JPH06350931A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、簡単な機構で高画質の画像を撮像
できる固体撮像装置を提供することを目的とする。 【構成】 光軸と垂直な平面に対して傾斜して固定され
た平行平板（３０）によって屈折した入射光が、撮像素
子（１０）の受光面に結像する。平行平板（３０）は光
軸または光軸と平行な軸を中心に回転動作しているの
で、この動作に合わせて撮像素子（１０）の受光面上の
結像位置は移動する。結像位置の移動によって撮像素子
（１０）の画素間の境界上に入射していた光が画素上に
移動し、境界上に入射していたために撮像できなかった
境界部分の画像を撮像できるようになる。したがって、
結像位置の移動毎に画像を撮像し、これらの画像を合成
手段（７０）で合成することにより、画素間の境界によ
る死角の少ない高画質の画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子を用いて
高解像度の画像を得る固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、固体撮像素子は画素の各電荷を
蓄積させ、順次転送することにより画像を撮像するの
で、固体撮像素子の解像度は電荷蓄積素子の密度に依存
する。

【０００３】従来、この固体撮像素子を用いて高解像度
の画像を得る固体撮像装置としては、特開平３−２７６
９８１公報のものが知られている。この文献には、図９
に示すように、被写体からの光を集光させるレンズ２０
１と撮像素子２０２の間に２枚の透明屈折板２０３，２
０４を備えた固体撮像装置が記載されている。透明屈折
板２０３，２０４には、ステッピングモータ２０５，２
０６がそれぞれ設けられており、各ステッピングモータ
２０５，２０６の駆動によって、透明屈折板２０３，２
０４はそれぞれステップ状に回転する。この回転によっ
て透明屈折板２０３，２０４が傾斜すると、被写体から
の光が屈折し、撮像素子２０２の受光面上の結像位置が
ずれる。通常は、撮像素子２０２の各画素の境界部分は
死角になるためその部分の画像は撮像できないが、この
ように結像位置をずらすことにより、死角の部分の画像
も撮像できるようになる。そして、透明屈折板２０３，
２０４の回転動作に同期させて、ステップごとの画像を
撮像素子２０２で撮像し、撮像した複数の画像を画像信
号処理装置２０５で重畳させることによって、死角部分
の少ない高解像度の画像を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の固体
撮像装置は、透明屈折板２０３，２０４の僅かな回転に
よっても、撮像素子２０２の受光面上の結像位置が大き
くずれるため、透明屈折板２０３，２０４の回転角度を
精密に制御する必要であった。例えば、透明屈折板２０
３，２０４の厚さをｔ＝２ｍｍ、屈折率をｎ＝１．５、
画素変位量をｘ＝５μｍと仮定して、次の結像位置の移
動量の式に代入すると、

【０００５】

【数１】

【０００６】透明屈折板２０３，２０４の回転角度はθ
＝０．４°となる。ステッピングモータ２０５，２０６
を用いたこのような微小角度の制御は、非常に高度な機
械的精度が要求され問題であった。

【０００７】また、従来の固体撮像装置は、２枚の透明
屈折板２０３，２０４、および２つのステッピングモー
タ２０５，２０６を必要とするため、装置が大きくなっ
てしまい問題であった。

【０００８】本発明は、これらの問題を解決し、簡単な
機構で高画質の画像を撮像できる固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の固体撮像装置は、撮像素子と、撮像素子の
受光面上に入射光像を結像させる光学系と、光学系の光
軸に垂直な平面に対して傾斜させて撮像素子の受光面の
前面に配置し光学系からの入射光を透過させる透明な平
行平板と、光軸又は光軸と平行な軸を中心に平行平板を
回転させる駆動手段と、駆動手段により平行平板が所定
角度回転する毎に撮像素子で撮像された複数の画像を合
成する合成手段とを備える。

【００１０】

【作用】本発明の固体撮像素子によれば、光学系からの
入射光を透過させる透明な平行平板は、光軸と垂直な平
面に対して傾斜して配置されている。このため、入射光
は平行平板で屈折して、平行平板が介在されていない場
合に結像される撮像素子の受光面上の結像位置からずれ
た位置に結像する。平行平板は光軸または光軸と平行な
軸を中心に回転動作しているので、この動作に合わせて
撮像素子の受光面上の結像位置は移動する。結像位置の
移動によって撮像素子の画素間の境界上に入射していた
光が画素上に移動し、境界上に入射していたために撮像
できなかった境界部分の画像を撮像できるようになる。
したがって、結像位置の移動毎に画像を撮像し、これら
の画像を合成手段で合成することにより、画素間の境界
による死角の少ない高画質の画像を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。まず、図１の斜視図および図２の断
面図を用いて、本実施例に係る固体撮像装置の構成につ
いて説明する。図１および図２より、本実施例の固体撮
像装置は、入射光像を撮像する撮像素子１０と、撮像素
子１０の受光面上に入射光像を結像させる集光レンズ２
０と、入射光を透過させる透明な平行平板ガラス３０
と、この平行平板ガラス３０を固定する円筒形の回転台
座４０とを備えている。さらに、回転台座４０を回転さ
せるステッピングモータ５０と、撮像素子１０で撮像し
た画像を記憶するメモリ装置６０と、メモリ装置６０に
蓄積された複数の画像を合成する合成装置７０と、撮像
素子１０の撮像タイミングやステッピングモータ５０の
駆動等を制御する制御装置８０とを備えている。

【００１２】回転台座４０の周縁にはリング状の歯４１
が設けられており、ステッピングモータ５０を駆動させ
ることによって、回転台座４０は集光レンズ２０の光軸
を中心とした回転動作を行う。平行平板ガラス３０は集
光レンズ２０の光軸に垂直な平面に対して傾斜して回転
台座４０に固定されているので、集光レンズ２０を通過
した入射光は平行平板ガラス３０を透過する際に屈折す
る。この屈折により撮像素子１０の受光面に形成される
入射光像の結像位置は、平行平板ガラス３０がなかった
場合に形成される入射光像の結像位置から所定距離だけ
ずれた位置となる。本実施例では、この結像位置のずれ
量が撮像素子１０の画素間距離の（√２）／４のサイズ
になるように平行平板ガラス３０の傾斜を調整している
ので、撮像素子１０の画素間の境界上に入射していた光
が、このずれによって画素上に入射するようになる。こ
のため、従来は死角となって撮像できなかった画素間の
境界上への入射光像も、本実施例を用いれば撮像可能と
なる。

【００１３】そして、回転台座４０を９０°回転させる
度に入射光像が撮像できるよう撮像素子１０およびステ
ッピングモータ５０を制御装置８０で制御することによ
り、回転台座４０が３６０°回転する間に１／２画素ず
つ上下左右にずれた４枚の画像が得られる。これらの画
像はメモリ装置６０から合成装置７０に転送され、合成
装置７０で４枚の画像を合成することによって、撮像素
子１０が有する画素の４倍の画素数を有する一枚の画像
が得られる。

【００１４】次に、図３の断面図を用いて、平行平板ガ
ラス３０を集光レンズ２０の光軸に垂直な平面に対して
傾斜させるべき角度について説明する。同図に示すよう
に、平行平板ガラス１０の厚さをｄ、屈折率をｎとする
と、入射光線のずれ量は、

【００１５】

【数２】

【００１６】となる。ここで入射光線の入射角度θは、
回転台座４０に固定する平行平板ガラス１０の傾斜角度
と等しい。したがって、平行平板ガラス３０の傾斜角度
がθになるように調整すればよい。

【００１７】次に、図４〜図６の概念図を用いて、本実
施例の具体的な動作について説明する。ここで説明を簡
単にするために、撮像素子１０の画素数は９画素（画素
１１〜１９）とした。同図に示すように、撮像素子１０
の結像位置のずれ量を

【００１８】

【数３】

【００１９】とし、このずれ量を式に代入して傾斜角
θを求め、この傾斜角θで平行平板ガラス３０を回転台
座４０に固定する。

【００２０】そしてまず、図４（ａ）に示すように、回
転台座４０を４５°回転させて、平行平板ガラス３０に
よって入射光線が左上方向に屈折するようにして撮像す
ると、画素１１から部分画像“ａ”が、画素１２から部
分画像“ｃ”が、画素１４から部分画像“ｉ”が、画素
１５から部分画像“ｋ”がそれぞれ取り込まれ、画像１
０１が得られる。

【００２１】次に、図４（ｂ）に示すように、回転台座
４０を９０°回転させて、平行平板ガラス３０によって
入射光線が右上方向に屈折するようにして撮像すると、
画素１２から部分画像“ｂ”が、画素１３から部分画像
“ｄ”が、画素１５から部分画像“ｊ”が、画素１６か
ら部分画像“ｌ”がそれぞれ取り込まれ、画像１０２が
得られる。

【００２２】さらに、図５（ｃ）に示すように、回転台
座４０を９０°回転させて、平行平板ガラス３０によっ
て入射光線が右下方向に屈折するようにして撮像する
と、画素１５から部分画像“ｆ”が、画素１６から部分
画像“ｈ”が、画素１８から部分画像“ｎ”が、画素１
９から部分画像“ｐ”がそれぞれ取り込まれ、画像１０
３が得られる。

【００２３】同様に、図５（ｄ）に示すように、回転台
座４０を９０°回転させて、平行平板ガラス３０によっ
て入射光線が左下方向に屈折するようにして撮像する
と、画素１４から部分画像“ｅ”が、画素１５から部分
画像“ｇ”が、画素１７から部分画像“ｍ”が、画素１
８から部分画像“ｏ”がそれぞれ取り込まれ、画像１０
４が得られる。

【００２４】このように得られた４枚の画像１０１〜１
０４は、メモリ装置６０に記憶される。そして、制御装
置８０の指令でこれらの画像１０１〜１０４は合成装置
７０に転送され、図６に示すように一つ置きに配置する
ことにより、撮像素子１０の画素数の４倍の画素数の画
像１０５を得ることができる。

【００２５】次に、図７の断面図を用いて、本発明の別
の実施例について説明する。この例は、図１に示す実施
例の構成要素である撮像素子１０の代わりに、ＲＧＢ分
解プリズム１１０と、色ごとの出射光を撮像する３つの
撮像素子１１１〜１１３を備えたものである。平行平板
ガラス３０によって屈折した入射光がＲＧＢ分解プリズ
ム１１０に入射すると、赤・緑・青の３色の光線に分解
される。これらの光線はそれぞれ撮像素子１１１〜１１
３に与えられ、カラー画像が撮像される。そして、回転
台座４０を回転させつつ複数のカラー画像を撮像し、こ
れらの画像を合成することによって、高画質のカラー画
像を得ることができる。

【００２６】次に、図８の断面図を用いて、本発明の別
の実施例について説明する。この例は、図１に示す実施
例の平行平板ガラス３０の代わりに一回り面積の広い平
行平板ガラス３１を用い、この平行平板ガラス３１を直
接ステッピングモータ５０で回転させたものである。こ
のため、本実施例では回転台座４０を必要としない。ま
た、ステッピングモータ５０は、その回転軸が集光レン
ズ２０の光軸と平行になるように配置されており、この
ステッピングモータ５０の回転軸に平行平板ガラス３１
が斜めに取り付けられている。

【００２７】本実施例はこのように構成されているの
で、ステッピングモータ５０の駆動によって平行平板ガ
ラス３１が回転し、平行平板ガラス３１の向きが変化す
るのである。このため、平行平板ガラス３０で屈折した
入射光が撮像素子１０の受光面に形成される入射光像の
結像位置は、図１の実施例に示すように、平行平板ガラ
ス３１の回転に合わせて移動するのである。したがっ
て、本実施例では、図１の実施例で説明したのと同様の
作用効果が得られる。

【００２８】なお、図１の実施例では、回転台座４０を
９０°回転させるごとに、画像を取り込む例について説
明したが、本発明はこの撮像タイミングに限定されるこ
とはなく、例えば、４５°回転するごとに画像を取り込
んでもよい。また、必ずしも撮像時に回転台座４０を停
止させることはなく、回転させながら画像を取り込んで
もよい。

【００２９】さらに、回転台座４０を連続的に一定速度
で回転させて、撮像素子１０の受光面に結像する画像を
像空間で微小なよろめき運動させれば、撮像素子１０と
してＣＣＤのような空間的位置関係の規則的配列性の高
いものを使用した場合であっても、規則的パターンの撮
像により生じ易いモアレ縞の発生を抑制できる。

【００３０】また、図１の実施例では、回転台座４０を
回転させつつ撮像した複数の画像は、一旦メモリ装置６
０に蓄積させて、その後に合成装置７０に転送して合成
しているが、メモリ装置６０を用いずに、直接撮像素子
１０から合成装置７０に画像を転送し、順次合成装置７
０で合成させてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明の固体撮像装置であれば、画素数
の重心を等価的に増大させることができるので、実質的
な画素数が増加する。

【００３２】また、平行平板を回転させても光学系の光
軸に対する平行平板の傾斜角度は常に一定となり、撮像
素子で撮像される画像の画質の低下を防止することがで
きる。

【００３３】さらに、平行平板の傾斜角度は精密に調整
できるので、平行平板の傾斜角度を微小角度になるよう
調整することによって、入射光が平行平板を透過する際
に屈折する角度を微小にできる。このため、入射光の屈
折による撮像素子の受光面上への入射光像の結像位置の
移動量を少なく抑えることができ、撮像素子で撮像され
る画像はより高画質となる。

【００３４】また、平行平板を回転させる駆動手段とし
ては、例えば１台のステッピングモータで実現でき、２
台のステッピングモータが必要な従来例に比べて装置を
小型化できる。

【００３５】このように、本発明であれば、簡単な部品
構成でローコストかつ高精度の空間画像ずらしを行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る固体撮像装置の構成を示す斜視
図である。

【図２】本実施例に係る固体撮像装置の構成を示す断面
図である。

【図３】平行平板ガラスでの入射光の屈折の様子を示す
断面図である。

【図４】本実施例の具体的な動作を示す概念図である。

【図５】本実施例の具体的な動作を示す概念図である。

【図６】本実施例の具体的な動作を示す概念図である。

【図７】本発明の別の実施例であるカラー画像を撮像で
きる固体撮像装置の特徴部分を示す断面図である。

【図８】本発明の別の実施例である固体撮像装置の構成
を示す断面図である。

【図９】従来の固体撮像素子の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０、１１１〜１１３…撮像素子、１１〜１９…画素、
２０…集光レンズ、３０，３１…平行平板ガラス、４０
…回転台座、５０…ステッピングモータ、６０…メモリ
装置、７０…合成装置、８０…制御装置、１０１〜１０
５…画像、１１０…ＲＧＢ分解プリズム。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子と、 前記撮像素子の受光面上に入射光像を結像させる光学系
   と、 前記光学系の光軸に垂直な平面に対して傾斜させて前記
   撮像素子の受光面の前面に配置し、前記光学系からの入
   射光を透過させる透明な平行平板と、 前記光軸又は前記光軸と平行な軸を中心に前記平行平板
   を回転させる駆動手段と、 前記駆動手段により前記平行平板が所定角度回転する毎
   に前記撮像素子で撮像された複数の画像を合成する合成
   手段とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記撮像素子で画像が撮像される毎に前
   記平行平板が回転する所定角度は９０°であり、前記平
   行平板が１回転する間に得られる４枚の画像を前記合成
   手段で合成して１枚の画像とすることを特徴とする請求
   項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記撮像素子の受光面は前記光軸と垂直
   に配設されており、前記平行平板を光軸に垂直に設置し
   た時と傾斜させた時の画像のずれが、前記撮像素子の画
   素間隔の（√２）／４になるように、前記平行平板の傾
   斜角度が調整されていることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記撮像素子は、前記光学系からの入射
   光をＲ・Ｇ・Ｂの３色の光に分解する色分解プリズム
   と、前記色分解プリズムからの色ごとの３本の出射光を
   それぞれ入射させる３個の撮像部とを備えることを特徴
   とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮
   像装置。