(57)【要約】【課題】単板式の撮像装置であって、小型且つ低コストで製作可能であり、軸上色収差の補正を可能とした撮像装置を提供する。【解決手段】光学系と、該光学系を介して得られる被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子の各画素に対応して複数種類の色をモザイク状に配置したカラーフィルタと、前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更可能な距離変更手段と、前記撮像素子で撮像した画像データを記憶する記憶部と、前記画像データの処理を行う画像処理部と、を有し、前記距離変更手段は、前記カラーフィルタの複数種類の色に応じた透過光によって異なる焦点位置に合わせて前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更し、前記複数種類の色に応じたそれぞれの焦点位置で、該焦点位置に対応する色の画像データを前記記憶部に記憶させ、又は前記画像処理部に取り込み、前記画像処理部は、前記複数種類の色に応じた画像データを合成してデモザイク処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、該光学系を介して得られる被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子の各画素に対応して複数種類の色をモザイク状に配置したカラーフィルタと、
前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更可能な距離変更手段と、
前記撮像素子で撮像した画像データを記憶する記憶部と、
前記画像データの処理を行う画像処理部と、を有し、
前記距離変更手段は、前記カラーフィルタの複数種類の色に応じた透過光によって異なる焦点位置に合わせて前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更し、
前記複数種類の色に応じたそれぞれの焦点位置で、該焦点位置に対応する色の画像データを前記記憶部に記憶させ、又は前記画像処理部に取り込み、
前記画像処理部は、前記複数種類の色に応じた画像データを合成してデモザイク処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記カラーフィルタの複数種類の色に応じた透過光によって異なる焦点位置は、前記光学系の軸上色収差によって生じる焦点位置の違いに合わせた焦点位置であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像処理部で合成する前記画像データは、前記移動した位置に焦点を結ぶ透過光に対応する色の成分のみで構成され、前記複数種類の色と同数の画像データであることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記画像処理部は山登り方式の焦点検出機能を有し、前記複数種類の色のうちの任意の一色の画像データを用いて前記距離変更手段によって前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更して焦点検出を行い、得られた焦点位置から前記任意の一色に対する他の色の焦点位置の相対位置に前記距離変更手段によって前記距離の変更を行うことを特徴とする請求項１〜３記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものであり、特に単板式の撮像装置であって、小型且つ低コストで製作可能であり、軸上色収差の補正を可能とした撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばデジタルカメラや車載カメラ等の小型カメラとして、光学系を介して得られる被写体像を撮像素子によって光電変換して画像信号を生成する撮像装置が知られている。
【０００３】
前記撮像素子の１種として、光学系を介して得られる被写体像を１つの撮像素子によって受光して撮像を行う単板式の撮像装置が知られている。
単板式の撮像装置では、そのまま撮影すると輝度情報しか得られないので、カラー画像を得るために、各画素に対応する受光素子の受光面に、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなるベイヤ配列のカラーフィルタを設けて撮影することが一般に行われている。
この撮像により得られる画像は、各画素が単一の色成分しか有していないため、色に関しては、カラーフィルタのパターンに応じたモザイク状の画像となる。そこで、各画素に対して、当該画素が有していない他の色成分を、周囲の画素を用いて補間することにより、すべての画素がすべての色成分（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を有している画像、すなわち、カラー画像を生成するようにしている。
【０００４】
ところが、前記光学系を構成するレンズでは、透過する波長（色）によって屈折率が異なり、各色成分（Ｒ、Ｇ、Ｂ）ごとに焦点距離が異なる。このため、単板式の撮像装置では、同じレンズを用いても波長によって、像面の位置が光軸方向前後にずれる軸上色収差が生じる。軸上色収差が生じる場合、たとえば色成分Ｇでピントを合わせると、色成分Ｂ又はＲがボケるため画像の解像が劣化し、画面上の明暗の差が大きいところで被写体のエッジ部が青色や赤色に着色されるといった問題が生じる。
【０００５】
従来、前記軸上色収差の影響を抑制するために、画像処理（後処理）でエッジ強調したり、逆にエッジ部の着色を除去したり、色収差の制約を光学系の設計条件に課すなどして対処していた。
【０００６】
しかしながら、従来の対処法では、前記画像処理に係る装置の搭載や色収差の制約を光学系の設計条件に課すことによる撮像装置全体の設計及び製作に係るコストが増加するとともに、装置が複雑化し、しかも解像度が高く正しい画像を得ることが難しい。
【０００７】
そこで、解像度が高く正しい画像を得ることができる技術として、３板式の撮像装置が知られている。３板式の撮像装置に係る技術として、例えば特許文献１には、各色成分（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各色別に独立した撮像素子を備えた３板式の撮像装置において、ズームレンズのズーム量で変化する軸上色収差によるＲ、Ｇ、Ｂ各色のフォーカス位置に合わせて各撮像素子の位置を独立して移動させることで色収差を補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２８９１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば特許文献１に開示されたような３板式の撮像装置では、それぞれ独立して撮像素子の位置を制御できるため、軸上色収差の補正の対策を行うことは比較的容易であるが、撮像素子を３つ用いるため配置スペースが必要で装置の大型化は免れない上に、コストもかかってしまう。そのため、例えばデジタルカメラや携帯電話に搭載されるカメラ、車載カメラ等の小型化及び低価格化が望まれるカメラに、３板式の撮像装置を適用することは難しく、このようなカメラには単板式の撮像装置を適用する必要がある。
【００１０】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、単板式の撮像装置であって、小型且つ低コストで製作可能であり、軸上色収差の補正を可能とした撮像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】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明においては、光学系と、該光学系を介して得られる被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子の各画素に対応して複数種類の色をモザイク状に配置したカラーフィルタと、前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更可能な距離変更手段と、前記撮像素子で撮像した画像データを記憶する記憶部と、前記画像データの処理を行う画像処理部と、を有し、前記距離変更手段は、前記カラーフィルタの複数種類の色に応じた透過光によって異なる焦点位置に合わせて前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更し、前記複数種類の色に応じたそれぞれの焦点位置で、該焦点位置に対応する色の画像データを前記記憶部に記憶させ、又は前記画像処理部に取り込み、前記画像処理部は、前記複数種類の色に応じた画像データを合成してデモザイク処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
前記距離変更手段によって、前記カラーフィルタの複数種類の色に応じた透過光によって異なる焦点位置に合わせて前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更し、前記複数種類の色に応じたそれぞれの焦点位置で画像データを取得し、各カラーフィルタ色別に得られた画像データを合成して得られる画像データを合成してデモザイク処理することで、前記複数種類の色何れも焦点位置で撮像されるため軸上色収差を補正し、軸上色収差による偽色の発生を防止することが可能である。
また、単板式の撮像装置であるため、装置の大型化、製作費用の高コスト化を免れることができる。
なお、前記距離変更手段は、前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更することができればよく、光学系のみ移動させる手段、撮像素子のみを移動させる手段、光学系及び撮像素子の何れも移動させる手段の何れでもよい。
【００１３】
また、前記カラーフィルタの複数種類の色に応じた透過光によって異なる焦点位置は、前記光学系の軸上色収差によって生じる焦点位置の違いに合わせた焦点位置であるとよい。
また、前記画像処理部で合成する前記画像データは、前記移動した位置に焦点を結ぶ透過光に対応する色の成分のみで構成され、前記複数種類の色と同数の画像データであるとよい。
【００１４】
また、前記画像処理部は山登り方式の焦点検出機能を有し、前記複数種類の色のうちの任意の一色の画像データを用いて前記距離変更手段によって前記光学系と前記撮像素子との光軸方向の距離を変更して焦点検出を行い、得られた焦点位置から前記任意の一色に対する他の色の焦点位置の相対位置に前記距離変更手段によって前記距離の変更を行うとよい。
山登り方式の焦点検出機能を有することで、前記距離変更手段を利用して自動焦点調節、所謂オートフォーカスを実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単板式の撮像装置であって、小型且つ低コストで製作可能であり、軸上色収差の補正を可能とした撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態における撮像装置１の全体構成を示す構成図である。
【図２】カラーフィルタのベイヤ配列を示す図である。
【図３】実施形態における撮像装置の制御のフローチャートである。
【図４】実施形態における撮像装置の動作概念図である。
【図５】デモザイク処理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００１８】
図１は、本実施形態における撮像装置１の全体構成を示す構成図である。
まず、図１を用いて本実施形態における撮像装置１の全体構成について説明する。
【００１９】
本実施形態における撮像装置１は、レンズ部２と、該レンズ部２からの透過光を受光して撮像出力を出力するイメージャ４と、該イメージャ４からの撮像出力を保存可能なメモリ部６と、イメージャ４からの撮像出力とメモリ部６に保存された撮像出力とから合成データを生成する合成部８と、イメージャ４を光軸方向に移動させてレンズ部２とイメージャ４との距離を変更する駆動部１０と、イメージャ４及びメモリ部６の制御を行う制御装置１２とを備えている。
【００２０】
レンズ部２は、少なくとも被写体に対向し被写体からの透過光を集光する対物レンズを含み、１枚以上のレンズから構成されている。
【００２１】
イメージャ４は、例えば図２に示すように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなるベイヤ配列に配列されたカラーフィルタを備えている。
【００２２】
次に、図１に全体構成を示した撮像装置１の動作について、図３に示した制御装置１２による撮像装置１の制御のフローチャート及び図４に示した撮像装置１の動作の概念図を用いて説明する。
【００２３】
図３に示したフローチャートにおいて、処理が開始、即ち露光が開始されると、ステップＳ１で制御装置１２は駆動部１０の動作状態からイメージャ４の位置がＢフォーカス位置にあるか否かを判断する。ここでＢフォーカス位置とは、レンズ部２からの青色の透過光（図４におけるＢ）の焦点位置をいい、図４に４０ａで表した位置である。透過光の焦点位置は、透過光の波長とレンズの特性で決まるので、青色の透過光の波長とレンズの特性から予めＢフォーカス位置は決めておく。
【００２４】
ステップＳ１でＮＯ、即ちイメージャ４の位置がＢフォーカス位置にない場合には、ステップＳ２で、制御装置１２の指示に従い、駆動部１０によりイメージャ４を光軸方向に移動させステップＳ１に戻る。イメージャ４の位置がＢフォーカス位置となるまでステップＳ１、ステップＳ２を繰り返す。
【００２５】
ステップＳ１でＹＥＳ、即ちイメージャ４の位置がＢフォーカス位置であると、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、制御装置１２の指示により、メモリ部６にＢ画素データを保存する。ここで、Ｂ画素データとは、イメージャ４の図２に示したようなカラーフィルタのＢ（青）フィルタを透過した図４に５１で示すような画素データをいう。
【００２６】
ステップＳ３が終了するとステップＳ４に進む。
ステップＳ４で制御装置１２は駆動部１０の動作状態からイメージャ４の位置がＲフォーカス位置にあるか否かを判断する。ここでＲフォーカス位置とは、レンズ部２からの赤色の透過光（図４におけるＲ）の焦点位置をいい、図４に４０ｃで表した位置である。透過光の焦点位置は、透過光の波長とレンズの特性で決まるので、赤色の透過光の波長とレンズの特性から予めＲフォーカス位置は決めておく。
【００２７】
ステップＳ４でＮＯ、即ちイメージャ４の位置がＲフォーカス位置にない場合には、ステップＳ５で、制御装置１２の指示に従い、駆動部１０によりイメージャ４を光軸方向に移動させステップＳ４に戻る。イメージャ４の位置がＲフォーカス位置となるまでステップＳ４、ステップＳ５を繰り返す。
【００２８】
ステップＳ４でＹＥＳ、即ちイメージャ４の位置がＲフォーカス位置であると、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、制御装置１２の指示により、メモリ部６にＲ画素データを保存する。ここで、Ｒ画素データとは、イメージャ４の図２に示したようなカラーフィルタのＲ（赤）フィルタを透過した図４に５２で示すような画素データをいう。
【００２９】
ステップＳ６が終了するとステップＳ７に進む。
ステップＳ７で制御装置１２は駆動部１０の動作状態からイメージャ４の位置がＧフォーカス位置にあるか否かを判断する。ここでＧフォーカス位置とは、レンズ部２からの緑色の透過光（図４におけるＧ）の焦点位置をいい、図４に４０ｂで表した位置である。透過光の焦点位置は、透過光の波長とレンズの特性で決まるので、緑色の透過光の波長とレンズの特性から予めＧフォーカス位置は決めておく。
【００３０】
ステップＳ７でＮＯ、即ちイメージャ４の位置がＧフォーカス位置にない場合には、ステップＳ８で、制御装置１２の指示に従い、駆動部１０によりイメージャ４を光軸方向に移動させステップＳ７に戻る。イメージャ４の位置がＧフォーカス位置となるまでステップＳ７、ステップＳ８を繰り返す。
【００３１】
ステップＳ７でＹＥＳ、即ちイメージャ４の位置がＧフォーカス位置であると、ステップＳ９に進む。
ステップＳ９では、制御装置１２の指示により、合成部８にＧ画素データが取得される。ここで、Ｇ画素データとは、イメージャ４の図２に示したようなカラーフィルタのＧ（緑）フィルタを透過した図４に５３で示すような画素データをいう。
【００３２】
ステップＳ９が終了するとステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、まずメモリ部６に保存されたＢ画像データ及びＲ画素データが合成部８に取得され、合成部８でＢ画像データ、Ｒ画素データ及びＧ画素データを用いてデモザイク処理が行われる。
【００３３】
ステップＳ１０で行われるデモザイク処理について、図５を用いて説明する。
図５はデモザイク処理の説明図である。
図５に示した例えば（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）の画素位置の赤の画素値（Ｒ値）は、Ｒ画素データの（Ｘ，Ｙ）の位置の赤の画素値（Ｒ１）を読み取る。
【００３４】
また、（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）の画素位置の緑の画素値（Ｇ値）は、Ｇ画素データの（Ｘ，Ｙ）の位置には緑の画素値のデータがないため、その周囲の緑の画素値（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の平均値を用いて補間する。なお、本実施例においては、（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）におけるＧ値をその周囲の緑の画素値（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の平均値を用いて補間する所謂平均補間を採用しているが、緑の画素値（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の最大値と最小値を除いた２個の画素値の平均を採用するメディアン補間を採用することもできる。
【００３５】
また、（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）の位置の青の画素値（Ｂ値）は、Ｇ値と同様に、その周囲の青の画素値（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）の平均値を用いて補間する。Ｇ値と同様にメディアン補間を採用することもできる。
【００３６】
以上により、（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）の位置におけるＲ値、Ｇ値、Ｂ値の全てを求めることができる。同様にして（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）以外の他の座標の画素位置においてもＲ値、Ｇ値、Ｂ値を求め、全ての座標についてＲ値、Ｇ値、Ｂ値を求める。
以上のデモザイク処理によりＲ画素データ、Ｂ画素データ、Ｇ画素データから、合成データとしてカラー画像が生成され、該カラー画像は次工程に送られる。
【００３７】
以上の構成及び動作の撮像装置１によれば、単板式の撮像装置であるため３板式の撮像装置のように装置全体が大型化することなくしかも低コストで製作が可能であり、Ｒ画素データ、Ｇ画素データ、Ｂ画像データそれぞれを、イメージャを光軸方向に移動させて焦点位置で取得しているため軸上色収差の補正が可能である。
【００３８】
また、図１に示した構成に加えて、山登り方式の焦点検出機能を設け、前記３種類の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のうちの任意の一色の画像データを用いて駆動部１０によってイメージャ４を移動させて焦点検出を行い、得られた焦点位置から前記任意の一色に対する他の色の焦点位置の相対位置に前記駆動部によってイメージャを移動させることもできる。これにより、駆動部１０を利用して自動焦点調節、所謂オートフォーカスを実施することも可能となる。
【００３９】
なお、本実施例においては、図２に示したようなＲ、Ｇ、Ｂの３種類の色を配置したカラーフィルタを用いたが、前記３種類の色に限らず複数種類の色を配置したカラーフィルタ全般について本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
単板式の撮像装置であって、小型且つ低コストで製作可能であり、軸上色収差の補正を可能とした撮像装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  撮像装置
２  レンズ部
４  イメージャ
６  メモリ部
８  合成部
１０  駆動部（距離変更手段）
１２  制御装置
【図１】
2011176584.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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