JP3983343B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，現在、撮像装置としては、撮像管と、ＣＣＤエリアセンサ等の固体撮像素子が使用されているが、固体撮像素子は、撮像管に比して、コンパクトであり焼付に伴う残像が少ない等の利点がある。
【０００２】
この固体撮像素子は、撮像面を光電変換を行う受光素子にて構成しており、解像度は、この受光素子の形成密度（受光素子の配列ピッチ）により上限が決定される。具体的には、固体撮像素子では、被写体像を入力信号として受光素子のピッチで空間的にサンプリングした場合を考えると、標本化定理によりサンプリング周期の１／２のナイキスト周波数までの解像度しか得られない。
【０００３】
解像度を高くするために受光素子を高密度化すれば良いが、高密度化には製造上の困難を伴うと共に、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、同じ画素数で高解像度化する方法として、画素ずらしといわれる手法が用いられている。これは被写体像に対して撮像素子の相対的位置関係をずらして複数の画像情報を取得し、この複数の画像情報から高画質画像を作成するものである。
【０００５】
被写体像と撮像素子との相対的位置関係をずらす方式としては、主として２つの方式がある。第１の方式としては、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を実際に変位させ、時系列的に複数の画像情報を得る方式である。
【０００６】
第２の方式としては、いわゆる多板式の画素ずらし方式といわれるもので、光学的に複数の被写体像を作成し、そのそれぞれの被写体に対して複数の撮像素子を設け，それぞれの被写体像に対してずらす方式である。この方式は、複数の被写体像と複数の撮像素子を用いて複数の画像情報を得ているため同時期に複数の画像情報が得られるという長所はあるが、複数の被写体像を得るため撮像光学系が複雑になると共に、撮像素子が複数必要となり装置が高価になるという問題がある。従って、第１の方式の方が、第２の方式に比して装置が安価になるという利点を有しており、本発明もこの方式を使用している。以下、第１の方式として具体的に開示されている例を説明する。
【０００７】
例えば、特開昭５９−１３４７６では、光学的に結像面を受光素子に対して水平方向に、半ピッチ分だけ変位させ、変位前後の被写体像を合成して、水平方向のサンプリング周波数を２倍にして、水平解像度を２倍にする撮像機構が開示されている。
【０００８】
また、特開昭６１−１７６９０７では、撮像素子の前面の平行平板ガラスを変位させることにより被写体像の位置を変位させることで画素ずらしを行う撮像装置が開示されている。
【０００９】
また、特開平８−３７６２８では、回転プリズムを動かして、撮像素子の画素ずらしを行いながら複数回の撮像を行い、そのうち少なくとも１回は露光量を変える構成として、高解像度で、広ダイナミックレンジを有する画像を得る撮像装置が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来技術では、２次元的に配列された撮像素子を用いた撮像装置の場合に、水平及び垂直方向の双方向について高解像度化を達成させるためには、２軸の変位手段が必要となり、装置が高コストになるという問題がある。
【００１１】
図１８は、撮像素子を変位させる２軸の変位手段（アクチュエータ）の取付構造を示す概略構成図である。
図１８に示す如く、撮像素子の水平及び垂直方向の双方向の解像度を上げるためには、２つのアクチェータ（例えば積層圧電素子）１３Ｘ、１３Ｙを使用しなければならない。
【００１２】
図１８に示した取付構造では、２つのアクチュエータ１３Ｘ，１３Ｙが使用される。アクチュエータ１３Ｘは、基板１５に一端を接続して、他端で素子ホルダ１４を支持する。アクチュエータ１３Ｘは、撮像素子１２の素子ホルダ１４を矢印Ｘ方向（水平方向）に移動（変位）させる。すなわち、撮像素子１２の撮像範囲を水平方向に移動させるため水平に配置される。アクチュエータ１３Ｙは、基板１５に一端を接続して、他端で素子ホルダ１４を支持する。アクチュエータ１３Ｙは、撮像素子１２の素子ホルダ１４を矢印Ｙ方向（垂直方向）に移動（変位）させる。すなわち、撮像素子１２の撮像範囲を垂直方向に移動させるため垂直に配置される。
【００１３】
図１９は、撮像素子の画素を模式的に示した図である。撮像素子を１画素分、水平方向及び垂直方向に変位させる場合には、図１９に示す如く、アクチュエータ１３Ｘにより、▲１▼の位置にある画素を、▲２▼の位置まで変位せしめ、次いで、アクチュエータ１３Ｙにより、▲２▼の位置にある画素を、▲４▼の位置まで変位せしめる必要がある。本発明は、１のアクチェータを使用して、水平方向及び垂直方向に変位させたのと同様の効果が得られる撮像方式を提案するものである。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために，本発明は、被写体像を結像する撮像光学系と、結像された前記被写体像を２次元に配された受光素子で空間的にサンプリングして画像情報を出力する撮像素子と、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめる変位手段と、前記相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する信号処理手段と、を有し、前記変位手段により前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させたとき、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得る構成とした。
【００１６】
上記発明によれば、変位手段により、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめて、被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得て、当該相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、前記変位手段は、前記相対的位置関係が、前記被写体像に対して、前記撮像素子が水平方向若しくは垂直方向に対して一定の角度で変位するように、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成とした。
【００１８】
上記発明によれば、変位手段は、相対的位置関係が、被写体像に対して、撮像素子の受光素子を水平方向若しくは垂直方向に対して一定の角度で変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、前記受光素子は、奇数列と偶数列とで交互にずれて配列されていることとした。
【００２０】
上記発明によれば、受光素子は、奇数列と偶数列とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、請求項３に係る撮像装置において、前記受光素子は、水平方向と垂直方向との配列ピッチの比が√３：２である構成とした。
【００２２】
上記発明によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を√３：２とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００２３】
また、本発明は、前記変位手段は、前記相対的位置関係が、前記被写体像に対して、前記撮像素子が水平方向に変位するように、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成とした。
【００２４】
上記発明によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が水平方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００２５】
また、本発明は、前記受光素子は、奇数行と偶数行とで交互にずれて配列されていることとした。
【００２６】
上記本発によれば、受光素子は、奇数行と偶数行とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、前記受光素子は、水平方向と垂直方向との配列ピッチの比が２：√３である構成とした。
【００２８】
上記発明によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を２：√３とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００２９】
また、本発明は、前記変位手段は、前記相対的位置関係が、前記被写体像に対して、撮像素子が垂直方向に変位するように、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成とした。
【００３０】
上記発明によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が垂直方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００３１】
また、本発明は、前記変位手段は、撮像モードに応じて、変位回数を変更する構成とした。
【００３２】
上記発明によれば、変位手段は、撮像モードに応じて、変位回数を変更する構成であるので、撮像モードに応じた高画質画像を得ることが可能となる。
【００３３】
また、本発明は、前記変位手段は、前記撮像光学系若しくは前記撮像素子を変位させる構成である。
【００３４】
上記発明によれば、変位手段は、撮像光学系若しくは撮像素子を変位させる構成であるので、簡単な構成で、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させることが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００３６】
図１は、本実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。特に、図１に示す撮像装置は、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させる場合に、撮像素子を変位させる方式の構成例である。
【００３７】
図１に示す撮像装置は、被写体の画像情報を出力する撮像ユニット１と、画像情報をアナログ−デジタル変換して画像データを出力するＡ／Ｄ変換器２と、変位前の画像情報と変位後の画像情報に基づいて合成画像データを生成して出力する信号処理部３と、及び撮像装置の各部を制御するシステムコントローラ４等により構成されている。
【００３８】
撮像ユニット１は、被写体像を結像する撮像光学系１１、移動（変位）可能に設けられ、撮像光学系１１で結像された被写体像を２次元に配された受光素子で空間的にサンプリングして画像情報を出力する撮像素子１２と、撮像素子１２を被写体像に対して一方向に変位させて画素ずらしを行う変位手段１３とを有している。撮像素子１２の出力はＡ／Ｄ変換器２に結合される。
【００３９】
信号処理部３は、例えば、画素ずらし処理を行うユニットで、画像メモリを備えている。具体的には、信号処理部３は、撮像素子１２の変位前の画像データを画像メモリに格納すると共に、撮像素子１２の変位後の画像データを画像メモリに格納し、変位前の画像データと変位後の画像データとに基づいて合成画像データを生成して、同一被写体における高画質化を行い、最終的に一枚分の画像データを得る。
【００４０】
システムコントローラ４は、撮像ユニット１、Ａ／Ｄ変換器２、信号処理部３の各ユニットに接続され、撮像動作、Ａ／Ｄ変換、画素ずらし等の動作等を制御する。なお、システムコントローラ４は、マイクロコンピュータ等で構成され、ＲＯＭに予め記憶しておいた各種プログラムに従ってマイクロコンピュータを作動させることで、各ユニットの制御を実行する。
【００４１】
図２は、撮像素子１２の具体的な構成例を示す回路図である。
【００４２】
撮像素子１２はＣＣＤ部１２１と信号検出部１２２とを有している。ＣＣＤ部１２１はマトリクス状に配置された受光素子（例えばフォトダイオード）ＰＤ…、受光素子ＰＤ…の垂直方向の電荷を転送するＶＣＣＤ、及び受光素子ＰＤ…の水平方向の電荷を転送するＨＣＣＤを有している。
【００４３】
受光素子ＰＤ…は撮像光学系１１に入射された光を受光して光電変換を行ってＶＣＣＤ，ＨＣＣＤに電荷を転送する。ＶＣＣＤ，ＨＣＣＤは転送された電荷を信号検出部１２２に出力する。信号検出部１２２は入力された電荷を電圧に変換してこれを画像情報（アナログ画像信号）としてＡ／Ｄ変換器２に出力する。
【００４４】
次に、変位手段１３について説明する。図３は撮像ブロック２内の変位手段１３び取付構造を示す概略構成図である。図３に示す例では、変位手段としてアクチュエータを用いている。
【００４５】
アクチュエータ１３Ｃ（例えば、積層タイプの圧電素子）は、一端を基板１５に接続して、他端で撮像素子１２を取り付けた素子ホルダ１４を支持している。素子ホルダ１４はアクチュエータ１３Ｃの作動によって矢印Ｍ方向に移動する。
【００４６】
このアクチュエータ１３Ｃは、撮像ブロック２内における取付角度に従って、水平、垂直、斜め（対角を含む）のいずれかの方向に対して撮像範囲の変更（アクチュエータ１３Ｃ画素ずらし動作）を実施する。この図に示す例では、アクチュエータは、撮像素子１２に対して斜めに取り付けられている。
【００４７】
上記構成の撮像装置の画素ずらしの動作原理を説明する。
【００４８】
（実施例１）
図４は、上記撮像素子１２における受光素子の配列の簡略図を示している。図４に示す例では、受光素子（以下「画素」ともいう）ＰＤが画素ピッチ（「配列ピッチ」ともいう）Ｐで正方配列されている。変位手段１３により、画素ＰＤが正方配列された撮像素子２を、画素の水平方向に対して、角度θ（水平方向に対する角度）方向に変位させる。ここで、例えば、θ＝ｔａｎ-1（１／１０）(1０画素水平に変位した時、１画素垂直方向に変位する角度）とする。
【００４９】
図５は、図４に示す撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θ方向に変位させた例を示しており、図６は、図４に示す撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、半画素（０．５Ｐ）水平に変位させた例を示しており、図７は、図４に示す撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、５画素（５Ｐ）水平に変位させた例を示している。尚、図６及び図７においては説明を簡単にするために、代表的な画素のみを示している。
【００５０】
図５において、変位前の画素をＰ１、Ｐ２、・・・とし、対応する変位後の画素をＰ１’、Ｐ２’、・・・とする。撮像素子２を画素の水平方向に対して角度θで、半画素水平に変位させた場合には、図６に示す如く、ほぼ水平に半画素（１／２Ｐ）変位した時と同じになり、他方、撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、５半画素（５Ｐ）水平に変位させた場合には、図７に示す如く、垂直に半画素変位させることができる。
【００５１】
図８は、図４の撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、５画素水平に変位させた場合の変位前の画素と変位後の画素を示している。図８に示す如く、変位する前の６画素目（Ｐ６）と変位させた１画素目（Ｐ１’）を対応させることで垂直方向に半画素変位させたものと等価になる。即ち、画素の水平又は垂直方向に対して若干の角度をつけて撮像素子を変位させることで、１軸の変位手段で２軸の変位とほぼ等価な変位が行うことができる。しかしながら、図６に示した如く、若干の誤差が生じる場合がある。そこで、図９の如き、画素が奇数列と偶数列とで互いに半画素ずれた撮像素子を、水平方向に移動させることで、この誤差は解消できる。
【００５２】
（実施例２）
図９は、上記撮像素子１２の画素を奇数列と偶数列とで互いに半画素ずらした例を示している。図１０は、図９に示す撮像素子１２を画素に対して水平方向に半画素（０．５Ｐ）変位させた例を示し、図１１は、図９に示す撮像素子１２を画素に対して水平方向に１画素（１Ｐ）変位させた例を示し、図１２は、図９に示す撮像素子１２を画素に対して水平方向に１．５画素（１．５Ｐ）変位させた例を示している。尚、図１０〜図１２においては説明を簡単にするために、代表的な画素のみを示している。
【００５３】
図１３は、図９に示す撮像素子を、水平方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【００５４】
図１３(A) に示す如く、変位前の各画素の画像情報をＤ0 とし、水平方向に半画素変位させた画素の画像情報をＤ1 、水平方向に１画素変位させた画素の画像情報をＤ2 、水平方向に１．５画素変位させた画素の画素情報をＤ3 とする。すなわち、撮像素子１２を水平方向に、半画素、１画素、１．５画素変位させると、図１３（Ｂ）に示す如く、１画素について、４つの画像情報Ｄ0 、Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 を得ることができる。これは、上記図４で示した場合と同様に、画素ピッチの半分のサンプリングピッチでサンプリングした画像情報と等価となる。すなわち、ｍ×ｎの画素を有する撮像素子を、水平方向に変位させるだけで２ｍ×２ｎの情報を取得可能となり、サンプリングピッチを４倍にできる。また、画素を１画素変位させただけの場合には、変位前の画像情報Ｄ0と、１画素変位させた画像情報Ｄ2 が得られることになり、垂直のサンプリングピッチを２倍に出来る。
【００５５】
図１４は、図９に示す撮像素子を、斜め方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【００５６】
図１４（Ａ）に示す如く、変位前の各画素の画像情報をＤ0 とし、斜め方向に半画素水平に変位させた画素の画像情報をＤ1 、斜め方向に１画素水平に変位させた画素の画像情報をＤ2 、斜め方向に１．５画素水平に変位させた画素の画素情報をＤ3 とする。すなわち、撮像素子１２を斜め方向に、半画素、１画素、１．５画素水平に変位させると、図１４（Ｂ）に示す如く、１画素について、４つの画像情報Ｄ0、Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3を得ることができる。
【００５７】
（実施例３）
図１５は、上記撮像素子１２の画素を奇数行と偶数行とで互いに半画素ずらした例を示している。図１５に示す如き、画素が奇数行と偶数行とで互いに半画素ずらして配列した撮像素子を、受光素子に対して、垂直方向若しくは斜め方向に変位させることで、上記図９で示したものと同様の効果を得ることができる。
【００５８】
すなわち、図９や図１５の如き画素配列の撮像素子を用いれば、一方向の変位で、２方向に変位させた場合と同様の画像情報を得ることができる。
【００５９】
（実施例４）
図１６は、図１５に示す撮像素子の画素の水平方向と垂直方向の画素ピッチの比を２：√3 にした例を示している。図１６の如く、水平方向の画素ピッチＰH と、垂直方向の画素ピッチＰV とが２：√3 となるように画素を配列した場合には、６角配列となるので原信号を再生する再生関数が複雑になるが変位させない元の情報のみだけの時でも、正方配列に比べて１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００６０】
また、図９に示した如く、奇数列と偶数列とで画素を互いにずらした構成の撮像素子については、水平方向の画素ピッチＰH と、垂直方向の画素ピッチＰVとを√３：２となるように画素を配列することにより、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（実施例５）
本発明の撮像装置においては、撮像モードに応じて撮像素子の変位回数を変更する構成としても良い。例えば、ノーマルモードの場合には、１面（画素ずらしなし）の画像情報（Ｄ0 ）のみを使用し、高画質モードの場合には、２面（画素ずらし１回）の画像情報（Ｄ0 、Ｄ1 ）を使用し、水平・垂直高画質モードの場合には、４面（画素ずらし４回）の画像情報（Ｄ0、Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3）を使用する構成としても良い。
【００６２】
図９や図１５に示した撮像素子を用いた撮像装置において、動画を撮像する場合には、Ｄ0 の画像情報を表示後、Ｄ1の画像情報，Ｄ2の画像情報，Ｄ3の画像情報を順次表示することで動画にも適用可能である。
【００６３】
（撮像装置の変形例）
図１の撮像装置では、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させる場合に、撮像素子を変位させる例を示したが、図１７に示す如く、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させる場合に、撮像光学系１１を変位させる構成としても良い。要は、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位可能な構成であれば良い。
【００６４】
図１７は、撮像装置の構成の変形例を示している。図１７において、図１と同等機能を有する部分は同一符号を付してあり、その説明は省略する。
図１７の撮像装置は、図１に示した撮像装置と、Ａ／Ｄ変換器２、信号処理部３、及びシステムコントローラ４については同一の構成であり、撮像ユニット１’の構成のみが異なる。すなわち、この撮像ユニット１’内の変位手段１３’が、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させるべく、撮像光学系１１を変位させる構成である。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態においては、変位手段１３により、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめて、被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得て、信号処理部１３が、当該相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００６６】
尚、本発明の撮像素子は、全画素読み出し方式及びフィールド読み出し方式のいずれの方式のものについても適用可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段により、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめて、被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得て、当該相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００６８】
また、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段は、相対的位置関係が、被写体像に対して、撮像素子の受光素子を水平方向若しくは垂直方向に対して一定の角度で変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００６９】
また、本発明に係る撮像装置によれば、受光素子は、奇数列と偶数列とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７０】
また、本発明に係る撮像装置によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を√３：２とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長く出来，効率的にサンプリング出来る。
【００７１】
また、本発明に係る撮像装置によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が水平方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７２】
また、受光素子は、奇数行と偶数行とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７３】
また、本発明に係る撮像装置によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を２：√３とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００７４】
また、本発明に係る撮像装置によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が垂直方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７５】
また、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段は、撮像モードに応じて、変位回数を変更する構成であるので、撮像モードに応じた高画質画像を得ることが可能となる。
【００７６】
また、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段は、撮像光学系若しくは撮像素子を変位させる構成であるので、簡単な構成で、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】 図１の撮像素子の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】 図１の撮像ブロック内のアクチュエータの取付構造を示す概略構成図である。
【図４】 撮像素子における画素の配列を示す簡略図である。
【図５】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θ方向に変位させた例を示す図である。
【図６】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θで、半画素水平に変位させた例を示す図である。
【図７】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θで、５画素水平に変位させた例を示す図である。
【図８】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θで、５画素水平に変位させた場合の変位前の画素と変位後の画素を示す図である。
【図９】 撮像素子の画素を奇数列と偶数列とで互いに半画素ずらした例を示す図である。
【図１０】 図９の撮像素子を画素に対して水平方向に半画素変位させた例を示す図である。
【図１１】 図９の撮像素子を画素に対して水平方向に１画素変位させた例を示す図である。
【図１２】 図９の撮像素子を画素に対して水平方向に１．５画素変位させた例を示す図である。
【図１３】 図９の撮像素子を、水平方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【図１４】 図９の撮像素子を、斜め方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【図１５】 撮像素子の画素を奇数行と偶数行とで互いに半画素ずらした例を示す図である。
【図１６】 図１５の撮像素子の画素の水平方向と垂直方向の画素ピッチの比を２：√3 にした例を示す図である。
【図１７】 撮像装置の構成の変形例を示す図である。
【図１８】 従来技術を示しており、撮像素子を変位させる２軸の変位手段の取付構造を示す概略構成図である。
【図１９】 従来技術を示しており、撮像素子の画素を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１ 撮像ユニット
２ Ａ／Ｄ変換器
３ 信号処理部
４ システムコントローラ
１１ 撮像光学系
１２ 撮像素子
１３、１３’ 変位手段
１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｃ アクチュエータ
１４ 素子ホルダ
１５ 基板
１２１ ＣＣＤ部
１２２ 信号検出部
ＰＤ 受光素子（フォトダイオード）
ＶＣＣＤ 垂直ＣＣＤ
ＨＣＣＤ 水平ＣＣＤ
【発明の属する技術分野】
本発明は，現在、撮像装置としては、撮像管と、ＣＣＤエリアセンサ等の固体撮像素子が使用されているが、固体撮像素子は、撮像管に比して、コンパクトであり焼付に伴う残像が少ない等の利点がある。
【０００２】
この固体撮像素子は、撮像面を光電変換を行う受光素子にて構成しており、解像度は、この受光素子の形成密度（受光素子の配列ピッチ）により上限が決定される。具体的には、固体撮像素子では、被写体像を入力信号として受光素子のピッチで空間的にサンプリングした場合を考えると、標本化定理によりサンプリング周期の１／２のナイキスト周波数までの解像度しか得られない。
【０００３】
解像度を高くするために受光素子を高密度化すれば良いが、高密度化には製造上の困難を伴うと共に、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、同じ画素数で高解像度化する方法として、画素ずらしといわれる手法が用いられている。これは被写体像に対して撮像素子の相対的位置関係をずらして複数の画像情報を取得し、この複数の画像情報から高画質画像を作成するものである。
【０００５】
被写体像と撮像素子との相対的位置関係をずらす方式としては、主として２つの方式がある。第１の方式としては、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を実際に変位させ、時系列的に複数の画像情報を得る方式である。
【０００６】
第２の方式としては、いわゆる多板式の画素ずらし方式といわれるもので、光学的に複数の被写体像を作成し、そのそれぞれの被写体に対して複数の撮像素子を設け，それぞれの被写体像に対してずらす方式である。この方式は、複数の被写体像と複数の撮像素子を用いて複数の画像情報を得ているため同時期に複数の画像情報が得られるという長所はあるが、複数の被写体像を得るため撮像光学系が複雑になると共に、撮像素子が複数必要となり装置が高価になるという問題がある。従って、第１の方式の方が、第２の方式に比して装置が安価になるという利点を有しており、本発明もこの方式を使用している。以下、第１の方式として具体的に開示されている例を説明する。
【０００７】
例えば、特開昭５９−１３４７６では、光学的に結像面を受光素子に対して水平方向に、半ピッチ分だけ変位させ、変位前後の被写体像を合成して、水平方向のサンプリング周波数を２倍にして、水平解像度を２倍にする撮像機構が開示されている。
【０００８】
また、特開昭６１−１７６９０７では、撮像素子の前面の平行平板ガラスを変位させることにより被写体像の位置を変位させることで画素ずらしを行う撮像装置が開示されている。
【０００９】
また、特開平８−３７６２８では、回転プリズムを動かして、撮像素子の画素ずらしを行いながら複数回の撮像を行い、そのうち少なくとも１回は露光量を変える構成として、高解像度で、広ダイナミックレンジを有する画像を得る撮像装置が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来技術では、２次元的に配列された撮像素子を用いた撮像装置の場合に、水平及び垂直方向の双方向について高解像度化を達成させるためには、２軸の変位手段が必要となり、装置が高コストになるという問題がある。
【００１１】
図１８は、撮像素子を変位させる２軸の変位手段（アクチュエータ）の取付構造を示す概略構成図である。
図１８に示す如く、撮像素子の水平及び垂直方向の双方向の解像度を上げるためには、２つのアクチェータ（例えば積層圧電素子）１３Ｘ、１３Ｙを使用しなければならない。
【００１２】
図１８に示した取付構造では、２つのアクチュエータ１３Ｘ，１３Ｙが使用される。アクチュエータ１３Ｘは、基板１５に一端を接続して、他端で素子ホルダ１４を支持する。アクチュエータ１３Ｘは、撮像素子１２の素子ホルダ１４を矢印Ｘ方向（水平方向）に移動（変位）させる。すなわち、撮像素子１２の撮像範囲を水平方向に移動させるため水平に配置される。アクチュエータ１３Ｙは、基板１５に一端を接続して、他端で素子ホルダ１４を支持する。アクチュエータ１３Ｙは、撮像素子１２の素子ホルダ１４を矢印Ｙ方向（垂直方向）に移動（変位）させる。すなわち、撮像素子１２の撮像範囲を垂直方向に移動させるため垂直に配置される。
【００１３】
図１９は、撮像素子の画素を模式的に示した図である。撮像素子を１画素分、水平方向及び垂直方向に変位させる場合には、図１９に示す如く、アクチュエータ１３Ｘにより、▲１▼の位置にある画素を、▲２▼の位置まで変位せしめ、次いで、アクチュエータ１３Ｙにより、▲２▼の位置にある画素を、▲４▼の位置まで変位せしめる必要がある。本発明は、１のアクチェータを使用して、水平方向及び垂直方向に変位させたのと同様の効果が得られる撮像方式を提案するものである。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために，本発明は、被写体像を結像する撮像光学系と、結像された前記被写体像を２次元に配された受光素子で空間的にサンプリングして画像情報を出力する撮像素子と、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめる変位手段と、前記相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する信号処理手段と、を有し、前記変位手段により前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させたとき、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得る構成とした。
【００１６】
上記発明によれば、変位手段により、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめて、被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得て、当該相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、前記変位手段は、前記相対的位置関係が、前記被写体像に対して、前記撮像素子が水平方向若しくは垂直方向に対して一定の角度で変位するように、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成とした。
【００１８】
上記発明によれば、変位手段は、相対的位置関係が、被写体像に対して、撮像素子の受光素子を水平方向若しくは垂直方向に対して一定の角度で変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、前記受光素子は、奇数列と偶数列とで交互にずれて配列されていることとした。
【００２０】
上記発明によれば、受光素子は、奇数列と偶数列とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、請求項３に係る撮像装置において、前記受光素子は、水平方向と垂直方向との配列ピッチの比が√３：２である構成とした。
【００２２】
上記発明によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を√３：２とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００２３】
また、本発明は、前記変位手段は、前記相対的位置関係が、前記被写体像に対して、前記撮像素子が水平方向に変位するように、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成とした。
【００２４】
上記発明によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が水平方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００２５】
また、本発明は、前記受光素子は、奇数行と偶数行とで交互にずれて配列されていることとした。
【００２６】
上記本発によれば、受光素子は、奇数行と偶数行とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、前記受光素子は、水平方向と垂直方向との配列ピッチの比が２：√３である構成とした。
【００２８】
上記発明によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を２：√３とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００２９】
また、本発明は、前記変位手段は、前記相対的位置関係が、前記被写体像に対して、撮像素子が垂直方向に変位するように、前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成とした。
【００３０】
上記発明によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が垂直方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００３１】
また、本発明は、前記変位手段は、撮像モードに応じて、変位回数を変更する構成とした。
【００３２】
上記発明によれば、変位手段は、撮像モードに応じて、変位回数を変更する構成であるので、撮像モードに応じた高画質画像を得ることが可能となる。
【００３３】
また、本発明は、前記変位手段は、前記撮像光学系若しくは前記撮像素子を変位させる構成である。
【００３４】
上記発明によれば、変位手段は、撮像光学系若しくは撮像素子を変位させる構成であるので、簡単な構成で、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させることが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００３６】
図１は、本実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。特に、図１に示す撮像装置は、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させる場合に、撮像素子を変位させる方式の構成例である。
【００３７】
図１に示す撮像装置は、被写体の画像情報を出力する撮像ユニット１と、画像情報をアナログ−デジタル変換して画像データを出力するＡ／Ｄ変換器２と、変位前の画像情報と変位後の画像情報に基づいて合成画像データを生成して出力する信号処理部３と、及び撮像装置の各部を制御するシステムコントローラ４等により構成されている。
【００３８】
撮像ユニット１は、被写体像を結像する撮像光学系１１、移動（変位）可能に設けられ、撮像光学系１１で結像された被写体像を２次元に配された受光素子で空間的にサンプリングして画像情報を出力する撮像素子１２と、撮像素子１２を被写体像に対して一方向に変位させて画素ずらしを行う変位手段１３とを有している。撮像素子１２の出力はＡ／Ｄ変換器２に結合される。
【００３９】
信号処理部３は、例えば、画素ずらし処理を行うユニットで、画像メモリを備えている。具体的には、信号処理部３は、撮像素子１２の変位前の画像データを画像メモリに格納すると共に、撮像素子１２の変位後の画像データを画像メモリに格納し、変位前の画像データと変位後の画像データとに基づいて合成画像データを生成して、同一被写体における高画質化を行い、最終的に一枚分の画像データを得る。
【００４０】
システムコントローラ４は、撮像ユニット１、Ａ／Ｄ変換器２、信号処理部３の各ユニットに接続され、撮像動作、Ａ／Ｄ変換、画素ずらし等の動作等を制御する。なお、システムコントローラ４は、マイクロコンピュータ等で構成され、ＲＯＭに予め記憶しておいた各種プログラムに従ってマイクロコンピュータを作動させることで、各ユニットの制御を実行する。
【００４１】
図２は、撮像素子１２の具体的な構成例を示す回路図である。
【００４２】
撮像素子１２はＣＣＤ部１２１と信号検出部１２２とを有している。ＣＣＤ部１２１はマトリクス状に配置された受光素子（例えばフォトダイオード）ＰＤ…、受光素子ＰＤ…の垂直方向の電荷を転送するＶＣＣＤ、及び受光素子ＰＤ…の水平方向の電荷を転送するＨＣＣＤを有している。
【００４３】
受光素子ＰＤ…は撮像光学系１１に入射された光を受光して光電変換を行ってＶＣＣＤ，ＨＣＣＤに電荷を転送する。ＶＣＣＤ，ＨＣＣＤは転送された電荷を信号検出部１２２に出力する。信号検出部１２２は入力された電荷を電圧に変換してこれを画像情報（アナログ画像信号）としてＡ／Ｄ変換器２に出力する。
【００４４】
次に、変位手段１３について説明する。図３は撮像ブロック２内の変位手段１３び取付構造を示す概略構成図である。図３に示す例では、変位手段としてアクチュエータを用いている。
【００４５】
アクチュエータ１３Ｃ（例えば、積層タイプの圧電素子）は、一端を基板１５に接続して、他端で撮像素子１２を取り付けた素子ホルダ１４を支持している。素子ホルダ１４はアクチュエータ１３Ｃの作動によって矢印Ｍ方向に移動する。
【００４６】
このアクチュエータ１３Ｃは、撮像ブロック２内における取付角度に従って、水平、垂直、斜め（対角を含む）のいずれかの方向に対して撮像範囲の変更（アクチュエータ１３Ｃ画素ずらし動作）を実施する。この図に示す例では、アクチュエータは、撮像素子１２に対して斜めに取り付けられている。
【００４７】
上記構成の撮像装置の画素ずらしの動作原理を説明する。
【００４８】
（実施例１）
図４は、上記撮像素子１２における受光素子の配列の簡略図を示している。図４に示す例では、受光素子（以下「画素」ともいう）ＰＤが画素ピッチ（「配列ピッチ」ともいう）Ｐで正方配列されている。変位手段１３により、画素ＰＤが正方配列された撮像素子２を、画素の水平方向に対して、角度θ（水平方向に対する角度）方向に変位させる。ここで、例えば、θ＝ｔａｎ-1（１／１０）(1０画素水平に変位した時、１画素垂直方向に変位する角度）とする。
【００４９】
図５は、図４に示す撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θ方向に変位させた例を示しており、図６は、図４に示す撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、半画素（０．５Ｐ）水平に変位させた例を示しており、図７は、図４に示す撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、５画素（５Ｐ）水平に変位させた例を示している。尚、図６及び図７においては説明を簡単にするために、代表的な画素のみを示している。
【００５０】
図５において、変位前の画素をＰ１、Ｐ２、・・・とし、対応する変位後の画素をＰ１’、Ｐ２’、・・・とする。撮像素子２を画素の水平方向に対して角度θで、半画素水平に変位させた場合には、図６に示す如く、ほぼ水平に半画素（１／２Ｐ）変位した時と同じになり、他方、撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、５半画素（５Ｐ）水平に変位させた場合には、図７に示す如く、垂直に半画素変位させることができる。
【００５１】
図８は、図４の撮像素子１２を画素の水平方向に対して角度θで、５画素水平に変位させた場合の変位前の画素と変位後の画素を示している。図８に示す如く、変位する前の６画素目（Ｐ６）と変位させた１画素目（Ｐ１’）を対応させることで垂直方向に半画素変位させたものと等価になる。即ち、画素の水平又は垂直方向に対して若干の角度をつけて撮像素子を変位させることで、１軸の変位手段で２軸の変位とほぼ等価な変位が行うことができる。しかしながら、図６に示した如く、若干の誤差が生じる場合がある。そこで、図９の如き、画素が奇数列と偶数列とで互いに半画素ずれた撮像素子を、水平方向に移動させることで、この誤差は解消できる。
【００５２】
（実施例２）
図９は、上記撮像素子１２の画素を奇数列と偶数列とで互いに半画素ずらした例を示している。図１０は、図９に示す撮像素子１２を画素に対して水平方向に半画素（０．５Ｐ）変位させた例を示し、図１１は、図９に示す撮像素子１２を画素に対して水平方向に１画素（１Ｐ）変位させた例を示し、図１２は、図９に示す撮像素子１２を画素に対して水平方向に１．５画素（１．５Ｐ）変位させた例を示している。尚、図１０〜図１２においては説明を簡単にするために、代表的な画素のみを示している。
【００５３】
図１３は、図９に示す撮像素子を、水平方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【００５４】
図１３(A) に示す如く、変位前の各画素の画像情報をＤ0 とし、水平方向に半画素変位させた画素の画像情報をＤ1 、水平方向に１画素変位させた画素の画像情報をＤ2 、水平方向に１．５画素変位させた画素の画素情報をＤ3 とする。すなわち、撮像素子１２を水平方向に、半画素、１画素、１．５画素変位させると、図１３（Ｂ）に示す如く、１画素について、４つの画像情報Ｄ0 、Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 を得ることができる。これは、上記図４で示した場合と同様に、画素ピッチの半分のサンプリングピッチでサンプリングした画像情報と等価となる。すなわち、ｍ×ｎの画素を有する撮像素子を、水平方向に変位させるだけで２ｍ×２ｎの情報を取得可能となり、サンプリングピッチを４倍にできる。また、画素を１画素変位させただけの場合には、変位前の画像情報Ｄ0と、１画素変位させた画像情報Ｄ2 が得られることになり、垂直のサンプリングピッチを２倍に出来る。
【００５５】
図１４は、図９に示す撮像素子を、斜め方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【００５６】
図１４（Ａ）に示す如く、変位前の各画素の画像情報をＤ0 とし、斜め方向に半画素水平に変位させた画素の画像情報をＤ1 、斜め方向に１画素水平に変位させた画素の画像情報をＤ2 、斜め方向に１．５画素水平に変位させた画素の画素情報をＤ3 とする。すなわち、撮像素子１２を斜め方向に、半画素、１画素、１．５画素水平に変位させると、図１４（Ｂ）に示す如く、１画素について、４つの画像情報Ｄ0、Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3を得ることができる。
【００５７】
（実施例３）
図１５は、上記撮像素子１２の画素を奇数行と偶数行とで互いに半画素ずらした例を示している。図１５に示す如き、画素が奇数行と偶数行とで互いに半画素ずらして配列した撮像素子を、受光素子に対して、垂直方向若しくは斜め方向に変位させることで、上記図９で示したものと同様の効果を得ることができる。
【００５８】
すなわち、図９や図１５の如き画素配列の撮像素子を用いれば、一方向の変位で、２方向に変位させた場合と同様の画像情報を得ることができる。
【００５９】
（実施例４）
図１６は、図１５に示す撮像素子の画素の水平方向と垂直方向の画素ピッチの比を２：√3 にした例を示している。図１６の如く、水平方向の画素ピッチＰH と、垂直方向の画素ピッチＰV とが２：√3 となるように画素を配列した場合には、６角配列となるので原信号を再生する再生関数が複雑になるが変位させない元の情報のみだけの時でも、正方配列に比べて１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００６０】
また、図９に示した如く、奇数列と偶数列とで画素を互いにずらした構成の撮像素子については、水平方向の画素ピッチＰH と、垂直方向の画素ピッチＰVとを√３：２となるように画素を配列することにより、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（実施例５）
本発明の撮像装置においては、撮像モードに応じて撮像素子の変位回数を変更する構成としても良い。例えば、ノーマルモードの場合には、１面（画素ずらしなし）の画像情報（Ｄ0 ）のみを使用し、高画質モードの場合には、２面（画素ずらし１回）の画像情報（Ｄ0 、Ｄ1 ）を使用し、水平・垂直高画質モードの場合には、４面（画素ずらし４回）の画像情報（Ｄ0、Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3）を使用する構成としても良い。
【００６２】
図９や図１５に示した撮像素子を用いた撮像装置において、動画を撮像する場合には、Ｄ0 の画像情報を表示後、Ｄ1の画像情報，Ｄ2の画像情報，Ｄ3の画像情報を順次表示することで動画にも適用可能である。
【００６３】
（撮像装置の変形例）
図１の撮像装置では、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させる場合に、撮像素子を変位させる例を示したが、図１７に示す如く、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位させる場合に、撮像光学系１１を変位させる構成としても良い。要は、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位可能な構成であれば良い。
【００６４】
図１７は、撮像装置の構成の変形例を示している。図１７において、図１と同等機能を有する部分は同一符号を付してあり、その説明は省略する。
図１７の撮像装置は、図１に示した撮像装置と、Ａ／Ｄ変換器２、信号処理部３、及びシステムコントローラ４については同一の構成であり、撮像ユニット１’の構成のみが異なる。すなわち、この撮像ユニット１’内の変位手段１３’が、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させるべく、撮像光学系１１を変位させる構成である。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態においては、変位手段１３により、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめて、被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得て、信号処理部１３が、当該相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００６６】
尚、本発明の撮像素子は、全画素読み出し方式及びフィールド読み出し方式のいずれの方式のものについても適用可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段により、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を一方向に変位せしめて、被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係が水平方向及び垂直方向に変位した画像情報を得て、当該相対的位置関係が変位した画像情報と変位前の画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００６８】
また、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段は、相対的位置関係が、被写体像に対して、撮像素子の受光素子を水平方向若しくは垂直方向に対して一定の角度で変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００６９】
また、本発明に係る撮像装置によれば、受光素子は、奇数列と偶数列とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７０】
また、本発明に係る撮像装置によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を√３：２とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長く出来，効率的にサンプリング出来る。
【００７１】
また、本発明に係る撮像装置によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が水平方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７２】
また、受光素子は、奇数行と偶数行とで交互にずれて配列されている構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて簡単な構成で、水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７３】
また、本発明に係る撮像装置によれば、受光素子の水平方向と垂直方向との配列ピッチの比を２：√３とした構成であるので、正方配列に比して、１５％程度サンプリングピッチを長くでき，効率的にサンプリング出来る。
【００７４】
また、本発明に係る撮像装置によれば、相対的位置関係が被写体像に対して、撮像素子が垂直方向に変位するように、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させる構成であるので、１の変位手段（例えば、１のアクチュエータ）を用いて、簡単な方法で水平方向及び垂直方向の解像度を向上させることができ、低コストで高解像度の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【００７５】
また、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段は、撮像モードに応じて、変位回数を変更する構成であるので、撮像モードに応じた高画質画像を得ることが可能となる。
【００７６】
また、本発明に係る撮像装置によれば、変位手段は、撮像光学系若しくは撮像素子を変位させる構成であるので、簡単な構成で、被写体像と撮像素子との相対的位置関係を変位させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２】 図１の撮像素子の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】 図１の撮像ブロック内のアクチュエータの取付構造を示す概略構成図である。
【図４】 撮像素子における画素の配列を示す簡略図である。
【図５】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θ方向に変位させた例を示す図である。
【図６】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θで、半画素水平に変位させた例を示す図である。
【図７】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θで、５画素水平に変位させた例を示す図である。
【図８】 図４の撮像素子を画素の水平方向に対して角度θで、５画素水平に変位させた場合の変位前の画素と変位後の画素を示す図である。
【図９】 撮像素子の画素を奇数列と偶数列とで互いに半画素ずらした例を示す図である。
【図１０】 図９の撮像素子を画素に対して水平方向に半画素変位させた例を示す図である。
【図１１】 図９の撮像素子を画素に対して水平方向に１画素変位させた例を示す図である。
【図１２】 図９の撮像素子を画素に対して水平方向に１．５画素変位させた例を示す図である。
【図１３】 図９の撮像素子を、水平方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【図１４】 図９の撮像素子を、斜め方向に変位させた場合に、変位前と変位後とで各画素が取得する画像情報を説明するための図である。
【図１５】 撮像素子の画素を奇数行と偶数行とで互いに半画素ずらした例を示す図である。
【図１６】 図１５の撮像素子の画素の水平方向と垂直方向の画素ピッチの比を２：√3 にした例を示す図である。
【図１７】 撮像装置の構成の変形例を示す図である。
【図１８】 従来技術を示しており、撮像素子を変位させる２軸の変位手段の取付構造を示す概略構成図である。
【図１９】 従来技術を示しており、撮像素子の画素を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１ 撮像ユニット
２ Ａ／Ｄ変換器
３ 信号処理部
４ システムコントローラ
１１ 撮像光学系
１２ 撮像素子
１３、１３’ 変位手段
１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｃ アクチュエータ
１４ 素子ホルダ
１５ 基板
１２１ ＣＣＤ部
１２２ 信号検出部
ＰＤ 受光素子（フォトダイオード）
ＶＣＣＤ 垂直ＣＣＤ
ＨＣＣＤ 水平ＣＣＤ
Claims (2)
- 被写体像を結像する撮像光学系と、
結像された前記被写体像を、奇数列と偶数列とで画素を交互に半画素ずらして２次元に配された受光素子で空間的にサンプリングして画像情報を出力する撮像素子と、
前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を水平方向に変位せしめる変位手段と、
前記変位手段を用いて、前記撮像素子を、半画素、１画素、および１．５画素分、前記水平方向に変位させることで変位後の３つの画像情報を取得し、変位前の画像情報と該変位後の３つの画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 被写体像を結像する撮像光学系と、
結像された前記被写体像を、奇数行と偶数行とで画素を交互に半画素ずらして２次元に配された受光素子で空間的にサンプリングして画像情報を出力する撮像素子と、
前記被写体像と前記撮像素子との相対的位置関係を垂直方向に変位せしめる変位手段と、
前記変位手段を用いて、前記撮像素子を、半画素、１画素、および１．５画素分、前記垂直方向に変位させることで変位後の３つの画像情報を取得し、変位前の画像情報と該変位後の３つの画像情報とに基づいて、合成画像情報を生成する信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
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| JP13401197A Expired - Fee Related JP3983343B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 撮像装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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