KR100263425B1 - 고정밀도의 촬상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정밀도의 촬상장치에 관한 것으로서, 이 촬상장치는 촬상화상의 복수의 샘플점의 빛의 투영위치를 이동시켜서 수광부의 1개의 수광소자에 의해 각 샘플점의 빛의 강도를 차례로 검출하고, 검출된 빛의 강도를 나타내는 출력은 빛의 투영위치의 이동에 동기하여 수광부로부터 출력되며, 이 결과 복수의 화상신호가 형성되고, 수광부는 복수의 수광소자의 쌍으로 이루어지고 각 수광소자는 수광면과 개구부를 구비하며, 개구부의 수광면상에 있어서의 정사영의 위치는 각 수광소자마다 다르고, 생성된 상기 복수의 화소테이터는 서로 다른 개구부를 투과한 빛의 강도를 나타내는 상기 화소데이터가 서로 인접하도록 배열되고, 이때 각 화소데이터는 각 개구부가 외견상 수광면상의 소정의 위치로 이동한 상태에서 취득된 것으로서 취급되는 것을 특징으로 한다.

Description

고정밀도의 촬상장치

종래 촬상장치는 CCD(Charge Coupled Device) 등의 수광소자를 종횡으로 배열한 수광부를 구비하고 있다. 수광부는 촬영의 대상물, 즉 촬영할 화상을 다수의 샘플점으로서 검출한다. 화상신호는 검출된 각 샘플점을 나타내는 출력신호에 의해 형성되게 되어 있다. 이 때문에 화상을 촬영했을 때의 해상도는 수광소자의 화소수에 의해 결정된다. 통상 화소수를 늘리면 수광부의 집적도의 상승이 없어도 CCD의 비용은 상승한다. 또한 CCD의 수광부의 면적을 같게 하여 집적도를 올리면 가공정밀도의 향상이 필요해진다. 이 때문에 CCD의 비용은 훨씬 상승한다.

이를 해결하기 위한 수법으로서 이하의 수법이 제안되고 있다. 이 수법에서는 복수의 샘플점의 수광부를 기준으로 한 위치가 기계적 또는 광학적으로 차례로 이동된다. 샘플점은 수광부의 어느쪽인가 1개의 수광소자에서 검출된다. 검출된 복수의 샘플점에 해당하는 복수의 출력신호는 이들 샘플점의 이동에 동기하여 출력된다. 이 결과 복수의 화상신호가 형성된다. 이 수법에서는 집적도를 상승시킬 필요가 없다.

이 수법에 의한 경우 샘플점을 기계적으로 이동시키는 수단에는 수광부를 수평 및 수직방향으로 이동시키는 구조의 것이 있다. 광학적인 수단에는 빛을 굴절시키는 소자의 기울기각, 기울기방향 및 소자의 두께 등을 변화시키는 구조의 것 등이 있다.

이동되어 1개의 수광소자에서 차례로 검출된 복수의 샘플점을 나타내는 출력신호에 의해 형성된 화상신호는 보간처리를 받는다. 보간처리는 차례로 형성된 각 화상신호의 화상데이터를 CCD의 각 수광소자의 중간의 위치에 배열하는 처리이다.이 보간처리에 의해 최종화소배열데이터가 얻어진다.

도1a∼도1d는 최종화소배열테이터를 얻기 위한 보간처리의 한 예를 나타낸 도면이다. 도1a∼도1d에 있어서, 수광부의 수광소자의 윗쪽에는 블랙마스크에 마운트된 컬러필터가 설치되어 있다. 블랙마스크에는 개구부가 설치되어 있다. 각 개구부는 각 수광소자의 대략 중앙에 투과광을 투영하도록 설치되어 있다. 도1a에 나타내는 바와 같이 수광부는 2행 2열로 배열된 4개의 개구부(11A, 11B, 11C) 및 (11D)를 구비하고, 각 개구부는 각 수광소자에 대응한다. 각 개구부(11A∼11D)의 가로방향 및 세로방향에 인접하는 각 개구부간에는 개구부 1개분의 간격이 있다.

각 수광소자는 촬영화상의 4개의 샘플점을 차례로 검출하고, 얻어진 화상에 보간처리가 실시된다. 또한 이하에서는 이해를 용이하게 하기 위해 수광소자의 개구부가 이동하는 것으로서 설명한다.

우선 도1b에 나타내는 바와 같이 각 수광소자에 대응하는 각 개구부(11A∼11D)가 오른쪽으로 O.5소자피치 이동한다. 이에 따라 개구부(11A)는 개구부(11A)의 초기의 위치인 오른쪽옆으로 이동한다. 개구부(11B)는 개구부(11B)의 초기의 위치인 오른쪽옆으로 이동한다. 개구부(11C)는 개구부(11C)의 초기의 위치인 오른쪽옆으로 이동한다. 개구부(11D)는 개구부(11D)의 초기의 위치인 오른쪽옆으로 이동한다.

그 후 도1c에 나타내는 바와 같이 각 개구부(11A∼11D)가 아래로 0.5소자피치 이동한다. 이에 따라 개구부(11A)는 개구부(11A)가 전회의 이동의 결과 도달한 위치의 아래옆으로 이동한다. 개구부(11B)는 개구부(11B)가 전회의 이동의 결과 도달한 위치의 아래옆으로 이동한다. 개구부(11C)는 개구부(11C)가 전회의 결과 도달한 위치의 아래옆으로 이동한다. 개구부(11D)는 개구부(11D)가 전회의 이동의 결과 도달한 위치의 아래옆으로 이동한다.

그 후 또한 도1(d)에 나타내는 바와 같이 각 개구부(11A∼11D)가 왼쪽으로 O.5소자피치 이동한다. 이에 따라 개구부(11A)는 개구부(11A)가 전회의 이동의 결과 도달한 위치의 왼쪽옆으로 이동한다. 개구부(11B)는 개구부(11B)가 전회의 이동의 결과 도달한 위치의 왼쪽옆으로 이동한다. 개구부(11C)는 개구부(11C)가 전회의 이동의 결과 도달한 위치의 왼쪽옆으로 이동한다. 개구부(11D)는 개구부(1lD)가 전회의 이동의 결과 도달한 위치의 왼쪽옆으로 이동한다,

이와 같이 하여 얻어진 최종화소배열데이터는 도1d에 나타내는 바와 같이 된다. 이 최종화소배열데이터에 있어서는 동일1개구부를 투과한 빛을 나타내는 화소데이터가 서로 인접하도록 배열된다. 즉 각 화소데이터중 개구부(11A)를 통과한 빛을 나타내는 4개의 화소데이터는 서로 인접하여 배열된다. 개구부(11B)를 통과한 빛을 나타내는 4개의 화소데이터는 개구부(11A)를 통과한 빛을 나타내는 화소데이터의 오른쪽옆에 서로 인접하여 배열된다. 개구부(11C)를 통과한 빛을 나타내는 4개의 화소데이터는 개구부(11A)를 통과한 빛을 나타내는 화소데이터의 하측에 서로 인접하여 배열된다. 개구부(11D)를 통과한 빛을 나타내는 4개의 화소데이터는 개구부(11B)를 통과한 빚을 나타내는 화소데이터의 하측에 서로 인접하여 배열된다. 이 최종화소배열데이터를 처리함으로써 휘도신호(Y) 및 색차신호(R-Y, B-Y)가 얻어진다. 신호(Y, R-Y, B-Y)는 도1d에 나타내는 화소배열을 갖는 최종 화소배열데이터에 재생된다. 이에 따라 촬영한 화상은 재생된다. 이 수법에서는 수광소자의 집적도가 바뀌지 않고 해상도가 향상하고 있다.

그러나, 이 수법에서는 도1d에 나타내는 바와 같이 최종화소배열데이터속에서 동일 1개구부를 투과한 빛을 나타내는 화소데이터가 서로 인접한다. 이 때문에 각 개구부를 투과한 빚을 나타내는 4종류의 화소데이터는 종류마다 국소적으로 밀집한다. 이 때문에 서로 인접하는 동일한 색의 화소데이터군을 1개의 화소데이터로서 본 경우의 해상도는 향상하지 않는다. 이에 따라 휘도신호(Y) 및 색차신호(R-Y, B-Y)의 데이터 정밀도가 저하하고, 수평해상도 및 수직해상도는 충분히 향상하지 않는다. 이 때문에 보간처리에 의해 화소수를 4배로 해도 해상도는 4배가 되지 않는다. 결과로서 촬상장치로서 충분한 성능이 얻어지지 않는다.

본 발명의 바람직한 형태의 하나는 개구부를 구비하고, 촬영화상의 복수의 샘플점으로부터의 빛을 수광하여 그 빛의 강도를 나타내는 신호를 출력하는 복수의 수광소자로 이루어지는 쌍을 복수 구비하며, 각 상기 쌍에 속하는 각 상기 수광소자의 수광면상에 있어서의 각 상기 개구부의 정사영의 위치는 각 상기 수광면마다 다른 수광부와, 상기 복수의 샘플점으로부터의 빛의, 상기 수광부의 상기 수광면상에 있어서의 투영위치를 이동하는 샘플위치변위수단과, 상기 수광부의 1개의 수광소자가 차례로 검출한 상기 복수의 샘플점으로부터의 빛의 강도를 나타내는 상기 신호를 상기 샘플위치변위수단에 의한 상기 투영위치의 이동에 동기하여 입력하고, 상기 신호로부터 각 상기 샘플점의 빛의 강도를 나타내는 복수의 화소데이터를 포함하는 복수의 화상신호를 형성하는 화상형성수단과, 각 상기 수광소자의 상기 수광면상의 소정의 위치에 외견상 각 상기 개구부를 이동시켜서 서로 다른 개구부를 투과한 빛의 강도를 나타내는 상기 화소데이터가 서로 인접하도록 복수의 화소데이터를 배열하는 제어수단으로 구성된다,

또 본 발명의 바람직한 형태의 다른 하나는, 수광소자의 각 개구부가 상기 각 수광소자마다 다른 위치에 배치된 복수의 수광소자로 이루어지는 1쌍의 수광소자군이 복수쌍 배열한 수광부와, 상기 수광부에 대한 복수회의 노광시에 각 상기 수광소자에 입사하는 광속이 각 노광마다 다르도록 각 광속과 각 상기 수광소자의 위치관계를 변화시키는 변위수단과, 상기 수광부에 대한 각 상기 노광시에 있어서의 각 광속의 강도를 나타내는 출력신호를 상기 수광부로부터 입력하고, 그 출력신호를 각 상기 노광의 타이밍에 동기하여 기억하는 기억수단과, 상기 기억수단에 기억된 상기 출력신호로부터 화상데이터를 생성하는 제어수단으로 구성된다.

또 본 발명의 바람직한 형태의 다른 하나는, 입사하는 광속의 강도를 검출하는 광검출부가 서로 다른 위치에 배치된 촬상화소를 복수 구비하는 촬상화소군을 또한 복수 구비하는 촬상부와, 각 상기 광검출부에 의한 복수회의 광검출시에 각 상기 광검출부에 입사하는 광속이 각 광검출마다 다르노록 각 광속과 각 상기 광검출부의 위치관계를 변화시키는 시프트수단과, 상기 광검출부에 의한 각 상기 광검출시에 있어서의 각 광속의 강도를 나타내는 출력신호로부터 화상테이터를 생성하는 제어수단과, 상기 제어수단에 의해 생성된 상기 화상데이터를 기억하는 기억수단으로 구성된다.

상기한 각 구성에 따르면 촬영화상의 복수의 샘플점의 빛이 상기 수광부의 1개의 수광소자에 의해 차례로 검출되고 복수의 화상신호가 형성된다. 이에 따라 집적도가 바뀌는 일 없이 해상도가 향상한다. 수광부의 복수의 수광소자는 1개의 쌍을 구성하고, 이 1쌍의 수광소자의 수광면상에 있어서의 각 상기 개구부의 정사영의 위치는 각 상기 수광면마다 다르다. 그리고 각 상기 개구부는 외견상 상기 수광면상의 소정의 위치로 이동한다. 생성된 상기 복수의 화소데이터는 서로 다른 개구부를 투과한 빛의 강도를 나타내는 상기 화소데이터가 서로 인접하도록 배열된다. 이 때문에 화소데이터를 배열하는 상기의 처리(보간처리)에 의해 얻어진 최종 화소배열속에서는 서로 인접하는 동일한 색의 화소데이터군을 1개의 화소데이터로서 본 경우의 해상도가 향상된다(즉 최종화소배열은 종래의 것보다 긴밀해진다).

또 보간처리한 최종화소배열데이터속의 화소데이터의 배열은 보간처리전의 수광소자의 배열과 같아진다. 이 결과 휘도신호 및 색차신호의 데이터의 정밀도는 높아진다. 또 수평해상도 및 수직해상도가 향상한다. 이상으로부터 촬상장치로서의성능은 대폭적으로 향상한다.

도1a∼도1d는 종래의 최종화소배열데이터의 작성과정을 나타내고, 도1a는 1쌍을 이루는 4개의 수광소자의 각각의 전방에 있는 각 개구부(11A∼11D)의 위치관계를 나타낸 도면.

도1b는 각 개구부를 오른쪽으로 0.5소자피치 이동시켰을때의 위치관계를 나타낸 도면.

도1c는 다시 각 개구부를 왼쪽으로 0.5피치 이동시켰을때의 위치관계를 나타낸 도면.

도1d는 다시 각 개구부를 왼쪽으로 0.5소자피치 이동시켰을때의 위치관계를 나타낸 도면.

도2는 본 발명의 제1실시형태에 관련되는 촬상장치를 나타낸 구성도.

도3a는 도2의 수광부에 있어서의 4개의 개구부와 샘플점의 대응관계를 나타낸 도면.

도3b는 샘플점으로부터의 광속이 광속의 진행방향을 향하여 오른쪽아래로 굴절할때의 광속의 진로를 나타낸 도면.

도3c는 샘플점으로부터의 광속이 광속의 진행방향을 향하여 왼쪽아래로 굴절할 때의 광속의 진로를 나타낸 도면.

도3d는 샘플점으로부터의 광속이 광속의 진행방향을 향하여 오른쪽위로 굴절할때의 광속의 진로를 나타낸 도면,

도3e는 샘플점으로부터의 광속이 광속의 진행방향을 향하여 왼쪽위로 굴절할때의 광속의 진로를 나타낸 도면.

도4는 도3의 수광부의 주오부를 확대한 분해사시도.

도5는 도2의 촬상장치의 구성을 나타내는 블록도.

도6은 도2의 촬상장치에 있어서의 촬상동작의 타이밍을 나타낸 도면.

도7a∼도7e는 본 발멍의 제1실시형태에 있어서의 최종화소배열데이터의 작성과정을 나타내고,

도7a는 1쌍을 이루는 4개의 수광소자의 각각의 전방에 있는 각 개구부(11A∼11D)의 위치관계를 나타낸 도면.

도7b는 1회째와 2회째의 노광으로 얻어진 화소데이터의 위치관계를 나타낸 도면.

도7c는 1회째, 2회째, 3회째의 노광으로 얻어진 화소데이터의 위치관계를 나타낸 도면.

도7d는 1회째∼4회째의 노광으로 얻어진 화소데이터의 위치관계를 나타낸 도면.

도7e는 최종화소배열테이타속에 있어서의 화소데이터의 기본적인 배열상태를 나타낸 도면.

도8a∼도8e는 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 최종화소배열데이터의 작성과정을 나타내고,

도8a는 1쌍을 이루는 4개의 수광소자의 각각의 전방에 있는 각 개구부(11A∼11D)의 위치관계를 나타낸 도면.

도8b는 1회째와 2회째의 노광으로 얻어진 화소데이터의 위치관계를 나타낸 도면.

도8c는 1회째, 2회째, 3회째의 노광으로 얻어진 화소데이터의 위치관계를 나타낸 노면.

도8d는 1회째에서 4회째의 노광으로 얻어진 화소데이터의 위치관계를 나타낸 도면.

도8(e)는 최종화소배열데이터속에 있어서의 화소데이터의 기본적인 배열상태를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수광기판 2 : 수광부

3 : 렌즈 4 : 위치변위기구(위치변위수단)

5 : 평행평면판 6 : 유지링

7 : 지지판 8 : 피에조소자

10 : 수광소자부 11 : 블랙마스크

12 : 컬러필터 15 : CPU

16 : RAM

[제1실시형태]

이하 도2∼도7을 참조하여 본 발명의 촬상장치의 제1실시형태에 대하여 설명한다.

도2는 촬상장치의 구성도이다. 도2에 있어서, 수광기판(1)의 광입사면에는 수광부(2)가 설치되어 있다. 수광부(2)는 감광부와, 전하전송부와, 종횡으로 다수 배열형성된 수광소자를 구비하고 있다. 수광부(2)의 전방(광입사측)에는 렌즈(3)가 배치되어 있다. 렌즈(3)의 전방(광입사측)에는 위치변위기구(위치변위수단)(4)가 배치되어 있다. 위치변위기구(4)는 촬영화상의 샘플점의 투영위치를 변위시킨다. 위치변위기구(4)는 원형상의 투명한 평행평면판(5)과, 유지링(6)과, 지지판(7)과, 피에조소자(8)로 이루어진다. 유지링(6)은 평행평면판(5)의 외주에 장착되어 있다. 지지판(7)의 평행평면판(5)을 투과하는 빛이 입사하는 곳에는 원형구멍(7a)이 설치되어 있다. 피에조소자(8)는 지지판(7)과 유지링(6)의 사이에 설치되고, 평행평면판(5)을 광축(0)에 대하여 3차원적으로 기울인다. 피에조소자(8)의 신축면형을 전기적으로 제어하면 평행평면판(5)의 광축(0)에 대한 기울기각 및 기울기 방향이 변화한다.

촬영대상물이 화상을 촬영할 때, 이 촬상장치는 피에조소자(8)의 신축변형을 전기적으로 제어하여 평행평면판(5)의 광측(0)에 대한 기울기각 및 기울기 방향을 바꾼다. 화상의 각 샘플점으로부터의 빛은 평행평면판(5)의 광축(0)에 대한 기울기각 및 기울기 방향에 따라서 시프트한다. 시프트한 각 샘플점의 빚은 렌즈(3)를 통하여 수광부(2)의 각 수광소자에 입사한다. 이에 따라 수광부(2)의 각각의 수광소자는 서로 인접하는 복수의 샘플점의 빛을 1점씩 검출한다. 검출한 복수의 샘플점의 빛을 나타내는 출력신호는 각 샘플점의 투영위치의 이동에 동기시켜서 출력된다. 이 결과 복수의 화상신호가 형성된다.

이 촬상장치는 예를 들면 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 도3a에 나타내는 투영위치(SA1, SA2, SA3) 및 (SA4)에 도달해야 할 4개의 광속의 투영위치를 평행평면판(5)의 광축(0)에 대한 기울기각 및 기울기 방향의 변화에 따라서 도3b∼도3e에 나타내는 바와 같이 각각 오른쪽아래, 왼쪽아래, 오른쪽위 또는 왼쪽위에 개구부의 크기 1개분씩 이동시킨다. 또한 샘플포인트와 굴절이 없는 경우의 투영점에는 동일한 참조부호를 붙인다. 이 결과 예를 들면 도3a에 나타낸 개구부(11)에는 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 투영위치(SA1, SA2, SA3) 및 (SA4)에 도달해야 할 4개의 광속이 통과하고, 통과한 빛은 개구부의 후방에 있는 수광소자에 의해 검출된다.

또한, 도7a∼도7e 및 도8a∼도8e에 나타내는 화소데이터(A1, A2, A3) 및 (A4)는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 투영위치(SA1, SA2, SA3) 및 (SA4)에 도달해야 할 4개의 광속을 나타내는 화소데이터이다.

또 화소테이터(B1)는 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서, 개구부(11C)의 왼쪽위옆, 즉 투영위치(SB1)에 도달해야 할 광속을 나타낸다. 화소데이터(B2∼B4)는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 개구부(11B)의 오른쪽위옆, 오른쪽아래옆 및 왼쪽아래옆에 도달해야 할 광속을 나타낸다.

또 화소데이터(C1)는 샘플점으르부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서, 개구부(11C)의 왼쪽위옆, 즉 투영위치(SC1)에 도달해야 할 광속을 나타낸다. 화소데이터(C2∼C4)는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 겅우에 있어서 개구부(11C)의 오른쪽위옆, 오른쪽아래옆 및 왼쪽아래옆에 도달해야 할 강속을 나타낸다.

또 화소데이터(D1)는 샘플점으로부터의 광속이 글절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서, 개구부(11D)의 왼쪽위옆, 즉 투영위치(SD1)에 도달해야 할 광속을 나타낸다. 화소데이터(D2∼D4)는 각각 섐플점으로부터의 강속이 글절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 개구부(11D)의 오른쪽위옆, 오른쪽아래옆 및 왼쪽아래옆에 도달해야 할 광속을 나타낸다.

수광부(2)는 수광소자부(10)와, 블랙마스크(11)와, 컬러필터(12)를 구비한다. 수광소자부(10)는 4개의 수광소자(10A∼10D)로 이루어지는 쌍이 다수 배열된 구조로 되어 있다. 각 쌍의 수광소자(10A∼10D)는 도4에 나타내는 바와 같이 2행 2열로 배열되어 있다. 각 쌍의 수광소자(10A∼10D)의 광입사측에는 블랙마스크(11)가 배치되어 있다. 각 블랙마스크(11)에는 개구부(11A∼11D)가 설치되어 있다. 개구부(11A, 11B, 11C) 또는 (11D)를 개구면에 수직으로 투과하는 빛은 각각 수광소자(1OA, 1OB, 1OC) 또는 (1OD)에 입사한다. 각 블랙마스크(11)의 광입사측에는 컬러필터(12)가 배치되어 있다. 각 컬러필터(12)는 서로 다른 색의 필터부(12A∼12D)로 이루어진다. 각 필터부(12A, 12B, 12C) 또는 (12D)를 필터면에 수직으로 투과하는 빚은 각각 수광소자(1OA, 1OB, 1OC) 또는 (1OD)에 입사한다.

각 블랙마스크(11)의 개구부(11A∼11D)의 면적은 각 수광소자(1OA∼1OD)의 약 1/4이다. 따라서, 각 개구부(11A∼11D)의 개구율(Q)은 수광소자(1OA∼1OD)상에서의 샘플점의 빛의 이동횟수를 N(예를 들면 4회)으로 했을 때,

Q = (1/N) × 100% = (1/4) × 100% = 25%이다.

각 개구부(11A∼11D)는 각 쌍의 수광소자(1OA∼1OD)의 중앙의 전방(광입사측)에는 아니고, 서로의 거리가 최대가 되도록 각 쌍의 수광소자(1OA∼1OD)의 구석부의 전방에 설치되어 있다. 예를 들면, 도4에 나타내는 바와 같이, 개구부(11A)는 수광소자(1OA)의 왼쪽위 구석부의 전방에 설치되어 있다. 개구부(11B)는 수광소자(10B)의 오른쪽위 구석부의 전방에 설치되어 있다. 개구부(11C)는 수광소자(10C)의 왼쪽아래 구석부의 전방에 설치되어 있다. 개구부(11D)는 수광소자(1OD)의 오른쪽아래 구석부의 전방에 설치되어 있다. 이 때문에 개구부(11A)와 개구부(11B)는 가로방향으로 1.5소자피치 떨어져 있다. 그리고, 개구부(11B)의 오른쪽옆에는 다른 쌍의 개구부(11A)가 인접해 있다. 개구부(11C)와 개구부(11D)는 가로방향으로 1.5소자피치 떨어져 있다. 그리고 개구부(1lD)의 오른쪽옆에는 다른 쌍의 개구부(11C)가 인접해 있다. 또 개구부(11A)와 개구부(11C)는 세로방향으로 1.5소자피치 떨어져 있다. 그리고 개구부(11C)의 아래에는 다른 쌍의 개구부(11A)가 인접해 있다. 개구부(11B)와 개구부(11D)는 세로방향으로 1.5소자피치 떨어져 있다. 그리고 개구부(11D)의 아래에는 다른 쌍의 개구부(11B)가 인접해 있다.

이 촬상장치는 도5에 나타내는 바와 같이 CPU(15)를 구비한다, 셔터가 조작되어 CPU(15)에 셔터신호가 주어지면 CPU(15)가 회로 전반을 제어하여 1회의 촬영을 한다. 1회의 촬영중 4회의 노광이 연속하여 실시된다. 즉 CPU(15)는 셔터신호가 주어지면 도6에 나타내는 바와 같이 4회의 노광의 각 화마다 위치변위기구(4)에 구동신호를 준다. 이에 따라 위치변위기구(4)의 각 피에조소자(8)가 구동되고 평행평면판(5)은 광축(0)에 대하여 소정 방향으로 기울어진다. 이렇게 하여 각 샘플점의 빛의 투영위치가 차례로 지정된다. 이렇게 함으로써 각각의 수광소자에는 촬영화상속에서 서로 인접하는 4개의 샘플점의 빛이 1점씩 투영된다. 그리고 CPU(15)는 각 샘플점의 빛의 투영위치가 지정되는 기간마다 수광부(2)에 촬영신호를 주어 촬영을 시킨다. 또한 CPU(15)는 샘플점의 투영위치가 이동해있는 기간마다 수광부(2)에 전송신호를 준다. 이 기간에는 샘플점의 빛의 투영위치가 지정된 위치에 이동해 있으며, 촬영은 실시되어 있지 않다. 이에 따라 각 수광소자(1OA∼1OD)가 검출한 검출신호(출력신호)는 화소데이터로서 RAM(16)에 차례로 전송되어 기억된다. RAM(16)에 기억된 각 화소데이터는 각 회의 노광마다의 4개의 화상데이터(화상신호)로서 판독된다. 각 화상데이터는 보간처리가 실시됨으로써 합성된다. 이에 따라 1개의 합성화상데이터(최종화소배열데이터)를 작성한다. 최종화소배열데이터는 플래쉬메모리(17)에 기억된다.

이 촬상장치에서는 각 쌍의 수광소자(10A∼10D)중 1개의 수광소자에서 복수의 샘플점의 빛을 차례로 검출한다. 검출에 의해 얻어진 화소데이터는 보간처러되어 최종화소배열데이터가 된다.

최종화소배열데이터를 얻기 위한 보간처리를 도7a∼도e에 나타낸다.

우선 도7a에 나타내는 바와 같이 1회째의 노광에 의하여 도3에 나타내는 개구부(11A∼11D)는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 투영위치(SA1, SB2, SC1) 및 (SD1)에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(10A∼1OD)는 이들 광속을 수광하고 각각 화소데이터(A1, B1, C1) 및 (D1)을 생성한다.

다음으로 도7b에 나타내는 바와 같이 2회째의 노광에 의하여 도3에 나타내는 개구부(11A∼11D)는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 개구부(11A, 11B, 11C) 또는 (11D)의 오른쪽위에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(1OA∼10D)는 이들 광속을 수광하고 각각 화소데이터(A2, B2, C2) 및 (D2)를 생성한다.

다음으로 도7c에 나타내는 바와 같이 3회째의 노광에 의하여 도3에 나타내는 개구부(11A∼11D)는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 개구부(11A, 11B, 11C) 또는 (11D)의 오른쪽아래에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(1QA∼1OD)는 이들 광속을 수광하고 각각 화소데이터(A3, B3, C3) 및 (D3)를 생성한다.

다음으르 도7d에 나타내는 바와 같이 4회째의 노광에 의하여 도3에 나타내는 개구부(11A∼11D)는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 개구부(11A, 11B, 11C) 또는 (1lD)의 왼쪽아래에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(10A∼1OD)는 이들 광속을 수광하고 각각 화소데이터(A4, B4, C4) 및 (D4)를 생성한다.

이 보간처리에 의해 얻어진 최종화소배열데이터 중에서는 동일 1개구부를 투과한 빛을 나다내는 화소데이터는 도7e에 나타내는 바와 같이 종횡의 어느쪽의 방향에서도 서로 인접하지 않는다. 또 이 보간처리의 결과 각 개구부(11A∼11D)를 통과한 빛을 나타내는 화소테이터는 각 쌍의 수광소자(10A∼10D)의 배열과 같은 배열이 되도록 나열한다. 그리고 각 화소데이러는 0.5소자피치로 배열한다. 이와같이 배열한 최종화소배열데이러를 처리함으로써 휘도신호(Y) 및 색차신호(R-Y, B-Y)가 얻어진다. 신호(Y, R-Y, B-Y)는 도7e에 나타내는 화소배열을 갖는 최종화소배열데이터에 재생된다.

이와 같이 이 촬상장치에서는 각각의 수광소자에 의해 촬영화상의 4개의 샘플점의 빛이 1점씩 검출되고 복수의 화상신호가 형성된다. 수광부(2)의 4개의 수광소자(1OA∼10D)는 1개의 쌍을 구성한다. 1쌍의 수광소자(1OA∼10D)의 각 개구부(11A∼11D)는 각 수광소자의 서로 다른 구석부의 전방에 위치한다. 각 개구부(11A∼11D)는 외견상 오른쪽으로 1소자피치 이동하고 아래로 1소자피치 이동하며, 또한 왼쪽으로 1소자피치 이동한다. 이에 따라 집적도를 바꾸지 않고 해상도가 향상한다. 그리고 동일1개구부로부터의 빛을 나타내는 화소데이터는 도7e에 나타내는 바와 같이 최종화소배열데이터속에 있어서 종횡 어느쪽의 방향에 있어서도 서로 인접하지 않는다. 즉 종래와 달리 동일 1개구부로부터의 빛을 나타내는 화소데이터는 국소적으로 밀집하지 않는다. 따라서 보간처리에 의해 얻어진 최종화소배열속에서는 최종화소배열은 종래의 것보다 긴밀해진다. 이 결과 휘도신호 및 색차신호의 데이터의 정밀도는 높아진다.

특히 이 촬상장치에 있어서는 수광소자의 각 쌍에 대응하는 개구부(11A∼11D)는 서로의 거리가 최대가 되도록 각 쌍의 수광소자(1OA∼1OD)의 구석부의 전방에 설치되어 있다. 이 때문에 각 개구부(11A∼11D)를 1소자피치씩 이동시키는 간단한 보간처리에 의해 최종화소배열테이터가 얻어지고, 그 최종화소배열데이터속의 화소데이터의 배열은 수광소자의 각 쌍에 대응하는 개구부(11A∼11D)의 배열과 같은 배열이 된다. 이 때문에 신호처리의 알고리즘을 공용할 수 있다. 또 수평해상도 및 수직해상도는 보간처리하지 않는 경우에 비하여 2배가 된다. 이상으로부터 촬상장치로서의 성능은 대폭적으로 향상한다.

[제2실시형태]

다음으로 도8a∼도8e를 참조하여 본 발명의 촬상장치의 제2실시형태에 대하여 설명한다. 또한 도2∼도7에 나타낸 제1실시형태의 각 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 부분에 대해서의 설명은 생략한다.

이 촬상장치는 수광부(2)의 1쌍의 수광소자(10A∼10D)와 4개의 개구부의 위치관계가 다른 점과, 보간처리의 수법이 다른 점을 제외하고 제1실시형태와 같다. 각각의 개구부는 서로 다른 각 수광소자(1OA∼1OD)의 다른 구석부의 전방에 설치되어 있다.

즉 제1개구부는 수광소자(10A)의 왼쪽위구석부의 전방에 설치되어 있다. 제2개구부는 수광소자(10B)의 왼쪽아래구석부의 전방에 설치되어 있다. 제3개구부는 수광소자(10C)의 오른쪽위구석부의 전방에 설치되어 잇다. 제4개구부는 수광소자(1OD)의 오른쪽아래구석부의 전방에 설치되어 있다. 이 때문에 제1개구부부와 제2개구부는 가로방향으로 1소자피치, 세로로 0.5소자피치 떨어져 있다. 제3개구부와 제4개구부의 위치관계도 똑같다. 또 제1개구부와 제3개구부는 가로방향으로 0.5소자피치, 세로방향으로 1소자피치 떨어져 있다. 제2개구부와 제4개구부의 위치관계도 똑같다. 또한 본 실시형태에 있어서도 각 개구부의 개구율(Q)은 제1실시형태와 똑같이 25%(=(1/N)×100%)이다.

이와 같이 배열된 각 쌍의 수광소자(1OA∼1OD)가 검출한 화소데이터도 보간 처리되어 최종화소데이터가 된다.

본 실시형태에 있어서의 보간처리를 도8a∼도8e에 나타낸다. 도시하는 바와 같이 본 실시형태에 있어서의 보간처리는 도7a∼도7e에 나타내는 제1실시형태의 보간처리와 똑같다.

즉 우선 도8a에 나타내는 바와 같이 1회째의 노광에 의하여 제1∼제4개구부는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 투영위치(SA1, SB1, SC1) 및 (SD1)에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(1OA∼10D)는 이들 광속을 수광하여 각각 화소데이터(A1, B1, C1) 및 (D1)을 생성한다.

다음으로 도8b에 나타내는 바와 같이 2회째의 노광에 의하여 제1∼제4개구부는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 제1, 제2, 제3 또는 제4개구부의 오른쪽위에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(10A∼10D)는 이들 광속을 수광하여 각각 화소데이터(A2, B2, C2) 및 (D2)를 생성한다.

다음으로 도8c에 나타내는 바와 같이 3회째의 노광에 의하여 제1∼제4개구부는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 제1, 제2, 제3 또는 제4개구부의 오른쪽아래에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(1OA∼10D)는 이들 광속을 수광하여 각각 화소데이터(A3, B3, C3) 및 (D3)를 생성한다.

다음으로 도8d에 나타내는 바와 같이 4회째의 노광에 의하여 제1∼제4개구부는 각각 샘플점으로부터의 광속이 굴절되지 않는다고 가정한 경우에 있어서 제1, 제2, 제3 또는 제4개구부의 왼쪽아래에 도달해야 할 광속을 투과한다. 각각의 개구부의 후방에 있는 수광소자(10A∼1OD)는 이들 광속을 수광하여 각각 화소데이터(A4, B4, C4) 및 (D4)를 생성한다.

이 보간처리에 의해 얻어진 최종화소배열데이터속에서는 동일 1개구부를 투과한 빛을 나다내는 화소데이터는 도8e에 나타내는 바와 같이 종횡의 어느쪽의 방향에서도 서로 인접하지 않는다. 또 이 보간처리의 결과 각 개구부를 통과한 빛을나타내는 화소데이터는 각 쌍의 수광소자(1OA∼1OD)의 배열과 같은 배열이 되도록 나열한다. 그리고 각 화소데이터는 0.5소자피치로 배열한다. 이와 같이 배열한 최종화소배열데이터를 처리함으로써 제1실시형태와 똑같이 휘도신호(Y) 및 색차신호(R-Y, B-Y)가 얻어진다, 신호(Y, R-Y, B-Y)는 도8e에 나타내는 화소배열을 갖는 최종화소배열데이터에 재생된다.

이와 같이 이 촬상장치에서는 각각의 수광소자에 의해 촬영화상의 4개의 샘플점의 빛이 1점씩 검출되어 복수의 화상신호가 형성된다. 수광부(2)의 4개의 수광소자(1OA∼1OD)는 1개의 쌍을 구성한다. 1쌍의 수광소자(1OA∼10D)의 각 개구부는 각 수광소자의 서로 다른 구석부의 전방에 위치한다. 각각의 개구부는 외견상 오른쪽으로 1소자피치 이동하고 아래로 1소자피치 이동하며, 또한 왼쪽으로 1소자피치 이동한다. 이에 따라 집적도를 바꾸지 않고 해상도를 향상시킨다. 그리고 동일 1개구부로부터의 빛을 나타내는 화소데이터는 도8e에 나타내는 바와 같이 최종화소배열데이터속에 있어서 종횡 어느쪽의 방향에 있어서도 서로 인접하지 않는다. 즉 제1실시형태에 있어서와 독같이 동일 1개구부로부터의 빛을 나타내는 화소데이터는 국소적으로 밀집하지 않는다. 따라서 보간처리에 의해 얻어전 최종화소배열속에서는 최종화소배열은 종래의 것보다 긴밀해진다. 이 결과 휘도신호 및 색차신호의 데이터의 정밀도는 높아진다.

특히 이 촬상장치에 있어서는 각 개구부는 서로 틀리게, 즉 도8a에 나타내는 화소데이터(A1, B1, C1) 및 (D1)의 배열과 똑같이 배열되어 각 쌍의 수광소자(10A∼1OD)의 구석부 전방에 설치되어 있다. 이 때문에 각 개구부를 외견상 1소자피치씩 이동시키는 간단한 보간처리에 의해 다른 개구부로부터의 빛을 나타내는 화소데이터가 서로 인접하도록 복수의 화소데이터가 배치된다. 또 최종화소배열데이터속의 화소데이터의 밀도는 각 개구부의 배열의 밀도와 동등하게 된다. 이 때문에 수평해상도 및 수직해상도는 보간처리하지 않는 경우에 비하여 2배가 된다. 이상으로부터 촬상장치로서의 성능은 대폭적으로 향상한다.

또한 제1, 제2실시형태에서는 촬영화상의 샘플점의 투영위치를 변위시키는 위치변위수단으로서 투명한 평행평면판(5)을 이용하여 복수의 피에조소자(8)에 의해 평행평면판(5)을 광축(O)에 대하여 3차원적으로 기울였다. 그러나 샘플점의 투영위치를 변위시키는 수법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 투명한 평행형면판을 광축에 대하여 소정각도 기울이고, 이 상태에서 펑행평면판을 광축(O)의 주위에 회전시켜도 좋다. 또 수광부(2)의 수광기판(1)을 종횡으로 이동시켜도 좋다.

또 제1, 제2실시형태에서는 4개의 필터부(12A∼12D)는 서로 다른 색의 빛을 투과했다. 그러나 투과광은 서로 다른 색일 필요는 없다. 예를 들면 필터부(12A∼12D)는 적, 녹, 청색의 3종류의 빛 중 어느쪽을 투과해도 좋다. 또한 본 발명의 촬상장치는 정지화를 촬영하는 전자스틸카메라, 또는 동화를 촬영하는 비디오카메라나 감시카메라 등의 촬영기기기에 널리 적용할 수 있다. 또 제1, 제2실시형태에서는 촬상소자로서 CCD를 이용했다. 그러나 촬상소자로서는 CMOS 등을 이용해도 좋은 것은 말할 것도 없다.

Claims (21)

1. (정정) 개구부와 촬영화상의 샘플점으로부터의 빛을 수광하여 그 빛의 강도를 나타내는 신호를 출력하는 수광소자로 각각 이루어지는 복수개의 쌍을 구비하는 수광부와; 이때 상기 각 수광소자의 수광면상에 있어서의 상기 각 개구부의 정사영의 위치는 상기 각 수광면마다 다르며; 상기 수광부의 수광면상에 투영되는 상기 샘플점으로부터의 빛의 투영위치를 이동하는 샘플위치변환수단과; 상기 수광소자중 어느 하나가 상기 샘플점으로부터 차례로 검출한 빛의 강도를 나타내는 신호를 상기 투영위치의 이동에 동기하여 수신하고, 이 수신된 신호로부터 상기 복수의 샘플점으로부터의 빛의 강도를 나타내는 화소데이터를 포함하는 복수의 화상신호를 생성하는 화상형성수단과; 상기 수광소자의 수광면상의 소정위치에 상기 개구부를 외견상 이동시켜서 서로 다른 개구부를 투과한 빛의 강도를 나타내는 화소데이터가 서로 인접하도록 복수의 화소데이터를 배열하기 위한 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 수광소자는 서로 다른 색의 광을 검출하고, 상기 샘플위치변위수단은 광속을 서로 다른 타이밍으로 상기 개구부에 입사시키고, 상기 화상형성수단은 동일한 타이밍으로 상기 개구부를 통해 상기 수광소자로 입사되어 검출되는 서로 다른 색의 광속을 나타내는 화소데이터를 포함하는 화상신호를 생성하고, 상기 제어수단은 서로 다른 색의 광속을 나타내는 화소데이터가 서로 인접하도록 배열하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
3. (정정) 제1항에 있어서, 상기 수광부는 종횡으로(정방형으로) 배열된 4개의 수광소자와 이 수광소자의 구석부 전방에 배치되어 서로 일정간격 떨어져 배열되는 개구부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
4. (정정) 제1항에 있어서, 상기 수광부는 종횡으로(정방형으로) 배열된 4개의 수광소자와, 이 수광소자의 구석부 전방에 배치되어 서로 엇갈리게 배열되는 개구부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 샘플위치변위수단은 상기 수광부보다는 피사체측에 더 가깝게 위치하여 상기 수광부에 입사하는 광속을 그 광축에 평행하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
6. (정정) 제5항에 있어서, 상기 샘플위치변위수단은 실질적으로 투명한 평면판을 구비하고, 상기 평면판에 입사하는 광속을 상기 평면판의 기울기 각도에 따라서 굴절시킴으로써 상기 광속을 그 광축에 평행하게 이동시켜서 출사하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
7. (정정) 제1항에 있어서, 상기 샘플위치변위수단은 상기 수광부의 수광면에 평행하도록 상기 수광부를 이동시키는 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 샘플위치변위수단은 상기 수광부를 상기 수광부의 수광면에 평행하게 또는 서로 다른 2종류의 방향으로 이동시키는 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
9. (정정) 수광소자와 서로 다른 위치에 배치되는 개구부가 한 세트를 형성하는 복수개의 그룹을 가지는 수광부와; 상기 수광부에 대한 복수 회(回)의 노광시에 상기 각 수광소자에 입사되는 광속이 각 노광마다 다르도록 각 광속과 상기 각 수광소자의 위치관계를 변화시키는 변위수단과; 노광시에 상기 각 수광소자에 입사되는 광속의 강도를 나타내는 출력신호를 수신해서 이 출력신호를 노광의 타이밍에 동기하여 기억하는 기억수단과; 상기 기억수단에 저장되어 있는 출력신호로부터 화상데이터를 생성하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
10. (정정) 제9항에 있어서, 상기 제어수단은 동일한 수광소자로부터 수신된 상기 출력신호들이 서로 인접하지 않도록 배열하는 것에 의해 화상데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
11. (정정) 제9항에 있어서, 상기 수광소자는 서로 다른 색의 빛의 강도를 상기 화소데이터로서 검출하고, 상기 변위수단은 상기 광속을 서로 다른 타이밍으로 차례로 상기 개구부에 입사시키고, 상기 기억수단은 동일한 타이밍으로 상기 각 개구부로부터 상기 각 수광소자에 입사되어 검출된 빛의 강도를 나타내는 상기 화소데이터를 서로 대응시켜서 저장하고; 상기 제어수단은 서로 다른 색의 빛의 강도를 나타내는 상기 화소데이터가 서로 인접하도록 복수의 화소데이터를 배열하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
12. (정정) 제9항에 있어서, 상기 수광부는 종횡으로(정방형으로) 배열된 4개의 수광소자와, 이 수광소자의 구석부 전방에 배치되어 서로 일정간격 떨어져 배열되는 개구부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
13. (정정) 제9항에 있어서, 상기 수광부는 종횡으로(정방형으로) 배열된 4개의 수광소자와, 이 수광소자의 구석부 전방에 배치되어 서로 엇갈리게 배열되는 개구부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
14. (정정) 제9항에 있어서, 상기 변위수단은 상기 수광부보다는 피사체측에 더 가깝게 위치하여 상기 수광부에 입사하는 광속을 그 광축에 평행하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
15. (정정) 제14항에 있어서, 상기 변위수단은 실질적으로 투명한 평면판을 구비하고, 상기 평면판에 입사하는 광속을 상기 평면판의 기울기 각도에 따라서 굴절시킴으로써 상기 광속을 그 광축에 평행하게 이동시켜서 출사하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
16. (정정) 제15항에 있어서, 상기 변위수단은 상기 수광부의 수광면에 평행하도록 상기 수광부를 이동시키는 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 변위수단은 상기 수광부를 상기 수광부의 수광면에 평행하게 또는 서로 다른 2종류의 방향으로 이동시키는 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
18. (정정) 입사하는 광속의 강도를 검출하기 위해 서로 다른 위치에 배치된 광검출부가 포함된 화상촬상소자를 복수 구비하는 복수개의 촬상화소군을 가지는 촬상부와; 상기 광검출부에 대한 복수 회(回)의 광검출시에 상기 각 광검출부에 입사되는 광속이 각 광검출마다 다르도록 각각의 광속과 각각의 광검출부의 위치관계를 변화시키는 시프트수단과; 광검출시에 상기 각 광검출부에 입사되는 광속의 강도를 나타내는 출력신호로부터 화상데이터를 생성하는 제어수단과; 상기 제어수단에 의해 생성된 상기 화상데이터를 기억하는 기억수단을 갖는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 광검출부 이외의 곳에 빛이 입사되는 것을 차단하기 위한 마스크를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
20. 제18항에 있어서, 상기 촬상부가 CCD(Charge Coupled Device)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.
21. 제18항에 있어서, 상기 촬상부가 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상촬상장치.

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