カラーカメラ装置
【課題】像のずれや色むらの発生を低減することができると共に高速で滑らかな動画撮影を可能とするカラーカメラ装置を提供する。
【解決手段】印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるカラーフィルタ２０として液晶カラーフィルタを用い、また、イメージセンサ４０としてＣＭＯＳイメージセンサを用いる。制御回路１２０は、カラーフィルタ２０を透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタ２０に印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタ２０を透過する各タイミングでイメージセンサ４０の動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。
【解決手段】印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるカラーフィルタ２０として液晶カラーフィルタを用い、また、イメージセンサ４０としてＣＭＯＳイメージセンサを用いる。制御回路１２０は、カラーフィルタ２０を透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタ２０に印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタ２０を透過する各タイミングでイメージセンサ４０の動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサを用いてカラー画像を取得するカラーカメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８（ａ）は第一の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、図８（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。第一の従来例であるカラーカメラ装置は、図８に示すように、赤色フィルタ２２０ａと、緑色フィルタ２２０ｂと、青色フィルタ２２０ｃと、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃと、三つのＡＤコンバータ２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃと、三つの画像メモリ２７０ａ，２７０ｂ，２７０ｃと、画像処理装置２８０と、制御回路２９０とを備える。
【０００３】
かかるカラーカメラ装置では、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃにそれぞれ、フィルタ２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃが設置されている。各フィルタ２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃは入射光のうち所定色の光を透過させる。これにより、各色の光を所定のイメージセンサに取り込み、カラー画像を得ることができる。具体的に、赤色フィルタ２２０ａを透過した赤色波長の光学像はイメージセンサ２４０ａに取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ２５０ａにより数値化され、赤色の画像データが得られる。同様に、緑色フィルタ２２０ｂを透過した緑色波長の光学像はイメージセンサ２４０ｂに取り込まれ、電気信号に変換された後、その変換された電気信号はＡＤコンバータ２５０ｂにより緑色の画像データに変換される。そして、青色フィルタ２２０ｃを透過した青色波長の光学像はイメージセンサ２４０ｃに取り込まれ、電気信号に変換された後、その変換された電気信号はＡＤコンバータ２５０ｃにより青色の画像データに変換される。ここで、各イメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃ及び各ＡＤコンバータ２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃの動作は制御回路２９０により制御される。また、各色の画像データとしては、１画素当たり例えば８bitの２進データを用いている。こうして得られた赤色の画像データ、緑色の画像データ、青色の画像データはそれぞれ、画像メモリ２７０ａ，２７０ｂ，２７０ｃに記憶される。
【０００４】
画像処理装置２８０は、三つの画像メモリ２７０ａ，２７０ｂ，２７０ｃに記憶されている各色の画像データを合成し、１画素当たり２４bitのカラー画像データを生成する。具体的に、１画面が縦方向４００画素、横方向６００画素で構成される場合には、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃを構成する光電変換素子を、合計４００×６００×３＝７２００００個必要とする。そして、そのカラー画像データのデータ量は、１画素当たり２４bitであるので、７２００００×２４bit＝１７２８００００bit＝２１６００００バイト＝２．１６メガバイトとなる。また、画像処理装置２８０は、カラー画像データに対して画像圧縮や色補正等の画像処理を施す。
【０００５】
ところで、カラーカメラ装置では光学設計上の制限から、イメージセンサを限られたサイズに形成する必要がある。例えば、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃの面積を２４ｃｍ２とする場合には、１画素のサイズは約０．３３×１０−４ｃｍ２となる。カラーカメラ装置の解像度は今後さらに高められていく傾向にあるが、そのためには光電変換素子のサイズを小さくし、集積度を高める必要がある。しかし、これでは、受光面積が小さくなり、受光感度の低下、応答スピードの低下等の悪影響が出てしまうおそれがある。このように、従来のカラーカメラ装置では、高解像度、高感度、高応答性、高色階調、小型化等を同時に実現することは非常に困難であった。
【０００６】
上記のような問題を解決するために、近年、イメージセンサの前面に透過波長可変型のカラーフィルタを設け、その透過波長を順次変えながら三原色の画像データを取り込むという方法を適用したカラーカメラ装置が案出されている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、このカラーカメラ装置を第二の従来例とする。図９（ａ）は第二の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、図９（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。第二の従来例であるカラーカメラ装置は、図９に示すように、カラーフィルタ３２０と、ドライバ回路３３０と、イメージセンサ３４０と、ＡＤコンバータ３５０と、三つのレジスタ３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃと、三つの画像メモリ３７０ａ，３７０ｂ，３７０ｃと、画像処理装置３８０と、制御回路３９０とを備える。
【０００７】
カラーフィルタ３２０は、入射光のうち特定波長の光を選択してイメージセンサ３４０に導くものである。このカラーフィルタ３２０に印加する電圧を可変することにより、カラーフィルタ３２０を透過する光の波長を可変することができる。ドライバ回路３３０は、カラーフィルタ３２０に電圧を印加するものである。制御回路３９０は、ドライバ回路３３０を介してカラーフィルタ３２０の印加電圧を制御し、カラーフィルタ３２０の透過波長を三原色の各色の波長に設定すると共に、イメージセンサ３４０及びＡＤコンバータ３５０の動作を制御する。
【０００８】
次に、第二の従来例であるカラーカメラ装置の動作について説明する。図１０（ａ）はそのカラーカメラ装置においてカラーフィルタ３２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図１０（ｂ）はそのカラーフィルタ３２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタ３２０の透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図１０（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図１０（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【０００９】
図１０に示すように、時刻ｔ０で、制御回路３９０がドライバ回路３３０を介してカラーフィルタ３２０に、所定の電圧ＶＲを印加すると、所定の応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ３２０の透過波長は赤色波長λＲに達する。一般に、カラーフィルタの電極に電圧を印加してからカラーフィルタの透過波長が変化を開始するまでの応答時間Ｔ０としては、約１０ｍｓを要する。そして、制御回路３９０がカラーフィルタ３２０の透過波長が赤色波長λＲに達したタイミングでイメージセンサ３４０の動作を制御することにより、カラーフィルタ３２０を透過した赤色波長λＲの光学像はイメージセンサ３４０に取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ３５０により数値化され、赤色の画像データが得られる。一方、赤色波長λＲの光学像がイメージセンサ３４０に取り込まれると、制御回路３９０は直ちにカラーフィルタ３２０に印加する電圧をオフにする。
【００１０】
こうして印加電圧をオフにしてから応答時間Ｔ０が経過すると、カラーフィルタ３２０の透過波長は初期状態に戻る。制御回路３９０は、カラーフィルタ３２０の透過波長が初期状態に戻ったタイミングで、カラーフィルタ３２０に所定の電圧ＶＧを印加する。すると、応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ３２０の透過波長は緑色波長λＧに達する。そして、制御回路３９０がカラーフィルタ３２０の透過波長が緑色波長λＧに達したタイミングでイメージセンサ３４０の動作を制御することにより、カラーフィルタ３２０を透過した緑色波長λＧの光学像はイメージセンサ３４０に取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ３５０により数値化され、緑色の画像データが得られる。一方、緑色波長λＧの光学像がイメージセンサ３４０に取り込まれると、制御回路３９０は直ちにカラーフィルタ３２０に印加する電圧をオフにする。
【００１１】
印加電圧をオフにしてから応答時間Ｔ０が経過すると、カラーフィルタ３２０の透過波長は再び、初期状態に戻る。制御回路３９０は、カラーフィルタ３２０の透過波長が初期状態に戻ったタイミングで、カラーフィルタ３２０に所定の電圧ＶＢを印加する。すると、応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ３２０の透過波長は青色波長λＢに達する。そして、制御回路３９０がカラーフィルタ３２０の透過波長が青色波長λＢに達したタイミングでイメージセンサ３４０の動作を制御することにより、カラーフィルタ３２０を透過した青色波長λＢの光学像はイメージセンサ３４０に取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ３５０により数値化され、青色の画像データが得られる。一方、青色波長λＢの光学像がイメージセンサ３４０に取り込まれると、制御回路３９０は直ちにカラーフィルタ３２０に印加する電圧をオフにする。
【００１２】
こうして得られた赤色の画像データ、緑色の画像データ、青色の画像データはそれぞれ、レジスタ３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃを介して、画像メモリ３７０ａ，３７０ｂ，３７０ｃに記憶される。画像処理装置３８０は、三つの画像メモリ３７０ａ，３７０ｂ，３７０ｃに記憶されている各色の画像データを合成して、カラー画像データを生成すると共に、その生成したカラー画像データに対し所定の画像処理を施す。
【００１３】
このように、第二の従来例のカラーカメラ装置では、一つのカラーフィルタ３２０を用い、そのカラーフィルタ３２０の透過波長を赤色波長、緑色波長、青色波長と順次変えながら、一つのイメージセンサ３４０で各色の画像データを取り込んでいる。これにより、第二の従来例では、三原色の各色毎にイメージセンサを設ける必要がないので、第一の従来例に比べてイメージセンサの１画素当たりのサイズを広く取ることができる。したがって、解像度を高めるために光電変換素子のサイズを小さくすることにしても、受光感度がそれ程低下することはない。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２０５８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記の第二の従来例では、カラーフィルタの電極に電圧を印加してからカラーフィルタの透過波長が変化を開始するまで、或いは、カラーフィルタに印加する電圧をオフにしてからカラーフィルタの透過波長が初期状態に戻るまでには、所定の応答時間、例えば１０ｍｓ程度を要する。具体的に、図１０の例では、赤色の画像データを取り込んでから緑色の画像データを取り込むまでに約２０ｍｓかかり、緑色の画像データを取り込んでから青色の画像データを取り込むまでに約２０ｍｓかかる。このため、赤色の画像データの取り込みから青色の画像データの取り込みまでに約４０ｍｓを要するので、移動する被写体を撮影する場合は、カラー画像に像のずれ又は色のむらが発生してしまうという問題がある。しかも、図１０の例では、１画面分のカラー画像を撮影する周期は約６０ｍｓであり、最大でも約１６画面／秒の動画撮影が限界である。このため、第二の従来例のカラーカメラ装置では、高速で滑らかな動画撮影を行うのは困難であった。
【００１６】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、像のずれや色むらの発生を低減することができると共に高速で滑らかな動画撮影を可能とするカラーカメラ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明に係るカラーカメラ装置は、印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるカラーフィルタと、前記カラーフィルタを透過した特定波長の光の画像情報を電気信号に変換することにより当該特定波長の画像データを得るイメージセンサと、前記カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すように前記カラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のカラーカメラ装置において、前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最大波長である状態を保持する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のカラーカメラ装置において、前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最小波長から前記最大波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載のカラーカメラ装置において、前記制御手段は、透過波長の変化の各周期において、前記三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御するだけでなく、前記三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明では、制御手段は、カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその透過波長の変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。ここで、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内で連続的に変化している場合には、その波長範囲内におけるある波長から他の波長に変化するまでの時間はとても短い。これにより、透過波長が連続的に変化する短い期間内に、三つの基準波長の画像データを得ることができるので、それら三つの基準画像データについては、最初の画像データを取得してから残り二つの画像データを取得するまでの待ち時間がとても短くなる。このため、一画面分のカラー画像データを構成する各基準波長の画像データの間で像のずれ、色むらが発生するのを十分低減することができると共に、高速で滑らかな撮影が可能となる。したがって、本発明のカラーカメラ装置では、高品位で解像度の高い画像を高速で得ることが可能である。
【００２２】
また、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、各基準波長の画像データとしては、従来よりもデータ量の少ないデータを用いればよく、しかも、画像処理を行う際にはそのデータ量の少ない画像データを基準波長毎に処理すればよいので、画像処理のための演算量を少なくして、処理スピードの向上を図ることができる。
【００２３】
請求項２記載の発明では、制御手段は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、カラーフィルタの透過波長が最大波長である状態を保持する第二期間とを併せた期間がカラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、カラーフィルタに印加する電圧を制御する。これにより、第一期間内ではカラーフィルタの透過波長が略直線的に若しくは段階的に変化するので、制御手段は、ある時点からの経過時間を管理し、その経過時間に基づいてイメージセンサを動作させる各タイミングを容易に決定することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明では、制御手段は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、カラーフィルタの透過波長が最小波長から最大波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第二期間とを併せた期間がカラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、カラーフィルタに印加する電圧を制御する。これにより、第一期間だけでなく第二期間においても各基準波長の画像データを取得して、カラーフィルタの透過波長の変化の一周期の間に、二画面分のカラー画像データを取得することができるので、さらに高速撮影が可能なカラーカメラ装置を実現することができる。
【００２５】
請求項４記載の発明では、制御手段は、透過波長の変化の各周期において、三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御するだけでなく、三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得する。これにより、より多くの色情報を得ることができるので、さらに高品位で色再現性のよい画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、図面を参照して、本願に係る発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２７】
まず、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第一実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、図１（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。第一実施形態のカラーカメラ装置は、図１に示すように、レンズ１０と、カラーフィルタ２０と、ドライバ回路３０と、イメージセンサ４０と、ＡＤコンバータ５０と、制御信号生成回路６０と、三つの画像メモリ７１，７２，７３と、画像処理装置１１０と、制御回路１２０とを備える。以下では、かかるカラーカメラ装置を用いて、被写体Ａのカラー画像を連続的に撮影する場合について説明する。
【００２８】
レンズ１０は、被写体Ａからの光を光学像（光学画像情報）としてイメージセンサ４０の光電面上に結像させるものである。撮影の際には、被写体Ａの像がイメージセンサ４０の光電面上にできるように、レンズ１０を動かして、レンズ１０とイメージセンサ４０との位置関係を調整しなければならない。
【００２９】
カラーフィルタ２０は、レンズ１０とイメージセンサ４０との間に設けられている。このカラーフィルタ２０は、レンズ１０を介して入射した光のうち特定波長の光を選択してイメージセンサ４０に導くものである。第一実施形態では、カラーフィルタ２０として、印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるものを用いる。このようなカラーフィルタ２０の具体例としては、液晶を用いて作製された液晶カラーフィルタや、有機系のエレクトロクロミックを用いて作製された有機系カラーフィルタを挙げることができる。ここでは、特に、カラーフィルタ２０として液晶カラーフィルタを用いる場合を説明する。
【００３０】
液晶カラーフィルタは、液晶フィルタと偏向フィルタとを幾枚も組み合わせた構造を有している。液晶フィルタの電極に所定の電圧を印加すると、液晶材の配列がその電圧（電流）方向に揃い、液晶フィルタによる光の透過率が変わる。液晶カラーフィルタでは、液晶フィルタと偏向フィルタとを組み合わせているので、電圧を印加したときに、液晶格子効果により特定波長の光だけが透過することができるようになる。このように、印加電圧と液晶カラーフィルタの透過波長とは一対一に対応する。また、液晶カラーフィルタは、印加電圧の変化に対し、緩やかな応答特性を示す。このため、液晶カラーフィルタに印加する電圧を適切に制御すれば、液晶カラーフィルタが透過する光の波長を連続的に変化させることができる。第一実施形態では、制御回路１２０がドライバ回路３０を介してカラーフィルタ２０に印加する電圧を制御する。
【００３１】
ドライバ回路３０は、カラーフィルタ２０に電圧を印加するものであり、図１（ａ）に示すように、電源部３１と、可変抵抗３２と、アンプ３３とを有する。電源部３１はカラーフィルタ２０に印加する電圧を生成するものである。可変抵抗３２はその印加電圧を調整するものであり、アンプ３３はその印加電圧を増幅するものである。ここで、ドライバ回路３０は、後述する図３（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を出力する。このドライバ回路３０は制御回路１２０によって制御される。
【００３２】
イメージセンサ４０は、カラーフィルタ２０を透過した特定波長の光の画像情報を電気信号に変換することにより当該特定波長の画像データ（輝度データ）を得るものである。このイメージセンサ４０の動作は、制御信号生成回路６０からの信号に基づいて制御される。また、イメージセンサ４０は多数の光電変換素子から構成されている。ここでは、一画素に対して一個の光電変換素子を使用している。具体的に、縦方向４００画素、横方向６００画素の画像を得る場合には、一画面に使用する光電変換素子の数は、２４００００（＝４００×６００）個である。すなわち、第一実施形態では、後述するように、三原色の各波長の画像データを時分割で取得するため、カラー画像を撮影する場合であっても、モノクロ画像を撮影する場合に必要とする光電変換素子の数と同じ数の光電変換素子から構成されたイメージセンサを用いるだけで済む。
【００３３】
また、このイメージセンサ４０としては、例えば２００μｓ程度のシャッタースピードで露光できる高感度イメージセンサ、具体的には、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ、電子撮像管等を使用することが望ましい。特に、第一実施形態では、イメージセンサ４０として、ＣＭＯＳイメージセンサを用いることにする。ＣＭＯＳイメージセンサは、チップ内にシャッター（電子的シャッター）を内蔵しているため、メカニカルシャッターを設ける必要はなく、制御がしやすいという利点がある。これに対し、イメージセンサ４０としてＣＣＤイメージセンサを用いる場合には、そのチップ内に電子シャッターを製造プロセス上作り込むのが困難であるため、メカニカルシャッターを設ける必要がある。
【００３４】
ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ４０における光電変換素子及びシャッターの回路構成について説明する。図２はＣＭＯＳイメージセンサ４０における光電変換素子及びシャッターの回路構成を説明するための図である。図２に示す回路は、光電変換素子４１と、コンデンサ４２と、四つのトランジスタ４３，４４，４５，４６とから構成されている。カラーフィルタ２０を透過した特定波長の光が光電変換素子４１に入射すると、その光の強弱に応じた光電荷が光電変換素子４１に発生する。トランジスタ４３はシャッターに相当するものである。すなわち、トランジスタ４３をオンにすると、シャッターが開き、一方、トランジスタ４３をオフにすると、シャッターが閉じることになる。シャッターが開くと、光電変換素子４１に発生した光電荷はコンデンサ４２に蓄えられる。このコンデンサ４２に蓄えられた光電荷を取り出すことにより、その時の光強度を読み取ることができる。かかる光電荷を取り出す際には、トランジスタ４４，４５が用いられる。これらトランジスタ４４，４５は増幅器に相当する。トランジスタ４５をオンにすると、コンデンサ４２に蓄えられた光電荷に対応する電気信号がライン４７から出力され、これにより、光強度が読み取られる。また、トランジスタ４６はコンデンサ４２に蓄えられた電荷を消去する、いわゆるリセット用のトランジスタである。上記のようにして光強度を読み出した後には、トランジスタ４６をオンにして即座にコンデンサ４２に蓄えられている光電荷を消去すると共に、光電変換素子４１を初期状態にする。これにより、次の読み取り動作を行う準備が整うことになる。このような読み取り動作は各光電変換素子に対して行われ、画素毎の光強度信号が得られる。かかる画素毎の光強度信号の全体が当該特定波長の画像データとなる。このように、電子的シャッターを内蔵するＣＭＯＳイメージセンサでは、光電変換素子と電子的シャッターとを個々に制御して、それらを正確に且つ高速に動作させることができる。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサは、メカニカルシャッターを設ける必要があるＣＣＤイメージセンサに比べて、高速撮影に対して有効な手段であるといえる。
【００３５】
ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０で得られた輝度データをデジタルの画像データに変換するものである。ＡＤコンバータ５０の動作は、制御信号生成回路６０からの信号に基づいて制御される。第一実施形態では、デジタル画像データとして一画素当たり８bitの２進データを用いることにする。この８bitデータは２５６階調まで光強度を表現することができる。尚、ビット長は容易に増やすことができるので、一画素当たりのデジタル画像データのビット長としては、求める画質に応じた所望のビット長を定めればよい。例えば、高画質に要求に対しては、ビット長を１６bitや２４bit等に設定することになる。
【００３６】
制御信号生成回路６０は、制御回路１２０から送られたタイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、イメージセンサ４０に対する制御信号（読取信号）を生成し、イメージセンサ４０に送出する。イメージセンサ４０はかかる制御信号（読取信号）を受け取ると、その受け取ったタイミングで画像の読み取り動作を行うことになる。また、制御信号生成回路６０は、上記タイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、ＡＤコンバータ５０に対する制御信号（開始信号）を生成し、ＡＤコンバータ５０に送出する。ＡＤコンバータ５０はかかる制御信号（開始信号）を受け取ると、変換処理を開始することになる。
【００３７】
制御回路１２０は、カラー画像を得るために、各部の動作を統括して制御するものである。カラー画像を得るには、三つの基準波長の光、例えば三原色の光である赤色波長λＲ（例えば７００ｎｍ）の光、緑色波長λＧ（例えば５４６．１ｎｍ）の光、青色波長λＢ（例えば４３５．８ｎｍ）の光をそれぞれイメージセンサ４０に取り込み、当該各基準波長の画像データを取得する必要がある。これら三つの基準波長の画像データが一画面分のカラー画像データを構成する。第一実施形態では、制御回路１２０は、被写体Ａを撮影する際に、カラーフィルタ２０を透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタ２０に印加する電圧を制御し、且つ、透過波長の変化の各周期において三つの基準波長の光がカラーフィルタ２０を透過する各タイミングでイメージセンサ４０の動作を制御する。すなわち、各周期においてカラーフィルタ２０の透過波長が変化している期間内に、イメージセンサ４０のシャッターを三回だけ切ることにより、カラー画像を得るのに必要な三つの基準波長の画像データを時分割に取得するのである。
【００３８】
上述したように、第一実施形態では、カラーフィルタ２０として液晶カラーフィルタを用いている。この液晶カラーフィルタは次のような応答特性を有する。すなわち、液晶カラーフィルタの応答時間は、一般に２０ｍｓ程度であり、高速応答品の場合でも８ｍｓ程度である。このように液晶カラーフィルタの応答時間が遅いことはよく知られている。ここで、液晶カラーフィルタの応答時間とは、液晶カラーフィルタに電圧を印加したときに、その電圧印加の時点から液晶カラーフィルタがその電圧印加に対する応答（透過波長の変化）を開始するまでの時間をいう。また、本発明者等が調べたところ、液晶カラーフィルタの透過波長がある波長範囲内で変化している場合、その波長範囲内におけるある波長から他の波長に変化するまでの時間はとても短いことが分かった。これは、フィルタ内部の粒子の移動量が時間に比例するためであると考えられる。このため、液晶カラーフィルタの透過波長を予め所定の波長に保持しておき、その後、液晶カラーフィルタの透過波長を当該所定の波長から一定の波長範囲内で連続的に変化させることにすれば、その変化の期間においては、液晶カラーフィルタは高速で動作することになる。第一実施形態では、この事実を利用し、液晶カラーフィルタの透過波長が変化している期間内に三つの基準波長の画像データを取得することにしているのである。これにより、非常に短い時間で一画面分のカラー撮影を完了することができるので、像のずれや色むらのないカラー画像を得ることができる。すなわち、第一実施形態のカラーカメラ装置では、上述した第二の従来例のように、一画面分のカラー撮影において、各基準波長の画像データを取得する度に液晶カラーフィルタの透過波長を初期状態に戻すのではない。また、このように液晶カラーフィルタを高速動作させている間に撮影を行うため、イメージセンサ４０としては高速撮影が可能なＣＭＯＳイメージセンサを用いているのである。
【００３９】
いま、カラーフィルタ２０の印加電圧及びその印加電圧に応じたカラーフィルタ２０の透過波長の変化について詳しく説明する。図３（ａ）は第一実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタ２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図３（ｂ）はそのカラーフィルタ２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタ２０の透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図３（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図３（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【００４０】
第一実施形態では、図３（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加している。具体的に、この印加電圧は、時間Ｔ１１の間に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２まで連続的に変化し、それから、時間Ｔ１２の間、その電圧Ｖ１に保持される。その後、印加電圧は同じ変化を繰り返す。ここで、電圧Ｖ１は、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲ近傍の所定波長λ１となるときの印加電圧の設定値であり、電圧Ｖ２は、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢ近傍の所定波長λ２となるときの印加電圧の設定値である。実際には、波長λ１を、例えば７００ｎｍより少し長い波長に定め、波長λ２を、例えば４３５．８ｎｍより少し短い波長に定めている。すなわち、波長λ２から波長λ１までの範囲内には、青色波長λＢ、緑色波長λＧ、赤色波長λＲが含まれる。また、上記の時間Ｔ１２をフィルタ応答時間Ｔ０に設定する。
【００４１】
図３（ａ）に示す略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加すると、カラーフィルタ２０の透過波長は、図３（ｂ）に示すように、その電圧変化に追従して連続変化を示す。具体的に、時刻ｔ０で印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始したとする。時刻ｔ０からフィルタ応答時間Ｔ０（＝Ｔ１２）が経過した後、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ１から波長λ２への変化を開始する。ここで、第一実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０の可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０から所定の時間Ｔ１Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達し、それから所定の時間Ｔ１Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それからさらに所定の時間Ｔ１Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達する。そして、時刻ｔ０＋Ｔ０から時間Ｔ１１が経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ２に達する。その直後、カラーフィルタ２０の透過波長は、時刻ｔ０＋Ｔ１１で印加電圧が電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に降下したことに応じて、波長λ２から波長λ１に急激に変化する。このカラーフィルタ２０の透過波長が波長λ１である状態は、時間Ｔ１２（＝Ｔ０）だけ保持される。このように、カラーフィルタ２０の透過波長は、その透過波長が波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化する第一期間Ｔ１１と、その後、透過波長が波長λ１である状態を保持する第二期間Ｔ１２とを併せた期間を一周期とする変化を行う。したがって、第一実施形態のカラーフィルタ２０を用いると、第一期間Ｔ１１において、スペクトラム光のスィープ変化を実現することができる。
【００４２】
ここで、上述したように、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０の可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って略直線的に変化するように印加電圧を制御している。しかしながら、例えばカラーフィルタ２０に印加する電圧を直線的に変化させたとしても、カラーフィルタ２０の透過波長が必ずしも直線的に変化するとは限らない。実際、カラーフィルタ２０の透過波長を所定の波長に設定するための印加電圧の値は個々のカラーフィルタ毎に多少異なっていることがあり、また、カラーフィルタ２０の透過波長が変化するときの振る舞いは温度によって変わることもある。すなわち、一般に、液晶応答時間及び透過波長は、フィルタの個体差や使用する環境（使用温度、動作時間等）等により変動する。このため、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の個体差や使用温度等の要素を考慮して、カラーフィルタ２０に印加する電圧を決定する必要がある。尚、図３（ａ）では、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への印加電圧の変化の様子を直線で示しているが、上述したことから分かるように、必ずしもその変化の様子は直線となるわけではない。
【００４３】
また、印加電圧の変化の傾き又は印加電圧の変化量（電圧差）を大きくすることにより、カラーフィルタ２０の透過波長の変化速度を速くすることができる。実際、第一実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０の可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期における第一期間Ｔ１１が２ｍｓ程度となるように印加電圧を制御している。また、図３の例では、第二期間Ｔ１２は約８ｍｓである。したがって、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期Ｔ１１＋Ｔ１２は約１０ｍｓである。
【００４４】
更に、制御回路１２０は、例えば、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲから緑色波長λＧに変化するまでの時間Ｔ１Ｇと、緑色波長λＧから青色波長λＢに変化するまでの時間Ｔ１Ｂとが略同じとなるように印加電圧を制御することもできる。このような変化に要する時間は、イメージセンサ４０の特性に応じて設定することが好ましい。
【００４５】
次に、イメージセンサ４０の動作タイミングについて説明する。イメージセンサ４０は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期における第一期間Ｔ１１内に、制御信号生成回路６０から読取信号が送られたタイミングで、画像の読み取り動作を行う。制御信号生成回路６０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が変化を開始した時点からの経過時間に基づいて読取信号を送出するタイミングを決定することができる。カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始した時点から、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲ、緑色波長λＧ、青色波長λＢの各波長に達するまでの時間は一定だからである。
【００４６】
具体的に、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始するタイミングでタイミング信号を制御信号生成回路６０に出力する。制御信号生成回路６０は、制御回路１２０からタイミング信号が送られた時点からの経過時間を管理している。そして、制御信号生成回路６０は、その経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０は赤色波長の画像データ（Ｒ画像データ）を読み取る。次に、制御信号生成回路６０は、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０は緑色波長の画像データ（Ｇ画像データ）を読み取る。その後、制御信号生成回路６０は、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇ＋Ｔ１Ｂに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０は青色波長の画像データ（Ｂ画像データ）を読み取る。このようにして、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期Ｔ１１＋Ｔ１２の間に、三つの基準波長の画像データがイメージセンサ４０により時分割で取得され、ＡＤコンバータ５０に順次出力される。ここで、この取得された三つの基準波長の画像データは一画面分のカラー画像データとなるので、一画面分のカラー画像を撮影する周期は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期と同じである。具体的に、その周期は約１０ｍｓであるので、第一実施形態のカラーカメラ装置を用いると、１秒間に約１００画面（フレーム）が得られ、滑らかな撮影が可能である。
【００４７】
ここで、上述したように第一期間Ｔ１１は２ｍｓ程度であるが、第一実施形態では、イメージセンサ４０として、２００μｓ程度のシャッタースピードで露光できる高感度なＣＭＯＳイメージセンサを使用しているので、第一期間Ｔ１１の間にイメージセンサ４０のシャッターを三回切ることは十分可能である。
【００４８】
尚、制御信号生成回路６０が読取信号を送出するタイミングをより正確に決定するには、次のような方法を用いればよい。すなわち、イメージセンサ４０の一部に、透過波長を赤色波長に固定した光学フィルタ、透過波長を緑色波長に固定した光学フィルタ、透過波長を青色波長に固定した光学フィルタを設置すると共に、それらの光学フィルタ毎に、当該光学フィルタを透過する光を検出する検出手段を設ける。制御信号生成回路６０は、各検出手段からの検出信号を受けたときに、カラーフィルタ２０の透過波長が当該検出手段の検出する光の波長に達したことを認識し、読取信号をイメージセンサ４０に送出すればよい。
【００４９】
各画像メモリ７１，７２，７３は、ＡＤコンバータ５０から出力されたデジタルの画像データを記憶するものである。一画面分のカラー画像データは、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データから構成されるが、これらの画像データはそれぞれ、最終的に第一の画像メモリ７１、第二の画像メモリ７２、第三の画像メモリ７３に記憶される。具体的に、ＡＤコンバータ５０がＲ画像データを出力すると、そのＲ画像データはまず第三の画像メモリ７３に一旦記憶される。次に、ＡＤコンバータ５０がＧ画像データを出力すると、第三の画像メモリ７３に記憶されているＲ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、当該Ｇ画像データは第三の画像メモリ７３に記憶される。また、ＡＤコンバータ５０がＢ画像データを出力すると、第二の画像メモリ７２に記憶されているＲ画像データは第一の画像メモリ７１に転送され、第三の画像メモリ７３に記憶されているＧ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、当該Ｂ画像データは第一の画像メモリ７３に記憶される。こうして、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データはそれぞれ、第一の画像メモリ７１、第二の画像メモリ７２、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００５０】
画像処理装置１１０は、図１（ｂ）に示すように、三つの画像処理回路１１１，１１２，１１３を含んで構成されている。第一の画像処理回路１１１は第一の画像メモリ７１に記憶されているＲ画像データに所定の画像処理を施すものであり、第二の画像処理回路１１２は第二の画像メモリ７２に記憶されているＧ画像データに所定の画像処理を施すものであり、第三の画像処理回路１１３は第三の画像メモリ７３に記憶されているＢ画像データに所定の画像処理を施すものである。このように、画像処理は各基準波長の画像データ毎に行われる。具体的に、各画像処理回路１１１，１１２，１１３で行われる画像処理の内容としては、画像圧縮処理や色補正処理等がある。尚、各画像処理回路１１１，１１２，１１３は、制御回路１２０からの信号に基づいて処理を開始する。
【００５１】
画像圧縮処理は、同一波長色の画像について、時間変化に対する前後の画像を比較演算し、その差分を求めて後の画像をデータ化することで、扱うデータ量を削減する処理である。例えば、この圧縮方法としては、後の画像において前後の画像の間で輝度変化がある部分のみデータ化し、輝度変化のない部分をデータ化しない方法や、画素データを大きなブロック像として扱う方法などがある。実際、圧縮方法には各種規格化されたフォーマット（例えばＪＰＥＧ等）があり、各画像処理回路１１１，１１２，１１３は所定のフォーマットに応じた演算を行えばよい。圧縮方法としては公知の技術を用いることができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
色補正処理は、同一波長色の画像について、色を強調するなど、色を補正する処理である。この色補正の方法としては公知の技術を用いることができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
ところで、従来のカラーカメラ装置では、カラー画像データとして１画素当たり２４bitのデータを用いている。このため、画像圧縮処理において、前後の画像を比較演算する際には、その演算量が膨大になってしまい、処理を迅速に行うことができなかった。これに対し、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱い、各基準波長の画像データとして１画素当たり８bitのデータを用いている。そして、画像処理装置１１０が各基準波長の画像データに対してそれぞれ独立に処理を行うことにより、画像圧縮処理における演算量を少なくして、処理スピードを速めることができる。
【００５４】
また、従来のカラーカメラ装置では、ある特定の画素に対して色補正を行う際に、２４bitの元データに対して補正色も２４bitデータを用いる必要がある。このため、色補正処理においても、その演算処理が複雑となり、処理スピードが追いつかないという問題や、回路規模が大きくなるという問題を抱えていた。いま、従来の色補正についての計算例を詳しく説明する。具体的に、ある画素のＲ画像データに対して、色を強調する補正を行う場合を考える。そして、２４bitの元データ（カラー画像データ）は（３３１１８８）であるとする。ここで、このデータ表記（００００００）は１６進数表記である。また、そのデータのうち最初の二桁がＲ画像データを、その次の二桁がＧ画像データ、そして、最後の二桁がＢ画像データを表している。まず、Ｒ画像データを抽出するため、元データ（３３１１８８）と（ＦＦ００００）との論理積（ＡＮＤ）をとる（ステップ１）。これにより、Ｒ画像データ（３３００００）が得られる。次に、そのＲ画像データを右にシフトする処理を行い、Ｒ画像データをデータ（００００３３）に変換する（ステップ２）。その後、そのデータ（００００３３）に所定の補正値、例えば（０００００１）を加える補正演算を行う（ステップ３）。これにより、（００００３４）というデータが得られる。次に、そのデータを左にシフトする処理を行い、そのデータをデータ（３４００００）に変換する（ステップ４）。最後に、そのデータ（３４００００）を元データに書き込む処理を行い、補正後のカラー画像データ（３４１１８８）が得られる（ステップ５）。このように、従来は、色補正処理の際の演算ステップがとても多かった。
【００５５】
これに対し、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、画像処理装置１１０は、各基準波長の画像データに対してそれぞれ独立に演算を行えばよいので、色補正処理における演算量を少なくして、処理スピードを速めることができる。具体的に、上記例と同様に、ある画素のＲ画像データに対して、色を強調する補正を行う場合を説明する。第一実施形態では、各基準波長の画像データとして１画素当たり８bitのデータを用いている。いま、元のＲ画像データを（３３）とする。ここで、データ表記（００）は１６進数表記である。この場合、その元データ（３３）に所定の補正値、例えば（０１）を加算するだけで、補正後のＲ画像データ（３４）が得られる。このように、第一実施形態では、色補正処理の際の演算ステップを、従来に比べて約８０％削減することができるので、画質補正等を容易に行うことができる。
【００５６】
各画像処理回路１１１，１１２，１１３で処理された各基準波長の画像データは、時分割で出力される。すなわち、画像処理装置１１０で処理されたＲ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データはその順番で順次出力される。ここで、データを出力する際に要する時間は例えば１０μｓ以下であり、フィルタ応答時間Ｔ０（＝８ｍｓ）に比べてとても短いので、画像処理装置１１０において画像処理を行う時間を十分確保することができ、撮影性能が低下することはない。
【００５７】
次に、第一実施形態のカラーカメラ装置において、被写体Ａを撮影して、そのカラー画像データを取得する処理の手順について説明する。
【００５８】
まず、被写体Ａの像がイメージセンサ４０の光電面上にできるように、レンズ１０とイメージセンサ４０との位置関係を調整する。次に、制御回路１２０は、ドライバ回路３０を制御して、図３（ａ）に示す周期的な電圧をカラーフィルタ２０に印加する。このとき、制御回路１２０は、印加電圧の各周期において第一の電圧Ｖ１から第二の電圧Ｖ２への変化が開始するタイミングで、制御信号生成回路６０にタイミング信号を出力する。
【００５９】
制御信号生成回路６０は、そのタイミング信号を受けたときから所定の時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒが経過すると、読取信号をイメージセンサ４０に送出すると共に、開始信号をＡＤコンバータ５０に送出する。これにより、イメージセンサ４０は、シャッターを切り、Ｒ画像データを取得した後、そのＲ画像データをＡＤコンバータ５０に出力する。そして、ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０から送られたそのＲ画像データをデジタルのＲ画像データに変換する。その後、ＡＤコンバータ５０で変換されたＲ画像データは、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００６０】
次に、制御信号生成回路６０は、当該タイミング信号を受けたときから所定の時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇが経過すると、読取信号をイメージセンサ４０に送出すると共に、開始信号をＡＤコンバータ５０に送出する。これにより、イメージセンサ４０は、シャッターを切り、Ｇ画像データを取得した後、そのＧ画像データをＡＤコンバータ５０に出力する。そして、ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０から送られたそのＧ画像データをデジタルのＧ画像データに変換する。その後、既に第三の画像メモリ７３に記憶されているＲ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、今回、ＡＤコンバータ５０で変換されたＧ画像データは、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００６１】
次に、制御信号生成回路６０は、当該タイミング信号を受けたときから所定の時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇ＋Ｔ１Ｂが経過すると、読取信号をイメージセンサ４０に送出すると共に、開始信号をＡＤコンバータ５０に送出する。これにより、イメージセンサ４０は、シャッターを切り、Ｂ画像データを取得した後、Ｂ画像データをＡＤコンバータ５０に出力する。そして、ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０から送られたそのＢ画像データをデジタルのＢ画像データに変換する。そして、既に第二の画像メモリ７２に記憶されているＲ画像データは第一の画像メモリ７１に転送され、そして、既に第三の画像メモリ７３に記憶されているＧ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、今回、ＡＤコンバータ５０で変換されたＢ画像データは、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００６２】
こうして、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データ（Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データ）がそれぞれ所定の画像メモリ７１，７２，７３に記憶されると、制御回路１２０は、各画像処理回路１１１，１１２，１１３に対して所定の信号を送出する。各画像処理回路１１１，１１２，１１３は制御回路１２０からの信号を受け取ると、所定の画像処理を開始する。具体的に、第一の画像処理回路１１１は、第一の画像メモリ７１に記憶されているＲ画像データに対して画像圧縮処理や色補正処理を施す。そして、第二の画像処理回路１１２は、第二の画像メモリ７２に記憶されているＧ画像データに対して画像圧縮処理や色補正処理を施し、第三の画像処理回路１１３は、第三の画像メモリ７３に記憶されているＢ画像データに対して画像圧縮処理や色補正処理を施す。こうして、三つの基準波長の画像データのそれぞれに対する画像処理が終了すると、三つの基準波長の画像データは時分割で出力される。上記の処理が繰り返されることにより、被写体Ａのカラー画像が連続的に撮影される。
【００６３】
第一実施形態のカラーカメラ装置では、制御回路は、カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその透過波長の変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。これにより、透過波長が連続的に変化する短い期間内に、三つの基準波長の画像データを得ることができるので、それら三つの基準画像データについては、最初の画像データを取得してから残り二つの画像データを取得するまでの待ち時間がとても短くなる。このため、一画面分のカラー画像データを構成する各基準波長の画像データの間で像のずれ、色むらが発生するのを十分低減することができると共に、高速で滑らかな撮影が可能となる。したがって、第一実施形態のカラーカメラ装置では、高品位で解像度の高い画像を高速で得ることが可能である。
【００６４】
また、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、各基準波長の画像データとしては、従来よりもデータ量の少ないデータを用いればよく、しかも、画像処理を行う際にはそのデータ量の少ない画像データを基準波長毎に処理すればよいので、画像処理のための演算量を少なくして、処理スピードの向上を図ることができる。
【００６５】
ここで、第一実施形態で用いる画像データは基準波長毎に独立しているが、各基準波長の画像データを、従来のような２４bitのカラー画像データに容易に合成することができる。例えば、一定の規則演算にしたがって、８bitの各基準波長の画像データをビット長方向に並べ重ねることにより、２４bitのカラー画像データを容易に得ることができる。このように、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことは、とても汎用性が高い。
【００６６】
また、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、各基準波長の画像データのデータ長を自由に変更することが可能である。これは、三つの基準波長の画像データをそれぞれ時分割に扱う場合、処理側は各基準波長の画像データの区切りを認識することができるので、各基準波長の画像データのデータ長には何ら制限が課されないからである。したがって、例えば、三つの基準波長の画像データのデータ長がそれぞれ、８bit、１６bit、２４bitであったとしても、処理側は、処理対象の画像データがどの波長に対する画像データであるかを認識して、即座に対応することが可能である。
【００６７】
更に、第一実施形態のカラーカメラ装置では、図８に示すような、イメージセンサを三つ用意し、入射光を赤色、緑色、青色の各光に分光した後、それらの光をそれぞれイメージセンサに取り込むという第一の従来例に比べて、イメージセンサを一つだけ設ければよいので、装置の小型化を図れるという利点がある。また、イメージセンサを一つだけ設けているので、イメージセンサの面積を大きくすれば、図８に示す第一の従来例であるカラーカメラ装置に比べて、感度を上げることも可能である。
【００６８】
尚、第一実施形態のカラーカメラ装置とそのカラーカメラ装置で時分割に得られる各基準波長の画像データとを使用すれば、効率のよい画像システムを構築することが可能である。具体的に、この画像システムでは、第一実施形態のカラーカメラ装置を、三原色の各色の時分割データを入力データとして用いることができる市販の画像表示装置に接続する。かかる画像表示装置では、各基準波長の画像データについて時分割にスペクトラム表示を行い、カラー画像を表示する。これにより、画像取り込み、画像処理、画像表示等に際してデータをすべてスペクトラム表現で扱うことができるので、色純度が高く、しかも色の再現性がとてもよい画像を表示することができる。
【００６９】
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明する。図４（ａ）は本発明の第二実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、図４（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。尚、第二実施形態において、第一実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
第二実施形態のカラーカメラ装置は、図４に示すように、レンズ１０と、カラーフィルタ２０と、ドライバ回路３０ａと、イメージセンサ４０と、ＡＤコンバータ５０と、制御信号生成回路６０ａと、三つの画像メモリ７１，７２，７３と、セレクタ回路８０と、画像処理装置１１０と、制御回路１２０とを備える。
【００７１】
ドライバ回路３０ａは、カラーフィルタ２０に電圧を印加するものであり、図４（ａ）に示すように、電源部３１ａと、可変抵抗３２と、アンプ３３とを有する。電源部３１ａはカラーフィルタ２０に印加する電圧を生成するものである。このドライバ回路３０ａは、後述する図５（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を出力する。すなわち、ドライバ回路３０ａと第一実施形態のドライバ回路３０とでは、電圧の出力波形のみが異なる。
【００７２】
制御信号生成回路６０ａは、制御回路１２０から送られたタイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、イメージセンサ４０に対する制御信号（読取信号）を生成し、イメージセンサ４０に送出すると共に、当該タイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、ＡＤコンバータ５０に対する制御信号（開始信号）を生成し、ＡＤコンバータ５０に送出する。制御信号生成回路６０ａは、後述するように、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期において、イメージセンサ４０及びＡＤコンバータ５０に対してそれぞれ、制御信号を四回送出する点で、第一実施形態の制御信号生成回路６０と相違する。
【００７３】
第二実施形態のカラーカメラ装置と第一実施形態のカラーカメラ装置では、主として、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の様子が異なる。いま、第二実施形態におけるカラーフィルタ２０の印加電圧及びその印加電圧に応じたカラーフィルタ２０の透過波長の変化について詳しく説明する。図５（ａ）は第二実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタ２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図５（ｂ）はそのカラーフィルタ２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図５（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図５（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【００７４】
第二実施形態では、図５（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加している。具体的に、この印加電圧は、時間Ｔ２１の間に電圧ＶＲから電圧ＶＢまで連続的に変化し、それから、時間Ｔ２２の間にその電圧ＶＢから電圧ＶＲまで連続的に変化する。その後、印加電圧は同じ変化を繰り返す。ここで、電圧ＶＲは、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲとなるときの印加電圧の値であり、電圧ＶＢは、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢとなるときの印加電圧の値である。
【００７５】
図５（ａ）に示す略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加すると、カラーフィルタ２０の透過波長は、図５（ｂ）に示すように、その電圧変化に追従して連続変化を示す。具体的に、時刻ｔ０で印加電圧が電圧ＶＲから電圧ＶＢへの変化を開始したとする。時刻ｔ０からフィルタ応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ２０の透過波長は赤色波長λＲから青色波長λＢへの変化を開始する。第二実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ａの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って赤色波長λＲから青色波長λＢまで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０から所定の時間Ｔ２１Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それから所定の時間Ｔ２１Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達する。ここで、Ｔ２１Ｇ＋Ｔ２１Ｂ＝Ｔ２１である。その後は、カラーフィルタ２０の透過波長はその青色波長λＢから赤色波長λＲへの変化を開始する。第二実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ａの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って青色波長λＢから赤色波長λＲまで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０＋Ｔ２１から所定の時間Ｔ２２Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それから所定の時間Ｔ２２Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達する。ここで、Ｔ２２Ｇ＋Ｔ２２Ｒ＝Ｔ２２である。このように、カラーフィルタ２０の透過波長は、その透過波長が赤色波長λＲから青色波長λＢまで略直線的に変化する第一期間Ｔ２１と、その後、透過波長がその青色波長λＢから赤色波長λＲまで略直線的に変化する第二期間Ｔ２２とを併せた期間を一周期とする変化を行う。
【００７６】
また、第二実施形態のカラーカメラ装置では、カラーフィルタ２０への印加電圧の周期、したがってカラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期は、例えば１ミリ秒から数秒までの間で任意の時間に設定することが可能である。この場合、制御回路１２０は、その設定された周期でカラーフィルタ２０への電圧印加を行う。
【００７７】
次に、イメージセンサ４０の動作タイミングについて説明する。第二実施形態では、制御信号生成回路６０ａは、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期において、イメージセンサ４０に読取信号を四回送出する。具体的に、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧ＶＲから電圧ＶＢへの変化を開始するタイミングでタイミング信号を制御信号生成回路６０ａに出力する。制御信号生成回路６０ａは、制御回路１２０からタイミング信号が送られた時点からの経過時間を管理する。そして、制御信号生成回路６０ａは、その経過時間が時間Ｔ０に達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＲ画像データを読み取る。次に、制御信号生成回路６０ａは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ２１Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。その後、制御信号生成回路６０ａは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ２１に達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＢ画像データを読み取る。さらにその後、制御信号生成回路６０ａは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ２１＋Ｔ２２Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。このようにして、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期Ｔ２１＋Ｔ２２の間に、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データ、Ｇ画像データがイメージセンサ４０により時分割で取得され、ＡＤコンバータ５０に順次出力される。
【００７８】
こうして一周期の間に得られた四つの画像データのうち、最初に得られたＲ画像データ、二番目に得られたＧ画像データ、及び三番目に得られたＢ画像データが一画面分のカラー画像データを構成し、当該一周期の間において三番目に得られたＢ画像データ及び四番目に得られたＧ画像データは、次の一周期の間において最初に得られたＲ画像データとともに、一画面分のカラー画像データを構成することになる。すなわち、連続する二つの画面を構成するカラー画像データにおいては、Ｒ画像データ若しくはＢ画像データが共通に用いられる。
【００７９】
このように、第二実施形態では、一画面分のカラー画像を撮影する周期は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期の半分となる。つまり、第一実施形態のようにカラーフィルタの透過波長を一定の波長に保持しておく期間が不要となるので、その期間を有効に利用してその期間においても画像データを取得することにより、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期の間に二画面分のカラー画像データを取得することにしているのである。このため、第二実施形態のカラーカメラ装置では、撮影周期の短い連続した画像を得ることが可能である。
【００８０】
また、第二実施形態では、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期の間に赤色波長の光と青色波長の光についてはそれぞれ一回撮影するのに対し、緑色波長の光については二回撮影している。これは、人間の目は緑色付近の波長の光に対して敏感であり、その光に対する視覚感度が高いとされているからである。すなわち、Ｇ画像データをＲ画像データやＢ画像データによりも多く取得することにより、視覚感度の高い、非常に鮮明な画像を得ることができる。実際、従来からある一般的なカラーＣＣＤイメージセンサ又はカラーＣＭＯＳイメージセンサでは、赤色波長の光を透過する赤色フィルタと青色波長の光を透過する青色フィルタとを同数用いると共に緑色波長の光を透過する緑色フィルタをその二倍の数だけ用いたカラーフィルタを複数の光電変換素子の前面に設けることにより、緑色の感度を高める工夫がなされている。このことからも分かるように、第二実施形態における各色の画像データの読取方法は、緑色の感度を高めるという点でとても有効な方法である。
【００８１】
ところで、上記の第一実施形態では、１画面（フレーム）を得るのに要する時間は約１０ｍｓである。すなわち１秒間に約１００画面を得ることができるので、滑らかな撮影が可能である。その撮影速度は、現行のテレビ放送に対する描画規格（１秒間に６０画面）と比べても、十分に余裕がある。しかしながら、第一実施形態では、カラーフィルタの透過波長が変化している短い期間（約２ｍｓ）に、三つの基準波長の画像データを取り込んでいるので、低照度時の撮影では、イメージセンサへ到達する光量が不足することが考えられる。これに対し、第二実施形態における各色の画像データの読取方法では、このような低照度時の撮影であっても、撮影感度を高めることが可能である。すなわち、第二実施形態では、低照度時の撮影を行う場合には、カラーフィルタ２０に印加する電圧を緩やかに変化させてカラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期を第一実施形態に比べて長く設定すると共に、イメージセンサ４０のシャッタースピードを第一実施形態に比べて遅く設定すればよい。これにより、イメージセンサ４０へ到達する光量を増やして、撮影感度の向上を図ることができる。
【００８２】
セレクタ回路８０は、制御回路１２０からの信号に基づいて、三つの画像メモリ７１，７２，７３の中から、ＡＤコンバータ５０から出力される各画像データを記憶する画像メモリを選択するものである。第二実施形態では、各色の画像データは、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ，・・・という順番でＡＤコンバータ５０から出力され、しかも、連続する二つの画面を構成するカラー画像データにおいてはＲ画像データ若しくはＢ画像データが重複して用いられるので、画像処理装置１１０による画像処理を効率よく行うためにも、ＡＤコンバータ５０から出力される各色の画像データを記憶する記憶領域（画像メモリ）を制御する必要がある。
【００８３】
具体的に、ＡＤコンバータ５０がＲ画像データを出力するときには、セレクタ回路８０は、第一の画像メモリ７１に対しその記憶領域を開放する旨の信号を送り、そのＲ画像データを第一の画像メモリ７１に記憶させる。ＡＤコンバータ５０がＧ画像データを出力するときには、セレクタ回路８０は、第二の画像メモリ７２に対しその記憶領域を開放する旨の信号を送り、そのＧ画像データを第二の画像メモリ７２に記憶させる。そして、ＡＤコンバータ５０がＢ画像データを出力するときには、セレクタ回路８０は、第三の画像メモリ７３に対しその記憶領域を開放する旨の信号を送り、そのＢ画像データを第三の画像メモリ７３に記憶させる。
【００８４】
次に、第二実施形態において、イメージセンサ４０（ＡＤコンバータ５０）からの各色の画像データの出力順番と、画像処理装置１１０からの各色の画像データの出力順番との関係について説明する。
【００８５】
いま、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２、Ｇ画像データＤＧ２２、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力されるとする。Ｂ画像データＤＢ１が出力された時点では、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１はそれぞれ、第一の画像メモリ７１、第二の画像メモリ７２、第三の画像メモリ７３に記憶される。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１はその順番で時分割に出力される。
【００８６】
次に、Ｇ画像データＤＧ１２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ１２を第二の画像メモリ７２に記憶させる。その後、Ｒ画像データＤＲ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ２を第一の画像メモリ７１に記憶させる。ここで、この時点では、第三の画像メモリ７３にはＢ画像データＤＢ１が消去されずにそのまま残っている。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｂ画像データＤＢ１はその順番で時分割に出力される。
【００８７】
次に、Ｇ画像データＤＧ２１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ２１を第二の画像メモリ７２に記憶させる。その後、Ｂ画像データＤＢ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ２を第三の画像メモリ７３に記憶させる。ここで、この時点では、第一の画像メモリ７１にはＲ画像データＤＲ２が消去されずにそのまま残っている。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２はその順番で時分割に出力される。
【００８８】
したがって、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力された場合には、画像処理装置１１０からは、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｂ画像データＤＢ１、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２、・・・がその順番で出力されることになる。すなわち、画像処理装置１１０からの各画像データの出力順番は、第一実施形態と同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの順番である。
【００８９】
第二実施形態のカラーカメラ装置でも、上記第一実施形態のカラーカメラ装置と同様の作用・効果を奏する。特に、第二実施形態では、制御回路は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に変化する第一期間と、その後、カラーフィルタの透過波長がその最小波長から最大波長まで略直線的に変化する第二期間とを併せた期間がカラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、カラーフィルタに印加する電圧を制御する。これにより、第一期間だけでなく第二期間においても各基準波長の画像データを取得して、カラーフィルタの透過波長の変化の一周期の間に、二画面分のカラー画像データを取得することができるので、第二実施形態のカラーカメラ装置では、第一実施形態のカラーカメラ装置に比べて高速撮影が可能である。
【００９０】
また、第二実施形態では、カラーフィルタの透過波長の変化の周期を、例えば１ミリ秒から数秒までの間で任意の時間に設定することができる。このため、被写体の照度が十分ある場合には、高速撮影、スローモーション撮影など、多彩な撮影方法に対応することができる。また、被写体の照度が低い場合には、カラーフィルタの透過波長の変化の周期を長く設定すると共に、イメージセンサのシャッタースピードを遅く設定することにより、撮影感度を高めることができる。このように、第二実施形態のカラーカメラ装置は、高速撮影、スローモーション撮影、高感度撮影が可能であるので、高品質ビデオ撮影、動画等の連続撮影に適している他、医療、バイオ、天体、地理、農業、生物等の各分野における観察、観測を目的とした撮影、スペクトラム解析等にも利用することができる。
【００９１】
次に、本発明の第三実施形態について図面を参照して説明する。図６（ａ）は本発明の第三実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、図６（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。尚、第三実施形態において、第一及び第二の実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００９２】
第三実施形態のカラーカメラ装置は、図６に示すように、レンズ１０と、カラーフィルタ２０と、ドライバ回路３０ｂと、イメージセンサ４０と、ＡＤコンバータ５０と、制御信号生成回路６０ｂと、三つの画像メモリ７１，７２，７３と、セレクタ回路８０と、画像処理装置１１０と、制御回路１２０とを備える。
【００９３】
ドライバ回路３０ｂは、カラーフィルタ２０に電圧を印加するものであり、図６（ａ）に示すように、電源部３１ｂと、可変抵抗３２と、アンプ３３とを有する。電源部３１ｂはカラーフィルタ２０に印加する電圧を生成するものである。このドライバ回路３０ｂは、後述する図７（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を出力する。すなわち、ドライバ回路３０ｂと第二実施形態のドライバ回路３０ａとでは、電圧の出力波形のみが異なる。
【００９４】
制御信号生成回路６０ｂは、制御回路１２０から送られたタイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、イメージセンサ４０に対する制御信号（読取信号）を生成し、イメージセンサ４０に送出すると共に、当該タイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、ＡＤコンバータ５０に対する制御信号（開始信号）を生成し、ＡＤコンバータ５０に送出する。制御信号生成回路６０ｂは、後述するように、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期において、イメージセンサ４０及びＡＤコンバータ５０に対してそれぞれ、制御信号を六回送出する点で、第一及び第二の実施形態の制御信号生成回路６０，６０ａと相違する。
【００９５】
第三実施形態のカラーカメラ装置と第一及び第二の実施形態のカラーカメラ装置では、主として、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の様子が異なる。いま、第三実施形態におけるカラーフィルタ２０の印加電圧及びその印加電圧に応じたカラーフィルタ２０の透過波長の変化について詳しく説明する。図７（ａ）は第三実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタ２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図７（ｂ）はそのカラーフィルタ２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図７（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図７（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【００９６】
第三実施形態では、図７（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加している。具体的に、この印加電圧は、時間Ｔ３１の間に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２まで連続的に変化し、それから、時間Ｔ３２の間、その電圧Ｖ２に保持される。そして、その後、時間Ｔ３３の間にその電圧Ｖ２から電圧Ｖ１まで連続的に変化し、それから、時間Ｔ３４の間、その電圧Ｖ１に保持される。以後、印加電圧は同じ変化を繰り返す。ここで、上記第一実施形態で説明したように、電圧Ｖ１は、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲ近傍の所定波長λ１となるときの印加電圧の値であり、電圧Ｖ２は、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢ近傍の所定波長λ２となるときの印加電圧の値である。
【００９７】
図７（ａ）に示す略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加すると、カラーフィルタ２０の透過波長は、図７（ｂ）に示すように、その電圧変化に追従して連続変化を示す。具体的に、時刻ｔ０で印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始したとする。時刻ｔ０からフィルタ応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ１から波長λ２への変化を開始する。第三実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ｂの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０から所定の時間Ｔ３１Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達し、それから所定の時間Ｔ３１Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それからさらに所定の時間Ｔ３１Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達する。そして、時刻ｔ０＋Ｔ０から時間Ｔ３１が経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ２に達する。その後、カラーフィルタ２０の透過波長が波長λ２である状態が、時間Ｔ３２だけ保持される。
【００９８】
その後は、カラーフィルタ２０の透過波長はその波長λ２から波長λ１への変化を開始する。第三実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ｂの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って波長λ２から波長λ１まで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２から所定の時間Ｔ３３Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達し、それから所定の時間Ｔ３３Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それからさらに所定時間Ｔ３３Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達する。そして、時刻ｔ０＋Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２から時間Ｔ３３が経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ１に達する。その後、カラーフィルタ２０の透過波長が波長λ１である状態が、時間Ｔ３４だけ保持される。このように、カラーフィルタ２０の透過波長は、その透過波長が波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化する第一期間Ｔ３１と、透過波長がその波長λ２である状態を保持する第二期間Ｔ３２と、透過波長がその波長λ２から波長λ１まで略直線的に変化する第三期間Ｔ３３と、透過波長がその波長λ１である状態を保持する第四期間Ｔ３４とを併せた期間を一周期とする変化を行う。
【００９９】
次に、イメージセンサ４０の動作タイミングについて説明する。第三実施形態では、制御信号生成回路６０ｂは、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期において、イメージセンサ４０に読取信号を六回送出する。具体的に、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始するタイミングでタイミング信号を制御信号生成回路６０ｂに出力する。制御信号生成回路６０ｂは、制御回路１２０からタイミング信号が送られた時点からの経過時間を管理する。そして、制御信号生成回路６０ｂは、その経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１Ｒに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＲ画像データを読み取る。次に、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１Ｒ＋Ｔ３１Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。その後、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１Ｒ＋Ｔ３１Ｇ＋Ｔ３１Ｂに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＢ画像データを読み取る。
【０１００】
次に、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３Ｂに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＢ画像データを読み取る。その後、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３Ｂ＋Ｔ３３Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。さらにその後、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３Ｂ＋Ｔ３３Ｇ＋Ｔ３３Ｒに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＲ画像データを読み取る。このようにして、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３＋Ｔ３４の間に、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データ、Ｂ画像データ、Ｇ画像データ、Ｒ画像データがイメージセンサ４０により時分割で取得され、ＡＤコンバータ５０に順次出力される。
【０１０１】
こうして一周期の間に得られた六つの画像データのうち、最初に得られたＲ画像データ、二番目に得られたＧ画像データ及び三番目に得られたＢ画像データが一画面分のカラー画像データを構成し、四番目に得られたＢ画像データ、五番目に得られたＧ画像データ及び六番目に得られたＲ画像データが一画面分のカラー画像データを構成することになる。このように、第三実施形態では、一画面分のカラー画像を撮影する周期は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期の半分である。
【０１０２】
また、第三実施形態におけるカラーフィルタ２０の透過波長の変化は、第二実施形態におけるカラーフィルタ２０の透過波長の変化において、透過波長を一定に保持する期間を余分に設けたものとなっている。このため、第三実施形態のカラーカメラ装置は、第二実施形態よりも長い周期での撮影や、スローシャッタースピードでの撮影を行う場合に使用するのに適している。但し、第三実施形態では、第二実施形態と異なり、連続する二つの画面を構成するカラー画像データにおいて、Ｒ画像データ若しくはＢ画像データを重複して用いることはしていない。これは、撮影周期を長くした場合に、一画面を構成する基準波長毎の像にずれが発生し、色むら等、画像品質が低下してしまうのを防止するためである。
【０１０３】
次に、第三実施形態において、イメージセンサ４０（ＡＤコンバータ５０）からの各色の画像データの出力順番と、画像処理装置１１０からの各色の画像データの出力順番との関係について説明する。
【０１０４】
いま、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｂ画像データＤＢ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｒ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力されるとする。Ｒ画像データＤＲ１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ１を第一の画像メモリ７１に記憶させる。次に、Ｇ画像データＤＧ１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ１を第二の画像メモリ７２に記憶させる。その後、Ｂ画像データＤＢ１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ１を第三の画像メモリ７３に記憶させる。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１はその順番で時分割に出力される。
【０１０５】
次に、Ｂ画像データＤＢ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ２を第三の画像メモリ７３に記憶させる。その後、Ｇ画像データＤＧ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ２を第二の画像メモリ７２に記憶させる。さらにその後、Ｒ画像データＤＲ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ２を第一の画像メモリ７１に記憶させる。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｂ画像データＤＢ２はその順番で時分割に出力される。
【０１０６】
次に、Ｒ画像データＤＲ３がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ３を第一の画像メモリ７１に記憶させる。その後、Ｇ画像データＤＧ３がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ３を第二の画像メモリ７２に記憶させる。さらにその後、Ｂ画像データＤＢ３がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ３を第三の画像メモリ７３に記憶させる。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３はその順番で時分割に出力される。
【０１０７】
したがって、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｂ画像データＤＢ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｒ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力された場合には、画像処理装置１１０からは、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｂ画像データＤＢ２、Ｒ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３、・・・がその順番で出力されることになる。すなわち、画像処理装置１１０からの各画像データの出力順番は、第一又は第二の実施形態と同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの順番である。
【０１０８】
第三実施形態のカラーカメラ装置でも、上記第一実施形態のカラーカメラ装置と同様の作用・効果を奏する。また、第三実施形態におけるカラーフィルタの透過波長の変化は、第二実施形態におけるカラーフィルタの透過波長の変化において、透過波長を一定に保持する期間を余分に設けたものとなっているので、この第三実施形態のカラーカメラ装置は、第二実施形態のカラーカメラ装置に比べてより長い周期での撮影やスローシャッタースピードでの撮影を行う場合に使用するのに適している。
【０１０９】
ところで、第一実施形態のカラーカメラ装置でも、カラーフィルタの透過波長が一定の波長を保持している期間を調整すれば、第三実施形態のカラーカメラ装置を用いた場合と同じ撮影結果を得ることができる。いずれのカラーカメラ装置を用いる場合であっても、光電変換素子の性能と撮影する被写体からの光量とに応じて印加電圧の出力波形を適切に選択すれば、最適な撮影性能が得られる。
【０１１０】
尚、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【０１１１】
例えば、上記の各実施形態では、制御回路が、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に変化している期間内に、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御する場合について説明したが、制御回路は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで段階的に変化するようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、その変化の期間内に、三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御するようにしてもよい。
【０１１２】
また、上記の各実施形態では、本発明のカラーカメラ装置を用いて動画を撮影する場合について説明したが、本発明のカラーカメラ装置を通常のスチールカメラとして使用して、静止画を撮影することもできる。この場合、カラーフィルタの透過波長を一周期にわたってのみ変化させ、透過波長が変化している期間内に三つの基準波長の画像データを取得すればよい。
【０１１３】
また、上記の各実施形態においては、カラー画像を得るための三つの基準波長の光として三原色（赤、緑、青）の光を用いた場合について説明したが、例えば、三つの基準波長の光として、三原色の補色（黄、マゼンタ、シアン）の光を用いてもよい。
【０１１４】
更に、上記の各実施形態において、制御回路は、透過波長の変化の各周期において、三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御するだけでなく、三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得するようにしてもよい。これにより、より多くの色情報を得ることができるので、さらに高品位で色再現性のよい画像を得ることができる。一般に、制御回路は、カラーフィルタの透過波長が連続的に変化する期間内にイメージセンサを複数回動作させて、複数の任意波長の画像データを時分割に取得するようにしてもよい。これにより、可視光の撮影だけでなく、例えば近赤外線撮影等、可視光外の撮影も可能となるので、本発明のカラーカメラ装置を、スペクトラム分析、解析、観察等の用途にも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上説明したように、本発明のカラーカメラ装置では、制御手段は、カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその透過波長の変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。これにより、透過波長が連続的に変化する短い期間内に、三つの基準波長の画像データを得ることができるので、それら三つの基準画像データについては、最初の画像データを取得してから残り二つの画像データを取得するまでの待ち時間がとても短くなる。このため、一画面分のカラー画像データを構成する各基準波長の画像データの間で像のずれ、色むらが発生するのを十分低減することができると共に、高速で滑らかな撮影が可能となる。したがって、本発明のカラーカメラ装置は、高品位カラーカメラとして使用するのに好適であるが、それだけでなく、製品の色検査、表面検査、薬品等の調合検査、食品の品質検査、生物の識別検査、医療検査等の検査の分野での利用や、車載カメラ、セキュリティカメラとしての利用等、広範囲にわたって使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】（ａ）は本発明の第一実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図２】ＣＭＯＳイメージセンサにおける光電変換素子及びシャッターの回路構成を説明するための図である。
【図３】（ａ）は第一実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【図４】（ａ）は本発明の第二実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図５】（ａ）は第二実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【図６】（ａ）は本発明の第三実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図７】（ａ）は第三実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【図８】（ａ）は第一の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図９】（ａ）は第二の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図１０】（ａ）は第二の従来例であるカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ レンズ
２０ カラーフィルタ
３０，３０ａ，３０ｂ ドライバ回路
３１，３１ａ，３１ｂ 電源部
３２ 可変抵抗
３３ アンプ
４０ イメージセンサ
４１ 光電変換素子
４２ コンデンサ
４３，４４，４５，４６ トランジスタ
４７ ライン
５０ ＡＤコンバータ
６０，６０ａ，６０ｂ 制御信号生成回路
７１ 第一の画像メモリ
７２ 第二の画像メモリ
７３ 第三の画像メモリ
８０ セレクタ回路
１１０ 画像処理装置
１１１ 第一の画像処理回路
１１２ 第二の画像処理回路
１１３ 第三の画像処理回路
１２０ 制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサを用いてカラー画像を取得するカラーカメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８（ａ）は第一の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、図８（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。第一の従来例であるカラーカメラ装置は、図８に示すように、赤色フィルタ２２０ａと、緑色フィルタ２２０ｂと、青色フィルタ２２０ｃと、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃと、三つのＡＤコンバータ２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃと、三つの画像メモリ２７０ａ，２７０ｂ，２７０ｃと、画像処理装置２８０と、制御回路２９０とを備える。
【０００３】
かかるカラーカメラ装置では、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃにそれぞれ、フィルタ２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃが設置されている。各フィルタ２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃは入射光のうち所定色の光を透過させる。これにより、各色の光を所定のイメージセンサに取り込み、カラー画像を得ることができる。具体的に、赤色フィルタ２２０ａを透過した赤色波長の光学像はイメージセンサ２４０ａに取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ２５０ａにより数値化され、赤色の画像データが得られる。同様に、緑色フィルタ２２０ｂを透過した緑色波長の光学像はイメージセンサ２４０ｂに取り込まれ、電気信号に変換された後、その変換された電気信号はＡＤコンバータ２５０ｂにより緑色の画像データに変換される。そして、青色フィルタ２２０ｃを透過した青色波長の光学像はイメージセンサ２４０ｃに取り込まれ、電気信号に変換された後、その変換された電気信号はＡＤコンバータ２５０ｃにより青色の画像データに変換される。ここで、各イメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃ及び各ＡＤコンバータ２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃの動作は制御回路２９０により制御される。また、各色の画像データとしては、１画素当たり例えば８bitの２進データを用いている。こうして得られた赤色の画像データ、緑色の画像データ、青色の画像データはそれぞれ、画像メモリ２７０ａ，２７０ｂ，２７０ｃに記憶される。
【０００４】
画像処理装置２８０は、三つの画像メモリ２７０ａ，２７０ｂ，２７０ｃに記憶されている各色の画像データを合成し、１画素当たり２４bitのカラー画像データを生成する。具体的に、１画面が縦方向４００画素、横方向６００画素で構成される場合には、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃを構成する光電変換素子を、合計４００×６００×３＝７２００００個必要とする。そして、そのカラー画像データのデータ量は、１画素当たり２４bitであるので、７２００００×２４bit＝１７２８００００bit＝２１６００００バイト＝２．１６メガバイトとなる。また、画像処理装置２８０は、カラー画像データに対して画像圧縮や色補正等の画像処理を施す。
【０００５】
ところで、カラーカメラ装置では光学設計上の制限から、イメージセンサを限られたサイズに形成する必要がある。例えば、三つのイメージセンサ２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃの面積を２４ｃｍ２とする場合には、１画素のサイズは約０．３３×１０−４ｃｍ２となる。カラーカメラ装置の解像度は今後さらに高められていく傾向にあるが、そのためには光電変換素子のサイズを小さくし、集積度を高める必要がある。しかし、これでは、受光面積が小さくなり、受光感度の低下、応答スピードの低下等の悪影響が出てしまうおそれがある。このように、従来のカラーカメラ装置では、高解像度、高感度、高応答性、高色階調、小型化等を同時に実現することは非常に困難であった。
【０００６】
上記のような問題を解決するために、近年、イメージセンサの前面に透過波長可変型のカラーフィルタを設け、その透過波長を順次変えながら三原色の画像データを取り込むという方法を適用したカラーカメラ装置が案出されている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、このカラーカメラ装置を第二の従来例とする。図９（ａ）は第二の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、図９（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。第二の従来例であるカラーカメラ装置は、図９に示すように、カラーフィルタ３２０と、ドライバ回路３３０と、イメージセンサ３４０と、ＡＤコンバータ３５０と、三つのレジスタ３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃと、三つの画像メモリ３７０ａ，３７０ｂ，３７０ｃと、画像処理装置３８０と、制御回路３９０とを備える。
【０００７】
カラーフィルタ３２０は、入射光のうち特定波長の光を選択してイメージセンサ３４０に導くものである。このカラーフィルタ３２０に印加する電圧を可変することにより、カラーフィルタ３２０を透過する光の波長を可変することができる。ドライバ回路３３０は、カラーフィルタ３２０に電圧を印加するものである。制御回路３９０は、ドライバ回路３３０を介してカラーフィルタ３２０の印加電圧を制御し、カラーフィルタ３２０の透過波長を三原色の各色の波長に設定すると共に、イメージセンサ３４０及びＡＤコンバータ３５０の動作を制御する。
【０００８】
次に、第二の従来例であるカラーカメラ装置の動作について説明する。図１０（ａ）はそのカラーカメラ装置においてカラーフィルタ３２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図１０（ｂ）はそのカラーフィルタ３２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタ３２０の透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図１０（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図１０（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【０００９】
図１０に示すように、時刻ｔ０で、制御回路３９０がドライバ回路３３０を介してカラーフィルタ３２０に、所定の電圧ＶＲを印加すると、所定の応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ３２０の透過波長は赤色波長λＲに達する。一般に、カラーフィルタの電極に電圧を印加してからカラーフィルタの透過波長が変化を開始するまでの応答時間Ｔ０としては、約１０ｍｓを要する。そして、制御回路３９０がカラーフィルタ３２０の透過波長が赤色波長λＲに達したタイミングでイメージセンサ３４０の動作を制御することにより、カラーフィルタ３２０を透過した赤色波長λＲの光学像はイメージセンサ３４０に取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ３５０により数値化され、赤色の画像データが得られる。一方、赤色波長λＲの光学像がイメージセンサ３４０に取り込まれると、制御回路３９０は直ちにカラーフィルタ３２０に印加する電圧をオフにする。
【００１０】
こうして印加電圧をオフにしてから応答時間Ｔ０が経過すると、カラーフィルタ３２０の透過波長は初期状態に戻る。制御回路３９０は、カラーフィルタ３２０の透過波長が初期状態に戻ったタイミングで、カラーフィルタ３２０に所定の電圧ＶＧを印加する。すると、応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ３２０の透過波長は緑色波長λＧに達する。そして、制御回路３９０がカラーフィルタ３２０の透過波長が緑色波長λＧに達したタイミングでイメージセンサ３４０の動作を制御することにより、カラーフィルタ３２０を透過した緑色波長λＧの光学像はイメージセンサ３４０に取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ３５０により数値化され、緑色の画像データが得られる。一方、緑色波長λＧの光学像がイメージセンサ３４０に取り込まれると、制御回路３９０は直ちにカラーフィルタ３２０に印加する電圧をオフにする。
【００１１】
印加電圧をオフにしてから応答時間Ｔ０が経過すると、カラーフィルタ３２０の透過波長は再び、初期状態に戻る。制御回路３９０は、カラーフィルタ３２０の透過波長が初期状態に戻ったタイミングで、カラーフィルタ３２０に所定の電圧ＶＢを印加する。すると、応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ３２０の透過波長は青色波長λＢに達する。そして、制御回路３９０がカラーフィルタ３２０の透過波長が青色波長λＢに達したタイミングでイメージセンサ３４０の動作を制御することにより、カラーフィルタ３２０を透過した青色波長λＢの光学像はイメージセンサ３４０に取り込まれ、電気信号に変換される。その変換された電気信号はＡＤコンバータ３５０により数値化され、青色の画像データが得られる。一方、青色波長λＢの光学像がイメージセンサ３４０に取り込まれると、制御回路３９０は直ちにカラーフィルタ３２０に印加する電圧をオフにする。
【００１２】
こうして得られた赤色の画像データ、緑色の画像データ、青色の画像データはそれぞれ、レジスタ３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃを介して、画像メモリ３７０ａ，３７０ｂ，３７０ｃに記憶される。画像処理装置３８０は、三つの画像メモリ３７０ａ，３７０ｂ，３７０ｃに記憶されている各色の画像データを合成して、カラー画像データを生成すると共に、その生成したカラー画像データに対し所定の画像処理を施す。
【００１３】
このように、第二の従来例のカラーカメラ装置では、一つのカラーフィルタ３２０を用い、そのカラーフィルタ３２０の透過波長を赤色波長、緑色波長、青色波長と順次変えながら、一つのイメージセンサ３４０で各色の画像データを取り込んでいる。これにより、第二の従来例では、三原色の各色毎にイメージセンサを設ける必要がないので、第一の従来例に比べてイメージセンサの１画素当たりのサイズを広く取ることができる。したがって、解像度を高めるために光電変換素子のサイズを小さくすることにしても、受光感度がそれ程低下することはない。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２０５８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記の第二の従来例では、カラーフィルタの電極に電圧を印加してからカラーフィルタの透過波長が変化を開始するまで、或いは、カラーフィルタに印加する電圧をオフにしてからカラーフィルタの透過波長が初期状態に戻るまでには、所定の応答時間、例えば１０ｍｓ程度を要する。具体的に、図１０の例では、赤色の画像データを取り込んでから緑色の画像データを取り込むまでに約２０ｍｓかかり、緑色の画像データを取り込んでから青色の画像データを取り込むまでに約２０ｍｓかかる。このため、赤色の画像データの取り込みから青色の画像データの取り込みまでに約４０ｍｓを要するので、移動する被写体を撮影する場合は、カラー画像に像のずれ又は色のむらが発生してしまうという問題がある。しかも、図１０の例では、１画面分のカラー画像を撮影する周期は約６０ｍｓであり、最大でも約１６画面／秒の動画撮影が限界である。このため、第二の従来例のカラーカメラ装置では、高速で滑らかな動画撮影を行うのは困難であった。
【００１６】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、像のずれや色むらの発生を低減することができると共に高速で滑らかな動画撮影を可能とするカラーカメラ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明に係るカラーカメラ装置は、印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるカラーフィルタと、前記カラーフィルタを透過した特定波長の光の画像情報を電気信号に変換することにより当該特定波長の画像データを得るイメージセンサと、前記カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すように前記カラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のカラーカメラ装置において、前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最大波長である状態を保持する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のカラーカメラ装置において、前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最小波長から前記最大波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載のカラーカメラ装置において、前記制御手段は、透過波長の変化の各周期において、前記三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御するだけでなく、前記三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明では、制御手段は、カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその透過波長の変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。ここで、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内で連続的に変化している場合には、その波長範囲内におけるある波長から他の波長に変化するまでの時間はとても短い。これにより、透過波長が連続的に変化する短い期間内に、三つの基準波長の画像データを得ることができるので、それら三つの基準画像データについては、最初の画像データを取得してから残り二つの画像データを取得するまでの待ち時間がとても短くなる。このため、一画面分のカラー画像データを構成する各基準波長の画像データの間で像のずれ、色むらが発生するのを十分低減することができると共に、高速で滑らかな撮影が可能となる。したがって、本発明のカラーカメラ装置では、高品位で解像度の高い画像を高速で得ることが可能である。
【００２２】
また、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、各基準波長の画像データとしては、従来よりもデータ量の少ないデータを用いればよく、しかも、画像処理を行う際にはそのデータ量の少ない画像データを基準波長毎に処理すればよいので、画像処理のための演算量を少なくして、処理スピードの向上を図ることができる。
【００２３】
請求項２記載の発明では、制御手段は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、カラーフィルタの透過波長が最大波長である状態を保持する第二期間とを併せた期間がカラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、カラーフィルタに印加する電圧を制御する。これにより、第一期間内ではカラーフィルタの透過波長が略直線的に若しくは段階的に変化するので、制御手段は、ある時点からの経過時間を管理し、その経過時間に基づいてイメージセンサを動作させる各タイミングを容易に決定することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明では、制御手段は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、カラーフィルタの透過波長が最小波長から最大波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第二期間とを併せた期間がカラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、カラーフィルタに印加する電圧を制御する。これにより、第一期間だけでなく第二期間においても各基準波長の画像データを取得して、カラーフィルタの透過波長の変化の一周期の間に、二画面分のカラー画像データを取得することができるので、さらに高速撮影が可能なカラーカメラ装置を実現することができる。
【００２５】
請求項４記載の発明では、制御手段は、透過波長の変化の各周期において、三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御するだけでなく、三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得する。これにより、より多くの色情報を得ることができるので、さらに高品位で色再現性のよい画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、図面を参照して、本願に係る発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２７】
まず、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第一実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、図１（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。第一実施形態のカラーカメラ装置は、図１に示すように、レンズ１０と、カラーフィルタ２０と、ドライバ回路３０と、イメージセンサ４０と、ＡＤコンバータ５０と、制御信号生成回路６０と、三つの画像メモリ７１，７２，７３と、画像処理装置１１０と、制御回路１２０とを備える。以下では、かかるカラーカメラ装置を用いて、被写体Ａのカラー画像を連続的に撮影する場合について説明する。
【００２８】
レンズ１０は、被写体Ａからの光を光学像（光学画像情報）としてイメージセンサ４０の光電面上に結像させるものである。撮影の際には、被写体Ａの像がイメージセンサ４０の光電面上にできるように、レンズ１０を動かして、レンズ１０とイメージセンサ４０との位置関係を調整しなければならない。
【００２９】
カラーフィルタ２０は、レンズ１０とイメージセンサ４０との間に設けられている。このカラーフィルタ２０は、レンズ１０を介して入射した光のうち特定波長の光を選択してイメージセンサ４０に導くものである。第一実施形態では、カラーフィルタ２０として、印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるものを用いる。このようなカラーフィルタ２０の具体例としては、液晶を用いて作製された液晶カラーフィルタや、有機系のエレクトロクロミックを用いて作製された有機系カラーフィルタを挙げることができる。ここでは、特に、カラーフィルタ２０として液晶カラーフィルタを用いる場合を説明する。
【００３０】
液晶カラーフィルタは、液晶フィルタと偏向フィルタとを幾枚も組み合わせた構造を有している。液晶フィルタの電極に所定の電圧を印加すると、液晶材の配列がその電圧（電流）方向に揃い、液晶フィルタによる光の透過率が変わる。液晶カラーフィルタでは、液晶フィルタと偏向フィルタとを組み合わせているので、電圧を印加したときに、液晶格子効果により特定波長の光だけが透過することができるようになる。このように、印加電圧と液晶カラーフィルタの透過波長とは一対一に対応する。また、液晶カラーフィルタは、印加電圧の変化に対し、緩やかな応答特性を示す。このため、液晶カラーフィルタに印加する電圧を適切に制御すれば、液晶カラーフィルタが透過する光の波長を連続的に変化させることができる。第一実施形態では、制御回路１２０がドライバ回路３０を介してカラーフィルタ２０に印加する電圧を制御する。
【００３１】
ドライバ回路３０は、カラーフィルタ２０に電圧を印加するものであり、図１（ａ）に示すように、電源部３１と、可変抵抗３２と、アンプ３３とを有する。電源部３１はカラーフィルタ２０に印加する電圧を生成するものである。可変抵抗３２はその印加電圧を調整するものであり、アンプ３３はその印加電圧を増幅するものである。ここで、ドライバ回路３０は、後述する図３（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を出力する。このドライバ回路３０は制御回路１２０によって制御される。
【００３２】
イメージセンサ４０は、カラーフィルタ２０を透過した特定波長の光の画像情報を電気信号に変換することにより当該特定波長の画像データ（輝度データ）を得るものである。このイメージセンサ４０の動作は、制御信号生成回路６０からの信号に基づいて制御される。また、イメージセンサ４０は多数の光電変換素子から構成されている。ここでは、一画素に対して一個の光電変換素子を使用している。具体的に、縦方向４００画素、横方向６００画素の画像を得る場合には、一画面に使用する光電変換素子の数は、２４００００（＝４００×６００）個である。すなわち、第一実施形態では、後述するように、三原色の各波長の画像データを時分割で取得するため、カラー画像を撮影する場合であっても、モノクロ画像を撮影する場合に必要とする光電変換素子の数と同じ数の光電変換素子から構成されたイメージセンサを用いるだけで済む。
【００３３】
また、このイメージセンサ４０としては、例えば２００μｓ程度のシャッタースピードで露光できる高感度イメージセンサ、具体的には、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ、電子撮像管等を使用することが望ましい。特に、第一実施形態では、イメージセンサ４０として、ＣＭＯＳイメージセンサを用いることにする。ＣＭＯＳイメージセンサは、チップ内にシャッター（電子的シャッター）を内蔵しているため、メカニカルシャッターを設ける必要はなく、制御がしやすいという利点がある。これに対し、イメージセンサ４０としてＣＣＤイメージセンサを用いる場合には、そのチップ内に電子シャッターを製造プロセス上作り込むのが困難であるため、メカニカルシャッターを設ける必要がある。
【００３４】
ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ４０における光電変換素子及びシャッターの回路構成について説明する。図２はＣＭＯＳイメージセンサ４０における光電変換素子及びシャッターの回路構成を説明するための図である。図２に示す回路は、光電変換素子４１と、コンデンサ４２と、四つのトランジスタ４３，４４，４５，４６とから構成されている。カラーフィルタ２０を透過した特定波長の光が光電変換素子４１に入射すると、その光の強弱に応じた光電荷が光電変換素子４１に発生する。トランジスタ４３はシャッターに相当するものである。すなわち、トランジスタ４３をオンにすると、シャッターが開き、一方、トランジスタ４３をオフにすると、シャッターが閉じることになる。シャッターが開くと、光電変換素子４１に発生した光電荷はコンデンサ４２に蓄えられる。このコンデンサ４２に蓄えられた光電荷を取り出すことにより、その時の光強度を読み取ることができる。かかる光電荷を取り出す際には、トランジスタ４４，４５が用いられる。これらトランジスタ４４，４５は増幅器に相当する。トランジスタ４５をオンにすると、コンデンサ４２に蓄えられた光電荷に対応する電気信号がライン４７から出力され、これにより、光強度が読み取られる。また、トランジスタ４６はコンデンサ４２に蓄えられた電荷を消去する、いわゆるリセット用のトランジスタである。上記のようにして光強度を読み出した後には、トランジスタ４６をオンにして即座にコンデンサ４２に蓄えられている光電荷を消去すると共に、光電変換素子４１を初期状態にする。これにより、次の読み取り動作を行う準備が整うことになる。このような読み取り動作は各光電変換素子に対して行われ、画素毎の光強度信号が得られる。かかる画素毎の光強度信号の全体が当該特定波長の画像データとなる。このように、電子的シャッターを内蔵するＣＭＯＳイメージセンサでは、光電変換素子と電子的シャッターとを個々に制御して、それらを正確に且つ高速に動作させることができる。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサは、メカニカルシャッターを設ける必要があるＣＣＤイメージセンサに比べて、高速撮影に対して有効な手段であるといえる。
【００３５】
ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０で得られた輝度データをデジタルの画像データに変換するものである。ＡＤコンバータ５０の動作は、制御信号生成回路６０からの信号に基づいて制御される。第一実施形態では、デジタル画像データとして一画素当たり８bitの２進データを用いることにする。この８bitデータは２５６階調まで光強度を表現することができる。尚、ビット長は容易に増やすことができるので、一画素当たりのデジタル画像データのビット長としては、求める画質に応じた所望のビット長を定めればよい。例えば、高画質に要求に対しては、ビット長を１６bitや２４bit等に設定することになる。
【００３６】
制御信号生成回路６０は、制御回路１２０から送られたタイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、イメージセンサ４０に対する制御信号（読取信号）を生成し、イメージセンサ４０に送出する。イメージセンサ４０はかかる制御信号（読取信号）を受け取ると、その受け取ったタイミングで画像の読み取り動作を行うことになる。また、制御信号生成回路６０は、上記タイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、ＡＤコンバータ５０に対する制御信号（開始信号）を生成し、ＡＤコンバータ５０に送出する。ＡＤコンバータ５０はかかる制御信号（開始信号）を受け取ると、変換処理を開始することになる。
【００３７】
制御回路１２０は、カラー画像を得るために、各部の動作を統括して制御するものである。カラー画像を得るには、三つの基準波長の光、例えば三原色の光である赤色波長λＲ（例えば７００ｎｍ）の光、緑色波長λＧ（例えば５４６．１ｎｍ）の光、青色波長λＢ（例えば４３５．８ｎｍ）の光をそれぞれイメージセンサ４０に取り込み、当該各基準波長の画像データを取得する必要がある。これら三つの基準波長の画像データが一画面分のカラー画像データを構成する。第一実施形態では、制御回路１２０は、被写体Ａを撮影する際に、カラーフィルタ２０を透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタ２０に印加する電圧を制御し、且つ、透過波長の変化の各周期において三つの基準波長の光がカラーフィルタ２０を透過する各タイミングでイメージセンサ４０の動作を制御する。すなわち、各周期においてカラーフィルタ２０の透過波長が変化している期間内に、イメージセンサ４０のシャッターを三回だけ切ることにより、カラー画像を得るのに必要な三つの基準波長の画像データを時分割に取得するのである。
【００３８】
上述したように、第一実施形態では、カラーフィルタ２０として液晶カラーフィルタを用いている。この液晶カラーフィルタは次のような応答特性を有する。すなわち、液晶カラーフィルタの応答時間は、一般に２０ｍｓ程度であり、高速応答品の場合でも８ｍｓ程度である。このように液晶カラーフィルタの応答時間が遅いことはよく知られている。ここで、液晶カラーフィルタの応答時間とは、液晶カラーフィルタに電圧を印加したときに、その電圧印加の時点から液晶カラーフィルタがその電圧印加に対する応答（透過波長の変化）を開始するまでの時間をいう。また、本発明者等が調べたところ、液晶カラーフィルタの透過波長がある波長範囲内で変化している場合、その波長範囲内におけるある波長から他の波長に変化するまでの時間はとても短いことが分かった。これは、フィルタ内部の粒子の移動量が時間に比例するためであると考えられる。このため、液晶カラーフィルタの透過波長を予め所定の波長に保持しておき、その後、液晶カラーフィルタの透過波長を当該所定の波長から一定の波長範囲内で連続的に変化させることにすれば、その変化の期間においては、液晶カラーフィルタは高速で動作することになる。第一実施形態では、この事実を利用し、液晶カラーフィルタの透過波長が変化している期間内に三つの基準波長の画像データを取得することにしているのである。これにより、非常に短い時間で一画面分のカラー撮影を完了することができるので、像のずれや色むらのないカラー画像を得ることができる。すなわち、第一実施形態のカラーカメラ装置では、上述した第二の従来例のように、一画面分のカラー撮影において、各基準波長の画像データを取得する度に液晶カラーフィルタの透過波長を初期状態に戻すのではない。また、このように液晶カラーフィルタを高速動作させている間に撮影を行うため、イメージセンサ４０としては高速撮影が可能なＣＭＯＳイメージセンサを用いているのである。
【００３９】
いま、カラーフィルタ２０の印加電圧及びその印加電圧に応じたカラーフィルタ２０の透過波長の変化について詳しく説明する。図３（ａ）は第一実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタ２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図３（ｂ）はそのカラーフィルタ２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタ２０の透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図３（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図３（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【００４０】
第一実施形態では、図３（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加している。具体的に、この印加電圧は、時間Ｔ１１の間に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２まで連続的に変化し、それから、時間Ｔ１２の間、その電圧Ｖ１に保持される。その後、印加電圧は同じ変化を繰り返す。ここで、電圧Ｖ１は、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲ近傍の所定波長λ１となるときの印加電圧の設定値であり、電圧Ｖ２は、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢ近傍の所定波長λ２となるときの印加電圧の設定値である。実際には、波長λ１を、例えば７００ｎｍより少し長い波長に定め、波長λ２を、例えば４３５．８ｎｍより少し短い波長に定めている。すなわち、波長λ２から波長λ１までの範囲内には、青色波長λＢ、緑色波長λＧ、赤色波長λＲが含まれる。また、上記の時間Ｔ１２をフィルタ応答時間Ｔ０に設定する。
【００４１】
図３（ａ）に示す略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加すると、カラーフィルタ２０の透過波長は、図３（ｂ）に示すように、その電圧変化に追従して連続変化を示す。具体的に、時刻ｔ０で印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始したとする。時刻ｔ０からフィルタ応答時間Ｔ０（＝Ｔ１２）が経過した後、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ１から波長λ２への変化を開始する。ここで、第一実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０の可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０から所定の時間Ｔ１Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達し、それから所定の時間Ｔ１Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それからさらに所定の時間Ｔ１Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達する。そして、時刻ｔ０＋Ｔ０から時間Ｔ１１が経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ２に達する。その直後、カラーフィルタ２０の透過波長は、時刻ｔ０＋Ｔ１１で印加電圧が電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に降下したことに応じて、波長λ２から波長λ１に急激に変化する。このカラーフィルタ２０の透過波長が波長λ１である状態は、時間Ｔ１２（＝Ｔ０）だけ保持される。このように、カラーフィルタ２０の透過波長は、その透過波長が波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化する第一期間Ｔ１１と、その後、透過波長が波長λ１である状態を保持する第二期間Ｔ１２とを併せた期間を一周期とする変化を行う。したがって、第一実施形態のカラーフィルタ２０を用いると、第一期間Ｔ１１において、スペクトラム光のスィープ変化を実現することができる。
【００４２】
ここで、上述したように、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０の可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って略直線的に変化するように印加電圧を制御している。しかしながら、例えばカラーフィルタ２０に印加する電圧を直線的に変化させたとしても、カラーフィルタ２０の透過波長が必ずしも直線的に変化するとは限らない。実際、カラーフィルタ２０の透過波長を所定の波長に設定するための印加電圧の値は個々のカラーフィルタ毎に多少異なっていることがあり、また、カラーフィルタ２０の透過波長が変化するときの振る舞いは温度によって変わることもある。すなわち、一般に、液晶応答時間及び透過波長は、フィルタの個体差や使用する環境（使用温度、動作時間等）等により変動する。このため、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の個体差や使用温度等の要素を考慮して、カラーフィルタ２０に印加する電圧を決定する必要がある。尚、図３（ａ）では、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への印加電圧の変化の様子を直線で示しているが、上述したことから分かるように、必ずしもその変化の様子は直線となるわけではない。
【００４３】
また、印加電圧の変化の傾き又は印加電圧の変化量（電圧差）を大きくすることにより、カラーフィルタ２０の透過波長の変化速度を速くすることができる。実際、第一実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０の可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期における第一期間Ｔ１１が２ｍｓ程度となるように印加電圧を制御している。また、図３の例では、第二期間Ｔ１２は約８ｍｓである。したがって、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期Ｔ１１＋Ｔ１２は約１０ｍｓである。
【００４４】
更に、制御回路１２０は、例えば、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲから緑色波長λＧに変化するまでの時間Ｔ１Ｇと、緑色波長λＧから青色波長λＢに変化するまでの時間Ｔ１Ｂとが略同じとなるように印加電圧を制御することもできる。このような変化に要する時間は、イメージセンサ４０の特性に応じて設定することが好ましい。
【００４５】
次に、イメージセンサ４０の動作タイミングについて説明する。イメージセンサ４０は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期における第一期間Ｔ１１内に、制御信号生成回路６０から読取信号が送られたタイミングで、画像の読み取り動作を行う。制御信号生成回路６０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が変化を開始した時点からの経過時間に基づいて読取信号を送出するタイミングを決定することができる。カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始した時点から、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲ、緑色波長λＧ、青色波長λＢの各波長に達するまでの時間は一定だからである。
【００４６】
具体的に、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始するタイミングでタイミング信号を制御信号生成回路６０に出力する。制御信号生成回路６０は、制御回路１２０からタイミング信号が送られた時点からの経過時間を管理している。そして、制御信号生成回路６０は、その経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０は赤色波長の画像データ（Ｒ画像データ）を読み取る。次に、制御信号生成回路６０は、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０は緑色波長の画像データ（Ｇ画像データ）を読み取る。その後、制御信号生成回路６０は、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇ＋Ｔ１Ｂに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０は青色波長の画像データ（Ｂ画像データ）を読み取る。このようにして、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期Ｔ１１＋Ｔ１２の間に、三つの基準波長の画像データがイメージセンサ４０により時分割で取得され、ＡＤコンバータ５０に順次出力される。ここで、この取得された三つの基準波長の画像データは一画面分のカラー画像データとなるので、一画面分のカラー画像を撮影する周期は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期と同じである。具体的に、その周期は約１０ｍｓであるので、第一実施形態のカラーカメラ装置を用いると、１秒間に約１００画面（フレーム）が得られ、滑らかな撮影が可能である。
【００４７】
ここで、上述したように第一期間Ｔ１１は２ｍｓ程度であるが、第一実施形態では、イメージセンサ４０として、２００μｓ程度のシャッタースピードで露光できる高感度なＣＭＯＳイメージセンサを使用しているので、第一期間Ｔ１１の間にイメージセンサ４０のシャッターを三回切ることは十分可能である。
【００４８】
尚、制御信号生成回路６０が読取信号を送出するタイミングをより正確に決定するには、次のような方法を用いればよい。すなわち、イメージセンサ４０の一部に、透過波長を赤色波長に固定した光学フィルタ、透過波長を緑色波長に固定した光学フィルタ、透過波長を青色波長に固定した光学フィルタを設置すると共に、それらの光学フィルタ毎に、当該光学フィルタを透過する光を検出する検出手段を設ける。制御信号生成回路６０は、各検出手段からの検出信号を受けたときに、カラーフィルタ２０の透過波長が当該検出手段の検出する光の波長に達したことを認識し、読取信号をイメージセンサ４０に送出すればよい。
【００４９】
各画像メモリ７１，７２，７３は、ＡＤコンバータ５０から出力されたデジタルの画像データを記憶するものである。一画面分のカラー画像データは、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データから構成されるが、これらの画像データはそれぞれ、最終的に第一の画像メモリ７１、第二の画像メモリ７２、第三の画像メモリ７３に記憶される。具体的に、ＡＤコンバータ５０がＲ画像データを出力すると、そのＲ画像データはまず第三の画像メモリ７３に一旦記憶される。次に、ＡＤコンバータ５０がＧ画像データを出力すると、第三の画像メモリ７３に記憶されているＲ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、当該Ｇ画像データは第三の画像メモリ７３に記憶される。また、ＡＤコンバータ５０がＢ画像データを出力すると、第二の画像メモリ７２に記憶されているＲ画像データは第一の画像メモリ７１に転送され、第三の画像メモリ７３に記憶されているＧ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、当該Ｂ画像データは第一の画像メモリ７３に記憶される。こうして、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データはそれぞれ、第一の画像メモリ７１、第二の画像メモリ７２、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００５０】
画像処理装置１１０は、図１（ｂ）に示すように、三つの画像処理回路１１１，１１２，１１３を含んで構成されている。第一の画像処理回路１１１は第一の画像メモリ７１に記憶されているＲ画像データに所定の画像処理を施すものであり、第二の画像処理回路１１２は第二の画像メモリ７２に記憶されているＧ画像データに所定の画像処理を施すものであり、第三の画像処理回路１１３は第三の画像メモリ７３に記憶されているＢ画像データに所定の画像処理を施すものである。このように、画像処理は各基準波長の画像データ毎に行われる。具体的に、各画像処理回路１１１，１１２，１１３で行われる画像処理の内容としては、画像圧縮処理や色補正処理等がある。尚、各画像処理回路１１１，１１２，１１３は、制御回路１２０からの信号に基づいて処理を開始する。
【００５１】
画像圧縮処理は、同一波長色の画像について、時間変化に対する前後の画像を比較演算し、その差分を求めて後の画像をデータ化することで、扱うデータ量を削減する処理である。例えば、この圧縮方法としては、後の画像において前後の画像の間で輝度変化がある部分のみデータ化し、輝度変化のない部分をデータ化しない方法や、画素データを大きなブロック像として扱う方法などがある。実際、圧縮方法には各種規格化されたフォーマット（例えばＪＰＥＧ等）があり、各画像処理回路１１１，１１２，１１３は所定のフォーマットに応じた演算を行えばよい。圧縮方法としては公知の技術を用いることができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
色補正処理は、同一波長色の画像について、色を強調するなど、色を補正する処理である。この色補正の方法としては公知の技術を用いることができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
ところで、従来のカラーカメラ装置では、カラー画像データとして１画素当たり２４bitのデータを用いている。このため、画像圧縮処理において、前後の画像を比較演算する際には、その演算量が膨大になってしまい、処理を迅速に行うことができなかった。これに対し、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱い、各基準波長の画像データとして１画素当たり８bitのデータを用いている。そして、画像処理装置１１０が各基準波長の画像データに対してそれぞれ独立に処理を行うことにより、画像圧縮処理における演算量を少なくして、処理スピードを速めることができる。
【００５４】
また、従来のカラーカメラ装置では、ある特定の画素に対して色補正を行う際に、２４bitの元データに対して補正色も２４bitデータを用いる必要がある。このため、色補正処理においても、その演算処理が複雑となり、処理スピードが追いつかないという問題や、回路規模が大きくなるという問題を抱えていた。いま、従来の色補正についての計算例を詳しく説明する。具体的に、ある画素のＲ画像データに対して、色を強調する補正を行う場合を考える。そして、２４bitの元データ（カラー画像データ）は（３３１１８８）であるとする。ここで、このデータ表記（００００００）は１６進数表記である。また、そのデータのうち最初の二桁がＲ画像データを、その次の二桁がＧ画像データ、そして、最後の二桁がＢ画像データを表している。まず、Ｒ画像データを抽出するため、元データ（３３１１８８）と（ＦＦ００００）との論理積（ＡＮＤ）をとる（ステップ１）。これにより、Ｒ画像データ（３３００００）が得られる。次に、そのＲ画像データを右にシフトする処理を行い、Ｒ画像データをデータ（００００３３）に変換する（ステップ２）。その後、そのデータ（００００３３）に所定の補正値、例えば（０００００１）を加える補正演算を行う（ステップ３）。これにより、（００００３４）というデータが得られる。次に、そのデータを左にシフトする処理を行い、そのデータをデータ（３４００００）に変換する（ステップ４）。最後に、そのデータ（３４００００）を元データに書き込む処理を行い、補正後のカラー画像データ（３４１１８８）が得られる（ステップ５）。このように、従来は、色補正処理の際の演算ステップがとても多かった。
【００５５】
これに対し、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、画像処理装置１１０は、各基準波長の画像データに対してそれぞれ独立に演算を行えばよいので、色補正処理における演算量を少なくして、処理スピードを速めることができる。具体的に、上記例と同様に、ある画素のＲ画像データに対して、色を強調する補正を行う場合を説明する。第一実施形態では、各基準波長の画像データとして１画素当たり８bitのデータを用いている。いま、元のＲ画像データを（３３）とする。ここで、データ表記（００）は１６進数表記である。この場合、その元データ（３３）に所定の補正値、例えば（０１）を加算するだけで、補正後のＲ画像データ（３４）が得られる。このように、第一実施形態では、色補正処理の際の演算ステップを、従来に比べて約８０％削減することができるので、画質補正等を容易に行うことができる。
【００５６】
各画像処理回路１１１，１１２，１１３で処理された各基準波長の画像データは、時分割で出力される。すなわち、画像処理装置１１０で処理されたＲ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データはその順番で順次出力される。ここで、データを出力する際に要する時間は例えば１０μｓ以下であり、フィルタ応答時間Ｔ０（＝８ｍｓ）に比べてとても短いので、画像処理装置１１０において画像処理を行う時間を十分確保することができ、撮影性能が低下することはない。
【００５７】
次に、第一実施形態のカラーカメラ装置において、被写体Ａを撮影して、そのカラー画像データを取得する処理の手順について説明する。
【００５８】
まず、被写体Ａの像がイメージセンサ４０の光電面上にできるように、レンズ１０とイメージセンサ４０との位置関係を調整する。次に、制御回路１２０は、ドライバ回路３０を制御して、図３（ａ）に示す周期的な電圧をカラーフィルタ２０に印加する。このとき、制御回路１２０は、印加電圧の各周期において第一の電圧Ｖ１から第二の電圧Ｖ２への変化が開始するタイミングで、制御信号生成回路６０にタイミング信号を出力する。
【００５９】
制御信号生成回路６０は、そのタイミング信号を受けたときから所定の時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒが経過すると、読取信号をイメージセンサ４０に送出すると共に、開始信号をＡＤコンバータ５０に送出する。これにより、イメージセンサ４０は、シャッターを切り、Ｒ画像データを取得した後、そのＲ画像データをＡＤコンバータ５０に出力する。そして、ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０から送られたそのＲ画像データをデジタルのＲ画像データに変換する。その後、ＡＤコンバータ５０で変換されたＲ画像データは、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００６０】
次に、制御信号生成回路６０は、当該タイミング信号を受けたときから所定の時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇが経過すると、読取信号をイメージセンサ４０に送出すると共に、開始信号をＡＤコンバータ５０に送出する。これにより、イメージセンサ４０は、シャッターを切り、Ｇ画像データを取得した後、そのＧ画像データをＡＤコンバータ５０に出力する。そして、ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０から送られたそのＧ画像データをデジタルのＧ画像データに変換する。その後、既に第三の画像メモリ７３に記憶されているＲ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、今回、ＡＤコンバータ５０で変換されたＧ画像データは、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００６１】
次に、制御信号生成回路６０は、当該タイミング信号を受けたときから所定の時間Ｔ０＋Ｔ１Ｒ＋Ｔ１Ｇ＋Ｔ１Ｂが経過すると、読取信号をイメージセンサ４０に送出すると共に、開始信号をＡＤコンバータ５０に送出する。これにより、イメージセンサ４０は、シャッターを切り、Ｂ画像データを取得した後、Ｂ画像データをＡＤコンバータ５０に出力する。そして、ＡＤコンバータ５０は、イメージセンサ４０から送られたそのＢ画像データをデジタルのＢ画像データに変換する。そして、既に第二の画像メモリ７２に記憶されているＲ画像データは第一の画像メモリ７１に転送され、そして、既に第三の画像メモリ７３に記憶されているＧ画像データは第二の画像メモリ７２に転送されると共に、今回、ＡＤコンバータ５０で変換されたＢ画像データは、第三の画像メモリ７３に記憶される。
【００６２】
こうして、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データ（Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データ）がそれぞれ所定の画像メモリ７１，７２，７３に記憶されると、制御回路１２０は、各画像処理回路１１１，１１２，１１３に対して所定の信号を送出する。各画像処理回路１１１，１１２，１１３は制御回路１２０からの信号を受け取ると、所定の画像処理を開始する。具体的に、第一の画像処理回路１１１は、第一の画像メモリ７１に記憶されているＲ画像データに対して画像圧縮処理や色補正処理を施す。そして、第二の画像処理回路１１２は、第二の画像メモリ７２に記憶されているＧ画像データに対して画像圧縮処理や色補正処理を施し、第三の画像処理回路１１３は、第三の画像メモリ７３に記憶されているＢ画像データに対して画像圧縮処理や色補正処理を施す。こうして、三つの基準波長の画像データのそれぞれに対する画像処理が終了すると、三つの基準波長の画像データは時分割で出力される。上記の処理が繰り返されることにより、被写体Ａのカラー画像が連続的に撮影される。
【００６３】
第一実施形態のカラーカメラ装置では、制御回路は、カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその透過波長の変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。これにより、透過波長が連続的に変化する短い期間内に、三つの基準波長の画像データを得ることができるので、それら三つの基準画像データについては、最初の画像データを取得してから残り二つの画像データを取得するまでの待ち時間がとても短くなる。このため、一画面分のカラー画像データを構成する各基準波長の画像データの間で像のずれ、色むらが発生するのを十分低減することができると共に、高速で滑らかな撮影が可能となる。したがって、第一実施形態のカラーカメラ装置では、高品位で解像度の高い画像を高速で得ることが可能である。
【００６４】
また、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、各基準波長の画像データとしては、従来よりもデータ量の少ないデータを用いればよく、しかも、画像処理を行う際にはそのデータ量の少ない画像データを基準波長毎に処理すればよいので、画像処理のための演算量を少なくして、処理スピードの向上を図ることができる。
【００６５】
ここで、第一実施形態で用いる画像データは基準波長毎に独立しているが、各基準波長の画像データを、従来のような２４bitのカラー画像データに容易に合成することができる。例えば、一定の規則演算にしたがって、８bitの各基準波長の画像データをビット長方向に並べ重ねることにより、２４bitのカラー画像データを容易に得ることができる。このように、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことは、とても汎用性が高い。
【００６６】
また、第一実施形態では、一画面分のカラー画像データを構成する三つの基準波長の画像データを時分割に扱うことにより、各基準波長の画像データのデータ長を自由に変更することが可能である。これは、三つの基準波長の画像データをそれぞれ時分割に扱う場合、処理側は各基準波長の画像データの区切りを認識することができるので、各基準波長の画像データのデータ長には何ら制限が課されないからである。したがって、例えば、三つの基準波長の画像データのデータ長がそれぞれ、８bit、１６bit、２４bitであったとしても、処理側は、処理対象の画像データがどの波長に対する画像データであるかを認識して、即座に対応することが可能である。
【００６７】
更に、第一実施形態のカラーカメラ装置では、図８に示すような、イメージセンサを三つ用意し、入射光を赤色、緑色、青色の各光に分光した後、それらの光をそれぞれイメージセンサに取り込むという第一の従来例に比べて、イメージセンサを一つだけ設ければよいので、装置の小型化を図れるという利点がある。また、イメージセンサを一つだけ設けているので、イメージセンサの面積を大きくすれば、図８に示す第一の従来例であるカラーカメラ装置に比べて、感度を上げることも可能である。
【００６８】
尚、第一実施形態のカラーカメラ装置とそのカラーカメラ装置で時分割に得られる各基準波長の画像データとを使用すれば、効率のよい画像システムを構築することが可能である。具体的に、この画像システムでは、第一実施形態のカラーカメラ装置を、三原色の各色の時分割データを入力データとして用いることができる市販の画像表示装置に接続する。かかる画像表示装置では、各基準波長の画像データについて時分割にスペクトラム表示を行い、カラー画像を表示する。これにより、画像取り込み、画像処理、画像表示等に際してデータをすべてスペクトラム表現で扱うことができるので、色純度が高く、しかも色の再現性がとてもよい画像を表示することができる。
【００６９】
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明する。図４（ａ）は本発明の第二実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、図４（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。尚、第二実施形態において、第一実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
第二実施形態のカラーカメラ装置は、図４に示すように、レンズ１０と、カラーフィルタ２０と、ドライバ回路３０ａと、イメージセンサ４０と、ＡＤコンバータ５０と、制御信号生成回路６０ａと、三つの画像メモリ７１，７２，７３と、セレクタ回路８０と、画像処理装置１１０と、制御回路１２０とを備える。
【００７１】
ドライバ回路３０ａは、カラーフィルタ２０に電圧を印加するものであり、図４（ａ）に示すように、電源部３１ａと、可変抵抗３２と、アンプ３３とを有する。電源部３１ａはカラーフィルタ２０に印加する電圧を生成するものである。このドライバ回路３０ａは、後述する図５（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を出力する。すなわち、ドライバ回路３０ａと第一実施形態のドライバ回路３０とでは、電圧の出力波形のみが異なる。
【００７２】
制御信号生成回路６０ａは、制御回路１２０から送られたタイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、イメージセンサ４０に対する制御信号（読取信号）を生成し、イメージセンサ４０に送出すると共に、当該タイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、ＡＤコンバータ５０に対する制御信号（開始信号）を生成し、ＡＤコンバータ５０に送出する。制御信号生成回路６０ａは、後述するように、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期において、イメージセンサ４０及びＡＤコンバータ５０に対してそれぞれ、制御信号を四回送出する点で、第一実施形態の制御信号生成回路６０と相違する。
【００７３】
第二実施形態のカラーカメラ装置と第一実施形態のカラーカメラ装置では、主として、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の様子が異なる。いま、第二実施形態におけるカラーフィルタ２０の印加電圧及びその印加電圧に応じたカラーフィルタ２０の透過波長の変化について詳しく説明する。図５（ａ）は第二実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタ２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図５（ｂ）はそのカラーフィルタ２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図５（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図５（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【００７４】
第二実施形態では、図５（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加している。具体的に、この印加電圧は、時間Ｔ２１の間に電圧ＶＲから電圧ＶＢまで連続的に変化し、それから、時間Ｔ２２の間にその電圧ＶＢから電圧ＶＲまで連続的に変化する。その後、印加電圧は同じ変化を繰り返す。ここで、電圧ＶＲは、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲとなるときの印加電圧の値であり、電圧ＶＢは、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢとなるときの印加電圧の値である。
【００７５】
図５（ａ）に示す略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加すると、カラーフィルタ２０の透過波長は、図５（ｂ）に示すように、その電圧変化に追従して連続変化を示す。具体的に、時刻ｔ０で印加電圧が電圧ＶＲから電圧ＶＢへの変化を開始したとする。時刻ｔ０からフィルタ応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ２０の透過波長は赤色波長λＲから青色波長λＢへの変化を開始する。第二実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ａの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って赤色波長λＲから青色波長λＢまで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０から所定の時間Ｔ２１Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それから所定の時間Ｔ２１Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達する。ここで、Ｔ２１Ｇ＋Ｔ２１Ｂ＝Ｔ２１である。その後は、カラーフィルタ２０の透過波長はその青色波長λＢから赤色波長λＲへの変化を開始する。第二実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ａの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って青色波長λＢから赤色波長λＲまで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０＋Ｔ２１から所定の時間Ｔ２２Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それから所定の時間Ｔ２２Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達する。ここで、Ｔ２２Ｇ＋Ｔ２２Ｒ＝Ｔ２２である。このように、カラーフィルタ２０の透過波長は、その透過波長が赤色波長λＲから青色波長λＢまで略直線的に変化する第一期間Ｔ２１と、その後、透過波長がその青色波長λＢから赤色波長λＲまで略直線的に変化する第二期間Ｔ２２とを併せた期間を一周期とする変化を行う。
【００７６】
また、第二実施形態のカラーカメラ装置では、カラーフィルタ２０への印加電圧の周期、したがってカラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期は、例えば１ミリ秒から数秒までの間で任意の時間に設定することが可能である。この場合、制御回路１２０は、その設定された周期でカラーフィルタ２０への電圧印加を行う。
【００７７】
次に、イメージセンサ４０の動作タイミングについて説明する。第二実施形態では、制御信号生成回路６０ａは、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期において、イメージセンサ４０に読取信号を四回送出する。具体的に、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧ＶＲから電圧ＶＢへの変化を開始するタイミングでタイミング信号を制御信号生成回路６０ａに出力する。制御信号生成回路６０ａは、制御回路１２０からタイミング信号が送られた時点からの経過時間を管理する。そして、制御信号生成回路６０ａは、その経過時間が時間Ｔ０に達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＲ画像データを読み取る。次に、制御信号生成回路６０ａは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ２１Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。その後、制御信号生成回路６０ａは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ２１に達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＢ画像データを読み取る。さらにその後、制御信号生成回路６０ａは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ２１＋Ｔ２２Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。このようにして、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期Ｔ２１＋Ｔ２２の間に、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データ、Ｇ画像データがイメージセンサ４０により時分割で取得され、ＡＤコンバータ５０に順次出力される。
【００７８】
こうして一周期の間に得られた四つの画像データのうち、最初に得られたＲ画像データ、二番目に得られたＧ画像データ、及び三番目に得られたＢ画像データが一画面分のカラー画像データを構成し、当該一周期の間において三番目に得られたＢ画像データ及び四番目に得られたＧ画像データは、次の一周期の間において最初に得られたＲ画像データとともに、一画面分のカラー画像データを構成することになる。すなわち、連続する二つの画面を構成するカラー画像データにおいては、Ｒ画像データ若しくはＢ画像データが共通に用いられる。
【００７９】
このように、第二実施形態では、一画面分のカラー画像を撮影する周期は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期の半分となる。つまり、第一実施形態のようにカラーフィルタの透過波長を一定の波長に保持しておく期間が不要となるので、その期間を有効に利用してその期間においても画像データを取得することにより、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期の間に二画面分のカラー画像データを取得することにしているのである。このため、第二実施形態のカラーカメラ装置では、撮影周期の短い連続した画像を得ることが可能である。
【００８０】
また、第二実施形態では、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期の間に赤色波長の光と青色波長の光についてはそれぞれ一回撮影するのに対し、緑色波長の光については二回撮影している。これは、人間の目は緑色付近の波長の光に対して敏感であり、その光に対する視覚感度が高いとされているからである。すなわち、Ｇ画像データをＲ画像データやＢ画像データによりも多く取得することにより、視覚感度の高い、非常に鮮明な画像を得ることができる。実際、従来からある一般的なカラーＣＣＤイメージセンサ又はカラーＣＭＯＳイメージセンサでは、赤色波長の光を透過する赤色フィルタと青色波長の光を透過する青色フィルタとを同数用いると共に緑色波長の光を透過する緑色フィルタをその二倍の数だけ用いたカラーフィルタを複数の光電変換素子の前面に設けることにより、緑色の感度を高める工夫がなされている。このことからも分かるように、第二実施形態における各色の画像データの読取方法は、緑色の感度を高めるという点でとても有効な方法である。
【００８１】
ところで、上記の第一実施形態では、１画面（フレーム）を得るのに要する時間は約１０ｍｓである。すなわち１秒間に約１００画面を得ることができるので、滑らかな撮影が可能である。その撮影速度は、現行のテレビ放送に対する描画規格（１秒間に６０画面）と比べても、十分に余裕がある。しかしながら、第一実施形態では、カラーフィルタの透過波長が変化している短い期間（約２ｍｓ）に、三つの基準波長の画像データを取り込んでいるので、低照度時の撮影では、イメージセンサへ到達する光量が不足することが考えられる。これに対し、第二実施形態における各色の画像データの読取方法では、このような低照度時の撮影であっても、撮影感度を高めることが可能である。すなわち、第二実施形態では、低照度時の撮影を行う場合には、カラーフィルタ２０に印加する電圧を緩やかに変化させてカラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期を第一実施形態に比べて長く設定すると共に、イメージセンサ４０のシャッタースピードを第一実施形態に比べて遅く設定すればよい。これにより、イメージセンサ４０へ到達する光量を増やして、撮影感度の向上を図ることができる。
【００８２】
セレクタ回路８０は、制御回路１２０からの信号に基づいて、三つの画像メモリ７１，７２，７３の中から、ＡＤコンバータ５０から出力される各画像データを記憶する画像メモリを選択するものである。第二実施形態では、各色の画像データは、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ，・・・という順番でＡＤコンバータ５０から出力され、しかも、連続する二つの画面を構成するカラー画像データにおいてはＲ画像データ若しくはＢ画像データが重複して用いられるので、画像処理装置１１０による画像処理を効率よく行うためにも、ＡＤコンバータ５０から出力される各色の画像データを記憶する記憶領域（画像メモリ）を制御する必要がある。
【００８３】
具体的に、ＡＤコンバータ５０がＲ画像データを出力するときには、セレクタ回路８０は、第一の画像メモリ７１に対しその記憶領域を開放する旨の信号を送り、そのＲ画像データを第一の画像メモリ７１に記憶させる。ＡＤコンバータ５０がＧ画像データを出力するときには、セレクタ回路８０は、第二の画像メモリ７２に対しその記憶領域を開放する旨の信号を送り、そのＧ画像データを第二の画像メモリ７２に記憶させる。そして、ＡＤコンバータ５０がＢ画像データを出力するときには、セレクタ回路８０は、第三の画像メモリ７３に対しその記憶領域を開放する旨の信号を送り、そのＢ画像データを第三の画像メモリ７３に記憶させる。
【００８４】
次に、第二実施形態において、イメージセンサ４０（ＡＤコンバータ５０）からの各色の画像データの出力順番と、画像処理装置１１０からの各色の画像データの出力順番との関係について説明する。
【００８５】
いま、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２、Ｇ画像データＤＧ２２、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力されるとする。Ｂ画像データＤＢ１が出力された時点では、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１はそれぞれ、第一の画像メモリ７１、第二の画像メモリ７２、第三の画像メモリ７３に記憶される。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１はその順番で時分割に出力される。
【００８６】
次に、Ｇ画像データＤＧ１２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ１２を第二の画像メモリ７２に記憶させる。その後、Ｒ画像データＤＲ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ２を第一の画像メモリ７１に記憶させる。ここで、この時点では、第三の画像メモリ７３にはＢ画像データＤＢ１が消去されずにそのまま残っている。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｂ画像データＤＢ１はその順番で時分割に出力される。
【００８７】
次に、Ｇ画像データＤＧ２１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ２１を第二の画像メモリ７２に記憶させる。その後、Ｂ画像データＤＢ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ２を第三の画像メモリ７３に記憶させる。ここで、この時点では、第一の画像メモリ７１にはＲ画像データＤＲ２が消去されずにそのまま残っている。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２はその順番で時分割に出力される。
【００８８】
したがって、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力された場合には、画像処理装置１１０からは、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ１２、Ｂ画像データＤＢ１、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２１、Ｂ画像データＤＢ２、・・・がその順番で出力されることになる。すなわち、画像処理装置１１０からの各画像データの出力順番は、第一実施形態と同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの順番である。
【００８９】
第二実施形態のカラーカメラ装置でも、上記第一実施形態のカラーカメラ装置と同様の作用・効果を奏する。特に、第二実施形態では、制御回路は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に変化する第一期間と、その後、カラーフィルタの透過波長がその最小波長から最大波長まで略直線的に変化する第二期間とを併せた期間がカラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、カラーフィルタに印加する電圧を制御する。これにより、第一期間だけでなく第二期間においても各基準波長の画像データを取得して、カラーフィルタの透過波長の変化の一周期の間に、二画面分のカラー画像データを取得することができるので、第二実施形態のカラーカメラ装置では、第一実施形態のカラーカメラ装置に比べて高速撮影が可能である。
【００９０】
また、第二実施形態では、カラーフィルタの透過波長の変化の周期を、例えば１ミリ秒から数秒までの間で任意の時間に設定することができる。このため、被写体の照度が十分ある場合には、高速撮影、スローモーション撮影など、多彩な撮影方法に対応することができる。また、被写体の照度が低い場合には、カラーフィルタの透過波長の変化の周期を長く設定すると共に、イメージセンサのシャッタースピードを遅く設定することにより、撮影感度を高めることができる。このように、第二実施形態のカラーカメラ装置は、高速撮影、スローモーション撮影、高感度撮影が可能であるので、高品質ビデオ撮影、動画等の連続撮影に適している他、医療、バイオ、天体、地理、農業、生物等の各分野における観察、観測を目的とした撮影、スペクトラム解析等にも利用することができる。
【００９１】
次に、本発明の第三実施形態について図面を参照して説明する。図６（ａ）は本発明の第三実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、図６（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。尚、第三実施形態において、第一及び第二の実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００９２】
第三実施形態のカラーカメラ装置は、図６に示すように、レンズ１０と、カラーフィルタ２０と、ドライバ回路３０ｂと、イメージセンサ４０と、ＡＤコンバータ５０と、制御信号生成回路６０ｂと、三つの画像メモリ７１，７２，７３と、セレクタ回路８０と、画像処理装置１１０と、制御回路１２０とを備える。
【００９３】
ドライバ回路３０ｂは、カラーフィルタ２０に電圧を印加するものであり、図６（ａ）に示すように、電源部３１ｂと、可変抵抗３２と、アンプ３３とを有する。電源部３１ｂはカラーフィルタ２０に印加する電圧を生成するものである。このドライバ回路３０ｂは、後述する図７（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を出力する。すなわち、ドライバ回路３０ｂと第二実施形態のドライバ回路３０ａとでは、電圧の出力波形のみが異なる。
【００９４】
制御信号生成回路６０ｂは、制御回路１２０から送られたタイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、イメージセンサ４０に対する制御信号（読取信号）を生成し、イメージセンサ４０に送出すると共に、当該タイミング信号に基づいて、所定のタイミングで、ＡＤコンバータ５０に対する制御信号（開始信号）を生成し、ＡＤコンバータ５０に送出する。制御信号生成回路６０ｂは、後述するように、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の一周期において、イメージセンサ４０及びＡＤコンバータ５０に対してそれぞれ、制御信号を六回送出する点で、第一及び第二の実施形態の制御信号生成回路６０，６０ａと相違する。
【００９５】
第三実施形態のカラーカメラ装置と第一及び第二の実施形態のカラーカメラ装置では、主として、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の様子が異なる。いま、第三実施形態におけるカラーフィルタ２０の印加電圧及びその印加電圧に応じたカラーフィルタ２０の透過波長の変化について詳しく説明する。図７（ａ）は第三実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタ２０に印加する電圧の波形を説明するための図、図７（ｂ）はそのカラーフィルタ２０に（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。ここで、図７（ａ）において縦軸は印加電圧を、横軸は時間を表す。また、図７（ｂ）において縦軸は透過波長を、横軸は時間を表す。
【００９６】
第三実施形態では、図７（ａ）に示すような略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加している。具体的に、この印加電圧は、時間Ｔ３１の間に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２まで連続的に変化し、それから、時間Ｔ３２の間、その電圧Ｖ２に保持される。そして、その後、時間Ｔ３３の間にその電圧Ｖ２から電圧Ｖ１まで連続的に変化し、それから、時間Ｔ３４の間、その電圧Ｖ１に保持される。以後、印加電圧は同じ変化を繰り返す。ここで、上記第一実施形態で説明したように、電圧Ｖ１は、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲ近傍の所定波長λ１となるときの印加電圧の値であり、電圧Ｖ２は、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢ近傍の所定波長λ２となるときの印加電圧の値である。
【００９７】
図７（ａ）に示す略鋸波形の電圧を周期的にカラーフィルタ２０に印加すると、カラーフィルタ２０の透過波長は、図７（ｂ）に示すように、その電圧変化に追従して連続変化を示す。具体的に、時刻ｔ０で印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始したとする。時刻ｔ０からフィルタ応答時間Ｔ０が経過した後、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ１から波長λ２への変化を開始する。第三実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ｂの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０から所定の時間Ｔ３１Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達し、それから所定の時間Ｔ３１Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それからさらに所定の時間Ｔ３１Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達する。そして、時刻ｔ０＋Ｔ０から時間Ｔ３１が経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ２に達する。その後、カラーフィルタ２０の透過波長が波長λ２である状態が、時間Ｔ３２だけ保持される。
【００９８】
その後は、カラーフィルタ２０の透過波長はその波長λ２から波長λ１への変化を開始する。第三実施形態では、制御回路１２０は、予めドライバ回路３０ｂの可変抵抗３２の値を調整して、カラーフィルタ２０の透過波長が時間の経過に伴って波長λ２から波長λ１まで略直線的に変化するように印加電圧を制御している。例えば、変化開始の時刻ｔ０＋Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２から所定の時間Ｔ３３Ｂが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が青色波長λＢに達し、それから所定の時間Ｔ３３Ｇが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が緑色波長λＧに達し、それからさらに所定時間Ｔ３３Ｒが経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長が赤色波長λＲに達する。そして、時刻ｔ０＋Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２から時間Ｔ３３が経過すると、カラーフィルタ２０の透過波長は波長λ１に達する。その後、カラーフィルタ２０の透過波長が波長λ１である状態が、時間Ｔ３４だけ保持される。このように、カラーフィルタ２０の透過波長は、その透過波長が波長λ１から波長λ２まで略直線的に変化する第一期間Ｔ３１と、透過波長がその波長λ２である状態を保持する第二期間Ｔ３２と、透過波長がその波長λ２から波長λ１まで略直線的に変化する第三期間Ｔ３３と、透過波長がその波長λ１である状態を保持する第四期間Ｔ３４とを併せた期間を一周期とする変化を行う。
【００９９】
次に、イメージセンサ４０の動作タイミングについて説明する。第三実施形態では、制御信号生成回路６０ｂは、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期において、イメージセンサ４０に読取信号を六回送出する。具体的に、制御回路１２０は、カラーフィルタ２０の印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化を開始するタイミングでタイミング信号を制御信号生成回路６０ｂに出力する。制御信号生成回路６０ｂは、制御回路１２０からタイミング信号が送られた時点からの経過時間を管理する。そして、制御信号生成回路６０ｂは、その経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１Ｒに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＲ画像データを読み取る。次に、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１Ｒ＋Ｔ３１Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。その後、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１Ｒ＋Ｔ３１Ｇ＋Ｔ３１Ｂに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＢ画像データを読み取る。
【０１００】
次に、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３Ｂに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＢ画像データを読み取る。その後、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３Ｂ＋Ｔ３３Ｇに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＧ画像データを読み取る。さらにその後、制御信号生成回路６０ｂは、経過時間が時間Ｔ０＋Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３Ｂ＋Ｔ３３Ｇ＋Ｔ３３Ｒに達したと判断すると、読取信号をイメージセンサ４０に送る。これにより、その読取信号が送られたタイミングでイメージセンサ４０のシャッターが開き、イメージセンサ４０はＲ画像データを読み取る。このようにして、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の各周期Ｔ３１＋Ｔ３２＋Ｔ３３＋Ｔ３４の間に、Ｒ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データ、Ｂ画像データ、Ｇ画像データ、Ｒ画像データがイメージセンサ４０により時分割で取得され、ＡＤコンバータ５０に順次出力される。
【０１０１】
こうして一周期の間に得られた六つの画像データのうち、最初に得られたＲ画像データ、二番目に得られたＧ画像データ及び三番目に得られたＢ画像データが一画面分のカラー画像データを構成し、四番目に得られたＢ画像データ、五番目に得られたＧ画像データ及び六番目に得られたＲ画像データが一画面分のカラー画像データを構成することになる。このように、第三実施形態では、一画面分のカラー画像を撮影する周期は、カラーフィルタ２０の透過波長の変化の周期の半分である。
【０１０２】
また、第三実施形態におけるカラーフィルタ２０の透過波長の変化は、第二実施形態におけるカラーフィルタ２０の透過波長の変化において、透過波長を一定に保持する期間を余分に設けたものとなっている。このため、第三実施形態のカラーカメラ装置は、第二実施形態よりも長い周期での撮影や、スローシャッタースピードでの撮影を行う場合に使用するのに適している。但し、第三実施形態では、第二実施形態と異なり、連続する二つの画面を構成するカラー画像データにおいて、Ｒ画像データ若しくはＢ画像データを重複して用いることはしていない。これは、撮影周期を長くした場合に、一画面を構成する基準波長毎の像にずれが発生し、色むら等、画像品質が低下してしまうのを防止するためである。
【０１０３】
次に、第三実施形態において、イメージセンサ４０（ＡＤコンバータ５０）からの各色の画像データの出力順番と、画像処理装置１１０からの各色の画像データの出力順番との関係について説明する。
【０１０４】
いま、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｂ画像データＤＢ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｒ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力されるとする。Ｒ画像データＤＲ１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ１を第一の画像メモリ７１に記憶させる。次に、Ｇ画像データＤＧ１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ１を第二の画像メモリ７２に記憶させる。その後、Ｂ画像データＤＢ１がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ１を第三の画像メモリ７３に記憶させる。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１はその順番で時分割に出力される。
【０１０５】
次に、Ｂ画像データＤＢ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ２を第三の画像メモリ７３に記憶させる。その後、Ｇ画像データＤＧ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ２を第二の画像メモリ７２に記憶させる。さらにその後、Ｒ画像データＤＲ２がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ２を第一の画像メモリ７１に記憶させる。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｂ画像データＤＢ２はその順番で時分割に出力される。
【０１０６】
次に、Ｒ画像データＤＲ３がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＲ画像データＤＲ３を第一の画像メモリ７１に記憶させる。その後、Ｇ画像データＤＧ３がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＧ画像データＤＧ３を第二の画像メモリ７２に記憶させる。さらにその後、Ｂ画像データＤＢ３がＡＤコンバータ５０から出力されると、セレクタ回路８０は、そのＢ画像データＤＢ３を第三の画像メモリ７３に記憶させる。そして、各画像処理回路１１１，１１２，１１３はそれぞれ、画像メモリ７１，７２，７３に記憶されている画像データを読み取り、その画像データに対して画像処理を施す。こうして画像処理が施されたＲ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３はその順番で時分割に出力される。
【０１０７】
したがって、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｂ画像データＤＢ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｒ画像データＤＲ２、Ｒ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３、・・・がその順番でＡＤコンバータ５０から出力された場合には、画像処理装置１１０からは、Ｒ画像データＤＲ１、Ｇ画像データＤＧ１、Ｂ画像データＤＢ１、Ｒ画像データＤＲ２、Ｇ画像データＤＧ２、Ｂ画像データＤＢ２、Ｒ画像データＤＲ３、Ｇ画像データＤＧ３、Ｂ画像データＤＢ３、・・・がその順番で出力されることになる。すなわち、画像処理装置１１０からの各画像データの出力順番は、第一又は第二の実施形態と同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの順番である。
【０１０８】
第三実施形態のカラーカメラ装置でも、上記第一実施形態のカラーカメラ装置と同様の作用・効果を奏する。また、第三実施形態におけるカラーフィルタの透過波長の変化は、第二実施形態におけるカラーフィルタの透過波長の変化において、透過波長を一定に保持する期間を余分に設けたものとなっているので、この第三実施形態のカラーカメラ装置は、第二実施形態のカラーカメラ装置に比べてより長い周期での撮影やスローシャッタースピードでの撮影を行う場合に使用するのに適している。
【０１０９】
ところで、第一実施形態のカラーカメラ装置でも、カラーフィルタの透過波長が一定の波長を保持している期間を調整すれば、第三実施形態のカラーカメラ装置を用いた場合と同じ撮影結果を得ることができる。いずれのカラーカメラ装置を用いる場合であっても、光電変換素子の性能と撮影する被写体からの光量とに応じて印加電圧の出力波形を適切に選択すれば、最適な撮影性能が得られる。
【０１１０】
尚、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【０１１１】
例えば、上記の各実施形態では、制御回路が、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に変化している期間内に、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御する場合について説明したが、制御回路は、カラーフィルタの透過波長が一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで段階的に変化するようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、その変化の期間内に、三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御するようにしてもよい。
【０１１２】
また、上記の各実施形態では、本発明のカラーカメラ装置を用いて動画を撮影する場合について説明したが、本発明のカラーカメラ装置を通常のスチールカメラとして使用して、静止画を撮影することもできる。この場合、カラーフィルタの透過波長を一周期にわたってのみ変化させ、透過波長が変化している期間内に三つの基準波長の画像データを取得すればよい。
【０１１３】
また、上記の各実施形態においては、カラー画像を得るための三つの基準波長の光として三原色（赤、緑、青）の光を用いた場合について説明したが、例えば、三つの基準波長の光として、三原色の補色（黄、マゼンタ、シアン）の光を用いてもよい。
【０１１４】
更に、上記の各実施形態において、制御回路は、透過波長の変化の各周期において、三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御するだけでなく、三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得するようにしてもよい。これにより、より多くの色情報を得ることができるので、さらに高品位で色再現性のよい画像を得ることができる。一般に、制御回路は、カラーフィルタの透過波長が連続的に変化する期間内にイメージセンサを複数回動作させて、複数の任意波長の画像データを時分割に取得するようにしてもよい。これにより、可視光の撮影だけでなく、例えば近赤外線撮影等、可視光外の撮影も可能となるので、本発明のカラーカメラ装置を、スペクトラム分析、解析、観察等の用途にも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上説明したように、本発明のカラーカメラ装置では、制御手段は、カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその透過波長の変化が周期的に繰り返すようにカラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光がカラーフィルタを透過する各タイミングでイメージセンサの動作を制御することにより、三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する。これにより、透過波長が連続的に変化する短い期間内に、三つの基準波長の画像データを得ることができるので、それら三つの基準画像データについては、最初の画像データを取得してから残り二つの画像データを取得するまでの待ち時間がとても短くなる。このため、一画面分のカラー画像データを構成する各基準波長の画像データの間で像のずれ、色むらが発生するのを十分低減することができると共に、高速で滑らかな撮影が可能となる。したがって、本発明のカラーカメラ装置は、高品位カラーカメラとして使用するのに好適であるが、それだけでなく、製品の色検査、表面検査、薬品等の調合検査、食品の品質検査、生物の識別検査、医療検査等の検査の分野での利用や、車載カメラ、セキュリティカメラとしての利用等、広範囲にわたって使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】（ａ）は本発明の第一実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図２】ＣＭＯＳイメージセンサにおける光電変換素子及びシャッターの回路構成を説明するための図である。
【図３】（ａ）は第一実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【図４】（ａ）は本発明の第二実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図５】（ａ）は第二実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【図６】（ａ）は本発明の第三実施形態であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図７】（ａ）は第三実施形態のカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【図８】（ａ）は第一の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図９】（ａ）は第二の従来例であるカラーカメラ装置の概略構成図、（ｂ）はそのカラーカメラ装置の概略ブロック図である。
【図１０】（ａ）は第二の従来例であるカラーカメラ装置においてカラーフィルタに印加する電圧の波形を説明するための図、（ｂ）はそのカラーフィルタに（ａ）の電圧を印加したときのカラーフィルタの透過波長の変化を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ レンズ
２０ カラーフィルタ
３０，３０ａ，３０ｂ ドライバ回路
３１，３１ａ，３１ｂ 電源部
３２ 可変抵抗
３３ アンプ
４０ イメージセンサ
４１ 光電変換素子
４２ コンデンサ
４３，４４，４５，４６ トランジスタ
４７ ライン
５０ ＡＤコンバータ
６０，６０ａ，６０ｂ 制御信号生成回路
７１ 第一の画像メモリ
７２ 第二の画像メモリ
７３ 第三の画像メモリ
８０ セレクタ回路
１１０ 画像処理装置
１１１ 第一の画像処理回路
１１２ 第二の画像処理回路
１１３ 第三の画像処理回路
１２０ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタを透過した特定波長の光の画像情報を電気信号に変換することにより当該特定波長の画像データを得るイメージセンサと、
前記カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すように前記カラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する制御手段と、
を具備することを特徴とするカラーカメラ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最大波長である状態を保持する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とする請求項１記載のカラーカメラ装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最小波長から前記最大波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とする請求項１記載のカラーカメラ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、透過波長の変化の各周期において、前記三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御するだけでなく、前記三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得することを特徴とする請求項１、２又は３記載のカラーカメラ装置。
【請求項１】
印加電圧を可変することにより光の透過波長を可変することができるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタを透過した特定波長の光の画像情報を電気信号に変換することにより当該特定波長の画像データを得るイメージセンサと、
前記カラーフィルタを透過する光の波長が一定の波長範囲内で連続的に変化すると共にその変化が周期的に繰り返すように前記カラーフィルタに印加する電圧を制御し、且つ、その透過波長の変化の各周期において、カラー画像を得るために必要な三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データを一画面分のカラー画像データとして時分割に取得する制御手段と、
を具備することを特徴とするカラーカメラ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最大波長である状態を保持する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とする請求項１記載のカラーカメラ装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記カラーフィルタの透過波長が前記一定の波長範囲内における最大波長から最小波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第一期間と、その後、前記カラーフィルタの透過波長が前記最小波長から前記最大波長まで略直線的に若しくは段階的に変化する第二期間とを併せた期間が前記カラーフィルタの透過波長の変化の一周期となるように、前記カラーフィルタに印加する電圧を制御することを特徴とする請求項１記載のカラーカメラ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、透過波長の変化の各周期において、前記三つの基準波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御するだけでなく、前記三つの基準波長の光以外に一つ又は複数の所定波長の光が前記カラーフィルタを透過する各タイミングで前記イメージセンサの動作を制御することにより、前記三つの基準波長の画像データ及び前記一つ又は複数の所定波長の画像データを時分割に取得することを特徴とする請求項１、２又は３記載のカラーカメラ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１４７７４９（Ｐ２００８−１４７７４９Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２９２８８（Ｐ２００６−３２９２８８）
【出願日】平成１８年１２月６日（２００６．１２．６）
【出願人】（０００１２８０４９）ユー・エム・シー・ジャパン株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月６日（２００６．１２．６）
【出願人】（０００１２８０４９）ユー・エム・シー・ジャパン株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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