专利名称：摄像装置和使用它的测距装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及照相机等的摄像装置。
背景技术：
构成透镜的材料所对应的光的折射率会根据波长有所不同。因此，在摄像装置的光学系统入射有各种波长的光的情况下，会产生轴向色像差，得到由色而使清晰度(图像的锐度)不同的图像。在清晰度低的色包含于图像中时，该色成为画质劣化的要因。另外，在照相机等摄像装置中，被摄物体的位置包含在景深的范围内时，能够合焦且拍摄鲜明的图像。为了拍摄在各种位置上所配置的被摄物体，在摄像装置中分别需要检测焦点状态的机构、和进行调焦的机构。为了解决以上的课题，提出有一种技术，其利用光学系统的轴向色像差，使第一色成分的清晰度反映到与第一色成分不同的第二色成分，由此实现景深的扩张和轴向色像差的矫正(专利文献1)。若根据专利文献1的方法，通过使第一色成分的清晰度反映到第二色成分，则能够提高第二色成分的清晰度。由此，能够扩大景深，能够不进行调焦就比较鲜明地拍摄各种距离的被摄物体。先行技术文献专利文献专利文献1 特表2008-532449号公报在专利文献1的结构中，为了使第一色成分的清晰度反映到第二色成分，需要第一色成分和第二色成分双方的清晰度的信息。为此，焦点深度被限于全部的色的清晰度的信息存在的范围内。如此，在专利文献1的结构中，能够扩大焦点深度的范围存在界限，充分扩大景深有困难。另外，例如拍摄以黑色为背景的单色(例如蓝色)的被摄物体时，图像中被摄物体的颜色以外的色(绿色和红色)的成分不存在。因此，在由轴向色像差而使被摄物体的图像模糊时，不能将图像上的其他色的清晰度检测出而使之反映到被摄物体的清晰度。
发明内容
本发明为了解决上述课题而做，其主要目的在于，提供一种能够得到焦点深度和景深大且清晰度高的图像的摄像装置。本发明的另一目的在于，提供一种能够以高清晰度拍摄以黑色为背景的单色(例如蓝色)的被摄物体的摄像装置。本发明的摄像装置，具备第一光学系统，其具有使第一色、第二色、第三色在光轴上的成像位置不同的轴向色像差；第一摄像区域，其使用透过所述第一光学系统的光，生成所述第一色、第二色、第三色之中至少一个色的成分的图像；第二光学系统，其具有与所述第一光学系统不同的轴向色像差；第二摄像区域，使用透过所述第二光学系统的光，生成含有与所述至少一个色的成分相同的色成分的图像；运算处理部，其使用在所述第一摄像区域所生成的所述至少一个色的成分的图像和在所述第二摄像区域所生成的所述至少一个色成分的图像之中清晰度高的一方的成分的图像，生成输出图像。本发明的另一摄像装置，具有第一光学系统，其具有使第一色、第二色、第三色在光轴上的成像位置不同的轴向色像差；第一摄像区域，其使用透过所述第一光学系统的光， 生成所述第一色、第二色、第三色之中至少一个色的成分的图像；第二光学系统，其具有与所述第一光学系统不同的轴向色像差；第二摄像区域，其使用透过所述第二光学系统的光， 生成含有与所述至少一个色的成分相同的色成分的图像；运算处理部，其使用在所述第一摄像区域所生成的所述至少一个色的成分的图像和在所述第二摄像区域所生成的所述至少一个色成分的图像之中对比度大的一方的成分的图像，生成输出图像。根据本发明，通过基于在来自两个以上的摄像区域的图像之中各自色的清晰度高的一方的图像成分来生成输出图像，能够通过简单的手法提高输出图像的清晰度。另外能够比以往进一步扩大焦点深度，因此能够得到充分大的景深。此外根据本发明，在拍摄以黑色为背景的红、绿或蓝的单色被摄物体时，在两个以上的摄像区域的任意一个之中，所述被摄物体的色的清晰度比规定值大。因此，能够生成清晰度高的图像。
图1是本发明的摄像装置A的第一实施方式的模式图。图2(a)的(1) (3)是分别表示第一光学系统10的球面像差、像散和畸变的曲线图。(b)的(1) (3)是分别表示第二光学系统20的球面像差、像散和畸变的曲线图。图3(a)是表示第一光学系统10的轴向色像差的曲线图，(b)是表示第二光学系统20的轴向色像差的曲线图。图4是表示第一光学系统10、第二光学系统20的离焦MTF特性的曲线图。图5是按每个被摄物体距离地模式化地表示第一光学系10的离焦MTF特性和第二光学系统20的离焦MTF特性的图。图6(a)是表示在从第一光学系统10取得的第一彩色图像上、从光轴上向其周围扩展的每个色的点像强度分布的曲线图。(b)是表示在从第二光学系统20取得的第二彩色图像上、从光轴上向其周围扩展的每个色的点像强度分布的曲线图。(c)是表示从第一彩色图像和第二彩色图像分别选择清晰度高的色时的点像强度分布的曲线图。(d)是表示将第一彩色图像和第二彩色图像按每个色相加运算时的点像强度分布的曲线图。图7(a)是表示第二光学系统20的红色的点像强度分布、对其实施一次微分的分布、对其实施二次微分的分布的曲线图。(b)是表示从第一光学系统10的蓝色的点像强度分布减去第二光学系统20的红色点像强度分布的二次微分时的点像强度分布的曲线图。图8是表示第一光学系统10、第二光学系统20的离焦MTF特性的曲线图。图9是表示第一光学系统10a、第二光学系统20a的离焦MTF特性的曲线图。图10是表示第一光学系统10b、第二光学系统20b的离焦MTF特性的曲线图。图11是表示本发明的摄像装置A的第二实施方式的模式图。图12(a)的⑴ (3)是分别表示第一光学系统30的球面像差、像散和畸变的曲线图。(b)的(1) (3)是分别表示第二光学系统40的球面像差、像散和畸变的曲线图。图13(a)、(b)分别表示第一光学系统30的轴向色像差和第二光学系统40的轴向色像差的曲线图。图14是用于说明测距装置的三角测量的原理的图。图15是表示第一光学系统30、第二光学系统40的离焦MTF特性的曲线图。图16是表示在具有3个光学系统的摄像装置中各个光学系统的轴向色像差的曲线图。
具体实施例方式
以下，一边参照附图，一边说明本发明的摄像装置的实施方式。(第一实施方式)图1是表示本发明的摄像装置A的第一实施方式的模式图。本实施方式的摄像装置A具有第一光学系统10 ；透过第一光学系统10的光入射的第一摄像区域Na ；第二光学系统20 ；透过第二光学系统20的光入射的第二摄像区域Nb ；从第一摄像区域Na和第二摄像区域Nb取得图像的运算处理部C。第一光学系统10由光阑Μ、透镜Lla和透镜Lh构成，透镜Lla和透镜I^a具有共同的光轴。第二光学系统20由光阑Sb、透镜Llb和透镜L2b 构成，透镜Llb和透镜L2b具有共同的光轴。若光入射第一光学系统10的透镜Lla、L2a，则由于轴向色像差，而使光线在朝向透镜Lla、L2a的光轴上的像面的方向(从透镜Lla、Lh朝向第一摄像区域Na的方向)上按照例如蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)的顺序成像。另一方面，第二光学系统20的透镜Llb、L2b具有与第一光学系统10的透镜Lla、 Ua不同的轴向色像差。例如，若光入射第二光学系统20的透镜Llb、L2b，则光线在朝向透镜Lib、L2b的光轴上的像面的方向(从透镜Lib、L2b朝向第二摄像区域Nb的方向)上按照例如红色(R)、绿色(G)、蓝色⑶的顺序成像。因为第一光学系统10和第二光学系统20具有互不相同的轴向色像差，所以，由第一摄像区域Na得到的图像中的红、蓝、绿各自的色成分的清晰度，与由第二摄像区域Nb得到的图像中的红、蓝、绿各自的色成分的清晰度不同。利用这种不同，从在第一摄像区域Na 中所得到的第一彩色图像和在第二摄像区域Nb中所得到的第二彩色图像，使用在红色、蓝色、绿色各自中的清晰度高的一方的色成分，由此能够生成各自色的清晰度(或解像度)高的输出图像。还有，入射到第一光学系统10和入射到第二光学系统20的光，可以不必是蓝色 (B)、绿色(G)、红色(I )三色。可以是这三色之中的两色，也可以是这三色之中的一色。在第一彩色图像和第二彩色图像不包含红色、、蓝色、绿色的全部的色成分的情况下，通过使用在这些图像所含的各个色中清晰度高的一方的色成分，能够就图像所含的色而得到清晰度高的输出图像。这样的处理能够由运算处理部C进行。因为清晰度越高，图像的模糊越少，所以，通常认为邻接的微小区域间的亮度值的差异(灰度的差异)变大。因此，在本实施方式中，在清晰度的高低的评价中，使用取得图像的规定的微小区域的亮度值、和与该规定的微小区域邻接的微小区域的亮度值的差分的绝对值。以下，一边再度参照图1，一边对于本实施方式的摄像装置A更详细地进行说明。在本实施方式的摄像装置A中，在第一光学系统10的透镜Lla和第二光学系统20的透镜Llb之间配置有分光构件M。分光构件M例如是半透明镜，其承担的任务是，将来自被摄物体的光线1 一分为二，并引导至第一光学系统10的透镜Lla和第二光学系统20的透镜Lib。透镜Lla、Lib的光轴互相垂直地配置。并且，透镜Lla、Lib按照各自的光轴与分光构件M的镜面的角度成为45°的方式配置。入射到分光构件M的光之中的被分光构件M反射的光，经由第一光学系统10的光阑Sa，且入射透镜Lla。另一方面，入射到分光构件M的光之中的未被分光构件M反射而通过分光构件M的光，经由第二光学系统20的光阑 Sb，且入射透镜Lib。在第一光学系统10中，通过透镜Lla、L2a的光会入射到第一摄像区域Na。在第二光学系统20中，通过透镜Llb、L2b的光会入射到第二摄像区域Nb。如此，在第一摄像区域Na和第二摄像区域Nb中，有来自同一被摄物体的光达到，因此入射到各个摄像区域Na、Nb的且被包含于图像的色成分，实质上是相同的。第一、第二摄像区域Na、Nb与运算处理部C连接，运算处理部C处理从第一摄像区域Na和第二摄像区域Nb取得的两个彩色图像(第一彩色图像和第二彩色图像)，且生成一个彩色图像(输出图像)。如上述，第一光学系统10和第二光学系统20的轴向色像差互不相同。各个光线成像的顺序和位置能够通过各自的透镜的形状和材质以及配置进行调节。表1和表2分别表示图1所示的摄像装置A的第一光学系统10和第二光学系统 20的设计数据。在表1和表2中，ri表示各面的近轴曲率半径(mm)，di表示各面的面中心间隔(mm)，nd表示透镜或滤波器的d线的折射率，ν d表示透镜或滤波器的d线的阿贝数。表1·透镜数据焦距=10mm、F 值=4、λ = 550nm视场角2 ω =11.47°、有效像场直径=Φ 2mm
权利要求
1.一种摄像装置，具备第一光学系统，其具有使第一色、第二色、第三色在光轴上的成像位置不同的轴向色像差；第一摄像区域，其使用透过所述第一光学系统的光，生成所述第一色、第二色、第三色之中至少一个色的成分的图像；第二光学系统，其具有与所述第一光学系统不同的轴向色像差； 第二摄像区域，其使用透过所述第二光学系统的光，生成含有与所述至少一个色的成分相同的色成分的图像；运算处理部，其使用在所述第一摄像区域所生成的所述至少一个色的成分的图像和在所述第二摄像区域所生成的所述至少一个色成分的图像之中清晰度高的一方的成分的图像，生成输出图像。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述第一摄像区域和所述第二摄像区域中，生成所述第一色、第二色、第三色之中多个色的成分的图像，所述运算处理部中，使用在所述多个色各自中清晰度高的一方的成分的图像，生成所述输出图像。
3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其中，在所述第一光学系统中，在朝向所述光轴上的像面的方向上，按照所述第一色、第二色、第三色的顺序配置光线的成像位置，所述运算处理部中，在来自所述第一摄像区域的图像和来自所述第二摄像区域的图像中包含所述第一色、所述第二色和所述第三色的成分时，使用所述第一色、所述第二色、所述第三色各自中的清晰度高的一方的成分，生成含有所述第一色、所述第二色、所述第三色的成分的所述输出图像。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述第一光学系统和所述第二光学系统具有离焦MTF特性，该离焦MTF特性具有如下范围光轴上的第一范围，所述第一色和所述第二色在所述规定的空间频率的MTF值，在所述第一光学系统中为规定值以上，所述第三色在所述规定的空间频率的MTF值，在所述第一光学系统中低于所述规定值、且在所述第二光学系统中为所述规定值以上；光轴上的第二范围，在所述第一光学系统和所述第二光学系统之中的至少任意一方， 从所述第一色至所述第三色在所述规定的空间频率的MTF值均为规定值以上；光轴上的第三范围，所述第二色和所述第三色在所述规定的空间频率的MTF值，在所述第一光学系统中为所述规定值以上，所述第一色在所述规定的空间频率的MTF值，在所述第一光学系统中低于所述规定值、且在所述第二光学系统中为所述规定值以上。
5.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述第二范围是在与所述第一范围相比被摄物体距离更长时配置所述第一摄像区域和所述第二摄像区域的在所述光轴上的位置，所述第三范围是在与所述第一范围和所述第二范围相比被摄物体距离更长时配置所述第一摄像区域和所述第二摄像区域的在所述光轴上的位置。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的摄像装置，其中，还具有将所述第一光学系统的光路和所述第二光学系统的光路进行分割的分光构件。
7.根据权利要求1 5中任一项所述的摄像装置，其中，所述第一光学系统的光轴与所述第二光学系统的光轴平行，所述第一摄像区域和所述第二摄像区域被配置为同一平面状。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的摄像装置，其中，所述第一色、第二色、第三色是蓝色、绿色、红色，在所述第一光学系统中，光线在朝向光轴上的像面的方向上以蓝色、绿色、红色的顺序成像，在所述第二光学系统中，光线在朝向光轴上的像面的方向上以红色、绿色、蓝色的顺序成像。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的摄像装置，其中，所述运算处理部具有第一清晰度检测部，其按来自所述第一光学系统的图像中的规定区域对各色的清晰度进行检测；第二清晰度检测部，其按来自第二光学系统的图像中的规定区域对各色的清晰度进行检测；图像生成部，其基于按来自所述第一光学系统的图像的规定区域的各色的清晰度和按来自所述第二光学系统的图像的规定区域的各色的清晰度，按规定区域生成所述输出图像。
10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，所述运算处理部还具有视差量检测部，该视差量检测部检测所述第一光学系统的绿色的成分和所述第二光学系统的绿色的成分之视差量，在所述图像生成部中，基于所述视差量生成所述输出图像。
11.根据权利要求1 10中任一项所述的摄像装置，其中，所述运算处理部将来自所述第一摄像区域的图像和来自所述第二摄像区域的图像之中的所述第一色、所述第二色和所述第三色各自中的清晰度高的一方的成分，作为输出图像的所述第一色、所述第二色、所述第三色进行使用。
12.根据权利要求1 10中任一项所述的摄像装置，其中，所述运算处理部将来自所述第一摄像区域的图像的所述第一色、所述第二色和所述第三色的成分和来自所述第二摄像区域的图像的所述第一色、所述第二色和所述第三色的成分，按色相加运算，由此生成所述输出图像。
13.根据权利要求1 12中任一项所述的摄像装置，其中，所述运算处理部基于所述第一色、所述第二色和所述第三色之中清晰度最高的成分， 使其他成分清晰化。
14.根据权利要求1 13中任一项所述的摄像装置，其中，在所述第一光学系统和所述第二光学系统之中至少一方，至少1个透镜面具有衍射透镜形状。
15.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，基于所述视差量对距被摄物体的距离进行测量。
16.一种摄像装置，具备第一光学系统，其具有使第一色、第二色、第三色在光轴上的成像位置不同的轴向色像差；第一摄像区域，其使用透过所述第一光学系统的光，生成所述第一色、第二色、第三色之中至少一个色的成分的图像；第二光学系统，其具有与所述第一光学系统不同的轴向色像差； 第二摄像区域，其使用透过所述第二光学系统的光，生成含有与所述至少一个色的成分相同的色成分的图像；运算处理部，其使用在所述第一摄像区域所生成的所述至少一个色的成分的图像和在所述第二摄像区域所生成的所述至少一个色成分的图像之中对比度大的一方的成分的图像，生成输出图像。
17.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述第一摄像区域和所述第二摄像区域中，生成所述第一色、第二色、第三色之中多个色的成分的图像，所述运算处理部中，使用在所述多个色各自中对比度大的一方的成分的图像，生成所述输出图像。
18.根据权利要求16或17所述的摄像装置，其中， 所述运算处理部具有第一对比度检测部，其按来自所述第一光学系统的图像中的规定区域对各色的对比度进行检测；第二对比度检测部，其按来自第二光学系统的图像中的规定区域对各色的对比度进行检测；图像生成部，其基于按来自所述第一光学系统的图像的规定区域的各色的对比度和来自所述第二光学系统的图像的规定区域的各色的对比度，按规定区域生成所述输出图像。
全文摘要
本发明的摄像装置具有第一光学系统(10)，其具有第一色、第二色、第三色在光轴上的成像位置不同的轴向色像差；第一摄像区域(Na)，其使用透过所述第一光学系统(10)的光，生成所述第一色、第二色、第三色之中至少一个色的成分的图像；第二光学系统(20)，其具有与所述第一光学系统(10)不同的轴向色像差；第二摄像区域(Nb)，使用透过所述第二光学系统(20)的光，生成含有与所述至少一个色的成分相同的色成分的图像；运算处理部(C)，其使用在所述第一摄像区域(Na)生成的所述至少一个色成分的图像、和所述第二摄像区域(Nb)生成的所述至少一个色成分的图像之中的清晰度高的一方的成分的图像，生成输出图像。
文档编号H04N9/04GK102257822SQ201080003670
公开日2011年11月23日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月27日
发明者今村典广 申请人:松下电器产业株式会社