JP2000004446A - カラー撮像装置 - Google Patents

カラー撮像装置

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JP2000004446A
JP2000004446A JP10165426A JP16542698A JP2000004446A JP 2000004446 A JP2000004446 A JP 2000004446A JP 10165426 A JP10165426 A JP 10165426A JP 16542698 A JP16542698 A JP 16542698A JP 2000004446 A JP2000004446 A JP 2000004446A
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color
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optical axis
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Tatsuo Fujikawa
達夫 藤川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】NDフィルタによって発生する光量のアンバラ
ンスによる画像の色ムラの促進を防止することが可能な
カラー撮像装置を提供する。 【解決手段】撮像レンズ2を通過した入射光Lを複数の
原色光に分解して出力する色分解手段としてのダイクロ
イックプリズム50と、ダイクロイックプリズム50か
らの原色光をそれぞれ電気信号に変換する複数のCCD
と、入射光の光量を制限するアイリスユニット4と、C
CDへの光の光量を制限するNDフィルタ33とを有
し、NDフィルタ33は、ダイクロイックプリズム50
におけるダイクロイック膜上の光軸Aに直交する方向に
沿って挿抜可能に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、多板式
ビデオカメラ等のカラー撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ビデオカメラ等のカラー撮像装置の撮像
方式としては、いわゆる多板式が知られている。多板式
のカラー撮像装置では、被写体からの入射光を2色もし
くは3色に分解を行なうために、色分解プリズムを使用
している。特に、3板式のカラー撮像装置では、撮像レ
ンズの後ろに色分解のためのダイクロイックプリズムを
設け、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色に分解し
てたとえば、CCD(charge coupled device) 等の撮像
デバイスの感光面上に各々の画像を結像し、CCDにお
いてそれぞれの色を電気信号に変換し、信号処理部で所
定の処理を施してビデオ信号に変換するものである。
【0003】ダイクロイックプリズム内では、ダイクロ
イック膜を用いることによって色分解を行なっている。
ダイクロイック膜は、ダイクロイックプリズムに透明な
屈折率の高い層と低い層とを交互に10〜20数層真空
蒸着することにより形成され、蒸着物質、膜厚などを適
当に選ぶことにより、光の干渉が変わることを利用し
て、特定の色を反射し残りの色を透過させる特性を有す
る。図5は、ダイクロイックプリズムの構造の一例につ
いての入射光Lに沿う方向の側面図である。図5におい
て、ダイクロイックプリズム50は、第1〜第3のプリ
ズム51,52,53を有しており、第1のプリズム5
1と第2のプリズム52との間には所定のエアギャップ
AGが設けられている。第1のプリズム51の一側面に
は、青色成分の光のみを反射する青反射ダイクロイック
膜51aが形成されている。第2のプリズム52の一側
面には、赤色成分の光のみを反射する赤反射ダイクロイ
ック膜52aが形成されている。赤反射ダイクロイック
膜52a上には光軸Cに沿って第3プリズム53が設け
られている。
【0004】入射光Lは、レンズ55およびアイリスユ
ニット56を通じてダイクロイックプリズム50に入射
する。ダイクロイックプリズム50へ入射光Lが入射さ
れると、第1のプリズム51の青反射ダイクロイック膜
51aにおいて青色成分の光のみが反射して第1のプリ
ズム51から青色成分の光が分解される。第1のプリズ
ム51を通過した青色成分以外の光は、エアギャップA
Gを通じて第2のプリズム52に入射し、赤反射ダイク
ロイック膜52aで赤色成分の光のみが反射して第2の
プリズム52から赤色成分の光が分解される。第1およ
び第2のプリズム51、52を通過した入射光Lから青
色および赤色成分の光を除いた光が第3のプリズム53
に入射し、緑色成分の光のみが抽出される。このように
ダイクロイックプリズムによって、赤、緑、青の3原色
に分解し、分解された各色成分の光は、それぞれの光の
射出先に設けられた図示しないそれぞれの撮像デバイス
の感光面上に結像される。
【0005】上記のような構成のダイクロイックプリズ
ムでは、青反射ダイクロイック膜51aや赤反射ダイク
ロイック膜52aのようなダイクロイック膜は、多層蒸
着膜として形成されており、各層において波長に応じた
反射、透過が生ずるから、入射角度によって各層の厚さ
が等価的に変化するという入射光の角度に依存する角度
依存性を持つ。図6は、図5に示したダイクロイックプ
リズム50の光軸Cの上方から入射光Lが入射した場合
のダイクロイックプリズム50の各位置での角度依存性
を説明するための図である。青反射ダイクロイック膜5
1aでは、光軸Cの上方から入射光Lが入射した場合に
は、図6(a)に示すように、青色光の波長の範囲が狭
まり、青反射ダイクロイック膜51aを透過した光のう
ち緑色光の波長の範囲が広がる。赤反射ダイクロイック
膜52aでは、図6(b)に示すように、赤色光の波長
の範囲が狭まる。このため、第3プリズムから出射され
る緑色光の波長の範囲は、図6(c)に示すように広が
る。なお、ダイクロイックプリズム50の光軸Cの下方
から入射光Lが入射した場合には、図6の状態とは逆に
なり、緑色光の波長の範囲が狭まり、青色光および赤色
光の波長の範囲が広がる。このように、ダイクロイック
膜の色分解特性に関して、入射光の入射角度に対する角
度依存性は、ビデオカメラ内の部材の配置等の構造的な
制限からダイクロイック膜を光軸Cに対して垂直な方向
に配置することは難しいことから、画面の上下(縦方
向)方向において対称とはならない。
【0006】ビデオカメラの撮像レンズ55の周辺領域
へ入射する光束は、撮像レンズ55の周辺減光作用によ
って光軸と平行な方向を基準として考えると、画面の上
下(縦方向)のバランスが崩れる。図7は、撮像レンズ
55の周辺減光作用と画像との対応関係を説明するため
の図であり、図8は周辺減光作用による画像の色合いの
変化を示す図である。図7に示すように、光軸Cに対応
する画像の中心位置を光軸とすると、画像の中心位置に
入射する光束Lcが白色光の場合、光軸Cに対応する画
像の中心位置Icでは、ダイクロイックプリズム6に入
射した入射光Lcの分解された赤色光、青色光、緑色光
の光量は略等しくなり、図8に示すように、画像Iの中
心領域では忠実に白色が再現される。なお、図6におい
て説明したように、図7の各光軸C、C1、C2の上下
方向では、ダイクロイックプリズム50の色分解特性は
非対称となる。
【0007】一方、撮像レンズ55の光軸Cの上方およ
び下方に入射してダイクロイックプリズム6を通過した
入射光LuおよびLbの領域RuおよびRbでは、撮像
レンズ55の周辺減光作用を受ける。このため、入射光
LuおよびLbの入射位置に対応する画像の上部位置I
uおよびIlでは、赤色光、青色光、緑色光のバランス
はくずれる。すなわち、対応する画像の上部位置Iuで
は、光軸Cに平行な軸C1の上方からの領域Ruの光量
は減少し、赤色光および青色光が支配的となり、図8に
示すように、赤色光および青色光の混色によるマゼンタ
系のホワイトとなる。対応する画像の下部位置Ilで
は、光軸Cに平行な軸C2の下方からの領域Rbの光量
は減少し、緑色光が支配的となり、図8に示すように、
グリーン系のホワイトとなる。このように、色分解にダ
イクロイックプリズムを用いたビデオカメラでは、撮像
レンズの周辺減光およびダイクロイックプリズムの色分
解特性の角度依存性が非対称なことから、画面上下方向
に関して、色再現の違いが発生することになり、色ムラ
が発生しやすい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】一方、ビデオカメラで
は、アイリスユニット56の絞りが過度の小絞り状態に
なると、回析現象等により画質が低下することがある。
これを防止するために、充分に明るい被写体を撮影時に
は光路中にND(neutral density) フィルタが挿入され
る構造のものが知られている。NDフィルタは、可視光
域の全域にわたってほぼ均等な吸収特性をもったフィル
タであって、光の分光エネルギを変えることなく、光の
明るさを変えるために用いられる。NDフィルタのビデ
オカメラへの実装は、たとえば、図9に示すように、た
とえば、アイリスユニット56を構成している絞り羽根
に張り付ける構造のものが知られている。図9におい
て、NDフィルタ61は、光軸の上下方向に移動可能な
2枚の絞り羽根57,58のうちの一方の絞り羽根58
に貼着されている。
【0009】ここで、図10は、アイリスユニット6の
絞り羽根の動作にともなうNDフィルタ61の動作を示
す図である。図7に図解した撮像レンズ55からの入射
光Lの光量が少ない場合には、図10(a)に示すよう
に、絞り羽根57,58によって形成される絞り開口7
1は、円形状の全開状態となりNDフィルタ61は絞り
開口71の一部領域にかかった状態にある。撮像レンズ
55からの入射光Lの光量がある程度増加すると、図1
0(b)に示すように、絞り羽根57,58は開口を小
さくするように移動して、絞り羽根57,58によって
形成される絞り開口71は菱形状に狭まり、絞り開口7
1の半分程度の領域にNDフィルタ61がかかる状態と
なる。また、撮像レンズ55からの入射光Lの光量が非
常に増加すると、図10(c)に示すように、絞り開口
71はごく小さな大きさとなり、絞り開口71はNDフ
ィルタ61によって全領域が覆われる。
【0010】たとえば、図10(b)に示す状態のよう
に、NDフィルタ61が絞り開口71の半分程度の面積
までしか移動していない状態では、絞り開口71を通じ
てダイクロイックプリズム50に入射する光束のうち、
下半分のNDフィルタ61を透過する光束と素通し領域
を通過する光束では光量が異なる。このため、ダイクロ
イックプリズム50を用いたビデオカメラでは、ダイク
ロイックプリズム50の構造上本来的に、上記したよう
に画面上下方向で撮像レンズの周辺減光によって色ムラ
が発生しやすいのに加えて、撮像レンズの周辺減光と同
様の作用を奏するNDフィルタを用いることにより、さ
らに画面の上下方向に関して光量バランスを崩すことに
なり、この光量バランスの崩れによって各色のバランス
が崩れ、画面上下での色ムラをさらに促進させることに
なる。
【0011】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
ものであって、絞り装置と、NDフィルタと、ダイクロ
イック膜を備えたカラー撮像装置において、撮像レンズ
とダイクロイックプリズムとの間の光路へのNDフィル
タの挿抜に起因する光量のアンバランスによる画像上で
の色ムラの促進を抑制可能なカラー撮像装置を提供する
ことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、光軸に対して
傾斜する多層膜からなるダイクロイック膜を有し、撮像
レンズを通過した入射光を複数の原色光に分解して出力
する色分解手段と、前記色分解手段からの原色光をそれ
ぞれ電気信号に変換する複数の撮像素子と、前記撮像レ
ンズと色分解手段との間に配置され、当該色分解手段に
入射する入射光の光量を制限する絞り手段と、前記光路
に挿抜可能に設けられ、前記撮像素子への光の光量を制
限する光量制限フィルタとを有する撮像装置であって、
前記光量制限フィルタは、前記ダイクロイック膜上の前
記所定の光軸に直交する方向に沿って前記光路に挿抜可
能に設けられている。
【0013】本発明では、ダイクロイック膜上の光軸に
直交する方向に平行な方向で は、ダイクロイック膜入
射光の入射角度に対する色分解特性の角度依存性の非対
称性がなく、この方向に沿って光路に光量制限フィルタ
を挿抜することにより光量のアンバランスが発生して
も、各色間のバランスはほとんど崩されることがない。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第1実施形態 本発明の一実施形態について詳述する前に、本発明の適
用されるカラー撮像装置の一構成例について図1を参照
して説明する。図1において、撮像レンズ2の後方に
は、アイリスユニット4が配置され、アイリスユニット
4の後方にはダイクロイックプリズム50が配置されて
いる。撮像レンズ2を通じて入射した入射光Lは、アイ
リスユニット4の絞り開口を通じてダイクロイックプリ
ズム50に入射する。ダイクロイックプリズム50は、
図5において説明したダイクロイックプリズムと同一の
構成であり説明を省略する。ダイクロイックプリズム5
0では、入射光LはR,G,Bの3原色に分解されてC
CD(charge coupled device) 17,18,19にそれ
ぞれ入射する。
【0015】CCD17,18,19では、それぞれ入
射されたR,G,Bの光を電気信号に変換し、撮像信号
処理回路(CDS回路)20に出力する。CDS回路2
0は、CCD固有のノイズであるリセットノイズを除去
して、R,Bの信号をホワイトバランス(WB)回路2
1に出力し、Gの信号を直接ガンマ補正回路23Gに出
力する。ホワイトバランス回路21B,21Rは、ホワ
イトバランス(WB)コントロール回路27からの制御
信号にしたがって、Gの信号レベルに対するRおよびB
の信号のレベルが等しくなるように調整してガンマ補正
回路23B,23Rに出力する。
【0016】ガンマ補正回路23R,23G,23B
は、カラー撮像装置で撮像した画像が画像再生用の表示
装置、たとえば、CRT装置28に映し出したときの特
性と一致するように、R、G、Bの各色信号を補正す
る。輝度信号処理回路24は、R、G、Bの各色信号に
所定の処理を施して輝度信号に変換してビデオ信号形成
回路26に出力する。色信号処理回路25は、R、G、
Bの各色信号に所定の処理を施して色差信号に変換して
ビデオ信号形成回路26に出力するとともに、G信号に
対するR,Bの色信号のレベルをWBコントロール回路
27に出力する。ビデオ信号形成回路26は、輝度信号
および色差信号からビデオ信号を生成し、CRT装置2
8に出力する。
【0017】図2は、本発明の一実施形態に係るカラー
撮像装置のアイリスユニットおよびダイクロイックプリ
ズムの構成例を示す斜視図である。本実施形態では、図
2に示すように、NDフィルタ33を水平方向Hから光
軸Aを中心軸とする光路に対して挿入および抜き出し可
能な構造となっている。図2において、アイリスユニッ
ト4は、水平方向Hに移動可能に保持された絞り羽根3
1と32とを有し、これら絞り羽根31、32は図示し
ない駆動機構により水平方向Hに駆動される。一方の絞
り羽根32には、NDフィルタ33が貼着されており、
これにより、NDフィルタ33は水平方向Hにおいて光
軸Aを中心軸とする光路に対して挿入および抜き出し可
能となっている。ここで、水平方向Hは、画像の水平方
向に対応しており、垂直方向Vは画像の垂直方向(上
下)に対応している。ダイクロイックプリズム50の色
分解特性の角度依存性は、水平方向Hでは対称である。
言い換えれば、ダイクロイックプリズム50のダイクロ
イック膜上の光軸Aと直交する方向では、色分解特性の
角度依存性は対称である。
【0018】図3は、絞り羽根31,32の動作にとも
なうNDフィルタ33の動作を示す図である。図3
(a)に示すように、撮像レンズ2からの入射光Lの光
量が少ない場合には、絞り羽根31および32は、入射
する光の光量を制限しない位置に駆動制御され、絞り開
口34は、円形状の全開状態となりNDフィルタ34は
絞り開口34の一部領域にかかった状態にある。
【0019】この状態から、撮像レンズ2からの入射光
Lの光量がある程度増加すると、図3(b)に示すよう
に、絞り羽根31,32は移動して、絞り羽根31,3
2によって形成される絞り開口24は菱形状に狭まり、
絞り開口24の水平方向の半分程度の領域がNDフィル
タ33によって覆われる状態となる。このNDフィルタ
33の挿入位置では、水平方向の光量バランスは崩れる
が、NDフィルタ33は、可視光の略全域にわたって均
等な吸収特性をもち、また、ダイクロイックプリズム5
0のダイクロイック膜の水平方向Hでは入射光の角度依
存性の非対称性がなく、R,G,Bの光のバランスが崩
れない。NDフィルタ33の挿入によってはR,G,B
の光のバランスが崩れないため、撮像レンズの周辺減光
およびダイクロイックプリズム50の色分解特性の角度
依存性の非対称性に起因する画像の色むらを促進させる
ことがない。
【0020】さらに、撮像レンズ2からの入射光Lの光
量が増加すると、図3(c)に示すように、絞り開口3
4はさらに狭まるとともに、絞り開口34の全領域がN
Dフィルタ33によって覆われることになる。これによ
り、絞り開口34をこれ以上小さくしなくても、NDフ
ィルタ33によって光量が制限されるため、小絞りによ
る光の回折の発生を防ぐことができる。
【0021】以上のように、本実施形態によれば、ND
フィルタ33の光路への挿入および抜き出し動作をダイ
クロイックプリズム50に対して、画像の水平方向に沿
って行なう、すなわち、NDフィルタ33の光路への挿
入および抜き出し動作をダイクロイックプリズム50の
ダイクロイック膜上の光軸Aと直交する方向に平行な方
向に沿って行なうことにより、NDフィルタ33によっ
て発生する光量バランスの崩れがダイクロイックプリズ
ム50の色分解特性の角度依存性と相互に作用して画像
の色ムラを促進させることを防ぐことができる。
【0022】また、本実施形態では、アイリスユニット
4の絞り羽根31,32を画像の水平方向Hに駆動する
構成について説明したが、画像の水平方向Hに駆動する
絞り羽根を有する構造のカラー撮像装置では、所定の絞
り羽根にNDフィルタを貼着するのみでよく、他の部品
の追加等が必要ない。
【0023】第2実施形態 図6は、本発明の第2の実施形態に係るカラー撮像装置
のNDフィルタの駆動機構の構成を示す説明図である。
上述の第1の実施形態では、NDフィルタ33を絞り羽
根32に貼着して、絞り羽根32の駆動に伴って、光路
内にNDフィルタ33を挿抜可能な構成としたが、本実
施形態では、NDフィルタをアイリスユニットの絞り羽
根とは独立に光路に挿入および抜き出しすることが可能
な構成となっている。なお、アイリスユニットの絞り羽
根は、上記の垂直方向Vおよび水平方向Hの何れの方向
に駆動される構成のものでもよい。
【0024】図6において、NDフィルタ81は、アー
ム71の一方端に形成された保持部73によって保持さ
れている。アーム71は、他端側に設けられた支軸72
を中心に矢印の向きに回動可能となっている。アーム7
1は、アイリスユニットの前方または後方に配置され
る。これにより、撮像レンズ2とダイクロイックプリズ
ム50との間の光の光路にNDフィルタ81を挿入およ
び抜き取り可能である。アーム71は、垂直方向Vに沿
って設けられており、たとえば、図示しないステッピン
グモータのような駆動手段によって支軸72を中心に矢
印方向に所定の回転速度で駆動される。したがって、N
Dフィルタ81は、略水平方向Hに沿って撮像レンズ2
とダイクロイックプリズム50との間の光の光路に挿抜
される。
【0025】アーム71は、アイリスユニット4の絞り
状態に応じて動作する。すなわち、撮像レンズ2からの
光量が大きい場合に、アイリスユニット4の絞りが小さ
くなりすぎて光の回折現象を起こさないように、光量を
制限するためにアーム71が回転駆動される。したがっ
て、アーム71が駆動されると、撮像レンズ2とダイク
ロイックプリズム50との間の光の光路にNDフィルタ
81が水平方向Hから挿入される。この結果、ダイクロ
イックプリズム50のダイクロイック膜上の光軸と直交
する方向に平行な方向に略沿ってNDフィルタ81の挿
抜が行なわれ、NDフィルタ81によって発生する光量
バランスの崩れがダイクロイックプリズム50の色分解
特性の角度依存性の非対称性と相まって画像の色ムラを
さらに促進させることを防ぐことができる。
【0026】本実施形態では、NDフィルタ81の駆動
をステッピングモータ等の回動手段によって行なう構成
としているが、たとえば、リニアモータ等の直動手段に
よってNDフィルタ81を水平方向Hに沿って駆動する
ことにより、ステッピングモータ等の回動手段と比べて
より正確に水平方向Hに沿って挿抜が可能となり、画像
の色ムラの促進の抑制がより確実になる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、カラー撮像装置におい
て、光量制限フィルタの光路への挿入および抜き出し動
作を色分解手段のダイクロイック膜に光軸が直交する方
向に沿って行なうことにより、この方向ではダイクロイ
ック膜に色分解特性の角度依存性の影響が少なく、光量
制限フィルタによって発生する光量のアンバランスによ
る画像の色ムラの促進を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適用されるカラー撮像装置の一構成例
を示す説明図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るカラー撮像装置のア
イリスユニッの構成例を示す斜視図である。
【図3】アイリスユニットの絞り羽根の動作にともなう
NDフィルタの動作を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係るカラー撮像装置
のNDフィルタの駆動機構の構成を示す説明図である。
【図5】ダイクロイックプリズムの構造の一例を示す図
である。
【図6】入射角度の違いによるダイクロイックプリズム
の色分解特性を説明するための図である。
【図7】ダイクロイックプリズムに白色光が入射した場
合の色分解特性を説明するための図である。
【図8】画像の垂直方向の色ムラの状態を示す図であ
る。
【図9】NDフィルタを備えたアイリスユニットとダイ
クロイックプリズムとの関係を示す斜視図である。
【図10】アイリスユニットの絞り羽根の動作にともな
うNDフィルタの動作を示す図である。
【符号の説明】
4…アイリスユニット、31,32…絞り羽根、33…
NDフィルタ、50…ダイクロイックプリズム。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光軸に対して傾斜する多層膜からなるダイ
    クロイック膜を有し、撮像レンズを通過した入射光を複
    数の原色光に分解して出力する色分解手段と、前記色分
    解手段からの原色光をそれぞれ電気信号に変換する複数
    の撮像素子と、前記撮像レンズと色分解手段との間に配
    置され、当該色分解手段に入射する入射光の光量を制限
    する絞り手段と、前記光路に挿抜可能に設けられ、前記
    撮像素子への光の光量を制限する光量制限フィルタとを
    有する撮像装置であって、 前記光量制限フィルタは、前記ダイクロイック膜上の前
    記光軸に直交する方向に沿って前記光路に挿抜可能に設
    けられているカラー撮像装置。
  2. 【請求項2】前記絞り手段は、絞り開口の大きさを調節
    可能な複数の絞り羽根を有し、 前記光量制限フィルタは、前記複数の絞り羽根のうち、
    前記ダイクロイック膜上の前記所定の光軸に直交する方
    向に沿って駆動される絞り羽根に貼着されている請求項
    1に記載のカラー撮像装置。
  3. 【請求項3】前記光量制限フィルタを前記絞り手段の絞
    り羽根とは独立に前記光軸に直交する方向に沿って駆動
    する駆動手段を有する請求項1に記載のカラー撮像装
    置。
  4. 【請求項4】所定の軸を中心に回転駆動される駆動アー
    ムを前記光路中に有し、 前記光量制限フィルタは、前記駆動アームの先端部によ
    って保持されている請求項3に記載のカラー撮像装置。
  5. 【請求項5】前記色分解手段は、複数のプリズムを有
    し、前記ダイクロイック膜が前記プリズムの所定の面に
    形成されている請求項1に記載のカラー撮像装置。
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JP10165426A Pending JP2000004446A (ja) 1998-06-12 1998-06-12 カラー撮像装置

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