JPH04372289A - 撮像装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像管あるいはＣＣＤ
，ＭＯＳ素子等の撮像板を撮像素子として備えた撮像装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被写体からの撮像光をＣＣＤ等の撮像素
子により光電変換し、その電気信号を処理して被写体画
像を表示あるいは記録するような撮像装置が知られてい
る。この光電変換素子として用いられる撮像素子には、
近年の集積回路技術の進歩により数十万画素を持つもの
が量産できるようになり、家庭用のビデオカメラにも多
く使用されている。また、使用者の高画質化の要求に応
じて、現行のＮＳＴＣ規格より高度な所謂ハイビジョン
企画の撮像装置も検討の段階から実用化に移行しつつあ
る。このハイビジョン企画に対応した撮像素子は、２０
０万画素程度の高集積度を要し、高度の製造技術を伴い
、非常に高価なものになるとともに、信号の読み出し周
波数も数十メガヘルツと極めて高いものとなり、回路技
術としても高度のものが要求される。

【０００３】そこで、一般の家庭用ビデオカメラ等に使
用されている数十万画素の撮像素子を被写体像の結像面
に複数個隣接させて配置することにより、数百万画素相
当の高精細度を得ることが考えられるが、通常撮像素子
はパッケージの中に封入されているので、同一平面上で
密着して隣接させることはできない。したがって、上記
のように高度の技術を要する高価な高集積化した撮像素
子を使用せざるを得ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の撮像装置にあっ
ては、精細度を上げるには、上記のように高集積化した
撮像素子を使用しなければならないので、高価なものに
なるとともに、難しい回路技術を必要とするという問題
点があった。

【０００５】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、高集積化した撮像素子を用いることな
く、一般の撮像素子を複数個用いて有効画素数を増加さ
せることができ、また各撮像素子間の感度のバラつきを
補正でき、明るさのムラのない撮像装置を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、被
写体からの撮像光を等しい光量で複数に分割して各々異
なる位置に被写体像を結像させる分割手段と、各結像面
で被写体像を複数に分割した時に隣接しない分割位置に
受光部を他の結像面の少なくとも隣りの分割位置と一部
オーバラップするように配置した複数の撮像素子と、各
撮像素子からの情報を入力して被写体画像を合成する画
像合成回路と、前記撮像素子のオーバラップ部の出力を
比較して各撮像素子の感度を合わせる補正回路とを備え
たものである。

【０００７】

【作用】本発明の撮像装置においては、被写体からの撮
像光が複数の光路に分割されて導かれ、各々異なる位置
に複数の被写体像が結像される。そして、各被写体像も
複数に分割され、その隣接しない分割位置に配置した撮
像素子から出力された画像情報が画像合成回路に入力さ
れ、ここで全体の被写体画像が合成される。また、異な
る結像面で少なくとも隣り合う分割位置の受光部が一部
オーバラップし、そのオーバラップ部の出力から各撮像
素子の感度が合うように補正される。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例による撮像装置の主
要構成図である。図中、１は被写体からの撮像光Ｌが通
る結像用のレンズ、２はその撮像光Ｌを等しい光量で複
数のビームＬ１，Ｌ２に分割して各々異なる位置に被写
体像を結像させるための分割手段であるビームスプリッ
タで、ハーフミラー等で構成されている。１０１〜１０
４はその被写体像の結像面Ａ，Ｂに受光部を配置した複
数のＣＣＤ等の撮像素子で、各結像面Ａ，Ｂで被写体像
を複数（ここでは四つ）に分割した時に隣接しない分割
位置に受光部が位置している。すなわち、各撮像素子１
０１〜１０４はパッケージの中に封入されているので、
各結像面Ａ，Ｂで被写体像を複数に分割し、その隣り合
わない位置に撮像素子１０１〜１０４を配置して互いに
ぶつかり合わないようにしている。また、各撮像素子１
０１〜１０４の受光部は、他の結像面の隣りの分割位置
と一部オーバラップするように配置されている。３は各
撮像素子１０１〜１０４からの画像情報を入力して全体
の複写体画像を合成する画像合成回路、４は上記各撮像
素子１０１〜１０４のオーバラップ部の出力を比較して
各々の感度を合わせる補正回路である。

【０００９】上記のような構成の撮像装置において、レ
ンズ１を通過した被写体からの撮像光Ｌは、ビームスプ
リッタ２によって２分割された各光路に導かれ、各々等
光量のビームＬ１，Ｌ２となって各結像面（焦点面）Ａ
，Ｂに到達する。これにより、各結像面Ａ，Ｂに同じ大
きさ及び明るさの被写体像が結像する。図２は各結像面
Ａ，Ｂの様子を示したもので、（ａ）は結像面Ａの様子
、（ｂ）は結像面Ｂの様子をそれぞれ示している。

【００１０】各結像面Ａ，Ｂ上で、被写体像は上述のよ
うに四つに分割され、結像面Ａでは隣り合わない１番目
と３番目の分割位置に撮像素子１０１と１０３の受光部
ａ１，ａ２がそれぞれ位置し、結像面Ｂでは同じく隣り
合わない２番目と４番目の分割位置に撮像素子１０２と
１０４の受光部ｂ１，ｂ２がそれぞれ位置している。そ
して、各撮像素子１０１〜１０４で光電変換された画像
情報は画像合成回路３に入力され、ここで図３に示すよ
うに各々画像情報が合成され、全体として完全な被写体
画像が形成される。

【００１１】上記各結像面Ａ，Ｂでの全有効画素数は単
一の撮像素子を使用した場合に比べて４倍となり、等価
的に４倍の画素数の撮像素子を用いて撮影したのと同じ
精細度が得られ、画質が向上した画像が得られる。また
、高集積化した撮像素子を使用することなく、家庭用ビ
デオカメラ等に使用されている一般的なものを使用でき
るので、簡単な回路で、安価に構成することができる。

【００１２】ここで、各撮像素子１０１〜１０４に感度
のバラつきがあると、最終的に合成された画像の明るさ
にムラが生じてしまう。本実施例ではこのバラつきを補
正するため、撮像素子１０１〜１０４の各受光部に上述
のオーバラップ部を設け、このオーバラップ部の出力を
比較して各撮像素子１０１〜１０４の感度を合わせてい
る。次に、この感度補正の具体例について説明する。な
お、ここでは説明を簡単にするため、図１の光学系で像
面の分割数を２とした場合について説明する。

【００１３】すなわち、図４の（ａ）に示すように、像
面を実線で囲まれる部分Ｘ１と破線で囲まれる部分Ｘ２
の二つに分け、オーバラップ部をもたせる。そして、一
方の結像面Ａに図４の（ｂ）のＸ１部分に対応した斜線
部分をカバーするように撮像素子の受光部ａを配置し、
また他方の結像面Ｂに図４の（ｃ）のＸ２部分に対応し
た斜線部分をカバーするように撮像素子の受光部ｂを配
置する。これにより、図４の（ｄ）に示す斜線部分は、
受光部ａをもつ撮像素子と受光部ｂをもつ撮像素子の何
れに対しても撮像領域の一部に含まれる。したがって、
両撮像素子のうち一方を基準にとり、像面上のこのオー
バラップ部からの双方の出力が等しくなるように他方の
撮像素子の出力の利得を制御することで、両撮像素子間
の感度のバラつきを補正でき、明るさのムラがなくなる
。また、最終出力を得る場合は、図４の（ｅ）に示すよ
うに、一方の撮像素子の受光部ａの全面と、他方の撮像
素子の受光部ｂのうち受光部ａとオーバラップしない部
分のみを用いて画像情報を合成すれば、完全な被写体像
が得られる。

【００１４】図５は図１の構成の撮像装置の詳細な回路
構成を示すブロック図である。但し、ここでは図４のよ
うに像面を２分割する場合を示す。図中、１０１は図１
に示したＣＣＤ等の撮像素子、１１１はこの撮像素子１
０１を駆動するためのドライバ、１２１は撮像素子１０
１の出力をサンプルホールドするＳ／Ｈ回路、１３１は
サンプルホールドされたアナログ画像情報をデジタル信
号に変換するＡ／Ｄ変換器、１４１はそのデジタル画像
情報を記憶する画像メモリで、以上の各部により撮像ユ
ニットＸ１が構成されている。そして、この撮像ユニッ
トＸ１と同構成の撮像ユニットＸ２が設けられている。 すなわち、撮像ユニットＸ２には撮像ユニットＸ１と同
様、図１に示した撮像素子１０２、ドライバ１１２、Ｓ
／Ｈ回路１２２、Ａ／Ｄ変換器１３２及び画像メモリ１
４２が設けられている。５は単一のクロック発生回路で
、ここから出力されるタイミング信号により各撮像ユニ
ットＸ１，Ｘ２のドライバ１１１，１１２、Ｓ／Ｈ回路
１２１，１２２、Ａ／Ｄ変換器１３１，１３２及び画像
メモリ１４１，１４２の作動タイミングが制御され、撮
像素子１０１，１０２の駆動も制御される。また、画像
合成回路３の作動もこのクロック発生回路５からのタイ
ミング信号によって制御され、出力端子６から画像信号
が図外の表示部あるいは記録部に出力される。

【００１５】また図５中、７ａ，７ｂは各撮像素子１０
１，１０２のオーバラップ部の出力を読み出すオーバラ
ップ部読出回路、８はそれらの出力を比較する比較回路
、９はその比較結果から撮像ユニットＸ２の出力に係数
をかけて画像合成回路３に入力させる係数回路で、以上
の各回路により図１の補正回路４が構成されている。

【００１６】上記各撮像ユニットＸ１，Ｘ２の各撮像素
子１０１，１０２は、図４に示した各々の受光部ａ，ｂ
を有しており、前述のように２分割された被写体の画像
情報が各々画像メモリ１４１，１４２に格納される。こ
の画像メモリ１４１，１４２に格納された画像情報は、
クロック発生回路５からの信号により読み出され、画像
合成回路３に入力される。そして、この画像合成回路３
で全体の被写体の画像情報が合成され、上記のように出
力端子６から被写体を撮影した画像信号が出力される。 その際、各画像メモリ１４１，１４２に記憶された画像
情報のうち、図４の斜線を施したオーバラップ部の情報
が各々のオーバラップ部読出回路７ａ，７ｂにより読み
出され、比較回路８によって比較される。そして、その
比較結果により両撮像素子１０１，１０２の感度のバラ
つきが補正される。

【００１７】具体的に述べると、上記比較回路８では、
撮像素子１０１のオーバラップ部の出力の平均輝度Ｙ１
を基準として、これと撮像素子１０２のオーバラップ部
の出力の平均輝度Ｙ２との比をとる。すなわち、Ｋ＝Ｙ
１／Ｙ２を求める。そして、この係数Ｋを係数回路９に
伝達する。画像合成回路３は、画像メモリ１４１の全部
の情報と、画像メモリ１４２の情報からオーバラップ部
の情報を除いた残りの情報に上記係数Ｋをかけた情報と
を利用し、図４の（ｅ）に相当する合成画像情報を出力
端子６より出力させる。

【００１８】以上、像面を２分割した場合について説明
したが、これを繰り返すことで分割数を多くすることが
できる。例えば４分割の場合は、図６の（ａ）に示すよ
うに撮像素子の各受光部ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２を隣り
合う分割位置でオーバラップ部（斜線部分）ができるよ
うに配置する（図では見やすくするために互いに上下を
若干ずらしてある）。そして、まず受光部ａ１の撮像素
子を基準にして受光部ｂ１の撮像素子の感度補正係数Ｋ
１を求める。次に、この受光部ｂ１の撮像素子を基準に
して受光部ａ２の撮像素子の感度補正係数Ｋ２を求め、
同様にして受光部ｂ２の撮像素子の感度補正係数Ｋ３を
求める。これにより、受光部ａ１の撮像素子を基準にし
た受光部ｂ２の撮像素子の感度補正係数Ｋは、Ｋ＝Ｋ１
×Ｋ２×Ｋ３となり、これを用いて四つの撮像素子の感
度を合わせることができる。図６の（ｂ）は受光部ａ１
〜ａ４，ｂ１〜ｂ４を有する８個撮像素子を用いて像面
を８分割した例を示しており、これについても上記と同
様にＫ１〜Ｋ７の感度補正係数を求めることにより全て
の撮像素子の感度を合わせることができる。

【００１９】図７は本発明の他の実施例を示す図であり
、図１と同一符号は同一構成部分を示している。なお、
この図７では撮像光学系のみを示している。図７の実施
例は、撮像光Ｌの光路の分割数を図１の実施例の場合と
比べて倍の四つにしたものであり、三つのビームスプリ
ッタ２ａ，２ｂ，２ｃを設けている。そして、各ビーム
スプリッタ２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ反射率が２５
％（１／４），３３％（１／３），５０％（１／２）と
なっており、四つの結像面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ等
光量のビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を送り、各結像面
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに同じ大きさ及び明るさの被写体像を結
像させている。そして、各結像面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでの被
写体像を複数に分割し、その隣接しない分割位置に撮像
素子（図示せず）の受光部を配置し、これらの撮像素子
からの画像情報を合成して全体の被写体像を形成してい
る。

【００２０】ここで、図７の実施例の場合は、実際には
各結像面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでの被写体像を１６（横４×縦
４）分割し、その隣り合わない四つの分割位置に各撮像
素子の受光部を配置することになるが、ここでは説明を
簡単にするため、図８に示すように像面（被写体像）を
四つに分割し、その各々を各結像面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに受
光部ａ，ｂ，ｃ，ｄを配置した撮像素子により撮影する
場合を説明する。

【００２１】この場合でも、各撮像素子の感度調整を行
うために、各々の受光部ａ，ｂ，ｃ，ｄを像面内でオー
バラップさせている。図９の（ａ）にその様子を示す（
図では見やすくするために上下左右を互いに若干ずらし
てある）。そして、前述の実施例と同様まず受光部ａの
撮像素子を基準にして受光部ｂの感度補正係数Ｋ１を求
める。この時、図９の（ｂ）に示す斜線部分のオーバラ
ップ部の出力を図４の例と同様に比較して係数Ｋ１を演
算する。次に、同受光部ａの撮像素子を基準にして受光
部ｃの撮像素子の感度補正係数Ｋ２を求め、同様にして
受光部ａの撮像素子を基準にして受光部ｄの感度補正係
数Ｋ３を求める。その際、図９の（ｃ），（ｄ）に示す
斜線部分のオーバラップ部の出力を同様に比較して係数
Ｋ２，Ｋ３を演算する。以上求めた係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ
３を用いることにより、四つの撮像素子の感度を合わせ
ることができ、前述の実施例と同様有効画素数が増加す
るとともに、明るさのムラを解消することができる。

【００２２】また、この実施例の場合、図８に示した四
つの撮像素子の単位で縦及び横に拡張すれば、有効画素
数は無限に大きくすることができ、理論的に精細度を無
限に高めることが可能である。図１０の（ａ）は、前述
のように像面を１６分割して１６個の撮像素子の受光部
ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４，ｃ１〜ｃ４，ｄ１〜ｄ４を各
々配置した例を示し、この場合有効画素数は単一の撮像
素子を使用した場合に比べて１６倍となり、等価的に１
６倍の画素数の撮像素子を用いて撮影したのと同じ精細
度が得られる。また図１０の（ｂ）は、６４（横８×縦
８）個の撮像素子で構成した例を示している。

【００２３】ここで、図５の画像メモリ１４１，１４２
や画像合成回路３は、一般に使用されている公知のメモ
リ及びその制御技術を用いて容易に実現することができ
る。したがって、その詳細説明は省略する。また、上記
実施例よりさらに多くのビームスプリッタを使用し、各
結像面での被写体像の分割数を多くして、より精細度の
高い画像を得ることも可能である。また、分割数が２よ
り大きい場合の回路構成は、図５の回路において、撮像
ユニットＸｉ（ｉ＝１，２，……）とオーバラップ部読
出回路，比較回路及び係数回路を必要な数だけ増設して
やればよい。

【００２４】このように、現在業務用の多板式カメラ等
で用いられている結像光路をビームスプリッタにより複
数に分割することで、等価的な画素数を大幅に増加させ
ることができ、高画質の画像を得ることができる。しか
も、撮像素子を多数用いたにもかかわらず、各々の感度
のバラつきによる明るさのムラも防止することができる
。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被写体
からの撮像光を等しい光量で複数に分割して各々異なる
位置に被写体像を結像させ、各結像面で被写体像を複数
に分割した時に隣接しない分割位置に撮像素子の受光部
を他の結像面の少なくとも隣りの分割位置と一部オーバ
ラップするように配置し、そのオーバラップ部の出力を
比較して各撮像素子の感度を合わせながら各撮像素子か
らの画像情報を後で合成するようにしたので、高集積化
した撮像素子を用いることなく、一般の撮像素子で有効
画素数を増加させることができると同時に、各撮像素子
間の感度のバラつきを補正でき、明るさのムラをなくす
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例の主要構成図

【図２】　
　図１の各結像面の様子を示す説明図

【図３】　　図２
の画像情報を合成した様子を示す説明図

【図４】　　図
１の実施例で感度補正係数を求める様子を示す説明図

【図５】　　図１の構成の撮像装置の詳細な回路構成を
示すブロック図

【図６】　　図１の実施例で分割数を多くする例を示す
説明図

【図７】　　本発明の他の実施例の主要構成図

【図８】
　　図７の各結像面の様子を示す説明図

【図９】　　図
７の実施例で感度補正係数を求める様子を示す説明図

【図１０】　　図７の実施例で撮像素子を多くする例を
示す説明図

【符号の説明】

２　　ビームスプリッタ（分割手段） ３　　画像合成回路 ４　　クロック発生回路 １０１　　撮像素子 １０２　　撮像素子 １０３　　撮像素子 １０４　　撮像素子 １４１　　画像メモリ １４２　　画像メモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被写体からの撮像光を等しい光量で複
   数に分割して各々異なる位置に被写体像を結像させる分
   割手段と、各結像面で被写体像を複数に分割した時に隣
   接しない分割位置に受光部を他の結像面の少なくとも隣
   りの分割位置と一部オーバラップするように配置した複
   数の撮像素子と、各撮像素子からの情報を入力して被写
   体画像を合成する画像合成回路と、前記撮像素子のオー
   バラップ部の出力を比較して各撮像素子の感度を合わせ
   る補正回路とを備えたことを特徴とする撮像装置。