ニコン 画素単位で濃度変更できる電子NDイメージセンサーの特許

ニコン イメージセンサーの新特許

ダイナミックレンジの拡張を実現か

ニコンがデジタルカメラにも利用できる新たなイメージセンサーの特許を出願していることが明らかになりました。この特許は各画素に電気的なNDフィルターを設定して、白飛びを防ぐことでダイナミックレンジを向上させる特許となっているようです。それではどのような特許なのか、詳しく見ていきましょう（当サイトの解釈です）。

今回の特許を読み進めていくと、電子NDという仕組みが、従来のNDフィルタとはまったく違う発想で設計されていることがわかります。一般的なNDフィルタはレンズの前にガラスを置いて光量を物理的に減らしますが、この特許が示している電子NDは、光を減らすのではなく、画素が受け取った電荷を露光中に一定速度で放出することで、結果的に露光量を調整するという方向で構成されているようです。つまり、画素が光を受けて電荷を蓄積しながら、同時にその一部を“逃がす”ことで、あたかもNDフィルタをかけたような状態を作り出すわけですね。

この仕組みを実現するために、画素の内部には定電流回路が組み込まれており、フォトダイオードで生成された電荷の一部を一定の速度で放出するようになっています。放出する量は定電流値で決まり、この値を変えることで、画素がどれだけ電荷を逃がすかを細かく調整できるようになっています。物理的なNDフィルタのように段階的な濃度ではなく、電子的に連続的に濃度を変えられるため、露光制御の自由度が非常に高くなっているようです。

興味深いのは、この電荷放出が単なる光量調整にとどまらず、ダイナミックレンジの拡大にもつながるという点です。露光中に放出された電荷は、光として受け取った情報の一部であり、これを記録側で合算することで、従来のセンサーでは表現できなかった階調情報を取り込めるようになると説明されています。特許では、蓄積された電荷と放出された電荷を合わせることで、最大17bit相当の情報量として扱えると記載されており、ハイライトの粘りや逆光耐性が大きく向上する可能性が示唆されています。

電子NDは静止画と動画の両方で利用できるように設計されており、静止画では事前露光を行って明るさを推定し、その結果に応じて各画素ごとに必要な放出量を設定する流れになっています。これにより、画素ごとにND濃度を変えることができ、非常に明るい部分だけNDを強くするような柔軟な露光制御が可能になります。一方、動画ではフレームごとに定電流値を調整することで、リアルタイムに電子NDを変化させる動作例が示されており、動画撮影時の露出制御が大きく変わる可能性があります。

特許をみると、これまでの光を減らすNDフィルターというよりも、飽和しそうになった場合には積極的に電荷を逃がすNDという新しくユニークな仕組みとなっているようですね。濃度調整が画素単位で制御することができ、さらにダイナミックレンジの拡大までできてしまうという面白い特許であることがわかります。

さらにニコンのAPS-Cフラッグシップの噂について「ニコン D500後継 APS-C旗艦機を計画か 4500万積層センサー搭載の噂」で詳しくお伝えします。

–J-PlatPat

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