专利名称：摄像装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种具备光学取景器和半透半反镜的摄像装置。
背景技术：
在用户一边看光学取景器一边对运动图像进行拍摄的情况下，需要将从摄像 镜头入射的光束分割为射向光学取景器的光束和射向摄像面的光束。在单镜头反光 (single-lens reflex)数字照相机中，通常为以下结构利用半透半反镜来进行光路分割， 使透过半透半反镜的光射向摄像面。但是，在这种情况下，由于光透过半透半反镜而在摄像 面上产生光学像差，因此担心图像质量降低。另一方面，由半透半反镜反射的光束能够抑制 产生像差。在日本特开2007-3^852号公报中利用这点而提出了一种照相机，在该照相机 中使半透半反镜反射的光射向摄像面。另外，在日本特开平9-159807号公报中提出了如下 一种方案，根据像高来改变半透半反镜的厚度，由此在光学上校正像差。另外，提出了以下 结构使用薄膜(pellicle)等材料作为半透半反镜而尽可能降低了像差影响的结构；以及 在棱镜上形成反射面的分束器中也抑制了产生上述像差的结构。另外，作为恢复劣化图像(例如，抖动图像、模糊图像)的例子，在日本特开 2000-20691号公报中公开了一种图像处理装置，该图像处理装置根据摄像装置的特性信息 等生成劣化函数，根据劣化函数从再次变换的图像生成恢复图像。然而，在以往的技术中没有充分采取用于抑制像差并且实现小型且廉价的照相机 的有效对策。例如在日本特开2007-3^852号公报中，在通过了摄像镜头且被半透半反镜 反射的光的前方设置有摄像面，因此在照相机的布局上难以实现小型化。另外，在日本特开 平9-159807号公报中，需要对半透半反镜进行特殊的加工，因此导致照相机变得昂贵。另 外，由于F值等的摄像镜头条件不同而校正效果发生变化，因此无法避免图像质量降低。在 使用薄膜的情况下，由于是薄膜，因此难以处理。另外，由于棱镜昂贵且较重，因此难以应用 于小型且廉价的照相机中。因此，本发明提供一种在具备光学取景器和半透半反镜的摄像装置中抑制由于半 透半反镜而产生的像差并且实现小型化以及低成本化的装置及其控制方法。
发明内容
为了解决上述情况，本发明所涉及的装置具备光学元件，其相对于摄像镜头的光 轴倾斜地配置，以使通过了上述摄像镜头的光的一部分反射并且使通过了上述摄像镜头的 光的一部分透过；光学取景器，其能够利用由上述光学元件反射的光来观察被摄体；摄像 元件，其接收透过了上述光学元件的光并输出图像数据；以及图像处理单元，其通过变换处 理对由上述摄像元件获得的图像数据的像差进行校正来恢复为像差产生前的图像，该变换 处理基于与上述光学元件有关的传递函数，该像差是由于光透过上述光学元件而产生的。发明的效果根据本发明，在具备光学取景器的摄像装置中能够抑制由于上述光学元件而产生3的像差并且实现小型化以及低成本化。 通过以下参考附图对典型实施例的说明可知本发明的其它特征。
图1是概要示出用于与图2至图10 —起说明本发明的第一实施方式的单镜头反 光照相机的中央截面的图。图2是说明由于半透半反镜而产生的像差的图。图3是说明由平行平板引起的光折射的图。图4是表示摄像元件的摄像范围的图。图5是表示摄像装置的电结构例的框图。图6是表示拍摄运动图像的处理例的流程图。图7是例示拍摄运动图像序列中的一帧处理的流程图。图8是表示摄像范围的分割例的图。图9是表示拍摄运动图像序列中的像差校正子例程的处理例的流程图。图10是表示拍摄运动图像的序列中的传递函数生成子例程的处理例的流程图。图11是概要表示本发明的第二实施方式所涉及的单镜头反光照相机的中央截面 的图。图12是说明本发明的第三实施方式中的劣化函数的分配的图。
具体实施例方式[第一实施方式]下面，作为本发明的第一实施方式，说明应用于包括可更换镜头系统的单镜头反 光型数字照相机的应用例。图1是表示单镜头反光照相机的光学系统的以中央纵截面示出 的概要图。在图1中，摄像镜头100可更换地安装于照相机主体200，该摄像镜头100的透镜 部101具备调焦透镜群、变焦透镜群。图中的L表示摄像镜头100的光轴。在照相机主体200中，在摄像镜头100的预定成像面附近配置摄像元件201。摄像 元件201是包括光学低通滤波器、红外截止滤波器以及CMOS传感器等光电变换元件的摄像 单元。在摄像镜头100与摄像元件201之间，以相对于光轴L倾斜的状态配置半透半反镜 202。半透半反镜202是包括平行平板的玻璃板等的光学元件，具有光路分支单元的功能， 使用整面具有半透过性的反射镜。通过了摄像镜头100的光束被分离为被引导到图1的上 方的光学取景器的反射光以及入射到摄像元件201的透过光。图中的聚焦板203、五棱镜 204以及目镜光学系统205构成光学取景器。半透半反镜202的反射光在具备粗糙面和菲 涅尔(fresnel)面的聚焦板203的粗糙面上成像，经由五棱镜204、目镜光学系统205将半 透半反镜202的反射光引导到用户的眼睛。另一方面，摄像元件201接收半透半反镜202 的透过光。所接收的光的强度信号经过未图示的A/D变换部、图像处理部等而形成电子图 像，进行图像显示、数据记录。此外，由于在半透半反镜202上的折射，半透半反镜202的透 过光的光轴是向图1的下方向偏移的光轴K。因此，以摄像元件201的摄像面的中心与该光 轴K 一致的方式配置摄像元件201。
另外，通常，在摄像镜头与摄像元件之间以倾斜方式配置玻璃板等平板状光学元 件的情况下，在由摄像元件拍摄得到的图像中产生较大的像差。这与通过镜头的各光线有 关，是由于通过光学元件的各光线在光路长度方向上的位置不同，像差的大小也根据该位 置的不同而不同。因而，在以往的单镜头反光照相机中，在进行拍摄时，一般利用快速返回 机构使半透半反镜退出到摄像光束外。
与此相对，在本实施方式中，半透半反镜202以倾斜的方式固定在装置主体上，在 进行拍摄时，使用透过了半透半反镜202的光束来进行拍摄。在由摄像元件201拍摄得到 的图像中产生像差，但是这与摄像镜头100的光学像差不同，是非轴对称性的像差。在本实 施方式中，利用后述的图像处理电路(参照图5的附图标记413)来校正非对称的该像差， 从而形成没有像差的良好的电子图像。后面说明处理的详细。如上所述，图1的摄像装置构成为利用摄像元件201进行拍摄以及能够利用光学 取景器来观察被摄体。因而，即使在对运动图像进行拍摄时也能够利用光学取景器，能够跟 踪电子式取景器等无法跟踪的、动作更快的被摄体。另外，将半透半反镜202固定在装置主 体上，因此不需要如以往的单镜头反光照相机那样使用在进行拍摄时使半透半反镜退出到 摄像光束外的快速返回机构。因而，适合于结构的简单化、低成本化以及小型化。图2的(A)是由于半透半反镜202而产生的像差的说明图，仅提取出图1中的说 明所需的部分。光线IlOaUlOb表示如下光线在物体侧光轴L上的一点发出之后通过透 镜部101而在摄像元件201的中心像高附近成像的光束中的仅最外部的光线。此外，省略 隔着透镜部101的物体侧光线的图示。光线IlOaUlOb在半透半反镜202的入射面上以遵 照斯涅耳定律的角度进行折射，在半透半反镜202中直行前进。之后，在半透半反镜202的 射出面上再次以遵照斯涅耳定律的角度进行折射并射出。此时，入射光线相对于半透半反 镜202的角度与射出光线相对于半透半反镜202的角度变得相等。这遵照公知的平行平板 中的光折射原理，沿着光轴L的光也相同。即，通过半透半反镜202的光线的角度不发生变 化，仅产生平行移位。图3是用于详细说明上述光线的折射的图，表示光在空气中通过平行平板210时 发生的折射。用入射到平行平板210的箭头表示光线120，当光以入射角度Φ入射到平行 平板210的入射面210a时，遵照斯涅耳定律折射。并且，折射后的光以角度θ在平行平板 210中直行前进之后，在平行平板210的射出面210b再次折射，以与入射角度Φ相同的角 度Φ射出。射出光线相对于入射光线以d表示的移位量(下面称为平行移位量)平行地 移位。在此，当将平行平板210的厚度记载为t、将空气的折射率记载为nO、将平行平板210 的折射率记载为nl时，能够用以下式(1)来表示平行移位量d。[式1]
, · ^ (-, nO·cosO^ηΛd = tsinO· 1----I1J
V nl·cosG J根据上述式(1)可知，入射角度φ越大平行移位量d越大。因此，在将图2的(A) 中的光线110a、光轴L以及光线IlOb的平行移位量分别记载为da、dl、db时，成为“da < dl < db”的关系。这是由于光线110a、沿着光轴L的光线以及光线IlOb各自入射到半透半反 镜202的角度不同，存在光轴L的入射角度大于光线IlOa的入射角度、光线IlOb的入射角 度大于光轴L的入射角度这种关系。因此，光线IlOa和光轴K交叉的位置与光线IlOb和光轴K交叉的位置由于上述平行移位的影响而不一致，光线IlOb与光轴K交叉的位置比光 线IlOa与光轴K交叉的位置靠近图中右侧。这成为半透半反镜202引起像差的原因。在图2的(A)中，仅使用两个光线进行了说明，但是实际上像由多个光线形成，各 光线与光轴K交叉的位置在图2的截面中都不一致。图2的(B)是放大图2的(A)所示的 摄像元件201的中央 像高附近C的图，示出在摄像面成像的光线。以附图标记201a表示的 线表示摄像元件201的受光面附近、即摄像镜头100的预定成像面，集中了很多光线。但是， 由于利用图2的(A)所说明的半透半反镜202引起的平行移位的影响，所有光线与光轴K交 叉的位置都不同，因而没有形成理想的成像状态。此外，实际的光线也存在于与图2的纸面 垂直的方向上，因此呈现更复杂的像差分布，但是由于仅在图1的纸面内相对于光轴L倾斜 地配置半透半反镜202，因此像差分布在与图2的纸面垂直的方向上具有对称性。另外，根 据式(1)可知，上述像差的状况也根据平行平板210、即半透半反镜202的折射率不同而不 同。因而，像差状况也根据波长不同而不同。并且，入射光线的角度根据像高不同而不同， 因此像差状况也根据像高的不同而不同。图2的(C)是用于说明到达周围像高的光线的像差的图。光线IllaUllb表示在 摄像元件201的上侧像高处成像的光线，光线112a、112b表示在摄像元件201的下侧像高 处成像的光线。各光线入射到半透半反镜202的入射角度不同，因此根据利用图3所说明 的原理，平行移位量也不同，在光线Illa与111b、光线112a与112b中产生不同的像差。另 夕卜，在上侧像高和下侧像高处成像的光线的平行移位量与利用图2的(B)所说明的在摄像 元件201的中央像高附近成像的光线的平行移位量也不同，因此在图2的(C)示出的摄像 元件201的上下方向产生非对称的像差。此外，根据上述理由，在与图2的(C)的纸面垂直 的方向上，即使在周围像高处也形成具有对称性的像差。另外，在周围像高处像差状况也根 据波长不同而不同。此外，关于实际的像差状况，通过使用公知的光学仿真软件等来运算点 列图(Spot diagram)、MTF (Modulation Transfer Function 调制传递函数)等，能够观察 详细的状况。如上所述，在利用通过了半透半反镜202的光束得到的图像中产生以下像差。(A)在与图2的纸面垂直的方向、即相对于光轴L正交且与半透半反镜202的表面 平行地延伸的第一轴方向上对称，在与该轴方向正交的第二轴方向(图2的上下方向)上 非对称。(B)根据像高、波长不同而不同。因此，在本发明中，利用图像处理电路413来去除上述像差，生成没有由像差引起 的劣化的图像。下面，对恢复为产生像差前的图像的方法的基本想法进行说明。图4示出摄像元件201的摄像范围220，定义了以其中心为原点的二维正交坐标 系(参照横轴X和纵轴Y)。将摄像范围220内的任意的坐标点记载为(X，y)，将该坐标点 处的由于摄像镜头100和半透半反镜202的像差而产生劣化之前的图像的光量分布记载为 ο (x, y)。并且，当将由于摄像镜头100和半透半反镜202的像差而产生劣化后的图像的光 量分布记载为i (χ，y)时，能够利用以下式(2)来表示i (χ，y)。[式2]i (x, y) = / / ο (x-a, y-b) · h(x, y) dadb(2)在此，h(x，y)是表示图像由于摄像镜头100和半透半反镜202而劣化的状态的传递函数。另外，上述式(2)是不仅包括由于半透半反镜202而产生的像差也包括摄像镜头 100的像差的劣化像模型式。上述式⑵表示通过进行o(x，y)和h(x，y)的卷积积分来算出i (x，y)。因而，如 果对其进行傅立叶变换，则能够以变换后的函数积的形式来表示而得到以下式(3)。[式3]
权利要求
1.一种摄像装置，具备光学元件，其相对于摄像镜头的光轴倾斜地配置，以使通过了上述摄像镜头的光的一 部分反射并且使通过了上述摄像镜头的光的一部分透过；光学取景器，其能够利用由上述光学元件反射的光来观察被摄体；摄像元件，其接收透过了上述光学元件的光以输出图像数据；以及图像处理单元，其通过变换处理对由上述摄像元件获得的图像数据的像差进行校正来 恢复为产生像差前的图像，该变换处理基于与上述光学元件有关的传递函数，该像差是由 于光透过上述光学元件而产生的。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述图像处理单元所校正的像差在与上述摄像镜头的光轴正交的第一轴方向上具有 对称性，并且在与上述第一轴方向正交的第二轴方向上具有非对称性。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述光学元件被固定地配置在上述摄像镜头与上述摄像元件之间。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述摄像镜头相对于上述摄像装置能够安装和拆卸，在安装于上述摄像装置的状态 下，上述摄像镜头的一部分位于比上述光学元件的一端部更靠近上述摄像元件一侧的位置 处，从与上述光轴正交的方向观察，上述摄像镜头与上述光学元件局部重叠。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述图像处理单元通过变换处理对由上述摄像元件获得的图像数据的像差进行校正 来恢复图像，该变换处理基于与上述摄像镜头以及上述光学元件有关的传递函数，该像差 是由于光透过上述摄像镜头以及上述光学元件而产生的。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，上述图像处理单元根据安装于上述摄像装置的上述摄像镜头变更与上述摄像透镜有 关的传递函数来校正上述像差。
7.一种摄像装置的控制方法，上述摄像装置构成为通过了摄像镜头的光的一部分被光 学元件反射而到达光学取景器，并且透过了上述光学元件的光被摄像元件接收并输出图像 数据，该摄像装置的控制方法的特征在于，具有以下步骤获取包括上述光学元件在内的摄像装置的特性信息；根据上述特性信息来定义与上述光学元件有关的传递函数；以及通过基于上述传递函数的变换处理对由上述摄像元件获得的图像数据的像差进行校 正来恢复为产生像差前的图像，该像差是由于光透过上述光学元件而产生的。
全文摘要
在具备光学取景器和半透半反镜的摄像装置中，抑制由于半透半反镜而产生的像差并且实现小型化以及低成本化。通过了摄像镜头(100)的光被固定在照相机主体(200)上的半透半反镜(202)分支成两个支路，分别被引导到摄像元件(201)和光学取景器。图像处理单元通过基于表示其光传递特性的传递函数的变换处理对像差进行校正来恢复为像差产生前的图像数据，该像差与摄像元件(201)受光后生成的图像数据有关，是透过半透半反镜(202)而产生的像差。
文档编号H04N5/225GK102045500SQ201010519980
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月22日
发明者山崎亮, 泉光洋, 追川真 申请人:佳能株式会社