JP2019186847A - 撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光学フィルタを切り換え可能に構成される撮像装置の小型化を実現できる仕組みを提供する。【解決手段】複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂのうちの少なくとも１つの光学フィルタ１２１ａは、撮像素子１３０の受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光が透過するように構成されている。撮像素子１３０は、光学フィルタユニット１２０が駆動することによって光学フィルタ１２１ａが異なる複数の位置に移動した際に、当該複数の位置において光学フィルタ１２１ａを透過した光を含む受光面１３１に入射した光に基づく複数の画像２１０及び２２０を撮像する。そして、画像合成手段は、撮像素子１３０で撮像された複数の画像２１０及び２２０を合成して、合成画像２３０を取得する。【選択図】図２

Description

本発明は、光学フィルタを用いて撮像を行う撮像装置及びその駆動方法に関するものである。

例えば、従来の撮像装置は、レンズ系を透過した光を撮像素子で受光する際に、撮像素子の手前に赤外カットフィルタを配置し、人間の目で感知できない赤外光を除去することで、撮像素子で撮像する画像を人間の目で見える色彩に近づけている。さらに、従来、赤外カットフィルタを光路中から退去させて撮像することで、夜間などの低照度の環境でも白黒の画像を撮像できるようにした撮像装置も提案されている。

また、近年では、赤外カットフィルタの他に、バンドパスフィルタやカラーフィルタなどの複数の光学フィルタを切り換えることができる撮像装置も提案されている。例えば、特許文献１では、赤外カットフィルタと透明フィルタの他に、５５０ｎｍと８５０ｎｍのバンドパスフィルタを切り換えることができる農業用監視カメラが記載されている。また、例えば、特許文献２では、緑のカラーフィルタと赤のカラーフィルタと青のカラーフィルタを切り換えて、それぞれの状態でピント調整した画像を撮像し、それらの画像を合成する撮像装置が記載されている。

特開２０１５−２１０１２４号公報 特開２００６−１１５３１６号公報

しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に記載の技術は、撮像する際に光学フィルタを１つの位置に配置して、全画角の画像を撮像するものである。このため、上述した特許文献１や特許文献２に記載の技術では、１つの光学フィルタのサイズは、撮像素子の受光面の全面に入射する全て光を透過できるサイズが必要になる。即ち、光学フィルタの一辺の長さは、光が広がる分を考慮して撮像素子の受光面の一辺の長さよりも長くなり得る。そして、このようなサイズを必要とする複数の光学フィルタを切り換え可能に構成すると、撮像装置のサイズが大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の光学フィルタを切り換え可能に構成される撮像装置の小型化を実現できる仕組みを提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、レンズ系と、前記レンズ系を透過した光が入射する受光面を有する撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との間に配置され、複数の光学フィルタを含み構成されている光学フィルタユニットと、前記レンズ系の光軸に対して交差する方向に、前記光学フィルタユニットを駆動させる駆動機構と、複数の画像を合成する画像合成手段と、を有し、前記複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタである所定光学フィルタは、前記受光面の一部の領域である所定領域に入射する前記光が透過するように構成されており、前記撮像素子は、前記駆動機構が前記光学フィルタユニットを駆動させることによって前記所定光学フィルタが異なる複数の位置に移動した際に、前記複数の位置において前記所定光学フィルタを透過した前記光を含む前記受光面に入射した光に基づく複数の画像を撮像し、前記画像合成手段は、前記撮像素子で撮像された複数の画像を合成して、合成画像を取得する。
また、本発明は、上述した撮像装置の駆動方法を含む。

本発明によれば、複数の光学フィルタを切り換え可能に構成される撮像装置の小型化を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の駆動方法の一例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図２に示す光学フィルタにおける駆動方向と平行な方向の最適な長さを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図２に示す複数の光学フィルタの駆動に必要なスペースを説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の駆動方法の一例を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の概略構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示し、図６に示す駆動制御機構による駆動制御を説明するための図である。 比較例を示し、複数の光学フィルタの駆動に必要なスペースを説明するための図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。

（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の実施形態に係る撮像装置１００−１の概略構成の一例を示す図である。第１の実施形態に係る撮像装置１００−１は、図１に示すように、レンズ系１１０、光学フィルタユニット１２０、撮像素子１３０、光学フィルタ駆動機構１４０、及び、画像合成手段１５０を有して構成されている。

レンズ系１１０は、入射した光を撮像素子１３０に導く光学部品である。

撮像素子１３０は、レンズ系１１０を透過した光が入射する受光面１３１を有し、受光面１３１に入射した光に基づく画像を撮像する。

光学フィルタユニット１２０は、レンズ系１１０と撮像素子１３０との間に配置され、複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂを含み構成されている。ここで、本実施形態においては、光学フィルタユニット１２０は、異なる光学特性を有する２つの光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂを含み構成されているものとするが、本発明においては、この形態に限定されるものではない。例えば、光学フィルタユニット１２０は、異なる光学特性を有する３つ以上の光学フィルタ１２１を含み構成されている形態も、本発明に適用可能である。なお、以下の説明においては、光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂに共通する事項を説明する場合には、単に、光学フィルタ１２１と記載することがある。

本実施形態では、レンズ系１１０を透過した光が、光学フィルタ１２１を透過して撮像素子１３０の受光面１３１に入射することで、撮像素子１３０は、光学フィルタ１２１の特性に応じた画像を撮像する。ここで、光学フィルタ１２１は、光学フィルタ１２１を透過した光の光学特性が変化するものである。具体的に、光学フィルタ１２１は、例えば、ＩＲカットフィルタや、カラーフィルタ、バンドパスフィルタ、偏光フィルタなどである。

光学フィルタ駆動機構１４０は、レンズ系１１０の光軸Ｏに対して交差する方向に、光学フィルタユニット１２０を駆動させる駆動機構である。ここで、図１に示す例では、光学フィルタ駆動機構１４０が光学フィルタユニット１２０を駆動させる駆動方向１４１を、レンズ系１１０の光軸Ｏに対して垂直の方向としている。即ち、図１には、光学フィルタ駆動機構１４０が光学フィルタユニット１２０を駆動させる方向である光軸Ｏに対して交差する方向の一例として、光軸Ｏに対して垂直の方向を適用した駆動方向１４１の例を示している。なお、本実施形態では、図１に示すように、駆動方向１４１をレンズ系１１０の光軸Ｏに対して垂直の方向とすることが好適であるが、例えば駆動方向１４１を光軸Ｏに対して略垂直の方向とみなせる場合等も交差する方向に該当するため、本発明に含まれる。

画像合成手段１５０は、撮像素子１３０で撮像された複数の画像を合成して、合成画像を取得する。

なお、図１には不図示であるが、光学フィルタユニット１２０と撮像素子１３０との間に、例えば、ローパスフィルタや撮像素子１３０のカバーガラスなどの平板の光学素子を配置してもよい。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１００−１の駆動方法の一例を説明するための図である。この図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。また、図２では、図１に示すレンズ系１１０、光学フィルタ駆動機構１４０及び画像合成手段１５０は、省略し不図示としている。

具体的に、図２は、光学フィルタ１２１ａを透過した光を含む受光面１３１に入射した光に基づく画像を、撮像素子１３０で撮像する様子を示している。より詳細に、光学フィルタ１２１ａは、受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光が透過するように構成されている。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、受光面１３１の領域のうち、光学フィルタ１２１ａを透過した光束（光線束）が入射する所定領域を、光学フィルタ１２１ａと同じ斜線模様で表示している。即ち、図２（ａ）の場合には、光学フィルタ１２１ａを透過した光束（光線束）が入射する所定領域がＲ１領域であり、また、図２（ｂ）の場合には、光学フィルタ１２１ａを透過した光束（光線束）が入射する所定領域がＲ２領域である。

本実施形態においては、複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂのうちの少なくとも１つの光学フィルタである所定光学フィルタ１２１は、撮像素子１３０の受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光が透過するように構成されている。そして、撮像素子１３０は、光学フィルタ駆動機構１４０が光学フィルタユニット１２０を駆動方向１４１に駆動させることによって所定光学フィルタ１２１が異なる複数の位置に移動した際に、当該複数の位置において当該所定光学フィルタ１２１を透過した光を含む受光面１３１に入射した光に基づく複数の画像を撮像する。ここで、図２では、上述した所定光学フィルタ１２１として光学フィルタ１２１ａを適用した例を示しているが、光学フィルタ１２１ａに替えて或いは光学フィルタ１２１ａとともに光学フィルタ１２１ｂを所定光学フィルタ１２１として適用してもよい。

図２（ａ）は、受光面１３１の一部の領域Ｒ１に入射する光束（光線束）が光学フィルタ１２１ａを透過するように、光学フィルタユニット１２０を駆動させた際の撮像装置１００−１の状態を示している。具体的に、図２（ａ）は、光学フィルタ１２１ａが第１の位置に移動した際の撮像装置１００−１の状態を示している。また、この図２（ａ）の状態において、撮像素子１３０が受光面１３１に入射した光に基づき撮像した画像の一例を、図２（ｃ）の画像２１０として示す。また、図２（ｃ）では、撮像対象の物体を星の形状で示している。この図２（ｃ）に示す画像２１０では、受光面１３１の領域Ｒ１に対応する範囲を画像領域２１１として光学フィルタ１２１ａと同じ斜線模様で示している。また、この図２（ｃ）に示す画像２１０では、受光面１３１の領域Ｒ１以外の領域に対応する範囲を画像領域２１２として示しており、この画像領域２１２は、光学フィルタ１２１ａを透過していない光に基づく画像領域となる。

図２（ｂ）は、受光面１３１の一部の領域Ｒ２に入射する光束（光線束）が光学フィルタ１２１ａを透過するように、光学フィルタユニット１２０を駆動させた際の撮像装置１００−１の状態を示している。具体的に、図２（ｂ）は、光学フィルタ１２１ａが、図２（ａ）に示す第１の位置から、図２（ｂ）の矢印で示す紙面右方向に移動し、第２の位置に移動した際の撮像装置１００−１の状態を示している。また、この図２（ｂ）の状態において、撮像素子１３０が受光面１３１に入射した光に基づき撮像した画像の一例を、図２（ｃ）の画像２２０として示す。この図２（ｃ）に示す画像２２０では、受光面１３１の領域Ｒ２に対応する範囲を画像領域２２２として光学フィルタ１２１ａと同じ斜線模様で示している。また、この図２（ｃ）に示す画像２２０では、受光面１３１の領域Ｒ２以外の領域に対応する範囲を画像領域２２１として示しており、この画像領域２２１は、光学フィルタ１２１ａを透過していない光に基づく画像領域となる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す例では、光学フィルタ１２１ａにおける駆動方向１４１と平行な方向の長さは、受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光束（光線束）が透過する長さになっている。また、図２に示す例では、光学フィルタ１２１ａが図２（ａ）に示す第１の位置にあるときに第１の画像２１０を撮像素子１３０で撮像し、その後、光学フィルタ１２１ａが図２（ｂ）に示す第２の位置に移動した際に第２の画像２２０を撮像素子１３０で撮像する。また、図２に示す例では、光学フィルタ１２１ａが図２（ａ）に示す第１の位置にあるときに透過する光束（光線束）と、光学フィルタ１２１ａが図２（ｂ）に示す第２の位置にあるときに透過する光束（光線束）とは、同一でないものとなっている。

図２（ｃ）に示す例では、画像合成手段１５０は、撮像素子１３０で撮像された複数の画像２１０及び２２０を合成して、合成画像２３０を取得する。具体的に、第１の実施形態では、画像合成手段１５０は、複数の画像２１０及び２２０におけるそれぞれの画像の一部の画像領域２１１及び２２２を切り取って、当該切り取った画像領域２１１及び２２２に基づく複数の画像を合成して、合成画像２３０を取得する。より詳細に、画像合成手段１５０は、画像２１０については所定領域である領域Ｒ１に対応する範囲を画像領域２１１として切り取り、画像２２０については所定領域である領域Ｒ２に対応する範囲を画像領域２２２として切り取って、合成画像２３０を取得する。

この際、画像合成手段１５０には、光学フィルタ１２１ａの位置ごとに撮像された複数の画像２１０及び２２０のそれぞれに対して、どの範囲（画角）の画像領域を切り取るかの設定がされているものとする。即ち、図２に示す例では、光学フィルタ１２１ａが図２（ａ）に示す第１の位置の場合に領域Ｒ１に対応する画像領域２１１を切り取り、光学フィルタ１２１ａが図２（ｂ）に示す第２の位置の場合に領域Ｒ２に対応する画像領域２２２を切り取る設定である。

このように、画像合成手段１５０は、図２（ａ）の状態で撮像された領域Ｒ１の画角に基づく画像領域２１１と図２（ｂ）の状態で撮像された領域Ｒ２の画角に基づく画像領域２２２とを合成して、光学フィルタ１２１ａを透過した全画角の画像２３０を得ている。これにより、本実施形態では、光学フィルタ１２１のサイズを、撮像素子１３０の受光面１３１の一部の領域に入射する光束（光線束）だけを透過するサイズにすることも可能であるため、撮像装置１００−１の小型化を実現することができる。

次に、図３を用いて、本実施形態の光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の最適な長さについて説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図２に示す光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の最適な長さを説明するための図である。この図３において、図１及び図２に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。また、図３では、対象とする光学フィルタを光学フィルタ１２１として一般化したものを図示している。

図３（ａ）は、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷとして、撮像素子１３０の受光面１３１の全領域に入射する光束（光線束）を透過するような光学フィルタ１２１の長さを示している。これは、上述した先行技術の場合の長さともいえる。

ここで、図３において、光学フィルタ１２１における物体側の面と受光面１３１との光軸Ｏの方向の距離をＬ、受光面１３１における駆動方向１４１と平行な方向の長さをＣ、受光面１３１に入射する光の角度をθとする。ここで、明細書では、光学フィルタ１２１の面のうち、被写体側を向いた面（図１ではレンズ系１１０側に向いた面）を物体側の面と表現し、撮像素子側を向いた面（図１では撮像素子１３０側に向いた面）を像側の面と表現する。図３（ａ）に示す場合（上述した先行技術の場合ともいえる）、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷは、Ｃ＋２×Ｌ×ｔａｎθ以上必要となる。この際、光学フィルタ１２１と撮像素子１３０との間には、ローパスフィルタや撮像素子１３０のカバーガラスなどの平板の光学素子が配置されていてもよく、光学フィルタ１２１も平板である。したがって、ここでの距離Ｌは、光学フィルタ１２１を含めた、光学フィルタ１２１と撮像素子１３０の間にある平板の光学素子の厚みと屈折率を考慮した空気換算長のことを示している。また、入射する光の角度θは、レンズ系１１０のＦナンバーと相関があり、レンズ系１１０の設計値で決定される。

本実施形態では、光学フィルタ１２１を駆動方向１４１の複数の位置に移動させて撮像を行うため、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷは、受光面１３１の一部の領域に入射する光束（光線束）が透過する長さにすることができる。したがって、本実施形態では、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷを、図３（ａ）に示す場合の長さである「Ｃ＋２×Ｌ×ｔａｎθ」よりも小さい値とする。

続いて、図３（ｂ）を用いて、本実施形態における光学フィルタ１２１の長さＷの最低限必要な長さについて説明する。図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷは、撮像素子１３０の受光面１３１の１つの点Ｐに入射する光束（光線束）が、光学フィルタ１２１を透過できる長さ以上にする必要がある。したがって、本実施形態では、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷを、「２×Ｌ×ｔａｎθ」以上の値とする。

そして、図３（ａ）と図３（ｂ）を用いて上述したことをまとめると、本実施形態では、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷを、「２×Ｌ×ｔａｎθ≦Ｗ＜Ｃ＋２×Ｌ×ｔａｎθ」の範囲とする。

次に、図４を用いて、本実施形態における、図１及び図２に示す複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂの駆動に必要なスペースについて説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図２に示す複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂの駆動に必要なスペースＤを説明するための図である。この図４において、図１〜図３に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。撮像装置１００−１の光軸Ｏに対して垂直の方向のサイズは、複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂの駆動に必要なスペースＤが収まるようなサイズが最低限必要になる。

図４（ａ）は、図２（ａ）の場合と同様に、光学フィルタ１２１ａが第１の位置にあるときの状態を示し、また、図４（ｂ）は、図２（ｂ）の場合と同様に、光学フィルタ１２１ａが第２の位置にあるときの状態を示している。同様に、図４（ｃ）は、光学フィルタ１２１ｂが第１の位置にあるときの状態を示し、また、図４（ｄ）は、光学フィルタ１２１ｄが第２の位置にあるときの状態を示している。

この際、複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂの駆動に必要なスペースは、図４に示すスペースＤの長さとなる。具体的に、複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂの駆動に必要なスペースＤは、「Ｃ＋２×（Ｌ×ｔａｎθ＋Ｗ）」となる。この際、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さをＷとし、光学フィルタ１２１における物体側の面と受光面１３１との光軸Ｏの方向の距離をＬとする。また、受光面１３１における駆動方向１４１と平行な方向の長さをＣとし、受光面１３１に入射する光の角度をθとする。

続いて、図８を用いて、比較例における、複数の光学フィルタの駆動に必要なスペースについて説明する。

図８は、比較例を示し、複数の光学フィルタ８２１ａ及び８２１ｂの駆動に必要なスペースＤ'を説明するための図である。具体的に、この図８では、図３（ａ）に示す上述した先行技術の場合を示している。即ち、光学フィルタ８２１ａ及び８２１ｂは、図３（ａ）に示す光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さと同様の長さＷ'を有する光学フィルタである。

図８（ａ）は、光学フィルタ８２１ａを透過した光に基づく画像を撮像素子１３０で撮像しているときの状態を示し、また、図８（ｂ）は、光学フィルタ１２１ｂを透過した光に基づく画像を撮像素子１３０で撮像しているときの状態を示している。

この際、複数の光学フィルタ８２１ａ及び８２１ｂの駆動に必要なスペースは、図８に示すスペースＤ'の長さとなる。具体的に、複数の光学フィルタ８２１ａ及び８２１ｂの駆動に必要なスペースＤ'は、「Ｃ＋２×（Ｌ×ｔａｎθ＋Ｗ'）」となる。ここでは、複数の光学フィルタ８２１ａ及び８２１ｂのそれぞれの光学フィルタにおける駆動方向１４１と平行な方向の長さをＷ'としている。また、光学フィルタ８２１における物体側の面と受光面１３１との光軸Ｏの方向の距離をＬ、受光面１３１における駆動方向１４１と平行な方向の長さをＣ、受光面１３１に入射する光の角度をθとしている。

図４に示す本実施形態におけるスペースＤと、図８に示す比較例におけるスペースＤ'とを比べると、２（Ｗ'−Ｗ）だけ光学フィルタの駆動に必要なスペースに差があることがわかる。この点、図３を用いて説明したように、本実施形態では、光学フィルタ１２１における駆動方向１４１と平行な方向の長さＷは、「２×Ｌ×ｔａｎθ≦Ｗ＜Ｃ＋２×Ｌ×ｔａｎθ（＝Ｗ'）」の範囲であるため、２（Ｗ'−Ｗ）＞０となる。したがって、本実施形態に係る撮像装置１００−１では、光軸Ｏに対して垂直の方向のサイズを、図８に示す比較例に係る撮像装置よりも、２（Ｗ'−Ｗ）だけ小さくすることができる。即ち、第１の実施形態によれば、複数の光学フィルタを切り換え可能に構成される撮像装置１００−１の小型化を実現することができる。

（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。なお、以下に記載する第２の実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１の実施形態と異なる事項について説明を行う。

第２の実施形態に係る撮像装置の概略構成は、図１に示す第１の実施形態に係る撮像装置１００−１の概略構成と同様である。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置１００−１の駆動方法の一例を説明するための図である。この図５において、図１〜図４に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。また、図５では、図１に示すレンズ系１１０、光学フィルタ駆動機構１４０及び画像合成手段１５０は、省略し不図示としている。

具体的に、図５は、光学フィルタ１２１ａを透過した光を含む受光面１３１に入射した光に基づく画像を、撮像素子１３０で撮像する様子を示している。より詳細に、光学フィルタ１２１ａは、受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光が透過するように構成されている。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、受光面１３１の領域のうち、光学フィルタ１２１ａを透過した光束（光線束）が入射する所定領域を、光学フィルタ１２１ａと同じ斜線模様で表示している。即ち、図５（ａ）の場合には、光学フィルタ１２１ａを透過した光束（光線束）が入射する所定領域がＲ１領域であり、また、図２（ｂ）の場合には、光学フィルタ１２１ａを透過した光束（光線束）が入射する所定領域がＲ２領域である。なお、この図５（ａ）に示すＲ１領域は、上述した第１の実施形態の図２（ａ）に示すＲ１領域よりも大きい領域であり、同様に、図５（ｂ）に示すＲ２領域は、上述した第１の実施形態の図２（ｂ）に示すＲ２領域よりも大きい領域である。即ち、第２の実施形態では、光学フィルタ１２１ａが図５（ａ）に示す第１の位置に移動した際のＲ１領域と、光学フィルタ１２１ａが図５（ｂ）に示す第２の位置に移動した際のＲ２領域とは、一部が同じ領域である点が、上述した第１の実施形態と異なっている。即ち、第２の実施形態は、Ｒ１領域と領域Ｒ２とが一部重なっている形態である。

光学フィルタ駆動機構１４０は、一般的には、モータなどのアクチュエータが使用され、このアクチェータには駆動誤差が生じうる。そして、このアクチェータの駆動誤差が生じると、光学フィルタ１２１が所望の位置に駆動しなくなる。上述した図２に示す第１の実施形態のように、画像合成手段１５０が画像合成に使用する領域（Ｒ１とＲ２）と、光学フィルタ１２１を透過する光が入射する受光面１３１の領域（Ｒ１とＲ２）とが同じ場合、光学フィルタ駆動機構１４０に駆動誤差が発生すると、画像合成に使用する領域の一部が光学フィルタ１２１を透過しない光に基づく画像領域になってしまう。そこで、第２の実施形態では、光学フィルタ１２１を透過する光が入射する受光面１３１の領域（Ｒ１とＲ２）を、画像合成に使用する領域（Ｒ１'とＲ２'）よりも大きくしている。これにより、第２の実施形態では、光学フィルタ駆動機構１４０に駆動誤差が生じても、画像合成に使用する全ての画像領域に基づく画像を、光学フィルタ１２１を透過した光に基づく画像とするものである。

本実施形態においても、複数の光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂのうちの少なくとも１つの光学フィルタである所定光学フィルタ１２１は、撮像素子１３０の受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光が透過するように構成されている。そして、撮像素子１３０は、光学フィルタ駆動機構１４０が光学フィルタユニット１２０を駆動方向１４１に駆動させることによって所定光学フィルタ１２１が異なる複数の位置に移動した際に、当該複数の位置において当該所定光学フィルタ１２１を透過した光を含む受光面１３１に入射した光に基づく複数の画像を撮像する。ここで、図５では、上述した所定光学フィルタ１２１として光学フィルタ１２１ａを適用した例を示しているが、光学フィルタ１２１ａに替えて或いは光学フィルタ１２１ａとともに光学フィルタ１２１ｂを所定光学フィルタ１２１として適用してもよい。

図５（ａ）は、受光面１３１の一部の領域Ｒ１に入射する光束（光線束）が光学フィルタ１２１ａを透過するように、光学フィルタユニット１２０を駆動させた際の撮像装置１００−１の状態を示している。具体的に、図５（ａ）は、光学フィルタ１２１ａが第１の位置に移動した際の撮像装置１００−１の状態を示している。また、この図５（ａ）の状態において、撮像素子１３０が受光面１３１に入射した光に基づき撮像した画像の一例を、図５（ｃ）の画像５１０として示す。また、図５（ｃ）では、撮像対象の物体を星の形状で示している。この図５（ｃ）に示す画像５１０では、受光面１３１の領域Ｒ１に対応する範囲を光学フィルタ１２１ａと同じ斜線模様で示している。また、この図５（ｃ）に示す画像５１０では、受光面１３１の領域Ｒ１以外の領域に対応する範囲は、光学フィルタ１２１ａを透過していない光に基づく画像領域となる。

図５（ｂ）は、受光面１３１の一部の領域Ｒ２に入射する光束（光線束）が光学フィルタ１２１ａを透過するように、光学フィルタユニット１２０を駆動させた際の撮像装置１００−１の状態を示している。具体的に、図５（ｂ）は、光学フィルタ１２１ａが第２の位置に移動した際の撮像装置１００−１の状態を示している。また、この図５（ｂ）の状態において、撮像素子１３０が受光面１３１に入射した光に基づき撮像した画像の一例を、図５（ｃ）の画像５２０として示す。この図５（ｃ）に示す画像５２０では、受光面１３１の領域Ｒ２に対応する範囲を光学フィルタ１２１ａと同じ斜線模様で示している。また、この図５（ｃ）に示す画像５２０では、受光面１３１の領域Ｒ２以外の領域に対応する範囲は、光学フィルタ１２１ａを透過していない光に基づく画像領域となる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す例では、光学フィルタ１２１ａにおける駆動方向１４１と平行な方向の長さは、受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光束（光線束）が透過する長さになっている。また、図５に示す例では、光学フィルタ１２１ａが図５（ａ）に示す第１の位置にあるときに第１の画像５１０を撮像素子１３０で撮像し、その後、光学フィルタ１２１ａが図５（ｂ）に示す第２の位置に移動した際に第２の画像５２０を撮像素子１３０で撮像する。

図５（ｃ）に示す例では、画像合成手段１５０は、撮像素子１３０で撮像された複数の画像５１０及び５２０を合成して、合成画像５３０を取得する。具体的に、第２の実施形態では、画像合成手段１５０は、複数の画像５１０及び５２０におけるそれぞれの画像の一部の画像領域５１１及び５２２を切り取って、当該切り取った画像領域５１１及び５２２に基づく複数の画像を合成して、合成画像５３０を取得する。より詳細に、画像合成手段１５０は、画像５１０については所定領域である領域Ｒ１に対応する範囲における一部の範囲Ｒ１'を画像領域５１１として切り取り、画像５２０については所定領域である領域Ｒ２に対応する範囲における一部の範囲Ｒ２'を画像領域２２２として切り取って、合成画像５３０を取得する。

この際、画像合成手段１５０には、光学フィルタ１２１ａの位置ごとに撮像された複数の画像５１０及び５２０のそれぞれに対して、どの範囲（画角）の画像領域を切り取るかの設定がされているものとする。即ち、図５に示す例では、光学フィルタ１２１ａが図５（ａ）に示す第１の位置の場合に領域Ｒ１に対応する範囲における一部の範囲Ｒ１'を画像領域５１１として切り取り、光学フィルタ１２１ａが図５（ｂ）に示す第２の位置の場合に領域Ｒ２に対応する範囲における一部の範囲Ｒ２'を画像領域５２２として切り取る設定である。

第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態における効果に加えて、光学フィルタ駆動機構１４０に駆動誤差が生じても、所定光学フィルタを透過した光に基づく画像を取得することができる。

（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。なお、以下に記載する第３の実施形態の説明では、上述した第１及び第２の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１及び第２の実施形態と異なる事項について説明を行う。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置１００−３の概略構成の一例を示す図である。この図６において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。この第３の実施形態に係る撮像装置１００−３は、図６に示すように、レンズ系１１０、光学フィルタユニット１２０、撮像素子１３０、光学フィルタ駆動機構１４０、画像合成手段１５０、及び、駆動制御機構１６０を有して構成されている。即ち、第３の実施形態に係る撮像装置１００−３は、図１に示す第１の実施形態に係る撮像装置１００−１の構成に加えて、駆動制御機構１６０を更に設けたものである。

駆動制御機構１６０は、レンズ系１１０の状態を検出し、その状態に応じて光学フィルタ駆動機構１４０を駆動させる駆動量を算出する。そして、駆動制御機構１６０は、算出した駆動量だけ駆動するように、光学フィルタ駆動機構１４０に指令を出して駆動制御を行う。

第３の実施形態においても、上述した第１及び第２の実施形態と同様に、光学フィルタ１２１を異なる複数の位置に移動させて、それぞれの位置ごとに撮像素子１３０で撮像した画像を、画像合成手段１５０で合成する形態を採る。そのため、例えば、図２（ａ）に示す光学フィルタ１２１ａの第１の位置で撮像した第１の画像２１０と、図２（ｂ）に示す光学フィルタ１２１ａの第２の位置で撮像した第２の画像２２０は、光学フィルタ１２１ａの駆動時間だけ時間差が生じる。撮像対象である物体（被写体）が動体の場合などで時間的に変動する場合には、第１の画像２１０と第２の画像２２０に位置ズレや画質の差異が生じて、合成した合成画像２３０は違和感がある画像になってしまう。そのため、第１の画像２１０と第２の画像２２０を撮像する時間差は、小さい方が望ましい。この際、第１の画像２１０と第２の画像２２０の撮像時間差を小さくするためには、光学フィルタ１２１の駆動量を小さくすることが有効である。これを図７を用いて説明する。

図７は、本発明の第３の実施形態を示し、図６に示す駆動制御機構１６０による駆動制御を説明するための図である。この図７において、図６に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。また、図７では、図６に示すレンズ系１１０、光学フィルタ駆動機構１４０、画像合成手段１５０及び駆動制御機構１６０は、省略し不図示としている。

光学フィルタ１２１の駆動量は、撮像素子１３０の受光面１３１に入射する光の角度θに依存し、この角度θはレンズ系１１０のＦナンバーで決定される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、撮像素子１３０の受光面１３１に入射する光の角度θが大きいとき、即ちレンズ系１１０のＦナンバーが小さいときの光学フィルタ１２１の駆動の様子を示している。この図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す場合の、撮像素子１３０の受光面１３１に入射する光の角度をθａとし、光学フィルタ１２１の駆動量をＭとする。また、光学フィルタ１２１における物体側の面と受光面１３１との光軸Ｏの方向の距離をＬとする。ここでの距離Ｌは、光学フィルタ１２１を含めた、光学フィルタ１２１と撮像素子１３０の間にある平板の光学素子の厚みと屈折率を考慮した空気換算長のことを示している。

図７（ｃ）及び図７（ｄ）は、撮像素子１３０の受光面１３１に入射する光の角度θが小さいとき、即ちレンズ系１１０のＦナンバーが大きいときの光学フィルタ１２１の駆動の様子を示している。この図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示す場合の、撮像素子１３０の受光面１３１に入射する光の角度をθｂ（θｂ＜θａ）とする。

図７（ａ）と図７（ｃ）は、光学フィルタ１２１のサイズや位置が同じ場合を示している。図７（ｃ）は、図７（ａ）に比べて、撮像素子１３０の受光面１３１に入射する光の角度θが小さいため、光学フィルタ１２１（具体的に図７に示す例では、光学フィルタ１２１ａ）の位置での光束（光線束）の大きさは、Ｌ×（ｔａｎθａ−ｔａｎθｂ）だけ小さくなる。この光束（光線束）の大きさの差異分だけ、図7（ｃ）に示す光学フィルタ１２１ａを透過して受光面１３１に入射する領域は、図7（ａ）に示す光学フィルタ１２１ａを透過して受光面１３１に入射する領域よりも、大きくなっている。したがって、撮像素子１３０の受光面１３１に入射する光の角度θが小さい角度θｂときの光学フィルタ１２１の駆動量は、Ｍ−Ｌ×（ｔａｎθａ−ｔａｎθｂ）となる。これにより、小さい角度θｂのときは、大きい角度θａのときと比べて、Ｌ×（ｔａｎθａ−ｔａｎθｂ）だけ光学フィルタ１２１の駆動量を小さくすることができる。

第３の実施形態では、駆動制御機構１６０は、画像を撮像するときのレンズ系１１０の状態（Ｆナンバー）を検出し、検出した結果から、レンズ系１１０の設計値に基づいて受光面１３１に入射する光の角度θを決定する。そして、駆動制御機構１６０は、決定した角度θに基づいて、光学フィルタユニット１２０の最適な駆動量を算出する。具体的に、第３の実施形態では、レンズ系１１０の状態に応じて、最適な駆動量だけ光学フィルタユニット１２０を駆動させることができるため、第１の位置で取得した第１の画像と第２の位置で取得した第２の画像との時間差を短縮することができる。即ち、第３の実施形態によれば、上述した第１の実施形態における効果に加えて、画像合成手段１５０で取得する合成画像を違和感がない適切な画像とすることができる。

（その他の実施形態）
上述した第１〜第３の実施形態では、説明を簡易化するため、光学フィルタユニット１２０に構成する複数の光学フィルタとして２つの光学フィルタ１２１ａ及び１２１ｂを設ける例について説明を行った。しかしながら、本発明においてはこの形態に限定されるものではなく、例えば、光学フィルタユニット１２０に３つ以上の光学フィルタを設ける形態も、本発明に適用可能である。さらに、本発明においては、光学フィルタユニット１２０に構成する複数の光学フィルタのうち、少なくとも１つの光学フィルタを所定光学フィルタとして適用し、撮像素子１３０の受光面１３１の一部の領域である所定領域に入射する光が透過するように構成する。

また、上述した第１〜第３の実施形態では、説明を簡易化するため、１つの光学フィルタを２つ位置に駆動して、それぞれの位置で画像を撮像する例について説明を行った。しかしながら、本発明においてはこの形態に限定されるものではなく、例えば、１つの光学フィルタを３つ以上の位置に駆動して、それぞれの位置で画像を撮像する形態も、本発明に適用可能である。そして、１つの光学フィルタをより多くの位置に駆動する方が、光学フィルタにおける駆動方向１４１と平行な方向の長さを小さくすることができるため、より好適である。

なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００：撮像装置、１１０：レンズ系、１２０：光学フィルタユニット、１２１ａ，１２１ｂ：光学フィルタ、１３０：撮像素子、１３１：受光面、１４０：光学フィルタ駆動機構、１４１：駆動方向、１５０：画像合成手段

Claims (9)

1. レンズ系と、
   前記レンズ系を透過した光が入射する受光面を有する撮像素子と、
   前記レンズ系と前記撮像素子との間に配置され、複数の光学フィルタを含み構成されている光学フィルタユニットと、
   前記レンズ系の光軸に対して交差する方向に、前記光学フィルタユニットを駆動させる駆動機構と、
   複数の画像を合成する画像合成手段と、
   を有し、
   前記複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタである所定光学フィルタは、前記受光面の一部の領域である所定領域に入射する前記光が透過するように構成されており、
   前記撮像素子は、前記駆動機構が前記光学フィルタユニットを駆動させることによって前記所定光学フィルタが異なる複数の位置に移動した際に、前記複数の位置において前記所定光学フィルタを透過した前記光を含む前記受光面に入射した光に基づく複数の画像を撮像し、
   前記画像合成手段は、前記撮像素子で撮像された複数の画像を合成して、合成画像を取得することを特徴とする撮像装置。
2. 前記画像合成手段は、前記撮像素子で撮像された複数の画像におけるそれぞれの画像の一部の画像領域を切り取って、当該切り取った画像領域に基づく複数の画像を合成して、前記合成画像を取得することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画像合成手段は、前記撮像素子で撮像された複数の画像におけるそれぞれの画像から、前記所定領域に対応する範囲を前記画像領域として切り取ることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記画像合成手段は、前記撮像素子で撮像された複数の画像におけるそれぞれの画像から、前記所定領域に対応する範囲における一部の範囲を前記画像領域として切り取ることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記複数の位置は、第１の位置および第２の位置を含むものであり、
   前記所定光学フィルタが前記第１の位置に移動した際の前記所定領域と、前記所定光学フィルタが前記第２の位置に移動した際の前記所定領域とは、一部が同じ領域であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記所定光学フィルタにおいて前記駆動機構が駆動する方向と平行な方向の長さＷは、
   前記所定光学フィルタにおける物体側の面と前記受光面との距離をＬ、前記受光面における前記平行な方向の長さをＣ、前記受光面に入射する前記光の角度をθとすると、
   ２×Ｌ×ｔａｎθ≦Ｗ＜Ｃ＋２×Ｌ×ｔａｎθ
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記レンズ系の状態に応じて前記光学フィルタユニットを駆動させる駆動量を算出し、当該駆動量に基づく駆動を前記駆動機構に行わせる制御をする制御機構を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記交差する方向が、垂直の方向であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. レンズ系と、前記レンズ系を透過した光が入射する受光面を有する撮像素子と、前記レンズ系と前記撮像素子との間に配置され、複数の光学フィルタを含み構成されている光学フィルタユニットと、前記レンズ系の光軸に対して交差する方向に、前記光学フィルタユニットを駆動させる駆動機構と、複数の画像を合成する画像合成手段と、を有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタである所定光学フィルタは、前記受光面の一部の領域である所定領域に入射する前記光が透過するように構成されており、
   前記撮像素子が、前記駆動機構が前記光学フィルタユニットを駆動させることによって前記所定光学フィルタが異なる複数の位置に移動した際に、前記複数の位置において前記所定光学フィルタを透過した前記光を含む前記受光面に入射した光に基づく複数の画像を撮像するステップと、
   前記画像合成手段が、前記撮像素子で撮像された複数の画像を合成して、合成画像を取得するステップと、
   を有することを特徴とする撮像装置の駆動方法。

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