JPH0564044A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一般の撮像素子を用いて有効画素数を増加さ
せ、高画質の撮影画像を得るとともに、高度の製造技
術、回路技術を用いることなく、パッケージの大きな撮
像素子が使用できるようにする。 【構成】 レンズ１を通過した撮像光Ｌをビームスプリ
ッタ２により分割して複数の等光量のビームＬ１，Ｌ２
に分け、各々異なる位置の結像面３ａ，３ｂに結像させ
る。そして、各結像面３ａ，３ｂでの被写体像を複数に
分割した時に隣接しない分割位置に、平面上で分割され
た複数の受光部を有する撮像素子１００ａ，１００ｂの
受光部を配置し、各撮像素子１００ａ，１００ｂからの
画像情報を画像合成回路４で合成する。

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ＣＣ
Ｄ，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、有効画素数を増加させて画質を向上させることがで
き、しかも高度の製造技術および回路技術を必要とせ
ず、パッケージが大きい撮像素子であっても使用可能な
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、平面上で
分割された複数の受光部を有し前記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それらの受
光部が配置され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各々分割さ
れた受光部を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。

【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。１００ａ，１
００ｂは平面上で分割された複数の受光部Ａ１，Ａ２と
Ｂ１，Ｂ２を有し、上記被写体像の結像面３ａ，３ｂに
それらの受光部Ａ１，Ａ２とＢ１，Ｂ２を配置した複数
のＣＣＤ等の撮像素子で、各結像面３ａ，３ｂ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
割位置に各受光部Ａ１，Ａ２とＢ１，Ｂ２が位置してい
る。すなわち、各撮像素子１００ａ，１００ｂはパッケ
ージの中に封入されているので、各結像面３ａ，３ｂ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１００ａと１００ｂの受光部Ａ１，Ａ２とＢ１，Ｂ
２を配置している。４は各撮像素子１００ａ，１００ｂ
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）３
ａ，３ｂに到達する。これにより、各結像面３ａ，３ｂ
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３ａ，３ｂの様子を示したもので、（ａ）は結
像面３ａの様子、（ｂ）は結像面３ｂの様子をそれぞれ
示している。

【００１０】各結像面３ａ，３ｂ上で、被写体像は上述
のように四つに分割され、結像面３ａ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１００ａの受光部
Ａ１，Ａ２が位置し、結像面３ｂ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１００ｂの受光
部Ｂ１，Ｂ２が位置している。そして、各撮像素子１０
０ａ，１００ｂで光電変換された画像情報は画像合成回
路４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３ａ，３ｂ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、図２の（ａ）および（ｂ）の受光
部Ａ１，Ａ２とＢ１，Ｂ２の配置を実現するに当たっ
て、撮像素子のパッケージが十分小さければ各受光部Ａ
１，Ａ２、Ｂ１，Ｂ２を個別の撮像素子で構成すること
が可能である。しかし、撮像素子のパッケージの大きさ
が大き過ぎる場合には、個別の撮像素子を用いて上記の
ように受光部Ａ１，Ａ２、Ｂ１，Ｂ２を配置することは
互いにぶつかってしまうので不可能である。

【００１３】そこで、本実施例では例えば、結像面３ａ
に対しては図４の（ａ）の実線に示すように、受光部が
４分割のうちの３つ分に相当する大きさの撮像素子１０
０ａを設けて、そのうち斜線で示した２つの部分に受光
部Ａ１，Ａ２を設定している。また、結像面３ｂに対し
ては図４の（ｂ）の実線に示すように、受光部が４分割
のうちの３つ分に相当する大きさの撮像素子１００ｂを
設けて、そのうち斜線で示した２つの部分に受光部Ｂ
１，Ｂ２を設定している。また、上記の受光部Ａ１，Ａ
２、Ｂ１，Ｂ２の大きさは現在普及している一般的な撮
像素子のイメージサイズ（例えば１／２”相当サイズ）
に設定している。こうすることにより、現在普及してい
る撮像素子の製造設備（フォトマスク等も含めて）をそ
のまま使用でき、しかも高い歩留まりで（プロセスなど
が安定しているため）図４の（ａ），（ｂ）の撮像素子
チップを製造することができ、高度の製造技術および回
路技術を必要としない。

【００１４】さらに、上記撮像素子チップの製造装置に
おける位置決め制度は極めて高いため、各受光部Ａ１，
Ａ２およびＢ１，Ｂ２の受光位置の相対位置も極めて高
い精度で設定することができる。したがって、各受光部
の（倒れ方向を含む）位置合わせとして、受光部Ａ１と
Ａ２および受光部Ｂ１とＢ２の間の位置合わせは無調整
であり、各撮像素子チップの位置だけを調整すればよ
い。これは、環境，経時を含む受光位置制度の安定性か
らも極めて好ましいことであり、またパッケージが大き
い撮像素子チップであっても使用可能である。

【００１５】図５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５では撮像光学系のみを示している。図５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３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄにそれぞれ等光量のビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を
送り、各結像面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに同じ大きさ及
び明るさの複写体像を結像させている。そして、各結像
面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ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図１の撮像素子１００
ａ，１００ｂと同様の撮像素子（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。

【００１６】ここで、図５の実施例の場合、各結像面３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄでの被写体像は図６に示すように
１６（横４×縦４）分割しており、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している。す
なわち、図６の（ａ）に示す結像面３ａでは、１番目の
位置に受光部Ａ１、３番目の位置に受光部Ａ２、９番目
の位置に受光部Ａ３、１１番目の位置に受光部Ａ４をそ
れぞれ配置し、図６の（ｂ）に示す結像面３ｂでは、２
番目の位置に受光部Ｂ１、４番目の位置に受光部Ｂ２、
１０番目の位置に受光部Ｂ３、１２番目の位置に受光部
Ｂ４をそれぞれ配置している。また、図６の（ｃ）に示
す結像面３ｃでは、５番目の位置に受光部Ｃ１、７番目
の位置に受光部Ｃ２、１３番目の位置に受光部Ｃ３、１
５番目の位置に受光部Ｃ４をそれぞれ配置し、図６の
（ｄ）に示す結像面３ｄでは、６番目の位置に受光部Ｄ
１、８番目の位置に受光部Ｄ２、１４番目の位置に受光
部Ｄ３、１６番目の位置に受光部Ｄ４をそれぞれ配置し
ている。

【００１７】上記のような各結像面３ａ，３ｂ，３ｃ，
３ｄにおける撮像素子の配置状態で、各々の１６の受光
部Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４で
バラバラに撮影された被写体の画像情報は、上述のよう
に画像合成回路により合成される。図７はその画像情報
を合成した様子を示したもので、各受光部の被写体像に
対する寄与の状態が示されている。この実施例の場合、
各結像面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄでの有効画素数は単一
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１６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、図１の実施例の場合よりさらに高画
質の画像が得られる。

【００１８】ここで、図１の実施例と同様、図６の
（ａ）〜（ｄ）を実現するに当たって、撮像素子のパッ
ケージが十分小さければ１６個の受光部Ａ１〜Ａ４，Ｂ
１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４を個別の撮像素子で
構成することが可能であるが、撮像素子のパッケージの
大きさが大きすぎる場合には、個別の撮像素子を用いて
上記のような受光部の配置を得ることは同様に不可能で
ある。

【００１９】そこで、図１の実施例と同様、例えば結像
面３ａに対しては図８の（ａ）の実線に示すように、受
光部が１６分割のうちの９つ分に相当する大きさの撮像
素子チップａを設けて、そのうち斜線で示した４つの部
分に受光部Ａ１〜Ａ４を設定する。また、結像面３ｂに
対しては図８の（ｂ）の実線に示すように、受光部１６
分割のうちの９つ分に相当する大きさの撮像素子チップ
ｂを設けて、そのうち斜線で示した４つの部分に受光部
Ｂ１〜Ｂ４を設定する。また、結像面３ｃに対しては図
８（ｃ）の実線に示すように、受光部１６分割のうちの
９つ分に相当する大きさの撮像素子チップｃを設けて、
そのうち斜線で示した４つの部分に受光部Ｃ１〜Ｃ４を
設定する。同様に、結像面３ｄに対しては図８の（ｄ）
の実線に示すように、受光部が１６分割のうちの９分に
相当する大きさの撮像素子チップｄを設けて、そのうち
斜線で示した４つの部分に受光部Ｄ１〜Ｄ４を設定す
る。

【００２０】また、図１の実施例と同様、各受光部Ａ１
〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４の大きさ
は現在普及している撮像素子のイメージサイズ（例えば
１／２”相当サイズ）に設定する。こうすることによ
り、現在普及している撮像素子の製造設備（フォトマス
ク等も含めて）をそのまま使用でき、しかも高い歩留ま
りで（プロセス等が安定しているため）図８の（ａ）〜
（ｄ）の撮像素子チップａ〜ｄを製造することかでき
る。

【００２１】さらに、撮像素子チップａ〜ｄの製造装置
における位置決め制度が極めて高いため、各受光部Ａ１
〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４の受光位
置の相対位置も極めて高い精度で設定できる。したがっ
て、各受光部の（倒れ方向を含む）位置合わせとして、
受光部Ａ１〜Ａ４とＢ１〜Ｂ４とＣ１〜Ｃ４とＤ１〜Ｄ
４の間の位置合わせは無調整であり、各撮像素子チップ
ａ，ｂ，ｃ，ｄの位置だけを調整すれば良い。これは、
環境・経時を含む受光位置制度の安定性からも極めて好
ましい。

【００２２】図９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。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１０１
を駆動するためのドライバ、１２１は撮像素子１０１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Ｘ
１と同構成の撮像ユニットＸ２，Ｘ３，Ｘ４が設けられ
ている。すなわち、各撮像ユニットＸ２，Ｘ３，Ｘ４に
は撮像ユニットＸ１と同様、図１に示した撮像素子１０
２，１０３，１０４、ドライバ１１２，１１３，１１
４、Ｓ／Ｈ回路１２２，１２３，１２４、Ａ／Ｄ変換器
１３２，１３３，１３４及び画像メモリ１４２，１４
３，１４４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〜Ｘ４のドライバ１１１〜１１４、Ｓ／
Ｈ回路１２１〜１２４、Ａ／Ｄ変換器１３１〜１３４及
び画像メモリ１４１〜１４４の作動タイミングが制御さ
れ、撮像素子１００ａ，１００ｂの駆動も制御される。
また、画像合成回路４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。

【００２３】上記各撮像ユニットＸ１〜Ｘ４の各撮像素
子１００ａ，１００ｂは、図２及び図３に示した各々の
受光部Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を有しており、前述のよ
うに４分割された被写体の画像情報が各々画像メモリ１
４１〜１４４に格納される。この画像メモリ１４１〜１
４４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４に入力され
る。そして、この画像合成回路４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。

【００２４】また、図５の構成の撮像装置の回路構成
は、上記図９に示した撮像ユニットを１６個設けること
により実現でき、各撮像ユニットからの画像情報を画像
合成回路に入力して全体の被写体画像を形成するように
すればよい。

【００２５】ここで、上述の画像メモリ１４１〜１４４
や画像合成回路４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。

【００２６】なお、図１の実施例において、図１０に示
す２個の撮像素子単位で横に並べれば、撮像素子の横方
向の実効画素数は無限に大きくすることができ、理論的
に横方向に対して精細度を無限に良くできる。例えば、
図１１の（ａ），（ｂ）は８個の撮像素子で構成した例
を示し、図１２にその画像情報を合成した様子を示す。
この例においても図１１の（ａ），（ｂ）の各斜線部を
個別の撮像素子で構成しようとした時にぶつかり合いが
生じて配置できない場合がある。この場合、図１３の
（ａ），（ｂ）に示すように各々一つの撮像素子チップ
の上に斜線に示す如く受光部を間引きして配置すれば、
相対位置および平面度ともまったく問題のない撮像素子
チップを構成できる。同様に、図１０〜図１３の配置関
係を９０°回転させれば、縦方向に対しても全く同様に
実効画素数を多くすることができる。

【００２７】また、図５の実施例においても、図１４に
示す４個の撮像素子単位で縦，横に並べれば、撮像素子
の実効画素数は無限に大きくすることができ、理論的に
精細度を無限に良くできる。例えば、図１５の（ａ）〜
（ｄ）は８×８＝６４個の撮像素子で構成した例を示
し、図１６にその画像情報を合成した様子を示す。この
例においても、図１５の（ａ）〜（ｄ）の各斜線部を個
別の撮像素子で構成しようとした時にぶつかり合いが生
じて配置できない場合は、図１７の（ａ）〜（ｄ）に示
すように、各々一つの撮像素子チップの上に斜線に示す
如く受光部を間引きして配置すれば、同様に相対位置お
よび平面度ともまったく問題のない撮像素子チップを構
成できる。

【００２８】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。ちな
みに、現在家庭用のビデオカメラに使用されている４０
万画素の撮像素子を本発明に適用すると、図１の実施例
では１６０万画素、図５の実施例では６４０万画素に達
し、さらに像サイズを大きくすれば無限に実効画素数を
多くすることが可能である。

【００２９】しかも、各結像面を現在技術的には十分に
確立された普及品撮像素子大の受光部を間引きして配置
した１枚の撮像素子チップで形成できるため、普及品撮
像素子の製造装置（フォトマスク含む）や工程が共用で
きるとともに、受光部の相対位置制度や平面度等の点で
も極めて高性能のものが高い歩留まりで製造できる。ま
た、各撮像素子チップ（複数受光部付き）１枚を各結像
面に配置するため、各受光部を個別の撮像素子チップで
構成するよりずっと高精度，高安定に撮像素子チップ
（受光部）の位置決めができる。

【００３０】また、本発明の装置の作動周波数は現在ホ
ームビデオカメラで使用されている程度のもので間に合
い、ハイビジョン等で要求されるほどの高周波は必要な
いため、従来使用されてきた回路部品，技術で容易に実
現できる。

【００３１】

【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、平面上で分割さ
れた複数の受光部を有する撮像素子の受光部を配置し、
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画質を向上させることが
でき、しかも高度の製造技術および回路技術を必要とせ
ず、パッケージが大きい撮像素子であっても使用するこ
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の各結像面における受光部の設定例を示
す説明図

【図５】 本発明の他の実施例の主要構成図

【図６】 図５の各結像面の様子を示す説明図

【図７】 図６の画像情報を合成した様子を示す説明図

【図８】 図５の各結像面における受光部の設定例を示
す説明図

【図９】 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１０】 図１の実施例で撮像素子を多くする場合の
基本単位を示す説明図

【図１１】 図１の実施例で撮像素子を多くする例を示
す説明図

【図１２】 図１１の画像情報を合成した様子を示す説
明図

【図１３】 図１１の構成における撮像素子の受光部の
設定例を示す説明図

【図１４】 図５の実施例で撮像素子を多くする場合の
基本単位を示す説明図

【図１５】 図５の実施例で撮像素子を多くする例を示
す説明図

【図１６】 図１５の画像情報を合成した様子を示す説
明図

【図１７】 図１５の構成における撮像素子の受光部の
設定例を示す説明図

【符号の説明】

２ ビームスプリッタ（分割手段） ４ 画像合成回路 ５ 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 １４３ 画像メモリ １４４ 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、平面上で分割された複数の受光部を有し前記各
   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
   位置にそれらの受光部が配置され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
   画像合成回路とを備えたことを特徴とする撮像装置。