(57)【要約】【目的】三色分解プリズムなどの多色分解プリズムと複数個の固体撮像素子を使用する多板式デジタルカメラであって、多色分解プリズムと固体撮像素子とを固定する位置精度の要求値を低下させることができ、製造コストを大幅に低下させることのできる多板式デジタルカメラを提供する。【解決手段】被写体からの光を複数色に分解して出力する多色分解プリズム３と、前記多色分解プリズムの複数色の出力側にそれぞれ配置される複数個の固体撮像素子４１〜４３と、前記固体撮像素子の位置不整合による撮影画像のずれを補正するための位置補正情報を記憶する位置補正情報記憶部８と、前記固体撮像素子からの画像情報を、前記位置補正情報により位置補正して合成する合成部７とを有するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を複数色に分解して出力する多色分解プリズム（３）と、
前記多色分解プリズム（３）の複数色の出力側にそれぞれ配置される複数個の固体撮像素子（４１〜４３）と、
前記固体撮像素子（４１〜４３）の位置不整合による撮影画像のずれを補正するための位置補正情報を記憶する位置補正情報記憶部（８）と、
前記固体撮像素子（４１〜４３）からの画像情報を、前記位置補正情報により位置補正して合成する合成部（７）とを有する多板式デジタルカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載した多板式デジタルカメラであって、
前記合成部（７）は、前記固体撮像素子（４１〜４３）の１つにおける座標値と前記位置補正情報とから、他の固体撮像素子における座標値を演算して位置補正するものである多板式デジタルカメラ。
【請求項３】
請求項２に記載した多板式デジタルカメラであって、
前記合成部（７）は、他の固体撮像素子における位置補正した座標値での画像情報を補間演算によって求めるものである多板式デジタルカメラ。
【請求項４】
請求項２，３のいずれか１項に記載した多板式デジタルカメラであって、
前記位置補正情報は、座標間の角度およびオフセット量に関する情報である多板式デジタルカメラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載した多板式デジタルカメラであって、
前記多色分解プリズム（３）は、被写体からの光を３色に分解して出力するものであり、
３個の前記固体撮像素子（４１〜４３）が前記多色分解プリズム（３）に配置されている多板式デジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多色分解プリズムによって分岐した複数色光を複数個の固体撮像素子に結像させて画像を撮影する多板式デジタルカメラに関し、詳しくは、多色分解プリズムと固体撮像素子とを固定する位置精度の要求値を低下させることができ、製造コストを大幅に低下させることのできる多板式デジタルカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動画や静止画などの画像を高解像度で撮影し、得られた画像情報をデジタル情報として出力可能なデジタルカメラが普及してきている。その中でも高精度のカラー情報を必要とする用途では、三板式のデジタルカメラが使われている。三板式のデジタルカメラとは、三色分解プリズムによって分解した３色光を３個の固体撮像素子（ＣＣＤなど）に結像させて画像を撮影するデジタルカメラである。３色光は均一な色フィルター（ミラー）によって帯域を選択されるため、高精度のカラー情報を取得することができる。
【０００３】
このため、カラー情報を正確に取得するためには三板式デジタルカメラが有利である。このような用途の例としては医療用のカメラがある。高精度のカラー情報により、正確な色彩を再現することができ、生体組織等の僅かな色の変化も正確に表現可能である。
【０００４】
三板式デジタルカメラの製造には、三色分解プリズムと３個の固体撮像素子とを高精度に位置決めして固定（接着）する必要がある。このような技術としては、下記の特許文献１に記載されたような技術が公知である。特許文献１には、三色分解プリズムと３個の固体撮像素子とを高精度に位置決めして接着固定するための調整組み立て方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２３２９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近はデジタルカメラの高解像度化が急速に進行しており、固体撮像素子の画素間ピッチも微小化しているため各画素が高精度に位置合わせされる必要がある。例えば、固体撮像素子としてのＣＣＤの画素間ピッチが５μｍとすると、最低その１／２以内のずれで位置合わせされて固定されなくてはならない。
【０００６】
固体撮像素子の位置合わせには、１つの固体撮像素子についてＸ，Ｙ方向の位置と座標軸の角度の３つの自由度がある。固体撮像素子の１つを基準として他の２つの位置合わせには、６自由度の調整を行う必要がある。その調整には高度の熟練技術を要し、熟練技術者の手作業による調整作業が必要である。また、調整のための装置も高精度かつ高価なものが必要である。このため、三色分解プリズムと固体撮像素子とからなるプリズムユニットは製造コストが高くなり、大量生産にも不向きであった。
【０００７】
そして、高解像度、高画質のカメラとするためには、固体撮像素子の位置合わせの精度をさらに高精度とする必要がある。高解像度の固体撮像素子を使用すれば画素ピッチはさらに小さくなり、要求される位置合わせ精度もさらに厳しくなる。このように、プリズムユニットの製造コストが高くなるため、高解像度の三板式カメラ全体の製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、三色分解プリズムなどの多色分解プリズムと複数個の固体撮像素子を使用する多板式デジタルカメラであって、多色分解プリズムと固体撮像素子とを固定する位置精度の要求値を低下させることができ、製造コストを大幅に低下させることのできる多板式デジタルカメラ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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の多板式デジタルカメラは、被写体からの光を複数色に分解して出力する多色分解プリズムと、前記多色分解プリズムの複数色の出力側にそれぞれ配置される複数個の固体撮像素子と、前記固体撮像素子の位置不整合による撮影画像のずれを補正するための位置補正情報を記憶する位置補正情報記憶部と、前記固体撮像素子からの画像情報を、前記位置補正情報により位置補正して合成する合成部とを有するものである。
【００１０】
また、上記の多板式デジタルカメラにおいて、前記合成部は、前記固体撮像素子の１つにおける座標値と前記位置補正情報とから、他の固体撮像素子における座標値を演算して位置補正するものであることが好ましい。
【００１１】
また、上記の多板式デジタルカメラにおいて、前記合成部は、他の固体撮像素子における位置補正した座標値での画像情報を補間演算によって求めるものであることが好ましい。
【００１２】
また、上記の多板式デジタルカメラにおいて、前記位置補正情報は、座標間の角度およびオフセット量に関する情報であることが好ましい。
【００１３】
また、上記の多板式デジタルカメラにおいて、前記多色分解プリズムを被写体からの光を３色に分解して出力するものとして、前記多色分解プリズムに３個の前記固体撮像素子を配置したものとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００１５】
多色分解プリズムに固定された各色用の固体撮像素子の位置が精密に整合されていなくても、それらの間の位置関係を示す位置補正情報を利用することにより、複数色のデジタル画像を位置補正して正しく合成することができる。これにより、多色分解プリズムと固体撮像素子とを固定する位置精度の要求値を低下させることができ、製造コストを大幅に低下させることができる。
【００１６】
合成部が固体撮像素子の１つにおける座標値と位置補正情報とから他の固体撮像素子における座標値を演算して位置補正するので、高速に座標演算を行って短時間で位置補正および画像合成の処理を行うことができる。
【００１７】
合成部が他の固体撮像素子における位置補正した座標値での画像情報を補間演算によって求めるので、高精度の画像情報を得ることができ、高画質の画像合成を行うことができる。
【００１８】
位置補正情報を座標間の角度およびオフセット量に関する情報としているので、座標値の補正演算を一次演算により高速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の多板式デジタルカメラ１の全体構成を示すブロック図である。多色分解プリズムとして三色分解プリズムを使用し、三板式デジタルカメラとした例である。撮影時の被写体からの光は、レンズ２を通って三色分解プリズム３に入射し、三色分解プリズム３によって緑色、青色、赤色の３色光に分解・分岐され、それぞれの色の光が３個の固体撮像素子に結像する。３個の固体撮像素子としては、緑色光用のＣＣＤ４１、青色光用のＣＣＤ４２、赤色光用のＣＣＤ４３が、三色分解プリズム３に接着等により固定されている。
【００２０】
図２は、三色分解プリズム３とＣＣＤ４１〜４３の配置を示す拡大図である。三色分解プリズム３は、図示のように第１プリズム３１、第２プリズム３２、第３プリズム３３が互いに接着等により固定されている。第１プリズム３１と第２プリズム３２との境界面には、緑色光を反射して他の波長帯の光を透過させるダイクロイックミラーが設けられている。そして、第２プリズム３２と第３プリズム３３との境界面には、青色光を反射して赤色光を透過させるダイクロイックミラーが設けられている。
【００２１】
また、図示のように、第１プリズム３１には緑色光用のＣＣＤ４１が固定され、第２プリズム３２には青色光用のＣＣＤ４２が固定され、第３プリズム３３には赤色光用のＣＣＤ４３が固定されている。レンズ２を通過した被写体からの光は、図示のように各ダイクロイックミラーによって各色に分解されて各色用のＣＣＤ上に結像する。
【００２２】
従来では、三色分解プリズムと各色用のＣＣＤとの位置関係を精密に調整して固定する必要があった。各色用のＣＣＤの出力を単純に合成して画像信号を得るためである。各色用のＣＣＤの位置がずれていると、各ＣＣＤの出力を単純に合成しても正常な画像信号が得られない。このため、三色分解プリズムと各色用のＣＣＤとの位置合わせを高精度に行う必要があり、プリズムユニットの製造コストを引き上げていた。
【００２３】
本発明は、三色分解プリズム３と各色用のＣＣＤ４１〜４３との位置関係を精密に調整して高精度に整合させる必要をなくし、プリズムユニットの製造コストを低下させることができるものである。すなわち、本発明では各色用のＣＣＤ４１〜４３の位置が整合していない可能性があり、画像がそれぞれのＣＣＤの異なる位置に結像する可能性がある。なお、ＣＣＤ４１〜４３に結像する際のフォーカス位置（光路長）は各ＣＣＤで整合されているものとする。すなわち、三色分解プリズム３の製造過程でフォーカス位置は整合されている。
【００２４】
再び、図１の説明に戻る。各色用のＣＣＤ４１〜４３に結像した画像にしたがって、ＣＣＤ４１〜４３からは各色光の画像信号が取り出される。それぞれの画像信号は各色用のＧ増幅回路５１、Ｂ増幅回路５２、Ｒ増幅回路５３によって増幅され、さらにＡＤ変換器６１〜６３によってデジタル信号に変換されて合成部７に送られる。合成部７では、入力されたデジタル画像信号を位置補正してから合成し、正常な画像信号として出力する。各ＣＣＤ間の位置ずれを表す位置補正情報は、位置補正情報記憶部８に記憶されている。合成部７は、位置補正情報記憶部８に記憶された位置補正情報に基づいてデジタル画像信号の位置補正を行う。
【００２５】
この合成部７は、レンズ２や三色分解プリズム３を収納するカメラ本体の内部に設けられている必要はない。合成部７としては、コンピュータ等による画像処理装置を利用してもよく、その場合は、カメラ本体と合成部７とをケーブルで接続して位置補正と合成処理を行うことになる。デジタル画像信号と位置補正情報はケーブルを通して合成部７に送られる。位置補正情報記憶部８は、カメラ本体の固有の情報を記憶するので、カメラ本体内に設けることが望ましい。
【００２６】
図３は、各ＣＣＤ４１〜４３の座標の関係を示す図である。各ＣＣＤ４１〜４３には、画素の配列に基づいた素子固有の座標が設定されている。例えば、各画素の中心点が整数座標位置となるように座標が設定される。緑色光用のＣＣＤ４１の固有座標は座標軸Ｘｇ，Ｙｇで表され、青色光用のＣＣＤ４２の固有座標は座標軸Ｘｂ，Ｙｂで表され、赤色光用のＣＣＤ４３固有座標は座標軸Ｘｒ，Ｙｒで表されている。
【００２７】
ここで、緑色光用のＣＣＤ４１の固有座標ＸｇＹｇを基準にすれば、ＣＣＤ４２，４３には、各ＣＣＤの位置ずれによって図示のように固有座標とは異なる座標ＸｇＹｇ上に位置した画像が結像する。青色光用のＣＣＤ４２における座標間の位置ずれは、座標軸間の角度θｂと座標ＸｇＹｇ原点のオフセットＣｂによって表されている。オフセットＣｂは固有座標ＸｂＹｂ上の点（Ｐｂ，Ｑｂ）を示すベクトルである。ここで、点（Ｐｂ，Ｑｂ）は座標ＸｇＹｇの原点に対応する固有座標ＸｂＹｂ上の座標である。
【００２８】
赤色光用のＣＣＤ４３における座標間の位置ずれは、座標軸間の角度θｒと座標ＸｇＹｇ原点のオフセットＣｒによって表されている。オフセットＣｒは固有座標ＸｒＹｒ上の点（Ｐｒ，Ｑｒ）を示すベクトルである。ここで、点（Ｐｒ，Ｑｒ）は座標ＸｇＹｇの原点に対応する固有座標ＸｒＹｒ上の座標である。
【００２９】
緑色光用のＣＣＤ４１の画像上のある点Ｇ（ｘｇ，ｙｇ）に対応する位置を、青色光用のＣＣＤ４２上の点Ｂ（ｘｂ，ｙｂ）、赤色光用のＣＣＤ４３上の点Ｒ（ｘｒ，ｙｒ）とすると、点Ｂ，Ｒは次式によって求めることができる。
Ｂ＝ＡｂＧ＋Ｃｂ                      ・・・式１
Ｒ＝ＡｒＧ＋Ｃｒ                      ・・・式２
【００３０】
ただし、式１において、Ｂは固有座標ＸｂＹｂ上の点（ｘｂ，ｙｂ）を表すベクトル、Ａｂは角度θｂの座標回転に対応する行列、Ｇは座標ＸｇＹｇにおける点（ｘｇ，ｙｇ）を表すベクトル、Ｃｂは固有座標ＸｂＹｂ上の点（Ｐｂ，Ｑｂ）を示すベクトルである。また、式２において、Ｒは固有座標ＸｒＹｒ上の点（ｘｒ，ｙｒ）を表すベクトル、Ａｒは角度θｒの座標回転に対応する行列、Ｇは座標ＸｇＹｇにおける点（ｘｇ，ｙｇ）を表すベクトル、Ｃｒは固有座標ＸｒＹｒ上の点（Ｐｒ，Ｑｒ）を示すベクトルである。
【００３１】
式１および式２により、緑色光用のＣＣＤ４１上の任意の点Ｇに対応するそれぞれのＣＣＤの固有座標上の点Ｂ，Ｒが求まる。合成部７は、緑色光の点Ｇの画像情報に対して、式１および式２によって対応する点Ｂ，Ｒを求め、青色光用のＣＣＤ４２の点Ｂの画像情報と、赤色光用のＣＣＤ４３の点Ｒの画像情報とを合成するのである。なお、合成部７には、各色の画像情報を記憶する画像メモリが設けられており、点Ｂ，Ｒにおける画像情報はその画像メモリから取り出される。
【００３２】
式１および式２の演算に必要な、角度θｂ、オフセットＣｂ、角度θｒ、オフセットＣｒの情報は、位置補正情報として位置補正情報記憶部８に記憶されている。位置補正情報は、多板式デジタルカメラ１のキャリブレーションを行うことにより求めることができる。すなわち、多板式デジタルカメラ１により基準画像の撮影を行い、各ＣＣＤにおける画像位置により位置補正情報の各データを求めることができる。キャリブレーションを行って求められた位置補正情報が、予め位置補正情報記憶部８に記憶されている。
【００３３】
また、点Ｂ，Ｒの座標値が整数になれば、その値に対応する画素は即座に選択できるが、一般的には点Ｂ，Ｒの座標値は整数とはならない。その場合は、最も適切な画素を選択するか、周囲の画素の画像情報から座標値に対応する画像情報を補間演算等により演算して求める。最も簡単な方法は、点Ｂ，Ｒの座標値に最も近い中心位置を持つ画素を選択し、その画素の画像情報を使用することである。
【００３４】
補間演算により画像情報を求めるには、点Ｂ，Ｒの周囲にある４個の整数座標点（座標値が整数となる点）に対応する画素の画像情報から補間演算するのが簡単である。点Ｂ，Ｒの座標値から各座標軸に関して１次の補間演算を行い、点Ｂ，Ｒに対応する画像情報を求めればよい。なお、点Ｂの２つの座標値のどちらか一方が整数であれば、４個の整数座標点でなく２個の整数座標点によって補間演算を行うことができる。点Ｒでも同様である。
【００３５】
また、４個よりも多数（例えば、周囲１６個）の整数座標点の画素の情報を使用して高次の補間演算を行い、点Ｂ，Ｒに対応する画像情報をさらに高精度に求めることもできる。
【００３６】
以上のように、三色分解プリズムに固定された各色用のＣＣＤの位置が精密に整合されていなくても、それらの間の位置関係を示す位置補正情報を利用することにより、３色のデジタル画像を位置補正して正しく合成することができる。これにより、三色分解プリズムとＣＣＤとを固定する位置精度の要求値を低下させることができ、製造コストを大幅に低下させることができる。
【００３７】
なお、以上の実施の形態では、多色分解プリズムとして三色分解プリズムを使用し、三板式デジタルカメラとした例について説明したが、二色分解プリズムや四色分解プリズムとして二板式、四板式デジタルカメラとすることもできる。五色以上に分解するようにしてもよい。
【００３８】
また、各色用のＣＣＤの内の緑色光用のＣＣＤの固有座標を基準としているが、これに限らず他のＣＣＤの固有座標を基準としてもよい。また、三色分解プリズムが赤緑青（ＲＧＢ）に色分解する例を説明しているが、他の方式の色分解を行うものでもよい。さらに、固体撮像素子としてＣＣＤを使用した例を挙げているが、ＣＣＤ以外の任意の固体撮像素子を使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の多板式デジタルカメラによれば、三色分解プリズムと固体撮像素子とを固定する位置精度の要求値を低下させることができ、製造コストを大幅に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の多板式デジタルカメラ１の全体構成を示すブロック図である。
【図２】三色分解プリズム３とＣＣＤの配置を示す拡大図である。
【図３】各ＣＣＤの座標の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  多板式デジタルカメラ
２  レンズ
３  三色分解プリズム
７  合成部
８  位置補正情報記憶部
３１  第１プリズム
３２  第２プリズム
３３  第３プリズム
４１〜４３  ＣＣＤ
５１  Ｇ増幅回路
５２  Ｂ増幅回路
５３  Ｒ増幅回路
６１〜６３  ＡＤ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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