(57)【要約】【課題】各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得る。【解決手段】外部レンズ（１）の位置を第１の光軸（１６）方向に移動させることにより、第１の光軸上の焦点位置と、第１の撮像素子（６）の位置とを一致させ、外部レンズの位置を特定し、さらに、特定した外部レンズの位置において、第２の撮像素子（７）を第２の光軸（１７）方向に移動させることにより、第２の光軸上の焦点位置と、第２の撮像素子の位置とを一致させ、第２の撮像素子の位置を特定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長帯域に対して、第１の波長帯域に対応した第１の撮像素子、および第２の波長帯域に対応した第２の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置であって、
前記外部レンズの位置を前記第１の撮像素子が受光する第１の波長帯域光の第１の光軸方向に移動させることにより、前記第１の光軸上の焦点位置と、前記第１の撮像素子の位置とを一致させ、前記外部レンズの位置を特定する第１の移動機構と、
前記第１の移動機構が特定した前記外部レンズの位置において、前記第２の撮像素子を、前記第２の撮像素子が受光する第２の波長帯域光の第２の光軸方向に移動させることにより、前記第２の光軸上の焦点位置と、前記第２の撮像素子の位置とを一致させ、前記第２の撮像素子の位置を特定する第２の移動機構と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記第２の移動機構は、外部指令に基づき、前記第２の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、前記第２の撮像素子を順次移動させる電動機構部から構成され、
撮像素子が撮像する映像ソースとして、映像信号の最大周波数成分を検出することのできる基準パターンが用いられ、
前記第２の撮像素子が前記第２の波長帯域光を用いて撮像した前記映像ソースに基づき、前記第２の撮像素子が位置する前記各測定点におけるそれぞれの第２の映像信号を生成する映像生成部と、
前記電動機構部に前記外部指令を出し、前記第２の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた前記各測定点に、前記第２の撮像素子を順次移動させ、前記映像生成部が前記各測定点において生成した前記第２の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、前記各測定点に対応して算出したそれぞれの前記第２の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、前記電動機構部によって、前記第２の撮像素子を移動させる制御部と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記電動機構部は、モータ、アクチュエータ、またはピエゾ素子を用いて構成される
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の撮像装置において、
前記第２の光軸に対して、前記第２の撮像素子を前記第２の光軸方向に移動させる光軸調整ネジと、
前記第２の光軸に対して、前記第２の撮像素子の傾きを変える傾き調整ネジと、
前記第２の光軸に対して、前記第２の撮像素子を回転させる固定ネジと
をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記外部指令に基づき、前記第１の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、前記第１の撮像素子を順次移動させるための第１の撮像素子用電動機構部をさらに備え、
前記映像生成部は、前記第１の撮像素子が前記第１の波長帯域光を用いて撮像した前記映像ソースに基づき、前記第１の撮像素子が位置する前記各測定点におけるそれぞれの第１の映像信号を生成し、
前記制御部は、前記第１の撮像素子用電動機構部に前記外部指令を出し、前記第１の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた前記各測定点に、前記第１の撮像素子を順次移動させ、前記映像生成部が前記各測定点において生成した前記第１の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、前記各測定点に対応して算出したそれぞれの前記第１の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、前記第１の撮像素子用電動機構部によって、前記第１の撮像素子を移動させる
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
異なる波長帯域に対して、第１の波長帯域に対応した第１の撮像素子、および第２の波長帯域に対応した第２の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置で実行される焦点位置調整方法であって、
前記外部レンズの位置を前記第１の撮像素子が受光する第１の波長帯域光の第１の光軸方向に移動させることにより、前記第１の光軸上の焦点位置と、前記第１の撮像素子の位置とを一致させ、前記外部レンズの位置を特定する第１の焦点位置調整ステップと、
前記第１の焦点位置調整ステップによって、特定された前記外部レンズの位置において、前記第２の撮像素子を前記第２の撮像素子が受光する第２の波長帯域光の第２の光軸方向に移動させることにより、前記第２の光軸上の焦点位置と、前記第２の撮像素子の位置とを一致させ、前記第２の撮像素子の位置を特定する第２の焦点位置調整ステップを備え、
撮像素子が撮像する映像ソースとして、映像信号の最大周波数成分を検出することのできる基準パターンが用いられ、
前記第２の焦点位置調整ステップは、
前記第２の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、前記第２の撮像素子を順次移動させる移動ステップと、
前記第２の撮像素子が前記第２の波長帯域光を用いて撮像した前記映像ソースに基づき、前記第２の撮像素子が位置するそれぞれの測定点における第２の映像信号を生成する映像生成ステップと、
前記移動ステップによって、前記複数の測定点における各測定点に、前記第２の撮像素子を順次移動させ、前記映像生成ステップによって、前記各測定点において生成された前記第２の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、前記各測定点に対応して算出したそれぞれの前記第２の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、前記移動ステップによって、前記第２の撮像素子を移動させる制御ステップと
を有することを特徴とする焦点位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる波長帯域に対して、各波長帯域に対応した複数の撮像素子を備え、レンズ交換後のそれぞれの撮像素子に対する焦点位置のずれを個別に正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の１つとして、異なる波長帯域の光を撮像するために、各波長帯域に対応した複数の撮像素子を備える内視鏡装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような撮像装置において、レンズの焦点位置を調整する場合には、撮像素子に対してレンズの位置を移動させるフランジバック調整を一般的に行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９６２１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に記載の撮像装置において、例えば、レンズを交換した場合には、レンズ個々の色収差の特性の違いから、レンズ交換前後で焦点位置がずれてしまう。そのため、従来においては、フランジバック調整にてレンズの位置を移動させることにより、焦点位置のずれを補正していた。
【０００５】
しかしながら、撮像する光の波長帯域の範囲が広く、かつ、不特定多数のレンズを組み合わせた撮像装置を使用する場合には、フランジバック調整だけでは焦点位置のずれを正確に補正できない。
【０００６】
例えば、異なる波長帯域の範囲が広い光を撮像する一例として、可視領域光および赤外領域光を撮像する場合を挙げると、焦点位置のずれの問題が顕在化する。すなわち、可視領域光を撮像する場合に、フランジバック調整にてレンズの位置を移動させることにより可視領域に対応する撮像素子に対する焦点位置を調整できる。しかしながら、このレンズの位置において、赤外領域光を撮像する場合には、焦点位置が赤外領域に対応する撮像素子に対して必ずしも一致せず、ずれることが生じる。
【０００７】
このように、フランジバック調整によりレンズの位置を移動させるだけでは、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整できないため、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することができなかった。
【０００８】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における撮像装置は、異なる波長帯域に対して、第１の波長帯域に対応した第１の撮像素子、および第２の波長帯域に対応した第２の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置であって、外部レンズの位置を第１の撮像素子が受光する第１の波長帯域光の第１の光軸方向に移動させることにより、第１の光軸上の焦点位置と、第１の撮像素子の位置とを一致させ、外部レンズの位置を特定する第１の移動機構と、第１の移動機構が特定した外部レンズの位置において、第２の撮像素子を、第２の撮像素子が受光する第２の波長帯域光の第２の光軸方向に移動させることにより、第２の光軸上の焦点位置と、第２の撮像素子の位置とを一致させ、第２の撮像素子の位置を特定する第２の移動機構とを備えるものである。
【００１０】
また、本発明における焦点位置調整方法は、異なる波長帯域に対して、第１の波長帯域に対応した第１の撮像素子、および第２の波長帯域に対応した第２の撮像素子と、外部レンズとを備える撮像装置で実行される焦点位置調整方法であって、外部レンズの位置を第１の撮像素子が受光する第１の波長帯域光の第１の光軸方向に移動させることにより、第１の光軸上の焦点位置と、第１の撮像素子の位置とを一致させ、外部レンズの位置を特定する第１の焦点位置調整ステップと、第１の焦点位置調整ステップによって、特定された外部レンズの位置において、第２の撮像素子を第２の撮像素子が受光する第２の波長帯域光の第２の光軸方向に移動させることにより、第２の光軸上の焦点位置と、第２の撮像素子の位置とを一致させ、第２の撮像素子の位置を特定する第２の焦点位置調整ステップを備え、撮像素子が撮像する映像ソースとして、映像信号の最大周波数成分を検出することのできる基準パターンが用いられ、第２の焦点位置調整ステップは、第２の光軸方向に対する所定の範囲内に設けられた複数の測定点における各測定点に、第２の撮像素子を順次移動させる移動ステップと、第２の撮像素子が第２の波長帯域光を用いて撮像した映像ソースに基づき、第２の撮像素子が位置するそれぞれの測定点における第２の映像信号を生成する映像生成ステップと、移動ステップによって、複数の測定点における各測定点に、第２の撮像素子を順次移動させ、映像生成ステップによって、各測定点において生成された第２の映像信号の最大周波数成分をそれぞれ算出し、各測定点に対応して算出したそれぞれの第２の映像信号の最大周波数成分の中で、最大値を取る測定点の位置に、移動ステップによって、第２の撮像素子を移動させる制御ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明における撮像装置および焦点位置調整方法によれば、レンズ交換後における各波長帯域の焦点位置と、各波長帯域に対応する撮像素子の位置とを一致させる移動機構を備えることにより、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整でき、レンズ交換前後における焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置および焦点位置調整方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における撮像装置が撮像素子の位置とレンズの焦点位置とを一致させる動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４における撮像装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４において、図５における第２の撮像素子基板を上からみた断面図である。
【図７】レンズに入射する光の波長によって焦点距離が異なることを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の撮像装置および焦点位置調整方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
はじめに、本発明の技術的特徴を明確にするために、従来技術の課題について、図７を参照して、詳細に説明する。図７は、レンズに入射する光の波長によって焦点距離が異なることを説明するための説明図である。
【００１５】
この図７（ａ）において、様々な波長を含んだ光７１がプリズム７２に入射すると、図示するように、青色光７３（波長：４００ｎｍ程度）の曲がり方と比較して、赤色光７４（波長：７００ｎｍ程度）の曲がり方が相対的に小さくなることが分かる。これは、ガラスの屈折率が入射する光の波長によって異なるためである。
【００１６】
また、レンズ７５は、プリズム７２の集合体であるため、図７（ｂ）に示したように、青色光７３に対する焦点距離７３ａの方が、赤色光７４の光に対する焦点距離７４ａよりも短くなることが分かる。このように、レンズに入射する光の波長が短波長である程、焦点距離が短くなる。
【００１７】
このような現象を抑制するために、プリズムにおいては、分散の異なる２種類の素材を使い、正のプリズム効果、および負のプリズム効果を同時に持たせている。同様に、レンズにおいても、光の波長による屈折率の変化の少ない素材を使用した凸レンズと、変化の大きな素材を使用した凹レンズとを組合せることにより構成している。
【００１８】
そして、このような組合せを行うことによって、レンズに入射する光の波長の違いによる焦点距離の変化を抑えることができる。しかしながら、実際には、色収差を完全にゼロにすることはできない。また、レンズに入射する光に含まれる波長が可視領域（波長：４００〜６００ｎｍ程度）であれば、焦点距離の変化を抑えることができても、例えば、紫外領域から可視領域を含み赤外領域までの広帯域に渡る場合には、その変化を抑えることが非常に困難である。したがって、同種のレンズであっても、光の波長による焦点距離の変化量の度合いが異なるといった個体差が生じているのが現状である。
【００１９】
そのため、撮像装置の外部レンズを交換する場合には、上述したように、外部レンズ個々の色収差の特性の違い（個体差）から、外部レンズ交換前の焦点距離と外部レンズ交換後の焦点距離とが異なっているため、この焦点位置のずれを補正しなければならない。
【００２０】
従来では、このような外部レンズの個体差に起因した焦点位置のずれを補正するために、フランジバック調整を行う。しかしながら、撮像のために、外部レンズに入射する光の波長帯域が広く、かつ、その外部レンズが不特定多数のレンズの組合せで構成されている場合には、焦点位置のずれを正確に補正することが困難であり、調整手段も確立されていなかった。
【００２１】
すなわち、外部レンズに入射する光に含まれる波長が、例えば、可視領域および赤外領域の場合において、外部レンズ交換後に、可視領域光に合わせて、フランジバック調整にて焦点位置のずれを補正したとする。しかしながら、外部レンズの個体差により、補正後のレンズの位置が、赤外領域光の焦点距離に適した位置になるとは限らない。
【００２２】
さらに、具体的に説明すると、例えば、可視領域の光像を可視領域に対応する撮像素子により撮像し、撮像した画像をモニタで確認しながら、外部レンズの位置を調整することにより、光軸上の焦点位置と撮像素子の位置とを一致させることができる。
【００２３】
しかしながら、この状態において、可視領域とは異なる赤外領域の光像を赤外領域に対応する撮像素子により撮像しようとした場合、外部レンズの個体差により、補正後のレンズの位置に応じた光軸上の焦点位置と赤外領域に対応する撮像素子の位置とが必ずしも一致しないために焦点距離が合わず、撮像画像がぼやけてしまう問題が生じていた。
【００２４】
ここで、本発明においては、外部レンズを交換した場合に生じる焦点位置のずれを補正するには、複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整するという技術的特徴を有す。具体的には、撮像装置に具備される撮像素子の位置と、撮像素子が受光する光の波長領域によって決まる外部レンズの焦点位置とを一致させる移動機構を備える点を技術的特徴としている。
【００２５】
次に、この技術的特徴である移動機構を備えた撮像素子を有す撮像装置について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。この図１における撮像装置は、外部レンズ１、外部レンズマウントアダプタ２、第１の光学フィルタ３、ダイクロイックプリズム４、第２の光学フィルタ５、第１の撮像素子６、第２の撮像素子７、第１の映像生成部８、第２の映像生成部９、映像信号合成部１０、制御部１１、第１の位置センサ１２、第２の位置センサ１３、スイッチ１４、撮像装置筐体１５、および電動機構部２０を備える。
【００２６】
なお、本実施の形態１における撮像装置においては、第１の光学フィルタ３および第２の光学フィルタ５を使用しているが、これに限定されない。すなわち、必要に応じて、これらの光学フィルタの除去、新しい光学フィルタの追加を行うことができる。
【００２７】
また、焦点位置調整機能の機構部（第２の移動機構）に相当する電動機構部２０は、モータ駆動部２１、モータ２２、モータ軸２３、ギア２４、およびラック２５を備える。
【００２８】
外部レンズ１を通過する第１の波長帯域の光は、外部レンズ１によって集光される。そして、集光された第１の波長帯域の光は、第１の光軸１６の途中位置にある外部レンズマウントアダプタ２、第１の光学フィルタ３、ダイクロイックプリズム４、第２の光学フィルタ５を通過し、第１の撮像素子６の受光面で結像する。そして、第１の撮像素子６は、受光面で結像された光学像を電気信号に変換する。
【００２９】
一方、外部レンズ１を通過する第２の波長帯域の光も、同様に、外部レンズ１によって集光される。そして、集光された第２の波長帯域の光は、第２の光軸１７の途中位置にある外部レンズマウントアダプタ２、第１の光学フィルタ３を通過し、さらに、ダイクロイックプリズム４によって、９０°の方向に反射し、第２の撮像素子７の受光面で結像する。そして、第２の撮像素子７は、受光面で結像された光学像を電気信号に変換する。
【００３０】
第１の映像生成部８は、第１の撮像素子６が変換した電気信号に基づいて、第１の映像信号を生成する。同様に、第２の映像生成部９は、第２の撮像素子７が変換した電気信号に基づいて、第２の映像信号を生成する。
【００３１】
映像信号合成部１０は、第１の映像生成部８が生成した第１の映像信号、および第２の映像生成部９が生成した第２の映像信号を合成し、合成映像信号を生成する。
【００３２】
制御部１１は、電動機構部２０に具備されるモータ駆動部２１の動作を制御する。モータ駆動部２１は、制御部１１の指示に基づき、モータ２２のモータ軸２３を回転させる。
【００３３】
そして、モータ軸２３が回転することにより、モータ軸２３に取り付けられたギア２４は、モータ軸２３の回転方向と同じ方向に回転する。さらに、ギア２４が回転することにより、ギア２４にかみ合ったラック２５が図１の紙面上での上下方向に動くため、ラック２５に取り付けられた第２の撮像素子７は、上下方向に移動する。これにより、第２の撮像素子７の位置が、可能な限り第２の光軸１７上の焦点位置に一致するように調整することが可能となる。
【００３４】
なお、第２の撮像素子７は、図１に示すように、第１の位置センサ１２から第２の位置センサ１３までの範囲を上下方向に移動可能となっている。そこで、以降では、第２の撮像素子７が位置することのできる最上部（第１の位置センサ１２の設置箇所）を最大（ＭＡＸ）位置、最下部（第２の位置センサ１２の設置箇所）を最小（ＭＩＮ）位置と称す。
【００３５】
スイッチ１４は、制御部１１の動作を開始させるためのスイッチであり、スイッチをＯＮにすれば、制御部１１が焦点位置調整の動作を開始する。
【００３６】
次に、本実施の形態１における撮像装置の動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態１における撮像装置が撮像素子の位置とレンズの焦点位置とを一致させる動作を説明するためのフローチャートである。
【００３７】
なお、図２のフローチャートは、図１の構成に基づいて、第２の撮像素子７の位置調整を電動で行う際の一連処理を示している。そして、この一連処理の前段階として、第１の撮像素子６に関する焦点位置の調整が、従来と同様のフランジバック調整機構（第１の移動機構）により行われていることを前提としている。
【００３８】
すなわち、ユーザが外部レンズを交換した場合には、一般的に行われるフランジバック調整として、外部レンズ１または外部レンズマウントアダプタ２にて、映像信号に基づいて、モニタ（図示せず）に表示される画像を目視で確認しながら、第１の光軸１６上の焦点位置の手動調整がユーザによって行われる。
【００３９】
次に、第２の光軸１７上の焦点位置の調整を行うため、第２の撮像素子７により、基準パターンから構成される映像ソースからの第２の波長帯域の光を撮像する。なお、撮像素子が撮像する映像ソースとしては、映像信号の最大周波数成分を検出することのできる基準パターン（例えば、モノスコチャート）が用いられる。これにより、第２の映像生成部９は、移動する第２の撮像素子７の位置に応じて、モノスコチャートに基づく高周波成分を含む第２の映像信号を生成することができ、かつ、焦点が合った位置において周波数成分が最大となる。
【００４０】
なお、第２の撮像素子７の各ステップ（各位置）における第２の映像信号に基づいて、制御部１１が以下のような動作を行うことにより、第２の光軸１７上の焦点位置を見つけることができる。すなわち、図２の右上に示したグラフのように、各ステップの撮像素子の位置における映像信号の最大周波数成分をプロットすると、最もピントが合うことにより得られる最大値（ピーク値）を求めることができる。そして、この最大値を取る位置が第２の光軸１７上の焦点位置に相当する。
【００４１】
したがって、制御部１１は、第２の撮像素子７の各ステップにおいて、第２の映像生成部９により生成された第２の映像信号における信号周波数成分の最大周波数成分を求める。そして、制御部１１は、各ステップにおける最大周波数成分の中で、最大値をとる位置が第２の光軸１７上の焦点位置と判断する。
【００４２】
なお、制御部１１は、スイッチ１４がＯＮとなった入力に基づき、図２に示したフローチャートにしたがって、以下のような動作を開始することとなる。また、この動作は、レンズ交換時に限らず、ユーザの選択に応じて、どのタイミングで行ってもよい。
【００４３】
まず、制御部１１は、ステップＳ２０１にて、第２の撮像素子７を最小位置に移動させるようにモータ駆動部２１に対して指示する。次に、制御部１１は、ステップＳ２０２にて、第２の撮像素子７を最大位置の方向へ１ステップ移動させるようにモータ駆動部２１に対して指示する。
【００４４】
なお、最小位置から最大位置までの所定の範囲内に設けられる複数のステップ（測定点）に対して、１ステップあたりの移動幅（ステップ幅）が小さいほど、より高精度に焦点位置を見つけることができ、必要とされる精度レベルに応じてあらかじめ規定しておけばよい。また、第２の撮像素子７が所定の範囲を１ステップずつ移動していく場合において、ステップ幅が常に一定である必要はなく、移動途中でステップ幅を変更するように規定してもよい。すなわち、焦点が合う位置を特定するために、複数の位置に第２の撮像素子７を移動させることができればよい。
【００４５】
次に、制御部１１は、ステップＳ２０３にて、第２の映像生成部９が生成した第２の撮像素子７の現在の位置（ステップＳ２０２で移動した位置）における第２の映像信号について、最大周波数成分（信号周波数成分の最大値）を算出する。なお、以降では、この最大周波数成分を算出周波数成分と称す。
【００４６】
次に、制御部１１は、ステップＳ２０４にて、ステップＳ２０３で算出した算出周波数成分と、自身に具備される記憶部（図示せず）に記憶している周波数成分（以降では、記憶周波数成分と称す）とを比較して、算出周波数成分の方が大きいか否かを判断する。
【００４７】
なお、第１回目の処理の場合においては、記憶部には、初期値として０が記憶されているので、算出周波数成分の方が大きいと判断して、以降のステップ処理を実行する。また、記憶部として、例えば、不揮発性メモリといったものが用いられるが、特に限定されるものではない。
【００４８】
制御部１１は、ステップＳ２０４で算出周波数成分が記憶周波数成分より大きいと判断すれば、ステップＳ２０５にて、算出周波数成分とその値が得られた第２の撮像素子７の位置とを関連付けて記憶部に記憶し直し、この値を記憶周波数成分とする。一方、制御部１１は、ステップＳ２０４で算出周波数成分が記憶周波数成分以下であると判断すれば、ステップＳ２０６に進む。このような場合には、記憶周波数成分に変更がなく、そのままの状態である。
【００４９】
次に、制御部１１は、ステップＳ２０６にて、第２の撮像素子７が最大位置まで到達したか否かを判断する。制御部１１は、最大位置まで到達していないと判断すれば、再び、ステップＳ２０２以降の処理を実行する。一方、制御部１１は、最大位置まで到達していると判断すれば、ステップＳ２０７にて、記憶部に記憶されている記憶周波数成分が０であるか否かを判断する。
【００５０】
すなわち、記憶周波数成分が初期値である０のままであれば、制御部１１は、第２の撮像素子７の各ステップにおける最大周波数成分を正常に算出できていないことになるので、ステップＳ２０７では、このような算出が正常に行われたかを確認していることになる。
【００５１】
制御部１１は、ステップＳ２０７にて、記憶周波数成分が０でないと判断すれば、ステップＳ２０８にて、モニタに正常完了メッセージを表示し、第２の撮像素子７を記憶周波数成分に対応する位置、すなわち、各ステップにおける最大周波数成分の中で、最大値をとる位置に移動させ、一連の処理を終了する。
【００５２】
一方、制御部１１は、ステップＳ２０７にて、記憶周波数成分が０であると判断すれば、ステップＳ２０９にて、モニタ上にエラーメッセージを表示し、第２の撮像素子７を最小位置に移動させ、一連の処理を終了する。
【００５３】
これにより、本実施の形態１における撮像装置において、第１の波長帯域の光に対応する第１の撮像素子６および第２の波長帯域の光に対応する第２の撮像素子のそれぞれの位置とレンズの焦点位置とがずれた場合においても、焦点位置のずれを正確に補正することができる。
【００５４】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、異なる波長帯域に対応する撮像素子が複数ある場合において、各波長帯域に対応した複数の撮像素子のそれぞれに対する焦点位置を個別調整する機構を備えることで、レンズ交換前後の焦点位置のずれを正確に補正することのできる撮像装置を得ることができる。
【００５５】
具体的には、フランジバック調整を行って焦点位置を合わせ込んだ撮像素子以外の撮像素子に関して焦点位置の調整を行う際には、該当する撮像素子を移動させながら、モノスコチャートのような基準となる映像ソースに基づく映像信号を複数の位置で取得し、それぞれの位置で取得した映像信号の最大周波数成分が最大値となる位置を特定することで、正確な焦点位置を特定することができる。さらに、特定した焦点位置に撮像素子を移動させることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態１では、具体的に説明するために、制御部１１が第２の撮像素子７のみを電動機構部２０により焦点位置に移動させる場合について例示したが、第１の撮像素子６に対応する電動機構部２０をさらに備え、制御部１１が同様の動作を行うことにより、第１の撮像素子６についても電動機構部２０により焦点位置に移動させるようにしてもよい。
【００５７】
また、本実施の形態１では、２種類の波長帯域のそれぞれに対応する撮像素子を２個備える撮像装置について例示したが、３個以上の撮像素子を撮像装置に備えてもよい。
【００５８】
また、撮像装置に３個以上の撮像素子を備える場合において、製作コストと撮像装置内のスペースに応じて、３個以上ある撮像素子の内、それぞれの撮像素子に対して、電動機構部２０を備えてもよいし、フランジバック調整を行って焦点位置を合わせ込んだ撮像素子以外の残りの撮像素子に対して、電動機構部２０を新たに備えてもよい。これにより、制御部１１が、同様に、新たに備えた電動機構部２０に撮像素子を焦点位置に移動させることによって、それぞれの撮像素子に対する焦点位置を個別に調整することができる。
【００５９】
また、複数ある撮像素子のそれぞれの特性は、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
【００６０】
また、複数ある撮像素子のそれぞれに対応する波長帯域については、特に指定されるものではなく、どのような波長帯域であってもよい。
【００６１】
また、焦点位置を調整するために、撮像素子自体を移動させるのではなく、例えば、撮像装置の内部に新たにレンズを追加し、レンズ自体を移動させるようにしてもよい。
【００６２】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、第２の撮像素子７を移動させるための電動機構部２０を備えた撮像装置について説明した。これに対して、本実施の形態２では、先の実施の形態１における電動機構部２０とは異なる構成の電動機構部３０を備えた撮像装置について説明する。
【００６３】
図３は、本発明の実施の形態２における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。この図３における撮像装置は、先の図１における撮像装置を構成する各機能部において、電動機構部２０の代わりに電動機構部３０を備える。
【００６４】
なお、電動機構部２０以外の機能部については、同一であるため、説明を省略する。また、本実施の形態２における撮像装置の第２の撮像素子７を移動させる動作についても、先の実施の形態１における撮像装置の動作と同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
次に、電動機構部２０の代わりに具備される電動機構部３０について説明する。この図３における電動機構部３０は、アクチュエータ駆動部３１およびアクチュエータ３２を備える。
【００６６】
制御部１１は、先の実施の形態１と同様に、電動機構部３０に具備されるアクチュエータ駆動部３１の動作を制御する。また、図示するように、アクチュエータ３２には、第２の撮像素子７が据え付けられている。
【００６７】
そして、アクチュエータ駆動部３１は、制御部１１の指示に基づき、アクチュエータ３２を上下方向に移動させることにより、第２の撮像素子７が上下方向に移動する。このように、本実施の形態２においては、印加される電圧に比例して、アクチュエータ３２が直線運動を行うという特性を利用することにより、アクチュエータ３２を上下方向に移動させている。
【００６８】
以上のように、本発明の実施の形態２によれば、撮像装置は、第２の撮像素子７を移動させるための電動機構部として、モータから構成される電動機構部の代わりにアクチュエータから構成される電動機構部を備える。これにより、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、さらに小型化をすることができ、撮像装置内に占める電動機構部のスペースがより小さくなる。
【００６９】
実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、第２の撮像素子７を移動させるための電動機構部２０、３０を備えた撮像装置について説明した。これに対して、本発明の実施の形態３では、先の実施の形態１、２における電動機構部２０、３０とは異なる構成の電動機構部４０を備えた撮像装置について説明する。
【００７０】
図４は、本発明の実施の形態３における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。この図４における撮像装置は、先の図１、図３における撮像装置を構成する各機能部において、電動機構部２０、３０の代わりに電動機構部４０を備える。
【００７１】
なお、電動機構部２０、３０以外の機能部については、同一であるため、説明を省略する。また、本実施の形態３における撮像装置の第２の撮像素子７を移動させる動作についても、先の実施の形態１、２における撮像装置の動作と同様であるため、説明を省略する。
【００７２】
次に、電動機構部２０、３０の代わりに具備される電動機構部４０について説明する。この図４における電動機構部４０は、ピエゾ素子駆動部４１およびピエゾ素子４２を備える。
【００７３】
制御部１１は、先の実施の形態１と同様に、電動機構部４０に具備されるピエゾ素子駆動部４１の動作を制御する。また、図示するように、ピエゾ素子４２には、第２の撮像素子が据え付けられている。
【００７４】
そして、ピエゾ素子駆動部４１は、制御部１１の指示に基づき、ピエゾ素子４２を上下方向に移動させることにより、第２の撮像素子７が上下方向に移動する。このように、本実施の形態３においては、印加される電圧に比例して、ピエゾ素子４２が直線運動を行うという特性を利用することにより、ピエゾ素子４２を上下方向に移動させている。
【００７５】
以上のように、本発明の実施の形態３によれば、撮像装置は、第２の撮像素子７を移動させるための電動機構部として、モータから構成される電動機構部、あるいはアクチュエータから構成される電動機構部の代わりにピエゾ素子から構成される電動機構部を備える。これにより、先の実施の形態１、２と同様の効果を得ることができるとともに、さらに小型化、省電力化をすることができ、撮像装置内に占める電動機構部のスペースがより小さくなり、撮像装置の消費電力量がより小さくなる。
【００７６】
なお、実施の形態１〜３においては、撮像装置に具備される電動機構部を構成する部材について、具体的に説明するために、モータ、アクチュエータ、またはピエゾ素子を例示したが、これに限定されない。すなわち、本発明の技術的特徴は、撮像装置に具備される撮像素子自体を電動機構部によって焦点位置に個別に移動させることであり、電動機構部を構成する部材は、本発明の本質的部分ではないため、特に限定されるものではない。
【００７７】
実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、撮像素子を電動機構部により移動させることによって、撮像素子に対する焦点位置を個別調整できる撮像装置について説明した。これに対して、本実施の形態４では、ユーザ自身が撮像素子を移動させることによって、撮像素子に対する焦点位置を手動で個別調整できるネジを備えた撮像装置について説明する。
【００７８】
まず、本実施の形態４における撮像装置に具備されるネジについて、図５および図６を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態４における撮像装置の断面図である。図６は、本発明の実施の形態４において、図５における第２の撮像素子基板５１を上からみた断面図である。なお、図５における第１の撮像素子６および第２の撮像素子７の位置関係は、先の図１、図３、図４を紙面上に対して１８０°回転させた場合の位置関係と同じである。
【００７９】
本実施の形態４における図５に示した撮像装置は、先の図１における撮像装置を構成する部品の内、撮像装置筐体１５、ダイクロイックプリズム４、第１の撮像素子６および第２の撮像素子７、第２の撮像素子７を実装した第２の撮像素子基板５１、およびレンズ取り付け部５５が図示されている。また、撮像装置は、光軸調整ネジ５２、傾き調整ネジ５３、および調整バネ５４を備える。
【００８０】
光軸調整ネジ５２は、第２の撮像素子基板５１を光軸（先の図１における第２の光軸１７に相当）方向（図５の紙面上での上下方向）に移動させて位置を調整するために用いられる。傾き調整ネジ５３は、第２の光軸１７に対する第２の撮像素子基板５１の傾き（図５の紙面上での左右方向の傾き）を調整するために用いられる。調整バネ５４は、第２の撮像素子基板５１の位置調整および傾き調整をする場合に、調整した第２の撮像素子基板５１のバランスを保持するために用いられる。
【００８１】
さらに、撮像装置は、第１の撮像素子６の光軸（先の図１における第１の光軸１６に相当）方向において、レンズ取り付け部５５に取り付けられる外部レンズ１の位置を調整するためのフランジバック調整固定ネジ５６ａ、５６ｂを備える。また、撮像装置は、図６に示すように、第２の撮像素子基板５１の位置を固定するための４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄを備える。４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、第２の光軸１７に対する第２の撮像素子基板の回転を調整するために用いられる。
【００８２】
次に、前述したそれぞれのネジの機能およびユーザによる操作について、詳細に説明する。図５に示すように、レンズ取り付け部５５は、撮像装置筐体１５に対して、円筒上に覆う形で上下にネジ穴がある。そして、上下のネジ穴に対して、それぞれフランジバック調整固定ネジ５６ａおよびフランジバック調整固定ネジ５６ｂを回転させることにより、外部レンズ１の取り付け、取り外しを行うことができる。また、フランジバック調整固定ネジ５６ａ、５６ｂをそれぞれのネジ穴にねじこむことにより、外部レンズ１を固定することができる。
【００８３】
まず、外部レンズ１を交換する場合には、先の図１における第１の光軸１６上の焦点位置の手動調整を行う。すなわち、レンズ取り付け部５５に外部レンズ１を取り付けた後、モノスコチャートなど焦点位置を確認しやすい映像ソースを第１の波長帯域の光で撮像する。そして、映像ソースに基づいて、モニタに表示される画像を目視で確認しながら、レンズ取り付け部５５に取り付けた外部レンズ１を回転させることにより、外部レンズ１の位置を調整し、第１の撮像素子６に対する焦点位置を合わせる。
【００８４】
第１の撮像素子６に対する焦点位置を合わせることができれば、２個のフランジバック調整固定ネジ５６ａ、５６ｂをそれぞれのネジ穴にねじこむ。これにより、外部レンズ１の位置が固定され、先の図１と同様に、第１の光軸１６上の焦点位置の手動調整を行うことができる。なお、外部レンズ１は、図５には図示していない。
【００８５】
次に、先の図１における第２の光軸１７上の焦点位置の手動調整を行う。すなわち、第１の光軸１６上の焦点位置の手動調整と同様に、モノスコチャートなど焦点位置を確認しやすい映像ソースを第２の波長帯域の光で撮像する。そして、映像ソースに基づいて、モニタに表示される画像を目視で確認しながら、光軸調整ネジ５２を回転させることにより、第２の撮像素子基板５１を上下方向に移動させながら、第２の撮像素子７に対する焦点位置を合わせる。
【００８６】
第２の撮像素子７に対する焦点位置を合わせることができれば、光軸調整ネジ５２を回転させるのを止め、第２の撮像素子基板５１の位置を仮固定するために、４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄを第２の撮像素子基板５１の側面にねじこむ。これら４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、図示するように、第２の撮像素子基板５１の左右の側面に対して、２本ずつ対称にねじこまれている。
【００８７】
ここで、４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、第２の撮像素子７の位置精度を確保する役割を果たす。すなわち、第２の撮像素子７が撮像した画像をモニタで確認しながら、第２の撮像素子基板５１の左右の側面に対して、２本ずつ均等にネジ止めすることにより、モニタ上の画像のずれ（第２の光軸１７に対する回転方向のずれ）を最小限に抑えることができる。
【００８８】
例えば、従来では、第１の撮像素子６が撮像する画像と第２の撮像素子が撮像する画像とを重ねた（合成した）場合において、重ねた位置が一致せずに、ずれている場合があった。このような場合には、これらの画像を合成した合成画像において、位置ずれによって合成画像の一部が２重に見えるなどの非常に見づらい画像となっていた。
【００８９】
しかしながら、本実施の形態４においては、合成画像の位置ずれを調整するために、第１の撮像素子６が撮像する画像と第２の撮像素子７が撮像する画像との位置が一致するように、４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄを回転させる。そして、第２の光軸１７に対して、第２の撮像素子基板５１の回転方向を調整することにより、合成画像の位置ずれを調整する（画像のずれを補正する）ことができる。
【００９０】
次に、傾き調整ネジ５３により、傾き調整を行う。第２の撮像素子基板５１の位置が仮固定されている状態であり、第２の撮像素子７が撮像した画像をモニタで焦点位置の均一性を確認しながら、第２の光軸１７と第２の撮像素子７の受光面とが垂直か否かを確認する。
【００９１】
そして、第２の光軸１７と第２の撮像素子７の受光面とが垂直でない場合には、第２の撮像素子基板５１の傾きを補正するために、傾き調整ネジ５３を回転させることにより、第２の光軸１７と第２の撮像素子７の受光面とが垂直になるように調整する。
【００９２】
最後に、傾き調整ネジ５３により第２の撮像素子７の傾きを調整した後、４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄをねじこむことで、仮固定していた第２の撮像素子基板５１の位置を固定する。これにより、第２の撮像素子７の位置が固定され、第２の光軸１７上の焦点位置の調整を行うことができる。
【００９３】
以上のように、本発明の実施の形態４によれば、撮像装置に具備される光学調整ネジ、傾き調整ネジ、フランジバック調整固定ネジおよび４つの固定ネジによって、撮像素子の光軸に対する上下方向、回転方向、および傾き方向の移動を行うことができる。これにより、レンズ交換前後の焦点位置のずれを正確に補正することができ、さらに、撮像素子の構造的なずれを最小限に抑えることのできる撮像装置を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態４において例示した第２の撮像素子基板５１を固定する固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄにおいて、固定する位置および本数は、これに限らない。すなわち、４方向のうち３方向を固定し、１方向から２本以上のネジで細かく調整・固定してもよい。さらに、第２の撮像素子基板５１の固定精度を求める場合には、固定ネジを増やしてもよい。
【００９５】
また、調整バネ５４として、例えば、コイルバネ、板バネ等を用いればよい。さらに、調整バネ５４は、なくてもよく、このような場合には、第２の撮像素子基板５１の上下方向の移動を光軸調整ネジ５２のみで実現してもよい。
【００９６】
また、傾き調整ネジ５３も１箇所でなく複数の箇所に設けてもよく、傾き調整ネジ５３を使わずバネなどを使用してもよい。
【００９７】
また、本実施の形態４における撮像装置は、先の実施の形態１〜３における撮像装置に具備される電動機構部２０、３０、４０を備えてもよい。このような場合には、本実施の形態４における撮像装置に具備されるネジによって、第２の撮像素子７に対する焦点位置の手動調整を行い、さらに、電動機構部によって、より精度の高い第２の撮像素子７に対する焦点位置の自動調整を行えるように、これらの手動調整、自動調整を合わせて使用すればよい。
【００９８】
また、実施の形態４における撮像装置に具備される光学調整ネジ５２、傾き調整ネジ５３、フランジバック調整固定ネジ５６ａ、５６ｂおよび４つの固定ネジ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄについて、ユーザがこれらのネジを調整する場合について例示したが、例えば、アクチュエータなどでこれらのネジの調整を制御してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１  外部レンズ、２  外部レンズマウントアダプタ、３  第１の光学フィルタ、４  ダイクロイックプリズム、５  第２の光学フィルタ、６  第１の撮像素子、７  第２の撮像素子、８  第１の映像生成部、９  第２の映像生成部、１０  映像信号合成部、１１  制御部、１２  第１の位置センサ、１３  第２の位置センサ、１４  スイッチ、１５  撮像装置筐体、１６  第１の光軸、１７  第２の光軸、２０、３０、４０  電動機構部、２１  モータ駆動部、２２  モータ、２３  モータ軸、２４  ギア、２５  ラック、３１  アクチュエータ駆動部、３２  アクチュエータ、４１  ピエゾ素子駆動部、４２  ピエゾ素子、５１  第２の撮像素子基板、５２  光軸調整ネジ、５３  傾き調整ネジ、５４  調整バネ、５５  レンズ取り付け部、５６ａ、５６ｂ  フランジバック調整固定ネジ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ  固定ネジ、７１  光、７２  プリズム、７３  青色光、７４  赤色光、７３ａ、７４ａ  焦点距離、７５  レンズ。
【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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