(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の撮像素子と、前記第１の撮像素子よりサイズが大きく画素密度が低い第２の撮像素子と、
第１の撮影レンズと、前記第１の撮影レンズとは画角の異なる第２の撮影レンズと、
前記第１の撮影レンズを通った光を前記第１の撮像素子へ導き、前記第２の撮影レンズを通った光を前記第２の撮像素子へ導く第１の状態と、前記第１の撮影レンズを通った光を前記第２の撮像素子へ導き、前記第２の撮影レンズを通った光を前記第１の撮像素子へ導く第２の状態と、を切り替える光路切替手段と、
前記光路切替手段を操作して前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子から得られる画像情報を要求される画質によって使い分ける画像補完手段と、
を備え、
前記第１の状態または前記第２の状態の何れかにおいて前記第１および第２の撮影レンズと、前記第１および第２の撮像素子とで得られる画像の画角における不連続部分は、前記不連続部分の両端にあたる２つの画像を前記画像補完手段にて合成し、前記不連続部分を補完することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】
前記第１の撮影レンズはズームレンズであり、
前記第２の撮影レンズは単焦点レンズであり、
前記光路切替手段を操作して前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子から得られる画像情報を要求される画質によって使い分ける画像補完手段を備え、
前記第２の撮影レンズの焦点距離が前記第１のズームレンズの焦点距離範囲内にあり、かつ前記第１のズームレンズの短焦点側端および長焦点側端の焦点距離と前記第２のレンズの焦点距離との比がともに前記第１の撮像素子と第２の撮像素子の対角線長比より小さいことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
【請求項３】
前記第１の撮影レンズと前記第２の撮影レンズの両方がズームレンズであり、
前記第２の撮影レンズの焦点距離範囲が前記第１の撮影レンズの焦点距離範囲内にあり、かつ第１の撮影レンズの短焦点側端と第２の撮影レンズの長焦点側端との焦点距離比が前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子の対角線長比より小さいことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
【請求項４】
前記光路切替手段とズームの操作部を単一としたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮影レンズを交換できない所謂レンズ固定式カメラでは、撮影領域を拡大するためには高倍率のズームレンズを搭載する必要があったが、レンズの構成枚数が多くなり、レンズの全長と重量が増加し、開放Ｆ値が暗く、光学性能も劣化するといった問題があった。
【０００３】
そのため、一本のズームレンズではなくズーム機能を持つ複数の光学系を備え、切替えを行ない撮影領域を拡大するものが考案されている。
【０００４】
また、単一の光学系とサイズの異なる複数の撮像素子を備え、撮像素子を切替えて撮影領域を拡大するものも考案されている
しかし、いずれもレンズまたは撮像素子を切替えて画角を変えるものであり、連続して切れ目なく撮影領域を変化させることはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮して、複数の撮影光学系および撮像素子を備えたデジタルカメラにおいて装置の大型化を招かずに連続して切れ目のない高倍率ズームを実現することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のデジタルカメラは第１の撮像素子と、前記第１の撮像素子よりサイズが大きく画素密度が低い第２の撮像素子と、第１の撮影レンズと、前記第１の撮影レンズとは画角の異なる第２の撮影レンズと、前記第１の撮影レンズを通った光を前記第１の撮像素子へ導き、前記第２の撮影レンズを通った光を前記第２の撮像素子へ導く第１の状態と、前記第１の撮影レンズを通った光を前記第２の撮像素子へ導き、前記第２の撮影レンズを通った光を前記第１の撮像素子へ導く第２の状態と、を切り替える光路切替手段と、前記光路切替手段を操作して前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子から得られる画像情報を要求される画質によって使い分ける画像補完手段と、を備え、前記第１の状態または前記第２の状態の何れかにおいて前記第１および第２の撮影レンズと、前記第１および第２の撮像素子とで得られる画像の画角における不連続部分は、前記不連続部分の両端にあたる２つの画像を前記画像補完手段にて合成し、前記不連続部分を補完することを特徴とする。
上記構成の発明では、第１の撮像素子と第１の撮影レンズ、第１の撮像素子よりサイズが大きく画素密度が低い第２の撮像素子と第２撮影レンズの組合せによって得られる画像情報と、第１の撮像素子と第２の撮影レンズ、第２の撮像素子と第１の撮影レンズの組合せによって得られる画像の画角における不連続部分は、不連続部分の両端にあたる２つの画像を画像補完手段にて合成し、補完することで切れ目のない望遠ズームモードを実現できる。すなわち、各撮影レンズから各撮像素子への光路を、第１の撮影レンズを通った光を第１の撮像素子へ導き、第２の撮影レンズを通った光を第２の撮像素子へ導く第１の状態と、第１の撮影レンズを通った光を第２の撮像素子へ導き、第２の撮影レンズを通った光を第１の撮像素子へ導く第２の状態との切替えを行い、撮影レンズと撮像素子の組合せを変えることによって選択することができ、画像補完手段を使って効率的にズームの領域を広げることが出来る。
【０００７】
請求項２に記載のデジタルカメラは、前記第１の撮影レンズはズームレンズであり、前記第２の撮影レンズは単焦点レンズであり、前記光路切替手段を操作して前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子から得られる画像情報を要求される画質によって使い分ける画像補完手段を備え、前記第２の撮影レンズの焦点距離が前記第１のズームレンズの焦点距離範囲内にあり、かつ前記第１のズームレンズの短焦点側端および長焦点側端の焦点距離と前記第２のレンズの焦点距離との比がともに前記第１の撮像素子と第２の撮像素子の対角線長比より小さいことを特徴とする。
【０００８】
上記構成の発明では、サイズが小さく画素密度が高い第１の撮像素子とズームレンズである第１の撮影レンズ、サイズが大きく画素密度が低い第２の撮像素子と単焦点レンズである第２の撮影レンズの組合せによって得られる、画角が小さく光学ズーム可能な高画質画像情報と、画角が大きい低画質画像情報とを画像補完手段で合成して得られる画像による望遠ズームモードを実現できる。また、サイズが小さく画素密度が高い第１の撮像素子と単焦点レンズである第２の撮影レンズ、サイズが大きく画素密度が低い第２の撮像素子とズームレンズである第１の撮影レンズの組み合わせによって得られる、画角が小さい高画質画像情報と、画角が大きく光学ズーム可能な低画質画像情報とを画像補完手段で合成して得られる画像による広角ズームモードを実現できる。すなわち、上記構成では望遠領域を光学ズームでカバーした望遠ズームモードと広角領域を光学ズームでカバーした広角ズームモードの２種類のモードが選択出来る。前記２種類のモードは各撮影レンズから各撮像素子への光路を切替え、撮影レンズと撮像素子の組合せを変えることによって選択することができる。また、両モードとも単焦点レンズで得られる画像の画角はズームレンズで得られる画像の画角範囲に含まれないので、画像補完手段を使って効率的にズームの領域を広げることが出来る。
【０００９】
請求項３に記載のデジタルカメラは、前記第１の撮影レンズと前記第２の撮影レンズの両方がズームレンズであり、前記第２の撮影レンズの焦点距離範囲が前記第１の撮影レンズの焦点距離範囲内にあり、かつ第１の撮影レンズの短焦点側端と第２の撮影レンズの長焦点側端との焦点距離比が前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子の対角線長比より小さいことを特徴とする。
【００１０】
上記構成の発明では、２本のズームレンズを２つの撮像素子と組合せて画像を得るので、画質劣化の少ない光学ズームによる画角変化と画像補完手段を使って高倍率のズームが可能となる。また、２本のズームレンズによる画角変化範囲は重複していないため効率的にズームの領域を広げることができる。
【００１１】
請求項４に記載のデジタルカメラは、前記光路切替手段とズームの操作部を単一としたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、単一の操作部材を操作することでズーム操作と光路切替えを連続して行ない、広角ズームモードでズームイン操作を続けることにより自動的に望遠ズームモードに切り替わり、また望遠ズームモードでズームアウト操作を続けることにより自動的に広角ズームモードに切り替わる。このため、広角ズームモードの広角側端から望遠ズームモードの望遠側端まで連続して切れ目なくズームが行なえる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１には、第１形態に係るデジタルカメラが示されている。
【００１５】
図１（Ａ）に示すようにデジタルカメラ１０は箱型をしており、レリーズボタン１６、ズームボタン１８、ストロボ２０等が設けられている。デジタルカメラ１０前面には第１撮影レンズ１２と第２撮影レンズ１４が設けられ、後述する第１ＣＣＤ３０および第２ＣＣＤ３２上に画像を結ぶ。
【００１６】
図１（Ｂ）に示すようにデジタルカメラ１０背面にはファインダ用としてＬＣＤモニタ２２が設けられている。また、別途に光学ファインダ２４を設けている。電源スイッチ２６、モード切替ボタン２８等のスイッチ類も設けられており、モード切替やズーム等の情報はＬＣＤモニタ２０上に映し出される。
【００１７】
図２には、第１形態にかかるデジタルカメラ１０の内部構造のブロック図が示されている。
【００１８】
第１撮影レンズ１２を通った光は第１ＣＣＤ３０上に結像し、第２撮影レンズ１４を通った光は第２ＣＣＤ３２上に結像し、光学データは電気的な画像データに変換される。この画像データは画像処理部３４、３５へ送られ画像処理される。画像処理部３４、３５で処理された画像データはコントロール部３６内の画像補完部３８へ送られ一つの画像に合成される。
【００１９】
２本の撮影レンズと２個のＣＣＤで得られる画像の画角における不連続部分は、不連続部分の両端にあたる２つの画像をコントロール部３６内の画像補完部３８にて合成し一つの画像として補完する。あるいは画素数の関係で２つの画像を合成するよりも不連続部分広角側端の画像をトリミングして使用した方が望ましい場合は、不連続部分広角側端の画像を電子ズームでトリミングして画角を調整し、不連続部分を補完する。
【００２０】
図３には画像補完部３８で行なわれる画像合成の方法が示されている。
【００２１】
図３（Ａ）のように、画像の中央には画素密度の高い第１ＣＣＤ３０の画像が表示され、周辺部は画素密度の低い第２ＣＣＤ３２の画像を使用して補完する。第１ＣＣＤ３０の画像と第２ＣＣＤ３２の画像の境目を目立たなくするため、図３（Ｂ）に示すように第１ＣＣＤ３０の画像の周辺部で第２ＣＣＤ３２の画像と滑らかに繋ぎ合わせる処理が行なわれる。例えば第１ＣＣＤ３０の画像と第２ＣＣＤ３２の画像で輝度に差があった場合、図３（Ｂ）では縦軸Ｙに輝度ｙをとり、第１ＣＣＤ３０の画像外縁部ａ２から一定の距離を設けた内側のａ３まで輝度ｙをゆるやかに変化させて繋ぎ目を目立たなくする。具体的には、ａ２における第２ＣＣＤ３２のｙ数値（ｙａ２）から、ａ３における第１ＣＣＤ３０のｙ数値（ｙａ３）まで、画像上の距離ｘに応じて図３（Ｂ）上のｙ１：ｙ２が常にｘ１：ｘ２となるように数値ｙを変化させて行けばよい。当然、輝度以外の数値についても同様の処理を行なう。
【００２２】
図４には第１ＣＣＤ３０、第２ＣＣＤ３２で得られる画像が撮影レンズとＣＣＤの組合せ別に示されている。
【００２３】
ここではサイズが小さく画素密度の高い第１ＣＣＤ３０とサイズが大きく画素密度の低い第２ＣＣＤ３２の対角線長比を１：３、第１撮影レンズ１２のズーム比をｎ〜４ｎ（ｍｍ）、第２撮影レンズ１４の焦点距離を２ｎ（ｍｍ）とする。
【００２４】
また、望遠ズームモードでは第１撮影レンズ１２と第１ＣＣＤ３０の組合せで得られる画角は３５ミリカメラ換算で望遠７２ｍｍ〜２８８ｍｍレンズ相当、第２撮影レンズ１４と第２ＣＣＤ３２の組合せで得られる画角は３５ミリカメラ換算で標準４８ｍｍレンズ相当とし、広角ズームモードでは第１撮影レンズ１２と第２ＣＣＤ３２の組合せで得られる画角は同じく２４ｍｍ〜９６ｍｍレンズ相当、第２撮影レンズ１４と第１ＣＣＤ３０の組合せで得られる画角は同じく望遠１４４ｍｍ相当とする。
【００２５】
まず望遠ズームモードでは、第１撮影レンズ１２とサイズが小さく画素密度の高い第１ＣＣＤ３０、第２撮影レンズ１４とサイズが大きく画素密度の低い第２ＣＣＤ３２の組合せで画像情報を得ている。得られた画像情報は第１撮影レンズ１２／第１ＣＣＤ３０で７２ｍｍ〜２８８ｍｍレンズ相当、第２撮影レンズ１４／第２ＣＣＤ３２で４８ｍｍレンズ相当なので、画角の不連続部分である７２ｍｍから４８ｍｍの間は図４（Ａ）に示すように画面中央に画質の高い第１ＣＣＤ３０の７２ｍｍレンズ相当画像を置き、周辺は第２ＣＣＤ３２の４８ｍｍレンズ相当画像を使用して画像補完により合成することで、標準４８ｍｍレンズ相当から望遠７２ｍｍレンズ相当の画面まで切れ目なく画像を得ることができる。
【００２６】
これにより、４８ｍｍから７２ｍｍまでは画像補完で、７２ｍｍから２８８ｍｍまでは光学ズームで連続して切れ目なくズームが可能となる。
【００２７】
次に広角ズームモードでは、第２撮影レンズ１４とサイズが小さく画素密度の高い第１ＣＣＤ３０、第１撮影レンズ１２とサイズが大きく画素密度の低い第２ＣＣＤ３２の組合せで画像情報を得ている。得られた画像情報は第２撮影レンズ１４／第１ＣＣＤ３０で１４４ｍｍレンズ相当、第１撮影レンズ１２／第２ＣＣＤ３２で２４ｍｍ〜９６ｍｍレンズ相当なので、画角の不連続部分である９６ｍｍから１４４ｍｍの間は図４（Ｂ）に示すように画面中央に画質の高い第１ＣＣＤ３０の１４４ｍｍレンズ相当画像を置き、周辺は第２ＣＣＤ３２の９６ｍｍレンズ相当画像を使用して画像補完により合成することで、広角９６ｍｍレンズ相当から望遠１４４ｍｍレンズ相当の画面まで切れ目なく画像を得ることができる。
【００２８】
これにより、２４ｍｍから９６ｍｍまでは光学ズームで、９６ｍｍから１４４ｍｍまでは画像補完で連続して切れ目なくズームが可能となる。
【００２９】
次にモード切替えについて具体的に説明する。
【００３０】
デジタルカメラ１０が望遠ズームモードに設定されている時は図５（Ａ）のように第１撮影レンズ１２から入射した光が第１ＣＣＤ３０に導かれ、第２撮影レンズ１４から入射した光は第２ＣＣＤ３２に導かれる。これにより、ズームレンズである第１撮影レンズ１２とサイズの小さい第１ＣＣＤ３０で得られる望遠領域の画像を画面の中心に置き、単焦点レンズである第２撮影レンズ１４とサイズの大きい第２ＣＣＤ３２で得られる標準領域の画像を周囲に配置することで、標準から準望遠までは画像補完で、準望遠から望遠までは光学ズームでカバーし、連続して切れ目なくズームが可能となる。この場合、画質劣化のない光学ズームで望遠領域を幅広くカバーできるので、スポーツ写真や報道写真に好適である。
【００３１】
撮影者がモード切替ボタン２８で広角ズームモードに切替えると、図５（Ｂ）に示すように光路中に４枚の可動ミラー４２が挿入され、第１撮影レンズ１２から入射した光は可動ミラー４２と固定ミラー４４で反射され第２ＣＣＤ３２に導かれ、第２撮影レンズ１４から入射した光は可動ミラー４２で反射され第１ＣＣＤ３０に導かれる。これにより、単焦点レンズである第２撮影レンズ１４とサイズの小さい第１ＣＣＤ３０で得られる望遠領域の画像を画面の中心に置き、ズームレンズである第１撮影レンズ１２とサイズの大きい第２ＣＣＤ３２で得られる広角領域の画像を周囲に配置することで、広角から標準までは光学ズームで、標準から望遠までは画像補完でカバーし、連続して切れ目なくズームが可能となる。この場合、画質劣化のない光学ズームで広角領域を幅広くカバーできるので、風景写真やスナップ写真に好適である。
【００３２】
図６には、第２形態に係るデジタルカメラの構造が示されている。
図６（Ａ）に示すようにデジタルカメラ１０は箱を二つ繋いだ形状をしており、二つの箱は接合面の中央にある回転軸４６で回動自在に連結されている。
【００３３】
撮影者から見て手前側の箱すなわちＣＣＤ部４８には電源スイッチ２６、ズームボタン１８、レリーズボタン１６が設けられ、接合面には第１ＣＣＤ３０及び第２ＣＣＤ３２が設けられている。ＣＣＤ部４８に回転軸４６で軸支されているレンズ部５０は回転軸４６を中心に３６０度自由に回動可能であり、内部には第１撮影レンズ１２及び第２撮影レンズ１４が収められている。この第１及び第２撮影レンズを通った光は夫々第１窓５２及び第２窓５４を通り、ＣＣＤ部４８の第１ＣＣＤ３０及び第２ＣＣＤ３２に像を結ぶ。ＣＣＤ部４８とレンズ部５０の情報の遣り取り、ＡＦ用の電源供給などは電気接点５６を通じて行なう。
【００３４】
撮影者がモードを切替える際は、ＣＣＤ部４８とレンズ部５０を持って回転軸４６を中心に１８０度回転させる。これによりレンズ部５０の第１撮影レンズ１２と第２撮影レンズ１４、ＣＣＤ部の第１ＣＣＤ３０と第２ＣＣＤ３２の組合せが逆になる。撮影レンズとＣＣＤの光軸は回転軸４６を中心に対称の位置にあるのでＣＣＤ部４８とレンズ部５０を１８０度回転させても光軸が狂うことはない。電気接点５６も回転軸に対して対称の位置にあるので情報や電力の伝達に支障はない。また撮影中、不用意に回転しないようにロック機構５８を設けておくことは言うまでもない。
【００３５】
さらに、現在のレンズ／ＣＣＤの組合せが望遠ズーム／広角ズームのどちらか一目で判るようにレンズ部をツートンカラーに塗り分けたり形状を非対称にしてもよい。
【００３６】
図７には第３形態に係るデジタルカメラの外観が示されている。
【００３７】
図７に示すようにデジタルカメラ１０は第２形態と同様に箱を二つ繋いだ形状をしているが第３形態には回転軸は存在せず、ＣＣＤ部４８側の接合面をＵ字型の支持部６０とし、レンズ部５０側の接合面を形成する係止部６２を上から嵌め込んで固定する。
【００３８】
モード切替えの際には一旦レンズ部５０を外し、レンズ光軸方向を中心として、１８０度回転させてからＣＣＤ部４８に嵌め込む。これにより撮影レンズ／ＣＣＤの組合せが変わり、撮影モードを変更できる。
【００３９】
このとき、不用意にＣＣＤ部４８とレンズ部５０の結合が外れないようにロック機構６４を設けておく必要がある。
【００４０】
図８には第４形態に係る光学系の断面図が示されている。
【００４１】
図８（Ａ）に示すように、一つの開口部から入射した光をハーフプリズム６６で２分割し、一方をミラー６８で反射させ、それぞれ第１撮影レンズ１２及び第２撮影レンズ１４へと導いた後、第１及び第２ＣＣＤ上に結像させる。この先は図８（Ｂ）に示すように第１〜第３形態のいずれかに準拠した方法で撮影レンズとＣＣＤの組合せを切替える。
【００４２】
このとき、第１撮影レンズ１２及び第２撮影レンズ１４は光学的に同軸配置されているので、被写体までの距離が近くなっても、２つのＣＣＤからの画像間に２本のレンズの位置ずれに起因するパララックス（視差）が発生しないという利点がある。
【００４３】
また、ハーフプリズム６６の代わりにハーフミラーを用いても良いし、このハーフプリズム／ハーフミラーの反射／透過の割合を調整することで２本の撮影レンズの明るさの差を補正するようにしてもよい。
【００４４】
図９には第５形態に係るデジタルカメラの画角とＣＣＤとの関係が示されている。
【００４５】
第１〜第４形態のデジタルカメラにおいて第２撮影レンズ１４がズームレンズであった場合、図９に示すように、第１ＣＣＤ３０で得られる画像の望遠側端Ｔ１と第２ＣＣＤ３２で得られる画像の広角側端Ｗ２の間に画角の不連続部分が発生する場合がある。
【００４６】
このときＴ１〜Ｗ２の不連続部分を画像補完部３８で補完し、Ｗ１からＴ２まで連続して切れ目なくズームが可能となる。２本のレンズを共にズームレンズとすれば、比較的小さなズーム比のレンズ２本で幅広い領域をカバーすることができるので、結果としてデジタルカメラ１０本体サイズの小型化とズーム領域の拡大を両立させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、装置の大型化を招かずに連続して切れ目のない高倍率ズームを実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態１に係るデジタルカメラの斜視図である。
【図２】本実施形態１に係るデジタルカメラのブロック図である。
【図３】本実施形態１に係るデジタルカメラの画面合成の説明図である。
【図４】本実施形態１に係るデジタルカメラの画面合成の説明図である。
【図５】本実施形態１に係るデジタルカメラの内部構造図である。
【図６】本実施形態２に係るデジタルカメラの透視図である。
【図７】本実施形態３に係るデジタルカメラの斜視図である。
【図８】本実施形態４に係るデジタルカメラの内部構造図である。
【図９】本実施形態５に係るデジタルカメラの画角とＣＣＤの関係図である。
【符号の説明】
１０    デジタルカメラ
１２    第１撮影レンズ
１４    第２撮影レンズ
１６    レリーズボタン
１８    ズームボタン
２６    電源スイッチ
３０    第１ＣＣＤ
３２    第２ＣＣＤ
４２    可動ミラー
４４    固定ミラー
４６    回転軸
４８    ＣＣＤ部
５０    レンズ部
５２    第１窓
５４    第２窓
５６    電気接点
６０    支持部
６２    係止部
６６    ハーフプリズム
【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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【図９】
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