JP2005072778A - Optical equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学ローパスフィルタ効果を電気的に制御可能なデジタルスチルカメラ等の光学機器に関するものである。 The present invention relates to an optical apparatus such as a digital still camera that can electrically control an optical low-pass filter effect.
デジタルスチルカメラは撮影光を電気的な信号に変換する撮像素子を有し、撮像素子から出力される光電変換信号を画像処理することにより被写体像を再現している。撮像素子の光電変換部を構成する複数の画素は規則的に配列されているため、撮像面上で結像する被写体像に、撮像素子の画素の配列周期(画素ピッチ)で決まる空間周波数(ナイキスト周波数)よりも高い空間周波数の画像が含まれていると、再現された被写体像にはモアレや偽色が発生する。 The digital still camera has an image sensor that converts photographing light into an electrical signal, and reproduces a subject image by performing image processing on a photoelectric conversion signal output from the image sensor. Since the plurality of pixels constituting the photoelectric conversion unit of the image sensor are regularly arranged, a spatial frequency (Nyquist) determined by the pixel arrangement period (pixel pitch) of the image sensor on the subject image formed on the image pickup surface. If an image having a spatial frequency higher than (frequency) is included, moiré or false color occurs in the reproduced subject image.
このため、一般的にデジタルスチルカメラには、撮影光路中に水晶やニオブ酸リチウム等からなる光学ローパスフィルタが配置され、撮影光束を分離して撮像素子に導くことによりモアレや偽色の発生を防止している。図24は水晶を用いた光学ローパスフィルタのMTF特性を示したもので、撮像素子の画素周期で決まるナイキスト周波数のMTFがほぼ0になるようになっている。 For this reason, in general, a digital still camera is provided with an optical low-pass filter made of crystal, lithium niobate, or the like in a photographing optical path, and moiré or false color is generated by separating a photographing light flux and guiding it to an image sensor. It is preventing. FIG. 24 shows the MTF characteristics of an optical low-pass filter using crystal, and the MTF of the Nyquist frequency determined by the pixel period of the image sensor is almost zero.
一方、撮影光路中に複屈折性を切り替え可能な複数の液晶板を設け、光学ローパス効果を可変とする撮像装置がある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、水晶等の光学ローパスフィルタをデジタルスチルカメラ等の光学機器の撮影光路中に配置すると、この光学ローパス効果により被写体像がぼけてしまい解像度が低下してしまうという欠点がある。また、ユーザによっては光学ローパス効果よりも解像度を優先させたい場合もあるため、常に光学ローパス効果を発生させる構成では上記のユーザの要求に対応することができない。 However, if an optical low-pass filter such as a crystal is arranged in the photographing optical path of an optical device such as a digital still camera, there is a drawback that the subject image is blurred due to this optical low-pass effect and the resolution is lowered. Further, since some users may want to prioritize resolution over the optical low-pass effect, a configuration that always generates the optical low-pass effect cannot meet the above-described user's request.
ここで、特許文献1に開示されている撮像装置では、各液晶板への電圧をオン/オフ制御することにより、光学ローパス効果を発生させたり、発生させなかったりすることができる。
Here, in the imaging device disclosed in
しかし、この撮像装置では、液晶板の散乱特性によって被写体像の解像度が低下してしまうという欠点がある。また、光学ローパス効果を得るために、常光と異常光との光の進行方向を効率よく変えるには液晶板の全ての液晶分子の配向方向を光軸に対して45°に保たなければならず、この配向制御は大変難しいという欠点がある。さらに、液晶板は通常2枚の基板ガラスより構成され、この厚みが厚いため、カメラの機種によってはレイアウト上、液晶板を撮影光路中に配置できないという欠点がある。 However, this imaging apparatus has a drawback that the resolution of the subject image is lowered due to the scattering characteristics of the liquid crystal plate. Also, in order to obtain the optical low-pass effect, in order to efficiently change the traveling direction of ordinary light and extraordinary light, the orientation direction of all liquid crystal molecules on the liquid crystal plate must be maintained at 45 ° with respect to the optical axis. However, this orientation control is very difficult. Furthermore, since the liquid crystal plate is usually composed of two substrate glasses and is thick, there is a drawback that the liquid crystal plate cannot be arranged in the photographing optical path due to the layout depending on the camera model.
本発明の光学機器は、光学像を電気信号に変換して出力する撮像素子への光線の入射位置を変形することによって変化させる光学素子と、この光学素子の駆動を制御する制御手段とを有することを特徴とする。 An optical apparatus according to the present invention includes an optical element that changes an incident position of a light beam on an imaging element that converts an optical image into an electric signal and outputs the electric signal, and a control unit that controls driving of the optical element. It is characterized by that.
ここで、制御手段の駆動制御によって、光学素子を特定の方向において周期的に変形させることができる。例えば、光学素子に、周期的に変化する表面波を発生させたり、進行波を発生させたりすることができる。進行波を発生させる場合には、撮像素子での撮像を行う間に、進行波を少なくとも1波長進行させるようにするのが好適である。 Here, the optical element can be periodically deformed in a specific direction by the drive control of the control means. For example, a surface wave that periodically changes or a traveling wave can be generated in the optical element. When a traveling wave is generated, it is preferable that the traveling wave travels at least one wavelength during imaging with the image sensor.
そして、光学素子の駆動タイミングを変えることにより、互いに異なる方向に光学素子を周期的に変形させることができる。例えば、撮像素子における特定の画素の配列方向および該配列方向に対して所定の角度をもつ方向(例えば、直交する方向)に光学素子を周期的に変形させることができる。 Then, by changing the drive timing of the optical element, the optical element can be periodically deformed in different directions. For example, the optical element can be periodically deformed in an arrangement direction of specific pixels in the imaging element and a direction having a predetermined angle with respect to the arrangement direction (for example, a direction orthogonal to the arrangement direction).
なお、光学素子を圧電性の透明基板で構成したり、透明基板の表面に圧電性の薄膜を設けたりすることができる。そして、制御手段から圧電性の透明基板又は薄膜に所定の電圧を印加(電気的に制御)するようにすれば、透明基板を周期的に変形させることができる。 The optical element can be composed of a piezoelectric transparent substrate, or a piezoelectric thin film can be provided on the surface of the transparent substrate. If a predetermined voltage is applied (electrically controlled) to the piezoelectric transparent substrate or thin film from the control means, the transparent substrate can be periodically deformed.
一方、光学素子を変形させて撮像素子での撮像を行わせる第1の撮像モードと、光学素子を変形させずに撮像素子での撮像を行わせる第2の撮像モードに設定可能なモード設定手段を設けることができる。 On the other hand, a mode setting unit that can be set to a first imaging mode in which an optical element is deformed to perform imaging with the imaging element and a second imaging mode in which imaging with the imaging element is performed without deforming the optical element. Can be provided.
また、撮像素子の出力に基づいて、光学素子を変形させて撮像素子での撮像を行わせる第1の撮像モードおよび光学素子を変形させずに撮像素子での撮像を行わせる第2の撮像モードのうち一方の撮像モードに設定するようにすることもできる。 In addition, a first imaging mode in which an optical element is deformed to perform imaging with the imaging element based on an output of the imaging element, and a second imaging mode in which imaging with the imaging element is performed without deforming the optical element. It is also possible to set one of the imaging modes.
本願請求項1に記載の発明によれば、光学素子を繰り返し変形させて撮像素子に入射する光線の撮像素子表面の到達位置を変化させることにより、光学ローパス効果を発現させて撮像素子によって撮像された画像にモアレや偽色が発生するのを防止することができる。しかも、本発明は、光学素子を変形させるだけであるため、背景技術のように複数の基板ガラスを用いる必要はなく、光学素子を薄型化することができる。したがって、光学機器の機種毎のレイアウトに制限されることなく光学素子を配置することができる。 According to the first aspect of the present invention, the optical element is repeatedly deformed to change the arrival position of the light beam incident on the image sensor on the surface of the image sensor, thereby causing an optical low-pass effect to be captured by the image sensor. It is possible to prevent moiré and false colors from appearing in the image. In addition, since the present invention only deforms the optical element, it is not necessary to use a plurality of substrate glasses as in the background art, and the optical element can be thinned. Therefore, the optical element can be arranged without being limited to the layout for each model of the optical device.
そして、光学素子を変形させない状態において光線の入射位置を変化させなければ、光学ローパス効果を発現させずに解像度の高い画像を得ることができる。このように光学素子を変形させたり、変形させなかったりすることで、光学ローパス効果を発現させた画像を得ることができたり、解像度の高い画像を得たりすることができるため、ユーザの要求に対応させることができる。 If the incident position of the light beam is not changed in a state where the optical element is not deformed, an image with high resolution can be obtained without producing the optical low-pass effect. By deforming or not deforming the optical element in this way, it is possible to obtain an image that exhibits the optical low-pass effect, or to obtain an image with a high resolution. Can be matched.
ここで、光学素子を特定の方向、例えば、撮像素子の画素の配列方向において周期的に変形させれば(周期的に変化する表面波や進行波を発生させれば)、撮像素子の画素の周期構造に対応した光学ローパス効果を得ることができる。 Here, if the optical element is periodically deformed in a specific direction, for example, the arrangement direction of the pixels of the imaging element (if a surface wave or a traveling wave that periodically changes is generated), the pixel of the imaging element An optical low-pass effect corresponding to the periodic structure can be obtained.
本願請求項4に記載の発明によれば、撮像素子での撮像を行う間に、光学素子に発生させた進行波を少なくとも1波長進行させることにより、撮像素子上で分離される像の広がりのバラツキを抑えることができ、良好な光学ローパス効果を得ることができる。
According to the invention described in
本願請求項5に記載の発明によれば、第1の撮像モードおよび第2の撮像モードを設定するモード設定手段を光学機器に設けることにより、ユーザはモード設定手段を介して適宜、撮像モードを切り替えることができる。 According to the invention described in claim 5 of the present application, by providing the optical apparatus with mode setting means for setting the first imaging mode and the second imaging mode, the user can appropriately select the imaging mode via the mode setting means. Can be switched.
本願請求項6に記載の発明によれば、撮像素子の出力に基づいて第1の撮像モードおよび第2の撮像モードのうち一方を自動的に選択して設定するため、ユーザが撮像モードを設定する際の煩雑さをなくすことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, since one of the first imaging mode and the second imaging mode is automatically selected and set based on the output of the imaging device, the user sets the imaging mode. The complexity of doing so can be eliminated.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図16は本発明の実施例1であるカメラ(光学機器)を説明するための図である。 FIGS. 1-16 is a figure for demonstrating the camera (optical apparatus) which is Example 1 of this invention.
図1は、本実施例のカメラの概略構成図である。同図において、10はCCDやCMOSイメージセンサ等の撮像素子で、デジタルスチルカメラ1における撮影レンズ5a、5bの予定結像面に配置されている。撮影レンズ5a、5bは光軸方向に移動することにより撮影光学系の変倍動作および焦点調節動作を行う。撮像素子10に対して被写体側(図1の左側)の近傍には、光学ローパスフィルタ(光学素子)4が撮影光路中に固定された状態で配置されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the camera of this embodiment. In the figure,
2は絞りを兼ねたシャッタである。9は液晶表示素子で、撮像素子10にて得られた被写体像を表示する。これにより、撮影者は、接眼レンズ3を介して液晶表示素子9に表示された被写体像を観察することができる。なお、図1では、撮影レンズを便宜上2枚のレンズ5a、5bで示しているが、実際は複数枚のレンズで構成されている。
A
図2は、カメラ1の電気回路ブロック図である。CPU20はカメラ全体の動作を制御する。レンズ駆動回路26はCPU20の出力に基づいて撮影レンズ5を駆動し、シャッタ制御回路28はCPU20の出力に基づいてシャッタ2の駆動(露光時間および絞り口径)を制御する。
FIG. 2 is an electric circuit block diagram of the
表面弾性波発生回路27は、CPU20の出力に基づいて光学ローパスフィルタ4に光学ローパス効果を発現させるものであり、詳しい説明は後述する。撮像素子制御回路21はCPU20の出力に基づいて撮像素子10の駆動(画像の蓄積および読み出し)を制御する。
The surface acoustic
画像処理回路24は、撮像素子10から読み出された画像信号に対して画像処理(色処理やガンマ補正等)を行い、液晶表示素子駆動回路25は、CPU20の出力に基づいて液晶表示素子9を駆動する。メモリ回路22は、撮像素子10にて撮像された画像データを記録し、インターフェイス回路23は、画像処理回路24にて画像処理された画像データをカメラ外部(PCやプリンタ等)に出力する。
The image processing circuit 24 performs image processing (color processing, gamma correction, etc.) on the image signal read from the
信号入力回路29は、各種スイッチの設定状態を確認してCPU20に出力する。具体的には、カメラ1に設けられたレリーズボタンの操作によってオン/オフするSW1、SW2の状態やカメラ1に設けられた後述のモードダイヤル19の操作状態を確認してCPU20に出力する。
The signal input circuit 29 confirms the setting state of various switches and outputs it to the
図3は、カメラ1に搭載される撮像素子10の正面図であり、図中X方向およびY方向に光電変換部を有する画素が周期的に配列されている。本実施例では、図中X方向を画素配列方向と定める。
FIG. 3 is a front view of the
図4は、本実施例における光学ローパスフィルタ4の正面図である。光学ローパスフィルタ4は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の酸化物単結晶からなる圧電性透明基板41と、圧電性透明基板41の図中点線で囲まれた領域(撮像素子10における撮影有効領域に相当する領域)の外側に設けられた櫛形電極42(42a、42b)、43(43a、43b)とで構成されている。
FIG. 4 is a front view of the optical low-
圧電性透明基板41は、光学軸が面内にあるようにカットされている。櫛形電極42は、撮像素子10の画素配列方向(X方向)と直交する方向(Y方向)に表面弾性波を発生させるための電極であり、櫛形電極43は、撮像素子10の画素配列方向(X方向)と平行な方向(X方向)に表面弾性波を発生させるための電極である。各電極42、43はALで構成されており、表面弾性波発生回路27と結線されている。
The piezoelectric
本実施例によれば、光学ローパスフィルタ4を単一の圧電性透明基板41で構成しているため、従来例のように複数の基板ガラスで構成したものに比べて、厚みを薄くすることができ、カメラの機種によらずに撮影光路内に配置することができる。
According to the present embodiment, since the optical low-
以下、図5のフローチャートを用いてカメラの動作を説明する。 The operation of the camera will be described below using the flowchart of FIG.
撮影者がカメラ1に設けられたメインスイッチ(図1では不図示)をオン状態にすると(S101)、カメラ1は待機状態から復帰する。CPU20は、まず撮像素子制御回路21に撮像信号を送って、撮像素子10にて電子ビューファインダ(EVF)用の画像の撮像を行わせる(S102)。
When the photographer turns on a main switch (not shown in FIG. 1) provided in the camera 1 (S101), the
撮像素子10は、全画素に対して所定の比率で間引いた画素数の画像が出力されるように撮像素子制御回路21によって制御される。このとき、表面弾性波発生回路27による光学ローパスフィルタ4の駆動は行われないようになっている(櫛形電極42、43に電圧が供給されないようになっている)ため、光学ローパスフィルタ4は一般的な(撮影光線を屈折させない)透明基板として作用する。
The
このように、EVF用の画像を撮像する際に、表面弾性波を発生させないようにすることで、電力の消費を最小限に抑えるようにしている。 As described above, when an image for EVF is taken, the surface acoustic wave is not generated, thereby minimizing the power consumption.
撮像素子10から出力された画像データは、画像処理回路24によってEVF用の画像データに処理されてから液晶表示素子駆動回路25に送られる。CPU20を介して画像データを受けた液晶表示素子駆動回路25は、液晶表示素子9を駆動して撮影画像を表示(EVF表示)する(S103)。
The image data output from the
撮影者のレリーズボタンの操作によってレリーズスイッチのSW1をオン状態にしたことを信号入力回路29を介して検知すると(S104)、カメラ1のCPU20は撮影光学系の焦点調節状態を検出する(S105)。本実施例のカメラ1は、公知のコントラスト方式によって焦点調節状態を検出する。
When it is detected through the signal input circuit 29 that the release switch SW1 is turned on by operating the release button of the photographer (S104), the
撮像素子10の出力に基づいて撮影レンズ5の焦点調節状態を検出する機能を兼ね備えたCPU20は、先に撮像素子10にて撮像された画像のコントラストをAF評価値として算出する。画像のコントラストが低く、AF評価値が所定のAF判定レベルより小さい場合は、CPU20は撮影レンズ5が合焦状態ではないと判定して(S106)、レンズ駆動回路26にレンズ駆動信号を送って撮影レンズ5を所定の合焦位置まで駆動する(S111)。
The
一方、撮像素子10にて得られた画像のコントラストが高く、AF評価値が所定のAF判定レベルよりも大きい場合は、CPU20は撮影レンズ5が合焦状態にあると判定して(S106)、信号入力回路29を介してレリーズスイッチのSW2がオン状態にあるか否かを確認する。SW2がオン状態であれば(S107)、メモリ回路22に本画像を記録するための撮像を行う(S108)。
On the other hand, when the contrast of the image obtained by the
ここで、図6のフローチャートと図8のタイミングチャートを用いてカメラ1の本画像の撮像動作を説明する。
Here, the imaging operation of the main image of the
CPU20は、SW2がオン状態になったことに応じて撮像素子制御回路21に撮像信号を送ることで撮像素子10にて本画像の撮像を開始する(S120)。撮像素子制御回路21は、撮像素子10に撮像制御信号Sensを送って撮像素子10の駆動を制御する。次に、CPU20はシャッタ制御回路28に露出情報(シャッタ速度および絞り値)を送ることでシャッタ2を開かせる(S121)。
The
シャッタ制御回路28は、シャッタ2にシャッタ制御信号SHを送ってシャッタ2の動作を制御する。このとき、シャッタ2は絞りも兼ねているので、撮像素子10の出力にて検出された被写体輝度に対応した所定の開口径となるようにシャッタ2の動作が制御される。
The shutter control circuit 28 controls the operation of the
さらに、CPU20は信号入力回路29を介して撮影モードを選択するためのモードダイヤル19の設定状態を確認する。モードダイヤル19は、図7のモードダイヤル説明図に示すように、カメラ1に対して回転可能に設けられている。
Further, the
モードダイヤル19の回転操作によって、モードダイヤル19の表面に表示された「on」を「LPF」の指標に合わせると、光学ローパスフィルタ4にて光学ローパス効果を発現させる光学ローパス効果撮影モード(第1の撮像モード)に設定することができる。また、「off」の表示を指標「LPF」に合わせると、光学ローパス効果を発現させずに解像度の高い画像を得るための高解像撮影モード(第2の撮像モード)に設定することができる。さらに、「auto」の表示を指標「LPF」に合わせると、光学ローパス効果撮影モードおよび高解像撮影モードのうち一方の撮影モードをカメラ1が自動的に選択する自動選択モードに設定することができる。
When the “on” displayed on the surface of the
撮影者はモードダイヤル19を操作することにより、被写体に応じて光学ローパスフィルタ4における光学ローパス効果のオン/オフを任意に切り替えることができるとともに、カメラ1まかせの自動選択モードに設定することができる。なお、本実施例では、ダイヤル式の操作部材を用いて撮影モードの選択を行っているが、ボタン操作や音声等によって撮影モードの情報を入力するようにしてもよい。
By operating the
本実施例によれば、モードダイヤル19の操作によって光学ローパス効果を発現させたり、発現させなったりすることができるため、撮影者の要求に対応させることができる。
According to the present embodiment, the optical low-pass effect can be exhibited or not manifested by the operation of the
撮影者がモードダイヤル19を操作することによって自動選択モードに設定している場合(S122)にはステップS124に進み、自動選択モードに設定されていなければステップS123に進む。 If the photographer has set the automatic selection mode by operating the mode dial 19 (S122), the process proceeds to step S124. If the photographer has not been set to the automatic selection mode, the process proceeds to step S123.
光学ローパス効果撮影モードが設定されていれば(S124)、光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させて光学ローパス効果が得られる撮影モードで撮像動作を行う。すなわち、CPU20は表面弾性波発生回路27に信号を送って、光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させる(S125)。
If the optical low-pass effect photographing mode is set (S124), the imaging operation is performed in the photographing mode in which the surface acoustic wave is generated in the optical low-
図8のタイミングチャートに示すように、表面弾性波発生回路27は櫛形電極43a、43b間にSAW_Xのタイミングで交流電圧を印加するとともに、櫛形電極42a、42b間にSAW_Yのタイミングで交流電圧を印加する。本実施例では、図8に示すように、シャッタ2が開いている露光時間中に、撮像素子10の画素配列方向(図3のX方向)に3回の表面弾性波を発生させるとともに、撮像素子10の画素配列方向(X方向)と直交する方向(図3のY方向)に3回の表面弾性波を発生させるようにしている。
As shown in the timing chart of FIG. 8, the surface acoustic
ここで、表面弾性波発生回路27から櫛形電極42、43に出力されるSAW_X、SAW_Yの駆動信号は、同一周期であって、互いに異なるタイミングで出力されるようになっているため、表面弾性波が光学ローパスフィルタ4の2軸方向(X、Y方向)にそれぞれ独立して発生することになる。
Here, the SAW_X and SAW_Y drive signals output from the surface acoustic
光学ローパスフィルタ4に表面弾性波が発生したときの撮影光線の状態を示したのが図9である。
FIG. 9 shows the state of the photographing light beam when a surface acoustic wave is generated in the optical low-
表面弾性波発生回路27から圧電性透明基板41の表面に蒸着した櫛形電極42a、42b間に交流電圧を印加すると、圧電性透明基板41のうち櫛形電極42が形成された面に、図4中Y方向に進行性の表面弾性波が発生する。
When an AC voltage is applied between the comb-shaped
この表面弾性波の波長と振幅は、光学ローパスフィルタ4と撮像素子10との間隔、ニオブ酸リチウム等の圧電性透明基板41の屈折率、そして分離する像の幅で決まる。撮像素子10の画素ピッチを5μmとすると、所望の光学ローパス効果を得るためには撮像素子10上で画素ピッチに相当する約5μmの像分離幅が必要となる。ここで、光学ローパスフィルタ4と撮像素子10との間隔を約6mmに設定すると、波長400μm、振幅20nmの表面弾性波を発生させることにより、約5μmの像分離が可能となる。このとき、櫛形電極42aと櫛形電極42bの間隔は200μmに設定すればよい。
The wavelength and amplitude of the surface acoustic wave are determined by the distance between the optical low-
図9(A)において、表面弾性波の凹の頂点を通過する光線は、光学ローパスフィルタ4で屈折作用を受けずに直進し、撮像素子10のうち位置(I)の画素に入射する。ここで、13はマイクロレンズ、12はカラーフィルタ、11は光電変換部であり、これらの部材は各画素に対応して設けられている。
In FIG. 9A, the light beam passing through the concave vertex of the surface acoustic wave goes straight without being refracted by the optical low-
表面弾性波が図9(A)の状態から1/4波長進行した状態を示したのが図9(B)である。このとき、圧電性透明基板41の同じ位置に入射した光線(図9(A)で示す光線と同じ光線)は、表面弾性波の中腹から出射するため、屈折作用を受けて撮像素子10における位置(II)の画素、すなわち、位置(I)の画素に対してY(−)方向で隣接する画素に入射する。
FIG. 9B shows a state in which the surface acoustic wave travels a quarter wavelength from the state of FIG. At this time, since the light beam incident on the same position of the piezoelectric transparent substrate 41 (the same light beam as shown in FIG. 9A) is emitted from the middle of the surface acoustic wave, it receives a refracting action and is positioned in the
表面弾性波が図9(B)の状態から1/4波長進行した状態を示したのが図9(C)である。このとき、圧電性透明基板41の同じ位置に入射した光線(上記と同じ光線)は、表面弾性波の凸の頂点から出射するため、屈折作用を受けずに直進して撮像素子10の位置(I)の画素に入射する。
FIG. 9C shows a state in which the surface acoustic wave travels a quarter wavelength from the state of FIG. 9B. At this time, since the light beam (the same light beam as described above) incident on the same position of the piezoelectric
表面弾性波が図9(C)の状態から1/4波長進行した状態を示したのが図9(D)である。このとき、圧電性透明基板41の同じ位置に入射した光線(上記と同じ光線)は、表面弾性波の中腹から出射するため、屈折作用を受けて撮像素子10における位置(III)の画素、すなわち、位置(I)の画素に対してY(+)方向で隣接する画素に入射する。
FIG. 9D shows a state in which the surface acoustic wave travels a quarter wavelength from the state of FIG. At this time, since the light ray (same light ray as described above) incident on the same position of the piezoelectric
ニオブ酸リチウムからなる圧電性透明基板41を伝搬する表面弾性波の伝搬速度は約4000m/sであり、実際にはシャッタ2が開いている露光時間中に表面弾性波が5波長程度(露光時間による)進行する。このため、露光時間中に光線は、図9(A)から(D)、図9(D)から(A)の状態で変化し、撮像素子10上で5往復程度走査される。
The propagation speed of the surface acoustic wave propagating through the piezoelectric
ここで、露光時間中に表面弾性波を少なくとも1波長以上進行させれば、光線を1往復操作できるため、画素ピッチに対応した像分離を行うことができ、光線の広がりのバラツキを小さくすることができる。 Here, if the surface acoustic wave travels at least one wavelength during the exposure time, the light beam can be reciprocated once, so that image separation corresponding to the pixel pitch can be performed and variation in the spread of the light beam is reduced. Can do.
なお、図9は、表面弾性波がY方向に進行するときの光線の状態を示したものであるが、上述したように光学ローパスフィルタ4のX方向においてもY方向の表面弾性波と独立した表面弾性波を発生させているため、撮影光線はX方向においても図9と同様の挙動を示す。
FIG. 9 shows the state of light rays when the surface acoustic wave travels in the Y direction. As described above, the surface acoustic wave in the X direction of the optical low-
図10は、光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させた場合における1本の撮影光線の撮像素子10上での分離像を示したものであり、図中の太線は、撮像素子10上における撮影光線の入射位置の軌跡を示す。
FIG. 10 shows a separated image on the
ここで、Y軸およびX軸の交点が図9における位置(I)に相当し、Y方向の太線のうちY(−)方向での端部が図9における位置(II)に相当し、Y(+)方向での端部が図9における位置(III)に相当する。図10では、Y方向およびX方向において、約5μmの幅で像が分離していることを示している。 Here, the intersection of the Y-axis and the X-axis corresponds to the position (I) in FIG. 9, the end in the Y (−) direction among the thick lines in the Y direction corresponds to the position (II) in FIG. The end in the (+) direction corresponds to the position (III) in FIG. FIG. 10 shows that the images are separated with a width of about 5 μm in the Y direction and the X direction.
図11は、光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させた場合における1本の撮影光線の分離像の強度分布を示したものである。
FIG. 11 shows the intensity distribution of the separated image of one photographing light beam when surface acoustic waves are generated in the optical low-
正弦波状の表面弾性波の頂点近傍では、位置に対する波の傾きの変化率が大きい(波の頂点を挟んだ両側において、波の接線の傾きが大きく変化する)ため、表面弾性波の頂点近傍で屈折する屈折角の小さい撮影光線の撮像素子10上での走査速度は速くなる。一方、正弦波状の表面弾性波の中腹近傍では、位置に対する波の傾きの変化率が小さい(波の中腹における接線の傾きの変化が小さい)ため、表面弾性波の中腹近傍で屈折する屈折角の大きい撮影光線の撮像素子10上での走査速度は遅くなる。
In the vicinity of the top of the sine wave surface acoustic wave, the rate of change in the slope of the wave with respect to the position is large (the slope of the tangent of the wave changes greatly on both sides of the top of the wave). The scanning speed on the
この結果、撮影光線の分離像は、屈折角の小さい撮影光線の強度(図11の強度分布における中央領域)が低く、屈折角の大きい撮影光線の強度(図11の強度分布における両端)が高い強度分布の分離像が得られることとなる。 As a result, the separated image of the photographing light beam has a low intensity of the photographing light beam having a small refraction angle (a central region in the intensity distribution of FIG. 11) and a high intensity of the photographing light beam having a large refraction angle (both ends in the intensity distribution of FIG. 11). A separated image of the intensity distribution is obtained.
図12は、図11に示したような撮影光線の分離像の強度分布が得られたときの、光学ローパスフィルタのMTF特性を示したものである。 FIG. 12 shows the MTF characteristic of the optical low-pass filter when the intensity distribution of the separated image of the photographing light beam as shown in FIG. 11 is obtained.
本実施例のように光学ローパスフィルタ4に進行性の表面弾性波を発生させることにより、図11の撮影光線の分離像の強度分布に示すように、従来の光学ローパスフィルタのような2点の像分離ではなく、連続した線上の像分離となる。このため、図12のMTF特性で示すように、所定の空間周波数より高い空間周波数成分のレスポンスが落ち、光学ローパス効果の点でより好ましい特性になっている。
By generating a progressive surface acoustic wave in the optical low-
この結果、撮像素子10の画素の配列周期で決まる所定の空間周波数より細かな空間周波数成分を含む被写体像を撮像した場合に生じていたモアレや偽色の発生を防止でき、品位の高い画像を得ることができる。
As a result, it is possible to prevent the occurrence of moiré and false colors that occur when a subject image including a spatial frequency component finer than a predetermined spatial frequency determined by the pixel arrangement period of the
図6の撮像動作のフローチャートにおいて、シャッタ2の開き動作後、所定時間(露光時間)経過すると、CPU20はシャッタ制御回路28にシャッタ閉信号を送ってシャッタ2を閉じ駆動させる(S126)。また、CPU20は、撮像素子制御回路21に撮像終了信号を送信して、撮像素子10による撮像動作を終了する(S127)。
In the flowchart of the imaging operation of FIG. 6, when a predetermined time (exposure time) has elapsed after the opening operation of the
一方、撮影者が撮影モードを選択するためのモードダイヤル19を操作して高解像撮影モードに設定していれば(S124)、CPU20は光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させずに撮像素子10への露光を行わせる。
On the other hand, if the photographer operates the
光学ローパスフィルタ4を構成する圧電性透明基板41の光学軸は面内にあるため、光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させなければ、光学ローパスフィルタ4は一般的な透明基板として作用して像分離は発生しない。シャッタ2の開き動作後、所定時間(露光時間)経過すると、CPU20はシャッタ制御回路28にシャッタ閉信号を送ってシャッタ2を閉じ駆動させる(S126)。また、CPU20は、撮像素子制御回路21に撮像終了信号を送信して、撮像素子10による撮像動作を終了する(S127)。
Since the optical axis of the piezoelectric
このように、光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させなければ、撮像素子10の画素数に対応した高解像度の画像を得ることが可能となる。
As described above, unless a surface acoustic wave is generated in the optical low-
また、撮影者が撮影モードを選択するためのモードダイヤル19を操作して自動選択モードに設定していれば(S122)、CPU20は撮像画像データから算出されたAF評価値を光学ローパス効果判定レベルと比較する。ここでいうAF評価値は、被写体画像のコントラストを表している。また、被写体画像のコントラストが低い場合には、光学ローパス効果を発現させる必要がないため、この判定を行うための基準として光学ローパス効果判定レベルが予め設定されている。
If the photographer operates the
AF評価値が光学ローパス効果判定レベルよりも低い場合は(S123)、CPU20は光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させずに高解像度の画像が得られる撮影モードで撮像動作を行う。
When the AF evaluation value is lower than the optical low-pass effect determination level (S123), the
一方、AF評価値が光学ローパス効果判定レベルよりも高い場合は(S123)、CPU20は光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させて(S125)、光学ローパス効果が得られる撮影モードで撮像動作を行う。光学ローパスフィルタ4に表面弾性波を発生させて光学ローパス効果を得る撮像動作は上述の通りである。
On the other hand, when the AF evaluation value is higher than the optical low-pass effect determination level (S123), the
このように、カメラに自動選択モードを設けることにより、光学ローパス効果を発生させるか否かの判断をカメラ任せにすることができ、撮影者のカメラ操作の煩雑性を軽減することができる。 In this way, by providing the camera with the automatic selection mode, it is possible to leave the camera to determine whether or not to generate the optical low-pass effect, thereby reducing the complexity of the camera operation of the photographer.
本画像の撮像動作が終了すると(S128)、撮像素子10にて撮像された画像信号は、撮像素子制御回路21にてA/D変換された後に画像処理回路24にて画像処理が行われる。このとき、撮像素子10からの出力信号に基づいて色再現のために所定の画像処理が行われる。
When the image capturing operation of the main image is completed (S128), the image signal captured by the
そして、所定の画像処理が行われた画像信号は、CPU20を介して液晶表示素子駆動回路25に送られ液晶表示素子9に表示される(図5のS109)。これにより、撮影者は接眼レンズ3を通して液晶表示素子9に表示された被写体像(本画像)を観察することが可能となる。同時に、CPU20は撮像された画像信号をそのままカメラ1のメモリ回路22に記憶させる(S110)。
Then, the image signal subjected to the predetermined image processing is sent to the liquid crystal display element driving circuit 25 through the
撮影動作が終了し、撮影者がメインスイッチをオフ状態にすると(S101)、カメラの電源が落ちて待機状態となる(S112)。 When the photographing operation is completed and the photographer turns off the main switch (S101), the camera is turned off and enters a standby state (S112).
本実施例では、撮像素子10の画素配列方向(X方向)に対して平行な方向および垂直な方向においてそれぞれ独立した表面弾性波を発生させて、撮影光線をX方向とY方向に直線的な像分離を行う場合について説明したが、これに限るものではない。
In this embodiment, independent surface acoustic waves are generated in a direction parallel to and perpendicular to the pixel arrangement direction (X direction) of the
具体的には、図13のタイミングチャートに示すように、光学ローパスフィルタ4の櫛形電極43aと櫛形電極43bとの間に印加する交流電圧V43a−43bと、櫛形電極42aと櫛形電極42bとの間に印加する交流電圧V42a−42bを、同一期間内に極性が反転するような電圧とすることにより、図14の分離像説明図に示すような、X軸方向およびY軸方向の2軸方向に像を分離することができるとともに、X軸に対して±45°の方向にも像を分離することが可能となる。
Specifically, as shown in the timing chart of FIG. 13, between the AC voltage V43a-43b applied between the
これにより、撮像素子10の画素配列のうちX方向に対して±45°方向の周期構造に対するモアレや偽色の影響を除去することができ、X方向およびY方向に像分離させる場合に比べてさらに品位の高い画像を得ることが可能となる。
As a result, the influence of moire and false colors on the periodic structure in the ± 45 ° direction with respect to the X direction in the pixel array of the
また、本実施例では、光学ローパスフィルタ4の4辺のうち互いに直交する2辺に櫛形電極42及び櫛形電極43を設けることで進行性の表面弾性波を発生させる例を示したが、圧電性透明基板41に定在波としての表面弾性波を発生させるようにしてもよく、この場合にも光学ローパス効果を得ることができる。
In the present embodiment, an example in which a progressive surface acoustic wave is generated by providing the comb electrode 42 and the comb electrode 43 on two sides orthogonal to each other among the four sides of the optical low-
具体的には、図15の光学ローパスフィルタ説明図に示すように、点線で囲まれた領域(撮像素子10の撮影有効領域に相当する領域)を挟んで櫛形電極42と対向する位置に櫛形電極45(45a、45b)を設け、表面弾性波発生回路27によって各櫛形電極42、45に位相が異なる交流電圧を印加することにより、Y方向における表面弾性波(定在波)を発生させることができる。また、点線で囲まれた領域を挟んで櫛形電極43と対向する位置に櫛形電極44(44a、44b)を設け、各櫛形電極43、44に位相が異なる交流電圧を印加することにより、X方向における表面弾性波(定在波)を発生させることができる。
Specifically, as shown in the optical low-pass filter explanatory diagram of FIG. 15, the comb-shaped electrode is located at a position facing the comb-shaped electrode 42 with a region surrounded by a dotted line (a region corresponding to a photographing effective region of the image sensor 10) interposed therebetween. 45 (45a, 45b) is provided, and surface acoustic waves (standing waves) in the Y direction can be generated by applying AC voltages having different phases to the comb electrodes 42, 45 by the surface acoustic
図16は、図15に示した光学ローパスフィルタ4を透過する撮影光束の説明図である。40は石英等からなる透明基板で、この透明基板40上にはZnOからなる圧電性透明薄膜41が蒸着されている。
FIG. 16 is an explanatory diagram of the imaging light flux that passes through the optical low-
図16(A)は、櫛形電極42、45に電圧を印加していない場合における撮影光線の状態を示している。撮影レンズ(図1の5a、5b)を透過した被写体光束は、光学ローパスフィルタ4にて光線が曲げられずに出射して撮像素子10のマイクロレンズ13の近傍に収斂する。ここで、図16(A)に示すように、複数の光線は、撮像素子10上の特定の位置に到達することになる。
FIG. 16A shows the state of the photographing light beam when no voltage is applied to the comb electrodes 42 and 45. The subject luminous flux that has passed through the photographing lens (5a, 5b in FIG. 1) is emitted without being bent by the optical low-
一方、図16(B)は、櫛形電極42、45に位相の異なる交流電圧を印加した場合における撮影光線の状態を示している。櫛形電極42、45に位相の異なる交流電圧を印加すると、透明基板40上に形成された圧電性透明薄膜41に表面弾性波の定在波が発生する。
On the other hand, FIG. 16B shows the state of the photographing light beam when AC voltages having different phases are applied to the comb electrodes 42 and 45. When alternating voltages having different phases are applied to the comb-shaped electrodes 42 and 45, standing waves of surface acoustic waves are generated in the piezoelectric transparent
撮影レンズを透過した被写体光束のうち定在波の頂点以外の領域を通過する光線は、光学ローパスフィルタ4の射出面に生じている表面弾性波の定在波によって、曲げられて出射して撮像素子10のマイクロレンズ13の近傍に到達する。また、定在波の頂点を通過する光線は、屈折作用を受けずに撮像素子10のマイクロレンズ13に入射する。
The light beam that passes through the region other than the top of the standing wave among the subject luminous flux that has passed through the photographing lens is bent and emitted by the standing wave of the surface acoustic wave generated on the exit surface of the optical low-
このとき、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した複数の光線はそれぞれ、表面弾性波の定在波からの出射位置が異なるため、撮像素子10上の異なる位置に広がって到達する。このため、定在波としての表面弾性波を発生させた場合でも、光学ローパス効果を得ることができる。
At this time, each of the plurality of light beams transmitted through different regions of the pupil of the photographing lens has different exit positions from the standing wave of the surface acoustic wave, and therefore spreads to reach different positions on the
また、本実施例では、光学ローパスフィルタ4の櫛形電極を撮像素子10の画素配列方向に対して平行及び直交する方向に配置して表面弾性波を発生させる例を示したが、撮像素子10の画素配列方向に対して斜め45度方向に表面弾性波が発生するように光学ローパスフィルタ4を構成してもよい。この場合には、撮像素子の画素配列のうち斜め45度方向の周期構造に対するモラレや偽色を除去することができる。
In the present embodiment, an example in which the comb-shaped electrodes of the optical low-
さらに、本実施例ではデジタルスチルカメラの例を示したが、ビデオカメラ、撮像素子付き計測装置、画像読み取り装置等といった光学機器にも適用することができる。 Furthermore, in this embodiment, an example of a digital still camera is shown, but the present invention can also be applied to an optical apparatus such as a video camera, a measuring device with an image sensor, an image reading device, and the like.
図17〜図22は、本発明の実施例2であるカメラシステムを説明するための図である。ここで、図17は、本実施例におけるカメラシステムの構成図である。本実施例のカメラシステムは、カメラ本体101と、このカメラ本体101に着脱可能に装着されるレンズ装置105とで構成されている。
FIGS. 17-22 is a figure for demonstrating the camera system which is Example 2 of this invention. Here, FIG. 17 is a configuration diagram of the camera system in the present embodiment. The camera system according to the present embodiment includes a
図17において、110はCCDやCMOSイメージセンサ等の撮像素子で、カメラ本体1に装着されたレンズ装置105内の撮影レンズ105a、105bの予定結像面に配置されている。撮影レンズ105a、105bは、光軸方向への移動によって撮影光学系の変倍動作および焦点調節動作を行う。撮像素子10に対して被写体側(図17の左側)の近傍には、光学ローパスフィルタ104が撮影光路中に固定された状態で配置されている。
In FIG. 17,
102は、複数の遮光部材からなる先幕および後幕を有するフォーカルプレンシャッタであり、光学ローパスフィルタ104と撮像素子110との間に配置されている。109はカメラ本体101の背面に設けられた液晶表示素子で、撮像素子110にて得られた被写体像を表示する。これにより、撮影者はカメラシステム外部から被写体像を観察することができる。
レンズ装置105は、カメラ本体101の前面に設けられたレンズマウント50にて連結されており、レンズ装置105およびカメラ本体101間でデータの通信を行うことができるようになっている。なお、撮影レンズ105a、105bは便宜上2枚のレンズとして示しているが、実際は多数枚のレンズで構成されている。
The
また、レンズ装置105内には絞り151が配置されており、この絞り151は光通過口の径を変化させることにより撮像面に入射する被写体光の光量を調節する。
A
跳ね上げミラー106は撮影光路に対して進退可能となっており、撮影光路中に斜設されているときには、撮影レンズ105a、105bを透過した被写体光束の一部をピント板107側に反射させるとともに、残りの光束を焦点検出ユニット134に導く。
The flip-up
ピント板107にて拡散した被写体光は、ペンタダハプリズム8で光路変換された後、接眼レンズ3から出射する。これにより、撮影者は接眼レンズ3を介して被写体像を観察することができる。焦点検出ユニット134は、跳ね上げミラー6から導かれた光を受光することで撮影レンズ5の焦点調節状態を検出する。本実施例のカメラシステムは、公知の瞳分割位相差方式により撮影光学系の焦点調節状態の検出を行うものであり、焦点検出ユニット134には、不図示のフィールドレンズ、2次結像レンズ、絞り、撮像素子等といった、瞳分割位相差方式による焦点調節状態を検出するための部材が含まれている。
The subject light diffused by the
一方、跳ね上げミラー106が撮影光路から退避しているときには、撮影レンズ105a、105bを透過した被写体光が像面側に向かうようになっている。
On the other hand, when the flip-up
本実施例において、カメラ本体101に搭載される撮像素子110の構成は、実施例1で説明した撮像素子10と同様であり、2次元方向(X−Y方向)に光電変換部を有する画素が周期的に配列されている。本実施例でも、X方向を画素配列方向と定める。また、本実施例における光学ローパスフィルタ104の構成は、実施例1(図4)で説明した光学ローパスフィルタ4と同じ構成であるため、詳しい説明を省略する。
In this embodiment, the configuration of the
図18は、本実施例におけるカメラシステムの電気回路ブロック図である。 FIG. 18 is an electric circuit block diagram of the camera system in the present embodiment.
図18において、カメラ本体101には、カメラ全体の動作を制御するカメラCPU120が設けられており、レンズ装置105には、レンズ全体の動作を制御するレンズCPU130が設けられている。カメラCPU120およびレンズCPU130は、電気接点131を介して互いにデータの通信を行うことができるようになっている。
In FIG. 18, the
まず、カメラ本体101における回路構成について説明する。
First, a circuit configuration in the
シャッタ制御回路128は、カメラCPU20からの出力に基づいてシャッタ102の駆動を制御する。表面弾性波発生回路127は、カメラCPU120の出力に基づいて光学ローパスフィルタ104に光学ローパス効果を発現させるためのものであり、詳しい説明は後述する。
The shutter control circuit 128 controls the driving of the
撮像素子制御回路121は、カメラCPU120の出力に基づいて撮像素子110の駆動(画像の蓄積および読み出し)を制御する。画像処理回路124は、撮像素子110にて撮像した画像信号に対して画像処理(色処理やガンマ補正等)を行い、液晶表示素子駆動回路125は、カメラCPU120の出力に基づいて液晶表示素子9を駆動する。
The image
メモリ回路122は、撮像素子110にて撮像された画像データを記録し、インターフェイス回路123は、画像処理回路124にて画像処理された画像データをカメラシステム外部(PCやプリンタ等)に出力する。
The
信号入力回路129は、各種スイッチの設定状態を確認してカメラCPU120に出力する。具体的には、カメラ本体101に設けられたレリーズボタンの操作によってオン/オフするSW1、SW2の状態やカメラ本体101に設けられたモードダイヤル119の操作状態を確認してカメラCPU120に出力する。焦点検出回路133は、焦点検出ユニット134の駆動を制御する。
The signal input circuit 129 checks the setting state of various switches and outputs it to the
ここで、モードダイヤル119の構成は、実施例1で説明したモードダイヤル19と同じである。すなわち、モードダイヤル119を操作することにより、光学ローパス効果を発現させる光学ローパス効果撮影モード、光学ローパス効果を発現させずに解像度の高い画像を得るための高解像度撮影モード、光学ローパス効果撮影モードおよび高解像度撮影モードのうち一方の撮影モードをカメラシステムが自動的に選択する自動撮影モードを設定することができる。
Here, the configuration of the mode dial 119 is the same as that of the
次に、レンズ装置105における回路構成について説明する。
Next, a circuit configuration in the
レンズ駆動回路126は、レンズCPU130の出力に基づいて撮影レンズ105a、105bの駆動を制御する。絞り制御回路132は、レンズCPU130の出力に基づいて絞り151の駆動を制御する。
The lens driving circuit 126 controls the driving of the photographing
以下、図19のフローチャートを用いて本実施例のカメラシステムの動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the camera system of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
撮影者がカメラ本体101に設けられたメインスイッチ(図17では不図示)をオン状態にすると(S201)、カメラ本体101は待機状態から復帰する。カメラCPU120は、信号入力回路129を介して不図示のレリーズスイッチのSW1がオン状態となっているか否かを確認する(S202)。撮影者が不図示のレリーズボタンを半押し操作することによってSW1がオン状態になったことを信号入力回路129を介して検知すると(S202)、カメラCPU120は撮影光学系の焦点調節状態の検出を実行する(S203)。具体的には、焦点検出ユニット134からの出力に基づいて、瞳分割位相差方式による焦点調節状態の検出を行う。
When the photographer turns on a main switch (not shown in FIG. 17) provided on the camera body 101 (S201), the
焦点調節状態の検出機能を兼ね備えたカメラCPU120は、焦点検出回路133に焦点検出信号を送って焦点検出ユニット134の撮像素子を用いて焦点検出用の瞳分割画像を撮像する。そして、撮像された2つの瞳分割画像の相対的な位置ずれ量により、撮影レンズ105のデフォーカス量を算出する。
The
撮影レンズ105が合焦状態ではないと判定したら(S204)、カメラCPU120は、レンズCPU130を介してレンズ駆動回路126にレンズ駆動信号を送って撮影レンズ105をデフォーカス量に対応した量だけ駆動させる(S209)。
If it is determined that the photographing
一方、撮影レンズ105が合焦状態にあると判定したら(S204)、カメラCPU120は信号入力回路129を介してレリーズスイッチのSW2がオン状態にあるか否かを確認する。SW2がオン状態であれば(S205)、メモリ回路122に本画像を記録するための撮像動作を行う(S206)。
On the other hand, if it is determined that the
ここで、図20のフローチャートと図21のタイミングチャートを用いて本実施例のカメラシステムにおける本画像の撮像動作を説明する。 Here, the imaging operation of the main image in the camera system of the present embodiment will be described using the flowchart of FIG. 20 and the timing chart of FIG.
カメラCPU120は、SW2がオン状態になったことに応じて撮像素子制御回路121に撮像信号を送ることで撮像素子110にて本画像の撮像を開始する(S220)。撮像素子制御回路121は、撮像素子110に撮像制御信号Sensを送って撮像素子110の駆動を制御する。次に、カメラCPU120は、シャッタ制御回路128にシャッタレリーズ信号SHを送ってフォーカルプレンシャッタ2のレリーズスイッチを開放する(S221)。これにより、先幕および後幕が所定のスリットを形成しながら、走行することになる。
The
また、カメラCPU120は、信号入力回路129を介して撮影モードを選択するためのモードダイヤル119の設定状態を確認する。撮影者によるモードダイヤル119の操作によって光学ローパス効果撮影モードが設定されていれば(S224)、光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させて光学ローパス効果が得られる撮影モードで撮像動作を行う。すなわち、カメラCPU120は表面弾性波発生回路127に信号を送って、光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させる(S225)。
Further, the
図21のタイミングチャートに示すように、表面弾性波発生回路127は光学ローパスフィルタ104に設けられた1組の櫛形電極(図4の櫛形電極43a、43b)間にSAW_Xのタイミングで交流電圧を印加するとともに、もう1組の櫛形電極(図4の櫛形電極42a、42b)間にSAW_Yのタイミングで交流電圧を印加する。本実施例では、本画像の撮像動作を行っている間に、撮像素子110の画素配列方向と平行な方向(図4のX方向)に所定周期で表面弾性波を発生させるとともに、撮像素子110の画素配列方向と垂直な方向(図4のY方向)に所定周期で表面弾性波を発生させるようにしている。
As shown in the timing chart of FIG. 21, the surface acoustic wave generation circuit 127 applies an AC voltage between the pair of comb electrodes (comb
ここで、表面弾性波発生回路127から2つの櫛形電極に出力されるSAW_X、SAW_Yの駆動信号は、同一周期であって、互いに異なるタイミングで出力されるようになっているため、表面弾性波が光学ローパスフィルタ104の2軸方向にそれぞれ独立して発生することになる。
Here, since the SAW_X and SAW_Y drive signals output from the surface acoustic wave generation circuit 127 to the two comb-shaped electrodes have the same period and are output at different timings, the surface acoustic waves are generated. This occurs independently in the two axial directions of the optical low-
光学ローパスフィルタ104に表面弾性波が発生したときの撮影光線の状態を示したのが図22である。
FIG. 22 shows the state of the photographing light beam when the surface acoustic wave is generated in the optical low-
同図において、光学ローパスフィルタ104は、石英等の透明基板140の上にZnO等の圧電性透明薄膜141が蒸着されている。また、圧電性透明薄膜141の一端には櫛形電極142a、142bが蒸着されている。このように、光学ローパスフィルタ104は1枚の透明基板140と、この上に蒸着された圧電性透明薄膜141で構成されているため、光学ローパスフィルタ104の厚みを薄くすることができ、カメラの機種によらず撮影光路中に配置することができる。なお、光学ローパスフィルタ104を圧電性透明基板で構成してもよい。
In the figure, the optical low-
フォーカルプレンシャッタ102の先幕102aおよび後幕102bは、レリーズ信号(SW2)に基づいて図22中のY方向に走行するようになっており、撮影レンズ105を透過した被写体光は、先幕102aおよび後幕102bによって形成されるスリットを通過して撮像素子110に入射する。
The
図21のタイミングチャートのEXP._1、EXP._2、・・・EXP._nで示す点線は、撮像素子110の1ライン、2ライン、・・・nライン(図22において、X方向に延び、Y方向において並列となるライン)の画素列への露光タイミングを示したものである。この露光タイミングは、スリットの移動に応じて変化することになる。
In the timing chart of FIG. _1, EXP. _2, EXP. The dotted line indicated by _n indicates the exposure timing for the pixel line of the
図22において、例えば表面弾性波の中腹から出射する光線は屈折作用を受けることで、先幕102aおよび後幕102bのスリットを通過して撮像素子110上に入射する。この表面弾性波は進行波であるためスリット露光中に進行し、実施例1での説明(図9、図10)と同様に、撮像素子110の画素ピッチに相当する撮影光束の像分離を達成する。
In FIG. 22, for example, a light beam emitted from the middle of a surface acoustic wave is refracted and passes through the slits of the
この結果、撮像素子110の画素の配列周期で決まる所定の空間周波数より細かな空間周波数成分を含む被写体像を撮像した場合に生じていたモアレや偽色の発生を防止することができ、品位の高い画像を得ることができる。
As a result, it is possible to prevent the occurrence of moiré and false colors that occur when a subject image including a spatial frequency component finer than a predetermined spatial frequency determined by the pixel arrangement period of the
図20の撮像動作のフローチャートにおいて、フォーカルプレンシャッタ102の走行終了にあわせて、カメラCPU120は撮像素子制御回路121に撮像終了信号を送信して、撮像素子110による撮像動作を終了する(S226)。
In the flowchart of the imaging operation in FIG. 20, the
一方、撮影者がモードダイヤル119を操作することで高解像撮影モードが設定されている場合には(S224)、カメラCPU120は光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させずに撮像素子110への露光を行わせる。光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させなければ、光学ローパスフィルタ104は一般的な透明基板として作用して像分離は発生しない。
On the other hand, when the photographer operates the mode dial 119 to set the high-resolution shooting mode (S224), the
フォーカルプレンシャッタ102の走行終了に応じてカメラCPU120は、撮像素子制御回路21に撮像終了信号を送信して、撮像素子110による撮像動作を終了する(S226)。
In response to the end of the travel of the
このように、光学ローパスフィルタ104を構成する圧電性透明基板141の光学軸は面内にあるため、光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させなければ、撮像素子110の画素数に対応した高解像度の画像を得ることが可能となる。
As described above, since the optical axis of the piezoelectric
また、撮影者がモードダイヤル119を操作することにより自動選択モードが設定されていれば(S222)、カメラCPU120は直前に撮像された画像に周期的な画像が含まれているかどうかを判定する。カメラCPU120は、撮像された画像に周期的な画像が含まれているかどうかを判定するために、撮像された画像の空間周波数特性を求める。
If the automatic selection mode is set by operating the mode dial 119 by the photographer (S222), the
ここで、算出された画像の空間周波数特性から周期的な画像が含まれていないと判定したら(S223)、カメラCPU120は光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させずに高解像度の画像が得られる撮影モードで撮像動作を行う。
If it is determined from the calculated spatial frequency characteristics of the image that a periodic image is not included (S223), the
一方、 算出された画像の空間周波数特性から周期的な画像が含まれていると判定したら(S223)、カメラCPU120は光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させて(S225)、光学ローパス効果が得られる撮影モードで撮像動作を行う。光学ローパスフィルタ104に表面弾性波を発生させて光学ローパス効果を得る撮像動作は上述の通りである。
On the other hand, if it is determined from the calculated spatial frequency characteristics of the image that a periodic image is included (S223), the
このように、カメラシステムに自動選択モードを設定することにより、光学ローパス効果を発生させるか否かの判断をカメラシステム任せにすることができ、撮影者のカメラシステムの操作の煩雑性を軽減することができる。 In this way, by setting the automatic selection mode in the camera system, it is possible to leave the camera system to determine whether or not to generate the optical low-pass effect, thereby reducing the complexity of the photographer's operation of the camera system. be able to.
本画像の撮像動作が終了すると(S227)、撮像素子110にて撮像された画像信号は、撮像素子制御回路121にてA/D変換された後に画像処理回路124にて画像処理が行われる。このとき、撮像素子110からの出力信号に基づいて色再現のために所定の画像処理が行われる。
When the image capturing operation of the main image is completed (S227), the image signal captured by the
そして、所定の画像処理が行われた画像信号は、カメラCPU120を介して液晶表示素子駆動回路125に送られ、液晶表示素子109において本画像の表示が行われる(図19のS207)。これにより、撮影者は撮像された被写体像(本画像)を液晶表示素子9にて観察することができる。
The image signal on which the predetermined image processing has been performed is sent to the liquid crystal display
同時に、カメラCPU120は撮像された画像信号をそのままカメラ本体101のメモリ回路122に記憶させる(S208)。撮影動作が終了し、撮影者がメインスイッチをオフ状態にすると(S201)、カメラシステムの電源が落ちて待機状態となる(S210)。
At the same time, the
本実施例では、光学ローパスフィルタ104を、跳ね上げミラー106とフォーカルプレンシャッタ102との間に配置した例を示したが、シャッタ102と撮像素子110との間や、レンズマウント150と跳ね上げミラー106との間に配置してもかまわない。
In this embodiment, an example in which the optical low-
また、本実施例では、光学ローパスフィルタ104として、圧電性透明基板又は圧電性透明薄膜上に表面弾性波を発生させる例を示したが、図23の光学ローパスフィルタの動作説明図に示すように、ガラス等の透明基板140の表面の端部に圧電体141を設け、透明基板140の表面方向(図23の矢印方向)に圧電体141を伸縮させることにより、透明基板140自身に進行波を発生させて撮影光束を分離するような構成にしてもかまわない。
In the present embodiment, an example is shown in which surface acoustic waves are generated on the piezoelectric transparent substrate or the piezoelectric transparent thin film as the optical low-
なお、上述した実施例では、被写体からの光線を光学ローパスフィルタで透過させて撮像素子に導く構成について説明したが、光線を反射させて撮像素子に導く光学系においては、この反射面に上記の実施例で説明したような表面弾性波等を発生させるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the light beam from the subject is transmitted through the optical low-pass filter and guided to the image sensor. However, in the optical system that reflects the light beam and guides it to the image sensor, the reflection surface has the above-described configuration. You may make it generate the surface acoustic wave etc. which were demonstrated in the Example.
1・・・カメラ
2・・・シャッタ
3・・・接眼レンズ
4・・・光学ローパスフィルタ
5・・・撮影レンズ
9・・・液晶表示素子
10・・・撮像素子
20・・・CPU
21・・・撮像素子制御回路
22・・・メモリ回路
23・・・インターフェイス回路
24・・・画像処理回路
25・・・液晶表示素子駆動回路
26・・・レンズ駆動回路
27・・・表面弾性波発生回路
28・・・シャッタ制御回路
29・・・信号入力回路
101・・・カメラ本体
104・・・光学ローパスフィルタ
105・・・レンズ装置
110・・・撮像素子
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Image sensor control circuit 22 ... Memory circuit 23 ... Interface circuit 24 ... Image processing circuit 25 ... Liquid crystal display element drive circuit 26 ...
Claims (6)
この光学素子の当該変形を制御する制御手段とを有し、
前記光学素子の繰返しの変形によって前記光学像の高周波成分を低減することを特徴とする光学機器。 An optical element that changes an optical image by converting the optical image into an electrical signal and repeatedly changing the position of the light beam reaching the surface of the image sensor;
Control means for controlling the deformation of the optical element,
An optical apparatus, wherein a high frequency component of the optical image is reduced by repetitive deformation of the optical element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007279592A (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-25 | Canon Inc | Optical filter and imaging apparatus |
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2003
- 2003-08-21 JP JP2003297571A patent/JP2005072778A/en active Pending
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