JPH09163390A - 撮影装置 - Google Patents

撮影装置

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JPH09163390A
JPH09163390A JP7345847A JP34584795A JPH09163390A JP H09163390 A JPH09163390 A JP H09163390A JP 7345847 A JP7345847 A JP 7345847A JP 34584795 A JP34584795 A JP 34584795A JP H09163390 A JPH09163390 A JP H09163390A
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light
image pickup
splitting means
light splitting
prism
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JP7345847A
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Koji Eto
剛治 江藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】 入射光を分割して光分割手段2A〜2C
により分割して複数個の撮像素子に入射させる複数板式
のビデオ撮影装置において、分割プリズム21A〜21
Dを複数個結合して直方体状のプリズムを形成し、各分
割プリズムの入射面及び/又は出射面に所要のフィルタ
を取付けた光分割手段を備え、該光分割手段が取替え可
能としていることを特徴とする撮影装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は撮影装置に関するも
のであり、特に、光分割手段を取り替えることにより、
種々の撮影を行うことができる撮影装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】例えば、本発明者に係る特開平4−68
876号公報に記載の撮影装置は、入射光を3分割する
ビームスプリットプリズムを備え、ビームスプリットプ
リズムの射出部と撮像素子との間にフィルタホルダーを
備え、このフィルタホルダーに所要のフィルタを取付け
られるようになっている。この撮影装置では、フィルタ
ホルダーに赤色光反射フィルタ、緑色光反射フィルタ及
び青色反射フィルタに取付けることによりカラー撮影を
行うことができる。また、フィルタホルダーにフィルタ
を取付けずに、3個の撮像素子を同期させた撮影すれ
ば、1台のカメラの場合と比較して3倍の解像度が得ら
れる。さらに、フィルタを取付けずに3台のカメラの位
相をずらして撮影すれば、3枚1組の連続画像が得られ
各時刻毎の速度、加速度等を求めることができる。
【0003】また、ダイクロイックミラー等の光学素子
を光ケーブルに一つのユニットに構成し、このユニット
全体を入れ替可能とした撮影装置が提案されている。
(「デジタル式高速度カメラの現状とアプリケーショ
ン」小西信宇(高速度撮影とフォトニクスに関する総合
シンポジウム1995講演論文集p315〜p322
(平成7年12月7日,8日))。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開平4−68876
号公報に記載の装置では、入射光を3分の1に分割する
ため、そこにRGBフィルタを取付けると、この部分で
光線はさらに1/3となり、各撮像素子には1/9の光
線しか入射しない。ダイクロイックプリズムの場合、R
GBそれぞれ選択的に反射は光量は改善される。また、
この撮影装置では、高解像力モノクロ、3枚1組で速
度、加速度等ができない。
【0005】また、ダイクロイックミラー等の一つのユ
ニットに構成した撮影装置の場合でも、ミラー部の取り
替えが非常に困難である。
【0006】しかし、上記ダイクロイックミラー等の光
学素子を光ケーブルに一つのユニットに構成した撮影装
置では、ダイクロックミラーにより分割された光線は、
SVRC英国Hadland Photonics社製
スチールカメラに分割した光線を入射するが、上記ミラ
ー系統を構成するユニットを取り替えると、一つの撮像
素子のある画素と他の撮像素子の対応する画素の間に大
きな誤差が生じると共に、温度変化及び振動による各撮
像素子の画素の対応にも大きな相違が生じる。
【0007】本発明は、上記した従来の撮影装置におけ
る問題を解決するためになされたものであって、一つの
撮影装置で、カラー撮影、高速撮影、高解像度モノクロ
撮影等の種々の撮影を行うことができ、かつ、撮影条件
の変更を簡単に行うことができる撮影装置を提供するこ
とを目的としてなされたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、単純な構造の
プリズムを採用することにより、ビームスプリット光学
系を単純化し、ビームスプリット光学系取り替えを容易
にするものである。また、本発明は、上記ピームスプリ
ット光学系統の取り替えによる画素ずれ、温度変化、振
動等による影響を低減するものである。
【0009】一般に、入射光を分割して複数の撮像素子
に入射させる場合、同一被写体からの光が各撮像素子の
撮像面上で占める位置の調節(画素合わせを)を行う必
要がある。この画素合わせには、一つの撮像素子のn行
n列目の画素に移った像が、他の撮像素子でもn行n列
目の画素に写るように、撮影装置の位置を微調整して固
定すること(ハードによる画素合わせ)と、一つの撮像
素子のn行n列目に写る像が、他の撮像素子のn’行
n’列目の像に写ることをキャリブレーション用の被写
体を撮影することにより調べ、この関係から画像構成時
にコンピュータの画面上で画素合わせを行うこと(ソフ
トによる画素合わせ)がある。本発明ではレンズ系を変
える度に、RGB等波長の違う光分割毎に、固定パター
ンの画素ずれ、取り替える度に画素合わせ装置を使用し
て画素合わせをできるようにしている。
【0010】また、撮像素子は一般に製造工程が複雑で
ある一画面内の輝度感度のむらが生じる。例えば、並列
読出しの撮像素子の場合、読出し線毎にアンプの増幅性
能、温度、時間等により変動するため縞模様が画面に生
じる。これに対して、本発明では、一様な輝度が入手さ
れたときに、各画素から出てくる電気信号に補正定数を
引いて補正係数をかけることによりかかる輝度感度のむ
らを補正するようにしており高速読出し用の撮像素子を
使用するのに適している。
【0011】具体的には、請求項1は、入射光を分割し
て光分割手段により分割して複数個の撮像素子に入射さ
せる複数板式のビデオ撮影装置において、分割プリズム
を複数個結合して直方体状のプリズムを形成し、各分割
プリズムの入射面及び/又は出射面に所要のフィルタを
取付けた光分割手段を備え、該光分割手段が取替え可能
としていることを特徴とする撮影装置を提供するもので
ある。
【0012】請求項2は、入射光を分割して光分割手段
により分割して複数個の撮像素子に入射させる三板式の
ビデオ撮影装置において、直角二等辺三角柱状の分割プ
リズムを4個結合して直方体状のプリズムを形成し、各
分割プリズムの入射面に所要のフィルタを取付けた光分
割手段を備え、該光分割手段が取替え可能としているこ
とを特徴とする撮影装置を提供するものである。
【0013】請求項3は、上記光分割手段の分割プリズ
ムの入射面及び/又は出射面に、赤色光反射フィルタ、
緑色光反射フィルタ及び青色反射フィルタのうちの2種
のフィルターを取付けていることを特徴とする請求項1
または請求項2に記載の撮影装置を提供するものであ
る。
【0014】請求項4は、上記光分割手段の分割プリズ
ムの入射面及び/又は出射面にそれぞれ入射光のうち1
/2の光線を透過させ、1/2光線を反射する1/2反
射膜を取付けていることを特徴とする請求項1又は請求
項2に記載の撮影装置を提供するものである。
【0015】請求項5は、上記光分割手段の分割プリズ
ムの入射面及び/又は出射面にそれぞれ入射光のうち所
要範囲の周波数の光線を選択的に反射するフィルタを取
付けていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の撮影装置を提供するものである。
【0016】請求項6は、上記光分割手段を取り替えた
場合に、上記複数個の画素に対する位置ずれを調節する
画素合わせ手段を備えることを特徴とする請求項1から
請求項5のいずれか1項に記載の撮影装置を提供するも
のである。
【0017】請求項7は、上記光分割手段を取り替えた
場合に、上記複数個の画素の各画素の輝度感度の差を補
正するための輝度合わせ手段を備える請求項1から請求
項6のいずれか1項に記載の撮影装置を提供するもので
ある。
【0018】請求項8は、各撮像素子の撮影時間遅延時
間を調節する第1の同期手段を備えることを特徴とする
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の撮影装置
を提供するものである。
【0019】請求項9は、各撮像素子の受光面の前面に
それぞれ光増強手段を設け、各光増強手段のゲーティン
グ時間及び/又は遅延時間を調節する第2の同期手段を
備えることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれ
か1項に記載の撮影装置を提供するものである。
【0020】請求項10は、上記プリズムへの入射光の
光軸から所要距離変位した位置に画素合わせ用のレーザ
光射出手段用の取付部を備えることを特徴とする請求項
1から請求項9のいずれか1項に記載の撮影装置を提供
するものである。
【0021】請求項11は、上記複数の撮像素子のうち
1個を除く他の撮像素子の光軸方向の位置を調節可能と
していることを特徴とする請求項1から請求項10に記
載の撮影装置を提供するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】次に、図面に示す本発明の実施形
態について詳細に説明する。図1中、1は撮像レンズ
系、2A,2B,2Cは光分割手段、3A,3B,3C
は撮像素子、4A,4B,4Cはマイクロチャンネルプ
レート(MCP)型光増強手段、6A,6Bは同期信号
発生装置、8A,8B,8Cはアンプ、10はA/D変
換器、11は画素用の記憶手段、12は輝度合わせ手
段、13は画素合わせ手段、16は画像処理装置、17
は画素構成用コンピュータ、18は再生用モニター、1
9は半導体レーザー射出装置、20は受光板、29は第
2の記憶手段である。
【0023】上記光分割手段2A〜2Cは取り替え可能
であって、図2に示すように、直角二等辺三角柱状の分
割プリズム21A,21B,21C,21Dを4個結合
して直方体状のプリズム22を形成している。
【0024】図3(A)は、カラー撮影用の光分割手段
2Aであって、分割プリズム21A〜21Dの入射面ま
たは出射面を構成する面に、赤色光反射フィルタ25
a、緑色光反射フィルタ25bを取付けている。ただ
し、このカラー撮影用の光分割手段では、赤色光反射フ
ィルタ、緑色光反射フィルタ及び青色反射フィルタのう
ちのいずれか2種のフィルターを取付けた構成であれば
よい。
【0025】図3(B)は、上記光分割手段2Bの分割
プリズム21A〜21Dの入射面または出射面を構成す
る面にそれぞれ入射光のうち1/2の光線を透過させ、
1/2光線を反射する1/2反射膜27aを取付けてい
る。
【0026】図3(C)は、上記光分割手段の分割プリ
ズムの入射面または出射面を構成する面に、500μm
以下の周波数の光を反射する第1の反射膜30aと、5
20μm以上の光を反射する第2の反射膜30bとを備
えている。
【0027】上記撮像素子3A〜3Cは上記光分割手段
2A〜2Cから入射した光をアナログ電気信号からなる
輝度信号に変換する。
【0028】マイクロチャンネルプレート(MCP)型
光増強手段4A〜4Cは、撮像素子3A〜3Cの受光面
の前面に配置され、アバランシュ効果により、撮像素子
3B〜3Cに入射する光線を増強する。
【0029】第1の同期信号発生装置6Aは、後述する
ように、撮像素子3A〜3Cの撮影時間遅延時間を調節
する。また、第2の同期信号発生装置6Bは、MCP型
光増強手段4A〜4Cのゲーティング時間及び/又は遅
延時間を調節する。
【0030】アンプ8A〜8Cは上記撮像素子3A〜3
Cの出力するアナログ電気信号を増幅し、A/D変換器
10がこれをデジタル電気信号に変換する。
【0031】画素用の記憶手段11は、上記A/D変換
器10が出力する信号を記憶する。
【0032】輝度合わせ手段12は、後述するように、
光分割手段を取り替えた場合に、上記複数個の画素の各
画素の輝度感度の差を補正する。
【0033】画素合わせ手段13は、光分割手段を取り
替えた場合に、複数個の画素に対する位置ずれを調節す
る。
【0034】この撮影装置では、上記光分割手段2A〜
2Cを取り替えることにより、種々の条件で撮影を行う
ことができるが、取り替え時には、複数個の撮像素子の
各画素の輝度感度の差を補正するための補正定数及び補
正係数を求めるキャリブレーション及び画素のずれを補
正するためのキャリブレーションを行う必要がある。
【0035】まず、撮像素子の各画素の輝度感度の差を
補正するための輝度補正係数を求めるキャリブレーショ
ンについて説明する。この場合、まずレンズ系1にキャ
ップを被せる等の処理を行って、光の入射がない状態で
撮影を行う。この撮影時の各画素の定数が輝度感度の補
正定数Rである。
【0036】次に、被写体を撮影して各画素の出力から
補正定数Rを引いた平均値を求める。(この平均値は、
撮像素子の撮像面全体でも撮像面の中心近傍の領域のも
のであってもよい。)次に、図4に示すように光源4
0、レンズ41、散乱面42,43及び光源40の輝度
を調節する調節手段45を備える装置46をレンズ系1
に取付けて輝度を変更しながら撮影を行う。このとき、
輝度を変更する度に、各画素の出力から補正定数Rを引
いた平均値を計算する。そして、平均値が上記被写体の
平均輝度と等しくなったとき時の各画素からの出力(平
均輝度S)を求める。補正係数Sは下記の式より得られ
る。
【0037】補正係数S=(被写体の平均輝度)/
{(被写体の平均輝度と調節手段45で測定した平均輝
度が一致した時の各画素からの出力)−補正定数R}
【0038】上記輝度合わせ手段12は、この補正定数
R及び補正係数Sにより、各画素の輝度感度の差を補正
する。
【0039】次に、画素のずれを補正するためのキャリ
ブレーションについて説明する。図5に示すように、白
色板51上に256×256の輝度を備える黒点52を
設けた、ターゲットプレート53をレンズ系1の前方に
配置し、半導体レーザー射出装置19からレーザービー
ムを照射し、反射光が半導体レーザー射出装置19の周
囲に設けた受光板20の小面積の鏡部20aに反射した
ときに撮影を行う。
【0040】このとき、図6(A),(B)に示すよう
に、各撮像素子の撮像面55a,55bを4×4の16
分割し、一つの撮像素子の撮像面55aの一つの領域5
6における上記ターゲットプレート53上の任意の黒点
52の座標(x,y)に対する、他の撮像素子の撮像面
55bの一つの領域57における任意の一点の座標の差
(△x,△y)を下記の式のように二次式で近似させ
る。
【0041】 △x=ax・x2+bx・y2+cx・xy+dx △y=ay・x2+by・y2+cy・xy+dy
【0042】上記近似式における、ax,bx,cx
x,ay,by,cy,dyを公知の最小二乗法により求
める。画素合わせ手段13は、この最小二乗法により求
めた△x,△yを用いて画素合わせを行う。
【0043】なお、アフィン変換、3次関数変換、フー
リエ級数、ベッセル関数等を用いて上記△x,△yを求
めてもよい。
【0044】カラー撮影用の光分割手段2Aを使用する
場合には、上記撮像素子3A〜3Cのゲーティング時間
を同期させて撮影を行う。この場合、光分割手段20に
より入射光は図3(A)に示すように、赤色光A1、緑
色光A2、青色光A3に3分割されて各撮像手段3A〜
3Cに入力されるため、光量を損なわずにカラー撮影上
記画素を行うことができる。なお、上記画素合わせ及び
輝度合わせは、いったん撮影が終了した後、記憶手段1
1から画素合わせ手段13及び輝度合わせ手段12が信
号を読み出して行う。記憶手段29には、キャリブレー
ションによって求めた補正定数R、補正係数S、△x、
△yが記憶されており、これに基づいてら画素合わせ手
段13及び輝度合わせ手段12が画素合わせ、輝度合わ
せを行う。
【0045】上記光分割手段2Cを取付けて撮影を行う
場合、図3(B)中B1,B2,B3で示すように、入
射光は1/4毎の光に分割されて撮像素子3A〜3Cに
入射する。そのため、撮像素子3A〜3Cを完全に同期
させれば、画素数の3倍の高解像力モノクロ撮影を行う
ことができる。また、この場合、撮像素子3A〜3Cの
撮影時刻を遅延させれば、3数枚1組の連続画像が得ら
れ、時刻毎の速度、加速度を知ることができる。
【0046】なお、図7(A)に示すように、撮像素子
3A〜3Cのゲーティング時間tを遅延させることによ
り撮影時間を遅延させたもよいし、図7(B)に示すよ
うに、撮像素子3A〜3Cのゲーティング時間tを同期
させてMCP型光増強手段4A〜4Bのゲーティング時
間により撮影時間を遅延させてもよい。
【0047】光分割手段2Cを取付けた場合には、撮像
素子3A〜3Cの撮影時刻を同期させて撮影を行う。こ
の場合、図3(C)で示すように、520μm以上の光
C1、500μm以下の光C2及び500μm〜520
μmの光C3に分割される。科学計測用では異なる周波
数の光線を計測する場合が多く、光分割手段2Cは、か
かる場合に有用である。
【0048】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、種々の変形が可能である。
【0049】例えば、図8に示すように、半導体レーザ
射出手段19を取り外し可能な取付部60を撮影装置に
設けても良い。
【0050】上記補正定数R、補正係数S等はフロッピ
ーディスク等の外部記憶手段に記憶しておいてもよい。
【0051】撮像素子の取り替え時にも、画素合わせ、
画素の輝度感度の差を補正することが必要である。
【0052】撮像素子3A〜3Cの入射光の光軸方向の
位置を微調整できるようにしてもよい。紫外線と可視光
線と赤外線等のように広範囲の周波数の光線に分けて撮
影する場合には、各撮像素子の結像位置がずれるが、撮
像素子3A〜3Cの光軸方向の位置を調節することによ
りを微調整することができる。
【0053】光分割手段と撮像素子との間でフィルター
を配置してもよい。
【0054】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1、請求項2の撮影装置では、光分割手段を取り替える
ことにより、種々の撮影ができる。また、分割手段のプ
リズムの形状が単純であるため複雑な取り替え機構が不
要、大きな画素ずれがない。
【0055】請求項3の撮影装置では、分割プリズムの
入射面及び/又は出射面に、赤色光反射フィルタ、緑色
光反射フィルタ及び青色反射フィルタのうちの2種のフ
ィルターを取付けているため光量を損失なくカラー撮影
を行うことができる。
【0056】請求項4の撮影装置では、分割プリズムの
入射面及び/又は出射面にそれぞれ1/2反射膜を取付
けているため、撮像素子を完全同期させれば画素数の複
数倍の高解像力モノクロ撮影ができる。また、撮像素子
の撮像時間を遅延させた場合には、複数枚1組の連続画
像が得られ、時刻毎の速度、加速度が得られる。
【0057】請求項5の撮影装置では、光分割手段の分
割プリズムの入射面及び/又は出射面にそれぞれ入射光
のうち所要範囲の周波数の光線を選択的に反射するフィ
ルタを取付けているため、入射光を周波数の範囲で分割
することができる。科学計測用では異なる周波数の光線
を計測する場合が多く、請求項5の撮影装置はかかる場
合に好適に使用することができる。
【0058】請求項6のように、画素合わせ手段を設け
た場合には、複数個の画素に対する位置ずれを調節する
ことができる。
【0059】請求項7のように、輝度合わせ手段を設け
た場合には、複数個の画素の各画素の輝度感度の差を補
正することができる。
【0060】請求項8のように、各撮像素子の撮影遅延
時間を調節する第1の同期手段を設けた場合には、光分
割手段の種類等に応じて撮影遅延時間を制御することが
できる。
【0061】請求項9のように、各撮像素子の受光面の
前面にそれぞれ光増強手段を設け、各光増強手段のゲー
ティング時間及び/又は遅延時間を調節する第2の同期
手段た場合には、光増強手段のゲーティングにより撮影
時間の遅延を行うことができる。
【0062】請求項10のように、プリズムへの入射光
の光軸から所要距離変位した位置に画素合わせ用のレー
ザ光射出手段用の取付部を設けた場合には、レーザービ
ームを使用して、画素合わせの際のターゲットプレート
の板を光軸に対して直角から数度以内の精度に保持する
ことができる。
【0063】請求項11のように、複数の撮像素子のう
ち1個を除く他の撮像素子の光軸方向の位置を調節可能
とする場合には、紫外線と可視光線と赤外線等のように
広範囲の周波数の光線に分けて撮影する場合、各撮像素
子の結像位置がずれるが、光軸方向の位置を調節するこ
とにより撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る撮影装置を示す概略回路図であ
る。
【図2】 光分割手段を示す斜視図である。
【図3】 (A),(B),(C)光分割手段を示す平
面図である。
【図4】 調節装置を示す概略図である。
【図5】 ターゲットプレートを示す正面図である。
【図6】 (A),(B)は画素合わせを説明するため
の概略図である。
【図7】 (A),(B)はゲーティングを示す線図で
ある。
【図8】 半導体レーザー射出装置の取付部を示す部分
断面図である。
【符号の説明】
1 レンズ系 2 光分割手段 3 撮像素子 4 MCP型光増強手段 12 輝度合わせ手段 13 画素合わせ手段

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光を分割して光分割手段により分割
    して複数個の撮像素子に入射させる複数板式のビデオ撮
    影装置において、 分割プリズムを複数個結合して直方体状のプリズムを形
    成し、各分割プリズムの入射面及び/又は出射面に所要
    のフィルタを取付けた光分割手段を備え、該光分割手段
    が取替え可能としていることを特徴とする撮影装置。
  2. 【請求項2】 入射光を分割して光分割手段により分割
    して複数個の撮像素子に入射させる三板式のビデオ撮影
    装置において、 直角二等辺三角柱状の分割プリズムを4個結合して直方
    体状のプリズムを形成し、各分割プリズムの入射面に所
    要のフィルタを取付けた光分割手段を備え、該光分割手
    段が取替え可能としていることを特徴とする撮影装置。
  3. 【請求項3】 上記光分割手段の分割プリズムの入射面
    及び/又は出射面に、赤色光反射フィルタ、緑色光反射
    フィルタ及び青色反射フィルタのうちの2種のフィルタ
    ーを取付けていることを特徴とする請求項1または請求
    項2に記載の撮影装置。
  4. 【請求項4】 上記光分割手段の分割プリズムの入射面
    及び/又は出射面にそれぞれ入射光のうち1/2の光線
    を透過させ、1/2光線を反射する1/2反射膜を取付
    けていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
    の撮影装置。
  5. 【請求項5】 上記光分割手段の分割プリズムの入射面
    及び/又は出射面にそれぞれ入射光のうち所要範囲の周
    波数の光線を選択的に反射するフィルタを取付けている
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮影装
    置。
  6. 【請求項6】 上記光分割手段を取り替えた場合に、上
    記複数個の画素に対する位置ずれを調節する画素合わせ
    手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項5の
    いずれか1項に記載の撮影装置。
  7. 【請求項7】 上記光分割手段を取り替えた場合に、上
    記複数個の画素の各画素の輝度感度の差を補正するため
    の輝度合わせ手段を備える請求項1から請求項6のいず
    れか1項に記載の撮影装置。
  8. 【請求項8】 各撮像素子の撮影時間遅延時間を調節す
    る第1の同期手段を備えることを特徴とする請求項1か
    ら請求項7のいずれか1項に記載の撮影装置。
  9. 【請求項9】 各撮像素子の受光面の前面にそれぞれ光
    増強手段を設け、各光増強手段のゲーティング時間及び
    /又は遅延時間を調節する第2の同期手段を備えること
    を特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記
    載の撮影装置。
  10. 【請求項10】 上記プリズムへの入射光の光軸から所
    要距離変位した位置に画素合わせ用のレーザ光射出手段
    用の取付部を備えることを特徴とする請求項1から請求
    項9のいずれか1項に記載の撮影装置。
  11. 【請求項11】 上記複数の撮像素子のうち1個を除く
    他の撮像素子の光軸方向の位置を調節可能としているこ
    とを特徴とする請求項1から請求項10に記載の撮影装
    置。
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WO2015005640A1 (ko) * 2013-07-08 2015-01-15 주식회사 레이언스 이미지센서와 이의 구동방법

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