(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結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、
前記光学素子の各端部に当接し、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、前記光学素子の前記光軸に対する傾斜位置を制御する複数の規制部と、
前記光学素子を前記規制部に当接させるべく駆動する駆動手段とを備え、
前記規制部は、前記光学素子の各端部を挟んで前記光軸方向前後に形成された位置規制面を有し、前記光学素子は、前記各位置規制面によってその各端部の前記光軸方向における位置を規制されることによって、前記光軸方向に対する傾斜角を決定され、前記光学素子の端部の当接する位置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、
前記駆動手段は、前記位置規制面ごとに設けられたヨークとアマーチャで構成される複数の電磁石からなり、前記各電磁石のオン・オフを制御することによって、前記光学部材に当接する位置規制面を選択することにより、前記光学部材の傾斜位置を変更するように構成され、
前記光学素子の端部はアマーチャであり、前記規制部は遊嵌されたアマーチャーに対して光軸方向前後にクリアランスを有していることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
請求項２において、
前記各規制部は、それぞれ対向する前記位置規制面間の間隙が等しく、前記光学素子の各端部における前記光軸方向における移動量が互いに等しくなるように形成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項３】
請求項３において、
前記規制部の前記位置規制面の前記光軸方向における位置は前記光学素子の前記各端部で、互いに同位置であることを特徴とする光学装置。
【請求項４】
請求項３または４において、
前記光学素子は、その各端部が前記各規制部のそれぞれ光軸方向において同じ側の規制面にそれぞれ当接する第１の位置と、前記各端部がそれぞれ前記規制部の前記光軸方向において互いに反対側となる位置規制面に当接する第２，第３の位置の少なくとも３つの画像シフト位置を有することを特徴とする光学装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記光学素子の一端部側における規制部の前記位置規制面間の前記光軸方向における距離と、前記光学素子の前記他端部側における前記規制部の前記位置規制面間の距離とが、互いに異なるように形成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記光学素子は、その各端部が前記各規制部のそれぞれ光軸方向において同じ側の位置規制面に当接する第１及び第２の位置と、前記各端部がそれぞれ前記規制部の前記光軸方向において互いに反対側となる位置規制面に当接する第３，第４の位置の少なくとも４つの画像シフト位置を有することを特徴とする光学装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記複数の位置規制面によって許容される前記光学素子の各端部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光学装置。
【請求項８】
請求項１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光学装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記係合部は前記位置規制面に線接触する円筒部材であることを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
請求項１または９において、
前記駆動手段は、前記光学部材を付勢する弾性部材と、前記弾性部材に抗して前記光学部材を前記付勢の方向と逆方向に付勢する電磁石からなることを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項１、４または６において、
前記光学素子と前記位置規制部を、複数組配し、前記複数の光学素子それぞれの傾斜位置に応じた入射光の画像シフト量を合成することによって全体の画像シフト量を決定するように構成したことを特徴とする光学装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記光学素子は、前記結像面への入射光の入射位置を、前記結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、前記結像面への入射光の入射位置を前記結像面上において、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。
【請求項１３】
請求項１、４または６において、
前記光学素子は、入射光路内に設けられた平行平板であり、前記平行平板の光軸に対する傾斜角を前記規制部によって制御することにより、前記結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光学装置。
【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】
【従来の技術】
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、本願発明の課題は、これらの問題点を解決し、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を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、結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、前記光学素子の各端部に当接し、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、前記光学素子の前記光軸に対する傾斜位置を制御する複数の規制部と、前記光学素子を前記規制部に当接させるべく駆動する駆動手段とを備え、前記規制部は、前記光学素子の各端部を挟んで前記光軸方向前後に形成された位置規制面を有し、前記光学素子は、前記各位置規制面によってその各端部の前記光軸方向における位置を規制されることによって、前記光軸方向に対する傾斜角を決定され、前記光学素子の端部の当接する位置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、前記駆動手段は、前記位置規制面ごとに設けられたヨークとアマーチャで構成される複数の電磁石からなり、前記各電磁石のオン・オフを制御することによって、前記光学部材に当接する位置規制面を選択することにより、前記光学部材の傾斜位置を変更するように構成され、前記光学素子の端部はアマーチャであり、前記規制部は遊嵌されたアマーチャーに対して光軸方向前後にクリアランスを有していることを特徴とする光学装置を提供する。
【００６１】
【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。
【００６２】
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。
【００６３】
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２６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。
【００６４】
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。
【００６５】
図２６（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
図２６（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。
【００７０】
図２６（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１０３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。
【００７１】
ここで、図２６（ａ）の状態から図２６（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、
0003684027.tif 000002
であるから、結局
δ＝（１−１／Ｎ）・ｔ・ω
となる。
【００７２】
ここで、図２６（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２６（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１０４の感光部１０４ｃに入射して有効データとして活用できる。
【００７３】
図２６（ａ）の状態で取り込んだ撮像データと図２６（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。
【００７４】
以上のような原理を利用して、光学素子１０３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。
【００７５】
「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。
【００７６】
（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。
【００７７】
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（結像面）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（以下平行平板と称す）で、その両端部にはそれぞれ係合部としての電磁軟鉄のアーマチャ４Ｕ，４Ｄが配され、各アーマチャ４Ｕ、４Ｄの光軸方向前後には、光学素子を駆動する駆動手段（電磁駆動手段）としての電磁石５Ｕａ，５Ｕｂ、５Ｄａ，５Ｄｂがそれぞれ配され、これらの電磁石を駆動状態を制御して、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。
【００７８】
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。これらの電磁石のコイルへの通電を制御することにより、平行平板３の上端のアーマチャ４Ｕを前後に移動する（電磁）駆動手段が構成される。
【００７９】
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を制御することにより、平行平板３の下端のアーマチャ４Ｄを前後に移動する電磁駆動手段が構成される。
【００８０】
これらの電磁石５Ｕａ，５Ｕｂ，５Ｄａ，５Ｄｂのオン、オフ制御により、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。
【００８１】
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（以下平行平板と称す）で、その両端部にはそれぞれ係合部としての電磁軟鉄のアーマチャ７Ｌ、７Ｒが配され、各アーマチャ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、これらの電磁石の駆動状態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。
【００８２】
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を制御することにより、平行平板６の左端のアーマチャ７Ｌを前後に移動する（電磁）駆動手段が構成される。
【００８３】
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を制御することにより、平行平板６の右端のアーマチャ７Ｒを前後に移動する電磁駆動手段が構成される。
【００８４】
これらの電磁石８Ｌａ，８Ｌｂ、８Ｒａ，８Ｒｂのオン、オフ制御により、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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
また平行平板３は、その上下のアーマチャ４Ｕ，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。
【００９１】
図２（ｂ）において、平行平板３は、その両端に配された電磁軟鉄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。
【００９２】
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両端部の電磁軟鉄のアーマチャ４Ｕ、４Ｄをその凹部の内面９２Ｕ，９３Ｕ、９２Ｄ，９３Ｄに沿って円柱状の円筒部材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。
【００９３】
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アーマチャと当接する面は、位置決めを行うための位置規制面あるいは位置規制部として機能する。
【００９４】
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，９３Ｄにアーマチャ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及び光軸方向の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の両端部のアーマチャ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３の傾き量または光軸方向の位置が異なるように制御される。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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または光軸方向の位置をその両端のアーマチャと凹部内の各位置規制面によって、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を用い、さらに平行平板は、その両端部のアーマチャを凹部内に所定のクリアランスをもって遊嵌しておくだけの構成とし、動作時に電磁石の電磁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、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や複雑なカム機構、ギヤ機構、複数のステップモータ等を省略することができる。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、及びその位置がほぼ同一に設定されている。
【０１０３】
図４では、上方では、電磁石５Ｕａがオン、電磁石５Ｕｂがオフで、アーマチャ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位置規制面９２Ｕに当接されて位置決めされており、下方では、電磁石５Ｄａがオフ、電磁石５Ｄｂがオンで、アーマチャ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位置規制面９３Ｄに当接されて位置決めされている。
【０１０４】
本実施形態では、この図４の状態で、平行平板３が光軸に対して上方に画素ずらしを行う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，図５，図６，図７の状態で、特に光軸に垂直である必要はない。
【０１０５】
ここで、アーマチャ４Ｕと、凹部９１Ｕの幅とのクリアランスすなわちアーマチャ４Ｕと、凹部９１Ｕ内の位置規制面９３Ｕとの間隙をｄ１、同様にアーマチャ４Ｄと、凹部９１Ｄの幅とのクリアランスすなわちアーマチャ４Ｄと、凹部９１Ｄ内の位置規制面９２Ｄとの間隙をｄ２とし、両者の間には、ｄ２＝ｄ１、すなわち間隙ｄ２が間隙ｄ１の１倍すなわち等しく設定されている。
【０１０６】
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ｄ１、ｄ２の設定は高精度に行われる。
【０１０７】
この図４の状態において、電磁石５Ｕａをオフにして、電磁石５Ｕｂをオンにして励磁すれば、平行平板３の上端のアーマチャ４Ｕが上方凹部９１Ｕの位置規制面９２Ｕを離れ、位置規制面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。
【０１０８】
これによって、平行平板３は、その上下端のアーマチャ４Ｕ，４Ｄをそれぞれ凹部９１Ｕ内の位置規制面９３Ｕ、凹部９１Ｄ内の位置規制面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の撮像面上に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。
【０１０９】
この図５の状態で、上方の凹部９１Ｕの電磁石５Ｕｂをオフ、電磁石５Ｕａをオンすることにより、アーマチャ４Ｕは凹部９１Ｕ内の位置規制面９３Ｕを離れ、位置規制面９２Ｕへと吸着されて当接し、位置決めされる。
【０１１０】
また下方の凹部９１Ｄの電磁石５Ｄｂをオフ、電磁石５Ｄａをオンすることにより、平行平板３の下方のアーマチャ４Ｄは、下方凹部９１Ｄ内の位置規制面９３Ｄを離れ、位置規制面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。
【０１１１】
これによって、平行平板３は、その上下端のアーマチャ４Ｕ、４Ｄをそれぞれ凹部９１Ｕ内の位置規制面９２Ｕ、凹部９１Ｄ内の位置規制面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、略同じ傾斜で（異なる規制面に当接しているので厳密には異なる）、その光軸方向の位置が同図で見て左へ移動し、撮像素子２の撮像面上における入射光の受光位置は、撮像面上において、略同位置になる。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。しかるに、ω２≒ω３となり、図５と図６の状態は、平行平板と光軸のなす角度が同じになるので、画素ずらしの効果としては両者は等しく、どちらか一方の状態を選択すればよい。
【０１１２】
ここでは、図５の状態を選択して実施例の説明を続ける。
【０１１３】
図５の状態で、電磁石５Ｄｂをオフにして、電磁石５Ｄａをオンすると、平行平板３の下端のアーマチャ４Ｄが下方凹部９１Ｄの位置規制面９３Ｄを離れ、位置規制面９２Ｄ側へと吸着されて当接し、位置決めがなされ、また上端のアーマチャ４Ｕは、凹部９１Ｕの位置規制面９３Ｕに位置決めされ、図７の状態となる。
【０１１４】
これによって、平行平板３は、図５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。
【０１１５】
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、３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３個所にシフトすることができる。
【０１１６】
尚、ω１〜ω４の間は、
（ω２−ω１）＝（ω４−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。
【０１１７】
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３分の２の距離となるように、各凹部９１Ｕ，９１Ｄ内のアーマチャ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。
【０１１８】
また上述の説明から明らかであるが、平行平板３は、その両端部のアーマチャが、各凹部９１Ｕ，９１Ｄ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、電磁石の励磁によって、アーマチャを凹部内の位置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、アーマチャの位置規制面と接する部分を円筒形状としているので、位置規制面上において、円筒形アーマチャの当接する位置が、平行平板の長手方向にずれても、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。
【０１１９】
また、各凹部９１Ｕ，９１Ｄの光軸方向の位置を同一に設定しておけば、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大きく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。
【０１２０】
尚、アーマチャ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、最も位置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、電磁石のアーマチャの位置にセンタリングされ、実質的には、位置ずれもない。
【０１２１】
また凹部９１Ｕ，９１Ｄ内において、電磁石５Ｕａ，５Ｕｂ，５Ｄａ，５Ｄｂの各ヨーク５１Ｕ、５２Ｕ，５１Ｄ、５２Ｄの先端部は、それぞれ位置規制面９２Ｕ９３Ｕ，９２Ｄ、９３Ｄより突出しないように、その取り付け位置が設定されている。これによって、平行平板アーマチャが常に凹部の位置規制面によって位置決めされ、電磁石の取り付け位置精度の影響を受けず、高精度な位置決めが可能となる。
【０１２２】
以上の構成により、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３分の２の距離すなわち３分の２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３倍の画素数を得ることができる。
【０１２３】
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３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、３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。
【０１２４】
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３倍にすることができ、トータルで９倍の画素数を得ることができる。
【０１２５】
図８〜図１１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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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アーマチャ７Ｌ、７Ｒの遊嵌されている左右の凹部９１Ｌ，９１Ｒの位置規制面９２Ｌ，９３Ｌ、９２Ｒ，９３Ｒによって決定され、凹部９１Ｌの幅と、アーマチャ７Ｌとの間のクリアランスをｄ３、凹部９１Ｒの幅とアーマチャ７Ｒとの間のクリアランスをｄ４とし、本実施形態では、ｄ４＝ｄ３の関係に設定されている。
【０１２８】
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。
【０１２９】
尚、ω５〜ω８の間は、
（ω６−ω５）＝（ω８−ω６）＝（ω８−ω７）＝一定
の関係が保たれるよう、設定されている。
【０１３０】
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３分の２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。ｄ３，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。
【０１３１】
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３画面、水平方向に３画面の合計９画面を撮像すれば、その順序は任意でよい。
【０１３２】
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。ただし画素ずらし位置１箇所毎の画像の撮像中（電荷蓄積中）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、言うまでもない。
【０１３３】
図１２は、図４〜図７に示す垂直画素ずらしの為の平行平板３の３つの状態と、図８〜図１１に示す水平画素ずらしの為の平行平板６の３つの状態と、を組み合わせて画素ずらしを行った場合の空間的位置を示す摸式図である。
【０１３４】
図１２を用いて、光束をいかにずらしてデータの取り込みを行うかを説明する。
【０１３５】
同図において、ハッチング（クロスハッチ等４種類のハッチング）で示す場所がたとえばインタライントランスファ型ＣＣＤ等の撮像素子上の画素（受光部）の位置の一部を抜粋した図であり、それら画素間（不感帯）を２つに区切って画素ピッチを３分割するように碁盤状に区切っている。
【０１３６】
図１２（ａ）は、図４〜図７に示す垂直画素ずらしの為の平行平板３の３つの状態と、図８〜図１１に示す水平画素ずらしの為の平行平板６の３つの状態とによって、例えば、記号Ａで示す受光部で捕らえることのできる光束は座標（Ｈ５，Ｌ５）、（Ｈ５，Ｌ７）、（Ｈ５，Ｌ９）、（Ｈ７，Ｌ５）、（Ｈ７，Ｌ７）、（Ｈ７，Ｌ９）、（Ｈ９，Ｌ５）、（Ｈ９，Ｌ７）、（Ｈ９，Ｌ９）の９箇所に入射する光束であり、各々に入射する光束を１つずつ受光部Ａに導き（画素ずらし）を行い、受光部Ａのフィールド読み出し時にそのデータ（受光部に蓄積された電荷）を読み出す。このことはその他の全ての受光部のフィールド読み出し時についても同様である。
【０１３７】
この結果、図１２（ｂ）に示す様に、画素ずらしによって各受光部の周囲の不感帯に入射して取り込めなかった光束のデータを取り込むことが可能になる。
【０１３８】
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情報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。
【０１３９】
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り、垂直方向及び水平方向における画素ずらしを行う平行平板をそれぞれ設け、それぞれ撮像素子の垂直方向、水平方向に画素間を２／３画素ピッチでシフトして撮像することにより、実質的に垂直、水平方向に３倍、全体で３×３＝９倍の画素数の撮像素子で撮像したのと同じ画素数の画質を得ることができる。
【０１４０】
（第２の実施形態）
次に本願発明における第２の実施形態について説明する。本実施形態は、図４〜図１１の第１の実施形態が垂直方向、水平方向にそれぞれ３段階に画素ずらしを行う構成であったのに対して、垂直、水平方向それぞれに対して、４段階に画素ずらしを行うことを可能としたものである。
【０１４１】
この場合も、平行平板と位置決め用の凹部、駆動手段としての電磁石による構成は同様であり、凹部の位置関係を変更することにより、実現することができる。
【０１４２】
図１３〜図１６は垂直方向における画素ずらしを４段階に行う平行平板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。
【０１４３】
図１３〜図１６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。尚、図４〜図１１の第１の実施形態と同一構成部分似付いては、同一の符号を用いて説明する。
【０１４４】
図１３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。
【０１４５】
図１３では、上方では、電磁石５Ｕａがオン、電磁石５Ｕｂがオフで、アーマチャ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位置規制面９２Ｕ‘に当接されて位置決めされており、下方では、電磁石５Ｄａがオフ、電磁石５Ｄｂがオンで、アーマチャ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位置規制面９３Ｄ‘に当接されて位置決めされている。
【０１４６】
本実施形態においても、図１３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１３，図１４，図１５，図１６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１３の状態で、光軸に垂直である必要はない。
【０１４７】
ここで、アーマチャ４Ｕと、凹部９１Ｕ‘の幅とのクリアランスすなわちアーマチャ４Ｕと、凹部９１Ｕ‘内の位置規制面９３Ｕ‘との間隙をｄ１‘、同様にアーマチャ４Ｄと、凹部９１Ｄ‘の幅とのクリアランスすなわちアーマチャ４Ｄと、凹部９１Ｄ‘内の位置規制面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。
【０１４８】
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ｄ１‘、ｄ２‘の設定波高精度に行われる。
【０１４９】
この図１３の状態において、電磁石５Ｕａをオフにして、電磁石５Ｕｂをオンにして励磁すれば、平行平板３の上端のアーマチャ４Ｕが上方の凹部９１Ｕ‘の位置規制面９２Ｕ‘を離れ、位置規制面９３Ｕ‘側へと吸着されて当接し、位置決めがなされ、図１４の状態となる。
【０１５０】
これによって、平行平板３は、その上下端のアーマチャ４Ｕ，４Ｄをそれぞれ凹部９１Ｕ‘内の位置規制面９３Ｕ‘、凹部９１Ｄ‘内の位置規制面９３Ｄ‘によって、その傾斜位置を規制される。すなわち図１３の状態から、同図で見て１段階右に傾斜し、撮像素子２の撮像面上に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。
【０１５１】
この図１４の状態で、上方の凹部９１Ｕ‘の電磁石５Ｕｂをオフ、電磁石５Ｕａをオンすることにより、アーマチャ４Ｕは凹部９１Ｕ‘内の位置規制面９３Ｕ‘を離れ、位置規制面９２Ｕ‘へと吸着されて当接し、位置決めされる。
【０１５２】
また下方の凹部９１Ｄ‘の電磁石５Ｄｂをオフ、電磁石５Ｄａをオンすることにより、平行平板３の下方のアーマチャ４Ｄは、下方凹部９１Ｄ‘内の位置規制面９３Ｄ‘を離れ、位置規制面９２Ｄ‘へと吸着されて当接し、位置決めがなされ、図１５の状態となる。
【０１５３】
これによって、平行平板３は、その上下端のアーマチャ４Ｕ、４Ｄをそれぞれ凹部９１Ｕ‘内の位置規制面９２Ｕ‘、凹部９１Ｄ‘内の位置規制面９２Ｄ‘によって、その傾斜位置を規制される。すなわち図１４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の撮像面上に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。
【０１５４】
この状態で、電磁石５Ｕａをオフにして、電磁石５Ｕｂをオンすると、平行平板３の上端のアーマチャ４Ｕが上方凹部９１Ｕ‘の位置規制面９２Ｕ‘を離れ、位置規制面９３Ｕ‘側へと吸着されて当接し、位置決めがなされ、また下端のアーマチャ４Ｄは、凹部９１Ｄ‘の位置規制面９２Ｄ‘に位置決めされ、図１６の状態となる。
【０１５５】
これによって、平行平板３は、図１５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。
【０１５６】
以上、図１３〜図１６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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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‘内のアーマチャ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。
【０１５９】
また本実施形態においても、平行平板３の両端部のアーマチャの、凹部内の位置規制面と接する部分を円筒形状の円筒部材としているので、位置規制面上において、円筒形アーマチャの当接する位置が、平行平板の長手方向にずれても、平行平板の傾斜角が変化せず、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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
図１７〜図２０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。
【０１６４】
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１３〜図１６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。
【０１６５】
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アーマチャ７Ｌ、７Ｒの遊嵌されている左右の凹部９１Ｌ‘，９１Ｒ‘の位置規制面９２Ｌ‘，９３Ｌ‘、９２Ｒ‘，９３Ｒ‘によって決定され、凹部９１Ｌ‘の幅と、アーマチャ７Ｌとの間のクリアランスをｄ３、凹部９１Ｒの幅とアーマチャ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。
【０１６６】
そして、図１７，図１８，図１９，図２０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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。ｄ３‘，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。
【０１６９】
尚、上述の図１３〜図１６、図１７〜図２０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。
【０１７０】
すなわち図１３〜図１６、図１７〜図２０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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
図２１は、図１３〜図２０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。
【０１７３】
図２１において、図１３〜図１６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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
図２１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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
また、本発明によれば、同じ色の画素に重なることなく垂直方向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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
（本発明における第３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３の実施形態を示すものである。
【０１８０】
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。
【０１８１】
図２２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。
【０１８２】
各図において、第１の実施形態と異なるのは、電磁石の一部が省略され、バネに置き換えられていることである。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。
【０１８３】
すなわち図１で見て、電磁石５Ｕａ，５Ｄａ，８Ｌａ，８Ｒａが除去され、それぞれバネが配され、平行平板を光軸方向前方へと付勢している。
【０１８４】
すなわち、これらのバネが、電磁石５Ｕａ，５Ｄａ，８Ｌａ，８Ｒａの吸引力になり、バネに抗する方向における平行平板の移動を、電磁石５Ｕｂ，５Ｕｂ，８Ｌｂ，８Ｒｂの駆動により、磁気的な吸引力によって、バネに抗して行うようにしたものである。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。
【０１８５】
図２２（ｂ）では、水平方向の平行平板のアーマチャ７Ｌ，７Ｒをそれぞれ光軸方向前方に引張するバネ１０Ｌ，１０Ｒが、電磁石８Ｌａ，８Ｒａの代わりに設けられている。
【０１８６】
他のバネについては、図示されていないが、図１において、電磁石５Ｕａ，５Ｄａ，８Ｌａ，８Ｒａの代わりにバネが配されているものであり、その構成は同図から明らかである。
【０１８７】
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，第２の実施形態において、図４〜図１１、図１３〜図１６、図１７〜図２０を用いて説明した通りであり、さらなる説明は省略する。
【０１８８】
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。
【０１８９】
図２３は、本発明の第１（第２）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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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のそれぞれ位置規制面９３Ｕ，９３Ｄ，９３Ｌ，９３Ｒ側が形成されている。
【０１９２】
そして各平行平板３、６のアーマチャ４Ｕ，４Ｄ，７Ｌ，７Ｒに対向する位置には、それぞれ電磁石５Ｕｂ，５Ｄｂ，８Ｌｂ，８Ｒｂのアーマチャ５２Ｕ，５２Ｄ，８２Ｌ，８２Ｒが露出するように設けられている。
【０１９３】
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のそれぞれ位置規制面９２Ｕ，９２Ｄ，９２Ｌ，９２Ｒ側が形成されている。
【０１９４】
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、図１３〜図２０に示すように支持することができる。
【０１９５】
図２４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。
【０１９６】
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２３に示す画素ずらしユニットが配されている。
【０１９７】
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ＬＰＦ（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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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、ＬＰＦ２０３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。
【０２００】
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、ＬＰＦ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２つの光学ローパスフィルタを相対的に回転させて、そのローパス機能をキャンセルする構成及びその動作内容については、特開平７−２４５７６２号公報に詳細に記載されているため、ここでの説明は省略する。
【０２０１】
次に、上記の画素ずらし機構を駆動する回路について、図２５を用いて説明する。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
こも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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
これらの各画像は、メモリコントローラ３０３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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
【発明の効果】
以上述べたように、極めて高い位置決め精度を得ることが出来る。
【０２２０】
また本願における請求項１１に記載の発明によれば、前記駆動手段を、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、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。
【０２２１】
また本願における請求項１２に記載の発明によれば、前記駆動手段を、弾性部材と電磁石とで構成したので、さらに構成の簡略化が可能となる。
【０２２２】
また本願における請求項１３，１４に記載の発明によれば、上記の光学素子を光路内に複数個配することにより、さらに画素シフト量の段階を増加させることができ、また１段のシフト量も微小に制御することができ、シフト方向も可変することができる。
【０２２３】
すなわち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。
【０２２４】
また本願における請求項１５に記載の発明によれば、光学素子として平行平板を用いたので、簡単な構成で、撮像素子を移動したりする大掛かりな構成を用いることなく、高精度の画素ずらしが可能となる。
【０２２５】
また本願における請求項１６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両端部にそれぞれ当接して、その各端部の光軸方向における移動範囲をそれぞれ規制する位置規制面を形成することにより、基本的には、光学素子を位置規制面に当接させるだけの簡単な機構により、画素シフト動作を可能とすることができる。
【０２２６】
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。
【０２２７】
また光学素子を直接位置規制面に当接させて位置決めを行うようにしたことにより、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とともに、極めて高速の画素ずらし撮像動作が可能となる。
【０２２８】
またこれによって、従来光学素子を支持するための複雑なジンバルのような機構、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。
【０２２９】
また本願における請求項１７〜２３に記載の発明によれば、前記位置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、その前記光学素子の端部の当接する位置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なし、且つ光学素子の各端部における移動量及びその移動量の比を適宜変更することにより、光学素子の傾斜角を種々制御することが可能となり（請求項１８〜２０では、光学素子の両端部の移動量を等しくすることによって３段階、請求項２１〜２３では、光学素子の各端部の移動量を異ならせることによって４段階の傾斜角が可能）、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。
【０２４１】
また本願における請求項３１〜３７に記載の発明によれば、前記凹部の前記光軸方向における位置、長さの選択によって学素子の各端部における移動量及びその移動量の比を適宜変更することにより、前記光学素子の傾斜角及びその段階数、さらに傾斜角の変化量等を適宜選択することができ、その前記光学素子の端部の当接する位置規制部の組み合わせを変更することにより、前記光学素子の傾斜角を種々制御することが可能となる（請求項３３では、光学素子の両端部の移動量を等しくすることによって３段階、請求項３６では、光学素子の各端部の移動量を異ならせることによって４段階の傾斜角が可能）。
【０２４２】
また本願における請求項３８、３９に記載の発明によれば、前記位置規制部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ので、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、撮像面と平行な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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
また本願における請求項４０に記載の発明によれば，前記駆動手段を、前記光学素子を前記光軸方向前後に駆動する複数の電磁石によって構成し、電磁石のオン、オフを制御することにより、前記光学素子の当接する規制面を変更し得るように構成したので、簡単な構成で、高速、高精度の画素ずらしを行うことができる。
【０２４５】
また本願における請求項４１に記載の発明によれば、前記駆動手段を、弾性部材と電磁石とで構成したので、さらに構成の簡略化が可能となる。
【０２４６】
また本願における請求項４２，４３に記載の発明によれば、上記の光学素子を光路内に複数個配することにより、さらに画素シフト量の段階を増加させることができ、また１段のシフト量も微小に制御することができ、シフト方向も可変することができる。
【０２４７】
すなわち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。
【０２４８】
また本願における請求項４４に記載の発明によれば、光学素子として平行平板を用いたので、簡単な構成で、撮像素子を移動したりする大掛かりな構成を用いることなく、高精度の画素ずらしが可能となる。
【０２４９】
また本願における請求項４５〜４８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両端部に光軸方向における移動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、画素ずらし動作が可能となる。
【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１４】本発明における第２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１５】本発明における第２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１６】本発明における第２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１７】本発明における第２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１８】本発明における第２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１９】本発明における第２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２０】本発明における第２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２１】本発明における第２の実施の形態の動作を示す図である。
【図２２】本発明における第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図２３】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２４】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２５】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２６】画素ずらしの原理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  アーマチャ（係合部）
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  アーマチャ（係合部）
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
１０Ｌ  バネ
１０Ｒ  バネ
９１Ｕ  凹部
９１Ｄ  凹部
９１Ｌ  凹部
９１Ｒ  凹部
９１Ｕ‘  凹部
９１Ｄ‘  凹部
９１Ｌ‘  凹部
９１Ｒ‘  凹部
９２Ｕ  位置規制面（部）
９２Ｄ  位置規制面（部）
９２Ｌ  位置規制面（部）
９２Ｒ  位置規制面（部）
９２Ｕ‘  位置規制面（部）
９２Ｄ‘  位置規制面（部）
９２Ｌ‘  位置規制面（部）
９２Ｒ‘  位置規制面（部）
９３Ｕ  位置規制面（部）
９３Ｄ  位置規制面（部）
９３Ｌ  位置規制面（部）
９３Ｒ  位置規制面（部）
９３Ｕ‘  位置規制面（部）
９３Ｄ‘  位置規制面（部）
９３Ｌ‘  位置規制面（部）
９３Ｒ‘  位置規制面（部）
１００  被写体
２００  レンズ鏡筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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