JP2017050825A

JP2017050825A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2017050825A
Application number: JP2015174966A
Authority: JP
Inventors: 正之菅沢; Masayuki Sugasawa
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09

Abstract

【課題】高い解像度が得られ、小型で軽量な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１０はＣマウントレンズ１２を搭載し、分光手段１４と２／３型の３８４０×２１６０画素イメージセンサー１６と映像処理回路２６とを備える。分光手段はＧ色を反射させ、Ｒ色及びＢ色を透過させる。第１のイメージセンサー１８はＧ色撮像信号を出力する。第２のイメージセンサー２２にはＲ色とＢ色を色分離するオンチップカラーフィルタ２０が受光素子上に形成される。第１のイメージセンサーと第２のイメージセンサーは縦・横それぞれ分光手段に対して半画素ずらして配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、小型で軽量な８Ｋと同等の解像度の撮像を可能とする撮像装置に関するものである。

従来から、超高精細なテレビジョン方式として、８ＫＵＨＤＴＶ（以下、８Ｋとする。）というものが知られている。この８Ｋとは、ＩＴＵ−Ｒ、ＢＴ−１７６９及びＳＭＰＴＥ２０３６−１により規定された画素数が７６８０×４３２０のテレビジョン方式である。

これらに則った撮像装置を構成する場合、輝度Ｙにおいて、一画面内に７６８０×４３２０の撮像点である撮像グリッドを持つ撮像素子が必要となる。ここで、撮像素子は、光を電気に変える画素の集合体であり、画素サイズが大きいほど、感度や飽和電荷が大きく、撮像素子としては有利なものとなる。このため、８Ｋ対応の撮像素子には、通常、１．２５型や、Ｓｕｐｅｒ３５ｍｍ型のものが採用されている。

ところで、１．２５型のセンサー１枚では、７６８０×４３２０の撮像グリッドを構成するには、画素サイズが小さくなりすぎて有効な特性が得られない。このため、１／４画素数（３８４０×２１６０）のセンサーを４枚用いて８Ｋ対応の撮像装置と同等な解像度が得られる撮像装置を実現させる構成が採用されている。

例えば、図４（ａ）に示すように、レンズ５０を通して入射してくる被撮像体の入射光が、４板式色分解プリズム５２により、Ｇ色（Ｇ１）、Ｇ色（Ｇ２）、Ｂ色、Ｒ色に分解され、それぞれ１／４画素数のＣＣＤ（センサー）上に結像させる構成で、これら４枚のＣＣＤの画素の相対位置関係を、図４（ｂ）に示すように、互いに半画素ずらした状態となるようプリズムに固着させるというものである。このような構成とすることで、８Ｋ撮像装置と同等な解像度が得られる撮像装置を実現させることができるわけである。

このような、画素ずらしの手法に関しては、例えば、特許文献１に、高精細テレビジョンのアスペクト比に対応する規定領域を設定した手ぶれ補正機能付きＰＡＬ方式の撮像素子を、Ｇについて複数用意するとともに画素ずらしを行って配置するといった技術が開示されている。

続いて、高解像度を実現するため、上記の、Ｓｕｐｅｒ３５ｍｍ型のセンサーを用いた構成を採用する構成については、例えば、図５（ａ）に示すようなものがある。つまり、レンズ６０を通して入射してくる被撮像体の入射光が、分光されずにセンサー６２により受光されるものであるが、図５（ｂ）に示すように、センサーの受光素子上に特定の波長の光を透過するカラーフィルタ６４が形成されていることから、画素ごとに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のうち、何れかを撮像するという方式のものである。このような構成とすることで、カメラの小型化を目指すことが可能となるわけである。

特開平０６−３３９１４６号公報

しかしながら、上記の４板式色分光プリズムを用いた撮像装置は、１．２５型のセンサー（１／４画素数センサー）使用の場合、フランジバックが、空気換算で８０ｍｍとなり、大型なものとなってしまう。さらに、ガラス部品が大きく、重くなってしまうため、カメラの小型・軽量化には適さないという指摘がある。

また、単板式の撮像方式の場合、高解像度を求めると、カメラ本体の小型化は可能でも、センサーサイズは、大きくせざるを得ず、そのセンサーに被撮像体の映像を結像させるためのレンズも必然的に大きくなり、重くなってしまうという欠点がある。例えば、上記のＳｕｐｅｒ３５ｍｍ型のセンサーを用いた単板式の８Ｋ撮像装置では、ＰＬマウントが採用されるが、この場合、フランジバックは、空気換算で５１．９８ｍｍとなり、やはり、大型なものとなってしまう。また、医療用の撮像装置は、手術顕微鏡に取り付けたり、手術用の無影灯に取り付けたりするため、高解像度で、且つ、小型・軽量な構成の実現が必要といった意見も出てきている。

本発明は、上述の課題を解決するためのもので、小型で軽量なＣマウントレンズを使用し、２板式の分光を行うとともに、２／３型の４Ｋイメージセンサーの配置により、８Ｋ対応と同等な高解像度が得られる小型で、軽量な撮像装置を提供することにある。

上述の課題に対応するため、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、Ｃマウントレンズを搭載し、当該Ｃマウントレンズに入射する被撮像体からの入射光のうち、Ｇ色を反射させるとともに、Ｒ色及びＢ色は透過させることで分光する分光手段と、当該分光手段により分光された各入射光を受光し、それぞれ光電変換するイメージセンサーと、当該イメージセンサーから取得される撮像データを信号処理する撮像信号処理手段とを備え、前記イメージセンサーは、２／３型の４Ｋイメージセンサーが用いられ、Ｇ色撮像信号を出力する第１のセンサーと、Ｒ色とＢ色を色分離するオンチップカラーフィルタが受光素子上に形成されたＲ色及びＢ色撮像信号を出力する第２のセンサーとから構成され、前記第１のセンサーと、第２のセンサーを縦・横それぞれ半画素ずらして前記分光手段に接合させたことを特徴とする撮像装置である。また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の撮像装置であって、前記分光手段は、Ｇ色の入射光を反射させるとともに、Ｒ色及びＢ色の入射光は透過させるダイクロイックミラーを具備していることを特徴としている。

本発明によれば、Ｃマウントレンズを搭載し、２／３型の４Ｋイメージセンサーを使用するとともに、２板式の色分解の構成を採用していることから、撮像装置全体として、小型化、軽量化を図ることができる。また、２／３型の４Ｋイメージセンサーをそれぞれ半画素ずらして配置構成させているため、８Ｋ対応と同等の高解像度を得ることが可能である。

本発明に係る撮像装置の実施形態を示した全体概略図である。本発明に係る撮像装置の実施形態を示した主要部の構成図である。本発明に係る撮像装置の実施形態のうち、画素配列を示した図、（ａ）は左側が、Ｒ色及びＢ色のイメージセンサー（第２のセンサー）、右側が、Ｇ色のイメージセンサー（第１のセンサー）、（ｂ）は第１のセンサーと第２のセンサーを縦・横に半画素ずらした状態を示したものである。従来の１．２５型の１／４画素数（３８４０×２１６０）センサーを用いた４板式の撮像装置を示したもので、（ａ）は主要部の構成図、（ｂ）は画素ずらしを行った状態の画素配列を示したものである。従来のＳｕｐｅｒ３５ｍｍ型のセンサーを用いた単板式の撮像装置を示したもので、（ａ）は主要部の構成図、（ｂ）はカラーフィルタが表面に形成されたセンサーを示したものである。

本発明に係る撮像装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る撮像装置の実施形態を示した全体概略図で、図２は、発明に係る撮像装置の実施形態を示した主要部の構成図である。さらに、図３は、本発明に係る撮像装置の実施形態のうち、画素配列を示した図、（ａ）は左側が、Ｒ色及びＢ色のイメージセンサー（第２のセンサー）、右側が、Ｇ色のイメージセンサー（第１のセンサー）、（ｂ）は第１のセンサーと第２のセンサーを縦・横に半画素ずらした状態を示したものである。

なお、（ａ）の第２のセンサー中、Ｒが示す画素（その他、内側に斜め右上がりの斜線が記載されている部分も含む）は、Ｒ色を透過するカラーフィルタ２０が形成された画素、Ｂが示す画素（その他、内側に斜め右下がりの斜線が記載されている部分も含む）は、Ｂ色を透過するカラーフィルタ２０が形成された画素を意味している。

そして、符号については、１０が撮像装置、１２がＣマウントレンズ、１４が分光プリズム、１６がイメージセンサー、１８が第１のセンサー、２０がオンチップカラーフィルタ、２２が第２のセンサー、２４がダイクロイックミラー、２６が映像処理回路、２８が映像出力装置を示している。

本実施形態における撮像装置１０は、図１に示すように、Ｃマウントレンズ１２を搭載し、このＣマウントレンズ１２に入射する被撮像体からの入射光のうち、Ｇ色を反射させるとともに、Ｒ色及びＢ色は透過させることで分光する分光プリズム１４と、分光プリズム１４により分光された各入射光を受光し、それぞれ光電変換するイメージセンサー１６と、イメージセンサー１６から取得される撮像データを信号処理する映像信号処理回路２６とを備えてなる。

さらに、図１及び図２に示すように、イメージセンサー１６には、２／３型の４Ｋイメージセンサーが用いられており、Ｇ色撮像信号を出力する第１のセンサー１８と、Ｒ色とＢ色を色分離するオンチップカラーフィルタ２０（図１）が受光素子上に形成されたＲ色及びＢ色撮像信号を出力する第２のセンサー２２とから構成され、第１のセンサー１８と、第２のセンサー２２を縦・横それぞれ半画素ずらした状態で分光プリズム１４に接合させている。

ここで、１．２５型のセンサーの結像サイズは、横１６．１２８ｍｍで、縦９．０７２ｍｍであり、また、Ｓｕｐｅｒ３５ｍｍ型のセンサーの結像サイズは、横２１．５０４ｍｍで、縦１２．０９６ｍｍとなっているところ、本実施形態における２／３型の４Ｋイメージセンサーの結像サイズは、横９．６ｍｍ、縦５．４ｍｍと非常に小さなものである。従って、センサーに被撮像体の映像を結像させるための搭載レンズを小型で軽量なＣマウントレンズとすることができ、撮像装置自体の小型化、軽量化が図れるということになる。

続いて、レンズのマウント方式は、大きく分けて、スクリューマウントと、バヨネットマウントの２種類があるが、Ｃマウントレンズは、ネジを利用してカメラに固定するものであるため、スクリューマウントに含まれる。そして、このＣマウントレンズは、顕微鏡、映画用１６ミリフィルムシネカメラ交換レンズ、防犯カメラなどのＣＣＴＶ規格に多く採用されているものである。

なお、Ｃマウント規格は、以下の通りとなっている。
口径：２５．４ｍｍ（１インチ）
ネジピッチ：０．７９４ｍｍ
フランジバック：１７．５２６ｍｍ（空気換算）
即ち、小型で軽いＣマウントレンズを撮像装置に搭載するためには、規格上、フランジバックが、上記の通り、空気換算で１７．５２６ｍｍと狭いものとなるため、必然的に、Ｃマウントレンズ１２と、イメージセンサー１６の距離を狭くする構成にしなければならない。

本実施形態においては、図１、２に示すように、Ｃマウントレンズ１２に入射する被撮像体からの入射光のうち、Ｇ色を反射させるとともに、Ｒ色及びＢ色は透過させることで分光する分光プリズム１４が備えられているが、この分光プリズム１４は、いわゆる、２板式分光を採用するもので、その構造は、小さい。そのため、Ｃマウントレンズを搭載する際の、フランジバックに適応することができることになる。また、２板式の分光プリズム１４自体は、軽いものであるため、結果として、撮像装置１０の小型化、軽量化が図れることになるわけである。

また、本実施形態においては、分光プリズム１４には、ダイクロイックミラー２４が備えられており、このダイクロイックミラー２４が、Ｃマウントレンズ１２に入射する被撮像体からの入射光のうち、Ｇ色を反射させるとともに、Ｒ色及びＢ色は透過させるようになっている。なお、本実施形態では、ダイクロイックミラー２４により、分光させているが、２板式分光が可能であれば、どのような機構、部材が用いられても良い。

次に、Ｇ色撮像信号を出力する第１のセンサー１８には、オンチップカラーフィルタが形成されていないものを使用するが、この第１のセンサー１８は、４Ｋ（３８４０×２１６０）のグリッドを持っているため、Ｇ色の映像は、４Ｋ（３８４０×２１６０）のグリッドにて撮像される。一方、Ｒ色及びＢ色撮像信号を出力する第２のセンサー２２は、画素面に、オンチップカラーフィルタ２０が、Ｒ色透過用、Ｂ色透過用と、千鳥状となるよう配置されている。このように、Ｒ色とＢ色が、縦・横に互い違いに配置されているため、それぞれのグリッドが、２Ｋ（１９２０×１０８０）であるところ、Ｒ色とＢ色を合わせたグリッドは、４Ｋ（３８４０×２１６０）となるわけである。

ここで、８Ｋカメラにおいて、カラー画像を得るためには、Ｒ・Ｇ・Ｂに分離された映像を次式に示すパラメータで合成している。

このため、分光プリズム１４にイメージセンサー１６を接合させた撮像装置の輝度信号は、Ｒ・Ｇ・Ｂ各チャンネルが合成されたグリッド、即ち、８Ｋ（７６８０×４３２０）のグリッドを持つことになる。従って、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、第１のセンサー１８と、第２のセンサー２２をそれぞれ分光プリズム１４に接合する際に、（ｂ）に示すように、縦・横、それぞれ半画素の距離ずらした状態となるよう配置させることで、輝度信号に８Ｋグリッドを持たせるようにする。つまり、このように配置させることにより、８Ｋ対応と同等の解像度が得られるわけである。

続いて、全体の構成について説明する。本実施形態における撮像装置１０は、図１に示すように、被撮像体からの映像が、Ｃマウントレンズ１２を通り、２板式の分光プリズム１４に入射する。分光プリズム１４において、ダイクロイックミラー２４により、Ｇ映像が分光され、第１のセンサー１８に到達する。そして、この第１のセンサー１８では、映像を光から電気に変換し、Ｇ信号を４Ｋ（３８４０×２１６０）のグリッドを持つ信号として、映像信号処理回路２６に送る。

次に、Ｒ映像と、Ｂ映像は、ダイクロイックミラー２４を透過し、第２のセンサー２２に到達する。第２のセンサー２２では、映像を光から電気に変換し、Ｒ信号と、Ｂ信号をそれぞれ、２Ｋ（１９２０×１０８０）のグリッドを持つ信号として、映像信号処理回路２６に送る。

そして、映像信号処理回路２６では、テレビカメラとして必要な映像処理を行い、映像出力装置２８が、映像出力していく。この映像出力には、輝度Ｙと、色差Ｃｂ、Ｃｒ信号が含まれ、輝度Ｙは、８Ｋ（７６８０×４３２０）の撮像グリッドを持つことになる。これにより、小型で、軽量な８Ｋ対応と同等の撮像装置を提供することが可能となるわけである。

本発明に係る撮像装置は、小型軽量で、８Ｋ対応と同等の解像度が得られるため、高解像度で、小型軽量な撮像装置が求められる医療現場等において好適に用いることができる。

１０撮像装置
１２Ｃマウントレンズ
１４分光プリズム
１６イメージセンサー
１８第１のセンサー
２０オンチップカラーフィルタ
２２第２のセンサー
２４ダイクロイックミラー
２６映像処理回路
２８映像出力装置

Claims

Ｃマウントレンズを搭載し、当該Ｃマウントレンズに入射する被撮像体からの入射光のうち、Ｇ色を反射させるとともに、Ｒ色及びＢ色は透過させることで分光する分光手段と、当該分光手段により分光された各入射光を受光し、それぞれ光電変換するイメージセンサーと、当該イメージセンサーから取得される撮像データを信号処理する撮像信号処理手段とを備え、
前記イメージセンサーは、２／３型の４Ｋイメージセンサーが用いられ、Ｇ色撮像信号を出力する第１のセンサーと、Ｒ色とＢ色を色分離するオンチップカラーフィルタが受光素子上に形成されたＲ色及びＢ色撮像信号を出力する第２のセンサーとから構成され、
前記第１のセンサーと、第２のセンサーを縦・横それぞれ半画素ずらして前記分光手段に接合させてなることを特徴とする撮像装置。
前記分光手段は、Ｇ色の入射光を反射させるとともに、Ｒ色及びＢ色の入射光は透過させるダイクロイックミラーを具備していることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。