(57)【要約】【課題】分解能を飛躍的に高めて高精細なカラー画像を取得することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、レンズと、レンズを介して光を受けるイメージセンサ２と、レンズとイメージセンサ２との間に位置して重なるように設けられ、互いに異なる色の光を吸収してその余の光を透過させるように制御される複数の液晶フィルタ３〜５とを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、
上記レンズを介して光を受けるイメージセンサと、
上記レンズと上記イメージセンサとの間に位置して重なるように設けられ、互いに異なる色の光を非透過状態としてその余の光を透過させるように制御される複数の液晶フィルタと、
を備えていることを特徴とする、撮像装置。
【請求項２】
上記複数の液晶フィルタは、赤色光の非透過状態と透過状態とが制御されるシアン系の液晶フィルタ、緑色光の非透過状態と透過状態とが制御されるマゼンタ系の液晶フィルタ、および青色光の非透過状態と透過状態とが制御されるイエロー系の液晶フィルタからなる、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記シアン系、マゼンタ系、およびイエロー系の液晶フィルタのうち、いずれか一の液晶フィルタを透過状態とする際にその余の液晶フィルタを非透過状態とし、これら液晶フィルタの透過状態を順次切り替えるように制御する液晶駆動制御手段を有している、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記シアン系、マゼンタ系、およびイエロー系の液晶フィルタのうち、いずれか一の液晶フィルタを非透過状態とする際にその余の液晶フィルタを透過状態とし、これら液晶フィルタの非透過状態を順次切り替えるように制御する液晶駆動制御手段を有している、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記液晶フィルタの端部には、液晶駆動用の配線基板が接続されており、これら複数の液晶フィルタは、上記端部を互いにずらして重ねられている、請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー画像を取得可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。同文献に開示された撮像装置は、ＲＧＢ系の色フィルタを備えたカラー撮像素子をマトリクス状に配置したものである。カラー撮像素子のそれぞれは、ＲＧＢいずれかの受光セル（ブロック）として割り当てられ、着目する一つの受光セルとその周辺の受光セルから一画素分のＲＧＢ色情報を補間処理によって生成するようにいわゆるベイヤ配列されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の撮像装置では、一つの画素のＲＧＢ色情報を複数の受光セルから求めることで擬似的に解像度を引き上げ、受光セルの数に対して画素数を同数としている。つまり、実質的には画素数相当の解像度が得られず、取得されたカラー画像の色再現性に劣るため、分解能を飛躍的に高めて高精細なカラー画像を取得することが困難であった。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１６１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、分解能を飛躍的に高めて高精細なカラー画像を取得することができる撮像装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって提供される撮像装置は、レンズと、上記レンズを介して光を受けるイメージセンサと、上記レンズと上記イメージセンサとの間に位置して重なるように設けられ、互いに異なる色の光を非透過状態としてその余の光を透過させるように制御される複数の液晶フィルタと、を備えていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態としては、上記複数の液晶フィルタは、赤色光の非透過状態と透過状態とが制御されるシアン系の液晶フィルタ、緑色光の非透過状態と透過状態とが制御されるマゼンタ系の液晶フィルタ、および青色光の非透過状態と透過状態とが制御されるイエロー系の液晶フィルタからなる。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態としては、上記シアン系、マゼンタ系、およびイエロー系の液晶フィルタのうち、いずれか一の液晶フィルタを透過状態とする際にその余の液晶フィルタを非透過状態とし、これら液晶フィルタの透過状態を順次切り替えるように制御する液晶駆動制御手段を有している。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態としては、上記シアン系、マゼンタ系、およびイエロー系の液晶フィルタのうち、いずれか一の液晶フィルタを非透過状態とする際にその余の液晶フィルタを透過状態とし、これら液晶フィルタの非透過状態を順次切り替えるように制御する液晶駆動制御手段を有している。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態としては、上記液晶フィルタの端部には、液晶駆動用の配線基板が接続されており、これら複数の液晶フィルタは、上記端部を互いにずらして重ねられている。
【００１１】
このような構成によれば、複数の液晶フィルタを制御することにより、たとえばイメージセンサにおける一つひとつの撮像素子をＲＧＢの受光セルとして切り替えることができ、一つの撮像素子によって一画素分に必要な全ての色情報を取得することができるので、実質的に画素数相当の解像度が得られることで分解能を飛躍的に高めることができ、ひいては高精細なカラー画像を取得することができる。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】
図１〜５は、本発明にかかる撮像装置の一実施形態を示している。図１に示すように、撮像装置Ａは、プリント配線板１、イメージセンサ２、複数の液晶フィルタ３〜５、レンズホルダ６、レンズ７、および液晶駆動制御部８を備えている。プリント配線板１は、レンズホルダ６の底部に固定されている。イメージセンサ２は、レンズ７からの光を受けるようにプリント配線板１に実装されている。複数の液晶フィルタ３〜５は、レンズホルダ６の内部においてレンズ７とイメージセンサ２との間に位置し、互いに重なるように設けられている。これらの液晶フィルタ３〜５は、液晶駆動制御部８によって制御される。
【００１５】
図２に示すように、イメージセンサ２のベアチップ部は、基板２０、撮像素子２１、配線層２２、およびマイクロレンズ２３を有して構成されている。
【００１６】
基板２０は、たとえば半導体製造プロセスを経て製作されたＳｉ基板からなる。
【００１７】
撮像素子２１は、たとえばフォトダイオードとして基板２０の表面に造り込まれたものであり、その基板２０の表面内でマトリクス状の配列パターンをなすように形成されている。
【００１８】
配線層２２は、たとえば基板２０の表面上に形成された透光性および絶縁性をもつシリコン酸化層内に、撮像素子２１の電荷転送電極としてＡｌの配線パターンを含む層である。配線パターンは、撮像素子２１に対して光を遮ることがないように隣り合う撮像素子２１と撮像素子２１との間に形成されている。
【００１９】
マイクロレンズ２３は、撮像素子２１に対する集光性を高めるものであり、各撮像素子２１と対応するようにベアチップの上面全体に形成されている。
【００２０】
複数の液晶フィルタ３〜５は、それぞれシアン系の液晶フィルタ３、マゼンタ系の液晶フィルタ４、イエロー系の液晶フィルタ５からなる。液晶フィルタ３〜５の両端部には、液晶駆動制御部８に通じるフレキシブル配線基板Ｆが接合されている。このような液晶フィルタ３〜５は、異方性導電フィルムを介してフレキシブル配線基板Ｆを接合するように端部が互いにずらされ、透光性の中間部材Ｍを介して重ねられている。
【００２１】
シアン系の液晶フィルタ３は、たとえばホストとなる液晶に赤色光を吸収する二色性色素をゲストとして混入した液晶層３０を有し、この液晶層３０をたとえばＩＴＯ電極が形成された透明基板３１，３２の間に封止した構造からなる。このようなシアン系の液晶フィルタ３によれば、液晶駆動制御部８によって液晶層３０に電圧が印加されると、可視光の波長範囲となるほとんどの光が液晶層３０を透過した状態となる。一方、液晶層３０に電圧が印加されない場合、赤色光以外の波長範囲の光が液晶層３０を透過しつつも、赤色光に相当する波長範囲の光が液晶層３０において効率よく吸収された状態となる。
【００２２】
マゼンタ系の液晶フィルタ４は、たとえばホストとなる液晶に緑色光を吸収する二色性色素をゲストとして混入した液晶層４０を有し、この液晶層４０をたとえばＩＴＯ電極が形成された透明基板４１，４２の間に封止した構造からなる。このようなマゼンタ系の液晶フィルタ４も、液晶駆動制御部８によって液晶層４０に電圧が印加されると、可視光の波長範囲となるほとんどの光が液晶層４０を透過した状態となる。一方、液晶層４０に電圧が印加されない場合、緑色光以外の波長範囲の光が液晶層４０を透過しつつも、緑色光に相当する波長範囲の光が液晶層４０において効率よく吸収された状態となる。
【００２３】
イエロー系の液晶フィルタ５は、たとえばホストとなる液晶に青色光を吸収する二色性色素をゲストとして混入した液晶層５０を有し、この液晶層５０をたとえばＩＴＯ電極が形成された透明基板５１，５２の間に封止した構造からなる。このようなイエロー系の液晶フィルタ５も、液晶駆動制御部８によって液晶層５０に電圧が印加されると、可視光の波長範囲となるほとんどの光が液晶層５０を透過した状態となる。一方、液晶層５０に電圧が印加されない場合、青色光以外の波長範囲の光が液晶層５０を透過しつつも、青色光に相当する波長範囲の光が液晶層５０において効率よく吸収された状態となる。
【００２４】
液晶駆動制御部８は、液晶フィルタ３〜５のうちのいずれか一のものを透過状態としつつその余を吸収状態とし、このような透過吸収状態を排他的に順次切り替えるように制御する。たとえば動画撮影時、液晶駆動制御部８は、たとえば色切り替えに７ｍｓ、一画面露光に１５ｍｓといった時間制御によってシアン系の液晶フィルタ３、マゼンタ系の液晶フィルタ４、イエロー系の液晶フィルタ５の順に電圧を印加する。これにより、レンズ７を透過した光は、液晶フィルタ３〜５によって順次に赤色光、緑色光、青色光となり、これらの光が順に全ての撮像素子２１において受光される。１フレーム分の画像は、一つの撮像素子２１を１画素として３（色）×２２ｍｓ＝６６ｍｓ程度の走査時間により得られ、各撮像素子２１における赤、緑、青の露光量に応じた信号に基づいて図示しない画像処理部で加色混合の画像処理を行うことにより、各撮像素子２１が１画素に対応した高精細なカラー画像が得られる。
【００２５】
上記撮像装置Ａは、次のような作用をもつ。
【００２６】
たとえば動画撮影時、撮像装置Ａに対して外部からの光は、レンズ７、シアン系の液晶フィルタ３、マゼンタ系の液晶フィルタ４、イエロー系の液晶フィルタ５を順に透過し、さらにマイクロレンズ２３、配線層２２を通って撮像素子２１に達する。撮像素子２１では、露光量に応じた電荷がＲＧＢ画素信号として出力される。
【００２７】
このとき、液晶フィルタ３〜５は、先述したように極めて短い時間間隔で排他的に透過状態となるように駆動制御される。たとえば図３に示すように、シアン系の液晶フィルタ３のみが電圧印加によってオン状態の場合、可視光の波長範囲となるほとんどの光がシアン系の液晶フィルタ３を透過する一方、それ以外のマゼンタ系およびイエロー系の液晶フィルタ４，５によって緑色光および青色光が吸収される。すなわち、イメージセンサ２には、赤色光が入射する。これにより、全ての撮像素子２１は、赤色光の露光状態となり、その露光量に応じたＲ画素信号が得られる。
【００２８】
図４に示すように、マゼンタ系の液晶フィルタ４のみが電圧印加によってオン状態の場合、可視光の波長範囲となる光は、シアン系の液晶フィルタ３によって赤色光が吸収された後、マゼンタ系の液晶フィルタ４をほとんど透過する。さらにその後、マゼンタ系の液晶フィルタ４を透過した光は、シアン系の液晶フィルタ５によって青色光が吸収される。すなわち、イメージセンサ２には、緑色光が入射する。これにより、全ての撮像素子２１は、緑色光の露光状態となり、その露光量に応じたＧ画素信号が得られる。
【００２９】
図５に示すように、イエロー系の液晶フィルタ５のみが電圧印加によってオン状態の場合、可視光の波長範囲となる光は、シアン系の液晶フィルタ３およびマゼンタ系の液晶フィルタ４によって赤色光および緑色光が吸収された後、イエロー系の液晶フィルタ５をほとんど透過する。すなわち、イメージセンサ２には、青色光が入射する。これにより、全ての撮像素子２１は、青色光の露光状態となり、その露光量に応じたＢ画素信号が得られる。
【００３０】
以上のようにしてＲ画素信号、Ｇ画素信号、Ｂ画素信号が得られると、これらの画素信号が加色混合の画像処理によって各画素のＲＧＢ画素信号となり、１フレーム分の画像が生成される。液晶フィルタ３〜５を排他的かつ高速に駆動する制御をたとえば１色につき２２ｍｓの時間間隔で行った場合、全ての液晶フィルタ３〜５を一巡する時間が６６ｍｓとなり、動画像を取得する際のフレームレートとしては、略１５ｆｐｓとなる。これにより、撮像素子２１一つ当たり１画素となる高精細なカラーの動画像が高速に得られる。もちろん、静止画像を撮影する場合においても、撮像素子２１一つ当たり１画素となる高精細なカラー画像を得ることができる。
【００３１】
したがって、本実施形態の撮像装置Ａによれば、一つひとつの撮像素子２１によって一画素分に必要な全てのＲＧＢ画素信号を取得することができるので、実質的に画素数相当の解像度が得られることで分解能を飛躍的に高めることができ、ひいては高精細なカラー画像を取得することができる。
【００３２】
図６〜８は、本発明にかかる撮像装置の他の実施形態を示している。なお、本実施形態の撮像装置は、先述した実施形態によるものと制御が異なるだけであるため、その制御に係る要点に絞って説明する。
【００３３】
本実施形態では、複数の液晶フィルタ３〜５のうちのいずれか一つのものが排他的に吸収状態となるように駆動制御される。たとえば図６に示すように、マゼンタ系とイエロー系の液晶フィルタ４，５が電圧印加によってオン状態の場合、シアン系の液晶フィルタ３が吸収状態となる。これにより、イメージセンサ２には、赤色光以外となる緑色光と青色光の混合した光が入射する。このような緑色光と青色光が混合した光は、シアン系の光となり、全ての撮像素子２１においては、露光量に応じたＣ画素信号が得られる。
【００３４】
図７に示すように、シアン系とイエロー系の液晶フィルタ３，５が電圧印加によってオン状態の場合、マゼンタ系の液晶フィルタ４が吸収状態となる。これにより、イメージセンサ２には、緑色光以外となる赤色光と青色光の混合した光が入射する。このような赤色光と青色光が混合した光は、マゼンタ系の光となり、全ての撮像素子２１においては、露光量に応じたＭ画素信号が得られる。
【００３５】
図８に示すように、シアン系と、マゼンタ系の液晶フィルタ３，４が電圧印加によってオン状態の場合、イエロー系の液晶フィルタ５が吸収状態となる。これにより、イメージセンサ２には、青色光以外となる赤色光と緑色光の混合した光が入射する。このような赤色光と緑色光が混合した光は、イエロー系の光となり、全ての撮像素子２１においては、露光量に応じたＹ画素信号が得られる。
【００３６】
以上のようにしてＣ画素信号、Ｍ画素信号、Ｙ画素信号が得られると、これらの画素信号が減色混合の画像処理によって各画素のＣＭＹ画素信号となり、１フレーム分の画像が生成される。液晶フィルタ３〜５を排他的かつ高速に駆動することにより、先述した実施形態と同様に撮像素子２１一つ当たり１画素となる高精細なカラーの動画像が高速に得られる。なお、一旦得られたＣＭＹ画素信号は、色空間変換によってＲＧＢ画素信号に変換することもできる。
【００３７】
したがって、本実施形態のような液晶制御によっても、一つひとつの撮像素子２１によって一画素分に必要な全てのＣＭＹ画素信号を取得することができ、先述した実施形態によるものと同様に分解能を飛躍的に高めて高精細なカラー画像を取得することができる。イメージセンサ２は、混合した光を受光することで露光量が多くなるので、取得したカラー画像をより高輝度とすることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明にかかる撮像装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、液晶フィルタは、中間部材を介在させることなく直に積層させた構造でもよい。
【００３９】
液晶フィルタとしては、液晶層に特定色の選択反射が可能なコレステリック液晶を封入したものでもよい。このような液晶フィルタでも、反射状態と透過状態とを切り替えることで先述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる撮像装置の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す撮像装置の要部断面図である。
【図３】図１に示す撮像装置の作用を説明するための要部断面図である。
【図４】図１に示す撮像装置の作用を説明するための要部断面図である。
【図５】図１に示す撮像装置の作用を説明するための要部断面図である。
【図６】本発明にかかる撮像装置の他の実施形態を示す要部断面図である。
【図７】図６に示す撮像装置の作用を説明するための要部断面図である。
【図８】図６に示す撮像装置の作用を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ    撮像装置
Ｆ    フレキシブル配線基板
２    イメージセンサ
３    シアン系の液晶フィルタ
４    マゼンタ系の液晶フィルタ
５    イエロー系の液晶フィルタ
７    レンズ
８    液晶駆動制御部（液晶駆動制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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