JPH04115786A - イメージシフト型撮像装置 - 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、ＴＶカメラやイメージスキャナ等で用いられ
ている固体イメージセンサによる撮像において、固体イ
メージセンサ上で被写体像を画素ピッチの２以上の整数
分の１づつイメージをシフトさせることにより、高解像
度な画像を撮像する技術に関するものである。

〔従来技術〕

イメージシフト型撮像装置は、イメージセンサ上に結像
される被写体像とイメージセンサの画素との相対的な位
置関係を画素ピッチの２以上の整数分の１づつシフトさ
せることにより、イメージセンサの非感光領域を利用し
てサンプリング領域を倍増し、高解像度な画像を撮像す
る技術である。

被写体像とイメージセンサの画素との相対的な位置関係
をシフトさせる方法としては、センサを機械的に移動さ
せる等の可動機構による方法が用いられてきたが、最近
、可動機構を用いずにイメージをシフトさせる方法が提
案されている。この方法は、特願昭６３−２０４１４５
号明細書に記載されているように、光学系を通常のレン
ズ系に加え、偏光子、液晶パネル及び水晶板で構成し、
水晶板の複屈折効果を利用する方法である（以下、この
方法のことを従来法と呼ぶ）。

従来法によるイメージシフトの原理を第１３図に示す。

第１３図において、ｌはレンズ、２は偏光子、３は液晶
パネル、３１はガラス基板、３２は液晶、３３は水晶板
、４はイメージセンサ（例えばＣＣＤセンサ）、７は被
写体のある１点から発した光が水晶板３３へ入射するま
での光路、７１．７２は水晶板通過後の光の光路、１５
はカメラ本体、ｖｏは液晶パネルへの印加電圧である。

第１３図中、液晶パネル内の透明電極等は省略している
。水晶板３３では複屈折効果のため、偏光方向が特定の
方向を向いてる光と、この光と偏光方向が９０°異なる
光では、屈折光の進路が異なる。このような水晶板の複
屈折効果と、更に液晶を通過後の光の偏光方向は液晶中
の電界の有無に依存するという２つの物理現像を利用し
てイメージシフトを実現する。すなわち、偏光子２で被
写体からの光の偏光方向を特定の方向（第１３図でＹ方
向と示す）に揃えた光路７を液晶パネル３を通過させる
。液晶パネル３の透過光の偏光方向は、液晶パネル３に
電圧■。が印加されている場合は入射光と同じ方向であ
るが、電圧ｖ０が印加されていない場合は９０”異なる
（第１３図でＸ方向と示す）。液晶パネル３を透過した
光が次にイメージセンサ４の前面に置いた水晶板３３を
通過する際、上述の複屈折効果により偏光方向が９０°
異なる光の間では、水晶板通過後の光路７１゜７２に差
異が生じる。すなわち、液晶パネル３への印加電圧ｖ０
がＯＮのときの水晶板通過後の光路７１に対し、印加電
圧Ｖ。が○ＦＦのときの水晶通過後の光１７２はずれる
。

従って、イメージセンサ４上で結像する被写体像の位置
が印加電圧ｖ０によって異なる。すなわち、液晶パネル
３の両端の印加電圧Ｖ。の０Ｎ１０ＦＦによって、イメ
ージシフトを行なうことができる。この方法では、イメ
ージシフトを電気的に行なえ、センサを機械的に振動さ
せる方法等、複雑な可動機構系を必要とする他のタイプ
のイメージシフト型撮像素子と比べ構造が簡単であり、
製作も容易で、従ってコストも安くなる。このため、イ
メージシフト型撮像装置のなかでは最も実用性の高い方
法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記の従来法では、通常のカメラの光学
系の構成に加え、液晶パネルと水晶板の新たな２枚の光
学部品を追加する必要があり、更に水平、垂直両方向に
解像度を高める場合は２組の液晶パネルと水晶板、すな
わち４枚の光学部品を追加する必要がある。この追加す
る光学部品をレンズとイメージセンサ間に配置できれば
通常のカメラのサイズを全く大きくすることなく高解像
度化を実現できるが、カメラを超小型にしたい場合など
はレンズ・イメージセンサ間の空間が極めて狭くなり、
ここに多数の光学部品を配置することが困難になるとい
う問題があった。

また、液晶パネルや水晶板の屈折率は１より大きいが、
レンズとイメージセンサ間に屈在率が１より大きい透明
物質を配置する場合、その厚みの合計が大きいとレンズ
がイメージセンサ上に結像するイメージの解像度が低下
してぃまうという問題があった。

また、イメージシフトの方向が水平方向或いは垂直方向
のいずれか１方向であるため、解像度の向上も１方向に
限られていた。人間の目は水平方向に解像度が高いため
１画像の水平方向のみを高解像度化すれば、人間の目で
見る限りにおいて画像の高精細化は可能である。しかし
、上下方向と左右方向の区別がない画像の場合は、垂直
方向と水平方向を均等に高解像度化しなければ眺める方
向によっては全く高解像度化の効果が現れないという問
題がある。

更に、最近では、読み取った画像を人間ではなく機械、
すなわちコンピュータが見て各種処理・判断を行なう場
合が増えている。例えば、文字認識装置や工場での検査
装置は、画像入力装置が読み取った画像をコンピュータ
が見て各種処理・判断を行なうのである。このようなケ
ースにおいても、画像の高解像度化は２次元的に行なう
必要がある。従って、解像度の向上が１方向のみとなる
ためその用途が限定されてしまい、２次元的に解像度を
向上させることが今後の課題となっている。

本発明の目的は、従来の方法に比べ必要な部品点数を削
減できる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、液晶パネルをレンズとセンサ間に
収納してカメラの大きさや重さを増やすことなく入力の
高精細化が可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、水平方向、垂直方向の両方向にわ
たり解像度を高めることができる技術を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、可動部をなくすことができ信頼性
を高められると共に、機械的な振動音も除去できる技術
を提供することができる。

本発明の他の目的は、レンズ直後等の分割前の光路に１
組設置するだけで全てのイメージセンサ上のイメージを
シフトすることが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、固体イメージセ
ンサ上で被写体像と画素の相対的位置関係を時間的に変
化させるイメージシフト動作により解像度を高めるイメ
ージシフト型撮像装置において、被写体から前記固体イ
メージセンサに至る光学系の途中に偏光方向が特定の１
方向の光のみを通過させる偏光子と、液晶をはさむ２枚
の透明板のうち少なくとも１枚を複屈折現象を有する透
明板で構成する液晶パネルを１枚以上配置したことを特
徴とする。

また、前記被写体から固体イメージセンサに至る光学系
の途中に、偏光方向が特定の１方向の光のみを通過させ
る偏光子と、電圧の印加または遮断により透過光の偏光
方向を旋回できる液晶パネルと、複屈折現象を有する透
明板を設け、前記液晶パネルへの駆動電圧の印加または
遮断によりイメージセンサ上に結像される被写体像をイ
メージセンサの画素配列に対し斜め方向にシフトを行な
う手段を備えたことを特徴とする。

〔作　用〕

前述した手段によれば、従来別々の部品で行なっていた
偏光方向の旋回と光路のシフトを１つの部品で行なうこ
とが可能である。すなわち、１方向または２方向へのイ
メージシフトを１枚の液晶パネルだけで行なえるため、
従来の方法に比べ必要な部品点数を削減できる。

そして、前記液晶パネルは、厚みが２ｍｍ程度で１辺が
数Ｕと小さくすることができるため、超小型のＣＯＤカ
メラ等においてもレンズとセンサ間に収納でき、カメラ
の大きさや重さを増やすことなく入力の高精細化が可能
である。

また、前記イメージシフトを電気的に行なえるため、信
頼性を高められる。

また、従来法では必要な部品点数が多く、これらをレン
ズ、センサ間に配置する場合、レンズがセンサ上に結像
する被写体像の解像力の低下が問題となったが、本発明
では厚さ２ｍｍ程度の薄い液晶パネルのみで済み、レン
ズの性能に与える影響は殆ど無い。

また、イメージシフトを２次元的に行なえるため、水平
方向、垂直方向の両方向にわたり解像度を高めることが
できる。

また、このイメージシフトを電気的に行なえるため、可
動部をなくすことができ信頼性を高められると共に、機
械的な振動音も除去できる。

また、使用する部品が偏光子、液晶パネル及び水晶板と
いった構造が簡単で安価な部品であり、しかも、その大
きさはレンズ直後で使用する場合などでは１〜２ｃｍと
小さくできるため、通常のカメラでは、その内部に収納
可能であり、小型で安価な高精細画像入力装置が実現で
きる。

また、３枚式カメラ等の１本のレンズを共有しうる複数
のイメージセンサを使用する装置、すなわち従来のイメ
ージセンサ自身を機械的に振動させる方法では、イメー
ジセンサ毎に振動素子を設置する必要があるが、本発明
ではレンズ直後等の分割前の光路に１組設置するだけで
全てのイメージセンサ上のイメージをシフトすることが
可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する
。

なお、実施例を説明するための全回において。

同一機能を有するものは同一符号を付けである。

〔実施例１〕 本発明のイメージシフト型撮像装置の実施例１の概略構
成を第１図に示す。

第１図において、１はレンズ、２は偏光子、３は液晶パ
ネル、３１はガラス基板、３２は液晶、３３は水晶板、
４はイメージセンサとしてのＣＣＤセンサ、５は信号処
理回路、６はＣＣＤセンサ及び液晶パネルの駆動回路、
１４は画信号蓄積部、１５はカメラ本体である。第１図
では、液晶パネル内の透明電極は省略した（以下同様）
。

本実施例１では、市販されているＣＣＤカメラを使用し
、このカメラのレンズ１の前方に偏光子２を、レンズ１
とＣＣＤセンサ４との間に一方の基板に水晶板３３を用
いた液晶パネル３を配置する。液晶パネル３はカメラ本
体１５中に設けた駆動回路６からの駆動パルスにより駆
動する。ここで、ＣＣＤカメラに用いられているＣＣＤ
センサ４は、Ｉ　Ｔ　（Ｉ　ｎｔｅｒｌｉｎｅ　Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ）方式のＣＣＤセンサ４で、画素ピッチを１
１μｍとする。また、液晶パネル３に用いる液晶は、ね
じれネマッティク型を使用する。このタイプの液晶は、
印加電圧がＯＮのときは液晶の分子長軸は電界方向（２
方向）に配列するため、入射した光は偏光方向を変える
ことなく通過する。一方、印加電圧がＯＦＦのときは、
液晶中の電界が無くなり液晶分子は長軸が９０’ねじれ
たツイスト配列になり、液晶パネル３を通過する光の偏
光方向は９０’変化する。水晶板３３は光学軸と研磨面
のなす角（方向角）が４５°のものを使用する。そして
、液晶パネル３への印加電圧がＯＮのときの光が異常光
となって光路が水平方向にシフトし、ＯＦＦのときの光
が常光と直進するように偏光子２及び水晶板３３の光軸
の向きを決める。水晶板３３の厚さは、０　、９　ａｍ
とする。　この厚みを選ぶ理由は、入厚光の偏光方向の
違いによる透過光の光路差は、使用するＣＣＤセンサ４
の画素ピッチのちょうど１／２とすることが望ましく、
本実施例１で使用するＣＣＤセンサ４の場合、　この値
は５．５μｍである。一方、偏光方向の違いによる透過
光の光路差は、水晶板３３の厚みに依存し、板厚が０゜
９ｍｍのときに５．５μｍとなるからである。

本実施例１において、前記光学系によりイメージをシフ
トさせ、高精細な画像を読み込む方法を第２図（ａ）、
（ｂ）を用いて説明する。

第２図（ａ　）、（ｂ　）において、７は被写体のある
１点から発した光が水晶板３３に入射するまでの光路、
７１．７２は水晶板３３を通過した後の光の光路、■ｏ
は液晶パネルへの印加電圧である。

第２図においては、レンズ前方に配置した偏光子２は省
略した。

本実施例１では２つのフレーム（またはフィールド、以
下省略）で１枚の画像を取り込む。

まず、第１のフレームでは液晶パネル３への印加電圧を
ＯＦＦとする。この場合、水晶板３３で光路のシフトは
生じない。すなわち、第２図（ａ）に示す光路７１に沿
って進む。次に、第２のフレームでは液晶パネルへの印
加電圧をＯＮとする。

水晶板通過で光路が水平方向に５．５μｍシフトし、第
２図（ａ）に示す光路７２に沿って進む。

以上は、被写体の１点から発した１本の光路について説
明したが、被写体のすべての点から発した光は同様にシ
フトされ、結局イメージ全体が５゜５μｍシフトする。

第３図は、フレーム毎に被写体像がＣＣＤセンサ４上で
シフトする様子を示したものである。第３図において、
８は画素、９は感光部、１０は第１フレームでの被写体
像、１１は第２フレームでの被写体像である。第３図で
は、２次元状に配置された画素に１便宜上（ｉ、ｊ）の
形式で番号を付けている。第３図に示すように、第１フ
レームから第２フレームでは、被写体像の位置が画素ピ
ッチの１／２だけ左方向にシフトし、フレーム毎に画素
ピッチの１／２だけずれた被写体像を撮像することがで
き、イメージシフト型撮像素子が実現できる。

このように、イメージをシフトさせながら読み込んだ２
枚の画像から高精細な画像を合成する方法を説明する。

ここで、ＣＣＤセンサ４の画素数をｎ　（）ｌ）　Ｘ　
ｍ　（Ｖ）としたとき、画信号蓄積部は２ｎ×ｍの番地
を有し、各番地は２５６階調に対応した８ビツトの容量
をもつ。そして、ＣＣＤセンサ４の（ｘｙ　ｊ）の画素
が読み込んだ画信号の蓄積において、それが第１フレー
ムの場合は（２ｉ−１、ｊ）番地に蓄積し、第２フレー
ムの場合は（２１１Ｊ）番地に蓄積する。このような方
法で蓄積された画信号は、デイスプレィや記録装置へ出
力する際、画信号蓄積部のアドレス順に読み出せば水平
方向の解像度が倍増された高精細な１枚の画像として出
力することが可能である。

〔実施例２〕 本発明のイメージシフト型撮像装置の実施例２の概略構
成を第４図に示す。

第４図において、１はレンズ、２は偏光子、３Ａ及び３
Ｂは液晶パネル、３１Ａ及び３１Ｂはガラス基板、３２
Ａ及び３２Ｂは液晶、３３Ａ及び３３Ｂは水晶板、４は
ＣＣＤセンサ、５は信号処理回路、６はＣＣＤセンサ及
び液晶パネルの駆動回路、１４は画信号蓄積部である。

本実施例２で使用したＣＣＤカメラ、偏光子、液晶パネ
ルは実施例１で用いたものと同じものとする。但し、レ
ンズ１とＣＣＤセンサ４との間に２組の液晶パネル３Ａ
及び３Ｂを配置した。各液晶パネル３Ａ及び３Ｂの水晶
板３３Ａ、３３Ｂの光軸方向は、共に同一の偏光方向（
仮にＸ方向とする）の光が常光線となって直進する方向
とする。

従って、偏光方向がこれと直角の方向（Ｘ方向とする）
の光が異常光線となって、水晶板通過により光路がシフ
トする。但し、このシフト方向が水晶板３２Ａでは垂直
方向とし、水晶板３２Ｂでは水平方向となるよう２つの
水晶板の配置方向を決める。ここで、水平方向とＸ方向
、垂直方向とＸ方向を必ずしも一致させる必要はない。

本実施例２において、前記光学系によりイメージをシフ
トさせ、高精細な画像を読み込む方法を第５図（ａ　）
、（ｂ　）を用いて説明する。

第５図（ａ）において、７は被写体のある１点から発し
た光が第１の液晶パネル３Ａへ入射するまでの光路、７
１．７２は液晶パネル３Ａ通過後の光の光路、７３．７
４．７５．７６は第２の液晶パネル３Ｂ通過後の光の光
路である。

第５図（ａ）においては、レンズ前方に配置した偏光子
２は省略したが、偏光方向が第５図（ａ）中に示すＸ方
向の光のみ通過させるように配置している。また、第５
図（ｂ）に各液晶パネル３Ａ、３Ｂへの印加電圧のタイ
ミングチャートも示している。ここで、ｖｌ及びｖ２は
夫々液晶パネル３Ａ及び３Ｂに印加される電圧を示す。

本実施例２では４つのフレーム（またはフィールド、以
下省略）で１枚の画像を取り込む。まず、第１のフレー
ムでは、印加電圧ｖ１及びｖ２を共にＯＮとする。印加
電圧ｖ１がＯＮのときは、液晶３２Ａの通過で偏光方向
が変わらないため、Ｘ方向に偏光された光が水晶板３３
Ａを通過し光路のシフトは生じない。すなわち、光路７
１に沿って進む。更に、印加電圧ｖ２もＯＮであるから
、液晶３２Ｂの通過でも偏光方向が変わらないため、Ｘ
方向に偏光された光が水晶板３３Ｂを通過し、光路のシ
フトは生じない。すなわち、光路７３に沿って進みＣＣ
Ｄセンサ４面上のＡ点に達する。

次に、第２のフレームでは、印加電圧■１はＯＮのまま
でｖ２をＯＦＦにする。この場合は、第１のフレーム同
様、水晶板３３Ａでは光路のシフトは生じない。しかし
、液晶３２Ｂの通過で偏光方向がＸ方向に変わり、水晶
板３３Ｂ通過で光路が水平方向にシフトし、光路７４に
沿って進んだ光はＣＣＤセンサ４面上でＡ点から水平方
向に０゜５５μｍだけ離れたＢ点に達する。

次に、第３のフレームでは、印加電圧ｖ１をＯＦＦにし
、印加電圧Ｖ２はＯＮにする。この場合は、液晶３２Ａ
の通過で偏光方向がＹ方向に変わり、水晶板３３Ａの通
過で光路の下方向へのシフトが生じる。すなわち、光路
７２に沿って進む。

次に、印加電圧ｖ２はＯＮであるから、液晶３２Ｂの通
過では偏光方向が変わらないため、Ｙ方向に偏光された
光が水晶板３３Ｂを通過し、光路の水平方向のシフトが
生じる。すなわち、光路７５に沿って進み、ＣＣＤセン
サ４面上でＢ点から下方向に０．５５μｍだけ離れた０
点に達する。

次に、第４のフレームでは、ｖｌ及びｖ２を共にＯＦＦ
にする。この場合も、第３のフレームと同様、液晶３２
Ａの通過で偏光方向がＹ方向に変わり、水晶板３３Ａの
通過で光路の下方向へのシフトが生じる。すなわち、第
２図（ｂ）に示す光路７２に沿って進む。次に、印加電
圧ｖ２はＯＦＦであるから、液晶３２Ｂの通過で偏光方
向が９０度回転し、再びＸ方向に戻る。従って、水晶板
３３Ｂの通過で光路のシフトは生じない。すなわち、第
５図（ａ）に示す光路７６に沿って進み、ＣＣＤセンサ
面上で０点から水平方向に０．５５μｍ離れたＤ点に達
する。

以上は、被写体の１点から発した１本の光路について説
明したが、被写体のすべての点から発した光は同様のシ
フトされ、結局イメージ全体が前記のように順次シフト
する。

第６図は、フレーム毎に被写体像がＣＣＤセンサ４上で
シフトする様子を示したものである。第６図において、
８は画素、９は感光部、１０は第１フレームでの被写体
像、１１は第２フレームでの被写体像、１２は第３フレ
ームでの被写体像、１３は第４フレームでの被写体像で
ある。第６図では、２次元状に配列された画素に便宜上
Ｃｘｒｊ）の形式で番号を付けている。

第６図に示すように、第１フレームから第２フレームで
は被写体像の位置が画素ピッチの１／２だけ左方向にシ
フトし、第２フレームから第３フレームでは画素ピッチ
の１／２だけ下方向にシフトし、更に第３フレームから
第４フレームでは画素ピッチの１７２だけ右方向にシフ
トし、そして再び次の第１フレームで元の位置に戻る。

このように、フレーム毎に画素ピッチの１／２だけずれ
た被写体像を撮像することができ、イメージシフト型撮
像素子が実現できる。

このように、イメージをシフトさせながら読み込んだ４
枚の画像から高精細な画像を合成する方法を説明する。

ここで、画信号蓄積部はＣＣＤセンサ４の画素数ＨＸｍ
の４倍の番地（２ｎＸ２ｍ）を有し、各番地は２５６階
調に対応した８ビツトの容量をもつ。そして、ＣＣＤセ
ンサの（ＸＳｊ）の画素が読み込んだ画信号は、第１フ
レームで番士画信号蓄積部の（２ｉ−１，２ｊ−１）番
地に、第２フレームでは（２ｉ、２ｊ−１）番地に、第
３フレームでは（２ｘ　ｔ　２　ｊ）番地に、第４フレ
ームでは（２−１ｉｅ　２ｊ）番地に蓄積する。このよ
うな方法で蓄積された画信号は、デイスプレィや記録装
置へ出力する際、メモリのアドレス順に読み出せば縦、
横ともに解像度が倍増された高精細な１枚の画像として
出力することが可能である。

〔実施例３〕 本発明のイメージシフト型撮像装置の実施例３の概略構
成を第７図に示す。

第７図において、３ｏは液晶パネル、３０Ａはガラス基
板、４０Ａ及び４０Ｂは液晶、４１Ａ及び４１Ｂは水晶
板、ｖｌ及びｖ２は夫々液晶４０Ａ、４０Ｂへ電界を加
えるための電圧である。前記実施例２では、水平、垂直
２方向へのイメージシフトのため２枚の液晶パネルを用
いたが、本実施例３では、第７図に示す１枚の液晶パネ
ル３で実施する。すなわち、レンズ側からガラス基板３
０Ａ、水晶板４１Ａ、更に水晶板４１Ｂと配置し、夫々
の板の間に液晶４０Ａ、４０Ｂを封入して１枚のパネル
とする。そして、この液晶パネル３０への入射光の偏光
方向は実施例２と同じとし、更に水晶板４１Ａ、水晶板
４１Ｂの光軸の方向は実施例２の水晶板３３Ａ及び３３
Ｂと同じである。

従って、この１枚の液晶パネル３０の光学的な機能は、
前記実施例２で用いた２枚の液晶パネル３Ａ、３Ｂによ
る機能と同一となる。

従って、前記実施例２と同様に電圧ｖ１及びＶ２を印加
し、４枚のフレームにより水平方向、垂直方向ともに高
精細化された画像を入力できる。

従って、この１枚の液晶パネルの光学的な機能は、上記
′実施例２で用いた２枚の液晶パネルによる機能と同一
となる。従って、実施例２と同様に電圧ｖ１及びｖ２を
印加し、４枚のフレームにより水平方向、垂直方向とも
に高精細化された画像が入力できる。

本実施例３では、液晶パネルの製作が実施例２に比べ複
雑になるが、必要部会点数を更に少なくすることが可能
である。

なお、前記実施例１，２．３では、偏光子２はレンズ１
の前方に配置したが、レンズ１と第１の液晶パネル間に
配置することも可能である。また、偏光子２及び液晶パ
ネル３をすべてレンズ１の前方に配置することも可能で
ある。更に、前記実施例では、複屈折効果を有する材料
として水晶板を使用したが、サファイア等の使用も可能
であり、複屈折効果を有する透明板であれば種類を問わ
ず使用可能である。また、実施例１では、水平方向へイ
メージをシフトさせ、水平方向の解像度を高めたが、水
晶板の向きを変え、イメージを垂直にシフトさせれば、
垂直方向の解像度を高めることも可能である。また、２
組の液晶パネルへの印加電圧ｖ１及びｖ２のＯＮ／○Ｆ
Ｆの組合せは４通りあり、この４通りの組合せをどんな
順番で実行しても実施可能である。

〔実施例４〕 第８図は１本発明のイメージシフト型撮像装置の実施例
４の概略構成を示すブロック図である。

第８図において、１はレンズ、２は偏光子、３は液晶パ
ネル、５０は水晶板、４はイメージセンサとしてのＣＣ
Ｄセンサ、５は信号処理回路、６はＣＣＤセンサ４及び
液晶パネル３の駆動回路、１６は画信号蓄積部、１７は
画信号蓄積部のアドレス制御部である。

本実施例４では、市販されているＣＣＤカメラを使用し
、このカメラのレンズ前方に偏光子２を、レンズ・ＣＣ
Ｄセンサ間に液晶パネル３と水晶板５ｏを配置する。液
晶パネル３は、カメラ本体中に設けた駆動回路６からの
駆動パルスにより能動する。ここで、ＣＣＤカメラに用
いられているＣＣＤセンサ４は、画素ピッチ１１μｍの
インターライン方式のＣＣＤセンサとする。

また、液晶パネル３に用いた液晶は、ねじれネマッティ
ク型を使用する。このタイプの液晶は、印加電圧が○Ｎ
のときは液晶の分子長軸は電界方向（Ｚ方向）に配列す
るため、入射した光は偏光方向を変えることなく通過す
る。一方、印加電圧がＯＦＦのときは、液晶中の電界が
無くなり、液晶分子は長軸が９０°ねじれたツイスト配
列となり、液晶パネルを通過する光の偏光方向は９０’
変化する。水晶板５０は、光学軸と研磨面のなす角（方
向角）が４５°のものを使用し、板厚を１゜１ｍｍとす
る。この厚さの水晶板５０では、入庫光の偏光方向の違
いによる透過光の光路差は、７゜８μｍとなり、本実施
例４のＣＣＤセンサ４の斜め方向の画素ピッチのちょう
ど１／２となる。

水晶板５０の光軸方向は、水晶板通過により光路のシフ
トする方向が、イメージセンサの画素配列方向に対し、
斜め方向となるように方向を決める。

本実施例４において、前記光学系によりイメージをシフ
トさせ、高精細な画像を読み込む方法を第９図（ａ）、
（ｂ）を用いて説明する。

第９図（ａ）は、第８図の点線で囲んだ部分の拡大図で
ある。第９図（ａ）において、１１０は被写体のある１
点から発した光が水晶板５ｏに入射するまでの光路、１
１１．１１２は水晶板通過後の光の光路、ｖｌは液晶パ
ネル３への印加電圧である。第９図（ａ）においては、
レンズ１の前方に配置した偏光子２は省略した。

本実施例４では、２つのフィールドで１枚の画像を取り
込む。但し、ここでの１フイールドは、ＣＣＤセンサ４
の１フレ一ム期間に相当する。

まず、第１のフィールドでは印加電圧ｖ１を○Ｎとする
。印加電圧ｖ１がＯＮのときは、液晶パネル３の通過で
偏光方向が変わらないため、液晶パネル３への入射光と
偏光方向が同じ光が水晶板５０へ入射する。この偏光方
向の光に対しては、光路のシフトが生じないように、水
晶板５ｏの向きを選んでおくと、水晶板５０の通過後の
光は、第９＠（ａ）に示す光路１１１に沿って進む。こ
の光路のＣＣＤセンサ（イメージセンサ）４上の到達点
をＡ点とする。

次に、第２のフィールドでは、印加電圧ｖ１はＯＦＦに
する。この場合は、液晶パネル３の通過で偏光方向が９
０”変わる。このため、水晶板５０の通過で光路が斜め
方向にシフトし、水晶板５０の通過後の光は光路１２に
沿って進み、ＣＣＤセンサ４面上でＡ点から斜め方向に
０．７８μｍだけ離れたＢ点に達する。

以上は、被写体の１点から発した１本の光路について説
明したが、被写体のすべての点から発した光は同様にシ
フトされ、結局イメージ全体が前記のようにシフトする
。第１０図は、フィールド毎に被写体像がＣＣＤセンサ
４上でシフトする様子を示したものである。第１０図に
おいて、１１３は画素、１１４は感光部、１１５は第１
フイールドでの被写体像、１１６は第２フイールドでの
被写体像を示す。

第１０図に示すように、第１フイールドから第２フイー
ルドで、被写体像の位置が斜め方向に画素ピッチの１／
２だけシフトし、従って、フィールド毎に画素ピッチの
１７２だけずれた被写体像を撮像することができ、イメ
ージシフト型撮像装置が実現できる。

このように、イメージをシフトさせながら読み込んだ２
枚の画像を出力時にサンプリング時の位置に対応させな
がら出力させれば、水平方向、垂直方向ともに高解像度
化された高精細な画像を出力することが可能となる。

〔実施例５〕 本実施例５で使用した光学系の構成、イメージシフトの
方向及びシフト幅は、実施例４と同じである。また、本
実施例５でも２枚のフィールドがら１枚の画像を合成し
て高精細に出方する。

但し、実施例４では高力画像の画素配置を、入力時のサ
ンプリング位置に１対１で対応させたのに対し、本実施
例５では以下に述べる補間処理により、入力時のサンプ
リング数の２倍の画素数を出力する。

第１１図に、本実施例５で入力した画像の出力時の画素
配置を示す。

第１１図において、Ａｉ、ｊ（ｉ＝１−ｎ、ｊ＝１〜ｍ
）は、第１のフィールドで読み込んだ画像を構成する画
素、また、Ｂｉ、ｊ（ｉ＝１〜ｎ＋Ｊ＝１”ｍ）は第２
フイールドで同一被写体をイメージシフトさせて読み込
んだ画像を構成する画素を表す。一方、第１１１！ｌに
おイテ、Ｃｉ、ｊ　（ｉ　＝１〜ｎ　、　ｊ　＝＝　１
〜ｍ　）及びＤｉ、ｊ　（ｉ　＝　１〜ｎ　。

ｊ＝１〜ｍ）で表わされる画素は、これらに対応する入
力時のサンプリング領域が存在しない画素である。本実
施例５では、これらの画素への信号を上下左右の４画素
の信号の平均値とした。すなわち、Ａｉ、ｊ、　Ｂｉ、
ｊ、　Ｃｉ、ｊ、　Ｄｉ、ｊ各画素ヘノ信号値を夫＃　
ＶＡｉ、ｊ、　ＶＢｉ、ｊ、　Ｖｃｉ、ｊ、　Ｖｎｉ、
ｊテ表わすとすると、 Ｖｃｉ、ｊ＝（ＶＡｉ、ｊ＋ＶＡｉ＋０．ｊ＋Ｖ＋ｉ、
ｊ−１＋Ｖ＋ｉ、ｊ）／４ＶＤｉ−ｊ　＝　（ＶＡｉ、
ｊ　＋　ＶＡｉ、ｊ＋１　＋　ＶＢｉ−１，ｊ　＋　Ｖ
ｉｉ、ｊ）／　４とする。このように、入力時のサンプ
リング領域が存在しない画素の出方を補完処理で決める
ことにより１本実施例５では使用したＣＣＤセンサ４の
画素数に比べ縦横ともに２倍の画素数が画像を出力する
ことが可能である。

なお、前記実施例４，５では、偏光子２はレンズ１の前
方に配置したが、レンズｌと液晶パネル３との間に配置
することも可能である。また、偏光子２．液晶パネル３
、水晶板５０をすべてレンズ前方に配置することも可能
である。更に、本実施例４，５では、複屈折効果を有す
る材料して水晶板を使用したが、サファイア等複屈折効
果を有する透明板であれば種類を問わず使用可能である
。

また、実施例５では、出方時において入力時に対応する
画素が存在しない画素の出方を上下左右の画素から補完
処理で求めたが、上下の画素の平均値、或いは左右の画
素の平均値でもよく、更には平均値による補完処理に限
らず、適当な重み付けによる補完処理によっても実施可
能である。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、従来の方法に
比べ必要な部品点数を削減できる。

また、超小型のＣＣＤカメラ等においてもレンズとセン
サ間に収納でき、カメラの大きさや重さを増やすことな
く入力の高精細化が可能である。

また、イメージシフトを電気的に行なえるため、信頼性
を高められる。

また、イメージシフトを２次元的に行なえるため、水平
方向、垂直方向の両方向にわたり解像度を高めることが
できる。

また、イメージシフトを電気的に行なえるため、可動部
をなくすことができ信頼性を高められると共に１機械的
な振動音も除去できる。

また、通常のカメラでは、その内部に収納可能であり、
小型で安価な高精細画像入力装置が実現できる。

また、レンズ直後等の分割前の光路に１組設置するだけ
で全てのイメージセンサ上のイメージをシフトすること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のイメージシフト型撮像装置の実施例
１の概略構成を示すブロック図、第２図（ａ　）、（ｂ
　）は、実施例１において、光学系によりイメージをシ
フトさせ、高精細な画像を読み込む方法を説明するため
の説明図、第３図は、フレーム毎に被写体像がＣＣＤセ
ンサ４上でシフトする様子を示す図、 第４図は、本発明のイメージシフト型撮像装置の実施例
２の概略構成を示すブロック図、第５図Ｃａ）、（ｂ）
は、実施例２において、光学系によりイメージをシフト
させ、高精細な画像を読み込む方法を説明するための説
明図、第６図は、フレーム毎に被写体像がＣＣＤセンサ
４上でシフトする様子を示す図、 第７図は、本発明のイメージシフト型撮像装置の実施例
３の概略構成を示すブロック図、第８図は、本発明のイ
メージシフト型撮像装置の実施例４の概略構成を示すブ
ロック図、第９図（ａ）、（ｂ）は、実施例４において
、イメージをシフトさせ高精細な画像を読み込む方法を
説明するための説明図。 第１０図は、フィールド毎に被写体像がＣＣＤセンサ上
でシフトする様子を示す模式図、第１１図は、本発明の
イメージシフト型撮像装置の実施例５の出力時の画素配
置を示す概略図、第１２図（ａ　）、（ｂ　）、（ｃ　
）は、実施例５において、イメージを斜め方向にシフト
させ２次元的に高解像度化を行なう原理を説明するため
の説明図、第１３図は、従来のイメージシフト型撮像装
置の問題点を説明するための図である。 図中、１・・・レンズ、２・・・偏光子、３．３Ａ、３
Ｂ、３０・・・液晶パネル、３１．３１Ａ、３１Ｂ。 ３０Ａ・・・ガラス基板、３３，３３Ａ、３３Ｂ、４Ｉ
Ａ、４１Ｂ・・・水晶板、４・・・イメージセンサ（Ｃ
ＤＤセンサ）、５・・・信号処理回路、６・・・イメー
ジセンサ及び液晶パネルの駆動回路、７・・・被写体の
ある１点から発した光が水晶板へ入射するまでの光路、
７１，７２・・・第１の水晶板通過後の光の光路、７３
．７４，７５．７６・・・第２の水晶板通過後の光の光
路、８・・・画素、９・・・感光部、１０・・・第１フ
レームでの被写体像、１１・・・第２フレームでの被写
体像、１２・・・第３フレームでの被写体像、１３・・
・第４フレームでの被写体像、１４・・・画信号蓄積部
、１５・・・カメラ本体、１６・・・画信号蓄積部、１
７・・・画信号蓄積部のアドレス制御部、１１０・・・
被写体のある１点から発した光が水晶板へ入射するまで
の光路、１１１，１１２・・・水晶板通過後の光の光路
、１１３・・・ＣＣＤセンサの画素、１１４・・・ＣＣ
Ｄセンサの感光部、１１５・・・第１フイールドでの被
写体像、１１６・・・第２フイールドでの被写体像、ｖ
ｌ・・・液晶パネルへの印加電圧、Ａｉ、ｊ・・・第１
フイールドで読み込んだ画像を構成する画素、Ｂｉ、ｊ
・・・第２フイールドで同一被写体をイメージシフトさ
せて読み込んだ画像を構成する画素、Ｃｉ、ｊ・・・上
下左右の画素からの補完処理で出力値が決められる画素
、Ｄ　ｉ、ｊ・・・上下左右の画素からの補完処理で出
力値が決められる画素。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体イメージセンサ上で被写体像と画素の相対的
   位置関係を時間的に変化させるイメージシフト動作によ
   り解像度を高めるイメージシフト型撮像装置において、
   被写体から前記固体イメージセンサに至る光学系の途中
   に偏光方向が特定の１方向の光のみを通過させる偏光子
   と、液晶を挟む２枚の透明板のうち少なくとも１枚を複
   屈折現象を有する透明板で構成する液晶パネルを１枚以
   上配置したことを特徴とするイメージシフト型撮像装置
   。
2. （２）固体イメージセンサ上で被写体像と画素の相対的
   位置関係を時間的に変化させるイメージシフト動作によ
   り解像度を高めるイメージシフト型撮像装置において、
   被写体から前記固体イメージセンサに至る光学系の途中
   に、偏光方向が特定の１方向の光のみを通過させる偏光
   子と、電圧の印加または遮断により透過光の偏光方向を
   旋回できる液晶パネルと、複屈折現象を有する透明板を
   設け、前記液晶パネルへの駆動電圧の印加または遮断に
   より前記固体イメージセンサ上に結像される被写体像を
   固体イメージセンサの画素配列に対し斜め方向にシフト
   を行なう手段を備えたことを特徴とするイメージシフト
   型撮像装置。