JPH0965219A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】撮像面に形成される画像を変位させて高解像度
の映像信号を出力する撮像装置において、この高解像度
の映像信号に代えて例えば通常のビデオ信号を出力する
際に、折り返し信号歪による画質劣化を有効に回避す
る。 【構成】シフト手段６により撮像素子４の変位を繰り返
して、等価的に光学的なローパスフィルタを形成し、折
り返し信号の発生を有効に回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関し、
撮像面に形成される画像の位置を変位させて高解像度の
映像信号を出力する撮像装置において、この高解像度の
映像信号に代えて例えば通常のビデオ信号を出力する際
に、撮像素子の変位を繰り返して等価的に光学的なロー
パスフィルタを形成し、これにより折り返し信号歪によ
る画質劣化を有効に回避する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静止画等の撮像装置においては、
光学的手法により、又は機械的手法により、撮像素子の
撮像面に１／２画素ずらしの画像を交互に形成し、この
撮像結果を合成することにより、撮像素子の画素ピッチ
で規定される解像度に比して高解像度の映像信号を得る
ようになされたものが提案されている。

【０００３】この方法によれば、例えば水平方向に画素
ずらしすると共に、その結果得られる撮像結果を合成し
て、撮像素子の画素ピッチにより規定される水平解像度
に比して、水平方向の解像度を２倍に向上することがで
きる。従ってこの方法によれば、水平解像度１０００本
以上の撮像結果を得ることができ、合成により生成した
映像信号を例えばコンピュータに取り込んで種々に利用
することができる。

【０００４】このため通常のテレビジョンカメラ等の撮
像装置の光学系に介挿される光学的ローパスフィルタに
おいては、撮像素子の画素ピッチで規定される空間周波
数よりやや低い空間周波数より透過率が低下するように
形成されるのに対し、この種の撮像装置の光学系に介挿
される光学的ローパスフィルタにおいては、撮像素子の
画素ピッチで規定される空間周波数に比して、ほぼ２倍
近傍の空間周波数より透過率が低下するように形成され
る。

【０００５】これにより通常のテレビジョンカメラ等
は、撮像素子の画素ピッチで規定される空間周波数より
空間周波数の高い成分について、折り返し信号の発生を
有効に回避し、これにより折り返し信号による画質劣化
を有効に回避するのに対し、この種の撮像装置では、画
像のシフトにより高周波化するサンプリング周波数に対
応するように光学的ローパスフィルタのカットオフ周波
数を高周波化し、解像度の劣化を有効に回避すると共に
折り返し歪みの発生を有効に回避するようになされてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の撮像
装置は、通常のモニタ装置等により撮像対象をモニタで
きるようになされている。このためこの種の撮像装置
は、オペレータの操作に応動してこの画素ずらしを停止
すると共に、画像の合成を停止するように形成され、こ
れにより通常のテレビジョンカメラとして使用して例え
ばＮＴＳＣ方式のビデオ信号を出力することができるよ
うになされている。

【０００７】ところがこのようにして通常のテレビジョ
ンカメラとして使用すると、この種の撮像装置では、画
像のシフトにより高周波化するサンプリング周波数に対
応するように光学的ローパスフィルタのカットオフ周波
数を高周波化していることにより、折り返し信号が発生
し、その分画質が劣化する問題がある。

【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、撮像面に形成される画像の位置を変位させて高解像
度の映像信号を出力する撮像装置において、高解像度の
映像信号に代えて例えば通常のビデオ信号を出力する際
に、折り返し信号による画質劣化を有効に回避すること
ができる撮像装置を提案しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、撮像面に形成された画像につい
て、撮像結果を出力する撮像素子と、駆動信号に応動し
て、先の撮像素子を規定の振幅で変位させることによ
り、この撮像素子の撮像面に形成される画像を変位させ
るシフト手段と、この駆動信号を出力する駆動手段とを
備える撮像装置に適用する。この撮像装置において、先
の撮像素子が、フィールド周期又はフレーム周期により
撮像結果を出力し、先の駆動手段が、先の撮像結果の１
フィールド又は１フレームの期間の間で、先の撮像素子
が複数回変位するように、駆動信号を出力する。

【００１０】このとき先のシフト手段が、駆動信号によ
りバイモルフを駆動し、このバイモルフの変位により撮
像素子を変位させるようにする。

【００１１】またこれに代えて、先のシフト手段が、撮
像面の水平及び垂直方向に対して先の変位の方向を斜め
の方向に設定してなるようにする。

【００１２】さらにこれに代えて、先の駆動手段が、動
作モードの切り換えに応動して、先の駆動信号を切り換
え、撮像結果の１フィールド毎に又は１フレーム毎に、
撮像素子を変位させるように、駆動信号を出力する。

【００１３】これらの手段により、撮像素子が、フィー
ルド周期又はフレーム周期により撮像結果を出力すると
き、駆動手段が、先の撮像結果の１フィールド又は１フ
レームの期間の間で、先の撮像素子が複数回変位するよ
うに、駆動信号を出力すれば、撮像素子より出力される
撮像結果においては、変位した各位置における撮像結果
を平均化して出力することになり、等価的に光学的なロ
ーパスフィルタを形成することができる。

【００１４】このとき先のシフト手段が、駆動信号によ
りバイモルフを駆動し、このバイモルフの変位により撮
像素子を変位させるようにすれば、画素ピッチに対する
この変位の振幅により平均化する範囲を規定でき、この
等価的に形成される光学的なローパスフィルタによる周
波数帯域をこの振幅により設定することができる。

【００１５】またこれに代えて、先のシフト手段が、撮
像面の水平及び垂直方向に対して先の変位の方向を斜め
の方向に設定してなるようにすれば、２次元の光学的ロ
ーパスフィルタを形成することができる。

【００１６】さらにこれに代えて、先の駆動手段が、動
作モードの切り換えに応動して、先の駆動信号を切り換
え、撮像結果の１フィールド毎に又は１フレーム毎に、
撮像素子を変位させるように、駆動信号を出力すれば、
この動作モードにおいて、シフト手段により画像シフト
した撮像結果を順次得ることができ、これら撮像結果を
合成して高解像度の撮像結果を形成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
撮像装置を示すブロック図である。この撮像装置１は、
単板式の撮像装置で形成され、いわゆる画像シフトの手
法により高解像度の映像信号ＳＨＤを出力する。すなわ
ち撮像装置１は、レンズ２より得られる入射光を光学的
ローパスフィルタ３を介してＣＣＤ固体撮像素子４に導
き、このＣＣＤ固体撮像素子４の撮像面に被写体の画像
を形成する。

【００１９】ここでこの撮像装置１は、このＣＣＤ固体
撮像素子４の撮像面に形成する画像を１／２画素ピッチ
だけ交互にシフトさせて高解像度の映像信号ＳＨＤを出
力するように形成され、光学的ローパスフィルタ３は、
この１／２画素ピッチの画像シフトに対応して、ＣＣＤ
固体撮像素子４の画素ピッチで規定される空間周波数に
対して、ほぼ２倍の空間周波数がカットオフ周波数にな
るように、光学的寸法が選定されて形成されるようにな
されている。

【００２０】これに対して図２に示すように、ＣＣＤ固
体撮像素子４は、撮像面に色フィルタを貼着して形成さ
れ、これにより規定順序で赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂの
画素が繰り返されてなるカラー用撮像素子を形成するよ
うになされている。なおこの実施の形態の場合、この画
素の繰り返しは、偶数ラインにおいて、緑色Ｇ、赤色Ｒ
の画素が交互に連続するように、また奇数ラインにおい
て、青色Ｂ、緑色Ｇの画素が交互に連続するように形成
される。

【００２１】さらにＣＣＤ固体撮像素子４は、いわゆる
全画素読み出しの撮像素子で形成され、タイミングジェ
ネレータ（ＴＧ）５より出力されるタイミング信号によ
り動作し、各画素に蓄積された蓄積電荷を１フレーム周
期で順次ラスタ走査の順序で出力する。

【００２２】さらにＣＣＤ固体撮像素子４は、規定のシ
フト機構６に保持され、このシフト機構６により斜め方
向（図２において矢印ａで示す）に振動するように形成
され、これにより通常の動作モードにおいては、フレー
ム周期で１／２画素ずらしした画像が撮像面に形成さ
れ、またモニタモードにおいては、規定周期で撮像面に
画素ずらしした画像が形成されるようになされている。

【００２３】すなわち図３は、このシフト機構６を示す
斜視図である。このシフト機構６は、この撮像装置１の
筐体に主基板７が固定されて保持されるように形成さ
れ、駆動回路８（図１）より出力される駆動信号ＳＤが
この主基板７に入力される。ここでこの主基板７は、１
組のバイモルフ９及び１０をほぼ平行に保持し、このバ
イモルフ９及び１０の先端に副基板１１を保持する。そ
れぞれバイモルフ９及び１０は、印加電圧に応じて変位
する板状の圧電材料を積層して形成され、この実施の形
態の場合、駆動回路８より供給される駆動信号ＳＤに応
動して副基板１１をＣＣＤ固体撮像素子４の垂直方向に
変位させるようになされている。

【００２４】これに対して副基板１１は、同様に１組の
バイモルフ１３及び１４を登載し、このバイモルフ１３
及び１４を介してＣＣＤ固体撮像素子４の実装基板１５
を保持する。ここでこの副基板１１は、主基板７に対し
て直交する方向に、この１組のバイモルフ１３及び１４
を登載し、フレキシブル配線基板１６を介して主基板よ
り供給される駆動回路８の駆動信号によりこのバイモル
フ１３及び１４を駆動する。これによりシフト機構６に
おいては、駆動回路８より供給される駆動信号ＳＤに応
動してバイモルフ９、１０、１３、１４を駆動し、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子４を垂直及び水平方向に変位させるよう
になされている。

【００２５】タイミングジェネレータ５は、この撮像装
置１の動作に必要な各種タイミング信号を生成して出力
する。駆動回路８は、シフト機構６に駆動信号を出力す
ると共に、この撮像装置１の動作モードに応じてこの駆
動信号を切り換え、これによりシフト機構６の動作を切
り換える。すなわち図４に示すように、通常の動作モー
ドにおいて、駆動回路８は、フレーム周期で信号レベル
が切り換わるフレーム基準信号ＦＤ（図４（Ａ））を基
準にして、フレーム周期で駆動信号ＳＤ（図４（Ｂ））
の信号レベルを切り換え、これによりＣＣＤ固体撮像素
子４の撮像周期でなるフレーム周期で、撮像面に形成す
る画像をシフトさせる。

【００２６】このとき駆動回路８は、この画像のシフト
がＣＣＤ固体撮像素子４の斜め方向で、かつ１／２画素
ピッチになるように、この駆動信号ＳＤの振幅を規定値
に保持し、これによりＣＣＤ固体撮像素子４の撮像周期
で、撮像面に形成する画像を１／２画素ピッチだけシフ
トさせる。

【００２７】これに対してモニタモードにおいて、駆動
回路８は、図５に示すように、フレーム基準信号ＦＤ
（図５（Ａ））を基準にして、駆動信号ＳＤ（図５
（Ｂ））の信号レベルを４回切り換え、これにより１フ
レーム周期でＣＣＤ固体撮像素子４を２周期振動させ
る。さらにこのとき駆動回路８は、この画像のシフトが
通常の動作モードにおける画像シフトの方向と一致する
ように、また規定振幅Ｗで変位するように、駆動信号Ｓ
Ｄの信号レベルを設定する。

【００２８】これによりＣＣＤ固体撮像素子４は、各フ
レーム単位で、ノーマルモードにおいて、サンプグンリ
点を１／２画素ピッチだけシフトしてなる撮像結果を出
力するのに対し、モニタモードにおいて、振幅Ｗだけ変
位したサンプリング点より得られる撮像結果を平均値化
して出力することになり、その分ノーマルモードに比し
て高周波成分が抑圧された撮像結果を出力することにな
る。これによりこの実施の形態のように、１フレームの
期間の間で複数回ＣＣＤ固体撮像素子４を振動させて、
等価的に光学的なローパスフィルタを形成することがで
きる。

【００２９】また図６に示すように、この振幅Ｗを大き
く設定すれば、ＣＣＤ固体撮像素子４は、大きく変位し
たサンプリング点より得られる撮像結果を平均値化して
出力することになり、これによりこの振幅Ｗを可変して
この光学的なローパスフィルタのカットオフ周波数を可
変して、通過帯域ＢＷを所望の周波数に選定することが
できる。

【００３０】かくするにつきこの実施の形態において、
この振幅Ｗは、ほぼ１／２画素ピッチ近傍の値に選定さ
れ、これにより光学的ローパスフィルタ３のカットオフ
周波数に比して、このシフト機構６によるカットオフ周
波数をほぼ１／２の周波数（すなわち画素ピッチにより
規定される空間周波数に対応する）に選定するようにな
されている。

【００３１】信号処理回路１８は、このＣＣＤ固体撮像
素子４の出力信号を内蔵の相関二重サンプリング回路に
入力し、ここでこの出力信号を各色信号に変換する。さ
らに信号処理回路１８は、この各色信号をフレームメモ
リに格納すると共に、規定の順序で読み出し、ノーマル
モードにおいては、連続するフレーム間でこの色信号を
補間処理する。これにより信号処理回路１８は、ノーマ
ルモードにおいて、連続するフレームの撮像結果を合成
して高解像度の映像信号ＳＨＤを形成し、この映像信号
ＳＨＤを規定のフォーマットにより出力する。

【００３２】これに対して信号処理回路１８は、モニタ
モードにおいて、各フレームの画像をインターレースの
順序で読み出し、読みだした色信号より輝度信号及び色
差信号を生成し、この輝度信号及び色差信号をビデオ信
号ＳＶに変換して出力する。かくするにつき、このとき
この撮像装置１では、シフト機構６により光学的なロー
パスフィルタを形成し、画素ピッチにより規定される周
波数で帯域制限したことにより、折り返し信号の発生を
有効に回避することができ、これにより折り返し歪みに
よるビデオ信号ＳＶの画質劣化を有効に回避することが
できる。

【００３３】以上の構成において、レンズ２より入射す
る入射光は、光学的ローパスフィルタ３により、ＣＣＤ
固体撮像素子４の画素ピッチで規定されるほぼ２倍の空
間周波数で帯域制限された後、このＣＣＤ固体撮像素子
４の撮像面に集光され、これによりこのＣＣＤ固体撮像
素子４の撮像面に被写体の画像が形成される。

【００３４】この被写体の画像は、ＣＣＤ固体撮像素子
４により光電変換されて、フレーム周期で、順次ラスタ
走査順に、全画素読み出しされる。このときこの被写体
の画像は、ノーマルモードにおいて、シフト機構６のバ
イモルフ９、１０、１３、１４が駆動信号ＳＤで駆動さ
れることにより、フレーム周期で、１／２画素ピッチだ
け斜め方向に変位し、これによりＣＣＤ固体撮像素子４
より、交互に１／２画素ピッチだけ斜め方向にサンプリ
ング点が変位してなる撮像結果が得られ、この撮像結果
が信号処理回路１８により合成されて、高解像度の映像
信号ＳＨＤが生成される。

【００３５】これに対してモニタモードにおいて、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子４の撮像面に形成される画像は、駆動信
号ＳＤが切り換えられることにより、１フレームの期間
の間で、規定の振幅Ｗで、かつ２回振動するように変位
し、これによりこの変位した各サンプリング点における
撮像結果を平均値化してなる撮像結果がＣＣＤ固体撮像
素子４より出力される。これにより撮像装置１では、こ
のシフト機構６により、振幅Ｗでカットオフ周波数が規
定される光学的なローパスフィルタが形成され、ＣＣＤ
固体撮像素子４より折り返し信号を抑圧してなる撮像結
果を得ることができ、この撮像結果が信号処理回路１８
においてビデオ信号ＳＶに変換され、モニタ装置等に出
力される。

【００３６】以上の構成によれば、撮像面に形成される
画像を１／２画素ずらしするシフト機構６により、モニ
タモードにおいて、撮像面の画像を複数回振動させるこ
とにより、このシフト機構６で光学的なローパスフィル
タを形成でき、これにより折り返し信号によるビデオ信
号ＳＶの画質劣化を有効に回避することができる。

【００３７】またこのときこの振動の振幅Ｗを選定して
自由にカットオフ周波数を選定することもできる。

【００３８】なお上述の実施の形態においては、矩形波
状の駆動信号ＳＤによりバイモルフを駆動する場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、図７に示すよう
に、フレーム基準信号ＦＤ（図７（Ａ））を基準にし
て、１フレームの期間で、ＣＣＤ固体撮像素子４を複数
回振動させれば良く、例えば駆動信号ＳＤを三角波状に
変化させて、この駆動信号ＳＤの信号レベルに追従する
ようにＣＣＤ固体撮像素子４を変位させてもよく（図７
（Ｂ））、また鋸歯状波状に変化させて、この駆動信号
ＳＤの信号レベルに追従するようにＣＣＤ固体撮像素子
４を変位させてもよい。なおこれらの場合には、矩形波
状の駆動信号ＳＤによりバイモルフを駆動する場合に比
して、同一振幅Ｗにおけるカットオフ周波数が高周波化
することにより、その分振幅Ｗを改めて設定する必要が
ある。

【００３９】また上述の実施の形態においては、シフト
方向と同一方向にＣＣＤ固体撮像素子４を振動させる場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、シフト方
向に対して振動方向を変化させてもよい。すなわちこの
ようにＣＣＤ固体撮像素子を振動させて光学的なローパ
スフィルタを形成する場合、振動方向により水平及び垂
直方向の振幅をそれぞれ可変することができ、これによ
り水平及び垂直方向のカットオフ周波数を自由に設定す
ることができる。これにより２次元の光学的ローパスフ
ィルタにおいて、水平及び垂直方向のカットオフ周波数
をそれぞれ独立に設定でき、例えばＣＣＤ固体撮像素子
４の各色の画素の配列に対応して水平及び垂直方向のカ
ットオフ周波数を自由に設定することもできる。

【００４０】さらに上述の実施の形態においては、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子よりフレーム単位で撮像結果を出力する
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、フィー
ルド単位で出力する場合にも広く適用することができ、
またインターレース方式により撮像結果を出力する場合
にも広く適用することができる。

【００４１】また上述の実施の形態においては、バイモ
ルフによりＣＣＤ固体撮像素子を変位させる場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、ボイスコイルモー
タにより変位させる場合等、撮像素子を変位させる種々
のシフト手段を広く適用することができる。

【００４２】また上述の実施の形態においては、斜め方
向に画像をシフトさせる場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、水平方向又は垂直方向に画像をシフト
させる場合にも広く適用することができる。

【００４３】さらに上述の実施の形態においては、高解
像度の映像信号とビデオ信号とを切り換えて出力する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、ビデオ信
号に代えて赤色、青色、緑色の色信号により撮像結果を
出力する場合、さらに輝度信号及び色差信号の形式で撮
像結果を出力する場合、さらにはデータ圧縮して撮像結
果を出力する場合等、解像度を低減して種々のフォーマ
ットにより撮像結果を出力する場合に広く適用すること
ができる。

【００４４】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、画素ずら
しにより高解像度の映像信号を出力する撮像装置におい
て、通常のビデオ信号等により撮像結果を出力する際
に、撮像面に形成される画像を振動させることにより、
この振動の機構により光学的なローパスフィルタを形成
して折り返し信号を低減し、折り返し信号歪による画質
劣化を有効に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置を示すブロ
ック図である。

【図２】図１の撮像装置のＣＣＤ固体撮像素子の撮像面
を示す略線図である。

【図３】図１の撮像装置のシフト機構を示す斜視図であ
る。

【図４】図１の撮像装置のノーマルモードにおけるシフ
ト機構の駆動の説明に供する信号波形図である。

【図５】図１の撮像装置のモニタモードにおけるシフト
機構の駆動の説明に供する信号波形図である。

【図６】図５のシフト機構の駆動による撮像結果の空間
周波数を示す特性曲線図である。

【図７】他の実施の形態によるシフト機構の駆動の説明
に供する信号波形図である。

【符号の説明】

１ 撮像装置 ２ レンズ ３ 光学的ローパスフィルタ ４ ＣＣＤ固体撮像素子 ６ シフト機構 ９、１０、１３、１４ バイモルフ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像面に形成された画像について、撮像
   結果を出力する撮像素子と、 駆動信号に応動して、前記撮像素子を規定の振幅で変位
   させることにより、前記撮像素子の撮像面に形成される
   画像を変位させるシフト手段と、 前記駆動信号を出力する駆動手段とを備え、 前記撮像素子は、フィールド周期又はフレーム周期によ
   り前記撮像結果を出力し、 前記駆動手段は、前記撮像結果の１フィールド又は１フ
   レームの期間の間で、前記撮像素子が複数回変位するよ
   うに、前記駆動信号を出力することを特徴とする撮像装
   置。
2. 【請求項２】 前記シフト手段は、 前記駆動信号によりバイモルフを駆動し、前記バイモル
   フの変位により前記撮像素子を変位させることを特徴と
   する請求項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記シフト手段は、 前記撮像面の水平及び垂直方向に対して前記変位の方向
   を斜めの方向に設定したことを特徴とする請求項１に記
   載の撮像装置。
4. 【請求項４】 前記駆動手段は、 動作モードの切り換えに応動して、前記駆動信号を切り
   換え、前記撮像結果の１フィールド毎に又は１フレーム
   毎に、前記撮像素子を変位させるように、前記駆動信号
   を出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像装
   置。