JPS6336596B2

JPS6336596B2 -

Info

Publication number: JPS6336596B2
Application number: JP54103797A
Authority: JP
Inventors: Riichi Nakura
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-08-14
Filing date: 1979-08-14
Publication date: 1988-07-20
Also published as: JPS5627571A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は二次元配列された多素子のイメージセ
ンサを用いて高分解能の一次元イメージセンサを
構成した高分解能撮像装置に関するものである。

高速フアクシミリ等に使用するための一次元イ
メージセンサとして既に素子数が2000程度のもの
の製作が行われている。例えば、CCDを用いた
μPD792D（日本電気製）は30mmの幅に2048の素子
を収容している。しかし、大画面フアクシミリ或
いは人工衛星からの地球観測等の場合は、更に素
子数を増加したり、高分解能化をはかることが要
望されている。この一次元イメージセンサによ
り、その素子数を増加させることは現在の高度な
集積回路技術によつても非常に困難な問題であ
る。

また、高分解能を得る方法として、一次元イメ
ージセンサの相互の各素子の配置を1/2ビツトず
らして二列に配列したセンサを製作し、交互にサ
ンプリングを行う複配列方法が考えられている
（特願昭53−37494参照）。

この方法は、第１図に示すように、イメージセ
ンサ１のシリコンウエハー上に受光エレメント部
２，３を互に1/2ビツトずらせて配列した一対の
イメージセンサを製作し、交互にサンプリングを
行うことによりサンプリング周期により制限され
ていた空間分解能特性の向上をはかるものであ
る。この構成において、水平走査方向の素子が同
一ライン上に並んでいないことにより対象撮像個
所が異る問題は片方の出力データに遅延或いはメ
モリ回路を挿入して時間合せをした後データの合
成をすることにより解決される。しかし、この方
法はこのような変形配列をしたイメージセンサを
製作するための特殊な製作工程を有するマスクパ
ターンの製作を必要とすることと、空間周波数特
性を更に改善するために、サンプリング回数を３
倍にする場合には各々1/3素子間隔だけずらせて
配列した３本１組のイメージセンサをマスクパタ
ーンの段階から新たに作る必要が有り、融通性に
欠けることである。

従来の別の方法として、独立した一次元イメー
ジセンサｎ個を互に1/nビツトだけずらせて配置
する方法も考えられる。第２図はｎ＝３の場合の
イメージセンサの配置図である。図の如く、一次
元イメージセンサ４，５，６を水平走査方向に
各々1/3素子づつずらせて配置し、サンプリング
周波数を上げることにより空間分解能の向上をは
かることが出来る。

第３図ａ，ｂは、第２図のように一次元イメー
ジセンサを1/3素子間隔ずらせて配置した場合の
送信部および受信部の系統図であり、測地衛星な
どの送信部と地上局の受信部とを分けて設置した
例を示している。この送信部は一次元イメージセ
ンサ４，５，６の出力を各々増幅器７、サンプル
ホールド回路８、Ａ／Ｄ変換器９に加えた後マル
チプレクサ１０により多重し、変調送信部１１よ
り出力する。また、受信部は受信復調部１２を経
た後デマルチプレクサ１３により３個のイメージ
センサ各々のデータに分離される。このデータ
は、第２図に示すように、垂直走査方向に各々大
きく離れた部分を撮像しているので、同じ位置の
データとして扱うためには遅延回路１４，１５に
より垂直走査方向のずれの画素数だけ遅延させた
後合成させる必要がある。また、第２図に示すよ
うに、数本のイメージセンサが独立している場合
は、結像面積が大きくなるための光学歪及びセン
サ間の平行度の補正が必要である。この補正は、
その歪に従つた遅延時間の補正回路１６，１７，
１８により行つた後マルチプレクサ１９により合
成する。この出力が画像信号処理部２０に加えら
れＤ／Ａ変換画像記録及びその他の画像処理が行
われる。この方法は、ｎ個の独立したイメージセ
ンサを1/n素子だけ正確にずらせて配置・取付を
行うことが困難なこと、ｎの増加により大きな結
像面積を必要とし、このために分解能低下、光学
系歪増大が起きること、およびイメージセンサ間
の垂直走査方向距離が1000素子以上にも達するた
め遅延量の大きい遅延回路を必要とすることなど
の欠点がある。

本発明の目的は、従来方法の問題点を解決する
ため、二次元イメージセンサの配列構成を傾斜さ
せて用いることにより一次元イメージセンサとし
ての分解能向上をはかつた高分解能撮像装置を提
供することにある。

以下図面により本発明を詳細に説明する。

第４図は本発明の動作原理を示す原理説明図で
ある。図において、２１は二次元イメージセンサ
であり２２―１，２２―２，…２３―１，２３―
２，…および２４―１，２４―２，…はその受光
素子であり、格子状に配列されている。この二次
元イメージセンサは、ｘ軸に関して高分解能の一
次元イメージセンサとして用いられるものである
が、走査軸となるｘ軸に対して角度θの傾斜が設
けられている。また、このイメージセンサの縦軸
は２〜４個の受光素子が間隔Y_Pで配置され、そ
の横軸は、例えば2048個の受光素子が間隔X_Pで
配置されているものとする。これら間隔X_P，Y_P
は、例えば14〜15μmのものである。通常、一次
元イメージセンサを製造する場合、平面状のイメ
ージセンサの列を１本づつスライスしたものを用
いているので、この発明に用いられる二次元のイ
メージセンサは平面状のイメージセンサを２〜４
列（ｎ列）毎にスライスすることにより容易に製
造できるものである。

この図のように移動方向ｙ軸に対し角度θの傾
斜があるとき、ｙ軸方向の移動速度ｖとしてτ＝
Y_P cosθ／ｖ時間後に、点線の位置まで移動す
る。したがつて、受光素子２３―１の中心位置
は、ｘ軸の２２―１の受光素子の中心であつた位
置よりY_P・sinθだけ離れた点を通り、この位置
における撮像を行うことが出来る。同様に2τ秒後
には二次元センサの位置は図の粗い点線で示す位
置迄移動し、素子２４―１がｘ軸上で2Y_P sinθ
だけ離れた点を通り、この位置の撮像を行うこと
が出来る。

すなわち、横方向のサンプリング回数をｎ倍に
増加させるためにはｎ・Y_P sinθ＝X_P・cosθ ……(1) となるようにθを設定し、ｎ個の素子がｘ軸の同
一線上にて撮像を行うようにサンプリング時間を
定めれば良い。また、縦方向の分解能もサンプリ
ング回数をｍ倍にすることにより同様に増加させ
ることが出来る。さらに、ここで X_P sinθ＝１／ｍY_P cosθ ……(2) となるようにｍを設定すれば、素子２２―２も
τ／ｍ秒前に素子２２―１とｘ軸上の同一線上に
て撮像を行うことが出来る。以下同様にして、素
子２３―２，２４―２，…もｘ軸上の同一線上に
てサンプリングが行われることとなる。

第５図はX_P＝Y_P，ｍ＝ｎ＝３の場合（すなわ
ち、傾斜角θ＝18.3゜）の各素子の撮像時刻の関
係を示している。図において「０」は、或る基準
時刻ｔにて各素子が撮像を行つていることを示し
「１」，「２」，…は基準時刻より各々τ／３，2τ／
３，…だけ経過した時刻に各素子が撮像を行つて
いることを示す。すなわち、ｘ軸上では図に０，
３，６，−１，２，５，…と示されるように、基
準時刻ｔ，ｔ＋τ，ｔ＋2τ，ｔ−τ／３，ｔ＋2τ／３
，ｔ＋5τ／３，…の時刻に撮像が行われることとなる。

サンプリング回数を各々３倍に増加させることが
出来る。したがつて、図の時刻「０」の点で撮像
されたデータは、τ／３の単位の遅延回路を０固から10個挿入することにより矢印「Ａ」の列でｘ軸
を平行な15個のデータとして得られ、次のτ／３後のタイミングでは矢印「Ｂ」の列のデータとして
得られ、サンプリング回数が３倍に増加できたこ
とになる。

第６図ａ，ｂは本発明の実施例の送信部および
受信部のブロツク図である。この実施例もイメー
ジセンサを搭載した人工衛星の送信部から地上局
の受信部へデータを送るような場合を示している
が、この送信部および受信部を一体に構成するこ
ともできる。まず、送信部のイメージセンサ２１
は、所定撮像時刻に撮像した平面状データを所定
クロツクと所定順序に従つて次の撮像時刻の間に
送り出すものであるから、送信部は一系統の増幅
器２５、サンプルホールド回路２６およびＡ／Ｄ
変換器２７があればよい。したがつて、第３図ａ
の構成よりも簡潔な構成となつている。

一方受信部は送信部から送られた平面状データ
を受けて遅延回路（メモリ）を用いて一次元デー
タに変換するものである。まず、受信復調部１２
の出力をデマルチプレクサ１３のゲートパルスに
より３系統に分離し遅延量2τおよびτの遅延回路
２８，２９により縦軸の補正を行い、次にこの縦
軸補正されたデータ合成分離回路３０により合成
しさらに３個づつのデータブロツク毎に分離す
る。これら３個づつのデータは、遅延量τ／３毎の遅延回路３１〜３４によりτ／３，2τ／３，3τ／３，
4τ／３の横軸（傾斜）の補正がそれぞれ行われ、これら補
正データが合成回路３５で合成され、データ処理
部２０で表示、記録等の処理が行われる。

この縦軸の補正を行う遅延回路２８，２９は、
受光素子２４―１の出力を2τ、受光素子２３―１
の出力をτだけそれぞれ遅延させ、縦軸素子２２
―１，２３―１，２４―１のデータを一次走査軸
（ｘ軸）上のデータに変換している。この補正に
より平面状センサの縦軸データが横軸に変換さ
れ、素子２２―１，２３―１，２４―１および素
子２２―２，２３―２，２４―２のデータはｘ軸
に平行に並んでいるがτ／３のずれがある階段状のデータとなつている。したがつてこのτ／３毎の遅延補正を行えば全体がｘ軸と平行な直線データに
変換できる。

ここで遅延時間の関係を、第７図のタイムチヤ
ートにより説明する。まず、時間系列は、第５図
と同様に、τ／３毎のタイミングに従つており、各数字０，１，２，３…はｔ，ｔ＋τ／３，ｔ＋２／３ τ，ｔ＋3τ／３…の時刻を表わしている。また、撮像した平面状データは、素子２２―１，２３―
１，２４―１，２２―２，２３―２，２４―２，
２２―３…のように縦軸が先に読出されこの縦軸
の読出しが終ると、横となりの縦軸を読出すよう
にしている。この撮像時刻はτ／３毎に進行しており、この撮像時刻の間に素子２２―１，２３―
１，…２４―５のデータを読出している。この図
は撮像時刻「10」を中心にそのタイミング関係を
示している。デマルチプレクサ１３のゲートによ
り遅延量「６」（2τ）および「３」（τ）が定めら
れ、また合成分離回路３０のゲートにより遅延量
「０〜４」（０，τ／３，2τ／３，3τ／３，4τ／３
）が定められる。この場合の合計遅延量は、図示のとおり
「４，７，10，３，６，９…」となり、第５図の
矢印「Ａ」における遅延量を示している。この遅
延量を撮像時刻から差引くと出力時刻は「６，
３，０，７，４，１…」となり、これらの時刻に
撮像したデータが、その順序に従つて出力される
ことを意味している。なおこの撮像時刻９，10，
11の間の読出しは、連続して行われているように
示してあるが、これら撮像時刻の間にあれば、任
意の時間に高速に読出すことも可能である。

第６図ｂの実施例は、説明を解りやすくするた
めに、遅延回路を２段階に分けているが、合計遅
延量を第７図に示すとおり「４，７，10，３，
６，９，…」と設定して２段階に分けずに処理す
ることも可能である。

一般に、多素子イメージセンサを使用する高精
度なシステムにおいては素子の感度不均一性の補
正等が各素子毎に必要なため、各素子毎に分離、
補正する回路が必要であるので、従つて第６図に
おける補正回路の追加は大きな比率とはならな
い。

以上説明したように、本発明は特殊な配列をし
たイメージセンサを開発することなく、通常の二
次元配列の二次元センサを使用することにより、
分解能を上げられるので融通性が高く、かつ高性
能の一次元撮像装置が得られる。

以上の説明は、角度θを(1)式で定められる値に
設定してｘ軸上で等間隔にサンプリングする場合
の説明をしたが角度θがこの値から多少ずれて設
定されている場合も、サンプリング回数を増加さ
せる効果には変りなく、角度θの値をあらかじめ
測定して補正すればよい。また、この実施例は、
受光素子が通常の格子状配列をなす場合について
説明したが、市松模様その他特殊なパターン形状
の二次元センサについても適用出来ることは明ら
かである。

さらに、本発明はマルチスペクトル観測を行う
こともできる。すなわち、通常の二次元素子数の
縦方向配列数にはかなり余裕がありマルチスペク
トル観測と併用して、第８図、第９図に示すよう
に、二次元配列の素子数を有効に使うことも出来
る。これら図は観測スペクトル数ｋ＝４、サンプ
リング倍率ｎ＝３の場合を示し、第８図は第４図
と同様の角度設定によりスペクトル数だけ素子数
を増加させているので傾斜角θは同様であるが第
９図はこれら素子間隔の間に他のスペクトル数
（この場合３）のセンサが挿入されたようにみな
せるので傾斜角はθ／４と少さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の高分解能撮像装置
のセンサ部分の構成図、第３図ａ，ｂは第２図の
高分解能撮像装置の送信部および受信部のブロツ
ク図、第４図は本発明の実施例のセンサ部の構成
図、第５図は第４図の時間関係を説明する説明
図、第６図ａ，ｂは第４図を用いた高分解撮像装
置の実施例の送信部および受信部のブロツク図、
第７図は第６図の時刻関係を示すタイムチヤー
ト、第８図および第９図は本発明のセンサ部分の
第２および第３の実施例の構成図である。図にお
いて、１，４，５，６……イメージセンサ、２，３…
…受光エレメント（素子）部、７，２５……増幅
器、８，２６……サンプルホールド回路、９，２
７……Ａ／Ｄ変換器、１０，１９……マルチプレ
クサ、１１……変調送信部、１２……受信復調
部、１３……デマルチプレクサ、１４，１５，２
８，２９，３１〜３４……遅延回路、１６，１
７，１８……補正回路、２０……画像処理部、２
１……２次元イメージセンサ、２２〜２４―１，
２，３……受光素子、３０……合成分離回路、３
５……合成回路、である。

Claims

【特許請求の範囲】

１相対的に所定方向に移動する被撮像体の光像
を集光する光学手段と、複数の受光素子を格子状
に配列した受光面を前記移動方向と直交する撮像
軸に対して所定角度傾斜させて前記光学手段の集
光部に配設した撮像手段と、この撮像手段の各受
光素子の出力を所定クロツクにより読出す読出手
段と、前記格子状配列の予め定めた複数列の各受
光素子の出力信号が前記撮像軸と平行な一次元デ
ータとなるように前記予め定めた複数列の各受光
素子が前記撮像軸と平行な所定の位置に移動する
のに必要な時間に対応した遅延量を前記各受光素
子の出力信号に与える遅延補正手段とを含む高分
解能撮像装置。