JPS6027279A - 画像読取方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は画像読取方法に係シ、とくに、感光部が間隔を
置いて配列された固体撮像素子の画像読取方法に関する
ものである。

背景技術 ＭＯ８形イメージセンナ、ＣＣＤ等の固体撮像素子は、
一画素に相当する感光部（フォトダイオードなど）が格
子状又は千鳥状（「絵素ずらし」或いは「ハネカム」と
呼ばれる）に多数配列されてなる。感光部相互間には、
フォトダイオード中のキャリアが隣シへもれるのを防止
するチャンネルストツノ９、読出し用の信号線或いは垂
直転送用ＣＣＤ　（Ｖ−ＣＣＤ　）などの非感光部が設
けられておシ、とくにＶ−ＣＣＤでは感光部と略同−幅
を要し、このため１ピッチ間隔で見た画素面積に対し有
効画素面積は４０〜７０％程度である。したがって、こ
の固体撮像素子をそのまま使用する場合、画像の各部を
飛び飛びにしか読み取ることができず、解像度に自づと
限度が生する。

格子状と千鳥状の画素配列を比較すると、同じ画素数で
も水平方向の解像度は千鳥状が大きく、逆に斜め方向の
解像度は格子状が大きくなる。人間の視覚特性を考慮す
ると全体として千鳥状配列の解像度が優れていると言え
る。しかしながら、千鳥状配列はデ・ぐイスの製造上よ
シ高度な技術を要し、コスト高となる可能性が高い。

そこで従来は、格子状の画素を高密度に配置し、画像の
できるだけ多くの部分を情報として読み取る方法が考慮
されてきた。しかしながら、画素を高密度化することは
撮像素子を製造する上ではＩＣのマスク・やターンをよ
シ小さくすることであるから、技術的にも難しく、歩留
シも悪くなる。のでコスト高とならざるを得ない。

まだ、光学系により結像された像を固体撮像素子に対し
て相対的に運動させながら読み取り、等測的に画像密度
を高くする方法が提案されている。この方法は、例えば
光学系にミラーを挿入し、このミラーを振動させて光路
を振らせたシ、固体撮像素子上るいは光学系を機械的に
往復動またはＸＹ方向に運動させることにより行なわれ
ている。けれども、この方法では機械的な振動で相対運
動を実施するため、装置が複雑かつ大型となシ、更に、
機械的なガタが生じ易く経時的に解像度が低下するとい
う欠点があった。

目的 本発明は上記従来技術の欠点を解消し、簡単な構成で高
い解像度で画像を読み取ることができ、かつ、ノイズ成
分の少ない画像読取方法を提供することを目的とする。

発明の開示 本発明によれば、間隔を置いて上下左右に配列された多
数の感光部を備えてなる固体撮像素子によシ、光学系を
通して結像させた画像を画素に分解して読取る画像読取
方法において、光学系に結像偏位素子を設け、この結像
偏位素子を回転して固体撮像素子上の画像を画素ピッチ
の約Ａの偏心量で円運動させ、この円運動している画像
が上下左右に来たとき固体撮像素子で読み取ることを含
むものである。

次に添付図面を参照して本発明による画像読取方法の実
施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る画像読取方法に基づいて構成さ
れたテレビカメラの撮像部及び回路ブロックの例を示す
概略図である。図において、撮像部２は、鏡胴４内の前
端部に設けた光学系６の結像面に配置したＣＣＤ　８と
から成る。光学系６は被写体（第３図参照）２８の結像
を行なうテーキングレンズｉｏと、結像位置を偏位させ
る透明な平行平面板１２によって構成されている。テー
キングレンズ１０は、鏡胴４の先端に回転自在に螺合さ
れたリング１４に嵌着されており、リング１４を回転し
て進退させることにより、ＣＣＤ　８に対するピント合
わせを行なうことができるようになっている。平行平面
板１２は、テーキングレンズＩＯとＣＣＤ　８の間に光
軸Ｃに対し斜めに挿入されている。この平行平面板には
、回転機構１６の稼動を受けて光軸Ｃの回シに回転でき
るようになっている。この回転機構１Ｇは、平行平面板
１２を把持し、軸受１８によシ鏡胴４内に回転自在に軸
支された円筒２０と、ベルト２２を介して円筒２０の回
転駆動を行なうステッピングモータ２４とから成る。こ
のステッピングモータ２４ハ、一定速度で間欠的に回転
して平行平面板１２を光軸を軸心として間欠回転さぜ、
ＣＣＤ　Ｓ上に結像した画像を所定の偏心量で円運動さ
せる機能を有する。

ここで、平行平面板１２の作用を詳述すると、第２図に
示すように平行平面板１２は、この平行平面板１２の後
側の点ｐｉに集光しようとする光を近似的に ｈ舞ｄ（ｘ−−！−） 但し、ｄ：半行平面板の厚さ ｎ：平行平面板の屈折率 だけ後方の点Ｐ２へずらす機能を持つ。第３図に示すよ
うに、光学系がテーキングレンズｌＯだけで構成され平
行平面板１２がないとき、被写体ＡＢから出た光が二点
鎖線に示す経路を通って面ＬｌにＡ′Ｂ′として結像す
ると仮定すると、平行平面板１２をテーキングレンズ１
０の後側に法線方向を光軸Ｃに対しθだけ傾けて挿入し
た場合、被写体ＡＢから出た光が実線に示す経路を通シ
像Ａ′Ｂ′から平行平面板１２の法線方向に距離り移動
したところに画像Ａ″Ｂ“として結像する。結像面Ｌ２
にＣＣＤ　８を配置することで画像の読取シが可能とな
る。Ａ／　Ｂ／に対するＡ／／　Ｂ“の光軸Ｃと垂直方
向の偏位量ｅは、第４図を参考にして ｅ　”；　ｈ　ｓ石　θ ＃　ａ　（ｉ　−−！−）　ｓ石θ となる。偏心量ｅは、第５図の斜線に示す如くＣＣＤ８
に上下左右に格子状に配列された感光部３０Ａ、３０Ｂ
、・・・、３２　Ａ、３２　Ｂ　、・・・の相隣る距離
、即ち画素ピッチにの約μに設定されている。例えば、
平行平面板１２の屈折率ｎ＝１．５、厚さｄ　＝２ｎａ
、θ−１°とすればｅ　＝　１２　ｆｉｍになシ、通常
の固体撮像素子の画素ピッチの半分程度とすることがで
きる。

この状態で回転機構１６を稼動し、平行平面板１２を光
軸Ｃ回シに回転させると、面し２上で画像Ａ′′Ｂ“の
偏位方向が変わシ、ｅを偏心量上して円運動することに
なる。平行平面板１２はＣＣＤ　Ｂ上で画像が上下左右
に来る１／４回転毎に時計方向へ間欠回転されるように
なっており、例えば、第５図の感光部３２Ｂ上にあった
部分画像４４Ｂ　は、４４Ｂ　→４４Ｂ　→４４Ｂ　→
４４Ｂ０と画素ピッチにの歿の偏心量で間欠的に円運動
する。なお、図を簡潔にするため画［象の画素は円で示
している。

理解を容易にするため、画像を固定し、ＣＣＤ８を間欠
的に円運動させて考えると、ＣＣＤ　８が相対的に上方
に在るとき、奇数ラインの部分画素４ＯＡ、４０Ｂ、４
０Ｃ，・・、４４　Ａ、　４４Ｂ。

４４Ｃ２・・・上に各段の感光部３０Ａ　、３０Ｂ　。

３０Ｃ１・・・、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ，・・・が位
置する（第６図の図（１）参照）。画像が１／４回転し
てＣＣＤ　８が相対的に左方に在るとき、偶数ラインの
部分画素４２Ｂ　、４２Ｃ、・・・、４６Ｂ。

４６　Ｃ、・・・上に感光部３０　Ａ　、　３０　Ｂ　
、　・・・、３２Ａ、３２Ｂ、・・が位置する（第６図
の図（２）参照）。画像がまた１／４回転してＣＯＤ　
８が相対的に下方に在るとき、第３ライン以下の奇数ラ
インの部分画素４４Ａ、４４Ｂ、・・・、４８Ａ。

４８Ｂ、・・・上に感光部３０Ａ、３０Ｂ　、・・・、
３２Ａ、３２Ｂ、・・が位置する（第６図の図（３）参
照）。更に１／４回転してＣＣＤ　８が相対的に左方に
在るとき、偶数ラインの部分画素４２Ａ。

４２Ｂ、・・・、４６Ａ、４６Ｂ、・・・上に感光部３
０　Ａ　、　３０　Ｂ　、−・・、３２　Ａ　、　３２
　Ｂ　、　・−・が位置しく第６図の図（４）参照）、
画像が更に１／４回転すると前述した第６図の図（１）
の状態に戻る。

従って、・ＣＣＤ　８が上下左右に来たとき画像の読取
シを行なえば、１／４回転毎にラインをずらして１ライ
ン飛びに、がっ、ライン相互間で歿画素ピッチずれた部
分画像の読取シが可能となシ、水平・垂直方向のサンブ
リングを行なう画素数が各々２倍の千鳥状配列と等価に
することができるとともに、１／４回転を１フイールド
として自動的にテレビジョンの飛び越し走査（インタレ
ース）を行なうことができる。例えば、ＮＴＳＣ方式の
テレビジョンを例にすると、垂直方向の実画面に相当す
る走査線数は略４８０本であシ・インタレースを考慮す
るとＣＣＤ８の垂直画素数は半分の２４０でよく、水平
方向についても同様である。

また、例えば第３ラインに注目すると、ＣＣＤ８が上と
下にあるとき、各々感光部３２Ａ。

３２Ｂ、・・・と３ＯＡ、３０Ｂ、・・・が交互に部分
画像４４Ａ、４４Ｂ、・・・をとシ込むため、画素間の
感度ムラが平均化され、バラツキがランダムであるとす
ればＦＰＮが３　ｄＢ減少することになる。

回転機構１６のステッピングモータ２４には、モータ駆
動制御回路５０が接続されている。このモータ駆動制御
回路５０は、テレビカメラの二重飛び越し走査用の同期
信号発生器（ＳＳＧ　）５２から送られる垂直同期信号
に同期してステッピングモータ２４を回転させ、テレビ
ジョンの１フィールド周期毎に平行平面板１２を間欠的
に１／４回転させるように成っている。ＮＴＳＣ方式で
は、２フイールドで１フレームを構し、フレーム周波数
が３０　Ｈｚであることから、平行平面板１２は、１５
　ｒｐｓの速度で間欠回転すればよい。一方、ＣＣＤ８
には、読出し用のクロック発生器５４が接続されている
。このクロック発生器５４は、同期信号発生器５２から
送られる垂直・水平同期信号に同期してフィールド毎に
、ＣＣＤ　８の各画素情報の読み出しを行なう。

より詳しく述べると、ＣＣＤ８が例えばインターライン
転送方式の場合、平行平面板１２が停止する１／４回転
周期（１フィールド周期）の間に各感光部３０Ａ、３０
Ｂ、・・・、３２Ａ、３２Ｂ。

・・・に蓄積された全画素情報を、平行平面板１２が次
のフィールド走査を行なうため１／４回転した瞬間にＶ
−ＣＯＤへ移し、クロック発生器５４から送られるクロ
ックツｆルスに従って、垂直転送、水平転送を行ない、
出力部５５から直列に信号を取シ出す。このとき、第６
図の図（１）乃至図（４）を各々第１フイールド乃至第
４フイールドとすると、第１フイールドに対し第２フイ
ールド（第４フイールド）では、Ａ画素ピッチ後寄シ（
前寄り）の部分画素を取り込むためにＣＯＤ　８からの
読出しを棒画素ピッチ分遅らせ（進ませ）、第３フイー
ルドでは、２段下の部分画素を取シ込むためＣＯＤ　８
からの読出しを１水平走査期間（ＩＨ）だけ遅らせるこ
とにより、被写体２８に対応した画像をテレビのＣＲＴ
画面上に映し出すことができる。ＮＴＳＣ方式では、例
えば固体撮像素子の縦横を同一ピッチの画素数とし、縦
の有効画素数を２４３画素とすると、横の有効画素数は
縦の４／３倍、すなわち２４３Ｘ４ハ＝３２４画素とな
る。さらに、水平帰線期間を考慮した全水平走査期間に
相当する画素数は３２４１０．８３　＝３９０３９０画
素する。したがって３９　ＯｆＨ＝６、１４　ＭＨｚと
なシ、前記Ａ画素ピッチ分の時間は約８０　ｎｓとなシ
、また、１水平走査期間は６３５μＳとなる。しかしな
がら、固体撮像素子の縦横の画素ピッチは必らずしも同
一ピッチにする必要はなく、縦横のピッチが比較的近い
値をとっていればよい。

ＣＣＤ　８の出力側にはプリアンプ５６が接続されてお
シ、このプリアンプ５６で画像信号が所定レベルまで増
幅される。増幅後の画像信号はサンプル・ホールド回路
（Ｓ／）Ｉ　）　５８でＣＣＤ　８の読出し用クロック
に同期したサンプル・ぐルスに基づいて時間軸上で連続
化されたのち、低域フィルタ（、ＬＰＦ　）　６０で帯
域制限され、更に、同期合成回路６２で同期信号発生器
５ｚから送られる垂直・水平同期信号と合成されて複合
映像信号として外部に設けたモニタテレビ６４等に出力
されるように成っている。

平行平面板１２の回転は、垂直同期信号との同期が外れ
ないかぎシ、１／４回転する間に感光部３０Ａ　、３０
Ｂ　、・・・に蓄積されたキャリアを画素情報とするた
め回転ムラ（ワウフラッタ）を無視できる。

なお、上記実施例では、結像偏位素子としての平行平面
板をテーキングレンズの後側に挿入する場合について説
明したが前側に挿入してもよく、又、平行平面板を用い
る代シに、第７図に示す如く、テーキングレンズＩＯＡ
自体を光軸Ｃから距離ｇだけ偏心した回転軸りの回りに
一回転させて、結像作用と画像の円運動作用とを兼用し
て行なわせるようにしてもよい。回転軸り位置にテーキ
ングレンズＩＯＡの光軸があると仮定したときの被写体
ＡＢＯ像Ａ′Ｂ′（第７図の二点鎖線で示す光路参照）
と、回転軸り位置より距離ｇだけ離れた位置に光軸があ
るときの像Ａ／／　Ｂ”（同図の実線で示す光路参照）
との偏位量をＸと置くと、ΔＡＯＤ’とΔＡ　Ａ／／Ａ
／との相似性から、 となシ、通常のテレビカメラではａ）ｂ故、Ｘキｇとな
る。従って、テーキングレンズＩＯＡの光軸からＡ画素
ピッチ離れた位置を回転軸Ｄとして回転させることによ
シ、画像をＡ画素ピッチの偏心量で回転させることがで
きる。テーキングレンズＩＯＡが複数比で構成されてい
る場合は、全部を回転させても、一部のレンズのみを回
転させてもよい。

また、単板カラーテレビカメラに本発明を適用した場合
、例えばいわゆるペイヤ配列のカラーフィルタが設けら
れ、第５図における感光部３０ＢをＲ（レッド）、３２
ＢをＧ（グリーン）とすると、部分画像４４Ｂは交互に
ＲとＧがサンプリングされるため、空間的に異なった位
置で色分離を行なう単板方式の欠点とされる偽色信号（
クロスカラー）の発生が軽減される。

また、前記実施例では、画像を間欠的に円運動させるよ
うにしたが、フィールド周波数に同期して連続的に円運
動させてもよい。このとき、感光部の面積に相当するア
パーチャが画像を走査することになり、空間的に重みづ
けをしたサンプリングとなる。このため垂直・水平方向
ともに空間周波数特性（ＭＴＦ　）が低下し、水晶フィ
ルタ等の二次元の光学低域フィルタ（ＯＬＰＦ　）を掛
けたのと等価となる。したがって、固体撮像素子のよう
に離散的サンプリング方式で必要とされる、被写体の絵
柄にない偽信号（モアレ）を生じさせるような高い空間
周波数成分が入力されないようにするための光学低域フ
ィルタと同じ作用をなす。またこの円運動と同期した回
転シャッタを設けることによって間欠運動と等価の露光
条件にすることもできる。この場合、シャッタの開角度
によっては間欠運動と連続運動の中間の適当な作用を選
ぶことも可能である。

すなわち、このようにすれば互いに相反する性質を有す
る解像力の向上と偽信号の除去を空間周波数特性（ＭＴ
Ｆ　）を適切に選んで最適化することができる。

効果 本発明による画像読取方法では、簡単な構成で高密度の
千鳥状配列と等価なサンプリング画素数を得ることがで
き、解像度が格段に向上するのでデバイスの負担が軽減
し、かつノイズ成分を減少させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像読取方法をテレビカメラに適
用した実施例を示す概略構成図、第２図乃至第４図は光
学系に挿入された平行平面板の作用を示す説明図、 第５図は固体撮像素子上での画像の運動を示す説明図。 第６図の図（１）乃至（４）は平行平面板が１／４回転
ずつ回転したときの画像と固体撮像素子の相対位置関係
を示す説明図、 第７図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 主要部分の符号の説明 ６・・・光学系 ８・・・ＣＣＤ １０、ＩＯＡ・・・テーキングレンズ １２・・・平行平面板 １６・・・回転機構 ＢＯＡ、ＢＯＢ　、・・・、３２Ａ、３２Ｂ、・・・・
・・感光部手続補正書 昭和５８年８月２日 ４□￥詐庁長官　若杉和夫　殿 ２、発明の名称 画像読取方法 ３、補正をする者 ４、代理人 住所〒１０５ 東京都港区虎ノ門１−１３−４ 虎ノ門宝寿会館７階 ６、補正の内容 （１）明細書ｗＳ４頁第６行〜７行の ｒガタが生じ易く」を 「ガタのために振動が生じ易く、これがさらにガタを大
きくするのでＪに訂ｉＥする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　間隔を置いて撮像画面の上下左右方向に配列された
   多数の感光部を備えてなる固体撮像素子によシ、光学系
   を通して結像させた画像を画素に分解して読み取る画像
   読取方法において、前記光学系に設けられた結像偏位素
   子を回転させることによって前記固体撮像素子上の画像
   を感光部ピッチの約棒の偏心量で円運動させ、この円運
   動している画像が上下左右のいずれかの位置に来たとき
   前記固体撮像素子で該画像を読み取ることを特徴とする
   画像読取方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記結
   像偏位素子の回転速度はラスク走査映像信号のフィール
   ド周波数の実質的に１／４に等しく、２フイールド１フ
   レームの飛越し走査によって画像の読取シが行なわれる
   ことを特徴とする画像読取方法。