JP5067811B2

JP5067811B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP5067811B2
Application number: JP2008306711A
Authority: JP
Inventors: 孝室岡; 磴　　秀康; 安土遠藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: JP2010130655A

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、特許文献１に示すように、色フィルタと偏光フィルタとを受光部に重ね合わせて被写体を撮像する方法が知られている。
特開２００８−０２６３５３号公報

上記特許文献１によれば、偏光状態がそれぞれ異なる偏光フィルタ毎に、それぞれＲＧＢの色フィルタを割り当てるので、カラー画像及び偏光画像の解像度が落ちてしまう。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、撮像装置であって、第１波長帯域の光を偏光状態によらず透過し、第２波長帯域の光を異なる偏光状態毎にそれぞれ透過する複数の偏光フィルタを有する偏光フィルタ部と、前記第２波長帯域の光を帯域によらず透過し、前記第１波長帯域の光を異なる帯域毎にそれぞれ透過する複数の色フィルタを有する色フィルタ部と、前記複数の偏光フィルタ及び前記複数の色フィルタを透過したそれぞれの光を、それぞれ受光する複数の画素を有する撮像素子とを備える。

前記第１波長帯域の光と前記第２波長帯域の光とを切り替えて被写体に照射する照射部を備え、前記第１波長帯域の光を照射させて前記撮像素子に無偏光画像を撮像させてよく、前記第２波長帯域の光を照射させて前記撮像素子に偏光画像を撮像させてよい。

前記照射部は、光源と、前記第１波長帯域の光を透過する第１フィルタと、前記第２波長帯域の光を透過する第２フィルタとが同一円周上に配設された回転フィルタを有してよく、前記回転フィルタを回転させることにより、前記第１波長帯域と前記第２波長帯域とを切り替えて被写体に照射してよい。

前記第１波長帯域は、可視光線の波長帯域以下の波長帯域であり、前記第２波長帯域は赤外線の波長帯域であってよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施の形態の撮像装置１００を示す。撮像装置１００は、撮像部１０１、画像生成部１０２、照射部１０３、表示部１０４、記録部１０５、及び制御部１１０を備える。

撮像部１０１は、レンズ１１１、偏光フィルタ部１５０、色フィルタ部１７０、及び撮像素子の一例であるＣＣＤ１９０を有する。なお、ＣＣＤ１９０に変えて、ＣＭＯＳ等の撮像素子であってもよい。偏光フィルタ部１５０は、レンズ１１１を透過した被写体の光のうち、第１波長帯域の光を偏光状態によらず透過して、第２波長帯域の光を異なる偏光状態毎にそれぞれ透過する複数の偏光フィルタを有する。色フィルタ部１７０は、偏光フィルタ部１５０を透過した光のうち、第２波長帯域の光を帯域によらず透過して、第１波長帯域の光を異なる帯域毎にそれぞれ透過する複数の色フィルタを有する。第１波長帯域は、可視光線の波長帯域であってよく、第２波長帯域は、赤外線の波長帯域であってよい。

ＣＣＤ１９０は、偏光フィルタ部１５０及び色フィルタ部１７０が透過したそれぞれの光を、それぞれ受光する複数の画素を有する。なお、撮像部１０１は、図示しないがＣＣＤ１９０を駆動させる撮像素子駆動ドライバ、及びＡＤ変換器等も含む。つまり、撮像素子により撮像された画像が撮像素子駆動ドライバにより読み出されて、ＡＤ変換器によってデジタル信号に変換される。この撮像素子駆動ドライバ及びＡＤ変換器等は、制御部１１０によって制御される。制御部１１０は、ＣＰＵ等の情報処理装置であってよい。

照射部１０３は、光を被写体に照射する。照射部１０３は、光源１０６を有する。光源１０６は、光を発光する。また、照射部１０３は、回転フィルタ１０７を有する。回転フィルタ１０７には、第１波長帯域の光を透過する第１フィルタと、第２波長帯域の光を透過する第２フィルタとが同一円周上に配設されている。この回転フィルタを回転することにより、照射部１０３は、第１波長帯域の光と第２波長帯域の光とを切り替えて被写体に照射する。

制御部１１０は、照射部１０３を制御する。制御部１１０は、光源１０６の発光を制御する。また、制御部１１０は、回転フィルタ１０７の回転を制御する。つまり、照射部１０３は、制御部１１０の制御にしたがって、赤外線の波長帯域の光と可視光線の波長帯域とを切り替えて照射する。また、制御部１１０は、ユーザの操作によって指定された波長帯域の光を照射するように回転フィルタ１０７を回転させてもよい。また、制御部１１０は、光源１０６を発光させているときに、撮像部１０１の撮像素子駆動ドライバ及びＡＤ変換器等を制御して、ＣＣＤ１９０に被写体の戻り光を撮像させる。

画像生成部１０２は、撮像部１０１が撮像した画像データに対して種々の画像処理を施してよい。また、輝度色差信号の画像データを生成してもよい。この画像生成部１０２は、ＣＰＵ等の情報処理装置によって実現してもよく、電子回路又は電気回路によって実現してもよい。また、表示部１０４は、画像生成部１０２が生成した画像データの画像を表示する。表示部１０４は、液晶、有機ＥＬ、プラズマなどのディスプレイと、該ディスプレイを制御する表示制御部とを有する。表示制御部は、ＣＰＵ等の情報処理装置によって実現されてもよい。また、記録部１０５は、画像生成部１０２が生成した画像データを記録する。記録部１０５は、フラッシュメモリ、ハードディスクなどの記録媒体と、該記録媒体にデータを記録する制御部とを有する。記録制御部は、ＣＰＵ等の情報処理装置によって実現されてもよい。

図２は、偏光フィルタ部１５０、及び色フィルタ部１７０の一例を示す。偏光フィルタ部１５０は、異なる偏光状態の光をそれぞれ透過する複数の偏光フィルタを有する。偏光フィルタ部１５０は、偏光状態が異なる光をそれぞれ透過する複数の偏光フィルタをそれぞれ含む複数の偏光フィルタユニット１５１を有する。ここでは、偏光状態が異なる偏光フィルタとして、縦方向の直線偏光の光を透過する第１偏光フィルタ１６０と、斜め右方向の直線偏光の光を透過する第２偏光フィルタ１６１と、斜め左方向の直線偏光の光を透過する第３偏光フィルタ１６２と、横方向の直線偏光の光を透過する第４偏光フィルタ１６３とを有する。ここでは、第１偏光フィルタ１６０と第４偏光フィルタ１６３とは、互いに偏光方向が直交している。また、第２偏光フィルタ１６１と第３偏光フィルタ１６２とは、互いに偏光方向が直交している。なお、それぞれの偏光フィルタは互いに直交しなくてもよい。また、それぞれの偏光フィルタの一部が互いに偏光方向が直交していてもよい。

また、それぞれの偏光フィルタは、可視光線の波長帯域の光を偏光状態によらず透過する。また、それぞれの偏光フィルタは、赤外線の波長帯域の光のうち、予め定められた偏光状態の光を透過する。つまり、第１偏光フィルタ１６０〜第４偏光フィルタ１６３は、可視光線の波長帯域の光を偏光状態によらずそのまま透過する。また、第１偏光フィルタ１６０は、赤外線の波長帯域の光のうち、縦方向の直線偏光の光を透過する。また、第２偏光フィルタ１６１は、赤外線の波長帯域のうち、斜め右方向の直線偏光の光を透過する。また、第３偏光フィルタ１６２は、斜め左方向の直線偏光の光を透過する。また、第４偏光フィルタ１６３は、横方向の直線偏光の光を透過する。つまり、この第１偏光フィルタ１６０〜第４偏光フィルタ１６３は、それぞれ予め定められた偏光状態の赤外線光を透過して、赤外線以外の光はそのまま透過する。

この赤外線光のみ偏光させて透過させる偏光フィルタとしては、例えば、シグマ光機株式会社（登録商標）製品の偏光キューブビームスプリッタＰＢＳＷ−１０−８００などを用いて作成することができる。この偏光キューブビームスプリッタは、光をＳ偏光とＰ偏光に分けるが、Ｐ偏光の光が色フィルタの方に透過するように設け、Ｓ偏光の光が透過する面を黒く塗装して遮蔽する。そして、Ｐ偏光の向きを、縦方向にして第１偏光フィルタ１６０とする。また、Ｐ偏光の向きを、斜め右方向にして第２偏光フィルタ１６１とする。また、Ｐ偏光の向きを、斜め左方向、及び横方向にして、それぞれ第３偏光フィルタ１６２、及び第４偏光フィルタ１６３とする。

色フィルタ部１７０は、異なる色の帯域の光をそれぞれ透過する複数の色フィルタを有する。色フィルタ部１７０は、異なる色の帯域の光をそれぞれ透過する複数の色フィルタをそれぞれ含む複数の色フィルタユニット１７１を有する。ここでは、異なる色の帯域の色フィルタとして、赤色の波長帯域（例えば、６００〜７００ｎｍの波長帯域）の光を透過するＲ色フィルタ１８０と、緑色の波長帯域（例えば、５００〜６００ｎｍの波長帯域）の光を透過するＧ色フィルタ１８１と、青色の波長帯域（例えば、４００〜５００ｎｍの波長帯域）の光を透過するＢ色フィルタ１８２とを有する。色フィルタユニット１７１は、１つのＲ色フィルタ１８０と、２つのＧ色フィルタ１８１と、１つのＢ色フィルタ１８２とを有する。なお、色フィルタ部１７０はＲＧＢ以外の色の波長帯域を透過する色フィルタを備えてもよい。

また、それぞれの色フィルタは、赤外線の波長帯域の光を帯域によらず透過する。また、それぞれの色フィルタは、可視光線の波長帯域のうち、予め定められた帯域の光を透過する。つまり、Ｒ色フィルタ１８０、Ｇ色フィルタ１８１、及びＢ色フィルタ１８２は、赤外線の波長帯域の光を帯域によらずそのまま透過する。また、Ｒ色フィルタ１８０は、可視光線の波長帯域のうち、赤色の波長帯域の光を透過する。また、Ｇ色フィルタ１８１は、可視光線の波長帯域のうち、緑色の波長帯域の光を透過する。また、Ｂ色フィルタ１８２は、可視光線の波長帯域のうち、青色の波長帯域の光を透過する。また、それぞれの色フィルタは、紫外線の波長帯域をそのまま透過させる特性を有するものでもよく、紫外線の波長帯域を遮蔽する特性を有するものであってもよい。なお、ここでは、Ｒ色フィルタ１８０、Ｇ色フィルタ１８１、及びＢ色フィルタ１８２を総称して色フィルタと呼ぶ。

また、図２を見るとわかるように、偏光フィルタ部１５０の第１偏光フィルタ１６０を透過した光は、色フィルタ部１７０のＲ色フィルタ１８０に入射する。また、第２偏光フィルタ１６１を透過した光は、色フィルタユニット１７１の右上にあるＧ色フィルタ１８１に入射する。また、第３偏光フィルタ１６２を透過した光は、色フィルタユニット１７１の左下にあるＧ色フィルタ１８１に入射する。また、第４偏光フィルタ１６３を透過した光は、Ｂ色フィルタ１８２に入射する。つまり、それぞれの偏光フィルタを透過した光は、透過した偏光フィルタに対応した色フィルタに入射する。つまり、それぞれの偏光フィルタとそれぞれの色フィルタとは一対一応で対応している。また、それぞれのＲ色フィルタ１８０、Ｇ色フィルタ１８１、Ｂ色フィルタ１８２を透過した光は、撮像素子のそれぞれの画素で受光される。つまり、それぞれの色フィルタを透過した光は、透過した色フィルタに対応する画素に入射する。言うなれば、それぞれの偏光フィルタ、それぞれの色フィルタ、及びそれぞれの画素とは互いに対応している。

図３は、回転フィルタ１０７の一例を示す。回転フィルタ１０７は、可視光透過フィルタ１４１と、赤外光透過フィルタ１４２とを有する。可視光透過フィルタ１４１は、約４００〜７００ｎｍの波長帯域の光を透過する。また、可視光透過フィルタ１４１は、７００ｎｍ以下の波長帯域を透過してもよい。つまり、赤外線光を透過しないフィルタであればよい。したがって、可視光透過フィルタ１４１は、赤外線カットフィルタであってもよい。また、赤外光透過フィルタ１４２は、約７００ｎｍ以上の波長帯域の光を透過する。つまり、可視光線の波長帯域の光を透過しないフィルタであればよい。したがって、赤外光透過フィルタは、可視光線カットフィルタであってもよい。また、回転フィルタ１０７には、同一円周上に可視光透過フィルタ１４１と赤外光透過フィルタ１４２とが配設されている。

図４は、光源１０６と、回転フィルタ１０７との対応関係の一例を示す。照射部１０３は、回転フィルタ１０７を、軸１４３を中心に回転させることにより、光源が発光した光の光路上に、可視光透過フィルタ１４１と赤外光透過フィルタ１４２の何れかの透過フィルタをセットすることができる。つまり、回転フィルタ１０７を、軸１４３を中心に回転させることにより、光源１０６が発光した光の波長帯域を、可視光線の波長帯域と、赤外線の波長帯域とに切り替える。これにより、照射部１０３は、可視光線の波長帯域の光と、赤外光線の波長帯域の光とを切り替えて被写体に照射することができる。

次に、撮像装置１００の動作について説明する。照射部１０３が可視光線の波長帯域の光を被写体に照射すると、その戻り光が撮像部１０１に入射する。このとき、戻り光は可視光線の波長帯域の光なので、偏光フィルタ部１５０は、光の偏光状態によらず透過する。つまり、偏光フィルタ部１５０の第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１６１、第３偏光フィルタ１６２、及び第４偏光フィルタ１６３は、入射されたそれぞれの光を偏光せずにそのまま透過する。

そして、偏光フィルタ部１５０を透過した光は可視光線の波長帯域の光なので、色フィルタ部１７０は、異なる帯域毎にそれぞれ透過する。つまり、色フィルタ部１７０のＲ色フィルタ１８０は、入射された可視光線の波長帯域の光のうち、赤色の波長帯域の光を透過する。また、Ｇ色フィルタ１８１は、入射された可視光線の波長帯域の光のうち、緑色の波長帯域の光を透過する。また、Ｂ色フィルタ１８２は、入射された可視光線の波長帯域の光のうち、青色の波長帯域の光を透過する。そして、Ｒ色フィルタ１８０、Ｇ色フィルタ１８１、及びＢ色フィルタ１８２をそれぞれ透過した光が、ＣＣＤ１９０のそれぞれの画素に入射する。これにより、可視光線の波長帯域の光を照射した場合は、解像度を下げることなく被写体のカラー画像を得ることができる。したがって、被写体のカラー画像を得たい場合には、照射部１０３は可視光線の波長帯域の光を照射する。このカラー画像は、偏光フィルタ部１５０によって偏光されていないので無偏光画像となる。

次に、照射部１０３が赤外線の波長帯域の光を被写体に照射すると、その戻り光が撮像部１０１に入射する。このとき、戻り光は赤外線の波長帯域の光なので、偏光フィルタ部１５０は、異なる偏光状態毎にそれぞれ透過する。つまり、偏光フィルタ部１５０の第１偏光フィルタ１６０は、入射された赤外線の光のうち、縦方向の直線偏光の光を透過する。また、第２偏光フィルタ１６１は、入射された赤外線の光のうち、斜め右方向の直線偏光の光を透過する。また、第３偏光フィルタ１６２は、入射された赤外線の光のうち、斜め左方向の直線偏光の光を透過する。また、第４偏光フィルタ１６３は、入射された赤外線の光のうち、横方向の直線偏光の光を透過する。

そして、偏光フィルタ部１５０を透過した光は赤外線の波長帯域の光なので、色フィルタ部１７０は、光の帯域によらず透過する。つまり、色フィルタ部１７０のＲ色フィルタ１８０は、Ｇ色フィルタ１８１、及びＢ色フィルタ１８２は、入射されたそれぞれの光の波長帯域を変えずに透過する。そして、Ｒ色フィルタ１８０、Ｇ色フィルタ１８１、及びＢ色フィルタ１８２をそれぞれ透過した光が、ＣＣＤ１９０のそれぞれの画素に入射する。これにより、赤外線の波長帯域の光を照射した場合は、解像度を下げることなく被写体のそれぞれの偏光状態の偏光画像を得ることができる。したがって、被写体の偏光画像を得たい場合には、照射部１０３は赤外線の波長帯域の光を照射する。

このように、赤外線の波長帯域の光のみを偏光した光にする偏光フィルタ部１５０と色フィルタ部１７０とを撮像部１０１に設けることにより、解像度を下げることなく、偏光画像とカラー画像とを得ることができる。

上記実施の形態は、以下のように変形してもよい。
（１）偏光フィルタ部１５０と色フィルタ部１７０との配置を逆にしてもよい。つまり、上記実施の形態では、光が入射する側から順に偏光フィルタ部１５０と色フィルタ部１７０とを設けるようにしたが、光が入射する側から順に色フィルタ部１７０と偏光フィルタ部１５０とを設けるようにしてもよい。

（２）また、上記実施の形態では、偏光フィルタは直線偏光の光を透過するようにしたが、円偏光を透過する偏光フィルタ、楕円偏光の光を透過する偏光フィルタを用いてもよい。また、偏光フィルタを用いて偏光した光を透過するようにしたが、偏光フィルタと波長板とを組み合わせて、偏光した光を透過してもよい。また、上記実施の形態では、偏光方向の変調のみのケースであったが、任意の偏光パラメータが変調しているケースであってもよい。例えば、偏光方向と位相差の両者が変調しているケースであってもよい。

（３）また、上記実施の形態の撮像装置１００は、デジタルカメラ、ビデオカメラはもちろんのこと、内視鏡等の医療装置にも適用してよい。

（４）また、上記実施の形態では、照射部１０３を備えるようにしたが、照射部１０３を備えないようにしてもよい。被写体からの光の波長帯域が、主に可視光線の波長帯域であればカラー画像を得ることができ、被写体からの光の波長帯域が、主に赤外線の波長帯域であれば偏光画像を得ることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

本実施の形態の撮像装置１００を示す。偏光フィルタ部１５０、及び色フィルタの一例を示す。回転フィルタ１０７の一例を示す。光源１０６と、回転フィルタ１０７との対応関係の一例を示す。

符号の説明

１００撮像装置
１０１撮像部
１０２画像生成部
１０３照射部
１０４表示部
１０５記録部
１０６光源
１０７回転フィルタ
１１０制御部
１１１レンズ
１４１可視光透過フィルタ
１４２赤外光透過フィルタ
１４３軸
１５０偏光フィルタ部
１５１偏光フィルタユニット
１６０第１偏光フィルタ
１６１第２偏光フィルタ
１６２第３偏光フィルタ
１６３第４偏光フィルタ
１７０色フィルタ部
１７１色フィルタユニット
１８０Ｒ色フィルタ
１８１Ｇ色フィルタ
１８２Ｂ色フィルタ
１９０ＣＣＤ

Claims

第１波長帯域の光を偏光状態によらず透過し、第２波長帯域の光を異なる偏光状態毎にそれぞれ透過する複数の偏光フィルタを有する偏光フィルタ部と、
前記第２波長帯域の光を帯域によらず透過し、前記第１波長帯域の光を異なる帯域毎にそれぞれ透過する複数の色フィルタを有する色フィルタ部と、
前記複数の偏光フィルタ及び前記複数の色フィルタを透過したそれぞれの光を、それぞれ受光する複数の画素を有する撮像素子と
を備える撮像装置。
前記第１波長帯域の光と前記第２波長帯域の光とを切り替えて被写体に照射する照射部を備え、
前記第１波長帯域の光を照射させて前記撮像素子に無偏光画像を撮像させ、前記第２波長帯域の光を照射させて前記撮像素子に偏光画像を撮像させる
請求項１に記載の撮像装置。
前記照射部は、
光源と、前記第１波長帯域の光を透過する第１フィルタと、前記第２波長帯域の光を透過する第２フィルタとが同一円周上に配設された回転フィルタを有し、前記回転フィルタを回転させることにより、前記第１波長帯域と前記第２波長帯域とを切り替えて被写体に照射する
請求項２に記載の撮像装置。
前記第１波長帯域は、可視光線の波長帯域以下の波長帯域であり、前記第２波長帯域は赤外線の波長帯域である
請求項１から３の何れかに記載の撮像装置。