JPH03201883A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体Ｖ＆像素子を用いたＩｌｌ像装置に関し、
特に入射光学像と画素の相対位置関係を時間的に変化さ
せて、固体撮像素子の画素間に存在する感度無効領域に
まで空間サンプリング領域を増加することにより表示画
素数を増加した固体撮像素子を用いた撮像装置に関する
。

［従来の技術Ｊ 近年ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたテレビ／ビデオカ
メラ等の撮像装置が広く実用化されている。かかる撮像
装置の解像度を向上させるためには、 （１）固体撮像素子の多画素化 （２）ミラー、ガラス板あるいは圧電素子等による固体
撮像素子と入射光学像 の相対的な変位を利用した走査 等の対策が行なわれている。

（１〉の対策は固体撮像素子をより高集積化する必要が
あり、ウェハサイズやプロセス上の制約がある。

（２〉の対策は簡単な方法で動作上における実質的画素
数を増加することができる。この（２）の対策の１例と
して特開昭６２−９８９７７号公報に記載の技術がある
。同公報に記載されている固体撮像装置は各画素の受光
部が光の不感領域により２次元的に隔てられている２次
元固ｌｌ１ｉ像素子が、その受光面に平行なＸ、Ｙ２方
向に変位可能なように、２次元固体撮像素子に圧電変位
素子を配接し、さらに、圧電変位素子の駆動電圧を制御
し、受光部が変位前の光の不感領域を順次移動し、移動
した各位置での出力を１画素の出力として表示するもの
である。

第５図は上記従来の固体撮像装置における固体撮像素子
の平面図、第６図は上記従来の固体撮像装置の主要部の
斜視図である。

第５図の固体撮像素子１では、各画素の受光部はＸ、Ｙ
の２方向に配列され、その間隔は１画素の受光部より大
きい、第６Ｇ？Ｉの固体撮像装置は、上記の固体撮像素
子１がＸ、Ｙの２方向に変位できるようにＸ、Ｙ方向圧
電素子２．３を配置して構成される。従来の方法は、Ｘ
、Ｙ方向圧電変位素子２．３のそれぞれに加える駆動電
圧を、ｖＩｔ！ｌシて、各画素の受光部が受光部間の間
隙（光の不感領域）を埋めてゆくように変位させ、各受
光部の変位中の各位置の出力を１画素として表示するこ
とにより、等価的にＸ、Ｙ２方向の解像度を向上させる
ようにしたものである。

第７図は上記従来の固体撮像装置の構成をしめすブロッ
ク図である。同図において、固体撮像素子（ＮｘＮ　　
画素〉１にはＸ、Ｙ方向圧電変位素子２．３が取り付け
られ、圧電変位素子ドライバ４からの駆動電圧波形によ
り、受光面と平行な２方向（Ｘ、Ｙ方向）に変位する構
成となっている。

固体撮像素子１は固体撮像素子ドライパラにより駆動さ
れる。固体撮像素子１がらの出力信号はアンプ、Ａ／Ｄ
コンバータを経て、フレームメモリ６．７を含む走査変
換回路に入り、ここより高解像度化された画像としてＤ
／Ａコンバータを経てテレビモニタ等に与えられる。走
査変換回路内のデータセレクタ８は、フレームメモリ６
．７の書き込み、読み出しを交互に行うためのものであ
る。

第８図は固体撮像素子の受光部の移動を時系列的に示す
平面図である。同図において、受光部は上記の駆動電圧
により工、■、■、１ｖの順に固体撮像素子の１フレー
ムタイム毎に移動する。それぞれのフレームを第１−第
４フレームとσｆぶことにすると、表示のフレームタイ
ムは第１〜第４フレームタイムの和で表わされる。

そこで、固体撮像素子１を、第１〜第４フレームの各期
間内に蓄積、転送、読み出しを行なって、第７図のフレ
ームメモリ６．７に収納しておき、表示時期に第８図に
示すようにして表示する。上記動作により、出力画像の
画素数は２ＮＸ２Ｎとなり、Ｘ、Ｙ方向とも解像度が２
倍になる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の固体撮像素子を用いた撮像装置では入射光学
像あるいは固体撮像素子の変位手段を撮像装置の内部に
組み込んでいるために、個別の特殊な変位手段となり、
高価な撮像装置となっていた。又、撮像装置が超小型化
するに連れて変位手段の組み込みは困難になる。従って
実質的画素数を増加させながら、さらに汎用化と低価格
化、更に超小型化を行うことが困難であった。

よって本発明は固体撮像素子の動作上の実質的画素数を
増加させつつ、汎用化と低価格化、超小型化を行うこと
が容易な固体撮像素子を用いた撮像装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明によれば２次元配列され
た画素を有する固体撮像素子の受光面と、レンズを介し
て前記受光面に結像する被写体像が相対的に２次元の変
位をするための変位手段を有する撮像装置において、前
記変位手段が前記レンズの光軸に直交すると共に前記レ
ンズの主点を通り、かつ互いに直交する２軸を中心とし
て前記レンズと前記固体撮像素子を保持する手段を回動
させる手段であることを特徴とする撮像装置が提供され
る。

［作用］ 上記互いに直交する２軸を中心としてレンズと固体撮像
素子を回動する手段に駆動信号を与え、それを２軸間で
順次変化させて２次元の固体撮像素子の受光部が変位前
に撮像素子の受光部間の間隙（光の不感領域）に投影さ
れていた入射光学像の部分を順次埋めて行くように相対
的に′Ｒ位させ、各受光部の変位中の各位置の出力を新
たな１画素として表示することにより、従来例と同様、
等価的にＸ、Ｙ２方向の解像度を向上させるようにして
いる０本発明では、変位手段が上記構成となっているの
で、これを固体撮像素子の近傍に配する必要がない、従
って変位手段を固体撮像素子やその周辺の構造に左右さ
れないよう汎用化し、且つ装置全体の超小型化に対応す
ることができる。

［実施例］ 以下図面と共に本発明の撮像装置の実施例について説明
する。

第１図は本発明の撮像装置の概念を説明するための斜視
図である。ケーシング２０内部にはＣＣＤ等の固体撮像
素子が取り付けられており、ケーシング２０の前部には
内部にレンズ又はレンズ系を有する鏡筒２２が取り付け
られている。すなわちケーシング２０はレンズ（本明細
書ではレンズ系もレンズと略す）及び固体撮像素子を保
持する手段であり、この保持する手段が直交するａ軸及
びｂ軸を中心として回動するような変位手段９゜１０が
設けられている。

第２図及び第３図は第１図の構成をより具体化した本発
明の実施例を示す側面断面図及び正面図である。第２図
及び第３図に示されるようにａ軸、ｂ軸はレンズ２４の
光軸２６に直交し、かつレンズ２４の主点２８を通り互
いに直交する軸である。

レンズ２４の光軸は固体撮像素子３０の受光面に対して
垂直であるから、ａ軸、ｂ軸はこの受光面に平行となっ
ており、更に２次元配列された画素の２つの方向にそれ
ぞれ平行である。

ケーシング２０は鏡筒２２を介してレンズ２４を保持し
、又固体撮像素子３０を保持している。

このケーシング２０は固定フレーム３２に回動自在に取
り付けられた回動フレーム３４に対して回動自在に取り
付けられている。すなわち、回動フレーム３４は上下方
向回転用モータ１０を介して固定フレーム３２に取り付
けられており、ｂ軸を中心として回転し得る。又、ケー
ジ〉グ２０は左右方向回転用モータ９を介して回動フレ
ーム３４に取り付けられており、ａ軸を中心として回転
し得る。

第４図（ａ）は第２図及び第３図に示した実施例におけ
る各モータ９．１０の制御系と固体撮像素子３０の出力
信号の処理系を示すブロック図である。固体撮像素子３
０はドライバ４０によって駆動されて電荷の転送、信号
の読み出しが行われ、出力信号はアンプ４２を介してＡ
／Ｄコンバータ４６に与えられ、デジタル信号とされる
。モータドライバ４４はモータ９．１０を駆動して後述
するタイミングでゲージング２０を上下、左右に回転さ
せる。Ａ／Ｄコンバータ４６の出力信号は４つのフレー
ムメモリ５０−１．５０−２．５〇−３，５０−４に与
えられており、その書き込み制御は書き込み制御回路４
８によってなされている。

すなわち、モータドライバ４４からの信号を受けてＡ／
Ｄコンバータ４６からのデジタル出力を順次各フレーム
メモリに記憶するようにし、第８図に示す従来例と同様
に（ｉ、ｊ）画素の第１フレーム出力は（２ｉ−１，２
ｊ−１）、第２フレーム出力は（２ｉ、２ｊ−１）、第
３フレーム出力は（２ｉ、２ｊ）、第４フレーム出力は
（２ｔ１．２ｊ）画素として表示する。各フレームメモ
リ５０−１〜５０−４の出力信号はデータセレクタ５２
を介してＤ／Ａコンバータ５４に与えられアナログ信号
とされた後、テレビモニタ等に与えられる。

第４図（ｂ）はモータドライバ４４の２つの出力信号と
書き込み制御回路の４つの出力信号である各フレームメ
モリへの書き込みパルスの関係を示したタイミングチャ
ートである。

上記説明から明らかなように、モータ９．１０が制御さ
れてケーシング２０が、ａ軸及びｂ軸を中心に回動する
ので、ケーシング２０内の固体撮像素子３０の受光面が
球面上を接しながら回転することとなる。ここで、この
受光面に接する球面の中心はａ、ｂ２軸の回転軸の交点
であり、且つそれはレンズ２４の光軸２６上にある。ま
た、回転半径は画素間の間隔に比べて、十分に長く、受
光面の回転による変位は従来例に於ける受光面内のＸ、
Ｙ方向の変位と近似的に同じである。従って第８図に示
した従来例の場合同様、固体！１像素子２４の受光部を
第１フレーム位置１に始まって、ａ軸を中心に回転させ
て第２フレーム位置２へ、次にｂ軸を中心に回転させて
第３フレーム位置３へ、更にａ軸を中心に先はどとは逆
に回転させて第４フレーム位置４へ移動させ、そして最
後にｂ軸を中心に逆に回転させて位置ｌに戻すことで、
空間的なサンプル点を等価的に２Ｘ２倍に増やし、解像
度をＸ、Ｙ方向とも２倍に向上できる。

上記動作を第４図（ｂ）のタイミングチャー１〜に基づ
いて更に詳しく説明する。まず、最初の位置１に於いて
、被写体像を光電変換し、その光電荷の蓄積と読み出し
を行い、その画像データをフレームメモリ５０−１に書
き込む、その後で、モータ９を回転させ、補間位置２に
先の受光部が来るようにし、その位置で、モータ９を停
止させ、１フレームの画像を空読みするといった手段で
、新しく画像を蓄積・読み出して、フレームメモリ５０
−２に書き込む、以下、順次、同様な手順により、１〜
４の全ての位置での画像データをフレームメモリ５０−
１〜５０−４に書き込む。

本発明ではレンズ及び固体撮像素子の保持手段としての
ケーシング２０を２軸を中心として上下、左右に振るわ
けであるが、その回転角は、レンズ２４の主点２８から
固体撮像素子３０の結像面までの距離と、固体撮像素子
３０の画素ピッチによって定められる。すなわち固体撮
像素子３０の受光面上で、画素の受光部が、初期状態に
おいて、受光、していた被写体像の小領域以外の領域を
補間するように、つまり、被写体像の上を、上下、左右
に１／２画素ピッチ移動するように回転角を決める。

また、回転のタイミング（周期）は、従来例同様に、間
欠的なもので、１〜４の各々の補間位置にケーシング２
０を回転させたのち、そこで、１フレ一ム以上、停止し
、そこでの画像を対応するフレームメモリに記憶させた
後、次の補間位置へと回転させる。従って表示のタイミ
ングについては、例えば、従来例の第８図と同様なもの
でよいが、画像の入力のタイミングは、もつと遅いタイ
ミングで、且つ間欠的なものとなる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の撮像装置によれば、固体撮像素子の改造度を向上させ
るための変位手段がレンズと固体撮像素子を保持する手
段を直交する所定の２軸を中心に回動させる手段である
ため、この変位手段を固体撮像素子の近傍に配する必要
がなくなり、撮像装置全体の超小型汎用化、低コスト化
を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置の概念を模式的に示す斜視図
、第２図および第３図は本発明の１実施例を示す側面断
面図及び正面図、第４図（ａ）。 （ｂ）は同実施例の電気回路を示すプロ・７り図及び同
ブロック図の動作を説明するためのタイムチャート、第
５図は固体撮像素子の平面図、第６図、第７１１１．第
８１２１は従来の撮像装置を説明するための斜視図、ブ
ロック図、動作説明図である。 ９．１０・・・モータ、　　　２０・・・ケーシング、
２２・・・鏡筒、　２４・・・レンズ、　２６・・・光
軸、２８・・・主点、　３０・・・固体撮像素子、　３
２゜３４・・・フレーム、　　４０・・・ドライノく、
　　４２・・・アンプ、　４４・・・モータドライノく
、４６・・・Ａ／Ｄコンバータ、　４８・・・書き込み
制御回路、　５〇−１，５０−２，５０−３，５０−４
・・・フレームメモリ、　５２・・・データセレクタ、
５４・・・Ｄ／Ａコンバータ、ａ、ｂ・・・軸。 発　　明　　者　　　　　　　金　　１）　禎　　史持
許出願人　　日本ビクター株式会社 代　　理　　人　　　　弁理士　　二　　瓶　　正　　
敬第 ２ 第 図 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次元配列された画素を有する固体撮像素子の受
   光面と、レンズを介して前記受光面に結像する被写体像
   が相対的に２次元の変位をするための変位手段を有する
   撮像装置において、前記変位手段が前記レンズの光軸に
   直交すると共に前記レンズの主点を通り、かつ互いに直
   交する２軸を中心として前記レンズと前記固体撮像素子
   を保持する手段を回動させる手段であることを特徴とす
   る撮像装置。