JPH0965221A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な構成で高解像度の撮像結果を得ることが
できる撮像装置を提案する。 【構成】画像シフトした撮像結果を合成して高解像度の
映像信号ＤＲ、ＤＧ、ＤＢを出力する際に、２組の偏光
手段６、８及び複屈折手段７、９により画像をシフト
し、このとき１組の偏光手段６及び複屈折手段８による
シフト方向を垂直方向と水平方向とに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関し、
特に色フィルタを配置して撮像素子を形成した撮像装置
において、画像シフトした撮像結果を合成して高解像度
の映像信号を出力する際に、２組の偏光手段及び複屈折
手段により画像をシフトし、このとき１組の偏光手段及
び複屈折手段によるシフト方向を垂直方向と水平方向と
に設定することにより、簡易な構成で高解像度の撮像結
果を出力することができるようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、静止画等の撮像装置においては、
光学素子の複屈折を利用して解像度を向上することによ
り、いわゆる３板式の撮像装置に比して高解像度の映像
信号を得ることができるように形成された単板式撮像装
置が提案されている（特開平７−１５７３２号公報）。

【０００３】すなわちこの撮像装置は、縦ストライプの
色フィルタを貼着した固体撮像素子により被写体を撮像
し、複屈折材でなる板状部材と、この板状部材に偏光面
を切り換えて入射光を射出する偏光手段とで画像シフト
手段を形成し、この画像シフト手段を３組光学系に介挿
する。さらにこの撮像装置は、これら３組の画像シフト
手段を駆動して、撮像面に形成される画像を順次垂直方
向、水平方向又は斜め方向にシフトさせ、これにより撮
像素子の各画素によるサンプリング点を順次変位させ
る。これによりこの撮像装置では、サンプリング点を変
位して得られる撮像結果を合成して高解像度の映像信号
を形成するようになされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの撮像装置
では、光学系にこの種の光学素子を３組配置する必要が
あり、その分光学系の構成が煩雑になり、またその分こ
れら光学素子の偏光手段についても制御が煩雑になる問
題があった。

【０００５】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、この種の撮像装置において、全体構成を簡略化する
ことができる撮像装置を提案しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、それぞれ規定帯域の入射光を選択
的に受光するように形成された画素を水平方向及び垂直
方向に順次配列して形成された撮像素子と、入射光の偏
光面を切り換えて射出する第１の偏光手段と、この第１
の偏光手段より射出される入射光の偏光面に応じて、こ
の入射光の光路を切り換えて射出する第１の複屈折手段
と、この第１の複屈折手段より射出される入射光の偏光
面を切り換えて射出する第２の偏光手段と、この第２の
偏光手段より射出される入射光の偏光面に応じて、この
入射光の光路を切り換えて先の撮像素子の撮像面に射出
する第２の複屈折手段とを備えるようにする。さらに先
の第１又は第２の複屈折手段により切り換えられる光路
が、直進する仮想の入射光に対して、水平方向にシフト
させた第１の光路と、垂直方向にシフトさせた第２の光
路とでなり、先の第２又は第１の複屈折手段により切り
換えられる光路が、直進する仮想の入射光に対して、水
平方向にシフトさせた第３の光路と、直進する第４の光
路とでなるようにする。

【０００７】このとき先の撮像素子が、規定の水平画素
ピッチ及び垂直画素ピッチでマトリックス状の画素配列
を有する撮像面に、縦ストライプ状の色フィルタを配置
することにより、それぞれ規定帯域の入射光を選択的に
受光するように形成された画素を、水平方向及び垂直方
向にそれぞれ３水平画素ピッチ及び１垂直画素ピッチの
繰り返しで順次配列して形成された撮像素子でなるよう
にする。この撮像素子に対して先の第１の光路における
シフト量が、水平方向、正側又は負側に、３／４水平画
素ピッチでなり、先の第２の光路におけるシフト量が、
垂直方向、正側又は負側に、１／２垂直画素ピッチでな
り、先の第３の光路におけるシフト量が、先の第１の光
路によるシフト方向とは逆方向に、３／２水平画素ピッ
チでなるように設定する。

【０００８】またこれに加えて、先の第１及び第２の偏
光手段を駆動する駆動手段と、撮像素子の出力信号を合
成して出力する画像合成手段とを有し、この駆動手段
が、４周期単位で、順次循環的に、第１の光路による入
射光が第３の光路により撮像素子に集光され、第１の光
路による入射光が第４の光路により撮像素子に集光さ
れ、第２の光路による入射光が第３の光路により撮像素
子に集光され、第２の光路による入射光が第４の光路に
より撮像素子に集光されるように、第１及び第２の偏光
手段を駆動する。さらにこれに連動して、画像合成手段
が、この４周期を単位にして得られる撮像素子の出力信
号を合成して撮像結果を出力する。

【０００９】さらに、それぞれ規定帯域の入射光を選択
的に受光するように形成された画素を水平方向及び垂直
方向に順次配列して形成された撮像素子と、入射光の偏
光面を切り換えて射出する第１の偏光手段と、この第１
の偏光手段より射出される入射光の偏光面に応じて、こ
の入射光の光路を切り換えて射出する第１の複屈折手段
と、この第１の複屈折手段より射出される入射光の偏光
面を切り換えて射出する第２の偏光手段と、この第２の
偏光手段より射出される入射光の偏光面に応じて、この
入射光の光路を切り換えて撮像素子の撮像面に射出する
第２の複屈折手段とを備えるようにする。さらにこの撮
像素子が、規定の水平画素ピッチ及び垂直画素ピッチで
マトリックス状の画素配列を有する撮像面に、市松模様
状の色フィルタを配置することにより、それぞれ規定帯
域の入射光を選択的に受光するように形成された画素
を、水平方向及び垂直方向にそれぞれ２水平画素ピッチ
及び２垂直画素ピッチで順次繰り返し配列して形成され
た撮像素子でなるようにし、これに対応して第１の複屈
折手段により切り換えられる光路が、直進する入射光に
対して、水平方向又は垂直方向に１水平画素ピッチ又は
１垂直画素ピッチだけシフトされた第１の光路と、直進
する第２の光路とでなり、第２の複屈折手段により切り
換えられる光路が、直進する入射光に対して、垂直方向
又は水平方向に１垂直画素ピッチ又は１水平画素ピッチ
だけシフトされた第３の光路と、直進する第４の光路と
でなるようにする。

【００１０】またこのとき、先の第１及び第２の偏光手
段を駆動する駆動手段と、先の撮像素子の出力信号を合
成して出力する画像合成手段とを有し、この駆動手段
が、４周期単位で、順次循環的に、第１の光路による入
射光が第３の光路により撮像素子に集光され、第１の光
路による入射光が第４の光路により撮像素子に集光さ
れ、第２の光路による入射光が第３の光路により撮像素
子に集光され、第２の光路による入射光が第４の光路に
より前記撮像素子に集光されるように、先の第１及び第
２の偏光手段を駆動する。これに連動して画像合成手段
が、この４周期を単位にして得られる撮像素子の出力信
号を合成して撮像結果を出力し、該合成の際に、この４
周期の間で重複してサンプリングされたサンプリング点
について、信号レベルを補正して出力する。

【００１１】これらの手段により、第１又は第２の複屈
折手段により切り換えられる光路が、直進する仮想の入
射光に対して、水平方向にシフトさせた第１の光路と、
垂直方向にシフトさせた第２の光路とでなるようにすれ
ば、第１の偏光手段及び複屈折手段と、第２の偏光手段
及び複屈折手段とにより、それぞれ垂直方向、水平方向
にだけ画像をシフトさせる３組の偏光手段及び複屈折手
段の組み合わせに係る位置に、光路をシフトさせること
ができる。

【００１２】このとき先の撮像素子が、規定帯域の入射
光を選択的に受光するように形成された画素を、水平方
向及び垂直方向にそれぞれ３水平画素ピッチ及び１垂直
画素ピッチの繰り返しで順次配列して形成された撮像素
子でなる場合に、先の第１の光路におけるシフト量が、
水平方向、正側又は負側に、３／４水平画素ピッチでな
り、先の第２の光路におけるシフト量が、垂直方向、正
側又は負側に、１／２垂直画素ピッチでなり、先の第３
の光路におけるシフト量が、先の第１の光路によるシフ
ト方向とは逆方向に、３／２水平画素ピッチでなるよう
に設定すれば、直進する仮想の入射光の集光位置に近接
して各光路による集光位置を設定でき、また各色の画素
によるサンプリング点を水平方向及び垂直方向にそれぞ
れ２倍に設定することができる。

【００１３】またこのとき、駆動手段が、４周期単位
で、順次循環的に、第１〜第４の光路を切り換えるよう
に、第１及び第２の偏光手段を駆動し、これに連動し
て、画像合成手段が、この４周期を単位にして得られる
撮像素子の出力信号を合成して撮像結果を出力すれば、
水平方向及び垂直方向にそれぞれ２倍に増加したサンプ
リング点により撮像結果の解像度を向上して出力するこ
とができる。

【００１４】また類似の構成において、撮像素子が、市
松模様状の色フィルタを配置し、それぞれ規定帯域の入
射光を選択的に受光するように形成された画素を、水平
方向及び垂直方向にそれぞれ２水平画素ピッチ及び２垂
直画素ピッチで順次繰り返し配列して形成された撮像素
子でなる場合に、これに対応して第１の複屈折手段によ
り切り換えられる光路が、直進する入射光に対して、水
平方向又は垂直方向に１水平画素ピッチ又は１垂直画素
ピッチだけシフトされた第１の光路と、直進する第２の
光路とでなり、第２の複屈折手段により切り換えられる
光路が、直進する入射光に対して、垂直方向又は水平方
向に１垂直画素ピッチ又は１水平画素ピッチだけシフト
された第３の光路と、直進する第４の光路とでなるよう
にすれば、この水平方向及び垂直方向にそれぞれ２水平
画素ピッチ及び２垂直画素ピッチで繰り返されてなる配
列の中間に新たにサンプリング点を設定することがで
き、各画素において隣接する画素におけるサンプリング
点を併せてサンプリングすることができる。

【００１５】またこのとき、駆動手段が、４周期単位
で、順次循環的に、第１〜第４の光路を切り換えるよう
に、第１及び第２の偏光手段を駆動し、これに連動して
画像合成手段が、この４周期を単位にして得られる撮像
素子の出力信号を合成して撮像結果を出力すれば、新た
に設定したサンプリング点による撮像結果から高解像度
の撮像結果を得ることができ、このときこの４周期の間
で重複してサンプリングされたサンプリング点につい
て、信号レベルを補正すれば、種々の配列による撮像素
子に適用して高解像度の撮像結果を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１７】（１−１）第１の実施の形態の構成 図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を示
すブロック図である。この撮像装置１では、レンズ２よ
り得られる入射光をＣＣＤ固体撮像素子３により撮像
し、その撮像結果より高解像度の映像信号（輝度データ
ＤＹ、色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢでなる）を生成して出
力する。なおこの実施の形態では、水平及び垂直方向を
それぞれ通常の２次元座標系で表されるＸ−Ｙ座標系で
表現する。従ってＣＣＤ固体撮像素子３の撮像面を光学
系側より見たとき、水平走査方向はＸ方向正側に、垂直
走査方向はＹ方向負側にて表される。

【００１８】ここでこのＣＣＤ固体撮像素子３は、水平
方向及び垂直方向の画素ピッチが間隔Ｌに設定され、縦
ストライプ状の色フィルタを撮像面に貼着して形成され
る。これによりＣＣＤ固体撮像素子３は、図２に示すよ
うに、緑色Ｇ、赤色Ｒ、青色Ｂの画素が、水平方向に順
次循環的に画素ピッチＬで連続し、同一パターンの配列
が３画素ピッチ３Ｌで繰り返されるようになされてい
る。また垂直方向については、画素ピッチＬで順次同一
配列が繰り返されるようになされている。

【００１９】このレンズ２及びＣＣＤ固体撮像素子３間
において、偏光フィルタ４は、レンズ２の射出光からＸ
偏光成分を透過して射出し、続く赤外線カットフィルタ
５は、この偏光フィルタ４の射出光より赤外線を除去し
て射出する。

【００２０】続く液晶板６は、例えばねじれネマステッ
ク型でなり、駆動信号ｅ１に応動して、入射光の偏光面
をそのまま保持して（すなわちＸ偏光により）射出し、
また入射光の偏光面を９０度回転させて（すなわちＹ偏
光より）射出し、これにより駆動信号ｅ１に応動して、
続く複屈折板７に対して射出光の偏光面を切り換えて射
出する。

【００２１】複屈折板７は、複屈折材料でなる例えば水
晶を、光学軸に対してそれぞれ規定角度、規定厚さで板
状に加工して１組の板状部材を形成し、この板状部材を
貼り合わせて形成され、液晶板６より入射する入射光が
Ｘ偏光により入射するとき、Ｘ方向に光路を変えて射出
するのに対し、この入射光がＹ偏光により入射すると
き、Ｙ方向に光路を変えて射出する。ここでＸ方向につ
いて、この光路の変化量は、ＣＣＤ固体撮像素子の撮像
面において、３／４画素ピッチ３Ｌ／４になるように選
定されている。またＹ方向について、この光路の変化量
は、ＣＣＤ固体撮像素子３の撮像面において、１／２画
素ピッチＬ／２に選定されている。これにより複屈折板
７は、Ｘ方向については、ＣＣＤ固体撮像素子３の同一
配列パターンの繰り返しピッチ３Ｌの１／４だけ光路を
シフトさせ、Ｙ方向については、ＣＣＤ固体撮像素子３
の同一配列パターンの繰り返しピッチＬの１／２だけ光
路をシフトさせるようになされている。

【００２２】続く液晶板８は、同様にねじれネマステッ
ク型でなり、駆動信号ｅ２に応動して、入射光の偏光面
をそのまま保持して射出し、また入射光の偏光面を９０
度回転させて射出し、これにより駆動信号ｅ２に応動し
て、続く複屈折板９に対して射出光の偏光面を切り換え
て射出する。

【００２３】複屈折板９は、同様に、複屈折材料でなる
例えば水晶を、光学軸に対して規定角度、規定厚さで板
状に加工して形成され、Ｘ偏光の入射光については、Ｘ
方向負側に光路を変えて射出するのに対し、Ｙ偏光の入
射光については、光路を変えずにそのまま射出する。こ
こでこの光路の変化量は、ＣＣＤ固体撮像素子３の撮像
面において、３／２画素ピッチ３Ｌ／２に選定されるよ
うになされている。これにより複屈折板９は、Ｘ偏光の
入射光について、ＣＣＤ固体撮像素子３の同一配列パタ
ーンの繰り返しピッチ３Ｌの１／２だけＸ方向にシフト
変位させるようになされている。

【００２４】これにより図３に示すように、液晶板６及
び８において偏光面が回転しない状態と回転する状態と
を駆動信号ｅ１及びｅ２によりそれぞれ論理「１」及び
「０」で表して、この実施の形態の場合、駆動信号ｅ１
及びｅ２の組み合わせにより４つのモードＭ１〜Ｍ４を
形成し、各モードＭ１〜Ｍ４でそれぞれＣＣＤ固体撮像
素子３の撮像面に形成される画像がシフトするようにな
されている。なおこの図３において、記号Ｓｈ及びＳｖ
は、複屈折板７による水平方向及び垂直方向の変位を、
記号Ｈｈは、複屈折板９による水平方向の変位を表す。

【００２５】このシフト関係を詳細に説明すると、図４
に示すように、液晶板６からＸ偏光で射出される入射光
のうち、液晶板８で偏光面の変化を受けない入射光は、
第１のモードＭ１によりＸ方向に３／４画素ピッチ３Ｌ
／４だけシフトして撮像面に集光される。また液晶板６
からＸ偏光で射出される入射光のうち、液晶板８で偏光
面の変化を受けた入射光は、第２のモードＭ２によりＸ
方向に３／４画素ピッチ３Ｌ／４だけシフトした後、さ
らにＸ方向に−３／２画素ピッチ−３Ｌ／２だけシフト
し、これにより−Ｘ方向に３／４画素ピッチ３Ｌ／４だ
けシフトして撮像面に集光される。

【００２６】これに対して液晶板６からＹ偏光で射出さ
れる入射光のうち、液晶板８で偏光面の変化を受けない
入射光は、第３のモードＭ３によりＹ方向に１／２画素
ピッチＬ／２だけシフトして撮像面に集光される。また
液晶板６からＹ偏光で射出される入射光のうち、液晶板
８で偏光面の変化を受けた入射光は、第４のモードＭ４
によりＹ方向に１／２画素ピッチＬ／２だけシフトした
後、さらにＸ方向に−３／２画素ピッチ−３Ｌ／２だけ
シフトして撮像面に集光される。

【００２７】これにより図５に緑色の画素を基準にし
て、各画素によるサンプリング点を示すように、第１及
び第２のモードＭ１及びＭ２においては、各画素による
サンプリング点が、それぞれＸ方向負側及び正側に３／
４画素ピッチ３Ｌ／４だけ移動するのに対し、第３及び
第４のモードＭ３及びＭ４において、この第１及び第２
のモードＭ１及びＭ２におけるサンプリング点からそれ
ぞれＹ方向負側に１／２画素ピッチＬ／２、Ｘ方向正側
に３／４画素ピッチ３Ｌ／４移動するようになされてい
る。

【００２８】これによりこの実施の形態では、ＣＣＤ固
体撮像素子３により、水平方向について、配列パターン
の繰り返しピッチ３Ｌを４等分したサンプリング点によ
り被写体を撮像できるように形成され、また垂直方向に
ついては、配列パターンの繰り返しピッチＬを２等分し
たサンプリング点により被写体を撮像できるように形成
されている。これにより撮像装置１では、これらモード
Ｍ１〜Ｍ４による撮像結果を合成して高解像度の映像信
号を生成できるようになされている。

【００２９】かくするにつきこの実施の形態の場合、複
屈折板７で、Ｘ方向及びＹ方向に入射光の光路を切り換
えたことにより、２組の画像シフト手段によりこの４つ
のモードＭ１〜Ｍ４を形成することができ、その分全体
構成を簡略化することができる。また垂直方向の画素間
に、さらには水平方向について１画素ピッチより短いピ
ッチによりサンプリング点を設定でき、これにより同一
画素ピッチの撮像素子を用いた３板式の撮像装置に比し
ても、高い解像度を得ることができる。

【００３０】なお各モードＭ１〜Ｍ４におけるサンプリ
ング点の相対的な位置関係は、複屈折板９によるＸ方向
の光路の変位を複屈折板７によるＸ方向の光路の変位と
同一方向に設定しても、この実施の形態と同一に設定す
ることができる。ところがこの場合、図６に示すよう
に、何ら画像シフトしない場合の原点Ｏより各モードＭ
１〜Ｍ４における画像シフト量が大きくなる。従ってこ
の場合において、液晶板６、８の偏向面切り換えが理想
的でなく、漏れ分を含む場合、撮像結果の周波数特性が
低下することになる。これによりこの実施の形態では、
複屈折板７によりＸ方向の変位を打ち消すように複屈折
板９による変位方向を設定し、原点Ｏを中心にして画像
がシフトするように各モードＭ１〜Ｍ４を設定し、これ
により周波数特性の劣化を有効に回避するようになされ
ている。

【００３１】タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１（図
１）は、この撮像装置１の動作に必要な各種タイミング
信号を生成して出力する。さらにタイミングジェネレー
タ１１は、図７に示すように、フィールド周期で信号レ
ベルが切り換わるフィールドシンクＦＤ（図７（Ａ））
を基準にして、２フィールド周期で駆動信号ｅ１及びｅ
２（図７（Ｂ）及び（Ｃ））の信号レベルを切り換え、
これにより第１〜第４のモードＭ１〜Ｍ４（図７
（Ｄ））を順次循環的に形成する。

【００３２】さらにタイミングジェネレータ１１は、オ
ペレータの操作に応動してこの撮像装置１の動作を制御
するシステム制御回路により動作を切り換え、この撮像
装置１の動作モードがノーマルモードに切り換えられる
と、駆動信号ｅ１、ｅ２の信号レベルの切り換えを停止
し、これによりこの撮像装置１のモードを第１〜第４の
モードＭ１〜Ｍ４の何れかのモードに固定する。これに
より撮像装置１では、動作モードを切り換えて通常のテ
レビジョンカメラとしても使用できるように形成され、
必要に応じてＣＣＤ固体撮像素子３の電荷蓄積時間を制
御して高速シャッター等の機能を実現できるようになさ
れている。

【００３３】信号処理回路１２は、ＣＣＤ固体撮像素子
３の出力信号を順次サンプリングしてＣＣＤ固体撮像素
子３の出力信号を色フィルタの配列順序で順次緑色、赤
色及び青色の色信号が連続してなる複合の色信号に変換
する。さらに信号処理回路１２は、この複合の色信号を
順次循環的に切り換えて出力することにより、この復号
の色信号を緑色、赤色及び青色の色信号ＳＧ、ＳＲ、Ｓ
Ｂに分解して出力する。

【００３４】メモリ１３は、ＣＣＤ固体撮像素子３の動
作に同期してこの緑色、赤色及び青色の色信号ＳＧ、Ｓ
Ｒ、ＳＢをアナログディジタル変換処理して色データＤ
Ｒ、ＤＧ、ＤＢに変換し、この色データＤＲ、ＤＧ、Ｄ
Ｂを格納して出力する。このときメモリ１３は、タイミ
ングジェネレータ１１から出力される駆動パルス等によ
り動作し、このタイミングジェネレータ１１がシステム
制御回路により制御されて動作を切り換えることによ
り、この撮像装置１の動作モードに応じて色データＤ
Ｒ、ＤＧ、ＤＢの入出力を切り換える。

【００３５】すなわちオペレータがノーマルモードを選
択した場合、メモリ１３は格納順に色データＤＲ、Ｄ
Ｇ、ＤＢを出力し、これにより撮像装置１では、通常の
単板式撮像装置と同様の色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢを出
力する。またこの色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢを出力する
際に、メモリ１３は、この色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢを
加算して輝度データＤＹを生成し、この輝度データＤＹ
も併せて出力する。

【００３６】これに対してオペレータが第１の高解像度
の動作モードを選択した場合、メモリ１３は、４フィー
ルド分、色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢを格納すると、色デ
ータＤＲ、ＤＧ、ＤＢの出力を開始する。このときメモ
リ１３は、４つのモードＭ１〜Ｍ４による色データＤ
Ｒ、ＤＧ、ＤＢのサンプリング点がラスタ走査の配列順
序で連続するようにこれら色データＤＲ，ＤＧ，ＤＢを
規定順序で出力する。

【００３７】従ってこのようにして順次出力される色デ
ータＤＲ、ＤＧ、ＤＢは、Ｘ方向において、ＣＣＤ固体
撮像素子３における繰り返しピッチ３Ｌに比して、１／
２のピッチ３Ｌ／２によるサンプリング点により、また
Ｙ方向において、同様に繰り返しピッチＬの１／２のピ
ッチＬ／２によるサンプリング点により、サンプリング
されて生成されることになる。これにより撮像装置１で
はノーマルモードの場合に比して垂直及び水平方向の解
像度を約２倍に向上することができるようになされてい
る。

【００３８】なおこのようにしてサンプリング点を設定
して撮像する場合、Ｘ方向のサンプリングピッチがピッ
チ３Ｌ／２にしても、折り返し信号が発生する。ところ
がこの実施の形態のように隣接するライン間でサンプリ
ング点をシフトさせると、隣接するライン間で折り返し
信号の位相が反転することにより、この隣接するライン
間で折り返し信号をキャンセルすることができ、これに
よりこの折り返し信号による画質劣化を軽減することが
できる。

【００３９】これに対して第２の高解像度の動作モード
を選択した場合、メモリ１３は、同様に、４フィールド
分、色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢを格納すると、色データ
ＤＲ、ＤＧ、ＤＢの出力を開始する。このときメモリ１
３は、図８にて実線及び破線で示すように、隣接するラ
インＶ０及びＶ１、Ｖ１及びＶ２、……の色データＤ
Ｒ、ＤＧ、ＤＢを水平走査方向に順次交互に出力し、こ
れによりこの隣接するラインＶ０及びＶ１、Ｖ１及びＶ
２、……を合成してラインＶ０Ｎ、Ｖ１Ｎ、……を生成
する。これによりこの第２の高解像度の動作モードにお
いては、垂直方向の解像度を犠牲にして、水平方向の解
像度を４倍に向上するようになされている。

【００４０】（１−２）第１の実施の形態の動作 以上の構成において、レンズ２の射出光は、偏光フィル
タ４によりＸ偏光成分が選択的に透過され、続く液晶板
６により、２フィールド周期で、偏光面がＸ偏光とＹ偏
光とに交互に切り換えられて射出される（図３及び図
７）。続く複屈折板７において、このＸ偏光又はＹ偏光
の射出光のうち、Ｘ偏光の射出光は、Ｘ方向に３／４画
素ピッチ３Ｌ／４だけ光路がシフトして射出され、Ｙ偏
光の射出光は、Ｙ方向に１／２画素ピッチＬ／２だけ光
路がシフトして射出される。

【００４１】さらにこの複屈折板７の射出光は、続く液
晶板８により、２フィールド周期で、かつ液晶板６より
１フィールドだけ遅延したタイミングで、偏光面が切り
換えられてＣＣＤ固体撮像素子３に射出され、続く複屈
折板９において、Ｘ偏光の射出光がＸ方向に−３／２画
素ピッチ−３Ｌ／２だけ光路がシフトして射出され、Ｙ
偏光の射出光が光路を変えないでＣＣＤ固体撮像素子３
に射出される。

【００４２】これによりこの入射光は、水平方向及び垂
直方向にそれぞれ３画素ピッチ及び１画素ピッチの繰り
返しピッチで色フィルタが順次形成されてなるＣＣＤ固
体撮像素子３の撮像面において、この光学系を直進する
仮想の入射光に対して（図４原点Ｏ）、Ｘ方向に３／４
画素ピッチ３Ｌ／４だけシフトした第１のモードＭ１に
よる集光位置、Ｘ方向に−３／４画素ピッチ−３Ｌ／４
だけシフトした第２のモードＭ２による集光位置、Ｙ方
向に１／２画素ピッチＬ／２だけシフトした第３のモー
ドＭ３による集光位置、Ｘ方向に−３／２画素ピッチ−
３Ｌ／２、Ｙ方向に１／２画素ピッチＬ／２だけシフト
した第４のモードＭ４による集光位置に、順次フィール
ド単位で集光される。

【００４３】これによりこの入射光は、連続する４フィ
ールドで、水平方向については、ＣＣＤ固体撮像素子３
の画素数の２倍のサンプリング点により（図５）、垂直
方向については、ＣＣＤ固体撮像素子３の画素数の２倍
のサンプリング点で、かつ水平方向に１／２画素ピッチ
だけシフトしたサンプリング点によりサンプリングされ
る。これにより撮像装置１では、２組の液晶板及び複屈
折板により、水平方向のサンプリング点を２倍に設定
し、垂直方向のサンプリング点を水平方向に１／２画素
ピッチだけシフトさせて２倍に設定でき、その分従来に
比して全体構成を簡略化することができる。

【００４４】これに対してノーマルモードにおいて、レ
ンズ２の射出光は、液晶板６、８による偏光面の切り換
えが停止制御されることにより、第１〜第４のモードＭ
１〜Ｍ４の何れかのモードによる集光位置に集光され
る。これによりノーマルモードではフィールド周期で同
一の撮像結果を得ることができ、必要に応じてＣＣＤ固
体撮像素子３の電荷蓄積時間を制御して高速シャッター
の機能を実現することができる。

【００４５】ＣＣＤ固体撮像素子３より得られる撮像結
果は、信号処理回路１２により色信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢ
に変換された後、色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢに変換され
てメモリ１３に格納される。これらメモリ１３に格納さ
れた色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢは、ノーマルモードにお
いては、格納順に出力され、また加算されて輝度データ
ＤＹが生成されて出力され、これによりＣＣＤ固体撮像
素子３の画素数による解像度で出力される。

【００４６】これに対して第１の高解像度モードにおい
て、これら色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢは、４フィールド
分蓄積された後、サンプリング点がラスタ走査の順序で
連続するように順次出力され、これによりノーマルモー
ドの場合に比して、水平方向及び垂直方向にそれぞれ解
像度を２倍に向上して出力される。従って撮像装置１で
は、ＣＣＤ固体撮像素子３と同一画素数、同一画素ピッ
チのＣＣＤ固体撮像素子を用いた３板式の撮像装置に比
して（この場合この撮像装置１のノーマルモードに比し
て水平方向の解像度だけ３倍になる）、水平方向にほぼ
２／３の解像度、垂直方向に２倍の解像度を得ることが
でき、その分簡易な構成で高解像度の撮像結果を得るこ
とができる。

【００４７】これに対して第２の高解像度モードにおい
て、これら色データＤＲ、ＤＧ、ＤＢは、４フィールド
分蓄積された後、垂直方向に隣接するサンプリング点が
順次水平走査方向に連続するように出力され（図８）、
これによりノーマルモードの場合に比して水平解像度が
４倍に向上されて出力される。これによりこの撮像装置
では、ＣＣＤ固体撮像素子３と同一画素数、同一画素ピ
ッチのＣＣＤ固体撮像素子を用いた３板式の撮像装置に
比して、水平方向にほぼ４／３の解像度、垂直方向に同
等の解像度を得ることができ、その分簡易な構成で高解
像度の撮像結果を得ることができる。

【００４８】（１−３）第１の実施の形態の効果 以上の構成によれば、液晶板６及び複屈折板７の組み合
わせにより、Ｘ偏光及びＹ偏光で、それぞれ水平走査方
向及び垂直走査方向に入射光の光路をシフトさせたこと
により、２組の液晶板及び複屈折板の組み合わせで、水
平方向のサンプリング点を２倍に設定し、垂直方向のサ
ンプリング点を１／２画素ピッチだけ水平方向にシフト
させて２倍に設定することができ、これにより従来に比
して簡易な構成で高解像度の撮像結果を得ることができ
る。

【００４９】（２）第２の実施の形態 図９は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置を示
すブロック図である。この撮像装置２０では、市松模様
の色フィルタを貼着したＣＣＤ固体撮像素子２１により
高解像度の撮像結果を出力する。なおこの実施の形態に
おいて、上述の第１の実施の形態と同一の構成は、対応
する符号を付して示し、重複した説明を省略する。

【００５０】すなわち図１０に示すように、ＣＣＤ固体
撮像素子２１は、偶数ラインにおいて緑色、青色の画素
Ｇ、Ｂが画素ピッチＬで連続し、奇数ラインにおいて、
赤色、緑色の画素Ｒ、Ｇが画素ピッチＬで連続するよう
に、市松模様の色フィルタを貼着して形成されるように
なされている。これによりＣＣＤ固体撮像素子２１は、
水平方向及び垂直方向に２画素ピッチ２Ｌで同一の配列
パターンが繰り返されるようになされている。

【００５１】さらにこの撮像装置２０では、複屈折板７
及び９に代えて複屈折板２２及び２３が配置され、この
うち複屈折板２２は、図１１に示すように、Ｘ偏光の入
射光については光路を変えることなく射出し、Ｙ偏光の
入射光についてはＹ方向に光路を画素ピッチＬだけシフ
トして射出する。これに対して複屈折板２３は、Ｙ偏光
の入射光については光路を変えることなく射出し、Ｘ偏
光の入射光についてはＸ方向に光路を画素ピッチＬだけ
シフトして射出する。

【００５２】これによりこの実施の形態でも、駆動信号
ｅ１、ｅ２に応動して第１〜第４のモードＭ１〜Ｍ４を
形成し、第１のモードＭ１では入射光を直進させてＣＣ
Ｄ固体撮像素子２１の撮像面に集光し（図１０）、第２
のモードＭ２では入射光をＸ方向に画素ピッチＬだけシ
フトさせて集光する。また第３のモードＭ３では入射光
をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ画素ピッチＬだけシフト
させて集光し、第４のモードＭ４では入射光をＹ方向に
画素ピッチＬだけシフトさせて集光する。

【００５３】これにより図１２に示すように、第１のモ
ードＭ１においてＣＣＤ固体撮像素子２１の各画素によ
るサンプリング点を水平方向及び垂直方向に記号Ｈ０、
Ｈ２、Ｈ４、……及びＶ０、Ｖ２、Ｖ４、……で示す
と、図１３に示すように、第２のモードＭ２において
は、各サンプリング点をＸ方向、負側の画素でサンプリ
ングすることになる。また図１４に示すように、第３の
モードＭ３においては、各サンプリング点をＸ方向及び
Ｙ方向、負側の画素でサンプリングすることになり、さ
らに図１５に示すように、第３のモードＭ４において
は、各サンプリング点をＹ方向、負側の画素でサンプリ
ングすることになる。

【００５４】これによりこの実施の形態の場合、各画素
が隣接する各画素のサンプリング点を併せてサンプリン
グし、これにより市松模様の色フィルタを用いた場合で
も、各色信号で、同一のサンプリングパターンにより入
射光をサンプリングすることができるようになされてい
る。すなわち上述した従来例、第１の実施の形態では、
縦ストライプ状の色フィルタについては、各色信号で同
一のサンプリングパターンによりサンプリングすること
ができる反面、市松模様等の色フィルタについては、同
一のサンプリングパターンによりサンプリングすること
が困難な問題がある。

【００５５】従ってこれらの場合には、各色信号で解像
度等を等しく設定できない場合が発生し、また異なるサ
ンプリング点を補うための補間処理等が必要な欠点があ
った。ところがこの実施の形態では、市松模様等の色フ
ィルタにあっても、各色信号で同一のサンプリングパタ
ーンによりサンプリングすることができ、これにより各
色信号で解像度を等しく設定でき、また全体構成を簡略
化することができる。特に、この実施の形態のように、
水平方向及び垂直方向に等しい画素ピッチＬによりＣＣ
Ｄ固体撮像素子２１を形成した場合、各色信号で同一の
サンプリングパターンによりサンプリングして、各色信
号とも正方格子によりサンプリング点を設定することが
でき、これにより撮像結果を例えばコンピュータグラフ
ィックス等に広く利用することができる。

【００５６】また解像度にあっては、ＣＣＤ固体撮像素
子２１と同一画素数、同一画素ピッチのＣＣＤ固体撮像
素子を用いた３板式の撮像装置に比して、同一の解像度
を確保することができる。

【００５７】かくするにつきタイミングジェネレータ２
５は、このモードＭ１〜Ｍ４に対応して駆動信号ｅ１、
ｅ２を生成して出力し、またＣＣＤ固体撮像素子２１の
駆動パルス等を生成して出力する。信号処理回路２６
は、相関二重サンプリングの手法によりこのＣＣＤ固体
撮像素子２１の出力信号を信号処理し、これによりＣＣ
Ｄ固体撮像素子２１の画素の配列に対応して順次色信号
が連続してなる複合の色信号を生成する。さらに信号処
理回路２６は、この複合の色信号をＣＣＤ固体撮像素子
２１の画素の配列に対応して順次切り換えて出力し、こ
れにより色信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを出力する。

【００５８】メモリ２８は、これら色信号ＳＲ、ＳＧ、
ＳＢを色データに変換して入力し、４フィールド分蓄積
すると、サンプリング点がラスタ走査の順序で連続する
ように順次出力する。このとき図１２〜図１５のサンプ
リング点に対応して図１６にに各サンプリング点のサン
プリング回数を黒点で示すように、緑色の色データＤＧ
においては、同一のサンプリング点を異なるモードで重
複してサンプリングすることにより、メモリ２８は、緑
色の色データＤＧについては、この重複する色データを
平均化して出力し、これにより緑色色信号のＳＮ比を向
上する。

【００５９】以上の構成によれば、４フィールドを単位
にして、入射光をシフトさせ、各画素が隣接する画素に
よるサンプリング点を併せてサンプリングするようにし
たことにより、各色信号で同一のサンプリングパターン
により入射光をサンプリングして、高解像度の撮像結果
を得ることができる。

【００６０】（３）他の実施の形態 なお上述の第１の実施の形態においては、レンズ２に続
いて偏光フィルタ４を配置する場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、図１７に示すように、レンズ２
の前面に偏光フィルタ４を着脱自在に配置してもよい。
このようにすれば、ノーマルモードにおいて入射光量を
増大することができ、その分撮像装置の感度を向上する
ことができる。

【００６１】また上述の第１の実施の形態においては、
レンズ２側の複屈折板７によりＸ方向又はＹ方向に光路
をシフトさせ、第２の実施の形態においては、レンズ２
側の複屈折板２２により垂直方向に光路をシフトさせる
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レンズ
２側の複屈折板とＣＣＤ固体撮像素子側の複屈折板とを
入れ換えてもよい。

【００６２】さらに上述の第１の実施の形態において
は、縦ストライプ状の色フィルタを貼着してＣＣＤ固体
撮像素子を形成した場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、例えば市松模様の色フィルタを貼着してＣ
ＣＤ固体撮像素子を形成する場合にも広く適用すること
ができる。なおこの場合は、緑色の色信号に比して不足
する青色及び赤色のサンプリング点を補うために、補間
処理等が必要になる場合がある。

【００６３】さらに上述の実施の形態においては、順次
第１〜第４のモードＭ１〜Ｍ４が連続するように駆動信
号ｅ１、ｅ２を切り換える場合について述べたが、本発
明はこれに限らず、要は４フィールド単位で、第１〜第
４のモードＭ１〜Ｍ４が繰り返されれば良く、各モード
Ｍ１〜Ｍ４の順番は自由に選定することができる。

【００６４】また上述の実施の形態においては、垂直方
向及び水平方向で、画素ピッチを等しく設定した場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、垂直方向及び
水平方向で、画素ピッチが異なる場合にも広く適用する
ことができる。

【００６５】さらに上述の実施の形態においては、メモ
リ１３、２８において各色データの配列を入れ換えて出
力する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
例えばコンピュータに接続してコンピュータグラフィッ
クス等に使用する撮像装置にあっては、コンピュータ側
のメモリによりこの処理を実行してもよい。

【００６６】また上述の第１の実施の形態においては、
ノーマルモード、第１及び第２の高解像度モードで動作
モードを切り換える場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、第１又は第２の高解像度モードに動作モー
ドを固定する場合等に広く適用することができる。

【００６７】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、１組の偏
光手段及び複屈折手段によりそれぞれ水平走査方向及び
垂直走査方向に入射光の光路をシフトさせたことによ
り、２組の偏光手段及び複屈折手段の組み合わせで、水
平方向のサンプリング点を２倍に、垂直方向のサンプリ
ング点を水平方向に１／２画素ピッチだけシフトさせて
２倍に設定することができ、これにより従来に比して簡
易な構成で高解像度の撮像結果を得ることができる。ま
た２組の偏光手段及び複屈折手段により、各画素が隣接
する各画素のサンプリング点を併せてサンプリングする
ように、入射光をシフトさせたことにより、例えば市松
模様の色フィルタ等にあっても、各色信号で同一のサン
プリングパターンにより入射光をサンプリングすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を示
すブロック図である。

【図２】図１の撮像装置における撮像素子の撮像面を示
す正面図である。

【図３】図１の撮像装置におけるモードの説明に供する
図表である。

【図４】図３の各モードにおける入射光のシフトの説明
に供する略線図である。

【図５】図４の入射光のシフトに対応するサンプリング
点を示す略線図である。

【図６】図４の入射光のシフトと同一の相対位置関係に
よる入射光のシフトを示す略線図である。

【図７】各モードの切り換えの説明に供する信号波形図
である。

【図８】図１の撮像装置における信号処理回路の動作の
説明に供する略線図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置を示
すブロック図である。

【図１０】図９の撮像装置における撮像素子の撮像面を
示す正面図である。

【図１１】図９の撮像装置におけるモードの説明に供す
る図表である。

【図１２】図１１の第１のモードＭ１における入射光の
シフトの説明に供する略線図である。

【図１３】図１１の第２のモードＭ２における入射光の
シフトの説明に供する略線図である。

【図１４】図１１の第３のモードＭ３における入射光の
シフトの説明に供する略線図である。

【図１５】図１１の第４のモードＭ４における入射光の
シフトの説明に供する略線図である。

【図１６】第１〜第４のモードＭ１〜Ｍ４により各サン
プリング点のサンプリングの説明に供する略線図であ
る。

【図１７】他の実施の形態に係る撮像装置の光学系を示
す略線図である。

【符号の説明】

１、２０ 撮像装置 ２ レンズ ３、２１ ＣＣＤ固体撮像素子 ４ 偏光フィルタ ６、８ 液晶板 ７、９、２２、２３ 複屈折板 １２、２６ 信号処理回路 １３、２８ メモリ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ規定帯域の入射光を選択的に受
   光するように形成された画素を水平方向及び垂直方向に
   順次配列して形成された撮像素子と、 入射光の偏光面を切り換えて射出する第１の偏光手段
   と、 前記第１の偏光手段より射出される前記入射光の偏光面
   に応じて、前記入射光の光路を切り換えて射出する第１
   の複屈折手段と、 前記第１の複屈折手段より射出される前記入射光の偏光
   面を切り換えて射出する第２の偏光手段と、 前記第２の偏光手段より射出される前記入射光の偏光面
   に応じて、前記入射光の光路を切り換えて前記撮像素子
   の撮像面に射出する第２の複屈折手段とを備え、 前記第１又は第２の複屈折手段により切り換えられる光
   路は、 直進する仮想の入射光に対して、水平方向にシフトさせ
   た第１の光路と、垂直方向にシフトさせた第２の光路と
   でなり、 前記第２又は第１の複屈折手段により切り換えられる光
   路は、 直進する仮想の入射光に対して、水平方向にシフトさせ
   た第３の光路と、直進する第４の光路とでなることを特
   徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 前記撮像素子は、 規定の水平画素ピッチ及び垂直画素ピッチでマトリック
   ス状の画素配列を有する撮像面に、縦ストライプ状の色
   フィルタを配置することにより、それぞれ規定帯域の入
   射光を選択的に受光するように形成された画素を、水平
   方向及び垂直方向にそれぞれ３水平画素ピッチ及び１垂
   直画素ピッチの繰り返しで順次配列して形成された撮像
   素子でなり、 前記第１の光路におけるシフト量は、 水平方向、正側又は負側に、３／４水平画素ピッチでな
   り、 前記第２の光路におけるシフト量は、 垂直方向、正側又は負側に、１／２垂直画素ピッチでな
   り、 前記第３の光路におけるシフト量は、 前記第１の光路におけるシフト方向とは逆方向に、３／
   ２水平画素ピッチでなるように設定されたことを特徴と
   する請求項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記第１及び第２の偏光手段を駆動する
   駆動手段と、 前記撮像素子の出力信号を合成して出力する画像合成手
   段とを有し、 前記駆動手段は、 ４周期単位で、順次循環的に、 前記第１の光路による入射光が前記第３の光路により前
   記撮像素子に集光され、 前記第１の光路による入射光が前記第４の光路により前
   記撮像素子に集光され、 前記第２の光路による入射光が前記第３の光路により前
   記撮像素子に集光され、 前記第２の光路による入射光が前記第４の光路により前
   記撮像素子に集光されるように、 前記第１及び第２の偏光手段を駆動し、 前記画像合成手段は、 前記４周期を単位にして得られる前記撮像素子の出力信
   号を合成して撮像結果を出力することを特徴とする請求
   項１に記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 それぞれ規定帯域の入射光を選択的に受
   光するように形成された画素を水平方向及び垂直方向に
   順次配列して形成された撮像素子と、 入射光の偏光面を切り換えて射出する第１の偏光手段
   と、 前記第１の偏光手段より射出される前記入射光の偏光面
   に応じて、前記入射光の光路を切り換えて射出する第１
   の複屈折手段と、 前記第１の複屈折手段より射出される前記入射光の偏光
   面を切り換えて射出する第２の偏光手段と、 前記第２の偏光手段より射出される前記入射光の偏光面
   に応じて、前記入射光の光路を切り換えて前記撮像素子
   の撮像面に射出する第２の複屈折手段とを備え、 前記撮像素子は、 規定の水平画素ピッチ及び垂直画素ピッチでマトリック
   ス状の画素配列を有する撮像面に、市松模様状の色フィ
   ルタを配置することにより、それぞれ規定帯域の入射光
   を選択的に受光するように形成された画素を、水平方向
   及び垂直方向にそれぞれ２水平画素ピッチ及び２垂直画
   素ピッチで順次繰り返し配列して形成された撮像素子で
   なり、 前記第１の複屈折手段により切り換えられる光路は、 直進する入射光に対して、水平方向又は垂直方向に１水
   平画素ピッチ又は１垂直画素ピッチだけシフトされた第
   １の光路と、直進する第２の光路とでなり、 前記第２の複屈折手段により切り換えられる光路は、 直進する入射光に対して、垂直方向又は水平方向に１垂
   直画素ピッチ又は１水平画素ピッチだけシフトされた第
   ３の光路と、直進する第４の光路とでなることを特徴と
   する撮像装置。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２の偏光手段を駆動する
   駆動手段と、 前記撮像素子の出力信号を合成して出力する画像合成手
   段とを有し、 前記駆動手段は、 ４周期単位で、順次循環的に、 前記第１の光路による入射光が前記第３の光路により前
   記撮像素子に集光され、 前記第１の光路による入射光が前記第４の光路により前
   記撮像素子に集光され、 前記第２の光路による入射光が前記第３の光路により前
   記撮像素子に集光され、 前記第２の光路による入射光が前記第４の光路により前
   記撮像素子に集光されるように、 前記第１及び第２の偏光手段を駆動し、 前記画像合成手段は、 前記４周期を単位にして得られる前記撮像素子の出力信
   号を合成して撮像結果を出力し、該合成の際に、前記４
   周期の間で重複してサンプリングされたサンプリング点
   について、信号レベルを補正して出力することを特徴と
   する請求項４に記載の撮像装置。