JPH0691601B2 - 固体撮像素子を用いた画像入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、光学的な画像ずらしにより固体撮像素子の解
像度を高めるようにした固体撮像素子を用いた画像入力
装置に関する。

（発明の背景） 従来、固体撮像素子例えばCCDで光学映像を撮影したと
きの解像度は、CCDの画素数で決まっている。このため
解像度を向上させるためには集積度を上げて画素数をふ
やすことが考えられるが、CCDにあっては、受光部と電
荷転送部を作らなければならないため、集積度を上げる
と１つ１つの受光画素の面積が小さくなり、感度が低下
してしまう。

これを解決する方法として、CCDの集積度を変えずに、C
CD自体を水平画素ピッチの半分に当るピッチ分、即ち1/
2画素ピッチ分だけ機械的に移動して解像度を２倍にす
るスイング方式が提案されている。

即ち、CCDを２つのバイモルフ圧電素子の上に載せ、基
準位置にて奇数フィールドの電荷転送を行ない、その後
にバイモルフ圧電素子に駆動電圧を印加してCCDを前記
基準位置より1/2画素ピッチ分だけ水平方向にずらし、
その後に偶数フィールドの電荷転送を行ない、等価的に
２倍の画素数を実現して解像度を高めようとするもので
ある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、バイモルフ圧電素子により機械的に固体
撮像素子をスイング駆動する方式にあっては、バイモル
フ圧電素子の上に固体撮像素子を設ける構造であるた
め、素子全体の大きさとして厚みが非常に増すという欠
点があり、またバイモルフ圧電素子による変位量は周囲
温度によって変化するため、正確な画素ずらしができな
い欠点があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、機械的な駆動部分をもたないことから非常に簡単
な構成で済み且つ外部条件に影響されずに正確な画素ず
らしを光学的に実現して固体撮像素子の解像度を高める
ようにした固体撮像素子の画像入力装置を提供すること
を目的とする。

（発明の概要） この目的を達成するため本発明にあっては、平行平板の
水晶フィルタの入射光が直線偏光の方向によって分離さ
れる点に着目し、ネガフィルム等の画像入力媒体からの
光を互いに直交する２方向に交互に直線偏光して水晶フ
ィルタに入射し、水晶フィルタによって偏光方向により
受光画素の半ピッチ分だけずらす屈折を施して固体撮像
素子に入射させるようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した説明図であり、フィ
ルムネガからポジ画像を入力する場合を例にとって示
す。

まず構成を説明すると、１は受光画素が直交する方向に
二次元配設された固体撮像素子であり、例えば二次元配
列をもつCCDが使用できる。２は光学的に画素ずらしを
行なう画素ずらし部であり、固体撮像素子１側から水晶
フィルタ３、液晶４及び偏光板５を順次配設して構成さ
れる。

６は投影レンズ、７は画像入力媒体としてのネガフィル
ム、８は拡散板、９は光源である。

次に画素ずらし部２に設けた水晶フィルタ３で光学的に
画素ずらしを行なうための原理を説明する。

まず水晶フィルタ３の複屈折を第２図に基づいて説明す
る。

第２図に於いて、３は平行平板の水晶フィルタであり、
第２図（ａ）に示す様に10が水晶の結晶構造で定まる光
軸となり、光軸10は前後の入出面に対し角度θで交わっ
ており、例えばθ＝45゜となる。

この様な光の入出射面に対し角度θの光軸10を持つ水晶
フィルタ３に前面から垂直に自然光のスポット光11を入
射させると、水晶フィルタ３内を通過した光は偏光方向
によって反対面でスポット光12と13に分離される。

ここで入射光に対し、直進している光は常光線と呼ば
れ、図示の状態で縦方向に直線偏光した光が出てくる。
これに対して入射光に対し屈折する光は異常光線と呼ば
れ、横方向に直線偏光した光が出てくる。また水晶フィ
ルタ３を通過した時の縦偏光となる常光線と横偏光とな
る異常光線との分離幅ｌは、水晶フィルタ３の厚さＤに
比例する。

次に第２図（ｂ）に示す様に入射光として、縦方向に直
線偏光を受けたスポット光14を考えると、この場合横方
向の成分がないため異常光線は現われず、直進した常光
線のスポット光14aのみが出て来る。また第２図（ｃ）
に示す様に入射光として、横方向に直線偏光を受けたス
ポット光15を考えると、この場合には縦方向の成分がな
いため常光線は現われず、異常光線として屈折したスポ
ット光15aのみが出てくる。

この様な水晶フィルタに於ける常光線と異常光線の分離
作用を利用し、水晶フィルタの厚さＤを常光線と異常光
線との分離幅ｌが固定撮像素子の画素ピッチの半分とな
る様に決め、更に水晶フィルタの前面に偏光板を配置
し、水晶フィルタに入る光が第２図（ｂ）や（ｃ）にな
る様に偏光制御すれば、光学的な画素ずらしが可能であ
る。

この第２図（ｂ），（ｃ）に示す様に、水晶フィルタ３
に縦方向の直線偏光及び横方向の直線偏光を受けた光を
入射する手段として、第１図に示す様に液晶４と偏光板
５が用いられる。

即ち、液晶４としては、TN（Twisted Nematic）構造の
液晶セルを用いると電気的に水晶フィルタ３に入る光の
偏光方向を制御することができる。

第３図は偏光板５とTN構造の液晶４を用いた画素ずらし
の原理を示す。

まず第３図（ａ）は、液晶４に駆動電圧を加えた場合で
あり、左側から入射した自然光は偏光板５によって縦方
向の直線偏光を受け、駆動電圧が印加された液晶４に入
射する。縦方向の直線偏光を受けた光は、液晶４に駆動
電圧が印加されているために偏光されず、液晶４の中を
そのまま通過して水晶フィルタ３に入射する。この場合
は第２図（ｂ）に示したと同様、入射した光はそのまま
直進して水晶フィルタ３が出てくる。

これに対し第３図（ｂ）に示す様に液晶４に駆動電圧を
印加しない場合には、左側から入射した自然光は、偏光
板５で同様に縦方向の直線偏光を受ける。続いて液晶４
に入ると、縦方向に直線偏光した光が液晶４に駆動電圧
が印加されていないために、偏光方向が90度回転し、横
方向の直線偏光となって出て来る。この横方向に直線偏
光された光が水晶フィルタ３に入ると、第２図（ｃ）と
同様、入射した光は横方向へ屈折されて水晶フィルタ３
から出て来る。

従って、液晶４の駆動電圧のオン、オフにより固体撮像
素子１に対する光学的な画素ずらしができる。

第４図は固体撮像素子１の受光面を模式的に表わした説
明図であり、実線で示す複数の受光画素1aが直交する方
向に二次元配列されている。また破線で示す受光画素1b
の部分は実際には各受光画素1aの電荷転送部となってお
り、受光画素としての機能は持たない。

しかしながら本発明にあっては、液晶４に印加する駆動
電圧のオン、オフで受光画素1aの1/2画素ピッチ分だ
け、画素ずらしを行なうことから、見かけ上破線で示す
位置にも受光画素1bが設けられていることと等価にな
る。

第５図は第１図の光学的な画素ずらしを行なう本発明の
画像入力装置を用いてカラーネガフィルムから画像情報
を取出す装置構成を示した回路ブロック図である。

まず構成を説明すると、20は画像記録を開始させるため
の取込みスイッチ、22は各部のタイミング制御を行なう
タイミング制御部である。固体撮像素子１の駆動制御部
としては、同期信号発生部23からの垂直及び水平同期信
号に基づいて水平転送及び垂直転送のクロックφh,φｖ
を発生するタイミング発生部24と、ドライバ25a,25b及
びタイミング発生部24をコントロールするデータを格納
したROM26が設けられる。また固体撮像素子１から読み
出された画像情報の処理系として、サンプルホールド回
路27、オートアイリス制御回路28、ローパスフィルタ29
及び信号処理回路30が設けられる。信号処理回路30の出
力に設けたB/Wsig端子21からは、モニタ用のアナログ画
像信号が取出される。更に画像信号のデジタル処理系と
して、サンプルホールド回路27の出力をデジタル信号に
変換するA/D変換器31、γ補正を施すためのROM32、及び
P.G.B毎に画像情報を記憶するフレームメモリ33が設け
られる。またフレーメモリ33に記録されたRGB画像情報
を再生するため、D/A変換器34a〜34c、ローパスフィル
タ35a〜35cが設けられ、更にスチルビデオフロッピー用
のＲ−Y,B−Ｙ及びＹ信号を得るためのマトリクス回路3
6と、ビデオ出力用のNTSC信号を得るためのエンコーダ3
7が設けられる。

次に第５図の実施例による画像入力動作を説明する。

まず取込みスイッチ20を入れるまで画像の記録は行なわ
れず、ビデオ動作のみが行なわれ、B/Wsig端子21からの
ビデオ信号をモニターに写し出し、ネガフィルム７のト
リミングを行なう。

トリミングが決まったならば、取込みスイッチ20を入れ
て画像記録を行なう。

即ち、取込みスイッチ20が入ると、タイミング制御部22
によってまず液晶４に駆動電圧が印加され、同時に赤フ
ィルタが光学系に挿入される。この赤フィルタの挿入位
置は第１図における光源９と拡散板８の間、若しくはネ
ガフィルム７と投影レンズ６の間のいずれかである。

続いてオートアイリス制御回路28によるオートアイリス
28aの作動で光量が調整され、その後に奇数フィールド
の読み出しによる画像情報のデジタル記録が行なわれ
る。

この奇数フィールドの読み出しによるデジタル記録にあ
っては、液晶４に駆動電圧が印加されていることから、
第３図（ａ）に示した様にネガフィルム７からの光は画
素ずらし部２における水晶フィルタ３を直進して固体撮
像素子１に入射し、第６図に斜線部で示す奇数フィール
ド（ｏ）の受光素子で得られた受光信号がフレームメモ
リ33に記録される。

この奇数フィールド（ｏ）のデジタル記録が終了する
と、液晶４に印加している駆動電圧がオフとなり、その
結果、第３図（ｂ）に示す様に水晶フィルタ３による屈
折で固体撮像素子１上の画像が水平操作方向に1/2画素
ピッチ分だけずれる。この状態で第６図に示す偶数フィ
ールド（ｅ）からの読み出しによるデジタル記録が行な
われると、1/2画素ピッチ分の画素ずらしにより、偶数
フィールド（ｅ）における斜線部で示す受光位置の情報
を偶数フィールド（ｅ）の受光画素で読み出すことにな
る。

続いて、緑フィルタを光学系に挿入して同様な奇数フィ
ールド（ｏ）及び偶数フィールド（ｅ）のデジタル記録
を行ない、更に青フィルタを入れて奇数フィールド
（ｏ）と偶数フィールド（ｅ）のデジタル記録を行な
う。

次にフレームメモリ33に記録されたRGB毎の画像デジタ
ル情報の再生については、奇数フィールド（ｏ）の信号
に対し、偶数フィールド（ｅ）の信号が空間的な1/2画
素ピッチ分のずれに対応した時間的なズレを持っている
ことから、この時間的なズレの補正をD/A変換器34a〜34
cで行なう。具体的にはD/A変換のタイミングを決める連
続クロックの位相を奇数フィールド（ｏ）と偶数フィー
ルド（ｅ）で反転することで時間的なズレを持たせ、第
６図に斜線部で示す受光情報の空間配置をもって画像再
生させる。

従って、フレームメモリ33からの再生画像は通常の約２
倍の水平解像度をもつポジ画像として得られる。尚、上
記の実施例はネガフィルムの画像情報の入力装置を例に
とるものであったが、本発明はこれに限定されず、静止
画像若しくは動きの緩やかな被写体画像を画像を入力す
る際の高解像度化にそのまま適用することができ、固体
撮像素子を用いた電子スチルカメラやVTRカメラにその
まま適用することができる。

また上記実施例では、画素ずらしを行なう光学素子とし
て水晶フィルタを例にとるものであったが、水晶フィル
タのみならず同様な光学的ずらし作用を持った光学素
子、例えば方解石による平行平板フィルタであっても良
い。

（発明の効果） 以上説明してきた様に本発明によれば、光学的に画素ず
らしを行なうことから、機械的な駆動部分をもたず、装
置構成が簡単で且つセンサ部も小さくすることができ
る。

また光学的な画素ずらしを行なう水晶フィルタの厚さに
依存して画素のずらし量が決まるため、画素のずらし量
の精度が高く、温度等の周囲条件による影響もほとんど
なく、更に画素ずらしにより得られる画像のMTFも良い
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した光学系の説明図、第
２図は第１図の実施例で用いる水晶フィルタの光学作用
の説明図、第３図は第１図の液晶による偏光制御の説明
図、第４図は光学的な画素ずらしによる作用を模式的に
示した固体撮像素子の受光面の説明図、第５図はネガフ
ィルムの画像情報を記憶する装置の回路ブロック図、第
６図は第５図の実施例で得られる画像情報を固体撮像素
子の模式的な受光面について示した説明図である。 1:固体撮像素子 2:画素ずらし部 3:水晶フィルタ 4:液晶 5:偏光板 6:投影レンズ 7:ネガフィルム 8:拡散板 9:光源 20:取込みスイッチ 21:B/Wsig端子 22:タイミング制御部 23:同期信号発生部 24:タイミング発生部 25a,25b:ドライバ 26,32:RPM 27:サンプルホールド回路 28:オートアイリス制御回路 29,35a〜35c:ローパスフィルタ 30:信号処理回路 31:A/D変換器 33:フレームメモリ 34a〜34c:D/A変換器 36:マトリクス回路 37:エンコーダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受光画素を二次元配列した固体撮像素子
   と、画像からの光を互いに直交する２方向に交互に直線
   偏光する偏光手段と、該偏光手段からの光を偏光方向に
   より異なった屈折経路をもって前記固体撮像素子にその
   受光画素の半ピッチ分だけずらして交互に入射させる屈
   折手段とを備えたことを特徴とする固体撮像素子を用い
   た画像入力装置。