JP3724701B2 - 固体撮像装置及び解像度変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ、電子スチル機能付ビデオカメラ及び電子スチルカメラ等の固体撮像装置に係り、特に撮像素子の解像度を高めるために画素ずらし（以下ピクセルシフト）撮影が可能な固体撮像装置及びこの固体撮像装置の前方において画素ずらし撮影を行わせる解像度変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりテレコンバージョンレンズのように撮像装置の前に変換装置を配して撮像状態を変化させる方式のカメラなどはあるが、同様に撮像装置の前に変換装置を配して高解像度化を図ることを可能にする電子スチルカメラ等の固体撮像装置はなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に固体撮像素子の解像度を高める方法としては、画素ずらし（以下ピクセルシフトと称する）撮影方法がある。このピクセルシフト機能は全て固体撮像装置本体に内蔵されており、この機能をピクセルシフト撮影機能の無い撮像装置に追加しようとしても、或いはピクセルシフト撮影機能のある撮像装置に更に追加しようとしても，大改造が伴って装置が高価になるという問題がある。また、前記改造に伴つて装置が大型化し、通常撮影時でのコンパクト性が失われてしまうという問題もある。
【０００４】
本発明の目的は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、装置を高価にすることなく且つ通常撮影時のコンパクト性を失うことなく、容易に撮影画像の解像度を高めることができる固体撮像装置及び解像度変換装置を提供することである。
【０００６】
上記目的を達成する為に、本発明の特徴は、ピクセルシフト機能で撮影した複数の撮像画像を合成する機能を有する固体撮像装置において、前記固体撮像装置のレンズの前方に配置され、前記レンズに入射される光の光軸をずらすピクセルシフト素子を備えた変換装置を具備し、前記ピクセルシフト素子を前記変換装置に対して挿脱する手段を有することにある。
【０００９】
本発明の他の特徴は、光軸をずらすことが可能なピクセルシフト素子を筐体内に具備して成る解像度変換装置であって、前記ピクセルシフト素子を前記変換装置に対して挿脱する手段を有することにある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の固体撮像装置の第１の実施形態に係る構成を示した図である。デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）１のレンズ１１の前方にピクセルシフトアダプター２が配置されている。このピクセルシフトアダプター２はピクセルシフト素子（ガラス又はプラスチックプリズム等）２１が内蔵され、上記したレンズ１１の前方に着脱自在に配置されるようになっている。また、２ｆはピクセルシフトアダプター２の正面図であり、プリズム２１の回転方向を手動で切り替える切替ボタン２２が取り付けてある。
【００１９】
次に本実施形態の動作について説明する。デジタルスチルカメラ１を固定した後、（１）ピクセルシフトアダプター２をデジタルスチルカメラ１のレンズ１１の前方に配置する。（２）ピクセルシフトアダプター２の切替ボタン２２を切り替えて、例えば通常モードを設定して、（３）前記通常モードで撮影Ａを行う。（４）切替ボタン２２を切り替えてプリズム２１の回転角方向を変更してシフトモードにして撮影Ｂを行う。
【００２０】
ここで、上記した切替ボタン２２を切り替えると、図２に示すようにプリズム２１が光軸回りに回転する。通常モードでは、プリズム２１の方向はＡの方向であるが、シフトモードではＢの方向になり、その際のシフト量をベクトルで表示すれば図３に示すようにＳ＝Ｓ２−Ｓ１である。このように、プリズム２１を光軸回りに回転させると、図４に示すように被写体が例えば０．０１１５度ずれてＣＣＤ１２に結像されることになる。プリズムの回転は光軸に垂直な面内方向であればよく、回転中心を光軸以外にとることもできる。例えば回転角が小さい場合、切替ボタンに対向する位置に突起を設け、この点を中心に回転させてもよい。
【００２１】
図５（ａ）は通常モードの撮影Ａとシフトモードの撮影Ｂの２回の撮影で得られる被写体像で、両被写体は矢印Ｓの方向に例えば２．４４μｍずれている。これら両被写体像を合成すると、３２０万画素が図５（ｂ）に示す１２８０万画素の画像と同じ解像度になる。
【００２２】
図５（ｃ）は通常モードの撮影Ａの画面Ａとシフトモードの撮影Ｂの画面Ｂを示し、これら画面を合成することにより、図５（ｄ）に示すようになり（ＣはＡ，Ｂで補完される）、上記のように解像度を向上させることができる。
【００２３】
光軸のシフト量（角度）と固体撮像素子上の被写体像のシフト量（距離）の関係はレンズの焦点距離により決まる。従ってズームレンズの場合には、焦点距離に合わせてプリズムの回転角を変化させればズームの全領域で使用可能となる。切替ボタンの回転角を広くし、焦点距離に応じた目盛とストッパーを設けるのも１つの方法である。
【００２４】
又、シフト方向の量を変えることにより種々の合成画像を得ることができる。例えば水平方向にシフトすれば水平方向の解像度が上がる。これは、ピクセルシフト機能部全体を回転させる機構を付加させることにより可能となる。又、シフト量を分割して順次シフトさせて解像し合成すれば解像力が数倍良くなる。
【００２５】
図６はピクセルシフト素子である上記プリズム２１の構造を示した図である。プリズム２１は図６（ａ）に示すように単体でも良いし、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように微小角度を有する２枚のプリズムを合わせた複合プリズムでも良い。複合プリズムにするとプリズム単体の角度を大きくすることができ、単体のプリズムでは難しい微小角のプリズムを容易に制作することができると共に、色収差を無くすことができる。
【００２６】
このような複合プリズムは、ピクセルシフト時、一体で回転させることによりシフト量を変更しても良いが、複合プリズムの一部を回転させてシフト量を変更させることもできる。この場合は図６（ｃ）に示すように２枚の同一形状プリズムを１８０度回転させて配置することもでき、前記一部を回転させる場合、１枚のプリズムの持つ角度を大きくすれば回転角を小さくすることができる。
【００２７】
本実施形態によれば、例えば１２８０万画素の高画質の画像を安価且つ容易に得ることができる。しかも、ピクセルシフトアダプター２をデジタルスチルカメラ１の前に置く方式なので、デジタルスチルカメラ１の通常撮影時のコンパクト性を損なうことがない。又、デジタルスチルカメラ１にピクセルシフト機能がある場合は、これと組み合わせることにより、２５６０万画素相当のウルトラ高画質の静止画を安価に得ることもできる。また、コンパクトＶＨＳ−Ｃ及びＤＶＣ静止画にも応用可能である。
【００２８】
尚、上記実施形態では、デジタルスチルカメラ１とは別体のピクセルシフトアダプター２をその前に配置する構成であったが、図７（ａ）に示すように、ピクセルシフトアダプター２の台座２０１にデジタルスチルカメラ１を装着して、ピクセルシフトアダプター２をデジタルスチルカメラ１の前方の所定の位置に確実に配置する構成とすることも出来る。又、図７（ｂ）に示すように、分離タイプの別体とする構成もある。
【００２９】
又、図８はデジタルスチルカメラ１にピクセルシフトアダプター２を装着して高解像度化を図る実施例であるが、通常モードと高解像度モードを選択する手動の選択モードボタン１５がデジタルスチルカメラ１に設けられており、操作性を向上させることができる。高解像度モードとしては、撮影した画像に電気的なマーキングを付加することにより、すきな時に合成することができる機能を付加することもできる。
【００３０】
図９は図８に示した実施例と同様であるが、本例ではピクセルシフトアダプター２をデジタルスチルカメラ１に装着する際にスイッチ１６をアダプター２により自動的に押して、高解像度モードに自動的に入るようになっているため、図８の実施例よりも更に操作性を向上させることができる。
【００３１】
又、上記実施形態では、ピクセルシフト量を変化させる切替ボタン２２は図１０（ａ）に示すように、手動回転させる構成であったが、図１０（ｂ）で示すように電動で回転させる構成として、操作性を向上させることができる。更に、図１０（ｃ）に示すようにデジタルスチルカメラ１の本体側の操作により電動ピクセルシフト動作を制御する構成として更に操作性を向上させることもできる。例えば、ズームレンズの場合はレンズの焦点距離に応じて回転量を制御することもできる。
【００３２】
図１１は、本発明の固体撮像装置の第２の実施形態に係る構成を示した図である。本例は、図１１（ａ）に示すようにデジタルスチルカメラ１に一体にピクセルシフトアダプター２が取り付けられており、このピクセルシフトアダプター２に対してピクセルシフト素子であるプリズム２１が図１１（ｂ）に示すように着脱自在に装着されている。
【００３３】
次に本実施形態の動作について説明する。通常撮影を行う時は、ピクセルシフト素子（プリズム）２１をピクセルシフトアダプター２から取り外した状態で撮影する。高解像度撮影を行いたい時は、まず、ピクセルシフト素子（プリズム）２１をピクセルシフトアダプター２から取り外した状態の通常モードで撮影した後、ピクセルシフト素子２１をピクセルシフトアダプター２に装着して、同一被写体をシフトモードで再度撮影する。
【００３４】
その後、上記２枚の撮像画像を合成することにより、高解像度の撮影画像を得ることができ、図１に示した第１の実施形態と同様の効果がある。特に、本例は構成が簡単のため、より安価に高解像度撮影が可能になる。
【００３５】
図１２は、本発明の固体撮像装置の第３の実施形態に係る構成を示した図である。本例は、デジタルスチルカメラ１のレンズ１１の前方にピクセルシフト素子としてミラー２４を用いたピクセルシフトアダプター２を有している。ピクセルシフトアダプター２は通常モードとシフトモードを切り替える切替ボタン２２が付いている。
【００３６】
次に本実施形態の動作について図１３を参照して説明する。ミラー２４はレンズ１１の前方に所定角度（４５度）傾けて配置される。このミラー２４の傾きは切替ボタン２２を回動させることにより、ミラー２４を変化させるようになっている。これにより、通常モードに比べて、ミラー２４が０．０１１５度傾くため、被写体が１００Ａから１００Ｂにずれたように、ＣＣＤ１２上の結像がずれて、以下ピクセルシフト撮影を行うことができ、第１の実施形態と同様の効果があるが、特にピクセルシフト素子としてミラー２４を用いたため、色収差がない高品質の画像を得ることができる。ミラー２４とわずかに傾いた面内方向でミラーを回転させても同様の効果が得られる。
【００３７】
図１４は本発明の固体撮像装置の第４の実施形態に係る構成を示した図である。デジタルスチルカメラ１のレンズ１１とコリメータレンズ１３の前方に、ピクセルシフト素子としてプラスチック等で出来た平行板２５を用いるピクセルシフトアダプター２が配置されている。このピクセルシフトアダプター２はピクセルシフト機構２７を動作させて平行板２５を光軸に対して傾かせる切替ボタン２２を有している。
【００３８】
次に本実施形態の動作を図１５を参照して説明する。切替ボタン２２を回すことにより、ピクセルシフト機構２７をＡかＢへ動かして、通常撮影位置の平行板２５をシフト撮影位置（図中破線）に動かすことにより、２．３６度傾かせる。これにより、被写体が１００Ａから１００Ｂにずれたように、ＣＣＤ１２上の結像がずれて、ピクセルシフト撮影を行うことができ、第１の実施形態と同様の効果があるが、特にピクセルシフト素子として平行板２５を用いたため、色収差が少ない高品質の画像を得ることができる。平行板とわずかに傾いた面内方向で平行板を回転させても同様の処理が得られる。
【００３９】
図１６は本発明の固体撮像装置の第５の実施形態に係る構成を示した図である。本例は、デジタルスチルカメラ１のレンズ１１の前方に、面平行に配置される２個のピクセルシフト素子２１−１、２１−２を装着できるピクセルシフトアダプター２を配置する構成を有している。
【００４０】
次に本実施形態の動作について説明する。まず、ピクセルシフト素子２１−１，２１−２の通常モードで撮影Ａを行い、２１−１のシフトモードで撮影Ｂを行う。次に、２１−１通常、２１−２シフトモードで撮影Ｃを行い、２１−１，２１−２シフトモードにして撮影Ｄを行う。これにより図１７に示すように被写体がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのようにずれるため、図示されないＣＣＤ上では、図１８（ａ）に示すような画面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが得られ、これらを合成すると図１８（ｂ）に示すようなウルトラ高解像度の画面が得られることになる。
【００４１】
これにより、本実施形態では上記実施形態に比べて更なる高解像度の撮影を容易且つ安価に行うことができる。
【００４２】
図１９は本発明の固体撮像装置の第６の実施形態に係る構成を示した図である。
【００４３】
図１９（ａ）の例は、通常のピクセルシフト撮影機能を持っていないデジタルスチルカメラ１にピクセルシフトアダプター２を装着し、又、デジタルスチルカメラ１にパーソナルコンピュータ３が接続されている。
【００４４】
この場合も、通常モードで１枚撮影し、シフトモードで１枚撮影して、２枚の画像を得るが、この２枚の画像を合成して高解像度の画像を作成する合成機能がデジタルスチルカメラ１にはない。そこで、デジタルスチルカメラ１から上記２枚の画像をパーソナルコンピュータ３に送って、前記合成を合成ソフトとパーソナルコンピュータ３に行わせることにより、高解像度の画像を得るようにしている。
【００４５】
同様に２枚の撮影画像を合成ソフトとプリンタ４に行わせる構成が図１９（ｂ）である。
【００４６】
本実施形態によれば、通常のピクセルシフト機能を持っていないデジタルスチルカメラ１でも、別体のピクセルシフトアダプター２とパーソナルコンピュータ３又はプリンタ４があれば、手軽に高解像度の撮影を行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の固体撮像装置及び解像度変換装置によれば、装置を高価にすることなく且つコンパクト性を失うことなく、容易に撮影画像の解像度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の第１の実施形態に係る構成を示した図である。
【図２】図１に示したプリズムの回転動作を説明する図である。
【図３】図１に示したプリズムのシフト量を説明する図である。
【図４】図１の装置によるピクセルシフト撮影動作を説明する図である。
【図５】図１に示した装置のピクセルシフトアダプターを用いて高解像度の撮影画像を得られる原理を説明する図である。
【図６】図１に示したピクセルシフト素子であるプリズムの構造例を示した図である。
【図７】図１に示したピクセルシフトアダプターの実施例を示した図である。
【図８】図１に示したピクセルシフトアダプターの他の実施例を示した図である。
【図９】図１に示したピクセルシフトアダプターの更に他の実施例を示した図である。
【図１０】図１に示した切替ボタンの操作構成例を示した図である。
【図１１】本発明の固体撮像装置の第２の実施形態に係る構成を示した図である。
【図１２】本発明の固体撮像装置の第３の実施形態に係る構成を示した図である。
【図１３】図１２に示したミラーによるピクセルシフト動作を説明する図である。
【図１４】本発明の固体撮像装置の第４の実施形態に係る構成を示した図である。
【図１５】図１４に示した平行板によるピクセルシフト動作を説明する図である。
【図１６】本発明の固体撮像装置の第５の実施形態に係る構成を示した図である。
【図１７】図１５の装置でピクセルシフト撮影を行った時の被写体のずれを説明する図である。
【図１８】図１５の装置でピクセルシフト撮影を行った時の撮像画像が高解像度になる原理を説明する図である。
【図１９】本発明の固体撮像装置の第６の実施形態に係る構成を示した図である。
【符号の説明】
１ デジタルスチルカメラ
２ ピクセルシフトアダプター
３ パーソナルコンピュータ
４ プリンタ
１１ レンズ
１２ ＣＣＤ
１３ コリメータレンズ
１５ 選択モードボタン
１６ スイッチ
２１ プリズム
２１−１、２１−２ ピクセルシフト素子
２２ 切替ボタン
２４ ミラー
２５ 平行板
２７ ピクセルシフト機構
２０１ 台座

Claims (2)

1. ピクセルシフト機能で撮影した複数の撮像画像を合成する機能を有する固体撮像装置において、
   前記固体撮像装置のレンズの前方に配置され、前記レンズに入射される光の光軸をずらすピクセルシフト素子を備えた変換装置を具備し、
   前記ピクセルシフト素子を前記変換装置に対して挿脱する手段を有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 光軸をずらすことが可能なピクセルシフト素子を筐体内に具備して成る解像度変換装置であって、
   前記ピクセルシフト素子を前記変換装置に対して挿脱する手段を有することを特徴とする解像度変換装置。

Images