JP2007215088A - 面順次方式カラーカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】赤、緑、青の可視光と赤外光又は紫外光の不可視光を加えた発光ストロボ又は発光ダイオードを面順次に発光する照明装置と組み合わせ、２フレームで完結し高精細な画像が得られる面順次方式カラーカメラシステムを提供する。
【解決手段】レンズから入射する被写体の光学像を２方向に分光する分光光学系と、２方向に分光された光学像のそれぞれを電気信号に変換する２個の固体撮像素子と、同２個の固体撮像素子を１フレーム期間ごとに１／２フレームに相当する時間以内で、かつ相互に重複しない間隔で順次露光制御する電子シャッタ制御手段と、同電子シャッタ制御手段の順次露光制御に同期して発光用同期信号を出力する発光用同期信号出力手段とを備えたカラーカメラと、同カラーカメラの前記発光用同期信号を受け前記固体撮像素子の露光制御に同期して波長帯域の異なる複数色の光を順次切り替えて発光する照明装置とで構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は面順次カラーテレビカメラに係わり、特に不可視光と可視光の面順次発光照明に同期し２フレームでカラー画像を生成する面順次方式カラーカメラシステムに関する。

従来の面順次カラーカメラは、色分解フィルタをモータで回転したり、発光ストロボ又は発光ダイオードを面順次に発光させることによって得た面順次色信号を合成してカラー映像信号を得ている。
また、Ｒ、Ｇ、Ｂ（赤、緑、青）の発光色に赤外光又は近赤外光を加え、写真フィルムのキズ補正、人肌の表面及び皮膚内部の観察、あるいは紫外光を加えて半導体のパターン検査等に面順次カラーカメラが使用されている。
公開特許公報２００３−３３３６０８号

しかし、１枚の画像を出力するのに１／６０（又は１／３０）秒を要するテレビカメラでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの可視光と赤外光又は紫外光の不可視光を加えて発光し、これを面順次で撮像するには４フレームを要し、カメラ又は被写体が動いて画像がぼけたり、計測に時間を要するなど問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、Ｒ、Ｇ、Ｂの可視光と赤外光又は紫外光の不可視光を加えた発光ストロボ又は発光ダイオードを面順次に発光する照明装置と組み合わせ、２フレームで完結し高精細なカラー画像が得られる面順次方式カラーカメラシステムを提供する。

本発明者は上記課題を下記の手段によって解決した。
（１）レンズから入射する被写体の光学像を２方向に分光する分光光学系と、２方向に分光された光学像のそれぞれを電気信号に変換する２個の固体撮像素子と、同２個の固体撮像素子を１フレーム期間ごとに１／２フレームに相当する時間以内で、かつ相互に重複しない間隔で順次露光制御する電子シャッタ制御手段と、同電子シャッタ制御手段の順次露光制御に同期して発光用同期信号を出力する発光用同期信号出力手段とを備えたカラーカメラと、同カラーカメラの前記発光用同期信号を受け前記固体撮像素子の露光制御に同期して波長帯域の異なる複数色の光を順次切り替えて発光する照明装置とで構成されてなることを特徴とする面順次方式カラーカメラシステム。

（２）前記照明装置が、波長帯域の異なる複数の可視光と、赤外又は紫外線等の不可視光を順次切り替えて発光してなることを特徴とする前項（１）に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（３）前記照明装置の可視光が、赤、緑、青のカラーテレビの３原色光に対応するものであることを特徴とする前項（２）に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（４）前記電子シャッタ制御手段が、前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ同一露光時間で露光制御してなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（５）前記電子シャッタ制御手段が、前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ任意の露光時間で露光制御してなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（６）前記分光光学系が、青及び緑波長領域と、赤及び赤外波長領域とに分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムを構成してなることを特徴とする前項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（７）前記分光光学系が、紫外及び青波長領域と、赤及び緑波長領域とに分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムを構成してなることを特徴とする前項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（８）前記分光光学系が、２方向へ任意値で分光するハーフミラーを備えてなることを特徴とする前項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（９）前記カラーカメラが、前記２個の固体撮像素子それぞれから出力される静止画像と、前記電子シャッタ制御手段からの発光用同期信号とを同時に記録するそれぞれ２個のフレームメモリと、同フレームメモリに記録された静止画像を複数回繰り返し読み出して観察可能な時間長の静止画像として前記発光用同期信号を識別し制御出力するメモリ出力切替手段と、前記複数色の観察可能な時間長の静止画像を合成してカラー画像として映像出力端子に出力する画像合成手段とを備えてなることを特徴とする前項（１）〜（８）のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（１０）前記画像合成手段が、前記複数色の静止画像をそれぞれ撮像タイミングの時間差を補正して一致させ出力してなることを特徴とする前項（９）に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

（１１）前記メモリ出力切替手段が、前記複数個のフレームメモリが記録した静止画像のうちのいずれか１つを複数回繰り返し読み出し、又は撮像順に切り替えて観察可能な時間長の瞬間静止画像として複数回繰り返し読み出して出力してなることを特徴とする前項（９）又は（１０）に記載の面順次方式カラーカメラシステム。

本願発明の面順次方式カラーカメラシステムによれば、下記のような効果が発揮できる。
１．請求項１の発明によれば、
前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間ごとに１／２フレームに相当する時間以内で、かつ相互に重複しない間隔で順次露光制御する電子シャッタ制御手段と、同電子シャッタ制御手段の順次露光制御に同期して発光用同期信号を出力する発光用同期信号出力手段と、前記発光用同期信号を受け前記固体撮像素子の露光制御に同期して波長帯域の異なる複数色の光を順次切り替えて発光する照明装置とで構成されているので、前記照明装置が発光する波長帯域の異なる複数色の光に同期して、例えば、４色の光に照明された被写体像を１フレーム期間に２色、２フレームで４色のカラー画像を面順次カラー画像として取り込めるので、従来の面順次カラーカメラの２倍の速度で、かつモノクローム用固体撮像素子により高解像度で安価な２倍速面順次方式カラーカメラシステムを構築できる。

また、従来の面順次カラーカメラの２倍の速度の２フレームのみで被写体の色彩色に応じた瞬間静止画像のカラー映像信号が得られるので、被写体の色彩色に対応した計測・選別等を行う計測・選別装置や撮像装置の高速化が図れる。

さらに、波長帯域の異なる複数色の光を順次切り替えて発光できる照明装置の発光色に同期し、モノクローム用固体撮像素子により面順次の画像を得るようにしたため、カラーフィルタとその回転駆動装置を排除した、高信頼性で高品質のカラー画像が得られる小型の２倍速面順次方式カラーカメラシステムを構築できる。

さらにまた、照明装置として、発光ストロボ又は発光ダイオードを面順次に発光させれば、他に照明装置を必要とせず、特に発光ダイオードを使用すれば、照明装置の形状・配置の自由度に優れ、コンパクトで、かつ高信頼性・高品質のカラー画像が得られる２倍速面順次方式カラーカメラシステムを構築できる。

同時に、前記照明装置を本願発明の順次方式カラーカメラの前記電子シャッタ制御手段からの発光用同期信号を受け前記固体撮像素子の数μｓ〜１／２フレーム内の露光時間に同期して発光ストロボ又は発光ダイオードを点滅制御して照明できるので、前記固体撮像素子の全露光時間内に効率よく光学像を取り込むことができる。

特に、数μｓの短時間発光・短時間露光時においては、フレームの終了直前にＢ、Ｒの２色短時間発光・短時間露光を行い、フレームの開始直後にＧ（但し、ＩＲは除く）の短時間発光・短時間露光を行えば、垂直帰線消去時間を含めてはいるが極めて短時間にＢ、Ｒ、Ｇ各信号を出力することができ、計測用信号としては１フレーム待つことなくＢ、Ｒ、Ｇの３色を極めて高速に計測可能となる。

２．請求項２の発明によれば、
前記請求項１の効果に加えて、前記カラーカメラからの発光用同期信号を受け前記固体撮像素子の露光制御に同期して前記照明装置が波長帯域の異なる複数の可視光と、赤外又は紫外線等の不可視光を順次切り替えて発光すれば、例えば、赤外光を利用して写真フィルム等被写体のキズ等を検知し補正するための自動プリント装置用の撮像装置として利用すれば、従来のＮＴＳＣ方式等のカラーカメラと赤外光用カメラ２台の併用に代えて、１台のみの面順次方式カラーカメラで、かつ従来の２倍以上の高速処理が可能となる安価な面順次方式カラーカメラシステムを構築することができる。

また、他の例として、紫外線顕微鏡装置を使用した半導体デバイスのパターン検査装置では、２つに分離された鏡筒にＮＴＳＣ方式等のカラーカメラと紫外線用カメラをそれぞれ搭載するなど、装置が複雑で、大型化しやすい傾向にあったが、本願発明の１台のみの面順次方式カラーカメラで小型化され、かつ安価な面順次方式紫外線顕微鏡カラーカメラシステムを構築することができる。

３．請求項３の発明によれば、
前記請求項２効果に加えて、前記照明装置の可視光が、赤、緑、青のカラーテレビの３原色光に対応しているので、被写体の色彩色を２フレーム期間内の静止画像として忠実に撮像することができる。

４．請求項４の発明によれば、
前記請求項１〜３の効果に加えて、前記電子シャッタ制御手段が、前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ同一露光時間で露光制御しているので、例えば、静止している被写体の場合、１／２フレームの等間隔で、１／２フレームに相当する時間内の露光時間の最大感度の露光制御で撮像した映像信号、あるいは、ごく短時間の露光制御を行い高速度で移動する被写体を一定間隔の静止画像として捉えることができ、かつ被写体の照度に応じたレベルの映像信号が得られる。

５．請求項５の発明によれば、
前記請求項１〜３の効果に加えて、前記電子シャッタ制御手段が、前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ任意の露光時間で露光制御しているので、例えば、計測に必要なチャンネル、あるいは発光輝度、ＣＣＤの感度等が厳しい紫外光成分チャンネルや、青成分チャンネルでは露光時間を長くし、他の色成分のチャンネルも同等レベルの信号が得られるように露光制御することにより、各チャンネル共に同等なＳ／Ｎ比に優れた映像信号が得られる。

６．請求項６の発明によれば、
前記請求項１〜５の効果に加えて、前記分光光学系が、青及び緑波長領域と、赤及び赤外波長領域とにそれぞれ分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムを構成しているので、レンズから入射する被写体の光学像を各波長領域ごとに効率よく固体撮像素子に分光することができ、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色に赤外光を加えることによって、１台の面順次カラーカメラで写真フィルムのキズ補正、人肌の表面及び皮膚内部の観察等を行う面順次カラーカメラシステムを構築することができる。

７．請求項７の発明によれば、
前記請求項１〜５の効果に加えて、前記分光光学系が、紫外及び青波長領域と、赤及び緑波長領域とにそれぞれ分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムを構成しているので、レンズから入射する被写体の光学像を各波長領域ごとに効率よく固体撮像素子に分光することができ、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色に紫外光を加えることによって、１台の面順次カラーカメラで半導体のパターン検査等を行う面順次方式紫外線顕微鏡カラーカメラシステムを構築することができる。

８．請求項８の発明によれば、
前記請求項１〜５の効果に加えて、前記分光光学系が、２方向へ任意値で分光するハーフミラーを使用しているので、安価な光学系を提供できる。

９．請求項９の発明によれば、
前記請求項１〜８の効果に加えて、前記２個の固体撮像素子それぞれから出力された静止画像は、発光色に関するデータと共に２個のフレームメモリに記録されているで、メモリ出力切替手段によるフレームメモリに記録された静止画像の複数回繰り返し読み出し制御、及び画像合成手段によるカラー画像の観察可能な時間長の静止画像の合成制御を、容易に、かつ正確に行うことができる。

また、画像合成手段により複数色の観察可能な時間長の静止画像を合成してカラー画像として合成映像出力端子に出力し、標準方式のカラーモニタで忠実に被写体像を再現・観察することができる。

１０．請求項１０の発明によれば、
前記請求項９の効果に加えて、移動又は回転など動く被写体の撮像時において、前記電子シャッタ制御手段によって２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に１／２フレーム以内の露光間隔で順次露光制御することによって生ずる撮像タイミングのずれを、必要に応じて、前記フレームメモリに記録された前記複数色の静止画像を前記フレームメモリからの読み出しによりそれぞれ撮像タイミングの時間差を補正して一致させ出力する画像合成手段とを備えているので、被写体の色彩色に対応した計測・選別等を行う計測・選別装置や観測装置の信号入力用面順次方式カラーカメラとして使用できるため、容易にかつ安価に面順次方式カラーカメラシステムを構築できる。

１１．請求項１１の発明によれば、
前記請求項９及び請求項１０の効果に加えて、前記複数個のフレームメモリが記録した静止画像のうちのいずれか１つを前記発光色に関するデータに基づいて複数回繰り返し読み出し、映像出力端子にそれぞれ同一色信号が連続した映像信号を出力し外部ビデオモニタで観察可能な時間長の静止画像としたり、又は撮像順に切り替えて計測のための全色信号を外部計測装置に供給することもできる。

本発明の実施の形態を実施例の図に基づいて説明する。
図１は本願発明の面順次方式カラーカメラシステムの実施例の構成図、図２は同発明実施例の固体撮像素子から１フレーム期間内に２枚の静止画像を出力する面順次方式カラーカメラシステムにおける長時間発光・長時間露光時の動作説明図、図３は同発明実施例の固体撮像素子から１フレーム期間内に２枚の静止画像を出力する面順次方式カラーカメラシステムにおける短時間発光・短時間露光時の動作説明図である。
図において、１は面順次方式カラーカメラ、２は分光プリズム、３ａ、３ｂはＣＣＤ、４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’は１フレームメモリ、５は画像合成手段、６は電子シャッタ制御手段、７はメモリ出力切替手段、８はレンズ、９ａ、９ａ’、９ｂ、９ｂ’は映像出力端子、１０は外部トリガ入力端子、１１は発光用同期信号出力端子、１５は記録再生装置、１８はトリガ発生手段、１９は合成映像出力端子、２０は照明装置である。

図１に本願発明になる面順次方式カラーカメラシステムの実施例の構成図を示す。
図１において、面順次方式カラーカメラ１は、被写体からの光学像を取り入れるレンズ８と、レンズ８から入射した被写体の光学像を２方向に分光する分光プリズム２と、２方向に分光された光学像のそれぞれを光電変換する２個のＣＣＤ（固体撮像素子）３ａ、３ｂと、前記ＣＣＤ３ａ、３ｂに図２に示す掃き捨てパルスＳＵＢ１、ＳＵＢ２及び転送パルスＳＧ１、ＳＧ２を印加し、前記ＣＣＤ３ａ、３ｂの光電面に蓄積される電荷の掃き捨て、又は垂直転送レジスタへの転送のいずれかを選択制御して同一の１フレーム期間内に１／２フレームに相当する時間以内で、かつ相互に重複しない間隔で順次露光制御する電子シャッタ制御手段６と、同電子シャッタ制御手段６の順次露光制御に同期して発光用同期信号を出力する図示しない発光用同期信号出力手段と、前記ＣＣＤ３ａ、３ｂから出力される１フレーム期間内の各１枚と、それぞれ次のフレームの各１枚の静止画像をそれぞれ記録する４個の１フレームメモリ４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’と、前記４個の１フレームメモリ４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’に記録された静止画像をそれぞれ複数回繰り返し読み出して観察可能な時間長の瞬間静止画像とし、又は前記静止画像を撮像順に切り替えて観察可能な動画像として出力するメモリ出力切替手段７と、同メモリ出力切替手段７によって制御された各メモリ４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’から出力された映像信号の各映像出力端子９ａ、９ａ’９ｂ、９ｂ’と、メモリ４ａ、４ａ’と４ｂ、４ｂ’から出力された映像信号を合成してカラー画像として出力する画像合成手段５及び合成映像出力端子１９と、前記電子シャッタ制御手段６に始動のタイミングを与えるトリガ発生手段１８と、外部トリガ入力端子１０とで構成されている。

さらに、前記面順次方式カラーカメラ１から出力された発光用同期信号を受け、前記面順次方式カラーカメラ１の電子シャッタ制御に同期して波長の異なる複数色の光を順次切り替えて発光する照明器を備えた照明装置２０と、面順次方式カラーカメラ１の映像出力信号の記録媒体である記録・再生装置１５とで構成されている。

本実施例１の面順次方式カラーカメラ１では、前記レンズ８から入射した被写体の光学像は、青及び緑波長領域と、赤及び赤外波長領域とにそれぞれ分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解分光プリズム２によって２方向へ分光され、２個のＣＣＤ３ａ、３ｂの光電面にそれぞれ結像される。

従来技術の項で述べたように、ＣＣＤの光電面は常時受光状態にあり、変化が速い被写体の撮像ではその出力画像に残像によるぼけが生じる。そのためＣＣＤを用いたカラーカメラには、鮮明な画像を得るための電子シャッタ機能が具備されているので、本実施例の面順次方式カラーカメラ１では、この電子シャッタ機能を利用して、通常１／６０秒間（又は１／３０）に１枚の割合で撮像されている瞬間静止画像を、１／６０秒間（又は１／３０）に２枚撮像可能とする手段を用いている。

この１／６０秒間に２枚の静止画像を撮像する手段について、図２に基づいて１／２フレームに相当する時間以内の長時間発光・長時間露光時について説明する。図２に見られるように、常時は前記ＣＣＤ３ａ、３ｂに電荷掃き捨てパルスＳＵＢ１、ＳＵＢ２を加えて光電面のフォトダイオードに蓄積された電荷を掃き捨てておき、駒撮り撮影を行う時点で前記面順次方式カラーカメラ１の外部トリガ入力端子１０を介して前記トリガ発生手段１８に外部トリガを入力して前記電荷掃き捨てパルスＳＵＢ１、ＳＵＢ２の前記ＣＣＤ３ａ、３ｂへの印加を順次停止し、まず、図のフレーム０の期間内に１回目の発光１であるＢ（青）の発光に同期して前記ＣＣＤ３ａに対し１回目の電荷蓄積ａ−１を１／２フレーム以内の任意の時間行い、その後ＣＣＤ３ａに転送パルスＳＧ１を加えて前記電荷蓄積ａ−１を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号１でａ−１Ｂとなる。

ＣＣＤ３ａの電荷蓄積・転送終了後に、２回目の発光２であるＲ（赤）の発光に同期して前記ＣＣＤ３ｂに対し１回目の電荷蓄積ｂ−１を１／２フレーム以内の任意の時間行い、その後ＣＣＤ３ｂに転送パルスＳＧ２を加えて前記電荷蓄積ｂ−１を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号２でｂ−１Ｒとする。

この結果、前記フレーム１の１フレーム期間内に映像信号１にａ−１Ｂと、映像信号２にｂ−１Ｒが生成され、それぞれの静止画像が図示しないアナログ／デジタル変換手段でデジタル信号化され、前記電子シャッタ制御手段６内部の発光用同期信号出力手段から出力された発光用同期信号と共に１フレームメモリ４ａ、４ｂ（図１参照）にそれぞれ記録される。

引き続き、図のフレーム２の期間内に３回目の発光３であるＧ（緑）の発光に同期して前記ＣＣＤ３ａに対し２回目の電荷蓄積ａ−２を１／２フレーム以内の任意の時間行い、その後ＣＣＤ３ａに転送パルスＳＧ１を加えて前記電荷蓄積ａ−２を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号１でａ−２Ｇとなる。

ＣＣＤ３ａの電荷蓄積・転送終了後に、４回目の発光４であるＩＲ（赤外光又は近赤外光）の発光に同期して前記ＣＣＤ３ｂに対し２回目の電荷蓄積ｂ−２を１／２フレーム以内の任意の時間行い、その後ＣＣＤ３ｂに転送パルスＳＧ２を加えて前記電荷蓄積ｂ−２を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号２でｂ−２ＩＲとする。

この結果、前記フレーム１と同様に、フレーム２の１フレーム期間内に映像信号１にａ−２Ｇと、映像信号２にｂ−２ＩＲが生成され、それぞれの静止画像が図示しないアナログ／デジタル変換手段でデジタル信号化され、前記電子シャッタ制御手段６内部の発光用同期信号出力手段から出力された発光用同期信号と共に１フレームメモリ４ａ’、４ｂ’にそれぞれ記録される。

以降同様に、発光１〜４を繰り返し、同時にそれぞれの発光色に同期して電荷蓄積、転送、記録を行い、前記電子シャッタ制御手段６からの発光用同期信号色に従ってメモリ出力切替手段７を制御して前記フレームメモリ４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’から複数回繰り返し読み出し、映像出力端子９ａ、９ａ’、９ｂ、９ｂ’にそれぞれ同一色信号が連続した映像信号として出力し外部モニタで観察可能な時間長の静止画像としたり、又は撮像順に切り替えてＢ、Ｇ／Ｒ、ＩＲ順とし、計測のための全色信号を外部計測装置に供給することもできる。

同時に、画像合成手段５によってＲ＋Ｇ＋Ｂのカラーテレビの３原色に対応するＮＴＳＣ方式等３つの色信号が合成され連続したカラー合成映像信号を合成映像出力端子１９へ出力する。

ここで、前記電子シャッタ制御手段６が、前記２個のＣＣＤ３ａ、３ｂを１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ同一露光時間で連続して露光制御すれば、例えば、静止している被写体の場合、１／２フレームの等間隔で、１／２フレームに相当する時間内の露光時間の最大感度の露光制御で撮像した映像信号、あるいは、ごく短時間の露光制御を行い高速度で移動する物体の静止画像や、高速で変化する自然現象の瞬時のタイミングを一定間隔の静止画像として捉えることができ、かつ被写体の照度に応じたレベルの映像信号が得られる。

他の方法として、前記電子シャッタ制御手段６が、前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ任意の露光時間で連続して露光制御できるので、例えば、計測に必要なチャンネル、あるいは発光輝度、ＣＣＤの感度等が厳しい青成分チャンネルでは露光時間を長くし、他の色成分のチャンネルも同等レベルの信号が得られるように露光制御することにより、各チャンネル共に同等なＳ／Ｎ比に優れた映像信号が得られる。

また、分光光の利用効率は劣るが、前記分光プリズム２を２方向へ等分又は任意値で分光するハーフミラーを使用してもよい。

移動又は回転など動く被写体の撮像時において、前記電子シャッタ制御手段６によって２個のＣＣＤ３ａ、３ｂを１フレーム期間内に１／２フレーム以内の露光間隔で順次露光制御によって生ずる撮像タイミングのずれを、前記フレームメモリに記録された前記複数色の静止画像を前記フレームメモリ４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’からの読み出しによりそれぞれ撮像タイミングの時間差を補正して一致させ出力する画像合成手段５を備えている。

図３において、同様に、１フレームに２枚の静止画像を撮像する短時間発光・短時間露光時について説明する。

図３に見られるように、常時は前記ＣＣＤ３ａ、３ｂに電荷掃き捨てパルスＳＵＢ１、ＳＵＢ２を加えて光電面のフォトダイオードに蓄積された電荷を掃き捨てておき、駒撮り撮影を行う時点で前記面順次方式カラーカメラ１の外部トリガ入力端子１０を介して前記トリガ発生手段１８に外部トリガを入力して前記電荷掃き捨てパルスＳＵＢ１、ＳＵＢ２の前記ＣＣＤ３ａ、３ｂへの印加を順次停止し、まず、図のフレーム０’の期間内に１回目の発光１であるＢ（青）の短時間発光に同期して前記ＣＣＤ３ａに対し１回目の短時間電荷蓄積ａ−１’を行い、その後ＣＣＤ３ａに転送パルスＳＧ１を加えて前記短時間電荷蓄積ａ−１’を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号１でａ−１’Ｂとなる。

ＣＣＤ３ａの電荷蓄積・転送終了後に、２回目の発光２であるＲ（赤）の短時間発光に同期して前記ＣＣＤ３ｂに対し１回目の短時間電荷蓄積ｂ−１’を行い、その後ＣＣＤ３ｂに転送パルスＳＧ２を加えて前記短時間電荷蓄積ｂ−１’を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号２でｂ−１’Ｒとする。

この結果、前記フレーム１’の１フレーム期間内に映像信号１にａ−１’Ｂと、映像信号２にｂ−１’Ｒが生成され、それぞれの静止画像が図示しないアナログ／デジタル変換手段でデジタル信号化され、前記電子シャッタ制御手段６内部の発光用同期信号出力手段から出力された発光用同期信号と共に１フレームメモリ４ａ、４ｂにそれぞれ記録される。

引き続き、図のフレーム２’の期間内に３回目の発光３であるＧ（緑）の短時間発光に同期して前記ＣＣＤ３ａに対し２回目の短時間電荷蓄積ａ−２’を行い、その後ＣＣＤ３ａに転送パルスＳＧ１を加えて前記短時間電荷蓄積ａ−２’を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号１でａ−２’Ｇとなる。

ＣＣＤ３ａの電荷蓄積・転送終了後に、４回目の発光４であるＩＲ（赤外光又は近赤外光）の短時間発光に同期して前記ＣＣＤ３ｂに対し２回目の短時間電荷蓄積ｂ−２’を行い、その後ＣＣＤ３ｂに転送パルスＳＧ２を加えて前記短時間電荷蓄積ｂ−’を光電面のフォトダイオードから垂直転送レジスタへ転送し、映像信号２でｂ−２’ＩＲとする。

この結果、前記フレーム１’と同様に、フレーム２’の１フレーム期間内に映像信号１にａ−２’Ｇと、映像信号２にｂ−２’ＩＲが生成され、それぞれの静止画像が図示しないアナログ／デジタル変換手段でデジタル信号化され、前記電子シャッタ制御手段６内部の発光用同期信号出力手段から出力された発光用同期信号と共に１フレームメモリ４ａ’、４ｂ’にそれぞれ記録される。

以降同様に、発光１〜４を繰り返し、同時にそれぞれの発光色に同期して電荷蓄積、転送、記録を行い、前記電子シャッタ制御手段６からの発光用同期信号色に従ってメモリ出力切替手段７を制御して前記フレームメモリ４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’から複数回繰り返し読み出し、映像出力端子９ａ、９ａ’、９ｂ、９ｂ’にそれぞれ同一色信号が連続した映像信号として出力し外部モニタで観察可能な時間長の静止画像としたり、又は撮像順に切り替えてＢ、Ｇ／Ｒ、ＩＲ順とし、計測のための全色信号を外部計測装置に供給することもできる。

特に、数μｓの短時間発光・短時間露光時においては、フレームの終了直前にＢ、Ｒの２色短時間発光・短時間露光を行い、フレームの開始直後にＧ（但し、ＩＲは除く）の短時間発光・短時間露光を行えば、垂直帰線消去時間を含めてはいるが極めて短時間にＢ、Ｒ、Ｇ各信号を出力することができ、計測用信号としては１フレーム待つことなくＢ、Ｒ、Ｇの３色を極めて高速に計測可能となる。

上記の実施例において、前記分光プリズム２が、青及び緑波長領域と、赤及び赤外波長領域とに分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムを使用した実施例を記述したが、紫外及び青波長領域と、赤及び緑波長領域とに分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムとしてもよい。その場合は、図１、図２及び図３の説明において、Ｇ→ＵＶ（紫外）、ＩＲ→Ｇに読替えればよい。

以上において、ＣＣＤとの組み合わせ使用時に分光プリズム２の前後に配設されるモアレ防止用水晶ローパスフィルタ、余分な色をカットし色再現性を向上させるトリミングフィルタや、ＣＣＤの信号増幅回路に必要な相関二重サンプリング回路、ガンマ補正回路等、通常ＣＣＤカラーカメラに必要とされるが本願発明に関与しない公知技術については説明及び図中において省略してある。

本願発明では、従来の面順次カラーカメラが４フレームで１画面を得ることに対し、２フレームの期間内で、２倍の速度で被写体の色彩色に応じた瞬間静止画像のカラー映像信号が得られ、特にＲ、Ｇ、Ｂ（赤、緑、青）の発光色に赤外光又は近赤外光を加え、写真フィルムのキズ補正、人肌の表面及び皮膚内部の観察に、又は紫外光を加えて半導体のパターン検査等の高速面順次方式カラーカメラシステムを構築できる。

本願発明の面順次方式カラーカメラシステムの実施例の構成図 同発明実施例の固体撮像素子から１フレーム期間内に２枚の静止画像を出力する面順次方式カラーカメラシステムにおける長時間発光・長時間露光時の動作説明図 同発明実施例の固体撮像素子から１フレーム期間内に２枚の静止画像を出力する面順次方式カラーカメラシステムにおける短時間発光・短時間露光時の動作説明図

符号の説明

１：面順次方式カラーカメラ
２：分光プリズム
３ａ、３ｂ：ＣＣＤ
４ａ、４ａ’、４ｂ、４ｂ’：１フレームメモリ
５：画像合成手段
６：電子シャッタ制御手段
７：メモリ出力切替手段
８：レンズ
９ａ、９ａ’９ｂ、９ｂ’：映像出力端子
１０：外部トリガ入力端子
１１：発光用同期信号出力端子
１５：記録・再生装置
１８：トリガ発生手段
１９：合成映像出力端子
２０：照明装置

Claims (11)

1. レンズから入射する被写体の光学像を２方向に分光する分光光学系と、２方向に分光された光学像のそれぞれを電気信号に変換する２個の固体撮像素子と、同２個の固体撮像素子を１フレーム期間ごとに１／２フレームに相当する時間以内で、かつ相互に重複しない間隔で順次露光制御する電子シャッタ制御手段と、同電子シャッタ制御手段の順次露光制御に同期して発光用同期信号を出力する発光用同期信号出力手段とを備えたカラーカメラと、同カラーカメラの前記発光用同期信号を受け前記固体撮像素子の露光制御に同期して波長帯域の異なる複数色の光を順次切り替えて発光する照明装置とで構成されてなることを特徴とする面順次方式カラーカメラシステム。
2. 前記照明装置が、波長帯域の異なる複数の可視光と、赤外又は紫外線等の不可視光を順次切り替えて発光してなることを特徴とする請求項１に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
3. 前記照明装置の可視光が、赤、緑、青のカラーテレビの３原色光に対応するものであることを特徴とする請求項２に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
4. 前記電子シャッタ制御手段が、前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ同一露光時間で露光制御してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
5. 前記電子シャッタ制御手段が、前記２個の固体撮像素子を１フレーム期間内に等間隔で順次露光し、かつ任意の露光時間で露光制御してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
6. 前記分光光学系が、青及び緑波長領域と、赤及び赤外波長領域とに分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムを構成してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
7. 前記分光光学系が、紫外及び青波長領域と、赤及び緑波長領域とに分光するダイクロイック膜を備えた２ピース色分解プリズムを構成してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
8. 前記分光光学系が、２方向へ任意値で分光するハーフミラーを備えてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
9. 前記カラーカメラが、前記２個の固体撮像素子それぞれから出力される静止画像と、前記電子シャッタ制御手段からの発光用同期信号とを同時に記録するそれぞれ２個のフレームメモリと、同フレームメモリに記録された静止画像を複数回繰り返し読み出して観察可能な時間長の静止画像として前記発光用同期信号を識別し制御出力するメモリ出力切替手段と、前記複数色の観察可能な時間長の静止画像を合成してカラー画像として映像出力端子に出力する画像合成手段とを備えてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
10. 前記画像合成手段が、前記複数色の静止画像をそれぞれ撮像タイミングの時間差を補正して一致させ出力してなることを特徴とする請求項９に記載の面順次方式カラーカメラシステム。
11. 前記メモリ出力切替手段が、前記複数個のフレームメモリが記録した静止画像のうちのいずれか１つを複数回繰り返し読み出し、又は撮像順に切り替えて観察可能な時間長の静止画像として複数回繰り返し読み出して出力してなることを特徴とする請求項９又は１０に記載の面順次方式カラーカメラシステム。