JPH0252580A - イメージシフト型撮像素子 - 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、テレビ（ＴＶ）カメラやイメージスキャナ等
で用いられている固体撮像素子による撮像において、イ
メージセンサ上で被写体像を画素ピッチの２以上の整数
分の１ずつシフトさせることにより高解像度の画像を撮
像する技術に関するものである。

〔従来技術〕

固体撮像素子は、小型で低゛消費電力等の特徴を有する
ことから、ＴＶカメラやイメージスキャナ等に広く用い
られている。しかし、現在、実用化されている４０万画
素の撮影素子の解像度は、撮像管に比べるとかなり低く
、このため高解像度化が望まれている。最近では、高解
像度テレビジョン（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　
Ｔｅ１ｅｖｉｓｉｏｎ）用に２００万画素の固体撮像素
子も開発されつつあるが。

これでも印刷用原稿等の入力用として用いるには未だ解
像度が不十分であり、さらに高解像度化が求められてい
る。

従来は、前述のように、画素数の増加による高解像度化
が試みられてきたが１画素数の増加にはチップサイズの
拡大は、製造歩留まりを低下させ、コスト増加につなが
るため、専ら画素面積の縮小による高解像度化が試みら
れてきた。

しかし、前記の従来技術では、画素面積を縮小すると、
信号が小さくなりＳ／Ｎが劣下する。このＳ／Ｎの低下
を考慮した場合、前記２００万の画素数はもはや限界に
近く、現状ではさらに画素数を増加させ解像度を向上す
ることは困難となっている。

前記高解像度化における限界を克服するため、画素数を
増加することなく解像度を向上する方法が提案されてい
る。

この方法は、被写体と画素の相対的な位置関係を画素ピ
ッチの１７２だけフィールド毎に時間的に変化させるこ
とにより、空間サンプリング領域を増加し、画素数を増
すことなく解像度を高める方法（以下、イメージシフト
法とよぶ）である。

イメージシフト法を実現する方法として、これまでに２
つの方法が提案されている。

その１つの方法は、文献テレビジョン学会技術報告、Ｅ
Ｄ７３６、（１９８６）に記載されているようにイメー
ジセンサを圧電素子の上に装着して１７２画素ピッチの
振幅で、フィールド毎に１方向に振動させる方法である
。

第２の方法は、文献ＳＩＤ　’８３　Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　（１９８３）に記載されているよう
に、イメージセンサの前面に置いた薄いガラス板を微小
な角度で振り、被写体像にイメージセンサの前面に置い
た薄いガラス板を微小な角度で振動させる方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記第１の方法では、イメージセンサに
周期数十ｍ５ｅｃという高速な機械的振動を連続的に加
えるため、素子の長期信頼性が低下するという問題があ
った。また、イメージセンサの駆動系とこれと同期した
圧電素子の駆動系が必要となり、ｆｔＷ造が複雑となっ
ている６さらに、イメージシフトの方向が１方向である
ため、水平方向あるいは垂直方向のいずれか１方向の解
像度しか高めることができないという問題もあった。

第２の方法では、イメージセンサの前面に置いた薄いガ
ラス板を微小な角度で振り、被写体像にイメージセンサ
の前面に置いた薄いガラス板を微小な角度で振動させる
ために、複雑な機械系が必要となるほか、高速な振動が
困難であり、撮像に要する時間が長くなるという問題が
あった。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。

本発明の目的は、イメージシフト型撮像素子を簡単な構
造にし、かつ低コストで製作可能なイメージシフト型撮
像素子を提供することにある。

本発明の他の目的は、イメージシフト型撮像素子におい
て、信頼性を向上することができる技術を提供すること
にある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、イメージセンサ
上で被検体像と画素の相対的位置関係を時間的に変化さ
せるイメージシフト動作により解像度を倍増するイメー
ジシフト型撮像素子において、光学系の途中に、偏光方
向が１方向の光のみを通過させる偏光子と、電圧の印加
又は遮断により透過光の偏光方向を回転できる液晶セル
と、入射する光の偏光方向によって透過光が入射光の延
長線上からずれを生じさせる水晶板を設け、前記液晶セ
ルの両端に電圧を印加又は遮断する手段を設けたことを
最も主要な特徴とする。

〔作用〕

前述の手段によれば、水晶板では複屈折効果のため、偏
光方向が特定の方向を向いている場合、透過光線が入射
光線の延長線上からずれる。また、このずれが生じる偏
光方向の光と偏光方向が９０（度）異なる場合は、ずれ
がなく透過光線は入射光線の延長線上を進む。本発明で
は、このように水晶板の複屈折効果と、さらに液晶を通
過後の光の偏光方向は、液晶中の電界の有無に依存する
という２つの物理現象を利用してイメージシフトを実現
する。

すなわち、被写体からの光をレンズのつぎに偏光子に入
射させ、特定の偏光方向の光のみを通過させる。この偏
光方向は、続いて通過させる液晶セルに電圧が印加され
ていないときに、液晶セルを通過することにより偏光方
向が９０”旋回できる方向としておく。偏光子と液晶セ
ルに電圧を印加した場合と、印加しない場合で、偏光方
向が９０°異なる光を水晶板へ入射させることができる
。

偏光方向が９０°異なる２種類の光を用いれば。

前述の水晶板の複屈折効果により２種類の光の間で水晶
板透過後の光路に差異が生じる。このため、イメージセ
ンサ上で結像する被写体像の位置が異なる。

すなわち、本発明のイメージシフト型撮像素子では、液
晶セルの両端の電圧をオン（ＯＮ）又はオフ（○ＦＦ）
Ｌ、、水晶板に入射する光の偏光方向を９０’変化させ
ることにより、水晶板通過後の光路を平行移動させ、イ
メージシフトを行う。

このように、本発明のイメージシフト型撮像素子では、
イメージシフトを電気的に行えるため、振動機構を用い
て機械的にイメージシフトを行う従来のイメージシフト
型撮像素子に比べて構造が簡単であり、このため製作が
容易となり製作費が安くなる。また、可動部がないこと
から信頼性を向上することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例のイメージシフト型撮像素
子の概略構成を説明するためのブロック図である。

第１図において、１は被写体、２はレンズ系、３は偏光
子、４は液晶セル、５は水晶板、６はイメージセンサ、
７は被写体１のある１点から発した光が水晶板へ入射す
るまでの光路、７１．７２は水晶板通過後の光路である
。

前記イメージセンサ６は、例えば１画素数４０万１画素
ピッチ１４μｍのインターライン方式の電荷結合素子（
ＣＣＤ）センサを使用する。

液晶セル４とレンズ系２の間に設置した偏光子３は、偏
光方向が第１図に示すＸ方向の光のみ通過させるように
配置する。

液晶セル４は、例えば、ねじれネマティック型液晶を使
用する。水晶板５は１例えば、光学軸は研磨面のなす角
（方向角）が４５°　（度）のものを使用し、水晶板５
の厚さを例えば１．２ｍｍとする。この水晶板５では、
入射光の偏光方向の違いによる透過光の光路差は７μｍ
となり、本実施例で使用したイメージセンサの画素ピッ
チのちょうど１／２になっている。

また、前記水晶板５は、第１図におけるＸ方向に偏光さ
れた光が光路を変えることなく通過し、その偏光方向が
Ｙ方向の光を通過させた後に光路がシフトするように配
置している。

本実施例のイメージシフト型撮像素子は、従来のイメー
ジシフト型撮像素子と同様に２つのフィールドで１フレ
ームを構成し、各フィールド毎に被写体像をシフトさせ
る方式を採用している。

次に、本実施例のイメージシフト型撮像素子において、
各フィールド毎に被写体像をシフトさせる方法を第１図
に従って説明する。

まず、第１フイールドの最初に、液晶セル４に所定の電
圧が印加される。電圧印加により液晶の分子長軸は、電
界方向（Ｚ方向）に配列するため、入射した光は、偏光
方向を変えることなく通過する。

すなわち、偏光子３により偏光方向がＸ方向となってい
る光は、液晶セル４を通過した後も偏光方向は、Ｘ方向
のままである（第１図で偏光方向を点線で示す）。この
偏光方向がＸ方向となっている光は、液晶セル４を通過
した後、水晶板５を通過するが、前記のように偏光方向
がＸ方向の光は、水晶板４の通過前後において、光路の
ずれはなく、第１図に光路７１で示されるように直進し
てイメージセンサ６に達する。このフィールドでは、上
述のように直進してイメージセンサ６に達した光による
被写体像を撮像する。

次に、第２フイールドが開始されると、液晶セル４への
印加電圧をＯｖとし、液晶中の電界を無くす。この結果
、液晶分子は、長軸が９０°ねじれたツイスト配列とな
り、液晶セル４を通過する光の偏光方向は９０°変化す
る。すなわち、通過した光の偏光方向はＹ方向となる（
第１図で実線で示す）。液晶セル４を通過した後、水晶
板５を通過するが、前記のように偏光方向がＹ方向の光
は、水晶板５の通過前後において、光路が７μｍずれる
。このため、イメージセンサ６上で結像する被写体像の
位置は、第１フイールドに比ベアμｍずれている。すな
わち、第２フイールドでは第１フイールドに比べ画素ピ
ッチの１７２だけずれた被写体像を撮像する。前記２つ
のフィールドの撮像により１フレ一ム分の撮像が終了す
る。

第２図は、フィールド毎に被写体像がイメージセンサ上
でシフトする様子を示したものである。

第２図において、８は画素、９は感光部、１０は第１フ
イールドでの被写体像、１１は第２フイールドでの被写
体像を示す。

第２図に示すように、第１フイールドと第２フイールド
では被写体像の位置が画素ピッチの１／２だけ水平方向
にシフトしている。このように、フィールド毎に画素ピ
ッチの１／２だけずれた被写体像を撮像することができ
、イメージシフト型撮像素子が実現できる。

以上の説明かられかるように、本実施例のイメージシフ
ト型撮像素子では、イメージシフトを電気的に行ってお
り、複雑な機構系を必要とする可動部がないことから構
造が簡単となっている。

このため製作が容易となり製作費が安くなる。

また、可動部がないことから信頼性が高められるという
効果もある。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

例えば、前記実施例ではイメージセンサ６上で被写体像
を水平方向にシフトさせて水平解像度を倍増させたが、
水晶板５を光学系の光軸を回転軸として９０°回転させ
た位置で使用すると、被写体像がシフトする方向は上下
方向となり、この場合は垂直解像度を倍増することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、イメージシフ
トを電気的に行えるため、振動機構を用いて機械的にイ
メージシフトを行う従来のイメージシフト型撮像素子に
比べて構造が簡単であり、このため製作が容易となり製
作費が安くなる。また、可動部がないことから信頼性を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のイメージシフト型撮像素
子の概略構成を説明するためのブロック図、 第２図は、第１図に示すイメージセンサ上で被写体像が
シフトする様子を示す模式図である６図中、１・・・被
写体、２・・・レンズ系、３・・・偏光子。 ４・・・液晶セル、５・・・水晶板、６・・・イメージ
センサ、７．７１．７２・・・被写体からイメージセン
サまでの光路、８・・・画素、９・・・感光部、ｉｏ、
　ｔｔ・・・被写体像。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イメージセンサ上で被検体像と画素の相対的位置
   関係を時間的に変化させるイメージシフト動作により解
   像度を倍増するイメージシフト型撮像素子において、光
   学系の途中に、偏光方向が１方向の光のみを通過させる
   偏光子と、電圧の印加又は遮断により透過光の偏光方向
   を回転できる液晶セルと、入射する光の偏光方向によっ
   て透過光が入射光の延長線上からずれを生じさせる水晶
   板を設け、前記液晶セルの両端に電圧を印加又は遮断す
   る手段を設けたことを特徴とするイメージシフト型撮像
   素子。