JPH03231589A - 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２次元固体撮像素子を用いた撮像装置に関し、
特にレンズ系と撮像素子の間に設けられた平行平板ガラ
スを微少回転して撮像素子の光電変換面上での被写体の
結像値１を２方向に変位せしめて高解像度を得る方式の
ものに間する。

［従来の技術］ ＣＣＤ等の２次元固体撮像素子を用いたビデオカメラ等
の撮像装置においては、近年水平及び垂直解像度の向上
が望まれている。特に静止物体を撮像する上で撮像素子
の画素数を増加させずに解像度を向上する方法としては
、例えば特開昭６４−６９１６０号公報に示されるよう
に固体撮像素子自体をその受光面の２次元の２方向に圧
電素子等を用いて変位させ、みかけ上の画素数を増加さ
せる方法がある。又、同様に解像度を向上させる方法と
して、例えば特開昭６３−２８４９７９号公報に示され
るように集光レンズと固体撮像素その間に光を透過させ
る平行平板を配置し、これを光軸に直角な２方向に変位
せしめ、固体撮像素子の受光面での結像位置を２方向に
変位せしめるものがある。更に実開昭６３−１６３０７
２号公報にはレンズと固体撮像素子の間に設けた透明に
近い平板を光軸に対してわずかに傾けておき、この平板
を光軸を中心として回転することにより、同様に受光面
での結像位置を移動する技術が示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記各従来の技術は、単に固体撮像素子の解像度を上昇
させるものであり、いずれもカラー信号作成上の配慮は
行われていない、すなわち、これらの従来技術は単板式
撮像装置に関するものであり、モノクロ信号として高解
像度が得られるに過ぎず、これをカラー化しようとすれ
ば、３原色毎に固体撮像素子を用いる３枚式とするか、
又は単板式で行う場合には、回転する３原色フィルタを
用いる等しなくてはならず構成が複雑で高価なものとな
るという問題があった。

従って本発明は単板式撮像装置であって簡単な構成で高
解像度のカラー撮像を行うことのできる撮像装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では固体撮像素子の光電
変換面に配されている色分解フ）・ルタアレイの３色の
ストライプ部分に対して平行平板ガラスのＹ軸を中心と
する微少回転により被写体像が順次移動し、３本の異な
る色ストライズ上を移動した後、平行平板ガラスのＹ軸
を中心とする微少回転を行い、更にＹ軸を中心とする微
少回転によって画素間補間を行うようして画像バッファ
メモリに一画面分の画素データを記憶し、その後画像バ
ッファメモリのデータを読み出して被写体像上における
サンプル位置に応じるよう再配置しつつ画像合成メモリ
に記憶するようにしている。

すなわち本発明によれば撮像レンズと、前記撮像レンズ
によって結像された被写体像の色分解を行うための色分
解フィルタアレイを有する光電変換用２次元固体撮像素
子と、前記撮像レンズと前記固体撮像素子の間にあって
前記撮像レンズの光軸にほぼ垂直に配された平行平板ガ
ラスと、互いに直交し、かつ前記光軸に直交するＹ軸及
びＹ軸を中心として前記平行平板ガラスを微少回転させ
るガラス駆動手段と、前記固体撮像素子における電荷の
蓄積と読みだし走査を制御する撮像素子駆動回路と５前
記固体撮像素子の出力信号に応答して色分離を行い３原
色信号を作る色分離回路と。

前記３原色信号に応答して所定の処理を行い、３原色の
カラービデオ信号を作るプロセス回路と、前記３原色カ
ラービデオ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバ
ータと、前記Ａ／Ｄコンバータにてデジタル化された３
原色カラービデオ信号の１画面に相当する画素データを
記憶する画素バッファメモリと、前記画像バッファメモ
リから読み出された個々の画素データを被写体像上にお
けるサンプル位置に応じるよう再配置しつつ記憶する画
像合成メモリと、前記ガラス駆動手段、前記撮像素子駆
動回路、前記色分離回路、前記プロセス回路、前記Ａ／
Ｄコンバータ、前記画素バッファメモリ及び前記画像合
成メモリの動作タイミングを制御する制御手段を有する
撮像装置が提供される。

［作用コ 本発明の撮像装置は上記構成となっているので、撮像レ
ンズと固体撮像素子の間に配された平行平板ガラスをＸ
、Ｙ軸をそれぞれ中心として微少回転することにより静
止物体の被写体像を固体撮像素子の光電変換面上の３本
の異なる色ストライプ上を次々と移動せしめると共に２
次元方向の画素補間をも行うようにしている。このよう
にして得られた撮像色データを一時的に画像バッファメ
モリに記憶し、次にこれを画像合成メモリに転送コピー
して元の被写体像のサンプル位置に対応したデータを得
ることができる。

［実施例コ 以下図面と共に本発明の撮像装置の実施例について説明
する。

第１図は本発明の撮像装置の１実施例を斜視図とブロッ
ク図にて模式的に示す図である。撮像レンズ１は図示し
ない取付部材にて図示しないフレームに取り付けられて
おり、その光軸ＯＡの後方にはＣＣＤ等からなる固体撮
像素子２が固定されている。この撮像素子２はその光電
変換面に光電変換画素が２次元配列されており、その前
面すなわち光入射面には、ＲＧＢの３原色の縦ストライ
プの色分離フィルタＦが設けられている。

撮像レンズ１と固体撮像素子２の間には光軸ＯＡに対し
てほぼ直角に平行平板ガラス５が配されている。この平
板ガラス５には、光軸ＯＡに直交し互いに直交する水平
及び垂直方向の２つの軸Ｘ。

Ｙを中心にこの平板ガラス５をわずかに回転させる２つ
の装ｆｆ６ａ、６ｂが設けられている。この平板ガラス
５を微少回転する２つの装置６ａ、６ｂとしてはステッ
プモータ等を用いることができ、ガラス駆動手段を構成
するものである。第１の微少回転装置６ａは水平軸Ｘを
中心として２つの角度位置の間で平板ガラス５を間欠的
に回転せしめるものであり、一方第２の微少回転装置６
ｂは垂直軸Ｙを中心として６つの角度位置に平板ガラス
５を順次間欠的に回転せしめるものである。

第３図は固体撮像素子２の受光面における受光素子の配
列を部分的に示す平面図である。受光素子の水平方向の
ピッチはＰＨで示され、垂直方向のピッチはＰＶで示さ
れている。被写体と撮像装置の相対位置関係は固定され
ているものとする。

第１の微少回転装置６ａによる平板ガラス５の微少回転
により、撮像素子５の受光面上の被写体像を、その受光
素子の垂直方向のピッチＰｖの半分だけ、垂直方向に上
または下に移動させる。また、第２の微少回転装置６ｂ
による平板ガラス５の微少回転により、受光素子の水平
方向のピッチＰＨの半分のピッチで、被写体像が水平に
、左または右に移動するようにしている。第３図に示す
ように、２次元固体撮像素子２の受光面には正方形で示
す各画素の受光素子が２次元配列されているわけだが、
装置を構成する半導体の構造や、受光面上に配される色
分解フィルタの１１１造により各受光素子は光の不感領
域により２次元的に隔てられている。なおＲ，Ｇ、Ｂで
示す３原色のストライブ状色フイルタアレイが水平方向
のピッチＰＨで取り付けられている。

次にこの固体撮像素子２からの出力信号の処理について
説明する。撮像素子２は撮像素子における電荷の蓄積と
読み出し走査を制御する撮像素子駆動回路３によって駆
動されていて、時分割多重化されたカラー画像信号が出
力される。このカラー画像信号は、続く色分離回路４ａ
においてサンプル・ホールドされ３原色同時信号に変換
され、さらにプロセス回路４ｂによって、種々の補正が
加えられた後に、モニタ装置８へ入力され：その画面上
にカラー画像として表示される。また、この３原色画像
信号は、Ａ／Ｄコンバータ９にも入力され、デジタル信
号に変換されたのちに、画像バッファメモリ１０に記憶
される。この画像バッファメモリ１０は、固体撮像素子
２の画素配列と比べて、水平方向は１／３の画素数で、
垂直方向は同じ画素数で構成された比較的小規模な画像
メモリである。この画像バッファメモリ１０に記憶され
た一画面のデータは、次の画面に書き換えられる前に、
次段の画像合成メモリ１１へ転送される。この画像合成
メモリ１１は、固体撮像素子２の画素配列に比べて、水
平及び垂直とも２倍の画素数で３色分のデータを記憶で
きる容量を持つ。

この画像合成メモリ１１に記憶された画像は、Ｄ／Ａコ
ンバータ１２を介して走査変換され高精細モニタ１３の
画面上に高い分解能を有するカラー画像として表示され
る。

第３図（ｂ）には、固体撮像素子２の表面の構成の上に
、被写体像中の１結像点の移動を時系列的に示しである
。まず、第１の微少回転装置６ａを働かせて、平板ガラ
ス５を水平軸Ｘを中心として一方に傾けであるとして、
そのとき、位置（１）にあった結像点の移動を順に追っ
て、この実施例の動作を説明する。

まず、位置（１）のときに、固体撮像素子２によって光
電変換された画像信号は、色分離回路４ａとプロセス回
路４ｂによって３原色ビデオ信号として出力され、モニ
タ８に与えられると共にＡ／Ｄコンバータ９によってデ
ジタル信号に変換されたのち、画像バッファメモリ１０
に書き込まれる。この様子を示したのが第４図である６
図中左側は固体撮像素子２における画素の一部を示し、
右側は画像バッファメモリ１０へのデータの記憶状況の
一部を示すものである。Ｒ，Ｇ、Ｈの各記号は３Ｍ色の
各信号であることを示し、右上の（）内の数字（ここで
はｎ）は第３図における被写体像の移動位置を示す（１
）〜（１２）であり、右下の数字は画素位置を示してい
る。

次に、画像バッファメモリ１０上に書き込まれた画像デ
ータは、固体撮像素子２上の被写体像の位置に対応させ
て、画像合成メモリ１１上にコピーされる。この様子を
示したのが第５図である。

図中左側は第４図の右側同様に画像バッファメモリ１０
に書き込まれたデータを示し、右側は画像合成メモリ１
１に転送コピーされたデータの配列状態を示している。

１画面分の画像が画像バッファメモリ１０に書き込まれ
た後で、平板ガラス５を第２の微少回転装置６ｂを駆動
して、左もしくは右に微少角度回転させ、第３図の（１
）の位置にあった結像点を（２）の位置に移動させる。

結像点が（２）の位置に停止した後で、固体撮像素子２
によってあらためて撮像した画像を、先程と同様に画像
パンツアメモリ１０上に取り込む。この様子は第６図の
左側に示される画像バッファメモリ１０へのデータの書
き込み状態によって示されている。すなわち、第４図や
第５図と異なり、ここではＲ，ＧＢの右上の数字が（２
）となっていて第３図における被写体像位置（２）のデ
ータであることを示している。ン欠に、そのＷＩ（９，
データを画像合成メモリ１１上に、被写体像上の位置に
対応してコピーする。この像の移動−画像の取り込み一
画像の合成というシーケンスを５回行なって、結像点が
第３図の（６）の位置にきたら、第１の微少回転装置６
ａを用いて、平板ガラス５を先程とは逆方向に回転させ
結像点を（７）の位置に移動させる。

そして、今度は、第２の微少回転装置６ｂを用いて、平
板ガラス５を垂直軸Ｙを中心として先程とは逆方向に回
転させ、（１）〜（６）の位置と同様なシーケンスで画
像の取り込み・合成を行ない、画像合成メモリ１１上、
周縁の数列・行の番地を除いて、全ての番地に画像デー
タの書き込みを完了させる。

以上示した一連の動作により、固体ｔ＃Ｉ像素子２の画
素数の水平・垂直それぞれ２倍の画素数を有するカラー
逼像装置を実現することができる。

第２０は第１図中の電気回路部分をより詳しく示したも
のである。第１図におけるｆＩ１１御装置１４は各部の
動イヤ°タイミングを制御する制御手段であり、第２［
Ｋに示されるようにＣＰＵ、ＲＡＭＲＯＭ等からなる制
御回路１５と、同期信号発生回路１６と２つのアドレス
コントローラ１７１８からなっている。制御回路１５の
ＣＰＵは第７図のフローチャートに従って動作する。第
７図（ａ）は画像の取り込みのフローを示すものであり
、第７図（ｂ）は画像データの転送のフローを示すもの
である。

第７図（ａ）においてステップ２０にて第１及び第２の
微少回転装置６ａ、６ｂの位置が初期化される。次にス
テップ２２にて第３図中の結像位置（１）〜（１２）を
代表する数値ｎを１とし、次のステップ２４にて固体撮
像素子２での蓄積と読み出しが開始される８次のステッ
プ２６は前述のＡ／Ｄ変換と画像バッファメモリ１０へ
の書き込み制御であり、ステップ２８は画像データの画
像合成メモリ１１への転送である１次のステップ３０に
てｎが１２となったか否か、すなわち、すべての結像位
置について画像を取り込んだか否か判断される０判断結
果がＮｏであればステップ３４にてｎを１つインクリメ
ントし、次にｎがいくつかを判断しくステップ図示省略
）ステップ３６３８．３９のいずれかにて第１または第
２の微少回転装置６ａ、６ｂを＋１ステツプ又は−１ス
テツプだけ回転させ、ステップ２４／＼戻る。ステップ
３０の判断がＹＥＳとなるとステップ３２にて初期位置
へ戻る。

次に第７図（ｂ）は第７図（ａ）のステップ２８を詳し
く示すもので、ステップ４ｏにて画像バッファメモリ１
０の列アドレス２ｊが１に初期イヒされる０次にステッ
プ４２で画像合成メモリ１１のアドレス設定が行われ、
次のステップ４４と４６で上記初期化とアドレス設定が
行アドレスに対して行われる１次にステンプ４８で画ｆ
Ｍデータの転送が行われ、次のステップ５０．５２．５
４．５６にてｊｌｆｆ次行と列のインクリメントを経て
全行。

前列データの転送を終了する。

なお上記実施例では画像バッファメモリと画１憤合成メ
モリは別個に設けられているが、容量の大きな単一のメ
モリをこれらに共用することができることは言うまでも
ない。

［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
の撮像装置は被写体が静止物体の場合には単板式であり
ながら、簡単な構成で見がけ上の画素数を増加させて高
解像度のカラー信号を得ることができるものである。ま
た受光面に色分解フィルタを装着した２次元の固体撮像
素子を用いることで、撮像したカラー画像を常時、モニ
タの画面上で確認できるなめ、被写体の取り込み範囲や
、明るさ、また、信号処理回路などの調整が容易である
。また、被写体像の微少移動を停止すれば、動く被写体
を撮像することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置の１実施ρ１を斜視図とブロ
ック図にて示した図、第２図は第１図中の電気回路をよ
り詳しく示した図、第３図は第１図中の固体撮像素子上
の被写体像の動きを示す平面図、第４図乃至第６図は固
体撮像素子にて光電変換された画素データの処理方法を
説明する図、第７図は第１図及び第２図の制御回路中の
ＣＰ　［Ｊの動作を示すフローチャートである。 １・・・撮像レンズ、２・・固体撮像素子、３・・・撮
像素子駆動回路、４ａ・・・色分離回路、４ｂ・・プロ
セス回路、５・・・平行平板ガラス、６ａ・・・第１の
微少回転装置、６ｂ・・・第２の微少回転装置、７・・
・タイミングコントローラ、８・・・モニタ、９・・・
Ａ／Ｄコンバータ、１０・・・画像バッファメモリ、１
１・・画像合成メモリ、１２・・Ｄ／Ａコンバータ、１
３・・・高解像度モニタ、１４・・・制御手段。 発明者　金　　１）　禎　　史

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像レンズと、前記撮像レンズによって結像され
   た被写体像の色分解を行うための色分解フィルタアレイ
   を有する光電変換用２次元固体撮像素子と、前記撮像レ
   ンズと前記固体撮像素子の間にあって前記撮像レンズの
   光軸にほぼ垂直に配された平行平板ガラスと、互いに直
   交し、かつ前記光軸に直交するＸ軸及びＹ軸を中心とし
   て前記平行平板ガラスを微少回転させるガラス駆動手段
   と、前記固体撮像素子における電荷の蓄積と読み出し走
   査を制御する撮像素子駆動回路と、前記固体撮像素子の
   出力信号に応答して色分離を行い３原色信号を作る色分
   離回路と、前記３原色信号に応答して所定の処理を行い
   、３原色のカラービデオ信号を作るプロセス回路と、前
   記３原色カラービデオ信号をデジタル信号に変換するＡ
   ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータにてデジタル
   化された３原色カラービデオ信号の１画面に相当する画
   素データを記憶する画像バッファメモリと、前記画像バ
   ッファメモリから読み出された個々の画素データを被写
   体像上におけるサンプル位置に応じるよう再配置しつつ
   記憶する画像合成メモリと、前記ガラス駆動手段、前記
   撮像素子駆動回路、前記色分離回路、前記プロセス回路
   、前記Ａ／Ｄコンバータ、前記画像バッファメモリ及び
   前記画像合成メモリの動作タイミングを制御する制御手
   段を有する撮像装置。