(57)【要約】【課題】長期の信頼性を確保すると共に低振動を実現し、さらに低温環境下においても回転体を安定的に回転させる。【解決手段】光学部材５１を備えた回転体５３を、不凍液からなる液体５６が封入された光学カプセル５５の内部に収容し、回転体５３に設けられた第１の着磁部６１に回転方向の磁力を作用させることで回転体５３を回転させる磁気回転駆動部６４を、液体５６の加熱手段として利用する。具体的には、磁気回転駆動部６４を構成するステータコア７１を、第１の着磁部６１に対向する対向面７１ａが光学カプセル５５の外面に沿う曲面に成形し、この対向面７１ａにシリコーングリスを塗布したうえで光学カプセル５５に密着させる。これにより、ステータコア７１の対向面７１ａが全面にわたって伝熱経路となって液体５６の加熱効率が高まり、低温環境下でも回転体５３を安定的に回転させることができる。【選択図】図４
2012074992.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、
前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜する光学部材を有する回転体と、
前記回転体を回転させて前記光学部材の前記光軸に対する傾斜方向を変化させることにより、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回転駆動装置とを備えた撮像装置であって、
前記回転体は、液体を封入したカプセル部材の内部に配置されるとともに、前記液体以外と非接触状態で回転駆動され、
前記カプセル部材に加熱手段が設けられたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記回転駆動装置は、前記回転体に設けられた第１の着磁部と、前記第１の着磁部に回転方向の磁力を作用させることによって前記回転体を回転させる磁気回転駆動部とを備え、
前記加熱手段が前記磁気回転駆動部を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の着磁部は、前記回転体の外周面に臨むように設けられており、
前記磁気回転駆動部は、前記第１の着磁部に対向して配置されたステータコアと、該ステータコアに巻回されたコイルとで構成され、
前記ステータコアの前記第１の着磁部に対向する面が前記カプセル部材の外面に沿う形状とされたことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ステータコアと前記カプセル部材との間に伝熱手段が介装されたことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記回転体の回転速度を設定し、前記コイルに流す電流を設定する演算処理部と、
前記演算処理部により設定された電流および前記コイルに流れる電流信号に基づき、前記コイルに流す電流を制御する３相ドライバと、
前記演算処理部により設定された回転速度に基づき、前記コイルに流れるべき電流信号のダミー信号を生成するダミー信号生成部と、
前記コイルに流れる電流信号と前記ダミー信号とのどちらかを前記３相ドライバに入力させる切替スイッチと、
前記液体の粘性の増大を検出するための粘性増大検出手段とを更に備え、
前記演算処理部は、通常時には、前記コイルに流れる電流信号を前記３相ドライバに入力させ、前記粘性増大検出手段の検出結果に基づいて前記液体の粘性増大を検出した時には、前記ダミー信号を前記３相ドライバに入力させるように、前記切替スイッチを切り替えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記回転駆動装置は、
前記カプセル部材の外周面に設けられ、前記第１の着磁部に径方向の磁力を作用させることによって前記回転体の径方向位置を制御する第１の位置制御部と、
前記回転体の軸方向の一端面に臨むように前記回転体に設けられた第２の着磁部と、
前記カプセル部材の軸方向の一端面に設けられ、前記第２の着磁部に軸方向の磁力を作用させることによって前記回転体の軸方向位置を制御する第２の位置制御部とを更に備え、
前記加熱手段が前記第１の位置制御部と前記第２の位置制御部との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の位置制御部は、前記第１の着磁部に対向して配置された第１の磁性体と、該第１の磁性体に巻回されたコイルとで構成され、
前記第２の位置制御部は、前記第２の着磁部に対向して配置された第２の磁性体と、該第２の磁性体に巻回されたコイルとで構成され、
前記第１の磁性体の前記第１の着磁部に対向する面と前記第２の磁性体の前記第２の着磁部に対向する面との少なくとも一方が、前記カプセル部材の外面に沿う形状とされたことを特徴とする請求項６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、軸方向及び径方向に変位可能な回転体を、その軸方向位置及び径方向位置を制御しながら回転駆動することで、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、特許文献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、このような画素ずらしによる高解像度化の手法は、例えば監視カメラシステムに適用すると、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、保存された低解像度画像から高解像度画像を得ることができるため、利便性を高めることができる。
【０００８】
このような監視カメラの用途に撮像装置を用いる場合、例えば１０年間といった長期にわたる連続稼動でも安定した動作が可能な長期の信頼性（長寿命化）が要求される。また、静寂な環境でも支障なく使用することができるように低騒音が望まれる。しかしながら、特許文献２、特許文献３に開示された従来技術のように、モータの駆動力をギア機構を用いて平行平板に伝達して平行平板を回転駆動させる構成では、長期の信頼性を十分に確保することができず、また低騒音を図るにも限界があった。
【０００９】
また、長期の信頼性を確保すると共に低振動を実現するには、ベアリングレスモータの技術を応用することが考えられる。このベアリングレスモータは、例えば、特開２０１０−４１７４２号公報に開示されるように、ブラシレスモータに磁気軸受の機能を一体化して機械的な軸受けを省略したものであるが、平行平板を光軸周りに回転させて光像の位置をずらす撮像装置にこの技術をそのまま適用すると、撮像装置が振動したときに、磁気浮上した状態で回転する回転体すなわち平行平板と撮像素子との相対位置が変化し易く、光学的シフト量（シフト位置）の繰り返し再現性を確保することができない。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。
【００１０】
そこで、平行平板を液体と共にカプセルに封入し、平行平板が液体中で磁気浮上するように構成することで、安定した光学的シフト量を実現することが考えられる。この場合、液体として水を用いると、周辺温度が氷点下になったときに凍結してカプセルを破損させる虞がある。そのため、低温環境での使用時にも凍結することがないように、カプセルに封入する液体には不凍液を用いるのが望ましい。ところが、一般に不凍液は低温になると粘性が大きくなる。そのため、低温環境下での使用により不凍液の粘性が大きくなった場合には、回転体を回転させるのに必要な電力が大きくなる。また、不凍液の粘性が極端に大きくなった場合には、回転体を所望の回転数で回転させることが困難になる。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、長期の信頼性を確保すると共に低振動を実現し、装置が振動した場合でも回転体の光軸に対する角度変化を小さくして光学的シフト量に与える影響を小さくするとともに、低温環境下においても回転体を安定的に回転させることができ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】
【００１２】
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、前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜する光学部材を有する回転体と、前記回転体を回転させて前記光学部材の前記光軸に対する傾斜方向を変化させることにより、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回転駆動装置とを備えた撮像装置であって、前記回転体は、液体を封入したカプセル部材の内部に配置されるとともに、前記液体以外と非接触状態で回転駆動され、前記カプセル部材に加熱手段が設けられた構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転体が液体以外と非接触状態で回転駆動されるため、機械的な軸受けが不要となり、長寿命でかつ低振動な回転駆動装置を実現することができる。また、回転体が液体中に浮遊した状態となるため、撮像装置の振動による回転体と撮像素子との相対位置変化が生じ難いため、回転体の光軸に対する角度変化を小さくして光学的シフト量に与える影響を小さくすることができる。また、加熱手段によってカプセル部材を介して液体を加熱することができるため、低温時でも液体の粘性が高まることを防止でき、回転体を安定的に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によ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１に示した撮像装置の撮像部を示す縦断面図
【図５】図４に示した撮像部の分解斜視図
【図６】図４に示した光学的シフト機構の平面図
【図７】図６に示した回転駆動装置の元になる従来構成の３相モータを適用した例を示す平面図
【図８】図２に示したシフト制御部の構成図
【図９】図４に示した回転駆動装置の要部及びシフト制御部を示す図
【図１０】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１１】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】撮像とこれにより生成する画像の状況を示す模式図
【図１４】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
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、前記レンズユニットの光軸に対して所定角度傾斜する光学部材を有する回転体と、前記回転体を回転させて前記光学部材の前記光軸に対する傾斜方向を変化させることにより、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回転駆動装置とを備えた撮像装置であって、前記回転体は、液体を封入したカプセル部材の内部に配置されるとともに、前記液体以外と非接触状態で回転駆動され、前記カプセル部材に加熱手段が設けられた構成とする。
【００１６】
これによると、回転体が液体以外と非接触状態で回転駆動されるため、機械的な軸受けが不要となり、長寿命でかつ低振動な回転駆動装置を実現することができる。また、回転体が液体中に浮遊した状態となるため、撮像装置の振動による回転体と撮像素子との相対位置変化が生じ難いため、回転体の光軸に対する角度変化を小さくして光学的シフト量に与える影響を小さくすることができる。また、加熱手段によってカプセル部材を介して液体を加熱することができるため、低温時でも液体の粘性が高まることを防止でき、回転体を安定的に回転させることができる。
【００１７】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記回転駆動装置は、前記回転体に設けられた第１の着磁部と、前記第１の着磁部に回転方向の磁力を作用させることによって前記回転体を回転させる磁気回転駆動部とを備え、前記加熱手段が前記磁気回転駆動部を含む構成とする。
【００１８】
これによると、回転体を回転させる磁気回転駆動部を加熱手段として利用するため、専用の加熱手段を設ける必要をなくし、或いは専用の加熱手段を出力の小さな小型なものとし、部品点数の削減或いは装置の小型化を図ることができる。
【００１９】
また、第３の発明は、前記第２の発明において、前記第１の着磁部は、前記回転体の外周面に臨むように設けられており、前記磁気回転駆動部は、前記第１の着磁部に対向して配置されたステータコアと、該ステータコアに巻回されたコイルとで構成され、前記ステータコアの前記第１の着磁部に対向する面が前記カプセル部材の外面に沿う形状とされた構成とする。
【００２０】
これによると、通電により発熱するコイルの熱、及びコイルが磁界を発生したときにステータコアの磁気抵抗成分が発した熱が、カプセル部材を介して液体に伝達され、液体が加熱されることになる。そして、カプセル部材に設けられたステータコアの第１の着磁部に対向する面がカプセル部材の外面に沿う形状とされたことにより、ステータコアからカプセル部材に伝達する熱の伝熱経路がより広くなり、カプセル部材への熱伝達すなわち液体の加熱を効率的に行うことができる。
【００２１】
また、第４の発明は、前記第３の発明において、前記ステータコアと前記カプセル部材との間に伝熱手段が介装された構成とする。
【００２２】
ステータコアをカプセル部材の外面に沿う形状にするとしても、カプセル部材及びステータコアには製造公差があるためステータコアの対向面を全面にわたってカプセル部材に当接させることは困難であり、当接しない部分には熱伝導率の低い空気が介在することになるが、これによると、ステータコアの対向面のほぼ全面を伝熱経路にしてカプセル部材に熱伝達させることができ、液体の加熱効率を向上することができる。
【００２３】
また、第５の発明は、前記第３または第４の発明において、前記回転体の回転速度を設定し、前記コイルに流す電流を設定する演算処理部と、前記演算処理部により設定された電流および前記コイルに流れる電流信号に基づき、前記コイルに流す電流を制御する３相ドライバと、前記演算処理部により設定された回転速度に基づき、前記コイルに流れるべき電流信号のダミー信号を生成するダミー信号生成部と、前記コイルに流れる電流信号と前記ダミー信号とのどちらかを前記３相ドライバに入力させる切替スイッチと、前記液体の粘性の増大を検出するための粘性増大検出手段とを更に備え、前記演算処理部は、通常時には、前記コイルに流れる電流信号を前記３相ドライバに入力させ、前記粘性増大検出手段の検出結果に基づいて前記液体の粘性増大を検出した時には、前記ダミー信号を前記３相ドライバに入力させるように、前記切替スイッチを切り替える構成とする。
【００２４】
低温化により液体の粘性が増大し、回転体の回転運動が停止した場合には、相励磁の切り替えが停止して電流が一部のコイルに偏って流れることによって液体の一部のみが加熱されることになるが、これによると、回転体が回転してない場合でも、ダミー信号が入力することにより、設定された回転速度で回転体が回転しているときと同様に全てのコイルに均等に電流が流れるようになるため、粘性の増大した液体を均等に加熱することができる。
【００２５】
また、第６の発明は、前記第３から第５の発明において、前記回転駆動装置は、前記カプセル部材の外周面に設けられ、前記第１の着磁部に径方向の磁力を作用させることによって前記回転体の径方向位置を制御する第１の位置制御部と、前記回転体の軸方向の一端面に臨むように前記回転体に設けられた第２の着磁部と、前記カプセル部材の軸方向の一端面に設けられ、前記第２の着磁部に軸方向の磁力を作用させることによって前記回転体の軸方向位置を制御する第２の位置制御部とを更に備え、前記加熱手段が前記第１の位置制御部と前記第２の位置制御部との少なくとも一方を含む構成とする。
【００２６】
これによると、回転体を液体中で浮遊させる第１及び第２の位置制御部の少なくとも一方を加熱手段として機能させるため、より大きな熱エネルギーで液体を加熱することができる。そのため、周辺環境の温度が低下したときにも液体の温度を維持して液体の粘性増大を防止できるとともに、低温により粘性が高まった液体を所望の粘性とするのに要する加熱時間を短縮することもできる。
【００２７】
また、第７の発明は、前記第６の発明において、前記第１の位置制御部は、前記第１の着磁部に対向して配置された第１の磁性体と、該第１の磁性体に巻回されたコイルとで構成され、前記第２の位置制御部は、前記第２の着磁部に対向して配置された第２の磁性体と、該第２の磁性体に巻回されたコイルとで構成され、前記第１の磁性体の前記第１の着磁部に対向する面と前記第２の磁性体の前記第２の着磁部に対向する面との少なくとも一方が、前記カプセル部材の外面に沿う形状とされた構成とする。
【００２８】
これによると、第１及び第２の位置制御部の少なくとも一方のコイル及びステータコアが発した熱を利用して液体を加熱できることになり、加熱に利用されるステータコアのカプセル部材側の面がカプセル部材の外面に沿う形状とされたことにより、ステータコアからカプセルに伝達する熱の伝熱経路がより広くなり、カプセル部材への熱伝達すなわち液体の加熱効率を向上することができる。
【００２９】
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）を示すと共に、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。
【００３０】
図１は、本発明によ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（ネットワークカメラ）１と、画像処理装置（ホスト装置）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。
【００３１】
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１から画像処理装置２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（Virtual 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。
【００３２】
図２は、図１に示した撮像装置及び画像処理装置２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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、撮像部１１は、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３５を備えており、この光学的シフト機構３５の各部の動作がシフト制御部１４により制御される。
【００３５】
この光学的シフト機構３５の構成及びシフト制御部１４による制御については、後に詳述するが、概略を説明すると、光像を微小変位させる光学部材（図４中の符号５１で示す）を備えた回転体（図４中の符号５３で示す）が磁気回転駆動部６４により回転駆動され、回転体の径方向及び軸方向の位置が第１及び第２の磁気センサ６５、６６で検出され、回転体の径方向及び軸方向の位置が第１及び第２の電磁石６７、６８で制御され、回転体の回転位置の原点が原点センサ７０（粘性増大検出手段）で検出される。
【００３６】
回転体には着磁部（図４中の符号６１、６２で示す）が設けられており、第１及び第２の磁気センサ６５、６６がその着磁部の磁気を検出してシフト制御部１４に出力し、シフト制御部１４は、磁気センサ６５、６６の出力が示す回転体の位置情報に基づいて磁気回転駆動部６４を制御して光学部材を回転させると共に、第１及び第２の電磁石６７、６８を制御して光学部材を所定の位置に保持する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。後述するように、超解像処理では、複数のフレーム画像間の画素ずれ（動き）を用いて画像を高解像度化する。撮像装置に光学的シフト機構３５を備えることで、撮像対象が移動、静止の状態にかかわらず低解像度画像を高解像度化することが可能となる。
【００４０】
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。
【００４１】
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）を行う。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、全ての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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、複数枚超解像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、１枚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。
【００４８】
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。
【００４９】
図４は、撮像装置１の撮像部１１を示す縦断面図であり、図５は、図４に示した撮像部１１の分解斜視図である。図４、図５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変位させる光学的シフト機構３５とを有している。
【００５０】
光学的シフト機構３５は、光学部材５１及びこの外周側に設けられた支持リング５２で構成される回転体５３と、この回転体５３を回転駆動する回転駆動装置５４とを備えている。回転体５３は、光学カプセル（カプセル部材）５５内に収容され、この光学カプセル５５の内部には液体５６が封入されている。したがって、回転体５３は、液体５６中で軸方向及び径方向に変位可能な浮遊状態で、回転駆動装置５４によって回転駆動される。回転駆動装置５４の詳細については後述する。
【００５１】
光学カプセル５５は、下側に配置され、上面の中央に円形の上面凹部５８ａを形成する有底筒状部５８Ａ及び有底筒状部５８Ａの上縁に設けられた環状フランジ部５８Ｂを有する下半ピース５８と、上側に配置され、上面凹部５８ａを閉蓋する上半ピース５９とから構成されている。下半ピース５８の環状フランジ部５８Ｂの上面には、上面凹部５８ａの外側において溝５８ｂが円環状に形成されており、この溝５８ｂにシール部材６０が介装された状態で複数（ここでは６本）のねじで締結されることにより、下半ピース５８と上半ピース５９とが一体とされ、その内部に密閉空間Ｓを有する光学カプセル５５が構成される。
【００５２】
光学カプセル５５が形成するこの密閉空間Ｓ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なす中央部Ｓａと、この中央部Ｓａの外周側に連なると共に、上下方向に拡幅されて略矩形断面を呈する外環部Ｓｂとを有している。光学カプセル５５の密閉空間Ｓには、中央部Ｓａに平行平板５７が収容される一方、外環部Ｓｂに支持リング５２等が収容されている。
【００５３】
光学カプセル５５の下半ピース５８の下面には、有底筒状部５８Ａの底壁の中央に配置された下面凹部５８ｃ（図４参照）、有底筒状部５８Ａの底壁の周縁において下方へ突設する環状凸部５８ｄ、及び環状フランジ部５８Ｂの適所に配置された複数の凸部５８ｅ（図５参照）がそれぞれ形成されており、下面凹部５８ｃにはセンサモジュール４１が、環状凸部５８ｄ内及び凸部５８ｅ間には光学的シフト機構３５の構成部品がそれぞれ装着されている。
【００５４】
一方、光学カプセル５５の上半ピース５９の上面には、中央に配置された中央凹部５９ａ、中央凹部５９ａの周辺に等間隔に配置された複数の外側凹部５９ｂがそれぞれ形成されており、中央凹部５９ａにはレンズユニット４２が、外側凹部５９ｂには光学的シフト機構３５の構成部品がそれぞれ装着されている。
【００５５】
光学カプセル５５は、例えば樹脂あるいは硝材など、透明で透磁率が高く且つ熱伝導率が比較的高い材料から形成され、樹脂であればポリカーボネート、アクリル、シクロオレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等を用いることができる。なお、この光学カプセル５５は、全体を透明な材料で形成する必要はなく、レンズユニット４２からの入射光が通過する光路に対応する部分が上述のような透明材料で形成されていればよい。また、光学カプセル５５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。これにより撮像素子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。
【００５６】
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５７が設けられている。この平行平板５７が回転することで、撮像素子３１の受光面３１ａ上で結像する光像を撮像素子３１に対して相対的に微小変位させることができる。なお、光学部材５１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。
【００５７】
光学カプセル５５内に封入される液体５６には、空気の屈折率よりも高く、かつ平行平板５７の屈折率よりも小さい屈折率を有するものが採用される。これにより、平行平板５７によるシフト幅が、平行平板５７が空気中に置かれた場合より実質的に小さくなる。このため、光学カプセル５５内の光学部材５１の揺動等によって平行平板５７の中心軸が傾くことで生じる光学的シフト量の変化を小さく抑えることができる。
【００５８】
光学カプセル５５内に封入される液体５６には、ここでは不凍液（例えば、プロピレングリコールやエチレングリコールと水との混合物）を用いている。これにより、撮像装置１を使用可能な温度範囲（例えば−２０℃まで）を拡大することができ、さらに液体５６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、撮像装置１の振動に対する光学的シフト量の変化を抑制できるとともに、光学部材５１の破損を防止することができる。また、不凍液の濃度を調整するだけで液体５６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。
【００５９】
支持リング５２は、円環状をなしており、軸方向の中央部分に配置されてその内周側に光学部材５１を保持する第１のリング部材５２ａと、第１のリング部材５２ａの上側の端面に接着剤により固着された第２のリング部材５２ｂと、第１のリング部材５２ａの下側の端面に接着剤により固着された第３のリング部材５２ｃとから構成されている。第１のリング部材５２ａは矩形断面を有し、第２及び第３のリング部材５２ｂ、５２ｃはそれぞれ、第１のリング部材５２ａと同一の外径を有する矩形断面を有し、且つ第１のリング部材５２ａと同心状に配置されている。
【００６０】
第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃはそれぞれ、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５６中にあっても吸水及び膨潤が低減される。また、同一の樹脂材料をバインダーに用いたプラスチックマグネットを用いることにより、両接着対象部材に対する接着性の高い接着剤を用いて第２及び第３のリング部材５２ｂ、５２ｃを第１のリング部材５２ａに接着させることができ、長期の使用に対する信頼性が向上している。同様に、光学部材５１の材料として第１のリング部材５２ａのバインダーと同一の材料を用いるようにすれば、光学部材５１と支持リング５２とを接着する際の接着性を高めて長期の使用に対する信頼性を向上することができる。なお、図４においては、第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃはそれぞれ別部材として描かれているが、これらはいずれも同一の材料（ＰＰＳ）で構成されるから、一体として形成し、その後に後述する磁気特性を得られるように着磁を施してもよい。
【００６１】
第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃの磁性体粒子として、ここではネオジムを採用している。ネオジム磁石は磁力が極めて大きく、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５６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、支持リング５２は、その表面が樹脂材料でコーティングされ、液体５６との接触が防止されている。なお、樹脂材料によるコーティングは、第２及び第３のリング部材５２ｂ、５２ｃが第１のリング部材５２ａに固着される前に施してもよく、第１のリング部材５２ａに固着された後に施してもよい。
【００６２】
また、光学カプセル５５内に封入される液体５６は、不凍液に限定されない。空気よりも高い屈折率で、かつ平行平板５７より低い屈折率を有するものであればよく、例えば水を用いるようにしてもよい。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ーンオイルを採用してもよい。この場合、支持リング５２等に錆が生じるおそれがないため、樹脂コーティング等といった防錆処理が不要となる。
【００６３】
また、第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃに用いるバインダーとしては、ＰＰＳに限らず、例えば、６ナイロン等のポリアミド樹脂を用いることもできる。さらに、第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃのバインダーとして異なる樹脂を用いてもよい。他方、第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃに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。さらに、第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃに異なる磁性体粒子を用いてもよい。なお、磁性体粒子としてフェライトを用いた場合は、錆が発生しないため、上述した樹脂コーティングを省略することができる。
【００６４】
回転駆動装置５４は、支持リング５２の径方向の外周面に臨むように第１のリング部材５２ａの軸方向中央部に設けられた第１の着磁部６１と、支持リング５２の軸方向の上端側に臨むように第２のリング部材５２ｂに設けられた第２の着磁部６２と、支持リング５２の軸方向の下端側に臨むように第３のリング部材５２ｃに設けられた第３の着磁部６３と、第１の着磁部６１に回転方向の磁力を作用させることによって回転体５３を回転させる磁気回転駆動部６４と、第１の着磁部６１に径方向の磁力を作用させることによって回転体５３の径方向位置を制御する第１の電磁石（第１の位置制御部）６７と、第２の着磁部６２に軸方向の磁力を作用させることによって回転体５３の軸方向位置を制御する第２の電磁石（第２の位置制御部）６８と、回転体５３を所定の軸方向位置に保持するために第３の着磁部６３に第２の電磁石６８と同じ向きの磁力を作用させる永久磁石６９とを備えている。
【００６５】
また、回転駆動装置５４は、第１の着磁部６１の磁気に基づいて回転体５３の径方向位置を検出する第１の磁気センサ６５と、第２の着磁部６２の磁気に基づいて回転体５３の軸方向位置を検出する第２の磁気センサ６６とを備えている。第１の電磁石６７は、第１の磁気センサ６５の検出結果に基づいて回転体５３の径方向位置を制御する。一方、第２の電磁石６８は、第２の磁気センサ６６の検出結果に基づいて回転体５３の軸方向位置を制御する。
【００６６】
第１の着磁部６１は、より詳細には、第１のリング部材５２ａの外周面における軸方向の両端部を除いた中央部位に臨むように、第１のリング部材５２ａの外周側に極異方性配向に着磁されている。これにより、第１のリング部材５２ａが内部で完結する磁気回路を有する永久磁石となっている。これにより、第１の着磁部６１が発生させる磁力の殆どを対向する第１の電磁石６７に作用させることができるため、ラジアル異方性配向のものに比べて、第１の電磁石６７の磁力を大きくして、回転体５３の径方向制御の精度を高めることができる。第１の着磁部６１の外周面における表面磁束密度が、周方向への変位に対して正弦波的に変化するため、回転体５３の回転角度の検知を高精度に行うことができるとともに、検出した回転角度に基づいて駆動電流を制御することでコギング等を抑制し、回転体５３の回転駆動制御を高精度に行うことが可能となっている。
【００６７】
なお、第１のリング部材５２ａの内径を光学部材５１の外径よりも小さくし、第１のリング部材５２ａを成形する際に光学部材５１を金型にセットして一体成形するようにしてもよい。このようにすることにより、接着剤の劣化等によって光学部材５１と支持リング５２とが分離する心配を排除することができ、長期の使用に対する信頼性を更に高めることができる。
【００６８】
第２及び第３の着磁部６２、６３は、上下方向に沿う配向磁界を作り、リング部材（プラスチックマグネット）の成形と同時に磁性体微粒子の磁化容易軸を揃えることにより、各リング部材５２ｂ、５２ｃの上面の全域が例えばＳ極、下面の全域が例えばＮ極となる異方性配向に着磁されている（図９参照）。これにより、第２及び第３のリング部材５２ｂ、５２ｃが永久磁石となっている。
【００６９】
支持リング５２がこのように構成されることにより、第１の着磁部６１と第２及び第３の着磁部６２、６３との間に着磁されていない部分が介在し、この部分が磁路になり易いバックヨークとして機能する。上記したように、第２及び第３のリング部材５２ｂ、５２ｃは周方向について均一の磁束密度分布を有する一方、第１の着磁部６１は周方向について正弦波的に変化する磁束密度分布（極異方性）を有するため、第１の着磁部６１の磁界が第２及び第３の着磁部６２、６３に影響を及ぼすと、回転体５３の軸方向位置の精度が低下するが、第１の着磁部６１と第２及び第３の着磁部６２、６３との間に着磁されていない部分が介在することにより、第１の着磁部６１の磁界の影響が第２及び第３の着磁部６２、６３に及び難くなり、回転体５３の軸方向の位置制御を高精度に行うことができる。
【００７０】
また、別部材のバックヨークを用いることなく、回転駆動装置５４の一部を構成する支持リング５２と光学部材５１とを直接連結させているため、回転体５３の接着箇所を少なくできるとともに、回転体５３の小型化が図られている。
【００７１】
また、回転体５３には、第１乃至第３のリング部材５２ａ、５２ｂ、５２ｃが光学部材５１に取り付けられるのみであるため、光学カプセル５５の密閉性を高めることができる。また、光学カプセル５５の部材としての独立性を高めることとなり、製造工程上有利となる。
【００７２】
図６は、図４に示した光学的シフト機構３５の平面図である。図７は、図６に示した回転駆動装置５４の元になる従来構成の３相モータを適用した例を示す平面図である。図４、図６に示すように、磁気回転駆動部６４は、電磁鋼帯を複数積層してなるステータコア７１と、このステータコア７１に巻回されたコイル７２とで構成されている。ステータコア７１は、光学カプセル５５を介して第１の着磁部６１に対向配置されており、第１の着磁部６１に対向する対向面７１ａが光学カプセル５５の周壁外面に沿う曲面に形成されるとともに、この対向面７１ａが光学カプセル５５の周壁外面に当接した状態で光学カプセル５５に設けられている。
【００７３】
なお、ここで言う当接とは、物理的な接触を意味するだけではなく、熱伝達を効果的に行わせるための熱力学的な接続をも意味する。つまり、ステータコア７１と光学カプセル５５とを熱力学的に接続された状態とするために、両者の間に伝熱手段（図示省略）を介装させ、これにより、ステータコア７１を光学カプセル５５に密着させ、磁気回転駆動部６４を液体５６の加熱手段として利用している。なお、ここでは伝熱手段としてシリコーングリスを採用し、対向面７１ａにシリコーングリスを塗布したうえで対向面７１ａを光学カプセル５５の周壁外面に密着させることでステータコア７１を光学カプセル５５に熱力学的に接続させている。なお、ステータコア７１と光学カプセル５５とを物理的に当接させることで、光学かプセル５５の寸法精度さえ確保しておけば、少なくとも光学カプセル５５の半径方向において、これに当接するステータコア７１の位置が決定されるため、回転体５３に作用させる磁力のばらつきを小さくすることができる。
【００７４】
伝熱手段を介装させない場合、ステータコア７１の対向面７１ａを光学カプセル５５の外面に沿う形状に成形したとしても、光学カプセル５５及びステータコア７１には製造公差があるため、ステータコア７１の対向面７１ａを全面にわたって光学カプセル５５の外周面に物理的に接触させることは困難である。したがって、ステータコア７１の対向面７１ａと光学カプセル５５の外周面との間には、熱伝導率が非常に小さな空気が介在することになり、ステータコア７１から光学カプセル５５へ効率的に熱を伝達させることができない。
【００７５】
これに対し、本実施形態のように伝熱手段を介装させると、通電により発熱するコイル７２の熱、及びコイル７２が磁界を発生したときにステータコア７１の磁気抵抗成分が発した熱が、ステータコア７１の対向面７１ａ全域を伝熱経路として光学カプセル５５側へ伝達できるようになるため、より大きな熱エネルギーで液体５６を加熱することができる。これにより、液体５６の加熱効率を高めて低温時の液体５６の粘性上昇を防止でき、低温環境下においても回転体５３を安定的に回転させることができる。また、磁気回転駆動部６４を液体５６の加熱手段として利用することで、専用の加熱手段を設ける必要をなくし、或いは専用の加熱手段を出力の小さな小型なものとし、部品点数の削減或いは装置の小型化を図ることが可能となっている。
【００７６】
回転駆動装置５４は、いわゆるインナロータ型の３相モータであり、界磁を作り出す第１の着磁部６１は、図６に示すように、周方向に沿って交互にＮ極及びＳ極に着磁された８個の磁極を備えている。一方、磁気回転駆動部６４は、等間隔に３つ設けられており、各ステータコア７１は３つのティース７３を備えている。この回転駆動装置５４は、図７に示すように、１２ステート８ポールの従来構成の３相モータから、１ティース構成のステータコアを３つ等間隔に取り除いた、９ステート８ポールの構成となっている。
【００７７】
磁気回転駆動部６４のコイル７２は、スター結線されており（図８参照）、各ステータコア７１の３つのコイル７２はｕ相、ｖ相及びｗ相にそれぞれ設定されている。これにより、各ステータコア７１にｕ相、ｖ相及びｗ相のすべてが存在するため、ブレーキとなるタイミングが存在せず、高いモータ効率が実現されている。また、ステータコア７１の外径を拡大することなくティース７３間の隙間を確保することができるため、コイル７２の巻回作業が容易であり、省スペース化を図りつつ、製造歩留の向上も実現することができる。
【００７８】
磁気回転駆動部６４のコイル７２に通電して磁気回転駆動部６４が励磁されると、第１の着磁部６１との間に引力及び斥力が生じ、これにより、光学カプセル５５内の回転体５３に接触することなく、その回転体５３を回転させることができる。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、回転駆動装置５４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。
【００７９】
図８は、図２に示したシフト制御部１４の構成図である。磁気回転駆動部６４のコイル７２は、図８に示すように、シフト制御部１４に設けられた３相ドライバ７４により駆動される。シフト制御部１４では、演算処理部７７から速度指令値がパルス幅変調器（ＰＷＭ）７８に送出され、パルス幅変調器７８では、この速度指令値に基づいて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ＰＷＭ信号が３相ドライバ７４に出力される。また、演算処理部７７には、撮像装置１の適所に設けられた温度センサ８５（粘性増大検出手段）の出力が入力している。
【００８０】
３相ドライバ７４は、３系統のプッシュプル型のトランジスタ回路７５と、各トランジスタ回路７５に接続されるとともに、切替スイッチ８０を介してスター結線の中性点に接続された内部ロジック部７６とを内部に備え、内部ロジック部７６がコイル７２に流れる電流を確認しながらＰＷＭ信号に基づき各相のコイル７２に流す電流を制御する。これにより周期設定部２５（図２参照）から指示された円運動周期で回転体５３が回転駆動される。
【００８１】
切替スイッチ８０は、３相ドライバ７４の内部ロジック部７６に入力する電流信号の送出元を切り替える１回路２接点のスイッチであり、一方の接点はコイル７２の中性点に、他方の接点は演算処理部７７内に設けられたダミー信号生成部７９に接続されている。切替スイッチ８０は、演算処理部７７により切り替えられ、通常時（液体５６の粘性が回転体５３を回転駆動するのに支障とならない程度のとき）には、図８に示すようにコイル７２の中性点側に接続している。
【００８２】
スター結線されたコイル７２の中性点からは、３相に設定されたコイル７２に流れる電流値をモニタするコモン信号（電流信号）が内部ロジック部７６に入力しており、内部ロジック部７６は、入力したコモン信号を参照しながらコイル７２に流す電流の向きを切り替えるべく各トランジスタ回路７５を制御している。
【００８３】
ここで、撮像装置１の周辺温度が低下すると、光学カプセル５５内の液体５６も低温となり、その粘性を増大させる。そのため、液体５６の粘性抵抗によって回転体５３の回転速度が低下し、粘性が増大し続けると最終的には（液体５６の一部が凍結したような状況では）回転体５３の回転動作が停止することになる。すると、コモン信号が切り替わらなくなるため、既に励磁中の相のコイル７２には一定方向の電流が流れ続けることになる。上記したように、通電によってコイル７２およびステータコア７１が発熱する磁気回転駆動部６４は、液体５６の加熱手段としての機能を有しているが、電流の流れが一定になると、磁気回転駆動部６４は一部の相でのみ発熱し、粘性の増した液体５６の一部のみが加熱されることになる。また、このような場合には、磁気回転駆動部６４の一部のみが異常発熱をする虞もあるため、好ましくない。
【００８４】
そこで、演算処理部７７は、回転体５３の回転を検出する原点センサ７０から所定期間にわたって出力がないことをＣＰＵが検出した場合、ダミー信号生成部７９に対して信号を送出して作動を開始させるとともに、切替スイッチ８０に対し、切替信号を送出する。切替信号を受け取ると、切替スイッチ８０は接続を反対側すなわちダミー信号生成部７９側に切り替え、３相ドライバ７４の内部ロジック部７６にダミー信号生成部７９から出力される信号を入力させる。ダミー信号生成部７９は、指示された円運動周期で回転体５３を回転駆動しているときのコモン信号と同じ電流信号をダミー信号として生成し、これを出力する。
【００８５】
これにより、３相ドライバ７４の内部ロジック部７６は、回転体５３が指示された円運動周期で回転を行っていないにも拘わらず、指示された円運動周期で回転を行っているときと同様にコイル７２に流す電流の流れを切り替えることになり、磁気回転駆動部６４が全ての相で均一に発熱し、粘性の増した液体５６に対して均等に加熱することができる。
【００８６】
或いは、演算処理部７７を、温度センサ８５により検出される温度が液体５６の粘性によって回転体５３の回転速度に影響を及ぼす所定温度にまで低下したか否かをＣＰＵに監視させ、温度センサ８５の出力が所定温度以下になったことをＣＰＵが検出したときに、ダミー信号生成部７９にダミー信号を生成させるとともに、切替スイッチ８０を切り替えるように構成してもよい。さらに、原点センサ７０からの出力と温度センサ８５からの出力との両方を監視し、いずれか一方が所定の条件を満たしたときに内部ロジック部７６に入力させる信号を切り替えるように構成してもよい。
【００８７】
なお、このようにして原点センサ７０の出力に基づいてダミー信号を内部ロジック部７６に入力させるようにした後、原点センサ７０からの出力が定期的に所定期間内に行われるようになったことをＣＰＵが検出すると、演算処理部７７は、切替スイッチ８０に対して切替信号を再度出力し、スター結線されたコイル７２の中性点からのコモン信号を内部ロジック部７６に入力させるとともに、ダミー信号生成部７９に対し、作動を停止させる。
【００８８】
シフト制御部１４がこのような制御を行うことにより、液体５６が低温になってその粘性が増大した場合でも、液体５６全体を均等に加熱することができ、磁気回転駆動部６４の一部が異常発熱するような事態も回避できるようになっている。
【００８９】
図４に示したように、第１の電磁石６７は、第１の着磁部６１に対向して配置された第１の磁性体８１と、この第１の磁性体８１に巻回されたコイル８２とで構成されている。第１の磁性体８１は、渦電流の抑制のために電磁鋼帯を複数積層して構成され、凸部５８ｅ（図５参照）間に挿入されて光学カプセル５５の周壁外面に当接した状態に設けられている。ここでも、磁気回転駆動部６４のステータコア７１と同様に、第１の電磁石６７の第１の磁性体８１は、第１の着磁部６１に対向する対向面８１ａが光学カプセル５５の周壁外面に沿う曲面に形成されるとともに、この対向面７１ａにシリコーングリスを塗布されることで光学カプセル５５の周壁外面に密着し、対向面７１ａの全面で光学カプセル５５に対し熱力学的に接続した状態となっている。
【００９０】
第１の電磁石６７のコイル８２に通電することで第１の電磁石６７が励磁されると、第１の着磁部６１との間に斥力及び引力が生じる。第１の電磁石６７は、光学カプセル５５の周囲に等間隔に３つ配置されており（図６参照）、第１の電磁石６７の各コイル８２の通電量を個別に制御することで、回転体５３に作用させる径方向の磁力を調整し、回転体５３を任意の径方向に変位させることができる。これにより、回転体５３が所定の径方向位置、すなわち光学部材５１の中心軸が光軸Ｃと概ね一致する径方向位置に保持される。
【００９１】
第２の電磁石６８は、第２の着磁部６２に対向して配置された第２の磁性体８３と、この第２の磁性体８３に巻回されたコイル８４とで構成されている。第２の磁性体８３は、渦電流の抑制のために電磁鋼帯を複数積層して構成され、外側凹部５９ｂに挿入されて光学カプセル５５の上壁外面に当接した状態、すなわち第２の磁性体８３における第２の着磁部６２に対向する対向面８３ａが光学カプセル５５の上壁外面に沿う平面に形成されるとともに、この対向面８３ａにシリコーングリスが塗布されることで光学カプセル５５の上壁外面に密着し、対向面８３ａの全面で光学カプセル５５に対し熱力学的に接続した状態となっている。なお、第２の磁性体８３は外側凹部５９ｂに挿入されるかたちで光学カプセル５５に取り付けられるが、液体５６を効率的に加熱するためには光学カプセル５５への伝熱経路を液体５６に近づけた方が好ましいため、シリコーングリスは第２の磁性体８３の対向面８３ａのみに塗布されている。
【００９２】
永久磁石６９は、円環状をなしており、光学カプセル５５を挟んで第２の電磁石６８と相反する側に設けられている。この永久磁石６９は、環状凸部５８ｄ内に挿入されて光学カプセル５５の下壁外面に当接した状態に設けられ、光学カプセル５５を介して第３の着磁部６３に対向配置されている。
【００９３】
永久磁石６９と第３の着磁部６３とは、互いに対向する側が同一磁極（ここではＮ極）となるように設定されており（図９参照）、永久磁石６９と第３の着磁部６３との間に斥力が生じ、回転体５３が光学カプセル５５の底壁内面から浮いた状態に保持される。
【００９４】
第２の電磁石６８と第２の着磁部６２とは、互いに対向する側が同一磁極（ここではＳ極）となるように設定されており（図９参照）、第２の電磁石６８のコイル８４に通電することで第２の電磁石６８が励磁されると、第２の電磁石６８と第２の着磁部６２との間に斥力が生じる。
【００９５】
第２の電磁石６８は、光学カプセル５５の一の主面において等間隔に３つ配置され（図６参照）、永久磁石６９も、光学カプセル５５の他面において第２の電磁石６８と同じ周方向位置に（光軸方向にみて重畳するように）等間隔に３つ配置されており、第２の電磁石６８の各コイル８４の通電量を制御することで、第２の電磁石６８と第２の着磁部６２との間に生じる斥力の大きさを、永久磁石６９と第３の着磁部６３との間に生じる斥力と釣り合わせることにより、回転体５３が所定の軸方向位置に保持される。
【００９６】
このように第２の電磁石６８と永久磁石６９とを協働させて回転体５３の軸方向位置を制御するため、回転体５３の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。ここで、第２の電磁石６８の各コイル８４の通電量を均等に制御することで、第２の電磁石６８の斥力と永久磁石６９の斥力とが釣り合う軸方向位置に回転体５３を変位させることができるが、第２の電磁石６８の各コイル８４の通電量を個別に制御して、回転体５３の中心線が光軸Ｃに対して傾いた振れ回り運動を抑制するような制御も可能である。このような構成とすることで、例えば平行平板５７を光軸Ｃに対して垂直に設け（この状態では光学的シフトは生じない）、制御により積極的に傾斜角を付与することで光学的シフトを発生させることが可能となる。また、既に説明した平行平板５７が光軸Ｃに対して所定角度傾斜した構成であっても、この傾斜角を増減させて光学的シフト量を直接的に調整することが可能となる。また、レンズユニット４２をいわゆるズームレンズ系として構成した場合でも、光学的シフト量を適切に管理することが可能となる。
【００９７】
なお、第２の電磁石６８と第２の着磁部６２との間、ならびに永久磁石６９と第３の着磁部６３との間にそれぞれ引力を生じさせて、それらを釣り合わせる構成も可能である。特に上述のように斥力で釣り合わせる構成では、第２の電磁石６８が励磁されていない状態では、永久磁石６９と第３の着磁部６３との間に斥力が生じ、かつ第２の電磁石６８（励磁していないため単なる磁性体）と第２の着磁部６２との間で引力を生じる結果、回転体５３は図中の光軸方向上側に付勢、吸着され、光学カプセル５５内で固定される。これによって、撮像装置を搬送する際の振動等で回転体５３、特に平行平板５７が破損するような事態を防止することが可能となる。
【００９８】
また、永久磁石６９にはネオジム磁石を採用するとよいが、上方の第２の電磁石６８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。
【００９９】
そして、第１及び第２の磁性体８１、８３がこのように光学カプセル５５に取り付けられたことにより、第１及び第２の電磁石６７、６８も、磁気回転駆動部６４と同様に液体５６の加熱手段として機能している。すなわち、通電により発熱したコイル８２、８４の熱、及びコイル８２、８４が磁界を発生したときに第１及び第２の磁性体８１、８３の磁気抵抗成分が発した熱が、各対向面８１ａ、８３ａの全面を伝熱経路として光学カプセル５５に伝達し、液体５６に伝わる。そのため、液体５６がより大きな熱エネルギーで加熱され、周辺温度が低下したときにも液体５６の温度低下が防止される。なお、第１及び第２の磁性体８１、８３が、各対向面８１ａ、８３ａを光学カプセル５５の外面に沿う形状して、シリコーングリスを介して光学カプセル５５に当接することにより、液体５６の加熱効率を高めていること（光学カプセル５５への熱伝達率を高めていること）は、磁気回転駆動部６４と同様である。
【０１００】
第１の磁気センサ６５は、例えばホール素子やＧＭＲ（Giant Magneto Resistive：巨大磁気抵抗）素子からなる。この第１の磁気センサ６５は、第１の電磁石６７を構成する第１の磁性体８１における第１の着磁部６１側の端部下面に配置されており、第１の磁気センサ６５を第１の磁性体８１の表面に固着することで、第１の磁気センサ６５と第１の電磁石６７とが一体化されている。このように第１の磁気センサ６５を配置すると、第１の電磁石６７のコイル８２と光学カプセル５５との間のスペースを有効利用できるため、装置の小型化を図ることができる。
【０１０１】
第２の磁気センサ６６は、第１の磁気センサ６５と同様に例えばホール素子やＧＭＲ素子からなる。この第２の磁気センサ６６は、光学カプセル５５の上面における第２の電磁石６８を構成する第２の磁性体８３の外周側近傍に配置されており、第２の磁気センサ６６を光学カプセル５５の表面に固着することで、第２の磁気センサ６６と光学カプセル５５とが一体化されている。このように第２の磁気センサ６６を配置すると、第２の電磁石６８のコイル８４と光学カプセル５５との間のスペースを有効利用できるため、装置の小型化を図ることができる。
【０１０２】
第１及び第２の電磁石６７、６８をそれぞれ構成する第１及び第２の磁性体８１、８３、第１の磁気センサ６５、及び第２の磁気センサ６６は、光学カプセル５５の中心を通る同一放射線上に配置され、位置検出制御ユニット８７を構成している。
【０１０３】
位置検出制御ユニット８７は、図６に示すように、周方向に等間隔に配置された磁気回転駆動部６４の間の空間に配置されている。ここでは、磁気回転駆動部６４が、光学カプセル５５の中心、すなわち正規の位置にある回転体５３の中心に対して１２０度の角度をおいて３つ配置され、位置検出制御ユニット８７も、光学カプセル５５の中心に対して１２０度の角度をおいて３つ配置されている。これは、図７に示したように、１２ステート８ポールの従来構成の３相モータから、１ティース構成のステータコアを３つ等間隔に取り除くことでできた空間に、位置検出制御ユニット８７を配置したことになる。
【０１０４】
このように第１及び第２の磁気センサ６５、６６と、第１及び第２の電磁石６７、６８と、永久磁石６９とを、周方向の同一位置に配置し、磁気回転駆動部６４の間の空間に配置したため、光学カプセル５５の外側のスペースを有効利用して省スペース化が図られている。
【０１０５】
また、磁気回転駆動部６４を構成するステータコア７１と、第１及び第２の電磁石６７、６８を構成する第１及び第２の磁性体８１、８３と、永久磁石６９とが、光学カプセル５５の外面に当接した状態で設けられているため、光学カプセル５５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。
【０１０６】
図９は、図４に示した回転駆動装置５４の要部及びシフト制御部１４を示す図である。図９に示すように、シフト制御部１４は、第１及び第２の磁気センサ６５、６６の出力信号に基づいて回転体５３の径方向及び軸方向の位置を判定する位置判定部９１と、この位置判定部９１の判定結果に従って、第１及び第２の電磁石６７、６８に設けられたコイル８２、８４の通電量を制御する通電制御部９２とを有している。位置判定部９１及び通電制御部９２は、図８に示した演算処理部７７のＣＰＵで所定のプログラムを実行することで実現される。
【０１０７】
位置判定部９１は、第１の磁気センサ６５のアナログ出力を増幅する図示しない増幅器及びＡＤ変換器（図８参照）を備えており、第１の磁気センサ６５により検出される第１の着磁部６１の磁気の大きさをディジタル変換した値に基づいて回転体５３の径方向の位置を判定し、また、同様に第２の磁気センサ６６により検出される第２の着磁部６２の磁気の大きさをディジタル変換した値に基づいて回転体５３の軸方向の位置を判定する。
【０１０８】
通電制御部９２では、位置判定部９１で取得した回転体５３の実際の位置と正規の位置とを比較し、正規の位置に対する回転体５３のずれを修正する修正値を、径方向及び軸方向について算出する。この修正値は、図８に示したように、演算処理部７７からＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）を介して第１及び第２の電磁石駆動用ドライバ９３、９４に送信され、修正値に対応する電流を第１及び第２の電磁石６７、６８のコイル８２、８４に流す。このようなフィードバック制御により、回転体５３が正規の径方向位置及び軸方向位置に保持される。具体的なフィードバック制御としては、例えばＰＩ制御、ＰＩＤ制御や、これに補償器を備えたオブザーバ制御等を採用してもよい。
【０１０９】
ここで、第１の磁気センサ６５と第１の電磁石６７は、互いに周方向の同一位置に配置されており、第１の磁気センサ６５により検出される回転体５３の径方向位置と、第１の電磁石６７により回転体５３に径方向力を作用させる位置とが同一となる。また第２の磁気センサ６６と第２の電磁石６８も、互いに周方向の同一位置に配置されており、第２の磁気センサ６６により検出される回転体５３の軸方向位置と、第２の電磁石６８により回転体５３に軸方向力を作用させる位置とが同一となる。このため、位置制御のための演算処理を簡略化することができ、回転体５３の位置制御を容易に且つ高精度に行うことが可能となっている。
【０１１０】
また、シフト制御部１４では、位置判定部９１による位置判定動作と、通電制御部９２による位置制御動作とが時分割で交互に行なわれる。すなわち、第１及び第２の電磁石６７、６８のコイル８２、８４に通電する位置制御が行われる間は、第１及び第２の磁気センサ６５、６６の出力信号に基づく位置判定が行われず、逆に位置判定が行われる間は、位置制御が行われない。
【０１１１】
これにより、第１及び第２の電磁石６７、６８のコイル８２、８４に通電することで発生する磁界の影響で、第１及び第２の磁気センサ６５、６６が第１及び第２の着磁部６１、６２の磁気を正確に検出することができなくなることを避けることができる。
【０１１２】
なお、図８の演算処理部７７が液体５６の粘性増大を検出または予想したときに、通電制御部９２が各コイル８２、８４に流す電流を大きくし、或いは通電時間を長くするような制御を行うことで、第１及び第２の電磁石６７、６８の発熱量を大きくし、液体５６の加熱を促進することも可能である。この場合、第２の電磁石６８では、回転体５３の永久磁石６９に対する斥力と第２の電磁石６８に対する斥力との釣り合いが崩れるが、平行平板を用いた光学的シフトでは平行平板５７が光軸方向に平行シフトしても、光学的シフト量は不変である。従って、液体５６の粘性増大によって回転体５３の軸方向位置が大きく変化しない範囲でこの制御を行えば、問題が生じることはない。
【０１１３】
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、元になるフレーム画像の撮像位置が既知であれば、位置合わせ処理の演算コストを大幅に削減することができる。このとき、例えば１２０万画素の撮像素子３１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像の画素ピッチは３．７５／４＝０．９３μｍとなり、撮像位置をサブミクロンオーダで高精度に把握することが望まれる。
【０１１４】
このようにフレーム画像の撮像位置を高精度に把握するには、まず光学部材５１の位置を高精度に制御する必要があり、これは、前記のように第１及び第２の磁気センサ６５、６６と第１及び第２の電磁石６７、６８とにより実現される。さらに、フレーム画像の撮像位置を高精度に把握するには、平行平板５７による光のシフト方向を規定する回転体５３の回転位置を高精度に検出する必要がある。
【０１１５】
そこで、回転駆動装置５４は、図６に示したように、光学部材５１の回転位置の基準となる原点位置を検出する原点センサ７０を備えている。この原点センサ７０の出力信号に基づいて、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。これにより、フレーム画像の撮像位置を高精度に把握することができ、超解像処理の演算コストを低減することができる。
【０１１６】
原点センサ７０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の支持リング５２上に設けられた図示しないマーキング部を検出する。なお、マーキング部は、所要の色（例えば支持リング５２が黒色であれば白色）の塗料を印刷工法などを用いて支持リング５２の表面に形成すればよい。また、原点センサ７０は、反射型フォトセンサに限定されるものではなく、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。
【０１１７】
さらに、フレーム画像の撮像位置を高精度に把握するには、光学部材５１の回転速度を高精度に制御する必要がある。これには、まず、回転体５３の回転速度を高精度に検出する必要があり、ここでは、回転体５３の回転速度を第１の磁気センサ６５の出力信号から求めるようにしている。第１の着磁部６１が回転体５３と連動回転すると、第１の磁気センサ６５に対向する磁極（Ｎ極及びＳ極）が交互に切り替わり、第１の磁気センサ６５から出力される信号は、極異方性着磁された第１の着磁部６１のＮ極及びＳ極の１組が相対移動する期間を１周期とする正弦波を呈し、その出力信号の周期に基づいて回転体５３の回転速度を求めることができる。
【０１１８】
これを図８を参照して具体的に説明すると、第１の磁気センサ６５の出力信号が、コンパレータ（ＣＭＰ）で２値化されて３系統のＦＧパルスとして出力され、このＦＧパルスのパルス間隔が、図示しない高速カウンタによって計数される。演算処理部７７では、第１の着磁部６１の既知である磁極間距離を高速カウンタの計数値で除算する演算が行われ、これにより速度実測値Ｖｎが得られる。
【０１１９】
なお、このような回転速度の検出方法に加えて、例えば、光学部材５１や第１の着磁部６１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。
【０１２０】
また、光学部材５１を等速度で回転させるため、ここでは光学部材５１の回転速度に基づくＰＩ制御（比例積分制御）を行っている。具体的には、周期設定部２５（図２参照）から指示された円運動周期に対応して速度目標値Ｖｒを設定して、この速度目標値Ｖｒに対する速度実測値Ｖｎの誤差δＶ（＝Ｖｒ−Ｖｎ）を算出する。ついで、誤差δＶに適切なゲインＧｐを乗じて比例項（Ｐ＝Ｇｐ×δＶ）を算出する。また、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（Ｉ＝Ｇｉ×Σ（δＶ））を算出する。そして、得られた比例項（Ｐ）と積分項（Ｉ）とを加算して速度指令値を求める。この速度指令値は、上述のように、パルス幅変調器（ＰＷＭ）７８に送られて、３相ドライバ７４を動作させるＰＷＭ信号が出力される。これにより光学部材５１を高い精度で等速度回転させることができる。
【０１２１】
図１０は、撮像素子３１への光の入射状況を示す断面図であり、図１０（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１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の状態から平行平板５７が１８０゜回転した状態を示している。なお、図１０（Ｂ）の状態から、平行平板５７がさらに１８０゜回転すると、図１０（Ａ）の状態に復帰する。
【０１２２】
光学部材５１の平行平板５７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３１ａに入射する光の位置が平行平板５７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３１ａ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。
【０１２３】
このように、平行平板５７はレンズユニット４２を通過した入射光を光軸Ｃと垂直な方向にシフトさせる機能のみを持つ。またレンズユニット４２と撮像素子３１の位置関係は固定されているから、撮像素子３１側の画角も確定される。これらのことから明白なように、平行平板５７は光軸Ｃの方向に平行移動しても、光軸Ｃと垂直な方向に平行移動しても、光学的シフト量は不変である。一方、平行平板５７と光軸Ｃの角度が変化すると、光学的シフト量は大きな影響を受ける。すなわち、平行平板５７を含む光学部材５１の位置制御にとって重要なのは光軸Ｃに対する光学部材５１の角度変動であり、光学部材５１の光軸Ｃ方向及び光軸Ｃと垂直な方向（径方向）における平行移動については、極論すれば光学部材５１が光学カプセル５５の内壁に当接しないように制御すればよい。ここで、上述したように、光学部材５１には外部の磁気回転駆動部６４から磁力が作用しており、この磁力は平均的にみれば光学部材５１の回転中心を光軸Ｃと一致させようとする。従って、上述した構成要素のうち、第１の電磁石６７及び第１の磁気センサ６５は省略することが可能である。但し、この場合は光学部材５１が微小振動してしまう可能性があり、撮像装置としてみたときに、このような振動を嫌う場合には第１の電磁石６７及び第１の磁気センサ６５を省略すべきではない。
【０１２４】
図１１及び図１２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。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。
【０１２５】
なお、ここでは、図１０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。
【０１２６】
ここで、図１１（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。
【０１２７】
これに対して、図１１（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１２（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１２（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。
【０１２８】
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（いわゆるモーションブラーと同じ状態が発生する）ため、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。
【０１２９】
次に、撮像（サンプリング）について説明する。図１３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。
【０１３０】
ここでは、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。
【０１３１】
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５７（図４参照）の回転位置の基準は上述した原点センサ７０（図６参照）によって管理され、また平行平板５７の傾斜角変動に伴うシフト幅（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。
【０１３２】
この撮像位置に関する情報は、図２に示したように、第１の磁気センサ６５及び原点センサ７０の出力に基づきシフト制御部１４（より具体的には図８に示した演算処理部７７）で逐次生成され、撮像装置１から画像処理装置２に送信されて、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部２３に記憶される。そして超解像処理の過程で、撮像位置に関する情報が超解像処理部２４で参照され、この際に位置合わせ処理が簡略化される。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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説明する。図１４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１４では、画素ピッチを１として図示している。
【０１３６】
この例では、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。
【０１３７】
円運動の１回目では、図１４（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１４（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１４（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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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である撮像基準位置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。
【０１４５】
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撮像基準位置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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【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】
本発明にかかる撮像装置は、長期の信頼性を確保すると共に低振動を実現し、さらに装置が振動した場合でも回転体の光軸に対する角度変化を小さくして光学的シフト量に与える影響を小さくするとともに、低温環境下においても回転体を安定的に回転させることができる効果を有し、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
１４    シフト制御部
３１    撮像素子、３１ａ  受光面
３５    光学的シフト機構
４２    レンズユニット
５１    光学部材
５３    回転体
５４    回転駆動装置
５５    光学カプセル（カプセル部材）
５６    液体
６１    第１の着磁部
６２    第２の着磁部
６３    第３の着磁部
６４    磁気回転駆動部（加熱手段）
６７    第１の電磁石（第１の位置制御部；加熱手段）
６８    第２の電磁石（第２の位置制御部；加熱手段）
６９    永久磁石
７０    原点センサ（粘性増大検出手段）
７１    ステータコア、７１ａ  対向面
７２    コイル
７４    ３相ドライバ
７６    内部ロジック部
７７    演算処理部
７９    ダミー信号生成部
８０    切替スイッチ
８１    第１の磁性体、８１ａ  対向面
８２    コイル
８３    第２の磁性体、８３ａ  対向面
８４    コイル
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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