(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
青の帯域撮像用のプリズムと、赤の帯域撮像用のプリズムと、緑の帯域撮像用のプリズムとを有し、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズムと、
前記緑の帯域撮像用のプリズムを分割した２つのプリズムの間の前記色分解された緑色像の光路上に変位可能に設けられた透光板と、
前記各色像を画像信号に変換する撮像素子と、
前記画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路とを備え、
前記透光板を少なくとも１フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像装置。
【請求項２】
前記透光板を光軸に対して傾斜させて前記透光板を変位させる
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記緑色像の光路に対して傾きを有する前記透光板を前記光路中に挿脱して前記透光板を変位させる
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記色分解プリズムがエアギャップのあるプリズムである
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記色分解プリズムがエアギャップのないプリズムである
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
青の帯域撮像用のプリズムと、赤の帯域撮像用のプリズムと、緑の帯域撮像用のプリズムとを有し、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズムと、前記緑の帯域撮像用のプリズムを分割した２つのプリズムの間の前記色分解された緑色像の光路上に変位可能に設けられた透光板と、前記各色像を画像信号に変換する撮像素子と、前記画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路とを備えた撮像装置の撮像方法であって、
前記透光板を少なくとも１フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）にそれぞれ専用の撮像素子を用いる３板方式の撮像装置には、Ｇ画素の配列に対してＲ／Ｂ画素の配列を１／２画素ずつｘ、ｙ方向にずらして配置し、解像度を向上させる画素ずらし法を用いたものと、Ｇ画素の配列にＲ／Ｂ画素の配列を合わせて、ずらさずに配置する通常の方法を用いたものとがある。
【０００３】
画素ずらし法を用いたものとして、例えば、特許文献１には、画像を結像するレンズと、ダイクロイックプリズムとの間に周期的に傾けられるガラス板を設け、このガラス板により撮像素子（イメージャ）の１／２画素光軸をずらし、１／２画素ずらしたときの画像信号と、１／２画素ずらさないときの画像信号とを時系列的に取り出して処理することにより解像度の向上した画像信号を作成する撮像装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｒ用の撮像素子の出力の重心がＢ用の撮像素子の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算することにより、空間位置的なサンプルポイントを増加させ、解像度の劣化を低減する撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２６１２３６号公報
【特許文献２】特開２００６−０３３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、画素ずらし法によれば水平、垂直の解像度を向上させることができるが、２次元的にＧ画素とＲ／Ｂ画素とがずれて配置されるので色偽信号が発生する。また、Ｇ画素とＲ／Ｂ画素とを２次元的に合わせる通常の方法によれば色偽信号は発生しないが解像度の向上は得られない。
【０００７】
現在、高解像度スーパーハイビジョン用の８Ｋ４Ｋ（例えば、７６８０×４３２０ドット）カメラでは、４Ｋ２Ｋ（例えば、３８４０×２１６０ドット）の白黒センサを用いて、Ｇ画素とＲ／Ｂ画素との画素ずらし法で８Ｋ４Ｋの画像を撮像する。しかしながら、映像コンテンツの再生環境はまだまだ４Ｋ２Ｋ止まりである。そこで、スーパーハイビジョン用のカメラとしては８Ｋ４Ｋの撮像ができるとともに４Ｋ２Ｋの撮像ができることが望ましい。
【０００８】
なお、８Ｋ４Ｋの画像を撮像しダウンコンバートして４Ｋ２Ｋの画像をつくることもできるが、この場合には、やはり色偽信号が発生し、この色偽信号は除去しきれないので、撮像品質が損なわれる。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高解像度の撮像と、品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と、低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズムと、前記色分解された緑色像の光路上に変位可能に設けられた透光板と、前記各色像を画像信号に変換する撮像素子と、前記画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路とを備え、前記透光板を少なくとも１フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズムと、前記色分解された緑色像の光路上に変位可能に設けられた透光板と、前記各色像を画像信号に変換する撮像素子と、前記画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路とを備えた撮像装置の撮像方法であって、前記透光板を少なくとも１フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、高解像度の撮像と、品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と、低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる撮像装置及び撮像方法、例えば、８Ｋ４Ｋカメラとしても４Ｋ２Ｋカメラとしても使用することのできる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係る撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る撮像装置１の透光板３０を傾ける前後での光路１０２、１０３を示す図である。
【図３】プリズム２３間に透光板３１を挿脱するときの光路の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本実施の形態に係る撮像装置及び撮像方法について説明する。
本実施の形態に係る撮像装置及び撮像方法は、３板方式のカメラの画素ずらしの有無を少なくとも１フレームを単位として切り替えることにより、高解像度の画像または低解像度の画像を得るものである。
【００１５】
まず、本実施の形態に係る撮像装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。
撮像装置１は、例えばテレビジョンカメラであり、レンズ１０と、ダイクロイックプリズム（色分解プリズム）２０と、透光板３０と、撮像素子４１、４２、４３と、画像処理回路５０と、制御部６０とを備えている。
【００１６】
なお、図１において、レンズ１０に入射し、ダイクロイックプリズム２０を介して撮像素子４１、４２、４３に入射する矢印付きの線は光路を示す。また、撮像素子４１、４２、４３と画像処理回路５０とを結ぶ線及び画像処理回路５０から出力する線は撮像装置１内の配線を示す。
【００１７】
被写体の画像を結像するレンズ１０は、一般的に撮像装置に使用されているもので良く、ここでは詳細な説明を省略する。
ダイクロイックプリズム２０は、レンズ１０が結像した画像を色分解し、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の色画像（分光成分）に分離するもので、ここでは、エアギャップがあるタイプ（フィリップスタイプとも呼ばれる）のプリズムを用いる。なお、ダイクロイックプリズム２０は、青色像を出射する青の帯域撮像用のプリズム２１と、赤色像を出射する赤の帯域撮像用のプリズム２２と、緑色像を出射する緑の帯域撮像用のプリズム２３とを有している。
【００１８】
透光板３０は、平行平板のガラス板であって、緑の帯域撮像用のプリズム２３をその光軸に対して略垂直に分割してできた２つのプリズムの間に変位可能に、具体的には所定の軸を中心に回転可能に設けられている。つまり、透光板３０は、緑の帯域撮像用のプリズム２３の光軸に対して傾けることが可能なように、当該光軸に対して傾斜角度を変更することが可能なようにできている。
【００１９】
撮像素子４１、４２、４３は、それぞれダイクロイックプリズム２０で分離された青色像、赤色像、緑色像を受光して電気信号に変換し出力するものであり、ここではＣＣＤ（Charge Coupled Device）であってもＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサであっても良い。また、撮像素子４１、４２、４３は、３板方式の画素ずらしのない上記通常の方法では、４Ｋ２Ｋの画像信号を出力する。
画像処理回路５０は、撮像素子４１、４２、４３からの電気信号を処理して輝度信号や色差信号などの映像信号を出力するものである。
制御部６０は撮像装置１の各動作を制御するものである。
【００２０】
なお、透光板３０は、緑色像がダイクロイックプリズム２０中で分離された後、撮像素子４３に入射するまでの光路上のいずれかの位置に設けられていれば良い。
すなわち、赤の帯域撮像用のプリズム２２と緑の帯域撮像用のプリズム２３との間に設けた赤反射ダイクロイック膜（図示せず）により赤色像が反射され、緑色像が分離された後であれば、例えば赤反射ダイクロイック膜の隣に空間を設けて、この空間内に透光板３０を設けても良いし、また、緑の帯域撮像用のプリズム２３と撮像素子４３との間に透光板３０を設けても良い。
【００２１】
なお、製造上の制約を考えた場合に、透光板は、本実施の形態に係る透光板３０のように、緑の帯域撮像用のプリズム２３を分割してできた２つのプリズムの間に設けるのが良い。
【００２２】
図２は、本実施の形態に係る撮像装置１の透光板３０を傾ける前後での光路１０２、１０３を示す図である。
透光板３０が、緑の帯域撮像用のプリズム２３から出射した緑色像の光路１０１に直交する場合（図２左）には、透光板３０に入射した緑色像は透光板３０中を直進して、透光板３０から垂直に出射し、出射した緑色像の光路１０２は光路１０１の延長上にある。
【００２３】
これに対して、透光板３０が緑色像の光路１０１に対し所定の角度Θだけ傾けられてある場合（図２右）には、透光板３０を通過する時の屈折によって出射した緑色像の光路１０３は光路１０２と比べて画像移動量ΔＳだけずれるようになる。これにより、撮像素子４３に入射する緑色像も画像移動量ΔＳだけずれるようになるため、画像移動量ΔＳを、撮像素子４３を構成する画素の１／２画素の寸法と同じにすると、緑色像を青色像、赤色像に対して、１／２画素ずらすことが可能となる。
【００２４】
画素ずらしの位置は上述したように透光板３０の光軸周りの回転と傾き角度とにより調整できる。この調整は、例えば、特許文献１や特開平０９−００９１１５号公報に記載の構成（バネや押さえ板など）を用いて実現でき、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、画像移動量ΔＳは透光板３０の厚さをｔ、屈折率をｎ、光軸に対する傾き角度をΘとすると、次の式で表される。
ΔＳ  ＝  １／ｎ・ｔ・ｃｏｓΘ
【００２５】
透光板３０が緑の帯域撮像用のプリズム２３から出射した緑色像の光路１０１に直交していると、撮像素子４１、４２、４３で受光される青色像、赤色像、緑色像は１／２画素ずれていないものとなる。このため、画像処理回路５０からは低解像度の４Ｋ２Ｋの映像信号が出力される。
【００２６】
一方、透光板３０が緑の帯域撮像用のプリズム２３から出射した緑色像の光路１０１に対して傾いていると、撮像素子４３で受光される緑色像と、撮像素子４１、４２で受光される青色像、赤色像とは１／２画素ずれたものとなる。このため、画像処理回路５０からは高解像度の８Ｋ４Ｋの映像信号が出力される。
【００２７】
透光板３０の変位は少なくとも１フレームを単位とする。通常は、映像コンテンツを単位として、透光板３０を変位させて、高解像度または低解像度の映像コンテンツ（映像信号）を出力するが、１フレーム毎に透光板３０を変位させて、高解像度または低解像度の映像信号を１フレーム毎に交互に出力するようなことも技術的には可能である。
【００２８】
なお、透光板３０は、傾ける前に必ずしも緑の帯域撮像用のプリズム２３から出射した緑色像の光路１０１に対して直交している必要はない。すなわち、傾斜角度を変更する前後で緑色像の光路が１／２画素ずれるようになるのであれば、透光板３０の傾斜角度を変更する前後の角度はどうあっても良い。
【００２９】
つぎに、本実施の形態に係る撮像方法について簡単に説明する。
上述の通りに、撮像装置１は、透光板３０の傾きを選択して、画像処理回路５０から低解像度の映像信号または高解像度の映像信号を出力する。
そこで、８Ｋ４Ｋの映像信号を必要とするときは、透光板３０の傾きを調整して、撮像素子から１／２画素ずれた画像信号を出力させ、画像処理回路５０から８Ｋ４Ｋの映像信号を得るようにする。
【００３０】
また、４Ｋ２Ｋの映像信号を必要とするときは、透光板３０の傾きを調整して、撮像素子から１／２画素ずれていない画像信号を出力させ、画像処理回路５０で４Ｋ２Ｋの映像信号を得るようにする。
【００３１】
以上、本実施の形態に係る撮像装置及び撮像方法について説明してきたが、本発明の撮像装置及び撮像方法においては、ダイクロイックプリズムはエアギャップがないタイプのプリズムであっても良い。エアギャップがないタイプのプリズムの場合にも、緑色像が分離された後、撮像素子に入射するまでのどこかの位置に透光板が設けられれば良い。
【００３２】
また、本発明の撮像装置及び撮像方法においては、透光板を緑色像の光路中に挿脱可能して変位させ、すなわち、透光板を緑色像の光路中に差し込んだり、外したりできるようにして変位させ、緑色像の光路を変化させても良い。
【００３３】
図３は、プリズム２３間に透光板３１を挿脱するときの光路の変化を示す図である。
図３上に示すように、分割した緑の帯域撮像用のプリズム２３の間から、あらかじめ光軸に対し傾けた、または、平行四辺形状のようなあらかじめ光軸に対し傾きを付けた透光板３１を外してあるときは、緑色像は直進する。また、図３下に示すように、プリズム２３の間に透光板３１を差し込んだときは、緑色像は透光板３１で屈折し、元の光路からずれて進む。このような構成であれば、透光板を傾けるものよりも簡単に画素ずらしを実現できる。
【００３４】
上述したように、本実施の形態に係る撮像装置１は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズム２０と、色分解された緑色像の光路１０１上に変位可能に設けられた透光板３０と、各色像を画像信号に変換する撮像素子４１、４２、４３と、画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路５０とを備え、透光板３０を少なくとも１フレームを単位として変位させて緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる映像信号を得るものである。このような構成により、高解像度の撮像と品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る撮像装置１は、色分解プリズム２０は、青の帯域撮像用のプリズム２１と、赤の帯域撮像用のプリズム２２と、緑の帯域撮像用のプリズム２３とを有し、透光板３０は、緑の帯域撮像用のプリズム２３を分割した２つのプリズムの間に設けられていることが好ましい。
【００３６】
また、本実施の形態に係る撮像装置１は、透光板３０を光軸周りで回転させまたは傾斜させて透光板３０を変位させることが好ましい。
また、本実施の形態に係る撮像装置１は、緑色像の光路１０１に対して傾きを有する透光板３１を光路１０１中に挿脱して透光板３１を変位させることが好ましい。
また、本実施の形態に係る撮像装置１は、色分解プリズムがエアギャップのあるプリズムであることが好ましいが、エアギャップのないプリズムであっても良い。
【００３７】
また、本実施の形態に係る撮像方法は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズム２０と、色分解された緑色像の光路１０１上に変位可能に設けられた透光板３０と、各色像を画像信号に変換する撮像素子４１、４２、４３と、画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路５０とを備えた撮像装置１の撮像方法であって、透光板３０を少なくとも１フレームを単位として変位させて緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる映像信号を得る撮像方法である。このような構成により、高解像度の撮像と品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    撮像装置
２０    ダイクロイックプリズム
２３    緑の帯域撮像用のプリズム
３０、３１    透光板
４１、４２、４３    撮像素子
５０    画像処理回路
【図１】
0006432315.tif 000002
【図２】
0006432315.tif 000003
【図３】
0006432315.tif 000004