JPH0595517A - High resolution image pick-up device - Google Patents

High resolution image pick-up device

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Publication number
JPH0595517A
JPH0595517A JP3084558A JP8455891A JPH0595517A JP H0595517 A JPH0595517 A JP H0595517A JP 3084558 A JP3084558 A JP 3084558A JP 8455891 A JP8455891 A JP 8455891A JP H0595517 A JPH0595517 A JP H0595517A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electro
image
pair
image pickup
optical elements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3084558A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyoshi Fujimori
弘善 藤森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP3084558A priority Critical patent/JPH0595517A/en
Publication of JPH0595517A publication Critical patent/JPH0595517A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To perform a simple and stable operation without decreasing the light incident quantity to an image pick-up surface and to statically vary the displacement quantity with many steps. CONSTITUTION:An electric optical element group 28 consisting of a pair of electronic optical elements 22 and 24 capable of controlling the degree of double refraction according to the applied voltage and a deflection surface rotary element 26 rotating the deflection surface by 90 deg. while being held between a pair of electric optical elements 22 and 24 is arranged in front of an image pickup element 20. By changing the double refraction characteristic of a pair of the electric optical elements 22 and 24 at every image picking-up of the image pick-up element 20, the image picking-up is performed by repeating the '0' and '1/2' pitch shifts when an image is made incident on the image pick-up surface of the image pick-up element 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、画像取込み装置の高精
細度化に関し、特に有限な開口を有する撮像素子の高解
像度化に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to high definition of an image capturing device, and more particularly to high resolution of an image pickup device having a finite aperture.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、有限な開口を有する撮像素子
の高解像度化を成し遂げるために、種々の提案がなされ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various proposals have been made in order to achieve high resolution of an image pickup device having a finite aperture.

【0003】例えば、特開昭61−247168号公報
に開示されている如く、偏光特性を電圧に応じて制御可
能な電気光学素子と、複屈折手段とを撮像手段の前に配
置し、更に前記電気光学素子を制御するための電圧切換
手段を設けたものが提案されている。
For example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-247168, an electro-optical element whose polarization characteristic can be controlled according to a voltage and a birefringence means are arranged in front of an image pickup means, and It has been proposed to provide voltage switching means for controlling the electro-optical element.

【0004】また、特開昭62−26984号公報に開
示されている如く、前記電気光学素子の代りに磁気光学
素子を用いたものも提案されている。
Also, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-26984, there has been proposed a device using a magneto-optical element instead of the electro-optical element.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者
は、電気光学素子と複屈折手段とを1対で光像の位置制
御をしており、前面に偏光子(独立な偏光成分の一方の
みを選択的に透過させる)あるいは後面に検光子(偏光
子)を設けないと2重像がそのまま撮像されてしまうと
いう問題点がある。
However, in the former, the position of the optical image is controlled by a pair of the electro-optical element and the birefringence means, and a polarizer (only one of the independent polarization components is selected on the front surface is selected. However, there is a problem that a double image is directly captured unless an analyzer (polarizer) is provided on the rear surface.

【0006】また、両者とも、独立な偏光成分の一方の
みを選択的に透過させるため、撮像面での光量が1/2
以下となり、それを補うために、絞りを開けると、複写
界深度が浅くなったり、露光時間を長くすると、高解像
度化を計ったことも相まって像振れの問題が生じたり、
S/Nが劣化したりするという問題点が生ずる。
Further, since both of them selectively transmit only one of the independent polarization components, the amount of light on the image pickup surface is ½.
If the aperture is opened to compensate for it, the depth of field of the copy becomes shallow, and if the exposure time is increased, the problem of image blur occurs due to the high resolution.
There is a problem that the S / N is deteriorated.

【0007】また、入射光の偏光特性を電気的に、ある
いは磁気的に制御する方式のため、入射光像と撮像手段
の画素との相対的な位置関係を幾段にも切り換える(よ
り高解像度化)場合には、例えば前記に開示されている
ように1対の光学素子を切り換え段数分重ねて構成する
しかない。即ち、このような場合には、構成が複雑にな
るという問題点がある。
Further, since the polarization characteristic of the incident light is controlled electrically or magnetically, the relative positional relationship between the incident light image and the pixel of the image pickup means is switched in several steps (higher resolution). In such a case, there is no choice but to construct a pair of optical elements by stacking them by the number of switching steps as disclosed above. That is, in such a case, there is a problem that the configuration becomes complicated.

【0008】また、特開昭60−18958号公報に開
示されている如く、ピエゾ素子で機械的に撮像素子を半
画素ピッチ分振動させる方式も提案されているが、ピエ
ゾ振動サイクルに制限があり、機構的に複数になったり
する問題点があった。
Further, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-18958, a method of mechanically vibrating an image pickup device by a half pixel pitch by a piezo element has been proposed, but the piezo vibration cycle is limited. However, there was a problem that there were multiple mechanisms.

【0009】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、撮像面への入射光量を落すことなく、簡単で安定し
た動作を行ない、且つ、静的に変位量を何段(ステッ
プ)にも可変し得る高解像度撮像装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and performs a simple and stable operation without reducing the amount of light incident on the image pickup surface, and statically changes the displacement amount (steps). It is an object of the present invention to provide a high resolution image pickup device that can be changed.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による高解像度撮像装置では、印加電
圧に応じて複屈折の大きさを制御することが可能な1対
の電気光学素子と、前記1対の電気光学素子の間に挟持
されて、偏光面を90°回転させるための偏光面回転素
子と、前記1対の電気光学素子及び偏光面回転素子を介
した光束を受光する撮像手段と、前記1対の電気光学素
子の複屈折特性を前記撮像手段の1撮像毎に変化させる
電圧制御手段とを備えている。
In order to achieve such an object, in the high resolution image pickup device according to the present invention, a pair of electro-optical devices capable of controlling the magnitude of birefringence according to an applied voltage. An element and a polarization plane rotating element for sandwiching the electro-optical element between the pair of electro-optical elements to rotate the plane of polarization by 90 °, and a light beam received through the pair of electro-optical elements and the polarization plane rotating element. Image pickup means, and voltage control means for changing the birefringence characteristics of the pair of electro-optical elements for each image pickup of the image pickup means.

【0011】ここで、前記電圧制御手段は、前記1対の
電気光学素子に対して1撮像毎に互いに極性の異なる電
圧を加えるように制御する。
Here, the voltage control means controls the pair of electro-optical elements so that voltages having different polarities are applied for each image pickup.

【0012】また、前記1対の電気光学素子と前記偏光
面回転素子とからなる電気光学手段を、それぞれへの入
射光線に対する出射光線のずれの方向が互いに異なるよ
うに、複数個配置しても良い。
Further, a plurality of electro-optical means composed of the pair of electro-optical elements and the polarization plane rotating element may be arranged so that the deviation directions of the outgoing light rays with respect to the incident light rays are different from each other. good.

【0013】[0013]

【作用】即ち、本発明による高解像度撮像装置では、印
加電圧に応じて複屈折の大きさを制御可能な1対の電気
光学素子と、その1対の電気光学素子の間に挟持された
偏光面を90°回転させるための偏光面回転素子とで成
る電気光学手段を撮像手段の前面に配置し、電圧制御手
段により、前記1対の電気光学素子の複屈折特性を前記
撮像手段の1撮像毎に変化させる。
That is, in the high-resolution image pickup device according to the present invention, a pair of electro-optical elements capable of controlling the magnitude of birefringence according to an applied voltage, and a polarized light sandwiched between the pair of electro-optical elements. Electro-optical means including a polarization plane rotating element for rotating the surface by 90 ° is arranged in front of the image pickup means, and the birefringence characteristics of the pair of electro-optical elements are picked up by the image pickup means by the voltage control means. Change every time.

【0014】ここで、電気光学素子は、自ら複屈折特性
を備え、独立な偏光成分の互いに異なる屈折率を電圧制
御手段から印加された電圧レベルにより制御すること
で、出射2重光像の像間のずれ量が可変制御される。ま
た、偏光面回転素子は、前面にある第1の電気光学素子
から入射した常光と異常光とからなる2重像光の偏波
(光)面を90°回転させて射出させる。偏光面回転素
子の後面にある第2の電気光学素子は第1の電気光学素
子と同じ複屈折特性となる様に、電圧制御手段で制御さ
れ、前記偏光面回転素子で常光は異常光に、異常光は常
光に変換された2重像光を1重像光にする。この過程で
第1の電気光学素子に入射した像光は、撮像手段の撮像
のタイミングに同期させながら電圧制御手段からの電圧
出力の極性を時間的に反転(あるいはON,OFF)変
化させると、撮像面に入射する際、0と1/2画素ピッ
チシフトを繰り返して撮像され、後段のバッファメモリ
あるいはフレームメモリ等で合成することで画像データ
の画素ピッチが2倍となる。
Here, the electro-optical element has a birefringence characteristic by itself, and controls the different refractive indices of the independent polarization components by the voltage level applied from the voltage control means, so that the inter-images of the output double light image can be controlled. The amount of deviation is variably controlled. Further, the polarization plane rotation element rotates the polarization (light) plane of the double image light made up of the ordinary ray and the extraordinary ray incident from the first electro-optical element on the front side by 90 ° and emits it. The second electro-optical element on the rear surface of the polarization plane rotating element is controlled by the voltage control means so as to have the same birefringence characteristic as the first electro-optical element, and the ordinary light becomes extraordinary light by the polarization plane rotating element. The extraordinary light changes the double image light converted into the ordinary light into the single image light. When the image light incident on the first electro-optical element in this process changes the polarity of the voltage output from the voltage control means with time inversion (or ON, OFF) while synchronizing with the image pickup timing of the image pickup means, When entering the image pickup surface, 0 and ½ pixel pitch shifts are repeatedly taken to pick up an image, and the pixel pitch of the image data is doubled by combining in a buffer memory or a frame memory in the subsequent stage.

【0015】従って、撮像面への入射光量を落すことな
く、簡単で安定した動作を行ない、且つ、静的に変位量
を何段(ステップ)にも可変し得る高解像度の撮像装置
を提供できるようになる。
Therefore, it is possible to provide a high-resolution image pickup device which can perform a simple and stable operation without reducing the amount of light incident on the image pickup surface and can change the displacement amount statically in many steps. Like

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、本発明の第1の実施例に係る高解像度撮
像装置のブロック構成図である。システムコントローラ
10は、各部の制御を行なうためのもので、これはSS
G(シンクシグナルジェネレータ)12からのタイミン
グクロックにより駆動する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block configuration diagram of a high resolution image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention. The system controller 10 is for controlling various parts, which is SS
It is driven by the timing clock from the G (sync signal generator) 12.

【0017】レンズ14及び絞り16で成る光学系18
と、撮像素子としてのCCD20との間には、本発明の
特徴部分であるところの1対の電気光学素子22,24
と、それらの間に挟持された偏光面回転素子26とで成
る電気光学素子群28が配置されている。これら電気光
学素子22,24及び偏光面回転素子26は、例えば、
液晶(LC)である。LCドライバ30は、システムコ
ントローラ10からの光像シフト命令(どちらにシフト
するか、あるいは、シフトするかしないか)を受ける
と、SSG12からのシフトスタートのタイミング信号
に同期させて、電気光学素子22,24への印加電圧を
制御する。
An optical system 18 including a lens 14 and a diaphragm 16.
And a CCD 20 as an image pickup element, a pair of electro-optical elements 22, 24, which is a characteristic part of the present invention.
And a polarization plane rotating element 26 sandwiched between them and an electro-optical element group 28. The electro-optical elements 22 and 24 and the polarization plane rotating element 26 are, for example,
It is a liquid crystal (LC). When the LC driver 30 receives an optical image shift command from the system controller 10 (whether the image is to be shifted or not), the LC driver 30 synchronizes with the shift start timing signal from the SSG 12 and outputs the electro-optical element 22. , 24 are controlled.

【0018】SSG12及びシステムコントローラ10
は、光学像のシフトが完了する時間経過した後、CCD
ドライバ32へ撮像のためのの制御並びに駆動クロック
信号を送信し、CCD20の撮像並びに読出しを行な
う。CCD20よりサンプル/ホールド回路(S/H)
34により読出された信号は、プリアンプ36により増
幅された後、A/D変換回路38によりディジタル信号
に変換される。そして、一時バッファメモリ40に記憶
され、適宜ディジタルビデオプロセス部42に読出され
る。このディジタルビデオプロセス部42は、バッファ
メモリ40より読出したディジタル信号に対して、色分
離や変換処理,補正処理(γ,WB,ゲインコントロー
ル,アパチャ,等)を行なう。そして、その結果が、撮
像した画像信号として、I/F(インタフェース)4
4,46を介してマルチメディアファイリングシステム
48に転送され、処理,記録がなされる。
SSG 12 and system controller 10
After the time when the shift of the optical image is completed,
The control and driving clock signal for image pickup are transmitted to the driver 32, and image pickup and reading of the CCD 20 are performed. Sample / hold circuit (S / H) from CCD 20
The signal read by 34 is amplified by a preamplifier 36 and then converted into a digital signal by an A / D conversion circuit 38. Then, it is stored in the temporary buffer memory 40 and appropriately read by the digital video process unit 42. The digital video process unit 42 performs color separation, conversion processing, and correction processing (γ, WB, gain control, aperture, etc.) on the digital signal read from the buffer memory 40. Then, the result is an I / F (interface) 4 as a captured image signal.
It is transferred to the multimedia filing system 48 via 4, 4, and processed and recorded.

【0019】むろん、記録媒体(HD,MO,FD,メ
モリカード,等)に直接記録する構成にしても良いし、
ISDN,ISDB,INS,RAN等の通信回線を用
いて遠隔地へ画像データを転送しても良い。
Of course, the recording medium (HD, MO, FD, memory card, etc.) may be directly recorded.
Image data may be transferred to a remote place using a communication line such as ISDN, ISDB, INS, and RAN.

【0020】また、図1では、データ圧縮部(ADC
T,ADPCM,AVQ等)が明示されていないが、受
信側の要求に応じてデータ圧縮部で適当な圧縮率,フォ
ーマットで圧縮された画像データを受信側に送るように
している。送受信の転送レートによっては、フレームメ
モリ50に一時記憶され、転送レートに合わせて順次デ
ータは読み出される。なお、図1に於いて、参照番号5
2はフレームメモリ50を制御するメモリコントローラ
であり、54は光学系18を駆動するレンズ,絞りドラ
イバである。
Further, in FIG. 1, the data compression unit (ADC
(T, ADPCM, AVQ, etc.) is not specified, but the image data compressed by the data compression unit with an appropriate compression rate and format is sent to the receiving side in response to the request from the receiving side. Depending on the transfer rate of transmission / reception, the data is temporarily stored in the frame memory 50, and the data is sequentially read according to the transfer rate. In FIG. 1, reference numeral 5
Reference numeral 2 is a memory controller that controls the frame memory 50, and 54 is a lens and diaphragm driver that drives the optical system 18.

【0021】図2の(A)は、電気光学素子群28の構
成を示す図である。この電気光学素子群28は、電気光
学素子22,24としての2つのネマチック(N)液晶
22a,24aが、偏光面回転素子26としてのTN液
晶26aを挟み込む形で構成されている。
FIG. 2A shows the structure of the electro-optical element group 28. The electro-optical element group 28 is configured such that two nematic (N) liquid crystals 22a and 24a as the electro-optical elements 22 and 24 sandwich the TN liquid crystal 26a as the polarization plane rotating element 26.

【0022】各N液晶22a,24aは、透明電極56
を貼り付けた薄いガラス板58で該液晶を挟むように構
成されており、該電極56間に電圧を印加することで、
液晶(屈折率楕円体60)の配列を制御することができ
る。
Each N liquid crystal 22a, 24a has a transparent electrode 56.
It is configured such that the liquid crystal is sandwiched between thin glass plates 58 to which is attached. By applying a voltage between the electrodes 56,
The alignment of the liquid crystal (index ellipsoid 60) can be controlled.

【0023】TN液晶26aは、やはり薄いガラス板5
8で挟み込むように構成されており、偏光面が90°回
転(円偏光)する様に液晶(屈折率楕円体)の配列が固
定されている。また、TN液晶26aと接する側の電極
56は双方共、接地あるいは0Vとし、TN液晶26a
の両面で電位が生じないようにしている。
The TN liquid crystal 26a is the thin glass plate 5 as well.
The liquid crystal (refractive index ellipsoid) array is fixed so that the plane of polarization is rotated by 90 ° (circularly polarized light). Further, the electrodes 56 on the side in contact with the TN liquid crystal 26a are both grounded or 0 V, and the TN liquid crystal 26a
No electric potential is generated on both sides.

【0024】以下、このような構成に於いて、前記液晶
を用いた電気光学素子群28に、LCドライバ30よ
り、図2の(B)に示すような制御信号(電圧)が印加
された場合につき説明する。なお、図2の(B)には、
垂直同期信号(VD)も同時に図示してある。
Hereinafter, in such a structure, when a control signal (voltage) as shown in FIG. 2B is applied from the LC driver 30 to the electro-optical element group 28 using the liquid crystal. Will be explained. In addition, in FIG.
The vertical sync signal (VD) is also shown.

【0025】即ち、電気光学素子22の電極v1 にVの
電圧を印加すると、N液晶22aの分子(屈折率楕円
体)は、+θ1 だけ配向する。すると、入射光中、常光
はほとんど屈折せずに直進するが、異常光は分子の長軸
方向にそって屈折し、進路が曲げられる。従って、厚さ
DのN液晶板を光が通過すると、液晶の配向により常光
と異常光とに分離され、その屈折率の差から、出射する
際に、dだけ位置がずれて射出する(液晶の複屈折
性)。
That is, when a voltage of V is applied to the electrode v1 of the electro-optical element 22, the molecules (refractive index ellipsoid) of the N liquid crystal 22a are oriented by + θ1. Then, in the incident light, the ordinary light travels straight with almost no refraction, but the extraordinary light is refracted along the long axis direction of the molecule, and the course is bent. Therefore, when the light passes through the N liquid crystal plate having the thickness D, it is separated into ordinary light and extraordinary light by the alignment of the liquid crystal, and due to the difference in the refractive index between them, when it is emitted, the light is displaced with a position of d (liquid crystal Birefringence).

【0026】N液晶22aにより、2重像となった光像
は、偏波面を保存したまま(直線偏光)TN液晶26a
に入射する。TN液晶26aでは、偏波面が90°回転
するように液晶が配列しているため、それぞれの光は、
TN液晶26aを通過することで、その偏波面が90°
回転し、第1のN液晶22aで常光だった光は異常光
に、異常光だった光は常光にそれぞれ偏波面が入れ換わ
って、第2のN液晶24aに入射する。
The optical image formed into a double image by the N liquid crystal 22a maintains the plane of polarization (linearly polarized light), and is the TN liquid crystal 26a.
Incident on. In the TN liquid crystal 26a, since the liquid crystal is arranged so that the plane of polarization is rotated by 90 °, each light is
By passing through the TN liquid crystal 26a, its polarization plane is 90 °.
The normal light of the first N liquid crystal 22a rotates, and the light of the extraordinary light changes its plane of polarization into the ordinary light and enters the second N liquid crystal 24a.

【0027】第2のN液晶24aでは、第1のN液晶2
2aの場合と同じ過程で複屈折性により異常光は常光の
方向へ収束してゆく。
In the second N liquid crystal 24a, the first N liquid crystal 2
In the same process as in the case of 2a, the extraordinary light converges in the direction of ordinary light due to the birefringence.

【0028】ここで、第1と第2のN液晶22a,24
aの厚みD1 ,D2 をD1 =D2 とし、配向角θ1 ,θ
2 をθ1 =θ2 、印加電圧v1 =−v2 とすると、第1
と第2のN液晶22a,24aは共に、例えばレンズ1
4側から見ると、同じ配向,屈折率,光路長となる。従
って、第1のN液晶22aに入射した光は、途中第1あ
るいは第2のN液晶22a,24a中で異常光に対する
屈折率で屈折し、位置を変えて再び一つになって出射す
る。
Here, the first and second N liquid crystals 22a, 24
When the thicknesses D 1 and D 2 of a are D 1 = D 2 , the orientation angles θ 1 and θ
If 2 is θ 1 = θ 2 and the applied voltage v 1 = −v 2 ,
And the second N liquid crystals 22a and 24a are both the lens 1
When viewed from the 4 side, they have the same orientation, refractive index, and optical path length. Therefore, the light that has entered the first N liquid crystal 22a is refracted on the way in the first or second N liquid crystal 22a, 24a at a refractive index with respect to the extraordinary light, changes its position, and is emitted again as one unit.

【0029】印加電圧を調整し(即ち配向角を調整
し)、電気光学素子群28内でのシフト量が撮像素子2
0の画素ピッチ(受光エレメント20a間のピッチ)の
1/2となるように設定すると、レンズ14を通ってき
た光は、本来達する撮像面位置より1/2画素ピッチ、
像がずれることになる(場合(I)、図2の(C)参
照)。また、印加電圧をv1 =v2 =約0Vにすると、
N液晶分子は、第1第2共に垂直に配向し、入射光はそ
のまま直進する(場合(II)、図2の(D)参照)。
The applied voltage is adjusted (that is, the orientation angle is adjusted), and the shift amount in the electro-optical element group 28 is changed by the image pickup element 2.
When the pixel pitch is set to 1/2 of the pixel pitch of 0 (the pitch between the light receiving elements 20a), the light that has passed through the lens 14 has a 1/2 pixel pitch from the position of the imaging surface that originally reaches,
The image is displaced (case (I), see FIG. 2C). Further, when the applied voltage is set to v 1 = v 2 = about 0 V,
The N liquid crystal molecules are vertically aligned in both the first and second directions, and the incident light goes straight (case (II), see FIG. 2D).

【0030】従って、図2の(B)のタイムチャートの
ように、1フレームおきに、印加電圧をV1 ,V0 (約
0V)に切り換えると、撮像素子20に達する像光は、
1フレーム毎に1/2画素ピッチずれて撮像することに
なる。
Therefore, as shown in the time chart of FIG. 2B, when the applied voltage is switched to V 1 and V 0 (about 0 V) every other frame, the image light reaching the image pickup device 20 becomes
An image is captured with a 1/2 pixel pitch shift for each frame.

【0031】2フレーム分撮像した画像信号を、図1の
バッファメモリ40、あるいはフレームメモリ50にて
互いに補間する形で重ねると、全体として、解像度(分
解能)が2倍になる。
When the image signals picked up for two frames are overlapped with each other in the buffer memory 40 or the frame memory 50 of FIG. 1 so as to interpolate with each other, the resolution as a whole is doubled.

【0032】なお、電圧印加時と非印加時とでは、当然
光路長が異なる。しかし、この光路長の差は、一定値と
なる。従って、例えば、非印加時の焦点位置に撮像素子
20を配置し、印加時には、光路長の差によって生ずる
焦点位置の移動量をキャンセルする方向に、光学系18
の焦点位置を補正する。即ち、制御電圧印加に同期して
レンズ,絞りドライバ54にピント補正信号が印加さ
れ、レンズ14は、撮像素子面に合焦する様にピント補
正が行なわれる。
The optical path length is naturally different when the voltage is applied and when the voltage is not applied. However, this difference in optical path length is a constant value. Therefore, for example, the image pickup device 20 is arranged at the focal position when no application is applied, and when applied, the optical system 18 is moved in a direction to cancel the movement amount of the focal position caused by the difference in optical path length.
Correct the focus position of. That is, a focus correction signal is applied to the lens / aperture driver 54 in synchronization with the application of the control voltage, and the lens 14 is subjected to focus correction so as to focus on the surface of the image sensor.

【0033】図3の(A)は、本発明の第2の実施例に
於けるタイミングチャートを示している。本第2の実施
例では、印加電圧がV,−Vとなっている。基本的には
前述した第1の実施例と同様の動作であるが、−Vが印
加された場合(場合(I))、第1,第2のN液晶22
a,24aの配向が逆方向(−θ1 ,−θ2 )になる。
従って、第1の実施例のV,0に比べ、本第2の実施例
のV,−Vの場合は、像光のシフト量は2倍となる(図
3の(B)参照)。
FIG. 3A shows a timing chart in the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the applied voltage is V, -V. The operation is basically the same as that of the first embodiment described above, but when −V is applied (case (I)), the first and second N liquid crystals 22 are provided.
a, the orientation of 24a is reverse (-θ 1,2) it becomes.
Therefore, in the case of V, -V of the second embodiment, the amount of shift of the image light is doubled as compared with V, 0 of the first embodiment (see FIG. 3B).

【0034】このことは、逆に、像光のシフト量を同じ
1/2画素ピッチとすると、第1,第2のN液晶22
a,24aの厚さが1/2で良いということを示す。こ
の結果、電気光学素子群28の厚さが約1/2となるの
で、設置スペース的な予裕が生ずる。また、電気光学素
子群28での光の吸収量(ロス)も約1/2となるの
で、露光時間の短縮あるいは絞りをその分絞れる、ある
いはS/Nの向上に結びつく。
On the contrary, if the image light shift amount is the same 1/2 pixel pitch, the first and second N liquid crystals 22 are reversed.
It is shown that the thickness of a and 24a may be 1/2. As a result, the thickness of the electro-optical element group 28 is reduced to about 1/2, which leads to a margin of installation space. Further, since the amount of light absorption (loss) in the electro-optical element group 28 is also reduced to about 1/2, exposure time is shortened, the diaphragm can be narrowed by that amount, or S / N can be improved.

【0035】他は、第1の実施例と同様である。なお、
図3の(C)は−Vが印加された場合(場合(I))に
於ける液晶の配向を示し、図3の(D)はVが印加され
た場合(場合(II))に於ける液晶の配向を示してい
る。
Others are the same as in the first embodiment. In addition,
3C shows the alignment of the liquid crystal when -V is applied (case (I)), and FIG. 3D is when V is applied (case (II)). Shows the orientation of the liquid crystal.

【0036】次に、本発明の第3の実施例を説明する。
本第3の実施例では、電気光学素子群28に対する印加
電圧は、図4の(A)あるいは(B)に示すように、
V,0,−Vの3ステートとなっている。基本的には前
述の第1及び第2の実施例と同様に動作するが、印加電
圧をV,0,−Vと順次切り換えることにより、配向角
がθ1 (θ2 ),0(0),−θ1 (−θ2 )と変化す
る。従って、光像のシフトも、図4の(C)及び(D)
に示すように、A,A’,A”の3値をとる。ここで、
図4の(C)は入射光から見た場合を示し、図4の
(D)は撮像素子20側から見た場合を示している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the third embodiment, the voltage applied to the electro-optical element group 28 is, as shown in FIG.
It has three states of V, 0, and -V. Basically, the operation is the same as in the first and second embodiments described above, but the orientation angle is θ 12 ), 0 (0) by sequentially switching the applied voltage to V, 0, -V. changes - [theta] 1 and (- [theta] 2). Therefore, the shift of the optical image is also shown in FIGS. 4C and 4D.
As shown in, the three values of A, A ', and A "are taken.
4C shows the case viewed from the incident light, and FIG. 4D shows the case viewed from the image sensor 20 side.

【0037】Vin=Vと、−Vの時の光像のシフト量
を、1/3画素ピッチにすると、最終的には、図5の
(A)に示すように、3倍の解像度が得られることにな
る。さらにシフト量が、前述した第1の実施例に比べて
2/3ですむので、その分、第1の実施例の電気光学素
子群28より薄くでき、スペース透過率が改善される。
あるいは、印加電圧V,−Vの値を2/3に低くでき
る。
When the shift amount of the optical image when V in = V and −V is set to 1/3 pixel pitch, finally, as shown in FIG. Will be obtained. Further, since the shift amount is 2/3 as compared with the above-described first embodiment, the shift amount can be made thinner than that of the electro-optical element group 28 of the first embodiment, and the space transmittance can be improved.
Alternatively, the values of the applied voltages V and -V can be lowered to 2/3.

【0038】第4の実施例として、電気光学素子群28
と撮像素子20とが光軸に対し90°回転している様に
電気光学素子群28を設定する。このうよな構成に於い
ては、印加電圧を加えると、像光は撮像素子20の画素
配列に対し、垂直方向に移動する。即ち、前述した第1
乃至第3の実施例は、横方向にシフトさせた場合である
ので、水平解像度が2〜3倍に向上するが、本第4の実
施例では、垂直解像度が2〜3倍に向上する(図5の
(B)参照)。
As a fourth embodiment, the electro-optical element group 28
The electro-optical element group 28 is set so that the image pickup element 20 and the image pickup element 20 are rotated by 90 ° with respect to the optical axis. In such a structure, when an applied voltage is applied, the image light moves in the direction perpendicular to the pixel array of the image sensor 20. That is, the above-mentioned first
In the third to third embodiments, the horizontal resolution is improved, so that the horizontal resolution is improved to 2 to 3 times, but in the fourth embodiment, the vertical resolution is improved to 2 to 3 times ( (See FIG. 5B).

【0039】同様に、第5の実施例として、電気光学素
子群28と撮像素子20とが、光軸に対して45°回転
しているように電気光学素子群28を設置してもよい。
この場合は、印加電圧を加えると、像光は、撮像素子2
0の画素配列に対し、斜め方向に移動する(図5の
(C)参照)。本第5の実施例では、サブナイキストサ
ンプリングと同じ効果が得られ、水平,垂直双方向の解
像度が2〜3倍に向上する。
Similarly, as a fifth embodiment, the electro-optical element group 28 may be installed so that the electro-optical element group 28 and the image pickup element 20 are rotated by 45 ° with respect to the optical axis.
In this case, when an applied voltage is applied, the image light is emitted from the image sensor 2
The pixel array of 0 is moved diagonally (see FIG. 5C). In the fifth embodiment, the same effect as the sub-Nyquist sampling is obtained, and the horizontal and vertical bidirectional resolution is improved by a factor of 2 to 3.

【0040】また、図6の(A)は本発明の第6の実施
例の電気光学素子群の配置を示すもので、本第6の実施
例では、像光のシフト方向がそれぞれ撮像素子20に対
し、水平方向と垂直方向となる2つの電気光学素子群を
組み合わせている。ここで例えば、水平シフト用を第1
の電気光学素子群28a、垂直シフト用を第2の電気光
学素子群28bとする。むろんその逆の配置でも良い。
Further, FIG. 6A shows the arrangement of the electro-optical element group of the sixth embodiment of the present invention. In the sixth embodiment, the image light is shifted in the respective image pickup elements 20. On the other hand, two electro-optical element groups in the horizontal direction and the vertical direction are combined. Here, for example, the first for horizontal shift
The electro-optical element group 28a and the vertical-shifting electro-optical element group 28a are referred to as second electro-optical element group 28b. Of course, the reverse arrangement is also possible.

【0041】次に、本第6の実施例の動作につき図6の
(B)及び(C)を参照して説明する。まず、第1フレ
ームでは、2つの電気光学素子群28a,28bのいず
れにも電圧を印加せずに撮像する(図6の(B)中の○
の画素)。そして、その画素信号をバッファメモリ40
に一時記憶する。
Next, the operation of the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (B) and 6 (C). First, in the first frame, an image is taken without applying a voltage to either of the two electro-optical element groups 28a and 28b ((B) in FIG. 6).
Pixels). Then, the pixel signal is stored in the buffer memory 40.
Temporarily store in.

【0042】次に、第2フレームでは、図6の(C)に
示すように、第1の電気光学素子群28aにのみ制御電
圧を印加する。すると、像光は、水平方向に1/2画素
ピッチシフトして撮像される(図6の(B)中の△)。
そして、その画素信号をバッファメモリ40に一時記憶
する。
Next, in the second frame, as shown in FIG. 6C, the control voltage is applied only to the first electro-optical element group 28a. Then, the image light is imaged with a 1/2 pixel pitch shift in the horizontal direction (Δ in FIG. 6B).
Then, the pixel signal is temporarily stored in the buffer memory 40.

【0043】第3フレームでは、第1,第2の電気光学
素子群28a,28bに制御電圧を印加する。すると、
像光は、斜め方向に1/2画素ピッチシフトして撮像さ
れる(図6の(B)中の×)。そして、その画素信号を
バッファメモリ40に一時記憶する。
In the third frame, a control voltage is applied to the first and second electro-optical element groups 28a and 28b. Then,
The image light is imaged with a 1/2 pixel pitch shift in the diagonal direction (x in FIG. 6B). Then, the pixel signal is temporarily stored in the buffer memory 40.

【0044】第4フレームでは、第2の電気光学素子群
28bにのみ制御電圧を印加する。すると、光像は、垂
直方向に1/2画素ピッチシフトして撮像される(図6
の(B)中の▽)。そして、その画素信号をバッファメ
モリ40に一時記憶する。
In the fourth frame, the control voltage is applied only to the second electro-optical element group 28b. Then, the light image is captured with a 1/2 pixel pitch shift in the vertical direction (FIG. 6).
▽ in (B) of. Then, the pixel signal is temporarily stored in the buffer memory 40.

【0045】こうしてバッファメモリ40に記憶された
第1乃至第4フレーム分の画像信号を、ディジタルビデ
オプロセス部42にて、それぞれ補間するように合成す
ると、最終的には水平,垂直,斜め方向とも解像度が2
倍となる。即ち、画像数が4倍の撮像素子で撮像したも
のと同等の解像度が得られることになる(図6の(B)
参照)。
In this way, when the image signals for the first to fourth frames stored in the buffer memory 40 are synthesized so as to be interpolated by the digital video processing unit 42, finally, in the horizontal, vertical, and diagonal directions. Resolution 2
Doubled. That is, the same resolution as that obtained by the image pickup device having four times the number of images can be obtained ((B) in FIG. 6).
reference).

【0046】[0046]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
撮像面への入射光量を落すことなく、簡単で安定した動
作を行ない、且つ、静的に変位量を何段(ステップ)に
も可変し得る高解像度の撮像装置を提供できるようにな
る。
As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to provide a high-resolution image pickup device that can perform a simple and stable operation without reducing the amount of light incident on the image pickup surface and can statically change the displacement amount in multiple steps.

【0047】従って、低分解能(少画素数)安価な撮像
素子を用いて、高解像度(高分解能)の撮像装置が得ら
れる。
Therefore, a high-resolution (high-resolution) image pickup device can be obtained by using a low-resolution (small number of pixels) inexpensive image pickup element.

【0048】また、光学系や撮像素子を機械的に動かす
のではなく、電気的に、静的に像光をシフトできる。よ
って、構造が簡単で精度が良く、機械的振動や雑音等が
発生することはない。また、装置が小さくでき、制御が
簡単である。
Further, instead of mechanically moving the optical system or the image pickup device, the image light can be electrically and statically shifted. Therefore, the structure is simple and the accuracy is high, and mechanical vibration, noise, etc. do not occur. In addition, the device can be downsized and the control is simple.

【0049】さらには、従来の偏光フィルタ(偏光子,
検光子)と組み合わせたものに比べ、入射光を全て有効
利用できる(光量が2倍向上する)。従って、シャッタ
ー速度や絞りの設定に予裕が生じたり、露光量の低下に
よるS/Nの劣化を最少限に抑えることができる。
Furthermore, a conventional polarization filter (polarizer,
All of the incident light can be effectively used (the amount of light is improved by a factor of 2) as compared with a combination with an analyzer. Therefore, it is possible to minimize the setting of the shutter speed and the aperture and the deterioration of the S / N due to the decrease of the exposure amount.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る高解像度撮像装置
のブロック構成図である。
FIG. 1 is a block configuration diagram of a high resolution image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(A)は電気光学素子群の構成を示す図、
(B)は電気光学素子群に印加する制御信号(電圧)の
波形図、(C)はVの電圧が印加された時の電気光学素
子群の動作を説明するための模式図、(D)は0の電圧
が印加された時の電気光学素子群の動作を説明するため
の模式図である。
FIG. 2A is a diagram showing a configuration of an electro-optical element group,
(B) is a waveform diagram of a control signal (voltage) applied to the electro-optical element group, (C) is a schematic diagram for explaining the operation of the electro-optical element group when a voltage of V is applied, (D) [Fig. 3] is a schematic diagram for explaining the operation of the electro-optical element group when a voltage of 0 is applied.

【図3】(A)は本発明の第2の実施例に於ける電気光
学素子群に印加する制御信号(電圧)の波形図、(B)
は電圧が印加された時の電気光学素子群の動作を説明す
るための模式図、(C)はVの電圧が印加された時の電
気光学素子群の配向を示す模式図、(D)は−Vの電圧
が印加された時の電気光学素子群の配向を示す模式図で
ある。
FIG. 3A is a waveform diagram of a control signal (voltage) applied to the electro-optical element group according to the second embodiment of the present invention, and FIG.
Is a schematic diagram for explaining the operation of the electro-optical element group when a voltage is applied, (C) is a schematic diagram showing the orientation of the electro-optical element group when a voltage of V is applied, and (D) is It is a schematic diagram which shows the orientation of an electro-optical element group when a voltage of -V is applied.

【図4】(A)及び(B)はそれぞれ第3の実施例に於
ける電気光学素子群に印加する制御信号(電圧)の波形
図、(C)は電圧が印加された時の電気光学素子群の動
作を説明するための入射光から見た場合の模式図、
(D)は電圧が印加された時の電気光学素子群の動作を
説明するための撮像素子から見た場合の模式図である。
4A and 4B are waveform diagrams of a control signal (voltage) applied to the electro-optical element group according to the third embodiment, and FIG. 4C is electro-optical when voltage is applied. Schematic diagram when viewed from the incident light for explaining the operation of the element group,
FIG. 3D is a schematic diagram for explaining the operation of the electro-optical element group when a voltage is applied, as viewed from the image pickup element.

【図5】(A)は第3の実施例に於ける解像度を説明す
るための図、(B)は第4の実施例に於ける解像度を説
明するための図、(C)は第5の実施例に於ける解像度
を説明するための図である。
5A is a diagram for explaining the resolution in the third embodiment, FIG. 5B is a diagram for explaining the resolution in the fourth embodiment, and FIG. 6 is a diagram for explaining the resolution in the embodiment of FIG.

【図6】(A)は本発明の第6の実施例に於ける電気光
学素子群の配置を示す図、(B)は第6の実施例に於け
る解像度を説明するための図、(C)は第6の実施例に
於ける電気光学素子群に印加する制御信号(電圧)の波
形図である。
FIG. 6A is a diagram showing an arrangement of electro-optical element groups in a sixth embodiment of the present invention, FIG. 6B is a diagram for explaining resolution in the sixth embodiment, C) is a waveform diagram of a control signal (voltage) applied to the electro-optical element group in the sixth example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…撮像素子(CCD)、22,24…電気光学素
子、22a,24a…ネマチック(N)液晶、26…偏
光面回転素子、26a…TN液晶、28,28a,28
b…電気光学素子群、30…LCドライバ。
20 ... Imaging device (CCD), 22, 24 ... Electro-optical device, 22a, 24a ... Nematic (N) liquid crystal, 26 ... Polarization plane rotating device, 26a ... TN liquid crystal, 28, 28a, 28
b ... Electro-optical element group, 30 ... LC driver.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 印加電圧に応じて複屈折の大きさを制御
することが可能な1対の電気光学素子と、 前記1対の電気光学素子の間に挟持されて、偏光面を9
0°回転させるための偏光面回転素子と、 前記1対の電気光学素子及び偏光面回転素子を介した光
束を受光する撮像手段と、 前記1対の電気光学素子の複屈折特性を前記撮像手段の
1撮像毎に変化させる電圧制御手段と、 を具備することを特徴とする高解像度撮像装置。
1. A pair of electro-optical elements capable of controlling the magnitude of birefringence according to an applied voltage, and a pair of electro-optical elements sandwiched between the pair of electro-optical elements, and a polarization plane of 9
A polarization plane rotating element for rotating by 0 °, an image pickup means for receiving a light beam through the pair of electro-optical elements and the polarization plane rotating element, and a birefringence characteristic of the pair of electro-optical elements. A high-resolution image pickup device, comprising:
【請求項2】 前記電圧制御手段は、前記1対の電気光
学素子に対して1撮像毎に互いに極性の異なる電圧を加
えるように制御することを特徴とする請求項1に記載の
高解像度撮像装置。
2. The high-resolution imaging according to claim 1, wherein the voltage control unit controls the pair of electro-optical elements so that voltages having different polarities are applied for each imaging. apparatus.
【請求項3】 前記1対の電気光学素子と前記偏光面回
転素子とからなる電気光学手段を、それぞれへの入射光
線に対する出射光線のずれの方向が互いに異なるよう
に、複数個配置したことを特徴とする請求項1に記載の
高解像度撮像装置。
3. A plurality of electro-optical means composed of the pair of electro-optical elements and the polarization plane rotating element are arranged so that the deviation directions of the outgoing light rays with respect to the incident light rays are different from each other. The high-resolution image pickup device according to claim 1.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019519996A (en) * 2016-06-30 2019-07-11 インターデジタル シーイー パテント ホールディングス Plenoptic sub-aperture view shuffling for richer color sampling

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