JP2007306482A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な撮像態様に対応することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄと複数のＣＣＤ１（ここでは上側・下側のＣＣＤ１で２つ）とを備え、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄの反射面からの反射光Ｏ_ｒｅｆの光路上に各々のＣＣＤ１を配設する。そして、撮像を行うＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に切り替えて行うことで、ＣＣＤ１自体の構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させて撮像を行う撮像素子を備えた撮像装置に関する。

この種の撮像素子として、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)型固体撮像素子がある。近年、かかるＣＣＤ型固体撮像素子（以下、『ＣＣＤ』と略記する）において、高速撮像を可能にするために、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させる光電変換部（例えばフォトダイオード）の傍らに、光電変換部から発生した信号電荷を蓄積して記憶する複数の電荷蓄積部（例えば蓄積用ＣＣＤセル）を備える（例えば、特許文献１参照）。これらの光電変換部や電荷蓄積部をチップ上に配設している。

近年では、『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』と呼ばれるＣＣＤを採用している。この斜行ＣＣＤ型固体撮像素子について、図２を参照して説明する。図２に示すように、ＣＣＤ１は、上述したフォトダイオード１１と蓄積用ＣＣＤセル１２とを複数個備えるとともに、これら蓄積用ＣＣＤセル１２内の信号電荷を図２に示す垂直方向に転送する垂直転送用ＣＣＤセル１３とを備えている。そして、フォトダイオード１１からそれに隣接した蓄積用ＣＣＤセル１２へ信号電荷を読み出す読み出しゲート１４を各フォトダイオード１１の傍らにそれぞれ配設している。その他に、垂直転送用ＣＣＤセル１３から転送された信号電荷を図２に示す水平方向に転送する水平転送用ＣＣＤセル１５を備えている。

この『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』では、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２は斜め方向に延びている。このように斜め方向にすることで水平および垂直方向に平行して各フォトダイオード１１を並べて配設することができる。なお、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２を垂直方向に延在するように構成すると、各フォトダイオードが斜め方向に配置されてしまう。この『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』では、各フォトダイオード１１が、かかる配置にならずに直方配列になる。

ところで、各々の微小のミラーを角度駆動することで反射面を調節するディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：登録商標）がある（例えば、非特許文献１参照）。このディジタルマイクロミラーデイバスは、一般には液晶用プロジェクタの光走査用デバイスや、光通信のための光スイッチデバイスとして利用されている。近年では、ディジタルマイクロミラーデイバスを上述した撮像素子への入射光を遮断するためのシャッタとして利用している（例えば、特許文献２参照）。すなわち、撮像素子の手前の光路上にディジタルマイクロミラーデバイスを配設して、ディジタルマイクロミラーデバイスによって反射された光が、撮影時には撮像素子に到達して、撮影時以外には撮像素子に到達しないように各々の微小のミラーを角度駆動する。
特開平１１−２２５２８８号公報（第１−８頁、図２−７，１５−２０） 特開２００５−００５９７５号公報（第１−５頁、図１，２） "MEMS Digital Micromirror Device：その製造プロセスと駆動メカニズム"、[online]、日本テキサス・インスツルメンツ、Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI).、インターネット〈URL:http://dom.semi.org/web/japan/wsemi.nsf/ace24bbc059d0039882565ed00595331/788018af3526604149256cd1000523b6!OpenDocument〉

しかしながら、蓄積用ＣＣＤセルなどに代表される蓄積素子の数は、チップ上に配設する関係上、限られている。したがって、蓄積できる信号電荷に制限があり、その結果、撮影枚数に制限がある。特に、例えば撮影速度が１．０×１０^６フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像のように撮影周期が１μｓと短い場合には、一般のビデオレートのように撮影周期が長い（例えば１ｍｓ以上）場合と比較すると、撮影時間が短くなってしまい、長時間の撮影を行うことができない。例えば、蓄積用ＣＣＤセル数が１００個の場合で撮影周期が１μｓの場合には、１００個×１μｓ／個＝１００μｓの撮影時間となる。このように、蓄積素子の数が制限されているので、撮影時間の制限に代表されるように様々な撮像態様に対応できないという問題がある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、様々な撮像態様に対応することができる撮像装置を提供することを目的とする。

発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。

すなわち、撮像素子自体の構造を変えずに周辺の構造について着目してみた。そこで、上述した非特許文献１におけるディジタルマイクロミラーデバイスを、上述した特許文献２のように撮像装置に組み込んだことに着目してみて、ディジタルマイクロミラーデバイスに代表される光反射素子に関連して撮像素子を配設することに発想を変えてみた。

具体的には、撮像素子を複数備えて、光反射素子の反射面の光路上に各々の撮像素子を配設する。そして、撮像を行う撮像素子のみに反射光が入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行う撮像素子毎に切り替えて行えばよい。このように制御すれば、撮像素子自体の構造を変えずに、長時間の撮影を行うことができるなどのように様々な撮像態様に対応することができるという知見を得た。

このような知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させて撮像を行う複数の撮像素子と、反射面が調節可能に構成されるとともに、その反射面で反射された反射光を前記入射光として前記撮像素子に入射するように構成された光反射素子とを備えた撮像装置であって、反射光の光路上に各々の撮像素子を配設し、前記撮像装置は、撮像を行う撮像素子のみに前記反射光が入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行う撮像素子毎に切り替えて行う制御手段を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、光反射素子と複数の撮像素子とを備える。光反射素子は、反射面が調節可能に構成されるとともに、その反射面で反射された反射光を入射光として撮像素子に入射するように構成されている。そして、光反射素子の反射面の光路上に各々の撮像素子を配設する。さらに、撮像を行う撮像素子のみに反射光が入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行う撮像素子毎に切り替えて行う制御手段を備える。このような制御手段を備えることで、撮像態様に応じて撮像素子による撮像に支障を来たした場合には、支障を来たしていない別の撮像素子に切り替えることができる。その結果、撮像素子自体の構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。本明細書中では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上を『高速撮影』とする。

上述した発明において反射面を調節するには、例えば、反射前の光路に対して傾斜をつけて反射面を配設して、その状態で反射面の角度を変えずに配設位置を平行に動かすことで反射面の調節を行ってもよいし、例えば、反射面の角度を調節することで反射面の調節を行ってもよい。後者の例の場合には、制御手段は反射面の角度を駆動制御することで反射面の調節を行うことになる（請求項２に記載の発明）。

上述したこれらの発明の一例は、撮像枚数をフレームとしたときに、各撮像素子の信号電荷の蓄積容量に応じた所定枚数のフレームで同一の撮像素子のみに反射光が連続的に入射するように反射面を調節した後に別の撮像素子に反射光が入射するように切り替える制御を、撮像を行う撮像素子毎に繰り返して行うことである（請求項３に記載の発明）。上述した所定枚数のフレームで同一の撮像素子のみに反射光が連続的に入射するように反射面を調節した後に別の撮像素子に反射光が入射するように切り替えることで、その切り替えられた撮像素子で新たに撮像を行うことができる。そして、撮像素子の数の倍だけ長時間の撮影を行うことができる。

上述したこれらの発明の他の一例は、撮像枚数をフレームとするとともに、各フレーム毎の時間間隔を撮影周期とし、撮像素子の個数をｎとし、同一の撮像素子での各撮影枚数毎の時間間隔をｔとし、撮影周期をｔ／ｎとしたときに、撮影周期ｔ／ｎで別の撮像素子に反射光が入射するように切り替える制御を、撮像を行う撮像素子毎に繰り返して行うことである（請求項４に記載の発明）。上述した撮影周期ｔ／ｎで別の撮像素子に反射光が入射するように切り替える制御を、撮像を行う撮像素子毎に繰り返して行うことで、撮像素子の数ｎを分母とした１／ｎ分だけ撮影周期を短縮させて、高速撮像を行うことができる。

この発明に係る撮像装置によれば、光反射素子と複数の撮像素子とを備え、光反射素子の反射面の光路上に各々の撮像素子を配設する。そして、撮像を行う撮像素子のみに反射光が入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行う撮像素子毎に切り替えて行う制御手段を備えることで、撮像素子自体の構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１、後述する実施例２に係るＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いた撮像装置の概略を示すブロック図であり、図２は、実施例１，２に係るＣＣＤの構成を示すブロック図であり、図３は、実施例１，２に係るディジタルマイクロミラーデバイスからの反射光とＣＣＤの配置との関係を示す概略図である。

後述する実施例２も含めて、実施例１に係る撮像装置は、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を信号電荷に変換するとともに電気信号に変換して被写体を撮像するように構成されている。すなわち、撮像装置は、図１に示すように、固体撮像素子（ＣＣＤ）１を備えるとともに、光学系２と相関二重サンプリング部３とＡＤコンバータ４と画像処理演算部５とモニタ６と操作部７と制御部８とを備えている。さらに、撮像装置は、撮像素子駆動回路９ａとイメージ変換管駆動回路９ｂとミラーデバイス駆動回路９ｃとを備えている。この撮像装置は、撮影速度が１．０×１０^６フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）の高速撮像として用いられる。固体撮像素子（ＣＣＤ）１は、この発明における撮像素子に相当する。

光学系２は、２つのレンズ２ａ、２ｂとイメージ変換管２ｃとディジタルマイクロミラーデバイス２ｄとを備えている。被写体側のレンズ２ａは、被写体の光学像を取り込む。イメージ変換管２ｃは、「ストリーク管」とも呼ばれ、レンズ２ａで取り込まれた光学像を電子像に変換して、電子的なシャッタおよび増幅を行った後に、光学像に変換する。イメージ変換管２ｃの後段にあるレンズ２ｂは、イメージ変換管２ｃで出力された光学像を取り込む。ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄは、反射面が調節可能に構成されるとともに、その反射面で反射された反射光を上述したＣＣＤ１に入射するように構成されている。ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄは、この発明における光反射素子に相当する。

相関二重サンプリング部３は、ＣＣＤ１からの信号電荷を低雑音に増幅して電気信号に変換して取り出す。ＡＤコンバータ４は、その電気信号をディジタル信号に変換する。画像処理演算部５は、ＡＤコンバータ４でディジタル化された電気信号に基づいて被写体の２次元画像を作成するために各種の演算処理を行う。モニタ６は、その２次元画像を画面に出力する。操作部７は、撮像の実行に必要な種々の操作を行う。制御部８は、操作部７により設定された撮影条件などの操作にしたがって装置全体を統括制御する。

撮像素子駆動回路９ａは、ＣＣＤ１内部を駆動するために、後述する読み出しゲート１４（図２を参照）や、ＣＣＤ１内の信号電荷を転送する転送電極に電圧を印加して、電圧の印加のタイミングや撮像のタイミングやクロック（図４ではクロック周波数）などを生成する。イメージ変換管駆動回路９ｂは、イメージ変換管２ｃ内部を駆動するために、偏向板（図示省略）に電圧を印加して、撮像素子駆動回路９ａからのクロックに同期して上述した電圧の印加のタイミングなどを生成する。ミラーデバイス駆動回路９ｃは、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄ、特に各々の微小のミラー２３（図３を参照）を角度駆動するために、基板２１（図３を参照）に電圧を印加する。ミラーデバイス駆動回路９ｃは、この発明における制御手段に相当する。

次に、ＣＣＤ１は、図２に示すように、入射光（被写体の光学像）を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させるフォトダイオード１１と、そのフォトダイオード１１から発生した信号電荷を蓄積して記憶する複数の蓄積用ＣＣＤセル１２と、これら蓄積用ＣＣＤセル１２内の信号電荷を図２に示す垂直方向に転送する垂直転送用ＣＣＤセル１３とを備えている。

各フォトダイオード１１の傍らには読み出しゲート１４をそれぞれ配設しており、このフォトダイオード１１からそれに隣接した蓄積用ＣＣＤセル１２へ各読み出しゲート１４は信号電荷を読み出す。

各蓄積用ＣＣＤセル１２についてはそれぞれをライン状に接続して構成しており、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２を複数本分配設している。フォトダイオード１１から発生した信号電荷を、隣接する蓄積用ＣＣＤセル１２に順次に転送しながら各蓄積用ＣＣＤセル１２に蓄積する。そして、蓄積用ＣＣＤセル１２から順次に転送された信号電荷を垂直転送用ＣＣＤセル１３に合流させる。垂直転送用ＣＣＤセル１３から転送されたこの信号電荷を水平転送用ＣＣＤセル１５に転送する。

フォトダイオード１１を２次元状に配置しており、水平および垂直方向に平行して各フォトダイオード１１を並べて配設する関係上、ライン状の蓄積用ＣＣＤセル１２は斜め方向に延びている。後述する実施例２も含めて本実施例１に係るＣＣＤ１は、いわゆる『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』と呼ばれているものである。なお、ＣＣＤ１の全体構成については従来と同じである。

後述する実施例２も含めて本実施例１に係る撮像装置では、ＣＣＤ１を２つ備えている（図１を参照）。図３に示すように、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄからの反射光Ｏ_ｒｅｆの光路上に各々のＣＣＤ１を配設している。レンズ２ｂで取り込まれた光学像をディジタルマイクロミラーデバイス２ｄに入射する光Ｏｐｔとすると、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄはその光Ｏｐｔを反射面で反射して、反射光Ｏ_ｒｅｆとして出力する。その反射面で反射された反射光Ｏ_ｒｅｆを入射光として各ＣＣＤ１に入射する。

ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄは、図３（ａ）、図３（ｄ）に示すように、基板２１とヒンジ２２と複数の微小のミラー２３とを備えている。基板２１はヒンジ２２を介して各々のミラー２３を揺動自在に支持する。基板２１には、ヨークを含む電気回路が形成されている。各々のミラー２３は２次元アレイ状に配設されており、ミラー２３が揺動することでその反射面の角度が駆動制御される。ミラーデバイス駆動回路９ｃ（図１を参照）は、撮像を行うＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に切り替えて行う。後述する実施例２も含めて本実施例１では、反射面の角度を駆動制御することで反射面の調節を行う。

具体的には、ミラーデバイス駆動回路９ｃ（図１を参照）は、基板２１に電圧を印加して、基板２１上に形成されたヨークを含む電気回路にその電圧を与える。その電圧に応じて各々のミラー２３の反射面の角度が逐次に変わる。

図３の図面から見て、上側のＣＣＤ１が撮像を行う場合には、上側のＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように、図３（ｂ）、図３（ｅ）に示すように、各々のミラー２３の反射面をそれぞれ傾斜させる。図３の図面から見て、下側のＣＣＤ１が撮像を行う場合には、下側のＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように、図３（ｃ）、図３（ｆ）に示すように、各々のミラー２３の反射面をそれぞれ傾斜させる。なお、上側のＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射する場合には下側のＣＣＤ１には反射光Ｏ_ｒｅｆが入射せず、下側のＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射する場合には上側のＣＣＤ１には反射光Ｏ_ｒｅｆが入射しない。

続いて、本実施例１での反射光が入射したＣＣＤ、反射面の角度およびフレーム出力の時系列変化について、図４を参照して説明する。図４は、実施例１に係る反射光が入射したＣＣＤ、反射面の角度およびフレーム出力のタイミングチャートである。本明細書では、撮像枚数をフレームとするとともに、各フレーム毎の時間間隔を撮影周期とする。なお、撮影周期の逆数を撮影速度とする。

本実施例１では、撮影速度が１．０×１０^６フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）、すなわち撮影周期Ｔが１μｓ／フレーム（図４では１μｓ／Ｆ）で、１つのＣＣＤ１の信号電荷の蓄積容量を１００とする。したがって、１つのＣＣＤ１で１００フレーム分の撮像が撮影周期Ｔ毎に連続的に行われる。また、撮像素子駆動回路９ａ（図１を参照）から出力されるクロック周波数を１６ＭＨｚ（周期に換算すると１μｓ／１６＝０．０６２５μｓ＝６２．５ｎｓ）として、そのクロック周波数に撮影周期Ｔや反射光が入射したＣＣＤや反射面の角度やフレーム出力が同期するとして説明する。なお、図４では、フレーム出力のＦ_ｘの下付き添え字のｘはフレーム数を示して、例えばＦ_１は１フレーム目を示すとともに、Ｆ_１００は１００フレーム目を示す。

また、Ｃ_１は図３の図面から見て上側のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射したときのＣＣＤを示し、Ｃ_２は図３の図面から見て下側のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射したときのＣＣＤを示す。反射面の角度θは図３の図面から見て上側のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射したときの反射面の角度を示し、反射面の角度−θは図３の図面から見て下側のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射したときの反射面の角度を示す。

図４に示すように、各ＣＣＤ１の信号電荷の蓄積容量に応じた１００フレームで同一のＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが連続的に入射するように反射面を調節した後に別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に繰り返して行う。図４では、撮像を行うＣＣＤ１（すなわち反射光が入射したＣＣＤ）をＣ_１→Ｃ_２→Ｃ_１→Ｃ_２→…の順に切り替える。したがって、１００フレームで同一の上側のＣＣＤ１（図４のＣ_１を参照）のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが連続的に入射するように反射面（図４の反射面の角度θを参照）を調節した後に下側のＣＣＤ１（図４のＣ_２を参照）に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える（図４の反射面の角度−θを参照）。このときの１００フレーム分の上側のＣＣＤ１での撮像は、図４のＦ_１〜Ｆ_１００となる。

同様に、１００フレームで同一の下側のＣＣＤ１（図４のＣ_２を参照）のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが連続的に入射するように反射面（図４の反射面の角度−θを参照）を調節した後に上側のＣＣＤ１（図４のＣ_１を参照）に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える（図４の反射面の角度θを参照）。このときの１００フレーム分の下側のＣＣＤ１での撮像は、図４のＦ_１０１〜Ｆ_２００となる。

上述した撮像装置によれば、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄと複数のＣＣＤ１（ここでは上側・下側のＣＣＤ１で２つ）とを備える。ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄは、反射面が調節可能に構成されるとともに、その反射面で反射された反射光Ｏ_ｒｅｆを入射光としてＣＣＤ１に入射するように構成されている。そして、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄの反射面の光路上に各々のＣＣＤ１を配設する。さらに、撮像を行うＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に切り替えて行うミラーデバイス駆動回路９ｃを備える。このようなミラーデバイス駆動回路９ｃを備えることで、撮像態様に応じてＣＣＤ１による撮像に支障を来たした場合には、支障を来たしていない別のＣＣＤ１に切り替えることができる。その結果、ＣＣＤ１自体の構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。

後述する実施例２も含めて本実施例１では、反射面を調節するには、反射面の角度を調節することで反射面の調節を行っている。すなわち、ミラーデバイス駆動回路９ｃは反射面の角度を駆動制御することで反射面の調節を行うことになる。

本実施例１では、各ＣＣＤ１の信号電荷の蓄積容量に応じた１００フレームで同一のＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが連続的に入射するように反射面を調節した後に別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に繰り返して行っている。上述した１００フレームで同一のＣＣＤ１のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが連続的に入射するように反射面を調節した後に別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替えることで、その切り替えられたＣＣＤ１で新たに撮像を行うことができる。そして、ＣＣＤ１の数（ここでは上側・下側のＣＣＤ１で２つ）の倍（ここでは２倍）だけ長時間の撮影を行うことができる。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図５は、実施例２に係るに係る反射光が入射したＣＣＤ、反射面の角度およびフレーム出力のタイミングチャートである。なお、撮像装置、ＣＣＤおよびディジタルマイクロミラーデバイスは、実施例１と同様の構成であり、図１〜図３と同様である。本実施例２での反射光が入射したＣＣＤ、反射面の角度およびフレーム出力の時系列変化について、この図７を参照して説明する。

本実施例２では、ＣＣＤ１の個数をｎとし、同一のＣＣＤ１での各撮影枚数毎の時間間隔をｔとし、撮影周期Ｔをｔ／ｎとしたときに、撮影周期Ｔ（＝ｔ／ｎ）で別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に繰り返して行う。ＣＣＤ１の個数ｎは実施例１と同様に２つとして、１つのＣＣＤ１の信号電荷の蓄積容量を実施例１と同様に１００とする。したがって、撮影周期Ｔの間に１つのＣＣＤ１による１フレーム分の撮像がＣＣＤ１の個数ｎ（＝２）だけ繰り返して行われる。また、撮像素子駆動回路９ａ（図１を参照）から出力されるクロック周波数を実施例１と同様に１６ＭＨｚとして、そのクロック周波数に撮影周期Ｔや反射光が入射したＣＣＤや反射面の角度やフレーム出力が同期するとして説明する。

なお、同一のＣＣＤ１での各撮影枚数毎の時間間隔ｔを実施例１での撮影周期Ｔと同じ時間間隔の１μｓとすると、ｎ＝２なので時間間隔ｔの１／２（半分）が撮影周期Ｔとなる。したがって、撮影周期Ｔ＝ｔ／ｎ＝ｔ／２＝１μｓ／２＝０．５μｓとなる。

図５に示すように、撮影周期Ｔ（＝ｔ／ｎ＝０．５μｓ）で別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に繰り返して行う。図５では、実施例１と同様に、撮像を行うＣＣＤ１（すなわち反射光が入射したＣＣＤ）をＣ_１→Ｃ_２→Ｃ_１→Ｃ_２→…の順に切り替える。したがって、撮影周期Ｔ（＝ｔ／ｎ＝０．５μｓ）の間に１つのＣＣＤ１による１フレーム分の撮像が以下のようにして繰り返して行われる。

すなわち、先ず、撮影時間が０．５μｓ（＝ｔ／ｎ×１）になるまでに上側のＣＣＤ１（図５のＣ_１を参照）のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように反射面（図５の反射面の角度θを参照）を調節して、１フレーム分でそのＣＣＤ１で撮像（図５のＦ_１を参照）を行い、下側のＣＣＤ１（図５のＣ_２を参照）に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える（図５の反射面の角度−θを参照）。

同様に、撮影時間が１．０μｓ（＝ｔ／ｎ×２）になるまでに下側のＣＣＤ１（図５のＣ_２を参照）のみに反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように反射面（図５の反射面の角度−θを参照）を調節して、１フレーム分でそのＣＣＤ１で撮像（図５のＦ_２を参照）を行い、上側のＣＣＤ１（図５のＣ_１を参照）に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える（図５の反射面の角度θを参照）。このようにして、撮影周期Ｔ（＝ｔ／ｎ＝０．５μｓ）の間に１つのＣＣＤ１による１フレーム分の撮像が行われる。

上述した撮像装置によれば、実施例１と同様に、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄと複数のＣＣＤ１（ここでは上側・下側のＣＣＤ１で２つ）とを備え、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄの反射面の光路上に各々のＣＣＤ１を配設する。そして、本実施例２では、撮影周期ｔ／ｎ（ここではｎ＝２）で別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に繰り返して行うミラーデバイス駆動回路９ｃを備える。このようなミラーデバイス駆動回路９ｃを備えることで、撮像態様に応じてＣＣＤ１による撮像に支障を来たした場合には、支障を来たしていない別のＣＣＤ１に切り替えることができる。その結果、ＣＣＤ１自体の構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。

本実施例２では、撮影周期ｔ／ｎ（ここではｎ＝２）で別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に繰り返して行っている。上述した撮影周期ｔ／ｎで別のＣＣＤ１に反射光Ｏ_ｒｅｆが入射するように切り替える制御を、撮像を行うＣＣＤ１毎に繰り返して行うことで、ＣＣＤ１の個数ｎ（ここではｎ＝２）を分母とした１／ｎ（ここでは１／２）分だけ撮影周期Ｔを短縮させて、高速撮像を行うことができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上の高速撮像を例に採って説明したが、撮影速度が１００，０００フレーム／秒未満の通常の撮像に適用してもよい。

（２）上述した各実施例では、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号を発生させる光電変換の機能として、フォトダイオードを例に採って説明したが、フォトゲートを替わりに用いてもよい。

（３）上述した各実施例では、『斜行ＣＣＤ型固体撮像素子』を例に採って説明したが、ライン状の蓄積用ＣＣＤセルを垂直方向に延在するように構成した撮像素子にもこの発明は適用することができる。

（４）上述した各実施例では、光学系２はイメージ変換管２ｃを備えていたが、必ずしもイメージ変換管２ｃを備える必要はない。また、レンズも２つのレンズ２ａ、２ｂであったが、単一のレンズであってもよく、後段のレンズ２ｂは必ずしも必要でない。

（５）上述した各実施例では、イメージ変換管２ｃの後段にあるレンズ２ｂで取り込まれた光学像をディジタルマイクロミラーデバイス２ｄに入射する光としたが、イメージ変換管２ｃの前段にあるレンズ２ａで取り込まれた光学像をディジタルマイクロミラーデバイス２ｄに入射する光としてもよい。この場合には、図６（ａ）に示すように、ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄによって反射面で反射された反射光Ｏ_ｒｅｆを光学像としてイメージ変換管２ｃは変換して、その光学像を電子像に変換して、電子的なシャッタおよび増幅を行った後に、光学像に変換してＣＣＤに入射する。したがって、イメージ変換管２ｃをＣＣＤの数に応じて複数（図６（ａ）では２つ）備え、そのイメージ変換管２ｃをディジタルマイクロミラーデバイス２ｄとＣＣＤ１との間の光路上に配設すればよい。

（６）上述した各実施例では、ＣＣＤの数は２つであったが、複数であれば２つに限定されない。例えば、図６（ｂ）（光路から見た側面図）に示すように、ＣＣＤの数が４つであってもよい。なお、ＣＣＤの配設については、２次元でも３次元でも限定されない。したがって、光路方向にもＣＣＤを配設してもよい。ディジタルマイクロミラーデバイス２ｄを構成する複数の微小のミラー２３もＣＣＤの配設に合わせて反射面の角度がされるようにすればよい。

（７）上述した各実施例では、反射面の角度を調節することで反射面の調節を行ったが、図７に示すように、反射前の光路に対して傾斜をつけて反射面を配設して、その状態で反射面の角度を変えずに配設位置を平行に動かす（図７中の矢印を参照）ことで反射面の調節を行ってもよい。

（８）上述した各実施例では、光反射素子としてディジタルマイクロミラーデバイスを例に採って説明したが、反射面が調節可能に構成された素子であれば、ディジタルマイクロミラーデバイスに限定されない。

（９）この発明では、ＣＣＤに代表される撮像素子で出力された各電気信号を電気的に合成して合成画像を作成してもよいし、撮像素子で出力された各電気信号を光学像にそれぞれ再度変換して、各光学像を光学的に合成して合成画像を作成してもよい。

（１０）この発明では、いずれの撮像方式においても適用することができる。撮像方式としては、主にＩＬ(Interline)方式、ＦＴ(Frame Transfer)方式、ＦＦＴ(Full Frame Transfer)方式、ＦＩＴ(Frame Interline Transfer)方式などがある。これらの方式に合わせて撮像素子の構造も変化する。

実施例１，２に係るＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）を用いた撮像装置の概略を示すブロック図である。 実施例１，２に係るＣＣＤの構成を示すブロック図である。 実施例１，２に係るディジタルマイクロミラーデバイスからの反射光とＣＣＤの配置との関係を示す概略図である。 実施例１に係る反射光が入射したＣＣＤ、反射面の角度およびフレーム出力のタイミングチャートである。 実施例２に係る反射光が入射したＣＣＤ、反射面の角度およびフレーム出力のタイミングチャートである。 （ａ）は、変形例に係るディジタルマイクロミラーデバイスからの反射光とＣＣＤの配置との関係を示す概略図、（ｂ）は、変形例に係る光路から見た撮影装置内のＣＣＤの配設を示す側面図である。 反射前の光路に対して傾斜をつけて反射面を配設して配設位置を平行に動かした場合での、変形例に係るディジタルマイクロミラーデバイスからの反射光とＣＣＤの配置との関係を示す概略図である。

符号の説明

１ … ＣＣＤ型固体撮像素子（ＣＣＤ）
２ｄ … ディジタルマイクロミラーデバイス
９ｃ … ミラーデバイス駆動回路９ｃ
Ｔ，ｔ／ｎ … 撮影周期
Ｏ_ｒｅｆ … 反射光

Claims (4)

1. 入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させて撮像を行う複数の撮像素子と、反射面が調節可能に構成されるとともに、その反射面で反射された反射光を前記入射光として前記撮像素子に入射するように構成された光反射素子とを備えた撮像装置であって、反射光の光路上に各々の撮像素子を配設し、前記撮像装置は、撮像を行う撮像素子のみに前記反射光が入射するように反射面を調節する制御を、撮像を行う撮像素子毎に切り替えて行う制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記反射面の角度を駆動制御することで反射面の調節を行うことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、撮像枚数をフレームとしたときに、各撮像素子の信号電荷の蓄積容量に応じた所定枚数のフレームで同一の撮像素子のみに前記反射光が連続的に入射するように反射面を調節した後に別の撮像素子に反射光が入射するように切り替える制御を、撮像を行う撮像素子毎に繰り返して行うことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、撮像枚数をフレームとするとともに、各フレーム毎の時間間隔を撮影周期とし、撮像素子の個数をｎとし、同一の撮像素子での各撮影枚数毎の時間間隔をｔとし、前記撮影周期をｔ／ｎとしたときに、撮影周期ｔ／ｎで別の撮像素子に前記反射光が入射するように切り替える制御を、撮像を行う撮像素子毎に繰り返して行うことを特徴とする撮像装置。

Images