(57)【要約】【課題】撮影画像の画質を向上させるとともに、製造コストが低減される多板式の撮像装置を提供する。【解決手段】レンズ１により集光された被写体からの入射光を分光する分光光学系２と、分光された入射光の赤、緑、及び青成分にそれぞれ対応して設けられた複数の撮像素子３〜５と、撮像素子３〜５から出力される電気信号を信号処理する信号処理回路とを備えるとともに、撮像素子３〜５の少なくとも１つの撮像素子は、他の撮像素子とは変換特性が異なるようにして、各撮像素子３〜５からの電気信号におけるＳ／Ｎ比の劣化が出力信号に及ぼす影響を緩和することで撮影画像の画質の向上を図るとともに、撮像装置の製造コストを低減することができるようにする。【選択図】  図１
2004215092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズにより集光された被写体からの入射光を分光する分光手段と、
上記分光手段にて分光された上記入射光の赤成分、緑成分、及び青成分にそれぞれ対応して設けられ、上記入射光を電気信号に変換して出力する複数の撮像手段と、
上記撮像手段より出力される電気信号に所定の信号処理を施す信号処理手段とを備え、
上記複数の撮像手段の少なくとも１つの撮像手段は、当該撮像手段とは異なる撮像手段と、上記入射光から電気信号への変換特性が異なることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記複数の撮像手段は、同じ受光面積を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記複数の撮像手段のサンプリング周波数の比が、ｎ／ｍ（ｎ及びｍは自然数）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に関し、特に、複数の撮像素子を有する撮像装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラーフィルター及び１つの撮像素子を用いてカラー画像を得る単板式カメラと、複数の撮像素子を用いてカラー画像を得る多板式カメラとがあった。多板式カメラは、単板式とは異なり色に関する完全な情報が画素単位で得られ、きめ細かなカラー画像を得ることができる。
【０００３】
従来の多板式カメラにおいて、赤（Ｒ）チャンネル、緑（Ｇ）チャンネル、青（Ｂ）チャンネルの撮像素子は、同じ仕様（性能）を有する撮像素子（例えば、同一品種）が用いられていた。また、撮像素子を駆動するための駆動パルスもチャンネルにはかかわらず、同一の駆動パルスがそれぞれの撮像素子に供給されていた。
【０００４】
図４は、従来の多板式カメラでの各チャンネルの周波数特性を示す図であり、（Ａ）は赤チャンネル、（Ｂ）は緑チャンネル、（Ｃ）は青チャンネルの周波数特性をそれぞれ示している。図４に示すように、従来の多板式カメラでは各チャンネルの周波数特性は同一である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、通常、青チャンネルは分光透過率が他のチャンネルに比べて小さいので、従来の多板式カメラのように、各色成分に対応する撮像素子に同じ仕様のものを使用すると、青チャンネルにおけるＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が悪くなる傾向がある。この青チャンネルにおけるＳ／Ｎ比の劣化が、出力信号に影響を及ぼし、最終的に出力される色信号及び輝度信号のＳ／Ｎ比を劣化させる１つの原因になっていた。
【０００６】
図５は、３板式カメラの信号処理回路での各チャンネル間のトータルゲイン差の一例を示す図である。図５に示した例では、青チャンネルのゲインは、緑チャンネルのゲインを基準として＋１２ｄＢ（４倍）と非常に大きく、このゲインの差が色信号（クロマ信号）のＳ／Ｎ比の劣化に大きく影響を及ぼしている。
【０００７】
また、カメラ等の撮像装置において、撮像素子は、一般的に最も高価な部品の１つであり、多板式カメラは、複数の撮像素子を用いるために製造（構成部品）に要するコストが高く、つまり製品として高価なものになってしまう。
本発明は、このような事情に鑑みて成されたものであり、撮影画像の画質を向上させるとともに、製造コストが低減される多板式の撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、レンズにより集光された被写体からの入射光を分光する分光手段と、上記分光手段にて分光された上記入射光の赤成分、緑成分、及び青成分にそれぞれ対応して設けられ、上記入射光を電気信号に変換して出力する複数の撮像手段と、上記撮像手段より出力される電気信号に所定の信号処理を施す信号処理手段とを備え、上記複数の撮像手段の少なくとも１つの撮像手段は、当該撮像手段とは異なる撮像手段と、上記入射光から電気信号への変換特性が異なることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態による撮像装置を適用したビデオカメラの一構成例を示すブロック図である。
図１において、撮像すべき被写体からの光は、レンズ１により集光されて分光光学系２に入力され、光の３原色である赤、緑、青の各成分に分離される。
【００１０】
分光光学系２にて分離された光の赤、緑、青の各成分は、例えばＣＣＤ等で構成される撮像素子（Ｒ）３、撮像素子（Ｇ）４、及び撮像素子（Ｂ）５にそれぞれ入力される。ここで、詳細な説明は後述するが、撮像素子（Ｒ）３と撮像素子（Ｇ）４とは同じ仕様（性能）のものであり、撮像素子（Ｂ）５は、撮像素子（Ｒ）３及び撮像素子（Ｇ）４の仕様とは異なる仕様のものである。
【００１１】
撮像素子（Ｒ）３及び撮像素子（Ｇ）４は、タイミングジェネレータ１７からそれぞれ供給される駆動パルス信号ＤＰ１により駆動され、入力された光の赤、緑成分をそれぞれ電気信号に変換する。また、撮像素子（Ｂ）５は、タイミングジェネレータ１７から供給される駆動パルス信号ＤＰ２により駆動され、入力された光の青成分を電気信号に変換する。
【００１２】
撮像素子（Ｒ）３、撮像素子（Ｇ）４、及び撮像素子（Ｂ）５から出力される電気信号は、それぞれ対応して設けられたＣＤＳ／ＡＭＰ回路（Ｒ）６、ＣＤＳ／ＡＭＰ回路（Ｇ）７、及びＣＤＳ／ＡＭＰ回路（Ｂ）８に入力される。ＣＤＳ／ＡＭＰ回路６〜８は、相関二重サンプリング処理により入力される電気信号（撮像素子からの出力信号）から当該電気信号に含まれた同期性のノイズ成分を除去した後、所定の増幅率で電気信号の振幅を増幅する。
【００１３】
ＣＤＳ／ＡＭＰ回路（Ｒ）６、ＣＤＳ／ＡＭＰ回路（Ｇ）７、及びＣＤＳ／ＡＭＰ回路（Ｂ）８は、上述した処理を施して得られた信号を赤（Ｒ）信号ＳＲ、緑（Ｇ）信号ＳＧ、及び青（Ｂ）信号ＳＢとしてそれぞれ出力する。
【００１４】
赤信号ＳＲ、緑信号ＳＧ、及び青信号ＳＢは、輝度信号マトリクス回路９に入力され、例えばＮＴＳＣ信号の場合には、下記に示す式（１）に基づいて輝度信号が合成される。
輝度信号Ｙ＝０．３０ＳＲ＋０．５９ＳＧ＋０．１１ＳＢ  （帯域４．２ＭＨｚ）…（１）
【００１５】
また、赤信号ＳＲ及び緑信号ＳＧは、輪郭補正信号発生部１０に入力され、映像信号において画像の精細部を構成する輪郭補正信号が生成される。ここで、輪郭補正信号発生部１０には青信号ＳＢが入力されていないが、青信号ＳＢは通常、ノイズが多く、また上記式（１）に示したように輝度信号の構成においても全体に対して約１／１０である。したがって、輪郭補正信号発生部１０に青信号ＳＢを入力しなくとも、出力される画像の画質にはほとんど影響を及ぼさず、一方で青信号ＳＢを入力しないことでノイズの増加を抑制することができる。
【００１６】
輝度信号マトリクス回路９にて合成された輝度信号と、輪郭補正信号発生部１０にて生成された輪郭補正信号は、加算回路１１で加算処理された後、輝度信号処理部１２に入力される。輝度信号処理部１２は、入力された信号に対してガンマ、ニー、ホワイトクリップ等の処理を施し、輝度信号ＳＹとして出力する。
【００１７】
また、赤信号ＳＲ、緑信号ＳＧ、及び青信号ＳＢは、色差マトリクス回路１５に入力され、下記に示す式（２）、（３）に基づいて色差信号（Ｉ信号、Ｑ信号）ＳＩ、ＳＱが生成される。
Ｉ信号ＳＩ＝−０．２７（ＳＢ−Ｙ）＋０．７４（ＳＲ−Ｙ）  （帯域１．３ＭＨｚ）…（２）
Ｑ信号ＳＱ＝  ０．４１（ＳＢ−Ｙ）＋０．４８（ＳＲ−Ｙ）  （帯域０．５ＭＨｚ）…（３）
【００１８】
色差マトリクス回路１５にて生成された色差信号ＳＩ、ＳＱは、帯域制限用のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２７、２８を介して、サブキャリアとともにカラーエンコーダ１６に入力される。ここで、例えばＬＰＦ２７、２８のカットオフ周波数ｆ１、ｆ２は、１．３ＭＨｚ、０．５ＭＨｚである。カラーエンコーダ１６は、色差信号ＳＩ、ＳＱによりサブキャリアを直角２相変調し、色信号ＳＣとして出力する。
【００１９】
本実施形態における撮像素子（Ｒ）３、撮像素子（Ｇ）４、及び撮像素子（Ｂ）５について説明する。上述したように本実施形態においては、撮像素子（Ｒ）３と撮像素子（Ｇ）４とは同じ仕様（性能、例えば有効画素数、光から電気信号への変換における感度、出力信号の周波数特性等の変換特性）であり、撮像素子（Ｂ）５は、撮像素子（Ｒ）３及び撮像素子（Ｇ）４と異なる仕様である。
例えば、撮像素子（Ｒ）３及び撮像素子（Ｇ）４が有効画素３８万画素の撮像素子であり、撮像素子（Ｂ）５が、有効画素２５万画素の撮像素子である場合を一例として説明する。
【００２０】
図３は、同じサイズ（大きさ）で画素数が異なるＣＣＤの性能等の差を説明するための図であり、サイズがともに１／３インチである有効画素が３８万画素のＣＣＤと有効画素が２５万画素のＣＣＤとを比較して示している。
図３に示すように、有効２５万画素のＣＣＤは、有効３８万画素のＣＣＤに比べて、１画素あたりのサイズが大きく、画素サイズで比較した感度は高く、解像度は低く、価格は低い。このように、有効３８万画素のＣＣＤと有効２５万画素のＣＣＤとでは、画素サイズで比較した感度及び価格の双方において大きな差が存在する。
【００２１】
また、図２は、同じサイズ（同じ受光面積）で画素数が異なるＣＣＤを用いた際の出力信号の周波数特性の差を説明するための図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は同じ画素数（例えば、有効３８万画素）のＣＣＤを用いた際の出力信号の周波数特性を示しており、（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）よりも低い画素数（例えば、有効２５万画素）のＣＣＤを用いた際の出力信号の周波数特性を示している。
【００２２】
青チャンネルに対応する撮像素子（Ｂ）５に低画素のＣＣＤを用いた場合には、図２（Ｃ）に示すように出力信号の周波数特性は、他のチャンネル（赤及び緑）における出力信号の周波数特性とは異なり、高域での伸びは不足する。しかしながら、上述したように青チャンネルの出力信号（青信号ＳＢ）は、輝度信号処理にて画像細部の絵柄の表現に影響を与える輪郭補正信号に対する寄与がゼロであり、輝度信号の構成においても全体の約１／１０であるので不都合は生じない。一方、感度が要求される青チャンネルに画素数の少ない撮像素子を使用することによって感度がアップする。
【００２３】
また、色差信号ＳＩ、ＳＱについては、ＮＴＳＣの規格によりＩ信号ＳＩの必要帯域幅は、１．３ＭＨｚ／−３ｄＢであり、Ｑ信号ＳＱの必要帯域幅は、０．５ＭＨｚ／−３ｄＢであるので、青チャンネルの周波数帯域が図２（Ｃ）に示すようであっても何ら不都合は生じない。
【００２４】
ここで、異なる仕様の撮像素子３〜５を駆動するために、タイミングジェネレータ１７の内部構成はやや複雑になるが、これによる生産上のコストの増加は、近年の集積回路技術の進歩により非常にわずかである。
なお、撮像素子（Ｒ）３および撮像素子（Ｇ）４に対して、撮像素子（Ｂ）５のそれぞれのサンプリング周波数の比が、簡単な整数比ｎ／ｍ（ｎ及びｍは自然数）（例えば、１／２、１／３、あるいは２／３等）の関係を有するように撮像素子３〜５を構成すると、タイミングジェネレータ１７の内部構成は簡素になる。
【００２５】
以上、詳しく説明したように本実施形態によれば、分光光学系２にて分離される被写体からの光の赤、緑、青の各成分にそれぞれ対応し、被写体からの光を電気信号に変換する撮像素子３〜５のうち、青成分に対応する撮像素子（Ｂ）５に、撮像素子（Ｒ）３及び撮像素子（Ｇ）４よりも有効画素数の少ない（感度が高い）の撮像素子を用いる。これにより、本実施形態による３板式の撮像装置は、青成分の電気信号におけるＳ／Ｎ比の劣化が出力信号に及ぼす影響を緩和することで撮影画像の画質の向上を図ることができ、低性能の撮像素子を用いることで製造コストを低減することができる。
【００２６】
なお、上述した実施形態は、本発明の基本的な構成例を説明したものであり、実際の製品等においては、レンズ１と分光光学系２との間には絞りが挿入されたり、ＣＤＳ／ＡＭＰ回路６〜８での増幅率が可変であったりすることが多い。これらの制御は、例えば別途設けられたマイクロプロセッサ等により行われる。
【００２７】
また、上述した実施形態では、出力信号は輝度信号ＳＹと色信号ＳＣとに分離して出力されるが、これはいわゆるＳ端子出力を前提としたものであり、コンポジット信号は輝度信号ＳＹと色信号ＳＣとの加算回路を設けることにより生成することが可能である。
【００２８】
また、上述した実施形態では、撮像素子（Ｒ）３、撮像素子（Ｇ）４、及び撮像素子（Ｂ）５のうち、撮像素子（Ｂ）５だけを異なる仕様のものとしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、撮像素子（Ｒ）３、撮像素子（Ｇ）４、及び撮像素子（Ｂ）５が互いに異なる仕様のもの（撮像素子（Ｇ）４、撮像素子（Ｒ）３、撮像素子（Ｂ）５の順に性能が低くなっていく撮像素子）であっても良いし、撮像素子（Ｇ）４だけが異なる仕様のもの（他に比べて高画素数の撮像素子）であっても良い。
【００２９】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の実施態様例を以下に示す。
【００３０】
（実施態様１）レンズにより集光された被写体からの入射光を分光する分光手段と、
上記分光手段にて分光された上記入射光の赤成分、緑成分、及び青成分にそれぞれ対応して設けられ、上記入射光を電気信号に変換して出力する複数の撮像手段と、
上記撮像手段より出力される電気信号に所定の信号処理を施す信号処理手段とを備え、
上記複数の撮像手段の少なくとも１つの撮像手段は、当該撮像手段とは異なる撮像手段と、上記入射光から電気信号への変換特性が異なることを特徴とする撮像装置。
（実施態様２）上記入射光の青成分に対応する撮像手段が、上記入射光の赤成分及び緑成分にそれぞれ対応する撮像手段と、上記変換特性が異なることを特徴とする実施態様１に記載の撮像装置。
（実施態様３）上記入射光の赤成分及び緑成分にそれぞれ対応する撮像手段は、上記変換特性が同じであることを特徴とする実施態様２に記載の撮像装置。
（実施態様４）上記入射光の青成分に対応する撮像手段は、上記入射光の赤成分及び緑成分にそれぞれ対応する撮像手段よりも解像度が低いことを特徴とする実施態様２又は３に記載の撮像装置。
（実施態様５）上記入射光の緑成分に対応する撮像手段が、上記入射光の赤成分及び青成分にそれぞれ対応する撮像手段と、上記変換特性が異なることを特徴とする実施態様１に記載の撮像装置。
（実施態様６）上記入射光の緑成分に対応する撮像手段は、上記入射光の赤成分及び青成分にそれぞれ対応する撮像手段よりも解像度が高いことを特徴とする実施態様５に記載の撮像装置。
（実施態様７）上記信号処理手段は、上記撮像手段より出力される電気信号に基づいて、被写体画像の輝度信号及び色信号を生成することを特徴とする実施態様１〜６の何れか１項に記載の撮像装置。
（実施態様８）上記信号処理手段は、上記入射光の赤成分、緑成分、及び青成分に対応する撮像手段より出力される電気信号に基づいて輝度信号を生成し、上記入射光の赤成分及び緑成分に対応する撮像手段より出力される電気信号に基づいて生成した上記輝度信号を補正することを特徴とする実施態様７に記載の撮像装置。
（実施態様９）被写体からの光を集光するレンズ手段と、
上記レンズ手段からの入射光を分光する分光手段と、
上記分光手段で分光された上記入射光の赤成分、緑成分及び青成分に対応する複数の撮像手段と、
上記撮像手段からの電気信号出力を処理する信号処置手段とを備え、
上記複数の撮像手段のうちの１つの撮像手段の仕様は、当該撮像手段とは異なる撮像手段の仕様と異なることを特徴とする撮像装置。
（実施態様１０）上記複数の撮像手段のサンプリング周波数の比が、ｎ／ｍ（ｎ及びｍは自然数）であることを特徴とする実施態様９に記載の撮像装置。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被写体からの入射光を分光して得られる当該入射光の赤成分、緑成分、及び青成分にそれぞれ対応して設けられ、入射光を電気信号に変換して出力する複数の撮像手段のうち、少なくとも１つの撮像手段は、当該撮像手段とは異なる撮像手段と、上記入射光から電気信号への変換特性が異なるものにする。これにより、各色成分に対して同じ変換特性の撮像手段を用いずに、各色成分に応じた変換特性の撮像手段をそれぞれ用いることで各色成分の出力信号におけるＳ／Ｎ比の悪化を抑制して撮影画像の画質の向上を図り、かつ製造コストを低減した多板式の撮像装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態による撮像装置を適用したビデオカメラの一構成例を示すブロック図である。
【図２】同じサイズで画素数が異なるＣＣＤを用いた際の出力信号の周波数特性の差を説明するための図である。
【図３】同じサイズで画素数が異なるＣＣＤの性能等の差を説明するための図である。
【図４】従来の多板式カメラでの各チャンネルの周波数特性を示す図である。
【図５】従来の３板式カメラの信号処理回路での各チャンネル間のトータルゲイン差の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  レンズ
２  分光光学系
３  撮像素子（Ｒ）
４  撮像素子（Ｇ）
５  撮像素子（Ｂ）
６〜８  ＣＤＳ／ＡＭＰ回路
９  輝度信号マトリクス回路
１０  輪郭補正信号発生部
１１  加算器
１２  輝度信号処理部
１３  色差信号マトリクス回路
１４、１５  ローパスフィルタ
１６  カラーエンコーダ
１７  タイミングジェネレータ
【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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