(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも２つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、第１画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第１露光条件で撮像する第１撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、前記第１画素数よりも少ない第２画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第２露光条件で撮像する第２撮像素子とを具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、両者を合成し合成した画像データを出力することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に出力することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記別々に出力された前記第１画像データ及び前記第２画像データを記録するための記録媒体をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比及び略同一の対角線長さを有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１撮像素子及び第２撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比を有し、かつ対角線長さが異なり、前記ビームスプリッタと前記第２撮像素子の間に撮像画角を調節するためのリレーレンズを設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第２撮像素子はＣ−ＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１撮像素子と前記第２撮像素子の露光時間を同じとし、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子としてそれぞれ感度の異なるものを用いるか、第１画像データ及び第２画像データのゲイン設定を変えるか、前記ビームスプリッタによる反射率と透過率の比を変えるか、前記ビームスプリッタと前記第１撮像素子の間に前記第１撮像素子に入射する光量を少なくする光学部材を配置するかのいずれかの方法により、前記第１撮像素子と第２撮像素子の露光条件を変えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第２撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で撮像し、前記第２撮像素子により撮像された画像を電子式ビューファインダとして表示することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第２撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で一定間隔で連続して撮像し、前記第２撮像素子により撮像された画像を動画として記録媒体に記録することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第２撮像素子により動画撮像している間に、前記第１撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で静止画像を撮像することを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記ビームスプリッタとしてハーフミラー面を有するプリズムを用い、前記第１撮像素子又は前記第２撮像素子の前面にハーフミラーを配置し、前記ハーフミラーにより反射された光束を位相差方式のＡＦセンサに導くことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記ビームスプリッタのハーフミラー面として偏光分離膜を用い、前記プリズムと前記ハーフミラーとの間に１／４波長板を設けたことを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
【請求項１４】
被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも２つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、第１画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第１露光条件で撮像する第１撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、前記第１画素数よりも少ない第２画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第２露光条件で撮像する第２撮像素子とを具備し、前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に同一の記録媒体に記録する撮像装置と、
前記記録媒体に記録された第１画像データ及び第２画像データを別々に読み出し、それぞれに所定の画像処理を施した後、両者を合成し、合成した画像データを用いてモニタ画面上に画像を再生する画像再生装置とにより構成されたことを特徴とする画像再生システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置及びその撮像装置で撮像した画像を再生するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置において用いられるＣＣＤ等の固体撮像素子では、その画素の大きさにもよるが、一般的に画像として再生処理可能なダイナミックレンジは狭く、ＡＰＥＸ表示で５ＥＶ（コントラスト比で１：３２）程度しかない。撮像素子の画素数の増加（高密度化）により個々の画素サイズがさらに小さくなり、ダイナミックレンジがさらに狭くなる傾向にある。そのため、ある一定輝度以上の部分が全て白くなる「白とび」や一定輝度以下の部分が全て黒くなる「黒つぶれ」が発生しやすくなるという問題を生じる。
【０００３】
このような「白とび」や「黒つぶれ」の発生を低減するため、例えば特開平７−１３５５９９号公報に記載された従来の撮像装置では、同一の被写体を露光量を変えて同時もしくは連続して撮像し、得られた各画像データをディジタルデータに変換し、画像データのぶれ分の補正やゲイン調整処理を行い１つの画像データに合成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の撮像装置において、同一被写体を同時に撮像する場合、撮像レンズから出射された光束をビームスプリッタにより複数（例えば２つ）の光束に分割し、それぞれ別の撮像素子により撮像する（多板式撮像装置）。ところが、ＣＣＤ等の固体撮像素子は、ディジタルカメラ等の撮像装置を構成する部品の中で最も高価な部品であり、同一形式の撮像素子を複数用いると、撮像装置のコストアップにつながるという問題を有している。一方、１つの撮像素子により同一被写体を連続して撮像する場合（単板式撮像装置）、最初に撮像してから次に撮像するまでの間の被写体及び撮像装置の移動量すなわち画像データのぶれ分を補正する必要があり、画像データの処理が複雑になり、かつ画像処理に要する時間が長くなるという問題を生じる。また、撮像間隔が長くなると画像データのぶれ分が大きくなり、画像の解像度が劣化し画質が低下する。
【０００５】
本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、複数の撮像素子を用いて同一被写体を同時に撮像する撮像装置でありながら、コストの上昇を抑え、かつダイナミックレンジが広い撮像装置及びその撮像装置により撮像した画像を再生するシステムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも２つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、第１画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第１露光条件で撮像する第１撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、前記第１画素数よりも少ない第２画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第２露光条件で撮像する第２撮像素子とを具備することを特徴とする。
【０００７】
上記構成において、前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、両者を合成し合成した画像データを出力することが好ましい。
【０００８】
または、前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データにホワイトバランス処理、画像データ補間処理及びγ補正処理の各処理をそれぞれ施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に出力することが好ましい。
【０００９】
さらに、前記別々に出力された前記第１画像データ及び前記第２画像データを記録するための記録媒体をさらに具備することが好ましい。
【００１０】
また、上記各構成において、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比及び略同一の対角線長さを有することが好ましい。
【００１１】
または、上記各構成において、前記第１撮像素子及び第２撮像素子はそれぞれ略同一のアスペクト比を有し、かつ対角線長さが異なり、前記ビームスプリッタと前記第２撮像素子の間に撮像画角を調節するためのリレーレンズを設けたことが好ましい。
【００１２】
また、上記各構成において、前記第２撮像素子はＣ−ＭＯＳセンサであることが好ましい。
【００１３】
さらに、上記各構成において、前記第１撮像素子と前記第２撮像素子の露光時間を同じとし、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子としてそれぞれ感度の異なるものを用いるか、第１画像データ及び第２画像データのゲイン設定を変えるか、前記ビームスプリッタによる反射率と透過率の比を変えるか、前記ビームスプリッタと前記第１撮像素子の間に前記第１撮像素子に入射する光量を少なくする光学部材を配置するかのいずれかの方法により、前記第１撮像素子と第２撮像素子の露光条件を変えることが好ましい。
【００１４】
さらに、上記各構成において、前記第２撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で撮像し、前記第２撮像素子により撮像された画像を電子式ビューファインダとして表示することが好ましい。
【００１５】
さらに、上記各構成において、前記第２撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で一定間隔で連続して撮像し、前記第２撮像素子により撮像された画像を動画として記録媒体に記録することが好ましい。
【００１６】
さらに、前記第２撮像素子により動画撮像している間に、前記第１撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で静止画像を撮像することが好ましい。
【００１７】
さらに、上記各構成において、前記ビームスプリッタとしてハーフミラー面を有するプリズムを用い、前記第１撮像素子又は前記第２撮像素子の前面にハーフミラーを配置し、前記ハーフミラーにより反射された光束を位相差方式のＡＦセンサに導くことが好ましい。
【００１８】
さらに、前記ビームスプリッタのハーフミラー面として偏光分離膜を用い、前記プリズムと前記ハーフミラーとの間に１／４波長板を設けたことが好ましい。
【００１９】
一方、本発明の画像再生システムは、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも２つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、第１画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第１露光条件で撮像する第１撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、前記第１画素数よりも少ない第２画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第２露光条件で撮像する第２撮像素子とを具備し、前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に同一の記録媒体に記録する撮像装置と、前記記録媒体に記録された第１画像データ及び第２画像データを別々に読み出し、それぞれに所定の画像処理を施した後、両者を合成し、合成した画像データを用いてモニタ画面上に画像を再生する画像再生装置とにより構成されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す。
【００２１】
撮像レンズ１００は、例えば電動式のズームレンズであり、合焦動作及びズーミング動作をいずれもレンズ駆動部１０１により行う。撮像レンズ１００の光軸Ｌ上には、撮像レンズ１００により結像される光束を２方向に分割するビームスプリッタとして機能するプリズム１０２が設けられている。プリズム１０２により反射された光束Ｐ１の結像位置には、例えば２次元ＣＣＤの第１撮像素子１１０が設けられている。一方、プリズム１０２を透過した光束Ｐ２の結像位置には、例えば２次元Ｃ−ＭＯＳセンサの第２撮像素子１２０が設けられている。なお、図示していないが、必要に応じて光学式ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、光量調節用のＮＤフィルタ又は絞り及び露光制御用のメカニカルシャッタ等が設けられている。
【００２２】
第１撮像素子１１０にはＣＣＤ駆動部１１１が接続されており、ＣＣＤ駆動部１１１に含まれるタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１２からの駆動パルス信号により駆動され、各画素ごとに撮像レンズ１００により結像された被写体像の光エネルギーを電気エネルギーに光電変換し、各画素に蓄積された電荷量に相当する電圧等の電気信号として出力する。第１撮像素子１１０から出力された信号は、信号処理部１１３による相関二重サンプリング処理やＡ／Ｄ変換処理等の信号処理を受けた後、ディジタル化された第１画像データとして出力され、第１記憶部１１４に記憶される。一方、Ｃ−ＭＯＳセンサの第２撮像素子１２０には駆動部が含まれているため、ディジタル化された第２画像データが直接出力され、第２記憶部１２１に記憶される。第１記憶部１１４に記憶された第１画像データ及び第２記憶部１２１に記憶された第２画像データは、それぞれ適宜読み出されて画像データ処理部１３０により所定の処理を受けた後、液晶表示素子（ＬＣＤ）等の表示部１４１に表示されたり、メモリカードレコーダ等で構成された記録部１６０によりメモリカード等の記録媒体１６１に記録される。
【００２３】
画像データ処理部１３０は、画像データをＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三原色の各色ごとにホワイトバランスを調節するホワイトバランス処理部（ＷＢ）１３１、各画像データに所定の補間処理を施す画像データ補間部１３２、各画像データに所定のγ補正を行うγ補正部１３３、第１画像データと第２画像データを合成して１つの補正画像データを作成する画像データ合成部１３４、第１画像データ、第２画像データ又は補正画像データに含まれるＲ、Ｇ及びＢの各色の信号を所定の輝度信号及び色差信号に変換する色差マトリックス処理部１３５、変換された輝度信号や色差信号を記録媒体１６１に記録するためにＪＰＥＧ等の圧縮処理を施す画像データ圧縮部１３６、記録媒体１６１から読み出した画像データを用いて表示部１４１に画像表示するために伸張処理を施す画像データ伸張部１３７等で構成されている。なお、γ補正部１３３によりγ補正された各画像データは一旦第３記憶部１４０に記憶され、必要に応じて画像データ合成部１３４や色差マトリックス処理部１３５に出力される。また、図示していないが、撮像日時等の関連情報も画像ファイルのヘッダ情報として、画像データと同時に記録部１６０により記録媒体１６１に記録される。
【００２４】
操作部１４２は、電源スイッチ、シャッタレリーズスイッチ、記録／再生等のモード切替スイッチ、画像再生時のコマ送りスイッチ、ズームスイッチ等撮像装置に設けられており、ユーザにより操作されるスイッチ群で構成される。全体制御部１５０は、ユーザにより操作された操作部１４２からの信号に応じて、レンズ駆動部１０１、ＣＣＤ駆動部１１１、第２撮像素子１２０、画像データ処理部１３０、及び記録部１６０等を制御する。なお、上記各スイッチ群及び各部に電力を供給するための電源は公知につき図示を省略する。また、上記撮像装置を構成する各部は、必要に応じてＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されているものとする。
【００２５】
次に、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０について述べる。本実施形態における第１例として、第１撮像素子１１０として１／２インチサイズの２００万画素のＣＣＤを用い、第２撮像素子１２０として１／２インチサイズの３３万画素のＣ−ＭＯＳセンサを用いる。また、画像合成を容易にするため、アスペクト比（縦横比）のほぼ同じものを用いる。
【００２６】
なお、被写体の低輝度領域では、実質的にコントラストが低くなり高い解像度は要求されない。そこで、本実施形態では、低輝度側用の第２撮像素子１２０として第１撮像素子１１０用のＣＣＤよりも画素数が少なく、かつ同じ画素数でもＣＣＤに比べて安価なＣ−ＭＯＳセンサを用いている。その結果、撮像素子全体に占める第２撮像素子１２０のコストの割合を小さくすると共に、電池の消耗における第２撮像素子１２０による負担増を少なくすることができる。
【００２７】
例えば被写体のコントラスト比を１：８００と仮定する。前述のように、撮像素子のダイナミックレンジは５ＥＶ程度であるので、画像合成を行わない撮像装置では、図２（ａ）に示すように、被写体の輝度分布のうちほぼ中間の部分Ａが適正となるように撮像素子の露光制御を行う。そうすると、Ａを中心とする約±２．５ＥＶの範囲Ａで適正な画像データが得られ、適正範囲よりも輝度の高い部分は白く飛んでしまい（白とび）、適正範囲よりも輝度の低い部分は黒くつぶれてしまう（黒つぶれ）。
【００２８】
これに対して本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、被写体の輝度分布を高輝度領域と低輝度領域の２つの部分に分割し、高輝度領域のほぼ中間の部分Ｂが適正となるように第１撮像素子１１０の露光制御を行い、低輝度領域のほぼ中間の部分Ｃが適正となるように第２撮像素子１２０の露光制御を行う。そうすると、Ｂを中心とする約±２．５ＥＶの範囲Ｂ及びＣを中心とする約±２．５ＥＶの範囲Ｃでそれぞれ適正な画像データが得られる。輝度信号が適正範囲Ｂに属する画素については第１撮像素子１１０により得られた画像データを適用し、輝度信号が適正範囲Ｃに属する画素（重複部分を除く）については第２撮像素子１２０により得られた画像データを適用して画像データを合成することにより、被写体の輝度分布の全域に対して白とびや黒つぶれのない適正な画像が得られる。
【００２９】
なお、被写体の輝度分布を２つに分割する際、高輝度領域の下限近傍と低輝度領域の上限近傍が必ずオーバーラップするように中心点Ｂ及びＣを設定する。また、被写体の輝度分布が広く２つに分割しただけでは完全にカバー仕切れない場合、被写体輝度分布の上限近傍における白とび及び下限近傍における黒つぶれをある程度容認してもよい。その場合でも、画像合成を行わない場合に比べて撮像素子の実質的なダイナミックレンジが拡大されており、より適正な画像が得られる。あるいは、被写体の輝度分布を３つ以上に分割し、２つの撮像素子１１０，１２０を適宜選択して、露光条件を変えて同一被写体を２回連続して撮像し、得られた３以上の画像データを合成するように構成してもよい。また、さらに第３撮像素子を用いることも可能である。さらに、撮像素子のダイナミックレンジは上記５ＥＶに限定されず、撮像素子の感度、被写体の輝度分布や画像構成の容易さ等を考慮して決定すればよい。
【００３０】
第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０の露光条件を変える方法として、様々な方法が考えられる。第１の方法として、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０の露光時間（電荷蓄積時間）及びプリズム１０２の反射率と透過率をほぼ同じにし、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０として本質的に感度の異なるものを用いる（第１撮像素子１１０の感度を低くする）。第２の方法として、ＣＣＤ駆動部１１１、Ｃ−ＭＯＳセンサ１２０等によるゲイン設定（画像データの増幅度）を変える。第３の方法として、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０の露光時間をほぼ同じにし、プリズム１０２による反射率と透過率の比を変える（透過率を高くする）。第４の方法として、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０の露光時間及びプリズム１０２の反射率と透過率をほぼ同じにし、プリズム１０２と第１撮像素子１１０の間にＮＤフィルタやリレーレンズ等を配置し、第１撮像素子１１０に入射する光量を実質的に少なくする。第５の方法として、第２撮像素子１２０の露光時間を第１撮像素子１１０の露光時間よりも長くする。さらに、上記第１から第５の方法の２つ以上を組み合わせてもよい。上記いずれの方法でもよいが、露光時間中の被写体の動きを考慮すると、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０の露光時間をなるべく同じにすることが好ましい。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す。図３と図１を比較してわかるように、第２実施形態に係る撮像装置には画像データ合成部１３４が設けられておらず、第１撮像素子１１０により撮像した第１画像データと第２撮像素子１２０により撮像した第２画像データを合成せずに、そのまま記録部１６０により記録媒体１６１に記録する。その際、記録媒体１６１に記録される第１画像データ及び第２画像データには、それぞれ同一被写体を同時に撮像したものであることを示す所定のデータ及び高輝度側画像データか低輝度側画像データかを区別する識別データ等を付加して記録される。なお、その他の構成は上記第１実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。
【００３２】
ところで、第２実施形態では、第１画像データと第２画像データを合成せずに、別々に記録媒体１６１に記憶するため、この記録媒体１６１に記録されている画像データを再生する再生装置側に画像合成機能を持たせる必要がある。第２実施形態に係る再生装置のブロック構成を図４に示す。
【００３３】
第２実施形態に係る画像再生装置は、記録媒体１６１に記録されている画像データを読み出すための、例えばメモリーカードリーダ等で構成された画像データ読取部２６０、読み出された画像データ等に所定の処理を施す画像データ処理部２３０、記録媒体１６１から読み出された画像データを一時的に記憶する第４記憶部２４０、処理された画像データを用いてＣＲＴなどのモニタ画面上に画像を再生する画像再生部２４１、合成された画像データを長期的に記憶するための第５記憶部２４３、画像再生装置全体を制御する全体制御部２５０、ユーザによる指示を入力するためのキーボード等の操作部２４２等で構成されている。
【００３４】
また、画像データ処理部２３０は、記録媒体１６１から読み出した画像データに所定の伸張処理を施す第１画像データ伸張部２３１、伸張処理された第１画像データ及び第２画像データを合成する画像データ合成部２３４、合成された画像データを第５記憶部２４３に記憶するためにＪＰＥＧ等の圧縮処理を施す画像データ圧縮部２３６、第５記憶部２４３に記憶されている画像データを用いて画像を画像再生部２４１のモニタ画面に再生するために所定の伸張処理を施す第２画像データ伸張部２３７等で構成されている。
【００３５】
記録媒体１６１が画像データ読取部２６０に装着され、記録媒体１６１から対をなす第１画像データと第２画像データが読み出されると、読み出された第１画像データ及び第２画像データは、それぞれ撮像装置側の画像データ圧縮部１３６により圧縮されているので、再生装置側の第１画像データ伸張部２３１により伸張され、第４記憶部２４０に一時的に記憶される。
【００３６】
全体制御部２５０は、操作部２４２を介して入力されたユーザの指示に従い、記憶部２４０に記憶されている第１画像データ及び第２画像データを読み出し、画像データ合成部２３４に出力する。画像データ合成部２３４は、第１画像データと第２画像データの合成を行い、まず画像再生部２４１に出力する。ユーザは、画像再生部２４１のモニタ画面上に再生されている画像を見て、補正が適当であると判断した場合は、操作部２４２を介して、例えば第５記憶部に記憶する等の所定の指示を入力する。全体制御部２５０は、画像データ合成部２３４により合成された合成画像データを画像データ圧縮部２３６に転送し、ＪＰＥＧ等の圧縮処理を施した後、第５記憶部２４３に記憶させる。一方、ユーザが第５記憶部に記憶されている合成画像データを用いて画像再生を希望する場合、操作部２４２を介して選択した画像番号等を入力する。全体制御部２５０は、入力された指示に従い第５記憶部から合成された画像データを読み出し、第２画像データ伸張部２３７に出力する。第２画像データ伸張部２３７は、読み出された合成画像データに所定の伸張処理を施し、画像再生部２４１に出力する。画像再生部２４１は、伸張処理された画像データを用いてモニタ画面上にその画像を再生する。
【００３７】
このように、第２実施形態では、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０を有する撮像装置と、画像データ合成部２３４を有する画像再生装置とで、画像再生システムを構成する。
【００３８】
（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、第１撮像素子１１０として１／２インチサイズで２００万画素のＣＣＤを用い、第２撮像素子１２０として第１撮像素子１１０と略同じアスペクト比及び略同じ対角線長さを有する１／２インチサイズで３３万画素のＣ−ＭＯＳセンサを用いたが、これに限定されるものではない。第３実施形態では、例えば図５に示すように、第２撮像素子１２０として第１撮像素子と略同じアスペクト比を有し、例えば１／４インチサイズで３３万画素のＣＣＤ等の撮像素子を用いている。この場合、第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０の大きさの比率と、第１撮像素子１１０上に結像される像の大きさと第２撮像素子１２０上に結像される像の大きさの比率が等しくなるようにプリズム１０２と第２撮像素子１２０との間にリレーレンズ１０３を設けておく。なお、撮像レンズ１００及びプリズム１０２に対する第１撮像素子１１０と第２撮像素子１２０の相対的な位置関係は特に限定されず、図５に示すように図１又は図３の場合と逆であってもよい。さらに、ビームスプリッタとしてプリズム１０２の代わりに、撮像レンズ１００の光軸Ｌに対して４５度をなすように配置された平行平板のハーフミラーを用いてもよい。
【００３９】
このように、低輝度側用の第２撮像素子１２０として第１撮像素子１１０用のＣＣＤよりも画素数が少なく、かつサイズも小さいＣＣＤを用いることによっても、上記第１及び第２実施形態の場合と同様に、撮像素子全体に占める第２撮像素子１２０のコストの割合を小さくすると共に、電池の消耗における第２撮像素子１２０による負担増を少なくすることができる。
【００４０】
（第４実施形態）
上記各実施形態では、撮像レンズ１００の焦点調節に用いるＡＦセンサについては特に限定されないので述べなかったが、第４実施形態では、プリズム１０２により分割された光束を用いて撮像レンズ１００の焦点位置の検出を行う例を図６の（ａ）及び（ｂ）に示す。なお、図中、入射光束、反射光束及び透過光束をわかりやすくするため、各光束を若干ずらして描いている。
【００４１】
図６（ａ）に示す構成例では、プリズム１０２の第１撮像素子１１０側の出射面をハーフミラーとし、プリズム１０２に対して第１撮像素子１１０と対称な位置にＡＦセンサ１７０を配置している。プリズム１０２のハーフミラー面１０２ａで第１撮像素子１１０側に反射された光束Ｐ１は、さらに第１撮像素子１１０の入射面のハーフミラーにより反射され、ハーフミラー面１０２ａに再入射する。ハーフミラー面１０２ａに再入射した光束のうち、ハーフミラー１０２を透過した光束Ｐ３が位相差方式のＡＦセンサ１７０に入射し、いわゆるパッシブ方式による焦点位置検出が可能となる。なお、この構成によれば、構成が比較的簡単な反面、第１撮像素子１１０からの反射光の一部がハーフミラー面１０２ａにより反射され、撮像レンズ１００側に向かう迷光Ｐ４となる。従って、ハーフミラー面１０２ａによる反射率が低く、迷光Ｐ４の絶対光量が少なく、迷光Ｐ４を無視しうる場合に有効である。
【００４２】
図６（ｂ）に示す構成例では、プリズム１０２のハーフミラー面１０２ｂとして偏光分離膜を用い、第１撮像素子１１０とプリズム１０２との間に１／４波長板１０４及びハーフミラー１０５を設け、プリズム１０２に対して第１撮像素子１１０と対称な位置にＡＦセンサ１７０を配置している。この構成によれば、第１撮像素子１１０により反射された光束は、偏光分離膜１０２ｂにより撮像レンズ１００側に反射されることはなく、全て偏光分離膜１０２ｂを透過し、ＡＦセンサ１７０に入射する。従って、若干構成は複雑になるものの、迷光が少なく、かつＡＦセンサ１７０による焦点位置検出に用いられる光のロスが少なくなる。
【００４３】
（その他の応用例）
ＬＣＤ等による表示部を有する撮像装置では、電子式ビューファインダとして、一定間隔（例えば１／３０秒）で撮像素子により撮像された画像データを用いて表示部にモニタ表示することが一般的に行われている。ところで、撮像素子の画素数は数十万画素（初期のもの）から数百万画素（近年のもの）に達するのに対し、撮像装置に搭載されるＬＣＤ等の表示素子の画素数はせいぜい数万画素であり、撮像素子により得られた画像データのうち大部分はモニタ表示には使用されない。また、モニタ表示のために撮像素子で消費される電力は無視できず、電池の消耗を早めるという問題を生じる。
【００４４】
これらの点に関して、上記各実施形態では画素数の多い第１撮像素子１１０及び画素数の少ない第２撮像素子１２０の２つの撮像素子を用いているので、表示部１４１を電子式ビューファインダとして使用する場合、画素数の少ない第２撮像素子１２０のみを駆動し、第２撮像素子１２０により得られた第２画像データを用いて表示部１４１にモニタ画像を表示すればよい。それにより、モニタ表示に要する電力消費量を低減することができ、電池の消耗を少なくすることができる。
【００４５】
さらに、近年のディジタルカメラでは静止画像だけでなく、短時間の動画も撮像可能なものが実用化されている。そのような動画は専らＬＣＤ等の表示部１４１やテレビ画面等に再生されるが、これらの画素数や走査線数は限定されており、画素数の少ない第２撮像素子１２０の画素数でも充分である。そこで、第２撮像素子１２０を用いて動画を撮像し、動画の画像データを表示部１４１に表示したり記録部１６０により記録媒体１６１に記録するように構成してもよい。その場合、第２撮像素子１２０による動画撮像と並行して、第１撮像素子１１０を用いて解像度の高い通常の静止画像（第１画像データのみで、第２画像データを合成しないもの）を撮像することも可能である。なお、これらの場合は、第１撮像素子１１０も第２撮像素子１２０も共に、画像の平均的な輝度の部分が適正な露光となるように露光制御され、上記第１画像データと第２画像データとを合成した高階調度画像は得ることはできない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像装置によれば、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも２つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、第１画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第１露光条件で撮像する第１撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、前記第１画素数よりも少ない第２画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第２露光条件で撮像する第２撮像素子とを具備するので、第１撮像素子による第１画像データと第２撮像素子による第２画像データを合成することにより、同一の被写体についてダイナミックレンジの広い１つの合成画像データを得ることができる。また、この合成画像データを用いて画像データを再生することにより、高輝度領域から低輝度領域まで、白とびや黒つぶれのない又は少ない高品質の画像が得られる。また、低輝度領域ではコントラストが低く高解像度が要求されないため、第２撮像素子として画素数が少ない安価な撮像素子を用いることができ、撮像素子のコストアップや電力消費量の増加を抑制することができる。
【００４７】
また、前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データに所定の処理を施した後、両者を合成し合成した画像データを出力することにより、撮像装置の画像データ処理回路が若干複雑になるものの、出力された画像データをそのまま再生しても高輝度領域から低輝度領域まで適正に露光調節された画像が得られる。
【００４８】
または、前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に出力することにより、画像データ合成機能を有する画像再生装置等が必要となるが、撮像装置の信号処理回路を簡単にすることができ、撮像装置の小型化及び低消費電力化が可能となる。
【００４９】
また、別々に出力された前記第１画像データ及び前記第２画像データを同一の記録媒体に記録することにより、上記画像データ合成機能を有する画像再生装置にこの記録媒体を装着するだけで、自動的に画像データの読み出し及び画像合成を行うことが可能となる。その結果、ユーザは、モニタ画面に再生された画像が特に画像データの合成を行ったものであるか否かを意識することなく、高輝度領域から低輝度領域まで適正に露光調節された画像を観察することが可能となる。
【００５０】
さらに、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子として、それぞれ略同一のアスペクト比及び略同一の対角線長さを有するものを用いることにより、特に画像データの読み出し及び合成時の位置合わせが不要となり、画像データ処理が容易になり、画像データ処理に要する時間を短くすることが可能となる。
【００５１】
あるいは、前記第１撮像素子及び第２撮像素子として、それぞれ略同一のアスペクト比を有し、かつ対角線長さが異なるものを用い、前記ビームスプリッタと前記第２撮像素子の間に撮像画角を調節するためのリレーレンズを設けることにより、上記の場合と同様に、画像データの読み出し及び合成時の位置合わせが不要となる。さらに、第２撮像素子を第１撮像素子よりも小さくすることができ、撮像装置における第２撮像素子の示すスペースを小さくすることが可能となる。
【００５２】
さらに、前記第２撮像素子として比較的安価なＣ−ＭＯＳセンサを用いることにより、撮像素子のコストに占める第２撮像素子のコストの割合を小さくすることができる。
【００５３】
さらに、前記第１撮像素子と前記第２撮像素子の露光時間を同じとし、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子としてそれぞれ感度の異なるものを用いるか、第１画像データ及び第２画像データのゲイン設定を変えるか、前記ビームスプリッタによる反射率と透過率の比を変えるか、前記ビームスプリッタと前記第１撮像素子の間に前記第１撮像素子に入射する光量を少なくする光学部材を配置するかのいずれかの方法により、前記第１撮像素子と第２撮像素子の露光条件を変えることにより、動きのある被写体に対しても画像データの合成処理を適用することができる。
【００５４】
さらに、第２撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で撮像し、前記第２撮像素子により撮像された画像を電子式ビューファインダとして表示することにより、非撮像状態における電力消費を低減することが可能となる。
【００５５】
さらに、第２撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で一定間隔で連続して撮像し、第２撮像素子により撮像された画像を動画として記録媒体に記録することにより、画像データの合成を行わない場合に、画素数の少ない第２撮像素子を用いて動画撮像を行うことができる。
【００５６】
さらに、前記第２撮像素子により動画撮像している間に、前記第１撮像素子を用いて被写体の中輝度部分が適正となる条件で静止画像を撮像することにより、第２撮像素子による動画と第１撮像素子による高解像度の静止画撮像を並行して行うことが可能となる。
【００５７】
さらに、前記ビームスプリッタとしてハーフミラー面を有するプリズムを用い、前記第１撮像素子又は前記第２撮像素子の前面にハーフミラーを配置し、前記ハーフミラーにより反射された光束を位相差方式のＡＦセンサに導くことにより、独立したＡＦセンサを用いて撮像レンズの合焦動作を行うことができ、合焦速度を速くすると共に精度を高くすることができる。
【００５８】
さらに、前記ビームスプリッタのハーフミラー面として偏光分離膜を用い、前記プリズムと前記ハーフミラーとの間に１／４波長板を設けることにより、ビームスプリッタに再入射した光束が撮像レンズ側に反射されることがなくなり、迷光を防止することができる。
【００５９】
一方、本発明の画像再生システムによれば、被写体の像を所定位置に結像するための撮像レンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光束を少なくとも２つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割されたいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、第１画素数を有し、被写体の高輝度側が適正露光量となるように第１露光条件で撮像する第１撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分割された他のいずれか１つの光束の結像位置に設けられ、前記第１画素数よりも少ない第２画素数を有し、被写体の低輝度側が適正露光量となるように第２露光条件で撮像する第２撮像素子とを具備し、前記第１撮像素子により得られた第１画像データ及び前記第２撮像素子により得られた第２画像データに所定の処理を施した後、同時に撮像されたことを示す所定のデータを付加してそれぞれ別々に同一の記録媒体に記録する撮像装置と、前記記録媒体に記録された第１画像データ及び第２画像データを別々に読み出し、それぞれに所定の画像処理を施した後、両者を合成し、合成した画像データを用いてモニタ画面上に画像を再生する画像再生装置とにより構成されているので、記録媒体に別々に記録されている第１画像データと第２画像データをそれぞれ読み出し、所定の合成処理を施して再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す図である。
【図２】上記第１実施形態における第１撮像素子及び第２撮像素子による露光条件と被写体のコントラストの関係を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す図である。
【図４】上記第２実施形態における画像再生装置のブロック構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る撮像装置の光学系及び撮像素子の配置を示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る撮像装置の光学系、撮像素子及びＡＦセンサの配置を示す図である。
【符号の説明】
１００：撮像レンズ
１０１：レンズ駆動部
１０２：プリズム
１０３：リレーレンズ
１０４：１／４波長板
１０５：ハーフミラー
１１０：第１撮像素子
１１１：ＣＣＤ駆動部
１１３：信号処理部
１１４：第１記憶部
１２０：第２撮像素子
１２１：第２記憶部
１３０：画像データ処理部
１３２：画像データ補間部
１３３：γ補正部
１３４：画像データ合成部
１３５：色差マトリックス処理部
１３６：画像データ圧縮部
１３７：画像データ伸張部
１４０：第３記憶部
１４１：表示部
１４２：操作部
１５０：全体制御部
１６０：記録部
１６１：記録媒体
１７０：ＡＦセンサ
２３０：画像データ処理部
２３１：第１画像データ伸張部
２３４：画像データ合成部
２３６：画像データ圧縮部
２３７：第２画像データ伸張部
２４０：第４記憶部
２４１：画像再生部
２４２：操作部
２４３：第５記憶部
２５０：全体制御部
２６０：画像データ読取部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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