JP4796666B2 - 撮像装置およびそれを用いた測距装置 - Google Patents

Description

本発明はカメラ等の撮像装置に関する。

レンズを構成する材料に対する光の屈折率は波長によって異なる。そのため、撮像装置の光学系に様々な波長の光が入射した場合、軸上色収差が生じ、色によって鮮鋭度（画像のシャープさ）の異なる画像が得られる。鮮鋭度の低い色が画像に含まれる場合には、その色が画質劣化の要因となる。

また、カメラ等の撮像装置では、被写体の位置が被写界深度の範囲内に含まれる場合に、フォーカスが合い、鮮明な画像を撮像することができる。様々な位置に配置される被写体の撮像を可能にするためには、撮像装置には、フォーカス状態を検出する手段と、フォーカスの調整を行う手段とが別途必要となる。

以上の課題を解決するために、光学系の軸上色収差を利用して第１の色成分の鮮鋭度を第１の色成分とは異なる第２の色成分に反映させることにより、被写界深度の拡張と軸上色収差の補正を実現する技術が提案されている（特許文献１）。特許文献１の方法によると、第１の色成分の鮮鋭度を第２の色成分に反映させることにより、第２の色成分の鮮鋭度を高めることができる。これにより、被写界深度を大きくすることができ、フォーカスの調整を行わずにより様々な距離の被写体を比較的鮮明に撮像することができる。

特表２００８−５３２４４９号公報

特許文献１の構成において、第１の色成分の鮮鋭度を第２の色成分に反映させるためには、第１の色成分および第２の色成分の両方の鮮鋭度の情報が必要である。そのため、焦点深度は全ての色の鮮鋭度の情報が存在する範囲に限られる。このように、特許文献１の構成においては、焦点深度を拡大することができる範囲には限界があり、被写界深度を十分に大きくすることが困難であった。

また、例えば黒色を背景とする単色（例えば青色）の被写体を撮像する場合、画像には、被写体の色以外の色（緑色および赤色）の成分が存在しない。そのため、軸上色収差によって被写体の画像がぼけている場合、画像上の他の色の鮮鋭度を検出して被写体の鮮鋭度に反映させることができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、焦点深度および被写界深度が大きく、鮮鋭度の高い画像を得ることができる撮像装置を提供することにある。本発明の他の目的は、黒色を背景とする単色（例えば青色）の被写体を高い鮮鋭度で撮影することができる撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、第１色、第２色、第３色の光軸上における結像位置が異なる軸上色収差を有する第１の光学系と、前記第１の光学系を透過した光を用いて、前記第１色、第２色、第３色のうち少なくとも１つの色の成分の画像を生成する第１の撮像領域と、前記第１の光学系とは異なる軸上色収差を有する第２の光学系と、前記第２の光学系を透過した光を用いて、前記少なくとも１つの色の成分と同じ色の成分を含む画像を生成する第２の撮像領域と、前記第１の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像、および前記第２の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像のうち、鮮鋭度の高い方の成分の画像を用いて、出力画像を生成する演算処理部とを備える。

本発明の他の撮像装置は、第１色、第２色、第３色の光軸上における結像位置が異なる軸上色収差を有する第１の光学系と、前記第１の光学系を透過した光を用いて、前記第１色、第２色、第３色のうち少なくとも１つの色の成分の画像を生成する第１の撮像領域と、前記第１の光学系とは異なる軸上色収差を有する第２の光学系と、前記第２の光学系を透過した光を用いて、前記少なくとも１つの色の成分と同じ色の成分を含む画像を生成する第２の撮像領域と、前記第１の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像、および前記第２の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像のうち、コントラストの大きい方の成分の画像を用いて、出力画像を生成する演算処理部とを備える。

本発明によると、２つ以上の撮像領域からの画像のうち、それぞれの色における鮮鋭度の高い方の画像成分に基づいて出力画像を生成することにより、簡単な手法によって出力画像の鮮鋭度を高めることができる。また、従来よりも焦点深度を拡大することができるため、十分に大きな被写界深度を得ることができる。

さらに、本発明によると、黒色を背景とした赤、緑または青の単色の被写体を撮像する場合、２つ以上の撮像領域のいずれかにおいては、被写体の色の鮮鋭度は所定値よりも大きくなっている。そのため、鮮鋭度の高い画像を生成することができる。

本発明による撮像装置Ａの第１の実施形態を示す模式図である。 （ａ）の（１）から（３）は、第１の光学系１０における球面収差、非点収差および歪曲収差のそれぞれを示すグラフである。（ｂ）の（１）から（３）は、第２の光学系２０における球面収差、非点収差および歪曲収差のそれぞれを示すグラフである。 （ａ）は、第１の光学系１０における軸上色収差を示すグラフである。（ｂ）は、第２の光学系２０における軸上色収差を示すグラフである。 第１の光学系１０、第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。 第１の光学系１０のスルーフォーカスＭＴＦ特性および第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を、被写体距離毎に模式的に示す図である。 （ａ）は、第１の光学系１０から取得した第１のカラー画像上において、光軸上からその周囲に広がる色毎の点像強度分布を示すグラフである。（ｂ）は、第２の光学系２０から取得した第２のカラー画像上において、光軸上からその周囲に広がる色毎の点像強度分布を示すグラフである。（ｃ）は、第１のカラー画像と第２のカラー画像から鮮鋭度の高い色をそれぞれ選択した場合の点像強度分布を示したグラフである。（ｄ）は、第１のカラー画像と第２のカラー画像を色毎に加算した場合の点像強度分布を示すグラフである。 （ａ）は、第２の光学系２０の赤色の点像強度分布と、それに１回微分を施した分布、２回微分を施した分布とを示すグラフである。（ｂ）は、第１の光学系１０における青色の点像強度分布から第２の光学系２０における赤色の点像強度分布の２回微分を減じた場合の点像強度分布を示すグラフである。 第１の光学系１０、第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。 第１の光学系１０ａおよび第２の光学系２０ａのスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。 第１の光学系１０ｂおよび第２の光学系２０ｂのスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。 本発明による撮像装置Ａの第２の実施形態を示す模式図である。 （ａ）の（１）から（３）は、第１の光学系３０における球面収差、非点収差および歪曲収差のそれぞれを示すグラフである。（ｂ）の（１）から（３）は、第２の光学系４０における球面収差、非点収差および歪曲収差のそれぞれを示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１の光学系３０の軸上色収差と第２の光学系４０の軸上色収差とを示すグラフである。 測距装置における三角測量の原理を説明するための図である。 第１の光学系３０、第２の光学系４０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。 ３つの光学系を有する撮像装置において、それぞれの光学系の軸上色収差を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明による撮像装置の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明による撮像装置Ａの第１の実施形態を示す模式図である。本実施形態の撮像装置Ａは、第１の光学系１０と、第１の光学系１０を透過した光が入射する第１の撮像領域Ｎａと、第２の光学系２０と、第２の光学系２０を透過した光が入射する第２の撮像領域Ｎｂと、第１の撮像領域Ｎａおよび第２の撮像領域Ｎｂから画像を取得する演算処理部Ｃとを備える。第１の光学系１０は、絞りＳａ、レンズＬ１ａおよびレンズＬ２ａから構成され、レンズＬ１ａおよびレンズＬ２ａは共通の光軸を有する。第２の光学系２０は、絞りＳｂ、レンズＬ１ｂおよびレンズＬ２ｂから構成され、レンズＬ１ｂおよびレンズＬ２ｂは共通の光軸を有する。

第１の光学系１０におけるレンズＬ１ａ、Ｌ２ａに光が入射すると、軸上色収差に起因して、レンズＬ１ａ、Ｌ２ａの光軸上の像面に向う方向（レンズＬ１ａ、Ｌ２ａから第１の撮像領域Ｎａに向う方向）に、例えば、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順に光線が結像する。

一方、第２の光学系２０におけるレンズＬ１ｂ、Ｌ２ｂは、第１の光学系１０におけるレンズＬ１ａ、Ｌ２ａとは異なる軸上色収差を有する。例えば、第２の光学系２０におけるレンズＬ１ｂ、Ｌ２ｂに光が入射すると、レンズＬ１ｂ、Ｌ２ｂの光軸上の像面に向う方向（レンズＬ１ｂ、Ｌ２ｂから第２の撮像領域Ｎｂに向う方向）に、例えば、赤色、緑色、青色の順に光線が結像する。

第１の光学系１０および第２の光学系２０が互いに異なる軸上色収差を有するため、第１の撮像領域Ｎａによって得られる画像における赤、青、緑それぞれの色成分の鮮鋭度と、第２の撮像領域Ｎｂによって得られる画像における赤、青、緑それぞれの色成分の鮮鋭度とは異なる。この違いを利用して、第１の撮像領域Ｎａにおいて得られた第１のカラー画像および第２の撮像領域Ｎｂにおいて得られた第２のカラー画像から、赤色、青色、緑色のそれぞれにおける鮮鋭度の高い方の色成分を用いることにより、それぞれの色の鮮鋭度（または解像度）の高い出力画像を生成することができる。

なお、第１の光学系１０および第２の光学系２０に入射する光は、必ずしも、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の３色でなくてもよい。これら３色のうちの２色であってもよいし、これら３色のうちの１色であってもよい。第１のカラー画像および第２のカラー画像が赤色、青色、緑色の全ての色成分を含んでいない場合には、これらの画像に含まれている色のそれぞれにおいて鮮鋭度の高い方の色成分を用いることにより、画像に含まれている色について鮮鋭度の高い出力画像を得ることができる。このような処理は、演算処理部Ｃによって行うことができる。

鮮鋭度が高いほど画像のボケが少なくなるため、通常、隣接する微小領域間の輝度値の差（階調の差）は大きくなると考えられる。そのため、本実施形態では、鮮鋭度の高低の評価に、取得した画像上の所定の微小領域の輝度値と、この所定の微小領域と隣接する微小領域の輝度値の差分の絶対値を用いる。

以下、本実施形態の撮像装置Ａについて、再度図１を参照しながら、より詳細に説明する。

本実施形態の撮像装置Ａにおいては、第１の光学系１０におけるレンズＬ１ａと第２の光学系２０におけるレンズＬ１ｂとの間に分光部材Ｍが配置されている。分光部材Ｍは例えばハーフミラーであり、被写体からの光線１を２分割して第１の光学系１０のレンズＬ１ａと第２の光学系２０のレンズＬ１ｂに導く役割を果たす。レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂの光軸は互いに直交するように配置されている。かつ、レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂは、それぞれの光軸と分光部材Ｍの鏡面との角度が４５°になるように配置されている。分光部材Ｍに入射した光のうち分光部材Ｍによって反射された光は、第１の光学系１０の絞りＳａを介して、レンズＬ１ａに入射する。一方、分光部材Ｍに入射した光のうち分光部材Ｍによって反射されずに分光部材Ｍを通過した光は、第２の光学系２０の絞りＳｂを介してレンズＬ１ｂに入射する。第１の光学系１０においてレンズＬ１ａ、Ｌ２ａを通過した光は、第１の撮像領域Ｎａに入射する。第２の光学系２０においてレンズＬ１ｂ、Ｌ２ｂを通過した光は、第２の撮像領域Ｎｂに入射する。このように、第１の撮像領域Ｎａおよび第２の撮像領域Ｎｂには、同じ被写体からの光が到達するため、それぞれの撮像領域Ｎａ、Ｎｂに入射する画像に含まれる色成分は、実質的に同一である。

第１、第２の撮像領域Ｎａ、Ｎｂは演算処理部Ｃに接続され、演算処理部Ｃは、第１の撮像領域Ｎａおよび第２の撮像領域Ｎｂから取得した２つのカラー画像（第１のカラー画像および第２のカラー画像）を処理して、１つのカラー画像（出力画像）を生成する。

上述したように、第１の光学系１０と第２の光学系２０の軸上色収差は互いに異なっている。それぞれの光線が結像する順と位置は、それぞれのレンズの形状や材質ならびに配置によって調整することができる。

表１および表２は、図１に示す撮像装置Ａにおける第１の光学系１０と第２の光学系２０の設計データをそれぞれ示している。表１と表２において、ｒｉは各面の近軸曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは各面の面中心間隔（ｍｍ）、ｎｄはレンズまたはフィルタのｄ線の屈折率、νｄはレンズまたはフィルタのｄ線のアッベ数を示している。

図２（ａ）の（１）、（２）および（３）は、それぞれ第１の光学系１０の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す。図２（ｂ）の（１）、（２）および（３）はそれぞれ第２の光学系２０の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１の光学系１０の軸上色収差と第２の光学系２０の軸上色収差とを示している。図３（ａ）、（ｂ）において、横軸は光の波長を示し、縦軸は波長０．５５μｍ（緑色）の光の焦点位置を基準（０．００）とした場合の結像位置のずれ（フォーカスシフト）を示している。図３（ａ）から、第１の光学系１０では、波長が短い光ほど被写体側（すなわちレンズＬ１ａ、Ｌ２ａ側）に集まることがわかる。即ち、第１の光学系１０では、光軸上の像面に向う方向（レンズＬ１ａ、Ｌ２ａから第１の撮像領域Ｎａに向かう方向）に、青色、緑色、赤色の順で光線が結像する。一方、図３（ｂ）から、第２の光学系２０では、波長が短い光ほど光軸上の第２の撮像領域Ｎｂ側に集まることがわかる。即ち、第２の光学系２０では、光軸上のレンズＬ１ｂ、Ｌ２ｂから第２の撮像領域Ｎｂに向かう方向に、赤色、緑色、青色の順で光線が結像する。

図１に示すように、レンズＬ１ａは凸レンズであって、レンズＬ２ａは凹レンズである。同様に、レンズＬ１ｂは凸レンズであって、レンズＬ２ｂは凹レンズである。通常、このような凹凸２枚構成のレンズは軸上色収差を補正するために用いられるが、本実施形態では第１の光学系１０では軸上色収差を補正不足の設計とし、第２の光学系２０では軸上色収差を過補正の設計としている。なお、本実施形態のレンズＬ１ａ、Ｌ２ａの形状（凹レンズまたは凸レンズ）の組み合わせと、レンズＬ１ｂ、Ｌ２ｂの形状の組み合わせは、図１に示す構成に限られない。

演算処理部Ｃは、第１鮮鋭度検出部Ｃ１と、第２鮮鋭度検出部Ｃ２と、出力画像が生成される画像生成部Ｃ３とを備える。第１鮮鋭度検出部Ｃ１は、第１の撮像領域Ｎａからの画像における所定領域ごとにそれぞれの色の鮮鋭度を検出する。第２鮮鋭度検出部Ｃ２は、第２の撮像領域Ｎｂからの画像における所定領域毎に各色の鮮鋭度を検出する。画像生成部Ｃ３は、第１鮮鋭度検出部Ｃ１および第２鮮鋭度検出部Ｃ２において算出された鮮鋭度に基づいて出力画像を生成する。演算処理部Ｃは、演算処理を実現する回路であってもよいし、ソフトウェアであってもよい。

第１、第２の撮像領域Ｎａ、Ｎｂにおいて得られる画像の鮮鋭度は、被写体までの距離によって変化する。鮮鋭度が被写体までの距離によってどのように変化するかは、第１、第２の光学系１０、２０のＭＴＦによって表すことができる。ＭＴＦとは、被写体の持つコントラストを像面上でどれだけ忠実に再現できるかを表すレンズの特性であり、ＭＴＦ値が高いほど、鮮鋭度が高いと判断することができる。本実施形態では、所望の鮮鋭度を得るため、第１、第２の光学系１０、２０の設計にＭＴＦが用いられる。以下、所望の鮮鋭度を得ることができる第１の光学系１０、第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性について説明する。

図４は、第１の光学系１０、第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。図４における上のグラフは第１の光学系１０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示し、図４における下のグラフは第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示す。図４において、横軸はフォーカスシフトを示しており、縦軸は空間周波数が３０Ｌｐ／ｍｍのときのＭＴＦを示している。第１の光学系１０の特性を示すグラフにおいて、ＭＢａ、ＭＧａ、ＭＲａは、それぞれ青色、緑色、赤色のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示している。また、ＰＢａ、ＰＧａ、ＰＲａは、それぞれのピーク位置を示している。同様に、第２の光学系２０の特性を示すグラフにおいて、ＭＲｂ、ＭＧｂ、ＭＢｂは、それぞれ赤色、緑色、青色のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示している。また、ＰＲｂ、ＰＧｂ、ＰＢｂは、それぞれのピーク位置を示している。本実施形態では、ＰＢａとＰＲｂのフォーカスシフト量が略同一に、ＰＲａとＰＢｂのフォーカスシフト量が略同一になるように設定している。ただし、これらのピークの位置は必ずしも略同一になるように設計しなくてもよい。

図５は、第１の光学系１０のスルーフォーカスＭＴＦ特性および第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を、被写体距離毎に模式的に示す図である。撮像面におけるＭＴＦが高いほど鮮鋭度が高いことを意味している。

一般に、被写体の距離がレンズから近いほど、レンズを通過した光はレンズから遠い領域（被写体から遠い領域）に集まる。そのため、図５に示すように、被写体距離を近距離、中距離、遠距離に分けた場合、ＭＴＦ特性のピーク位置は、近距離、中距離、遠距離の順にレンズから遠い位置に配置される。このように、被写体距離がどの程度であるかによって、第１、第２の撮像領域Ｎａ、Ｎｂにおいて得られる画像のそれぞれの色のＭＴＦ値に違いが生じる。

被写体距離が近距離の場合には、図５に示すように、第１の光学系１０の青色１ＢｎのＭＴＦ値のほうが第２の光学系２０の青色のＭＴＦ値よりも大きい。一方、第２の光学系２０の緑色２ＧｎのＭＴＦ値のほうが第１の光学系１０の緑色のＭＴＦ値よりも大きい。また、第２の光学系２０の赤色２ＲｎのＭＴＦ値のほうが、第１の光学系１０の赤色のＭＴＦ値よりも大きい。それぞれの色においてＭＴＦ値の高いほうを選択すると、第１の光学系１０の青色１Ｂｎ、第２の光学系２０の緑色２Ｇｎ、赤色２Ｒｎが選択される。

同様の方法によると、中距離の場合には、第１の光学系１０の赤色１Ｒｍと第２の光学系２０の緑色２Ｇｍ、青色２Ｂｍとが選択される。遠距離の場合には、第１の光学系１０の赤色１Ｒｆ、緑色１Ｇｆと第２の光学系２０の青色２Ｂｆとが選択される。

第１の光学系１０、２０の設計時には、図５に示すスルーフォーカスＭＴＦ特性を有するように設計が行われる。その際には、所望の鮮鋭度を得ることができるＭＴＦ値が境界値として設定される。そして、第１、第２の光学系１０、２０から得られた画像のそれぞれの色について、ＭＴＦ値が高い方の値が上記境界値よりも大きくなる被写体距離の範囲（図５における近距離、中距離、遠距離を含む範囲）が概ね被写界深度となる。なお、「境界値」は、図８等に示される所定値Ｋのことであり、所定値Ｋについては後述する。

ＭＴＦは、被写体の持つコントラストを像面上でどれだけ忠実に再現できるかを表すため、ＭＴＦ値を算出するには、被写体の空間周波数が必要になる。そのため、実際の撮像時に、任意の画像からはＭＴＦ値を直接検出することはできない。したがって、実際の撮像時には、鮮鋭度の高低を評価するために輝度値が用いられる。鮮鋭度が高いほど画像のボケが少ないため、通常は、鮮鋭度が高い画像の方が、隣接する微小領域間の輝度値の差が大きい。

具体的には、まず、第１鮮鋭度検出部Ｃ１は、第１の撮像領域Ｎａにおいて取得された画像上の所定の微小領域の輝度値と、この所定の微小領域と隣接する微小領域の輝度値とを算出する。さらに、これらの輝度値の差の絶対値を算出する。同様に、第２鮮鋭度検出部Ｃ２も、第２の撮像領域Ｎｂにおいて取得された画像から、輝度値の差の絶対値を算出する。次に、画像生成部Ｃ３は、第１の撮像領域Ｎａの画像から求められた絶対値と第２の撮像領域Ｎｂの画像から求められた絶対値とを比較する。第１の撮像領域Ｎａの画像から求められた絶対値と第２の撮像領域Ｎｂの画像から求められた絶対値とのうち値の大きいほうが鮮鋭度が高いと判断することができる。以上のような判断を、所定の微小領域毎にそれぞれの色成分（赤、青、緑）において行う。

第１、第２の光学系１０、２０が上述の方法で設計されている場合、被写体が被写界深度内に配置していれば、第１、第２の撮像領域Ｎａ、Ｎｂの画像のうち輝度値の差の絶対値の大きい方の鮮鋭度は所望の値の範囲内になる。したがって、被写体までの距離を測らなくても、輝度値の差の絶対値を比較することにより、それぞれの色について、高い鮮鋭度の画像を選択することができる。

また、鮮鋭度は、所定の大きさの画像ブロックの輝度値をフーリエ変換した周波数スペクトルに基づいて求めてもよい。この場合、所定の空間周波数における応答値を鮮鋭度として求めることができる。つまり、所定の空間周波数における応答値を比較することで、画像の鮮鋭度の高低評価を行うことができる。なお、画像は２次元であるため、２次元フーリエ変換を用いて鮮鋭度を求める方法が望ましい。

本実施形態においては、演算処理部Ｃ内の第１、第２鮮鋭度検出部Ｃ１、Ｃ２において実際に第１の光学系１０および第２の光学系２０の鮮鋭度が算出され、それぞれの色成分において鮮鋭度が高いほうが選択されてもよい。

カラー画像合成の手段としては、前述した鮮鋭度の高い色をそれぞれ選択して１つの出力画像を合成する手法や、２つのカラー画像を色毎に加算して合成する手法がある。この方法によって、被写体距離が変化しても鮮鋭度の高い出力画像を生成することができる。

図６（ａ）は、それぞれ所定距離における第１の光学系１０から取得した第１のカラー画像上において、光軸上からその周囲に広がる色毎の点像強度分布を示すグラフである。図６（ｂ）は、第２の光学系２０から取得した第２のカラー画像上において、光軸上からその周囲に広がる色毎の点像強度分布を示すグラフである。図６（ａ）、（ｂ）から、第１の光学系１０、２０では、互いに点像強度分布が異なることがわかる。

図６（ｃ）は、第１のカラー画像と第２のカラー画像から鮮鋭度の高い色を選択した場合の点像強度分布を示したグラフである。図６（ａ）の青（Ｂ１）は、図６（ｂ）の青（Ｂ２）よりも高い鮮鋭度を示している。一方、図６（ａ）の赤（Ｒ１）および緑（Ｇ１）のそれぞれは、図６（ｂ）の赤（Ｒ２）および緑（Ｂ２）のそれぞれよりも低い鮮鋭度を示している。そのため、それぞれの色で鮮鋭度の高いほうを選択すると、図６（ｃ）に示すように、赤（Ｒ２）、緑（Ｇ２）および青（Ｂ１）を用いて画像の生成が行われる。このような合成手法によって、図６（ａ）、（ｂ）のように１つの光学系によって取得できる鮮鋭度よりも高い鮮鋭度を得ることができる。

図６（ｄ）は、第１のカラー画像と第２のカラー画像を色毎に加算した場合の点像強度分布を示すグラフである。このような合成手法によっても、図６（ａ）、（ｂ）のように１つの光学系によって取得できる鮮鋭度よりも高い鮮鋭度を得ることができる。

合成手法として図６（ｃ）、（ｄ）に示す手法のいずれを選択するのかは、被写体に応じて決定すればよい。例えば、明るい被写体の場合は図６（ｃ）のような合成手法を選択し、暗い被写体の場合は図６（ｄ）のような合成手法を選択すればよい。

図６（ｃ）、（ｄ）に示す合成手法では、合成後も青色の鮮鋭度は緑色や赤色の鮮鋭度に比べて低い。このような場合、最も鮮鋭度が高い赤色の鮮鋭度を青色の鮮鋭度に反映することによって、青色の鮮鋭度を他の色の鮮鋭度並みに増加させることができる。以下、その方法について具体的に説明する。

図７（ａ）は、第２の光学系２０の赤色の点像強度分布と、それに１回微分を施した分布、２回微分を施した分布とを示すグラフである。１回微分を行った場合には、微分前の分布強度の勾配が得られる。一方、２回微分を行った場合には、微分前の分布強度の変化が強調されるため、２回微分を施した分布はエッジ検出フィルタとなる。従って、第１の光学系１０における青色の点像強度分布から第２の光学系２０における赤色の点像強度分布の２回微分を減ずることによって、青色の鮮鋭度を増加させることができる。その結果、図７（ｂ）に示すように、全ての色成分において良好な鮮鋭度のカラー画像を生成することができる。

なお、青色の点像強度分布から、青色成分を２回微分した分布を減ずることによっても、青色の鮮鋭度を増加させることができる。しかしながら、青色の像ボケが大きい場合は２回微分を実施しても良好にエッジ検出ができないため、鮮鋭度を十分に増加させることができない。従って、前述のように鮮鋭度の高い他の色成分の２回微分を減ずることが好ましい。

本実施形態では、説明を簡単にするため、点像強度分布を鮮鋭化する説明を１次元で行っているが、画像は２次元であるため、実際は２次元で鮮鋭化処理を行う。また、本実施形態では、２回微分をそのまま減じているが、２回微分に所定の係数を乗じて減じてもよい。

次に、第１の光学系１０および第２の光学系２０における軸上色収差の範囲を説明する。図８の上のグラフは、第１の光学系１０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示し、図８の下のグラフは、第２の光学系２０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。図８において、縦軸は赤色、緑色および青色の所定の空間周波数におけるＭＴＦ値を示し、横軸は光軸上の位置を示す。

図８において、曲線ＭＢａ、ＭＧａ、ＭＲａはそれぞれ、青色、緑色、赤色のＭＴＦ特性を示す。曲線ＭＢａ、ＭＧａ、ＭＲａは、互いにオーバーラップしている。曲線ＭＲｂ、ＭＧｂ、ＭＢｂはそれぞれ、赤色、緑色、青色のＭＴＦ特性を示す。曲線ＭＲｂ、ＭＧｂ、ＭＢｂは、互いにオーバーラップしている。

図８に示すように、横軸は、第１範囲Ｗ１０、第２範囲Ｗ１２、第３範囲Ｗ１３および第４範囲Ｗ２３を含む。第２範囲Ｗ１２は第１範囲Ｗ１０よりも被写体距離が長い場合の結像位置である。同様に、第３範囲Ｗ１３は第１範囲Ｗ１０および第２範囲Ｗ１２よりも被写体距離が長い場合の結像位置であり、第４範囲Ｗ２３は第１範囲Ｗ１０から第３範囲Ｗ１３よりも被写体距離が長い場合の結像位置である。

第３範囲Ｗ１３において、第１の光学系１０の赤色、緑色、青色全てのＭＴＦ値は所定値Ｋ以上の値である。なお、第１の光学系１０ではなく第２の光学系２０の全ての色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であってもよい。

第１範囲Ｗ１０において、第１の光学系１０の青色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であり、緑色および赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値である。一方、第２の光学系２０の赤色および緑色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。

第２範囲Ｗ１２において、第１の光学系１０の青色および緑色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であり、赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値である。一方、第２の光学系２０の赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。

第４範囲Ｗ２３において、第１の光学系１０の緑色および赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であり、青色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値である。一方、第２の光学系２０の青色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。

本実施形態では、範囲Ｗｓでは、全ての色のＭＴＦ値を、第１の光学系１０および第２の光学系２０のいずれかにおいて所定値Ｋ以上にすることができる。これらの色情報に基づいて画像を生成することにより、範囲Ｗｓにおいて、画像の鮮鋭度を高めることが可能となる。

ここで、第１の光学系１０のみを有する撮像装置を考えた場合、鮮鋭度の高い画像を取得することができるのは、図８に示す第３の範囲Ｗ１３のみとなる。本実施形態では、２つの光学系を用いることにより、単一の光学系のみを有する撮像装置と比較して、焦点深度を大幅に拡大することができるため、十分に大きな被写界深度を得ることができる。また、黒色を背景とした赤色、緑色または青色単色の被写体を撮影する場合にも、第１の光学系１０および第２の光学系２０から得られた画像データのうちのいずれかを用いることにより、単一の光学系を有する場合に比べ、広範囲において鮮鋭度の高い画像を生成することができる。

図８では、第１の光学系１０においてそれぞれの色の光が集まる順と第２の光学系において色が集光する順番とが反転している。本実施形態においてそれぞれの色の光が集まる順番は、それ以外の順番であってもよい。以下、図８とは異なる順で光が集まる場合について説明する。図９は、第１の光学系１０ａおよび第２の光学系２０ａのスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。第１の光学系１０ａにおいては、像面に向う方向（レンズから撮像領域に向う方向）に、青色、緑色、赤色の順に光が集まり、第２の光学系２０ａにおいては、像面に向う方向に、赤色、青色、緑色の順に光が集まる。すなわち、第１の光学系１０ａと第２の光学系２０ａとにおいては、最もレンズ側に集光する色と、最も像面側に集光する色と、これらの間に集光する色とは、全て異なる。

このような場合、第１範囲Ｗ１０においては、第１の光学系１０ａおよび第２の光学系２０ａにおいて、緑色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値となる。したがって、第１の範囲Ｗ１０では、緑色の鮮鋭度を高くすることができない。

第２範囲Ｗ１２において、第１の光学系１０ａの青色および緑色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であり、赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値である。一方、第２の光学系２０ａの赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。

第３範囲Ｗ１３において、第１の光学系１０ａの赤色、緑色、青色全てのＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。なお、第１の光学系１０ａではなく第２の光学系２０ａの全ての色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であってもよい。

第４範囲Ｗ２３において、第１の光学系１０ａの緑色および赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であり、青色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値である。一方、第２の光学系２０ａの青色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。

以上の結果から、図９に示すような場合には、第２の範囲Ｗ１２から第４の範囲Ｗ２３において、図８に示す場合と同様の条件が満たされる。

さらに、図８、図９とは異なる順で光が集まる場合について説明する。図１０は、第１の光学系１０ｂおよび第２の光学系２０ｂのスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。第１の光学系１０ｂにおいては、像面に向う方向（レンズから撮像領域に向う方向）に、青色、緑色、赤色の順に光が集まり、第２の光学系２０ｂにおいては、像面に向う方向に、緑色、青色、赤色の順に光が集まる。すなわち、第１の光学系１０ｂと第２の光学系２０ｂとにおいては、最もレンズ側に集光する色と、中央に集光する色とは異なるが、最も像面側に集光する色が同じである。

このような場合、第１範囲Ｗ１０においては、第１の光学系１０ｂおよび第２の光学系２０ｂの赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値となる。したがって、第１の範囲Ｗ１０では、赤色の鮮鋭度を高くすることができない。

第２範囲Ｗ１２においても、第１の光学系１０ｂおよび第２の光学系２０ｂの赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値となる。したがって、第２の範囲Ｗ１２では、赤色の鮮鋭度を高くすることができない。

第３範囲Ｗ１３においては、第１の光学系１０ｂの赤色、緑色、青色全てのＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。なお、第１の光学系１０ｂではなく第２の光学系２０ｂの全ての色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であってもよい。

第４範囲Ｗ２３においては、第１の光学系１０ｂの緑色および赤色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値であり、青色のＭＴＦ値が所定値Ｋ未満の値である。一方、第２の光学系２０ｂにおいて、青色のＭＴＦ値が所定値Ｋ以上の値である。

以上の結果から、図１０に示すような場合には、第３の範囲Ｗ１３および第４の範囲Ｗ２３において、図８、図９に示す場合と同様の条件が満たされる。

なお、図８から図１０では、互いの対応を分かりやすくするため、第１の光学系１０（１０ａ、１０ｂ）においてそれぞれの色が集まる順を同一（像面に向う方向に青色、緑色、赤色）とした。しかしながら、本実施形態では、第１の光学系１０（１０ａ、１０ｂ）においてそれぞれの色が集まる順は、この順番に限らない。

図８および図９において示す結果は、空間周波数が等しいＭＴＦ値を比較した場合、以下のように一般化できる。第１の光学系１０が、像面に向かう方向に、第１色、第２色、第３色の順で光線が集まる軸上色収差を示す場合、第３の範囲Ｗ１３において、第１の光学系１０および第２の光学系２０のうちの少なくともいずれか一方の第１色から第３色のＭＴＦ値がいずれも所定値以上となる。第２範囲Ｗ１２では、第１色および第２色のＭＴＦ値が、第１の光学系１０において所定値以上となり、第３色のＭＴＦ値が、第１の光学系１０において所定値未満となり、かつ第２の光学系２０において所定値以上となる。第４の範囲Ｗ２３では、第２色および第３色のＭＴＦ値が、第１の光学系１０において所定値以上となり、第１色のＭＴＦ値が、第１の光学系１０において所定値未満となり、かつ第２の光学系２０において所定値以上となる。

ただし、このような条件が成立するのは、第１の光学系１０と第２の光学系２０とにおいて、それぞれの色の光が集まる順が反転する場合（図８）、または、第１の光学系１０と第２の光学系２０とにおいて、最もレンズ側に集光する色と、最も像面側に集光する色と、これらの間に集光する色とは、全て異なる場合（図９）である。第１の光学系１０と第２の光学系２０とにおいて、最もレンズ側に集光する色または最も像面側に集光する色が一致する場合（図１０）には、このような条件は成立しない。なお、第１色、第２色、第３色としては、青色、緑色、赤色をどのように組み合わせてもよい。

ただし、第１の光学系１０および第２の光学系２０において、それぞれの光がレンズ側から赤、緑、青または青、緑、赤のいずれかの順に集まる場合（図８に示す形態）には、それ以外の形態と比較して、３つの色の光のピーク位置が互いに最も離間する。そのため、このような形態では、もっとも焦点深度を大きくすることができる。

また、所定の空間周波数はベイヤー配列の撮像素子においては、例えばナイキスト周波数の１／３から１／２程度に設定することが望ましい。ここで、ナイキスト周波数とは、１／（画素ピッチ×２）である。また、前記ＭＴＦの所定値とは、例えば、前記空間周波数において１５％程度以上の値に設定することが望ましい。

本実施形態によると、第１の撮像領域Ｎａからの第１のカラー画像および第２の撮像領域Ｎｂからの第２のカラー画像のうち、それぞれの色における鮮鋭度の高い方の色成分に基づいて出力画像を生成することにより、簡単な手法によって出力画像の鮮鋭度を高めることができる。また、図８および図９に示すように、第２の範囲Ｗ１２から第４の範囲Ｗ２３までの間のどの位置に第１、第２の撮像領域Ｎａ、Ｎｂが配置した場合にも、３色全ての鮮鋭度を所定の値Ｋよりも大きくすることができる。したがって、従来よりも焦点深度を大幅に拡大することができるため、十分に大きな被写界深度を得ることができる。さらに、本実施形態によると、フォーカス状態を検出する手段や調整を行う手段を用いずに、より様々な被写体距離の被写体を撮影することができる。

本実施形態では、黒色を背景とした赤、緑または青の単色の被写体を撮像する場合、第１、第２の撮像領域Ｎａ、Ｎｂのいずれかでは、被写体の色の鮮鋭度は所定値Ｋよりも大きくなっている。そのため、鮮鋭度の高い画像を生成することができる。

なお、本実施形態の説明では、カラー画像の光軸上の領域の合成のみについて記載した。軸外領域については、倍率色収差補正や歪曲収差補正を実施した上でカラー画像を生成することが好ましい。

なお、本実施形態では、画像の鮮鋭度の高低評価を、輝度値の差分の絶対値、つまり鮮鋭度それ自体を比較することで行ったが、それ以外に、例えばコントラスト値を比較することで行ってもよい。通常、コントラスト値が大きい画像の方が、鮮鋭度が高い。コントラスト値は、例えば、所定の演算ブロック内における最大輝度値Ｌmaxと最低輝度値Ｌminとの比(Ｌmax/Ｌmin)から求めることができる。鮮鋭度は輝度値の差分であるのに対し、コントラスト値は輝度値の比である。最大輝度値である一点と最低輝度値である一点との比からコントラスト値を求めてもよいし、例えば輝度値の上位数点の平均値と、輝度値の下位数点の平均値との比からコントラスト値を求めてもよい。この場合、演算処理部Ｃは、第１の撮像領域Ｎａからの画像における所定領域ごとに各色のコントラストを検出する第１コントラスト検出部と、第２の撮像領域Ｎｂからの画像における所定領域毎に各色のコントラストを検出する第２コントラスト検出部とを備える構成となる。

なお、本実施の形態では、第１の光学系１０と第２の光学系２０とがそれぞれ２枚のレンズを有する構成で説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、２つの光学系がそれぞれ単レンズで構成され、一方の単レンズのレンズ面に回折格子を設ける構成でもよい。

（第２の実施形態）
図１１は、本発明による撮像装置Ａの第２の実施形態を示す模式図である。本実施形態の撮像装置Ａは、第１の光学系３０と、第１の光学系３０からの光が入射する第１の撮像領域Ｎａと、第２の光学系４０と、第２の光学系４０からの光が入射する第２の撮像領域Ｎｂと、第１の撮像領域Ｎａおよび第２の撮像領域Ｎｂから画像を取得する演算処理部Ｃとを備えている。第１の光学系３０は、絞りＳａ、単レンズＬａおよびフィルタＦａから構成される。第２の光学系４０は、絞りＳｂ、単レンズＬｂおよびフィルタＦｂから構成される。

第１の光学系３０におけるレンズＬａに光が入射すると、軸上色収差に起因して、レンズＬａの光軸上の像面に向う方向（レンズＬａから第１の撮像領域Ｎａに向う方向）に、例えば、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順に光線が結像する。

一方、第２の光学系４０におけるレンズＬｂは、第１の光学系３０におけるレンズＬａとは異なる軸上色収差を有する。例えば、第２の光学系４０におけるレンズＬｂに光が入射すると、レンズＬｂの光軸上の像面に向う方向（レンズＬｂから第２の撮像領域Ｎｂに向う方向）に、例えば、赤色、緑色、青色の順に光線が結像する。第２の光学系４０の軸上色収差が逆転しているのは、単レンズＬｂの像側のレンズ面に回折格子を設けることにより軸上色収差を制御しているためである。

演算処理部Ｃは、第１の撮像領域Ｎａおよび第２の撮像領域Ｎｂから取得した２つの画像を処理して、１つの画像を生成する。

表３および表４は、図１１に示す撮像装置Ａにおける第１の光学系３０と第２の光学系４０の設計データをそれぞれ示している。表３と表４において、ｒｉは各面の近軸曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは各面の面中心間隔（ｍｍ）、ｎｄはレンズまたはフィルタのｄ線の屈折率、νｄはレンズまたはフィルタのｄ線のアッベ数を示している。

レンズの非球面形状は、面頂点の接平面から光軸方向の距離をｘ、光軸からの高さをｈとして、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａｍ（ｍ＝４，６，８，１０，１２）を第ｍ次の非球面係数としたとき（数１）で表される。

また、表４において回折面（Ｒ２面）における位相差関数φ（ｈ）は、光軸からの高さをｈとし、Ｂｎ（ｎ＝２，４，６，８，１０）を第ｎ次の位相関数の係数としたとき、単位をラジアンとして（数２）で表される。

図１２（ａ）の（１）、（２）および（３）は、それぞれ第１の光学系３０の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す。図１２（ｂ）の（１）、（２）および（３）はそれぞれ第２の光学系４０の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す。

図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１の光学系３０の軸上色収差と第２の光学系４０の軸上色収差とを示している。図１３（ａ）、（ｂ）において、横軸は光の波長を示し、縦軸は波長０．５５μｍ（緑色）を基準とした場合の結像位置のズレを示している。図１３（ａ）から、第１の光学系３０では、波長が短い光ほど被写体側（すなわちレンズＬａ側）に集まることがわかる。即ち、第１の光学系３０では、光軸の像面に向う方向（レンズＬａから第１の撮像領域Ｎａに向う方向）に、青色、緑色、赤色の順で光線が結像する。一方、図１３（ｂ）から、第２の光学系４０では、波長が短い光ほど光軸上の第２の撮像領域Ｎｂ側に集まることがわかる。即ち、第２の光学系４０では、光軸上のレンズＬｂから第２の撮像領域Ｎｂに向かう方向に、赤色、緑色、青色の順で光線が結像する。

本実施形態は、第１の実施形態とは異なり、第１の光学系３０の光軸と第２の光学系４０の光軸とが平行になるような配置を有する。本実施形態では、第１の光学系３０で取得した第１のカラー画像と第２の光学系４０で取得した第２のカラー画像との間には視差が生じている。視差量はパターンマッチングにより抽出することができる。

本実施形態の演算処理部Ｃには、第１鮮鋭度検出部Ｃ１、第２鮮鋭度検出部Ｃ２および画像生成部Ｃ３の他に、第１の光学系３０からの画像と第２の光学系４０からの画像との間の視差量を検出する視差量検出部Ｃ４を備える。

図１４は、測距装置の三角測量について説明するための図である。図１４に示すように、対象物Ｏ上の点Ｐを測定点とする。対象物Ｏの像は、第１の光学系３０のレンズＬａによって第１の撮像領域Ｎａに結像され、第２の光学系４０のレンズＬｂによって第２の撮像領域Ｎｂに結像される。

点Ｐが第１の光学系３０の光軸Ａａ上に位置する場合、点Ｐは、第１の撮像領域Ｎａと第１の光学系３０の光軸Ａａとが交わる点で結像する。第２の光学系４０は、第１の光学系３０の光軸Ａａと第２の光学系４０の光軸Ａｂとが所定の間隔Ｂを隔てて互いに平行となるように配置される。

第２の撮像領域Ｎｂと第２の光学系４０の光軸Ａｂとが交わる点と、第１の撮像領域Ｎａと第１の光学系の光軸Ａａとが交わる点とを結ぶ線分は、対象物の位置によって変化しない三角測量の基準となる線分であり、基線と呼ばれる。この基線の長さである基線長は間隔Ｂに等しい。

第２の撮像領域Ｎｂでは、点Ｐは、第２の光学系４０の光軸Ａｂから基線の上において距離Δだけ離れた位置に結像する。これを視差といい、その長さを視差量Δという。

第１および第２の光学系３０、４０の撮像レンズＬａ、Ｌｂの焦点距離をｆとすると、以下の近似式が成り立つ。

視差量Δは、第１の撮像領域Ｎａに結像した第１のカラー画像と、第２の撮像領域Ｎｂに結像した第２のカラー画像とを用いてパターンマッチングを行うことによって求められる。視差量Δの単位は画素となるが、補間処理によって０．１画素単位（サブピクセル単位）で演算することも可能である。

演算処理部Ｃにおける視差量検出部Ｃ４は、第１、第２の撮像領域Ｎａ、Ｎｂによって得られた画像の微小領域毎に視差量Δを検出し、検出した視差量Δに基づいて画像の位置あわせを行う。演算処理部Ｃは、第１の実施形態と同様の方法によって、色ごとに鮮鋭度の高いほうの画像に基づいて画像を生成することができる。

ただし、第１の光学系３０と第２の光学系４０は互いに異なる軸上色収差を有するため、カラー画像のまま前述のパターンマッチングを行うと視差を精度良く検出することができない。図１２（ａ）、（ｂ）の球面収差図を比較すると、緑色の成分（５５０ｎｍ）は互いに類似した特性を有している。よって、緑色の色成分のみを用いてパターンマッチングを行うことにより精度良く視差量Δを検出することができる。

（数３）をＺについて求め、視差量Δ、基線長Ｂおよび焦点距離ｆを（数３）に代入することによって、三角測量の原理により距離Ｚを求めることができる。

第１の実施形態では、図４においてＰＢａとＰＲｂとのフォーカスシフト量が略同一に、ＰＲａとＰＢｂとのフォーカスシフト量が略同一になるように設計している。第１の実施形態のように各光学系１０、２０のそれぞれが２枚のレンズから構成されている場合、緑色のフォーカスシフト量を揃え、かつ、赤色と青色のフォーカスシフト量がちょうど逆転するように設計することはレンズ材の波長分散特性の特性上困難である。したがって、第１の実施形態では、ＰＧａとＰＧｂとの間にズレが生じている。

一方、本実施形態では、第２の光学系４０の被写体側のレンズ面に回折格子を設けることにより、第１の光学系３０と第２の光学系４０との緑色のフォーカスシフト量を揃えても、赤色と青色のフォーカスシフト量をちょうど逆転させるように軸上色収差を設定することができる。これにより、より鮮鋭度の高い画像を生成することができる。

一般的に、光学系の軸上色収差を補正するために回折格子を設けるが、本実施形態では、回折格子により第２の光学系４０の軸上色収差を過補正し、かつ第１の光学系３０の軸上色収差と逆転するように設定している。

図１５は、第１の光学系３０、第２の光学系４０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示すグラフである。

図１５における上のグラフは第１の光学系３０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示し、図１５における下のグラフは第２の光学系４０のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示す。図１５において、横軸はフォーカスシフトを示しており、縦軸は空間周波数が３０Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦを示している。第１の光学系３０の特性を示すグラフにおいて、ＭＢａ、ＭＧａ、ＭＲａは、それぞれ青色、緑色、赤色のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示している。また、ＰＢａ、ＰＧａ、ＰＲａは、それぞれのピーク位置を示している。同様に、第２の光学系４０の特性を示すグラフにおいて、ＭＲｂ、ＭＧｂ、ＭＢｂは、それぞれ赤色、緑色、青色のスルーフォーカスＭＴＦ特性を示している。また、ＰＲｂ、ＰＧｂ、ＰＢｂは、それぞれのピーク位置を示している。前述した通り、本実施形態では、ＰＧａとＰＧｂのフォーカスシフト量を互いに揃えたとき、ＰＢａとＰＲｂとのフォーカスシフト量を略同一に、ＰＲａとＰＢｂとのフォーカスシフト量を略同一になるように設定している。

本実施形態においては、演算処理部Ｃ内の第１、第２鮮鋭度検出部Ｃ１、Ｃ２において実際に第１の光学系３０および第２の光学系４０の鮮鋭度（輝度値の差の絶対値）が算出され、それぞれの色成分において鮮鋭度（輝度値の差の絶対値）が高いほうが選択されてもよい。または、被写体までの距離を用いて、その距離において高いほうのＭＴＦ特性を有する色成分を選択してもよい。この場合、演算処理部Ｃ内には、第１の光学系３０と第２の光学系４０とのそれぞれにおける被写体距離とＭＴＦ特性との相関関係が記録されており、被写体までの距離を測定した後で、高い方のＭＴＦ特性を有する色成分が選択される。

本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、測距装置としての機能が実現できる。

また、単レンズＬｂのレンズ面に回折格子を設けることにより、軸上色収差を制御できるため、３色のフォーカスシフト量を略同一にすることができる。これにより、さらに鮮鋭度の高い出力画像を生成することができると共に、高い精度で視差量を算出することができる。本実施形態においては、第１の実施形態のようにハーフミラーによって光路を分割していないため、第１の実施形態と比較して、さらに明るい画像を取得することができる。

本実施形態においては、各光学系３０、４０のそれぞれを１枚のレンズから構成したが、各光学系３０、４０を複数枚のレンズから構成してもよい。

また、本実施形態の各光学系を用い、かつ、第１の実施形態のようにハーフミラーによって光路を分割してもよい。この場合、上述したように第１の光学系３０と第２の光学系４０とにおいて、緑色のフォーカスシフト量を必ずしも揃える必要はない。

本実施形態においては、撮像装置を２つの光学系３０、４０によって構成しているが、３つ以上の軸上色収差特性の互いに異なる光学系によって構成してもよい。図１６は、３つの光学系を有する撮像装置において、それぞれの光学系の軸上色収差を示すグラフである。図１６において、横軸は光の波長を示し、縦軸は波長０．５５μｍ（緑色）の光の焦点位置を基準（０．００）とした場合の結像位置のずれ（フォーカスシフト）を示している。図１６に示すように、第１の光学系では、波長が短い光ほど被写体側（すなわちレンズ側）に集まる。第２の光学系では、波長が短い光ほど撮像領域側に集まる。第３の光学系では、波長が０．４５μｍおよび０．６５μｍの光のフォーカスシフトが０になり、０．４５μｍから０．６５μｍまでの間では、０．５５μｍの波長のときをピークとして、緩やかに焦点が被写体側にシフトしている。これらの３つの光学系を用いることにより、２つの光学系を用いる場合と比較して、中間距離での鮮鋭度を高めることができる。

本発明の撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置として有用である。また測距装置等の用途にも応用できる。

Ａ 撮像装置
Ｓａ 第１の光学系の絞り
Ｓｂ 第２の光学系の絞り
Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌａ 第１の光学系を構成するレンズ
Ｌ２ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌｂ 第２の光学系を構成するレンズ
Ｎａ 第１の撮像領域
Ｎｂ 第２の撮像領域
１０、１０ａ、１０ｂ 第１の光学系
２０、２０ａ、２０ｂ 第２の光学系
３０ 第１の光学系
４０ 第２の光学系

Claims (18)

1. 第１色、第２色、第３色の光軸上における結像位置が異なる軸上色収差を有する第１の光学系と、
   前記第１の光学系を透過した光を用いて、前記第１色、第２色、第３色のうち少なくとも１つの色の成分の画像を生成する第１の撮像領域と、
   前記第１の光学系とは異なる軸上色収差を有する第２の光学系と、
   前記第２の光学系を透過した光を用いて、前記少なくとも１つの色の成分と同じ色の成分を含む画像を生成する第２の撮像領域と、
   前記第１の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像、および前記第２の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像のうち、鮮鋭度の高い方の成分の画像を用いて、出力画像を生成する演算処理部とを備える、撮像装置。
2. 前記第１の撮像領域および前記第２の撮像領域は、前記第１色、第２色、第３色のうち複数の色の成分の画像を生成し、
   前記演算処理部は、前記複数の色のそれぞれにおいて鮮鋭度の高い方の成分の画像を用いて、前記出力画像を生成する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１の光学系においては、前記光軸上の像面に向かう方向に、前記第１色、第２色、第３色の順で光線の結像位置が配置し、
   前記演算処理部は、前記第１の撮像領域からの画像および前記第２の撮像領域からの画像に前記第１色、前記第２色および前記第３色の成分が含まれる場合には、前記第１色、前記第２色、前記第３色それぞれにおける鮮鋭度の高い方の成分を用いて、前記第１色、前記第２色、前記第３色の成分を含む前記出力画像を生成する、請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の光学系および前記第２の光学系は、
   前記第１色および前記第２色の前記所定の空間周波数におけるＭＴＦ値が、前記第１の光学系において所定値以上となり、前記第３色の前記所定の空間周波数におけるＭＴＦ値が、前記第１の光学系において前記所定値未満となり、かつ前記第２の光学系において前記所定値以上となる光軸上の第１範囲と、
   前記第１の光学系および前記第２の光学系のうちの少なくともいずれか一方において、前記第１色から前記第３色の前記所定の空間周波数におけるＭＴＦ値がいずれも所定値以上となる光軸上の第２範囲と、
   前記第２色および前記第３色の前記所定の空間周波数におけるＭＴＦ値が、前記第１の光学系において前記所定値以上となり、前記第１色の前記所定の空間周波数におけるＭＴＦ値が、前記第１の光学系において前記所定値未満となり、かつ前記第２の光学系において前記所定値以上となる光軸上の第３範囲とを有するスルーフォーカスＭＴＦ特性を有する、請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第２の範囲は、前記第１の範囲よりも被写体距離が長い場合に前記第１の撮像領域および前記第２の撮像領域が配置される前記光軸上の位置であり、
   前記第３の範囲は、前記第１の範囲および前記第２の範囲よりも被写体距離が長い場合に前記第１の撮像領域および前記第２の撮像領域が配置される前記光軸上の位置である、請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記第１の光学系の光路と前記第２の光学系の光路を分割する分光部材をさらに備える、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記第１の光学系の光軸と前記第２の光学系の光軸が平行であって、
   前記第１の撮像領域と前記第２の撮像領域とが同一平面状に配置される、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記第１色、第２色、第３色は、青色、緑色、赤色であり、
   前記第１の光学系では、光軸上の像面に向う方向に青色、緑色、赤色の順で光線が結像し、
   前記第２の光学系では、光軸上の像面に向う方向に赤色、緑色、青色の順で光線が結像する、請求項１から７のいずれかに記載の撮像装置。
9. 前記演算処理部は、
   前記第１の光学系からの画像における所定領域毎に各色の鮮鋭度を検出する第１鮮鋭度検出部と、
   前記第２の光学系からの画像における所定領域毎に各色の鮮鋭度を検出する第２鮮鋭度検出部と、
   前記第１の光学系からの画像の所定領域毎の各色の鮮鋭度と前記第２の光学系からの画像の所定領域毎の各色の鮮鋭度とに基づいて所定領域毎に前記出力画像を生成する画像生成部とを備えている、請求項１から８のいずれかに記載の撮像装置。
10. 前記演算処理部は、前記第１の光学系の緑色の成分と前記第２の光学系の緑色の成分との視差量を検出する視差量検出部をさらに備え、
    前記画像生成部では、前記視差量に基づいて前記出力画像を生成する、請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記演算処理部は、前記第１の撮像領域からの画像および前記第２の撮像領域からの画像のうち、前記第１色、前記第２色および前記第３色のそれぞれにおける鮮鋭度の高い方の成分を、出力画像の前記第１色、前記第２色、前記第３色の成分として用いる、請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
12. 前記演算処理部は、前記第１の撮像領域からの画像における前記第１色、前記第２色および前記第３色の成分と、前記第２の撮像領域からの画像における前記第１色、前記第２色および前記第３色の成分とを色ごとに加算して前記出力画像を生成する、請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
13. 前記演算処理部は、前記第１色、前記第２色および前記第３色のうち最も高い鮮鋭度の成分に基づいて他の成分を鮮鋭化させる、請求項１から１２のいずれかに記載の撮像装置。
14. 前記第１の光学系および前記第２の光学系のうち少なくとも一方において、少なくとも１つのレンズ面が回折レンズ形状を有する、請求項１から１３のいずれかに記載の撮像装置。
15. 前記視差量に基づいて被写体までの距離を測定する、請求項１０に記載の撮像装置。
16. 第１色、第２色、第３色の光軸上における結像位置が異なる軸上色収差を有する第１の光学系と、
    前記第１の光学系を透過した光を用いて、前記第１色、第２色、第３色のうち少なくとも１つの色の成分の画像を生成する第１の撮像領域と、
    前記第１の光学系とは異なる軸上色収差を有する第２の光学系と、
    前記第２の光学系を透過した光を用いて、前記少なくとも１つの色の成分と同じ色の成分を含む画像を生成する第２の撮像領域と、
    前記第１の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像、および前記第２の撮像領域において生成された前記少なくとも１つの色の成分の画像のうち、コントラストの大きい方の成分の画像を用いて、出力画像を生成する演算処理部とを備える、撮像装置。
17. 前記第１の撮像領域および前記第２の撮像領域は、前記第１色、第２色、第３色のうち複数の色の成分の画像を生成し、
    前記演算処理部は、前記複数の色のそれぞれにおいてコントラストの大きい方の成分の画像を用いて、前記出力画像を生成する、請求項１６に記載の撮像装置。
18. 前記演算処理部は、
    前記第１の光学系からの画像における所定領域毎に各色のコントラストを検出する第１コントラスト検出部と、
    前記第２の光学系からの画像における所定領域毎に各色のコントラストを検出する第２コントラスト検出部と、
    前記第１の光学系からの画像の所定領域毎の各色のコントラストと前記第２の光学系からの画像の所定領域の各色のコントラストとに基づいて所定領域毎に前記出力画像を生成する画像生成部とを備えている、請求項１６または１７に記載の撮像装置。

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