JP3758284B2 - 画像撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（charge coupled device ）等のカラー撮像素子により電気的に画像情報を取り込むための画像撮像装置において、そのカラー撮像素子に画像を結像させる光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤのような、画素が等間隔で並んだ撮像素子で画像情報を取り込む場合、その等間隔のサンプリングにより、高周波の被写体に対してその周波数とは別の低周波の「折り返しノイズ」等と呼ばれるノイズ画像が発生するが、それによる不具合を防ぐために、従来より、水晶より成る光学ローパスフィルターを画像撮像装置の光学系内に配置し、被写体の高周波成分が撮像素子に至らないようにするという事が行われている。
【０００３】
また、最近は、画像撮像装置の小型化やコストダウンを図るため、ＣＣＤの各画素にＲ（red），Ｇ（green），Ｂ（blue）等のカラーフィルターを交互に配置した単板式と呼ばれるものが多く用いられており、その際に、観察者が画像を見たときに強く感じやすいＧの画素を、Ｒ，Ｂの画素よりも多く配置する事で、像性能を上げるという事が一般的に行われている。図２は、そのＣＣＤのカラー画素の配置例を示す図であり、市松パターンと呼ばれている。
【０００４】
ところが、上記ＣＣＤにおいては、画素が少ない事で画素間隔が広いＲやＢに対して、上記「折り返しノイズ」がよく目立ち、ノイズに色がついた「色モワレ」と呼ばれる不具合として現れる。このようなＣＣＤに対しては、上記光学ローパスフィルターは、特にその「色モワレ」を目立たなくするために用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記光学ローパスフィルターを使用すれば、特に「色モワレ」を抑えるために、不要な高周波をカットする事ができるが、それ以外に低周波成分の画像をも低下させ、特に上記単板式のＣＣＤにおいては、Ｇの画素に対し、不要ではない高周波成分までカットしてしまうという欠点を有している。また、光学ローパスフィルターは非常に高額であるので、画像撮像装置のコストアップにもつながってしまう。
【０００６】
本発明は、上記不具合点を解消し、光学ローパスフィルターを用いる事なく、いわゆる「色モワレ」の発生を抑える事ができ、さらに、光学ローパスフィルターを用いた従来の装置よりも高画質が得られ、コストダウンも図った画像撮像装置を提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、被写体からの光を結像させる光学レンズと、その結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズの開放Ｆナンバー
である。
条件式範囲をより狭めて、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
としてもよい。
前記目的を達成するために、本発明ではまた、被写体からの光を結像させる光学レンズと、該結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、光学ローパスフィルタを廃するとともに、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズのＦナンバー
である。
条件式範囲をより狭めて、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
としてもよい。
【０００８】
上記の各画像撮像装置は、前記カラー撮像素子が、Ｒ，Ｇ，Ｂ原色の光電変換画素を持つＣＣＤである構成とすることができる。さらに、前記被写体を照明する照明強度を変える事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する構成としても良い。或いは、前記被写体を照明する照明時間を変える事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する構成とする事もできる。また、前記被写体と前記カラー撮像素子の間の光路中に、前記被写体からの光の透過率を変えるフィルターを設ける事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する構成とする事もできる。
また、上記の各画像撮像装置は、フィルムに記録された画像を撮像する装置とすることができるし、一般のデジタルカメラとすることも可能である。デジタルカメラとする場合、前記光学レンズをズーム光学系とするとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１の実施形態の全体構成を示す。本構成は、現像済みのフィルムを被写体として撮影するタイプであり、いわゆるフィルム画像撮影装置と呼ばれるものである。
【００１０】
同図において、１１は被写体である現像済みフィルムである。このフィルム１１は、いわゆるＡＰＳ（advanced photo system ）タイプのものであり、カートリッジに現像済みのフィルムが装填されているものである。また、１２はフィルム１１を給送する給送部であり、これによりフィルム１１の送りや巻き戻しを行うとともに、フィルム１１に磁気記録されているＩＸデータの読み書きも行う。１３はフィルム１１を照明する光源であり、蛍光管やキセノン管（フラッシュ）或いはタングステンランプで構成されている。光源１３によって照明されたフィルム１１の画像は、レンズ１によってＣＣＤ３に結像する。
【００１１】
従来の画像撮像装置においては、レンズ１とＣＣＤ３の間に光学ローパスフィルターが配置されていたが、本実施形態においては不要である。引き続きＣＣＤ３では、結像した画像を光電変換して出力する。ＣＣＤ３からの出力は、アナログプロセス４でＣＤＳ（correlation double sampling,相関二重サンプリング）されてアナログ信号（実効値）に変換され、続いてＡ／Ｄ変換部５でデジタル信号に変換される。そして、この信号を受けて、画像処理部７では各種の画像処理を行う。詳しくは後述する。
【００１２】
６は、制御部１０からの制御信号を受けてＣＣＤ３，アナログプロセス４，Ａ／Ｄ変換部５にタイミングパルスを供給する働きをするＴＧ（timing generator）である。また、バッファメモリー８は、撮影した画像のデータを適当な形式で一時記憶しておくところで、メモリーコントローラ９により、制御部１０からの制御信号を受けて制御される。この制御部１０は、本構成のフィルム画像撮影装置全体の制御を行う。
【００１３】
また、１４は電源のＯＮ／ＯＦＦやフィルムのイジェクト等の操作を指示して制御部１０に働きかける操作部であり、１８は各部へ電力を供給する電源部である。さらに、１７はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）であり、このモニターで画像を鑑賞したり、この記録媒体に画像データを記録する働きをする。そのため、コネクタ１６を介して装置本体と接続されている。そして、１５はパーソナルコンピュータ１７との接続を制御するＩ／Ｆコントロールである。基本的には、パーソナルコンピュータ１７内にセットされたソフトウェアにより、制御信号がコネクタ１６を介して制御部１０に送られ、その信号に従って制御部１０が装置本体を制御する。
【００１４】
図２は、上述したように、ＣＣＤのカラー画素の配置例を示す図であり、エリアＣＣＤの画素配列とピッチの一例を示している。これは、平方画素で原色市松のカラーフィルター配置の、プログレッシブスキャン方式（一括転送方式）のＣＣＤである。これは、画素をまとめる事なく画素毎に転送するもので、静止画の撮影に向いたものである。同図に示すように、各画素間のピッチをｐとすると、Ｇ同士間のピッチは√２ｐ、Ｂ同士間，Ｒ同士間のピッチはそれぞれ２ｐになる。この方式のＣＣＤでは、輝度信号はＧから作り、色信号はＲ，Ｇ，Ｂから作る。
【００１５】
ここで、従来の光学ローパスフィルターを含む光学系の特性について説明しておく。ここで用いるＣＣＤの画素ピッチは、ｐ＝０．００５ｍｍを想定している。これは、本実施形態においても同じとする。従来の画像撮像装置の光学系では、「色モワレ」の発生を抑えるため、おおよそナイキスト周波数νｎでＭＴＦ（modulation transfer function，変調伝達関数）が０となるような光学ローパスフィルターをレンズとＣＣＤの間に配置する。ここで、νｎ＝１／（２ｐ）＝１００である。
【００１６】
故に、光学ローパスフィルターを含めた光学系のＭＴＦ特性は、Ｒ，Ｇ，Ｂ共に図３のようになる。同図において、横軸が空間周波数、縦軸がＭＴＦである。同図に示すように、ここでのＭＴＦは、ナイキスト周波数νｎでＭＴＦが０となっているため、「色モワレ」が発生する要因となるＲ，Ｂの画像に対するＭＴＦとしては適正であるが、Ｒ，Ｂより画素ピッチの小さいＧの画像では、ＭＴＦが低すぎて最終的な画像のＭＴＦを大きく低下させる。
【００１７】
次に、本実施形態の光学系について説明する。図４は、本実施形態の光学系の構成図であり、同図の左手が被写体側、右手がＣＣＤ側となっている。同図において、Ｌ１〜Ｌ４は光学レンズ、Ｆ１は不要な赤外光をカットするためのＩＲ（infrared radiation）カットフィルターである。光学レンズは、Ｌ１が正レンズ，Ｌ２が負レンズ，Ｌ３がＣＣＤ側に強い凸面を持つ正レンズ，Ｌ４が被写体側に強い凸面を持つ正レンズである。以下に、本実施形態の光学系のコンストラクションデータを示す。
【００１８】
【００１９】
ここで、
共役長；５９．８７ｍｍ
撮影倍率；−０．２３３６
ＦＮｏ．；４
ｅ線近軸レンズバック；４．３２ｍｍ
である。
【００２０】
図５は、本実施形態の光学系の収差図であり、同図（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図、（ｃ）は歪曲収差図、（ｄ）は倍率色収差図である。球面収差図（ａ）に示したｅ線，ｇ線，Ｃ線の球面収差を見ると、ｅ線に対してｇ線，Ｃ線の近軸レンズバック，縦色収差が大きくずれている事が分かる。その他の収差は非常に良好である。
【００２１】
図６は、本実施形態の光学系におけるＲ，Ｇ，Ｂ別のＭＴＦ特性を示す図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）で表されている。本実施形態の光学系のＣＣＤ受光面は、ほぼｅ線の近軸レンズバック位置に配置している。同図では、ＣＣＤのＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの受光感度は、おおよそＣ線（波長６５６．２８ｎｍ），ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ），ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）をピークとしており、ｅ線の近軸レンズバックに対して故意に近軸レンズバックをずらしたため、ＲとＢの像がデフォーカスしている状態となり、同図（ａ），（ｃ）に示されるように、ＲとＢに対する像性能は、おおよそナイキスト周波数νｎ（＝１００）で０付近まで低下するため、光学ローパスフィルターがなくても「色モワレ」は発生しない。
【００２２】
そして、本実施形態の光学系においてほぼベストピントとなっているｅ線をおおよそ受光感度のピークとするＧの画素についてのＭＴＦは、同図（ｂ）に示されるように、ナイキスト周波数νｎにおいても高い値を示し、コントラストの低下が少ない事が分かる。つまり、本実施形態の光学系によれば、光学ローパスフィルターを用いなくても「色モワレ」を防ぐ事ができ、さらに、Ｇのコントラストが高い事により、最終的に高画質が得られる。即ち、コストダウンを図りつつ画質の向上も得られる事になる。
【００２３】
尚、本実施形態における効果を充分に得るためには、ｇ線とＣ線についてのおおよそナイキスト周波数νｎでのＭＴＦが０となれば良いので、このためにはそれぞれの点像が画素ピッチｐに対し、おおよそ２．４４×ｐの直径のボケ像となれば良く、この状態とするために、ｅ線の近軸レンズバックに対するｇ線とＣ線の近軸レンズバックのズレ量は、おおよそ２．４４×ｐ×ＦＮｏ．とすれば良い。図７は、この状態を模式的に示した図である。図中のＬＢは、小文字で示した各線における近軸レンズバック位置を表す。
【００２４】
この２．４４×ｐは、円形のボケをフーリエ変換して周波数特性を求め、ナイキスト周波数νｎ（＝１／（２ｐ））でＭＴＦが０になる円形の直径を逆算したものである。半径ｒの円形のＭＴＦ特性は、
ＭＴＦ（ν）＝２・Ｊ1（２πｒν）／２πｒν
で表される。ここで、Ｊ1は１次のベッセル関数である。
【００２５】
但し、実際には、レンズの球面収差等により、近軸レンズバックの適正なズレ量は変化するし、さらに、縦方向の色収差は故意に発生させても、それによる倍率色収差の発生は望ましくなく、また、光学系に用いるガラスの種類も限られているので、所定の条件丁度に光学系を設計する事は難しい。この事に鑑み、およそ以下に示す条件の範囲に入るようにすると、少なくとも従来より良好な画像が得られる。
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ． （１）
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ． （２）
【００２６】
上記条件式の下限値以下になると、光学ローパスフィルターを用いないと「色モワレ」が発生し、上限値以上になると、ＲとＢの画像のコントラストが大幅に低下し、画質が低下する。さらに、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ． （３）
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ． （４）
の範囲に入るようにすると、「色モワレ」を防ぎつつ非常に良好な画像が得られる。
【００２７】
本実施形態においては、ＣＣＤの画素ピッチｐ＝０．００５，ＦＮｏ．＝４．０，ＬＢｇ−ＬＢｅ＝−０．０５３，ＬＢｃ−ＬＢｅ＝０．０６３である。尚、本実施形態に示した正レンズ，負レンズ，正レンズ，正レンズの単焦点レンズにおいて上記条件を満たすためには、３枚の正レンズの内少なくとも２枚の正レンズについてνｄ＜４５、負レンズについてνｄ＜３０である事が望ましい。
【００２８】
次に、ＣＣＤから得られる画像データの画像処理に関して説明する。図８は、補間計算により画像情報を算出する際の詳細な流れを示す図である。本実施形態のＣＣＤ３を用いた場合、得られる画像データをカラーフィルター別に見ると、図８のステップ＃１，ステップ＃２，ステップ＃３において×印で示すように、画像データの存在しない画素がある事が分かる。それ故、図１に示した画像処理部７において、不足している画像情報を算出する補間計算が行われる。尚、画像処理部７では、補間計算以外に、ＣＣＤ３からのＡ／Ｄ変換後のデータに対してγ処理等が行われるが、図８では省略した。
【００２９】
具体的には、同図において、まず、ステップ＃１で示すＧの画像に対して、補間計算により不足分の画像情報を算出し、ステップ＃４とする。補間計算にはいくつかの方法があるが、ここではメディアン補間を採用した。これは、図９（ａ）に示すように、算出したい不足の画素をＧ０とし、Ｇ０の周りに既に値が得られている画素をＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４としたとき、Ｇ１〜Ｇ４の内、最も大きいものと最も小さいものを除く２つを選んでＧａ，Ｇｂとして平均をとり、Ｇ０＝（Ｇａ＋Ｇｂ）／２とするものである。その他の方法としては、４つの画素の平均をとり、Ｇ０＝（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４）／４とする平均補間等がある。
【００３０】
次に、ステップ＃２で示すＲの画像情報からステップ＃４で示すＧの画像情報を減ずる事により、色差情報Ｃｒを算出してステップ＃５とする。但し、Ｒの画像情報には、まだ画像データの存在しない画素があるので、その画素に対しては、色差情報は０とする。ステップ＃５で示す色差情報に対しては、ステップ＃６でパターンのマスク処理が行われる。これは、例えば図９（ｂ）に示すように、元の画像の画素Ａ１〜Ａ９があったときに、Ａ５に対する新しい画像情報を、Ａ５とその周りの８つの画素及びＭ１〜Ｍ９のマスクパターンにより、Ａ５′＝Σ（Ｍｉ×Ａｉ）により算出するものである。
【００３１】
ステップ＃５で示す色差情報に対して、ステップ＃６で示すマスクパターンでマスク処理を行った結果をステップ＃７に示す。そして、ステップ＃７で示す画像情報にステップ＃４で示すＧの画像情報を加算する事により、ステップ＃８で示すＲの画像情報が得られる。
【００３２】
また、ステップ＃３で示すＢの画像情報からステップ＃４で示すＧの画像情報を減ずる事により、色差情報Ｃｂを算出してステップ＃９とする。但し、Ｂの画像情報には、まだ画像データの存在しない画素があるので、その画素に対しては、色差情報は０とする。ステップ＃９で示す色差情報に対しては、ステップ＃１０でパターンのマスク処理が行われる。これは、上記図９（ｂ）で説明した処理と同じ内容である。
【００３３】
ステップ＃９で示す色差情報に対して、ステップ＃１０で示すマスクパターンでマスク処理を行った結果をステップ＃１１に示す。そして、ステップ＃１１で示す画像情報にステップ＃４で示すＧの画像情報を加算する事により、ステップ＃１２で示すＢの画像情報が得られる。
【００３４】
上記ＲとＢの画像に対する不足分の補間に関しては、ＣＣＤ３から得られた、ステップ＃２，ステップ＃３でそれぞれ示す画像情報に対して、直接に補間処理を行う方法もあるが、本発明では、上述したように、一度ステップ＃４で示すＧの画像情報との差分を取ってから補間処理（マスク処理）を行い、その後、再度ステップ＃４で示すＧの画像情報を加算している。これは、本実施形態で示した光学系では、ＲとＢの画像のＭＴＦを低く抑えているので、ＣＣＤから得られた画像情報に対して直接に補間処理を行うよりも、Ｇの画像情報との差分に補間を施す方が良好な画質が得られるからである。
【００３５】
さらに、通常は、コントラストを更に高めるための強調処理が行われる。図８においては、ステップ＃４，ステップ＃８，ステップ＃１２でそれぞれ示すＧ，Ｒ，Ｂの画像情報に対して、それぞれステップ＃１３，ステップ＃１５，ステップ＃１７で示す同一のマスクパターンによってマスク処理を行い、ステップ＃１４，ステップ＃１６，ステップ＃１８でそれぞれ示す画像情報を得る様子が表されている。尚、この強調処理のマスクパターンは、Ｒ，Ｇ，Ｂで別々のものを用いても良い。
【００３６】
本実施形態の図１で示すフィルム画像撮影装置では、現像済みのフィルム１１を使用するが、このフィルム１１は、カメラ等で撮影した時の露光状態によって濃度が違ってくるので、その濃度の異なるフィルム１１を本実施形態に用いた場合、ＣＣＤ３への露光量が変化して、光量不足や光量オーバーが発生する。ところが、本実施形態の光学系において、明るさを調節するためにレンズ１のＦＮｏ．を変化させたのでは、上述したＲ画像とＢ画像の近軸レンズバックのズレ量が変化してしまい、「色モワレ」の発生を抑える効果が得られなくなってしまう。
【００３７】
そこで、本実施形態では、ＣＣＤ３への露光量を適正に保つため、制御部１０により、光源１３からのフィルム１１への光の照度を制御している。その他の方法としては、ＣＣＤ３への露光時間やＣＣＤ３での積分時間を制御する方法や、フィルム１１からＣＣＤ３までの間の光路中に透過率を変化させるためのフィルターを挿入する方法等がある。
【００３８】
図１０は、その透過率を変化させるためのフィルターの一例を模式的に示す図である。同図に示すように、モータ２６の回転軸に接続されているローレット２０には、透過率の異なるＮＤ（neutral density ）フィルター２１〜２５が、その回転軸周りに配置されている。そして、レンズ１とＣＣＤ３の間の光路中に位置するＮＤフィルターの種類を、モータ２６の回転に連動してローレット２０を回転させる事により、２１〜２５のいずれかに切り換える。尚、２７は回転位置検出センサーである。
【００３９】
ところで、本実施形態では、ＲとＢの画像に対して故意に縦色収差を発生させる事で「色モワレ」を防いだが、Ｇの画像は性能が良いため、「色モワレ」が発生するよりも高い周波数で「折り返しノイズ」が発生する可能性がある。これを防ぐために、光学ローパスフィルターを用いても良い。この、Ｇの画像に対する「折り返しノイズ」を防ぐための光学ローパスフィルターは、通常の画像撮像装置の「色モワレ」を防ぐための光学ローパスフィルターよりも高周波をカットするので、画質は「色モワレ」を防ぐための光学ローパスフィルターを用いたときよりも良い。
【００４０】
図１１は、本発明の第２の実施形態の光学系の構成図である。これは、ＣＣＤを撮像素子とするデジタルカメラのズーム光学系である。また、同図の左手が被写体側、右手が像面側となっている。同図において、光学レンズは、負レンズ，正レンズ，正レンズからなる正の第１群（ｇｒｐ１）、負レンズ，負と正の接合レンズからなる負の第２群（ｇｒｐ２）、絞り，正レンズからなる正の第３群（ｇｒｐ３），負と正の接合レンズからなる第４群（ｇｒｐ４）により構成される。また、Ｆ１はＩＲカットフィルターである。
【００４１】
同図に示すように、ズームで焦点距離が広角から望遠に向かうに従い、負の第２群が像面側へ、正の第４群が被写体側へと矢印方向に動く。以下に、本実施形態の光学系のコンストラクションデータを示す。
【００４２】
【００４３】
ここで、
焦点距離；４．８３ｍｍ〜１３ｍｍ
ＦＮｏ．；５〜５．５
ｅ線近軸レンズバック；６ｍｍ
である。
【００４４】
本実施形態は、図示しないオートフォーカス機構を持ち、負の第２群を光軸方向に移動させて、被写体の像の内、Ｇの画像がＣＣＤ上良好となるようにフォーカスする。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態のように一定距離にある被写体を撮影するものではなく、或程度距離にばらつきのある被写体を撮影するので、或被写体距離にピントが合っている状態では、その他の距離にある被写体にはピントが合わず、効果が得られにくい筈であるが、実際には、ＦＮｏ．が４以上とレンズが暗く、また、焦点深度を持つ事や、一つの撮影における被写体距離のばらつきが或程度の撮影範囲内に収まる事等から、問題にはならない。
【００４５】
図１２は、本実施形態の光学系の広角端における収差図であり、図１３は望遠端における収差図である。それぞれの図において、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図、（ｃ）は歪曲収差図、（ｄ）は倍率色収差図である。それぞれの球面収差図（ａ）に示したｅ線，ｇ線，Ｃ線の球面収差を見ると、第１の実施形態の場合と同様に、ｅ線に対してｇ線，Ｃ線の近軸レンズバック，縦色収差が大きくずれている事が分かる。その他の収差は良好である。
【００４６】
また、ｅ線に対するｇ線，Ｃ線の近軸レンズバックは、
広角端：ＬＢｇ−ＬＢｅ＝−０．０７０，ＬＢｃ−ＬＢｅ＝＋０．０５３
望遠端：ＬＢｇ−ＬＢｅ＝−０．１００，ＬＢｃ−ＬＢｅ＝＋０．０７４
である。このとき、ｇ線の近軸レンズバックは、広角端と望遠端とで同じ符号であり、Ｃ線の近軸レンズバックも同様である。
【００４７】
ズームレンズでこれらの符号が異なっていると、広角端或いは望遠端のそれぞれにおいては上記条件式（１），（２）或いは（３），（４）を満たしていても、広角から望遠に焦点距離を変えたとき、近軸レンズバックの差が小さくなり、上記条件式を満たさない状況が発生する。従って、ズームレンズにおいては、本実施形態のように、広角端と望遠端の近軸レンズバックのズレの方向は同一の方が良い。
【００４８】
本実施形態の、正レンズ，負レンズ，正レンズ，正レンズの４成分からなるズームレンズにおいて、条件式（１），（２）或いは（３），（４）を満たすには、第３群の正レンズの分散νｄについては、νｄ＜４５となることが望ましい。尚、図１４及び図１５は、本実施形態の光学系のそれぞれ広角端，望遠端におけるＲ，Ｇ，Ｂ別のＭＴＦ特性を示す図であり、それぞれ（ａ），（ｂ），（ｃ）で表されている。これらの場合も、上記第１の実施形態の光学系について図６で示したＭＴＦ特性と同様の特性を示している。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学ローパスフィルターを用いる事なく、いわゆる「色モワレ」の発生を抑える事ができ、さらに、光学ローパスフィルターを用いた従来の装置よりも高画質が得られ、コストダウンも図った画像撮像装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】ＣＣＤのカラー画素の配置例を示す図。
【図３】従来の光学ローパスフィルターを含む光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態の光学系の構成図。
【図５】本発明の第１の実施形態の光学系の収差図。
【図６】第１の実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図７】近軸レンズバックのズレを模式的に示した図。
【図８】画像情報を算出する際の詳細な流れを示す図。
【図９】補間計算及びマスク処理の説明図。
【図１０】透過率を変化させるためのフィルターの一例を模式的に示す図。
【図１１】本発明の第２の実施形態の光学系の構成図。
【図１２】本発明の第２の実施形態の光学系の広角端における収差図。
【図１３】本発明の第２の実施形態の光学系の望遠端における収差図。
【図１４】第２の実施形態の光学系の広角端におけるＭＴＦ特性を示す図。
【図１５】第２の実施形態の光学系の望遠端におけるＭＴＦ特性を示す図。
【符号の説明】
１ レンズ
３ ＣＣＤ
４ アナログプロセス
５ Ａ／Ｄ変換部
６ ＴＧ
７ 画像処理部
８ バッファメモリー
９ メモリーコントローラ
１０ 制御部
１１ フィルム
１２ 給送部
１３ 光源
１４ 操作部
１５ Ｉ／Ｆコントロール
１６ コネクタ
１７ パーソナルコンピュータ
１８ 電源部
２０ ローレット
２１〜２５ ＮＤフィルター
２６ モータ
２７ 回転位置検出センサー
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（charge coupled device ）等のカラー撮像素子により電気的に画像情報を取り込むための画像撮像装置において、そのカラー撮像素子に画像を結像させる光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤのような、画素が等間隔で並んだ撮像素子で画像情報を取り込む場合、その等間隔のサンプリングにより、高周波の被写体に対してその周波数とは別の低周波の「折り返しノイズ」等と呼ばれるノイズ画像が発生するが、それによる不具合を防ぐために、従来より、水晶より成る光学ローパスフィルターを画像撮像装置の光学系内に配置し、被写体の高周波成分が撮像素子に至らないようにするという事が行われている。
【０００３】
また、最近は、画像撮像装置の小型化やコストダウンを図るため、ＣＣＤの各画素にＲ（red），Ｇ（green），Ｂ（blue）等のカラーフィルターを交互に配置した単板式と呼ばれるものが多く用いられており、その際に、観察者が画像を見たときに強く感じやすいＧの画素を、Ｒ，Ｂの画素よりも多く配置する事で、像性能を上げるという事が一般的に行われている。図２は、そのＣＣＤのカラー画素の配置例を示す図であり、市松パターンと呼ばれている。
【０００４】
ところが、上記ＣＣＤにおいては、画素が少ない事で画素間隔が広いＲやＢに対して、上記「折り返しノイズ」がよく目立ち、ノイズに色がついた「色モワレ」と呼ばれる不具合として現れる。このようなＣＣＤに対しては、上記光学ローパスフィルターは、特にその「色モワレ」を目立たなくするために用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記光学ローパスフィルターを使用すれば、特に「色モワレ」を抑えるために、不要な高周波をカットする事ができるが、それ以外に低周波成分の画像をも低下させ、特に上記単板式のＣＣＤにおいては、Ｇの画素に対し、不要ではない高周波成分までカットしてしまうという欠点を有している。また、光学ローパスフィルターは非常に高額であるので、画像撮像装置のコストアップにもつながってしまう。
【０００６】
本発明は、上記不具合点を解消し、光学ローパスフィルターを用いる事なく、いわゆる「色モワレ」の発生を抑える事ができ、さらに、光学ローパスフィルターを用いた従来の装置よりも高画質が得られ、コストダウンも図った画像撮像装置を提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、被写体からの光を結像させる光学レンズと、その結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズの開放Ｆナンバー
である。
条件式範囲をより狭めて、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
としてもよい。
前記目的を達成するために、本発明ではまた、被写体からの光を結像させる光学レンズと、該結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、光学ローパスフィルタを廃するとともに、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズのＦナンバー
である。
条件式範囲をより狭めて、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
としてもよい。
【０００８】
上記の各画像撮像装置は、前記カラー撮像素子が、Ｒ，Ｇ，Ｂ原色の光電変換画素を持つＣＣＤである構成とすることができる。さらに、前記被写体を照明する照明強度を変える事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する構成としても良い。或いは、前記被写体を照明する照明時間を変える事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する構成とする事もできる。また、前記被写体と前記カラー撮像素子の間の光路中に、前記被写体からの光の透過率を変えるフィルターを設ける事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する構成とする事もできる。
また、上記の各画像撮像装置は、フィルムに記録された画像を撮像する装置とすることができるし、一般のデジタルカメラとすることも可能である。デジタルカメラとする場合、前記光学レンズをズーム光学系とするとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１の実施形態の全体構成を示す。本構成は、現像済みのフィルムを被写体として撮影するタイプであり、いわゆるフィルム画像撮影装置と呼ばれるものである。
【００１０】
同図において、１１は被写体である現像済みフィルムである。このフィルム１１は、いわゆるＡＰＳ（advanced photo system ）タイプのものであり、カートリッジに現像済みのフィルムが装填されているものである。また、１２はフィルム１１を給送する給送部であり、これによりフィルム１１の送りや巻き戻しを行うとともに、フィルム１１に磁気記録されているＩＸデータの読み書きも行う。１３はフィルム１１を照明する光源であり、蛍光管やキセノン管（フラッシュ）或いはタングステンランプで構成されている。光源１３によって照明されたフィルム１１の画像は、レンズ１によってＣＣＤ３に結像する。
【００１１】
従来の画像撮像装置においては、レンズ１とＣＣＤ３の間に光学ローパスフィルターが配置されていたが、本実施形態においては不要である。引き続きＣＣＤ３では、結像した画像を光電変換して出力する。ＣＣＤ３からの出力は、アナログプロセス４でＣＤＳ（correlation double sampling,相関二重サンプリング）されてアナログ信号（実効値）に変換され、続いてＡ／Ｄ変換部５でデジタル信号に変換される。そして、この信号を受けて、画像処理部７では各種の画像処理を行う。詳しくは後述する。
【００１２】
６は、制御部１０からの制御信号を受けてＣＣＤ３，アナログプロセス４，Ａ／Ｄ変換部５にタイミングパルスを供給する働きをするＴＧ（timing generator）である。また、バッファメモリー８は、撮影した画像のデータを適当な形式で一時記憶しておくところで、メモリーコントローラ９により、制御部１０からの制御信号を受けて制御される。この制御部１０は、本構成のフィルム画像撮影装置全体の制御を行う。
【００１３】
また、１４は電源のＯＮ／ＯＦＦやフィルムのイジェクト等の操作を指示して制御部１０に働きかける操作部であり、１８は各部へ電力を供給する電源部である。さらに、１７はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）であり、このモニターで画像を鑑賞したり、この記録媒体に画像データを記録する働きをする。そのため、コネクタ１６を介して装置本体と接続されている。そして、１５はパーソナルコンピュータ１７との接続を制御するＩ／Ｆコントロールである。基本的には、パーソナルコンピュータ１７内にセットされたソフトウェアにより、制御信号がコネクタ１６を介して制御部１０に送られ、その信号に従って制御部１０が装置本体を制御する。
【００１４】
図２は、上述したように、ＣＣＤのカラー画素の配置例を示す図であり、エリアＣＣＤの画素配列とピッチの一例を示している。これは、平方画素で原色市松のカラーフィルター配置の、プログレッシブスキャン方式（一括転送方式）のＣＣＤである。これは、画素をまとめる事なく画素毎に転送するもので、静止画の撮影に向いたものである。同図に示すように、各画素間のピッチをｐとすると、Ｇ同士間のピッチは√２ｐ、Ｂ同士間，Ｒ同士間のピッチはそれぞれ２ｐになる。この方式のＣＣＤでは、輝度信号はＧから作り、色信号はＲ，Ｇ，Ｂから作る。
【００１５】
ここで、従来の光学ローパスフィルターを含む光学系の特性について説明しておく。ここで用いるＣＣＤの画素ピッチは、ｐ＝０．００５ｍｍを想定している。これは、本実施形態においても同じとする。従来の画像撮像装置の光学系では、「色モワレ」の発生を抑えるため、おおよそナイキスト周波数νｎでＭＴＦ（modulation transfer function，変調伝達関数）が０となるような光学ローパスフィルターをレンズとＣＣＤの間に配置する。ここで、νｎ＝１／（２ｐ）＝１００である。
【００１６】
故に、光学ローパスフィルターを含めた光学系のＭＴＦ特性は、Ｒ，Ｇ，Ｂ共に図３のようになる。同図において、横軸が空間周波数、縦軸がＭＴＦである。同図に示すように、ここでのＭＴＦは、ナイキスト周波数νｎでＭＴＦが０となっているため、「色モワレ」が発生する要因となるＲ，Ｂの画像に対するＭＴＦとしては適正であるが、Ｒ，Ｂより画素ピッチの小さいＧの画像では、ＭＴＦが低すぎて最終的な画像のＭＴＦを大きく低下させる。
【００１７】
次に、本実施形態の光学系について説明する。図４は、本実施形態の光学系の構成図であり、同図の左手が被写体側、右手がＣＣＤ側となっている。同図において、Ｌ１〜Ｌ４は光学レンズ、Ｆ１は不要な赤外光をカットするためのＩＲ（infrared radiation）カットフィルターである。光学レンズは、Ｌ１が正レンズ，Ｌ２が負レンズ，Ｌ３がＣＣＤ側に強い凸面を持つ正レンズ，Ｌ４が被写体側に強い凸面を持つ正レンズである。以下に、本実施形態の光学系のコンストラクションデータを示す。
【００１８】
ここで、
共役長；５９．８７ｍｍ
撮影倍率；−０．２３３６
ＦＮｏ．；４
ｅ線近軸レンズバック；４．３２ｍｍ
である。
【００２０】
図５は、本実施形態の光学系の収差図であり、同図（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図、（ｃ）は歪曲収差図、（ｄ）は倍率色収差図である。球面収差図（ａ）に示したｅ線，ｇ線，Ｃ線の球面収差を見ると、ｅ線に対してｇ線，Ｃ線の近軸レンズバック，縦色収差が大きくずれている事が分かる。その他の収差は非常に良好である。
【００２１】
図６は、本実施形態の光学系におけるＲ，Ｇ，Ｂ別のＭＴＦ特性を示す図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）で表されている。本実施形態の光学系のＣＣＤ受光面は、ほぼｅ線の近軸レンズバック位置に配置している。同図では、ＣＣＤのＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの受光感度は、おおよそＣ線（波長６５６．２８ｎｍ），ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ），ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）をピークとしており、ｅ線の近軸レンズバックに対して故意に近軸レンズバックをずらしたため、ＲとＢの像がデフォーカスしている状態となり、同図（ａ），（ｃ）に示されるように、ＲとＢに対する像性能は、おおよそナイキスト周波数νｎ（＝１００）で０付近まで低下するため、光学ローパスフィルターがなくても「色モワレ」は発生しない。
【００２２】
そして、本実施形態の光学系においてほぼベストピントとなっているｅ線をおおよそ受光感度のピークとするＧの画素についてのＭＴＦは、同図（ｂ）に示されるように、ナイキスト周波数νｎにおいても高い値を示し、コントラストの低下が少ない事が分かる。つまり、本実施形態の光学系によれば、光学ローパスフィルターを用いなくても「色モワレ」を防ぐ事ができ、さらに、Ｇのコントラストが高い事により、最終的に高画質が得られる。即ち、コストダウンを図りつつ画質の向上も得られる事になる。
【００２３】
尚、本実施形態における効果を充分に得るためには、ｇ線とＣ線についてのおおよそナイキスト周波数νｎでのＭＴＦが０となれば良いので、このためにはそれぞれの点像が画素ピッチｐに対し、おおよそ２．４４×ｐの直径のボケ像となれば良く、この状態とするために、ｅ線の近軸レンズバックに対するｇ線とＣ線の近軸レンズバックのズレ量は、おおよそ２．４４×ｐ×ＦＮｏ．とすれば良い。図７は、この状態を模式的に示した図である。図中のＬＢは、小文字で示した各線における近軸レンズバック位置を表す。
【００２４】
この２．４４×ｐは、円形のボケをフーリエ変換して周波数特性を求め、ナイキスト周波数νｎ（＝１／（２ｐ））でＭＴＦが０になる円形の直径を逆算したものである。半径ｒの円形のＭＴＦ特性は、
ＭＴＦ（ν）＝２・Ｊ1（２πｒν）／２πｒν
で表される。ここで、Ｊ1は１次のベッセル関数である。
【００２５】
但し、実際には、レンズの球面収差等により、近軸レンズバックの適正なズレ量は変化するし、さらに、縦方向の色収差は故意に発生させても、それによる倍率色収差の発生は望ましくなく、また、光学系に用いるガラスの種類も限られているので、所定の条件丁度に光学系を設計する事は難しい。この事に鑑み、およそ以下に示す条件の範囲に入るようにすると、少なくとも従来より良好な画像が得られる。
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ． （１）
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ． （２）
【００２６】
上記条件式の下限値以下になると、光学ローパスフィルターを用いないと「色モワレ」が発生し、上限値以上になると、ＲとＢの画像のコントラストが大幅に低下し、画質が低下する。さらに、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ． （３）
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ． （４）
の範囲に入るようにすると、「色モワレ」を防ぎつつ非常に良好な画像が得られる。
【００２７】
本実施形態においては、ＣＣＤの画素ピッチｐ＝０．００５，ＦＮｏ．＝４．０，ＬＢｇ−ＬＢｅ＝−０．０５３，ＬＢｃ−ＬＢｅ＝０．０６３である。尚、本実施形態に示した正レンズ，負レンズ，正レンズ，正レンズの単焦点レンズにおいて上記条件を満たすためには、３枚の正レンズの内少なくとも２枚の正レンズについてνｄ＜４５、負レンズについてνｄ＜３０である事が望ましい。
【００２８】
次に、ＣＣＤから得られる画像データの画像処理に関して説明する。図８は、補間計算により画像情報を算出する際の詳細な流れを示す図である。本実施形態のＣＣＤ３を用いた場合、得られる画像データをカラーフィルター別に見ると、図８のステップ＃１，ステップ＃２，ステップ＃３において×印で示すように、画像データの存在しない画素がある事が分かる。それ故、図１に示した画像処理部７において、不足している画像情報を算出する補間計算が行われる。尚、画像処理部７では、補間計算以外に、ＣＣＤ３からのＡ／Ｄ変換後のデータに対してγ処理等が行われるが、図８では省略した。
【００２９】
具体的には、同図において、まず、ステップ＃１で示すＧの画像に対して、補間計算により不足分の画像情報を算出し、ステップ＃４とする。補間計算にはいくつかの方法があるが、ここではメディアン補間を採用した。これは、図９（ａ）に示すように、算出したい不足の画素をＧ０とし、Ｇ０の周りに既に値が得られている画素をＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４としたとき、Ｇ１〜Ｇ４の内、最も大きいものと最も小さいものを除く２つを選んでＧａ，Ｇｂとして平均をとり、Ｇ０＝（Ｇａ＋Ｇｂ）／２とするものである。その他の方法としては、４つの画素の平均をとり、Ｇ０＝（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４）／４とする平均補間等がある。
【００３０】
次に、ステップ＃２で示すＲの画像情報からステップ＃４で示すＧの画像情報を減ずる事により、色差情報Ｃｒを算出してステップ＃５とする。但し、Ｒの画像情報には、まだ画像データの存在しない画素があるので、その画素に対しては、色差情報は０とする。ステップ＃５で示す色差情報に対しては、ステップ＃６でパターンのマスク処理が行われる。これは、例えば図９（ｂ）に示すように、元の画像の画素Ａ１〜Ａ９があったときに、Ａ５に対する新しい画像情報を、Ａ５とその周りの８つの画素及びＭ１〜Ｍ９のマスクパターンにより、Ａ５′＝Σ（Ｍｉ×Ａｉ）により算出するものである。
【００３１】
ステップ＃５で示す色差情報に対して、ステップ＃６で示すマスクパターンでマスク処理を行った結果をステップ＃７に示す。そして、ステップ＃７で示す画像情報にステップ＃４で示すＧの画像情報を加算する事により、ステップ＃８で示すＲの画像情報が得られる。
【００３２】
また、ステップ＃３で示すＢの画像情報からステップ＃４で示すＧの画像情報を減ずる事により、色差情報Ｃｂを算出してステップ＃９とする。但し、Ｂの画像情報には、まだ画像データの存在しない画素があるので、その画素に対しては、色差情報は０とする。ステップ＃９で示す色差情報に対しては、ステップ＃１０でパターンのマスク処理が行われる。これは、上記図９（ｂ）で説明した処理と同じ内容である。
【００３３】
ステップ＃９で示す色差情報に対して、ステップ＃１０で示すマスクパターンでマスク処理を行った結果をステップ＃１１に示す。そして、ステップ＃１１で示す画像情報にステップ＃４で示すＧの画像情報を加算する事により、ステップ＃１２で示すＢの画像情報が得られる。
【００３４】
上記ＲとＢの画像に対する不足分の補間に関しては、ＣＣＤ３から得られた、ステップ＃２，ステップ＃３でそれぞれ示す画像情報に対して、直接に補間処理を行う方法もあるが、本発明では、上述したように、一度ステップ＃４で示すＧの画像情報との差分を取ってから補間処理（マスク処理）を行い、その後、再度ステップ＃４で示すＧの画像情報を加算している。これは、本実施形態で示した光学系では、ＲとＢの画像のＭＴＦを低く抑えているので、ＣＣＤから得られた画像情報に対して直接に補間処理を行うよりも、Ｇの画像情報との差分に補間を施す方が良好な画質が得られるからである。
【００３５】
さらに、通常は、コントラストを更に高めるための強調処理が行われる。図８においては、ステップ＃４，ステップ＃８，ステップ＃１２でそれぞれ示すＧ，Ｒ，Ｂの画像情報に対して、それぞれステップ＃１３，ステップ＃１５，ステップ＃１７で示す同一のマスクパターンによってマスク処理を行い、ステップ＃１４，ステップ＃１６，ステップ＃１８でそれぞれ示す画像情報を得る様子が表されている。尚、この強調処理のマスクパターンは、Ｒ，Ｇ，Ｂで別々のものを用いても良い。
【００３６】
本実施形態の図１で示すフィルム画像撮影装置では、現像済みのフィルム１１を使用するが、このフィルム１１は、カメラ等で撮影した時の露光状態によって濃度が違ってくるので、その濃度の異なるフィルム１１を本実施形態に用いた場合、ＣＣＤ３への露光量が変化して、光量不足や光量オーバーが発生する。ところが、本実施形態の光学系において、明るさを調節するためにレンズ１のＦＮｏ．を変化させたのでは、上述したＲ画像とＢ画像の近軸レンズバックのズレ量が変化してしまい、「色モワレ」の発生を抑える効果が得られなくなってしまう。
【００３７】
そこで、本実施形態では、ＣＣＤ３への露光量を適正に保つため、制御部１０により、光源１３からのフィルム１１への光の照度を制御している。その他の方法としては、ＣＣＤ３への露光時間やＣＣＤ３での積分時間を制御する方法や、フィルム１１からＣＣＤ３までの間の光路中に透過率を変化させるためのフィルターを挿入する方法等がある。
【００３８】
図１０は、その透過率を変化させるためのフィルターの一例を模式的に示す図である。同図に示すように、モータ２６の回転軸に接続されているローレット２０には、透過率の異なるＮＤ（neutral density ）フィルター２１〜２５が、その回転軸周りに配置されている。そして、レンズ１とＣＣＤ３の間の光路中に位置するＮＤフィルターの種類を、モータ２６の回転に連動してローレット２０を回転させる事により、２１〜２５のいずれかに切り換える。尚、２７は回転位置検出センサーである。
【００３９】
ところで、本実施形態では、ＲとＢの画像に対して故意に縦色収差を発生させる事で「色モワレ」を防いだが、Ｇの画像は性能が良いため、「色モワレ」が発生するよりも高い周波数で「折り返しノイズ」が発生する可能性がある。これを防ぐために、光学ローパスフィルターを用いても良い。この、Ｇの画像に対する「折り返しノイズ」を防ぐための光学ローパスフィルターは、通常の画像撮像装置の「色モワレ」を防ぐための光学ローパスフィルターよりも高周波をカットするので、画質は「色モワレ」を防ぐための光学ローパスフィルターを用いたときよりも良い。
【００４０】
図１１は、本発明の第２の実施形態の光学系の構成図である。これは、ＣＣＤを撮像素子とするデジタルカメラのズーム光学系である。また、同図の左手が被写体側、右手が像面側となっている。同図において、光学レンズは、負レンズ，正レンズ，正レンズからなる正の第１群（ｇｒｐ１）、負レンズ，負と正の接合レンズからなる負の第２群（ｇｒｐ２）、絞り，正レンズからなる正の第３群（ｇｒｐ３），負と正の接合レンズからなる第４群（ｇｒｐ４）により構成される。また、Ｆ１はＩＲカットフィルターである。
【００４１】
同図に示すように、ズームで焦点距離が広角から望遠に向かうに従い、負の第２群が像面側へ、正の第４群が被写体側へと矢印方向に動く。以下に、本実施形態の光学系のコンストラクションデータを示す。
【００４２】
ここで、
焦点距離；４．８３ｍｍ〜１３ｍｍ
ＦＮｏ．；５〜５．５
ｅ線近軸レンズバック；６ｍｍ
である。
【００４４】
本実施形態は、図示しないオートフォーカス機構を持ち、負の第２群を光軸方向に移動させて、被写体の像の内、Ｇの画像がＣＣＤ上良好となるようにフォーカスする。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態のように一定距離にある被写体を撮影するものではなく、或程度距離にばらつきのある被写体を撮影するので、或被写体距離にピントが合っている状態では、その他の距離にある被写体にはピントが合わず、効果が得られにくい筈であるが、実際には、ＦＮｏ．が４以上とレンズが暗く、また、焦点深度を持つ事や、一つの撮影における被写体距離のばらつきが或程度の撮影範囲内に収まる事等から、問題にはならない。
【００４５】
図１２は、本実施形態の光学系の広角端における収差図であり、図１３は望遠端における収差図である。それぞれの図において、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図、（ｃ）は歪曲収差図、（ｄ）は倍率色収差図である。それぞれの球面収差図（ａ）に示したｅ線，ｇ線，Ｃ線の球面収差を見ると、第１の実施形態の場合と同様に、ｅ線に対してｇ線，Ｃ線の近軸レンズバック，縦色収差が大きくずれている事が分かる。その他の収差は良好である。
【００４６】
また、ｅ線に対するｇ線，Ｃ線の近軸レンズバックは、
広角端：ＬＢｇ−ＬＢｅ＝−０．０７０，ＬＢｃ−ＬＢｅ＝＋０．０５３
望遠端：ＬＢｇ−ＬＢｅ＝−０．１００，ＬＢｃ−ＬＢｅ＝＋０．０７４
である。このとき、ｇ線の近軸レンズバックは、広角端と望遠端とで同じ符号であり、Ｃ線の近軸レンズバックも同様である。
【００４７】
ズームレンズでこれらの符号が異なっていると、広角端或いは望遠端のそれぞれにおいては上記条件式（１），（２）或いは（３），（４）を満たしていても、広角から望遠に焦点距離を変えたとき、近軸レンズバックの差が小さくなり、上記条件式を満たさない状況が発生する。従って、ズームレンズにおいては、本実施形態のように、広角端と望遠端の近軸レンズバックのズレの方向は同一の方が良い。
【００４８】
本実施形態の、正レンズ，負レンズ，正レンズ，正レンズの４成分からなるズームレンズにおいて、条件式（１），（２）或いは（３），（４）を満たすには、第３群の正レンズの分散νｄについては、νｄ＜４５となることが望ましい。尚、図１４及び図１５は、本実施形態の光学系のそれぞれ広角端，望遠端におけるＲ，Ｇ，Ｂ別のＭＴＦ特性を示す図であり、それぞれ（ａ），（ｂ），（ｃ）で表されている。これらの場合も、上記第１の実施形態の光学系について図６で示したＭＴＦ特性と同様の特性を示している。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学ローパスフィルターを用いる事なく、いわゆる「色モワレ」の発生を抑える事ができ、さらに、光学ローパスフィルターを用いた従来の装置よりも高画質が得られ、コストダウンも図った画像撮像装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】ＣＣＤのカラー画素の配置例を示す図。
【図３】従来の光学ローパスフィルターを含む光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態の光学系の構成図。
【図５】本発明の第１の実施形態の光学系の収差図。
【図６】第１の実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図７】近軸レンズバックのズレを模式的に示した図。
【図８】画像情報を算出する際の詳細な流れを示す図。
【図９】補間計算及びマスク処理の説明図。
【図１０】透過率を変化させるためのフィルターの一例を模式的に示す図。
【図１１】本発明の第２の実施形態の光学系の構成図。
【図１２】本発明の第２の実施形態の光学系の広角端における収差図。
【図１３】本発明の第２の実施形態の光学系の望遠端における収差図。
【図１４】第２の実施形態の光学系の広角端におけるＭＴＦ特性を示す図。
【図１５】第２の実施形態の光学系の望遠端におけるＭＴＦ特性を示す図。
【符号の説明】
１ レンズ
３ ＣＣＤ
４ アナログプロセス
５ Ａ／Ｄ変換部
６ ＴＧ
７ 画像処理部
８ バッファメモリー
９ メモリーコントローラ
１０ 制御部
１１ フィルム
１２ 給送部
１３ 光源
１４ 操作部
１５ Ｉ／Ｆコントロール
１６ コネクタ
１７ パーソナルコンピュータ
１８ 電源部
２０ ローレット
２１〜２５ ＮＤフィルター
２６ モータ
２７ 回転位置検出センサー
Claims (10)
- 被写体からの光を結像させる光学レンズと、該結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、以下の条件式範囲を満足する事を特徴とする画像撮像装置、
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズの開放Ｆナンバー
である。 - 被写体からの光を結像させる光学レンズと、該結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、以下の条件式範囲を満足する事を特徴とする画像撮像装置、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズの開放Ｆナンバー
である。 - 被写体からの光を結像させる光学レンズと、該結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、光学ローパスフィルタを廃するとともに、以下の条件式範囲を満足する事を特徴とする画像撮像装置、
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
１．５×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜５．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズのＦナンバー
である。 - 被写体からの光を結像させる光学レンズと、該結像した光を色別に光電変換するカラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、前記カラー撮像素子は、異なる色のカラーフィルタを画素毎に交互に配置することで構成されたエリアカラー撮像素子であり、光学ローパスフィルタを廃するとともに、以下の条件式範囲を満足する事を特徴とする画像撮像装置、
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｇ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
２．０×ｐ×ＦＮｏ．＜｜ＬＢｃ−ＬＢｅ｜＜４．０×ｐ×ＦＮｏ．
但し、
ｐ：前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチであり、互いに隣接する異なる色のカラーフィルタに対応する画素同士の間隔
ＬＢｅ：ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｇ：ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の近軸レンズバック
ＬＢｃ：Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）の近軸レンズバック
ＦＮｏ．：前記光学レンズのＦナンバー
である。 - 前記カラー撮像素子は、Ｒ，Ｇ，Ｂ原色の光電変換画素を持つＣＣＤである事を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の画像撮像装置。
- 前記被写体を照明する照明強度を変える事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する事を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の画像撮像装置。
- 前記被写体を照明する照明時間を変える事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する事を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の画像撮像装置。
- 前記被写体と前記カラー撮像素子の間の光路中に、前記被写体からの光の透過率を変えるフィルターを設ける事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する事を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の画像撮像装置。
- デジタルカメラであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の画像撮像装置。
- 前記光学レンズはズーム光学系であることを特徴とする請求項９に記載の画像撮像装置。
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