JPH04114574A

JPH04114574A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH04114574A
Application number: JP2235135A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kaneko; 豊金子; Kazutake Kamihira; 員丈上平; Kazumi Komiya; 小宮　一三
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1992-04-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】挟五分更本発明は５撮像装置に関し、より詳細には、電子カメラ
やＴＶカメラなどに用いられる撮像装置に関する。

炙米１権近年、この種の撮像装置では高品位化の研究開発が進め
られており、例えば日本放送協会を中心とした高品位Ｔ
Ｖ規格による撮像方式等として実用化の段階にある。こ
れによれば、使用周波数帯域が２０〜３０　Ｍ　Ｈｚ帯
域のように非常に高くなる特徴を有する。

一方、このような撮像方式の高精細化と並んで、撮像素
子の固体化も推し進められている。しかし、上記の高精
細な撮像方式に対応可能な固体撮像素子を考えると、画
素数で１００万個以上、クロック周波数で３０　Ｍ　Ｈ
ｚ以上が必要となる。このような固体撮像素子は現状で
は困難である。

しかし、現状の固体撮像素子、駆動方式にて高精細化を
実現する方式が検討されており、例えば特開昭６０−２
１３１７８号公報に示されるようなものがある。これは
、撮像レンズを通して得られた光像を光学系の瞳位置に
配置させた反射体。

例えば四角錐体の４つの反射面により分割反射させ、分
割反射される各光像が各受光面上の互いに光学的に所定
ピッチ分ずれた位置に結像するように、例えば４個の固
体撮像素子を配置させたものである。

また、先に提案した「撮像装置」は、撮像レンズと、こ
の撮像レンズの光軸上に配置されて前記撮像レンズを透
過した光像を分割反射させる複数の反射面を有する反射
体とを設けるとともに、この反射体により分割反射され
た各光像に対して複数の固体撮像素子を各々光学的に異
なる撮像領域を相対的に隣接状態で受光する光学的位置
に配置させて設けたものである。

そこで、前述した特開昭６０−２１３１７８号公報にお
いては、多角錐状の反射体と、該反射体により複数に分
割反射された各光像が、各受光面上の互いに光学的に所
定ピッチ分ずれた位置に結像するように複数の固体撮像
素子を配置する。すなわち、ここで所定ピッチ分ずれた
位置とは画素ずらし方式であり、基本的には画素ピッチ
の整数分の１、ここでは１／２画素ピッチである。

しかしながら、以下のような問題点がある。

（１）精度面：画素ピッチは数十μｍであり、複数の固
体撮像素子を離散的に配置しであるので保持部材の熱膨
張率による温度・熱の変化あるいは不均一性により光学
的に相対位置がずれてしまい。

そのため所定ピンチの維持が困歎である。例えば。

設定ピッチに対し、その精度を±１７１０とすると、上
敷μｍに維持する必要がある。また、相対位置調整が数
μｍと厳しい。

（２）　Ｍ　Ｔ　Ｆ　（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）而（解像度面）；受光
面（感光エリア）の重なりにより実質的な解像度の向上
効果が小さい。

第８図は、四角錐プリズムミラーによる反射の状態を示
す従来例を示す図で、図中、３４は被写体、３５は撮像
レンズ、３６は四角錐プリズムミラー、３７Ａは反射面
、３８Ａは固体撮像素子である。

今、被写体３４の中心を○、撮像領域のコーナ点をＰと
し、撮像領域外であって対角隣接する撮像領域中の任意
の点をＱとすると、撮像レンズ３５の特性によりＱ点か
らの反射光の一部も反射面３７Ａで反射されてＱ＃点に
結像される。すなわち、反射面３７Ａ上では被写体３４
からの反射光像が結像されておらず、各点の光情報が混
在している。しかるに、結像面上において、四角錐プリ
ズムミラー３６の頂点Ｒに対応する位置に固体撮像素子
３８Ａの有効画素部のコーナ点Ｓが一致するように配置
させればよい。他の固体撮像素子３８Ｂ〜３８Ｄについ
ても同様である。

これらの各固体撮像素子３８Ａ〜３８Ｄにより分割読取
りされた画像信号は、アナログ信号処理部を経て画像合
成回路で接続合成処理することにより、全体の１画面分
の読取りとなる。

つまり、被写体４＝１画面を１つの固体撮像素子２で受
光する場合に対し、同一性能の４つの固体撮像素子３８
Ａ〜３８Ｄを用いて各々に４分割された撮像領域を受は
持たせることにより、１撮像領域を１画面領域と等価的
な４倍に拡大した状態で受光することになり、結局、４
倍の解像度で読取れるものである。この際、各々の撮像
領域には１画素レベルでの重複がないため、各固体撮像
素子３８Ａ〜３８Ｄの受光部の大きさの影響を受けない
ものとなる。しかしながら、Ｐ′点においては撮像レン
ズ３５の通過全光量、０１点においては搬像レンズ３５
の通過全光量の１／４の光量となり、光量ムラ（シェー
ディング）を生ずる。

目　　　　　的本発明は、上述のごとき実情に鑑みでなされたもので、
各撮像素子の光学的配置の位置精度を緩くしてかつ高解
像度に画像を読み取ること、また。

瞳位置に設置した多面反射体と該多面反射体により複数
に分割された各光像を光学的に互いに隣接した状態にす
ることにより光量ムラを解決し、かつ精度面とＭＴＦ面
を改善するようにした撮像装置を提供することを目的と
してなされたものである。

！−−コ叉本発明は、上記目的を達成するために、（１）撮像レン
ズと、該撮像レンズを通して得られた光像を複数の光像
に分割するように光学系の瞳位置に設置された多面反射
体と、該反射体により複数に分割された各光像が、各受
光面上に互いに光学的に隣接した位置に結像するように
配置された複数の固体撮像素子とを具備したこと、更に
は、（２）前記多面反射体の反射面が、２または４面で
あることを特徴としたものである。以下１本発明の実施
例に基づいて説明する。

まず、第２図は、４つの固体撮像素子２Ａ〜２Ｄを用い
て１画面分の画像を読取るようにした例を示す図であり
、固体撮像素子２Ａ〜２Ｄの相対的な光学的配置関係を
示す。ここに、何れの固体撮像素子２Ａ〜２Ｄも読取有
効画素数は水平方向（Ｈ）が５１２、垂直方向（Ｖ）が
４９０（７）ものであり、第２図では各々の固体撮像素
子２Ａ〜２Ｄとして読取有効画素部のみを矩形状に示す
。

また、第２図中の矢印Ｓは各々の固体撮像素子２Ａ〜２
Ｄの読取走査方向を示す。そして、１画面領域について
の撮像領域を光学的に４分割し、各々の撮像領域を４つ
の固体撮像素子２Ａ〜２Ｄの読取有効画素部に各々割当
て、光学的に見て互いに隣接した状態で読取るように配
置させたものである。

第３図は、各画素（２Ａ〜２Ｄで示す）の配置関係を画
素オーダに拡大した接続部３付近の部分拡大図である。

第１の撮像素子２Ａの有効画素部に対し、第２の撮像素
子２Ｂの有効画素部は水平方向に隣接し、互いの端部画
素は固体撮像素子２の水平画素ピッチＰＨに相当する間
隔で配置されている。第３の撮像素子２Ｃの有効画素部
は第１の撮像素子２Ａの有効画素部に対し垂直方向に隣
接し、互いの端部画素は固体撮像素子２の垂直画素ピッ
チＰｖに相当する間隔で配置されている。

第４の撮像素子２Ｄの有効画素部は第２，３の撮像素子
２Ｂ、２Ｃの有効画素部に対し水平、垂直方向に隣接し
、互いの端部画素は固体撮像素子２の水平、垂直画素ピ
ッチＰＭ、ＰＶに相当する間隔で配置されている。

従って、例えばＥＩＡ方式の固体撮像素子２を用いた時
、上記のように垂直方向の読取有効画素数を４９０とす
ると、一つの固体撮像素子により読取る場合に比し、垂
直方向の有効画素数９８０なる２倍の高解像度の読取り
が可能となる。水平方向についても同様に２倍（＝　１
０２４画素）の高解像度読取りが可能となる。二の際、
固体撮像素子２としてオンチップカラーイメージセンサ
を用いれば高解像度のカラー画像読取りが可能となる。

なお、接続部３が目立たないレベルに設定すればよいの
で、必ずしも隣接ピッチ間隔を第３図のように画素ピッ
チＰＰＩ、ＰＶに正確に合わせなくても実用的レベルの
解像度は得られる（特開昭６０−２１３１７８号公報に
記載された従来方式によると、各固体撮像素子間の光学
的なピッチずれを画素ピッチの数〜数十分の１以下に設
定する必要がある）。

次に、第２図に示すような光学的配置を得るための光学
系の構成について説明する。第４図は多角錐状の反射体
が入っていない場合の光学系を示す図である。図中、２
１．２４はレンズ群、２２は光量絞り、２３は瞳位置、
２５は撮像素子の設置位置である。第１のレンズ群２１
の中に光量絞り２２が入っており、その像は瞳位置２３
に形成される。なお上記光量絞り２２の設置位置は第２
のレンズ群２４の中であってもよい。

第５図及び第６図は、第４図における瞳位置に正四角錐
状の反射体を設置した場合を示す平面図と斜視図で、図
中、２６は反射体、２７は光軸で。

その他第４図と同じ作用をする部分は同一の参照番号が
付しである。正四角錐状の反射体２６はその頂点が前記
瞳位置２３に合致し、底面がレンズ群の光軸と垂直とな
るように配置されている。上記正四角錐状の反射体２６
は各錐体面が底面に対し４５°傾斜した鏡面になってお
り、レンズ群２１を通った光像を上記鏡面にて４分割し
、かつ光軸２７と直角な方向へ反射するものとなってい
る。

上面分割反射された光は前記光軸２７と直交する方向に
配置された４組の第２のレンズ群２４ａ。

２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを通り、固体撮像素子２Ａ、２
Ｂ、２Ｃ，２Ｄの設置位Ｍ２５　ａ　。

２５ｂ、２５ｃ、２５ｄに結像するものとなっている。

第１図は、本発明による撮像装置の一実施例を説明する
ための構成図で５図中、１Ａ〜ＩＤは固体撮像素子、１
１は第１のレンズ群、１３は瞳位置、１４ａ−１４ｄは
第２のレンズ群、１５ａ〜１５ｄは固体撮像素子の設置
位置、１６は反射体。

１７は光軸である。なお、第１図における各構成は、第
６図における各構成に固体撮像素子ＩＡ〜ｌＤを配置し
たものに対応している。反射体１６はその頂点が瞳位置
１３に合致し、底面がレンズ群の光軸と垂直となるよう
に配置されている。前記反射体１６は各錐体面が底面に
対し４５°傾斜した鏡面になっており、レンズ群１１を
通った光像を上記鏡面にて４分割し、かつ光軸１７と直
角な方向へ反射するものとなってい一部る。

上面分割反射された光は前記光軸１７と直交する方向に
配置された４組の第２のレンズ群１４ａ。

１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを通り、固体撮像素子ＩＡ、Ｉ
Ｂ、ＩＣ，ＬＤの設置位置１５ａ。

１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに結像するものとなっている。

固体撮像素子ＩＡ〜ＩＤの斜線部が画像読取部分であり
、読取部の一端が、撮像レンズの光軸上に一致するよう
に配置し、光学的に隣接した画像部分を読み取る。

第７図は、本発明による撮像装置の他の実施例を示す図
で、図中、１８Ａ、１８Ｂは固体撮像素子、３０は屋根
型プリズムミラー、３０Ａ。

３０Ｂは反射面で、その他第１図と同し作用をする部分
は同一の参照番号が付しである。

この実施例では、多面反射体として屋根型プリズムミラ
ーを用いた２分割の場合である。

撮像領域を２分割して各々の領域の反射光像を各々の固
体撮像素子１８Ａ、１８Ｂに結像させるようにしたもの
である。図において、屋根型プリズムミラー３０の頂角
９０”の稜線は撮像レンズ１１の光軸上に配置され、各
反射面３０Ａ。

３０Ｂはこの光軸に対して４５°とされている。

また、２つの固体撮像素子１８Ａ、１８Ｂの受光面はこ
の光軸及び前記稜線に平行に配置されている。

このように、反射面を２面、あるいは前記実施例のよう
に正四角錐の４面とし、かつ、この反射光軸に対し垂直
に各々固体撮像素子を配置することにより、各分割光像
が長方形で構成できるので、長方形の読取有効画素部を
有する一般的な固体撮像素子で読み取ることができ、特
に複雑な画処理を要しない。

効　　　果以上の説明から明らかなように、本発明によると、以下
のような効果がある。

（１）光像を撮像レンズの瞳位置で分割反射するように
したので、各固体撮像素子への光像の像高にかかわらず
分割反射による光量ムラを生ぜず５分割された光像を複
数の固体撮像素子を用い、光学的に異なった撮像領域を
各々隣接状態で読取るようにしたので、読取り後に各々
の固体撮像素子の読取領域の読取り画像信号を合成すれ
ば１画面分の画像を再現できるものであり、したがって
、固体撮像素子の受光部の大きさに拘らず、単一の固体
撮像素子で読取る場合の固体撮像素子の個数倍の高解像
度で読取ることができ、また、各固体撮像素子の読取有
効画素部の配置を、各々の光学的位置関係の接続部で部
分的に重ならせたので。

各固体撮像素子の読取有効端部同士の光学的位置関係を
正確に合わせなくても簡単な補正処理で済む。

（２）多面反射体が２面の屋根型プリズムミラーあるい
は４面の正四角錐プリズムミラーであり、光軸に垂直に
配置した固体撮像素子の周端部を、反射体の稜線に平行
に配置しているので１分割光像の読取りが長方形の読取
有効画素部を持つ一般的な固体撮像素子で済み、特に複
雑な画像処理を要しないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による撮像装置の一実施例を説明する
ための構成図、第２図は、固体撮像素子の相対的な光学
的配置関係を示す図、第３図は。第２図の一部を拡大した図、第４図は、多角錐状反射体
を有しない光学系を示す図、第５図及び第６図は、四角
錐反射体を瞳位置に設置した４分割光学系を示す図、第
７図は１本発明による撮像装置の他の実施例を示す図、
第８図は、四角錐プリズムミラーによる反射の状態の従
来例を示す図である。 ■Ａ〜ＩＤ・・・固体撮像素子、１１・・・第１のレン
ズ群、１３・・瞳位置、１４ａ〜１４ｄ・・・第２のレ
ンズ群、１５ａ〜１５ｄ・・・固体撮像素子の設置位置
、１６・反射体、１７・・・光軸。特許出願人　　株式会社　リ　コ（ほか１名）第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、撮像レンズと、該撮像レンズを通して得られた光像
を複数の光像に分割するように光学系の瞳位置に設置さ
れた多面反射体と、該反射体により複数に分割された各
光像が、各受光面上に互いに光学的に隣接した位置に結
像するように配置された複数の固体撮像素子とを具備し
たことを特徴とする撮像装置。２、前記多面反射体の反射面が、２または４面であるこ
とを特徴とする請求項１記載の撮像装置。