(57)【要約】【課題】分光された被写体光を受光する各撮像素子において露光量のバランス調整を容易に行える撮像装置の技術を提供する。【解決手段】撮像装置１は、被写体光を偏光成分が異なる２つの偏光光Ｌａ、Ｌｂに分光し、これらの偏光光Ｌａ、Ｌｂを２つの撮像素子１０１、１０２に向けて射出する偏光ビームスプリッタ１３と、この偏光ビームスプリッタ１３と撮像素子１０２との間に介挿される露光量調整部１９とを備える。露光量調整部１９は、特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光板１５と、偏光光Ｌｂの偏光成分を入力電圧に応じた角度に旋光させる液晶フィルタ１４とを有し、入力電圧による撮像素子１０２の露光量調整が可能である。このような構成により、偏光ビームスプリッタ１３で分光された偏光光Ｌａ、Ｌｂを受光する各撮像素子１０１、１０２において露光量のバランス調整を容易に行える。【選択図】図２
2011130138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を偏光成分が異なる２の偏光光に分光し、当該２の偏光光を２の撮像素子に向けて射出する分光部と、
前記分光部と前記撮像素子との間に介挿され特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光フィルタを有し、当該偏光フィルタを用いて前記偏光光に係る撮像素子の露光量調整が可能な露光量調整手段と、
を備える撮像装置の光学系。
【請求項２】
前記露光量調整手段は、
前記偏光フィルタと前記分光部との間に介挿され、前記偏光光の偏光成分を入力電圧に応じた角度に旋光させる液晶層、
をさらに有し、
前記露光量調整手段は、前記液晶層および前記偏光フィルタを用いて前記入力電圧による前記露光量調整が可能である請求項１記載の撮像装置の光学系。
【請求項３】
前記露光量調整手段を用いて前記撮像素子に対する前記偏光光の透光状態と遮光状態とを切替えることで、当該撮像素子の露光時間を制御する露光時間制御手段、
をさらに備える請求項１記載の撮像装置の光学系。
【請求項４】
被写体光を受光して画像信号の生成が可能な２の撮像素子と、
被写体光を偏光成分が異なる２の偏光光に分光し、当該２の偏光光を前記２の撮像素子に向けて射出する分光部と、
前記分光部と前記撮像素子との間に介挿され特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光フィルタを有し、当該偏光フィルタを用いて前記偏光光に係る撮像素子の露光量調整が可能な露光量調整手段と、
を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体光を分光し２の撮像素子に向けて射出する分光部を備えた撮像装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いて撮影を行うデジタルカメラ(撮像装置)では、撮像素子のダイナミックレンジが比較的狭いため、このレンジを超えるような高コントラストの被写体（例えば高輝度の光源など)を撮影する際には、撮影画像において白飛びや黒潰れが生じる恐れがある。
【０００３】
このような白飛び・黒潰れの発生を抑える技術としては、例えば特許文献１に記載されるものが提案されている。この技術によれば、被写体光を光量の異なる２つの光に分光するハーフミラー(分光ミラー)を備え、このハーフミラーで分光された各光を受光する２つの撮像素子で得られた画像を合成することで、ダイナミックレンジが拡大された合成画像を生成できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２３４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、各撮像素子の露光量の比率がハーフミラー固有の分光特性(分光比率)により固定されるため、その比率から露光量のバランスを変更(調整)することができない。このように各撮像素子における露光量のバランス調整が行えないのであれば、被写体によっては画像合成を行っても白飛びや黒潰れが生じる可能性がある。なお、ハーフミラーを分光特性の異なるものに交換したり撮像素子とハーフミラーとの間にＮＤフィルタなどを介挿すれば、各撮像素子における露光量のバランス調整が可能となるが、その作業は煩雑であり、また作業時にカメラ内へ塵埃が侵入したり、光学精度の狂いが生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、分光された被写体光を受光する各撮像素子において露光量のバランス調整を容易に行える撮像装置の技術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】
本発明の１つの側面は、撮像装置の光学系であって、被写体光を偏光成分が異なる２の偏光光に分光し、当該２の偏光光を２の撮像素子に向けて射出する分光部と、前記分光部と前記撮像素子との間に介挿され特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光フィルタを有し、当該偏光フィルタを用いて前記偏光光に係る撮像素子の露光量調整が可能な露光量調整手段とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被写体光を偏光成分が異なる２の偏光光に分光し当該２の偏光光を２の撮像素子に向けて射出する分光部と撮像素子との間に介挿され特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光フィルタを用いて、偏光光に係る撮像素子の露光量調整が可能である。その結果、分光された被写体光を受光する各撮像素子において露光量のバランス調整を容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す正面図である。
【図２】撮像装置の縦断面図である。
【図３】撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】第２撮像素子の露光量調整部による露光量制御を説明するための概念図である。
【図５】第２撮像素子の露光量調整部による露光量制御を説明するための概念図である。
【図６】露光量調整部による露光量制御を説明するための図である。
【図７】本発明の変形例に係る偏光ビームスプリッタを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施形態＞
［撮像装置の要部構成］
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す正面図である。
【００１１】
撮像装置１は、デジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。
【００１２】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３とが設けられている。また、カメラボディ１０には、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。
【００１３】
また、カメラボディ１０は、その上部に、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されるフラッシュ部３１８と、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける際に使用される接続端子部３１９とを備えている。
【００１４】
マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図３参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図３参照)が設けられている。
【００１５】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００１６】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池６９Ｂ(図３参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図３参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。
【００１７】
モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなっている。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。
【００１８】
シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作）が実行される。また、シャッターボタン３０７が全押しされると、撮影動作（被写体光を撮像素子１０１、１０２(図２参照)で撮影し、それによって得られた画像信号に所定の画像処理(例えば画像合成処理など)を施してメモリカード６７(図３参照)等に記録する一連の動作）が実行される。
【００１９】
交換レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１、１０２に導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０から取り外すことが可能となっている。
【００２０】
交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図２参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図３参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図３参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ(図２参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に当該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。
【００２１】
［撮像装置１の内部構成］
次に、撮像装置１の内部構成について説明する。図２は、撮像装置１の縦断面図である。
【００２２】
カメラボディ１０の内部には、被写体光を等しい光量（１：１の分光比率）で分光する分光光学系１８と、分光光学系１８で分光された各光を受光する２つの撮像素子１０１、１０２などが設けられている。分光光学系１８は、偏光ビームスプリッタ１３と、これに隣接して配設された露光量調整部１９および、透明な板状部材としての透過板１６とを有している。
【００２３】
偏光ビームスプリッタ１３は、交換レンズ２の光軸ＬＴに対しての傾斜角度が４５度となる分光面１３ｆにおいて交換レンズ２を通過して入射される被写体光を互いに偏光成分が異なった直線偏光の２つの光(偏光光)Ｌａ、Ｌｂに分光し、これらの光Ｌａ、Ｌｂを２つの撮像素子１０１、１０２に向けて射出する分光部として機能する。すなわち、偏光ビームスプリッタ１３では、例えば無偏光の被写体光が、分光面１３ｆを透過するＰ偏光の光（以下では「透過光」ともいう）Ｌａと、分光面１３ｆで反射し交換レンズ２の光軸ＬＴに対して直交する方向に進路が変更されたＳ偏光の光（以下では「反射光」ともいう）Ｌｂとに分光される。そして、偏光ビームスプリッタ１３から射出された透過光Ｌａと反射光Ｌｂとは、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２の光軸ＬＴに対して垂直となる方向に沿って配置された撮像素子（以下では「第１撮像素子」ともいう）１０１と、光軸ＬＴに対して平行となる方向に沿って配置された撮像素子（以下では「第２撮像素子」ともいう）１０２とに、露光量調整部１８などを介して入射される。
【００２４】
各撮像素子１０１、１０２は、例えばフォトダイオードを有した複数の画素がマトリクス状に２次元配置され、各画素の受光面に、それぞれ分光特性の異なる例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)のカラーフィルタが１：２：１の比率で配設されてなるベイヤー配列のＣＭＯＳカラーエリアセンサ(ＣＭＯＳ型の撮像素子)として構成されている。このような撮像素子１０１、１０２では、交換レンズ２および偏光ビームスプリッタ１３を通って結像された被写体の光像をＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)各色成分のアナログの電気信号(画像信号)に変換し、カラーの画像信号を生成する。
【００２５】
第２撮像素子１０２と偏光ビームスプリッタ１３との間には、液晶フィルタ１４および偏光板１５を備えた露光量調整部１９が配置されている。液晶フィルタ１４は、例えばＴＮ(Twisted Nematic)型の液晶層と、これを挟む透明電極とを備えて構成され、透明電極に印加する電圧値に応じて入射光の偏光成分を０〜９０度の範囲で回転させることが可能である。また、偏光板１５は、偏光ビームスプリッタ１３と第２撮像素子１０２との間に介挿され特定の偏光成分（直線偏光）を選択的に透過させる偏光フィルタとして構成されている。なお、この偏光板１５と液晶フィルタ１４との構成および動作については、後で詳述する。
【００２６】
一方、第１撮像素子１０１と偏光ビームスプリッタ１３との間には、透過光Ｌａを単に透過させる透過板１６が介挿されている。そして、透過板１６の厚みがは、上述した露光量調整部１９の厚み、つまり液晶フィルタ１４および偏光板１５の厚みの合計と等しくなっている。これは、第１撮像素子１０１についてのフランジバック長、つまりマウント部３０１から第１撮像素子１０１までの被写体光の光路長を第２撮像素子１０２のものに一致させるためである。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ１３の前面には、シャッタユニット４０が配設されている。このシャッタユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、その開動作および閉動作により光軸ＬＴに沿って偏光ビームスプリッタ１３に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。
【００２８】
また、カメラボディ１０の背面には、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)３１１が備えられている。ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、第１撮像素子１０１や第２撮像素子１０２で撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。このＬＣＤ３１１では、本撮影前における被写体の構図決め(フレーミング)の際、偏光ビームスプリッタ１３からの透過光Ｌａや反射光Ｌｂを受光する各撮像素子１０１、１０２で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー（プレビュー）表示が行われる。
【００２９】
［撮像装置１の電気的構成］
図３は、撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図２と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
【００３０】
交換レンズ２は、上述したレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。
【００３１】
レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１およびズームレンズ２１２と、カメラボディ１０内の各撮像素子１０１、１０２に入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴２２内において光軸ＬＴ(図２)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで各撮像素子１０１、１０２に結像させる。ＡＦ制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。なお、ＡＦ制御においては、例えばライブビュー表示の際に各撮像素子１０１、１０２で取得される画像信号に基づき、コントラスト方式の焦点検出(ピント合わせ)が行われる。
【００３２】
フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介してメイン制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な、ＡＦアクチュエータ７１Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。
【００３３】
レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイドおよび、これを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向及び移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向及び回転数に従う。
【００３４】
レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。
【００３５】
レンズ制御部２６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。
【００３６】
また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０のメイン制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データや、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報をメイン制御部６２に送信できるとともに、メイン制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。
【００３７】
絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。
【００３８】
続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０は、先に説明した２つの撮像素子１０１、１０２、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７を備えて構成される。また、カメラボディ１０は、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、シャッタ駆動制御部７３Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ、絞り駆動制御部７６Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７６Ｍを備えて構成されている。
【００３９】
各撮像素子１０１、１０２は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、露光動作の開始（および終了）や各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。
【００４０】
ＡＦＥ５は、各撮像素子１０１、１０２に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えるとともに、各撮像素子１０１、１０２から出力される被写体の画像信号に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２およびＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。
【００４１】
タイミング制御回路５１は、メイン制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して各撮像素子１０１、１０２に出力し、それらの撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２やＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。
【００４２】
信号処理部５２は、撮像素子１０１、１０２から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すもので、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路及びクランプ回路等が設けられている。このＡＧＣ回路では、撮像素子１０１、１０２で生成された画像信号を増幅率(ゲイン)可変に増幅することができ、このゲインを変化させることで銀塩フィルムに対応したＩＳＯ感度の変更が可能である。また、Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたＲ、Ｇ、Ｂのアナログ画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。
【００４３】
画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス制御回路６１２およびガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１に取り込まれた画像データは、撮像素子１０１(１０２)の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。
【００４４】
黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。
【００４５】
ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわち、ホワイトバランス制御回路６１２は、メイン制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。
【００４６】
ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路６１３は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。
【００４７】
画像メモリ６１４は、撮影モード時には、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。
【００４８】
メイン制御部６２は、コンピュータとして働くＣＰＵと、制御プログラム等を記憶するＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭとを備えて構成され、撮像装置１各部の動作を制御するものである。また、メイン制御部６２は、後述する第１・第２露光量制御を統括的に行う。
【００４９】
フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部６２により設定された発光量に制御するものである。
【００５０】
操作部６４は、上述のシャッターボタン３０７等を含み、操作情報をメイン制御部６２に入力するためのものである。
【００５１】
ＶＲＡＭ６５は、ＬＣＤ３１１の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。
【００５２】
電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、メイン制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、ニッケル水素充電池等の二次電池や、アルカリ乾電池等の一次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。
【００５３】
シャッタ駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動(開閉動作)を行うアクチュエータである。
【００５４】
絞り駆動制御部７６Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
【００５５】
以上のような構成の撮像装置１では、各撮像素子１０１、１０２の露光量を任意の比率に設定する露光量制御が可能となっているが、この露光量制御について以下で説明する。
【００５６】
［各撮像素子１０１、１０２の露光量制御］
撮像装置１においては、第１撮像素子１０１および第２撮像素子１０２に向かって進む偏光ビームスプリッタ１３からの透過光Ｌａおよび反射光Ｌｂの光量、つまり偏光ビームスプリッタ１３に入射される被写体光の光量は、交換レンズ２に関するＦ値、絞り２３の開口量およびシャッターユニット４０のシャッタースピードで決定される。よって、絞り２３の絞り値とシャッタースピードとを制御することにより、第１撮像素子１０１および第２撮像素子１０２の露光量を同時に変化させることが可能である。ただし、第１撮像素子１０１と第２撮像素子１０２とに関する露光量の比率は偏光ビームスピリッタ１３の分光特性(分光比率)に依存するため、偏光ビームスプリッタ１３に入射される被写体光の光量が変化しても、その露光量の比率は変わらずに一定である。
【００５７】
そこで、撮像装置１においては、第１撮像素子１０１と第２撮像素子１０２とに関する露光量の比率を変更できるように、露光量調整部１９を用いて偏光ビームスプリッタ１３からの反射光Ｌｂに係る第２撮像素子１０２の露光量制御を行うこととする。この露光量調整部１９による第２撮像素子１０２の露光量制御について図４〜５を参照して説明する。
【００５８】
図４および図５は、第２撮像素子１０２の露光量調整部１９による露光量制御を説明するための概念図である。
【００５９】
液晶フィルタ１４の液晶層１４０は、反射光Ｌｂの入射面１４ａから出射面１４ｂにかけて液晶分子が９０度ねじれるように配列されており、液晶層１４０に電圧が印加されない場合には、図４(ａ)に示すように入射するＳ偏光の反射光Ｌｂに対し液晶分子のねじれ配列に沿って９０度のねじりが与えられた出射光Ｌｃが射出される。一方、液晶層１４０に電圧の印加Ｖｓが行われた場合には、例えば液晶分子の配列が一方向に並び、図４(ｂ)に示すように入射する反射光Ｌｂと同じ偏光状態(偏光方向)で出射光Ｌｅが射出される。すなわち、液晶層１４０では、その印加電圧の大きさに応じて液晶分子の配列を連続的に変化させることが可能であり、入射光の偏光成分を０〜９０度の範囲で任意に回転させることができる。換言すれば、偏光板１５と偏光ビームスプリッタ１３との間に介挿される液晶層１４０では、反射光Ｌｂの偏光成分を入力電圧に応じた回転角度に旋光させることが可能である。
【００６０】
液晶フィルタ１４の後段に設けられた偏光板１５には、液晶層１４０を通過した光が入射される。ここで、偏光板１５は、特定方向の直線偏光成分のみを透過させる特性を有しているため、液晶層１４０を通過した直線偏光の偏光方向(偏光状態)に応じて偏光板１５を透過する光量が変化することとなる。よって、偏光板１５を、その偏光方向が反射光Ｌｂの偏光方向に対して９０度回転させた方向に合致するように配置すると、液晶層１４０に電圧を印加しない場合には、図４(ａ)のように入射された反射光Ｌｂは液晶層１４０を通過する間に偏光方向が９０度ねじられて射出されるが、その出射光Ｌｃの偏光方向は偏光板１５の偏光方向と一致するため、その光量の損失なく偏光板１５を透過した透過光Ｌｄが第２撮像素子１０２に到達する。一方、図４(ｂ)のように液晶層１４０に電圧の印加Ｖｓを行う場合には、液晶層１４０から射出される出射光Ｌｅの偏光方向が偏光板１５の偏光方向と直交するようになるため、出射光Ｌｅは偏光板１５にてブロック(遮光)され、第２撮像素子１０２で受光される光量(露光量)がゼロまたはゼロに近くなる。
【００６１】
以上のことから、液晶層１４０への印加電圧に応じた角度に反射光Ｌｂの偏光角度を制御できるため、偏光板１５を透過して第２撮像素子１０２に入射する光量の調整が可能となる。すなわち、図５(ａ)のように液晶層１４０に電圧を印加しない場合には、偏光ビームスプリッタ１３の分光面１３ｆで反射した反射光Ｌｂの光量は偏光板１５を通過しても変化することがないが、図５(ｂ)のように液晶層１４０に対して電圧の印加Ｖｓを行う場合には、反射光Ｌｂの光量が偏光板１５を通過する際に低減する。このように撮像装置１では、露光量調整部１９の液晶フィルタ１４および偏光板１５を用い液晶層１４０への印加電圧（入力電圧）による露光量調整が可能であるため、第２撮像素子１０２の露光量制御を適切かつ簡易に行えることとなる。
【００６２】
次に、以上のような撮像装置１における具体的な露光量制御について、以下で詳しく説明する。
【００６３】
まず、絞り２３の絞り値およびシャッターユニット４０のシャッタースピードによる各撮像素子１０１、１０２に共通の露光量制御(以下では「第１露光量制御」ともいう)では、本実施形態のような被写体光の分光を行わず１つの撮像素子で撮像する通常の撮像装置において自動露出(ＡＥ)制御により決定される露光量(適正露出値)に対してオーバー気味の露出となるように設定する。この第１露光量制御においては、第１撮像素子１０１に結像される被写体光像の暗部で黒潰れが生じないレベルとなるように、つまり図６(ａ)に示す被写体の輝度分布を表したヒストグラムにおける被写体暗部の階調部分Ｈａが十分に第１撮像素子１０１のダイナミックレンジ(撮影可能階調レンジ)に収まるように露出制御を行うようにする。次に、露光量調整部１９による第２撮像素子１０２に固有の露光量制御(以下では「第２露光量制御」ともいう)では、第１露光量制御で設定された絞り値およびシャッタースピードの条件下において、液晶フィルタ１４への印加電圧を調整することで上記の適正露出値に比べてアンダー気味の露出となるように設定する。この第２露出量制御においては、第２撮像素子１０２に結像される被写体光像の明部で白飛びが生じないレベルとなるように、つまり図６(ｂ)に示す被写体の輝度分布を表したヒストグラムにおける被写体明部の階調部分Ｈｂが十分に第２撮像素子１０１のダイナミックレンジに収まるように露出制御を行うようにする。
【００６４】
このような第１・第２露光量制御により、第１撮像素子１０１では露出オーバー気味で低輝度部分の再現性が良好な撮影画像が得られ、第２撮像素子１０２では露出アンダー気味で高輝度部分の再現性が良好な撮影画像が得られるため、これらの撮影画像を合成すれば、撮像素子のダイナミックレンジが擬似的に拡大されて低輝度から高輝度まで広い輝度範囲で良好な階調再現性を実現できる。以下では、第１・第２露光量制御についての具体例を説明する。
【００６５】
まず、例えばライブビュー表示時に第１撮像素子１０１で取得される被写体画像に基づき測光して得られた輝度値から適正露出値を求める。ここで、モード設定ダイアル３０５等によって絞り優先モードが設定される場合には、適正露出値に基づく適正なシャッタースピードが決定される。次に、この適正なシャッタースピードより遅いシャッタースピード、例えば第１撮像素子１０１の露光量を(＋２)ＥＶ値だけオーバーさせたシャッタースピードをシャッターユニット４０に対して設定する第１露光量制御を行う。そして、第１露光量制御で設定されたオーバー気味のシャッタースピードに対する第２撮像素子１０２の適正露出値を求め、この適正露出値に対して例えば(−２)ＥＶ値だけアンダーさせた露光量を露光量調整部１９に対して設定する第２露光量制御を行う。この第２露光量制御により、液晶フィルタ１４への印加電圧が調整され、露光量調整部１９を透過する光量が制御される。
【００６６】
このような第１・第２露光量制御によるシャッターユニット４０のシャッタースピード設定および露光量調整部１９の露光量設定を行って被写体を撮影すると、第１撮像素子１０１では適正露出より(＋２)ＥＶ値だけ露出がオーバーした撮影画像が得られ、第２撮像素子１０２では適正露出より(−２)ＥＶ値だけ露出がアンダーした撮影画像が得られる。そして、各撮像素子１０１、１０２で得られた撮影画像を合成すれば、撮像画像においてダイナミックレンジを拡大することが可能となる。以上では、適正露出に対して±２ＥＶ値だけ上下にずらせた露光バランスで各撮像素子１０１、１０２の露光量を設定する具体例を説明したが、これ以外の露光バランスも撮像装置１では露光量調整部１９等を用いて任意に設定することが可能である。
【００６７】
なお、撮像装置１においてシャッタースピード優先モードが設定される場合には、第１撮像素子１０１の露出を適正露出値に対して例えば(＋２)ＥＶ値だけオーバーさせる絞り値を絞り２３に設定する第１露光量制御を行うとともに、この撮影条件における第２撮像素子１０２の適正露出値に対して例えば(−２)ＥＶ値だけアンダーさせる露光量を露光量調整部１９で設定する第２露光量制御を行う。これにより、上述した絞り優先モードと同様に、各撮像素子１０１、１０２では、被写体の輝度値から求められた適正露出を基準として(＋２)ＥＶ値だけ露出オーバー気味の画像と(−２)ＥＶ値だけ露出アンダー気味の画像とを取得できることとなる。
【００６８】
以上で説明した撮像装置１では、液晶フィルタ１４および偏光板１５を備えた露光量調整部１９を用い、偏光ビームスプリッタ１３からの反射光(偏光光)Ｌｂに係る第２撮像素子１０２の露光量調整が可能であるため、偏光ビームスプリッタ１３にて分光された被写体光（透過光Ｌａおよび反射光Ｌｂ）を受光する各撮像素子１０１、１０２において露光量のバランス調整を容易に行える。
【００６９】
これにより、各撮像素子１０１、１０２で取得した撮影画像を合成してダイナミックレンジの拡大を図る場合には、被写体のコントラスト状況に応じて各撮像素子１０１、１０２の露光バランスを最適化できるため、各撮像素子１０１、１０２のダイナミックレンジの有効活用が図れて階調再現性が良好な合成画像を生成できる。
【００７０】
一方、画像合成を行わない場合でも、各撮像素子１０１、１０２の露光バランスを任意に設定できる撮像装置１では、所望する露光バランスに設定された撮像素子１０１、１０２で同時に２枚の撮影画像を取得できる。その結果、ブラケット撮影のように露光量の異なった２枚の撮影画像から良好なものを選択することが可能となるため、ユーザの利便性が向上することとなる。
【００７１】
なお、撮像装置１においては、露光量調整部１９で透過光を抑制して中間的な透過光量に設定するのは必須でなく、露光量調整部１９で完全に透過光を遮断(遮光)するようにして所謂シャッターとしての機能を持たせるようにしても良い。例えばメイン制御部６２により、露光量調整部１９を用いて第２撮像素子１０２に対する反射光(偏光光)Ｌｂの透光状態と遮光状態とを切替えることで第２撮像素子１０２の露光時間を制御すれば、第１撮像素子１０１が露光中でも第２撮像素子１０２の露光を終了させることができる。これにより、各撮像素子１０１、１０２でシャッタースピード(露出)の異なった２枚の被写体画像を得ることが可能となる。なお、第２撮像素子１０２が電子シャッター機能を有する場合には、この電子シャッターを用いても各撮像素子１０１、１０２でシャッタースピードの異なる２枚の画像が得られるが、スミアやブルーミングといった白飛び現象が発生したり、動く被写体(動体)を適切に撮影するのは難しい。電子シャッター使用時には、撮像素子がＣＣＤの場合、電荷転送中に不必要な露光が加わることによりスミアやブルーミングが発生する。またＣＭＯＳの場合、順次露光の性質上ローリングシャッター現象と呼ばれる動体撮影時の画像の歪みが生じる。通常これを避けるために露光タイミングを撮像素子性能によらず管理することが可能なメカニカルシャッターを使用するが、本提案では露光調整部１９がメカニカルシャッターと同じ効果をもつためメカニカルシャッターを用いずとも良好な撮影画像が得られるという利点がある。
【００７２】
＜変形例＞
上記の実施形態においては、偏光ビームスプリッタを採用するのは必須でなく、入射光を偏光成分が異なる２つの偏光光（透過光・反射光）に分光する偏光ハーフミラーを採用しても良い。
【００７３】
上記の実施形態においては、Ｓ偏光の反射光Ｌｂに関する第２撮像素子１０２の露光量制御を、露光量調整部１９のように液晶フィルタ１４と偏光板１５とを組合せた構成を用いて行うのは必須でなく、液晶フィルタ１４の代わりに偏光板１５自体を少なくとも０〜９０度の範囲で回動可能とする機構（偏光板回転機構）を設けた構成を用いて行うようにしても良い。具体的には、例えばモータを備えた偏光板回転機構によって偏光板１５を回転させ、Ｓ偏光の反射光Ｌｂに対して偏光板１５の偏光方向を変化させることで、偏光板１５を透過する光量の調整が可能となる。これにより、上述の実施形態と同様に、第２撮像素子１０２の露光量制御を適切に行える。
【００７４】
上記の実施形態においては、露光量調整部１９により第２撮像素子１０２の撮像面全域で一様(均一)な露光量に設定するのは必須でなく、撮像面の一部と、それ以外とで異なった露光量に設定するようにしても良い。具体的には、第２撮像素子１０２の撮像範囲において高輝度の部分（例えば太陽など）、低輝度の部分（例えば黒過ぎる部分）や人物(の顔)などの部分を、他の部分と異なった露光量に設定する。これにより、一層良好な階調再現性を有した画像が得られることとなる。
【００７５】
上記の実施形態においては、透過光Ｌａ：反射光Ｌｂ＝１：１となる分光比率を有した偏光ビームスプリッタ１３を採用するのは必須でなく、図７のように異なった分光比率、例えば透過光Ｌａ：反射光Ｌｂ＝５：１となる分光比率を有した偏光ビームスプリッタ１３Ａを採用するようにしても良い。このように第２撮像素子１０２に向かって進む反射光Ｌｂの光量を透過光Ｌａに比べて少なくすれば、第２撮像素子１０２に入射する光量を予め絞ることと同義であるため、露光量調整部１９による第２撮像素子１０２の露光量制御の範囲を制限でき、その応答速度(露光量調整速度)の向上が図れる。
【００７６】
上記の実施形態においては、液晶フィルタ１４および偏光板１５を備えた露光量調整部１９を第２撮像素子１０２側に設けるのは必須でなく、第１撮像素子１０１側に設けても良く、また第１撮像素子１０１側および第２撮像素子１０２側の双方に設けるようにしても良い。このように双方に露光量調整部１９を設けるようにすれば、第１撮像素子１０１および第２撮像素子１０２での露光量制御の自由度が向上する。
【００７７】
本発明は詳細に説明されたが、以上の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００７８】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１３、１３Ａ  偏光ビームスプリッタ
１４  液晶フィルタ
１５  偏光板
１６  透過板
１８  分光光学系
１９  露光量調整部
２３  絞り
４０  シャッタユニット
６２  メイン制御部
１０１  撮像素子(第１撮像素子)
１０２  撮像素子(第２撮像素子)
１４０  液晶層
Ｌａ  透過光(偏光光)
Ｌｂ  反射光(偏光光)
【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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【図７】
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