JP2018026373A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像性能を低下させること無く、発電能力を備える撮像素子を搭載した撮像装置を提供すること。【解決手段】本発明の撮像装置は、撮像光学系と、該撮像光学系のイメージサークルに内包される撮像領域を持つ撮像素子と、該撮像素子の前記撮像領域内の光電変換素子から画素信号を読み出す画像読み出し手段と、前記撮像素子の前記撮像領域外の光電変換素子により充電される蓄電手段とを有することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

一般的なデジタルカメラは２次電池から電力を供給され、その電力によって駆動するために、２次電池が電力を供給できる限られた時間しか使用することができない。従来技術として、デジタルカメラに太陽電池を搭載することにより、使用可能時間を長くする、または半永久的に使用を可能とする技術が知られている。

特許文献１ではデジタルカメラの固体撮像素子において、画素の間に太陽電池を設けることによって、撮像装置に発電設備を構築する発明が開示されている。特許文献１の発明では、入射光が撮像光学系によって集光される撮像素子上に太陽電池が設けられているため、効率の良い発電が行えるという特徴がある。

特開２００７−２８１１４４号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている撮像素子は、撮像素子上の画素の間に太陽電池が設けられているために、そうでない場合に比べ、撮像素子上の画素が占める面積が小さくなり、撮像素子の入射光に対する感度が低くなるという問題があった。

本発明は、撮像性能を低下させること無く、発電能力を備える撮像素子を搭載した撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、撮像光学系と、該撮像光学系のイメージサークルに内包される撮像領域を持つ撮像素子と、該撮像素子の前記撮像領域内の光電変換素子から画素信号を読み出す画像読み出し手段と、前記撮像素子の前記撮像領域外の光電変換素子により充電される蓄電手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像性能を低下させること無く、発電能力を備える撮像素子を搭載した撮像装置を提供することができる。

実施例１の撮像装置の基本構成を示すブロック図。 実施例１の撮像装置の撮像素子１０２について説明する図。 実施例２の複眼撮像装置の基本構成を示すブロック図。 実施例２の複眼撮像装置の撮像光学系２００および撮像素子２０２の斜視図。 実施例２の複眼撮像装置の撮像素子２０２について説明する図。 実施例３の複眼撮像装置の撮像光学系３００および撮像素子３０２の斜視図。 実施例３の複眼撮像装置の撮像素子３０２について説明する図。

以下に、本発明の実施例を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施形態の撮像装置の基本構成を示すブロック図である。撮像光学系１００は１つ以上のレンズ、絞り１０１ａおよびフォーカスレンズ１０１ｂから成り、不図示の被写体からの光を撮像素子１０２上に結像させる。撮像素子１０２はＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の固体撮像素子であり、光電変換素子が平面アレイ状に並んでいる。前記光電変換素子は例えばフォトダイオードである。

撮像素子１０２の撮像領域内の光電変換素子で光電変換により生成されたアナログ電気信号はＡ／Ｄコンバータ１０３でデジタル信号に変換されて画像処理部１０４に入力される。前記撮像領域の詳細については後述する。画像処理部１０４は、Ａ／Ｄコンバータ１０３から入力された信号（画像）に対して所定の画素補間処理や色変換処理等を行い、出力画像を生成する。

画像処理部１０４で生成された出力画像は、半導体メモリや光ディスク等の画像記憶媒体１０８に記録される。また、出力画像を画像表示部１０５に表示してもよい。

２次電池１０６はリチウムイオン電池等の、充電が可能な２次電池であり、本実施例の撮像装置の蓄電手段に相当する。２次電池１０６は撮像素子１０２の撮像領域外の光電変換素子により充電される。また、２次電池１０６は不図示の外部電力によっても充電されてよい。さらに２次電池１０６は、撮像装置に備え付けられていてもよいし、撮像装置から取り外しが可能でもよい。ここで、図１においては２次電池１０６と接続されているのは撮像素子１０２のみであるが、実際には図１における全ての装置または素子が２次電池１０６の電力供給のもと駆動する。

撮像素子１０２の駆動、画像処理部１０４での処理および撮像光学系１００の動作の制御はシステムコントローラ１１０が行う。撮像光学系１００における絞り１０１ａおよびフォーカスレンズ１０１ｂの機械的な駆動は、システムコントローラ１１０からの制御指示に応じて撮像光学系制御部１０９が行う。絞り１０１ａは、設定された絞り値（Ｆナンバー）に応じてその開口径が制御される。

フォーカスレンズ１０１ｂは被写体距離に応じてピント調整を行うために不図示のＡＦシステムやマニュアルフォーカス機構によってその位置が制御される。なお、撮像光学系１００は、図１では撮像装置の一部として構成されているが、一眼レフカメラのように交換式の撮像光学系であってもよい。

次に、撮像素子１０２上の撮像領域について説明する。図２は撮像素子１０２を示しており、破線で示すＩＣは撮像光学系１００のイメージサークルである。イメージサークルとは、撮像光学系１００が良好な光学像を結ぶ領域を指し、この領域外では光量の大きな低下や、結像性能の劣化が発生する。ここで、撮像光学系１００が自身の光軸に対し回転対称に構成されている場合にはイメージサークルは円形の領域であるが、撮像光学系１００が自身の光軸に対し回転非対称である場合には必ずしもこの限りではない。

点線で示すＩＲは撮像領域であり、本実施形態の撮像装置は、撮像領域ＩＲ内の光電変換素子が出力する信号から出力画像を構成する。以下、撮像領域ＩＲ内の光電変換素子を撮像用光電変換素子と呼ぶ。一般的にカメラで撮影される画像は矩形であるため、本実施例の撮像領域ＩＲも矩形であるが、イメージサークルＩＣに内包され、かつイメージサークルＩＣと同一の領域でなければ良く、矩形に限定されない。

撮像素子１０２を構成する光電変換素子のうち、撮像領域ＩＲの外に位置する光電変換素子は２次電池１０６に接続されている。以下、撮像領域ＩＲ外の光電変換素子を発電用光電変換素子と呼ぶ。ここで、発電用光電変換素子は太陽電池でもよい。イメージサークルＩＣ内は撮像光学系１００によって、入射光が効率的に集められる領域であるために、発電用光電変換素子は効率的に発電を行うことが可能である。ここで、本実施例の撮像素子１０２では発電用光電変換素子は複数存在するが、撮像領域外の光電変換素子が分割されておらず、１つの発電用光電変換素子であってもよい。

本実施例の撮像素子は発電用光電変換素子を備えるが、撮像領域内の光電変換素子は全て画像を生成するのに用いられているため、撮像性能は低下しない。

以上説明したように、本実施例によれば、撮像性能を低下させること無く、効率の良い発電能力を備える撮像素子を搭載した撮像装置を提供することができる。

［実施例２］
本実施例では、実施例１の撮像装置の変形例である複眼撮像装置を説明する。図３は本実施形態の複眼撮像装置の基本構成を示すブロック図である。本実施例における基本構成は撮像光学系２００および撮像素子２０２を除いて実施例１と同様であるため、差異部についてのみ説明する。

図４は本実施例における撮像光学系２００および撮像素子２０２の斜視図である。本実施例における撮像光学系２００は、それぞれが互いに平行な光軸をもつサブ撮像光学系２００ａ、２００ｂ、２００ｃおよび２００ｄで構成されている。４つのサブ撮像光学系は、それぞれが実施例１の撮像光学系１００と同様に、１つ以上のレンズ、絞りおよびフォーカスレンズを有しており、不図示の被写体からの光を撮像素子２０２上の互いに異なる領域に結像させる。

ここで、図４においては、サブ撮像光学系それぞれの最も被写体側のレンズ（以下、前玉と呼ぶ。）のみを代表して示している。サブ撮像光学系は互いに撮像素子２００に水平な平面上にアレイ状に配置されており、図３においては撮像光学系２００ａおよび２００ｂが含まれる平面を示している。複数のサブ撮像光学系それぞれの焦点距離は全て同一である。

図５は撮像素子２００およびサブ撮像光学系それぞれに対応するイメージサークルおよび撮像領域を示している。破線で示すイメージサークルＩＣａ、ＩＣｂ、ＩＣｃおよびＩＣｄはそれぞれがサブ撮像光学系２００ａ、２００ｂ、２００ｃおよび２００ｄのイメージサークルである。また、点線で示す撮像領域ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃおよびＩＲｄはそれぞれがサブ撮像光学系２００ａ、２００ｂ、２００ｃおよび２００ｄの撮像領域である。ここで、４つの撮像領域それぞれの大きさ若しくは形状が互いに異なっていても良いし、４つのイメージサークルそれぞれの大きさ若しくは形状が互いに異なっていても良い。

４つの撮像領域内の光電変換素子は、それぞれの撮像光学系に対応した４枚の画像を構成する信号をＡ／Ｄコンバータ２０３に出力する。ここで、本実施例の撮像装置において、４つのサブ撮像光学系は、それぞれのイメージサークルが重畳しないように配置されているが、何れかの撮像領域内で２つ以上のイメージサークルが重畳しなければ良く、撮像領域外でイメージサークルが重畳していても良い。

以上説明した、複数のサブ撮像光学系から成る撮像光学系と、サブ撮像光学系それぞれに対応する撮像領域を持つ撮像素子の組み合わせによって、複眼撮像装置を構成することが出来る。しかし、複数のサブ撮像光学系は、何れかの撮像領域内で２つ以上のイメージサークルが重畳されないように配置されているために、撮像素子上には撮像に用いることができない余剰光電変換素子が存在することとなる。本実施例の複眼撮像装置は、該余光電変換素子を発電用光電変換素子として用いる。撮像素子２０２を構成する光電変換素子のうち、撮像領域ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃおよびＩＲｄの何れにも含まれない光電変換素子は発電用光電変換素子であり、２次電池２０６に接続されている。

このように、複数のサブ撮像光学系と、それぞれに対応する複数の撮像領域を持つ１つの撮像素子を組み合わせた構成とすることにより、サブ撮像光学系それぞれに対応する異なる撮像素子を設けるよりも安価に複眼撮像装置を構成することが出来る。さらに、撮像領域外の光電変換素子を発電用光電変換素子として利用することにより、複眼撮像装置に発電機能を付加することができる。

本実施例で生成される４枚の出力画像は、それぞれ撮像に用いるサブ撮像光学系が互いに異なる位置に配置されているために、互いに視差を持った視差画像である。画像処理部２０４はこの４枚の視差画像を用いて、公知の三角測量の原理により被写体の距離を算出しても良い。さらに、公知の位置合せ処理を用いて、４枚の視差画像の互いの視差量が無くなる様にシフトさせ合成することで信号対雑音比を向上させた画像を生成しても良いし、視差量を利用して公知の超解像処理を行うことで解像度を向上した画像を出力しても良い。

以上説明したように、本実施例によれば、撮像性能を低下させること無く、効率の良い発電能力を備える撮像素子を搭載した複眼撮像装置を提供することができる。

［実施例３］
本実施例では、実施例２の複眼撮像装置の変形例を説明する。本実施例における基本構成は撮像光学系および撮像素子を除いて実施例２と同様であるため、差異部についてのみ説明する。

図６は本実施例における撮像光学系３００および撮像素子３０２の斜視図である。本実施例の撮像光学系３００は、それぞれ異なる光軸をもつサブ撮像光学系３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅおよび３００ｆで構成されている。６つのサブ撮像光学系は、それぞれが実施例１の撮像光学系１００と同様に、１つ以上のレンズ、絞りおよびフォーカスレンズを有しており、不図示の被写体からの光を撮像素子３０２上の互いに異なる領域に結像させる。

ここで、図６における撮像光学系３００は、サブ撮像光学系それぞれの前玉のみを代表して示している。サブ撮像光学系は互いに撮像素子３０２に水平な平面上にアレイ状に配置されている。サブ撮像光学系３００ａおよび３００ｆの焦点距離は同一であり、３００ｂおよび３００ｃの焦点距離は同一であり、３００ｄおよび３００ｅの焦点距離は同一である。サブ撮像光学系３００ｂおよび３００ｃの焦点距離は３００ａおよび３００ｆの焦点距離よりも長く、３００ｄおよび３００ｅの焦点距離は３００ｂおよび３００ｃの焦点距離よりも長い。

図７は撮像素子３０２、サブ撮像光学系それぞれに対応するイメージサークルおよび撮像領域を示している。破線で示すイメージサークルＩＣａ、ＩＣｂ、ＩＣｃ、ＩＣｄ、ＩＣｅおよびＩＣｆはそれぞれがサブ撮像光学系３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅおよび３００ｆのイメージサークルである。また、点線で示す撮像領域ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃ、ＩＲｄ、ＩＲｅおよびＩＲｆはそれぞれがサブ撮像光学系３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅおよび３００ｆの撮像領域である。

撮像素子３０２は、それぞれのサブ撮像光学系に対応した６枚の画像を構成する信号をＡ／Ｄコンバータ２０３に出力する。ここで、６つのサブ撮像光学系それぞれの焦点距離は、異なる３つの焦点距離のうちいずれかであるので、６枚の出力画像は異なる３つの画角のうちいずれかの画角をもつ画像である。

撮像素子３０２を構成する光電変換素子のうち、撮像領域ＩＲａ、ＩＲｂ、ＩＲｃ、ＩＲｄ、ＩＲｅおよびＩＲｆの何れにも含まれない光電変換素子は発電用光電変換素子であり、２次電池２０６に接続されている。本実施例の複眼撮像装置では、複数のサブ撮像光学系は、それぞれのイメージサークルが各撮像領域外において重畳するように配置されている。イメージサークルが重畳している領域内の発電用光電変換素子は、２つのサブ撮像光学系によって導かれた光を受光するため、特に効率よく発電を行うことが可能である。また、このように複数のサブ撮像光学系を配置することで、各サブ撮像光学系同士の間隔が狭くなり、より小型の複眼撮像装置を構成することが可能となる。

焦点距離の異なる撮像光学系は前玉の直径が異なることが多く、複数のサブ撮像光学系を上記説明したように配置したときには、各サブ撮像光学系の前玉間には間隔がある。本実施例の複眼撮像装置ではこの間隔に発電用光学系を備えており、複眼撮像装置の余剰空間を無くすと共に発電効率を向上させている。図６における３００ｇおよび３００ｈは発電用光学系であり、図７におけるＩＣｇおよびＩＣｈはそれぞれに対応するイメージサークルを示す。サブ撮像光学系のイメージサークル外であっても、ＩＣｇおよびＩＣｈ内の発電用光電変換素子は、発電用光学系によって集められた光を受光するために効率的に発電を行うことが可能になる。

発電用光学系は、そのイメージサークルＩＣｇおよびＩＣｈ内の発電用光電変換素子に効率よく光を集めるための光学系であり、良好な結像を目的としていないために、１つのレンズから成り、収差が補正されていなくても良いし、フォーカスレンズは無くても良い。また、発電用光学系は、そのイメージサークルが各撮像領域と重畳しないように配置されている。

以上説明したように、本実施例によれば、撮像性能を低下させること無く発電を行うことができ、画角の異なる複数の画像を生成することが可能な小型の複眼撮像装置を提供することが出来る。更に、前記複眼撮像装置は発電光学系を有することで、サブ撮像光学系のイメージサークル外においても効率の良い発電が行うことが可能である。

１００ 撮像光学系
１０１ａ 絞り
１０１ｂ フォーカスレンズ
１０２ 撮像素子
１０３ Ａ／Ｄコンバータ
１０４ 画像処理部
１０５ 画像表示部
１０６ ２次電池
１０７ 記憶部
１０８ 画像記憶媒体
１０９ 撮像光学系制御部
１１０ システムコントローラ

Claims (6)

1. 撮像光学系と、該撮像光学系のイメージサークルに内包される撮像領域を持つ撮像素子と、
   該撮像素子の前記撮像領域内の光電変換素子から画素信号を読み出す画像読み出し手段と、
   前記撮像素子の前記撮像領域外の光電変換素子により充電される蓄電手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像素子の前記撮像領域外の光電変換素子に光を導く発電光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像光学系は、それぞれ異なる光軸を持つ複数のサブ撮像光学系から成り、前記撮像領域は前記複数のサブ撮像光学系それぞれのイメージサークルに内包される複数の撮像領域から成ることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記発電光学系は、前記複数のサブ撮像光学系それぞれの間に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記複数のサブ撮像光学系は互いに異なる焦点距離を有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置
6. 前記複数のサブ撮像光学系は、少なくとも２つ以上のサブ撮像光学系のイメージサークルの一部が重畳するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。