(57)【要約】【課題】ペリクルを使用した場合には、薄膜であるため取り扱いが難しい。またプリズムは高価で重いため、小型で安価なカメラとはならない。そこで本発明においては発生する収差の影響を抑えつつ小型で安価なカメラを実現する。【解決手段】撮影光学系と、前記撮影光学系の結像面近傍に設けられ光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮影光学系の光路中に設けられ前記撮影光学系の光軸に対して垂直または平行以外の角度をもった光学素子と、前記光学素子の情報を保持する光学素子情報保持手段と、前記光学素子情報保持手段の出力および撮影光学系の状態から撮像素子の傾斜量を決定する傾斜量決定手段と、傾斜量決定手段の出力に応じて撮像素子を前記撮影光学系の光軸に対して傾斜させる撮像素子傾斜手段を備える。【選択図】図１
2016025487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系と、
前記撮影光学系の結像面近傍に設けられ光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮影光学系の光路中に設けられ前記撮影光学系の光軸に対して垂直または平行以外の角度をもった光学素子と、
前記光学素子の情報を保持する光学素子情報保持手段と、
前記光学素子情報保持手段の出力および撮影光学系の状態から撮像素子の傾斜量を決定する傾斜量決定手段と、
傾斜量決定手段の出力に応じて撮像素子を前記撮影光学系の光軸に対して傾斜させる撮像素子傾斜手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学素子は入射面と射出面が平行な平面であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子の傾斜方向は、前記光学素子の法線ベクトルと前記撮影光学系の光軸ベクトルの外積で求められるベクトルと、前記撮像素子の法線ベクトルと前記撮影光学系の光軸ベクトルの外積で求められるベクトルの方向が一致する方向ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学素子情報保持手段は前記光学素子の屈折率、厚み、前記撮影光学系の光軸と角度を成す方向および角度を保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記傾斜量決定手段は前記光学素子情報保持手段の出力、撮影光学系のＦナンバーおよび射出瞳位置によって傾斜量を決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止画／動画の撮影が可能であり、撮影レンズが交換できる小型で安価な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ファインダにより動画を撮影する場合には、撮影レンズより入射した光束を光学ファインダへ向かう光束と撮像面へ向かう光束とに分割する必要がある。デジタル一眼レフカメラでは、ハーフミラーにより光路分割を行い、ハーフミラーを透過した光束が撮像面へ向かう構造が一般的である。しかし、この場合には、ハーフミラーを透過することで撮影面において光学収差が発生し、画質の低下が懸念される。
【０００３】
特許文献１では、ハーフミラーの厚みを像高により変化させることで、光学的に収差を補正する提案がなされている。特許文献２では、ハーフミラーに微小孔を設けることで、透過光には収差を与えないような構成が提案されている。
【０００４】
また、ハーフミラーとしてペリクルなどの薄膜材料を用いることで、収差の影響を極力低減した構造や、プリズムに反射面を設置したビームスプリッタにおいても、上記の収差発生は抑えた構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９―１５９８０７号公報
【特許文献２】特開２００８−１７１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ハーフミラーに対して、特殊な加工が必要であるため高価なカメラになってしまう。また、Ｆナンバー等の撮影レンズの条件によって補正の効果が変化してしまうため、画質の低下は避けられない。特許文献２では、微小穴を設けるミラーの厚みに起因する光線の損失や、迷光の発生をなくすことは困難である。ペリクルを使用した場合には、薄膜であるため取り扱いが難しい。またプリズムは高価で重いため、小型で安価なカメラとはならない。
【０００７】
そこで、本発明は、発生する収差の影響を抑えつつ小型で安価なカメラを実現する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る撮像装置の構成は、撮影光学系と、前記撮影光学系の結像面近傍に設けられ光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮影光学系の光路中に設けられ前記撮影光学系の光軸に対して垂直または平行以外の角度をもった光学素子と、前記光学素子の情報を保持する光学素子情報保持手段と、前記光学素子情報保持手段の出力および撮影光学系の状態から撮像素子の傾斜量を決定する傾斜量決定手段と、傾斜量決定手段の出力に応じて撮像素子を前記撮影光学系の光軸に対して傾斜させる撮像素子傾斜手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光学ファインダを備え、発生する収差の影響を抑えつつ小型で安価なデジタル一眼レフカメラが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施例のメインフローを示すフローチャート
【図２】第１の実施例のサブフローを示すフローチャート
【図３】第１の実施例の撮像装置の機械的および電気的構成を示す図
【図４】ハーフミラーでの屈折と収差の発生を説明する図
【図５】撮像素子の像高が異なる位置での光線の状態を説明する図
【図６】撮像素子の像高が異なる位置とＭＴＦの関係を説明する図
【図７】第２の実施例のメインフローを示すフローチャート
【図８】第２の実施例の撮像装置の機械的および電気的構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
（実施例１）
以下、図１から図６を参照して、本発明の第１の実施例による、撮像装置について説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわる撮像装置の撮像素子の傾斜を説明するためのフローチャートで後述する。
【００１３】
図３（ａ）は撮像装置であるデジタルカメラおよびレンズの中央断面図、図３（ｂ）は電気的構成を示すブロック図である。図３（ａ）および図３（ｂ）で同一の符号が付してあるものはそれぞれ対応している。
【００１４】
図３（ａ）において、１は撮像装置を、２は撮像装置１に装着するレンズユニットを、３は撮影光学系を形成するレンズを、４は撮影光学系の光軸を、６は撮像素子を、９は表示装置を、１１は撮像装置１とレンズユニット２の電気接点を、１２はレンズユニット２に設けられたレンズシステム制御部を、１８ａおよび１８ｂは撮像素子傾斜手段を形成する素子を、１９は撮像装置１に設けられた光学ファインダを、２０は光学素子であるハーフミラーをそれぞれ示す。
【００１５】
図３（ｂ）において、カメラ１およびレンズ２からなるカメラシステムは、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮影光学系３ 、撮像素子６、光学素子であるハーフミラー２０を含み、画像処理系は、画像処理部７を含む。また、記録再生系は、メモリ手段８、表示手段９を含み、制御系は、カメラシステム制御回路５、操作検出部１０、およびレンズシステム制御回路１２、レンズ駆動手段１３を含む。レンズ駆動手段１３は、焦点レンズ、ブレ補正レンズ、絞りなどを駆動することができる。
【００１６】
撮像系は、物体からの光を、撮影光学系３およびハーフミラー２０を介して撮像素子６の撮像面に結像する光学処理系である。撮影光学系３の状態をレンズ駆動部１３を用いて変化させながら、撮影素子６から信号を観察することで適当なピント位置や露光量を得ることができる。例えばコントラスト評価や露出量と輝度分布の分析などを行えばよい。この結果に基づいて適切に撮影光学系３が調整されることで、適切な光量の物体光を撮像素子６に露光するとともに、撮像素子６近傍で被写体像が結像する。
【００１７】
画像処理部７は、内部にＡ／Ｄ変換器、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像を生成することができる。また、本発明の要部の一つである、伝達関数生成、収差補正を含めることもできる（本実施例ではこれらの要素は画像処理部７に配置する場合を想定して記載する）。
【００１８】
メモリ手段８は実際の記憶部に加えて記録に必要な処理回路を備えている。メモリ手段は、記録部へ出力を行うとともに、表示手段９に出力する像を生成、保存する。また、メモリ手段８ は、予め定められた方法を用いて画像、動画、音声などの圧縮を行う。また、図３（ｂ）においてはメモリ手段８は概念的に書かれており、外部から挿入される記憶メディアに相当するように見えるが、撮像装置１が備える、揮発／不揮発メモリを含んでいる。すなわち、本発明の光学素子情報保持手段を含んでいる。
【００１９】
カメラシステム制御回路５は撮像の際のタイミング信号などを生成して出力する。外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、不図示のシャッターレリーズ釦の押下を操作検出回路１０が検出して、撮像素子６の駆動、画像処理部７の動作、メモリ手段８の圧縮処理などを制御する。さらに表示手段９によって液晶モニタ等に情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態を制御する。
【００２０】
制御系の光学系の調整動作について説明する。カメラシステム制御回路５には画像処理部７が接続されており、撮像素子６からの信号を元に適切な焦点位置、絞り位置を求める。カメラシステム制御回路５は、電気接点１１を介してレンズシステム制御回路１２に指令を出し、レンズシステム制御回路１２はレンズ駆動手段１３を適切に制御する。さらにレンズシステム制御回路１２には不図示の手ぶれ検出センサが接続されており、手ぶれ補正を行うモードにおいては、手ぶれ検出センサの信号を元にレンズ駆動手段１３を介してブレ補正レンズを適切に制御する。さらには、カメラシステム制御回路５は撮像素子傾斜手段１８を介して撮像素子６の傾斜を適切に制御する。
【００２１】
本発明の構成の１つの特徴は、撮影光学系３と撮像素子６の間には、平行平板のガラス板などで形成された光学素子であるところのハーフミラー２０が光軸４に対して図３の平面内で４５度傾けて配置されていることである。図３で観察される以外の方向には角度を持っていないので、光軸４ベクトルとハーフミラー２０の法線ベクトルの外積で求められるベクトルは図３の紙面に垂直方向となる。
【００２２】
ハーフミラー２０は全面半透過性を有するミラーとなっており、撮影光学系３を通過した光束は上方のファインダ手段であるところの光学ファインダ１９に導かれる反射光と撮像素子６に入射する透過光に分離される。ハーフミラー２０の反射光は、光学ファインダ１９内にある、ピント板、ペンタプリズム、接眼光学系を介して撮影者の目に導かれる。
【００２３】
一方、透過光は撮像素子６で受光され電子画像となる。なお、ハーフミラー２０を通過した光軸４は、ハーフミラー２０での屈折により紙面下方向にオフセットした光軸４’となる。（詳細は図４を用いて説明する）そこで、撮像素子６の中心はこの光軸４’に対して一致するよう配置されている。
【００２４】
ところで、一般的に撮影光学系３と撮像素子６の間にガラス板など平板光学素子を斜めに配置した場合、撮像素子６で得られる画像には大きな収差が発生してしまう。これは、レンズを通過した１本１本の光線が光学素子を通過する光路長方向の位置が異なるためであり、収差もその位置に応じて異なる。したがって、従来の一眼レフカメラにおいては、ハーフミラー２０をクイックリターン機構により撮影時には撮影光束外へ退避させるのが一般的であった。
【００２５】
しかしながら、本発明では、図３（ａ）のようにハーフミラー２０を傾けて配置しており、撮影時にはハーフミラー２０を透過した光束を用いている。そして、撮像素子６で得られる画像には収差が発生し、これは撮影光学系３の光学収差と異なり、軸対称性のない収差がとなる。本発明では、この非対称な収差を画像処理部７によって補正することで良好な電子画像を形成する。詳細については後に説明する。
【００２６】
以上のように本発明では、撮像素子６で電子画像を撮影しながら光学ファインダ１９での被写体観察を行うことが可能な構成となっている。したがって、動画を撮影する場合においても光学ファインダの利用が可能となり、従来のカメラの電子ファインダなどでは不可能であった、より動きの速い動体に対しても追従することが可能である。
【００２７】
また、ハーフミラー２０は固定されて配置しているため、従来の一眼レフカメラのように、撮影時にはハーフミラー２０を撮影光束外へ退避させるクイックリターン機構を用いる必要がない。したがって、クイックリターン機構に用いる複雑なメカ構成が必要なくなり、コストダウンとコンパクト化が可能である。
【００２８】
本発明の構成のもう１つの特徴は、撮像素子傾斜手段１８を備えたことである。本実施例の撮像素子傾斜手段は２つの素子１８ａ，１８ｂから構成されている。素子１８ａ，１８ｂはそれぞれ光軸方向に伸縮可能に構成されている。例えば、圧電素子などを利用することが可能である。素子１８ａと素子１８ｂを反対の方向に伸縮させることで、ハーフミラー２０が光軸４と角度を成す方向と同じ方向に傾斜させることができる。すなわち図３（ａ）において紙面垂直なベクトル周りの回転成分を発生させることができる。撮像素子傾斜手段１８によって発生させる望ましい傾斜量については後述する。
【００２９】
図４は平板による屈折の発生と、ハーフミラー２０での収差の発生を説明するための図である。図４（ａ）は光線の屈折を詳細に説明するための図、図４（ｂ）はハーフミラー２０２で生じる収差を説明するための図、図４（ｃ）は撮像素子６の中央像高付近３０を拡大した図である。
【００３０】
図４（ａ）において、２１は平行平板で、２２は平行平板２１に入射する光線を示し、進行方向を矢印で示している。いま光線２２は入射角度φで平行平板２１の入射面２１ａに入射し、スネルの法則に基づき光線２２は屈折する。そして、屈折後は角度φ’で平行平板２１中を直進する。その後、光線２２は平行平板２１の射出面２１ｂで再度屈折し、入射角度φと同じ角度φで射出する。そして、射出した光線は入射する光線に対してｄだけ平行シフトする。ここで、平行平板の板厚をt、空気の屈折率をｎ、平行平板２１の屈折率をｎ’とすると、平行シフト量ｄは以下の式（数１）で表すことができる。
【００３１】
【数１】
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【００３２】
数１より入射角度φが大きいほど、平行シフト量ｄも大きくなることが分かる。
【００３３】
図４（ｂ）において、光線３０ａ、３０ｂは、物体側光軸４上の１点を発し、撮影光学系３を通過して撮像素子６の中心像高付近に結像する光束のうち最外部のみの光線を示したものである。なお、撮影光学系３を挟んで物体側の光線は省略している。図４（ａ）を用いて説明したように、光線３０ａ、３０ｂは、ハーフミラー２０の入射面で周知のスネルの法則に従い所定角度屈折し、ハーフミラー２０中を直進する。
【００３４】
その後、ハーフミラー２０２の射出面で再度スネルの法則に従い所定角度屈折し射出する。このとき、ハーフミラー２０２に対して入射する光線の角度と射出する光線の角度は等しくなる。なお、光軸４についても同様である。すなわち、ハーフミラー２０を通過した光線は、角度は変化せず、平行シフトのみが生じることとなる。
【００３５】
光線３０ａ、光軸４、光線３０ｂの平行シフト量をそれぞれｄａ、ｄｌ、ｄｂとすると、ｄａよりｄｌが大きく、ｄｌよりｄｂが大きくなるという関係となる。これは、光線３０ａ、光軸４、光線３０ｂがそれぞれハーフミラーに入射する角度が異なるためであり、入射角度は光線３０ａより光軸４の方が大きく、光軸４より光線３０ｂの方が大きいという関係になっている。そうすると、光線３０ａが光軸４’と交わる位置と、光線３０ｂが光軸４’と交わる位置は、上記平行シフトの影響で一致せず、光線３０ｂの方が光線３０ａより図中右側で光軸Ｌ‘と交わることになる。これが、ハーフミラー２０による収差の原因となっている。
【００３６】
図４（ｂ）では、２本の光線のみを用いて説明したが、実際には多数の光線により像は形成され、各光線が光軸Ｌ’上で交わる位置は、図４（ｂ）の断面においてはすべて一致しない。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の撮像素子６の中央像高付近３０を拡大した図で、結像する光線を示している。図４（ｃ）において、６ａは撮像素子６の受光面近傍、すなわち、撮影光学系３の予定結像面を示し、予定決像面６ａには多数の光線が集まっている。しかしながら、図２（Ａ）で説明したハーフミラー２０による平行シフトの影響により、すべての光線が光軸Ｌ’上で交わる位置が異なっており、理想的な結像となっていない。
【００３７】
なお、実際の光線は紙面奥行き方向にも存在するためより複雑な収差が発生しているが、ハーフミラー２０は光軸Ｌに対して、図３の断面でのみ傾斜して配置されているため、紙面奥行き方向には対称性を有する収差となっている。ただし、紙面奥行き方向に角度をもつ光線と紙面上で示した３０ａ、３０ｂの方向からの光線では、ハーフミラー２０と成す角度が異なっているために、もっとも収差の小さくなるピント位置が異なってくる。すなわち、非点収差を有している。
【００３８】
また、上記収差は数１から、ハーフミラー２０の屈折率によっても収差の状況は異なることとなる。したがって、波長によっても収差の状況は異なる。さらに、数１より、像高によって入射する光線の角度が異なるため、像高によっても収差の状況は異なる。
【００３９】
図５は、周辺像高に到達する光線の収差を説明するための図である。図５（ａ）において、光線３１ａ、３１ｂは撮像素子６の上側像高３１に結像する光線を示し、光線３２ａ、３２ｂは撮像素子６の下側像高３２に結像する光線をそれぞれ示す。そして、それぞれの光線はハーフミラー２０に入射する角度が異なるため、図４にて説明した原理原則から平行シフト量も異なり、光線３１ａと３１ｂ、光線３２ａと３２ｂでは異なる収差が発生している。
【００４０】
また、上側像高と下側像高に結像する光線の平行シフト量は、図４で説明した撮像素子６の中央像高付近に結像する光線とも異なるため、図５（ａ）における撮像素子６の上下方向においては非対称な収差が生じることとなる。なお、紙面奥行き方向においては前述した理由により、周辺像高においても対称性を有する収差となっている。また、周辺像高においても、波長によって収差の状況が異なることは言うまでもない。なお、実際の収差の状況は、周知の光学シミュレーションソフトウェアなどを用いて、スポットダイアグラムやＭＴＦなどを計算することにより、詳細な状況を観察することが可能である。
【００４１】
以上のことから、本発明のようにハーフミラー２０を通過した光束で得られる画像には、以下のような収差が発生していることとなる。
（１）紙面奥行方向に対称で上下方向には非対称な収差が発生している。
（２）収差は像高、波長により異なる。
【００４２】
しかしながら、本発明では上記収差を画像処理部７によって復元処理を行い、収差による劣化のない画像を生成する。以下収差復元の基本的な考え方については後述する。
【００４３】
一方で、後述する収差復元において都合のよい画像を考える。収差復元に置いては、インバースフィルタ（後述）を用いるのだが、このフィルタが安定していることが望ましい。周波数空間で考えると、高周波成分まで程よく情報が保持されていることが望まれる。これは通常の円形の絞り開口においては、なるべくボケのない位置で画像を取得することと対応する。
【００４４】
さらには、図５（ａ）および（ｂ）に示すように像高に応じて異なる収差が発生しているのだが、もっともボケのない像が得られる位置が、傾斜して存在している。すなわち、撮影光学系３の同一点から発して、上側像高３１に向かう光束と下側像高３２に向かう光束を考えると、上側像高３１に向かう光束の方が入射角度φは大きくなる。このため上側像高３１位置では、光軸方向で撮影光学系３からより遠い位置で最も光束が絞れた状態になる（よりよいピント位置が、相対的に撮影光学系３から遠い位置にある）。
【００４５】
このため、図５（ｂ）に示すように、ハーフミラー２０に応じた方向に撮像素子６を傾斜させることで、像高に応じて撮影光学系３からの距離を変えることが可能となり、それぞれの像高において高周波成分まで保持した画像を得ることができる。傾斜の量などについては後述する。
【００４６】
図６（ａ）は、撮像素子２０１による撮影範囲を示す図である。図６（ａ）において、４０は撮影範囲を示し、撮影範囲の中央を原点として、図のようにＸＹ座標を定義する。そして、撮影範囲４０内の任意の座標点（ｘ，ｙ）における撮影光学系３およびハーフミラー２０の収差による劣化前の画像の光量分布をｏ（ｘ，ｙ）、それに対応した撮影光学系３およびハーフミラー２０の収差による劣化後の画像の光量分布をｉ（ｘ，ｙ）とすると、ｉ（ｘ，ｙ）は以下の式（数２）で表すことができる。
（数２）
ｉ（ｘ，ｙ）＝∫∫ｏ（ｘ−ａ，ｙ−ｂ）・ｈ（a，b）ｄａｄｂ
ここで、ｈ（ｘ，ｙ）は撮影光学系３およびハーフミラー２０により画像が劣化する状態を表す伝達関数である。また、上記数２はハーフミラー２０による収差のみならず、撮影光学系３の収差までを含む劣化像モデル式としている。そして、上記数２はｏ（ｘ，ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）の畳み込み積分であるため、フーリエ変換を行えば、よりシンプルに積の形で表すことができ、以下の式（数３）となる。
（数３）
Ｉ（ｕ，ｖ）＝Ｏ（ｕ，ｖ）・Ｈ（ｕ，ｖ）
ここで、Ｉ（ｕ，ｖ）はｉ（ｘ，ｙ）、Ｏ（ｕ，ｖ）はｏ（ｘ，ｙ）、Ｈ（ｕ，ｖ）はｈ（ｘ，ｙ）のそれぞれ２次元フーリエ変換で、ｕ、ｖは空間周波数変数である。したがって、式（３）から劣化前の画像Ｏ（ｕ，ｖ）は以下の式（数４）で表すことができる。
【００４７】
【数４】
2016025487.tif 000004
【００４８】
1/Ｈ（ｕ，ｖ）は一般的にインバースフィルタと呼ばれ、このインバースフィルタをあらかじめカメラ１のメモリ手段７などにあらかじめ記憶しておくことで、ハーフミラー２０の収差による劣化前の画像を復元することができる。なお、実際の画像復元処理は、ノイズなどの影響を大きく受けるので、上記インバースフィルタに限らず周知のウィナーフィルタや線形反復修正法、非線形反復修正法などを用いてもよい。
【００４９】
また、ハーフミラー２０による収差は図６においてＹ軸対称であるため、復元用のフィルタとしては撮影範囲２２０の半分のみを用意することで、全画像を復元処理することができる。さらに、上記フィルタは、ハーフミラー２０の収差のみならず、撮影光学系３の収差までも考慮しているため、撮影レンズの収差による劣化も復元することが可能となっている。
【００５０】
以上のような考え方を用いて、ハーフミラー２０に収差による劣化前の画像を復元する。なお、ハーフミラー２０による収差は波長による異なるため、実際の画像処理部７による復元はＲＧＢの色別に取得された画像データを用いて行う。詳細については後述する。
【００５１】
次に撮像面上の各位置での収差の状態と、望ましい撮像状態について説明する。図６（ａ）で撮像面上のＸ座標が同一でＹ座標が異なる点４１，５１，６１を考える。これらの点は図５では４１が３１に、５１が３０に、６１が３２にそれぞれ対応する。（ただしx=x1の個所を考えているので同一の点という訳ではない。）点４１の座標を(x1,y1)、点５１の座標を(x1,y2)、点６１の座標を(x1,y3)とする。
【００５２】
点４１，５１，６１のぞれぞれの箇所でのフォーカス位置に対するＭＴＦ(=|I(u,v)|)を図６（ｂ）に示した。図６（ｂ）の図は空間周波数（数３、数４のｕ，ｖに対応）を決めないと決定することが出来ないが、少なくとも得たい空間周波数を設定すれば良い。例えば40line/mm等とすれば良い。図６（ｂ）の４２、５２，６２はそれぞれ、点４１，５１，６１においてx方向の空間周波数uに対応するＭＴＦを、４３、５３，６３はそれぞれ、点４１，５１，６１においてy方向の空間周波数vに対応するＭＴＦを示している。
【００５３】
曲線４２と曲線４３、曲線５２と曲線５３、曲線６２と曲線６３のピークがそれぞれ一致していないのは、x方向とy方向でこの周波数成分を減衰せずに得られるピント位置が異なっていることを示しており、いわゆる非点収差が発生していることを示している。
【００５４】
さらには曲線４２、５２，６２のピークおよび曲線４３、５３，６３がそろっていないことが分かる。これは前述したように、像高によって入射角度φが異なるため、ピント位置が異なっている。
【００５５】
図６（ｂ）の点５１でコントラストによる焦点調整（コントラストＡＦ）を行った場合を考える。横方向（x方向）のコントラストでコントラストＡＦを行った場合、図６（ｂ）の線７１の位置にピント位置が決定される。一方縦方向（y方向）のコントラストでコントラストＡＦを行った場合、図６（ｂ）の線７３の位置にピント位置が決定される。
【００５６】
この状態で撮影を行うと、前述したように非点収差が大きいために、コントラスト計算を行わなかった方向の画像がぼけてしまう。これは線７１の位置で撮影を行うと、点５１の位置ではy方向の空間周波数は曲線５３との交点で決定されてしまう。
【００５７】
上記の問題を回避するために、横方向と縦方向の双方のコントラストを利用してコントラストＡＦを行う、予め非点収差の発生量を予測してピント位置を調整する、などの方法によれば線７２の位置で撮影を行うことができる。この位置では点５１においては、x方向およびy方向の空間周波数は可能な限り保存されており望ましい状態にあると言える。一方で、点４１および点６１においては、線７２と曲線４３の交点（点４１でのy方向の空間周波数）および、線７２と曲線６２の交点（点６１でのx方向の空間周波数）は必ずしも望ましい状態にない。
【００５８】
そこで本発明では、異なる像高において、それぞれ望ましい状態で撮影を行うために撮像素子６を傾斜させる。具体的には、曲線４２と曲線４３の交点、曲線５２と曲線５３の交点、曲線６２と曲線６３の交点をなるべく通過するような直線７５を決定して、７５に沿うように傾斜させる。
【００５９】
上記の説明は像高が異なる３点で示したが、実際にはさらに多くの像高で計算しても良い。その場合、２点よりも多くの点を通る点は一意に決定することができないが、その場合はｘ方向のＭＴＦとy方向のＭＴＦの交点のＭＴＦが低い点を重視して決定すれば良い。例えば、図６（ｂ）では、曲線４２と曲線４３の交点のＭＴＦが、曲線５２と曲線５３の交点および曲線６２と曲線６３の交点のＭＴＦよりも低くなっている。
【００６０】
別の望ましい傾斜方法としては、被写体のx方向およびy方向のコントラストを求めた結果、片方のコントラストのみ高い時（位置方向にしかシャープな構造が存在しない場合）は、コントラストが高い方向のピークを通るように撮像素子６を傾斜させても良い。例えば、図６（ｂ）では、x方向のみコントラストが高い場合は、直線７４に沿うように、y方向のみコントラストが高い場合は、直線７６に沿うように、撮像素子６を傾斜させればよい。
【００６１】
なお、前述したように収差の状況は、周知の光学シミュレーションソフトウェアなどを用いて、得ることが可能となる。すなわち前述の撮像素子６の望ましい傾斜量は、撮影条件などが決定されれば予め計算することができる。そこで、予め想定される撮影条件における傾斜量を求めておき、ユーザーが設定した撮影条件に適合する値をテーブルなどから参照することが可能となる。
【００６２】
図１および図２は、本発明の撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１は本発明の撮像装置のメインフローである。メインフロー動作はカメラシステム制御回路５が行なう処理である。図２は本発明の要部である撮像動作、収差補正、伝達関数生成に関するフローチャートである。以下図１および図２のステップごとに動作を説明する。なお、図１および図２において本発明の要部に関する以外の動作に関しては、省略して表示している。
【００６３】
撮影者による不図示の電源スイッチのオンを操作検出１０が検出すると（ステップＳ１）、カメラシステム制御回路５はカメラ内の各アクチュエータや撮像素子６の動作確認を行ない、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行なうと共に、撮影準備動作を実行する。ステップＳ２は電源ＯＦＦを判断するブロックである。電源がＯＦＦにされた場合はステップＳ１４に進み、そうでない場合はステップＳ３に進む。
【００６４】
ステップＳ３はユーザーによるＳ１操作を判断するブロックである。ここでいうＳ１とは撮影予備動作を行うためのスイッチであり、一般的な撮像装置１ではレリーズボタンが２段操作になっており、その１段目に相当する。動画撮影においては、画像を画面にする―画像として表示しながら録画開始釦の待ち受けを行う操作に相当する。ユーザーによる撮像装置１へのＳ１操作があった場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ２に戻って再び電源ＯＦＦやユーザー操作の待ち受けを行う。
【００６５】
ステップＳ４は射出瞳位置の取得を行うブロックである。撮像装置１は電気接点１１を介してレンズユニット２と通信を行い、Ｓ１操作があった時点での撮影光学系３の射出瞳位置を得る。射出瞳は、装着されたレンズの種類、ズーム／フォーカス等の光学系の状態によって決まる。この情報を取得し、メモリ手段８に一時的に格納する。ステップＳ５はＦナンバーを取得するブロックである。Ｓ１操作によって、撮影モードおよび撮影者の操作に応じて露出条件が決定さる。その際に撮像におけるＦナンバーが決定されるのでその値を取得し、メモリ手段８に一時的に格納する。
【００６６】
ステップＳ６は傾斜角度を決定するブロックである。ステップＳ４，Ｓ５の情報とステップＳ７からのハーフミラー２０に関する情報をもとに望ましい傾斜角度を決定する。ステップＳ７は、ハーフミラー２０の情報を保持するブロックである。ハーフミラー２０の情報として、ハーフミラー２０と光軸４がなす角度および方向、ハーフミラー２０の屈折率、ハーフミラー２０の厚みがあれば良い。
【００６７】
図１の例では、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７の情報から発生する収差を計算して傾斜角を決定する場合を示したが、前述したようにステップＳ７の代わりにルックアップテーブルを用意しておいて、適合する値を引用する方法で値を定めても良い。ステップＳ６によって撮像素子５の傾斜角度が決定されるので、本実施例に置いては、カメラシステム制御回路５が傾斜量決定手段として動作する。また、ステップＳ７の情報はメモリ手段８に格納されているので、本実施例に置いては、メモリ手段８が光学素子情報保持手段として動作する。
【００６８】
ステップＳ８は撮像面を傾斜させるブロックである。ステップＳ６で求めた値に応じて撮像素子傾斜手段１８を動作させて撮像素子６を光軸４に対して傾斜させる。ステップＳ９はＡＦ動作を示すステップである。この状態で各測距点において横方向および縦方向のコントラスト評価を行い、望ましい位置にピント調整を行う。ステップ１０はＳ１のリリースを判断するブロックである。Ｓ１操作がリリースされた時にステップＳ２に戻って再び電源ＯＦＦやユーザー操作の待ち受けを行い、Ｓ１操作が継続されている時はステップＳ１１に進む。
【００６９】
ステップＳ１１は電源ＯＦＦを判断するブロックである。電源がＯＦＦにされた場合はステップＳ１４に進み、そうでない場合はステップＳ１２に進む。ユーザーによるＳ２操作を判断するブロックである。ここでいうＳ２とは撮影動作を行うためのスイッチであり、一般的な撮像装置１ではレリーズボタンが２段操作になっており、その２段目に相当する。動画撮影においては、録画開始に相当する。ユーザーによる撮像装置１へのＳ２操作があった場合はステップＳ１３に進み、そうでない場合はステップＳ１０に戻って再び電源ＯＦＦやユーザー操作の待ち受けを行う。
【００７０】
ステップＳ１３は撮像動作を行うブロックである。この内容については図２を用いて後述する。図２（ａ）は撮像動作を示すサブフローである。撮像動作サブルーチンの制御は、カメラシステム制御５が行なう。メインルーチンのステップＳ１３が実行されると、撮像動作サブルーチンステップＳ２１が呼び出される。
【００７１】
ステップＳ２２では、撮像素子６から得られる画素出力値に基づき、露出制御を行なう。露出制御は、撮像素子６の感度（増幅率）、撮像素子６の蓄積時間、撮影光学系３のＦナンバーの組み合わせで行なう。この動作により、撮像素子６は、所定Ｆナンバーの撮影光束による被写体像を所定感度・所定蓄積時間で光電変換処理を行なうことで、適切な画素出力を得ることが可能となる。
【００７２】
ステップＳ２３では、撮像素子６の蓄積動作を行う。ステップＳ２２露出制御で設定した蓄積時間に基づいて、電荷蓄積を行なう。ステップＳ２４では、電荷蓄積して得られた画像データの読み出しを行なう。動画撮影時には毎秒３０フレームもしくは毎秒６０フレームといった高速フレームレートで画像データの読み出しを行なう必要があるため、画素数には制限が生じる。そこで、ステップＳ２４画像データ読み出しでは、動画用のフレームレートでの読み出しが可能な画素数に収まるように、間引き読み出しや加算読み出しを行なう。
【００７３】
ステップＳ２５では、画像処理部７にて、画像のγ補正、色変換、エッジ強調等の画像処理を行なう。ステップＳ２６では、ステップＳ２８で記録する画像データに対応させて、レンズユニット２の特性情報をメモリ手段８に記録する。ここでレンズユニット２の特性情報とは、射出瞳の情報、枠情報、撮影時のＦナンバー情報、収差情報、製造誤差情報などが含まれる。
【００７４】
ステップＳ２７では、収差補正サブルーチンを実行する。画像処理部７にて、撮影光路中にハーフミラー２０が傾いた角度で介在することにより生じた収差の補正処理を行なう。処理の詳細については後述する。ステップＳ２８では、画像処理部７で収差補正を行った画像データを、メモリ手段８に順次像を記録していく。つまりメモリ手段８に保存される画像データは、収差補正済みのものが保存されていくことになる。
【００７５】
本発明の撮像装置では、ハーフミラー２０によって収差が生じてしまった画像データに対して、撮影レンズ特性情報とカメラ本体特性情報に基づいて伝達関数を推定し、その逆変換による収差補正処理を画像処理部７にて行なう。そのためステップＳ２８で記録される画像データは、ハーフミラー２０による収差が補正された画像となる。これにより、光学ファインダを見ながら高品位な動画撮影画可能な撮像装置を安価な構成で実現することができる。
【００７６】
ステップＳ２９では、記録した画像を表示手段９によりカメラ背面に設けられたモニタ表示する。撮影者はこの電子画像を目視して撮影時の構図決定を行なうとともに、記録した画像の確認を行なうことができる。ステップＳ２９が終わると、ステップＳ３０で撮像動作サブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
【００７７】
図２（ｂ）は収差補正を示すサブフローである。収差補正サブルーチンの一連の動作は、画像処理部７が行なう。撮像動作サブルーチンのステップＳ２７が実行されると、収差補正サブルーチンステップＳ３１が呼び出される。
【００７８】
ステップＳ３２では、画像データ取り込み時にステップＳ２５変換処理で行われる変換処理の内容を示す変換情報を取得する。ステップＳ３３では、補正処理を行なう前に画像データに対して施す変換方法を決定する。画像復元処理アルゴリズムの前提条件である線形性を確保するために、露光値と画素値とが比例関係になるように画像データを変換する方法を決定する。
【００７９】
例えば、画像データ取り込み時にステップＳ２５変換処理で画像処理部７がガンマ補正を実行する場合には、ステップＳ３３ではガンマ補正による変換の逆変換を設定する。これにより変換前の画像データを再生することができ、線形性を有する画像データを取得することが可能となる。
【００８０】
同様に、画像データ取り込み時にステップＳ２５変換処理で画像処理部７が色補正を実行する場合には、ステップＳ３３では色変換による変換の逆変換を設定する。これにより、線形性を有する画像データを取得することが可能となる。以上のように、ステップＳ３３では、画像データ取り込み時にステップＳ２５変換処理で画像処理部７が行なう変換処理の逆変換に相当する変換方法を決定する。
【００８１】
本実施例は、線形性が保たれないような変換処理が施された画像データに対して収差補正を行う前提で記述しているため、このような補正前変換を行っている。しかし線形性が保たれた画像データが取得できる場合には、このような補正前変換は行わずに、そのまま収差補正を行っても良い。
【００８２】
ステップＳ３４では、画像データを取得する。ステップＳ３５では、ステップＳ３３で決定した変換方法に従って、取得した画像データを変換する。ステップＳ３６とステップＳ３９はループを形成しており、ステップＳ３８で行う補正処理をいくつかの領域に分けて行うためのループである。前述したように、本実施例で説明したような撮像装置に置いては、収差の発生状況が像高、波長などに応じて異なる。
【００８３】
そこで撮像素子６を、同一エリア内では収差の発生状況が一定とみなせる程度のいくつかのエリアに分割して、それぞれの領域に適した補正処理を施す。ステップＳ３６では最初に収差補正を行う撮影範囲を、初期エリアに設定する。ステップＳ３６からステップＳ３９を繰り返すことですべてのエリアに対して収差補正が行われる。
【００８４】
ステップＳ３７では、伝達関数生成サブルーチンを実行し、設定された領域における伝達関数を生成する。ここでは、ＲＧＢ毎の伝達関数が生成される。ステップＳ３８では、数４で説明したようにステップＳ３７で生成した伝達関数に基づいて、ステップＳ３５で変換処理した画像データに対して収差補正処理を行なう。ＲＧＢ毎に伝達関数が異なるため、ＲＧＢ信号それぞれに対して、逆変換処理による収差補正を行う。
【００８５】
ここでは、数４で説明した画像復元処理によって収差補正処理を行なう。これにより、所定被写体の収差が補正された収差補正画像を得ることができる。伝達関数の逆変換処理を行なうことによる画像回復の方法は、特開２０００−２０６９１等に開示されているため、説明は省略する。
【００８６】
ステップＳ４０で収差補正サブルーチンを終了し、撮像動作サブルーチンに戻る。図２（ｃ）は、伝達関数生成サブルーチンのフロー図である。伝達関数生成サブルーチンの一連の動作は、カメラシステム制御回路５が行なう。収差補正サブルーチンのステップＳ３７が実行されると、収差補正サブルーチンステップＳ４１が呼び出される。
【００８７】
ステップＳ４２では、ステップＳ２６でメモリ手段８に記録された撮像装置１の特性情報を取得する。ステップＳ４３では、ステップＳ２６でメモリ手段８に記録されたレンズユニット２の特性情報を取得する。
【００８８】
ステップＳ４４では、伝達関数を定義する際に用いるパラメータを取得する。伝達関数は、撮像装置１とレンズユニット２との間の光伝達特性によって決まる。そしてこの光伝達特性は、ＲＧＢの色毎に異なる。また、撮像装置１の特性情報、レンズユニット２の特性情報、画像データにおけるＸＹ方向の位置、被写体距離などの要因によっても変わる。
【００８９】
そこで、これらの要因と伝達関数を定義する際に用いるパラメータとを関連付けたテーブルデータを、メモリ手段８に記憶しておく。この時のテーブルデータはステップＳ８で実行される撮像素子６の傾斜を考慮して、傾斜した撮像素子６上での伝達関数となっている。すなわち、撮像素子６傾斜させることによってより収差補正に適した状態での伝達関数が生成される。
【００９０】
そしてステップＳ４４が実行されると、カメラシステム制御回路５は、これらの要因に基づいて、メモリ手段８からＲＧＢ色毎の伝達関数定義の際に用いるパラメータを取得する。ステップＳ４５では、ステップＳ４３で取得したパラメータに基づいて、ＲＧＢの各信号に対する伝達関数を定義する。この伝達関数は、撮像装置１から撮像素子６に到達するまでのＲＧＢの各波長における光伝達関数特性と考えられる。ステップＳ４５が終わったら、ステップＳ４６伝達関数生成サブルーチンを終了し、ステップＳ３７収差補正サブルーチンに戻る。
【００９１】
以上のように、本発明の撮像装置によれば、小型で安価な構成で、光学ファインダを備えたデジタル一眼レフカメラが実現できる。また同時に、光学素子により発生した収差が補正されているため、高画質な画像を得ることが可能である。
【００９２】
本発明の好ましい実施形態について、撮影レンズが交換可能なカメラで説明したが、撮影レンズがカメラに備わっている所謂レンズくくり付けタイプのカメラに適用してもよい。レンズくくり付けタイプのカメラにおいても、従来の課題は存在する。そして本発明で説明したように構成を取ることで、同様の効果を得ることができる。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である
（実施例２）
以下、図７および図８を参照して、本発明の第２の実施例による、撮像装置について説明する。図８に示すように、本実施例に適用可能な撮像装置１の構成は実施例１と類似している。相違点は撮像素子傾斜手段１８がカメラシステム制御５からの電気的な信号では動作しないことだけが異なっている。
【００９３】
より具体的には、撮像素子傾斜手段１８は離間して設けられたネジ１８ａ，１８ｂで構成されており、ネジ１８ａ，１８ｂを回転させることで撮像素子６を傾斜させることができる。撮像装置１の生産時に工場に置いてネジ１８ａ，１８ｂによって撮像素子６の傾斜量調整がなされ、その後は固定されている。すなわち撮影条件に応じて変化せず、撮像装置１に設けられたハーフミラー２０の条件等によって事前に決定される。
【００９４】
図７は本発明の要部を説明するフローチャートである。図７に示した一連の動作は、撮像装置１とは別途に設けられた不図示のＰＣが行なう。すなわち撮像装置１内で行う必要はなく、事前に計算を行う。
【００９５】
ステップＳ１０１は撮像素子６を傾斜させる角度の計算を開始する。ステップＳ１０２からステップＳ１０７はループを形成しており、すべての光学系の条件に対して計算を行う。具体的には、レンズユニット２の種類、ズーム状態、フォーカス状態等、撮影時のＦナンバーを変化させる。ステップＳ１０３はステップＳ１０２で想定した光学系の条件における射出瞳位置を取得する。ステップＳ１０４は撮像装置１側の撮影時の設定としてＦナンバーを取得する。
【００９６】
ステップＳ１０５はステップＳ１０３、Ｓ１０４およびＳ１０６の情報から最適な傾斜角度を計算する。計算方法の詳細は実施例１と同様である。ステップＳ１０６は撮影装置１に取り付けられるハーフミラー２０情報として、ハーフミラー２０と光軸４がなす角度および方向、ハーフミラー２０の屈折率、ハーフミラー２０の厚みを保持する。すなわち本実施例においては、不図示のＰＣが光学素子情報保持手段として動作する。
【００９７】
ステップＳ１０７ですべての光学系の条件に対して計算が終了するとステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では撮像装置１としての最適な傾斜角度を決定する。例えば、各撮影条件での撮影頻度による加重平均等を求め、その値を最適な傾斜角度とする。すなわち本実施例においては、不図示のＰＣが傾斜量決定手段として動作する。ステップＳ１０９でフローチャートの一連の動作が終了する。
【００９８】
図７に示した動作を実施することで、撮像装置１の撮像素子６の最適な傾斜角度が決定される。前述したように、いわゆる工程における調整などで、図７で求めた値になるように撮像素子傾斜手段１８を動作させて、撮像素子６を傾斜させる。その後、撮影動作においては実施例１に示した収差補正を行うことで、光学素子により発生した収差が補正されているため、高画質な画像を得ることが可能である。その結果、小型で安価な構成で、光学ファインダを備えたデジタル一眼レフカメラが実現できる。
【符号の説明】
【００９９】
１  撮像装置、２  レンズユニット、４  光軸、５  カメラシステム制御、
６  撮像素子、７  画像処理部、８  メモリ手段、１８  撮像素子傾斜手段、
１９  光学ファインダ、２０  ハーフミラー
【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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