(57)【要約】【課題】  人間の視界に映る映像とデジタルカメラにより撮影された映像における遠近感の差を改善するＣＣＤ、画像処理手段およびこれらを用いたデジタルカメラを提供する。【解決手段】  シリコン基板１２と、シリコン基板１２上に配列された複数の受光部２０とを有し、対物レンズZからの被写体映像である光信号を電気信号に変換するＣＣＤ１０において、シリコン基板１２の一面が、対物レンズZの光軸と交差する点を頂点とする凹球面状に形成され、凹球面上に受光部２０がマトリクス状に配列されていることを特徴とするＣＣＤ１０およびこれを用いたデジタルカメラである。【選択図】        図２
2006094083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
該シリコン基板上に配列された複数の受光部とを有し、対物レンズからの被写体映像である光信号を電気信号に変換するＣＣＤにおいて、
前記シリコン基板の一面が、前記対物レンズの光軸と交差する点を頂点とする凹球面状に形成され、該凹球面上に前記受光部がマトリクス状に配列されていることを特徴とするＣＣＤ。
【請求項２】
対物レンズと、
該対物レンズからの被写体映像である光信号を電気信号に変換する信号変換手段と、
該信号変換手段により変換された電気信号を記憶する記憶手段と、
前記電気信号を画像処理する画像処理手段とを有するデジタルカメラにおいて、
前記信号変換手段に請求項１記載のＣＣＤが用いられていることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項３】
対物レンズからの被写体映像である光信号を、ＣＣＤの受光部により電気信号に変換した電気信号を画像処理する画像処理手段であって、
該画像処理手段は、
前記ＣＣＤの受光部が配列されている平面に対し、該平面の前方において、頂点が当該平面の中央部で接する仮想凹球面が設定されると共に、該仮想凹球面の頂点を原点とする球面座標が設定され、
物点から出た光が前記対物レンズを通過して前記ＣＣＤの受光部に結像する結像点の平面座標を、前記物点から出た光が前記仮想凹球面と交差する点の前記球面座標上の座標に変換する座標変換を実行することを特徴とする画像処理手段。
【請求項４】
対物レンズと、
該対物レンズからの被写体映像である光信号を電気信号に変換するＣＣＤと、
該ＣＣＤにより変換された電気信号を記憶する記憶手段と、
前記電気信号を画像処理する画像処理手段を有するデジタルカメラにおいて、
請求項３記載の画像処理手段を有していることを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ、画像処理手段およびこれらを用いたデジタルカメラに関し、より詳細には、人間の視界に映る映像とデジタルカメラにより撮影された映像における遠近感の差を改善するＣＣＤ、画像処理手段およびこれらを用いたデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラに関する出願は数多くなされている。また、近年においては、ＣＣＤの高密度化が進み、従来の光学カメラの画像と同等もしくはそれ以上の画質で被写体映像を撮影することが可能なデジタルカメラも提供されている。
このようなデジタルカメラとしては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。具体的には、光学ファインダーと、被写体光像を画像信号に光電変換して取り込む撮像手段と、光源の色温度に関するデータを取り込むデータ取込手段と、上記データ取込手段で取り込まれたデータに基づいて上記撮像手段で取り込まれた画像信号にホワイトバランス処理を施すホワイトバランス処理手段とを備えたデジタルカメラであって、上記光学ファインダーでとらえた被写体光像に対し上記ホワイトバランス処理の結果に基づく色補正を行う色補正手段を備えたことを特徴とするデジタルカメラである。
これにより、光学ファインダーからのぞいた被写体映像の色とデジタル画像の被写体映像の色の差異を大幅に軽減させることが可能になった。
【特許文献１】特開２００１−８２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、引用文献１のデジタルカメラにおいては、受光部（ＣＣＤ）が被写体に対して平面状に配設されているため、光学カメラと同様に、ユーザーが目で見た被写体映像とカメラにより撮影された被写体映像とを比較すると、遠近感が異なってしまうといった新しい課題が見出された。
【０００４】
発明者は以上の課題を解決すべく鋭意検討した結果、肉眼の受光部分である網膜は球面状になっているのに対し、カメラの受光部は平面状になっていることが、肉眼で見た被写体映像とカメラにより撮影された被写体映像における遠近感の差異の原因であることを突き止め、本願発明を完成させた。
【０００５】
本発明は、肉眼による視野における遠近感と、デジタルカメラにより撮影した撮影画像の遠近感との差異を軽減させることが可能なＣＣＤ、画像処理手段およびこれらを用いたデジタルカメラの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シリコン基板と、該シリコン基板上に配列された複数の受光部とを有し、対物レンズからの被写体映像である光信号を電気信号に変換するＣＣＤにおいて、前記シリコン基板の一面が、前記対物レンズの光軸と交差する点を頂点とする凹球面状に形成され、該凹球面上に前記受光部がマトリクス状に配列されていることを特徴とするＣＣＤである。
【０００７】
また、他の発明は、対物レンズと、該対物レンズからの被写体映像である光信号を電気信号に変換する信号変換手段と、該信号変換手段により変換された電気信号を記憶する記憶手段と、前記電気信号を画像処理する画像処理手段とを有するデジタルカメラにおいて、前記信号変換手段に上記ＣＣＤが用いられていることを特徴とするデジタルカメラである。
【０００８】
また、対物レンズからの被写体映像である光信号を、ＣＣＤの受光部により電気信号に変換した電気信号を画像処理する画像処理手段であって、該画像処理手段は、前記ＣＣＤの受光部が配列されている平面に対し、該平面の前方において、頂点が当該平面の中央部で接する仮想凹球面が設定されると共に、該仮想凹球面の頂点を原点とする球面座標が設定され、物点から出た光が前記対物レンズを通過して前記ＣＣＤの受光部に結像する結像点の平面座標を、前記物点から出た光が前記仮想凹球面と交差する点の前記球面座標上の座標に変換する座標変換を実行することを特徴とする画像処理手段である。
【０００９】
また、他の発明は、対物レンズと、該対物レンズからの被写体映像である光信号を電気信号に変換するＣＣＤと、該ＣＣＤにより変換された電気信号を記憶する記憶手段と、前記電気信号を画像処理する画像処理手段を有するデジタルカメラにおいて、上記の画像処理手段を有していることを特徴とするデジタルカメラである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるＣＣＤ、画像処理手段およびこれらを用いたデジタルカメラによれば、ユーザーの肉眼による視野における遠近感と、デジタルカメラで撮影された被写体の映像における遠近感の差異を大幅に軽減することができる。
したがって、よりリアルな撮影画像を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明におけるデジタルカメラとは、静止画を撮影するデジタルスチルカメラに限定されるものではなく、動画を撮影するデジタルビデオカメラも含んでいるのはもちろんのこと、いわゆるカメラ付携帯電話も含んでいる。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本実施の形態におけるＣＣＤの平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線における断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線における断面図である。図４は、図２中におけるある受光部部分の拡大断面図である。
ＣＣＤ１０は図１に示すように、シリコン基板１２と、ベース１４と、外部接続端子１６と、受光部２０と、受光部２０を保護する保護ガラス１８を有している。受光部２０は図２に示すように、ベース１４および保護ガラス１８により形成された空間内に配設されたシリコン基板１２の上面に配設されている。
【００１３】
受光部２０は、フォトダイオード２２と、フォトダイオード２２により光信号を変換した電気信号（電荷）を外部接続端子１６に転送させる転送部２４と、光信号をフォトダイオード２２へ集中させるマイクロレンズ２６および遮光マスク２８と、カラーフィルタ３０とを有している。カラーフィルタ３０は光の三原色である青色、赤色、緑色のものがそれぞれのフォトダイオード２２、２２、・・・に交互に配設されている。
より詳細には、受光部２０は、青色のカラーフィルタ３０が配設されたフォトダイオード２２と、赤色のカラーフィルタ３０が配設されたフォトダイオード２２と、緑色のカラーフィルタ３０が配設されたフォトダイオード２２から成る３つのフォトダイオード３０を単位要素（図示せず）とし、この単位要素を複数個隣接させることにより構成されている。
【００１４】
ＣＣＤ１０の働きについて説明する。
物点である被写体から出る光は、保護ガラス１８を通過してＣＣＤ１０内に取り込まれる。ＣＣＤ１０に取り込まれた光は、マイクロレンズ２６と遮光マスク２８とカラーフィルタ３０を介してシリコン基板１２の上面（光が入ってくる側の面）にマトリクス状に配設されたフォトダイオード２２により受光される。フォトダイオード２２は、受光した光（光信号）を電気信号に変換する。具体的には、被写体からの光の強弱が電荷量によって表現されるように変換する。
【００１５】
フォトダイオード２２により被写体から出る光が電荷に変換された後、電荷は転送部２４を介して外部接続端子１６に転送される。外部接続端子１６は、図示しないＡ／Ｄコンバータに接続されていて、電荷の量によるアナログ信号がデジタル信号に変換される。それぞれのフォトダイオード２２・・・には、青色、赤色、緑色のカラーフィルタ３０・・・が均等間隔に配設されている。隣接する青色、赤色、緑色の各カラーフィルタ３０・・・が配設されたフォトダイオード２２・・・により被写体映像の一要素が構成される。
このようにして、シリコン基板１２の上面にマトリクス状に配設された全てのフォトダイオード２２・・・により被写体映像から出た光信号がデジタル信号に変換される。
【００１６】
本実施例におけるＣＣＤ１０は、図２、図３に示すように、フォトダイオード２２が配設されているシリコン基板１２の上面が凹球面状に形成されている。このようにシリコン基板１２の上面が凹球面状に形成されているので、フォトダイオード２２もまた、凹球面状に配設されることになる。
【実施例２】
【００１７】
次に実施例２について説明する。実施例１においては、ＣＣＤ１０の受光部２０を凹球面状に形成することで、ＣＣＤ１０により撮影された被写体の画像を人間の眼球で捉えた被写体映像に近似させる形態としているが、微小部品であるＣＣＤ１０の構成部品の形状を直接加工しようとすると、製造コストが高騰してしまうおそれがある。
そこで、本実施例においては、従来から提供されているＣＣＤ１０を用い、それぞれのフォトダイオード２２において認識した被写体の画像信号を画像処理手段６０により数値処理することで、人間の眼球で捉えた被写体映像に近似させる形態について説明する。
【００１８】
図５は、被写体の映像が対物レンズを通過してＣＣＤのフォトダイオードに結像する状態を示す模式図である。図６は、被写体の映像が網膜に結像する状態を示す模式図である。
本実施例におけるＣＣＤ１０の受光部２０であるフォトダイオード２２は、対物レンズＺの光軸Ｘに対して直交する投影平面Ｐにマトリクス状に配設されている。一方、肉眼における受光部である網膜Ｍは、眼球の表面に形成されているため、図６に示すように球面状をなしている。
【００１９】
図５、図６から明らかなように、ＣＣＤ１０の受光部２０であるフォトダイオード２２は、被写体Ｈからでた光は、画面中のどの位置においても光軸Ｘと直交した投影平面Ｐ上で結像するため、像の高さはＬ１となる。一方、人間の受光部である網膜Ｍは、網膜Ｍと光軸Ｘとの交点から離反するにしたがって被写体側に近付いた位置で被写体Ｈから出た光を結像することになるため、像の長さはＬ２となる。このように受光部２０による被写体Ｈから出た光が結像した位置における像の長さに差を生じていること（換言すれば、被写体Ｈから出た光が結像する座標系の相違）が、カメラ撮影による撮影画像の遠近感と、肉眼による視野における遠近感の差異の原因であると考えられる。
【００２０】
図７は、画像処理手段を搭載したデジタルカメラの信号処理系統の構成図である。図８は、画像処理手段による画像データの数値処理の概念を示す説明図である。図９は平面座標系と球面座標系の説明図である。
信号処理系統１００は、ＣＣＤ１０と、ＣＣＤ１０の動作を制御するＣＣＤドライバ５０と、ＣＣＤ１０からの信号を数値処理する画像処理手段（具体的にはＣＰＵやＤＳＰ等）６０と、画像処理手段６０により数値処理された画像データを記憶する記憶手段７０と、画像データを表示する表示手段８０とにより構成されている。
なお、ＣＣＤドライバ５０はＡ／Ｄコンバータとしても機能する。また、記憶手段７０は単数に限らず、複数配設されていてもよい。
【００２１】
被写体Ｈの反射光（映像）の認識は、物点である被写体から出る光の強弱による光信号をＣＣＤ１０が電気信号（電荷）に変換することによりなされる。ＣＣＤ１０から送信された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータを兼ねるＣＣＤドライバ５０によりデジタル信号に変換され、画像処理手段６０に送信される。画像処理手段６０は、デジタル信号を数値処理した後、画像データとして記憶手段７０に記憶させる他、表示手段８０に画像を表示させる処理を行う。
【００２２】
画像処理手段６０は、図８に示すように、ＣＣＤ１０により認識された画像を、あたかも網膜Ｍにより認識された画像となるような数値処理も行う。
画像処理手段６０は図９に示すように、フォトダイオード２２が配設されている投影平面における平面座標系Ｐｘ、Ｐｙを設定すると共に、平面座標系Ｐｘ、Ｐｙと対物レンズＺの光軸Ｘとの交点を頂点とする仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙを設定した後、平面座標系Ｐｘ、Ｐｙにおいて結像された画像データを仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙに座標変換させる数値処理が行われる。本実施例においては、平面座標系Ｐｘ、Ｐｙにおいて結像された画像データを、焦点Ｆを通過した被写体Ｈからの光と仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙとの交点Ｔに座標変換させる数値処理がなされる。
【００２３】
なお、仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙは、被写体から出た光が平面座標系Ｐｘ、Ｐｙで結像して得られた画像を座標変換して得られた画像における遠近感が、人間の目によって認識された画像における遠近感との差異がなくなるような方程式を試行錯誤により算出すればよい。
【００２４】
以上に本発明にかかるＣＣＤ、画像処理手段について図面に基づいて詳細に説明してきたが、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲における各種の改良をしても本発明の技術的範囲に属することはいうまでもない。
例えば、実施例２において、平面座標系Ｐｘ、Ｐｙの面上で結像した被写体Ｈから出た光は、仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙと焦点Ｆを通過する被写体Ｈから出た光との交点Ｔに座標変換する数値処理がなされているが、これに限定されるものではない。
具体的には、画像処理手段６０が、仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙと焦点Ｆを通過する被写体から出た光が交差する交点Ｔと、仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙと対物レンズＺの中央を通過する被写体Ｈからの光が交差する第２交点Ｔ２をそれぞれ算出すると共に、仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙの面上における交点Ｔおよび第２交点Ｔ２との中間点若しくは第２交点Ｔ２上に、平面座標系Ｐｘ、Ｐｙにおいて結像した画像データの平面座標を仮想凹球面座標系Ｋｘ、Ｋｙに座標変換する数値処理を行う形態とすることももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態におけるＣＣＤの平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４】図２中におけるある受光部部分の拡大断面図である。
【図５】被写体の映像が対物レンズを通過してＣＣＤのフォトダイオードに結像する状態を示す模式図である。
【図６】被写体の映像が網膜に結像する状態を示す模式図である。
【図７】画像処理手段を搭載したデジタルカメラの信号処理系統の構成図である。
【図８】画像処理手段により画像データの数値処理の概念を示す説明図である。
【図９】平面座標系と球面座標系の説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ＣＣＤ
１２  シリコン基板
２０  受光部
２２  フォトダイオード
５０  ＣＣＤドライバ（Ａ／Ｄコンバータ）
６０  画像処理手段
１００  信号処理系統
Ｆ  焦点
Ｋ  仮想球面
Ｍ  網膜
Ｐ  投影平面
Ｘ  光軸
Ｚ  対物レンズ
【図１】
2006094083.tif 000003
【図２】
2006094083.tif 000004
【図３】
2006094083.tif 000005
【図４】
2006094083.tif 000006
【図５】
2006094083.tif 000007
【図６】
2006094083.tif 000008
【図７】
2006094083.tif 000009
【図８】
2006094083.tif 000010
【図９】
2006094083.tif 000011