(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被写体からの光を集光するレンズと、
（ｂ）レンズから入射された被写体を撮像する多数の画素から成る撮像面を有する撮像素子と、
（ｃ）レンズと撮像素子との間に介在され、複数の複屈折板がレンズの光軸に順次的に沿って配置され、レンズからの入射光の空間周波数特性を変化する可変空間フィルタと、
（ｄ）可変空間フィルタを構成する少なくとも１枚の複屈折板を、レンズの光軸に交差するイメージシフト用軸線まわりに角変位して被写体像を撮像面上でずらしてイメージシフトするイメージシフト用駆動手段と、
（ｅ）制御手段であって、
可変空間フィルタを空間周波数制限効果が生じるように動作させるとともに、イメージシフト用駆動手段が前記少なくとも１つの複屈折板を予め定める位置に設定して撮像素子の画像を得る第１動作モードと、
可変空間フィルタを、その通過帯域が第１動作モードにおけるよりも空間周波数の高域まで拡げられるように動作させるとともに、イメージシフト用駆動手段によるイメージシフト動作の前後にそれぞれ得られる撮像素子からの画像を、解像度が向上されるように合成演算処理する第２動作モードとを制御する制御手段とを含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記可変空間フィルタは、
少なくとも１枚の複屈折板を有する第１フィルタと、
少なくとも１枚の複屈折板を有する第２フィルタとを有し、さらに、
第１および第２フィルタを、レンズの光軸に平行な角変位軸線まわりに相対的に角変位駆動するフィルタ用駆動手段とを有し、
イメージシフト用駆動手段は、第１または第２フィルタのいずれか一方を、レンズの光軸に交差する軸線まわりに傾斜させて角変位駆動し、
前記制御手段は、
第１動作モードでは、フィルタ用駆動手段によって第１および第２フィルタを相互の第１のフィルタ用角変位位置とした状態で、イメージシフト用駆動手段によって前記いずれか一方のフィルタを前記予め定める位置である第１のイメージシフト用角変位位置に設定し、
第２動作モードでは、フィルタ用駆動手段によって第１および第２フィルタを、前記第１フィルタ用角変位位置とは異なる相互の第２のフィルタ用角変位位置とした状態で、イメージシフト用駆動手段によって前記いずれか一方のフィルタを、第１のイメージシフト用角変位位置と、その第１イメージシフト用角変位位置とは異なる第２のイメージシフト用角変位位置とにそれぞれ設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
撮像素子の画素は、水平方向および垂直方向に予め定めるピッチＰをあけて行列状に配置され、
第１フィルタは、レンズの光軸方向に沿って配置された第１および第２複屈折板から成り、
第１動作モードでは、
第１複屈折板は、常光線と異常光線とを、画素の第１の対角方向に、分離幅ｄ１＝Ｐ／２√２だけ分離し、
第２屈折板は、常光線と異常光線とを、画素の第１水平方向に、分離幅ｄ２＝Ｐ／２だけ分離し、
第２フィルタは、常光線と異常光線とを、画素の第１対角方向に垂直な第２対角方向に、分離幅ｄ３＝Ｐ／２√２だけ分離する第３複屈折板から成り、
第２動作モードでは、フィルタ用駆動手段は、第１フィルタを、第１複屈折板の常光線と異常光線とが第１水平方向とは逆の第２水平方向に分離するように、かつ第２複屈折板の常光線と異常光線とが第１対角方向とは逆の第２対角方向に分離するように、レンズの光軸まわりに第１動作モードの状態から４５度角変位駆動し、
イメージシフト用駆動手段は、撮像面上で、被写体像が水平方向にＰ／２ずれかつ垂直方向にＰ／２だけずれた対角方向に第２フィルタを角変位駆動することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
撮像素子は、撮像素子の画素は、水平方向および垂直方向に予め定めるピッチＰをあけて行列状に配置され、
垂直方向に隣接する行のうち一方の行に沿って、３原色のうち第１および第２色を受光する画素が、水平方向に、予め定めるピッチＰをあけて交互に配置され、他方の行に沿って、第２および第３色を受光する画素が、水平方向に前記ピッチＰをあけて交互に配置されかつ
前記一方および前記他方の各行上にある前記第２色の画素は、水平方向に１ピッチＰずれており、
第１フィルタは、常光線と異常光線とを、第１動作モードでは、画素の第１対角方向に分離幅ｄ４＝Ｐ／√２だけ分離する第１複屈折板から成り、
第２フィルタは、レンズの光軸に沿って配置された第２および第３複屈折板から成り、
第２複屈折板は、常光線と異常光線とを、画素の第１対角方向に垂直な第２対角方向に分離幅ｄ５＝Ｐ／√２だけ分離し、
第３複屈折板は、常光線と異常光線とを、一垂直方向に分離幅ｄ６＝Ｐだけ分離し、
第２動作モードでは、フィルタ用駆動手段は、
第１フィルタを、
第１複屈折板が、第２対角方向とは逆の第３対角方向に分離するように、レンズの光軸まわりに第１動作モードの状態から９０度角変位駆動し、
イメージシフト用駆動手段は、撮像面上で、被写体像が、水平方向または垂直方向のいずれかの方向に、Ｐだけ、第２フィルタを角変位駆動することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項５】
第１フィルタを構成する複数の複屈折板の間に、赤外線を遮断するフィルタが、サンドイッチされていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項６】
第２フィルタを構成する複数の複屈折板の間に赤外線を遮断するフィルタがサンドイッチされていることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項７】
フィルタ用駆動手段は、
ハウジングと、
ハウジングにレンズの光軸まわりに４５度または９０度角変位自在に設けられ、第１フィルタを支持する支持部材と、
ハウジングに、前記光軸に平行な軸線まわりに角変位可能なレバーとを含み、支持部材とレバーの一端部とのいずれか一方には、突起が設けられ、
いずれか他方には、突起が嵌まり込んで案内され、かつ前記光軸の半径方向に延びる案内長孔が形成され、
ハウジングまたは支持部材のいずれか一方に設けられるばねを含み、
ハウジングまたは支持部材のいずれか他方には、ばねが第１および第２動作モードの各角変位位置で係合する係合凹所または係合突部が形成されることを特徴とする請求項３または５記載の撮像装置。
【請求項８】
ハウジングには、
フィルタ用駆動手段よりも前記光軸方向にずれて、イメージシフト用駆動手段が設けられ、
このイメージシフト用駆動手段は、第２フィルタを圧電部材によって角変位駆動することを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージシフトを応用した高画質な画像入力装置に関し、特に撮像装置の小形化、ローコスト化に最適な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、画像入力装置の撮像素子としてはＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像素子が広く用いられている。固体撮像素子を使用した撮像装置の画質は、基本的にはその画素数でほぼ決定される。したがって良好な画質を得るには固体撮像素子の画素数を増加させればよいが、画素数を上げるには現状の技術ではコストやサイズの面で限界がある。
【０００３】
そこで従来から限られた画素数の固体撮像素子を用いて高画質の画像を得る手法としてイメージシフトの手法が提案されている。たとえば特開昭６０−５４５７６公報およびその技術を改良した特開昭６３−２８４９８０公報がある。
【０００４】
図４２は、前述の特開昭６３−２８４９８０公報に開示されたイメージシフトの原理を応用した高画質化技術を示す斜視図である。被写体１の像は、レンズ２およびイメージシフト機構３を経て固体撮像素子４に結像される。その固体撮像素子４の出力は、画像成形回路５において演算され、高解像度を有する高画質の画像が得られる。イメージシフト機構３は、両表面が平行な平板状ガラス板６と、そのガラス板６をレンズ２の光軸７に直交するイメージシフト用軸線まわりに角変位駆動する駆動手段８とを含む。
【０００５】
本件出願人は、図４２に関連して述べたイメージシフト機構３と同様な構成９を備える図４３に示される撮像装置を、既に提案している。この撮像装置によれば、本来の撮像素子１０が持つ低解像度の画質の画像を得る第１動作モードと、イメージシフト機構９によるイメージシフト動作の前後の画像を合成して画質を向上した高解像度の画像を得る第２動作モードとにおいて、合計２種類の画質の画像を得ることができる。被写体１１の像は、レンズ１２から可変空間フィルタ１３を経て、さらにイメージシフト機構９および赤外線遮断フィルタ１４を経て固体撮像素子１０に結像される。固体撮像素子１０の出力は、画像形成回路１５で演算処理される。
【０００６】
固体撮像素子１０における被写体１１の像の空間周波数成分と、その固体撮像素子１０の画素の配列および数などに依存して決まるサンプリング周波数との干渉をなくすために、可変空間フィルタ１３が設けられる。このフィルタ１３は、第１動作モードにおける光学的ローパスフィルタの働きを果す。固体撮像素子１０の被写体像の空間周波数成分のうち、固体撮像素子１０のサンプリング周波数をｆとすると、サンプリング定理によって、ナイキスト周波数ｆ／２以上の周波数成分をすべて遮断することが効果的であり、さもなければ、モアレが発生する。
【０００７】
また第２動作モードでは、可変空間フィルタ１３は、周波数制限効果を減じるように、すなわち通過帯域が高い空間周波数まで広帯域通過となるように、動作する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４３に示される提案された技術では、可変空間フィルタ１３とイメージシフト機構９と赤外線遮断フィルタ１４とが、レンズ１２の光軸１６に沿って間隔をあけて順次的に配置される。したがって構成が大きくなるという問題がある。また組立てコストが高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、複数の解像度を高速かつ簡便に切換えることができ、解像度に応じた最適な画像を得ることができるとともに、構成を小形化し、組立てコストを低くすることができるようにした撮像装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）被写体からの光を集光するレンズと、
（ｂ）レンズから入射された被写体を撮像する多数の画素から成る撮像面を有する撮像素子と、
（ｃ）レンズと撮像素子との間に介在され、複数の複屈折板がレンズの光軸に順次的に沿って配置され、レンズからの入射光の空間周波数特性を変化する可変空間フィルタと、
（ｄ）可変空間フィルタを構成する少なくとも１枚の複屈折板を、レンズの光軸に交差するイメージシフト用軸線まわりに角変位して被写体像を撮像面上でずらしてイメージシフトするイメージシフト用駆動手段と、
（ｅ）制御手段であって、
可変空間フィルタを空間周波数制限効果が生じるように動作させるとともに、イメージシフト用駆動手段が前記少なくとも１つの複屈折板を予め定める位置に設定して撮像素子の画像を得る第１動作モードと、
可変空間フィルタを、その通過帯域が第１動作モードにおけるよりも空間周波数の高域まで拡げられるように動作させるとともに、イメージシフト用駆動手段によるイメージシフト動作の前後にそれぞれ得られる撮像素子からの画像を、解像度が向上されるように合成演算処理する第２動作モードとを制御する制御手段とを含むことを特徴とする撮像装置である。
本発明に従えば、低解像度画質を得る第１動作モードでは、可変空間フィルタを制御手段によって空間周波数制限効果が生じる光学的ローパスフィルタの役目を果たすように動作させる。これによって撮像素子の撮像面に結像される被写体像の空間周波数成分のうち、撮像素子の画素の配列および数などに依存して決まるサンプリング周波数ｆのナイキスト周波数ｆ／２以上の周波数成分を遮断することができる。これによって撮像素子がたとえば、いわゆる（ａ）白黒単板および（ｂ）カラー３板の各構成の場合には、輝度モアレの発生を防ぐことができ、また（ｃ）ベイヤ配列単板カラーの構成である場合には、輝度モアレおよび色モアレの発生を防ぐことができる。白黒単板の構成というのは、撮像素子の各画素がモノクロームの輝度に対応するレベルを有する信号を導出する構成である。カラー３板の構成というのは、被写体像を、プリズムによって３原色である赤Ｒ、緑Ｇおよび青Ｂに分解し、各色毎に合計３個の撮像素子で受光する構成をいう。ベイヤ配列単板カラーの構成というのは、請求項４に示されるように、行列状に配置された３原色の色を受光する画素を備える。
本発明に従えば、撮像素子は、その他の構成を有していてもよく、さらにまたＣＣＤ（電荷結合素子）などの半導体によって実現されてもよいけれども、その他の構成によって実現されてもよい。
第２動作モードでは、イメージシフト用駆動手段によって、可変空間フィルタを構成する少なくとも１枚の複屈折板をイメージシフト用軸線まわりに角変位する前と後とにおいて、撮像素子から得られた画像出力を、解像度が向上されるように制御手段によって合成演算する高解像度の画像を得る。この第２動作モードでは、第１動作モードに比べて、空間周波数制限効果が減じるように、または無くなるように、したがって広帯域通過となるように可変空間フィルタが動作される。イメージシフトのために角変位される前記少なくとも１枚の複屈折板の角変位量は、ごく僅かであり、したがって可変空間フィルタの動作に悪影響が及ぼされることはなく、空間周波数制限効果を減じるという機能を達成することができる。
この第２動作モードでは、イメージシフト動作を行うために、上述のように可変空間フィルタを構成する前記少なくとも１枚の複屈折板を角変位するので、図４３に関連して述べた或る提案された技術におけるイメージシフト機構９を、可変空間フィルタ１３とは別個に設ける必要が、本発明では、なくなる。これによって本件撮像装置の光路長の縮小が可能になる。したがって構成を小形化し、組立てコストおよび製造コストの低減が可能になる。
【００１１】
また本発明は、前記可変空間フィルタは、
少なくとも１枚の複屈折板を有する第１フィルタと、
少なくとも１枚の複屈折板を有する第２フィルタとを有し、さらに、
第１および第２フィルタを、レンズの光軸に平行な角変位軸線まわりに相対的に角変位駆動するフィルタ用駆動手段とを有し、
イメージシフト用駆動手段は、第１または第２フィルタのいずれか一方を、レンズの光軸に交差する軸線まわりに傾斜させて角変位駆動し、
前記制御手段は、
第１動作モードでは、フィルタ用駆動手段によって第１および第２フィルタを相互の第１のフィルタ用角変位位置とした状態で、イメージシフト用駆動手段によって前記いずれか一方のフィルタを前記予め定める位置である第１のイメージシフト用角変位位置に設定し、
第２動作モードでは、フィルタ用駆動手段によって第１および第２フィルタを、前記第１フィルタ用角変位位置とは異なる相互の第２のフィルタ用角変位位置とした状態で、イメージシフト用駆動手段によって前記いずれか一方のフィルタを、第１のイメージシフト用角変位位置と、その第１イメージシフト用角変位位置とは異なる第２のイメージシフト用角変位位置とにそれぞれ設定することを特徴とする。
本発明に従えば、後述の図１〜図１９に示される第１の実施の形態、図２０の第２の実施の形態、図２１の第３の実施の形態、図２２〜図２５の第４の実施の形態、図２６〜図３６の第５の実施の形態、図３７〜図４１の第６の実施の形態にそれぞれ示されるように、可変空間フィルタは第１および第２フィルタを有し、低解像度の画像を得る第１動作モードでは、第１および第２フィルタは、レンズの光軸２２に平行な角変位軸線、たとえばその光軸２２と一致した角変位軸線まわりの相互の第１のフィルタ用角変位位置とした状態、たとえば垂直な姿勢とする。これによって被写体像の空間周波数成分のうち、撮像素子のナイキスト周波数ｆ／２以上の周波数成分をすべて、ほぼ零として光学的ローパスフィルタの役割を果して周波数制限効果を達成する。
高解像度の画像を得る第２動作モードでは、第１および第２フィルタをレンズの光軸に平行な角変位軸線まわりの相互の第２のフィルタ用角変位位置とする。これによって可変空間フィルタの通過帯域を広くして空間周波数制限効果を減じ、または零とする。この状態で、イメージシフト用駆動手段によって前記いずれか一方のフィルタを第１および第２のイメージシフト用角変位位置にそれぞれ設定する。これらの各設定された第１および第２イメージシフト用角変位位置で、撮像素子から得られる各画像出力を、解像度が向上されるように合成演算処理する。
１つの可変空間フィルタは、複数の各グループに分けられた複数の複屈折板を有する。すなわち第１フィルタは、単一枚の複屈折板から成ってもよく、または複数枚の複屈折板が光軸２２に沿って順次的に配置されて構成されていてもよく、このことは第２フィルタに関しても同様である。
【００１２】
また本発明は、撮像素子の画素は、水平方向および垂直方向に予め定めるピッチＰをあけて行列状に配置され、
第１フィルタは、レンズの光軸方向に沿って配置された第１および第２複屈折板から成り、
第１動作モードでは、
第１複屈折板は、常光線と異常光線とを、画素の第１の対角方向に、分離幅ｄ１＝Ｐ／２√２だけ分離し、
第２屈折板は、常光線と異常光線とを、画素の第１水平方向に、分離幅ｄ２＝Ｐ／２だけ分離し、
第２フィルタは、常光線と異常光線とを、画素の第１対角方向に垂直な第２対角方向に、分離幅ｄ３＝Ｐ／２√２だけ分離する第３複屈折板から成り、
第２動作モードでは、フィルタ用駆動手段は、第１フィルタを、第１複屈折板の常光線と異常光線とが第１水平方向とは逆の第２水平方向に分離するように、かつ第２複屈折板の常光線と異常光線とが第１対角方向とは逆の第２対角方向に分離するように、レンズの光軸まわりに第１動作モードの状態から４５度角変位駆動し、
イメージシフト用駆動手段は、撮像面上で、被写体像が水平方向にＰ／２ずれかつ垂直方向にＰ／２だけずれた対角方向に第２フィルタを角変位駆動することを特徴とする。
本発明に従えば、後述の図４〜図１４に示されるように、第１フィルタは第１および第２複屈折板から成り、第２フィルタは単一の第３複屈折板から成る。可変空間フィルタは、低解像度の画像を得る第１動作モードでは、空間周波数制限効果を得ることができ、高解像度の画像を得る第２動作モードでは空間周波数制限効果が減じられて広帯域となる。こうして撮像素子がたとえば白黒単板の構造およびカラー３板の構造を有する場合、輝度モアレが発生しない最適な空間周波数特性を得ることができる。
【００１３】
また本発明は、撮像素子は、撮像素子の画素は、水平方向および垂直方向に予め定めるピッチＰをあけて行列状に配置され、
垂直方向に隣接する行のうち一方の行に沿って、３原色のうち第１および第２色を受光する画素が、水平方向に、予め定めるピッチＰをあけて交互に配置され、他方の行に沿って、第２および第３色を受光する画素が、水平方向に前記ピッチＰをあけて交互に配置されかつ
前記一方および前記他方の各行上にある前記第２色の画素は、水平方向に１ピッチＰずれており、
第１フィルタは、常光線と異常光線とを、第１動作モードでは、画素の第１対角方向に分離幅ｄ４＝Ｐ／√２だけ分離する第１複屈折板から成り、
第２フィルタは、レンズの光軸に沿って配置された第２および第３複屈折板から成り、
第２複屈折板は、常光線と異常光線とを、画素の第１対角方向に垂直な第２対角方向に分離幅ｄ５＝Ｐ／√２だけ分離し、
第３複屈折板は、常光線と異常光線とを、一垂直方向に分離幅ｄ６＝Ｐだけ分離し、
第２動作モードでは、フィルタ用駆動手段は、
第１フィルタを、
第１複屈折板が、第２対角方向とは逆の第３対角方向に分離するように、レンズの光軸まわりに第１動作モードの状態から９０度角変位駆動し、
イメージシフト用駆動手段は、撮像面上で、被写体像が、水平方向または垂直方向のいずれかの方向に、Ｐだけ、第２フィルタを角変位駆動することを特徴とする。
本発明に従えば、後述の図２８〜図３５に示されるように、第１フィルタは単一枚の第１複屈折板から成り、第２フィルタは第２および第３複屈折板から成る。可変空間フィルタは、低解像度の画像を得る第１動作モードでは、空間周波数制限効果が得られ、高解像度の画像を得る第２動作モードでは通過帯域が高域まで拡げられ、したがって空間周波数制限効果が減じられ、または零となる。
撮像素子は、いわゆるベイヤ配列単板カラー撮像素子であって、後述の図２７および図３６に示されるように、３原色のうち第１の色（たとえば青Ｂ）および第２の色（たとえば緑Ｇ）が一方の行１２１を成して水平方向に交互に配置され、その行１２１と対を成すもう１つの行１２２には、水平方向ｘに、第２の色（上述のようにたとえば緑Ｇ）および第３の色（赤Ｒ）が交互に配置されて構成される。こうして後述の図３６（１）に示されるように１つの組合わせである合計４つの画素１１７〜１２０が多数配置されて、ベイヤ配列単板カラーの構成が実現される。
したがって輝度の情報は、これらの４画素１１７〜１２０から求められるので、１画素毎に輝度の情報が得られる。これに対して色の情報は、たとえば水平方向ｘに第１の色Ｂおよび第２の色Ｇの信号が２画素毎にしか得られず、したがって色のサンプリング空間周波数の周期が輝度のサンプリング空間周波数の周期に対して粗くなっている。その結果、可変空間フィルタ１１１を用いないときには、被写体の画像上には色モアレが現れ、第１動作モード時の画質の劣化の原因となる。したがってベイヤ配列単板カラーの構成を有する撮像素子では、色モアレの消去による高画質化を達成するために、本発明では、可変空間フィルタ１１１を用いる。これによって色モアレが発生することを防ぐことができる。
請求項２、請求項３および請求項４の各発明によれば、空間周波数特性を変化させるために、可変空間フィルタを構成する第１および第２フィルタを、レンズの光軸に平行な角変位軸線まわりに相対的に角変位駆動すればよい。したがって予め定める空間周波数特性を有する２種類の空間フィルタを予め準備して、各空間フィルタを移動して切換えて用いる構成に比べて、本発明によれば複数の解像度を高速かつ簡便に切換えることができるようになるとともに、構成の小形化を図ることができる。
【００１４】
また本発明は、第１フィルタを構成する複数の複屈折板の間に、赤外線を遮断するフィルタが、サンドイッチされていることを特徴とする。
また本発明は、第２フィルタを構成する複数の複屈折板の間に赤外線を遮断するフィルタがサンドイッチされていることを特徴とする。
本発明に従えば、請求項３の第１フィルタにおける複数の複屈折板の間に、または請求項４における図２１および図２２のように第２フィルタの複数の複屈折板の間に、赤外線遮断フィルタを配置し、サンドイッチする一対の複屈折板によって赤外線遮断フィルタは、外気に触れないように外気から遮断される。したがって赤外線遮断フィルタを単独で用いたときに外気に接触しないようにするための透光性薄膜をコーティングする必要がなくなる。これによって赤外線遮断フィルタの製造が容易となり、安価に実現することができる。
【００１５】
また本発明は、フィルタ用駆動手段は、
ハウジングと、
ハウジングにレンズの光軸まわりに４５度または９０度角変位自在に設けられ、第１フィルタを支持する支持部材と、
ハウジングに、前記光軸に平行な軸線まわりに角変位可能なレバーとを含み、支持部材とレバーの一端部とのいずれか一方には、突起が設けられ、
いずれか他方には、突起が嵌まり込んで案内され、かつ前記光軸の半径方向に延びる案内長孔が形成され、
ハウジングまたは支持部材のいずれか一方に設けられるばねを含み、
ハウジングまたは支持部材のいずれか他方には、ばねが第１および第２動作モードの各角変位位置で係合する係合凹所または係合突部が形成されることを特徴とする。
本発明に従えば、後述の図２３〜図２５に示されるように、可変空間フィルタおよびフィルタ用駆動手段を組合せてユニット化する。これによって構成の小形化が図られるとともに、レンズなどを含むレンズ系への取付け作業および調整作業が簡略化され、製造コストを低くすることができる。
【００１６】
また本発明は、ハウジングには、
フィルタ用駆動手段よりも前記光軸方向にずれて、イメージシフト用駆動手段が設けられ、
このイメージシフト用駆動手段は、第２フィルタを圧電部材によって角変位駆動することを特徴とする。
本発明に従えば、イメージシフト用駆動手段は、図１６のように可変空間フィルタを構成する第１または第２フィルタを、圧電部材６６，６７によって角変位駆動するように構成され、図２３〜図２５のようにハウジング８１に設けられる。したがって可変空間フィルタにおけるレンズの光軸に平行なフィルタ用角変位軸線まわりの第１および第２フィルタの角変位駆動と、第１または第２フィルタの圧電素子によるイメージシフト用傾斜駆動とを、ハウジング内で行うことができる。したがって構成の簡略化および小形化を図り、またレンズ系への取付け作業および調整作業が簡略化され、製造コストを低くすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。被写体２１からの光は、光軸２２を有する集光レンズ２３によって集光され、可変空間フィルタ２４および赤外線遮断フィルタ２５を経て、いわゆる白黒単板の構造またはカラー３板の構造を有する撮像素子２６の撮像面上に結像される。撮像素子２６から導出される画像信号は、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路２７に与えられる。この処理回路２７には、ランダムアクセスメモリによって実現されるメモリ２８，２９が接続され、さらに液晶表示装置または陰極線管によって実現される目視表示手段３０が接続され、この表示手段３０によって被写体２１の画像が目視表示される。
【００１８】
可変空間フィルタ２４は、レンズ２３の光軸２２に沿って被写体２１側から撮像素子２６に順次的に配置される第１および第２フィルタ３１，３２を有する。第１フィルタ３１は、光軸２２に沿って順次的に配置される複数（この実施の形態では２）の複屈折板３３，３４を有する。第２フィルタ３２は、単一枚の複屈折板３５を有する。第１〜第３複屈折板３３〜３５はいずれも、平行な両表面を有する平板である。
【００１９】
フィルタ用駆動手段３６は、第１フィルタ３１を構成する第１および第２複屈折板３３，３４を、光軸２２のまわりに角変位駆動する。イメージシフト用駆動手段３７は、第２フィルタ３２を構成する第３複屈折板３５を、光軸２２に垂直に交差するイメージシフト用角変位軸線３８まわりに、図１の実線で示される状態および仮想線３９で示される状態に傾斜させて角変位駆動することができる。イメージシフト用駆動手段３７によって仮想線３９のように傾斜された第３複屈折板３５によって、レンズ２３の光軸２２は、参照符４０に示されるように光軸２２からずれる。制御回路４１は、フィルタ用駆動手段３６とイメージシフト用駆動手段３７とを、処理回路２７からライン４２を介する制御信号によって制御する。信号処理回路２７と制御回路４１とは、制御手段４３を構成する。
【００２０】
図２は、撮像素子２６の撮像面の正面図である。撮像素子２６は、ＣＣＤ（電荷結合素子）によって実現され、その撮像面は、たとえばサイズ１／３インチであり、３１０×１０３個の画素４４を有し、いわゆる白黒単板の構成を有する。画素４４は、水平方向（図１の紙面に垂直方向、図２の左右方向）に予め定めるピッチＰｘをあけて、また垂直方向（図１の上下方向、図２の上下方向）に予め定めるピッチＰｙをあけて、行列状に配置される。この実施の形態では、Ｐ≡Ｐｘ＝Ｐｙ＝７．４μｍである。
【００２１】
撮像素子２６の画素４４のサンプリング空間周波数で低解像度の画質を有する画像を得る第１動作モードでは、イメージシフト用駆動手段３７によるイメージシフト動作は行われず、第３複屈折板３５の表面は、光軸２２に垂直であり、図２の実線で示される画素４４上に被写体像が結像される。
【００２２】
イメージシフト動作の前後の画像を合成することによって高解像度の画像を得る第２動作モードでは、先ず、イメージシフト用駆動手段３７によるイメージシフト動作前において被写体像は実線で示される画素４４上に結像される。次に、イメージシフト動作によって光軸２２が軸線４０にずらされることによって、図２の仮想線４５で示される位置に被写体像がずれて結像される。このイメージシフト動作の前および後におけるシフト量ΔＳは、水平方向にＰｘ／２であり、垂直方向にＰｙ／２であり、したがって対角方向にＰ／√２である。
【００２３】
このイメージシフト動作を達成するために、イメージシフト用角変位軸線３８は、光軸２２に垂直な撮像素子２６の撮像面内で、撮像面の水平方向ｘおよび垂直方向ｙに角度θ１＝４５度を有する。こうしてイメージシフト動作による光軸２２および軸線４０の撮像面上におけるシフト量ΔＳは、画素の対角方向に、ΔＳ＝Ｐ／√２＝５．２μｍである。
【００２４】
行列状に画素が配列された撮像素子２６は、被写体像を空間サンプリングして、各画素毎の信号を得る。したがってサンプリング定理に基づき撮像素子２６で解像可能な被写体像の空間周波数は、水平方向および垂直方向における画素周波数ｆの１／２で規定されるナイキスト周波数ｆ／２未満であり、そのナイキスト周波数以上の空間周波数の被写体像は、基底帯域へ折返されて、モアレ状の偽信号となる。この偽信号は、基底帯域内へ多重化されているので、撮像素子２６の出力を演算処理しても消去不可能であり、空間サンプリングする際に発生するので、空間サンプリング動作の前に、消去する必要がある。すなわち空間的な光学的ローパスフィルタによって、ナイキスト周波数ｆ／２以上の高い空間周波数を有する被写体像が、撮像素子２６の受光面である撮像面に現れないようにする必要がある。そのために空間フィルタ２４が、撮像素子２６の前方に配置される。
【００２５】
モアレは、本来、画像情報に無い情報であり、画質を大きく劣化させるので、出力画面に現れないようにする必要がある。したがって撮像素子２６と被写体像とが干渉してモアレを発生させる被写体像の空間周波数成分が、撮像素子２６に入らないように、可変空間フィルタ２４によって光学的な処理を行う。この可変空間フィルタ２４は、モアレが出やすい高域の空間周波数成分のコントラストを落とすローパスフィルタの働きをし、あるいは実施の他の形態では、モアレが出る周波数だけコントラストを落とすバンドパスフィルタであってもよい。
【００２６】
可変空間フィルタ２４によって、モアレの縞模様のコントラストを下げるためには、縞の明部と暗部とが打消し合うように画像をずらして加算すればよい。たとえば波長λ０の縞模様のコントラストを下げるためには、縞と直交する方向へ波長λ０／２だけずらした被写体像を、もとの被写体像に加算すればよい。可変空間フィルタ２４を構成する第１〜第３の各複屈折板３３〜３５を通して被写体２１を見たとき、或る量だけずれた２重像が得られる。このずれ量とずれる方向とを、消したいモアレの空間周波数に合わせるとともに、２つの画像の光量を一致させることによって、目標とする縞模様のコントラストを低下することができる。このことをさらに説明する。
【００２７】
図３は第１複屈折板３３の複屈折現象を説明するための図であり、この現象は、第２および第３複屈折板３４，３５に関しても同様である。図３（１）に断面が示される複屈折板３３は、たとえば水晶であり、光学的には、正の単軸結晶であり、単一の光学軸４７を有する。光学軸ｑ１と角度φで交わるように法線４８を有する平面４９で切出された結晶を想定する。法線４８は、この実施の形態では、光学軸２２に一致する。この面４９に垂直に、法線４８に沿って入射光が入射されるものとする。
【００２８】
複屈折板３３から出射される常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとのなす角度δは、式１で示される。
【００２９】
【数１】
0003599939.tif 000002
【００３０】
式１においてｎ１は、常光線Ｌｏの屈折率であり、ｎ２は異常光線Ｌｅの光学軸ベクトルｑ１と直交する方向における屈折率である。たとえば１８℃、ナトリウムＤ線の場合、ｎ１＝１．５４４３、ｎ２＝１．５５３４となる。
【００３１】
常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅは、図３（２）に示すように、それらの電気変位ベクトルＤｏ，Ｄｅ（総括的には参照符Ｄ）、すなわち振動方向が違い互いに直交する直線偏光である。複屈折板３３を出た光の電気変位ベクトルＤの方向と、電場ベクトルＥの方向とは一致する。異常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとの分離幅ｄ１は、複屈折板３３の厚みをｗ１とするとき、式２で示される。
【００３２】
ｄ１＝ｗ１・ｔａｎδ１                                  …（２）
式１において、ｔａｎδ１は、
ｔａｎφ  ＝  ｎ２／ｎ１                                  …（３）
ｔａｎδ１＝（ｎ２２−ｎ１２）／２ｎ１・ｎ２              …（４）
となる。
【００３３】
ｔａｎδ１の最大値ｔａｎδ０は、φ＝４５．２°においてｔａｎδ０＝５．８７６×１０−３であり、本件実施の形態では、このｔａｎδ１が最大となる構成を有する複屈折板３３を用いる。すなわち複屈折板３３の表面４９を、ｘｙｚ直交座標系におけるｘｙ平面とし、ｚ軸をレンズ２３の光軸２２に一致させるとき、水晶の光学軸４７はｚ軸と前述のｔａｎδ１が最大となる角度φ＝４５．２°となるように切出して構成される。
【００３４】
第１〜第３複屈折板３３〜３５では、前述のように入射光を常光線および異常光線の合計２本に分離した光の偏光方向は、相互に直交する直線偏光である。したがってこれらの第１〜第３複屈折板３３〜３５を組合せることによって、希望する分離光像を得ることができる。
【００３５】
図４は、空間フィルタ２４の第１〜第３複屈折板３３〜３５の第１動作モードにおける状態を簡略化して示す斜視図である。これらの各複屈折板３３〜３５の光学軸は、参照符ｑ１〜ｑ３で示される。これらの各複屈折板３３〜３５の分離幅ｄ１，ｄ２，ｄ３（総括的には参照符ｄ）、厚みｗ１，ｗ２，ｗ３（総括的には参照符ｗ）および第１動作モードにおける光学軸ｑ１〜ｑ３のｘｙ平面内の方向は、表１に示されるとおりである。
【００３６】
【表１】
0003599939.tif 000003
【００３７】
図５は、可変空間フィルタ２４を構成する第１〜第３複屈折板３３〜３５の構成を説明するための簡略化した斜視図である。図５（１）は第１複屈折板３３を示し、図５（２）は第２複屈折板３４の構成を示し、図５（３）は第３複屈折板３５の構成を示す。各複屈折板３３〜３５の矢印は、各光学軸ｑ１〜ｑ３を示し、図４の矢印は、これらの各光学軸ｑ１〜ｑ３の表面への投影であって、同一の参照符で示す。図５における角度φは、前述のようにφ＝４５．２°に定められる。
【００３８】
図６は、第１〜第３複屈折板３３〜３５の分離光像を説明するための図である。レンズ２３からの入射光が、先ず第１複屈折板３３に入射して通過後、図６（１）に示されるように分離幅ｄ１を有して常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとに分離して出射される。常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとを結ぶ方向は、光学軸ｑ１に対応している。図６において、常光線と異常光線の各位置を小さい白丸で示し、振動面をその小さい白丸から延びる矢印で示し、このことは後述の図１１、図２９および図３３などにおいても同様である。出射される常光線の振動面は、光学軸に垂直であり、出射される異常光線の振動面は光学軸に平行である。図中、２つの光線の位置が重なったとき、その位置を二重丸で示す。
【００３９】
次の第２複屈折板３４にこれらの光線Ｌｏ，Ｌｅが入射されると、図６（２）のように、前記常光線Ｌｏは、常光線Ｌｏｏと異常光線Ｌｏｅとに分離幅ｄ２だけ分離し、また異常光線Ｌｅは、常光線Ｌｅｏと異常光線Ｌｅｅとに分離幅ｄ２だけ分離して、出射される。
【００４０】
最後の第３複屈折板３５を通過した後には、図６（３）に示されるように、常光線Ｌｏｏに対応して常光線Ｌｏｏｏと異常光線Ｌｏｏｅとが分離幅ｄ３だけ分離し、異常光線Ｌｏｅに対応して正常光線Ｌｏｅｏと異常光線Ｌｏｅｅとに分離し、常光線Ｌｅｏに対応して常光線Ｌｅｏｏと異常光線Ｌｅｏｅとに分離し、さらに異常光線Ｌｅｅに対応して常光線Ｌｅｅｏと異常光線Ｌｅｅｅとに分離する。したがって可変空間フィルタ２４において最終的に得られる常光線と異常光線との分離の状態は、図６（３）と同一の分離状態を示す図７のとおりとなる。
【００４１】
この第１動作モードにおける可変空間フィルタ２４によって得られる空間周波数特性は、図８に示される。図８（１）の横軸は垂直方向の空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｙであり、縦軸はＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示す。また図８（２）は水平方向の空間周波数特性を示し、その横軸は水平方向の空間周波数を示し、単位は１／Ｐｘであり、縦軸はＭＴＦである。図８から、可変空間フィルタ２４は、垂直方向ｙおよび水平方向ｘに空間周波数制限効果を生じ、したがって輝度モアレの発生を抑制することが理解される。
【００４２】
図９は、可変空間フィルタ２４の図４〜図８に示される第１動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。図９の横軸は水平方向ｘの空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｘであり、縦軸は垂直方向ｙの空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｙである。図９における白丸は輝度モアレの空間周波数を示す。撮像素子２６の撮像面における画像の帯域は、図９において斜線を施して示す部分５１で示される。
【００４３】
撮像素子２６が前述の白黒単板の構成であるとき、モアレは、図９の空間周波数平面内で、座標位置（１／Ｐｘ，１／Ｐｙ）、（１／Ｐｘ，０）、（−１／Ｐｘ，１／Ｐｙ）などにそれぞれ発生する。したがってモアレを消すための常光線と異常光線との点像分布は、撮像素子２６の撮像面内で（Ｐｘ／２，Ｐｙ／２）すなわち水平方向ｘに対して４５°（２２５°と等価）にＰ／２√２、（Ｐｘ／２，０）すなわち水平方向ｘにＰ／２、および（−Ｐｘ／２，Ｐｙ／２）すなわち水平方向ｘに対して１３５°にＰ／２√２の合計３種類である。
【００４４】
複屈折板３３，３４，３５を重ねる際には、前方の複屈折板３３，３４，３５の分離方向に対し光軸２２のまわりに相互に４５°だけ分離方向をずらすことによって、前方の各複屈折板３３，３４，３５の分離幅を保持しつつ合計３つの複屈折板３３，３４，３５によって新たな分離が可能となる。この実施の形態では、上述の分離幅に関して、（分離幅ｄ，水平方向ｘに対する光学軸の角度）は、上述のように（Ｐ／２√２，４５度）、（Ｐ／２、水平方向ｘ）および（Ｐ／２√２、１３５度）となるように、第１〜第３複屈折板３３〜３５が上述のように構成して順次的に配置される。したがって図９から画像の帯域５１には、輝度モアレの発生が抑制されることが判る。
【００４５】
図１０は、可変空間フィルタ２４の第２動作モードにおける状態を示す簡略化した斜視図である。第１および第２複屈折板３３，３４から成る第１フィルタ３１は、図４の第１動作モードの状態に比べてレンズ２３の光軸２２のまわりに時計方向に４５度だけ、フィルタ用駆動手段３６によって回転駆動される。これによって第１複屈折板３３の光学軸ｑ１は水平方向ｘから反時計方向に１８０度にあり、第２複屈折板３４の光学軸ｑ２は水平方向ｘから時計方向に４５度にあり、第２および第３複屈折板３４，３５の光学軸ｑ２，ｑ３の方向は相互に反対方向である。
【００４６】
図１１は、図１０に示される第２動作モードの状態における可変空間フィルタ２４の常光線と異常光線との分離を説明するための図である。先ず第１複屈折板３３を通過した光は、図１１（１）に示されるように常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとに、水平方向にｘの光学軸ｑ１に沿って分離幅ｄ１だけ分離される。
【００４７】
次にこれらの光線Ｌｏ，Ｌｅが第２複屈折板３４に入射され、その通過した光は入射した常光線Ｌｏに関して、常光線Ｌｏｏと、光学軸ｑ２に沿って分離幅ｄ２だけ分離した異常光線Ｌｏｅとに分離される。入射した異常光線Ｌｅに関しては、常光線Ｌｅｏと、光学軸ｑ２に沿って分離幅ｄ２だけ分離した異常光線Ｌｅｅとに分離される。
【００４８】
最後に第３複屈折板３５には、第２複屈折板３４からの図１１（２）に示される光線が入射され、これによって第３複屈折板３５からは、常光線Ｌｏｏに関して、常光線Ｌｏｏｏが出射される。入射される異常光線Ｌｏｅに関して、異常光線Ｌｏｅｅが光学軸ｑ３に沿って分離幅ｄ３だけシフトする。また同様に入射される異常光線Ｌｅｏに関して、第３複屈折板３５を通過した後には、常光線Ｌｅｏｏが得られる。さらに異常光線Ｌｅｅに関して、異常光線Ｌｅｅｅが光学軸ｑ３に沿って分離幅ｄ３だけシフトして得られる。常光線Ｌｏｏ，Ｌｅｏの各振動面は、光学軸ｑ３に垂直であるので、それらの異常光線は、出射されず、存在しない。異常光線Ｌｏｅ，Ｌｅｅの各振動面は、光学軸ｑ３に平行であるので、それらの常光線は、出射されず、存在しない。
【００４９】
こうして第２動作モードの状態で可変空間フィルタ２４から撮像素子２６の撮像面上に得られる光線は、図１１（３）と同一の分離状態を示す図１２のとおりとなる。
【００５０】
この第２動作モードにおける可変空間フィルタ２４によって得られる空間周波数特性は、図１３に示される。図１３（１）の横軸は垂直方向の空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｙであり、縦軸はＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示す。また図１３（２）は水平方向の空間周波数特性を示し、その横軸は水平方向の空間周波数を示し、単位は１／Ｐｘであり、縦軸はＭＴＦである。図１３から、可変空間フィルタ２４は、垂直方向ｙおよび水平方向ｘに空間周波数制限効果が減じられ、通過帯域が高域まで広がっており、高解像度の画質を得るために適切な空間周波数特性が得られることが理解される。すなわち図１３に示される前述の図１０〜図１２の第２動作モードの状態における可変空間フィルタ２４の空間周波数特性は、垂直方向ｙおよび水平方向ｘにいずれも高周波数成分が遮断されることなく、広帯域とされ、空間周波数制限効果が減じられた高解像度を得るのに適した周波数特性となっていることが判る。これによって高解像度を得る第２動作モードにおける高域減衰を抑制することができる。
【００５１】
図１４は、可変空間フィルタ２４の図１０〜図１３に示される第２動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。図１４の横軸は水平方向の空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｘであり、縦軸は垂直方向の空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｙである。図１４における白丸は輝度モアレの空間周波数を示す。撮像素子２６の撮像面における画像の帯域は、図１４において斜線を施して示す部分５２で示される。このことから、画像の帯域５２には、上述のように輝度モアレの発生が抑制されることが判る。
【００５２】
図１５は、第１フィルタ３１を４５度だけ角変位駆動するためのフィルタ用駆動手段３６の構成を示す正面図である。第１および第２複屈折板３３，３４から成る第１フィルタ３１は、たとえば円板状であって、円環状の保持部材５３に保持されて固定される。保持部材５３は、周方向に３以上の複数（この実施の形態では３）カ所で回転ローラ５４によってレンズ２３の光軸２２まわりに回転可能に支持される。保持部材５３には外方に突出する突起５５が固定される。突起５５には保持部材５３の半径方向に延びる溝５６が形成される。
【００５３】
固定位置に設けられたモータ５７の出力軸５８にはレバー５９の基端部が固定される。このレバー５９の遊端部には、突起であるピン６０が固定される。ピン６０は、溝５６に嵌まり込み、その溝５６の長手方向、すなわち保持部材５３の半径方向に、変位可能である。
【００５４】
ねじりばね６１が設けられる。このねじりばね６１は、レバー５９を出力軸５８の軸線６２まわりに図１５の反時計方向にばね力を与える。これによって第１動作モードで、モータ５７に電力が供給されない休止状態では、ねじりばね６１のばね力によってレバー５９および突起５５は図１５の実線で示される位置にある。このときピン６０は、保持部材５３の半径方向に沿う溝５６の最外方端６３に当接している。第２動作モードでは、モータ５７に電力が供給されて出力軸５８、したがってレバー５９が軸線６２のまわりに図１５の実線の状態から時計方向に角変位される。レバー５９が仮想線６４で示されるように角変位したとき、ピン６０は再び溝５６の最外方端６３に当接する。こうしてレバー５９は、光軸２２と一致した保持部材５３の回転軸線と、レバー５９の前記一端部の回転軸線６２とを含む一仮想平面に関して、対称に角変位する。
【００５５】
図１６は、第２フィルタ３２を構成する第３複屈折板３５を、イメージシフト用角変位軸線３８まわりに角変位するイメージシフト用駆動手段３７の斜視図である。第３複屈折板３５は矩形の板状である。第３複屈折板３５の両外側方には、一対の圧電部材６６，６７が配置される。圧電部材６６，６７はバイモルフ形であり、細長い短冊状の３枚の電極の間に一対の圧電セラミックが介在される構造を有する。圧電部材６６，６７の長手方向は、電圧が与えられない、すなわち駆動されない自然状態で、光軸２２に垂直な平面内にあり、相互に平行であり、ｘ軸およびｙ軸に４５度で交差して延びる。したがって圧電部材６６，６７の長手方向は、第１動作モードの状態および第２動作モードのイメージシフト前の状態では、電圧が印加されない自然状態であって、光軸２２とイメージシフト用角変位軸線３８とを含む仮想平面に垂直である。
【００５６】
圧電部材６６，６７の長手方向一端部はステージ６８に接合されて固定され、これによって圧電部材６６，６７は片持ち梁構造で支持される。圧電部材６６，６７の他端部は、一対の取付け部材６９，７０によってサンドイッチされて固定される。取付け部材６９，７０間には、第３複屈折板３５の基端部が固定される。圧電部材６６，６７に駆動電圧を印加することによって、圧電部材６６，６７は、第３複屈折板３５が光軸２２に垂直な第１動作モードの状態および第２動作モードのイメージシフト前の状態から、その圧電部材６６，６７の前記他端部が矢符７１の方向に変位して第３複屈折板３５が図１の仮想線３９で示されるように角変位し、こうして第３複屈折板３５は実質的にイメージシフト用角変位軸線３８まわりに傾斜され、第２動作モードのイメージシフト後の状態になる。このイメージシフト動作のために第３複屈折板３５が角変位駆動される傾き角θ２は後述のように、わずかであり、したがって第２動作モードにおいて可変空間フィルタ２４の空間周波数特性に悪影響が及ぼされることはなく、その空間周波数特性が損なわれることはない。
【００５７】
図１７は、第３複屈折板３５がイメージシフト動作する原理を説明するための側面図である。図１７の実線で示される第３複屈折板３５は、その表面が光軸２２に垂直な状態となっており、法線が光軸２２に対して傾き角θ２だけイメージシフト用角変位軸線３８のまわりに角変位駆動するように傾斜されると、軸線２２は、参照符４０で示されるようにシフトして変位する。このシフト量ΔＳは、第３複屈折板３５の屈折率をｎとし、厚みをｗ３とするとき式５で示される。
【００５８】
【数２】
0003599939.tif 000004
【００５９】
となる。
【００６０】
ここでｓｉｎ２θ２≒０とすると、式５は、
ΔＳ  ＝  ｗ３・ｓｉｎ｛θ２・（１−１／ｎ）｝              …（６）
となる。本発明の実施の形態では、前述の図２に関連して述べたように、シフト量ΔＳとなるように、傾き角θ２が前述の図１６のイメージシフト用駆動手段３７によって第３複屈折板３５が駆動される。
【００６１】
第３複屈折板３５の厚みｗ３＝０．４５ｍｍであり、その屈折率ｎ＝１．５であるとき、水平方向ｘおよび垂直方向ｙにＰ／２だけイメージシフトする画素の対角方向のシフト量ΔＳ＝Ｐ／√２＝５．２μｍであり、このとき必要とする傾き角θ２＝１．９度である。この傾き角θ２は、ごくわずかであるので、可変空間フィルタ２４の働きによる常光線および異常光線への分離幅の悪影響はほとんど生じることはなく、空間周波数特性が第３複屈折板３５の第２動作モードにおいてイメージシフトのための傾斜によって変化することはない。
【００６２】
処理回路２７は、低解像度の画像を得る第１動作モードでは、制御回路４１を動作させて、フィルタ用駆動手段３６によって可変空間フィルタ２４の第１フィルタ３１は、前述の図４〜図９に関連して述べた状態とする。第２フィルタ３２を構成する第３複屈折板３５は、イメージシフト用駆動手段３７によってその第３複屈折板３５が図１７の実線で示されるようにシフト量ΔＳ＝０に設定される。この状態で撮像素子２６によって被写体像が撮像される。
【００６３】
高解像度の画像を得る第２動作モードでは、処理回路２７は制御回路４１を動作させて、可変空間フィルタ２４の第１フィルタ３１がフィルタ用駆動手段３６によって、前述の図４〜図９に示される第１動作モードの状態から、光軸２２まわりに４５度角変位駆動されて図１０〜図１４に示される状態になる。第２動作モードでは、先ず第３複屈折板３５をイメージシフト用駆動手段３７によって、イメージシフト動作の前である前述の第１動作モードと同様に、第３複屈折板３５の表面を光軸２２に垂直な図１７の実線で示される状態としてシフト量ΔＳ＝０の状態とする。このようにイメージシフト動作が行われていない状態で、撮像素子２６による被写体像の撮像を行って、その第１画像をメモリ２８にストアする。
【００６４】
第２動作モードでは、次にイメージシフト用駆動手段３７によって、第３複屈折板３５を前述のように傾き角度θ２だけ図１７の仮想線のように角変位駆動し、シフト量ΔＳ＝Ｐ／√２を得て、撮像素子２６によって被写体像を撮像する。このイメージシフト動作の後に得られる撮像素子２６からの第２の画像を、もう１つのメモリ２９にストアする。
【００６５】
図１８（１）はメモリ２８にストアされたイメージシフト動作の前の第１の画像の画素の位置を示す。各画素４４は個別的に、参照符ａと行列状の座標位置を示す数値１，１；１，２；１，３；…などとで示されている。
【００６６】
イメージシフト動作の後に得られる被写体像の画素は、図１８（２）に示されているように、画素４４の対角方向に図１８（１）の画像がシフト量ΔＳだけずれている。各画素４４の行列状の座標位置は、参照符ｂと行列状の座標位置を示す数値とで示されている。
【００６７】
処理回路２７は、メモリ２８，２９にそれぞれストアされているシフト動作前後の図１８（１）および図１８（２）でそれぞれ得られた合計２つの被写体像を合成して、図１９に示される各画素毎の画像信号を合成演算する。前述の図１８（１）に示される被写体像と、図１８（２）に示されるもう１つの被写体像とは、前述のように水平方向ｘおよび垂直方向ｙにＰ／２だけずれており、こうして図１９のように得られる合成された被写体像は、水平方向ｘおよび垂直方向ｙに２倍の画素数を有する合成画像となる。図１９の各画素のうち、○印で示される位置の画素９４の輝度データは、補間演算によって画素データが得られる。たとえば○印の位置の画素９４の輝度データは、水平方向ｘおよび垂直方向ｙに隣接する合計４つの画素の輝度の平均値として補間されて設定されることができる。この補間の態様は、その他の演算によって達成されてもよい。こうして得られる図１９の合成画像は、撮像素子２６によって第１モードで得られる画像の解像度の２倍の画質を有することになる。
【００６８】
表示手段３０は、第１および第２動作モードで得られた被写体像を目視表示する。表示手段３０とともに、またはこの表示手段３０に代えて、記録紙に印刷するプリンタなどが用いられてもよい。
【００６９】
上述の実施の形態では、イメージシフト用駆動手段３７によって第２フィルタ３２は、１ピッチＰ未満だけ被写体像が撮像素子２６の撮像面上でずれるように構成されたけれども、本発明の実施の他の形態では、被写体像が３以上、順次的に被写体像を撮像面上でずらしてイメージシフトを行い、各イメージシフトの段階毎に撮像素子２６からの被写体像を表す画素データを得て、それらの画素データを合成してさらに解像度を向上した被写体像を得るようにしてもよい。
【００７０】
図２０は、本発明の実施のさらに他の形態の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の図１〜図１９に関連して述べた実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、第３複屈折板３５と、赤外線遮断フィルタ２５とが光軸２２方向に重ね合わされて１枚の板状に構成される。この第３複屈折板３５と赤外線遮断フィルタ３５とが一体になった光学的ユニット７３は、イメージシフト用駆動手段３７によって第２動作モードにおいて、前述の実施の形態と同様にイメージシフト用角変位軸線３８まわりに角変位駆動される。
【００７１】
図２０の実施の形態では、イメージシフト動作による前述の式５および式６に関連して述べたシフト量ΔＳは、その式５および式６における厚みｗ３が、第３複屈折板３５と赤外線遮断フィルタ２５との厚みの合計値に置き換えられるので、前述と同じシフト量を得るための傾き角θ２は、前述の実施の形態よりも小さくてよい。これによってイメージシフト用駆動手段３７におけるイメージシフト動作の高速化を図ることができ、また低消費電力化を図ることができる。
【００７２】
またこの図２０に示される実施例では、赤外線遮断フィルタ２５が第３複屈折板３５に固定されて構成されるので、行路長を、前述の図１〜図１９に関連して述べた実施の形態に比べて短くすることができる。これによって構成をさらに小形化することができる。
【００７３】
図２１は、本発明の実施のさらに他の形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は前述の実施の各形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、可変空間フィルタ２４を構成する第２フィルタ３２は、光軸２２に沿って配置される２つの複屈折板７４，７５によって構成される。赤外線遮断フィルタ２５は、これらの一対の複屈折板７４，７５の間にサンドイッチされて固定されて構成される。このようにして一体化された第２フィルタ３２と赤外線遮断フィルタ２５とから成る光学的ユニット７６は、イメージシフト用駆動手段３７によって前述の第２動作モードにおいて角変位駆動される。
【００７４】
この図２１における複屈折板７４，７５は、前述の第３複屈折板３５と同様に構成され、ただし、その複屈折板７４，７５の厚みの和を、前述の実施の形態における第２複屈折板３５の厚みｗ３と等しくなるように構成し、複屈折板７４，７５は光軸２２に沿って一致するように配置される。こうして複屈折板７４，７５の合成した空間周波数特性は、前述の第３複屈折板３５の空間周波数特性と同一にすることができる。
【００７５】
図２１に示される実施の形態によれば、光学的ユニット７６の厚みがさらに大きくなる。したがって前述の式５および式６に基づき、シフト量ΔＳを得るために必要な傾き角θ２がさらに小さい値でよい。これによってイメージシフト用駆動手段３７によるイメージシフト動作の高速化、低消費電力化をさらに図ることが可能である。
【００７６】
赤外線遮断フィルタ２５は、合成樹脂材料または無機材料から成り、または金属薄膜を含み、したがって一般的に、空気中の水分の吸湿によって特性の劣化が発生しやすい傾向がある。したがって前述の図１〜図２１の実施の各形態では、赤外線遮断フィルタ２５の外部に露出する表面上には、その赤外線遮断フィルタ２５が直接に外気と接触することを防ぐために透光性薄膜がコーティングされている。これに対して図２１の実施の形態では、赤外線遮断フィルタ２５の両表面は、複屈折板７４，７５によって被覆されることになるので、その赤外線遮断フィルタ２５が直接に外気と接触することが防がれる。したがって赤外線遮断フィルタ２５が空気中の水分の吸湿によって特性劣化が生じることを防ぐことができるとともに、また外気に接触しないようにするための前述の薄膜をコーティングすることが必要でなく、安価な構成によって、赤外線遮断フィルタ２５の特性劣化を防止することができる。
【００７７】
本発明の実施の他の形態では、赤外線遮断フィルタ２５は、図１〜図１９および図２０の実施の各形態における第１フィルタ３１を構成する第１および第２複屈折板３３，３４間にサンドイッチされて前述の光学的ユニット７６と同様に構成されてもよい。このような構成によっても、図２１と同様に、赤外線遮断フィルタ２５の吸湿による特性劣化を安価に防止することができる。
【００７８】
図２２は、本発明の実施の他の形態の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の実施の各形態、特に図２１に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。この図２２の実施の形態では、可変空間フィルタ２４とフィルタ用駆動手段３６とイメージシフト用駆動手段３７とが、撮像素子２６とともに単一のユニット７７として構成される。このユニット７７は、レンズ２３を含むレンズ系に、高精度で取付けて組立てることが容易であり、生産性が向上される。複屈折板７４，７５と赤外線遮断フィルタ２５とが一体化された光学的ユニット７６に代えて、前述の図２０に示される光学的ユニット７３が用いられてもよく、さらにまた前述のように図１〜図１９に示される第１および第２複屈折板３３，３４間に赤外線遮断フィルタ２５がサンドイッチされて構成された発明の実施の各形態においても、図２２に示される本発明の考え方が実施される。
【００７９】
したがってレンズ２３に、可変空間フィルタ２４、赤外線遮断フィルタ２５、フィルタ用駆動手段３６およびイメージシフト用駆動手段３７を個別的に位置決めして取付ける構成に比べて、上述の実施の形態によれば、レンズ系にユニット７７を取付ける位置決め精度を高精度にすることができる。そのため装置の信頼性を高めることができ、しかも製造コストが安価にすることができる。
【００８０】
図２３は前記ユニット７７の正面図であり、図２４は図２３の切断面線１２４−１２４から見た断面図であり、図２５は図２３の切断面線１２５−１２５から見た断面図である。これらの図面を参照して、外形が大略的に直方体状のユニットベース７９，８０，８１はハウジング８２を構成し、これらユニットベース７９〜８１は着脱可能に固定される。ユニットベース７９には、第１フィルタ３１と、フィルタ用駆動手段３６とが設けられる。このユニットベース７９に形成された内周面が直円柱状である収納凹所８３には、円環状の保持部材８４が嵌め込まれる。保持部材８４は、光軸２２まわりに角変位可能である。保持部材８４の中央孔８５に臨んで第１フィルタ３１が固定される。この保持部材８４には、光軸２２を中心とする半径方向に延びる案内長孔８６が形成される。その案内長孔８６は、半径方向内方端８７および外方端８８を有する。
【００８１】
保持部材８４の外周部には位置決め用切欠き８９，９２が形成される。ユニットベース７９に端部が固定された板ばね９０のＶ字状に屈曲された係止部９１は、位置決め用切欠き８９に弾発的に嵌まり込んで保持部材８４の位置決めされるとともに、周方向に４５度ずれたもう１つの切欠き９２に嵌まり込んで位置決めが正確に達成される。係止突部９１が切欠き８９に弾発的に嵌まり込んで位置決めされる状態は、前述の第１動作モードである。係止突部９１が切欠き９２に弾発的に嵌まり込んで位置決めされる状態は、前述の第２動作モードである。
【００８２】
図２４および図２５に明らかに示されるように、保持部材８４の第３複屈折板３５側の端面とユニットベース７９の底１０１との間には、支持部材１０２が介在される。この支持部材１０２は、保持部材８４と同様に円環状であり、摩擦係数が小さく、また発塵が少ない材料、たとえば合成樹脂などから成る不織布で構成される。したがって保持部材８４の角変位が円滑に行われる。
【００８３】
ユニットベース７９には、レバー９５が角変位可能に設けられる。このレバー９５は、操作部９６と、半円弧状の屈曲部９７とから成る。光軸２２に平行な軸９８は、レバー９５の操作部９６を角変位可能に支持する。この操作部９６の両側部は、ピン９８の軸線まわりに同心の円弧状の突部９９をそれぞれ有する。ユニットベース７９の側部には、これらの突部９９が嵌まり込む支持凹所１００が形成される。これによってユニットベース７９内に外部からの粉塵が混入することが防がれ、したがって第１〜第３屈折板３３〜３５の汚損が防がれる。蓋１０５は、ユニットベース７９に着脱可能に取付けられており、保持部材８４およびレバー９５の光軸２２方向の抜出しを阻止し、外部からの粉塵の混入を防ぐ働きをする。
【００８４】
屈曲部９７の端部には、ピン１０３が屈曲されている。このピン１０３は、案内長孔８６に嵌まり込む。図２３に示される第１動作モードでは、ピン１０３が、案内長孔８６の半径方向内方端８７に当接しており、このとき板ばね９０の係止部９１は、前述のように位置決め用切欠き８９に弾発的に嵌まり込んでいる。
【００８５】
第２モードでは、レバー９５の操作部９６は、矢符１０４の方向に角変位され、これによってレバー９５は軸９８のまわりに図２３の反時計方向に角変位する。これによってピン１０３は案内長孔８６の半径方向外方端８８に当接し、このとき板ばね９０の係止部９１は、位置決め用切欠き９２に弾発的に嵌まり込む。
【００８６】
ユニットベース８０には、前述の図１６に関連して説明したイメージシフト用駆動手段３７が取付けられる。このイメージシフト用駆動手段３７のステージ６８は、ユニットベース８０の収納凹所１０７に収納されて固定される。この収納凹所１０７内には、圧電部材６６，６７、支持部材７０，７１および第３複屈折板３５が収納されて、圧電部材６６，６７によって第３複屈折板３５がイメージシフト用角変位軸線３８まわりに角変位駆動されることができる。
【００８７】
さらにもう１つのユニットベース８１には、撮像素子２６が固定される。この撮像素子２６は、ユニットベース８０に形成された収納凹所１０８内に嵌まり込み、第１〜第３複屈折板３３〜３５を通過して得られる被写体像を撮像する。
【００８８】
レバー９５の操作部９６は、ユニットベース７９の外方で、その操作部９６の端部に、ピン１０５によって、電磁プランジャ１０６の駆動棒１０９にピン結合される。この電磁プランジャ１０６は、支持片１１０によってユニットベース７９に取付けられる。電磁プランジャ１０６は、制御回路４１によって第１動作モードでは消磁されており、したがってその電磁プランジャ１０６に収納されているばねのばね力によって図２３に示される状態が保たれている。第２動作モードでは、電磁プランジャ１０６が励磁され、これによって駆動棒１０９は電磁プランジャ１０６に内蔵されているばねのばね力に抗してレバー９５の操作部９６を軸９８のまわりに図２３の反時計方向に角変位駆動する。
【００８９】
図２６は、本発明の実施の他の形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。撮像素子２６は、いわゆるベイヤ配列単板カラーの構造を有し、その撮像面は、次に述べる図２７に示されている。撮像素子２６の前方でレンズ２３との間には、可変空間フィルタ１１１が配置される。この可変空間フィルタ１１１は、第１フィルタ１１２と第２フィルタ１１３とが、レンズ２３の光軸２２に沿って順次的に被写体２１側から撮像素子２６に順次的に配置される。第１フィルタ１１２は、第１複屈折板１１４から成る。第２フィルタ１１３は、第２および第３複屈折板１１５，１１６が光軸２２に沿って順次的に配置されて固定されて成る。第１複屈折板１１４は、第１動作モード時に比べて第２動作モードではフィルタ用駆動手段３６によって光軸２２まわりに９０度角変位する。第２および第３複屈折板１１５，１１６から成る第２フィルタ１１３は、イメージシフト用駆動手段３７によって第２動作モードにおいて傾き角θ２だけ角変位されてイメージシフト動作を行う。これらの動作は、前述の実施の形態に類似する。
【００９０】
図２７は、前述の図２６において用いられる撮像素子２６の撮像面の正面図である。多数の画素１１７，１１８，１１９，１２０，…は、水平方向ｘにピッチＰｘをあけて、また垂直方向ｙに予め定めるピッチＰｙをあけて行列状に配置される。この実施の形態では、前述の実施の形態と同様に、Ｐｘ＝Ｐｙ≡Ｐである。垂直方向ｙに隣接する一対の行１２１，１２２のうち、一方の行１２１上には、３原色のうち、緑Ｇの輝度を検出する画素１１７と青Ｂの輝度を検出する画素１１８とが、相互に配置される。他方の行１２２上には、赤の輝度を検出する画素１１９と緑Ｇの輝度を検出する画素１２０とが水平方向に交互に配置される。各行１２１，１２２上にそれぞれ存在する緑Ｇの画素１１７，１２０は、水平方向ｘにＰだけずれている。こうしていわゆる単板カラーベイヤ配列構造の撮像面が合成される。
【００９１】
図２８は、可変空間フィルタ１１１の低解像度の画質を得る第１動作モードにおける第１〜第３複屈折板１１４〜１１６を示す簡略化した斜視図である。これらの第１〜第３複屈折板１１４〜１１６は、前述の複屈折板３３〜３５に類似するけれども、分離幅ｄ、厚みｗおよび第１動作モードにおける光学軸ｑ４〜ｑ６の方向は、表２に示されるように構成される。
【００９２】
【表２】
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【００９３】
図２９は、第１〜第３複屈折板１１４〜１１６の分離光像を説明するための図である。レンズ２３からの入射光がまず第１複屈折板１１４に入射して通過後、図２９（１）に示されるように分離幅ｄ４を有して常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとに分離して出射される。常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとを結ぶ方向は、光学軸ｑ４に対応している。
【００９４】
次の第２複屈折板１１５にこれらの光線Ｌｏ，Ｌｅが入射されると、図２９（２）のように、前記常光線Ｌｏは、異常光線Ｌｏｅに分離幅ｄ５だけシフトし、また異常光線Ｌｅは、常光線Ｌｅｏとして、出射される。常光線Ｌｏの振動面は、光学軸ｑ５に平行であるので、第２複屈折板１１５からの常光線Ｌｏに対応する常光線は出射されず、存在しない。異常光線Ｌｅの振動面は、光学軸ｑ５に垂直であるので、第２複屈折板１１５からの異常光線Ｌｅに対応する異常光線は、出射されず、存在しない。
【００９５】
最後の第３複屈折板１１６を通過した後には、図２９（３）に示されるように、異常光線Ｌｏｅに対応して正常光線Ｌｏｅｏと異常光線Ｌｏｅｅとに分離し、常光線Ｌｅｏに対応して常光線Ｌｅｏｏと異常光線Ｌｅｏｅとに分離する。
【００９６】
したがって可変空間フィルタ１１１において最終的に得られる常光線と異常光線との分離の状態は、図２９（３）と同一の分離状態を示す図３０のとおりとなる。この第１動作モードでは、被写体像のナイキスト周波数１／Ｐ以上が遮断されて、その被写体の空間周波数の不必要な高周波成分が遮断され、色モアレの発生が抑制される。
【００９７】
図３１は、可変空間フィルタ１１１の図２８〜図３０に示される第１動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。図３１の横軸は水平方向ｘの空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｘであり、縦軸は垂直方向ｙの空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｙである。図３１における白丸は輝度モアレの空間周波数を示す。斜線を施して示す黒丸は色モアレの空間周波数を示す。撮像素子２６の撮像面における画像の帯域は、斜線を施して示す部分１２４で示される。これによって低解像度の第１動作モードでは、空間周波数の不必要な高周波成分が遮断され、輝度モアレおよび色モアレの発生が抑制される。
【００９８】
図３２は、可変空間フィルタ１１１の第２動作モードにおける状態を示す簡略化した斜視図である。この実施の形態では、単１枚の第１複屈折板１１４から成る第１フィルタ１１２は、前述の図２８の第１動作モードの状態に比べて、レンズ２３の光軸２２のまわりに時計方向に９０度だけ、フィルタ用駆動手段３６によって回転駆動される。これによって第１複屈折板１１４の光学軸ｑ４は、水平方向ｘから反時計方向に１３５度にあり、したがって第２複屈折板１１５の光学軸ｑ５とは相互に反対方向である。
【００９９】
図３３は、図３２に示される第２動作モードの状態における可変空間フィルタ１１１の常光線と異常光線との分離を説明するための図である。
【０１００】
先ず第１複屈折板１１４を通過した光は、図３３（１）に示されるように常光線Ｌｏと異常光線Ｌｅとに、水平方向にｘの光学軸ｑ４に沿って分離幅ｄ４だけ分離される。
【０１０１】
次にこれらの光線Ｌｏ，Ｌｅが第２複屈折板１１５に入射され、その通過した光は入射した常光線Ｌｏに関して、常光線Ｌｏｏが出射する。入射した異常光線Ｌｅに関しては、光学軸ｑ５に沿って分離幅ｄ５だけシフトした異常光線Ｌｅｅが出射される。常光線Ｌｏの振動面は、光学軸ｑ５に垂直であるので、その異常光線は出射されず、また異常光線Ｌｅの振動面は光学軸ｑ５に平行であるので、その常光線は出射されない。
【０１０２】
最後に第３複屈折板１１６には、第２複屈折板１１５からの図３３（２）に示される光線が入射され、これによって第３複屈折板１１６からは、常光線Ｌｏｏに関して、常光線Ｌｏｏｏと異常光線Ｌｏｏｅとが光学軸ｑ６に沿って分離幅ｄ６だけ分離されて出射される。さらに異常光線Ｌｅｅに関して、常光線Ｌｅｅｏと異常光線Ｌｅｅｅとが光学軸ｑ６に沿って分離幅ｄ６だけ分離して得られる。
【０１０３】
こうして第２動作モードの状態で可変空間フィルタ１１１から撮像素子２６の撮像面上に得られる光線は、図３３（３）と同一の分離状態を示す図３４のとおりとなる。
【０１０４】
図３５は、可変空間フィルタ１１１の図３２および図３３に示される第２動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。図３５の横軸は、水平方向ｘの空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｘであり、縦軸は垂直方向ｙの空間周波数を示し、その単位は１／Ｐｙである。図３５における白丸は輝度モアレの空間周波数を示し、斜線を施した黒丸は色モアレの空間周波数を示す。撮像素子２６の撮像面における画像の帯域は斜線を施して示す部分１２５である。こうして可変空間フィルタ１１１の複屈折による光路の分離によって、垂直方向ｙの高周波成分が遮断され、高解像度の高画質を得るのに適した空間周波数特性となり、第２動作モードでの垂直方向ｙの色モアレの発生を抑制することができる。
【０１０５】
図２７に関連して説明した撮像素子２６がベイヤ配列単板カラーの構成であるとき、色の情報に関しては、水平方向および垂直方向に１つの画素おきに各色の画素が配置されているので、各色のサンプリング交換周波数の周期が各画素毎の輝度のサンプリング交換周波数の周期に対して粗くなっており、したがって空間周波数平面内で座標位置（１／２Ｐｘ，０）、（１／２Ｐｘ，１／２Ｐｙ）、（０，１／２Ｐｙ）などに色モアレが発生する。この場合、発生する色モアレの数が多いので、色モアレを効果的に消すために、水平方向ｘおよび垂直方向ｙに空間周波数成分を遮断するトラップを入れてある。この空間周波数特性を有する点像分布としては、水平方向にＰｘ、垂直方向にＰｙだけ分離した４点分離がある。この点像を実現するために、本発明の実施の一形態では上述の図２６〜図３５に関連して述べたように、（分離幅ｄ、水平方向ｘに対する光学軸の角度）は、（Ｐ／√２、２２５度）、（Ｐ、２７０度）および（Ｐ／√２、３１５度）の構成とする。
【０１０６】
第２動作モードにおいて、イメージシフト動作前に、前述の実施の各形態と同様にして、撮像素子２６によって撮像を行ってその被写体像をメモリ２８にストアする。
【０１０７】
次にこの第２動作モードにおいて、第２フィルタ１１３を傾き角θ２だけイメージシフト用駆動手段３７によって角変位駆動して撮像素子２６によって撮像し、その被写体像をメモリ２９にストアする。このイメージシフト用駆動手段３７による第２フィルタ１１３のイメージシフト用角変位軸線１２６（図２６参照）は、レンズ２３の光軸２２に垂直な平面内で撮像素子２６の水平方向ｘに平行であり、この水平方向ｘは、図２７では参照符１２１，１２２で示されている。したがって第２動作モードにおいてイメージシフト動作前では、図３６（１）に示されるように１つの組合わせの４つの画素１１７〜１２０で撮像が行われ、次にイメージシフト動作後には図３６（２）に示されるように、被写体像は水平方向ｘにＰｘだけずれて、各画素１１７〜１２０に、隣接する色の画素の画像が得られる。こうして得られたイメージシフト前後の被写体像のストア内容が、メモリ２８，２９から読出されて合成され、高解像度の被写体像の画像が得られる。
【０１０８】
第２および第３複屈折板１１５，１１６の厚みｗ５，ｗ６の和（＝ｗ５＋ｗ６）は２．２ｍｍであり、これらの複屈折板１１５，１１６の屈折率ｎ＝１．５とすると、イメージシフト動作によるシフト量ΔＳ＝Ｐｘ＝７．４μｍであるので、前述の式６と同様な考え方に従い、傾き角θ２＝０．５５度となる。このように傾き角θ２はごくわずかであるので、第２フィルタ１１３のイメージシフト動作のための傾斜による複屈折の分離幅ｄへの悪影響はほとんどなく、この間周波数特性が変化するおそれはない。こうして水平方向ｘにはイメージシフト動作によって色信号の解像度が増やされ、また垂直方向ｙには可変空間フィルタ１１１によって色モアレが少ない高画質の被写体像が得られる。
【０１０９】
本発明の実施の他の形態では、第１フィルタ１１２と第２フィルタ１１３とは、レンズ２３の光軸２２に沿う前後の配置が逆であってもよく、さらに第２フィルタ１１３の第２および第３複屈折板１１５，１１６が逆に配置されてもよい。
【０１１０】
本発明の実施の他の形態では、赤外線遮断フィルタ２５は、第２および第３複屈折板１１５，１１６間に、前述の実施の形態と同様にしてサンドイッチされて構成されてもよい。これによって赤外線遮断フィルタ２５が空気中の水分の吸湿によって特性が劣化するおそれはなく、またその赤外線遮断フィルタ２５の表面に外気と接しないように薄膜をコーティングする対策が不要となる。
【０１１１】
図３７は、本発明の実施の他の形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、図１〜図１９に関連して前述されている実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、可変空間フィルタ１２６は、第１フィルタ１２７と第２フィルタ１２８とから成り、これらの各フィルタ１２７，１２８は単一の複屈折板から成り、この複屈折板を、同一の参照符で示すことがある。
【０１１２】
図３８は、図３７に示される撮像装置における可変空間フィルタ１２６の複屈折板１２７，１２８の構成を示す第１動作モードにおける斜視図である。第１複屈折板１２７の光学軸ｑ７は水平方向ｘに関して光軸２２まわりに反時計方向に１３５度であり、もう１つの第２複屈折板１２８は水平方向ｘ上に光学軸ｑ８を有する。
【０１１３】
図３９は、図３７および図３８に示される第１動作モードにおける可変空間フィルタ１２６の分離光像を示す図である。水平方向ｘおよび垂直方向ｙに空間周波数制限効果が生じ、撮像素子２６の本来の低解像度の第１動作モードでの撮像が、輝度モアレを生じないようにして、得られる。
【０１１４】
図４０は、図３７および図３８に示される実施の形態における第２動作モードにおける可変空間フィルタ１２６の状態を簡略化して示す図である。この第２動作モードでは、第１複屈折板１２７は図３８に示される第１動作モードの状態に比べて光軸２２まわりに時計方向に４５度、フィルタ用駆動手段３６によって角変位駆動され、これによって各複屈折板１２７，１２８の光学軸ｑ７，ｑ８が逆方向になる。
【０１１５】
図４１は、図４０に示される第２動作モードにおける可変空間フィルタ１２６の分離光像を示す図である。この第２動作モードでは、可変空間フィルタ１２６による空間周波数特性が高い空間周波数まで通過する特性になっていることが判る。この第２動作モードでは、第２複屈折板１２８は、イメージシフト用駆動手段３７によって角変位駆動され、そのイメージシフト動作の前後における撮像素子２６によって得られる各被写体像を合成し、高解像度の画質を有する画像を得ることができる。
【０１１６】
【発明の効果】
請求項１の本発明によれば、イメージシフト動作を、可変空間フィルタを構成する複数の複屈折板のうちの少なくとも１枚の複屈折板を傾斜して角変位することによって達成することができる。したがって構成が簡略化され、光路長の縮小が可能となり、構成の小形化を図ることができる。
【０１１７】
請求項２の本発明によれば、可変空間フィルタを構成する第１および第２フィルタを、レンズの光軸に平行な角変位軸線まわりに相対的に角変位駆動することによって空間周波数特性を変化することができる。したがって可変空間フィルタおよびそれを駆動するフィルタ用駆動手段の構成を簡略化し、このことによってもまた小形化が可能である。
【０１１８】
請求項３の本発明によれば、撮像素子に関して、いわゆる白黒単板の構成およびカラー３板の構成における輝度モアレの発生を防いで、画質劣化を適切に軽減することができる。
【０１１９】
請求項４の本発明によれば、撮像素子がベイヤ配列単板カラーの構成を有する場合において、輝度モアレおよび色モアレの発生を防ぎ、カラー画質の劣化を適切に軽減することができる。
【０１２０】
請求項５，６の本発明によれば、赤外線を遮断するフィルタが、複屈折板によってサンドイッチされるので、その赤外線遮断フィルタが外気に接触することを防ぐことができるとともに、赤外線遮断フィルタを単独で用いたときに外気との接触を防ぐための透光性薄膜のコーティングを施すことを省略することができる。このことによって製造コストを低減することができるとともに、構成の小形化を図ることもまた、可能である。
【０１２１】
請求項７の本発明によれば、ハウジング内に、可変空間フィルタとそれを駆動するフィルタ用駆動手段とが収納されてユニット化されるので、構成の小形化を図ることができるとともに、レンズ系への取付け作業および調整作業が簡略化され、製造コストを低くすることができる。
【０１２２】
請求項８の本発明によれば、ハウジング内にはまた、第２フィルタを角変位してイメージシフトするための圧電部材によって実現されるイメージシフト用駆動手段が設けられる。これによって構成のユニット化を図ることができ、構成の小形化が可能であり、さらに前述のようにレンズ系への取付け作業および調整作業が簡略化され、製造コストを低くすることができる。さらに第２フィルタをイメージシフトのために傾斜して角変位するために圧電部材を用いるので、このことによって構成の小形化を図ることができるとともに、イメージシフト動作の高速化および低消費電力化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子２６の撮像面の正面図である。
【図３】第１複屈折板３３の複屈折現象を説明するための図である。
【図４】空間フィルタ２４の第１〜第３複屈折板３３〜３５の第１動作モードにおける状態を簡略化して示す斜視図である。
【図５】可変空間フィルタ２４を構成する第１〜第３複屈折板３３〜３５の構成を説明するための簡略化した斜視図である。
【図６】第１〜第３複屈折板３３〜３５の分離光像を説明するための図である。
【図７】第１動作モードにおける可変空間フィルタ２４において得られる常光線と異常光線との分離状態を示す図である。
【図８】第１動作モードにおける可変空間フィルタ２４によって得られる空間周波数特性を示す図である。
【図９】可変空間フィルタ２４の図４〜図８に示される第１動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。
【図１０】可変空間フィルタ２４の第２動作モードにおける状態を示す簡略化した斜視図である。
【図１１】図１０に示される第２動作モードの状態における可変空間フィルタ２４の常光線と異常光線との分離を説明するための図である。
【図１２】第２動作モードによって得られる可変空間フィルタ２４による常光線と異常光線との分離状態を示す図である。
【図１３】第２動作モードにおける可変空間フィルタ２４によって得られる空間周波数特性を示す図である。
【図１４】可変空間フィルタ２４の図１０〜図１３に示される第２動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。
【図１５】第１フィルタ３１を４５度だけ角変位駆動するためのフィルタ用駆動手段３６の構成を示す正面図である。
【図１６】第２フィルタ３２を構成する第３複屈折板３５を、イメージシフト用角変位軸線３８まわりに角変位するイメージシフト用駆動手段３７の斜視図である。
【図１７】第３複屈折板３５がイメージシフト動作する原理を説明するための側面図である。
【図１８】撮像素子２６のイメージシフト動作の前および後における被写体像のずれを説明するための図である。
【図１９】第２動作モードにおいてシフト動作前および後の図１８（１）および図１８（２）で得られた２つの被写体像を合成して高解像度の画像を得る動作を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施のさらに他の形態の全体の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の実施のさらに他の形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の実施の他の形態の全体の構成を示すブロック図である。
【図２３】ユニット７７の正面図である。
【図２４】図２３の切断面線１２４−１２４から見た断面図である。
【図２５】図２３の切断面線１２５−１２５から見た断面図である。
【図２６】本発明の実施の他の形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図２７】前述の図２６において用いられる撮像素子２６の撮像面の正面図である。
【図２８】可変空間フィルタ１１１の低解像度の画質を得る第１動作モードにおける第１〜第３複屈折板１１４〜１１６を示す簡略化した斜視図である。
【図２９】第１〜第３複屈折板１１４〜１１６の分離光像を説明するための図である。
【図３０】第１動作モードにおける可変空間フィルタ１１１による常光線と異常光線との分離状態を示す図である。
【図３１】可変空間フィルタ１１１の図２８〜図３０に示される第１動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。
【図３２】可変空間フィルタ１１１の第２動作モードにおける状態を示す簡略化した斜視図である。
【図３３】図３２に示される第２動作モードの状態における可変空間フィルタ１１１の常光線と異常光線との分離を説明するための図である。
【図３４】第２動作モードにおいて可変空間フィルタ１１１によって得られる常光線と異常光線との分離状態を説明するための図である。
【図３５】可変空間フィルタ１１１の図３２および図３３に示される第２動作モードにおける空間周波数平面内の特性を示す図である。
【図３６】第２動作モードにおいて第２フィルタ１１３を用いてイメージシフト動作するときに得られる被写体像の画像を説明するための図である。
【図３７】本発明の実施の他の形態の撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図３８】図３７に示される撮像装置における可変空間フィルタ１２６の複屈折板１２７，１２８の構成を示す第１動作モードにおける斜視図である。
【図３９】図１８に示される第１動作モードにおける可変空間フィルタ１２６の分離光像を示す図である。
【図４０】図３７および図３８に示される実施の形態における第２動作モードにおける可変空間フィルタ１２６の状態を簡略化して示す図である。
【図４１】図４０に示される第２動作モードにおける可変空間フィルタ１２６の分離光像を示す図である。
【図４２】特開昭６３−２８４９８０公報に開示されたイメージシフトの原理を応用した高画質化技術を示す斜視図である。
【図４３】本件出願人によって提案された撮像装置の構成を簡略化して示す図である。
【符号の説明】
２１  被写体
２２  光軸
２３  集光レンズ
２４，１１１，１２６  可変空間フィルタ
２５  赤外線遮断フィルタ
２６  撮像素子
２７  処理回路
２８，２９  メモリ
３０  表示手段
３１，１１２  第１フィルタ
３２，１１３  第２フィルタ
３３，３４，３５，７４，７５，１１４，１１５，１１６，１２７，１２８  複屈折板
３７  イメージシフト用駆動手段
３８  イメージシフト用角変位軸線
４１  制御回路
４４  画素
４７  光学軸
６６，６７  圧電部材
７７  ユニット
７９，８０，８１  ユニットベース
８１  ハウジング
８４  保持部材
８６  長孔
８９，９２  位置決め用切欠き
９０  板ばね
９５  レバー
９６  操作部
９７  屈曲部
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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