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JP4481178B2 - Imaging method and imaging apparatus - Google Patents

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JP4481178B2
JP4481178B2 JP2005008067A JP2005008067A JP4481178B2 JP 4481178 B2 JP4481178 B2 JP 4481178B2 JP 2005008067 A JP2005008067 A JP 2005008067A JP 2005008067 A JP2005008067 A JP 2005008067A JP 4481178 B2 JP4481178 B2 JP 4481178B2
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Description

本発明は高い解像力を有する小型カメラモジュールを実現できる撮像方法および撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging method and an imaging apparatus capable of realizing a small camera module having high resolving power.

カメラ用途に用いられるCCDやCMOSなどの固体撮像素子においては、画像の高解像度化を図るために画素数を増加する試みが従来なされてきた。各画素のサイズをそのままにして単に画素数を増やせば固体撮像素子の面積が大型化するので、1枚のウエハーから得られる素子数の減少や歩留まりの低下により、コストアップを招く。このため、画素サイズや画素ピッチを小さくして画素数を増やすことが行われている。しかしながら、一般に、感度と飽和出力とは画素サイズに比例するため、画素サイズの小型化だけでは解像度向上に限界がある。   In solid-state imaging devices such as CCDs and CMOSs used for camera applications, attempts have been made to increase the number of pixels in order to increase the resolution of images. If the number of pixels is simply increased while keeping the size of each pixel as it is, the area of the solid-state imaging device is increased. Therefore, the number of elements obtained from one wafer is reduced and the yield is lowered, resulting in an increase in cost. For this reason, the number of pixels is increased by reducing the pixel size and the pixel pitch. However, since sensitivity and saturation output are generally proportional to the pixel size, there is a limit to improving the resolution only by reducing the pixel size.

画素数を増やすことなく解像度を上げる方法として、「画素ずらし」という方法が提案されている。この方法では、固体撮像素子上に画素ピッチの1/2だけ被写体像を時間的にずらして結像させ、画素ピッチで決まるよりも高い空間周波数で被写体像をサンプリングする。被写体像を1方向にずらせば、見かけ上、2倍の画素数で撮像したのと同等の画像が得られる。また、直交する2方向にすらせば、見かけ上、4倍の画素数で撮像したのと同等の画像が得られる。   As a method for increasing the resolution without increasing the number of pixels, a method called “pixel shifting” has been proposed. In this method, a subject image is formed on the solid-state imaging device while being shifted in time by a half of the pixel pitch, and the subject image is sampled at a higher spatial frequency than determined by the pixel pitch. If the subject image is shifted in one direction, an image equivalent to that captured with twice the number of pixels can be obtained. In addition, if it is moved in two orthogonal directions, an image equivalent to an image captured with four times the number of pixels can be obtained.

固体撮像素子上に結像される被写体像を固体撮像素子に対して相対的にずらす具体的な方法として、固体撮像素子そのものをアクチュエータを用いて2次元的にスイングする方法や、光学系を構成する特定の光学部品を機械的に動かす方法が提案されている。これら以外に、特に有望な方法として特許文献1あるいは特許文献2に記載されている、光学系の途中に偏光子、液晶パネル、及び水晶板を配置し、液晶パネルを電気的に駆動することにより、被写体像を所定距離だけずらす方法が知られている。図11はその原理を示した説明図である。   As a specific method for shifting the subject image formed on the solid-state image sensor relative to the solid-state image sensor, a method of swinging the solid-state image sensor itself two-dimensionally using an actuator, or configuring an optical system A method for mechanically moving a specific optical component is proposed. In addition to these, as a particularly promising method, a polarizer, a liquid crystal panel, and a quartz plate are arranged in the middle of the optical system described in Patent Document 1 or Patent Document 2, and the liquid crystal panel is electrically driven. A method of shifting the subject image by a predetermined distance is known. FIG. 11 is an explanatory view showing the principle.

図11において、水晶板113はその特定の光学軸A113に対して斜めに研磨されており、入射光を、その偏光方向によってその経路をシフトさせて透過させる。図11では、水晶板113に入射した光のうち、偏光方向が紙面に垂直である光線は常光線としてそのまままっすぐ進み、偏光方向が紙面に平行である光線は異常光線として斜めに進む。異常光線とはスネルの法則に従わない光線として定義される。これにより、入射光の経路をその偏光方向に応じてシフトさせることが可能となる。シフトさせる量Dは水晶板113の厚みにより決定でき、ここでは固体撮像素子(図示せず)の画素ピッチの1/2、またはその奇数倍に設定される。   In FIG. 11, the quartz plate 113 is polished obliquely with respect to the specific optical axis A113, and transmits incident light by shifting the path according to the polarization direction. In FIG. 11, of the light incident on the quartz plate 113, a light beam having a polarization direction perpendicular to the paper surface proceeds straight as an ordinary light beam, and a light beam having a polarization direction parallel to the paper surface travels obliquely as an extraordinary light beam. An extraordinary ray is defined as a ray that does not follow Snell's law. Thereby, the path of incident light can be shifted according to the polarization direction. The amount D to be shifted can be determined by the thickness of the crystal plate 113, and is set to 1/2 of the pixel pitch of a solid-state image sensor (not shown) or an odd multiple thereof.

被写体側からの光線Lのうち、偏光子111を用いて紙面に垂直な偏光の光のみを透過させた場合を考える。偏光子111を通過した光は液晶パネル112に到達する。液晶パネル112はねじりネマティック型の液晶パネルであり、液晶パネル112に印加される駆動電圧がオフの場合は封入された液晶により偏光方向が90度旋回され、駆動電圧がオンの場合には偏光方向は変わらない。したがって、水晶板113に入射した光は、駆動電圧がオフの場合は異常光線として破線のようにシフトし、駆動電圧がオンの場合は常光線として実線で示す通りまっすぐ進む。   Consider a case in which only the polarized light perpendicular to the paper surface is transmitted using the polarizer 111 among the light rays L from the subject side. The light that has passed through the polarizer 111 reaches the liquid crystal panel 112. The liquid crystal panel 112 is a twisted nematic type liquid crystal panel. When the driving voltage applied to the liquid crystal panel 112 is off, the polarization direction is rotated 90 degrees by the enclosed liquid crystal, and when the driving voltage is on, the polarization direction Will not change. Therefore, the light incident on the crystal plate 113 is shifted as a broken line as an extraordinary ray when the driving voltage is off, and travels straight as shown by the solid line when the driving voltage is on.

このような光学系を用い、水晶板113の厚みを調整すれば、水晶板113を透過した光により固体撮像素子(図示せず)上に結像される被写体像を、液晶パネル112の駆動電圧のオン/オフに応じて、画素ピッチの1/2(または、画素ピッチの1/2の奇数倍)だけずらすことができる。駆動電圧を高速でオン/オフし、これと同期して固体撮像素子から電気信号を読み取り、オン状態及びオフ状態のそれぞれから得た画像情報を合成すれば、画素数が2倍で且つ同一の大きさの固体撮像素子で撮像したのと同等に画像の解像度を向上させることが可能となる。このような方法で解像度を向上すれば、得られた画像の一部を切り出して拡大(ズーミング)しても、高精細な画像を得ることが容易である。   If such an optical system is used and the thickness of the crystal plate 113 is adjusted, a subject image formed on a solid-state imaging device (not shown) by light transmitted through the crystal plate 113 is converted into a driving voltage for the liquid crystal panel 112. Can be shifted by 1/2 of the pixel pitch (or an odd multiple of 1/2 of the pixel pitch) in accordance with ON / OFF. If the drive voltage is turned on / off at high speed, an electrical signal is read from the solid-state image sensor in synchronism with this, and the image information obtained from each of the on state and the off state is synthesized, the number of pixels is doubled and the same The resolution of the image can be improved in the same manner as when picked up by a solid-state image pickup device having a size. If the resolution is improved by such a method, it is easy to obtain a high-definition image even if a part of the obtained image is cut out and enlarged (zoomed).

このような方法による画素ずらしでは、アクチュエータなどの機械的駆動部や複雑な機構系を用いることなく、電気的なオン/オフの制御をするだけで、非常に安定かつ高速に被写体像をずらすことができる。特許文献2においては、この原理を用いて2次元的に画素ずらしを行う方法が開示されている。   In pixel shifting by such a method, the subject image can be shifted very stably and at high speed only by electrical on / off control without using a mechanical drive unit such as an actuator or a complicated mechanism system. Can do. Patent Document 2 discloses a method of performing pixel shifting two-dimensionally using this principle.

また、特許文献3にも同様の方法が開示されている。特許文献3には光学系の構成要素が明示されていないが、直線偏光を入射させているため偏光子が不可欠である。
特開平2−52580号公報 特開平4−63074号公報 特開昭61−247168号公報
Patent Document 3 also discloses a similar method. Although the components of the optical system are not clearly described in Patent Document 3, a polarizer is indispensable because linearly polarized light is incident.
JP-A-2-52580 JP-A-4-63074 JP-A-61-247168

しかしながら特許文献1〜3に開示された方法では、いずれも直線偏光を用いているために、被写体からの光のうち、その直線偏光以外の光はロスになってしまう。この結果、固体撮像素子上に結像される被写体像が暗くなるため、SN比が劣化し、ノイズの目立つ画像となってしまう。特に照度の低い状況で被写体を撮影する場合には画質の劣化が顕著となる。   However, since the methods disclosed in Patent Documents 1 to 3 all use linearly polarized light, light other than the linearly polarized light out of the light from the subject is lost. As a result, since the subject image formed on the solid-state image sensor becomes dark, the SN ratio is deteriorated and the image becomes conspicuous. In particular, when the subject is photographed in a low illuminance situation, the image quality is significantly deteriorated.

本発明は以上の課題を解決し、被写体からの光をほとんど損失することなく固体撮像素子に導き、かつ安定で高速な画素ずらし(被写体像のシフト)を実現することにより、高い解像度でノイズの少ない画像を得ることができる撮像方法及び撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above problems, guides light from a subject to a solid-state imaging device with almost no loss, and realizes stable and high-speed pixel shifting (shifting of a subject image), thereby achieving high resolution of noise. An object is to provide an imaging method and an imaging apparatus capable of obtaining a small number of images.

本発明の撮像方法は、固体撮像素子上に結像される被写体像と前記固体撮像素子の画素との相対的位置関係を時間的に前記画素の配列ピッチの半分の奇数倍だけ変化させて高解像度画像を得る撮像方法であって、被写体からの光を偏光方向が互いに異なる複数の光に分離した後、これらを合成して前記固体撮像素子上に1つの被写体像を結像させる第1時間帯と、被写体からの光を偏光方向が互いに異なる複数の光に分離し、前記固体撮像素子上に互いに1部が重なり合った複数の被写体像を結像させる第2時間帯とを時間的に切り替え、前記第1時間帯において前記固体撮像素子の各画素に入射した光に関する信号情報に基づいて前記1つの被写体像についての第1画像情報を取得し、前記第2時間帯において前記固体撮像素子の各画素に入射した光に関する信号情報を用いて演算して、前記複数の被写体像のうちの1つの被写体像についての第2画像情報を求め、前記第1画像情報と前記第2画像情報とを用いて、前記被写体の高解像度画像を得ることを特徴とする。本発明において「被写体の高解像度画像」とは、固体撮像素子の画素数よりも多い画素数で構成された被写体の画像をいう。   In the imaging method of the present invention, the relative positional relationship between an object image formed on a solid-state image sensor and the pixels of the solid-state image sensor is temporally changed by an odd multiple of half the arrangement pitch of the pixels. An imaging method for obtaining a resolution image, wherein light from a subject is separated into a plurality of lights having different polarization directions, and then combined to form one subject image on the solid-state imaging device. Switching between a band and a second time zone in which light from a subject is separated into a plurality of lights having different polarization directions and a plurality of subject images that overlap each other are formed on the solid-state image sensor. , Acquiring first image information about the one subject image based on signal information relating to light incident on each pixel of the solid-state imaging device in the first time zone, and acquiring the first image information of the solid-state imaging device in the second time zone. For each pixel Calculation using signal information regarding the emitted light, obtaining second image information about one of the plurality of subject images, using the first image information and the second image information, A high-resolution image of the subject is obtained. In the present invention, the “high-resolution image of a subject” refers to an image of a subject having a larger number of pixels than the number of pixels of a solid-state image sensor.

また、本発明の撮像装置は、複屈折効果により偏光方向に応じて光線の経路をシフトさせる第1透明素子及び第2透明素子、及び前記第1透明素子及び前記第2透明素子の間に配置され、印加される電圧のオン/オフに応じて透過光を旋光させる第1液晶パネルを備える第1光学系と、固体撮像素子と、前記第1液晶パネルに印加する電圧を制御する第1電圧制御手段とを備え、被写体からの光が前記第1光学系を通過して前記固体撮像素子上に被写体像として結像される撮像装置であって、前記第1液晶パネルに印加される電圧のオン/オフの切り替えにより、前記固体撮像素子上に、1つの被写体像と、互いに1部が重なり合った第1被写体像及び第2被写体像とが、交互に結像されることを特徴とする。   The imaging apparatus of the present invention is disposed between the first transparent element and the second transparent element that shift the path of the light according to the polarization direction by the birefringence effect, and between the first transparent element and the second transparent element. A first optical system including a first liquid crystal panel that rotates transmitted light according to on / off of the applied voltage, a solid-state imaging device, and a first voltage that controls a voltage applied to the first liquid crystal panel. And a control means, wherein the light from the subject passes through the first optical system and is imaged as a subject image on the solid-state imaging device, and the voltage applied to the first liquid crystal panel By switching on / off, one subject image and a first subject image and a second subject image that overlap each other are alternately formed on the solid-state imaging device.

本発明によれば、従来の画素ずらし方法で必須であった偏光子を用いないので、被写体からの光をほとんど損失することなく、安定かつ高速に画素ずらし(被写体像のシフト)を行うことができる。従って、ノイズが少なく、解像度の高い画像が得られる。これにより高性能のカメラモジュールを実現できる。   According to the present invention, since the polarizer that is essential in the conventional pixel shifting method is not used, the pixel shifting (subject image shifting) can be performed stably and at high speed with almost no loss of light from the subject. it can. Therefore, an image with low noise and high resolution can be obtained. Thereby, a high-performance camera module can be realized.

また、本発明の撮像装置は、液晶パネルに印加する電圧のオン/オフを制御するだけで、1つの被写体像と、互いに1部が重なり合った2つの被写体像とを、高速、高精度、且つ安定に切り替えて結像させることができる。   In addition, the image pickup apparatus of the present invention can perform high-speed, high-precision, one subject image and two subject images that overlap each other only by controlling on / off of a voltage applied to the liquid crystal panel. It is possible to form an image with stable switching.

本発明の上記の撮像方法において、前記複数の被写体像のうちの1つのみが結像された画素からの信号情報を用いて、前記第2画像情報を求めることができる。   In the imaging method of the present invention, the second image information can be obtained using signal information from a pixel on which only one of the plurality of subject images is formed.

あるいは、前記第1時間帯において同等の信号情報が得られた互いに隣り合う複数の画素からなるエリアを抽出し、この第1時間帯の直後の前記第2時間帯における前記信号情報のうち、前記エリア内の前記複数の画素の各信号情報を互いに同一値と仮定して、前記第2時間帯における前記信号情報を演算することにより、前記第2画像情報を求めても良い。   Alternatively, an area composed of a plurality of adjacent pixels from which equivalent signal information is obtained in the first time zone is extracted, and the signal information in the second time zone immediately after the first time zone The second image information may be obtained by calculating the signal information in the second time period assuming that the signal information of the plurality of pixels in the area is the same value.

これらいずれによっても、第2時間帯における固体撮像素子に入射する光の強度分布情報から、互いに重なり合った複数の被写体像のうちの1つの被写体像についての第2画像情報を容易に演算して得ることができる。   In any case, the second image information about one subject image among a plurality of subject images overlapping each other can be easily calculated from the intensity distribution information of the light incident on the solid-state imaging device in the second time zone. be able to.

また、本発明の上記の撮像装置において、前記第1透明素子が、被写体からの光を偏光方向が互いに異なる2つの偏光光に分離し、且つ前記2つの偏光光の経路を距離Dだけ離間させ、前記第1液晶パネルが、前記第1透明素子を出射した前記2つの偏光光の偏光方向を、印加される電圧に応じて0度又は90度旋回させ、前記第2透明素子が、前記第1液晶パネルを出射した前記2つの偏光光のうちの一方の経路をその偏光方向に応じてシフトさせて、前記2つの偏光光の経路を一致させ、または、前記2つの偏光光の経路間隔を距離2Dに拡大させ、前記固体撮像素子が、前記第2透明素子を出射した前記2つの偏光光が形成する光強度分布を読み取ることが好ましい。これにより、固体撮像素子上に、1つの被写体像と、互いに1部が重なり合った2つの被写体像とを所望する位置にそれぞれ結像させることができる。   In the imaging apparatus of the present invention, the first transparent element separates light from the subject into two polarized lights having different polarization directions, and separates the paths of the two polarized lights by a distance D. The first liquid crystal panel rotates the polarization directions of the two polarized lights emitted from the first transparent element by 0 degrees or 90 degrees according to an applied voltage, and the second transparent element One path of the two polarized lights emitted from one liquid crystal panel is shifted according to the polarization direction so that the paths of the two polarized lights coincide with each other, or the path interval between the two polarized lights is changed. It is preferable that the distance is increased to 2D, and the solid-state imaging device reads a light intensity distribution formed by the two polarized lights emitted from the second transparent element. As a result, one subject image and two subject images that overlap each other can be formed at desired positions on the solid-state imaging device.

この場合において、それぞれの経路間隔が距離2Dに拡大された前記2つの偏光光が形成した前記光強度分布を用いて、前記2つの偏光光のうちの一方のみによる光強度分布を求め、この光強度分布と、それぞれの経路が一致された前記2つの偏光光が形成した光強度分布とを用いて、前記被写体の像の光強度分布を演算して得る信号処理回路を更に備えることが好ましい。これにより、被写体からの光をほとんど損失することなく、画素ずらしを容易に実現できる。   In this case, by using the light intensity distribution formed by the two polarized lights whose path intervals are expanded to the distance 2D, a light intensity distribution by only one of the two polarized lights is obtained, and this light is obtained. It is preferable to further include a signal processing circuit obtained by calculating the light intensity distribution of the image of the subject using the intensity distribution and the light intensity distribution formed by the two polarized lights whose paths are matched. Thereby, pixel shifting can be easily realized with almost no loss of light from the subject.

本発明の上記の撮像装置が、更に、複屈折効果により偏光方向に応じて光線の経路をシフトさせる第3透明素子及び第4透明素子、及び前記第3透明素子及び前記第4透明素子の間に配置され、印加される電圧のオン/オフに応じて透過光を旋光させる第2液晶パネルを備える第2光学系と、前記第2液晶パネルに印加する電圧を制御する第2電圧制御手段とを備え、被写体からの光が前記第1光学系及び前記第2光学系を通過して前記固体撮像素子上に被写体像として結像され、前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルにそれぞれ印加される電圧のオン/オフの切り替えにより、前記固体撮像素子上に、前記1つの被写体像と、第1方向において互いに異なる位置の前記第1被写体像及び前記第2被写体像と、前記第1方向と異なる第2方向において互いに異なる位置の第3被写体像及び第4被写体像とが、順次結像されることが好ましい。これにより、二次元的に高解像度の画像情報を得ることができる。   The imaging apparatus according to the present invention further includes a third transparent element and a fourth transparent element that shift a path of light according to a polarization direction by a birefringence effect, and between the third transparent element and the fourth transparent element. And a second optical system comprising a second liquid crystal panel that rotates transmitted light according to on / off of an applied voltage, and second voltage control means for controlling a voltage applied to the second liquid crystal panel. The light from the subject passes through the first optical system and the second optical system and is imaged as a subject image on the solid-state imaging device, and is applied to the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel, respectively. On / off switching of the applied voltage, on the solid-state imaging device, the one subject image, the first subject image and the second subject image at different positions in the first direction, and the first direction Different from the first A third object image and the fourth object image different positions in the direction, it is preferable to sequentially imaged. As a result, high-resolution image information can be obtained two-dimensionally.

前記第1透明素子及び前記第2透明素子が斜め蒸着された金属酸化膜であることが好ましい。また、前記第3透明素子及び前記第4透明素子が斜め蒸着された金属酸化膜であることが好ましい。これにより、低コスト且つ薄型の光学系を実現できる。   Preferably, the first transparent element and the second transparent element are metal oxide films deposited obliquely. The third transparent element and the fourth transparent element are preferably metal oxide films deposited obliquely. Thereby, a low-cost and thin optical system can be realized.

前記第1液晶パネルがねじりネマティック型液晶パネルであることが好ましい。また、前記第2液晶パネルがねじりネマティック型液晶パネルであることが好ましい。これにより、高速且つ安定して、入射する偏光光の偏光方向を、変えずに透過/90度旋回させて透過、の切り替えを行うことができる。   The first liquid crystal panel is preferably a twisted nematic liquid crystal panel. The second liquid crystal panel is preferably a twisted nematic liquid crystal panel. Thereby, it is possible to switch between transmission / transmission by rotating through 90 degrees without changing the polarization direction of incident polarized light at high speed and stably.

前記固体撮像素子がMOSセンサであることが好ましい。これにより、画素ごとの演算処理を高速に行うことができる。   The solid-state imaging device is preferably a MOS sensor. Thereby, the calculation process for every pixel can be performed at high speed.

以下、本発明を、好ましい実施の形態を示すことにより、詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by showing preferred embodiments.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態の撮像装置は、第1水晶板11と、第2水晶板12と、これらの間に配置された液晶パネル13とを有する光学系10を備える。第1水晶板11と第2水晶板12は、それぞれ図示するように、液晶パネル13に対して面対称な光学軸A11,A12を有している。液晶パネル13は、上記水晶板11,12の間に配置され、対向する電極(図示せず)を備えている。電圧制御部14は液晶パネル13に印加する電圧のオン/オフを制御する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a main part of an imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The imaging apparatus according to the present embodiment includes an optical system 10 having a first crystal plate 11, a second crystal plate 12, and a liquid crystal panel 13 disposed therebetween. The first crystal plate 11 and the second crystal plate 12 have optical axes A11 and A12 that are plane-symmetric with respect to the liquid crystal panel 13, as shown in the drawing. The liquid crystal panel 13 is disposed between the crystal plates 11 and 12 and includes opposed electrodes (not shown). The voltage control unit 14 controls on / off of the voltage applied to the liquid crystal panel 13.

各水晶板11、12は同じ厚みであり、それぞれの光学軸A11,A12に対して同じ角度44度50分で研磨されている。各水晶板11、12の入射面に対して垂直に入射する光線のうち、偏光方向が紙面に垂直である光線は常光線としてそのまま経路を変えることなく透過するが、偏光方向が紙面に平行である光線は異常光線として入射面において斜めに曲げられ水晶板11,12内を斜めに透過する。そして、水晶板11,12内を斜めに透過した光線は、出射面において今度は入射時と逆の方向に曲げられ、結局、入射光と平行な光線として出射する。即ち、水晶板11,12に入射した光線は、その偏光方向により、そのまま直進する光線と、この直進光線に対して経路が平行にシフトされた光線とに分離される。   The quartz plates 11 and 12 have the same thickness and are polished at the same angle of 44 degrees and 50 minutes with respect to the optical axes A11 and A12. Of the rays incident perpendicular to the incident surfaces of the quartz plates 11 and 12, rays whose polarization direction is perpendicular to the plane of the paper are transmitted as ordinary rays without changing the path, but the polarization direction is parallel to the plane of the paper. A certain light beam is obliquely bent as an extraordinary light beam on the incident surface and is transmitted obliquely through the quartz plates 11 and 12. Then, the light beam obliquely transmitted through the quartz plates 11 and 12 is bent in the direction opposite to that at the time of incidence on the emission surface, and is eventually emitted as a light beam parallel to the incident light. That is, the light rays incident on the quartz plates 11 and 12 are separated into a light beam that travels straight as it is and a light beam whose path is shifted parallel to the straight light beam depending on the polarization direction.

図1においてはレンズなどの光学系やそれに付帯する機構系などは図示していない。   In FIG. 1, an optical system such as a lens and a mechanism system attached thereto are not shown.

通常、被写体からの光線Lは無偏光状態で撮像装置に入ってくる。図1において左方から無偏光状態で第1水晶板11に入射した光線Lは、上述したように偏光方向により2つの光線に分離され、それぞれが液晶パネル13に至る。液晶パネル13はねじりネマティック型の液晶パネルである。電圧制御部14からの駆動電圧がオンの場合は、液晶パネル13により光線の偏光方向は変わらない。従って、第1水晶板11により分離された2つの光線は、第2水晶板12に入射した後、それぞれ実線で示す経路をとる。一方、電圧制御部14からの駆動電圧がオフの場合は、液晶パネル13に封入された液晶により光線の偏光方向が90度旋回される。従って、第1水晶板11により分離された2つの光線は、第2水晶板12に入射した後、それぞれ破線で示す経路をとる。   Usually, the light beam L from the subject enters the imaging device in a non-polarized state. In FIG. 1, the light beam L incident on the first crystal plate 11 in the non-polarized state from the left side is separated into two light beams according to the polarization direction as described above, and each reaches the liquid crystal panel 13. The liquid crystal panel 13 is a twisted nematic liquid crystal panel. When the drive voltage from the voltage control unit 14 is on, the polarization direction of the light beam is not changed by the liquid crystal panel 13. Accordingly, the two light beams separated by the first crystal plate 11 enter the second crystal plate 12 and then each take a path indicated by a solid line. On the other hand, when the drive voltage from the voltage control unit 14 is off, the polarization direction of the light beam is rotated 90 degrees by the liquid crystal sealed in the liquid crystal panel 13. Accordingly, the two light beams separated by the first crystal plate 11 enter the second crystal plate 12 and then take paths indicated by broken lines.

即ち、駆動電圧がオンの場合は、第1水晶板11で分離された2つの光線が第2水晶板12で合成され、固体撮像素子15上には1つの被写体像が結像される。一方、駆動電圧がオフの場合は、第1水晶板11で分離された2つの光線は、固体撮像素子15上に、互いに1部が重なり合った2つの被写体像を結像する。駆動電圧がオフの場合のこの2つの被写体像は、駆動電圧がオンの場合の1つの被写体像に対して、図1の紙面の上下方向に同じ距離Dだけ離れた位置にそれぞれ形成される。   That is, when the drive voltage is on, the two light beams separated by the first crystal plate 11 are combined by the second crystal plate 12, and one subject image is formed on the solid-state image sensor 15. On the other hand, when the drive voltage is OFF, the two light beams separated by the first crystal plate 11 form two subject images that are partially overlapped on the solid-state imaging device 15. These two subject images when the drive voltage is off are formed at positions that are separated from the one subject image when the drive voltage is on by the same distance D in the vertical direction of the paper surface of FIG.

ここで、固体撮像素子15上における実線で示す光線の結像位置と破線で示す光線の結像位置とのずれ量Dが、固体撮像素子15の画素ピッチの1/2となるように、各水晶板11,12の厚みが調整される。このとき、偏光方向により分離された破線で示す2つの光線による各結像位置間のずれ量2Dは、画素ピッチと一致する。このような条件は、例えば画素ピッチ2.5μmの固体撮像素子を用いた場合、第1水晶板11及び第2水晶板12の厚みをそれぞれ213μm程度に設定すれば実現できる。本実施の形態では実線及び破線で示す各光線の結像位置間のずれ量Dを画素ピッチの1/2としたが、本発明はこれに限定されず、画素ピッチの1/2の奇数倍、すなわち画素ピッチの3/2倍、5/2倍、7/2倍等であってもよい。   Here, each deviation D between the image forming position of the light beam indicated by the solid line and the image forming position of the light beam indicated by the broken line on the solid-state image sensor 15 is set to ½ of the pixel pitch of the solid-state image sensor 15. The thickness of the quartz plates 11 and 12 is adjusted. At this time, the shift amount 2D between the imaging positions due to the two light beams indicated by the broken lines separated by the polarization direction coincides with the pixel pitch. Such a condition can be realized by setting the thicknesses of the first crystal plate 11 and the second crystal plate 12 to about 213 μm, for example, when a solid-state imaging device having a pixel pitch of 2.5 μm is used. In the present embodiment, the shift amount D between the image forming positions of each light beam indicated by the solid line and the broken line is ½ of the pixel pitch. However, the present invention is not limited to this, and is an odd multiple of ½ of the pixel pitch. That is, the pixel pitch may be 3/2 times, 5/2 times, 7/2 times, or the like.

このような撮像装置を用いた撮像方法を以下に説明する。図1の撮像装置を用いて、電圧駆動部14が液晶パネル13に印加する駆動電圧のオン/オフを高速で繰り返し、このオン/オフの切り替えと同期して固体撮像素子15からの電気信号をフレームごとに読みとる。液晶パネル13への駆動電圧の切り替え間隔としては例えば数十ミリ秒が可能である。   An imaging method using such an imaging apparatus will be described below. Using the image pickup apparatus shown in FIG. 1, the voltage drive unit 14 repeatedly turns on / off the drive voltage applied to the liquid crystal panel 13 at high speed, and the electric signal from the solid-state image pickup device 15 is synchronized with the on / off switching. Read every frame. The switching interval of the drive voltage to the liquid crystal panel 13 can be several tens of milliseconds, for example.

駆動電圧がオンのとき、光線は実線で示す経路を経るため、固体撮像素子15上には1つの被写体像が形成される。この場合、固体撮像素子15の各画素に入射した光に関する信号情報をそのまま取り込み、第1画像情報としてデータを蓄積する。   When the drive voltage is on, the light beam passes through a path indicated by a solid line, so that one subject image is formed on the solid-state image sensor 15. In this case, the signal information regarding the light incident on each pixel of the solid-state image sensor 15 is taken in as it is, and the data is accumulated as the first image information.

一方、駆動電圧がオフのとき、光線は破線で示した経路を経るため、固体撮像素子15上には互いに一部が重なり合った2つの同じ被写体像が形成される。この状態はいわゆる「二重写し」である。この状態において固体撮像素子15から得られる画像情報は、この直前の駆動電圧オン時の1つの被写体像に対して半画素ピッチ分だけずれた被写体像の画像情報が含まれている。即ち、駆動電圧オフ時に得られる画像情報は、駆動電圧オン時に得られる第1画像情報の画素間の画像情報を有している。したがって、駆動電圧オフ時に得た二重写しされた2つの被写体像についての画像情報からいずれか一方の被写体像についての画像情報(第2画像情報)を再生し、駆動電圧オン時の上記第1画像情報に重畳すれば、固体撮像素子15の画素数に対して2倍の画素数を有する高解像な画像情報を得ることが可能となる。   On the other hand, when the drive voltage is off, the light ray passes through a path indicated by a broken line, so that two identical subject images partially overlapping each other are formed on the solid-state imaging device 15. This state is a so-called “double copy”. The image information obtained from the solid-state imaging device 15 in this state includes image information of a subject image that is shifted by a half pixel pitch with respect to one subject image at the time when the drive voltage is turned on immediately before. That is, the image information obtained when the drive voltage is off includes image information between pixels of the first image information obtained when the drive voltage is on. Therefore, the image information (second image information) about one of the subject images is reproduced from the image information about the two copied subject images obtained when the drive voltage is turned off, and the above-mentioned first information when the drive voltage is turned on. By superimposing on one image information, it becomes possible to obtain high-resolution image information having twice the number of pixels of the solid-state imaging device 15.

図2(A)、図2(B)を用いて駆動電圧がオフの場合の二重写しされた2つの被写体像の画像情報から一方の被写体像の画像情報を再生する方法を説明する。図2(A)及び図2(B)は、固体撮像素子15を被写体側から見た図である。   A method of reproducing the image information of one subject image from the image information of two subject images that have been duplicated when the drive voltage is off will be described with reference to FIGS. 2 (A) and 2 (B). 2A and 2B are diagrams of the solid-state imaging device 15 as viewed from the subject side.

液晶パネル13への駆動電圧がオンのとき、図2(A)に示すように、固体撮像素子15上には1つの被写体像22のみが結像される。   When the drive voltage to the liquid crystal panel 13 is on, only one subject image 22 is formed on the solid-state image sensor 15 as shown in FIG.

液晶パネル13への駆動電圧がオフのとき、図2(B)に示すように、固体撮像素子15上には二重写しされた2つの被写体像23,24が結像される。ここで、被写体像23,24は、固体撮像素子15のセンシングエリアよりも小さくなるように設定される。   When the drive voltage to the liquid crystal panel 13 is off, two subject images 23 and 24 that are duplicated are formed on the solid-state image sensor 15 as shown in FIG. Here, the subject images 23 and 24 are set to be smaller than the sensing area of the solid-state imaging device 15.

図2(A)及び図2(B)において、多数の小円25は固体撮像素子15の画素であり、X軸及びY軸に沿って配列ピッチPで配置されている。   2A and 2B, a large number of small circles 25 are pixels of the solid-state imaging device 15, and are arranged at an array pitch P along the X axis and the Y axis.

図1で説明したように、図2(A)におけるフレームでは、被写体像22の画像情報が第1画像情報としてそのまま取り込まれる。   As described in FIG. 1, in the frame in FIG. 2A, the image information of the subject image 22 is captured as it is as the first image information.

図2(B)におけるフレームでは、被写体像23及び被写体像24は、図2(A)の被写体像22に対して、画素ピッチPの半分だけX軸方向に互いに反対側にずれている。即ち、被写体像23と被写体像24とはX軸方向に画素ピッチP分だけずれている。一般的な使用では、各偏光方向の光強度は同じであるため、被写体像23と被写体像24とは、光強度についても全く等しい。   In the frame in FIG. 2B, the subject image 23 and the subject image 24 are shifted to the opposite sides in the X-axis direction by half the pixel pitch P with respect to the subject image 22 in FIG. That is, the subject image 23 and the subject image 24 are shifted by the pixel pitch P in the X-axis direction. In general use, since the light intensity in each polarization direction is the same, the subject image 23 and the subject image 24 are also completely equal in light intensity.

まず、図2(B)において、X軸と平行なI行上の画素のうち、被写体像23を構成する光が入射せず、被写体像24を構成する光のみが入射する画素(I,J)に着目する。ここで、画素(I,J)はI行、J列上の画素を表す。本実施の形態のように、被写体像22に対して被写体像23,24をそれぞれ半画素ピッチだけX軸方向にシフトさせた場合には、画素(I,J)に対してX軸方向右側に隣り合う画素(I,J+1)には被写体像23,24のいずれもが形成されず無信号となり、X軸方向左側に隣り合う画素(I,J−1)では被写体像23,24が重なり合う。   First, in FIG. 2B, among the pixels on the I line parallel to the X axis, the pixels (I, J) into which only the light constituting the subject image 24 is incident and the light constituting the subject image 23 is not incident. ). Here, the pixel (I, J) represents a pixel on the I row and the J column. As in the present embodiment, when the subject images 23 and 24 are shifted in the X-axis direction by a half-pixel pitch with respect to the subject image 22, they are to the right of the pixel (I, J) in the X-axis direction. Neither of the subject images 23 and 24 is formed in the adjacent pixel (I, J + 1), and no signal is generated. In the adjacent pixel (I, J−1) on the left side in the X-axis direction, the subject images 23 and 24 overlap.

図2(B)の状態において、仮想的に被写体像24のみが固体撮像素子15上に結像しているとしたとき、ある瞬間での画素(I,n)における、被写体像24による信号強度をP(I,n)と定義する。また、実際に被写体像23,24が固体撮像素子15上に二重写しで結像されているときの、同じ瞬間での画素(I,n)での信号強度をQ(I,n)と定義する。ここで、nは自然数である。すると、
Q(I,n−1)=P(I,n−1)+P(I,n) ・・・(1)
が成立する。また、先に述べたように画素(I,J)では被写体像24のみの信号であるから、
Q(I,J)=P(I,J) ・・・(2)
となる。
In the state of FIG. 2B, assuming that only the subject image 24 is virtually formed on the solid-state imaging device 15, the signal intensity of the subject image 24 at the pixel (I, n) at a certain moment. Is defined as P (I, n). Further, when the subject images 23 and 24 are actually formed in a double copy on the solid-state image sensor 15, the signal intensity at the pixel (I, n) at the same moment is expressed as Q (I, n). It is defined as Here, n is a natural number. Then
Q (I, n-1) = P (I, n-1) + P (I, n) (1)
Is established. Further, as described above, since the pixel (I, J) is a signal of only the subject image 24,
Q (I, J) = P (I, J) (2)
It becomes.

被写体像23、24が固体撮像素子15上に二重写しで結像されたときの信号強度Q(I,n)は検知できる信号情報であるから、式(1)と式(2)を用いれば、I行上の各画素に対して、P(I,J)、即ちQ(I,J)を基に、P(I,J−1)、P(I,J−2)、・・・を順に求めることができ、I行上の各画素における被写体像24の信号情報をすべて獲得することが可能である。被写体像24が結像しているI行以外の各行上の各画素についても、同様の手順で信号情報を得ることができる。その結果、二重写しされた2つの被写体像23、24についての画像情報から、一方の被写体像24についての画像情報(第2画像情報)を得ることができる。   Since the signal intensity Q (I, n) when the subject images 23 and 24 are imaged on the solid-state image sensor 15 by double copying is signal information that can be detected, Equations (1) and (2) If used, P (I, J-1), P (I, J-2),... Based on P (I, J), that is, Q (I, J), for each pixel on the I row. .. Can be obtained in order, and it is possible to acquire all the signal information of the subject image 24 in each pixel on the I row. Signal information can be obtained in the same procedure for each pixel on each row other than the I row on which the subject image 24 is formed. As a result, image information (second image information) about one subject image 24 can be obtained from the image information about the two subject images 23 and 24 that have been duplicated.

被写体像22に対して、被写体像23、24はいずれも半分程度の光量しかない。従って、再生した被写体像24についての第2画像情報を2倍に増幅し、図2(A)におけるフレームで取り込んだ被写体像22についての第1画像情報と合成する。かくして、X軸方向に擬似的に倍画素化された画像情報を得ることができる。   The subject images 23 and 24 have only about half the light intensity of the subject image 22. Therefore, the second image information about the reproduced subject image 24 is amplified by a factor of 2 and combined with the first image information about the subject image 22 captured in the frame in FIG. Thus, it is possible to obtain image information that is pseudo-doubled in the X-axis direction.

なお、図2(B)において、二重写しで結像された被写体像のうちの一方の被写体像を構成する光のみが入射するI行上の画素(I,J)を見つけるためには以下のようにすればよい。I行上の現に受光している画素からI行に沿って順に各画素の光信号強度を確認していく。光信号強度が初めて0となる画素(図2(B)の画素(I,J+1))があれば、この画素に隣り合う直前の画素が、一方の被写体像を構成する光のみが入射する画素(図2(B)の画素(I,J))に相当する。   In FIG. 2B, in order to find a pixel (I, J) on the I line on which only light constituting one of the subject images formed by double copying is incident. What is necessary is as follows. The optical signal intensity of each pixel is confirmed in order along the I row from the pixel currently receiving light on the I row. If there is a pixel whose optical signal intensity is 0 for the first time (pixel (I, J + 1) in FIG. 2B), the pixel immediately before this pixel is a pixel on which only light constituting one subject image is incident. This corresponds to (pixel (I, J) in FIG. 2B).

以上の演算は、固体撮像素子15と接続された信号処理回路(図示せず)が行う。   The above calculation is performed by a signal processing circuit (not shown) connected to the solid-state imaging device 15.

固体撮像素子15としてMOS型を用いれば、画素ごとの信号取り出し演算を高速に行うことができるので、特に望ましい。   The use of a MOS type as the solid-state imaging device 15 is particularly desirable because signal extraction calculation for each pixel can be performed at high speed.

以上の説明では、図2(A)の被写体像22に対する図2(B)の被写体像23、24のずれ量Dが固体撮像素子15の画素ピッチPの半分である例を示したが、本発明はこれに限定されず、ずれ量Dが画素ピッチPの半分の奇数倍であれば同様の効果が得られる。ずれ量Dが画素ピッチPの半分のL倍(Lは奇数)とすると上記の式(1)は、
Q(I,n−L)=P(I,n−L)+P(I,n) ・・・(3)
となり、式(2)は、
Q(I,J)=P(I,J) ・・・(4)
Q(I,J―1)=P(I,J―1)
・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・
Q(I,J―L)=P(I,J―L)
となる。
In the above description, an example in which the shift amount D of the subject images 23 and 24 in FIG. 2B with respect to the subject image 22 in FIG. 2A is half the pixel pitch P of the solid-state image sensor 15 has been shown. The invention is not limited to this, and the same effect can be obtained if the shift amount D is an odd multiple of half the pixel pitch P. When the shift amount D is L times half of the pixel pitch P (L is an odd number), the above equation (1) is
Q (I, n-L) = P (I, n-L) + P (I, n) (3)
Equation (2) becomes
Q (I, J) = P (I, J) (4)
Q (I, J-1) = P (I, J-1)
...
...
Q (I, JL) = P (I, JL)
It becomes.

Lの値が大きいほど、二重写し時に2つの被写体像のうちの一方の被写体像を構成する光のみが入射する画素の数が多くなる。しかし、Lの値に応じて図1の水晶板11,12の厚みをL=1の場合に対してL倍に厚くする必要がある。したがって、水晶板として加工しやすい厚みを考慮してLを選択するのがよい。   The larger the value of L, the greater the number of pixels on which only light constituting one of the two subject images is incident during double copying. However, it is necessary to increase the thickness of the quartz plates 11 and 12 in FIG. 1 to L times that of L = 1 in accordance with the value of L. Therefore, L should be selected in consideration of a thickness that can be easily processed as a quartz plate.

なお、被写体への照明光源として白色LED等を用い、液晶パネル13に印加する電圧のオン/オフに同期して、照明光源を点滅させればS/N比(雑音に対する信号強度比)を高めることが可能であり、効果的である。   If a white LED or the like is used as the illumination light source for the subject and the illumination light source is blinked in synchronization with the on / off of the voltage applied to the liquid crystal panel 13, the S / N ratio (signal intensity ratio to noise) is increased. It is possible and effective.

(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態の撮像装置は、第1水晶板31と、第2水晶板32と、これらの間に配置された第1液晶パネル33とを有する第1光学系30A、及び、第3水晶板35と、第4水晶板36と、これらの間に配置された第2液晶パネル37とを有する第2光学系30Bとを備える。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a main part of the imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The imaging apparatus of the present embodiment includes a first optical system 30A having a first crystal plate 31, a second crystal plate 32, and a first liquid crystal panel 33 disposed therebetween, and a third crystal plate. 35, a fourth crystal plate 36, and a second optical system 30B having a second liquid crystal panel 37 disposed therebetween.

第1水晶板31と第2水晶板32とは、それぞれ図示するように、第1液晶パネル33に対して面対称な光学軸A31,A32を有している。第1液晶パネル33は、上記第1及び第2水晶板31,32の間に配置され、対向する電極(図示せず)を備えている。   The first crystal plate 31 and the second crystal plate 32 have optical axes A31 and A32 that are plane-symmetric with respect to the first liquid crystal panel 33, as shown in the drawing. The first liquid crystal panel 33 is disposed between the first and second crystal plates 31 and 32 and includes opposed electrodes (not shown).

第3水晶板35、第4水晶板36、及び第2液晶パネル37からなる第2光学系30Bは、上記の第1水晶板31、第2水晶板32、及び第1液晶パネル33からなる第1光学系30Aを、光軸に対して90°回転させたのと同じ構成を有している。   The second optical system 30B including the third crystal plate 35, the fourth crystal plate 36, and the second liquid crystal panel 37 includes a first crystal plate 31, the second crystal plate 32, and the first liquid crystal panel 33 described above. One optical system 30A has the same configuration as that rotated by 90 ° with respect to the optical axis.

電圧制御部34により第1及び第2液晶パネル33,37に印加される電圧のオン/オフが制御される。   The voltage controller 34 controls on / off of the voltage applied to the first and second liquid crystal panels 33 and 37.

各水晶板31、32、35、36は同じ厚みであり、それぞれの光学軸A31,A32,A35,A36に対して同じ角度44度50分で研磨されている。   The quartz plates 31, 32, 35, and 36 have the same thickness and are polished at the same angle of 44 degrees and 50 minutes with respect to the optical axes A31, A32, A35, and A36.

電圧制御部34によりフレームごとに表1に示すような制御を行えば、図2(B)に示したようなX軸方向の二重写し(画素ずらし)に加えて、Y軸方向にも二重写し(画素ずらし)が可能となる。   If the voltage control unit 34 performs the control as shown in Table 1 for each frame, in addition to the double copy (pixel shift) in the X-axis direction as shown in FIG. Double copying (pixel shifting) is possible.

Figure 0004481178
Figure 0004481178

フレームごとの電圧制御を表1のフレーム番号1〜4の順に行い、各フレームごとに固体撮像素子15から信号取り込みを行う。フレーム2、フレーム4では被写体像が二重写しとなるが、実施の形態1で述べた方法により単一の被写体像についての画像情報を再生することができる。これを、フレーム1及び/又は3で得られる画像情報と合成する。   Voltage control for each frame is performed in the order of frame numbers 1 to 4 in Table 1, and a signal is captured from the solid-state imaging device 15 for each frame. In frame 2 and frame 4, the subject image is duplicated, but image information about a single subject image can be reproduced by the method described in the first embodiment. This is combined with the image information obtained in frames 1 and / or 3.

このように、本実施の形態では、X軸方向及びY軸方向の2次元で画素ずらしを行う。これにより、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに擬似的に倍画素化された画像情報を得ることができる。即ち、二次元的な高解像度化が可能になる。   Thus, in this embodiment, pixel shifting is performed two-dimensionally in the X-axis direction and the Y-axis direction. As a result, it is possible to obtain image information that is pseudo-doubled in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. That is, two-dimensional high resolution can be achieved.

上記の例では、第1及び第2液晶パネル33,37を共通する電圧制御部34により駆動したが、第1及び第2液晶パネル33,37を別個の電圧制御部で駆動しても良い。   In the above example, the first and second liquid crystal panels 33 and 37 are driven by the common voltage control unit 34, but the first and second liquid crystal panels 33 and 37 may be driven by separate voltage control units.

(実施の形態3)
図4は本発明の実施の形態3に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態では、実施の形態1の第1水晶板11及び第2水晶板12に代えて、第1斜め蒸着膜41及び第2斜め蒸着膜42を用いている。本実施の形態の撮像装置は、両側に第1及び第2斜め蒸着膜41,42が形成された液晶パネル43を透明セル45で密閉したブロック状の光学系40を備え、実施の形態1の撮像装置と同等の動作を行う。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows a main part of the imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the present embodiment, instead of the first crystal plate 11 and the second crystal plate 12 of the first embodiment, a first oblique deposition film 41 and a second oblique deposition film 42 are used. The imaging apparatus according to the present embodiment includes a block-shaped optical system 40 in which a liquid crystal panel 43 having first and second obliquely deposited films 41 and 42 formed on both sides is sealed with a transparent cell 45. Performs the same operation as the imaging device.

第1斜め蒸着膜41及び第2斜め蒸着膜42は、それぞれ図示するように、液晶パネル43に対して面対称な光学軸A41,A42を有し、複屈折性を備え、図1の第1水晶板11及び第2水晶板12と同様に機能する。図4では第1斜め蒸着膜41及び第2斜め蒸着膜42を、液晶パネル43に直接形成しているが、これらを成膜した別のシート又は基板を液晶パネル43に貼り付けても良い。   As shown in the figure, each of the first obliquely deposited film 41 and the second obliquely deposited film 42 has optical axes A41 and A42 that are plane-symmetric with respect to the liquid crystal panel 43, and has birefringence. It functions similarly to the crystal plate 11 and the second crystal plate 12. In FIG. 4, the first oblique deposition film 41 and the second oblique deposition film 42 are directly formed on the liquid crystal panel 43, but another sheet or substrate on which these are deposited may be attached to the liquid crystal panel 43.

斜め蒸着膜41,42は、文字通り、真空蒸着法により基板上に斜め方向から成膜することにより得られる。膜材料としての酸化タンタル、酸化タングステン、又は酸化チタンなどの重金属酸化物を電子ビームで融解し、必要に応じて酸素ガスを成膜槽に導入しながら、室温で蒸着すると、膜材料が図4のような透明な斜めのコラム状になって基板に付着する。光学軸A41,A42の方向と、これに直交する方向(図4の紙面内方向、及び紙面と垂直な方向)とでは膜密度が異なるために、屈折率に違いが生じる。すなわち、斜め蒸着膜41,42は、2軸結晶と同様に、3軸方向において屈折率が異なる複屈折性を有する。   The obliquely deposited films 41 and 42 are literally obtained by forming a film on the substrate from an oblique direction by a vacuum deposition method. When a heavy metal oxide such as tantalum oxide, tungsten oxide, or titanium oxide as a film material is melted by an electron beam, and vapor deposition is performed at room temperature while introducing an oxygen gas into a film formation tank as necessary, the film material becomes as shown in FIG. It adheres to the substrate in the form of a transparent diagonal column. Since the film density is different between the direction of the optical axes A41 and A42 and the direction orthogonal to the direction (the in-paper direction of FIG. 4 and the direction perpendicular to the paper surface), the refractive index is different. That is, the obliquely deposited films 41 and 42 have birefringence with different refractive indexes in the triaxial direction, like the biaxial crystal.

例えば酸化タンタルを基板上にその法線に対し70°程度の方向から蒸着すると、得られる膜は基板法線に対して30〜35°傾いた多数のコラムからなる。この膜の複屈折(△n)は0.08程度である。これは水晶の複屈折0.01に比べ極めて大きな値である。このことは、斜め蒸着膜を用いると、同等のリタデーションを得るための膜厚を極めて薄くできることを意味する。   For example, when tantalum oxide is deposited on a substrate from a direction of about 70 ° with respect to the normal, the resulting film is composed of a number of columns inclined by 30 to 35 ° with respect to the substrate normal. The birefringence (Δn) of this film is about 0.08. This is an extremely large value compared to the birefringence of quartz of 0.01. This means that when an obliquely deposited film is used, the film thickness for obtaining equivalent retardation can be made extremely thin.

例えば画素ピッチ2.5μmの固体撮像素子15を用いて、実施の形態1で説明した、画素ピッチの半分の結像位置シフトを行う場合、水晶板を用いれば実施の形態1で述べたようにその厚みは200μm以上である必要があるが、酸化タンタルの斜め蒸着膜を用いればその厚みは30μm弱で足りる。この程度の厚みの斜め蒸着膜は、容易に成膜可能であり、量産も可能である。   For example, when the imaging position shift of half the pixel pitch described in the first embodiment is performed using the solid-state imaging device 15 having a pixel pitch of 2.5 μm, if a crystal plate is used, as described in the first embodiment. The thickness needs to be 200 μm or more, but if a tantalum oxide oblique vapor deposition film is used, the thickness is less than 30 μm. An obliquely deposited film having such a thickness can be easily formed and can be mass-produced.

但し、斜め蒸着膜は周辺環境の変動に対して複屈折の大きさが変化しやすいという問題を有している。主に湿度の変動による影響が大きく、湿度が高いと斜め蒸着膜の隙間に水分子が入り込み、複屈折が小さくなってしまう。逆に湿度が下がると複屈折は大きくなってしまう。   However, the obliquely deposited film has a problem that the magnitude of birefringence easily changes with changes in the surrounding environment. The influence mainly due to fluctuations in humidity is large. When the humidity is high, water molecules enter the gaps between the obliquely deposited films, and the birefringence becomes small. Conversely, birefringence increases as humidity decreases.

図4に示すように、透明セル45で斜め蒸着膜41,42を密閉することにより、斜め蒸着膜41,42の複屈折の大きさを安定させることができる。但し、密閉方法としてはこれに限るものではなく、膜の表面に保護層を形成したり、保護シートを貼り付けたりする方法などでも構わない。   As shown in FIG. 4, by sealing the obliquely deposited films 41 and 42 with the transparent cell 45, the magnitude of birefringence of the obliquely deposited films 41 and 42 can be stabilized. However, the sealing method is not limited to this, and a method of forming a protective layer on the surface of the film or attaching a protective sheet may be used.

以上述べたように、複屈折効果により偏光方向に応じて光線の経路をシフトさせる素子として斜め蒸着膜41,42を用いることにより、水晶板を用いた場合に比べて、装置の経済性を向上できる。   As described above, by using the obliquely deposited films 41 and 42 as elements that shift the path of the light according to the polarization direction due to the birefringence effect, the economical efficiency of the apparatus is improved as compared with the case where a quartz plate is used. it can.

(実施の形態4)
図5は本発明の実施の形態4に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態の撮像装置は、第1水晶板51と、第2水晶板52と、これらの間に配置された液晶パネル53とを有する光学系50を備える。上記の実施の形態1(図1参照)では、第1水晶板11と第2水晶板12とが液晶パネル13に対して面対称な光学軸A11,A12を有していたが、本実施の形態では、第1水晶板51の光学軸A51及び第2水晶板52の光学軸A52は互いに平行である。これ以外は実施の形態1の撮像装置と同じである。
(Embodiment 4)
FIG. 5 shows a main part of an imaging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The imaging apparatus of the present embodiment includes an optical system 50 having a first crystal plate 51, a second crystal plate 52, and a liquid crystal panel 53 disposed therebetween. In the first embodiment (see FIG. 1), the first crystal plate 11 and the second crystal plate 12 have the optical axes A11 and A12 that are plane-symmetric with respect to the liquid crystal panel 13. In the embodiment, the optical axis A51 of the first crystal plate 51 and the optical axis A52 of the second crystal plate 52 are parallel to each other. The rest is the same as the imaging apparatus of the first embodiment.

本実施の形態では、液晶パネル53に印加される駆動電圧がオフの場合、第1水晶板51で分離された2つの光線は破線で示す経路を経るため、固体撮像素子15上には1つの被写体像が結像される。この場合、固体撮像素子15の各画素に入射した光に関する信号情報をそのまま取り込み、第1画像情報としてデータを蓄積する。   In the present embodiment, when the drive voltage applied to the liquid crystal panel 53 is off, the two light beams separated by the first crystal plate 51 pass through a path indicated by a broken line, and thus one solid image sensor 15 is provided on the solid-state imaging device 15. A subject image is formed. In this case, the signal information regarding the light incident on each pixel of the solid-state image sensor 15 is taken in as it is, and the data is accumulated as the first image information.

一方、液晶パネル53に印加される駆動電圧がオンの場合、第1水晶板51で分離された2つの光線は、固体撮像素子15上に、互いに1部が重なり合った2つの被写体像を結像する。駆動電圧がオンの場合のこの2つの被写体像は、駆動電圧がオフの場合の1つの被写体像に対して、図5の紙面の上下方向に同じ距離Dだけ離れた位置にそれぞれ形成される。   On the other hand, when the drive voltage applied to the liquid crystal panel 53 is on, the two light beams separated by the first crystal plate 51 form two subject images that overlap each other on the solid-state imaging device 15. To do. These two subject images when the drive voltage is on are formed at positions that are the same distance D apart from each other subject image when the drive voltage is off in the vertical direction of the paper surface of FIG.

実施の形態1で説明したのと同様に、駆動電圧オン時に得た二重写しされた2つの被写体像についての画像情報からいずれか一方の被写体像についての画像情報(第2画像情報)を再生し、駆動電圧オフ時の上記第1画像情報に重畳する。かくして、固体撮像素子15の画素数に対して2倍の画素数を有する高解像な画像情報を得ることができる。   In the same manner as described in the first embodiment, image information (second image information) about one of the subject images is obtained from the image information about the two copied subject images obtained when the drive voltage is turned on. It is reproduced and superimposed on the first image information when the drive voltage is off. Thus, high-resolution image information having twice the number of pixels of the solid-state image sensor 15 can be obtained.

(実施の形態5)
図6は本発明の実施の形態5に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態の撮像装置は、第1水晶板61と、第2水晶板62と、これらの間に配置された液晶パネル63とを有する光学系60を備える。第1水晶板61と第2水晶板62は、それぞれ図示するように、液晶パネル63に対して面対称な光学軸A61,A62を有している。液晶パネル63は、上記水晶板61,62の間に配置され、対向する電極(図示せず)を備えている。電圧制御部64は液晶パネル63に印加する電圧のオン/オフを制御する。
(Embodiment 5)
FIG. 6 shows a main part of an imaging apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. The imaging apparatus according to the present embodiment includes an optical system 60 having a first crystal plate 61, a second crystal plate 62, and a liquid crystal panel 63 disposed therebetween. The first crystal plate 61 and the second crystal plate 62 have optical axes A61 and A62 that are plane-symmetric with respect to the liquid crystal panel 63, as shown in the drawing. The liquid crystal panel 63 is disposed between the crystal plates 61 and 62 and includes opposed electrodes (not shown). The voltage control unit 64 controls on / off of the voltage applied to the liquid crystal panel 63.

各水晶板61、62は同じ厚みであり、それぞれの光学軸A61,A62に対して同じ角度44度50分で研磨されている。各水晶板61、62の入射面に対して垂直に入射する光線のうち、偏光方向が紙面に垂直である光線は常光線としてそのまま経路を変えることなく透過するが、偏光方向が紙面に平行である光線は異常光線として入射面において斜めに曲げられ水晶板61,62内を斜めに透過する。そして、水晶板61,62内を斜めに透過した光線は、出射面において今度は入射時と逆の方向に曲げられ、結局、入射光と平行な光線として出射する。即ち、水晶板61,62に入射した光線は、その偏光方向により、そのまま直進する光線と、この直進光線に対して経路が平行にシフトされた光線とに分離される。   The quartz plates 61 and 62 have the same thickness and are polished at the same angle of 44 degrees and 50 minutes with respect to the optical axes A61 and A62. Of the light rays perpendicularly incident on the incident surfaces of the quartz plates 61 and 62, the light rays whose polarization direction is perpendicular to the paper surface are transmitted as ordinary rays without changing the path, but the polarization direction is parallel to the paper surface. A certain ray is bent as an extraordinary ray on the incident surface and is transmitted obliquely through the quartz plates 61 and 62. Then, the light beam obliquely transmitted through the quartz plates 61 and 62 is bent in the direction opposite to that at the time of incidence on the exit surface, and is eventually emitted as a light beam parallel to the incident light. That is, the light rays incident on the quartz plates 61 and 62 are separated into a light beam that travels straight as it is and a light beam whose path is shifted parallel to the straight light beam depending on the polarization direction.

図6においてはレンズなどの光学系やそれに付帯する機構系などは図示していない。   In FIG. 6, an optical system such as a lens and a mechanism system attached thereto are not shown.

通常、被写体からの光線Lは無偏光状態で撮像装置に入ってくる。図6において左方から無偏光状態で第1水晶板61に入射した光線Lは、上述したように偏光方向により2つの光線に分離され、それぞれが液晶パネル63に至る。液晶パネル63はねじりネマティック型の液晶パネルである。電圧制御部64からの駆動電圧がオンの場合は、液晶パネル63により光線の偏光方向は変わらない。従って、第1水晶板61により分離された2つの光線は、第2水晶板62に入射した後、それぞれ実線で示す経路をとる。一方、電圧制御部64からの駆動電圧がオフの場合は、液晶パネル63に封入された液晶により光線の偏光方向が90度旋回される。従って、第1水晶板61により分離された2つの光線は、第2水晶板62に入射した後、それぞれ破線で示す経路をとる。   Usually, the light beam L from the subject enters the imaging device in a non-polarized state. In FIG. 6, the light beam L incident on the first crystal plate 61 in the non-polarized state from the left side is separated into two light beams according to the polarization direction as described above, and each reaches the liquid crystal panel 63. The liquid crystal panel 63 is a twisted nematic liquid crystal panel. When the drive voltage from the voltage controller 64 is on, the polarization direction of the light beam is not changed by the liquid crystal panel 63. Accordingly, the two light beams separated by the first crystal plate 61 enter the second crystal plate 62 and then take paths indicated by solid lines. On the other hand, when the drive voltage from the voltage controller 64 is off, the polarization direction of the light beam is rotated 90 degrees by the liquid crystal sealed in the liquid crystal panel 63. Accordingly, the two light beams separated by the first crystal plate 61 enter the second crystal plate 62 and then take paths indicated by broken lines.

即ち、駆動電圧がオンの場合は、第1水晶板61で分離された2つの光線が第2水晶板62で合成され、固体撮像素子65上には1つの被写体像が結像される。一方、駆動電圧がオフの場合は、第1水晶板61で分離された2つの光線は、固体撮像素子65上に、互いに1部が重なり合った2つの被写体像を結像する。駆動電圧がオフの場合のこの2つの被写体像は、駆動電圧がオンの場合の1つの被写体像に対して、図6の紙面の上下方向に同じ距離Dだけ離れた位置にそれぞれ形成される。   That is, when the drive voltage is on, the two light beams separated by the first crystal plate 61 are combined by the second crystal plate 62, and one subject image is formed on the solid-state image sensor 65. On the other hand, when the drive voltage is off, the two light beams separated by the first crystal plate 61 form two subject images that overlap each other on the solid-state image sensor 65. The two subject images when the drive voltage is off are formed at positions that are separated from the one subject image when the drive voltage is on by the same distance D in the vertical direction of the paper surface of FIG.

ここで、固体撮像素子65上における実線で示す光線の結像位置と破線で示す光線の結像位置とのずれ量Dが、固体撮像素子65の画素ピッチの1/2となるように、各水晶板61,62の厚みが調整される。このとき、偏光方向により分離された破線で示す2つの光線による各結像位置間のずれ量2Dは、画素ピッチと一致する。このような条件は、例えば画素ピッチ2.5μmの固体撮像素子を用いた場合、第1水晶板61及び第2水晶板62の厚みをそれぞれ213μm程度に設定すれば実現できる。本実施の形態では実線及び破線で示す各光線の結像位置間のずれ量Dを画素ピッチの1/2としたが、本発明はこれに限定されず、画素ピッチの1/2の奇数倍、すなわち画素ピッチの3/2倍、5/2倍、7/2倍等であってもよい。   Here, each deviation D between the image forming position of the light beam indicated by the solid line and the image forming position of the light beam indicated by the broken line on the solid-state image sensor 65 is ½ of the pixel pitch of the solid-state image sensor 65. The thickness of the quartz plates 61 and 62 is adjusted. At this time, the shift amount 2D between the imaging positions due to the two light beams indicated by the broken lines separated by the polarization direction coincides with the pixel pitch. Such a condition can be realized by setting the thicknesses of the first crystal plate 61 and the second crystal plate 62 to about 213 μm, for example, when a solid-state imaging device having a pixel pitch of 2.5 μm is used. In the present embodiment, the shift amount D between the image forming positions of each light beam indicated by the solid line and the broken line is ½ of the pixel pitch. However, the present invention is not limited to this, and is an odd multiple of ½ of the pixel pitch. That is, the pixel pitch may be 3/2 times, 5/2 times, 7/2 times, or the like.

このような撮像装置を用いた撮像方法を以下に説明する。図6の撮像装置を用いて、電圧駆動部64が液晶パネル63に印加する駆動電圧のオン/オフを高速で繰り返し、このオン/オフの切り替えと同期して固体撮像素子65からの電気信号をフレームごとに読みとる。液晶パネル63への駆動電圧の切り替え間隔としては例えば数十ミリ秒が可能である。   An imaging method using such an imaging apparatus will be described below. Using the image pickup apparatus shown in FIG. 6, the voltage drive unit 64 repeatedly turns on / off the drive voltage applied to the liquid crystal panel 63 at high speed. Read every frame. The switching interval of the drive voltage to the liquid crystal panel 63 can be several tens of milliseconds, for example.

駆動電圧がオンのとき、光線は実線で示す経路を経るため、固体撮像素子65上には1つの被写体像が形成される。この場合、固体撮像素子65の各画素に入射した光に関する信号情報をそのまま取り込み、第1画像情報としてデータを蓄積する。   When the drive voltage is on, the light beam passes through a path indicated by a solid line, so that one subject image is formed on the solid-state image sensor 65. In this case, the signal information regarding the light incident on each pixel of the solid-state image sensor 65 is taken in as it is, and the data is accumulated as the first image information.

一方、駆動電圧がオフのとき、光線は破線で示した経路を経るため、固体撮像素子65上には互いに一部が重なり合った2つの同じ被写体像が形成される。この状態はいわゆる「二重写し」である。この状態において固体撮像素子65から得られる画像情報は、この直前の駆動電圧オン時の1つの被写体像に対して半画素ピッチ分だけずれた被写体像の画像情報が含まれている。即ち、駆動電圧オフ時に得られる画像情報は、駆動電圧オン時に得られる第1画像情報の画素間の画像情報を有している。したがって、駆動電圧オフ時に得た二重写しされた2つの被写体像についての画像情報からいずれか一方の被写体像についての画像情報(第2画像情報)を再生し、駆動電圧オン時の上記第1画像情報に重畳すれば、固体撮像素子65の画素数に対して2倍の画素数を有する高解像な画像情報を得ることが可能となる。   On the other hand, when the drive voltage is off, the light ray passes through a path indicated by a broken line, so that two identical subject images partially overlapping each other are formed on the solid-state imaging device 65. This state is a so-called “double copy”. The image information obtained from the solid-state image sensor 65 in this state includes image information of a subject image that is shifted by a half pixel pitch with respect to one subject image at the time when the drive voltage is turned on immediately before. That is, the image information obtained when the drive voltage is off includes image information between pixels of the first image information obtained when the drive voltage is on. Therefore, the image information (second image information) about one of the subject images is reproduced from the image information about the two copied subject images obtained when the drive voltage is turned off, and the above-mentioned first information when the drive voltage is turned on. When superposed on one image information, it is possible to obtain high-resolution image information having twice the number of pixels of the solid-state image sensor 65.

図7(A)、図7(B)を用いて駆動電圧がオフの場合の二重写しされた2つの被写体像の画像情報から一方の被写体像の画像情報を再生する方法を説明する。図7(A)及び図7(B)は、固体撮像素子65を被写体側から見た図である。   A method of reproducing the image information of one subject image from the image information of two subject images that are duplicated when the drive voltage is off will be described with reference to FIGS. 7A and 7B. 7A and 7B are views of the solid-state imaging device 65 as viewed from the subject side.

液晶パネル63への駆動電圧がオンのとき、図7(A)に示すように、固体撮像素子65上には1つの被写体像72のみが結像される。   When the drive voltage to the liquid crystal panel 63 is on, only one subject image 72 is formed on the solid-state image sensor 65 as shown in FIG.

液晶パネル63への駆動電圧がオフのとき、図7(B)に示すように、固体撮像素子65上には二重写しされた2つの被写体像73,74が結像される。ここで、被写体像73,74は、固体撮像素子65のセンシングエリアよりも大きくても小さくても良い。   When the drive voltage to the liquid crystal panel 63 is off, two object images 73 and 74 that are duplicated are formed on the solid-state image sensor 65 as shown in FIG. 7B. Here, the subject images 73 and 74 may be larger or smaller than the sensing area of the solid-state image sensor 65.

図7(A)及び図7(B)において、多数の小円25は固体撮像素子65の画素であり、X軸及びY軸に沿って配列ピッチPで配置されている。   7A and 7B, a large number of small circles 25 are pixels of the solid-state imaging device 65, and are arranged at an array pitch P along the X axis and the Y axis.

図6で説明したように、図7(A)におけるフレームでは、被写体像72の画像情報が第1画像情報としてそのまま取り込まれる。   As described with reference to FIG. 6, in the frame in FIG. 7A, the image information of the subject image 72 is directly captured as the first image information.

図7(B)におけるフレームでは、被写体像73及び被写体像74は、図7(A)の被写体像72に対して、画素ピッチPの半分だけX軸方向に互いに反対側にずれている。即ち、被写体像73と被写体像74とはX軸方向に画素ピッチP分だけずれている。一般的な使用では、各偏光方向の光強度は同じであるため、被写体像73と被写体像74とは、光強度についても全く等しい。   In the frame in FIG. 7B, the subject image 73 and the subject image 74 are offset from each other in the X-axis direction by half the pixel pitch P with respect to the subject image 72 in FIG. That is, the subject image 73 and the subject image 74 are shifted by the pixel pitch P in the X-axis direction. In general use, since the light intensity in each polarization direction is the same, the subject image 73 and the subject image 74 are also completely equal in light intensity.

まず、図7(A)におけるフレームで取り込んだ第1画像情報を解析する。被写体像のずらし方向であるX軸方向に平行な行、すなわち図7(A)の1,2,・・,I−1,I,I+1,・・の各行において、同等の光強度信号が得られた互いに隣り合う複数(本例では2つ)の画素からなるエリアを抽出する。例えば、図7(A)において、I行上の画素(I,J)及び画素(I,J+1)の各光強度信号が互いに同じである場合、これら2つの画素を含むエリア75を抽出する。   First, the first image information captured in the frame in FIG. 7A is analyzed. Equivalent light intensity signals are obtained in rows parallel to the X-axis direction as the shifting direction of the subject image, that is, in rows 1, 2,..., I-1, I, I + 1,. An area composed of a plurality of (two in this example) adjacent pixels is extracted. For example, in FIG. 7A, when the light intensity signals of the pixel (I, J) and the pixel (I, J + 1) on the I row are the same, an area 75 including these two pixels is extracted.

この後、液晶パネル65の駆動電圧がオフとなり、図7(B)に示す二重写しされた2つの被写体像73,74が結像される。被写体のうち、図7(A)のエリア75に対応する部分から発せられた光は、図7(B)においてはエリア76とエリア77とに分離して入射する。ここで、エリア76は被写体像73に対応し、エリア77は被写体像74に対応する。   Thereafter, the driving voltage of the liquid crystal panel 65 is turned off, and two object images 73 and 74 that are duplicated as shown in FIG. 7B are formed. Of the subject, light emitted from a portion corresponding to the area 75 in FIG. 7A enters the area 76 and the area 77 separately in FIG. 7B. Here, the area 76 corresponds to the subject image 73, and the area 77 corresponds to the subject image 74.

図7(B)の状態において、仮想的に被写体像74のみが固体撮像素子65上に結像しているとしたとき、ある瞬間での画素(M,N)における、被写体像74による信号強度をP(M,N)と定義する。また、実際に被写体像73,74が固体撮像素子65上に二重写しで結像されているときの、同じ瞬間での画素(M,N)での信号強度をQ(M,N)と定義する。すると、
Q(M,N)=P(M,N)+P(M,N+1) ・・・(5)
が成立する。
In the state of FIG. 7B, assuming that only the subject image 74 is virtually formed on the solid-state image sensor 65, the signal intensity of the subject image 74 at the pixel (M, N) at a certain moment. Is defined as P (M, N). Further, when the subject images 73 and 74 are actually formed in a double copy on the solid-state image sensor 65, the signal intensity at the pixel (M, N) at the same moment is Q (M, N). It is defined as Then
Q (M, N) = P (M, N) + P (M, N + 1) (5)
Is established.

図7(A)におけるエリア75内の互いに隣り合う画素(I,J)及び画素(I,J+1)では同じ光強度信号が得られているので、これらの間に挟まれた仮想画素(I,J+0.5)でも同じ光強度信号である確率が極めて高い。   Since the same light intensity signal is obtained in the pixel (I, J) and the pixel (I, J + 1) adjacent to each other in the area 75 in FIG. 7A, the virtual pixel (I, J) sandwiched between them is obtained. J + 0.5) is very likely to have the same light intensity signal.

また、本実施の形態の撮像装置では、液晶パネル63に印加される電圧のオン/オフが高速で切り替えられるので、図7(A)の被写体像72の光強度分布と、この直後の図7(B)の被写体像73及び被写体像74の各光強度分布とは、同じである確率が極めて高い。   Further, in the imaging apparatus of the present embodiment, the voltage applied to the liquid crystal panel 63 is switched on / off at high speed, so that the light intensity distribution of the subject image 72 in FIG. There is a very high probability that the light intensity distributions of the subject image 73 and the subject image 74 in FIG.

従って、被写体のうち、図7(A)の仮想画素(I,J+0.5)に対応する部分から発せられた光は、この直後の図7(B)においては、被写体像73を構成する光として画素(I,J)に入射し、被写体像74を構成する光として画素(I,J+1)に入射する。   Therefore, the light emitted from the portion corresponding to the virtual pixel (I, J + 0.5) in FIG. 7A in the subject is the light constituting the subject image 73 in FIG. 7B immediately after this. Is incident on the pixel (I, J), and is incident on the pixel (I, J + 1) as light constituting the subject image 74.

よって、図7(A)のエリア75内の画素(I,J)及び画素(I,J+1)の各光強度信号は、図7(B)の状態においても互いに同一である確率が極めて高い。   Therefore, it is highly probable that the light intensity signals of the pixel (I, J) and the pixel (I, J + 1) in the area 75 of FIG. 7A are the same in the state of FIG. 7B.

以上の仮定に基づくと、図7(A)の状態でエリア75内の画素(I,J)及び画素(I,J+1)がいずれも光信号強度Aを得ていたとすれば、
P(I,J+1)=A/2 ・・・(6)
が成り立つ。
Based on the above assumption, if both the pixel (I, J) and the pixel (I, J + 1) in the area 75 have obtained the optical signal intensity A in the state of FIG.
P (I, J + 1) = A / 2 (6)
Holds.

被写体像73、74が固体撮像素子65上に二重写しで結蔵されたときの信号強度Q(I,1),・・・・,Q(I,J),・・・・は検知できる信号情報であるから、式(5)と式(6)を用いれば、I行上の各画素に対して、P(I,J)が求まり、繰り返して式(5)を用いることによりP(I,J−1),P(I,J−2),・・・、あるいは逆にP(I,J+2),P(I,J+3),・・・を順に求めることができ、I行上の各画素における被写体像74の信号情報をすべて獲得することが可能である。被写体像74が結像しているI行以外の各行上の各画素についても、同様の手順で信号情報を得ることができる。その結果、二重写しされた2つの被写体像73、74についての画像情報から、一方の被写体像74についての画像情報(第2画像情報)を得ることができる。   Signal strengths Q (I, 1),..., Q (I, J),... When the subject images 73 and 74 are stored in a double copy on the solid-state image sensor 65 are detected. Since it is signal information that can be obtained, if Expression (5) and Expression (6) are used, P (I, J) is obtained for each pixel on the I row, and P (I) is repeatedly obtained by using Expression (5). (I, J-1), P (I, J-2),..., Or conversely, P (I, J + 2), P (I, J + 3),. It is possible to acquire all the signal information of the subject image 74 in each pixel above. Signal information can be obtained in the same procedure for each pixel on each row other than the I row on which the subject image 74 is formed. As a result, the image information (second image information) about one subject image 74 can be obtained from the image information about the two subject images 73 and 74 that are duplicated.

被写体像72に対して、被写体像73、74はいずれも半分程度の光量しかない。従って、再生した被写体像74についての第2画像情報を2倍に増幅し、図7(A)におけるフレームで取り込んだ被写体像72についての第1画像情報と合成する。かくして、X軸方向に擬似的に倍画素化された画像情報を得ることができる。   The subject images 73 and 74 have only about half the light amount of the subject image 72. Therefore, the second image information about the reproduced subject image 74 is amplified by a factor of 2, and is combined with the first image information about the subject image 72 captured in the frame in FIG. Thus, it is possible to obtain image information that is pseudo-doubled in the X-axis direction.

以上の演算は、固体撮像素子65と接続された信号処理回路(図示せず)が行う。   The above calculation is performed by a signal processing circuit (not shown) connected to the solid-state image sensor 65.

固体撮像素子65としてMOS型を用いれば、画素ごとの信号取り出し演算を高速に行うことができるので、特に望ましい。   The use of a MOS type as the solid-state imaging device 65 is particularly desirable because signal extraction calculation for each pixel can be performed at high speed.

以上の説明では、図7(A)の被写体像72に対する図7(B)の被写体像73、74のずれ量Dが固体撮像素子65の画素ピッチPの半分である例を示したが、本発明はこれに限定されず、ずれ量Dが画素ピッチPの半分の奇数倍であれば同様の効果が得られる。ずれ量Dが画素ピッチPの半分のL倍(Lは奇数)とすると上記の式(5)は、
Q(M,N−L)=P(M,N−L)+P(M,N) ・・・(7)
となり、上記と同様の手順で演算することにより、被写体像74についての画像情報(第2画像情報)を得ることができる。
In the above description, an example in which the shift amount D of the subject images 73 and 74 in FIG. 7B with respect to the subject image 72 in FIG. 7A is half the pixel pitch P of the solid-state image sensor 65 has been shown. The invention is not limited to this, and the same effect can be obtained if the shift amount D is an odd multiple of half the pixel pitch P. When the shift amount D is L times half of the pixel pitch P (L is an odd number), the above equation (5) is
Q (M, N−L) = P (M, N−L) + P (M, N) (7)
Thus, image information (second image information) about the subject image 74 can be obtained by calculating in the same procedure as described above.

Lの値に応じて図6の水晶板61,62の厚みをL=1の場合に対してL倍に厚くする必要がある。したがって、水晶板として加工しやすい厚みを考慮してLを選択するのがよい。   According to the value of L, it is necessary to increase the thickness of the quartz plates 61 and 62 in FIG. 6 to L times that in the case where L = 1. Therefore, L should be selected in consideration of a thickness that can be easily processed as a quartz plate.

なお、被写体への照明光源として白色LED等を用い、液晶パネル63に印加する電圧のオン/オフに同期して、照明光源を点滅させればS/N比(雑音に対する信号強度比)を高めることが可能であり、効果的である。   If a white LED or the like is used as the illumination light source for the subject and the illumination light source is blinked in synchronization with the on / off of the voltage applied to the liquid crystal panel 63, the S / N ratio (signal intensity ratio to noise) is increased. It is possible and effective.

先に述べたように、一般的な使用においては、被写体から来る光の偏光方向ごとの強度は同じであり、本実施の形態ではこれを前提に説明した。もし、第1水晶板61で分離された2つの光の液晶パネル63での各透過率が、その偏光方向や駆動電圧のオン/オフ状態により、互いに同一でない場合には、上記式(5)及び式(6)はそれぞれ下記式(8)、式(9)のようになる。   As described above, in general use, the intensity for each polarization direction of the light coming from the subject is the same, and this embodiment has been described based on this assumption. If the transmittances of the two lights separated by the first crystal plate 61 in the liquid crystal panel 63 are not the same due to the polarization direction and the on / off state of the drive voltage, the above formula (5) And Equation (6) are as shown in Equation (8) and Equation (9) below, respectively.

Q(M,N)=α1P(M,N)+β1P(M,N+1) ・・・(8)
P(I,J+1)=α2A/(α2+β2) ・・・(9)
ここで、偏光方向が図6の紙面に垂直である偏光光が液晶パネル63に入射した場合において、液晶パネル63への駆動電圧をオフにしたときの該偏光光の透過率をα1、オンにしたときの該偏光光の透過率をα2とする。同様に、偏光方向が図6の紙面に平行である偏光光が液晶パネル63に入射した場合において、液晶パネル63への駆動電圧をオフにしたときの該偏光光の透過率をβ1、オンにしたときの該偏光光の透過率をβ2とする。それぞれの場合の各透過率を前もって実測しておけば、上述したのと同様にして、二重写しされた2つの被写体像についての画像情報から、一方の被写体像についての画像情報(第2画像情報)を得ることができる。
Q (M, N) = α1P (M, N) + β1P (M, N + 1) (8)
P (I, J + 1) = α2A / (α2 + β2) (9)
Here, when polarized light whose polarization direction is perpendicular to the paper surface of FIG. 6 is incident on the liquid crystal panel 63, the transmittance of the polarized light when the drive voltage to the liquid crystal panel 63 is turned off is α1, and the light is turned on. Then, the transmittance of the polarized light is α2. Similarly, when polarized light whose polarization direction is parallel to the paper surface of FIG. 6 is incident on the liquid crystal panel 63, the transmittance of the polarized light when the drive voltage to the liquid crystal panel 63 is turned off is turned on by β1. In this case, the transmittance of the polarized light is β2. If each transmittance in each case is measured in advance, in the same manner as described above, the image information (second image) about one subject image is obtained from the image information about two subject images that are duplicated. Image information).

上記説明は、実施の形態1において、第1水晶板11で分離された2つの偏光光の液晶パネル13での各透過率が、その偏光方向や駆動電圧のオン/オフ状態により、互いに同一でない場合に、同様に適用できる。   In the first embodiment, the transmittances of the two polarized lights separated by the first crystal plate 11 in the liquid crystal panel 13 in the first embodiment are not the same depending on the polarization direction and the on / off state of the driving voltage. The same applies in cases.

(実施の形態6)
図8は本発明の実施の形態6に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態の撮像装置は、第1水晶板81と、第2水晶板82と、これらの間に配置された第1液晶パネル83とを有する第1光学系80A、及び、第3水晶板85と、第4水晶板86と、これらの間に配置された第2液晶パネル87とを有する第2光学系80Bとを備える。
(Embodiment 6)
FIG. 8 shows the main part of an imaging apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. The imaging device of the present embodiment includes a first optical system 80A having a first crystal plate 81, a second crystal plate 82, and a first liquid crystal panel 83 disposed therebetween, and a third crystal plate. 85, a fourth crystal plate 86, and a second optical system 80B having a second liquid crystal panel 87 disposed therebetween.

第1水晶板81と第2水晶板82とは、それぞれ図示するように、第1液晶パネル83に対して面対称な光学軸A81,A82を有している。第1液晶パネル83は、上記第1及び第2水晶板81,82の間に配置され、対向する電極(図示せず)を備えている。   The first crystal plate 81 and the second crystal plate 82 have optical axes A81 and A82 that are plane-symmetric with respect to the first liquid crystal panel 83, as shown in the drawing. The first liquid crystal panel 83 is disposed between the first and second crystal plates 81 and 82 and includes opposed electrodes (not shown).

第3水晶板85、第4水晶板86、及び第2液晶パネル87からなる第2光学系80Bは、上記の第1水晶板81、第2水晶板82、及び第1液晶パネル83からなる第1光学系80Aを、光軸に対して90°回転させたのと同じ構成を有している。   The second optical system 80B including the third crystal plate 85, the fourth crystal plate 86, and the second liquid crystal panel 87 is the first optical plate 80 including the first crystal plate 81, the second crystal plate 82, and the first liquid crystal panel 83. One optical system 80A has the same configuration as that rotated by 90 ° with respect to the optical axis.

電圧制御部84により第1及び第2液晶パネル83,87に印加される電圧のオン/オフが制御される。   The voltage controller 84 controls on / off of the voltage applied to the first and second liquid crystal panels 83 and 87.

各水晶板81、82、85、86は同じ厚みであり、それぞれの光学軸A81,A82,A85,A86に対して同じ角度44度50分で研磨されている。   The quartz plates 81, 82, 85, 86 have the same thickness and are polished at the same angle of 44 degrees 50 minutes with respect to the optical axes A81, A82, A85, A86.

電圧制御部84によりフレームごとに表2に示すような制御を行えば、図7(B)に示したようなX軸方向の二重写し(画素ずらし)に加えて、Y軸方向にも二重写し(画素ずらし)が可能となる。   If the voltage control unit 84 performs control as shown in Table 2 for each frame, in addition to the double copy (pixel shift) in the X-axis direction as shown in FIG. Double copying (pixel shifting) is possible.

Figure 0004481178
Figure 0004481178

フレームごとの電圧制御を表2のフレーム番号1〜4の順に行い、各フレームごとに固体撮像素子65から信号取り込みを行う。フレーム2、フレーム4では被写体像が二重写しとなるが、実施の形態5で述べた方法により単一の被写体像についての画像情報を再生することができる。これを、フレーム1及び/又は3で得られる画像情報と合成する。   Voltage control for each frame is performed in the order of frame numbers 1 to 4 in Table 2, and a signal is captured from the solid-state imaging device 65 for each frame. In frame 2 and frame 4, the subject image is duplicated, but image information about a single subject image can be reproduced by the method described in the fifth embodiment. This is combined with the image information obtained in frames 1 and / or 3.

このように、本実施の形態では、X軸方向及びY軸方向の2次元で画素ずらしを行う。これにより、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに擬似的に倍画素化された画像情報を得ることができる。即ち、二次元的な高解像度化が可能になる。   Thus, in this embodiment, pixel shifting is performed two-dimensionally in the X-axis direction and the Y-axis direction. As a result, it is possible to obtain image information that is pseudo-doubled in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. That is, two-dimensional high resolution can be achieved.

上記の例では、第1及び第2液晶パネル83,87を共通する電圧制御部84により駆動したが、第1及び第2液晶パネル83,87を別個の電圧制御部で駆動しても良い。   In the above example, the first and second liquid crystal panels 83 and 87 are driven by the common voltage control unit 84. However, the first and second liquid crystal panels 83 and 87 may be driven by separate voltage control units.

(実施の形態7)
図9は本発明の実施の形態7に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態では、実施の形態5の第1水晶板61及び第2水晶板62に代えて、第1斜め蒸着膜91及び第2斜め蒸着膜92を用いている。本実施の形態の撮像装置は、両側に第1及び第2斜め蒸着膜91,92が形成された液晶パネル93を透明セル95で密閉したブロック状の光学系90を備え、実施の形態5の撮像装置と同等の動作を行う。
(Embodiment 7)
FIG. 9 shows a main part of an imaging apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. In the present embodiment, a first oblique deposition film 91 and a second oblique deposition film 92 are used in place of the first quartz plate 61 and the second quartz plate 62 of the fifth embodiment. The imaging apparatus according to the present embodiment includes a block-shaped optical system 90 in which a liquid crystal panel 93 having first and second obliquely deposited films 91 and 92 formed on both sides is sealed with a transparent cell 95. Performs the same operation as the imaging device.

第1斜め蒸着膜91及び第2斜め蒸着膜92は、それぞれ図示するように、液晶パネル93に対して面対称な光学軸A91,A92を有し、複屈折性を備え、図6の第1水晶板61及び第2水晶板62と同様に機能する。図9では第1斜め蒸着膜91及び第2斜め蒸着膜92を、液晶パネル93に直接形成しているが、これらを成膜した別のシート又は基板を液晶パネル93に貼り付けても良い。   As shown in the figure, each of the first oblique deposition film 91 and the second oblique deposition film 92 has optical axes A91 and A92 that are plane-symmetric with respect to the liquid crystal panel 93, has birefringence, and has the first structure shown in FIG. It functions similarly to the crystal plate 61 and the second crystal plate 62. In FIG. 9, the first oblique deposition film 91 and the second oblique deposition film 92 are directly formed on the liquid crystal panel 93, but another sheet or substrate on which these are deposited may be attached to the liquid crystal panel 93.

斜め蒸着膜91,92は、文字通り、真空蒸着法により基板上に斜め方向から成膜することにより得られる。膜材料としての酸化タンタル、酸化タングステン、又は酸化チタンなどの重金属酸化物を電子ビームで融解し、必要に応じて酸素ガスを成膜槽に導入しながら、室温で蒸着すると、膜材料が図9のような透明な斜めのコラム状になって基板に付着する。光学軸A91,A92の方向と、これに直交する方向(図9の紙面内方向、及び紙面と垂直な方向)とでは膜密度が異なるために、屈折率に違いが生じる。すなわち、斜め蒸着膜91,92は、2軸結晶と同様に、3軸方向において屈折率が異なる複屈折性を有する。   The obliquely deposited films 91 and 92 are literally obtained by forming a film on the substrate from an oblique direction by a vacuum deposition method. When a heavy metal oxide such as tantalum oxide, tungsten oxide, or titanium oxide as a film material is melted by an electron beam and is deposited at room temperature while introducing an oxygen gas into a film formation tank as necessary, the film material becomes as shown in FIG. It adheres to the substrate in the form of a transparent diagonal column. Since the film density is different between the direction of the optical axes A91 and A92 and the direction orthogonal to the direction (the in-paper direction of FIG. 9 and the direction perpendicular to the paper surface), the refractive index is different. That is, the obliquely deposited films 91 and 92 have birefringence with different refractive indexes in the triaxial direction, like the biaxial crystal.

例えば酸化タンタルを基板上にその法線に対し70°程度の方向から蒸着すると、得られる膜は基板法線に対して30〜35°傾いた多数のコラムからなる。この膜の複屈折(△n)は0.08程度である。これは水晶の複屈折0.01に比べ極めて大きな値である。このことは、斜め蒸着膜を用いると、同等のリタデーションを得るための膜厚を極めて薄くできることを意味する。   For example, when tantalum oxide is deposited on a substrate from a direction of about 70 ° with respect to the normal, the resulting film is composed of a number of columns inclined by 30 to 35 ° with respect to the substrate normal. The birefringence (Δn) of this film is about 0.08. This is an extremely large value compared to the birefringence of quartz of 0.01. This means that when an obliquely deposited film is used, the film thickness for obtaining equivalent retardation can be made extremely thin.

例えば画素ピッチ2.5μmの固体撮像素子65を用いて、実施の形態5で説明した、画素ピッチの半分の結像位置シフトを行う場合、水晶板を用いれば実施の形態5で述べたようにその厚みは200μm以上である必要があるが、酸化タンタルの斜め蒸着膜を用いればその厚みは30μm弱で足りる。この程度の厚みの斜め蒸着膜は、十分に成膜可能であり、量産も可能である。   For example, when the imaging position shift of half the pixel pitch described in the fifth embodiment is performed using the solid-state imaging device 65 having a pixel pitch of 2.5 μm, a crystal plate is used as described in the fifth embodiment. The thickness needs to be 200 μm or more, but if a tantalum oxide oblique vapor deposition film is used, the thickness is less than 30 μm. An obliquely deposited film having such a thickness can be sufficiently formed and can be mass-produced.

但し、斜め蒸着膜は周辺環境の変動に対して複屈折の大きさが変化しやすいという問題を有している。主に湿度の変動による影響が大きく、湿度が高いと斜め蒸着膜の隙間に水分子が入り込み、複屈折が小さくなってしまう。逆に湿度が下がると複屈折は大きくなってしまう。   However, the obliquely deposited film has a problem that the magnitude of birefringence easily changes with changes in the surrounding environment. The influence mainly due to fluctuations in humidity is large. When the humidity is high, water molecules enter the gaps between the obliquely deposited films, and the birefringence becomes small. Conversely, birefringence increases as humidity decreases.

図9に示すように、透明セル95で斜め蒸着膜91,92を密閉することにより、斜め蒸着膜91,92の複屈折の大きさを安定させることができる。但し、密閉方法としてはこれに限るものではなく、膜の表面に保護層を形成したり、保護シートを貼り付けたりする方法などでも構わない。   As shown in FIG. 9, by sealing the obliquely deposited films 91 and 92 with the transparent cell 95, the magnitude of the birefringence of the obliquely deposited films 91 and 92 can be stabilized. However, the sealing method is not limited to this, and a method of forming a protective layer on the surface of the film or attaching a protective sheet may be used.

以上述べたように、複屈折効果により偏光方向に応じて光線の経路をシフトさせる素子として斜め蒸着膜91,92を用いることにより、水晶板を用いた場合に比べて、装置の経済性を向上できる。   As described above, by using the obliquely deposited films 91 and 92 as elements for shifting the path of the light according to the polarization direction by the birefringence effect, the economical efficiency of the apparatus is improved as compared with the case where the quartz plate is used. it can.

(実施の形態8)
図10は本発明の実施の形態8に係る撮像装置の主要部を示している。本実施の形態の撮像装置は、第1水晶板101と、第2水晶板102と、これらの間に配置された液晶パネル103とを有する光学系100を備える。上記の実施の形態5(図6参照)では、第1水晶板61と第2水晶板62とが液晶パネル63に対して面対称な光学軸A61,A62を有していたが、本実施の形態では、第1水晶板101の光学軸A101及び第2水晶板102の光学軸A102は互いに平行である。これ以外は実施の形態5の撮像装置と同じである。
(Embodiment 8)
FIG. 10 shows a main part of an imaging apparatus according to Embodiment 8 of the present invention. The imaging apparatus according to the present embodiment includes an optical system 100 having a first crystal plate 101, a second crystal plate 102, and a liquid crystal panel 103 disposed therebetween. In the fifth embodiment (see FIG. 6), the first crystal plate 61 and the second crystal plate 62 have the optical axes A61 and A62 that are plane-symmetric with respect to the liquid crystal panel 63. In the embodiment, the optical axis A101 of the first crystal plate 101 and the optical axis A102 of the second crystal plate 102 are parallel to each other. The rest is the same as the imaging device of the fifth embodiment.

本実施の形態では、液晶パネル103に印加される駆動電圧がオフの場合、第1水晶板101で分離された2つの光線は破線で示す経路を経るため、固体撮像素子65上には1つの被写体像が結像される。この場合、固体撮像素子65の各画素に入射した光に関する信号情報をそのまま取り込み、第1画像情報としてデータを蓄積する。   In the present embodiment, when the drive voltage applied to the liquid crystal panel 103 is off, the two light beams separated by the first crystal plate 101 pass through a path indicated by a broken line, and thus there is one on the solid-state image sensor 65. A subject image is formed. In this case, the signal information regarding the light incident on each pixel of the solid-state image sensor 65 is taken in as it is, and the data is accumulated as the first image information.

一方、液晶パネル103に印加される駆動電圧がオンの場合、第1水晶板101で分離された2つの光線は、固体撮像素子65上に、互いに1部が重なり合った2つの被写体像を結像する。駆動電圧がオンの場合のこの2つの被写体像は、駆動電圧がオフの場合の1つの被写体像に対して、図10の紙面の上下方向に同じ距離Dだけ離れた位置にそれぞれ形成される。   On the other hand, when the driving voltage applied to the liquid crystal panel 103 is on, the two light beams separated by the first crystal plate 101 form two subject images that overlap each other on the solid-state image sensor 65. To do. These two subject images when the drive voltage is on are formed at positions that are separated from each other subject image when the drive voltage is off by the same distance D in the vertical direction of the paper surface of FIG.

実施の形態5で説明したのと同様に、駆動電圧オン時に得た二重写しされた2つの被写体像についての画像情報からいずれか一方の被写体像についての画像情報(第2画像情報)を再生し、駆動電圧オフ時の上記第1画像情報に重畳する。かくして、固体撮像素子65の画素数に対して2倍の画素数を有する高解像な画像情報を得ることができる。   As described in the fifth embodiment, image information (second image information) on one of the subject images is obtained from the image information on the two duplicated subject images obtained when the drive voltage is turned on. It is reproduced and superimposed on the first image information when the drive voltage is off. Thus, high-resolution image information having twice the number of pixels of the solid-state image sensor 65 can be obtained.

以上の実施の形態1,2,4,5,6,8では、複屈折効果を有する素子として水晶板を用いたが、本発明はこれに限定されず、複屈折効果を有するものであれば、電気複屈折効果(カー効果)を用いた素子や、磁気複屈折効果を用いた素子を利用しても良い。   In the first, second, fourth, fifth, sixth and eighth embodiments, the quartz plate is used as the element having the birefringence effect. However, the present invention is not limited to this, and any element having the birefringence effect may be used. Alternatively, an element using the electric birefringence effect (Kerr effect) or an element using the magnetic birefringence effect may be used.

以上の実施の形態1〜8では、液晶パネルの両側に配される一対の水晶板や一対の斜め蒸着膜は同じ厚みを有し、その光学軸が所定方向となるように配置されたが、本発明はこれに限定されず、特定の偏光方向の光線の経路を同じ量だけシフトさせることができるのであれば、その光学軸の方向、厚み、屈折率等は適宜調整可能である。   In Embodiments 1 to 8 above, the pair of crystal plates and the pair of obliquely deposited films disposed on both sides of the liquid crystal panel have the same thickness and are arranged so that the optical axis is in a predetermined direction. The present invention is not limited to this, and the optical axis direction, thickness, refractive index, and the like can be appropriately adjusted as long as the path of the light beam in a specific polarization direction can be shifted by the same amount.

また、以上の実施の形態1〜8では、偏光方向を旋回させる素子として液晶パネルを用いたが、電気光学効果を有する結晶からなるポッケルスセル等を用いても良い。   In the first to eighth embodiments, the liquid crystal panel is used as an element for rotating the polarization direction. However, a Pockels cell made of a crystal having an electro-optic effect may be used.

本発明の利用分野は特に制限はないが、例えば小型のカメラモジュールに適用することができる。   The application field of the present invention is not particularly limited, but can be applied to, for example, a small camera module.

本発明の実施の形態1に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 1 of this invention. (A)は本発明の実施の形態1に係る撮像方法において、液晶パネルへの印加電圧がオン時に固体撮像素子上に1つの被写体像が結像された状態を示した図、(B)は本発明の実施の形態1に係る撮像方法において、液晶パネルへの印加電圧がオフ時に固体撮像素子上に二重写しされた2つの被写体像が結像された状態を示した図である。(A) is the figure which showed the state in which one to-be-photographed image was imaged on the solid-state image sensor at the time of the applied voltage to a liquid crystal panel being ON in the imaging method which concerns on Embodiment 1 of this invention, (B). In the imaging method which concerns on Embodiment 1 of this invention, when the voltage applied to a liquid crystal panel is OFF, it is the figure which showed the state in which the two to-be-photographed object images were imaged on the solid-state image sensor. 本発明の実施の形態2に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 5 of this invention. (A)は本発明の実施の形態5に係る撮像方法において、液晶パネルへの印加電圧がオン時に固体撮像素子上に1つの被写体像が結像された状態を示した図、(B)は本発明の実施の形態5に係る撮像方法において、液晶パネルへの印加電圧がオフ時に固体撮像素子上に二重写しされた2つの被写体像が結像された状態を示した図である。(A) is the figure which showed the state in which one to-be-photographed image was imaged on the solid-state image sensor at the time of the applied voltage to a liquid crystal panel being ON in the imaging method which concerns on Embodiment 5 of this invention, (B). In the imaging method which concerns on Embodiment 5 of this invention, it is the figure which showed the state in which the two to-be-photographed object images on the solid-state image sensor were imaged when the applied voltage to a liquid crystal panel is OFF. 本発明の実施の形態6に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8に係る撮像装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the imaging device which concerns on Embodiment 8 of this invention. 従来の画素ずらし方法を行う撮像装置の原理図である。It is a principle figure of the imaging device which performs the conventional pixel shift method.

符号の説明Explanation of symbols

10 光学系
11 第1水晶板
12 第2水晶板
13 液晶パネル
14 電圧駆動部
15 固体撮像素子
22 液晶パネルの駆動電圧ON時の被写体像
23、24 液晶パネル駆動電圧OFF時の被写体像
25 画素
30A 第1光学系
30B 第2光学系
31 第1水晶板
32 第2水晶板
33 第1液晶パネル
34 電圧駆動部
35 第3水晶板
36 第4水晶板
37 第2液晶パネル
40 光学系
41 第1斜め蒸着膜
42 第2斜め蒸着膜
43 液晶パネル
45 透明セル
50 光学系
51 第1水晶板
52 第2水晶板
53 液晶パネル
60 光学系
61 第1水晶板
62 第2水晶板
63 液晶パネル
64 電圧駆動部
65 固体撮像素子
72 液晶パネルの駆動電圧ON時の被写体像
73、74 液晶パネル駆動電圧OFF時の被写体像
75 液晶パネルの駆動電圧ON時のエリア
76、76 液晶パネル駆動電圧OFF時のエリア
80A 第1光学系
80B 第2光学系
81 第1水晶板
82 第2水晶板
83 第1液晶パネル
84 電圧駆動部
85 第3水晶板
86 第4水晶板
87 第2液晶パネル
90 光学系
91 第1斜め蒸着膜
92 第2斜め蒸着膜
93 液晶パネル
95 透明セル
100 光学系
101 第1水晶板
102 第2水晶板
103 液晶パネル
111 偏光子
112 液晶パネル
113 水晶板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical system 11 1st crystal plate 12 2nd crystal plate 13 Liquid crystal panel 14 Voltage drive part 15 Solid-state image sensor 22 Subject image 23 when liquid crystal panel drive voltage is ON Subject image 23 when liquid crystal panel drive voltage is OFF 25 pixels 30A 1st optical system 30B 2nd optical system 31 1st crystal plate 32 2nd crystal plate 33 1st liquid crystal panel 34 Voltage drive part 35 3rd crystal plate 36 4th crystal plate 37 2nd liquid crystal panel 40 Optical system 41 1st diagonal Deposition film 42 Second oblique deposition film 43 Liquid crystal panel 45 Transparent cell 50 Optical system 51 First crystal plate 52 Second crystal plate 53 Liquid crystal panel 60 Optical system 61 First crystal plate 62 Second crystal plate 63 Liquid crystal panel 64 Voltage drive unit 65 Solid-state image sensor 72 Subject image 73 when liquid crystal panel drive voltage is ON 73, 74 Subject image when liquid crystal panel drive voltage is OFF 75 Liquid crystal panel Area 76, 76 area when liquid crystal panel drive voltage is OFF 80A first optical system 80B second optical system 81 first crystal plate 82 second crystal plate 83 first liquid crystal panel 84 voltage drive unit 85 third Crystal plate 86 Fourth crystal plate 87 Second liquid crystal panel 90 Optical system 91 First obliquely deposited film 92 Second obliquely deposited film 93 Liquid crystal panel 95 Transparent cell 100 Optical system 101 First crystal plate 102 Second crystal plate 103 Liquid crystal panel 111 Polarizer 112 Liquid crystal panel 113 Crystal plate

Claims (12)

固体撮像素子上に結像される被写体像と前記固体撮像素子の画素との相対的位置関係を時間的に前記画素の配列ピッチの半分の奇数倍だけ変化させて高解像度画像を得る撮像方法であって、
被写体からの光を偏光方向が互いに異なる複数の光に分離した後、これらを合成して前記固体撮像素子上に1つの被写体像を結像させる第1時間帯と、被写体からの光を偏光方向が互いに異なる複数の光に分離し、前記固体撮像素子上に互いに1部が重なり合った複数の被写体像を結像させる第2時間帯とを時間的に切り替え、
前記第1時間帯において前記固体撮像素子の各画素に入射した光に関する信号情報に基づいて前記1つの被写体像についての第1画像情報を取得し、
前記第2時間帯において前記固体撮像素子の各画素に入射した光に関する信号情報を用いて演算して、前記複数の被写体像のうちの1つの被写体像についての第2画像情報を求め、
前記第1画像情報と前記第2画像情報とを用いて、前記被写体の高解像度画像を得る
ことを特徴とする撮像方法。
An imaging method for obtaining a high-resolution image by temporally changing the relative positional relationship between a subject image formed on a solid-state image sensor and the pixels of the solid-state image sensor by an odd multiple of half the arrangement pitch of the pixels. There,
A first time zone in which light from a subject is separated into a plurality of lights having different polarization directions and then combined to form one subject image on the solid-state image sensor, and light from the subject is polarized. Are temporally switched to a second time zone in which a plurality of different images of light are separated from each other, and a plurality of subject images overlapping each other on the solid-state imaging device are formed.
Obtaining first image information about the one subject image based on signal information related to light incident on each pixel of the solid-state imaging device in the first time zone;
Calculating using signal information related to light incident on each pixel of the solid-state imaging device in the second time zone, and obtaining second image information about one of the plurality of subject images;
A high-resolution image of the subject is obtained using the first image information and the second image information.
前記複数の被写体像のうちの1つのみが結像された画素からの信号情報を用いて、前記第2画像情報を求める請求項1に記載の撮像方法。   The imaging method according to claim 1, wherein the second image information is obtained using signal information from a pixel on which only one of the plurality of subject images is formed. 前記第1時間帯において同等の信号情報が得られた互いに隣り合う複数の画素からなるエリアを抽出し、
この第1時間帯の直後の前記第2時間帯における前記信号情報のうち、前記エリア内の前記複数の画素の各信号情報を互いに同一値と仮定して、前記第2時間帯における前記信号情報を演算することにより、前記第2画像情報を求める請求項1に記載の撮像方法。
Extracting an area composed of a plurality of adjacent pixels from which equivalent signal information was obtained in the first time zone,
Of the signal information in the second time zone immediately after the first time zone, assuming that the signal information of the plurality of pixels in the area have the same value, the signal information in the second time zone The imaging method according to claim 1, wherein the second image information is obtained by calculating.
複屈折効果により偏光方向に応じて光線の経路をシフトさせる第1透明素子及び第2透明素子、及び前記第1透明素子及び前記第2透明素子の間に配置され、印加される電圧のオン/オフに応じて透過光を旋光させる第1液晶パネルを備える第1光学系と、
固体撮像素子と、
前記第1液晶パネルに印加する電圧を制御する第1電圧制御手段と
を備え、
被写体からの光が前記第1光学系を通過して前記固体撮像素子上に被写体像として結像される撮像装置であって、
前記第1液晶パネルに印加される電圧のオン/オフの切り替えにより、前記固体撮像素子上に、1つの被写体像と、互いに1部が重なり合った第1被写体像及び第2被写体像とが、交互に結像されることを特徴とする撮像装置。
The first transparent element and the second transparent element that shift the path of the light according to the polarization direction due to the birefringence effect, and the on / off of the voltage applied between the first transparent element and the second transparent element. A first optical system comprising a first liquid crystal panel that rotates transmitted light in response to turning off;
A solid-state image sensor;
First voltage control means for controlling a voltage applied to the first liquid crystal panel;
An imaging device in which light from a subject passes through the first optical system and is imaged as a subject image on the solid-state imaging device,
By switching on / off of the voltage applied to the first liquid crystal panel, one subject image and a first subject image and a second subject image that overlap each other on the solid-state image sensor alternately An imaging device characterized in that an image is formed.
前記第1透明素子が、被写体からの光を偏光方向が互いに異なる2つの偏光光に分離し、且つ前記2つの偏光光の経路を距離Dだけ離間させ、
前記第1液晶パネルが、前記第1透明素子を出射した前記2つの偏光光の偏光方向を、印加される電圧に応じて0度又は90度旋回させ、
前記第2透明素子が、前記第1液晶パネルを出射した前記2つの偏光光のうちの一方の経路をその偏光方向に応じてシフトさせて、前記2つの偏光光の経路を一致させ、または、前記2つの偏光光の経路間隔を距離2Dに拡大させ、
前記固体撮像素子が、前記第2透明素子を出射した前記2つの偏光光が形成する光強度分布を読み取る請求項4に記載の撮像装置。
The first transparent element separates light from the subject into two polarized lights having different polarization directions, and separates the path of the two polarized lights by a distance D;
The first liquid crystal panel rotates the polarization direction of the two polarized lights emitted from the first transparent element by 0 degrees or 90 degrees according to an applied voltage,
The second transparent element shifts one path of the two polarized lights emitted from the first liquid crystal panel in accordance with the polarization direction thereof, to match the paths of the two polarized lights, or Expanding the path spacing of the two polarized lights to a distance of 2D;
The imaging device according to claim 4, wherein the solid-state imaging element reads a light intensity distribution formed by the two polarized lights emitted from the second transparent element.
それぞれの経路間隔が距離2Dに拡大された前記2つの偏光光が形成した前記光強度分布を用いて、前記2つの偏光光のうちの一方のみによる光強度分布を求め、この光強度分布と、それぞれの経路が一致された前記2つの偏光光が形成した光強度分布とを用いて、前記被写体の像の光強度分布を演算して得る信号処理回路を更に備える請求項5に記載の撮像装置。   Using the light intensity distribution formed by the two polarized lights whose path intervals are expanded to a distance 2D, a light intensity distribution by only one of the two polarized lights is obtained, and the light intensity distribution, 6. The imaging apparatus according to claim 5, further comprising a signal processing circuit obtained by calculating a light intensity distribution of the image of the subject using a light intensity distribution formed by the two polarized lights whose paths are matched. . 更に、
複屈折効果により偏光方向に応じて光線の経路をシフトさせる第3透明素子及び第4透明素子、及び前記第3透明素子及び前記第4透明素子の間に配置され、印加される電圧のオン/オフに応じて透過光を旋光させる第2液晶パネルを備える第2光学系と、
前記第2液晶パネルに印加する電圧を制御する第2電圧制御手段と
を備え、
被写体からの光が前記第1光学系及び前記第2光学系を通過して前記固体撮像素子上に被写体像として結像され、
前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルにそれぞれ印加される電圧のオン/オフの切り替えにより、前記固体撮像素子上に、前記1つの被写体像と、第1方向において互いに異なる位置の前記第1被写体像及び前記第2被写体像と、前記第1方向と異なる第2方向において互いに異なる位置の第3被写体像及び第4被写体像とが、順次結像される請求項4に記載の撮像装置。
Furthermore,
The third transparent element and the fourth transparent element that shift the path of the light beam according to the polarization direction by the birefringence effect, and disposed between the third transparent element and the fourth transparent element. A second optical system comprising a second liquid crystal panel that rotates transmitted light according to turning off;
Second voltage control means for controlling a voltage applied to the second liquid crystal panel,
Light from a subject passes through the first optical system and the second optical system and is imaged as a subject image on the solid-state image sensor,
By switching on / off the voltages applied to the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel, the first subject image and the first object at different positions in the first direction on the solid-state image sensor. The imaging apparatus according to claim 4, wherein the subject image and the second subject image, and the third subject image and the fourth subject image at different positions in a second direction different from the first direction are sequentially formed.
前記第1透明素子及び前記第2透明素子が斜め蒸着された金属酸化膜である請求項4に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 4, wherein the first transparent element and the second transparent element are metal oxide films deposited obliquely. 前記第3透明素子及び前記第4透明素子が斜め蒸着された金属酸化膜である請求項7に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 7, wherein the third transparent element and the fourth transparent element are metal oxide films deposited obliquely. 前記第1液晶パネルがねじりネマティック型液晶パネルである請求項4に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 4, wherein the first liquid crystal panel is a twisted nematic liquid crystal panel. 前記第2液晶パネルがねじりネマティック型液晶パネルである請求項7に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 7, wherein the second liquid crystal panel is a twisted nematic liquid crystal panel. 前記固体撮像素子がMOSセンサである請求項4に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 4, wherein the solid-state imaging device is a MOS sensor.
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