JP4272823B2

JP4272823B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4272823B2
Application number: JP2001206828A
Authority: JP
Inventors: 秀夫中村
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP2003023575A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ撮影用途とイメージスキャナ撮影用途との両方に対応できる撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子式の撮像装置は、デジタルカメラやビデオカメラなどの２次元撮像素子を用いたものと、イメージスキャナなどの１次元撮像素子を用いたものとに大別される。
【０００３】
２次元撮像素子を用いた撮像装置では、動きのある被写体の撮影が可能な点、動画像の撮影が可能な点などの長所があり、また、比較的低解像のために原稿、写真および静物などを極めて高精細に撮影するには不向きである点、レンズの収差やシェーディングの補正が困難な点などの短所がある。
【０００４】
１次元撮像素子を使用するイメージスキャナでは、原稿、写真および静物などの被写体を極めて高精細かつ安価に撮影可能な点、レンズの収差やシェーディングの補正が容易な点などの長所があり、また、撮影に機械的走査を伴うため、静止画であっても動きのある被写体の撮影が困難な点、同様に動画像の撮影が不可能な点などの短所がある。
【０００５】
例えば、特開平１−１９００７１号公報に記載されているように、１次元撮像素子を用いて被写体を撮影、プリントする撮像プリント装置が提案されている。この撮像プリント装置では、１次元撮像素子による高精細な画像が得られるので、特に被写体が文字や図形などの静止物の場合には有効であるものの、撮影に副走査を要するため、被写体に動きがある場合には不向きである。すなわち、文字などを判別するまでには至らずとも人物や風景などを比較的低解像で撮影し、即座にモニタなどの出力機器で再生したり、暗い室内などでストロボ光によって瞬間的に照らされた被写体を撮影したり、あるいは連続的に高速な撮影をして動画像を得るなど、所謂カメラとして撮像プリント装置を使用することは不向きである。
【０００６】
そこで、特開平４−２３５４５５号公報に記載されているように、装置内部に１次元撮像素子および２次元撮像素子の両方を配置し、１次元撮像素子による低速高解像の静止画像と２次元撮像素子による低解像高速動画像の撮影との両方を実現するカメラ型イメージスキャナが提案されている。このカメラ型イメージスキャナでは、１次元撮像素子と２次元撮像素子との短所を補完し合える有効な手法であるものの、目的の異なる撮像素子を２つ備えなければならないため、コストの増大を招くとともに複雑化および大形化する問題がある。
【０００７】
また、特開平９−２４７５４５号公報に記載されているように、２次元撮像素子に高速機械走査を取り入れてＴＤＩ（時間遅延積分）動作と組み合せることで感度補償し、あらゆる被写体を高解像で撮影するスキャナ型電子カメラが提案されている。このスキャナ型電子カメラでは、被写体を選ばずに高解像の撮影ができるため、カメラ用途とイメージスキャナ用途とを同時に実現できると考えられるが、たとえ高解像であってもレンズの２次元シェーディングや収差の影響を免れないことに加え、２次元撮像素子を物理的に極めて高速にかつ正確に副走査動作させる機構が必要である。さらに、動画像を撮影する場合には、副走査動作を１秒間に数十回という周期でこの場合はさらに高速な往復動作が求められ、高速機械走査機構の信頼性などを考慮すれば装置全体のコストが著しく増大してしまうということと、物理的な機械走査機構をこのように高速往復駆動させるには電力消費が大幅に悪化してしまう問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、所謂カメラ的な静止画撮影用途や動画撮影用途に加えて、文字原稿や写真プリントおよびネガフイルムなどを、歪みやシェーディングを伴わずに高精細に撮影する用途として撮像装置を求めた場合、基本的には２次元撮像素子を備えたカメラなどの撮像装置と１次元撮像素子を備えたイメージスキャナなどの撮像装置との２つが必要となる。しかしながら、これら２つの撮像装置は、光学系や画像処理部を含む電子回路など、構成上共通化できる部分が多々あるにも関わらず、それらを別個に用意する必要がある。
【０００９】
この解決策として、上述した公報に記載の構成が提案されているが、これらには、１次元撮像素子によるカメラ動作の実現性の問題、１次元撮像素子および２次元撮像素子の２つを備える場合のコスト増、複雑化および大形化の問題、２次元撮像素子の高速副走査とＴＤＩ動作とを組み合せた場合のコスト増や電力消費増などの問題がある。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、２次元撮像素子のみで、カメラ撮影用途とイメージスキャナ撮影用途との両方に対応でき、これら両方の撮影用途に対して構成を共通化できる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の画素が配列される有効画素部を有する２次元撮像素子と、カメラ撮影用途時に前記２次元撮像素子の有効画素部全域の画素で撮像された画像を取得し、イメージスキャナ撮影用途時に前記２次元撮像素子の有効画素部域のうち所定の区画を主走査区画としてこの主走査区画内の画素で撮像された画像を取得する画像取得選択制御手段とを具備し、主走査区画が２次元撮像素子の有効画素部の画素配列方向に対して所定の傾きを有していることを特徴とする。
【００１２】
そして、この構成では、カメラ撮影用途時に２次元撮像素子の有効画素部全域の画素で撮像された画像を取得し、イメージスキャナ撮影用途時に２次元撮像素子の有効画素部域のうち所定の区画を１次元撮像素子に想定する主走査区画としてこの主走査区画内の画素で撮像された画像を取得することにより、２次元撮像素子のみで、カメラ撮影用途とイメージスキャナ撮影用途との両方に対応可能になる。
【００１８】
そして、この構成では、主走査区画が２次元撮像素子の有効画素部の画素配列方向に対して所定の傾きを有することにより、主走査方向におけるサンプリングポイントが増加して高解像度が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
図１ないし図１５に第１の実施の形態を示す。
【００２９】
図１に、撮像装置11の構成図を示す。この撮像装置11は、カメラ部12および副走査部13を有し、これらカメラ部12と副走査部13とが一体に構成されており、カメラ撮影用途とイメージスキャナ撮影用途との両方の撮影用途に対応可能になっている。
【００３０】
カメラ部12は、撮影レンズ16およびエリアセンサと呼ばれる２次元撮像素子17を有し、撮影レンズ16を通じて人物などの被写体18または原稿や写真などの被写体19の被写体像が２次元撮像素子17の撮像面17aに結像される。２次元撮像素子17は、駆動回路20によって駆動および画像読み出しがなされ、撮像面17aに結像された被写体像の画像が電気信号である画像データとして順次出力される。
【００３１】
２次元撮像素子17から順次出力される画像データはアナログ回路21によりアナログ処理され、アナログ処理された画像データがＡ／Ｄ変換器22によりデジタル信号に変換され、デジタル信号に変換された画像データが記憶手段としてのメモリ23に一時記憶され、メモリ23に一時記憶された画像データが画像処理回路24によりデジタル画像処理、圧縮処理などの処理を施された後にデータ入出力部25に出力される。
【００３２】
２次元撮像素子17からデータ入出力部25に至る一連の処理は、ＣＰＵ26によって制御される。すなわち、ＣＰＵ26は、駆動回路20を制御することによる２次元撮像素子17の駆動および画像読み出し、アナログ回路21の制御、画像処理回路24への画像処理指示、完成された画像データのデータ入出力部25への転送などである。
【００３３】
そして、ＣＰＵ26は、カメラ撮影用途時に２次元撮像素子17の有効画素部全域の画素で撮像された画像を取得し、イメージスキャナ撮影用途時に２次元撮像素子17の有効画素部域のうち画素配列方向に対して所定の傾きを有する所定の区画を１次元撮像素子に想定する主走査区画としてこの主走査区画内の画素で撮像された画像を選択的に取得する画像取得選択制御手段の機能を有する。以後、２次元撮像素子17の画素中の想定１次元撮像素子に相当する部分の画素区画を主走査区画と呼ぶ。
【００３４】
なお、ＣＰＵ26の画像取得選択制御手段の機能において主走査区画内の画素で撮像された画像を取得することについては、本実施の形態において２次元撮像素子17の主走査区画内の画素で撮像される画像のみを選択的に読み出して取得する方法を例にとって説明するが、有効画素部全域の画素で撮像される全画像を読み出してメモリに一旦記憶した後に主走査区画内の画素で撮像された画像のみを選択的に取得する方法でもよく、いずれの方法の場合にも同じ画像が得られる。
【００３５】
データ入出力部25は、ビデオテープ、磁気記録ディスク、光学記録ディスクおよび半導体メモリなどの画像記録媒体27、および外部機器に対して画像データを含むデジタルデータを送受信するインターフェース回路（Ｉ／Ｆ回路）28などを有している。
【００３６】
なお、カメラ部12は、図示していないが、電源回路、ストロボ、メカシャッタなどの遮光手段、レリーズボタンなど、それ単体でカメラとしての機能動作を実現するために必要な他の構成要素も含んでいる。
【００３７】
また、副走査部13は、撮影切換ミラー31および副走査ミラー32を有している。撮影切換ミラー31は、撮影用途に応じて図示しない移動機構により移動されるもので、カメラ撮影用途時において、図１に２点鎖線で示すように、被写体18の光線が撮影レンズ16に直接入射するように撮影レンズ16の撮影光軸上から退避した退避位置に移動され、一方、イメージスキャナ撮影用途時において、図１に実線で示すように、副走査ミラー32からの光線を撮影レンズ16の撮影光軸に導くように撮影レンズ16の撮影光軸上に進入した撮影位置に移動される。
【００３８】
副走査ミラー32は、被写体19の光線を撮影位置の撮影切換ミラー31に導き、図示しない副走査機構によって副走査方向F2に副走査される。
【００３９】
これら撮影切換ミラー31の移動機構、および副走査ミラー32の副走査機構は、ＣＰＵ26によって制御される。そして、副走査は、カメラ部12側のＣＰＵ26により２次元撮像素子17の読出周期に同期して制御される。
【００４０】
なお、副走査部13は、図示していないが、光路長補正機構などの撮像装置11全体としてイメージスキャナ動作をするのに必要な他の構成要素を含んでいる。
【００４１】
また、副走査部13の少なくとも撮影切換ミラー31は、傾き可変手段33により２次元撮像素子17に結像される被写体像が所定の傾きθをもつように傾けられる。この傾きθは、ＣＰＵ26で傾き可変手段33を制御して任意に可変される。そして、副走査部13の少なくとも撮影切換ミラー31は、２次元撮像素子17に結像される被写体像が所定の傾きθをもつように傾ける光学手段33として構成されている。
【００４２】
次に、撮像装置11をカメラ撮影用途に使用する場合について、図２のフローチャートを参照して説明する。なお、図２のフローチャートにおいて、実際の撮影動作には、例えば露出決定のための被写体輝度判定や、ピント調節のための被写体距離測定などが必要であるが、これらは省略している。
【００４３】
撮像装置11でカメラ撮影用途を選択することにより（ステップ１）、副走査部13の撮影切換ミラー31が待機位置に移動し（ステップ２）、撮影レンズ11には人物などの被写体18の光線が直接入射し、使用者によって自由に所謂カメラとしての撮影動作が可能な状態になる。
【００４４】
使用者が図示しないレリーズボタンの押下などで撮影を意図することにより（ステップ３）、カメラ撮影処理およびカメラ画像処理をする（ステップ４、５）。すなわち、撮影レンズ16によって２次元撮像素子17の撮像面17aに結像されている被写体18の被写体像を電気信号の画像データとして順次読み出し、２次元撮像素子17から順次出力される画像データをアナログ回路21によりアナログ処理し、アナログ処理された画像データをＡ／Ｄ変換器22によりデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換された画像データをメモリ23に一時記憶する。メモリ23に一時記憶された画像データを画像処理回路24によりデジタル画像処理、圧縮処理などの処理を施す。したがって、カメラ撮影用途時には、２次元撮像素子17の有効画素部41全域の画素42で撮像された画像を取得する。
【００４５】
そして、画像処理した画像データをメモリ23からデータ入出力部25へ転送する（ステップ６）。
【００４６】
次に、撮像装置11をイメージスキャナ撮影用途に使用する場合について、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
イメージスキャナ撮影用途を選択することにより（ステップ１）、副走査部13の撮影切換ミラー31が副走査ミラー32からの光線を撮影レンズ16の撮影光軸に導くように撮影レンズ16の撮影光軸上に進入した撮影位置に移動する（ステップ７）。
【００４８】
スキャン解像度向上倍率Ｒ、つまり解像度を選択することにより（ステップ８）、撮像装置11を選択された解像度に対応する状態に設定する。すなわち、詳細については後述するが、主走査区画の傾きθの算出（ステップ９）、副走査ピッチｐの算出（ステップ10）、主走査区画の算出（ステップ11）、傾き可変手段33による副走査部13の撮像切換ミラー31の傾きθの設定（ステップ12）などである。
【００４９】
そして、使用者による図示しないレリーズボタンの押下や、データ入出力部25のＩ／Ｆ回路28を通じた外部機器から通信によって、原稿や写真などの被写体19のスキャン指示が入力されることにより（ステップ13）、被写体19のスキャンニング処理を開始する（ステップ14〜19）。
【００５０】
被写体19のスキャンニング処理は、通常のイメージスキャナの撮像動作と同様であり、２次元撮像素子17による主走査区間の画像読み出しによる主走査と、副走査部13の副走査ミラー32を微少距離移動させる副走査とを繰り返しながら、被写体19をスキャンニングして行く。読み出された主走査区画の画像データは、カメラ動作時と同様に、アナログ処理およびＡ／Ｄ変換した後、デジタルデータとして１枚の原稿のスキャンが終了するまでメモリ23に順次記録する。したがって、イメージスキャナ撮影用途時には、２次元撮像素子17の主走査区画44内の画素42のみで撮像された画像を選択的に取得する。
【００５１】
そして、画像処理した１枚の原稿の画像データをメモリ23からデータ入出力部25へ転送する。
【００５２】
次に、２次元撮像素子17の画素配列上にどのように主走査区画が配置されているかについて説明する。
【００５３】
図３に、撮像装置11の２次元撮像素子17の有効画素部および主走査区間の説明図を示す。例えば、２００万画素で正方画素配列の２次元撮像素子17においては、全画素中のうちの有効画素部41には、画素42が、縦方向である垂直画素方向に１２００個、横方向である水平画素方向に１６００個の長方形領域に正方格子状に配列され、正確には合計で１９２万個存在している。カメラ撮影用途時には、有効画素部41全域が使用される。イメージスキャナ撮影用途時には、有効画素部41の水平基準線43に対して例えば約２６．６度の傾きθをもった平行四辺形状の区画を主走査区画44とし、この主走査区画44内の画素42のみが１次元撮像素子に想定して使用される。したがって、主走査方向F1は主走査区画44の長手方向に平行であり、副走査方向F2は主走査区画44の長手方向に垂直である。なお、副走査方向F2については傾き可変手段33により光学的角度が調整設定される。
【００５４】
図４に、主走査区画44の一部を拡大した説明図を示し、図中太線で描かれた境界線の内側が主走査区画44である。主走査方向F1の主走査ピッチｐおよび副走査方向F2の副走査ピッチｐは、それぞれ元々の２次元撮像素子17の画素ピッチＰに対してこの場合は１／５^1/2の長さになっている。
【００５５】
図５に、主走査区間44の傾きθ、主走査ピッチｐおよび副走査ピッチｐの導出を説明する説明図を示す。図中の格子は各画素42の境界を示し、丸印は画素42の中心位置を示す。３つの画素42の中心を結ぶ直角三角形の１つの頂点の角度が求める傾きθである。この直角三角形の各辺の長さは、画素ピッチＰを１単位とすると、１：２：５^1/2（図面には√を用いて表記する）になっている。よって、傾きθは、
θ＝ｃｏｓ^-1（２／５^1/2）＝２６．５６５０５…°≒２６．６°
となる。
【００５６】
さらに、図４からわかるように、主走査ピッチｐおよび副走査ピッチｐは直角三角形の長辺を５分割した距離であるから、
ｐ＝５^1/2／５＝１／５^1/2
となる。
【００５７】
次に、主走査区画44の主走査と副走査とにより高解像度の画像が生成される過程について説明する。
【００５８】
図６ないし図８に、主走査区画44での走査を説明する図を示す。図中51はライン番号を、52はライン上の画素番号を示す。図６は１回目の主走査を、図７は１副走査ピッチ分だけ副走査送りをした後の２回目の主走査を、図８はさらに１副走査ピッチ分だけ副走査送りをした後の３回目の主走査を示している。
【００５９】
図７においてはライン番号51が図６に対して１つ増加し、図８においてはライン番号51が図７に対して１つ増加しているが、これは副走査部13により副走査されたことを示すものであって、２次元撮像素子17上の主走査区画44を移動させたわけではなく、２次元撮像素子17上の主走査区画44は常に固定である。すなわち、図６、図７および図８ともに同じ主走査区画44内の画素42を示している。ライン番号51は、被写体原稿上の被走査線と考えるとわかりやすい。主走査区画44による主走査では、１回の主走査で５ライン分を走査するが、この１回の主走査では１ラインの画素42が全て揃わない。
【００６０】
１回目の主走査では、A4、B1、C3、D0、E2、A'4、B'1、C'3、D'0、…が得られる。１副走査ピッチ移動後の２回目の主走査では、A5、B2、C4、D1、E3、A'5、B'2、C'4、D'1、…が得られる。２副走査ピッチ移動後の３回目の主走査では、A6、B3、C5、D2、E4、A'6、B'3、C'5、D'2、…が得られる。
【００６１】
このようにして５回の主走査と副走査とを繰り返すことにより、
A4、B1、C3、D0、E2、A'4、B'1、C'3、D'0、…
A5、B2、C4、D1、E3、A'5、B'2、C'4、D'1、…
A6、B3、C5、D2、E4、A'6、B'3、C'5、D'2、…
A7、B4、C6、D3、E5、A'7、B'4、C'6、D'3、…
A8、B5、C7、D4、E6、A'8、B'5、C'7、D'4、…
のデータが得られる。これらのデータは、メモリ23に一時記録される。
【００６２】
これらのデータから、ライン番号51が例えば「４」のもののみを集めて、
A4、B4、C4、D4、E4、A'4、B'4、C'4、D'4、…
と並べ換えることにより、被写体原稿上の被走査ライン「４」の全画素分が揃い、１ラインが完成する。
【００６３】
このように走査を開始してから、５ライン分の走査が終了するまでは１ラインを完成させることができないが、それ以降は、以前の主走査データの蓄積があるため、１回の主走査、副走査で１ラインを完成させ続けることができるようになる。
【００６４】
主走査区画44と副走査との組み合わせによる想定１次元撮像素子の画素配列は、図９に示す１次元撮像素子と等価となる。したがって、２００万画素の２次元撮像素子17では、想定１次元撮像素子の１ライン当たりの画素数は４０００画素となり、イメージスキャナに使用されている１次元撮像素子と遜色のない画素数が得られる。
【００６５】
また、元の２次元撮像素子17の水平解像度に対する解像度向上倍率Ｒは、
Ｒ＝１／ｐ＝５^1/2＝２．２３６…
となる。
【００６６】
このようにして得られた高精細画像は、データ入出力部25へ送られる。データ入出力部25は、処理を施して１枚の完成された画像データの形で画像を受け取り、画像記録媒体27へ記録、あるいはＩ／Ｆ回路28を通して外部へ転送してもよいし、一般のイメージスキャナのように１ライン分の完成された画像データ毎に、あるいは全く未処理のまま副走査動作中に逐次画像データを受け取り、パーソナルコンピュータなどの外部機器へと転送してもよい。
【００６７】
なお、このようなイメージスキャナ動作時は、想定１次元撮像素子として常に同じ画素42、すなわち主走査区画44の画素42を使用するため、一般のイメージスキャナと同様の手法で、シェーディング補正や、レンズの収差の補正などを容易できる。
【００６８】
次に、２次元撮像素子17の水平基準線43に対する傾きθおよび主走査区画44を変更することにより、解像度を任意に可変させることができる点について説明する。
【００６９】
ここまでの例では、傾きθを、
θ＝ｃｏｓ^-1（２／５^1/2）＝２６．５６５０５…°
として説明してきた。
【００７０】
それに対して、図１０に解像度を約１．４倍向上させる場合における主走査区画44の一部を拡大した説明図を示し、図１１に解像度を約１．４倍向上させる場合における主走査区画44の傾きθ'、主走査ピッチｐ'および副走査ピッチｐ'の導出を説明する説明図を示す。
【００７１】
図１１において、直角三角形の各辺の長さは、画素ピッチＰを１単位とすると、１：３：１０^1/2（図面には√で表記する）になり、この場合の水平基準線43に対する傾きθ'は、
θ'＝ｃｏｓ^-1（３／１０^1/2）＝１８．４３４９４…≒１８．４°
であり、主走査ピッチｐ'および副走査ピッチｐ'は、
ｐ'＝１０^1/2／１０＝１／１０^1/2
である。
【００７２】
また、解像度向上倍率Ｒは、ｐ'から、
Ｒ'＝１／ｐ'＝１０^1/2＝３．１６２…
であり、したがって、
Ｒ'／Ｒ＝１．４１４…
となり、θ≒２６．６０のときに較べて、解像度が約１．４倍向上する。
【００７３】
以上を踏まえ、以下にこれらの状況の一般化について説明する。
【００７４】
図１２には、元の２次元撮像素子17の画素ピッチＰを基準として、高さｙ、底辺ｘの直角三角形を示している。この直角三角形の頂点はいずれかの画素の中心にあるから、ｘ，ｙは整数である。
【００７５】
図１２より、斜辺は（ｘ²＋ｙ²）^1/2（図面には√で表記する）であるから、
θ＝ｃｏｓ^-1（ｘ／（ｘ²＋ｙ²）^1/2）
である。
【００７６】
また、主走査ピッチｐおよび副走査ピッチｐは、
ｐ＝１／（ｘ²＋ｙ²）^1/2
である。
【００７７】
したがって、解像度向上倍率Ｒは、
Ｒ＝（ｘ²＋ｙ²）^1/2
で求められる。
【００７８】
すなわち、解像度および傾きθは直角三角形の底辺ｘと高さｙの関数である。
【００７９】
例えばｙ＝１のとき、図１３は底辺ｘと傾きθとの関係を、図１４は底辺ｘと解像度向上倍率Ｒとの関係をグラフ化したものである。底辺ｘが整数値のみをとることから傾きθおよび解像度向上倍率Ｒのとりうる値は離散的となるものの、図１４に示すとおり、解像度向上倍率Ｒについては略直線的な１次式近似の増減特性が得られ、解像度選択の自由度は実質的に任意といってよいものとなる。
【００８０】
また、以上は正方画素配列の２次元撮像素子17への適用例を述べたが、画素配列が非正方、すなわち長方画素であっても、解像度向上効果を得ることが可能である。図１５には、非正方画素配列の２次元撮像素子17に関して、例として底辺ｘ＝２の場合の主走査および副走査の状況を示す。
【００８１】
この場合の傾きθは、横方向の画素ピッチをＰｘ、縦方向の画素ピッチをＰｙとした場合、
θ＝ｃｏｓ^-1（２Ｐｘ／（（２Ｐｘ）²＋Ｐｙ²）^1/2）
で求められる。
【００８２】
また、この場合、主走査ピッチｐｘと副走査ピッチｐｙとは等しくならず、
ｐｘ＝（（２Ｐｘ）²＋Ｐｙ²）^1/2／5
ｐｙ＝（Ｐｘ²＋（２Ｐｙ）²）^1/2／5
となり、Ｐｘ＜Ｐｙの場合は、ｐｘ＜ｐｙとなる。
【００８３】
さらに、図１５に示すとおり、主走査方向F1と副走査方向F2とは直交しない。これら両走査方向の狭角側の交叉角度θ0は、
θ0＝１８０−θ−ｃｏｓ^-1（２Ｐｙ／（Ｐｘ²＋（２Ｐｙ）²）^1/2）
で求められる。
【００８４】
したがって、図１５の非正方画素配列の２次元撮像素子17に関して上述したイメージスキャナ動作を適用した場合、得られる画像は副走査方向F2に縮められ、かつ平行四辺形状に歪んだ形となるが、これらの事実を踏まえ、縦横比の変換および直交座標系への座標変換処理をすることにより、最終的には歪みのない高解像画像を得ることは可能である。
【００８５】
次に、図１６ないし図１９に第２の実施の形態を示す。
【００８６】
この第２の実施の形態では、２次元撮像素子17に正方２００万画素ベイヤー配列カラー単板２次元撮像素子を適用した場合について説明する。撮像装置11の各構成要素およびその動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００８７】
このようなベイヤー配列カラー単板２次元撮像素子の場合は、主走査区画44の領域を第１の実施の形態よりも若千広くとることにより、各カラーフィルタ画素毎に第１の実施の形態に示した効果と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
図１６は、主走査区画44の一部を拡大した説明図である。画素ピッチＰ、主走査ピッチｐ、副走査ピッチｐはそれぞれ第１の実施の形態と同様であるが、主走査区画44は領域の幅が拡大されている。
【００８９】
そして、拡大された主走査区画44による主走査と副走査とにより高解像度のカラー画像が生成される過程について説明する。図１７および図１８は図１６の一部を拡大し、わかりやすくするためにＧ（グリーン）フィルタの画素のみを丸印で示しており、図中51はライン番号を、52はライン上の画素番号を示す。図１７は１回目の主走査を、図１８は１副走査ピッチ分だけ副走査送りをした後の２回目の主走査を示している。図１８においてライン番号が図１７に対して１つ増加しているが、これは副走査部13により副走査されたことを示すものであって、２次元撮像素子17上の主走査区画44を移動させたわけではなく、２次元撮像素子17上の主走査区画44は常に固定である。主走査区画44による主走査では、１回の主走査で１０ライン分の走査をすることになるが、１度の主走査では１ラインの画素が全て揃わない。
【００９０】
１回目の主走査では、A9、B6、C3、D0、E7、F4、G1、H8、I5、J2…が得られる。１副走査ピッチ移動後の２回目の主走査では、A10、B7、C4、D1、E8、F5、G2、H9、I6、J3…が得られる。同様に３回目の主走査では、A11、B8、C5、D2、E9、F6、G3、H10、I7、J4…が得られる。
【００９１】
このようにして１０回の主走査と副走査とを繰り返すことにより、
A9、B6、C3、D0、E7、F4、G1、H8、I5、J2…
A10、B7、C4、D1、E8、F5、G2、H9、I6、J3…
A11、B8、C5、D2、E9、F6、G3、H10、I7、J4…
A12、B9、C6、D3、E10、F7、G4、H11、I8、J5…
A13、B10、C7、D4、E11、F8、G5、H12、I9、J6…
A14、B11、C8、D5、E12、F9、G6、H13、I10、J7…
A15、B12、C9、D6、E13、F10、G7、H14、I11、J8…
A16、B13、C10、D7、E14、F11、G8、H15、I12、J9…
A17、B14、C11、D8、E15、F12、G9、H16、I13、J10…
A18、B15、C12、D9、E16、F13、G10、H17、I14、J11…
のデータが得られる。これらのデータは、メモリ23に一時記録される。
【００９２】
これらのデータから、ライン番号51が例えば「９」のもののみを集めて、
A9、B9、C9、D9、E9、F9、G9、H9、I9、J9…
と並べ換えることにより、被写体原稿上の被走査ライン「９」の全画素が揃い、１ラインが完成する。
【００９３】
このように走査を開始してから、１０ライン分の走査が終了するまでは１ラインを完成させることができないが、それ以降は、以前の主走査データの蓄積があるため、１回の主走査、副走査で１ラインを完成させ続けることができるようになる。
【００９４】
ここまでは、Ｇ（グリーン）画素について説明したが、Ｒ（レッド）およびＢ（ブルー）の画素についても１回の主走査で同時にデータが得られているので、同様に１ラインを完成させて行くことができる。但し、ベイヤー配列では、ＲとＢの画素数はＧに対して半分しか存在しないため、このような走査手法をとっても原理上１ライン分を同色で全て埋めることはできない。したがって、主走査区画44と副走査との組み合わせによる想定１次元撮像素子の画素配列は、図１９に示す１次元撮像素子と等価となる。そのため、２００万画素ベイヤー配列カラー単板２次元撮像素子では、想定１次元撮像素子の１ライン当たりのＧ（グリーン）の画素数は４０００画素、Ｒ（レッド）およびＢ（ブルー）はそれぞれ２０００画素となり、解像度の低いベイヤー配列カラー単板２次元撮像素子であっても、従来のイメージスキャナと遜色のない高解像を得ることができる。
【００９５】
また、元々の水平画素数は１６００画素で、そのうちＧ（グリーン）はその半分の８００画素であるから、Ｇ（グリーン）の解像度を２次元撮像素子17としての水平解像度と、１次元撮像素子としての主走査方向解像度で較べると、４０００／８００＝５で、５倍の解像度向上ということになり、ベイヤー配列カラー単板２次元撮像素子の場合の解像度向上効果は極めて大きい。
【００９６】
このようにして得られた高精細カラー画像は、第１の実施の形態と同様にデータ入出力部25へ転送される。また、シェーディング補正や、レンズの収差の補正などの容易さも第１の実施の形態と同様である。
【００９７】
また、ベイヤー配列カラー単板撮像素子の場合、第１の実施の形態で述べた傾きθの可変による解像度変更を行う場合に一部制限がある。すなわち、図１２の底辺ｘが奇数の場合には、Ｇ（グリーン）画素の副走査軸上には常にＧが出現し、かつ、Ｒ（レッド）の画素の副走査軸上にはＢ（ブルー）画素が、逆にＢ（ブルー）画素の副走査軸上にはＲ（レッド）画素が交互に出現してしまうため、動作を行って複数の主走査データを組み合わせたとしても、１被主走査ライン上にＧが全て揃わない。したがって、この場合の解像度向上効果は低下する。ｘが偶数の場合はこのようなことは起こらない。ちなみにカラーフィルタ配列をＧ縦ストライプとすると、ｘが奇数のときに解像度向上効果が得られるが、逆にｘが偶数のときには大きな効果が得られない。
【００９８】
このように、カラー単板撮像素子に本実施の形成の構成を適用する場合においても、その自由度は半分に制限されるものの解像度調整は可能である。
【００９９】
以上のように、撮像装置11によれば、カメラ撮影用途時に２次元撮像素子17の有効画素部41全域から画像を読み出し、イメージスキャナ撮影用途時に２次元撮像素子17の有効画素部41域のうち所定の区画を主走査区画44としてこの主走査区画44を１次元撮像素子17に想定して画像を読み出すことができるため、２次元撮像素子17のみで、カメラ撮影用途とイメージスキャナ撮影用途との両方に対応でき、これら両方の撮影用途に対して撮像装置11の構成を共通化でき、コスト低減とともに簡素化および小形化できる。
【０１００】
さらに、主走査区画44が２次元撮像素子17の有効画素部41の画素配列方向に対して所定の傾きθを有するため、主走査方向F1におけるサンプリングポイントを増加させて高解像度を得ることができる。
【０１０１】
さらに、主走査区画44の傾きθを可変させることにより、解像度を任意に可変設定できる。
【０１０２】
さらに、主走査区画44の傾きθが、２次元撮像素子17の水平画素方向にｘ画素および垂直画素方向にｙ画素分の長さの２辺を有する直角三角形の斜辺方向と水平画素方向とのなす角度で、θ＝ｃｏｓ^-1（ｘ／（ｘ²＋ｙ²）^1/2）とすることにより、２次元撮像素子17の画素42と主走査区画44の傾きθとの適正な関係を定義できる。
【０１０３】
さらに、イメージスキャナ撮影用途時に、光学手段34により２次元撮像素子17に結像される被写体像を主走査区画44の傾きθに対応して傾かせるため、被写体像と走査方向との関係を対応させることができる。
【０１０４】
また、カメラ部12と副走査部13とを一体に設けた場合には、カメラ撮影用途およびイメージスキャナ撮影用途の両方に使用できる。
【０１０５】
また、イメージスキャナ動作時の入力画像はサンプリングポイントを増加させることによる本質的な高解像画像であり、かつその解像度をほば任意に選ぶことができるので、撮像装置11の応用範囲を大幅に広げることができる。例えば、イメージスキャナ動作時の出力画素数とカメラ動作時の出力画素数とを同一とし、カメラ動作時とイメージスキャナ動作時とで同じ被写体を撮影した場合、イメージスキャナ動作による高解像撮影画像はカメラ動作による画像の拡大画像となり、さらに傾きθを変化させれば、その拡大倍率を任意に可変することができる。
【０１０６】
なお、傾きθを得るには、光学手段34の撮影切換ミラー31を傾かせる以外に、カメラ部12と副走査部13とを被写体光軸を中心にして傾きθに相当する分回転した位置関係で結合させたり、２次元撮像素子17の光軸に対する回転角度を可変する手段を設けてもよい。また、これらの回転角制御をＣＰＵ26ですることにより利便性が向上する。
【０１０７】
なお、撮像装置11では、カメラ部12と副走査部13とが一体になっているが、カメラ部12と副走査部13は別体で着脱可能に構成してもよい。この場合は、イメージスキャナ動作が不要な場合には、カメラ部12のみを単体の電子カメラとして扱うことができて利便性を向上できるとともに、カメラ部を副走査部と組み合わせることでイメージスキャナ撮影用途にも使用できる。また、副走査部13と他の電子カメラとの通信仕様、光学的、機械的結合仕様を明確に規定し、それに準拠することにより、副走査部13は単体の装置として多種多様な電子カメラとの接続が可能となり、一般の電子カメラに付加価値を付加できる。
【０１０８】
なお、カメラとイメージスキャナとの組み合わせの他に、カメラとカラーコピー機、カメラとＦＡＸなどの組み合わせにも適用でき、同様の作用効果が得られる。
【０１０９】
また、ＣＰＵ26の画像取得選択制御手段の機能において主走査区画44内の画素42で撮像された画像を取得する場合、上述したように、２次元撮像素子17の主走査区画44内の画素で撮像される画像のみを読み出して取得する方法の他、有効画素部41全域の画素42で撮像される全画像を読み出してメモリに一旦記憶した後に主走査区画44内の画素42で撮像された画像のみを選択して取得する方法でもよく、いずれの方法の場合にも同じ画像が得られ、同様の作用効果が得られる。
【０１１０】
【発明の効果】
請求項１記載の撮像装置によれば、カメラ撮影用途時に２次元撮像素子の有効画素部全域の画素で撮像された画像を取得し、イメージスキャナ撮影用途時に２次元撮像素子の有効画素部域のうち所定の区画を１次元撮像素子に想定する主走査区画としてこの主走査区画内の画素で撮像された画像を取得するため、２次元撮像素子のみで、カメラ撮影用途とイメージスキャナ撮影用途との両方に対応でき、これら両方の撮影用途に対して撮像装置の構成を共通化でき、コスト低減とともに簡素化および小形化できる。
【０１１１】
請求項２記載の撮像装置によれば、請求項１記載の撮像装置の効果に加えて、イメージスキャナ撮影用途時に、２次元撮像素子の有効画素部域のうち主走査区画内の画素のみを選択的に読み出すことにより、主走査区画内の画像を取得できる。
【０１１２】
請求項３記載の撮像装置によれば、請求項１記載の撮像装置の効果に加えて、イメージスキャナ撮影用途時に、２次元撮像素子の有効画素部全域の画素で読み出した画像から主走査区画内の画素で撮像された画像のみを選択することにより、主走査区画内の画像を取得できる。
【０１１３】
請求項４記載の撮像装置によれば、請求項１ないし３いずれか記載の撮像装置の効果に加えて、主走査区画が２次元撮像素子の有効画素部の画素配列方向に対して所定の傾きを有するため、主走査方向におけるサンプリングポイントを増加させて高解像度を得ることができる。
【０１１４】
請求項５記載の撮像装置によれば、請求項４記載の撮像装置の効果に加えて、画素配列方向に対する主走査区画の傾きを可変させることにより、解像度を任意に可変設定できる。
【０１１５】
請求項６記載の撮像装置によれば、請求項４または５記載の撮像装置の効果に加えて、主走査区画の傾きθが、２次元撮像素子の水平画素方向にｘ画素および垂直画素方向にｙ画素分の長さの２辺を有する直角三角形の斜辺方向と水平画素方向とのなす角度で、θ＝ｃｏｓ^-1（ｘ／（ｘ²＋ｙ²）^1/2）とすることにより、２次元撮像素子の画素と主走査区画の傾きとの適正な関係を定義できる。
【０１１６】
請求項７記載の撮像装置によれば、請求項４ないし６いずれか記載の撮像装置の効果に加えて、イメージスキャナ撮影用途時に、光学手段により２次元撮像素子に結像される被写体像を主走査区画の傾きに対応して傾かせるため、被写体像と走査方向との関係を対応させることができる。
【０１１７】
請求項８記載の撮像装置によれば、請求項１ないし７いずれか記載の撮像装置の効果に加えて、撮影レンズ、２次元撮像素子および画像取得選択制御手段を有するカメラ部と、イメージスキャナ撮影用途時に主走査区間の画素の副走査方向における１画素ピッチ毎に副走査する副走査部とを具備し、これらカメラ部と副走査部とを一体に設けた場合には、カメラ撮影用途およびイメージスキャナ撮影用途の両方に使用でき、また、カメラ部と副走査部とを着脱可能とする別体に設けた場合には、カメラ部を単体として使用でき、カメラ部の利便性を向上できるとともに、カメラ部を副走査部と組み合わせることでイメージスキャナ撮影用途にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す撮像装置の構成図である。
【図２】同上撮像装置のカメラ撮影用途およびイメージスキャナ撮影用途時の動作を示すフローチャートである。
【図３】同上撮像装置の２次元撮像素子の有効画素部および主走査区間を示す説明図である。
【図４】同上主走査区間の一部を拡大した説明図である。
【図５】同上主走査区間の傾き、主走査ピッチおよび副走査ピッチの導出を説明する説明図である。
【図６】同上主走査区間での１回目の主走査を説明する説明図である。
【図７】同上主走査区間での２回目の主走査を説明する説明図である。
【図８】同上主走査区間での３回目の主走査を説明する説明図である。
【図９】同上主走査区画と副走査との組み合わせによって構成される想定１次元撮像素子の画素配列の説明図である。
【図１０】同上解像度を向上させる場合における主走査区間の一部を拡大した説明図である。
【図１１】同上解像度を向上させる場合における主走査区間の傾き、主走査ピッチおよび副走査ピッチの導出を説明する説明図である。
【図１２】同上主走査区間の傾き、主走査ピッチおよび副走査ピッチ、解像度向上倍率との関係を説明する説明図である。
【図１３】同上底辺と傾きとの関係を示すグラフである。
【図１４】同上底辺と解像度向上倍率との関係を示すグラフである。
【図１５】同上非正方画素配列の２次元撮像素子の場合の主走査区間の一部を拡大した説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態を示す主走査区画の一部を拡大した説明図である。
【図１７】同上主走査区間での１回目の主走査を説明する説明図である。
【図１８】同上主走査区間での２回目の主走査を説明する説明図である。
【図１９】同上主走査区画と副走査との組み合わせによって構成される想定１次元撮像素子の画素配列の説明図である。
【符号の説明】
11 撮像装置
12 カメラ部
13 副走査部
16 撮影レンズ
17 ２次元撮像素子
26 画像取得選択制御手段としてのＣＰＵ
34 光学手段
41 有効画素部
42 画素
44 主走査区画

Claims

複数の画素が配列される有効画素部を有する２次元撮像素子と、
カメラ撮影用途時に前記２次元撮像素子の有効画素部全域の画素で撮像された画像を取得し、イメージスキャナ撮影用途時に前記２次元撮像素子の有効画素部域のうち所定の区画を主走査区画としてこの主走査区画内の画素で撮像された画像を取得する画像取得選択制御手段と
を具備し、
主走査区画が２次元撮像素子の有効画素部の画素配列方向に対して所定の傾きを有していることを特徴とする撮像装置。
画像取得選択制御手段は、解像度に応じて画素配列方向に対する主走査区画の傾きを可変させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
主走査区画の傾きθは、２次元撮像素子の水平画素方向にｘ画素および垂直画素方向にｙ画素分の長さの２辺を有する直角三角形の斜辺方向と水平画素方向とのなす角度で、θ＝ｃｏｓ ^-1 （ｘ／（ｘ ² ＋ｙ ² ） ^1/2 ）
であることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
イメージスキャナ撮影用途時に２次元撮像素子に結像される被写体像を主走査区画の傾きに対応して傾かせる光学手段を具備していることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の撮像装置。
撮影レンズ、２次元撮像素子および画像取得選択制御手段を有するカメラ部と、
イメージスキャナ撮影用途時に主走査区間の画素の副走査方向における１画素ピッチ毎に副走査する副走査部とを具備し、
これらカメラ部と副走査部とが一体および着脱可能とする別体のいずれに設けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の撮像装置。