(57)【要約】【課題】簡単な構成によりコントラストと解像度の高い画像を得ることができる３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置を提供する。【解決手段】結像レンズ１１は、軸上色収差を有する。カラーエリアセンサ１２は、複数の画素から成る。被写体１を結像レンズ１１により複数の異なる色でカラーエリアセンサ１２に結像させて、異なる色ごとに画像を取得する。異なる色ごとに画像を取得した後、画像合成手段により色の異なる各画像について同一の画素の画素値を比較し、最も大きい画素値を選択することにより各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を軸上色収差を有する結像レンズ装置により複数の異なる色で同一面に結像させて異なる色ごとに画像を取得し、色の異なる各画像を対応させて合成し、合成画像を得ることを特徴とする３次元領域内の被写体の撮影方法。
【請求項２】
被写体を軸上色収差を有する結像レンズ装置により複数の異なる色で複数の画素から成るエリアセンサに結像させて異なる色ごとに画像を取得し、色の異なる各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得ることを特徴とする３次元領域内の被写体の撮影方法。
【請求項３】
異なる色ごとに画像を取得した後、色の異なる各画像について同一の画素の画素値を比較し、最も大きい画素値を選択することにより各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得ることを特徴とする請求項２記載の３次元領域内の被写体の撮影方法。
【請求項４】
軸上色収差を有する結像レンズ装置と、
複数の画素から成り、被写体を前記結像レンズ装置により複数の異なる色で結像させて異なる色ごとに画像を取得するエリアセンサと、
前記エリアセンサから色の異なる各画像を入力し、入力した色の異なる各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得る画像合成手段とを、
有することを特徴とする３次元領域内の被写体の撮影装置。
【請求項５】
前記合成手段は、入力した色の異なる各画像について同一の画素の画素値を比較し、最も大きい画素値を選択することにより各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得ることを特徴とする請求項４記載の３次元領域内の被写体の撮影装置。
【請求項６】
結像レンズと、エリアセンサと、光路長調節部とを有し、
前記結像レンズは被写体を前記エリアセンサに結像させるよう被写体とエリアセンサとの間に配置され、
前記光路長調節部は、複数の色のフィルタを有し、前記被写体と前記結像レンズとの間に配置され、前記結合レンズから異なる被写体距離にある前記被写体の各位置からの光を各フィルタによりそれぞれの色に着色して前記結像レンズに入射させ、前記エリアセンサに焦点深度内で結像させることを、
特徴とする３次元領域内の被写体の撮影装置。
【請求項７】
前記光路長調節部は、１枚のフィルタに赤色部分、緑色部分および青色部分を設けて成ることを特徴とする請求項６記載の３次元領域内の被写体の撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容易かつ正確に微生物のコロニーを計数する技術として、レーザー装置によりセルにレーザー光線を照射し、ＣＣＤエリアイメージセンサでセルを透過した光を受け、その投影検出信号をコンピュータで解析するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の撮影方法および撮影装置として、ピントを合わせたい領域を指定することで、その距離情報によって指定された範囲の全てにピントを合わせる合成画像の基となる画像を複数撮影し、合成することで必要領域に全てピントの合った画像を得るものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０４６８９号公報
【特許文献２】特開平１０−１０８０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示すように、食品中の微生物検査において、シャーレに入れた厚みのある寒天培地中にある生菌のコロニーを早期に計数する場合、コロニーが小さく，目視で見えないような早期段階で検出するためには，厚み方向に対してできるだけ結像レンズのピントはずれを少なくして，コロニーのコントラストと解像度の高い状態で撮影する必要がある。
【０００５】
一般にピントの合っている範囲（被写界深度）を深くしたいときには，撮影用レンズの絞りを絞ることが行われる。寒天培地中のコロニー撮影のように，厚みのある被写体を撮影するためには，かなり絞りを絞らないと培地の手前側から奥側まで同時にピントのあった画像が得られない。ところが，被写界深度を稼ぐために撮影用レンズの絞りを絞り込むと，光の回折現象に起因するボケが生じるため，解像度が低下することが知られている。そのためコロニーの早期検出の目的で，より微小なコロニーを高コントラストで撮影したい場合には，撮影レンズの絞りを開くことが要求される。このように，被写界深度と解像度とはトレードオフの関係にあり，同時に満足することはできない。
【０００６】
この問題を解決する方法として，特許文献２に示すように、被写体の手前側から奥側までピント位置をずらしながら複数回の撮影を行い，それらを画像処理によって合成するという方法が提案されている。しかし，この方法ではピント位置を変えるために，一般的には機械的な走査が必要であるため，機構の複雑さと装置の耐久性の点で問題がある。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、簡単な構成によりコントラストと解像度の高い画像を得ることができる３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法は、被写体を軸上色収差を有する結像レンズ装置により複数の異なる色で同一面に結像させて異なる色ごとに画像を取得し、色の異なる各画像を対応させて合成し、合成画像を得ることを特徴とする。
【０００９】
第１の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法では、被写体を軸上色収差を有する結像レンズ装置により複数の異なる色で同一面に結像させる。画像は、例えばＣＣＤカメラなどのカラーエリアセンサにより得ることができる。結像レンズ装置は、結像レンズを備えた、結像のための装置である。レンズには，各種の収差が存在する。このうち「色収差」と呼ばれる収差は波長によるレンズの屈折力の差に起因して生じるものであり、「軸上色収差」により、各色成分によってピントの合う深さが異なる。このため、異なる色ごとに画像を取得することにより、被写体の奥行き方向でそれぞれピントの合う深さが異なる画像を得ることができる。それらの色の異なる各画像を対応させて合成することにより得られた合成画像は、被写界深度が深い画像となる。こうして、簡単な構成によりコントラストと解像度の高い画像を得ることができる。
【００１０】
第２の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法は、被写体を軸上色収差を有する結像レンズ装置により複数の異なる色で複数の画素から成るエリアセンサに結像させて異なる色ごとに画像を取得し、色の異なる各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得ることを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法では、第１の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法において、複数の画素から成るエリアセンサを用いてデジタル処理を行うことにより、色の異なる各画像の合成画像を容易に得ることができる。
【００１２】
第３の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法は、第２の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法において、異なる色ごとに画像を取得した後、色の異なる各画像について同一の画素の画素値を比較し、最も大きい画素値を選択することにより各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得ることを特徴とする。
第３の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法では、コントラストと解像度の高い画像を容易に得ることができる。
【００１３】
第４の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影装置は、軸上色収差を有する結像レンズ装置と、複数の画素から成り、被写体を前記結像レンズ装置により複数の異なる色で結像させて異なる色ごとに画像を取得するエリアセンサと、前記エリアセンサから色の異なる各画像を入力し、入力した色の異なる各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得る画像合成手段とを、有することを特徴とする。第４の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影装置により、第１および第２の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法を簡単な構成で実施可能である。
【００１４】
前記合成手段は、入力した色の異なる各画像について同一の画素の画素値を比較し、最も大きい画素値を選択することにより各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得ることが好ましい。この構成では、第３の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法を簡単な構成で実施可能である。
【００１５】
第５の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影装置は、結像レンズと、エリアセンサと、光路長調節部とを有し、前記結像レンズは被写体を前記エリアセンサに結像させるよう被写体とエリアセンサとの間に配置され、前記光路長調節部は、複数の色のフィルタを有し、前記被写体と前記結像レンズとの間に配置され、前記結合レンズから異なる被写体距離にある前記被写体の各位置からの光を各フィルタによりそれぞれの色に着色して前記結像レンズに入射させ、前記エリアセンサに焦点深度内で結像させることを、特徴とする。
【００１６】
第５の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影装置では、被写体からの光を光路長調節部に通す。光路長調節部は、被写体の奥行きの異なる各位置からの光を、複数の色のフィルタにより着色して結像レンズに入射させる。結像レンズは、光路長調節部との組み合わせで、被写体からの光をエリアセンサに焦点深度内で結像させる。こうして、異なる色ごとに画像を取得することにより、被写体の奥行き方向でそれぞれピントの合う深さが異なる画像を得ることができる。それらの色の異なる各画像を対応させて合成することにより得られた合成画像は、被写界深度が深い画像となる。こうして、簡単な構成によりコントラストと解像度の高い画像を得ることができる。特に、この構成は、結像レンズとして、諸収差が補正された一般のレンズを用いる場合に、実施を容易にする。
【００１７】
第５の本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影装置で、前記光路長調節部は、１枚のフィルタに赤色部分、緑色部分および青色部分を設けて成ることが好ましい。
本発明に係る３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置は、寒天培地中のコロニーの撮影に適しているが、一般の写真撮影に用いられてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単な構成によりコントラストと解像度の高い画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図２は、本発明の第１の実施の形態の３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置を示している。
図１に示すように、撮影装置１０は、結像レンズ１１とカラーエリアセンサ１２と画像合成手段（図示せず）と光源１３とを有している。
【００２０】
結像レンズ１１は、凸レンズから成る。結像レンズ１１は、波長によってピントの合う深さが異なるよう軸上色収差だけを適量残し、それ以外の収差を極力補正するように設計されている。
【００２１】
カラーエリアセンサ１２は、複数の画素を有するＣＣＤカメラから成る。カラーエリアセンサ１２は、ＲＧＢのカラーフィルタが各画素に取り付けられている。カラーエリアセンサ１２は、被写体１を結像レンズ１１により複数の異なる色で結像させて、異なる色ごとに画像を取得するよう構成されている。なお、ＲＧＢのカラーフィルタの代わりにＣＭＹのカラーフィルタが用いられているカラーエリアセンサは、使用することができない。
【００２２】
画像合成手段は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータから成る。画像合成手段は、以下のように構成されている。カラーエリアセンサ１２から色の異なる各画像を入力する。入力した色の異なる各画像について同一の画素の画素値を比較する。最も大きい画素値を選択することにより各画像を同一の画素ごとに合成して合成画像を得る。
光源１３は、白色光を発する面状の光源から成る。
【００２３】
図１に示すように、撮影装置１０を用いて、以下に示す撮影方法で撮影を行う。撮影装置１０は、寒天培地２中のコロニー３の撮影に好適に用いられる。まず、寒天培地２から成る被写体１を結像レンズ１１と光源１３との間に配置する。図１に示すように、結像レンズ１１が波長によってピントの合う深さが異なるよう設計されているため、赤色光４ａ、緑色光４ｂ、青色光４ｃの３色でピントの合う深さが異なる。このとき、図２に示すように、被写体１の奥行き方向の中央の位置５ｂに緑色光４ｂのピントが合うように調整し、青色光４ｃのピントの合う位置を被写体１の内部の緑より手前側の位置５ｃに、赤色光４ａのピントの合う位置を被写体１の内部の緑より奥側の位置５ａに調整する。
【００２４】
光源１３の光を被写体１にあて、被写体１からの光を結像レンズ１１に通す。結像レンズ１１により赤色光４ａ、緑色光４ｂ、青色光４ｃの３色でカラーエリアセンサ１２に結像させる。カラーエリアセンサ１２が各色成分ごとに画像を取得し、赤色成分画像、緑色成分画像、青色成分画像に分解する。このとき、各色成分によって被写体１の奥行き方向でピントの合った深さが位置５ａ，５ｂ，５ｃと異なっている。このため、赤色成分画像、緑色成分画像、青色線分画像をそれぞれ単に３枚のモノクロ画像とみなせば、１回のカラー撮影によって、ピント位置の異なる３枚のモノクロ画像が得られることになる。
【００２５】
この各色成分に対応する３枚のモノクロ画像を画像合成手段に入力する。画像合成手段により、３枚の画像の同じ位置の画素値を比較する。最も大きい画素値、すなわち濃度の濃い（暗い）値をその画素の値として選択し、新規の画像にプロットする。３枚の画像の全ての画素に対してこの処理を行い、新規の画像を合成する。このような画像処理を施すことにより、３つの位置５ａ，５ｂ，５ｃの画像を同一の画素ごとに合成して、コントラストの高い１枚の合成画像を得ることができる。また、カラーエリアセンサ１２を用いて画像処理手段でデジタル処理を行うことにより、色の異なる各画像の合成画像を容易に得ることができる。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態の撮影方法および撮影装置１０によれば、図２に示すように各色成分に対応した３つのピント位置５ａ，５ｂ，５ｃを持つため、１色当たりの被写界深度を被写体１の厚みの１／３まで狭くすることができる。したがって、原理的にはレンズの絞りを３倍に開いて撮影できるため、解像度を３倍に上げることができる。すなわち、１／３の大きさのコロニー３を見つけることができるようになる。こうして、この撮影方法および撮影装置１０は、機械的な走査を必要とせず、簡単な構成によりコントラストと解像度の高い画像を容易に得ることができる。
【００２７】
図３乃至図４は、本発明の第２の実施の形態の３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置を示している。
図３に示すように、撮影装置２０は、結像レンズ２１とカラーエリアセンサ１２と光路長調節部２２と画像合成手段（図示せず）と光源１３とを有している。
なお、カラーエリアセンサ１２、画像合成手段、光源１３などの構成は、本発明の第１の実施の形態の構成と同様であり、同一の部材には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
結像レンズ２１は、一般のカメラ用レンズから成る。結像レンズ２１は、色収差を含む諸収差をバランス良く補正して、画像のボケが少なくなるように複数枚のレンズを組み合わせて設計されている。結像レンズ２１は、被写体１をカラーエリアセンサ１２に結像させるよう被写体１とカラーエリアセンサ１２との間に配置されている。
【００２９】
図３に示すように、光路長調節部２２は、カラーフィルタ２３と光路長調節板２４とを貼り合わせて成る。図４（ａ）に示すように、カラーフィルタ２３は、結像レンズ２１の口径とほぼ同じ径を有する円盤形状を成し、扇形状に３等分した各部分に赤色フィルタ２３ａ、緑色フィルタ２３ｂおよび青色フィルタ２３ｃを設けて成っている。図３に示すように、光路長調節板２４は、カラーフィルタ２３の赤色フィルタ２３ａおよび緑色フィルタ２３ｂのそれぞれに対応した、厚さの異なる２つのガラス板から成る。光路長調節板２４は、厚さを調節することにより通過する光のピント位置を調節可能に構成されている。
【００３０】
光路長調節部２２は、被写体１と結像レンズ２１との間に配置されている。光路長調節部２２は、結合レンズから異なる被写体距離にある被写体１の各位置からの光を、各フィルタによりそれぞれの色に着色して結像レンズ２１に入射させ、カラーエリアセンサ１２に焦点深度内で結像させるよう構成されている。
【００３１】
図３に示すように、撮影装置２０を用いて、以下に示す撮影方法で撮影を行う。撮影装置２０は、寒天培地２の中のコロニー３の撮影に好適に用いられる。まず、寒天培地２から成る被写体１を結像レンズ２１と光源１３との間に配置する。光源１３の光を被写体１にあて、被写体１からの光を光路長調節部２２に通す。光路長調節部２２は、被写体１の奥行きの異なる各位置からの光を、複数の色のカラーフィルタ２３により着色して結像レンズ２１に入射させる。結像レンズ２１は、光路長調節部２２との組み合わせで、被写体１からの光をカラーエリアセンサ１２に焦点深度内で結像させる。こうして、異なる色ごとに画像を取得することにより、被写体１の奥行き方向でそれぞれピントの合う深さが異なる画像を得ることができる。それらの色の異なる各画像を対応させて合成することにより得られた合成画像は、被写界深度が深い画像となる。こうして、簡単な構成によりコントラストと解像度の高い画像を得ることができる。
【００３２】
なお、図４（ｂ）に示すように、カラーフィルタ２３は、同心円状に３等分した各部分に赤色フィルタ２３ａ、緑色フィルタ２３ｂおよび青色フィルタ２３ｃを設けて成っていてもよい。
【００３３】
また、光路長調節部２２は、色収差を増加させるよう、単レンズから成っていてもよい。この場合、光路長調節部２２は、球面収差をはじめとする色収差以外の諸収差の増加を少なくする形状から成っており、平凸形状からメニスカス形状の範囲で適切な曲率を持っている。光路長調節部２２は、色収差の量を被写体１の厚さに応じて調節する必要がある。たとえば、厚さが３ｍｍの寒天培地２の撮影であれば、ＲＧＢの３色に各々前後０．５ｍｍずつの範囲を受けもたせる。その場合、図３に示す被写体１の厚さ方向での赤色光４ａと青色光４ｃとのピント位置の間隔は２ｍｍとなる。したがって、光路長調節部２２は、赤色光４ａの最良ピント位置と青色光４ｃの最良ピント位置との間隔が２ｍｍとなるように、軸上色収差の量を調節すればよい。
【００３４】
光源１３は、ファイバーハロゲン光源装置から成っていてもよい。この場合、干渉フィルタにより必要な波長および帯域幅のＲＧＢ３色の光を得、その３色の光をファイバで混合して１つの面光源へと導き、ＲＧＢ３色の輝線スペクトルを重ね合わせたような発光波長特性の光を得ることができる。これにより、カラーフィルタ２３の特性によりＲＧＢの分離があまり良好でないときにも、各色ごとに被写体１の奥行き方向でそれぞれピントの合う深さが異なる画像を得ることができ、コントラストと解像度の高い画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置を示す原理図である。
【図２】図１に示す撮影方法および撮影装置のピント位置を拡大した原理図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の３次元領域内の被写体の撮影方法および撮影装置を示す原理図である。
【図４】図３に示す撮影方法および撮影装置の（ａ）カラーフィルタを示す正面図、（ｂ）カラーフィルタの変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    被写体
２    寒天培地
３    コロニー
４ａ  赤色光
４ｂ  緑色光
４ｃ  青色光
１０  撮影装置
１１  結像レンズ
１２  カラーエリアセンサ
１３  光源
【図１】
2005257567.tif 000003
【図２】
2005257567.tif 000004
【図３】
2005257567.tif 000005
【図４】
2005257567.tif 000006