撮影装置
【課題】 解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められた撮影装置を提供する。
【解決手段】 撮影光学系１に、印加電圧に応じて複屈折の分離幅が被写界の各領域ごとに調整自在な液晶光学ローパスフィルタ３を備え、メインＣＰＵ１４５でモアレが検出された領域においてはモアレを消失するとともにモアレが検出された領域以外の領域においては高周波成分が除去されないように、フィルタ調整部４で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。
【解決手段】 撮影光学系１に、印加電圧に応じて複屈折の分離幅が被写界の各領域ごとに調整自在な液晶光学ローパスフィルタ３を備え、メインＣＰＵ１４５でモアレが検出された領域においてはモアレを消失するとともにモアレが検出された領域以外の領域においては高周波成分が除去されないように、フィルタ調整部４で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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）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、これにより撮影画像の色や輝度が周期的に変動する縞状の模様（モアレ）として視認される。
【０００４】
このようなモアレを低減するために、撮影レンズとＣＣＤとの間に配置され、被写体光の高周波成分を除去する光学的ローパスフィルタが知られている。例えば、光線をずらす方向が互いに異なる３枚の水晶板からなる光学的ローパスフィルタで、ＣＣＤ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、モアレを低減する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−２０４７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ＣＣＤには、光電変換素子上に、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のカラーフィルタアレイが配備される。ここで、特許文献１に提案された光学的ローパスフィルタは、３枚の水晶板それぞれが有する固有の屈折率により一義的に定まる複屈折の分離幅を有する光学的ローパスフィルタであるため、例えば、ＧＲＢストライプ配列方式を採用したカラーフィルタアレイが配備されたＣＣＤにおいて１／３ｄ（ｄ：画素ピッチ）、ベイヤ配列方式を採用したカラーフィルタアレイが配備されたＣＣＤにおいて１／２ｄの空間周波数の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）成分を０にしようとすると、それよりも低い空間周波数のＭＴＦ成分も除去されてしまい、従って解像度が低下するという問題が発生する。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められた撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の撮影装置は、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、
上記撮影光学系が、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の撮影装置は、撮影光学系が、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタを備えたものであるため、撮像素子の画素ピッチやカラーフィルタの色配列ピッチに見合った分離幅となるように、その撮像素子に入射される被写体の光線の方向を自在に調整することができる。従って、特許文献１に提案された、３枚の水晶板それぞれが有する固有の屈折率により一義的に定まる複屈折の分離幅を有する光学的ローパスフィルタの技術と比較し、例えばある特定の色配列方式を採用したカラーフィルタアレイが配備された撮像素子において所望の空間周波数のＭＴＦ成分を０にした場合であっても、その空間周波数よりも低い空間周波数のＭＴＦ成分が除去されることもなく、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められる。
【０００９】
ここで、上記ローパスフィルタは、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ことが好ましい。
【００１０】
このようなローパスフィルタであると、印加電圧に応じて液晶分子の配列の方向を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自在に且つ簡単に調整することができる。
【００１１】
また、上記撮影光学系が、絞り径の調整が自在な絞り部材を備え、この撮影装置が、上記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を上記絞り部材の絞り径に応じて調整するフィルタ調整部を備えたものであることも好ましい態様である。
【００１２】
撮影レンズのＭＴＦ特性は絞り値（Ｆ値）に応じて変化する。例えば、撮影レンズのＦ値が小さい場合、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値は比較的高く、従って高周波を除去する必要性がでてくる。一方、撮影レンズのＦ値が大きい場合、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値はほぼ０となり、従って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Ｆ値に応じて変化するため、その撮影レンズのＭＴＦ特性に合わせて、ローパスフィルタの分離幅を変化させるようにすると、小絞りでの解像力を改善することができる。
【００１３】
さらに、上記ローパスフィルタは、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものであり、
上記撮像素子上に形成された被写体像の各領域のモアレを検出するモアレ検出部と、
上記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を、上記複数の領域について独立にモアレが消失するように調整するフィルタ調整部とを備えたものであることも好ましい。
【００１４】
このようにすると、モアレが検出された領域においてはモアレを消失することができるとともに、モアレが検出された領域以外の領域においては高周波成分が除去されることもなく、従って画像全体の画質を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められた撮影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すカメラ１００は、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、絞り部材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、ズームレンズ１０１＿１とフォーカスレンズ１０１＿２から構成されている。
【００２７】
液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタであり、詳細には、この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。さらに、この液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものである。
【００２８】
また、絞り部材２は、絞り径の調整が自在な部材であり、このカメラ１００には、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、絞り部材２の絞り径に応じて調整するフィルタ調整部４が備えられている。
【００２９】
また、このカメラ１００には、ズームレンズ１０１＿１を駆動するズーム駆動部５と、フォーカスレンズ１０１＿２を駆動するフォーカス駆動部６と、絞り部材２を駆動する絞り駆動部７と、ズームレンズ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。
【００３０】
さらに、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。
【００３１】
また、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。
【００３２】
さらに、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。
【００３３】
また、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。
【００３４】
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。
【００３５】
測光・測距用ＣＰＵ１３７は、撮影レンズ１０１，絞り部材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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
電源１４１は、このカメラ１００の各部に電力を供給する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
メインＣＰＵ１４５は、このカメラ１００全体の制御を行なう。また、このメインＣＰＵ１４５は、本発明にいうモアレ検出部の役割を担うものであり、ＣＣＤ１３２上に形成された被写体像を表わす画像の各領域のモアレを検出する。ここで、前述したように、液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものであり、また上述したフィルタ調整部４は、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、複数の領域について独立にモアレが消失するように調整するものでもある。尚、詳細については後述する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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Ｂ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、モアレを低減する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
本実施形態のカメラ１００は、撮影光学系１が、複屈折の分離幅の調整が自在な液晶光学ローパスフィルタ３を備えたものであるため、ＣＣＤ１３２の画素ピッチやカラーフィルタの色配列ピッチに見合った分離幅となるように、そのＣＣＤ１３２に入射される被写体の光線の方向を自在に調整することができる。従って、特許文献１に提案された、３枚の水晶板それぞれが有する固有の屈折率により一義的に定まる複屈折の分離幅を有する技術と比較し、所望の空間周波数のＭＴＦ成分を０にした場合であっても、その空間周波数よりも低い空間周波数のＭＴＦ成分が除去されることを防止することができ、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められる。
【００５８】
図６は、本実施形態の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。
【００５９】
図６には、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。
【００６０】
図７は、図６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。
【００６１】
図７に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿１は、図６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。
【００６２】
図８は、図６，図７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。
【００６３】
図８に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿２は、図６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。
【００６４】
図９は、図６，図７，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。
【００６５】
図９に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿３は、図６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。
【００６６】
また、本実施形態のカメラ１００では、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、絞り部材２の絞り径に応じてフィルタ調整部４で調整することにより、小絞りでの解像力を改善することができる。以下、図１０を参照して説明する。
【００６７】
図１０は、撮影レンズのＦ値と解像力の関係を示す図である。
【００６８】
図１０の横軸は空間周波数を示し、縦軸はＭＴＦを示す。尚、横軸の１／ｄ（ｄ：画素ピッチ）は空間サンプリング周波数の位置を示し、１／２ｄはナイキスト周波数の位置を示す。
【００６９】
撮影レンズのＭＴＦ特性は絞り値（Ｆ値）に応じて変化する。例えば、この図１０に示すように、撮影レンズのＦ値が小さく（Ｆ２．８）なると、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値は比較的高く、従って高周波を除去する必要性がある。
【００７０】
一方、撮影レンズのＦ値が大きく（Ｆ１１）なると、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値はほぼ０となり、従って高周波を除去する必要性は低くなる。このように、撮影レンズのＭＴＦ特性はＦ値に応じて変化する。そこで、本実施形態のカメラ１００では、このカメラ１００の撮影レンズ１０１のＭＴＦ特性に合わせて、即ち絞り部材２の絞り径に応じて液晶光学ローパスフィルタ３の分離幅をフィルタ調整部４で調整することにより、小絞りでの解像力の改善が図られている。次に、モアレについて説明する。
【００７１】
図１１は、被写体光を表わす画像信号と折り返し成分の関係を示す図である。
【００７２】
図１１の横軸は周波数を示し、縦軸はＭＴＦを示す。また、実線で示すｆｓは被写体光を表わす画像信号の周波数、ｆｃは画素ピッチにより定まる空間サンプリング周波数、ｆｎはその空間サンプリング周波数の１／２の周波数であるナイキスト周波数を示す。
【００７３】
ＣＣＤには、画素が離散的に二次元的に配置されており、その上に、撮影レンズを経由して入射されてきた被写体の光学像が結像される。従って、光学像は連続的な画像であるが、光電変換される際に空間サンプリング周波数ｆｃによるサンプリングが行なわれる。ここで、画素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、この図１１に点線で示すように、空間サンプリング周波数ｆｃと画像信号の周波数ｆｓとの差分（ｆｃ−ｆｓ）からなる折り返し歪みが生じる。画像信号ｆｓの成分に、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）が発生して画質が低下する。
【００７４】
図１２は、モアレを説明するための図である。
【００７５】
図１２（ａ）には、折り返し歪みの成分の有無を判定するためのＣＺＰ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｚｏｎｅ Ｐｌａｔｅ）チャートＡが示されている。また、図１２（ｂ）には、図１２（ａ）に示すＣＺＰチャートＡの画像Ｂが示されている。この図１２（ｂ）に示す画像Ｂには、本来信号がない部分にＣＺＰチャートの画像Ｃ（折り返し歪みの成分）が現れてモアレが発生している。このモアレは光電変換の時点で発生するため、撮影レンズとＣＣＤの間に光学ローパスフィルタを配備して除去する必要がある。
【００７６】
図１３は、本実施形態のカメラに備えられた画像表示ＬＣＤに表示された撮影画像の一例を示す図である。
【００７７】
画像表示ＬＣＤ１０２には、木を表わす画像領域１００１と、縞模様の服を着た人物を表わす画像領域１００２を有する撮影画像１０００が表示されている。ここで、木を表わす画像領域１００１にはナイキスト周波数以上の周波数の成分は含まれておらず、一方人物を表わす画像領域１００２のうちの縞模様の服を表わす画像領域部分１００２ａにはナイキスト周波数以上の周波数の成分が含まれている。
【００７８】
ここで、前述したように、本実施形態のカメラ１００に備えられた液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものである。また、本発明にいうモアレ検出部の役割を担うメインＣＰＵ１４５は、ＣＣＤ１３２上に形成された被写体像を表わす画像の各領域のモアレを検出するものである。尚、モアレを検出する技術としては、非合焦状態ではモアレが生じないことに着目して合焦状態における画像信号から非合焦状態における画像信号を減算してモアレ信号を得る技術や、高周波領域のパワースペクトルのピーク値の変化と低周波領域のパワースペクトルのピーク値の変化の相関に基づいてモアレの有無およびモアレの周波数を判断する技術が知られており、メインＣＰＵ１４５は、このような公知技術を用いて画像の各領域のモアレを検出する。さらに、フィルタ調整部４は、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、複数の領域について独立にモアレが消失するように調整する。具体的には、メインＣＰＵ１４５で画像領域部分１００２ａのモアレを検出し、フィルタ調整部４でその画像領域部分１００２ａにおいてはモアレを消失するとともに、モアレが検出された画像領域部分１００２ａを含む画像領域１００２以外の画像領域１００１においては高周波成分が除去されないように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。このように調整することにより、撮影画像１０００全体の画質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】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２】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３】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４】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５】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。
【図６】本実施形態の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７】図６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６，図７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】図６，図７，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１０】撮影レンズのＦ値と解像力の関係を示す図である。
【図１１】被写体光を表わす画像信号と折り返し成分の関係を示す図である。
【図１２】モアレを説明するための図である。
【図１３】本実施形態のカメラに備えられた画像表示ＬＣＤに表示された撮影画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 撮影光学系
２ 絞り部材
３，３＿１，３＿２，３＿３ 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 フィルタ調整部
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
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
１００ カメラ
１０１ 撮影レンズ
１０１＿１ ズームレンズ
１０１＿２ フォーカスレンズ
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
１０００ 撮影画像
１００１，１００２ 画像領域
１００２ａ 画像領域の部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）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、これにより撮影画像の色や輝度が周期的に変動する縞状の模様（モアレ）として視認される。
【０００４】
このようなモアレを低減するために、撮影レンズとＣＣＤとの間に配置され、被写体光の高周波成分を除去する光学的ローパスフィルタが知られている。例えば、光線をずらす方向が互いに異なる３枚の水晶板からなる光学的ローパスフィルタで、ＣＣＤ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、モアレを低減する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−２０４７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ＣＣＤには、光電変換素子上に、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のカラーフィルタアレイが配備される。ここで、特許文献１に提案された光学的ローパスフィルタは、３枚の水晶板それぞれが有する固有の屈折率により一義的に定まる複屈折の分離幅を有する光学的ローパスフィルタであるため、例えば、ＧＲＢストライプ配列方式を採用したカラーフィルタアレイが配備されたＣＣＤにおいて１／３ｄ（ｄ：画素ピッチ）、ベイヤ配列方式を採用したカラーフィルタアレイが配備されたＣＣＤにおいて１／２ｄの空間周波数の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）成分を０にしようとすると、それよりも低い空間周波数のＭＴＦ成分も除去されてしまい、従って解像度が低下するという問題が発生する。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められた撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の撮影装置は、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、
上記撮影光学系が、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の撮影装置は、撮影光学系が、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタを備えたものであるため、撮像素子の画素ピッチやカラーフィルタの色配列ピッチに見合った分離幅となるように、その撮像素子に入射される被写体の光線の方向を自在に調整することができる。従って、特許文献１に提案された、３枚の水晶板それぞれが有する固有の屈折率により一義的に定まる複屈折の分離幅を有する光学的ローパスフィルタの技術と比較し、例えばある特定の色配列方式を採用したカラーフィルタアレイが配備された撮像素子において所望の空間周波数のＭＴＦ成分を０にした場合であっても、その空間周波数よりも低い空間周波数のＭＴＦ成分が除去されることもなく、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められる。
【０００９】
ここで、上記ローパスフィルタは、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ことが好ましい。
【００１０】
このようなローパスフィルタであると、印加電圧に応じて液晶分子の配列の方向を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自在に且つ簡単に調整することができる。
【００１１】
また、上記撮影光学系が、絞り径の調整が自在な絞り部材を備え、この撮影装置が、上記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を上記絞り部材の絞り径に応じて調整するフィルタ調整部を備えたものであることも好ましい態様である。
【００１２】
撮影レンズのＭＴＦ特性は絞り値（Ｆ値）に応じて変化する。例えば、撮影レンズのＦ値が小さい場合、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値は比較的高く、従って高周波を除去する必要性がでてくる。一方、撮影レンズのＦ値が大きい場合、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値はほぼ０となり、従って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Ｆ値に応じて変化するため、その撮影レンズのＭＴＦ特性に合わせて、ローパスフィルタの分離幅を変化させるようにすると、小絞りでの解像力を改善することができる。
【００１３】
さらに、上記ローパスフィルタは、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものであり、
上記撮像素子上に形成された被写体像の各領域のモアレを検出するモアレ検出部と、
上記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を、上記複数の領域について独立にモアレが消失するように調整するフィルタ調整部とを備えたものであることも好ましい。
【００１４】
このようにすると、モアレが検出された領域においてはモアレを消失することができるとともに、モアレが検出された領域以外の領域においては高周波成分が除去されることもなく、従って画像全体の画質を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められた撮影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すカメラ１００は、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、絞り部材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、ズームレンズ１０１＿１とフォーカスレンズ１０１＿２から構成されている。
【００２７】
液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタであり、詳細には、この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。さらに、この液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものである。
【００２８】
また、絞り部材２は、絞り径の調整が自在な部材であり、このカメラ１００には、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、絞り部材２の絞り径に応じて調整するフィルタ調整部４が備えられている。
【００２９】
また、このカメラ１００には、ズームレンズ１０１＿１を駆動するズーム駆動部５と、フォーカスレンズ１０１＿２を駆動するフォーカス駆動部６と、絞り部材２を駆動する絞り駆動部７と、ズームレンズ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。
【００３０】
さらに、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。
【００３１】
また、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。
【００３２】
さらに、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。
【００３３】
また、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。
【００３４】
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。
【００３５】
測光・測距用ＣＰＵ１３７は、撮影レンズ１０１，絞り部材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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
電源１４１は、このカメラ１００の各部に電力を供給する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
メインＣＰＵ１４５は、このカメラ１００全体の制御を行なう。また、このメインＣＰＵ１４５は、本発明にいうモアレ検出部の役割を担うものであり、ＣＣＤ１３２上に形成された被写体像を表わす画像の各領域のモアレを検出する。ここで、前述したように、液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものであり、また上述したフィルタ調整部４は、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、複数の領域について独立にモアレが消失するように調整するものでもある。尚、詳細については後述する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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Ｂ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、モアレを低減する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
本実施形態のカメラ１００は、撮影光学系１が、複屈折の分離幅の調整が自在な液晶光学ローパスフィルタ３を備えたものであるため、ＣＣＤ１３２の画素ピッチやカラーフィルタの色配列ピッチに見合った分離幅となるように、そのＣＣＤ１３２に入射される被写体の光線の方向を自在に調整することができる。従って、特許文献１に提案された、３枚の水晶板それぞれが有する固有の屈折率により一義的に定まる複屈折の分離幅を有する技術と比較し、所望の空間周波数のＭＴＦ成分を０にした場合であっても、その空間周波数よりも低い空間周波数のＭＴＦ成分が除去されることを防止することができ、解像度の低下が小さく抑えられて画質が高められる。
【００５８】
図６は、本実施形態の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。
【００５９】
図６には、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。
【００６０】
図７は、図６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。
【００６１】
図７に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿１は、図６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。
【００６２】
図８は、図６，図７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。
【００６３】
図８に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿２は、図６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。
【００６４】
図９は、図６，図７，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。
【００６５】
図９に示す液晶光学ローパスフィルタ３＿３は、図６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。
【００６６】
また、本実施形態のカメラ１００では、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、絞り部材２の絞り径に応じてフィルタ調整部４で調整することにより、小絞りでの解像力を改善することができる。以下、図１０を参照して説明する。
【００６７】
図１０は、撮影レンズのＦ値と解像力の関係を示す図である。
【００６８】
図１０の横軸は空間周波数を示し、縦軸はＭＴＦを示す。尚、横軸の１／ｄ（ｄ：画素ピッチ）は空間サンプリング周波数の位置を示し、１／２ｄはナイキスト周波数の位置を示す。
【００６９】
撮影レンズのＭＴＦ特性は絞り値（Ｆ値）に応じて変化する。例えば、この図１０に示すように、撮影レンズのＦ値が小さく（Ｆ２．８）なると、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値は比較的高く、従って高周波を除去する必要性がある。
【００７０】
一方、撮影レンズのＦ値が大きく（Ｆ１１）なると、ナイキスト周波数におけるＭＴＦ値はほぼ０となり、従って高周波を除去する必要性は低くなる。このように、撮影レンズのＭＴＦ特性はＦ値に応じて変化する。そこで、本実施形態のカメラ１００では、このカメラ１００の撮影レンズ１０１のＭＴＦ特性に合わせて、即ち絞り部材２の絞り径に応じて液晶光学ローパスフィルタ３の分離幅をフィルタ調整部４で調整することにより、小絞りでの解像力の改善が図られている。次に、モアレについて説明する。
【００７１】
図１１は、被写体光を表わす画像信号と折り返し成分の関係を示す図である。
【００７２】
図１１の横軸は周波数を示し、縦軸はＭＴＦを示す。また、実線で示すｆｓは被写体光を表わす画像信号の周波数、ｆｃは画素ピッチにより定まる空間サンプリング周波数、ｆｎはその空間サンプリング周波数の１／２の周波数であるナイキスト周波数を示す。
【００７３】
ＣＣＤには、画素が離散的に二次元的に配置されており、その上に、撮影レンズを経由して入射されてきた被写体の光学像が結像される。従って、光学像は連続的な画像であるが、光電変換される際に空間サンプリング周波数ｆｃによるサンプリングが行なわれる。ここで、画素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、この図１１に点線で示すように、空間サンプリング周波数ｆｃと画像信号の周波数ｆｓとの差分（ｆｃ−ｆｓ）からなる折り返し歪みが生じる。画像信号ｆｓの成分に、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）が発生して画質が低下する。
【００７４】
図１２は、モアレを説明するための図である。
【００７５】
図１２（ａ）には、折り返し歪みの成分の有無を判定するためのＣＺＰ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｚｏｎｅ Ｐｌａｔｅ）チャートＡが示されている。また、図１２（ｂ）には、図１２（ａ）に示すＣＺＰチャートＡの画像Ｂが示されている。この図１２（ｂ）に示す画像Ｂには、本来信号がない部分にＣＺＰチャートの画像Ｃ（折り返し歪みの成分）が現れてモアレが発生している。このモアレは光電変換の時点で発生するため、撮影レンズとＣＣＤの間に光学ローパスフィルタを配備して除去する必要がある。
【００７６】
図１３は、本実施形態のカメラに備えられた画像表示ＬＣＤに表示された撮影画像の一例を示す図である。
【００７７】
画像表示ＬＣＤ１０２には、木を表わす画像領域１００１と、縞模様の服を着た人物を表わす画像領域１００２を有する撮影画像１０００が表示されている。ここで、木を表わす画像領域１００１にはナイキスト周波数以上の周波数の成分は含まれておらず、一方人物を表わす画像領域１００２のうちの縞模様の服を表わす画像領域部分１００２ａにはナイキスト周波数以上の周波数の成分が含まれている。
【００７８】
ここで、前述したように、本実施形態のカメラ１００に備えられた液晶光学ローパスフィルタ３は、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものである。また、本発明にいうモアレ検出部の役割を担うメインＣＰＵ１４５は、ＣＣＤ１３２上に形成された被写体像を表わす画像の各領域のモアレを検出するものである。尚、モアレを検出する技術としては、非合焦状態ではモアレが生じないことに着目して合焦状態における画像信号から非合焦状態における画像信号を減算してモアレ信号を得る技術や、高周波領域のパワースペクトルのピーク値の変化と低周波領域のパワースペクトルのピーク値の変化の相関に基づいてモアレの有無およびモアレの周波数を判断する技術が知られており、メインＣＰＵ１４５は、このような公知技術を用いて画像の各領域のモアレを検出する。さらに、フィルタ調整部４は、液晶光学ローパスフィルタ３の複屈折の分離幅を、複数の領域について独立にモアレが消失するように調整する。具体的には、メインＣＰＵ１４５で画像領域部分１００２ａのモアレを検出し、フィルタ調整部４でその画像領域部分１００２ａにおいてはモアレを消失するとともに、モアレが検出された画像領域部分１００２ａを含む画像領域１００２以外の画像領域１００１においては高周波成分が除去されないように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。このように調整することにより、撮影画像１０００全体の画質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】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２】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３】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４】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５】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。
【図６】本実施形態の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７】図６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６，図７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】図６，図７，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１０】撮影レンズのＦ値と解像力の関係を示す図である。
【図１１】被写体光を表わす画像信号と折り返し成分の関係を示す図である。
【図１２】モアレを説明するための図である。
【図１３】本実施形態のカメラに備えられた画像表示ＬＣＤに表示された撮影画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 撮影光学系
２ 絞り部材
３，３＿１，３＿２，３＿３ 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 フィルタ調整部
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
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
１００ カメラ
１０１ 撮影レンズ
１０１＿１ ズームレンズ
１０１＿２ フォーカスレンズ
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
１０００ 撮影画像
１００１，１００２ 画像領域
１００２ａ 画像領域の部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記撮影光学系が、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタを備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記ローパスフィルタは、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ことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記撮影光学系が、絞り径の調整が自在な絞り部材を備え、
この撮影装置が、前記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を前記絞り部材の絞り径に応じて調整するフィルタ調整部を備えたことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項４】
前記ローパスフィルタは、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものであり、
前記撮像素子上に形成された被写体像の各領域のモアレを検出するモアレ検出部と、
前記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を、前記複数の領域について独立にモアレが消失するように調整するフィルタ調整部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項１】
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、
前記撮影光学系が、複屈折の分離幅の調整が自在なローパスフィルタを備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記ローパスフィルタは、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ことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記撮影光学系が、絞り径の調整が自在な絞り部材を備え、
この撮影装置が、前記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を前記絞り部材の絞り径に応じて調整するフィルタ調整部を備えたことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項４】
前記ローパスフィルタは、複屈折の分離幅を、被写界を複数の領域に分けたときの各領域ごとに調整自在なものであり、
前記撮像素子上に形成された被写体像の各領域のモアレを検出するモアレ検出部と、
前記ローパスフィルタの複屈折の分離幅を、前記複数の領域について独立にモアレが消失するように調整するフィルタ調整部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−８１５４４（Ｐ２００７−８１５４４Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６３９１０（Ｐ２００５−２６３９１０）
【出願日】平成１７年９月１２日（２００５．９．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１２日（２００５．９．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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