JPS62253283A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JPS62253283A
JPS62253283A JP61096554A JP9655486A JPS62253283A JP S62253283 A JPS62253283 A JP S62253283A JP 61096554 A JP61096554 A JP 61096554A JP 9655486 A JP9655486 A JP 9655486A JP S62253283 A JPS62253283 A JP S62253283A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、結像レンズにより形成された対象物の像を固
体1最像素子を用いて撮像するようにしたI最像装置に
関する。
〔従来の技術〕
一般に、固体撮像素子を撮像手段に用いた+fi像装置
では、撮像素子の有する画素数(受光エレメント数)に
より解像度が決定されてしまう。ところが、画素数の大
きい固体撮像素子は製造上問題が多くて、充分大きい画
素数を有する撮像素子は実用化が困難であった。
そこで、この問題を解決するために、例えば本件出願人
が昭和61年4月7日付で提出した特許10n(発明の
名称・・・・撮像装置)によれば、画素ずらし法といっ
て、第19図に示した如(、対物レンズ51と固体撮像
素子52との間に色分散プリズム(屈折率が同じで分散
の異なるプリズム二枚貼り合わせて成るプリズム)43
を配置して、同一物点からの光を色収差にてずらせ、固
体撮像素子上のずれた位置に結像された各色の画像をに
号処理回路により一つに重ね合わせるようにして、画素
と画素との間の部分に対応する物点からの情報も得るよ
うにして解像力を上げるようにしたものが提案されてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上記例では、色分散プリズムの特性即ちガラ
スの色分散特性を利用しているため、像が波長により連
続的にずれるのでR,G、B各色の光が夫々の色の中で
色収差が発生している状態となり、各色の像が悪化して
しまうという問題があった。換言すれば、R,G、Bと
いっても夫々が単一波長の光というわけではなくある波
長域を持っているので、第20図に示した如く、この波
長域の一端の波長の光による像と他端の波長の光による
像とは異なる位置の画素52a上に結像してしまい、こ
のずれが色収差として表われ像が悪化するのである。
本発明は、上記問題点に鑑み、各色の像の色収差による
悪化を発生させずに各色による画像ずらしを行うことが
でき、その結果画像ずらしによる解像力向上の限界まで
解像力を上げることができる撮像装置を提供することを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
撮像装置は、結像レンズにより形成された対象物の像を
固体撮像素子を用いて撮像するようにした撮像装置にお
いて、該撮像装置の光路中に、少なくとも一枚のダイク
ロイックミラーと、該ダイクロイックミラーを透過した
光の少なくとも一部を該ダイクロイックミラーにより反
射された光と大略平行に反射する反射部材とを配設し、
上記固体撮像素子の描像面上において上記ダイクロイッ
クミラー°を透過した光による像と反射した光による像
とが互いに異なる位置に形成されるようにして、分けら
れた各色内では色収差が発生しないようにしたものであ
る。
〔実施例〕
以下図示した各実施例に基づき本発明の詳細な説明する
第1図は本発明による撮像装置の第一実施例としてR,
G、B各光を順次照射する方式の内視鏡用電子撮像装置
の構成を示す図、第2図はその動作を説明するタイミン
グチャートである。
第1図において、符号lは内視鏡先端部を示していて、
その先端には対物レンズ2(良く色が補正された前側テ
レセントリックな光学系)と照明レンズ3が並行して配
設され、対物レンズ2の後方にプリズム30とライン転
送方式固体損保素子4が設置され、受光された光学像を
ドライブ回路5にて映像信号Vに変換し、この映像13
号■をプリアンプ6を経て次段回路へ送るようになって
いる。ここで、プリズム30は、第4図に示した如<G
、Rを透過し且つBを反射するダイクロイックミラー3
0aと、Rを透過し且つGを反射するダイクロイックミ
ラー30bと、全反射面30Cと、これらの間に介在す
る透明層30d、30eとを有し、必要な画像ずらし間
隔に対応するよう透明層30d、30eの厚みが定めら
れている。
通常、画素の大きさは、数10ミクロンであり、画像の
ずらし量も画素の大きさに比べて略同しか又は半分程度
であるので透明層の厚みも数lOミクロン程度になる。
尚、これは通常使用する可視光の波長の数10倍となる
厚さであるので、透明J130c、30d内での干渉に
よる特性悪化の影響はあまり生じない。
照明レンズ3の後方には光学ファイバー束等によるライ
トガイド7が配設され、その後端面には回転フィルター
8を介在して照明光が照射されるようになっている。こ
こで、回転フィルター8は、例えば第3図に示されてい
る如<、R,G、B光だけを夫々通すような分光透過率
を持つフィルター8a、8b、8cを同一円周上に配設
して成るものである。尚、フィルター8a、8b、8c
の各両端部の形状は光束の断面形状に合うように弧状と
なっている。
照明光は光源ランプ9よりレンズ10を通して回転フィ
ルター8上に照射され、この照明光はフィルター8のr
l、  G、  B用フィルター8a、8b。
8Cを夫々経て前記ライトガイド7の端面に入射される
。回転フィルター8の回転軸は伝送系13を介在してモ
ータ14と連結され、モータ14に設けられた回転検出
部15からの信号にてモータ駆動部16を制御し、モー
タ14の回転速度を一定にしている。又、回転フィルタ
ー8の外周部には続出パルス検出部11とスタートパル
ス検出部l2が設けられ、固体撮像素子4からの読出し
等と回転フィルター8の回転と同期をとるようになって
いる。一方、上記プリアンプ6からの映像信号■は更に
増幅器17を通して増幅された後、マルチプレクサ部1
8へ入力される。マルチプレクサ部18は人力されるR
、G、Bの信号に対応した三つのスイッチSWI、SW
2.SW3から成り、これらのスイッチはマルチプレク
サ用ゲート信号発生部19からの各スイッチ用ゲート信
号SG、、sc、、sc、にて所定のフレーム周期で順
次切り換えられてR,G、B用の各フレームメモリ20
.21.22に各色に対応する映像信号をA/D変換器
を介して供給する。そして、各フレームメモリ20.2
1.22に蓄積された各色信号が同期信号発生器31の
作用により続出され夫々直接又はディレィ回路32又は
33を経て更にD/A変換器を介して合成されてカラー
TVモニク23でカラー表示されるようになっている。
上記において、続出パルス検出部11は回転フィルター
8にその回転方向に配設されたR、G、B用フィルター
の柊・端位置を検出するもので、その検出パルス(続出
パルス)Prと発振器24からの信号を用いて読出ゲー
ト信号G「を作成している。この読出デー1信号Grは
固体撮像素子4に蓄積された映像13号をR,G、+3
光の照射されない期間に対応した期間に読み出すための
信号で、発振2″&24からの信号と共にアンド回路2
6に人力されて続出用クロック信号CKrを作成し前記
ドライ八回路5を駆動して固体撮像素子4の蓄積電荷を
R,G、B毎に映像信号■に変換する。一方、続出ゲー
ト信号Grは前記スタートパルス検出器12(回転フィ
ルター8の一回転を検出する)からの検出パルス(スタ
ートパルス)Psと共にマルチプレクサ用ゲート信号発
生部19に入力されて前記の各スイッチ用ゲート信号S
G、。
SG2.SG3を作成してマルチプレクサ部18を切り
換え!?、 C;、  B毎に映像信号を各フレームメ
モリ20.21.22へ入力するように構成されている
このような構成では、第2図に示すように、回転フィル
ター8が一回転する毎に一つのスタートパルスPsが出
力されてマルチプレクサ用ゲート信号発生部19へ送ら
れ、又−回転する毎にR2O,Bフィルターに対応した
三つの続出パルスP「が出力されて続出ゲート信号発生
部25へ送られる。続出ゲート信号発生部25では、発
振器24からの信号を用いて続出パルスPrと同一周期
でしかもR,G、B光の照射されない期間に対応した幅
の続出ゲート信号Grを作成する。この続出ゲート信号
G「の期間に基づいて読出用クロック信号CKr及びス
イッチ用ゲート信号SG+。
S Gz 、 S Gzが作成され、カラー表示に必要
なR,G、B信号を得るようにしている。図示の続出ゲ
ート信号Grにおいて、斜線部分が夫々R1G、Bの映
像信号続出期間で、各斜線部分の前のローレベル期間が
R,C,B光の照射によって固体撮像素子4にR,G、
Bの信号電荷が蓄積される期間である。従って、R,G
、B用フレームメモリ20.21.22のスイッチ用ゲ
ート信号SG、、SG2 、SCz は夫々R,G、B
の映像信号続出期間に対応したゲート信号となるように
なっている。
又、色分散プリズム30によるG、B光のR光に対する
ずれは例えば固体撮像素子4上において夫々画素間隔の
1/4ピツチ、l/2ピツチであり、ディレィ回路32
.33による遅延は夫々l/4ピツチ、l/2ピツチと
なっている。
本発明による撮像装置は上述の如く構成されているから
、プリズム30の作用によりR,G、B各色で固体1最
像素子4上における結像位置にずれが生し、R光に対す
るG、B路光のずれは夫々画素間隔の1/4ピツチ、l
/2ピツチである。その結果、第5図に示したクロ<、
C,B路光による像は53号転送の進み方向へ夫々l/
4ピツチ、1/2ピツチずれると共に、画素と画素との
間に対応する点Pの情報もG、B光により画素4aに到
達する。従って、こうして得られた画像信号をR光につ
いては直接、G光についてはディレィ回路32により1
/4ピッチ遅らせ、B光についてはディレィ回路33に
より1/2ピッチ遅らせて−つに重ね合わせれば、画素
と画素との間に対応する点Pの情報も含んだ画像がTV
モニタ23に表示され、解像力が向上する。但し、この
場合点Pの情報を伝えるのがG、B光のみであるので、
解像力が向上するのはR,G、B各色を合成した場合即
ち輝度信号に関してのみである。
以上、本発明撮像装置の原理について説明したが、第5
図に示した如く、R,G、B各色の像は色収差の発生が
ないので、画素ずらしによる解像力向上の限界まで解像
力を高めることができる。
尚、透明層30d、30eは、Sin、等の蒸着物質に
より構成されている。或は、接着性のある膜(例えば、
光学用透明接着剤やプラスチック等の高分子重合物質の
膜)でも良い、又、透明層3Qd、3Qeの厚さは、透
明層3Qd、30eの上下面での光の干渉効果による像
の悪化をさけるため、少なくとも使用波長に比べてnd
(i3明部材の屈折率nと厚さdの積)の1倍以上の厚
みは必要である。一方、固体描像素子4による画質向上
の効果は透明層30d、  3oeの厚さをむやみに増
しても得られないので、画素と画素の間隔と同しオーダ
ーのずらし世が得られるような厚さを選ぶ必要がある。
通常上記厚さは、画素間距離の1倍から0までの間の大
きさに設定する。
第6図に上記第一実施例の変形例を示した。これは、色
分割を二分割にしノこものである。プリズム30のダイ
クロイックミラー30bは、Bを反射しG、Rを透過す
る特性のもの、Gを反射しB。
R+i3過する特性のもの、Rを反射しB、Gを透過す
る特性のものの三種類が考えられる。又、本実施例では
、反射面30cは全反射面を用いている。この例は特別
な波長の光例えばガン細胞の出す螢光等を分けたいとき
有効である。
第7図に第一実施例の他の変形例を示した。この例では
、ダイクロイックミラーを三層用いることにより、光束
を色別に三色に分割すると共に、不用な又は有害な色の
光(λ、)を最後のダイクロイックミラー3Ofの反射
面において透過させて除去してしまう方式のものである
。有害光としては他に赤外光が考えられる。固体撮像素
子4では、通常赤外においても十分強い感度を持つため
に赤外光を除去するためのフィルターが光路中に配置さ
れているが、この例では、画素ずらし法による解像力の
向上の効果と赤外光カットの効果とを一度に発揮し得る
ようになっている。
第8図に第一実施例の更に他の変形例を示した。
この例では、三層のダイクロイックミラー308゜30
b、30gと全反射面30cから成っており、四光束に
光を分割して色ずらしを行っている。この例は、R,G
、Bに加えて赤外光も含めて画像を合成したい場合に適
している。
この他、ダイクロイックミラーの数を増すことにより、
色分割数に対応させて行くことは可能である。
第9図に第二実施例を示した。これは、色分割プリズム
30の前方に三角プリズム34を配置したものであって
、第一実施例で得られるのが鏡像であったのに比べ正立
像が得られるという利点がある。
第1O図に第三実施例を示した、これは、正立像を得る
構成として、第二実施例の前置き三角プリズム4を除き
代りに後方に二個の三角プリズム35.36をその光束
の曲げ方向が図示したように90°ずれた配置とするも
のである。この例の特徴は、前記正立像を得ると共に、
ダイクロイックミラー及び反射面を二個の三角プリズム
の各面Mにそれぞれ付けることにより、画像の色ずらし
の方向を一方向だけでなく二次元的にずらすことが出来
る点にある。従って、このことにより、より最適な画像
の色ずらしを行うことが出来る。例えば前側プリズム3
5では、ダイクロイックミラーの分光特性がBを反射し
且つG、Rを透過するもので、反射面の特性がG、Rを
反射(全反射面でも可)するものであると共に、後側プ
リズム36では、ダイクロイックミラーの分光特性がB
G、を反射し且つ透過するもので、反射面の特性がRを
反射(全反射面でも可)するものであるような構成が考
えられる。ここで、B、G、Rを入れ替えても同様に成
立することは明らかである。
第11図に第四実施例を示した、これは、第三実施例に
示したプリズム35.36を、曲げられた光路が同一平
面上となるように配置したものである。異なる特性を持
つダイクロイックミラー及び反射面が両プリズム35.
36の各面Mに着いており、それぞれのダイクロイック
ミラー及び反射面で光束が分割され三光束となっている
。たとえば、前側プリズム35では、ダイクロイックミ
ラーの分光特性がBを反射し且つG、Rを透過するもの
で、反射面の特性がRを反射(全反射面でも可)するも
のであると共に、後側プリズム36では、ダイクロイッ
クミラーの分光特性がB、 Gを反射し且つRを透過す
るもので、反射面の特性がRを反射(全反射面でも可)
するものであるような構成が考えられる。上記構成でB
、G、Rを入れ替えても成立することも明らかである。
第12図に第五実施例を示した。これは、正立像を得な
がら、画像ずらしを行う構成としてペンタプリズム37
を利用した例である。即ち、ダイクロイックミラー及び
反射面を二ケ所の面M、 Mの一方或いは両方に着ける
ことで画像ずらしを行うものである。
第13図に第六実施例を示した。これは、四回反射する
構成にして光学系をコンパクトにまとめた実施例である
。勿論正立像が得られる。この実施例でも二ケ所の面M
、Mの一方或いは両面にダイクロイックミラー及び反射
面を付けて画像すらしを行っている。また本実施例では
、プリズム38とプリズム39の接合面Sに、使用波長
λに比べてnd(物質の屈折率×厚さ)の−倍以北の厚
みの1着物質膜があり、この面Sでプリズムと蒸着物質
との屈折率差を利用して透過1反射を行っている。たと
えば、蒸着物質としてS iOX 、 MgF2等のも
のが考えられる。本実施例では、MgF2をIO00n
m蒸着することでプリズム接合面Sへの光束の入射角に
応じて反射1通過が行われるようになっている。これは
、プリズムを光学軸を合わせたのち接着固定することに
より、全体構造が簡単で且つ芯ずれを起こさない光学系
にし得る利点がある。尚、接合を行わないで空気層を設
けた場合は位置関係の保持が難しくである程度の隙間を
あけざるを得す、この空気層を光軸が斜めに通ることに
より生じる非点隔差等の収差により画像の悪化を生じる
欠点がある。この例において、接合面SにMgF、をつ
ける利点は、面Sに所定の厚さの低屈折率層を設けたこ
とにより、確実に全反射と透過が起こることである。も
し、直接接着剤でプリズムを接合すると、接着剤の屈折
率や厚さによって不都合が生ずることがある。
第14図に第七実施例を示した。本実施例も第六実施例
と同様に四回反射の構成となっており、鏡映にならない
正立像を得ることが出来る。プリズム40.4’lに本
実施例では三ケ所の面Mがあるので、ダイクロイックミ
ラー及び反射面の配置のバリエーションもさまざまなも
のが可能となる。
第15図乃至第17図には第八実施例を示した、これは
、ダハプリズム42のダハ面の片側にダイクロイックミ
ラー及び反射面を付けるか両面に異った特性を持つダイ
クロイックミラー及び反射面を付けた構成を有している
第16図はダハ面の片側にダイクロイックミラー及び反
射面を付けたものの構成を示し、第17図はダハ面の両
面に異った特性のダイクロイックミラー及び反射面を付
けたものの構成を示している。
以上、先端に固体撮像素子を配置した内視鏡の撮像装置
での画像ずらしの構成について述べたが、第18図に示
すように固体撮像素子を持つ外付けTVカメラ43の内
部に上記構成を配置してもよい。処理回路系は、第一実
施例のものをそのまま利用しi[)る。
面、上記各実施例の構成では、対像物から撮像面までの
距離が、波長によって若干異なることになるが、これが
不都合を生ずる場合には、結像レンズで逆の色収差を出
しておけば光路長の差を打消すことができる。又、逆に
色の並び方を適当にすれば、結像レンズで色収差補正が
不充分な場合、それを補うこともできる。
又、各実施例ではダイクロイックミラーを用いているが
、これを波長特性のないハーフミラ−にすると、どのよ
うな損保方式(面順次方式1点順久方式等)をとるにせ
よ、常に多重像が撮像面上に形成されることになる。こ
れは通常TVカメラにおいて光路中に配置される水晶等
の複屈折板を利用した光学的ローパスフィルターの作用
と同じである。従って、光路中にプリズムを必要とする
ような配置をとる場合には、各実施例のグイクロイック
ミラーの代りにハーフミラ−(i3過率は必ずしも1/
2に限らず、多重像の個々の像の明るさをどの程度にす
るかによって適当に定める)を用いることにより、水晶
ローパスフィルターを省くことができる。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明による撮像装置は、各色の像の色収
差による悪化を発生させずに各色による画像ずらしを行
うことができ、その結果画像ずらしによる解像力向上の
限界まで解像力を上げることができる。又、グイクロイ
ックミラー及び反射面を備えたプリズムの数及び配置等
を選定することにより二次元的にも画素ずらしが行える
という利点も兼ね備えている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による撮像装置の一実施例のブロック図
、第2図はその動作を説明するタイミングチャート、第
3図は第一実施例の回転フィルターの正面図、第4図は
第一実施例のプリズムの要部拡大図、第5図は第一実施
例の原理を示す図、第6図乃至第8図は夫々第一実施例
の各変形例のプリズムの要部拡大図、第9図乃至第14
図は夫々第二乃至第七実施例の要部を示す図、第15、
図は第八実施例の要部を示す図、第16図及び第17図
は第八実施例のダハプリズムにおけるダイクト・・・内
視鏡先端部、2・・・・対物レンズ、3・・・・照明レ
ンズ、4・・・・固体描像素子、5・・・・ドライブ回
路、6・・・・プリアンプ、7・・・・ライトガイド、
8・・・・回転フィルター、9・・・・光源ランプ、l
O・・・・レンズ、11・・自読出パルス検出部、12
・・・・スタートパルス検出部、13・・・・伝達系、
14・・・・モータ、15・・・・回転検出部、16・
・・。 モータ駆動部、176.・・増幅器、18・・・・マル
チプレクサ部、19・・・・ゲート信号発生部、20゜
21.22・・・・フレームメモリ、23・・・・カラ
ーTVモニタ、24・・・・発振器、25・・・・続出
ゲート信号発生部、26・・・・アンド回路、30・・
・・プリズム、31・・・・同期信号発生器、32.3
3・・、・ディレィ回路、34.35.36・・・・三
角プリズム・37・・・・ペンタプリズム、38.39
,40.41・・・・プリズム、42・・・・グイプリ
ズム、43・・・・TVカメラ。 入1 人2 才12図 才13図 ’J−14図 ?15図 才117図 第18図 才19図 9f′20図 手続補正書(自発) 昭和61年 6月30日 1、事件の表示  特願昭61−96554号2、発明
の名称  撮像装置 4、代   理   人    〒lO5東京都港区新
橋5の196、補正の内容 (11明細書第2頁14行目の「43」を「53Jと訂
正する。 (2)  明細書第9頁10行目の「期間」をfafl
出朋間j期間正する。 (3)  明細書第10頁3行目の「色分散プリズム」
を「プリズムjと訂正する。 (4)  明細書筒10頁16行目及び第11頁2行目
の「点P」を夫々r点jと訂正する。 (5)明細書筒11頁3行目の「点P」をrこの点」と
訂正する。 (6)  明細書第11頁17〜18行目の「使用波長
に比べて・・・・厚み」をfnd(i3明部材の屈折率
nと厚さdの積)が使用波長の1倍以上となるような厚
みJと訂正する。 (7)  明細書筒12頁12〜13行目の「この例は
・・・・有効である。」を削除する。 (8)  明細書第13頁11行目の「適している。」
の次に下記文章を挿入する。 「又、この例は特別な波長の光例えばガン細胞の出す螢
光等を分けたい時有効である。J(9)  明細書第1
3頁15行目の「色分割」を削除する。 α鳴 明細書第14頁4行目の「90°ずれた配置とす
る」を「90°ずれるように配置した4と訂正する。 αD 明細書筒15頁20行目の「着ける」を「付ける
」と訂正する。 021  明細書第16頁8〜IO行目の「使用波長λ
に比べて・・・・蒸着物質膜」を下記文章に訂正する。 ’nd (物質の屈折率×厚さ)が使用波長λの1倍以
上となるような厚みを有する蒸着物質層j

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 結像レンズにより形成された対象物の像を固体撮像素子
    を用いて撮像するようにした撮像装置において、該撮像
    装置の光路中に、少なくとも一枚のダイクロイックミラ
    ーと、該ダイクロイックミラーを透過した光の少なくと
    も一部を該ダイクロイックミラーにより反射された光と
    大略平行に反射する反射部材とを配設し、上記固体撮像
    素子の撮像面上において上記ダイクロイックミラーを透
    過した光による像と反射した光による像とが互いに異な
    る位置に形成されるようにしたことを特徴とする撮像装
    置。
JP61096554A 1986-04-07 1986-04-25 撮像装置 Expired - Lifetime JP2672942B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61096554A JP2672942B2 (ja) 1986-04-25 1986-04-25 撮像装置
US07/035,013 US4882619A (en) 1986-04-07 1987-04-06 High resolution image pickup system with color dispersion means
DE3711628A DE3711628C2 (de) 1986-04-07 1987-04-07 Bildaufnahmevorrichtung
US07/396,223 US5014121A (en) 1986-04-07 1989-08-21 High image resolution image pickup system with color dispersion means

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61096554A JP2672942B2 (ja) 1986-04-25 1986-04-25 撮像装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62253283A true JPS62253283A (ja) 1987-11-05
JP2672942B2 JP2672942B2 (ja) 1997-11-05

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