JPH10262174A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】固体撮像素子の画素数で決まる本来の解像度に
比して、等価的な画素数を増加させた際に、解像度の向
上が制限されるという問題を改善する。 【解決手段】固体撮像素子１５、１６は１画素の受光部
の開口の大きさが水平、垂直方向ともに画素間隔のほぼ
１／ｎ（ｎ＝２，３，…）で、互いの相対的位置関係が
水平、垂直方向ともに画素間隔の１／ｎずれて光学プリ
ズム１４の光射出面１４５、１４６に配置される。圧電
素子１７、１８は光学情報と各固体撮像素子の受光部と
の相対的位置関係を、水平垂直方向の少なくとも１つの
方向に、画素間隔の１／ｎまたはその整数倍の間隔で変
位させる。各固体撮像素子の出力を処理する回路では、
光学情報と各固体撮像素子の受光部との相対的位置関係
のそれぞれの位置で取り込んだ映像情報を統合処理し、
高解像度映像信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体撮像素子
（例えば、ＣＣＤ撮像素子等）を用い、固体撮像素子本
来の画素数で決まる解像度よりも高い解像度を得ること
のできる固体撮像装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子を用い
た固体撮像装置は、小型、軽量、低消費電力で扱いやす
い、解像度の画面内一様性が良い、等の理由により、今
や特殊用途のごく一部の分野を除くと、撮像装置の主流
になっている。このことはＸ線による画像情報をＸ線イ
メージインテシファイア等で可視光に変換し、その可視
化された動画映像を撮影するＸ線撮影装置の分野に関し
ても同じである。

【０００３】これらの固体撮像装置の解像度は、基本的
には固体撮像素子の画素数により決まる。一方、固体撮
像素子のチップサイズは製造上の観点からある大きさに
制限されるので、画素数が増加すると１画素当たりのサ
イズは必然的に小さくなり、その分、感度性能が劣化す
る、という問題点が発生する。そこで従来は固体撮像装
置のシステム上の工夫により、固体撮像素子の画素数で
決まる本来の解像度よりも高解像度の映像信号が得られ
る固体撮像装置が実用化されている（例えば文献１：原
田、他：“スウィングＣＣＤイメージセンサー”、テレ
ビジョン学会誌、３７、１０、ｐｐ．８２６−８３２、
Ｏｃｔ．１９８３， 文献２：山中、他：“３ＣＣＤカ
ラーカメラの一方式”、テレビジョン学会誌、３３、
７、ｐｐ．５１６−５２２、Ｊｕｌｙ１９７９）。文献
１はバイモルフ圧電素子を用いてＣＣＤ撮像素子の位置
を周期的に変位させることにより、画素数を等価的に増
加させるという方式である。また文献２は光学色分解プ
リズムの複数の光射出面に配置するＣＣＤ撮像素子の相
対的位置をずらすことにより、同じく画素数を等価的に
増加させるという方式である。

【０００４】これらの従来の技術では以下のような問題
点がある。すなわち上記両手段ともそれぞれ単独では移
動位置制御特性や空間的位置合わせ制度の限界があった
り、さらには等価的に増加させた画素の受光部が相互に
重なり合ってしまい、結果として解像度の向上が得られ
なくなるという、いわゆるアパーチャ効果ゆえに、等価
的画素数の増加は水平、垂直それぞれの方向に２倍化
（全体としては２×２＝４倍化）することが限度であっ
た。またこの問題は単に上記２方式を組み合わせただけ
では改善されるものではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の固体撮像装置では固体撮像素子の画素数を増やさず
に解像度特性を高めるために、被写体からの光学情報と
固体撮像素子上の受光部との相対的位置関係を移動もし
くはずらして等価的な画素数を増やすという手法を採用
してきた。しかし等価的に増加させた画素の受光部が隣
接画素間で重なり合ってしまい、いわゆるアパーチャ効
果のために解像度の向上が制限されるという問題があっ
た。

【０００６】そこでこの発明は、固体撮像素子の画素数
で決まる本来の解像度に比して、システム上の工夫によ
り等価的な画素数を増加させた際に、解像度の向上が制
限されるという問題を改善する固体撮像装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係わる固体撮像装置は以下の手段で構成さ
れる。すなわち１画素中の受光部の開口の大きさが水
平、垂直方向ともに、それぞれ水平及び垂直方向の画素
間隔のほぼ１／ｎ（ｎ＝２，３，…）である固体撮像素
子を少なくとも２個使用する。それらを、互いの相対的
位置関係が水平、垂直方向ともに、それぞれ水平及び垂
直方向の画素間隔の１／ｎだけずれるように光学プリズ
ム等の光学系の異なる光射出面に配置する。そして被写
体からの光学情報と上記各固体撮像素子上の受光部との
相対的位置関係を、水平、垂直方向の少なくとも１つの
方向に、その方向の画素間隔の１／ｎまたは１／ｎの整
数倍の間隔で変位させる手段と、上記被写体からの光学
情報と上記各固体撮像素子上の受光部との相対的位置関
係のそれぞれの位置において取り込んだ映像情報を統合
処理して、１つの高解像度映像信号を合成する手段とを
具備することを特徴とする。

【０００８】またこの発明に係わる固体撮像装置は、Ｘ
線からの画像情報を可視光領域の波長に変換するＸ線イ
メージインテンシファイア等の画像変換部を有し、その
画像変換部から出力される可視光領域の光学情報を撮像
することを特徴とする。

【０００９】このような手段によると、固体撮像素子の
画素数で決まる本来の解像度に比して、システム上の工
夫により等価的な画素数を増加させた際に、解像度の向
上が制限されるという問題を改善することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１に本発明の固体撮像
装置の実施の形態を示すブロック構成図を示す。１１は
Ｘ線イメージングインテンシファイアであり、その入力
部にはこの図では省略してあるが、Ｘ線管からのＸ線情
報が入力される。このＸ線イメージインテンシファイア
１１の出力は可視光領域の光学像となり、光学レンズ系
１２を経由して光学プリズム１４に入射される。光学プ
リズム１４は入射光を２分割し、その一方は光射出面１
４５に出力された後ＣＣＤ撮像素子１５に結像される。
２分割された光学プリズム１４への入射光の他方は光射
出面１４６に出力された後ＣＣＤ撮像素子１６に結像さ
れる。これらのＣＣＤ撮像素子１５、１６は、パルス発
生回路３１からのパルスがＣＣＤ駆動回路３０に入力さ
れて、そこから出力されるＣＣＤ駆動用のパルスが入力
されることにより、入射された光学像を電気信号に変換
する。

【００１１】ＣＣＤ撮像素子１５、１６と光学プリズム
１４から構成される撮像ブロック１３には圧電アクチュ
エータ１７、１８が取り付けられている。これらの圧電
アクチュエータ１７、１８は、パルス発生回路３１から
のパルスがアクチュエータ駆動回路２９に入力されて、
そこから出力されるアクチュエータ駆動用のパルスが入
力されることにより、図示してある矢印の方向（垂直方
向、水平方向）に微小変位する。その結果、撮像ブロッ
ク１３が微小変位されるという構造になっている。なお
圧電アクチュエータ１７は撮像ブロック１３を画像の垂
直方向に変位させ、圧電アクチュエータ１８は撮像ブロ
ック１３を画像の水平方向に変位させるように配置され
ている。

【００１２】ＣＣＤ撮像素子１５、１６からの出力信号
はそれぞれプリアンプ１９、２０にて所定のレベルに増
幅された後、アナログ−ディジタル（以下Ａ／Ｄと記
す）変換器２１、２２にてディジタル信号に変換され
る。それぞれの画像データはメモリ２３、２４に蓄えら
れた後、高解像度化処理回路２５にて高解像度化され
る。その後はプロセス回路２６にてガンマ補正などの非
線形処理等が施され、Ｄ／Ａ変換器２７に入力されてア
ナログ信号に変換されて出力端子２８から出力される。

【００１３】次にＣＣＤ撮像素子１５、１６の相対的位
置関係について述べる。図２は１画素中の受光部の大き
さを説明するための図であり、図３はＣＣＤ撮像素子１
５と１６の相対的位置関係を説明するための図である。
図２においてＰｈとＰｖはそれぞれ１画素の水平、垂直
方向の長さであり、ＤｈとＤｖは同様に受光部の水平、
垂直方向の長さである。図２では、概略 Ｄｈ＝Ｐｈ／４， Ｄｖ＝Ｐｖ／４ の関係がある。

【００１４】図３において“Ａ”はＣＣＤ撮像素子１６
の受光部を示し、“Ｂ”はＣＣＤ撮像素子１５の受光部
を示している。すなわち上記のような大きさの受光部を
持つ２つのＣＣＤ撮像素子１５、１６は、互いの相対的
位置関係が、水平方向にはＰｈ／４だけ、垂直方向には
Ｐｖ／４だけずれて光学プリズム１４の光射出面１４５
と１４６に固着されているのである。

【００１５】次に２つのＣＣＤ撮像素子１５、１６が上
記のようにずれて配置されている撮像ブロック１３を、
圧電アクチュエータ１７、１８によって変位させるとき
の変異量と変位方向について説明する。

【００１６】図４はＸ線イメージインテンシファイア１
１の出力光学像と撮像ブロック１３との位置関係を説明
するための図である。まず同図（ａ）は時刻ｔ１におけ
る位置を示す。図示の簡略化のために受光部のみを示し
ている。この位置でまず光学情報を得る。次に同図
（ｂ）は時刻ｔ２における位置を示す。破線で囲まれた
部分は時刻ｔ１における位置を示しており、右方向にＰ
ｈ／２だけずれていることがわかる。時刻ｔ１の時と同
様にこの位置で光学情報を得る。次に同図（ｃ）は時刻
ｔ３における位置を示す。破線で囲まれた部分は（ｂ）
と同じく時刻ｔ１における位置を示している。時刻ｔ２
の位置からは下方向にＰｖ／２だけずれていることがわ
かる。時刻ｔ１、ｔ２の時と同様にこの位置で光学情報
を得る。次に同図（ｄ）は時刻ｔ４における位置を示
す。破線で囲まれた部分は上記と同じく時刻ｔ１におけ
る位置を示している。時刻ｔ３の位置からは左方向にＰ
ｈ／２だけずれていることがわかる。時刻ｔ１、ｔ２、
ｔ３の時と同様にこの位置で光学情報を得る。そして図
示してはいないが、時刻ｔ４から所定の時間後に上方向
にＰｖ／２だけ変位して、元の時刻ｔ１における位置に
戻り、以下この変位が繰り返されることになる。

【００１７】これらの４つの位置で取り込んだ光学情報
を１つにまとめたものが同図（ｅ）である。この図から
もわかるように、ＣＣＤ撮像素子の本来の画素数に対し
て、画素密度は８倍になっていることがわかる。この統
合作業を図１のメモリ２３、２４と高解像度化処理回路
２５にて行なうのである。

【００１８】なお図４（ｅ）では画像情報が無い部分も
あるが、必要であれば近接画素からの補間処理を行なう
ことにより、画素密度をＣＣＤ撮像素子の本来の画素数
に対して１６倍にまで高めることができる。補間処理と
しては例えば注目画素の上下２画素の加算平均を採用す
る、という方法がある。

【００１９】以上に述べたように上記した実施の形態で
は、１画素中の受光部の大きさが水平、垂直方向とも
に、１画素の水平、垂直方向の長さの１／４である固体
撮像素子を２個用いて、その相対的位置関係が、水平、
垂直方向ともに１／４画素間隔だけずれるように光学プ
リズムの光射出面に配置した。さらに光学プリズムと固
体撮像素子とから構成される撮像ブロック部を、圧電ア
クチュエータを用いて水平及び垂直方向に微小変位させ
ることができるようにした。これにより撮像される光学
情報と各固体撮像素子上の受光部との相対的位置関係を
１／２画素間隔ずつ左右上下に変位させた。そしてこれ
らの位置で得られた映像データを統合することにより、
固体撮像素子の本来の画素数に対して８乃至１６倍の画
素密度を持つ映像信号を得ることができたのである。

【００２０】上記した実施の形態では、１画素中の受光
部の大きさを、水平、垂直方向ともに、１画素の長さ１
／４であるとして説明したが、これに限るものではな
い。一般的には１画素中の受光部の開口の大きさが水
平、垂直方向ともに、それぞれ水平及び垂直方向の画素
間隔のほぼ１／ｎ（ｎ＝２，３，…）である固体撮像素
子を少なくとも２個使用する。それらを、互いの相対的
位置関係が水平、垂直方向ともに、それぞれ水平及び垂
直方向の画素間隔の１／ｎだけずれるように光学プリズ
ム等の光学系の異なる光射出面に配置する。そして被写
体からの光学情報と上記各固体撮像素子上の受光部との
相対的位置関係を、水平、垂直方向の少なくとも２つの
方向に、その方向の画素間隔の１／ｎまたは１／ｎの整
数倍の間隔で変位させる手段と、上記被写体からの光学
情報と上記各固体撮像素子上の受光部との相対的位置関
係のそれぞれの位置において取り込んだ映像情報を統合
処理して、１つの高解像度映像信号を合成することを具
備していればよい。

【００２１】また被写体からの光学情報と各固体撮像素
子上の受光部との相対的位置関係を変位させる手段とし
て、圧電アクチュエータを用いて撮像ブロック全体を変
位させるとして説明したがこれに限るものではなく、例
えば光学プリズムの前に複屈折作用を持つ光学部材を配
置し、その部材の光軸に対する傾きを変えることにより
相対的位置関係を変位させることもできる。

【００２２】また光学プリズムに入射される光学像とし
て、Ｘ線イメージインテンシファイアの出力像を用いて
説明してきたが、これに限るものではない。ただしＸ線
イメージインテンシファイアの出力像のように、その波
長帯域が可視光領域内のある波長帯域に制限されている
（この例では緑色系統のみ）場合には、光学レンズの色
収差の影響をほぼ無視できるので、画像周辺部において
も高解像度効果を発揮できるという特徴はある。

【００２３】また図１ではプロセス回路の位置として、
高解像度化処理回路の後段として説明したが、この位置
に限るものではなく、例えば高解像度化処理回路の前段
階でもよい。

【００２４】以下のようにこの発明は上記した実施形態
に限定されるものではなく、このほかその要旨を逸脱し
ない範囲（例えばＣＣＤ撮像素子の個数や出力端子から
のアナログまたはディジタルの出力形態等）で種々変形
して実施することができる。

【００２５】以上詳述したようにこの発明によれば、１
画素中の受光部の開口の大きさが水平、垂直方向とも
に、それぞれ水平及び垂直方向の画素間隔のほぼ１／ｎ
（ｎ＝２，３，…）である固体撮像素子を少なくとも２
個使用する。それらを、互いの相対的位置関係が水平、
垂直方向ともに、それぞれ水平及び垂直方向の画素間隔
の１／ｎだけずれるように光学プリズム等の光学系の異
なる光射出面に配置する。そして被写体からの光学情報
と上記各固体撮像素子上の受光部との相対的位置関係
を、水平、垂直方向の少なくとも１つの方向に、その方
向の画素間隔の１／ｎまたは１／ｎの整数倍の間隔で変
位させる手段と、上記被写体からの光学情報と上記各固
体撮像素子上の受光部との相対的位置関係のそれぞれの
位置において取り込んだ映像情報を統合処理して、１つ
の高解像度映像信号を合成する手段とを具備している。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、固体撮
像素子の画素数で決まる本来の解像度に比して、システ
ム上の工夫により等価的な画素数を増加させた際に、解
像度の向上が制限されるという問題を改善する固体撮像
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の固体撮像装置の一実施の形態を示す
ブロック構成図。

【図２】この発明の一実施の形態における固体撮像素子
上の１画素内の受光部の大きさを説明するための図。

【図３】この発明の一実施の形態における２枚の固体撮
像素子の相対的位置関係を説明するための図。

【図４】この発明の一実施の形態における被写体からの
光学情報とプリズムとの相対的位置関係を説明するため
の図。

【符号の説明】

１１…Ｘ線イメージインテンシファイア、 １２…光学レンズ、 １３…撮像ブロック、 １４…光学プリズム、 １４５、１４６…光学プリズムの光射出面、 １５、１６…ＣＣＤ撮像素子、 ７、１８…圧電アクチュエータ、 １９、２０…プリアンプ、 ２１、２２…Ａ／Ｄ変換器、 ２３、２４…メモリ、 ２５…高解像度化処理回路、 ２６…プロセス回路、 ２７…Ｄ／Ａ変換器、 ２８…出力端子、 ２９…アクチュエータ駆動回路、 ３０…ＣＣＤ撮像素子駆動回路、 ３１…パルス発生回路。

【手続補正書】

【提出日】平成９年５月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １画素中の受光部の開口の大きさが水
   平、垂直方向ともに、それぞれ水平及び垂直方向の画素
   間隔のほぼ１／ｎ（ｎ＝２，３，…）である固体撮像素
   子を少なくとも２個使用し、それらを、互いの相対的位
   置関係が水平、垂直方向ともに、それぞれ水平及び垂直
   方向の画素間隔の１／ｎだけずれるように光学プリズム
   等の光学系の異なる光射出面に配置し、 被写体からの光学情報と上記各固体撮像素子上の受光部
   との相対的位置関係を、水平、垂直方向の少なくとも１
   つの方向に、その方向の画素間隔の１／ｎまたは１／ｎ
   の整数倍の間隔で変位させる手段を設け、 上記被写体からの光学情報と上記各固体撮像素子上の受
   光部との相対的位置関係のそれぞれの位置において取り
   込んだ映像情報を統合処理して、１つの高解像度映像信
   号を合成する手段を設けたことを特徴とする固体撮像装
   置。
2. 【請求項２】 Ｘ線からの画像情報を可視光領域の波長
   に変換するＸ線イメージインテンシファイア等の画像変
   換部を有し、その画像変換部から出力される可視光領域
   の光学情報を前記固体撮像素子により撮像することを特
   徴とする請求項１記載の固体撮像装置。