JP3229195B2 - 画像入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の異なる解像
度を有する画像が入力可能な画像入力装置、特にイメー
ジシフト手段とモアレ除去のための空間フィルタとを備
える画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】動画像を撮像するビデオムービや静止画
像を撮像する画像入力装置であるスチルカメラなどに
は、画素を２次元マトリクス状に配置して撮像面を構成
するＣＣＤなどの固体撮像素子が広く用いられている。
撮像する対象となる画像は高解像度化が進み、撮像装置
としても高解像度の画像入力が可能であることが望まれ
ている。高解像度化のためには、固体撮像素子の撮像面
の画素数を多くすればよいけれども、生産が技術的に困
難であったり、生産性が乏しくなって高価になってしま
う。このような状況をふまえて、画素数の少ない撮像素
子を使用しながら高解像度を得る手法として、イメージ
シフト法が提案されている。

【０００３】図２２は、イメージシフト法の基本的な原
理を示す。被写体からの光が入射するレンズ群１の光軸
２に沿って、イメージシフト機構３が固体撮像素子であ
るＣＣＤ４の撮像面の前に設けられている。イメージシ
フト機構３には屈折板５が含まれ、光軸２に対する傾斜
角度を変えることによって、ＣＣＤ４の撮像面に到達す
る光路２ａをΔだけ変化させることができる。

【０００４】図２３〜図２６は、イメージシフト動作に
よって解像度が向上する原理を示す。図２３は、図２２
のＣＣＤ４の撮像面における感光部である画素の配列パ
ターンを示す。図２３の数字１〜９の部分が感光部の配
列パターンであり、水平方向の感光部の配列パターン間
距離をΔｘ、垂直方向の感光部の配列パターン間距離を
Δｙとする。ＣＣＤ１４の撮像面の第１の位置に画像が
結像するとき、図２３の数字１〜９の位置からの映像信
号が、ＣＣＤ４から第１画像信号として取り出される。
次に、ＣＣＤ４の撮像面に結像する画像の位置を、Δｘ
／２，Δｙ／２ずつずらすように、屈折板５を傾斜させ
ると、入射光路２ａがずれる。入射光路２ａがずれたと
きの映像信号をＣＣＤ４から第２画像信号として取り出
し、第１画像信号と合成すると、図２４に示すように感
光部を配置した状態と等価な画像が得られる。これによ
って、空間的なサンプリング間隔が短くなり、高解像度
を得ることができる。

【０００５】図２５は、屈折板５を傾斜させることによ
って、ＣＣＤ４に結像する画像をΔｘ／２ずつずらして
第２画像信号を取り出し、第１画像信号と合成した画像
によって実現される等価的な感光部の配置を示す。図２
６は、ＣＣＤ４に結像する画像を、Δｘ／２ずつずらし
て第２画像信号を取り出し、次に、Δｘ／２，Δｙ／２
ずつずらして第３画像信号を取り出し、さらにΔｙ／２
ずつずらして第４画像信号を取り出し、第１〜第４画像
信号を合成した画像を得る場合と等価な感光部の配置を
示す。

【０００６】図２３のような感光部の配置であっても、
イメージシフトを行うことによって、図２４〜図２６に
示すようにして高解像度を得ることができるけれども、
以下に示すような事柄が問題となる。一般に、ビデオカ
メラに用いられている固体撮像素子であるＣＣＤ４など
では、入射光像は垂直および水平方向に一定の間隔でサ
ンプリングして取り込むため、解像することができる最
高の空間周波数はサンプリングする空間周波数の１／
２、すなわちナイキスト周波数となる。ナイキスト周波
数以上の空間周波数成分が含まれる場合には、偽信号あ
るいはモアレが発生する。これらを発生させないため
に、サンプリング前にナイキスト周波数を超える高い空
間周波数成分を減少させる必要があり、空間フィルタが
用いられる。しかしながら、図２２に示すような光学系
では、ナイキスト周波数を超える周波数成分を減少させ
るために空間フィルタを用いると、高解像度にするため
にイメージシフトを行ってサンプリング間隔を短くする
ときに、空間フィルタによって高域周波数成分が減少さ
せられているため、高解像度を得ることができない。

【０００７】図２７は、特開平３−２２６０７８に先行
技術として開示されている２種類の空間フィルタを切換
える構成を示す。レンズ群１とＣＣＤ４との間の光軸２
上に、空間フィルタ６を、低解像度用空間ローパスフィ
ルタ７と、高解像度用空間ローパスフィルタ８を切換え
て挿入可能である。低解像度用空間ローパスフィルタ７
および高解像度用空間ローパスフィルタ８は支持枠９に
よって支持され、イメージシフトを行わないときには低
解像度用空間ローパスフィルタ７を使用し、イメージシ
フトを行うときには高解像度用空間ローパスフィルタ８
を使用するように切換える。高解像度を得る手法として
は、イメージシフトを用いるばかりではなく、カラー用
の撮像素子を用いて、低解像度ではカラー画像を撮像
し、高解像度では白黒画像を撮像することもできる。さ
らに、空間ローパスフィルタは、低解像度の画像撮像時
にのみ使用し、高解像度の画像撮像時は空間ローパスフ
ィルタを光軸から退避させる手法もある。

【０００８】また、特開平４−２３６５８５には、空間
フィルタに複屈折板を使用し、複屈折板を回転可能とし
て透過帯域を可変とし、光学系の焦点深度内で空間フィ
ルタの挿入によるピントのずれに基づく像のボケを利用
し、解像度が低下し過ぎることを防ぐ撮像光学系が提案
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特開平３−２２６０７
８の先行技術では、イメージシフトによって映像のサン
プリング間隔を変化させるときに、複数の透過帯域に応
じた空間フィルタの交換を行うけれども、複数の異なる
空間フィルタが必要となり、フィルタ枚数の増加による
製造コストの上昇や、部品点数の増加、撮像装置の大型
化を招く。さらに、解像度に応じて空間フィルタを交換
するためには、光軸上から一方の空間フィルタを退避さ
せてから他方の空間フィルタを挿入し、低解像度のモー
ドと高解像度のモードとを切換えるので、迅速な切換え
は困難である。

【００１０】低解像度撮影において空間ローパスフィル
タを使用し、高解像度撮影を行うときには空間ローパス
フィルタを光軸より退避させる先行技術では、フィルタ
枚数や交換速度の点で改善されるけれども、バックフォ
ーカスが短くなるので、ダミーガラス等を挿入すること
によって光学系を補償する必要が生じ得る。ダミーガラ
ス等を挿入する場合は、結局、光学フィルタを交換する
構成と同様の問題が生じる。

【００１１】また、特開平４−２３６５８５の先行技術
では、ピントのずれによる像のボケ自体を利用して解像
度の低下に対応するけれども、空間フィルタの回転によ
る周波数帯域の変更のための機構が具体的に開示されて
おらず、その記載のみに基づいては実現させることが困
難である。また、開示されている考え方は、ピントのず
れによって解像度が低下することを補償する動作につい
てであり、イメージシフトによって撮像素子自体の解像
度よりもさらに高解像度にする場合に対応させる考え方
とは異なる。

【００１２】また、イメージシフトによって解像度の異
なる画像を入力する際には、低解像度用の空間ローパス
フィルタと、高解像度用の空間ローパスフィルタに加え
てイメージシフト機構が必要となる。イメージシフト
を、屈折板を傾斜させて光路をずらすことによって行う
場合は、イメージシフト機構を挿入することによって屈
折板以降の光路長に変化が発生し、光学系の改良や補償
の必要が生じる。

【００１３】本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、
複数の解像度を高速かつ簡便に切換えることができ、解
像度に応じた最適な画像を得ることが可能な画像入力装
置を提供することである。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像素子へ入
射する光路と撮像素子との相対的な位置関係をずらすイ
メージシフト手段を備え、第１の解像度、およびイメー
ジシフト手段によって第１の解像度よりも高い第２の解
像度を有する画像を入力可能な画像入力装置において、
前記イメージシフト手段は、被写体からの入射光を入力
する光学系と被写体の画像を取り込む撮像素子との間に
設けられ、入射光の空間周波数の透過帯域を少なくとも
２種類以上に切換え可能な空間フィルタとして動作可能
であって、イメージシフト手段としては、空間フィルタ
の一部が光軸に対して傾斜し、撮像素子へ入射する光路
をずらすように構成され、制御手段であって、第１の解
像度を有する画像の入力時には、空間フィルタが第１の
透過帯域となり、第２の解像度を有する画像の入力時に
は、空間フィルタが第１の透過帯域よりも高い空間周波
数を透過可能な第２の透過帯域になり、かつイメージシ
フト手段として動作し、撮像素子へ入射する光路のずれ
に同期して複数の画像が入力可能なように制御する制御
手段を含むことを特徴とする画像入力装置である。本発
明に従えば、空間フィルタが第１および第２の解像度に
対応して、第１および第２の透過帯域を切換え可能であ
り、空間フィルタの一部を光軸に対して傾斜させてイメ
ージシフト手段としても動作させることができる。イメ
ージシフトによって第２の解像度は第１解像度よりも高
くなるように切換えられ、第２の透過帯域は第１の透過
帯域よりも高い空間周波数を透過可能であるので、解像
度の高い画像をイメージシフト機構の挿入に伴うバック
フォーカスの増加を防ぎながら得ることができる。さら
に、イメージシフトと空間フィルタとを兼用させること
ができるので、コンパクトな光学系を実現することがで
きる。

【００１７】また本発明で、前記第１の解像度を有する
画像は動画像であることを特徴とする。本発明に従え
ば、第１の解像度の画像は動画像であるため、静止画像
と動画像の２種類を撮像することが可能である。

【００１８】また本発明で、前記空間フィルタは、光軸
と平行な軸を中心に相対的に回転可能に支持される少な
くとも２枚以上の複屈折板を含むように構成され、複屈
折板間の相対的な回転によって前記第１および第２の透
過帯域に切換え可能であることを特徴とする。本発明に
従えば、空間フィルタは２枚以上の複屈折板の相対的な
回転によって透過帯域を切換え可能であるので、空間フ
ィルタ自体を光軸から移動させる必要はなく、簡単な機
構で迅速な透過帯域の切換えを行うことができる。

【００１９】また本発明で、前記複屈折板間の相対的な
回転角度は、第１の透過帯域と第２の透過帯域とで約４
５度変化させることを特徴とする。本発明に従えば、透
過帯域の切換えを約４５度の回転角度の変化で行うこと
ができるので、切換えのための可動機構の変化距離を小
さく、切換えを迅速に行うことができる。また機構が簡
素化されるので、小型かつ耐久性を高めることもでき
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の基礎形態である
画像入力装置の概略的な構成を示す。被写体からの画像
は、光軸１０に沿って入射され、レンズ群１１および空
間フィルタ１２、レンズ群１１および空間フィルタ１２
の間に介在されるイメージシフト機構１３を経て、固体
撮像素子であるＣＣＤ１４の撮像面に結像する。イメー
ジシフト機構１３および空間フィルタ１２は、イメージ
シフト機構駆動装置１５および空間フィルタ駆動装置１
６によってそれぞれ機械的に駆動される。イメージシフ
ト機構駆動装置１５および空間フィルタ駆動装置１６
は、システムコントローラ１７によって制御される。Ｃ
ＣＤ１４の撮像面に結像した画像に対応する出力は、信
号処理回路１８によって映像信号に変換される。

【００２１】空間フィルタ１２は、２枚の複屈折板２
０，２１を含む。複屈折板２０，２１は、光軸１０を中
心に相対的に回転可能である。２枚の複屈折板２０，２
１を光軸１０を中心に相対的に回転させると、透過可能
な空間周波数の範囲である透過帯域を変化させることが
可能である。空間フィルタ１２についての構成や動作原
理については、後述する。イメージシフト機構１３は、
基本的には図２２に示す従来技術と同様に、平板状の屈
折板２２を光軸１０に対して傾斜させ、ＣＣＤ１４の撮
像面に入射する光路を変更させることによってイメージ
シフト動作を行う。

【００２２】システムコントローラ１７は、ＣＣＤ１４
の本来の解像度である第１解像度で画像入力を行うとき
には、通常解像度用の制御信号をイメージシフト機構駆
動装置１５および空間フィルタ駆動装置１６に送る。イ
メージシフト機構駆動装置１５は、屈折板２２の表面が
ほぼ光軸１０に対して垂直となるような位置で停止させ
る。被写体からの入射光は、レンズ群１１、屈折板２
２、複屈折板２０，２１を透過してＣＣＤ１４の撮像面
に結像する。空間フィルタ駆動装置１６は、複屈折板２
０，２１を光軸１０を中心として相対的に回転させ、入
射する光の透過帯域を第１解像度でモアレが発生しない
第１の透過帯域となる所定位置で停止させる。ＣＣＤ１
４は、撮像面に結像した画像に対応する信号を出力し、
信号処理回路１８によって映像信号に変換する。映像信
号は、画像メモリに記憶される静止画として出力するこ
ともでき、従来からのビデオ信号として陰極線管（略称
「ＣＲＴ」）等に映し出されるような、いわゆる動画像
としても出力可能である。

【００２３】第１の解像度よりも解像度が高い画像が得
られる第２の解像度で撮影を行うときは、システムコン
トローラ１７は高解像度用の制御信号を空間フィルタ駆
動装置１６に与え、空間フィルタ１２の複屈折板２０，
２１を光軸１０を中心として相対的に回転させる。空間
フィルタ１２の複屈折板２０，２１に入射する光の透過
帯域を、第１の透過帯域よりも高い空間周波数帯域を透
過させることができる第２の透過帯域となるような位置
で停止させる。次に、システムコントローラ１７は、イ
メージシフト機構駆動装置１５に制御信号を送り、図２
２および図２３〜図２６で説明した先行技術と同様に、
１フレームの画像を撮像する毎にイメージシフト機構１
３の屈折板２２を光軸１０に対して傾斜させ、ＣＣＤ１
４の撮像面への結像位置を２カ所もしくは４カ所に移動
させる。このような結像位置の移動に同期し、システム
コントローラ１７はＣＣＤ１４および信号処理回路１８
へも制御信号を送り、画像を合成して第１の解像度より
も解像度の高い、すなわち空間的なサンプリング間隔の
短い画像データを生成するように制御する。

【００２４】図２、図３および図４は、空間フィルタ１
２が複屈折板２０，２１の相対的な回転によって透過帯
域を可変にすることができる原理について示す。説明の
便宜上、一方の複屈折板２０は固定し、他方の複屈折板
２１のみを回転させ、透過帯域を可変にする場合を例と
して示す。図２に示すように、光軸１０の方向にｘ軸、
ＣＣＤ１４の撮像面の画素の配列の水平方向および垂直
方向をそれぞれｚ軸およびｙ軸とするｘ，ｙ，ｚ直交３
軸方向を想定する。２枚の複屈折板２０，２１は、図２
では間隔をあけているけれども、接触している状態とす
ることもできる。複屈折板２０，２１の形状は矩形板状
であるけれども、ＣＣＤ１４に入射する有効光束が、第
１および第２の透過帯域において透過可能であれば他の
形状、たとえば円板状でもよい。複屈折板２０，２１の
光学軸方向は、入射する光軸に対して約４５度となるよ
うに切り出されている。図３は、複屈折板２０，２１の
光学軸について、ｚｙ面への投影を示す。図３（ａ）に
示す複屈折板２０の光学軸は、ｚｙ面についてｚ軸方向
に、図３（ｂ）に示す複屈折板２１の光学軸方向はｚｙ
面の原点を中心に、ｚ軸から半時計まわりに約１３５度
の方向に、それぞれ投影される。図４に示すように、複
屈折板２０，２１に入射する光は、常光と異常光とに分
離され、ＣＣＤ１４の撮像面上に分離して結像する。ま
ず、複屈折板２０で常光の像２３と異常光の像２４とに
分離され、複屈折板２１ではそれぞれの像２３，２４が
そのまま常光として透過する成分と、異常光として分離
される成分とによって像が形成され、像２５，２６が追
加される。前述の複屈折板２０，２１の構成によれば、
４つの分離点像２３〜２６の輝度をほぼ等しくし、水平
方向の分離点間距離ＬをほぼＣＣＤ１４の感光部間の距
離とすることができる。

【００２５】図５は、空間フィルタ１２を、１／３イン
チ形のＣＣＤ１４に対応させた透過帯域の１例を示す。
複屈折板２０の常光と異常光との分離幅は７．５μｍ、
複屈折板２１の分離幅は５．３μｍとする。サンプリン
グ周波数ｆｓの１／２のナイキスト周波数ｆｎは、空間
フィルタ１２のカットオフ周波数ｆｃと一致し、ナイキ
スト周波数ｆｎ以上の周波数において、透過帯域が減少
しているため、偽信号およびモアレの発生を少なくする
ことができる。

【００２６】図６および図７は、空間フィルタ１２を、
第１の透過帯域よりも高い周波数帯域まで透過可能な第
２の透過帯域に切換える構成を示す。図６は、複屈折板
２０，２１のｚｙ平面についての光学軸の方向を（ａ）
および（ｂ）でそれぞれ投影して示す。複屈折板２０の
光学軸方向はｚ軸方向であり、複屈折板２１の光学軸は
ｚｙ平面の原点を中心にｚ軸から反時計まわりに約１８
０度の方向とする。このような空間フィルタ１２の構成
であると、図７に示すように、入射した光は複屈折板２
０，２１によって常光と異常光とに分離され、ＣＣＤ１
４の撮像面上に到達し、２つの分離点像２３と２７とが
形成される。２つの分離点像２３と２７の輝度はほぼ等
しく、分離点間距離は２．２μｍとなる。

【００２７】図８は、図６および図７に従って構成され
る空間フィルタ１２の透過帯域を示す。図５と比較し
て、カットオフ周波数ｆｃが高域にシフトし、より高い
周波数帯域まで透過可能であることが判る。したがっ
て、イメージシフトによって空間的なサンプリング間隔
を短くし、サンプリング周波数ｆｓを高くする場合にお
いても、高域の周波数成分を透過させることが可能で、
解像度の高い画像を得ることができる。

【００２８】図３および図６によって第１および第２の
透過帯域の空間フィルタ１２の構成を比較すると、複屈
折板２１の光学軸がｚｙ面上において半時計まわりに約
４５度変化している。したがって、このような透過帯域
の切換えを行うには、第１の透過帯域を示す図３の状態
から、光軸１０を中心に複屈折板２１を反時計まわりに
約４５度角変位させればよい。第２の透過帯域から第１
の透過帯域に切換える際は、光軸１０を中心に時計まわ
りに約４５度変化させればよい。このように、空間フィ
ルタ１２の切換えは、約４５度と比較的小さい回転角度
で可能となるので、透過帯域を切換えるのに要する時間
は短時間で済み、かつ移動させる距離も少ないので、耐
久性の高い構造を得ることができる。なお、２枚の複屈
折板２０，２１の位置が入射する光軸１０方向に関して
入れ代わっても、同様の効果を得ることができるので、
複屈折板２０，２１の光軸１０に関する位置関係は入れ
換えることもできる。また、切換えるための回転軸は、
光軸１０に平行であればよい。

【００２９】図９および図１０は、複屈折板２１を複屈
折板２０に対して相対的に回転させる空間フィルタ駆動
装置１６の構成の一例を示す。複屈折板２１は円板状で
あり、その外周部が円環状の保持部材３０によって保持
されている。保持部材３０は、少なくとも外周の３点を
回転ローラ３１によって支持され、入射する光軸または
それに平行な軸を中心として回転可能である。さらに、
保持部材３０の外周に突起３２を設け、レバー３３と連
結する。レバー３３は、ねじりばね３４によって一方向
に付勢されている。突起３２には、複屈折板２１および
保持部材３０の半径方向に延びる溝３５が形成され、レ
バー３３の一端に固定されるピン３６が結合している。
レバー３３の他端は、モータ３７の回転軸３８の先端に
固定されている。回転軸３８の軸線方向は、複屈折板２
１および保持部材３０の回転軸と平行である。ねじりば
ね３４は、回転軸３８を中心に、レバー３３を図９の実
線で示す状態となるように押圧している。図９の実線で
示す状態は、モータ３７による駆動力を発生させないと
きの所定位置として、第１の透過帯域に対応させる。

【００３０】モータ３７に通電して、図９の時計まわり
方向の回転駆動力を発生させると、回転駆動力がねじり
ばね３４によるばね付勢力を超えれば、レバー３３は回
転軸３８を中心として時計まわり方向に揺動変位する。
ピン３６は、溝３５の端部で移動が制限され、仮想線で
示す位置で停止する。このときの停止位置は、空間フィ
ルタ１２が第２の透過帯域となる所定位置である。レバ
ー３３が、実線で示す第１の透過帯域に対応する位置
と、仮想線で示す第２の透過帯域に対応する位置との間
で揺動変位する際に、ピン３６は溝３５中を移動する。
図９では、ピン３６が溝３５の半径方向外方の端部に位
置するときに位置決めを行っているけれども、図１０に
示すように、実線で示す第１の透過帯域に対応するピン
３６が停止する溝３５の端部と、仮想線で示す第２の透
過帯域とするためのピン３６が停止する溝３５の端部の
位置が変わるような構成も可能である。すなわち図１０
では、第１の透過帯域に対しては、溝３５の半径方向外
方の端部、第２の透過帯域に関しては、溝３５の半径方
向内方の端部がそれぞれ位置決めを行う。図９の構成と
図１０の構成とは、レバー３３および溝３５の長さが異
なる。図９および図１０に示すように、溝３５の端部が
制限位置となって複屈折板２１の回転角を決めることが
できるので、空間フィルタ駆動装置１６の構成を簡素か
つ小型にすることができ、透過帯域を迅速に切換えるこ
とが可能である。

【００３１】図１１および図１２は、空間フィルタ１２
の複屈折板２１と、空間フィルタ駆動装置１６との他の
構成例を示す。円板状の複屈折板２１は、外周部を円環
状の保持部材４０によって保持される。保持部材４０
は、少なくとも３点の回転ローラ４１によって外周部を
回転可能に支持される。回転軸は、入射する光軸と平行
である。保持部材４０の外周部には突起４２が設けら
れ、レバー４３の一端と結合している。レバー４３は保
持部材４０の形状に合わせた円弧状の部分を有し、入射
光を遮らないように構成されている。レバー４３の他端
は、引張りばね４４によって図１１の上方に付勢されて
いる。レバー４３の一端と突起４２との結合は、突起４
２に保持部材４０の半径方向外方に延びるように形成さ
れた溝４５と、レバー４３の一端に設けられるピン４６
とによって行われる。ピン４６は、保持部材４０の半径
方向に沿って溝４５内を移動可能である。レバー４３の
他端は、引張りばね４４によって引張られる方向と反対
方向にプランジャ４７によって引張ることも可能であ
る。レバー４３の他端と円弧部分との間には、軸４８が
設けられ、軸４８を支点として変位可能である。プラン
ジャ４７は、可動部４９を図の上下方向に出没変位させ
ることができ、可動部４９がレバー４３の他端に結合し
ている。

【００３２】図１２は、プランジャ４７が可動部４９を
吸引した状態を示す。プランジャ４７の吸引力は、引張
りばね４４の引張り力よりも大きく、この結果、レバー
４３は軸４８を支点に角変位し、半径方向内方で溝４５
と結合していたピン４６が半径方向外方で溝４５と結合
するような位置まで変化する。このようなレバー４３の
移動によって保持部材４０は回転し、複屈折板２１の光
学軸の方向を変化させることができる。

【００３３】プランジャ４７に駆動力を発生させない
で、レバー４３の他端を引張りばね４４によって引張っ
ている図１１の状態が、第１の透過帯域となる所定位置
とし、プランジャ４７による吸引力で複屈折板２１を回
転させる図１２に示す状態が第２の透過帯域となる所定
位置とすると、２つの停止位置によって複屈折板２１の
回転角が決められ、機構が簡素でかつ小型であり、空間
フィルタ１２の透過帯域を迅速に変化させることができ
る空間フィルタ駆動装置１６を実現することができる。

【００３４】図１３は、空間フィルタ駆動装置１６につ
いてのさらに他の構成例を示す。複屈折板２１は円板状
であり、その外周を円環状の保持部材５０によって保持
される。保持部材５０は、外周の少なくとも３点を回転
ローラ５１によって支持され、入射する光軸と平行な軸
を中心に回転可能な構造となっている。保持部材５０の
外周には、ウォームギア５２からの回転駆動力が伝達さ
れる。ウォームギア５２は、モータ５３によって回転さ
れ、ウォームギア５２の回転に伴って保持部材５０の外
周上に形成されるホイールギア部５４を介して回転駆動
力が保持部材５０に伝達される。モータ５３の回転数
は、保持部材５０の回転角に対応するので、モータ５３
の回転数を図示を省略したカウンタなどで計数すること
によって、複屈折板２１の回転角を検出し、精度よく制
御することができる。このような簡素化された機構は、
小型に構成することができ、空間フィルタ１２としての
透過帯域を迅速に変化させることが可能である。

【００３５】以上の説明では、一方の複屈折板２０を固
定し、他方の複屈折板２１のみを入射する光軸と平行な
軸を中心に約４５度回転駆動しているけれども、両方の
複屈折板２０，２１を同等に、たとえば相対的に変化す
る角度が４５度のときには、一方を時計まわりに２２．
５度、他方を反時計まわりに２２．５度ずつ回転させる
ような構成も可能である。

【００３６】複屈折板２０，２１は、従来からビデオム
ービなどに固定帯域用空間フィルタの構成部品として使
用されており、そのような２枚の複屈折板２０，２１を
用いて、光軸に対し相対角度を変化させて空間フィルタ
としての透過帯域を可変にすることができる。したがっ
て、複数の空間フィルタを用意して、着脱や交換および
光学系の補償を行う必要がないため、機構の大型化およ
び部品点数の増加を抑えることが可能である。また、従
来のビデオムービに使用している空間フィルタの複屈折
板を流用可能であるので、新規に空間フィルタを製造す
る際のコストアップを抑えることが可能である。さら
に、空間フィルタの機構が簡単でかつ小型であるので、
空間フィルタの透過帯域を迅速に変化させることができ
る。

【００３７】図１４および図１５は、前述の図２に示す
ような複屈折板２０，２１の配置で、第１の透過帯域を
得るための光学軸の配置の他の例および光入射光の分離
状態をそれぞれ示す。複屈折板２０，２１の光学軸は、
入射する光軸に対して約４５度に切り出されており、図
１４（ａ）に示すように、複屈折板２０の光学軸のｙｚ
平面への投影がｚ軸方向であることは、図３および図４
の構成と同様である。本構成では、複屈折板２１の光学
軸のｚｙ平面への投影が、ｚｙ平面の原点を中心にｚ軸
から反時計まわりに約４５度の方向となるようにしてい
る。入射した光は、複屈折板２０，２１によって常光と
異常光とに分離され、図３および図４と同様にしてＣＣ
Ｄ１４の撮像面上において図１５に示すような分離点と
なる像２３〜２６が形成される。各分離点の輝度はほぼ
等しく、水平方向の分離点間距離Ｌは、ほぼＣＣＤ１４
の感光部間の距離と等しくする。このときの入射光の透
過帯域は、図３および図４の場合と同様な第１透過帯域
である。第２の透過帯域とする場合は、前述の図６およ
び図７のように複屈折板２１を回転させる。図１４
（ｂ）から図６（ｂ）の状態までは、複屈折板２１を、
入射する光軸を中心に反時計まわりに１３５度回転させ
ればよい。光軸に対する複屈折板２０，２１の位置は前
後に入れ換えてもよく、また回転変位は相対的であるの
で、複屈折板２０を回転させて複屈折板２１を固定して
もよく、さらに両方の複屈折板２０，２１を同等に回転
させるようにしてもよい。

【００３８】図１６および図１７は、図２に示す配置
で、透過帯域が切換え可能な空間フィルタ１２のさらに
他の例を示す。複屈折板２０，２１は、入射する光軸に
対して約４５度に切り出されており、ｙｚ平面への投影
が図１６（ａ），（ｂ）にそれぞれ示すように、複屈折
板２０，２１の両方ともｚ方向となるように配置する。
複屈折板２０，２１に入射した光は、常光と異常光とに
分離され、図６と同様にしてＣＣＤ１４の撮像面上にお
いては図１７に示すような分離点となる像２３，２７が
形成される。両方の分離点の輝度はほぼ等しく、分離点
間の距離はＣＣＤ１４の感光部間距離の１／２にほぼ等
しくする。空間フィルタ１２のカットオフ周波数ｆｃ
は、ナイキスト周波数ｆｎと一致し、ナイキストｆｎ以
上の周波数において、透過帯域が減少するため、偽信号
およびモアレの発生を少なくすることが可能である。

【００３９】図１８および図１９は、第２の解像度にお
いて撮像するときの例を示す。複屈折板２０，２１の光
学軸のｙｚ平面への投影は、図１８（ａ），（ｂ）にそ
れぞれ示す。入射した光が複屈折板２０，２１によって
常光と異常光とに分離され、ＣＣＤ１４の撮像面上にお
いて分離する状態は図１９に示す。分離点の輝度はほぼ
等しく、分離点間の距離が図１７よりも短くなるので、
透過帯域は高い周波数側にずれ、第２透過帯域の空間フ
ィルタを実現することができる。図１６（ｂ）の状態と
図１８（ｂ）の状態とでは、複屈折板２１が約１８０度
回転している。したがって、入射する光軸を中心として
複屈折板２１を１８０度回転させれば、第１解像度と第
２解像度とを切換えることができる。なお、２枚の複屈
折板２０，２１の位置は、入射する光軸方向に入れ代わ
っても同様の効果が得られ、また回転角度は相対的なも
のであるので、複屈折板２０側を回転させても、あるい
は複屈折板２０，２１の両方を同等に回転させても同様
の効果を得ることができる。

【００４０】さらに、本基礎形態ではイメージシフトを
屈折板２２の傾斜を利用して行っているけれども、固体
撮像素子であるＣＣＤ１４に入射される光路が相対的に
ずれる構成であれば、同様にイメージシフトによって解
像度を高めることができる。

【００４１】図２０は、本発明の実施の一形態による画
像入力装置の構成を示す。本実施形態で図１の基礎形態
に対応する部分には同一の参照符を付し、重複した説明
を省略する。本実施形態のイメージシフト機構６０は、
レンズ群１１と、ＣＣＤ１４との間に配置される。イメ
ージシフト機構６０は、複屈折板６１，６２を入射する
光軸１０に対して傾斜させることが可能なイメージシフ
ト機構駆動装置６５と、複屈折板６１，６２を光軸１０
を中心に相対的に回転可能に支持する回転駆動装置６６
とによって駆動される。イメージシフト機構駆動装置６
５および回転駆動装置６６は、システムコントローラ６
７によって制御される。

【００４２】図２１は、イメージシフト機構６０による
イメージシフトの原理について示す。入射した光は、複
屈折板６１，６２を傾斜させることによって、光路６３
が変更され、ＣＣＤ１４上での結像位置がΔだけずらさ
れる。また、２枚の複屈折板６１，６２を光軸１０を中
心にして相対的に回転させることによって、透過帯域を
可変とすることができる。

【００４３】図２０の実施形態では、第１解像度で撮影
を行うときには、システムコントローラ６７から制御信
号を回転駆動装置６６およびイメージシフト機構駆動装
置６５に送り、その制御信号によって回転駆動装置６６
は複屈折板６１，６２を光軸１０を中心に相対的に回転
させ、イメージシフト機構６０の複屈折板６１，６２に
入射する光の透過帯域を、モアレが発生しない第１の透
過帯域となる所定位置で停止させる。さらに、イメージ
シフト機構駆動装置６５によって複屈折板６１，６２
が、ほぼ光軸１０に対して垂直となる位置で停止させ
る。被写体からの入射光は、レンズ群１１、複屈折板６
１，６２を透過してＣＣＤ１４の撮像面上に結像する。
結像した画像は、信号として取り出され、信号処理回路
１８によって処理されて映像信号が生成される。このと
きの撮影画像は画像メモリに記憶され、静止画として出
力される。また従来と同様に、ビデオ信号としてＣＲＴ
等に映し出す動画像としても出力可能である。

【００４４】第１の解像度よりも高解像度で画像を得る
ことができる第２の解像度で撮影を行うときには、シス
テムコントローラ６７からの制御信号を回転駆動装置６
６に送り、回転駆動装置６６によってイメージシフト機
構６０の複屈折板６１，６２を光軸１０を中心として相
対回転させる。複屈折板６１，６２は、入射する光の透
過帯域として、第１の透過帯域よりも高い周波数帯域で
ある第２透過帯域となる所定位置に停止させる。次に、
システムコントローラ６７は、イメージシフト機構駆動
装置６５、信号処理回路１８およびＣＣＤ１４に制御信
号を送り、１フレームの撮影毎にイメージシフト機構６
０の複屈折板６１，６２を光軸１０に対して傾斜させ、
結像位置をＣＣＤ１４上の２カ所もしくは４カ所に移動
させ、各位置における画像データを信号処理回路１８を
用いて合成し、第１の解像度の画像よりもサンプリング
間隔が短くて解像度の高い第２の解像度の画像データを
生成するように制御する。

【００４５】イメージシフト機構６０が複屈折板６１，
６２の相対的な回転によって、第１および第２の透過帯
域を切換えることができる原理は、図１の基礎形態にお
いて空間フィルタ１２の複屈折板２０，２１についてと
同様であるので、説明を省略する。イメージシフトに関
しては、複屈折板６１，６２の両方を入射する光軸１０
に対して傾斜するような構成ではなく、複屈折板６１，
６２のうちのいずれか一方を光軸１０に対して傾斜可能
な構成とし、イメージシフトを行うようにすることもで
きる。

【００４６】本実施形態のように、複屈折板６１，６２
によって、イメージシフト機構６０を構成し、高域周波
数成分を通過するようにして、光軸１０に対して傾斜し
てイメージシフトを行えば、空間フィルタとイメージシ
フト機構とを別の機構として作る必要がないため、部品
点数を削減することが可能である。また、従来からビデ
オムービなどに用いられている光学系の空間ローパスフ
ィルタを、回転および傾斜させることのみによって、空
間フィルタとイメージシフト機構とを共に実現すること
ができるので、イメージシフト機構を別に挿入すること
によるバックフォーカスの増加を防ぐことも可能とな
り、コンパクトな光学系を実現することができる。ま
た、複数の空間フィルタの着脱や、交換および光学系の
補償を必要としないので、機構の大型化および部品点数
の増加を抑えることが可能である。さらに、複屈折板６
１，６２には、現在のビデオムービに使用している空間
フィルタの構成部品を流用することができるので、新規
な部品を使用することによる製造コスト上昇を防ぐこと
ができる。

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、撮像素子
に入射する光路をずらして第１の解像度よりも高い解像
度の第２の解像度の画像を生成するためのイメージシフ
ト手段と、第１および第２解像度に対応して透過帯域を
第１透過帯域および第２透過帯域に切換えることが可能
な空間フィルタとを、複数またはいずれか１つの複屈折
板の傾斜および相対的回転によって実現させることがで
きるので、イメージシフト手段と空間フィルタとを１つ
の機構として構成することができる。したがって、部品
点数を減少させ、さらにイメージシフト機構を挿入する
ことによるバックフォーカスの増加を防ぐことが可能と
なり、コンパクトな光学系を実現することができる。

【００５０】また本発明によれば、第１の解像度を有す
る画像は動画像であるので、撮像素子によって連続的に
形成される画像を利用して、円滑な動画を得ることがで
きる。したがって、動画像と高解像度の静止画像の２種
類の撮像を１つの撮像装置で撮影することが可能であ
り、ユーザーに利便性がある。

【００５１】また本発明によれば、空間フィルタは２枚
以上の複屈折板を用いてその相対的な回転により透過帯
域を切換えることができるので、従来から用いられてい
る空間フィルタの構成部品である複屈折板を流用して、
容易に形成することができる。また、複数の解像度に応
じて空間フィルタを交換する必要がないので、解像度の
切換え機構が簡素化され、必要な空間も小さくてよく、
画像入力装置の製造コストの上昇を防ぐことができる。

【００５２】また本発明によれば、複屈折板間の相対的
な回転角度を約４５度変化させるだけで透過帯域を切換
えることができるので、切換えのための機構の移動距離
が小さく、透過帯域の切換えを迅速に行うことができる
とともに、機構の耐久性も高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基礎形態の概略的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１の基礎形態における空間フィルタ１２の構
成を示す簡略化した斜視図である。

【図３】図２の空間フィルタ１２における複屈折板２
０，２１の光学軸の方位を示す投影図である。

【図４】図３に示す方位の光学軸を有する複屈折板２
０，２１によって、ＣＣＤ１４の撮像面に入射光が結像
する際の分離状態を示す図である。

【図５】図３の光学軸の組合せによって実現される空間
フィルタの透過帯域を示すグラフである。

【図６】図２の空間フィルタで、第１透過帯域よりも高
い周波数帯域まで透過可能な第２透過帯域とするための
光学軸の方向を示す投影図である。

【図７】図６の光学軸の投影に対応して入射光がＣＣＤ
１４に結像する際の分離状態を示す図である。

【図８】図６の光学軸の配置に対応して得られる空間フ
ィルタの透過帯域を示すグラフである。

【図９】図１の基礎形態で、複屈折板２１を回転させる
ための空間フィルタ駆動装置１６の構成の一例を示す簡
略化した正面図である。

【図１０】図１の空間フィルタ１２を構成する複屈折板
２１の回転のための空間フィルタ駆動装置１６の構成の
他の例を示す正面図である。

【図１１】図１の基礎形態で、空間フィルタ１２の複屈
折板２１を回転させるための空間フィルタ駆動装置１６
のさらに他の構成によって一方の透過帯域を得る状態を
示す簡略化した正面図である。

【図１２】図１１に示す空間フィルタ駆動装置１６が他
方の透過帯域となる状態を示す簡略化した正面図であ
る。

【図１３】図１の基礎形態で、空間フィルタ１２の複屈
折板２１を回転させる空間フィルタ駆動装置１６のさら
に他の構成を示す簡略化した正面図である。

【図１４】図２に示す複屈折板２０，２１の光学軸の方
向について、第１透過帯域を実現するための他の例を示
すｙｚ平面への投影図である。

【図１５】図１４の光学軸配列に対応して得られる入射
光のＣＣＤ１４への結像による分離状態を示す図であ
る。

【図１６】図２の複屈折板２０，２１の光学軸の方向に
ついて、さらに他の例を示すｙｚ平面への投影図であ
る。

【図１７】図１６に示す光学軸に対応して得られる入射
光のＣＣＤ１４への結像による分離状態を示す図であ
る。

【図１８】図１６に示す光学軸の方位を有する複屈折板
を回転させて、第２透過帯域を実現する際の光学軸の方
位を示すｙｚ平面への投影図である。

【図１９】図１８に示す光学軸の方位を有する状態で、
入射光が結像する際の分離状態を示す図である。

【図２０】本発明の実施の一形態による画像入力装置の
概略的な構成を示すブロック図である。

【図２１】図２０の実施形態におけるイメージシフト機
構６０によるイメージシフトの原理を示す簡略化した側
面図である。

【図２２】従来からの屈折板を傾斜させてイメージシフ
トを行う原理を示す簡略化した側面図である。

【図２３】撮像素子の感光部の配列状態を示す簡略化し
た正面図である。

【図２４】イメージシフトによって解像度が高められた
等価的な撮像素子の感光部の配列状態を示す簡略化した
正面図である。

【図２５】イメージシフトによって解像度が高められた
等価的な撮像素子の感光部の配列状態を示す簡略化した
正面図である。

【図２６】イメージシフトによって解像度が高められた
等価的な撮像素子の感光部の配列状態を示す簡略化した
正面図である。

【図２７】先行技術による空間フィルタを含む画像入力
装置の概略的な構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 光軸 １１ レンズ群 １２ 空間フィルタ １３，６０ イメージシフト機構 １４ ＣＣＤ １５，６５ イメージシフト機構駆動装置 １６ 空間フィルタ駆動装置 １７，６７ システムコントローラ １８ 信号処理回路 ２０，２１，６１，６２ 複屈折板 ２２ 屈折板 ３０，４０，５０ 保持部材 ３１，４１，５１ 回転ローラ ３２，４２ 突起 ３３，４３ レバー ３４ ねじりばね ３５，４５ 溝 ３６，４６ ピン ３７，５３ モータ ４４ 引張りばね ４７ プランジャ ５２ ウォームギア ５４ ホイールギア部 ６３ 光路 ６６ 回転駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 山脇 千明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−226078（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−292093（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−236585（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/335 H04N 5/225 - 5/238 G02B 27/46

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子へ入射する光路と撮像素子との
   相対的な位置関係をずらすイメージシフト手段を備え、
   第１の解像度、およびイメージシフト手段によって第１
   の解像度よりも高い第２の解像度を有する画像を入力可
   能な画像入力装置において、 前記イメージシフト手段は、 被写体からの入射光を入力する光学系と被写体の画像を
   取り込む撮像素子との間に設けられ、入射光の空間周波
   数の透過帯域を少なくとも２種類以上に切換え可能な空
   間フィルタとして動作可能であって、 イメージシフト手段としては、空間フィルタの一部が光
   軸に対して傾斜し、撮像素子へ入射する光路をずらすよ
   うに構成され、 制御手段であって、 第１の解像度を有する画像の入力時には、空間フィルタ
   が第１の透過帯域となり、 第２の解像度を有する画像の入力時には、空間フィルタ
   が第１の透過帯域よりも高い空間周波数を透過可能な第
   ２の透過帯域になり、かつイメージシフト手段として動
   作し、撮像素子へ入射する光路のずれに同期して複数の
   画像が入力可能なように制御する制御手段を含むことを
   特徴とする画像入力装置。
2. 【請求項２】 前記第１の解像度を有する画像は動画像
   であることを特徴とする請求項１記載の画像入力装置。
3. 【請求項３】 前記空間フィルタは、光軸と平行な軸を
   中心に相対的に回転可能に支持される少なくとも２枚以
   上の複屈折板を含むように構成され、複屈折板間の相対
   的な回転によって前記第１および第２の透過帯域に切換
   え可能であることを特徴とする請求項１または２記載の
   画像入力装置。
4. 【請求項４】 前記複屈折板間の相対的な回転角度は、
   第１の透過帯域と第２の透過帯域とで約４５度変化させ
   ることを特徴とする請求項３記載の画像入力装置。