『ダイナミックレンジ拡大に関する特許』のクチコミ掲示板

[アナスチグマート]

富士フイルムの特許の中に、ダイナミックレンジ拡大に関する面白い特許がありました。

【公開番号】特開2007-235656
【発明の名称】個体撮像装置とその駆動方法

この特許を大雑把に要約（さらに意訳）すると、

・SR素子を使った場合にR素子が小さくなりすぎて実用にならないくらいサイズの小さいCCDでも、SR素子と同様の効果を得ることができる
・CCDは普通のCCDでも、ハニカムCCDでもどちらでも良い。
・CCDの画素を二群に分割し、お互いの露出時間を変えることでダイナミックレンジを拡大する
・二群に分けた画素の露光開始タイミングは同時なので、画像がずれることはない

要は、ダイナミックレンジの拡大をCCD側だけである程度行なってしまうというものです。
これがF100fdに採用されている技術かは不明ですが、採用されていたら面白いと思います。

私はこの手の話は苦手なので、得意な方の解釈をお待ちしています。

書込番号：7383875

[アナスチグマート]

この特許は、特許庁ホームページから特許電子図書館のリンクに飛び、
初心者向け検索→特許・実用新案の検索と進み、
検索キーワードを「富士フイルム　固体撮像装置とその駆動方法」
として検索すれば見つかります。

書込番号：7384034

[NS1000X]

アナスチグマートさん
面白い情報ありがとうございます！

今までの色々な御意見を見ても今ひとつ納得できずにモヤモヤしておりました。
「ハニカムＣＣＤの低ノイズを生かし、アンダー気味に撮影後に暗部を持ち上げる」
との推測意見ですが、それじゃ本当の意味のＤレンジ４００％とは違うような気がしていました。暗部の画像が他社ではノイズに埋もれて再現不能なのに対しフジはノイズを１／４として再現可能としました、ということでＤレンジ４００％？何か擬似的でイマイチ、ＳＲ素子のような技術的説得力に欠けるよなぁ、と感じていました。

アナスチグマートさん情報の特許技術が採用されていれば確かに説得力ありますね。
（アンダーとオーバーの２つの画像を合成して、なおかつリアル１２００万画素だとすごい画像処理技術というか大変なことになりそう）

でも、別の疑問。Ｄレンジ４００％はＩＳＯ４００設定、はナゼ？やはり暗部持ち上げの為？

もしこの特許技術が採用されているなら即買いです。Ｆ７１０、Ｆ３１に続く、新世代の名機となるでしょう！
肝心の画像を見る前から楽しみな機種は本当に久しぶりです。

書込番号：7385126

[Hispano-Suiza]

この技術は従来からＩＴ−ＣＣＤで使われている、電子シャッタリング機能による『分割露光』の応用ですね。

もう一つ、やはり従来からの『露光量を変えた二回撮影と画像合成』によるダイナミック・レンジ拡張方法を
組み合わせて『撮像素子単体で、二画像の露光タイミングの時間的なズレを生じること無く行う』という趣向
のようです。

富士フィルムはＳ１００ＦＳで『デュアル・チャンネル読み出し』を採用していますが、これを使えば二種類の
画像データを（列ごとに分けて）別々に読み出すことが出来ますから、この技術とも関連があるのでしょうか。


最近、各メーカーともに『ダイナミック・レンジの拡張』に熱心に取り組んでいるようですが、
これまでの『画素数』一辺倒の競争（狂奏？）とは違う観点が出て来たのは嬉しいことですね。

書込番号：7385230

[スイミング]

アナスチグマートさん、興味深い情報ありがとうございます。
なにやら（こ難しい）のですが、理屈はなんとなく理解できますね。
2列の画素群に分けて画像処理ができるのも1200万画素あってのことであれば…
高画素も悪くない選択なのかも…

F10〜F31fdの高感度画質のインパクトはデジイチにも迫るエポックメーキングであっただけに
今回のダイナミックレンジ拡大の処理手法にも、とても興味がわきますね。
SIGMA-DP1ともども、とても楽しみになってきました。

書込番号：7385305

[@ぶるーと]

特許、興味深く拝見しました。

細かいところは理解不能ですが、概要をイメージで解釈したところ（^^；、多分これはF100のダイナミックレンジ400%とは別の技術だと思われます。
このやり方だと恐らく解像度が犠牲になると思いますが、F100の方にはそうした断りはないし、また、こちらは何も感度を上げなくてもDレンジ拡大を実現できますね。

問題点としては、高速シャッターでも使えるのかな？、とか、フラッシュ撮影時はどうするのかな？、とか、ありますが、その辺りを解決できるとすればこれはF100よりも本質的な技術改善だと思います。

高画素かされた撮像素子において、その画素数を解像度方向に使うか、ダイナミックレンジ方向に使うか、使用者が選択可能になるというのは凄いです。

書込番号：7385553

[ほそみちおくの]

アナスチグマートさん面白い情報ありがとうございます。
画素単位で異なる露光時間を設定できるとは凄い技術ですね。
リンク先の説明での仕組みを拝見すると、露光時間が長い方の素子が飽和した際にハイライト部の階調が得られないので、その部分を露光時間の短い素子で階調データを得てダイナミックレンジを広げる仕組み(？)みたいですね。
ビット数で言えば露光時間の長い方の素子はシャドウ部からハイライト部まで10bit分のデータとして、露光時間の短い素子はさらに高輝度部分の4bit分を受け持たせて、双方のデータを合併して14bit分のデータを作るという感じでしょうか？

この方式だと露光時間の長い素子が飽和していない部分に関しては、露光時間の短い素子のデータは必要ないので破棄されることになりますね。（リンク先の説明どおりであれば） そうするとその部分に関しては短い露光時間の素子を配置している分だけ受光面積が無駄に使っていることになります。 しかし例えば1200万画素機と仮定して、全ての画素の露光時間を同じにする1200万画素モードと、半分の600万画素を短い露光時間用の画素として使う600万画素記録の広ダイナミックレンジモードを備えるなら従来の機種と比して失うものがないので良いかもしれません。

デジタルカメラにおける「ダイナミックレンジ」とは、「ノイズフロアの電圧と飽和電荷量の電圧の差をｄＢで表したもの」です。つまり、

�@シャドウ部は信号が小さいので、ＣＣＤとアナログ回路から発生するノイズが大きい場合には小さい信号がノイズに埋もれて取り出せなくなるためダイナミックレンジが狭くなる。→ＣＣＤ＆アナログ伝送系・増幅系を低ノイズに出来ればダイナミックレンジは広がる。

�A素子の飽和電荷量を増やせばダイナミックレンジは広がる。→１画素の面積が大きければ飽和し難くなるのでダイナミックレンジは広がる。

ということで露光時間の短い素子を配置するぐらいなら、その分、１画素の受光面積を増やしたほうがダイナミックレンジは広がると考えることも出来ます。（どちらが有利かは一概には言えないと思う）

F100fdのダイナミックレンジ拡大機能は、皆さん仰ってるように正規の意味でダイナミックレンジが広がる訳ではなく厳密には「暗部のISO感度を持ち上げることによって、本来ＣＣＤが持っているダイナミックレンジを、より有効に使う機能」だと思います。
またソニーのＤレンジオプティマイザーやニコンのＤライティングも暗部を持ち上げているのだから、暗部をISO400相当まで持ち上げた場合は「ISO400」と表示されるべきとも言えるかもしれません。
いずれにしてもシャドウ部というのは小さい電荷を扱う領域ですので、ＣＣＤ・伝送系・ゲインアンプをいかにノイズレスに出来るかがダイナミックレンジを広げる鍵と言えそうです。

書込番号：7385727

[ねねここ]

やはり高画素数のナノテクが進化したときに実現する感じがします。2400万画素が作れる程度なら1200万画素でワイドダイナミックレンジも夢ではないのかもしれません。

今は難しいので、レンズとCCDを2つ付け同時に撮って合成するならできそうです。でもバッテリー食いそうでだめですね(^^;;;

書込番号：7385777

[Hispano-Suiza]

＞ 高速シャッターでも使えるのかな？、とか、フラッシュ撮影時はどうするのかな？

フラッシュ撮影については・・・

この特許技術の露光方法では、明・暗用に振り分けた両画素列の『露光開始』は同時に行われるようですから、
『完了』のタイミングだけで露光時間を変えているとすれば、普通の『先幕シンクロ』で問題は生じませんね。


高速シャッター使用時についても、とくに問題なく機能するように思えます。

ただ、この方式の場合、画素の読み出し方法から推察して『最終的な露光の完了：※１』を機械シャッターに
頼る事になると思いますので、それが従来通りレンズ・シャッターであれば、やはり絞り径によるＳＳ最高速の
制限は避けられない事になりますね。

※１：露光時間が長い方（＝ＳＳで設定された露光時間）の画素列の露光完了を意味しています。
　　　露光時間が短い方の画素列の露光完了は、電子シャッタリング（垂直転送部への電荷の一斉シフト）により、
　　　当該画素列の電荷に対してのみ、シフトが行われるものと推察します。

書込番号：7385914

[@ぶるーと]

Hispano-Suizaさん

フラッシュ撮影時に問題があるんじゃないかというのは、光量を「露光時間」によってコントロールする方式だと、フラッシュは瞬間光ですから、ダイナミックレンジ拡大の恩恵を全く受けられないんじゃないかということなんですよ。
どちらの画素も同じ開口率なら、どちらの画素にも同じだけのフラッシュ光が当たってしまうということですね。

また、シャッター速度の方は、例えばハニカムSR方式の場合、R画素の感度はS画素の1/16ですから、これと同様だとすると、仮に露光時間の長いほうが1/1000秒だったとすると、短いほうは1/16000秒という超高速シャッターが必要になり、これが実現できるのかな？　という疑問です。

ただ、私は技術的なところには全く疎いですけど、Hispano-Suizaさんのおっしゃる「電子シャッタリング」というのだと、語感としては問題なく実現できそうな感じですね

書込番号：7386230

[くろこげパンダ]

＞ 問題点としては、高速シャッターでも使えるのかな？

高速シャッターでないと使えないのではないでしょうか？
１秒の露光時間に対して、１EVレンジを広げようとすると、
他方は２秒間露光することになるのではないでしょうか？

フラッシュに関しては、私も@ぶるーとさんと同じ疑問を持ってます。

書込番号：7386270

[くろこげパンダ]

あ、発想が逆か？（笑） ＞ 下にレンジを広げる。

書込番号：7386283

[くろこげパンダ]

話の腰を折って失敬しました（^^ゞ）

1/8秒のとき、1/15秒で露光させるわけですネ。
まあ、これもこれで、静物限定、三脚限定になるのでしょうかネ！？

書込番号：7386337

[ほそみちおくの]

＠ぷるーとさん
仰られるとおり、この特許の仕組みではフラッシュ撮影に関しては広ダイナミックレンジの恩恵は受けられないでしょうね。
ただフラッシュ撮影ではフォトダイオードが電荷飽和を起すとは考え難いのでハイライトのダイナミックレンジを広げる必要は無いかもしれません。
フラッシュ撮影の中でも逆に「日中シンクロ」の場合は、この特許の方法が最も活きるシチュエーションかと思います。
２種類の画素の露光時間を変えるのではなく、２種類の画素をオンチップマイクロレンズの有り・無しの集光率の差で分ける方法であればフラッシュ撮影でも広ダイナミックレンジ効果が得られると思うのですがネ（高速シャッター問題も出ませんし） ただ、リンク先の特許内容によるとオンチップマイクロレンズの有り・無しによって画素を２グループ化するのは現時点で難しいという風に書いてあるようです。

書込番号：7387150

[ふじとう]

ハニカムの場合、画素数に対して出力データは倍になっているのに対し、
今回のは同一出力になっているので半分の画像データを元に加工していると
考えられます。

ややこしい話になりましたが用はハニカム600万画素のデジカメと同じと
理解してください。

書込番号：7387197

[京都のおっさん]

>ただフラッシュ撮影ではフォトダイオードが電荷飽和を起すとは考え難いのでハイライトのダイナミックレンジを広げる必要は無いかもしれません。

適正な調光の元では大丈夫でしょうけど、それでも眼鏡の縁とか腕時計とか、光り物に反射すると簡単に飽和しそうですけどね。「フラッシュは恩恵受けない」でよいように思いますが。

>この技術は従来からＩＴ−ＣＣＤで使われている、電子シャッタリング機能による『分割露光』の応用ですね。

だったら白飛び防止のためにやってくれてればよかったのに、と思いますが、画素の配置を配置を考えると厳しかったのかもしれませんね。
SR機は同じ位置、あるいは隣りに低感度画素を持っていますが、この方式の場合どうなのでしょう。

書込番号：7388313

[Satosidhe]

電子シャッターだとスミアが怖いですし、ダイナミックレンジ拡張関連特許を占有するために思いついた技術
ぜんぶ特許にしてるのかもしれませんね^^;
(有機光電変換膜を用いた多層イメージセンサーも色々特許出ていましたし。)

書込番号：7388413

[kuma_san_A1]

http://bbs.kakaku.com/bbs/00500210882/SortID=7188471/#7189935

に書いたWDRセンサーや、最近話題になったPanasonicのセンサーと同じで電子シャッターで露光時間を短くしてやるっていう方法ですね。
フラッシュなどの閃光の場合は意味をなさなくなります(この方法での低感度化は無理)。

http://bbs.kakaku.com/bbs/00500210882/SortID=7188471/#7251242

CCDの場合は転送路に掃き出すタイミングを二つのグループ毎に変えちゃうということですね。
インターレースでも丁度うまく左右から入れ子で掃き出せそうです。

書込番号：7388516

[アナスチグマート]

皆さんご意見ありがとうございます。
制約はあるけれども手段としては有効、という意見が多いようですね。
たいへん勉強になりました。

制約についてはフジも承知していたのか、こんな特許も見つけました。

【公開番号】2007-259344
【発明の名称】撮像装置および画像処理方法

この特許のポイントは、
・感度の異なる画素を有する素子においてその能力を有効に発揮するため、
ダイナミックレンジ優先モード、解像度優先モード、ノイズ優先モード、色再現優先モードをユーザーが選べるようにする。
ということです。

これはいい方法だと思います。これなら、ユーザーが何を優先するかによって最適なモードが選べるので、無駄がないと思います。

色再現優先モードも面白いと感じました。
ダイナミックレンジの広さを色飽和を抑えることに利用し、カラーバランスを崩さないようにする、ということのようです。フィルムメーカーらしい発想だなと思います。

この特許も特許電子図書館から、「富士フイルム　撮像装置および画像処理方法」をキーワードに検索すると見つかります。

書込番号：7388547

[@ぶるーと]

Satosidheさん

有機撮像板の方、どうなってるんでしょうね？
実現されれば、もっとも理想的な方式のはずで、現在の1200万画素の解像度を出すのに600万画素あれば十分だったり、カラーフィルターが不要なので原理的に感度が3倍は確保できたりと、夢いっぱいなんですが。

まあ、マイクとスピーカー、撮像管とブラウン管、CCDと液晶、といった具合に、入力装置と出力装置は何となく似たようなものになる場合が多いので、有機ELディスプレーの時代には有機撮像板なんじゃないかと、勝手に期待してますが（^^；

書込番号：7401274

[アナスチグマート]

Satosidheさん、@ぶるーとさん

有機光電変換膜(有機撮像板)という技術を初めて知りました。
これですよね。
http://www.fujifilm.co.jp/corporate/aboutus/pdf/tech/ff_rd052_001.pdf

Foveonよりも理想に近い素子だと思いました。
まだ研究段階のようですが、将来はこれが主流になりそうな気がします。
光をさえぎるものが無いので、斜め入射の問題も無くなりそうです。

書込番号：7401715

[Satosidhe]

@ぶるーとさん
アナスチグマートさん

今日会社に泊まりのSatosidheです^^;;;
三層センサーに関しては、昨夏のカラー撮像成功のニュース以来続報何もないですねぇ。
埼玉大の研究室の情報もそこで止まっています。

しかし特許は動いていますから、それだけガッチリ情報を固める必要があるほど順調って事で
考えて良さそうに思います。
個人的に来春ビクターが出すと言っているデジタルカメラ兼ハイビジョンビデオカメラにもフジが噛んでると
妄想していますよ。(ビクターの民生フラッグシップ機の3ccd用プリズムはフジとの共同ですし、
レンズもフジノンですし。)

特許は材質や効果など非常に具体性のある内容を要求されますので、特許情報を公開日から見れば、
フジの苦心も伺えますし、期待も持てそうです。
特開2007-335760(特許・実用新案公報DBに入り、最初のフィールドにA、後のフィールドに2007-335760を
入力して照会ボタンを押してください)は昨年末の公開ですが、面白いですよ。
同時にテキスト検索で有機、光電変換膜を発明名称で検索するとフジが太陽電池や有機EL液晶なども
研究しているのが伺えます。

まだイメージセンサーを手掛ける他社でこれに並ぶ多層イメージセンサー技術は無さそうですから、
フィルムメーカーとして「写真/ムービーフィルムの代替になる技術」を突き詰めた理想的な
イメージセンサーが世に出ることを期待しながら待っていられそうですね。

書込番号：7402967

[アナスチグマート]

>Satosidheさん
ご紹介の特許を拝見しました。
とりあえずざっと眺めてみましたが、ちゃんと読むといろいろ細かに書いてあって疲れそうです（笑）

特許の本文中に、有機光電変換膜の利点が以下のように述べてありました。
「本発明の光電変換膜を含む光電変換（ 撮像） 素子は、光電変換する吸収波長域が拡大するという効果があるが、それ以外にも、
積層構造をとる場合モアレの発生がない、
光学ローパスフィルターが不要のため解像度が高く色にじみがない、
信号処理が単純で擬信号が発生しない、
CMOSの場合には画素混合が容易で部分読みが容易である、
開口率１ ０ ０％ マイクロレンズ不要のため撮像レンズに対する射出瞳距離制限がなくシェーデングがない、従ってレンズ交換カメラに適しレンズの薄型化が可能になる、
マイクロレンズがないため接着剤充填でガラス封止が可能となり、パッケージの薄型化、歩留まりが上昇しコストダウンになる、
高感度なためＩ Ｒ フィルター不要でフレアが低下する等の特徴がある。」

すごい！の一言です。

特許を読む限りは、有機分子の選定に苦心している様子がうかがえます。
この辺はフィルムメーカーのフジですから、きっと良い物を作ってくれると信じています。

実用化されるとしてもしばらく先の話だと思いますので、今はCCDで出来る限り良い物を提供してくれることを望みます。

書込番号：7404994

[@ぶるーと]

アナスチグマートさん、こんにちは。
多層式なのでやはり斜め入射の問題はあるらしく、

http://www.hanacyou.com/19660831/sub/fujifilm/20061016/

このようにそれに対策した特許もあります。
特許情報には本当に夢のまた夢というものまであるため、判断が難しいんですが、これなんかはかなり現実的な対処法を考えている感じがしますね。


Satosidheさん、おつかれさまです。

特開2007-335760、かなり具体的なところに踏み込んでますね。
NHKが（もちろんTVカメラ用に）開発しているという話や、この掲示板でのうわさレベルではキャノンも開発しているといったことも聞きますが、モノがまさに電子フィルムとでも言えそうなだけに、こういうのは富士ががんばりそうな気がしますね。

書込番号：7405865

[アナスチグマート]

>@ぶるーとさん
ご紹介の特許を拝見しました。
これまた細かいところをついた特許ですね。
足下をしっかり固めているようです。

この方法で色ズレを補正した場合、レンズの射出瞳位置を固定しないと意味がない（レンズによって素子のズレ量を変えなければならない）ので実際には使わないのだと思いますが、
こういう可能性まで考えているところを見ると、実現に向けて着々と開発が進んでいるということでしょう。

書込番号：7405964