JPH0787555B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高解像度の撮像装置、特に、記憶機能を備えて
いるような高解像度を有する撮像装置に関する。

（従来の技術） 被写体の光学像を撮像装置により撮像して得た映像信号
は、編集、トリミング、その他の画像信号処理が容易で
あるとともに、既記録信号を消去できる可逆性を有する
記録部材を使用して記録再生が容易に行えるという特徴
を有しているが、映像信号の発生のために従来から一般
的に使用されて来ている撮像装置は、撮像レンズによっ
て撮像素子における光電変換部に結像された被写体の光
学像を、撮像素子の光電変換部で被写体の光学像に対応
する電気的な画像情報に変換し、その電気的な画像情報
を時間軸上で直列的な映像信号として出力させうるよう
な構成形態のものであり、撮像装置の構成に当っては前
記した撮像素子として従来から各種の撮像管や各種の固
体撮像素子が使用されていることは周知のとおりであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） さて、近年になって高画質・高解像度の再生画像に対す
る要望が高まるのに応じて、テレビジョン方式について
も、いわゆるEDTV、HDTVなどの新しい諸方式が提案され
て来ていることも周知のとおりである。

ところで、高画質・高解像度の再生画像が得られるよう
にするためには、高画質・高解像度の再生画像を再生さ
せうるような映像信号を発生させることのできる撮像装
置が必要とされるが、撮像素子として撮像管が使用され
ている撮像装置においては、撮像管における電子ビーム
径の微小化に限界があるために、電子ビーム径の微小化
による高解像度化が望めないこと、及び、撮像管のター
ゲット容量はターゲット面積と対応して増大するもので
あるために、ターゲット面積の増大による高解像度化も
実現することができないこと、また、例えば動画の撮像
装置の場合には高解像度化に伴って映像信号の周波数帯
域が数十MHz〜数百MHz以上にもなるためにS/Nの点で問
題になる、等の理由によって、撮像装置により高画質・
高解像度の再生画像を再生させうるような映像信号を発
生させることは困難である。

前記の点を具体的に説明すると次のとおりである。すな
わち、撮像素子として撮像管が使用されている撮像装置
により高画質・高解像度の再生画像を再生させうるよう
な映像信号を発生させるのには、撮像管における電子ビ
ーム径を微小化したり、ターゲットとして大面積のもの
を使用したりすることが考えられるが、撮像管の電子銃
の性能、及び集束系の構造などにより撮像管の電子ビー
ム径の微小化には限界があるために電子ビーム径の微小
化による高解像度化には限界があり、また、撮像イメー
ジサイズの大きな撮像レンズを使用した上で、ターゲッ
トの面積の増大によって高解像度を得ようとした場合に
は、ターゲット面積の増大による撮像管のターゲット容
量の増大による撮像管の出力信号における高域信号成分
の低下によって、撮像管出力信号のS/Nの低下が著るし
くなることにより、撮像管を使用した撮像装置によって
は高画質・高解像度の再生画像を再生させうるような映
像信号を良好に発生させることはできないのである。

また、撮像素子として固体撮像素子を使用した撮像装置
により高画質・高解像度の再生画像を再生させるのに
は、画素数の多い固体撮像素子を使用することが必要と
されるが、画素数の多い固体撮像素子はそれを駆動する
ためのクロックの周波数が高くなる（例えば、動画カメ
ラの場合における固体撮像素子の駆動のためのクロック
の周波数は数百MHzとなる）とともに、駆動の対象にさ
れている回路の静電容量値は画素数の増大によって大き
くなっているために、そのような固体撮像装置は、固体
撮像素子のクロックの周波数の限界が20MHzといわれて
いる現状からすると実用的なものとして構成できないと
考えられる。

このように、従来の撮像装置はそれの構成のために使用
される撮像素子が高画質・高解像度の再生画像を再生さ
せうるような映像信号を良好に発生させ難いものであっ
たために、高画質・高解像度の再生画像を再生させうる
ような映像信号を発生できる撮像装置を容易に提供する
ことができなかった。

また、従来の撮像装置で使用されている撮像素子は、記
録の対象にされる光情報を光電変換して発生させた電気
信号が映像信号として送出された後に、被写体の新たな
光学像と対応する映像信号が発生されうるような構成の
ものであって、順次の被写体像と対応して発生された電
気信号を記憶しておく機能は撮像装置自体には有してい
なかったから、従来、撮像によって得た電気的な情報信
号を記録しておくことが必要とされる場合には、撮像装
置によって発生された映像信号を例えば磁気録画装置を
用いるなどして記録しておくようにされていたが、撮像
内容が記録されていることは種々の点で有益なために、
撮像装置自体に記憶機能を有するような装置の出現が待
望された。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、一方の面に透明電極を付着させてある光導電
層部材と、前記した光導電層部材における透明電極が付
着されていない方の面と対向して設けられている電極
と、前記した電極と光導電層部材との間で移動可能な電
荷蓄積層部材と、前記した透明電極と電極との間に接続
した電源とによって構成されている光−電荷変換部と、
前記の光−電荷変換部における透明電極側から前記した
光−電荷変換部の撮像面に撮像レンズにより被写体の光
学像を結像させて、前記した光−電荷変換部における電
荷蓄積層部材に被写体の光学像と対応している電荷像を
形成させる手段と、被写体の光学像と対応している電荷
像が形成されている電荷蓄積層部材における前記の電荷
像の形成部分を電荷像の読出し部まで移動させる手段
と、電荷像の読出し部において被写体の光学像と対応し
ている電荷像を読出して映像信号を発生させる手段とを
備えてなる撮像装置を提供するものである。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の撮像装置の具体的な
内容について詳細に説明する。第１図は本発明の撮像装
置の構成原理と動作原理とを説明するための斜視図であ
り、また、第２図と第３図とは本発明の撮像装置の実施
例の概略構成を示すブロック図である。

第１図において、Etは透明電極、Ｅは電極、PCLは光導
電体層部材、CMLは電荷蓄積層部材、Vcは電源であっ
て、前記した各構成部分は光−電荷変換部PCCAを構成し
ており、前記の透明電極Etと電極Ｅ間に接続されている
電源Vcによって前記した透明電極Etと電極Ｅとの間には
所定の電界が発生されるようになされている。

光−電荷変換部PCCAはそれを適当な構成の暗箱に収容し
て、光導電体層部材PCLに不要な外光が当らないように
する。

前記した光−電荷変換部PCCAにおける透明電極Etは、撮
像の対象にされるべき光情報の波長帯の光が透過しうる
ような分光透過特性を有するような透明電極（例えば、
ITO）として構成されており、また、前記した光導電体
層部材PCLとしてはそれの一方の端面に高精細度の光学
像が与えられた場合に、適当な強度の電界の印加の下に
おいて、他方の端面に対して高精細度の電荷像を発生さ
せることができるような特性を有する光導電体材料（例
えば、アモルファス・シリコン）を用いて作られたもの
が使用される。さらに、前記した電荷蓄積層部材CMLと
しては、それの表面に付着形成された電荷像が長期間に
わたりそのままのパターンで残留しうるような高い絶縁
抵抗値を有する材料（例えば、シリコン樹脂）で作られ
たものが使用される。

前記した電荷蓄積層部材CMLは、それの形状が円盤状、
テープ状、あるいはシート状等、任意の形状とすること
ができるが、何れの場合であっても前記した電荷蓄積層
部材CMLは図中の矢印Ｘ方向に、予め定められた移送の
態様で移送されるようになされているのである。

前記した光−電荷変換部PCCAの撮像面には、光−電荷変
換部PCCAにおける透明電極Etの前方に設けられている撮
像レンズ１により被写体の光学像が結像されるようにな
されており、前記の光−電荷変換部PCCAは撮像レンズ１
によって光−電荷変換部PCCAにおける撮像面に結像され
た被写体の光学像と対応する電荷像を電荷蓄積層部材CM
Lに形成させる動作を行うものであるが、光−電荷変換
部PCCAにおける前記した光学像から電荷像への変換動作
は次のようにして行われる。

すなわち、撮像レンズ１を介して光−電荷変換部PCCAの
透明電極Et側に入射した光束が光−電荷変換部PCCAにお
ける透明電極Etを透過して光導電体層部材PCLに入射す
ると、光導電体層部材PCLの電気抵抗値はそれに入射し
た光束の光量に応じて変化するから、光電体層部材PCL
の各部の電気抵抗値は被写体の各部の光量と対応して変
化している状態になる。

そして光−電荷変換部PCCAにおける透明電極Etと電極Ｅ
との間には既述のように電源Vcによって所定の電圧が与
えられているから、前記した光電体層部材PCLと対向す
るように設けられている電荷蓄積層部材CMLには、光電
体層部材PCLにおける電気抵抗値の変化の状態と対応し
ている電荷が付着されることになり、電荷蓄積層部材CM
Lには被写体の光学像と対応している電荷像が形成され
るのである。

光−電荷変換部PCCAの光導電体層部材PCLに与えられた
被写体の光情報のような記録の対象にされる光情報にお
ける各部の光量に対応した電荷量を有して電荷蓄積層部
材CMLの表面に付着した状態で生じる前記した電荷像
は、記録の対象にされる光情報が撮像レンズ１を介して
光導電体層部材PCLの全面に同時的に与えられた場合に
は、記録の対象にされる二次元的な光情報の全体に対応
する二次元的な電荷像の全体が同時的に生じ、また、記
録の対象にされる光情報が光導電体層部材PCLの全面に
対して飛点走査機により順次に与えられた場合には、記
録の対象にされる光情報に対応する電荷像の全体が順次
に生じて行くことになるが、前記の何れの場合であって
も、記録の対象にされる光情報の全体と対応する１つの
完全な電荷像が光導電体層部材PCLの端面に生じた状態
になされた後に、必要に応じて電荷蓄積層部材CMLの表
面を前記した光導電体層部材PCLの面から離隔させた状
態にし、次いで、電荷蓄積層部材CMLの表面における記
録の対象にされる光情報の全体と対応する前記した１つ
の完全な電荷像２が付着されている領域２が、前記した
光導電体層部材PCLの端面に対向しない状態となされる
位置にまで移動させてから、次の被写体の撮像動作が行
われるようにされる。

前記のようにして、電荷蓄積層部材CMLの表面には完全
な１枚づつの電荷像２を順次に付着形成させることがで
きる。そして、前記のように電荷蓄積層部材CMLの表面
に順次に付着された完全な１枚づつの電荷像２は、光導
電体層部材PCLに与えられた記録の対象にされる光情報
における各部の光量に対応した電荷量を有する電荷像で
あるから、その電荷像は充分に高い解像度を有する光導
電体層部材PCLと対応する高い精細度を有するものにな
っているから、それを高い分解能を有する読出し手段に
よって読出すことにより、極めて高い精細度の再生像を
再現できるような映像信号を発生させることができる。

光−電荷変換部PCCAにおいて被写体の光学像と対応して
いる電荷像が形成された電荷蓄積層部材CMLは、電荷蓄
積層部材CMLにおける前記の電荷像２の形成部分が電荷
像の読出し部RAまで移送され、電荷像の読出し部RAにお
いて被写体の光学像と対応している電荷像２を静電的な
検出手段、あるいは光学的な検出手段、その他の電荷検
出手段によって検出することにより、高画質・高解像度
の再生画像を再生させることの可能な映像信号を容易に
発生させることができる。

本発明の撮像装置をカラー撮像装置として実施する場合
には、周知構成の３色分解光学系によって３原色に分解
された各原色像毎に、前記した第１図示の構成の撮像装
置によって撮像するようにすればよい。また、本発明の
実施に当って、光−電荷変換部PCCAにおける光導電層部
材PCLの端面に対して微小な距離だけ離隔しているよう
な態様で電荷蓄積層部材CMLの一方の面が対向している
ような態様で電荷蓄積層部材CMLを設けてもよく、その
際には前記の電荷蓄積層部材CMLの面と光導電層部材PCL
の端面との間の放電によって、電荷蓄積層部材CMLの面
に被写体の光学像に対応している電荷像が形成されるの
である。

電荷蓄積層部材CMLにおける前記の電荷像２の形成部分
からの電荷量の読出しは、電荷像の読出し部RAによって
行われるが、第２図に示されている実施例では、電荷像
の読出し部RAとして被写体の光学像と対応している電荷
像２を静電的に検出するように構成されているものを用
いており、また、第３図に示されている実施例では、電
荷像の読出し部RAとして被写体の光学像と対応している
電荷像２を光学的に検出するように構成されているもの
を用いている。

まず、第２図に示されている実施例における電荷像の読
出し部RAについて説明する。第２図中において３は電荷
検出用の針電極、４はスイッチ、５は電界効果トランジ
スタ、６は抵抗、７は検出々力端子であり、この第２図
中に示されている電荷像の読出し部RAは、電荷蓄積層部
材CMLにおける電荷像２に接近して設けられている電荷
検出用の針電極３によって、電荷蓄積層部材CMLにおけ
る電荷を静電誘導により高い分解能で検出し、それを電
界効果トランジスタ５のゲートに与え、電界効果トラン
ジスタ５のソースと接地間に接続されている抵抗６の両
端に現われる電圧を検出々力端子７に送出するように構
成されている。スイッチ４は電界効果トランジスタ５の
リーク等によりゲートに蓄積する不要な電荷を放電する
ためのリセット用のスイッチであり、実施に際してはス
イッチ４として電界効果トランジスタなどのスイッチン
グ素子が用いられる。

第２図には、電荷検出用の針電極３が単針のものとして
示されているが、実施に当っては電荷検出用の針電極と
して多数の針電極を並べて構成した多針電極が使用でき
る。そして電荷検出用の針電極として多針電極が用いら
れた場合には、電荷蓄積層部材CMLにおける電荷像の電
荷分布の検出のために単針の電荷検出用の針電極３を使
用した際に必要とされていた二次元的な機械的走査手段
が不要とされ、副走査方向だけの一次元的な機械的な走
査によって二次元的な電荷像の電荷の読出し動作を行う
ことができる。

なお、多針電極を二次元的に配置したものを用いれば、
機械的な走査手段は不要となる。多数の針電極を微細に
形成することはLSIプロセス技術の適用により容易に実
現できる。

次に、第３図に示されている実施例における電荷像の読
出し部RAについて説明する。第３図中においてErは電荷
蓄積層部材CMLにおける電荷像２が形成されている面と
は反対側の面に接触している電極であり、また、前記し
た電荷蓄積層部材CMLを挟んで前記した電極Erと対向す
る位置には電荷像読取りヘッドRHにおける誘電体ミラー
DMLが位置されている。

前記した電荷像読取りヘッドRHは電荷像を光学像に変換
する素子であり、この電荷像読取りヘッドRHとしては、
例えば、印加された電圧によって光の状態を変化させう
るような特性を示す光変調材層部材PML（例えば、電気
光学効果を有するニオブ酸リチュウム、あるいは電界散
乱効果を示すネマチック液晶の層のような光変調用の材
料層）の一方の面に誘電体ミラーDMLを設けるとともに
他方の面に透明電極Etrを設けた構成態様のものが使用
できる。

そして、前記した電荷像読取りヘッドRHにおける前記し
た誘電体ミラーDMLの側に電荷パターンを与え、また、
光変調材層部材PMLにおける他方の面から光を入射させ
ると、その入射光が光変調材層部材PMLを通過して誘電
体ミラーDMLにより反射し、その反射光が再び光変調材
層部材PMLを通過して、その光は入射した側の光変調材
層部材PMLの面から出射するが、その出射光の光の状態
（前記の例の場合には偏光面の角度）は入射光の光の状
態（前記の例の場合には偏光面の角度）とは、前記した
電荷像における電荷量と対応して変化したものになって
いる。

それで、例えばレーザ光源10（またはハロゲンランプを
用いた光源10）から放射された光を偏光子11に通過させ
て直線偏光の光束とし（前記の光源10がレーザ光源の場
合には偏光子11は使用しなくてもよい）てから光偏向器
12に入射させる。

前記の光偏向器12では、それに入射された光束をテレビ
ジョン機器におけるディスプレイで描かせるラスタのよ
うに直交する２方向に偏向している状態のものとして出
射させる。

前記のような状態のものとして前記の光偏向器12から出
射された光束は、入射光を平行光にして出射させるコリ
メータレンズ13によって平行光となされて、その平行光
束がビームスプリッタ９に入射される。

ビームスプリッタ９に入射した光束はレンズ８で集光さ
れて電荷像読取りヘッドRHに入射される。前記した電荷
像読取りヘッドRHにおける誘電体ミラーDML側には、記
録情報を電荷像の形で記憶している電荷蓄積層部材CML
における電荷像の形成面が対面しているから、電荷像読
取りヘッドRHにおける光変調材層部材PMLには前記した
誘電体ミラーDMLを介して電荷蓄積層部材CMLにおける電
荷像による電界が与えられる。

それで、電荷像読取りヘッドRHにおける透明電極Etr側
から光が入射すると、その入射光は光変調材層部材PML
を通過して誘電体ミラーDMLにより反射して再び光変調
材層部材PMLを通過し、その光が透明電極Etrの面から出
射するが、前記した電荷像読取りヘッドRHからの出射光
の光の状態（前記の例の場合には偏光面の角度）は入射
光の光の状態（前記の例の場合には偏光面の角度）と
は、前記した電荷蓄積層部材CMLにおける電荷像の電荷
量と対応して変化しているものになっている。

前記のように電荷像読取りヘッドRHからの出射光は、電
荷像読取りヘッドRHへの入射光が記録情報を電荷像の形
で記憶している電荷蓄積層部材CMLにおける電荷像の電
荷量に応じて偏光面の回転量が変化している状態のもの
で、かつ、既述したコリメータレンズ13によって平行光
の状態になっている。

それで、電荷像読取りヘッドRHからの前記した出射光を
レンズ８とビームスプリッタ９とを通過させてから集光
レンズ14に入射させると、前記の集光レンズ14で集光さ
れた光束は常に同一の位置に集光する。

それで、前記した集光レンズ14によって集光された光
を、光量調節用の波長板15と、偏光面の回転量を明るさ
の変化に変換するための検光子16とを介して、前記した
集光レンズ14の集光点の位置に光電変換器17を配置して
おくと、前記の光電変換器17からは電荷蓄積層部材CML
における二次元的な電荷像の各部分の電荷量に応じて振
幅が変化している映像信号が得られる。

前記のように光電変換器17から出力される映像信号は、
電荷蓄積層部材CMLにおける高い精細度を有する二次元
的な電荷像における電荷量分布と対応しているものにな
っている。それで、読出し光として、例えば直径が１ミ
クロンのレーザ光束をレーザ光束を使用した場合には、
1000本/1mmというような高い解像度と対応する映像信号
が発生できる。

（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
明の撮像装置は、一方の面に透明電極を付着させてある
光導電層部材と、前記した光導電層部材における透明電
極が付着されていない方の面と対向して設けられている
電極と、前記した電極と光導電層部材との間で移動可能
な電荷蓄積層部材と、前記した透明電極と電極との間に
接続した電源とによって構成されている光−電荷変換部
と、前記の光−電荷変換部における電荷蓄積層部材に被
写体の光学像と対応している電荷像を形成させる手段
と、被写体の光学像と対応している電荷像が形成されて
いる電荷蓄積層部材における前記の電荷像の形成部分を
電荷像の読出し部まで移動させる手段と、電荷像の読出
し部において被写体の光学像と対応している電荷像を読
出して映像信号を発生させる手段とを備えてなるもので
あるから、この本発明の撮像装置では通常の光学像の他
に、文字、画形、パターン、コード化された光情報な
ど、任意の光情報を撮像の対象とする光学的な情報とし
て撮像し記録することができるのであり、また、本発明
の撮像装置において電荷蓄積層部材の表面に順次に付着
形成させた完全な１枚づつの電荷像は、光導電体層部材
に与えられた記録の対象にされる光情報における各部の
光量に対応した電荷量を有する電荷像であるから、その
電荷像は充分な高い精細度を有する光導電体層部材と対
応する高い精細度を要するものとなっていて、前記のよ
うに電荷蓄積層部材の表面に順次に付着された完全な１
枚づつの電荷像を、例えば静電的な読取り手段、あるい
は光学的な読取り手段によって高画質・高解像度の再生
画像を再生させることの可能な映像信号を容易に発生さ
せることができるとともに、本発明の撮像装置において
は撮像の対象とされる光情報の撮像と同時に、その光情
報の記録が行われるのであり、本発明によれば既述した
従来の問題点は良好に解決できるのであり、また、本発
明は電子スチルカメラ、カメラ一体型の記録再生装置に
も良好に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置の構成原理と動作原理とを説
明するための斜視図、第２図ならびに第３図は本発明の
撮像装置の実施例のブロック図である。 Et,Etr……透明電極、Ｅ……電極、PCL……光導電体層
部材、CML……電荷蓄積層部材、Vc……電源、PCCA……
光−電荷変換部、１……撮像レンズ、２……電荷像、RA
……電荷像の読出し部、３……電荷検出用の針電極、４
……スイッチ、５……電界効果トランジスタ、６……抵
抗、７……検出々力端子、Er……電極、RH……電荷像読
取りヘッド、DML……誘電体ミラー、PML……光変調材層
部材、10……レーザ光源（またはハロゲンランプを用い
た光源）、11……偏光子、12……光偏向器、13……コリ
メータレンズ、９……ビームスプリッタ、８……レン
ズ、14……集光レンズ、15……光量調節用の波長板、16
……検光子、17……光電変換器、

フロントページの続き (72)発明者 浅倉 伝 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番 地 日本ビクター株式会社内 (72)発明者 古屋 正人 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番 地 日本ビクター株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−225772（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の面に透明電極を付着させてある光導
   電層部材と、前記した光導電層部材における透明電極が
   付着されていない方の面と対向して設けられている電極
   と、前記した電極と光導電層部材との間で移動可能な電
   荷蓄積層部材と、前記した透明電極と電極との間に接続
   した電源とによって構成されている光−電荷変換部と、
   前記の光−電荷変換部における透明電極側から前記した
   光−電荷変換部の撮像面に撮像レンズにより被写体の光
   学像を結像させて、前記した光−電荷変換部における電
   荷蓄積層部材に被写体の光学像と対応している電荷像を
   形成させる手段と、被写体の光学像と対応している電荷
   像が形成されている電荷蓄積層部材における前記の電荷
   像の形成部分を電荷像の読出し部まで移動させる手段
   と、電荷像の読出し部において被写体の光学像と対応し
   ている電荷像を読出して映像信号を発生させる手段とを
   備えてなる撮像装置」