JP3397757B2

JP3397757B2 - 撮像装置

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Publication number: JP3397757B2
Application number: JP2000198777A
Authority: JP
Inventors: 康夫須田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2003-04-21
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2001078215A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動画、又は、静止
画を撮像可能なビデオカメラ等の撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカラーカメラでは、レリーズボ
タンの押下に応動して、CCDやCMOSセンサなどの固体撮
像素子に被写界像を所望の時間露光し、これより得られ
た１つの画面の静止画像を表わす画像信号をデジタル信
号に変換して、YC処理などの所定の処理を施して、所定
の形式の画像信号を得る。撮像された画像を表わすデジ
タルの画像信号は、それぞれの画像毎に、半導体メモリ
に記録される。記録された画像信号は、随時読み出され
て表示または印刷可能な信号に再生され、モニタなどに
出力されて表示される。

【０００３】デジタルカラーカメラを薄型化するための
技術の一つとして、特開平10-145802号公報の開示例が
ある。特開平10-145802号公報では撮影画面を複数の領
域に分割し、領域毎に結像光学系を設けて物体の部分画
像を形成している。このとき、一つの結像光学系に対し
て一つの物体像が形成されて、撮影画面を分割した数に
相当する物体像が単一の撮像素子上に投影される。そし
て、視野制限バッフルと呼ばれる物体像分離壁を設けて
いる。視野制限バッフルは結像光学系と撮像素子の間に
配置され、隣接する結像光学系からの光の漏れ込みを防
ぐ壁の役割をするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】視野制限バッフルは撮
像領域の隔壁であるために、撮像領域を細分化するほど
多くの面積を必要とし、これは撮像素子を小型化するこ
とに対して障害となる。撮像素子全体の面積を大きくす
ることは生産歩留まりを極端に下げ、コスト上の制約か
ら撮像素子の大きさには事実上の上限がある。

【０００５】本発明の目的は、物体像分離壁を必要とせ
ず、小型化できる撮像装置を提供しようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、隣接する複数の撮像領域を有し、それぞれ
物体像の異なる波長成分を受光するための撮像素子と、
前記複数の撮像領域に対応して複数の光学系を有し、個
々の光学系により物体像を前記複数の撮像領域にそれぞ
れ投影し、各投影された物体像が、対応する一つの撮像
領域と該一つの撮像領域に隣接する他の撮像領域とでオ
ーバーラップする結像手段と、光路中に設けられ、前記
結像手段により一つの撮像領域に対応して投影された物
体像が前記オーバーラップのために他の撮像領域で光電
変換されることを抑制する抑制手段とを有する撮像装置
とするものである。

【０００７】また、本発明は、少なくとも被写体光の第
１の波長成分及び該第１の波長成分とは異なる第２の波
長成分をそれぞれ受光するための第１の撮像部及び第２
の撮像部と、前記第１の撮像部に被写体光を投射する第
１の光学系と、前記第１の光学系とは別光路にて前記第
１、２の撮像部に被写体光を投射する第２の光学系と、
光路中に設けられ、前記第１の光学系により投射される
被写体光を前記第１の撮像部へ案内すると共に、前記第
２の光学系により前記第１の撮像部へ投射される被写体
光を前記第１の撮像部へ案内しないようにする案内路形
成部とを有する撮像装置とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。

【０００９】（第１の実施の形態）図１７（a）、
（b）、（c）は本発明によるデジタルカラーカメラの全
体構成を表す図である。図１７（a）は正面図、図１７
（c）は裏面図、図１７（b）は図１７（c）の裏面図に
示した矢印Ａの位置での断面図である。

【００１０】図１７（a）、（b）、（c）において、1は
カメラ本体、2はカラー液晶モニタ4の背後に位置し、白
色拡散板よりなる照明光取り込み窓である。5はメイン
スイッチ、6はレリーズ釦、7，8，9は使用者がカメラの
状態をセットするためのスイッチで、特に9は再生ボタ
ン、13は撮影可能な残り枚数の表示である。11はファイ
ンダー接眼窓であって、ファインダー前枠3からプリズ
ム12に入射した物体光がここから射出する。10は撮像
系、14は外部のコンピュータ等に接続して、データの送
受信をするための接続端子である。

【００１１】信号処理系の概略構成を説明する。図１４
は、信号処理系のブロック図である。本カメラは、CCD
あるいはCMOSセンサなどの固体撮像素子120 を用いた単
板式のデジタルカラーカメラであり、固体撮像素子120
を連続的または単発的に駆動して動画像または静止画像
を表わす画像信号を得る。ここで、固体撮像素子120
は、露光した光を各画素毎に電気信号に変換してその光
量に応じた電荷をそれぞれ蓄積し、その電荷を読み出す
タイプの撮像デバイスである。

【００１２】なお、図１４には本発明に直接関係ある部
分のみが示されており、本発明に直接関係ない部分は図
示とその説明を省略している。

【００１３】図１４に示すように、撮像装置は、撮像系
10と、画像処理手段であるところの画像処理系20と、記
録再生系30と、制御系40とを有する。さらに、撮像系10
は、撮影レンズ100 、絞り110および固体撮像素子120を
含み、画像処理系20は、A/D変換器500、RGB画像処理回
路210 およびYC処理回路230を含み、記録再生系30は、
記録処理回路300および再生処理回路310 を含み、制御
系40は、システム制御部400、操作検出部410および固体
撮像素子の駆動回路420を含む。

【００１４】撮像系10は、物体からの光を絞り110と撮
影レンズ100を介して固体撮像素子120 の撮像面に結像
する光学処理系であり、撮影レンズ１００の光透過率を
調節して、適切な光量の被写体像を固体撮像素子120 に
露光する。前述のように、固体撮像素子120 は、CCDやC
MOSセンサなどの撮像デバイスが適用され、固体撮像素
子120 の露光時間および露光間隔を制御することによ
り、連続した動画像を表わす画像信号、または一回の露
光による静止画像を表わす画像信号を得ることができ
る。

【００１５】図１は撮像系10の詳細図である。まず、絞
り110は図３に示すような3つの円形開口110a、110b、11
0cを有し、この各々から撮影レンズ100の光入射面100e
に入射した物体光は、撮影レンズ100の3つのレンズ部10
0a、100b、100cから射出して固体撮像素子120の撮像面
上に3つの物体像を形成する。絞り110と光入射面100eお
よび固体撮像素子120の撮像面は平行に配置されてい
る。このように、入射側のパワーを弱く、射出側のパワ
ーを強くし、入射側に絞りを設けることで、像面の湾曲
を少なくすることができる。なお、ここでは、撮影レン
ズ100の光入射面100eを平面としたが、3つの球面あるい
は3つの回転対称非球面で構成しても良い。

【００１６】3つのレンズ部100a、100b、100cは、撮影
レンズ100を光射出側から見た図５に示すように円径の
球面部を持ち、この球面部には670nm以上の波長域につ
いて低い透過率を持たせた赤外線カットフィルターが、
また、ハッチングをかけて示した平面部100dには遮光性
膜が形成されている。すなわち、撮影光学系は撮影レン
ズ100と絞り110より成り、3つのレンズ部100a、100b、1
00cのそれぞれが結像系である。

【００１７】撮影レンズ100をガラス製とする場合には
ガラスモールド製法、樹脂製とする場合には射出成形を
用いると製作上容易である。

【００１８】図２は固体撮像素子120の正面図で、形成
される3つの物体像に対応させて3つの撮像領域120a、12
0b、120cを備えている。撮像領域120a、120b、120cの各
々は、縦横のピッチが2.8μmの画素を800×600個配列し
てなる2.24mm×1.68mmの領域であって、撮像領域全体の
寸法は2.24mm×5.04mm、また、各撮像領域の対角寸法は
2.80mmとなる。図において、51a、51b、51cは内部に物
体像が形成されるイメージサークルである。イメージサ
ークル51a、51b、51cは絞りの開口と撮影レンズ100の射
出側球面部の大きさで決定される円形であり、イメージ
サークル51aと51b、および、イメージサークル51bと51c
には互いに重なり合う部分が生じる。

【００１９】図１において、絞り110と撮影レンズ100に
挟まれた領域のハッチングで示した部分52a、52b、52c
は撮影レンズ100の光入射面100e上に形成された光学フ
ィルターである。光学フィルター52a、52b、52cは撮影
レンズ100を光入射側から見た図４で示すように、絞り
開口110a、110b、110cを完全に含む範囲に形成されてい
る。

【００２０】光学フィルター52aは図６にGで示した主に
緑色を透過する分光透過率特性を有し、光学フィルター
52bはRで示した主に赤色を透過する分光透過率特性を有
し、さらに、光学フィルター52cはBで示した主に青色を
透過する分光透過率特性を有している。すなわち、これ
らは原色フィルターである。レンズ部100a、100b、100c
に形成されている赤外線カットフィルターの特性との積
として、イメージサークル51aに形成されている物体像
は緑色光成分、イメージサークル51bに形成されている
物体像は赤色光成分、イメージサークル51cに形成され
ている物体像は青色光成分によるものとなる。

【００２１】一方、固体撮像素子120の3つの撮像領域12
0a、120b、120c上にもまた光学フィルター53a、53b、53
cが形成され、これらの分光透過率特性もまた図６に示
したものと同等である。つまり、撮像領域120aは緑色光
（G）に対して、撮像領域120bは赤色光（R）に対して、
撮像領域120cは青色光（B）に対して感度を持つ。

【００２２】各撮像領域の受光スペクトル分布は瞳と撮
像領域の分光透過率の積として与えられるため、瞳と撮
像領域の組み合わせは波長域によって選択される。つま
り、絞りの開口110aを通過した物体光は主に撮像領域12
0aで光電変換され、絞りの開口110bを通過した物体光は
主に撮像領域120bで光電変換され、さらに、絞りの開口
110cを通過した物体光は主に撮像領域120cで光電変換さ
れる。すなわち、撮像領域120aはG画像を、撮像領域120
bはR画像を、撮像領域120cはB画像を出力することにな
る。このように、撮像光学系の瞳と撮像素子に色分解の
ための光学フィルターを多重に使用すると、色純度を高
めることができる。これは、同種の光学フィルターを2
回通すと、透過特性が鋭く立ち上がるようになって赤色
（R）と青色（B）のオーバーラップが無くなるためであ
る。なお、各撮像領域での信号レベルが同一の蓄積時間
でそれぞれ適切になるように、光学フィルター52a、52
b、52cあるいは光学フィルター53a、53b、53cの透過率
を設定すると良い。

【００２３】画像処理系20は、固体撮像素子120の複数
の撮像領域が、各々、前記複数の画像の一つから得た選
択的光電変換出力に基づいてカラー画像を形成する。こ
の際、比視感度のピーク波長は555nmであるので、この
波長を含むG画像信号を基準画像信号として信号処理を
行う。

【００２４】固体撮像素子の画素ピッチを固定して考え
ると、固体撮像素子上に例えば2×2画素を一組としたRG
Bカラーフィルターを形成して画素の一つ一つに波長選
択性を付与し、これによって物体像をRGBの各画像に分
離する一般のデジタルカラーカメラに採用されている方
式に比較して、物体像の大きさが1/√3になり、これに
伴って撮影レンズの焦点距離はおおよそ1/√3となる。
したがって、カメラの薄型化に対して極めて有利であ
る。

【００２５】なお、光学フィルター52a、52b、52cと、
光学フィルター53a、53b、53cの分光透過率特性は、図
６に示したように、RとBはほぼ分離されているものの、
RとGおよびGとBは互いにオーバーラップしている。

【００２６】したがって、赤色光のイメージサークル51
bが青色光を光電変換する撮像領域120cにかかっていて
も、逆に、青色光のイメージサークル51cが赤色光を光
電変換する撮像領域120bにかかっていても、これらの画
像が撮像領域の出力となることはない。ところが、赤色
光のイメージサークル51bが緑色光を光電変換する撮像
領域120aにかかっている部分と、緑色光のイメージサー
クル51aが赤色光を光電変換する撮像領域120bにかかっ
ている部分では、本来遮断すべき異なる波長の画像が僅
かではあるが重畳してしまう。つまり、物体像の選択性
は光学フィルター52aと光学フィルター53bの分光透過率
特性の積と、光学フィルター52bと光学フィルター53aの
分光透過率特性の積で与えられるため、R画像信号とG画
像信号のクロストークは小さいものの、完全にはゼロに
ならない。

【００２７】そこで、撮影レンズ100にはRとGのオーバ
ーラップ部の波長域の透過率を低下させる特性をさらに
持たせてある。これは色純度補正フィルタと呼ばれる光
学フィルター技術を用いればよい。

【００２８】この色純度補正フィルタは、透明合成樹脂
またはガラスから成る母材中に希土類の金属イオンを所
定量含有させた光学フィルターである。

【００２９】希土類の金属イオンとしては、ネオジムイ
オン、プラセオジムイオン、エルビウムイオン、ホルミ
ウムイオン等の１種または２種以上が挙げられるが、少
なくとも、ネオジムイオンを必須イオンとして使用する
のが好ましい。なお、これらのイオンとしては、通常３
価のイオンが使用される。そして、金属イオンの含有量
は、撮影レンズ100の母材の100質量部に対し、通常0.01
〜40質量部、好ましくは0.04〜30質量部の範囲から選択
される。

【００３０】図７に示すように、色純度補正フィルタ
は、RGBの各色成分のうちピーク波長間の所定波長範囲
の光を選択的に吸収してその透過量を低減する特性を有
する。この作用によって、赤色光のイメージサークル51
bが緑色光を光電変換する撮像領域120aにかかること、
それから、緑色光のイメージサークル51aが赤色光を光
電変換する撮像領域120bにかかることによるクロストー
クはほとんど生じなくなる。

【００３１】さらに、撮影レンズ100には光により暗化
し、光の照射をやめると可逆的に無色状態にもどる現象
であるフォトクロミック特性を併せ持たせる。これは、
固体撮像素子120の蓄積時間制御範囲が限られているこ
とから、極めて被写界が明るい場合に固体撮像素子に到
達する光量を抑え、撮影可能な輝度範囲を拡大するため
である。

【００３２】フォトクロミックガラスとしては、例え
ば、眼鏡用として実用化されているチャンス−ピルキン
トン社製のリン酸塩系のフォトクロミックガラス（商品
名：Reactolite Rapide）を用いるとよい。

【００３３】図８は、撮影レンズ100に用いたフォトク
ロミックガラスの分光透過率特性を示す図であり、図８
において実線が太陽光を２０分照射した後の特性であ
り、破線が未照射の場合の特性を示したものである。晴
天時の屋外等でカメラを持ち歩くと、絞り110から撮影
レンズ100に入射した光束によって撮影レンズ100そのも
のが暗化し、固体撮像素子120に入射する光量を約1/2に
抑えることができる。この結果、蓄積時間を2倍に伸ば
すことが可能であって、高輝度側の制御限界を引き上げ
ることになる。

【００３４】各撮像領域120a、120b、120cの画面サイズ
は、前述のように画素ピッチ2.8μm、画素数800×600よ
り、2.24mm×1.68mmであって、画面の対角寸法は2.80mm
となる。一般に、小型カメラの撮影画角θは対角方向に
70°程度とするのが最も使いやすい。撮影画角を70°と
すると、画面の対角寸法から焦点距離が決定され、この
場合は2.0mmとなる。

【００３５】人物等を撮影対象とする場合は、ヒトの身
長が170cm前後であることや、1から3人を一緒に写すこ
とが多いことを根拠として、仮想被写体距離D[m]を撮影
画角θ[°]の関数として式（1）のように定義すること
ができる。

【００３６】

【外２】式（1）のθに70°を代入すると、D＝2.0mを得る。そこ
で、被写体距離2mの時に最良のピントを結ぶように撮像
系10を構成するとすれば、無限遠位置からのレンズの繰
り出しは0.002mmであり、後述する許容錯乱円径との関
係からレンズ繰り出し機構のない固定焦点撮像光学系と
しても実用上全く問題はない。

【００３７】また、空気中に置かれた平凸レンズの焦点
距離ｆは、屈折率をn、球面の半径をｒとして、

【００３８】

【外３】で表すことができる。したがって、仮に、撮影レンズ10
0の屈折率nを1.5とすれば、2.0mmの焦点距離を得るrは
1.0mmとなる。

【００３９】赤色、緑色、青色の各物体像について、像
の大きさを揃えておくと後の信号処理で像倍率補正を行
う必要がないので処理時間を伸ばすことがなく都合がよ
い。このため、RGB光学フィルターの透過光のピーク波
長530nm 、620nm 、450nmについてレンズ部100a、100
b、100cを最適化し、各像倍率を一定に設定する。これ
は各レンズ部の主点位置から固体撮像素子までの距離を
一律にすることで、近軸的には実現できる。

【００４０】d線（587.6nm）の屈折率n_d＝1.5、アッベ
数ν_d＝60のガラスの場合、波長530nm 、620nm 、450nm
における屈折率は、それぞれ1.503、1.499、1.509程度
である。仮に、レンズ部100a、100b、100cの球面の半径
rが均一に-1.0mmとすると、これらの波長における焦点
距離は式（2）により次のようになる。

【００４１】レンズ部100a 代表波長530nm： 1.988mm レンズ部100b 代表波長620nm： 2.004mm レンズ部100c 代表波長450nm： 1.965mm 画素ピッチから許容錯乱円径を3.0μmとし、さらに、撮
影レンズのFナンバーをF5.6と仮定すれば、これらの積
で表される焦点深度は16.8μmとなり、620nmと450nmの
焦点距離の差0.039mmはすでにこれを越えていることが
分かる。すなわち、近軸的な像倍率だけはそろっている
が、被写体の色によってはピントが合わない。通常、物
体の分光反射率は、広い波長域にまたがっているので、
一般にシャープなピントが得られることは極めて稀であ
る。

【００４２】そこで、レンズ部100a、100b、100cの球面
の半径rを各代表波長毎に最適化する。すなわち、ここ
では可視域全体の色収差を除去する色消しを行わず、レ
ンズ毎に波長別の設計を適用する。まず、式（2）を変
形して、式（3）を得る。

【００４３】 r＝(1-n)f …………(3) 式（3）にf＝2.0と順次n＝1.503、n＝1.499、n＝1.509
を代入し、各半径を算出すると、次のようになる。

【００４４】レンズ部100a 代表波長530nm： r＝-1.006mm レンズ部100b 代表波長620nm： r＝-0.998mm レンズ部100c 代表波長450nm： r＝-1.018mm 像高の高い位置での像倍率差のバランスを取るために、
レンズ部100a、100b、100cの頂点高さを僅かに調整すれ
ば、シャープネスと像倍率の両者に関して理想的な形態
となる。さらには、各レンズ部に非球面を用いて、像面
湾曲を良好に補正する。像の歪曲については後の信号処
理で補正すればよい。

【００４５】このように、視感度が最も高い緑色555nm
の波長を含む物体光による基準G画像信号と、赤色と青
色の物体光による画像信号とをそれぞれ得て、結像系に
単一の波長については異なる焦点距離を、各スペクトル
分布の代表波長については略同一の焦点距離を設定すれ
ば、これらの画像信号を合成することにより良好に色収
差の補正されたカラー画像を得ることができる。各結像
系は1枚構成であるので、撮像系を薄型化する効果もあ
る。また、通常、色消しは分散の異なる2枚のレンズの
組み合わせが必要であるのに対し、1枚構成であること
によるコストダウンの効果もある。

【００４６】撮影レンズ100には画素ピッチと同レベル
までの高い空間周波数帯域まで高コントラストの解像が
求められる。撮像系10は波長域別の3つの物体像を取り
込むことから、ベイヤー配列等のモザイク状光学フィル
ターを備えた同一画素数の撮像系と比較したとき、前述
のように約1/√3の焦点距離で同じ撮影画角となる。し
たがって、より高い空間周波数成分の高コントラストな
解像を実現しなくてはならない。前述した各レンズ部の
波長別最適化はこのための色収差抑制技術である。

【００４７】一般に、撮影光学系の収差特性を改善して
偽解像を生じ難くし、問題を軽減する方法には、構成
レンズの枚数を増やす、非球面化する、異常分散ガラス
を用いる、回折光学素子を複合的に用いる、といった幾
つかの手法を用いて設計自由度を増す、結像光束を絞
る、という２通りがある。

【００４８】上記の設計自由度を増やす方向性は、焦
点距離が1/√3になったにもかかわらず撮影光学系の構
成を複雑化することになって、撮影装置の薄型化に逆行
することになるので適切でない。一方、上記の細い光
束を用いる方向性は薄型の撮影装置との整合性が良い。

【００４９】結像光束を絞ると、OTFと呼ばれるレスポ
ンス関数は図１０の実線（b）で示すように低周波成分
において緩やかに単調減少し、その後僅かに負の値をと
ったあと再び僅かに正の値をとる特性となる。一方、結
像光束を絞らずに太い光束を用いる場合は図１０の波線
（a）で示すように低周波成分において急速に減少した
あと、いったん負の値をとり、また正の値をとる特性と
なる。

【００５０】OTFが負の値をとる状態が偽解像の発生を
表し、実際の画像では白い部分が黒くなり反対に黒い部
分が白くなる、ネガポジ反転現象が発生している状態に
相当する。したがって、結像光束を絞った方が自然な画
像が得られることが分かる。

【００５１】ところが、極端に光束を絞り込むと、今度
は光の回折の影響によって逆に高周波域のコントラスト
の低下が発生する。このような状況では、点像は中心の
輝点とその周りを何重かに取り囲む回折縞とで構成され
ている。この原因はよく知られているように、絞り開口
の縁から発する周辺波による回折縞の強度が相対的に増
すためである。

【００５２】回折縞を減らすには、中央部が透明で周辺
に行くにしたがって濃度が大きくなるフィルターを撮影
レンズに付加すればよい。この手法はアポダイゼイショ
ンと呼ばれ、光学技術ハンドブック増補版（昭和50年、
朝倉書店）の172ページから174ページに詳しく述べられ
ている。

【００５３】図９は撮影レンズ100の光入射面100e上で
あって、絞り開口110a、110b、110cに対向する位置に設
けた透過率分布型フィルターの透過率分布を表す図であ
る。透過率分布型フィルターは図１の54a、54b、54cで
示され、透過率が最も高い位置は絞り開口110a、110b、
110cの中心に一致し、透過率がゼロになる位置は絞り開
口110a、110b、110cの縁に一致させてある。すなわち、
透過率分布は絞りの中心で最も高く、中心から離れるほ
ど単調に減少する。

【００５４】透過率分布型フィルターは撮影レンズ100
の光入射側に、インコネル、クロメル、クローム等の薄
膜を蒸着またはスパッタリングすることによって形成す
る。薄膜の厚さを中央部が最も薄く、周辺部が最も厚く
なるようにすることによって、図９に示した特性を得る
ことが可能である。なお、こういった薄膜の形成には蒸
着またはスパッタリング過程における遮蔽物の位置制御
を連続的に行う。

【００５５】ここでは、透過率分布型フィルター54a、5
4b、54cを撮影レンズ上に形成したが、ガラス板上に形
成して、撮影レンズ100の光入射側、あるいは光射出側
に配置する構成であってもよい。

【００５６】図１１は点像の輝度分布を示す図である。
図において波線（a）は絞り開口の透過率が一定の場
合、実線（b）は絞り開口の透過率を中心から周辺にか
けて低下させた場合である。（a）の特性に対し（b）の
特性は点像の裾部分での跳ね返りが無く、明らかに良好
な画像となっていることを示している。これが、アポダ
イゼイションで周辺光束を減ずることによる回折縞低減
効果の現れである。

【００５７】次に、撮影レンズと撮像領域の位置関係に
ついて述べる。撮像系は3つのレンズ部を有するため
に、被写体距離に応じて3つの物体像の位置が相対的に
変化する。前述のように各撮像領域は2.24mm×1.68mmで
あって、これらは長辺を接するように隣接して配置され
ている。したがって、隣り合う撮像領域の中心間隔は1.
68mmである。後述するYC処理回路230では、物体像の中
心と撮像領域の中心が一致しているものとして信号処理
を行う。仮想被写体距離2mにある物体像をこれと同じ間
隔で撮像部上に形成するとすれば、図１２に示すように
撮影レンズ100のレンズ部100a、100b、100cの間隔を1.6
783mmに設定することになる。図において矢印55a、55
b、55cは、撮影レンズ100の3つのレンズ部100a、100b、
100cによる正のパワーを有する結像系を表す記号、矩形
56a、56b、56cは撮像領域120a、120b、120cの範囲を表
す記号、L1、L2、L3は結像系55a、55b、55cの光軸であ
る。撮影レンズ100の光入射面は平面、光射出面となる
レンズ部100a、100b、100cは球面であるので、各球心を
通って光入射面100eに垂直な直線が光軸となる。

【００５８】このとき、無限遠物体の像は図１３に示す
ようにレンズ部100a、100b、100cと同一の間隔で形成さ
れるため、G物体像とR物体像の間隔、および、R物体像
とB物体像の間隔は1.6783mmである。したがって、撮像
領域の中心間隔1.68mmよりも若干狭く、この差ΔYは0.0
017mmすなわち1.7μm である。また、最も視感度の高い
G物体像を基準としてB物体像の移動を考えると、差ΔY
は2倍となり、3.4μmである。撮影画面の中央には人物
等の近距離物体が位置し、画面の周辺に遠距離の物体が
位置することが多いこと、さらに、画面の周辺では撮影
レンズの収差が増大して画像性能が低下することから、
最大像間隔変化が画素ピッチの2倍よりも小さければ、
実用上の問題はないと言える。前述のように固体撮像素
子120の画素ピッチPは2.8μmであるので、ΔY＜2×P と
なり、この程度の無限遠像の色ズレは許容可能なレベル
である。

【００５９】さらに、撮像系10の温度変化によっても像
間隔は変動する。固体撮像素子120の線膨張係数をα_S、
撮影レンズ100の線膨張係数をα_L、温度変化をΔTとす
ると、撮像系10は結像倍率が極めて小さいために、像間
隔変化量ΔZは撮影レンズの伸びと固体撮像素子の伸び
の差として、式（4）で表すことができる。

【００６０】 ΔZ＝１．６８×（α_L−α_S）×ΔT …………(4) ここで、α_S＝0.26×10^-5、ΔT＝20[°] 、さらに、撮
影レンズ100を低融点ガラスで作成するとしてα_L＝1.2
×10^-5とすると、ΔZは0.00032[mm]と算出される。これ
はG物体像とR物体像の間隔変化、および、R物体像とB物
体像の間隔変化量である。

【００６１】基準画像信号であるG物体像に対する変化
としてB物体像を考えると、像の間隔は1.68×2であるた
め、像間隔変化量もΔZ×2＝0.00063[mm]となる。カメ
ラの使用温度範囲を0〜40°とすれば、基準温度20°か
らの偏差ΔTは20°であって、このとき、ΔZ×2が画素
ピッチの1/2よりも小さければ、実用上問題はない。一
般に、固体撮像素子120の線膨張係数α_Sは0.26×10^-5程
度の小さい値をとるので、撮影レンズ100の線膨張係数
α_Lを式（5）を満たすように選択する必要がある。

【００６２】

【外４】なお、AはＲ像、Ｇ像、Ｂ像のいずれか２像の間隔、Pは
画素ピッチである。

【００６３】先程使用した撮影レンズ100の線膨張係数
α_L＝1.2×10^-5は式（5）の関係を満足しているので、
本カメラに好適な材料と言える。

【００６４】また、物体距離や温度変化による像間隔の
変動とは別に、固体撮像素子の撮像領域120a、120b、12
0cを相互に1/2 画素ずらすことにより、少ない画素数で
解像度を上げる画素ずらしという手法を用いる。1/2画
素ずらし量は仮想被写体距離2mに対して設定する。

【００６５】図１５に示すようにＧ画像信号用の撮像領
域120aに対してＲ画素出力用の撮像領域120bとＢ画素出
力用の撮像領域120cは水平方向および垂直方向に1/2 画
素ずつずらして配置されている。

【００６６】この画素ずらしは、撮影レンズ100のレン
ズ部100bと100cをレンズ部100aに対して僅かに偏心させ
ることで実現しても、固体撮像素子120の撮像領域120b
と120cを撮像領域120aに対して僅かに偏心させることで
実現してもよい。

【００６７】ベイヤー配列等の光学フィルター配列で
は、例えば緑色の光学フィルターを備えた画素の間には
赤色の光学フィルターを備えた画素や青色の光学フィル
ターを備えた画素が入り込むために、折り返し歪みを抑
制する光学ローパスフィルターが必要である。ところ
が、このようにスペクトル分布の異なる画像を撮像領域
別に取り込むように構成すると、それぞれの光学フィル
ターを備えた画素を密に配列することができ、その結
果、折り返し歪みの影響は小さく光学ローパスフィルタ
ーを必要とせずに高精細な画像を得ることができる。し
たがって、撮像系の小型化とコストの大幅な削減が可能
である。

【００６８】次に、信号処理について説明する。

【００６９】前述のように固体撮像素子120 は、長辺方
向に1800画素、短辺方向にそれぞれ800画素の合計144万
の画素数を有する撮像デバイスが有効に適用されて、そ
の前面には赤色(R) 、緑色(G) 、青色(B) の３原色の光
学フィルターが所定の領域毎に配置されている。

【００７０】図１４に表すように、固体撮像素子120 か
ら読み出された画像信号は、それぞれ画像処理系20のA/
D変換器500に供給される。A/D 変換器500 は、たとえ
ば、露光した各画素の信号の振幅に応じた、たとえば10
ビットのデジタル信号に変換して出力する信号変換回路
であり、以降の画像信号処理はデジタル処理にて実行さ
れる。

【００７１】画像処理系20は、R,G,B のデジタル信号か
ら所望の形式の画像信号を得る信号処理回路を有し、R,
G,B の色信号を輝度信号Ｙおよび色差信号(R-Y),(B-Y)
にて表わされるYC信号などに変換する。

【００７２】RGB画像処理回路210 は、A/D 変換器500を
介して固体撮像素子120 から受けた1800×800画素の画
像信号を処理する信号処理回路であり、ホワイトバラン
ス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を
行う補間演算回路を有する。

【００７３】YC処理回路230 は、輝度信号Ｙおよび色差
信号R-Y,B-Y を生成する信号処理回路である。高域輝度
信号YHを生成する高域輝度信号発生回路、低域輝度信号
YLを生成する低域輝度信号発生回路、および、色差信号
R-Y,B-Y を生成する色差信号発生回路で構成されてい
る。輝度信号Ｙは高域輝度信号YHと低域輝度信号YLを合
成することによって形成される。

【００７４】RGB画像処理回路210の詳細を説明する。

【００７５】A/D 変換器500 を介してR,G,B領域毎に出
力されたRGB 信号は、まず、RGB画像処理回路210内のホ
ワイトバランス回路にてそれぞれ所定の白バランス調整
が行なわれ、さらに、ガンマ補正回路にて所定のガンマ
補正が行なわれる。

【００７６】RGB画像処理回路210 内の補間演算回路
は、600×800画素の４倍の解像度を画像信号を補間処理
によって生成し、固体撮像素子120からの画像信号を高
精細画質の信号に変換して、後段の高域輝度信号発生回
路、低域輝度信号発生回路、色差信号発生回路に供給す
る。

【００７７】RGB各物体像の大きさは撮影レンズ100の設
定によって、すでに同一になっているので、まず、公知
の手法によって撮影光学系の歪曲収差を補正する演算処
理を各画像信号について行う。その後の、補間処理や輝
度信号処理、色差信号処理は通常のデジタルカラーカメ
ラでの処理に準じたものとなる。補間処理は次に示すと
おりである。

【００７８】まず、基準画像信号である撮像領域120aか
らのＧ画像信号を、次式（6）〜（9）にてそれぞれ補間
演算する。

【００７９】 G2i2j=Gij …………（6） G2i(2j+1)=Gij・1/2+Gi(j+1)・1/2 …………（7） G(2i+1)2j=Gij・1/2+G(i+1)j・1/2 …………（8） G(2i+1)(2j+1)=Gij・1/4+Gi(j+1)・1/4+G(i+1)j・1/4+G(i+1)(j+1)・1/4 …………（9）これにより、図１６に示すようにそれぞれ４個のＧ画素
から16個のＧ画素が生成されて、撮像領域120aからの60
0×800 画素のＧ画像信号が1200×1600画素に変換され
る。

【００８０】次に、上式（6）〜（9）にて求めたＧ画像
信号のそれぞれの位置に対応して撮像領域120bからのＲ
画素出力を次式（10）〜（13）にて補間演算する。

【００８１】 R2i2j=R(i-1)(j-1)・1/4+R(i-1)j・1/4+Ri(j-1)・1/4+Rij・1/4 …………（10） R2i(2j+1)=R(i-1)j・1/2+Rij・1/2 …………（11） R(2i+1)2j=Ri(j-1)・1/2+Rij・1/2 …………（12） R(2i+1)(2j+1)=Rij …………（13）前述のようにR物体像の撮像領域とB物体像の撮像領域は
G物体像の撮像領域に対して1/2画素だけずらした配置に
なっているため、式（13）のようにij番地の元出力を(2
i+1)(2j+1)番地に適用している。

【００８２】同様に、Ｒ画素と同様に撮像領域120cから
のＢ画素を上式（6）〜（9）にて求めたＧ画像信号のそ
れぞれの位置に対応して次式（14）〜（17）にて補間演
算する。

【００８３】 B2i2j=B(i-1)(j-1)・1/4+B(i-1)j・1/4+Bi(j-1)・1/4+Bij・1/4 …………（14） B2i(2j+1)=B(i-1)j・1/2+Bij・1/2 …………（15） B(2i+1)2j=Bi(j-1)・1/2+Bij・1/2 …………（16） B(2i+1)(2j+1)=Bij …………（17）以上の処理により、撮像領域120a、120b、120cからの各
600×800画素のRGB 信号が高精細画質の1200×1600画素
のRGB 信号に変換される。

【００８４】YC処理回路230内の高域輝度信号発生回路
は、色成分信号の中で最も高い空間周波数成分を有する
色信号から高域輝度信号YHを形成する公知の信号形成回
路である。低域輝度信号発生回路は、R,G,B すべての色
成分を含む信号から低域周波数の輝度信号YLを形成する
公知の信号形成回路である。また、色差信号発生回路
は、高精細のRGB 信号から色差信号R-Y,B-Y を演算する
公知の演算回路である。

【００８５】記録再生系30は、メモリへの画像信号の出
力と、液晶モニタ4への画像信号の出力とを行う処理系
であり、メモリへの画像信号の書き込みおよび読み出し
処理を行なう記録処理回路300 と、メモリから読み出し
た画像信号を再生して、モニタ出力とする再生処理回路
310 とを含む。より詳細には、記録処理回路300 は、静
止画像および動画像を表わすYC信号を所定の圧縮形式に
て圧縮し、また、圧縮データを読み出した際に伸張する
圧縮伸張回路を含む。圧縮伸張回路は、信号処理のため
のフレームメモリなどを含み、このフレームメモリに画
像処理系20からのYC信号をフレーム毎に蓄積して、それ
ぞれ複数のブロック毎に読み出して圧縮符号化する。圧
縮符号化は、たとえば、ブロック毎の画像信号を２次元
直交変換、正規化およびハフマン符号化することにより
行なわれる。

【００８６】再生処理回路310 は、輝度信号Y および色
差信号R-Y,B-Y をマトリックス変換してたとえばRGB 信
号に変換する回路である。再生処理回路310 によって変
換された信号は液晶モニタ4に出力され、可視画像が表
示再生される。

【００８７】一方、制御系40は、外部操作に応動して撮
像系10、画像処理系20、記録再生系30をそれぞれ制御す
る各部の制御回路を含み、レリーズボタン6の押下を検
出して、固体撮像素子120 の駆動、RGB画像処理回路210
の動作、記録処理回路300の圧縮処理などを制御する。
具体的には、レリーズボタン6の操作を検出する操作検
出回路410 と、その検出信号に応動して各部を制御し、
撮像の際のタイミング信号などを生成して出力するシス
テム制御部400 と、このシステム制御部400 の制御の下
に固体撮像素子120 を駆動する駆動信号を生成する固体
撮像素子の駆動回路420 とを含む。

【００８８】次に、本実施の形態による撮像装置の動作
を図１４及び図１７を用いて説明する。まず、メインス
イッチ5をオンとすると、各部に電源電圧が供給されて
動作可能状態となる。次に、メモリに画像信号を記録可
能か否かが判定される。この際に、残り容量に応じて撮
影可能記録枚数が液晶モニタ4の残り枚数表示13に表示
される。その表示を見た操作者は、撮影可能であれば、
被写界にカメラを向けて、レリーズボタン6を押下す
る。

【００８９】レリーズボタン6を半分だけ押下すると、
露光時間の算出が行なわれる。すべての撮影準備処理が
終了すると、撮影可能となり、その表示が撮影者に報じ
られる。これにより、レリーズボタン6が終端まで押下
されると、操作検出回路410はシステム制御回路400 に
その検出信号を送出する。その際に、あらかじめ算出さ
れた露光時間の経過をタイムカウントして、所定の露光
時間が経過すると、駆動回路420 にタイミング信号を供
給する。これにより、駆動回路420 は水平および垂直駆
動信号を生成して露光された1600×800画素のそれぞれ
を水平および垂直方向に順次読み出す。

【００９０】読み出されたそれぞれの画素は、A/D 変換
器500 にて所定のビット値のデジタル信号に変換され
て、画像処理系20のRGB画像処理回路210 に順次供給さ
れる。RGB画像処理回路210 では、これらをそれぞれホ
ワイトバランス、ガンマ補正を施した状態にて画素の解
像度を4倍にする補間処理を行なって、YC処理回路230
に供給する。

【００９１】YC処理回路230 では、その高域輝度信号発
生回路にて、RGBそれぞれの画素の高域輝度信号YHを生
成し、同様に、低域輝度信号発生回路にて低域輝度信号
YLをそれぞれ演算する。演算した結果の高域輝度信号YH
は、ローパス・フィルタを介して加算器に出力される。
同様に、低域輝度信号YLは、高域輝度信号YHが減算され
てローパス・フィルタを通って加算器に出力される。こ
れにより、高域輝度信号YHとその低域輝度信号との差YL
-YH が加算されて輝度信号Ｙが得られる。同様に、色差
信号発生回路では、色差信号R-Y,B-Y を求めて出力す
る。出力された色差信号R-Y,B-Y は、それぞれローパス
・フィルタを通った成分が記録処理回路300 に供給され
る。

【００９２】次に、YC信号を受けた記録処理回路300
は、それぞれの輝度信号Ｙおよび色差信号R-Y,B-Y を所
定の静止画圧縮方式にて圧縮して、順次メモリに記録す
る。

【００９３】メモリに記録された静止画像または動画像
を表わす画像信号からそれぞれの画像を再生する場合に
は、再生ボタン9を押下すると操作検出回路410 にてそ
の操作を検出して、システム制御部400 に検出信号を供
給する。これにより記録処理回路300 が駆動される。駆
動された記録処理回路300 は、メモリから記録内容を読
み取って、液晶モニタ4に画像を表示する。操作者は、
所望の画像を選択ボタンなどの押下により選択する。

【００９４】（第２の実施の形態）図１８は撮像系の第
２の実施の形態を示す図である。第１の実施の形態と同
様に、撮像系790の絞り110は図３に示すような3つの円
形開口110a、110b、110cを有し、この各々から撮影レン
ズ100の光入射面100eに入射した物体光は、撮影レンズ1
00の3つのレンズ部100a、100b、100cから射出して固体
撮像素子120の撮像面上に3つの物体像を形成する。

【００９５】3つのレンズ部100a、100b、100cは、撮影
レンズ100を光射出側から見た図５に示すように円径の
球面部を持ち、この球面部には670nm以上の波長域につ
いて低い透過率を持たせた赤外線カットフィルターが、
また、ハッチングをかけて示した平面部100dには遮光性
膜が形成されている。すなわち、撮影光学系は撮影レン
ズ100と絞り110より成り、3つのレンズ部100a、100b、1
00cのそれぞれが結像系である。

【００９６】固体撮像素子120は図２に示した第１の実
施の形態と同一であって、イメージサークル51aと51b、
および、イメージサークル51bと51cには互いに重なり合
う部分が生じる。

【００９７】図１８において、絞り110の光入射側に配
置された薄板700a、700b、700cは偏光板であって、矢印
A、B、Cで示すように、偏光板700aと700cは図の上下方
向に振動面を持った光を透過する偏光板、偏光板700bは
これと直交方向（図面を垂直に貫通する方向）の振動面
を持った光を透過する偏光板である。

【００９８】第１の実施の形態とは異なって、緑色、赤
色、青色を透過する光学フィルターが撮影レンズに形成
されていないので、図２０に示すイメージサークル701a
に形成されている物体像は図１８の上下方向に振動面を
持った直線偏光、イメージサークル701bに形成されてい
る物体像は図１８の紙面垂直方向に振動面を持った直線
偏光、イメージサークル701cに形成されている物体像は
図１８の上下方向に振動面を持った直線偏光によるカラ
ー画像となる。つまり、これらは振動方向が直交した直
線偏光画像である。

【００９９】一方、固体撮像素子120の3つの撮像領域12
0a、120b、120c上には第1の実施の形態と同様に光学フ
ィルター53a、53b、53cが形成され、これらの分光透過
率特性は図６に示したものと同等である。したがって、
撮像領域120aは緑色光（G）に対して、撮像領域120bは
赤色光（R）に対して、撮像領域120cは青色光（B）に対
して感度を持つ。

【０１００】固体撮像素子120の撮像領域の前面には、
偏光板702a、702b、702cが配置され、矢印D、E、Fで示
すように、絞り110の前に配置した偏光板702a、702b、7
02cと同一に配列された透過軸を有している。

【０１０１】各撮像領域の受光量は瞳と撮像領域の分光
透過率の積として与えられるため、瞳と撮像領域の組み
合わせは偏光板の透過軸によって選択される。つまり、
絞りの開口110aを通過した物体光は主に撮像領域120aで
光電変換され、絞りの開口110bを通過した物体光は主に
撮像領域120bで光電変換され、さらに、絞りの開口110c
を通過した物体光は主に撮像領域120cで光電変換され
る。すなわち、固体撮像素子120上に設けた光学フィル
ターにより、撮像領域120aはG画像を、撮像領域120bはR
画像を、撮像領域120cはB画像を出力することになる。
画像処理系20は、このように固体撮像素子120の複数の
撮像領域が、各々、前記複数の画像の一つから得た選択
的光電変換出力に基づいてカラー画像を形成する。この
際、比視感度のピーク波長は555nmであるので、この波
長を含むG画像を基準として信号処理を行う。

【０１０２】固体撮像素子の画素ピッチを固定して考え
ると、固体撮像素子上に例えば2×2画素を一組としたRG
Bカラーフィルターを形成して画素の一つ一つに波長選
択性を付与し、これによって物体像をRGBの各画像に分
離する一般のデジタルカラーカメラに採用されている方
式に比較して、物体像の大きさが1/√3になり、これに
伴って撮影レンズの焦点距離はおおよそ1/√3となる。
したがって、カメラの薄型化に対して極めて有利であ
る。

【０１０３】さらに、物体像のスペクトルに基づいて選
択的に画像を光電変換する第1の実施の形態では、互い
にオーバーラップする波長域が広いシアン、マゼンタ、
イエローの補色光学フィルターを使用することができな
かったが、このように光の振動方向に基づいて選択的に
画像を光電変換するば、波長域のオーバーラップは無関
係となり補色光学フィルターを使用することも可能であ
る。補色光学フィルターを使用すると、原色フィルター
に比べて固体撮像素子に到達する光量を増大させること
ができる。

【０１０４】また、光の振動方向に基づいて画像を選択
する場合には、色分解のための光学フィルターの配置に
自由度がある。図１９は、図１８に示した実施の形態か
ら光学フィルターの位置を変えた他の実施形態を表す図
である。

【０１０５】図１９に示す撮像系791では、色分解のた
めの光学フィルターを撮影レンズ100の光入射面100eに
設け、固体撮像素子720上には設けていない。

【０１０６】（第３の実施の形態）図２１は撮像系の第
３の実施の形態を示す断面図である。撮像系890の絞り1
10、撮影レンズ100は第１の実施の形態と同一である。

【０１０７】また、図２２は固体撮像素子820の正面図
で、固体撮像素子820上には図２に示した第１の実施の
形態と同様にイメージサークル51a，51b，51cが形成さ
れ、イメージサークル51aと51b、および、イメージサー
クル51bと51cには互いに重なり合う部分が生じる。

【０１０８】第１の実施の形態とは異なって、撮像領域
820a,820b,820cの上にはマイクロレンズ821が各画素の
受光部（例えば822a,822b）毎に形成され、その代わ
り、緑色、赤色、青色を透過する光学フィルターが固体
撮像素子820には形成されていない。なお、マイクロレ
ンズの説明のために、撮像領域間の画素ずらしを省略し
て示した。

【０１０９】マイクロレンズ821は固体撮像素子820の受
光部に対して偏心した配置をとり、その偏心量は各撮像
領域820a,820b,820cの中央でゼロ、周辺に行くほど大き
くなるように設定されている。また、偏心方向は各撮像
領域820a,820b,820cの中央の点Pa,Pb,Pcと各受光部を結
ぶ線分の方向である。

【０１１０】図２３はこのマイクロレンズの作用を説明
するための図で、撮像領域820aと撮像領域820bが接する
位置にある受光部822a,822bを拡大して示した断面図で
ある。受光部822aに対してマイクロレンズ821aは図の上
方に偏心し、他方、受光部822bに対してマイクロレンズ
821bは図の下方に偏心している。この結果、受光部822a
に入射する光束は、823aとしてハッチングで示した領域
に、受光部822bに入射する光束は、823bとしてハッチン
グで示した領域に限定される。

【０１１１】光束の領域823aと823bの傾斜方向は反対向
きで、それぞれはレンズ部100aと100bに向かっている。
したがって、マイクロレンズの偏心量を適切に選べば、
各撮像領域へは特定の瞳を射出した光束だけが入射する
ことになる。つまり、絞りの開口110aを通過した物体光
は主に撮像領域820aで光電変換され、絞りの開口110bを
通過した物体光は主に撮像領域820bで光電変換され、さ
らに、絞りの開口110cを通過した物体光は主に撮像領域
820cで光電変換されるように偏心量を設定することがで
きる。撮影レンズ１００の光入射面１００ｄには光学フ
ィルター５２ａ、５２ｂ、５２ｃを設けてあるので、す
なわち、撮像領域820aはＧ画像を、撮像領域820bはＲ画
像を、撮像領域820cはＢ画像を出力することになる。

【０１１２】固体撮像素子の画素ピッチを固定して考え
ると、固体撮像素子上に例えば２×２画素を一組とした
ＲＧＢカラーフィルターを形成して画素の一つ一つに波
長選択性を付与し、これによって物体像をＲＧＢの各画
像に分離する一般のデジタルカラーカメラに採用されて
いる方式に比較して、物体像の大きさが１／√３にな
り、これに伴って撮影レンズの焦点距離はおおよそ１／
√３となる。したがって、カメラの薄型化に対して極め
て有利である。

【０１１３】さらに、物体像のスペクトルに基づいて選
択的に画像を光電変換する第１の実施の形態では、互い
にオーバーラップする波長域が広いシアン、マゼンタ、
イエローの補色光学フィルターを使用することができな
かったが、このようにマイクロレンズの偏心によって選
択的に画像を光電変換すれば、波長域のオーバーラップ
は無関係となり補色光学フィルターを使用することも可
能である。補色光学フィルターを使用すると、原色フィ
ルターに比べて固体撮像素子に到達する光量を増大させ
ることができる。

【０１１４】また、このようにマイクロレンズの偏心に
よって画像を選択する場合には、光学フィルターを撮影
レンズ100の光入射面100dに設ける代わりに固体撮像素
子820上に設けてもよい。光学フィルターの配置に関わ
らず、第１の実施の形態の光学フィルターを２重に通す
撮影光路や、第２の実施の形態の偏光板を用いる撮影光
路に比べ、光量的に極めて有利である。さらには、撮影
レンズ100の光入射面100dと固体撮像素子820上の両方に
設けて、画像のクロストークをさらに低減することも可
能である。

【０１１５】以上が本発明の実施の形態の説明である
が、本発明は、これら実施の形態の構成に限られるもの
ではなく、特許請求の範囲の記載で示した機能、また
は、実施の形態の構成が持つ機能が達成できる構成であ
ればどのようなものであっても適用できるものである。

【０１１６】例えば、以上の実施の形態では、色分解の
ための光学フィルタは、赤、緑、青の原色フィルタを用
いているが、本発明は、これらに代えてシアン、マゼン
タ、イエローの補色フィルタを用いるようにても適用で
きるものである。

【０１１７】また、以上の実施の形態では、最も視感度
の高い（緑色）物体像を基準として、その他の視感度
（色）の物体像との物体距離の変化による間隔の変化つ
いてれを説明しているが、これは、最も視感度の高い
（緑色）物体像を基準としない場合であっても本発明は
適用できるものである。

【０１１８】なお、本発明は、以上の各実施の形態、ま
たは、それら技術要素を必要に応じて組み合わせるよう
にしてもよい。

【０１１９】また、本発明は、特許請求の範囲、また
は、実施の形態の構成の全体若しくは一部が、１つの装
置を形成するものであっても、他の装置と結合するよう
なものであっても、装置を構成する要素となるようなも
のであってもよい。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
物体像分離壁を必要とせず、小型化できる撮像装置を提
供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るデジタルカラーカメ
ラの撮像系の断面図である。

【図２】図１の撮像系の固体撮像素子の正面図である。

【図３】図１の撮像系の絞りの平面図である。

【図４】図１の撮像系の光学フィルターの形成範囲を表
す図である。

【図５】図１の撮像系の撮影レンズを光射出側から見た
図である。

【図６】図１の撮像系の光学フィルターの分光透過率特
性を表す図である。

【図７】図１の撮像系の色純度補正フィルタの分光透過
率特性を表す図である。

【図８】図１の撮像系のフォトクロミックガラスの分光
透過率特性を表す図である。

【図９】図１の撮像系の透過率分布型フィルターの透過
率分布を表す図である。

【図１０】図１の撮像系の撮影レンズのＯＴＦ特性を表
す図である。

【図１１】図１の撮像系の点像の輝度分布を表す図であ
る。

【図１２】図１の撮像系のレンズ部の間隔設定を説明す
るための図である。

【図１３】図１の撮像系の無限遠物体の像の位置を説明
するための図である。

【図１４】図１のデジタルカラーカメラの信号処理系の
ブロック図である。

【図１５】図１の撮像系のＧ画像用の撮像領域に対する
Ｒ画素用の撮像領域とＢ画素用の撮像領域の位置関係を
示す図である。

【図１６】図１のデジタルカラーカメラの補間処理の説
明図である。

【図１７】図１のデジタルカラーカメラの全体構成を表
す図である。

【図１８】本発明の第２の実施形態に係るデジタルカラ
ーカメラの撮像系の断面図である。

【図１９】本発明の第２の実施形態に係るデジタルカラ
ーカメラの他の形態による撮像系の断面図である。

【図２０】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子
の正面図である。

【図２１】本発明の第３の実施形態に係るデジタルカラ
ーカメラの撮像系の断面図である。

【図２２】図２１の撮像系の固体撮像素子の正面図であ
る。

【図２３】図２１の撮像系のマイクロレンズの作用説明
図である。

【符号の説明】

１カメラ本体２照明光取り込み窓３ファインダー前枠４カラー液晶モニタ５メインスイッチ６レリーズ釦７、８、９スイッチ１０撮像系１１ファインダー接眼窓１２プリズム１３撮影可能な残り枚数の表示１４接続端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃイメージサークル５２ａ、５２ｂ、５２ｃ撮影レンズ上に形成された光
学フィルター５３ａ、５３ｂ、５３ｃ固体撮像素子上に形成された
光学フィルター５４ａ、５４ｂ、５４ｃ透過率分布型フィルター１００撮影レンズ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ撮影レンズのレンズ部１１０絞り１２０固体撮像素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】隣接する複数の撮像領域を有し、それぞ
れ物体像の異なる波長成分を受光するための撮像素子
と、前記複数の撮像領域に対応して複数の光学系を有し、個
々の光学系により物体像を前記複数の撮像領域にそれぞ
れ投影し、各投影された物体像が、対応する一つの撮像
領域と該一つの撮像領域に隣接する他の撮像領域とでオ
ーバーラップする結像手段と、光路中に設けられ、前記結像手段により一つの撮像領域
に対応して投影された物体像が前記オーバーラップのた
めに他の撮像領域で光電変換されることを抑制する抑制
手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項１に記載の撮像装置において、前
記複数の撮像領域のそれぞれから得られた選択的光電変
換出力に基づいてカラー画像を形成する画像処理手段を
有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の撮像装置におい
て、前記結像手段は前記複数の撮像領域にそれぞれスペ
クトル分布の異なる画像を形成することを特徴とする撮
像装置。
【請求項４】請求項３に記載の撮像装置において、前
記抑制手段は、前記結像手段の前記複数の撮像領域のそ
れぞれに対応して配された、波長帯域の異なる複数の第
１の色フィルタと該第１の色フィルタと同じ波長帯域の
複数の第２の色フィルタとからなることを特徴とする撮
像装置。
【請求項５】請求項４に記載の撮像装置において、前
記第１及び第２の色フィルタは、赤（Ｒ）色フィルタ、
緑（Ｇ）色フィルタ、及び青（Ｂ）色フィルタからなる
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】請求項１に記載の撮像装置において、前
記抑制手段は、前記複数の撮像領域の各々に対応して配
された、偏光方向が異なる複数の第１の偏光手段と該第
１の偏光手段と偏光方向が同じ複数の第２の偏光手段と
からなることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】請求項６に記載の撮像装置において、前
記複数の第１及び第２の偏光手段は、隣接する偏光手段
の偏光方向が互いに直角であることを特徴とする撮像装
置。
【請求項８】請求項６又は７に記載の撮像装置におい
て、前記結像手段の光入射側又は前記撮像領域の光入射
側に前記異なる波長成分に対応する複数の色フィルタを
配したことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮
像装置において、前記結像手段はフォトクロミックガラ
スを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】請求項１〜８のいずれか１項に記載の
撮像装置において、前記抑制手段は色純度補正フィルタ
を構成することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】請求項８に記載の撮像装置において、
前記複数の色フィルタは、赤（Ｒ）色フィルタ、緑
（Ｇ）色フィルタ、及び青（Ｂ）色フィルタであること
を特徴とする撮像装置。
【請求項１２】請求項８に記載の撮像装置において、
前記複数の色フィルタは、シアン，マゼンダ，イエロー
の補色光学フィルタであることを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】請求項１に記載の撮像装置において、
前記抑制手段は、複数の撮像領域の画素毎のマイクロレ
ンズであり、前記マイクロレンズは、各画素の受光部が
前記複数の光学系のうちの対応する一つの光学系から射
出した光束を捉えるように前記受光部に対して偏心して
いることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】少なくとも被写体光の第１の波長成分
及び該第１の波長成分とは異なる第２の波長成分をそれ
ぞれ受光するための第１の撮像部及び第２の撮像部と、
前記第１の撮像部に被写体光を投射する第１の光学系
と、前記第１の光学系とは別光路にて前記第１、２の撮
像部に被写体光を投射する第２の光学系と、光路中に設
けられ、前記第１の光学系により投射される被写体光を
前記第１の撮像部へ案内すると共に、前記第２の光学系
により前記第１の撮像部へ投射される被写体光を前記第
１の撮像部へ案内しないようにする案内路形成部とを有
することを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】請求項１４に記載の撮像装置におい
て、前記第１の波長成分は、第１のスペクトル分布の光
の代表波長であり、前記第２の波長成分は、前記第１の
スペクトル分布とは異なる第２のスペクトル分布の光の
代表波長であることを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】請求項１４又は１５に記載の撮像装置
において、前記第１の波長成分は、視感度のピーク波長
を含んだスペクトル分布に含まれることを特徴とする撮
像装置。
【請求項１７】請求項１４〜１６のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の波長成分は、
それぞれ赤、緑、青のいずれか２つの色成分であること
を特徴とする撮像装置。
【請求項１８】請求項１４〜１７のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の光学系は、前
記第１、第２の波長成分をそれぞれ抽出するためのフィ
ルタを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１９】請求項１４〜１８のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の光学系は、そ
れぞれ単レンズを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２０】請求項１９に記載の撮像装置におい
て、前記単レンズは、ガラス材又は樹脂材により一体的
に形成されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２１】請求項２０に記載の撮像装置におい
て、前記一体的に形成される単レンズの間に遮光膜を有
することを特徴とする撮像装置。
【請求項２２】請求項１４〜１８のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の光学系は、そ
れぞれ赤外カットフィルタを備える単レンズを有するこ
とを特徴とする撮像装置。
【請求項２３】請求項１４〜２２のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の光学系は、そ
れぞれフォトクロミックガラスを有することを特徴とす
る撮像装置。
【請求項２４】請求項１４〜２３のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の光学系は、そ
れぞれ色純度補正フィルタを有することを特徴とする撮
像装置。
【請求項２５】請求項１４〜２４のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の光学系は、そ
れぞれ光軸からの距離が大きくなるにしたがって透過率
が小さくなるフィルタを有することを特徴とする撮像装
置。
【請求項２６】請求項１４〜２５のいずれか１項に記
載の撮像装置において、所定被写体距離Ｄ［ｍ］を前記
第１、第２の光学系の撮像画角θ［°］の関数として【外１】と定義したとき、被写体が前記所定被写体距離にあるときと無限遠にある
ときとで、前記第１の撮像部が受光する前記第１の波長
成分の被写体像と第２の撮像部が受光する前記第２の波
長成分の被写体像との対応する個所の間隔の変化が前記
撮像部の画素ピッチの２倍よりも小さくなるように、前
記複数の光学系の光軸間隔を設定することを特徴とする
撮像装置。
【請求項２７】請求項１４〜２６のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の撮像部は、一
体的に構成されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２８】請求項１４〜２７のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の撮像部は、平
面状に構成されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２９】請求項１４〜２８のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記第１、第２の光学系がそれ
ぞれ外光を取り込む複数の開口を有することを特徴とす
る撮像装置。
【請求項３０】請求項１４〜２９のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記案内路形成部は、前記第１
の波長成分を抽出するための第１のフィルタと、前記第
１のフィルタを透過した第１の波長成分を抽出するため
の第２のフィルタを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３１】請求項１４〜２９のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記案内路形成部は、前記第１
の撮像部が受光する被写体光を透過する第１の偏光フィ
ルタと、前記第１の偏光フィルタを透過した前記被写体
光を透過する、該第１の偏光フィルタと偏光方向が同じ
第２の偏光フィルタを有することを特徴とする撮像装
置。
【請求項３２】請求項１４〜２９のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記案内路形成部は、前記第１
の光学系により投射される被写体光を前記第１の撮像部
へ案内し、前記第２の光学系により前記第１の撮像部へ
投射される被写体光を前記第１の撮像部へ案内しないよ
うにするマイクロレンズを有することを特徴とする撮像
装置。
【請求項３３】請求項１４〜２９のいずれか１項に記
載の撮像装置において、前記案内路形成部は、前記第１
の光学系により投射される被写体光を前記第１の撮像部
へ案内し、前記第２の光学系により前記第１の撮像部へ
投射される被写体光を前記第１の撮像部へ案内しないよ
うに該第１の撮像部に対して偏心したマイクロレンズを
有することを特徴とする撮像装置。