(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
上記撮像素子の有する各画素の電荷をインターレース駆動により個別的に読出し可能な駆動手段と、
上記撮像素子に対する実効的露光を全画素同時に開始するとともに、上記インターレース駆動により１フレームを構成する複数のフィールドのうち少なくとも１のフィールドには他のフィールドと異なる実効的露光終了を行なうことによって、他のフィールドと異なる実効的露光時間を与える露光制御手段と、
上記異なる実効的露光時間によって生じた上記複数の各フィールドが各々有する実効的撮像レンジが互いに重なる被写体輝度範囲の画素情報に関しては、各画素情報を全て当該画素に関する画素情報として使用し、被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱するフィールドの画素情報に関しては、他の被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱していないフィールドの画素情報によって補間したものを当該画素に関する画素情報として出力する画素信号補正手段とを具備し、
上記画素信号補正手段は、さらに被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱するフィールドの画素情報に関して、補間に使用すべき他のフィールドの近隣の画素情報もまた実効的撮像レンジを逸脱している場合には、当該補間を禁止し、本来の画素情報を当該画素に関する画素情報として出力することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記画素信号補正手段は、上記実効的露光時間が異なるフィールドの画素信号が互いに有する同一輝度被写体に対する信号レベル差を補償するレベル補償手段を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
上記撮像素子の撮像面への被写体像の入力を遮断する光学的シャッタ手段を有し、
上記露光制御手段は、上記複数のフィールドのうち少なくとも１のフィールドに関する実効的露光終了を上記撮像素子の光電変換蓄積部である画素部から遮光された転送路への移送によって制御し、他の少なくとも１のフィールドに関する実効的露光終了を、上記光学的シャッタ手段の開閉によって制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に固体撮像素子を有するデジタルカメラに好適な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）等の一般的な撮像素子を用いたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置の場合、撮像素子の光電変換特性は、例えば図５で模式的に示されるようなものであった。
【０００３】
同図において、横軸は入射光量を、縦軸は出力される信号レベルをそれぞれ対数的に示す。図中、ＵＬは高輝度側限界レベルを、ＬＬは低輝度側限界レベルをそれぞれ示すものである。
【０００４】
高輝度側限界レベルＵＬは、撮像素子の飽和レベルにほぼ対応するレベルであり、一方、低輝度側限界レベルＬＬについては、最低のノイズレベルＮＬそのものではなく、ノイズと共存しても鑑賞に堪える所定の限界Ｓ／Ｎ比を有する信号レベルとして設定される。
【０００５】
そして、高輝度側限界レベルＵＬと低輝度側限界レベルＬＬとの間が有効輝度域となるもので、これらの（対数軸上での）差ＤＲ＝ＵＬ−ＬＬが撮像レンジ（＝ダイナミックレンジ）となる。このダイナミックレンジＤＲは、撮像装置の設計製造によっても異なるが、多くの場合５〜６ＥＶ（３０〜３６dB）程度である。
【０００６】
一方、すでに広く一般に普及している銀塩フィルムを用いた銀塩カメラは、カラーネガフィルムやモノクロフィルムとカラーリバーサルフィルムとによって差があるものの、より一般的に多く使用されているカラーネガフィルムで１０ＥＶ程度のダイナミックレンジ（＝ラチチュード）を有している。
【０００７】
したがって、銀塩カメラと同程度のダイナミックレンジを期待してデジタルカメラで撮影を行なうと、得られる画像中で、輝度の上下各限界レベルに達した部分が「白飛び」や「黒つぶれ」と称される単調な表現となってしまい、全体の画質を低下させる結果となって、失望させられることも多い。
【０００８】
しかるに、撮像素子を用いたデジタルカメラで、ダイナミックレンジを拡大して撮像する試みは多数提案されており、例えば撮影光路を複数に分岐して異なる露出状態の撮影を行なう多板式の撮像素子のもの、単板の撮像素子で濃度フィルタの点順次コーディングを施した（すなわち画素単位で感度が異なるように構成した）もの、フィールド蓄積モードの動画出力を用いたフィールド順次方式のもの、全画素読出し（順次走査）の撮像素子を用いた特殊なフィールド順次方式のもの等が挙げられる。
【０００９】
ここでは、全画素読出し（順次走査）の撮像素子を用いたものと、フィールド蓄積モードの動画出力を用いたフィールド順次方式のものについて簡単に説明する。
【００１０】
図６は、全画素読出し（順次走査）の撮像素子を用いたものでの撮像素子の駆動タイミングを示すものである。露光に先立って、図６（１)に示すようにメカニカルシャッタが開いている状態で、図６（４）に示す撮像素子の水平／垂直転送路駆動用のクロックφＨ，Ｖにより該水平／垂直転送路が高速排出駆動され、不要電荷が一掃される。
【００１１】
その後、該クロックφＨ，Ｖの転送が停止されると同時に、図６（３）に示す電荷排出パルスＶＳＵＢの最終パルスを出力することで露光が開始される。時間Ｔ１が経過した時点で、第１フレームの電荷移送パルスＴＧ（図では「１ｓｔＴＧ」と称する）により第１フレームの露光を終了させる。
【００１２】
そこからさらに時間Ｔ２が経過した時点で、図６（１)に示す如くメカニカルシャッタを閉じることで、露光を終了させる。その後、第１フレームの全画素に対応した電荷量を読出した後に、第２フレームの電荷移送パルスＴＧ（図では「２ｎｄＴＧ」と称する）が出力されると、これにより第２フレームの全画素に対応した電荷量を読出す。
【００１３】
こうして得た第１フレームの画像と第２フレームの画像は、上記露光時間Ｔ１とＴ２の違いにより撮影レンジが異なっているので、これら２枚の画像信号に基づいてよりダイナミックレンジを拡大した画像を得ようとするものである。
【００１４】
また図７は、デジタルビデオ（ムービー）カメラに採用可能なフィールド蓄積モードの動画出力を用いたフィールド順次方式での撮像素子の駆動タイミングを示すものである。
【００１５】
同図は、インタレース駆動の撮像素子でフィールド毎に電荷の蓄積を行なう例で、第１のフィールドでは、図７（３）に示す電荷排出パルスＶＳＵＢが出力されてから露光を開始し、時間Ｔ１が経過した時点で、図７（１)に示す第１フィールドの電荷移送パルスＴＧ（図では「１ｓｔＴＧ」と称する）が出力されると、各画素に蓄えた電荷を遮光された転送路へ移送させる。
【００１６】
一方、第２のフィールドでは、図７（３）に示す電荷排出パルスＶＳＵＢが出力されてから露光を開始し、時間Ｔ２が経過した時点で、図７（２)に示す第２フィールドの電荷移送パルスＴＧ（図では「２ｎｄＴＧ」と称する）が出力されると、各画素に蓄えた電荷を遮光された転送路へ移送させる。
【００１７】
第２のフィールドでの露光を行なっている間に、その前の第１のフィールドで転送路に移送された各画素の電荷量を、奇数番目のラインの画素（Ａ）とその直下に位置する偶数番目のラインの画素（Ｂ）の各電荷量を加算（Ａ＋Ｂ）するようにして読出し、続いてまた第１のフィールドでの露光が開始されると、その間に、その前の第２のフィールドで転送路に移送された各画素の電荷量を、偶数番目のラインの画素（Ｂ）とその直下に位置する奇数番目のラインの画素（Ａ）の各電荷量を加算（Ｂ＋Ａ）するようにして読出す、というような動作を繰返し実行するもので、奇偶各フィールド毎に加算対象を１画素分ずらした、いわゆるフィールド蓄積モードのインタレース駆動を使用して読み出した露出時間の異なる２枚の画像信号により、２枚の画像信号に基づいてよりダイナミックレンジを拡大した画像を得ようとするものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮影光路を複数に分岐して異なる露出状態の撮影を行なう多板式の撮像素子のものは、装置の構成が大きく複雑になってしまい、コストも高いものとなってしまうため、現実的ではない。
【００１９】
また、上記図６で説明した全画素読出し（順次走査）の撮像素子を用いたものでは、一回目の露光と２回目の露光を同時に行なうのではなく、時間差をもって行なうため、厳密には同一の被写体像に対する露光条件の異なる２枚の光像を得ることは原理的に不可能であり、特に動きの激しい被写体像には対応することができない。
【００２０】
同様に、上記図７で説明したフィールド蓄積モードの動画出力を用いたフィールド順次方式のものも、２回の露光を同時に行なうのではなく、時間差を生じてしまうため、動きの激しい被写体像には対応できない。
【００２１】
加えて、フィールド蓄積モードの動画出力を用いたフィールド順次方式では、隣接する２画素の成分を加算して読出すようにしているため、本来の撮像素子の構成画素数を活かすことができず、垂直解像度の低下が避けられない。
【００２２】
さらに、単板の撮像素子で濃度フィルタの点順次コーディングを施したものは、汎用性が低下するだけでなく、解像度が低下し、且つモアレが発生するなどの問題を有している。
【００２３】
このように、デジタルカメラでダイナミックレンジを拡大しようとする試みはこれまでにも数多く考えられているものの、装置構成が簡易な実用的な方式のものは未だ存在していない。
【００２４】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、装置構成の複雑化や解像度の低下を招くことなく、同時に露出条件の異なる複数の画像を撮影することで、よりダイナミックレンジを拡大した画像を得ることが可能な撮像装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、撮像素子と、上記撮像素子の有する各画素の電荷をインターレース駆動により個別的に読出し可能な駆動手段と、上記撮像素子に対する実効的露光を全画素同時に開始するとともに、上記インターレース駆動により１フレームを構成する複数のフィールドのうち少なくとも１のフィールドには他のフィールドと異なる実効的露光終了を行なうことによって、他のフィールドと異なる実効的露光時間を与える露光制御手段と、上記異なる実効的露光時間によって生じた上記複数の各フィールドが各々有する実効的撮像レンジが互いに重なる被写体輝度範囲の画素情報に関しては、各画素情報を全て当該画素に関する画素情報として使用し、被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱するフィールドの画素情報に関しては、他の被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱していないフィールドの画素情報によって補間したものを当該画素に関する画素情報として出力する画素信号補正手段とを具備し、上記画素信号補正手段は、さらに被写体輝度が実効的撮像レンジを逸脱するフィールドの画素情報に関して、補間に使用すべき他のフィールドの近隣の画素情報もまた実効的撮像レンジを逸脱している場合には、当該補間を禁止し、本来の画素情報を当該画素に関する画素情報として出力することを特徴とする。
【００２６】
このような構成とすれば、１フレームを構成する複数のフィールドがタイミング的に完全同一ではないが、一方が他方に含まれるから短時間側の露光部分については同時となるので、時間差がなく、且つ解像度を低下させることなくダイナミックレンジを拡大した画像を撮影することができることに加えて、画像中でダイナミックレンジの拡大を見込める画素部分のみを選択して処理することができ、無理な補間処理によって画質が劣化してしまうことを確実に防止できる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記画素信号補正手段は、上記実効的露光時間が異なるフィールドの画素信号が互いに有する同一輝度被写体に対する信号レベル差を補償するレベル補償手段を有することを特徴とする。
【００２８】
このような構成とすれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、複数のフィールドの共通のダイナミックレンジ内で撮影された被写体像部分に関しては従来公知の撮像装置によって撮像したものと全く同一の解像度の撮像信号を得ることができる。
【００３１】
請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明において、上記撮像素子の撮像面への被写体像の入力を遮断する光学的シャッタ手段を有し、上記露光制御手段は、上記複数のフィールドのうち少なくとも１のフィールドに関する実効的露光終了を上記撮像素子の光電変換蓄積部である画素部から遮光された転送路への移送によって制御し、他の少なくとも１のフィールドに関する実効的露光終了を、上記光学的シャッタ手段の開閉によって制御することを特徴とする。
【００３２】
このような構成とすれば、上記請求項１または２記載の発明の作用に加えて、一般的な光学的シャッタ手段を用いることで上記露光制御手段をより容易に実現することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明をデジタルスチルカメラに適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。なお、説明を容易にするために、ここではモノクロの画像を撮影するものとする。
【００３４】
図１は、同実施の形態に係るデジタルカメラ１０の回路構成を示すものである。同図中、このデジタルカメラ１０のレンズ鏡胴１１内に、レンズ光学系１２及び絞り１３が設けられている。
【００３５】
このレンズ鏡胴１１を介して得られた光像は、メカニカルシャッタ１４を透過した後に撮像素子であるＣＣＤ１５の撮像面上に結像される。
【００３６】
ＣＣＤ１５は、その露光時間中に画素毎の電荷を蓄積して出力するもので、その出力がプリプロセス回路１６に入力される。
【００３７】
このプリプロセス回路１６は、アナログ値の信号の状態でＲＧＢの各原色成分毎にアンプにより適宜設定された感度に従ってゲイン調整した後にＡ／Ｄ変換してデジタル値の画像信号を得、デジタルプロセス回路１７へ出力する。
【００３８】
デジタルプロセス回路１７は、デジタル値の画像信号を一旦バッファメモリ１８に記憶保持させ、このバッファメモリ１８に記憶保持した画像信号を読出してから画素補間処理を含む各種信号処理を施す。
【００３９】
こうして各種信号処理を施した画像信号に対し、デジタルプロセス回路１８は最終的に標準伝送信号におけるガンマ処理を施した後にＤ／Ａ変換器１９へ送出し、ここでアナログ値に変換させた後にバックライトを備えたＴＦＴ−ＬＣＤパネル２０にてモニタ表示させる。
【００４０】
また、上記ガンマ処理を施した画像信号は、圧縮／伸長回路２１にも読出され、指定された例えばＪＰＥＧ等の圧縮方法によりデータ量が適宜圧縮された後に、このデジタルカメラ１０の記録媒体として使用される、フラッシュメモリで構成された挿脱自在のメモリカード２２に記録、保存される。
【００４１】
このメモリカード２２に保存された画像信号は、再生モード時に読出されると、圧縮／伸長回路２１にて記録時とは反対の方法により伸長され、ビットマップ状の画像信号に復元されるもので、得られた画像信号はデジタルプロセス回路１７によりバッファメモリ１８に記憶され、Ｄ／Ａ変換器１９を介してＴＦＴ−ＬＣＤパネル２０で表示出力される。
【００４２】
しかして、このデジタルカメラ１０全体を統括して制御するのがシステムコントローラ２３であり、このシステムコントローラ２３に対して、撮影時のＡＥ（自動露光）演算を行なうＡＥ処理回路２４、撮影時のＡＦ（自動合焦）演算を行なうＡＦ処理回路２５、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２６、同期信号発生器（ＳＧ）２７が接続される。
【００４３】
同期信号発生器２７は、システムコントローラ２３の制御の下にＣＣＤ１５を駆動するための基準となる垂直同期信号を発振し、タイミングジェネレータ２６に送出する。
【００４４】
タイミングジェネレータ２６は、この垂直同期信号に基づいて各種タイミング信号を発振し、上記プリプロセス回路１６及び上記ＣＣＤ１５を駆動するＣＣＤドライバ２８に送出する。
【００４５】
また、システムコントローラ２３は、第１乃至第３のモータドライバ２９〜３１、ストロボ制御部３２とも接続される。
第１のモータドライバ２９は、上記メカニカルシャッタ１４を開閉動作させる第１のモータ（Ｍ）３３を駆動する。
第２のモータドライバ３０は、上記絞り１３を回動させる第２のモータ３４を駆動する。
第３のモータドライバ３１は、上記レンズ光学系１２を移動させる第３のモータ３５を駆動する。
ストロボ制御部３２は、システムコントローラ２３の指示に従って上記ストロボ発光部３６でのチャージ及び発光をスイッチング制御する。
【００４６】
また、システムコントローラ２３には、図示しない電源スイッチ、レリーズスイッチ、ズームスイッチ、ストロボスイッチ、カーソルスイッチ、メニュースイッチ等を含む操作スイッチ（ＳＷ）部３７からの操作信号が直接入力され、またその操作に伴なう動作状態や上記メモリカード２２での記憶状態等は、バックライトを備えたモノクロタイプの液晶表示パネルで構成される液晶表示部３８にて表示出力するもので、このシステムコントローラ２３は以上のすべての回路の統括動作を行なうための制御プログラムを記憶したＥＥＰＲＯＭ３９と接続される。
【００４７】
次に上記実施の形態の動作について説明する。
【００４８】
ちなみに、上記ＣＣＤ１５は上記従来技術の説明で用いたのと同様の一般的なものであって、各画素の電荷を、ＣＣＤドライバ２８のインターレース駆動をいわゆるフレーム蓄積モードで行なうことにより、全画素１フレームの画素情報を２フィールドとして個別的に（画素電荷の加算を伴なわずに）読出し可能であるものとする。
【００４９】
まず、図２により撮像素子であるＣＣＤ１５の駆動タイミングを示す。図中、まず露光に先立っては、図２（１)に示すようにメカニカルシャッタ１４が開いている状態で、図２（５）に示すＣＣＤ１５の水平／垂直転送路駆動用のクロックφＨ，Ｖにより該水平／垂直転送路が高速排出駆動され、不要電荷が一掃される。
【００５０】
その後、該クロックφＨ，Ｖの転送が停止されると同時に、図２（３）に示す電荷排出パルスＶＳＵＢの最終パルスを出力することでＣＣＤ１５を構成する全画素同時に露光が開始される。
【００５１】
そして、時間Ｔ１が経過した時点で、第１フィールドの電荷移送パルスＴＧ（図では「１ｓｔＴＧ」と称する）を出力してＣＣＤ１５の第１フィールド（奇数フィールド）の露光を終了させる。
【００５２】
この１ｓｔＴＧは、従来例（図７）のそれとは異なり、奇数番目のライン（Ａ）の画素に蓄えた電荷のみを遮光された転送路へ移送させるものである。この時点では偶数番目のライン（Ｂ）の画素に蓄えた電荷は読み出されないから、こちらは引き続き電荷蓄積（露光）が継続していることになり、しかも露光開始時点については上述の如く電荷排出パルスＶＳＵＢの最終パルス出力時点であることは、Ａ（第１フィールド）Ｂ（第２フィールド）共通であるという点が本発明の一つの特徴である。
【００５３】
そこからさらに、上記時間Ｔ１×３の時間が経過し、第２フィールドに関しては通算して時間Ｔ２（＝Ｔ１×４）が経過した時点で、図２（１)に示す如くメカニカルシャッタ１４を閉じることで、露光を終了させる。
【００５４】
その後、図２（５）に示すように、第１フィールドの画素に対応した電荷量を読出した後に、図２（３）に示す第２フィールド（偶数フィールド）の電荷移送パルスＴＧ（図では「２ｎｄＴＧ」と称する）が出力されると、これにより第２フィールドの画素に対応した電荷量を読出す。
【００５５】
この２ｎｄＴＧは、従来例（図７）のそれとは異なり、偶数番目のライン（Ｂ）の画素に蓄えた電荷のみを遮光された転送路へ移送させるものである。なお、この間奇数番目のライン（Ａ）の画素は１ｓｔＴＧ以後にも露光を受けるため電荷が生じているが、これは使用されることなく、その後必要に応じて不要電荷として排出される。
【００５６】
このようにして２フィールドに分けて読出した、露光時間の異なる２枚分の画像信号を、システムコントローラ２３の制御の下にデジタルプロセス回路１７が一旦バッファメモリ１８に保持した後に処理する。
【００５７】
図３は、これら２枚の画像信号に対応した光電変換特性について示すものであり、露光時間の違いに相当する分だけ、得られる信号レベルを被写体の輝度を表わす横軸に沿って左右に平行移動させたものになっている。
【００５８】
こうして得た２枚の画像信号に対して、デジタルプロセス回路１７は次に示すような該画像信号を構成する個々の画素信号の値に対しての画素信号生成処理を実施する。
【００５９】
（第１フィールドの画素）：
（条件１）自己の画素信号が低輝度側限界レベルＬＬより大きい値のとき→自己の画素信号の値の２倍の値を画素信号値とする。
（条件２）自己の画素信号が低輝度側限界レベルＬＬ以下のとき→自己の上下に隣接する２つの第２フィールド画素の画素信号の値を判定した結果によって、
（条件２−ａ）それが低輝度側限界レベルＬＬより大きく、高輝度側限界レベルＵＬより小さいとき→その第２フィールド画素の値（上下とも満たす場合はその平均値）の１／２の値を画素信号値とする。
（条件２−ｂ）それが低輝度側限界レベルＬＬ以下または高輝度側限界レベルＵＬ以上のとき→自己の画素信号値の２倍を画素信号値とする。
【００６０】
（第２フィールドの画素）：
（条件１）自己の画素信号が高輝度側限界レベルＵＬより小さい値のとき→自己の画素情報値の１／２を画素信号値とする。
（条件２）自己の画素信号が高輝度側限界レベルＵＬ以上のとき→自己の上下に隣接する２つの第１フィールド画素の画素信号の値を判定した結果によって、
（条件２−ａ）それが低輝度側限界レベルＬＬより大きく高輝度側限界レベルＵＬより小さいとき→その第１フィールド画素の値（上下とも満たす場合はその平均値）の２倍の値を画素信号値とする。
（条件２−ｂ）それが低輝度側限界レベルＬＬ以下または高輝度側限界レベルＵＬ以上のとき→自己の画素信号値の１／２を画素信号値とする。
【００６１】
上記のような画素信号生成処理において、上記条件１は、要するに第１及び第２フィールドそれぞれの画素について「所定の撮像レンジ（有効輝度域）に収まっている場合はその画素の情報をそのまま使用する」ということであり、その際に各画素が「（図３における中間の補助線ＡＳに相当する）基準となる露光量に対して有している感度差を所定の係数を乗じて（すなわちデジタルゲイン調節を行なって）補償」するものである。
【００６２】
したがって、第１及び第２両フィールドの共通の撮影レンジ内の被写体像に関しては、各画素が受容した個別の被写体情報（画素情報）が独立にかつ（感度の補償を別にして）そのまま生成画素情報として採用されるから、解像度は低下せず、撮像素子が本来有する解像度（Ｄレンジ拡大撮像を採用しない、一般的な例えばプログレッシブ（ノンインターレース）スキャンを行なう撮像装置によって撮像したものと全く同一の解像度）の撮像信号が得られる。
【００６３】
これに対して上記条件２−ａは、「自己の画素信号値が撮影レンジを逸脱している場合、上下に隣接する他フィールドの画素信号が撮影レンジを逸脱していない場合はそれで補間する」ことを意味している。すなわち、「どちらか一方のフィールドの撮影レンジでのみカバーされる高輝度や低輝度の被写体部分」に関しては、画素密度（垂直解像度）が半分になった状態での信号が得られることになる。
【００６４】
この場合、上記図３の補助線ＡＳで示した露光量を基準にとると、第２フィールドは２倍、第１フィールドは１／２の露光量であるから、それぞれ低輝度側、高輝度側に１ＥＶ（６ｄＢ）ずつ撮像レンジがシフトしたことになり、合わせて２ＥＶ（１２ｄＢ）撮像レンジが拡大したことになる。
【００６５】
一般的なプログレッシブスキャンのＣＣＤを用いた場合に得られるダイナミックレンジＤＲ＝６ＥＶ（３６ｄＢ）が限界であったとすれば、本実施の形態によって８ＥＶ（４８ｄＢ）の広ダイナミックレンジの撮像装置を得ることができる。
【００６６】
なお、この場合に上記第１及び第２のフィールドの共通レンジ、すなわち高解像度の得られるレンジは４ＥＶあるから、通常の撮影において解像度の低下はなく、ただハイライト部分やシャドウ部分で解像度が低下するのみである。
【００６７】
このような総合特性を図４に示す。同図中、上述したデジタルゲイン調節によって２つの特性を縦軸の信号レベルに沿ってそれぞれ上下に平行移動し、上記補助線ＡＳ上で一つに重ねた内容となっている。図中のＥＵＬ，ＥＬＬ等はそれぞれ拡大された高輝度、低輝度の限界レベルである。
【００６８】
このように、撮像により得られる画像信号のダイナミックレンジが拡大するから、高輝度部での再現域が拡大すると共に、低輝度部でのＳ／Ｎ比が向上してノイズを低減させることができる。
【００６９】
一方、上記条件２−ｂは、「第１及び第２の両フィールドの撮像レンジを共に逸脱している場合は、本来の画素の情報をそのまま（ゲイン調節は行なってから）使用する」ことを意味している。
【００７０】
したがって、拡大された総合レンジをも逸脱する被写体に対しては再び本来の高解像度が得られることになる。これは、完全な白黒パターン、例えば解像度チャートなどの特殊な絵柄を撮影する際に、得られる画像信号の解像度が低下する不具合を防止するものである。
【００７１】
こうして、１フレームを構成する第１及び第２の２フィールド分の画像信号からダイナミックレンジを大幅に拡大した画像信号を生成することができるもので、デジタルプロセス回路１７は、システムコントローラ２３の制御によりこうして生成した画像信号に基づいてＤ／Ａ変換器１９を介してＴＦＴ−ＬＣＤパネル２０でモニタ表示させ、あるいは圧縮／伸長回路２１によりデータ量を圧縮した上でメモリカード２２に記録、保存させる。
【００７２】
このように、１フレームを構成する第１及び第２の２つの撮影フィールドは、タイミング的に完全同一ではないが、一方（第１フィールド）が他方（第２フィールド）に含まれるから短時間側の露光部分（Ｔ１）については同時となるので、時間差がなく、且つ解像度を低下させることなくダイナミックレンジを拡大した画像を撮影することができる。
【００７３】
また、デジタルプロセス回路１７が２つのフィールドで得た露光時間の異なる画像信号に対して実行する各画素信号値毎の補正処理は、互いの画素信号値に含まれている同一輝度の被写体像に対する信号レベル差を補償することにより実現する。
【００７４】
こうすることで、２つのフィールドで共通するダイナミックレンジの範囲内で撮影された被写体像部分に関しては、一般的なノンインタレース方式の全画素読出し式の撮像装置によって撮像したものと全く同一の解像度の撮像信号を得ることができる。
【００７５】
加えて、上記画素信号値の補正処理に際して、被写体像の輝度が両フィールド間の共通のダイナミックレンジを逸脱する部分の画素信号値に関して、補間に使用すべき他方側のフィールドの近隣の画素情報もまた実効的撮像レンジを逸脱している場合には、当該補間を禁止し、本来の画素情報を当該画素に関する画素情報として出力するものとした。
【００７６】
これにより、画像中でダイナミックレンジの拡大を見込める画素部分のみを選択して処理することができ、無理な補間処理によって他の部分の画質が必要以上に劣化してしまうことを確実に回避することができる。
【００７７】
なお、上記第２のフィールドでの露光の終了を、メカニカルシャッタ１４により撮影光路を遮断させることで光学的に行なうものとし、このメカニカルシャッタ１４によりＣＣＤ１５への撮影光の入射を光学的に遮断した状態で第１のフィールドでの各画素信号値の読出しを行ない、その後に第２フィールドの各画素信号値の読出しを行なうようになる。
【００７８】
したがって、一般的な銀塩カメラでも用いられているメカニカルシャッタ１４を用いることで露光制御をより容易に実現しながら、各フィールドでの画像信号の読出しタイミングを比較的自由度の高いものとすることができる。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、第１のフィールドの露光時間Ｔ１に対して第２のフィールドの露光時間Ｔ２を４×Ｔ１であるとして説明したが、本発明はこれに限らず、複数のフィールド時間における露光時間のずらし量は任意に設定可能であるものとする。
【００８０】
また、上記実施の形態では、第２フィールドの露光を終了するタイミングをメカニカルシャッタ１４を閉じるタイミングで制御するものとしたが、ＣＣＤ１５の駆動に伴なう電子的なシャッタ時間の誤差に比して、メカニカルシャッタ１４の開閉動作に含まれる時間的な誤差は非常に大きい。
【００８１】
そのため、メカニカルシャッタ１４の動作誤差に基づく画素信号値の誤差を補償する一手段として、ＣＣＤの一部、例えば水平ラインのＯＢ（光学的暗部）に隣接する周辺部分に、拡散板による均一光の入射領域を設け、この領域で得られる輝度情報に基づいて、後段のプリプロセス回路１６でアナログ値の各画素信号毎に実施されるゲイン調整の内容を適宜増減するようにしても良い。
【００８２】
また、本実施の形態は、説明を容易にするべくＣＣＤ１５がカラーフィルタを有していないモノクロタイプのものであるものとし、輝度信号のみの白黒の画像データを取り扱うものとして説明したが、カラー画像を扱う撮像装置においても適用可能であることは勿論である。
【００８３】
さらに、インタレース駆動として一般的なＮＴＳＣ等のテレビジョン方式に従って１フレームが２フィールドであるものとして説明したが、これに限るものでもなく、１フレームが３フィールドあるいは４フィールド以上の任意のインタレース駆動にも適用可能であり、個々のフィールドの露光時間をそれぞれ異ならせて設定することにより、非常にダイナミックレンジが広く、且つ所定の撮影レンジに収まっている輝度部分の画像に関しては高い解像度を有した画像信号を得ることができるようになるものである。
【００８４】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００８５】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００８６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、１フレームを構成する複数のフィールドがタイミング的に完全同一ではないが、一方が他方に含まれるから短時間側の露光部分については同時となるので、時間差がなく、且つ解像度を低下させることなくダイナミックレンジを拡大した画像を撮影することができることに加えて、画像中でダイナミックレンジの拡大を見込める画素部分のみを選択して処理することができ、無理な補間処理によって画質が劣化してしまうことを確実に防止できる。
【００８７】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、複数のフィールドの共通のダイナミックレンジ内で撮影された被写体像部分に関しては従来公知の撮像装置によって撮像したものと全く同一の解像度の撮像信号を得ることができる。
【００８９】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１または２記載の発明の効果に加えて、一般的な光学的シャッタ手段を用いることで上記露光制御手段をより容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るデジタルカメラの回路構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態に係る撮像素子であるＣＣＤの駆動タイミングを示す図
【図３】同実施の形態に係る２フィールド分の画像信号に対応した光電変換特性を示す図。
【図４】同実施の形態に係る画素信号生成処理により得られる画素信号の総合特性を示す図。
【図５】一般的な撮像素子の光電変換特性を示す図。
【図６】従来のダイナミックレンジを拡大するための１方式である全画素読出し（順次走査）の撮像素子の駆動タイミングを示す図。
【図７】従来のダイナミックレンジを拡大するための１方式であるフィールド蓄積モードの動画出力を用いたフィールド順次方式での撮像素子の駆動タイミングを示す図。
【符号の説明】
１０…デジタルカメラ
１１…レンズ鏡胴
１２…レンズ光学系
１３…絞り
１４…メカニカルシャッタ
１５…ＣＣＤ
１６…プリプロセス回路
１７…デジタルプロセス回路
１８…バッファメモリ
１９…Ｄ／Ａ変換器
２０…ＴＦＴ−ＬＣＤパネル
２１…圧縮／伸長回路
２２…メモリカード
２３…システムコントローラ
２４…ＡＥ処理回路
２５…ＡＦ処理回路
２６…タイミングジェネレータ（ＴＧ）
２７…同期信号発生器（ＳＧ）
２８…ＣＣＤドライバ
２９…第１のモータドライバ
３０…第２のモータドライバ
３１…第３のモータドライバ
３２…ストロボ制御部
３３…第１のモータ
３４…第２のモータ
３５…第３のモータ
３６…ストロボ発光部
３７…操作スイッチ部
３８…液晶表示部
３９…ＥＥＰＲＯＭ
【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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