JP5290557B2 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。

例えば一眼レフカメラやコンパクトカメラ等の撮像装置において、フォーカス位置を合わせる方法として、撮像装置が自動的にフォーカス位置を検出しフォーカスレンズを駆動するオートフォーカス方式と、ユーザーがファインダーや画面を確認しながらフォーカス位置を合わせるマニュアルフォーカス方式がある。

マニュアルフォーカス方式には、例えば、画面上に表示されたライブビュー表示において被写体が拡大表示されることによって、ピントを確認できるものがある。一方、オートフォーカス方式には、位相差検出方式やコントラスト検出（ビデオオートフォーカス）方式などがある。位相差検出方式は、一般に一眼レフカメラで用いられ、撮像素子の光入射側に配置されたプリズムによって生成される被写体像のスプリットイメージの像ずれ量を検出してフォーカス位置を検出する。コントラスト検出方式は、一般にコンパクトカメラで用いられ、フォーカスレンズを移動しながら画像情報を取得し、コントラストが最も高くなる位置（最もエッジを多く検出した位置）を検出してその位置をフォーカス位置として決定する。

特許文献１では、液晶回折格子を撮像素子の光入射側に配置してスプリットイメージを生成する技術が開示されている。

特開２００６−１５４５０６号公報

しかし、マニュアルフォーカス方式で、被写体像を拡大表示したとしても、撮像装置を手で保持している場合、手振れが増幅されて被写体像が表示されるため、ピントの確認が困難な場合がある。また、拡大表示してフォーカスレンズを操作してもボケの変化が小さく目視で確認しにくいため、迅速にピントを合わせることができないという問題があった。

また、オートフォーカス方式で、コントラスト検出方式を用いると、フォーカスレンズをいわゆる山登り駆動させてフォーカス位置を検出する必要があるため、フォーカス位置が決定されるまで時間がかかるという問題があった。そのため、コントラスト検出方式が多く用いられるコンパクトカメラのオートフォーカスは、一般的に時間がかかるものが多い。また、コンパクトカメラでは、光路上にプリズムを配置するスペースがないため、位相差検出方式を適用しにくかった。

一方、特許文献１のように液晶回折格子を用いれば、省スペースで位相差検出方式を採用することができるが、液晶を用いるため応答速度が遅く、撮影時にタイムラグが発生しやすいという問題があった。また、特許文献１に開示された液晶回折格子は、液晶粒子の密度の高い層と密度の低い層が交互に配置された層状構造が一定の角度で固定されているため、屈折率が一定である。そのため、レンズの絞りが回折格子の屈折率で決まる所定の絞り値よりも大きい場合は、ケラレが生じスプリットイメージが暗くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、被写体像の撮像面における合焦位置を迅速に検出することが可能な、新規かつ改良された撮像装置及び撮像方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体から撮像面までの光路上に光の入射面が配置され、電気光学効果を有することにより電圧印加によって入射面の面方向の一端から他端にかけて屈折率が漸増又は漸減する屈折率分布を形成し、撮像面に向けて被写体の像を透過させる光学素子を備えることを特徴とする撮像装置が提供される。

上記光学素子を透過した被写体からの光が結像する撮像面に配置され、光を光電変換によって電気信号に変換する撮像素子と、電気信号に基づいて、光学素子での屈折によって生じる撮像面上の被写体像のずれ位置を検出する像ずれ位置検出部と、光軸方向に移動することによって撮像面上に被写体像を合焦させるフォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御部と、検出されたずれ位置に基づいてフォーカスレンズの駆動位置を算出する駆動位置算出部とを備えるものであってもよい。

上記被写体からの光が結像する撮像面に配置され、光を光電変換によって電気信号に変換する撮像素子と、電気信号に基づいて、電圧印加がないときの撮像面上の被写体像によって生成された第１の画像と、電圧印加がされたときの撮像面上の被写体像によって生成された第２の画像を合成する画像処理部と、画像処理部で合成された合成画像を画像表示部に表示させる画像表示制御部とを備えるものであってもよい。

上記画像処理部は、第２の画像内の複数の領域の相対位置を所定量移動させて、第１の画像と第２の画像を合成するものであってもよい。

光軸方向に移動することによって撮像面上に被写体像を合焦させるフォーカスレンズの移動方向と、フォーカスレンズを移動させるための手動操作方向との関係に基づいて、光学素子に印加する電圧の極性を変化させる電圧極性制御部を備えるものであってもよい。

上記撮像面上に被写体像を結像させるレンズの絞り値を取得する絞り値取得部と、取得された絞り値に基づいて、光学素子に印加する電圧値を変化させる電圧値制御部とを備え、光学素子は、電圧値に応じて屈折率を変化するものであってもよい。

光学素子を透過して撮像面上に結像した画像のうち、光学素子の端部に該当する画像に所定の補正処理を行うものであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被写体から撮像面までの光路上に光の入射面が配置された光学素子が、電気光学効果を有することにより電圧印加によって入射面の面方向に一端から他端にかけて屈折率が漸増又は漸減する屈折率分布を形成するステップと、光学素子を透過した被写体からの光が結像する撮像面に配置される撮像素子が、光を光電変換によって電気信号に変換するステップと、電気信号に基づいて、光学素子での屈折によって生じる撮像面上の被写体像のずれ位置を検出するステップと、光軸方向に移動することによって撮像面上に被写体像を合焦させるフォーカスレンズの駆動を制御するステップと、検出されたずれ位置に基づいてフォーカスレンズの駆動位置を算出するステップとを含むことを特徴とする撮像方法が提供される。

本発明によれば、被写体像の撮像面における合焦位置を迅速に検出することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態の構成）
まず、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置１００は、図１に示すように、結像光学系１０２と、ＣＣＤ１０４と、モータ駆動部１０６と、シリアルＩ／Ｆ１０８と、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１２０と、カードＩ／Ｆ１３０と、ビデオＩ／Ｆ１３２と、キーＩ／Ｆ１３４と、操作キー１３５と、圧縮処理部１５０と、画像処理部１５２と、ＳＤＲＡＭ１６０と、ＭＰＵ１７０などを備える。

本実施形態の撮像装置１００は、ＣＣＤ１０４の前面に結像光学系１０２を備える。結像光学系１０２は、外部の光情報をＣＣＤ１０４に結像させる光学系システムで、例えば、レンズ（図示せず。）と、ズーム機構（図示せず。）と、フォーカスレンズを有するフォーカス機構（図示せず。）と、開口の大きさを変えて、光束の方向や範囲を限定できる絞り機構（図示せず。）と、レンズを取り付ける筒状の鏡胴（図示せず。）を有している。

ＣＣＤ１０４は、結像光学系１０２を経由して入射した光情報を電気信号に変換する光電変換が可能な素子から構成され、各素子は受光した光に応じた電気信号を生成する。なお、本実施形態では、撮像素子の一例としてＣＣＤ１０４を適用した場合を示したが、この例に限定されず、例えば、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）等を適用することができる。

なお、ＣＣＤ１０４の露光時間を制御するため、非撮影時に光を遮って撮影時のみ光が当たるように、メカニカルシャッター（図示せず。）を適用することができる。また、これに限定されず、電子シャッター（図示せず。）を適用してもよい。なお、メカニカルシャッター又は電子シャッターの動作は、操作キー１３５の１つであるシャッターボタンによって行われる。

モータ駆動部１０６は、例えば、結像光学系１０２のズーム機構、フォーカス機構、絞り機構を駆動する。モータ駆動部１０６は、シリアルＩ／Ｆ１０８を介してＭＰＵ１７０などから動作信号が入力される。

ＡＦＥ１２０は、例えばＡＧＣ（automatic gain control）１２２と、Ａ／Ｄ変換部１２４と、タイミングジェネレータ１２６などからなる。ＡＦＥ１２０は、シリアルＩ／Ｆ１０８を介してＭＰＵ１７０などから動作信号が入力される。ＡＧＣ１２２は、相関二重サンプリング回路（correlated double sampling）や増幅器（amplifier）を有し、ＣＣＤ１０４から出力された電気信号に含まれる低周波ノイズを除去すると共に、電気信号を任意のレベルまで増幅する。

Ａ／Ｄ変換部１２４は、ＡＧＣ１２２から出力された電気信号をデジタル変換してデジタル信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部１２４は、生成したデジタル信号を画像処理部１５２などに出力する。

タイミングジェネレータ１２６は、ＣＣＤ１０４やＡＧＣ１２２にタイミング信号を入力し、ＣＣＤ１０４を構成している各画素の露光期間の制御や、電荷の読み出し制御を行う。また、タイミングジェネレータ１２６は同期信号発生器を持ち、この同期信号に基づいて撮像装置が動作する。

カードＩ／Ｆ１３０は、メモリカード１３１への画像データの書き込み、又はメモリカード１３１に記録された画像データや設定情報などの読み出しを制御する。メモリカード１３１は、半導体記憶媒体などであり、撮影された画像データを記録する。なお、例えば、光学式記録媒体（ＣＤ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク、磁気ディスクなどの記憶媒体を用いてもよい。カードＩ／Ｆ１３０、メモリカード１３１は、撮像装置１００から着脱可能に構成されてもよい。

画像表示部１３３は、ビデオＩ／Ｆ１３２によって駆動され出力が制御される。画像表示部１３３は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示手段から構成される。画像表示部１３３は、ＶＲＡＭから読み出された撮像操作を行う前のライブビュー表示や、撮像装置１００の各種設定画面や、撮像して記録された画像の表示などを行う。画像表示部１３３は、画像処理部１５２で合成された合成画像を表示する。ＶＲＡＭは、画像表示用のメモリであり、表示画像の書き込みと画像表示部１３３への表示を同時に実行できるように、複数のチャネルを有するメモリから構成される。ＶＲＡＭは、記録時の画像表示部１３３におけるライブビュー表示や、再生時の画像表示部１３３における表示において画像信号を一時記憶する。

操作キー１３５は、撮像装置１００に対して各種設定及び操作をするためのものであり、入力された操作は、キーＩ／Ｆ１３４を介してＭＰＵ１７０に信号として出力される。

圧縮処理部１５０は、デジタル信号からなる入力画像データをＪＰＥＧ圧縮形式などの圧縮形式で圧縮されたデータへと変換する。画像処理部１５２は、Ａ／Ｄ変換部１２４から出力されたデジタル信号、あるいは、ＳＤＲＡＭ１６０上の画像に対して処理を施し、ＳＤＲＡＭ１６０に画像を出力する。

ＳＤＲＡＭ（synchronous DRAM）１６０は、半導体記憶素子の一例であり、撮影された画像が一時的に保存される。また、ＳＤＲＡＭ１６０には、ＭＰＵ１７０の動作プログラムが保存される。

ＭＰＵ１７０は、プログラムによって演算処理装置及び制御装置として機能し、撮像装置１００内に設けられた各構成要素の処理を制御することができる。ＭＰＵ１７０は、例えば、フォーカス制御や露出制御に基づいてドライバに信号を出力して結像光学系１０２を駆動させる。また、ＭＰＵ１７０は、操作部からの信号に基づいて撮像装置１００の各構成要素を制御する。なお、本実施形態においては、ＭＰＵ１７０が１つだけからなる構成であるが、信号系の命令と操作系の命令とを別々のＣＰＵで行うなど複数のＣＰＵから構成されてもよい。

ＭＰＵ１７０は、例えば、像ずれ位置検出部と、駆動位置算出部と、電圧極性制御部と、絞り値取得部と、電圧値制御部などの機能ブロックを有する。

次に、図２〜図４を参照して、ＣＣＤ１０４の被写体側に設けられる各光学素子について説明する。図２は、本実施形態の各光学素子及びＣＣＤ１０４を示す断面図である。図３は、本実施形態のスプリットイメージ板１１０を示す正面図である。図４は、本実施形態のスプリットイメージ板１１２を示す正面図である。

ＣＣＤ１０４の被写体側に設けられる光学素子は、図２に示すように例えばスプリットイメージ板１１０、１１２と、光学ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１１３、１１４と、赤外光反射薄膜１１５などからなる。各光学素子は、ＣＣＤ１０４から被写体側に方向にスプリットイメージ板１１０、スプリットイメージ板１１２、光学ＬＰＦ１１３、光学ＬＰＦ１１４、赤外光反射薄膜１１５の順で配置される。なお、光学素子は図２で示した例に限定されず、位相板などの他の構成部材を有してもよいし、配置順も他の順序で構成されてもよい。

光学ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１１３、１１４は、被写体像を水平方向又は垂直方向に分離させる単結晶基板であり、高い空間周波数部分を排除して偽色やモアレを防止することができる。例えば、光学ＬＰＦ１１３は被写体像を水平方向に分離させ、光学ＬＰＦ１１４は被写体像を垂直方向に分離させる。赤外光反射薄膜１１５は、赤外光を反射させ、赤外光によるゴーストやかぶりを抑制することができる。

スプリットイメージ板１１０、１１２は、電気光学効果を有する電気光学効果部材２０２、２０４、３０２、３０４をそれぞれ２枚ずつ同一平面上に配置して構成される。図３及び図４に示すスプリットイメージ板１１０、１１２は、ＣＣＤ１０４の撮像面全面を被覆可能な広さを有する。

スプリットイメージ板１１０は、ＣＣＤ１０４の幅方向に長い電気光学効果部材２０２、２０４と、電気光学効果部材２０２、２０４の両端部に設けられた電極２１２、２１４、２２２、２２４からなる。スプリットイメージ板１１２は、ＣＣＤ１０４の高さ方向に長い電気光学効果部材３０２、３０４と、電気光学効果部材３０２、３０４の両端部に設けられた電極３１２、３１４、３２２、３２４からなる。

図５を参照して、スプリットイメージ板１１０、１１２の動作について説明する。図５は、屈折率分布を示すグラフ及びＣＣＤ１０４の撮像面を示す正面図である。

電気光学効果部材２０２、２０４、３０２、３０４は、電圧をかけない状態では、図５（ａ）の非動作状態に示すように１の電極から他の電極への方向で均一な屈折率分布となる。また、電圧を両端の電極にかけた場合、電圧印加によって電気光学効果部材２０２、２０４、３０２、３０４の入射面の一端から他端にかけて、即ち、１の電極から他の電極への方向へ屈折率が漸増又は漸減するような屈折率分布となる。例えば、図５（ａ）の動作状態１に示すように屈折率が１の電極から他の電極への方向へ線形的に変化した分布となる。また、動作状態１と同値の電圧をかけるが、逆の極性とすることで、図５（ａ）の動作状態２に示すような動作状態２とは逆の傾きを有する屈折率分布となる。

更に、動作状態２においてかけた電圧を変化させた場合、屈折率分布が変更され、例えば図５（ａ）の動作状態３に示すように、動作状態２よりも傾きの大きい屈折率分布となる。なお、これらの動作は、例えばＭＰＵ１７０に設けられた電圧極性制御部によって行なわれる。

上下に配置された２つの電気光学効果部材２０２、２０４にそれぞれ、逆の極性の電圧を印加すると図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、被写体像が合焦位置にないとき、被写体像がずれて撮像面上に結像される。以下、この被写体がずれた像をスプリット像ともいう。左右に配置された２つの電気光学効果部材３０２、３０４についても、それぞれ逆の極性の電圧を印加することで撮像面上にスプリット像が生成される。このスプリット像のずれがなくなったときフォーカスレンズは合焦位置に駆動されたこととなり、ピントがあった被写体像を撮影することができる。

例えば、電気光学効果部材２０２が図５（ａ）の動作状態１であり、電気光学効果部材２０４が動作状態２である場合について説明すると、図５（ｂ）に示すスプリット像が得られた場合、フォーカスレンズは合焦位置よりもＣＣＤ１０４側にある後ピンであり、一方、図５（ｃ）に示すスプリット像が得られた場合、フォーカスレンズは合焦位置よりも被写体側にある前ピンである。また、反対に、電気光学効果部材２０２が図５（ａ）の動作状態２であり、電気光学効果部材２０４が動作状態１である場合について説明すると、図５（ｂ）に示すスプリット像が得られた場合、フォーカスレンズは前ピンであり、一方、図５（ｃ）に示すスプリット像が得られた場合、フォーカスレンズは後ピンである。

マニュアルフォーカスの場合、レンズのフォーカスリングを時計回り方向に回転させる手動操作をすることによって無限遠方向にフォーカスレンズが駆動する場合、電気光学効果部材２０２が動作状態１となり、電気光学効果部材２０４が動作状態２となるように、電圧極性制御部が電圧を印加するとよい。図５（ｂ）のスプリット像が得られているとき、フォーカスレンズを至近方向に駆動させるためフォーカスリングを反時計回りに回転させると、図５（ｂ）のスプリット像１０ａは左に移動し、スプリット像１０ｂは右に移動する。

一方、レンズのフォーカスリングを時計回り方向に回転させる手動操作をすることによって至近方向にフォーカスレンズが駆動する場合、電気光学効果部材２０２が動作状態２となり、電気光学効果部材２０４が動作状態１となるように、電圧極性制御部が電圧を印加するとよい。図５（ｂ）のスプリット像が得られているとき、フォーカスレンズを無限遠方向に駆動させるためフォーカスリングを反時計回りに回転させると、図５（ｂ）のススプリット像１０ａは左に移動し、スプリット像１０ｂは右に移動する。

上記のように、フォーカスレンズの移動方向と、フォーカスレンズを移動させるための手動操作方向との関係に基づいて、電気光学効果部材２０２，２０４に印加する電圧の極性を変化させると、感覚的にフォーカス位置を発見する操作がしやすくなる。

なお、撮像装置１００は、設置された結像光学系１０２のレンズからフォーカスリングの回転方向とフォーカスレンズの移動方向の関係を示す情報を取得するとしてもよいし、ユーザーによって操作キー１３５を介して設定されることにより、フォーカスリングの回転方向とフォーカスレンズの移動方向の関係を示す情報を取得してもよい。電圧極性制御部は、取得された情報に基づいて印加する電圧の極性を変化させて、電気光学効果部材２０２、２０４の屈折率分布を変化させる。

印加電圧の電圧値の制御は、例えば、ＭＰＵ１７０に設けられた電圧値制御部によって行われる。電圧値制御部の制御によって、図６（ａ）の動作状態２と動作状態３との違いのようにスプリットイメージ板１１０、１１２で生じる屈折率分布を変化させることができる。また、電圧値制御部は、レンズの絞り値に基づいて、図６に示すように、スプリットイメージ板１１０、１１２に印加する電圧の電圧値を変化させる。図６は、印加電圧と絞りの関係を示すグラフである。絞り値が大きいほど印加する電圧を下げる。その結果、絞り値が大きいとき、スプリットイメージ板１１０、１１２で生じる屈折率は小さくなるため、被写体のケラレがなくなる。絞り値取得部は、例えばＭＰＵ１７０に設けられ、ＣＣＤ１０４の撮像面上に被写体像を結像させるレンズの絞り値を取得する。

（第１の実施形態の動作）

まず、図７及び図８を参照してマニュアルフォーカス（ＭＦ）モードのフォーカス処理について説明する。図７は、ＭＦモードのフォーカス処理を示すタイミングチャートである。図８は、ＭＦモード時の画像表示の際の合成処理を示す説明図である。

タイミングジェネレータ１２６により垂直同期信号（ＶＤ）が出力され、この同期信号に同期して後述する各処理が動作する。ＭＦモードではスプリットイメージ板１１２の電極３１２、３１４、３２２、３２４には電圧を印加せず、スプリットイメージ板１１０のみを用いてフォーカスの検出を行う。スプリットイメージ板１１２は、屈折率を有さない透明板として被写体像を透過させる。スプリットイメージ板１１０は、スプリットイメージ板１１２よりもＣＣＤ１０４側に配置されることで、スプリットイメージのずれ位置の補正やボケをより低減することができる。

まず、１フレーム目として、スプリットイメージ板１１０の電極２１２、２２４に電圧を印加する。このとき、他端側の電極２１４、２２２は接地端とする。電圧が電極２１２、２２４に印加されると、被写体像が撮像面で合焦していない場合、図８のＩｍｇＡに示すようなスプリット像が撮像面上に露光される（ＩｍｇＡ１）（第２の画像）。

次のフレームでは、スプリットイメージ板１１０の電極２１２、２２４には電圧を印加しない。そのため、スプリットイメージ板１１０は、屈折率を有さない透明板として被写体像を撮像面に透過させる。このとき、図８のＩｍｇＢに示すようなスプリット像ではない被写体像が撮像面上に露光される（ＩｍｇＢ１）（第１の画像）。続けて、次のフレームでもスプリットイメージ板１１０の電極２１２、２２４には電圧を印加せず、図８のＩｍｇＣに示すようなＩｍｇＢと同様の被写体像が撮像面に露光される（ＩｍｇＣ１）（第１の画像）。このように、図７に示す例では、３フレームに１フレームのタイミングでスプリット像を露光する。なお、３フレームに１フレームのタイミングに限定されず、任意のタイミングでスプリット像を露光してよい。

露光された被写体像の読み出しは、図７に示すように、被写体像の露光タイミングより１フレーム後に行う。露出演算は、例えばスプリット像ではない被写体像であるＩｍｇＣを用いて行う。露出演算によって露出調節された被写体像は、２フレーム後の露光タイミングである被写体像ＩｍｇＡ３のフレームで反映される。

次に、ＹＣ処理内にて、スプリット像ではない被写体像ＩｍｇＢ又はＩｍｇＣと、スプリット像となる被写体像ＩｍｇＡとが合成される（例えば、ＩｍｇＡ１＋ＩｍｇＢ１、ＩｍｇＡ１＋ＩｍｇＣ１など）。被写体像ＩｍｇＡからは、領域２０３、２０４内の画像が抽出され、ＩｍｇＢ、ＩｍｇＣの領域２０３、２０４に該当する部分に上書きを行って合成される。この合成はＲＡＷ画像の状態で行われる。

なお、領域２０３、２０４の撮像面上の被写体像は、画像処理部１５２によって相対位置を所定量移動されてからＩｍｇＢ、ＩｍｇＣと合成されてもよい。ここで所定量とは、被写体からスプリットイメージ板１１０面上までの距離と、被写体からＣＣＤ１０４の撮像面上までの距離の相違によるずれ分を補正するものである。また、被写体像の相対位置の移動は、例えばユーザー設定によってスプリット像のずれ量を拡大表示するときに行われるとしてもよい。更に、被写体像の相対位置の移動は、レンズの絞り値が大きいため電気光学効果部材２０２、２０４の屈折率が小さく設定されているときに、ずれ量を拡大表示するときに行われるとしてもよい。この場合、被写体像の移動は、拡大表示のため算出された量に基づいて行われる。

また、ＹＣ処理は、スプリット像ではない被写体像ＩｍｇＢ又はＩｍｇＣが読み出された後のそれぞれの次のフレームで行われる。更に、画面表示は、ＹＣ処理によって生成された画像を次のフレームで表示する。この際、表示する画像が生成されていない場合は１つ前のフレームの画像を再度表示する。

次に、図９を参照して、本実施形態に係る撮像装置１００の表示画像生成処理について説明する。図９は、本実施形態に係る撮像装置の表示画像生成処理を示すフローチャートである。

まず、ＣＣＤ１０４で結像した画像の電気信号がデジタル変換され、画像処理部１５２にデジタル変換された画像信号が取り込まれる（ステップＳ１０１）。次に、画像処理部１５２は、電圧印加がないときのＣＣＤ１０４の撮像面上の被写体像によって生成された第１の画像と、電圧印加がされたときのＣＣＤ１０４の撮像面上の被写体像によって生成された第２の画像を合成したり、電気光学効果部材２０２、２０４の端部で生じる画像の乱れを抑制するため、電気光学効果部材２０２、２０４の境界に該当する部分に補正を行ったりする画像合成処理を行う（ステップＳ１０２）。

また、画像処理部１５２は、画像信号に基づいてホワイトバランス補正（ステップＳ１０３）、ＣＦＡ（Color filter array）補間（ステップＳ１０４）、色再現処理（ステップＳ１０５）、トーン再現処理（ステップＳ１０６）を行う。

これら一連の画像処理の後、画像信号についてＹＣｂＣｒ変換をして輝度信号、色差信号を生成し（ステップＳ１０７）、エッジ強調処理を行う（ステップＳ１０８）。生成された画像データは画像表示部１３３に出力され、画像表示部１３３は表示画像を取得して画像表示を行なう（ステップＳ１０９）。

次に、図１０及び図１１を参照してオートフォーカス（ＡＦ）モードのフォーカス処理について説明する。図１０は、ＡＦモードのフォーカス処理を示すフローチャートである。図１１は、ＡＦモードのフォーカス処理を示すタイミングチャートである。

図１１に示すように、タイミングジェネレータ１２６により垂直同期信号（ＶＤ）が生成され、この同期信号に同期して後述する各処理が動作する。ＡＦモードでは、スプリットイメージ板１１０の電極２１２、２２４及びスプリットイメージ板１１２の電極３１２、３２４に電圧を印加する。この動作により、水平方向及び垂直方向のスプリット像が得られるため、フォーカス位置の検出精度が向上する。

まず、１フレーム目として、スプリットイメージ板１１０の電極２１２、２２４に電圧を印加する。このとき、他端側の電極２１４、２２２は接地端とする。電圧が電極２１２、２２４に印加されると、被写体像が撮像面で合焦していない場合、垂直方向に分離されたスプリット像が撮像面上に露光される（ＩｍｇＡ）（ステップＳ２０１）。

次に、露光された被写体像の読み出しは、図１１に示すように、被写体像の露光タイミングより１フレーム後に行う（ステップＳ２０２）。そして、例えばＭＰＵ１７０に設けられた像ずれ検出部が、ＣＣＤ１０４から出力された電気信号による画像信号に基づいて、スプリットイメージ板１１０、１１２での屈折によって生じるＣＣＤ１０４における撮像面上の被写体像のずれ位置を検出する。そして、例えばＭＰＵ１７０に設けられた駆動位置算出部が、像ずれ位置検出部で検出されたずれ位置に基づいてフォーカスレンズの駆動位置を算出する。例えば、読み出された被写体像データを用いて、スプリット像のずれ量（例えば画素数）を相関計算によって算出し、被写体が撮像面で合焦するようなフォーカスレンズ位置を算出する（ステップＳ２０３）。

また、ＩｍｇＡの露光を行ったフレームの次のフレームでは、スプリットイメージ板１１２の電極３１２、３２４に電圧を印加する。このとき、他端側の電極３１４、３２２は接地端とする。電圧が電極３１２、３２４に印加されると、被写体像が撮像面で合焦していない場合、水平方向に分離されたスプリット像が撮像面上に露光される（ＩｍｇＢ）（ステップＳ２０４）。

露光された被写体像の読み出しは、図１１に示すように、被写体像の露光タイミングより１フレーム後に行う（ステップＳ２０５）。更に、読み出された被写体像データを用いて、スプリット像のずれ量（例えば画素数）を相関計算によって算出し、被写体が撮像面で合焦するようなフォーカスレンズ位置を算出する（ステップＳ２０６）。

次に、ステップＳ２０３及びステップＳ２０６で行われた測距演算に基づいて、被写体が撮像面で合焦するようなフォーカスレンズ位置を決定する（ステップＳ２０７）。そして、フォーカスレンズを駆動し、算出されたフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズを移動させる（ステップＳ２０８）。フォーカスレンズの駆動は、図１１に示すように垂直同期信号とは非同期で行われる。

そして、フォーカスレンズが移動した後、合焦確認のため、スプリットイメージ板１１０又はスプリットイメージ板１１２を再び動作させる（ステップＳ２０９）。図１１に示す例では、フォーカスレンズの駆動が終了した直後の垂直同期信号のタイミングで、スプリットイメージ板１１０の電極２１２、２２４に電圧を印加し、スプリット像を撮像面上に露光させる（ＩｍｇＣ）。そして、露光された被写体像ＩｍｇＣの読み出しを、図１１に示すように、被写体像の露光タイミングより１フレーム後に行う（ステップＳ２１０）。なお、スプリットイメージ板１１０、１１２のどちらを動かすかはステップＳ２０７で決定される。

更に、読み出された被写体像データを用いて、スプリット像のずれ量（例えば画素数）を相関計算によって算出し、合焦したか否かを判断する。また、同時に、予め設定されたフォーカス動作の上限ループ回数を満たしたか否かを判断する（ステップＳ２１１）。合焦条件を満たす、あるいはループ回数が上限を超えたらＡＦモードのフォーカス処理を完了する。

上記のフォーカス処理が完了した後、スプリットイメージ板１１０、１１２への電圧印加を解除した状態で撮影処理を行い、画像データを記録する。

次に、図１２を参照して、本実施形態に係る撮像装置１００の記録画像生成処理について説明する。図１２は、本実施形態に係る撮像装置の記録画像生成処理を示すフローチャートである。

まず、ＣＣＤ１０４で結像した画像の電気信号がデジタル変換され、画像処理部１５２にデジタル変換された画像信号が取り込まれる（ステップＳ３０１）。次に、画像処理部１５２は、例えば電気光学効果部材２０２、２０４、３０２、３０４の境界に該当する部分に補正を行うなどの画像補間処理を行う（ステップＳ３０２）。また、画像処理部１５２は、画像信号に基づいてホワイトバランス補正（ステップＳ３０３）、ＣＦＡ（Color filter array）補間（ステップＳ３０４）、色再現処理（ステップＳ３０５）、トーン再現処理（ステップＳ３０６）を行う。

これら一連の画像処理の後、画像信号についてＹＣｂＣｒ変換をして輝度信号、色差信号を生成し（ステップＳ３０７）、エッジ強調処理を行う（ステップＳ３０８）。そして、圧縮処理部１５０がＪｐｅｇコーディングを行ってＪｐｅｇ形式の圧縮データを生成する（ステップＳ３０９）。生成された圧縮データは例えばメモリカード１３１に記録され、撮像された画像の取得が完了する（ステップＳ３１０）。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、スプリットイメージ板１１０、１１２は、ＣＣＤ１０４とほぼ同一の広さを有するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図１３に示すようにスプリットイメージ板４００は、ＣＣＤ１０４の一部を被覆する広さを有するとしてもよい。図１３は、本実施形態のスプリットイメージ板の変更例を示す正面図である。スプリットイメージ板４００は、電気光学効果部材４０２、４０４と電極４１２、４１４、４２２、４２４からなる。

さらに、スプリットイメージ板１１０、１１２、４００における２枚の組合せからなる電気光学効果部材は、ＣＣＤ１０４のほぼ中央で両端が接し境界が設けられるように配置される場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、撮像面の中央以外の任意の位置でスプリット像が形成されるように、電気光学効果部材が配置されてもよい。また、スプリット像が１箇所だけでなく、複数の箇所に生じるように電気光学効果部材を複数設置することができる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。 同実施形態の各光学素子及びＣＣＤを示す断面図である。 同実施形態のスプリットイメージ板を示す正面図である。 同実施形態のスプリットイメージ板を示す正面図である。 屈折率分布を示すグラフ及びＣＣＤの撮像面を示す正面図である。 同実施形態のスプリットイメージ板の印加電圧と絞りの関係を示すグラフである。 ＭＦモードのフォーカス処理を示すタイミングチャートである。 ＭＦモード時の画像表示の際の合成処理を示す説明図である。 同実施形態に係る撮像装置の表示画像生成処理を示すフローチャートである。 ＡＦモードのフォーカス処理を示すフローチャートである。 ＡＦモードのフォーカス処理を示すタイミングチャートである。 同実施形態に係る撮像装置の記録画像生成処理を示すフローチャートである。 同実施形態のスプリットイメージ板の変更例を示す正面図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０２ 結像光学系
１０４ ＣＣＤ
１０６ モータ駆動部
１０８ シリアルＩ／Ｆ
１１０、１１２、４００ スプリットイメージ板
１１３、１１４ 光学ＬＰＦ
１１５ 赤外光反射薄膜
１２０ ＡＦＥ
１２２ ＡＧＣ
１２４ Ａ／Ｄ変換部
１２６ タイミングジェネレータ
１３０ カードＩ／Ｆ
１３１ メモリカード
１３２ ビデオＩ／Ｆ
１３３ 画像表示部
１３４ キーＩ／Ｆ
１３５ 操作キー
１５０ 圧縮処理部
１５２ 画像処理部
１６０ ＳＤＲＡＭ
１７０ ＭＰＵ
２０２、２０４、３０２、３０４、４０２、４０４ 電気光学効果部材
２１２、２１４、２２２、２２４、３１２、３１４、３２２、３２４、４１２、４１４、４２２、４２４ 電極

Claims (8)

1. 被写体から撮像面までの光路上に光の入射面が配置され、電気光学効果を有することにより前記入射面の一端および他端にそれぞれ設けられる電極への電圧印加によって前記一端から前記他端にかけて屈折率が漸増又は漸減する屈折率分布を形成し、前記撮像面に向けて前記被写体の像を透過させる光学素子と、
   前記被写体からの光が結像する前記撮像面に配置され、前記光を光電変換によって電気信号に変換する撮像素子と、
   前記電気信号に基づいて、前記電圧印加がないときの前記撮像面上の前記被写体像によって生成された第１の画像と、前記電圧印加がされたときの前記撮像面上の前記被写体像によって生成された第２の画像とを合成する画像処理部と、
   前記画像処理部で合成された合成画像を画像表示部に表示させる画像表示制御部と、
   を備えることを特徴とする、撮像装置。
2. 前記電気信号に基づいて、前記光学素子での屈折によって生じる前記撮像面上の前記被写体像のずれ位置を検出する像ずれ位置検出部と、
   光軸方向に移動することによって前記撮像面上に前記被写体像を合焦させるフォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御部と、
   前記検出されたずれ位置に基づいて前記フォーカスレンズの駆動位置を算出する駆動位置算出部と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画像処理部は、前記第２の画像内の複数の領域の相対位置を所定量移動させて、前記第１の画像と前記第２の画像を合成することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
4. 光軸方向に移動することによって前記撮像面上に前記被写体像を合焦させるフォーカスレンズの移動方向と、前記フォーカスレンズを移動させるための手動操作方向との関係に基づいて、前記光学素子に印加する電圧の極性を変化させる電圧極性制御部を備えることを特徴とする、請求項１または３に記載の撮像装置。
5. 前記撮像面上に前記被写体像を結像させるレンズの絞り値を取得する絞り値取得部と、
   前記取得された絞り値に基づいて、前記光学素子に印加する電圧値を変化させる電圧値制御部と、
   を備え、
   前記光学素子は、前記電圧値に応じて前記屈折率を変化することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記光学素子を透過して前記撮像面上に結像した画像のうち、前記光学素子の端部に該当する画像に所定の補正処理を行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 被写体から撮像面までの光路上に光の入射面が配置された光学素子が、電気光学効果を有することにより前記入射面の一端および他端にそれぞれ設けられる電極への電圧印加によって前記一端から前記他端にかけて屈折率が漸増又は漸減する屈折率分布を形成するステップと、
   前記光学素子を透過した前記被写体からの光が結像する前記撮像面に配置される撮像素子が、前記光を光電変換によって電気信号に変換するステップと、
   前記電気信号に基づいて、前記電圧印加がないときの前記撮像面上の前記被写体像によって生成された第１の画像と、前記電圧印加がされたときの前記撮像面上の前記被写体像によって生成された第２の画像とを合成するステップと、
   前記合成するステップで合成された合成画像を画像表示部に表示させるステップと、
   を含むことを特徴とする、撮像方法。
8. 同一平面上に並列に配置された第１の電気光学効果部材および第２の電気光学効果部材を含み、被写体から撮像面までの光路上に光の入射面が配置され、電気光学効果を有することにより前記入射面の一端および他端にそれぞれ設けられる電極への電圧印加によって前記一端から前記他端にかけて屈折率が漸増又は漸減する屈折率分布を形成し、前記撮像面に向けて前記被写体の像を透過させる光学素子と、
   前記光学素子を通過した前記被写体からの光が結像する前記撮像面に配置され、前記光を光電変換によって電気信号に変換する撮像素子と、
   前記電気信号に基づいて、前記光学素子での屈折によって生じる前記撮像面上の前記被写体像のずれ位置を検出するスプリット像位置検出部と、
   光軸方向に移動することによって前記撮像面上に前記被写体像を合焦させるフォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御部と、
   前記検出されたずれ位置に基づいて前記フォーカスレンズの駆動位置を算出する駆動位置算出部と、
   を備え、
   前記第１の電気光学効果部材の両側端の前記電極に印加される電圧と前記第２の電気光学効果部材の両端部の前記電極に印加される電圧とは、逆の極性を有するように印加されることを特徴とする、撮像装置。

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