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JPH0463074A - Image shift type image pickup device - Google Patents

Image shift type image pickup device

Info

Publication number
JPH0463074A
JPH0463074A JP2173587A JP17358790A JPH0463074A JP H0463074 A JPH0463074 A JP H0463074A JP 2173587 A JP2173587 A JP 2173587A JP 17358790 A JP17358790 A JP 17358790A JP H0463074 A JPH0463074 A JP H0463074A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
liquid crystal
light
image sensor
polarizer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2173587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutake Kamihira
員丈 上平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2173587A priority Critical patent/JPH0463074A/en
Publication of JPH0463074A publication Critical patent/JPH0463074A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the resolution in both of the horizontal direction and the vertical direction by constituting an optical system of a normal lens system, a polarizer, and two liquid crystal panels and crystal plates arranged at the rear of the polarizer and two-dimensionally shifting an image. CONSTITUTION:When the light going from an object toward an image sensor 5 passes first liquid crystal panel 31 and crystal plate 41 after passing a polarizer Z and having the direction of polarization uniformized in a certain direction, the optical path is shifted to the direction determined by the direction of the optical axis of the crystal plate by turning-on/off of the voltage applied to the liquid crystal panel. Next, the light passes second liquid crystal panel 32 and crystal plate 42. The optical path is shifted in the same manner. If directoions of optical axes of two crystal plates are shifted from each other by 90 deg., shift directions are different from each other by 90 deg. in the X direction. Consequently, thickness of crystal plates are so checked that the shift width in each direction is 1/2 of the picture element pitch of an image sensor, thereby improving the resolution two-dimensionally.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、TVカメラやイメージスキャナ等に用いられ
ている固体イメージセンサによるイメージセンサ型撮像
装MLこおいて、イメージセンサ上で被写体像を画素ピ
ッチの2以上の整数分の1ずつシフトさせることにより
高解像度な画像を撮像する技術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention is an image sensor type imaging device ML using a solid-state image sensor used in a TV camera, an image scanner, etc., in which a subject image is captured on the image sensor. The present invention relates to a technique for capturing high-resolution images by shifting the pixel pitch by an integer of 2 or more.

〔従来技術〕[Prior art]

固体イメージセンサ(以下、イメージセンサという)は
、小型で低消費電力等の特徴を有することから、TVカ
メラやイメージスキャナ等に広く用いられている。しか
し、現在実用化されている40万画素の撮像素子の解像
度は撮像管に比べるとかなり低くこのため高解像度化が
望まれている。
Solid-state image sensors (hereinafter referred to as image sensors) have characteristics such as small size and low power consumption, and are therefore widely used in TV cameras, image scanners, and the like. However, the resolution of the 400,000 pixel image sensor currently in practical use is considerably lower than that of an image pickup tube, and therefore higher resolution is desired.

最近では、HDTV用に200万画素のイメージセンサ
も開発されつつあるが、これでも印刷用原稿等の入力用
として用いるには、未だ解像度が不十分であり、さらに
高解像度化が求められている。
Recently, 2 million pixel image sensors have been developed for HDTVs, but the resolution is still insufficient for use as input for printing manuscripts, etc., and even higher resolution is required. .

従来は上述のように、画素数の増加による高解像度化が
試みられてきたが、画素数の増加にはチツブサイズの拡
大か、あるいは画素面積の縮小が必要であった。このう
ちチップサイズの拡大は、製造歩留まりを低下させコス
ト増加につながるため、専ら画素面積の縮小による高解
像化が試みられてきた。しかし、画素面積を縮小すると
信号が小さくなりS/Nが劣下する。このS/Nの低下
を考慮した場合、上記200万の画素数は、もはや限界
に近く、現状ではさらに画素数を増加させ解像度を向上
することは困難となっている。
Conventionally, attempts have been made to increase the resolution by increasing the number of pixels as described above, but increasing the number of pixels requires increasing the chip size or reducing the pixel area. Among these, increasing the chip size lowers the manufacturing yield and increases costs, so attempts have been made to increase the resolution by exclusively reducing the pixel area. However, when the pixel area is reduced, the signal becomes smaller and the S/N ratio deteriorates. When this reduction in S/N is taken into account, the number of pixels of 2 million is already close to its limit, and it is currently difficult to further increase the number of pixels and improve resolution.

上記高解像度化における限界を克服するため、画素数を
増加することなく解像度を向上させる方法が考案されて
いる。この方法は被写体像と画素の相対的な位置関係を
画素ピッチの1/2だけフィールド毎に時間的に変化さ
せることにより空間サンプリング領域を増加し1画素数
を増やすことなく解像度を高める方法(以下、イメージ
シフト法という)である。
In order to overcome the above limitations in increasing resolution, methods have been devised to improve resolution without increasing the number of pixels. This method increases the spatial sampling area by temporally changing the relative positional relationship between the subject image and pixels for each field by 1/2 of the pixel pitch, and increases the resolution without increasing the number of pixels (hereinafter referred to as , image shift method).

イメージシフト法を実現する方法としてこれまでに3つ
の方法が提案されている。その第1の方法は、テレビジ
ョン学会技術報告、ED736、(1986)の文献に
記載されているように、イメージセンサを圧電素子の上
に装着して172画素ピッチの振幅で、フィールドごと
に1方向に振動させる方法である。
Three methods have been proposed so far to implement the image shift method. The first method is to mount an image sensor on top of a piezoelectric element with an amplitude of 172 pixels pitch and 1 field per field, as described in the document ED736 (1986), Technical Report of the Television Society of Japan. This is a method of vibrating in the direction.

しかし、この方法ではイメージセンサに周期数十ミリ秒
(msec)という高速な機械的振動を連続的に加える
ため、素子の長期信頼が低下するという問題がある。ま
た、イメージセンサの駆動系に加えこれと同期した圧電
素子の駆動系が必要となり構造が複雑となっている。さ
らに、イメージシフトの方向が1方向であるため、水平
方向あるいは垂直方向のいずれか1方向の解像度しか高
めることができないという問題がある。
However, in this method, high-speed mechanical vibrations with a period of several tens of milliseconds (msec) are continuously applied to the image sensor, so there is a problem that the long-term reliability of the device is reduced. Furthermore, in addition to the drive system for the image sensor, a drive system for the piezoelectric element synchronized with the drive system for the piezoelectric element is required, making the structure complicated. Furthermore, since the image shift is in one direction, there is a problem in that the resolution can only be increased in one direction, either the horizontal direction or the vertical direction.

第2の方法は、SID ’83Technical  
Digest (1983)の文献に記載されているよ
うに、イメージセンサの前面に置いた薄いガラス板を微
小な角度で振り、被写体像を撮像素子上でシフトさせる
方法である。
The second method is SID '83 Technical
As described in the document by Digest (1983), this method involves shaking a thin glass plate placed in front of the image sensor at a small angle to shift the subject image on the image sensor.

この方法ではガラス板を微小な角度で振動させるために
複雑な機械系が必要となるほか、高速な振動が困難であ
り、撮像に要する時間が長くなるという問題がある。
This method requires a complicated mechanical system to vibrate the glass plate at a minute angle, and also has the problem that high-speed vibration is difficult and the time required for imaging is long.

第3の方法は、特願昭63−204145に記載されて
いるように光学系を通常のレンズ系に加え、偏光子、液
晶パネル、および水晶板で構成し、水晶板の複屈折効果
を利用する方法である。
The third method, as described in Japanese Patent Application No. 63-204145, consists of adding an optical system to a normal lens system, a polarizer, a liquid crystal panel, and a quartz plate, and utilizes the birefringence effect of the quartz plate. This is the way to do it.

この第3の方法によるイメージシフトの原理を第5図に
示す。第5@において、4は水晶板であり、この水晶板
4では、複屈折効果のため、偏光方向が特定の方向を向
い“Cいる場合、透過光線が入射光線の延長線上からず
れ、また、このずれが生じる偏光方向の光と偏光方向が
90°異なる場合は、ずれがなく、透過光線は入射光線
の延長線上を進む。このような水晶板の複屈折効果と、
さらに、液晶を通過後の光の偏光方向は、液晶中の電界
の有無に依存するという2つの物理現象を利用してイメ
ージシフトを実現する。すなわち、被写体からの光をレ
ンズのつぎに偏光子に入射させ、特定の偏光方向の光の
みを通過させる。この偏光方向は、つづいて通過させる
液晶パネルに電圧が印加されていないときに、液晶パネ
ルを通過することにより偏光方向が90°旋回できる方
向としておく。偏光子と液晶パネルのこのような配置に
より、液晶パネルに電圧を印加した場合と印加しない場
合で、偏光方向が90°異なる光を水晶板へ入射させる
ことができる。偏光方向が906異なる2種類の光を用
いれば、上述の水晶板4の複屈折効果により2種類の光
の間で水晶板4を通過した後の光路に差異が生じる。こ
のため、イメージセンサ上で結像する被写体像の位置が
異なる。
The principle of image shifting according to this third method is shown in FIG. In the fifth @, 4 is a crystal plate, and in this crystal plate 4, due to the birefringence effect, when the polarization direction is oriented in a specific direction, the transmitted light ray deviates from the extension line of the incident light ray, and If the polarization direction differs by 90 degrees from the light in which this shift occurs, there is no shift and the transmitted light ray travels on an extension of the incident light ray.The birefringence effect of such a crystal plate,
Furthermore, the image shift is realized by utilizing two physical phenomena: the polarization direction of light after passing through the liquid crystal depends on the presence or absence of an electric field in the liquid crystal. That is, the light from the subject is made to enter the polarizer after the lens, and only the light in a specific polarization direction is allowed to pass through. The polarization direction is such that the polarization direction can be rotated by 90 degrees by passing through the liquid crystal panel when no voltage is applied to the liquid crystal panel through which the light is subsequently passed. With this arrangement of the polarizer and the liquid crystal panel, it is possible to cause light whose polarization direction differs by 90° to be incident on the crystal plate depending on whether a voltage is applied to the liquid crystal panel or not. If two types of light with 906 different polarization directions are used, a difference will occur in the optical path after passing through the crystal plate 4 between the two types of light due to the above-mentioned birefringence effect of the crystal plate 4. Therefore, the position of the subject image formed on the image sensor is different.

すなわち、このタイプのイメージシフト型撮像素子では
液晶パネルの両端の電圧をONまたはOFFし、水晶板
4に入射する光の偏光方向を90゜変化させることによ
り水晶板通過後の光路を平行移動させ、イメージシフト
を行う。このためイメージシフトを電気的に行え、複雑
な機構系を必要とする可動部を全く用いないことが他の
タイプのイメージシフト型撮像素子と大きく異なってい
る。
In other words, in this type of image shift type image sensor, the voltage at both ends of the liquid crystal panel is turned ON or OFF, and the polarization direction of the light incident on the crystal plate 4 is changed by 90 degrees, so that the optical path after passing through the crystal plate is shifted in parallel. , performs an image shift. Therefore, image shifting can be performed electrically, and the image sensing device differs greatly from other types of image-shifting imaging devices in that it does not use any moving parts that require a complicated mechanical system.

この結果、構造が簡単となり、製作も容易で、したがっ
てコストも安くなるため最も実用性の高い方法である。
As a result, the structure is simple, manufacturing is easy, and the cost is therefore low, making it the most practical method.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記第3の方法では、イメージシフトの
方向が水平方向あるいは垂直方向のいずれか1方向であ
るため、解像度の向上も1方向に限られていた。人間の
目で見る限りにおいて画像の高精細化は可能である。
However, in the third method, the direction of image shift is either the horizontal direction or the vertical direction, so the improvement in resolution is also limited to one direction. It is possible to increase the definition of images as long as the human eye can see them.

ところが、最近では、読み取った画像を人間ではなく機
械、すなわちコンピュータが見て各種処理・判断を行う
場合が増えている。例えば、文字認識装置や工場での検
査装置は、画像入力装置が読み取った画像をコンピュー
タが見て各種処理・判断を行うものである。
However, in recent years, it has become increasingly common for machines, that is, computers, to view scanned images and perform various processing and judgments instead of humans. For example, in character recognition devices and factory inspection devices, a computer views images read by an image input device and performs various processes and judgments.

このようなケースでは、画像の高解像度化は2次元的に
行わなければその効果は半減する。したがって、上記第
3の方法では解像度の向上が1方向のみとなるためその
用途が限定されてしまい、2次元的に解像度を向上させ
ることが今後の課題となっている。
In such a case, the effect will be halved unless the image resolution is increased two-dimensionally. Therefore, in the third method, the resolution is improved only in one direction, which limits its use, and improving the resolution two-dimensionally is a future challenge.

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。
The present invention has been made to solve the above problems.

本発明の目的は、イメージセンサ型撮像装置において、
2次元的に解像度を向上させることが可能な技術を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide an image sensor type imaging device,
The object of the present invention is to provide a technology that can improve resolution two-dimensionally.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成するために、本発明では、光学系を通常
のレンズ系に加え、偏光子及びその後方に配置した2個
の液晶パネルと2枚の水晶板で構成する。これら光学部
品の配置方法は偏光子を最も被写体側に配置し、つづい
て液晶パネル、水晶板、液晶パネル、水晶板の順に配置
する。これらの光学部品は被写体からイメージセンサに
至る光路の途中のどこに配置してもよく、また、途中に
レンズ等の他の部品が入っても差し支えない。2枚の水
晶板の光軸方向は90’ずらすことが最も望ましい。
In order to achieve the above object, the present invention includes an optical system that includes a polarizer, two liquid crystal panels arranged behind the polarizer, and two crystal plates in addition to a normal lens system. The method of arranging these optical components is to arrange the polarizer closest to the subject, followed by the liquid crystal panel, crystal plate, liquid crystal panel, and crystal plate in this order. These optical components may be placed anywhere along the optical path from the subject to the image sensor, and other components such as lenses may be inserted along the way. It is most desirable that the optical axis directions of the two crystal plates be shifted by 90'.

〔作用〕[Effect]

前述の手段によれば、上記光学系の構成において、被写
体からイメージセンサに向かう光が偏光子を通過し偏光
方向が一定方向に揃えられた後、最初の液晶パネルと水
晶板を通過する際、液晶パネルへの印加電圧のONまた
はOFFにより光路が水晶板の光軸方向で決まる方向(
X方向とする)にシフトする。つづいて光は第2の液晶
パネルと水晶板゛を通過するがここでも同様に液晶パネ
ルへの印加電圧のONまたはOFFにより光路が水晶板
の光軸方向で決まる方向にシフトする。二つの水晶板の
光軸方向を例えば90°ずらしておけば、ここでのシフ
ト方向はX方向に対して90’異なった方向(Y方向と
する)となる。
According to the above-mentioned means, in the configuration of the optical system, after the light traveling from the subject to the image sensor passes through the polarizer and the polarization direction is aligned in a certain direction, when it passes through the first liquid crystal panel and the crystal plate, The direction in which the optical path is determined by the optical axis direction of the crystal plate by turning on or off the voltage applied to the liquid crystal panel (
Shift in the X direction). Next, the light passes through the second liquid crystal panel and the crystal plate, but here as well, the optical path is shifted in the direction determined by the optical axis direction of the crystal plate by turning on or off the voltage applied to the liquid crystal panel. If the optical axis directions of the two crystal plates are shifted by, for example, 90 degrees, the shift direction here will be a direction (referred to as the Y direction) that is 90' different from the X direction.

以上の手段により、二つの液晶パネルへの印加電圧のO
N10 F Fを独立にシフトすることが可能となる。
By the above means, the voltage applied to the two liquid crystal panels is
It becomes possible to shift N10 F F independently.

これにより、それぞれの方向でのシフト幅がちょうどイ
メージセンサの画素ピッチの172になるよう水晶板の
厚みを選べば、2次元的な高解像度化が実現できる。
As a result, two-dimensional high resolution can be achieved by selecting the thickness of the crystal plate so that the shift width in each direction is exactly 172, which is the pixel pitch of the image sensor.

〔実施例1〕 以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。
[Example 1] Hereinafter, an example of the present invention will be specifically described using the drawings.

第1図は、本発明のイメージセンサ型撮像素子の実施例
1の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an image sensor type imaging device of the present invention.

第1図において、1はレンズ、2は偏光子、31及び3
2は液晶パネル、41及び42は水晶板、5はイメージ
センサとしてのCCDセンサ、61は信号処理回路、6
2はCCDセンサ及び液晶パネルの駆動回路、14は画
信号蓄積部、15は画信号蓄積部のアドレス制御部であ
る。
In Figure 1, 1 is a lens, 2 is a polarizer, 31 and 3
2 is a liquid crystal panel, 41 and 42 are crystal plates, 5 is a CCD sensor as an image sensor, 61 is a signal processing circuit, 6
2 is a driving circuit for the CCD sensor and the liquid crystal panel; 14 is an image signal storage section; and 15 is an address control section for the image signal storage section.

本実施例1のイメージセンサ型撮像素子は、市販されて
いるCCDカメラを使用し、第1図に示すように、この
CCDカメラのレンズ1の前方に偏光子2が配置され、
レンズ1とCCDセンサ5との間に2組の液晶パネル3
1と水晶板41、液晶パネル32と水晶板42が配置さ
れている。液晶パネル31.32は、カメラ本体中に設
けた駆動回路62からの駆動パルスにより駆動される。
The image sensor type imaging device of Example 1 uses a commercially available CCD camera, and as shown in FIG. 1, a polarizer 2 is arranged in front of a lens 1 of the CCD camera.
Two sets of liquid crystal panels 3 are placed between the lens 1 and the CCD sensor 5.
1 and a crystal plate 41, and a liquid crystal panel 32 and a crystal plate 42 are arranged. The liquid crystal panels 31 and 32 are driven by drive pulses from a drive circuit 62 provided in the camera body.

ここで、CCDカメラに用いられているCCDセンサ5
は、画素数約42万1画素ピッチ11μmのインターラ
イン方式のCCDセンサである。
Here, the CCD sensor 5 used in the CCD camera
is an interline type CCD sensor with approximately 420,000 pixels and a pixel pitch of 11 μm.

また、液晶パネル31.32に用いた液晶は、ねじれネ
マッテイク型を使用した。このタイプの液晶は、印加電
圧がONのときは液晶の分子長軸は電界方向(Z軸方向
)に配列するため、入射した光は、偏光方向を変えるこ
となく通過する。
Further, the liquid crystal used in the liquid crystal panels 31 and 32 was of a twisted nematic type. In this type of liquid crystal, when the applied voltage is ON, the long axis of the molecules of the liquid crystal is aligned in the electric field direction (Z-axis direction), so that incident light passes through without changing the polarization direction.

一方、印加電圧がOFFのときは、液晶中の電界が無く
なり、液晶分子は長軸が90’ねじれたツイスト配列と
なり、液晶パネルを通過する光の偏光方向は90″変化
する。
On the other hand, when the applied voltage is OFF, the electric field in the liquid crystal disappears, the liquid crystal molecules are arranged in a twisted manner with the long axis twisted by 90', and the polarization direction of the light passing through the liquid crystal panel changes by 90'.

水晶板41.42は、光学軸と研磨面のなす角(方向角
)が45°のものを使用し、板厚を0゜9mnとした。
The crystal plates 41 and 42 were those in which the angle (direction angle) between the optical axis and the polished surface was 45 degrees, and the plate thickness was 0 degrees and 9 mm.

この厚さの水晶板41.42では入射光の偏光方向のち
がいによる透過光の光路差は5.5μmとなり、本実施
例1で使用したCCDセンサ5の画素ピッチのちょうど
1/2としている。2枚の水晶板41.42の光軸方向
は、ともに偏光方向がX方向(第1図では紙面に直角方
向)の光が常光線となって直進する方向とする。したが
って、偏光方向がY方向(第1図で上下方向)の光が異
常光線となって水晶板41.42の通過により光路がシ
フトするが、このシフト方向がレンズ側にある水晶板(
第1の水晶板)41ではX方向(第2図で手前方向)と
し、CCDセンサ5側にある水晶板(第2の水晶板)4
2ではY方向(第2図で下方向)となるよう2つの水晶
板41゜42の配置方向を決めた。
With the crystal plates 41 and 42 having this thickness, the optical path difference of the transmitted light due to the difference in the polarization direction of the incident light is 5.5 μm, which is exactly 1/2 of the pixel pitch of the CCD sensor 5 used in the first embodiment. The optical axes of the two crystal plates 41 and 42 are such that light whose polarization direction is in the X direction (direction perpendicular to the plane of the paper in FIG. 1) travels straight as ordinary rays. Therefore, light whose polarization direction is in the Y direction (vertical direction in Fig. 1) becomes an extraordinary ray, and its optical path is shifted by passing through the crystal plates 41 and 42, but this shift direction is the crystal plate on the lens side (
The first crystal plate) 41 is set in the X direction (the front direction in Figure 2), and the crystal plate (second crystal plate) 4 is located on the CCD sensor 5 side.
2, the arrangement direction of the two crystal plates 41° and 42 was determined so as to be in the Y direction (downward in FIG. 2).

本実施例1において、上記光学系によりイメージをシフ
トさせ高精細な画像を読み込む方法を第2図を用いて説
明する。
In the first embodiment, a method of shifting an image and reading a high-definition image using the optical system will be described with reference to FIG.

第2図(、)において、7は被写体のある1点カラ発し
た光が水晶板41へ入射するまでの光路、71.72は
第1の水晶板41を通過した後の光の光路、73,74
,75,76は第2の水晶板42を通過した後の光の光
路である。
In FIG. 2 (,), 7 is the optical path of the light emitted from one point of the subject until it enters the crystal plate 41, 71.72 is the optical path of the light after passing through the first crystal plate 41, and 73 ,74
, 75 and 76 are the optical paths of the light after passing through the second crystal plate 42.

第2図(a)においてはレンズ前方に配置した偏光子2
は省略したが、偏光方向が第2図中に示すX方向の光の
み通過させるように配置している。
In Fig. 2(a), a polarizer 2 placed in front of the lens
Although omitted, the arrangement is such that only light whose polarization direction is in the X direction shown in FIG. 2 passes through.

第2図(b)は、各液晶パネル31.32への印加電圧
のタイミングを示すタイミングチャートである。ここで
、vlおよびV2はそれぞれ第1および第2の液晶パネ
ル31.32に印加される電圧を示す。
FIG. 2(b) is a timing chart showing the timing of voltages applied to each liquid crystal panel 31, 32. Here, vl and V2 indicate voltages applied to the first and second liquid crystal panels 31 and 32, respectively.

本実施例1では、4つのフレーム(またはフィールド、
以下省略)で1枚の画像を取り込む。まず、第1のフレ
ームではvlおよび■2をともにONとする。■1がO
Nのときは、第1の液晶パネル31の通過で偏光方向が
変わらないためX方向に偏光された光が第1の水晶板4
1を通過し光路のシフトは生じない。すなわち、第2図
(a)に示す光路71に沿って進む。さらに、v2もO
Nであるから第2の液晶パネル32の通過でも偏光方向
が変わらないためX方向に偏光された光が第2の水晶板
42を通過し光路のシフトは生じない。すなわち、第2
図(a)に示す光路73に沿って進みCCDセンサ5面
上のA点に達する。
In the first embodiment, four frames (or fields,
(omitted below) to import one image. First, in the first frame, both vl and ■2 are turned ON. ■1 is O
When N, the polarization direction does not change when passing through the first liquid crystal panel 31, so the light polarized in the X direction passes through the first crystal plate 4.
1 and no shift of the optical path occurs. That is, it proceeds along the optical path 71 shown in FIG. 2(a). Furthermore, v2 is also O
Since the polarization direction is N, the polarization direction does not change even when passing through the second liquid crystal panel 32, so the light polarized in the X direction passes through the second crystal plate 42, and no shift of the optical path occurs. That is, the second
It travels along the optical path 73 shown in FIG. 7(a) and reaches point A on the surface of the CCD sensor 5.

次に、第2のフレームでは、vlはONのままでv2を
OFFにする。この場合は、第1のフレームと同様に第
1の水晶板41では、光路のシフトは生じない。しかし
、第2の液晶パネルの通過で偏光方向がY方向に変わり
、第2の水晶板42の通過で光路が水平方向にシフトし
、光路74に沿って進んだ光は、CCDセンサ5面上で
A点から水平方向にo、55μmだけ離れたB点に達す
る。
Next, in the second frame, v2 is turned off while vl remains on. In this case, the optical path does not shift in the first crystal plate 41 as in the first frame. However, the polarization direction changes to the Y direction when passing through the second liquid crystal panel, and the optical path shifts in the horizontal direction when passing through the second crystal plate 42. Then, it reaches point B, which is 55 μm away from point A in the horizontal direction.

次に、第3のフレームでは、VlをOFFにし。Next, in the third frame, Vl is turned OFF.

v2はONにする。この場合は、第1の液晶パネル32
の通過で偏光方向がY方向に変わり、第1の水晶板41
の通過で光路の下方向へのシフトが生じる。すなわち、
第2図(a)に示す光路72に沿って進む。次に、v2
はONであるから第2の液晶パネル32の通過では、偏
光方向が変わらないためY方向に偏光された光が第2の
水晶板42を通過し光の水平方向のシフトが生じる。す
なわち、第2図(a)に示す光路75に沿って進み、C
CDセンサ5面上でB点から下方向に0.55μmだけ
離れた0点に達する。
Turn on v2. In this case, the first liquid crystal panel 32
The polarization direction changes to the Y direction by passing through the first crystal plate 41.
The passage of the light causes a downward shift of the optical path. That is,
It proceeds along the optical path 72 shown in FIG. 2(a). Next, v2
is ON, the polarization direction does not change when passing through the second liquid crystal panel 32, so the light polarized in the Y direction passes through the second crystal plate 42, causing a horizontal shift of the light. That is, it travels along the optical path 75 shown in FIG.
The point 0 is reached on the surface of the CD sensor 5 at a distance of 0.55 μm downward from point B.

次に、第4のフレームでは、vl及びv2をともにOF
Fにする。この場合も、第3のフレームと同様に第1の
液晶パネル31の通過で偏光方向がY方向に変わり、第
1の水晶板41の通過で光路の下方向へのシフトが生じ
る。すなわち、第2図(a)に示す光路72に沿って進
む。
Next, in the fourth frame, both vl and v2 are OF
Make it F. In this case, as in the third frame, the polarization direction changes to the Y direction when the light passes through the first liquid crystal panel 31, and the optical path shifts downward when it passes through the first crystal plate 41. That is, it proceeds along the optical path 72 shown in FIG. 2(a).

次に、v2はOFFであるから、第2の液晶パネルの通
過で偏光方向が90°回転し、再びX方向に戻る。した
がって、第2の水晶板42の通過で偏光方向のシフトは
生じない。すなわち、第2図(a)に示す光路76に沿
って進み、CCDセンサ5面上で6点から水平方向に0
.55μm離れたD点に達する。
Next, since v2 is OFF, the polarization direction is rotated by 90 degrees by passing through the second liquid crystal panel, and returns to the X direction again. Therefore, the polarization direction does not shift when the light passes through the second crystal plate 42. That is, it travels along the optical path 76 shown in FIG.
.. It reaches point D, which is 55 μm away.

以上は被写体の1点から発した1本の光路について説明
したが、被写体の全ての点から発した光は、同様にシフ
トされ、結局イメージ全体が上記のように順次シフトす
る。
The above description has been about one light path emitted from one point on the object, but the light emitted from all points on the object is shifted in the same way, and eventually the entire image is shifted sequentially as described above.

第3図は、フレーム毎に被写体像がCCDセンサ5上で
シフトする様子を示したものである。
FIG. 3 shows how the subject image shifts on the CCD sensor 5 for each frame.

第3図において、8は画素、9は感光部、10は第1フ
レームでの被写体像、11は第2フレームでの被写体像
、12は第3フレームでの被写体像、13は第4フレー
ムでの被写体像を示す。第3図では、2次元状に配列さ
れた画素8に便宜上(II j)の形式で番号を付けて
いる。
In Fig. 3, 8 is a pixel, 9 is a photosensitive part, 10 is the subject image in the first frame, 11 is the subject image in the second frame, 12 is the subject image in the third frame, and 13 is the subject image in the fourth frame. The image of the subject is shown. In FIG. 3, the pixels 8 arranged two-dimensionally are numbered in the format (II j) for convenience.

第3図に示すように、第1フレームから第2フレームで
は、被写体像の位置が画素ピッチの1/2だけ左方向に
シフトし、第2フレームから第3フレームでは、画素ピ
ッチの1/2だけ下方向にシフトし、さらに、第3フレ
ームから第4フレームでは、画素ピッチの1/2だけ右
方向にシフトし、そして、再び次の第1フレームで元の
位置に戻る。このように、フレーム毎に画素ピッチの1
/2だけずれた被写体像を撮像することができ、イメー
ジシフト型撮像素子が実現できる。
As shown in Figure 3, from the first frame to the second frame, the position of the subject image shifts to the left by 1/2 of the pixel pitch, and from the second frame to the third frame, the position of the subject image shifts to the left by 1/2 of the pixel pitch. Furthermore, from the third frame to the fourth frame, it is shifted to the right by 1/2 of the pixel pitch, and then returns to the original position again in the next first frame. In this way, the pixel pitch is 1 for each frame.
A subject image shifted by /2 can be captured, and an image shift type imaging device can be realized.

このように、イメージをシフトさせながら読み込んだ4
枚の画像から高精細な画像を合成する方法を説明する。
In this way, the image is read while shifting 4
We will explain how to synthesize a high-definition image from multiple images.

ここで、画信号蓄積部14(第1図)は、CCDセンサ
5の画素数の4倍の番地を有し、各番地は256階調に
対応した8ビツトの容量をもつ。
Here, the image signal storage section 14 (FIG. 1) has addresses four times as many as the number of pixels of the CCD sensor 5, and each address has an 8-bit capacity corresponding to 256 gradations.

まず、第1フレームで読み込んだ画信号の蓄積において
は、CCDセンサ5の(xpj)の画素8が読み込んだ
信号は、画信号蓄積部14のメモリの(2i−1,2j
−1)番地に蓄積する。
First, in accumulating the image signal read in the first frame, the signal read by the (xpj) pixel 8 of the CCD sensor 5 is stored in (2i-1, 2j) of the memory of the image signal accumulation section 14.
-1) Accumulate at address.

次に、第2フレームの場合は、CCDセンサ5の(it
 J)の画素8が読み込んだ信号は、画信号蓄積部14
のメモリの(2i−1,2j)番地に蓄積する。
Next, in the case of the second frame, the CCD sensor 5 (it
The signal read by the pixel 8 of J) is stored in the image signal storage section 14.
The data is stored at address (2i-1, 2j) in the memory of

第3フレームの場合は、CCDセンサ5の(1゜j)の
画素8が読み込んだ信号は、画信号蓄積部14のメモリ
の(2x * 2 j) 番地に蓄積する。
In the case of the third frame, the signal read by the (1°j) pixel 8 of the CCD sensor 5 is stored at address (2x*2j) in the memory of the image signal storage section 14.

さらに、第4フレームの場合は、CCDセンサの(i、
j)の画素8が読み込んだ信号は、画信号蓄積部14の
メモリの(2i、2j−1)番地に蓄積する。
Furthermore, in the case of the fourth frame, (i,
The signal read by the pixel 8 of pixel 8 of pixel 8 is accumulated at address (2i, 2j-1) of the memory of the image signal accumulation section 14.

以上の番地指定は、アドレス制御部15により行う、こ
のような方法で蓄積された画信号は、デイスプレィや記
録装置へ出力する際、メモリのアドレス順に読み出せば
高精細な1枚の画像として出力することが可能である。
The above address designation is performed by the address control section 15. When outputting the image signal accumulated in this way to a display or recording device, it can be output as a single high-definition image by reading it out in the order of the addresses in the memory. It is possible to do so.

〔実施例2〕 第4図は、本発明のイメージセンサ型撮像装置の実施例
2の概略構成を示すブロック図である。
[Embodiment 2] FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of Embodiment 2 of the image sensor type imaging device of the present invention.

第4図において、第1図と同一機能のものは同一符号を
付けてあり、16〜19は画信号蓄積部14のフレーム
メモリ、15は画信号蓄積部14のアドレス制御部であ
る。
In FIG. 4, parts having the same functions as those in FIG.

本実施例2のイメージセンサ型撮像装置は、第第4図に
示すように、上記実施例1の画信号蓄積部14に複数フ
レームメモリ16〜19を備えたものである。すなわち
、光学系の構成およびイメージシフトの方法は上記実施
例1と同じである。
As shown in FIG. 4, the image sensor type imaging device according to the second embodiment includes multiple frame memories 16 to 19 in the image signal storage section 14 according to the first embodiment. That is, the configuration of the optical system and the method of image shifting are the same as in the first embodiment.

本実施例では、4つのフレームで読み込んだ画像を4枚
のフレームメモリ16〜19に蓄積する。
In this embodiment, images read in four frames are stored in four frame memories 16 to 19.

すなわち、第1のフレームで読み込んだ画信号は、フレ
ームメモリ16に、第2のフレームで読み込んだ画信号
は、フレームメモリ17に、第3のフレームで読み込ん
だ画信号は、フレームメモリ19に蓄積する。そして、
デイスプレィや記録装置へ出力する際、アドレス制御部
15からの指示により1画素おきに読み出すフレームメ
モリを切り替えながら順次画信号を読み出すことにより
1枚の高精細画像として出力する。
That is, the image signal read in the first frame is stored in the frame memory 16, the image signal read in the second frame is stored in the frame memory 17, and the image signal read in the third frame is stored in the frame memory 19. do. and,
When outputting to a display or a recording device, the image signals are sequentially read out while switching the frame memory read out every other pixel according to instructions from the address control unit 15, thereby outputting one high-definition image.

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。
The present invention has been specifically explained above based on examples, but
It goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various ways without departing from the spirit thereof.

例えば、上記実施例では偏光子はレンズの前方に配置し
たが、レンズと第1の液晶パネル間に配置することも可
能である。さらに、本実施例では。
For example, in the above embodiment, the polarizer is placed in front of the lens, but it can also be placed between the lens and the first liquid crystal panel. Furthermore, in this example.

複屈折効果を有する材料として水晶板を使用したが、複
屈折効果を有する透明板であれば、種類を問わず使用可
能である。また52組の液晶パネルへの印加電圧v1お
よびv2の0N10FFの組合せは、4通りの組合せを
どんな順番で実行しても実施可能である。
Although a quartz plate was used as a material having a birefringence effect, any transparent plate having a birefringence effect can be used regardless of its type. Furthermore, the 0N10FF combinations of voltages v1 and v2 applied to the 52 sets of liquid crystal panels can be implemented by performing the four combinations in any order.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、説明したように、本発明によれば、イメージシフ
トを2次元的に行えるため水平方向、垂直方向の両方向
にわたり解像度を高めることができる。
As described above, according to the present invention, since image shifting can be performed two-dimensionally, resolution can be increased in both the horizontal and vertical directions.

また、このイメージシフトを電気的に行えるため、可動
部をなくすことができ、信頼性を高められるとともに機
械的な振動音も除去できる。
Furthermore, since this image shift can be performed electrically, it is possible to eliminate moving parts, improve reliability, and eliminate mechanical vibration noise.

さらに、使用する部品が偏光子、液晶パネル及び水晶板
といった構造が簡単で安価な部品であり、しかもその大
きさはレンズ直後で使用する場合などでは1〜2a++
と小さくできるため、通常のカメラではその内部に収納
可能でき、小型で安価な高精細画像入力装置が実現でき
る。
Furthermore, the parts used are simple and inexpensive parts such as polarizers, liquid crystal panels, and crystal plates, and the size is 1~2A++ when used immediately after the lens.
Because it can be made small, it can be stored inside a regular camera, making it possible to create a compact and inexpensive high-definition image input device.

また、3枚式カメラ等の1本のレンズを共有する複数の
イメージセンサを使用する装置において、従来のイメー
ジセンサ自身を機械的に振動させる方法ではイメージセ
ンサ毎に駆動素子を設置する必要があるが、本発明では
、レンズ直後等の分割前の光路に1組設置するだけで全
てのイメージセンサ上のイメージをシフトすることが可
能となる。
Furthermore, in devices that use multiple image sensors that share one lens, such as a three-lens camera, the conventional method of mechanically vibrating the image sensor itself requires the installation of a driving element for each image sensor. However, in the present invention, images on all image sensors can be shifted by simply installing one set in the optical path before division, such as immediately after the lens.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明のイメージセンサ型撮像素子の実施例
1の概略構成を示すブロック図。 第2図は、イメージをシフトさせ高精細な画像を読み込
む方法の原理を説明するための図。 第3図は、イメージセンサ上で被写体像がシフトする様
子を示す模式図、 第4図は、本発明のイメージセンサ型撮像装置の実施例
2の概略構成を示すブロック図、第5図は、複屈折現象
によるイメージシフトの原理を説明するための図である
6 図中、1・・・レンズ、2・・偏光子、31.32・・
・液晶パネル、41.42・・・水晶板、5・・・イメ
ージ(CCD)センサ、61・・・信号処理口・路、6
2・・・イメージセンサおよび液晶パネルの駆動回路、
7・・・被写体のある1点から発した光が水晶板へ入射
するまでの光路、71.72・・・第1の水晶板通過後
の光の光路、73,74,75,76・・・第2の水晶
板通過後の光の光路、8・・・画素、9・・・感光部、
10・・・第1フレームでの被写体像、11・・・第2
フレームでの被写体像、12・・・第3フレームでの被
写体像、13・・・第4フレームでの被写体像、14・
・・画信号蓄積部、15・・・画信号蓄積部のアドレス
制御部、16,17,18,19・・・フレームメモリ
。 第1図 v2 第2図 (a) (b) 第4図 第3図 r−ゝ−一
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an image sensor type imaging device of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of a method of shifting images and reading high-definition images. FIG. 3 is a schematic diagram showing how a subject image shifts on an image sensor, FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of an image sensor type imaging device of the present invention, and FIG. This is a diagram for explaining the principle of image shift due to birefringence phenomenon.6 In the diagram, 1...lens, 2...polarizer, 31, 32...
・Liquid crystal panel, 41.42...Crystal plate, 5...Image (CCD) sensor, 61...Signal processing port/path, 6
2... Image sensor and liquid crystal panel drive circuit,
7... Optical path of light emitted from a certain point on the subject until it enters the crystal plate, 71.72... Optical path of light after passing through the first crystal plate, 73, 74, 75, 76... - Optical path of light after passing through the second crystal plate, 8...pixel, 9...photosensitive section,
10... Subject image in the first frame, 11... Second frame
Subject image in frame, 12... Subject image in third frame, 13... Subject image in fourth frame, 14...
. . . Image signal storage unit, 15 . . . Address control unit of the image signal storage unit, 16, 17, 18, 19 . . . Frame memory. Figure 1 v2 Figure 2 (a) (b) Figure 4 Figure 3 r-ゝ-1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  固体イメージセンサ上で被写体像と画素の相対的位置
関係を時間的に変化させるイメージシフト動作により解
像度を高めるイメージシフト型撮像装置において、被写
体から固体イメージセンサに至る光学系の途中に偏光方
向が特定の1方向の光のみを通過させる偏光子と、電圧
の印加または遮断により透過光の偏光方向を旋回できる
2枚の液晶パネルと、入射する光が特定の方向に偏光さ
れているとき透過光が入射光の延長線上からずれを生じ
させる複屈折効果を有する2枚の透明板と、前記2枚の
液晶パネルへ駆動電圧を印加または遮断する手段とを設
け、2次元的にイメージシフトを行うことを特徴とする
イメージシフト型撮像装置。
In an image shift type imaging device that increases resolution by an image shift operation that temporally changes the relative positional relationship between the subject image and pixels on a solid-state image sensor, the polarization direction is specified in the optical system from the subject to the solid-state image sensor. A polarizer that allows light to pass in only one direction, and two liquid crystal panels that can rotate the polarization direction of the transmitted light by applying or blocking a voltage.When the incident light is polarized in a specific direction, the transmitted light A two-dimensional image shift is performed by providing two transparent plates having a birefringence effect that causes a deviation from the extension line of incident light, and means for applying or cutting off a driving voltage to the two liquid crystal panels. An image shift type imaging device characterized by:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0915548A (en) * 1995-06-27 1997-01-17 Olympus Optical Co Ltd Display device
US7116370B1 (en) * 2000-03-31 2006-10-03 Sharp Laboratories Of Ameria, Inc. Image processing system optical shifting mechanism
US7440009B2 (en) 2004-02-13 2008-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. High definition imaging method and imaging apparatus having electro-optical polarization element between two birefrigent elements forming alternately on sensor single and overlapping images
JP2013156379A (en) * 2012-01-27 2013-08-15 Nikon Corp Light separation unit and imaging unit

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