(57)【要約】【課題】低コストで、解像度の高い画像を撮像する撮像装置を提供する。【解決手段】被写体を撮像する撮像素子（１）と、光を遮光する複数の遮光板（６Ａ〜６Ｄ）と、複数の遮光板から順番に遮光板を１枚ずつ駆動して、撮像素子に入射する被写体からの入射光を部分的に遮光する遮光位置に配置する駆動部（３）と、駆動部によって複数の遮光板のうちの１枚の遮光板が遮光位置に配置されるごとに撮像によって得られる撮像素子からの情報に基づいて画素情報を算出する画素算出部（４）と、画素算出部によって算出された画素情報を被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶部（７）と、を備える。【選択図】図３
2012074891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像素子と、
光を遮光する複数の遮光板と、
前記複数の遮光板から順番に遮光板を１枚ずつ駆動して、前記撮像素子に入射する被写体からの入射光を部分的に遮光する遮光位置に配置する駆動部と、
前記駆動部によって前記複数の遮光板のうちの１枚の遮光板が前記遮光位置に配置されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づいて画素情報を算出する画素算出部と、
前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶部と、を有し、
前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域を有し、
前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されており、
前記複数の遮光板の各々は、
前記撮像素子の縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように構成され、
前記画素算出部は、前記複数の遮光板の各々が前記駆動部によって遮光位置に配置されるごとに撮像によって得られる、前記撮像素子からの画素情報に基づいて、
被写体の画素情報を１画素より小さい単位で算出し、
前記画素情報記憶部は、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶することを特徴とする、撮像装置。
【請求項２】
撮像素子と、
光を遮光する遮光板と、
前記撮像素子に入射する被写体からの入射光が前記遮光板によって所定の部分遮光される所定の撮像位置に、前記撮像素子を前記遮光板に対して駆動する駆動部と、
前記撮像素子が前記駆動部によって前記撮像位置に駆動されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づき、前記被写体の画素情報を算出する画素算出部と、
前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて記憶する画素情報記憶部と、を備え、
前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域を有し、
前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を生成するように構成されており、
前記駆動部は、
前記撮像素子の縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分が前記遮光板によって１画素より小さい単位で段階的に遮光されるように、前記撮像素子を駆動するように構成されており、
前記画素算出部は、前記複数の遮光板の各々が前記駆動部によって遮光位置に配置されるごとに撮像によって得られる、前記撮像素子からの画素情報に基づいて、
被写体の画素情報を１画素より小さい単位で算出し、
前記画素情報記憶部は、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶することを特徴とする、撮像装置。
【請求項３】
被写体を撮像する複数の撮像素子と、
前記複数の撮像素子の各々に形成された遮光膜と、
前記複数の撮像素子から順番に撮像素子を１枚ずつ駆動して、被写体を撮像する撮像位置に配置する駆動部と、
前記駆動部によって前記複数の撮像素子のうちの１枚の撮像素子が前記撮像位置に配置されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づき、画素情報を算出する画素算出部と、
前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶部と、を備えた撮像装置であって、
前記複数の撮像素子の各々は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域を有し、前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されており、
前記複数の撮像素子は、
遮光されていない撮像素子と、
前記撮像素子の縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、異なる遮光膜が形成された複数の撮像素子と、を含み、
前記画素算出部は、前記複数の撮像素子の各々が前記駆動部によって撮像位置に配置されるごとに撮像によって得られる、前記複数の撮像素子の各々からの画素情報に基づいて、
被写体の画素情報を１画素より小さい単位で算出し、
前記画素情報記憶部は、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶することを特徴とする、撮像装置。
【請求項４】
撮像素子を用いて被写体を撮像する撮像方法であって、
前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域を有し、
前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されており、
該撮像方法は、
縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、被写体からの入射光を部分的に遮光して前記撮像素子の露光を制御する露光制御ステップと、
前記露光制御ステップによって前記撮像素子に入射する被写体からの入射光が部分的に遮光されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づいて画素情報を算出する画素算出ステップと、
前記画素算出ステップによって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶ステップと、を含むことを特徴とする、撮像方法。
【請求項５】
撮像素子を制御するコンピュータのための撮像プログラムであって、
前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域を有し、
前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されており、
該撮像プログラムは、
縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、被写体からの入射光を部分的に遮光して前記撮像素子の露光を制御する露光制御ステップと、
前記露光制御ステップによって前記撮像素子に入射する被写体からの入射光が部分的に遮光されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づいて画素情報を算出する画素算出ステップと、
前記画素算出ステップによって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする、撮像プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を撮像する撮像装置、撮像方法及び撮像プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、製品や金型、治具等の形状を測定し、測定結果に基づき、調整を行うことが行われている。このような時に高解像度の固体撮像素子を搭載した撮像装置が用いられる。固体撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子や、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子等が挙げられる。
また、特許文献１には、限られた画素数の撮像素子を用いて高い解像度を得るため、受光面を振動させる固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０―１８９５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、撮像装置の画素数は、一般的に、撮像素子の有効画素数に応じて増加する。しかし、撮像素子の有効画素数を向上するためには、通常、撮像素子が有する受光素子の数を増やす必要がありコストがかかる。一方で、受光素子の数を増やさずに画素数を向上させることを目的として、撮像する被写体を複数の部分に分割し、撮像素子を移動させながら被写体の部分ごとに複数回撮影を繰り返す方法がある。この場合、得られた画像を、相対的な位置関係を確認しながら、繋ぎ合わせる必要があるため、繋ぎ合わせる画像同士の相対的な位置関係を計算しなければならない。撮像素子の移動距離が増大すると、移動によって生じる位置ズレを考慮して、画素間の相関を計算する必要が生じるが、ここでも誤差が発生しやすくなるという課題があった。
【０００５】
特許文献１に開示された固体撮像装置は、例えば、インターライン転送方式において、感光部に蓄積された信号電荷を信号ブランキング期間に垂直ＣＣＤレジスタに転送し、次のフィールド有効期間中に読み出すものであるが、解像度を向上するための詳細については教示されていない。
【０００６】
そこで本発明は、上述の課題を鑑みて、低画素数のイメージセンサを用いて、低コストで、画素数の高い画像を高速かつ高精度に生成する撮像装置、及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によると、被写体を撮像する撮像素子（１）と、光を遮光する複数の遮光板（６Ａ〜６Ｄ）と、前記複数の遮光板から順番に遮光板を１枚ずつ駆動して、前記撮像素子に入射する被写体からの入射光を部分的に遮光する遮光位置に配置する駆動部（３）と、前記駆動部によって前記複数の遮光板のうちの１枚の遮光板が前記遮光位置に配置されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づいて画素情報を算出する画素算出部（４）と、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶部（７）と、を備えた撮像装置が提供される。前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））を有し、前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されている。前記複数の遮光板の各々は、前記撮像素子の縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように構成され、前記画素算出部は、前記複数の遮光板の各々が前記駆動部によって遮光位置に配置されるごとに撮像によって得られる、前記撮像素子からの画素情報に基づいて、被写体の画素情報を１画素より小さい単位で算出し、前記画素情報記憶部は、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する。
【０００８】
本発明の第２の態様によると、撮像素子（２１）と、光を遮光する遮光板（２６）と、前記撮像素子に入射する被写体からの入射光が前記遮光板によって所定の部分遮光される所定の撮像位置に、前記撮像素子を前記遮光板に対して駆動する駆動部（２３）と、前記撮像素子が前記駆動部によって前記撮像位置に駆動されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づき、前記被写体の画素情報を算出する画素算出部（４）と、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて記憶する画素情報記憶部（７）と、を備えた撮像装置が提供される。前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））を有する。前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を生成するように構成されている。前記駆動部は、前記撮像素子の縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域が遮光板によって前記１画素より小さい単位で段階的に遮光されるように、前記撮像素子を駆動するように構成されている。前記画素算出部は、前記複数の遮光板の各々が前記駆動部によって遮光位置に配置されるごとに撮像によって得られる、前記撮像素子からの画素情報に基づいて、被写体の画素情報を１画素より小さい単位で算出する。前記画素情報記憶部は、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する。
【０００９】
本発明の第３の態様によると、被写体を撮像する複数の撮像素子（３１Ａ〜３１Ｄ）と、前記複数の撮像素子の各々に形成された遮光膜（３６Ａ〜３６Ｄ）と、前記複数の撮像素子から順番に撮像素子を１枚ずつ駆動して、被写体を撮像する撮像位置に配置する駆動部（３３）と、前記駆動部によって前記複数の撮像素子のうちの１枚の撮像素子が前記撮像位置に配置されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づき、画素情報を算出する画素算出部（４）と、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶部（７）と、を備えた撮像装置が提供される。前記複数の撮像素子の各々は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））を有し、前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されている。前記複数の撮像素子は、遮光されていない撮像素子と、前記撮像素子の縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、異なる遮光膜が形成された複数の撮像素子と、を含む。前記画素算出部は、前記複数の撮像素子の各々が前記駆動部によって撮像位置に配置されるごとに撮像によって得られる、前記複数の撮像素子の各々からの画素情報に基づいて、被写体の画素情報を１画素より小さい単位で算出し、前記画素情報記憶部は、前記画素算出部によって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する。
【００１０】
本発明の第４の態様によると、撮像素子（１）を用いて被写体を撮像する撮像方法であって、前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））を有し、前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されている。該撮像方法は、縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、被写体からの入射光を部分的に遮光して前記撮像素子の露光を制御する露光制御ステップ（Ｓ１０７、Ｓ１０２）と、前記露光制御ステップによって前記撮像素子に入射する被写体からの入射光が部分的に遮光されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づいて画素情報を算出する画素算出ステップ（Ｓ１０４）と、前記画素算出ステップによって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶ステップ（Ｓ１０６）と、を含む。
【００１１】
本発明の第５の態様によると、撮像素子（１）を制御するコンピュータのための撮像プログラムであって、前記撮像素子は、縦方向及び横方向に配列された複数の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））を有し、前記複数の画素情報取得領域の各々は、被写体からの入射光を変換して１画素分の画素情報を取得するように構成されている。該撮像プログラムは、縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、被写体からの入射光を部分的に遮光して前記撮像素子の露光を制御する露光制御ステップ（Ｓ１０７、Ｓ１０２）と、
前記露光制御ステップによって前記撮像素子に入射する被写体からの入射光が部分的に遮光されるごとに撮像によって得られる前記撮像素子からの情報に基づいて画素情報を算出する画素算出ステップ（Ｓ１０４）と、
前記画素算出ステップによって算出された画素情報を前記被写体の位置と対応付けて画像情報として記憶する画素情報記憶ステップ（Ｓ１０６）と、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低画素数のイメージセンサを用いて、低コストで、画素数の高い画像を高速かつ高精度に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の概略図である。
【図２】図１の撮像装置を構成する撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の撮像装置を構成する撮像部の概略図である。
【図４】図３の撮像装置を構成する撮像素子と遮光板とを示す図である。
【図５】図１の撮像装置が実行する画像を撮像する処理のフロー図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置を構成する撮像部の概略図である。
【図７】図６の撮像装置を構成する撮像素子と遮光板とを示す図である。
【図８】図６の撮像装置が実行する画像を撮像する処理のフロー図である。
【図９】図６の撮像装置の変形例を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置を構成する撮像部の概略図である。
【図１１】図１０の撮像装置を構成する撮像素子の一例を示す図である。
【図１２】図１０の撮像装置により取得される画素情報一例を示す図である。
【図１３】図１０の撮像装置が実行する画像を撮像する処理のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の概略について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の概略図であり、図２は、本実施の形態に係る撮像装置を構成する撮像素子の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示す撮像装置１０は、被写体５を撮影して電気信号に変換する撮像素子１と、光を遮光する複数の遮光板６Ａ〜６Ｄとを含む撮像部２と、複数の遮光板６Ａ〜６Ｄから順番に遮光板６を１枚ずつ駆動して、撮像素子に入射する被写体からの入射光を部分的に遮光する遮光位置Ｃに配置する駆動部３と、撮像素子１、撮像部２、駆動部３とを制御する制御部４と、撮像部２によって撮像された被写体５の画像データを記憶する記憶部７と、画像データに基づいて被写体５の画像を表示する表示部８と、を含む。
【００１７】
撮像部２は、撮像素子１の他、被写体からの光を撮像素子１に結像させる、図示されていない撮像レンズを含む。撮像素子１は、撮像レンズによって結像される被写体５からの入射光を電気信号に変換する。撮像素子１は、撮像レンズによって自身に投影されて結像される被写体５の像５’（以後、「被写体像」と呼ぶ）を光電変換する受光素子を複数備えたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子や、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子などによって構成される。撮像部２は撮像手段の機能を有する。
【００１８】
駆動部３は、複数の遮光板６Ａ〜６Ｄから順番に１枚ずつ遮光板６を駆動して、撮像素子１に入射する被写体からの入射光を部分的に遮光する所定の遮光位置に位置するように、受光素子の１辺の寸法の数分の一に相当する距離の単位で駆動する。駆動部３は、遮光板６を撮像素子１に対して、受光素子に入射する被写体５の光を受光素子の１辺の寸法の数分の一に相当する距離の単位で駆動することができる精度が要求されるため、例えば、圧電素子などを用いたアクチュエータが好ましい。
【００１９】
本実施の形態では、制御部４と記憶部７と表示部８とは、コンピュータ９の一部である。制御部４は、図示を省略するが、撮像装置１が各種機能を実行するためのプログラムが記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行して、撮像装置１の各種機能を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵが各種の処理を実行する上において必要なデータなどが適宜記憶されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などとによって構成される。
【００２０】
複数の遮光板６Ａ〜６Ｄの各々の形状は、後に詳述するが、撮像素子１を構成する画素情報取得領域の少なくとも一部を、縦方向及び横方向に、それぞれ１画素の整数分の一の単位（以後、「サブピクセル」とも呼ぶ）、例えば、３分の１、２に相当する領域を遮光できるのであれば任意の形状でもよい。
【００２１】
制御部４は、駆動部３を制御して撮像部２を駆動し、撮像素子１から出力される電気信号を処理して、画像データを生成し、生成した画像データを記憶部７に記憶する。さらに制御部４は、生成した画像データに基づいて表示部８に撮像部２が撮像した画像を表示する。また、制御部４は、撮像素子１から出力される電気信号を処理する際に、後述する演算処理を実行する。
【００２２】
表示部８は、液晶ディスプレイなどによって構成される。記憶部７は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）とＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクなどによって構成される。
【００２３】
［撮像素子の構成］
次に、図２を参照して、撮像素子１について説明する。撮像素子１は、二次元に配列された複数の受光素子から構成されている。受光素子の各々は所定の面積を有する受光面を含む。受光素子の各々は、この受光面に入射光を受光すると光電変換を実行して、受光面あたりの受光量に応じて、１画素に相当する信号電荷を生成する。この受光素子の各々が有する受光面を、以後、「画素情報取得領域」と呼ぶ。このため、この受光素子を二次元に配列して形成される撮像素子１が有する受光面全体は、受光素子ごとに、各々が１画素に相当する信号電荷を発生する複数の画素情報取得領域に分割することができる。
【００２４】
図２に示すように、撮像素子１の受光面を形成する画素情報取得領域の数によって撮像素子１の総画素数は決定される。例えば、ｉ、ｊを任意の自然数とすると、横方向に配設された画素情報取得領域の数、すなわち、横画素数をｉ、縦方向に配設された画素情報取得領域の数、すなわち、数縦画素数をｊとすると、この撮像素子１の総画素数はｉ×ｊとなる。また、画素情報取得領域は、受光素子の受光面に相当する。
【００２５】
すなわち、撮像素子１は、受光素子Ａ（１，１）、Ａ（２，１）、Ａ（３，１）、・・・・、Ａ（１，２）、・・・Ａ（１，３）、・・・、Ａ（ｉ，ｊ）を有する。受光素子Ａ（１，１）、Ａ（２，１）、Ａ（３，１）、・・・・、Ａ（１，２）、・・・Ａ（１，３）、・・・、Ａ（ｉ，ｊ）の各々が形成する画素情報取得領域をそれぞれ、画素情報取得領域Ｐ（１，１）、Ｐ（２，１）、Ｐ（３，１）、・・・・、Ｐ（１，２）、・・・Ｐ（１，３）、・・・、Ｐ（ｉ，ｊ）として表す。
【００２６】
画素情報取得領域は各々１画素に相当する信号電荷を発生するので、撮像素子１において画素情報取得領域が配置されている場所を示す情報を、以後、「画素アドレス」と呼ぶ。左上端部を基準とすると、左上端部より横方向に配設された画素情報取得領域の位置を示す情報、すなわち、画素アドレスは（１、１）、（２、１）、・・・、（ｉ、１）となり、左上端部より下の画素アドレスは（１、１）、（１、２）、・・・、（１、ｊ）となる。さらに、最右下端部の画素アドレスは（ｉ，ｊ）で表され、他の画素情報取得領域の位置も図２に示すように表される。
【００２７】
［撮像処理］
このようにして構成された撮像素子１が、被写体を撮像する処理について、以下、図３から図５を参照して説明する。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を構成する撮像部２の概略図である。本実施の形態では、１枚の撮像素子１と複数の遮光板６Ａ〜６Ｄを備えた撮像部２と、複数の遮光板６Ａ〜６Ｄを駆動する駆動部３とを備える。
【００２９】
撮像部２は１枚の撮像素子１と複数の遮光板６Ａ〜６Ｄを備えている。遮光板６Ａ〜６Ｄの各々は順に、撮像素子１に入射する入射光を適切に遮光して、撮像素子１に必要な画素情報のみが入射されるようにする遮光位置Ｃに配置される。続いて、遮光位置Ｃに配置された遮光板６は、撮像素子１に入射する入射光を適切に遮光するように入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で微調整される。
【００３０】
図３（Ｂ）に示すように、駆動部３は制御部４の制御に基づいて、遮光板６Ａ〜６Ｄの各々を遮光位置Ｃに移動する。続いて、駆動部３は制御部４の制御に基づいて、遮光板６Ａ〜６Ｄから選択されて遮光位置Ｃに配置された遮光板６に、撮像素子１に入射する入射光を適切に遮光するように、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で微調整を行う。
【００３１】
駆動部３は制御部４の制御に基づいて複数の遮光板６の一つを保管されている保管場所Ｓから遮光位置Ｃまで移動させる第１の駆動機構を有する。第１の駆動機構としては、例えば、複数のＣＤチェンジャを搭載したカートリッジから任意のＣＤを取り出してセットするＣＤチェンジャなどと同様の構成を採用することができる。さらに、駆動部３は、取り出した撮像素子を遮光位置Ｃにおいて、制御部４の制御に基づいて、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で所定の位置に微調整する第２の駆動機構を有する。第２の駆動機構は、圧電素子アクチュエータ、距離センサなどにより構成することができる。
【００３２】
複数の遮光板６Ａ〜６Ｄの各々は、撮像素子１に入射する光の一部を遮光するように構成されている。本実施の形態では、撮像素子１に入射する光を部分的に遮光する遮光板を複数設けることによって、１枚の撮像素子で必要なサブピクセルの単位の画素情報を取得することを可能とし、撮像素子を複数設けることを不要としている。撮像素子を複数用意する必要がないので、コストが低減される。
【００３３】
図４に、複数の遮光板を用いて撮像素子を遮光する一例を示す。遮光板は撮像素子を１画素の整数分の１に相当する単位で遮光するように形成すればよい。理解を容易にするため、１画素を４分割する場合を例に説明する。
図４（Ａ）に撮像素子１と取得する画素情報との関係を示す。図４（Ｂ）に遮光板６Ａ複数の遮光板の一例として示す。図４（Ｃ）乃至４（Ｆ）に４枚の遮光板６Ａ乃〜６Ｄのそれぞれによって遮光された状態で撮像素子１が取得可能な画素情報を示す。
【００３４】
図４（Ｃ）乃至４（Ｆ）に示すように、撮像素子１を遮光する複数の遮光板６Ａ〜６Ｄはそれぞれ、撮像素子１の各１画素分の画素情報取得領域が受光する光のうち、異なる４分の３画素分を遮光するように形成されている。
【００３５】
遮光板６Ａは、例えば、撮像素子１の各１画素分の画素情報取得領域の右下の４分の１画素分の領域みに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００３６】
図４（Ｃ）に、駆動部３が遮光板６Ａを遮光位置Ｃに移動した後に撮像素子１に重ね合わせるように微調整して取得した画素情報を示す。
【００３７】
遮光板６Ｂは、例えば、撮像素子１の各１画素分の画素情報取得領域の左下の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００３８】
図４（Ｄ）に、駆動部３が遮光板６Ｂを遮光位置Ｃに移動した後に撮像素子１に重ね合わせるように微調整して取得した画素情報を示す。
【００３９】
遮光板６Ｃは、例えば、撮像素子１の各１画素分の画素情報取得領域の右上の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００４０】
図４（Ｅ）に、駆動部３が遮光板６Ｃを遮光位置Ｃに移動した後に撮像素子１に重ね合わせるように微調整して取得した画素情報を示す。
【００４１】
遮光板６Ｄは、例えば、撮像素子１の各１画素分の左上の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００４２】
図４（Ｆ）に、駆動部３が遮光板６Ｄを遮光位置Ｃに移動した後に撮像素子１に重ね合わせるように微調整して取得した画素情報を示す。
【００４３】
このように本実施の形態では、複数の遮光板６Ａ〜６Ｄの各々を用いて撮像素子１から取得される異なる４つの画素情報を合成して１画素分の情報を算出することができるので、１つの撮像素子の画素数の４倍の画素数を得ることができる。また、遮光板６Ａ〜６Ｄを差し替えて調整を行うのみなので、必要とする時間も少なくてすむ。したがって、低画素数のイメージセンサを用いて、低コストで、画素数の高い画像を高速かつ高精度に生成することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、理解を容易にするため、４枚の遮光板６Ａ〜６Ｄを用いた場合を例に説明したが、１画素を漏れなく分割した画素情報を結果的に得ることができるのであれば、遮光板の枚数は任意でよい。
例えば、Ｍを任意の自然数とすると、撮像素子の１画素分の画素情報を取得する画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の各々をＭ分の１画素分の入射光のみを入射し、残りの入射光を遮光する遮光板を複数用いて撮像する場合は、撮像素子の画素情報取得領域の各々について、Ｍ分の１画素分の入射光を入射する領域が異なるように形成した遮光板をＭ個用意する。被写体５をＭ個の遮光板を差し替えながらＭ回撮像して、画素算出部の画素情報を足し合わせればよい。
［画素情報取得処理のフロー］
【００４５】
図５を参照して、本実施の形態の撮像装置が被写体５の画像を撮像する処理のフローについて説明する。以下の処理は、制御部４の制御によって行われる。
【００４６】
まず、制御部４は駆動部３を制御して、撮像素子１と被写体５に対する遮光板６の位置を設定する（ステップＳ１０１）。具体的には、制御部４は、駆動部３を制御して遮光板６を被写体５からの入射光に対して撮像素子１を適切に遮光する遮光位置Ｃに設定にする。ここでは、遮光板６Ａ乃〜６Ｄの何れかで、この段階で被写体５を撮像する撮像素子１を遮光するために選択されている遮光板を「遮光板６」と呼ぶものとする。
【００４７】
続けて、遮光板６を所定量、所定の方向に移動する（ステップＳ１０２）。
具体的には、制御部４は駆動部３を制御して、遮光板６を、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で、撮像素子１を適当に遮光する所定の位置まで移動する。
【００４８】
続けて、撮像を行い、撮像素子１からの出力値を入力する（ステップＳ１０３）。
具体的には、制御部４は撮像部２を制御して撮像を行い、撮像素子１のそれぞれの画素情報取得領域Ｐ（１，１）、Ｐ（２，１）、Ｐ（３，１）、・・・・、Ｐ（１，２）、・・・Ｐ（１，３）、・・・、Ｐ（ｉ，ｊ）から出力される出力値を入力して、記憶部７に記憶する。
【００４９】
続けて、画素値を算出する（ステップＳ１０４）。
具体的には、制御部４は撮像素子１のそれぞれの画素情報取得領域Ｐ（１，１）、Ｐ（２，１）、Ｐ（３，１）、・・・・、Ｐ（１，２）、・・・Ｐ（１，３）、・・・、Ｐ（ｉ，ｊ）からの出力値から、それぞれの被写体像５’の画素アドレス（ｉ，ｊ）のサブピクセルの値を算出し、記憶部７に記憶する。
【００５０】
全領域にわたって画素値を算出したか判断する（ステップＳ１０５）。
具体的には、制御部４は、全ての遮光板６Ａ乃〜６Ｄを使用して撮像を行ったか否かを判断する。全ての遮光板６Ａ乃〜６Ｄを使用していない撮像を行ったと判断された場合は、ステップＳ１０６に進み、使用していない遮光板があると判断された場合は、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において、遮光板を差し替える。具体的には、ステップＳ１０２からステップＳ１０５迄の処理を、例えば、遮光板６Ａを用いて実行し、遮光板を遮光板６Ａから遮光板６Ｂに差し替えるとする。この場合、制御部４は駆動部３を制御して、遮光板６Ａを遮光位置Ｃから遮光板の保管場所Ｓに戻す。さらに、駆動部３は、保管場所Ｆから撮像素子１Ｂを撮像位置Ｃに移動する。
【００５１】
一方で、ｍ，ｎを自然数として、ステップＳ１０５において、制御部４が、被写体像５’の全ての画素アドレス（ｍ，ｎ）のサブピクセルの値が算出されたと判断した場合、すなわち、制御部４が、全ての遮光板６Ａ乃〜６Ｄを用いて撮像を行ったと判断した場合、算出した全画素値を記憶部７に、対応する被写体像５’の位置情報と対応付けて被写体５の画素情報として記憶する（ステップＳ１０６）。また、必要に応じて、算出した全画素値に基づいて画像を表示する。具体的には、制御部４は表示部８を制御して、記憶部７に記憶された被写体像５’の全ての画素情報に基づいて被写体５の画像を表示する。これをもって、画像情報取得処理は終了する。
【００５２】
本実施の形態の撮像装置は、所定の面積を有する受光面である画素情報取得領域Ｐ（ｍ，ｎ）を有し、受光量に応じた出力値を出力する受光素子Ａ（ｍ，ｎ）を有する撮像素子１と、撮像素子１に入射する被写体からの入射光を様々なパターンで部分的に遮光する遮光板を複数備える。本実施の形態では、遮光板の多くは１画素の４分の１の単位で入射光を遮光する。これらの遮光パターンの異なる遮光板６Ａ乃〜６ＤをステップＳ１０７において差し替えながら撮像を行い、遮光部位の異なる撮像素子１のそれぞれの受光素子Ａ（ｍ，ｎ）からの出力値を入力するステップ（ステップＳ１０３）と、撮像素子１のそれぞれの受光素子Ａ（ｍ，ｎ）からの複数の出力値から、撮像素子１の各々の受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の受光面Ｐ（ｍ，ｎ）よりも小さな面積における受光量に応じた出力値を算出するステップ（ステップＳ１０４）と、算出するステップによって算出された出力値を被写体の位置と対応付けて記憶するステップ（ステップＳ１０６）と、を含む撮像方法を実行する。
かかる撮像方法は、受光素子の遮光部位を変位させながら、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の画素情報取得領域である受光面Ｐ（ｍ，ｎ）よりも小さな面積に対応した出力値に基づいて、一層微細な被写体の画像情報を得ることができるので、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の数を増加させることなく、また、画像を繋ぎ合わせる必要もなく、低コストで解像度の高い画像を取得することができる。遮光板を所定量所定方向に移動するステップＳ１０２と、遮光板を差し替えるステップＳ１０７は、縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、被写体からの入射光を部分的に遮光して撮像素子の露光を制御する露光制御ステップを構成する。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態では、遮光パターンの異なる４枚の遮光板６Ａ乃〜６Ｄを差し替えて撮像を行うことによって、１枚の撮像素子１を用いて、１画素を４分割した画素情報を得ることができる。したがって、実際の撮像素子の解像度の４倍の解像度を得ることができる。遮光板６Ａ〜６Ｄを差し替えて調整を行うのみなので、必要とする時間も少なくてすむ。したがって、低画素数のイメージセンサを用いて、低コストで、画素数の高い画像を高速かつ高精度に生成することができる。
また、本実施の形態では、理解を容易にするため、４枚の遮光板６Ａ乃〜６Ｄを例に説明したが、１画素を漏れなく分割して画素情報を得ることができるのであれば、遮光板の枚数は任意でよい。具体的には、１画素を遮光板の数だけ分割した画素情報を得ることができるので、実際の撮像素子の解像度に対して、遮光板の数を掛けあせた解像度を実現することができる。
【００５４】
さらに、本実施の形態では、図４に示すように、遮光パターンの異なる複数の遮光板を差し替えることによって１枚の撮像素子で解像度の高い画像を取得する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００５５】
複数の遮光板を用いる代わりに、１枚の撮像素子に入射する光を１枚の遮光板をサブピクセルの単位で駆動して遮光することによっても、撮像素子を構成する各１画素分の受光素子からサブピクセルの単位の画素情報を取得することができる。これについて次の実施の形態で説明する。
【００５６】
［第２の実施の形態］  
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る撮像装置を構成する撮像部の概略図である。本実施の形態では、図３に示した第１の実施の形態の撮像部２と駆動部３に代えて、１枚の撮像素子２１と１枚の遮光板２６を備えた撮像部２と、遮光板２６を駆動する駆動部２３とを備える点が第１の実施の形態と異なる。第１の実施の形態と同様の構成には同様の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
具体的には、撮像部２は１枚の撮像素子２１と１枚の遮光板２６を備えている。遮光位置Ｃに配置された遮光板２６は、撮像素子２１に入射する入射光を適切に遮光するべく、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で所定の位置に移動する。遮光板２６の微調整は制御部４の制御に基づく駆動部２３によって行われる。駆動部２３は、圧電素子アクチュエータ、距離センサなどにより構成することができる。
【００５８】
図７（Ａ）に撮像素子２１と取得する画素情報との関係を示す。図７（Ｂ）に遮光板２６の形状を示す。
【００５９】
図７（Ｂ）に示す遮光板２６は、撮像素子２１の全面を覆うことができるサイズであり、さらに、少なくとも撮像素子２１よりも縦横に１画素分に相当する画素情報取得領域を遮光可能な程度の余剰を有する。
遮光板２６は、対応する撮像素子２１の各々の画素情報取得領域において所定の位置で、４分の１画素分のみの光を入射し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように構成されている。図７（Ｃ）乃至７（Ｆ）の位置にかかる遮光板２６が移動することによって、撮像素子２１が取得可能な画素情報を示す。
【００６０】
本実施の形態では、駆動部２３が制御部４の制御に従って、遮光板２６を撮像素子２１に対して様々な位置に移動して撮像を行うことにより、図７（Ｃ）乃至（Ｆ）に示すように、遮光板６Ａ乃〜６Ｄを用いて取得した図４（Ｃ）〜４（Ｄ）に示した画素情報と同様の画素情報を取得することができる。
【００６１】
まず、図７（Ｃ）に、遮光板２６を駆動部３が撮像素子２１の各々の画素情報取得領域の右下の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように駆動した状態を示す。この状態で撮像を行うことにより、図７（Ｃ）に示すように、図４（Ｃ）と同様の画素情報を取得することができる。
【００６２】
図７（Ｄ）に、遮光板２６を駆動部２３が撮像素子２１の各々の画素情報取得領域の左下の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように駆動した状態を示す。この状態で撮像を行うことにより、図７（Ｄ）に示すように、図４（Ｄ）と同様の画素情報を取得することができる。
【００６３】
図７（Ｅ）に、遮光板２６を駆動部２３が撮像素子２１の各々の画素情報取得領域の右上の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように駆動した状態を示す。この状態で撮像を行うことにより、図７（Ｅ）に示すように、図４（Ｅ）と同様の画素情報を取得することができる。
【００６４】
図７（Ｆ）に、遮光板２６を駆動部２３が撮像素子２１の各々の画素情報取得領域の左上の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように駆動した状態を示す。この状態で撮像を行うことにより、図７（Ｆ）に示すように、図４（Ｆ）と同様の画素情報を取得することができる。
【００６５】
このように、遮光板を交換しなくても、遮光板２６を、撮像素子の画素情報取得領域の１画素分の領域を遮光するように、入射光に対して垂直の方向にサブピクセルの単位で移動させることによって、図７（Ａ）に示すサブピクセル単位の画素情報を取得することができる。
［画素情報取得処理のフロー］
【００６６】
図８を参照して、撮像装置１０が被写体５の画像を撮像する処理のフローについて説明する。以下の処理は、制御部４の制御によって行われる。
【００６７】
まず、制御部４は駆動部３を制御して、被写体５と撮像素子２１に対する遮光板２６の位置を設定する（ステップＳ２０１）。
【００６８】
続けて、遮光板２６を所定量、所定の方向に移動する（ステップＳ２０２）。
具体的には、制御部４は駆動部３を制御して、上述した図７（Ｃ）乃至７（Ｆ）の何れかの位置に遮光板２６を移動する。
【００６９】
続けて、撮像を行って撮像素子２１からの出力値を入力する（ステップＳ２０３）。
具体的には、制御部４は撮像部２を制御して撮像を行い、撮像素子２１のそれぞれの画素情報取得領域Ｐ（１，１）、Ｐ（２，１）、Ｐ（３，１）、・・・・、Ｐ（１，２）、・・・Ｐ（１，３）、・・・、Ｐ（ｉ，ｊ）から出力される出力値を入力して、記憶部７に記憶する。
【００７０】
続けて、画素値を算出する（ステップＳ２０４）。
具体的には、制御部４は撮像素子２１のそれぞれの画素情報取得領域Ｐ（１，１）、Ｐ（２，１）、Ｐ（３，１）、・・・・、Ｐ（１，２）、・・・Ｐ（１，３）、・・・、Ｐ（ｉ，ｊ）からの出力値から、それぞれの被写体像５’の画素アドレス（ｉ，ｊ）のサブピクセルの値を算出し、記憶部７に記憶する。
【００７１】
全領域にわたって画素値を算出したか判断する（ステップＳ２０５）。
具体的には、制御部４は、被写体像５’の全ての画素アドレス（ｍ，ｎ）のサブピクセルの値が算出されたか判断する。ここで、ｍは１以上、ｉ以下の自然数、ｎは１以上、ｊ以下の任意の自然数とする。全ての画素アドレス（ｍ，ｍ）のサブピクセルの値が算出されたと判断された場合は、ステップＳ２０６に進み、算出されていない画素アドレス（ｍ，ｎ）のサブピクセルの値があると判断された場合は、ステップＳ２０２に戻る。
【００７２】
一方で、ステップＳ２０５において、被写体像５’の全ての画素アドレス（ｍ，ｎ）のサブピクセルの値が算出されたと判断した場合は、算出した全画素値を記憶部７に、対応する被写体像５’の位置情報と対応付けて被写体５の画素情報として記憶する（ステップＳ２０６）。また、必要に応じて、算出した全画素値に基づいて画像を表示する。具体的には、制御部４は表示部８を制御して、記憶部７に記憶された被写体像５’の全ての画素情報に基づいて被写体５の画像を表示する。これをもって、画素情報取得処理は終了する。
【００７３】
本実施の形態の撮像装置１０は、所定の面積を有する画素情報取得領域である受光面Ｐ（ｍ，ｎ）を含み、受光面Ｐ（ｍ，ｎ）あたりの受光量に応じた出力値を出力する受光素子Ａ（ｍ，ｎ）を、被写体からの入射光から部分的に遮光し、遮光された受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の遮光部位を異ならせた複数の状態のそれぞれにおいて、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）からの出力値を取得するステップ（ステップＳ２０３）と、複数の状態のそれぞれにおいて取得された受光素子Ａ（ｍ，ｎ）からの複数の出力値に基づいて、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の受光面Ｐ（ｍ，ｎ）よりも小さな面積における受光量に応じた出力値を算出するステップ（ステップＳ２０４）と、算出するステップによって算出された出力値を被写体の位置と対応付けて記憶するステップ（ステップＳ２０６）と、を含む撮像方法を実行する。
かかる撮像方法は、受光素子の遮光部位を変位させながら、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の受光面Ｐ（ｍ，ｎ）よりも小さな面積に対応した出力値に基づいて、一層微細な被写体の画素情報を得ることができるので、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の数を増加させることなく、また、画像を繋ぎ合わせる必要もなく、さらに、遮光板を複数設ける必要もない。したがって、低コストで解像度の高い画像を取得することができる。遮光板を所定量所定方向に移動するステップＳ２０２は、縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、被写体からの入射光を部分的に遮光して撮像素子の露光を制御する露光制御ステップを構成する。
【００７４】
本実施の形態の撮像装置では、高解像度の画像を取得するため、撮像時に遮光板の受光素子に対する位置を、受光素子の寸法よりも小さな距離の単位で変位させる。撮像時に受光素子が移動することはない。遮光板を小さな距離移動させるのみなので、必要とする時間も少なくてすむ。したがって、低画素数のイメージセンサを用いて、低コストで、画素数の高い画像を高速かつ高精度に生成することができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、理解を容易にするため、遮光板２６を図７（Ｃ）乃至７（Ｆ）の４つの位置に移動して撮像することによって得られた画素情報を用いる場合を例に説明したが、１画素を漏れなく分割した画素情報を結果的に得ることができるのであれば、遮光板を移動して撮像する回数は任意でよい。
例えば、Ｍを任意の自然数とすると、撮像素子の１画素分の画素情報を取得する画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の各々をＭ分の１画素分の入射光のみを入射し、残りの入射光を遮光する遮光板を複数用いて撮像する場合は、撮像素子の画素情報取得領域の各々について、Ｍ分の１画素分の入射光を入射する領域が異なるように遮光板をＭ個の異なる位置に移動して撮像すればよい。このようにして、被写体５に対して遮光板をＭ個の異なる位置に配置しながらＭ回撮像して、得られた画素情報を足し合わせればよい。
＜変形例＞
【００７６】
既に説明したように、遮光板は様々な形状を有することができる。本変形例では、遮光板が入射光を遮光するエリアは各画素情報取得領域の４分の１の領域として説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、遮光板が入射光を遮光するエリアを一層広くしてもよい。図９にこのような遮光板と撮像素子の例を示す。
【００７７】
図９（Ａ）に撮像素子２２と取得する画素情報との関係を示す。図９（Ｂ）に変形例として、遮光するエリアを増加させて、入射光が透過するエリアをさらに絞って形成された遮光板２７を示す。
【００７８】
図９（Ｂ）に示す遮光板２７は、撮像素子２２に対して４分の１画素分の領域のみに光が照射されるように形成されている。すなわち、４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、他の領域に対しては入射光を全て遮光するように形成されている。
【００７９】
図９（Ｃ）乃至図９（Ｄ）に、遮光板２７が移動することによって撮像素子２２が取得可能な情報を示す。図９（Ｃ）では、撮像素子２２の左上の４分の１画素分の画素情報が、図９（Ｄ）では撮像素子２２の上部左から２番目の４分の１画素分の画素情報が取得される。図９（Ｅ）の位置に遮光板２７が移動することによって、右下の最後の４分の１画素分の情報が取得される。遮光板を移動させるのみなので、必要とする時間も少なくてすむ。したがって、低画素数のイメージセンサを用いて、低コストで、画素数の高い画像を高速かつ高精度に生成することができる。
【００８０】
このように、本変形例では、遮光板２７を必要な画素情報の分だけ移動して撮像することによって、サブピクセル単位の画素情報を取得することができる。上述の実施の形態では広い領域について、画素情報を得ることができるが、本変形例では、取得される画素情報は、極狭い範囲に限定することもできる。したがって、高精度の画像情報を必要とするが、撮像する範囲は限定されている場合に有利である。
【００８１】
［第３の実施の形態］
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置を構成する撮像部の概略図である。本実施の形態に係る撮像装置は、第１の実施の形態と、複数の撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄを含む撮像部３２と複数の撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄを駆動する駆動部３３を備えた点が第１の実施の形態と異なる。第１の実施の形態と同様の構成には同様の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施の形態に係る撮像装置は、図１０に示すように、撮像部３２は複数の撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄを備えている。駆動部３３は制御部４の制御に基づいて撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄの各々を様々に駆動する。まず、駆動部３３は、撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄの一つを入射光を適切に受光して、被写体を撮像可能な撮像位置Ｆに導く。続いて、駆動部３３は、撮像位置Ｆに位置する撮像素子３１を、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で所定の位置まで移動する（図１０（Ｂ）参照）。
【００８３】
すなわち、駆動部３３は制御部４の制御に基づいて撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄの一つを保管されている保管場所Ｓから撮像位置Ｆまで導く第１の駆動機構を有する。第１の駆動機構としては、例えば、複数のＣＤチェンジャを搭載したカートリッジから任意のＣＤを取り出してセットするＣＤチェンジャなどと同様の構成を採用することができる。さらに、駆動部３３は、撮像位置Ｆに位置する撮像素子３１を、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で所定の位置まで移動させる第２の駆動機構を有する。第２の駆動機構は、圧電素子アクチュエータ、距離センサなどにより構成することができる。
【００８４】
撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄの各々は、撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄの各々に入射する光の一部を遮光するように形成された遮光膜を有している。このため、本実施の形態では、撮像素子に入射する光を部分的に遮光する遮光板は不要となる。
【００８５】
さらに、本実施の形態では、撮像素子に対して形成する遮光膜の目の方向及び位置は任意である。
【００８６】
図１１に、遮光膜を形成した撮像素子の一例を示す。遮光膜は撮像素子を１画素の整数分の１に相当する単位で遮光するように形成すればよいが、理解を容易にするため、１画素を４分割する場合を例に説明する。
【００８７】
図１１に示すように、撮像素子に形成される遮光膜は、各々の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））が受光する光のうち、４分の３画素分を遮光するように形成されている。
【００８８】
例えば、撮像素子３１Ａでは、遮光膜３６Ａが、各々の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の右下の４分の１画素分の領域みに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００８９】
例えば、撮像素子３１Ｂでは、遮光膜３６Ｂが、各々の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の左下の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００９０】
例えば、撮像素子３１Ｃでは、遮光膜３６Ｃが、各々の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の右上の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００９１】
例えば、撮像素子３１Ｄでは、遮光膜３６Ｄが、各々の画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の左上の４分の１画素分の領域のみに入射光を通し、残りの４分の３画素分の領域については遮光するように形成されている。
【００９２】
駆動部３３が、制御部４の制御に基づいて、このように形成された撮像素子３１Ａ乃至３６Ｄから一つを保管されている保管場所Ｓから撮像位置Ｆまで移動させる。続いて、駆動部３３は、撮像位置Ｆに位置する撮像素子３１を、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で所定の位置まで移動して撮像を行う。
【００９３】
この結果、撮像素子３１Ａ乃至３６Ｄから取得される画素情報を図１２に示す。
【００９４】
図１２において、実線で囲まれた一枠は１画素分の情報を表す。図１２に示すように、例えば、左上の一画素の情報には、撮像素子３１Ａの画素情報取得領域Ｐ（１，１）の４分の１の領域により取得された画素情報Ｐ（１、１）ａと、撮像素子３１Ｂの画素情報取得領域Ｐ（１，１）の４分の１の領域により取得された画素情報Ｐ（１、１）ｂと、撮像素子３１Ｃの画素情報取得領域Ｐ（１，１）の４分の１の領域により取得された画素情報Ｐ（１、１）ｃと、撮像素子３１Ｄの画素情報取得領域Ｐ（１，１）の４分の１の領域により取得された画素情報Ｐ（１、１）ｄとが含まれる。
【００９５】
また、理解を容易にするため、９個の画素情報取得領域のみについて説明したが、撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄが有する画素情報取得領域の数は任意である。遮光膜が撮像素子をサブピクセルの単位で同様のパターンで遮光するように形成されていればよい。
［画素情報取得処理のフロー］
【００９６】
図１３を参照して、本実施の形態の撮像装置が被写体５の画像を撮像する処理のフローについて説明する。以下の処理は、制御部４の制御によって行われる。
【００９７】
まず、制御部４は駆動部３３を制御して、被写体５に対する撮像素子３１の位置を設定する（ステップＳ３０１）。具体的には、制御部４は、駆動部３３を制御して撮像素子３１が被写体５を撮像可能な撮像位置Ｆに設定にする。ここで、撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄの何れかで、被写体５を撮像するためにこの段階で選択されている撮像素子を「撮像素子３１」と呼ぶものとする。
【００９８】
続けて、撮像素子３１を所定量、所定の方向に移動する（ステップＳ３０２）。
具体的には、制御部４は駆動部３３を制御して、撮像素子３１を、入射光に対して垂直な面の方向Ｘ、Ｙにサブピクセルの単位で、被写体５を撮像するために適当な所定の位置まで移動する。
【００９９】
続けて、撮像を行い撮像素子３１からの出力値を入力する（ステップＳ３０３）。
具体的には、制御部４は撮像部２を制御して撮像を行い、撮像素子３１のそれぞれの画素情報取得領域Ｐ（１，１）、Ｐ（２，１）、Ｐ（３，１）、・・・・、Ｐ（１，２）、・・・Ｐ（１，３）、・・・、Ｐ（ｉ，ｊ）から出力される出力値を入力して、記憶部７に記憶する。
【０１００】
続けて、画素値を算出する（ステップＳ３０４）。
具体的には、制御部４は撮像素子３１のそれぞれの画素情報取得領域Ｐ（１，１）、Ｐ（２，１）、Ｐ（３，１）、・・・・、Ｐ（１，２）、・・・Ｐ（１，３）、・・・、Ｐ（ｉ，ｊ）からの出力値から、それぞれの被写体像５’の画素アドレス（ｉ，ｊ）のサブピクセルの値を算出し、記憶部７に記憶する。
【０１０１】
全領域にわたって画素値を算出したか判断する（ステップＳ３０５）。
具体的には、制御部４は、全ての撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄを使用して撮像を行ったか否かを判断する。全ての撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄを使用して撮像を行ったと判断された場合は、ステップＳ３０６に進み、使用していない撮像素子があると判断された場合は、ステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０７において、撮像素子を差し替える。具体的には、ステップＳ３０２からステップＳ３０５迄の処理を、例えば、撮像素子３１Ａを用いて実行し、撮像素子を撮像素子３１Ａから撮像素子３１Ｂに差し替えるとする。この場合、制御部４は駆動部３３を制御して、撮像素子３１Ａを撮像位置Ｆから撮像素子の保管場所Ｓに戻す。さらに、駆動部３３は、保管場所Ｆから撮像素子３１Ｂを撮像位置Ｆに移動する。
【０１０２】
一方で、ステップＳ３０５において、制御部４が、被写体像５’の全ての画素アドレス（ｍ，ｎ）のサブピクセルの値が算出されたと判断した場合、すなわち、制御部４が、全ての撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄを用いて撮像を行ったと判断した場合、算出した全画素値を記憶部７に、対応する被写体像５’の位置情報と対応付けて被写体５の画素情報として記憶する（ステップＳ３０６）。また、必要に応じて、算出した全画素値に基づいて画像を表示する。具体的には、制御部４は表示部８を制御して、記憶部７に記憶された被写体像５’の全ての画素情報に基づいて被写体５の画像を表示する。これをもって、画像情報取得処理は終了する。
【０１０３】
撮像素子を所定量所定方向に移動するステップＳ３０２と、撮像素子を差し替えるステップＳ３０７は、縦方向及び横方向に配列された画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の少なくとも一部の画素情報取得領域の異なる部分を１画素より小さい単位で遮光するように、被写体からの入射光を部分的に遮光して撮像素子の露光を制御する露光制御ステップを構成する。
【０１０４】
本実施の形態の撮像装置は、所定の面積を有する受光面である画素情報取得領域Ｐ（ｍ，ｎ）を有し、受光量に応じた出力値を出力する受光素子Ａ（ｍ，ｎ）を、被写体からの入射光を様々なパターンで部分的に遮光した撮像素子を複数備える。本実施の形態では、撮像素子の多くは１画素の４分の１の単位で入射光を遮光する。これらの遮光パターンの異なる撮像素子３１Ａ乃至３１ＤをステップＳ３０７において差し替えながら撮像を行い、遮光部位の異なる複数の撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄのそれぞれの受光素子Ａ（ｍ，ｎ）からの出力値を取得するステップ（ステップＳ３０３）と、撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄのそれぞれの受光素子Ａ（ｍ，ｎ）からの複数の出力値から、撮像素子３１Ａ乃至３１Ｄの各々の受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の受光面Ｐ（ｍ，ｎ）よりも小さな面積における受光量に応じた出力値を算出するステップ（ステップＳ３０４）と、算出するステップによって算出された出力値を被写体の位置と対応付けて記憶するステップ（ステップＳ３０６）と、を含む撮像方法を実行する。
かかる撮像方法は、受光素子の遮光部位を変位させながら、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の画素情報取得領域である受光面Ｐ（ｍ，ｎ）よりも小さな面積に対応した出力値に基づいて、一層微細な被写体の画像情報を得ることができるので、受光素子Ａ（ｍ，ｎ）の数を増加させることなく、また、画像を繋ぎ合わせる必要もなく、低コストで解像度の高い画像を取得することができる。遮光板を差し替えて調整するのみなので、必要とする時間も少なくてすむ。したがって、低画素数のイメージセンサを用いて、低コストで、画素数の高い画像を高速かつ高精度に生成することができる。
【０１０５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
【０１０６】
また、上述の実施の形態では、被写体５を、１画素を４分割したサブピクセルの精度で撮影する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。
【０１０７】
例えば、Ｍを任意の自然数とすると、撮像素子の１画素分の画素情報を取得する画素情報取得領域の各々をＭ分の１画素分の入射光のみを入射し、残りの入射光を遮光する遮光膜を形成した撮像素子を用いて撮像する場合は、撮像素子の画素情報取得領域の各々について、Ｍ分の１画素分の入射光を入射する領域が異なるように遮光膜を形成した撮像素子をＭ個用意する。そして、被写体５をＭ個の撮像素子を差し替えながらＭ回撮像して、画素算出部の画素情報を足し合わせればよい。
【０１０８】
例えば、Ｍを任意の自然数とすると、撮像素子の１画素分の画素情報を取得する画素情報取得領域（Ｐ（１，１）、〜Ｐ（ｉ，ｊ））の各々をＭ分の１画素分の入射光のみを入射し、残りの入射光を遮光する遮光板を複数用いて撮像する場合は、撮像素子の画素情報取得領域の各々について、Ｍ分の１画素分の入射光を入射する領域が異なるように形成した遮光板をＭ個用意する。被写体５をＭ個の撮像素子を差し替えながらＭ回撮像して、画素算出部の画素情報を足し合わせればよい。
【０１０９】
例えば、Ｍを任意の自然数とすると、撮像素子の１画素分の画素情報を取得する画素情報取得領域の各々をＭ分の１画素分の入射光のみを入射し、残りの入射光を遮光する遮光板を移動させて撮像する場合は、撮像素子の画素情報取得領域の各々について、Ｍ分の１画素分の入射光を入射する領域が異なるように遮光板を移動させながら、被写体５をＭ回撮像して、画素算出部の画素情報を足し合わせればよい。
【０１１０】
本発明は、ワークの位置を測定するための装置のみならず、撮像素子を備えた電子機器一般に適用することができる。上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
【０１１１】
一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータなどにネットワークや記録媒体からインストールされる。コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパソコンであってもよい。
【０１１２】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。
【符号の説明】
【０１１３】
１、２１、２２、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ    撮像素子
２、３２    撮像部
３、３３    駆動部
４    制御部（画素算出部）
５    被写体
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、２６    遮光板
７    記憶部（画素情報記憶部）
８    表示部
１０  撮像装置
【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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