JP2004032497A - Digital camera - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子によって被写体を撮影するデジタルカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、デジタルカメラでは、撮影レンズによって被写体像が固体撮像素子上に結像され、その被写体像が固体撮像素子によって読み取られることにより被写体が撮影されている。また、銀塩カメラと同様に、デジタルカメラにも、被写体像の明るさを調整するために、開口径の変更が自在な絞りが備えられていることが多い。
【0003】
撮影レンズが有する結像能力の空間周波数特性(MTF)は、一般に、高い空間周波数ほど結像能力が低下する性質を示すが、絞りの開口径が大きい場合には回折の影響が小さいため、高い空間周波数まで十分な結像能力を有していることが多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、絞りの開口径が小さい場合には回折の影響が大きいので結像能力の低下も大きく、デジタルカメラの高級機種などのように、画素のピッチが小さいCCD(Charge Coupled Device)が固体撮像素子として採用された場合には、そのような結像能力の低下に伴う被写体像の画質劣化が無視できない場合がある。即ち、モアレや偽色を防止するために、複屈折によって被写体像を重複させてナイキスト周波数以上の空間周波数成分を打ち消す光学ローパスフィルタ(OLPF)を備えたデジタルカメラでは、上述したような回折による結像能力の低下が生じると、光学ローパスフィルタの効果と相まって、被写体像の画質が無視できない程度まで劣化する。
【0005】
このような回折による結像能力の低下を回避する為の技術として、特開平5−323264号公報には、開口径を変えて光量を調整する絞りに替えて一対の偏光板を備え、各偏光板の偏光方向の相対的な角度を調整することによって光量を調整する技術が開示されている。しかし、開口径を変える絞りは、被写体像の明るさを調整するためだけでなく、絞りを調整することにより被写界深度を変化させるといった撮影意図にも用いられるものであり、特開平5−323264号公報の技術は、このような撮影意図を反映することができない。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑み、小絞り時における被写体像の画質劣化が抑えられると共に、絞り調整による被写界深度の調整が可能なデジタルカメラを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のデジタルカメラは、被写体像を撮影レンズで固体撮像素子上に結像させ、その被写体像を固体撮像素子に読み取らせることにより、被写体像を表す画像データを得るデジタルカメラにおいて、
被写体像の明るさを調整する、開口径が変更可能な絞りと、
前記被写体像を偏光させる偏光素子と、
前記被写体像を複屈折によって所定方向に二重化するフィルタ素子と、
前記偏光素子による偏光方向と前記フィルタ素子における前記所定方向との相対的な角度を、前記絞りにおける開口径に連動させる連動機構とを備えたことを特徴とする。
【0008】
本発明のデジタルカメラによれば、開口径が変更可能な絞りを有するので、絞り調整による被写界深度の調整が可能である。さらに、本発明のデジタルカメラは、フィルタ素子における被写体像の二重化能力に影響する、偏光素子とフィルタ素子との間の相対的な角度を、連動機構によって開口径に連動させることができるので、小絞り時におけるフィルタ素子の二重化能力を低下させて、小絞り時における被写体像の画質劣化を抑えることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0010】
図1は、本発明のデジタルカメラの一実施形態を示す外観図である。
【0011】
このデジタルカメラ1は、本発明にいう撮影レンズの一例に相当する撮影レンズ11を備え、本発明にいう個体撮像素子の一例に相当するCCD(Charge Coupled Device)を内蔵しており、撮影レンズ11によってCCD上に被写体像を結像させ、そのCCDで被写体像を読み取らせることにより被写体像を表す画像データを得るものである。
【0012】
また、このデジタルカメラ1は、撮影範囲を決めるためのファインダ窓12と、被写体が暗いときなどに閃光を発する閃光発光装置13と、CCDによる被写体像の読み取り開始を指示するシャッタボタン14を備えている。
【0013】
図2は、デジタルカメラにおける撮像光学系を表す図である。
【0014】
この図2には、上述した撮影レンズを構成する2つのレンズ11a,11bと、被写体像を読み取る上述したCCD15と、被写体像の明るさ(光量)を調整する虹彩絞り16と、複屈折によって被写体像を二重化して空間周波数の高周波領域を打ち消す光学ローパスフィルタ17と、被写体像を偏光させる偏光板18aが組み込まれた偏光部材18と、虹彩絞り16と偏光部材18とを連動させるギア19が示されている。
【0015】
上述したように、CCD15は、本発明にいう固体撮像素子の一例である。
【0016】
虹彩絞り16は、本発明にいう絞りの一例であり、図2の矢印f2が示すように回動されることにより開口径が調整されて被写体像の光量が調整される。このような虹彩絞り16が備えられているため、本実施形態のデジタルカメラでは、絞りを調整することにより被写界深度を変化させるといった撮影意図を反映することができる。
【0017】
光学ローパスフィルタ17は、本発明にいうフィルタ素子の一例であり、具体的には水晶板が用いられている。
【0018】
図3は、光学ローパスフィルタの作用を説明する正面図(A)および側面図(B)である。
【0019】
ここでは、光学ローパスフィルタ17に点像20の光が入射した場合を例として作用を説明する。
【0020】
光学ローパスフィルタ17(水晶板)が有する複屈折という物性は、入射した光を2つの偏光成分に分離させ、それら2つの偏光成分を、所定の分離方向にわかれた2つの進行方向に進行させるものである。具体的には、光学ローパスフィルタ17に入射した点像20の光のうち、この図3の左右方向に偏光した成分の光は、光学ローパスフィルタ17内を直進して点像21となる。一方、点像20の光のうち、この図3の上下方向に偏光した成分の光は、光学ローパスフィルタ17内を所定方向へと斜行して点像22となる。これら2つの点像21,22の間の距離は、CCD15の空間的なナイキスト周波数を丁度打ち消す距離となっている。
【0021】
このような複屈折を光学ローパスフィルタ17が示すため、一般的な被写体像の場合には、この図3に示すように分離された2つの点像21,22の分離方向に、これら2つの点像21,22の間の距離だけずれた二重の像となる。
【0022】
図2に示すように、本実施形態のデジタルカメラには、本発明にいう偏光素子の一例に相当する偏光板18aが備えられており、この偏光板18aによって被写体像が偏光される。また、偏光板18aがはめ込まれた偏光部材18は支持部材18b上で、矢印f2が示すように偏光板18aごと回動し、そのように偏光部材18が回動すると被写体像の偏光方向が変化する。さらに、ギア19は、本発明にいう連動機構の一例であり、虹彩絞り16の回動によって開口径が調整されるのに連動して偏光部材18を回動させる。
【0023】
このように、本実施形態のデジタルカメラでは、虹彩絞り16の開口径に連動して偏光部材18が回動し、被写体の偏光方向が変化する。その結果、光学ローパスフィルタ17における像の二重化の能力が、以下説明するように変化する。
【0024】
図4は、光学ローパスフィルタにおける像の二重化の能力が変化する様子を示した図である。なお、以下の説明では、図2に示す偏光板18aによる偏光方向と、光学ローパスフィルタ17による像の分離方向との間の角度を「θ」と表現する。
【0025】
図4(A)には、θ=45°の場合における分離能力が示されており、図3に示す2つの点像21,22が同じ明るさの点像となることが示されている。各点像21,22の光の電場は、元の点像20における電場を「1」として「1/√2」という強さの電場となる。
【0026】
同様に、図4(B)、図4(C)、図4(D)には、それぞれ、θ=30°、θ=15°、θ=0°の場合における分離能力が示されている。θ=30°の場合には、図3に示す2つの点像21,22の電場が、元の点像20における電場に対してそれぞれ√3/2倍、0.5倍の電場となる。また、θ=15°の場合には、2つの点像21,22の電場が、元の点像20における電場を「1」としてそれぞれcos15°、sin15°となる。また、θ=0°の場合には、点像は分離せず、光学ローパスフィルタ内を直進した光からなる点像21のみとなる。
【0027】
このようにθに応じて変化する分離能力を空間周波数特性(MTF)の変化として表現することができる。
【0028】
図5は、光学ローパスフィルタの空間周波数特性(MTF)を表すグラフである。
【0029】
このグラフ31には、θ=45°、θ=30°、θ=15°、およびθ=0°それぞれの場合における空間周波数特性が示されており、グラフの横軸は、サンプリング周波数で正規化された空間周波数を表し、縦軸は、空間周波数特性を表している。
【0030】
このグラフ31に示すように、θ=45°の場合には、ナイキスト周波数に相当する値「0.5」に空間周波数が近づくに連れて空間周波数特性が値「0」に近づく。また、θ=0°の場合には、空間周波数に関わらず、空間周波数特性は値「1」である。このように、光学ローパスフィルタの空間周波数特性はθに応じて変化する。
【0031】
一方で、上述した撮影レンズ11と虹彩絞り16と組み合わせにおける空間周波数特性は、虹彩絞り16の開口径に応じて変化する。
【0032】
図6は、撮影レンズと虹彩絞りとの組み合わせにおける空間周波数特性(MTF)を表すグラフであり、グラフの横軸は、サンプリング周波数で正規化された空間周波数を表し、縦軸は、空間周波数特性を表している。
【0033】
ここでは、虹彩絞りの開口径の代わりにFナンバが用いられており、Fナンバが大きいほど開口径が小さいことを表している。
【0034】
この図6のグラフ32には、F5.6、F8、F11、およびF16という各Fナンバに応じた空間周波数特性が示されており、Fナンバが大きく虹彩絞りの開口径が小さいほど結像能力が低下することが示されている。そして、FナンバがF16の場合には、ナイキスト周波数に相当する値「0.5」の近辺で空間周波数特性はほぼ「0」に達するので、結像能力がこれ以上低下すると、無視できない画像劣化が生じてしまうということも示されている。従って、撮影レンズと虹彩絞りとの組み合わせの後段に単に光学ローパスフィルタが挿入されると、被写体像に、無視できない画質劣化が生じてしまう。
【0035】
そこで、本実施形態では、図2に示すギア19によって、虹彩絞り16の開口径と、偏光板18aにおける偏光方向が連動されることで、以下説明するように、小絞り時における画質劣化が抑えられている。
【0036】
図7は、偏光方向と開口径との連動関係を表す図である。
【0037】
このグラフ33の横軸は絞りの開口径に対応したFナンバを示しており、縦軸は上述した角度θを示している。そして、このグラフ33の折れ線33aは、偏光方向と開口径との関係を表しており、開口径が小さいほどθが0°に近づいて、光学ローパスフィルタの分離能力が低下することを示している。
【0038】
図8は、図7に示す関係で偏光方向と開口径が連動するときの、光学ローパスフィルタと撮影レンズと虹彩絞りとの総合的な空間周波数特性(MTF)を表すグラフであり、ここでもグラフの横軸は、サンプリング周波数で正規化された空間周波数を表し、縦軸は、空間周波数特性を表している。
【0039】
この図8のグラフ34には、Fナンバが「F5.6」であってθ=45°である場合、Fナンバが「F8」であってθ=30°である場合、Fナンバが「F11」であってθ=15°である場合、およびFナンバが「F16」であってθ=0°である場合それぞれの空間周波数特性が示されている。そして、どの場合の空間周波数特性も互いによく似ており、Fナンバが「F16」の場合であっても、ナイキスト周波数に相当する値「0.5」の付近まで結像能力が維持されることが示されている。
【0040】
このように、本実施形態のデジタルカメラでは、小絞り時における画質劣化が抑えられている。
【0041】
なお、上記説明では、本発明にいう撮影レンズの一例として、2枚のレンズからなる撮影レンズが示されているが、本発明にいう撮影レンズは、1枚のレンズであってもよく、あるいは3枚以上のレンズからなるものであってもよい。また、本発明にいう撮影レンズは、固定焦点距離のレンズであってもよく、ズームレンズやオートフォーカス用のレンズなどであってもよい。
【0042】
また、上記説明では、本発明にいう固体撮像素子の一例としてCCDが示されているが、本発明にいう固体撮像素子は、CMOSイメージセンサであってもよい。
【0043】
また、上記説明では、本発明にいうフィルタ素子の一例として水晶板からなる光学ローパスフィルタが示されているが、本発明にいうフィルタ素子は、複屈折を示す他の光学材料からなるものであってもよい。
【0044】
また、上記説明では、本発明にいう偏光素子の一例として偏光板が示されているが、本発明にいう偏光素子は、偏光プリズムなどであってもよい。
【0045】
また、上記説明では、本発明にいう連動機構の一例としてギアが示されているが、本発明にいう連動機構は、カム機構やクランク機構などであってもよい。さらに、上述したギアは、虹彩絞りの開口径に連動させて偏光板を回動させるものであるが、本発明にいう連動機構は、CCDと光学ローパスフィルタを回動させるものであってもよく、偏光板と光学ローパスフィルタとの間で偏光方向を変えるものであってもよい。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデジタルカメラによれば、小絞り時における被写体像の画質劣化が抑えられると共に、絞り調整による被写界深度の調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデジタルカメラの一実施形態を示す外観図である。
【図2】デジタルカメラにおける撮像光学系を表す図である。
【図3】光学ローパスフィルタの作用を説明する正面図(A)および側面図(B)である。
【図4】光学ローパスフィルタにおける像の二重化の能力が変化する様子を示した図である。
【図5】光学ローパスフィルタの空間周波数特性(MTF)を表すグラフである。
【図6】撮影レンズと虹彩絞りとの組み合わせにおける空間周波数特性(MTF)を表すグラフである。
【図7】偏光方向と開口径との連動を表す図である。
【図8】図7に示す関係で偏光方向と開口径が連動するときの、光学ローパスフィルタと撮影レンズと虹彩絞りとの総合的な空間周波数特性(MTF)を表すグラフである。
【符号の説明】
1 デジタルカメラ
11 撮影レンズ
11a,11b レンズ
12 ファインダ窓
13 閃光発光装置
14 シャッタボタン
15 CCD
16 虹彩絞り
17 光学ローパスフィルタ
18 偏光部材
18a 偏光板
19 ギア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital camera that photographs a subject with a solid-state imaging device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a digital camera, a subject image is formed on a solid-state image sensor by a photographing lens, and the subject is photographed by reading the subject image with the solid-state image sensor. In addition, like a silver salt camera, a digital camera is often provided with an aperture whose aperture diameter can be changed in order to adjust the brightness of a subject image.
[0003]
The imaging lens has a spatial frequency characteristic (MTF) of the imaging ability, which generally shows a property that the imaging ability decreases as the spatial frequency increases. In many cases, it has sufficient imaging ability up to a spatial frequency.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the aperture diameter of the stop is small, the influence of diffraction is large, so that the imaging ability is greatly reduced. As in a high-end model of a digital camera, a CCD (Charge Coupled Device) having a small pixel pitch is a solid-state image sensor In some cases, the deterioration of the image quality of the subject image due to such a decrease in the imaging ability cannot be ignored. That is, in order to prevent moiré and false color, a digital camera having an optical low-pass filter (OLPF) that overlaps subject images by birefringence and cancels a spatial frequency component equal to or higher than the Nyquist frequency is connected by diffraction as described above. When the image capability is lowered, coupled with the effect of the optical low-pass filter, the image quality of the subject image is degraded to a level that cannot be ignored.
[0005]
As a technique for avoiding such a decrease in imaging ability due to diffraction, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-323264 includes a pair of polarizing plates instead of a diaphragm that adjusts the amount of light by changing the aperture diameter. A technique for adjusting the amount of light by adjusting the relative angle of the polarization direction of the plate is disclosed. However, the aperture for changing the aperture diameter is used not only for adjusting the brightness of the subject image but also for the purpose of photographing such as changing the depth of field by adjusting the aperture. The technology of Japanese Patent No. 323264 cannot reflect such shooting intention.
[0006]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a digital camera capable of suppressing image quality degradation of a subject image at a small aperture and adjusting the depth of field by adjusting the aperture.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The digital camera of the present invention that achieves the above object is a digital camera that obtains image data representing a subject image by forming a subject image on a solid-state image sensor with a photographing lens and causing the solid-state image sensor to read the subject image. In
An aperture that adjusts the brightness of the subject image, the aperture diameter can be changed,
A polarizing element for polarizing the subject image;
A filter element that doubles the subject image in a predetermined direction by birefringence;
And an interlocking mechanism for interlocking a relative angle between a polarization direction of the polarizing element and the predetermined direction of the filter element with an aperture diameter of the diaphragm.
[0008]
According to the digital camera of the present invention, since the aperture can be changed, the depth of field can be adjusted by adjusting the aperture. Furthermore, the digital camera according to the present invention can interlock the relative angle between the polarizing element and the filter element, which affects the ability to duplicate the subject image in the filter element, with the aperture diameter by the interlocking mechanism. It is possible to reduce the duplication capability of the filter element at the time of aperture and to suppress the deterioration of the image quality of the subject image at the time of small aperture.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0010]
FIG. 1 is an external view showing an embodiment of a digital camera of the present invention.
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging optical system in a digital camera.
[0014]
FIG. 2 shows two
[0015]
As described above, the
[0016]
The
[0017]
The optical low-
[0018]
3A and 3B are a front view and a side view illustrating the operation of the optical low-pass filter.
[0019]
Here, the operation will be described by taking as an example the case where the light of the
[0020]
The physical property called birefringence possessed by the optical low-pass filter 17 (quartz plate) is to separate incident light into two polarization components and advance these two polarization components in two traveling directions divided in a predetermined separation direction. It is. Specifically, among the light of the
[0021]
Since the optical low-
[0022]
As shown in FIG. 2, the digital camera of this embodiment includes a
[0023]
Thus, in the digital camera of this embodiment, the polarizing
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the image duplication capability in the optical low-pass filter changes. In the following description, the angle between the polarization direction by the
[0025]
FIG. 4A shows the separation ability in the case of θ = 45 °, and shows that the two
[0026]
Similarly, FIG. 4B, FIG. 4C, and FIG. 4D show the separation capability when θ = 30 °, θ = 15 °, and θ = 0 °, respectively. In the case of θ = 30 °, the electric fields of the two
[0027]
Thus, the separation ability that changes according to θ can be expressed as a change in spatial frequency characteristics (MTF).
[0028]
FIG. 5 is a graph showing the spatial frequency characteristics (MTF) of the optical low-pass filter.
[0029]
This
[0030]
As shown in this
[0031]
On the other hand, the spatial frequency characteristics in the combination of the photographing
[0032]
FIG. 6 is a graph showing the spatial frequency characteristic (MTF) in the combination of the photographing lens and the iris diaphragm. The horizontal axis of the graph represents the spatial frequency normalized by the sampling frequency, and the vertical axis represents the spatial frequency characteristic. Represents.
[0033]
Here, an F number is used instead of the aperture diameter of the iris diaphragm, and the larger the F number, the smaller the aperture diameter.
[0034]
The
[0035]
Therefore, in the present embodiment, the
[0036]
FIG. 7 is a diagram illustrating the interlocking relationship between the polarization direction and the aperture diameter.
[0037]
The horizontal axis of the
[0038]
FIG. 8 is a graph showing the overall spatial frequency characteristics (MTF) of the optical low-pass filter, the imaging lens, and the iris diaphragm when the polarization direction and the aperture diameter are linked in the relationship shown in FIG. The horizontal axis of represents the spatial frequency normalized by the sampling frequency, and the vertical axis represents the spatial frequency characteristic.
[0039]
In the
[0040]
Thus, in the digital camera of the present embodiment, image quality deterioration at the time of small aperture is suppressed.
[0041]
In the above description, a photographing lens composed of two lenses is shown as an example of the photographing lens according to the present invention. However, the photographing lens according to the present invention may be a single lens, or It may be composed of three or more lenses. The photographing lens according to the present invention may be a lens having a fixed focal length, a zoom lens, an autofocus lens, or the like.
[0042]
In the above description, a CCD is shown as an example of the solid-state imaging device according to the present invention. However, the solid-state imaging device according to the present invention may be a CMOS image sensor.
[0043]
In the above description, an optical low-pass filter made of a quartz plate is shown as an example of the filter element according to the present invention. However, the filter element according to the present invention is made of another optical material exhibiting birefringence. May be.
[0044]
In the above description, a polarizing plate is shown as an example of the polarizing element according to the present invention. However, the polarizing element according to the present invention may be a polarizing prism or the like.
[0045]
In the above description, a gear is shown as an example of the interlocking mechanism according to the present invention, but the interlocking mechanism according to the present invention may be a cam mechanism, a crank mechanism, or the like. Further, although the gear described above rotates the polarizing plate in conjunction with the aperture diameter of the iris diaphragm, the interlocking mechanism according to the present invention may rotate the CCD and the optical low-pass filter. The polarization direction may be changed between the polarizing plate and the optical low-pass filter.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the digital camera of the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the subject image when the aperture is small and to adjust the depth of field by adjusting the aperture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing an embodiment of a digital camera of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging optical system in a digital camera.
FIGS. 3A and 3B are a front view and a side view for explaining the operation of the optical low-pass filter. FIGS.
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the image duplication capability in the optical low-pass filter changes.
FIG. 5 is a graph showing spatial frequency characteristics (MTF) of an optical low-pass filter.
FIG. 6 is a graph showing spatial frequency characteristics (MTF) in a combination of a photographing lens and an iris diaphragm.
FIG. 7 is a diagram illustrating the interlocking between the polarization direction and the aperture diameter.
8 is a graph showing a total spatial frequency characteristic (MTF) of an optical low-pass filter, a photographing lens, and an iris diaphragm when the polarization direction and the aperture diameter are linked in the relationship shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1
16
Claims (1)
前記被写体像の明るさを調整する、開口径が変更可能な絞りと、
前記被写体像を偏光させる偏光素子と、
前記被写体像を複屈折によって所定方向に二重化するフィルタ素子と、
前記偏光素子による偏光方向と前記フィルタ素子における前記所定方向との相対的な角度を、前記絞りにおける開口径に連動させる連動機構とを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。In a digital camera that obtains image data representing a subject image by forming a subject image on a solid-state image sensor with a photographing lens and causing the solid-state image sensor to read the subject image.
A diaphragm that adjusts the brightness of the subject image, the aperture diameter of which can be changed,
A polarizing element for polarizing the subject image;
A filter element that doubles the subject image in a predetermined direction by birefringence;
A digital camera comprising an interlocking mechanism for interlocking a relative angle between a polarization direction of the polarizing element and the predetermined direction of the filter element with an aperture diameter of the diaphragm.
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JP2012513607A (en) * | 2008-12-22 | 2012-06-14 | イーストマン コダック カンパニー | Camera with rotating polarizing filter |
JP2014160180A (en) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Panasonic Corp | Lens unit and camera apparatus |
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2002
- 2002-06-27 JP JP2002187594A patent/JP2004032497A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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