(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板受光面上の水平方向及び垂直方向に周期的且つ離散的に配列形成された複数の画素を備える固体撮像素子と、該固体撮像素子の全画素から画像データを読み出すモードと画素間引きして画像データを読み出すモードとを切り替える制御手段と、前記固体撮像素子の受光面前面に固定設置され前記全画素から画像データ読み出す画像を撮像する場合の画素ピッチによって設計された第１光学ローパスフィルタと、前記固体撮像素子の受光面前面で回転可能に設置され光分離方向が切り替えられる第２光学ローパスフィルタと、前記全画素読み出しされる画像を撮像するときと前記画素間引きされる画像を撮像するときとで前記第２光学ローパスフィルタの  前記第１光学ローパルスフィルタに対する回転角度を０度又は９０度に切り替え前記光分離方向を切り替える駆動手段とを備える撮像装置であって、前記第１光学ローパスフィルタは、入射光を前記固体撮像素子の前記水平方向に光分離する第１複屈折板と、入射光を前記固体撮像素子の前記垂直方向に光分離する第２複屈折板と、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との間に介挿されたλ／４板とで構成され、前記第２光学ローパルスフィルタは、前記駆動手段によって同時に回転駆動される第３複屈折板及び第４複屈折板で構成され、前記第３複屈折板は前記λ／４板に対し光入射側に配置され前記回転角度が０度のとき入射光を前記垂直方向に光分離し、前記第４複屈折板は前記λ／４板に対し前記固体撮像素子の側に配置され前記回転角度が０度のとき入射光を前記水平方向に光分離する構成となっている撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を搭載したデジタルカメラ等の撮像装置に係り、特に、画素間引きして撮像画像データを固体撮像素子から読み出す撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等に搭載される固体撮像素子では、光を検知する多数の画素が素子受光面上に周期的に離散配置される。このため、固体撮像素子を用いて撮像した画像には、折返し歪みによる擬色が発生してしまうという問題がある。そこで、デジタルカメラ等では、通常、固体撮像素子の前面に光学ローパスフィルタを配置し、固体撮像素子への入射光の高周波をカットすることが行われている。
【０００３】
光学ローパスフィルタは、例えば水晶板等の複屈折性を有する結晶板を用いて構成され、入射光を複数方向に分離することで高周波をカットしている。この光学ローパスフィルタは、固体撮像素子の全画素から画像データを読み出すことを前提に設計されることが多く、固体撮像素子の画素ピッチに合わせて上記の分離する距離が設計される。
【０００４】
しかし、例えば単板式カラー固体撮像素子に用いる光学ローパスフィルタは、カラー画像撮像用すなわち赤色（Ｒ）検出用画素の画素ピッチ，青色（Ｂ）検出用画素の画素ピッチ，緑色（Ｇ）検出用画素の画素ピッチに合わせて最適設計されるため、単板式カラー固体撮像素子でモノカラー画像を撮像するときの画素ピッチは全画素の画素ピッチとなるため狭くなり、カラー画像撮像用に設計された光学ローパスフィルタは最適でなくなってしまう。
【０００５】
また、例えば高精細画像を撮像するときに画素ずらし方法を採用するデジタルカメラが存在する。このデジタルカメラでは、画素ずらししない状態での撮影を前提として光学ローパスフィルタを設計すると、画素ずらしを行い実効的な画素ピッチが狭くなったとき、この光学ローパスフィルタは最適でなくなってしまう。
【０００６】
そこで、下記特許文献１記載の従来技術では、単板式カラー固体撮像素子でモノカラー画像を撮像するときは光学ローパスフィルタの一部または全部を所定角度回転させ、上記の分離する距離を変更する様にしている。
【０００７】
また、下記特許文献２記載の従来技術では、画素ずらしするとき光学ローパスフィルタを回転させて、画素ずらし撮影時における高域側の偽色発生を防止している。
【０００８】
【特許文献１】特開平７―２４５７６２号公報
【特許文献２】特開２００１―１８８２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来技術は、モノカラー撮影時や画素ずらし撮影時に、光学ローパスフィルタを回転させ、画素ピッチが狭くなることに対応している。しかし、動画像撮影時に行われる画像データの画素間引き読み出しには対応しておらず、画素間引きした画像データを固体撮像素子から読み出すと、折返し歪みによる画質低下を引き起こすという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、画素間引き読み出しを行う画像を撮像する場合に折返し歪みによる画質劣化を抑制することができる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の撮像装置は、半導体基板受光面上の水平方向及び垂直方向に周期的且つ離散的に配列形成された複数の画素を備える固体撮像素子と、該固体撮像素子の全画素から画像データを読み出すモードと画素間引きして画像データを読み出すモードとを切り替える制御手段と、前記固体撮像素子の受光面前面に固定設置され前記全画素から画像データ読み出す画像を撮像する場合の画素ピッチによって設計された第１光学ローパスフィルタと、前記固体撮像素子の受光面前面で回転可能に設置され光分離方向が切り替えられる第２光学ローパスフィルタと、前記全画素読み出しされる画像を撮像するときと前記画素間引きされる画像を撮像するときとで前記第２光学ローパスフィルタの  前記第１光学ローパルスフィルタに対する回転角度を０度又は９０度に切り替え前記光分離方向を切り替える駆動手段とを備える撮像装置であって、前記第１光学ローパスフィルタは、入射光を前記固体撮像素子の前記水平方向に光分離する第１複屈折板と、入射光を前記固体撮像素子の前記垂直方向に光分離する第２複屈折板と、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との間に介挿されたλ／４板とで構成され、前記第２光学ローパルスフィルタは、前記駆動手段によって同時に回転駆動される第３複屈折板及び第４複屈折板で構成され、前記第３複屈折板は前記λ／４板に対し光入射側に配置され前記回転角度が０度のとき入射光を前記垂直方向に光分離し、前記第４複屈折板は前記λ／４板に対し前記固体撮像素子の側に配置され前記回転角度が０度のとき入射光を前記水平方向に光分離する構成となっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、画素間引きする画像を撮像するとき画素間引き方向に光学ローパスフィルタの光分離距離を拡大するため、折返し歪みにより画質劣化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの構成図である。図示するデジタルカメラは、撮影レンズ１０と、固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り１２と、赤外線カットフィルタ１３と、詳細は後述する光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）１４とを備える。
【００１８】
デジタルカメラの全体を統括制御するＣＰＵ１５は、フラッシュ発光部１６及び受光部１７を制御し、レンズ駆動部１８を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部１９を介し絞り１２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００１９】
また、ＣＰＵ１５は、撮像素子駆動部２０を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮影レンズ１０を通して撮像した画像データを固体撮像素子１００から出力させると共に、動画撮影時など固体撮像素子１００から画素間引きする画像データを撮像するときＯＬＰＦ駆動部１１を介して光学ローパスフィルタ１４を詳細は後述する様に駆動する。
【００２０】
ＣＰＵ１５には、レリーズボタン等を含む操作部２１を通してユーザからの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行う。
【００２１】
デジタルカメラの電気制御系は、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力された画像データをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１５によって制御される。
【００２２】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）２４に接続されたメモリ制御部２５と、オフセット処理やガンマ補正演算処理等の各種画像処理を行うデジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。
【００２３】
図２は、固体撮像素子１００の受光面表面の要部模式図である。この固体撮像素子１００は、半導体基板１０１の受光面上に複数のフォトセンサ（光電変換素子）１０２が二次元アレイ状に配列形成されている。図示する例では、正方格子状に、水平方向（ｘ方向），垂直方向（ｙ方向）に沿って複数のフォトセンサ１０２が配列形成されている。各フォトセンサ１０２は受光量に応じた信号電荷を蓄積し、この信号電荷に応じた信号が、画像データとして固体撮像素子１００の外部に読み出される。
【００２４】
図３は、光学ローパスフィルタの原理説明図である。半導体基板１０１上の或る１個のフォトセンサ１０２ａに入射する光１０５があったとき、光学ローパスフィルタ１０６が存在しないと、この光１０５は、フォトセンサ１０２ａにしか入射しない。これでは、フォトセンサの配列ピッチと同程度以下の狭いピッチの縞模様を固体撮像素子１００が受光した場合、折返し歪みが発生してしまう。
【００２５】
光学ローパスフィルタ１０６を設けると、入射光１０５は光学ローパスフィルタ１０６内で複屈折して２つに分離し、フォトセンサ１０２ａの他に、隣接するフォトセンサ１０２ｂにも光が入射する。これにより、折返し歪みが抑制される。
【００２６】
図４は、図１に示す光学ローパスフィルタ１４の構成図である。この光学ローパスフィルタ１４は、入射光をｘ方向に偏波し分離して屈折させる複屈折板４１と、入射光をｙ方向に偏波し分離して屈折させる複屈折板４２と、複屈折板４１と複屈折板４２との間に介挿されたλ／４板４３とが一体になった第１光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）４４と、９０度回転可能に設置されｘ方向またはｙ方向に入射光を偏波し分離して屈折させる複屈折板でなる第２光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）４５とで構成される。
【００２７】
第１光学ローパスフィルタ４４は、ｘ方向，ｙ方向が図２に示す固体撮像素子１００と整合するように固定設置され、図１のＯＬＰＦ駆動部１１は、ＣＰＵ１５の指示を受け、第２光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）４５の回転角度を、０度の状態（光分離方向がｘ方向）と９０度の状態（光分離方向がｙ方向）とに切り替え駆動する。
【００２８】
図５は、図４に示す光学ローパスフィルタの光分離説明図である。入射光が１点ａのとき、この入射光ａが第１光学ローパスフィルタ４４に入射すると、複屈折板４１でｘ方向に２点に分離され、この２点の光が複屈折板４２でｙ方向に２点に分離されることで、計４点ｂ，ｃ，ｄ，ｅの光に分離され出力される。
【００２９】
この４点ｂ，ｃ，ｄ，ｅに分離された光が第２光学ローパスフィルタ４５に入射するのであるが、第２光学ローパスフィルタ４５の回転角度が０度であるか９０度であるかにより、結果が異なる。
【００３０】
第２光学ローパスフィルタ４５の回転角度が０度のとき即ち第２光学ローパスフィルタ４５の光分離方向がｘ方向の場合には、光の分離点は４点ｂ，ｃ，ｄ，ｅ（４点分離）のままである。これは、第１光学ローパスフィルタ４５の出力側複屈折板４２の光分離方向（ｙ方向）が第２光学ローパスフィルタ４５の光分離方向（ｘ方向）と直角であるためであり、複屈折板は光偏波方向に垂直な方向には複屈折しないからである（第１光学ローパスフィルタ４４では、これを避けるために、複屈折板４１と４２の間に（１／４）λ板４３を介挿している。）。
【００３１】
第２光学ローパスフィルタ４５の回転角度が９０度のとき即ち第２光学ローパスフィルタ４５の光分離方向がｙ方向の場合には、光をｙ方向に分離する。図示する例では、６点ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇに分離（６点分離）している。第２光学ローパスフィルタ４５の厚さを調整しておけば、８点に分離することもできる。
【００３２】
この様に、本実施形態では、第２光学ローパスフィルタ４５の回転位置を切り替えることで、光学ローパスフィルタ１４のｙ方向の分離距離を拡大することができる。
【００３３】
図１に示すデジタルカメラで静止画像を撮像する旨がユーザによって操作部２１を介し入力されると、ＣＰＵ１５はＯＬＰＦ駆動部１１に指令を出し、第２光学ローパスフィルタ４５の回転位置を０度とする。これにより、光学ローパスフィルタ１４は上記の４点分離の位置となる。そして、ＣＰＵ１５は撮像素子駆動部２０を介して固体撮像素子１００を駆動し、図２に示す全画素（全フォトセンサ）１０２からの画像データの読み出しを実行させる。
【００３４】
ユーザが動画像を撮像する旨を操作部２１から入力すると、ＣＰＵ１５は、ＯＬＰＦ駆動部１１に指令を出し、第２光学ローパスフィルタ４５の回転位置を９０度とする。これにより、光学ローパスフィルタ１４は上記の６点分離の位置となる。
【００３５】
そして、ＣＰＵ１５は撮像素子駆動部２０を介して固体撮像素子１００を駆動し、画素間引き処理を実行させる。即ち、図２に示す各画素１０２のうち、１行置きの画素１０２からのみ（例えば偶数行の画素からのみ）信号を読み出す。ｙ方向に画素間引きした場合、信号を読み出す画素のｙ方向の画素ピッチは２倍に拡大するが、本実施形態では、光学ローパスフィルタ１４によって光分離距離がｙ方向に拡大しているため、折返し歪みが抑制され、画質の良好な動画像が撮像される。
【００３６】
図６は、本発明の別実施形態に係る光学ローパスフィルタの説明図である。上述した実施形態の光学ローパスフィルタでは、画素間引き方向がｙ方向だけであるためｙ方向の光分離距離だけを拡大したが、画素間引きをｘ方向，ｙ方向共に行う場合には、光分離距離をｘ方向，ｙ方向共に拡大するのが好ましい。
【００３７】
本実施形態の光学ローパスフィルタは、固定設置され光分離方向がｘ方向の複屈折板５１と、光分離方向がｘ方向／ｙ方向で切り替え可能な複屈折板５２と、固定設置されるλ／４板５３と、固定設置され光分離方向がｙ方向の複屈折板５４と、光分離方向がｙ方向／ｘ方向で切り替え可能な複屈折板５５とが順に配列されて構成される。本実施形態では、複屈折板５１，５４およびλ／４板５３が第１光学ローパスフィルタを構成し、複屈折板５２，５５が第２光学ローパスフィルタを構成する。第２光学ローパスフィルタを構成する複屈折板５２，５５は、ＯＬＰＦ駆動部１１によって同時に回転位置が０度または９０度に切り替えられる。
【００３８】
斯かる構成の光学ローパスフィルタでは、静止画像撮像時に、複屈折板５２の光分離方向がｙ方向、複屈折板５５の光分離方向がｘ方向に切り替えられる。
【００３９】
これにより、一点に入射する光は、複屈折板５１によってｘ方向に２点に分離されるが、複屈折板５２では、光の分離は起きない（複屈折板５２の光分離方向が複屈折板５１と垂直なため。）。
【００４０】
２点に分離された光がλ／４板５３を通り複屈折板５４を通過すると、４点に分離されるが、複屈折板５５では光の分離は起きず、４点分離のままとなる。
【００４１】
これに対し、動画撮像時すなわち画素間引き時には、複屈折板５２の光分離方向はｘ方向、複屈折板５５の光分離方向はｙ方向に切り替えられる。
【００４２】
これにより、一点に入射する光は、複屈折板５１によってｘ方向２点に分離され、これが複屈折板５２によって更に２点に分離されることで、ｘ方向に計４点に分離される。
【００４３】
４点に分離された光がλ／４板５３を通り複屈折板５４を通過すると、ｙ方向に分離されて計８点となり、更に複屈折板５５を通過すると、計１６点に分離される。即ち、ｘ方向，ｙ方向ともに光分離距離が拡大される。
【００４４】
以上述べた様に、本発明の各実施形態によれば、画素間引きするとき画素間引き方向と同方向に光学ローパスフィルタの光分離距離を拡大するため、画素間引き画像の画質を高品質に維持することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る撮像装置は、画素間引きするときでも高品質の画像を撮像できるため、動画撮影機能付のデジタルカメラ等に適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の表面要部の模式図である。
【図３】光学ローパスフィルタの原理説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に適用される光学ローパスフィルタの構成図である。
【図５】図４に示す光学ローパスフィルタの動作説明図である。
【図６】本発明の別実施形態に係る光学ローパスフィルタの説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１  ＯＬＰＦ駆動部
１４  光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）
１５  ＣＰＵ
４１，５１  ｘ方向（垂直方向）に光分離する複屈折板
４２，５４  ｙ方向（水平方向）に光分離する複屈折板
４３，５３  λ／４板
４５，５２，５５  光分離方向がｘ／ｙ方向に切り替えられる複屈折板
１００  固体撮像素子
１０２  フォトセンサ（光電変換素子：画素）
【図１】
0004845534.tif 000002
【図２】
0004845534.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004845534.tif 000005
【図５】
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【図６】
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