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JP3397396B2 - Imaging device - Google Patents
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JP3397396B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP3397396B2
JP3397396B2 JP28774493A JP28774493A JP3397396B2 JP 3397396 B2 JP3397396 B2 JP 3397396B2 JP 28774493 A JP28774493 A JP 28774493A JP 28774493 A JP28774493 A JP 28774493A JP 3397396 B2 JP3397396 B2 JP 3397396B2
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image pickup
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は撮像装置に関し、特に撮
像素子の画素数を増やすことなく限られた画素数の撮像
素子を複数個用いて高解像度の画像情報が容易に得られ
るようにした、例えば小型ビデオカメラやスチルビデオ
カメラ等に好適な撮像装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus, and more particularly to a high resolution image information easily obtained by using a plurality of image pickup elements having a limited number of pixels without increasing the number of pixels of the image pickup element. The present invention relates to an image pickup apparatus suitable for, for example, a small video camera or a still video camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、小型ビデオカメラやスチルビデオ
カメラ等の撮像装置に用いられている撮像素子としての
固体エリアセンサ(画素を2次元的に配列したイメージ
センサ)は、高画素化、低価格化、そして小型化が可能
となり、多くの撮像装置に用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, solid-state area sensors (image sensors in which pixels are two-dimensionally arranged) as image pickup devices used in image pickup devices such as small video cameras and still video cameras have high pixel counts and low prices. It can be made smaller and smaller, and is used in many imaging devices.

【0003】現在実用化されている撮像素子の画素数は
40万画素程度であり、これはNTSC等の現行規格の
テレビ用程度の解像度を有している。しかしながら、例
えばこれで入力した画像を大画面用の画像やハードコピ
ーそしてコンピュータグラフィック等に表示した場合、
画素の粗さが目立ってきて、高精細な画像として出力す
ることは難かしい。
The number of pixels of an image pickup device which is currently put into practical use is about 400,000, which has a resolution equivalent to that of a television of the current standard such as NTSC. However, for example, when the input image is displayed on a large screen image, hard copy or computer graphic,
The roughness of the pixels becomes noticeable, and it is difficult to output as a high-definition image.

【0004】又、最近ではHDTV用の200万画素の
固体エリアセンサも開発されつつある。しかしながら、
この画素数でも超大画面表示用の入力として用いるには
解像度が十分でない。より高精細(高解像度)な解像度
の画像を得るには現状のエリアセンサの画素数は必ずし
も十分でない。
Recently, a solid-state area sensor of 2 million pixels for HDTV is being developed. However,
Even with this number of pixels, the resolution is not sufficient to be used as an input for super-large screen display. The number of pixels of the current area sensor is not always sufficient to obtain an image with higher resolution (high resolution).

【0005】従来より撮像素子を用いて高精細な画像を
得る方法として、撮像素子の画素密度を高め、画素数を
増やすことによって高解像度の画像を得る方法がある。
Conventionally, as a method of obtaining a high-definition image using an image pickup device, there is a method of obtaining a high-resolution image by increasing the pixel density of the image pickup device and increasing the number of pixels.

【0006】一般に画素密度を高める為に画素面積を縮
小すると出力信号が小さくなりS/N比が劣化してく
る。このS/N比の低下を考慮した場合、200万の画
素数はもはや限界に近く、現状ではさらに画素数を増加
させ解像度を向上させることは大変難しい。
Generally, when the pixel area is reduced in order to increase the pixel density, the output signal becomes small and the S / N ratio deteriorates. Considering this decrease in the S / N ratio, the number of pixels of 2 million is almost the limit, and it is very difficult to further increase the number of pixels and improve the resolution under the present circumstances.

【0007】そこで従来より画素数を増やすことなく高
精細な画像を得る方法が種々と提案されている。例えば
特公昭50−13052号公報や、特公昭59−189
09号公報や、そして特公昭59−43035号公報等
では画素ズラシによる方法が提案されている。
Therefore, various methods for obtaining a high-definition image without increasing the number of pixels have been proposed. For example, Japanese Patent Publication No. 50-13052 and Japanese Patent Publication No. 59-189.
No. 09, Japanese Patent Publication No. 59-43035, and the like propose a method using pixel shifting.

【0008】この画素ズラシによる方法では撮像光学系
の像面側に被写体像に基づく光束を分割する光学素子、
例えばダイクロイックプリズムやハーフミラー等を配置
し、該光学素子で分割された光束を画素の半ピッチある
いはそれ以下の量だけ位置ズラシして配置した複数の固
体エリアセンサで撮像することにより、高解像度の画像
を得ている。
In this pixel shift method, an optical element for splitting a light beam based on a subject image on the image plane side of the image pickup optical system,
For example, by disposing a dichroic prism, a half mirror, or the like, and imaging the light beams divided by the optical element with a plurality of solid-state area sensors arranged by shifting the position by a half pitch of pixels or less, a high resolution image can be obtained. I'm getting an image.

【0009】又、特開平4−286480号公報では結
像レンズの後方に1つ以上の光路分割手段を配置し、該
光路分割手段で被写体像を複数に分割し、分割した複数
の被写体像を各々結像面位置に配置した複数の固体エリ
アセンサ面上にそれぞれ結像させ、互いに他の結像位置
でのセンサで撮像できない領域を補間しあうようにして
全被写体像を撮像して、これにより高解像度の画像を得
ている。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 4-286480, one or more optical path splitting means is arranged behind the imaging lens, the optical path splitting means divides the subject image into a plurality of divided subject images. An image is formed on each of a plurality of solid-state area sensor surfaces arranged at image forming plane positions, and the entire subject image is taken by interpolating areas that cannot be picked up by sensors at other image forming positions. Has obtained a high resolution image.

【0010】又、特開昭63−193678号公報では
撮影光学系の光路中に楔形の偏向部材を配置し、該偏向
部材の回転によって生ずる画像の移動を周期的に撮像素
子で撮像し、これにより画素数以上の画像情報を得てい
る。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 63-193678, a wedge-shaped deflecting member is arranged in the optical path of the photographing optical system, and the movement of the image caused by the rotation of the deflecting member is periodically picked up by an image pickup element. Therefore, image information of more than the number of pixels is obtained.

【0011】又、特開昭60−250789号公報で
は、撮影光学系で形成した被写体像を2次結像光学系で
複数の画像に分離し、該分離した複数の画像を各々複数
の撮像素子面上に結像させ、該複数の撮像素子からの撮
像信号を合成して出力することにより高解像度の画像を
得ている。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-250789, a subject image formed by a photographing optical system is separated into a plurality of images by a secondary imaging optical system, and the separated plurality of images are respectively separated by a plurality of image pickup devices. A high-resolution image is obtained by forming an image on a surface and synthesizing and outputting image pickup signals from the plurality of image pickup elements.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】高精細な画像を得る方
法として画素ズラシによる方法は、素子(画素)数の割
には解像度があまり上がらないという問題点があった。
The method using pixel shifting as a method for obtaining a high-definition image has a problem that the resolution does not increase so much for the number of elements (pixels).

【0013】又、特開平4−286480号公報で提案
されている方法は、光路の分割数を無数に増やすことに
より高解像度の画像を得ることができるが、その為には
撮影レンズのバックフォーカスを極めて長くしなければ
ならず、装置全体が大型化してしまうという問題点があ
った。その為実際には2板式、又は3Pプリズム等を用
いても3板式程度が限度であった。
In the method proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-286480, a high resolution image can be obtained by increasing the number of divisions of the optical path innumerably. For that purpose, the back focus of the taking lens is used. Had to be extremely long, and there was a problem that the size of the entire apparatus was increased. Therefore, in practice, the two-plate type or the three-plate type is the limit even if a 3P prism or the like is used.

【0014】又、特開昭63−193678号公報で提
案されている方法は、1フレームの画像を複数回の撮像
によって合成するため、動画には適さず、又静止画像で
あっても出力画像を得る為には時間がかかりすぎるとい
う問題点があった。
Further, the method proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-193678 is not suitable for a moving image because an image of one frame is combined by taking a plurality of times, and even if it is a still image, it is an output image. There was a problem that it took too much time to obtain.

【0015】又、特開昭60−250789号公報で提
案されている方法は、光束分割手段としての光束分離鏡
を1次結像面から微小にズラして配置することにより画
像の境界部分の画素欠落を防止しているが、実際には該
光束分離鏡の厚みや軸外光束の瞳等の問題があって構成
上大変難しいという問題点があった。又画素数の増加も
高々2倍ないし3倍程度であって高解像度の画像を得る
には難しかった。
Further, in the method proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-250789, a light beam splitting mirror as a light beam splitting means is arranged so as to be slightly shifted from the primary image forming plane so that a boundary portion of an image is formed. Although pixel loss is prevented, there is a problem in that the structure is very difficult due to problems such as the thickness of the light beam separation mirror and the pupil of the off-axis light beam. In addition, the number of pixels increases at most about 2 to 3 times, which makes it difficult to obtain a high-resolution image.

【0016】本発明は限られた画素数を有する撮像素子
を複数個用いて各撮像素子の配置及び各撮像素子に被写
体像を形成する際の撮影系を構成する各光学要素を適切
に設定することにより、高精細な画像情報が容易に得ら
れるようにした撮像装置の提供を目的とする。
According to the present invention, a plurality of image pickup devices having a limited number of pixels are used to appropriately set the arrangement of each image pickup device and each optical element that constitutes an image pickup system when a subject image is formed on each image pickup device. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an image pickup device in which high-definition image information can be easily obtained.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1−イ)本発明の撮像装置は、第1の光学系により被
写体像を予定結像面に形成し、該第1の光学系の光軸上
であって該予定結像面近傍に配置した第2の光学系と、
該第1の光学系の光軸上であって該第2の光学系の後方
に配置した第3の光学系とで該予定結像面に形成した被
写体像の全てを第1の撮像手段に再結像し、該第1の光
学系の光軸外に光軸を有し、該第2の光学系の後方に配
置した第4の光学系で該予定結像面に形成した被写体像
の一部を第2の撮像手段に再結像し、該第1の撮像手段
と該第2の撮像手段とで得られる画像情報を利用して高
精細な画像情報を得るようにした撮像装置であって、該
第2の光学系は光束の指向性が入射位置によって異なる
光学部材を有していることを特徴としている。
(1-a) In the image pickup apparatus of the present invention, a subject image is formed on a planned image forming surface by the first optical system, and the object image is arranged on the optical axis of the first optical system and near the planned image forming surface. And the second optical system
All the subject images formed on the planned image forming plane by the third optical system arranged on the optical axis of the first optical system and behind the second optical system are used by the first image pickup means. The image of the object formed on the planned image forming plane is re-imaged and has an optical axis outside the optical axis of the first optical system and is arranged behind the second optical system. An image pickup device which reimages a part of the image on the second image pickup means and obtains high-definition image information by using image information obtained by the first image pickup means and the second image pickup means. The second optical system is characterized by having an optical member in which the directivity of the light beam differs depending on the incident position.

【0018】特に前記第4の光学系は複数のレンズ系を
有しており、前記第2の撮像手段は該複数のレンズ系に
対応した複数の撮像素子を有していることや、前記第4
の光学系の複数のレンズ系は前記第1の光学系が形成す
る被写体像を複数の領域に分割したときの各領域の被写
体像を各々対応する撮像素子面上に結像させていること
や、前記第2の撮像手段を構成する複数の撮像素子から
得られる画像情報と前記第1の撮像手段から得られる画
像情報とを利用して1つの画像情報を得ていることや、
前記第2の光学系は光束の指向性が入射位置によって異
なる第1の光学部材と正の屈折力を有する第2の光学部
材とを有していること等を特徴としている。
In particular, the fourth optical system has a plurality of lens systems, the second image pickup means has a plurality of image pickup elements corresponding to the plurality of lens systems, and Four
The plurality of lens systems of the optical system of (1) form the object images of the respective areas when the object image formed by the first optical system is divided into a plurality of areas on the corresponding image pickup device surfaces. Obtaining one image information by using image information obtained from a plurality of image pickup devices constituting the second image pickup means and image information obtained from the first image pickup means,
The second optical system is characterized in that it has a first optical member in which the directivity of the light beam differs depending on the incident position and a second optical member having a positive refractive power.

【0019】(1−ロ)本発明の撮像装置は、被写体像
を第1の光学系により予定結像面に結像させ、該予定結
像面近傍に配置した第1の光学系と光軸を同じくする第
2の光学系と、該第2の光学系の後方であって該第1の
光学系との光軸を一致させて配置した第3の光学系とに
より予定結像面に形成した被写体像の全てを第1の撮像
手段面上に結像させ、該第1の撮像手段から全被写体像
に関する画像情報を得ると共に、該予定結像面に結像し
た被写体像を分割した複数の領域を、該第1の光学系の
光軸と異なる光軸を有する複数のレンズ系を有し第2の
光学系の後方に配置した第4の光学系により該複数のレ
ンズ系に対応する複数の撮像素子を有する第2の撮像手
段の該複数の撮像素子面上に各々結像させ、該複数の撮
像素子からの画像情報を合成して全被写体像に関する画
像情報を得るようにした撮像装置であって、該第2の光
学系は光束の指向性が入射位置によって異なる光学部材
を有していることを特徴としている。
(1-b) In the image pickup device of the present invention, a subject image is formed on a predetermined image forming surface by the first optical system, and the first optical system and the optical axis arranged near the predetermined image forming surface. A second optical system having the same structure, and a third optical system which is arranged behind the second optical system and whose optical axis coincides with that of the first optical system. All the formed subject images are formed on the surface of the first image pickup means, image information about all the subject images is obtained from the first image pickup means, and the plurality of divided object images formed on the planned image formation plane are divided. Corresponds to the plurality of lens systems by a fourth optical system having a plurality of lens systems having an optical axis different from the optical axis of the first optical system and arranged behind the second optical system. An image from each of the plurality of image pickup devices is formed on each of the plurality of image pickup device surfaces of the second image pickup device having the plurality of image pickup devices. The second optical system is an image pickup device that obtains image information about all the subject images by synthesizing the information, and is characterized in that the second optical system has an optical member in which the directivity of the light flux differs depending on the incident position. .

【0020】特に前記第2の光学系は光束の指向性が入
射位置によって異なる第1の光学部材と正の屈折力を有
する第2の光学部材とを有していることを特徴としてい
る。
In particular, the second optical system is characterized by having a first optical member in which the directivity of the light beam differs depending on the incident position and a second optical member having a positive refractive power.

【0021】[0021]

【実施例】図1は本発明の実施例1の光学系の要部断面
図、図2は本発明の実施例1の要部斜視図である。
FIG. 1 is a sectional view of the essential parts of an optical system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the essential parts of the first embodiment of the present invention.

【0022】図中、1は第1の光学系であり、被写体像
を1次結像面(予定結像面)21上に結像させている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a first optical system, which forms a subject image on a primary image forming surface (planned image forming surface) 21.

【0023】2は第2の光学系であり、第1の光学系1
の光軸上であって、1次結像面21近傍に配置してお
り、光束の指向性が入射位置によって異なる第1の光学
部材としての偏向素子22と正の屈折力を有する第2の
光学部材としてのフィールドレンズ23とより成ってお
り、1次結像面21に形成した被写体像からの光束を集
光して後続するレンズ系に導光している。
Reference numeral 2 is a second optical system, and the first optical system 1
On the optical axis of the first imaging plane 21 and the second deflecting element 22 having a positive refracting power as the first optical member in which the directivity of the light beam differs depending on the incident position. It is composed of a field lens 23 as an optical member, and collects the light flux from the subject image formed on the primary image forming surface 21 and guides it to the subsequent lens system.

【0024】本実施例では後述するように第1の光学部
材22により第3の光学系3の瞳位置と第4の光学系4
との瞳位置を適切に設定し、又第2の光学部材23によ
り第1の光学系の瞳1aと第3の光学系の瞳3aとが共
役になるように設定し、更に第4の光学系4の複数のレ
ンズ系4A,4B,4C,4Dの瞳4A1,4B1,4
C1,4D1が第1の光学系1の分割した瞳領域近傍に
結像するようにしている。
In this embodiment, as will be described later, the pupil position of the third optical system 3 and the fourth optical system 4 are controlled by the first optical member 22.
, And the pupil position of the first optical system is conjugate with the pupil 3a of the third optical system by the second optical member 23. Pupils 4A1, 4B1, 4 of the plurality of lens systems 4A, 4B, 4C, 4D of the system 4
C1 and 4D1 are formed in the vicinity of the divided pupil area of the first optical system 1.

【0025】3は第3の光学系であり、第1の光学系1
の光軸上であって、第2の光学系2の後方(像面側)に
配置している。即ち、第3の光学系3の光軸と第1の光
学系1の光軸と第2の光学系2の光軸とは互いに一致し
ている。
Reference numeral 3 is a third optical system, and the first optical system 1
It is arranged on the optical axis of, and behind the second optical system 2 (on the image plane side). That is, the optical axis of the third optical system 3, the optical axis of the first optical system 1, and the optical axis of the second optical system 2 coincide with each other.

【0026】31は第1の撮像手段(主撮像手段)であ
り、第3の光学系3の後方の結像面に配置しており、例
えば固体エリアセンサより成っている。
Reference numeral 31 denotes a first image pickup means (main image pickup means), which is disposed on the image forming plane behind the third optical system 3 and is composed of, for example, a solid area sensor.

【0027】第1の光学系1によって1次結像面21に
形成した被写体像の全領域を第2の光学系2と第3の光
学系3により第1の撮像手段31面上に再結像させてい
る。
The entire area of the subject image formed on the primary imaging plane 21 by the first optical system 1 is recombined on the surface of the first image pickup means 31 by the second optical system 2 and the third optical system 3. I'm making you image.

【0028】4は第4の光学系であり、第41レンズ系
4A、第42レンズ系4B、第43レンズ系4C、そし
て第44レンズ系4Dの4つのレンズ系を有している。
Reference numeral 4 denotes a fourth optical system, which has four lens systems: a 41st lens system 4A, a 42nd lens system 4B, a 43rd lens system 4C, and a 44th lens system 4D.

【0029】4つのレンズ系4A,4B,4C,4Dは
第1の光学系1の光軸外に光軸を有し、第2の光学系2
の後方に配置している。
The four lens systems 4A, 4B, 4C and 4D have an optical axis outside the optical axis of the first optical system 1 and the second optical system 2
It is located behind.

【0030】41は第2の撮像手段(副撮像手段)であ
り、例えば固体エリアセンサから成る4つの撮像素子4
1A,41B,41C,41Dを有し、各々4つのレン
ズ系4A,4B,4C,4Dの結像面に配置している。
Reference numeral 41 denotes a second image pickup means (sub-image pickup means), which is, for example, four image pickup elements 4 each including a solid-state area sensor.
1A, 41B, 41C, 41D, which are arranged on the image planes of the four lens systems 4A, 4B, 4C, 4D, respectively.

【0031】第4の光学系の4つのレンズ系(4A,4
B,4C,4D)は第1の光学系1が形成した1次結像
面21上の被写体像を複数の領域に分割し、各領域の被
写体像を各々対応する各撮像素子41A,41B,41
C,41D面上に再結像させている。
Four lens systems (4A, 4) of the fourth optical system
B, 4C, 4D) divides the subject image on the primary imaging surface 21 formed by the first optical system 1 into a plurality of regions, and the subject images in the respective regions are respectively associated with the respective image pickup devices 41A, 41B, 41
The image is re-formed on the C and 41D planes.

【0032】本実施例において第2の光学系2の第2の
光学部材23は図中実線の光路32で示すように第1の
光学系1の瞳1aと第3の光学系3の瞳3aとが互いに
略共役となるようにしている。又図中破線の光路42で
示すように第4の光学系4を構成する複数のレンズ系4
A,4B,4C,4Dの瞳4A1,4B1,4C1,4
D1が各々第1の光学系1の分割した瞳領域近傍にそれ
ぞれ結像するようにしている。
In this embodiment, the second optical member 23 of the second optical system 2 has a pupil 1a of the first optical system 1 and a pupil 3a of the third optical system 3 as shown by an optical path 32 of a solid line in the figure. And and are substantially conjugate to each other. Further, as shown by an optical path 42 indicated by a broken line in the figure, a plurality of lens systems 4 constituting the fourth optical system 4 are formed.
A, 4B, 4C, 4D pupils 4A1, 4B1, 4C1, 4
The images D1 are formed near the divided pupil regions of the first optical system 1, respectively.

【0033】又、第2の光学系2の第1の光学部材22
により第3の光学系3の瞳位置と第4の光学系4を構成
する4つのレンズ系4A,4B,4C,4Dの瞳位置を
適切に設定している。
Further, the first optical member 22 of the second optical system 2
Thus, the pupil position of the third optical system 3 and the pupil positions of the four lens systems 4A, 4B, 4C, and 4D forming the fourth optical system 4 are appropriately set.

【0034】本実施例においては図2に示すように第1
の光学系1により被写体像を1次結像面21上に結像さ
せ、該被写体像を第2の光学系2を通して第3の光学系
3により第1の撮像手段31面上に該被写体像の全領域
を結像させている。又第4の光学系4の4つのレンズ系
4A,4B,4C,4Dにより1次結像面21に形成し
た被写体像を4つの領域に分割して各分割した一領域の
被写体像を第2の撮像手段41を構成する4つの撮像素
子41A,41B,41C,41D面上に各々結像させ
ている。
In this embodiment, as shown in FIG.
The subject image is formed on the primary image forming surface 21 by the optical system 1, and the subject image is formed on the surface of the first image pickup means 31 by the third optical system 3 through the second optical system 2. The entire area of is imaged. Further, the four lens systems 4A, 4B, 4C, and 4D of the fourth optical system 4 divide the subject image formed on the primary imaging surface 21 into four regions, and divide the subject image in each region into the second region. The four image pickup devices 41A, 41B, 41C and 41D constituting the image pickup means 41 are imaged respectively.

【0035】本実施例において高解像度の画像を必要と
する場合には4つのレンズ系4A,4B,4C,4Dよ
り成る第4の光学系4により被写体像をそれぞれ対応す
る各撮像素子41A,41B,41C,41D面上に分
割して結像させ、該4つの撮像素子41A,41B,4
1C,41Dからの画像情報を用いて信号処理系(合成
処理系)により、このとき必要に応じて第3の光学系3
で形成した第1の撮像手段31で合成して全被写体像を
撮像している。
When a high resolution image is required in the present embodiment, the image pickup elements 41A and 41B corresponding to the subject image by the fourth optical system 4 including four lens systems 4A, 4B, 4C and 4D, respectively. , 41C, 41D are divided into images to form images, and the four image pickup devices 41A, 41B, 4
The signal processing system (synthesis processing system) uses the image information from 1C and 41D, and at this time, if necessary, the third optical system 3
The first image pickup means 31 formed in 1 above is combined to pick up the entire subject image.

【0036】又、高解像度の画像を必要としない通常の
場合は第3の光学系3により全被写体像を第1の撮像手
段31面上に結像させ撮像し、該第1の撮像手段31か
らの画像情報を用いている。
In the normal case where a high-resolution image is not required, the entire image of the subject is formed on the surface of the first image pickup means 31 by the third optical system 3, and the image is picked up. Image information from is used.

【0037】このように本実施例においては高解像度の
画像を必要とするときと、必要としない通常の場合と
で、第3の光学系3で得られた画像と第4の光学系4で
得られた合成画像とを任意に選択して出力できるように
構成している。
As described above, in this embodiment, the image obtained by the third optical system 3 and the fourth optical system 4 are used when a high-resolution image is required and when it is not necessary. It is configured so that the obtained composite image can be arbitrarily selected and output.

【0038】又、本実施例では第3の光学系3と第4の
光学系4との光軸を一致させずにそれぞれ配置して、1
次結像面21に形成された被写体像を所望の重複度、倍
率でそれぞれ対応する撮像素子面上に再結像させてい
る。
In this embodiment, the optical axes of the third optical system 3 and the fourth optical system 4 are arranged so that they do not coincide with each other, and
The subject image formed on the next image forming surface 21 is re-imaged on the corresponding image pickup element surface at a desired degree of overlap and magnification.

【0039】更に本実施例では第4の光学系4が形成す
る複数の分割像の和は第1の光学系1が形成する被写体
像の全領域が含まれるように構成している。即ち後述す
るように隣接する分割画像が互いに境界部分の画素を重
複して持たせるように構成することによって、画像の境
界部分に不都合が生じないようにしている。
Further, in the present embodiment, the sum of the plurality of divided images formed by the fourth optical system 4 is configured so as to include the entire area of the subject image formed by the first optical system 1. That is, as will be described later, the adjacent divided images are configured to overlap each other with pixels in the boundary portion, so that no inconvenience occurs in the image boundary portion.

【0040】図3は被写体像の全領域に対応する4つの
撮像素子41A,41B,41C,41D面上に結像さ
れる分割画像を合成する際の境界部分の重複を示す説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing the overlap of the boundary portion when the divided images formed on the four image pickup devices 41A, 41B, 41C and 41D corresponding to the entire area of the subject image are combined.

【0041】同図において、例えば撮像素子41Aと撮
像素子41Bの画素の境界部41Eは各々の撮像素子4
1A、41Bに含まれ、信号処理系で合成する際に対応
する画素を抽出することによって、境界部分の画像がと
ぎれないように連続して出力できるようにしている。
In the figure, for example, the boundary portion 41E between the pixels of the image pickup element 41A and the image pickup element 41B is the image pickup element 4 of each image pickup element 4A.
By extracting the corresponding pixels included in 1A and 41B when they are combined in the signal processing system, it is possible to continuously output the image of the boundary portion without interruption.

【0042】図4は本発明の実施例1の第1の光学部材
22としての偏向素子の光学的作用を示す要部断面図で
ある。同図において前記図1に示した要素と同一要素に
は同符番を付している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of essential parts showing the optical action of the deflecting element as the first optical member 22 according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0043】同図においては第1の光学部材22により
第4の光学系4の瞳4C1(4D1)を第1の光学系1
の光軸上に結像させるように光束の入射位置毎に偏向方
向が異なるように設定している。これにより適切なる瞳
位置を得ている。
In the figure, the pupil 4C1 (4D1) of the fourth optical system 4 is moved to the first optical system 1 by the first optical member 22.
The deflection direction is set to be different for each incident position of the light flux so as to form an image on the optical axis. With this, an appropriate pupil position is obtained.

【0044】本実施例における偏向素子22は、例えば
微細な回折パターンを施した透過性の光学素子より構成
しても良く、又この光学素子をフィールドレンズ23の
少なくとも一方のレンズ面に形成するようにすれば装置
全体の小型化が図れるので良い。
The deflecting element 22 in this embodiment may be composed of, for example, a transmissive optical element having a fine diffraction pattern, and this optical element is formed on at least one lens surface of the field lens 23. If so, the size of the entire apparatus can be reduced.

【0045】次に本実施例の画像処理方法を図5を用い
て説明する。図5は本実施例の撮像装置の信号処理系の
要部ブロック図である。
Next, the image processing method of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram of a main part of a signal processing system of the image pickup apparatus of this embodiment.

【0046】本実施例において、例えば高解像度の画像
を得る場合には同図(A)に示す各撮像素子41A,4
1B,41C,41Dからの電気信号を各サンプルホー
ルド回路(S/H回路)51A,51B,51C,51
Dでサンプルホールドし、各アナログ−デジタル変換回
路(A/D変換回路)52A,52B,52C,52D
でアナログ信号をデジタル信号に変換し、各メモリ(記
憶回路)53A,53B,53C,53Dに記憶してい
る。そして全画面を構成できる順序で各メモリ53A,
53B,53C,53Dから情報を読み出し画像合成処
理回路54で合成し、高解像度の画像を得ている。
In this embodiment, for example, when a high resolution image is to be obtained, the image pickup devices 41A and 4A shown in FIG.
The sample and hold circuits (S / H circuits) 51A, 51B, 51C and 51 are provided with the electric signals from 1B, 41C and 41D.
Each sample is held by D, and each analog-digital conversion circuit (A / D conversion circuit) 52A, 52B, 52C, 52D
The analog signal is converted into a digital signal by and stored in each memory (storage circuit) 53A, 53B, 53C, 53D. Then, each memory 53A,
Information is read from 53B, 53C, and 53D and combined by the image combining processing circuit 54 to obtain a high-resolution image.

【0047】又、必要に応じて第1の撮像手段31から
の画像をサンプルホールド回路55でサンプルホールド
し、A/D変換回路56でデジタル信号に変換し、メモ
リ57に記憶した画像を利用するようにしている。
If necessary, the image from the first image pickup means 31 is sampled and held by the sample and hold circuit 55, converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 56, and the image stored in the memory 57 is used. I am trying.

【0048】一方、高解像度を必要としない通常の画像
を得る場合には同図(B)に示す撮像素子31からの電
気信号をサンプルホールド回路(S/H回路)55でサ
ンプルホールドし、アナログ−デジタル変換回路(A/
D変換回路)56でアナログ信号をデジタル信号に変換
し、メモリ(記憶回路)57に記憶している。そして該
メモリ57からの情報を読み出し画像処理回路で処理
し、通常の画像を得ている。
On the other hand, in the case of obtaining a normal image which does not require high resolution, the sample and hold circuit (S / H circuit) 55 samples and holds the electric signal from the image pickup device 31 shown in FIG. -Digital conversion circuit (A /
An analog signal is converted into a digital signal by a D conversion circuit) 56 and stored in a memory (storage circuit) 57. Then, the information from the memory 57 is read out and processed by the image processing circuit to obtain a normal image.

【0049】尚、本実施例においては被写体像の全画面
を4分割に分割し、それぞれ分割された各画像を信号処
理系(合成処理系)にて合成することにより1つの高解
像度の画像を得たが、第4の光学系を構成する4つのレ
ンズ系及び該レンズ系と対応する撮像素子の数を任意に
増やせば実質的に画素数を増やすことができ、これによ
り更に高解像度の画像を得ることができる。
In this embodiment, the entire screen of the subject image is divided into four parts, and the respective divided images are combined by the signal processing system (combining processing system) to obtain one high resolution image. However, the number of pixels can be substantially increased by arbitrarily increasing the number of four lens systems constituting the fourth optical system and the number of image pickup elements corresponding to the lens systems, and thus, a higher resolution image can be obtained. Can be obtained.

【0050】更に静止画像の場合には前述した従来の画
素ズラシ法と併用すれば更に高解像度の画像を得ること
ができる。
Further, in the case of a still image, a higher resolution image can be obtained by using it together with the above-mentioned conventional pixel shifting method.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば前述の如く撮像装置の各
要素を適切に構成することより、限られた画素数の撮像
素子を用いて高解像度の画像を得ることができ、しかも
撮影光学系のバックフォーカス等に制限を与えず、画像
間の境界部分に不都合が生じない画像を得ることがで
き、又瞳を精度良く一致させることができるので、例え
ば立体画像を撮影する際の視差を生じさせることはな
い。
According to the present invention, by appropriately configuring each element of the image pickup apparatus as described above, it is possible to obtain a high-resolution image by using the image pickup element having a limited number of pixels, and further, the photographing optical Since the back focus of the system is not limited, an image in which no inconvenience occurs at the boundary between images can be obtained, and the pupils can be matched with each other with high accuracy, and thus parallax when capturing a stereoscopic image, for example, It does not occur.

【0052】又、高解像度の画像を必要とする場合とそ
うでない場合とで任意に出力画像を選択することがで
き、更に第3の光学系で得られた画像の情報を利用すれ
ば分割画像の合成を高精度に行なうことができる撮像装
置を達成することができる。
Further, an output image can be arbitrarily selected depending on whether a high-resolution image is required or not, and if the information of the image obtained by the third optical system is used, a divided image can be obtained. It is possible to achieve an image pickup device that can perform the synthesis of the images with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例1の光学系の要部断面図FIG. 1 is a sectional view of an essential part of an optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例1の要部斜視図FIG. 2 is a perspective view of a main part of the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例1の画像の合成に関する説明
FIG. 3 is an explanatory diagram related to image composition according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施例1の信号処理部の要部ブロッ
ク図
FIG. 4 is a block diagram of a main part of a signal processing unit according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例1の偏向素子の光学的作用を
示す要部断面図
FIG. 5 is a sectional view of an essential part showing an optical action of the deflection element according to the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の光学系 2 第2の光学系 3 第3の光学系 4 第4の光学系 21 第1結像面 22 第1の光学部材 23 第2の光学部材 31 第1の撮像手段 41 第2の撮像手段 4A,4B,4C,4D レンズ系 41A,41B,41C,41D 撮像素子 51A,51B,51C,51D サンプルホールド
回路 55 サンプルホールド回路 53A,53B,53C,53D A/D変換回路 56 A/D変換回路 55A,55B,55C,55D メモリ 57 メモリ 54 画像合成処理回路 58 画像処理回路
1 1st optical system 2 2nd optical system 3 3rd optical system 4 4th optical system 21 1st imaging surface 22 1st optical member 23 2nd optical member 31 1st imaging means 41 1st 2 image pickup means 4A, 4B, 4C, 4D lens systems 41A, 41B, 41C, 41D image pickup elements 51A, 51B, 51C, 51D sample hold circuit 55 sample hold circuits 53A, 53B, 53C, 53D A / D conversion circuit 56A / D conversion circuit 55A, 55B, 55C, 55D memory 57 memory 54 image synthesis processing circuit 58 image processing circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−76807(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/222 - 5/257 H04N 5/335 H04N 9/04 - 9/11 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-58-76807 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H04N 5/222-5/257 H04N 5 / 335 H04N 9/04-9/11

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の光学系により被写体像を予定結像
面に形成し、該第1の光学系の光軸上であって該予定結
像面近傍に配置した第2の光学系と、該第1の光学系の
光軸上であって該第2の光学系の後方に配置した第3の
光学系とで該予定結像面に形成した被写体像の全てを第
1の撮像手段に再結像し、該第1の光学系の光軸外に光
軸を有し、該第2の光学系の後方に配置した第4の光学
系で該予定結像面に形成した被写体像の一部を第2の撮
像手段に再結像し、該第1の撮像手段と該第2の撮像手
段とで得られる画像情報を利用して高精細な画像情報を
得るようにした撮像装置であって、 該第2の光学系は光束の指向性が入射位置によって異な
る光学部材を有していることを特徴とする撮像装置。
1. A second optical system which forms a subject image on a planned image forming plane by the first optical system, and is arranged on the optical axis of the first optical system and near the planned image forming plane. A first image pickup means for all the subject images formed on the planned image forming surface by the third optical system arranged on the optical axis of the first optical system and behind the second optical system. Image formed on the planned image forming plane by the fourth optical system which is re-imaged on the optical axis and has an optical axis outside the optical axis of the first optical system, and which is arranged behind the second optical system. Device for re-imaging a part of the image on the second image pickup means and obtaining high-definition image information by using image information obtained by the first image pickup means and the second image pickup means The second optical system has an optical member in which the directivity of the light flux differs depending on the incident position.
【請求項2】 前記第4の光学系は複数のレンズ系を有
しており、前記第2の撮像手段は該複数のレンズ系に対
応した複数の撮像素子を有していることを特徴とする請
求項1記載の撮像装置。
2. The fourth optical system has a plurality of lens systems, and the second image pickup means has a plurality of image pickup devices corresponding to the plurality of lens systems. The image pickup apparatus according to claim 1.
【請求項3】 前記第4の光学系の複数のレンズ系は前
記第1の光学系が形成する被写体像を複数の領域に分割
したときの各領域の被写体像を各々対応する撮像素子面
上に結像させていることを特徴とする請求項2記載の撮
像装置。
3. The plurality of lens systems of the fourth optical system are provided on respective image pickup element surfaces of object images of respective areas when the object image formed by the first optical system is divided into a plurality of areas. The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the image is formed on the image.
【請求項4】 前記第2の撮像手段を構成する複数の撮
像素子から得られる画像情報と前記第1の撮像手段から
得られる画像情報とを利用して1つの画像情報を得てい
ることを特徴とする請求項2又は3記載の撮像装置。
4. One piece of image information is obtained by utilizing image information obtained from a plurality of image pickup devices constituting the second image pickup means and image information obtained from the first image pickup means. The imaging device according to claim 2 or 3, characterized in that
【請求項5】 前記第2の光学系は光束の指向性が入射
位置によって異なる第1の光学部材と正の屈折力を有す
る第2の光学部材とを有していることを特徴とする請求
項1記載の撮像装置。
5. The second optical system has a first optical member having a directivity of a light beam that differs depending on an incident position and a second optical member having a positive refractive power. Item 1. The imaging device according to item 1.
【請求項6】 被写体像を第1の光学系により予定結像
面に結像させ、該予定結像面近傍に配置した第1の光学
系と光軸を同じくする第2の光学系と、該第2の光学系
の後方であって該第1の光学系との光軸を一致させて配
置した第3の光学系とにより予定結像面に形成した被写
体像の全てを第1の撮像手段面上に結像させ、該第1の
撮像手段から全被写体像に関する画像情報を得ると共
に、該予定結像面に結像した被写体像を分割した複数の
領域を、該第1の光学系の光軸と異なる光軸を有する複
数のレンズ系を有し第2の光学系の後方に配置した第4
の光学系により該複数のレンズ系に対応する複数の撮像
素子を有する第2の撮像手段の該複数の撮像素子面上に
各々結像させ、該複数の撮像素子からの画像情報を合成
して全被写体像に関する画像情報を得るようにした撮像
装置であって、 該第2の光学系は光束の指向性が入射位置によって異な
る光学部材を有していることを特徴とする撮像装置。
6. A second optical system which forms a subject image on a planned image forming surface by the first optical system, and has the same optical axis as the first optical system arranged near the planned image forming surface, First image pickup of all the subject images formed on the planned image forming plane by the third optical system which is arranged behind the second optical system and whose optical axis coincides with that of the first optical system. An image is formed on the plane of the means and the first
Obtain image information about all the object image from the image pickup means Rutotomoni, a plurality of dividing the object image formed on the predetermined imaging plane
The area was placed have a plurality of lens system behind the second optical system having an optical axis different from the optical axis of the first optical system 4
On the surface of the plurality of image pickup elements of the second image pickup means having a plurality of image pickup elements corresponding to the plurality of lens systems by the optical system of
The second optical system is an image pickup apparatus which forms images respectively and synthesizes image information from the plurality of image pickup elements to obtain image information about an entire subject image. An imaging device having different optical members.
【請求項7】 前記第2の光学系は光束の指向性が入射
位置によって異なる第1の光学部材と正の屈折力を有す
る第2の光学部材とを有していることを特徴とする請求
項6記載の撮像装置。
7. The second optical system includes a first optical member having a directivity of a light beam that differs depending on an incident position and a second optical member having a positive refracting power. Item 6. The imaging device according to item 6.
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