JP2013172304A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学ファインダを備えて、小型で安価なレンズ交換可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は光学像が通過するレンズ部を備える撮影レンズユニット１００と、撮影レンズユニットが装着され光学像に応じた画像データを出力する撮像装置本体２００とを有している。撮像装置本体には、ハーフミラー２０２がレンズ部の光軸に対して斜めに配置され、光学像を反射光として反射するとともに光学像を透過光として透過する。光学ファインダは反射光を受けて光学像を観察する。撮像素子２０１は透過光を受けて光学像に応じた画像データを得る。画像処理部は少なくともハーフミラーの収差による画像の劣化を規定する伝達関数を用いて画像データを補正して収差補正済み画像データとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、静止画および動画の撮影が可能であって、撮影レンズユニットの交換が可能な撮像装置に関する。

一般に、デジタルカメラなどの撮像装置において、光学ファインダを利用して動画を撮影する際には、撮影レンズユニットから入射した光束を光学ファインダに向かう光と撮像素子の撮像面に向かう光とに分岐する必要がある。デジタルカメラの１つであるデジタル一眼レフカメラにおいては、ハーフミラーによって光路分岐を行って、ハーフミラーを透過した光が撮像素子（例えば、ＣＣＤ）の撮像面（受光面）に向かうようにしている。

また、デジタル一眼レフカメラで用いられる撮像素子において、その感度特性は可視領域から赤外領域までを含んでいる。このため、被写体光が撮像素子に入射する前に赤外領域をカットする必要がある。そこで、デジタル一眼レフカメラでは、撮像素子前面の近傍に赤外カット機能を有する光学フィルタを配置している。

ところが、撮像素子の前面側にはシャッタ装置、被写体の空間周波数における高周波成分を除去するための光学フィルタ、そして、撮像素子に塵埃が付着するのを防止・除去するための塵埃除去装置などを配置する必要がある。これら全ての部品を撮像素子の前面側の限られた空間に配置するとなると、各部品に係る設計自由度は限定されたものとなってしまう。

そして、設計自由度が限定されると、不可避的に高価な部品を用いなければならず、撮像装置自体がコストアップしてしまう。

このようなコストアップを防止するため、例えば、赤外カットフィルターを含む光学素子をレンズと主ミラーとの間、つまり、カメラマウントに配置してシャッタ装置と撮像素子との間に空間を確保するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００４−０４６２３７号公報

ところが、特許文献１に記載のように、光学素子をカメラマウントに配置すると、カメラ本体に装着される交換レンズがカメラマウント面よりもカメラ本体側に侵入することが許容されなくなってしまう。この結果、交換レンズの設計自由度が限定されてしまい、交換レンズが大型化されるばかりでなく高価となってしまう。

さらに、交換レンズの瞳面に近い位置に光学素子を配置しなければならず、高価な光学素子がさらに大型化してしまうと問題点もある。

従って、本発明の目的は、小型で安価なレンズ交換可能な撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、光学像が通過するレンズ部を備える撮影レンズユニットと、前記撮影レンズユニットが装着され、前記光学像に応じた画像データを出力する撮像装置本体とを有する撮像装置であって、前記撮像装置本体には、前記レンズ部の光軸に対して斜めに配置され、前記光学像を反射光として反射するとともに前記光学像を透過光として透過する光学素子と、前記反射光を受けて前記光学像を観察する光学ファインダと、前記透過光を受けて前記光学像に応じた画像データを得る撮像手段と、少なくとも前記光学素子の収差による画像の劣化を規定する伝達関数を用いて前記画像データを補正して収差補正済み画像データとする画像処理手段とが備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、光学ファインダを備え、小型で安価なレンズ交換可能な撮像装置を得ることができる。

本発明の実施の形態による撮像装置の一例であるデジタルカメラにおける光学系を概略的に示す断面図である。 図１に示すハーフミラーで生じる収差を説明するための図であり、（Ａ）はハーフミラーにおける屈折を示す図、（Ｂ）は図１に示す撮像素子における中央像高付近を拡大して示す図である。 図２で説明したハーフミラーによる屈折を詳細に説明するための図である。 図２で説明したハーフミラーにおいて周辺像高に到達する光線の収差を説明するための図である。 図１に示す撮像素子における撮影範囲を説明するための図である。 図１に示すカメラにおける制御構成の一例を示すブロック図である。 図６に示すカメラで行われる動画撮影処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図７に示す１フレーム処理サブルーチンについて説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態による撮像装置について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態による撮像装置の一例であるデジタルカメラにおける光学系を概略的に示す断面図である。

図示のデジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）は、所謂一眼レフタイプのカメラである。カメラ本体（撮像装置本体）２００には撮像レンズユニット１００が交換可能に装着されており、撮像レンズユニット１００はフォーカスレンズ群およびズームレンズ群からなるレンズ部１０１を有している。

カメラ本体２００において、撮像レンズユニット１００の光軸Ｌの延長線上には撮像素子２０１が配置されている。そして、撮影レンズユニット１００からの光学像が撮像素子２０１に結像する。撮像素子２０１は光学ローパスフィルタおよびＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子を有している。

カメラ本体２００内には、撮影レンズユニット１００と撮像素子２０１との間には、平行平板光学素子であるハーフミラー（光学素子）２０２が光軸Ｌに対して斜めに傾けて配置される。ハーフミラー２０２は全面半透過性を有し、可視光を反射するとともに透過する。さらに、ハーフミラー２０２は赤外光を吸収する赤外吸収ガラスで形成されたミラーである。

撮影レンズユニット１００を通過した光はハーフミラー２０２で反射されて、反射光として上方に配置された光学ファインダに導かれる。一方、ハーフミラー２０２を透過した透過光は撮像素子２０１に導かれる。つまり、ハーフミラー２０２は撮像レンズ１００から入射した光を反射光と透過光とに分岐する。

光学ファインダはピント板２０３、ペンタプリズム２０４、および接眼光学系２０５を備えており、ピント板２０３はマット面およびフレネル面を有している。ハーフミラー２０２で反射光はピント板２０３のマット面上に結像して、ペンタプリズム２０４および接眼光学系２０５を介して撮影者の目に導かれる。

一方、透過光は撮像素子２０１で受光され、撮像素子２０１は受光した光に応じたアナログ信号を出力する。このアナログ信号はＡ／Ｄ変換によってデジタル信号とされた後、画像処理部（図示せず）によって画像処理されて画像データとされる。

なお、ハーフミラー２０２における屈折によって光は図中下方向にオフセットされる結果、ハーフミラー通過後においては光軸Ｌは光軸Ｌ’となる。このため、撮像素子２０１の中心が光軸Ｌ’に一致するように撮像素子２０１は配置される。

ところで、一般的に撮影レンズユニット１００と撮像素子２０１の間に平板光学素子であるハーフミラー２０２を斜めに配置した場合には、撮像素子２０１によって得られる画像には大きな収差が発生してしまう。この収差が生じる要因として、撮影レンズユニット１００を通過した各光線がハーフミラー２０２を通過する際の光路長方向における位置が異なることが挙げられ、収差も光路長方向における位置に応じて異なる。

従って、従来の一眼レフカメラにおいては、クイックリターン機構（図示せず）によって、撮影の際にはハーフミラー２０２を光路外に退避させるようにしている。

ところで、図１に示すカメラでは、ハーフミラー２０２は傾けて配置されており、撮影の際にはハーフミラー２０２を透過した透過光が用いられる。このため、不可避的に、撮像素子２０１で得られる画像には収差が生じ、この収差は撮影レンズユニット１００における光学収差と異なって、軸対称性のない収差となる。本実施の形態では、この非対称な収差を後述する画像処理回路によって補正して良好な画像データを得る（詳細については後述する）。

つまり、図１に示すカメラでは、後述するように、撮像素子２０１で撮影を行いつつ、光学ファインダによって撮影者は被写体像の観察を行うことができる。よって、図１に示すカメラで動画を撮影する場合においても、光学ファインダを利用することができ、従来のカメラに備えられた所謂電子ファインダでは不可能であった動きの速い被写体に対しても容易に追従することができる。

また、図１に示すカメラでは、ハーフミラー２０２はカメラ筐体（図示せず）に固定されているので、従来の一眼レフカメラのように、撮影の際にハーフミラー２０２を光路外に退避させるクイックリターン機構が必要ない。よって、クイックリターン機構に用いる複雑なメカ構成が不要となって、コストダウンおよびコンパクト化が可能である。

さらに、ハーフミラー２０２で赤外光を低減させているので、撮像素子２０１近傍に赤外カットフィルター（ローパスフィルタ）を配置する必要がない。このため、後述するように、小型で高価なニオブ酸リチウムなどのローパスフィルタ（ＬＰＦ）を大型で安価な水晶などのＬＰＦに置き換えることができる。

図２は、図１に示すハーフミラー２０２で生じる収差を説明するための図である。そして、図２（Ａ）はハーフミラー２０２における屈折を示す図であり、図２（Ｂ）は図１に示す撮像素子２０１における中央像高付近を拡大して示す図である。

図２（Ａ）において、光線１１０ａおよび１１０ｂは被写体側における光軸Ｌ上の１点を発し、レンズ部１０１を通過して撮像素子２０１の中心像高付近に結像する光のうち最外部のみの光線を示している。なお、レンズ部１０１の被写体側における光線は省略されている。

光線１１０ａおよび１１０ｂは、ハーフミラー２０２の入射面でスネルの法則に従って所定角度だけ屈折した後、ハーフミラー２０２を直進する。その後、ハーフミラー２０２の射出面において、光線１１０ａおよび１１０ｂは再度スネルの法則に従って所定角度だけ屈折して射出する。この際、ハーフミラー２０２に対して入射する光線の角度と射出する光線の角度は等しくなる。これは、周知のように平行平板における光の屈折の原理原則である。

なお、光軸Ｌについても同様である。つまり、ハーフミラー２０２を通過した光線は、その角度は変化せずに平行シフトすることになる。

図３は、図２で説明したハーフミラー２０２による屈折を詳細に説明するための図である。なお、図３においては、空気中におけるハーフミラー２０２（つまり、平行平板）よる光の屈折が示されている。

図３において、平行平板２１０に光線１２０が矢印で示す方向に入射したとする。いま、光線１２０は入射角度φで平行平板２１０の入射面２１０ａに入射したものとする。光線１２０はスネルの法則に基づいて屈折する。そして、屈折後、光線１２０は角度φ’で平行平板２１０を直進する。その後、光線１２０は平行平板２１０の射出面２１０ｂで再度屈折して、入射角度φと同一の角度φで射出する。そして、射出した光線は入射する光線に対してシフト量ｄだけ平行シフトする。ここで、平行平板の板厚をｔ、空気の屈折率をｎ、平行平板２１０の屈折率をｎ’とすると、平行シフト量ｄは次の式（１）で表すことができる。

式（１）から入射角度φが大きい程、平行シフト量ｄが大きくなることが分かる。

ここで、図２（Ａ）において、光線１１０ａ、光軸Ｌ、および光線１１０ｂの平行シフト量をそれぞれｄａ、ｄｌ、およびｄｂで表すと、ｄａよりもｄｌが大きく、ｄｌよりもｄｂが大きい関係となる。これは、光線１１０ａ、光軸Ｌ、および光線１１０ｂがそれぞれハーフミラー２０２に入射する角度が異なるためである。つまり、入射角度は光線１１０ａよりも光軸Ｌの方が大きく、光軸Ｌよりも光線１１０ｂの方が大きい関係になっている。

従って、光線１１０ａが光軸Ｌ’と交わる位置と光線１１０ｂが光軸Ｌ’と交わる位置とは、上記の平行シフトの影響によって一致せず、光線１１０ｂの方が光線１１０ａより図中右側で光軸Ｌと交わることになる。このような関係がハーフミラー２０２による収差の原因となっている。

図２（Ａ）においては、２本の光線１１０ａおよび１１０ｂのみを用いて説明したが、実際には多数の光線により像が形成され、各光線が光軸Ｌ’上で交わる位置は図２（Ａ）の断面においては全て一致しない。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す撮像素子２０１の中央像高付近Ｃを拡大した図であり、撮像素子２０１の受光面（つまり、結像面）２０１ａには多数の光線が集まっている。ところが、図２（Ａ）で説明したハーフミラー２０２の平行シフトの影響によって、全ての光線が光軸Ｌ’上で交わる位置が異なる関係上、完全な結像とならない。

なお、実際の光線は紙面奥行き方向にも存在するため、より複雑な収差が発生するが、ハーフミラー２０２は光軸Ｌに対して図１の断面で傾斜して配置されているので、紙面奥行き方向においては対称性を有する収差が生じる。また、上記の収差は式（１）から、平行平板２１０、つまり、ハーフミラー２０２の屈折率によっても収差の状況が異なる。この結果、光の波長によっても収差の状況は異なることになる。

さらに、式（１）から像高によって入射する光線の角度が異なるので、像高によっても収差の状況は異なることになる。

図４は、図２で説明したハーフミラー２０２において周辺像高に到達する光線の収差を説明するための図である。

図４において、光線１１１ａおよび１１１ｂは撮像素子２０１の上側像高に結像する光線を示し、光線１１２ａおよび１１２ｂは撮像素子２０１の下側像高に結像する光線を示す。光線１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、および１１２ｂの各々はハーフミラー２０２に入射する角度が異なるので、図３で説明したように平行シフト量が異なる。この結果、光線１１１ａと１１１ｂ、そして、光線１１２ａと１１２ｂとでは異なる収差が発生する。

また、上側像高および下側像高に結像する光線の平行シフト量は、図２において説明した撮像素子２０１の中央像高付近に結像する光線と異なるので、図４に示す撮像素子２０１の上下方向においては非対称な収差が生じる。

なお、紙面奥行き方向においては、前述したように、周辺像高においても対称性を有する収差となる。また、周辺像高においても光の波長によって収差の状況が異なることはいうまでもない。実際の収差の状況は、周知の光学シミュレーションソフトウェアなどを用いてスポットダイアグラム又はＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）などを求めることによって、詳細な状況を観察することが可能である。

以上のことから、ハーフミラー２０２を通過した光に応じて得られる画像には、以下のような収差が発生していることになる。

（１）図４の紙面奥行方向に対称で上下方向には非対称な収差が発生する。

（２）収差は像高および光の波長によって異なる。

ここでは、上記の収差を画像処理回路によって復元処理を行って、収差による劣化のない画像を生成する。以下、収差復元の考え方について説明する。

図５は、図１に示す撮像素子２０１における撮影範囲を説明するための図である。

図５において、撮像素子２０１は撮影範囲２２０を有している。ここでは、撮影範囲２２０の中央Ａを原点として、ＸＹ座標を定義する。そして、撮影範囲２２０上の任意の座標点（ｘ，ｙ）において、撮影レンズユニット１００およびハーフミラー２０２の収差による劣化前の画像の光量分布をｏ（ｘ，ｙ）とする。また、撮影レンズユニット１００およびハーフミラー２０２の収差による劣化後の画像の光量分布をｉ（ｘ，ｙ）とすると、光量分布ｉ（ｘ，ｙ）は次の式（２）で表すことができる。

ｉ（ｘ，ｙ）＝∫∫ｏ（ｘ−ａ，ｙ−ｂ）・ｈ（ｘ，ｙ）ｄａｄｂ （２）
ここで、ｈ（ｘ，ｙ）は撮影レンズユニット１０１およびハーフミラー２０２によって画像が劣化する状態を規定する伝達関数である。また、式（２）は、ハーフミラー２０２による収差のみならず、撮影レンズユニット１００の収差を含む劣化像モデル式である。そして、式（２）はｏ（ｘ，ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）の畳み込み積分であるので、フーリエ変換を行えば、よりシンプルに積の形式で表すことができ、式（２）は次の式（３）となる。

Ｉ（ｕ，ｖ）＝Ｏ（ｕ，ｖ）・Ｈ（ｕ，ｖ） （３）
ここで、Ｉ（ｕ，ｖ）、Ｏ（ｕ，ｖ）、およびＨ（ｕ，ｖ）はそれぞれｉ（ｘ，ｙ）、ｏ（ｘ，ｙ）、およびｈ（ｘ，ｙ）の２次元フーリエ変換であり、ｕ、ｖは空間周波数変数である。式（３）から劣化前の画像Ｏ（ｕ，ｖ）は次の式（４）で表すことができる。

ここで、１／Ｈ（ｕ，ｖ）は一般にインバースフィルタと呼ばれ、このインバースフィルタを予めカメラ本体２００が備える不揮発性メモリなどに記憶しておけば、ハーフミラー２０２の収差による劣化前の画像を復元することができる。

なお、実際の画像復元処理に当たっては、ノイズなどの影響を大きく受けるので、上記のインバースフィルタに限らず、周知のウィナーフィルタ、線形反復修正法、又は非線形反復修正法などを用いるようにしてもよい。また、ハーフミラー２０２による収差は、図５においてＹ軸対称であるので、復元用のフィルタは撮影範囲２２０の半分にのみ準備すれば、全画像を復元処理することができる。

さらに、上記のフィルタは、ハーフミラー２０２の収差のみならず、撮影レンズユニット１００の収差も考慮しているので、撮影レンズユニット１００の収差による劣化も復元することが可能である。

図６は、図１に示すカメラにおける制御構成の一例を示すブロック図である。

図１に関連して説明したように、図示のカメラはカメラ本体２００とカメラ本体２００に交換可能に装着される撮影レンズユニット１００を有している。

カメラ本体２００には露光量を制御するためのシャッタ４０１が備えられ、シャッタ４０１の後には撮像素子２０１が配置されている。撮像素子２０１は結像した光学像に応じた電気信号（アナログ信号）を出力する。このアナログ信号はＡ／Ｄ変換器４１２によってデジタル信号（画像データ）に変換される。

タイミング発生回路（ＴＧ）４０３はメモリ制御回路４０７およびシステム制御回路４４０の制御下で、撮像素子２０１、Ａ／Ｄ変換器４１２、およびＤ／Ａ変換器４０４にクロック信号および制御信号を供給する。画像処理回路４１３はＡ／Ｄ変換器４１２から出力される画像データ又はメモリ制御回路４０７から送られる画像データに対して所定の画素補間処理および色変換処理を行う。

また、画像処理回路４１３は、画像データを用いて所定の演算処理を行う。そして、システム制御回路４４０は画像処理回路４１３で得られた演算結果に基づいて、ＡＦ（オートフォーカス）処理およびＡＥ（自動露出）処理などの処理を行う。さらに、画像処理回路４１３は演算結果に基づいてＴＴＬ（ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｌｅｎｓ）方式によるＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理を行う。

顔検出部４０９は画像処理回路４１３からの画像データ又はメモリ制御回路４０７からの画像データに基づいて所定の顔検出を行う。メモリ制御回路４０７はＡ／Ｄ変換器４１２、ＴＧ４０３、画像処理回路４１３、画像表示メモリ４０８、Ｄ／Ａ変換器４０４、顔検出部４０９、メモリ４１０、および圧縮伸長回路４１１を制御する。

Ａ／Ｄ変換器４１２から出力された画像データは画像処理回路４１３およびメモリ制御回路４０７を介して、又は直接メモリ制御回路４０７を介して画像表示メモリ４０８又はメモリ４１０に書き込まれる。

画像表示部４０５は、例えば、液晶モニタなどからなり、画像表示メモリ４０８に書き込まれた画像データをＤ／Ａ変換器４０４を介して画像として表示する。画像表示部４０５を用いて撮像の結果得られた画像を逐次表示するようにすれば、画像表示部４０５を電子ファインダとして用いることができる。

また、画像表示部４０５は、システム制御回路４４０の制御下で任意にその表示をオン又はオフすることが可能であり、表示をオフにした場合には、カメラ本体２００における電力消費を大幅に低減することができる。

メモリ４１０には、前述のように、撮影の結果得られた画像データ（静止画像又は動画像）が記憶される。メモリ４１０は所定枚数の静止画像および所定時間の動画像を記憶するのに十分な記憶量を備えている。これによって、複数枚の静止画像を連続して撮影する連写撮影又はパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大容量の画像書き込みをメモリ４１０に対して行うことができる。なお、メモリ４１０はシステム制御回路４４０の作業領域として用いることができる。

圧縮伸張回路４１１は適用離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）などによって画像データを圧縮伸長する。圧縮伸張回路４１１はメモリ４１０に記憶された画像データを読み込んで、圧縮処理又は伸長処理を行って、処理後の画像データをメモリ４１０に書き込む。

シャッタ制御部４２０は、システム制御回路４４０の制御下で測光部４２２から得られた測光情報に基づいて、撮影レンズユニット１００に備えられた絞り制御部４５５しつつ、シャッタ４０１を制御する。インタフェース（Ｉ／Ｆ）４２３はカメラ本体２００と撮影レンズユニット１００とを電気的に接続する。コネクタ４４３はカメラ本体２００を撮影レンズユニット１００に電気的に接続するためのものである。

ＡＦ部４２１はシステム制御回路４４０の制御下でＡＦ処理を行う。ＡＦ部４２１は画像データのコントラスト成分を評価しつつ、コントラスト方式ＡＦを用いて撮影レンズユニット１００の合焦を判定する。測光部４２２はＡＥ処理を行うためのものである。測光部４２２には、撮影レンズユニット１００を通過した光がカメラマウント４４２、ハーフミラー２０２、そして、図示しない測光用レンズを介して測光部４２２に入射する。そして、測光部４２２は入射した光に応じて画像の露出を測定する。また、測光部４２２は、フラッシュ部４２４と連携するＥＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｆｏｃｕｓ）処理も行う。

なお、システム制御回路４４０は画像処理回路４１３による演算結果に基づいて、シャッタ制御部４２０および撮影レンズユニット１００の絞り制御部４５５に対してＡＥ制御を行うことができる。フラッシュ部４２４はＡＦ補助光の投光機能およびフラッシュ調光機能を備えている。

システム制御回路はカメラ全体の制御を司る。メモリ４２９にはシステム制御回路４４０のための動作用の定数、変数、およびプログラムなどが格納される。

表示部４３０は液晶表示装置およびスピーカーなどを有しており、システム制御回路４４０は文字、画像、およぶ音声などを用いて動作状態又はメッセージなどを表示部４３０で報知する。なお、表示部４３０をカメラ本体２００の操作部近辺の視認し易い位置に単数又は複数設置して、例えば、ＬＣＤ又はＬＥＤ、そして、発音素子などを組み合わせるようにしてもよい。また、表示部４３０の機能の一部を光学ファインダ４４５に配置するようにしてもよい。

表示部４３０における表示のうち、記録枚数および残撮影可能枚数などの撮影枚数に関する情報、シャッタースピード、絞り値、露出補正、およびフラッシュなどの撮影条件に関する情報などがＬＣＤに表示される。その他、電池残量および日付・時刻などがＬＣＤに表示される。また、合焦状態、手ぶれ警告、フラッシュ充電状態、シャッタースピード、絞り値、および露出補正などの情報が光学ファインダ４４５内に表示される。

不揮発性メモリ４３１は電気的に消去・記録可能であり、例えば、ＥＥＰＲＯＭである。

ダイアルモードスイッチ４３３は電源オフ、オート撮影モード、マニュアル撮影モード、パノラマ撮影モード、マクロ撮影モード、再生モード、マルチ画面再生・消去モード、およびＰＣ接続モードなどの各種モードを切り替えて設定する際に用いられる。シャッタスイッチ４３４はシャッタボタン（図示せず）が半押しされるとオンとなって、システム制御回路４４０に第１のシャッタスイッチ信号ＳＷ１を送る。システム制御回路４４０は第１のシャッタスイッチ信号ＳＷ１に応答して、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、およびＥＦ処理などを開始する。

シャッタスイッチ４３５はシャッタボタンが全押しされるとオンとなって、システム制御回路４４０に第２のシャッタスイッチ信号ＳＷ２を送る。システム制御回路４４０は第２のシャッタスイッチ信号ＳＷ２に応答して撮影に関する一連の処理を開始する。

ここで、撮影に関する一連の処理とは、露光処理、現像処理、および記憶処理などのことをいう。露光処理においては、撮像素子２０１から読み出されたアナログ信号がＡ／Ｄ変換器４１２およびメモリ制御回路４０７で処理されて、画像データとしてメモリ４１０に書き込まれる。

現像処理においては、画像処理回路４１３およびメモリ制御回路４０７における演算結果を用いた現像が行われる。記録処理においては、メモリ４１０から画像データが読み出されて、当該画像データに対して圧縮伸長回路４１１で圧縮が行われた後、圧縮済み画像データが記録媒体４８５又は４９１に書き込まれる。

画像表示ＯＮ／ＯＦＦスイッチ４３６によって画像表示部４０５のオン又はオフが設定される。光学ファインダ４４５を用いて撮影を行う際、前述のように、画像表示部４０５をオフすれば、省電力を図ることができる。

クイックレビューＯＮ／ＯＦＦスイッチ４３７によって、撮影直後に撮影した画像データを自動再生するクイックレビュー機能をオン又はオフすることができる。

操作部４３８は各種ボタンおよびタッチパネルなどを有しており、各種ボタンとして、例えば、メニューボタン、フラッシュ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマー切り替えボタン、選択移動ボタン、撮影画質選択ボタン、露出補正ボタン、および日付／時間設定ボタンなどがある。さらに、操作部４３８には、顔検出部４０９による顔検出を行うか否かを設定する顔検出モード設定ボタンが備えられている。

電源制御部４２５は電池検出回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路（ともに図示せず）などを有している。電源制御部４２５は、電池の装着の有無、電池の種類、および電池残量の検出を行い、その検出結果およびシステム制御回路４４０の指示に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、必要とする電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部に供給する。

コネクタ４２６および４２７は電源制御部４２５を電池などの電源４２８に接続するためのものであり、電源４２８は、アルカリ電池又はリチウム電池などの一次電池、又はＮｉＣＤ電池、ＮｉＭＨ電池、又はＬｉ−Ｉｏｎ電池などの二次電池を備えるとともに、ＡＣアダプタなどを有している。

Ｉ／Ｆ４８０および４８６はメモリカード又はハードディスクなどの記録媒体とのインタフェースであり、コネクタ４８１および４８７はメモリカード又はハードディスクなどの記録媒体と接続される。記録媒体着脱検知部４３９はコネクタ４８１又は４８７に記録媒体が装着されているか否かを検知する。

なお、ここでは、記録媒体を取り付けるインタフェースおよびコネクタが２系統備えられているが、記録媒体を取り付けるインタフェースおよびコネクタは単数であってもよい。また、異なる規格のインタフェースおよびコネクタを組み合わせて備えるようにしてもよい。さらに、インタフェースおよびコネクタとして、ＰＣＭＣＩＡカード又はＣＦ（コンパクトフラッシュ(登録商標)）カードなどの規格に準拠したものを用いるようにしてもよい。

さらに、インタフェースおよびコネクタにＬＡＮカード又はモデムカードなどの各種通信カードを接続すれば、コンピュータ又はプリンタなどの外部機器との間で画像データおよび画像データに付属した管理情報を転送することができる。

光学ファインダ４４５は、図１に関連して説明したように、ピント板２０３、ペンタプリズム２０４、および接眼光学系２０５を有している。そして、撮影レンズユニット１００を通過した光がカメラマウント４４２およびハーフミラー２０２を介して光学ファインダ４４５に導かれて、光学ファインダ４４５で光学像として観察することができる。この結果、画像表示部４０５による電子ファインダを用いることなく、光学ファインダ４４５を用いて撮影を行うことができる。

通信部４３２は、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｐ１２８４、ＳＣＳＩ、モデム、ＬＡＮ、および無線通信などの各種通信機能を有する。通信部４３２はコネクタ又はアンテナ４４６によって他の機器と接続される。

コネクタ４４３は、カメラ本体２００と撮影レンズユニット１００との間で制御信号、状態信号、およびデータ信号などの転送を行うとともに、各種電圧に係る電流を供給する機能を備えている。また、コネクタ４４３は電気通信のみならず、光通信又は音声通信による伝達を行うようにしてもよい。

全面ハーフミラー２０２は、撮影レンズユニット１００を通過した光を、光学ファインダ４４５に反射するととともに、透過した光束は撮像素子２０１に導く。

記録媒体４８５および４９１は、例えば、メモリカード又はハードディスクである。記録媒体４８５および４９１は、半導体メモリ又は磁気ディスクなどの記録部４８４および４９０、カメラ本体２００とのＩ／Ｆ４８３および４８９、およびカメラ本体２００との接続を行うコネクタ４８２および４８８を備えている。

続いて、撮影レンズユニット１００について説明する。

レンズマウント４５８がカメラマウント４４２に結合され、これによって、撮影レンズユニット１００はカメラ本体２００に機械的に結合される。カメラマウント４４２およびレンズマウント４５８内には、撮影レンズユニット１００をカメラ２００と電気的に接続するための各種機能が備えられている。

撮像レンズユニット１００は、前述のレンズ部１０１および絞り４５２を有している。なお、レンズ部１０１には、被写体の焦点調節を行うためのフォーカスレンズが含まれている。

コネクタ４５９がコネクタ４４３に接続されると、撮影レンズユニット１００はカメラ本体２００と電気的に接続される。そして、コネクタ４５９にはＩ／Ｆが接続されている。コネクタ４５９は、カメラ本体２００と撮影レンズユニット１００との間で制御信号、状態信号、およびデータ信号などの転送を行うとともに、各種電圧に係る電流を送受する機能を備えている。なお、コネクタ４５９は電気通信ばかりでなく、光通信又は音声通信などの機能を備えるようにしてもよい。

撮影レンズユニット１００はズーム制御部４５３、フォーカス制御部４５４、絞り制御部４５５、およびレンズ制御部４５６を有している。ズーム制御部４５３はレンズ部１０１のズーミングを制御する。フォーカス制御部４５４はレンズ部１０１のフォーカスレンズ動作を制御する。なお、撮影レンズユニット１００がズーム機能のない単焦点レンズタイプであれば、ズーム制御部４５３を備える必要はない。

絞り制御部４５５は、測光部４２２で得られた測光情報に基づいてシャッタ４０１を制御するシャッタ制御部４２０と連携しつつ、絞り４５２を制御する。レンズ制御部４５６は撮影レンズユニット１００全体を制御する。

レンズ制御４５６は、撮影レンズユニット動作用の定数、変数、およびプログラムなどを記憶するメモリ機能を備えている。その他、レンズ制御部４５６は撮影レンズユニット固有の番号などの識別情報、管理情報、開放絞り値および最小絞り値、焦点距離などの機能情報、そして、現在および過去の各設定値などを記憶する不揮発メモリ機能も備えている。

図７は、図６に示すカメラで行われる動画撮影処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図７に示すフローチャートに係る処理はシステム制御回路４４０で行われる。

いま、撮影者がカメラ本体２００の操作部４３８に備えられた電源スイッチ（図示せず）をオン操作したとする。電源スイッチ（メインスイッチ）がオンされると、システム制御回路４４０はカメラ本体２００の各ブロックの動作確認を行って、メモリ内容および実行プログラムの初期化を行うととともに、撮影準備動作を実行する（ステップＳ６０１）。

続いて、システム制御回路４４０は動画撮影行うための準備処理（動画撮影準備処理）を行う。この動画撮影準備処理には、レンズ通信処理、シャッタ開処理、プレビュー画像表示開始処理、焦点調節処理、および露出制御処理などが含まれる。

レンズ通信処理においては、コネクタ４４３およびコネクタ４５９を介して、システム制御回路４４０はレンズ制御部４５６とレンズ通信を行う。このレンズ通信によって、システム制御回路４４０は撮影レンズユニット１００の動作確認を行って、撮影レンズユニット１００のメモリ内容および実行プログラムの初期化を行うととともに、レンズ制御部４５６に準備動作を実行させる。また、システム制御回路４４０は焦点検出を行うとともに、撮像に必要な撮影レンズユニット１００の諸特性データを取得して、メモリ４２９に保存する。

シャッタ開処理においては、システム制御回路４４０はシャッタ制御４２０を制御してシャッタ１４０を駆動し、シャッタ開放状態にする。この動作によって、撮影レンズユニット１００を透過した開放Ｆナンバーの撮影光が撮像素子２０１に到達する。

プレビュー画像表示開始処理においては、システム制御回路４４０はプレビュー用として画像表示メモリ４０８に書き込まれた画像データを、Ｄ／Ａ変換器４０４を介して画像として画像表示部４０５に表示する。撮影者はこの画像を目視して撮影時の構図決定を行うことができる。

焦点調節処理においては、システム制御回路４４０はフォーカス制御部４５４によってレンズ部１０１のフォーカスレンズ動作を制御して、撮影レンズユニット１００の焦点状態が合焦となるように焦点の調節を行う。ここでは、システム制御回路４４０はレンズ部１０１のフォーカスレンズを光軸方向に往復運動させる所謂ウォブリング駆動をしつつ、ＡＦ評価値を取得する。そして、フォーカスレンズの往復運動によるＡＦ評価値の変動の大きさが所定量に収まっていると、システム制御回路４４０は、撮影レンズユニット１００が合焦状態であると判定して、当該位置でフォーカスレンズの往復運動を行う。

一方、ＡＦ評価値の変動が所定量より大きいと、システム制御回路４４０は合焦ではないと判定して、ウォブリング駆動させながら合焦位置の方向にフォーカスレンズ位置を移動させる。

ここで、ＡＦ評価値とは、画像データのコントラスト情報のことをいう。コントラスト情報として、例えば、画像データにおいて隣接画素出力の差分の絶対和が用いられる。

露出制御処理においては、システム制御回路４４０は撮像素子２０１から得られた画素出力値に基づいて露出条件の設定を行う。露出制御は、撮像素子２０１の感度、撮像素子２０１の蓄積時間、および撮影レンズユニット１００のＦナンバーの組み合わせで行われる。露出制御によって、撮像素子２０１では、所定Ｆナンバーの撮影光による被写体像が所定感度および所定蓄積時間において光電変換処理されることになる。

次に、システム制御回路４４０は操作部４３８において動画撮影開始操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ６０３）。動画撮影開始操作が行われると（ステップＳ６０３において、ＹＥＳ）、システム制御回路４４０は１フレーム処理サブルーチンを実行して、動画撮影における１フレーム分の撮影を行う（ステップＳ６０４）。

続いて、システム制御回路４４０は操作部４３８において動画撮影終了操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ６０５）。動画撮影終了操作が行われないと（ステップＳ６０５において、ＮＯ）、システム制御回路４４０はステップＳ６０４の処理に戻る。一方、動画撮影終了操作が行われると（ステップＳ６０５において、ＹＥＳ）、システム制御回路４４０は動画撮影終了処理を行う（ステップＳ６０６）。

動画撮影終了処理には、プレビュー画像表示終了処理、シャッタ閉処理、およびレンズ通信処理が含まれる。プレビュー画像表示終了処理においては、システム制御回路４４０はプレビュー用として画像データを画像として画像表示部４０５に表示する処理を終了する。

シャッタ閉処理においては、システム制御回路４４０はシャッタ制御回路４２０を制御してシャッタ１４０を駆動して、シャッタ１４０を閉じた状態にする。これによって、撮影レンズユニット１００を透過した撮影光が撮像素子２０１に到達しなくなる。

レンズ通信処理においては、システム制御回路４４０はコネクタ４４３および４５９を介してレンズ制御部４５６とレンズ通信を行う。このレンズ通信によって、システム制御回路４４０はレンズ制御部４５６に動画撮影終了を動作指示して、撮影レンズユニット１００のメモリ内容および実行プログラムを動画撮影準備状態とする。

次に、システム制御回路４４０はメインスイッチがオフされたか否かを判定する（ステップＳ６０７）。メインスイッチがオフされないと（ステップＳ６０７において、ＮＯ）、システム制御回路４４０はステップＳ６０２の処理に戻る。メインスイッチがオアされると（ステップＳ６０７において、ＹＥＳ）、システム制御回路４４０は撮影を終了する。

なお、ステップＳ６０３において、動画撮影開始操作が行われないと（ステップＳ６０３において、ＮＯ）、システム制御回路４４０はステップＳ６０７の処理に進み、メインスイッチがオフされたか否かを判定する。

図８は、図７に示す１フレーム処理サブルーチンについて説明するためのフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートに係る処理はシステム制御回路４４０で行われる。

１フレーム処理サブルーチンを開始すると、システム制御回路４４０は撮影レンズユニット１００の焦点状態が合焦となるように焦点調節を行う（ステップＳ６５０）。ここでは、前述のように、システム制御回路４４０はレンズ部１０１のフォーカスレンズ位置を光軸方向に往復運動させるウォブリング駆動を行いながら、ＡＦ評価値を取得する。フォーカスレンズ位置の往復運動によるＡＦ評価値の変動の大きさが所定量に収まっていると、システム制御回路４４０は撮影レンズユニット１００は合焦状態であると判定して、当該位置でフォーカスレンズの往復運動を行う。ＡＦ評価値の変動が所定量より大きいと、システム制御回路４４０は合焦ではないと判定して、ウォブリング駆動を行いつつ合焦位置の方向にフォーカスレンズ位置を移動させる。

続いて、システム制御回路４４０は撮像素子２０１から得られた画素出力値に基づいて露出制御を行う（ステップＳ６５１）。この露出制御は、撮像素子２０１の感度、撮像素子２０１の蓄積時間、および撮影レンズユニット１００のＦナンバーの組み合わせで行われる。これによって、撮像素子２０１では、所定Ｆナンバーの撮影光による被写体像が所定感度および所定蓄積時間で光電変換処理される。

次に、システム制御回路４４０は撮像素子２０１に蓄積動作を行わせる（ステップＳ６５２）。ここでは、上記の露出制御で設定した蓄積時間に基づいて電荷蓄積が行われる。

続いて、システム制御回路４４０は蓄積によって得られた電荷の読み出しを行う（ステップＳ６５３）。動画撮影の際には、毎秒３０フレーム又は毎秒６０フレームの高速フレームレートで電荷の読み出しを行なう必要があるので、画素数に制限が生じる。そこで、電荷読み出しの際には、動画用フレームレートにおいて読み出しが可能な画素数に収まるように、間引き読み出し又は加算読み出しが行われる。

次に、システム制御回路４４０は画像処理回路４１３を制御して画像データについてγ補正、色変換、およびエッジ強調などの画像処理を行う（ステップＳ６５４）。システム制御回路４４０は画像データに対応させて、カメラ本体２００の特性情報をメモリ４２９に記録する（ステップＳ６５５）。ここで、カメラ本体２００の特性情報とは、ハーフミラー２０２の位置および厚みに係る情報、ハーフミラー２０２の屈折率およびアッベ数情報、および撮像素子２０１の受光感度分布情報が含まれる。さらに、カメラ本体２００の特性情報には、カメラ本体２００における撮影光のケラレ情報、カメラ本体２００と撮影レンズユニット１００との取り付け面から撮像素子２０１までの距離情報、および製造誤差情報などが含まれる。なお、受光感度分布情報はオンチップマイクロレンズと光電変換部とによって決まるので、オンチップマクロレンズおよび光電変換部に係る情報を記録するようにしてもよい。

次に、システム制御回路４４０は画像データに対応させて、撮影レンズユニット１００の特性情報をメモリ４２９に記録する（ステップＳ６５６）。ここで、撮影レンズユニット１００の特性情報とは、射出瞳の情報、枠情報、撮影時のＦナンバー情報、収差情報、および製造誤差情報などが含まれる。

続いて、システム制御回路４４０は、前述した収差補正を行う（ステップＳ６５７）。この収差補正では、システム制御回路４４０は信号処理手回路４１３を制御して、撮影光路中にハーフミラー２０２が４５°傾いた角度で介在することによって生じた収差の補正処理を行う。そして、収差補正の際には、前述のように、撮影領域が複数の分割領域に分割される。分割領域の各々には伝達関数が定義され、伝達関数に基づいて収差補正が行われる。ここで定義される伝達関数は、図２〜図４で説明したように、図中紙面奥行き方向に対称で上下方向には非対称となる。

次に、システム制御回路４４０は、信号処理回路で収差補正が行われた画像データを、記録媒体４８５又は記録媒体４９１に順次記録する（ステップＳ６７５８）。つまり、記録媒体４８５又は記録媒体４９１に保存される画像データは、収差補正済み画像データである。

収差補正に当たっては、ハーフミラー２０２によって収差が生じた画像データに対して、撮影レンズユニット特性情報とカメラ本体特性情報（撮像装置本体特性情報）とに基づいて伝達関数が推定される。つまり、システム制御回路４４０は、例えば、不揮発性メモリ４３１に予め格納された複数の伝達関数から、撮像レンズユニットの特性を示す撮像レンズユニット特性情報とカメラ本体の特性を示す撮像装置本体特性情報とに応じて１つの伝達関数を選択する。

そして、逆変換による収差補正処理が信号処理回路４１３で行われる。このため、ステップＳ６５８で記録される画像データは、ハーフミラー２０２による収差が補正された画像データとなる。この結果、光学ファインダを観察しつつ高品位な動画撮影が可能な撮像装置を安価な構成で実現することができる。

次に、システム制御回路４４０は収差補正済みの画像データを画像表示部４０５に画像（電子画像）として表示する。撮影者はこの画像を目視して撮影時の構図決定を行うとともに、記録した画像の確認を行うことができる。

画像表示の後、システム制御回路４４０は１フレーム処理サブルーチンを終了して、図７に示すステップＳ６０５の処理に進む。

以上のように、本実施の形態による撮像装置では、少なくともハーフミラー２０２を移動させるための機構が不要となる。その結果、小型で安価な構成で、光学ファインダを備えた動画撮影可能なデジタル一眼レフカメラが実現することができる。

また、本実施の形態では、ハーフミラー２０２が赤外光の透過を低減させる機能を備えるために、ハーフミラー２０２を赤外吸収ガラスで形成したが、さらに可視領域を透過し、赤外領域を低減するために通常のガラス板の少なくとも一面に赤外カット多層膜を形成するようにしてもよい。但し、赤外カット多層膜を形成する際には、ハーフミラー２０２の上下で入射角度が異なることを考慮する必要がある。

さらに、本実施の形態では、ハーフミラー２０２に赤外吸収ガラスを用いたが、図２に示すように、ハーフミラー２０２の上下によって、光線がハーフミラー２０２中を通過する光路長が異なる。よって、光路長の違いによる透過率の違いを補正する構成とすることが望ましい。

なお、図６に示す例では、撮像素子２０１およびＡ／Ｄ変換器４１２が撮像手段として機能する。また、画像処理回路４１３およびシステム制御回路４４０は画像処理手段として機能する。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１００ 撮影レンズユニット
２００ カメラ本体
２０１ 撮像素子
２０２ ハーフミラー
２０３ ピント板
２０４ ペンタプリズム
２０５ 接眼光学系
４１３ 画像処理回路
４４０ システム制御回路
４４５ 光学ファインダ

Claims (6)

1. 光学像が通過するレンズ部を備える撮影レンズユニットと、前記撮影レンズユニットが装着され、前記光学像に応じた画像データを出力する撮像装置本体とを有する撮像装置であって、
   前記撮像装置本体には、前記レンズ部の光軸に対して斜めに配置され、前記光学像を反射光として反射するとともに前記光学像を透過光として透過する光学素子と、
   前記反射光を受けて前記光学像を観察する光学ファインダと、
   前記透過光を受けて前記光学像に応じた画像データを得る撮像手段と、
   少なくとも前記光学素子の収差による画像の劣化を規定する伝達関数を用いて前記画像データを補正して収差補正済み画像データとする画像処理手段とが備えられていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記画像処理手段は、前記伝達関数をフーリエ変換して得られた関数と前記画像データの光量分布をフーリエ変換して得られた光量分布とに応じて前記収差補正済みデータを得ることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画像処理手段は、前記撮像レンズユニットの特性を示す撮像レンズユニット特性情報と前記撮像装置本体の特性を示す撮像装置本体特性情報とに応じて、複数の伝達関数から１つの伝達関数を選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記伝達関数をフーリエ変換して得られた関数はインバースフィルタであることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記光学素子は赤外光の透過を低減する赤外吸収ガラスで形成されたハーフミラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記光学素子はガラス板の少なくとも一面に赤外カット多層膜が形成されたハーフミラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。

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