(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の物体像を形成する結像光学系と、
前記物体像を電気信号に変換する電子撮像素子と、
前記電気信号を映像信号に変換する電気信号処理手段と、を備えた撮像装置において、
前記結像光学系が、回折面を有し、
前記電気信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記物体像の解像度を落とし、前記解像度が落とされた物体像と前記不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算してフレアー像を求め、得られたフレアー像の解像度を補間処理し、前記解像度が補間処理されたフレアー像を表すフレアー信号を前記電気信号から除去又は低減する手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像装置が、適正露出と、露出アンダーと、による複数枚の物体像を略同時に撮像し、
前記電気信号処理手段が、前記露出アンダーによる物体像の解像度を落とし、前記解像度が落とされた物体像と前記不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算してフレアー像を求め、得られたフレアー像の解像度を補間処理し、前記解像度が補間処理されたフレアー像を表すフレアー信号を前記適正露出による物体像を表す電気信号から除去又は低減することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記電気信号処理手段が、前記得られたフレアー像の解像度を補間処理する際、前記フレアー像の解像度を前記電気信号からなる物体像と同じ解像度にす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】
前記電気信号処理手段が、コンボリューションを演算する際、解像度が落とされた物体像の中で、前記電気信号の強度が一定値より高い電気信号を有する物体像と、前記不要次数光の点像強度分布と、のコンボリューションを演算する請求項１から３の何れか１項記載の撮像装置。
【請求項５】
前記電気信号処理手段が、コンボリューションを演算する際、撮像したときの光源に関わらず同一の光源の下で計算された点像強度分布を用いることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の撮像装置。
【請求項６】
前記電気信号処理手段が、コンボリューションを演算する際、結像レンズの状態と像高に応じた点像強度分布を複数有し、任意の像高の点像強度分布は隣接する複数の点像強度分布から近似計算することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の撮像装置。
【請求項７】
前記電気信号処理手段において、コンボリューションを演算する際、点像強度分布を、物体像の画面を中心に回転させながら演算することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、特に、回折型光学素子を含む結像光学系により形成された対象物の像を電子撮像素子で電気信号に変換し、さらにその電気信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段を備えた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折型光学素子には、複数の回折次数の光を用いて光路を分岐させる作用や、輪帯状の回折格子で回折光を集光させる作用等を有することが知られている。例えば集光作用を有するように構成された回折型光学素子は、非球面波を容易に生成することができるため、収差補正上大きな効果があること、また、実質的に厚みを持たない素子であるから、構成上の自由度が高く、コンパクトな光学系に有効であること、さらに、分散特性として屈折レンズでいうアッべ数に相当する量が負の値となるため、屈折光学系との組み合わせにより、色収差の補正に大きな効果があること等が知られている。このような特徴を利用し、光学系の性能を向上させることに関しては、例えば、Binary Optics Technology:The Theory and Design of Multi-Level Diffractive Optical Element,Gary J.Swanson,Technology Report 854,MIT Lincoln Laboratory,August 1989.に詳しい記述がある。さらに、このような回折型光学素子を結像レンズとして含む従来例としては、特開平６−３３１９４１号や特開平６−３２４２６２号等のものが知られている。
【０００３】
また、回折型光学素子を複数の回折次数の光を用いて光路を分岐させる作用として利用した従来例としては、電子撮像素子のモアレ除去のためのローパスフィルターとして利用した特開平４−９８０３号等や、色分解光学系として利用した特許公報第２，５２４，５６９号等が知られている。
【０００４】
一方、一般に、回折型光学素子に入射した光は複数の次数の回折光に分解されるが、例えば回折型光学素子をレンズ素子として構成する場合等は、この複数の次数の回折光が存在することは複数の焦点が存在することに相当し、結像光学系としては特殊な場合を除き好ましいことではない。
【０００５】
このように特定の次数の回折光を利用して光学系を構成する目的に対して、それ以外の次数の回折光が悪影響を与える場合等には、特定の次数以外の回折光を除去する必要がある。そのような課題に対して、図１に断面を示すように、回折のためのレリーフパターンＡの断面形状を鋸歯状とする（ブレーズ化する）ことにより、特定の次数の回折光にエネルギを集中させ、他の次数の回折光を発生させないようにすることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１のように断面形状を鋸歯状に加工したとしても、鋸歯形状の溝の深さによって、エネルギを最大限に集中できる波長（以下、最適化波長と称する。）が異なり、波長幅を有する帯域光のエネルギを特定次数の回折光に集中させることは不可能である。このような現象は、例えばレーザ光のような単色光源を利用する場合等では問題にならないが、例えばカメラのように白色光を利用する撮像装置等では、最適化波長以外の波長において回折効率が低下し、他の次数の回折光にエネルギが分散するという問題が生じていた。
【０００７】
図２は、図１の断面形状を有する回折型光学素子について、使用する１次回折効率と波長の関係を示したものである。ここで、レリーフパターンは波長λ＝５３０ｎｍにおいて１次回折光が１００％となるように溝深さを決め、ガラスＢＫ７の基材に形成したものである。図２に示した波長帯域は、一般的に可視波長領域と見なせるλ＝４００ｎｍからλ＝７００ｎｍであるが、回折効率は最適化波長λ＝５３０ｎｍから離れるに従って低下する。
【０００８】
さらに、この例において、０次回折効率及び２次回折効率と波長の関係を図３に示す。図３に示すように、１次回折光が低下する短波長、長波長領域において、０次回折光と２次回折光が増加していることが分かる。
【０００９】
このような回折型光学素子を、例えばカメラのような白色光を対象とするレンズ素子として用いると、利用する特定回折光以外の次数の回折光が色付きを持ったフレアーやゴーストとなり、結像性能を低下させる原因となる。
【００１０】
この例のように、結像レンズによる像形成を利用した撮像装置に回折型光学素子を用いる場合、最適化波長以外の波長に対して、利用する特定回折次数光以外の次数の回折光によるフレアー像を除去若しくはその影響を低減させる必要がある。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、回折型光学素子の最適化波長以外の波長に対して、利用に不要な次数の回折光による光学性能の低下を電気的に高速かつ高精度に軽減し、高精度な撮像装置を得ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の撮像装置は、対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記電子撮像素子から得られる電子信号からある一定値より高い強度を持つ電気信号を選別し、選別された電子信号からなる物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算してフレアー信号を求める手段と、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成の作用について説明する。本発明の撮像装置は、対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、その電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、その結像光学系が、少なくとも１枚の回折型光学素子を含み、その回折型光学素子は結像作用若しくは他のレンズ要素との組み合わせにより結像性能を向上させる作用を有し、不要な次数の回折光の影響によるフレアーを低減するために、映像信号を電気的に処理する手段を備えたことを特徴としている。
【００１４】
回折型光学素子の最適波長を５３０ｎｍ付近に設定する場合、図３に示すように、最適化波長から離れるに従って不要次数光の回折効率が高くなってくる。この不要次数光の回折効率の上昇が画質の劣化に影響するのは、次のような理由である。結像レンズに用いられた回折型光学素子は、収差補正がなされるように特定の次数において最適なパワーを有している。ところが、設計に用いた次数以外の不要次数光の回折角は、設計次数のそれと異なるため、大きな収差を発生する。これがフレアーの原因である。
【００１５】
不要次数光のフレアー像の点像分布強度は予め分かっているので、この不要次数光の点像強度分布を用いて結像した物体像とコンボリューションをとれば、画質劣化の原因となるフレアー像が得られる。得られたフレアー像を用いて、撮像した画像からフレアーを除去又は低減すれば、フレアー像のないクリアーな画像が得られる。
【００１６】
ここで、設計次数の回折効率に比べ、不要次数光の回折効率は低いので、不要次数光によるフレアー像は主に輝度の高い物体から発生することが多い。したがって、フレアー像を求めるためのコンボリューション演算は、結像した物体像の中でも、映像信号レベルの高い画素についてだけ演算をするのが望ましい。このようにすれば、計算する画素数が少なくなり、計算時間の短縮になる。物体像からその演算で得られたフレアーを減算すれば、画質劣化の少ない映像が得られる。
【００１７】
コンボリューションは次の式で表される。
Ｑ（ｘ，ｙ）＝∬Ｉｍｇ（ｘ＋ｕ，ｙ＋ｖ）×ＰＳＦ（ｕ，ｖ）ｄｕｄｖ・・・（１）
ここで、Ｑ（ｘ，ｙ）：位置（ｘ，ｙ）における不要次数光の像の強度
Ｉｍｇ（ｘ，ｙ）：位置（ｘ，ｙ）における設計次数光の像強度
ＰＳＦ（ｕ，ｖ）：不要次数光の点像強度分布
ｘ：物体像の水平方向座標
ｙ：物体像の垂直方向座標
ｕ：点像強度分布の水平方向座標
ｖ：点像強度分布の垂直方向座標
である。形成された像は撮像素子によって離散的にサンプリングされるので、コンボリューションは次のような式で表される。
【００１８】
Ｑ（ｉ，ｊ）＝Σm Σn Ｉｍｇ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）×ＰＳＦ（ｍ，ｎ）・・・（２）
ここで、ｉ：物体像の水平方向画素番号
ｊ：物体像の垂直方向画素番号
ｕ：点像強度分布の水平方向画素番号
ｖ：点像強度分布の垂直方向画素番号
である。この式（２）から分かるように、コンボリューションの計算時間は、画面の画素数と点像強度分布のサイズの積に比例するので、画素全体のコンボリューション演算にはかなりの計算時間を要する。したがって、計算時間を短縮するには、画素数を少なくするのが望ましい。そこで、上記のように、映像信号レベルの高い画素についてのみ演算をすることにより、計算時間が短くなり、高速かつ高精度に不要次数光によるフレアー像を除去することができクリアーな画像が得られる。
【００１９】
ここで、コンボリューションを行う画素の選別の基準として、映像信号強度の最大値の３０％〜９０％の範囲内の一定値とするのが望ましい。下限値の３０％を越えると、計算処理する画素数が増えるため、処理時間が増大する。一方、上限の９０％を越えると、計算処理する画素数が少なくなりすぎるため、十分な精度でフレアー像を計算予測することができず、フレアー除去効果が薄くなる。
【００２０】
本発明のもう１つの撮像装置は、対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記撮像装置が略同時に露出の異なる複数枚の物体像を撮像し、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記の複数枚の物体像の１つあるいは複数から得られる電気信号から一定値より高い強度を持つ電気信号を選別し、選別された電気信号を有する物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算してフレアー信号を求める手段と、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成の作用について説明する。通常、撮像素子はある一定のダイナミックレンジしか持っていない。このため、ダイナミックレンジを越えた輝度を有する物体が画面内にあると、撮像素子から得られる映像信号は正確な情報を示さない。コンボリューション演算をする際、物体像の映像信号強度が正確でないと、得られるフレアー像も正確でなくなる。ダイナミックレンジを越えた物体に対して、正確な映像信号強度を得るには、最適露光量で撮像した画像とは別に、露光量を小さくした映像を撮像しておくのが好ましい。また、両者の撮像範囲を同じくするために、ほぼ同時に撮像することが望ましい。
【００２２】
また、露出の異なる複数枚の画像を合成して、ダイナミックレンジの広い画像を作ると、計算時間が簡単になり、処理速度が向上し、好ましい。ここで、この点を図４を参照にして説明する。いま、カメラ系が信号強度１から２５６までしか表現できないような限られた狭いダイナミックレンジを持っているとする。図４（ａ）は狭いダイナミックレンジを越えた物体像の強度分布である。
【００２３】
まず、強度２５６又は５１２を越えた画素の強度が狭いダイナミックレンジ内に収まるように露出量を１／２倍又は１／４倍して、２５６より小さい値で表現できるように撮影する。次に、係数倍された画素の中で、２５６以上及び１２７以下の信号を０に変換すると、図４（ｂ）のような分布になる。
【００２４】
図４（ｂ）は図４（ｃ）に示した３つの分布のように表すことができ、これは図４（ａ）に対応する。
次に、狭いダイナミックレンジ内で表現された各信号と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューション演算を行い、得られた信号をそれぞれ１倍、２倍、４倍して足し合わせて得られた信号（図４（ｃ）には強度分布を係数倍して足し合わせるように表現してあるが、実際には各々コンボリューション演算をした後に足し合わせる。）は、広いダイナミックレンジの信号とコンボリューション演算したことと等価である。以上の一連の操作を図５のフローチャートに示す。
【００２５】
また、フレアー像を求める計算を簡略化し、記憶容量を小さくするために、露出の異なる複数枚の画像の中、露出時間の短い画像をコンボリューション計算に用いることが好ましい。
【００２６】
本発明のさらにもう１つの撮像装置は、対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記電子撮像素子から得られる電子信号からある一定値より高い強度を持つ電気信号を選別し、選別された電子信号からなる物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算する際、物体像の解像度を落としてフレアー信号を求める演算を行い、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明のさらに別の撮像装置は、対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記電子撮像素子から得られる電子信号から一定値より高い電気信号を有する物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算する際に、物体像の解像度を落としてフレアー信号を求める演算を行い、得られたフレアー信号の解像度を元に戻し、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とするものである。
【００２８】
上記構成の作用について説明する。コンボリューションは前記の式（１）で表され、前記の（２）式のようになる。この（２）式から分かるように、コンボリューションの計算時間は、画面のサイズと点像強度分布のサイズの積に比例するので、画面全体のコンボリューション演算にはかなりの計算時間を要する。したがって、計算時間を短縮するには、画面サイズ又は点像強度分布のサイズを小さくするのが望ましい。
【００２９】
不要次数光は像面で焦点を結ばないから、不要次数光の点像強度分布は、設計次数光の点像強度分布と比べると大きい。したがって、物体像の解像度を落としてもフレアー像の写りはおおよそ変わらない。ここでいう解像度とは、画面のサンプリング間隔のことをいう。コンボリューションの演算をする際、物体像の解像度を落として計算すると、画素数が減り、処理時間が短縮されて好ましい。また、同時に、点像強度分布の解像度を物体像の解像度と同じにすると、コンボリューション演算処理が簡略化され、さらに好ましい。また、演算で得られた像の解像度を元の解像度に戻すと、フレアー像の除去又は低減する演算が簡単になり好ましい。
【００３０】
以上の撮像装置において、電子信号処理手段でコンボリューションを演算する際、撮像したときの光源に関わらず同一の光源の下で計算された点像強度分布を用いることが好ましい。不要次数光の点像強度分布は、結像レンズの状態、回折次数、回折効率、物体位置、光源の分光分布で決定される。この中、結像レンズの撮影状態、つまり、焦点距離や開口比や光源の分光分布が異なってくるが、不要次数光の点像強度分布は大きな広がりを有しているので、カメラ内で使われる記憶容量を節約するために、代表的な焦点距離や、開口比、単一の光源を用いて計算された、又は、複数の光源による分光特性で最適化された少ない数の点像強度分布を記憶させておいて用いるのが好ましい。
【００３１】
また、以上の撮像装置において、電気信号処理手段でコンボリューションを演算する際、結像レンズの状態と像高に応じた点像強度分布を複数有し、任意の像高の点像強度分布は隣接する複数の点像強度分布から近似計算することが好ましい。画面内に写り込む物体の物体距離は様々であることや、撮影条件の違い、像高によって点像強度分布が異なることから、多数の点像強度分布をカメラが記憶するのが好ましいが、記憶容量を節約するために、代表的な撮影状態における各像高の点像強度分布を記憶させておくのが望ましい。また、記憶容量を節約するために、撮影状態毎や像高毎の点像強度分布の数を少なくするのが望ましい。このとき、任意の撮影状態や像高の点像強度分布は、隣り合った複数の点像強度分布から近似計算するのが望ましい。
【００３２】
また、以上の撮像装置で、電気信号処理手段において、点像強度分布を表現する解像度を、物体像の解像度より落とし、コンボリューションを演算する際、点像強度分布を表現する解像度を物体像の解像度と等しくするために、何れかの強度データを近似計算することが好ましい。すなわち、記憶容量を節約するために、点像強度分布を表現する格子の数を少なくしておくのが望ましい。また、格子の数を少なくしておいた点像強度分布の解像度と物体像の解像度を同じにするために、何れかの強度分布を補間計算し、両者の解像度を等しくしておくのが望ましい。
【００３３】
また、以上の撮像装置で、電気信号処理手段において、コンボリューションを演算する際、点像強度分布を、物体像の画面を中心に回転させながら演算することが望ましい。一般に、結像レンズは光軸に対し軸対称に収差が発生する。したがって、不要次数光によるフレアーもまた光軸に対して軸対称に発生する。コンボリューションを演算する際に、フレアー像を正確に計算するために、不要次数光の点像強度分布を画面を中心に点対称に回転させながら計算するのが望ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の１実施例の撮像装置を説明する。図６はこの実施例の全体のブロック図である。図中、１は結像光学系、２はカメラ部で、その内部に固体撮像素子３と、信号処理手段４と、センサ駆動回路５と、メモリ６とを備えており、信号処理手段４は、選別回路７、コンボリューション演算回路８、フレアー画像合成回路９、減算回路１０を備えている。また、処理された画像はディスプレイ・記録手段１１に出力される。
【００３５】
撮影対象物の像が結像光学系１により固体撮像素子３の受光面上に形成される。カメラ部２は略瞬時に露出の異なる２枚の画像を撮像する。１枚は適正露出で撮像され、もう１枚は露出アンダーで撮像される。固体撮像素子３はこれらの像を電気信号に変換して出力する。固体撮像素子３から出力された２つの映像信号は選別回路７に送信され、ここで選別された画素の信号とメモリ６に記憶されていた不要次数光の点像強度分布とを用いてコンボリューション演算回路８でコンボリューション演算を行う。その際、計算処理時間の短縮を図るために、映像信号の最大値の８０％以上の信号強度を持つ画素を選別して演算が行われる。次に、フレアー画像合成回路９で２つの映像信号からコンボリューション演算により得られたフレアー画像を合成する。次に、減算回路１０で適正露出で撮像された画像からフレアー画像合成回路９で合成されたフレアー画像を減算する処理を行い、フレアー像のないクリアーな画像が得られる。信号処理手段４から出力された映像信号は、ディスプレイ・記録手段１１に出力され、ディスプレイに表示されたり、あるいは、記録装置に記録される。
【００３６】
信号処理手段４について詳しく説明する。信号処理手段４に大きく分けてフレアー像を求めるためのコンボリューション演算部分８とフレア像を減算する部分９からなっている。コンボリューションは次の式で与えられることは知られている通りである。
【００３７】
ある位置（ｘ，ｙ）における像の強度Ｑ（ｘ，ｙ）は、
Ｑ（ｘ，ｙ）＝∬Ｉｍｇ（ｘ＋ｕ，ｙ＋ｖ）×ＰＳＦ（ｕ，ｖ）ｄｕｄｖ・・・（１）
で表される。形成された像は撮像素子３によって離散的にサンプリングされるので、コンボリューションは次のような式で表される。
【００３８】
Ｑ（ｉ，ｊ）＝Σm Σn Ｉｍｇ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）×ＰＳＦ（ｍ，ｎ）・・・（２）
コンボリューション演算部分８では、露出アンダー画像と点像強度分布を用いる。露出アンダー画像は一旦解像度を落とすと画素数が減るので、処理速度が向上し好ましい。メモリ６記憶容量を節約するために、点像強度分布（ＰＳＦ）は例えば次の表のように設定する。
【００３９】
0004004117.tif 000002
任意のＦｎｏ．で任意の像高のＰＳＦは次の式で表される。
【００４０】
0004004117.tif 000003
ここで、ｉ＝〔ｉｎｕｍ−１〕×ｒ／ｒ0 
ｋ1 ＝（ｉｎｕｍ−１）×ｒ−ｉ
ｊ＝〔ｆｎｕｍ−１〕×ρ
ｋ2 ＝（ｆｎｕｍ−１）×ρ−ｊ
ρ＝（Ｆｎｏ−Ｆｎｏｍｉｎ）／（Ｆｎｏｍａｘ−Ｆｎｏｍｉｎ）
ｒ：画面中心から点（ｘ，ｙ）までの距離
ｒ0 ：画面中心から画面最周辺までの距離
Ｆｎｏ：光学系の開口比
Ｆｎｏｍｉｎ：光学系の開口比の最小値
Ｆｎｏｍａｘ：光学系の開口比の最大値
〔〕は〔〕内の値を越えない最大の整数を表す。
【００４１】
例えば、Ｆｎｏ．４．０で像高比０．５の点像強度分布は、ＰＳＦ13，ＰＳＦ14，ＰＳＦ23，ＰＳＦ24の平均値を使う。
【００４２】
また、収差は光軸に対し点対称に発生するので、ＰＳＦは画面中心に対し回転させながら演算を行うと、より高精度な演算結果が得られ好ましい。点像強度分布をマトリクスで表わされるとし、このマトリクスをＰとすると回転した点像強度分布を表わすマトリクスＰ’は、
Ｐ’＝Ｒ（θ）×Ｐ                                    ・・・（４）
ここで、Ｒ（θ）：回転行列
となる。
【００４３】
露出アンダーの画像を１画素おきにサンプリングして解像度を１／２に落とし、以上のような計算処理を含むコンボリューション演算を、映像信号の最大値の８０％以上の信号強度を持った画素についてのみ行い、フレアー像を計算する。得られたフレアー像の解像度を補間処理しながら２倍にし、適正露出で撮像された画像から減算する。
以上のような演算処理をＲ，Ｂの画像に対して行うことで（Ｇの画像には不要次数が発生しない。）、フレアー像の少ないクリアーなカラー映像を得ることができる。
【００４４】
以上の本発明の撮像装置は、例えば次のように構成することができる。
〔１〕  対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、
前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記電子撮像素子から得られる電子信号からある一定値より高い強度を持つ電気信号を選別し、選別された電子信号からなる物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算してフレアー信号を求める手段と、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【００４５】
〔２〕  前記のある一定値が映像信号強度の最大値の３０％〜９０％の範囲にあることを特徴とする上記〔１〕記載の撮像装置。
【００４６】
〔３〕  対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、
前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記撮像装置が略同時に露出の異なる複数枚の物体像を撮像し、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記の複数枚の物体像の１つあるいは複数から得られる電気信号から一定値より高い強度を持つ電気信号を選別し、選別された電気信号を有する物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算してフレアー信号を求める手段と、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【００４７】
〔４〕  前記の露出の異なる複数枚の物体像からダイナミックレンジの広い画像を求める手段を有することを特徴とする上記〔３〕記載の撮像装置。
【００４８】
〔５〕  前記の露出の異なる複数枚の物体像の中、露出時間の短い画像と不要次数光の点像強度分布のコンボリューション演算を行うことを特徴とする上記〔３〕記載の撮像装置。
【００４９】
〔６〕  対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、
前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記電子撮像素子から得られる電子信号からある一定値より高い強度を持つ電気信号を選別し、選別された電子信号からなる物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算する際、物体像の解像度を落としてフレアー信号を求める演算を行い、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【００５０】
〔７〕  対象物の像を形成する結像光学系と、この像を受けて電気信号に変換する電子撮像素子と、該電子撮像素子から得られる信号を表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた撮像装置において、
前記結像光学系は、結像作用又は結像性能を向上させる作用を有する回折面を含み、前記映像信号に変換された像の中で像形成に不要な次数の回折像を低減するために、前記信号処理手段が、不要次数光の点像強度分布を記憶する手段と、前記電子撮像素子から得られる電子信号から一定値より高い電気信号を有する物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算する際に、物体像の解像度を落としてフレアー信号を求める演算を行い、得られたフレアー信号の解像度を元に戻し、前記フレアー信号を用いて物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減する手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【００５１】
〔８〕  前記電子信号処理手段において、コンボリューションを演算する際、撮像したときの光源に関わらず同一の光源の下で計算された点像強度分布を用いることを特徴とする上記〔１〕、〔２〕、〔６〕又は〔７〕記載の撮像装置。
【００５２】
〔９〕  前記電気信号処理手段において、コンボリューションを演算する際、結像レンズの状態と像高に応じた点像強度分布を複数有し、任意の像高の点像強度分布は隣接する複数の点像強度分布から近似計算することを特徴とする上記〔１〕、〔２〕、〔６〕又は〔７〕記載の撮像装置。
【００５３】
〔１０〕  前記電気信号処理手段において、点像強度分布を表現する解像度を、物体像の解像度より落とし、コンボリューションを演算する際、点像強度分布を表現する解像度を物体像の解像度と等しくするために、何れかの強度データを近似計算することを特徴とする上記〔１〕、〔２〕、〔６〕又は〔７〕記載の撮像装置。
【００５４】
〔１１〕  前記電気信号処理手段において、コンボリューションを演算する際、点像強度分布を、物体像の画面を中心に回転させながら演算することを特徴とする上記〔１〕、〔２〕、〔６〕又は〔７〕記載の撮像装置。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の撮像装置によると、電子撮像素子から得られる電子信号からある一定値より高い強度を持つ電気信号を選別し、選別された電子信号からなる物体像と不要次数光の点像強度分布とのコンボリューションを演算してフレアー信号を求め、物体像を表す信号からそのフレアー信号を除去又は低減するので、計算する画素数が少なくなり、計算時間の短縮になる。そして、フレアー像による劣化のないクリアーな画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブレーズ化した回折型光学素子の断面図である。
【図２】回折型光学素子の使用する１次回折効率と波長の関係を示す図である。
【図３】回折型光学素子の不要次数である０次回折効率及び２次回折効率と波長の関係を示す図である。
【図４】ダイナミックレンジに制限がある場合の信号処理を説明するための図である。
【図５】図４の場合の一連の操作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の１実施例の撮像装置の全体のブロック図である。
【符号の説明】
１…結像光学系
２…カメラ部
３…固体撮像素子
４…信号処理手段
５…センサ駆動回路
６…メモリ
７…選別回路
８…コンボリューション演算回路
９…フレアー画像合成回路
１０…減算回路
１１…ディスプレイ・記録手段
Ａ…レリーフパターン
【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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