JP2011043581A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影レンズの開放Ｆ値によらず、画像合成を適切に行うことができる撮像装置を提供する。
【解決手段】複数のマイクロレンズＭＬが配列されたマイクロレンズアレイ６ａと、複数のマイクロレンズＭＬの各々に対して複数の受光素子６１を有し、光学系１からの光束をマイクロレンズアレイ６ａを介して受光して複数の受光信号を出力する受光素子アレイ６ｂと、光学系１の絞り値をマイクロレンズＭＬのＦ値で制限して制御する制御手段１２とを備える撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

撮影レンズとマイクロレンズアレイとを通過し、各々のマイクロレンズに対応する受光素子に入射した光束に基づいて、所定範囲内の任意の像面に焦点のあった画像を合成する画像合成装置が知られている（例えば、特許文献１）。このような画像合成装置を撮影レンズを交換可能に構成した場合、撮影レンズの開放Ｆ値は様々な値を採りうる。例えば、撮影レンズの開放Ｆ値がマイクロレンズのＦ値より小さくなることもあれば、逆にマイクロレンズのＦ値より大きくなることもある。

特表２００８−５１５１１０号公報

撮影レンズの開放Ｆ値によっては、適切に画像合成を行えない場合がある。

請求項１に係る発明は、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイと、複数のマイクロレンズの各々に対して複数の受光素子を有し、光学系からの光束をマイクロレンズアレイを介して受光して複数の受光信号を出力する受光素子アレイと、光学系の絞り値をマイクロレンズのＦ値で制限して制御する制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置である。

本発明によれば、撮影レンズの開放Ｆ値によらず、画像合成を適切に行うことができる。

第１の実施の形態の撮像装置の構成を示す断面図である。 撮像素子６の構成を示す図である。 虹彩絞り８の絞り径とマイクロレンズＭＬとの模式図である。 画像合成機能を利用する場合における絞り値の制御処理のフローチャートである。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の撮像装置の構成を示す断面図である。なお、図１では本願発明に係わる機器および装置のみを示し、それ以外の機器および装置については図示と説明を省略する。本実施形態の撮像装置はいわゆる一眼レフレックスタイプの撮像装置であり、カメラボディ１００にレンズ鏡筒２００が着脱可能に装着されている。レンズ鏡筒２００は各種の交換レンズを内蔵したレンズ鏡筒に交換可能である。

レンズ鏡筒２００は、複数のレンズから構成されるレンズ光学系１と、制御回路１１とを有する。レンズ光学系１は被写体像を撮像面上に結像させる。レンズ光学系１は複数の絞り羽根から構成される虹彩絞り８を備える。虹彩絞り８はレンズ光学系１の開口絞りであり、制御回路１１により絞り径が制御される。制御回路１１は、虹彩絞り８の絞り径の設定やカメラボディ１００との通信など、種々の制御を行う。

カメラボディ１００は、クイックリターンミラー２，ファインダースクリーン３，ペンタゴナルダハプリズム４，接眼レンズ５，撮像素子６，絞り制御部１２，画像合成部１３，測光用レンズ１４，測光センサー１５，および制御装置１７を有する。

クイックリターンミラー２は被写体光の一部を反射し、残りを透過させる反射部材である。クイックリターンミラー２は不図示のアクチュエータによって被写体光の光路上から退避させることができる。撮像素子６は、画素に対応する複数の光電変換素子を備えたＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサによって構成される。撮像素子６の撮像面の前面には、赤外光をカットするための赤外カットフィルタや画像の折り返しノイズを防止する光学的ローパスフィルタ７が配置されている。

制御装置１７は不図示のマイクロコンピュータやメモリ等を備え、被写体像の記録媒体への記録やカメラボディ１００が備える各部の制御などを行う。絞り制御部１２は虹彩絞り８の撮影時の絞り値を算出すると共に、算出された絞り値をレンズ鏡筒２００へ送信する。レンズ鏡筒２００の制御回路１１はこの絞り値を受信し、撮影時に虹彩絞り８を絞り値に応じた絞り径に絞り込む。画像合成部１３は撮像素子６から出力される撮像信号に対し後述する画像合成処理を実行し、撮影時の絞り値よりも大きな任意の絞り値の画像を合成する。

非撮影時、レンズ光学系１を通過した被写体光はクイックリターンミラー２の表面で反射しファインダスクリーン３へ向かう。この光束の一部はペンタゴナルダハプリズム４，測光用レンズ１４を介して測光センサー１５へ入射する。測光センサー１５はこの光束を受光して被写体の明るさを測定する。光束の残りはペンタゴナルダハプリズム４、接眼レンズ５を介して撮影者の目へ導かれ、撮影者に被写体像が視認される。

撮影時には、クイックリターンミラー２が撮影光路中から待避し、被写体光は撮像素子６へ入射する。撮像素子６はこの光束を受光し被写体像の撮影を行う。撮像素子６から出力された撮像信号は不図示の画像処理装置により処理され、被写体像が不図示のメモリカードなどの記録装置に記録される。

図２は、撮像素子６の構成を示す図である。図２（ａ）に示すように、撮像素子６は、マイクロレンズアレイ６ａと受光素子アレイ６ｂとから構成されている。受光素子アレイ６ｂはマイクロレンズアレイ６ａの背後のごく近傍に配置されるが、図２（ａ）では説明のために実際より離して描画している。また図２（ａ）は、マイクロレンズアレイ６ａおよび受光素子アレイ６ｂを、光軸付近の一部のみを抜き出して描画したものである。

マイクロレンズアレイ６ａ上には、複数のマイクロレンズＭＬが光軸位置を中心に二次元状に配列されている。そして受光素子アレイ６ｂ上には、複数の受光素子を二次元状に配列した受光素子群６１が、各々のマイクロレンズＭＬに対応する形で二次元状に配列されている。図２（ａ）では、２５個のマイクロレンズＭＬが５行５列に配列されており、これらのマイクロレンズＭＬに対応する形で２５個の受光素子群６１が５行５列に配列されている。前述の通り、図２（ａ）は、マイクロレンズアレイ６ａおよび受光素子アレイ６ｂを、光軸付近の一部のみを抜き出して描画したものであるので、実際には更に多数のマイクロレンズＭＬおよび受光素子群６１が図２（ａ）と同様のパターンで配列されている。

被写体光は図中に矢印Ｚで示す方向から入射する。各々のマイクロレンズＭＬに入射した光束は、各々のマイクロレンズＭＬに対応する受光素子群６１へ入射する。迷光を防止するため、マイクロレンズアレイ６ａの表面には遮光マスクが設けられ、側面には遮光膜が塗装されている。図２（ａ）ではこれらの遮光マスクおよび遮光膜が斜線により示されている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の矢印Ｚの方向からマイクロレンズアレイ６ａおよび受光素子アレイ６ｂを見た図である。図２（ｂ）では、各々のマイクロレンズＭＬと受光素子群６１とを重ねて描画している。

次に、本実施形態に係る撮像装置の画像合成機能について説明する。画像合成部１３は、受光素子アレイ６ｂ上の各受光素子群６１から出力される撮像信号に基づいて、虹彩絞り８の実際の絞り径よりも小さな任意の絞り径に対応する画像を合成することができる。例えば、虹彩絞り８の絞り値がＦ２のときに各受光素子群６１から出力された撮像信号に基づいて、虹彩絞り８の絞り値がＦ５．６の場合の画像を合成することが可能である。

ユーザは不図示の操作部材を用いて、撮像装置へ画像合成機能の利用を指示することができる。制御装置１７はこの指示を受けると、レリーズ後にユーザへ絞り値の問い合わせを行う。そして、画像合成部１３へユーザが入力した絞り値に対応する画像を合成させると共に、合成された画像を記録媒体へ記録する。なお、画像合成の具体的な処理内容は、例えば特許文献１に記載された内容などと同様であり公知であるため、説明を省略する。

例えば開放絞りがＦ２のレンズ鏡筒２００を利用して画像合成を行う場合、開放絞りでレリーズを行えば、画像合成部１３は絞り値がＦ２以上の任意の絞り値に対応する画像を合成することができる。一方、絞り値をＦ５．６に設定してレリーズを行った場合、画像合成部１３はＦ５．６未満の絞り値に対応する画像を適切に合成することはできない。従って、画像合成の自由度は、レリーズの際の絞り値が小さいほど高くなる。

しかしながら、マイクロレンズＭＬのＦ値がレリーズ時の絞り値よりも大きい場合、画像合成に問題が生じる。これは、マイクロレンズＭＬと比べてレンズ光学系１が明るすぎるため、マイクロレンズＭＬへ迷光が入射してしまうことによる。以下、レリーズ時の絞り値とマイクロレンズＭＬのＦ値との関係について詳述する。

図３は、レンズ光学系１の開口絞りとマイクロレンズＭＬの開口絞りとの模式図である。図３（ａ）〜（ｃ）には、レンズ光学系１の開口絞りを表す楕円ＡＰ１〜ＡＰ３と、レンズ光学系１の光軸ＡＸと、マイクロレンズアレイ６ａおよび受光素子アレイ６ｂと、を側面から見た様子が模式的に示されている。マイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３は、それぞれ受光素子群６１１、６１２，６１３に対応している。

図３（ａ）は、虹彩絞り８の絞り値とマイクロレンズＭＬのＦ値とが等しい場合を示す図である。この場合、レンズ光学系１の開口絞りと、レンズ光学系１の開口絞り上でのマイクロレンズＭＬの開口絞りの範囲とが等しくなる。図３（ａ）では、開口絞りＡＰ１を通過した光束のうちマイクロレンズＭＬ２に入射した光束が、マイクロレンズＭＬ２に対応する受光素子群６１２へ入射している。このとき、受光素子群６１２を構成する各受光素子へ光束が入射し、画像合成を最も効果的に行うことができる。

図３（ｂ）は、虹彩絞り８の絞り値がマイクロレンズＭＬのＦ値より小さい場合を示す図である。この場合の開口絞りＡＰ２は、図３（ａ）に示した開口絞りＡＰ１よりも口径が大きい。このとき、マイクロレンズＭＬ２を透過した光束は、受光素子群６１２を超える範囲へ入射する。受光素子群６１２の外側へ向かった光束は他の受光素子群６１１，６１３に迷光となって入射し、画像合成部１３による画像の合成に悪影響を及ぼす。その結果、合成された画像は例えばボケ像となったり、あるいは明るさにムラのある画像となってしまう。

図３（ｃ）は、虹彩絞り８の絞り値がマイクロレンズＭＬのＦ値より大きい場合を示す図である。この場合の開口絞りＡＰ３は、図３（ａ）に示した開口絞りＡＰ１よりも口径が小さい。このとき、マイクロレンズＭＬ２を透過した光束は、マイクロレンズＭＬ２に対応する受光素子群６１２の全体のうち、光軸ＡＸ付近に存在する一部の受光素子にのみ入射する。その他の受光素子には光束が入射せず、その受光素子の出力を画像合成に用いることができない。従って、前述の通り、画像合成部１３による合成が可能な絞り値の範囲が制限されてしまう。

以上のように、画像合成を行う場合には、虹彩絞り８の絞り値がマイクロレンズＭＬのＦ値より小さくならないことが望ましい。そこで、絞り制御部１２は、制御装置１７へ画像合成機能の利用が指示された場合、マイクロレンズＭＬのＦ値を絞り値の下限として虹彩絞り８の制御を行う。すなわち、レンズ鏡筒２００の制御回路１１へ送信する絞り値を、マイクロレンズＭＬのＦ値で制限する。

本実施形態に係る撮像装置には、例えば絞り優先モード、シャッタースピード（ＳＳ）優先モード、プログラムモードなど種々の露出設定モードが存在する。ユーザはそれらの露出モードから任意のモードを選択することができる。制御装置１７は選択されている露出モードに応じて、撮影時の絞り、シャッタースピード、ＩＳＯ感度などの撮影パラメータの各々について、自動設定と手動設定とを切り替える。例えばユーザが絞り優先モードを選択した場合、制御装置１７は絞りとＩＳＯ感度をユーザによる手動設定とし、シャッタースピードを手動設定された絞りおよびＩＳＯ感度と測光センサー１５の測定結果とに基づく自動設定とする。

本実施形態に係る撮像装置では、上述した一般的な露出モードに加えて合成優先モードを選択することができる。合成優先モードは画像合成機能の利用が指示されている場合にのみ選択可能な露出モードである。合成優先モードが選択された場合、レリーズ時の絞り値は可能な限り小さな絞り値に固定される。可能な限り小さな絞り値とは、レンズ鏡筒２００が設定可能な絞り値のうち、マイクロレンズＭＬのＦ値より小さくならない最小の絞り値である。

他方、画像合成機能の利用が指示されている場合に合成優先モード以外の露出モードが選択されると、絞り制御部１２は撮影時の絞り値を、上述した「可能な限り小さな絞り値」を下限として制御する。すなわち、絞り制御部１２は、レンズ光学系１の絞り値をマイクロレンズＭＬのＦ値で制限して制御する。例えば、絞り優先モードが選択された場合、ユーザは不図示の操作部材により絞り値およびＩＳＯ感度を所定の範囲において任意に設定することができる。絞り制御部１２は、ユーザにより設定された絞り値がマイクロレンズＭＬのＦ値より小さい場合、レンズ光学系１の絞り値をマイクロレンズＭＬのＦ値に制御する。他方、ユーザにより設定された絞り値がマイクロレンズＭＬのＦ値以上であった場合、レンズ光学系１の絞り値をユーザにより設定された絞り値に制御する。

図４は、画像合成機能を利用する場合における絞り値の制御処理のフローチャートである。まずステップＳ１０では、制御装置１７が絞り制御部１１へマイクロレンズＭＬのＦ値情報（以下、Fmiclと表記することがある）を入力する。Fmiclは例えば不図示のＲＯＭ等に格納されている。ステップＳ２０では、制御回路１１が絞り制御部１２へレンズ光学系１の開放絞り情報（以下、Fmainlと表記することがある）を入力する。

ステップＳ３０では、絞り制御部１２が、合成優先モードが設定されているか否かを判定する。合成優先モードが設定されている場合にはステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０では、絞り制御部１２がFmiclとFmainlとを比較し、FmiclがFmainl以下か否かを判定する。FmiclがFmainl以下、すなわちマイクロレンズＭＬの方がレンズ光学系１よりも明るい場合には、ステップＳ５０へ進む。ステップＳ５０では絞り制御部１２が撮影時の絞り値FをFmainlに設定する。他方、FmiclがFmainlより大きい場合にはステップＳ６０へ進む。ステップＳ６０では絞り制御部１２が撮影時の絞り値FをFmiclに設定する。

ステップＳ３０において、合成優先モード以外の露出モードが設定されていた場合にはステップＳ７０へ進む。ステップＳ７０ではステップＳ４０と同様に、絞り制御部１２がFmiclとFmainlとを比較し、FmiclがFmainl以下か否かを判定する。FmiclがFmainl以下、すなわちマイクロレンズＭＬの方がレンズ光学系１よりも明るい場合にはステップＳ８０へ進む。ステップＳ８０では絞り制御部１２が撮影時の絞り値の下限値FminをFmainlに設定する。他方、FmiclがFmainlより大きい場合にはステップＳ９０へ進む。ステップＳ９０では絞り制御部１２が撮影時の絞り値の下限値FminをFmiclに設定する。

絞り制御部１２は、撮影時の絞り値Fが設定されている場合、撮影時の絞り値をこの値に固定した上で、シャッタースピードやＩＳＯ感度などを適切に制御する。一方、撮影時の絞り値の下限値Fminが設定されている場合には、この値を絞り値の下限とした上で、現在の露出モードに従い絞り値、シャッタースピード、ＩＳＯ感度などを制御する。なお、レンズ鏡筒２００がいわゆるズームレンズである場合、Fmainlが示す値はその時点におけるレンズ光学系１の焦点距離に対応する開放絞り値である。レンズ光学系１の焦点距離が変更され、それに伴い開放絞り値が変化した場合、撮影時の絞り値Fや撮影時の絞り値の下限値Fminは図５の処理により再度設定される。

上述した第１の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）絞り制御部１２は、レンズ光学系１が有する虹彩絞り８の絞り値を、マイクロレンズＭＬのＦ値で制限して制御する。これにより、マイクロレンズＭＬのＦ値より小さい開放Ｆ値を有するレンズ光学系１を利用する場合であっても、画像合成を正しく行うことができる。

（２）絞り制御部１２は、不図示の操作部材により設定された絞り値がマイクロレンズＭＬのＦ値より小さい場合にはレンズ光学系１が有する虹彩絞り８の絞り値をマイクロレンズＭＬのＦ値に制御し、それ以外の場合には絞り値を不図示の操作部材により設定された絞り値に制御する。これにより、画像合成を正しく行えないほど小さいＦ値をユーザが指定した場合であっても、画像合成を正しく行うことができる。

（３）絞り制御部１２は、画像合成部１３が画像合成を行う場合にのみ、レンズ光学系１が有する虹彩絞り８の絞り値をマイクロレンズＭＬのＦ値で制限して制御する。これにより、画像合成を行わない場合にＦ値が制限されることがない。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
本発明は、画像合成以外の目的でマイクロレンズアレイ６ａと受光素子アレイ６ｂとを備える撮像装置に対しても適用可能である。例えば、レンズ光学系１を通る一対の光束を複数の受光素子群６１で受光して得られる一対の受光信号に基づいて、レンズ光学系１の焦点状態を検出する焦点検出部を備えた撮像装置にも好適に適用することができる。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１ レンズ光学系
６ 撮像素子
６ａ マイクロレンズアレイ
６ｂ 受光素子アレイ
８ 虹彩絞り
１１ 制御回路
１２ 絞り制御部
１３ 画像合成部
１７ 制御装置
１００ カメラボディ
２００ レンズ鏡筒

Claims (5)

1. 複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイと、
   前記複数のマイクロレンズの各々に対して複数の受光素子を有し、光学系からの光束を前記マイクロレンズアレイを介して受光して複数の受光信号を出力する受光素子アレイと、
   前記光学系の絞り値を前記マイクロレンズのＦ値で制限して制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記光学系の絞り値を手動設定可能な操作部材を更に備え、
   前記制御手段は、前記操作部材により設定された絞り値が前記マイクロレンズのＦ値より小さい場合には前記光学系の絞り値を前記マイクロレンズのＦ値に制御し、前記操作部材により設定された絞り値が前記マイクロレンズのＦ値以上であった場合には前記光学系の絞り値を前記操作部材により設定された絞り値に制御することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記受光素子が出力する受光信号に基づいて、前記光学系の絞り値に対応する像の画像データを合成する合成手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記合成手段が前記合成を行う場合にのみ前記制御を行うことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記光学系を通る一対の光束を前記複数の受光素子で受光して得られる一対の受光信号に基づいて、前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記焦点検出手段による焦点状態の検出が行われるときに前記絞り値を前記マイクロレンズのＦ値で制限して制御することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記光学系は、焦点距離に応じて開放Ｆ値が変化し、
   前記制御手段は、前記光学系の焦点距離に応じた開放Ｆ値と前記マイクロレンズのＦ値とを比較することを特徴とする撮像装置。

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