JP2003037849A

JP2003037849A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2003037849A
Application number: JP2001221928A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sugawara; 正幸菅原; Koji Mitani; 公二三谷; Fumio Okano; 文男岡野
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の単板式の撮像素子を用いた撮像装置に
おいて、解像度を上げ、更に、高解像度の映像信号を得
ながら、異なるフレーム周波数の映像信号が得られる撮
像装置を提供することを目的とする。【解決手段】被写体５の光学像は、レンズ１を介し
て、分解光学系２に入射する。被写体５の光学像は、単
板式の撮像素子３_２及び撮像素子３_３の光電変換素子の
光電変換面上で結像する。各単板式カラー撮像素子にお
いて、互いに補完する関係に、ＲＧＢの色フィルタが配
置されているカラーフィルタアレイを備えている。信号
処理装置４には、撮像素子３_１及び撮像素子３_２からの
映像信号を処理して、撮像素子３_１及び撮像素子３_２の
フレーム周波数に対して、２倍のフレーム周波数の映像
信号又は２倍以下の所定のフレーム周波数の映像信号を
得て、出力端子６_１及び出力端子６_２から出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に係り、
特に、複数の単板式のカラー撮像素子を用いて、光学像
を電気信号に変換する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の単板式の撮像素子を用いて
単体素子よりも高解像度或いは高速の映像信号を得る技
術については、幾つか報告されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
複数の単板式の撮像素子を用いる場合は、同一のカラー
フィルタアレイを用いているので、単体の撮像素子の場
合と比較して、解像度が低下するという問題がある。

【０００４】また、高解像度の映像信号を得ながら、異
なるフレーム周波数を得られるものはなかった。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑みなされたもので
あり、複数の単板式の撮像素子を用いた撮像装置におい
て、解像度を上げ、更に、高解像度の映像信号を得なが
ら、異なるフレーム周波数の映像信号が得られる撮像装
置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するた
めの手段を採用している。

【０００７】請求項１に記載された発明は、同一の光学
像をＮ（但し、Ｎは２以上の自然数）個の単板式のカラ
ー撮像素子を用いて電気信号に変換する撮像装置におい
て、各カラー撮像素子は、カラーフィルタアレイを有
し、各カラー撮像素子に設けられたカラーフィルタアレ
イは、互いに補完する関係に、ＲＧＢの色フィルタが配
置されていることを特徴とする。

【０００８】請求項１に記載された発明によれば、各カ
ラー撮像素子に設けられたカラーフィルタアレイは、互
いに補完する関係に、ＲＧＢの色フィルタが配置されて
いることにより、Ｎ個のカラー撮像素子から、それぞれ
異なる映像信号を得ることができる。また、これを合成
することにより、高解像度の映像信号を得ることができ
る。なお、ここで、互いに補完する関係に、ＲＧＢの色
フィルタが配置されているとは、対応するサンプル点の
色が同じでない関係をいう。例えば、図２(Ａ)に対し
て、図２(Ｂ)、(Ｃ)のように配置している関係をいう。

【０００９】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の撮像装置において、入射光をＮ個以上に分解して出
力する分解光学系を有し、前記分解光学系によって、Ｎ
個に分解された光学像を、それぞれ、対応するカラー撮
像素子に供給することを特徴とする。なお、ここで、分
解とは、入力された光学像を変化させずに、複数の光学
像を得ることをいう。

【００１０】請求項２に記載された発明によれば、入射
光をＮ個以上に分解して出力する分解光学系を有し、前
記分解光学系によって、Ｎ個に分解された光学像を、そ
れぞれ、対応するカラー撮像素子に供給することによ
り、簡便に、同一の光学像から複数の同一の光学像を得
ることができる。

【００１１】請求項３に記載された発明は、請求項１又
は２記載の撮像装置において、各カラー撮像素子の蓄積
時間を互いにずらして駆動することにより、各カラー撮
像素子のフレーム周波数に対してＮ倍のフレーム周波数
の映像信号を得ることを特徴とする。

【００１２】請求項３に記載された発明によれば、各カ
ラー撮像素子の蓄積時間を互いにずらして駆動すること
により、各カラー撮像素子のフレーム周波数に対してＮ
倍のフレーム周波数の映像信号を得ることができる。

【００１３】請求項４に記載された発明は、同一の光学
像をＮ（但し、Ｎは２以上の自然数）個の単板式のカラ
ー撮像素子を用いて電気信号に変換する撮像装置におい
て、カラー撮像素子からの信号を処理する信号処理装置
を有し、該信号処理装置は、蓄積時間を互いにずらして
駆動されたＮ個のカラー撮像素子から、各カラー撮像素
子のフレーム周波数に対してＮ倍のフレーム周波数の映
像信号を得、さらに、複数のＮ倍のフレーム周波数の映
像信号を合成して、該Ｎ倍のフレーム周波数に対して、
１／Ｍ倍（Ｍは、２以上の自然数）のフレーム周波数の
映像信号を得ることを特徴とする。

【００１４】請求項４に記載された発明によれば、信号
処理装置は、蓄積時間を互いにずらして駆動されたＮ個
のカラー撮像素子から、各カラー撮像素子のフレーム周
波数に対してＮ倍のフレーム周波数の映像信号を得、さ
らに、複数のＮ倍のフレーム周波数の映像信号を合成し
て、該Ｎ倍のフレーム周波数に対して、１／Ｍ倍（Ｍ
は、２以上の自然数）のフレーム周波数の映像信号を得
ることにより、開口(シャッタ)の大きさに応じて、解像
度を下げることなく、フレーム周波数を下げることがで
きる。

【００１５】請求項５に記載された発明は、請求項４記
載の撮像装置において、各カラー撮像素子は、カラーフ
ィルタアレイを有し、各カラー撮像素子に設けられたカ
ラーフィルタアレイは、互いに補完する関係に、ＲＧＢ
の色フィルタが配置されていることを特徴とする。

【００１６】請求項６に記載された発明は、請求項４又
は５記載の撮像装置において、入射光をＮ個以上に分解
して出力する分解光学系を有し、前記分解光学系によっ
て、Ｎ個に分解された光学像を、それぞれ、対応するカ
ラー撮像素子に供給することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。 (基本構成)図１に、本発明の撮像装置の基本的な構成図
を示す。図１の撮像装置は、レンズ１、分解光学系２、
撮像素子３_１、撮像素子３_２及び信号処理装置４から構
成されている。

【００１８】被写体５の光学像は、レンズ１を介して、
ハーフプリズムなどの分解光学系２に入射する。分解光
学系２は、入射光２_１を、撮像素子３_１向けの出射光２
_２と撮像素子３_２向けの出射光２_３に分解する。その結
果、入射された光学像と同一の光学像が、出射光２_２及
び出射光２_３から得られる。

【００１９】出射光２_２として出射された一方の被写体
５の光学像は、撮像素子３_２の光電変換素子の光電変換
面上で結像し、出射光２_３として出射された他方の被写
体５の光学像、撮像素子３_３の光電変換素子の光電変換
面上で結像する。

【００２０】撮像素子３_１及び撮像素子３_２は、単板式
カラー撮像素子である。また、各単板式カラー撮像素子
は、後述するように、互いに補完する関係に、ＲＧＢの
色フィルタが配置されているカラーフィルタアレイを備
えている。

【００２１】信号処理装置４には、撮像素子３_１及び撮
像素子３_２から映像信号が供給される。この信号処理装
置４は、撮像素子３_１及び撮像素子３_２からの映像信号
を処理して、後述するように、撮像素子３_１及び撮像素
子３_２から得られた映像信号の有するフレーム周波数に
対して、２倍のフレーム周波数の映像信号又は２倍以下
の所定のフレーム周波数の映像信号を得て、出力端子６
_１及び出力端子６_２から出力する。なお、出力端子とし
て２以上の端子を設け、出力される映像信号の周波数毎
に、特定の出力端子から映像信号を出力するようにして
もよい。 (高解像化)各単板カラー撮像素子は、図２に示すよう
に、互いに補完する関係の色フィルタを備えている。

【００２２】図２(Ａ)は、撮像素子３_１のカラーフィル
タアレイの例であり、図２(Ｂ)及び図２（Ｃ）は、撮像
素子３_２のカラーフィルタアレイの例である。撮像素子
３_２のカラーフィルタアレイは、図２(Ｂ)及び図２
（Ｃ）のどちらのカラーフィルタアレイであってもよ
い。

【００２３】なお、撮像素子３_１のカラーフィルタアレ
イは、図２(Ａ)に限ることなく、図２(Ｂ)及び図２
（Ｃ）のどちらのカラーフィルタアレイであってもよ
い。そのとき、撮像素子３_２のカラーフィルタアレイ
は、図２(Ａ)、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）のうち、撮像素
子３_１のカラーフィルタアレイでないものが用いられ
る。

【００２４】また、図２(Ａ)、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）
のカラーフィルタアレイとして、基本的なベイヤ−方式
のカラーフィルタアレイを示したが、本発明は、これに
限らず実施することができる。

【００２５】また、図２(Ａ)、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）
のカラーフィルタアレイにおけるＲＧＢの面積は、１：
２：１であるので、そのまま、輝度信号Ｙを得るとする
と、Ｙ＝０．２５Ｒ+０．５Ｇ+０．２５Ｂとなり、ＮＴ
ＳＣ方式における本来の輝度信号Ｙ＝０．２９Ｒ+０．
５９Ｇ+０．１１Ｂと異なるが、必要に応じて、修正を
加える。

【００２６】次に、図２の場合において、撮像素子３_１
及び撮像素子３_２からの映像信号出力を、信号処理装置
４で合成した場合の各色のサンプル点の位置を図３に示
す。撮像素子３_２のカラーフィルタアレイが、図２(Ｂ)
及び図２（Ｃ）のどちらのカラーフィルタアレイであっ
ても、図３(Ｄ)及び図３(Ｇ)に示すように、全面のサン
プル点からＧの映像信号を得ることができる。

【００２７】一方、Ｂの映像信号は、撮像素子３_２のカ
ラーフィルタアレイが図２(Ｂ)のカラーフィルタアレイ
の場合は、図３(Ｅ)におけるＢのサンプル点から得るこ
とができ、撮像素子３_２のカラーフィルタアレイが図２
(Ｃ)及のカラーフィルタアレイの場合は、図３(Ｈ)にお
けるＢのサンプル点から得ることができる。

【００２８】同じように、Ｒの映像信号は、撮像素子３
_２のカラーフィルタアレイが図２(Ｂ)のカラーフィルタ
アレイの場合は、図３(Ｆ)におけるＲのサンプル点から
得ることができ、撮像素子３_２のカラーフィルタアレイ
が図２(Ｃ)のカラーフィルタアレイの場合は、図３(Ｉ)
におけるＲのサンプル点から得ることができる。

【００２９】信号処理装置４で合成した信号のサンプル
点を見ると、図３(Ｄ)及び図３(Ｇ)におけるＧのサンプ
ル点は、図２(Ａ)におけるＧのサンプル点の２倍であ
り、図３(Ｅ)及び図３(Ｈ)におけるＢのサンプル点は、
図２(Ｂ)又は図２（Ｃ）におけるＢのサンプル点の２倍
であり、図３(Ｆ)及び図３(Ｉ)におけるＲのサンプル点
は、図２(Ｂ)又は図２（Ｃ）におけるＲのサンプル点の
２倍であり、何れも、２倍の解像度の信号を得ることが
できる。 (フレーム周波数の高い映像信号)次に、信号処理装置４
における合成により、フレーム周波数の高い映像信号が
得られることを説明する。

【００３０】図４に、フレーム周波数が６０Ｈｚである
撮像素子３_１及び撮像素子３_２の駆動タイミングを示
す。それぞれの撮像素子の駆動周波数は、６０Ｈｚであ
るが、電子シャッタ等を用いて、蓄積時間を１／１２０
(秒)としている。図に示すように、１／１２０秒毎の期
間を、ｆｒａｍｅ１、ｆｒａｍｅ２、、、と呼称して説
明する。

【００３１】撮像素子３_１は、蓄積動作と読み出し動
作とを行う。蓄積は、ｆｒａｍｅ１、ｆｒａｍｅ３、
ｆｒａｍｅ５、ｆｒａｍｅ７、、、で行われ、その読み
出しは、ｆｒａｍｅ２及びｆｒａｍｅ３、ｆｒａｍｅ４
及びｆｒａｍｅ５、ｆｒａｍｅ６及びｆｒａｍｅ
７、、、で行われる。従って、１／１２０秒間に蓄積さ
れた電荷を１／６０秒間かけて、読み出している。

【００３２】このように、撮像素子３_１に蓄積された、
図２(Ａ)のサンプル点の映像信号がフレーム単位で、１
／６０秒間毎に順次読み出されて、信号処理装置４に供
給される。

【００３３】同様に、撮像素子３_２は、蓄積動作と読
み出し動作とを行う。蓄積は、ｆｒａｍｅ２、ｆｒａ
ｍｅ４、ｆｒａｍｅ６、ｆｒａｍｅ８、、、で行われ、
その読み出しは、ｆｒａｍｅ３及びｆｒａｍｅ４、ｆｒ
ａｍｅ５及びｆｒａｍｅ６、ｆｒａｍｅ７及びｆｒａｍ
ｅ８、、、で行われる。このように、撮像素子３_２に蓄
積された、図２(Ｂ)又は図２(Ｃ)のサンプル点の映像信
号がフレーム単位で、１／６０秒間毎に順次読み出され
て、信号処理装置４に供給される。

【００３４】本発明は、撮像素子３_１における蓄積動作
及び読み出し動作と、撮像素子３_２における、蓄積
動作及び読み出し動作とは、図に示すように、１／
１２０秒間ずらして行う。このように設定することによ
り、撮像素子３_１からの映像信号と、撮像素子３_２から
の映像信号とが、フレーム単位で、交互に、信号処理装
置４に供給される。

【００３５】従って、信号処理装置４は、撮像素子３_１
からの映像信号と撮像素子３_２からの映像信号とを合成
して、撮像素子３_１及び撮像素子３_２からのフレーム周
波数(６０Ｈｚ)に対して２倍のフレーム周波数(１２０
Ｈｚ)を有する映像信号を得ることができる。つまり、
ｆｒａｍｅ３、ｆｒａｍｅ５、ｆｒａｍｅ７、、、で
は、撮像素子３_１からの１／１２０秒で１フレームの映
像信号が信号処理装置４に供給され、ｆｒａｍｅ４、ｆ
ｒａｍｅ６、ｆｒａｍｅ８、、、では、撮像素子３ _２か
らの１／１２０秒で１フレーム映像信号が信号処理装置
４に供給されている。

【００３６】なお、この場合であっても、得られる２倍
のフレーム周波数(１２０Ｈｚ)を有する映像信号は、２
倍の解像度を有する信号である。 (フレーム周波数の異なる映像信号)図５は、図４のよう
にして得られたフレーム周波数１２０Ｈｚの映像信号か
ら、フレーム周波数６０Ｈｚの映像信号を得るための処
理を説明するための図である。

【００３７】上記の通り、信号処理装置４には、撮像素
子３_１からのフレーム周波数１２０Ｈｚの映像信号(Ｆ
１２０_１)と、撮像素子３_２からのフレーム周波数１２
０Ｈｚの映像信号(Ｆ１２０_２)とが、交互に、信号処理
装置４に供給される。図５では、信号処理装置４は、撮
像素子３_１からの映像信号(Ｆ１２０_１)と、撮像素子３
_２からの映像信号(Ｆ１２０_２)とを、対応する画素(サ
ンプル点)毎に、加算して、フレーム周波数６０Ｈｚの
映像信号(Ｆ６０)を得る。

【００３８】なお、この場合であっても、得られるフレ
ーム周波数６０Ｈｚの映像信号は、２倍の解像度を有す
る信号である。

【００３９】また、図６及び図７は、図４のようにして
得られたフレーム周波数１２０Ｈｚの映像信号から、フ
レーム周波数２４Ｈｚの映像信号を得るための処理を説
明するための図である。

【００４０】フレーム周波数２４Ｈｚの映像信号を得る
ためには、５個のｆｒａｍｅの期間に、一つの映像信号
を出力すればよい。例えば、図６では、５個のｆｒａｍ
ｅの期間に、撮像素子３_１からの映像信号(Ｆ１２
０_１、Ｆ１２_３)と、撮像素子３_２からの映像信号(Ｆ１
２０_２、Ｆ１２０_４)とを、対応する画素(サンプル点)
毎に、加算して、フレーム周波数６０Ｈｚの映像信号
(Ｆ６０)を得ている。図７では、５個のｆｒａｍｅの期
間に、撮像素子３_１からの映像信号(Ｆ１２０_１)と、撮
像素子３_２からの映像信号(Ｆ１２０_２)とを、対応する
画素(サンプル点)毎に、加算して、フレーム周波数６０
Ｈｚの映像信号(Ｆ６０)を得ている。

【００４１】なお、図６は、開口(シャッタ)の大きいも
のを得る場合に好適で、図７は、開口(シャッタ)が小さ
い場合に好適である。

【００４２】また、この場合であっても、得られるフレ
ーム周波数２４Ｈｚの映像信号は、２倍の解像度を有す
る信号である。

【００４３】なお、図６、図７と同様にして、３個のｆ
ｒａｍｅの期間に、一つの映像信号を出力すれば、フレ
ーム周波数４０Ｈｚの映像信号が得られ、４個のｆｒａ
ｍｅの期間に、一つの映像信号を出力すれば、フレーム
周波数３０Ｈｚの映像信号が得られ、６個のｆｒａｍｅ
の期間に、一つの映像信号を出力すれば、フレーム周波
数２０Ｈｚの映像信号が得られ、８個のｆｒａｍｅの期
間に、一つの映像信号を出力すれば、フレーム周波数１
５Ｈｚの映像信号が得られる。

【００４４】また、３個のｆｒａｍｅの期間に、二つの
映像信号を出力すれば、フレーム周波数８０Ｈｚの映像
信号が得られる。

【００４５】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、複数の単板
式の撮像素子を用いた撮像装置において、解像度を上
げ、更に、高解像度の映像信号を得ながら、異なるフレ
ーム周波数の映像信号が得られる撮像装置を提供するこ
とができる。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の基本的な構成の例を説明す
る。

【図２】互いに補完する関係の色フィルタの例を説明す
るための図である。

【図３】合成後の各色のサンプル点を説明するための図
である。

【図４】二つの撮像素子の駆動タイミングを説明するた
めの図である。

【図５】フレーム周波数６０Ｈｚの映像信号を得るため
の信号処理を説明するための図である。

【図６】フレーム周波数２４Ｈｚの映像信号を得るため
の信号処理を説明するための図(その１)である。

【図７】フレーム周波数２４Ｈｚの映像信号を得るため
の信号処理を説明するための図(その２)である。

【符号の説明】

１レンズ２分解光学系３撮像素子４信号処理装置５被写体６出力端子Ｆ２４フレーム周波数２４Ｈｚの映像信号Ｆ６０フレーム周波数６０Ｈｚの映像信号Ｆ１２０フレーム周波数１２０Ｈｚの映像信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡野文男東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内Ｆターム(参考） 2H048 BB02 BB07 BB10 BB46 5C024 CX37 CX61 CY32 DX01 EX47 EX52 GZ32 5C065 AA01 BB48 CC01 DD14 DD18 EE01 EE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一の光学像をＮ（但し、Ｎは２以上の
自然数）個の単板式のカラー撮像素子を用いて電気信号
に変換する撮像装置において、各カラー撮像素子は、カラーフィルタアレイを有し、各カラー撮像素子に設けられたカラーフィルタアレイ
は、互いに補完する関係に、ＲＧＢの色フィルタが配置
されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項１記載の撮像装置において、入射光をＮ個以上に分解して出力する分解光学系を有
し、前記分解光学系によって、Ｎ個に分解された光学像を、
それぞれ、対応するカラー撮像素子に供給することを特
徴とする撮像装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の撮像装置におい
て、各カラー撮像素子の蓄積時間を互いにずらして駆動する
ことにより、各カラー撮像素子のフレーム周波数に対し
てＮ倍のフレーム周波数の映像信号を得ることを特徴と
する撮像装置。
【請求項４】同一の光学像をＮ（但し、Ｎは２以上の
自然数）個の単板式のカラー撮像素子を用いて電気信号
に変換する撮像装置において、カラー撮像素子からの信号を処理する信号処理装置を有
し、該信号処理装置は、蓄積時間を互いにずらして駆動
されたＮ個のカラー撮像素子から、各カラー撮像素子の
フレーム周波数に対してＮ倍のフレーム周波数の映像信
号を得、さらに、複数のＮ倍のフレーム周波数の映像信
号を合成して、該Ｎ倍のフレーム周波数に対して、１／
Ｍ倍（Ｍは、２以上の自然数）のフレーム周波数の映像
信号を得ることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】請求項４記載の撮像装置において、各カラー撮像素子は、カラーフィルタアレイを有し、各カラー撮像素子に設けられたカラーフィルタアレイ
は、互いに補完する関係に、ＲＧＢの色フィルタが配置
されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】請求項４又は５記載の撮像装置におい
て、入射光をＮ個以上に分解して出力する分解光学系を有
し、前記分解光学系によって、Ｎ個に分解された光学像を、
それぞれ、対応するカラー撮像素子に供給することを特
徴とする撮像装置。