JPH06319143A - レジストレーション補正機構を備えた面順次カラーカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像素子を用いたカメラでもレジストレ
ーションエラーを補正可能にし、回転カラーフィルタの
軸受けに対する要求精度を低下させる。 【構成】 被写体のカラー画像を面順次方式によって撮
像するレジストレーション補正機構を備えた面順次カラ
ーカメラにおいて、撮影レンズ（１３）を介して結像さ
れる被写体の光学像を時系列信号に変換する２次元固体
撮像素子（１５）と、該２次元固体撮像素子（１５）と
撮影レンズ（１３）との間に配置された色分解用の回転
カラーフィルタ（１７）と、前記２次元固体撮像素子
（１５）を微小変位させるための変位機構（２１，２
３）と、該変位機構（２１，２３）を制御する変位制御
手段（７）を具備し、回転カラーフィルタの（１７）の
回転に伴なう光学像の変位に応じて前記２次元固体撮像
素子（１５）を変位させることによってカラー画像のレ
ジストレーション補正を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レジストレーション補
正機構を備えた面順次カラーカメラに関し、特に回転カ
ラーフィルタの回転に伴なう光学像の変位に応じて固体
撮像素子を変位させることによってカラー画像のレジス
トレーション補正を行なう技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】面順次カラーカメラにおいては、例えば
図４に示すように、３原色の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の内のそ
れぞれの光を通過させる部分を備えた回転カラーフィル
タ１を回転させ、この回転カラーフィルタ１を介して撮
像素子３によって各色に対応する画像を順次取込んだ後
合成してカラー画像信号を得る。このような回転カラー
フィルタを用いた面順次カラーカメラでは、回転軸５と
カラーフィルタ１との取付け角度の精度や回転軸の振れ
精度により、カラーフィルタの回転に従って光学像が結
像面上で変位する現象がある。このような現象のため、
撮像画像の色ずれ、すなわちレジストレーションのず
れ、を生じる。

【０００３】従来、このような回転カラーフィルタを用
いた面順次カラーカメラにおいては、撮像素子として撮
像管を使用するものでは、撮像管の偏向電極に回転カラ
ーフィルタの回転に応じて各色ごとに補正信号を加える
ことで撮像エリアを変位させ、レジストレーションのず
れの補正、すなわちレジストレーション補正を行なって
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、固体撮像素
子を用いた面順次カラーカメラでは、撮影レンズと撮像
エリアの位置が固定されるため、回転カラーフィルタの
回転に伴なう光学像の変位を前述のような補正信号によ
って補正することができないという不都合がある。この
点につき図面を参照して以下に詳細に説明する。

【０００５】図５に示すように、回転カラーフィルタ１
と光軸７とが垂直な関係にある場合には、光軸７は回転
カラーフィルタ１を直進し、撮像素子３の結像面上での
光学像の変位は発生しない。

【０００６】ところが、図６に示すように、例えば、回
転カラーフィルタ１が回転軸５に対して垂直に取付けら
れていないような場合には、回転カラーフィルタ１は光
軸７と垂直にならず、かつ回転カラーフィルタ１と光軸
７との角度は回転カラーフィルタ１の回転に応じて変動
する。回転カラーフィルタ１が光軸７と垂直でない場合
は、入射光は回転カラーフィルタ１によって元の光軸か
らずれることになり、撮像素子３の結像面上の光学像は
回転カラーフィルタの回転に従って変位することにな
る。

【０００７】すなわち、図７の（ａ）に示すように、光
軸７と回転カラーフィルタ１との角度ｄが９０度より大
きくなると、光軸７は回転カラーフィルタ１を通過する
と元の光軸（点線で示す）から７ａで示すように図面の
左側にオフセットする。これに対し、図７の（ｂ）に示
すように、光軸７と回転カラーフィルタ１とのなす角度
ｄが９０度より小さくなると光軸７は回転カラーフィル
タ１を通過することにより元の光軸から右側にオフセッ
トすることになる。

【０００８】図８は、被写体のある一点ａが図示しない
撮影レンズによって結像される撮像面上の様子を示す。
すなわち、回転カラーフィルタ１と光軸７とが垂直な場
合、被写体のある一点ａが撮像面上の位置ａ（０）に結
像されるものとし、この結像位置ａ（０）を原点にとっ
た２次元平面を考える。この場合、回転カラーフィルタ
１と光軸７とが垂直でなければ、回転カラーフィルタ１
の回転に従って、被写体のある一点ａの光学像ａ（ｄ）
は例えば前記光学像ａ（０）を中心として（Ｋｃｏｓ
θ，Ｋｓｉｎθ）で示される円上を変位する。なお、こ
こでＫは取付角度ｄ、カラーフィルタの厚さｔ、カラー
フィルタの屈折率ｎ、波長λによって算出される光学像
変位の振幅である。

【０００９】このような光学像変位の影響は、特に固体
撮像素子を使用したカラーカメラにおいて大きくなる。
図９に示すように、固体撮像素子は光学像を間欠的に配
置された画素９によって標本化するため、光学像の変位
の軌跡１１が２画素以上にまたがる場合には大きなレジ
ストレーションエラーを発生することになる。特に、撮
像エリアが小さな撮像素子では、画素間の距離Ｔが小さ
くなり、各画素が接近するため、光学像変位の影響は相
対的に非常に大きなものとなる。

【００１０】従って、本発明の目的は、上記問題点に鑑
み、固体撮像素子を用いた面順次カラーカメラにおいて
も光学像の変位によるレジストレーションずれを適切に
補正できるようにするとともに、回転カラーフィルタの
軸受けに対する要求精度を低下させ、低価格かつ高性能
の面順次カラーカメラの実現を可能とすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、被写体のカラー画像を面順次方式によ
って撮像するレジストレーション補正機構を備えた面順
次カラーカメラにおいて、撮影レンズを介して結像され
る被写体の光学像を時系列信号に変換する２次元固体撮
像素子と、該２次元固体撮像素子および前記撮影レンズ
の間に配置された色分解用の回転カラーフィルタと、前
記２次元固体撮像素子を微小変位させるための変位機構
と、前記回転カラーフィルタの回転に伴なう光学像の変
位に応じて前記２次元固体撮像素子を変位させるよう前
記変位機構を制御するための変位制御手段とを設ける。

【００１２】前記変位制御手段は回転カラーフィルタの
回転周期と同じ周期で前記２次元固体撮像素子を変位さ
せると好都合である。

【００１３】前記変位機構は前記２次元固体撮像素子を
互いに異なる方向、例えば互いに直交する方向、に沿っ
て変位させる２個の駆動装置を備え、これらの駆動装置
には互いに、例えば９０度、位相の異なる駆動信号が印
加されるようにすることができる。

【００１４】また、前記２次元固体撮像素子の動作タイ
ミングと同期して回転カラーフィルタを回転させかつ前
記２次元固体撮像素子を変位させると好都合である。

【００１５】また、前記回転カラーフィルタの回転を検
出するために回転センサを設け、この回転センサからの
回転検出信号に基づき２次元固体撮像素子を変位させる
と好都合である。

【００１６】

【作用】上記構成においては、撮影レンズおよび色分解
用の回転カラーフィルタを介して被写体の光学像が前記
２次元固体撮像素子の撮像面上に結像される。そして、
回転カラーフィルタが回転するに伴ない被写体の光学像
が前記２次元固体撮像素子の撮像面上で変位する。しか
しながら、前記２次元固体撮像素子は前記変位機構およ
び変位制御手段によって前記光学像の変位に対応して変
位するよう制御される。このため、回転カラーフィルタ
の回転に伴ない光学像が変位しても２次元固体撮像素子
も同様に変位するため、被写体画像は２次元固体撮像素
子の撮像面に対し常に一定の位置に結像される。従っ
て、面順次カラーカメラにおいて、回転カラーフィルタ
の回転に伴ない、各色の光学像が時系列的に入射して
も、各色に対応する光学像は被写体が静止しているかあ
るいは静止に近い状態であれば常に撮像面上の同一位置
に結像され、レジストレーションのずれは生じない。

【００１７】また、前記変位制御手段は回転カラーフィ
ルタの回転周期と同じ周期で前記２次元固体撮像素子を
変位させることによって、回転カラーフィルタの回転に
伴なうレジストレーションのずれを適切に補正すること
が可能となる。

【００１８】さらに、前記変位機構として前記２次元固
体撮像素子を互いに異なる方向に沿って変位させる２個
の駆動装置を備え、これらの駆動装置には互いに位相の
異なる駆動信号を印加することによって、前記２次元固
体撮像素子を回転させることができ、回転カラーフィル
タの回転に伴なって前記光学像も回転するような場合
に、適切にレジストレーションのずれを補正することが
できる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は、本発明の１実施例に係わるレジスト
レーション補正機構を備えた面順次カラーカメラの概略
の構成を示す。同図のカメラは、撮影レンズ１３と、例
えばＣＣＤ素子のような２次元固体撮像素子１５と、回
転カラーフィルタ１７と、固体撮像素子１５を変位させ
るための圧電素子２１，２３と、制御回路２５と、回転
検出素子２７と、回転カラーフィルタ制御回路２９と、
回転カラーフィルタ駆動回路３１と、動作タイミング制
御回路３３となどによって構成される。

【００２０】固体撮像素子１５は、例えば、ＣＣＤ素子
のような、２次元固体撮像素子であり、図示しない被写
体に向けられた撮影レンズ１３によって被写体像が結像
される撮像面を有する。回転カラーフィルタ１７は、回
転可能な軸受け１９により図示しないシャーシーへ固定
されている。また、回転カラーフィルタ１７は、回転カ
ラーフィルタ駆動回路３１に含まれる図示しないモータ
によって回転駆動される。

【００２１】固体撮像素子１５はＸ方向の変位を与える
圧電素子２１とＹ方向の変位を与える圧電素子２３を介
して図示しないシャーシーへ固定されている。各圧電素
子２１および２３は、制御回路２５からの電圧信号によ
り機械的な変化、例えば伸縮、を行ない、固体撮像素子
１５を例えば光軸に垂直な面内で任意の位置に変位させ
ることができる。

【００２２】回転カラーフィルタ１７には、各色Ｒ、
Ｇ、Ｂの位置を検出するために図示しないマーキングが
設けられており、そのマーキングを検出素子２７にて検
出する。従って、検出素子２７は例えばフォトインタラ
プタによって構成される。検出素子２７によって検出さ
れた回転検出信号は、電気信号として回転カラーフィル
タ制御回路２９へ入力される。回転カラーフィルタ制御
回路２９は、動作タイミング制御回路３３から入力され
る固体撮像素子１５のタイミング信号に同期させて回転
カラーフィルタ１７を回転させる制御信号を発生し、回
転カラーフィルタ駆動回路３１へ入力する。圧電素子制
御回路２５は、回転カラーフィルタ制御回路２９からの
信号に同期して各圧電素子２１，２３を駆動し、固体撮
像素子１５に所望の変位を与えるものである。

【００２３】次に、図１ならびに図２および図３を参照
して以上のような構成を有する面順次カラーカメラの動
作を説明する。図１において、図示しない被写体からの
画像光は撮影レンズ１３を介してカメラに入射し、回転
カラーフィルタ１７を介して固体撮像素子１５の撮像面
上に結像される。固体撮像素子１５は動作タイミング制
御回路３３からのタイミングパルスに基づき各画素への
画像光の蓄積および各画素からの信号の読出しなどの動
作を行い、被写体の光学像を時系列信号に変換する。

【００２４】動作タイミング制御回路３３からのタイミ
ングパルスは回転カラーフィルタ制御回路２９にも入力
され、該回転カラーフィルタ制御回路２９は検出素子２
７によって検出した回転カラーフィルタ１７の回転検出
信号と前記タイミング信号とが同期するように制御する
信号を発生させ、回転カラーフィルタ３１へ出力する。
これによって、回転カラーフィルタ１７は固体撮像素子
１５の動作タイミングと合わせて適切に回転するよう制
御される。

【００２５】以上のような回転カラーフィルタ１７の回
転、および固体撮像素子１５による撮像動作によって各
色ごとの撮像信号が得られ、これらの撮像信号を図示し
ない各色ごとの記憶装置に順次記憶させる。そして、こ
れらの記憶装置の画像を同時に読出し合成することによ
り所望のカラー画像信号が得られる。

【００２６】このようなカラー画像の撮像動作におい
て、前記圧電素子制御回路２５は、回転カラーフィルタ
制御回路２９からの制御信号に基づき、各圧電素子２１
および２３をそれぞれＸ方向およびＹ方向に駆動し、回
転カラーフィルタ１７の回転に伴なう光学像の変位を補
正する。

【００２７】すなわち、図２の（ａ）に示されるよう
に、回転カラーフィルタ１７が回転軸に対して垂直に取
付けられている場合は、図示しない被写体上のａの光学
像は固体撮像素子１５の撮像面上の位置ａ（０）、すな
わち画素（Ｘｉ，Ｙｉ）上に結像し、光学像の位置ａ
（０）は回転カラーフィルタが回転しても変動しない。

【００２８】これに対し、図２の（ｂ）に示すように、
回転カラーフィルタ１７が回転軸に対して垂直になって
いない場合には、被写体上のａの光学像ａ（０）は撮像
面上では、例えば前記画素（Ｘｉ，Ｙｉ）を中心に半径
Ｋの円周上を移動することになる。

【００２９】すなわち、前にも図８を参照して説明した
ように、被写体のある一点ａに対する撮像面上の光学像
ａ（ｄ）は回転カラーフィルタが回転軸に対し垂直に取
付けられている場合の光学像ａ（０）を原点とする２次
元平面上で（Ｋｃｏｓθ，Ｋｓｉｎθ）の軌跡上を移動
する。この場合、Ｋは変位距離または振幅である。この
状態では、レジストレーションエラーが発生している。

【００３０】ところが、本発明においては、固体撮像素
子１５の保持機構であるＸ方向圧電素子２１およびＹ方
向圧電素子２３に、例えば、図３に示すように、位相が
９０度ずれた正弦波電圧を印加する。これによって、固
体撮像素子１５は光軸に対して円運動を行う。回転カラ
ーフィルタの回転周期に対して３６０度の範囲で圧電素
子２１，２３に印加する正弦波信号の位相を変化させる
と、光学像の変位と固体撮像素子１７の変位位相が一致
する位相がある。また、前記正弦波信号の振幅を増減す
ることにより、光学像の変位量と固体撮像素子１５の変
位量とを一致させることができる。

【００３１】すなわち、圧電素子２１，２３に印加する
正弦波信号の位相と振幅を調整することにより回転カラ
ーフィルタの取付角度の誤差に起因する光学像の変位を
固体撮像素子の変位とが一致し、レジストレーションエ
ラーを完全に除去することが可能となる。なお、圧電素
子２１，２３に印加する正弦波信号の位相と振幅は、例
えば各製品ごとに撮像画像をモニタ装置で観察しながら
レジストレーションエラーがほぼゼロとなるように調整
すればよい。

【００３２】図２の（ｃ）は、このように、固体撮像素
子を光学像の変位と一致させて回転した様子を示す。こ
の場合は、撮像素子の画素（Ｘｉ，Ｙｉ）も光学像の変
位に合わせて変位するからレジストレーションエラーは
発生しないことになる。

【００３３】なお、上記実施例においては、固体撮像素
子の変位機構としては圧電素子を用いたが、固体撮像素
子は圧電素子の他に任意の駆動手段、例えばカム機構な
どを使用して行なうこともできる。さらに、上記実施例
においては、固体撮像素子の撮像面上の光学像の変位の
原因として、回転カラーフィルタのシャフトに対する取
付角度誤差の場合を説明したが、本発明はこのような原
因による光学像の変位に限られず、例えば回転カラーフ
ィルタのシャフトと軸受けのがたなどに起因する光学像
の変位およびその他任意の原因による変位を補正可能で
ある。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回転カ
ラーフィルタの取付角度の誤差などの原因による光学像
の変位を、固体撮像素子の対応する変位によって打消す
ようにしたから、固体撮像素子を使用したカラーカメラ
においてもきわめて高精度のレジストレーション補正を
行なうことが可能になる。また、回転カラーフィルタの
シャフトに対する取付精度、軸受けの取付精度などに対
する要求を緩和することができ、低価格で高性能のカラ
ーカメラが実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係わるレジストレーション
補正機構を備えた面順次カラーカメラの概略の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１のカラーカメラにおいて、回転カラーフィ
ルタの種々の取付状態に応じて撮像画面上に結像される
画像と画素との位置関係を示す説明図である。

【図３】図１のカラーカメラにおいて各圧電素子に印加
される信号の一例を示す波形図である。

【図４】一般的な回転カラーフィルタと撮像素子の位置
関係を示す説明図である。

【図５】回転カラーフィルタ、回転軸、光軸および撮像
素子の位置関係を示す説明図である。

【図６】回転カラーフィルタ、回転軸、光軸および撮像
素子の位置関係を示す説明図である。

【図７】回転カラーフィルタの傾きと光路との関係を示
す説明図である。

【図８】被写体上の一点ａに対応する光学像の変位を示
す説明図である。

【図９】光学像の変位と各画素の位置関係を示す説明図
である。

【符号の説明】

１，１７ 回転カラーフィルタ ３，１５ 撮像素子 ５，１９ 回転軸 ７ 光軸 ９ 画素 １１ 光学像の軌跡 １３ 撮像レンズ ２１ Ｘ方向圧電素子 ２３ Ｙ方向圧電素子 ２５ 圧電素子制御回路 ２７ 回転位置検出素子 ２９ 回転制御回路 ３１ 回転カラーフィルタ駆動回路 ３３ 固体撮像素子の動作タイミング制御回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体のカラー画像を面順次方式によっ
   て撮像するレジストレーション補正機構を備えた面順次
   カラーカメラであって、 撮影レンズを介して結像される被写体の光学像を時系列
   信号に変換する２次元固体撮像素子と、 前記２次元固体撮像素子と前記撮像素子レンズとの間に
   配置された色分解用の回転カラーフィルタと、 前記２次元固体撮像素子を微少変位させるための変位機
   構と、 前記回転カラーフィルタの回転にともなう光学像の変位
   に対応して前記２次元固体撮像素子を変位させるよう前
   記変位機構を制御することによってカラー画像のレジス
   トレーション補正を行なうための変位制御手段と、 を具備することを特徴とするレジストレーション補正機
   構を備えた面順次カラーカメラ。
2. 【請求項２】 前記変位制制御手段は前記回転カラーフ
   ィルタの回転周期と同期して前記２次元固体撮像素子を
   変位させることを特徴とする請求項１に記載のレジスト
   レーション補正機構を備えた面順次カラーカメラ。
3. 【請求項３】 前記変位機構は前記２次元固体撮像素子
   を互いに異なる２つの方向に沿って変位させる２個の駆
   動装置を備え、これらの駆動装置には互いに位相の異な
   る駆動信号が印加されることを特徴とする請求項１に記
   載のレジストレーション補正機構を備えた面順次カラー
   カメラ。
4. 【請求項４】 前記２次元固体撮像素子の走査タイミン
   グと同期して前記回転カラーフィルタを回転させかつ前
   記２次元固体撮像素子を変位させることを特徴とする請
   求項１に記載のレジストレーション補正機構を備えた面
   順次カラーカメラ。
5. 【請求項５】 さらに、前記回転カラーフィルタの回転
   に応じて回転検出信号を出力するための回転センサを備
   え、前記変位制御手段は該回転センサからの回転検出信
   号にもとづき前記２次元固体撮像素子を変位させること
   を特徴とする請求項１に記載のレジストレーション補正
   機構を備えた面順次カラーカメラ。