(57)【要約】【課題】小型構成で且つ高精度の画素ずらしによる高画質出力を両立させた画像撮影装置を提供する。【解決手段】画像撮影装置１は、撮像レンズと画素型の撮像素子とを有する撮像モジュールＣＭと、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の外側に配置され、撮像モジュールＣＭを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置２２とを備える。また、傾動装置２２は、光軸方向に沿った変位量を撮像モジュールＣＭの延伸部ＣＭ２に直接伝達することにより傾動処理を実行する駆動部２３を有する。さらに、駆動部２３は、傾動処理の前後において、被写体像に対する撮像素子の位置を、画素の対角方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分の奇数倍分、当該対角方向に位置変化させる。【選択図】図２
2013143741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズと、撮像処理時に前記撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子とからなる本体部を有する撮像モジュールと、
前記撮像モジュールの前記本体部の外側に配置され、前記撮像モジュールを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置とを備え、
前記傾動装置は、
前記光軸方向に沿った変位量を前記撮像モジュールの所定の被駆動部分に直接伝達することにより前記傾動処理を実行する駆動部、
を有し、
前記駆動部は、
前記傾動処理の前後において、前記被写体像に対する前記撮像素子の位置を、前記画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分の奇数倍分、前記所定方向に位置変化させることを特徴とする、
画像撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部は、前記光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成されることを特徴とする、
画像撮影装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像素子の画素は、正方規則配列された複数の画素を含み、
前記所定の方向は、前記正方規則配列の対角方向を含むことを特徴とする、
画像撮影装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部は、前記撮像モジュールに対し前記光軸と垂直方向に配置されていることを特徴とする、
画像撮影装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像モジュールは、前記本体部の側面から前記光軸と垂直方向に延びて形成される延伸部を有し、
前記所定の被駆動部分は前記延伸部を含み、
前記駆動部は、前記延伸部の下方から当接して前記延伸部を光軸方向に移動させることにより前記傾動処理を実行する、
画像撮影装置。
【請求項６】
請求項２に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部の光軸方向の形成長さは、前記撮像モジュールの前記本体部における光軸方向の形成長さよりも短いことを特徴とする、
画像撮影装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の画像撮影装置であって、
前記駆動部による１回の前記傾動処理に要する時間は、０．２５ｍｓ以上で且つ５ｍｓ以下であることを特徴とする、
画像撮影装置。
【請求項８】
請求項１に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像処理時に前記撮像素子に結像された画像を処理して表示用画像を所定の表示部へ出力する画像処理を実行する画像処理手段と、
前記撮像モジュールに対する前記撮像処理と、前記傾動装置に対する前記傾動処理と、前記画像処理手段における前記画像処理とを制御する制御手段と、
をさらに備え、
前記画像処理手段は、
前記制御手段による制御下で前記傾動装置における前記傾動処理の実行前において、前記撮影処理によって前記撮像素子に結像された第１画像と、前記傾動処理の実行後において、前記撮像処理によって前記撮像素子に結像された第２画像とを用いて、前記画像処理を実行して前記表示用画像を得る、
画像撮影装置。
【請求項９】
請求項８に記載の画像撮影装置であって、
前記撮像素子に結像された画像の一部を切り出して撮影倍率を変化させる電子ズーム手段、
をさらに備え、
前記画像処理手段は、
前記電子ズーム手段によって切り出された領域において、選択的に前記画像処理を実行する、
画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像撮影装置に関し、特に、画素ずらしを行い、複数図の撮影を行うことで高解像度の画像を撮影することが可能な画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体技術の進歩に伴い、デジタルカメラ、携帯電話端末等においてカメラの小型化のニーズが高まっている。小型化を実現するためには撮像ユニット（撮像系）をコンパクトに構成する必要があるが、撮像ユニットのサイズは撮像素子の画素数によって制限されるため、撮像ユニットの小型化を追求すると画素数が制限される。そのため、小型化と解像度を両立させることが難しいという課題がある。
【０００３】
一方、画像の高解像度化を図るために、カメラ用途に用いられるＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子においては、画素数を増加する試みが従来なされてきた。各画素のサイズは従来と同様で画素数のみを増やせば固体撮像素子の面積が大型化するため、１枚のウエハから得られる素子数の減少や歩留まりの低下により、コストアップを招来する。このため、画素サイズや画素ピッチを小さくして画素数を増やすことが行われているが、一般に、感度と飽和出力とは画素サイズに比例する関係にあるため、画素サイズの小型化だけでは解像度向上に限界がある。
【０００４】
そのため、画素数を増やすことなく解像度を上げる方法として、「画素ずらし」という方法が提案されている。すなわち、画素ずらしとは、固体撮像素子上に画素ピッチの１／２だけ被写体像を時間的にずらして結像させ、本来の画素ピッチで決まるよりも高い空間周波数で被写体像をサンプリングする方法である。被写体像を１方向にずらせば、見かけ上、２倍の画素数で撮像したのと同等の画像が得られる。また、直交する２方向にずらせば、見かけ上、４倍の画素数で撮像したのと同等の画像が得られる。
【０００５】
直交する２方向にずらす画素ずらしに対して、固体撮像素子の画素が正方規則配列の場合、斜め方向にずらす方法も提案されている。斜め方向に半画素分ずらすことにより、直交する２方向の周波数成分が２倍になることから、画像処理により擬似的に４倍の画素数を出力することが知られている。また、半画素ではなく、斜めに１／３画素ずつずらして３回撮影するなど、撮影回数によりさらに高解像度化を図れることが知られている。
【０００６】
画素ずらし技術においては、種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１が開示する技術では、撮影レンズが搭載する光学手振れ補正用の機構を制御駆動することにより画素ずらし効果を実現する電子カメラが開示されている。
【０００７】
また、特許文献２が開示する技術では、バイモルフを用いて固体撮像素子を移動させることにより画素ずらし効果を実現する固体撮像装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献３が開示する技術では、ＣＣＤエリアセンサと結像レンズとを一体で平行移動させることにより画素ずらし効果を実現する画像読取装置が開示されている。
【０００９】
さらに、特許文献４が開示する技術では、液晶素子の駆動により画素ずらし効果を実現する撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３４５１４７号公報
【特許文献２】特開昭６０−１８９５８号公報
【特許文献３】特開２００５−１５１３５１号公報
【特許文献４】特開２００５−３１８５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の技術では、手振れ駆動装置は非常に大きな駆動量なので、半画素ずらしという微少量を繰り返し精度良く駆動させることが非常に困難であるという問題がある。また、手振れレンズで駆動する場合、手振れ補正レンズ固有の歪曲収差の影響で均一補正状態によってずれ量が異なるという課題も生じる。
【００１２】
また、特許文献２の技術では、固体撮像素子は通常基板やフレキ上に配置されており、それをともに駆動させるのは装置が大型化する。また、駆動装置が光軸方向に厚みを有しているので薄型化の実現が困難であるという問題がある。さらに、撮像素子を駆動させると、撮像素子に傾きが発生してしまい像面の倒れ等の画質劣化に繋がる問題もある。
【００１３】
また、特許文献３の技術では、物体距離が固定の場合のみ有効であり、特許文献３で提案されている伸ばしレンズには使用可能でも、物体距離が変動する一般の画像撮影装置には使用できないという問題がある。
【００１４】
さらに、特許文献４の技術では、薄型光学系の達成を考えた場合には、光学系の中に素子を挿入することは、厚み増加になるため、好ましくない。また、液晶素子は一般に駆動速度が速くなく、それによるフレーム間隔が増大することで手振れや被写体ブレの影響を大きく受けるため、画素ずらし撮影による画像回復効果よりも手振れ等の画質劣化の影響が大きくなるという課題がある。
【００１５】
このように、従来技術では、既述した小型化と解像度を両立させる課題に対して適切な解決とはなっていない。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型構成で且つ高精度の画素ずらしによる高画質出力を両立させた画像撮影装置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】
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、撮像レンズと、撮像処理時に前記撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子とからなる本体部を有する撮像モジュールと、前記撮像モジュールの前記本体部の外側に配置され、前記撮像モジュールを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置とを備え、前記傾動装置は、前記光軸方向に沿った変位量を前記撮像モジュールの所定の被駆動部分に直接伝達することにより前記傾動処理を実行する駆動部、を有し、前記駆動部は、前記傾動処理の前後において、前記被写体像に対する前記撮像素子の位置を、前記画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分の奇数倍分、前記所定方向に位置変化させることを特徴とする、画像撮影装置である。
【００１８】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部は、前記光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の画像撮影装置であって、前記撮像素子の画素は、正方規則配列された複数の画素を含み、前記所定の方向は、前記正方規則配列の対角方向を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４の発明は、請求項１または２に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部は、前記撮像モジュールに対し前記光軸と垂直方向に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の画像撮影装置であって、前記撮像モジュールは、前記本体部の側面から前記光軸と垂直方向に延びて形成される延伸部を有し、前記所定の被駆動部分は前記延伸部を含み、前記駆動部は、前記延伸部の下方から当接して前記延伸部を光軸方向に移動させることにより前記傾動処理を実行する。
【００２２】
また、請求項６の発明は、請求項２に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部の光軸方向の形成長さは、前記撮像モジュールの前記本体部における光軸方向の形成長さよりも短いことを特徴する。
【００２３】
また、請求項７の発明は、請求項１または２に記載の画像撮影装置であって、前記駆動部による１回の前記傾動処理に要する時間は、０．２５ｍｓ以上で且つ５ｍｓ以下であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８の発明は、請求項１に記載の画像撮影装置であって、前記撮像処理時に前記撮像素子に結像された画像を処理して表示用画像を所定の表示部へ出力する画像処理を実行する画像処理手段と、前記撮像モジュールに対する処理と、前記傾動装置に対する前記傾動処理と、前記画像処理手段における前記画像処理とを制御する制御手段と、をさらに備え、前記画像処理手段は、前記制御手段による制御下で前記傾動装置における前記傾動処理の実行前において、前記撮影処理によって前記撮像素子に結像された第１画像と、前記傾動処理の実行後において、前記撮像処理によって前記撮像素子に結像された第２画像と、を用いて、前記画像処理を実行して前記表示用画像を得る。
【００２５】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の画像撮影装置であって、前記撮像素子に結像された画像の一部を切り出して撮影倍率を変化させる電子ズーム手段、をさらに備え、前記画像処理手段は、前記電子ズーム手段によって切り出された領域において、選択的に前記画像処理を実行する。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１ないし請求項９の発明によれば、撮像レンズと、撮像処理時に撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子とを有する撮像モジュールと、撮像モジュールの本体部の外側に配置され、撮像モジュールを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置とを備える。これにより、撮像モジュールを変更する必要がなく、撮像モジュールの大型化を回避できるため、画像撮影装置全体の構成が画素の位置を変化させる従来の装置と比較して単純になる。また、撮像モジュール自体は従来と同等でよいため、もともとの画像撮影装置の画質を劣化させることもない。
【００２７】
また、傾動装置は、光軸方向に沿った変位量を撮像モジュールの所定の被駆動部分に直接伝達することにより傾動処理を実行する駆動部を有する。すなわち、駆動量は駆動素子の物理定数や形状から求められる上記変位量にのみ依存する。このため、駆動誤差を考慮する必要がなくなり、駆動精度が向上し、高精度の繰り返し再現性が実現できる。その結果、高画質の画像取得が可能となる。
【００２８】
さらに、駆動部は、傾動処理の前後において、被写体像に対する撮像素子の位置を、画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分の奇数倍分、所定方向に位置変化させる。これにより、画素ピッチで決まるよりも高い空間周波数で被写体像をサンプリングすることが可能となる。
【００２９】
その結果、小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置を提供することができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、駆動部は、光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成される。これにより、傾動処理の処理速度を高速にすることができ、撮影の時間を短縮化することが可能となる。その結果、被写体ブレや手振れの影響を小さくすることが可能となる。
【００３１】
請求項３の発明によれば、撮像素子の画素は、正方規則配列された複数の画素を含み、所定の方向は、正方規則配列の対角方向を含む。これにより、正方規則配列の対角方向に位置変化させる傾動処理を１回行うだけで、正方規則配列における直交する２方向の周波数情報を倍増させることが可能となる。このため、被写体の方向性によらず全体的に画質を均等に向上させることができる。
【００３２】
請求項４または５の発明によれば、駆動部は、撮像モジュールに対し光軸と垂直方向に配置されている。これにより、撮像モジュールの光軸方向に厚みを持たせることなく、傾動処理を行える。その結果、より小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置を提供することができる。
【００３３】
請求項６の発明によれば、駆動部の光軸方向の形成長さは、撮像モジュールの本体部における光軸方向の形成長さよりも短い。これにより、駆動部を新たに設けても装置全体として撮像モジュールの光軸方向に厚みを持たせる必要はなく、薄型の構成を実現できる。その結果、薄型且つ小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置を提供することができる。
【００３４】
請求項７の発明によれば、駆動部による１回の傾動処理に要する時間を５ｍｓ以下にすることにより、手振れの影響を最小限に抑えることが可能となる。また、駆動部の画素ずらし駆動時間を０．２５ｍｓ以上にすることにより、駆動後のダンピング振動による影響や傾動装置の大型化を回避することが可能となる。
【００３５】
請求項８の発明によれば、画像処理手段は、制御手段による制御下で傾動装置における傾動処理の実行前において、撮影処理によって撮像素子に結像された第１画像と、傾動処理の実行後において、撮像処理によって撮像素子に結像された第２画像とを用いて、画像処理を実行して表示用画像を得る。これにより、高画質な表示用画像を得ることができる。
【００３６】
請求項９の発明によれば、画像処理手段は、電子ズーム手段によって切り出された領域において、選択的に画像処理を実行する。これにより、光学的に画角を変更する光学ズーム手段を用いて撮像された画像と同等の解像度を有する画像を表示用画像として得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１及び第２実施形態に係る画像撮影装置の概略構成及びその機能を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。
【図３】第１実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。
【図４】第１実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。
【図５】斜め画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。
【図６】像高によって画素ずらし量が異なることを例示する図である。
【図７】像高によって画素ずらし量が異なることを例示する図である。
【図８】斜め画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。
【図９】手振れ角度の度数分布を例示する図である。
【図１０】第１実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第２実施形態に係る画像撮影装置の具体的構成を説明する模式図である。
【図１２】ＸＹ画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。
【図１３】ＸＹ画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。
【図１４】第２実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。
【図１５】第２実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。
【図１６】第３実施形態に係る画像撮影装置の概略構成及びその機能を示す図である。
【図１７】第３実施形態に係る画像撮影装置において実現される基本動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記の説明では重複した説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。また、各図の方位関係を明確化する目的で、図２〜図４、図１１、及び、図１２には、右手系のＸＹＺ直交座標系の座標軸が付されている。
【００３９】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．画像撮影装置の概要＞
図１は、本発明の一実施形態に係る画像撮影装置１の概略構成及びその機能を示す図である。図１で示されるように、画像撮影装置１は、撮像モジュールＣＭを備えるほか、制御部２０、操作部２１、傾動装置２２、画像処理部３、および、表示部２８を主に備えて構成されている。
【００４０】
撮像モジュールＣＭは、撮像レンズ（図示しない）と、撮像処理時に撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子ＳＲ（後述の図２（ａ）及び図４参照）とからなる本体部ＣＭ１及び後述する延伸部ＣＭ２を含んで構成されている。撮像モジュールＣＭは、カメラ正面の被写体ＯＢを撮像するよう構成され、撮像によって得られる画像信号（以下「画像」と略称する）は、データ線ＣＢを介して画像処理部３に送信される。
【００４１】
以下、この明細書では、撮像モジュールＣＭの１回目の撮影によって取得される画像を「第１画像」と称し、撮像モジュールＣＭの２回目以降の撮影によって取得される画像を「第２画像」と称する。つまり、後述される画素ずらし処理が実施される前に捉えられた画像を第１画像とし、画素ずらし処理が実施された後に捉えられた画像を第２画像として用いる。
【００４２】
制御部２０は、撮像モジュールＣＭに対する撮像処理と、傾動装置２２に対する傾動処理と、画像処理部３における画像処理とを統括的に制御する。
【００４３】
操作部２１は、操作ボタンなどによって構成されており、操作者が操作部２１を操作することによって、撮影動作の開始等の外部情報が制御部２０に入力される。
【００４４】
傾動装置２２は、制御部２０による制御下で撮像モジュールＣＭを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行して傾動する。傾動装置２２の具体的な配置例および構成についての詳細は後述する。
【００４５】
表示部２８は、液晶ディスプレイ等で構成され、画像処理部３によって必要な処理が施された表示用画像を表示する。
【００４６】
画像処理部３は、撮像処理時に撮像素子に結像された画像を処理して表示用画像を表示部２８（所定の表示部）へ出力する画像処理を実行する。画像処理部３は、情報処理部として機能し、記憶装置３４、入出力部３５、演算制御部３６、および、インターフェース(Ｉ／Ｆ)３７を主に備えて構成されている。
【００４７】
記憶装置３４は、例えばＳＲＡＭ等のメモリ素子で構成され、撮像モジュールＣＭの撮像によって得られる第１および第２画像を記憶する。
【００４８】
入出力部３５は、例えば半導体メモリーカードスロットを備えて構成され、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体をセットして、演算制御部３６との間でデータの授受を行う。
【００４９】
演算制御部３６は、プロセッサとして働くＣＰＵ３６ａと、情報を一時的に記憶するメモリ３６ｂとを有し、これらのデジタル処理回路３６ａ，３６ｂによって画像処理部３の各部を統括的に制御する。演算制御部３６では、記憶装置３４内のプログラムＰＧが読み込まれて実行されることで、各種機能や各種情報処理等が実現される。なお、メモリ３６ｂには、可搬性記憶媒体に記憶されているプログラムデータを、入出力部３５を介して格納させることができる。この格納されたプログラムは、画像処理部３の動作に適宜反映可能である。
【００５０】
また、演算制御部３６は、後述する画素ずらしによる画像処理が実施されることによって、表示用画像を生成する。すなわち、制御部２０による制御下で傾動装置２２における傾動処理の実行前において、撮影処理によって撮像素子に結像された第１画像と、傾動処理の実行後において、撮影処理によって撮像素子に結像された第２画像とを用いて、画像処理を実行して表示用画像を得る。そして、得られた表示用画像を、制御部２０の指令によって表示部２８に出力する。
【００５１】
インターフェース(Ｉ／Ｆ)３７は、データ線ＣＢを介して撮像モジュールＣＭに接続され、撮像モジュールＣＭで取得されたデータの送受信を可能にしている。
【００５２】
＜１−２．傾動装置＞
画素ずらしの方式において薄型の画像撮像装置を実現するためには、従来のような撮像素子の駆動や液晶挿入、手振れ駆動というような大型化および肉厚化する方法ではなく、撮像モジュール全体を傾動させる方法が最適である。そこで、画像撮影装置１では、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の外側に配置され、撮像モジュールＣＭを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置２２を備える。
【００５３】
図２〜図４は、画像撮影装置１の傾動装置２２および撮像モジュールＣＭの具体的構成を説明する模式図である。なお、ここでは、後述する斜め画素ずらしの場合を想定して説明する。
【００５４】
図２（ａ）で示されるように、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１における開口部２５を上側（＋Ｚ方向）にして画像撮影装置１のＸＹ平面を＋Ｚ方向から見た場合、傾動装置２２は、略直方体形状を呈した撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の外側に配置されて構成される。また、本体部ＣＭ１内部の撮像素子ＳＲは、図４（ａ）で示されるように、フレキ基板２６上に配置されて構成される。
【００５５】
ここで、正方規則配列からなる画素に対する斜め画素ずらし処理では、被写体像に対する撮像素子ＳＲの画素の位置を、画素の対角方向である矢印ＡＲＳ方向に移動されなければならない（図４（ｂ）参照）。そこで、本実施形態では、斜め画素ずらし処理としては、撮像モジュールＣＭ全体を光軸方向（Ｚ方向）と垂直な面（ＸＹ平面）に対して傾動させる傾動処理を採用している。この傾動処理を実現すべく、傾動装置２２は、正方画素の対角方向である矢印ＡＲＳ方向（図４（ｂ）参照）に対応する矢印ＡＲ１方向（図２（ａ）参照）に駆動部２３と支点部２４とを設けている。
【００５６】
＜１−２−１．高精度のための駆動部の構成＞
ところで、撮像後の画像処理による高画質出力を考慮する場合、画素移動量の精度は非常に重要である。移動量が所望の移動量から著しくずれると、画像処理による高画質出力されたはずの画像に、誤情報が含まれることになり高画質の高解像画像を得ることができなくなる。
【００５７】
例えば、ギアやテコの原理を用いた変位拡大機構を用いた場合は、当該変位拡大機構の駆動誤差が画素ずらし移動量の誤差となる。このため、傾動装置２２の駆動部２３の駆動は直接伝達する方法が最も好ましい。直接伝達で変位させると、駆動量は駆動素子の物理定数や形状から求められる変位量にのみ依存し、当該変位拡大機構の駆動誤差がないことから、繰り返し再現性は非常に高くなる利点がある。
【００５８】
そこで、高精度の繰り返し再現性を実現するために、画像処理装置１では、駆動部２３が光軸方向に沿った変位量を撮像モジュールＣＭの所定の被駆動部分に直接伝達することにより傾動処理を実行する。具体的には、図２（ｂ）で示されるように、駆動部２３は、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１に対し離間して設けられ、本体部ＣＭ１に対し光軸と垂直方向に、本体部ＣＭ１の側面から光軸と垂直方向に延びて形成される延伸部ＣＭ２の下面に当接可能に配置される。したがって、当該所定の被駆動部分は延伸部ＣＭ２として設定される。これにより、駆動部２３は、延伸部ＣＭ２の下方から当接して延伸部ＣＭ２を光軸方向に移動させることにより撮像モジュールＣＭ全体に対する傾動処理を実行する。ただし、延伸部ＣＭ２は、図２に示される延伸部ＣＭ２のような構成だけに限られない。延伸部は撮像素子ＳＲの撮像有効範囲の外側に設けられる構造であり、光軸方向への作用点を有していればよく、例えば、駆動部２３を除いた開口の形状であっても構わない。支点部２４に関しても、同様に、支持する板ばね等の作用点を有していれば、図２の形状に限らない。
【００５９】
＜１−２−２．高速駆動のための駆動部の構成＞
一方、後述するように画素ずらしを行ってから再度撮影する方法のため、撮影の間隔はできるだけ短い方がよい。これは、被写体ブレや手振れの影響で取得画像に違いが生じると、画像処理による回復が困難になるだけでなく、画質の劣化を引き起こす可能性もあるので、その影響をできるだけ小さくする必要があるためである。
【００６０】
そこで、画素ずらし駆動を高速にするために、画像処理装置１では、駆動部２３は、光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成される。ピエゾ圧電素子は、その共振周波数が数１０ＫＨｚから数ＭＨｚ程度と非常に高いため、共振周波数までの駆動が可能であるという点と大きな変位量を有するので、傾動に必要な変位を高速で発生させることができるためである。
【００６１】
＜１−２−３．薄型化のための傾動装置の配置＞
また、薄型化を行うには傾動装置の配置は、上述したように、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の底面または上面に駆動部２３を配置するのではなく、光軸方向と直交する方向に駆動部２３を配置することが好ましい。撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の底面または上面に圧電素子を配置する方式を採用すると、光軸方向に厚みを増加させることになるためである。
【００６２】
そこで、光軸方向に厚みを回避するために、画像処理装置１では、駆動部２３の光軸方向の形成長さＤ（図２（ｂ）参照）は、撮像モジュールＣＭの光軸方向の形成長さＴよりも短く構成されている。また、図２（ｃ）で示されるように、支点部２４は、駆動部２３による駆動に対して支点部２４が動かないようにするために矢印ＡＲ３方向に板バネなど（図示しない）により付勢されるが、支点部２４の光軸方向の高さＤ’（図２（ｂ）参照）に関しても、撮像モジュールＣＭの光軸方向の形成長さＴよりも短く構成されている。
【００６３】
＜１−２−４．傾動装置の変形例＞
傾動装置２２の変形例としては、支点部２４をそのままの構成として駆動部２３を、図３で示される傾動装置２２’の駆動部２３’のような構成としても良い。すなわち、図３（ａ）で示されるように、画像撮影装置１’では、駆動部２３’は延伸部ＣＭ２の下方に当接して＋Ｘ方向に延びて形成される延設部２３ｂと、その延設部２３ｂの＋Ｘ側の先端を固定する固定部２３ｃとを備える。ここで、駆動部２３’の延設部２３ｂは、バイモルフ、ユニモルフ、圧電ユニモルフといったピエゾ圧電素子の一種により構成され、図３（ｂ）で示されるように矢印ＡＲ４方向に伸縮する。延設部２３ｂの矢印ＡＲ４方向の伸縮に関しては、図３（ｃ）で示されるように、延設部２３ｂの−Ｘ側の先端周辺に、電圧をゼロから印加することで、延設部２３ｂの−Ｘ側の先端周辺は収縮し、実線位置Ｌ０から破線位置Ｌ１のように＋Ｚ方向に反り返って変形し、さらに、延設部２３ｂの−Ｘ側の先端周辺が破線位置Ｌ１の状態から電圧を下げると、延設部２３ｂの−Ｘ側の先端周辺は伸長し、図３（ｄ）で示されるように、実線位置Ｌ２のように−Ｚ方向に反り返って変形する。なお、駆動部２３’の光軸方向の形成長さＤ”（ここでは、固定部２３ｃの光軸方向の長さに相当する）においても、駆動部２３と同様に撮像モジュールＣＭの光軸方向の形成長さＴよりも短く構成されている。
【００６４】
＜１−２−５．傾動装置の効果＞
以上のように、画像撮影装置１は、撮像レンズと、撮像処理時に撮像レンズを通して形成された被写体像を結像させる画素型の撮像素子ＳＲとを有する撮像モジュールＣＭと、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の外側に配置され、撮像モジュールＣＭを光軸と垂直な面に対して微少量傾動させて傾動処理を実行する傾動装置２２（２２’）とを備えることにより、撮像モジュールＣＭを変更する必要がなく、撮像モジュールＣＭの大型化を回避できるため、画像撮影装置全体の構成が画素ずらしを行う従来の装置と比較して単純になる。また、撮像モジュール自体は従来と同等でよいため、もともとの画像撮影装置の画質を劣化させることもない。
【００６５】
また、傾動装置２２（２２’）は、光軸方向に沿った変位量を撮像モジュールＣＭの所定の被駆動部分（延伸部ＣＭ２）に直接伝達することにより傾動処理を実行する駆動部２３（２３’）を有することから、駆動量は駆動素子の物理定数や形状から求められる上記変位量にのみ依存する。このため、駆動誤差を考慮する必要がなくなり、駆動精度が向上し、高精度の繰り返し再現性が実現できる。その結果、高画質の画像取得が可能となる。
【００６６】
また、駆動部２３（２３’）は、光軸方向に沿って伸縮するピエゾ圧電素子から構成されることにより、傾動処理の処理速度を高速にすることができ、撮影の時間を短縮化することが可能となる。その結果、被写体ブレや手振れの影響を小さくすることが可能となる。
【００６７】
また、駆動部２３（２３’）は、撮像モジュールＣＭに対し光軸と垂直方向に配置されていることにより、撮像モジュールＣＭの光軸方向に厚みを持たせることなく、傾動処理を行える。
【００６８】
さらに、駆動部２３（２３’）の光軸方向の形成長さＤ（Ｄ”）は、撮像モジュールの光軸方向の形成長さＴよりも短いことにより、駆動部２３（２３’）を新たに設けても装置全体として撮像モジュールＣＭの光軸方向に厚みを持たせる必要はなく、薄型の構成を実現できる。
【００６９】
これらの結果、薄型且つ小型構成と高画質出力とを両立させた画像撮影装置１を提供することができる。
【００７０】
＜１−３．斜め画素ずらし＞
続いて、第１実施形態の前提となる斜め画素ずらしについて説明する。以下、この明細書では、半画素とは、撮像素子ＳＲの画素の所定方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分を言うものとする。したがって、画像撮影装置１では、斜め画素ずらし方式を採用し、図４（ｂ）で示されるように撮像素子ＳＲの画素が正方規則配列された複数の画素から構成されるため、当該所定の方向とは、当該正方規則配列の対角方向、すなわち、矢印ＡＲＳ方向（以下、単に「斜め方向」と略称する）となる。
【００７１】
画素ずらしには、正方規則配列の画素構成の場合に、直交する２方向に半画素ずらす方法（以下「ＸＹ画素ずらし」と称し、詳細は後述する。）や配列ピッチの斜め方向に半画素ずらす方法（以下「斜め画素ずらし」と称し、詳細は後述する。）あるいは、六方規則配列の画素構成の場合に直交する２方向にずらす方法等様々なバリエーションがある。また、半画素ずらすのではなく、１／３画素や１／４画素ずらして解像度を更に高めることも可能であり、撮影回数が多い方式ほど、回復可能な情報量が増えるため、高解像にした場合の画質（周波数情報）が向上することが知られている。
【００７２】
ところが、通常の携帯用途のカメラでの撮影を想定した場合は、被写体ブレと手振れの影響は回避できないため、撮影回数を多くすることは一概に高画質化に適しているとは言い難い。
【００７３】
本実施形態の画像撮影装置１では、駆動部２３（２３’）は、傾動処理の前後において、被写体像に対する撮像素子ＳＲの画素の位置を、斜め方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分、斜め方向に（すなわち、斜め方向に半画素分）位置変化させる。
【００７４】
これにより、画素ピッチで決まるよりも高い空間周波数で被写体像をサンプリングすることが可能となる。また、正方規則配列の対角方向に位置変化させる傾動処理を１回行うだけで、正方規則配列における直交する２方向の周波数情報を倍増させることが可能となる。このため、被写体の方向性によらず全体的に画質を均等に向上させることができる。さらに、１回の半画素ずらしによる２回の撮影ですむため、被写体ブレや手振れの影響を最小限に抑えるとともに、半画素の奇数倍分の画素の移動量と比較して、移動量が小さいため、移動誤差を最小限に抑えることが可能となる。
【００７５】
具体的に、画像撮影装置１で実現される斜め画素ずらしの画像処理について説明する。図５は、斜め画素ずらしの画像処理を説明する模式図であり、図５（ａ）は第１画像と第２画像との画素の位置関係を示し、図５（ｂ）は第１画像と第２画像との画素から類推して補間する画素の位置を示し、図５（ｃ）は補間後の表示用画像を示す。
【００７６】
まず、図４（ｂ）で示されるように、撮像素子ＳＲの位置が斜め画素ずらし処理により矢印ＡＲＳ方向に半画素分移動された場合、図５（ａ）で示されるように、傾動処理前の画素の位置である第１画像Ｇ１の画素（以下「第１画素」と称する）Ｐ１から、傾動処理後の画素の位置である第２画像Ｇ２の画素（以下「第２画素」と称する）Ｐ２に移動される。これにより、第１画素Ｐ１の情報に、第２画素Ｐ２の情報が加わる。
【００７７】
そして、図５（ｂ）で示されるように、第１画素Ｐ１の情報と第２画素Ｐ２の情報とからその中間位置Ｃ０の画素情報を類推して、図５（ｃ）で示されるように、新たに類推画素Ｐ３を補間することで、最終的に表示用画像ＧＤを生成する。
【００７８】
これにより、第１画素Ｐ１情報及び第２画素Ｐ２情報に、さらに、類推画素Ｐ３の情報が追加されたため、結果的には第１画素Ｐ１情報だけの場合と比較して４倍の画素情報となり、高解像度画像が得られることになる。
【００７９】
＜１−３−１．傾動による画素ずらしの一般的性質と前提事情＞
ところが、傾動による画素ずらし処理では、像高によって画素ずらし量が異なる問題がある。通常撮像光学系の射影方式は像高をy、焦点距離をf、画角をθとした場合、y=f・tanθの関係がある。画素ずらしのために、微小量傾動した場合の像高の移動量はθの微分で記述されるために、dy/dθ=f/cos2θとなる。つまり、入射角度（像高）によって像高の移動量が変化することになる。
【００８０】
下表１、図６及び図７は、半画角３０度（θ＝６０度）の光学系（焦点距離がf=３．５ｍｍ、画面対角４．０４ｍｍ）において、撮像素子ＳＲの中心で０．５画素ずらしを行った際の像高(y)による画素ずれ量の変動を示している。
【００８１】
【表１】
2013143741.tif 000003
【００８２】
表１は、画角(θ)、像高(y：撮像素子ＳＲの中心からの距離)、dy/dθ、及び、画素ずれ量の関係を数値的に示し、図６は、表１の数値を基にして画素ずれ量と像高との関係を示したグラフである。また、図７は撮像素子ＳＲの位置によって画素ずれ量が異なることを説明する概念図である。
【００８３】
下表１、図６及び図７で示されるように、撮像素子ＳＲの中心で０．５画素の移動でも最周辺では０．６７画素の移動になる。すなわち、傾動の場合は撮像素子ＳＲの位置によって画素ずれ量が異なる現象が生じる。図７で示されるように、撮像素子ＳＲの中心から外側に向かうに従って、回転対称に画素ずれ量が増加し、増加率は周辺にいくほど急になる。このため、全ての領域で同じ画像処理を行うと、逆に画質劣化を引き起こすことになる。
【００８４】
このため、全体のバランスを取るために撮像素子ＳＲの中心を０．４５画素等として全体を０．５画素に近くなるように振り分ける方法（以下、「振り分け方法」と称する）をとることもできるが、画素ずらしの移動量によっては、当該方法で対処できない場合もある。
【００８５】
＜１−３−２．高解像化処理＞
そこで、本実施形態の画像撮影装置１では、傾動での画素ずらしは画素ずれ量が位置によって異なるため、高解像化の画像処理も全体に一様ではなく、画面の位置ごとに異なる処理を行うことが好ましい。
【００８６】
以下、画像撮影装置１で実現される高解像化処理について説明する。図８は、撮像素子ＳＲの位置ごとに異なる処理を施すことについて説明する模式図であり、図８（ａ）は撮像素子ＳＲの中心付近（斜め方向に０．５画素ずれた場合）における画像処理例であり、図８（ｂ）は撮像素子ＳＲの最周辺付近（斜め方向に０．７画素ずれた場合）における画像処理例である。
【００８７】
撮像素子ＳＲの中心付近では、図８（ａ）で示されるように、正方規則配列の対角方向を１とした場合、均等に０．５画素ずれている。このため、画素の補間の場合は先述したように、第１画像Ｇ１の第１画素Ｐ１と第２画像Ｇ２の第２画素Ｐ２との距離が常に等しいために、第１画素Ｐ１の情報と第２画素Ｐ２の情報とから中心位置Ｃ０の類推画素は均一な処理（たとえば上下の第１画素Ｐ１と左右の第２画素Ｐ２との単純平均をとるなどの処理）で算出でき、補間方法は極めて簡単である。
【００８８】
しかしながら、撮像素子ＳＲの最周辺付近では、図８（ｂ）で示されるように、０．５画素よりも多くずれるため、撮影位置は図８（ａ）のように均等ではなくなる。その場合は、単純平均ではなく、補間される画素に近い画素の情報を多くし、遠い画素の情報を少なくするといった重み付き平均による補間（以下、「重み付き補間」と称する）を行うことが好ましい。すなわち、図８（ｂ）の場合においては、中心位置Ｃ１を類推する場合、第１画素Ｐ１１と第２画素Ｐ２１との画素情報を多くし、第１画素Ｐ１２と第２画素Ｐ２２との画素情報を少なくするような補間を行う。また、第２画素Ｐ２１の中心位置Ｃ２への位置補正をする場合には、第１画素Ｐ１１の情報を周辺の第１画素Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４より多く加味して補間を行ってもよい。
【００８９】
なお、図８の例では、撮像素子ＳＲの中心を０．５画素ずらす方法としているが、振り分け方法を採用し全体の画素ずれ量の差を小さくしてから、重み付き補間を採用することも可能である。
【００９０】
そこで、画像撮影装置１では、画像処理部３の演算処理部３６が、撮像素子ＳＲの位置（すなわち、第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２の位置）に応じて画素ずれ量を考慮した画像処理を実施する。すなわち、第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２の位置に応じた重み付き補間を行うことで、全ての領域で最適な処理を行う高解像化処理を実施する。具体的には同程度の画素ずらし量に応じて画面を領域で分割し、領域ごとに異なる補間係数を用いることが好ましい。
【００９１】
＜１−４．駆動速度＞
駆動部２３（２３’）における駆動速度は、上述したように手振れ等の影響があるため駆動速度はゼロに近づけた方が良いが、必要以上に速度を上げると駆動後のダンピング振動による影響や傾動装置の大型化になるため好ましくない。駆動部２３（２３’）の駆動中に駆動量に相当する手振れ等がある場合は、駆動の意味がなくなる。そこで、以下、駆動部２３（２３’）における駆動速度について考察する。
【００９２】
図９は、コンパクトカメラの手持ち撮影において十万サンプル弱で取得した１／３２秒手振れ角度の度数分布の概略図を示す。なお、手振れ角度はピッチ方向およびヨー方向ともにほぼ同様の分布を示すため、図９の分布では合わせて示している。図９で示されるように、手振れ角度約０．０２５度においてピークに至り、その後急激に減少する傾向がわかる。また、概ね０．１度以内収まっていることから、３０ｍｓでの手振れ角度は最大６分程度とみなすことが可能である。後述する実施例（下表２参照）に、本実施形態で想定している画素ずらしの傾動角度が示されている。下表２の条件２−８で示されるように、画素ずらしの傾動角度は０．５−１分程度の範囲であるため、傾動角度を１分程度とした場合には約５ｍｓに相当することになる。このため、手振れの影響を考慮すると、駆動部２３（２３’）における駆動速度は５ｍｓ以下にする必要がある。一方で、駆動誤差としては、傾動角度を０．５分程度した場合に２．５ｍｓに相当するため、その１０％程度の許容ができると考えると、最低０．２５ｍｓ以下で駆動させることは装置の大型化等の副作用が問題になる。
【００９３】
そこで、画像撮影装置１では、傾動装置２２（２２’）の駆動部２３（２３’）による１回の傾動処理に要する時間は、０．２５ｍｓ以上で且つ５ｍｓ以下とする。すなわち、駆動部による１回の傾動処理に要する時間を５ｍｓ以下にすることにより、手振れの影響を最小限に抑えることが可能となる。また、駆動部の画素ずらし駆動時間を０．２５ｍｓ以上にすることにより、駆動後のダンピング振動による影響や傾動装置の大型化を回避することが可能となる。
【００９４】
＜１−５．画像撮影装置１の基本動作＞
図１０は、本実施形態に係る画像撮影装置１において実現される基本動作を説明するフローチャートである。既に各部の個別機能の説明は行ったため（図１参照）、ここでは全体の流れのみ説明する。なお、図１０では、傾動装置２２および２２’のいずれを採用しても同じ工程になるため、傾動装置２２を採用する場合を想定して以下説明する。
【００９５】
図１および図１０に示すように、まず、ステップＳ１において、制御部２０が撮像モジュールＣＭに１回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールＣＭが、被写体の第１画像Ｇ１（図５（ａ）参照）を撮影する。
【００９６】
ステップＳ２Ａにおいて、制御部２０が傾動装置２２の駆動部２３に傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部２３が傾動処理を実施する。これにより、図４（ｂ）で示されるように、撮像素子ＳＲの位置が、矢印ＡＲＳの方向に半画素分移動される。
【００９７】
ステップＳ２Ａと並行して実行されるステップＳ２Ｂでは、撮像モジュールＣＭがステップＳ１で撮影した第１画像Ｇ１を、インターフェース３７を介して画像処理部３に出力する。そして、画像処理部３は入力された第１画像Ｇ１を記憶装置３４に記憶する。
【００９８】
ステップＳ３では、制御部２０が撮像モジュールＣＭに２回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールＣＭが、被写体の第２画像Ｇ２（図５（ａ）参照）を撮影する。
【００９９】
ステップＳ４では、撮像モジュールＣＭがステップＳ３で撮影した第２画像Ｇ２を画像処理部３に出力する。そして、画像処理部３は入力された第２画像Ｇ２を、インターフェース３７を介して記憶装置３４に記憶する。
【０１００】
ステップＳ５では、演算制御部３６が、記憶装置３４に記憶された第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２を用いて画像処理を実施する。具体的に、画像処理方法としては、先述したように、重み付き補間や振り分け方法を組み込んだ重み付き補間を行うことで高解像化処理（図８参照）を実施する。
【０１０１】
ステップＳ６では、演算制御部３６が、ステップＳ５の高解像化処理を経て最終的に得られた表示用画像ＧＤ（図５（ｃ）参照）を生成する。
【０１０２】
ステップＳ７では、得られた表示用画像ＧＤを、制御部２０の指令によって、表示部２８に可視的に出力する。
【０１０３】
＜２．第２実施形態＞
第１実施形態では、画素ずらし処理として１回の移動による斜め画素ずらし処理が施されたが、第２実施形態では、３回の移動によるＸＹ画素ずらし処理が施される。
【０１０４】
第２実施形態における画像撮影装置１Ａの概略構成及びその機能について第１実施形態と異なる点は、図１で示されるように、傾動装置２２（すなわち、駆動部２３，２３’）が傾動装置２２Ａ（すなわち、駆動部２２Ａ）に変更されることにより、制御部２０Ａおよび画像処理部３Ａ（すなわち、演算制御部３６Ａ）が、ＸＹ画素ずらしによる３回の傾動処理に対応した機能として変更される。なお、残余の構成は第１実施形態の装置と同様である。
【０１０５】
図１１は、第２実施形態における画像撮影装置１Ａの外観を示す図であり、図１１（ａ）が撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の開口部２５を上側（＋Ｚ方向）にして画像撮影装置１ＡのＸＹ平面を＋Ｚ方向から見た図であり、図１１（ｂ）が画像撮影装置１Ａの斜視図である。図１１で示されるように、傾動装置２２Ａの具体的構成が第１実施形態と異なるが、残余の構成は第１実施形態と同様である。傾動装置２２Ａは、第１実施形態における傾動装置２２’と似た構成ではあるが、第１実施形態の傾動装置２２’とは、以下の点で異なる。
【０１０６】
まず、(i) 傾動装置２２’では駆動部２３’は単一であったのに対し、傾動装置２２Ａでは直交する２方向にそれぞれ駆動部２３ＡＸ，２３ＡＹが設けられる点で異なる。また、(ii) 傾動装置２２’では延伸部ＣＭ２は支点部２４との関係で撮像モジュールＣＭの矢印ＡＲ１方向（正方対角方向）に位置づけられていたのに対し、傾動装置２２Ａでは延伸部ＣＭ２ｘと支点部２４ＡＸとは、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１においてそれぞれ対向する短辺（Ｙ方向）の中心に位置し両者を結ぶ直線はＸ軸と平行であり、延伸部ＣＭ２ｙと支点部２４ＡＹとは、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１においてそれぞれ対向する長辺（Ｘ方向）の中心に位置し両者を結ぶ直線はＹ軸と平行である。さらに、(iii)延伸部ＣＭ２ｘ，ＣＭ２ｙの位置が延伸部ＣＭ２の位置とは異なることに伴い、延設部２３ｂｘ，２３ｂｙの長さが延設部２３ｂより短くなる。
【０１０７】
図１２および図１３は、ＸＹ画素ずらしの画像処理を説明する模式図である。なお、ＸＹ画素ずらし方式を採用する画像撮影装置１Ａにおける半画素とは、撮像素子ＳＲの画素のＸ方向またはＹ方向における隣接する画素間の距離である配列ピッチの半分を言うものとする。すなわち、図１２で示されるように、撮像素子ＳＲの画素が正方規則配列された複数の画素から構成されるとき、Ｘ方向での半画素とは矢印ＡＲＸ１（ＡＲＸ２）（図１２（ａ）及び１２（ｃ）参照）方向であり、Ｙ方向での半画素とは矢印ＡＲＹ方向（図１２（ｂ）参照）である。
【０１０８】
図１３（ａ）で示されるように、制御部２０Ａの指令により撮像モジュールＣＭにより第１画像Ｇ１が撮影される（図１３（ａ）参照）。そして、図１１で示されるように、制御部２０Ａによって駆動部２３ＡＸの延設部２３ｂｘの＋Ｙ側の先端付近に電圧が印加されて、支点部２４ＡＸを固定（支点部２４ＡＹは固定状態から解放）した状態で延設部２３ｂｘが収縮することで延伸部ＣＭ２ｘが撮像モジュールＣＭを傾動する。これにより、図１２（ａ）で示されるように、撮像素子ＳＲが矢印ＡＲＸ１方向（＋Ｘ方向）に半画素分移動し、制御部２０Ａの指令により撮像モジュールＣＭが第１画像Ｇ２Ａ（図１３（ｂ）参照）を撮影する。
【０１０９】
続いて、制御部２０Ａによって駆動部２３ＡＹの延設部２３ｂｙの−Ｘ側の先端付近に電圧が印加されて、支点部２４ＡＹを固定（支点部２４ＡＸは固定状態から解放）した状態で延設部２３ｂｙの−Ｘ側の先端付近が収縮することで延伸部ＣＭ２ｙが撮像モジュールＣＭを傾動する（図１１参照）。これにより、図１２（ｂ）で示されるように、撮像素子ＳＲが矢印ＡＲＹ方向（−Ｙ方向）に半画素分移動し、制御部２０Ａの指令により撮像モジュールＣＭが第１画像Ｇ２Ｂ（図１３（ｃ）参照）を撮影する。
【０１１０】
さらに、制御部２０Ａによって駆動部２３ＡＸの延設部２３ｂｘの＋Ｙ側の先端付近に電圧が印加されて、支点部２４ＡＸを固定した状態で延設部２３ｂｘの＋Ｙ側の先端付近が収縮することで延伸部ＣＭ２ｘが撮像モジュールＣＭを傾動する（図１１参照）。これにより、図１２（ｃ）で示されるように、撮像素子ＳＲが矢印ＡＲＸ２方向（−Ｘ方向）に半画素分移動し、制御部２０Ａの指令により撮像モジュールＣＭが第１画像Ｇ２Ｃ（図１３（ｄ）参照）を撮影する。
【０１１１】
最後に、演算制御部３６Ａが、第１画像Ｇ１および第２画像Ｇ２Ａ〜Ｇ２Ｃを用いて画像処理を実施した後、表示用画像ＧＤ（図１３（ｄ）参照）を生成する。
【０１１２】
＜２−１．画像撮影装置１Ａの基本動作＞
続いて、図１４及び図１５は、第２実施形態に係る画像撮影装置１Ａの動作フローを例示した図である。このＸＹ画素ずらしを採用する第２実施形態では、第１実施形態の斜め画素ずらしによる１回の傾動処理とは異なり、計３回の傾動処理が行われることで、下記の工程のように変更される。
【０１１３】
まず、ステップＳＳ１において、制御部２０Ａが撮像モジュールＣＭに１回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールＣＭが、被写体の第１画像Ｇ１（図１３（ａ）参照）を撮影する。
【０１１４】
ステップＳＳ２Ａにおいて、制御部２０Ａが傾動装置２２Ａの駆動部２３ＡＸに傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部２３ＡＸが傾動処理を実施する。これにより、図１２（ａ）で示されるように、撮像素子ＳＲの位置が、矢印ＡＲＸ１の方向に半画素分移動される。
【０１１５】
ステップＳＳ２Ａと並行して実行されるステップＳＳ２Ｂでは、撮像モジュールＣＭがステップＳＳ１で撮影した第１画像Ｇ１を、インターフェース３７を介して画像処理部３Ａに出力する。そして、画像処理部３Ａは入力された第１画像Ｇ１を記憶装置３４に記憶する。
【０１１６】
ステップＳＳ３では、制御部２０Ａが撮像モジュールＣＭに２回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールＣＭが、被写体の第２画像Ｇ２Ａ（図１３（ｂ）参照）を撮影する。
【０１１７】
ステップＳＳ４Ａにおいて、制御部２０Ａが傾動装置２２Ａの駆動部２３ＡＹに傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部２３ＡＹが傾動処理を実施する。これにより、図１２（ｂ）で示されるように、図１２（ａ）における撮像素子ＳＲの位置が、矢印ＡＲＹの方向に半画素分移動される。
【０１１８】
ステップＳＳ４Ａと並行して実行されるステップＳＳ４Ｂでは、撮像モジュールＣＭがステップＳＳ３で撮影した第１画像Ｇ２Ａを、インターフェース３７を介して画像処理部３Ａに出力する。そして、画像処理部３Ａは入力された第１画像Ｇ２Ａを記憶装置３４に記憶する。
【０１１９】
ステップＳＳ５では、制御部２０Ａが撮像モジュールＣＭに３回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールＣＭが、被写体の第２画像Ｇ２Ｂ（図１３（ｃ）参照）を撮影する。
【０１２０】
ステップＳＳ６Ａにおいて、制御部２０Ａが傾動装置２２Ａの駆動部２３ＡＸに傾動処理を行うよう指令を与え、駆動部２３ＡＸが傾動処理を実施する。これにより、図１２（ｃ）で示されるように、図１２（ｃ）における撮像素子ＳＲの位置が、矢印ＡＲＸ２の方向に半画素分移動される。
【０１２１】
ステップＳＳ６Ａと並行して実行されるステップＳＳ６Ｂでは、撮像モジュールＣＭがステップＳＳ５で撮影した第１画像Ｇ２Ｂを、インターフェース３７を介して画像処理部３Ａに出力する。そして、画像処理部３Ａは入力された第１画像Ｇ２Ｂを記憶装置３４に記憶する。
【０１２２】
ステップＳＳ７では、制御部２０Ａが撮像モジュールＣＭに４回目の撮影をするよう指令を与え、撮像モジュールＣＭが、被写体の第２画像Ｇ２Ｃ（図１３（ｄ）参照）を撮影する。
【０１２３】
ステップＳＳ８では、撮像モジュールＣＭがステップＳＳ７で撮影した第１画像Ｇ２Ｃを、インターフェース３７を介して画像処理部３Ａに出力する。そして、画像処理部３Ａは入力された第１画像Ｇ２Ｃを記憶装置３４に記憶する。
【０１２４】
ステップＳＳ９では、演算制御部３６Ａが、記憶装置３４に記憶された第１および第２Ａ〜２Ｃ画像を用いて画像処理を実施する。具体的に、画像処理方法としては、重み付き補間や振り分け方法を組み込んだ重み付き補間を行うことで高解像化処理を実施する。
【０１２５】
ステップＳＳ１０では、演算制御部３６Ａが、ステップＳＳ９の高解像化処理を経て最終的に得られた表示用画像ＧＤを生成する。
【０１２６】
ステップＳＳ１１では、得られた表示用画像ＧＤを、制御部２０Ａの指令によって、表示部２８に可視的に出力する。
【０１２７】
＜３．第３実施形態＞
画像撮影において、画像のトリミングによる電子ズーム機能が一般的に知られているが、トリミングを施すことで画素数が減少するため光学ズームと比較すると解像度が減少する。一方、傾動による画素ずらしは、y=f・tanθの関係があるため、先述したように、像高、すなわち、画角によって画素ずらし量が異なってくる。
【０１２８】
そこで、第３実施形態における画像撮影装置１Ｂでは、電子ズーム機能で所望の領域をトリミングして、当該領域ついてのみ画素ずらし（斜め画素ずらし、または、ＸＹ画素ずらし）における高解像化処理を実施する。これにより、半画素の画素ずらしの場合は、光学２倍ズーム相当の出力が可能であり、１／３の画素ずらしの場合は、光学３倍ズーム相当の出力が可能となる。したがって、画像のトリミング領域において、先述の高解像化処理により画素ずらし量の差の影響を補正できることに加えて、光学的に画角を変更する光学ズーム部を用いて撮像された画像と同等の解像度を有する画像を表示用画像ＧＤとして得ることが可能となる。
【０１２９】
図１６は、本発明の第３実施形態における画像撮影装置１Ｂにおいて、電子ズーム機能を組み合わせて高解像画像を取得するために実現される概略的な機能構成について説明する。機能的な構成について第１実施形態（または第２実施形態）と異なる点は、上述したように、電子ズーム部３８が付加されることにより、制御部２０Ｂおよび画像処理部３Ｂ（すなわち、演算制御部３６Ｂ）が、電ズームに対応した機能として変更される。なお、残余の構成は第１実施形態（または第２実施形態）の装置と同様である（図１参照）。
【０１３０】
図１６で示されるように、電子ズーム部３８では、撮像素子ＳＲに結像された画像の一部を切り出して撮影倍率を変化させる。そして、演算制御部３６Ｂが、電子ズーム部３８によって切り出された領域において、選択的に画像処理を実行する。
【０１３１】
＜３−１．画像撮影装置１Ｂの基本動作＞
続いて、図１７は、第３実施形態に係る画像撮影装置１Ｂの動作フローを例示する図である。第３実施形態では、第１及び第２実施形態では存在しなかった電子ズーム部３８が付加されたことで、下記の工程のように変更される。なお、第３実施形態では、傾動装置２２，２２’及び２２Ａのいずれも採用することもできるが、図１７では、第１実施形態（傾動装置２２，２２’）を採用する場合を想定して以下説明する。
【０１３２】
まず、図１７で示されるように、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４では、第１実施形態のステップＳ１〜ステップＳ４と同様の工程が実施される。
【０１３３】
このように、第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２が記憶装置３４に記憶された後、一旦、表示部２８にて第１画像Ｇ１（または第２画像Ｇ２）が表示される。
【０１３４】
そして、ステップＳＴ５に進む前に、操作者が電子ズーム情報を、操作部２１を介して画像撮影装置１Ｂに入力する。そして、制御部２０Ｂが当該電子ズーム情報を電子ズーム部３８に入力する。
【０１３５】
ここにおける「電子ズーム情報」とは、操作者が画像内においてズームしたい領域を特定する情報である。なお、画像の所定の特定領域を常にズームしたい場合には、予めその情報を入力することで自動的に設定しておくこともできる。
【０１３６】
ステップＳＴ５では、電子ズーム部３８は、入力された電子ズーム情報に基づいて、第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２の一部をそれぞれ切り出して撮影倍率を変化させる。
【０１３７】
ここで、電子ズーム部３８は、切り出された第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２の領域のみを記憶装置３４に記憶することが好ましい。これは、第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２の全体を記憶する場合と比較して、トリミング領域のみを記憶する場合は、記憶容量が少なくてすむためである。
【０１３８】
ステップＳＴ６では、演算制御部３６Ｂが、記憶装置３４に記憶された第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２のトリミング領域を用いて画像処理を実施する。具体的に、画像処理方法としては、第１および第２画像Ｇ１，Ｇ２のトリミング領域において、重み付き補間等を行うことで高解像化処理を実施する。
【０１３９】
ステップＳＴ７では、演算制御部３６Ｂが、ステップＳＴ６の高解像化処理を経て最終的に得られたトリミング領域における表示用画像ＧＤを生成する。
【０１４０】
ステップＳＴ８では、得られた表示用画像ＧＤを、制御部２０Ｂの指令によって、表示部２８に可視的に出力する。
【０１４１】
＜４．実施例＞
下表２は、図２および図３で示された画像撮影装置１，１Ａがベースとされて、撮像レンズ、撮像素子及び駆動部の構成及び機能が適宜変更された本発明における画像撮影装置を例示する。
【０１４２】
【表２】
2013143741.tif 000004
【０１４３】
表２で示されるように、撮像レンズの構成としては、(条件１−１)焦点距離ｆ（ｍｍ）、(条件１−２) レンズの明るさを表すＦ値、(条件１−３)撮像レンズの厚みに関係する撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１における光軸方向の形成長さＴ（ｍｍ）、(条件１−４)全画角θ（度）、が変更された。
【０１４４】
また、撮像素子の構成としては、(条件２−１)画素ピッチ（μｍ）、(条件２−２) Ｘ（横）方向における画素数、(条件２−３) Ｙ（縦）方向における画素数、(条件２−４)対角（ｍｍ）、が変更された。
【０１４５】
さらに、駆動部の構成及び機能としては、(条件３−１)素子の種類、(条件３−２) 画素ずらしの方式、(条件３−３) 素子の光軸方向の長さ（ｍｍ）、(条件３−４)印加する電圧（Ｖ）、(条件３−５)駆動部と支点部との距離（ｍｍ）、(条件３−６)画素ずらし量（μｍ）、(条件３−７) 駆動部（素子）の光軸方向の変位量（ｍｍ）、(条件３−８)撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の水平面に対する傾動角度（分）、が変更された。
【０１４６】
なお、(条件３−１) 素子の種類としては、実施例１，２及び４が画像撮影装置１と同様にピエゾ圧電素子を用いて構成される。一方、実施例３及び５は、ピエゾ膜が撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の下方、すなわち、フレキ基板２６上に配置されて構成されるが、本発明では、傾動装置は撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の外側に配置されることが前提であるため、本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。したがって、実施例３及び５における所定の被駆動部分は、撮像モジュールＣＭの本体部ＣＭ１の下面に相当することになる。
【０１４７】
＜５．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１４８】
※  本実施形態では、画像撮影装置１（１’），１Ａ，１Ｂを個別に実施されるように各実施形態に分けて記載したが、これらの個別機能は、互いに矛盾しない限り、相互に組み合わせてもよい。
【０１４９】
※  本実施形態では、駆動部２３，２３’はピエゾ圧電素子を用いて構成されたが、有機圧電素子であってもよい。高分子の有機圧電材料としては、例えば、フッ化ビニリデンを主成分とするものとしてポリフッ化ビニリデン、あるいは、ポリフッ化ビニリデン系共重合体、ポリシアン化ビニリデンがあるが、これらに限られない。
【０１５０】
また、駆動部２３，２３’は超磁歪素子であってもよい。超磁歪素子は、磁界中で大きな弾性変形と大きな機械的力とを発現するため好ましい。超磁歪材料としては、例えば、テルビウム、ディスプロシウム及び鉄からなる単結晶超磁歪素子があるが、これに限られない。
【符号の説明】
【０１５１】
１，１’，１Ａ，１Ｂ  画像撮影装置
３，３Ａ，３Ｂ  画像処理部
２０，２０Ａ，２０Ｂ  制御部
２２，２２’，２２Ａ  傾動装置
２３，２３’，２３ＡＸ，２３ＡＹ  駆動部
２３ｂ，２３ｂｘ，２３ｂｙ  延設部
２３ｃ，２３ｃｘ，２３ｃｙ  固定部
２４，２４ＡＸ，２４ＡＹ  支点部
２８  表示部
３６，３６Ａ，３６Ｂ  演算制御部
３８  電子ズーム部
ＣＭ  撮像モジュール
ＣＭ２，ＣＭ２ｘ，ＣＭ２ｙ  延伸部
Ｇ１  第１画像
Ｇ２，Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂ，Ｇ２Ｃ  第２画像
【図１】
2013143741.tif 000005
【図２】
2013143741.tif 000006
【図３】
2013143741.tif 000007
【図４】
2013143741.tif 000008
【図５】
2013143741.tif 000009
【図６】
2013143741.tif 000010
【図７】
2013143741.tif 000011
【図８】
2013143741.tif 000012
【図９】
2013143741.tif 000013
【図１０】
2013143741.tif 000014
【図１１】
2013143741.tif 000015
【図１２】
2013143741.tif 000016
【図１３】
2013143741.tif 000017
【図１４】
2013143741.tif 000018
【図１５】
2013143741.tif 000019
【図１６】
2013143741.tif 000020
【図１７】
2013143741.tif 000021