JPH04207289A

JPH04207289A - スローモーションカラーカメラ装置

Info

Publication number: JPH04207289A
Application number: JP2332449A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Tomita; 孝明富田; Yasumi Miyagawa; 宮川　八州美; Satoru Ohira; 大平　覚
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はテレビジョンカメラに関するものであり、更に
詳述するならばテレビジョンカメラの動的解像度を向上
させて被写体の動きを明確に撮像し、良好なスローモー
ション画像を得るものである。

従来の技術スローモーションカメラ装置の従来のｔｔ術術部簡単説
明する。

極めて高速で動く被写体像をスローモーション撮影しそ
の動きを明確に観察する方法としては、高速度フィルム
カメラで撮影し、それを低速で映写する方法が周知であ
るが、前記の方法ではフィルムを用いているため撮影−
現像−再生（映写）までに時間がかかり過ぎるという大
きな欠点がある。

これに対して、テレビジョンカメラによるスローモーシ
ョンカメラ装置としては通常のテレビジョンカメラの走
査速度（ＮＴＳＣ方式では水平走査周波数約１５．７３
４ＫＨｚフイ一ルド周波数６０Ｈｚ）を速くして、高速
に記録するビデオテープレコーダに記録し、前記高速に
記録されたビデオテープを標準の速度で再生することに
よりスローモーション画像を得る装置が実用化されてい
ることは周知である。

以下、周知のスローモーションカメラ装置を図面を用い
て簡単に説明する。

第７図において１は被写体、２は撮像レンズ、１０３は
３色分解プリズム、１４０〜１０６は撮像管、１０７〜
１０９は偏向コイル、１１０〜１１２はプリアンプ、１
１３はプロセスおよびエンコーダおよび周波数変換回路
、１１４は偏向回路である。番号２〜１１４によりテレ
ビジョンカメラが構成されている。１１５はビデオテー
プレコーダ（以下ＶＴＲと略す）である。

次に動作を説明する。説明を簡単にするため、前記テレ
ビジョンカメラは標準のテレビジョンカメラの３倍速で
動作する。即ち１７３倍速のスロ−モーションの記録、
再生が可能ナスローモーションカメラ装置として説明す
る。

標準のテレビジョンカメラ（ＮＴＳＣ方式では水平走査
周波数は約１５．７３４ＫＨｚ、　　フィールド周波数
は６０Ｈｚ）に比べて、前記スローモーションカメラで
は、水平走査周波数は４７．２０２ＫＨｚ。

フィールド周波数は１　’８０　Ｈｚで動作することに
なる。

通常の３倍の速度で操作を行うため、偏向回路１１４か
らは３倍の周波数の偏向信号が偏向コイル１０７〜１０
９に供給される。実際の偏向コイルは水平・垂直の２方
向が必要であるが、第７図では一方の偏向コイルの図示
は省略している。

被写体１からの被写体像は撮像レンズ２により集光され
た後、３色分解プリズム１０３により、赤　（Ｒ）、緑
　（Ｇ）、青　（Ｂ）３原色に分解され、撮像管１０４
〜１０６に結像される。撮像管１０４〜１０６に結像さ
れた被写体像は撮像管の光電変換膜により光電変換され
る。光電変換された被写体像は、偏向ヨークにより偏向
された電子ビームにより、信号電流として読み出され、
プリアンプ１１０〜１１２により増幅され、プリアンプ
から赤、緑、青の信号電圧として取り出され、プロセス
・エンコーダ回路１１３へ供給される。

プロセス・エンコーダ回路１１３で前記赤、緑。

青の信号は標準の３倍速の複合カラーテレビジョン信号
に変換し、その後周波数変換回路により通常の周波数の
カラーテレビジョン信号に変換した後ＶＴＲへ供給する
。前記ＶＴＲは３個の記録ヘッドを有しており、記録ド
ラムは通常の１倍速のＮＴＳＣ信号を記録する時の回転
を行っているが、記録されるテープは通常の３倍速の速
度で走ってい、る。したがって、ＶＴＲのテープ上には
通常の３倍速の映像信号が記録される。このようにして
記録されたテープを、通常のドラム回転速度および通常
のテープ走行速度で再生すれば１／３倍速のスローモー
ション画像を得ることができる。

ここでＶＴＲは１個の記録ヘッドを用い、ドラムおよび
テープを通常の３倍速回転および送行今せて記録を行い
、スローモーション再生時には通常の回転およびテープ
送行を行うことにより１／３倍速のスローモーション画
像を得る方法もある。

ところが、前記の構成によるスローモーシロンカメラ装
置では、動的解像度が向上せず輪郭がボケたスローモー
ション画像となる。また、画像歪のある画像となる、例
えば高速で動くゴルフのクラブの柄が第１０図の如く曲
がって見える欠点を有している。

前記欠点のうち、画像の輪郭がボケる原因は、撮像管の
残像現像によるものであり、高速で動くゴルフクラブの
柄が曲がって見える原因は、画面の上部と下部とでは信
号電荷の蓄積タイミングがズレるためである。

前記欠点を解決するための最も簡単な手段としては、第
７図に示した４〜６の撮像管を前記ＣＣＤ固体撮像素子
に置き換えて、前記ＣＣＤ固体撮像素子を通常の３倍速
で駆動する方法がある。

発明が解決しようとする課題ところが、前記ＣＣＤ固体撮像素子はフォトダイオード
で光電変換して得た信号電荷を垂直方法および水平方向
に転送して信号電圧として読み出しているのは周知の如
くである。−船釣にＮＴＳＣ方式の場合、前記ＣＣＤの
固体撮像素子の垂直方向の画素数は略５００画素、水平
方向の画素数は５００〜８００画素程度であり、通常の
動作速度、即ち転送周波数としては、垂直方向は１５．
７３４ＫＨｚであり、水平方向の転送周波数としては５
００画素では９．５　ＭＨｚ、　８００画素では１４．
３２　ＭＨｚ程度である。１／３倍速のスローモー２９
２画像を得るためには、ＣＣＤ固体撮像素子を通常の３
倍の周波数で駆動しなければならない。即ち、垂直方向
は４７．２０２ＫＨｚ、水平方向は２８．５〜４２．９
５ＭＨｚもの高い周波数で転送を行わねばならない。現
状のＣＣＤ固体撮像素子では、水平方向に前記の如く高
い転送周波数で信号電荷を転送することには３つの大き
な問題が発生する。

その第１は、水平方向の転送周波数が高くなるために、
十分な転送効率が得られず、画面が水平方向に極端にボ
ケることである。この画面の水平方向のボケは、画面の
左右方向で大きく異なり、即ち画面の左側では転送段数
が少ないためにボケ量が少なく、画面の右側では転送段
数が多いために、極端にボケでしまう。第２の問題は、
水平方向に高い周波数を転送を行うと、ＣＣＤ固体撮像
素子自体が発熱し、その結果、暗電流が増加し、信号の
ＳＮ比を劣化させてしまうことである。第３の問題とし
て、ＣＣＤ固体撮像素子を前記の如く、高い周波数で駆
動するための駆動回路の実現が困難である。つまり、水
平転送段は容量性であり、かつ１００ＦＦ以上の容量を
有しているため数十Ｍ　Ｈｚで、かつ数Ｖ程度の振幅の
駆動パルスをＣＣＤに印加するための駆動回路の実現は
困難を極めることは言うまでもない。

本発明では、ＣＣＤ固体撮像素子を高速（通常の駆動速
度の３倍程度）で駆動することにより発生する上記の弊
害を招くことなく、かつ撮像管を用いたスローモーショ
ンカメラの欠点を克服するものである。

周知の如く、ＣＣＤ固体撮像素子は撮像管に比べて残像
は極端に少なく、また、フォトダイオードとＣＯＤから
なる垂直、水平転送段を介して信号電荷を読み出す形式
のＣＣＤ固体撮像素子、即ちインターライン固体撮像素
子（以降ＩＴ−ＣＣＤと略す）では受光部の全てのフォ
トダイオードに蓄積された信号電荷を同時に垂直転送段
に転送するため、画面の上部と下部とで信号電荷の蓄積
タイミングがズレるということなくなるため、スローモ
ーション再生をした場合、第１０図の如く自然な画像と
なる。つまり、スローモーションカメラにおいては撮像
管の替わりに前記、ＩＴ−ＣＯＤあるいはＦ　Ｉ　Ｔ−
ＣＯＤを用いれば、動的解像度が高く、即ち画像の輪郭
部が尖鋭で画像の歪のないスローモーション画像を得る
ことができる。

本発明では、ＣＣＤ固体撮像素子を高速（通常の駆動速
度の３倍程度）で駆動することにより発生する上記の弊
害を招くことなく、かつ撮像管を用いたスローモーショ
ンカメラの欠点を克服シ、動的解像度が高く、即ち画像
の輪郭部が尖鋭で、画像の歪のないスローモーション画
像を得るものである。

課題を解決するための手段本発明では、前記欠点を解決するため第１として、光電
変換素子として固体撮像素子を用いる。

光電変換部にフォトダイオード等に代表される各画素ご
とに独立した光電変換部を有し、垂直および水平方向の
信号電荷の転送に電荷結合素子を用いた、いわゆるＣＣ
Ｄ固体撮像素子が最も適している。

本発明では、前記欠点を解決するため第２として被写体
像を固体撮像素子の受光面に結像するための１個の撮像
レンズを有し、前記撮像レンズと前記固体撮像素子の結
像面の間に、前記被写体像をｎ数に振幅分割する手段と
、赤、緑、青色光の色分割する手段とを配して３ｘｎ数
の被写体像に分離し、前記分離された被写体像を３ｘｙ
１個の撮像素子により撮像しｎ個のカメラ系を構成し、
１　／　ｎ倍速のスローモーション像を得ることである
。前記ｎ個の撮像素子はフォトダイオードへの信号電荷
の蓄積時間を１　／　ｎずつ移動して動作させる。

つまり、ｎを３とすれば、被写体像を振幅分割プリズム
群で３個に分割し、３台のカメラ（１台のカメラはＲ，
Ｇ、ＢＣｈの３つの撮像素子）に結像させる。前記３台
のカメラは通常の周波数で動作させており、かつ、動作
タイミングはフィールド走査を行う際１／３周期ずつ移
相させている。また、３台のカメラは通常動作の略１／
３の期間のみフォトダイオードに信号電荷を蓄積させる
ように成している。このようにして得られた３台のカメ
ラの出力信号を、ディジタル信号に変換し、通常の周波
数の信号を３倍の周波数に変換し、通常の３倍速でドラ
ム回転、テープ走行するＶＴＲへ記録し、前記、記録さ
れたテープを倍速の１倍速で再生すれば、動的解像度が
高く、画像歪のない高画質なスローモーションを得るこ
とができる。

作用本発明では、ＣＣＤ固体撮像素子を高速（通常の駆動速
度の３倍程度）で駆動することにより発生する上記の弊
害を招くことなく、かつ撮像管を用いたスローモーショ
ンカメラの欠点を克服するものである。

周知の如く、ＣＣＤ固体撮像素子は撮像管に比べて残像
は極端に少なく、また、フォトダイオードとＣＣＤから
なる垂直、水平転送段を介して信号電荷を読み出す形式
のＣＣＤ固体撮像素子、即ちインターライン固体撮像素
子（以降ＩＴ−ＣＯＤと略す）では受光部の全てのフォ
トダイオードに蓄積された信号電荷信号を同時に垂直転
送段に転送するため、画面の上部と下部とで信号電荷の
蓄積タイミングがズレるということはなくなるため、ス
ローモーション再生をした場合、第１０図の如く自然な
画像となる。つまり、スローモーションカメラにおいて
は撮像管の替わりに前記、Ｉ　Ｔ−ＣＯＤあるいはＦ　
Ｉ　Ｔ−ＣＯＤを用いれば、動的解像度が高く、即ち画
像の輪郭部が尖鋭で画像の歪のないスローモーシぢン画
像を得ることができる。

実施例以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図、第２図は第１の実施例である、１／３倍速のス
ローモーション画像を得る光学系を示す概要図である。

第１図、第２図において、１は被写体、２は撮像レンズ
、３は赤外カットフィルター、４はＮＤ・色温度変換フ
ィルター、５は偏光板、６は振幅分割プリズム群、７は
光学ローパスフィルター、８は偏向板、９は色分解プリ
ズム群、１０はＣＣＤ固体撮像素子、１１はガラスピー
ス、１２は色分解プリズム群固定板、１３は光学ユニッ
ト固定基盤である。

被写体１からの被写体像は撮像レンズ２により集光され
、集光された光束は、前記、赤外カットフィルター３．
ＮＤ・色温度変換フィルター４゜偏光板５を透過し、振
幅分割プリズム群６に入射し第１のプリズム１４と第２
のプリズム１５間に形成された振幅分割膜１６により、
光束の約１／３は反射し第１のプリズム１４の入射面に
て全反射し、光学ローパスフィルター７、偏向板８を透
過し色分解プリズム群９に入射する。前記、色分解プリ
ズム群９に入射した光束は第１のプリズム１７と第２の
プリズム１８間に形成されたダイクロイック膜１９によ
り、青色成分のみが反射され、前記、第１のプリズム１
７の入射面で全反射し第１のカメラの青色成分のＣＣＤ
固体撮像素子１Ｏ−１−Ｂに結像される。前記ダイクロ
イック膜１９を透過した光束は、第２のプリズム１８と
第３のプリズム２０間に形成されたダイクロイック膜２
１により、赤色成分のみが反射され、前記第２のプリズ
ム１８の入射面で全反射し第１のカメラの赤色成分のＣ
ＣＤ固体撮像素子１Ｏ−１−Ｈに結像される。前記、ダ
イクロイック膜２１を透過した光束は緑色成分となり第
１のカメラの緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−１−
Ｇに結像される。

前記、振幅分割プリズム群６の振幅分割膜１６を透過し
た光束は、第２のプリズム１５と第３のプリズム２２間
に形成された振幅分割膜２３により、光束の約１／２は
反射し、光学ローパスフィルター７ｂ、偏向板８ｂを透
過し、前記色分解プリズム群９ａと同様の構成からなる
色分解プリズム群９ｂに入射し、前記第１のカメラ系と
同様に色分解され、第２のカメラの青、赤、緑色成分の
ＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−２−Ｂ・、１Ｏ−２−Ｒ。

１Ｏ−２−Ｇに結像される。

前記、振幅分割プリズム群６の振幅分割膜２３を透過し
た光束は、光学ローパスフィルター７ｃ。

偏向板８ｃを透過し、前記色分解プリズム群９ａと同様
の構成からなる色分解プリズム群９ｃに入射し、前記第
１のカメラ系と同様に色分解され、第３のカメラの青、
赤、緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−３−Ｂ、１Ｏ
−３−Ｒ，１Ｏ−３−Ｇに結像される。

前記の９個のＣＣＤ固体撮像素子は被写体像が所定の位
置に精密調整（レジストレージ３ン調整）されガラスピ
ース１１を介して前記、色分解プリズム群９の出射面近
傍に接着固定されている。　前記の構成にすることによ
り、振幅分割プリズム群６にて撮像レンズからの被写体
像を略１／３ずっに振幅分割した後、色分解プリズム群
９にて青、赤、緑色成分に色分解して９個のＣＣＤ固体
撮像素子に結像させることにより３つのカラーカメラ系
が可能となる。

色分解プリズム群固定板１２は色分解プリズム群に接着
固定され、前記、光学ユニット固定基盤１３に設けられ
た位置決めピン１３ａに勘合する穴１２ｂを設けである
。振幅分割プリズム群の出射面と色分解プリズム群の入
射面に空気層を設けであるため、前記振幅分割プリズム
群の出射面または色分解プリズム群の入射面にゴミ等が
付着した場合、色分解プリズム群を取り外してゴミ等を
除去することが可能となる。もちろん、色分解プリズム
群固定板をなくして光学ユニット固定基盤に色分解プリ
ズム群を接着固定しても、前記空気層にゴミ等が入り込
まない構成にすれば問題はないものである。

前記色分解プリズム群９の第１のプリズム１７と第２の
プリズム１８間には微小な空気層を有しているが振幅分
割プリズム群６は空気層がない構成である。

前記の構成では、第２のプリズム１５と第３のプリズム
２２間に形成された振幅分割膜２３により反射して、第
２のカメラの青、赤、緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子１
Ｏ−２−Ｂ、１Ｏ−２−Ｒ。

１（Ｊ−２−Ｇに結像される像は反転しているがデジタ
ル回路を用いて像を反転させることは容易にできるもの
である。

第３図において、２２ＯＲ，Ｇ、Ｂ〜２２２Ｒ。

Ｇ、Ｂはプリアンプ、２２３〜２２５はプロセス回路、
２２６は周波数変換回路、２２７は同期信号発生器、２
８はＣＣＤ駆動パルス発生器およびＣＣＤ駆動回路、２
２９はＶＴＲである。被写体１からの被写体像は撮像レ
ンズ２により集光され、振幅分割プリズム群６にて前記
撮像レンズからの被写体像を略１／３ずつに振幅分割し
た後、色分解プリズム群９にて青、赤、緑色成分に色分
解して９個のＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−１−Ｒ。

Ｇ、Ｂ、１Ｏ−２−Ｒ，Ｇ、Ｂ、１Ｏ−３−Ｒ。

Ｇ、Ｈに結像させる。９個のＣＣＤ固体撮像素子は各々
の受光部に配置されたフォトダイオードにより光電変換
を行う。フォトダイオードにより光電変換されて得られ
た信号電荷は、垂直および水平転送段を転送し電圧信号
としてＣＯＤから取り出され、プリアンプ２２ＯＲ，Ｇ
、Ｂ〜２２ＯＲ。

Ｇ、Ｂに供給され、不要雑音成分を除去した後、任意の
振幅に増幅される。プリアンプ出力信号はブセス回路２
２３，２２４．２２５にそれぞれ供給され、各種信号処
理を施す。各プロセス回路２２３．２２４，２２５の出
力信号は標準の映像信号（テレビジ１ン力メラ出力信号
）となっている。このようにして標準の映像信号（テレ
ビジョンカメラ出力信号）に変換された信号は周波数変
換器２２６に供給される。周波数変換器はメモリーおよ
びメモリー制御回路から構成されている。本実施例では
説明を簡単にするため入力信号（標準の周波数、水平走
査周波数１５．７３４ＫＨｚ。

垂直走査周波数６０Ｈｚ）を３倍の周波数（水平走査周
波数４７．２０ＫＨｚ、垂直走査周波数１８０Ｈｚ）に
変換するとして説明する。前記周波数変換器出力信号は
ドラム回転数が通常の３倍で回転し、テープ走行速度が
通常の３倍のＶＴＲ２２９へ供給され記録される。同期
信号発生器２２７は、スローモーションカメラ装置の全
てを同期関係ヲ保って動作させるためのものであり、前
記同期信号発生器の出力信号は周波数変換器２２６、プ
ロセス回路２２３，２２４．２２５およびＣＣＤ駆動パ
ルス発生器２２８．ＶＴＲ２２９へ供給される。ＣＣＤ
駆動パルス発生器２２８の出力信号はプリアンプ２２０
，２２１，２２２にも供給される。ＣＣＤ駆動パルス発
生器、ＣＯＤ駆動回路２２８からはＣＣＤの駆動に必要
な各種パルスが出力されている。ＣＯＤ駆動回路２２８
の出力信号はＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−１−Ｒ，Ｇ、Ｂ
。

１Ｏ−２−Ｒ，Ｇ、Ｂ、１Ｏ−３−Ｒ，Ｇ、Ｈに供給さ
れ、ＣＯＤは標準の周波数で駆動される。

ところが、１７３倍速のスローモーション画像を得るに
は前記１Ｏ−１−Ｒ，Ｇ、Ｂ　（ＣＣＤＡ群とする）、
１Ｏ−２−Ｒ，Ｇ、Ｂ　（ＣＣＤＢ群とする）、１Ｏ−
３−Ｒ，Ｂ　（ＣＣＤＣ群とする）を各々１／３フイー
ルドずつタイミングをずらして駆動すると共に、ＣＣＤ
Ａ群〜ＣＣＤＣ群の各フォトダイオードに蓄積させる蓄
積時間を通常周波数で駆動する場合の蓄積時間の１／３
としなければならない。

以下、第８図を用いてＣＣＤＡ群〜ＣＣＤＣ群の駆動タ
イミングおよび信号のタイミングを説明する。

第８図において（ａ）は通常のテレビジョン方式（本実
施例ではＮＴＳＣ方式）のフィールド期間を示すもので
あり、ＩＦは第１フイールド２Ｆは２フイールドの期間
を示す。第８図（ｂｌ〜（ｄｌはＣＣＤＡ群〜ＣＣＤＣ
群の動作ミングを示すものである。

本実施例では周知のＣＣＤ固体撮像素子を用いている。

ＣＣＤ固体撮像素子は周知であるのでその説明は省略す
る。図中、蓄積と記した期間は固体撮像素子のフォトダ
イオードへの信号電荷蓄積期間を示し、読み出しと記し
たタイミングで、フォトダイオードに蓄積された信号電
荷を垂直転送段に読み出している。転送と記した期間に
信号電荷を垂直転送、水平転送を行いＣＯＤから電圧信
号として取り出している。第８図（ｅｌ〜（印はＣＣＤ
Ａ群〜ＣＣＤＣ群に印加するシャッターパルスのタイミ
ングを示している。ＣＣＤ固体撮像素子は周知の如くＣ
ＣＤの基板に高い電圧のノくルスを印加することにより
、フォトダイオードに蓄積されていた信号電荷を基板に
抜き出す、つまり捨てることが可能である。したがって
、ＣＣＤ固体撮像素子のフォトダイオードに信号電荷を
蓄積する蓄積時間は、前記シャッターパルスを印加する
タイミングを操作することにより制御可能である。信号
電荷の蓄積時間はシャッターパルス印加後から信号電荷
の読み出しパルスがＣＯＤに印加されるまでの期間とな
る。

第８図（ｈｌ〜Ｕ）はＣＣＤＡ群〜ＣＣＤＣ群の出力信
号、即ちプロセス回路２３〜２５の出力信号である。Ｃ
ＣＤＡ群〜ＣＣＤＣ群は各々１２０°の位相を持たせて
（１／３フイールドずつタイミグをずらせて）駆動して
いる。したがって、ＣＣＤＡ〜ＣＣＤＣの出力信号は１
／３フイールドずつタイミングがずれて得られる。ただ
し、信号電荷の蓄積はＣＣＤＡ群→ＣＣＤＢ群→ＣＣＤ
Ｃ群→ＣＣＤＡ群と順次変化するように、シャッターお
よびＣＯＤの駆動タイミングを変化させている。

プロセス回路の出力信号は周波数変換器２２６に供給し
ている。周波数変換器２２６は３個のフィールドメモリ
およびメモリー制御回路から構成されており、入力の周
波数と出力の周波数を変換している。つまり、メモリー
への記憶の際は通常の周波数で記憶しく第８図（ｈｌ、
　（ｉｔ、　（ｊ）の周波数の状態で記憶し）、メモリ
ーから読み出す際は記憶する（メモリーに書き込む）周
波数の３倍の周波数で読み出し、３つのフィールドメモ
リの信号を切り換えることにより、ＣＣＤＡ群→ＣＣＤ
Ｂ群→ＣＣＤＣ群→ＣＣＤＡ群の順に通常の周波数の３
倍の周波数の画像を得ることができる。ＶＴＲ２２９で
は通常の３倍のドラム回転数および３倍速のテープ走行
を行い、前記周波数変換器２２６の出力信号をビデオテ
ープに記録する。前記記録されたビデオテープを通常速
度で再生すれば１／３倍速のスローモーション画像を得
ることができる。ここでＶＴＲは標準カラーテレビジョ
ン信号（輝度信号と変調色信号を加算した信号）を記録
するとして説明したが、輝度信号と色信号を分離した状
態で記録するＶＴＲを用いてもよい。その際はプロセス
回路出力信号には輝度信号と色信号が必要なことは言う
までもない。

次に、本発明の第２の実施例である１／３倍速のスロー
モーション画像を得る光学系について説明する。第４図
において、１は被写体、２は撮像レンズ、３は赤外カッ
トフィルター、４はＮＤ・色温度変換フィルター、５は
偏光板、５６０は振幅分割プリズム群、７は光学ローパ
スフィルター、８は偏向板、５９０は色分解プリズム群
、１０はＣＣＤ固体撮像素子、１１はガラスピースであ
る。

被写体１からの被写体像は撮像レンズ２により集光され
、集光された光束は、前記赤外カットフィルター３．Ｎ
Ｄ・色温度変換フィルター４゜偏光板５を透過し、赤外
カットフィルター３゜ＮＤ・色温度変換フィルター４．
偏光板５を透過し、振幅分割プリズム群５６０に入射し
第１のプリズム５１４と第２のプリズム５１５間に形成
された振幅分割膜５１６により、光束の約１／３は反射
し第１のプリズム５１４の入射面にて全反射し、光学ロ
ーパスフィルター７、偏向板８を透過し色分解プリズム
群５９０に入射する。前記色分解プリズム群５９０に入
射した光束は第１のプリズム５１７を第２のプリズム５
１８間に形成されたダイクロイック膜５１９により、青
色成分のみが反射され、前記第１のプリズム５１７の入
射面で全反射し第１のカメラの青色成分のＣＣＤ固体撮
像素子１Ｏ−１−Ｈに結像される。前記ダイクロイック
膜５１９を透過した光束は、第２のプリズム５１８と第
３のプリズム５２０間に形成されたダイクロイック膜５
２１により、赤色成分のみが反射され、前記第２のプリ
ズム５１８の入射面で全反射し第１のカメラの赤色成分
のＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−１−Ｈに結像される。前記
ダイクロイック膜５２１を透過した光束は緑色成分とな
り第１のカメラの緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−
１−Ｇに結像される。

前記振幅分割プリズム群５６０の振幅分割膜５１６を透
過した光束は、第２のプリズム５１５と第３のプリズム
５２２間に形成された振幅分割膜５２３により、光束の
約１／２は反射し、前記第２のプリズム５１５の入射面
で全反射し光学ローパスフィルター７ｂ、偏向板８ｂを
透過し、前記色分解プリズム群５９０ａと同様の構成か
らなる色分解プリズム群５９０ｂに入射し、前記第１の
カメラ系と同様に色分解され、第２のカメラの青、赤、
緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子１Ｏ−２−Ｂ、１Ｏ−２
−Ｒ，１Ｏ−２−Ｇに結像される。前記振幅分割プリズ
ム群５６０の振幅分割膜５２３を透過した光束は、光学
ローパスフィルター７ｃ、偏向板８Ｃを透過し、前記色
分解プリズム群５９０ａと同様の構成からなる色分解プ
リズム群５９０Ｃに入射し、前記第１のカメラ系と同様
に色分解され、第３のカメラの青、赤、緑色成分のＣＣ
Ｄ固体撮像素子１Ｏ−３−Ｂ、１Ｏ−３−Ｒ，１Ｏ−３
−Ｇに結像される。

もちろん、前記振幅分割プリズム群５６０の第１のプリ
ズムと第２のプリズム間および色分解プリズム群５９０
の第１のプリズムと第２のプリズム間は微小な空気層を
設けている。

前記の９個のＣＣＤ固体撮像素子は被写体像が所定に位
置に精密調整（レジストレーション調整）されガラスピ
ース１１を介して前記色分解プリズム群９の出射面近傍
に接着固定されている。

前記の構成にすることにより、振幅分割プリズム群５６
０にて撮像レンズからの被写体像を略１／３ずつに振幅
分割した後、色分解プリズム群５９０にて青、赤、緑色
成分に色分解して９個のＣＣＤ固体撮像素子に結像させ
ることにより３つのカラーカメラ系が可能となる。

前記の構成によれば、９個のＣＣＤ固体撮像素子に結像
される像は同一となり像の反転回路は不要となる。

次に、本発明の第３の実施例である１／２倍速のスロー
モーション画像を得る光学系について説明する。第５図
において、１は被写体、２は撮像レンズ、３は赤外カッ
トフィルター、４はＮＤ・色温度変換フィルター、５は
偏光板、５０は振幅分割プリズム群、７は光学ローパス
フィルター、８は偏向板、５１は色分解プリズム群、１
０はＣＣＤ固体撮像素子、１１はガラスピース、１２は
色分解プリズム群固定板、１３は光学ユニット固定基盤
である。

被写体１からの被写体像は撮像レンズ２により集光され
、集光された光束は、前記赤外カットフィルター３．Ｎ
Ｄ・色温度変換フィルター４゜偏向光板５を透過し、振
幅分割プリズム群５０に入射し第１のプリズム５２と第
２のプリズム５３間に形成された振幅分割膜５４により
、光束の約１／２は反射し、第１のプリズム５２の入射
面にて全反射し、光学ローパスフィルター７、偏向板８
を透過し色分解プリズム群５１ａに入射する。

前記色分解プリズム群９に入射した光束は第１のプリズ
ム５５と第２のプリズム５６間に形成されたダイクロイ
ック膜５７により、青色成分のみが反射され、前記第１
のプリズム５５の入射面で全反射し第１のカメラの青色
成分のＣＣＤ固体撮像素子５８−１−Ｈに結像される。

前記ダイクロイック膜５７を透過した光束は、第２のプ
リズム５６と第３のプリズム５９間に形成されたダイク
ロイック膜６０により、赤色成分のみが反射され、前記
第２のプリズム５６の入射面で全反射し１のカメラの赤
色成分のＣＣＤ固体撮像素子５８−１−Ｒに結像される
。前記ダイクロイック膜６０を透過した光束は青色成分
となり第１のカメラの緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子５
８−１−Ｇに結像される。

前記振幅分割プリズム群５０の振幅分割膜５４を透過し
た光束は、光学ローパスフィルター７ｂ。

偏向板８ｂを透過し、前記色分解プリズム群５１ａと同
様の構成からなる色分解プリズム群５１ｃに入射し、前
記第１のカメラ系と同様に色分解され、第２のカメラの
青、赤、緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子５８−２−Ｂ、
５８−２−Ｒ，５８−２−Ｇに結像される。

前記の６個のＣＣＤ固体撮像素子は被写体像が所定に位
置に精密調整（レジストレーション調整）されガラスピ
ース１１を介して前記色分解プリズム群５１の出射面近
傍に接着固定されている。

前記の構成にすることにより、振幅分割プリズム群５１
にて撮像レンズからの被写体像を略１／２ずつに振幅分
割した後、色分解プリズム群５１にて青、赤、緑色成分
に色分解して６個のＣＣＤ固体撮像素子に結像させるこ
とにより２つのカラーカメラ系が可能となる。

前記の構成によれば、６個のＣＣＤ固体撮像素子に結像
される像は同一となり像の反転回路は不要となる。

色分解プリズム群５１の第１のプリズム５５と第２のプ
リズム５６間は微小な空気層を設けているが前記振幅分
割プリズム群５０は空気層がない構成である。

次に、本発明の第４の実施例である１／２倍速のスロー
モーション画像を得るの光学系について説明する。第６
図において、１は被写体、２は撮像レンズ、３は赤外カ
ットフィルター、４はＮＤ・色温度変換フィルター、５
は偏光板、８０は振幅分割プリズム群、７は光学ローパ
スフィルター、８は偏向板、８１は色分解プリズム群、
１０はＣＣＤ固体撮像素子、１１はガラスピースである
。

被写体１からの被写体像は撮像レンズ２により集光され
、集光された光束は、前記赤外カットフィルター３．Ｎ
Ｄ・色温度変換フィルター４゜偏光板５を透過し、振幅
分割プリズム群８０に入射し、第１のプリズム８２と第
２のプリズム８３間に形成された振幅分割膜８４により
、光束の１／２は反射し、光学ローパスフィルター７、
偏向板８を透過し色分解プリズム群８１ａに入射する。

前記色分解プリズム群９に入射した光束は第１のプリズ
ム８５と第２のプリズム８６間に形成されたダイクロイ
ック膜８７により、青色成分のみが反射され、前記第１
のプリズム８５の入射面で全反射し第１のカメラの青色
成分のＣＣＤ固体撮像素子８８−１−Ｈに結像される。

前記ダイクロイック膜８７を透過した光束は、第２のプ
リズム８６と第３のプリズム８９間に形成されたダイク
ロイック膜９０により、赤色成分のみが反射され、前記
第２のプリズム８６の入射面で全反射し第１のカメラの
赤色成分のＣＣＤ固体撮像素子８８−１−Ｈに結像され
る。前記ダイクロイック膜９０を透過した光束は緑色成
分となり第１のカメラの緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子
５８−１−Ｇに結像される。

前記振幅分割プリズム群８０の振幅分割膜８４を透過し
た光束は、光学ローパスフィルター７ｂ。

偏向板８ｂを透過し、前記色分解プリズム群８１ａと同
様の構成からなる色分解プリズム群８１ｂに入射し、前
記第１のカメラ系と同様に色分解され、第２のカメラの
青、赤、緑色成分のＣＣＤ固体撮像素子８８−２−Ｂ、
８８−２−Ｒ，８８−２−Ｇに結像される。

前記６個のＣＣＤ固体撮像素子は被写体像が所定に位置
に精密調整（レジストレーション調整）されガラスピー
ス１１を介して、前記色分解プリダム群８１の出射面近
傍に接着固定されている。

前記の構成にすることにより、振幅分割プリズム群８１
にて撮像レンズからの被写体像を略１／２ずつに振幅分
割した後、色分解プリズム群８１にて青、赤、緑色成分
に色分解して６個のＣＣＤ固体撮像素子に結像させるこ
とにより２つのカラーカメラ系が可能となる。

振幅分割プリズム群が２つの同一形状からなる２等辺直
角３角形で構成され製作が容易である。

前記の第１．第２．第３．第４の実施例において色分解
プリズム群は第１のプリズムと第２のプリズム間に空気
層を設けた構成にて説明してきたが、第１１図に示すよ
うに第１のプリズム８０１と第２のプリズム８０２と第
３のプリズム８０３とからなり、第１のプリズムと第２
のプリズム間に青色成分を反射するダイクロイック膜８
０４が形成され第２のプリズムと第３のプリズム間には
、赤色成分を反射するダイクロイック膜８０５が形成さ
れ、第１のプリズム８０１と第２のプリズム８０２と第
３のプリズム８０３とは接着された構成色分解プリズム
群であってもよいことは言を待たない。

以上、１／ｎ倍速のスローモーション画像を得る本発明
の３つの光学系について説明してきたが、これらの光学
系によれば、（ａｌ　　撮像レンズからの被写体像をｎ数に振幅分割
した後、赤、緑、青色光に色分割している構成であるた
め、複数のＣＣＤ固体撮像素子を被写体像が所定に位置
に精密調整（レジストレーション調整）する工程が容易
に実施可能となる。複数有する色分解プリズム群を個々
に各色分解プリズム群の出射面に３つ（青、赤、緑色成
分）のＣＣＤ固体撮像素子を光路長や光軸を精度よく管
理した治具等を用いてレジストレーション調整してガラ
スピースで接着固定する。

その後、ＣＣＤ固体撮像素子の固定されている第１の色
分解プリズム群と第２の色分解プリズム群の例えば、緑
色成分用のＣＣＤ固体撮像素子どうしをレジストレーシ
ョン調整することにより、前記第１の色分解プリズム群
と第２の色分解プリズム群に取り付けられる６個のＣＣ
Ｄ固体撮像素子はレジストレーション調整が完了したこ
とになる。さらに第１の色分解プリズム群と第３色分解
プリズム群の例えば、緑色成分用のＣＣＤ固体撮像素子
どうしをレジストレーション調整することにより、前記
第１の色分解プリズム群と第２の色分解プリズム群と第
３の色分解プリズム群に取り付けられる９個のＣＣＤ固
体撮像素子はレジストレーション調整が完了したことに
なる。レジストレーション調整は非常に精密に行う必要
があるため、数多くのものを一度に調整し固定すること
は、多くの時間を費やすばかりか精度の確保が困難とな
る。

（ｂ）　　振幅分割手段および色分解手段がプリズム間
に光学薄膜を形成したプリズムブロックにより構成して
いるため、ハーフミラ−やダイクロイックミラーを用い
た分解系に比べ光学系を小型、計量化できる。

（Ｃ）　　振幅分割および色分解面が光学ユニット固定
基盤に対し垂直に形成しているため、振幅分割プリズム
群１色分解プリズム群を光学ユニット固定基盤上に固定
することが容易であると同時にレジストレーションの経
時変化が少なく安定性が確保できる。

（ｄｌ　　撮像レンズのイメージサイズに対し固体撮像
素子のイメージサイズが小さいものを用いるため、通常
のカラーカメラに使用する撮像レンズを共用でき安価な
光学系を提供できる。通常のカラーカメラに使用する撮
像レンズは固体撮像素子のイメージサイズと同じものを
用いており、撮像レンズのバックフォーカスは光学系の
小型、計量化を図るため、必要最小限の各種フィルター
（赤外カットフィルター、ＮＤフィルター、色温度変換
フィルター、光学ローパスフィルター等）と色分解プリ
ズムを透過して固体撮像素子に結像するようになってい
る。

このようにバックフォーカスが限定されているため、振
幅分割プリズムを前記撮像レンズと固体撮像素子間に追
加して設けることは困難である。

撮像レンズと固体撮像素子とのイメージサイズを同じで
、しかも振幅分割プリズムを追加する方法として、振幅
分割プリズムと色分解プリズム間にリレーレンズを設け
ることが考えられるが、（１）大型化する、（２）リレ
ーレンズによる軸上色収差が増加するとともに像面湾曲
収差が増加し画像の劣化がおこる、（３）複数のリレー
レンズの製造バラツキによる倍率の不一致、（４）振幅
分割プリズムから色分解プリズムまでの距離が長いため
温度変化で光軸やレジストレーションのずれが大きい、
等の多くの欠点を有する。

前記のように撮像レンズのイメージサイズに対し固体撮
像素子のイメージサイズが小さいものを用いることによ
り多くの欠点を補うことができる。

次に、本発明によるＣＣＤ固体撮像素子を用いたカメラ
を用いて動く物体を撮像した時の画像を第１０図に示す
が、動的解像度が高く、画像の輪郭部が尖鋭で、画像歪
のないスローモーション画像を得ることができる。

本実施例では、色分解プリズム群により青。

赤、緑色成分に色分解し、ＣＣＤ固体撮像素子をそれぞ
れに設けた構成について説明してきたが、色分解プリズ
ム群の代わりに単板カラーフィルタを配置したものでも
効果は同一である。

また、本実施例では記録媒体としてＶＴＲを例にとって
説明したが、他の記録媒体、例えば光ディスクや半導体
メモリーを使用したものでもよいことは言を待たない。

発明の効果以上、説明したように本発明に韮れば動的解像度が高く
、画像の輪郭部が尖鋭で、画像歪のないスローモーショ
ン画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光学系の概略構成
図、第２図は第１図のＡ矢視図、第３図は本発明の第１
の実施例を示すカメラ回路系の概略構成図、第４図は本
発明の第２の実施例を示す光学系の概略構成図、第５図
は本発明の第３の実施例を示す光学系の概略構成図、第
６図は本発明の第４の実施例を示す光学系の概略構成図
、第７図は従来の実施例を示す概略構成図、第８図は固
体撮像素子および映像信号のタイミングチャート、第９
図は撮像管カメラで動く物体を撮像した時の画像を示す
膜弐図、第１０図はＣＣＤ固体撮像素子を用いて動く物
体を撮像した時の画像を示す膜式図、第１１図は本発明
の第１〜第４の実施例と異なる色分解プリズム群の構成
図である。１・・・・・・被写体、２・・・・・・撮像レンズ、３
・・・・・・赤外カットフィルター、４・・・・・・Ｎ
Ｄ・色温度変換フィルター、５・・・・・・偏光板、６
・・・・・・振幅分割プリズム群、７・・・・・・光学
ローパスフィルター、８・・・・・・偏向板、９・・・
・・・色分解プリズム群、１０・・・・・・ＣＣＤ固体
撮像素子、１１・・・・・・ガラスピース、１２・・・
・・・色分解プリズム群固定板、１３・・・・・・光学
ユニット固定基盤。代理人の氏名　弁理士小鍜治明　ほか２２厳ゝ吟−ベＣ１第４図臨　５　図第　６１１！１１θ−／−５１１７図叫 ω蔵　３　ｑ　ｉ　ｉ　ら　÷ｉ　９８９ｓ１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被写体像を固体撮像素子の受光面に結像するため
の１個の撮像レンズを有し、前記撮像レンズと前記固体
撮像素子の結像面の間に、前記被写体像を複数に振幅分
割する手段と、赤、緑、青色光に分割する手段とにより
複数の被写体像に分離し、前記分離された被写体像を複
数の固体撮像素子により撮像することを特徴とするスロ
ーモーションカラーカメラ装置。
（２）被写体像を固体撮像素子の受光面に結像するため
の１個の撮像レンズを有し、前記、撮像レンズと前記固
体撮像素子の結像面の間に、前記被写体像をｎ数に振幅
分割する手段と、赤、緑、青色光に色分割する手段とを
配して（青、赤、緑色成分）×ｎ数の被写体像に分離し
、前記分離された被写体像を３×ｎ個の固体撮像素子に
より撮像しｎ個のカラーカメラ系を構成し１／ｎ倍速の
スローモーション像を得ることを特徴とするスローモー
ションカラーカメラ装置。
（３）撮像レンズからの被写体像をｎ数に振幅分割した
後、赤、緑、青色光に色分割することを特徴とする請求
項２記載のスローモーションカラーカメラ装置。
（４）振幅分割手段および色分解手段がプリズム間に光
学薄膜を形成したプリズムブロックにより構成したこと
を特徴とする請求項３記載のスローモーションカメラ装
置。
（５）振幅分割面および色分解面が光学ユニット固定基
盤面に対し垂直に形成したことを特徴とする請求項４記
載のスローモーションカメラ装置。
（６）撮像レンズのイメージサイズに比べ、固体撮像素
子のイメージサイズが小さいことを特徴とする請求項４
記載のスローモーションカメラ装置。
（７）第１のプリズムと第２のプリズムとの接触面に光
学薄膜を配したプリズムブロックにより、前記光学薄膜
に入射した被写体光束の約半分を透過させるとともに、
被写体光束の約半分を反射させることにより振幅を２分
割し、前記の第１、第２のプリズムの出射面近傍に２つ
の３色色分解プリズムを設けたことを特徴とする請求項
５記載のスローモーションカメラ装置。
（８）第１のプリズムと第２のプリズムとの接触面に光
学薄膜を配したプリズムブロックによりなり、前記光学
薄膜に入射した被写体光学束を約半分を透過させるとと
もに約半分の被写体光束を反射させた後、第１のプリズ
ムの入射面で全反射させて振幅を２分割し、前記の第１
、第２のプリズムの出射面近傍に２つの３色色分解プリ
ズムを設けたことを特徴とする請求項５記載のスローモ
ーションカメラ装置。
（９）第１のプリズムと第２のプリズム間および第２の
プリズムと第３のプリズム間に光学薄膜を配したプリズ
ムブロックによりなり、前記、第１のプリズムと第２の
プリズム間の光学薄膜に入射した被写体光束の約１／３
を反射させた後、第１のプリズムの入射面で全反射させ
、残りの透過した光束を第２のプリズムと第３のプリズ
ム間の光学薄膜により被写体光束１／２を反射させ残り
１／２を透過させることにより振幅を３分割し、前記の
第１、第２、第３のプリズムの出射面近傍に３つの３色
色分解プリズムを設けたことを特徴とする請求項５記載
のスローモーションカメラ装置。
（１０）第１のプリズムと第２のプリズム間および第２
のプリズムと第３のプリズム間に光学薄膜を配し、第１
のプリズムと第２のプリズム間に微小の空気層を設けた
プリズムブロックによりなり、前記第１のプリズムと第
２のプリズム間の光学薄膜に入射した被写体光束の約１
／３を反射させた後、第１のプリズムの入射面で全反射
させ、残りの透過した光束を第２のプリズムと第３のプ
リズム間に設けた光学薄膜により被写体光束の１／２を
反射させ第２のプリズムの入射面で全反射させ、残り１
／２を透過させることにより振幅を３分割し、前記の第
１、第２、第３のプリズムの出射面近傍に３つの３色色
分解プリズムを設けたことを特徴とする請求項５記載の
スローモーションカメラ装置。