JP2000295413A - イメージセンサ及びその駆動システム - Google Patents

イメージセンサ及びその駆動システム

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JP2000295413A
JP2000295413A JP11101494A JP10149499A JP2000295413A JP 2000295413 A JP2000295413 A JP 2000295413A JP 11101494 A JP11101494 A JP 11101494A JP 10149499 A JP10149499 A JP 10149499A JP 2000295413 A JP2000295413 A JP 2000295413A
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image sensor
liquid crystal
array
light
polarization
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Toshiro Endo
敏朗 遠藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イメージセンサの空間分解能の低下を解決す
るために、上記した液晶素子の如き偏光制御素子と複屈
折効果をもつ複屈折媒体を組み合わせて被写体からの光
軸を所定の方向にずらしてその撮像画素ピッチ間の位置
情報を補間し、解像度を向上させる。 【解決手段】 光を受光する光電変換素子列101と、
照明装置3と、原稿の光情報を前記光電変換素子列に結
像するレンズ2からなるイメージセンサにおいて、偏光
面を回転させる偏光制御素子6と複屈折効果をもつ複屈
折媒体7を組み合わせて被写体からの光軸を所定の方向
にずらす手段を有することを特徴とするイメージセン
サ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージセンサに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、急速なパソコンの普及、コンピュ
ータの高性能化、ネットワークの発達などの動きに伴
い、デジタル画像情報を扱う領域が急激に拡大してき
た。このような状況の中、スキャナ、デジタルカメラ等
の画像入力機器に搭載される固体撮像素子には、さらな
る多画素化を進めて高精細な画像入力を指向していくこ
とが要求されている。例えば、従来、この種のイメージ
センサの構成を図18の模式断面図、図19の模式平面
図を参照しながら説明する。図に示すように、ライン状
に光電変換素子群を具備したセンサIC101を読み取
り原稿の長さに対応して、複数個、ライン状にガラスエ
ポキシ材等のセンサ基板102上に精度良く並べたセン
サアレー1と、レンズアレー2と、照明装置3と、原稿
支持用の光透過性部材からなるカバーガラス4と、それ
らを位置決め保持するためのアルミニウム等の金属ある
いは、ポリカーボネイト等の樹脂からなるフレーム5か
ら構成されている。照明装置3は、光源としてR,G,
B3色のLED素子が一つにパッケージングされたR,
G,B3色LEDチップと、アクリル樹脂等の光透過性
に優れた部材からなる導光体とから構成されている。
【0003】それぞれの機能は、照明装置3が、カバー
ガラス4へ押し付けられ支持された原稿に斜め45°方
向からR,G,B3色の光を切り替えて順次照明し、原
稿のR,G,B3色の光情報をレンズアレー2によりセ
ンサIC101へ結像し、センサIC101がR,G,
B3色の光情報を電気信号へ変換して、システムへ伝送
し、そこでR,G,B3色の電気信号を処理してカラー
画像を再現する仕組みとなっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記セ
ンサICに具備された光電変換素子群は離散的な撮像画
素配列を持つため、被写体(原稿)の画像情報が構成画
素ピッチでサンプリングされて位置情報が欠落してしま
うという問題がある。
【0005】[発明の目的]本発明の目的は、こうした
空間分解能の低下を解決するために、上記した液晶素子
の如き偏光制御素子と複屈折効果をもつ複屈折媒体を組
み合わせて被写体からの光軸を所定の方向にずらしてそ
の撮像画素ピッチ間の位置情報を補間し、解像度を向上
させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】すなわち、本
発明は、光を受光する光電変換素子列と、偏光面を回転
させる偏光制御素子と複屈折効果をもつ複屈折媒体を組
み合わせて被写体からの光軸を所定の方向にずらすこと
にしたものである。
【0007】また、前記偏光制御素子は、光学的に透明
な対向電極間に、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイ
ストネマチック液晶等少なくとも1種からなる液晶が充
填されているものである。
【0008】[作用]本発明によれば、偏光制御として
印加電圧の切り換えによって液晶素子への入射光の位相
を変調して偏光面を回転させ、この回転の有無によって
液晶素子からの出射光を複屈折媒体の複屈折効果で光軸
を選択的に所定方向へずらすことができ、センサの撮像
画素間隔を変えたり、光軸ずらしのためのミラー、セン
サ自体等の機械的な動きをする必要もなく、容易に解像
度を向上させることができる。
【0009】
【実施例】[実施例1]まず、図5に、複屈折媒体によ
る光軸ずれの発生原理を示す。複屈折媒体としての水晶
板8の異常光軸109が入射光軸となす角をβ、水晶板
の厚みをdとする。このとき、常光(紙面に垂直な偏光
波)は直進するが、異常光(紙面に平行な偏光波)は斜
めに進行し、Lだけシフトする。このシフト量Lは次式
で表される。
【0010】
【数1】 ここで、水晶板の常光の屈折率no と異常光の屈折率n
e は、ne =1.55336,no =1.54425で
ある。今、600dpiのイメージセンサの解像度を2
倍にあげるためには、画素ピッチ40μmの半分つまり
L=20μmのずれを与える値としてβ=45°、d=
3.4mmとすればよい。
【0011】偏光制御素子としては図6に示すように、
ガラス等からなる透明基板103上にITOのごとく透
明電極104を設け、さらにその上に液晶配向膜105
としてポリイミド膜を形成し、1μmの厚さで液晶10
7を挟持した液晶素子を使う。その液晶材料としては、
応答速度が早い強誘電性液晶が有効である。また、上記
した例では、液晶素子は水晶板とは別の透明基板を用い
て作製するが、さらにコスト、重量を低減させるため、
透明基板の代わりに水晶板を用いて液晶素子と一体化し
て構成してもよい。
【0012】これら水晶板と液晶素子を、本発明のイメ
ージセンサに適用した場合の概略図を図3、図4に示
す。図3に示すように、強誘電性液晶素子7のスイッチ
状態が状態1の場合、被写体9の側からの照射光成分a
は、レンズ10、絞り11、偏光板6を通った後、偏光
面と異常光軸108が約45°の角度をなしているた
め、透過光は異常光軸の向きに回転し、直線偏光(x軸
方向)→楕円偏光→円偏光→楕円偏光→直線偏光(y軸
方向)と強誘電性液晶素子7内を変化し、偏光面は初期
状態から90°回転し、水晶板8に照射される。水晶板
8では、入射偏光面内に水晶の異常光軸109を含まな
いため、屈折しないでそのままの光軸を維持し、再び空
気層へ出て、センサの撮像画素12に照射される。
【0013】一方、図4のように、強誘電性液晶素子7
のスイッチ状態が状態2の場合、被写体9の側からの照
射光成分(a+1)は、レンズ10、絞り11を通った
後、偏光板6により画素ずらし方向に偏光される。光の
偏光面と強誘電性液晶素子7の異常光軸108が平行の
ため、透過光は偏光面を維持したまま複屈折を有する水
晶板8に照射される。水晶板8では、入射偏光面内に水
晶の異常光軸109を含むため、x軸方向に偏光してい
る光は水晶板の異常光軸109の傾いている方向へ屈折
し、再び空気層へ出るとき光軸と平行になり、入射光の
光軸とのずれが生じ、センサの撮像画素12に照射され
る。すなわち、被写体9の(a+1)部分を撮像するこ
とになる。この状態1と2の光軸のずれをセンサの画素
ピッチの半分にすることにより、解像度を2倍に上げる
ことができる。
【0014】また、本発明におけるイメージセンサにお
いて具体的な配置例を図1に示す。イメージセンサにお
ける照明装置3に用いる光源は偏光していないので、照
明装置3と液晶素子7との光路間に偏光板6を入れるこ
とを特徴とする。このようにLED光源の所に偏光板6
を付け、レンズアレー2とセンサIC101との間に液
晶素子7および水晶板8を配置する構成とした。
【0015】また、前記レンズは、開口角20deg.
以上の短焦点等倍型レンズアレーを用いた。
【0016】また、前記照明装置は、LED光源と、該
光源の光を導光し所望の方向に光を出射させる導光体か
らなる。
【0017】図2に、レンズアレー2からセンサIC1
01上への照射光の光軸ずれの様子を示す。点線が画素
ピッチ間の光軸であり、太線で示したようにシフト量L
だけウォブリングされている。ただし、液晶素子7、水
晶板8は省略してある。
【0018】なお、偏光板6、液晶素子7、水晶板8等
の光学配置例としては、偏光板6の位置を変えた場合
(図7〜図8)や液晶素子7と水晶板8を一組で位置を
変えた場合(図9〜図11)、それぞれ個別に変えた場
合(図12〜図14)など、いくつか考えることができ
る。
【0019】次に、このように構成したイメージセンサ
のシステム構成図を図15に示す。同図において、11
0はイメージセンサの駆動を制御するメインコントロー
ラ、111はメインコントローラからの制御信号により
クロックを生成する制御信号発生回路、112はR,
G,B各LEDの点灯を制御する信号を発生させるLE
D駆動制御部、113はウォブリングをON/OFFす
るための偏光制御素子を変調する信号を発生させるウォ
ブリング駆動制御部、114はセンサアレーの駆動を制
御する信号を発生させるセンサアレー駆動制御部、11
5はイメージセンサユニットである。
【0020】このイメージセンサ駆動回路のタイミング
チャートを図16に示す。(a)が照明装置の光源とし
ての3色LEDの切替タイミング、(b)が被写体の光
軸ずらし(=ウォブリング)を行なうタイミング、
(c)が被写体からの光情報をセンサに蓄積するタイミ
ング、(d)がそのセンサからの読み出しタイミングを
表している。
【0021】すなわち、まずRが点灯するときウォブリ
ング有/無で、被写体(原稿)の画像情報を構成画素ピ
ッチでサンプリングした位置nと、その空間分解能を補
間した位置n+1の情報をセンサで順次読み出す。
【0022】次に、Gが点灯するとき同様にウォブリン
グ有/無で、原稿のn,n+1部分をセンサで順次読み
出し、Bが点灯するときのセンサ読み出しを終えて、原
稿のn,n+1部分のR,G,B情報がすべてそろうこ
とになる。したがって、解像度を容易に2倍に上げるこ
とができる。このとき、イメージセンサユニット115
は次の読み取りラインに移動しており、同様のR,G,
B信号を得るための動作を行なう。この一連の動作をイ
メージセンサユニット115を副走査方向に1ラインず
つ動かしながら繰り返していくことにより、原稿面全体
のカラー画像の読み取りが行われる。
【0023】[実施例2]また別の実施例2の駆動タイ
ミングチャートを図17を示す。すなわち、まずR,
G,Bを高速に順次点灯して、原稿のn部分の情報をす
べて読み出す。次にウォブリングさせた状態でR,G,
Bを高速に順次点灯して、原稿のn+1部分の情報をす
べて読み出す。前記実施例1では、少なくとも光源切り
替え周波数の1/2以下でウォブリングを行なわなけれ
ばならないため、液晶素子に早い応答速度を要求される
(LED切り替え時間は約1〜6msec)。本実施例
2だと、前記実施例1に比べてウォブリング周波数が低
いので、比較的応答速度の遅い液晶素子でも用いること
ができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、偏光方向を回転させる偏光制御素子と複屈折効果を
もつ複屈折媒体を組み合わせて被写体(原稿)からの光
軸を所定の方向にずらすことにより、イメージセンサの
受光素子における撮像画素間隔を変えたり、光軸ずらし
のためのミラー、センサ自体等の機械的な動きをする必
要もなく、容易に解像度を向上させることができる。
【0025】また、前記偏光制御素子は、光学的に透明
な対向電極間に、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイ
ストネマチック液晶等少なくとも1種からなる液晶が充
填されているものであり、電気的に制御することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイメージセンサの実装例の断面図であ
る。
【図2】本発明のイメージセンサの実装例におけるウォ
ブリングの模式図である。
【図3】液晶セル、水晶板をウォブリング素子に用いた
本発明のイメージセンサの状態1での概略図である。
【図4】本発明のイメージセンサの状態2での概略図で
ある。
【図5】複屈折媒体による光軸ずれの原理図である。
【図6】偏光制御素子としての液晶セルの断面図であ
る。
【図7】本発明の他の実装例の断面図である。
【図8】本発明のさらに他の実装例の断面図である。
【図9】本発明のさらに他の実装例の断面図である。
【図10】本発明のさらに他の実装例の断面図である。
【図11】本発明のさらに他の実装例の断面図である。
【図12】本発明のさらに他の実装例の断面図である。
【図13】本発明のさらに他の実装例の断面図である。
【図14】本発明のさらに他の実装例の断面図である。
【図15】本発明の上記イメージセンサのシステム構成
図である。
【図16】本発明の実施例1の上記イメージセンサの駆
動タイミング図である。
【図17】本発明の実施例2の駆動タイミング図であ
る。
【図18】従来例のイメージセンサの構造を示す模式断
面図である。
【図19】従来例のイメージセンサの構造を示す模式平
面図である。
【符号の説明】
1 センサアレー 2 レンズアレー 3 照明装置 4 カバーガラス 5 フレーム 6 偏光板 7 液晶素子 8 水晶板 9 被写体 10 レンズ 11 絞り 12 撮像素子 101 センサIC 102 センサ基板 103 透明基板 104 透明電極 105 配向膜 106 シール材 107 液晶 108 異常光軸 109 異常光軸 110 メインコントローラ 111 制御信号発生回路 112 LED駆動制御部 113 ウォブリング制御部 114 センサアレー駆動制御部 115 イメージセンサユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H049 BA02 BA06 BA42 BB03 BB05 BB61 BC21 2H088 EA47 HA06 HA18 HA24 JA05 JA13 JA17 JA20 MA20 4M118 AA10 AB01 FA08 FB08 GA04 GA10 GD02 HA23 5C024 AA01 AA03 CA11 EA04 EA10 FA01 FA02 FA11 FA14 5C051 BA04 DA03 DB01 DB04 DB08 DB22 DB29 DC02 DC04 DC05 DC07 DE02 DE29

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光を受光する光電変換素子列と、偏光面
    を回転させる偏光制御素子と複屈折効果をもつ複屈折媒
    体を組み合わせて被写体からの光軸を所定の方向にずら
    す手段と、を有することを特徴とするイメージセンサ。
  2. 【請求項2】 前記偏光制御素子は、光学的に透明な対
    向電極間に、強誘電性液晶、半強誘電性液晶、ツイスト
    ネマチック液晶の内の少なくとも1種からなる液晶が充
    填されていることを特徴とする請求項1記載のイメージ
    センサ。
  3. 【請求項3】 前記イメージセンサは、被写体の光情報
    を前記光電変換素子列に結像するレンズと照明装置とを
    含むことを特徴とする請求項1又は2記載のイメージセ
    ンサ。
  4. 【請求項4】 前記レンズは、開口角20deg.以上
    の短焦点等倍型レンズアレーを用いたことを特徴とする
    請求項3記載のイメージセンサ。
  5. 【請求項5】 前記照明装置は、LED光源と、該光源
    の光を導光し所望の方向に光を出射させる導光体からな
    ることを特徴とする請求項3記載のイメージセンサ。
  6. 【請求項6】 前記照明装置と偏光制御素子との光路間
    に、偏光板を配置したことを特徴とする請求項3記載の
    イメージセンサ。
  7. 【請求項7】 前記照明装置の光源と液晶素子との光路
    間に偏光板を入れ、レンズアレーとセンサICとの間に
    液晶素子および水晶板を配置したことを特徴とする請求
    項3記載のイメージセンサ。
  8. 【請求項8】 請求項3〜7のいずれかに記載のイメー
    ジセンサを駆動する駆動システムにおいて、 前記イメージセンサの駆動を制御するメインコントロー
    ラ、 該メインコントローラからの制御信号によりクロックを
    生成する制御信号発生回路、 原稿を照明するR,G,B各LEDの点灯を制御する信
    号を発生させるLED駆動制御部、 ウォブリングをON/OFFするための偏光制御素子を
    変調する信号を発生させるウォブリング駆動制御部、 センサアレーの駆動を制御する信号を発生させるセンサ
    アレー駆動制御部、を有することを特徴とするイメージ
    センサ駆動システム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008252357A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 暗視撮像装置及びヘッドライトモジュール
WO2018139325A1 (ja) * 2017-01-25 2018-08-02 マクセル株式会社 ヘッドライト装置

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