JPH0548979A

JPH0548979A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0548979A
Application number: JP3223740A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Adachi; 満則足達
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】１軸の微小移動装置を用いて、単画素の数を
増やすことなく高解像度の画像を高速に読み取ることが
できる撮像装置を得ることを目的とする。【構成】２次元撮像素子が有する複数の単画素の水平
方向の間隔より短い範囲内で、光分岐素子に分岐された
各光の光軸に対して相対的に水平方向にずれるように複
数の２次元撮像素子を設置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高解像度で高速読み
取りができる撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は例えば特開昭５８−６４８７５号
公報に示された従来の撮像装置を示す構成図であり、図
において、１は被写体、２は被写体１の像を現す光を結
像するレンズ、３はレンズ２に結像された光、４は所定
の間隔をもって複数の単画素が配列され、レンズ２に結
像された光３を電気信号に変換する２次元撮像素子、５
は２次元撮像素子４における各単画素の水平・鉛直方向
（Ｘ軸・Ｙ軸方向）の間隔（画素ピッチ）より短い範囲
内でその２次元撮像素子４を移動させるＸ・Ｙ微小移動
装置、６は２次元撮像素子４に変換された電気信号を記
憶するフレームメモリ（画像メモリ）、７はＸ・Ｙ微小
移動装置５の移動を制御するとともに、フレームメモリ
６が記憶する電気信号のメモリアドレス（記憶位置）を
制御することにより、被写体１の像を画像情報としてフ
レームメモリ６上に構築する同期装置、８は同期装置７
に構築されたフレームメモリ６上の画像情報を表示する
ＣＲＴ（表示装置）である。

【０００３】次に動作について説明する。

【０００４】まず、図７を用いて従来例の原理について
説明する。図７は２次元撮像素子４を構成する単画素の
配列状態を例示的に示すものであり、○印の位置に単画
素がそれぞれ配置されている。従って、この場合の解像
度は、Ｘ軸方向に３、Ｙ軸方向に２であるが、×印の位
置にある情報をも得ようとする場合には、２次元撮像素
子４は、２４個（６×４個）の単画素が必要となるた
め、従来例では、２次元撮像素子４を画像（フレーム）
毎に画素ピッチ以下の所定距離をＸ軸・Ｙ軸方向に移動
させて×印の位置にある情報、すなわち、単画素間情報
を得るようにすることによって、６個の単画素からなる
２次元撮像素子４を用いて、２４個の単画素からなる２
次元撮像素子と実質的に同等の解像度が得られるように
していた。

【０００５】次に、上記のごとく、解像度をＸ軸方向及
びＹ軸方向とも２倍にする場合を例にとり図６，図７お
よび図８を参照しながら説明する。まず、被写体１の像
をレンズ２により、２次元撮像素子４上に結像させる。
この結像面を１フレームで走査するわけであるが、図８
に示すように、動作開始時の時刻Ｔ₀から時刻Ｔ₁にお
いては、同期装置７からＸ・Ｙ微小移動装置５に対し
て、電圧Ｖｈ，Ｖｖを印加していないのでＸ・Ｙ微小移
動装置５は移動しない。従って、２次元撮像素子４にお
けるＸ，Ｙ軸上の○印の位置即ち、（１，１），（３，
１），（５，１）・・・において、同期装置７からの信
号Φｈ，Φｖに、２次元撮像素子４とフレームメモリ６
が同期して１フレームの走査が行われる。このように、
同期させる理由は、各単画素に対応するフレームメモリ
６のメモリアドレスに各単画素の画像情報（２次元撮像
素子４に変換された電気信号）を記憶させるためであ
る。

【０００６】次に、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₂においては、
同期装置７より、図８に示す様に、Ｘ・Ｙ微小移動装置
５に対して電圧Ｖｈを印加しているので、Ｘ・Ｙ微小移
動装置５は２次元撮像素子４をＸ，Ｙ軸上の○の右側の
位置、即ち（２，１），（４，１），（６，１）・・・
を走査する位置に移動させる。そして、かかる位置にお
いて、上記と同様にΦｈ，Φｖに同期して１フレームの
走査が行われ、素子間情報である×印の画素値が得られ
る。

【０００７】次いで、時刻Ｔ₂から時刻Ｔ₃において
は、同期装置７より、図８に示す様に、Ｘ・Ｙ微小移動
装置５に対して、電圧Ｖｈ，Ｖｖを印加しているので、
Ｘ・Ｙ微小移動装置５は２次元撮像素子４をＸ，Ｙ軸上
の○印の右下の位置、即ち（２，２），（４，２），
（６，２）・・・を走査する位置に移動させる。そし
て、かかる位置において、上記と同様にΦｈ，Φｖに同
期して１フレームの走査が行われ、素子間情報である×
印の画素値が得られる。

【０００８】さらに、時刻Ｔ₃から時刻Ｔ₄において
は、同期装置７より、図８に示す様にＸ・Ｙ微小移動装
置５に対して電圧Ｖｖを継続して印加し、電圧Ｖｈの印
加を解除するため、Ｘ・Ｙ微小移動装置５は２次元撮像
素子４をＸ，Ｙ軸の○印の下の位置、即ち（１，２），
（３，２），（５，２）・・・を走査する位置に移動さ
せる。そして、かかる位置において、上記と同様にΦ
ｈ，Φｒに同期して１フレームの走査が行われ、素子間
情報である×印の画素値が得られる。

【０００９】最後に、時間Ｔ₄において、Ｘ・Ｙ微小移
動装置５に印加していた電圧Ｖｖも図８に示す様に取り
去ると、Ｘ・Ｙ微小移動装置５は２次元撮像素子４を初
期状態、すなわちＸ，Ｙ軸上の○印の位置、即ち（１，
１），（３，１），（５，１）・・・の位置に戻り、動
作を完了する。

【００１０】このようにして、２次元撮像素子４より取
り出された情報は順次４回次段のフレームメモリ８に一
旦記憶された後、ＣＲＴ８に読みだされて一つの画像と
して表示される。従って、ＣＲＴ８からは、２次元撮像
素子４がもつ固有の解像度より、Ｘ軸・Ｙ軸方向とも２
倍の高解像度の画像を得ることができる。以上従来例で
解像度を２倍にする場合を説明したが、解像度をＮ（Ｘ
軸方向）×Ｍ（Ｙ軸方向）倍にする場合は、上記と同様
にＸ軸方向にＮ回、Ｙ軸方向にＭ回画素ピッチ以下の移
動を繰り返すことにより対応している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の撮像装置は以上
のように構成されているので、単画素の数を増やさずに
Ｘ軸・Ｙ軸方向の解像度を高くするためには、Ｘ軸及び
Ｙ軸方向に２次元撮像素子を移動させなければならない
ため、画像の読み取り時間が長くなり、また、Ｘ軸，Ｙ
軸の２軸の微小移動装置が必要となるためコストが高く
なるなどの問題点があった。

【００１２】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、１軸の微小移動装置を用いて、
単画素の数を増やすことなく高解像度の画像を高速に読
み取ることができる撮像装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る撮像装置
は、レンズにより結像された被写体の像を現す光を分岐
する光分岐素子と、所定の間隔をもって２次元配列され
た複数の単画素を有し、その複数の単画素の水平方向の
間隔より短い範囲内で、該光分岐素子に分岐された各光
の光軸に対して相対的に水平方向にずれるようにそれぞ
れ設置され、その各光を電気信号に変換する複数の２次
元撮像素子を設け、同期装置にて、その２次元撮像素子
を鉛直方向に移動させる微小移動装置の移動を制御する
とともに、画像メモリが記憶する電気信号の記憶位置を
制御することにより、被写体の像を画像情報としてその
画像メモリ上に構築するものである。

【００１４】

【作用】この発明における撮像装置は、２次元撮像素子
が有する単画素の水平方向の間隔より短い範囲内で、光
分岐素子に分岐された各光の光軸に対して水平方向にず
れるように複数の２次元撮像素子を設置したことによ
り、微小移動装置がその２次元撮像素子を水平方向に移
動させなくとも水平解像度が高められる。

【００１５】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１はこの発明の一実施例による撮像
装置を示す構成図であり、図において、従来のものと同
一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。

【００１６】９はレンズ２により結像された被写体１の
像を現す光３を分岐するプリズム（光分岐装置）、１
０，１１は所定の間隔をもって２次元配列された複数の
単画素を有し（図４参照）、その複数の単画素のＸ軸方
向の間隔より短い範囲内で、プリズム９に分岐された各
光３ａ，３ｂの光軸に対して相対的にＸ軸方向にずれる
ようにそれぞれ設置（Ｘ軸方向に１／２画素ピッチ間隔
ずれるように設置、図３参照）され、その各光３ａ，３
ｂを電気信号に変換する２次元撮像素子、１２は２次元
撮像素子１０，１１における各単画素のＹ軸方向の間隔
より短い範囲内（１／２画素ピッチ間隔）でその２次元
撮像素子１０，１１をＹ軸方向に移動させる微小移動装
置、１３は微小移動装置１２の移動を制御するととも
に、フレームメモリ６が記憶する電気信号のメモリアド
レスを制御することにより、被写体１の像を画像情報と
してフレームメモリ６上に構築する同期装置である。

【００１７】次に動作について説明する。

【００１８】まず、図４を用いて本発明の原理を説明す
る。図４は２次元撮像素子１０，１１を構築する単画素
の配列状態を例示的に示すものであり、○印の位置に２
次元撮像素子１０の単画素が配置されている。従ってこ
の○印のみの場合の解像度は×軸方向に３、Ｙ軸方向に
２であるが、●印と□印と■印の位置にある情報をも得
ようとする場合には、２次元撮像素子１０は２４個の単
画素が必要となるため、この発明では、図３のように、
Ｘ軸方向には光軸に対して相対的に１／２画素ピッチず
らした２次元撮像素子を２個用いることにより、Ｘ軸方
向の解像度を６としている。一方、Ｙ軸方向には２次元
撮像素子１０，１１をＹ軸方向に１／２画素ピッチ移動
させて、□印と■印の位置にある情報すなわち素子間情
報をも得るようにしている。従って、この発明では６個
の単画素からなる２次元撮像素子１０，１１を用いて実
質的に２４個の単画素からなる２次元撮像素子と同等の
解像度が得られるようにしている。以上の原理と図１の
関係は、例えば○印は図１の２次元撮像素子１０の単画
素に、●印は２次元撮像素子１１の単画素に相当する。

【００１９】次に解像度をＸ軸、Ｙ軸方向共２倍とする
場合を例にとり、図１を参照しながら説明する。まず、
被写体１の像をレンズ２によりプリズム９を通して２次
元撮像素子１０，１１上に結像させる。この結像面を１
フレームで走査するわけであるが、図５に示すように、
動作開始時の時刻Ｔ₀から時間Ｔ₁においては、同期装
置１３から微小移動装置１２に対して電圧Ｖｖを印加し
ていないので、微小移動装置１２は移動しない。従っ
て、２次元撮像素子１０は図４のＸ，Ｙ軸上の○印の位
置、即ち（１，１），（３，１），（５，１）・・・に
おいて、２次元撮像素子１１はＸ，Ｙ軸上の●印の位
置、即ち（２，１），（４，１），（６，１）・・・に
おいて、同期装置１３からの信号Φｈ，Φｖに２次元撮
像素子１０，１１とフレームメモリ６が同期して１フレ
ームの走査が行われる。この走査により○印と●印の画
素値が得られる。

【００２０】次に、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₂においては、
同期装置１３より図５に示す様に、微小移動装置１２に
電圧Ｖｖを印加しているので、微小移動装置１２は２次
元撮像素子１０をＸ，Ｙ軸上の□印の位置、即ち（１，
２），（３，２），（５，２）・・・を走査する位置に
２次元撮像素子１１をＸ，Ｙ軸上の■印の位置、即ち
（２，２），（４，２），（６，２）・・・を走査する
位置に移動させる。そして、かかる位置において、２次
元撮像素子１０，１１は同期装置１３からの信号Φｈ，
Φｖに同期して１フレームの走査が行われ、素子間情報
である□印と■印の画素が得られる。最後に時刻Ｔ₂に
おいて、微小移動装置１３に印加していた電圧Ｖｖを取
り去ると、微小移動装置１２は初期状態の位置、即ち２
次元撮像素子１０はＸ，Ｙ軸上の○印の位置、即ち
（１，１），（３，１），（５，１）・・・を走査する
位置に、２次元撮像素子１１はＸ，Ｙ軸上の●印の位
置、即ち（２，１），（４，１），（６，１）・・・を
走査する位置に戻し、動作を完了する。これによって○
印、●印、□印及び■印の画素が得られる。

【００２１】このようにして２次元撮像素子１０と２次
元撮像素子１１より取り出された信号は順次２回次段の
フレームメモリ６に一旦記憶された後、ＣＲＴ８に読み
だされて一つの画像として表示される。従って、ＣＲＴ
８からは、２次元撮像素子１０，１１がもつ固有の解像
度より、Ｘ軸，Ｙ軸方向とも２倍高解像度の画像を得る
ことができる。

【００２２】次に光３を分岐させるプリズム９について
説明する。このプリズム９はビームスプリッタキューブ
と呼ばれており、２つの直角プリズムを用い、斜辺の一
方に半透明膜をコートして斜辺どうしを接合したもので
あり、レンズ２により作られた像がプリズム９に入射す
ると、一方は半透明膜により反射させて２次元撮像素子
１１に結像され、もう一方は半透明膜を透過させて２次
元撮像素子１１に結像されるものである。また、微小移
動装置１３にあっては、カム機構や圧電素子を用いた一
軸の移動機構を用いればよい。

【００２３】なお、上記実施例では、２次元撮像素子１
０，１１を構成する単画素が２×３の配列であるものを
示したが、Ｐ×Ｑ（Ｐ，Ｑ：正の整数）の配列でもよ
い。また、上記実施例では、解像度をＸ軸，Ｙ軸方向と
も２倍にするものについて説明したが、３倍以上であっ
ても同様の効果を奏する。さらに、上記実施例では、光
分岐素子９としてプリズムを用いるものを示したが、ハ
ーフミラー等を用いてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば複数の
２次元撮像素子を、その２次元撮像素子が有する単画素
の水平方向の間隔より短い範囲内で、光分岐素子に分岐
された各光の光軸に対して水平方向にずれるようにそれ
ぞれ設置したので、微小移動装置がその２次元撮像素子
を水平方向に移動させることなく水平解像度が高められ
るため、単画素の数を増やすことなく高解像度の画像を
高速に読み取ることができるとともに、微小移動装置は
２次元撮像素子を垂直方向にのみ移動させる機構を有し
ていればよいため、従来の２軸のＸ・Ｙ微小移動装置に
比べてコストが低減できるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による撮像装置を示す構成
図である。

【図２】図１の撮像装置の要部を示す斜視図である。

【図３】図１の撮像装置の２次元撮像素子の設置位置を
示す説明図である。

【図４】図１の撮像装置の２次元撮像素子を構成する単
画素の配列状態を示す単画素配列図である。

【図５】図１の撮像装置の同期装置を説明するためのタ
イミングチャートである。

【図６】従来の撮像装置を示す構成図である。

【図７】図６の撮像装置の２次元撮像素子を構成する単
画素の配列状態を示す単画素配列図である。

【図８】図６の撮像装置の同期装置を説明するためのタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１被写体２レンズ３光６フレームメモリ（画像メモリ）８ＣＲＴ（表示装置）９プリズム（光分岐素子）１０，１１２次元撮像素子１２微小移動装置１３同期装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】まず、図４を用いて本発明の原理を説明す
る。図４は２次元撮像素子１０，１１を構築する単画素
の配列状態を例示的に示すものであり、○印の位置に２
次元撮像素子１０の単画素が配置されている。従ってこ
の○印のみの場合の解像度は×軸方向に３、Ｙ軸方向に
２であるが、△印と□印と◇印の位置にある情報をも得
ようとする場合には、２次元撮像素子１０は２４個の単
画素が必要となるため、この発明では、図３のように、
Ｘ軸方向には光軸に対して相対的に１／２画素ピッチず
らした２次元撮像素子を２個用いることにより、Ｘ軸方
向の解像度を６としている。一方、Ｙ軸方向には２次元
撮像素子１０，１１をＹ軸方向に１／２画素ピッチ移動
させて、□印と◇印の位置にある情報すなわち素子間情
報をも得るようにしている。従って、この発明では６個
の単画素からなる２次元撮像素子１０，１１を用いて実
質的に２４個の単画素からなる２次元撮像素子と同等の
解像度が得られるようにしている。以上の原理と図１の
関係は、例えば○印は図１の２次元撮像素子１０の単画
素に、△印は２次元撮像素子１１の単画素に相当する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】次に解像度をＸ軸、Ｙ軸方向共２倍とする
場合を例にとり、図１を参照しながら説明する。まず、
被写体１の像をレンズ２によりプリズム９を通して２次
元撮像素子１０，１１上に結像させる。この結像面を１
フレームで走査するわけであるが、図５に示すように、
動作開始時の時刻Ｔ₀から時間Ｔ₁においては、同期装
置１３から微小移動装置１２に対して電圧Ｖｖを印加し
ていないので、微小移動装置１２は移動しない。従っ
て、２次元撮像素子１０は図４のＸ，Ｙ軸上の○印の位
置、即ち（１，１），（３，１），（５，１）・・・に
おいて、２次元撮像素子１１はＸ，Ｙ軸上の△印の位
置、即ち（２，１），（４，１），（６，１）・・・に
おいて、同期装置１３からの信号Φｈ，Φｖに２次元撮
像素子１０，１１とフレームメモリ６が同期して１フレ
ームの走査が行われる。この走査により○印と△印の画
素値が得られる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】次に、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₂においては、
同期装置１３より図５に示す様に、微小移動装置１２に
電圧Ｖｖを印加しているので、微小移動装置１２は２次
元撮像素子１０をＸ，Ｙ軸上の□印の位置、即ち（１，
２），（３，２），（５，２）・・・を走査する位置に
２次元撮像素子１１をＸ，Ｙ軸上の◇印の位置、即ち
（２，２），（４，２），（６，２）・・・を走査する
位置に移動させる。そして、かかる位置において、２次
元撮像素子１０，１１は同期装置１３からの信号Φｈ，
Φｖに同期して１フレームの走査が行われ、素子間情報
である□印と◇印の画素が得られる。最後に時刻Ｔ₂に
おいて、微小移動装置１３に印加していた電圧Ｖｖを取
り去ると、微小移動装置１２は初期状態の位置、即ち２
次元撮像素子１０はＸ，Ｙ軸上の○印の位置、即ち
（１，１），（３，１），（５，１）・・・を走査する
位置に、２次元撮像素子１１はＸ，Ｙ軸上の△印の位
置、即ち（２，１），（４，１），（６，１）・・・を
走査する位置に戻し、動作を完了する。これによって○
印、△印、□印及び◇印の画素が得られる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズにより結像された被写体の像を現
す光を分岐する光分岐素子と、所定の間隔をもって２次
元配列された複数の単画素を有し、その複数の単画素の
水平方向の間隔より短い範囲内で、上記光分岐素子に分
岐された各光の光軸に対して相対的に水平方向にずれる
ようにそれぞれ設置され、その各光を電気信号に変換す
る複数の２次元撮像素子と、上記複数の２次元撮像素子
における各単画素の鉛直方向の間隔より短い範囲内でそ
の複数の２次元撮像素子を鉛直方向に移動させる微小移
動装置と、上記複数の２次元配列素子に変換された電気
信号を記憶する画像メモリと、上記微小移動装置の移動
を制御するとともに、上記画像メモリが記憶する電気信
号の記憶位置を制御することにより、上記被写体の像を
画像情報として上記画像メモリ上に構築する同期装置
と、上記同期装置に構築された画像メモリ上の画像情報
を表示する表示装置とを備えた撮像装置。