JP2013143741A - Image photographing device - Google Patents

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賢治 金野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image photographing device capable of realizing a high picture quality due to high-precision pixel displacement at a small constitution.SOLUTION: An image photographing device 1 comprises: an imaging module CM having an imaging lens and a pixel-type imaging element; and a tilting device arranged outside a main body CM1 of the imaging module CM and executing tilting processing by tilting the imaging module CM against a face vertical to an optical axis by a minute amount. Also, the tilting device 22 has a drive section 23 for executing tilting processing by directly transmitting a displacement amount along an optical axis direction to an extension section CM2 of the imaging module CM. Furthermore, the drive section 23 changes a position of an imaging element relative to a subject image before and after the tilting processing in a diagonal direction by an odd number of times of a half of an array pitch that is a distance between adjacent pixels in a diagonal direction of the pixels.

Description

本発明は、画像撮影装置に関し、特に、画素ずらしを行い、複数図の撮影を行うことで高解像度の画像を撮影することが可能な画像撮影装置に関する。   The present invention relates to an image capturing apparatus, and more particularly to an image capturing apparatus capable of capturing a high-resolution image by performing pixel shifting and capturing a plurality of figures.

近年の半導体技術の進歩に伴い、デジタルカメラ、携帯電話端末等においてカメラの小型化のニーズが高まっている。小型化を実現するためには撮像ユニット(撮像系)をコンパクトに構成する必要があるが、撮像ユニットのサイズは撮像素子の画素数によって制限されるため、撮像ユニットの小型化を追求すると画素数が制限される。そのため、小型化と解像度を両立させることが難しいという課題がある。   With recent advances in semiconductor technology, there is an increasing need for camera miniaturization in digital cameras, mobile phone terminals, and the like. In order to achieve downsizing, the imaging unit (imaging system) needs to be configured compactly. However, since the size of the imaging unit is limited by the number of pixels of the imaging device, the number of pixels is sought when downsizing the imaging unit Is limited. Therefore, there is a problem that it is difficult to achieve both downsizing and resolution.

一方、画像の高解像度化を図るために、カメラ用途に用いられるCCDやCMOSなどの固体撮像素子においては、画素数を増加する試みが従来なされてきた。各画素のサイズは従来と同様で画素数のみを増やせば固体撮像素子の面積が大型化するため、1枚のウエハから得られる素子数の減少や歩留まりの低下により、コストアップを招来する。このため、画素サイズや画素ピッチを小さくして画素数を増やすことが行われているが、一般に、感度と飽和出力とは画素サイズに比例する関係にあるため、画素サイズの小型化だけでは解像度向上に限界がある。   On the other hand, attempts have been made to increase the number of pixels in solid-state imaging devices such as CCDs and CMOSs used for camera applications in order to increase the resolution of images. The size of each pixel is the same as in the conventional case, and if only the number of pixels is increased, the area of the solid-state imaging device is increased. Therefore, the number of elements obtained from one wafer is reduced and the yield is lowered, resulting in an increase in cost. For this reason, pixel size and pixel pitch are reduced to increase the number of pixels, but in general, sensitivity and saturation output are in proportion to the pixel size, so resolution can be achieved only by reducing the pixel size. There is a limit to improvement.

そのため、画素数を増やすことなく解像度を上げる方法として、「画素ずらし」という方法が提案されている。すなわち、画素ずらしとは、固体撮像素子上に画素ピッチの1/2だけ被写体像を時間的にずらして結像させ、本来の画素ピッチで決まるよりも高い空間周波数で被写体像をサンプリングする方法である。被写体像を1方向にずらせば、見かけ上、2倍の画素数で撮像したのと同等の画像が得られる。また、直交する2方向にずらせば、見かけ上、4倍の画素数で撮像したのと同等の画像が得られる。   Therefore, a method called “pixel shifting” has been proposed as a method for increasing the resolution without increasing the number of pixels. In other words, pixel shifting is a method in which a subject image is formed on a solid-state image sensor by shifting the subject image by time by half the pixel pitch, and the subject image is sampled at a higher spatial frequency than determined by the original pixel pitch. is there. If the subject image is shifted in one direction, an image equivalent to that captured with twice the number of pixels can be obtained. In addition, when shifted in two orthogonal directions, an image equivalent to an image captured with four times the number of pixels can be obtained.

直交する2方向にずらす画素ずらしに対して、固体撮像素子の画素が正方規則配列の場合、斜め方向にずらす方法も提案されている。斜め方向に半画素分ずらすことにより、直交する2方向の周波数成分が2倍になることから、画像処理により擬似的に4倍の画素数を出力することが知られている。また、半画素ではなく、斜めに1/3画素ずつずらして3回撮影するなど、撮影回数によりさらに高解像度化を図れることが知られている。   In contrast to pixel shifting in two orthogonal directions, a method has also been proposed in which the pixels of the solid-state imaging device are shifted in an oblique direction when the pixels of the solid-state imaging device are in a square regular array. It is known that the frequency component in two orthogonal directions is doubled by shifting the pixel by half a pixel in an oblique direction, so that a pseudo four-fold number of pixels is output by image processing. In addition, it is known that higher resolution can be achieved depending on the number of times of photographing, such as photographing three times by shifting one-third pixel obliquely instead of half a pixel.

画素ずらし技術においては、種々の技術が提案されている。例えば、特許文献1が開示する技術では、撮影レンズが搭載する光学手振れ補正用の機構を制御駆動することにより画素ずらし効果を実現する電子カメラが開示されている。   Various techniques have been proposed for the pixel shifting technique. For example, the technique disclosed in Patent Document 1 discloses an electronic camera that realizes a pixel shift effect by controlling and driving an optical camera shake correction mechanism mounted on a photographing lens.

また、特許文献2が開示する技術では、バイモルフを用いて固体撮像素子を移動させることにより画素ずらし効果を実現する固体撮像装置が開示されている。   Further, the technology disclosed in Patent Document 2 discloses a solid-state imaging device that realizes a pixel shifting effect by moving a solid-state imaging device using a bimorph.

また、特許文献3が開示する技術では、CCDエリアセンサと結像レンズとを一体で平行移動させることにより画素ずらし効果を実現する画像読取装置が開示されている。   Further, the technology disclosed in Patent Document 3 discloses an image reading apparatus that realizes a pixel shifting effect by integrally moving a CCD area sensor and an imaging lens in parallel.

さらに、特許文献4が開示する技術では、液晶素子の駆動により画素ずらし効果を実現する撮像装置が開示されている。   Further, the technology disclosed in Patent Document 4 discloses an imaging device that realizes a pixel shifting effect by driving a liquid crystal element.

特開2006−345147号公報JP 2006-345147 A 特開昭60−18958号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-18958 特開2005−151351号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-151351 特開2005−318511号公報JP 2005-318511 A

しかしながら、特許文献1の技術では、手振れ駆動装置は非常に大きな駆動量なので、半画素ずらしという微少量を繰り返し精度良く駆動させることが非常に困難であるという問題がある。また、手振れレンズで駆動する場合、手振れ補正レンズ固有の歪曲収差の影響で均一補正状態によってずれ量が異なるという課題も生じる。   However, the technique of Patent Document 1 has a problem that since a shake driving device has a very large driving amount, it is very difficult to repeatedly drive a small amount of half-pixel shift with high accuracy. Further, when driving with a camera shake lens, there arises a problem that the amount of deviation varies depending on the uniform correction state due to the distortion aberration inherent in the camera shake correction lens.

また、特許文献2の技術では、固体撮像素子は通常基板やフレキ上に配置されており、それをともに駆動させるのは装置が大型化する。また、駆動装置が光軸方向に厚みを有しているので薄型化の実現が困難であるという問題がある。さらに、撮像素子を駆動させると、撮像素子に傾きが発生してしまい像面の倒れ等の画質劣化に繋がる問題もある。   Moreover, in the technique of Patent Document 2, the solid-state imaging device is usually arranged on a substrate or a flexible board, and the size of the apparatus is increased to drive them together. Further, since the driving device has a thickness in the optical axis direction, there is a problem that it is difficult to realize a reduction in thickness. Further, when the image pickup device is driven, there is a problem that the image pickup device is tilted and the image quality is deteriorated such as a tilt of the image plane.

また、特許文献3の技術では、物体距離が固定の場合のみ有効であり、特許文献3で提案されている伸ばしレンズには使用可能でも、物体距離が変動する一般の画像撮影装置には使用できないという問題がある。   Further, the technique of Patent Document 3 is effective only when the object distance is fixed, and can be used for the extension lens proposed in Patent Document 3, but cannot be used for a general image capturing apparatus in which the object distance varies. There is a problem.

さらに、特許文献4の技術では、薄型光学系の達成を考えた場合には、光学系の中に素子を挿入することは、厚み増加になるため、好ましくない。また、液晶素子は一般に駆動速度が速くなく、それによるフレーム間隔が増大することで手振れや被写体ブレの影響を大きく受けるため、画素ずらし撮影による画像回復効果よりも手振れ等の画質劣化の影響が大きくなるという課題がある。   Furthermore, in the technique of Patent Document 4, when achieving a thin optical system, it is not preferable to insert an element in the optical system because the thickness increases. In addition, the liquid crystal element is generally not driven at high speed, and the frame interval resulting from it is greatly affected by camera shake and subject blurring. Therefore, the effect of image quality degradation such as camera shake is greater than the image restoration effect of pixel-shifted shooting. There is a problem of becoming.

このように、従来技術では、既述した小型化と解像度を両立させる課題に対して適切な解決とはなっていない。   As described above, the conventional technology is not an appropriate solution to the problem of achieving both the downsizing and the resolution described above.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型構成で且つ高精度の画素ずらしによる高画質出力を両立させた画像撮影装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an image photographing apparatus that has a compact configuration and achieves high-quality image output by highly accurate pixel shifting.

上記課題を解決するために、請求項1の発明は、撮像レンズと、撮像処理時に前記撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子とからなる本体部を有する撮像モジュールと、前記撮像モジュールの前記本体部の外側に配置され、前記撮像モジュールを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置とを備え、前記傾動装置は、前記光軸方向に沿った変位量を前記撮像モジュールの所定の被駆動部分に直接伝達することにより前記傾動処理を実行する駆動部、を有し、前記駆動部は、前記傾動処理の前後において、前記被写体像に対する前記撮像素子の位置を、前記画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分の奇数倍分、前記所定方向に位置変化させることを特徴とする、画像撮影装置である。   In order to solve the above problems, an invention according to claim 1 is an imaging module having a main body unit including an imaging lens and a pixel-type imaging device that forms a subject image formed through the imaging lens during imaging processing. A tilting device that is disposed outside the main body of the imaging module and tilts the imaging module by a small amount with respect to a plane perpendicular to the optical axis to perform a tilting process, and the tilting device includes the light A driving unit that executes the tilting process by directly transmitting a displacement amount along the axial direction to a predetermined driven part of the imaging module, and the driving unit includes the subject before and after the tilting process. The position of the image sensor with respect to an image is changed in the predetermined direction by an odd multiple of an array pitch that is a distance between adjacent pixels in the predetermined direction of the pixel. To, is an image capturing device.

また、請求項2の発明は、請求項1に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部は、前記光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the image photographing device according to the first aspect, wherein the driving unit is constituted by a piezoelectric element that expands and contracts along the optical axis direction.

また、請求項3の発明は、請求項2に記載の画像撮影装置であって、前記撮像素子の画素は、正方規則配列された複数の画素を含み、前記所定の方向は、前記正方規則配列の対角方向を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the image photographing device according to claim 2, wherein the pixels of the image pickup device include a plurality of pixels arranged in a regular square pattern, and the predetermined direction is the square regular array. The diagonal direction is included.

また、請求項4の発明は、請求項1または2に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部は、前記撮像モジュールに対し前記光軸と垂直方向に配置されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, there is provided the image photographing device according to the first or second aspect, wherein the drive unit is disposed in a direction perpendicular to the optical axis with respect to the imaging module. .

また、請求項5の発明は、請求項4に記載の画像撮影装置であって、前記撮像モジュールは、前記本体部の側面から前記光軸と垂直方向に延びて形成される延伸部を有し、前記所定の被駆動部分は前記延伸部を含み、前記駆動部は、前記延伸部の下方から当接して前記延伸部を光軸方向に移動させることにより前記傾動処理を実行する。   The invention according to claim 5 is the image photographing device according to claim 4, wherein the imaging module has an extending portion formed to extend from a side surface of the main body portion in a direction perpendicular to the optical axis. The predetermined driven portion includes the extending portion, and the driving portion performs the tilting process by abutting from below the extending portion and moving the extending portion in the optical axis direction.

また、請求項6の発明は、請求項2に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部の光軸方向の形成長さは、前記撮像モジュールの前記本体部における光軸方向の形成長さよりも短いことを特徴する。   The invention according to claim 6 is the image photographing device according to claim 2, wherein the formation length of the drive unit in the optical axis direction is greater than the formation length of the imaging module in the optical axis direction. Also features a short.

また、請求項7の発明は、請求項1または2に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部による1回の前記傾動処理に要する時間は、0.25ms以上で且つ5ms以下であることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the image photographing device according to claim 1 or 2, wherein the time required for one tilting process by the driving unit is not less than 0.25 ms and not more than 5 ms. It is characterized by.

また、請求項8の発明は、請求項1に記載の画像撮影装置であって、前記撮像処理時に前記撮像素子に結像された画像を処理して表示用画像を所定の表示部へ出力する画像処理を実行する画像処理手段と、前記撮像モジュールに対する処理と、前記傾動装置に対する前記傾動処理と、前記画像処理手段における前記画像処理とを制御する制御手段と、をさらに備え、前記画像処理手段は、前記制御手段による制御下で前記傾動装置における前記傾動処理の実行前において、前記撮影処理によって前記撮像素子に結像された第1画像と、前記傾動処理の実行後において、前記撮像処理によって前記撮像素子に結像された第2画像と、を用いて、前記画像処理を実行して前記表示用画像を得る。   The invention according to claim 8 is the image photographing device according to claim 1, wherein the image formed on the image sensor at the time of the imaging process is processed and a display image is output to a predetermined display unit. Image processing means for performing image processing; processing for the imaging module; tilting processing for the tilting device; and control means for controlling the image processing in the image processing means, the image processing means The first image formed on the image sensor by the photographing process before execution of the tilting process in the tilting device under the control of the control means, and the imaging process after the tilting process is performed. Using the second image formed on the image sensor, the image processing is executed to obtain the display image.

また、請求項9の発明は、請求項8に記載の画像撮影装置であって、前記撮像素子に結像された画像の一部を切り出して撮影倍率を変化させる電子ズーム手段、をさらに備え、前記画像処理手段は、前記電子ズーム手段によって切り出された領域において、選択的に前記画像処理を実行する。   The invention according to claim 9 is the image photographing device according to claim 8, further comprising an electronic zoom unit that cuts out a part of an image formed on the image sensor and changes a photographing magnification, The image processing means selectively executes the image processing in an area cut out by the electronic zoom means.

請求項1ないし請求項9の発明によれば、撮像レンズと、撮像処理時に撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子とを有する撮像モジュールと、撮像モジュールの本体部の外側に配置され、撮像モジュールを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置とを備える。これにより、撮像モジュールを変更する必要がなく、撮像モジュールの大型化を回避できるため、画像撮影装置全体の構成が画素の位置を変化させる従来の装置と比較して単純になる。また、撮像モジュール自体は従来と同等でよいため、もともとの画像撮影装置の画質を劣化させることもない。   According to the first to ninth aspects of the present invention, an imaging module having an imaging lens, a pixel-type imaging device that forms a subject image formed through the imaging lens during imaging processing, and a main body of the imaging module. A tilting device that is disposed outside and tilts the imaging module by a small amount with respect to a plane perpendicular to the optical axis to execute a tilting process. This eliminates the need to change the imaging module and avoids an increase in the size of the imaging module, thereby simplifying the overall configuration of the image capturing apparatus compared to a conventional apparatus that changes the pixel position. Further, since the imaging module itself may be the same as the conventional one, the image quality of the original image capturing apparatus is not deteriorated.

また、傾動装置は、光軸方向に沿った変位量を撮像モジュールの所定の被駆動部分に直接伝達することにより傾動処理を実行する駆動部を有する。すなわち、駆動量は駆動素子の物理定数や形状から求められる上記変位量にのみ依存する。このため、駆動誤差を考慮する必要がなくなり、駆動精度が向上し、高精度の繰り返し再現性が実現できる。その結果、高画質の画像取得が可能となる。   In addition, the tilting device includes a drive unit that executes tilting processing by directly transmitting a displacement amount along the optical axis direction to a predetermined driven portion of the imaging module. That is, the drive amount depends only on the displacement amount obtained from the physical constant and shape of the drive element. For this reason, it is not necessary to consider the drive error, the drive accuracy is improved, and high-precision repeatability can be realized. As a result, high-quality image acquisition is possible.

さらに、駆動部は、傾動処理の前後において、被写体像に対する撮像素子の位置を、画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分の奇数倍分、所定方向に位置変化させる。これにより、画素ピッチで決まるよりも高い空間周波数で被写体像をサンプリングすることが可能となる。   Further, the drive unit changes the position of the image sensor with respect to the subject image before and after the tilting process in a predetermined direction by an odd multiple of an array pitch that is a distance between adjacent pixels in a predetermined direction of the pixels. This makes it possible to sample the subject image at a higher spatial frequency than determined by the pixel pitch.

その結果、小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置を提供することができる。   As a result, it is possible to provide an image photographing apparatus that achieves both a compact configuration and high image quality output.

請求項2の発明によれば、駆動部は、光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成される。これにより、傾動処理の処理速度を高速にすることができ、撮影の時間を短縮化することが可能となる。その結果、被写体ブレや手振れの影響を小さくすることが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, the drive unit is composed of a piezoelectric element that expands and contracts along the optical axis direction. Thereby, the processing speed of the tilting process can be increased, and the photographing time can be shortened. As a result, it is possible to reduce the influence of subject blur and camera shake.

請求項3の発明によれば、撮像素子の画素は、正方規則配列された複数の画素を含み、所定の方向は、正方規則配列の対角方向を含む。これにより、正方規則配列の対角方向に位置変化させる傾動処理を1回行うだけで、正方規則配列における直交する2方向の周波数情報を倍増させることが可能となる。このため、被写体の方向性によらず全体的に画質を均等に向上させることができる。   According to the invention of claim 3, the pixels of the image sensor include a plurality of pixels arranged in a square regular array, and the predetermined direction includes a diagonal direction of the square regular array. As a result, frequency information in two orthogonal directions in the square regular array can be doubled only by performing the tilt process for changing the position in the diagonal direction of the square regular array once. For this reason, the image quality can be improved uniformly regardless of the directionality of the subject.

請求項4または5の発明によれば、駆動部は、撮像モジュールに対し光軸と垂直方向に配置されている。これにより、撮像モジュールの光軸方向に厚みを持たせることなく、傾動処理を行える。その結果、より小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置を提供することができる。   According to invention of Claim 4 or 5, the drive part is arrange | positioned with respect to an imaging module at the orthogonal | vertical direction with respect to an optical axis. Thereby, the tilting process can be performed without giving a thickness in the optical axis direction of the imaging module. As a result, it is possible to provide an image capturing apparatus that achieves both a compact configuration and high image quality output.

請求項6の発明によれば、駆動部の光軸方向の形成長さは、撮像モジュールの本体部における光軸方向の形成長さよりも短い。これにより、駆動部を新たに設けても装置全体として撮像モジュールの光軸方向に厚みを持たせる必要はなく、薄型の構成を実現できる。その結果、薄型且つ小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置を提供することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the formation length in the optical axis direction of the drive unit is shorter than the formation length in the optical axis direction in the main body portion of the imaging module. Thereby, even if a drive unit is newly provided, it is not necessary to give the entire apparatus a thickness in the optical axis direction of the imaging module, and a thin configuration can be realized. As a result, it is possible to provide an image capturing apparatus that is thin and has a compact configuration and high image quality output.

請求項7の発明によれば、駆動部による1回の傾動処理に要する時間を5ms以下にすることにより、手振れの影響を最小限に抑えることが可能となる。また、駆動部の画素ずらし駆動時間を0.25ms以上にすることにより、駆動後のダンピング振動による影響や傾動装置の大型化を回避することが可能となる。   According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to minimize the influence of camera shake by reducing the time required for one tilting process by the drive unit to 5 ms or less. In addition, by setting the pixel shift drive time of the drive unit to 0.25 ms or more, it is possible to avoid the influence of damping vibration after driving and the enlargement of the tilting device.

請求項8の発明によれば、画像処理手段は、制御手段による制御下で傾動装置における傾動処理の実行前において、撮影処理によって撮像素子に結像された第1画像と、傾動処理の実行後において、撮像処理によって撮像素子に結像された第2画像とを用いて、画像処理を実行して表示用画像を得る。これにより、高画質な表示用画像を得ることができる。   According to the eighth aspect of the present invention, the image processing means includes the first image formed on the image sensor by the photographing process and the after the tilting process before the tilting process in the tilting device is performed under the control of the control means. The image processing is executed using the second image formed on the image sensor by the imaging process to obtain a display image. Thereby, a high-quality display image can be obtained.

請求項9の発明によれば、画像処理手段は、電子ズーム手段によって切り出された領域において、選択的に画像処理を実行する。これにより、光学的に画角を変更する光学ズーム手段を用いて撮像された画像と同等の解像度を有する画像を表示用画像として得ることが可能となる。   According to the ninth aspect of the present invention, the image processing means selectively executes image processing in the area cut out by the electronic zoom means. This makes it possible to obtain an image having a resolution equivalent to that of an image captured using an optical zoom unit that optically changes the angle of view as a display image.

第1及び第2実施形態に係る画像撮影装置の概略構成及びその機能を示す図である。It is a figure which shows schematic structure and the function of the imaging device concerning 1st and 2nd embodiment. 第1実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the specific structure of the image imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the specific structure of the image imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the specific structure of the image imaging device which concerns on 1st Embodiment. 斜め画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the image processing of diagonal pixel shift. 像高によって画素ずらし量が異なることを例示する図である。It is a figure which illustrates that pixel shift amount changes with image heights. 像高によって画素ずらし量が異なることを例示する図である。It is a figure which illustrates that pixel shift amount changes with image heights. 斜め画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the image processing of diagonal pixel shift. 手振れ角度の度数分布を例示する図である。It is a figure which illustrates frequency distribution of hand shake angle. 第1実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the basic operation | movement implement | achieved in the image imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the specific structure of the image imaging device which concerns on 2nd Embodiment. XY画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the image processing of XY pixel shift. XY画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the image processing of XY pixel shift. 第2実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the basic operation | movement implement | achieved in the image imaging device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the basic operation | movement implement | achieved in the image imaging device which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る画像撮影装置の概略構成及びその機能を示す図である。It is a figure which shows schematic structure and the function of the imaging device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the basic operation | movement implement | achieved in the image imaging device which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記の説明では重複した説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。また、各図の方位関係を明確化する目的で、図2〜図4、図11、及び、図12には、右手系のXYZ直交座標系の座標軸が付されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. Further, the drawings are schematically shown, and the sizes, positional relationships, and the like of various structures in the drawings are not accurately illustrated. For the purpose of clarifying the azimuth relationship of each figure, the coordinate axes of the right-handed XYZ orthogonal coordinate system are attached to FIGS. 2 to 4, 11, and 12.

<1.第1実施形態>
<1−1.画像撮影装置の概要>
図1は、本発明の一実施形態に係る画像撮影装置1の概略構成及びその機能を示す図である。図1で示されるように、画像撮影装置1は、撮像モジュールCMを備えるほか、制御部20、操作部21、傾動装置22、画像処理部3、および、表示部28を主に備えて構成されている。
<1. First Embodiment>
<1-1. Overview of image capture device>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration and functions of an image capturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the image capturing apparatus 1 includes an imaging module CM, and mainly includes a control unit 20, an operation unit 21, a tilting device 22, an image processing unit 3, and a display unit 28. ing.

撮像モジュールCMは、撮像レンズ(図示しない)と、撮像処理時に撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子SR(後述の図2(a)及び図4参照)とからなる本体部CM1及び後述する延伸部CM2を含んで構成されている。撮像モジュールCMは、カメラ正面の被写体OBを撮像するよう構成され、撮像によって得られる画像信号(以下「画像」と略称する)は、データ線CBを介して画像処理部3に送信される。   The imaging module CM includes an imaging lens (not shown) and a pixel-type imaging element SR (see FIGS. 2A and 4 to be described later) that forms a subject image formed through the imaging lens during imaging processing. The main body part CM1 and the extending part CM2 described later are included. The imaging module CM is configured to image a subject OB in front of the camera, and an image signal (hereinafter abbreviated as “image”) obtained by imaging is transmitted to the image processing unit 3 via a data line CB.

以下、この明細書では、撮像モジュールCMの1回目の撮影によって取得される画像を「第1画像」と称し、撮像モジュールCMの2回目以降の撮影によって取得される画像を「第2画像」と称する。つまり、後述される画素ずらし処理が実施される前に捉えられた画像を第1画像とし、画素ずらし処理が実施された後に捉えられた画像を第2画像として用いる。   Hereinafter, in this specification, an image acquired by the first shooting of the imaging module CM is referred to as a “first image”, and an image acquired by the second and subsequent shootings of the imaging module CM is referred to as a “second image”. Called. That is, an image captured before the pixel shifting process described later is performed is used as the first image, and an image captured after the pixel shifting process is performed is used as the second image.

制御部20は、撮像モジュールCMに対する撮像処理と、傾動装置22に対する傾動処理と、画像処理部3における画像処理とを統括的に制御する。   The control unit 20 comprehensively controls the imaging process for the imaging module CM, the tilting process for the tilting device 22, and the image processing in the image processing unit 3.

操作部21は、操作ボタンなどによって構成されており、操作者が操作部21を操作することによって、撮影動作の開始等の外部情報が制御部20に入力される。   The operation unit 21 includes operation buttons and the like. When the operator operates the operation unit 21, external information such as the start of a shooting operation is input to the control unit 20.

傾動装置22は、制御部20による制御下で撮像モジュールCMを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行して傾動する。傾動装置22の具体的な配置例および構成についての詳細は後述する。   The tilting device 22 tilts the imaging module CM with a slight amount of tilting with respect to a plane perpendicular to the optical axis under the control of the control unit 20 to execute a tilting process. Details of a specific arrangement example and configuration of the tilting device 22 will be described later.

表示部28は、液晶ディスプレイ等で構成され、画像処理部3によって必要な処理が施された表示用画像を表示する。   The display unit 28 is configured by a liquid crystal display or the like, and displays a display image that has been subjected to necessary processing by the image processing unit 3.

画像処理部3は、撮像処理時に撮像素子に結像された画像を処理して表示用画像を表示部28(所定の表示部)へ出力する画像処理を実行する。画像処理部3は、情報処理部として機能し、記憶装置34、入出力部35、演算制御部36、および、インターフェース(I/F)37を主に備えて構成されている。   The image processing unit 3 performs image processing for processing an image formed on the image sensor during the imaging process and outputting a display image to the display unit 28 (predetermined display unit). The image processing unit 3 functions as an information processing unit, and mainly includes a storage device 34, an input / output unit 35, an arithmetic control unit 36, and an interface (I / F) 37.

記憶装置34は、例えばSRAM等のメモリ素子で構成され、撮像モジュールCMの撮像によって得られる第1および第2画像を記憶する。   The storage device 34 is composed of, for example, a memory element such as SRAM, and stores first and second images obtained by imaging by the imaging module CM.

入出力部35は、例えば半導体メモリーカードスロットを備えて構成され、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体をセットして、演算制御部36との間でデータの授受を行う。   The input / output unit 35 includes, for example, a semiconductor memory card slot, sets a portable storage medium such as a flash memory, and exchanges data with the arithmetic control unit 36.

演算制御部36は、プロセッサとして働くCPU36aと、情報を一時的に記憶するメモリ36bとを有し、これらのデジタル処理回路36a,36bによって画像処理部3の各部を統括的に制御する。演算制御部36では、記憶装置34内のプログラムPGが読み込まれて実行されることで、各種機能や各種情報処理等が実現される。なお、メモリ36bには、可搬性記憶媒体に記憶されているプログラムデータを、入出力部35を介して格納させることができる。この格納されたプログラムは、画像処理部3の動作に適宜反映可能である。   The arithmetic control unit 36 includes a CPU 36a that functions as a processor and a memory 36b that temporarily stores information, and controls the respective units of the image processing unit 3 through these digital processing circuits 36a and 36b. In the arithmetic control unit 36, various functions, various information processing, and the like are realized by reading and executing the program PG in the storage device 34. The memory 36b can store program data stored in the portable storage medium via the input / output unit 35. The stored program can be appropriately reflected in the operation of the image processing unit 3.

また、演算制御部36は、後述する画素ずらしによる画像処理が実施されることによって、表示用画像を生成する。すなわち、制御部20による制御下で傾動装置22における傾動処理の実行前において、撮影処理によって撮像素子に結像された第1画像と、傾動処理の実行後において、撮影処理によって撮像素子に結像された第2画像とを用いて、画像処理を実行して表示用画像を得る。そして、得られた表示用画像を、制御部20の指令によって表示部28に出力する。   In addition, the arithmetic control unit 36 generates a display image by performing image processing by pixel shift described later. That is, under the control of the control unit 20, the first image formed on the image sensor by the photographing process before execution of the tilting process in the tilting device 22 and the image formed on the image sensor by the photographing process after execution of the tilt process. Using the second image thus obtained, image processing is executed to obtain a display image. Then, the obtained display image is output to the display unit 28 according to a command from the control unit 20.

インターフェース(I/F)37は、データ線CBを介して撮像モジュールCMに接続され、撮像モジュールCMで取得されたデータの送受信を可能にしている。   The interface (I / F) 37 is connected to the imaging module CM via the data line CB, and enables transmission and reception of data acquired by the imaging module CM.

<1−2.傾動装置>
画素ずらしの方式において薄型の画像撮像装置を実現するためには、従来のような撮像素子の駆動や液晶挿入、手振れ駆動というような大型化および肉厚化する方法ではなく、撮像モジュール全体を傾動させる方法が最適である。そこで、画像撮影装置1では、撮像モジュールCMの本体部CM1の外側に配置され、撮像モジュールCMを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置22を備える。
<1-2. Tilt device>
In order to realize a thin image pickup device in the pixel shifting method, the whole image pickup module is tilted instead of the conventional method of increasing the size and thickness such as driving of the image pickup element, liquid crystal insertion, and camera shake drive. The method of letting you do is the best. Therefore, the image capturing apparatus 1 includes a tilting device 22 that is disposed outside the main body CM1 of the imaging module CM and tilts the imaging module CM with a slight amount with respect to a plane perpendicular to the optical axis to execute a tilting process.

図2〜図4は、画像撮影装置1の傾動装置22および撮像モジュールCMの具体的構成を説明する模式図である。なお、ここでは、後述する斜め画素ずらしの場合を想定して説明する。   2 to 4 are schematic diagrams illustrating specific configurations of the tilting device 22 and the imaging module CM of the image capturing device 1. Here, a description will be given assuming a case of oblique pixel shift described later.

図2(a)で示されるように、撮像モジュールCMの本体部CM1における開口部25を上側(+Z方向)にして画像撮影装置1のXY平面を+Z方向から見た場合、傾動装置22は、略直方体形状を呈した撮像モジュールCMの本体部CM1の外側に配置されて構成される。また、本体部CM1内部の撮像素子SRは、図4(a)で示されるように、フレキ基板26上に配置されて構成される。   As shown in FIG. 2A, when the XY plane of the image capturing apparatus 1 is viewed from the + Z direction with the opening 25 in the main body CM1 of the imaging module CM facing upward (+ Z direction), the tilting device 22 is The imaging module CM having a substantially rectangular parallelepiped shape is disposed outside the main body CM1. Further, the imaging element SR inside the main body CM1 is arranged on the flexible substrate 26 as shown in FIG. 4A.

ここで、正方規則配列からなる画素に対する斜め画素ずらし処理では、被写体像に対する撮像素子SRの画素の位置を、画素の対角方向である矢印ARS方向に移動されなければならない(図4(b)参照)。そこで、本実施形態では、斜め画素ずらし処理としては、撮像モジュールCM全体を光軸方向(Z方向)と垂直な面(XY平面)に対して傾動させる傾動処理を採用している。この傾動処理を実現すべく、傾動装置22は、正方画素の対角方向である矢印ARS方向(図4(b)参照)に対応する矢印AR1方向(図2(a)参照)に駆動部23と支点部24とを設けている。   Here, in the diagonal pixel shifting process for the pixels having the square regular arrangement, the position of the pixel of the image sensor SR with respect to the subject image must be moved in the arrow ARS direction which is the diagonal direction of the pixel (FIG. 4B). reference). Therefore, in the present embodiment, as the diagonal pixel shifting process, a tilting process that tilts the entire imaging module CM with respect to a plane (XY plane) perpendicular to the optical axis direction (Z direction) is employed. In order to realize this tilting process, the tilting device 22 drives the drive unit 23 in the arrow AR1 direction (see FIG. 2A) corresponding to the arrow ARS direction (see FIG. 4B) that is the diagonal direction of the square pixel. And a fulcrum part 24 are provided.

<1−2−1.高精度のための駆動部の構成>
ところで、撮像後の画像処理による高画質出力を考慮する場合、画素移動量の精度は非常に重要である。移動量が所望の移動量から著しくずれると、画像処理による高画質出力されたはずの画像に、誤情報が含まれることになり高画質の高解像画像を得ることができなくなる。
<1-2-1. Configuration of drive unit for high accuracy>
By the way, when considering high image quality output by image processing after imaging, the accuracy of pixel movement is very important. If the amount of movement deviates significantly from the desired amount of movement, erroneous information is included in an image that should have been output with high image quality by image processing, and a high-resolution high-resolution image cannot be obtained.

例えば、ギアやテコの原理を用いた変位拡大機構を用いた場合は、当該変位拡大機構の駆動誤差が画素ずらし移動量の誤差となる。このため、傾動装置22の駆動部23の駆動は直接伝達する方法が最も好ましい。直接伝達で変位させると、駆動量は駆動素子の物理定数や形状から求められる変位量にのみ依存し、当該変位拡大機構の駆動誤差がないことから、繰り返し再現性は非常に高くなる利点がある。   For example, when a displacement enlarging mechanism using the principle of gear or lever is used, a driving error of the displacement enlarging mechanism becomes an error of pixel shift and movement amount. For this reason, the method of directly transmitting the drive of the drive unit 23 of the tilting device 22 is most preferable. When displacement is performed by direct transmission, the drive amount depends only on the displacement amount obtained from the physical constant and shape of the drive element, and there is no drive error of the displacement enlargement mechanism, so there is an advantage that repeatability is very high. .

そこで、高精度の繰り返し再現性を実現するために、画像処理装置1では、駆動部23が光軸方向に沿った変位量を撮像モジュールCMの所定の被駆動部分に直接伝達することにより傾動処理を実行する。具体的には、図2(b)で示されるように、駆動部23は、撮像モジュールCMの本体部CM1に対し離間して設けられ、本体部CM1に対し光軸と垂直方向に、本体部CM1の側面から光軸と垂直方向に延びて形成される延伸部CM2の下面に当接可能に配置される。したがって、当該所定の被駆動部分は延伸部CM2として設定される。これにより、駆動部23は、延伸部CM2の下方から当接して延伸部CM2を光軸方向に移動させることにより撮像モジュールCM全体に対する傾動処理を実行する。ただし、延伸部CM2は、図2に示される延伸部CM2のような構成だけに限られない。延伸部は撮像素子SRの撮像有効範囲の外側に設けられる構造であり、光軸方向への作用点を有していればよく、例えば、駆動部23を除いた開口の形状であっても構わない。支点部24に関しても、同様に、支持する板ばね等の作用点を有していれば、図2の形状に限らない。   Therefore, in order to realize high-precision repeatability, in the image processing apparatus 1, the driving unit 23 transmits the displacement amount along the optical axis direction directly to a predetermined driven portion of the imaging module CM, thereby performing tilt processing. Execute. Specifically, as shown in FIG. 2B, the drive unit 23 is provided apart from the main body CM1 of the imaging module CM, and the main body is perpendicular to the optical axis with respect to the main body CM1. It arrange | positions so that abutting is possible for the lower surface of extending | stretching part CM2 formed extending from the side surface of CM1 in the direction perpendicular to the optical axis. Therefore, the predetermined driven portion is set as the extending portion CM2. Thereby, the drive unit 23 performs a tilting process on the entire imaging module CM by abutting from below the extending unit CM2 and moving the extending unit CM2 in the optical axis direction. However, the extending part CM2 is not limited to the configuration like the extending part CM2 shown in FIG. The extending portion has a structure provided outside the imaging effective range of the imaging element SR, and may have an action point in the optical axis direction. For example, the extending portion may have an opening shape excluding the driving unit 23. Absent. Similarly, the fulcrum portion 24 is not limited to the shape shown in FIG. 2 as long as it has a point of action such as a leaf spring to be supported.

<1−2−2.高速駆動のための駆動部の構成>
一方、後述するように画素ずらしを行ってから再度撮影する方法のため、撮影の間隔はできるだけ短い方がよい。これは、被写体ブレや手振れの影響で取得画像に違いが生じると、画像処理による回復が困難になるだけでなく、画質の劣化を引き起こす可能性もあるので、その影響をできるだけ小さくする必要があるためである。
<1-2-2. Configuration of drive unit for high-speed drive>
On the other hand, as will be described later, since the image is taken again after shifting pixels, it is preferable that the shooting interval be as short as possible. This is because if there is a difference in the captured image due to subject blurring or camera shake, it will not only be difficult to recover by image processing, but it may also cause degradation in image quality, so it is necessary to minimize the effect. Because.

そこで、画素ずらし駆動を高速にするために、画像処理装置1では、駆動部23は、光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成される。ピエゾ圧電素子は、その共振周波数が数10KHzから数MHz程度と非常に高いため、共振周波数までの駆動が可能であるという点と大きな変位量を有するので、傾動に必要な変位を高速で発生させることができるためである。   Therefore, in order to increase the pixel shift drive speed, in the image processing apparatus 1, the drive unit 23 is configured by a piezoelectric element that expands and contracts along the optical axis direction. A piezoelectric element has a very high resonance frequency of about several tens of kilohertz to several megahertz, so that it can be driven up to the resonance frequency and has a large amount of displacement, so that a displacement necessary for tilting is generated at high speed. Because it can.

<1−2−3.薄型化のための傾動装置の配置>
また、薄型化を行うには傾動装置の配置は、上述したように、撮像モジュールCMの本体部CM1の底面または上面に駆動部23を配置するのではなく、光軸方向と直交する方向に駆動部23を配置することが好ましい。撮像モジュールCMの本体部CM1の底面または上面に圧電素子を配置する方式を採用すると、光軸方向に厚みを増加させることになるためである。
<1-2-3. Arrangement of tilting device for thinning>
In order to reduce the thickness, the tilting device is arranged in the direction orthogonal to the optical axis direction instead of arranging the driving unit 23 on the bottom surface or the top surface of the main body CM1 of the imaging module CM as described above. It is preferable to arrange the portion 23. This is because if the method of arranging the piezoelectric elements on the bottom surface or the top surface of the main body CM1 of the imaging module CM is employed, the thickness is increased in the optical axis direction.

そこで、光軸方向に厚みを回避するために、画像処理装置1では、駆動部23の光軸方向の形成長さD(図2(b)参照)は、撮像モジュールCMの光軸方向の形成長さTよりも短く構成されている。また、図2(c)で示されるように、支点部24は、駆動部23による駆動に対して支点部24が動かないようにするために矢印AR3方向に板バネなど(図示しない)により付勢されるが、支点部24の光軸方向の高さD’(図2(b)参照)に関しても、撮像モジュールCMの光軸方向の形成長さTよりも短く構成されている。   Therefore, in order to avoid the thickness in the optical axis direction, in the image processing apparatus 1, the formation length D (see FIG. 2B) of the drive unit 23 in the optical axis direction is the formation in the optical axis direction of the imaging module CM. It is configured to be shorter than the length T. Further, as shown in FIG. 2C, the fulcrum portion 24 is attached by a leaf spring or the like (not shown) in the direction of the arrow AR3 in order to prevent the fulcrum portion 24 from moving when driven by the drive portion 23. However, the height D ′ of the fulcrum 24 in the optical axis direction (see FIG. 2B) is also configured to be shorter than the formation length T of the imaging module CM in the optical axis direction.

<1−2−4.傾動装置の変形例>
傾動装置22の変形例としては、支点部24をそのままの構成として駆動部23を、図3で示される傾動装置22’の駆動部23’のような構成としても良い。すなわち、図3(a)で示されるように、画像撮影装置1’では、駆動部23’は延伸部CM2の下方に当接して+X方向に延びて形成される延設部23bと、その延設部23bの+X側の先端を固定する固定部23cとを備える。ここで、駆動部23’の延設部23bは、バイモルフ、ユニモルフ、圧電ユニモルフといったピエゾ圧電素子の一種により構成され、図3(b)で示されるように矢印AR4方向に伸縮する。延設部23bの矢印AR4方向の伸縮に関しては、図3(c)で示されるように、延設部23bの−X側の先端周辺に、電圧をゼロから印加することで、延設部23bの−X側の先端周辺は収縮し、実線位置L0から破線位置L1のように+Z方向に反り返って変形し、さらに、延設部23bの−X側の先端周辺が破線位置L1の状態から電圧を下げると、延設部23bの−X側の先端周辺は伸長し、図3(d)で示されるように、実線位置L2のように−Z方向に反り返って変形する。なお、駆動部23’の光軸方向の形成長さD”(ここでは、固定部23cの光軸方向の長さに相当する)においても、駆動部23と同様に撮像モジュールCMの光軸方向の形成長さTよりも短く構成されている。
<1-2-4. Modification of tilting device>
As a modification of the tilting device 22, the drive unit 23 may be configured as the drive unit 23 ′ of the tilting device 22 ′ shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3A, in the image capturing device 1 ′, the drive portion 23 ′ is in contact with a lower portion of the extension portion CM2 and extends in the + X direction, and the extension portion 23b is formed. And a fixing portion 23c for fixing the + X side tip of the installation portion 23b. Here, the extending portion 23b of the driving portion 23 ′ is constituted by a kind of piezoelectric element such as a bimorph, a unimorph, and a piezoelectric unimorph, and expands and contracts in the direction of the arrow AR4 as shown in FIG. 3B. Regarding the expansion and contraction of the extending portion 23b in the direction of the arrow AR4, as shown in FIG. 3C, by applying a voltage from zero to the periphery of the −X side tip of the extending portion 23b, the extending portion 23b The −X side tip periphery of the wire portion contracts and deforms by warping in the + Z direction as indicated by the broken line position L1 from the solid line position L0, and the −X side tip periphery of the extending portion 23b is changed from the state of the broken line position L1. Is lowered, the vicinity of the −X side tip of the extending portion 23b is extended, and as shown in FIG. 3D, it is warped and deformed in the −Z direction as shown by a solid line position L2. Note that the formation length D ″ of the driving unit 23 ′ in the optical axis direction (here, corresponding to the length of the fixing unit 23c in the optical axis direction) is similar to the driving unit 23 in the optical axis direction of the imaging module CM. Is formed shorter than the formation length T.

<1−2−5.傾動装置の効果>
以上のように、画像撮影装置1は、撮像レンズと、撮像処理時に撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子SRとを有する撮像モジュールCMと、撮像モジュールCMの本体部CM1の外側に配置され、撮像モジュールCMを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置22(22’)とを備えることにより、撮像モジュールCMを変更する必要がなく、撮像モジュールCMの大型化を回避できるため、画像撮影装置全体の構成が画素ずらしを行う従来の装置と比較して単純になる。また、撮像モジュール自体は従来と同等でよいため、もともとの画像撮影装置の画質を劣化させることもない。
<1-2-5. Effect of tilting device>
As described above, the image capturing apparatus 1 includes the imaging module CM including the imaging lens, the pixel-type imaging element SR that forms the subject image formed through the imaging lens during the imaging process, and the main body of the imaging module CM. It is necessary to change the imaging module CM by including a tilting device 22 (22 ′) that is disposed outside the CM1 and tilts the imaging module CM by a small amount with respect to a plane perpendicular to the optical axis to execute a tilting process. Therefore, it is possible to avoid an increase in the size of the imaging module CM, so that the overall configuration of the image capturing apparatus is simplified compared to a conventional apparatus that performs pixel shifting. Further, since the imaging module itself may be the same as the conventional one, the image quality of the original image capturing apparatus is not deteriorated.

また、傾動装置22(22’)は、光軸方向に沿った変位量を撮像モジュールCMの所定の被駆動部分(延伸部CM2)に直接伝達することにより傾動処理を実行する駆動部23(23’)を有することから、駆動量は駆動素子の物理定数や形状から求められる上記変位量にのみ依存する。このため、駆動誤差を考慮する必要がなくなり、駆動精度が向上し、高精度の繰り返し再現性が実現できる。その結果、高画質の画像取得が可能となる。   Further, the tilting device 22 (22 ′) directly transmits a displacement amount along the optical axis direction to a predetermined driven portion (extension portion CM2) of the imaging module CM, thereby executing a tilting process 23 (23). Therefore, the driving amount depends only on the displacement amount obtained from the physical constant and shape of the driving element. For this reason, it is not necessary to consider the drive error, the drive accuracy is improved, and high-precision repeatability can be realized. As a result, high-quality image acquisition is possible.

また、駆動部23(23’)は、光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成されることにより、傾動処理の処理速度を高速にすることができ、撮影の時間を短縮化することが可能となる。その結果、被写体ブレや手振れの影響を小さくすることが可能となる。   Further, the drive unit 23 (23 ′) is composed of a piezoelectric element that expands and contracts along the optical axis direction, so that the processing speed of the tilting process can be increased and the photographing time can be shortened. Is possible. As a result, it is possible to reduce the influence of subject blur and camera shake.

また、駆動部23(23’)は、撮像モジュールCMに対し光軸と垂直方向に配置されていることにより、撮像モジュールCMの光軸方向に厚みを持たせることなく、傾動処理を行える。   Further, the drive unit 23 (23 ') is arranged in a direction perpendicular to the optical axis with respect to the imaging module CM, so that the tilting process can be performed without increasing the thickness in the optical axis direction of the imaging module CM.

さらに、駆動部23(23’)の光軸方向の形成長さD(D”)は、撮像モジュールの光軸方向の形成長さTよりも短いことにより、駆動部23(23’)を新たに設けても装置全体として撮像モジュールCMの光軸方向に厚みを持たせる必要はなく、薄型の構成を実現できる。   Furthermore, since the formation length D (D ″) of the drive unit 23 (23 ′) in the optical axis direction is shorter than the formation length T of the imaging module in the optical axis direction, the drive unit 23 (23 ′) is newly added. Even if it is provided, it is not necessary for the entire apparatus to have a thickness in the optical axis direction of the imaging module CM, and a thin configuration can be realized.

これらの結果、薄型且つ小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置1を提供することができる。   As a result, it is possible to provide the image capturing device 1 that is thin and has a compact configuration and high image quality output.

<1−3.斜め画素ずらし>
続いて、第1実施形態の前提となる斜め画素ずらしについて説明する。以下、この明細書では、半画素とは、撮像素子SRの画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分を言うものとする。したがって、画像撮影装置1では、斜め画素ずらし方式を採用し、図4(b)で示されるように撮像素子SRの画素が正方規則配列された複数の画素から構成されるため、当該所定の方向とは、当該正方規則配列の対角方向、すなわち、矢印ARS方向(以下、単に「斜め方向」と略称する)となる。
<1-3. Diagonal pixel shift>
Next, oblique pixel shifting, which is a premise of the first embodiment, will be described. Hereinafter, in this specification, the half pixel means a half of the arrangement pitch which is a distance between adjacent pixels in a predetermined direction of the pixels of the image sensor SR. Therefore, the image photographing apparatus 1 employs the oblique pixel shifting method, and the pixels of the image sensor SR are composed of a plurality of pixels arranged in a regular square as shown in FIG. Is the diagonal direction of the square regular array, that is, the arrow ARS direction (hereinafter simply referred to as “oblique direction”).

画素ずらしには、正方規則配列の画素構成の場合に、直交する2方向に半画素ずらす方法(以下「XY画素ずらし」と称し、詳細は後述する。)や配列ピッチの斜め方向に半画素ずらす方法(以下「斜め画素ずらし」と称し、詳細は後述する。)あるいは、六方規則配列の画素構成の場合に直交する2方向にずらす方法等様々なバリエーションがある。また、半画素ずらすのではなく、1/3画素や1/4画素ずらして解像度を更に高めることも可能であり、撮影回数が多い方式ほど、回復可能な情報量が増えるため、高解像にした場合の画質(周波数情報)が向上することが知られている。   In the case of the pixel arrangement of the square regular arrangement, the pixel shift is a method of shifting a half pixel in two orthogonal directions (hereinafter referred to as “XY pixel shift”, details will be described later), and a half pixel shift in an oblique direction of the array pitch. There are various variations such as a method (hereinafter referred to as “oblique pixel shift”, details will be described later), and a method of shifting in two orthogonal directions in the case of a hexagonal regular pixel configuration. In addition, the resolution can be further increased by shifting 1/3 pixel or 1/4 pixel instead of shifting by half a pixel. Since the amount of information that can be recovered increases as the number of shootings increases, the resolution can be increased. It is known that image quality (frequency information) is improved.

ところが、通常の携帯用途のカメラでの撮影を想定した場合は、被写体ブレと手振れの影響は回避できないため、撮影回数を多くすることは一概に高画質化に適しているとは言い難い。   However, when shooting with a normal portable camera is assumed, the effects of subject blurring and camera shake cannot be avoided. Therefore, it is difficult to say that increasing the number of shootings is generally suitable for higher image quality.

本実施形態の画像撮影装置1では、駆動部23(23’)は、傾動処理の前後において、被写体像に対する撮像素子SRの画素の位置を、斜め方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分、斜め方向に(すなわち、斜め方向に半画素分)位置変化させる。   In the image capturing device 1 according to the present embodiment, the drive unit 23 (23 ′) is configured so that the pixel position of the image sensor SR with respect to the subject image is the distance between adjacent pixels in an oblique direction before and after the tilt process. The position is changed in an oblique direction (that is, half a pixel in the oblique direction).

これにより、画素ピッチで決まるよりも高い空間周波数で被写体像をサンプリングすることが可能となる。また、正方規則配列の対角方向に位置変化させる傾動処理を1回行うだけで、正方規則配列における直交する2方向の周波数情報を倍増させることが可能となる。このため、被写体の方向性によらず全体的に画質を均等に向上させることができる。さらに、1回の半画素ずらしによる2回の撮影ですむため、被写体ブレや手振れの影響を最小限に抑えるとともに、半画素の奇数倍分の画素の移動量と比較して、移動量が小さいため、移動誤差を最小限に抑えることが可能となる。   This makes it possible to sample the subject image at a higher spatial frequency than determined by the pixel pitch. In addition, frequency information in two orthogonal directions in the square regular array can be doubled by performing the tilt process for changing the position in the diagonal direction of the square regular array only once. For this reason, the image quality can be improved uniformly regardless of the directionality of the subject. Furthermore, since it is only necessary to shoot twice with one half-pixel shift, the influence of subject blurring and camera shake is minimized, and the amount of movement is small compared to the amount of movement of an odd number of half-pixels. Therefore, it is possible to minimize the movement error.

具体的に、画像撮影装置1で実現される斜め画素ずらしの画像処理について説明する。図5は、斜め画素ずらしの画像処理を説明する模式図であり、図5(a)は第1画像と第2画像との画素の位置関係を示し、図5(b)は第1画像と第2画像との画素から類推して補間する画素の位置を示し、図5(c)は補間後の表示用画像を示す。   Specifically, image processing for shifting diagonal pixels realized by the image capturing apparatus 1 will be described. 5A and 5B are schematic diagrams for explaining image processing with diagonal pixel shifting. FIG. 5A shows the positional relationship between the first image and the second image, and FIG. 5B shows the first image and the second image. The positions of the pixels to be interpolated by analogy with the pixels of the second image are shown, and FIG. 5C shows the display image after the interpolation.

まず、図4(b)で示されるように、撮像素子SRの位置が斜め画素ずらし処理により矢印ARS方向に半画素分移動された場合、図5(a)で示されるように、傾動処理前の画素の位置である第1画像G1の画素(以下「第1画素」と称する)P1から、傾動処理後の画素の位置である第2画像G2の画素(以下「第2画素」と称する)P2に移動される。これにより、第1画素P1の情報に、第2画素P2の情報が加わる。   First, as shown in FIG. 4B, when the position of the image sensor SR is moved by half a pixel in the arrow ARS direction by the diagonal pixel shifting process, as shown in FIG. From the pixel (hereinafter referred to as “first pixel”) P1 of the first image G1 that is the position of the pixel of the second image G2 (hereinafter referred to as “second pixel”) that is the position of the pixel after the tilting process. Moved to P2. Thereby, the information of the second pixel P2 is added to the information of the first pixel P1.

そして、図5(b)で示されるように、第1画素P1の情報と第2画素P2の情報とからその中間位置C0の画素情報を類推して、図5(c)で示されるように、新たに類推画素P3を補間することで、最終的に表示用画像GDを生成する。   Then, as shown in FIG. 5B, the pixel information of the intermediate position C0 is analogized from the information of the first pixel P1 and the information of the second pixel P2, as shown in FIG. 5C. By newly interpolating the analogy pixel P3, the display image GD is finally generated.

これにより、第1画素P1情報及び第2画素P2情報に、さらに、類推画素P3の情報が追加されたため、結果的には第1画素P1情報だけの場合と比較して4倍の画素情報となり、高解像度画像が得られることになる。   As a result, the information of the analogy pixel P3 is further added to the first pixel P1 information and the second pixel P2 information, and as a result, the pixel information is four times that of the case of only the first pixel P1 information. Thus, a high resolution image is obtained.

<1−3−1.傾動による画素ずらしの一般的性質と前提事情>
ところが、傾動による画素ずらし処理では、像高によって画素ずらし量が異なる問題がある。通常撮像光学系の射影方式は像高をy、焦点距離をf、画角をθとした場合、y=f・tanθの関係がある。画素ずらしのために、微小量傾動した場合の像高の移動量はθの微分で記述されるために、dy/dθ=f/cos2θとなる。つまり、入射角度(像高)によって像高の移動量が変化することになる。
<1-3-1. General properties and preconditions of pixel shifting by tilting>
However, the pixel shift processing by tilting has a problem that the pixel shift amount varies depending on the image height. The projection method of the normal imaging optical system has a relationship of y = f · tan θ, where y is the image height, f is the focal length, and θ is the angle of view. Because of the pixel shift, the amount of movement of the image height when tilted by a minute amount is described by the differentiation of θ, so dy / dθ = f / cos 2 θ. That is, the amount of movement of the image height varies depending on the incident angle (image height).

下表1、図6及び図7は、半画角30度(θ=60度)の光学系(焦点距離がf=3.5mm、画面対角4.04mm)において、撮像素子SRの中心で0.5画素ずらしを行った際の像高(y)による画素ずれ量の変動を示している。   Table 1, FIG. 6 and FIG. 7 show the center of the image sensor SR in the optical system (focal length f = 3.5 mm, screen diagonal 4.04 mm) with a half field angle of 30 degrees (θ = 60 degrees). It shows the variation of the pixel shift amount due to the image height (y) when 0.5 pixel shift is performed.

Figure 2013143741
Figure 2013143741

表1は、画角(θ)、像高(y:撮像素子SRの中心からの距離)、dy/dθ、及び、画素ずれ量の関係を数値的に示し、図6は、表1の数値を基にして画素ずれ量と像高との関係を示したグラフである。また、図7は撮像素子SRの位置によって画素ずれ量が異なることを説明する概念図である。   Table 1 numerically shows the relationship between the angle of view (θ), the image height (y: distance from the center of the image sensor SR), dy / dθ, and the amount of pixel shift. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pixel shift amount and the image height based on the graph. FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining that the amount of pixel shift differs depending on the position of the image sensor SR.

下表1、図6及び図7で示されるように、撮像素子SRの中心で0.5画素の移動でも最周辺では0.67画素の移動になる。すなわち、傾動の場合は撮像素子SRの位置によって画素ずれ量が異なる現象が生じる。図7で示されるように、撮像素子SRの中心から外側に向かうに従って、回転対称に画素ずれ量が増加し、増加率は周辺にいくほど急になる。このため、全ての領域で同じ画像処理を行うと、逆に画質劣化を引き起こすことになる。   As shown in Table 1 and FIGS. 6 and 7, the movement of 0.5 pixels at the center of the image sensor SR is 0.67 pixels at the outermost periphery. That is, in the case of tilting, a phenomenon occurs in which the amount of pixel shift varies depending on the position of the image sensor SR. As shown in FIG. 7, the pixel shift amount increases in a rotationally symmetric manner toward the outside from the center of the image sensor SR, and the increase rate becomes steeper as it goes to the periphery. For this reason, if the same image processing is performed in all regions, the image quality is deteriorated.

このため、全体のバランスを取るために撮像素子SRの中心を0.45画素等として全体を0.5画素に近くなるように振り分ける方法(以下、「振り分け方法」と称する)をとることもできるが、画素ずらしの移動量によっては、当該方法で対処できない場合もある。   For this reason, in order to balance the entire image, a method of distributing the image sensor SR so that the center of the image sensor SR is 0.45 pixels or the like so that the entire image is close to 0.5 pixels (hereinafter referred to as “distribution method”) can be used. However, depending on the movement amount of the pixel shift, there are cases where this method cannot be used.

<1−3−2.高解像化処理>
そこで、本実施形態の画像撮影装置1では、傾動での画素ずらしは画素ずれ量が位置によって異なるため、高解像化の画像処理も全体に一様ではなく、画面の位置ごとに異なる処理を行うことが好ましい。
<1-3-2. High resolution processing>
Therefore, in the image capturing apparatus 1 of the present embodiment, pixel shift due to tilting has different pixel shift amounts depending on the position, so that high-resolution image processing is not uniform as a whole, and different processing is performed for each screen position. Preferably it is done.

以下、画像撮影装置1で実現される高解像化処理について説明する。図8は、撮像素子SRの位置ごとに異なる処理を施すことについて説明する模式図であり、図8(a)は撮像素子SRの中心付近(斜め方向に0.5画素ずれた場合)における画像処理例であり、図8(b)は撮像素子SRの最周辺付近(斜め方向に0.7画素ずれた場合)における画像処理例である。   Hereinafter, the high resolution processing realized by the image capturing apparatus 1 will be described. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining that different processing is performed for each position of the image sensor SR. FIG. 8A is an image in the vicinity of the center of the image sensor SR (when the pixel is shifted by 0.5 pixels in an oblique direction). FIG. 8B is an example of processing, and FIG. 8B is an example of image processing in the vicinity of the outermost periphery of the image sensor SR (when the pixel is shifted by 0.7 pixels in an oblique direction).

撮像素子SRの中心付近では、図8(a)で示されるように、正方規則配列の対角方向を1とした場合、均等に0.5画素ずれている。このため、画素の補間の場合は先述したように、第1画像G1の第1画素P1と第2画像G2の第2画素P2との距離が常に等しいために、第1画素P1の情報と第2画素P2の情報とから中心位置C0の類推画素は均一な処理(たとえば上下の第1画素P1と左右の第2画素P2との単純平均をとるなどの処理)で算出でき、補間方法は極めて簡単である。   In the vicinity of the center of the image sensor SR, as shown in FIG. 8A, when the diagonal direction of the square regular array is 1, the pixels are evenly shifted by 0.5 pixels. For this reason, in the case of pixel interpolation, as described above, the distance between the first pixel P1 of the first image G1 and the second pixel P2 of the second image G2 is always equal. The analog pixel at the center position C0 can be calculated from the information of the two pixels P2 by a uniform process (for example, a simple average of the upper and lower first pixels P1 and the left and right second pixels P2), and the interpolation method is extremely Simple.

しかしながら、撮像素子SRの最周辺付近では、図8(b)で示されるように、0.5画素よりも多くずれるため、撮影位置は図8(a)のように均等ではなくなる。その場合は、単純平均ではなく、補間される画素に近い画素の情報を多くし、遠い画素の情報を少なくするといった重み付き平均による補間(以下、「重み付き補間」と称する)を行うことが好ましい。すなわち、図8(b)の場合においては、中心位置C1を類推する場合、第1画素P11と第2画素P21との画素情報を多くし、第1画素P12と第2画素P22との画素情報を少なくするような補間を行う。また、第2画素P21の中心位置C2への位置補正をする場合には、第1画素P11の情報を周辺の第1画素P12,P13,P14より多く加味して補間を行ってもよい。   However, in the vicinity of the outermost periphery of the image sensor SR, as shown in FIG. 8B, the image pickup positions are not uniform as shown in FIG. In that case, instead of simple averaging, interpolation by weighted average (hereinafter referred to as “weighted interpolation”) in which information on pixels close to the pixel to be interpolated is increased and information on distant pixels is decreased. preferable. That is, in the case of FIG. 8B, when estimating the center position C1, the pixel information of the first pixel P11 and the second pixel P21 is increased, and the pixel information of the first pixel P12 and the second pixel P22 is increased. Interpolation to reduce Further, when correcting the position of the second pixel P21 to the center position C2, interpolation may be performed by adding more information about the first pixel P11 to the surrounding first pixels P12, P13, and P14.

なお、図8の例では、撮像素子SRの中心を0.5画素ずらす方法としているが、振り分け方法を採用し全体の画素ずれ量の差を小さくしてから、重み付き補間を採用することも可能である。   In the example of FIG. 8, the center of the image sensor SR is shifted by 0.5 pixels. However, weighting interpolation may be employed after adopting a sorting method to reduce the difference in the total pixel shift amount. Is possible.

そこで、画像撮影装置1では、画像処理部3の演算処理部36が、撮像素子SRの位置(すなわち、第1および第2画像G1,G2の位置)に応じて画素ずれ量を考慮した画像処理を実施する。すなわち、第1および第2画像G1,G2の位置に応じた重み付き補間を行うことで、全ての領域で最適な処理を行う高解像化処理を実施する。具体的には同程度の画素ずらし量に応じて画面を領域で分割し、領域ごとに異なる補間係数を用いることが好ましい。   Therefore, in the image capturing device 1, the arithmetic processing unit 36 of the image processing unit 3 performs image processing in which the amount of pixel shift is considered according to the position of the image sensor SR (that is, the positions of the first and second images G1 and G2). To implement. That is, by performing weighted interpolation according to the positions of the first and second images G1 and G2, high-resolution processing that performs optimal processing in all regions is performed. Specifically, it is preferable to divide the screen into regions according to the same amount of pixel shift and use different interpolation coefficients for each region.

<1−4.駆動速度>
駆動部23(23’)における駆動速度は、上述したように手振れ等の影響があるため駆動速度はゼロに近づけた方が良いが、必要以上に速度を上げると駆動後のダンピング振動による影響や傾動装置の大型化になるため好ましくない。駆動部23(23’)の駆動中に駆動量に相当する手振れ等がある場合は、駆動の意味がなくなる。そこで、以下、駆動部23(23’)における駆動速度について考察する。
<1-4. Drive speed>
As described above, the drive speed in the drive unit 23 (23 ′) is preferably close to zero because of the influence of camera shake and the like. However, if the speed is increased more than necessary, the influence of damping vibration after driving may be This is not preferable because the tilting device becomes large. When there is a hand shake or the like corresponding to the driving amount during driving of the driving unit 23 (23 ′), the meaning of driving is lost. Therefore, the drive speed in the drive unit 23 (23 ′) will be considered below.

図9は、コンパクトカメラの手持ち撮影において十万サンプル弱で取得した1/32秒手振れ角度の度数分布の概略図を示す。なお、手振れ角度はピッチ方向およびヨー方向ともにほぼ同様の分布を示すため、図9の分布では合わせて示している。図9で示されるように、手振れ角度約0.025度においてピークに至り、その後急激に減少する傾向がわかる。また、概ね0.1度以内収まっていることから、30msでの手振れ角度は最大6分程度とみなすことが可能である。後述する実施例(下表2参照)に、本実施形態で想定している画素ずらしの傾動角度が示されている。下表2の条件2−8で示されるように、画素ずらしの傾動角度は0.5−1分程度の範囲であるため、傾動角度を1分程度とした場合には約5msに相当することになる。このため、手振れの影響を考慮すると、駆動部23(23’)における駆動速度は5ms以下にする必要がある。一方で、駆動誤差としては、傾動角度を0.5分程度した場合に2.5msに相当するため、その10%程度の許容ができると考えると、最低0.25ms以下で駆動させることは装置の大型化等の副作用が問題になる。   FIG. 9 shows a schematic diagram of the frequency distribution of the 1 / 32-second camera shake angle acquired with a little less than 100,000 samples in handheld shooting of a compact camera. In addition, since the camera shake angle shows substantially the same distribution in both the pitch direction and the yaw direction, it is also shown in the distribution of FIG. As shown in FIG. 9, it can be seen that a peak is reached at a camera shake angle of about 0.025 degrees, and then abruptly decreases. In addition, since the angle is within 0.1 degrees, the camera shake angle at 30 ms can be regarded as a maximum of about 6 minutes. In an example described later (see Table 2 below), the pixel shift tilt angle assumed in the present embodiment is shown. As indicated by Condition 2-8 in Table 2 below, the tilt angle of pixel shift is in the range of about 0.5-1 minutes, so when the tilt angle is about 1 minute, it corresponds to about 5 ms. become. For this reason, when the influence of camera shake is taken into consideration, the drive speed of the drive unit 23 (23 ') needs to be 5 ms or less. On the other hand, the driving error corresponds to 2.5 ms when the tilt angle is about 0.5 minutes, and therefore it is considered that a tolerance of about 10% can be allowed. Side effects such as an increase in size are problematic.

そこで、画像撮影装置1では、傾動装置22(22’)の駆動部23(23’)による1回の傾動処理に要する時間は、0.25ms以上で且つ5ms以下とする。すなわち、駆動部による1回の傾動処理に要する時間を5ms以下にすることにより、手振れの影響を最小限に抑えることが可能となる。また、駆動部の画素ずらし駆動時間を0.25ms以上にすることにより、駆動後のダンピング振動による影響や傾動装置の大型化を回避することが可能となる。   Therefore, in the image capturing device 1, the time required for one tilting process by the drive unit 23 (23 ') of the tilting device 22 (22') is set to 0.25 ms or more and 5 ms or less. That is, the influence of camera shake can be minimized by setting the time required for one tilting process by the drive unit to be 5 ms or less. In addition, by setting the pixel shift drive time of the drive unit to 0.25 ms or more, it is possible to avoid the influence of damping vibration after driving and the enlargement of the tilting device.

<1−5.画像撮影装置1の基本動作>
図10は、本実施形態に係る画像撮影装置1において実現される基本動作を説明するフローチャートである。既に各部の個別機能の説明は行ったため(図1参照)、ここでは全体の流れのみ説明する。なお、図10では、傾動装置22および22’のいずれを採用しても同じ工程になるため、傾動装置22を採用する場合を想定して以下説明する。
<1-5. Basic Operation of Image Shooting Apparatus 1>
FIG. 10 is a flowchart for explaining a basic operation realized in the image photographing apparatus 1 according to the present embodiment. Since the individual functions of each unit have already been described (see FIG. 1), only the overall flow will be described here. In FIG. 10, the same process is performed regardless of which of the tilting devices 22 and 22 ′. Therefore, the following description will be given on the assumption that the tilting device 22 is used.

図1および図10に示すように、まず、ステップS1において、制御部20が撮像モジュールCMに1回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールCMが、被写体の第1画像G1(図5(a)参照)を撮影する。   As shown in FIGS. 1 and 10, first, in step S1, the control unit 20 gives an instruction to the imaging module CM to take the first image, and the imaging module CM displays the first image G1 of the subject (FIG. 5 ( Take a).

ステップS2Aにおいて、制御部20が傾動装置22の駆動部23に傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部23が傾動処理を実施する。これにより、図4(b)で示されるように、撮像素子SRの位置が、矢印ARSの方向に半画素分移動される。   In step S <b> 2 </ b> A, the control unit 20 instructs the drive unit 23 of the tilting device 22 to perform a tilt process, and the drive unit 23 performs the tilt process. Thereby, as shown in FIG. 4B, the position of the image sensor SR is moved by half a pixel in the direction of the arrow ARS.

ステップS2Aと並行して実行されるステップS2Bでは、撮像モジュールCMがステップS1で撮影した第1画像G1を、インターフェース37を介して画像処理部3に出力する。そして、画像処理部3は入力された第1画像G1を記憶装置34に記憶する。   In step S2B executed in parallel with step S2A, the first image G1 captured by the imaging module CM in step S1 is output to the image processing unit 3 via the interface 37. Then, the image processing unit 3 stores the input first image G1 in the storage device 34.

ステップS3では、制御部20が撮像モジュールCMに2回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールCMが、被写体の第2画像G2(図5(a)参照)を撮影する。   In step S3, the control unit 20 gives an instruction to the imaging module CM to perform the second imaging, and the imaging module CM captures the second image G2 (see FIG. 5A) of the subject.

ステップS4では、撮像モジュールCMがステップS3で撮影した第2画像G2を画像処理部3に出力する。そして、画像処理部3は入力された第2画像G2を、インターフェース37を介して記憶装置34に記憶する。   In step S4, the imaging module CM outputs the second image G2 captured in step S3 to the image processing unit 3. Then, the image processing unit 3 stores the input second image G2 in the storage device 34 via the interface 37.

ステップS5では、演算制御部36が、記憶装置34に記憶された第1および第2画像G1,G2を用いて画像処理を実施する。具体的に、画像処理方法としては、先述したように、重み付き補間や振り分け方法を組み込んだ重み付き補間を行うことで高解像化処理(図8参照)を実施する。   In step S <b> 5, the arithmetic control unit 36 performs image processing using the first and second images G <b> 1 and G <b> 2 stored in the storage device 34. Specifically, as the image processing method, as described above, the high resolution processing (see FIG. 8) is performed by performing weighted interpolation incorporating a weighted interpolation and a sorting method.

ステップS6では、演算制御部36が、ステップS5の高解像化処理を経て最終的に得られた表示用画像GD(図5(c)参照)を生成する。   In step S6, the arithmetic control unit 36 generates a display image GD (see FIG. 5C) finally obtained through the high-resolution processing in step S5.

ステップS7では、得られた表示用画像GDを、制御部20の指令によって、表示部28に可視的に出力する。   In step S <b> 7, the obtained display image GD is visually output to the display unit 28 according to a command from the control unit 20.

<2.第2実施形態>
第1実施形態では、画素ずらし処理として1回の移動による斜め画素ずらし処理が施されたが、第2実施形態では、3回の移動によるXY画素ずらし処理が施される。
<2. Second Embodiment>
In the first embodiment, the diagonal pixel shift process by one movement is performed as the pixel shift process, but in the second embodiment, the XY pixel shift process by three movements is performed.

第2実施形態における画像撮影装置1Aの概略構成及びその機能について第1実施形態と異なる点は、図1で示されるように、傾動装置22(すなわち、駆動部23,23’)が傾動装置22A(すなわち、駆動部22A)に変更されることにより、制御部20Aおよび画像処理部3A(すなわち、演算制御部36A)が、XY画素ずらしによる3回の傾動処理に対応した機能として変更される。なお、残余の構成は第1実施形態の装置と同様である。   The schematic configuration and function of the image capturing device 1A in the second embodiment are different from those of the first embodiment in that the tilting device 22 (that is, the drive units 23 and 23 ′) is tilted as shown in FIG. By changing to (that is, the driving unit 22A), the control unit 20A and the image processing unit 3A (that is, the calculation control unit 36A) are changed as functions corresponding to the three tilt processes by shifting the XY pixels. The remaining configuration is the same as that of the apparatus of the first embodiment.

図11は、第2実施形態における画像撮影装置1Aの外観を示す図であり、図11(a)が撮像モジュールCMの本体部CM1の開口部25を上側(+Z方向)にして画像撮影装置1AのXY平面を+Z方向から見た図であり、図11(b)が画像撮影装置1Aの斜視図である。図11で示されるように、傾動装置22Aの具体的構成が第1実施形態と異なるが、残余の構成は第1実施形態と同様である。傾動装置22Aは、第1実施形態における傾動装置22’と似た構成ではあるが、第1実施形態の傾動装置22’とは、以下の点で異なる。   FIG. 11 is a diagram illustrating an appearance of the image capturing device 1A according to the second embodiment. FIG. 11A illustrates the image capturing device 1A with the opening 25 of the main body CM1 of the imaging module CM facing upward (+ Z direction). FIG. 11B is a perspective view of the image capturing apparatus 1A. As shown in FIG. 11, the specific configuration of the tilting device 22A is different from that of the first embodiment, but the remaining configuration is the same as that of the first embodiment. The tilting device 22A has a configuration similar to the tilting device 22 'in the first embodiment, but differs from the tilting device 22' in the first embodiment in the following points.

まず、(i) 傾動装置22’では駆動部23’は単一であったのに対し、傾動装置22Aでは直交する2方向にそれぞれ駆動部23AX,23AYが設けられる点で異なる。また、(ii) 傾動装置22’では延伸部CM2は支点部24との関係で撮像モジュールCMの矢印AR1方向(正方対角方向)に位置づけられていたのに対し、傾動装置22Aでは延伸部CM2xと支点部24AXとは、撮像モジュールCMの本体部CM1においてそれぞれ対向する短辺(Y方向)の中心に位置し両者を結ぶ直線はX軸と平行であり、延伸部CM2yと支点部24AYとは、撮像モジュールCMの本体部CM1においてそれぞれ対向する長辺(X方向)の中心に位置し両者を結ぶ直線はY軸と平行である。さらに、(iii)延伸部CM2x,CM2yの位置が延伸部CM2の位置とは異なることに伴い、延設部23bx,23byの長さが延設部23bより短くなる。   First, (i) the tilting device 22 'has a single drive unit 23', whereas the tilting device 22A is different in that the drive units 23AX and 23AY are provided in two orthogonal directions. Further, (ii) in the tilting device 22 ′, the extending portion CM2 is positioned in the direction of the arrow AR1 (square diagonal direction) of the imaging module CM in relation to the fulcrum portion 24, whereas in the tilting device 22A, the extending portion CM2x. The fulcrum part 24AX is located at the center of the short sides (Y direction) facing each other in the main body part CM1 of the imaging module CM, and the straight line connecting the two is parallel to the X axis. The extension part CM2y and the fulcrum part 24AY are In the main body part CM1 of the imaging module CM, a straight line located at the center of the long sides (X direction) facing each other is parallel to the Y axis. Further, (iii) the lengths of the extending portions 23bx and 23by become shorter than the extending portion 23b because the positions of the extending portions CM2x and CM2y are different from the positions of the extending portions CM2.

図12および図13は、XY画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。なお、XY画素ずらし方式を採用する画像撮影装置1Aにおける半画素とは、撮像素子SRの画素のX方向またはY方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分を言うものとする。すなわち、図12で示されるように、撮像素子SRの画素が正方規則配列された複数の画素から構成されるとき、X方向での半画素とは矢印ARX1(ARX2)(図12(a)及び12(c)参照)方向であり、Y方向での半画素とは矢印ARY方向(図12(b)参照)である。   12 and 13 are schematic views for explaining image processing with XY pixel shift. Note that the half pixel in the image capturing apparatus 1A that employs the XY pixel shifting method means half of the arrangement pitch that is the distance between adjacent pixels in the X direction or the Y direction of the pixels of the image sensor SR. That is, as shown in FIG. 12, when the pixels of the image sensor SR are composed of a plurality of pixels arranged in a square order, the half pixel in the X direction is the arrow ARX1 (ARX2) (see FIG. 12A and FIG. 12). 12 (c)), and the half pixel in the Y direction is the arrow ARY direction (see FIG. 12B).

図13(a)で示されるように、制御部20Aの指令により撮像モジュールCMにより第1画像G1が撮影される(図13(a)参照)。そして、図11で示されるように、制御部20Aによって駆動部23AXの延設部23bxの+Y側の先端付近に電圧が印加されて、支点部24AXを固定(支点部24AYは固定状態から解放)した状態で延設部23bxが収縮することで延伸部CM2xが撮像モジュールCMを傾動する。これにより、図12(a)で示されるように、撮像素子SRが矢印ARX1方向(+X方向)に半画素分移動し、制御部20Aの指令により撮像モジュールCMが第1画像G2A(図13(b)参照)を撮影する。   As shown in FIG. 13A, the first image G1 is taken by the imaging module CM in accordance with a command from the control unit 20A (see FIG. 13A). Then, as shown in FIG. 11, a voltage is applied to the vicinity of the tip on the + Y side of the extending portion 23bx of the drive portion 23AX by the control portion 20A to fix the fulcrum portion 24AX (the fulcrum portion 24AY is released from the fixed state). In this state, the extending portion 23bx contracts, so that the extending portion CM2x tilts the imaging module CM. As a result, as shown in FIG. 12A, the image sensor SR moves by half a pixel in the arrow ARX1 direction (+ X direction), and the imaging module CM receives the first image G2A (FIG. 13 ( Shoot b).

続いて、制御部20Aによって駆動部23AYの延設部23byの−X側の先端付近に電圧が印加されて、支点部24AYを固定(支点部24AXは固定状態から解放)した状態で延設部23byの−X側の先端付近が収縮することで延伸部CM2yが撮像モジュールCMを傾動する(図11参照)。これにより、図12(b)で示されるように、撮像素子SRが矢印ARY方向(−Y方向)に半画素分移動し、制御部20Aの指令により撮像モジュールCMが第1画像G2B(図13(c)参照)を撮影する。   Subsequently, the control unit 20A applies a voltage near the −X side tip of the extension part 23by of the drive part 23AY to fix the fulcrum part 24AY (the fulcrum part 24AX is released from the fixed state). The extension part CM2y tilts the imaging module CM by contracting the vicinity of the tip on the −X side of 23by (see FIG. 11). As a result, as shown in FIG. 12B, the imaging element SR moves by half a pixel in the arrow ARY direction (−Y direction), and the imaging module CM receives the first image G2B (FIG. 13) according to a command from the control unit 20A. (C) is taken.

さらに、制御部20Aによって駆動部23AXの延設部23bxの+Y側の先端付近に電圧が印加されて、支点部24AXを固定した状態で延設部23bxの+Y側の先端付近が収縮することで延伸部CM2xが撮像モジュールCMを傾動する(図11参照)。これにより、図12(c)で示されるように、撮像素子SRが矢印ARX2方向(−X方向)に半画素分移動し、制御部20Aの指令により撮像モジュールCMが第1画像G2C(図13(d)参照)を撮影する。   Further, a voltage is applied to the vicinity of the + Y side end of the extending portion 23bx of the driving portion 23AX by the control unit 20A, and the vicinity of the + Y side end of the extending portion 23bx contracts while the fulcrum portion 24AX is fixed. The extending part CM2x tilts the imaging module CM (see FIG. 11). As a result, as shown in FIG. 12C, the imaging element SR moves by half a pixel in the direction of the arrow ARX2 (−X direction), and the imaging module CM receives the first image G2C (FIG. 13) in response to a command from the control unit 20A. (D) is taken.

最後に、演算制御部36Aが、第1画像G1および第2画像G2A〜G2Cを用いて画像処理を実施した後、表示用画像GD(図13(d)参照)を生成する。   Finally, the arithmetic control unit 36A performs image processing using the first image G1 and the second images G2A to G2C, and then generates a display image GD (see FIG. 13D).

<2−1.画像撮影装置1Aの基本動作>
続いて、図14及び図15は、第2実施形態に係る画像撮影装置1Aの動作フローを例示した図である。このXY画素ずらしを採用する第2実施形態では、第1実施形態の斜め画素ずらしによる1回の傾動処理とは異なり、計3回の傾動処理が行われることで、下記の工程のように変更される。
<2-1. Basic Operation of Image Shooting Apparatus 1A>
14 and 15 are diagrams illustrating an operation flow of the image capturing apparatus 1A according to the second embodiment. In the second embodiment employing this XY pixel shift, unlike the one tilt process by the diagonal pixel shift of the first embodiment, a total of three tilt processes are performed, so that the following process is changed. Is done.

まず、ステップSS1において、制御部20Aが撮像モジュールCMに1回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールCMが、被写体の第1画像G1(図13(a)参照)を撮影する。   First, in step SS1, the control unit 20A gives an instruction to the imaging module CM to perform the first imaging, and the imaging module CM captures the first image G1 (see FIG. 13A) of the subject.

ステップSS2Aにおいて、制御部20Aが傾動装置22Aの駆動部23AXに傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部23AXが傾動処理を実施する。これにより、図12(a)で示されるように、撮像素子SRの位置が、矢印ARX1の方向に半画素分移動される。   In step SS2A, the control unit 20A gives a command to perform a tilt process to the drive unit 23AX of the tilting device 22A, and the drive unit 23AX performs the tilt process. As a result, as shown in FIG. 12A, the position of the image sensor SR is moved by half a pixel in the direction of the arrow ARX1.

ステップSS2Aと並行して実行されるステップSS2Bでは、撮像モジュールCMがステップSS1で撮影した第1画像G1を、インターフェース37を介して画像処理部3Aに出力する。そして、画像処理部3Aは入力された第1画像G1を記憶装置34に記憶する。   In step SS2B executed in parallel with step SS2A, the imaging module CM outputs the first image G1 captured in step SS1 to the image processing unit 3A via the interface 37. Then, the image processing unit 3A stores the input first image G1 in the storage device 34.

ステップSS3では、制御部20Aが撮像モジュールCMに2回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールCMが、被写体の第2画像G2A(図13(b)参照)を撮影する。   In step SS3, the control unit 20A gives a command to the imaging module CM to perform the second imaging, and the imaging module CM captures the second image G2A (see FIG. 13B) of the subject.

ステップSS4Aにおいて、制御部20Aが傾動装置22Aの駆動部23AYに傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部23AYが傾動処理を実施する。これにより、図12(b)で示されるように、図12(a)における撮像素子SRの位置が、矢印ARYの方向に半画素分移動される。   In step SS4A, the control unit 20A instructs the drive unit 23AY of the tilting device 22A to perform a tilt process, and the drive unit 23AY performs the tilt process. Thereby, as shown in FIG. 12B, the position of the image sensor SR in FIG. 12A is moved by half a pixel in the direction of the arrow ARY.

ステップSS4Aと並行して実行されるステップSS4Bでは、撮像モジュールCMがステップSS3で撮影した第1画像G2Aを、インターフェース37を介して画像処理部3Aに出力する。そして、画像処理部3Aは入力された第1画像G2Aを記憶装置34に記憶する。   In step SS4B executed in parallel with step SS4A, the imaging module CM outputs the first image G2A captured in step SS3 to the image processing unit 3A via the interface 37. Then, the image processing unit 3A stores the input first image G2A in the storage device 34.

ステップSS5では、制御部20Aが撮像モジュールCMに3回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールCMが、被写体の第2画像G2B(図13(c)参照)を撮影する。   In step SS5, the control unit 20A gives an instruction to the imaging module CM to perform the third imaging, and the imaging module CM captures the second image G2B (see FIG. 13C) of the subject.

ステップSS6Aにおいて、制御部20Aが傾動装置22Aの駆動部23AXに傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部23AXが傾動処理を実施する。これにより、図12(c)で示されるように、図12(c)における撮像素子SRの位置が、矢印ARX2の方向に半画素分移動される。   In step SS6A, the control unit 20A gives a command to perform the tilting process to the drive unit 23AX of the tilting device 22A, and the drive unit 23AX performs the tilting process. As a result, as shown in FIG. 12C, the position of the image sensor SR in FIG. 12C is moved by half a pixel in the direction of the arrow ARX2.

ステップSS6Aと並行して実行されるステップSS6Bでは、撮像モジュールCMがステップSS5で撮影した第1画像G2Bを、インターフェース37を介して画像処理部3Aに出力する。そして、画像処理部3Aは入力された第1画像G2Bを記憶装置34に記憶する。   In step SS6B executed in parallel with step SS6A, the imaging module CM outputs the first image G2B captured in step SS5 to the image processing unit 3A via the interface 37. Then, the image processing unit 3A stores the input first image G2B in the storage device 34.

ステップSS7では、制御部20Aが撮像モジュールCMに4回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールCMが、被写体の第2画像G2C(図13(d)参照)を撮影する。   In step SS7, the control unit 20A gives a command to the imaging module CM to perform the fourth imaging, and the imaging module CM captures the second image G2C (see FIG. 13D) of the subject.

ステップSS8では、撮像モジュールCMがステップSS7で撮影した第1画像G2Cを、インターフェース37を介して画像処理部3Aに出力する。そして、画像処理部3Aは入力された第1画像G2Cを記憶装置34に記憶する。   In step SS8, the imaging module CM outputs the first image G2C captured in step SS7 to the image processing unit 3A via the interface 37. Then, the image processing unit 3A stores the input first image G2C in the storage device 34.

ステップSS9では、演算制御部36Aが、記憶装置34に記憶された第1および第2A〜2C画像を用いて画像処理を実施する。具体的に、画像処理方法としては、重み付き補間や振り分け方法を組み込んだ重み付き補間を行うことで高解像化処理を実施する。   In step SS9, the arithmetic control unit 36A performs image processing using the first and second A to 2C images stored in the storage device 34. Specifically, as the image processing method, the high-resolution processing is performed by performing weighted interpolation incorporating a weighted interpolation or a distribution method.

ステップSS10では、演算制御部36Aが、ステップSS9の高解像化処理を経て最終的に得られた表示用画像GDを生成する。   In step SS10, the arithmetic control unit 36A generates a display image GD finally obtained through the high resolution processing in step SS9.

ステップSS11では、得られた表示用画像GDを、制御部20Aの指令によって、表示部28に可視的に出力する。   In step SS11, the obtained display image GD is visually output to the display unit 28 in accordance with a command from the control unit 20A.

<3.第3実施形態>
画像撮影において、画像のトリミングによる電子ズーム機能が一般的に知られているが、トリミングを施すことで画素数が減少するため光学ズームと比較すると解像度が減少する。一方、傾動による画素ずらしは、y=f・tanθの関係があるため、先述したように、像高、すなわち、画角によって画素ずらし量が異なってくる。
<3. Third Embodiment>
In image shooting, an electronic zoom function by trimming an image is generally known, but the number of pixels is reduced by performing trimming, so that the resolution is reduced as compared with an optical zoom. On the other hand, since the pixel shift by tilting has a relationship of y = f · tan θ, the pixel shift amount varies depending on the image height, that is, the angle of view as described above.

そこで、第3実施形態における画像撮影装置1Bでは、電子ズーム機能で所望の領域をトリミングして、当該領域ついてのみ画素ずらし(斜め画素ずらし、または、XY画素ずらし)における高解像化処理を実施する。これにより、半画素の画素ずらしの場合は、光学2倍ズーム相当の出力が可能であり、1/3の画素ずらしの場合は、光学3倍ズーム相当の出力が可能となる。したがって、画像のトリミング領域において、先述の高解像化処理により画素ずらし量の差の影響を補正できることに加えて、光学的に画角を変更する光学ズーム部を用いて撮像された画像と同等の解像度を有する画像を表示用画像GDとして得ることが可能となる。   Therefore, in the image capturing device 1B according to the third embodiment, a desired area is trimmed with the electronic zoom function, and high resolution processing is performed by shifting pixels only in the area (shifting diagonal pixels or shifting XY pixels). To do. As a result, when the pixel is shifted by half a pixel, an output equivalent to optical double zoom is possible, and when the pixel is shifted by 1/3, an output equivalent to optical triple zoom is possible. Therefore, in the trimming area of the image, in addition to correcting the influence of the pixel shift amount by the above-described high resolution processing, it is equivalent to an image captured using an optical zoom unit that optically changes the angle of view. It is possible to obtain an image having a resolution of 5 as the display image GD.

図16は、本発明の第3実施形態における画像撮影装置1Bにおいて、電子ズーム機能を組み合わせて高解像画像を取得するために実現される概略的な機能構成について説明する。機能的な構成について第1実施形態(または第2実施形態)と異なる点は、上述したように、電子ズーム部38が付加されることにより、制御部20Bおよび画像処理部3B(すなわち、演算制御部36B)が、電ズームに対応した機能として変更される。なお、残余の構成は第1実施形態(または第2実施形態)の装置と同様である(図1参照)。   FIG. 16 illustrates a schematic functional configuration realized in order to acquire a high resolution image by combining the electronic zoom function in the image capturing device 1B according to the third embodiment of the present invention. As described above, the functional configuration is different from that of the first embodiment (or the second embodiment), and as described above, by adding the electronic zoom unit 38, the control unit 20B and the image processing unit 3B (that is, arithmetic control). The section 36B) is changed as a function corresponding to the electric zoom. The remaining configuration is the same as that of the apparatus of the first embodiment (or the second embodiment) (see FIG. 1).

図16で示されるように、電子ズーム部38では、撮像素子SRに結像された画像の一部を切り出して撮影倍率を変化させる。そして、演算制御部36Bが、電子ズーム部38によって切り出された領域において、選択的に画像処理を実行する。   As shown in FIG. 16, the electronic zoom unit 38 cuts out a part of the image formed on the image sensor SR and changes the photographing magnification. Then, the arithmetic control unit 36B selectively executes image processing in the area cut out by the electronic zoom unit 38.

<3−1.画像撮影装置1Bの基本動作>
続いて、図17は、第3実施形態に係る画像撮影装置1Bの動作フローを例示する図である。第3実施形態では、第1及び第2実施形態では存在しなかった電子ズーム部38が付加されたことで、下記の工程のように変更される。なお、第3実施形態では、傾動装置22,22’及び22Aのいずれも採用することもできるが、図17では、第1実施形態(傾動装置22,22’)を採用する場合を想定して以下説明する。
<3-1. Basic Operation of Image Shooting Apparatus 1B>
Subsequently, FIG. 17 is a diagram illustrating an operation flow of the image capturing device 1B according to the third embodiment. In the third embodiment, the electronic zoom unit 38 that did not exist in the first and second embodiments is added, and thus the following process is changed. In the third embodiment, any of the tilting devices 22, 22 ′ and 22A can be adopted. However, in FIG. 17, it is assumed that the first embodiment (tilting devices 22, 22 ′) is used. This will be described below.

まず、図17で示されるように、ステップST1〜ステップST4では、第1実施形態のステップS1〜ステップS4と同様の工程が実施される。   First, as shown in FIG. 17, in steps ST <b> 1 to ST <b> 4, processes similar to steps S <b> 1 to S <b> 4 of the first embodiment are performed.

このように、第1および第2画像G1,G2が記憶装置34に記憶された後、一旦、表示部28にて第1画像G1(または第2画像G2)が表示される。   As described above, after the first and second images G1 and G2 are stored in the storage device 34, the first image G1 (or the second image G2) is once displayed on the display unit 28.

そして、ステップST5に進む前に、操作者が電子ズーム情報を、操作部21を介して画像撮影装置1Bに入力する。そして、制御部20Bが当該電子ズーム情報を電子ズーム部38に入力する。   Then, before proceeding to step ST5, the operator inputs the electronic zoom information to the image capturing device 1B via the operation unit 21. Then, the control unit 20B inputs the electronic zoom information to the electronic zoom unit 38.

ここにおける「電子ズーム情報」とは、操作者が画像内においてズームしたい領域を特定する情報である。なお、画像の所定の特定領域を常にズームしたい場合には、予めその情報を入力することで自動的に設定しておくこともできる。   The “electronic zoom information” here is information for specifying an area that the operator wants to zoom in the image. If it is desired to always zoom a predetermined specific area of the image, it can be automatically set by inputting the information in advance.

ステップST5では、電子ズーム部38は、入力された電子ズーム情報に基づいて、第1および第2画像G1,G2の一部をそれぞれ切り出して撮影倍率を変化させる。   In step ST5, the electronic zoom unit 38 cuts out a part of each of the first and second images G1 and G2 based on the input electronic zoom information and changes the shooting magnification.

ここで、電子ズーム部38は、切り出された第1および第2画像G1,G2の領域のみを記憶装置34に記憶することが好ましい。これは、第1および第2画像G1,G2の全体を記憶する場合と比較して、トリミング領域のみを記憶する場合は、記憶容量が少なくてすむためである。   Here, it is preferable that the electronic zoom unit 38 stores only the areas of the cut out first and second images G1 and G2 in the storage device 34. This is because the storage capacity can be reduced when only the trimming region is stored as compared with the case where the entire first and second images G1 and G2 are stored.

ステップST6では、演算制御部36Bが、記憶装置34に記憶された第1および第2画像G1,G2のトリミング領域を用いて画像処理を実施する。具体的に、画像処理方法としては、第1および第2画像G1,G2のトリミング領域において、重み付き補間等を行うことで高解像化処理を実施する。   In step ST6, the arithmetic control unit 36B performs image processing using the trimming areas of the first and second images G1, G2 stored in the storage device 34. Specifically, as an image processing method, high resolution processing is performed by performing weighted interpolation or the like in the trimming regions of the first and second images G1 and G2.

ステップST7では、演算制御部36Bが、ステップST6の高解像化処理を経て最終的に得られたトリミング領域における表示用画像GDを生成する。   In step ST7, the arithmetic control unit 36B generates a display image GD in the trimming region finally obtained through the high resolution processing in step ST6.

ステップST8では、得られた表示用画像GDを、制御部20Bの指令によって、表示部28に可視的に出力する。   In step ST8, the obtained display image GD is visually output to the display unit 28 in response to a command from the control unit 20B.

<4.実施例>
下表2は、図2および図3で示された画像撮影装置1,1Aがベースとされて、撮像レンズ、撮像素子及び駆動部の構成及び機能が適宜変更された本発明における画像撮影装置を例示する。
<4. Example>
Table 2 below shows an image photographing apparatus according to the present invention based on the image photographing apparatuses 1 and 1A shown in FIGS. 2 and 3, in which the configuration and functions of the image pickup lens, the image pickup element, and the drive unit are appropriately changed. Illustrate.

Figure 2013143741
Figure 2013143741

表2で示されるように、撮像レンズの構成としては、(条件1−1)焦点距離f(mm)、(条件1−2) レンズの明るさを表すF値、(条件1−3)撮像レンズの厚みに関係する撮像モジュールCMの本体部CM1における光軸方向の形成長さT(mm)、(条件1−4)全画角θ(度)、が変更された。   As shown in Table 2, as the configuration of the imaging lens, (condition 1-1) focal length f (mm), (condition 1-2) F value indicating the brightness of the lens, (condition 1-3) imaging The formation length T (mm) in the optical axis direction in the main body CM1 of the imaging module CM related to the lens thickness, and (condition 1-4) the total angle of view θ (degrees) were changed.

また、撮像素子の構成としては、(条件2−1)画素ピッチ(μm)、(条件2−2) X(横)方向における画素数、(条件2−3) Y(縦)方向における画素数、(条件2−4)対角(mm)、が変更された。   As the configuration of the image sensor, (Condition 2-1) Pixel pitch (μm), (Condition 2-2) Number of pixels in X (horizontal) direction, (Condition 2-3) Number of pixels in Y (vertical) direction (Condition 2-4) Diagonal (mm) was changed.

さらに、駆動部の構成及び機能としては、(条件3−1)素子の種類、(条件3−2) 画素ずらしの方式、(条件3−3) 素子の光軸方向の長さ(mm)、(条件3−4)印加する電圧(V)、(条件3−5)駆動部と支点部との距離(mm)、(条件3−6)画素ずらし量(μm)、(条件3−7) 駆動部(素子)の光軸方向の変位量(mm)、(条件3−8)撮像モジュールCMの本体部CM1の水平面に対する傾動角度(分)、が変更された。   Further, the configuration and function of the drive unit include (Condition 3-1) Element type, (Condition 3-2) Pixel shift method, (Condition 3-3) Length of element in optical axis direction (mm), (Condition 3-4) Applied voltage (V), (Condition 3-5) Distance between drive unit and fulcrum (mm), (Condition 3-6) Pixel shift amount (μm), (Condition 3-7) The displacement amount (mm) of the drive unit (element) in the optical axis direction and (Condition 3-8) The tilt angle (minute) of the main body CM1 of the imaging module CM with respect to the horizontal plane were changed.

なお、(条件3−1) 素子の種類としては、実施例1,2及び4が画像撮影装置1と同様にピエゾ圧電素子を用いて構成される。一方、実施例3及び5は、ピエゾ膜が撮像モジュールCMの本体部CM1の下方、すなわち、フレキ基板26上に配置されて構成されるが、本発明では、傾動装置は撮像モジュールCMの本体部CM1の外側に配置されることが前提であるため、本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。したがって、実施例3及び5における所定の被駆動部分は、撮像モジュールCMの本体部CM1の下面に相当することになる。   (Condition 3-1) As for the type of element, Examples 1, 2, and 4 are configured using piezoelectric elements as in the case of the image capturing apparatus 1. On the other hand, in Examples 3 and 5, the piezo film is arranged below the main body CM1 of the imaging module CM, that is, on the flexible substrate 26. In the present invention, the tilting device is the main body of the imaging module CM. Since it is premised to be arranged outside the CM1, it does not depart from the technical scope of the present invention. Therefore, the predetermined driven portion in the third and fifth embodiments corresponds to the lower surface of the main body portion CM1 of the imaging module CM.

<5.変形例>
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
<5. Modification>
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.

※ 本実施形態では、画像撮影装置1(1’),1A,1Bを個別に実施されるように各実施形態に分けて記載したが、これらの個別機能は、互いに矛盾しない限り、相互に組み合わせてもよい。   * In this embodiment, the image capturing devices 1 (1 ′), 1A, and 1B are described separately for each embodiment, but these individual functions are combined with each other unless they contradict each other. May be.

※ 本実施形態では、駆動部23,23’はピエゾ圧電素子を用いて構成されたが、有機圧電素子であってもよい。高分子の有機圧電材料としては、例えば、フッ化ビニリデンを主成分とするものとしてポリフッ化ビニリデン、あるいは、ポリフッ化ビニリデン系共重合体、ポリシアン化ビニリデンがあるが、これらに限られない。   * In the present embodiment, the drive units 23 and 23 'are configured using piezoelectric elements, but may be organic piezoelectric elements. Examples of the polymer organic piezoelectric material include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride, a polyvinylidene fluoride-based copolymer, and polyvinylidene cyanide as a main component of vinylidene fluoride.

また、駆動部23,23’は超磁歪素子であってもよい。超磁歪素子は、磁界中で大きな弾性変形と大きな機械的力とを発現するため好ましい。超磁歪材料としては、例えば、テルビウム、ディスプロシウム及び鉄からなる単結晶超磁歪素子があるが、これに限られない。   The drive units 23 and 23 'may be giant magnetostrictive elements. The giant magnetostrictive element is preferable because it exhibits a large elastic deformation and a large mechanical force in a magnetic field. Examples of the giant magnetostrictive material include, but are not limited to, a single crystal giant magnetostrictive element made of terbium, dysprosium, and iron.

1,1’,1A,1B 画像撮影装置
3,3A,3B 画像処理部
20,20A,20B 制御部
22,22’,22A 傾動装置
23,23’,23AX,23AY 駆動部
23b,23bx,23by 延設部
23c,23cx,23cy 固定部
24,24AX,24AY 支点部
28 表示部
36,36A,36B 演算制御部
38 電子ズーム部
CM 撮像モジュール
CM2,CM2x,CM2y 延伸部
G1 第1画像
G2,G2A,G2B,G2C 第2画像
1, 1 ', 1A, 1B Image capturing device 3, 3A, 3B Image processing unit 20, 20A, 20B Control unit 22, 22', 22A Tilt device 23, 23 ', 23AX, 23AY Drive unit 23b, 23bx, 23by Extension Installation part 23c, 23cx, 23cy Fixed part 24, 24AX, 24AY Support point part 28 Display part 36, 36A, 36B Calculation control part 38 Electronic zoom part CM Imaging module CM2, CM2x, CM2y Extending part G1 First image G2, G2A, G2B , G2C second image

Claims (9)

撮像レンズと、撮像処理時に前記撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子とからなる本体部を有する撮像モジュールと、
前記撮像モジュールの前記本体部の外側に配置され、前記撮像モジュールを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置とを備え、
前記傾動装置は、
前記光軸方向に沿った変位量を前記撮像モジュールの所定の被駆動部分に直接伝達することにより前記傾動処理を実行する駆動部、
を有し、
前記駆動部は、
前記傾動処理の前後において、前記被写体像に対する前記撮像素子の位置を、前記画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分の奇数倍分、前記所定方向に位置変化させることを特徴とする、
画像撮影装置。
An imaging module having a main body unit including an imaging lens and a pixel-type imaging element that forms a subject image formed through the imaging lens during imaging processing;
A tilting device that is disposed outside the main body of the imaging module and tilts the imaging module with respect to a plane perpendicular to the optical axis to perform a tilting process;
The tilting device is
A drive unit that executes the tilting process by directly transmitting a displacement amount along the optical axis direction to a predetermined driven part of the imaging module;
Have
The drive unit is
Before and after the tilting process, the position of the image sensor with respect to the subject image is changed in the predetermined direction by an odd multiple of an array pitch that is a distance between adjacent pixels in the predetermined direction of the pixels. Features
Image shooting device.
請求項1に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部は、前記光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成されることを特徴とする、
画像撮影装置。
The image capturing device according to claim 1,
The drive unit is composed of a piezoelectric element that expands and contracts along the optical axis direction.
Image shooting device.
請求項2に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像素子の画素は、正方規則配列された複数の画素を含み、
前記所定の方向は、前記正方規則配列の対角方向を含むことを特徴とする、
画像撮影装置。
The image capturing device according to claim 2,
The pixels of the image pickup device include a plurality of pixels arranged in a square pattern,
The predetermined direction includes a diagonal direction of the square regular array,
Image shooting device.
請求項1または2に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部は、前記撮像モジュールに対し前記光軸と垂直方向に配置されていることを特徴とする、
画像撮影装置。
The image photographing device according to claim 1 or 2,
The drive unit is arranged in a direction perpendicular to the optical axis with respect to the imaging module,
Image shooting device.
請求項4に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像モジュールは、前記本体部の側面から前記光軸と垂直方向に延びて形成される延伸部を有し、
前記所定の被駆動部分は前記延伸部を含み、
前記駆動部は、前記延伸部の下方から当接して前記延伸部を光軸方向に移動させることにより前記傾動処理を実行する、
画像撮影装置。
The image capturing device according to claim 4,
The imaging module has an extending part formed to extend in a direction perpendicular to the optical axis from the side surface of the main body part,
The predetermined driven portion includes the extending portion,
The drive unit performs the tilting process by moving the extending unit in the optical axis direction by contacting from below the extending unit.
Image shooting device.
請求項2に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部の光軸方向の形成長さは、前記撮像モジュールの前記本体部における光軸方向の形成長さよりも短いことを特徴とする、
画像撮影装置。
The image capturing device according to claim 2,
The formation length in the optical axis direction of the drive unit is shorter than the formation length in the optical axis direction in the main body of the imaging module,
Image shooting device.
請求項1または2に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部による1回の前記傾動処理に要する時間は、0.25ms以上で且つ5ms以下であることを特徴とする、
画像撮影装置。
The image photographing device according to claim 1 or 2,
The time required for one tilting process by the drive unit is 0.25 ms or more and 5 ms or less,
Image shooting device.
請求項1に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像処理時に前記撮像素子に結像された画像を処理して表示用画像を所定の表示部へ出力する画像処理を実行する画像処理手段と、
前記撮像モジュールに対する前記撮像処理と、前記傾動装置に対する前記傾動処理と、前記画像処理手段における前記画像処理とを制御する制御手段と、
をさらに備え、
前記画像処理手段は、
前記制御手段による制御下で前記傾動装置における前記傾動処理の実行前において、前記撮影処理によって前記撮像素子に結像された第1画像と、前記傾動処理の実行後において、前記撮像処理によって前記撮像素子に結像された第2画像とを用いて、前記画像処理を実行して前記表示用画像を得る、
画像撮影装置。
The image capturing device according to claim 1,
Image processing means for executing image processing for processing an image formed on the imaging element during the imaging processing and outputting a display image to a predetermined display unit;
Control means for controlling the imaging processing for the imaging module, the tilt processing for the tilting device, and the image processing in the image processing means;
Further comprising
The image processing means includes
The first image formed on the image sensor by the photographing process before execution of the tilting process in the tilting device under the control of the control unit, and the imaging process by the imaging process after the tilting process is performed. Using the second image formed on the element, the image processing is executed to obtain the display image.
Image shooting device.
請求項8に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像素子に結像された画像の一部を切り出して撮影倍率を変化させる電子ズーム手段、
をさらに備え、
前記画像処理手段は、
前記電子ズーム手段によって切り出された領域において、選択的に前記画像処理を実行する、
画像撮影装置。
The image capturing device according to claim 8,
Electronic zoom means for cutting out a part of an image formed on the image sensor and changing a photographing magnification;
Further comprising
The image processing means includes
Selectively executing the image processing in an area cut out by the electronic zoom means;
Image shooting device.
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