JP2005294988A - 撮像装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯機器に実装した撮像装置は、虹彩絞りの組込みが困難であり、光量の連続調節が難しい。
【解決手段】 絞り４ａと光学系４ｂとを通じて２次元被写体を撮像素子５により撮像する装置において、濃度が変化するＮＤフィルタ４５を設ける。そして、ＮＤフィルタの濃度変化に起因するシェーディングを補正するためのデータをメモリに持ち、該データを用いてシェーディングを補正する。また、ＮＤフィルタに設けた非減光領域４８を用いた撮影時と傾斜濃度領域４７を用いた撮影時とで異なるシェーディング補正データを用いる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、デジタル撮像装置およびこれを内蔵した、携帯電話機等の通信機能付き電子機器に関する。

近年、小型カメラを搭載し、デジタルカメラとしても使用可能な携帯電話や無線通信カードを用いて通信が可能なＰＤＡ等の携帯電子機器が多用されている。このような携帯電子機器では、機器本体の小型化の要望に伴って、搭載されるカメラにも小型・薄型で軽量なものが望まれる。

図５（ａ），（ｂ）には、従来のカメラ付き携帯電話機の構成を示している。また、図６には、該携帯電話機に搭載されたカメラユニットの概略構成を示している。

携帯電話機には、図５（ａ）に示すように、撮影レンズ１０４が携帯電話機の背面側に向くようにカメラユニット１０２が配置される。このカメラユニット１０２は、図６に示すように、携帯電話機本体（筐体）の背面に形成された固定絞り部１０３に対応して配置され、被写体側から順に、固定絞り部１０３の開口を覆う透明なレンズカバー１０６と、撮影レンズ１０４と、固体撮像素子１０５とにより構成されている。

一方、携帯電話機の表面には、図５（ｂ）に示すように、表示部１０７、シャッタボタン１０８、カメラモードと電話モードとを切り換えるためのモード切換えボタン１０９およびテンキー等を含む操作キー部１１０が配置されている。

このような携帯電話機に用いられるカメラユニットは、その配置スペースの制約からきわめて小型のユニットであることが必須であり、撮像素子も１／２インチ程度のものから、１／３インチや１／６インチ程度にますます小型化されている。

こうした撮像素子の小型化に伴い、撮影レンズのイメージサイズの縮小化が求められるとともに、撮像素子の高画素化および撮影画像の高画質化のために、画素寸法のさらなる小型化が図られている。このため、要求される解像度の空間周波数が高くなり、可視光波長に対するレンズ開口径や絞り口径がより小さくなるため、光の回折による影響を大きく受けるようになる。そしてこのような絞り口径を、いわゆる虹彩絞りやギロチン式絞りで形成することが、画質維持の観点からきわめて困難となる。そこで、ＮＤフィルタを用いて、回折による影響を抑制しつつ光量を制御することが考えられる。

ここで、特許文献１には、携帯電話のカメラユニットに対してＮＤフィルタを適用した例が開示されている。
特開２００２−２７１６６５号公報（段落００１４〜００１７，００２６〜００２９、図１，５） 特許第２６８４４５４号公報（請求項４、４頁右欄１０〜１３行） 特許第３２２７１９１号公報（段落００１８〜００１９、図２，３）

しかしながら、特許文献１にて開示された携帯電話機では、単一の濃度を有するＮＤフィルタしか備えていないので、被写体の明るさに応じた適切な減光度合いを選択することができず、画質の向上に十分でないという問題がある。

ところで、ＮＤフィルタには、その濃度が傾斜状又は連続的に変化する傾斜濃度タイプのものがある。特許文献２には、このような傾斜濃度タイプのＮＤフィルタを１次元像の露光を行う光学系に適用した露光装置が、特許文献３には、１次元像を読み取るための光学系に濃度変化タイプのＮＤフィルタを適用した画像読取装置がそれぞれ開示されている。

そして、これら特許文献２，３にて開示の光学系では、一次元像を形成する各光線の傾斜濃度ＮＤフィルタでの通過位置に応じた濃度の差の影響による明るさむら（光量むら）を少なくするために、１次元像の長手方向とＮＤフィルタの濃度傾斜方向とを直交させたり、光学系における全光線の通過位置近傍である絞り位置にＮＤフィルタを配置したりしている。

しかしながら、２次元像を撮像するカメラユニットにおいては、これら特許文献２，３にて開示された傾斜濃度ＮＤフィルタの配置方法によって２次元撮影画像の明るさむらを除去することはできない。また、携帯電話機用のカメラユニットは、図６に示すように、撮影レンズを保持する保持部材に一体的に絞り開口部が形成される場合が多いので、絞り位置（最も小径の開口位置）にＮＤフィルタを配置することもできない。

そこで本発明は、特に、携帯電話機等の小型機器に搭載される撮像装置において、傾斜濃度ＮＤフィルタの使用により撮影画面内に生じる明るさむらを有効に抑えることができるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、１つの観点としての本発明の撮像装置は、光束を結像させる光学系と、該光束により形成された２次元被写体像を受けて、これを光電変換する撮像素子と、所定方向に移動が可能であり、該所定方向に濃度が連続的に変化するＮＤフィルタとを有する。そして、撮像素子の出力から得られた画像データに対して、ＮＤフィルタの濃度変化に起因した明るさ変化を補正するための処理を行う処理手段を有する。

本発明によれば、傾斜濃度ＮＤフィルタを用いて、撮像素子に入射する光量を細かく調節することができるとともに、該ＮＤフィルタの濃度変化により発生する明るさ変化が補正された良好な画像を得ることができる。

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。

図１Ａには、本発明の実施例である携帯電話機の背面を示している。なお、前面は、図５（ａ）に示した従来の携帯電話機と同様に、表示部、シャッタボタンおよび操作キー部等を有する。また、図１Ｂには、後述するフィルタターレット４５およびその周辺の構成を示す。さらに、図２には、携帯電話機におけるカメラユニット２の周辺の断面を示している。

図１Ａにおいて、１は携帯電話機の本体、２は該本体１を筐体とするカメラユニットである。１ａは本体１に形成されたレンズ窓（開口部）、４５はそのほとんどの部分が本体１内に収容され、本体１の背面に固定された軸４５ａを中心として回転可能なフィルタターレットである。なお、フィルタターレット４５の外周の一部は本体１から外部に露出しており、ユーザーはこの露出部分を指で操作することによりフィルタターレット４５を手動で回転操作することができる。

４１は本体１に内蔵され、フィルタターレット４５を回転駆動するステッピングモータである。モータ４１の出力ギヤ４２は、フィルタターレット４５の外周に形成されたギヤ部４６に噛み合っている。このため、モータ４１が回転動作することで、フィルタターレット４５を回転駆動することができる。なお、本実施例では、操作キー部に設けられた特定キーを操作することで、モータ４１を動作させ、フィルタターレット４５を回転させる電動マニュアル操作が可能である。

フィルタターレット４５は、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、周方向（回転方向）に濃度が略一定変化率で、すなわち傾斜状ないし線形状に連続的に変化し、減光作用を有する傾斜ＮＤ領域４７と、該傾斜ＮＤ領域４７の周方向両端間に設けられ、ほぼ無色透明で実質的な減光作用を有さない（傾斜ＮＤ領域４７の最低濃度部分よりも高い透過率を有する）非ＮＤ領域としての全透過領域４８とを有する。

４３は該フィルタターレット４５の回転位置が、カメラユニット２の撮影光路に全透過領域４８が配置される位置（以下、全透過位置という）であるか傾斜ＮＤ領域４７が配置される位置（以下、ＮＤ位置という）であるかを検出するためのフィルタ検出スイッチである。フィルタターレット４５の外周の一部には、凹形状部４４が形成されており、フィルタターレット４５がＮＤ位置にあるときは、フィルタ検出スイッチ４３がフィルタターレット４５の外周によって押されることでその状態に応じた信号を出力し、フィルタターレット４５が全透過位置にあるときは、フィルタ検出スイッチ４３が該凹形状部４４内に突出する（フィルタターレット４５の外周による押圧が解除される）ことでその状態に応じた信号を出力する。

図２において、６はレンズ窓１ａを覆うように本体１に取り付けられ、両面に反射防止コートが施されたほぼ無色透明なレンズカバーである。

４はカメラユニット２を構成するレンズ保持部材である。レンズ保持部材４におけるレンズ窓側、すなわち被写体側（以下、前側ともいう）の端部には、入射光束を絞るための所定の開口径を有する固定絞り部４ａが形成されている。レンズ保持部材４は、高分子材料からなり、固定絞り部４ａよりも像面側（以下、後側ともいう）に撮影レンズ４ｂを内包保持している。

なお、図２には、撮影レンズ４ｂが１つのみ記載されているが、複数枚の撮影レンズにより撮影光学系を構成してもよい。また、本実施例では、撮影光学系が、その焦点距離が固定である単焦点光学系として説明するが、撮影レンズ４ｂを光軸方向に移動させて焦点距離を変更できるズーム光学系としてもよい。但し、電子的トリミング、すなわちいわゆる電子ズームにより、画像データ上での画角を変更できるようにしてもよい。

１１は赤外カットフィルタであり、レンズ保持部材４の後部に固定されている。

５は２次元方向に画素が配列された、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子であり、５ａは該撮像素子５の受光面（撮像面）である。レンズ保持部材４と撮像素子５とは、接着剤１５によって、撮影レンズ４ｂの光軸と撮像素子５の受光面５ａの中心とが一致し、かつ撮影レンズ４ｂのバックフォーカスと受光面５ａの位置とが合うように固着され、全体としてカメラユニット２を構成している。接着剤１５は、封止材としての機能も有し、レンズ面や撮像素子５の受光面（実際には撮像素子５のパッケージを構成するカバーガラス）にゴミ等が付着するのを防止している。

カメラユニット２を構成する撮像素子５は、その裏面側において、携帯電話機内の電気回路基板１２上に実装されている。

こうして構成されたカメラユニット２において、レンズカバー６およびレンズ窓１ａから入射した被写体からの光束は、フィルタターレット４５を透過して固定絞り部４ａを通過し、撮影レンズ４ｂによって撮像素子５の受光面５ａ上に結像する。

ここで、本実施例において用いられる撮像素子５は、１００万以上の画素数を有する。そして、該携帯電話機（カメラユニット２）は、低解像度であるが高いフレームレイトでの撮像を可能とする動画撮影モードと、高解像の静止画撮影を可能とする静止画撮影モードとで動作可能である。

１２は撮像素子５を保持する電気回路基板であり、この基板１２上には、撮像素子５の制御、撮影された画像データの各種処理、さらにはモータ４１の制御等を行う制御処理回路１２ａや、携帯電話としての通話および文字・画像データ等の通信を行う通信回路１２ｂ等が搭載されている。

制御処理回路１２ａは、撮像された画像データに基いて撮像素子５からの出力のアンプゲインや電子シャッタ速度を制御するいわゆるフィードバック自動露出時において、フィルタターレット４５の電動マニュアル操作を受け付ける。また、ゲインおよび電子シャッタをロックすることで、フィルタターレット４５の回動量に応じたアナログ的な（実際にはステッピングモータ４１の回転分解能に応じた微小段階的であるが、実用上は連続的とみなせる）露出補正が行える。

また、フィルタターレット４５の手動操作時における露出処理は、カメラユニット２の仕様により適宜設定可能であり、カスタム機能としてユーザー選択を可能としてもよく、カメラモードの選択時に電動駆動で強制的に全透過位置に復帰（イニシャライズ動作）させ、その後、ＡＥ動作を開始するモードを選択可能としてもよい。

本実施例では、手動操作によるフィルタターレット４５の回転位置選択時には、フィルタ検出スイッチ４３により全透過位置か否かを判別し、該判別結果を撮像した画像データの処理に反映する構成としている。また、カメラモードから非カメラモード（電話モード）に切り換えられたときには、ステッピングモータ４１を介してフィルタターレット４５を全透過位置に復帰させるようにしている。

また、本実施例では、自動および手動で選択可能な露出パラメータとして、アンプゲイン、電子シャッタ速度およびＮＤ状態（フィルタターレット４５の回転位置）という３要素が設けられており、これらパラメータに応じた露出制御をソフトウェア制御下で行っている。このため、一般のフイルムカメラ等でよく行われるプログラムＡＥや、１つのパラメータを優先するＡＥ（例えば、シャッタ優先ＡＥや、ＮＤフィルタを可変絞りとみなした擬似絞り優先ＡＥなど）や、さらにはフイルムカメラでは不可能な２つのパラメータをマニュアル選択し、残りのパラメータをフィードバック制御又は演算制御する２パラメータ優先ＡＥ（例えば、ゲイン＋シャッタ同時優先ＡＥ）を任意に使用できる。

また、ステッピングモータ４１の出力ギア４２には、手動操作によるギアの損傷、歯飛びを防ぐため、不図示のスリップフリクション機構が設けられている。フィルタターレット４５のモータ駆動に必要なトルクを超える手動操作力が入力された場合には、スリップフリクション機構で摩擦滑りを生じ、適度な操作負荷を与える。また、非操作時には、スリップフリクション機構の摩擦保持力によって、フィルタターレット４５が不用意に回転しないようにその位置が保持される。

ここで、フィルタターレット４５についてさらに詳しく説明する。フィルタターレット４５における傾斜ＮＤ領域４７は、フィルタターレット４５の半径方向において、カメラユニット２の光学的な撮影画角に対して余裕を持ったサイズ（幅）を有する。また、全透過領域４８も、カメラユニット２の光学的な撮影画角に対して余裕を持ったサイズ（径）を有する。

傾斜ＮＤ領域４７は、フィルタターレット４５の周方向約３００度の範囲に形成されている。そして、フィルタターレット４５は、傾斜ＮＤ領域４７の高濃度側の端部分と、該傾斜ＮＤ領域４７の低濃度側の端部分に隣接して設けられた全透過領域４８との間の使用範囲を超えて回転しないように、不図示の機械的ストッパによってその回転範囲が制限されている。

全透過領域４８は、フィルタターレット４５のベースとなる無色透明基板において、傾斜ＮＤ領域４７のような減光のための色素混入やコーティングなどが施されていない領域である。

また、傾斜ＮＤ領域４７は、全透過領域４８に対して余裕回転角を経た位置から始まる、減光のための色素混入やコーティングなどが施された領域であり、全透過領域４８側から周方向に徐々に濃度が上昇して可視光透過率が減じる。傾斜ＮＤ領域４７の濃度変化率は、回転角度をパラメータとして設定されている。また、傾斜ＮＤ領域４７におけるフィルタターレット４５の半径方向の濃度は、略均一である。

濃度変化率を１次若しくは２次比例とすることで、傾斜ＮＤ領域４７における任意の使用位置（回転位置）にて、所定の撮影画角に対応した入射光線の通過範囲における最低濃度と最高濃度との比が一定となっている。具体的には、入射光線の通過範囲における最高濃度は最低濃度の２〜６倍の間に設定するとよい。

ここで、アンプゲインおよび電子シャッタ速度の設定可能範囲を限定若しくは固定し、高輝度での使用を優先する用途では、濃度変化率を、線形的ではなく多次関数的として、使用位置の変位量あたりの濃度変化幅を広げ、高輝度側の撮影可能輝度範囲を広げるようにしてもよい。この場合、後述するように、撮影画像データのシェーディング補正との組合せで階調性が減じる場合があるので、該カメラユニットが搭載される機器の目的や動作モードに応じて選択できるようにするとよい。

図３Ａには、本実施例の携帯電話機におけるカメラユニット２に関わる電気回路構成を示している。なお、この図において、図１Ａ，図１Ｂおよび図２で説明した構成要素には、これらの図中の符号と同符号を付している。

図３Ａにおいて、２０１は出力増幅回路であり、撮像素子５からの出力を増幅する。この出力増幅回路２０１におけるアンプゲインは、後述する制御処理回路２０３により制御される。

２０２はアナログ／デジタル変換回路であり、出力増幅回路２０１で増幅された各画素のアナログ出力をデジタル多値信号に変換し、制御処理回路２０３（図２中の１２ａに相当する）に渡す。

制御処理回路２０３（１２ａ）は、ＣＰＵ等により構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭを内蔵し、ソフトウェアに従って、撮像素子５の駆動制御（電子シャッタを含む電荷蓄積の制御や出力転送制御等）や各種画像処理やステッピングモータ４１の駆動制御を行うコントローラとしての機能を有する。

２０４は制御処理回路２０３からの信号に応じて撮像素子５を駆動する撮像素子ドライバであり、２０５は制御処理回路２０３からの信号に応じてステッピングモータ４１を駆動するモータドライバである。

２０６はＮＤモード用シェーディング補正データ（ShadingDATA-0 ）を記憶する外部メモリ、２０７は非ＮＤモード用シェーディング補正データ（ShadingDATA-1）を記憶する外部メモリであり、制御処理回路２０３からの要求に応じて該データを渡す。２０８は記憶部であり、制御処理回路２０３で画像処理された撮影画像データを記憶保持する。また、記憶部２０８は、撮影画像データを不図示の記録媒体（半導体メモリ等）に記録する処理も行う。

また、制御処理回路２０３には、図５（ｂ）に示した表示部１０７相当する液晶パネルや自発光表示素子等からなる表示部７が接続されている。

８はシャッタスイッチであり、図５（ｂ）に示したシャッタボタン１０８に相当するシャッタボタンの押下げ操作に応じて、カメラモードにおける撮影トリガ信号を制御処理回路２０３に入力する。９はモード切換えスイッチであり、図５（ｂ）に示したモード切換えボタン１０９に相当するモード切換えボタンの押下げ操作に応じて、電話モードからカメラモードへの切り換えを指示するモード切換え信号を制御処理回路２０３に入力する。なお、制御処理回路２０３には、前述したフィルタ検出スイッチ４３からの信号も入力される。

次に、図４のフローチャートを用いて、本実施例における制御処理回路２０３の動作を説明する。

まず、ステップ（図ではｓと略す）１０１では、電話モードでの割込み監視によってカメラモード判別ルーチンをスタートする。ステップ１０２では、モード切換えスイッチ９の状態（モード切換え信号が入力されたか否か）を判定し、モード切換え信号が入力された場合はステップ１０３へ、その他は電話モードでの処理に復帰する。

ステップ１０３では、制御処理回路２０３は、カメラモードに関わる一次記憶情報の消去、ハードウェアの初期化、１回目の露出演算用のダミー画像データの読込み等を行う
次に、ステップ１０４では、フィルタ検出スイッチ４３の状態（フィルタターレット４５が全透過位置かＮＤ位置か）を判別し、ＮＤ位置にある場合はステップ１０５へ、その他はステップ１０６に進む。

ステップ１０５では、外部メモリ２０６からＮＤモード用シェーディング補正データを読み込む。また、ステップ１０６では、外部メモリ２０７から非ＮＤモード用シェーディング補正データを読み込む。ステップ１０５および１０６からはステップ１０７に進む。

ステップ１０７では、フィルタ検出スイッチ４３の状態、ＡＥモードの選択情報等に基づいて露出パラメータ（アンプゲインや電子シャッタ速度）を決定する。

次に、ステップ１０８では、動画撮影モードで、撮像素子５の出力から動画像データを生成する。そして、ステップ１０９では、生成した動画像データを表示部２０７に表示する。

次に、ステップ１１０では、シャッタスイッチ８の状態（撮影トリガ信号が入力されたか否か）を判定し、撮影トリガ信号が入力された場合はステップ１１１へ、その他の場合はステップ１０４へ進む。

ステップ１１１では、静止画撮影モードで、撮像素子５の出力から静止画像データを生成する。

次に、ステップ１１２では、生成した静止画像データ（デジタル多値信号）に対して、先に読み込んだシェーディング補正データ（ＮＤモードの場合はＮＤモード用シェーディング補正データ、非ＮＤモードの場合は非ＮＤモード用シェーディング補正データ）を用いてレベル補正を行い、さらにガンマ、色相、明度、サチュレーション、コントラスト等の補正処理を行う。

次に、ステップ１１３では、画像処理された静止画像データを記憶部２０８に一時記憶する。

そして、ステップ１１４では、一時記憶した静止画像データを表示部７に表示し、所定時間後、表示部７に保存確認ダイアログを表示して、操作キー部に設けられた保存キーと破棄キーからの信号入力を受け付ける。

ステップ１１５では、保存キーからの信号が入力された場合はステップ１１７へ、破棄キーからの信号が入力された場合はステップ１１６に進む。

ステップ１１６では、一時記憶した静止画像データを消去し、ステップ１０４へ戻る。また、ステップ１１７では、一時記憶した静止画像データを読み出して圧縮処理し、記憶媒体に記憶させる。

ステップ１１８では、１回の静止画撮影動作を終了し、ステップ１０１へ戻る。なお、本実施例では、１回の撮影動作ごとにカメラモードから電話モードに切り換わるソフトウェア構成としている。

ここで、上記ステップ１０５で読み出されるＮＤモード用シェーディング補正データについて説明する。

この補正データは、被写体からの入射光線束が傾斜ＮＤ領域４７における濃度傾斜を有する部分を透過し、さらに撮影レンズ４ｂを通過することによって該光線束に実際に像面（撮像素子５の受光面５ａ）で生じる強度差（強度分布）を予め測定し、像面で最終的に生じるシェーディング量を算出し、最適化して得た補正値（例えば、ゲイン補正値）の、フィルタターレット４５の回転位置に応じたマップデータである。

より具体的には、この補正データは、図３Ｂ（ａ）に示すような、傾斜ＮＤ領域４７における濃度傾斜に起因するシェーディング情報に対応する補正値（第１の補正データ成分）と、図３Ｂ（ｂ）に示すような撮影レンズ４ｂの固有シェーディング情報（ビネッティングやコサイン４乗則に基づく周辺減光情報）や、撮像素子５の各画素に設けられたマイクロレンズに対して像高に応じて斜入射する光に対する感度変化若しくは撮像素子５の構造そのものに起因する感度変化等の補償値に対応する補正値（第２の補正データ成分）とを含むように作成される総合補正値データ（明るさ補正データ：図３Ｂ（ｃ）参照）である。このような総合補正値は、例えば、均一輝度面を試験撮影した実験結果から容易に決定できる。また、ホワイトバランス補正のためのデータも、白光源を用いた実験結果から、上記総合補正値の中に含ませて決定することができる。

なお、第２の補正データとしてはこれらに限らず、撮像素子５における光量むら（画像データの明るさむら）を生じさせる要因に関わるものであればよい。

上記ステップ１０５においては、該ＮＤモード用シェーディング補正データのうち、その時点で検出したフィルタターレット４５（傾斜ＮＤ領域４７）の回転位置に応じたデータが読み出されることになる。フィルタターレット４５の位置は、所定の基準位置（例えば、全透過位置）からステッピングモータ４１に与えられた駆動パルス信号をカウントすることにより得ることができる。

一方、上記ステップ１０６で読み込まれる非ＮＤモード用シェーディング補正データは、上記総合補正値から傾斜ＮＤ領域４７における濃度傾斜に起因するシェーディング情報に相当する補正値を除いた補正値データである。

以上説明した本実施例によれば、以下の作用効果を得ることができる。

・ＮＤフィルタによる減光量を連続可変的に調節することができるので、様々な輝度の被写体に対して回折による影響を抑え、かつ適切な明るさの画像を撮像することができる。すなわち、撮像素子の受光面の小型化と画素の高密度化に起因して起り易くなる、結像光学系の絞り機構での回折による画質低下を防止できる。しかも、ＮＤフィルタの濃度勾配に起因した明るさむらが補正されるので、明るさむらの少ない良好な撮影画像を得ることができる。

・ＮＤフィルタが、絞り位置から外れた位置に配置されているため、絞り位置に配置した場合に比べて、ＮＤフィルタにおける光線束の通過領域を広くすることができる。その結果、ＮＤフィルタにおける径方向（移動方向に直交する方向）の濃度分布のばらつき許容値を拡大することができる。これにより、明るさ補正をＮＤフィルタの濃度変化方向（移動方向）に関してのみ行えば済むようになり、補正処理の容易化が図れる。また、ＮＤフィルタの量産性を向上させることもできる。

・ＮＤフィルタの濃度変化が略一定である場合は、該濃度勾配による明るさ勾配を補正するための補正データが比較的単純なデータで良く、その結果、補正データの量も少なくて済む。このため、画像処理での補正が容易となり、アルゴリズムの単純化、補正を含む画像処理のための必要物理メモリ量の減少、演算処理負荷の低減による処理クロックの低減、それによる消費電力の低減を図ることができる。

・小型撮像装置での機械式絞りの代替手段としてＮＤフィルタを用いるため、高輝度被写体に対するシャッタ秒時の選択自由度が増す。

・高輝度被写体に対する光量調節が可能であるため、口径の大きい明るいレンズを使用することが容易となり、高輝度限界に合せた暗いＦｎｏ．のレンズ採用に限定されなくなる。さらに、暗いレンズの採用によって低輝度被写体に対する利得を上げて対応する領域を広げ、撮像結果にノイズが増える、といった画質上の問題も減じることができる。

・アナログ的な光量調節ができるので、シャッタ秒時、アンプゲインがデジタル式（段階的な）選択であっても、ＮＤフィルタの位置制御によってきめ細かい露光値選択が可能となる。

また、傾斜濃度ＮＤフィルタの駆動にモータを用いたので、撮像素子の出力に基づいて該撮像素子のフィードバック制御を行ったり、ＮＤフィルタの回転位置情報を得ることでオープン制御を行ったりするなど、公知の自動制御手法の適用が容易となる。

・低価格、省スペース、省電力および低コスト化に有利な簡便な構成の撮像装置（カメラユニット）を構成できるので、この撮像装置を搭載した携帯電話機の商品価値が高まる。

なお、本実施例では、固定絞りよりも被写体側に濃度傾斜ＮＤフィルタを配置したが、本発明はこれに限られない。例えば、撮影光学系（撮影レンズ）の最終面と撮像素子の受光面との間の空間に傾斜濃度ＮＤフィルタを配置してもよい。この場合、ＮＤフィルタを矩形とし、その長手方向（移動方向）に傾斜濃度を設けたものとし、濃度変化率は移動距離をパラメータとして設定し、かつ移動方向に対して直交する方向には濃度変化無しとする。そして、レンズ保持部材に貫通穴を形成し、該ＮＤフィルタを進退移動させる。

また、この矩形ＮＤフィルタをモータにより駆動する場合には、側面にラックギヤを設け、このラックギヤにモータの出力ギヤ（ピニオンギヤ）を噛み合わせるようにすればよい。

また、上記実施例では、固定焦点の光学系を用いた撮像装置について説明したが、フォーカス、ズーム、フィルタ付加およびコンバージョンレンズ追加等による光学系の状態が変更できる場合は、その状態によって撮像素子（画像データ）上でのシェーディング状態が異なることが多く、一律の補正値では対応しきれないことが予想される。
この場合、該光学系の状態を必要な有限数の状態に分け、該有限数に対応する補正マップデータを予めメモリに記憶させておく。そして、光学系がどの状態にあるかを検出し、検出状態に応じた補正マップデータを用いて上述したようにシェーディング補正を行う。
光学系の状態は、公知のアブソリュート型位置検出器、インクリメンタルエンコーダ、マイクロスイッチ等を使用してレンズ位置やフィルタ付加等を検出することにより判断できる。

また、撮像装置（又は携帯電話機）に装着可能なアダプタ類がある場合において、予備の書換え可能メモリと、予備の状態検知用のマイクロスイッチと、それに対応したアダプタ側の機械的識別部位を設ければ、該予備として設けたｂｉｔ数とメモリに応じたアダプタを光学系に追加し、該光学系の状態を変更できる。そして、この場合でも、上記実施例にて説明したシェーディング補正の概念を適用することができる。

また、本実施例では、携帯電話機について説明したが、本発明は、携帯電話以外の通信手段を有する情報端末やカメラ等の電子機器に搭載される撮像装置にも適用することができる。

本発明の実施例であるカメラ付き携帯電話機の背面図。 実施例の携帯電話機のＮＤフィルタ周辺の構造を示す拡大図。 実施例のＮＤフィルタの濃度変化の様子を示す概略図。 実施例の携帯電話機におけるカメラユニット周辺の断面図。 実施例の携帯電話機におけるカメラユニットに関わる電気回路を示すブロック図。 実施例におけるシェーディング補正データを示す概略図。 実施例のカメラモードにおける動作を説明するフローチャート。 （a），（b）は従来のカメラ付き携帯電話機の背面図および正面図。 従来のカメラ付携帯電話機に搭載されたカメラユニットの構成を示す模式図。

符号の説明

１，１０１ 携帯電話機本体（筐体）
２，１０２ カメラユニット
３ レンズ窓
４ レンズ保持部材
４ａ，１０３ 固定絞り部
４ｂ 撮影レンズ
５，１０５ 撮像素子
６，１０６ レンズカバー
７，１０７ 表示部
８，１０８ シャッタスイッチ
９，１０９ モード切換えスイッチ
１２ａ，２０３ 制御処理回路
１２ｂ 通信回路
４１ モータ
４３ フィルタ検出スイッチ
４５ 傾斜濃度ＮＤフィルタ
４７ 傾斜ＮＤ領域
４８ 全透過領域
１１０ 操作キー部

Claims (13)

1. 光束を結像させる光学系と、
   該光束により形成された２次元被写体像を受けて、これを光電変換する撮像素子と、
   所定方向に移動が可能であり、該所定方向に濃度が連続的に変化するＮＤフィルタと、
   前記撮像素子の出力から得られた画像データに対して、前記ＮＤフィルタの濃度変化に起因した明るさ変化を補正するための処理を行う処理手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記明るさ変化を補正するための第１の補正データ成分と、前記光学系で発生する光量落ち、撮影光軸からの像高に応じた前記撮像素子への光束入射角度および前記撮像素子の構造のうち少なくとも１つに起因した前記画像データ上での明るさの不均一さを補正するための第２の補正データ成分とを含む明るさ補正データを記憶するメモリを有し、
   前記処理手段は、前記画像データに対して前記明るさ補正データを用いた処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子からの出力をデジタル多値信号に変換するＡ／Ｄ変換手段を有し、
   前記処理手段は、前記デジタル多値信号に対して前記処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記ＮＤフィルタは、前記所定方向に略一定の変化率で濃度が変化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像装置。
5. 前記ＮＤフィルタのうち撮影光路内に配置された領域での平均最高濃度が、平均最低濃度の２倍から６倍であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像装置。
6. 前記ＮＤフィルタの濃度は、前記所定方向に直交する方向において略均一であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の撮像装置。
7. 前記光束を制限する絞りを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の撮像装置。
8. 前記ＮＤフィルタは、前記絞りよりも被写体側の領域に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記絞りよりも撮像素子側に前記光学系が配置されており、
   前記ＮＤフィルタは、前記光学系と前記撮像素子との間の領域に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
10. 前記ＮＤフィルタは、前記所定方向に回転可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の撮像装置。
11. 前記ＮＤフィルタは、前記濃度が変化する第１の領域と該第１の領域の最低濃度部分よりも高い透過率を有する第２の領域とを有し、
    前記第２の領域が撮影光路内に配置された状態か否かを検出する検出手段を有し、
    前記処理手段は、該検出手段による検出結果に応じて、異なる前記明るさ補正データを用いて処理を行うことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の撮像装置。
12. 前記光学系の状態を変更可能であり、
    前記処理手段は、前記光学系の状態を検出し、該検出結果に応じた前記処理を行うことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の撮像装置。
13. 請求項１から１２のうちいずれか１つに記載の撮像装置と、
    通信を行う通信手段とを有することを特徴とする電子機器。

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