(57)【要約】【課題】同一の半導体基板上に複数の撮像領域を設けることにより、撮像素子及び周辺信号処理回路を同一基板上に構成して、小型でノイズや干渉のない電気的特性の優れた撮像装置を提供する。【解決手段】通常のＩＣ製造プロセスにより作製した同一の半導体基板上に撮像素子７０上を複数の撮像エリア７１となるように配置して、その周辺部に、Ａ／Ｄ変換回路７２、画素を読み出しＡ／Ｄ変換を行うためのクロック発生回路７３、データ出力回路７４を構成するようにする。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズ光学系と、
前記撮像レンズ光学系からの入来撮像光をＲＧＢ色光に分解して、前記分解した色光に対応する次段に配置される撮像素子領域に投射する色分解光学系と、
同一の半導体基板上に、画素をマトリクス状に配列してなる前記撮像素子領域と前記撮像素子を駆動する駆動回路とが１組として少なくとも１つ搭載されている構成の撮像素子と、
前記駆動回路により得られた撮像素子の出力に対して、所定の信号処理を行い撮像信号を出力する信号処理部と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記１つの撮像素子領域の空間位置に対して、他の撮像素子領域の空間位置を水平方向、垂直方向、または水平垂直方向いずれかの方向に、それぞれ前記撮像素子の画素ピッチの１／２倍の距離だけずらした位置に配置したことを特徴とする請求項１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、撮像装置に係り、特に高精細動画像を得ることが可能な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高解像度カラーカメラとしては、ＨＤＴＶ画像４倍の画素数に相当する３８４０×２１６０のＣＭＯＳ固体撮像素子３枚を用いて高解像度カラーカメラとする提案がされている（例えば特許文献１参照。）。
動画像を表示するには、垂直駆動周波数は最小限３０Ｈｚ以上必要であり、これ以下にするとフリッカーが目立ち、動画像の動きもぎこちなくなる。しかしながら、ＨＤＴＶ画像の駆動周波数は７４．２５ＭＨｚと高速であり、３０Ｈｚの垂直駆動周波数を確保しようとすると、４倍の２９７ＭＨｚの高速でＣＭＯＳ撮像素子を駆動させなければならず、非常に困難である。
【０００３】
そこで、上述の特許文献１ではＣＭＯＳ撮像素子を、水平方向を８分割で設定することにより、各画素の駆動周波数を３７．１２５（＝７４．２５／２）ＭＨｚに減少させ、ＣＭＯＳ撮像素子の水平駆動周波数を６７．５ＫＨｚとし、垂直駆動周波数を３０Ｈｚに保持させて、良好な動画像を得られる３板式の高解像度カラーカメラとしているものである。
【０００４】
一方、複数枚の固体撮像素子を用いず、複数色のカラーフィルターを撮像素子表面に設定し、一枚の固体撮像素子でカラー信号を得る単板カラーカメラ方式が数多く提案されている（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
これは、３色の色フィルタの内、Ｇ画素が市松状に配置され、１行毎にＲとＢがＧを穴埋めする形式の色フィルタを用い、Ｇ画素の隣接４画素の明暗パターンから補間される画素が、画像の水平エッジ部か垂直エッジ部か斜めエッジ部か相関方向が決定できない部分に該当するかを推定するようにし、ＲＢ画素位置のＧ補間値を制御することにより、高精度に近似されたＧ信号を得る構成としているものである。
このようにすると、色差信号を作る際のＲＧＢ信号の画素数と位置とはそれぞれ同一になり、色信号間での周波数特性の差がなくなり、色偽信号の発生を抑えることができ、一枚の固体撮像素子でも、良好なカラー画像を得ることができる構成のものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１５２７７４公報
【特許文献２】
特開２００２−１１２２７６公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スポーツや動物等の動画像をテレビカメラで撮像し、これらの撮影映像から写真並みの高解像度表示を行うことは従来考えられていなかった。写真並みの画像を得ようとすると写真機、デジタルスチルカメラのような静止画を中心とした機材を別に用意する必要があった。
写真並みの高解像度とするためには、入力画素数は、例えばＡ４サイズ（約３０ｃｍｘ２０ｃｍ）の記録紙に印刷するとして画素密度１２ドット／ｍｍとすると、３６００ドットｘ２４００ドットがおおよその画素数として必要である。
しかし、このような高解像度の画素数を持つテレビカメラは、特許文献１に提案されているように、ＲＧＢ３色にそれぞれ固体撮像素子を対応させた３枚で構成しようとすると、高精度の光学装置が必要で３色の重ねあわせが困難であるという問題点があった。
【０００８】
そこで、特許文献２に提案されているように、３枚の固体撮像素子を重ね合わせず、１枚の固体撮像素子の上に複数色のカラーフィルターを設置する高精細単板式カラーカメラが考えられるものの、高精細単板式カラーカメラとして固体撮像素子の画素数を多くすると、特許文献１にあるように水平方向に分割して駆動周波数を下げる必要がある。その結果、色信号も分割されてしまうので、隣接の色フィルターを使用して偽色信号を除去するためには、特許文献２に開示された発明では解決することはできず、画面分割した境界部分の連続性をどのように保持するかが新たな問題となる。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、単一の撮像素子を用いることにより、撮像素子及び周辺信号処理回路を同一基板上に構成して、小型でノイズや信号の干渉を受けない電気的特性の優れた撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下に記載の手段よりなる。
すなわち、
１）撮像レンズ光学系と、
前記撮像レンズ光学系からの入来撮像光をＲＧＢ色光に分解して、前記分解した色光に対応する次段に配置される撮像素子領域に投射する色分解光学系と、
同一の半導体基板上に、画素をマトリクス状に配列してなる前記撮像素子領域と前記撮像素子を駆動する駆動回路とが１組として少なくとも１つ搭載されている構成の撮像素子と、
前記駆動回路により得られた撮像素子の出力に対して、所定の信号処理を行い撮像信号を出力する信号処理部と、を有することを特徴とする撮像装置。
２）前記１つの撮像素子領域の空間位置に対して、他の撮像素子領域の空間位置を水平方向、垂直方向、または水平垂直方向いずれかの方向に、それぞれ前記撮像素子の画素ピッチの１／２倍の距離だけずらした位置に配置したことを特徴とする１）に記載の撮像装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のの実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。図１に第１の実施例に適用される撮像装置の概略構成を示す。入来撮像光は、撮像レンズ１１、色分解を行うダイクロイックプリズム１２を経て、ＨＤＴＶの４倍の画素数を持つ固体撮像素子１３に供給される。
図２に固体撮像素子１３における投影配置の例を示す。水平２１６０画素、垂直３８４０画素のＣＭＯＳ型撮像素子の撮像エリア内にＨＤＴＶ方式（水平１９２０画素、垂直１０８０画素）に相当する３エリアを確保して、入来撮像光をダイクロイックプリズム１２にて色分解した、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を投影する。ＣＭＯＳ型撮像素子は一般的に用いられているＣＣＤ型撮像素子とは異なり、所望の画素データを所望のタイミングで直接出力できるので、ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３の順にデータを読み出すことにより、直列状にＲ，Ｇ，Ｂデ−タを読み出すことができる。ｄ１１，ｄ２１，ｄ３１のように、各エリアの色ごとのデータを順に読み出すようにしてもよい。
【００１２】
図７に固体撮像素子１３の回路構成例を示す。ＣＭＯＳ型撮像素子は、通常のＩＣ製造プロセスにより作製できることを利用し、同図に示すように撮像エリア７１の周辺部に、Ａ／Ｄ変換回路７２、画素読み出しＡ／Ｄ変換を行うためのクロック発生回路７３、データ出力回路７４を構成する。こうすることにより、図８に示す従来構成の複数の撮像素子９３を用いた撮像装置のように、それぞれの撮像素子９３を接続する回路やクロック発生回路などの制御回路を重複して用いる必要がない。また、図９に示すＣＣＤ型撮像素子を用いた構成の撮像装置のように、Ａ／Ｄ変換回路１０４を撮像素子毎に用意する必要がなく小型化、高密度化が容易である。さらには、信号経路を短く設定できるため、ノイズや干渉といった影響を少なくすることができ、電気的性能が向上したＨＤＴＶ画像が得られる。
【００１３】
次に、図３及び図４を用いて第２の実施例について説明する。図３に撮像エリアの配置を、図４に画素エリアの配置を示す。図３に示すように、第１の撮像エリア３１、第２の撮像エリア３２には、Ｇ色の入来画像を、第３の撮像エリア３３には、Ｒ色及びＢ色の入来画像を投射する。このとき、第３の撮像エリア３３には、Ｒ色とＢ色とを選択するための図示しない市松構成のフィルタを配置しておく。
【００１４】
図４に示すように、第１の撮像エリア３１と第２の撮像エリア３２とは、水平垂直とも１／２画素に相当する距離ずらして配置４１，４２し、第３の撮像エリア３３は、第１の撮像エリア３１と第２の撮像エリア３２との中間の位置に配置するようにする。このように撮像エリアの画素を配置することで、Ｒ色とＢ色の入来映像光は、１画素おきに投射され、解像度に重要な信号となるＧ色の入来映像光は別の撮像エリアの画素に投射されるので、従来の単板式のカラーカメラに比べ、色の解像度が５割ほど向上する。さらに、Ｇ色信号を受け持つ第１の撮像エリア３１と第２の撮像エリア３２との出力信号を合成することにより、ＨＤＴＶの２倍の密度の信号を得ることができるので、解像度感において大幅な性能の向上を図ることができる。
【００１５】
第２の実施例についても第１の実施例と同様にＣＭＯＳ型撮像素子を用いることで、小型化、高密度化が容易である。さらには、信号経路を短く設定できるため、ノイズや干渉といった影響を少なくすることができ、電気的性能が向上する。
【００１６】
次に、図５及び図６を用いて第３の実施例について説明する。図５に撮像エリアの配置を、図６に画素エリアの配置を示す。図５に示すように、第１の撮像エリア５１、第２の撮像エリア５２、第３の撮像エリア５３、第４の撮像エリア５４を用意し配置する。そして、図６に示すように、各撮像エリアの画素配置を６１，６２，６３，６４のようにずらして配置することにより更なる高解像度感が得られる。
【００１７】
第３の実施例についても第１の実施例と同様にＣＭＯＳ型撮像素子を用いることで、小型化、高密度化が容易である。さらには、信号経路を短く設定できるため、ノイズや干渉といった影響を少なくすることができ、電気的性能が向上する。
【００１８】
第２の実施例あるいは第３の実施例に用いる画素ずらしの配置であるが、複数の撮像素子を用いて画素ずらしをする従来の構成に比べ、単一の撮像素子上にＩＣプロセスにて画素ずれの配置を実現できるため、正確な画素ずらしを構成することができ、また複雑な位置決めの機構などが不要なため、組立製造のコストを削減することが可能となる。
【００１９】
なお、各実施例では、入来映像光を色分解系にダイクロイックプリズムを用いる構成としたが、色選択フィルタを用いるなどの構成を用いてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ＨＤＴＶ方式のテレビ画像の画素数よりも多い画素数を有する単一の撮像素子を用いることにより、撮像素子及び周辺信号処理回路を同一基板上に構成することができるので、ＨＤＴＶの解像度を維持しつつ、ノイズや干渉のない電気的特性が高い撮像装置を提供することができる。
また、小型化、高密度化が容易に実現できるので、装置の小型化、コストの削減といった効果を得ることができる。
【発明の効果】
さらには、単一の撮像素子を用いることにより光学位置調整、組立にかかわる問題が生じることがなく、高精度の画素位置の配置が容易に可能な撮像装置を提供することができる。
また、撮像素子周辺の組立製造の工程削減、コストの削減といった効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に適用される撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施例に適用される投影配置の例を示す図である。
【図３】第２の実施例に適用される撮像エリアの配置の例を示す図である。
【図４】第２の実施例に適用される画素エリアの配置の例を示す図である。
【図５】第３の実施例に適用される撮像エリアの配置の例を示す図である。
【図６】第３の実施例に適用される画素エリアの配置の例を示す図である。
【図７】各実施例に適用される固体撮像素子の回路構成例を示す図である
【図８】従来構成の複数の撮像素子を用いた撮像装置の一例を示した図である。
【図９】ＣＣＤ型撮像素子を用いた構成の撮像装置の一例を示した図である。
【符号の説明】
１１，９１，１０１…撮像レンズ
１２…ダイクロイックプリズム
１３，７０，９３，１０３…撮像素子
ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３，ｄ２１，ｄ３１…画素
３１，３２，３３，５１，５２，５３，５４、７１…撮像エリア
４１，４２、６１，６２，６３，６４…画素配置
７２、１０４…Ａ／Ｄ変換回路
７３、１０５…クロック生成回路
７４…出力回路
９２，１０２…色分解光学系
【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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【図９】
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