JPH06100728B2

JPH06100728B2 - 像形成光学系

Info

Publication number: JPH06100728B2
Application number: JP60093365A
Authority: JP
Inventors: 公彦西岡
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS61251819A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、固体撮像素子（CCD）上に被写体の像を形成
するための像形成光学系に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、対物レンズで形成した被写体の像を固体撮像
素子によって受け、且つ該被写体像を光電変換して読み
出すと共に、読出された信号に基づいて画像を再生し、
該画像をテレビモニタ等の画面上に表示させるようにし
たシステムが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記固体撮像素子においては、複数の絵素を規
則的に配列して成る受光面を有してはいるのであるが、
該受光面上での光電変換に寄与する各受光エレメント間
には、光電変換に寄与しない電極や信号転送部等が存在
するために、これらの部位に到達する光に含まれる情報
を取り込むことができず、写真等に比較して解像度が低
いという問題点がある。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑み、固体撮像素
子における解像度を向上させ得るようにした像形成光学
系を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明に係る像形成光学系
は、被写体の像を形成する結像光学系と、複写の絵素か
らなる受光面を有して、前記被写体像を受ける固体撮像
素子と、前記固体撮像素子の前方に配置されて、その受
光面上で前記被写体像を移動させる液晶光偏向器とを備
え、前記液晶光偏向器の偏向動作によって、前記固体撮
像素子の受光面上で被写体像を走査させると共に、該液
晶光偏向器の偏向動作と同期して固体撮像素子の信号読
出しを行うようにしたものである。

ここで、前記固体撮像素子の受光面上での前記液晶光偏
向器による光の移動距離は、該固体撮像素子の画素ピッ
チの略1/2倍，又はそれ以上であることが望ましい。

〔作用〕

前記液晶光偏向器を用いて、前記固体撮像素子の受光面
上で被写体像を微小量シフトさせることにより、該被写
体像をシフトさせない状態において固体撮像素子での各
受光エレメントの間の部分に入射されていた光が、シフ
トさせた状態では、被写体像が各受光エレメントに入射
するようになる。

従って、前記液晶光偏向器の動作と固体撮像素子の読み
出し動作とを同期させ、先ず、被写体像がシフトしない
状態で固体撮像素子から信号を読み出し、次いで、被写
体像がシフトした状態で信号を読み出すという動作をす
れば、該液晶光偏向器がない場合に、各受光エレメント
に入射されずに失われていた被写体像の情報をも固体撮
像素子から読み出すことができる。

このように、従来、画像再生に使用されていなかった画
像情報も利用することができるために、再生画像の解像
度が向上する。

〔実施例〕

以下、図示した各実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る像形成光学系の第１実施例を示す
説明図である。

この第１図に示す第１実施例構成において、１は対物レ
ンズ（撮影レンズ）、10は液晶光偏向器であって、1/2
波長板11と各液晶セル12とから成り、13はCCD、14は信
号処理回路、15はテレビモニタである。

この第１実施例の場合、図示しない被写体の像は、対物
レンズ１により液晶光偏向器10を介してCCD13の受光面
上に形成され、且つCCD13から読み出された信号は、信
号処理回路14において適当に処理された後、テレビモニ
タ15の画面上に被写体像として表示される。

ここで、前記液晶光偏向器10の一例を第２図に示す。こ
の第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、液晶光偏向器10の作動原
理を表わしている。

この液晶光偏向器10は、1/2波長板11の前後に、複屈折
性を有して、且つ印加電圧の変化によって結晶軸方向が
変化する１対の各液晶セル12,12を夫々に配置させると
共に、これらの両液晶セル12,12を同一の電源で駆動す
るようにして成るものである。

この第１実施例の場合、両液晶セル12,12への印加電圧
が高いときには、第２図（Ａ）に示した如く、両液晶セ
ル12,12の結晶軸方向が光軸と平行になるので、入射光
は、そのままで真直に液晶セル12,1/2波長板11,液晶セ
ル12を順次に透過することになり、又、液晶セル12,12
への印加電圧が低いときには、第２図（Ｂ）に示した如
く、両液晶セル12,12の結晶軸方向が光軸に対して傾斜
するので、その入射光は、一方の液晶セル12によって定
常光線（偏光方向が紙面と垂直）と異常光線（偏光方向
が紙面と平行）とに分けられ、前者の定常光線について
は、1/2波長板11により偏光方向が90°回転され、紙面
と平行な方向に変化された後、他方の液晶セル12により
屈折されて、最初の光路からΔ相当分だけずれた光路上
に出射されることになり、又、後者の異常光線について
は、1/2波長板11により偏光方向が90°回転され、紙面
と垂直な方向に変化された後、そのままで真直に他方の
液晶セル11を透過して定常光線と同じ位置で出射される
ことになる。

即ち、このように液晶セル12,12への印加電圧を変化さ
せることによって、結晶軸の傾斜角を変えてΔを連続的
及び段階的に変化させ得るので、この場合には、連続的
な走査と、それに、とびとびの走査とのいずれもが可能
になる。

ここで、第３図（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、この場合
における結晶軸方向の変化の状態を表わしており、又、
第４図は、同Δと印加電圧との関係を示している。

尚、この場合、前記1/2波長板11の代わりに、偏光方向
を90°回転させる作用をもった旋光板を用いてもよい。

又、この第１実施例では、CCD13の画素ピッチをＱとし
たとき、液晶光偏向器10による光線のずれΔが、該画素
ピッチＱのおよそ1/2以上となるように選定しており、
且つ液晶光偏向器10による光線のずれ（走査）とCCD13
からの信号の読み出しとが同期して行なわれるようにな
っている。

従って、このように構成することにより、CCD13の各受
光エレメント以外の部分に入射しようとする光について
も、Δの走査によって、該各受光エレメントに対して入
射するようになるために、これがCCD13から被写体像を
表わす信号として読み出されることになる。

又、この場合、信号処理回路14を液晶光偏向器10の動作
と同期させて（液晶光偏向器10の駆動電源と同期させ
て）テレビモニタ15上に表示される画像をΔ相当分だけ
ずらしてやることにより、CCD13の各受光エレメント以
外の部分に入射されていた光による被写体像もまた、テ
レビモニタ15上に表示されるために、その解像力が大幅
に向上する。

次に、第５図は前記液晶光偏向器の他の例を示す説明図
である。

ここで、液晶光偏向器４は、図示の如き偏光方向（紙面
と平行な方向）を有する偏光板５と、ツイストネマチッ
ク型の液晶セル６と、図示の如き結晶軸方向（紙面と平
行な方向）を有する水晶板等の複屈折板７とを夫々順次
に配置して成るものである。

そして、液晶セル６の透明電極6a,6aに印加される電圧
がOFFのときには、第５図（Ａ）に示した如く、偏光板
５を透過した直線偏光（偏光方向が紙面と平行）が液晶
セル６を透過するときに、その偏光方向が90°回転され
て紙面と垂直な方向になるために、続いて、前記複屈折
板７を透過しても屈折されずに最初と同じ光路上に出射
されることになり、又、液晶セル６の透明電極6a,6aに
印加される電圧がONのときには、第５図（Ｂ）に示した
如く、偏光板５を透過した直線偏光が液晶セル６を透過
しても、その偏光方向が変化せずに、紙面と平行なまま
なので、続いて、複屈折板７を透過するときに屈折され
て、最初の光路から、例えば、Δだけずれた光路上に出
射されることになる。

尚、図中,6bは透明電極6a,6aの間に封入されたツイスト
ネマチック配向の液晶分子である。

次に、第６図は前記液晶光偏向器の他の例を示す説明図
である。この第６図（Ａ），（Ｂ）は、液晶光偏向器８
の作動原理を表わしている。

ここで、液晶光偏向器８は、複屈折板７と、ツイストネ
マチック型の液晶セル６と、複屈折性を有して、且つ印
加電圧のON-OFFによって結晶軸方向が反転する液晶セル
９とを夫々順次に配置させると共に、両液晶セル６及び
９への印加電圧のON-OFFを同期して行ない得るようにし
て成るものである。

この場合、第６図（Ａ）に示した如く、印加電圧がONの
ときに、複屈折板７で発生した定常光線（偏光方向が紙
面と垂直）については、そのままで真直に液晶セル６及
び９を透過し、且つ異常光線（偏光方向が紙面と平行）
については、一方の液晶セル６を透過した後、他方の液
晶セル９により屈折されて定常光線と同じ位置に戻り、
又、第６図（Ｂ）に示した如く、印加電圧がOFFのとき
に、複屈折板７で発生した定常光線については、一方の
液晶セル６を透過して偏光方向が紙面と平行な方向に変
化された後、他方の液晶セル９により屈折されて最初の
光路からΔ相当分だけずれた光路上に出射されることに
なり、且つ異常光線については、一方の液晶セル６を透
過して偏光方向が紙面と垂直な方向に変化された後、そ
のままで真直に他方の液晶セル９を透過して定常光線と
同じ位置で出射されることになる。

従って、この場合、光量損失がないという利点を有して
いる。

尚、ここで、複屈折板７の結晶軸方向と電圧OFF時の液
晶セル９の結晶軸方向とは、必ずしも一致させなくと
も、各部材の厚さによって定常光線と異常光線とを一致
させることができ、更に、該液晶セル９への印加電圧
は、単なるON-OFFでもよいし、該電圧の大きさ又は電圧
の周波数を変えることで、液晶分子の方向を変えるよう
にしてもよい。

次に、第７図は前記液晶光偏向器の他の例を示す図であ
る。この第７図（Ａ），（Ｂ）は、液晶光偏向器14の作
動原理を表わしている。

ここで、この液晶光偏向器14は、前記第５図で示した液
晶光偏向器８において、液晶セル９の代りに、前後に一
対の各プリズム15,15を有し、且つ光軸に対して遮光配
置されたＮ型液晶セル16を用いて成るものであり、その
基本的作動原理は、該液晶光偏向器８と同じなので、そ
の説明を省略する。

又、この場合、Ｎ型液晶セル16内に含まれる液晶分子
は、第８図に示したような屈折率楕円体を有しており、
且つ各プリズム15の屈折率npは、np≒nx≒nyであること
がよく、この場合にも、とびとびの走査が行われる。更
に、この場合、縦横変換の液晶は、ドライブし易いとい
う利点がある。

次に、第９図は前記液晶光偏向器の更に他の例を示す図
である。この第９図（Ａ），（Ｂ）は、液晶光偏向器17
の作動原理を表わしている。

ここで、この液晶光偏向器17は、前記第１図に示した液
晶光偏向器10において、液晶セル12の代りに、後側にプ
リズム18を有し、且つ該プリズム18側の透明電極19aが
光軸に対し傾斜しているＮ型液晶セル19を用いて成るも
のであって、Ｎ型液晶セル19に入射した自然光は、定常
光線と異常光線とで液晶の屈折率が異なるために、プリ
ズム18の境界面での屈折量が異なることになり、出射時
には、光線が２つの方向に分離して進む。それ以外の作
動原理については、液晶光偏向器10の場合と同じなの
で、その説明を省略する。但し、この場合、異常光線
は、定常光線から分かれてしまうが平行である。又、プ
リズム18の屈折率np₂は、np₂≒nx≒nyであるのがよい。

次に、第10図は、本発明の第２実施例を示しており、こ
れは、第１実施例において、液晶光偏向器10の代りに、
液晶光偏向器17を用いると共に、該液晶光偏向器17を対
物レンズ（撮像レンズ）１の前側に配置して成るもので
あって、その基本的作動原理は、前記第１実施例と同じ
なので、その説明を省略する。

尚、対物レンズ１での前方の光束がほぼ平行な部分に対
して、液晶光偏向器17が配置されているので、前述の異
常光と定常光との分離は、結像に影響しない。

第11図（Ａ），（Ｂ）は、前記液晶光偏向器の他の例に
よる作動原理を示しており、この液晶光偏向器20は、偏
光板５と液晶セル12とを組み合せて成るものである。

この場合、第11図（Ａ）に示した如く、液晶セル12への
印加電圧が高いときは、液晶セル12の結晶軸方向が光軸
と平行になるので、偏光板５を透過した直線偏光（偏光
方向が紙面と平行）は、そのままで液晶セル12を透過
し、又、第11図（Ｂ）に示した如く、液晶セル12への印
加電圧が低いときは、液晶セル12の結晶軸方向が光軸に
対して傾斜するので、偏光板５を透過した直線偏光は、
液晶セル12により屈折されて最初の光路上から、Δ相当
分だけずれた光路上に出射されることになる。

そして、この場合には、連続的な走査が可能であると共
に、構造が一層簡単であるという利点がある。但し、偏
光板５により光量が1/2になってしまう点を考慮する必
要がある。

第12図は、前記液晶光偏向器の更に他の例を示す説明図
である。

ここで、この液晶光偏向器24は、第２図に示した液晶光
偏向器10につき、各結晶軸を含む面が互いに直交又は斜
交するように２個配置してX-Y走査，即ち２次元的な走
査を可能にしたものである。

この場合、その走査としては、例えば、第13図に示した
ような順序によって行う。又、この液晶光偏向器24を第
１図に示したようなテレビ装置に適用し、該走査に同期
してテレビモニタ上の像を第14図に示すような順序でず
らすこと，つまり、テレビモニタ上の各隣接する画素の
間を埋めるように“1"の状態から“2",“3"及び“4"の
各画像を表示させることにより、より一層，その解像度
を向上させ得るのである。

〔発明の効果〕

以上、各実施例によって詳述したように、本発明の像形
成光学系によれば、解像度の極めて良好な固体撮像素子
を用いた像形成光学系を得ることができほか、装置全体
の構造も比較的簡単で、コンパクトに構成し得るという
優れた特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による液晶光偏向器を含ん
だ主要構成の概要を示す説明図、第２図（Ａ），（Ｂ）
は同液晶光偏向器の作動原理を各別に示す説明図、第３
図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は同液晶光偏向器の結晶軸方
向の変化を示す説明図、第４図は同液晶光偏向器におけ
る走査幅と印加電圧との関係を示す説明図である。又、第５図（Ａ），（Ｂ）乃至第７図（Ａ），（Ｂ）と
第９図（Ａ），（Ｂ）は同液晶光偏向器の各別例による
作動原理を各別に示す夫々に説明図、第８図は第７図に
おける液晶光偏向器の液晶分子の屈折率楕円体を示す説
明図である。更に、第10図は本発明の第２実施例による液晶光偏向器
を含んだ主要構成の概要を示す説明図であり、第11図
（Ａ），（Ｂ）は同液晶光偏向器の作動原理を各別に示
す説明図、第12図は同液晶光偏向器の液晶分子の屈折率
楕円体を示す説明図、第13図は同液晶光偏向器の走査順
序を示す説明図第14図は同液晶光偏向器のテレビモニタ
上での像の移動順序を示す説明図である。１……対物レンズ、２……信号処理回路、３……テレビ
モニタ、４……液晶光偏向器、５……偏光板、６……液
晶セル、6a……透明電極、6b……液晶分子、７……複屈
折板、８……液晶光偏向器、９……液晶セル、10……液
晶光偏向器、11……1/2波長板、12……液晶セル、13…
…CCD（固体撮像素子）、14……液晶光偏向器、15……
プリズム、16……Ｎ型液晶セル、17……液晶光偏向器、
18……プリズム、19……液晶セル、19a……透明電極,20
……液晶光偏向器、,24……液晶光偏向器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複写体の像を形成する結像光学系と、複数
の絵素からなる受光面を有して、前記被写体像を受ける
固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前方に配置され
て、その受光面上で前記被写体像を移動させる液晶光偏
向器とを備え、前記液晶光偏向器の偏向動作によって、
前記固体撮像素子の受光面上で被写体像を走査させると
共に、該液晶光偏向器の偏向動作と同期して固体撮像素
子の信号読出しを行い得るようにしたことを特徴とする
像形成光学系。
【請求項２】前記固体撮像素子の受光面上での前記液晶
光偏向器による光の移動距離が、該固体撮像素子の画素
ピッチの略1/2倍，又はそれ以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲（１）に記載の像形成光学系。
【請求項３】前記被写体が、イメージガイドファイバ束
の射出端面であることを特徴とする特許請求の範囲
（１）又は（２）に記載の像形成光学系。