JP2010081291A

JP2010081291A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2010081291A
Application number: JP2008247240A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Iwamoto; 健士岩本
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】大型化を抑制しつつ、撮影状況に応じて最適な撮像素子を用いて撮影できる撮像装置を提供すること。
【解決手段】デジタルカメラ１００は、入射光を略直交方向に変化させて、撮像面と略平行な方向にインナーレンズ（光学ズームレンズ３２およびフォーカスレンズ３３）からなる第１光路Ａを形成した光学系と、第１光路Ａからの出射光を受光し、被写体像を結像するＣＣＤ５０と、第１光路Ａ上のインナーレンズとＣＣＤ５０との間から第１光路Ａと略直交する方向へ伸びる第２光路Ｂからの出射光を受光し、被写体像を結像するＣＭＯＳ５１と、入射光の出射先として、ＣＣＤ５０とＣＭＯＳ５１とを選択的に切り替える可動反射ミラー４０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、２種類の撮像素子を備えた撮像装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータの目覚しい普及やその使い勝手の良さから、従来の銀塩フィルムを用いたカメラに替わって、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子を用いたデジタルカメラが急速に普及している。

このような急速なデジタルカメラの普及に伴って、その機能も多様化している。例えば、広角撮影用の光学系と狭角撮影用の光学系とを備え、これら２種類の光学系を切り替え可能なデジタルカメラがある（例えば、特許文献１参照）。このデジタルカメラでは、コストの低減や小型化を実現するために、２つの光学系に対して１つの撮像素子を設け、これら２つの光学系を選択的に切り替える構造である。

ところで、以上のデジタルカメラには、１つの撮像素子が搭載されている。この撮像素子は、デジタルカメラの用途に応じて、特性の異なる複数種類の撮像素子の中から選択されたものである。例えば、撮像素子としては、高解像度で撮像可能なＣＣＤ、高感度で撮影可能なＣＣＤ、高速で撮像可能なＣＭＯＳ等がある。
特開２００８−７６５１１号公報

しかしながら、撮影状況は常時変化するため、常に最適な撮像素子を用いて撮影できるとは限らない。そこで、１つのデジタルカメラに複数の撮像素子を搭載することが考えられるが、このようにすると、筐体のサイズが大型化するという問題がある。
また、近年、光学系を構成するレンズの性能が向上しており、１つの光学系で広角から望遠まで撮影可能となっている。

そこで、本発明は、大型化を抑制しつつ、撮影状況に応じて最適な撮像素子を用いて撮影できる撮像装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る撮像装置は、入射光を略直交方向に変化させて、撮像面と略平行な方向にインナーレンズからなる第１光路を形成した光学系と、前記第１光路からの出射光を受光し、被写体像を結像する第１撮像素子と、前記第１光路上の前記インナーレンズと前記第１撮像素子との間から、当該第１光路と略直交する方向へ伸びる第２光路からの出射光を受光し、被写体像を結像する第２撮像素子と、前記入射光の出射先として、前記第１撮像素子と前記第２撮像素子とを選択的に切り替える撮像素子選択部材と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明に係る撮像装置は、前記第１光路と前記第２光路とが交差し、当該交差点近傍に前記撮像素子選択部材が配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明に係る撮像装置は、前記第１撮像素子あるいは前記第２撮像素子による撮像モードを選択する選択手段と、前記撮像素子選択部材の作動を回転制御する制御手段と、を備え、前記選択手段により前記第１撮像素子による撮像モードが選択された場合に、前記制御手段が前記光学系からの出射光を前記第１撮像素子に入射させ、前記光学系からの出射光を前記第２撮像素子に対して遮断するよう前記撮像素子選択部材の作動を回転制御するとともに、前記選択手段により前記第２撮像素子による撮像モードが選択された場合に、前記制御手段が前記光学系からの出射光を前記第２撮像素子に入射させ、前記光学系からの出射光を前記第１撮像素子に対して遮断するよう前記撮像素子選択部材の作動を回転制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明に係る撮像装置は、前記撮像素子選択部材が可動反射ミラーであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明に係る撮像装置は、前記可動反射ミラーの反射面の裏面に遮光処理がなされていることを特徴とする。

本発明によれば、筐体の大型化とコストの増加を抑制しつつ、特性の異なる２種類の撮像素子を切り替えて撮影できる撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図１から図５を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、本発明の内容を限定するものではない。

＜撮像装置の外観構成＞
図１は、本実施形態に係るデジタルカメラ１００の外観構成を示す図である。ここで、デジタルカメラ１００は、本発明の撮像装置である。なお、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は背面図を示している。

図１（ａ）に示すように、デジタルカメラ１００は、その正面側にストロボ発光部７５と光学屈曲ズームレンズ３０を備えている。また、デジタルカメラ１００の背面には、図１（ｂ）に示すように、モードダイヤル３と、液晶モニタ画面４と、カーソルキー５と、ＳＥＴキー６と、望遠撮影時に用いられるズームキー７（Ｗｉｄｅボタン７−１、Ｔｅｌｅボタン７−２）と、撮影モード選択キー１０等が設けられている。ここで、撮影モード選択キー１０は、撮像モードを選択する本発明の選択手段である。

さらに、デジタルカメラ１００の上面には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、シャッターキー８と、電源ボタン９等が設けられ、図示しないデジタルカメラ１００の側面には、パーソナルコンピュータやモデム等の外部装置をＵＳＢケーブルで接続する場合に用いられるＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）端子の接続部や、メモリカード等を挿入するスロット等が設けられている。

＜光学系の構成＞
次に、図２から図４を用いて、本実施形態に係るデジタルカメラ１００の光学系の構成について説明する。

本実施形態に係るデジタルカメラ１００の光学系は、図２に示すように、光学屈曲ズームレンズ３０と、反射部材としての反射ミラー３１と、光学ズームレンズ３２と、フォーカスレンズ３３とから構成されている。なお、光学ズームレンズ３２と、フォーカスレンズ３３は、本発明のインナーレンズである。

この光学系は、光学ズーム機能とオートフォーカス（ＡＦ）機能とを備えたものであって、光学ズームレンズ３２とフォーカスレンズ３３とが撮像面と平行な光軸方向に移動可能に配置され、図示しないズーム位置用およびフォーカス位置用の位置検出センサと、光学ズームレンズ３２を移動するズームモータ、フォーカスレンズ３３を移動するフォーカスモータ等が設けられている。これにより、例えば、焦点距離２８ｍｍ〜１１４ｍｍの光学系を実現している。

ここで、光学屈曲ズームレンズ３０から光学系へ入射した光は、反射ミラー３１により略直交方向に反射し、撮像面と略平行な第１光路Ａを進む。この第１光路Ａに、上記の光学ズームレンズ３２と、フォーカスレンズ３３とを配置することにより、長い光路長が確保されている。

さらに、第１光路Ａには、絞り兼用シャッター６４と、ａ点を支点として図示しない回転モータにより可動する可動反射ミラー４０と、が配置されている。そして、第１光路Ａを進む光は、可動反射ミラー４０により反射されると、第１光路Ａと略直交する方向の第２光路Ｂに導かれる。つまり、可動反射ミラー４０は、第１光路Ａと第２光路Ｂとが交差し、この交差する点の近傍に設けられている。

また、第１光路Ａの延長上には、この第１光路Ａからの出射光を受光して被写体像を結像するＣＣＤ５０が備えられている。このＣＣＤ５０は、本発明の第１撮像素子であり、ここでは、有効画素数１２００万画素である。さらに、第２光路Ｂの延長上には、この第２光路Ｂからの出射光を受光して被写体像を結像するＣＭＯＳ５１が備えられている。このＣＭＯＳ５１は、本発明の第２撮像素子であり、ここでは、有効画素数６００万画素である。そして、上述の可動反射ミラー４０は、光学系へ入射した光の出射先として、ＣＣＤ５０とＣＭＯＳ５１とを選択的に切り替える本発明の撮像素子選択部材である。

そして、撮影モード選択キー１０により、ＣＣＤ５０による撮影モードが選択されたときには、可動反射ミラー４０が、図３に示すように、ａ点を支点として、ＣＭＯＳ５１への光を遮断するように回転駆動され、第１光路Ａからの出射光がＣＣＤ５０へ導かれる。

一方で、撮影モード選択キー１０により、ＣＭＯＳ５１による撮影モードが選択されたときには、可動反射ミラー４０が、図４に示すように、ａ点を支点として、ＣＣＤ５０への光を遮断するように回転駆動され、第２光路Ｂからの出射光がＣＭＯＳ５１へ導かれる。

これにより、撮影モード選択キー１０による撮像モードの選択によって、適宜、可動反射ミラー４０を回転駆動することにより、１つの光学系により、ＣＣＤ５０による撮像モードとＣＭＯＳ５１による撮像モードの双方に対応することができる。

なお、本実施形態においては、上述の機能を実現するために、可動反射ミラー４０のＣＭＯＳ５１側の面には、鏡面処理がなされ、ＣＣＤ５０側の面には、鏡面処理あるいは、遮光処理がなされていることが望ましい。また、本実施形態においては、反射部材として反射ミラー３１を例示したが、これをプリズム等で構成してもよい。

＜撮像装置の電気的構成＞
図５は、本実施形態に係るデジタルカメラ１００の電気的構成を示す図である。

デジタルカメラ１００は、可動反射ミラー４０と、反射ミラー駆動部４１と、ＣＣＤ５０と、ＣＭＯＳ５１と、撮像レンズ６２と、レンズ駆動ブロック６３と、絞り兼用シャッター６４と、絞り駆動部６５と、ＴＧ（ＴｉｍｉｎｇＧｅｎｅｒａｔｏｒ）６６と、ユニット回路６７と、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）６８と、メモリ６９と、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）７０と、画像表示部７１と、キー入力部７２と、外部通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）７３と、ストロボ駆動部７４と、ストロボ発光部７５と、カードＩ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）７６と、を備えており、カードＩ／Ｆ７６には、図示しないデジタルカメラ１００本体のカードスロットにメモリカード８０が着脱可能に接続される。

可動反射ミラー４０は、反射ミラー駆動部４１が接続されている。反射ミラー駆動部４１は、図示しない回転モータと、ＣＰＵ７０からの制御信号に従ってこの回転モータを駆動するドライバとから構成される。反射ミラー駆動部４１は、光学系への入射光を、ＣＣＤ５０またはＣＭＯＳ５１のいずれかへ導くように可動反射ミラー４０を回転制御する本発明の制御手段である。

撮像レンズ６２は、ズームレンズ（光学屈曲ズームレンズ３０、光学ズームレンズ３２）、フォーカスレンズ３３を含み、レンズ駆動ブロック６３が接続されている。このレンズ駆動ブロック６３は、光学ズームレンズ３２、フォーカスレンズ３３をそれぞれ撮像面と平行な光軸方向に駆動するズームモータおよびフォーカスモータと、ＣＰＵ７０からの制御信号に従ってズームモータおよびフォーカスモータをそれぞれ駆動するズームドライバおよびフォーカスドライバから構成されている。

絞り兼用シャッター６４は、絞り駆動部６５が接続されている。この絞り駆動部６５はＣＰＵ７０から送られてくる制御信号に従って絞り兼用シャッター６４を動作させる。なお、この絞り兼用シャッター６４は、絞りとシャッターとして機能する。

ここで、絞りとは、撮像レンズ６２から入ってくる光の量を制御する機構をいい、シャッターとは、ＣＣＤ５０またはＣＭＯＳ５１に光を当てる時間（露出時間）を制御する機構をいう。また、露出時間は、シャッターの開閉速度（シャッター速度）によって変化するため、露出量は、この絞りとシャッター速度とによって定めることができる。

ＣＣＤ５０およびＣＭＯＳ５１は、撮像レンズ６２および絞り兼用シャッター６４を介して投影された被写体の光を電気信号に変換し、撮像信号としてユニット回路６７に出力する。また、ＣＣＤ５０およびＣＭＯＳ５１は、ＴＧ６６によって生成された所定周波数のタイミング信号に従って動作する。なお、ＴＧ６６にはユニット回路６７が接続されている。

ユニット回路６７は、ＣＣＤ５０またはＣＭＯＳ５１から出力される撮像信号を相関二重サンプリングして保持するＣＤＳ（ＣｏｒｒｅｌａｔｅｄＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ）回路、そのサンプリング後の撮像信号の自動利得調整を行うＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）回路、その自動利得調整後のアナログの撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器から構成されており、ＣＣＤ５０またはＣＭＯＳ５１の撮像信号は、ユニット回路６７を経てデジタル信号としてＣＰＵ７０に送られる。

ＣＰＵ７０は、ユニット回路６７から送られてきた画像データの画像処理（画素補間処理、γ補正、輝度色差信号の生成、ホワイトバランス処理、露出補正処理等）、ブレ補正処理、画像データの圧縮・伸張（例えば、ＪＰＥＧ形式の圧縮・伸張）の処理等を行う機能を有するとともに、デジタルカメラ１００の各部を制御プログラムに従って制御するワンチップマイコンであって、時刻を計時するクロック回路を含む。

ＤＲＡＭ６８は、ＣＣＤ５０またはＣＭＯＳ５１によって撮像された後、ＣＰＵ７０に送られてきた画像データを一時記憶するバッファメモリとして使用されるとともに、ＣＰＵ７０のワーキングメモリとしても使用される。

メモリ６９は、ＣＰＵ７０によるデジタルカメラ１００の各部の制御に必要なプログラムおよび各部の制御に必要なデータを記録格納しており、ＣＰＵ７０は、このプログラムに従って処理を実行する。

画像表示部７１は、カラーＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）とその駆動回路とを含む。画像表示部７１は、撮影待機状態にあるときには、ＣＣＤ５０またはＣＭＯＳ５１によって撮像された被写体をスルー画像として表示し、記録画像の再生時には、メモリカード８０から読み出され、伸張された記録画像を表示させる。

キー入力部７２は、モードダイヤル３、カーソルキー５、ＳＥＴキー６、ズームキー７、シャッターキー８、撮影モード選択キー１０等の複数の操作キーを含み、ユーザのキー操作に応じた操作信号をＣＰＵ７０に出力する。

外部通信Ｉ／Ｆ７３は、外部の電子機器（例えば、パーソナルコンピュータ）との間でデータの入出力を行うものである。外部通信Ｉ／Ｆ７３は、例えばＵＳＢ規格、ＩＥＥＥ１３９４規格等の各種インタフェース規格による入出力を可能としており、これらの規格によるデータ入出力が可能な電子機器と接続可能である。また、ＩｒＤＡ規格による赤外線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格による無線通信により外部の電子機器と画像データの入出力を可能としているものでもよい。

ストロボ駆動部７４は、ＣＰＵ７０の制御信号に従って、ストロボ発光部７５を閃光駆動し、ストロボ発光部７５は、これによりストロボを閃光させる。ＣＰＵ７０は、図示しない測光回路により、撮影シーンが暗いか否かを判断し、撮影シーンが暗いと判断し、かつ、撮影を行う場合（シャッターキー８の押下時）には、ストロボ駆動部７４に制御信号を出力する。

＜第１撮像素子による撮影モード時における処理動作＞
次に、本実施形態に係るデジタルカメラ１００において、ＣＣＤ５０による撮影モードが選択されたときの処理動作について説明する。ユーザは、例えば高精細な静止画を撮影する場合、このＣＣＤ５０による撮影モードを選択する。

ＣＰＵ７０は、キー入力部７２から、ＣＣＤ５０による撮影モードを選択するように撮影モード選択キー１０がユーザによって操作されたことを示す信号が入力されると、反射ミラー駆動部４１に制御信号を出力して、可動反射ミラー４０を回転駆動させる。

これによって、可動反射ミラー４０は、図３に示すように、ＣＭＯＳ５１への光を遮断して、光学屈曲ズームレンズ３０から入射した光を反射ミラー３１、光学ズームレンズ３２、フォーカスレンズ３３を介して、ＣＣＤ５０に導くように位置が固定される。そして、光学系からの被写体の像は、ＣＣＤ５０上に結像する。ＣＰＵ７０は、このような制御を行うことにより、ＣＣＤ５０による撮影を可能とする。

＜第２撮像素子による撮影モード時における処理動作＞
次に、本実施形態に係るデジタルカメラ１００において、ＣＭＯＳ５１による撮影モードが選択されたときの処理動作について説明する。ユーザは、例えば１秒間に６０フレーム連写撮影する場合や、３００ｆｐｓで高速動画撮影する場合、このＣＣＤ５０による撮影モードを選択する。

ＣＰＵ７０は、キー入力部７２から、ＣＭＯＳ５１による撮影モードを選択するように撮影モード選択キー１０がユーザによって操作されたことを示す信号が入力されると、反射ミラー駆動部４１に制御信号を出力して、可動反射ミラー４０を回転駆動させる。

これによって、可動反射ミラー４０は、図４に示すように、ＣＣＤ５０への光を遮断して、光学屈曲ズームレンズ３０から入射した光を反射ミラー３１、光学ズームレンズ３２、フォーカスレンズ３３を介して、ＣＭＯＳ５１に導くように位置が固定される。そして、光学系からの被写体の像は、ＣＭＯＳ５１上に結像する。ＣＰＵ７０は、このような制御を行うことにより、ＣＭＯＳ５１による撮影を可能とする。

したがって、本実施形態によれば、可動反射ミラー４０の動作を制御することにより、光学系へ入射する光を第１光路Ａまたは第２光路Ｂのいずれかへ選択的に切り替える。よって、１つの光学系で２種類の異なる用途の撮影を実現できるので、撮影状況に応じて最適な撮像素子を用いて撮影できる。
例えば、本実施形態では、ＣＣＤ５０を選択することにより高解像度の撮影が可能となり、ＣＭＯＳ５１を選択することにより高速連写や高速動画撮影が可能である。

また、ＣＣＤ５０による撮影においても、ＣＭＯＳ５１による撮影においても、必要とされる焦点距離を確保できるように、光学系を単一とした。よって、デジタルカメラ１００の大型化とコストの増加を抑制できる。

以上、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本実施形態では、第２撮像素子として、６００万画素の有効画素数を有するＣＭＯＳ５１を用いたが、これに限らず、第２撮像素子を複数種類の撮像素子の中から適宜選択してもよい。

具体的には、例えば、第２撮像素子を有効画素数５０万画素の高感度のＣＣＤとしてもよい。このようにすれば、第２撮像素子を選択することにより、夜間での撮影を実現できる。

また、例えば、第２撮像素子を、有効画素数３０万画素低解像度のＣＣＤとし、さらに、撮影待機状態で画像表示部７１にスルー画像を表示する場合には、第２撮像素子による撮影モードを選択し、撮影動作がなされた（シャッターキー８が押された）場合には、有効画素数１２００万画素の第１撮像素子による撮影モードを選択するように制御してもよい。このようにすれば、撮影待機状態では、低解像度のＣＣＤによるスルー画像が表示されるので、消費電力を低減させることができる。

また、本実施形態では、光学屈曲ズームレンズ３０により光学系を実現したが、これには限られない。例えば、レンズ鏡筒部を沈胴させることによって焦点距離を変化させる沈胴レンズを用いてもよい。

また、本発明はデジタルカメラには限られず、例えばカメラ付きの携帯電話機やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）等の撮像機能を有する撮像装置にも適用することができる。

本発明の実施形態に係るデジタルカメラの外観構成を示す図である。前記実施形態に係るデジタルカメラの光学系の構成を示す図である。前記実施形態に係るデジタルカメラにおいて、ＣＣＤによる撮影モードが選択された場合の光学系の構成を示す図である。前記実施形態に係るデジタルカメラにおいて、ＣＭＯＳによる撮影モードが選択された場合の光学系の構成を示す図である。前記実施形態に係るデジタルカメラの電気的構成を示す図である。

符号の説明

Ａ第１光路
Ｂ第２光路
１０撮影モード選択キー（選択手段）
３０光学屈曲ズームレンズ（光学系）
３１反射ミラー（光学系）
３２光学ズームレンズ（インナーレンズ、光学系）
３３フォーカスレンズ（インナーレンズ、光学系）
４０可動反射ミラー（撮像素子選択部材）
４１反射ミラー駆動部（制御手段）
５０第１撮像素子
５１第２撮像素子

Claims

入射光を略直交方向に変化させて、撮像面と略平行な方向にインナーレンズからなる第１光路を形成した光学系と、
前記第１光路からの出射光を受光し、被写体像を結像する第１撮像素子と、
前記第１光路上の前記インナーレンズと前記第１撮像素子との間から、当該第１光路と略直交する方向へ伸びる第２光路からの出射光を受光し、被写体像を結像する第２撮像素子と、
前記入射光の出射先として、前記第１撮像素子と前記第２撮像素子とを選択的に切り替える撮像素子選択部材と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
前記第１光路と前記第２光路とが交差し、当該交差する点の近傍に前記撮像素子選択部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１撮像素子あるいは前記第２撮像素子による撮像モードを選択する選択手段と、
前記撮像素子選択部材の作動を回転制御する制御手段と、を備え、
前記選択手段により前記第１撮像素子による撮像モードが選択された場合に、前記制御手段が前記光学系からの出射光を前記第１撮像素子に入射させ、前記光学系からの出射光を前記第２撮像素子に対して遮断するよう前記撮像素子選択部材の作動を回転制御するとともに、
前記選択手段により前記第２撮像素子による撮像モードが選択された場合に、前記制御手段が前記光学系からの出射光を前記第２撮像素子に入射させ、前記光学系からの出射光を前記第１撮像素子に対して遮断するよう前記撮像素子選択部材の作動を回転制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記撮像素子選択部材が可動反射ミラーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置。
前記可動反射ミラーの反射面の裏面に遮光処理がなされていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。