JPH10285447A - 撮像装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、高精度、且つ高速駆動の可能
な画素ずらしシステムを備えた撮像装置及び光学装置を
提供することにある。 【解決手段】 撮像面に結像された光学像を光電変換し
て撮像信号を出力する撮像素子（２）と、前記撮像面上
における入射光の入射位置をシフトする平行平板（３、
６）と、前記平行平板光の両端部の永久磁石（４Ｕ，４
Ｄ，７Ｌ，７Ｒ）に当接して、その光軸方向における位
置をそれぞれ規制することにより、前記光学素子の傾斜
位置を制御する規制部として機能する複数の凹部（９１
Ｕ，９１Ｄ，９１Ｌ，９１Ｒ）、前記光学素子を前記規
制部に当接させるべく駆動する電磁石（５Ｕａ，５Ｕ
ｂ，５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｌａ，５Ｌｂ，５Ｒａ，５Ｒ
ｂ）を備え，各電磁石のオン、オフを制御することによ
って、平行平板を複数の傾斜位置へと制御するように構
成した撮像装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像系の光路内に
設けられた平行平板ガラスや反射鏡の光学的角度を微妙
に変化させることによって、実質的に高画質の画像入力
を可能とした撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、ビデオカメラ、スキャナー等の画像
入力機器の進歩は著しく、その高画質化、高解像度化が
強く求められているが、撮像素子自体の画素数を増加さ
せることは、感度やＳ／Ｎの低下等の性能上の問題、製
造上の歩留まりの低下による高コスト化、さらに偽信号
等を防止するための水晶等ローパスフィルタ等も高額に
なる等、多くの問題を含んでいる。

【０００３】そこで、撮像素子自体の画素数を増加させ
ずに、撮像装置の高画質化、高解像度化を図る手法とし
て、レンズ群と撮像素子との光学上の中継空間における
光路内に反射鏡を配置し反射角を変動させたり、同じく
光路内に平行平板状の光透過ガラスを配置し光の屈折を
利用して光透過ガラスへの光の入射角やガラスの板厚を
変動させたりして、本来は撮像素子の感光部と感光部と
の間の不感帯に届いていた光学画像情報を感光部へ導い
て順次光学映像情報を得ることにより、あるいは撮像素
子自体を微小振動させることにより、実質的に撮像素子
の持つ画素数を増加させたのと同等の高解像度の画像を
得ることを可能とした所謂「画素ずらし」が知られてい
る。

【０００４】この手法によれば、撮像素子自体の画素数
を増加させなくても高画質の撮像を行うことができるた
め、画像入力装置においては、高解像度化において極め
て有効な手法とされている。

【０００５】以上のような原理を利用した画素ずらしの
具体例としては、例えば、特開昭５９−１５３７８号公
報のように、平行平板を画素列と平行な軸の周りに回動
させたり、特開平１−１２１８１６号公報のように、平
行平板面を傾け、光軸周りに回転させたり、実開平６−
８９３７号 のように、Ｘ・Ｙ軸を設け、モータでカムを
駆動して平行平板面の傾きを変化させるもの等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平行平
板光透過ガラスを用いた上記従来機構例では光学的位置
を変化させる駆動源としてモーターが使用され、カムに
よる位置制御等の複雑で高価な機構が用いられ、平行平
板光透過ガラスの位置決めの精度を確保するのが困難で
あるとともに、駆動速度の高速化も困難であった。

【０００７】またモータ、カム、モータの駆動力をカム
に伝達するための機構、さらにこれらを水平方向と垂直
方向の２系統について設ければ、必然的に装置が大型化
し、レンズ群と撮像素子との間の空間に配置すること自
体困難を伴う等、多くの問題点を含んでいる。

【０００８】そこで、本出願人は、このような問題点を
解決し、簡単な構成で、且つ高速駆動の可能な画素ずら
しシステムを備えた撮像装置及び光学装置として、平成
９年１月１４日付で特願平９−４４７６号を出願した。

【０００９】本願は上記の問題点を解決するとともに、
特願平９−４４７６号の発明のさらなる高速化を課題と
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願における請求項１に記載の発明によれば、撮像
面に結像された光学像を光電変換して撮像信号を出力す
る撮像手段と、前記撮像面上における入射光の入射位置
をシフトする光学素子と、前記光学素子に係合して、そ
の光軸方向に対する傾斜位置を規制する複数の規制部
と、前記光学素子を前記規制部に係合させるべく駆動す
る駆動手段とを備え、前記駆動手段を電磁駆動手段によ
って構成するとともに、前記光学素子の前記駆動手段の
電磁力の作用する部分に永久磁石を配することにより、
前記光学素子の永久磁石と前記電磁駆動手段によって形
成される電磁回路によって前記光学素子を駆動するよう
に構成された撮像装置を特徴とする。

【００１１】また本願における請求項２に記載の発明に
よれば、請求項１の発明において、前記光学素子を、前
記撮像手段への入射光路内に設けられた平行平板で構成
し、前記複数の規制部を、それぞれ前記光学素子の各端
部においてその位置を規制して前記光学素子の光軸に対
する傾斜角を制御することにより、前記撮像面上におけ
る入射光の入射位置をシフトするように構成した。

【００１２】また本願における請求項３に記載の発明に
よれば、請求項１の発明において、前記規制部を、前記
光学素子の各端部に対し、その光軸方向前後に形成され
た一対の規制面を備え、前記光学素子の端部の当接する
規制面の組み合わせを変更することにより、前記光学素
子を複数の傾斜角に制御可能とするように構成した。

【００１３】また本願における請求項４に記載に発明に
よれば、請求項３の発明において、前記規制面によって
許容される前記光学素子の前記光軸方向における移動範
囲を、その一端部側と、他端部側とで１：２の関係にす
ることにより、前記光学素子の傾斜角を最大傾斜位置と
最小傾斜位置との間で等分し得るように構成した。

【００１４】また本願における請求項５に記載の発明に
よれば、請求項３の発明において、前記規制面と当接す
る前記光学素子の両端部に、それぞれ前記規制面と線接
触あるいは点接触する係合部を設けた。

【００１５】また本願における請求項６に記載の発明に
よれば、請求項５の発明において、前記係合部を前記規
制面に線接触する円筒部材で形成した。

【００１６】また本願における請求項７に記載の発明に
よれば、請求項６の発明において、前記電磁駆動手段
を、前記規制面ごとに設けられた複数の電磁石で構成
し、前記光学素子側の係合部に形成された永久磁石とで
電磁回路を形成し、前記各電磁石の電流の方向を制御す
ることによって、前記光学部材に当接する規制面を選択
し、前記光学部材の傾斜位置を変更するように構成し
た。

【００１７】また本願における請求項８に記載の発明に
よれば、請求項１または７の発明において、前記撮像面
への入射光の入射位置を、前記撮像面上において垂直方
向にシフトする垂直方向光学素子と、前記撮像面への入
射光の入射位置を、前記撮像面上において水平方向にシ
フトする水平方向光学素子とを備えた構成とした。

【００１８】また本願における請求項９に記載の発明に
よれば、撮像面上における入射光の入射位置をシフトす
る光学素子と、前記光学素子に係合して、その光軸方向
に対する傾斜位置を規制する複数の規制部と、前記光学
素子を前記規制部に係合させるべく駆動する駆動手段と
を備え、前記駆動手段を電磁駆動手段によって構成する
とともに、前記光学素子の前記電磁駆動手段の電磁力の
作用する部分に永久磁石を配することにより、前記光学
素子の永久磁石と前記電磁駆動手段によって形成される
電磁回路によって前記光学素子を駆動するように構成さ
れている光学装置を特徴とする。

【００１９】また本願における請求項１０に記載の発明
によれば、請求項９の発明において、前記光学素子を、
前記撮像面への入射光路内に設けられた平行平板で構成
し、前記複数の規制部は、それぞれ前記光学素子の各端
部に対し、その光軸方向前後に形成された一対の規制面
を備え、前記光学素子の端部の当接する規制面の組み合
わせを変更することにより、前記光学素子を複数の傾斜
角に制御可能とするように構成した。

【００２０】また本願における請求項１１に記載に記載
の発明によれば、請求項１０の発明において、前記規制
面と当接する前記光学素子の両端部に、それぞれ前記規
制面と線接触あるいは点接触する係合部を設けた。

【００２１】また本願における請求項１２に記載の発明
によれば、請求項１１の発明において、前記係合部は前
記規制面に線接触する円筒形状の永久磁石で構成した。

【００２２】また本願における請求項１３に記載の発明
によれば、請求項１０の発明において、前記電磁駆動手
段を、前記規制面ごとに設けられた複数の電磁石を備
え、前記光学素子側の係合部に形成された永久磁石と電
磁回路を形成し、前記各電磁石の電流の方向を制御する
ことによって、前記光学部材に当接する規制面を選択
し、前記光学部材の傾斜位置を変更するように構成し
た。

【００２３】また本願における請求項１４に記載の発明
によれば、請求項１０または１４の発明において、前記
撮像面への入射光の入射位置を、前記撮像面上において
垂直方向にシフトする垂直方向光学素子と、前記撮像面
への入射光の入射位置を、前記撮像面上において水平方
向にシフトする水平方向光学素子とを備えた構成とし
た。

【００２４】また本願における請求項１５に記載の発明
によれば、請求項１０の発明において、前記規制部を、
前記光学素子の両端部をそれぞれ遊嵌することによっ
て、該光学素子を少なくとも光軸方向に所定の移動範囲
をもって支持する凹部によって構成し、前記規制面を、
前記凹部内において前記光学素子の端部に対向する面に
それぞれ形成し、前記光学素子の端部に当接して、その
端部の光軸方向における移動範囲をそれぞれ規制するこ
とにより、前記光学素子を前記光軸に対して複数の傾斜
位置に制御するように構成した。

【００２５】また本願における請求項１６に記載の発明
によれば、請求項１または９の発明において、前記光学
装置を一体に組み込んだレンズユニットあるいはカメラ
装置を特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明における撮像装置の
実施の形態について説明する。

【００２７】まず撮像素子の撮像面上における入射光の
入射位置を画素単位でずらすことによって、高画質の画
像を撮像可能とする「画素ずらし」の動作原理について
説明する。

【００２８】平行平板光透過ガラスの光の屈折を利用し
た光路ずらしの原理について、図１７を用いて説明す
る。同図（ａ）は光路をずらす前の状態、同図（ｂ）は
光路をずらした後の状態を表わす。

【００２９】同図（ａ），（ｂ）において、１００は撮
像対象となるたとえば原稿等の被写体、１０２は撮像レ
ンズ群、１０３は光学系の光軸に対して傾斜可能に配置
され、均一な屈折率を有する平行平板状の光透過性物質
からなる光束移動手段であるところの光学素子、１０４
はレンズ群１０２によって結像された被写体１００から
の入射光を光電変換して撮像信号を出力する撮像手段と
してのＣＣＤ等の固体撮像素子である。

【００３０】図１７（ａ）において、被写体１００のあ
る一点１０１ａからの光は、レンズ群１０２、光学素子
１０３を通り固体撮像素子１０４の受光部１０４ａに入
射し、有効データとして光電変換される。

【００３１】一方、被写体１００のある一点１０１ｂか
らの光は、レンズ群１０２、光学素子１０３を通り、固
体撮像素子１０４の受光部間の不感帯１０４ｂに入射す
るが、光電変換はされず無効データとなる。

【００３２】ここで、光学素子１０３に光が入射する方
向と、その光が光学素子１０３から射出する際の屈折方
向のずれ移動量をδ１、入射光と光学素子１０３の入射
面の法線とのなす角をθ１、光学素子１０３の厚みを
ｔ、光学素子１０３の屈折率をＮとすると、 δ１＝（１−１／Ｎ）・ｔ・θ１ となる。

【００３３】この時の固体撮像素子の撮像面とのなす角
を便宜上ω１としておく。

【００３４】図１７（ｂ）は、前記光学素子１０３をω
＝（ω２―ω１）の角度だけ変化させた時の状態を示
す。

【００３５】図１７（ｂ）において、光学素子１０３に
光が入射する光とその光が光学素子１０３から射出する
光の屈折方向のずれ移動量をδ２、入射光と光学素子１
０３の入射面の法線とのなす角をθ２、光学素子１０３
の厚みがｔ、光学素子１０３の屈折率がＮであるから、 δ２＝（１−１／Ｎ）・ｔ・θ２ となる。

【００３６】ここで、図１７（ａ）の状態から図１７
（ｂ）の状態になった時の、固体撮像素子１０４へ射出
される光路のずれδは、 δ＝δ１＋δ２ ＝（１−１／Ｎ）・ｔ・（θ１＋θ２） ＝（１−１／Ｎ）・ｔ・（ω２−ω１） であるから、結局 δ＝（１−１／Ｎ）・ｔ・ω となる。

【００３７】ここで、図１７（ａ）において撮像対象物
体１の一点１ｂからの光情報が、固体撮像素子１０４の
不感帯１０４ｂに入射して無効データとなってしまって
いたのを、図１７（ｂ）の状態に変化させることで被写
体１００の一点１ｂからの光情報が、固体撮像素子１０
４の感光部１０４ｃに入射して有効データとして活用で
きる。

【００３８】図１７（ａ）の状態で取り込んだ撮像デー
タと図１７（ｂ）の状態で取り込んだ撮像データをメモ
リ上に収集しそのデータを位相を補正して合成すれば画
素数が２倍になったのと同じデータ量を得ることができ
る。

【００３９】以上のような原理を利用して、光学素子１
０３を数箇所の傾斜位置に静止させ、その都度撮像素子
１０４に受光される光情報を取り込めば撮像感光部数の
数倍の画像情報を得ることができる。

【００４０】「画素ずらし」自体の基本原理は、以上の
ようになっており、次に、本発明の実施の形態について
説明する。

【００４１】（発明の第１の実施の形態）本発明は、撮
影レンズと撮像素子（ＣＣＤ）との間に、撮影レンズを
介して入射した光束を、撮像素子の撮像面において水平
方向にシフトするための平行平板ガラスを含む水平シフ
ト機構と、垂直方向にシフトするための平行平板ガラス
を含む垂直シフト機構とを備えている。

【００４２】図１は、本発明の撮像装置における画素ず
らしシステムの概略構成を示す斜視図で、同図におい
て、１は光学系としての撮像レンズユニット、２は撮像
手段としてのＣＣＤ等の撮像素子である。３は撮影レン
ズユニット１を介して入射する光束を、撮像素子２の撮
像面上において、垂直方向にシフトする（垂直方向）光
学素子としてのガラスあるいはプラスチックで形成され
た透過平行平板ガラスで、その両端部にはそれぞれ係合
部としての永久磁石４Ｕ，４Ｄが配され、各永久磁石４
Ｕ、４Ｄの光軸方向前後には、光学素子を駆動する駆動
手段としての電磁石５Ｕａ，５２Ｕｂ、５Ｄａ，５Ｄｂ
がそれぞれ配され、これらの電磁石を制御して、平行平
板３の傾斜状態を制御し、矢印Ｖ方向に回動しすること
により、撮像面上における光束の入射位置を垂直方向に
上下シフトすることができる。

【００４３】尚、電磁石５Ｕａは、ヨーク５１Ｕとコイ
ル５３Ｕからなり、電磁石５Ｕｂはヨーク５２Ｕとコイ
ル５４Ｕによって構成されている。

【００４４】これらの電磁石のコイルへの通電と電流の
流れる方向を制御することにより、ヨーク５１Ｕの両端
部磁化極性を反転させ、永久磁石４Ｕの磁化極性との関
係を変化させ、吸引・反発力によって、平行平板３の上
端の永久磁石４Ｕを前後に移動する（電磁）駆動手段が
構成される。

【００４５】また電磁石５Ｄａは、ヨーク５１Ｄとコイ
ル５３Ｄからなり、電磁石５Ｄｂは、ヨーク５２Ｄとコ
イル５４Ｄからなる。これらの電磁石のコイルへの通電
と電流方向を制御することにより、ヨーク５１Ｄの両端
部磁化極性を反転させ、永久磁石４Ｕの磁化極性との関
係を変化させ、吸引・反発力によって、平行平板３の下
端の永久磁石４Ｄを前後に移動する電磁駆動手段が構成
される。

【００４６】図１８（ａ）・（ｂ）は、電磁駆動手段を
説明する為の図であり、電磁石５Ｕａ，５Ｕｂと永久磁
石４Ｕで代表して説明する。

【００４７】図１８（ａ）において、永久磁石４Ｕは、
円筒形の丸棒を例えば、サマリウムコバルト系や、ネオ
ジウム系のラジアル極異方性または等方性マグネットな
どを用いて、図示の様に丸棒の両端で磁極を反転させて
永久磁化させた永久磁石で構成する。または両端部のヨ
ーク５２Ｕとヨーク５４Ｕに挟まれた部位のみを前記マ
グネットを使用して鉄棒で繋いで構成してもよい。また
はマグネットの周りをモールド等で形成してもよい、重
要なのはヨーク５２Ｕとヨーク５４Ｕに挟まれた部位に
特定の磁極を形成した永久磁石を配置することにある。

【００４８】電磁石５Ｕｂのヨーク５２Ｕの周囲に巻線
された電磁コイル５４Ｕに、電流が流れ、ヨーク５２Ｕ
の両端部が、図１８（ａ）のように磁化する場合（図で
見て左側がＳ極で、右側がＮ極に磁化される）の電流の
向きをプラス、電磁石５Ｕａのヨーク５１Ｕの周囲に巻
線された電磁コイル５３Ｕに、電流が流れ、ヨーク５１
Ｕの両端部が、図示のように磁化する場合（図で見て左
側がＳ極で、右側がＮ極に磁化される）の電流の向きを
プラスとする。

【００４９】この時、電磁石５Ｕｂのヨーク５２Ｕの磁
化によって、永久磁石４Ｕとヨーク５２Ｕの間には吸引
力が作用し、永久磁石４Ｕはヨーク５２Ｕに引き付けら
れ、電磁石５Ｕａのヨーク５１Ｕの磁化によって、永久
磁石４Ｕとヨーク５１Ｕの間には反発力が作用し、永久
磁石４Ｕはヨーク５１Ｕから遠ざかり、永久磁石４Ｕ
は、この２つの作用力をうけて、図で見て上方へ、瞬発
的に移動する。

【００５０】電磁石５Ｕｂのヨーク５２Ｕの周囲に巻線
された電磁コイル５４Ｕに、電流が流れ、ヨーク５２Ｕ
の両端部が、図１８（ｂ）のように磁化する場合（図で
見て左側がＮ極で、右側がＳ極に磁化される）の電流の
向きをマイナス、電磁石５Ｕａのヨーク５１Ｕの周囲に
巻線された電磁コイル５３Ｕに、電流が流れ、ヨーク５
１Ｕの両端部が、図示のように磁化する場合（図で見て
左側がＮ極で、右側がＳ極に磁化される）の電流の向き
をマイナスとする。

【００５１】この時、電磁石５Ｕｂのヨーク５２Ｕの磁
化によって、永久磁石４Ｕとヨーク５２Ｕの間には反発
力が作用し、永久磁石４Ｕはヨーク５２Ｕから遠ざけら
れ、電磁石５Ｕａのヨーク５１Ｕの磁化によって、永久
磁石４Ｕとヨーク５１Ｕの間には吸引力が作用し、永久
磁石４Ｕはヨーク５１Ｕに引き付けられ、永久磁石４Ｕ
は、この２つの作用力をうけて、図で見て下方へ、瞬発
的に移動する。

【００５２】これらの電磁石５Ｕａ，５Ｕｂ，５Ｄａ，
５Ｄｂのオン、オフ、電流方向制御により、平行平板３
の上部及び下部を光軸方向前後に移動してその傾斜角を
変更し、平行平板３を通過して撮像素子の撮像面上に入
射する入射光の入射位置を、光軸方向に対して垂直方向
（上下）にずらすことができる。

【００５３】一方、６は撮影レンズ１を介して入射する
光束を、撮像面上において、水平方向にシフトする平行
平板ガラスで、その両端部にはそれぞれ係合部としての
円筒部材を形成する永久磁石７Ｌ、７Ｒが配され、各永
久磁石７Ｌ、７Ｒの光軸方向前後には、それぞれ電磁石
８Ｌａ，８Ｌｂ、８Ｒａ，８Ｒｂが配されており、これ
らの電磁石を制御して、平行平板６の傾斜状態を制御
し、矢印Ｈ方向に回動することにより、撮像面上におけ
る光束の入射位置を水平方向に左右シフトすることがで
きる。

【００５４】尚、電磁石８Ｌａは、ヨーク８１Ｌとコイ
ル８３Ｌからなり、電磁石８Ｌｂは、ヨーク８２Ｌとコ
イル８４Ｌからなる。これらの電磁石のコイルへの通電
と電流方向を制御することにより、ヨーク８１Ｌの両端
部磁化極性を反転させ、永久磁石４Ｕの磁化極性との関
係を変化させ、吸引・反発力によって、平行平板６の左
端の永久磁石７Ｌを前後に移動する駆動手段すなわち電
磁駆動手段が構成される。

【００５５】また電磁石８Ｒａは、ヨーク８１Ｒとコイ
ル８３Ｒからなり、電磁石８Ｒｂは、ヨーク８２Ｒとコ
イル８４Ｒからなる。これらの電磁石のコイルへの通電
と電流方向を制御することにより、ヨーク８１Ｒの両端
部磁化極性を反転させ、永久磁石４Ｕの磁化極性との関
係を変化させ、吸引・反発力によって、平行平板６の右
端の永久磁石７Ｒを前後に移動する駆動手段すなわち電
磁駆動手段が構成される。

【００５６】これらの電磁石８Ｌａ，８Ｌｂ、８Ｒａ，
８Ｒｂのオン、オフ、電流方向制御により、平行平板６
の左部及び右部を光軸方向前後に移動してその傾斜角を
変更し、平行平板６を通過して撮像素子の撮像面上に入
射する入射光の入射位置を、光軸方向に対して水平方向
（左右）にずらすことができる。

【００５７】これらの垂直方向、水平方向の２枚の平行
平板３、６を撮影レンズ１と撮像素子２との間の空間に
おいて、それぞれ上下方向、左右方向に傾斜させ、撮影
レンズを通過した光束の撮像面上における入射位置を垂
直方向及び水平方向に、撮像素子の画素間隔よりも小さ
いピッチでシフトすることにより、撮像素子の画素間に
入射する画像を撮像することができ、撮像素子の実際の
画素数よりも多い画素数の撮像素子で撮像したのと等価
の高画質を実現することが可能となる。

【００５８】以下、図２乃至図６を用いて、本発明の画
素ずらしシステムの細部の構成及び動作について説明す
る。

【００５９】図２は、垂直方向における画素ずらしを行
う平行平板３の構成を図示したものである。

【００６０】本発明の画素ずらしシステムは撮影レンズ
１と撮像素子２との間に配されるため、カメラを例にす
れば、レンズユニットかカメラ本体内に配される事にな
る。

【００６１】図２（ａ），（ｂ）は、平行平板３を、そ
れぞれ前方すなわち光の入射方向、及び右側方より見た
状態を示すものであり、同図（ａ）に示すように、平行
平板３は、撮像素子２の撮像面の前方に位置され、撮像
面全面をカバーする大きさを有する。

【００６２】また平行平板３は、その上下の永久磁石４
Ｕ，４Ｄを、それぞれレンズユニットあるいはカメラ本
体の筐体側に形成されている。

【００６３】図２（ｂ）において、平行平板３は、その
両端に配された永久磁石をそれぞれ筐体に形成された凹
部９１Ｕ，９１Ｄ内に遊嵌された状態で、すなわち前後
方向、上下方向に所定のクリアランスを有した状態で保
持されている。

【００６４】また凹部９１Ｕ，９１Ｄは、それぞれ紙面
に垂直方向に平行平板の幅と略同じ長さに延長され、か
つ平行平板３両端部の永久磁石４Ｕ、４Ｄをその凹部の
内面９２Ｕ，９３Ｕ、９２Ｄ，９３Ｄに沿って円柱状に
形成することにより、凹部内の規制面に当接する際に線
接触となるようになされ、平行平板３のあおり方向の傾
きを規制することができる。またこの円柱形状による線
接触と同じ効果を得る方法として、この線接触ライン上
に複数の点接触部を形成してもよい。

【００６５】これらの凹部は、本発明における光学素子
を位置決めするための規制部として機能し、光学部材と
しての平行平板の係合部である永久磁石と当接する面
は、位置決めを行うための規制面として機能する。

【００６６】そして、各凹部内のそれぞれ光軸方向すな
わち図で見て左右の内壁面９２Ｕ，９３Ｕ、９２Ｄ，９
３Ｄに永久磁石４Ｕ、４Ｄを当接させることによって、
平行平板の光軸に対する各傾斜位置が位置決めされ、各
凹部の光軸方向における幅に応じて、平行平板３の両端
部の永久磁石４Ｕ、４Ｄの光軸方向における移動量が決
定され、結果として平行平板の傾き量が異なるように制
御される。

【００６７】本画素ずらしシステムは、このような構成
の平行平板を、水平方向にも備えており、その位置関係
を図３（ａ），（ｂ）に示す。

【００６８】図３（ａ）は、光軸方向前方より見た正面
図，図３（ｂ）は、上方より見た図である。図１からも
わかるように、撮像レンズユニット１と撮像素子２との
間には、それぞれ水平方向の平行平板６と、垂直方向の
平行平板３とが、互いに直交する関係で配されている。

【００６９】本発明の画素ずらしシステムにおいて、重
要なのは、各平行平板の傾斜位置をその両端の永久磁石
と凹部によって、規制することによって、多くの傾斜位
置を得るとともに、その駆動源に電磁石と永久磁石を用
い、さらに平行平板は、その両端部の永久磁石を凹部内
に遊嵌しておくだけの構成とし、動作時に電磁石の電磁
磁化極性と永久磁石の磁化極性との関係によって生ずる
吸引・反発力によって位置規制を行い、且つ電磁石が付
勢されていない状態では、平行平板の支持手段として、
永久磁石の磁力によって電磁通電オフ時の位置で保持さ
れるので、特別な構成を必要としないことである。この
支持構成によれば、従来のシステムのように、垂直及び
水平方向における回動軸を有するジンバル機構等を省略
することができる。

【００７０】また平行平板３、６とも、凹部内に遊嵌さ
れているだけで、ジンバル等の支持機構が不要であり、
且つ駆動力も電磁力を直接作用させるため、駆動力を伝
達する機構も不要であることから、構成が簡単であるだ
けでなく、極めて高速の駆動が可能となり、且つ高精度
の位置規制が可能となる。

【００７１】以下、本実施形態における画素ずらしシス
テムの構成と、平行平板の制御の詳細について、図４〜
図７を用いて説明する。

【００７２】図４〜図７は垂直方向における画素すらし
を行う平行平板３の傾斜位置制御を説明するための図で
ある。特徴的な構成は、凹部９１Ｕと、９１Ｄの相対的
な位置関係及び凹部の幅の設定にある。

【００７３】図４〜図７は、それぞれ被写体上の１点に
対応する入射光の撮像素子２の撮像面における入射位置
を、順次下方へとシフトするための、平行平板の傾斜位
置を示している。

【００７４】図４において、平行平板３の上端のアーマ
チャ４Ｕが遊嵌されている凹部９１Ｕと下端のアーマチ
ャ４Ｄが遊嵌されている凹部９１Ｄとは、その幅すなわ
ち光軸方向における長さ、及びその位置が互いに異なっ
ている。

【００７５】図４では、上方では、電磁石５Ｕａと永久
磁石４Ｕとの間に吸引力が作用するようにコイル５３Ｕ
の電流方向が制御され、電磁石５Ｕｂと永久磁石４Ｕと
の間に反発力が作用するようにコイル５４Ｕの電流方向
が制御されていて、永久磁石４Ｕが凹部９１Ｕ内におい
て、電磁石５Ｕａのヨーク５１Ｕに吸着され、光軸方向
前方となる規制面９２Ｕに当接されて位置決めされてお
り、下方では、電磁石５Ｄａと永久磁石４Ｄとの間に反
発力が作用するようにコイル５３Ｄの電流方向が制御さ
れ、電磁石５Ｄｂと永久磁石４Ｄとの間に吸引力が作用
するようにコイル５４Ｄの電流方向が制御されていて、
永久磁石４Ｄが電磁石５Ｄｂのヨーク５２Ｄに吸着さ
れ、光軸方向後方となる規制面９３Ｄに当接されて位置
決めされている。

【００７６】本実施形態では、この図４の状態で、平行
平板３が光軸に対して垂直な位置関係になるように設定
されているが、図４，図５，図６，図７それぞれの傾斜
状態は、いずれも絶対的なものではなく、あくまでも、
本来は入射されないはずの画像を、平行平板の傾斜角に
応じて、入射可能とするものであるから、図４の状態
で、光軸に垂直である必要はない。

【００７７】ここで、永久磁石４Ｕと、凹部９１Ｕの幅
とのクリアランスすなわち永久磁石４Ｕと、凹部９１Ｕ
内の規制面９３Ｕとの間隙をｄ１、同様に永久磁石４Ｄ
と、凹部９１Ｄの幅とのクリアランスすなわち永久磁石
４Ｄと、凹部９１Ｄ内の規制面９２Ｄとの間隙をｄ２と
し、両者の間には、ｄ２＝２ｄ１、すなわち間隙ｄ２が
間隙ｄ１の２倍に設定されている。

【００７８】またω１は、このとき撮像素子２の撮像面
と、平行平板３とのなす角を示している。尚、間隙ｄ
１、ｄ２の設定は高精度に行われる。永久磁石４Ｕ、４
Ｄ等の寸法も高精度に行われるが、マグネットのみでは
高精度を得られない場合が多々ある、そこで、高い精度
を要求される、例えば規制面との当接部を鉄棒やモール
ド等で形成してもよい、重要なのはヨークとヨークに挟
まれた部位に特定の磁極を形成した永久磁石を配置する
ことにある。

【００７９】図１９（ａ）は、永久磁石４Ｕの動作スピ
ードを表した波形であり、横軸に時間、縦軸に位相であ
らわしている。下の２つの波形は電磁石５Ｕａと電磁石
５Ｕｂの通電と電流方向の反転を時間軸を同じにしてあ
らわしている。

【００８０】図１９（ｂ）は、永久磁石４Ｕの動作スピ
ードに対して、例えば、永久磁石４Ｕを電磁軟鉄等の鉄
棒のみを用いて、電磁石５Ｕａ，５Ｕｂの単なる電磁吸
引アーマチャとして構成した場合の動作スピードを表し
た波形であり、横軸に時間、縦軸に位相であらわしてい
る。下の２つの波形は電磁石５Ｕａと電磁石５Ｕｂの通
電オン、オフと電流を時間軸を同じにしてあらわしてい
る。スケールは図１９（ａ）と（ｂ）とで同一であり、
永久磁石４Ｕを単なる鉄棒で構成した場合より明らかに
高速で作動する。

【００８１】この図４の状態において、電磁石５Ｕａと
永久磁石４Ｕとの間に反発力が作用するようにコイル５
３Ｕの電流方向を反転して、電磁石５Ｕｂと永久磁石４
Ｕとの間に吸引力が作用するようにコイル５４Ｕの電流
方向を反転して励磁すれば、平行平板３の上端の永久磁
石４Ｕが上方凹部９１Ｕの規制面９２Ｕを離れ、規制面
９３Ｕ側へと吸着されて当接し、位置決めがなされ、図
５の状態となる。

【００８２】これによって、平行平板３は、その上下端
の永久磁石４Ｕ，４Ｄをそれぞれ凹部９１Ｕ内の規制面
９３Ｕ、凹部９１Ｄ内の規制面９３Ｄによって、その傾
斜位置を規制される。すなわち図４の状態から、同図で
見て１段階右に傾斜し、撮像素子２の撮像面上びおける
入射光の受光位置が、撮像面上において、下方にシフト
される。尚、この状態において、撮像面と平行平板との
なす角をω２とする。

【００８３】この図５の状態で、上方の凹部９１Ｕの電
磁石５Ｕｂと永久磁石４Ｕとの間に反発力が作用するよ
うにコイル５４Ｕの電流方向を反転して、電磁石５Ｕａ
と永久磁石４Ｕとの間に吸引力が作用するようにコイル
５３Ｕの電流方向を反転することにより、永久磁石４Ｕ
は凹部９１Ｕ内の規制面９３Ｕを離れ、規制面９２Ｕへ
と吸着されて当接し、位置決めされる。

【００８４】また下方の凹部９１Ｄの電磁石５Ｄｂと永
久磁石４Ｄとの間に反発力が作用するようにコイル５４
Ｄの電流方向を反転して、電磁石５Ｄａと永久磁石４Ｄ
との間に吸引力が作用するようにコイル５３Ｄの電流方
向を反転することにより、平行平板３の下方の永久磁石
４Ｄは、下方凹部９１Ｄ内の規制壁９３Ｄを離れ、規制
面９２Ｄへと吸着されて当接し、位置決めがなされ、図
６の状態となる。

【００８５】これによって、平行平板３は、その上下端
の永久磁石４Ｕ、４Ｄをそれぞれ凹部９１Ｕ内の規制面
９２Ｕ、凹部９１Ｄ内の規制面９２Ｄによって、その傾
斜位置を規制される。すなわち図５の状態から、同図で
見てさらに１段階右に傾斜し、撮像素子２の撮像面上び
おける入射光の受光位置が、撮像面上において、さらに
下方にシフトされる。尚、この状態において、撮像面と
平行平板とのなす角をω３とする。

【００８６】この状態で、電磁石５Ｕａと永久磁石４Ｕ
との間に反発力が作用するようにコイル５３Ｕの電流方
向を反転して、電磁石５Ｕｂと永久磁石４Ｕとの間に吸
引力が作用するようにコイル５４Ｕの電流方向を反転す
ると、平行平板３の上端の永久磁石４Ｕが上方凹部９１
Ｕの規制面９２Ｕを離れ、規制面９３Ｕ側へと吸着され
て当接し、位置決めがなされ、また下端の永久磁石４Ｄ
は、凹部９１Ｄの規制面９２Ｄに位置決めされ、図７の
状態となる。

【００８７】これによって、平行平板３は、図６の状態
から、さらに図で見て右方へと傾斜し、その傾斜角は最
大となる。この状態において、撮像面と平行平板とのな
す角をω４とする。

【００８８】以上、図４〜図７に示されているように、
平行平板３の傾きをω１〜ω４へと順次変化させること
により、４段階の傾斜角に制御することができ、これに
よって、被写体からの入射光を撮像面上に対して垂直方
向に４個所にシフトすることができる。

【００８９】尚、ω１〜ω４の間は、 （ω２−ω１）＝（ω３−ω２）＝（ω４−ω３）＝一
定 の関係が保たれるよう、設定されており、撮像面上にお
いて、平行平板３の傾斜によって変化する入射光の入射
位置が、撮像面上において等間隔にシフトされることを
示している。

【００９０】そして、本実施形態では、その１段階のシ
フト量が，撮像素子の画素間隔の半分の距離となるよう
に、各凹部９１Ｕ，９１Ｄ内の永久磁石との間のクリア
ランスｄ１、ｄ２が設定されている。ｄ１，ｄ２は、平
行平板の傾斜角を決定するものであるから、撮像素子の
画素間隔、あるいはシフト量に応じて変更される。

【００９１】また上述の説明から明らかであるが、平行
平板３は、その両端部の永久磁石が、各凹部９１Ｕ，９
１Ｄ内に遊嵌されることによって、がたを有した状態で
支持されており、電磁石の励磁磁化極性によって、永久
磁石を凹部内の規制面に当接させることによって傾斜角
を決定しているが、永久磁石の規制面と接する部分を円
筒形状としているので、規制面上において、円筒形永久
磁石の当接する位置が、平行平板の長手方向に一体的に
ずれても、平行平板の傾斜角が変化しないため、撮像素
子の撮像面における入射光の入射位置は変化しない。

【００９２】また傾斜角が変化しても、光軸方向におけ
る平行平板の中心位置が変化することもなく、常に正確
な画素ずらしを行うことができる。

【００９３】尚、永久磁石を円筒形にしているため、電
磁石による電磁力によって吸引した際、最も規制面に近
接する部分が点（実際には、線となる）となるため、電
磁石のヨークの位置にセンタリングされ、実質的には、
位置ずれもない。

【００９４】従って、各傾斜角ごとに入射光の入射位置
を撮像面の画素間隔の半分の距離すなわち半画素ピッチ
でシフトするように平行平板の傾きを設定することによ
って、実際の撮像素子の垂直方向の画素数の実質的に４
倍の画素数を得ることができる。

【００９５】そして、平行平板３の各傾斜位置ごとに、
撮像素子にて撮像された４枚の画像をメモリに順次記憶
し、メモリから読み出す際に、４枚の画像の各画素の読
み出し順序を制御することにより、１枚の高画質画像に
合成することができるわけである。

【００９６】以上は、撮像面上における垂直方向におけ
る画素ずらしを説明するものであるが、前述のように、
本発明における実施形態では、このような画素ずらし機
構を水平方向にも備えているため、水平方向においても
画素ずらしを行い、撮像素子の画素数を実質的に４倍に
することができ、トータルで１６倍の画素数を得ること
ができる。

【００９７】図８〜図９は、水平方向における画素ずら
しを、水平方向における平行平板６の傾斜角を順次変更
することによって行う動作を説明するものである。

【００９８】この水平方向における画素ずらし機構の構
成及び動作原理は、上述の図４〜図７に示す垂直方向に
おける画素ずらし機構と同一であるので、詳細な説明は
省略する。

【００９９】尚、平行平板６の傾斜角は、それぞれ平行
平板の左右端部に取り付けられた永久磁石７Ｌ、７Ｒの
遊嵌されている左右の凹部９１Ｌ，９１Ｒの規制面９２
Ｌ，９３Ｌ、９２Ｒ，９３Ｒによって決定され、凹部９
１Ｌの幅と、永久磁石７Ｌとの間のクリアランスをｄ
３、凹部９１Ｒの幅と永久磁石７Ｒとの間のクリアラン
スをｄ４とし、本実施形態では、ｄ４＝２ｄ３の関係に
設定されている。

【０１００】そして、図８，図９，図１０，図１１の順
に、平行平板６の傾斜角を大きくし、撮像面と平行平板
の間のなす角を、ω５、ω６、ω７、ω８と、段階的に
変化させる（大きくしていく）ことにより、水平方向に
おいても、撮像面上において、等間隔に画素ずらしが行
われる。

【０１０１】尚、ω５〜ω８の間は、 （ω６−ω５）＝（ω７−ω６）＝（ω８−ω７）＝一
定 の関係が保たれるよう、設定されている。

【０１０２】本実施形態では、その１段階のシフト量
が，撮像素子の水平方向における画素間隔の半分の距離
となるように、各凹部９１Ｌ，９１Ｒ内のアーマチャと
の間のクリアランスｄ３、ｄ４が設定されている。ｄ
３，ｄ４は、平行平板の傾斜角を決定するものであるか
ら、撮像素子の画素間隔、あるいはシフト量に応じて変
更される。

【０１０３】尚、上述の図４〜図７、図８〜図１１と
も、順次平行平板の傾斜角が大きくなるように変化させ
ているが、各傾斜位置ごとに、画像を撮像してメモリに
記憶し、後の処理で合成するので、平行平板の傾斜角の
順序は、どのように行ってもかまわない。すなわち図４
〜図７、図８〜図１１の順序は、図に示す通りである必
要はなく、任意の順序でよく、各電磁石を制御して、垂
直方向に４画面、垂直方向に４画面の合計１６画面を撮
像すれば、その順序は任意でよい。

【０１０４】また、垂直方向の画素ずらし機構と、水平
方向の画素ずらし機構は、独立しているので、両者の間
の制御の画素ずらしの方向及び順序も任意でよい。ただ
し１枚の画像の撮像中は、いずれの平行平板も静止させ
ておかなければならないことは、いうまでもない。

【０１０５】図１２は、図４〜図７に示す平行平板の４
つの状態に対応する、撮像面上における入射光の入射位
置の変化を、画素単位で示したものである。

【０１０６】図１２において、図４〜図７の各状態を、
それぞれ（１）（２）（３）（４）に概念的に示す。平
行平板３の傾きを順次変化させることにより、本来なら
入射光の撮像面に対する一点にのみ入射されるはずの入
射光の入射位置を４個所に変化させることができ、撮像
素子の撮像面内における各画素に、垂直方向において、
画素間を含む４個所の光速を入射させることができる。

【０１０７】言い換えれば、本来、撮像面内の各画素間
の不感帯や、他の画素に入射される画像上方を受光する
ことができ、結果として、撮像素子の画素数を増加させ
たのと同じ効果を得ることができるものである。

【０１０８】図１２において、２ａは撮像素子２の撮像
面を示している。撮像面上には、色フィルタが配されて
おり、色フィルタは、Ｃｙ（シアン）、Ｙｅ（イエロ
ー）、Ｇ（グリーン）、Ｍｇ（マゼンタ）の画素を図に
示すように配列したものであり、これら４つの画素で、
カラー撮像の場合の１画素を構成する。

【０１０９】垂直方向について見ると、平行平板の光軸
に対する傾斜角を可変することにより、同じ位置に入射
される光束が、同図で見れば、各画素間の本来なら画素
のない位置に相当する垂直方向の４個所に順次シフトさ
れる。すなわち、撮像素子の画素側から見ると、各画素
毎に、本来なら画素の間で、画像情報を得ることができ
ない位置における画像情報を撮像することができるわけ
である。

【０１１０】また、本発明によれば、垂直方向４個所、
水平方向４個所に画素シフトを行うため、同図中Ａに示
すように、単純には、撮像素子の画素数を実質的に４×
４＝１６倍にすることができる。仮に撮像素子の画素数
が１３０万画素であったとしたら、垂直方向、水平方向
の一方のみ本発明の画素ずらしシステムを適用すれば、
１３０×４＝５２０万画素の撮像素子で撮像したのと同
じ高画質画像を得ることができる。

【０１１１】したがって垂直、水平方向の両方向につい
て行えば、さらに５２０×４＝２０８０万画素相当の画
質画像を得ることができる。

【０１１２】（本発明における第２の実施形態）次に、
本発明における画素ずらしシステムの第２の実施形態を
示すものである。

【０１１３】本実施形態の特徴は、上述の第１の実施形
態に対して、平行平板を駆動する電磁石からなる駆動系
を簡素化するとともに、消費電力を減少させることにあ
る。

【０１１４】図１３は、本実施形態の主要部を示すもの
で、同図（ａ）は光軸方向前方から見た正面図、同図
（ｂ）は上方から見た上面図である。

【０１１５】各図において、第１の実施形態と異なるの
は、電磁石のコイルの一部が省略され、２つの電磁石を
一体化したことである。同図において、第１の実施形態
と同一構成部分については、同一の符号を用い、その説
明を省略する。

【０１１６】すなわち図３で見て、電磁石のコイル５３
Ｕと５４Ｕが１つのコイル５７Ｕに、（不図示のコイル
５３Ｄと５４Ｄが１つのコイル５７Ｄに）、コイル８３
Ｌと８４Ｌが１つのコイル８７Ｌに、コイル８３Ｒと８
４Ｒが１つのコイル８７Ｒに、置き換えられている。さ
らに、ヨーク５１Ｕと５２Ｕがヨーク５５Ｕに、（不図
示のヨーク５１Ｄと５２Ｄがヨーク５５Ｄに）、ヨーク
８１Ｌと８２Ｌがヨーク８５Ｌに、ヨーク８１Ｒと８２
Ｒがヨーク８５Ｒに、置き換えられている。

【０１１７】すなわち、ヨーク５１Ｕと５２Ｕ、ヨーク
５１Ｄと５２Ｄ、ヨーク８１Ｌと８２Ｌ、ヨーク８１Ｒ
と８２Ｒは各々の同じ側の端部が同じ磁極に励磁される
ことと、永久磁石の磁化パターンが交互配置になってい
ることの結果として一体化が可能になる。これによっ
て、第１の実施形態において、８個設けられていた電磁
石を、半数の４個に削減することができる。

【０１１８】同図（ｃ）は、ヨーク８５Ｒの形状を示す
ものであり、矢印ａ，ｂは、それぞれ同図（ａ）におい
て上方向から見た場合を矢印ａで、紙面に対して表面か
ら裏面に向かう方向を矢印ｂで示す。

【０１１９】今、ヨーク間の間隙に位置する円筒部材の
永久磁石７Ｒの着磁を、同図で見て、長手方向左側の上
部をＮ極で下部をＳ極に、長手方向右側の上部をＳ極で
下部をＮ極をＳ極にする。この状態で、コイル８７Ｒに
通電してヨーク８５Ｒの先端部８５１Ｒと８５２ＲをＳ
極に、８５３Ｒと８５４ＲをＮ極に励磁すると、永久磁
石７Ｒの上部では、また永久磁石７Ｒの下部において
も、全く同様に、その右側とヨーク８５Ｒの先端８５１
Ｒとの間に作用する引力と、左側とヨーク８５Ｒの先端
８５２Ｒとの間に作用する斥力とによって、ヨーク先端
８５１Ｒ側へと移動される。

【０１２０】すなわち、コイルを１つにしても、前述の
第１の実施形態と同様に、常に引力と斥力が同時に印加
され、単にアーマチャを電磁石によって吸引するときの
場合と比較して、２倍の力で、永久磁石７Ｒを駆動する
ことができるわけである。

【０１２１】尚、平行平板３による垂直方向における画
素ずらし動作、平行平板６による水平方向における画素
ずらし動作については、上述した第１の実施形態におい
て、図４〜図７、図８〜図１１を用いて説明した通りで
あり、さらなる説明は省略する。

【０１２２】本発明における画素ずらしシステムの構成
及び動作は、以上述べた通りであるが、ここでこのよう
な画素すらしシステムが、実際にレンズ鏡等またはカメ
ラ本体に組み込む場合の構成について、説明する。

【０１２３】図１４は、本発明の実施形態である画素ず
らし機構を組み込んでユニット化した画素ずらしユニッ
トの分解斜視図である。

【０１２４】同図おいて、９、９‘は、各電磁石及び平
行平板を支持する筐体であり、それぞれ光軸方向前後に
分割され、光軸の部分には、入射光を通過させる開口が
形成されている。

【０１２５】後部筐体９の開口部９ａの周囲における、
前部筐体９‘と対向する接合面の所定位置には、各電磁
石５Ｕｂ，５Ｄｂ，８Ｌｂ，８Ｒｂが配されており、そ
れぞれ垂直方向、水平方向における平行平板３、６の配
される凹部９１Ｕ，９１Ｄ，９１Ｌ、９１Ｒのそれぞれ
規制面９３Ｕ，９３Ｄ，９３Ｌ，９３Ｒ側が形成されて
いる。

【０１２６】そして各平行平板３、６の永久磁石４Ｕ，
４Ｄ，７Ｌ，７Ｒに対向する位置には、それぞれ電磁石
５Ｕｂ，５Ｄｂ，８Ｌｂ，８Ｒｂのヨーク５２Ｕ，５２
Ｄ，８２Ｌ，８２Ｒが露出するように設けられている。

【０１２７】一方、後部筐体９に対向する前部筐体９
‘側には、電磁石５Ｕｂ，５Ｄｂ，８Ｌｂ，８Ｒｂに対
向して、電磁石５Ｕａ，５Ｄａ，８Ｌａ，８Ｒａが配さ
れており、また凹部９１Ｕ，９１Ｄ，９１Ｌ、９１Ｒの
それぞれ規制面９２Ｕ，９２Ｄ，９２Ｌ，９２Ｒ側が形
成されている。

【０１２８】したがって、前部筐体９‘と後部筐体９を
結合することによって、垂直方向、水平方向の各平行平
板３、６及びこれらの平行平板の位置を制御するための
電磁石を図１〜図１１に示すように支持することができ
る。

【０１２９】図１５は、さらにこの画素ずらしユニット
をカメラに組み込んだ場合を示す側断面図である。

【０１３０】同図において、２００はレンズ鏡筒で、そ
の内部には、撮影レンズ光学系１が配されている。そし
てレンズ鏡筒２００のマウント部分には、図１４に示す
画素ずらしユニットが配されている。画素ずらしユニッ
トは、前部筐体９‘、後部筐体９からなっており、図か
ら明らかなように、入射光の空間周波数を制限するＬＰ
Ｆ（光学ローパスフィルタ）２０２、水平方向の平行平
板６、垂直方向の平行平板３、ＬＰＦ（光学ローパスフ
ィルタ）２０３が順次配され、その後部には、撮像素子
２が配されている。２ａは撮像素子２の有効撮像面（撮
像範囲）、２ｂは撮像面も封止ガラスである。

【０１３１】また赤外線カットフィルタは、たとえば平
行平板３あるいは６の表面にコーティングによって配す
ることができる。

【０１３２】またＬＰＦ２０２と２０３は、両者のコン
ビネーションによって入射光の空間周波数の帯域制限を
行うことにより、折り返しによるモアレ等を除去するも
のであるが、ＬＰＦ２０２を回動自在とし、その回動に
よって、入射光の波長を回転させることにより、ＬＰＦ
の効果をキャンセルすることができるようになってい
る。

【０１３３】したがって、特に高画質の撮像を行うため
にＬＰＦによる帯域制限を外す必要がある場合には、Ｌ
ＰＦをカメラから着脱することなく、回転させるだけで
実現することができる。この内容については、特開平７
−２４５７６２号に詳細に記載されているため、ここで
の説明は省略する。

【０１３４】次に、上記の画素ずらし機構を駆動する回
路について、図１６を用いて説明する。

【０１３５】同図において、１は撮像レンズ光学系、２
は撮像素子で、それらの間の空間には、画素ずらしユニ
ットが配されている。

【０１３６】撮像素子２より出力された撮像信号は、メ
モリ３０１に格納され、メモリから読み出された画像デ
ータは、カメラプロセス回路３０２に供給されて輝度信
号と、色信号が生成され、記録再生系３０６へと供給さ
れ、図示しない記録媒体に記録される。

【０１３７】また表示制御回路３０４へと供給し、モニ
タに表示可能な信号形式に変換した後、モニタディスプ
レイ３０５へと表示する。

【０１３８】またデジタル画像信号のまま、パソコン等
に供給するように、デジタル画像出力ＤＯから、外部機
器に出力してもよい。

【０１３９】このように構成された画像処理回路は、マ
イクロコンピュータで構成されたシステムコントロール
回路３０７によって制御される。

【０１４０】すなわち画素ずらしユニットを制御して、
垂直方向及び水平方向に順次平行平板を制御して画素ず
らしを行う。

【０１４１】本発明の実施の形態では、システムコント
ロール回路３０７によって、たとえば平行平板３を制御
して垂直方向に４段階に画素ずらしを行い、その各段階
ごとに、平行平板６を制御して水平方向における画素ず
らしを４段階に行い、垂直方向に４段階、水平方向に４
段階の合計１６枚の画像を取込むことができる。

【０１４２】これらの各画像は、メモリコントローラ３
０３でメモリ３０１を制御することにより順次記憶さ
れ、メモリ３０１に全画像を取込んだ段階で、順次画素
単位で読み出しを制御し、各画像を１枚の画像に合成し
ながら読み出し、カメラプロセス回路３０２に供給し、
輝度信号処理、色信号処理を行い、高画質の画像信号を
得ることができる。

【０１４３】尚、このカメラプロセスを行わずに、パソ
コン等の外部機器へと出力し、外部機器側で各種画像処
理を行うようにしてもよい。

【０１４４】以上の処理により、撮像素子の実際の画素
数よりもはるかに画素数の多い撮像素子で撮像したのと
等価の高画質の撮像を行うことができる。

【０１４５】上述のように、本発明の各実施の形態にお
ける画素ずらしシステムによれば、画素ずらしシステム
における駆動源を、モーターから電磁石等の電磁駆動手
段に、位置制御手段を複雑なカム等の機構から、突き当
て空間にするとともに、その位置制御の為の突き当て空
間の大きさを異ならせることによって、平行平板等の画
素ずらし用光学素子の傾斜位置を制御し、寸法精度を確
保しなければならない部材を極限まで少なくし、さらに
光学素子の傾斜位置制御の為の特定の支持軸を排除する
ことにより、制御方法の簡素化、高速化が可能な機構、
しかも簡素な機構で、安定した数箇所の光学的位置を得
ることが可能な、画素ずらしシステムを実現することが
できる。

【０１４６】

【発明の効果】以上述べたように、本願における請求項
１，２に記載の発明によれば、撮像面上における入射光
の入射位置をシフトする光学素子の光軸方向に対する傾
斜位置を規制する複数の規制部を形成し、各規制部に前
記光学素子を当接することによって、前記光学素子の傾
斜位置を制御し、簡単な機構により、極めて高い位置決
め精度で画素ずらし動作が可能となる。

【０１４７】そして、その駆動手段に、電磁駆動手段と
永久磁石による電磁回路を用いていることから、複雑な
駆動機構を不要とし、上記の規制部に電磁力によって当
接させるだけの構成と併用することで、極めて高速の駆
動が可能となる。

【０１４８】これらの構成により、従来光学素子を支持
するための複雑な機構、光学素子の傾斜位置を制御する
ためのカム等の複雑な機構が不要となり、低コスト化が
図れ、スペース的にも有利になる。

【０１４９】また本願における請求項３に記載の発明に
よれば、規制面を前記光学素子の各端部に対し、その光
軸方向前後に形成し、前記光学素子の端部の当接する規
制面の組み合わせを変更することにより、前記光学素子
を複数の傾斜角に制御可能としたので、光学素子の当接
させる規制面の組み合わせを変更するだけで、光学素子
の傾斜角を複数段階に制御することができ、極めて簡単
な構成、高速、高精度の画素ずらしを行うことができ
る。

【０１５０】また本願における請求項４に記載の発明に
よれば、請求項３の発明において、前記規制面によって
許容される前記光学素子の前記光軸方向における移動範
囲を、その一端部側と、他端部側とで１：２の関係にし
たので、前記光学素子の傾斜角を等分割、且つ４段階に
制御することができ、簡単な構成で、高画質の画素ずら
しを行うことができる。

【０１５１】また本願における請求項５，６に記載の発
明によれば、前記規制面と当接する前記光学素子の、前
記規制面と当接する係合部を線接触あるいは点接触する
ことにより、光学素子（平行平板）の係合部の前記規制
面内における係合位置が変化し、撮像面と平行菜平面内
において位置ずれを生じても、傾斜角が一定となり、画
素のシフト量に影響を及ぼすことがない。

【０１５２】また、線接触の円筒部材（点接触なら複数
個）等を用いることにより、規制面に対する円筒部材の
長手方向における傾きを生じることがなく、高精度の位
置決めが可能となる。

【０１５３】また本願における請求項３または６に記載
の発明によれば、前記電磁駆動手段を、前記規制面ごと
に設けられた複数の電磁石で構成し、これと光学素子の
永久磁石との間に作用する電磁力で光学素子を駆動する
ようにしたので、電磁石のオン、オフを制御するだけの
簡単な構成で、極めて高速に前記光学部材の傾斜位置を
変更することができる。

【０１５４】また本願における請求項８に記載の発明に
よれば、前記光学素子として、前記撮像面への入射光の
入射位置を垂直方向にシフトする垂直方向光学素子と、
水平方向にシフトする水平方向光学素子とから構成した
ので、垂直、水平の両方向における画素ずらし、すなわ
ち高画質化を図ることができる。

【０１５５】また本願における請求項９に記載の発明に
よれば、撮像面上における入射光の入射位置をシフトす
る光学素子の光軸方向に対する傾斜位置を規制する複数
の規制部を形成し、各規制部に前記光学素子を当接する
ことによって、前記光学素子の傾斜位置を制御し、簡単
な機構により、極めて高い位置決め精度で画素ずらし動
作が可能な画素ずらしユニットが実現できる。

【０１５６】そして、その駆動手段に、電磁駆動手段と
永久磁石による電磁回路を用いていることから、複雑な
駆動機構を不要とし、上記の規制部に電磁力によって当
接させるだけの構成と併用することで、極めて高速の駆
動が可能となる。

【０１５７】これらの構成により、従来光学素子を支持
するための複雑な機構、光学素子の傾斜位置を制御する
ためのカム等の複雑な機構が不要となり、低コスト化が
図れ、スペース的にも有利になる。

【０１５８】また本願における請求項１０に記載の発明
によれば、規制面を前記光学素子の各端部に対し、その
光軸方向前後に形成し、前記光学素子の端部の当接する
規制面の組み合わせを変更することにより、前記光学素
子を複数の傾斜角に制御可能としたので、光学素子の当
接させる規制面の組み合わせを変更するだけで、光学素
子の傾斜角を複数段階に制御することができ、極めて簡
単な構成、高速、高精度の画素ずらしを行うことができ
る。

【０１５９】また本願における請求項１１，１２に記載
の発明によれば、前記規制面と当接する前記光学素子
の、前記規制面と当接する係合部を線接触あるいは点接
触することにより、光学素子（平行平板）の係合部の前
記規制面内における係合位置が変化し、撮像面と平行菜
平面内において位置ずれを生じても、傾斜角が一定とな
り、画素のシフト量に影響を及ぼすことがない。

【０１６０】また、線接触の永久磁石の円筒部材（点接
触なら複数個）等を用いることにより、規制面に対する
円筒部材の長手方向における傾きを生じることがなく、
高精度の位置決めが可能となる。

【０１６１】また本願における請求項１３に記載の発明
によれば、前記電磁駆動手段を、前記規制面ごとに設け
られた複数の電磁石で構成し、これと光学素子の永久磁
石との間に作用する電磁力で光学素子を駆動するように
したので、電磁石のオン、オフを制御するだけの簡単な
構成で、極めて高速に前記光学部材の傾斜位置を変更す
ることができる。

【０１６２】また本願における請求項１４に記載の発明
によれば、前記光学素子として、前記撮像面への入射光
の入射位置を垂直方向にシフトする垂直方向光学素子
と、水平方向にシフトする水平方向光学素子とから構成
したので、垂直、水平の両方向における画素ずらし、す
なわち高画質化を図ることができる。

【０１６３】本願における請求項１５に記載の発明によ
れば、入射光の入射位置をシフトする光学素子を、その
両端部をそれぞれ凹部に遊嵌することによって支持し、
その各凹部内に形成した複数の規制部に光学素子の端部
を当接させることによってその光軸方向における移動範
囲を規制することにより、光学素子の傾斜位置を制御す
るようにしたので、基本的には、光学素子を規制部に当
接するだけの簡単な機構により、高速、高精度の画素ず
らし動作が可能となる。

【０１６４】また光学素子を直接規制面に当接させるこ
とにより、簡単な構成であるにもかかわらず、極めて高
い位置決め精度を得ることができる。

【０１６５】これによって、従来光学素子を支持するた
めの複雑な機構、光学素子の傾斜位置を制御するための
カム等の複雑な機構が不要となり、低コスト化が図れ、
スペース的にも有利になる。

【０１６６】またこのような複雑な機構を不要とし、規
制面に光学素子を直接当接させて位置決めを行うように
したので、極めて高速の画素ずらし撮像動作が可能とな
る。

【０１６７】また本願における請求項１６に記載の発明
によれば、本願発明における光学装置をレンズユニッ
ト、あるいはカメラにユニット化して組み込むことが可
能となり、構成が簡単で、コンパクトで、かつ設計の自
由度の大きいカメラシステムの実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施の形態における画素
ずらしシステムの構成及び動作原理を説明するための斜
視図である。

【図２】本発明における第１の実施の形態における画素
ずらしシステムの構成及び動作原理を説明するための図
である。

【図３】本発明における第１の実施の形態における画素
ずらしシステムの構成及び動作原理を説明するための図
である。

【図４】本発明における第１の実施の形態の画素ずらし
システムの垂直方向における画素ずらし動作を説明する
ための図である。

【図５】本発明における第１の実施の形態の画素ずらし
システムの垂直方向における画素ずらし動作を説明する
ための図である。

【図６】本発明における第１の実施の形態の画素ずらし
システムの垂直方向における画素ずらし動作を説明する
ための図である。

【図７】本発明における第１の実施の形態の画素ずらし
システムの垂直方向における画素ずらし動作を説明する
ための図である。

【図８】本発明における第１の実施の形態の画素ずらし
システムの水平方向における画素ずらし動作を説明する
ための図である。

【図９】本発明における第１の実施の形態の画素ずらし
システムの水平方向における画素ずらし動作を説明する
ための図である。

【図１０】本発明における第１の実施の形態の画素ずら
しシステムの水平方向における画素ずらし動作を説明す
るための図である。

【図１１】本発明における第１の実施の形態の画素ずら
しシステムの水平方向における画素ずらし動作を説明す
るための図である。

【図１２】本発明における第１の実施の形態の画素ずら
しシステムの画素ずらし動作を説明するための図であ
る。

【図１３】本発明における第２の実施の形態の構成を示
す図である。

【図１４】本発明の実施の形態における画素ずらしシス
テムをユニット化した場合の構成を示す斜視図である。

【図１５】本発明の実施の形態における画素ずらしシス
テムのユニットを実際にカメラに組み込んだ場合の構成
を示す図である。

【図１６】本発明の実施の形態における画素ずらしシス
テムを用いて撮像するための回路構成を示すブロック図
である。

【図１７】画素ずらしの原理を説明するための図であ
る。

【図１８】本発明における画素ずらしの駆動方法の原理
を説明するための図である。

【図１９】本発明における画素ずらしの駆動動作の高速
化を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 撮像レンズ ２ 撮像素子 ３ 平行平板（垂直方向） ４ 永久磁石 ５Ｕａ 電磁石 ５Ｕｂ 電磁石 ５Ｄａ 電磁石 ５Ｄｂ 電磁石 ６ 平行平板（水平方向） ７ 永久磁石 ８Ｌａ 電磁石 ８Ｌｂ 電磁石 ８Ｒａ 電磁石 ８Ｒｂ 電磁石 ９ 画素ずらしシステム筐体 ９‘ 画素ずらしシステム筐体 ９１Ｕ 凹部 ９１Ｄ 凹部 ９１Ｌ 凹部 ９１Ｒ 凹部 ９２Ｕ 規制面 ９２Ｄ 規制面 ９２Ｌ 規制面 ９２Ｒ 規制面 ９３Ｕ 規制面 ９３Ｄ 規制面 ９３Ｌ 規制面 ９３Ｒ 規制面 １００ 被写体 ２００ レンズ鏡筒

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像面に結像された光学像を光電変換し
   て撮像信号を出力する撮像手段と、 前記撮像面上における入射光の入射位置をシフトする光
   学素子と、 前記光学素子に係合して、その光軸方向に対する傾斜位
   置を規制する複数の規制部と、 前記光学素子を前記規制部に係合させるべく駆動する駆
   動手段とを備え、 前記駆動手段を電磁駆動手段によって構成するととも
   に、前記光学素子の前記駆動手段の電磁力の作用する部
   分に永久磁石を配することにより、前記光学素子の永久
   磁石と前記電磁駆動手段によって形成される電磁回路に
   よって前記光学素子を駆動するように構成されているこ
   とを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記光学素子は、前記撮像手段への入射光路内に設けら
   れた平行平板であり、前記複数の規制部は、それぞれ前
   記光学素子の各端部においてその位置を規制することに
   よって前記光学素子の光軸に対する傾斜角を制御するこ
   とにより、前記撮像面上における入射光の入射位置をシ
   フトするように構成されていることを特徴とする撮像装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記規制部は、前記光学素子の各端部に対し、その光軸
   方向前後に形成された一対の規制面を備え、前記光学素
   子の端部の当接する規制面の組み合わせを変更すること
   により、前記光学素子を複数の傾斜角に制御可能とする
   ように構成されていることを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記規制面によって許容される前記光学素子の前記光軸
   方向における移動範囲を、その一端部側と、他端部側と
   で１：２の関係にすることにより、前記光学素子の傾斜
   角を最大傾斜位置と最小傾斜位置との間で等分し得るよ
   うに構成したことを特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項３において、 前記規制面と当接する前記光学素子の両端部には、それ
   ぞれ前記規制面と線接触あるいは点接触する係合部を設
   けたことを特徴とする撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記係合部は前記規制面に線接触する円筒部材であるこ
   とを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】 請求項３または６において、 前記電磁駆動手段は、前記規制面ごとに設けられた複数
   の電磁石を備え、前記光学素子側の係合部に形成された
   永久磁石と電磁回路を形成し、前記各電磁石の電流の方
   向を制御することによって、前記光学部材に当接する規
   制面を選択し、前記光学部材の傾斜位置を変更するよう
   に構成されていることを特徴とする撮像装置。
8. 【請求項８】 請求項１または７において、 前記光学素子は、前記撮像面への入射光の入射位置を、
   前記撮像面上において垂直方向にシフトする垂直方向光
   学素子と、前記撮像面への入射光の入射位置を、前記撮
   像面上において水平方向にシフトする水平方向光学素子
   とを備えていることを特徴とする撮像装置。
9. 【請求項９】 撮像面上における入射光の入射位置をシ
   フトする光学素子と、 前記光学素子に係合して、その光軸方向に対する傾斜位
   置を規制する複数の規制部と、 前記光学素子を前記規制部に係合させるべく駆動する駆
   動手段とを備え、 前記駆動手段を電磁駆動手段によって構成するととも
   に、前記光学素子の前記電磁駆動手段の電磁力の作用す
   る部分に永久磁石を配することにより、前記光学素子の
   永久磁石と前記電磁駆動手段によって形成される電磁回
   路によって前記光学素子を駆動するように構成されてい
   ることを特徴とする光学装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記光学素子は、前記撮像面への入射光路内に設けられ
    た平行平板であり、前記複数の規制部は、それぞれ前記
    光学素子の各端部に対し、その光軸方向前後に形成され
    た一対の規制面を備え、前記光学素子の端部の当接する
    規制面の組み合わせを変更することにより、前記光学素
    子を複数の傾斜角に制御可能とするように構成されてい
    ることを特徴とする光学装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、 前記規制面と当接する前記光学素子の両端部には、それ
    ぞれ前記規制面と線接触あるいは点接触する係合部を設
    けたことを特徴とする撮像装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記係合部は前記規制面に線接触する円筒形状の永久磁
    石であることを特徴とする撮像装置。
13. 【請求項１３】 請求項１０において、 前記電磁駆動手段は、前記規制面ごとに設けられた複数
    の電磁石を備え、前記光学素子側の係合部に形成された
    永久磁石と電磁回路を形成し、前記各電磁石の電流の方
    向を制御することによって、前記光学部材に当接する規
    制面を選択し、前記光学部材の傾斜位置を変更するよう
    に構成されていることを特徴とする光学装置。
14. 【請求項１４】 請求項１０または１３において、 前記光学素子は、前記撮像面への入射光の入射位置を、
    前記撮像面上において垂直方向にシフトする垂直方向光
    学素子と、前記撮像面への入射光の入射位置を、前記撮
    像面上において水平方向にシフトする水平方向光学素子
    とを備えていることを特徴とする光学装置。
15. 【請求項１５】 請求項１０において、 前記規制部は、前記光学素子の両端部をそれぞれ遊嵌す
    ることによって、該光学素子を少なくとも光軸方向に所
    定の移動範囲をもって支持する凹部によって構成され、
    前記規制面は、前記凹部内において前記光学素子の端部
    に対向する面にそれぞれ形成され、前記光学素子の端部
    に当接して、その端部の光軸方向における移動範囲をそ
    れぞれ規制することにより、前記光学素子を前記光軸に
    対して複数の傾斜位置に制御するように構成されている
    ことを特徴とする光学装置。
16. 【請求項１６】 請求項１または１０において、 前記撮像装置あるいは光学装置を一体に組み込んだレン
    ズユニットあるいはカメラ装置。