JP5499634B2

JP5499634B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5499634B2
Application number: JP2009248143A
Authority: JP
Inventors: 健歌川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011097288A

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来から、光学的ローパスフィルタが着脱可能に構成されたデジタルカメラが知られている（たとえば特許文献１）。

特開２００６−１７１１４９号公報

しかしながら、光学的ローパスフィルタを装着して撮影された画像では色解像度が低下するという問題がある。

請求項１に記載の発明による撮像装置は、撮影光学系を介して被写体光を受光して、画像データを出力する撮像手段と、前記撮影光学系と前記撮像手段との間の光路中に配置され、一対の複屈折性光学部材を含むローパスフィルタ部材と、前記一対の複屈折性光学部材を相対回転させて、前記ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を第１特性と第２特性との間で切り替える切替手段と、撮影指示に応じて、前記切替手段を制御して前記ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を前記第１特性に切り替えさせて、前記撮像手段を制御して第１画像データを出力させた後、前記切替手段を制御して前記ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を前記第２特性に切り替えさせて、前記撮像手段を制御して第２画像データを出力させる撮像制御手段と、前記第１画像データと前記第２画像データとを用いて、１つの画像データを作成する画像作成手段とを備え、前記撮像手段は、二次元状に配列された複数の画素を備える撮像素子を含み、前記ローパスフィルタ部材は、前記切替手段により前記第１特性に切り替えられた場合は、前記ローパスフィルタ特性を備えず、前記切替手段により前記第２特性に切り替えられた場合は、前記被写体光を常光線と異常光線とに分離する前記ローパスフィルタ特性を有し、前記常光線と前記異常光線とを前記画素の間隔にほぼ一致する距離だけ離れた位置に分離することを特徴とする。

本発明によれば、ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を第１特性に切り替えたときに撮像手段から出力された第１画像データと、ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を第２特性に切り替えたときに撮像手段から出力された第２画像データとを用いて１つの画像データを作成して、色解像度を向上させた画像を得ることができる。

本発明の実施の形態による電子カメラの要部構成を示す図実施の形態による電子カメラの制御系の構成を示すブロック図撮像素子におけるカラーフィルタの配置の一例を示す図実施の形態における光学ローパスフィルタおよび駆動部の詳細を説明する図光学ローパスフィルタの光学特性を説明する図光学ローパスフィルタが第１光学特性に設定された場合に撮像素子から出力される第１画像信号を説明する図光学ローパスフィルタが第２光学特性に設定された場合に撮像素子から出力される第２画像信号を説明する図第１画像信号および第２画像信号を用いて作成された画像データを説明する図変形例において作成された画像データを説明する図変形例における撮像素子上のカラーフィルタの配置の一例を示す図

図面を参照して、本発明による一実施の形態におけるカメラを説明する。電子カメラ１００のボディに、撮影レンズＬ１を備える交換レンズ２００が着脱可能に装着されている。電子カメラ１００のボディ側には、撮像素子１０１、光学ローパスフィルタ１０２、クイックリターンミラー１０４、焦点板１０５、ペンタプリズム１０６、接眼レンズ１０７および測光センサ１０８が設けられている。図面を参照して、本発明による実施の形態におけるカメラを説明する。図１は電子カメラ１００の要部構成を示す図である。

図２は交換レンズ２が装着された電子カメラ１００の制御系のブロック図である。図２において、図１に示した構成要素には同一の符号を付して説明する。図２に示すように、電子カメラ１００は、撮像素子１０１、光学ローパスフィルタ１０２、駆動部１０３、測光センサ１０８、制御回路１１１および操作部材１０９を備えている。なお、図１および図２において、本発明に関わる機器および装置以外のカメラの一般的な機器および装置については図示と説明を省略する。

図１を参照して説明すると、撮影レンズＬ１を通過して電子カメラ１００に入射した被写体光は、シャッタレリーズ前は図１において実線で示すように位置するクイックリターンミラー１０４で上方へ導かれて焦点板１０５に結像する。焦点板１０５に結像された被写体像は、ペンタプリズム１０６により接眼レンズ１０７および測光センサ１０８へ導かれる。その結果、被写体像がユーザに観察される。被写体光の一部はクイックリターンミラー１０４の半透過領域を透過し、サブミラー１０４ａにて下方に反射され、不図示の焦点検出用センサへ入射される。レリーズ後はクイックリターンミラー１０４が図１の破線で示される位置へ回動し、光学ローパスフィルタ１０２を介して被写体光が撮像素子１０１へ導かれ、その撮像面上に被写体像が結像する。

図２を参照して制御系について詳細に説明する。
撮像素子１０１は、撮影レンズＬ１を介して受光した被写体光をその強度に応じた画像信号（ＲＡＷ画像信号）に変換するＣＣＤやＣＭＯＳなどの光電変換素子（画素）が二次元状に配列されている。撮像素子１０１の撮像面には、各画素位置に対応してＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタが配置されている。そのため、撮像素子１０１から出力される画像信号は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色情報を含む。なお、図３の撮像素子１０１の撮像面の画素配列を表す平面図に示すように、本実施の形態の電子カメラ１００においては、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタがいわゆるベイヤー配列となるように設けられている。なお、図３は、撮像素子１０１の全撮像面のうちの一部領域を抽出して例示するものである。

撮像素子１０１の前面（被写体側）には、被写体光の内、空間周波数の高い光を除去する光学ローパスフィルタ１０２が設けられている。光学ローパスフィルタ１０２は、複屈折性を有する一対の光学部材を含んでいる。光学ローパスフィルタ１０２の一対の光学部材は、ユーザによる操作部材１０９の操作に応じた後述する制御回路１１１からの駆動信号に応じて駆動部１０３により駆動される。光学ローパスフィルタ１０２は、異なる光学特性（光学的ローパスフィルタ特性）を発生可能な可変光学ローパスフィルタである。光学ローパスフィルタ１０２が有する光学特性として、第１光学特性と第２光学特性とがある。第１光学特性は、光学ローパスフィルタ１０２が光学ローパスフィルタとして機能しない特性であり、第２光学特性は、光学ローパスフィルタ１０２が光学ローパスフィルタとして機能する特性である。以下の説明では、電子カメラ１００がユーザの撮影指示に応じて撮影処理が終了すると、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性は第１光学特性に設定されるものとする。なお、光学ローパスフィルタ１０２の詳細については後述する。

操作部材１０９は、ユーザの操作を受け付けるスイッチであり、操作内容に応じた各種の操作信号を制御回路１１１へ出力する。操作部材１０９には、電源スイッチ、レリーズスイッチ等が含まれる。駆動部１０３は、たとえばステッピングモータ等により構成され、ユーザによる操作部材１０９の操作に応じて制御回路１１１から出力される駆動信号（パルス信号）を入力すると、光学ローパスフィルタ１０２を駆動させる。すなわち、駆動部１０３は、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性を第１光学特性と第２光学特性との間で切り替える。なお、駆動部１０３の詳細についても説明を後述する。

測光センサ１０８は、二次元状に配列された複数の画素（光電変換素子）を備え、制御回路１１１に画像信号を出力する。制御回路１１１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備え、電子カメラ１００の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行する演算回路である。また、制御回路１１１は、測光センサ１０８から入力した画像信号を用いて露出演算を行って、撮影条件（シャッタ秒時、絞り値）を決定する。

さらに、制御回路１１１は、ユーザのレリーズスイッチの全押し操作に応じて操作部材１０９から撮影を指示する操作信号（撮影指示信号）を入力すると、撮像素子１０１に対して２種類の画像信号を出力させる。すなわち、制御回路１１１は、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性を第１光学特性に設定した状態で撮像素子１０１から画像信号（第１画像信号）を出力させる。第１画像信号が出力されると、制御回路１１１は、駆動部１０３へ駆動信号を出力して光学ローパスフィルタ１０２を駆動させて、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性を第２光学特性に設定させる。光学ローパスフィルタ１０２の光学特性が第２光学特性に設定されると、制御回路１１１は撮像素子１０１から画像信号（第２画像信号）を出力させる。第２画像信号が出力されると、制御回路１１１は、駆動部１０３へ駆動信号を出力して光学ローパスフィルタ１０２を駆動させて、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性を第１光学特性に設定させる。制御回路１１１は、画像作成部１１１ａを機能的に備える。画像作成部１１１ａは、上述した第１画像信号と第２画像信号とを用いて、１つの画像データを作成する。なお、画像作成部１１１ａにより処理についても詳細を後述する。

次に、光学ローパスフィルタ１０２および駆動部１０３の詳細について説明する。図４の構成図に示すように、光学ローパスフィルタ１０２は、撮影レンズＬ１から撮像素子１０１までの被写体光の光路上に設けられ、撮影レンズＬ１から入射した被写体光を撮像素子１０１へ導く。なお、図４においては、撮影レンズＬ１の光軸方向をｚ軸、ｚ軸に直交する平面をｘｙ平面として説明する。光学ローパスフィルタ１０２は、一対の前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTを備える。前部フィルタ１０２FWDは複屈折性を有し、被写体光の光路上のうち撮影レンズＬ１側に、後部フィルタ１０２AFTも同様に複屈折性を有し、撮像素子１０１側に配置される。後部フィルタ１０２AFTは、後述する駆動部１０３を構成するベース部材１０３ｂに設けられている。後部フィルタ１０２AFTは、ベース部材１０３ｂの回転駆動に連動して、撮影レンズＬ１の光軸に直交する平面上（図４のｘｙ平面上）で回転駆動を行う。

前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとは同一の材質（たとえば水晶やリチウムナイオベイト等）から作成され、結晶軸に対して所定方向の切断面を有する薄板として形成される。そのため、前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとは、撮影レンズＬ１から上述した切断面を介して入射した被写体光を、偏光状態が互いに異なる常光線と異常光線とに分離して、撮像素子１０１へ導く。なお、図４においては、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTの切断面が撮像素子１０１とほぼ同一の大きさを有する矩形形状に形成されている場合を示しているが、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTのそれぞれの切断面は、図４で示す大きさや形状に限定されるものではない。

駆動部１０３は、モータ１０３ａ、ベース１０３ｂおよび伝動部１０３ｃを含んで構成される。モータ１０３ａは、制御回路１１１からの駆動信号に応じて駆動する。ベース１０３ｂは、上述した後部フィルタ１０２AFTが設けられた、たとえば円盤状の板材である。ベース１０３ｂの中央部には、後部フィルタ１０２AFTの矩形形状とほぼ一致する形状に開口が設けられている。そして、この開口に後部フィルタ１０２AFTが埋め込まれるようにして接合されている。伝動部１０３ｃは、円盤状の板材であり、モータ１０３ａの回転駆動をベース１０３ｂへ伝える。ベース１０３ｂと伝動部１０３ｃとは、互いに噛合可能となるように、それぞれの円周に沿って、たとえば歯車等が形成されている。その結果、モータ１０３ａの回転駆動に応じて伝動部１０３ｃが回転すると、連動してベース１０３ｂが回転駆動する。

なお、本実施の形態では、ベース１０３ｂの中心と後部フィルタ１０２AFTの中心とがほぼ一致するように形成されている。すなわち、モータ１０３ａが回転駆動することにより、後部フィルタ１０２AFTは、撮影レンズＬ１の光軸（ｚ軸）を中心として、ｚ軸に直交する平面（ｘｙ平面）上を回転駆動する。換言すると、モータ１０３ａは、前部フィルタ１０２FWDの結晶軸方向と後部フィルタ１０２AFTの結晶軸方向とが相対的に異なる方向とほぼ同一の方向との間で切り替るように、後部フィルタ１０２AFTを回転駆動させる。なお、駆動部１０３が後部フィルタ１０２AFTを回転駆動させるものに代えて、前部フィルタ１０２FWDを回転駆動させるものでもよい。

図５は、前部フィルタ１０２FWD、後部フィルタ１０２AFTおよび撮像素子１０１の断面を示す。なお、図５は、撮影レンズＬ１の光軸を含んで図４のｙｚ平面に平行な平面における断面図である。図５において、ｔは光学ローパスフィルタ１０２の厚みを表し、ｄは光学ローパスフィルタ１０２によって分離される常光線と異常光線との分離量を表す。分離量ｄは、撮像素子１０１を構成する各画素の間隔（画素ピッチ）ｐとほぼ等しい値、もしくは画素ピッチｐよりも若干小さい値となるように設定される。また、分離量ｄは厚さｔに比例するので、分離量ｄが決定すると厚さｔが決まることになる。

図５に示すように、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTのｚ軸方向（光軸方向）の長さ、すなわち厚みは、ともにｔ／２である。したがって、前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとは同一の材料および同一の厚みｔ／２を有するので、同一の複屈折特性を備える。そして、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTは同一の複屈折特性を有するので、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTによる常光線と異常光線との分離量は、ともにｄ／２となる。上述した厚みｔ／２および分離量ｄ／２は、上述したように撮像素子１０１の画素ピッチｐに基づいて決定される。なお、前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとは、図５に示すようにｚ軸方向に間隔を有するものであってもよいし、前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとが密着しているものであってもよい。

図５（ａ）に、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性が第１光学特性に設定された場合、すなわち前部フィルタ１０２FWDによる被写体光の分離方向と、後部フィルタ１０２AFTの分離方向とが、ほぼ正反対の方向となる場合の常光線と異常光線との関係を示す。この場合、前部フィルタ１０２FWDによる被写体光の分離方向と後部フィルタ１０２AFTによる被写体光の分離方向とのなす角がほぼ１８０度となる（以後、ずらし角θ＝１８０度とする）。なお、図５では、前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTの結晶軸方向を、それぞれ矢印AR1、AR2で示す。

撮影レンズＬ１からの入射された円偏光の被写体光は、前部フィルタ１０２FWDにより直線偏光の常光線Ｌ１と、直線偏光の異常光線Ｌ２とに分離されて、後部フィルタ１０２AFTへ向けて射出される。すなわち、被写体光は、前部フィルタ１０２FWD内をｚ軸方向に平行に進行して射出された常光線Ｌ１と、前部フィルタ１０２FWD内を結晶軸方向（AR１）に平行に進行し、ｚ軸に平行な方向に射出される異常光線Ｌ２とに分離される。なお、上述したように、常光線Ｌ１と異常光線Ｌ２との分離量はｄ／２である。

前部フィルタ１０２FWDを透過した常光線Ｌ１は、後部フィルタ１０２AFT内をｚ軸に平行な方向に進行して、射出される。前部フィルタ１０２FWDを透過した異常光線Ｌ２は、後部フィルタ１０２AFT内を結晶軸方向（AR２）に平行に進行し、常光線と同位置から異常光線Ｌ２が射出される。これは、後部フィルタ１０２AFTの結晶軸方向（AR２）は、前部フィルタ１０２FWDの結晶軸方向（AR１）とほぼ１８０度異なる方向であること、および前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとの厚みが共にｔ／２であることによるものである。この結果、前部フィルタ１０２FWDの複屈折特性と後部フィルタ１０２AFTの複屈折特性とが相殺されるので、前部フィルタ１０２FWDによる異常光線Ｌ２の分離量ｄ／２が、後部フィルタ１０２AFTの分離特性により打ち消される。

上述した理由により、前部フィルタ１０２FWDに入射した円偏光の被写体光は、異常光線が分離されることなく撮像素子１０１に導かれる。換言すると、光学ローパスフィルタ１０２が備わっていない場合と同等の機能を有することとなる。したがって、図５（ｂ）に示すように、常光線と異常光線とが重なって、撮像素子１０１を構成する１つの画素に入射する。なお、図５（ｂ）において、白丸は常光線の入射位置を示し、黒丸は異常光線の入射位置を示す。

図５（ｃ）に、光学ローパスフィルタ１０２の特性が第２光学特性に設定された場合、すなわち前部フィルタ１０２FWDによる被写体光の分離方向、すなわち結晶軸方向と、後部フィルタ１０２AFTの結晶軸方向とをほぼ一致させた場合の常光線と異常光線との関係を示す。この場合、前部フィルタ１０２FWDによる被写体光の分離方向と後部フィルタ１０２AFTによる被写体光の分離方向とのなす角がほぼ０度となる（以後、ずらし角θ＝０度とする）。撮影レンズＬ１からの入射される被写体光は円偏光なので、前部フィルタ１０２FWDにより直線偏光の常光線Ｌ１と、直線偏光の異常光線Ｌ２とに分離されて、後部フィルタ１０２AFTへ向けて射出される。すなわち、被写体光は、前部フィルタ１０２FWD内をｚ軸方向に平行に進行して射出された常光線Ｌ１と、前部フィルタ１０２FWD内を結晶軸方向（AR１）に平行に進行し、ｚ軸に平行な方向に射出される異常光線Ｌ２とに分離される。なお、上述したように、常光線Ｌ１と異常光線Ｌ２との分離量はｄ／２である。

前部フィルタ１０２FWDを透過した常光線Ｌ１は、後部フィルタ１０２AFT内をｚ軸に平行な方向に進行して、常光線Ｌ１’として撮像素子１０１へ射出される。前部フィルタ１０２FWDを透過した異常光線Ｌ２は、後部フィルタ１０２AFT内を結晶軸方向（AR２）に平行に進行し、ｚ軸に平行な方向に異常光線Ｌ２’として撮像素子１０１へ射出される。常光線Ｌ１と異常光線Ｌ２とが分離量ｄ／２で分離されて後部フィルタ１０２AFTへ入射され、かつ、後部フィルタ１０２AFTの分離量がｄ／２であるので、後部フィルタ１０２AFTから射出された常光線Ｌ１’と異常光線Ｌ２’との分離量はｄとなる。したがって、常光線Ｌ１’と異常光線Ｌ２’とは、分離量ｄで撮像素子１０１へ入射する。すなわち、前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとは同一の分離特性を有するので、前部フィルタ１０２FWDにより分離された量が、後部フィルタ１０２AFTから射出される時点で２倍となる。換言すると、厚みｔ、分離量ｄの光学ローパスフィルタと同等の機能を有することとなる。したがって、図５（ｄ）に示すように、常光線は撮像素子１０１上のある画素に入射し、異常光線は常光線が入射した画素の隣に配置された画素（図５（ｄ）ではｙ軸方向）に入射する。なお、図５（ｄ）においては、図５（ｂ）と同様に、白丸が常光線の入射位置を示し、黒丸が異常光線の入射位置を示す。また、以下の説明においては、ｙ軸方向に異常光線が分離される場合について説明するが、ｘ軸方向に異常光線が分離されるように光学ローパスフィルタ１０２が構成されているものでもよい。

次に、電子カメラ１００の撮影動作を説明する制御回路１１１は、ユーザによるレリーズボタンの全押し操作に応じて操作部材１０９から撮影指示信号を入力すると、各部を制御して撮影処理を開始する。撮影処理の際に、制御回路１１１は、撮像素子１０１および光学ローパスフィルタ１０２を制御して、撮像素子１０１から第１画像信号および第２画像信号を出力させる。そして、制御回路１１１は第１画像信号および第２画像信号を用いて画像データを生成する。以下、第１画像信号の出力と、第２画像信号の出力と、画像データの作成とに分けて、電子カメラ１００の動作を説明する。

（１）第１画像信号の出力
制御回路１１１は、測光センサ１０８から入力した画像信号を用いた露出演算により決定した撮影条件（シャッタ秒時、絞り値）にて撮像素子１０１を露光して、第１画像信号（RAW画像信号）を出力させる。このとき、図５（ａ）に示すように、光学ローパスフィルタ１０２を構成する前部フィルタ１０２FWDの分離方向と後部フィルタ１０２AFTの分離方向とがｘｙ平面上で正反対（ずらし角θ＝１８０度）の状態に設定されている。すなわち、制御回路１１１は、光学ローパスフィルタ１０２の特性を第１光学特性に設定した状態で、撮像素子１０１から第１画像信号を出力させる。そして、制御回路１１１は第１画像信号を図示しないメモリに一時的に格納する。

図６を参照しながら、上記のようにして取得された第１画像信号について説明する。なお、以下の説明は第１画像信号のうちのＧ色成分を主として行う。図６（ａ）においては、Ｇ色のカラーフィルタが設けられた画素Ｐi１に向かって前部フィルタ１０２FWDに入射する光をＬ_ｉｎ１とする。さらに、画素Ｐi１にｙ軸方向に沿って隣接するＲ色のカラーフィルタが設けられた画素Ｐi２およびＰi３に向かって前部フィルタ１０２FWDへ入射する光をそれぞれＬ_ｉｎ２、Ｌ_ｉｎ３とする。そして、光Ｌ_ｉｎ１、Ｌ_ｉｎ２およびＬ_ｉｎ３のそれぞれに含まれるＧ色成分の光量をＧ１、Ｇ２およびＧ３とする。

光学ローパスフィルタ１０２の特性が第１光学特性に設定されると、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明したように、光学ローパスフィルタ１０２は光学ローパスフィルタ特性を備えない状態となる。そのため、光Ｌ_ｉｎ１に含まれるＧ色成分の光量Ｇ１に応じたＧ色信号Ｇsig１が画素Ｐi１から出力される。また、画素Ｐi２およびＰi３はＧ色のカラーフィルタを備えていないので、光Ｌ_ｉｎ２およびＬ_ｉｎ３に含まれるＧ色成分の光量Ｇ２およびＧ３に応じたＧ色信号Ｇsig２およびＧsig３は画素Ｐi２およびＰi３から出力されない。その結果、図３のベイヤー配列された撮像素子１０１から出力される第１画像信号については、図６（ｂ）のＧ色面データに示すようにＧ色のカラーフィルタが設けられた画素位置に対応してＧ色信号Ｇsig１の値が求まる。また、第１画像信号について、Ｇ色成分の光量Ｇ１と同様に理由により、図６（ｃ）のＲ色面データに示すようにＲ色のカラーフィルタが設けられた画素位置に対応してＲ色信号Ｒsig１の値が求まる。さらに、図６（ｄ）のＢ色面データに示すように、Ｂ色のカラーフィルタが設けられた画素位置に対応してＢ色信号Ｂsig１の値が求まる。

（２）第２画像信号の出力
第１画像信号がメモリ内に格納されると、制御回路１１１は、駆動部１０３へ駆動信号を出力して、光学ローパスフィルタ１０２の特性を第２光学特性に設定する。すなわち、駆動部１０３により後部フィルタ１０２AFTが回転駆動され、図５（ｂ）に示すように前部フィルタ１０２FWDの分離方向と後部フィルタ１０２AFTの分離方向とが一致する、すなわちずらし角θ＝０度となる。光学ローパスフィルタ１０２の特性が第２光学特性に設定されると、制御回路１１１は、第１画像信号が出力されたときと同一の撮影条件（シャッタ秒時、絞り値）にて撮像素子１０１を露光して、第２画像信号（RAW画像信号）を出力させる。そして、制御回路１１１は第２画像信号を図示しないメモリに一時的に格納する。第２画像信号が取得されると、制御回路１１１は駆動部１０３へ駆動信号を出力して、光学ローパスフィルタ１０２の特性を第１光学特性に設定する。

図７を参照しながら、上記のようにして取得された第２画像信号について説明する。なお、以下の説明は第２画像信号のうちのＧ色成分を主として行う。図７（ａ）においても、図６（ａ）と同一の構成には同一の符号を付与するものとする。光学ローパスフィルタ１０２の特性が第２光学特性に設定されると、図５（ｃ）および図５（ｄ）を用いて説明したように、光学ローパスフィルタ１０２は厚みｔ、分離量ｄの光学ローパスフィルタと同等の機能を有することとなる。

この場合、図７（ａ）に示すように、光Ｌ_ｉｎ１に含まれるＧ色成分の光量Ｇ１は、前部フィルタ１０２FWDによりＧ色成分の光量がＧ１／２となった常光線と、Ｇ色成分の光量がＧ１／２となった異常光線とに分離される。このうち、Ｇ色成分の光量（Ｇ１／２）の常光線が画素Ｐi１に入射する。さらに光Ｌ_ｉｎ２に含まれるＧ色成分の光量Ｇ２は、前部フィルタ１０２FWDによりＧ色成分の光量がＧ２／２となった常光線と、Ｇ色成分の光量がＧ２／２となった異常光線とに分離される。このうち、Ｇ色成分の光量（Ｇ２／２）の異常光線が画素Ｐi１に入射する。すなわち、光Ｌ_ｉｎ１に含まれるＧ色成分の光量Ｇ１のうちの光量（Ｇ１／２）と、光Ｌ_ｉｎ２に含まれるＧ色成分の光量Ｇ２のうちの光量（Ｇ２／２）とが加算されたＧ色成分の光量Ｇ１’が画素Pi１に入射する。なお、Ｇ１’は以下の式（１）により表される。
Ｇ１’＝（Ｇ１＋Ｇ２）／２・・・（１）

そして、画素Pi１は、Ｇ色成分の光量Ｇ１’に対応するＧ色信号Ｇsig１’を出力する。Ｇ色成分の光量Ｇ１’が上記の式（１）で表されるので、画素Pi１から出力されるＧ色信号Ｇsig１’は、以下の式（２）で表される。
Ｇsig１’＝（Ｇsig１＋Ｇsig２）／２・・・（２）

その結果、図３のベイヤー配列された撮像素子１０１から出力される第２画像信号については、図７（ｂ）のＧ色面データに示すようにＧ色のカラーフィルタが設けられた画素位置に対応してＧ色信号Ｇsig１’の値が求まる。また、第２画像信号について、Ｇ色成分光量Ｇ１’と同様に理由により、図７（ｃ）のＲ色面データに示すようにＲ色のカラーフィルタが設けられた画素位置に対応してＲ色信号Ｒsig１’の値が求まる。また、図７（ｄ）のＢ面色データに示すようにＢ色のカラーフィルタが設けられた画素位置に対応してＢ色信号Ｂsig１’の値が求まる。

（３）画像データの作成
画像作成部１１１ａは、上述したようにしてメモリ内に格納された第１画像信号および第２画像信号を用いて、画像データを作成する。なお、以下の説明はＧ色成分について行う。画像作成部１１１ａは、第１画像信号と第２画像信号とを用いて、Ｇ色のカラーフィルタ以外のカラーフィルタ（Ｒ色またはＢ色）が設けられた画素（図６、図７における画素Pi２またはPi３）に向かって入射する光（図６、図７における光Ｌ_ｉｎ２またはＬ_ｉｎ３）に含まれるＧ色成分の光量を算出する。この場合、画像作成部１１１ａは、上述した式（２）を変形した以下の式（３）を用いて、画素Pi２にＧ色のカラーフィルタが設けられていると仮定した場合に出力されるＧ色信号Ｇsig２を算出する。
Ｇsig２＝２×Ｇsig１’−Ｇsig１・・・（３）

式（３）に示すように、画像作成部１１１ａは、第２画像信号のうちの画素Pi１から出力されたＧ色信号Ｇsig１’を２倍してから、第１画像信号のうちの画素Pi１から出力されたＧ色信号Ｇsig１を減算することにより、画素Pi２にＧ色のカラーフィルタが設けられていると仮定した場合に出力されるＧ色信号Ｇsig２を算出する。このＧ色信号Ｇsig２に対応するＧ色成分の光量Ｇ２が画素Pi２に向かって入射する光Ｌ_ｉｎ２に含まれている。換言すると、第１および第２画像信号のうち、同一の画素から出力されたＧ色信号Ｇsig１、Ｇsig１’を用いて、Ｇ色のカラーフィルタ以外のカラーフィルタが設けられた画素に向かって入射する光に含まれるＧ色成分の光量が求まる。なお、上述の式（１）を変形した以下の式（４）により、画素Pi２に向かって入射する光Ｌ_ｉｎ２に含まれるＧ色成分の光量Ｇ２が表される。
Ｇ２＝２×Ｇ１’−Ｇ１・・・（４）

画像作成部１１１ａは、以上の処理をＧ色のカラーフィルタが設けられた全ての画素から出力されたＧ色信号に対して施す。そして、画像作成部１１１ａは、Ｇ色のカラーフィルタ以外のカラーフィルタが設けられた全ての画素位置でのＧ色信号Ｇsig２を算出する。その結果、画像作成部１１１ａは、図８（ａ）のＧ色面データに示すように、撮像素子１０１の全ての画素に対応する位置のＧ色信号を得る。なお、図８（ａ）のＧ色面データは、図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すようにして得られたＧ色面データに基づく場合を示している。

また、画像生成部１１１ａは、Ｇ色信号の場合と同様にしてＲ色信号Ｒsig２とＢ色信号Ｂsig２を算出する。なお、画像生成部１１１ａは、図８（ｂ）のＲ色面データに示すようにｘ軸方向について１列おきにＲ色信号を算出する。また、画像生成部１１１ａは、図８（ｃ）のＢ色面データに示すようにｘ軸方向について１列おきにＢ色信号を算出する。これは、撮像素子１０１が図３に示すようにベイヤー配列を有しているために、Ｒ色のカラーフィルタまたはＢ色のカラーフィルタが設けられた画素はＧ色のカラーフィルタが設けられた画素の半数であることに起因する。画像生成部１１１ａは、Ｒ色信号が算出されていない列に関しては、たとえば隣接する２つの列のＲ色信号の平均や、Ｇ色信号との色差等を用いた公知の補間技術を用いて算出すればよい。また、Ｂ色信号の値が算出されていない列に関しても、画像生成部１１１ａは、Ｒ色信号の場合と同様に補間により算出すればよい。

以上で説明した実施の形態による電子カメラ１００によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）撮像素子１０１は、撮影レンズＬ１を介して被写体光を受光して、画像信号を出力し、光学ローパスフィルタ１０２は、撮影レンズＬ１と撮像阻止１０１との間の光路中に配置され、一対の複屈折性光学部材である前部フィルタ１０２FWDと後部フィルタ１０２AFTとを含む。駆動部１０３は、後部フィルタ１０２AFTを前部フィルタ１０２FWDに対して相対回転させて、光学ローパスフィルタ１０２の特性を第１光学特性と第２光学特性との間で切り替える。制御回路１１１は、操作部１０９から全押し操作信号を入力すると、光学ローパスフィルタ１０２の特性を光学ローパスフィルタとして機能しない第１光学特性に設定させ、撮像素子１０１から第１画像信号を出力させる。第１画像信号が出力された後、制御回路１１１は、駆動部１０３に駆動信号を出力して光学ローパスフィルタ１０２を相対回転させて、光学ローパスフィルタ１０２の特性を光学ローパスフィルタとして機能する第２光学特性に切り替えさせて、撮像素子１０１から第２画像信号を出力させる。そして、画像作成部１１１ａは、第１画像信号と第２画像信号とを用いて、１つの画像データを作成する。

従来の技術では、図６（ａ）または図７（ａ）の画素Pi２やPi３に入射する光に含まれるＧ色成分の光量に対応するＧ色信号は、周囲のＧ色のカラーフィルタが設けられた画素Pi１から出力されたＧ色信号を用いて補間により算出されていた。このため、たとえば天体写真などのように被写体光が点像として結像するような場合に、Ｇ色のカラーフィルタが設けられていない画素にＧ色成分を含む光が入射し、周囲に隣接するＧ色のカラーフィルタが設けられた画素にＧ色成分を含まない光が入射すると、画像データ上でＧ色成分が再現されなくなる。

これに対して本実施の形態の電子カメラ１００によれば、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性が第２光学特性に設定されると、Ｇ色のカラーフィルタが設けられていない画素に進行するＧ色成分を含む光は、周囲に隣接するＧ色のカラーフィルタが設けられた画素にも入射する。このため、画像作成部１１１ａにより第１画像信号と第２画像信号とを用いて作成された画像データ（Ｇ色面データ）には、全画素位置について、現実に画素に入射した光のＧ色成分の光量に対応したＧ色信号が反映される。したがって、上記の従来の技術の補間処理を用いた場合のように画像データ上でＧ色成分が再現されなくなることを防ぎ、色解像度の高いＧ色面データが得られる。また、Ｒ面色データおよびＢ面色データについても、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、ｘ方向に１列おきにＲ色信号、Ｂ色信号が得られるので、Ｒ色およびＢ色についても色解像度を向上させることができる。その結果、これら色解像度が向上されたＲ，Ｇ，Ｂの各色面データに基づいて生成される画像データの解像度が向上される。

（２）光学ローパスフィルタ１０２は、第２光学特性に設定された場合は、被写体光を常光線と異常光線とに分離する。このとき、常光線と異常光線とは、光学ローパスフィルタ１０２により撮像素子１０１の各画素の間隔（画素ピッチｐ）にほぼ一致する距離だけ離れた位置に分離される。すなわち、光学ローパスフィルタ１０２により分離された異常光線は、常光線が入射する画素とｙ軸方向に隣接し、常光線が入射する画素とは異なるカラーフィルタが設けられた画素に入射する。すなわち、光学ローパスフィルタ１０２の光学特性が第２光学特性に設定されると、Ｇ色のカラーフィルタが設けられていない画素に進行するＧ色成分を含む光は、周囲に隣接するＧ色のカラーフィルタが設けられた画素に確実に入射する。その結果、被写体光に含まれるＧ色成分の光が第２画像信号に確実に反映されるので、画像作成部１１１ａにより作成される画像データの色解像度の向上に寄与する。

−変形例１−
第２画像信号を取得した後、さらに光学ローパスフィルタ１０２を回転させるようにしてもよい。この場合、電子カメラ１００は、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTの両方を同時に回転駆動させる第２駆動部（不図示）をさらに備える。第２駆動部も、駆動部１０３と同様に、たとえばステッピングモータ等により構成され、制御回路１１１からの駆動信号に応じて、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTを撮影レンズＬ１の光軸方向（ｚ軸）に直交する平面内で回転駆動させる。なお、このとき第２駆動部は、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTをほぼ９０度回転させる。

制御回路１１１は、実施の形態で説明したようにして第２画像信号を取得すると、駆動部１０３に駆動信号を出力せず、第２駆動部に駆動信号を出力する。この結果、光学ローパスフィルタ１０２は第２光学特性に設定された状態のまま、ｚ軸に直交する平面内をほぼ９０度回転する。光学ローパスフィルタ１０２の回転駆動が終了すると、制御回路１１１は、撮像素子１０１を制御して第３画像信号（RAW画像信号）を出力させる。なお、この場合の撮影条件（シャッタ秒時、絞り値）は、第１画像信号および第２画像信号を出力させた場合と同一である。第３画像信号が取得される際には、光学ローパスフィルタ１０２は第１および第２画像信号が取得された場合と比べてほぼ９０度回転している。そのため、光学ローパスフィルタ１０２により分離された異常光線は常光線が入射した画素に対してｘ軸方向に隣接して配置された画素に入射する。

画像作成部１１１ａは、第１画像信号と第３画像信号とを用いて、上述した画像データ作成処理と同様の処理を行って、Ｒ色面データおよびＢ色面データを作成する。上記のように第３画像信号を取得する際には異常光線はｘ軸方向に分離されるので、画像生成部１１１ａは、図９（ａ）のＲ色面データに示すようにｙ軸方向について１列おきにＲ色信号Ｒsig２’を算出する。また、画像生成部１１１ａは、図９（ｂ）のＢ色面データに示すようにｙ軸方向について１列おきにＢ色信号Ｂsig２’を算出する。

そして、画像作成部１１１ａは、図８（ｂ）に示すＲ色面データと図９（ａ）に示すＲ色面データとを用いて、図９（ｃ）に示すＲ色面データを生成する。また、画像作成部１１１ａは、図８（ｃ）に示すＢ色面データと図９（ｂ）に示すＢ色面データとを用いて、図９（ｄ）に示すＢ色面データを生成する。その結果、Ｒ色成分およびＢ色成分の色解像度を実施の形態の場合よりも向上させることができる。

−変形例２−
撮影レンズＬ１から入射した被写体光の光路上に一対の前部フィルタおよび後部フィルタを有する光学ローパスフィルタを２つ備えるもであっても、上記の変形例１と同様の効果を得ることができる。この場合、２つの光学ローパスフィルタのうち、一方の光学ローパスフィルタの特性が第２光学特性に設定された場合の異常光線の分離方向と、他方の光学ローパスフィルタの特性が第２光学特性に設定された場合の異常光線の分離方向とは、互いにほぼ９０度異なる方向となるように配置される。

第１画像信号を取得する際には、制御回路１１１は、駆動部に駆動信号を出力して２つの光学ローパスフィルタをｘｙ平面上で回転駆動させて、２つの光学ローパスフィルタの特性を第１光学特性に設定させる。第２画像信号を取得する際には、制御回路１１１は、駆動部に駆動信号を出力して、２つの光学ローパスフィルタのうちの一方の光学ローパスフィルタをｘｙ平面上で回転駆動させて、第２光学特性に設定させる。このとき、制御回路１１１は、２つの光学ローパスフィルタのうちの他方の光学ローパスフィルタについてはｘｙ平面上で回転駆動させず、第１光学特性に設定させたままとする。

第３画像信号を取得する際には、制御回路１１１は、駆動部に駆動信号を出力して、第２画像信号取得時に第２光学特性に設定された光学ローパスフィルタをｘｙ平面上で回転駆動させて、第１光学特性に設定させる。さらに、制御回路１１１は、駆動部に駆動信号を出力して、第２画像信号取得時に第１光学特性に設定された光学ローパスフィルタをｘｙ平面上で回転駆動させて、第２光学特性に設定させる。

画像作成部１１１ａは、上述のようにして得られた第１画像信号と第２画像信号とを用いて、図８に示すＧ色面データ、Ｒ色面データおよびＢ色面データを作成する。また、画像作成部１１１ａは、第１画像信号と第３画像信号とを用いて、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すＲ色面データおよびＢ色面データを作成する。そして、上記変形例１の場合と同様にして、画像作成部１１１ａは、図９（ｃ）および図９（ｄ）に示すＲ色面データおよびＢ色面データを作成する。

以上で説明した実施の形態および変形例１〜２を、以下のように変形できる。
（１）前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTを同一の材質により構成するものに代えて、異なる材質により構成されるようにしてもよい。この場合、たとえば、前部フィルタ１０２FWDを水晶により構成し、後部フィルタ１０２AFTをリチウムナイオベイトにより構成すればよい。この場合、前部フィルタ１０２FWDおよび後部フィルタ１０２AFTを異なる厚みとすることで、光学ローパスフィルタ１０２の分離量ｄを画素ピッチｐに応じた値となるよう構成すればよい。

（２）撮像素子１０１に設けられたＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの配列は、図３に示すベイヤー配列に限定されない。たとえば図１０に示すように、Ｒ，Ｇ，ＢのカラーフィルタがいわゆるＧストライプ配列となるように設けられていてもよい。なお、図１０は、撮像素子１０１の全撮像面のうちの一部領域を抽出して例示するものである。

また、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。説明に用いた実施の形態および変形例は、それぞれを適宜組合わせて構成しても構わない。

１０１・・・撮像素子、１０２・・・光学ローパスフィルタ、
１０２FWD・・・前部フィルタ、１０２AFT・・・後部フィルタ、
１０３・・・駆動部、１１１・・・制御回路
１１１ａ・・・画像作成部

Claims

撮影光学系を介して被写体光を受光して、画像データを出力する撮像手段と、
前記撮影光学系と前記撮像手段との間の光路中に配置され、一対の複屈折性光学部材を含むローパスフィルタ部材と、
前記一対の複屈折性光学部材を相対回転させて、前記ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を第１特性と第２特性との間で切り替える切替手段と、
撮影指示に応じて、前記切替手段を制御して前記ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を前記第１特性に切り替えさせて、前記撮像手段を制御して第１画像データを出力させた後、前記切替手段を制御して前記ローパスフィルタ部材のローパスフィルタ特性を前記第２特性に切り替えさせて、前記撮像手段を制御して第２画像データを出力させる撮像制御手段と、
前記第１画像データと前記第２画像データとを用いて、１つの画像データを作成する画像作成手段とを備え、
前記撮像手段は、二次元状に配列された複数の画素を備える撮像素子を含み、
前記ローパスフィルタ部材は、前記切替手段により前記第１特性に切り替えられた場合は、前記ローパスフィルタ特性を備えず、前記切替手段により前記第２特性に切り替えられた場合は、前記被写体光を常光線と異常光線とに分離する前記ローパスフィルタ特性を有し、前記常光線と前記異常光線とを前記画素の間隔にほぼ一致する距離だけ離れた位置に分離することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記出力される画像データは第１色、第２色および第３色の３つの色データを含み、
前記複数の画素のうちの半数の第１画素は前記第１色の色データを出力し、
前記複数の画素のうちの第２画素は、前記第１色の色データを出力する前記第１画素の所定方向に隣接して、前記第１色とは異なる色データを出力し、
前記ローパスフィルタ部材は、前記切替手段により前記第２特性に切り替えられた場合は、前記所定方向へ前記異常光線を分離することを特徴とする撮像装置。
請求項２に記載の撮像装置において、
前記撮像制御手段は、前記撮像手段を制御して、前記第１画像データと前記第２画像データとを同一の露光時間で出力させ、
前記画像作成手段は、前記第１画像データから、前記第１画素が出力する前記第１色の色データの値を抽出する第１抽出部と、
前記第２画像データから、前記第１画素が出力する前記第１色の色データの値を抽出する第２抽出部と、
前記第２抽出部により抽出された前記第１色の色データの値を２倍してから、前記第１抽出部により抽出された前記第１色の色データを減算して、前記第２画素の前記第１色の色データの値を算出する算出部とを含むことを特徴とする撮像装置。