JP3222687B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に係わり、
例えば、ＣＣＤ等の２次元固体撮像素子を撮像素子とし
て使用した固体撮像装置に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、技術の進歩により２次元固体撮像
素子の高画素化、低価格化および小型化が可能となり、
家庭用の小型ビデオカメラやスチルビデオカメラなどに
応用されて普及してきており、ＮＴＳＣ等のテレビ規格
では十分な高画質が得られるようになってきた。

【０００３】しかしながら、大画面用の画像やハードコ
ピー、コンピュータグラフィックス等に必要な解像力を
得るには、現状の２次元固体撮像素子の画素数では未だ
不十分である。何故ならば、２次元固体撮像素子の画素
数は通常４０万画素程度であり、高精細用でも２００万
画素が限度である。そして、さらなる改善は難しいとさ
れている。

【０００４】そこで、このように限られた画素数の２次
元固体撮像素子を用いて高解像度の画像を得るようにす
るために、ミラー、ガラス板あるいは圧電素子等によ
り、入射光学系による像と２次元固体撮像素子の画素と
の相対位置関係を時間的に変化させて画像を得ること
で、撮像素子の画素数を等価的に増大させるようにする
画素ずらし法が種々提案されている。

【０００５】その一例として、例えば、特開昭６２−９
８９７７号公報に記載されている技術がある。同公報に
記載されている固体撮像装置は、各画素の受光部が光の
不感領域により２次元的に隔てられている２次元固体撮
像素子が、その受光面に平行なＸ、Ｙの２方向に変位可
能なように、２次元固体撮像素子に圧電変位素子を配置
している。そして、前記圧電変位素子の駆動電圧を制御
し、受光部が変位前の光の不感度領域を順次移動し、移
動した各位置での出力を１画素の出力として表示するも
のである。

【０００６】図３は、前記の固体撮像装置における固体
撮像素子の平面図、図４はＸ、Ｙの２方向に変位可能な
ように構成された固体撮像装置の主要部の構成を示す斜
視図である。図３に示したように、固体撮像素子２は各
画素の受光部がＸ、Ｙの２方向に配列され、その間隔は
１画素の受光部より大きくなっている。

【０００７】また、固体撮像装置は、図４に示したよう
に、前記の固体撮像素子２がＸ、Ｙの２方向に変位可能
なようにＸ、Ｙ方向圧電変位素子３、４を配置して構成
されている。従来の方法は、Ｘ、Ｙ方向圧電変位素子
３、４のそれぞれに加える電圧を制御し、各画素の受光
部が受光部間の光の不感度領域を埋めていくように変位
させ、各受光領域の変位中の各位置の出力を１画素の出
力として表示あるいは記録することにより、等価的に
Ｘ、Ｙ２方向の解像度を向上させるようにしたものであ
る。

【０００８】図５は、前記従来の固体撮像装置の構成を
示すブロック図である。図５において、１はレンズであ
り、撮像素子２に被写体像を結像させるためのものであ
る。固体撮像素子２はＸ方向にＮ個、Ｙ方向にＭ個の画
素を有している。そして、固体撮像素子２にはＸ、Ｙ圧
電変位素子３、４が取り付けられていて、圧電変位素子
ドライバ１５からの駆動波形により、受光面と平行な２
方向（Ｘ、Ｙ方向）に変位する構成となっている。

【０００９】固体撮像素子２は、固体撮像素子ドライバ
１６により駆動される。そして、固体撮像素子２からの
出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ１７によりデジタル化さ
れフレームメモリ１９ａ、１９ｂを含む走査変換回路１
８に入り、ここから高解像度化された画像信号として出
力される。走査変換回路１８内のデータセレクタ２０は
フレームメモリ１９ａ、１９ｂの書き込み、読み出しを
交互に行うためのものである。

【００１０】図６は、固体撮像素子２の受光部の移動を
時系列的に示す平面図である。同図において、受光部は
前記のＸ、Ｙ圧電変位素子の駆動電圧により１、２、
３、４の順に固体撮像素子の１フレームタイム毎に移動
する。以後は、それぞれのフレームを第１〜第４フレー
ムと呼ぶことにすると、表示のフレームタイムは第１〜
第４フレームタイムの和で表される。

【００１１】そこで、固体撮像素子２を、第１〜第４フ
レームタイムの各期間内に蓄積、転送、読み出しを行っ
て、図５のフレームメモリ１９ａ、１９ｂに記憶してお
き表示時期に図６に示すようにして表示する。前記動作
により、出力画像の画素数は２Ｎ×２Ｍとなり、Ｘ、Ｙ
方向とも解像度が２倍になる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の固体撮像装置等においては、結晶欠陥や製造時のば
らつき等により発生する電荷のポケット等に起因する画
素欠陥が固体撮像素子に生じている場合、その欠陥画素
を等価的に拡大させてしまうため大きな白キズや黒キズ
となって出力されてしまう。

【００１３】図７で、前記従来の問題点を説明する。図
７において斜線部は欠陥画素である。今固体撮像素子の
（ｉ，ｊ）番目の画素が欠陥画素とする。高画素化の処
理がなされない場合は、表示される欠陥画素も（ｉ，
ｊ）番目の画素１個であるが、高画素化の処理を行った
場合は（２ｉ−１，２ｊ−１）、（２ｉ，２ｊ−１）、
（２ｉ，２ｊ）、（２ｉ−１，２ｊ）の連続する４画素
になってしまう。したがって大きな黒点あるいは白点と
なって表示される。

【００１４】本発明は上述の問題点にかんがみ、画素欠
陥による画像劣化を拡大させないようにしながら固体撮
像装置の画素数を等価的に増加させることができるよう
にすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、画素が２次元に配列されてなる固体撮像素子の受光
面に結像された被写体像を２次元方向に相対的に変位さ
せる変位手段と、前記変位手段によって行われる変位に
より前記固体撮像素子から得られる出力信号を合成し、
等価的に高画素化して出力する画像信号処理手段とを具
備し、前記変位手段による変位は、画素数の増加倍率で
あるｋを２以上の正の整数とし、ａ＝０，１，２，…
（ｋ−１）とし、ｂ＝０，１，２，…（ｋ−１）とし、
Ｌ＝１以上の任意の正の整数としたときに、前記固体撮
像素子の（ｉ，ｊ）番目の画素が出力画像においては、
（ｋ（ｉ＋Ｌ・ａ）−（ｋ−１）＋ａ，ｋ（ｊ＋Ｌ・
ｂ）−（ｋ−１）＋ｂ）で表される複数の画素になる変
位量であることを特徴としている。

【００１６】また、本発明の他の特徴とするところは、
前記画像信号処理手段から得られる画素データのうち、
欠陥のある画素データを、周辺の画素のデータで補間す
ることで画像の劣化を最小限に止めるように処理する傷
補正手段を具備することを特徴としている。

【００１７】

【００１８】

【作用】本発明は前記技術手段よりなるので、固体撮像
素子の画素数を等価的に増加させて、解像度を２次元方
向の両方にｋ（画素数の増加倍率であり、２以上の正の
整数）倍にすることが可能となる。また、欠陥のある画
素データが周辺の画素のデータで補間されることによ
り、画像の劣化が最小限に止められるようになる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の固体撮像装置の一実施例を図
面を参照して説明する。図１は、本実施例の固体撮像装
置の構成を示すブロック図である。図１において、１は
レンズであり、固体撮像素子２に被写体像を結像させる
ためのものである。本実施例の固体撮像素子２はＸ方向
にＮ個、Ｙ方向にＭ個の画素を有している。

【００２０】固体撮像素子２には、Ｘ圧電変位素子３お
よびＹ圧電変位素子４が取り付けられている。これらの
Ｘ圧電変位素子３およびＹ圧電変位素子４は、固体撮像
素子２の変位手段として設けられているものであり、変
位制御手段として設けられている圧電変位素子ドライバ
５から供給される駆動波形により、受光面と平行な２方
向（Ｘ、Ｙ方向）に変位する構成となっている。

【００２１】また、固体撮像素子２は固体撮像素子ドラ
イバ６により駆動される。固体撮像素子２からの信号は
Ａ／Ｄコンバータ７によりデジタル化され４つのメモリ
ユニット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを具備する走査変換回
路８に入る。走査変換回路８は、画像信号処理手段とし
て設けられているものであり、入力された信号を高解像
度化した画像として出力するためのものである。

【００２２】走査変換回路８内のデータセレクタ１０
は、第１のメモリユニット９ａ、第２のメモリユニット
９ｂ、第３のメモリユニット９ｃおよび第４のメモリユ
ニット９ｄの読み出しを交互に行うために設けられてい
るものである。そして、走査変換回路８の作用により高
画素化された出力信号は傷補正処理回路１２を経て表
示、記録等される。

【００２３】図２は、本実施例の固体撮像装置の固体撮
像素子２の受光部の移動を時系列的に示す平面図であ
る。固体撮像素子２は、Ｘ、Ｙ圧電変位素子駆動電圧に
より変位する。この変位は、固体撮像素子２の（ｉ、
ｊ）番目の画素が、図２の１、２、３、４の順に移動す
るように制御される。固体撮像素子２は蓄積、転送、読
み出しの各動作を一つのサイクルとして駆動される。本
実施例においては、この１サイクルを撮像動作と呼ぶこ
とにする。

【００２４】そして、（ｉ、ｊ）番目の画素が、図２の
１の位置にある時、１回の撮像動作が行われ、その時の
固体撮像素子２の出力信号が、図１のメモリユニット９
ａに記憶される。その後、撮像素子が変位し、画素が図
２の２の位置に移動し、１回の撮像動作が行われ、その
出力信号が図１のメモリユニット９ｂに記憶される。同
様に、画素が図２の３、４の位置の時の出力信号が、メ
モリユニット９ｃ、９ｄにそれぞれ記憶される。

【００２５】表示時においては、各メモリユニット９
ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの出力信号をデータセレクタ１０
により選択して合成し、高画素化する。本実施例におい
ては、撮像素子２の（ｉ，ｊ）番目の画素は、出力画像
においては（２ｉ−１，２ｊ−１）番目の画素になり、
移動によりさらに（２（ｉ＋１），２ｊ−１）、（２
（ｉ＋１））、（２ｉ−１，２（ｊ＋１））番目の画素
になる。

【００２６】したがって、同一の画素が連続した画素と
して表示されないようになる。前記動作により、出力画
像の画素数は｛２（Ｎ−１）−１｝×｛２（Ｍ−１）−
１｝となり、Ｘ、Ｙ方向とも解像度が約２倍になる。本
実施例では、傷補正手段として傷補正処理回路１２と傷
ＲＯＭ１１を設けており、傷ＲＯＭ１１に記憶されてい
る欠陥のある画素データを周辺の画素のデータで補間す
ることで画像の劣化を最小限に止めるようにしている。

【００２７】なお、本実施例においては、画素を約２倍
に高画素化したが、さらに高画素化することも可能であ
る。約ｋ倍に高画素化する場合には撮像素子２の（ｉ，
ｊ）番目の画素は出力画像においては撮像素子の移動に
より（ｋ（ｉ＋ａ）−（ｋ−１）＋ａ，ｋ（ｊ＋ｂ）−
（ｋ−１）＋ｂ）（但し、ａ＝０，１，２，…（ｋ−
１）、ｂ＝０，１，２，…（ｋ−１））で表される複数
の画素になる。出力画像の画素数は｛ｋ（Ｎ−（ｋ−
１））−（ｋ−１）｝×｛ｋ（Ｍ−（ｋ−１））−（ｋ
−１）｝となり、Ｘ、Ｙ方向とも解像度が約ｋ倍にな
る。

【００２８】また、固体撮像素子の移動量を大きくする
ことにより、さらに傷を目立たなくすることも可能であ
る。この場合、撮像素子２の（ｉ，ｊ）番目の画素は出
力画像においては撮像素子の移動により（ｋ（ｉ＋Ｌ・
ａ）−（ｋ−１）＋ａ，ｋ（ｊ＋Ｌ・ｂ）−（ｋ−１）
＋ｂ）（但し、ａ＝０，１，２，…（ｋ−１）、ｂ＝
０，１，２，…（ｋ−１））で表される複数の画素にな
る。

【００２９】ここで、Ｌは撮像素子の移動量に比例する
変数であり、１以上の任意の正の整数の値をもつ。この
場合、固体撮像装置より出力される出力画像の総画素数
は｛ｋ（Ｎ−Ｌ（ｋ−１））−（ｋ−１）｝×｛ｋ（Ｍ
−Ｌ（ｋ−１））−（ｋ−１）｝となる。したがって、
Ｌをあまり大きくすると、総画素数がｋ倍より少なくな
ってしまうので、１≦Ｌ≦５が望ましい。

【００３０】なお、本実施例においてはＸ、Ｙの２方向
とも同じ倍率の画素数としたが、異なる倍率でも可能で
ある。さらに、本実施例においては、各画素の受光部が
受光部間の不感度領域を埋めていくように変位させ、各
受光領域の変位中の各位置の出力を１画素の出力として
表示あるいは記憶することにより、等価的にＸ、Ｙ方向
の解像度を向上させるようにしているが、変位により受
光部が重なりあうように移動させる場合においても高画
素化を行うことができる。

【００３１】図８は、受光部が重なりあうように移動さ
せるようにした固体撮像素子２の受光部の移動を時系列
的に示す平面図である。この場合、受光部の重なりが受
光部の１／２とすると固体撮像素子により発生する折り
返し歪みの発生が抑圧され、したがって、通常、固体撮
像素子の前面に取り付けられる水晶等で構成されている
光学ローパスフィルタが不要になる。

【００３２】また、本実施例の固体撮像装置において
は、入射光学系による像と２次元固体撮像素子の画素と
の相対位置関係を時間的に変化させるために圧電素子を
用いて固体撮像素子をＸ、Ｙ２方向に変位させている
が、特公昭５７−３１７０１号等に開示されているよう
に偏光の方向が制御可能な偏光子を光路中に設ける方法
を利用することもできる。

【００３３】また、特開昭６０−２２３３８８号に開示
されている光路中に角度を変化させることにより入射光
線の進行方向が変化する光学部材例えば光透過が可能で
均一な厚さのガラス板を設け、その角度を制御して変位
を行わせる方法や、特開昭５９−１３４７６号に開示さ
れているように反射ミラーを用いて変位させる方法を利
用することもできる。

【００３４】さらに、特開平３−２０１８８３号に開示
されているように撮像装置全体を変位させる方法、ある
いは撮像光学系の一部又は全体を変位させ、それによっ
て、入射光学系による像と２次元固体撮像素子の画素と
の相対位置関係を時間的に変化させて画像を得る方法を
用いるようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明は前述したように、画素が２次元
に配列されてなる固体撮像素子の受光面に結像された被
写体像を２次元方向に相対的に変位させる変位手段と、
前記変位手段によって行われる変位により前記固体撮像
素子から得られる出力信号を合成し、等価的に高画素化
して出力する画像信号処理手段とを具備し、前記変位手
段による変位は、画素数の増加倍率であるｋを２以上の
正の整数とし、ａ＝０，１，２，…（ｋ−１）とし、ｂ
＝０，１，２，…（ｋ−１）とし、Ｌ＝１以上の任意の
正の整数としたときに、前記固体撮像素子の（ｉ，ｊ）
番目の画素が出力画像においては、（ｋ（ｉ＋Ｌ・ａ）
−（ｋ−１）＋ａ，ｋ（ｊ＋Ｌ・ｂ）−（ｋ−１）＋
ｂ）で表される複数の画素になる変位量としたので、固
体撮像素子の画素数を等価的に増加させることができ、
解像度を２次元方向の両方にｋ（画素数の増加倍率であ
り、２以上の正の整数）倍にすることができる。また、
本発明の他の特徴によれば、前記画像信号処理手段から
得られる画素データのうち、欠陥のある画素データを、
周辺の画素のデータで補間するようにしたので、画像の
劣化を最小限に止めることができ、劣化の少ない高画素
数の画像出力が得られるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明の固体撮像装置の固体撮像素子２の受光
部の移動を時系列的に示す平面図である。

【図３】従来の固体撮像装置における固体撮像素子の平
面図である。

【図４】固体撮像装置の主要部の斜視図である。

【図５】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図６】固体撮像素子２の受光部の移動を時系列的に示
す平面図である。

【図７】前記従来の問題点を説明するための素子配列説
明図である。

【図８】受光部が重なりあうように移動させるようにし
たときの受光部の移動を時系列的に示す平面図である。

【符号の説明】

１ レンズ ２ 固体撮像素子 ３ Ｘ圧電変位素子 ４ Ｙ圧電変位素子 ５ 圧電変位素子ドライバ ６ 固体撮像素子ドライバ ７ Ａ／Ｄコンバータ ８ 走査変換回路 ９ メモリユニット １０ データセレクタ １１ 傷ＲＯＭ １２ 傷補正処理回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素が２次元に配列されてなる固体撮像
   素子の受光面に結像された被写体像を２次元方向に相対
   的に変位させる変位手段と、前記変位手段によって行われる変位により前記固体撮像
   素子から得られる出力信号を合成し、等価的に高画素化
   して出力する画像信号処理手段と を具備し、 前記変位手段による変位は、画素数の増加倍率であるｋ
   を２以上の正の整数とし、ａ＝０，１，２，…（ｋ−
   １）とし、ｂ＝０，１，２，…（ｋ−１）とし、Ｌ＝１
   以上の任意の正の整数としたときに、前記固体撮像素子
   の（ｉ，ｊ）番目の画素が出力画像においては、（ｋ
   （ｉ＋Ｌ・ａ）−（ｋ−１）＋ａ，ｋ（ｊ＋Ｌ・ｂ）−
   （ｋ−１）＋ｂ）で表される複数の画素になる変位量で
   あることを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記画像信号処理手段から得られる画素
   データのうち、欠陥のある画素データを、周辺の画素の
   データで補間することで画像の劣化を最小限に止めるよ
   うに処理する傷補正手段を具備することを特徴とする請
   求項１に記載の固体撮像装置。