(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、光学的シフト量の繰り返し再現性を確保する。【解決手段】光学部材５１及び当該光学部材５１の外周側に設けられた支持リング５２を有する回転体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、液体５６以外と非接触状態で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前記撮像素子とを相対的に変位させる。回転体５３は、光軸Ｃ方向の両面に凹部５３ａ、５３ｂを形成しており、支持リング５２に、一端がその内周面に開口し、他端がその外周面に開口する貫通孔４６を形成し、各凹部５３ａ、５３ｂに混入した気体５７を外部へ排出するための気体排出路として機能させる。これにより、気体５７が浮力で回転体５３を傾斜させ、或いは気泡として画像に映り込むことを防止する。【選択図】図４
2012065169.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及び当該光学部材の外周側に設けられた支持リングを有する回転体と、
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、前記光軸方向の両面に凹部が形成されるとともに、液体を封入したカプセル部材の内部に配置されて当該液体以外と非接触状態で回転駆動されるものであり、
前記回転体には、前記各凹部に混入した気体を当該各凹部の外部へ排出するための気体排出路が形成されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記気体排出路は、一端が内周面に開口し、他端が外周面に開口するように前記支持リングに形成された貫通孔であ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】
前記気体排出路は、前記両凹部を連通するように前記光学部材に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記カプセル部材は、中央に位置して前記光学部材を収容する円板状の空間中央部と、当該空間中央部の外周側に連なるとともに光軸方向に拡幅した円環状の空間外環部とからなる密閉空間を画成し、
前記空間外環部が前記気体を滞留させる気体滞留部をなすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記回転駆動装置は、前記回転体の回転速度を設定する演算処理部を備え、
前記演算処理部は、前記回転体の回転始動時に、前記回転速度を一定期間にわたって所定の始動時用回転速度に設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光学カプセルの姿勢を検出する姿勢検出手段を更に備え、
前記演算処理部は、前記姿勢検出手段の検出結果に基づいて、前記カプセル部材が前記気体を前記光軸方向の反対側へ移動させる姿勢反転を行ったと判定した場合、前記回転速度を一定期間にわたって所定の反転時用回転速度に設定することを特徴とする請求項５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・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・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２００８−２９５２０６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。ところが、カプセル内に空気を全く混入させることなく密閉することは困難であり、例え、空気を混入させずにカプセルを製造できたとしても、カプセルの素材が透明な樹脂等に限定されることにより、長期使用の間に周辺温度の変化によって液体が体積変化を繰り返すことで、外部の空気が透過してカプセル内部に進入することがある。また、液体が凍結したときにカプセルが破壊しないように、カプセル製造時に意図的に空気を混入させることも考えられる。
【００１１】
しかしながら、画素ずらしを行う平行平板は光軸に対して傾斜した状態で回転体に設けられるため、回転体には段差部が存在し、カプセル内に存在する空気がこの段差部に入り込むと、浮力によって平行平板の光軸に対する傾斜角度が所望の角度からずれる虞がある。このような事態は、光学的シフト量の精度を低下させることになり、位置合わせ処理の計算コストが膨大になるため好ましくない。また、空気が平行平板の表面に付着した場合には、画像に気泡が映り込むことになり、画質に悪影響を及ぼす。
【００１２】
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、装置の振動が光学的シフト量に与える影響を小さくするとともに、光学的シフト量の繰り返し再現性を確保す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】
【００１３】
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及び当該光学部材の外周側に設けられた支持リングを有する回転体と、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、前記光軸方向の両面に凹部が形成されるとともに、液体を封入したカプセル部材の内部に配置されて当該液体以外と非接触状態で回転駆動されるものであり、前記回転体には、前記各凹部に混入した気体を当該各凹部の外部へ排出するための気体排出路が形成された構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
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ことにより、撮像装置が振動した場合であっても回転体と撮像素子との相対位置が変化し難く、回転体の光軸に対する角度変化が小さくなるため、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、回転体の凹部に気体が入り込んでも、気体排出路から気体を凹部の外部へ排出できるため、気体の浮力により回転体が傾斜することを防止でき、光学的シフト量の繰り返し再現性を確保することができる。また、気泡が画像に映り込んで画質を低下させることも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】本発明の第１実施形態に係る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に示した回転体を平面および断面について示す詳細図
【図７】図４に示した撮像部が姿勢変化した状況を示す模式図
【図８】図４に示した光学的シフト機構の平面図
【図９】図８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１０】図２に示したシフト制御部の構成図
【図１１】図１０に示した演算処理部による回転駆動制御の処理手順を示すフロー図
【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】撮像とこれにより生成する画像の状況を示す模式図
【図１７】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１８】本発明の第２実施形態に係る回転体を模式的に示す平面図
【図１９】本発明の第３実施形態に係る回転体を平面および断面について示す詳細図
【図２０】本発明の第４実施形態に係る撮像部の要部を模式的に示す縦断面図
【図２１】図２０に示した撮像部が姿勢変化した状況を模式的に示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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及び当該光学部材の外周側に設けられた支持リングを有する回転体と、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、前記光軸方向の両面に凹部が形成されるとともに、液体を封入したカプセル部材の内部に配置されて当該液体以外と非接触状態で回転駆動されるものであり、前記回転体には、前記各凹部に混入した気体を当該各凹部の外部へ排出するための気体排出路が形成された構成とする。
【００１７】
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ことにより、撮像装置が振動した場合であっても回転体と撮像素子との相対位置が変化し難く、回転体の光軸に対する角度変化が小さくなるため、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、回転体の凹部に気体が入り込んでも、気体排出路から気体を凹部の外部へ排出できるため、気体の浮力により回転体が傾斜することを防止でき、光学的シフト量の繰り返し再現性を確保することができる。また、気泡が画像に映り込んで画質を低下させることも防止できる。
【００１８】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記気体排出路は、一端が内周面に開口し、他端が外周面に開口するように前記支持リングに形成された貫通孔である構成とする。
【００１９】
回転体の回転に伴い、液体はその流体抵抗及び粘性によって回転体と同一方向へ回転流を起こし、回転体の表面に近いほど早い流速となった液体は遠心力によって外周側へ移動することとなり、カプセル部材内に旋回流が生じる。これによると、光学的シフト量及び画質に悪影響を及ぼし易い下側の凹部に入り込んだ気体を、光学部材の下面に沿って外周側へ移動する液体の流れに乗せ、支持リングの内周面側の開口から貫通孔を通して支持リングの外周側へ排出することができる。
【００２０】
また、第３の発明は、前記第１の発明において、前記気体排出路は、前記両凹部を連通するように前記光学部材に形成された貫通孔である構成とする。
【００２１】
これによると、光学的シフト量及び画質に悪影響を及ぼし易い下側の凹部に入り込んだ気体を、外部に排出され易い上側の凹部へ貫通孔を介して移動させることができる。また、光学部材に厚さ方向の貫通孔を設けるという簡単な構成であるため、製造が容易であり、また、貫通孔の延長を短くでき、回転体の質量バランスも崩れ難いため、気体の排出を確実に行うために貫通孔の断面積を大きくすることもできる。
【００２２】
また、第４の発明は、前記第１から第３の発明において、前記カプセル部材は、中央に位置して前記光学部材を収容する円板状の空間中央部と、当該空間中央部の外周側に連なるとともに光軸方向に拡幅した円環状の空間外環部とからなる密閉空間を画成し、前記空間外環部が前記気体を滞留させる気体滞留部をなす構成とする。
【００２３】
これによると、カプセル部材の内部に混入する気体は、上方へ移動して液層と分離した気層を空間外環部に構成することになる、すなわち空間外環部が気体滞留部をなすため、光学部材の両主面側に滞留することを防止できる。これにより、画像に気泡が映り込んで画質を低下させることを回避できる。
【００２４】
また、第５の発明は、前記第１から第４の発明において、前記回転駆動装置は、前記回転体の回転速度を設定する演算処理部を備え、前記演算処理部は、前記回転体の回転始動時に、前記回転速度を一定期間にわたって所定の始動時用回転速度に設定する構成とする。
【００２５】
撮像装置が作動を停止している間には、装置の設置や位置変更などのためにカプセル部材の姿勢が変化することが考えられ、回転体の回転始動時には、気体が回転体の凹部に入り込み、或いは光学部材の表面に付着している可能性があるが、これによると、回転体の回転始動時に一定期間にわたって専用の回転速度に設定するため、この一定期間中に回転体の凹部に入り込んだ気体や光学部材の表面に付着した気体を回転体から分離させ、回転体の浮力バランスを適正なものとするとともに、気体が気泡として画像へ映り込むのを防止することができる。
【００２６】
また、第６の発明は、前記第５の発明において、前記光学カプセルの姿勢を検出する姿勢検出手段を更に備え、前記演算処理部は、前記姿勢検出手段の検出結果に基づいて、前記カプセル部材が前記気体を前記光軸方向について反対側へ移動させる姿勢反転を行ったと判定した場合、前記回転速度を一定期間にわたって所定の反転時用回転速度に設定する構成とする。
【００２７】
回転体の回転駆動中であっても、光学カプセルが姿勢反転を行った場合には、気体が回転体の凹部に入り込み、或いは光学部材の表面に付着する可能性があるが、これによると、姿勢反転があったことを判定した場合に一定期間にわたって専用の回転速度に設定するため、この一定期間中に回転体の凹部に入り込んだ気体や光学部材の表面に付着した気体を回転体から分離させ、回転体の浮力バランスを適正なものとするとともに、気体が気泡として画像へ映り込むのを防止することができる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、回転体の回転位置が原点センサ７０で検出される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
＜第１実施形態＞
図４は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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空間中央部Ｓａと、この空間中央部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空間をなす空間外環部Ｓｂ（気体滞留部）とを有している。光学カプセル５５の密閉空間Ｓには、空間中央部Ｓａに平行平板４３が収容される一方、空間外環部Ｓｂに支持リング５２等が収容されている。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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４３が設けられている。この平行平板４３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４３の屈折率よりも小さい屈折率を有するものを採用するとよい。これにより、平行平板４３によるシフト幅が、平行平板４３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４３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】
支持リング５２がこのように構成されることにより、回転体５３は、軸方向の両側に凹部５３ａ、５３ｂ（図６参照）が形成されたＨ字状断面を呈している。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
また、光学カプセル５５内に封入される液体５６は、不凍液に限定されるものではなく、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、光軸Ｃに沿って光学カプセル５５に取り付けられ、水平方向（重力直角方向）に対する光学カプセル５５の向きを検出する姿勢検出装置８６（姿勢検出手段）とを備えている。
【００６７】
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。また、磁気回転駆動部６４は、詳細を後述する回転駆動制御処理手順に則り、周期設定部２５（図２参照）によって指定された円運動周期に対応する回転速度で回転体５３を回転駆動するとともに、姿勢検出装置８６の検出結果に基づいて所定の始動時回転速度および反転時回転速度で回転体５３を回転駆動する。
【００６８】
第１の着磁部６１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、永久磁石を構成している。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可能になっている。また、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、回転体５３の回転駆動制御を高精度に行うことができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
ところで、光学カプセル５５の内部には、液体５６に混ざって気体５７が封入されている。これは、回転体５３の位置制御の観点からは光学カプセル５５内に気体５７を全く存在させないことが理想的であるが、製造工程で空気の混入を完全に排除して光学カプセル５５を組み立てることが困難であることに加え、液体５６に不凍液を用いたとしても、非常に過酷な環境下では液体５６が凍結する虞があるため、凍結時の液体５６の体積膨張によって光学カプセル５５が破損するのを防止するためには、凍結による液体５６の体積膨張を許容できる程度の割合で光学カプセル５５内に空気を混入させた方が品質面で好ましいことによるものである。
【００７２】
そのため、光学カプセル５５は、回転体５３が回転駆動装置５４によって適正な位置に制御され、液体５６中に浮遊した状態において、回転体５３を液体５６中に浸漬させることができるように、言い換えれば、回転体５３を滞留した気体５７に触れさせないようにするために、気体５７を滞留させるための空間を形成するべく、支持リング５２に対して径方向外側及び軸方向の両側において所定の間隙を作る大きさに形成されている。これにより、光学カプセル５５が画成する密閉空間Ｓの空間外環部Ｓｂが気体５７を滞留させる気体滞留部として機能する。
【００７３】
なお、光学カプセル５５の内部には、製造時に気体５７が混入する他、密閉後においても、長期の使用により液体５６中の水分が光学カプセル５５を透過して外部へ流出し、代わりに気体５７が光学カプセル５５を透過して内部に流入することで、カプセル内の液量が低下する。この水分の透過量は、光学カプセル５５の素材の種類や厚み、光学カプセル５５のシール方法によって異なるため、その都度測定することが必要であり、単位時間当たりの透過量に使用時間を乗算することで透過水分量を求めることができる。
【００７４】
以上のように、製造工程で意図的に混入させた気体と水分透過により水分が減少することで混入する気体とが光学カプセル５５内に存在する状態において、密閉空間Ｓの空間外環部Ｓｂが気体滞留部として機能し得るように、支持リング５２の大きさを基準にして光学カプセル５５の大きさが決定されている。
【００７５】
図６は、図４に示した回転体５３を示す詳細図であり、図６（Ａ）は、回転体５３の平面図を示し、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う回転体５３の断面図である。なお、図６（Ｂ）においては、回転体５３が液体５６中にあるものとして、気体５７を示している。図６に示すように、光学部材５１は、光軸Ｃに対して所定角度傾斜した平行平板４３を中央部に帯状に備えるとともに、平行平板４３の両側方に平行平板４３よりも厚く且つ互いに同じ厚みをもって同一平面上に配置された基部４４を備えている。平行平板４３は、一方の基部４４に対して軸方向の一側の面が連続するように接続し、他方の基部４４に対して軸方向の他側の面が連続するように接続しており、これにより、平行平板４３が基部４４に対して所定角度傾斜している。
【００７６】
光学部材５１がこのように構成されたことにより、光軸Ｃに対して直交する向きに位置制御される支持リング５２に対し、基部４４が平行となるように光学部材５１を取り付けるだけで、平行平板４３を光軸Ｃに対して所定角度傾斜させることができ、回転体５３を高精度に組み立てることができる。また、平行平板４３と基部４４との接続部には、一方の面に段差が生じ得るが、各基部４４の段差側の面には、平坦な底面を有する溝４５がそれぞれ光学部材５１の周縁すなわち支持リング５２との接続部に至るように形成されており、これにより、平行平板４３と基部４４との接続部に段差の無い部分が形成されている。
【００７７】
支持リング５２には、それぞれ一端が内周面に開口し、他端が外周面に開口するように、４つの貫通孔４６（気体排出路）が形成されている。貫通孔４６の２つは、光学部材５１の基部４４に設けられた溝４５の端面に開口するようにそれぞれ放射状に設けられている。残りの２つは、先の２つに対してそれぞれ平行に且つ光学部材５１の反対側の面に沿って開口するように放射状に設けられている。
【００７８】
上記したように、回転体５３は断面Ｈ字状を呈し、軸方向の両側に凹部５３ａ、５３ｂが形成されているため、撮像装置１の使用を開始した時、或いは使用の途中で撮像装置１を反転させた時には、下側となった凹部５３ａ、５３ｂ（図６（Ｂ）では凹部５３ａ）に気体５７が入り込むことがある。他方、回転体５３が回転すると、液体５６はその流体抵抗及び粘性によって回転体５３の表面に近いほど早い流速で回転体５３と同一方向への回転流を起こし、遠心力によって外周側へ移動する。これにより、光学カプセル５５内には、回転体５３を固定して見た場合に回転体５３に対する相対的な方向が図６（Ａ）に矢印のようになる旋回流が生じる。
【００７９】
一方、支持リング５２には貫通孔４６が形成されているため、下側の凹部５３ａに入り込んだ気体５７は、光学部材５１の下面に沿って外周側へ移動する液体５６の流れに乗って、支持リング５２の内周面側の開口から貫通孔４６を通って支持リング５２の外周側へ排出される。なお、回転体５３の回転速度が速いほど、遠心力が大きくなるために貫通孔４６を流れる液体５６の流速が速くなり、気体５７が排出され易くなる。
【００８０】
支持リング５２の外周側へ排出された気体５７は、浮力によって上方へ移動し、回転体５３を気体５７に露出させない状態で空間外環部Ｓｂ（図４参照）の上部に滞留する。そのため、気体５７の浮力により回転体５３が傾斜することが防止され、光学的シフト量の繰り返し再現性が確保されるようになっている。また、気体５７が気泡として画像に映り込み、画質を低下させることも防止されている。
【００８１】
図７は、図４に示した撮像部１１が姿勢変化した状況を示す模式図である。図７に示すように、撮像部１１が姿勢変化し、光軸Ｃが略水平となる角度に光学カプセル５５が配置されると、回転体５３の凹部５３ａ、５３ｂに入り込んだ気体５７は、貫通孔４６を通って或いは支持リング５２の内周面および光軸Ｃ側の面に沿って支持リング５２の外周側へ排出され、回転体５３を気体５７に露出させない状態で空間外環部Ｓｂの上部に滞留する。そのため、撮像部１１が姿勢変化しても、気体５７の浮力により回転体５３が傾斜することが防止され、光学的シフト量の繰り返し再現性が確保されるようになっている。また、気体５７が気泡として画像に映り込み、画質を低下させることも防止されている。
【００８２】
図８は、図４に示した光学的シフト機構３５の平面図である。図９は、図８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８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。
【００８３】
なお、ここで言う当接とは、物理的な接触を意味するものではなく、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。
【００８４】
ステータコア７１がこのように設けられたことにより、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側へ伝達するようになり、磁気回転駆動部６４が液体５６の加熱手段として機能している。これにより、専用の加熱手段を設けることなく、低温時の液体５６の粘性上昇及び凍結を防止でき、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。
【００８５】
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８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９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。
【００８６】
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１０参照）、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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１０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１０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、光学カプセル５５に設けられた姿勢検出装置８６の出力が入力している。
【００８９】
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、スター結線の中性点に接続された内部ロジック部７６とを内部に備えている。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に流れる電流の向きを示すコモン信号（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ＰＷＭ信号に基づく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。これにより演算処理部７７で設定された回転速度で回転体５３が回転駆動される。
【００９０】
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。
【００９１】
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８参照）、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。
【００９２】
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。これにより、第１及び第２の電磁石６７、６８が液体５６の加熱手段として機能している。
【００９３】
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。
【００９４】
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１２参照）、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。
【００９５】
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１２参照）、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。
【００９６】
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８参照）、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。
【００９７】
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。
【００９８】
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を生じさせる構成では、第２の電磁石６８が励磁されていない状態でも、永久磁石６９の磁力で回転体５３が光学カプセル５５の底壁内面から浮いた状態となるため、起動時等に回転体５３の回転を円滑に開始することができる利点が得られる。
【００９９】
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。
【０１００】
第１の磁気センサ６５は、例えばホール素子からなる。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、例えばホール素子からなる。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】
姿勢検出装置８６は、光学カプセル５５の軸方向に移動自在に設けられ、永久磁石を有する可動部８７と、可動部８７の移動に応じて変化する永久磁石による磁界を検出するホール素子からなる第３の磁気センサ８８とからなる。
【０１０３】
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８５を構成している。
【０１０４】
位置検出制御ユニット８５は、図８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８５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９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８５を配置したことになる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
なお、姿勢検出装置８６は、永久磁石を有する可動部８７と第３の磁気センサ８８とから構成されるものに限定されず、光学カプセル５５の軸線（光軸Ｃ）の水平面に対する傾斜角度を把握することができるものであれば、例えば、遮光ボールの移動に応じて適所に配置したフォトトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態から重力方向を検出する光学式センサ（例えば、ローム社製「ＲＰＩ−１０４０」など）を用いることもできる。
【０１０８】
図１１は、図１０に示した演算処理部７７による回転駆動制御の処理手順を示すフロー図である。演算処理部７７は、電源がＯＮにされると、図１０に示す回転駆動制御を開始する。まず、演算処理部７７は、撮像の開始を指示する撮像ＯＮ信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳＴ１）、撮像ＯＮ信号が入力されてない場合（Ｎｏ）、ステップＳＴ１の判定を繰り返す。ステップＳＴ１で撮像ＯＮ信号が入力されている場合（Ｙｅｓ）、演算処理部７７は、カウンタを始動させるとともに、回転体５３の回転速度を、凹部５３ａ、５３ｂに入り込んだ気体５７を支持リング５２の外部へ排出し得る回転速度として予め設定された始動時用回転速度（ここでは、２０００ｒ／ｍｉｎ）に設定し、回転体５３の回転駆動を開始する（ステップＳＴ２）。
【０１０９】
次いで、演算処理部７７は、ステップＳＴ２で始動させたカウンタが予め設定された始動時用回転速度の継続時間（ここでは、１０ｓｅｃ）を経過したか否かを判定し（ステップＳＴ３）、所定の継続時間が経過していない場合（Ｎｏ）、ステップＳＴ３の判定処理を繰り返す。一方、ステップＳＴ３で１０ｓｅｃが経過したと判定された場合（Ｙｅｓ）、演算処理部７７は、回転体５３の回転速度を、周期設定部２５（図２参照）によって決定された円運動周期に対応する回転速度（ここでは、１２０ｒ／ｍｉｎ）に設定し、回転体５３の回転駆動を継続する（ステップＳＴ４）。
【０１１０】
続いて、演算処理部７７は、姿勢検出装置８６の検出結果に基づいて、光学カプセル５５の軸線の水平方向に対する傾きが反転したか否か、すなわち、光学カプセル５５が気体５７を光軸Ｃ方向について反対側へ移動させる姿勢反転が行われたか否かを判定する（ステップＳＴ５）。
【０１１１】
ステップＳＴ５で姿勢反転が行われていないと判定された場合（Ｎｏ）、演算処理部７７は、回転体５３を１２０ｒ／ｍｉｎで回転駆動しつつ、撮像の停止を指示する撮像ＯＦＦ信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ６で撮像ＯＦＦ信号が入力されてないと判定された場合（Ｎｏ）、演算処理部７７は、ステップＳＴ５及びステップＳＴ６の判定を繰り返す。一方、ステップＳＴ６で撮像ＯＦＦ信号が入力されたと判定された場合（Ｙｅｓ）、演算処理部７７は、回転体５３の回転速度を０ｒ／ｍｉｎに設定し、回転駆動を停止する（ステップＳＴ７）。
【０１１２】
他方、ステップＳＴ５で姿勢反転が行われたと判定された場合（Ｙｅｓ）、演算処理部７７は、カウンタを始動させるとともに、回転体５３の回転速度を、凹部５３ａ、５３ｂに入り込んだ気体５７を支持リング５２の外部へ排出し得る回転速度として予め設定された反転時用回転速度（ここでは、２０００ｒ／ｍｉｎ）に設定し、回転体５３の回転駆動を継続する（ステップＳＴ８）。
【０１１３】
その後、演算処理部７７は、ステップＳＴ８で始動させたカウンタが予め設定された反転時用回転速度の継続時間（ここでは、１０ｓｅｃ）を経過したか否かを判定し（ステップＳＴ９）、所定の継続時間が経過していない場合（Ｎｏ）、ステップＳＴ９の判定処理を繰り返す。一方、ステップＳＴ９で１０ｓｅｃが経過したと判定された場合（Ｙｅｓ）、演算処理部７７は、回転体５３の回転速度を、周期設定部２５（図２参照）によって決定された円運動周期に対応する回転速度（ここでは、１２０ｒ／ｍｉｎ）に設定し、回転体５３の回転駆動を継続し（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ５の処理へ戻る。
【０１１４】
このように、ステップＳＴ２、ＳＴ３において、演算処理部７７が始動直後の回転体５３の回転速度を一定期間にわたって所定の始動時用回転速度に設定することにより、撮像装置１が作動を停止している間に気体５７が回転体５３の凹部５３ａ、５３ｂに入り込み、或いは光学部材５１の表面に付着していたとしても、この一定期間中に回転体５３の凹部５３ａ、５３ｂに入り込んだ気体５７や光学部材５１の表面に付着した気体５７を支持リング５２の外部へ排出して回転体５３から離反させ、回転体５３の浮力バランスを適正なものとするとともに、気体５７が気泡として画像へ映り込むのを防止することができる。
【０１１５】
また、ステップＳＴ５の判定がＹｅｓであった場合に、ステップＳＴ８、ＳＴ９において、演算処理部７７が回転体５３の回転速度を一定期間にわたって所定の反転時用回転速度に設定することにより、光学カプセル５５が姿勢反転を行った際に気体５７が回転体５３の凹部５３ａ、５３ｂに入り込み、或いは光学部材５１の表面に付着したとしても、この一定期間中に回転体５３の凹部５３ａ、５３ｂに入り込んだ気体５７や光学部材５１の表面に付着した気体５７を支持リング５２の外部へ排出して回転体５３から離反させ、回転体５３の浮力バランスを適正なものとするとともに、気体５７が気泡として画像へ映り込むのを防止することができる。
【０１１６】
図１２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１２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１０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。
【０１１７】
位置判定部９１では、第１の磁気センサ６５により検出される第１の着磁部６１の磁気の大きさに基づいて回転体５３の径方向の位置を判定し、また、第２の磁気センサ６６により検出される第２の着磁部６２の磁気の大きさに基づいて回転体５３の軸方向の位置を判定する。
【０１１８】
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１０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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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４３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。
【０１２４】
そこで、回転駆動装置５４は、図４、図８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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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、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。
【０１２７】
これを図１０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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
図１３は、撮像素子３１への光の入射状況を示す断面図であり、図１３（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１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の状態から平行平板４３が１８０゜回転した状態を示している。なお、図１３（Ｂ）の状態から、平行平板４３がさらに１８０゜回転すると、図１３（Ａ）の状態に復帰する。
【０１３１】
光学部材５１の平行平板４３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４３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。
【０１３２】
このように、平行平板４３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４３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４３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４３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。
【０１３３】
図１４及び図１５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。
【０１３４】
なお、ここでは、図１３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。
【０１３５】
ここで、図１４（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。
【０１３６】
これに対して、図１４（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１５（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１５（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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
次に、撮像（サンプリング）について説明する。図１６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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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４３（図４参照）の回転位置の基準は上述した原点センサ７０（図８参照）によって管理され、また平行平板４３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。
【０１４１】
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１０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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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１７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１７では、画素ピッチを１として図示している。
【０１４５】
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。
【０１４６】
円運動の１回目では、図１７（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１７（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１７（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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
＜第２実施形態＞
図１８は、本発明の第２実施形態に係る回転体５３を模式的に示す平面図である。なお、ここでは第１実施形態と異なる点にのみ言及し、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明は省略する。以下の実施形態についても同様とする。
【０１５９】
第１実施形態では、図６（Ａ）に示したように、貫通孔４６が回転体５３の放射方向に形成されているのに対し、本実施形態の回転体５３では、図１８に示すように、回転体５３の放射方向に対し、径方向外側へ行くにつれて回転方向と反対側に傾斜するように貫通孔１４６（気体排出路）が形成されている。
【０１６０】
上記したように、液体５６は、回転体５３の回転に伴い、回転体５３と同一方向へ回転しつつ遠心力で外周側へ移動する旋回流を生じるが、貫通孔１４６がこのように形成されたことにより、貫通孔１４６の向きが液体５６の流れ方向に近似するため、液体５６が貫通孔１４６へ導入され易くなり、且つ回転体５３の回転力が貫通孔１４６内の液体５６を外周側へ押し出す方向に作用するため、同一断面であっても貫通孔１４６を流れる液体５６の流量が大きくなる。したがって、下側となった回転体５３の凹部５３ａ、５３ｂに入り込んだ気体５７を凹部５３ａ、５３ｂの外部へ排出し易くなる。これにより、始動時用回転速度及び反転時用回転速度の継続時間を短く設定し、早期に指定された回転速度で回転体５３を回転させることができる。
【０１６１】
＜第３実施形態＞
図１９は、本発明の第３実施形態に係る回転体を示す詳細図であり、図１９（Ａ）は回転体５３の平面図を示し、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う回転体５３の断面図を示している。第１実施形態では、図６に示したように、貫通孔４６が支持リング５２に対し内周面及び外周面に開口するように形成されていたが、本実施形態では、図１９に示すように、貫通孔２４６（気体排出路）が、光学部材５１に対し、回転体５３の両凹部５３ａ、５３ｂを連通するように形成されている。なお、貫通孔２４６は、光学部材５１の基部４４にそれぞれ１つずつ、合計２つが、支持リング５２の内周面に沿うように光学部材５１の外縁に設けられている。
【０１６２】
貫通孔２４６がこのように設けられたことにより、図１９（Ｂ）に示すように、回転体５３が軸を鉛直にして回転駆動される場合には、光学的シフト量及び画質に悪影響を及ぼし易い下側の凹部５３ｂに入り込んだ気体５７は、回転体５３の回転に伴う旋回流に乗って光学部材５１の外縁に集まり、より早く回転する貫通孔２４６が上方を通過する際に、浮力によって貫通孔２４６へ流れ込み、外部に排出され易い上側の凹部５３ａへ移動する。その後、気体５７は浮力によって上方へ移動し、上記した空間外環部Ｓｂ（図４参照）に滞留する。同様に、回転体５３の軸が傾斜している場合でも、下側の凹部５３ｂに入り込んだ気体５７は、浮力によって貫通孔２４６を通過して上側の凹部５３ａに移動し、その後、空間外環部Ｓｂに滞留する。
【０１６３】
一方、回転体５３が軸を水平にして回転駆動される場合には、左右（軸方向の両側）の凹部５３ａ、５３ｂに気体５７が入り込んだとしても、気体５７は、浮力により上方へ移動し、回転体５３の表面に沿って生じる旋回流によって貫通孔２４６を通過することなく支持リング５２の内周面に沿って外部へ排出される。
【０１６４】
このように、貫通孔２４６が比較的比重の小さな光学部材５１に形成され、且つ光学部材５１の厚さ方向に設けられることにより、貫通孔２４６の延長を短くでき、回転体５３の質量バランスを崩すことなく気体排出路を形成することができるとともに、製造も容易になる。また、気体５７の排出を確実に行うために貫通孔２４６の断面積を大きくすることも可能であり、特に、図１９（Ａ）に示すように、周方向に長い断面形状にすることにより、気体５７の排出を確実にすることができる。
【０１６５】
＜第４実施形態＞
図２０は、本発明の第４実施形態に係る撮像部１１の要部を模式的に示す縦断面図であり、図２１は、図２０に示した撮像部１１が姿勢変化した状況を模式的に示す縦断面図である。第１実施形態の撮像部１１では、図４に示すように、光学カプセル５５が気体滞留部を形成するべく支持リング５２に対して径方向外側及び軸方向の両側において所定の間隙を作る大きさに形成されていたのに対し、本実施形態の撮像部１１では、図２０に示すように、光学カプセル５５が支持リング５２に対して径方向外側及び軸方向の両側において近接するように形成される一方、軸方向の両端に、気体５７を滞留させるために軸方向及び径方向についてそれぞれ膨出して大円環状をなす専用の気体滞留空間Ｓｃを画成している。
【０１６６】
光学カプセル５５がこのように形成されたことにより、図２０に示すように、回転体５３が軸を鉛直にして回転駆動される場合には、光学カプセル５５内の気体５７は、上側の気体滞留空間Ｓｃに滞留する。一方、回転体５３が軸を水平にして回転駆動される場合には、図２１に示すように、気体５７は、両気体滞留空間Ｓｃの上部に滞留する。つまり、撮像部１１が姿勢を変化させても、気体５７が回転体５３の凹部５３ａ、５３ｂに入り込み難くなっている。そのため、姿勢検出装置８６を省略し、演算処理部７７による回転駆動制御において（図１１参照）、光学カプセル５５の反転判定（ステップＳＴ５）及び反転時用回転速度の設定処理（ステップＳＴ８〜ＳＴ１０）を省略することができる。或いは、光学カプセル５５の反転判定（ステップＳＴ５）の判定基準を、例えば、反転後の傾斜角度が一定角度以上であることや、反転時の各速度が一定速度以上であることを条件に加えるなどにより厳しくすることにより、反転時用回転速度の設定処理（ステップＳＴ８〜ＳＴ１０）の頻度を少なくすることができる。
【０１６７】
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。例えば、上記第１及び第２実施形態では、支持リング５２を貫通する貫通孔４６、１４６を気体排出路として設けているが、Ｈ字状断面を有する回転体５３の段差が小さい場合には、底面が光学部材５１の表面に沿うように支持リング５２に溝を設け、この溝を気体排出路とすることもできる。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】
【０１６８】
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、装置の振動が光学的シフト量に与える影響を小さくするとともに、光学的シフト量の繰り返し再現性を確保す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】
【０１６９】
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
４３    平行平板
４６、１４６、２４６    貫通孔（気体排出路）
５１    光学部材
５２    支持リング
５３    回転体
５３ａ、５３ｂ  凹部
５４    回転駆動装置
５５    光学カプセル（カプセル部材）
５６    液体
５７    気体
７７    演算処理部
８６    姿勢検出装置（姿勢検出手段）
Ｃ      光軸
Ｓ      密閉空間
Ｓａ    空間中央部
Ｓｂ    空間外環部（気体滞留部）
Ｓｃ    気体滞留空間
【図１】
2012065169.tif 000003
【図２】
2012065169.tif 000004
【図３】
2012065169.tif 000005
【図４】
2012065169.tif 000006
【図５】
2012065169.tif 000007
【図６】
2012065169.tif 000008
【図７】
2012065169.tif 000009
【図８】
2012065169.tif 000010
【図９】
2012065169.tif 000011
【図１０】
2012065169.tif 000012
【図１１】
2012065169.tif 000013
【図１２】
2012065169.tif 000014
【図１３】
2012065169.tif 000015
【図１４】
2012065169.tif 000016
【図１５】
2012065169.tif 000017
【図１６】
2012065169.tif 000018
【図１７】
2012065169.tif 000019
【図１８】
2012065169.tif 000020
【図１９】
2012065169.tif 000021
【図２０】
2012065169.tif 000022
【図２１】
2012065169.tif 000023