(57)【要約】【課題】多バンドの撮影が可能な画像撮影装置において、簡易な構成の撮影光学系でありながら、収差が良好に補正された多バンドの画像を得ることができる画像撮影装置を提供すること。【解決手段】多バンドの撮影が可能な画像撮影装置において、各波長帯に対応した色収差が補正されるように撮影レンズ１を駆動させて複数回の撮影を行う。各撮影において、収差の補正を行った成分のみの画像データを撮像素子３から読み出してバッファメモリ６に記憶しておき、全波長帯に対応する画像データを記憶させた時点で、画像処理回路７において各画像データを合成して１つの画像データを得る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの異なる波長成分の像を撮像する撮像部と、
前記撮像部による前記撮像を複数回実行させ、前記複数回の撮像のそれぞれにおいて異なる波長成分に対応した画像を取得する画像取得部と、
前記取得された複数の異なる波長成分に対応した画像を合成する画像合成部と、
を具備することを特徴とする画像撮影装置。
【請求項２】
前記被写体の像を前記撮像部に結像させる撮影光学系と、
前記複数回の撮像のそれぞれにおいて前記撮影光学系のフォーカスを調整するフォーカス調整部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像撮影装置。
【請求項３】
前記フォーカス調整部は、前記撮像のそれぞれにおいて取得される波長成分に対応した画像のフォーカス状態が一致するように、前記撮影光学系のフォーカスを調整することを特徴とする請求項２に記載の画像撮影装置。
【請求項４】
前記撮影光学系は、望遠レンズであることを特徴とする請求項２に記載の画像撮影装置。
【請求項５】
前記被写体の像を前記撮像部に結像させる撮影光学系と、
前記複数回の撮像のそれぞれにおいて、前記撮影光学系の画角を調整する画角調整部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像撮影装置。
【請求項６】
画角調整部は、前記撮像のそれぞれにおいて取得される波長成分に対応した画像の画角状態が一致するように、前記撮影光学系の画角を調整することを特徴とする請求項５に記載の画像撮影装置。
【請求項７】
前記撮影光学系は、広角レンズであることを特徴とする請求項５に記載の画像撮影装置。
【請求項８】
前記撮像部は、少なくとも５つの異なる波長成分の像を撮像可能であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３つの異なる波長成分に対して感度を持つ画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のデジタルカメラ等の画像撮影装置においては、３つの色成分（Ｒ・Ｇ・Ｂの３原色）の組み合わせによる撮影が行われていた。しかしながら、実際には３原色だけでは人間の目が知覚できる色域を全て再現することができない。近年では、被写体のより忠実な色再現を行うために、４つ以上の色成分（４バンド以上）での撮影が可能な画像撮影装置、所謂マルチスペクトルカメラに関する提案が各種なされている。
【０００３】
例えば、特許文献１において提案されているマルチスペクトルカメラにおいては、分岐光路系と複数のフィルタが用いられている。ここで、複数のフィルタの各々は、異なる分光透過率特性を持っている。そして、各フィルタが、分岐された光路中に配置されている。このように構成することで、特許文献１におけるマルチスペクトルカメラでは、結像光学系を介して入射する被写体の像を、撮像素子の異なる領域にそれぞれ結像させることができる。これにより、多バンドの画像を撮影することができる。そして、撮像素子の異なる領域から得られる画像を再度合成することで、１つの被写体の像を得ている。
【特許文献１】特開２００５−２６０４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、カメラ等に用いられるレンズには収差が生じることが知られている。この収差には、レンズが球面であるために生じるもの（球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲、像面湾曲）と、レンズの硝材の特性によって生じるもの（軸上色収差、倍率色収差）とがある。特許文献１等の従来のカメラにおいては、これらの収差を、単一の撮影光学系によって補正している。しかしながら、特に、多バンド、すなわち幅広い波長範囲にわたって、色収差を単一の撮影光学系で補正することは困難である。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、多バンドの撮影が可能な画像撮影装置において、簡易な構成の撮影光学系でありながら、収差が良好に補正された多バンドの画像を得ることができる画像撮影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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の画像撮影装置は、少なくとも３つの異なる波長成分の像を撮像する撮像部と、前記撮像部による前記撮像を複数回実行させ、前記複数回の撮像のそれぞれにおいて異なる波長成分に対応した画像を取得する画像取得部と、前記取得された複数の異なる波長成分に対応した画像を合成する画像合成部とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、多バンドの撮影が可能な画像撮影装置において、簡易な構成の撮影光学系でありながら、収差が良好に補正された多バンドの画像を得ることができる画像撮影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像撮影装置の構成を示すブロック図である。図１に示す画像撮影装置は、撮影レンズ１と、レンズ駆動部２と、撮像素子３と、撮像処理回路４と、バス５と、バッファメモリ６と、画像処理回路７と、記録媒体８と、制御回路９とを備えている。
【０００９】
撮影レンズ１は、図示しない被写体の像を撮像素子３に結像させるための光学系である。ここで、第１の実施形態における撮影レンズ１は、単焦点の望遠レンズとすることが望ましい。これは、後述する撮影レンズ１のフォーカス調整の際の画角のずれ（軸上色収差）の影響を小さくするためである。
【００１０】
レンズ駆動部２は、フォーカス調整部としての機能を有する。このレンズ駆動部２はモータ等からなる。このレンズ駆動部２により、後述する撮影レンズ１のフォーカス調整の際に、撮影レンズ１を変移させる。このレンズ駆動部２は制御回路９によって制御される。
【００１１】
撮像素子３では、複数の画素が２次元に配列されている。撮像素子３は、撮影レンズ１によって結像された被写体の像を電気信号（撮像信号）に変換する。ここで、複数の画素は幾つかのグループ、例えば５つのグループに分けられる。各グループは、グループごとに異なる波長に対して感度のピークを有する。図２に、撮像素子３の画素配列の例を示す。図２の例において、Ａの画素は波長４００ｎｍに対して感度のピークを有する。同様に、Ｂの画素は波長４７０ｎｍ、Ｃの画素は５４０ｎｍ、Ｄの画素は６１０ｎｍ、Ｅの画素は６７０ｎｍ対して感度のピークを有する。特定波長に対する感度のピークを、各画素に持たせるには、例えば、撮像素子３の受光面にカラーフィルタを配置すればよい。図２に示すように、１列ごとにカラーフィルタの分光透過率特性を変えれば、１列ごとに異なる感度のピークを有するグループ（画素群）ができる。なお、図２では１列ごとにカラーフィルタの分光透過率特性を変えたが、これに限られない。例えば、隣接する２つ画素では、感度がピークとなる波長が互いに異なるように、各画素（カラーフィルタ）を配置しても良い。なお、全ての隣接する画素で、感度がピークとなる波長が互いに異なるようにしなくても良い。また、各画素の配列は、ランダムであっても周期的であっても構わない。
【００１２】
ここで、撮像素子３は、撮像信号の間引き読み出しが可能に構成されている。すなわち、本実施形態においては、１回の撮影に対して撮像素子３を５回動作させ、それぞれの撮像動作で異なる波長成分に対応した撮像信号のみを撮像素子３から出力させる。例えば、初回は画素Ａからの撮像信号を出力させ、以後は、画素Ｂ、画素Ｃ、画素Ｄ、画素Ｅの順で順次撮像信号を出力させる。このような撮像素子３の動作制御は制御回路９によって行われる。なお、読み出し動作は５回に限られない。例えば、１回目に画素Ａ、画素Ｃ及び画素Ｅを読み出し、２回目に画素Ｂと画素Ｄを読み出すようにしても良い。
【００１３】
撮像処理回路４は、撮像素子３から読み出された撮像信号に対して各種の処理を行って画像データを生成する。ここでの処理とは、撮像信号の増幅等のアナログ処理や撮像信号のデジタル化処理である。本実施形態においては、５回の撮像によって、５つの画像データが生成される。画像データａは画素Ａのみから生成された画像データである。同様に、画像データｂは画素Ｂのみ、画像データｃは画素Ｃのみ、画像データｄは画素Ｄのみ、画像データｅは画素Ｅのみから生成された画像データである。
【００１４】
バス５は、各種のデータを転送するための転送路である。ここで、各種のデータとは、例えば、撮像処理回路４で生成された画像データや、画像処理回路７において処理された画像データ等である。バス５は、撮像処理回路４、バッファメモリ６、画像処理回路７、記録媒体８、制御回路９に接続されている。
【００１５】
バッファメモリ６は、各種のデータを一時的に記憶しておくためのメモリである。ここで、各種のデータとは、例えば、撮像処理回路４で生成された画像データや、画像処理回路７において処理された画像データ等である。ここで、本実施形態におけるバッファメモリ６は、図３に示すように、撮像処理回路４において生成された、波長４００ｎｍの成分に対応した画像データａ、波長４７０ｎｍの成分に対応した画像データｂ、波長５４０ｎｍの成分に対応した画像データｃ、波長６１０ｎｍの成分に対応した画像データｄ、及び波長６７０ｎｍの成分に対応した画像データｅを少なくとも記憶できるだけの容量を有しているものである。
【００１６】
画像処理回路７は、画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅから１つの画像データを生成する画像処理を行う。５つの画像データは、上述のように、バッファメモリ６に記憶された５つの画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅである。画像処理回路７では、補間処理によって画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの各々における１画素、合計５画素を１つの画素にする。例えば、画素配列が図２のようになっている場合には、水平５画素のデータを合成後の１画素のデータとする。このようにして、画像処理回路７では、１つの画像データを生成する画像処理を行う。
【００１７】
記録媒体８は、画像データを記録する。この画像データは、画像処理回路７によって生成された画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを１画素成分として有する。
【００１８】
制御回路９は、レンズ駆動部２、撮像素子３の動作制御等の本画像撮影装置の各部の動作制御を行う。
【００１９】
以下、図１に示す画像撮影装置の動作について説明する。一般に、撮影光学系で結像した像には収差が発生する。この収差はレンズが球面であるために発生する収差（球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲、像面湾曲）、とレンズ硝材の特性（波長による屈折率の違い）のために発生する色収差とがある。
【００２０】
図４は、色収差について示す図である。図４に示すように、色収差には、軸上色収差と倍率色収差とがある。軸上色収差は、レンズに平行光線を入射させたときに、光軸上で光の波長によって焦点の位置が異なる現象のことを言う。図４では、光の波長が長い程（被写体の色が赤色に近い程）、焦点距離が長くなる場合についてと、倍率色収差が光の波長が長い程、画角が小さくなる場合についてとを示している。この様子は光学系によって異なる。
【００２１】
本実施形態では、これらの色収差の補正を行うために、波長ごとに光の結像位置が一致するように、各波長成分の画像の撮像時に撮影レンズ１を駆動して、軸上色収差の補正を行う。
【００２２】
図５は、第１の実施形態の撮影時における軸上色収差の補正動作について示すタイミングチャートである。
【００２３】
撮影時において、まず、制御回路９は、レンズ駆動部２を制御して、ある所望の焦点位置に対して、波長４００ｎｍの像に対して撮影レンズ１のフォーカスが合うように撮影レンズ１のレンズ位置を調整する。レンズ位置の調整後、制御回路９は、撮像素子３を駆動させて被写体の撮像を開始する。撮像素子３による撮像の終了後、制御回路９は撮像素子３において得られる撮像信号のうち、波長４００ｎｍに対応する撮像信号のみを撮像処理回路４に出力させる。撮像処理回路４で処理されて得られた波長４００ｎｍに対応する画像データａはバッファメモリ６に記憶される。ここで記憶される画像データａは、波長４００ｎｍに対する軸上色収差が補正された画像データとなる。
【００２４】
以下、波長４７０ｎｍ、５４０ｎｍ、６１０ｎｍ、６７０ｎｍに対しても同様にして、レンズ位置の調整（波長４００ｎｍを基準とする場合、波長４００ｎｍに対して波長が長くなるごとに長焦点側に移動させることになる）、撮像、撮像信号の読み出し及び処理を行う。これにより、波長４７０ｎｍに対して軸上色収差が補正された画像データｂ、波長５４０ｎｍに対して軸上色収差が補正された画像データｃ、波長６１０ｎｍに対して軸上色収差が補正された画像データｄ、波長６７０ｎｍに対して軸上色収差が補正された画像データｅを得る。
【００２５】
このようにして、全ての波長に対する画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが得られる。その後、画像処理回路７は、バッファメモリ６に記憶された画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを読み出す。ここで、画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、各波長に対して軸上色収差が補正された画像データである。画像処理回路７は、これらの画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを使って合成処理を行い、１つの画像データを生成する。その後、画像処理回路７は、合成した画像データに圧縮等の処理を施した後、記録媒体８に記録させる。このようにして一連の撮影動作が終了する。
【００２６】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、撮影レンズにおける色収差補正が十分でなくても、すなわち、撮影レンズが簡易な構成であっても、軸上色収差が良好に補正された多バンドの画像を得ることが可能である。なお、第１の実施形態の手法では、倍率色収差については補正されない。しかしながら、撮影レンズ１として望遠レンズを用いることにより、倍率色収差（色ごとの画角ずれ）については許容できるレベルとすることができる。
【００２７】
［変形例１］
ここで、撮影レンズ１を構成する光学系によっては、実際にフォーカスを合わせた波長に対してさらに短波長側と長波長側の２点に対してもフォーカスを合わせることが可能である。例えば、光学系の設計によっては波長５４０ｎｍの像にフォーカスを合わせた場合に、同時に波長４７０ｎｍ、６１０ｎｍの像にフォーカスが合うように光学系を設計しておく。さらに、この光学系において、波長４００ｎｍの像にフォーカスを合わせた場合に、同時に波長６７０ｎｍの像にフォーカスが合うように設計しておく。このような光学系を用いれば、１回目の撮影時に波長５４０ｎｍの像に撮影レンズ１のフォーカスを合わせることで、波長４７０ｎｍ、５４０ｎｍ、６１０ｎｍに対応する画像データを得ることができる。そして、２回目の撮影時に波長４００ｎｍの像に撮影レンズ１のフォーカスを合わせることで、波長４００ｎｍ、６７０ｎｍに対応する画像データを得ることができる。このようにすれば、撮影レンズの構成を従来の構成に比べて複雑にすることなく、第１の実施形態に比べて少ない回数の撮影で画像データを得ることができる。このようにすることで、変形例では、軸上色収差が良好に補正された画像を得るにあたって、撮影回数を減らすことが可能となる。
【００２８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、倍率色収差を補正する例である。なお、第２の実施形態においては、撮影レンズ１が微少駆動可能な広角レンズ（変倍比の小さなズームレンズ）である点が第１の実施形態と異なる。また、第２の実施形態においてはレンズ駆動部２が画角調整部としての機能を有している。すなわち、第２の実施形態におけるレンズ駆動部２は、撮影時において撮影レンズ１をその光軸方向に微少駆動させて、光学系の画角を変化させる。
【００２９】
図６は、第２の実施形態の撮影時における倍率色収差の補正動作について示すタイミングチャートである。
【００３０】
撮影時において、まず、制御回路９は、レンズ駆動部２を制御して、波長４００ｎｍの像の像高が所望の位置となるように撮影レンズ１のレンズ位置を調整する。レンズ位置の調整後、制御回路９は、撮像素子３を駆動させて被写体の撮像を開始する。撮像素子３による撮像の終了後、制御回路９は撮像素子３において得られる撮像信号のうち、波長４００ｎｍに対応する撮像信号のみを撮像処理回路４に出力させる。撮像処理回路４で処理されて得られた波長４００ｎｍに対応する画像データａはバッファメモリ６に記憶される。ここで記憶される画像データａは、波長４００ｎｍに対する倍率色収差が補正された画像データとなる。
【００３１】
以下、波長４７０ｎｍ、５４０ｎｍ、６１０ｎｍ、６７０ｎｍに対しても同様にして、レンズ位置の調整（波長４００ｎｍを基準とする場合、波長４００ｎｍに対して波長が長くなるごとに短焦点側に移動させることになる）、撮像、撮像信号の読み出し及び処理を行う。これにより、波長４７０ｎｍに対して倍率色収差が補正された画像データｂ、波長５４０ｎｍに対して倍率色収差が補正された画像データｃ、波長６１０ｎｍに対して倍率色収差が補正された画像データｄ、波長６７０ｎｍに対して倍率色収差が補正された画像データｅを得る。
【００３２】
このようにして、全ての波長に対する画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが得られる。その後、画像処理回路７は、バッファメモリ６に記憶された画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを読み出す。ここで、画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、各波長に対して倍率色収差が補正された画像データである。画像処理回路７は、これらの画像データａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを使って合成処理を行い、１つの画像データを生成する。その後、画像処理回路７は、合成した画像データに圧縮等の処理を施した後、記録媒体８に記録させる。このようにして一連の撮影動作が終了する。
【００３３】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、撮影レンズにおける色収差補正が十分でなくても、すなわち、撮影レンズが簡易な構成であっても、倍率色収差が良好に補正された多バンドの画像を得ることが可能である。なお、第２の実施形態の手法では、軸上色収差については補正されない。しかしながら、撮影レンズ１として広角レンズを用いることにより、軸上色収差（色ごとのフォーカスずれ）については許容できるレベルとすることができる。
【００３４】
ここで、第２の実施形態においても、変形例１と同じように撮影回数を減らすことができる。すなわち、短波長側、例えば波長４００ｎｍ、４７０ｎｍ、５４０ｎｍの各像で倍率色収差が補正されているように、光学系を設計しておく。さらに、この光学系において、長波長側、例えば波長６１０ｎｍ、波長６７０ｎｍの各像で倍率色収差が補正されているように、光学系を設計しておく。このような光学系を用いれば、１回目の撮影時に、短波長側、例えば波長４００ｎｍ、４７０ｎｍ、５４０ｎｍに対応する画像データを得ることができる。次に、２回目の撮影時に、長波長側の画角を短波長側の画角を合わせるように、撮影レンズ１を微少駆動させる。そして、長波長側、例えば波長６１０ｎｍ、波長６７０ｎｍに対応する画像データを得ることができる。このようにすれば、撮影レンズの構成を従来に比べて複雑にすることなく、第２の実施形態に比べて少ない回数の撮影で画像データを得ることができる。このようにすることで、倍率色収差が良好に補正された画像を得るにあたって、撮影回数を減らすことが可能となる。
【００３５】
［第３の実施形態］
次に本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、撮影レンズ１がズームレンズを含む場合である。この場合、ズームレンズが望遠端に位置するときに第１の実施形態と同様の状態となり、ズームレンズが広角端に位置するときに第２の実施形態と同様の状態となる。したがって、ズームレンズが望遠端に位置するときには第１の実施形態で説明したのと同様の手法に従って軸上色収差の補正を行うことができ、ズームレンズが広角端に位置するときには第２の実施形態で説明したのと同様の手法に従って倍率色収差の補正を行うことができる。
【００３６】
なお、ズームレンズが望遠端と広角端の間にある場合には、レンズ位置によって何れの収差を補正するかを切り替えるようにする。例えば、ズームレンズの位置が望遠端に近い場合には軸上色収差のほうが問題になり易いので軸上色収差の補正を行い、ズームレンズの位置が広角端に近い場合には倍率色収差のほうが問題になり易いので倍率色収差の補正を行う。
【００３７】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、ズームレンズを含む撮影レンズにおいて軸上色収差又は倍率色収差が良好に補正された多バンドの画像を容易に取得することが可能である。
【００３８】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００３９】
例えば、上述した各実施形態においては、５つの異なる波長帯域に感度を有する撮像素子を有する画像撮影装置について説明したが、撮像素子は３つ以上の異なる波長帯域に感度を持つものであれば、特に限定されるものではない。
【００４０】
また、上述した実施形態では、撮像素子の前面にカラーフィルタを配することで複数の波長帯域を撮像可能としているが、本発明は、撮像素子の前面にカラーホイールを配するような画像撮影装置にも適用できる。カラーホイールの場合には１回の撮影で１波長に対する画像が得られるので、撮影ごとに撮影レンズ１の位置調整を行い、撮像素子３からの撮像信号については全ての画素からの信号を読み出すようにする。
【００４１】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像撮影装置の全体構成を示す図である。
【図２】撮像素子の画素配列の例を示す図である。
【図３】バッファメモリについて示す図である。
【図４】色収差について示す図である。
【図５】第１の実施形態の撮影時における軸上色収差の補正動作について示すタイミングチャートである。
【図６】第２の実施形態の撮影時における倍率色収差の補正動作について示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１…撮影レンズ、２…レンズ駆動部、３…撮像素子、４…撮像処理回路、５…バス、６…バッファメモリ、７…画像処理回路、８…記録媒体、９…制御回路
【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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