(57)【要約】  【課題】  撮像装置のレンズ系で近距離被写体に焦点を合わせると、遠距離被写体の焦点が合わず、また、遠距離被写体に焦点を合わせると、近距離被写体の焦点が合わないというように、距離の異なる被写体の焦点を同時に合わせることが難しい問題がある。  【解決手段】  レンズ系と、上記レンズ系を介して被写体からの入射光を光電変換する受光部と、上記光電変換された電荷を蓄積する蓄積部と、上記蓄積部に蓄積された電荷を読出す信号転送部と、上記信号転送部から映像信号を得る撮像装置において、上記受光部は、複数の画素にそれぞれ対応する複数の感光部を有し、上記複数の感光部は、距離の異なる位置に位置する被写体からの入射光が上記レンズ系を介して上記複数の感光部に入射する場合、上記異なる距離に位置する被写体からの入射光が上記複数の感光部上で焦点を結ぶように上記複数の感光部の高さを所定の高さだけ異ならせるように構成される。【選択図】  図１
2005268995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ系と、上記レンズ系を介して被写体からの入射光を光電変換する受光部と、上記光電変換された電荷を蓄積する蓄積部と、上記蓄積部に蓄積された電荷を読出す信号転送部と、上記信号転送部から映像信号を得る撮像装置において、上記受光部は、複数の画素にそれぞれ対応する複数の感光部を有し、上記複数の感光部は、距離の異なる位置に位置する被写体からの入射光が上記レンズ系を介して上記複数の感光部に入射する場合、上記異なる距離に位置する被写体からの入射光が上記複数の感光部上で焦点を結ぶように上記複数の感光部の高さを所定の高さだけ異ならせたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、距離の異なる被写体を良好に撮像できる撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置、例えば、テレビジョンカメラ装置の撮像部について図６を用いて説明する。図６は、撮像部の概略構成を示す図である。図６において、被写体（図示せず）からの入射光Ｉが入射する受光面には、感光部Ｐ１、Ｐ２が画素数分だけ二次元状（図５では４８４×７２０画素を示す。）に配置されている。入射光Ｉは、感光部Ｐ１、Ｐ２で光電変換され映像信号に変換され、同じく画素数分だけ二次元状に配置された蓄積部Ｑ１、Ｑ２に蓄積される。なお、撮像部には、ＣＣＤ(charge Coupled Device)型撮像部あるいはＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)型撮像部などが一般に良く知られている。
【０００３】
さて、ＣＣＤ型撮像部の場合、テレビジョン信号の垂直映像期間に入射する光信号Ｉは、感光部Ｐ１、Ｐ２で光電変換され、蓄積部Ｑ１、Ｑ２に蓄積される。蓄積部Ｑ１、Ｑ２に蓄積された電荷は、テレビジョン信号の垂直ブランキング期間に読出し信号Ｇ１、Ｇ２により一斉に垂直転送部ＶＣ１、ＶＣ２に転送される。垂直転送部ＶＣ１、ＶＣ２に転送された電荷は、テレビジョン信号の水平ブランキング期間に水平読出し信号（図示せず。）により水平転送部ＨＣに1ラインずつ転送される。水平転送部ＨＣに読み出された電荷は、テレビジョン信号の映像期間に読出し信号（図示せず。）により水平転送部ＨＣの電荷を読み出し、映像信号ＶＰとして取り出している。
【０００４】
この撮像部は、図９に示すような構造を有している。図９は、撮像部の水平走査線に対して直角な方向の断面を模式的に示したものである。横軸は、垂直アドレス、縦軸は、受光面の高さを示している。即ち、インターレースの場合の奇数フィールドと偶数フィールドが１水平走査線毎に交互に配置され、各フィールドの奇数走査ラインが奇数アドレス、各フィールドの偶数走査ラインが偶数アドレスを示している。また、受光面の高さ、即ち感光部Ｐ１、Ｐ２の高さ（感光部の厚さ）が同じ高さに形成されているのが普通である。しかしながら受光面の高さが全ての感光部で同じであるため被写体をカメラの光学系を介して受光面に投射した場合、近距離に位置する被写体と遠距離に位置する被写体とで焦点がずれる問題がある。これについて図７および図８を用いて説明する。図７は、近距離に位置する被写体Ａが、感光部Ｐ１、Ｐ２に焦点を結ぶようにレンズＬを調節した場合を示している。この場合、遠距離に位置する被写体Ｂは、感光部Ｐ１、Ｐ２に焦点を結ばず、従って、遠距離被写体Ｂの像は、ピントがずれた像となる。一方、図８では、遠距離に位置する被写体Ｂが、感光部Ｐ１、Ｐ２に焦点を結ぶようにレンズＬを調節した場合を示している。この場合、近距離に位置する被写体Ａは、感光部Ｐ１、Ｐ２に焦点を結ばず、従って、近距離被写体Ａの像は、ピントがずれた像となる。従って、距離の異なる被写体の焦点を同時に合わせることが難しい問題があり、距離の異なる被写体を同時にテレビジョンカメラで撮影することが難しい。このような問題は、特に、顕微鏡のように被写体を高倍率に拡大するような場合には、特に顕著に現われる。
【０００５】
【特許文献１】特に発見されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上説明したように近距離被写体に焦点を合わせると、遠距離被写体の焦点が合わず、また、遠距離被写体に焦点を合わせると、近距離被写体の焦点が合わないというように、距離の異なる被写体の焦点を同時に合わせることが難しい問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、異なる距離に位置する被写体の映像を鮮明に撮像することのできる撮像装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、異なる画素を用いて異なる焦点距離の映像信号を取り出し、異なる位置の被写体の映像信号を最適なレベルで得ることのできる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、レンズ系と、上記レンズ系を介して被写体からの入射光を光電変換する受光部と、上記光電変換された電荷を蓄積する蓄積部と、上記蓄積部に蓄積された電荷を読出す信号転送部と、上記信号転送部から映像信号を得る撮像装置において、上記受光部は、複数の画素にそれぞれ対応する複数の感光部を有し、上記複数の感光部は、距離の異なる位置に位置する被写体からの入射光が上記レンズ系を介して上記複数の感光部に入射する場合、上記異なる距離に位置する被写体からの入射光が上記複数の感光部上で焦点を結ぶように上記複数の感光部の高さを所定の高さだけ異ならせるように構成される。
【００１０】
また、本発明の撮像装置において、上記複数の感光部は、奇数アドレスの垂直ラインと偶数アドレスの垂直ラインからなる二次元状に配置され、上記奇数アドレスの垂直ラインに対応して配置された感光部と、上記偶数アドレスの垂直ラインに対応して配置された感光部の高さを所定の高さだけ異ならせるように構成される。
【００１１】
また、本発明の撮像装置において、更に、上記信号転送部から得られる映像信号を供給される奇数アドレス信号検出部および偶数アドレス信号検出部と、上記奇数アドレス信号検出部および偶数アドレス信号検出部のそれぞれの出力から輝度信号レベルを比較する比較器と、上記比較器の出力に基づき上記奇数アドレス信号検出部および偶数アドレス信号検出部のいずれかの検出信号を選択する選択部とを有する。
【００１２】
また、本発明の撮像装置において、上記複数の感光部および蓄積部は、一次元に配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば異なる距離に位置する被写体の映像信号を最適なレベルで得ることができ、焦点深度の広い映像信号を取出すことができる。また、近距離被写体と遠距離被写体の映像信号を同時に最適なレベルで得ることができる。特に、顕微鏡等のように拡大倍率の大きい映像信号を最適なレベルで入手するような映像機器に適用して効果大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例の概略構成を示すブロック図である。図１において、１０１は、撮像部であり、詳細は、後述する。１０２は、奇数アドレス検出部、１０３は、偶数アドレス検出部、１０４および１０５は、ピーク検出部、１０６は、比較器、１０７は、選択部、１０８は、信号処理部、１０９は、映像信号出力端子である。
【００１５】
撮像部１０１は、例えば、ＣＣＤ撮像素子を用い、ＮＴＳＣ方式のインターレース方式で電荷を転送する場合について図５を用いて説明する。図５において、被写体（図示せず。）からの入射光Ｉは、画素数分だけ二次元状に配置された感光部Ｐ１、Ｐ２から構成されている。ここで、二次元状に配置された感光部Ｐ１、Ｐ２は、垂直ライン数５２５本（有効ライン数４８４本）、水平画素数９１０（有効画素数７２０）でインタレース走査するＮＴＳＣ(National Television System Committee)方式を示している。感光部Ｐ１、Ｐ２は、奇数垂直アドレスおよび偶数垂直アドレスに配置され、光信号Ｉを光電変換し、映像信号に変換する。Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２は、感光部Ｐ１、Ｐ２からの電荷を蓄積する蓄積部であって、Ｑ１１は、奇数フィールドの奇数垂直アドレスに、Ｑ１２は、偶数フィールドの奇数垂直アドレスに、Ｑ２１は、奇数フィールドの偶数垂直アドレスに、そして、Ｑ２２は、偶数フィールドの偶数垂直アドレスにそれぞれ配置されている。
【００１６】
垂直転送部ＶＣ１１は、奇数フィールドの奇数垂直アドレスに配置され、蓄積部Ｑ１１の電荷を読出し信号Ｇ１により読み出す。ＶＣ１２は、偶数フィールドの奇数垂直アドレスに配置され、蓄積部Ｑ１２の電荷を読出し信号Ｇ１により読み出す。ＶＣ２１は、奇数フィールドの偶数垂直アドレスに配置され、蓄積部Ｑ２１の電荷を読出し信号Ｇ２により読み出す。同様に、ＶＣ２２は、偶数フィールドの偶数垂直アドレスに配置され、蓄積部Ｑ２２の電荷を読出し信号Ｇ２により読み出す。ＨＣは、水平走査を行う水平転送部、ＶＩは、インタレース映像信号である。
【００１７】
次に、この動作について説明する。テレビジョン信号の垂直映像期間に入射した光信号Ｉは、感光部Ｐ１で光から電荷に変換され各画素の電荷を奇数垂直アドレスの蓄積部Ｑ１１、Ｑ１２に蓄積する。同様に、光信号Ｉは、感光部Ｐ２で光から電荷に変換され各画素の電荷を偶数垂直アドレスの蓄積部Ｑ２１、Ｑ２２に蓄積する。読出し信号（転送信号）Ｇ１は、奇数垂直アドレスに配置されている蓄積部Ｑ１１、Ｑ１２に供給され、蓄積部Ｑ１１の電荷を垂直転送部ＶＣ１１に転送する電荷転送タイミングと蓄積部Ｑ１２の電荷を垂直転送部ＶＣ１２に転送する電荷転送タイミングを制御する。読出し信号（転送信号）Ｇ２は、偶数垂直アドレスに配置されている蓄積部Ｑ２１、Ｑ２２に供給され、蓄積部Ｑ２１の電荷を垂直転送部ＶＣ２１に転送する電荷転送タイミングと蓄積部Ｑ２２の電荷を垂直転送部ＶＣ２２に転送する電荷転送タイミングを制御する。以上の動作により水平転送部ＨＣからインタレース映像信号ＶＩが出力される。
【００１８】
而して、本発明の基本原理を図２により説明する。図２において、受光面を構成する感光部Ｐ１と感光部Ｐ２は、例えば、図に示すように高さ（または厚さ）がＨだけ異なったように構成されている。このような構成で近距離に位置する被写体Ａと遠距離に位置する被写体ＢをレンズＬで受光面の感光部Ｐ１と感光部Ｐ２上に被写体Ａ、Ｂの像を結像させた場合、被写体Ａ、Ｂ間の距離Ｇと高さの差Ｈとの間には、次の式（１）が成立する。
【００１９】
Ｈ＝レンズＬの倍率×Ｇ・・・・・・・・・（１）
例えば、顕微鏡で半導体の配線の拡大映像を観察する場合の例で説明する。半導体の配線パターンＡと配線パターンＢ（例えば、配線の段差形状が考えられる。）の距離Ｇが１ｎｍ、レンズＬの倍率を１０倍とすると、感光部Ｐ１と感光部Ｐ２の高さの差Ｈは、１０ｎｍとなる。従って、感光部Ｐ１と感光部Ｐ２の高さの差Ｈを１０ｎｍに構成すると、被写体ＡおよびＢの像は、それぞれ感光部Ｐ１と感光部Ｐ２上に焦点の合った像として結像させることができる。このように被写体Ａ、Ｂ間の距離Ｇに応じて感光部Ｐ１、Ｐ２の間の距離を調節し、受光面を構成することにより被写体Ａ、Ｂのいずれの像も鮮明に得ることのできる映像信号が得られる。なお、観察する対象物は、前もって分かっているので、このような受光面を持つ撮像装置を作成することは、容易である。
【００２０】
次に、この原理を用いた撮像部１０１の受光部の構造を図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施例に使用される受光面の走査線方向に対して垂直な面の断面を模式的に示したものである。図３において、横軸は、垂直アドレス、即ち、奇数フィールドの走査線と偶数フィールドの走査線が交互に配置されている。また、縦軸は、受光面の高さを示しており、各フィールドの奇数アドレスと偶数アドレスに位置する感光部Ｐ１と感光部Ｐ２とは、高さ（距離）Ｈだけ異なるように構成されている。なお、図３では、偶数アドレスの感光部Ｐ２が奇数アドレスの感光部Ｐ１より距離Ｈだけ高い場合を示しているが、反対に感光部Ｐ１を感光部Ｐ２より高くすることもできることは言うまでもない。このように構成された受光面を持つ撮像装置の動作を以下に説明する。
【００２１】
まず、図３のような構造の受光面に距離の異なる被写体からの入射光Ｉが入射すると、例えば、近距離被写体Ａの像も、また、遠距離被写体Ｂの像も異なる高さの感光部Ｐ１と感光部Ｐ２に結像する。従って、撮像部１０１から得られる映像信号から焦点の合った映像信号を選択して取出すことが必要になる。図１に示す本発明の一実施例は、これを実現するためのものである。撮像部１０１からのインターレース出力の内、奇数アドレス信号検出部１０２では、撮像部１０１で読み出された映像信号の内、奇数フィールドの奇数アドレス（図３の感光部Ｐ１に対応する。）と偶数フィールドの奇数アドレス（図３の感光部Ｐ１に対応する。）に対応する感光部Ｐ１からの電荷が抽出され、ピーク検出部１０４および選択部１０７に入力される。一方、偶数アドレス信号検出部１０３では、撮像部１０１からのインターレース出力の内、奇数フィールドの偶数アドレス（図３の感光部Ｐ２に対応する。）と偶数フィールドの偶数アドレス（図３の感光部Ｐ２に対応する。）に対応する感光部Ｐ２からの電荷が抽出され、ピーク検出部１０５および選択部１０７に入力される。
【００２２】
ピーク検出部１０４および１０５では、映像信号の内、奇数アドレス信号と偶数アドレス信号のそれぞれの映像信号の輝度信号のピーク値を検出し、その出力を比較器１０６に供給する。ピーク値の検出は、所定の閾値を越えるものをピーク値として検出することができる。また、所定の閾値は、撮像する被写体の明るさ、形状等により変化するので、実験的に前もって定めておくことが望ましい。なお、輝度信号のピークを検出する方法は、映像信号の周波数スペクトラムによって検出することもできる。
【００２３】
比較器１０６では、検出された奇数アドレス信号と偶数アドレス信号のいずれの映像信号の輝度レベルが高いかを判定し、その結果の信号で選択部１０７に入力される奇数アドレス信号と偶数アドレス信号の映像信号を選択する。即ち、輝度レベルのより高い方の感光部からの電荷、即ち、焦点距離の合った映像信号が選択され、信号処理回路１０８に供給される。即ち、近距離被写体Ａに焦点の合った映像信号は、図３から明らかなように奇数アドレスに位置された感光部Ｐ１から得られる映像信号が選ばれ、また、遠距離被写体Ｂに焦点の合った映像信号は、図３から明らかなように偶数アドレスに位置された感光部Ｐ２から得られる映像信号が選ばれる。このようにすることにより距離の異なる被写体のいずれも焦点（ピント）の合った映像信号を得ることができる。信号処理回路１０８では、通常の信号処理が施され、出力端子１０９からモニタに伝送したり、あるいは、別の場所に映像を伝送したりすることができる。信号処理回路１０８は、そのために必要な信号処理を行う。
【００２４】
次に、本発明の他の一実施例を図６を用いて説明する。図６は、ノンインタレース走査方式の撮像部を示し、垂直ライン数５２５本（有効４８４本）、水平画素数９１０（有効画素数７２０）の場合を示している。なお、図５と同じものには、同じ符号が付されている。図６において、Ｑ１は、奇数垂直アドレスに配置され、感光部Ｐ１の電荷を蓄積する電荷蓄積部、Ｑ２は、偶数垂直アドレスに配置され、感光部Ｐ２の電荷を蓄積する電荷蓄積部、ＶＣ１は、奇数垂直アドレスに配置され、各水平アドレスの垂直走査を行う垂直転送部、ＶＣ２は、偶数垂直アドレスに配置され、各水平アドレスの垂直走査を行う垂直転送部、Ｇ１は、蓄積部Ｑ１の電荷を垂直転送部ＶＣ１に転送する転送信号（読出し信号）、Ｇ２は、蓄積部Ｑ２の電荷を垂直転送部ＶＣ２に転送する転送信号（読出し信号）、ＨＣは、水平転送部、ＶＰは、ノンインタレース映像信号である。
【００２５】
以下この動作について説明する。垂直映像期間に入射した光信号Ｉは、感光部Ｐ１で光から電荷に変換され、各画素の電荷を奇数垂直アドレスの蓄積部Ｑ１に蓄積される。同様に光信号Ｉは、感光部Ｐ２で光から電荷に変換され、各画素の電荷を偶数垂直アドレスの蓄積部Ｑ２に蓄積される。転送信号Ｇ１は、奇数垂直アドレスに配置されている蓄積部Ｑ１に供給され、蓄積部Ｑ１の電荷を垂直転送部ＶＣ１に転送する電荷転送タイミングを制御する。転送信号Ｇ２は、偶数垂直アドレスに配置されている蓄積部Ｑ２に供給され、蓄積部Ｑ２の電荷を垂直転送部ＶＣ２に転送する電荷転送タイミングを制御する。
【００２６】
次に、撮像部１０１の受光部の構造を図４に基づいて説明する。図４に示すようにそれぞれの感光部Ｐ１およびＰ２は、前述と同様に距離Ｈだけ高さが異なるように配置されている。図３との違いは、感光部Ｐ１は、奇数アドレスに配置され、感光部Ｐ２は、偶数アドレスに配置されていることである。これはノンインタレースの信号を得るために図３で示すインターレースの信号を得るものとは、構造を異にしているが、動作原理は、前述の実施例と同様である。ここで、顕微鏡にこの撮像装置を使用した場合の一実施例を説明する。例えば、近距離被写体Ａと遠距離被写体Ｂとの距離Ｇが３ｎｍ、レンズＬの倍率を２０倍とすると、式（１）から、感光部Ｐ１と、感光部Ｐ２の間の距離Ｈは、６０ｎｍとなる。従って、図４で示す受光面の、感光部Ｐ１と、感光部Ｐ２の間の距離Ｈが６０ｎｍとなるように構成することで、被写体間の距離Ｇが３ｎｍ離れているような被写体の両方に焦点の合った鮮明な映像を得ることができる。
【００２７】
なお、このような構造の受光面から得られる映像信号を処理するためには、図１で示す実施例と同じ撮像装置で実現できる。即ち、撮像部１０１から得られる映像信号（電荷）の内、奇数アドレス信号検出部１０２では、図４に示す奇数アドレスに位置する感光部Ｐ１からの映像信号が選択され、ピーク検出部１０４および選択部１０７に印加される。一方、撮像部１０１から得られる映像信号（電荷）の内、偶数アドレス信号検出部１０３では、図４に示す偶数アドレスに位置する感光部Ｐ２からの映像信号が選択され、ピーク検出部１０５および選択部１０７に印加される。以降の動作は、前述の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。このように構成すれば、感光部Ｐ１では、近距離被写体Ａに焦点が合い、感光部Ｐ２では、遠距離被写体Ｂに焦点が合うこととなり、近距離被写体Ａと遠距離被写体Ｂのように異なる距離Ｈに位置する被写体でも焦点が合ったノンインタレース映像信号ＶＰを得ることが可能である。
【００２８】
なお、本実施例においては、ＣＣＤ撮像方式について説明したが、これに限定されることなく、Ｘ−Ｙアドレス方式で電荷を転送するＭＯＳ型撮像方式などでの光電変換をする撮像装置すべてに適応ができることはいうまでもない。また、走査方式に関しても、垂直ライン数５２５本（有効ライン数４８４本）、水平画素数９１０（有効水平画素数７２０）でインタレース走査するＮＴＳＣ方式とノンインタレース走査方式について説明したが、これに限定されることなく、垂直ライン数１１２５本（有効ライン数１０３５本）、水平画素数２２００（有効画素数１９２０）でインタレース走査するＨＤＴＶ（High Definition Television）方式などの撮像装置への適応が可能である。
【００２９】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された撮像装置に限定されるものではなく、上記以外の撮像装置に広く適応することが出来ることは、言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例を説明するためのブロック図を示す。
【図２】本発明の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の撮像装置に使用される受光面の一実施例の概略構造を示す図である。
【図４】本発明の撮像装置に使用される受光面の他の一実施例の概略構造を示す図である。
【図５】本発明の一実施例のインターレース方式の撮像部を説明するための図である。
【図６】本発明の他の一実施例のノンインターレース方式の撮像部を説明するための図である。
【図７】従来の撮像装置の撮像部を説明するための図である。
【図８】従来の撮像装置の撮像部を説明するための図である。
【図９】従来の撮像部の受光面の一例の概略構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１：撮像部、１０２：奇数フィールド検出部、１０３：偶数フィールド検出部、１０４、１０５：ピーク検出部、１０６：比較器、１０７：選択部、１０８：信号処理部、１０９：映像信号出力端子、Ｉ:入射光、Ｐ１、Ｐ２:感光部、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２、Ｑ１、Ｑ２：蓄積部、ＶＣ１１、ＶＣ１２、ＶＣ２１、ＶＣ２２、ＶＣ１、ＶＣ２:垂直転送部、ＨＣ:水平転送部、Ｇ１、Ｇ２転送信号、Ｖ１:インタレース映像信号、ＶＰ:ノンインタレース映像信号、Ｌ:レンズ、Ａ:近距離被写体、Ｂ:遠距離被写体、Ｈ：高さの差、Ｇ：近距離被写体と遠距離被写体間の距離。
【図１】
2005268995.tif 000003
【図２】
2005268995.tif 000004
【図３】
2005268995.tif 000005
【図４】
2005268995.tif 000006
【図５】
2005268995.tif 000007
【図６】
2005268995.tif 000008
【図７】
2005268995.tif 000009
【図８】
2005268995.tif 000010
【図９】
2005268995.tif 000011