JPH04253484A - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば画像処理などに使
用される高解像度の撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学画像を電気信号に変換する手段とし
て半導体光電変換素子を集積した撮像素子例えばＣＣＤ
イメージセンサ（以下ＣＣＤセンサと称する）が広く利
用されている。

【０００３】ＣＣＤセンサを用いたカメラ装置は一般に
図４に示すように構成されている。この装置を説明する
と、まず、図示しない被写体の画像は光学レンズ１によ
りＣＣＤセンサ２の撮像面に結像される。ＣＣＤセンサ
の撮像面には図５に示すように光電変換素子の受光面（
以下画素と称する）１４が相互に直交する方向のｍ行ｎ
列に配列されている。個々の画素１４には画像に応じた
光量が与えられ、各画素１４に対応する光電変換素子は
その光量に応じた電気信号を発生する。この電気信号は
図４の制御回路３から出力される制御信号４により、１
行１列目から１行２列目、……１行ｎ列目、２行１列目
、……ｍ行ｎ列目まで順次出力されＣＣＤ出力信号５と
して出力される。更にこの信号５は信号回路６で増幅さ
れ、ビデオ出力信号７とされる。

【０００４】ところで図５に示したように画素１４は密
集しておらず、画素１４間には所定の間隔が設けられて
いる。一方、１の画素１４に結像された画像はその画素
内の総光量に応じた電気信号として出力されるため、そ
の画素内の画像が変化しても総光量の変化としてしか出
力信号には表われない。従ってＣＣＤセンサ２の解像度
は画素寸法と画素数により制限される。

【０００５】カラーカメラ装置では２板式あるいは３板
式と呼ばれる複数個のＣＣＤセンサを用いた空間画素ず
らし法という手段により水平方向の解像度を向上させた
製品が考案されている。以下にその原理を説明する。

【０００６】図６は３板式カメラの構成図である。この
図を説明すると、まず、光学レンズ１で集光された被写
体画像は色分解プリズム１０に導かれる。色分解プリズ
ム１０には短波長（青色系）の光を反射するダイクロイ
ック層１１ａと長波長（赤色系）の光を反射するダイク
ロイック層１１ｂが設けられている。両波長の中間波長
である緑色系の光は両ダイクロイック層１１ａ，１１ｂ
を透過するようになっている。このため青色用ＣＣＤセ
ンサ２ｅには青成分の光が、緑色用ＣＣＤセンサ２ｆに
は緑成分の光が、赤色用ＣＣＤセンサ２ｇには赤成分の
光が結像する。

【０００７】ここで緑色用ＣＣＤセンサ２ｆは、その撮
像面に対する画像の位置が青色用ＣＣＤセンサ２ｅおよ
び赤色用ＣＣＤセンサ２ｇの撮像面に対する画像の位置
よりも水平方向に画素間隔（隣接する２つの画素の中心
点間の距離、以下同じ）の２分の１ずらした状態となる
ように配置しておく。このようにすれば１の画像につい
ての各画素の配列は図７に示すようになる。すなわち、
青色用および赤色用の画素１４ｅの画素間を緑色用の画
素１４ｃが補間する形となる。

【０００８】制御回路３は制御信号４を出力し、ＣＣＤ
センサ２ｅ，２ｆ，２ｇを走査してＣＣＤ出力信号５ｅ
，５ｆ，５ｇを発生させる。ＣＣＤ出力信号５ｅおよび
５ｇは、図７に示す１行１列目、１行２列目、……１行
ｎ列目、２行１列目、……ｍ行ｎ列目の順序で配列され
た画素にそれぞれ対応する光量に応じた電気信号から成
る。またＣＣＤ出力信号５ｆは、図７に示す１行１´列
目、１行２´列目、……１行ｎ´列目、２行１´列目、
……ｍ行ｎ´列目の順序で配列された画素にそれぞれ対
応する光量に応じた電気信号から成る。ＣＣＤ出力信号
５ｅ，５ｆ，５ｇにおける各画素の信号の間隔は同じで
ある。遅延回路８はＣＣＤ出力信号５ｆを上記信号の間
隔の２分の１の時間（２分の１画素分の走査時間）遅延
させて出力する。

【０００９】ＣＣＤ出力信号５ｅ，５ｆ，５ｇと遅延回
路８で遅延させられたＣＣＤ出力信号５ｆを合成回路８
で合成し、信号回路６で増幅すると図７に示す１行１列
目、１行１´列目、１行２列目、１行２´列目、……２
行１列目、２行１´列目、……１行ｎ列目、１行ｎ´列
目、２行１列目、２行１´列目、……ｍ行ｎ列目、ｍ行
ｎ´列目の順序で配列された画素にそれぞれ対応する光
量に応じた電気信号から成るビデオ出力信号７が得られ
る。すなわち図４に示した装置と比較すると等価的に２
倍の解像度が得られる。

【００１０】ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式などの標準方式
では走査線数が規定されているため、垂直方向の画素数
は走査線数と同じで良く、この方向の画素の高密度化を
図る必要はない。しかし例えば画像処理等の分野では、
水平方向、垂直方向のいずれにおいても高解像度が要求
されている。

【００１１】前述のように解像度を上げるためには行方
向、列方向のいずれに対しても画素数を増やせば良い。 しかし、多画素のＣＣＤセンサは高集積化や微細加工等
の技術的問題や製造上の歩留りの低下等の理由により大
量に製造されず、かつ高価である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の高解像度の撮像
装置は高密度の画素から成る撮像素子が必要であった。 このような撮像素子の製造は技術的に困難であり、その
製品は高価となる。また空間画素ずらし法を用いても、
垂直方向の解像度が向上しないという欠点があった。

【００１３】本発明の目的は、その製造が容易で高解像
度を有する撮像装置を提供することである。 ［発明の構成］

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、光学レンズを
介して入射した光信号を撮像素子により光電変換を行な
い電気信号を得る撮像装置において、前記光学レンズを
透過した入射光線を異なる４方向に分岐させる光路分岐
手段と、この光路分岐手段により分岐した４本の光線に
よりそれぞれ同一の画像がその撮像面に形成されるよう
に配置された第１乃至第４の撮像素子を備え、前記第１
乃至第４の撮像素子はいずれもその撮像面において同じ
配置とされた複数の光電変換素子を有し、その配置は第
１の方向に行を形成し、これと直交する第２の方向に列
を形成するものであり、前記第２の撮像素子はその撮像
面における画像の位置が前記第１の撮像素子の撮像面に
おける画像の位置よりも前記第１の方向にずれた位置と
なるように配置され、前記第３の撮像素子はその撮像面
における画像の位置が前記第１の撮像素子の撮像面にお
ける画像の位置よりも前記第２の方向にずれた位置とな
るように配置され、前記第４の撮像素子はその撮像面に
おける画像の位置が前記第３の撮像素子の撮像面におけ
る画像の位置よりも前記第１の方向にずれた位置となる
ように配置されている構成となっている。

【００１５】

【作用】光学レンズを介して入射した光線は、光路分岐
手段により４本の光線に分岐し、それぞれの光線によっ
て同一の画像が第１乃至第４の撮像素子の画像面に形成
される。このとき実際の４個の撮像面は重ね合わせられ
ていないのであるが、１つの撮像素子の撮像面上に多数
の光電変換素子の受光面を密集させた状態と同じにする
ことができる。各光電変換素子から出力される電気信号
に対し所定の処理を行なえば高解像度の画像が得られる
。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明する
。

【００１７】図１は本発明による撮像装置の構成図であ
る。光路１５上には光学レンズ１と光路分岐プリズム１
２ａが設置されている。光路分岐プリズム１２ａは光学
レンズ１から与えられる光線を相互に直交する２方向に
分岐させ、それぞれの光線１５ａ，　　１５ｂを光路分
岐プリズム１２ｂ，１２ｃに与える。光路分岐プリズム
１２ｂ，１２ｃは与えられる光線を更に相互に直交する
方向に分岐させる。

【００１８】光路分岐プリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
には光路１５に対して４５°傾斜した金属膜によるハー
フミラーと呼ばれる半反射膜層１３が形成されている。 この半反射膜層１３により入射光は２方向に分かれる。 ここで光分岐プリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃには波長
依存性の少ない光学ガラス（例えばＢＫ−７）を用い、
半反射膜には同様に波長依存性の少ない金属膜（例えば
クロム膜）を用いる。

【００１９】光路分岐プリズム１２ｂにより分岐した光
線１５ｃ，１５ｄはそれぞれ撮像素子２ａ，２ｂの撮像
面に至るようにされ、光路分岐プリズム１２ｃにより分
岐した光線１５ｅ，１５ｆはそれぞれ撮像素子２ｃ，２
ｄの撮像面に至るようにされている。撮像素子２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄにはＣＣＤセンサを用いる。

【００２０】撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはいずれ
も、画素となる各受光面が同一の配置とされており、そ
の配置は図５に示したものと同様に１の方向にｍ行、こ
の方向と直交する方向にｎ列とされている。

【００２１】撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃは同一の画像を
形成させるために光路１５上において光学レンズ１から
の距離が同一となる位置に設けられ、かつ、光路１５に
対し相互にずれた状態に配置されている。同一の画像が
形成されるように各撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの
撮像面を仮に重ね合わせた場合における各撮像素子２ａ
，２ｂ，２ｃ，２ｄの画素の配置の概念図を図２に示す
。この図において撮像素子２ａの画素１４ａは行番号１
，２，…，ｍ、列番号１，２，…，ｎで示される位置に
あり、撮像素子２ｂの画素１４ｂは行番号１，２，…，
ｍ、列番号１´，２´，…，ｎ´で示される位置にあり
、撮像素子２ｃの画素１４ｃは行番号１´，２´，…，
ｍ´、列番号１，２，…，ｎで示される位置にあり、撮
像素子２ｄの画素１４ｄは行番号１´，２´，…，ｍ´
、列番号１´，２´，…，ｎ´で示される位置にある。 すなわち撮像素子２ｂの撮像面は撮像素子２ａの撮像面
に対し行方向へ画素間隔の２分の１ずれており、撮像素
子２ｃの撮像面は撮像素子２ａの撮像面に対し列方向へ
画素間隔の２分の１分ずれており、撮像素子２ｄの撮像
面は撮像素子２ｃの撮像面に対し行方向へ画素間隔の２
分の１ずれている。

【００２２】制御回路３は１水平走査周期毎に交互に制
御信号４ａ，４ｂを発生する。制御信号４ａは撮像素子
２ａ，２ｂに、制御信号４ｂは撮像素子２ｃ，２ｄに与
えられるようになっている。

【００２３】遅延回路８ａ，８ｂはそれぞれ撮像素子２
ｂ，２ｃの出力信号５ｂ，５ｄを２分の１画素水平走査
時間遅延させて出力するものである。

【００２４】合成回路９は撮像素子２ａ，２ｃの出力信
号５ａ，５ｃ、遅延回路８ａ，８ｂの出力を合成して信
号回路６に出力するものであり、信号回路６は与えられ
た信号を増幅するものである。

【００２５】次にこのように構成された装置の動作を説
明する。

【００２６】光学レンズ１を経た入射光は光路分岐プリ
ズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより４つに分岐し、それ
ぞれ撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに至り、それぞれ
の撮像面に同一の画像が形成される。

【００２７】制御回路３は撮像素子２ａ，２ｂに対し制
御信号４ａを、撮像素子２ｃ，２ｄに対し制御信号４ｂ
を、１水平走査周期毎、交互に出力する。まず制御信号
４ａが出力されると、撮像素子２ａは図２に示した画素
１４ａに対応する電気信号を１行１列目、１行２列目、
……１行ｎ列目の順序で出力する。同時に撮像素子２ｂ
は図２に示した画素１４ｂに対応する電気信号を１行１
´列目、１行２´列目、……１行ｎ´列目の順序で出力
する。この撮像素子２ｂの出力信号５ｂは遅延回路８ａ
によって２分の１画素水平走査時間遅延させられる。こ
の信号と撮像素子２ａの出力信号５ａは合成回路９で合
成され信号回路６で増幅される。こうして作成されたビ
デオ出力信号７は、図２における１行１列目の画素１４
ａ、１行１´列目の画素１４ｂ、１行２列目の画素１４
ａ、１行２´列目の画素１４ｂ、……１行ｎ列目の画素
１４ａ、１行ｎ´列目の画素１４ｂの順序であって、そ
れぞれの画素１４ａ，１４ｂに対応する電気信号から成
っている。

【００２８】次に制御信号４ｂが出力されると、撮像素
子２ｃ、撮像素子２ｄ、遅延回路８ｂ、合成回路９、信
号回路６はそれぞれ上記説明における撮像素子２ａ、撮
像素子２ｂ、遅延回路８ａ、合成回路９、信号回路６と
同様の動作を行ない、ビデオ出力信号７が得られる。こ
のときのビデオ出力信号７は、図２に示した１´行１列
目の画素１４ｃ、１´行１´列目の画素１４ｄ、１´行
２´列目の画素１４ｃ、１´行２´列目の画素１４ｄ、
……、１´行ｎ列目の画素１４ｃ、１´行ｎ´列目の画
素１４ｄの順序であって、それぞれの画素１４ｃ，１４
ｄに対応する電気信号から成っている。

【００２９】以下同様に制御信号４ａ，４ｂが交互に出
力されると、図２に示す２行目、２´行目、３行目、３
´行目…第ｍ行目、第ｍ´行目の画素が順次走査され、
それらの画素に対応した電気信号からなるビデオ出力信
号７が作成される。このビデオ出力信号７は、１の撮像
素子であって画素の密度が本実施例で用いた撮像素子２
ａ（２ｂ，２ｃ，２ｄのいずれでも良い）の画素の密度
の４倍のものから得られる信号と同じである。

【００３０】また、画像処理等の分野では全情報が必ら
ずしも同一の信号線から時系列的に得られる必要が無い
場合が多い。このような場合は、図３に示すように撮像
素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの出力信号５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄの処理回路を簡略化し、単に信号回路６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄで増幅し、その出力信号７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄをそれぞれの記憶回路に記憶させるようにして
も良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、撮像面における各光電
変換素子の間隔が大きい撮像素子を用いた高解像度を有
する撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】本発明の画素配列を示す概念図である。

【図３】本発明の一実施例の変形例の構成図である。

【図４】従来の単板式カメラの基本構成図である。

【図５】従来の単板式カメラの画素配列概念図である。

【図６】従来の３板式カメラの基本構成図である。

【図７】従来の３板式カメラの画素配列概念図である。

【符号の説明】

１　　光学レンズ ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ　　撮像素子 ３　　制御回路 ６　　信号回路 ８ａ，８ｂ　　遅延回路 ９　　合成回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光学レンズを介して入射した光信号を
   撮像素子により光電変換を行ない電気信号を得る撮像装
   置において、前記光学レンズを透過した入射光線を異な
   る４方向に分岐させる光路分岐手段と、この光路分岐手
   段により分岐した４本の光線によりそれぞれ同一の画像
   がその撮像面に形成されるように配置された第１乃至第
   ４の撮像素子を備え、前記第１乃至第４の撮像素子はい
   ずれもその撮像面において同じ配置とされた複数の光電
   変換素子を有し、その配置は第１の方向に行を形成し、
   これと直交する第２の方向に列を形成するものであり、
   前記第２の撮像素子はその撮像面における画像の位置が
   前記第１の撮像素子の撮像面における画像の位置よりも
   前記第１の方向にずれた位置となるように配置され、前
   記第３の撮像素子はその撮像面における画像の位置が前
   記第１の撮像素子の撮像面における画像の位置よりも前
   記第２の方向にずれた位置となるように配置され、前記
   第４の撮像素子はその撮像面における画像の位置が前記
   第３の撮像素子の撮像面における画像の位置よりも前記
   第１の方向にずれた位置となるように配置されているこ
   とを特徴とする撮像装置。