JP2012054794A

JP2012054794A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2012054794A
Application number: JP2010196215A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ioka; 健井岡
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】容易に小型・軽量化できて、マルチバンド画像の撮影が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】二次元的に配列された多数の画素を有する撮像素子２と、撮像素子２の撮像面側に順次配置されたそれぞれ複数バンドからなる少なくとも２つの第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４と、撮像素子２の撮像面と平行な方向における第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４の相対位置を変化させるフィルタシフト部５と、を備え、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４が第１の相対位置にある状態で、撮像素子２により第１の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮影し、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４が第２の相対位置にある状態で、撮像素子２により第２の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮影する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

近年、ナチュラルビジョン撮影等、被写体の忠実な色再現を実現するために、４バンド以上のマルチバンド画像が撮影可能な撮像装置が提案されている。このような撮像装置の一例として、単板のＲＧＢ（赤、緑、青）のカラー撮像素子の撮像面側に、透明ガラスとバンドパスフィルタとを有する回転フィルタを配置し、回転フィルタを一回転させる間に、透明ガラスを通した撮影と、バンドパスフィルタを通した撮影との合計２回の撮影を行って、６バンドのマルチバンド画像を得るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４１１８９１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の撮像装置は、カラー撮像素子よりも遥かに大きな面積の回転フィルタや、これを回転させるモータ等を要するため、装置の小型・軽量化が困難になることが懸念される。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、容易に小型・軽量化できて、マルチバンド画像の撮影が可能な撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る撮像装置の発明は、
二次元的に配列された多数の画素を有する撮像素子と、
該撮像素子の撮像面側に順次配置されたそれぞれ複数バンドからなる少なくとも２つの第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタと、
前記撮像素子の撮像面と平行な方向における前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの相対位置を変化させるフィルタシフト部と、を備え、
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタが第１の相対位置にある状態で、前記撮像素子により第１の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮影し、前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタが第２の相対位置にある状態で、前記撮像素子により第２の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮影するように構成した、ことを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る撮像装置において、
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが、同じバンド配列からなる、ことを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る撮像装置において、
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが、異なるバンド配列からなる、ことを特徴とするものである。

第４の観点に係る発明は、第２の観点に係る撮像装置において、
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとがほぼ同じ分光感度特性を有する、ことを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第３の観点に係る撮像装置において、
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが異なる分光感度特性を有する、ことを特徴とするものである。

第６の観点に係る発明は、第１の観点に係る撮像装置において、
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの少なくとも一方は、ＲＧＢベイヤー配列からなる、ことを特徴とするものである。

第７の観点に係る発明は、第１の観点に係る撮像装置において、
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの少なくとも一方は、補色フィルタ配列からなる、ことを特徴とするものである。

第８の観点に係る発明は、第１の観点に係る撮像装置において、
前記フィルタシフト部は、
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの相対位置を、前記撮像素子の画素単位でシフトさせる、ことを特徴とするものである。

第９の観点に係る発明は、第１の観点に係る撮像装置において、
前記第１のカラーフィルタまたは前記第２のカラーフィルタは、前記撮像素子と一体化されている、ことを特徴とするものである。

第１０の観点に係る発明は、第１の観点に係る撮像装置において、
前記撮像素子により撮像された前記第１の分光感度特性を有する複数バンドの画像と、前記第２の分光感度特性を有する複数バンドの画像とを合成して、一枚の画像を生成する画像合成部をさらに備える、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、それぞれ複数バンドからなる少なくとも２つの第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタを相対的に変位させて、第１の相対位置で第１の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮影し、第２の相対位置で第２の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮影する。したがって、回転フィルタを用いてマルチバンド撮影する場合と比較して、装置を容易に小型・軽量化することができる。

本発明の第１実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図１の部分拡大斜視図である。図１の第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタのフィルタ配列を示す図である。図１の第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタの相対位置による撮像素子に対するフィルタ配列を説明するための図である。本発明の第２実施の形態に係る撮像装置における第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタのフィルタ配列を示す図である。図５の第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタの相対位置による撮像素子に対するフィルタ配列を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。この撮像装置は、撮影レンズ系１、撮像素子２、第１のカラーフィルタ３、第２のカラーフィルタ４、フィルタシフト部５、画像メモリ６、画像合成部７、制御部８を備える。

撮影レンズ系１は、図示しない被写体の像を撮像素子２の撮像面上に結像する。撮像素子２は、二次元的に配列された多数の画素を有するＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等からなり、撮影レンズ系１によって結像された被写体像を撮影する。第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４は、撮像素子２の撮像面側に順次配置されている。フィルタシフト部５は、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４を、撮像素子２の撮像面と平行な方向に相対的にシフトさせる。

したがって、撮像素子２には、撮影レンズ系１による被写体像が、第２のカラーフィルタ４および第１のカラーフィルタ３を順次透過して結像される。そして、撮像素子２により、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４の相対位置に応じて、分光感度特性の異なる被写体像が撮影される。

画像メモリ６は、撮像素子２により撮影される画像（画像データ）を記憶する。画像合成部７は、画像メモリ６に記憶されている同一被写体像で、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４の相対位置の異なる画像、つまり分光感度特性の異なる被写体像を、一枚の画像に合成する。制御部８は、フィルタシフト部５による第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４の相対的シフト動作および撮像素子２による被写体像の撮影動作を含む装置全体の動作を制御する。

図２は、図１の撮像素子２、第１のカラーフィルタ３、第２のカラーフィルタ４およびフィルタシフト部５を模式的に示す部分拡大斜視図であり、図３（ａ）および（ｂ）は図１の第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４のフィルタ配列を示す平面図である。本実施の形態に係る撮像装置は、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４が、ほぼ同じ分光感度特性を有するＲＧＢベイヤー配列のカラーフィルタからなり、それぞれ撮像素子２の１画素に１つの色フィルタが対応している。そして、第１のカラーフィルタ３は、撮像素子２と一体化され、第２のカラーフィルタ４は、フィルタシフト部５を構成する振動素子５ａ，５ｂにより、直交する２方向に１画素分移動可能に構成されている。

本実施の形態において、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４の同色のフィルタが正対する相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図４（ａ）に部分詳細図を示すように、Ｒ（Ｒ＋Ｒ），Ｇ（Ｇ＋Ｇ），Ｂ（Ｂ＋Ｂ）のベイヤー配列の３バンドとなる。そして、図４（ａ）に示す状態から、第２のカラーフィルタ４を振動素子５ａにより、撮像素子２の第１の画素配列方向（ｘ方向）に１画素分シフトした相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図４（ｂ）に部分詳細図を示すように、（Ｒ＋Ｇ）つまりＹ（イエロー）と、（Ｇ＋Ｂ）つまりＣ（シアン）とが、撮像素子２の第２の画素配列方向（ｙ方向）において交互にライン状に配列された２バンドとなる。

また、図４（ａ）に示す状態から、第２のカラーフィルタ４を振動素子５ｂにより、撮像素子２のｙ方向に１画素分シフトした相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図４（ｃ）に部分詳細図を示すように、ＹとＣとが撮像素子２のｘ方向において交互にライン状に配列された２バンドとなる。また、図４（ａ）に示す状態から、第２のカラーフィルタ４を振動素子５ａ，５ｂにより、撮像素子２のｘ方向およびｙ方向にそれぞれ１画素分シフトした相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図４（ｄ）に部分詳細図を示すように、（Ｒ＋Ｂ）つまりＭ（マゼンダ）とＧ（Ｇ＋Ｇ）とが市松状に配列された２バンドとなる。

したがって、通常撮影モードでは、図４（ａ）に示したフィルタ配列で被写体像を撮影して、その画像を画像メモリ６に記憶すれば、画像メモリ６から通常のＲＧＢの分光感度特性を有する３バンド画像を得ることができる。

また、ナチュラルビジョン撮影モードでは、図４（ａ）〜（ｄ）に示したフィルタ配列から複数のフィルタ配列を選択して、それぞれのフィルタ配列で同一の被写体像を撮影し、それらの画像を画像メモリ６に記憶する。そして、その後、画像メモリ６に記憶した同一の被写体像の画像を画像合成部７により一枚の画像に合成すれば、ＲＧＢの３バンドを超える分光感度特性を有するマルチバンド画像を得ることができる。

例えば、図４（ａ）に示したフィルタ配列と、図４（ｂ）または（ｃ）に示したフィルタ配列とで２枚の画像を連写すれば、ＲＧＢに加えて、ＹおよびＣを有する５バンドからなるマルチバンド画像を得ることができる。また、図４（ａ）に示したフィルタ配列と、図４（ｂ）または（ｃ）に示したフィルタ配列と、図４（ｄ）に示したフィルタ配列とで３枚の画像を連写すれば、ＲＧＢに加えて、Ｙ，ＣおよびＭを有する６バンドからなるマルチバンド画像を得ることができる。

このように、本実施の形態に係る撮像装置によれば、ほぼ同じ分光感度特性を有するＲＧＢベイヤー配列のカラーフィルタからなる第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４を用い、それらの相対位置を振動素子５ａ，５ｂを有するフィルタシフト部５により撮像素子２の画素単位でシフトさせることで。３バンドを超えるマルチバンド画像を得ることができる。したがって、回転フィルタを用いてマルチバンド画像を得る場合と比較して、装置を容易に小型・軽量化することができる。

（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態に係る撮像装置は、第１実施の形態に示した撮像装置において、第１のカラーフィルタ３を、図５（ａ）に示すように、Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１のベイヤー配列のカラーフィルタとし、第２のカラーフィルタ４を、図５（ｂ）に示すように、第１のカラーフィルタ３の分光感度特性とは異なるＲ２，Ｇ２，Ｂ２のベイヤー配列のカラーフィルタとしたものである。

本実施の形態によると、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４の同色系のフィルタが正対する相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図６（ａ）に部分詳細図を示すように、（Ｒ１＋Ｒ２），（Ｇ１＋Ｇ２），（Ｂ１＋Ｂ２）の３バンドのベイヤー配列となる。そして、図６（ａ）に示す状態から、第２のカラーフィルタ４を振動素子５ａにより、撮像素子２のｘ方向に１画素分シフトした相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図６（ｂ）に部分詳細図を示すように、（Ｒ１＋Ｇ２），（Ｇ１＋Ｒ２），（Ｇ１＋Ｂ２），（Ｂ１＋Ｇ２）の４バンドとなる。つまり、イエロー系の２バンドのＹ１（Ｒ１＋Ｇ２），Ｙ２（Ｇ１＋Ｒ２）と、シアン系の２バンドのＣ１（Ｇ１＋Ｂ２），Ｃ２（Ｂ１＋Ｇ２）とが、撮像素子２のｙ方向において交互にライン状に配列されたものとなる。

また、図６（ａ）に示す状態から、第２のカラーフィルタ４を振動素子５ｂにより、撮像素子２のｙ方向に１画素分シフトした相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図６（ｃ）に部分詳細図を示すようになる。つまり、イエロー系の２バンドのＹ１，Ｙ２と、シアン系の２バンドのＣ１，Ｃ２とが、撮像素子２のｘ方向において交互にライン状に配列された４バンドとなる。また、図６（ａ）に示す状態から、第２のカラーフィルタ４を振動素子５ａ，５ｂにより、撮像素子２のｘ方向およびｙ方向にそれぞれ１画素分シフトした相対位置では、撮像素子２に対するフィルタ配列は、図６（ｄ）に部分詳細図を示すように、（Ｒ１＋Ｂ２），（Ｂ１＋Ｒ２），（Ｇ１＋Ｇ２）の３バンドとなる。つまり、マゼンダ系の２バンドのＭ１（Ｒ１＋Ｂ２），Ｍ２（Ｂ１＋Ｒ２）と、緑系の１バンドの（Ｇ１＋Ｇ２）とが、市松状に配列された３バンドとなる。

したがって、通常撮影モードでは、図６（ａ）に示したフィルタ配列で被写体像を撮影して、その画像を画像メモリ６に記憶すれば、画像メモリ６からＲＧＢの分光感度特性を有する３バンド画像を得ることができる。

また、ナチュラルビジョン撮影モードでは、図６（ａ）〜（ｄ）に示したフィルタ配列から複数のフィルタ配列を選択して、それぞれのフィルタ配列で同一の被写体像を撮影し、それらの画像を画像メモリ６に記憶する。そして、その後、画像メモリ６に記憶した同一の被写体像の画像を画像合成部７により一枚の画像に合成すれば、ＲＧＢの３バンドを超える分光感度特性を有するマルチバンド画像を得ることができる。

例えば、図６（ａ）に示したフィルタ配列と、図６（ｂ）または（ｃ）に示したフィルタ配列とで２枚の画像を連写すれば、ＲＧＢに加えて、Ｙ１，Ｙ２およびＣ１，Ｃ２を有する７バンドからなるマルチバンド画像を得ることができる。また、図６（ａ）に示したフィルタ配列と、図６（ｂ）または（ｃ）に示したフィルタ配列と、図６（ｄ）に示したフィルタ配列とで３枚の画像を連写すれば、ＲＧＢに加えて、Ｙ１，Ｙ２，Ｃ１，Ｃ２およびＭ１，Ｍ２を有する９バンドからなるマルチバンド画像を得ることができる。

したがって、本実施の形態に係る撮像装置によれば、第１実施の形態に係る撮像装置と同様に、装置を容易に小型・軽量化できて、マルチバンド画像を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、カラーフィルタは２枚に限らず、３枚以上としてさらに多くのマルチバンド画像を得るように構成することも可能である。また、各カラーフィルタのバンド数は、３バンドに限らず、任意の複数バンドとすることができるとともに、カラーフィルタ間でバンド数を異ならせることもできる。さらに、各カラーフィルタは、ＲＧＢのベイヤー配列に限らず、ＣＭＹやＣＭＹＧなどの公知の補色フィルタを用いたり、ＲＧＢカラーフィルタと補色カラーフィルタとを用いたりすることもできる。また、各カラーフィルタのフィルタ配列は、ベイヤー配列に限らず、市松配列や千鳥配列等、適宜、変更することが可能である。また、第１のカラーフィルタ３および第２のカラーフィルタ４のフィルタ配列は、撮像素子２の１画素単位に限らず、複数画素単位の配列として、複数画素単位すなわちフィルタ配列単位で相対的にシフトさせるように構成することもできる。

また、上記実施の形態では、第１のカラーフィルタ３を撮像素子２と一体化し、第２のカラーフィルタ４をｘ方向およびｙ方向に移動可能に構成したが、第１のカラーフィルタ３を例えばｘ方向に、第２のカラーフィルタ４を例えばｙ方向に移動可能に構成することも可能である。また、第１のカラーフィルタ３または第２のカラーフィルタ４をｘ方向またはｙ方向の一方向のみシフト可能として、マルチバンド画像を得るように構成することもできる。また、上記実施の形態では、第１のカラーフィルタ３を撮像素子２と一体化して設けたが、第１のカラーフィルタ３は、撮像素子２と別体として撮像素子２に対して固定配置することも可能である。さらに、上記実施の形態では、画像合成部７を設けたが、画像合成部７を省略して、パーソナルコンピュータ等の外部機器により、合成処理を行うように構成することもできる。

１撮影レンズ系
２撮像素子
３第１のカラーフィルタ
４第２のカラーフィルタ
５フィルタシフト部
５ａ，５ｂ振動素子
６画像メモリ
７画像合成部
８制御部

Claims

二次元的に配列された多数の画素を有する撮像素子と、
該撮像素子の撮像面側に順次配置されたそれぞれ複数バンドからなる少なくとも２つの第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタと、
前記撮像素子の撮像面と平行な方向における前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの相対位置を変化させるフィルタシフト部と、を備え、
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタが第１の相対位置にある状態で、前記撮像素子により第１の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮像し、前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタが第２の相対位置にある状態で、前記撮像素子により第２の分光感度特性を有する複数バンドの画像を撮影するように構成した、ことを特徴とする撮像装置。
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが、同じバンド配列からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが、異なるバンド配列からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとがほぼ同じ分光感度特性を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが異なる分光感度特性を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの少なくとも一方は、ＲＧＢベイヤー配列からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの少なくとも一方は、補色フィルタ配列からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記フィルタシフト部は、
前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタの相対位置を、前記撮像素子の画素単位でシフトさせる、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１のカラーフィルタまたは前記第２のカラーフィルタは、前記撮像素子と一体化されている、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像素子により撮像された前記第１の分光感度特性を有する複数バンドの画像と、前記第２の分光感度特性を有する複数バンドの画像とを合成して、一枚の画像を生成する画像合成部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。