ｄに結像された光学像は、光電面４５７ｂに結像された光学像の光電子の数を増幅したものとなる。
【００７１】
カップリング機構４５８は、蛍光面に結像された光学増を撮像素子４５１に導くものであり、例えば、レンズ系や光ファイバ等が用いられる。
撮像素子４５１は、行方向にｍ個と列方向にｎ個の光電変換素子が配列されたマトリクスを構成する。光電変換素子は、同一の種類のものである。このとき、１個の光電変換素子が１個の画素となるので、ｍ×ｎ個の画素を有することになる。なお、ｍ、ｎは自然数である。
【００７２】
光学フィルタ部４５２は、行方向にｍ個と列方向にｎ個の光学フィルタが配列されたマトリクスを構成する。つまり、１個の光電変換素子に対応して１個の光学フィルタが設けられている。また、光学フィルタ４５４は、第一の実施形態と同様の、１の光透過率、１／２の光透過率及び１／４の光透過率の異なる３種類のもので構成される。このとき、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ及び１／４の光透過率の光学フィルタは、それぞれが規則的に配列されている。例えば、行方向に順に、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ、１／４の光透過率の光学フィルタと繰り返すように配列されているとともに、列方向にも順に、１の光透過率の光学フィルタ、１／２の光透過率の光学フィルタ、１／４の光透過率の光学フィルタと繰り返すように配列されている。
【００７３】
よって、１の光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子（以下、素子１ＦＰともいう）、１／２の光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子（以下、素子１／２ＦＰともいう）、及び、１／４の光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子（以下、素子１／４ＦＰともいう）は、同一の光が撮像レンズ４１０に入射したときに、同じ露光時間でも、それぞれ異なる電荷蓄積量となる。つまり、一の被写体を撮影すると、輝度レベルの異なる３種の電気信号を得ることができる。
【００７４】
ＡＤコンバータ４７０は、光電変換素子から出力された電気信号（アナログ信号）を電気情報信号（デジタル信号）に変換するものである。この電気情報信号に基づいて、画像信号が生成される。
処理系４１１は、種々の画像処理を実行する画像処理手段４２０と、合成画像信号を記憶する記憶装置４８０とから構成される。
【００７５】
画像処理手段４２０は、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する部分画像信号抽出部４２３と、抽出された部分画像信号に基づいて、一の合成画像信号を合成する合成画像信号作成部４２１と、閾値設定部４２２と、信号読出部４２４と、信号処理部４２５とを有する。これらは、ＣＰＵで構成される。
【００７６】
閾値設定部４２２は、閾値等を予め設定する制御を行うものである。例えば、閾値Ｃ以上閾値Ｂ以下の電気情報信号の情報を抽出することができるような、閾値Ｂ、Ｃを設定する。なお、閾値Ｂ、Ｃの値は初期設定値として与えておけばよく、また、図示しない入力装置（例えば、キーボード）から適当な値を設定するようにしてもよい。
【００７７】
信号読出部４２４は、撮像素子４５１を構成する光電変換素子のうち、同じ光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子からの出力に基づいて生成された電気情報信号が一つの画像信号になるように、（ｍ×ｎ）／３個の同じ光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子ごとに、電気情報信号をそれぞれ読み出す制御を行うものである。つまり、素子１ＦＰから出力された電気情報信号、素子１／２ＦＰから出力された電気情報信号、及び、素子１／４ＦＰから出力された電気情報信号の３種の電気情報信号により、３種の画像信号を形成する。
【００７８】
部分画像信号抽出部４２３は、設定された閾値Ｂ、Ｃに基づいて、各画像信号から選択されるべき画像信号部分をそれぞれ部分画像信号として抽出する制御を行うものである。つまり、素子１ＦＰの画像信号については、閾値Ｃ以上閾値Ｂ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、素子１／２ＦＰの画像信号については、閾値Ｃ以上閾値Ｂ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出し、素子１／４ＦＰの画像信号については、閾値Ｃ以上閾値Ｂ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出する。
【００７９】
信号処理部４２５は、部分画像信号を圧縮処理及びバイアス処理する制御を行うものである。
合成画像信号作成部４２１は、輝度レベルの異なる３種の部分画像信号を、一の合成画像信号に合成する制御を行うものである。
【００８０】
ここで、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明する。図１４は、３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明するための図である。なお、図１４のグラフの縦軸は、電気情報信号に基づいて作成された画像信号の輝度レベルを示し、横軸は、位置を示す。
【００８１】
まず、信号読出部４２４により、（ｍ×ｎ）／３個の同じ光透過率の光学フィルタが設けられた光電変換素子ごとに、電気情報信号をそれぞれ読み出す。つまり、素子１ＦＰから出力された電気情報信号、素子１／２Ｆから出力された電気情報信号、及び、素子１／４ＦＰから出力された電気情報信号の３種の電気情報信号により、３種の画像信号を形成する（図１４（ａ）参照）。
【００８２】
次に、部分画像信号抽出部４２３により、閾値Ｂ、Ｃに基づいて、各画像信号から部分画像信号をそれぞれ抽出する。つまり、素子１ＦＰの画像信号、素子１／２ＦＰの画像信号及び素子１／４ＦＰの画像信号について、それぞれ、閾値Ｃ以上閾値Ｂ以下の電気情報信号の情報を部分画像信号として抽出する（図１４（ｂ）参照）。
【００８３】
次に、信号処理部４２５により、素子１ＦＰの部分画像信号、素子１／２ＦＰの部分画像信号、及び、素子１／４ＦＰの部分画像信号を圧縮処理する（図１４（ｃ）参照）。
さらに、信号処理部４２５により、素子１ＦＰの圧縮処理された部分画像信号の情報に負のバイアス処理をかけるとともに、１／４ＦＳの圧縮処理された部分画像信号の情報に正のバイアス処理をかけ、部分画像信号間の輝度レベルを調整する（図１４（ｄ）参照）。
【００８４】
次に、合成画像信号作成部２１により、素子１ＦＰのバイアス処理された部分画像信号、素子１／２ＦＰの圧縮処理された部分画像信号、及び、素子１／４ＦＰのバイアス処理された部分画像信号を合成処理することにより、一の合成画像信号を得る（図１４（ｅ）参照）。このようにして得られた一の合成画像信号は、記憶装置４８０に転送され、モニタ４４０に出力される。なお、一の合成画像信号は、撮影された一の被写体の情報とは異なっているが、日光が当たる被写体部分と影となる被写体部分とが視認可能となるようにモニタ４４０に出力されることになる。
【００８５】
以上のように、第五の実施形態のカメラ装置によれば、例えば、夜間のような暗い場所で、街灯のような被写体部分と他の被写体部分とを同時に撮影する場合に、街灯のような被写体部分については、素子１／４ＦＰから出力される画像信号より抽出し、他の被写体部分については、素子１／２ＦＰから出力される画像信号より抽出するとともに、他の被写体部分については、素子１ＦＰから出力される画像信号より抽出するので、街灯のような被写体部分と他の被写体部分とも適切に撮像することができる。さらに、輝度レベルの異なる３種の画像信号を、被写体の時間ずれがない画像信号として得ることができるので、被写体の時間ずれがない一の合成画像信号を得ることができる。
【００８６】
なお、光学フィルタの光透過率の種類は、１、１／２、１／４に限るものではない。また、光透過率は３種に限るものではなく、少なくとも２種類あればよい。
【００８７】
また、光学フィルタ部に代えて、カラーフィルタ部を用いたものでもよい。つまり、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．４５７において、蛍光面に結像された光学像は、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ．４５７に用いられる蛍光面の種類（例えばＰ−４３，Ｐ−５３）により、蛍光波長の特性が異なり、赤、青、緑の波長に対応して、増倍率が異なったものとなる（通常は緑の蛍光が最も強いものとなる）。のよって、一の被写体を撮影すると、輝度レベルの異なる３種の画像信号を得ることができる。
このとき、カラーフィルタ部は、例えば、行方向にｍ個と列方向にｎ個のカラーフィルタが配列されたマトリクスを構成するようにする。つまり、１個の光電変換素子に対応して１個のカラーフィルタが設けられている。また、カラーフィルタは、緑（Ｇ）を透過する分光特性、青（Ｂ）を透過する分光特性及び赤（Ｒ）を透過する分光特性の異なる３種のもので構成される。このとき、緑（Ｇ）を透過する分光特性のカラーフィルタ、青（Ｂ）を透過する分光特性のカラーフィルタ及び赤（Ｒ）を透過する分光特性のカラーフィルタは、それぞれが規則的に配列されるようにする。
これにより、３種類のカラーフィルタごとに異なる輝度レベルの画像信号を生成することができ、光学フィルタを取り付けたときと同様の出力を得ることができる。カラーフィルタは、種々の分野で利用されており、安価に入手でき、性能も安定しているので、光学フィルタに代用することで、製造しやすく、コストも低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、画像のダイナミックレンジを拡大できるカメラ装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第一の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。
【図２】第一の実施形態に係る撮像素子の構成を示す図である。
【図３】第一の実施形態に係る光学フィルタ部の構成を示す図である。
【図４】素子１ＦＰ、素子１／２ＦＰ及び素子１／４ＦＰに同一の光を照射したときの、それぞれの電荷蓄積量と露光時間との関係を示すグラフである。
【図５】３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明するためのフローチャートである。
【図６】３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明するための図である。
【図７】カラーフィルタ部の一例の構成を示す図である。
【図８】第二の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。
【図９】反射型ＮＤフィルタを用いた特殊なプリズム式３板型カメラの一例を示す構造図である。
【図１０】第三の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。
【図１１】第四の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。
【図１２】第五の実施形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック構造図である。
【図１３】ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ.の一例を示す構造図である。
【図１４】３種の画像信号を一の合成画像信号に合成する合成方法の一例について説明するための図である。
【図１５】従来のカメラ装置の全体構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
１、１０１、２０１、３０１、４０１：カメラ装置
１０、１１０、２１０、３１０、４１０：撮像レンズ
２０、１２０、２２０、３２０、４２０：処理系
４０、１４０、２４０、３４０、４４０：モニタ
５０、１５０、２５０、３５０、４５０：複数画像信号生成部
５１、１５１、２５１、３５１、４５１：撮像素子
５２、４５２：光学フィルタ部
７０、１７０、２７０、３７０、４７０：ＡＤコンバータ
８０、１８０、２８０、３８０、４８０：記憶装置
【図１】
2007281816.tif 000003
【図２】
2007281816.tif 000004
【図３】
2007281816.tif 000005
【図４】
2007281816.tif 000006
【図５】
2007281816.tif 000007
【図６】
2007281816.tif 000008
【図７】
2007281816.tif 000009
【図８】
2007281816.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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