JP2008172746A - リニア撮像素子を利用した高解像度カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラ内部にリニア撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）を装着し、その位置を画素サイズずつ移動しながら画像を取得して合成することで高解像度カメラ装置を提供する。
【解決手段】高解像度カメラ装置は、前端にレンズが装着されたカメラ本体と、該カメラ本体の内部に幅方向に延びるように設置されたガードレールと、該ガードレールに沿って幅方向に移動可能に配設されたリニア撮像素子と、該リニア撮像素子を駆動するためにガードレールに設置されたマイクロモータと、備えている。
【選択図】図８

Description

本発明は高解像度カメラ装置に関し、更に詳しくは、カメラ内部にリニア撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）を装着し、その位置を画素サイズずつ移動しながら画像を取得して合成することにより、カメラの画角領域を一つの高解像度画像で獲得し、大型構造物の画像処理を利用した表面の欠陥の計測や製品検査における微細な欠陥の検出、衛星カメラなどの高解像度を要求する映像分野に応用することができ、既存エリアスキャン方式カメラの解像度部分の限界を克服できるようにした高解像度カメラ装置に関する。

最近数年間、製品検査や構造物の安全診断などの分野において、ＣＣＤ／ＣＭＯＳカメラを利用した自動化が図られており、このような技術は、最近、トンネルやダム、原子力発電所などの大型構造物に対して亀裂などの欠陥を検査するためにも用いられている。

しかし、このようなＣＣＤ／ＣＭＯＳカメラを利用した検査方法における分解能や測定値の誤差はイメージセンサの解像度に左右されるため、製品の精密検査や大型製品の検査、大型構造物の亀裂検査などに利用するには、現在開発されているエリアスキャン方式イメージセンサの解像度では限界がある。

従来技術では、大型構造物や製品の微細欠陥の検出分野において、前記解像度の限界があるために、エリアスキャン方式のＣＣＤ／ＣＭＯＳカメラを利用して検査領域を分けて撮影した後にイメージを合成したり、ラインスキャンカメラを移動させながら撮影してイメージを得るようにしている。

ここで、撮像素子の基本的特性について記述すると、前記エリアスキャン方式カメラに使用される撮像素子は、デジタルカメラ撮影のために装着され、素子の構成方法に応じてＩＴ−ＣＣＤ方式、ＦＴ−ＣＣＤ方式、及びＦＩＴ−ＣＣＤ方式に区分することができる。この中でＩＴ−ＣＣＤ方式が大部分のカメラに使用されているため、通常、ＣＣＤと言えばこのタイプを指す。

前記ＩＴ−ＣＣＤ（Interline Tranfer-Charge Coupled Device）は、図２に図示した通り、半導体基板上に２次元で配列されたフォトダイオード１０２から入射された光により生成され、蓄積されて形成された電化像を伝達ゲートを介して各フォトダイオード１０２に対応する垂直転送ＣＣＤ１０３と各垂直転送ＣＣＤに対応する水平転送ＣＣＤ１０４を介して出力回路１０５に逐次移送させ、シグナル電圧形態に変換して画像情報を出力させる装置である。

説明していない図面中の符合１０７は感光部である。

前記ラインスキャンカメラは、リニアＣＣＤ／ＣＭＯＳを装着したカメラであり、リニアＣＣＤはＩＴ−ＣＣＤの一列のみを取った形態で、図４に図示した通り、１列または２、３列のフォトダイオード１０８が各軸に長く配列されたもの（例：解像度８０００ピクセル×１ピクセル）であり、２次元の撮像素子に比べて１ラインの画素数を大きくすることができ、カメラに装着してコピー機またはスキャナが文書をスキャンするようにカメラを進行させながら、または検査対象が一定速度で動きながら映像を取得する装置である。

図４において説明していない図面中の符合１０９は出力バッファ、１１０は補償出力バッファ、１１１はＣＣＤアナログシフトレジスター１、１１２はＣＣＤアナログシフトレジスター２、１１３はシフトゲートである。

しかし、前記２種類の方式のカメラを利用した従来の検査技術の問題点を見ると、エリアのスキャン方式のカメラを応用した場合、現在技術としてエリアＣＣＤ／ＣＭＯＳカメラの最大解像度は１０００〜１５００万画素程度だが、製品の精密検査や大型構造物、即ちダムやトンネルなどの亀裂検査のために使用するには限界があり、一つのカメラが有する最大解像度を克服するために、検査画面の領域を分割撮影しながら合成する技術と分割撮影のためのカメラの姿勢制御に対する考慮と歪曲発生を解決しなければならないという問題がある。

また、前記ラインスキャン方式カメラの場合は一軸に多くの解像度を有することができるという長所があるが、コピー機やスキャナのような装置にのみ適用されており、マシンビジョンで製品がカメラ撮影部分を等速度で移動して通り過ぎなければならず、遠距離撮影をする場合には適さない。

本発明は前記のような点を勘案して案出されたものであり、大型構造物の画像処理を利用した表面欠陥計測や画像処理を利用した製品検査における微細欠陥の検出、衛星カメラなどの高解像度を要求する映像分野に応用することができ、既存のエリアスキャン方式の解像度部分の限界を克服することができる高解像度カメラ装置を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するための本発明は、高解像度カメラ装置において、前端にレンズの装着されたカメラ本体と、前記カメラ本体の内部に幅方向に延びるように設置されたガードレールと、前記ガードレールに沿って幅方向に移動可能に配設されたリニア撮像素子と、前記リニア撮像素子を駆動するためにガードレールに設置されたマイクロモータと、を備えていることを特徴とする。

好ましい具現例として、前記ガードレールは、リニア撮像素子の上端部及び下端部に各々連結されるようにカメラ本体内部に互いに平行に設置されていることを特徴とする。

更に好ましい具現例として、前記マイクロモータは、ベルトを介して前記リニア撮像素子と連結されていて、該ベルトを介してリニア撮像素子に駆動力を伝達するように構成されていることを特徴とする。

以上説明した通り、本発明に係る高解像度カメラ装置によると、リニア撮像素子がカメラ内部に設置されたガードレールに沿って左右に画素サイズずつ移動することで、横及び縦方向に一定面積を有するように装着されたフォトダイオードによって感光するエリアスキャン方式カメラの解像度の限界を克服することができ、大型構造物の画像処理を利用した表面の欠陥計測や画像処理を利用した製品検査の微細欠陥の検出、衛星カメラなどの高解像度を要求する映像分野に応用することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳しく説明する。

図７は、リニア撮像素子を一般的なカメラの内部に装着した、本発明に係る高解像度カメラ装置の実施例を示す平面図であり、図８は図７のＢ−Ｂ’線に沿って切り取った断面図である。

従来のエリアスキャン方式のカメラ１００は、図６に図示した通り、横、縦方向に一定な面積を有するエリアスキャンＣＣＤ／ＣＭＯＳ素子１０１に多数のフォトダイオードが装着されていて、光を感知するように構成されている。

しかし、前記エリアスキャン方式の撮像素子を高解像度で開発することは、更に多くのフォトダイオードを配列しなければならないという技術的問題やシグナル処理問題などにより、現在、大型構造物の表面欠陥検査や製品の精密検査のための解像度を満足させるには様々な限界を有している。

本発明は、従来のエリアスキャン方式のＣＣＤ／ＣＭＯＳカメラが有する解像度の限界を克服するために、カメラにリニア撮像素子１０を装着することで、超高解像度を得るだけでなく、遠距離でも撮影できるようにした点に主眼点を置いた。

本発明に係る高解像度カメラ装置は、カメラ本体１１と、本体前方に光を集めるレンズ１２と、本体内部に設置されたリニア撮像素子１０とを備えている。

前記カメラ本体１１は、動画や静止画像を含めて全ての映像を収めることができ、一定距離以上で撮影が可能な一般的な形態を有している。

前記カメラ本体１１の前端には、被写体を撮影するためのレンズ１２が設置されており、該カメラ本体１１の内部にはレンズ１２を通して入射された光を取り入れるためのリニア撮像素子１０が配設されている。このリニア撮像素子１０は、１軸または２軸、３軸に多数のフォトダイオードが装着可能で光を感知することができ、感知された光の量によって変化する電気シグナルをアナログ／デジタル変換器によりアナログ映像シグナルに変化することができれば、どんな撮像素子でも可能である。

前記リニア撮像素子１０は、図８に図示した通り、本体内部に設置されたガードレール１３に対して垂直方向に延びるように設置され、このガードレール１３に沿って画素サイズずつ移動しながら画像を取得して合成するように構成されている。

前記ガードレール１３は、前記カメラ本体１１の内部に水平方向（幅方向）に互いに平行に設置され、該ガードレール１３の上端部及び下端部にはリニア撮像素子１０が前方に離脱するのを防止する固定部が一体に形成され、リニア撮像素子１０の上端部及び（または）下端部はマイクロモータ１４とベルトによって連結されて駆動されるように構成されている。

このとき、前記ガードレール１３は、所望する長さで設置することができ、前記マイクロモータ１４は、ガードレール１３に設置され、前記リニア撮像素子１０との連結が容易な場所に配置される。

また、前記マイクロモータ１４は、リニア撮像素子１０を画素サイズずつ精密に移動させることができなければならず、正回転／逆回転が可能であり、速度を調節できるように構成されている。

従って、本発明の高解像度カメラ装置は、リニア撮像素子１０がカメラ内部に設置されたガードレール１３に沿って左側または右側に画素サイズずつ移動することで、その移動方向に動く距離が全体イメージにおける一辺のピクセルサイズとなる。即ち、リニア撮像素子１０の画素を増やすことが制限されてもガードレール１３の長さを増やすことにより、所望する画素数に増大させることができ、しかも、カメラ内部でこのような移動撮像が行われるため、レンズ倍率の調整だけでどのような遠距離でも撮像が可能である。

以上では本発明の特定の好ましい実施例について図示して説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、当該発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が特許請求の範囲で請求する本発明の技術的思想を外れない範囲内で実施することができる多様な形態の実施例を全て含む。

一般的なエリアスキャン方式カメラに使用される撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）の外観を表すイメージ図である。 従来のエリアスキャン方式カメラの撮像素子の種類の一つであるＣＣＤ分類のＩＴ−ＣＣＤ素子の構造を表す構成図である。 一般的なラインスキャン方式カメラに使用されるリニア撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）の外観を表すイメージ図である。 従来のラインスキャンカメラの撮像素子の種類の一つであるリニアＣＣＤ素子の構造を表す構成図である。 内部にＣＣＤ撮像素子が装着された従来の一般的なエリアスキャン方式カメラの断面図である。 図５のＡ−Ａ'線に沿って切り取った断面図である。 内部にリニア撮像素子を装着した本発明の実施例に係る高解像度カメラ装置を示す断面図である。 図８のＢ−Ｂ'線に沿って切り取った断面図である。

符号の説明

１０ リニア撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）
１１ カメラ本体
１２ レンズ
１３ ガードレール
１４ マイクロモータ

Claims (3)

1. 高解像度カメラ装置において、
   前端にレンズの装着されたカメラ本体と、
   前記カメラ本体の内部に幅方向に延びるように設置されたガードレールと、
   前記ガードレールに沿って幅方向に移動可能なように配設されたリニア撮像素子と、
   前記リニア撮像素子を駆動するためにガードレールに設置されたマイクロモータと、
   を備えていることを特徴とする高解像度カメラ装置。
2. 前記ガードレールは、リニア撮像素子の上端部及び下端部に各々連結されるように、前記カメラ本体の内部に互いに平行に設置されていることを特徴とする、請求項１記載の高解像度カメラ装置。
3. 前記マイクロモータは、ベルトを介して前記リニア撮像素子と連結されていて、該ベルトを介して該リニア撮像素子に駆動力を伝達するように構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の高解像度カメラ装置。

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