JPH07307951A

JPH07307951A - 画像入力装置

Info

Publication number: JPH07307951A
Application number: JP6100022A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Zenzai; 充善財
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】カラーの静止画像をＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタ
ーを通して１色づつ３回に分けて取り込む画像入力装置
において、波長ごとに焦点距離が異なる現象を解消する
ため、色フィルターの厚みを変える、あるいはレンズ特
性を持たせることにより補正を行い、高品位な画像を実
現する。【構成】画像入力装置の装置本体１を、画像撮影用の
カメラ部２と、透過光源用の内部照明部３と、反射光源
用の外部照明部４及び撮影対象物５を保持するホルダー
６とで構成する。カメラ部２に対物レンズ３１及びＣＣ
Ｄ等の撮像素子８を有するビデオカメラ９を格納する。
対物レンズ３１と撮像素子８の間にフィルター盤１０を
回転自在に取り付ける。フィルター盤１０には、色分解
フィルターとしての赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）の各色（波長）のみを透過する厚みの異なるＲフ
ィルター３２とＧフィルター及びＢフィルターを配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばビデオカメラに
より対象物をフルカラーで撮影し、出力する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像入力装置を、図６〜図７に示
す。図６は画像入力装置の斜視図を示し、その装置本体
１は、画像撮影用のカメラ部２と、透過光源用の内部照
明部３と、反射光源用の外部照明部４及び撮影対象物５
を保持するホルダー６より構成されている。尚、撮影対
象物５は、写真、カラー原稿（反射光を使用）、ネガ、
ポジフィルム（透過光を使用）、その他静物、風景等ビ
デオカメラで撮影できるものであれば良いが、静止物で
あることが好ましい。

【０００３】図７は、画像入力装置の断面図で、より詳
細な構成を示している。カメラ部２は、対物レンズ７及
びＣＣＤ等の撮像素子８を有するビデオカメラ９が格納
されており、対物レンズ７と撮像素子８の間にフィルタ
ー盤１０が回転自在に取り付けられている。このフィル
ター盤１０は、図８に示すように、回転板１１に少なく
とも３枚（本従来例としては３枚として実施）の色分解
フィルター１２が取り付けられて軸１３にて回転自在に
支持されていると共に、該回転板１１の外周に取り付け
られたモータ１４にて回転制御されるようになってい
る。色分解フィルター１２は、通常自然光のうち光の３
原色として知られる赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）の各色（波長）のみを透過するフィルターが使わ
れており、それぞれをＲフィルター、Ｇフィルター、Ｂ
フィルターと呼ぶこととする。尚、対物レンズ７は、単
体でも、光学性能上複数のレンズ群で構成したものでも
よい。また、図７中、符号１５は内部照明部３内の照明
灯（蛍光灯等）、符号１６は拡散板である。

【０００４】そして、上記構成の画像入力装置の動作に
ついて説明すると、例えばフィルムのような透明体は内
部照明部３内の照明灯１５より発した光が拡散板１６に
より均一化された後、対象物５を通過し（反射原稿の場
合は反射し）、対物レンズ７及び色分解フィルター１２
を通って撮像素子８上に結像、撮影される。このとき色
分解フィルター１２のＲフィルターを透過した光は当然
のことながら赤色成分の情報のみが撮影されることにな
る。撮影された情報は画像情報として図示しない例えば
ＡＤコンバータ等を通じてデジタルメモリ装置（ＩＣメ
モリ、磁気テープ、光磁気ディスク等）に蓄えられる。

【０００５】次に、フィルター盤１０の回転によって色
分解フィルター１２のＧフィルターを透過した場合には
緑色成分が、さらに色分解フィルター１２のＢフィルタ
ーの場合には青色成分が同様に情報として蓄積されるこ
ととなる。こうして、Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分の情報の蓄積
が終了した時点で対象物５のカラー画像情報の取り込み
が終了する。すなわちこれらの情報は他のさまざまな機
器に供給され、フルカラーの再生画としての処理を経
て、例えばコンピュータグラフィクスやカラー印刷機、
カラービデオプリンタの画像情報として活用される。

【０００６】尚、上記従来例では一例を示したが、例え
ばフィルター位置は光源と撮像素子間であれば原理的に
はどこにあってもよく、また色分解フィルターを用いず
に三色の光源を使用し、発光のタイミングを切り替えて
同様の動作を行っている装置なども知られている。この
種の原理に基づく装置の最大の特徴は、同一撮像素子が
３回にわたって対象物を読み取ること、かつカラー成分
が色分解フィルターにより分離されているため、輝度信
号のみが得られれば良いこと、判りやすく言えば、例え
ば画素数が４０万画素の白黒用ＣＣＤにて１２０万画素
のカラーＣＣＤに匹敵する能力を発揮できる点にある。
ただ各色の読み取りには時間的なズレが生じるため静止
画、もしくは非常に緩やかな動作の撮影に適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の画像入力装置のように、カラー画像を扱う光学系の
共通の問題点として、図９に示すように各波長により異
なった屈折率を有するため、焦点位置が波長毎にずれて
しまう欠点があった。すなわち屈折率ｎは短波長側（青
色側）ほど大きく、長波長側（赤色側）に行くに従い小
さくなる。このため同一レンズを通った各光線の焦点位
置は青色光（Ｂ）が対物レンズ７に一番近く、緑色光
（Ｇ）、赤色光（Ｒ）の順で対物レンズ７より離れた位
置に焦点を結ぶようになる。この現象が画像のボケ、解
像力低下、レンズ周辺のディストーション（ゆがみ）、
色ずれ等の諸要因になっている。尚、実際の光学系は図
９に示したような単レンズではなく、これらの特性を改
善するために複雑なレンズ群を構成しており、さらに最
近では高度な非球面レンズも登場しているが、根本的な
解決策はむずかしい。また、このことがレンズ設計に膨
大な工数を要するばかりでなく、高価なレンズを必要と
する主原因となっていた。

【０００８】そこで、本発明は、上記の課題を解決する
ために、各波長を選択する色分解フィルターに光学的特
性を付与し、屈折率の違いによって生ずる焦点位置のず
れを補正することができる画像入力装置を提供するもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の画像入力装置
は、対物レンズと、特定波長の光を透過する色分解フィ
ルターと、画像を電気信号に変換する撮像素子と、撮影
対象物を保持するホルダーとを有する。この色分解フィ
ルターは、各々厚みの異なるフィルターを用いている。
また、各色分解フィルターにレンズ機能を付与させた
り、さらに、色分解フィルターの切り替え機構に同期し
て対物レンズに焦点調整機構を設け、これら色分解フィ
ルターの切り替え機構及び上記焦点調整機構に同期して
上記ホルダーを光軸方向に移動する機構を設けてある。

【００１０】

【作用】対物レンズを通過した光が厚さの異なる色分解
フィルターを通過することにより光路長が補正され、撮
像素子上に正しく結像させることができる。同様に対物
レンズを通過した光がレンズ特性をもつ色分解フィルタ
ーを通過することにより光路が補正され、撮像素子上に
正しく結像させることができる。同様に対物レンズを通
過した光を焦点調整機構により撮像素子上に正しく結像
させることができる。さらに、撮影対象物を保持するホ
ルダーを移動させ、レンズ、対象物、撮像素子の位置を
適正に保つことにより、より正確な等倍像を撮像素子上
に結像させることができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面と共に詳述す
る。

【００１２】＜第１実施例＞図１において、符号１は画
像入力装置の装置本体であり、該装置本体１を、画像撮
影用のカメラ部２と、透過光源用の内部照明部３と、反
射光源用の外部照明部４及び撮影対象物５を保持するホ
ルダー６で構成してある点、カメラ部２に対物レンズ３
１及びＣＣＤ等の撮像素子８を有するビデオカメラ９を
格納してある点、対物レンズ３１と撮像素子８の間にフ
ィルター盤１０を回転自在に取り付けてある点は、従来
の構成と同様である。ここで、フィルター盤１０の回転
板１１には、図２に示すように、色分解フィルターとし
ての赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色（波
長）のみを透過する厚みの異なるＲフィルター３２とＧ
フィルター３３及びＢフィルター３４をそれぞれ配置し
てある。

【００１３】図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示すように、上
記各色分解フィルターは、Ｒフィルター３２、Ｇフィル
ター３３、Ｂフィルター３４の順にそれぞれ厚くなるよ
うに構成してある。このように各色分解フィルターの厚
みを変えることによって対物レンズ３１の焦点位置の補
正を行っている。図３（ａ）は、説明のため同一厚のフ
ィルター３０を用いた実際の結像の様子を示している。
対物レンズ３１に近い側より青、緑、赤色の像が結像さ
れる。また、像の大きさも対物レンズ３１からの距離に
比例し、青、緑、赤の順に大きくなっている。これに対
し図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ厚みを変えた
Ｒ，Ｇ，Ｂフィルター３２，３３，３４での光線の軌跡
を示している。すなわち図３（ｂ）において光軸に平行
な光線は対物レンズ３１の第２主平面との交点Ｈにより
屈折されＡ点にてＲフィルター３２に入射する。このＲ
フィルター３２内では赤色成分のみが入口側及び出口側
にて２度屈折され、Ｂ点よりＨ−Ａと平行に出てＰ点で
結像する。Ｈ−Ａの延長線と物体の頂点ＱからＯを通る
Ｑ−Ｏの延長線の交点をＰ′とするとＰ−Ｐ′、すなわ
ち焦点の移動距離はＲフィルター３２の屈折率ｎｒおよ
び厚みｔｒによって近似的に決まり、Ｐ−Ｐ′＝ｔｒ（ｎｒ−１）で表すことができる。すなわちｎｒおよびｔｒを適宜に
設定することによりＰ点をある程度の範囲で補正でき
る。同様に、Ｇフィルター３３、Ｂフィルター３４にお
いても補正が行われることにより、Ｐ点の位置すなわち
撮像素子８の面上に正確に焦点を合わせることができる
（このときの各フィルター３２，３３，３４の厚み関係
は、ｔｒ＜ｔｇ＜ｔｂとなっている）。実際のビデオカ
メラ９では焦点距離３０ｍｍくらいの対物レンズ３１の
場合、焦点のずれは最大でも０．５ｍｍ程度であり、屈
折率１．５のガラスフィルターを用いると１ｍｍ程度の
厚さの差を設ければ、上記条件を達成することができ
る。

【００１４】ただし、上記条件にて補正できるのは焦点
距離のみであり、像の大きさについては変化がない。し
かしながら、安価な平面フィルターを用いるのみで焦点
ずれをほぼ完全に除去することができる。尚、フィルタ
ー厚みの違いにより透過率に変化が起きないよう濃度の
配慮が必要であるのは勿論であり、若しくは透明体にフ
ィルム状のフィルターを張り付けたものであっても差し
支えない。

【００１５】＜第２実施例＞図４は第２実施例の光学系
を示す。

【００１６】図３に示す第１実施例の光学系では、色分
解フィルターとして平面フィルターであるＲ，Ｇ，Ｂフ
ィルター３２，３３，３４を使用したのに対し、図４に
示す第２実施例の光学系ではレンズ形状のフィルターを
使用する。図４（ａ）には説明のため対物レンズ３５の
前側に同一形状の平面フィルターを置いた場合のＲ，
Ｂ，Ｇの各光線の軌跡を示す。

【００１７】図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）では、第２実
施例によるＲ，Ｂ，Ｇフィルター３９，４０，４１を使
用した各光線の軌跡を示している。図４（ｃ）のフィル
ターは判り易く平板状とし、透明体の平板３７にフィル
ム状のＧフィルター４０を貼った構造となっている。ま
た、図４（ｂ）は、透明体の凸レンズ３６にＲフィルタ
ー３９を、図４（ｄ）は、透明体の凹レンズ３８にＢフ
ィルター４１を貼った構造である。フィルム状のフィル
ター３９，４０，４１を貼ったのはレンズ厚により透過
率が変化するのを避けるためである。第２実施例ではこ
のようにフィルターにレンズ機能を持たせることにより
焦点位置を補正し、撮像素子面上に正確に結像させるも
のである。

【００１８】さらに、第２実施例では、光軸より等距離
にあるＨ点を通る光線の軌跡（図４（ｂ），（ｄ）は破
線で表示）が同一経路を通過することにより像の大きさ
も完全に一致していることが判る。また、第１実施例で
はフィルターの置ける位置は対物レンズ３１と撮像素子
８の間、厳密には対物レンズ群の第１レンズと撮像素子
８の間に限定されているのに対して、第２実施例では図
１に示す光源１５と撮像素子８との間であれば理論的に
配置が可能であり、装置全体の設計自由度を大幅に向上
させることができる。また、前述したように像の倍率も
同時に補正できるため、色ずれ、歪みのないより高画質
な映像が得られる。さらに収差等を考慮した最適なレン
ズ形状を選択することが可能となるなど、レンズ設計上
の自由度も大幅に向上させることができるという実用上
多大な効果を有する。

【００１９】＜第３実施例＞図５は第３実施例の光学系
を示す。

【００２０】この第３実施例は、各フィルターによって
生ずる焦点位置のずれを、焦点調整機構により調整を行
い、読み取りを行う方式である。図５（ａ）において、
フィルター４３の切り替えにより焦点位置ずれが発生し
た場合、対物レンズ４２を移動させることにより焦点の
補正が可能である。ただしこの場合、像の倍率Ｎは対物
レンズ４２と対象物の距離をａ、対物レンズ４２と像
（撮像素子面）の距離をｂとして、Ｎ＝ｂ／ａとして表せるため、倍率の変化を伴うこととなる。第３
実施例では、この欠点を解消するために、さらに次の機
構を用いている。図５（ｂ）にその原理を示す。すなわ
ち光軸と撮像素子面の交点Ｌを支点に回転するレバーＬ
Ｎを設定する。レバーＬＮは全長をｂ：ａに分割する点
Ｍ、およびＮ点にて光軸に平行に移動する長さがそれぞ
れｂ、及びａ＋ｂのレバーＭＳおよびＮＴにリンクして
いる。Ｓ点、Ｔ点はそれぞれ対物レンズ４２とホルダー
６に直結し、レバーＬＮの回転により両者を光軸方向に
移動させる構造となっている。Ｌ−Ｍ長、Ｍ−Ｎ長はそ
れぞれ比例定数をｋとしてｋｂ，ｋａとする。

【００２１】この機構において、レバーＬＮがθだけ回
転した場合のＳ，Ｔの移動量はｋｂｓｉｎθ，ｋ（ｂ＋
ａ）ｓｉｎθであり、移動後の倍率は、ｂ′／ａ′＝ｂ−ｋｂｓｉｎθ／ａ−ｋ（ｂ＋ａ）ｓｉ
ｎθ＋ｋｂｓｉｎθ＝ｂ／ａとなり、像の大きさに変化を与えない機構であることが
分かる。このレバーＬＮを更にフィルター切り替え機構
と同期して焦点の合うような規定角度分に回転するよう
設定することにより、撮像素子上に等倍の結像が得られ
るものである。

【００２２】以上、代表的な第１，第２，第３実施例に
ついて説明したが、これらは複合して用いることも可能
である。また、説明では焦点距離と倍率に的を絞り解説
したが、実際の光学設計はレンズ群との組合せで様々な
要素を加味して選択されることは勿論である。

【００２３】尚、実施例は前記各実施例にのみ限定され
るものではなく、同様の原理に基づいて動作する種々の
装置に応用が可能である。例えば、前記各実施例ではエ
リアＣＣＤを用いた装置をイメージしたが、ラインＣＣ
Ｄを用いて面順次でカラー原稿を読み取るスキャナーな
どには、同様の原理で容易に応用が可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の画像入力装置で
は、（１）カラー画像のボケ、解像力低下、収差、色ずれ等
の光学的特性を飛躍的に改善することができる。このた
め極めて高画質の画像が得られる。

【００２５】（２）複雑なレンズ構成を要せず、レンズ
設計が簡略化される。

【００２６】（３）安価なレンズを供給でき、装置全体
の低廉化を図ることができる。

【００２７】（４）装置全体の小型化、軽量化に有利で
ある。

【００２８】（５）レンズ設計の自由度が増大し、より
高性能な光学設計ができる。

【００２９】（６）レンズ設計に要する膨大な工数の削
減が可能である。

【００３０】などの実用上多大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の画像入力装置を示す断面
図。

【図２】上記第１実施例に用いられる回転フィルターの
正面図。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、上記第１実施例の光学系の
説明図。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第２実施例の光学系の説明
図。

【図５】（ａ），（ｂ）は、第３実施例の光学系の説明
図。

【図６】従来例の画像入力装置を示す斜視図。

【図７】上記従来例の画像入力装置の断面図。

【図８】上記従来例に用いられる回転フィルターの正面
図。

【図９】上記従来例の光学系の説明図。

【符号の説明】

５…撮影対象物６…ホルダー８…撮像素子３１…対物レンズ３２，３３，３４…色分解フィルター３５…対物レンズ３９，４０，４１…色分解フィルター４２…対物レンズ４３…色分解フィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズと、特定波長の光を透過する
色分解フィルターと、画像を電気信号に変換する撮像素
子と、撮影対象物を保持するホルダーと、を有すること
を特徴とする画像入力装置。
【請求項２】前記色分解フィルターに各々厚みの異な
るフィルターを用いたことを特徴とする請求項１に記載
の画像入力装置。
【請求項３】前記色分解フィルターにレンズ機能を付
与させたことを特徴とする請求項１に記載の画像入力装
置。
【請求項４】前記色分解フィルターの切り替え機構に
同期して前記対物レンズに焦点調整機構を設けたことを
特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
【請求項５】前記色分解フィルターの切り替え機構お
よび前記焦点調整機構に同期して前記ホルダーを光軸方
向に移動する機構を設けたことを特徴とする請求項４に
記載の画像入力装置。