JPH01190178A - 撮像装置 - Google Patents

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） 本発明は高解像度の撮像装置、特に、記憶機能を備えて
いるような高解像度を有する撮像装置に関する。

（従来の技術） 被写体の光学像を撮像装置により撮像して得た映像信号
は、編集、トリミング、その他の画像信号処理が容易で
あるとともに、低記録信号を消去できる可逆性を有する
記録部材を使用して記録再生が容易に行えるという特徴
を有しているが、映像信号の発生のために従来から一般
的に使用されて来ている撮像装置は、撮像レンズによっ
て撮像素子における光電変換部に結像された被写体の光
学像を、撮像素子の光電変換部で被写体の光学像に対応
する電気的な画像情報に変換し、その電気的な画像情報
を時間軸上で直列的な映像信号として出力させうるよう
な構成形態のものであり、撮像装置の構成に当っては前
記した撮像素子として従来から各種の撮像管や各種の固
体撮像素子が使用されていることは周知のとおりである
。

（発明が解決しようとする問題点） さて、近年になって高画質・高解像度の再生画像に対す
る要望が高まるのに応じて、テレビジョン方式について
も、いわゆるＥＤＴＶ、ＨＤＴＶなどの新しい諸方式が
提案されて来ていることも周知のとおりである。

ところで、高画質・高解像度の再生画像が得られるよう
にするためには、高画質・高解像度の再生画像を再生さ
せうるような映像信号を発生させることのできる撮像装
置が必要とされるが、撮像素子として撮像管が使用され
ている撮像装置においては、撮像管における電子ビーム
径の微小化に限界があるために、電子ビーム径の微小化
による高解像度化が望めないこと、及び、撮像管のター
ゲット容量はターゲット面積と対応して増大するもので
あるために、ターゲット面積の増大による高解像度化も
実現することができないこと、また。

例えば動画の撮像装置の場合には高解像度化に伴って映
像信号の周波数帯域が数十Ｍ　Ｈｚ〜数百ＭＨｚ以上に
もなるためにＳ／Ｎの点で問題になる、等の理由によっ
て、撮像装置により高画質・高解像度の再生画像を再生
させうるような映像信号を発生させることば困鷺である
。

前記の点を具体的に説明すると次のとおりである。すな
わち、撮像素子として撮像管が使用されている撮像装置
により高画質・高解像度の再生画像を再生させうるよう
な映像信号を発生させるのには、撮像管における電子ビ
ーム径を微小化したり、ターゲットとして大面積のもの
を使用したりすることが考えられるが、撮像管の電子銃
の性能、及び集束系の構造などにより撮像管の電子ビー
ム径の微小化には限界があるために電子ビーム径の微小
化による高解像度化には限界があり、また、撮像イメー
ジサイズの大きな撮像レンズを使用した上で、ターゲッ
トの面積の増大によって高解像度を得ようとした場合に
は、ターゲット面積の増大による撮像管のターゲット容
量の増大による撮像管の出力信号における高域信号成分
の低下によって、撮像管出力信号のＳ／Ｎの低下が著る
しくなることにより、撮像管を使用した撮像装置によっ
ては高画質・高解像度の再生画像を再生させうるような
映像信号を良好に発生させることはできないのである。

また、撮像素子として固体撮像素子を使用した撮像装置
により高画質・高解像度の再生画像を再生させるのには
、画素数の多い固体撮像素子を使用することが必要とさ
れるが、画素数の多い固体撮像素子はそれを駆動するた
めのクロックの周波数が高くなる（例えば、動画カメラ
の場合における固体撮像素子の駆動のためのクロックの
周波数は数百Ｍ　Ｈｚとなる）とともに、駆動の対象に
されている回路の静電容量値は画素数の増大によって大
きくなっているために、そのような固体撮像装置は、固
体撮像素子のクロックの周波数の限界が２０　Ｍ　Ｈｚ
といわれている現状からすると実用的なものとして構成
できないと考えられる。

このように、従来の撮像装置はそれの構成のために不可
欠な撮像素子の存在によって、高画質・高解像度の再生
画像を再生させうるような映像信、号を良好に発生させ
ることはできなかった。

このように、従来の撮像装置はそれの構成のために使用
される撮像素子が高画質・高解像度の再生画像を再生さ
せうるような映像信号を良好に発生させ難いものであっ
たために、高画質・高解像度の再生画像を再生させつる
ような映像信号を発生できる撮像装置を容易に提供する
ことができなかった。

また、従来の撮像装置で使用されている撮像素子は、記
録の対象にされる光情報を光電変換して発生させた電気
信号が映像信号として送出された後に、被写体の新らた
な光学像と対応する映像信号が発生されうるような構成
のものであって、順次の被写体像と対応して発生された
電気信号を記憶しておく機能は撮像装置自体には有して
いなかったから、従来、撮像によって得た電気的な情報
信号を記録しておくことが必要とされる場合には、撮像
装置によって発生された映像信号を例えば磁気録画装置
を用いるなどして記録しておくようにされていたが、撮
像内容が記録されていることは種々の点で有益なために
、撮像装置自体に記憶機能を有するような装置の出現が
待望された。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、透明電極を有する光導電層部材と、移動可能
な電荷蓄積層部材と、電極と、前記した透明電極と電極
との間に電界を発生させる手段とによって構成されてい
る光−電荷変換部における透明電極側から前記した光−
電荷変換部の撮像面に撮像レンズにより被写体の光学像
を結像させて、前記した光−電荷変換部における電荷蓄
積層部材に被写体の光学像と対応している電荷像を形成
させる手段と、被写体の光学像と対応している電荷像が
形成されている電荷蓄積層部材における前記の電荷像の
形成部分を電荷像の読出し部まで移送させる手段と、電
荷像の読出し部において被写体の光学像と対応している
電荷像を読出して映像信号を発生させる手段とを備えて
なる撮像装置を提供するものである。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の撮像装置の具体的な
内容について詳細に説明する。第１図は本発明の撮像装
置の構成原理と動作原理とを説明するための斜視図であ
り、また、第２図と第３図とは本発明の撮像装置の実施
例の概略構成を示すブロック図である。

第１図において、Ｅｔは透明電極、Ｅは電極、ＰＣＬは
光導電体層部材、ＣＭＬは電荷蓄積層部材、Ｖｃは電源
であって、前記した各構成部分は光−電荷変換部ＰＣＣ
Ａを構成しており、前記の透明電極Ｅｔと電極Ｅ間に接
続されている電源ＶＣによって前記した透明電極Ｅｔと
電極Ｅとの間には所定の電界が発生されるようになされ
ている。

光−電荷変換部ＰＣＣＡはそれを適当な構成の暗箱に収
容して、光導電体層部材ＰＣＬに不要な外光が当らない
ようにする。

前記した光−電荷変換部ＰＣＣＡにおける透明電極Ｅｔ
は、撮像の対象にされるべき光情報の波長帯の光が透過
しうるような分光透過特性を有するような透明電極（例
えば、ＩＴＯ）として構成されており、また、前記した
光導電体層部材ＰＣＬとしてはそれの一方の端面に高精
細度の光学像が与えられた場合に、適当な強度の電界の
印加の下において、他方の端面に対して高精細度の電荷
像を発生させることができるような特性を有する光導電
体材料（例えば、アモルファス・シリコン）を用いて作
られたものが使用される。さらに、前記した電荷蓄積層
部材ＣＭＬとしては、それの表面に付着形成された電荷
像が長期間にわたりそのままのパターンで残留しうるよ
うな高い絶縁抵抗値を有する材料（例えば、シリコン樹
脂）で作られたものが使用される。

前記した電荷蓄積層部材ＣＭＬは、それの形状が円盤状
、テープ状、あるいはシート状等、任意の形状とするこ
とができるが、何れの場合であっても前記した電荷蓄積
層部材ＣＭＬは図中の矢印Ｘ方向に、予め定められた移
送の態様で移送されるようになされているのである。

前記した光−電荷変換部ＰＣＣＡの撮像面には。

光−電荷変換部ＰＣＣＡにおける透明電極Ｅｔの前方に
設けられている撮像レンズ１により被写体の光学像が結
像されるようになされており、前記の光−電荷変換部Ｐ
ＣＣＡは撮像レンズ１によって光−電荷変換部ＰＣＣＡ
における撮像面に結像された被写体の光学像と対応する
電荷像を電荷蓄積部材ＣＭＬに形成させる動作を行うも
のであるが、光−電荷変換部ＰＣＣＡにおける前記した
光学像から電荷像への変換動作は次のようにして行われ
る。

すなわち、撮像レンズ１を介して光−電荷変換部ＰＣＣ
Ａの透明電極Ｅｔ側に入射した光束が光−電荷変換部Ｐ
ＣＣＡにおける透明電極Ｅｔを透過して光導電体層部材
ＰＣＬに入射すると、光導電体層部材ＰＣＬの電気抵抗
値はそれに入射した光束の光量に応じて変化するから、
光電体層部材ＰＣＬの各部の電気抵抗値は被写体の各部
の光量と対応して変化している状態になる。

そして光−電荷変換部ＰＣＣ：Ａにおける透明電極Ｅｔ
と電極Ｅとの間には既述のように電源Ｖｃによって所定
の電圧が与えられているから、前記した光電体層部材Ｐ
ＣＬと対向するように設けられている電荷蓄積部材ＣＭ
Ｌには、光電体層部材ＰＣＬにおける電気抵抗値の変化
の状態と対応している電荷が付着されることになり、電
荷蓄積部材ＣＭＬには被写体の光学像と対応している電
荷像が形成されるのである。

光−電荷変換部ＰＣＣＡの光導電体層部材ｐｃＬに与え
られた被写体の光情報のような記録の対象にされる光情
報における各部の光量に対応した電荷量を有して電荷蓄
積層部材ＣＭＬの表面に付着した状態で生じる前記した
電荷像は、記録の対象にされる光情報が撮像レンズ１を
介して光導電体層部材ＰＣＬの全面に同時的に与えられ
た場合には、記録の対象にされる二次元的な光情報の全
体に対応する二次元的な電荷像の全体が同時的に生じ、
また、記録の対象にされる光情報が光導電体層部材ＰＣ
Ｌの全面に対して飛点走査機により順次に与えられた場
合には、記録の対象にされる光情報に対応する電荷像の
全体が順次に生じて行くことになるが、前記の何れの場
合であっても、記録の対象にされる光情報の全体と対応
する１つの完全な電荷像が光導電体層部材ＰＣＬの端面
に生じた状態になされた後に、必要に応じて電荷蓄積層
部材ＣＭＬの表面を前記した光導電体層部材ＰＣＬの面
から離隔させた状態にし、次いで、電荷蓄積層部材ＣＭ
Ｌの表面における記録の対象にされる光情報の全体と対
応する前記した１つの完全な電荷像２が付着されている
領域２が、前記した光導電体層部材ＰＣＬの端面に対向
しない状態となされる位置にまで移動させてから、次の
被写体の撮像動作が行われるようにされる。

前記のようにして、電荷蓄積層部材ＣＭＬの表面には完
全な１枚づつの電荷像２を順次に付着形成させることが
できる。そして、前記のように電荷蓄積層部材ＣＭＬの
表面に順次に付着された完全な１枚づつの電荷像２は、
光導電体層部材ＰＣＬに与えられた記録の対象にされる
光情報における各部の光量に対応した電荷量を有する電
荷像であるから、その電荷像は充分に高い解像度を有す
る光導電体層部材ＰＣＬと対応する高い精細度を有する
ものになっているから、それを高い分解能を有する読出
し手段によって読出すことにより、極めて高い精細度の
再生像を再現できるような映像信号を発生させることが
できる。

光−電荷変換部ＰＣＣＡにおいて被写体の光学像と対応
している電荷像が形成された電荷蓄積部材ＣＭＬは、電
荷蓄積層部材ＣＭＬにおける前記の電荷像２の形成部分
が電荷像の読出し部ＲＡまで移送され、電荷像の読出し
部ＲＡにおいて被写体の光学像と対応している電荷像２
を静電的な検出手段、あるいは光学的な検出手段、その
他の電荷検出手段によって検出することにより、高画質
・高解像度の再生画像を再生させることの可能な映像信
号を容易に発生させることができる。

本発明の撮像装置をカラー撮像装置として実施する場合
には、周知構成の３色分解光学系によって３原色に分解
された各原色像毎に、前記した第１図示の構成の撮像装
置によって撮像するようにすればよい、また、本態明の
実施に当って、光−電荷変換部ＰＣＣＡにおける光導電
層部材ＰＣＬの端面に対して微小な距離だけ離隔してい
るような態様で電荷蓄積層部材ＣＭＬの一方の面が対向
しているような態様で電荷蓄積層部材ＣＭＬを設けても
よく、その際には前記の電荷蓄積層部材ＣＭＬの面と光
導電層部材ＰＣＬの端面との間の放電によって、電荷蓄
積層部材ＣＭＬの面に被写体の光学像に対応している電
荷像が形成されるのである。

電荷蓄積層部材ＣＭＬにおける前記の電荷像２の形成部
分からの電荷量の読出しは、電荷像の読出し部ＲＡによ
って行われるが、第２図に示されている実施例では、電
荷像の読出し部ＲＡとして被写体の光学像と対応してい
る電荷像２を静電的に検出するように構成されているも
のを用いており、また、第３図に示されている実施例で
は、電荷像の読出し部ＲＡとして被写体の光学像と対応
している電荷像２を光学的に検出するように構成されて
いるものを用いている。

まず、第２図に示されている実施例における電荷像の読
出し部ＲＡについて説明する。第２図中において３は電
荷検出用の針電極、４はスイッチ、５は電界効果トラン
ジスタ、６は抵抗、７は検出々力端子であり、この第２
図中に示されている電荷像の読出し部ＲＡは、電荷蓄積
層部材ＣＭＬにおける電荷像２に接近して設けられてい
る電荷検出用の針電極３によって、電荷蓄積層部材ＣＭ
Ｌにおける電荷を静電誘導により高い分解能で検出し、
それを電界効果トランジスタ５のゲートに与え、電界効
果トランジスタ５のソースと接地間に接続されている抵
抗６の両端に現われる電圧を検出々力端子７に送出する
ように構成されている。

スイッチ４は電界効果トランジスタ５のリーク等により
ゲートに蓄積する不要な電荷を放電するためのリセット
用のスイッチであり、実施に際してはスイッチ４として
電界効果トランジスタなどのスイッチング素子が用いら
れる。

第２図には、電荷検出用の針電極３が単針のものとして
示されているが、実施に当っては電荷検出用の針電極と
して多数の針電極を並べて構成した多針電極が使用でき
る。そして電荷検出用の針電極として多針電極が用いら
れた場合には、電荷蓄積層部材ＣＭＬにおける電荷像の
電荷分布の検出のために単針の電荷検出用の針電極３を
使用した際に必要とされていた二次元的な機械的走査手
段が不要とされ、副走査方向だけの一次元的な機械的な
走査によって二次元的な電荷像の電荷の読出し動作を行
うことができる。

なお、多針電極を二次元的に配置したものを用いれば、
機械的な走査手段は不要となる。多数の針電極を微細に
形成することはＬＳＩプロセス技術の適用により容易に
実現できる。

次に、第３図に示されている実施例における電荷像の読
出し部ＲＡについて説明する。第３図中においてＥｒは
電荷蓄積層部材ＣＭＬにおける電荷像２が形成されてい
る面とは反対側の面に接触している電極であり、また、
前記した電荷蓄積層部材ＣＭＬを挟んで前記した電極Ｅ
ｒと対向する位置には電荷像読取りヘッドＲＨにおける
誘電体ミラーＤＭＬが位置されている。

前記した電荷像読取りヘッドＲＨは電荷像を光学像に変
換する素子であり、この電荷像読取りヘッド子ＲＨとし
ては、例えば、印加された電圧によって光の状態を変化
させつるような特性を示す光変調材層部材ＰＭＬ（例え
ば、電気光学効果を有するニオブ酸すチュウム、あるい
は電界散乱効果を示すネマチック液晶の層のような光変
調用の材料層）の一方の面に誘電体ミラーＤＭＬを設け
るとともに他方の面に透明電極Ｅｔｒを設けた構成態様
のものが使用できる。

そして、前記した電荷像読取りヘッドＲＨにおける前記
した誘電体ミラーＤＭＬの側に電荷パターンを与え、ま
た、光変調材層部材ＰＭＬにおける他方の面から光を入
射させると、その入射光が光変調材層部材ＰＭＬを通過
して誘電体ミラーＤＭＬにより反射し、その反射光が再
び光変調材層部材ＰＭＬを通過して、その光は入射した
側の光変調材層部材ＰＭＬの面から出射するが、その出
射光の光の状態（前記の例の場合には偏光面の角度）は
入射光の光の状態（前記の例の場合には偏光面の角度）
とは、前記した電荷像における電荷量と対応して変化し
たものになっている。

それで、例えばレーザ光源１０（またはハロゲンランプ
を用いた光源１０）から放射された光を偏光子１１に通
過させて直線偏光の光束としく前記の光源１０がレーザ
光源の場合には偏光子１１は使用しなくてもよい）でか
ら光偏向器１２に入射させる。

前記の光偏向器１２では、それに入射された光束をテレ
ビジョン機器におけるデイスプレィで描かせるラスタの
ように直交する２方向に偏向している状態のものとして
出射させる。

前記のような状態のものとして前記の光偏向器１２から
出射された光束は、入射光を平行光にして出射させるコ
リメータレンズ１３によって平行光となされて、その平
行光束がビームスプリッタ９に入射される。

ビームスプリッタ９に入射した光束はレンズ８で集光さ
れて電荷像読取りヘッドＲＨに入射される。前記した電
荷像読取りヘッドＲＨにおける誘電体ミラーＤＭＬ側に
は、記録情報を電荷像の形で記憶している電荷蓄積層部
材ＣＭＬにおける電荷像の形成面が対面しているから、
電荷像読取りヘッドＲＨにおける光変調材層部材ＰＭＬ
には前記した誘電体ミラーＤＭＬを介して電荷蓄積層部
材ＣＭＬにおける電荷像による電界が与えられる。

それで、電荷像読取りヘッドＲＨにおける透明電極Ｅｔ
ｒ側から光が入射すると、その入射光は光変調材層部材
ＰＭＬを通過して誘電体ミラーＤＭＬにより反射して再
び光変調材層部材ＰＭＬを通過し、その光が透明電極Ｅ
ｔｒの面から出射するが、前記した電荷像読取りヘッド
ＲＨからの出射光の光の状態（前記の例の場合には偏光
面の角度）は入射光の光の状態（前記の例の場合には偏
光面の角度）とは、前記した電荷蓄積層部材ＣＭＬにお
ける電荷像の電荷量と対応して変化しているものになっ
ている。

前記のように電荷像読取りヘッドＲＨからの出射光は、
電荷像読取りヘッドＲＨへの入射光が記録情報を電荷像
の形で記憶している電荷蓄積層部材ＣＭＬにおける電荷
像の電荷量に応じて偏光面の回転量が変化している状態
のもので、かつ、既述したコリメータレンズ１３によっ
て平行光の状態になっている。

それで、電荷像読取りヘッドＲＨからの前記した出射光
をレンズ８と光ビームスプリッタ９とを通過させてから
集光レンズ１４に入射させると、前記の集光レンズ１４
で集光された光束は常に同一の位置に集光する。

それで、前記した集光レンズ１４によって集光された光
を、光量調節用の波長板１５と、偏光面の回転量を明る
さの変化に変換するための検光子１６とを介して、前記
した集光レンズ１４の集光点の位置に光電変換器１７を
配置しておくと、前記の光電変換器１７からは電荷蓄積
層部材ＣＭＬにおける二次元的な電荷像の各部分の電荷
量に応じて振幅が変化している映像信号が得られる。

前記のように光電変換器１７から出力される映像信号は
、電荷蓄積層部材ＣＭＬにおける高い精細度を有する二
次元的な電荷像における電荷量分布と対応しているもの
になっている。それで、読出し光として、例えば直径が
１ミクロンのレーザ光束をレーザ光束を使用した場合に
は、１０００本７１　ｍ　ｍというような高い解像度と
対応する映像信号が発生できる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明の撮像装置は透明電極を有する光導電層部材と、移動
可能な電荷蓄積層部材と、電極と、前記した透明電極と
電極との間に電界を発生させる手段とによって構成され
ている光−電荷変換部における透明電極側から前記した
光−電荷変換部の撮像面に撮像レンズにより被写体の光
学像を結像させて、前記した光−電荷変換部における電
荷蓄積層部材に被写体の光学像と対応している電荷像を
形成させる手段と、被写体の光学像と対応している電荷
像が形成されている電荷蓄積層部材における前記の電荷
像の形成部分を電荷像の読出し部まで移送させる手段と
、電荷像の読出し部において被写体の光学像と対応して
いる電荷像を読出して映像信号を発生させる手段とを備
えてなるものであるから、この本発明の撮像装置では通
常の光学像の他に、文字、画形、パターン、コード化さ
れた光情報など、任意の光情報を撮像の対象とする光学
的な情報として撮像し記録することができるのであり、
また１本発明の撮像装置において電荷蓄積層部材の表面
に順次に付着形成させた完全な１枚づつの電荷像は、光
導電体層部材に与えられた記録の対象にされる光情報に
おける各部の光量に対応した電荷量を有する電荷像であ
るから。

その電荷量は充分に高い精細度を有する光導電体層部材
と対応する高い精細度を有するものとなっていて、前記
のように電荷蓄積層部材の表面に順次に付着された完全
な１枚づつの電荷像を１例えば静電的な読取り手段、あ
るいは光学的な読取り手段によって高画質・高解像度の
再生画像を再生させることの可能な映像信号を容易に発
生させることができるとともに、本発明の撮像装置にお
いては撮像の対象とされる光情報の撮像と同時に、その
光情報の記録が行われるのであり、本発明によれば既述
した従来の問題点は良好に解決できるのであり、また、
本発明は電子スチルカメラ、カメラ一体型の記録再生装
置にも良好に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置の構成原理と動作原理とを説
明するための斜視図、第２図ならびに第３図は本発明の
撮像装置の実施例のブロック図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明電極を有する光導電層部材と、移動可能な電荷蓄積
   層部材と、電極と、前記した透明電極と電極との間に電
   界を発生させる手段とによって構成されている光−電荷
   変換部における透明電極側から前記した光−電荷変換部
   の撮像面に撮像レンズにより被写体の光学像を結像させ
   て、前記した光−電荷変換部における電荷蓄積層部材に
   被写体の光学像と対応している電荷像を形成させる手段
   と、被写体の光学像と対応している電荷像が形成されて
   いる電荷蓄積層部材における前記の電荷像の形成部分を
   電荷像の読出し部まで移送させる手段と、電荷像の読出
   し部において被写体の光学像と対応している電荷像を読
   出して映像信号を発生させる手段とを備えてなる撮像装
   置