(57)【要約】【課題】被写体像を撮影レンズで固体撮像素子上に結像させ、その被写体像を固体撮像素子に読み取らせることにより、被写体像を表す画像データを得るデジタルカメラに関し、小絞り時における被写体像の画質劣化を抑えると共に、絞り調整による被写界深度の調整を可能とする。【解決手段】被写体像の明るさを調整する、開口径が変更可能な絞り１６と、被写体像を偏光させる偏光素子１８ａと、被写体像を複屈折によって所定方向に二重化するフィルタ素子１７と、偏光素子１８ａによる偏光方向とフィルタ素子１７における二重化方向との相対的な角度を、絞り１６における開口径に連動させる連動機構１９とを備えている。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮影レンズで固体撮像素子上に結像させ、該被写体像を該固体撮像素子に読み取らせることにより、該被写体像を表す画像データを得るデジタルカメラにおいて、
前記被写体像の明るさを調整する、開口径が変更可能な絞りと、
前記被写体像を偏光させる偏光素子と、
前記被写体像を複屈折によって所定方向に二重化するフィルタ素子と、
前記偏光素子による偏光方向と前記フィルタ素子における前記所定方向との相対的な角度を、前記絞りにおける開口径に連動させる連動機構とを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子によって被写体を撮影するデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、デジタルカメラでは、撮影レンズによって被写体像が固体撮像素子上に結像され、その被写体像が固体撮像素子によって読み取られることにより被写体が撮影されている。また、銀塩カメラと同様に、デジタルカメラにも、被写体像の明るさを調整するために、開口径の変更が自在な絞りが備えられていることが多い。
【０００３】
撮影レンズが有する結像能力の空間周波数特性（ＭＴＦ）は、一般に、高い空間周波数ほど結像能力が低下する性質を示すが、絞りの開口径が大きい場合には回折の影響が小さいため、高い空間周波数まで十分な結像能力を有していることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、絞りの開口径が小さい場合には回折の影響が大きいので結像能力の低下も大きく、デジタルカメラの高級機種などのように、画素のピッチが小さいＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）が固体撮像素子として採用された場合には、そのような結像能力の低下に伴う被写体像の画質劣化が無視できない場合がある。即ち、モアレや偽色を防止するために、複屈折によって被写体像を重複させてナイキスト周波数以上の空間周波数成分を打ち消す光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）を備えたデジタルカメラでは、上述したような回折による結像能力の低下が生じると、光学ローパスフィルタの効果と相まって、被写体像の画質が無視できない程度まで劣化する。
【０００５】
このような回折による結像能力の低下を回避する為の技術として、特開平５−３２３２６４号公報には、開口径を変えて光量を調整する絞りに替えて一対の偏光板を備え、各偏光板の偏光方向の相対的な角度を調整することによって光量を調整する技術が開示されている。しかし、開口径を変える絞りは、被写体像の明るさを調整するためだけでなく、絞りを調整することにより被写界深度を変化させるといった撮影意図にも用いられるものであり、特開平５−３２３２６４号公報の技術は、このような撮影意図を反映することができない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、小絞り時における被写体像の画質劣化が抑えられると共に、絞り調整による被写界深度の調整が可能なデジタルカメラを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のデジタルカメラは、被写体像を撮影レンズで固体撮像素子上に結像させ、その被写体像を固体撮像素子に読み取らせることにより、被写体像を表す画像データを得るデジタルカメラにおいて、
被写体像の明るさを調整する、開口径が変更可能な絞りと、
前記被写体像を偏光させる偏光素子と、
前記被写体像を複屈折によって所定方向に二重化するフィルタ素子と、
前記偏光素子による偏光方向と前記フィルタ素子における前記所定方向との相対的な角度を、前記絞りにおける開口径に連動させる連動機構とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のデジタルカメラによれば、開口径が変更可能な絞りを有するので、絞り調整による被写界深度の調整が可能である。さらに、本発明のデジタルカメラは、フィルタ素子における被写体像の二重化能力に影響する、偏光素子とフィルタ素子との間の相対的な角度を、連動機構によって開口径に連動させることができるので、小絞り時におけるフィルタ素子の二重化能力を低下させて、小絞り時における被写体像の画質劣化を抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明のデジタルカメラの一実施形態を示す外観図である。
【００１１】
このデジタルカメラ１は、本発明にいう撮影レンズの一例に相当する撮影レンズ１１を備え、本発明にいう個体撮像素子の一例に相当するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）を内蔵しており、撮影レンズ１１によってＣＣＤ上に被写体像を結像させ、そのＣＣＤで被写体像を読み取らせることにより被写体像を表す画像データを得るものである。
【００１２】
また、このデジタルカメラ１は、撮影範囲を決めるためのファインダ窓１２と、被写体が暗いときなどに閃光を発する閃光発光装置１３と、ＣＣＤによる被写体像の読み取り開始を指示するシャッタボタン１４を備えている。
【００１３】
図２は、デジタルカメラにおける撮像光学系を表す図である。
【００１４】
この図２には、上述した撮影レンズを構成する２つのレンズ１１ａ，１１ｂと、被写体像を読み取る上述したＣＣＤ１５と、被写体像の明るさ（光量）を調整する虹彩絞り１６と、複屈折によって被写体像を二重化して空間周波数の高周波領域を打ち消す光学ローパスフィルタ１７と、被写体像を偏光させる偏光板１８ａが組み込まれた偏光部材１８と、虹彩絞り１６と偏光部材１８とを連動させるギア１９が示されている。
【００１５】
上述したように、ＣＣＤ１５は、本発明にいう固体撮像素子の一例である。
【００１６】
虹彩絞り１６は、本発明にいう絞りの一例であり、図２の矢印ｆ２が示すように回動されることにより開口径が調整されて被写体像の光量が調整される。このような虹彩絞り１６が備えられているため、本実施形態のデジタルカメラでは、絞りを調整することにより被写界深度を変化させるといった撮影意図を反映することができる。
【００１７】
光学ローパスフィルタ１７は、本発明にいうフィルタ素子の一例であり、具体的には水晶板が用いられている。
【００１８】
図３は、光学ローパスフィルタの作用を説明する正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
【００１９】
ここでは、光学ローパスフィルタ１７に点像２０の光が入射した場合を例として作用を説明する。
【００２０】
光学ローパスフィルタ１７（水晶板）が有する複屈折という物性は、入射した光を２つの偏光成分に分離させ、それら２つの偏光成分を、所定の分離方向にわかれた２つの進行方向に進行させるものである。具体的には、光学ローパスフィルタ１７に入射した点像２０の光のうち、この図３の左右方向に偏光した成分の光は、光学ローパスフィルタ１７内を直進して点像２１となる。一方、点像２０の光のうち、この図３の上下方向に偏光した成分の光は、光学ローパスフィルタ１７内を所定方向へと斜行して点像２２となる。これら２つの点像２１，２２の間の距離は、ＣＣＤ１５の空間的なナイキスト周波数を丁度打ち消す距離となっている。
【００２１】
このような複屈折を光学ローパスフィルタ１７が示すため、一般的な被写体像の場合には、この図３に示すように分離された２つの点像２１，２２の分離方向に、これら２つの点像２１，２２の間の距離だけずれた二重の像となる。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態のデジタルカメラには、本発明にいう偏光素子の一例に相当する偏光板１８ａが備えられており、この偏光板１８ａによって被写体像が偏光される。また、偏光板１８ａがはめ込まれた偏光部材１８は支持部材１８ｂ上で、矢印ｆ２が示すように偏光板１８ａごと回動し、そのように偏光部材１８が回動すると被写体像の偏光方向が変化する。さらに、ギア１９は、本発明にいう連動機構の一例であり、虹彩絞り１６の回動によって開口径が調整されるのに連動して偏光部材１８を回動させる。
【００２３】
このように、本実施形態のデジタルカメラでは、虹彩絞り１６の開口径に連動して偏光部材１８が回動し、被写体の偏光方向が変化する。その結果、光学ローパスフィルタ１７における像の二重化の能力が、以下説明するように変化する。
【００２４】
図４は、光学ローパスフィルタにおける像の二重化の能力が変化する様子を示した図である。なお、以下の説明では、図２に示す偏光板１８ａによる偏光方向と、光学ローパスフィルタ１７による像の分離方向との間の角度を「θ」と表現する。
【００２５】
図４（Ａ）には、θ＝４５°の場合における分離能力が示されており、図３に示す２つの点像２１，２２が同じ明るさの点像となることが示されている。各点像２１，２２の光の電場は、元の点像２０における電場を「１」として「１／√２」という強さの電場となる。
【００２６】
同様に、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）には、それぞれ、θ＝３０°、θ＝１５°、θ＝０°の場合における分離能力が示されている。θ＝３０°の場合には、図３に示す２つの点像２１，２２の電場が、元の点像２０における電場に対してそれぞれ√３／２倍、０．５倍の電場となる。また、θ＝１５°の場合には、２つの点像２１，２２の電場が、元の点像２０における電場を「１」としてそれぞれｃｏｓ１５°、ｓｉｎ１５°となる。また、θ＝０°の場合には、点像は分離せず、光学ローパスフィルタ内を直進した光からなる点像２１のみとなる。
【００２７】
このようにθに応じて変化する分離能力を空間周波数特性（ＭＴＦ）の変化として表現することができる。
【００２８】
図５は、光学ローパスフィルタの空間周波数特性（ＭＴＦ）を表すグラフである。
【００２９】
このグラフ３１には、θ＝４５°、θ＝３０°、θ＝１５°、およびθ＝０°それぞれの場合における空間周波数特性が示されており、グラフの横軸は、サンプリング周波数で正規化された空間周波数を表し、縦軸は、空間周波数特性を表している。
【００３０】
このグラフ３１に示すように、θ＝４５°の場合には、ナイキスト周波数に相当する値「０．５」に空間周波数が近づくに連れて空間周波数特性が値「０」に近づく。また、θ＝０°の場合には、空間周波数に関わらず、空間周波数特性は値「１」である。このように、光学ローパスフィルタの空間周波数特性はθに応じて変化する。
【００３１】
一方で、上述した撮影レンズ１１と虹彩絞り１６と組み合わせにおける空間周波数特性は、虹彩絞り１６の開口径に応じて変化する。
【００３２】
図６は、撮影レンズと虹彩絞りとの組み合わせにおける空間周波数特性（ＭＴＦ）を表すグラフであり、グラフの横軸は、サンプリング周波数で正規化された空間周波数を表し、縦軸は、空間周波数特性を表している。
【００３３】
ここでは、虹彩絞りの開口径の代わりにＦナンバが用いられており、Ｆナンバが大きいほど開口径が小さいことを表している。
【００３４】
この図６のグラフ３２には、Ｆ５．６、Ｆ８、Ｆ１１、およびＦ１６という各Ｆナンバに応じた空間周波数特性が示されており、Ｆナンバが大きく虹彩絞りの開口径が小さいほど結像能力が低下することが示されている。そして、ＦナンバがＦ１６の場合には、ナイキスト周波数に相当する値「０．５」の近辺で空間周波数特性はほぼ「０」に達するので、結像能力がこれ以上低下すると、無視できない画像劣化が生じてしまうということも示されている。従って、撮影レンズと虹彩絞りとの組み合わせの後段に単に光学ローパスフィルタが挿入されると、被写体像に、無視できない画質劣化が生じてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態では、図２に示すギア１９によって、虹彩絞り１６の開口径と、偏光板１８ａにおける偏光方向が連動されることで、以下説明するように、小絞り時における画質劣化が抑えられている。
【００３６】
図７は、偏光方向と開口径との連動関係を表す図である。
【００３７】
このグラフ３３の横軸は絞りの開口径に対応したＦナンバを示しており、縦軸は上述した角度θを示している。そして、このグラフ３３の折れ線３３ａは、偏光方向と開口径との関係を表しており、開口径が小さいほどθが０°に近づいて、光学ローパスフィルタの分離能力が低下することを示している。
【００３８】
図８は、図７に示す関係で偏光方向と開口径が連動するときの、光学ローパスフィルタと撮影レンズと虹彩絞りとの総合的な空間周波数特性（ＭＴＦ）を表すグラフであり、ここでもグラフの横軸は、サンプリング周波数で正規化された空間周波数を表し、縦軸は、空間周波数特性を表している。
【００３９】
この図８のグラフ３４には、Ｆナンバが「Ｆ５．６」であってθ＝４５°である場合、Ｆナンバが「Ｆ８」であってθ＝３０°である場合、Ｆナンバが「Ｆ１１」であってθ＝１５°である場合、およびＦナンバが「Ｆ１６」であってθ＝０°である場合それぞれの空間周波数特性が示されている。そして、どの場合の空間周波数特性も互いによく似ており、Ｆナンバが「Ｆ１６」の場合であっても、ナイキスト周波数に相当する値「０．５」の付近まで結像能力が維持されることが示されている。
【００４０】
このように、本実施形態のデジタルカメラでは、小絞り時における画質劣化が抑えられている。
【００４１】
なお、上記説明では、本発明にいう撮影レンズの一例として、２枚のレンズからなる撮影レンズが示されているが、本発明にいう撮影レンズは、１枚のレンズであってもよく、あるいは３枚以上のレンズからなるものであってもよい。また、本発明にいう撮影レンズは、固定焦点距離のレンズであってもよく、ズームレンズやオートフォーカス用のレンズなどであってもよい。
【００４２】
また、上記説明では、本発明にいう固体撮像素子の一例としてＣＣＤが示されているが、本発明にいう固体撮像素子は、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。
【００４３】
また、上記説明では、本発明にいうフィルタ素子の一例として水晶板からなる光学ローパスフィルタが示されているが、本発明にいうフィルタ素子は、複屈折を示す他の光学材料からなるものであってもよい。
【００４４】
また、上記説明では、本発明にいう偏光素子の一例として偏光板が示されているが、本発明にいう偏光素子は、偏光プリズムなどであってもよい。
【００４５】
また、上記説明では、本発明にいう連動機構の一例としてギアが示されているが、本発明にいう連動機構は、カム機構やクランク機構などであってもよい。さらに、上述したギアは、虹彩絞りの開口径に連動させて偏光板を回動させるものであるが、本発明にいう連動機構は、ＣＣＤと光学ローパスフィルタを回動させるものであってもよく、偏光板と光学ローパスフィルタとの間で偏光方向を変えるものであってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデジタルカメラによれば、小絞り時における被写体像の画質劣化が抑えられると共に、絞り調整による被写界深度の調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデジタルカメラの一実施形態を示す外観図である。
【図２】デジタルカメラにおける撮像光学系を表す図である。
【図３】光学ローパスフィルタの作用を説明する正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
【図４】光学ローパスフィルタにおける像の二重化の能力が変化する様子を示した図である。
【図５】光学ローパスフィルタの空間周波数特性（ＭＴＦ）を表すグラフである。
【図６】撮影レンズと虹彩絞りとの組み合わせにおける空間周波数特性（ＭＴＦ）を表すグラフである。
【図７】偏光方向と開口径との連動を表す図である。
【図８】図７に示す関係で偏光方向と開口径が連動するときの、光学ローパスフィルタと撮影レンズと虹彩絞りとの総合的な空間周波数特性（ＭＴＦ）を表すグラフである。
【符号の説明】
１　　デジタルカメラ
１１　　撮影レンズ
１１ａ，１１ｂ　　レンズ
１２　　ファインダ窓
１３　　閃光発光装置
１４　　シャッタボタン
１５　　ＣＣＤ
１６　　虹彩絞り
１７　　光学ローパスフィルタ
１８　　偏光部材
１８ａ　　偏光板
１９　　ギア
【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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【図８】
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