JP3739879B2

JP3739879B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP3739879B2
Application number: JP35337696A
Authority: JP
Inventors: 正国岩永; 勇二池戸; 篤山根; 浩幸渡邊
Original assignee: Casio Computer Co Ltd; Pioneer Corp
Current assignee: Casio Computer Co Ltd; Pioneer Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH10178578A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子カメラやビデオカメラに用いられる撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子カメラに用いられる撮像装置では、ＣＣＤなどの電荷転送部および受光部を有し、この受光部に受光画素が所定の画素ピッチで縦横に配列された固体撮像素子を備え、この固体撮像素子によって被写体の画像を電気信号に変換して出力し、この出力信号を画像信号として形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような撮像装置では、被写体の画像を撮影したきの解像度が固体撮像素子の画素数で決まってしまうため、高解像度の撮影をするためには画素数を増やすか、あるいは固体撮像素子の集積度を上げる必要があるが、画素数を増やすと固体撮像素子の集積度を上げなくても固体撮像素子のコストは高くなり、また固体撮像素子の受光サイズを同じにして集積度を上げると高い加工精度が要求され、一段と固体撮像素子のコストが高くなるという問題がある。
【０００４】
この発明の課題は、画素数の少ない固体撮像素子を用いても、高解像度の画像を得ることができるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項 1 記載の発明は、被写体の画像を固体撮像素子で撮像する撮像装置において、前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に配置される透明な平行平面板と、この透明な平行平面板を光軸に対し複数の所定方向に傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させるアクチュエータと、前記平行平面板を複数回の露光ごとに傾けるように前記アクチュエータを駆動制御する制御手段と、複数回の露光によって得られた画像データを合成して１画面の合成画像データを生成する合成手段と、この合成手段によって生成された前記合成画像データを記憶する記憶手段とを備え、前記複数回の露光によって得られた画像データを合成し、得られた１画面の合成画像データを前記記憶手段に記憶する第１モードと、１回の露光によって得られた画像データをそのまま１画面の画像データとして前記記憶手段に記憶する第２モードとを有し、さらに前記被写体と前記固体撮像素子との間に、前記第１モードと前記第２モードとで異なった特性のローパスフィルタを設けるとともに、前記ローパスフィルタとして、前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に透明な第２の平行平面板を配置し、この第２の平行平面板を第２のアクチュエータで１回の露光時間中に光軸に対し複数の所定方向に傾けるようにしたたことを特徴とする。したがって、この発明によれば、制御手段によってアクチュエータを駆動制御し、平行平面板を複数回の露光ごとに傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させることにより、被写体の画像を固体撮像素子上で順次ずらし、この複数回の露光によって得られた画像データを合成手段で合成して１画面の合成画像データを生成するので、画素数の少ない固体撮像素子を用いても、高解像度の画像を得ることができる。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、被写体の画像を固体撮像素子で撮像する撮像装置において、前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に配置される透明な第１の平行平面板と、この透明な平行平面板を光軸に対し複数の所定方向に傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させる第１のアクチュエータと、さらに前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に配置された透明な第２の平行平面板と、この第２の平行平面板を光軸に対し複数の所定方向に傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させる第２のアクチュエータと、前記第１の平行平面板を複数回の露光ごとに傾けるように前記第１のアクチュエータを駆動制御するとともに、前記第２の平行平面板を１回の露光中に光軸に対し複数の所定方向に傾けるように前記第２のアクチュエータを駆動制御する制御手段と、複数回の露光によって得られた画像データを合成して１画面の合成画像データを生成する合成手段と、この合成手段によって生成された前記合成画像データを記憶する記憶手段とを備え、前記各アクチュエータは、前記透明な平行平面板が取り付けられる可動板と、少なくとも２つの永久磁界を生成する永久磁界生成手段と、入力制御信号に応じた電流によって前記少なくとも２つの永久磁界にそれぞれ交差する電流路を形成する少なくとも２つのコイルを有するコイル手段とを備え、
前記永久磁界生成手段と前記コイル手段との間に生ずる少なくとも２つの電磁力によって前記可動板を前記光軸に対し複数の所定方向に傾けることを特徴とする。したがって、この発明によれば、制御手段によってアクチュエータを駆動制御し、平行平面板を複数回の露光ごとに傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させることにより、被写体の画像を固体撮像素子上で順次ずらし、この複数回の露光によって得られた画像データを合成手段で合成して１画面の合成画像データを生成するので、画素数の少ない固体撮像素子を用いても、高解像度の画像を得ることができる。この場合、請求項３に記載のごとく、複数回の露光によって得られた画像データを合成し、得られた１画面の合成画像データを記憶手段に記憶する第１モードと、１回の露光によって得られた画像データをそのまま１画面の画像データとして記憶手段に記憶する第２モードとを有していれば、第１モードによって高解像度の画像を得ることができ、また第２モードによって低解像度の画像を得ることができる。また、請求項４に記載のごとく、被写体と固体撮像素子との間に第１モードと第２モードとで異なった特性のローパスフィルタを設ければ、第１モードと第２モードのいずれにおいても、ナイキスト周波数以上の高域周波数によって生じるモアレや色偽信号による画質の低下を防ぐことができ、良好な画像を得ることが可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図２６を参照して、この発明の撮像装置を電子カメラに適用した一実施形態について説明する。
図１〜図３はこの発明の電子カメラの外観図である。これらの図に示された電子カメラ１は、本体部２とカメラ部３の２つのブロックから構成されている。
本体部２は本体ケース４を備えている。この本体ケース４の背面には、図３に示すように、撮影画像を表示する液晶表示パネル５およびファンクションキー６が設けられている。また、本体ケース４の上面には、図１に示すように、電源スイッチ７、シャッター釦８、デリートキー９、プラスキー１０、マイナスキー１１、モードキー１２、ディスプレイキー１３、ズームキー１４、セルフタイマーキー１５が設けられているとともに、開閉蓋１６が設けられている。この開閉蓋１６の内側には、図示しない外部電源端子、ビデオ出力端子、デジタル端子などが設けられている。なお、図１および図２において、本体ケース４の左側の部分には、撮影者が右手で握りやすくするために、膨出したグリップ形状の握り部４ａが形成されている。この握り部４ａは、その内部に複数の乾電池（図示せず）が収納される構造になっている。
【０００８】
カメラ部３はカメラケース１７を備えている。このカメラケース１７の前面には、図２に示すように撮影用の開口部１８が設けられており、背面には図３に示すようにピントスイッチ１９および絞り切換スイッチ２０が設けられている。また、カメラケース１７の側面には、図１および図３に示すように、望遠(TELE)と広角(WIDE)とに切り換える切換レバー２１が回転可能に取り付けられている。
このカメラ部３は、図１および図２において、本体部２の右側面に回転可能に取り付けられている。すなわち、カメラ部３は、本体部２に対し前方に９０°回転して撮影用の開口部１８が真下に向き、また本体部２に対し後方に１８０°回転して撮影用の開口部１８が撮影者側に向くように、本体部２に回転可能に取り付けられている。
【０００９】
また、カメラ部３の内部には、図４に示す撮像装置２５が設けられている。この撮像装置２５は、カメラケース１７に設けられた開口部１８に対応して、被写体側から順に、撮影レンズ部２６、画素補間用の第１平行平面板ユニット２７、ローパスフィルタ用の第２平行平面板ユニット２８、および固体撮像素子２９が光軸Ｏ上に沿って配置された構造になっている。
撮影レンズ部２６は、被写体の画像を第１、第２平行平面板ユニット２７、２８を介して固体撮像素子２９に結像させるものであり、複数のレンズ２６ａ〜２６ｄからなり、各レンズ２６ａ〜２６ｄがレンズ枠２６ｅによってカメラケース１７内に固定されている。
固体撮像素子２９は、ＣＣＤなどの電荷転送部および受光画素２９ａが縦横に所定ピッチで配列された受光部を有し、被写体からの光を受光して電気信号に変換して出力するものであり、カメラケース１７内に設けられた回路基板３０に取り付けられている。この場合、受光画素２９ａは、図５に示すように、縦横に１画素ピッチで配列され、各受光画素２９ａの開口幅は縦横０．５画素ピッチで、開口率が２５％になっている。
【００１０】
第１平行平面板ユニット２７は画素補間装置としての役目を果たし、第２平行平面板ユニット２８はローパスフィルタとしての役目を果たすが、第１平行平面板ユニット２７と第２平行平面板ユニット２８とは、両者ともまったく同じ構造になっており、ここでは、第１平行平面板ユニット２７について説明する。
第１平行平面板ユニット２７は、光軸Ｏ上に配置される透明な平行平面板３１と、この透明な平行平面板３１を光軸Ｏに対して４方向に傾かせる電磁アクチュエータ３２とを備え、これらが撮影レンズ部２６と固体撮像素子２９との間に配置された構造になっている。
透明な平行平面板３１は、図６（ａ）に示すように、光軸Ｏに対し垂直な状態であると、光軸Ｏに平行な入射光線が垂直に入射し、そのまま直進するが、図６（ｂ）に示すように、光軸Ｏに対し傾いた状態であると、光線の入射位置と出射位置とがずれる。すなわち、入射光線と出射光線とは平行であるが、出射光線は入射光線に対し平行平面板３１の傾き方向にずれて出射される。このずれ量は、入射光線が光軸Ｏに平行であるとしたとき、平行平面板３１の厚さが一定であれば、平行平面板３１の傾き角度によって決まり、傾き角度が大きくなるに従ってずれ量も大きくなる。また、この透明な平行平面板３１は、後述する４方向に傾くことにより、図７に示すように、被写体からの光線を４方向に変化させて固体撮像素子２９に入射させる。
【００１１】
電磁アクチュエータ３２は、図８に示すように、第１固定板３４と、第２固定板３５と、これらの間に配置される可動板３６とを備え、この可動板３６の中心に透明な平行平面板３１が取り付けられる構造になっている。
第１固定板３４は、図９および図１０に示すように、ほぼ正四角形状をなし、その中央部に２本の対角線の交点を中心とする円形孔３７が設けられ、この円形孔３７の内周面に環状のヨーク３８が周設され、このヨーク３８の内面に第１マグネット３９ａと第２マグネット３９ｂとが互いに対向して設けられた構造になっている。この場合、ヨーク３８は、磁性材料からなり、その幅が第１固定板３４の厚さよりも大きく形成され、可動板３６と反対側に突出している。
第２固定板３５は、図１１および図１２に示すように、第１固体板３４とほぼ同様の構造であるが、第１固定板３４の円形孔３７に対応する中央部に円形状の取付凹部４０が可動板３６と反対側に突出して形成され、この取付凹部４０の底部の中心に光透過用の円形孔４１が設けられているとともに、取付凹部４０の内周面に環状のヨーク４２が周設され、このヨーク４２の内面に第１マグネット４３ａと第２マグネット４３ｂとが互いに対向して設けられた構造になっている。
【００１２】
第１、第２固定板３４、３５に設けられた第１マグネット３９ａ、４３ａと第２マグネット３９ｂ、４３ｂとは、永久磁界生成手段に相当し、それぞれヨーク３８、４２と同じ幅で、それぞれ同じ断面積をもち、互いにほぼ等しい円弧状に形成されている。第１マグネット３９ａ、４３ａは、内側にＮ極、外側にＳ極を有し、第２マグネット３９ｂ、４３ｂは、内側にＳ極、外側にＮ極を有している。そして、第１固定板３４における第１マグネット３９ａと第２マグネット３９ｂとは、図９において左右に対称な状態で配置され、これにより概ね両者が対向する左右方向（Ａ−Ａ線方向）に磁束が分布する（図１６（ａ）参照）。また、第２固定板３５における第１マグネット４３ａと第２マグネット４３ｂとは、図１１において上下に対称な状態で配置され、これにより概ね両者が対向する上下方向に磁束が分布する（図１７（ａ）参照）。
【００１３】
また、第１固定板３４と第２固定板３５とは、第２固定板３５の四隅に立設された支持筒４４上に第１固定板３４を載置した状態で、第１固定板３４の四隅に支持筒４４と対応して設けられた貫通孔４５を通して締結用ねじ４６を支持筒４４のねじ穴４４ａに螺着することにより、図１５に示すように、支持筒４４の長さの隙間をもって互いに取り付けられている。
【００１４】
一方、可動板３６は、図１３および図１４に示すように、第１、第２固定板３４、３５とほぼ同じ大きさの正四角形状をなし、その中心部に円筒状のボビン部４７が各固定板３４、３５側に向けて突出して設けられ、四隅に第２固定板３５の支持筒４４が遊嵌するほぼ半円形状のガイド切欠部４８が設けられた構造になっている。円筒状のボビン部４７は、一端側の第１ボビン部４９が第１固定板３４のマグネット３９ａ、３９ｂ間の空間に遊挿され、他端側の第２ボビン部５０が第２固定板３５のマグネット４３ａ、４３ｂ間の空間に遊挿される。これら第１、第２ボビン部４９、５０には、それぞれ電導線が巻き付けられ、これによりコイル手段である２つのコイル５１、５２が形成されている。また、円筒状のボビン部４７の第２ボビン部５０内には仕切壁５３が設けられており、この仕切壁５３には前述した透明な平行平面板３１が取り付けられる四角形状の取付孔５４が設けられている。
【００１５】
また、第１固定板３４における２本の対角線の端部付近において円形孔３７の中心点を中心とする円が交わる４個所には、ねじ孔５５が設けられている。これらねじ孔５５には、それぞれ４つの角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄ（図１では５６ｂのみを示す。）が可動板３６側に突出した状態で取り付けられている。角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄは、可動板３６側に突出する突出長さを調節することにより、可動板３６の動作時における傾き角度を調節する。また、第２固定板３５に対向する可動板３６の対向面における各辺部の中間には、それぞれ突起部５７ａ〜５７ｄが設けられている。そして、可動板３６は、図１５に示すように、第１、第２固定板３４、３５間に支持筒４４および締結用ねじ４６によって揺動可能に組み付けられ、この状態で角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄと突起部５７ａ〜５７ｄとによって動作時における傾き角度が一定になるように規制されている。
【００１６】
なお、この可動板３６は、図８および図１５に示すように、第２固定板３５と可動板３６との間における対角線上の２つの支持筒４４の外周に装着された２つのコイルばね５８ａ、５８ｂによって第１固体板３４に向けて付勢されている。これらコイルばね５８ａ、５８ｂは、ボビン部４７のコイル５１、５２に電流が流れていないときに可動板３６を光軸Ｏに対しほぼ垂直となるニュートラル状態に保持し、かつコイル５１、５２に電流が流れて各マグネット３９ａ、３９ｂ、４３ａ、４３ｂとの間に後述する電磁力が生じたときに可動板３６の傾き動作を妨げない程度のばね力に設定されている。
【００１７】
ここで、電磁アクチュエータ３２の動作について説明する。
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、電磁アクチュエータ３２の第１固定板３４および可動板３６をモデル化した平面図および側面図であり、第１固定板３４と可動板３６との間での動作態様が示されている。この図１６（ａ）において、第１マグネット３９ａと第２マグネット３９ｂとの間には、同図に点線矢印で示すように、ほぼ左から右に向かう磁力線による磁束が生じる。この磁束に対して、可動板３６に設けられたコイル５１は、Ｎ極側およびＳ極側の双方において交差する。
【００１８】
この状態で、コイル５１に同図に示すような矢印方向に電流を流すと、フレミングの左手の法則に従い、コイル５１は、図１６（ｂ）に実線矢印で示すように、Ｎ極側では紙面に垂直な方向において押し下げる方向の電磁力を発生し、Ｓ極側では紙面に垂直な方向において持ち上げる方向の電磁力を発生する。逆に、コイル５１に図１６（ａ）に示す矢印方向とは反対の方向に電流を流すと、図１６（ｂ）に点線矢印で示すように、Ｎ極側では紙面に垂直な方向において持ち上げる方向の電磁力を発生し、Ｓ極側では紙面に垂直な方向において押し下げる方向の電磁力を発生する。これにより、可動板３６は、コイル５１に発生した電磁力によって、概ね図１６（ａ）において可動板３６の中心点を通る上下方向の基準線Ｌ１を中心に傾く力を受けることになる。
【００１９】
一方、図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、電磁アクチュエータ３２の第２固定板３５および可動板３６をモデル化した平面図および側面図であり、第２固定板３５と可動板３６との間での動作態様が示されている。この図１７（ａ）において、第１マグネット４３ａと第２マグネット４３ｂとの間には、同図に点線矢印で示すように、ほぼ上から下に向かう磁力線による磁束が生じる。この磁束に対して、可動板３６に設けられたコイル５２は、Ｎ極側およびＳ極側の双方において交差する。
【００２０】
この状態で、コイル５２に同図に示すような矢印方向に電流を流すと、フレミングの左手の法則に従い、コイル５２は、図１７（ｂ）に実線矢印で示すように、Ｎ極側では紙面に垂直な方向において押し下げる方向の電磁力を発生し、Ｓ極側では紙面に垂直な方向において持ち上げる方向の電磁力を発生する。逆に、コイル５２に図１７（ａ）に示す矢印方向とは反対の方向に電流を流すと、図１７（ｂ）に点線矢印で示すように、Ｎ極側では紙面に垂直な方向において持ち上げる方向の電磁力を発生し、Ｓ極側では紙面に垂直な方向において押し下げる方向の電磁力を発生する。これにより、可動板３６は、コイル５２に発生した電磁力によって、概ね図１７（ａ）において可動板３６の中心点を通る左右方向の基準線Ｌ２を中心に傾く力を受けることになる。
【００２１】
ところで、可動板３６のボビン部４７に形成されたコイル５１、５２は、図１８に示すように接続されている。すなわち、コイル５１とコイル５２とは、互いに直列に接続され、あるいは一つながりの一連コイルを分割してなり、コイル５１の一端が端子ＴＡとして、またコイル５２の一端が端子ＴＢとしてそれぞれ導出され、かつコイル５１、５２の接続点あるいは分割点が共通端子ＴＣとして導出されている。そして、端子ＴＡと端子ＴＢとには、次に説明する動作形式ごとにそれぞれ対応する所定の信号が供給され、共通端子ＴＣは接地されている。
【００２２】
動作形式は、図１９に示すように、４つが設定されている。
第１の動作形式では、端子ＴＡ、ＴＢの双方に正電圧が供給される。ここで、正電圧が図１６（ａ）および図１７（ａ）においてコイル５１、５２に付した矢印方向に流れる電流を発生させるものとすると（以下、同様の前提とする）、可動板３６の左辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに右辺側端部を持ち上げる力と、可動板３６の上辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに下辺側端部を持ち上げる力とが、同時に可動板３６に加わる。これにより、可動板３６は、これら２つの力の合成力（回転力）によって、図２０に示すように、左上隅部Ｐ１がコイルばね５８ａ、５８ｂのばね力に抗して押し下げられ、右下隅部Ｐ３が持ち上げたれた状態に傾くことになり、この可動板３６と共に平行平面板３１も傾く。なお、図１９において、回転（押下）方向の欄に記された矢印の向きは、結果的に回動板３６の押し下げられる側を指し示し、ＴＡ／ＴＢ入力電圧の各欄に記された矢印は、合成力の分力が可動板３６の押し下げる側を指し示している。
【００２３】
第２の動作形式では、端子ＴＡに負電圧が、端子ＴＢに正電圧が供給される。このときには、可動板３６の右辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに左辺側端部を持ち上げる力と、可動板３６の上辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに下辺側端部を持ち上げる力とが、同時に可動板３６に加わる。これにより、可動板３６は、これら２つの力の合成力（回転力）によって、図２０に示すように、右上隅部Ｐ２がコイルばね５８ｂのばね力に抗して押し下げられ、左下隅部Ｐ４が持ち上げられた状態に傾くことになる。
【００２４】
第３の動作形式では、端子ＴＡ、ＴＢの双方に負電圧が供給される。このときには、可動板３６の右辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに左辺側端部を持ち上げる力と、可動板３６の下辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに上辺側端部を持ち上げる力とが、同時に可動板３６に加わる。これにより、可動板３６は、これら２つの力の合成力（回転力）によって、図２０に示すように、右下隅部Ｐ３がコイルばね５８ａ、５８ｂのばね力に抗して押し下げられ、左上隅部Ｐ１が持ち上げられた状態に傾くことになる。
【００２５】
第４の動作形式では、端子ＴＡに正電圧が、端子ＴＢに負電圧が供給される。このときには、可動板３６の左辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに右辺側端部を持ち上げる力と、可動板３６の下辺側端部を紙面に垂直な方向において押し下げるとともに上辺側端部を持ち上げる力とが、同時に可動板３６に加わる。これにより、可動板３６は、これら２つの力の合成力（回転力）によって、図２０に示すように、左下隅部Ｐ４がコイルばね５８ａのばね力に抗して押し下げられ、右上隅部Ｐ２が持ち上げられた状態に傾くことになる。
【００２６】
このように、第１〜第４の動作形式に応じてそれぞれ可動板３６が傾いたときには、第１固定板３４の４つの角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄのいずれか一つの先端に可動板３６が当接し、これと同時に可動板３６の４つの突起部５７ａ〜５７ｄのいずれか２つが第２固定板３５に当接する。例えば、第１の動作形式では、図２１に示すように、１つの角度調節用ねじ５６ｃの先端に可動板３６が当接し、２つの突起部５７ａ、５７ｄが第２固定板３５に当接する。同様に、第２の動作形式では、角度調節用ねじ５６ｄの先端に可動板３６が当接し、２つの突起部５７ａ、５７ｂが第２固定板３５に当接し、第３の動作形式では、角度調節用ねじ５６ａの先端に可動板３６が当接し、２つの突起部５７ｂ、５７ｃが第２固定板３５に当接し、第４の動作形式では、角度調節用ねじ５６ｂの先端に可動板３６が当接し、２つの突起部５７ｃ、５７ｄが第２固定板３５に当接する。
したがって、この可動板３６は、押し下げられる側が４つの突起部５７ａ〜５７ｄのうちの２つで支持され、持ち上げられる側が４つの角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄのうちの１つで支持されることにより、第１、第２固定板３４、３５間の空間内で３つの支点によって位置決めされることになる。このため、可動板３６は、コイル５１、５２によって発生する電磁力にばらつきがあっても常に所定の傾き方向に一定の傾き角度で傾くことになる。
【００２７】
また、可動板３６は、角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄをドライバなどの工具によって、その先端の突出長さを変えることにより、可動板３６の傾き角度が任意の角度に調節される。これにより、可動板３６に設けられる平行平面板３１は、角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄの調節により、その傾き角度が任意の角度に設定されるので、例えば図７に示す光軸Ｏ上の光が固定撮像素子２９上で０．５画素ピッチずれる傾き角度θ₁、あるいは固定撮像素子２９上で１画素ピッチずれる傾き角度θ₂に適宜設定される。
【００２８】
このような電磁アクチュエータ３２および透明な平行平面板３１は、第２平行平面板ユニット２８にも同様に用いられるため、以下の説明では、便宜上、画素補間用の第１平行平面板ユニット２７については、第１の電磁アクチュエータ３２および第１の平行平面板３１と呼び、ローパスフィルタ用の第２平行平面板ユニット２８については、第２の電磁アクチュエータ６２および第２の平行平面板６１と呼ぶことにする。
【００２９】
また、電磁アクチュエータ３２の第１〜第４の動作形式に対応する第１、第２の平行平面板３１、６１の傾き状態については、第１、第２の平行平面板３１、６１ごとに別の符号を用いて説明する。
図２２は第１の平行平面板３１の傾き方向を矢印の向きで示し、傾き角度を矢印の長さで示した傾き状態図である。この図では、第１の平行平面板３１の動作状態１が電磁アクチュエータ３２の第１の動作形式に対応し、同様に、動作状態２〜４が第２〜第４の動作形式に対応し、これらの動作状態１〜４における傾き角度が固定撮像素子２９上で０．５画素ピッチずれる傾き角度θ₁であることを表している。
【００３０】
図２３（ａ）および図２３（ｂ）は第２の平行平面板６１の傾き方向を矢印の向きで示し、傾き角度を矢印の長さで示した各傾き状態図である。図２３（ａ）では、第２の平行平面板６１の動作状態ａ〜ｄが電磁アクチュエータ３２の第１〜第４の動作形式に対応し、これらの動作状態ａ〜ｄにおける傾き角度が固定撮像素子２９上で０．５画素ピッチずれる傾き角度θ₁であることを表している。図２３（ｂ）では、第２の平行平面板６１の動作状態Ａ〜Ｄが電磁アクチュエータ３２の第１〜第４の動作形式に対応し、これらの動作状態Ａ〜Ｄにおける傾き角度が固定撮像素子２９上で１画素ピッチずれる傾き角度θ₂であることを表している。
【００３１】
次に、このような電子カメラ１の回路構成について、図２４を参照して説明する。
この回路構成は、撮像レンズ部２６で結像された被写体の画像を電気信号に変換して出力するＣＣＤなどの固体撮像素子２９、この固体撮像素子２９からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６５、固体撮像素子２９を駆動する第１駆動回路６６、第１の電磁アクチュエータ３２を駆動する第２駆動回路６７、第２の電磁アクチュエータ６２を駆動する第３駆動回路６８、これら第１〜第３駆動回路６６、６７、６８を制御するためのタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ６９、取り込んだデジタル画像データを一時記録するＤＲＡＭ７０、デジタル画像データを符号化／複合化により圧縮／伸長処理する圧縮／伸長回路７１、１画面として圧縮された合成画像データを格納するフラッシュメモリ７２、ＲＯＭ７３に記録されたプログラムに基づいて動作するとともに、ＲＡＭ７４をワークＲＡＭとして使用しキー入力部７５からの入力に基づいて各部を制御するＣＰＵ７６、デジタル画像データに同期信号を付加してデジタルビデオ信号を生成するシグナル・ジェネレータ７７、デジタルビデオ信号を記録するＶＲＡＭ７８、シグナル・ジェネレータ７７から出力されたデジタルビデオ信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７９、アンプ８０を介して入力されたアナログビデオ信号に基づいて画像を表示する液晶表示パネル５、ＣＰＵ７６でシリアル信号に変換された画像信号などを入出力するインターフェース８１からなっている。
【００３２】
このように構成された回路の動作について説明する。
撮影時には、キー入力部７５のシャッター釦８が操作されると、タイミングジェネレータ６９からタイミング信号を出力し、第１の電磁アクチュエータ３２を駆動する第２駆動回路６７と第２の電磁アクチュエータ６２を駆動する第３駆動回路６８とのうち、少なくとも第３駆動回路６８を制御して第２の電磁アクチュエータ６２を駆動するとともに、固体撮像素子２９の第１駆動回路６６を制御して、固体撮像素子２９により被写体の画像に対応する画像信号を取り出し、Ａ／Ｄ変換器６５でアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタル画像データとしてＤＲＡＭ７０に一時記憶する。このＤＲＡＭ７０に記憶された画像データをＣＰＵ７６で読み込んで色演算処理をして、画像データから輝度信号と色信号を作成し、この輝度信号と色信号を圧縮／伸長回路７１に転送してデータ圧縮し、フラッシュメモリ７２に１画面の合成画像データを記憶する。
【００３３】
また、画像の再生時には、キー入力部７５のディスプレイキー１３が操作されると、フラッシュメモリ７２から１画面の圧縮された合成画像データ（圧縮された輝度信号と色信号）をＣＰＵ７６で読み出して、圧縮／伸長回路７１に転送してデータ伸長し、この伸長された輝度信号と色信号をシグナル・ジェネレータ７７に転送してデジタルビデオ信号を形成し、このデジタルビデオ信号をＤ／Ａ変換器７９でアナログビデオ信号に変換して液晶表示パネル５に表示される。
【００３４】
次に、このような電子カメラ１で被写体を撮影する場合について説明する。この電子カメラ１では、４回の露光を行って１回の撮影をする高解像度撮影と、１回の露光で１回の撮影をする低解像度撮影との２種類の撮影が可能である。
高解像度撮影の場合には、予め、第１、第２電磁アクチュエータ３２、６２の各角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄを操作して、第１、第２平行平面板３１、６１によって被写体からの光が固定撮像素子２９上で０．５画素ピッチずれる傾き角度θ₁になるように、両者の可動板３６の傾き角度を調節する。
【００３５】
この状態では、第１、第２電磁アクチュエータ３２、６２の各コイル５１、５２に電流が流れていないので、第１、第２電磁アクチュエータ３２、６２の各可動板３６は２つのコイルばね５８ａ、５８ｂのばね力によって付勢され、角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄの各先端に当接し、これにより光軸Ｏに対しほぼ垂直となるニュートラル状態に保持される。この後、電源スイッチ７をオンにして、モードキー１２を高解像度モードにセットすると、第１、第２電磁アクチュエータ３２、６２が駆動されて、各可動板３６を第１の動作形式の状態に傾ける。これにより、第１の平行平面板３１は、傾き角度θ₁で図２２に示した動作状態１となり、第２の平行平面板６１は、傾き角度θ₁で図２３（ａ）に示した動作状態ａとなり、高解像度の撮影が可能な状態になる。
【００３６】
この状態で、シャッター釦８が操作されると、タイミングジェネレータ６９からのタイミング信号によって、固体撮像素子２９を駆動する第１駆動回路６６が制御され、これに同期して第１の電磁アクチュエータ３２を駆動する第２駆動回路６７と第２の電磁アクチュエータ６２を駆動する第３駆動回路６８との両方が制御される。すなわち、固体撮像素子２９が駆動されると、図２５に示すように、１回目の露光時間中に被写体の画像を受光し、１回目の露光が終了してから２回目の露光が開始される間に受光した１回目の画像データを転送する。この動作を４回繰り返して固体撮像素子２９による１回の撮影を終了する。
【００３７】
これに同期して、第１の電磁アクチュエータ３２が駆動され、１回目の露光時間中に第１の平行平面板３１を動作状態１に保持し、画像データの転送時間中に可動板３６を動かして第１の平行平面板３１を動作状態２にセットする。この動作を順次繰り返し、各露光時間ごとに第１の平行平面板３１を動作状態１〜４に順次切り換える。これにより、各露光ごとに被写体の画像が順次０．５画素ピッチづつ固定撮像素子２９上において左右上下にずれることになる。また、これと同時に、第２アクチュエータ６２が駆動され、１回目の露光時間中に第２の平行平面板６１を動作状態ａ〜ｄに連続して切り換えて動作状態ａに戻り、画像データの転送時間中は静止する。この動作を各露光時間ごとに繰り返すことにより、１回の露光時間中に被写体の画像が順次０．５画素ピッチづつ固定撮像素子２９上において左右上下にずれることになる。
【００３８】
このようにして、１回の撮影が行われる際には、第１平行平面板ユニット２７によって各露光ごとに被写体の画像が０．５画素ピッチづつ順に４方向にずれることになり、しかも各方向にずれた状態ごとに第２平行平面板ユニット２８によって被写体の画像がさらに０．５画素ピッチづつ４方向に連続してずれることになり、これらの状態の画像を４回の露光ごとに固体撮像素子２９が順次受光して画像データを転送するので、１回の撮影で４つの画像データが得られ、これら４つの画像データを合成して１画面の合成画像データが生成される。
【００３９】
したがって、この撮影では、第１平行平面板ユニット２７によって各露光ごとに被写体の画像が０．５画素ピッチづつ順に４方向にずれることにより、画素補間されるので、固体撮像素子２９の画素数が少なくても、高解像度の画像を得ることができるとともに、第２平行平面板ユニット２８によって１回の露光中に被写体の画像が０．５画素ピッチづつ連続して４方向にずれることにより、ローパスフィルタとしての機能を果たすので、ナイキスト周波数以上の高域周波数を排除でき、高域周波数によって生じるモアレや色偽信号による画質の低下を防ぐことができ、良好な画像を得ることができる。
【００４０】
また、低解像度撮影の場合には、予め、第２の電磁アクチュエータ６２の各角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄを操作して、第２の平行平面板６１によって被写体の画像が固定撮像素子２９上で１画素ピッチずれる傾き角度θ₂になるように、可動板３６の傾き角度を調節する。そして、電源スイッチ７をオンにして、モードキー１２を低解像度モードにセットすると、第２の電磁アクチュエータ６２のみが駆動され、第２の平行平面板６１を傾き角度θ₂で図２３（ｂ）に示した動作状態Ａに傾ける。このときには、第１の電磁アクチュエータ３２は駆動されないため、第１の電磁アクチュエータ３２の可動板３６は２つのコイルばね５８ａ、５８ｂのばね力によって付勢され、角度調節用ねじ５６ａ〜５６ｄの各先端に当接したニュートラル状態に保持される。これにより、低解像度の撮影が可能な状態になる。
【００４１】
この状態で、シャッター釦８が操作されると、タイミングジェネレータ６９からのタイミング信号によって、固体撮像素子２９を駆動する第１駆動回路６６と第２の電磁アクチュエータ６２を駆動する第３駆動回路６８とが制御されるが、第１の電磁アクチュエータ３２を駆動する第２駆動回路６７は制御されない。このようにして固体撮像素子２９が駆動されると、図２６に示すように、１回の露光時間中に被写体の画像を受光し、この露光が終了すると画像データを転送して１回の撮影を終了する。このときには、第１の電磁アクチュエータ３２は駆動されず、第１の平行平面板３１はニュートラル状態に保持されているため、被写体の画像は第１の平行平面板３１をそのまま通過する。しかし、第２アクチュエータ６２は固体撮像素子２９に同期して駆動され、１回の露光時間中に第２の平行平面板６１を動作状態Ａ〜Ｄに連続して切り換えて動作状態Ａに戻り、画像データの転送時間中は静止する。これにより、１回の露光時間中に被写体の画像が順次１画素ピッチづつ固定撮像素子２９上を左右上下にずれることになる。
【００４２】
したがって、この撮影では、第１平行平面板ユニット２７の第１の平行平面板３１がニュートラル状態に保持されているので、各露光時に被写体の画像が第１の平行平面板３１を同じ状態で通過するが、第２平行平面板ユニット２８によって露光中に被写体の画像が１画素ピッチづつ連続して４方向にずれることになり、これを固体撮像素子２９で受光して画像データを転送するので、１回の露光の画像データがそのまま１画面の画像データとなり、このため低解像度の画像を得ることができるとともに、第２平行平面板ユニット２８によって露光中に被写体の画像が１画素ピッチづつ連続して４方向にずれることにより、ローパスフィルタとしての機能を果たすので、高解像度撮影の場合と同様、ナイキスト周波数以上の高域周波数を排除でき、モアレや色偽信号による画質の低下を防ぐことができ、良好な画像を得ることができる。また、この低解像度撮影では、１画面の画像データの容量が高解像度撮影の場合に比べて非常に少ないので、撮影枚数を大幅に増やすことができる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、電磁アクチュエータ３２、６２の各可動板３６を２つのコイルばね５８ａ、５８ｂでニュートラル状態に保持する構造を採用したが、必ずしもコイルばね５８ａ、５８ｂを設ける必要はない。この場合には、モードキー１２を低解像度モードに切り換えたときに、第２の電磁アクチュエータ６２以外に、第１の電磁アクチュエータ３２をも駆動させて、各可動板３６を傾ければ良い。このときには、第１の平行平面板３１の傾き角度は、被写体の画像を０．５画素ピッチずらす角度θ₁でも良く、また被写体の画像を１画素ピッチずらす角度θ₂でも良く、しかも第１の平行平面板３１の傾き方向は４方向のいずれかの方向のみに傾ければ良い。
また、上記実施形態では、被写体側に画素補間用の第１平行平面板ユニット２７を配置し、固体撮像素子２９側にローパスフィルタ用の第２平行平面板ユニット２８を配置したが、これとは逆に配置しても良く、また第２平行平面板ユニット２８に代えて水晶板などの複屈折素子をローパスフィルタとして用いても良い。
【００４４】
また、上記実施形態では、画素補間用の第１平行平面板ユニット２７の第１の電磁アクチュエータを各露光ごとに第１の平行平面板３１が１方向のみに傾くように駆動制御したが、これに限らず、１回の露光中に４方向に傾くように制御しても良い。このようにすれば、第１平行平面板ユニット２７で画素補間しながらローパスフィルタとしての役目をも果たすことができ、このため第２平行平面板ユニット２８および水晶板などの複屈折素子を用いる必要がないので、構造の簡素化を図ることができる。この場合にも、角度調節用ねじねじ５６ａ〜５６ｄを操作して、可動板３６の傾き角度を調節することにより、第１平行平面板３１の傾き角度θ₁と傾き角度θ₂とのいずれかに設定すれば、高解像度撮影と低解像度撮影とが可能になる。
【００４５】
さらに、上記実施形態では、アクチュエータとして電磁アクチュエータ３２を用いた場合について述べたが、これに限らず、例えばピエゾ素子などの電圧抵抗素子を複数個用いて透明な平行平面板を光軸Ｏに対し３次元的に傾けるようにしても良い。この場合、電圧抵抗素子を２個以上用いれば、透明な平行平面板を２方向以上に傾けることができる。例えば、上記実施形態では平行平面板３１を４方向に傾けたが、電圧抵抗素子を４個用いれば、４方向以上に、８個用いれば、８方向以上に傾けることが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、制御手段によってアクチュエータを駆動制御し、平行平面板を複数回の露光ごとに傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させることにより、被写体の画像を固体撮像素子上で順次ずらし、この複数回の露光によって得られた画像データを合成手段で合成して１画面の合成画像データを生成するので、画素数の少ない固体撮像素子を用いても、高解像度の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用した電子カメラの一実施形態を示した外観平面図。
【図２】図１の外観正面図。
【図３】図２の外観背面図。
【図４】図２のカメラ部内に設けられた撮像装置の概略構成図。
【図５】図４の固体撮像素子の受光画素の配列状態の要部を示した図。
【図６】図４の透明な平行平面板の光学的な原理を示し、（ａ）は光軸に対し平行平面板が垂直に配置された状態での光路状態を示した図、（ｂ）は光軸に対し平行平面板を傾けた状態での光路状態を示した図。
【図７】図６の透明な平行平面板の傾き方向に応じて出射光線が４方向にずれる状態を示した図。
【図８】図４の第１平行平面板ユニットの電磁アクチュエータの分解斜視図。
【図９】図８の第１固定板の平面図。
【図１０】図９の第１固定板を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）は図９のＡ−Ａ断面図。
【図１１】図８の第２固体板の平面図。
【図１２】図１１の第２固定板を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）は図１１のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】図８の可動板の平面図。
【図１４】図１３の可動板を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）は図１３のＣ−Ｃ断面図。
【図１５】図８の電磁アクチュエータを組み立て状態の断面図。
【図１６】図１５の第１固定板と可動板との間における動作態様を示し、（ａ）はそのモデル化した平面図、（ｂ）はそのモデル化した側面図。
【図１７】図１５の第２固定板と可動板との間における動作態様を示し、（ａ）はそのモデル化した平面図、（ｂ）はそのモデル化した側面図。
【図１８】図８の可動板に設けられた２つのコイルの電気的な接続図。
【図１９】図８の電磁アクチュエータの各動作形式に対応する動作態様を表に示した図。
【図２０】図８の電磁アクチュエータの各動作形式における可動板の動作態様を説明するための図。
【図２１】図１５の可動板が傾いた状態を示した断面図。
【図２２】第１平行平面ユニットの第１の平行平面板の傾き方向および傾き角度を矢印で示した図。
【図２３】第２平行平面ユニットの第２の平行平面板の傾き方向および傾き角度を矢印で示し、（ａ）は傾き角度θ₁の状態を示した図、（ｂ）は傾き角度θ₂の状態を示した図。
【図２４】図１の電子カメラの回路構成を示したブロック図。
【図２５】図１の電子カメラにおける高解像度撮影時のタイムチャートを示した図。
【図２６】図１の電子カメラにおける低解像度撮影時のタイムチャートを示した図。
【符号の説明】
２５撮像装置
２７第１平行平面板ユニット
２８第２平行平面板ユニット
２９固体撮像素子
３１第１の平行平面板
３２第１の電磁アクチュエータ
３６可動板
３９ａ、３９ｂ、４３ａ、４３ｂマグネット
５１、５２コイル
５６ａ〜５６ｄ角度調節用ねじ
６１第２の平行平面板
６２第２の電磁アクチュエータ
６９タイミングジェネレータ
７０ＤＲＡＭ
７１圧縮／伸長回路
７２フラッシュメモリ
Ｏ光軸

Claims

被写体の画像を固体撮像素子で撮像する撮像装置において、
前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に配置される透明な平行平面板と、
この透明な平行平面板を光軸に対し複数の所定方向に傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させるアクチュエータと、
前記平行平面板を複数回の露光ごとに傾けるように前記アクチュエータを駆動制御する制御手段と、
複数回の露光によって得られた画像データを合成して１画面の合成画像データを生成する合成手段と、この合成手段によって生成された前記合成画像データを記憶する記憶手段とを備え、
前記複数回の露光によって得られた画像データを合成し、得られた１画面の合成画像データを前記記憶手段に記憶する第１モードと、１回の露光によって得られた画像データをそのまま１画面の画像データとして前記記憶手段に記憶する第２モードとを有し、
さらに前記被写体と前記固体撮像素子との間に、前記第１モードと前記第２モードとで異なった特性のローパスフィルタを設けるとともに、
前記ローパスフィルタとして、前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に透明な第２の平行平面板を配置し、この第２の平行平面板を第２のアクチュエータで１回の露光時間中に光軸に対し複数の所定方向に傾けるようにしたことを特徴とする撮像装置。
被写体の画像を固体撮像素子で撮像する撮像装置において、
前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に配置される透明な第１の平行平面板と、
この透明な平行平面板を光軸に対し複数の所定方向に傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させる第１のアクチュエータと、
さらに前記被写体と前記固体撮像素子との間における光路上に配置された透明な第２の平行平面板と、
この第２の平行平面板を光軸に対し複数の所定方向に傾けて光の入射位置に対する出射位置を変化させる第２のアクチュエータと、
前記第１の平行平面板を複数回の露光ごとに傾けるように前記第１のアクチュエータを駆動制御するとともに、前記第２の平行平面板を１回の露光中に光軸に対し複数の所定方向に傾けるように前記第２のアクチュエータを駆動制御する制御手段と、
複数回の露光によって得られた画像データを合成して１画面の合成画像データを生成する合成手段と、この合成手段によって生成された前記合成画像データを記憶する記憶手段とを備え、
前記各アクチュエータは、前記透明な平行平面板が取り付けられる可動板と、少なくとも２つの永久磁界を生成する永久磁界生成手段と、入力制御信号に応じた電流によって前記少なくとも２つの永久磁界にそれぞれ交差する電流路を形成する少なくとも２つのコイルを有するコイル手段とを備え、
前記永久磁界生成手段と前記コイル手段との間に生ずる少なくとも２つの電磁力によって前記可動板を前記光軸に対し複数の所定方向に傾けることを特徴とする撮像装置。
前記複数回の露光によって得られた画像データを合成し、得られた１画面の合成画像データを前記記憶手段に記憶する第１モードと、１回の露光によって得られた画像データをそのまま１画面の画像データとして前記記憶手段に記憶する第２モードとを有することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
前記被写体と前記固体撮像素子との間に、前記第１モードと前記第２モードとで異なった特性のローパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
前記第２の平行平面板は、前記１回の露光時間中における前記光軸に対する傾き角度が前記第１モードと前記第２モードとで異なることを特徴とする請求項１または４記載の撮像装置。