JPH1055022A

JPH1055022A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH1055022A
Application number: JP9104511A
Authority: JP
Inventors: Nobusato Abe; 紳聡阿部; Yukio Hasushita; 幸生蓮下
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【目的】画面を分割して撮像する撮像装置をさらに小
型化すること。【構成】撮像光学系を介して撮像画面３０を形成する
被写体光束を、撮像光学系の光路途中に配置した光束分
割シフト手段２０の光束シフトユニット２０Ａ、２０
Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄで複数の分割撮像画面３１、３２、
３３、３４に分割し、かつ互いに離反する方向に平行に
シフトさせて、各分割シフトした分割撮像画面３１１、
３２１、３３１、３４１をそれぞれ異なる撮像手段で撮
像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、一つの撮像画面を複数の
部分に分割して各分割画面をそれぞれ異なる撮像素子に
よって撮像する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】近年、被写体の像を、銀
塩フィルムに代えてＣＣＤ撮像素子により撮像し、電気
信号として記録するいわゆるディジタルカメラ（電子ス
チルカメラ）が開発されている。例えば、銀塩フィルム
用の一眼レフカメラの撮影レンズおよびボディを流用
し、フィルム面位置（圧板位置）にＣＣＤ撮像素子を配
置してディジタルカメラにするものがある。

【０００３】しかし、一般的なＣＣＤ撮像素子の受光面
サイズ（有効画面サイズ）は、いわゆる2/3 インチタイ
プのＣＣＤ撮像素子でも、およそ6.6 ×8.8 mmしかな
い。これに対して一般的な銀塩フィルムを使用するライ
カ版の一眼レフカメラ（以下「ライカ版カメラ」とい
う）の画面サイズは、24×36mmある。したがって、ライ
カ版カメラのフィルムを単に2/3 インチＣＣＤ撮像素子
で置き換えた構成では、ディジタルカメラ時の画面サイ
ズは、一辺が約1/4 になる。つまり、ライカ版カメラの
交換レンズをそのままディジタルカメラ時に使用する
と、焦点距離は同一でも画角が約1/4 の焦点距離のレン
ズを使用しなければならない。例えば、ライカ版カメラ
の焦点距離50mmの交換レンズをそのまま使用すると、電
子スチルビデオカメラ時にはライカ版カメラ時の焦点距
離200 mmの画角に相当してしまう。ライカ版カメラ用の
交換レンズは、焦点距離20〜300 mmのものが一般的であ
るが、これらの交換レンズでは、ディジタルカメラ時に
は、ライカ版換算で焦点距離80〜1200mmに相当してしま
い、いわゆる広角から標準画角での撮像ができなかっ
た。

【０００４】しかも、現在普及している安価なＣＣＤ撮
像素子は、単位面積当たりの画素数が少なく、解像度が
銀塩フィルムに比して低い。そのため、銀塩フィルムで
表現される微妙な質感はＣＣＤ撮像素子では表現でき
ず、美しい作品は得られ難い。単位面積当たりの画素数
が多い高解像度ＣＣＤ撮像素子は非常に高価であり、高
解像度ＣＣＤ撮像素子を使ったディジタルカメラは非常
に高価になる。

【０００５】ＣＣＤ撮像素子は通常、受光面の周囲に受
光できない基板部分が存在する。したがって、ＣＣＤ撮
像素子を同一平面状に並べると、互いに隣接する基板部
分が互いに機械的に干渉するので、受光面を隣接して配
置することができない。

【０００６】このような問題を解決する手段として、撮
像範囲を複数の領域に分割して、各分割撮像領域を低解
像度ＣＣＤ撮像素子で撮像するものが知られている。例
えば、撮像光学系の光路中に複数の反射面を有する反射
体を配置し、光路を分割してそれぞれの光路中の被写体
光束を結像面に配置したＣＣＤ撮像素子で受光し、撮像
する。そして、各ＣＣＤ撮像素子が撮像した像を合成し
て一画面を構成している。

【０００７】光路分割手段としては、光路を２分割以上
するものとして屋根状の反射体が知られ、光路を３分割
以上するものとして多角錐状の反射体が知られている
（特開平3-191678号、特開平4-114573号、特開平4-1145
74号、特開平4-244791号など）。

【０００８】しかし、従来の光路分割手段は、光路を分
割する際に、１個の撮像素子に向かう光束を分岐させる
反射面は一つの面で形成されている。そのため、各反射
面が大きくなって、カメラを小型化することが困難であ
る。しかも、従来の光路分割手段によると、撮像素子を
撮像レンズの光束分割前の光軸に対して直交方向に向け
ることができないので、離散的に配されていた。そのた
め、撮像素子および周辺電気回路を収納するための広い
空間が必要になり、カメラ全体が大型化してしまう問題
がある。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題に鑑みて
なされたもので、画面を分割して撮像する撮像装置をさ
らに小型化することを目的とする。

【００１０】

【発明の概要】この目的を達成する請求項１に記載の発
明は、撮像光学系によって被写体像の異なる部分を形成
する光束を撮像光学系の光路途中に配置した光束分割シ
フト手段によって分割し、かつ互いに離反する方向に平
行にシフトさせて被写体像の異なる部分を互いに離反さ
せ、離反させた各被写体像の部分をそれぞれ異なる撮像
手段で撮像すること、に特徴を有する。

【００１１】前記光束分割シフト手段は、上記被写体像
の各分割部分を形成する被写体光束を光軸から離反する
方向に平行にシフトさせる光束シフト光学素子が互いに
密着して複数並置されたユニットを複数備え、各ユニッ
トで被写体光束を分割して分割被写体像を形成する。

【００１２】光束シフト光学素子は、光軸と平行に入射
した光線を、光軸から離反する方向に反射する第１反射
面と、第１反射面で反射した光線を前記入射光線と平行
な方向に反射する第２反射面とを備える。

【００１３】各ユニットの光束シフト光学素子は、光軸
と平行に入射した光線を、光軸から離反する方向に反射
する第１反射面と、第１反射面で反射した光線を前記入
射光線と平行な方向に反射する第２反射面とを備え、前
記第１反射面が、前記光軸と平行な光線を撮像画面の各
辺と直交する方向に反射する向きに配置される。

【００１４】前記各ユニットの光束シフト光学素子は、
前記シフト方向と平行な切断面形状が平行四辺形を呈す
る複数のプリズムで形成する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は、被写体光束を分割し、各分割光束をシ
フトさせる、本発明の光束分割シフト手段１０の作用を
説明する断面図である。この図では、不図示の撮像レン
ズおよび撮像素子が、光束分割シフト手段１０を挟んで
左右に配置される。

【００１６】光束分割シフト手段１０は、互いに向かい
合わせて平行に配置された同一長の一対の反射面１１、
１２を有する。第１反射面１１の入射側端点をＡ、射出
側端点をＢ、第２反射面１２の入射側端点をＣ、射出側
端点をＤとしたときに、入射側端点Ａ、Ｃを通る直線、
および射出側端点Ｂ、Ｄを通る直線が撮像レンズの光軸
Ｏと直交し、端点Ｃ、Ｂを結ぶ直線が光軸Ｏと平行にな
るように配置してある。∠ＡＢＥ＝∠ＣＤＢ＝θであ
り、図示実施の形態では、θ＝４５度となるように設定
してある。各反射面１１、１２は、紙面に対して直交す
る方向に延びている。また、反射面１１、１２の光軸Ｏ
と平行な方向の厚さ、つまり点ＣＢの間隔をｄとする。

【００１７】Ｐ点を通り、光軸Ｏと平行に第１反射面１
１のＱ点に入射した光線は、Ｑ点で第２反射面１２方向
に反射し、第２反射面１２のＲ点で入射光線ＰＱと平行
な方向に反射する。このＲ点で反射された光線ＲＳは入
射光線ＰＱと平行であり、かつ光線ＰＱに対して光軸Ｏ
から離反する方向に長さＬだけ平行にシフトしている。
つまり、反射面１１、１２の間に入射した光線で形成さ
れる像面は、反射面１１、１２によって、光軸Ｏから長
さＬだけ離反する。この第１反射面１１および第２反射
面１２を所定数繰り返し配置することで、一定領域内の
光束または光路を、一定長シフトさせることができる。

【００１８】また、反射面１１、１２で反射した光束に
より形成された像面は、長さＬと反射面１１、１２の光
軸Ｏと平行な方向の厚さｄの和だけ光束分割シフト手段
１０に接近している。したがって撮像手段は、光束シフ
ト手段１０が無かった場合に比して、光軸Ｏから長さＬ
だけ離反させ、かつ長さ（Ｌ＋ｄ）／ｎだけ撮像レンズ
に接近させて配置する（但し、ｎは光束シフト手段１０
を構成する光学材の屈折率）。また、図示実施の形態で
は、反射面１１、１２が光軸Ｏと成す角度θが４５度な
ので、反射面１１、１２の光軸Ｏと平行な方向の厚さｄ
は、シフト量Ｌと等しい。また、四角形ＡＣＤＢは平行
四辺形となる。

【００１９】次に、本発明をより具体的に説明する。反
射面１１、１２は、プリズムなどの光学素子の表面（境
界面）にアルミや銀などの金属膜を蒸着して形成でき
る。例えば、平行四辺形ＡＢＤＣを断面形状とするプリ
ズムの対向する平行平面で反射面１１、１２を形成す
る。そして所定数の各プリズムの反射面１１、１２に金
属膜を蒸着した上で他のプリズムの反射面１２、１１と
互いに密着接合して、被写体光束が入射する入射端面お
よび射出する射出端面が平行平面をなす１枚の光束分割
シフトユニット（ユニット）を形成する。

【００２０】この光束分割シフトユニットを複数枚組み
合わせて撮像光路途中に配置し、それぞれの光束分割シ
フトユニットによって透過光束をそれぞれ異なる方向に
平行にシフトさせれば、撮像画面を複数の部分に分割し
て各分割撮像画面を互いに離反させることができる。各
分割撮像画面が互いに離反すれば、各分割撮像画面をそ
れぞれ撮像する撮像素子も互いに離反することになり、
複数の撮像素子を、互いに機械的に干渉しない状態で同
一面上に配置できる。

【００２１】撮像画面３０を四分割する実施の形態を、
図２および図３に示した。これらの実施の形態は撮像画
面３０を、光軸Ｏを通る垂直線および水平線（直交十字
線）で四分割して各分割撮像画面３１、３２、３３、３
４を互いに離反した位置に分割撮像画面３１１、３２
１、３３１、３４１として形成している。

【００２２】図２に示した実施の形態は、光束分割シフ
ト手段２０で撮像画面３０を分割撮像画面３１、３２、
３３、３４に分割し、かつそれぞれ垂直方向および水平
方向に離反させることに特徴を有する。この実施の形態
では、光束分割シフト手段２０を４枚の光束シフトユニ
ット（ユニット）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄで形
成し、これらを光路途中に配置した。図において、光束
シフトユニット２０Ａは分割撮像画面３１を垂直上方
に、光束シフトユニット２０Ｂは分割撮像画面３２を水
平右方向に光束シフトユニット２０Ｃは分割撮像画面３
３を垂直下方に、分割撮像画面２０Ｄは分割撮像画面３
４を水平右方向にそれぞれ距離Ｌだけシフトさせる。

【００２３】第１の実施の形態は、分割撮像画面を撮像
画面に対して水平方向および垂直方向にシフトさせた
が、図３には、各分割撮像画面を撮像画面の対角方向に
シフトさせる実施の形態を示してある。この実施の形態
は、平行四辺形プリズムを、撮像画面の対角線に対して
直交する向きに並べて光束分割シフト手段４０を形成し
た。光束分割シフト手段４０は、４個の光束シフトユニ
ット４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄからなり、各光束
シフトユニット４０Ａ〜４０Ｄは撮像画面３０を光軸を
通り互いに直交する十字線で４分割される分割撮像画面
３１、３２、３３、３４をそれぞれ、撮像画面３０の対
角外方に向かって所定長平行にシフトさせて分割撮像画
面３１２、３２２、３３２、３４２を形成する。

【００２４】図４は、光束分割シフト手段２０（光束シ
フトユニット２０Ａ〜２０Ｄ）を構成する平行四辺形プ
リズム２３の一実施の形態を示している。この平行四辺
形プリズム２３は、被写体光束が入射する入射端面２３
ａおよび射出する射出端面２３ｃ、第１反射面１１を構
成する第１反射面２３ｂ及び第２反射面１２を構成する
第２反射面２３ｄ、およびこれらの面と直交する両端面
２３ｅ、２３ｆを備えている。入射端面２３ａ、射出端
面２３ｂ、第１反射面２３ｂおよび第２反射面２３ｄは
鏡面（平行平坦面）仕上げされ、端面２３ｅ、２３ｆは
粗面仕上げされている。そして、反射面２３ｂ、２３ｄ
の外側面にはアルミや銀などの金属を蒸着して反射鏡と
している。端面２３ｅ、２３ｆの外側面に黒色塗装など
の反射防止加工を施せば、ゴーストなどを防止できる。

【００２５】図５には、この平行四辺形プリズム２３を
複数組み合わせて１枚の光束シフトユニットを構成した
ときの構造を示し、図６には、図２に示した光束シフト
ユニット２０Ｃをこの平行四辺形プリズム２３を主体と
して形成したときの構造を示している。図６において、
この光束シフトユニット２０Ｃでは、他の光束シフトユ
ニット２０Ｄと接する境界の三角プリズム２１を、断面
直角三角形のプリズムで形成し、三角プリズム２１に連
なるプリズム群を、断面菱形の平行四辺形プリズム２３
で形成し、最も外側のプリズム２５を断面直角三角形の
三角プリズムで形成してある。三角プリズム２１、２５
は、平行四辺形プリズム２３をその対角線で二分割した
ものと同一の形状である。そして、三角プリズム２１
は、入射側に頂点２１ａが、隣接する光束シフトユニッ
ト２０Ｄと接する側に側面２１ｂが、射出側に底辺（底
面）２１ｃが位置するように、かつ側面２１ｂは光軸Ｏ
と平行に、底面２１ｃは光軸Ｏと直交する向きに配置し
てある。つまり、隣接する平行四辺形プリズム２３の入
射側面２３ａに入射した光束を一定方向（図では下方）
にシフトするようにしてある。なお、外側の三角プリズ
ム２５は、最も外側の平行四辺形プリズム２３の第２反
射面を形成するためのものなので、平行四辺形プリズム
２３をそのまま使用してもよい。また、三角プリズム２
１も、光学的には無くてもよい。

【００２６】図２に示した第１の実施の形態では、同一
の平行四辺形プリズム２３を使用して各光束シフトユニ
ット２０Ａ〜２０Ｄを形成できる。また、対角上に位置
する光束シフトユニット２０Ａおよび第３光束シフトユ
ニット２０Ｃ、光束シフトユニット２０Ｂおよび第４光
束シフトユニット２０Ｃが同一構造である。光束シフト
ユニット２０Ａ、２０Ｃと光束シフトユニット２０Ｂ、
２０Ｄも、外形が相違する以外は、基本的には光束シフ
トユニット２０Ｃと同様の構成である。各光束シフトユ
ニット２０Ａ〜２０Ｄを正方形とすれば、すべて同一と
することができる。

【００２７】なお、光路シフト手段３０が存在すると、
分割結像面３１〜３４は、光路シフト手段３０が存在し
ないときの結像位置よりも、（ｄ＋Ｌ）／ｎだけ光路シ
フト手段に接近する。ただし、ｎは光束シフトユニット
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの屈折率である。

【００２８】図７には、プリズム２１、２３、２５を２
枚の平行平面ガラス板２６、２７で挟んだ光束分割シフ
ト手段５０を示している。この構成によれば、プリズム
２１、２３、２５同士の連結および位置決めが容易であ
り、かつこれらが離反したり、ずれたりすることが無く
なる。各ユニットの連結も、この平行平面ガラス板２
６、２７を使用することができる。

【００２９】図８には、図６に示した光束分割シフト手
段５０（ユニット５０Ａ、５０Ｂのみを図示）を使用
し、分割された分割撮像画面を複数の撮像素子（６１、
６２のみ図示）で撮像する、本発明の撮像装置の一実施
の形態を示す図である。この実施の形態では、撮像レン
ズとしてズームレンズ６０を適用していて、図８の
（Ａ）はテレ端の状態、（Ｂ）はワイド端の状態を示し
ている。

【００３０】このように本発明の実施の形態の光束分割
シフト手段は、光軸と直交方向に延びる板状であるか
ら、全体として厚みが薄く、かつ容積が小さい。しか
も、分割した撮像面は光軸と直交する向きであり、かつ
撮像素子が互いに干渉しない程度にシフトさせることが
できるので、全体として小さく形成できる。

【００３１】以上の実施の形態では、撮像画面４分割し
たが、本発明はこれに限定されず、６分割、９分割など
できる。図９には、撮像画面を６分割する場合の光束シ
フトユニットのシフト方向を矢印で示し、図１０には撮
像画面を９分割する場合の光束シフトユニットのシフト
方向を矢印で示してある。６分割する実施の形態では、
中央上下の光束シフト手段７２、７５は図２に示したタ
イプのもので、それぞれ光束を上下方向にシフトさせ、
４個の角部の光束シフト手段７１、７３、７４、７６は
図３に示したタイプのもので、それぞれ光束を対角線外
方向に、あるいは互いに直交する外方向にシフトさせ
る。９分割する実施の形態では、中心の光束シフトユニ
ット８５はシフトしない単なる平行平面板であるが、４
個の角部の光束シフトユニット８１、８３、８７、８９
は図３に示したタイプのもので、それぞれ光束を対角線
外方向にシフトさせ、これらの間の光束シフトユニット
８２、８４、８６、８８は図２に示したタイプのもの
で、それぞれ光束を外方向にシフトさせる。この際、光
束シフトユニット８５は、対応する撮像面の、光軸方向
の配置位置に応じて厚みを決める。例えば、光束シフト
ユニット８５の撮像面を他の光束シフトユニットの撮像
面と同一平面上に配置するのであれば、光束シフトユニ
ット８５の厚みは（ｄ＋Ｌ）とする。

【００３２】また、本発明の実施の形態は、ライカ版に
おける撮像画面サイズに適用した場合について説明した
が、近年開発された、ライカ版よりもやや撮影画面サイ
ズ小さい、いわゆる新システム（Advanced Photo Syste
m ）対応カメラに対してはさらに有効である。新システ
ムは、撮影画面サイズが16.7mm×30.2mmであり、よりＣ
ＣＤ撮像素子の撮像画面サイズに近い。したがって、本
発明の撮像装置を備えたカメラの撮影レンズを、新シス
テムを適用したカメラの撮影レンズとを共用した場合、
より画角を一致させることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明は、
撮像光学系で形成される被写体像を形成する被写体光束
を、撮像光学系の光路途中に配置した光束分割シフト手
段で複数の部分に分割し、かつ互いに離反する方向に平
行にシフトさせて、各分割シフトした被写体光束で形成
される分割被写体像をそれぞれ異なる撮像手段で撮像す
るので、簡単な構成で、かつ光路長、全体容積を増やさ
ずに、分割撮像が可能になる。また、本発明は、第１、
第２反射面を備えた反射部材を複数並べた光束シフト手
段を複数組み合わせて光路途中に配置し、撮像画面を複
数の部分に分割すると共に分割した各撮像画面を互いに
離反させるので、複数の撮像素子によって分割画面をそ
れぞれ撮像できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光路シフト手段の作用を説明する図で
ある。

【図２】本発明の撮像装置の第１の実施の形態を示す斜
視図である。

【図３】本発明の撮像装置の第２の実施の形態を示す斜
視図である。

【図４】図２に示した第１の実施の形態のプリズムの外
観を示す図である。

【図５】図４に示したプリズムを組み合わせて光束シフ
トユニットを構成する様子を示す図である。

【図６】図２に示した光束シフトユニットの一つを拡大
して示す図である。

【図７】図５に示した光束シフトユニットの他の実施の
形態を示す側面図である。

【図８】本発明の撮像装置を適用したズームレンズカメ
ラの光線の様子を、長焦点状態および単焦点状態で示す
図である。

【図９】撮像画面を６分割する実施の形態における各光
束シフトユニットの光束シフト方向を示す図である。

【図１０】撮像画面を９分割する実施の形態における各
光束シフトユニットの光束シフト方向を示す図である。

【符号の説明】

１１第１反射面１２第２反射面２０光束分割シフト手段２０Ａ光束シフトユニット２０Ｂ光束シフトユニット２０Ｃ光束シフトユニット２０Ｄ光束シフトユニット３０撮像画面３１分割撮像画面３２分割撮像画面３３分割撮像画面３４分割撮像画面４０光束分割シフト手段４０Ａ光束シフトユニット４０Ｂ光束シフトユニット４０Ｃ光束シフトユニット４０Ｄ光束シフトユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像光学系によって被写体像の異なる部
分を形成する光束を撮像光学系の光路途中に配置した光
束分割シフト手段によって分割し、かつ分割した光束を
互いに離反する方向に平行にシフトさせて被写体像の異
なる部分を互いに離反させ、離反させた各被写体像の部
分をそれぞれ異なる撮像手段で撮像すること、を特徴と
する撮像装置。
【請求項２】前記光束分割シフト手段は、上記被写体
像の各分割部分を形成する被写体光束を光軸から離反す
る方向に平行にシフトさせる光束シフト光学素子が互い
に密着して複数並置されたユニットを複数備え、各ユニ
ットで被写体光束を分割して分割被写体像を形成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記光束シフト光学素子は、光軸と平行
に入射した光線を、光軸から離反する方向に反射する第
１反射面と、第１反射面で反射した光線を前記入射光線
と平行な方向に反射する第２反射面とを備えていること
を特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】前記ユニットは、撮像画面を光軸を中心
として四分割する４個のユニットからなることを特徴と
する請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】前記各ユニットの光束シフト光学素子
は、光軸と平行に入射した光線を、光軸から離反する方
向に反射する第１反射面と、第１反射面で反射した光線
を前記入射光線と平行な方向に反射する第２反射面とを
備え、前記第１反射面が、前記光軸と平行な光線を撮像
画面の各辺と直交する方向に反射する向きに配置されて
いることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】前記各ユニットの光束シフト光学素子
は、光軸と平行に入射した光線を、光軸から離反する方
向に反射する第１反射面と、第１反射面で反射した光線
を前記入射光線と平行な方向に反射する第２反射面とを
備え、前記第１反射面が、前記光軸と平行な光線を前記
撮影画面の対角線と平行な方向に反射する向きに配置さ
れていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】前記各ユニットの光束シフト光学素子
は、前記シフト方向と平行な切断面形状が平行四辺形を
呈する複数のプリズムで形成されていることを特徴とす
る請求項５または６に記載の撮像装置。
【請求項８】各ユニットの複数のプリズムは、透明な
平行平板で挟持されていることを特徴とする請求項７に
記載の撮像装置。
【請求項９】前記ユニットは、撮像画面を６分割する
６個のユニットからなることを特徴とする請求項２に記
載の撮像装置。
【請求項１０】前記ユニットは、撮像画面を９分割す
る９個のユニットからなることを特徴とする請求項２に
記載の撮像装置。
【請求項１１】前記各ユニットの光束シフト光学素子
は、第１反射面と第２反射面に、金属の反射膜を蒸着し
たプリズムで構成されていること、を特徴とする請求項
７に記載の撮像装置。