JP4947946B2 - 撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点距離可変な撮影光学系を備えその撮影光学系を経由して入射してきた被写体光を撮像素子で捉えて画像信号を生成する撮影装置に関する。

撮影装置の一つであるデジタルカメラには、撮影素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）が広く用いられている。ＣＣＤには、所定の間隔（画素ピッチと称する）で二次元的に配列された多数の光電変換素子、およびそれら多数の光電変換素子上に配備されたカラーフィルタアレイが備えられている。カラーフィルタアレイの色の配列方式としては、ベイヤ配列方式、Ｇストライプ配列方式、Ｒ／Ｇ市松配列方式、ＧＲＢストライプ配列方式等が知られている。ＣＣＤは、撮影レンズを経由して入射されてきた被写体光を、上記光電変換素子および上記カラーフィルタで離散的にサンプリングすることによりカラーの画像信号を得ている。

ここで、ＣＣＤに備えられた光電変換素子の画素ピッチやカラーフィルタアレイの配列方式に応じて定まる色配列ピッチ以上の高周波成分を有する被写体光が入射されると、折り返し歪みが生じる。被写体を撮影して得られた画像に、この折り返し歪みの成分が混入すると、撮影された画像の色や輝度が周期的に変動する縞状の模様（モアレ）等が発生する。詳細には、画素ピッチや色配列ピッチにより定まる空間サンプリング周波数を有するＣＣＤを備えた撮影装置において、被写体を撮影するにあたり、その被写体に空間サンプリング周波数の１／２の周波数（ナイキスト周波数と称する）以上の成分が含まれていると、そのナイキスト周波数で折り返されて、折り返し歪みが発生し、その折り返し歪みが偽信号として画像信号に重畳され、これによりモアレ等が発生して、撮影画像の画質が低下するという問題がある。この問題を解決するために、撮影レンズとＣＣＤとの間に光学的ローパスフィルタを配置し、この光学的ローパスフィルタで被写体光の高周波成分を除去するということが行なわれている。

例えば、偏向分離機能を有する２枚の水晶複屈折板と、これら２枚の複屈折板の間に配備され液晶を用いた旋光子を備えた光学的ローパスフィルタとで、ＣＣＤを構成する隣り合う光電変換素子に同じ光線を分離して得られた同じ強度を持つ常光と異常光を入射し、これにより画素ピッチよりも細かい空間周波数を有する被写体像を鈍らせて、モアレを低減する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、２枚の水晶複屈折板と位相差板を備えた光学的ローパスフィルタからの常光と異常光との光線強度の差を低減するために、撮影レンズと光学的ローパスフィルタの間に、偏向板と液晶素子を有する調光装置を設けた技術が提案されている（特許文献２参照）。

さらに、一方の面をローパスフィルタ効果を付与する回折格子構造とし、他方の面を収差補正効果を付与する非球面形状とした光学式ローパスフィルタが提案されている（特許文献３参照）。

また、変倍機能を有するズームレンズ群の後段に、液晶を用いた光学式ローパスフィルタを配置し、液晶への電圧を変化させることにより光学式ローパスフィルタの特性を可変して、レンズ背面から見た絞り像である射出瞳が変倍により変化することに起因してローパスフィルタの特性が変化することを防止する技術が提案されている（特許文献４参照）。
特開２００３−２８７６２０号公報 特開２００３−３３００４６号公報 特開平４−３０９９１２号公報 特開２０００−８９１１４号公報

焦点距離可変なズームレンズを有する撮影光学系を備えた撮影装置においては、ワイド端では高い解像度が得られるのに比較して、テレ端においては十分な解像度が得られない場合がある。そのため、ワイド端では解像感の高いシャープな画像が得られるが、テレ端では鈍ったボケた感じの画像となってしまうことがある。ここで、光学式ローパスフィルタは、画素ピッチよりも細かい空間周波数を有する被写体像を鈍らせるものであるため、テレ端においては、光学式ローパスフィルタの機能に起因する解像度の劣化とレンズに起因する解像度の劣化とが重なり、さらにボケた画像が得られてしまうこととなる。従って、撮影画像の画質が低下するという問題がある。そこで、上述した特許文献１，２，３，４に提案された技術を採用して撮影画像の画質の低下を防止するということが考えられる。

しかし、特許文献１に提案された光学的ローパスフィルタは、それぞれが固有の屈折率を有する２枚の水晶複屈折板と、液晶分子のねじれの角度が４５度に固定された旋光子とを備えたものであるため、その光学的ローパスフィルタの特性をズームレンズの変倍に応じて可変することは困難であり、従って焦点距離可変な撮影光学系を備えた撮影装置において、撮影画像の画質の低下を小さく抑える点に欠けるという問題がある。

また、特許文献２に提案された、光学的ローパスフィルタを構成する２枚の複屈折板はそれぞれ固有の屈折率を有するとともに調光装置を構成する偏向板の偏向軸および液晶素子の液晶分子配向方位は、光学的ローパスフィルタからの光線分離方位に対して４５度の角度をなすものである。このため、光学的ローパスフィルタおよび調光装置の特性をズームレンズの変倍に応じて可変することは困難であり、従って焦点距離可変な撮影光学系を備えた撮影装置において、撮影画像の画質の低下を小さく抑える点に欠けるという問題がある。

さらに、特許文献３に提案された、回折格子および非球面処理が施された光学式ローパスフィルタでは、レンズ構成は簡素化されるものの、この光学式ローパスフィルタの特性を可変することは困難である。従って、焦点距離可変な撮影光学系を備えた撮影装置において、やはり撮影画像の画質の低下を小さく抑える点に欠けるという問題がある。

また、特許文献４に提案された、ズームレンズ群の後段に液晶を用いた光学式ローパスフィルタを配置する技術は、射出瞳が変倍により変化することに起因してローパスフィルタの特性が変化することを防止する技術であり、撮影画像の画質の低下を小さく抑えるための、ズーム倍率の変化に伴う解像度の変化に対する対応については記載されていない。

本発明は、上記事情に鑑み、撮影画像の画質の低下が小さく抑えられた撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の撮影装置は、焦点距離可変な撮影光学系を備えその撮影光学系を経由して入射してきた被写体光を撮像素子で捉えて画像信号を生成する撮影装置において、
液晶を用い、印加電圧に応じて複屈折の分離幅が変化するローパスフィルタと、
上記撮影光学系の焦点距離に応じて上記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を調整するフィルタ調整部とを備えたことを特徴とする。

撮影レンズのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：各周波数帯域毎の画像信号の解像度の大きさ（鮮鋭度）を表わす指標）特性は、その撮影レンズのズーム位置に応じて変化する。例えば、撮影レンズのズーム位置がワイド端にある場合、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値は比較的高く、従ってモアレ等の発生を抑えるために高周波を除去する必要性がでてくる。一方、撮影レンズのズーム位置がテレ端にある場合、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値はほぼ０となることがあり、この場合高周波を除去する必要性はなくなる。このように、撮影レンズのＭＴＦ特性は、撮影レンズのズーム位置に応じて変化する。

本発明の撮影装置は、撮影光学系の焦点距離に応じて、印加電圧に応じて複屈折の分離幅が変化する液晶を用いたローパスフィルタの複屈折の分離幅を調整するものである。即ち、撮影レンズのＭＴＦ特性に合わせて、ローパスフィルタに用いられる液晶の液晶分子の配列の方向を、印加電圧に応じて変化させることにより、そのローパスフィルタの複屈折の分離幅を調整するものである。このため、ワイド端にある場合は、ローパスフィルタの分離幅を大きくすることによりモアレ等の発生を抑え、またテレ端にある場合は、ローパスフィルタの分離幅を小さくすることにより画像のボケを改善することができる。従って、撮影画像の画質の低下が小さく抑えられた撮影装置を提供することができる。

ここで、上記ローパスフィルタが、液晶を用い電圧の印加を受けてその電圧に応じて複屈折の分離幅を変化させる複数枚の液晶光学素子であって、各１枚の液晶光学素子それぞれで複屈折の分離が行なわれるように配置された複数枚の液晶光学素子からなるものであることが好ましい。

このように、ローパスフィルタが複数枚の液晶光学素子からなるものであると、ローパスフィルタの分離幅を自在に調整することができる。

また、上記ローパスフィルタが、液晶を用い電圧の印加を受けてその電圧に応じて複屈折の分離幅を変化させる複数枚の液晶光学素子と、隣接する液晶光学素子の間に配置され、入射した画像の偏光の向きを、後段側に配置された液晶光学素子で複屈折の分離が行なわれるように回転させる旋光制御素子とを備えたものであることも好ましい態様である。

このようにすると、例えば、前段の液晶光学素子で垂直方向に分離された常光と異常光の偏光の向きが旋光制御素子で典型的には４５度に回転され、さらに後段の液晶光学素子で水平方向に２つの常光と２つの異常光とに分離して出射されるため、１つの光線が４つの光線に分離されることとなり、このローパスフィルタでは、正方形、長方形、または菱形の特性を持つ分離幅を調整することができる。従って、ローパスフィルタの複屈折の分離幅をさらに自在に調整することができる。

さらに、上記旋光制御素子が、液晶を用いて旋光を生じさせる液晶旋光制御素子であることも好ましい。

旋光制御素子が、液晶を用いて旋光を生じさせるものであると、その液晶の液晶分子の配列の方向を印加電圧に応じて変化させることにより、入射した画像の偏光の向きを自在に回転させることができ、従ってローパスフィルタの複屈折の分離幅をより一層自在に調整することができる。

本発明によれば、撮影画像の画質の低下が小さく抑えられた撮影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説明する。

図１は、本発明の撮影装置の一実施形態であるカメラの外観図である。

図１（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すカメラ１００は、焦点距離可変な撮影光学系を備えその撮影光学系を経由して入射してきた被写体光を撮像素子で捉えて画像信号を生成するデジタルカメラである。

図１（ｄ）に示すように、本実施形態のカメラ１００の背面にはユーザがこのカメラ１００を使用するときに種々の操作を行なうための操作部１２０が設けられている。

この操作部１２０には、カメラ１００を作動させるための電源投入用の電源スイッチ１２１、撮影と再生とを自在に切り替える撮影・再生切替レバー１２２、オート撮影やマニュアル撮影等を選択するための撮影モードダイヤル１２３、各種のメニューの設定や選択あるいはズームを行なうための十字スイッチ１２４、閃光発光用のスイッチ１２５、および十字スイッチ１２４で選択されたメニューの実行やキャンセル等を行なうための実行／キャンセルスイッチ１２６が備えられている。図１（ｂ）には、電源スイッチ１２１が押下されて撮影レンズ１０１が繰出された状態にあるレンズ鏡胴１０が示されている。ここで、十字スイッチ１２４の操作によりレンズ鏡胴１０に備えられた撮影レンズ１０１が、ワイド（広角）端とテレ（望遠）端との間で光軸に沿って移動することにより焦点距離が変化する。詳細については後述する。

また、カメラ１００の背面には、撮影画像や再生画像等を表示するための画像表示ＬＣＤ１０２と、操作の手助けを行なうための操作表示ＬＣＤ１０３が備えられている。

さらに、図１（ｂ）に示すように、このカメラ１００の上面にはレリーズ釦１０４が配備されている。このレリーズ釦１０４によって撮影の開始指示がカメラ１００の内部に備えられた、後述するメインＣＰＵへと伝えられる。このカメラ１００では撮影・再生切替レバー１２２によって撮影と再生との切り替えが自在になっていて、撮影を行なうときにはユーザによって撮影・再生切替レバー１２２が撮影側１２２ａに切り替えられ、再生を行なうときには撮影・再生切替レバー１２２が再生側１２２ｂに切り替えられる。また、図１（ａ）に示すように、カメラ１００の上面には、閃光を発光する閃光発光管１０５ａを有する閃光発光装置１０５が配備されている。

さらに、図１（ｃ）に示すように、カメラ１００の側面には、このカメラ１００により撮影された被写体の画像信号をテレビやプロジェクタ等に出力するためのケーブルが接続される映像出力端子１０６と、このカメラ１００により撮影された被写体の画像信号をＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ（ＵＳＢ）端子が備えられたパーソナルコンピュータ等に出力し、およびこのようなパーソナルコンピュータ等からカメラ１００に画像信号を入力するためのケーブルが接続されるＵＳＢ端子１０７と、ＡＣアダプタからの直流電圧が入力される直流電圧入力端子１０８とが備えられている。

図２は、図１に示すカメラの回路構成を示すブロック図である。

このカメラ１００には、撮影光学系１が備えられている。この撮影光学系１は、撮影レンズ１０１と、絞りユニット２と、液晶光学ローパスフィルタ３（本発明にいうローパスフィルタの一例に相当）とから構成されている。撮影レンズ１０１は、ズーム群１０１＿１とフォーカス群１０１＿２から構成されている。

液晶光学ローパスフィルタ３は、液晶を用い、印加電圧に応じて複屈折の分離幅が変化するローパスフィルタである。

また、このカメラ１００には、撮影光学系１の焦点距離に応じて液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を調整する液晶光学ＬＰＦ調整部４（本発明にいうフィルタ調整部の一例に相当）が備えられている。

さらに、このカメラ１００には、ズーム群１０１＿１を駆動するズーム駆動部５と、フォーカス群１０１＿２を駆動するフォーカス駆動部６と、絞りユニット２を駆動する絞り駆動部７と、ズーム群１０１＿１の位置を検出するズーム位置検出部８とが備えられている。

また、このカメラ１００には、撮影光学系１を経由して入射してきた被写体光を結像させてアナログの画像信号に変換する撮像素子であるＣＣＤ１３２が備えられている。

さらに、このカメラ１００には、ＣＣＤ１３２からのアナログ画像信号をディジタルの画像データにＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ部１３３と、Ａ／Ｄ部１３３からのデジタルの画像データが表わす被写体像のホワイトバランスを合わせるとともにその被写体像の階調特性における直線の傾き（γ）を調整し、さらにデジタルの画像信号を増幅する白バランス・γ処理部１３４が備えられている。

また、カメラ１００には、白バランス・γ処理部１３４からの画像データを格納するバッファメモリ１３５が備えられている。

さらに、カメラ１００には、ＣＧ（クロックジェネレータ）部１３６と、測光・測距用ＣＰＵ１３７と、充電・発光制御部１３８と、通信制御部１３９と、ＹＣ処理部１４０と、電源１４１とが備えられている。

ＣＧ部１３６は、ＣＣＤ１３２を駆動するための駆動信号、Ａ／Ｄ部１３３，白バランス・γ処理部１３４を制御する制御信号、および通信制御部１３９を制御する制御信号を出力する。また、このＣＧ部１３６には、後述するメインＣＰＵ１４５からのシャッタ制御信号、および測光・測距用ＣＰＵ１３７からの制御信号が入力される。

測光・測距用ＣＰＵ１３７は、撮影レンズ１０１，絞りユニット２を、ズーム駆動部５，フォーカス駆動部６，絞り駆動部７で駆動するとともにズーム位置検出部８で検出することにより測光や測距を行ない、ＣＧ部１３６および充電・発光制御部１３８を制御する。さらに、この測光・測距用ＣＰＵ１３７は、後述するメインＣＰＵとの間でデータ通信を行なう。

充電・発光制御部１３８は，閃光発光管１０５ａを発光させるために電源１４１からの電力の供給を受けて図示しない閃光発光用のコンデンサを充電したり、その閃光発光管１０５ａの発光を制御する。

通信制御部１３９には、図１（ｃ）に示すＵＳＢ端子１０７が備えられており、この通信制御部１３９は、カメラ１００により撮影された被写体の画像信号をＵＳＢ端子が備えられたパーソナルコンピュータ等の外部装置に出力し、およびこのような外部装置からカメラ１００に画像信号を入力することにより、その外部装置との間のデータ通信を担うものである。

また、このカメラ１００には、図１（ｃ）に示す映像出力端子１０６が備えられており、ＹＣ処理部１４０は、バッファメモリ１３５に格納された画像データをバスライン１４２を介して読み出し、輝度信号（Ｙ）と色信号（Ｃ）に分離されたカラー映像信号ＹＣを生成する。生成されたカラー映像信号ＹＣは、上記映像出力端子１０６から出力される。

電源１４１は、このカメラ１００の各部に電力を供給する。

さらに、カメラ１００には、圧縮・伸長＆ＩＤ抽出部１４３と、Ｉ／Ｆ部１４４が備えられている。圧縮・伸長＆ＩＤ抽出部１４３は、バッファメモリ１３５に格納された画像データを、バスライン１４２を介して読み出して圧縮し、Ｉ／Ｆ部１４４を経由してメモリカード２００に格納する。また、圧縮・伸長＆ＩＤ抽出部１４３は、メモリカード２００に格納された画像データの読み出しにあたり、メモリカード２００固有の識別番号（ＩＤ）を抽出し、そのメモリカード２００に格納された画像データを読み出して伸長し、バッファメモリ１３５に格納する。

また、カメラ１００には、メインＣＰＵ１４５と、ＥＥＰＲＯＭ１４６と、ＹＣ／ＲＧＢ変換部１４７と、表示用のドライバ１４８とが備えられている。

メインＣＰＵ１４５は、このカメラ１００全体の制御を行なう。

ＥＥＰＲＯＭ１４６には、このカメラ１００固有の固体データ等が格納されている。

ＹＣ／ＲＧＢ変換部１４７は、ＹＣ処理部１４０で生成されたカラー映像信号ＹＣを３色のＲＧＢ信号に変換して表示用のドライバ１４８を経由して画像表示ＬＣＤ１０２に出力する。

図３は、図２に示す液晶光学ローパスフィルタの断面図である。

図３に示す液晶光学ローパスフィルタ３には、スペーサ３１と、スペーサ３１を介して互いに対向して配置された平板状の透明基板３２，３３と、透明基板３２，３３の内面に配備された透明電極３４，３５と、透明電極３４，３５の内面に配備された配光膜３６，３７と、スペーサ３１および配光膜３６，３７からなる空間に封入された液晶３８とが備えられている。液晶３８は液晶分子３８ａを有する。また、透明電極３４，３５には、液晶分子３８ａの配列の方向を調整する電圧Ｖが印加される。

透明基板３２，３３は、入射される光の波長帯域に対して高い透過率を有する材料で形成され、ガラスや高分子フイルム等を用いることができる。

透明電極３４，３５は、電圧Ｖが印加される電極パターンを有する。電極パターンの構造については後述するが、この電極パターンの構造およびこの電極パターンに印加される電圧Ｖの大きさに応じて、液晶分子３８ａの配列の方向を自在に調整することができる。

配光膜３６，３７は、透明電極３４，３５に電圧Ｖが印加されていないときに液晶分子３８ａを所定の配列の方向にさせておくためのものである。

図４は、図３に示す液晶光学ローパスフィルタの液晶分子の配列の方向を調整する様子を説明するための図である。

図４には、液晶光学ローパスフィルタ３を構成する透明電極３４，３５と、配光膜３６，３７と、液晶分子３８ａを有する液晶３８とが示されている。液晶分子３８ａは、長軸方向に光学軸を有する。透明電極３４，３５には、液晶分子３８ａの配列の方向を調整する電圧Ｖが印加されており、これにより液晶分子３８ａの配列の方向は、光学軸に対して角度（チルト角）βだけ変更されている。

図５は、図４に示す液晶分子の、印加電圧に応じて変化する複屈折の分離幅を示す図である。

液晶分子３８ａの配列の方向は、光学軸Ｐに対してチルト角βだけ変更されている。このような状態における液晶分子３８ａは、光路長Ｌを有する。このような光路長Ｌを有する液晶分子２１７ａに入射光Ａが入射される。この入射光Ａは、液晶分子３８ａで複屈折されて常光Ａ１と異常光Ａ２とに分離されて出射される。これら常光Ａ１と異常光Ａ２の分離幅ｄは、チルト角βｎに応じて定まる。このように、入射光Ａを液晶分子３８ａで複屈折して常光Ａ１と異常光Ａ２とに分離して、ＣＣＤ１３２を構成する隣り合う光電変換素子に同じ光線を入射し、これにより画素ピッチよりも細かい空間周波数を有する被写体像を鈍らせて、モアレ等を低減する。

通常の液晶分子の屈折率を想定した場合、１０μｍまでの分離幅なら変えることは可能である。

ここで、液晶光学ローパスフィルタ３の実施例について説明する。本実施例では、ガラス基板上に透明電極３４，３５としてインジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）をスパッタにより付けた。その上に、配光膜３６，３７としてポリイミド膜（日産化学製）を塗布、焼成したのち、ラビング処理した。４０μｍのスペーサ３１（積水化学製）でサンドイッチ状に挟んだ素子中に液晶ＺＬＩ−１１３２（メルク製）を注入し封止した。

電圧Ｖを印加しない状態でのチルト角は３０度であり、液晶光学ローパスフィルタ３の分離幅を偏光顕微鏡で観測したところ７μｍであった。この素子（液晶光学ローパスフィルタ３）に電圧Ｖを印加させてチルト角を４５度とした場合、分離幅は５μｍとなり、また、この素子に電圧Ｖを印加させてチルト角を６０度とした場合、分離幅は４μｍとなった。即ち、電圧Ｖｎにより液晶光学ローパスフィルタ３の分離幅を可逆的に変化させることが可能であった。

図６は、液晶光学ローパスフィルタの、分離幅ｄにおける空間周波数レスポンスを示す図である。

図６の横軸は空間周波数を示し、縦軸はＭＴＦを示す。液晶光学ローパスフィルタの、分離幅ｄ（ｍｍ）における、グラフＡで示す空間周波数レスポンスは、分離幅ｄの逆数の半分１／（２ｄ）ｃｓ／ｍｍでゼロとなる。

図７は、種々のレンズの空間周波数レスポンスを示す図である。

レンズの、空間周波数に対するＭＴＦ特性には、いろいろな傾向があり、グラフＢ，Ｃに示すように高周波まで伸びて高解像度を有する特性のもの、グラフＤに示すように低周波で高コントラストを有する特性のもの等、多様である。ズームレンズにおいても、空間周波数に対するＭＴＦ特性は、ズーム全域にわたって一様ではなく、多くのものは、ワイド端では高周波まで伸び、テレ端では開放Ｆ値の落ち込みと相俟って中間の周波数帯からＭＴＦ値が低くなる。従来では、それにもかかわらず、ローパスフィルタの分離幅は、撮像素子の並びのピッチから求めたナイキスト周波数のみを考慮しているのが実情である。

本実施形態のカメラ１００は、撮影光学系１の焦点距離に応じて、印加電圧に応じて複屈折の分離幅が変化する液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を調整するものである。即ち、撮影レンズ１０１のＭＴＦ特性に合わせて、液晶光学ローパスフィルタ３に用いられる液晶の液晶分子の配列の方向を、印加電圧に応じて変化させることにより、その液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を調整するものである。このため、ワイド端にある場合は、液晶光学ローパスフィルタ３の分離幅を大きくすることによりモアレ等の発生を抑え、またテレ端にある場合は、液晶光学ローパスフィルタ３の分離幅を小さくすることにより画像のボケを改善することができる。従って、撮影画像の画質の低下を小さく抑えることができる。また、焦点距離の変化によるＭＴＦの変化だけではなく、絞り値によるＭＴＦの変化にも対応可能である。

図８は、本実施形態のカメラにおける液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。

図８には、本実施形態のカメラ１００における液晶光学ローパスフィルタ３を構成する配光膜３６，３７と、それら配光膜３６，３７の外面に配備された透明電極３４，３５が示されている。透明電極３４は、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン３４ａを有する。また、透明電極３５も、透明電極３４と同様に、やはり水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン３５ａを有する。この液晶光学ローパスフィルタ３は、透明電極３４，３５の電極パターン３４ａ，３５ａが対称的であるため、例えば電極パターン３４ａ，３５ａの上部から下部にかけて共に値が徐々に小さく（もしくは大きく）なるような電圧Ｖを印加することにより、液晶分子３８ａの配列の方向を徐々に小さく（もしくは大きく）なるように調整することができる。このようにすることにより、液晶光学ローパスフィルタ３の上下方向に対する複屈折の分離幅を調整することができる。また、例えば電極パターン３４ａ，３５ａそれぞれの各部分ごとに任意の大きさの電圧Ｖを印加することにより、液晶分子３８ａの配列の方向を自在に調整することもできる。このようにすることにより、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を自在に調整することができる。

図９は、図８に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。

図９に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿１は、図８に示す液晶光学ローパスフィルタ３と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン３５ａを有する透明電極３５に代えて、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン３＿１１ａを有する透明電極３＿１１が配備されている点が異なっている。ここで、例えば電極パターン３４ａで液晶光学ローパスフィルタ３＿１の上下の複屈折の分離幅を調整するとともに、電極パターン３＿１１ａで液晶光学ローパスフィルタ３＿１の左右の複屈折の分離幅を調整することにより、液晶光学ローパスフィルタ３＿１の上下方向および左右方向に対する複屈折の分離幅を調整することができる。また、例えば電極パターン３４ａ，３＿１１ａそれぞれの各部分ごとに任意の大きさの電圧Ｖを印加することにより、液晶光学ローパスフィルタ３＿１の複屈折の分離幅を自在に調整することができる。

図１０は、図８，図９に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。

図１０に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿２は、図８に示す液晶光学ローパスフィルタ３と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン３５ａを有する透明電極３５に代えて、複数の同心円状の電極パターン３＿２１ａを有する透明電極３＿２１が配置されている点が異なっている。ここで、同心円状の電極パターン３＿２１ａの周辺部から中央部にかけて値が徐々に小さく（もしくは大きく）なるような電圧Ｖを印加することにより、液晶光学ローパスフィルタ３＿２の周辺部から中央部にかけて複屈折の分離幅を調整することができる。

図１１は、図８，図９，図１０に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。

図１１に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿３は、図８に示す液晶光学ローパスフィルタ３と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン３５ａを有する透明電極３５に代えて、マトリックス状の電極パターン３＿３１ａを有する透明電極３＿３１が配置されている点が異なっている。ここで、マトリックス状の電極パターン３＿３１ａそれぞれに異なる値の電圧Ｖを印加することにより、液晶光学ローパスフィルタ３＿３の任意の位置に対する複屈折の分離幅を調整することができる。

図１２は、本実施形態のカメラの、沈胴状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図、図１３は、本実施形態のカメラの、撮影レンズがワイド状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図、図１４は、本実施形態のカメラの、撮影レンズがテレ状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図である。

レンズ鏡胴１０の内部空間には、前方から順に、ズーム群１０１＿１を構成する前群レンズ（第１レンズ群）１０１＿１ａと後群レンズ（第２レンズ群）１０１＿１ｂ、およびフォーカス群（第３レンズ群）１０１＿２の３群が光軸を揃えて並べられてなる撮影レンズ１０１が収容されている。撮影レンズ１０１は、後群レンズ１０１＿１ｂが図１３に示すワイド端と図１４に示すテレ端との間で光軸に沿って移動することにより焦点距離が変化し、フォーカス群１０１＿２が光軸に沿って移動することによりピント調節が行なわれる構成となっている。前群レンズ１０１＿１ａと後群レンズ１０１＿１ｂとの間には、被写体光の光量を調整する絞りユニット２が配置され、撮影レンズ１０１の後方には、前述した液晶光学ローパスフィルタ３と被写体光を読み取るＣＣＤ１３２とが配置されている。

絞りユニット２には、図１３および図１４に示すように、撮影レンズ１０１の光軸を取り囲む孔が穿たれた開口板２＿１と、開口板２＿１の孔を絞るように塞いで開口量を調整する絞り羽２＿２とが備えられている。また、絞りユニット２には、その背面から後方に突出するガイドロット２＿３と、ガイドロット２＿３の後端を塞ぐストッパ２＿４も設けられており、ガイドロット２＿３は、後群レンズ１０１＿１ｂを保持している後群レンズ保持枠２５を、光軸方向にスライド可能に貫通している。さらに、絞りユニット２と後群レンズ保持枠２５との間にはコイルばね２６が縮装されており、絞りユニット２は、後群レンズ１０１＿１ｂと後群レンズ保持枠２５とで構成された後群レンズユニット２７に対し、前方へばね付勢された態様で光軸に沿って移動可能に保持されている。レンズ鏡胴１０の沈胴時には、図１３および図１４に示す絞り羽２＿２が開放され、絞りユニット２がコイルばね２６を圧縮しながら後群レンズユニット２７側に移動することによって、開口板２＿１の孔に後群レンズユニット２７が入り込む。これにより、カメラ１００の薄型化が図られている。

また、レンズ鏡胴１０には、カメラボディに固定された固定筒５０と、その固定筒５０に対し回転自在な駆動筒５２が備えられている。この駆動筒５２は、固定筒５０の外周面に周方向に形成された突条５０ａが、駆動筒５２の内周面に設けられた溝に係入していることにより、固定筒５０に対して光軸方向の移動が規制されている。駆動筒５２の外周面にはギア５１が設けられており、このギア５１にモータ（図示しない）からの回転駆動力が伝達されて、駆動筒５２が回転する。

駆動筒５２には、さらに、光軸方向に延びるキー溝５２ａが設けられており、このキー溝５２ａには、回転移動筒５３に固設されたピン状のカムフォロワ５４が、固定筒５０に設けられた螺旋状のカム溝を貫通して係入している。従って、駆動筒５２が回転すると、回転移動筒５３は、回転しながら上記カム溝に沿って光軸方向に移動する。

回転移動筒５３の内側には、直進移動枠５５が設けられている。この直進移動枠５５は、回転移動筒５３に対し相対的回転が自在に係合しているとともに、固定筒５０のキー溝５０ｂに係入することにより回転が規制されている。したがって、駆動筒５２の回転に伴って回転移動筒５３が回転しながら光軸方向に移動すると、直進移動枠５５は回転移動筒５３の移動に伴って光軸方向に直線的に移動する。

上述した後群レンズ１０１＿１ｂを保持している後群レンズ保持枠２５には、ピン状のカムフォロワ６３が固設されている。このカムフォロワ６３は、回転移動筒５３のカム溝に係入しているとともに、直進移動枠５５の光軸方向に延びるキー溝５５ａにも係入していることにより、駆動筒５２の回転に伴って回転移動筒５３が回転しながら光軸方向に移動すると、後群レンズユニット２７が回転移動筒５３のカム溝の形状に沿って、光軸方向に直進移動する。

また、上述したように、絞りユニット２は、コイルばね２６により前方に付勢された態様でレンズユニット２７に取り付けられているため、その絞りユニット２が後群レンズユニット２７とともに光軸方向に移動する。

さらに、このレンズ鏡胴１０には、前群レンズ１０１＿１ａを保持する直進移動筒５６が備えられている。この直進移動筒５６は、それに固設されたカムフォロワ５７が回転移動筒５３のカム溝に係入しているとともに、直進移動枠５５の、光軸方向に延びるキー溝５５ａにも係入している。従って、駆動筒５２の回転に伴って回転移動筒５３が回転しながら光軸方向に移動すると、直進移動筒５６は、カムフォロワ５７が係入している回転移動筒５３のカム溝の形状に沿って、光軸方向に直進移動する。

このようにしてレンズ鏡胴１０の繰り出しが行なわれ、また、駆動筒５２が逆方向に回転することによりレンズ鏡胴１０の沈胴が行われる。

また、回転移動筒５３は、レンズ鏡胴１０の繰出しが完了した後も、前群レンズ１０１＿１ａの位置を保持したままさらに回転することができ、このとき、後群レンズユニット２７は、回転移動筒５３のカム溝に沿って光軸方向に移動し、これにより撮影画角（すなわち、焦点距離）の調整が行なわれる。

また、撮影レンズ１０１のうちのフォーカス群１０１＿２は、フォーカス駆動部６によって光軸方向に動かされ、これによりピント調整が行なわれる。ここで、このピント調整は、ＣＣＤ１３２で読み取った被写体像のコントラストがピークを示すようにフォーカス群１０１＿２を動かすことによって行なわれる。

図１５は、本実施形態のカメラにおける、ズームレンズの位置に応じて液晶光学ローパスフィルタの複屈折の分離幅を調整する分離幅調整方法のフローを示す図である。

先ず、ステップＳ１１において、ズームレンズの位置データを取得する。次いで、ステップＳ１２において、液晶光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の複屈折の分離幅の量を決定する。さらに、ステップＳ１３において、決定した分離幅の量に応じた電圧を液晶光学ローパスフィルタに印加することにより液晶光学ローパスフィルタを調整する。

次いで、ステップＳ１４に進み、ズームレンズの位置データを取得する。さらに、ステップＳ１５において、ズーム位置が変動したか否かを判定する。ズーム位置が変動していないと判定された場合はステップＳ１４に戻る。一方、ズーム位置が変動したと判定された場合はステップＳ１１に戻る。

図１６は、図３に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面図である。

図１６に示す液晶光学ローパスフィルタ３００は、液晶を用い電圧の印加を受けてその電圧に応じて複屈折の分離幅を変化させる複数枚（ここでは２枚）の液晶光学素子である液晶光学ローパスフィルタ３であって、各１枚の液晶光学ローパスフィルタ３それぞれで複屈折の分離が行なわれるように配置された２枚の液晶光学ローパスフィルタ３からなるものである。具体的には、液晶光学ローパスフィルタ３００は、図３を参照して説明した液晶光学ローパスフィルタ３が２枚組み合わされて構成されたものである。このようにすると、液晶光学ローパスフィルタ３００の分離幅を自在に調整することができる。尚、図１６に示す液晶光学ローパスフィルタ３００に代えて、液晶光学ローパスフィルタ３と、固有の複屈折の分離幅を有する水晶素子とから構成されてなる液晶光学ローパスフィルタであってもよい。

図１７は、図３，図１６に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面図、図１８は、図１７に示す液晶光学ローパスフィルタの分解斜視図である。

図１７に示す液晶光学ローパスフィルタ３１０は、２枚の液晶光学ローパスフィルタ３と、隣接する液晶光学ローパスフィルタ３の間に配置され後段側（図１７の右側）に配置された液晶光学ローパスフィルタ３で複屈折の分離が行なわれるように入射した画像の偏光の向きを回転させる旋光制御素子３１１とを備えたものである。ここで、旋光制御素子３１１は、液晶を用いて旋光を生じさせる液晶旋光制御素子であり、具体的には液晶光学ローパスフィルタ３が用いられる。

この液晶光学ローパスフィルタ３１０では、図１８に示すように、この液晶光学ローパスフィルタ３１０に入射された光線Ａは、前段の液晶光学ローパスフィルタ３で垂直方向に常光Ａ１と異常光Ａ２とに分離される。分離された常光Ａ１と異常光Ａ２は、旋光制御素子３１１に入射される。この旋光制御素子３１１では、常光Ａ１と異常光Ａ２との偏光の向きを、例えば４５度に回転して後段の液晶光学ローパスフィルタ３に向けて出射する。後段の液晶光学ローパスフィルタ３では、垂直方向に２つの常光Ａ１１，Ａ１２と２つの異常光Ａ２１，Ａ２２とに分離して出射する。ここで、旋光制御素子３１１は、液晶を用いて旋光を生じさせるものであるため、液晶の液晶分子の配列の方向を印加電圧に応じて上述した４５度以外の角度（旋光量）にも変化させることができる。従って、この液晶光学ローパスフィルタ３１０では、１つの光線Ａが４つの光線Ａ１１，Ａ１２，Ａ２１，Ａ２２に分離されることとなり、正方形、長方形、または菱形の特性を持つ分離幅を調整することができる。従って、複屈折の分離幅をさらに自在に調整することができる。

図１９は、図１７，図１８に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面図である。

図１９に示す液晶光学ローパスフィルタ３２０は、図１７，１８に示す液晶光学ローパスフィルタ３１０と比較し、旋光制御素子３１１が、固有の複屈折の分離幅を有する水晶板３２１に置き換えられている点が異なっている。この液晶光学ローパスフィルタ３２０では、平行四辺形の特性を持つ分離幅を調整することができる。

図２０は、図１７に示す液晶光学ローパスフィルタを光路上に複数配置した例を示す図である。

図２０には、入射された光線Ａが伝播する光路上に、３つの液晶光学ローパスフィルタ３１０が配置されている。このように、３つの液晶光学ローパスフィルタ３１０を光路上に配置するとともに、これら３つの液晶光学ローパスフィルタ３１０に、焦点距離に応じた電圧を印加することにより、より柔軟なローパスフィルタの特性を得ることができる。

本発明の撮影装置の一実施形態であるカメラの外観図である。 図１に示すカメラの回路構成を示すブロック図である。 図２に示す液晶光学ローパスフィルタの断面図である。 図３に示す液晶光学ローパスフィルタの液晶分子の配列の方向を調整する様子を説明するための図である。 図４に示す液晶分子の、印加電圧に応じて変化する複屈折の分離幅を示す図である。 液晶光学ローパスフィルタの、分離幅ｄにおける空間周波数レスポンスを示す図である。 種々のレンズの空間周波数レスポンスを示す図である。 本実施形態のカメラにおける液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。 図８に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。 図８，図９に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。 図８，図９，図１０に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面形状を、電極の構造とともに示す図である。 本実施形態のカメラの、沈胴状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図である。 本実施形態のカメラの、撮影レンズがワイド状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図である。 本実施形態のカメラの、撮影レンズがテレ状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図である。 本実施形態のカメラにおける、ズームレンズの位置に応じて液晶光学ローパスフィルタの複屈折の分離幅を調整する分離幅調整方法のフローを示す図である。 図３に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面図である。 図３，図１６に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面図である。 図１７に示す液晶光学ローパスフィルタの分解斜視図である。 図１７，図１８に示す液晶光学ローパスフィルタとは異なる液晶光学ローパスフィルタの断面図である。 図１７に示す液晶光学ローパスフィルタを光路上に複数配置した例を示す図である。

符号の説明

１ 撮影光学系
２ 絞りユニット
２＿１ 開口板
２＿２ 絞り羽
２＿３ ガイドロット
２＿４ ストッパ
３，３＿１，３＿２，３＿３，３００，３１０，３２０ 液晶光学ローパスフィルタ
３＿１１，３＿２１，３＿３１，３４，３５ 透明電極
４ 液晶光学ＬＰＦ調整部
５ ズーム駆動部
６ フォーカス駆動部
７ 絞り駆動部
８ ズーム位置検出部
１０ レンズ鏡胴
２５ 後群レンズ保持枠
２６ コイルばね
２７ 後群レンズユニット
３１ スペーサ
３２，３３ 透明基板
３４ａ，３５ａ，３＿１１ａ，３＿２１ａ，３＿３１ａ 電極パターン
３６，３７ 配光膜
３８ 液晶
３８ａ 液晶分子
５０ 固定筒
５０ａ 突条
５０ｂ キー溝
５１ ギア
５２ 駆動筒
５２ａ キー溝
５３ 回転移動筒
５４ カムフォロワ
５５ 直進移動枠
５６ 直進移動筒
５７ カムフォロワ
１００ カメラ
１０１ 撮影レンズ
１０１＿１ ズーム群
１０１＿１ａ 前群レンズ
１０１＿１ｂ 後群レンズ
１０１＿２ フォーカス群
１０２ 画像表示ＬＣＤ
１０３ 操作表示ＬＣＤ
１０４ レリーズ釦
１０５ 閃光発光装置
１０５ａ 閃光発光管
１０６ 映像出力端子
１０７ ＵＳＢ端子
１０８ 直流電圧入力端子
１２０ 操作部
１２１ 電源スイッチ
１２２ 撮影・再生切替レバー
１２３ 撮影モードダイヤル
１２４ 十字スイッチ
１２５ 閃光発光用スイッチ
１２６ 実行／キャンセルスイッチ
１３２ ＣＣＤ
１３３ Ａ／Ｄ部
１３４ 白バランス・γ処理部
１３５ バッファメモリ
１３６ ＣＧ部
１３７ 測光・測距用ＣＰＵ
１３８ 充電・発光制御部
１３９ 通信制御部
１４０ ＹＣ処理部
１４１ 電源
１４２ バスライン
１４３ 圧縮・伸長＆ＩＤ抽出部
１４４ Ｉ／Ｆ部
１４５ メインＣＰＵ
１４６ ＥＥＰＲＯＭ
１４７ ＹＣ／ＲＧＢ変換部
１４８ ドライバ
２００ メモリカード
３１１ 旋光制御素子
３２１ 水晶板

Claims (6)

1. 焦点距離可変な撮影光学系を備え該撮影光学系を経由して入射してきた被写体光を撮像素子で捉えて画像信号を生成する撮影装置において、
   液晶を用い、印加電圧に応じて複屈折の分離幅が変化するローパスフィルタと、
   前記撮影光学系の焦点距離に応じて前記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を調整するフィルタ調整部とを備え、
   前記ローパスフィルタが、前記液晶を間に挟んで該液晶に電圧を印加する、各々が複数の電極パターンの配列からなる複数の電極を有するものであることを特徴とする撮影装置。
2. 前記複数の電極は、互いに、前記電極パターンの配列方向が異なっていることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
3. 前記複数の電極は、互いに、前記電極パターンの形状が異なっていることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
4. 前記ローパスフィルタが、液晶を用い電圧の印加を受けて該電圧に応じて複屈折の分離幅を変化させる複数枚の液晶光学素子であって、各１枚の液晶光学素子それぞれで複屈折の分離が行なわれるように配置された複数枚の液晶光学素子からなるものであることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
5. 前記ローパスフィルタが、液晶を用い電圧の印加を受けて該電圧に応じて複屈折の分離幅を変化させる複数枚の液晶光学素子と、隣接する液晶光学素子の間に配置され、入射した画像の偏光の向きを、後段側に配置された液晶光学素子で複屈折の分離が行なわれるように回転させる旋光制御素子とを備えたことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
6. 前記旋光制御素子が、液晶を用いて旋光を生じさせる液晶旋光制御素子であることを特徴とする請求項５記載の撮影装置。

Images