(57)【要約】【課題】撮像装置において、平行平板の光軸に対する角度変化が光学的シフト量に与える影響を小さくすることにより、高精度な光学的シフト機構を実現する。【解決手段】被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子３１と、被写体からの光を撮像素子に結像させるレンズユニット４２と、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に変位させる光学的シフト機構３５とを備え、光学的シフト機構は、レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜すると共に、当該光軸を中心として回転する平行平板５３が設けられた光学部材５１を有し、光学部材が、空気よりも高い屈折率を有する流体５２中に配置された構成とする。【選択図】図４
2011239250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、
前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズユニットと、
前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる光学的シフト部と
を備え、
前記光学的シフト部は、前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜すると共に、当該光軸を中心として回転する平行平板が設けられた光学部材を有し、
前記光学部材は、空気よりも高い屈折率を有する流体中に配置されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学的シフト部は、
前記光学部材の外周側に配置された径側マグネットと、
前記径側マグネットに磁力を作用させることによって、前記光学部材及び前記径側マグネットを前記流体以外と非接触状態で回転させる磁気回転駆動部と
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光学的シフト部は、
前記光学部材の光入射側に配置された第１軸側マグネットと、
前記光学部材の光出射側に配置された第２軸側マグネットと、
前記径側マグネット、前記第１軸側マグネット、及び前記第２軸側マグネットの各々に磁力を作用させることによって前記光学部材の位置を制御する位置制御部と
を更に有することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学的シフト部は、前記流体が封入された内部に前記光学部材、前記径側マグネット、並びに前記第１および第２軸側マグネットを収容したカプセル部材を更に有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光学的シフト部は、前記撮像素子が設けられたセンサモジュールを更に有し、
前記カプセル部材は、前記レンズユニットと前記センサモジュールとの間に配置され、
前記カプセル部材の光入射面が前記レンズユニットに当接すると共に、前記センサモジュールと前記カプセル部材との間の空間が密閉されたことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記径側マグネット、前記第１軸側マグネット、及び第２軸側マグネットのうちの少なくとも１つは、樹脂材料中に磁性体を分散させたプラスチックマグネットからなることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記流体は不凍液を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光学的シフト部は、
前記光学部材の回転速度を検出する速度検出部と、
前記光学部材の位置を検出する位置検出部と
を更に有し、
前記速度検出部、前記位置検出部、前記磁気回転駆動部、及び前記位置制御部の少なくとも１つが前記カプセル部材の外壁に取り付けられたことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記位置制御部は、前記第１および第２軸側マグネットを挟み込むようにして前記光軸に平行な方向に列設された一対の軸方向磁力発生手段を有し、当該一対の軸方向磁力発生手段は、一方が永久磁石からなり、他方が電磁石からなることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記一対の軸方向磁力発生手段は、非磁性の連結部材によって連結されたことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記連結部材は、前記径側マグネットに対峙するように配置され、
前記位置制御部は、前記連結部材に捲回された励磁コイルからなる径方向磁力発生手段を更に有することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記位置検出部は、前記径側マグネットの磁気に基づき、前記光軸と直交する方向における前記光学部材の位置を検出する径方向磁気センサを更に有し、
前記速度検出部は、前記径方向磁気センサの出力に基づき、前記光学部材の回転速度を検出することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記位置検出部は、前記第１軸側マグネットと前記第２軸側マグネットとの少なくとも一方の磁気に基づき、前記光軸の方向における前記光学部材の位置を検出する軸方向磁気センサを更に有し、
前記軸方向磁気センサは、前記位置制御部と隣接して配置されたことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記位置検出部は、前記径側マグネットの磁気に基づき、前記光軸と直交する径方向における前記光学部材の位置を検出する径方向磁気センサを更に有し、
前記位置制御部は、前記径方向における前記光学部材の位置を制御すべく、前記径側マグネットに磁力を作用させる径方向磁力発生手段を更に有し、
前記径方向磁気センサと前記径方向磁力発生手段とは、前記光軸を基準として対称位置に配置されたことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記光学的シフト部は、前記光学部材の基準位置を検出する原点センサを更に有することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から超解像処理により高解像度画像を生成するのに適した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置には画素がマトリクス状に配置された２次元イメージセンサが採用されており、この２次元イメージセンサでは、解像度が画素の大きさや画素数に依存する。一方、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から、撮像素子の本来の解像度より高い解像度の画像を生成する手法が従来から知られている。
【０００３】
このような画素ずらしによる高解像度化の手法においては、光像と撮像素子とを相対的に微小変位させるシフト機構（以下、「光学的シフト機構」という。なお、「光学的シフト」を「画素ずらし」と同義に用いる場合がある。）が必要であり、例えば、ピエゾ素子などからなるアクチュエータで撮像素子を微小変位させる技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、撮像光学系と撮像素子との間に撮像光学系の光軸に対して傾斜するように平行平板を配置し、この平行平板を光軸周りに回転させて、撮像素子の受光面上の光像の位置をずらす技術が存在する（特許文献２・３参照）。
【０００５】
また、画素ずらしによって取得した複数の原画像から高解像度画像を生成する画像処理法として、低解像度画像の画素値を高解像度画像の画素にマッピングするイメージシフト処理や、ＭＬ(Maximum-likelihood)法、ＭＡＰ(Maximum A Posterior)法や、ＰＯＣＳ(Projection On to Convex Sets)法などを用いた超解像処理の技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０６４９２号公報
【特許文献２】特開２０００−１２５１７０号公報
【特許文献３】特開２０００−２７８６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、超解像処理の技術では、処理に用いる低解像度の原画像の枚数を増やし、撮像位置が微小に異なる原画像を多数用いることで、得られる高解像度画像の品質（実質的な解像度）を向上させることができる。そして、超解像処理に用いる低解像度の原画像は、上記特許文献２・３に開示された平行平板を回転させる技術によって取得することが可能である。
【０００８】
しかしながら、特許文献２・３に開示された従来技術では、平行平板の回転駆動にモータやギア等の機構を用いている。撮像装置を監視カメラ等に応用する場合には、例えば１０年間の連続稼動といった長期にわたる信頼性（長寿命化）が要求されるが、従来の技術ではこのような長期使用には耐えられない。また、回転駆動される平行平板を支持する支持機構のガタ等に起因する揺動等により平行平板の光軸に対する角度が変化すると、光学的シフト量（シフト位置）の繰り返し再現性が悪化する。超解像処理においては、そのプロセスの１つである「位置合わせ」処理において、光学的シフト位置が既知であれば計算コストが大幅に低減できるが、これが不明であると繰り返し処理による計算コストが膨大になるという問題があった。本願発明者らは、そのような光学的シフト量の変動は、光学ガラス等によって形成される平行平板の屈折率と、それが配置される空気の屈折率との差が大きい（すなわち、平行平板の角度変化に対する光学的シフト量の変化の割合が大きい）ことが主因であることを見いだした。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、長期の信頼性を確保した上で、平行平板の光軸に対する角度変化が光学的シフト量に与える影響を小さくすることにより、高精度な光学的シフト機構を実現する撮像装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の撮像装置は、被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズユニットと、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる光学的シフト部とを備え、前記光学的シフト部は、前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜すると共に、当該光軸を中心として回転する平行平板が設けられた光学部材を有し、前記光学部材は、空気よりも高い屈折率を有する流体中に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、空気よりも高い屈折率を有する流体中に平行平板を配置した構成により、平行平板の光軸に対する角度変化が光学的シフト量に与える影響を小さくして、高精度な光学的シフト機構を実現することが可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るネットワークカメラシステムの全体構成図
【図２】図１に示した撮像装置及び画像処理装置の概略構成を示すブロック図
【図３】図１に示した撮像装置及び画像処理装置における処理状況を示す模式図
【図４】図２に示した撮像装置の撮像部を示す断面図
【図５】図４に示した光学的シフト機構の分解斜視図
【図６】図４に示した光学的シフト機構の斜視図
【図７】図４に示した光学的シフト機構の平面図
【図８】図４に示した光学的シフト機構の要部断面図
【図９】図４に示した光学的シフト機構におけるシフト制御部１４の構成図
【図１０】図２に示した不凍液として用いるポリピレングリコールの濃度に対する屈折率の変化を示すグラフ
【図１１】図４に示した撮像素子への光の入射状況を示す断面図
【図１２】光像に対する画素の相対的な円運動の状況を示す模式図
【図１３】光像に対する画素の相対的な円運動の状況を示す模式図
【図１４】撮像とこれにより生成する画像の状況を示す模式図
【図１５】撮像周期と円運動周期との比率の一例での撮像基準位置の状況を示す模式図
【図１６】本発明の第２実施形態に係る光学的シフト機構の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズユニットと、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる光学的シフト部とを備え、前記光学的シフト部は、前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜すると共に、当該光軸を中心として回転する平行平板が設けられた光学部材を有し、前記光学部材は、空気よりも高い屈折率を有する流体中に配置された構成とする。
【００１４】
これによると、空気よりも高い屈折率を有する流体中に平行平板を配置したため、平行平板の光軸に対する角度変化が光学的シフト量に与える影響を小さくして、高精度な光学的シフト機構を実現することが可能となる。
【００１５】
また、第２の発明は、前記光学的シフト部は、前記光学部材の外周側に配置された径側マグネットと、前記径側マグネットに磁力を作用させることによって、前記光学部材及び前記径側マグネットを前記流体以外と非接触状態で回転させる磁気回転駆動部とを更に有する構成とすることができる。
【００１６】
これによると、光学的シフト部を摺動部のない構造（ベアリングレス構造）としたため、光学的シフト機構の長寿命化を図ると共に、平行平板の低振動化を実現して高精度な光学的シフト機構を実現することが可能となる。
【００１７】
また、第３の発明は、前記光学的シフト部は、前記光学部材の光入射側に配置された第１軸側マグネットと、前記光学部材の光出射側に配置された第２軸側マグネットと、前記径側マグネット、前記第１軸側マグネット、及び前記第２軸側マグネットの各々に磁力を作用させることによって前記光学部材の位置を制御する位置制御部とを更に有する構成とすることができる。
【００１８】
これによると、磁力により光学部材の位置を制御する位置制御部を設けたため、平行平板の光軸方向の位置および径方向（光軸方向と直交する方向）の位置を非接触状態で調整することができ、高精度な光学的シフト機構を実現することが可能となる。
【００１９】
また、第４の発明は、前記光学的シフト部は、前記流体が封入された内部に前記光学部材、前記径側マグネット、並びに前記第１および第２軸側マグネットを収容したカプセル部材を更に有する構成とすることができる。
【００２０】
これによると、回転駆動および位置制御を非接触状態で行うことが可能な光学系をカプセル部材により一体化した構成により、その取り扱いが容易になると共に、平行平板周辺への塵埃等の侵入を阻止して光学的シフトの精度の低下（画質の劣化等）を防止することができる。特に、カプセル部材に液体を充填した場合には、液体の緩衝作用により外部からの衝撃による光学部材の破壊を防止できるという効果も得られる。
【００２１】
また、第５の発明は、前記光学的シフト部は、前記撮像素子が設けられたセンサモジュールを更に有し、前記カプセル部材は、前記レンズユニットと前記センサモジュールとの間に配置され、前記カプセル部材の光入射面が前記レンズユニットに当接すると共に、前記センサモジュールと前記カプセル部材との間の空間が密閉された構成とすることができる。
【００２２】
これによると、レンズユニットからセンサモジュールまでの光路中への塵埃等の侵入を阻止して光学的シフトの精度の低下（画質の劣化等）を確実に防止することができる。
【００２３】
また、第６の発明は、前記径側マグネット、前記第１軸側マグネット、及び第２軸側マグネットのうちの少なくとも１つは、樹脂材料中に磁性体を分散させたプラスチックマグネットからなる構成とすることができる。
【００２４】
これによると、プラスチックマグネットの採用により、マグネットを高精度かつ容易に加工することが可能となり、位置制御部による制御性を向上させることができる。
【００２５】
また、第７の発明は、前記流体は不凍液を含む構成とすることができる。
【００２６】
これによると、撮像装置を使用可能な温度範囲を拡大できると共に、水のみを用いる場合と比べて流体の粘度が増大するため、外部からの衝撃に対する緩衝作用が向上して光学部材の破壊を防止できる。また、流体として水と不凍液との混合物を用いれば、不凍液の濃度を調整するだけで流体の屈折率を容易に調整することが可能となり、所望の光学的シフト量を容易に得ることが可能となる。
【００２７】
また、第８の発明は、前記光学的シフト部は、前記光学部材の回転速度を検出する速度検出部と、前記光学部材の位置を検出する位置検出部とを更に有し、前記速度検出部、前記位置検出部、前記回転駆動部、及び前記位置制御部の少なくとも１つが前記カプセル部材の外壁に取り付けられた構成とすることができる。
【００２８】
これによると、光学部材の回転駆動および位置制御に必要な構成要素をカプセル部材の外壁に当接させた構成としたため、カプセル部材の寸法精度を良好に管理すれば、各構成要素と光学部材との位置関係（すなわち、距離関係）を高い精度で定めることが可能となり、光学部材の回転駆動制御や位置制御の精度を高めることができる。
【００２９】
また、第９の発明は、前記位置制御部は、前記第１および第２軸側マグネットを挟み込むようにして前記光軸に平行な方向に列設された一対の軸方向磁力発生手段を有し、当該一対の軸方向磁力発生手段は、一方が永久磁石からなり、他方が電磁石からなる構成とすることができる。
【００３０】
これによると、永久磁石と電磁石とを協働させる構成としたため、光学部材の光軸方向の位置を簡易かつ高精度に制御することができる。この場合、永久磁石と電磁石との間に斥力が生じるように両者の磁極を選択するとよい。これにより、電磁石の非作動時（撮像装置の運搬時や非稼動時）に、光学部材を永久磁石のみによって一方に付勢された状態で固定することができ、また、光学部材の回転開始の際などに、磁石の吸着力によりその回転動作が阻害される等のトラブルを防止することができる。
【００３１】
また、第１０の発明は、前記一対の軸方向磁力発生手段は、非磁性の連結部材によって連結された構成とすることができる。
【００３２】
これによると、一対の軸方向磁力発生手段を非磁性の部材に連結したため、２つの軸方向磁力発生手段の位置関係を精度良く設定できると共に、電磁石が励磁された場合でも永久磁石の磁力に影響を及ぼすことがなく、制御性能を向上させることができる。
【００３３】
また、第１１の発明は、前記連結部材は、前記径側マグネットに対峙するように配置され、前記位置制御部は、前記連結部材に捲回された励磁コイルをからなる径方向磁力発生手段を更に有する構成とすることができる。
【００３４】
これによると、光学部材の光軸方向の位置を制御するための軸方向磁力発生手段と、径方向の位置を制御するための径方向磁力発生手段とを一体的に設けることが可能となり、装置をコンパクト化することができる。
【００３５】
また、第１２の発明は、前記位置検出部は、前記径側マグネットの磁気に基づき、前記光軸と直交する方向における前記光学部材の位置を検出する径方向磁気センサを更に有し、前記速度検出部は、前記径方向磁気センサの出力に基づき、前記光学部材の回転速度を検出する構成とすることができる。
【００３６】
これによると、径方向磁気センサによって光学部材の位置検出のみならず速度検出も行うことが可能となり、装置コストを低減できる。
【００３７】
また、第１３の発明は、前記位置検出部は、前記第１軸側マグネットと前記第２軸側マグネットとの少なくとも一方の磁気に基づき、前記光軸の方向における前記光学部材の位置を検出する軸方向磁気センサを更に有し、前記軸方向磁気センサは、前記位置制御部と隣接して配置された構成とすることができる。
【００３８】
これによると、軸方向磁気センサを位置制御部に隣接配置したため、光軸方向における光学部材の位置の検出点および制御点が略同一となり、高精度な位置制御が可能となる。
【００３９】
また、第１４の発明は、前記位置検出部は、前記径側マグネットの磁気に基づき、前記光軸と直交する径方向における前記光学部材の位置を検出する径方向磁気センサを更に有し、前記位置制御部は、前記径方向における前記光学部材の位置を制御すべく、前記径側マグネットに磁力を作用させる径方向磁力発生手段を更に有し、前記径方向磁気センサと前記径方向磁力発生手段とは、前記光軸を基準として対称位置に配置された構成とすることができる。
【００４０】
これによると、光学部材と径方向磁気センサとの接近および離間が、光学部材と径方向磁力発生手段との離間および接近に直接的に置き換え可能となるため、径方向磁気センサの検出値を用いた径方向磁力発生手段の駆動制御が極めて容易となる。
【００４１】
また、第１５の発明は、前記光学的シフト部は、前記光学部材の基準位置を検出する原点センサを更に有する構成とすることができる。
【００４２】
これによると、原点センサの検出結果に基づき、平行平板による光のシフト方向を確実に把握できるため、シフト位置を正確に求めることが可能となり、光学的シフトによって得られた原画像の超解像処理の演算コストを低減できる。
【００４３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、用語「軸方向」は光軸方向（図４中の上下方向に相当）を示す共に、用語「径方向」は光軸と直交する方向（図４中の左右方向に相当）を示すものとする。径方向は、光軸を中心とした３６０゜内の任意の角度を取り得る。
【００４４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るネットワークカメラシステムの全体構成図である。図１に示すように、本発明が適用されるネットワークカメラシステムは、少なくとも１台の撮像装置（ここでは、ネットワークカメラ）１と、画像処理装置２とで構成される。撮像装置１と画像処理装置２とは、インターネット３を介して接続され、撮像装置１で生成した撮像データが、例えば遠隔地に存する画像処理装置２に送信されて、画像処理装置２で映像が表示される。また、撮像装置１を制御する各種のコマンド信号が画像処理装置２から撮像装置１に送信される。
【００４５】
なお、撮像データは、例えばＴＣＰ（ＵＤＰ）／ＩＰといった、いわゆるインターネットプロトコルを利用して撮像装置から画像処理装置に送信されるが、撮像データを、例えば暗号化、カプセル化してＶＰＮ（Vertual Private Network）を利用して送信してもよく、専用回線によって撮像装置１と画像処理装置２が１対１の関係で接続される、いわゆるＣＣＴＶ（Closed Circuit TV）と称されるネットワークカメラシステムとしてもよい。
【００４６】
図２は、図１に示した撮像装置及び画像処理装置の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、撮像装置１は、撮像部１１と、画像処理部１２と、データ圧縮送信部１３と、シフト制御部１４とを備えている。撮像部１１は、被写体からの光を光電変換してアナログの画素信号を出力する撮像素子３１を備えている。この撮像素子３１は、２次元ＣＭＯＳイメージセンサである。なお、これに替えて２次元ＣＣＤイメージセンサを撮像素子３１に用いてもよい。
【００４７】
撮像素子３１から出力されるアナログ信号はＡ／Ｄ変換器３２でディジタル信号に変換され、このディジタル信号は画像処理部１２に入力され、ここで色補正、デモザイク処理、階調補正（γ補正）、ＹＣ分離処理等を施されて画像データに変換される。この画像データは、データ圧縮送信部１３において例えばＨ．２６４やＭＰＥＧ４等の圧縮処理を施された上で画像処理装置２に送信される。
【００４８】
また、撮像部１１は、後に詳述するが、撮像素子３１の受光面上で結像する光像と撮像素子３１とを相対的に微小変位させる光学的シフト機構（光学的シフト部）３５を備えている。光学的シフト機構３５には、光像を微小変位させる光学部材（図４中の符号５１参照）を磁力により回転駆動する磁気回転駆動部３６と、光学部材の径方向および軸方向の位置をそれぞれ制御する位置制御部３８と、光学部材の径方向および軸方向の位置をそれぞれ検出する径方向磁気センサ３９および軸方向磁気センサ４０とを備えている。
【００４９】
光学的シフト機構３５は、シフト制御部１４により制御される。光学的シフト機構３５の回転部分にはここでは図示しない着磁部が設けられており、両磁気センサ３９・４０は着磁部の位置情報を検出してシフト制御部１４に出力する。シフト制御部１４は、この位置情報に基づいて磁気回転駆動部３６を制御して光学部材を回転させると共に、位置制御部３８を制御して光学部材を所定の位置に保持する。
【００５０】
画像処理装置２は、データ受信復号部２１と、表示部２２と、記憶部２３と、超解像処理部２４と、周期設定部２５と、入力部２６とを備えている。なお、この画像処理装置２は、パソコンやワークステーション等の情報処理装置に所要のアプリケーションソフトウェアを導入することで構成される他、ＣＣＴＶレコーダなど専用の装置であってもよい。
【００５１】
画像処理装置２では、撮像装置１から送信された圧縮画像データが、データ受信復号部２１にて受信されて復号された後、ＲＧＢの画像データに変換されて、リアルタイムにディスプレイ等からなる表示部２２に表示される。さらに、ＲＧＢの画像データは、ハードディスクドライブ装置等からなる記憶部２３に送られて、ここに一時的に蓄積され、必要に応じて記憶部２３から読み出して表示部２２で再生することができる。
【００５２】
また、例えば交通事故の検証の用途等で高解像度画像の必要が生じた場合には、記憶部２３から画像データを読み出して超解像処理部２４にて超解像処理を施して高解像度画像（静止画像）を生成し、その高解像度画像を表示部２２に表示させることができる。
【００５３】
また、入力部２６は、後に詳述するが、ユーザからの撮像周期の入力を受け付けて、これを周期設定部２５に送る。周期設定部２５は、入力部２６から送られてきた撮像周期に基づいて円運動周期を決定し、円運動周期に関するコマンド信号を撮像装置１に送信する。撮像装置１のシフト制御部１４は、円運動周期に関するコマンド信号に基づいて、光学的シフト機構３５を動作させることにより、指定された円運動周期に対応する回転速度で光学部材を回転駆動する。
【００５４】
図３は、撮像装置１及び画像処理装置２における処理状況を示す模式図である。図３に示すように、撮像素子３１は駆動回路３３によって駆動され、駆動回路３３が生成するタイミング信号に応じて一定の周期（以下、撮像周期）で撮像（サンプリング）が行われる。例えばフレームレートを３０frame/secとして１秒あたり３０枚のフレーム画像を生成する場合、撮像周期は３０ｍｓ程度に設定される。
【００５５】
画像処理装置２の超解像処理部２４では、時間的に連続する複数のフレーム画像から高解像度画像を生成する超解像処理が行われる。この超解像処理では、まず、記憶部２３に蓄積されたフレーム画像がコマ送りで静止画として表示される。そして、その中からユーザにより基準画像が指定されると、その基準画像となるフレーム画像とその前後の複数のフレーム画像が記憶部２３から読み出されて超解像処理部２４に送られて超解像処理が行われる。
【００５６】
超解像処理としては、例えば、ＭＬ（Maximum-likelihood）法、ＭＡＰ（Maximum A Posterior）法や、ＰＯＣＳ（Projection On to Convex Sets）法などが採用され、アプリケーションソフトウェアをＣＰＵで実行することで実現される。一般に超解像処理は演算量が多いため、処理の一部をＧＰＵ（Graphics Processing Unit）や、専用ハードウェアを用いて行うようにしてもよい。
【００５７】
ここで、ＭＬ法とは、高解像度画像から推定された低解像度画像の画素値と、実際に観測された画素値との二乗誤差を評価関数とし、この評価関数を最小化するような高解像度画像を推定画像とする方法である。つまり、ＭＬ法とは、最尤推定の原理に基づく超解像処理方法である。また、ＭＡＰ法とは、二乗誤差に高解像度画像の確率情報を付加した評価関数を最小化するような高解像度画像を推定する方法である。つまり、ＭＡＰ法とは、高解像度画像に対するある先見情報を利用して、事後確率を最大化する最適化問題として高解像度画像を推定する超解像処理方法である。ＰＯＣＳ法とは、高解像度画像と低解像度画像との画素値に関して連立方程式を作成し、その方程式を逐次的に解くことにより、高解像度画像を得る超解像処理方法である。
【００５８】
これらの超解像処理は、まず、高解像度画像を仮定し、そして仮定した高解像度画像から、カメラモデルから得られる点広がり関数（ＰＳＦ関数）に基づき、低解像度画像の画素について、その画素値を推定し、その推定値と観測された画素値（観測値）との差が小さくなるような高解像度画像を探索するという処理を有している。そのため、これらの超解像処理は、再構成型超解像処理と呼ばれている。
【００５９】
さて、ここで高解像度画像を探索する処理は、低解像度画像として得られた画素が高解像度画像においてどの位置に対応するのかを探索するものであり、いわゆる「位置合わせ」と呼ばれる処理である。一般に超解像処理では、複数の低解像度画像間の画素位置の変化が不明であっても高解像度化を可能とするため、着目画素の周囲に対して広範囲に位置合わせ処理を繰り返し実行する。このため計算コストが極めて大きくなることが知られている。一方、後に詳しく説明するように、本発明では光学的シフト機構３５によってシフトされた画素の位置は既知であり、そして、その既知の位置で各フレーム画像、すなわち低解像度画像を撮像するようにしたため、少なくとも静止している被写体については、光学的シフトによって位置合わせ処理の多くを省略することが可能となり、計算コストを大幅に削減することができる。
【００６０】
なお、時間的に連続する複数のフレーム間に及ぶ画像情報を利用する超解像処理は、特にフレーム間再構成型超解像処理と呼称されることもある。一方で、１つのフレーム内で再構成型超解像処理を行う場合は、フレーム内再構成型超解像と呼称される。本実施形態では、フレーム間再構成型超解像を採用している。
【００６１】
なお、ここでは、画像処理装置２において超解像処理によって高解像度化された静止画像を再生するものとしているが、画像処理装置２の処理能力が十分に高ければ、超解像処理で得られた高解像度画像をフレーム画像として動画を再生することも可能である。
【００６２】
図４は、図２に示した撮像装置１の撮像部１１を示す断面図であり、図５は、図４に示した撮像装置１の光学的シフト機構３５の分解斜視図であり、図６は、光学的シフト機構３５の斜視図であり、図７は、光学的シフト機構３５の平面図であり、図８は、光学的シフト機構の要部断面図である。なお、図５では、説明の便宜上、光学カプセル（カプセル部材）５０の内部に収容される各部材（光学部材５１等）を外部に取り出した態様で示している。また、図５および図６では、図７に示す回転駆動コイル８１を省略してある。
【００６３】
図４に示すように、撮像装置１の撮像部１１は、撮像素子３１が設けられたセンサモジュール４１と、被写体（図示せず）からの光を撮像素子３１の受光面３１ａ上で結像させるレンズユニット４２と、撮像素子３１の受光面３１ａ上で結像される光像を光軸Ｃに対して垂直な方向に変位させる光学的シフト機構３５とを有している。レンズユニット４２はレンズホルダ４５を介して基板４６に支持されている。センサモジュール４１及び光学的シフト機構３５も基板４６に支持されている。なお、基板４６には、必要に応じてその他電気部品等が搭載される。
【００６４】
光学的シフト機構３５は、例えば透明樹脂あるいは硝材から形成された光学カプセル５０と、この光学カプセル５０に収容された光学部材５１とを主として備える。光学カプセル５０の内部には、空気よりも高い屈折率を有する液体（流体）５２が封入されている。また、液体５２の屈折率は、後述する平行平板５３の屈折率よりも小さく設定されている。
【００６５】
光学部材５１は、略円板状を呈しており、その中央部にはレンズユニット４２の光軸Ｃに対して所定角度傾斜した平行平板５３が設けられている。また、光学部材５１の外周側には、その外周部を支持する円環状のバックヨーク５４と、バックヨーク５４の外周部に取り付けられた円環状の径側マグネット５５と、バックヨーク５４における光学部材５１の光入射側および光出射側の部位（ここでは、バックヨーク５４の上下面）にそれぞれ固定された上マグネット（第１軸側マグネット）５６および下マグネット（第２軸側マグネット）５７が設けられている。上マグネット５６および下マグネット５７は、共に同一径の円環状を呈している。これら各部材５４〜５７は、光軸Ｃを中心として同軸的に配置されており、液体５２が充填された光学カプセル５０内に光学部材５１と共に収容されている。
【００６６】
光学カプセル５０は、上下方向に重ね合わされた２つの部材５０ａ・５０ｂから構成され、これにより、液体５２が封入される密閉空間が形成されている。光学カプセル５０は、中央がくびれた断面を呈しており、光軸Ｃを中心とした円板状の空間を画成する中央部６０と、この中央部６０の外周側に連なると共に、矩形断面を有する円環状の空間を画成する円環部６１とを有している。中央部６０には平行平板５３が収容される一方、上下方向に拡幅された円環部６１には、光学部材５１の外周部およびバックヨーク５４等が収容されている。ここで、光学カプセル５０の内面と光学部材５１の表面との間隔は０．５ｍｍに設定されている。なお、光学カプセル５０は、少なくとも中央部６０における光軸Ｃ周辺の光路部分（レンズユニット４２からの入射光が通過する領域）が上述のような透明材料で形成されていればよい。
【００６７】
ここで、光学カプセル５０（中央部６０）が配置されるレンズユニット４２とセンサモジュール４１との間の間隔Ｄは、通常は非常に狭く（例えば、約３ｍｍ）、撮影範囲が広角になるのに応じてさらに狭くなる。しかしながら、光学部材５１（平行平板５３）のみを光路に配置するようにすれば、間隔Ｄが狭いにも拘わらず支障なく装置を構成することができる。
【００６８】
また、光学カプセル５０の中央部６０の上面６０ａはレンズユニット４２の下面４２ａに当接しており、これにより、光学カプセル５０とレンズユニット４２との間の光路（厳密には、入射光が通過する空間）が密閉される。さらに、円環部６１の下面６１ａは基板４６の上面４６ａに当接しており、これにより、光学カプセル５０とセンサモジュール４１との間の光路（すなわち、光学カプセル５０、センサモジュール４１および基板４６で画成される空間Ｖ）が密閉されている。このような構成により、レンズユニット４２から撮像素子３１までの光路中への塵埃等の侵入に起因する画質の劣化を防止することができる。なお、上記のように光路を密閉する方法としては、撮像素子３１をモールドされたイメージセンサそのものとして捉えるならば、光学カプセル５０をイメージセンサに直接当接させる構成としてもよい。
【００６９】
なお、光学カプセル５０の光路に対応する部分以外を不透明（例えば、黒色）としてもよい。このようにすることで、撮像素子３１に不要な光が入る、いわゆる迷光を遮断することができる。
【００７０】
後に詳述するが、本実施形態では液体５２として不凍液（ポリピレングリコールと水との混合物）を用いている。液体５２が水を含む場合、磁性体（例えば、鉄系の材料）で形成されたバックヨーク５４には錆が生じ得る。これを防止するため、バックヨーク５４の表面には樹脂コーティングが施されている。なお、磁気特性は若干劣るが、バックヨーク５４を例えばＳＵＳ３１６等の非磁性金属材料や樹脂等で形成することにより、錆の発生を抑えることもできる。
【００７１】
図５に示すように、光学的シフト機構３５において、光学カプセル５０の周辺には、径側マグネット５５に磁力を作用させることによって光学部材５１及び径側マグネット５５を流体以外と非接触状態、即ちこれらを光学カプセル５０の内壁と非接触で回転させる６つの磁気回転駆動部３６と、径側マグネット５５、上マグネット５６、及び下マグネット５７にそれぞれ磁力を作用させることにより、光学部材５１の径方向および軸方向の位置を正規位置（平行平板５３が光学カプセル５０に接触することなく回転可能な定位置）に保持する３つの位置制御部３８（以下、各々を区別する必要がある場合には、図７に示すように位置制御部３８ａ・３８ｂ・３８ｃと称する。）とが設けられている。このように光学部材５１の径側マグネット５５、上マグネット５６、下マグネット５７はいずれも永久磁石であり、これらに磁力を作用させる位置制御部３８に電磁石を採用しているが、これによって光学カプセル５０内部には一切の信号線が引き込まれず、光学カプセル５０の密閉性を高めることを可能としている。
【００７２】
後に詳述するように、光学部材５１の回転駆動および径方向の位置制御は、図６に示す位置検出部としての３つの径方向磁気センサ３９（以下、各々を区別する必要がある場合には、図７に示すように径方向磁気センサ３９ａ・３９ｂ・３９ｃと称する。）の出力する情報に基づいて行われる。また、光学部材５１の軸方向の位置制御は、図６に示す位置検出部としての軸方向磁気センサ４０が出力する情報に基づいて行われる。
【００７３】
このような構成により、光学部材５１は、液体５２を満たした光学カプセル５０内で非接触状態で回転する。この磁力を利用した構成は、いわゆるベアリングレスモータの構成に準ずるものであり、摺動部が全く存在せず、光学的シフト機構３５は極めて低振動で駆動され、かつ長寿命を達成することができる。
【００７４】
また、図６に示すように、光学カプセル５０の周辺には、光学部材５１の回転に伴う原点位置を定期的に検出する原点センサ６５が設けられている。原点センサ６５は、反射型フォトセンサ（フォトリフレクタ）からなり、光学部材５１のバックヨーク５４（図５参照）上に印刷された図示しない特定色（バックヨーク５４が黒色ならば、例えば白色）のマーキング部を検出する。原点センサ６５としては、反射型フォトセンサに限らず、他の光学センサを含む周知のセンサを用いることができる。この原点センサ６５の出力と、径方向磁気センサ３９の出力とによって検出される径側マグネット５５の着磁部６８（図７参照）の磁極位置によって、光軸Ｃに対して傾斜した平行平板５３による光のシフト方向を確実に把握することができる。
【００７５】
ところで、図２に示した超解像処理部２４にて実施される超解像処理では、撮像位置をサブミクロンオーダ（例えば、１２０万画素の撮像素子を１／３インチサイズで構成すると画素ピッチは３．７５μｍ程度となるが、これを超解像処理で４×４倍に拡大する場合、新たに生成される画素ピッチは３．７５／４＝０．９３μｍとなり、サブミクロンオーダの変位が必要となる）で決定することができれば、いわゆる「位置合わせ処理」の演算コストを大幅に低減できることが知られている。本発明に係る撮像装置及びネットワークカメラシステムでは、上記のような原点センサ６５を採用し、駆動回路３３が生成するタイミング信号に応じて撮像素子３１で撮像が行われたときの光像のシフト位置が決定されるため、超解像処理の演算コストを低減することができる。つまり、本発明によれば、画像のシフト位置を確実に把握できるため、上述の高解像度画像の探索量が減少し、光学的シフトの撮像対象のうち静止部分についての超解像処理の演算コストが大幅に減少する。
【００７６】
図７に示すように、径側マグネット５５は、その周方向に沿って交互にＮ極及びＳ極に着磁された１６の磁極からなる着磁部６８を備えている。径側マグネット５５は、微小な磁性体粒子を分散混合したポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）によって形成された、いわゆるプラスチックマグネットであり、これにより、水を含む液体５２中にあっても吸水および膨潤が防止される。ここでは、磁性体粒子としてネオジムを採用している。磁力が極めて大きいネオジム磁石は、大きな駆動トルクを得ることができるため、低温時に液体５２の粘性が大きくなった場合等に有効である。一方、ネオジムは水によって酸化されて錆を生じ得るため、径側マグネット５５は、その表面が樹脂材料でコーティングされ、液体５２との接触が防止されている。なお、上マグネット５６、下マグネット５７も同様にネオジム磁性体粒子を分散混合したＰＰＳで形成され、これらにも樹脂コーティングが施されている。径側マグネット５５、上マグネット５６、下マグネット５７として用いる磁性体粒子としては、ネオジムに限らず、例えば、フェライトやサマリウムコバルト等を用いることもできる。
【００７７】
磁気回転駆動部３６は、電磁鋼帯を複数積層してなるステータコア８０と、ステータコア８０に巻回された導線からなる回転駆動コイル８１とによって構成されている。略Ｕ字状をなすステータコア８０は、両端が光学カプセル５０の外壁に当接した状態でその外周面に沿って等間隔に配置されており、また、光学カプセル５０を介して径側マグネット５５の着磁部６８に対向配置されている。これにより、光学的シフト機構３５は、いわゆるインナロータ型の３相モータ（本実施形態では、１２スロット１６ポール）と同様の構成を有する。磁気回転駆動部３６は、回転駆動コイル８１に電流を流すことで生じる磁界によって着磁部６８に作用する引力および斥力により、着磁部６８を所定の方向に回転させる。これにより、バックヨーク５４と光学部材５１（平行平板５３）とが光軸Ｃ周りに回転する。
【００７８】
径方向磁気センサ３９ａ・３９ｂ・３９ｃは、ホール素子からなり、光学カプセル５０の外壁に当接した状態でその外周面に沿って周方向に等間隔で配置されており、それぞれは、隣接する２つの磁気回転駆動部３６の間に位置する。このような径方向磁気センサ３９ａ・３９ｂ・３９ｃの配置により、光学部材５１の径方向の変位量を精度良く検出することができる。径方向磁気センサ３９としてホール素子を用いることで、光学カプセル５０内の光学部材５１の位置を約１μｍの精度で検出することができる。より高い精度が必要となる場合はホール素子に替えて光位置センサ（PSD:Position Sensitive Detector）を用いてもよい。ＰＳＤを用いることで位置検出精度は０．１μｍ程度まで改善される。
【００７９】
なお、位置検出手段としてホール素子を用いた場合の検出精度が１μｍである点と、上述した「撮像位置をサブミクロンオーダで決定する」という点は矛盾するものではない。本実施形態の光学的シフト機構３５において光学部材５１（平行平板５３）は、単に入射光を平行シフトさせるパワーしか有さず、光像のシフト位置はもっぱら光学部材５１の回転角度によって決定される。光学部材５１が光軸方向や径方向に対して平行に変位しても、平行平板５３によるシフト位置は全く影響を受けず、影響を受けるとすれば、光学部材５１の光軸Ｃに対する傾斜角が変動する場合である。本実施形態では、後に詳細に説明するように傾斜角変動による影響を小さくしており、結果的に検出精度が１μｍ程度であっても、サブミクロンオーダの精度でシフト位置が決定される。
【００８０】
図７に示した１２スロット１６ポールの構成では、光学カプセル５０の外周部には、隣接する磁気回転駆動部３６の間に６つの空間が生じることになる。したがって、これらの空間に、３つの径方向磁気センサ３９ａ・３９ｂ・３９ｃを、それぞれ３つの位置制御部３８ａ・３８ｂ・３８ｃと光軸Ｃを中心として１８０度回転した位置に配置することができる。これにより、光学カプセル５０の外側のスペースを有効利用して装置の小型化を実現しつつ、光学部材５１の径方向の位置制御を容易に行うことが可能となる。
【００８１】
径方向磁気センサ３９は、径側マグネット５５の着磁部６８から生じた磁力を検出することで、着磁部６８の磁極（Ｎ極とＳ極）の位置情報を出力する。より詳細には、径方向磁気センサ３９は、自身に対して径側マグネット５５のＮ極とＳ極の１組が相対移動すると、これを１周期とする正弦波を位置情報としてシフト制御部１４（図２参照）に出力する。シフト制御部１４は、この位相情報を処理することで、光学部材５１の回転速度を計算する。すなわち、径方向磁気センサ３９及びシフト制御部１４は、光学部材５１の回転位置検出部及び回転速度検出部として機能する。
【００８２】
このような回転速度の検出方法に替えて、例えば、光学部材５１又は径側マグネット５５の外周部（着磁部等）にマーキングを施し、これを光学式センサ（フォトリフレクタ）で検出するようにしてもよい。その場合、白黒のマーキングとすれば、比較的狭ピッチで描けるため、より高いサンプリングレートで回転角速度の検出が可能となる。
【００８３】
軸方向磁気センサ４０は、光学カプセル５０の上面外壁に当接して位置制御部３８の近傍に配置されている。軸方向磁気センサ４０は、図４中に２点鎖線で示すように、光学カプセル５０を介して上マグネット５６に対向するように配置されているが、場合によっては、下マグネット５７に対向するように軸方向磁気センサ４０を配置してもよい。軸方向磁気センサ４０は、上マグネット５６から生じる磁力の大きさを検出することにより、上マグネット５６が取り付けられたバックヨーク５４（すなわち、光学部材５１）の軸方向の位置情報を出力する。この位置情報に基づき、シフト制御部１４（図２参照）は、軸方向位置制御コイル７１（図８参照）に流す電流を制御し、光学部材５１の軸方向の位置制御を行う。
【００８４】
図８に示すように、位置制御部３８は、電磁鋼帯を複数積層した略Ｅ形を呈するステータコア７０と、ステータコア７０の下側端部において上方（光軸方向に平行な方向）に突出する突部７０ａに捲回された軸方向位置制御コイル７１と、ステータコア７０の中間部において側方（光軸方向に垂直な方向）に突出する突部７０ｂに捲回された径方向位置制御コイル７２とを有している。突部７０ａおよび突部７０ｂの先端は、光学カプセル５０の下面および外周面にそれぞれ当接した状態にある。
【００８５】
軸方向位置制御コイル７１によって突部７０ａに形成される電磁石７４は、下マグネット５７に対して作用する磁力を発生する軸方向磁力発生手段として機能し、光学部材５１の軸方向の位置制御に用いられる。また、径方向位置制御コイル７２によって突部７０ｂに形成される電磁石７５は、径側マグネット５５に対して作用する磁力を発生する径方向磁力発生手段として機能し、光学部材５１の径方向の位置制御に用いられる。
【００８６】
また、ステータコア７０の上側端部には、光学カプセル５０を挟んで突部７０ａと対向配置された下方（光軸方向に平行な方向）に突出する突部７０ｃが設けられている。突部７０ｃは、永久磁石７６の一部として形成されており、その先端が光学カプセル５０の上面に当接した状態にある。永久磁石７６は、上マグネット５６に対して作用する磁力を発生する軸方向磁力発生手段として機能し、対向する下方の電磁石７４と協働し、光学部材５１の軸方向の位置制御に用いられる。この場合、永久磁石７６と上マグネット５６とは同磁極（ここでは、共にＮ極）であり、これらの間には斥力が作用する。なお、永久磁石７６としてはネオジム磁石を採用しているが、下方の電磁石７４による磁力とのバランスを考慮して、他の磁石（例えば、フェライト磁石等）を用いてもよい。
【００８７】
突部７０ｂは、ステータコア７０の上部と下部とを連結する連結部材７７の一部として形成されている。連結部材７７は、電磁石７４、電磁石７５、及び永久磁石７６の間に磁気的な相互作用が生じないようにするために、非磁性体（例えば、樹脂、セラミック等）から形成されている。
【００８８】
なお、本実施形態では、位置制御部３８は、光学部材５１の径方向および軸方向の位置を制御する手段として機能するが、径方向の位置を制御する位置制御部と軸方向の位置を制御する位置制御部とをそれぞれ個別に設けた構成も可能である。
【００８９】
軸方向の位置制御においては、軸方向位置制御コイル７１に電流を流すことにより電磁石７４が励磁され、互いに同磁極（ここでは、Ｓ極）の電磁石７４と下マグネット５７との間に斥力が生じる。この斥力の大きさを、光学カプセル５０を挟んで電磁石７４とは反対側に位置する永久磁石７６と上マグネット５６との間に作用する斥力との釣り合わせることにより、光学部材５１の軸方向位置が正規位置に保持される。
【００９０】
一方、電磁石７４が励磁されない場合には、光学部材５１には永久磁石７６からの斥力が作用して光学部材５１は下方に移動し、かつ下マグネット５７と無通電状態のステータコア間の引力によって（すなわち、下マグネット５７の下端が光学カプセル５０に当接した状態）で固定される。このように、撮像装置に電源を投入していない場合（例えば、撮像装置の運搬等の際）には、光学部材５１が確実に固定されるため、平行平板５３の破損を防止することができる。この場合、光学部材５１（平行平板５３）は、上記固定状態においても、破損防止等の観点から光学カプセル５０に接触しないことが好ましい。したがって、光学部材５１が図８に示す正規位置にある場合には、下マグネット５７と光学カプセル５０との間隔ｄ１は、光学部材５１と光学カプセル５０との間隔ｄ２よりも小さくなるように設定される。
【００９１】
なお、光学的シフト機構３５では、永久磁石７６と上マグネット５６との間ならびに電磁石７４と下マグネット５７との間にそれぞれ引力を作用させて、それらを釣り合わせる構成も可能である。しかしながら、上述のように斥力を作用させることで、初期起動時等に上マグネット５６または下マグネット５７による磁力（吸着力）の影響により、光学部材５１に摩擦力が生じて装置が起動できなくなる等のトラブルを防止できるという利点がある。
【００９２】
また、径方向の位置制御においては、径方向位置制御コイル７２に電流を流すことにより電磁石７５が励磁され、径側マグネット５５との間に斥力が生じる。この斥力は、図７に示す位置制御部３８ａ・３８ｂ・３８ｃの配置により、径側マグネット５５の周囲の三方向から作用し、それらを釣り合わせることにより、光学部材５１の径方向位置が定位置に保持される。
【００９３】
上記光学的シフト機構３５では、図７に示したように、位置制御部３８ａと径方向磁気センサ３９ａ、位置制御部３８ｂと径方向磁気センサ３９ｂ、並びに位置制御部３８ｃと径方向磁気センサ３９ｃは、それぞれ互いに光軸Ｃを中心として１８０゜回転した位置に配置されている。そして、位置制御部３８ａ・３８ｂ・３８ｃの径方向位置制御コイル７２（図８参照）は、それぞれ径方向磁気センサ３９ａ・３９ｂ・３９ｃが検出した位置情報に基づき駆動される。つまり、各置制御部３８ａ・３８ｂ・３８ｃの径方向位置制御コイル７２は、それぞれ光学カプセル５０を挟んで対向する位置で検出された位置情報に基づき駆動される。このような構成により、径方向磁気センサ３９の出力の増大が、対応する位置制御部３８と光学部材５１（径側マグネット５５）との離間距離の増大に直接的に関連づけられ、位置制御の処理が容易となる。
【００９４】
また、上記光学的シフト機構３５では、図６および図７に示したように、磁気回転駆動部３６、径方向磁気センサ３９、軸方向磁気センサ４０、及び位置制御部３８を、それぞれ光学カプセル５０の外面に当接させている。このように、光学部材５１の回転駆動制御および位置制御に必要な構成要素を光学カプセル５０に当接させて配置する。これにより、光学カプセル５０自体の寸法精度を良好に管理すれば、各構成要素の位置関係（すなわち、距離関係）を極めて高精度に定めることが可能となり、高い制御性能を実現することができる。ここでは、好適な例として、回転駆動制御および位置制御に必要な全ての構成要素が光学カプセル５０に当接する構成としたが、これに限らず、それら構成要素の一部が光学カプセル５０に当接する構成も可能である。
【００９５】
また、上記光学的シフト機構３５では、光学部材５１を回転させるために、いわゆる３相モータに準ずる構成を適用した例を示したが、これを単相モータに準ずる構成を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００９６】
図９は、図４に示した光学的シフト機構３５におけるシフト制御部１４の構成図である。以下では、シフト制御部１４による光学部材５１の回転駆動制御及び位置制御について、図９と図７とを併用して説明する。
【００９７】
まず、光学部材５１の回転駆動制御に関して説明する。光学部材５１の径側マグネット５５には、図７に示したように、１６極の着磁部６８が設けられており、着磁部６８が発生する磁気は３つの径方向磁気センサ３９により検出される。この径方向磁気センサ３９の検出出力（アナログ信号）は、コンパレータ（ＣＭＰ）９１ａによって２値化され、３系統のＦＧパルスとして出力される。各ＦＧパルスは、シフト制御部１４に設けられた高速カウンタ（図示せず）によってパルス間（例えば、隣接するパルスの立ち上がりの間隔）の時間が計数される。この計数値は演算処理部９２に出力される。また、原点センサ６５の検出出力は、コンパレータ（ＣＭＰ）９１ｂによって２値化され、割り込み信号（ＩＲＱ）として演算処理部９２に出力される。
【００９８】
ここで、着磁部６８の各磁極の間隔は同一に設定されているため、磁極間の距離は既知である。そこで、この距離を高速カウンタで計数した時間で除算すれば速度算出値Ｖｎが得られる。つまり、本実施形態では演算処理部９２は、速度算出部としても機能し、径方向磁気センサ３９の出力に基づいて光学部材５１の回転速度を算出する。このような構成により、径方向磁気センサ３９で光学部材５１の速度検出と位置検出とを行うことが可能となり、装置の低コスト化が図れる。
【００９９】
ここで、演算処理部９２における処理の詳細について説明する。演算処理部９２は、演算処理を実行するＣＰＵ９３と、ＣＰＵ９３の処理に必要なプログラムを記憶するＲＯＭ９４と、ＣＰＵ９３がプログラムを実行する際のワークエリアとして機能するＲＡＭ９５とを有する。演算処理部９２では、算出された光学部材５１の回転速度に基づきＰＩ制御（比例積分制御）を行うことにより、光学部材５１を等角速度で回転させる。光学部材５１が等速で回転するときのＦＧパルスの間隔（時間）は既知であるため、これを速度理論値Ｖｒ（設定された角速度、即ち速度目標値）として、当該速度理論値Ｖｒに対する速度算出値Ｖｎの誤差δＶを次式のように算出する。
δＶ＝Ｖｒ−Ｖｎ
【０１００】
なお、速度理論値Ｖｒおよび速度算出値Ｖｎは、本来は実数であるが、ＣＰＵ９３による演算を高速化するために、例えば、予め１６ｂｉｔの整数値として正規化することができる。ＰＩ制御のうち比例項であるＰ項は、δＶに適切なゲインＧｐを乗じて次式のように算出する。
Ｐ＝Ｇｐ×δＶ
【０１０１】
ここで、ゲインが無限大であれば、Ｐ項のみを用いて速度制御が可能となるが、一般にゲインは有限であり、このとき速度オフセットを生じることから、誤差δＶを積分し、これに適切なゲインＧｉを乗じて積分項であるＩ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）項を次式のように算出する。
Ｉ＝Ｇｉ×Σ（δＶ）
【０１０２】
このＰ＋Ｉがいわゆる速度指令値であり、ＣＰＵ９３は速度指令値をパルス幅変調器（ＰＷＭ）９６に送出する。この速度指令値に基づき、パルス幅変調器９６は所定周期におけるＯＮデューティ比を算出し、このデューティ比に基づきパルス幅変調された信号（ＰＷＭ信号）が３相ドライバ９７に出力される。３相ドライバ９７は、内部に３系統のプッシュプル型のトランジスタ回路９８を備え、シフト制御部１４から出力されたＰＷＭ信号に基づきスター結線された各回転駆動コイル８１に流す電流を制御して回転駆動を行う。なお、この電流の制御には、パルス幅変調器９６の替わりに周知の電圧調整器を用いてもよい。いずれの構成を採用したとしても、速度理論値Ｖｒとして用いる速度目標値を変更することによって、光学部材５１を複数の異なる一定の角速度で回転させることが可能である。これによって周期設定部２５（図２参照）から指示された円運動周期で回転駆動制御が実行される。
【０１０３】
次に、光学部材５１の位置制御について説明する。上述のように、光学部材５１の位置検出は、３つの軸方向磁気センサ４０と、ＦＧ信号（速度情報）の入力源を兼ねる３つの径方向磁気センサ３９とで行われる。これらのセンサ群は、上マグネット５６および径側マグネット５５に設けられた着磁部の磁気をそれぞれ検出する。この検出値は、Ａ／Ｄ変換器１０１ａ，１０１ｂによってディジタル信号へ変換される。各Ａ／Ｄ変換器１０１ａ，１０１ｂの出力は８ｂｉｔであり、演算処理部９２のＣＰＵ９３は合計８×３×２ｂｉｔの位置情報信号を受け取る。
【０１０４】
そして、ＣＰＵ９３は、取得した位置情報信号に基づき理論値（光学部材５１が正規位置にある場合の径方向磁気センサ３９および軸方向磁気センサ４０との位置関係（既知の値））とのずれを修正する修正値を計算し、この修正値（ディジタル信号）をＤ／Ａ変換器１０２ａ，１０２ｂに送出する。Ｄ／Ａ変換器１０２ａ，１０２ｂにおいてディジタル信号がアナログ信号に変換される。このアナログ信号に基づき、径方向駆動用ドライバ１０３及び軸方向駆動用ドライバ１０４は、それぞれ径方向位置制御コイル７２および軸方向位置制御コイル７１を駆動し、光学カプセル５０内の光学部材５１の位置を制御する。
【０１０５】
なお、本実施形態では、径方向磁気センサ３９および軸方向磁気センサ４０の出力は直接的に距離情報を示す。したがって、ＰＩ制御のうちＩ項についてのみ演算を行えばよい。
【０１０６】
図１０は、図２に示した液体５２として用いるポリピレングリコールの濃度に対する屈折率の変化を示すグラフである。以下、図１０と図４とを併用して光学カプセル５０内に不凍液４９を充填する意義について説明する。
【０１０７】
撮像装置１が屋外等に設置される（例えば、監視カメラとして用いられる）場合、極寒の環境下でも正常に動作する（例えば、−２０℃まで動作保証する）必要がある。ポリピレングリコール（以下、ＰＧという。）の場合、ＰＧと水との混合比を６：４とすることで、−２０℃まで動作保証することが可能となる。
【０１０８】
図１０に示すように、ＰＧ濃度と屈折率は略比例関係にあり、ＰＧ濃度を変更して所望の屈折率を得ることができる。ＰＧの濃度が６０ｗｔ％（ＰＧと水の混合比が６：４）のとき、屈折率は約１．３８となる。なお、ＰＧと水との混合液は、温度によって屈折率が変化するが、その変化は−２０℃〜２０℃の範囲では、小数点以下３桁目が変わる程度で殆ど問題にならない。
【０１０９】
ところで、光学的シフト機構３５は、平行平板５３に入射した光を平行にシフトさせる機能のみを有するから、光学部材５１が径方向や軸方向にそのまま平行移動した場合には、撮像素子３１に結像される光像に何ら変化は生じない。一方、光学カプセル５０内の光学部材５１の揺動等によって平行平板５３の光軸に対する角度が予測できない変動をすると、結像位置に誤差が生じ、予定されたシフト位置での撮像が困難となる。つまり、光学的シフト機構として平行平板５３を用いた場合に最も問題となるのは、平行平板５３の光軸に対する角度の変動である。
【０１１０】
平行平板５３を光学ガラスで形成した場合には、屈折率を１．４３〜２．１４の範囲に調整できるから、ＰＧ濃度の変更により、光学ガラスと液体５２の屈折率差を所望の値に設定することができる。このように、液体５２と平行平板５３との屈折率の調整によって、平行平板５３による実質的なシフト幅（光学的シフト量）を小さくすることができる。つまり、液体５２として、空気よりも高くかつ平行平板５３より低い屈折率を有するものを用いれば、平行平板５３が直接空気と接する場合よりも光学ガラスとの屈折率差が小さくなるため、平行平板５３によるシフト幅は空気中に置かれた場合よりも実質的に小さくなる。
【０１１１】
上述のように、光学部材５１に対して径方向および軸方向の位置制御が行われるが、上記ＰＩ制御では、誤差が生じることで初めて制御がなされるというフィードバック制御の性質上、必ず制御誤差（平行平板５３の目標位置に対する誤差）を生じる。しかしながら、平行平板５３の厚みを一定とした場合、目的のシフト幅を得るための平行平板５３の傾斜角度（平行平板５３の径方向に対する設置角度）は、平行平板５３を液体５２に配置した場合のほうが空気中に配置した場合よりも大きく設定できる。したがって、撮像装置の稼働中に平行平板５３の角度が変動した場合でも、シフト幅に与える影響を小さくすることができる。
【０１１２】
例えば、空気中に配置された平行平板５３によって、所望のシフト幅を得るのに必要な平行平板５３と径方向の成す角度をθ１とする。一方、平行平板５３を液体５２中に配置すると、この液体５２の屈折率は空気より大きく平行平板５３より小さいため、液体５２と平行平板５３の屈折率差は、空気と平行平板５３の屈折率差よりも小さくなる。ここで光学的なシフト幅は屈折率差に依存しており、平行平板５３の厚みを一定とすれば屈折率差が小さいほどシフト幅も小さくなる。従って液体５２中に配置された平行平板５３によって、θ１と同じシフト幅を得ようとすると、平行平板５３と径方向の成す角度（θ２）はθ１よりも大きくしなくてはならない。そして平行平板５３の傾斜角の変動が一定量であれば、当該角度θ２が大きいほど、平行平板５３の傾斜角変動がシフト幅に与える影響は実質的に小さくなるのである。
【０１１３】
なお、本実施形態では、流体５２として不凍液を採用したが、例えば、撮像装置１の設置環境が室内に限定されるような場合は、必ずしも不凍液を用いる必要はない。この場合、光学カプセル５０には、空気よりも高い屈折率で、かつ平行平板５３より低い屈折率を有する他の流体（例えば、水）を充填してもよい。このとき、流体の屈折率に応じて平行平板５３として使用する光学ガラス等の屈折率を調整することで、上述と同様の効果を得ることができる。なお、平行平板５３の材料としては、光学ガラスのみならず、例えばアクリル樹脂等を使用することもできる。また、不凍液は水系である必要性はなく、例えば透明なシリコンオイルを採用してもよい。この場合は径側マグネット５５等に錆が生じるおそれはなく、樹脂コーティングといった防錆処理は不要となる。
【０１１４】
図１１は、撮像素子への光の入射状況を示す断面図であり、図１１（Ａ）は入射した光の光路が最も右側にシフトした状態を示し、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の状態から平行平板５３が１８０゜回転した状態を示している。なお、図１１（Ｂ）の状態から、平行平板がさらに１８０゜回転すると、図１１（Ａ）の状態に復帰する。
【０１１５】
図１１に示すように、光学部材５１の平行平板５３は、レンズユニット４２の光軸Ｃに対して傾斜しているため、レンズユニット４２を経て入射する光を屈折させ、撮像素子３１の受光面に入射する光の位置が平行平板５３の回転位置に応じて変化し、光学的シフト機構３５により光学部材５１を回転させると、撮像素子３１の受光面上で結像する光像が、光学部材５１の回転速度に応じた周期（円運動周期）で円を描くように移動し、これにより撮像素子３１に対して光像を相対的に微小変位させることができる。
【０１１６】
具体的には、光学的シフト機構３５によるシフト量は、光像が結像される撮像素子３１（１３０万画素）の１画素ピッチに相当する３．７５μｍとした。さらに、平行平板５３の厚み、傾斜角度に関しては、上述したレンズユニット４２とセンサモジュール４１との間隔Ｄ（図８参照）の関係から、厚み＝０．１ｍｍ、傾斜角度＝２０°とした。
【０１１７】
ここで、上記シフト量（３．７５μｍ）を得るための平行平板５３の屈折率を計算すると、屈折率＝１．５３となる。後に詳述するように、ＰＧと水との混合液を通って平行平板５３に入射した光は、入射角を保ったまま（すなわち平行に）シフトして出射され、平行平板５３が回転することによって、撮像素子３１上に結像される光像は直径７．５μｍの円軌道を描いて運動する。これにより、直径で２画素分のシフト量を得ることができる。なお、シフト幅は、平行平板５３における光路部分の厚みおよび傾斜角度ならびにＰＧ濃度を調整することによって変更することができる。
【０１１８】
上記構成の撮像装置１により、簡易な機構で高画質の画像を得ることが可能な超解像撮像装置を実現することができる。なお、平行平板５３の厚みを増大させることにより、傾斜部の剛性が上昇し、厚手の硝材を選択できる点で低コスト化が図れる。例えば、平行平板５３は、厚み＝０．２ｍｍ、傾斜角＝２０ｄｅｇとしてもよい。このとき、上述したシフト量を得るための平行平板の屈折率は屈折率＝１．４５となる。
【０１１９】
図１２、図１３は、光像に対する画素の相対的な円運動の状況を示す模式図である。図１３に示すように、撮像素子３１は、入射光のうちＲ（Red）成分を受光するＲ画素と、Ｂ（Blue）成分を受光するＢ画素と、Ｇ（Green）成分を受光するＧ画素の各画素がいわゆるベイヤ配列に基づいて配列された、いわゆる単板式の撮像素子である。このベイヤ配列では、Ｇ画素が全画素数の１／２の画素数で千鳥状（チェッカフラッグ状）に配置され、Ｒ画素及びＢ画素が各全画素数の１／４ずつの画素数でＧ画素の配置位置を除く位置に分散配置されている。なお、図中のＸ軸は主走査方向、Ｙ軸は副走査方向をそれぞれ示す。以下、同様である。
【０１２０】
撮像素子３１はいわゆるＱｕａｄ  ＶＧＡ（1280×960画素）の画素構成を備え、センササイズは１／３インチ、隣接画素との間隔である画素ピッチは主走査方向、副走査方向ともに３．７５μｍである。上述したように、円軌道の直径は７．５μｍであるから、平行平板５３による円運動の直径は撮像素子３１の画素ピッチの２倍に設定されていることになる。
【０１２１】
なお、ここでは、図１１に示したように、固定された撮像素子３１の画素に対して光像が変位するものであるが、以下の説明では、便宜上、光像に対する画素の相対的な移動を、静止した光像に対して画素が移動するように図示する。また、各画素は、概ね光学サイズとして示される範囲の光を受光するが、以下の説明では、便宜上、各画素の中心位置のみを図示する。
【０１２２】
ここで、図１２（Ｂ）に示すように、例えば円運動の直径を画素ピッチの√２倍の長さに設定すると、Ｒ画素の移動範囲から外れてＲの色情報が完全に欠落する領域が発生する。また、これと同様にＢ画素の移動範囲から外れてＢの色情報が完全に欠落する領域が発生する。ちなみに、従来のように、円運動の直径を、画素ピッチの√２／２倍の長さに設定すると、Ｒの色情報が完全に欠落する領域がさらに大きくなり、ベイヤ配列を持つ一般的な単板式カラーイメージセンサで撮像した低解像度画像を超解像処理に供しても高精細な高解像度画像の再現を行うことはできない。
【０１２３】
これに対して、図１２（Ａ）に示すように、円運動の直径を画素ピッチの２倍の長さに設定すると、図１３（Ａ）、（Ｃ）に示すように、Ｒ画素及びＢ画素のない領域にもＲ画素及びＢ画素を移動させることができるため、撮像位置に偏りがなくなり、超解像処理で得られる高解像度画像を高品質なものとすることができる。さらに図１３（Ｂ）に示すように、Ｇ画素については、もともと画素数が多い（全体の１／２）ことに加え、千鳥配置されたＧ画素が周辺領域を走査する状態となるため、光像を網羅的にサンプリングすることが可能となる。
【０１２４】
逆に、円運動の直径を画素ピッチの２倍より大きくした場合、Ｒ画素やＢ画素が撮像できない領域が帯状に発生することはない。しかしながら、円運動の角速度を一定としたとき円運動の直径を大きくすると、光像の変位速度（すなわち周速度）が増大する。この場合は同一の撮像期間（撮像素子３１で電荷蓄積が行なわれる期間）が与えられた場合に、より大きな距離だけ光像が移動することとなり積分効果が大きくなる、つまり画像がブレてしまうため（いわゆるモーションブラーと同じ状態が発生する）画素積分によって高周波成分が失われ、超解像処理の効果を抑制する要因となる。
【０１２５】
次に、撮像（サンプリング）について説明する。図１４は、撮像と撮像により生成する画像の状況を示す模式図である。ここでは、図１４に示すように、光像に対する画素の相対的な円運動を１方向に一定速度で連続して行わせながら撮像が行われ、撮像位置が少しずつずれたフレーム画像Ｆ１・Ｆ２・・・が順次生成される。図示する撮像基準位置Ｐ１・Ｐ２・・・は、撮像のタイミングを示すものであり、各々で１枚のフレーム画像が生成される。特にここでは、撮像開始時の画素の中心位置を撮像基準位置として示しており、各撮像基準位置で電荷蓄積が開始され、直後の撮像基準位置の手前で電荷蓄積が完了して画素信号が出力される。
【０１２６】
この円運動の回転速度は上述したＰＩ制御によって安定して保たれ、平行平板５３（図１１等参照）の回転位置の基準は上述した原点センサ６５（図６参照）によって管理され、また平行平板５３の傾斜角変動のシフト幅（シフト位置）に対する影響は小さく抑えられているから、各タイミングで撮像されるフレーム画像の撮像位置は極めて高精度に把握されることとなる。
【０１２７】
以降、図９、図２を併用して説明する。
【０１２８】
この撮像位置に関する情報は径方向磁気センサ３９及び原点センサ６５の出力に基づき演算処理部９２で逐次生成され（いずれも図９参照）、演算処理部９２を含むシフト制御部１４から記憶部２３へ出力され、撮像部１１から出力されたフレーム単位の画像データと関連づけて記憶される。そして超解像処理の過程で、撮像位置に関する情報は超解像処理部２４で参照され、この際に位置合わせ処理が簡略化される（いずれも図２参照）。
【０１２９】
なお、超解像処理で適切な高解像化を行うには、全ての画素において均一に変位した状態とすることが望ましく、各画素ライン間で電荷蓄積タイミングに時間差が生じるのは妥当でないため、ここでは全ての画素のシャッタ動作を同じタイミングで行わせるグローバルシャッタ方式が採用される。
【０１３０】
また、画素が１回の円運動を行う間に数多くの撮像（サンプリング）を行うことで、超解像処理で得られる高解像度画像の品質を高めることができ、特にここでは、円運動周期を撮像周期の非整数倍に設定する。このようにすると、円運動を繰り返すことで、多数の異なる位置での撮像が可能となるため、撮像位置が微小に異なる画像を多数生成することができるので、超解像処理で得られる高解像度画像の品質を向上させることができる。これに対して、円運動周期を撮像周期の整数倍とすると、円運動を繰り返しても撮像基準位置に変化がなく、１回の円運動で設定可能な撮像基準位置の数に限定される。
【０１３１】
以下、円運動周期と撮像周期との比率を具体的に定めて、撮像基準位置の例について図１５を用いて説明する。図１５は、撮像周期と円運動周期との比率の一例での撮像基準位置の状況を示す模式図である。なお、図１５では、画素ピッチを１として図示している。
【０１３２】
図１５に示す例では、円運動周期を撮像周期の７．５倍に設定している。ここで、撮像周期を例えば３０ms（約３０frame/s）とすると、円運動周期は２２５msとなる（＝３０ms×７．５）。この場合、円運動の２回目で撮像基準位置が原位置に復帰し、円運動が２回行われる間に１５回の撮像（サンプリング）が行われる。各撮像基準位置は４８deg（＝３６０deg／７．５）の相対角度をもって離間している。なお、超解像効果は画像にブレ（積分効果）があると抑制されるため、撮像素子３１における電荷蓄積期間（シャッタ速度）の選定は重要である。この観点からすれば、シャッタ速度は可能な限り高速にすべきである。しかし、一方でシャッタ速度を高速にすると感度不足となりやすいため、被写体の光量に応じてシャッタ速度優先でゲインを補償するのが望ましい。本実施形態ではシャッタ速度を１／２５０sec（４ms）に設定している。撮像周期＝３０msに対してシャッタ速度をこの程度にすると、超解像処理における画像のブレによる悪影響は目視上観測されなかった。
【０１３３】
円運動の１回目では、図１５（Ａ）に示すように、撮像基準位置Ｐ１〜Ｐ８で撮像が行われ、円運動の２回目では、図１５（Ｂ）に示すように、撮像基準位置Ｐ９〜Ｐ１５で撮像が行われ、各撮像基準位置Ｐ９〜Ｐ１５は、円運動の１回目における隣り合う撮像基準位置（例えばＰ１とＰ２）の中間位置となる。円運動の１回目と２回目とを合わせると、図１５（Ｃ）に示すように、各撮像基準位置Ｐ１〜Ｐ１５が２４degの相対角度をもって離間する。
【０１３４】
ここで、円運動の１回目の撮像基準位置Ｐ１〜Ｐ８での撮像で得られた８枚の画像に基づいて超解像処理を行う第１の処理モードと、円運動の１回目と２回目とを合わせた撮像基準位置Ｐ１〜Ｐ１５での撮像で得られた１５枚の画像に基づいて超解像処理を行う第２の処理モードとの２つの処理モードを選択することができる。
【０１３５】
第１の処理モードでは、本来の１画素の範囲内に、Ｘ軸・Ｙ軸の両方向で位置の異なる２つの撮像基準位置が設定されるため、Ｘ軸・Ｙ軸のそれぞれの方向について撮像素子３１の本来の解像度のほぼ２倍の解像度で高解像度化を行うことができる。一方、第２の処理モードでは、本来の１画素の範囲内に、Ｘ軸・Ｙ軸の両方向で位置の異なる４つの撮像基準位置が設定されるため、Ｘ軸・Ｙ軸のそれぞれの方向について撮像素子３１の本来の解像度のほぼ４倍の解像度で高解像度化を行うことができる。
【０１３６】
特に、この第２の処理モードでは、円運動の２回目で設定される撮像基準位置Ｐ９〜Ｐ１５の各々が、円運動の１回目で設定される撮像基準位置Ｐ１〜Ｐ８の互いに隣り合うもの同士の中心位置になり、撮像基準位置が偏ることなく均等に分散された状態となるため、超解像処理との適合性に優れた画像を生成することができる。
【０１３７】
また、撮像装置１で撮像が行われている最中に撮像装置１で超解像処理を行うことも可能であり、この場合、第２の処理モードでは、円運動が２回行われて１５枚の画像が揃う度に１回の超解像処理を行えばよい。
【０１３８】
一方、第１の処理モードでは、撮像基準位置を順次シフトさせながら８枚の画像が揃う度に超解像処理を行うとよい。具体的には、１回目で、撮像基準位置Ｐ１〜Ｐ８での撮像で得られた８枚の画像を用いて超解像処理を行い、２回目で、撮像基準位置Ｐ９〜Ｐ１５・Ｐ１での撮像で得られた８枚の画像を用いて超解像処理を行い、以降、３回目では撮像基準位置Ｐ２〜Ｐ９、４回目では撮像基準位置Ｐ１０〜Ｐ１５・Ｐ１・Ｐ２というように撮像基準位置を１つずつずらすようにする。
【０１３９】
このように２つの処理モードを設定することができ、両モードでは、円運動周期（光学的シフト機構３５の回転速度）や撮像周期を変化させる必要がないため、制御が容易である。
【０１４０】
なお、各モードでの超解像処理に用いる最初の画像は原位置Ｐ１の撮像で得られた画像に限定する必要がなく、第１の処理モードでは、任意の位置から１回の円運動が行われる間に撮像された８枚の画像を用いて超解像処理を行い、第２の処理モードでは、任意の位置から２回の円運動が行われる間に撮像された１５枚の画像を用いて超解像処理を行うようにしてもよい。
【０１４１】
このような処理は、図３に示したように、画像処理装置２の記憶部２３に蓄積されたフレーム画像を用いて超解像処理を行う場合にも、また撮像装置１での撮像の最中に超解像処理を行う場合にも適用することができ、特に後者の場合には、処理モードの切り替えに伴って撮像開始位置を原位置Ｐ１に戻す操作が必要でないため、直ちに処理モードを切り替えて解像度が異なる高解像度画像を生成することが可能になる。
【０１４２】
図２に示したように、撮像周期は、画像処理装置２において入力部２６を用いてユーザにより指定され、周期設定部２５にて、指定された撮像周期に基づいて円運動周期が決定され、ここで決定された円運動周期に関するコマンド信号が撮像装置１に送信される。撮像装置１のシフト制御部１４では、画像処理装置２から取得した円運動周期に関するコマンド信号に基づいて、指定された円運動周期に対応する回転速度で光学的シフト機構３５を動作させる。
【０１４３】
また、ユーザは処理モード（第１の処理モードと第２の処理モード）を指定することができ、図３に示したように、画像処理装置２の記憶部２３に蓄積されたフレーム画像を用いて超解像処理を行う場合には、基準画像と共に処理モードをユーザに指定させ、ここで指定された処理モードに応じた数のフレーム画像を、基準画像として指定されたフレーム画像を基準にして読み出して超解像処理を行わせればよい。
【０１４４】
なお、上記円運動周期は、適宜変更することが可能である。例えば、円運動周期を撮像周期の７．２倍に設定することにより、円運動の５回目で撮像基準位置が原位置に復帰し、円運動が５回行われる間に３６回の撮像（サンプリング）が行われる構成も可能である。その場合、各撮像基準位置は５０deg（＝３６０deg／７．２）の相対角度をもって離間する。
【０１４５】
（第２実施形態）
図１６は、本発明の第２実施形態に係るネットワークカメラシステムにおける光学的シフト機構の平面図である。図１２では、上述の第１実施形態の場合と同様の構成要素については、同一の符号が付されている。また、第２実施形態に関し、以下で特に言及しない事項については第１実施形態の場合と同様とする。
【０１４６】
第２実施形態では、光学的シフト機構３５は、６スロット８ポールのインナロータ型３相モータに準ずる構成を有する点において、第１実施形態の場合（１２スロット１６ポール）とは異なる。
【０１４７】
図１６に示すように、光学的シフト機構３５において、径側マグネット５５は、その周方向に沿って交互にＮ極及びＳ極に着磁された８の磁極からなる着磁部６８を備えている。また、磁気回転駆動部３６は、光学カプセル（図示せず）の外周面に沿って等間隔で３つ配置されており、径側マグネット５５の着磁部６８に対向配置されている。
【０１４８】
位置制御部３８ａ・３８ｂ・３８ｃは、それぞれ径方向磁気センサ３９ａ・３９ｂ・３９ｃで検出された位置情報に基づき駆動されるが、対応する径方向磁気センサの近傍にそれぞれ配置されている。このような構成により、装置を単純化してコストを低減することができる。
【０１４９】
本発明について実施例を含む特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本発明に係る撮像装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明に係る撮像装置は、平行平板の光軸に対する角度変化が光学的シフト量に与える影響を小さくすることにより、高精度な光学的シフト機構を実現可能とし、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から超解像処理により高解像度画像を生成するのに適した撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【０１５１】
１  撮像装置
２  画像処理装置
１１  撮像部
１２  画像処理部
１４  シフト制御部
３１  撮像素子
３５  光学的シフト機構（光学的シフト部）
３６  磁気回転駆動部
３８  位置制御部
３９  径方向磁気センサ（速度検出部・位置検出部）
４０  軸方向磁気センサ
４１  センサモジュール
４２  レンズユニット
５０  光学カプセル（カプセル部材）
５１  光学部材
５２  液体（流体）
５３  平行平板
５４  バックヨーク
５５  径側マグネット
５６  上マグネット（第１軸側マグネット）
５７  下マグネット（第２軸側マグネット）
６５  原点センサ
７２  位置制御コイル（軸方向磁力発生手段）
７５  電磁石（径方向磁力発生手段）
７６  永久磁石（軸方向磁力発生手段）
７７  連結部材
Ｃ  光軸
【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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