説明

測距装置および撮像装置

【課題】 本発明は、測距装置および撮像装置に関し、偏光に起因する測距不能状態に対処することを目的とする。
【解決手段】 対物レンズの瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第1および第2の偏光素子と、前記第1の偏光素子を通過した第1の光束と前記第2の偏光素子を通過した第2の光束とを分離する偏光分離素子と、前記第1の光束による第1の像を撮像する第1の撮像素子と、前記第2の光束による第2の像を撮像する第2の撮像素子と、前記第1の像と前記第2の像との相対的なズレに基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段とを備え、前記焦点検出手段は、前記焦点状態の検出が不能な場合に距離情報が得られない偏光物体領域を求めることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測距装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、瞳分割方式によって結像光学系の焦点検出を行う光学機器が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上述の装置では、回折格子と液晶とを組み合わせた電気光学素子を結像光学系の瞳面に挿入し、射出瞳における異なる領域を通過した光を異なる方向に偏向している。そして、それぞれの光束を結像光学系の像を撮像する撮像素子の異なる領域に結像させ、その撮像データに基づいて位相差AFを行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006−106435号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した従来の装置では、偏光により像を分離すると、金属表面、水面、ガラス面等のように反射光が偏光する物体では、一方の像しか得られなくなるため測距不能になるという問題があった。また、ガラスの表面等では、反射、透過それぞれの違う像を見てしまい測距不能になるという問題があった。
【0006】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、偏光に起因する測距不能状態に対処することができる測距装置および撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第1の発明の測距装置は、対物レンズの瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第1および第2の偏光素子と、前記第1の偏光素子を通過した第1の光束と前記第2の偏光素子を通過した第2の光束とを分離する偏光分離素子と、前記第1の光束による第1の像を撮像する第1の撮像素子と、前記第2の光束による第2の像を撮像する第2の撮像素子と、前記第1の像と前記第2の像との相対的なズレに基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段とを備え、前記焦点検出手段は、前記焦点状態の検出が不能な場合に距離情報が得られない偏光物体領域を求めることを特徴とする。
【0008】
第2の発明の測距装置は、第1の発明の測距装置において、前記偏光物体領域は、前記第1の像と前記第2の像の相関による距離情報が得られず、かつ、露光レベルの差が所定値以上の領域であることを特徴とする。
【0009】
第3の発明の測距装置は、第1または第2の発明の測距装置において、前記焦点検出手段は、前記偏光物体領域の外側近傍の距離情報から前記偏光物体領域の距離情報を補完することを特徴とする。
【0010】
第4の発明の測距装置は、第1または第2の発明の測距装置において、対象物を表示する表示手段を有し、前記表示手段は前記偏光物体領域に位置するAFエリアを非表示にすることを特徴とする測距装置。
【0011】
第5の発明の測距装置は、第1または第2の発明の測距装置において、対象物を表示する表示手段を有し、前記表示手段は前記偏光物体領域を警告表示することを特徴とする。
【0012】
第6の発明の測距装置は、対物レンズの瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第1および第2の偏光素子と、前記第1の偏光素子を通過した第1の光束と前記第2の偏光素子を通過した第2の光束とを分離する偏光分離素子と、前記第1の光束による第1の像を撮像する第1の撮像素子と、前記第2の光束による第2の像を撮像する第2の撮像素子と、前記第1の像と前記第2の像との相対的なズレに基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記対物レンズと前記第1および第2の偏光素子との間に配置される液晶旋光子と、を有することを特徴とする。
【0013】
第7の発明の測距装置は、第6の発明の測距装置において、前記焦点検出手段は、前記偏光物体領域が検出された場合に、前記液晶旋光子を作動して前記対物レンズからの光の偏光軸を変更することを特徴とする。
【0014】
第8の発明の測距装置は、第6の発明の測距装置において、前記焦点検出手段は、焦点検出時に前記液晶旋光子を作動して前記対物レンズからの光の偏光軸を90度以上回転することを特徴とする。
【0015】
第9の発明の撮像装置は、第1ないし第8のいずれか1の発明の測距装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明では、偏光に起因する測距不能状態に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の撮像装置の第1の実施形態を示す説明図である。
【図2】図1の撮像装置の測距の原理を示す説明図である。
【図3】偏光物体がある時の撮影状態を示す説明図である。
【図4】偏光物体がある時の画像処理部の動作を示す説明図である。
【図5】偏光物体領域の補完方法を示す説明図である。
【図6】本発明の撮像装置の第2の実施形態を示す説明図である。
【図7】本発明の撮像装置の第3の実施形態を示す説明図である。
【図8】図7の液晶旋光子を作動した状態を示す説明図である。
【図9】本発明の撮像装置の第4の実施形態を示す説明図である。
【図10】本発明の撮像装置の第5の実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の測距装置の第1の実施形態を示している。この実施形態では、本発明が、カメラからなる撮像装置に適用されている。
【0019】
撮像装置は、対物レンズ11、偏光素子13、偏光分離素子15、第1の撮像素子17、第2の撮像素子19、画像処理部21、カメラ制御部23、AF駆動機構25、システムメモリ27、画像メモリ29を備えている。
【0020】
対物レンズ11の瞳位置には、偏光素子13が設けられている。偏光素子13は、偏光フィルタからなり対物レンズ11からの光を互いに直交する偏光光束に変換する。偏光素子13は、光軸を中心にして対称な第1の領域13aと第2の領域13bとに分割されている。第1の領域13aは、対物レンズ11からの光を例えばP偏光の光に揃える。第2の領域13bは、対物レンズ11からの光を例えばS偏光の光に揃える。
【0021】
偏光分離素子15は、偏光素子13の例えば第1の領域13aからのP偏光を偏光分離面15aを介して透過させ第1の撮像素子17上に結像させる。一方、偏光分離素子15は、偏光素子13の例えば第2の領域13bからのS偏光を偏光分離面15aで反射させ第2の撮像素子19上に結像させる。
【0022】
第1の撮像素子17と第2の撮像素子19とは、光学的に等価な位置に配置されており、第1の撮像素子17にピントの合った像が結像されると、第2の撮像素子19にもピントの合った像が結像される。第1の撮像素子17および第2の撮像素子19には、例えば受光素子が2次元状に配列されたCCDが用いられている。
【0023】
上述した撮像装置では、第1の撮像素子17および第2の撮像素子19の出力はそれぞれ画像処理部21に送られ、A/D変換、色処理等の画像処理が施される。また、画像処理部21では、第1の撮像素子17および第2の撮像素子19の出力から得られた画像データに基づいて、焦点検出に関する演算を行う。カメラ制御部23は、画像処理部21で算出された焦点検出演算値に基づいてAF駆動機構25を駆動制御し対物レンズ11の焦点調節を行う。また、カメラ制御部23は、カメラの全体を制御する。画像処理部21で得られた画像データは、画像メモリ29に記録される。
【0024】
図2は、上述した撮像装置における焦点検出方式の原理を示している。
【0025】
物体面M1から発した光束は対物レンズ11によって結像される。対物レンズ11を介して偏光素子13に光束が入射すると、偏光素子13の第1の領域13aによりP偏光に揃えられる。また、偏光素子13の第2の領域13bによりS偏光に揃えられる。第1の領域13aからのP偏光は、偏光分離素子15の偏光分離面15aを透過して第1の撮像素子17の像面M2の近傍に結像される。一方、第2の領域13bからのS偏光は偏光分離面15aで反射され第2の撮像素子19の像面M2の近傍に結像される。
【0026】
図2(a)は合焦状態を示したものであり、P偏光による像もS偏光による像も像面M2上にかつ同一位置に結像されている。すなわち、第1の撮像素子17の撮像画像と第2の撮像素子19の撮像画像とを重ねると、結像位置が一致している。図2(b)は前側にデフォーカスした状態を示している。結像位置は像面M2よりも後方にあるため、像面M2上の像はボケており、P偏光、S偏光による像の位置にズレが生じている。P偏光による像は光軸に対して上側に像ズレしており、S偏光による像は光軸に対して下側に像ズレしている。図2(c)は後側にデフォーカスした状態を示している。P偏光による像は光軸に対して下側に像ズレしており、S偏光による像は光軸に対して上側に像ズレしている。
【0027】
このように、偏光素子13からの偏光成分を偏光分離素子15で分離して、第1の撮像素子17および第2の撮像素子19に結像することにより各偏光成分の画像を取得し、その2つの画像の中の像の位相差を比較することで、通常の位相差AFと同様にしてデフォーカス量を算出することができる。また、第1の撮像素子17および第2の撮像素子19の画像データに基づいて画像を生成することで、被写体の撮影像を取得することができる。
【0028】
しかしながら、このように偏光により像を分離すると、金属表面、水面、ガラス面等のように反射光が偏光する偏光物体では、偏光方向によっては2つの偏光像に大きな差が生じ測距不能になるおそれがある。
【0029】
例えば、図3の(a)に示すように、カメラからなる撮像装置31の画枠内に偏光物体Hが存在する場合を考える。偏光物体Hは、偏光の無い背景物体Sの前方に位置している。偏光状態が見えない肉眼で画枠内の画像Gを見ると、図3の(b)に示すように見える。偏光物体Hは、偏光の無い背景物体Sの前方に単に位置している。
【0030】
このような偏光物体Hを第1の撮像素子17および第2の撮像素子19で撮像すると、図3の(c)に示すようになる。図の左側の第1の撮像素子17による第1の画像G1では、例えばP偏光の偏光物体Hの像が撮像されている。しかしながら、図の右側の第2の撮像素子19による第2の画像G2では、偏光物体Hにより例えばS偏光が反射され偏光物体Hの像は撮像されていない。このような場合には、偏光物体Hの輪郭部分は測距可能であるが、偏光物体Hの内側を測距することはできない。
【0031】
この実施形態の撮像装置では、偏光に起因する測距不能状態が生じた場合には、画像処理部21は、補間距離データを得ることで測距を行う。図4は、測距動作を示すフローチャートである。
【0032】
ステップS1:第1の撮像素子17および第2の撮像素子19により、第1の画像G1および第2の画像G2を取得する。この実施形態では、図3の(c)のような第1の画像G1および第2の画像G2が取得されたとして説明する。
【0033】
ステップS2:第1の画像G1と第2の画像G2との相関がとれないか否かを判断する。偏光物体Hを検出するには、2像の相関がとれず、かつ、2像の露光レベルに所定値以上の差がある領域を抽出すれば良い。従って、先ず、第1の画像G1と第2の画像G2との相関がとれないか否かを判断する。図3の(c)では、右側の第2の画像G2において偏光物体Hの像が撮像されていないため相関がとれないと判断する。
【0034】
ステップS3:第1の画像G1と第2の画像G2との相関がとれない場合には、2像の露光レベルに所定値以上の差があるか否かを判断する。所定値とは、画像のゲイン調整等で2像のレベルを揃えられなく値を閾値とする。これは、撮像素子のSN特性や測距アルゴリズム等に依存するので、客観的に決定される一定値ではない。なお、2像の相関がとれないが、露光レベルの差が小さい物体は、測距不能の原因が被写体の模様や形状等に起因する可能性が高く、測距アルゴリズムを変える等別の対応が必要になる。図3の(c)では、右側の第2の画像G2において偏光物体Hの像が黒くなっているため2像の露光レベルに所定値以上の差があると判断する。
【0035】
図3の(c)の第1の画像G1では、図5の(a)の左側に示すように、偏光物体Hの像の偏光物体領域R1は、ある程度の画像レベル(被写体輝度)を有している。一方、図3の(c)の第2の画像G2では、図5の(a)の右側に示すように、偏光物体Hの像の偏光物体領域R2は殆ど画像レベル(被写体輝度)を有していない。従って、2像の相関から距離情報を得るいわゆる位相差AFと同様の処理を行っても、図5の(b)に示すように、被写体輝度の殆どない領域は検出困難領域R3になる。
【0036】
ステップS4:偏光物体Hの近傍の2点の距離情報を取得する。図5の(b)に示すように、検出困難領域R3がある場合には、偏光物体Hの近傍の2点の距離情報を取得する。この実施形態では、図3の(c)に示すように、水平な直線Lを通る偏光物体Hの両側のA点およびB点の距離情報を取得する。なお、偏光物体Hの左右両側に限られるものではなく、偏光物体Hの近傍であればどの位置でも良い。例えば、偏光物体Hの上下に空間がある時は上下両側でも良い。
【0037】
ステップS5:偏光物体Hの距離情報を補完する。図5の(c)に示すように、図5の(b)に示す検出困難領域R3に、ステップS4で求められたA点およびB点の被写体の距離情報を補完する。A点の画像上の位置(Xa)、被写体距離(Ya)と、B点の画像上の位置(Xb)、被写体距離(Yb)とを直線で結び、A−B点間を直線的に補完する。
【0038】
ステップS6:距離情報を記憶する。距離情報をシステムメモリ27に記憶する。カメラ制御部23は、記憶された距離情報に基づいてAF駆動機構25を駆動し焦点調節を行う。
【0039】
この実施形態では、偏光により距離情報が得られない偏光物体領域R1,R2を求め、偏光物体領域R1,R2の外側近傍の距離情報から偏光物体領域R1,R2の距離情報を補完するようにしたので、偏光物体Hが画面内に存在する場合にも測距を行うことができる。
(第2の実施形態)
図6は、本発明の偏光瞳分割位相差AFを搭載したカメラの実施形態を示している。なお、この実施形態において第1の実施形態と同一の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0040】
図6の(a)は、通常時のカメラのファインダー33の表示を示している。ファインダー33の画面FGには、5つのAFエリアEが十字状に配列されている。各AFエリアEは、ファインダー33内に表示および非表示可能とされている。
【0041】
しかしながら、例えば画面FGの下部に池等の偏光物体Hがあり測距できない場合に、AFエリアEを表示しておくと、撮影者はそのAFエリアEで測距できると思いそのAFエリアEを選択してしまう場合がある。そこで、偏光物体Hが検出され、そこがAFエリアEと重なる場合には、カメラ制御部23は、図6の(b)に示すように使用できないAFエリアEを非表示にする。これにより、不用意に使えないAFエリアEを選択する可能性を避けることができる。なお、カメラ制御部23は、偏光物体Hを検出した場合には、図6の(c)に示すように、その領域をファインダー33内のオンスクリーンでゼブラ表示Zし警告を発するようにしても良い。
(第3の実施形態)
図7は、本発明の撮像装置の第3の実施形態を示している。なお、この実施形態において第1の実施形態と同一の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0042】
この実施形態では、対物レンズ11と偏光素子13との間に液晶旋光子35が挿入されている。液晶旋光子35は、光の偏光軸を電気的に変更する。カメラ制御部23は、画像処理部21により偏光物体Hが検出された時に、偏光軸を回転させて再測距する。カメラ制御部23は、液晶駆動部37を介して液晶旋光子35を駆動する。液晶旋光子35は、対物レンズ11からの入射光全体の偏光方向を回転させられるので、画像処理部21により偏光物体Hが検出された時に、偏光軸を回転させて再測距することで、偏光の影響を低減することができる。
【0043】
なお、図7の構成において、カメラ制御部23は、撮像素子の1回の露光蓄積時間中に、液晶旋光子35の透過偏光軸を90度以上回転することで、被写体の偏光を積分し2像の差をなくすことができる。すなわち、液晶旋光子35を作動しない場合には、図8の(a)に示すように、例えば第2の撮像素子19から偏光物体Hの像の情報をとれなくなる可能性がある。しかしながら、液晶旋光子35を適切に作動すると、図8の(b)に示すように、第1の画像G1と第2の画像G2の画像レベルが平均化され、偏光物体Hについても測距が可能になる。
(第4の実施形態)
図9は、本発明の撮像装置の第4の実施形態を示している。
【0044】
この実施形態では、再結像位相差AFに第1の実施形態で示した測距装置が適用されている。
【0045】
図9の(a)は第4の実施形態における測距装置の基本構成を示している。再結像光学系内の対物レンズ11の瞳位置と光学的に等価(共役)な面に、フィールドレンズ39を介して偏光素子13を配置した。図9の(a)では、再結像レンズ41,43の間に、偏光素子13が配置されている。この場合、対物レンズ11の瞳位置に偏光素子13を挿入したのと同等の瞳分割効果を得ることができる。
【0046】
図9の(b)は、図9の(a)に示す測距装置を一眼レフデジタルカメラに内蔵した場合を示している。対物レンズ11からの被写体光束は、メインミラー49の背後に設けられたサブミラー51によりカメラボディ53の下方に反射され、フィールドレンズ39、再結像レンズ41、偏光素子13の順に通過する。偏光素子13を出射した光束はミラー55により90度折り曲げられ、再結像レンズ43を通った後に偏光分離素子15に入射する。偏光分離素子15で分離された偏光成分は、それぞれ撮像素子17,19に入射する。撮像は専用の撮像素子57により行われる。なお、符号59はペンタプリズムを示している。
(第5の実施形態)
図10は、本発明の撮像装置の第5の実施形態を示している。
【0047】
この実施形態では、再結像位相差AFに第3の実施形態で示した測距装置が適用されている。
【0048】
図10の(a)は第5の実施形態における測距装置の基本構成を示している。再結像光学系内の対物レンズ11の瞳位置と光学的に等価(共役)な面に、フィールドレンズ39を介して液晶旋光子35、偏光素子13を配置した。図10の(a)では、再結像レンズ41,43の間に、液晶旋光子35、偏光素子13が配置されている。この場合、対物レンズ11の瞳位置に偏光素子13を挿入したのと同等の瞳分割効果を得ることができる。
【0049】
図10の(b)は、図10の(a)に示す測距装置を一眼レフデジタルカメラに内蔵した場合を示す。対物レンズ11からの被写体光束は、メインミラー49の背後に設けられたサブミラー51によりカメラボディ53の下方に反射され、フィールドレンズ39、再結像レンズ41、液晶旋光子35、偏光素子13の順に通過する。偏光素子13を出射した光束はミラー55により90度折り曲げられ、再結像レンズ43を通った後に偏光分離素子15に入射する。偏光分離素子15で分離された偏光成分は、それぞれ撮像素子17,19に入射する。撮像は専用の撮像素子57により行われる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、以下のような形態でも良い。
【0050】
(1)上述した実施形態では、本発明の測距装置を撮像装置に適用した例について説明したが、例えば、双眼鏡等の光学機器に広く適用することができる。
【0051】
(2)上述した実施形態では、1つの偏光素子13により対物レンズ11からの光をP偏光とS偏光に分離した例について説明したが、P偏光に分離する偏光素子とS偏光に分離する偏光素子とを別々に設けても良い。
【符号の説明】
【0052】
11…対物レンズ、13…偏光素子、13a…第1の領域、13b…第2の領域、15…偏光分離素子、17…第1の撮像素子、19…第2の撮像素子、21…画像処理部、23…カメラ制御部、33…ファインダー、H…偏光物体、R1,R2…偏光物体領域。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
対物レンズの瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第1および第2の偏光素子と、
前記第1の偏光素子を通過した第1の光束と前記第2の偏光素子を通過した第2の光束とを分離する偏光分離素子と、
前記第1の光束による第1の像を撮像する第1の撮像素子と、
前記第2の光束による第2の像を撮像する第2の撮像素子と、
前記第1の像と前記第2の像との相対的なズレに基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段とを備え、
前記焦点検出手段は、前記焦点状態の検出が不能な場合に距離情報が得られない偏光物体領域を求めることを特徴とする測距装置。
【請求項2】
請求項1記載の測距装置において、
前記偏光物体領域は、前記第1の像と前記第2の像の相関による距離情報が得られず、かつ、露光レベルの差が所定値以上の領域であることを特徴とする測距装置。
【請求項3】
請求項1または請求項2記載の測距装置において、
前記焦点検出手段は、前記偏光物体領域の外側近傍の距離情報から前記偏光物体領域の距離情報を補完することを特徴とする測距装置。
【請求項4】
請求項1または請求項2記載の測距装置において、
対象物を表示する表示手段を有し、前記表示手段は前記偏光物体領域に位置するAFエリアを非表示にすることを特徴とする測距装置。
【請求項5】
請求項1または請求項2記載の測距装置において、
対象物を表示する表示手段を有し、前記表示手段は前記偏光物体領域を警告表示することを特徴とする測距装置。
【請求項6】
対物レンズの瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第1および第2の偏光素子と、
前記第1の偏光素子を通過した第1の光束と前記第2の偏光素子を通過した第2の光束とを分離する偏光分離素子と、
前記第1の光束による第1の像を撮像する第1の撮像素子と、
前記第2の光束による第2の像を撮像する第2の撮像素子と、
前記第1の像と前記第2の像との相対的なズレに基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記対物レンズと前記第1および第2の偏光素子との間に配置される液晶旋光子と、
を有することを特徴とする測距装置。
【請求項7】
請求項6記載の測距装置において、
前記焦点検出手段は、前記偏光物体領域が検出された場合に、前記液晶旋光子を作動して前記対物レンズからの光の偏光軸を変更することを特徴とする測距装置。
【請求項8】
請求項6記載の測距装置において、
前記焦点検出手段は、焦点検出時に前記液晶旋光子を作動して前記対物レンズからの光の偏光軸を90度以上回転することを特徴とする測距装置。
【請求項9】
請求項1ないし請求項8のいずれか1項記載の測距装置を有することを特徴とする撮像装置。


【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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【図10】
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【公開番号】特開2010−266730(P2010−266730A)
【公開日】平成22年11月25日(2010.11.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−118511(P2009−118511)
【出願日】平成21年5月15日(2009.5.15)
【出願人】(000004112)株式会社ニコン (12,601)
【Fターム(参考)】