(57)【要約】【課題】  薄型の撮像装置を提供する。【解決手段】  カラーフィルター２０１は、レンズ系１０を出射した光のうち特定の波長帯域の光のみを選択的に透過させて撮像素子１０２に入射させる。このカラーフィルター２０１は、第１波長帯域の光を撮像素子１０２に入射させる第１状態と、第２波長帯域の光を撮像素子１０２に入射させる第２状態とに少なくとも変化する。演算装置は、第１状態及び第２状態でそれぞれ撮像した第１画像及び第２画像を合成する。【選択図】  図１
2006115316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、前記撮像素子上に被写体像を形成するレンズ系と、被写体からの光のうち特定の波長帯域の光のみを選択的に前記撮像素子に入射させるカラーフィルターと、前記撮像素子が撮像した複数の画像を合成する演算装置とを備え、
前記カラーフィルターは、第１波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第１状態と、第２波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第２状態とに少なくとも変化し、
前記演算装置は、前記カラーフィルターが前記第１状態にあるときに前記撮像素子が撮像した第１画像と、前記カラーフィルターが前記第２状態にあるときに前記撮像素子が撮像した第２画像とを少なくとも合成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記演算装置は、前記第１画像と前記第２画像とを比較し、前記第１画像及び前記第２画像のうち一致する部分が重なるように、前記第１画像及び前記第２画像を移動して合成する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記カラーフィルターは、緑色波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第１状態と、赤色波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第２状態と、青色波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第３状態とに変化し、
前記演算装置は、前記カラーフィルターが前記第１状態にあるときに前記撮像素子が撮像した緑色の第１画像と、前記カラーフィルターが前記第２状態にあるときに前記撮像素子が撮像した赤色の第２画像と、前記カラーフィルターが前記第３状態にあるときに前記撮像素子が撮像した青色の第３画像とを合成してカラー画像を得る請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記演算装置は、前記第１画像、前記第２画像、及び前記第３画像からそれぞれ輝度情報を抽出し、それぞれの前記輝度情報を比較し、前記第１画像の輝度情報、前記第２画像の輝度情報、及び前記第３画像の輝度情報のうち一致する部分が重なるように、前記第１画像、前記第２画像、及び前記第３画像を移動して合成する請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記カラーフィルターは、緑色波長帯域の光を透過させる緑フィルターと、赤色波長帯域の光を透過させる赤フィルターと、青色波長帯域の光を透過させる青フィルターとからなる請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記レンズ系と前記緑フィルターとを組み合わせた第１光学系は緑色波長帯域の光に対して収差が小さく、
前記レンズ系と前記赤フィルターとを組み合わせた第２光学系は赤色波長帯域の光に対して収差が小さく、
前記レンズ系と前記青フィルターとを組み合わせた第３光学系は青色波長帯域の光に対して収差が小さく、
前記第１光学系と前記第２光学系と前記第３光学系とは倍率が同じである請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターはいずれも板状である請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターのうちの少なくと１つは残りと厚さが異なる請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターの少なくとも１つはレンズ形状を有している請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターはいずれも略四角形状で、一方向に沿って配置されており、
前記カラーフィルターを前記一方向に沿って移動させる駆動手段を更に備え、
前記カラーフィルターは、前記駆動手段により移動されることにより、前記第１状態と前記第２状態と前記第３状態とに変化する請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記カラーフィルターは略円盤形状を有し、その中心に対して３等分された３つの領域に前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターがそれぞれ配置されており、
前記カラーフィルターを回転させる駆動手段を更に備え、
前記カラーフィルターは、前記駆動手段により回転されることにより、前記第１状態と前記第２状態と前記第３状態とに変化する請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１２】
緑色波長帯域の光を用いて焦点制御を行う請求項３に記載の撮像装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の撮像装置と、前記撮像装置に近接して設置された角速度センサーとを備え、前記角速度センサーにより検出された前記撮像装置の移動量を用いて手振れ補正を行う携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型で鮮明なカラー画像を得ることができる撮像装置及びこれを用いた携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラが搭載された携帯電話などの携帯機器が普及し、その携帯機器のより小型化、薄型化、高機能化に伴い、小型、薄型、高機能の撮像装置が要求されている。
【０００３】
この撮像装置として、組み合わせレンズと撮像素子を用いた例が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１３は、従来の撮像装置の断面図である。
【０００５】
図１３において、２００１は凹レンズ、２００２は凸レンズ、２００３はフィルター、２００４は撮像素子、２００５はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの演算装置を含む基板である。レンズ系の光軸２００６が撮像素子２００４のほぼ中心を通過するように、凹レンズ２００１、凸レンズ２００２、フィルター２００３、撮像素子２００４、および基板２００５が筐体２００７に配置される。筐体の開口２００７ａを通過して筐体２００７内に入ってきた被写体からの光は、凹レンズ２００１および凸レンズ２００２によって、撮像素子２００４上に絞られる。フィルター２００３により赤外光などの不要な光が撮像素子２００４に入射するのが防止される。このとき、被写体からの光に含まれる赤色波長帯域の光、青色波長帯域の光および緑色波長帯域の光が、同じ撮像位置に且つ同じ像倍率で絞られるように、凹レンズ２００１および凸レンズ２００２を適切に組み合わせることにより、色収差による撮像画像の劣化を防止できる。撮像素子２００４上に絞られた光は、撮像素子２００４で電気信号に変換され、基板２００５中に含まれる演算装置によって処理される。この図１３には、アクチュエーターを示していないが、一般にレンズ系全体、または、レンズ系の一部を移動させ、被写体とレンズ系との間隔に応じて焦点制御することにより、鮮明な画像を得ることができる。この様なレンズの移動は、永久磁石、電磁石、バネ材などで構成され、電磁的に駆動するアクチュエーターを用いて行われる。
【特許文献１】特開２００３−２５５２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の撮像装置では、組み合わせレンズを用いるために薄くすることができず、カメラを搭載する携帯電話が厚くなると云う課題を有していた。
【０００７】
本発明は、従来の課題を解決するもので、薄型の撮像装置を提供することを第１の目的とする。また、薄型で手振れ補正機能を備えた携帯機器を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子上に被写体像を形成するレンズ系と、被写体からの光のうち特定の波長帯域の光のみを選択的に前記撮像素子に入射させるカラーフィルターと、前記撮像素子が撮像した複数の画像を合成する演算装置とを備える。前記カラーフィルターは、第１波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第１状態と、第２波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第２状態とに少なくとも変化する。前記演算装置は、前記カラーフィルターが前記第１状態にあるときに前記撮像素子が撮像した第１画像と、前記カラーフィルターが前記第２状態にあるときに前記撮像素子が撮像した第２画像とを少なくとも合成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の携帯機器は、上記の本発明の撮像装置と、前記撮像装置に近接して設置された角速度センサーとを備え、前記角速度センサーにより検出された前記撮像装置の移動量を用いて手振れ補正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の撮像装置によれば、第１波長帯域と第２波長帯域とに時間的に分割して撮像することにより、レンズ系に対する収差に関する要求を緩和する事ができるので、レンズ系を薄くして撮像装置を薄くする事ができる。
【００１１】
また、本発明の携帯機器によれば、薄型で高速な手振れ補正機能を備えた携帯機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
上記の本発明の撮像装置において、前記演算装置は、前記第１画像と前記第２画像とを比較し、前記第１画像及び前記第２画像のうち一致する部分が重なるように、前記第１画像及び前記第２画像を移動して合成することが好ましい。これにより、複数の画像を撮像する間に、被写体が動くあるいは撮像者の手が振れても鮮明な画像を得ることができる。
【００１３】
また、上記の本発明の撮像装置において、前記カラーフィルターは、緑色波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第１状態と、赤色波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第２状態と、青色波長帯域の光を前記撮像素子に入射させる第３状態とに変化し、前記演算装置は、前記カラーフィルターが前記第１状態にあるときに前記撮像素子が撮像した緑色の第１画像と、前記カラーフィルターが前記第２状態にあるときに前記撮像素子が撮像した赤色の第２画像と、前記カラーフィルターが前記第３状態にあるときに前記撮像素子が撮像した青色の第３画像とを合成してカラー画像を得ることが好ましい。これにより、被写体からの光を光の３原色に時間的に分割して撮像する事で、レンズ系に対する収差に関する要求を緩和する事ができ、レンズ系を薄くして撮像装置を薄くする事ができる。また、被写体を光の３原色に分割して撮像し、得られた３つの画像を合成する事で、鮮明なカラー画像を得る事ができる。
【００１４】
この場合において、前記演算装置は、前記第１画像、前記第２画像、及び前記第３画像からそれぞれ輝度情報を抽出し、それぞれの前記輝度情報を比較し、前記第１画像の輝度情報、前記第２画像の輝度情報、及び前記第３画像の輝度情報のうち一致する部分が重なるように、前記第１画像、前記第２画像、及び前記第３画像を移動して合成することが好ましい。これにより、緑色、赤色、および青色の画像を撮像する間に、被写体が動くあるいは撮像者の手が振れても鮮明な画像を得ることができる。
【００１５】
また、上記の本発明の撮像装置において、前記カラーフィルターは、緑色波長帯域の光を透過させる緑フィルターと、赤色波長帯域の光を透過させる赤フィルターと、青色波長帯域の光を透過させる青フィルターとからなることが好ましい。これにより、被写体からの光を光の３原色に分割する具体的な手段を提供できる。そして、このカラーフィルタを用いて得た３原色の画像を合成する事で、鮮明なカラー画像を得る事ができる。
【００１６】
この場合において、前記レンズ系と前記緑フィルターとを組み合わせた第１光学系は緑色波長帯域の光に対して収差が小さく、前記レンズ系と前記赤フィルターとを組み合わせた第２光学系は赤色波長帯域の光に対して収差が小さく、前記レンズ系と前記青フィルターとを組み合わせた第３光学系は青色波長帯域の光に対して収差が小さく、前記第１光学系と前記第２光学系と前記第３光学系とは倍率が同じであることが好ましい。これにより、緑色、赤色、および青色の撮像画像が、それぞれ鮮明で大きさが同じであるので、それら３色の撮像画像の合成が容易であり、かつ、合成されたカラー画像は鮮明になる。
【００１７】
ここで、「特定波長帯域の光に対して光学系の収差が小さい」とは、所望する画質でこの特定波長帯域の光についての撮像をできる程度に光学系の収差が低減されていることを意味し、好ましくは、他の波長帯域の光に比べてこの特定波長帯域の光についての収差が低減されていることを意味する。
【００１８】
前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターはいずれも板状であることが好ましい。これにより、フィルターの製造が容易であり低コストになる。
【００１９】
この場合において、前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターのうちの少なくと１つは残りと厚さが異なることが好ましい。これにより、厚さを最適化して収差を低減することにより、鮮明な画像が得られる。
【００２０】
あるいは、前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターの少なくとも１つはレンズ形状を有していることが好ましい。これにより、フィルターの形状を最適化してより収差を低減することにより、一層鮮明な画像を得る事ができる。
【００２１】
また、上記の本発明の撮像装置において、前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターはいずれも略四角形状で、一方向に沿って配置されており、前記カラーフィルターを前記一方向に沿って移動させる駆動手段を更に備え、前記カラーフィルターは、前記駆動手段により移動されることにより、前記第１状態と前記第２状態と前記第３状態とに変化することが好ましい。これにより、撮像素子に入射する光の波長帯域を時間的に変化させる事ができる。
【００２２】
あるいは、前記カラーフィルターは略円盤形状を有し、その中心に対して３等分された３つの領域に前記緑フィルター、前記赤フィルター、及び前記青フィルターがそれぞれ配置されており、前記カラーフィルターを回転させる駆動手段を更に備え、前記カラーフィルターは、前記駆動手段により回転されることにより、前記第１状態と前記第２状態と前記第３状態とに変化することが好ましい。これにより、撮像素子に入射する光の波長帯域を時間的に変化させる事ができる。
【００２３】
また、上記の本発明の撮像装置において、緑色波長帯域の光を用いて焦点制御を行うことが好ましい。これにより、緑色は人間に視感度が高いので、この緑色光を用いて焦点制御することにより、鮮明な画像が得られる。
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における撮像装置の概略断面図である。
【００２６】
図１において、１０１はレンズ、１０２は撮像素子、１０３はデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）などの演算装置を含む基板、１０４はレンズ１０１の光軸、１０５は筐体である。レンズ１０１と撮像素子１０２との間にカラーフィルター２０１が挿入され、このフィルター２０１は緑色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「緑フィルター」という）２０１Ｇ、赤色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「赤フィルター」という）２０１Ｒ、および青色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「青フィルター」という）２０１Ｂから成る。この図１には図示していないが、永久磁石、電磁磁石、バネなどを組み合わせて電磁的に駆動するアクチュエーターが筐体１０５に組み込まれ、このアクチュエータがレンズ１０１を光軸１０４に平行に移動させて焦点制御する。また、カラーフィルルター２０１を矢印方向に往復移動させるアクチュエーター（後述）が筐体１０５に支持されている。
【００２７】
被写体からの光は、レンズ１０１およびカラーフィルター２０１を通り、撮像素子１０２上に結像される。レンズ１０１と緑フィルター２０１Ｇとを組み合わせた第１光学系Ｇは緑色波長帯域の光に対して収差が小さく、レンズ１０１と赤フィルター２０１Ｒとを組み合わせた第２光学系Ｒは赤色波長帯域の光に対して収差が小さく、レンズ１０１と青フィルター２０１Ｂとを組み合わせた第３光学系Ｂは青色波長帯域の光に対して収差が小さい。更に、これらの各光学系Ｇ、Ｒ、およびＢは同じ倍率を持つ。
【００２８】
カラーフィルター２０１を時間的に移動させて撮像する。第１時間帯では緑フィルター２０１Ｇがレンズ光軸１０４を横切る位置にあり、緑色の第１画像を撮像する。次にカラーフィルター２０１が移動し、第２時間帯では赤フィルター２０１Ｒがレンズ光軸１０４を横切る位置にあり、赤色の第２画像を撮像する。更にカラーフィルター２０１が移動し、第３時間帯では青フィルター２０１Ｂがレンズ光軸１０４を横切る位置にあり、青色の第３画像を撮像する。これらの第１、第２、および第３画像を合成してカラー画像を得ることができる。この画像合成は演算装置を含む基板１０３が司る。
【００２９】
レンズ１０１とフィルター２０１Ｇ、２０１Ｒ、および２０１Ｂとをそれぞれ組み合わせた第１、第２、および第３光学系Ｇ、Ｒ、およびＢは、いずれも対応する波長帯域の光に対して収差が小さいので、第１、第２、および第３画像はいずれも鮮明である。また、第１、第２、および第３光学系Ｇ、Ｒ、およびＢの倍率が互いに同じであるので、第１、第２、および第３画像の大きさは互いに同じである。従って、これら３色の画像の合成は容易であり、かつ、合成されたカラー画像は鮮明である。
【００３０】
次に、カラーフィルター２０１を移動させるアクチュエーターについて説明する。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態１における撮像装置の第１時間帯におけるカラーフィルター及びアクチュエーターの平面図である。図３は、本発明の実施形態１における撮像装置の第２時間帯におけるカラーフィルター及びアクチュエーターの平面図である。図４は、本発明の実施形態１における撮像装置の第３時間帯におけるカラーフィルター及びアクチュエーターの平面図である。図２から図４において、図１と同じ構成要素には同じ番号を付し、それらの説明を省略する。
【００３２】
図２、図３、および図４において、緑フィルター２０１Ｇ、赤フィルター２０１Ｒ、および青フィルター２０１Ｂはいずれも略四角形の板状であり、これらはこの順に一直線上に配置されて一体化され、支持枠３０１で支持される。支持枠３０１の対向する２辺に一対の支持具３０２ａおよび３０２ｂが取り付けられている。一対の支持具３０２ａおよび３０２ｂを互いに平行に配された一対の駆動軸３０３ａおよび３０３ｂがそれぞれ貫通している。支持具３０２ａ，３０２ｂにはＮ極とＳ極を持つ永久磁石３０４ａ，３０４ｂがそれぞれ取り付けられ、支持枠３０１の駆動軸３０３ａ，３０３ｂ方向の両端にはＮ極とＳ極を持つ永久磁石３０４ｃ，３０４ｄがそれぞれ取り付けられている。支持部３０５には、駆動軸３０３ａおよび３０３ｂの各端部が固定され、また、電磁石３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、および３０６ｄが固定されている。これらの電磁石は電流の流し方によりＮ極とＳ極を交替できる。支持部３０５は、図１の筐体１０５の一部であってもよい。
【００３３】
先ず、電磁石３０６ｄに永久磁石３０４ｄを引きつける様に電量を流し、支持枠３０１を図２のように右端に位置させて、緑フィルター２０１Ｇを光軸１０４と交差させる（第１状態）。この状態でレンズ１０１を光軸１０４に平行に移動させて焦点制御を行い、撮像素子１０２上に鮮明な緑色の被写体像を写す。焦点が合った後に、第１時間帯に緑色の第１画像を撮像する。
【００３４】
次に、電磁石３０６ｄに永久磁石３０４ｄを反発させる様に電量を流し、支持枠３０１を右端位置から押し出し、同時に、電磁石３０６ａおよび３０６ｂに永久磁石３０４ａおよび３０４ｂをそれぞれ引きつける様に電量を流し、支持枠３０１を図３のように中央に位置させて、赤フィルター２０１Ｒを光軸１０４と交差させる（第２状態）。この状態で第２時間帯に赤色の第２画像を撮像する。
【００３５】
更に、電磁石３０６ａおよび３０６ｂへの電流を切り、永久磁石３０４ａおよび３０４ｂを自由にし、同時に、電磁石３０６ｃに永久磁石３０４ｃを引きつける様に電量を流し、支持枠３０１を図４のように左端に位置させて、青色フィルター２０１Ｂを光軸１０４と交差させる（第３状態）。この状態で第３時間帯に青色の第３画像を撮像する。
【００３６】
そして、これらの第１、第２、および第３の画像を合成してカラー画像を得る。
【００３７】
ここでは、最初に緑色フィルター２０１Ｇを光軸１０４と交差させた状態で焦点制御を行う例を示したが、焦点制御は、緑色に限らず赤色又は青色の波長帯域の光を用いて行うこともできる。しかし、緑色は人間の眼に最も視感度が高いので、緑色の光を用いて焦点制御をおこなうとより鮮明な画像が得られる。
【００３８】
以上の第１から第３の画像を撮像する間に、被写体が動くあるいは撮像者の手が振れるなどにより、第１、第２、第３の画像中の被写体が同一位置にあるとは限らない。そこで、以下の様な撮像および画像合成方法を採用することが好ましい。
【００３９】
図５は、本発明の実施形態１における撮像装置の撮像画像および合成画像の説明図である。図５において、図１と同じ構成要素には同じ記号を付し、それらの説明を省略する。
【００４０】
図５において、１０２は撮像素子であり、簡単のために９行１３列の画素のみを表しているが、実際はより多くの画素から構成される。この撮像素子１０２が１秒間に３０枚の撮像をする場合を考える。焦点制御が終了後、第１時間帯（例えば０．０３秒間）に第１画像（Ａ）を撮像する。これは緑色画像である。この図５では被写体像を矢印で表した。次に、カラーフィルター２０１を移動する。その移動時間は、例えば０．００３秒間である。その後、第２時間帯（例えば０．０３秒間）に赤色の第２画像（Ｂ）を撮像する。前述の様に、被写体の動きあるいは撮像者の手振れなどにより、第２画像中の被写体像は第１画像中の被写体像に比べてわずかにずれている可能性がある。更にカラーフィルター２０１を移動させ（同様に移動時間は０．００３秒間）、第３時間帯（例えば０．０３秒間）に青色の第３画像（Ｃ）を撮像する。同様に、第３画像中の被写体像は第１画像や第２画像中の被写体像に比べてわずかにずれている可能性がある。これらの第１、第２、および第３の画像から輝度情報を抽出し、それらの輝度画像を比較し、一致する部分が重ね合わされるように第１、第２、および第３の画像を移動させて合成し、鮮明なカラー画像（Ｄ）を得る。これらの信号処理はデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）などの演算装置を含む基板１０３が司る。この方法により、第１から第３の画像を撮像する間に、被写体が動くあるいは撮像者の手が振れても鮮明な画像を撮像できる。
【００４１】
ここで、本発明の実施形態１における撮像装置の、比較的に具体的な大きさについて説明する。
【００４２】
図６は、本発明の実施形態１における撮像装置の断面図である。図７は、本発明の実施形態１における撮像装置の平面図である。図６および図７において、図１から図５と同じ構成要素には同じ記号を付し、それらの説明を省略する。
【００４３】
本発明の実施形態１では、８３０行１２００列の画素を持つ１００万画素の撮像素子１０２を用いる。各画素の１辺は２μｍである。従って、撮像素子１０２の大きさは１．６６ｍｍ×２．４ｍｍの長方形である。この撮像素子１０２上には各画素に対応したカラーフィルターを形成する必要はなく、白黒撮影用の撮像素子を用いる事ができる。撮像素子１０２の対角線長さは２．９ｍｍであり、レンズ１０１の瞳直径も２．９ｍｍとする。レンズ１０１の入射側の面から撮像素子１０２の表面までの光学長は３．８ｍｍにでき、撮像装置の高さは４．５ｍｍ程度にできる。各々のカラーフィルター２０１Ｇ，２０１Ｒ，２０１Ｂは、余裕を含めて１．８ｍｍ×２．６ｍｍの大きさとし、３枚を並べたときの移動方向の長さは５．４ｍｍである。光軸に沿って見た撮像装置の大きさは１１ｍｍ×６．５ｍｍ程度になる。
【００４４】
図１３に示したような従来の様な組み合わせレンズを用いた撮像装置において、画素の１辺が２μｍである１００万画素の撮像素子を用いると、撮像装置の高さは約６ｍｍ程度になる。本発明では、時間的に緑色、赤色、および青色に分割して撮像するので、一つのレンズ系が全ての波長帯域の光に対して良好な色収差を有している必要がない。レンズ１０１と特定の波長帯域の光を透過させるフィルターとを組み合わせた第１〜第３光学系Ｇ、Ｒ、およびＢが、それぞれの波長帯域の光に対して収差が小さければよい。従って、レンズ系として単レンズを用いることができる。更に、赤フィルター２０１Ｒとしてバンドパスフィルターを用いれば、赤外カットフィルターも不用になる。従って、図６に示した様に、実施形態１の撮像装置の高さは、約４．５ｍｍとなり、従来に比べて約２５％の薄型化を達成できる。
【００４５】
実施形態１では、被写体からの光を緑色、赤色、青色の光の３原色に分割する例を示したが、カラー画像を合成できれば、その他の色の組み合わせでも良い。例えば、３つの補色（イエロー、シアン、マゼンタ）を用いることができる。また、カラー画像を復元できれば２色に分割しても良く、あるいは４色以上に分割しても良い。重要な事は、時間的に分割して色ごとに撮像することであり、これによりレンズ系に対する収差に関する要求を緩和する事ができ、その結果、レンズ系を薄くして撮像装置を薄くする事ができる。
【００４６】
（実施形態２）
カラーフィルターの形状を工夫する事で、より色収差を改善できる例を示す。
【００４７】
図８は、本発明の実施形態２における撮像素子の断面図である。図８において、図１と同じ構成要素は同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図８において、２０２はカラーフィルターであり、緑色波長帯域の光を選択的に透過させる透過させるフィルター（以下、「緑フィルター」という）２０２Ｇ、赤色波長帯域の光を選択的に透過させるを透過させるフィルター（以下、「赤フィルター」という）２０２Ｒ、青色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「青フィルター」という）２０２Ｂから成る。被写体からの光は、レンズ１０１およびカラーフィルター２０２を通り、撮像素子１０２上に結像される。
【００４９】
レンズ１０１と緑フィルター２０２Ｇとを組み合わせた第１光学系Ｇは緑色波長帯域の光に対して収差が小さく、レンズ１０１と赤フィルター２０２Ｒとを組み合わせた第２光学系Ｒは赤色波長帯域の光に対して収差が小さく、レンズ１０１と青フィルター２０２Ｂとを組み合わせた第３光学系Ｂは青色波長帯域の光に対して収差が小さい。更に、これらの各光学系Ｇ、Ｒ、およびＢは同じ倍率を持つ。
【００５０】
カラーフィルター２０２は、図１のカラーフィルター２０１と同様に板状であるが、フィルター２０２Ｇ，２０２Ｒ，２０２Ｂごとに厚さを独立して最適化することにより、緑色、赤色、および青色のそれぞれの波長帯域の光に対して第１，第２，及び第３光学系Ｇ，Ｒ，Ｂの各収差を小さくしている。板状のカラーフィルターは製造が容易であり、それらの厚さを領域ごとに最適化して収差を低減するので、低コストで鮮明な画像を得る事ができる。
【００５１】
図８では、透過する光の波長が青色、緑色、赤色の順に長くなるのに対応させて、青フィルター２０２Ｂ、緑フィルター２０２Ｇ、赤フィルター２０２Ｒの順に厚さを薄くした例を示している。しかしながら、各フィルターの厚さは、非球面レンズ１０１の形状によってはこの例に限定されない。
【００５２】
（実施形態３）
カラーフィルターの一部にレンズ形状を付与して、更に色収差を改善する事もできる。
【００５３】
図９は、本発明の実施形態３における撮像素子の断面図である。図９において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
【００５４】
図９において、２０３はカラーフィルターであり、緑色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「緑フィルター」という）２０３Ｇ、赤色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「赤フィルター」という）２０３Ｒ、青色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「青フィルター」という）２０３Ｂから成る。被写体からの光は、レンズ１０１およびカラーフィルター２０３を通り、撮像素子１０２上に結像される。
【００５５】
レンズ１０１と緑フィルター２０３Ｇとを組み合わせた第１光学系Ｇは緑色波長帯域の光に対して収差が小さく、レンズ１０１と赤フィルター２０３Ｒとを組み合わせた第２光学系Ｒは赤色波長帯域の光に対して収差が小さく、レンズ１０１と青フィルター２０３Ｂとを組み合わせた第３光学系Ｂは青色波長帯域の光に対して収差が小さい。更に、これらの各光学系Ｇ、Ｒ、およびＢは同じ倍率を持つ。
【００５６】
緑フィルター２０３Ｇとして板状フィルターを用い、レンズ１０１の形状と緑フィルター２０３Ｇの厚さとを、緑色波長帯域の光に対して収差が極小になる様に最適化する。更に、この最適化されたレンズ１０１の形状を維持したままで、赤フィルター２０３Ｒおよび青フィルター２０３Ｂの形状を、それぞれ赤色波長帯域及び青色波長帯域に対して収差が極小になる様に最適化する。図９では、赤フィルター２０３Ｒとして緑フィルター２０３Ｇより若干薄い板状カラーフィルターを用い、青フィルター２０３Ｂとして焦点距離の長いレンズ形状のカラーフィルターを用いる例を示している。
【００５７】
上記では、最初に最適化する波長帯域として緑色波長帯域を選択し、その緑色波長帯域に対応する緑フィルター２０３Ｇを板状とした。しかし、最初に最適化する波長帯域として、他の波長帯域を選択する事ができるのはいうまでもない。しかし、一般に、最初に最適化する波長帯域で収差を最も小さくすることができ、人間の眼は緑色の感度が最も高いので、最初に最適化する波長帯域として緑色を選択することが好ましい。
【００５８】
（実施形態４）
図１０は、本発明の実施形態４における撮像装置の断面図である。図１１は、本発明の実施形態４における撮像装置の平面透視図である。図１０および図１１において、図１から図９と同じ構成要素には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
【００５９】
図１０および図１１において、４０１は円盤状のカラーフィルターであり、４０２はその円盤カラーフィルターを矢印方向に間欠的に回転させるモーターである。円盤カラーフィルター４０１は、その回転中心に対して１２０度間隔で３つの領域に３等分されており、この３つの領域に、緑色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「緑フィルター」という）４０１Ｇ、赤色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「赤フィルター」という）４０１Ｒ、および青色波長帯域の光を選択的に透過させるフィルター（以下、「青フィルター」という）４０１Ｂが順に設けられている。
【００６０】
まず、円盤カラーフィルター４０１を、緑フィルター４０１Ｇが撮像素子１０２を覆う位置で停止させる（第１状態）。この状態で焦点制御を行い、焦点制御後、第１時間帯に緑色の第１画像を撮像する。次に、短い時間で円盤カラーフィルター４０１を１２０度回転させ、赤フィルター４０１Ｒが撮像素子１０２を覆う位置で停止させる（第２状態）。この状態で第２時間帯に赤色の第２画像を撮像する。更に、短い時間で円盤カラーフィルター４０１を１２０度回転させ、青フィルター部分４０１Ｂが撮像素子１０２を覆う位置で停止させる（第３状態）。この状態で第３時間帯に青色の第３画像を撮像する。これらの第１、第２、および第３の画像を、図５を用いて説明した方法で合成してカラー画像を得る。例えば円盤カラーフィルター４０１を停止させる時間を０．０３秒、１２０度だけ回転移動させる時間を０．００３秒と設定できる。これを実現するためには、モーター４０２は、間欠的に回転するモーターである必要があり、例えばステッピングモーターが適している。
【００６１】
（実施形態５）
図１２（Ａ）及び１２（Ｂ）は、本発明の撮像装置の利用例を示す図である。
【００６２】
本発明の撮像装置におけるカラー画像合成では、図５で説明した様に、緑色、赤色、および青色の単色画像を撮像し、それらの画像中の一致する部分が重なる様にそれぞれの画像を移動させて鮮明な被写体画像を得る。このカラー画像合成には、一致する部分を認識するなどの高速な画像処理が必要である。
【００６３】
図１２（Ａ）及び１２（Ｂ）において、５００は携帯電話、５０１は撮像装置である。５０２Ａおよび５０２Ｂは角速度センサーであり、撮像装置５０１に近接して設置される。これらの角速度センサーは、レンズ系の一部を機械的に移動させて行う一般的な手振れ補正機能を備えた光学系に用いられるものと同じである。緑色、赤色、および青色の３個の画像を撮像中に、角速度センサー５０２Ａおよび５０２Ｂにより、撮像装置５０１の微妙な移動を検知し、撮像した画像中での被写体の移動量を演算し、この移動量を用いて、３つの画像の中の一致する部分が重なる様に各画像を移動させる際の画像の移動量を決定する。あるいは、角速度センサー５０２Ａおよび５０２Ｂからの信号を用いて演算した撮像装置５０１の移動量を、３つの画像を移動し合成する際の画像の移動量を計算する際の補助として用いる。これにより、撮像画像のみを用いて手振れ補正を行う場合に比べて、より高速な手触れ補正機能を実現できる。
【００６４】
以上に開示した実施形態１〜５はいずれも本発明の一例を示したに過ぎず、本発明はこれらの実施形態により制限的に解釈されない。本発明の範囲は上記の実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の撮像装置の利用分野は特に限定はないが、薄型で、焦点制御機能、手振れ補正機能を備える事ができるので、携帯電話などの携帯機器に搭載する撮像装置などに有用である。また、監視カメラ、車載カメラなどの用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態１における撮像装置の概略断面図
【図２】本発明の実施形態１における撮像装置の第１時間帯におけるカラーフィルター及びアクチュエーターの平面図
【図３】本発明の実施形態１における撮像装置の第２時間帯におけるカラーフィルター及びアクチュエーターの平面図
【図４】発明の実施形態１における撮像装置の第３時間帯におけるカラーフィルター及びアクチュエーターの平面図
【図５】本発明の実施形態１における撮像装置の撮像画像および合成画像の説明図
【図６】本発明の実施形態１における撮像装置の断面図
【図７】本発明の実施形態１における撮像装置の平面図
【図８】本発明の実施形態２における撮像素子の断面図
【図９】本発明の実施形態３における撮像素子の断面図
【図１０】本発明の実施形態４における撮像装置の断面図
【図１１】本発明の実施形態４における撮像装置の平面透視図
【図１２】（Ａ）は本発明の携帯機器の一例を示す正面図、（Ｂ）はその側面図
【図１３】従来の撮像装置の断面図
【符号の説明】
【００６７】
１０１  単レンズ
１０２  撮像素子
１０３  基板
１０４  光軸
１０５  筐体
２０１、２０２、２０３、４０１  カラーフィルター
２０１Ｇ、２０２Ｇ、２０３Ｇ、４０１Ｇ  緑色波長帯域光を透過するフィルター
２０１Ｒ、２０２Ｒ、２０３Ｒ、４０１Ｒ  赤色波長帯域光を透過するフィルター
２０１Ｂ、２０２Ｂ、２０３Ｂ、４０１Ｂ  青色波長帯域光を透過するフィルター
３０１  カラーフィルター支持枠
３０２ａ、３０２ｂ  支持具
３０３ａ、３０３ｂ  駆動軸
３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ  永久磁石
３０５  支持部
３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄ  電磁石
４０２  モーター
５００  携帯電話
５０１  撮像装置
５０２Ａ、５０２Ｂ  角速度センサー
２００１〜２００２  単レンズ
２００３  フィルター
２００４  撮像素子
２００５  基板
２００６  光軸
２００７  筐体
２００７ａ  開口
【図１】
2006115316.tif 000003
【図２】
2006115316.tif 000004
【図３】
2006115316.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006115316.tif 000007
【図６】
2006115316.tif 000008
【図７】
2006115316.tif 000009
【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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