JPH05207485A

JPH05207485A - 多板式カラー撮像装置

Info

Publication number: JPH05207485A
Application number: JP4013908A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Takemura; 裕夫竹村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、光学像の色収差を補正して複数の
固体撮像素子に結像される光学像を全画面に亘って正確
に精度よく一致させることができ、高解像度で鮮明な画
像を得ることができる多板式カラー撮像装置を提供する
ことを目的としている。【構成】被写体の光学像を複数の色成分に分解する色分
解光学系１２と、この色分解光学系１２で分解された複
数の光学像がそれぞれ結像されて該光学像に対応する電
気信号を出力する複数の固体撮像素子１３〜１５と、こ
の複数の固体撮像素子１３〜１５から得られる各出力信
号に基づいてカラー映像信号を生成する信号処理手段１
９とを有する多板式カラー撮像装置において、複数の固
体撮像素子１３〜１５の画素ピッチをそれぞれ異ならせ
るように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、入射された光学像を
色成分に分解してそれぞれを別個の固体撮像素子上に結
像させる多板式カラー撮像装置に係り、特にその光学像
の色収差を補正して高解像度で鮮明な画像が得られるよ
うにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ＣＣＤ（チャージ・カッ
プルド・デバイス）を始めとする固体撮像素子を用いた
カラー撮像装置として、近時では、ＣＣＤを２つまたは
３つ用いた２板式または３板式と称されるカラーカメラ
が出現している。この種のカラーカメラは、撮像レンズ
の後段に色分解用のダイクロイックプリズムを設置し、
撮像レンズで得られた光学像を２色または３色の色成分
に分解するようにしたもので、色成分に分解された各光
学像をそれぞれ別々のＣＣＤに結像させて各成分別の色
信号を並列に取り出し、それらに電子回路で必要な処理
を施して標準のカラー信号を得るようにしたものであ
る。そして、このような多板式のカラーカメラは、解像
度や色再現もよいので放送用等の高性能が要求される用
途に広く用いられている。

【０００３】ところで、上記のような多板式カラーカメ
ラでは、比較的高性能の画像が得られているが、最近で
は、ハイビジョン方式のようにはるかに高性能の画像が
必要となるＨＤＴＶカメラの実用化が要望されている。
そして、このＨＤＴＶカメラでは、従来の標準カラーカ
メラに比べて数倍の情報量が必要であり、このために
は、複数の固体撮像素子に結像される光学像を全画面に
亘って正確に精度よく一致させる必要が生じる。

【０００４】しかしながら、例えば２／３インチ１３０
万画素ＣＣＤでは、１画素の大きさは垂直方向が５．２
μｍで水平方向が７．６μｍとなり、光学像の位置合わ
せのためには、固体撮像素子を１画素の１／１０程度つ
まりサブミクロンオーダーの精度で微動させて合わせる
ことが必要となる。ところが、このオーダーになると光
学像の色収差が問題となり、複数の固体撮像素子に結像
される光学像を、画面の中心から周辺に至るまで正確に
一致させることができなくなるという問題が生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
多板式カラー撮像装置では、非常に高性能の画像を得よ
うとした場合、光学像の色収差により複数の固体撮像素
子に結像される光学像を全画面に亘って正確に精度よく
一致させることができなくなるという問題を有してい
る。

【０００６】そこで、この発明は上記事情を考慮してな
されたもので、光学像の色収差を補正して複数の固体撮
像素子に結像される光学像を全画面に亘って正確に精度
よく一致させることができ、高解像度で鮮明な画像を得
ることができる極めて良好な多板式カラー撮像装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る多板式カ
ラー撮像装置は、被写体の光学像を複数の色成分に分解
する色分解手段と、この色分解手段で分解された複数の
光学像がそれぞれ結像されて該光学像に対応する電気信
号を出力する複数の固体撮像素子と、この複数の固体撮
像素子から得られる各出力信号に基づいてカラー映像信
号を生成する信号処理手段とを有するものにおいて、複
数の固体撮像素子の画素ピッチをそれぞれ異ならせるよ
うに構成したものである。

【０００８】

【作用】上記のような構成によれば、光学像の収差を固
体撮像素子で補正するようにしたので、複数の固体撮像
素子に結像される光学像を全画面に亘って正確に精度よ
く一致させることができ、高解像度で鮮明な画像を得る
ことができるようになるものである。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して詳細に説明する。図１において、撮影された被写
体の光学像は、撮像レンズ１１を介して色分解光学系１
２に供給される。この色分解光学系１２はダイクロイッ
クプリズムとも称されるもので、干渉膜を多層に蒸着し
てなる多層干渉膜が形成された複数の反射面を有してい
る。そして、この色分解光学系１２に入射された光学像
は、各反射面で特定の色の光のみが選択的に反射され
て、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３種類の色成分に
分解され、それぞれ別々のＲ，Ｇ，Ｂ画像用ＣＣＤ１
３，１４，１５の感光面上に結像される。

【００１０】これらＲ，Ｇ，Ｂ画像用ＣＣＤ１３，１
４，１５は、それぞれ光電変換機能と走査機能とを有
し、結像された光学像に対応した電気信号を出力する。
そして、各ＣＣＤ１３，１４，１５から出力される電気
信号は、それぞれ前置増幅回路１６，１７，１８で増幅
された後、信号処理回路１９に供給されてクランプ，ガ
ンマ及びマトリックス等のプロセス処理が施されること
により輝度信号Ｙや色差信号Ｐｒ，Ｐｂが生成され、出
力端子２０，２１，２２から取り出される。

【００１１】ここで、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、
それぞれ上記Ｒ，Ｇ，Ｂ画像用ＣＣＤ１３，１４，１５
の感光面の形状を概略的に示している。実際には各Ｒ，
Ｇ，Ｂ画像用ＣＣＤ１３，１４，１５は、それぞれ垂直
方向に１０３５画素で水平方向に１２５７画素の合計約
１３０万画素が配列されているものであるが、ここでは
簡単のために、垂直方向に６画素で水平方向に１０画素
の例で示している。そして、画素サイズは、図２（ｂ）
に示すＧ画像用ＣＣＤ１４が標準サイズで形成されてお
り、垂直方向に５．２μｍで水平方向に７．６μｍで感
光面の全面積は５．３８ｍｍ×９．５５ｍｍとなってい
る。

【００１２】一方、Ｒ画像用ＣＣＤ１３は、図２（ａ）
に示すように、画素サイズが標準サイズよりもやや大き
く形成されている。すなわち、画素ピッチは、Ｇ画像用
ＣＣＤ１４よりも２％大きく、垂直方向に５．３μｍで
水平方向に７．７５μｍで感光面の全面積は５．４９ｍ
ｍ×９．７４ｍｍとなっている。また、Ｂ画像用ＣＣＤ
１５は、図２（ｃ）に示すように、画素サイズが標準サ
イズよりもやや小さく形成されている。すなわち、画素
ピッチは、Ｇ画像用ＣＣＤ１４よりも２％小さく、垂直
方向に５．１μｍで水平方向に７．４５μｍで感光面の
全面積は５．２８ｍｍ×９．３６ｍｍとなっている。

【００１３】実際に色分解光学系１２から得られるＲ，
Ｇ，Ｂ成分の各光学像の大きさも、上述したＲ，Ｇ，Ｂ
画像用ＣＣＤ１３，１４，１５の各感光面の大きさと同
様に変化しているので、このようなＲ，Ｇ，Ｂ画像用Ｃ
ＣＤ１３，１４，１５を組み込むことによって、光学像
の色収差を補正することができ、Ｒ，Ｇ，Ｂ画像用ＣＣ
Ｄ１３，１４，１５に結像される光学像を全画面に亘っ
て正確に精度よく一致させ高解像度で鮮明な画像を得る
ことができる。

【００１４】すなわち、従来のように、いずれも等しい
面積の感光面を有するＣＣＤを用いたのでは、色分解光
学系１２から得られるＲ，Ｇ，Ｂ成分の各光学像の大き
さが違っていた場合、補正や修正することが不可能であ
ったが、上記実施例によれば、光学像の大きさ（歪み）
にＣＣＤ１３〜１５の感光面面積を一致させるようにし
ているので、画面の中心部分から周辺部分に至るまでの
広範囲に亘って光学像とＣＣＤ感光面とを正確に一致さ
せることが可能になる。このため、画面のどの部分でも
解像度がよく鮮明な画像を得ることができる。

【００１５】また、色分解光学系１２から得られるＲ，
Ｇ，Ｂ成分の各光学像は、上述したように大きさが変わ
るだけでなく、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、長波長のＲ画像が逆樽型、Ｇ画像が正常、短波長の
Ｂ画像が樽型に歪むこともある。この場合、実際には、
Ｒ画像だけが幾分逆樽型になったり、Ｂ画像だけが樽型
に変形することもある。

【００１６】このような場合には、色分解光学系１２か
ら得られるＲ，Ｇ，Ｂ成分の各光学像を結像させる各Ｃ
ＣＤ１３〜１５としても、上記のようにその画素ピッチ
を変えるというだけではなく、ピッチを徐々に変化させ
ることが必要になる。すなわち、光学像の歪みはピッチ
ずれだけで補正するのでは不十分であり、樽型または逆
樽型になるように２次元で徐々に位置を変化させていく
必要がある。

【００１７】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、色分解光
学系１２から得られるＲ，Ｇ，Ｂ成分の各光学像が、そ
れぞれ図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように歪んだ
場合に対応させて、画素ピッチを徐々に変化させたＲ，
Ｇ，Ｂ画像用ＣＣＤ１３，１４，１５を示している。

【００１８】すなわち、長波長のＲ画像用には、図４
（ａ）に示すように中心から周辺に向かって徐々に画素
ピッチが大きくなるように配列された逆樽型配置のＣＣ
Ｄが使用され、Ｇ画像用には、図４（ｂ）に示すように
正常配置のＣＣＤが使用され、短波長のＢ画像用には、
図４（ｃ）に示すように中心から周辺に向かって徐々に
画素ピッチが小さくなるように配列された樽型配置のＣ
ＣＤが使用される。このような構成によれば、光学像の
歪みを中心から周辺に至るまで完全に補正することがで
きより一層効果的である。

【００１９】ところで、上記実施例の説明では、３個の
ＣＣＤ１３〜１５を使用する３板式のカラーカメラにお
いてＣＣＤ１３〜１５を３個とも変化させるようにした
が、実際にはＢ画像については収差も比較的小さく、ま
た、視覚的にも目立ちにくいので、Ｒ画像用ＣＣＤ１３
だけを図４（ａ）に示したような特別な画素配置として
もよい。

【００２０】ＣＣＤは大量生産で作られるのであまり品
種を増やすことは好ましくない。Ｒ画像用ＣＣＤ１３の
みをＧ画像用及びＢ画像用ＣＣＤ１４，１５と異なるよ
うにすれば、ＣＣＤの品種をそれほど増やすことなし
に、この発明を実施することが可能になる。

【００２１】また、この発明は３板式のカラーカメラだ
けでなく、例えば２板式や４板式のカラーカメラにも適
用することができる。すなわち、２板式のカラーカメラ
は、図５に示すように、撮像レンズ２３を通過した光を
色分解光学系２４によりＧ成分及びＲ，Ｂ成分の２つに
分解し、それぞれの光学像をＧ画像用ＣＣＤ２５及びＲ
Ｂ画像用ＣＣＤ２６に結像させるようにしている。

【００２２】そして、Ｇ画像用ＣＣＤ２５の出力は、前
置増幅回路２７で増幅されてＧ信号として出力端子２８
から取り出される。また、ＲＢ画像用ＣＣＤ２６上には
色ストライプフィルタが形成されており、その出力は、
前置増幅回路２９で増幅された後、色分離回路３０でＲ
信号とＢ信号とに分離され、それぞれ出力端子３１，３
２から取り出される。

【００２３】ここで、前述したようにＢ画像については
収差が小さく視覚的に目立ちにくいので、Ｒ成分の光学
像に合致するようにＲＢ画像用ＣＣＤ２６の画素配置を
変化させるようにすればよい。

【００２４】また、４板式のカラーカメラは、図６に示
すように、撮像レンズ３３を通過した光を色分解光学系
３４によりＲ成分，Ｂ成分及び２つのＧ成分に分解し、
それぞれの光学像をＲ画像用ＣＣＤ３５，Ｂ画像用ＣＣ
Ｄ３６，Ｇ１画像用ＣＣＤ３７及びＧ２画像用ＣＣＤ３
８に結像させるようにしている。

【００２５】そして、Ｒ画像用ＣＣＤ３５及びＢ画像用
ＣＣＤ３６の各出力は、それぞれ前置増幅回路３９，４
０で増幅されてＲ信号及びＢ信号として出力端子４１，
４２から取り出される。また、Ｇ１画像用ＣＣＤ３７及
びＧ２画像用ＣＣＤ３８の各出力は、それぞれ前置増幅
回路４３，４４で増幅された後、加算回路４５で加算さ
れＧ信号として出力端子４６から取り出される。

【００２６】この４板式のカラーカメラは、Ｇ１画像用
ＣＣＤ３７及びＧ２画像用ＣＣＤ３８を水平方向に１／
２画素ピッチずらせて配置しており、水平方向の画素数
を実質的に２倍に増加し、画像の水平解像度を向上させ
ている。つまり、Ｇ１画像用ＣＣＤ３７及びＧ２画像用
ＣＣＤ３８は、水平画素数が比較的少なくても実用上は
解像度のよい鮮明な画像が得られるという利点がある。

【００２７】そして、この場合にも、Ｇ１画像用ＣＣＤ
３７及びＧ２画像用ＣＣＤ３８に比して、Ｒ画像用ＣＣ
Ｄ３５及びＢ画像用ＣＣＤ３６の画素サイズを変化させ
るようにすればよい。

【００２８】上述した実施例によれば、光学像の収差を
ＣＣＤで吸収して色分解光学系から得られる複数の光学
像を正確に一致させた状態で電気信号として取り出すこ
とができるので、画像ずれのない鮮明な画像が得られ高
解像度のカラーカメラを実現することができる。特にＨ
ＤＴＶカメラのように高精細な画像が必要なカラーカメ
ラで一層効果が期待できる。

【００２９】また、従来は、光学像の収差を極力小さく
追い込むように撮像レンズや色分解光学系等の設計に苦
心し、レンズ枚数の増加による大型化や重量の増加が避
けられなかったが、この発明によれば、同一性能を得る
ために光学系の負担が軽減されるのでカメラ全体の小型
軽量化が達成できる。

【００３０】さらに、従来は、画像の中心部分は解像度
のよい鮮明な画像が得られても、周辺部分ではぼやけた
画像となって著しく見苦しい画面になりがちであった
が、この発明によれば、画面の中央から周辺まで均一に
解像度の高い鮮明な画像を得ることが可能となる。ま
た、色の滲みも改善され色調のよい画像が得られること
にもなる。

【００３１】ここで、上記の実施例では、Ｇ画像用ＣＣ
Ｄでは画素配置が等間隔であるように説明してきたが、
Ｇ画像用でもピッチを変化させたほうがよい場合もあ
る。例えば最近のＣＣＤではその表面にマイクロレンズ
が設けられている場合がある。この場合には、周辺にい
くにしたがって結像位置が外側にずれていく傾向にある
ので、Ｇ画像用ＣＣＤでも予め若干逆樽型の形状にして
おくとよい。なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
光学像の色収差を補正して複数の固体撮像素子に結像さ
れる光学像を全画面に亘って正確に精度よく一致させる
ことができ、高解像度で鮮明な画像を得ることができる
極めて良好な多板式カラー撮像装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る多板式カラー撮像装置の一実施
例を示すブロック構成図。

【図２】同実施例の要部を説明するために示す図。

【図３】光学像の歪みを説明するために示す図。

【図４】同実施例の変形例を説明するために示す図。

【図５】この発明が適用される２板式のカラーカメラを
示すブロック構成図。

【図６】この発明が適用される４板式のカラーカメラを
示すブロック構成図。

【符号の説明】

１１…撮像レンズ、１２…色分解光学系、１３…Ｒ画像
用ＣＣＤ、１４…Ｇ画像用ＣＣＤ、１５…Ｂ画像用ＣＣ
Ｄ、１６〜１８…前置増幅回路、１９…信号処理回路、
２０〜２２…出力端子、２３…撮像レンズ、２４…色分
解光学系、２５…Ｇ画像用ＣＣＤ、２６…ＲＢ画像用Ｃ
ＣＤ、２７…前置増幅回路、２８…出力端子、２９…前
置増幅回路、３０…色分離回路、３１，３２…出力端
子、３３…撮像レンズ、３４…色分解光学系、３５…Ｒ
画像用ＣＣＤ、３６…Ｂ画像用ＣＣＤ、３７…Ｇ１画像
用ＣＣＤ、３８…Ｇ２画像用ＣＣＤ、３９，４０…前置
増幅回路、４１，４２…出力端子、４３，４４…前置増
幅回路、４５…加算回路、４６…出力端子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の光学像を複数の色成分に分解す
る色分解手段と、この色分解手段で分解された複数の光
学像がそれぞれ結像されて該光学像に対応する電気信号
を出力する複数の固体撮像素子と、この複数の固体撮像
素子から得られる各出力信号に基づいてカラー映像信号
を生成する信号処理手段とを有する多板式カラー撮像装
置において、前記複数の固体撮像素子の画素ピッチをそ
れぞれ異ならせるように構成してなることを特徴とする
多板式カラー撮像装置。
【請求項２】前記複数の固体撮像素子の画素ピッチ
は、前記色分解手段から得られる各光学像の歪みに対応
させて変化させることを特徴とする請求項１記載の多板
式カラー撮像装置。
【請求項３】前記複数の固体撮像素子は、それぞれの
感光面の面積が異なることを特徴とする請求項１記載の
多板式カラー撮像装置。