本発明は、カメラ等の撮像装置、特に、撮影光学系を通して取り込んだ光束を撮像面と焦点検出手段に分割する光束分割手段を有する撮像装置に関するものである。
The present invention relates to an imaging apparatus such as a camera, and more particularly to an imaging apparatus having a light beam splitting unit that splits a light beam taken through a photographing optical system into an imaging surface and a focus detection unit.
近年カメラの小型化が進んでおり、それに伴って撮影光学系の小型化も進んでいる。そのため、従来カメラの光量調整に多く用いられてきた絞りを用いると回折によって解像度が低下し、品位を損なった画像になるといった欠点が出てきた。この欠点を改善するために、特許文献1に示されるように、複数の偏光板を用いる技術が提案されている。特許文献1に示される技術によると、2つの偏光板を相対的に回転させることで解像度の低下を防いで連続的に光量を調整することを可能にしている。
In recent years, miniaturization of cameras has progressed, and along with this, miniaturization of photographing optical systems has also progressed. For this reason, the use of a diaphragm that has been widely used for adjusting the amount of light of a conventional camera has led to a drawback that the resolution is lowered by diffraction and the image is deteriorated in quality. In order to improve this drawback, as shown in Patent Document 1, a technique using a plurality of polarizing plates has been proposed. According to the technique disclosed in Patent Document 1, it is possible to continuously adjust the amount of light while preventing a decrease in resolution by relatively rotating two polarizing plates.
従来カメラに用いられる焦点検出方式には、レンズシャッタカメラに用いられている三角測距方式、ビデオカメラ等に用いられているコントラスト検出方式、一眼レフカメラに用いられている瞳分割方式等がある。このうち瞳分割方式の焦点検出方式は、特許文献2に開示されており、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束により生成された2つの像の相関をとることにより、撮影レンズの焦点状態を検出するものである。
Conventional focus detection methods used for cameras include a triangulation method used for lens shutter cameras, a contrast detection method used for video cameras, and a pupil division method used for single-lens reflex cameras. . Among these, the focus detection method of the pupil division method is disclosed in Patent Document 2, and the focus state of the photographic lens is determined by correlating two images generated by the light beams transmitted through different pupil regions of the photographic lens. It is to detect.
特許文献3には、絞りの一部を偏光板によって構成し、絞りと撮像素子の間に光束の一部をAF(オートフォーカス)用に光路外に導くビームスプリッタと、このビームスプリッタと撮像素子の間に偏光板とを備えた光学装置が開示されている。この光学装置では、絞り羽根がクローズ状態においても偏光板によって構成された部分から透過した光束がAFセンサに達してAFを行える。さらに、ビームスプリッタと撮像素子の間に設けられた偏光板によって光束は遮断されるために撮像面ではクローズ状態が維持される。この特許文献3には他の実施例として、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆い、偏光板とビームスプリッタを同一部品で構成する例が開示されており、この構成においても同様の効果が得られる。
In Patent Document 3, a part of a diaphragm is configured by a polarizing plate, and a beam splitter that guides a part of a light beam to the outside of an optical path for AF (autofocus) between the diaphragm and the image sensor, and the beam splitter and the image sensor An optical device including a polarizing plate is disclosed. In this optical device, even when the aperture blade is closed, the light beam transmitted from the portion formed by the polarizing plate reaches the AF sensor and can perform AF. Furthermore, since the light beam is blocked by the polarizing plate provided between the beam splitter and the image pickup device, the closed state is maintained on the image pickup surface. As another embodiment, Patent Document 3 discloses an example in which the entire light beam is covered with a polarizing beam splitter, and the polarizing plate and the beam splitter are configured by the same component, and the same effect can be obtained even in this configuration. .
また、特許文献4には、撮影光学系で形成された1次物体像をCMOS受光センサなどの2次元受光センサ上に結像し、光学像を光電変換して物体に関する画像出力を得るカメラが開示されている。光学機器の一つであるデジタル一眼レフカメラには、可視波長域の光量を減少させることなく通し、赤外域近くの波長域の光を分割するビームスプリッタが組み込まれている。ビームスプリッタで分割された赤外域近くの波長域の光束は焦点検出に用いられ、直進した光は撮像に供される。ビームスプリッタの光分割作用面を焦点検出光束の通る範囲に限定することによって、ビームスプリッタを薄くしている。そして、撮影光学系とファインダ光学系へ光路を偏向するミラーとの間の僅かな空間に、カメラを大型化することなくビームスプリッタを配置することが可能となっている。また、ビームスプリッタの分光透過率特性を可視波長域ではほぼ100%に設定することで、物体像の撮像に必要な可視波長域の光量を減ずることなく明るく高画質の画像を得ることを可能にしている。
特開平05−207384号公報
特開昭63−18313号公報
特開平06−175010号公報
特開2003−140246号公報
Patent Document 4 discloses a camera that forms a primary object image formed by a photographing optical system on a two-dimensional light receiving sensor such as a CMOS light receiving sensor and photoelectrically converts the optical image to obtain an image output related to the object. It is disclosed. A digital single-lens reflex camera, which is one of optical devices, incorporates a beam splitter that splits light in a wavelength region near the infrared region without reducing the amount of light in the visible wavelength region. The light beam in the wavelength region near the infrared region divided by the beam splitter is used for focus detection, and the light that travels straight is used for imaging. The beam splitter is made thin by limiting the light splitting action surface of the beam splitter to the range through which the focus detection light beam passes. A beam splitter can be arranged in a small space between the photographing optical system and the mirror that deflects the optical path to the finder optical system without increasing the size of the camera. In addition, by setting the spectral transmittance characteristics of the beam splitter to almost 100% in the visible wavelength range, it is possible to obtain a bright and high-quality image without reducing the amount of light in the visible wavelength range required for imaging object images. ing.
Japanese Patent Laid-Open No. 05-207384 JP 63-18313 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-175010 JP 2003-140246 A
上記特許文献1に開示された光学装置の概略の構成を、図20に示す。同図において、901および902は偏光板であって相対的に回転可能となっている。偏光板901および902で構成される絞りユニット903は、図示しない撮影光学系と撮像面の間に配置される。そして、偏光板901と902を相対的に回転させることによって撮像面での光量を連続的に調節可能となっている。
FIG. 20 shows a schematic configuration of the optical device disclosed in Patent Document 1. In the figure, reference numerals 901 and 902 denote polarizing plates that are relatively rotatable. A diaphragm unit 903 composed of polarizing plates 901 and 902 is disposed between an imaging optical system (not shown) and an imaging surface. The amount of light on the imaging surface can be continuously adjusted by relatively rotating the polarizing plates 901 and 902.
図21に、光量調節の様子を模式的に示している。領域911では、撮影光学系を透過した全ての光束が通過しており、領域912では、撮影光学系を透過した光束のうち、偏光板901を透過した略50%の光束が通過する。領域913では、偏光板901と902の相対角度によって撮影光学系を透過した光束のうち、略0%から略50%の間の光束が通過する。領域913を通過して撮像面914に到達する光量は、偏光板901と902の相対角度によって略0%から略50%の間で連続的に制御可能となる。
FIG. 21 schematically shows how the light amount is adjusted. In the region 911, all the light beams that have passed through the photographing optical system have passed, and in the region 912, approximately 50% of the light flux that has passed through the photographing optical system has passed through the polarizing plate 901. In the region 913, approximately 0% to approximately 50% of the light beam transmitted through the photographing optical system depending on the relative angle between the polarizing plates 901 and 902 passes. The amount of light that passes through the region 913 and reaches the imaging surface 914 can be continuously controlled between approximately 0% and approximately 50% depending on the relative angle between the polarizing plates 901 and 902.
しかしながら、上記特許文献1の技術では撮像面での光量を制御可能であるが、偏光板901で常に50%の光量が吸収されている。
However, although the amount of light on the imaging surface can be controlled with the technique of Patent Document 1, 50% of the amount of light is always absorbed by the polarizing plate 901.
次に、上記特許文献2に開示された焦点検出手段の原理を、図22に示す。焦点検出される撮影レンズ921と光軸を同じくしてフィールドレンズ922が配置される。その後方であって光軸に対して対称な位置に2つの二次結像レンズ924aと924bが配置される。二次結像レンズ924a,924bはしばしば一体として形成されており、一般的にメガネレンズと呼ばれる。二次結像レンズ924a,924bのさらに後方にはセンサ列925a,925bが配置される。二次結像レンズ924a,924bの近傍には絞り923a,923bが設けられる。
Next, the principle of the focus detection means disclosed in Patent Document 2 is shown in FIG. A field lens 922 is arranged in the same optical axis as the photographing lens 921 for which focus is detected. Two secondary imaging lenses 924a and 924b are arranged at the rear side and symmetrical with respect to the optical axis. The secondary imaging lenses 924a and 924b are often integrally formed and are generally called eyeglass lenses. Sensor arrays 925a and 925b are arranged further rearward of the secondary imaging lenses 924a and 924b. Apertures 923a and 923b are provided in the vicinity of the secondary imaging lenses 924a and 924b.
上記フィールドレンズ922は撮影レンズ921の射出瞳を2つの二次結像レンズ924a,924bの瞳面にほぼ結像する。その結果、二次結像レンズ924a,924bにそれぞれ入射する光束を、撮影レンズ921の射出瞳面上において各二次結像レンズ924a,924bに対応する互いに重なり合うことのない等面積の領域から射出された光束とすることが出来る。フィールドレンズ922の近傍に形成された像は、二次結像レンズ924a,924bによってセンサ列925a,925b上に再結像される。これによって、フィールドレンズ922の近傍に形成された像の光軸方向の変位に基づいて、センサ列925a,925b上のそれぞれの像が変位する。したがって、センサ列925a,925bにおけるそれぞれの像の相対的な位置を検出することで、撮影レンズ921のピント状態を知ることが可能となる。
The field lens 922 substantially forms an image of the exit pupil of the photographing lens 921 on the pupil planes of the two secondary imaging lenses 924a and 924b. As a result, the light beams incident on the secondary imaging lenses 924a and 924b are emitted from regions of equal areas that do not overlap with each other on the exit pupil plane of the photographing lens 921 and correspond to the secondary imaging lenses 924a and 924b. The luminous flux can be made. The image formed in the vicinity of the field lens 922 is re-imaged on the sensor arrays 925a and 925b by the secondary imaging lenses 924a and 924b. Accordingly, the images on the sensor arrays 925a and 925b are displaced based on the displacement in the optical axis direction of the image formed in the vicinity of the field lens 922. Therefore, it is possible to know the focus state of the photographic lens 921 by detecting the relative positions of the images in the sensor rows 925a and 925b.
上記センサ列925a,925bより出力される信号から撮影レンズ921のピント状態を得る方法は既に種々提案されている。具体例を以下に示す。図23はセンサ列925a,925bから得られる信号を示す模式図である。図23の横軸はセンサ列を成す画素を表し、縦軸はその点でのセンサに入力される光量とする。センサ列925a,925bはN列の画素で構成されており、センサ列925a,925bのそれぞれi番目( i=0,1,…N−1 )からの信号をA(i),B(i)とする。このとき
を定義して、X(k)が極小値となるkを得る方法がある。ここで,max{a,b}なる演算子はa,bのうち大なるものを抽出すること示す。あるいは
を定義して、Y(k)が極大値となるkを得る方法がある。ここで、min{a,b}なる演算子はa,bのうち小なるものを抽出することを示す。
Various methods for obtaining the focus state of the taking lens 921 from the signals output from the sensor arrays 925a and 925b have already been proposed. Specific examples are shown below. FIG. 23 is a schematic diagram showing signals obtained from the sensor arrays 925a and 925b. In FIG. 23, the horizontal axis represents the pixels forming the sensor array, and the vertical axis represents the amount of light input to the sensor at that point. The sensor columns 925a and 925b are composed of N columns of pixels, and signals from i-th (i = 0, 1,... N−1) of the sensor columns 925a and 925b are respectively A (i) and B (i). And At this time
There is a method for obtaining k where X (k) is a minimum value. Here, the operator max {a, b} indicates that a larger one of a and b is extracted. Or
There is a method of obtaining k where Y (k) is a maximum value. Here, the operator min {a, b} indicates that a smaller one of a and b is extracted.
上述の方法によって目的とする撮影レンズのピント状態を検出することが可能であるが、言うまでもなく適切な光線を焦点検出用のセンサ列に導く必要がある。光線を焦点検出用のセンサ列に導く方法も多く提案されているが、その一例が以下の特許文献3である。
Although it is possible to detect the focus state of the target photographing lens by the above-described method, it is needless to say that an appropriate light beam needs to be guided to the focus detection sensor array. Many methods for guiding a light beam to a sensor array for focus detection have been proposed, and an example thereof is Patent Document 3 below.
上記特許文献3に開示された光学装置の概略の構成を、図24に示す。同図において、941は撮影光学系、942は写真フィルムやCCDセンサなどであって、可視光に対してのみ感度を有する受光部、943はビームスプリッタである。受光部942で撮像された画像は、フィルムカメラであれば現像されて写真原版となり、デジタルカラーカメラであれば電子ビューファインダー(EVF)に表示されたり、メモリに記録されたり、あるいはプリンタに出力されたりする。上記ビームスプリッタ943の光分割機能面943aには誘電体多層膜が形成され、撮影光学系941から射出された物体光の可視光成分のうち、略50%が反射され、残りの略50%が透過する。光分割機能面943aで反射された光は、ビームスプリッタ943の面943bで全反射し、面943cを通ってビームスプリッタ943の外部に射出される。この光学装置では、焦点検出に必要な光束のみをAFセンサに導く構成のため、ビームスプリッタの小型化が可能である。
A schematic configuration of the optical device disclosed in Patent Document 3 is shown in FIG. In the figure, reference numeral 941 denotes a photographing optical system, 942 denotes a photographic film, a CCD sensor, etc., a light receiving portion having sensitivity only to visible light, and 943 a beam splitter. The image captured by the light receiving unit 942 is developed into a photographic original if it is a film camera, and is displayed on an electronic viewfinder (EVF), recorded in a memory, or output to a printer if it is a digital color camera. Or A dielectric multilayer film is formed on the light splitting functional surface 943a of the beam splitter 943, and approximately 50% of the visible light component of the object light emitted from the photographing optical system 941 is reflected, and the remaining approximately 50% is reflected. To Penetrate. The light reflected by the light splitting function surface 943a is totally reflected by the surface 943b of the beam splitter 943, and is emitted to the outside of the beam splitter 943 through the surface 943c. In this optical apparatus, the beam splitter can be downsized because only the light beam necessary for focus detection is guided to the AF sensor.
しかしながら、上記特許文献3では、光分割機能面943aの大きさを撮像光束全体をカバーする大きさにしないと直進光を用いて撮像した画像に輝度ムラが発生し、品位を著しく損ねることになる。また、ビームスプリッタ943を撮影光学系の瞳面近傍に配置すれば輝度ムラは起き難いが、瞳の中央部を通過する光量が削られるために、画像のコントラストが低下することになって好ましくない。
However, in Patent Document 3 described above, if the size of the light splitting functional surface 943a is not large enough to cover the entire imaging light flux, luminance unevenness occurs in an image captured using straight light, and the quality is significantly impaired. . Further, if the beam splitter 943 is arranged in the vicinity of the pupil plane of the photographing optical system, luminance unevenness is unlikely to occur, but the amount of light passing through the central portion of the pupil is reduced, which is not preferable because the contrast of the image is lowered. .
また、光分割機能面943aを通過した可視光は前述のように1/2に減衰している。したがって、仮に、撮像の対象物が均一輝度面であったとすると、受光部942によって撮像された画像は、図25に示すように、中央の暗い領域951を挟んで上下に明るい領域952と953が形成された画像950のようになってしまう。こういった現象は、特に青空や建物の白壁などを撮影した場合に均一輝度であるはずの部分に不自然な輝度差が目立ち、たいへん品位を損なった画像となって好ましくないものであった。
Further, the visible light that has passed through the light splitting function surface 943a is attenuated to ½ as described above. Therefore, assuming that the object to be imaged is a uniform luminance surface, the image captured by the light receiving unit 942 has bright areas 952 and 953 above and below the dark area 951 at the center as shown in FIG. The formed image 950 is obtained. Such a phenomenon is not preferable because an unnatural brightness difference is conspicuous in a portion that should have a uniform brightness particularly when a blue sky or a white wall of a building is photographed, resulting in an image with very poor quality.
また、特許文献3に開示された光学装置の他の実施例では、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆うために、偏光ビームスプリッタが大型化し、結果として光学レンズ群と撮像素子の間の寸法を大きくとらなければならず、装置の小型化を図ることが困難である。
In another embodiment of the optical device disclosed in Patent Document 3, the polarization beam splitter is enlarged to cover the entire light beam with the polarization beam splitter, and as a result, the dimension between the optical lens group and the image sensor is reduced. It is difficult to reduce the size of the apparatus.
次に、特許文献4に開示された技術について説明する。一般に、撮影光学系を通して取り込んだ光束の光路を複数に分割して受光部へ導く光学的な構造にあっては、複数に分割された光束の波長特性が実質的に同一であることが多くの場合利点を生むことになる。
Next, the technique disclosed in Patent Document 4 will be described. In general, in an optical structure in which an optical path of a light beam taken through a photographing optical system is divided into a plurality of parts and guided to a light receiving unit, the wavelength characteristics of the plurality of divided light beams are often substantially the same. If you will produce benefits.
しかしながら、特許文献4のカメラでは、ビームスプリッタで分割した赤外域近くの波長域の光束を焦点検出に用いるので、焦点検出を正しく機能させるために撮影光学系の収差補正がこの波長域でも行われていることを必要とする。収差補正が不十分である場合には、赤外域近くの光を利用して可視波長域のピントを厳密に合わせることは不可能である。一方、可視波長域に加えて赤外域近くまで収差補正を行おうとすると、特殊なガラスを用いるとか、撮影光学系のレンズ構成枚数を増やす、といった処置が必要となる。よって、コストアップや大型化を引き起こし、好ましくない。特に、一眼レフカメラのように撮影光学系が交換可能で、大規模な交換レンズシステムを備えている場合には、交換レンズシステム全体をこのような焦点検出システムに対応させる必要があり、実現は極めて困難といえる。
However, in the camera of Patent Document 4, a light beam in the near-infrared wavelength region divided by the beam splitter is used for focus detection. Therefore, in order to make the focus detection function correctly, aberration correction of the photographing optical system is also performed in this wavelength region. Need to be. When aberration correction is insufficient, it is impossible to strictly focus the visible wavelength range using light in the infrared range. On the other hand, if aberration correction is to be performed near the infrared region in addition to the visible wavelength region, it is necessary to take measures such as using special glass or increasing the number of lenses constituting the photographing optical system. Therefore, it causes an increase in cost and size, which is not preferable. In particular, if the photographic optical system is interchangeable like a single-lens reflex camera and has a large-scale interchangeable lens system, the entire interchangeable lens system needs to be compatible with such a focus detection system. It can be said that it is extremely difficult.
また、ビームスプリッタで分割した光束を用いて物体輝度の測定を行い、撮像露光量を決定する場合についても、焦点検出と類似の現象を生じる。すなわち、輝度測定のための波長域が撮像の波長域からずれていると、輝度測定のための波長域に含まれる光エネルギー量から露光のための波長域に含まれる光エネルギーを推定することが厳密にはできない。これに起因し、物体輝度の測定に基づいて露光量を決定し撮像を行っても、露出アンダーや露出オーバーの撮像結果が起こり得る。
A phenomenon similar to focus detection also occurs when the object luminance is measured using the light beam divided by the beam splitter and the imaging exposure amount is determined. That is, if the wavelength range for luminance measurement deviates from the wavelength range for imaging, the light energy included in the wavelength range for exposure can be estimated from the amount of light energy included in the wavelength range for luminance measurement. Strictly not. Due to this, even if the exposure amount is determined based on the measurement of the object luminance and imaging is performed, an underexposed or overexposed imaging result may occur.
(発明の目的)
本発明の目的は、解像度を低下させることなく、撮像面上の光量を制御することのできる撮像装置を提供しようとするものである。
(Object of invention)
An object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of controlling the amount of light on the imaging surface without reducing the resolution.
さらに、分割された十分な光束により焦点検出を行うことのできる撮像装置を提供しようとするものである。
It is another object of the present invention to provide an imaging apparatus capable of performing focus detection with a sufficient divided light beam.
さらに、光束分割手段の小型化を図ることのできる撮像装置を提供しようとするものである。
Furthermore, an object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of reducing the size of the light beam splitting means.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、撮影光学系と撮像面の間に配置され、前記撮影光学系を通過して撮像面へ向かう光束を偏向方向によって分割する光束分割手段と、前記光束分割手段で分割された光束を基に焦点状態信号を出力する焦点検出手段と、前記撮影光学糸と前記撮像面の間に配置され、所定の偏向成分を除去する減光手段とを有し、前記減光手段が、前記光束分割手段に対して相対的に回転可能であり、その回転位置により前記撮像面上の光量を調節可能である撮像装置とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a light beam splitting device that is arranged between a photographing optical system and an imaging surface, and that splits a light beam that passes through the photographing optical system and travels toward the imaging surface according to a deflection direction. Means, focus detection means for outputting a focus state signal based on the light beam split by the light beam splitting means, and dimming means disposed between the photographing optical yarn and the imaging surface to remove a predetermined deflection component The dimming means is rotatable relative to the light beam splitting means, and the amount of light on the imaging surface can be adjusted by the rotational position.
また、請求項2に記載の発明は、前記減光手段が、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第1の位置と、前記光束分割手段を透過する光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第2の位置との間で回転可能である請求項1に記載の撮像装置とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the first position where the dimming unit absorbs the same deflection component as the deflection component of the beam guided to the focus detection unit by the beam splitting unit, and the beam splitting. 2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is rotatable between a second position that absorbs the same deflection component as the deflection component of the light beam transmitted through the means.
また、請求項3に記載の発明は、前記光束分割手段と前記撮影光学系の間と前記光束分割手段と前記減光手段の間のいずれか一方または両方に、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第2の減光手段を有する請求項1または2に記載の撮像装置とするものである。
According to a third aspect of the present invention, the focus detection is performed by the beam splitting unit between one or both of the beam splitting unit and the photographing optical system and between the beam splitting unit and the dimming unit. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a second dimming unit that absorbs the same polarization component as the polarization component of the light beam guided to the unit.
本発明によれば、解像度を低下させることなく、撮像面上の光量を制御することができる撮像装置を提供できるものである。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device which can control the light quantity on an imaging surface can be provided, without reducing the resolution.
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例1ないし実施例3に示す通りである。
The best mode for carrying out the present invention is as shown in Examples 1 to 3 below.
図1〜図9を用いて、本発明の実施例1に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。図1はデジタルカメラの断面図であって、焦点調節を行ってEVF(Electronic View Finder)用画像を取り込む状態を示している。同図において、101はデジタルカメラ本体、102は物体像を形成するための撮影光学系、104は撮影光学系102の光軸、105は撮影光学系102を収納するレンズ鏡筒である。撮影光学系102は不図示のエネルギー源と不図示の駆動機構により結像位置を光軸104の方向に調節可能である。フォーカシングレンズを柔軟性のある透明弾性部材や液体レンズで構成し、界面形状を変化させて屈折力を変えることで、物体にピントを合わせることもできる。撮影光学系102は単焦点レンズ、ズームレンズ、あるいはシフトレンズ等であっても良い。また、種々の特性(Fナンバーや焦点距離など)をもった撮影光学系に交換可能であっても良い。
A digital camera which is an image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a digital camera and shows a state in which an image for EVF (Electronic View Finder) is captured by performing focus adjustment. In the figure, reference numeral 101 denotes a digital camera body, 102 denotes a photographing optical system for forming an object image, 104 denotes an optical axis of the photographing optical system 102, and 105 denotes a lens barrel that houses the photographing optical system 102. The imaging optical system 102 can adjust the imaging position in the direction of the optical axis 104 by an energy source (not shown) and a driving mechanism (not shown). The focusing lens can be composed of a flexible transparent elastic member or a liquid lens, and the object can be focused by changing the refractive power by changing the interface shape. The photographing optical system 102 may be a single focus lens, a zoom lens, a shift lens, or the like. Further, it may be replaceable with a photographing optical system having various characteristics (F number, focal length, etc.).
103はビームスプリッタ、111はシャッタレリーズ釦、107はディスプレイ装置である。108は画像データを格納するメモリ、109は光学ファインダの接眼レンズ、110はプリンタ等とのデータ通信を行う通信装置である。106は2次元型CMOS受光センサ、112は焦点検出用センサ、113は光学ローパスフィルタである。
Reference numeral 103 denotes a beam splitter, 111 denotes a shutter release button, and 107 denotes a display device. Reference numeral 108 denotes a memory for storing image data, 109 denotes an eyepiece of an optical viewfinder, and 110 denotes a communication device that performs data communication with a printer or the like. 106 is a two-dimensional CMOS light receiving sensor, 112 is a focus detection sensor, and 113 is an optical low-pass filter.
上記ビームスプリッタ103と光学ローパスフィルタ113の間には、減光手段116が設けられている。減光手段116は不図示の機械的駆動手段に係合し、不図示の測光センサまたは撮像素子106からの信号を元にビームスプリッタ103に対して相対的に回転し、適当な位置に制御される。EVF用画像の取り込み時には、ビームスプリッタ103を透過した光束が、CMOS受光センサ106上に投影されるようになっている。
A dimming means 116 is provided between the beam splitter 103 and the optical low-pass filter 113. The dimming means 116 engages with a mechanical drive means (not shown), rotates relative to the beam splitter 103 based on a signal from a photometric sensor or image sensor 106 (not shown), and is controlled to an appropriate position. The When the EVF image is captured, the light beam that has passed through the beam splitter 103 is projected onto the CMOS light receiving sensor 106.
ディスプレイ装置107はカメラの背面に取り付けられており、CMOS受光センサ106で捉えられた物体像が該ディスプレイ装置107上に表示される。使用者はEVFとして直接これを観察することができる。
The display device 107 is attached to the back of the camera, and an object image captured by the CMOS light receiving sensor 106 is displayed on the display device 107. The user can observe this directly as EVF.
CMOS受光センサ106は、増幅型固体撮像素子の1つであるCMOSプロセスコンパチブルのセンサである。CMOS受光センサ106は、エリアセンサ部のMOSトランジスタと撮像素子駆動回路、AD変換回路、画像処理回路といった周辺回路を同一工程で形成できる。このため、マスク枚数、プロセス工程がCCDと比較して大幅に削減できるという利点を有する。また、任意の画素へのランダムアクセスが可能という特長も有し、画素を間引いた読み出しを行うと高い表示レートで画像のリアルタイム表示を行える。CMOS受光センサ106は、この特長を利用し、間引き読み出しによるEVF用画像出力動作と全ての画素を読み出す高精彩画像出力動作を行う。
The CMOS light receiving sensor 106 is a CMOS process compatible sensor which is one of the amplification type solid-state imaging devices. The CMOS light receiving sensor 106 can form peripheral circuits such as a MOS transistor of the area sensor unit, an image sensor driving circuit, an AD conversion circuit, and an image processing circuit in the same process. For this reason, there is an advantage that the number of masks and process steps can be greatly reduced as compared with the CCD. In addition, there is a feature that random access to an arbitrary pixel is possible. When readout is performed by thinning out pixels, an image can be displayed in real time at a high display rate. Using this feature, the CMOS light receiving sensor 106 performs an EVF image output operation by thinning readout and a high-definition image output operation for reading all pixels.
図2は上記デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。まず、物体像の撮像、記録に関する部分から説明する。
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the digital camera. First, an explanation will be given from the part related to the imaging and recording of object images.
デジタルカメラは、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102、CMOS受光センサ106を含み、画像処理系は、A/D変換器130、RGB画像処理回路131およびYC処理回路132を含む。また、記録再生系は、記録処理回路133および再生処理回路134を含む。制御系は、カメラシステム制御回路135、操作検出回路136およびCMOS受光センサ駆動回路137を含む。138は外部のコンピュータ等に接続して、データの送受信をするための規格化された接続端子である。これらの電気回路は不図示の小型燃料電池によって駆動される。
The digital camera has an imaging system, an image processing system, a recording / reproducing system, and a control system. The imaging system includes a photographing optical system 102 and a CMOS light receiving sensor 106, and the image processing system includes an A / D converter 130, an RGB image processing circuit 131, and a YC processing circuit 132. The recording / reproducing system includes a recording processing circuit 133 and a reproduction processing circuit 134. The control system includes a camera system control circuit 135, an operation detection circuit 136, and a CMOS light receiving sensor drive circuit 137. Reference numeral 138 denotes a standardized connection terminal for connecting to an external computer or the like to transmit / receive data. These electric circuits are driven by a small fuel cell (not shown).
撮像系は、物体からの光を、撮影光学系102を介してCMOS受光センサ106の撮像面に結像する光学処理系であり、ビームスプリッタ103と減光手段116の相対角度を調節し、適切な光量の物体光をCMOS受光センサ106に露光する。この動作は後に詳述する。CMOS受光センサ106は、正方画素が長辺方向に3700個、短辺方向に2800個並べられ、合計約1000万個の画素数を有する受光素子が適用される。そして、各画素にR(赤色)G(緑色)B(青色)のカラーフィルターを交互に配して4画素が一組となる所謂ベイヤー配列を形成している。
The imaging system is an optical processing system that forms an image of light from an object on the imaging surface of the CMOS light receiving sensor 106 via the imaging optical system 102, and adjusts the relative angle between the beam splitter 103 and the dimming means 116 to appropriately A large amount of object light is exposed to the CMOS light receiving sensor 106. This operation will be described in detail later. The CMOS light receiving sensor 106 is a light receiving element in which 3700 square pixels are arranged in the long side direction and 2800 in the short side direction, and the total number of pixels is about 10 million. Then, R (red), G (green), and B (blue) color filters are alternately arranged in each pixel to form a so-called Bayer array in which four pixels are a set.
RGB画像処理回路131は、A/D変換器130を介してCMOS受光センサ106 から受けた受光センサの画素数の画像信号を処理するものであり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を行う補間演算回路を有する。YC処理回路132は、輝度信号Yおよび色差信号R−Y,B−Yを生成する信号処理回路である。そして、高域輝度信号YHを生成する回路、低域輝度信号YLを生成する回路、および、色差信号R−Y,B−Yを生成する回路で構成されている。輝度信号Yは高域輝度信号YHと低域輝度信号YLを合成することによって形成される。
The RGB image processing circuit 131 processes an image signal of the number of pixels of the light receiving sensor received from the CMOS light receiving sensor 106 via the A / D converter 130. It has an interpolation operation circuit that performs resolution. The YC processing circuit 132 is a signal processing circuit that generates a luminance signal Y and color difference signals RY and BY. The circuit includes a circuit that generates a high-frequency luminance signal YH, a circuit that generates a low-frequency luminance signal YL, and a circuit that generates color difference signals RY and BY. The luminance signal Y is formed by combining the high frequency luminance signal YH and the low frequency luminance signal YL.
記録再生系は、メモリへの画像信号の出力とディスプレイ装置107への画像信号の出力とを行う処理系であり、記録処理回路133はメモリへの画像信号の書き込み処理および読み出し処理を行う。また、再生処理回路134はメモリから読み出した画像信号を再生して、ディスプレイ装置107に出力する。
The recording / reproducing system is a processing system that outputs an image signal to the memory and an image signal to the display device 107, and the recording processing circuit 133 performs a writing process and a reading process of the image signal to the memory. Further, the reproduction processing circuit 134 reproduces the image signal read from the memory and outputs it to the display device 107.
上記記録処理回路133は、静止画像および動画像を表わすYC信号を所定の圧縮形式にて圧縮し、また、圧縮データを読み出した際に伸張する圧縮伸張回路を内部に有する。この圧縮伸張回路は、信号処理のためのフレームメモリなどを含み、このフレームメモリに画像処理系からのYC信号を1画像毎に蓄積して、それぞれ複数のブロック毎に読み出して圧縮符号化する。圧縮符号化は、例えば、ブロック毎の画像信号を2次元直交変換、正規化およびハフマン符号化することにより行われる。
The recording processing circuit 133 includes a compression / expansion circuit that compresses YC signals representing still images and moving images in a predetermined compression format and expands the compressed data when it is read out. This compression / decompression circuit includes a frame memory for signal processing and the like, accumulates YC signals from the image processing system for each image in the frame memory, reads out each of the plurality of blocks, and performs compression encoding. The compression encoding is performed, for example, by subjecting the image signal for each block to two-dimensional orthogonal transformation, normalization, and Huffman encoding.
再生処理回路134は、輝度信号Yおよび色差信号R−Y,B−Yをマトリックス変換して、例えばRGB信号に変換する回路である。再生処理回路134によって変換された信号はディスプレイ装置107に出力され、可視画像が表示再生される。再生処理回路134とディスプレイ装置107の間、あるいはプリンタとの間はBluetoothなどの無線通信手段を介して接続されてもよい。このように構成すれば、このデジタルカメラで撮像する画像を離れたところからモニターすることや、撮影した画像をパーソナルコンピュータを介さずに印刷することが可能となる。
The reproduction processing circuit 134 is a circuit that performs matrix conversion on the luminance signal Y and the color difference signals RY and BY, for example, into RGB signals. The signal converted by the reproduction processing circuit 134 is output to the display device 107, and a visible image is displayed and reproduced. The reproduction processing circuit 134 and the display device 107 or the printer may be connected via wireless communication means such as Bluetooth. If comprised in this way, it will become possible to monitor the image imaged with this digital camera from a remote place, and to print the imaged image without going through a personal computer.
制御系は、シャッタレリーズ釦111等の操作を検出する操作検出回路136と、その検出信号に応動して各部を制御し、撮像の際のタイミング信号などを生成して出力するカメラシステム制御回路135を含む。また、該カメラシステム制御回路135の制御の下にCMOS受光センサ106を駆動する駆動信号を生成するCMOS受光センサ駆動回路137をも含む。更には、光学ファインダ内の情報表示装置やカメラの外面にある情報表示装置を制御する情報表示回路142をも含む。
The control system includes an operation detection circuit 136 that detects an operation of the shutter release button 111 and the like, and a camera system control circuit 135 that controls each unit in response to the detection signal and generates and outputs a timing signal at the time of imaging. including. Also included is a CMOS light receiving sensor driving circuit 137 that generates a driving signal for driving the CMOS light receiving sensor 106 under the control of the camera system control circuit 135. Furthermore, an information display circuit 142 for controlling the information display device in the optical viewfinder and the information display device on the outer surface of the camera is also included.
上記制御系は、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、シャッタレリーズ釦111の押下を検出して、CMOS受光センサ106の駆動、RGB画像処理回路131の動作、記録処理回路133の圧縮処理などを制御する。さらには、情報表示回路142によって光学ファインダ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も制御する。
The control system controls an imaging system, an image processing system, and a recording / reproducing system in response to an external operation. For example, pressing of the shutter release button 111 is detected to control the driving of the CMOS light receiving sensor 106, the operation of the RGB image processing circuit 131, the compression processing of the recording processing circuit 133, and the like. Further, the information display circuit 142 controls the state of each segment of the information display device that displays information on an optical finder or the like.
カメラシステム制御回路135には、さらにAF制御回路140とレンズシステム制御回路141が接続されている。これらはカメラシステム制御回路135を中心にして各々の処理に必要とするデータを相互に通信している。
An AF control circuit 140 and a lens system control circuit 141 are further connected to the camera system control circuit 135. These communicate with each other data necessary for each processing, centering on the camera system control circuit 135.
AF制御回路140は、撮影画面上の所定位置に対応して設定された焦点検出用センサ112の焦点検出視野の信号出力を得て焦点検出信号を生成し、撮影光学系102の結像状態を検出する。デフォーカス量が検出されると、これを撮影光学系102の一部の要素であるフォーカシングレンズの駆動量に変換し、カメラシステム制御回路135を中継してレンズシステム制御回路141に送信する。また、移動する物体に対しては、シャッタレリーズ釦111が押下されてから実際の撮像制御が開始されるまでのタイムラグを勘案し、適切なレンズ位置を予測してフォーカシングレンズ駆動量を指示する。物体の輝度が低く、十分な焦点検出精度が得られないと判定したときには、不図示の閃光発光装置、あるいは不図示の白色LEDや蛍光管によって物体を照明し、不足していた輝度を補う。レンズシステム制御回路141は、フォーカシングレンズの駆動量を受信すると、不図示の駆動機構によって撮影光学系102内のフォーカシングレンズを光軸104方向に移動させて、物体にピントを合わせる。
The AF control circuit 140 obtains the signal output of the focus detection field of the focus detection sensor 112 set corresponding to a predetermined position on the shooting screen, generates a focus detection signal, and changes the imaging state of the shooting optical system 102. To detect. When the defocus amount is detected, this is converted into a driving amount of a focusing lens which is a part of the photographing optical system 102, and is transmitted to the lens system control circuit 141 via the camera system control circuit 135. For a moving object, the focusing lens drive amount is instructed by predicting an appropriate lens position in consideration of a time lag from when the shutter release button 111 is pressed until actual imaging control is started. When it is determined that the brightness of the object is low and sufficient focus detection accuracy cannot be obtained, the object is illuminated by a flash light emitting device (not shown) or a white LED or fluorescent tube (not shown) to compensate for the insufficient brightness. When receiving the driving amount of the focusing lens, the lens system control circuit 141 moves the focusing lens in the photographing optical system 102 in the direction of the optical axis 104 by a driving mechanism (not shown) to focus on the object.
一連のピント調節動作の結果、AF制御回路140によって物体にピントが合ったことが検出されると、この情報はカメラシステム制御回路135に伝えられる。このとき、シャッタレリーズ釦111が2段目まで押下されれば、前述のごとく撮像系、画像処理系、記録再生系による撮像制御が成される。
As a result of a series of focus adjustment operations, when the AF control circuit 140 detects that the object is in focus, this information is transmitted to the camera system control circuit 135. At this time, if the shutter release button 111 is pressed down to the second level, the imaging control by the imaging system, the image processing system, and the recording / reproducing system is performed as described above.
図3はデジタルカメラ101のレンズ鏡筒105部分の断面図である。図4は、ビームスプリッタ103、減光手段116、コンデンサレンズ114、メガネレンズ117および焦点検出用センサ112で構成される機能ユニット118の模式図である。これらの図を用いて機能ユニット118とその周辺部分について詳述する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the lens barrel 105 portion of the digital camera 101. FIG. 4 is a schematic diagram of a functional unit 118 including the beam splitter 103, the dimming unit 116, the condenser lens 114, the spectacle lens 117, and the focus detection sensor 112. The functional unit 118 and its peripheral part will be described in detail with reference to these drawings.
ビームスプリッタ103は、撮影光学系102を構成するレンズ102aと102b(不図示)の間に位置する。レンズ102aはフォーカシングレンズであって、例えば光軸104方向に移動することで、ピント調節を行う。CMOS受光センサ106は撮影光学系102の予定結像面に配設され、このCMOS受光センサ106のカバーガラス106aが封止部材115を介して固定されている。こういった構成を採ることで、CMOS受光センサ106のカバーガラス106aに塵が付着する可能性はなく、塵の付着する可能性があるとすれば、レンズ102bの入射面となる。CMOS受光センサ106の受光面から塵の位置までは十分長いので、不図示のレンズ102bの入射面に付着した塵が画面に写り込むことはほとんどない。
The beam splitter 103 is located between lenses 102a and 102b (not shown) constituting the photographing optical system 102. The lens 102a is a focusing lens, and performs focus adjustment by moving in the direction of the optical axis 104, for example. The CMOS light receiving sensor 106 is disposed on the planned imaging surface of the photographing optical system 102, and the cover glass 106 a of the CMOS light receiving sensor 106 is fixed via a sealing member 115. By adopting such a configuration, there is no possibility of dust adhering to the cover glass 106a of the CMOS light receiving sensor 106. If there is a possibility of dust adhering, it becomes the incident surface of the lens 102b. Since the distance from the light receiving surface of the CMOS light receiving sensor 106 to the position of the dust is sufficiently long, the dust attached to the incident surface of the lens 102b (not shown) hardly appears on the screen.
概略の撮像シーケンスは、例えば図5に示す例のように行われる。すなわち、デジタルカメラは、電源投入によってシャッタレリーズ釦111が操作されるのを待機し、レリーズ釦の1段目押下によって不図示のスイッチSW1がON(#101)すると、オートフォーカス動作を行う(#102〜#105)。そして、シャッタレリーズ釦111の2段目押下によって不図示のスイッチSW2がON(#106)すると、撮像およびメモリ108に対する情報の保存を行う(#108,#109)。その後は再度スイッチSW1がONされるのを待機する状態に復帰する。
The schematic imaging sequence is performed as in the example shown in FIG. That is, the digital camera waits for the shutter release button 111 to be operated by turning on the power, and performs autofocus operation when the switch SW1 (not shown) is turned on (# 101) by pressing the first release button (# 101). 102- # 105). Then, when the switch SW2 (not shown) is turned on by pressing the shutter release button 111 in the second step (# 106), image capturing and information storage in the memory 108 are performed (# 108, # 109). After that, it returns to the state of waiting for the switch SW1 to be turned on again.
次に、光束分割について説明を行う。ビームスプリッタ103は、図4に示すように、偏光方向によって光束を分割可能な光分割機能面103aをもつ。図4に示す機能ユニット118の模式図では、光分割機能面103aが誘電体多層膜などで形成された偏光ビームスプリッタとして形成された例を示している。ビームスプリッタ103の光入射面は面103bで構成され、直進光の射出面は面103dで構成されている。面103bと面103dは略平行である。また、ビームスプリッタ103はCMOS受光センサ106へ向かう光束を全て覆うように設けられている。このようにすることで、ビームスプリッタ103は直進する光に対し平行平板として機能する。また、CMOS受光センサ106へ向かう光束を全て覆うために画像の一部が暗くなるなどの輝度分布が発生せず、高品位な像を得ることが出来る。
Next, light beam splitting will be described. As shown in FIG. 4, the beam splitter 103 has a light splitting function surface 103a that can split a light beam according to the polarization direction. The schematic diagram of the functional unit 118 shown in FIG. 4 shows an example in which the light splitting functional surface 103a is formed as a polarization beam splitter formed of a dielectric multilayer film or the like. The light incident surface of the beam splitter 103 is constituted by a surface 103b, and the exit surface of the straight light is constituted by a surface 103d. The surface 103b and the surface 103d are substantially parallel. Further, the beam splitter 103 is provided so as to cover all the light fluxes directed to the CMOS light receiving sensor 106. By doing so, the beam splitter 103 functions as a parallel plate for light traveling straight. Further, a luminance distribution such as a part of the image becomes dark in order to cover all the light fluxes directed to the CMOS light receiving sensor 106 does not occur, and a high-quality image can be obtained.
光分割機能面103aの望ましい光学特性は、例えば図6に示す通りであって、P偏光に対しては可視光領域で透過率が高く、S偏光に対しては反射率が高い。このように構成することで、ビームスプリッタ103に入射した光束のうち、S偏光成分は光分割機能面103aで反射され、面103cから図中下方へ射出される。面103cに対向する位置には、焦点検出に使用する光束を集める働きをするコンデンサレンズ114が配置される。そして、このコンデンサレンズ114を透過した光がメガネレンズ117を介して焦点検出用センサ112に入射し、これによって瞳分割方式による焦点検出機能が動作する。すなわち、焦点検出用センサ112に入射した光束から、撮影光学系102のピント状態を把握することが可能となる。
Desirable optical characteristics of the light splitting functional surface 103a are, for example, as shown in FIG. 6, and have high transmittance in the visible light region for P-polarized light and high reflectance for S-polarized light. With this configuration, of the light beam incident on the beam splitter 103, the S-polarized light component is reflected by the light splitting function surface 103a and emitted downward from the surface 103c in the drawing. A condenser lens 114 that functions to collect a light beam used for focus detection is disposed at a position facing the surface 103c. Then, the light transmitted through the condenser lens 114 is incident on the focus detection sensor 112 via the eyeglass lens 117, and the focus detection function by the pupil division method is thereby operated. That is, it is possible to grasp the focus state of the photographing optical system 102 from the light beam incident on the focus detection sensor 112.
光分割機能面103aの光学特性は上記した通りであり、ビームスプリッタ103で分割された光束の分光特性を直進光と実質的に同一とし、この光束によって焦点検出機能を動作させる。焦点検出用センサ112に入射する分光特性は光分割機面103aでのS偏光の反射率の分光特性が支配的となる。しかし、図6に示したように、波長によらず高い反射率を持つような光分割機能面103aを用いることで、十分な光量でかつ撮像面に入射する光束と実質的に同一な光束により高精度な焦点検出が可能である。
The optical characteristics of the light splitting function surface 103a are as described above, and the spectral characteristics of the light beam split by the beam splitter 103 are made substantially the same as those of the straight traveling light, and the focus detection function is operated by this light beam. The spectral characteristic incident on the focus detection sensor 112 is dominated by the spectral characteristic of the reflectance of the S-polarized light on the light splitter surface 103a. However, as shown in FIG. 6, by using the light splitting function surface 103a having a high reflectance regardless of the wavelength, a sufficient amount of light and a substantially same light flux as the light incident on the imaging surface can be obtained. High-precision focus detection is possible.
上記ビームスプリッタ103とCMOS受光センサ106の間には、いわゆる偏光フィルタである減光手段116が配置されている。この減光手段116は、図示しない駆動手段によって、ビームスプリッタ103におけるS偏光を吸収(遮断)する第1の位置と、ビームスプリッタ103におけるP偏光を吸収(遮断)する第2の位置、の間を移動可能に構成されている。
Between the beam splitter 103 and the CMOS light receiving sensor 106, a dimming means 116 which is a so-called polarization filter is disposed. The dimming means 116 is between a first position where the S-polarized light is absorbed (blocked) in the beam splitter 103 and a second position where the P-polarized light is absorbed (blocked) in the beam splitter 103 by a driving means (not shown). It is configured to be movable.
偏光フィルタからなる減光手段116の好適な分光透過率特性を、図7に示す。LCDなどに用いられる偏光フィルタの好適な特性はいわゆるクロスニコルの状態での消光比が重要である。そのため、透過率は、消光比が所望の値の取れる範囲で高いものを選択するのが一般的である。しかし、本実施例においては、消光比は50:1程度で十分である。一方で、CMOS受光センサ106上での像の色や明るさを劣化させないために、分光特性と透過率がより重要な特性となる。
FIG. 7 shows a preferable spectral transmittance characteristic of the light reducing means 116 formed of a polarizing filter. As a suitable characteristic of a polarizing filter used for an LCD or the like, an extinction ratio in a so-called crossed Nicol state is important. For this reason, it is common to select a high transmittance within a range where the extinction ratio can take a desired value. However, in this embodiment, an extinction ratio of about 50: 1 is sufficient. On the other hand, spectral characteristics and transmittance are more important characteristics in order not to deteriorate the color and brightness of the image on the CMOS light receiving sensor 106.
次に、本実施例における要部構成である機能ユニット118について、図8および図9を用いて説明する。図8は、機能ユニット118での光束の分割と光量を説明する図である。図9は、減光手段116とビームスプリッタ103の相対位置に対するCMOSセンサ106での光量の関係を説明する図である。
Next, the functional unit 118, which is the main configuration of the present embodiment, will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram for explaining the division of the light flux and the amount of light in the functional unit 118. FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the light amount at the CMOS sensor 106 and the relative position between the light reducing means 116 and the beam splitter 103.
図8において、150は撮影光学系102を通過した光束を示す。151は光分割機能面103aで分割されて焦点検出用センサ112へ導かれる光束を示す。152は光分割機能面103aを透過して減光手段116へ向かう光束を示す。153は減光手段116を透過してCMOS受光センサ106へ向かう光束を示す。
In FIG. 8, reference numeral 150 denotes a light beam that has passed through the photographing optical system 102. Reference numeral 151 denotes a light beam that is split by the light splitting function surface 103 a and guided to the focus detection sensor 112. Reference numeral 152 denotes a light flux that passes through the light splitting functional surface 103a and travels to the light reducing means 116. Reference numeral 153 denotes a light flux that passes through the dimming means 116 and travels toward the CMOS light receiving sensor 106.
図9では、光束は中心光束のみ線で示している。図9において、116aは減光手段116の偏光方位角を示す。図9(a)は、光分割機能面103aによって焦点検出用センサ112に導かれた偏光成分と同一の偏光成分を吸収する減光手段116の第1の位置を示している。図9(c)は、光分割機能面103aを透過した偏光成分と同一の偏光成分を吸収する減光手段116の第2の位置を示している。図9(b)は、減光手段116が上記第1の位置と第2の位置の間にある状態を示している。
In FIG. 9, only the central light beam is indicated by a line. In FIG. 9, 116 a indicates the polarization azimuth angle of the dimming means 116. FIG. 9A shows a first position of the dimming means 116 that absorbs the same polarization component as the polarization component guided to the focus detection sensor 112 by the light splitting function surface 103a. FIG. 9C shows a second position of the dimming means 116 that absorbs the same polarization component as the polarization component transmitted through the light splitting function surface 103a. FIG. 9B shows a state in which the dimming means 116 is between the first position and the second position.
図8に模式的に示したように、焦点検出用センサ112へ導かれる光束は焦点検出動作に必要な光束のみでよい。そこで、本実施例では、撮影光学系102を通過した光束150を全て覆うように光分割機能面103aが存在するが、そのうちの一部は、焦点検出用センサ112へ届かず、透過する。
As schematically shown in FIG. 8, the light beam guided to the focus detection sensor 112 may be only the light beam necessary for the focus detection operation. Therefore, in this embodiment, the light splitting functional surface 103a exists so as to cover all the light fluxes 150 that have passed through the photographing optical system 102, but some of them do not reach the focus detection sensor 112 but pass through.
減光手段116が図9(a)に示す第1の位置にあるとき、撮影光学系102を通過した光束150の光束量を100とし、光分割機能面103aの特性が図7に示すものとする。この場合、焦点検出用センサ112へ導かれる光束151の光束量は45以上、減光手段116へ向かう光束152の光束量は45以上、CMOS受光センサ106へ向かう光束153の光束量は40.5以上となる。
When the dimming means 116 is in the first position shown in FIG. 9A, the light amount of the light beam 150 that has passed through the photographing optical system 102 is 100, and the characteristics of the light splitting functional surface 103a are as shown in FIG. To do. In this case, the light flux 151 of the light flux 151 guided to the focus detection sensor 112 is 45 or more, the light flux 152 of the light flux 152 going to the dimming means 116 is 45 or more, and the light flux of the light flux 153 going to the CMOS light receiving sensor 106 is 40.5. That's it.
また、減光手段116が図9(c)に示す第2の位置にあるときは、焦点検出用センサ112へ導かれる光束151の光束量は45以上、減光手段116へ向かう光束152の光束量は45以上、CMOS受光センサ106へ向かう光束153の光束量は2程度となる。また、図9(b)に示す位置にあるときは、減光手段116の偏光方位角116aによって光量を連続的に変化させることが可能となる。
Further, when the dimming means 116 is in the second position shown in FIG. 9C, the luminous flux 151 of the luminous flux 151 guided to the focus detection sensor 112 is 45 or more, and the luminous flux 152 directed to the dimming means 116. The amount is 45 or more, and the amount of the light beam 153 directed to the CMOS light receiving sensor 106 is about 2. 9B, the light amount can be continuously changed by the polarization azimuth angle 116a of the dimming means 116.
つまり、CMOS受光センサ106での光量は、減光手段116の偏光方位角116aによって制御可能であり、特許文献1に示されているように、撮影装置の絞りとして使用可能である。また、従来のメカニカルな絞りと違い、装置を小型化した際にも回折現象による解像度の低下といった問題を引き起こさない。
That is, the amount of light at the CMOS light receiving sensor 106 can be controlled by the polarization azimuth angle 116 a of the light reducing means 116, and can be used as an aperture of the photographing apparatus as disclosed in Patent Document 1. In addition, unlike a conventional mechanical aperture, even when the apparatus is downsized, there is no problem of a reduction in resolution due to a diffraction phenomenon.
本実施例1によれば、以下のような効果を有する。
(1)光束分割手段であるビームスプリッタ103に対して減光手段116を相対的に回転可能にしている。つまり、図9に示すように、減光手段116を第1の位置(図9(a)の位置)と第2の位置((図9(c)の位置)の間で回転可能にして、偏光方位角116aを可変にしている。よって、回折現象による解像度の低下を引き起こすことなく、CMOS受光センサ106上の光量を連続的に変化させることが出来る。
(2)ビームスプリッタ103がCMOS受光センサ106へ向かう光束を全て覆うように設けられている。そのため、図25のように、CMOS受光センサ106上の画像の一部が暗くなるなどの輝度分布が発生しない。よって、CMOS受光センサ106上にビームスプリッタ103の像が写らず、高品位な画像を得ることが出来る。
(3)ビームスプリッタ103に入射した光束のうち、光分割機能面103aによってP偏光成分は透過され、S偏光成分は反射される。よって、CMOS受光センサ106に導かれる光束と実質同一の光束で焦点検出を行うことが出来る。
The first embodiment has the following effects.
(1) The dimming means 116 is rotatable relative to the beam splitter 103 which is a light beam splitting means. That is, as shown in FIG. 9, the dimming means 116 is rotatable between the first position (position of FIG. 9 (a)) and the second position ((position of FIG. 9 (c)). Since the polarization azimuth angle 116a is variable, the amount of light on the CMOS light receiving sensor 106 can be continuously changed without causing a decrease in resolution due to a diffraction phenomenon.
(2) The beam splitter 103 is provided so as to cover all the light beams traveling toward the CMOS light receiving sensor 106. Therefore, as shown in FIG. 25, a luminance distribution such as a part of the image on the CMOS light receiving sensor 106 becomes dark does not occur. Therefore, an image of the beam splitter 103 is not captured on the CMOS light receiving sensor 106, and a high-quality image can be obtained.
(3) Of the light beam incident on the beam splitter 103, the P-polarized component is transmitted and the S-polarized component is reflected by the light splitting function surface 103a. Therefore, focus detection can be performed with substantially the same light beam as the light beam guided to the CMOS light receiving sensor 106.
以上のように、簡易な構成で多くの効果を得ることができ、CMOS受光センサ106へ向かう光束全体を覆うビームスプリッタ103とその偏光を利用した減光手段116を用いる効果はきわめて大きいといえる。
As described above, many effects can be obtained with a simple configuration, and it can be said that the effect of using the beam splitter 103 that covers the entire light beam toward the CMOS light receiving sensor 106 and the dimming means 116 using the polarized light is extremely great.
次に、図10〜図15を用いて、本発明の実施例2に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。
Next, a digital camera that is an image pickup apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図10及び図11はデジタルカメラの断面図であり、同図において、201はデジタルカメラ本体、202は物体像を形成するための撮影光学系である。204は撮影光学系202の光軸、205は撮影光学系202を収納するレンズ鏡筒である。203はビームスプリッタ、211はシャッタレリーズ釦、207はディスプレイ装置、208は画像データを格納するメモリである。209は光学ファインダの接眼レンズ、210はプリンタ等とのデータ通信を行う無線通信装置である。206は2次元型CMOS受光センサ、212は焦点検出用センサ、213は光学ローパスフィルタ、214はコンデンサレンズ、216は減光手段、217はメガネレンズである。それぞれの機能などは上記実施例1と同一のため、その説明を省略する。また、電気的な回路構成は図2に示す構成と同様であるものとする。
10 and 11 are cross-sectional views of the digital camera. In FIG. 10, 201 is a digital camera body, and 202 is a photographing optical system for forming an object image. Reference numeral 204 denotes an optical axis of the photographing optical system 202, and 205 denotes a lens barrel that houses the photographing optical system 202. A beam splitter 203, a shutter release button 211, a display device 207, and a memory 208 store image data. Reference numeral 209 denotes an eyepiece of an optical viewfinder, and 210 denotes a wireless communication device that performs data communication with a printer or the like. 206 is a two-dimensional CMOS light receiving sensor, 212 is a focus detection sensor, 213 is an optical low-pass filter, 214 is a condenser lens, 216 is a dimming means, and 217 is a spectacle lens. Since each function is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. The electrical circuit configuration is the same as that shown in FIG.
219は減光手段216を透過した直線偏光を円偏光にする1/4波長板である。1/4波長板219は上記の機能を持たせるために減光手段216に対して位置決めされ、一体として動作を行う。220aは第2の減光手段である。218は機能ユニットであり、ビームスプリッタ203、減光手段216、コンデンサレンズ214、メガネレンズ217、焦点検出用センサ212、1/4波長板219および第2の減光手段220aで構成される。
Reference numeral 219 denotes a quarter-wave plate that converts the linearly polarized light transmitted through the dimming means 216 into circularly polarized light. The quarter-wave plate 219 is positioned with respect to the dimming means 216 in order to have the above function, and operates as a unit. 220a is a second dimming means. A functional unit 218 includes a beam splitter 203, a dimming unit 216, a condenser lens 214, a spectacle lens 217, a focus detection sensor 212, a quarter wavelength plate 219, and a second dimming unit 220a.
機能ユニット218は、図11に示すように、図示しない駆動手段によって、撮影光学系202からCMOS受光センサ206へ向かう光路から退避することができる。この退避動作は、機能ユニット218よる光量の減少が問題となると判定された場合などに行われる。
As shown in FIG. 11, the functional unit 218 can be retracted from the optical path from the photographing optical system 202 to the CMOS light receiving sensor 206 by a driving unit (not shown). This evacuation operation is performed when it is determined that a decrease in the amount of light by the functional unit 218 is a problem.
本実施例2における機能ユニット218の詳細例を、図12(a)ないし図12(c)に示す。
Detailed examples of the functional unit 218 in the second embodiment are shown in FIGS. 12 (a) to 12 (c).
図12(a)〜(c)において、ビームスプリッタ203の入射面は2つの一致した面203b,203cによって構成され、射出面は2つの一致した面203e,203fによって構成される。このようにすることにより、ビームスプリッタ203は直進する光に対し平行平板として機能する。また、光分割機能面203aは撮影光学系202を通過した光束のうち、焦点検出に必要なエリアのみを覆うように配置されている。この光分割機能面203aで分割され、焦点検出用センサ212へ向かう光束は、面203dから射出される。面203dに対向する位置には、焦点検出に使用する光束を集める働きをするコンデンサレンズ214が配置される。このコンデンサレンズ214を透過した光がメガネレンズ217を介して焦点検出用センサ212に入射し、これによって瞳分割方式による焦点検出機能が動作する。すなわち、焦点検出用センサ212に入射した光束から、撮影光学系202のピント状態を把握することが可能となる。
12A to 12C, the incident surface of the beam splitter 203 is constituted by two coincident surfaces 203b and 203c, and the exit surface is constituted by two coincident surfaces 203e and 203f. By doing so, the beam splitter 203 functions as a parallel plate for light traveling straight. The light splitting function surface 203a is arranged so as to cover only the area necessary for focus detection out of the light flux that has passed through the photographing optical system 202. A light beam divided by the light dividing function surface 203a and directed to the focus detection sensor 212 is emitted from the surface 203d. A condenser lens 214 that collects a light beam used for focus detection is disposed at a position facing the surface 203d. The light transmitted through the condenser lens 214 is incident on the focus detection sensor 212 via the eyeglass lens 217, and the focus detection function by the pupil division method is thereby operated. That is, it is possible to grasp the focus state of the photographing optical system 202 from the light flux incident on the focus detection sensor 212.
図12から明らかなように、焦点検出に必要なエリアのみに光分割機能面203aを設けることで、上記実施例1に比べて、ビームスプリッタ203を光軸方向に薄型化することが可能となる。
As is apparent from FIG. 12, by providing the light splitting function surface 203a only in the area necessary for focus detection, the beam splitter 203 can be made thinner in the optical axis direction than in the first embodiment. .
図12(a)は、第2の減光手段220aを撮影光学系202とビームスプリッタ203の間に配置した例である。
FIG. 12A shows an example in which the second dimming means 220 a is disposed between the photographing optical system 202 and the beam splitter 203.
上下に配置される第2の減光手段220aは、第1の減光手段216と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図7に示したような特性とする。このとき、第2の減光手段220aはビームスプリッタ203の光分割機能面203aにおけるP偏光を吸収(遮断)する方向に設けられる。また、第2の減光手段220aには開口部220cが設けられており、この開口部220cは物体側から光軸に沿って見たときにビームスプリッタ203の光分割機能面203aの部分が開口しているように設けられる。上記位置に配置される第2の減光手段220aは、ビームスプリッタ203に対して位置決めされ、固定される。
The second dimming means 220a arranged above and below is constituted by a polarizing filter in the same manner as the first dimming means 216, and the characteristics thereof are as shown in FIG. At this time, the second dimming means 220a is provided in the direction of absorbing (blocking) the P-polarized light on the light splitting function surface 203a of the beam splitter 203. Further, the second dimming means 220a is provided with an opening 220c, and the opening 220c is opened at the portion of the light splitting functional surface 203a of the beam splitter 203 when viewed from the object side along the optical axis. It is provided as it is. The second dimming means 220a disposed at the above position is positioned and fixed with respect to the beam splitter 203.
上記の条件で開口部220cを設けることで、撮影光学系202がテレセントリック光学系に近い場合には、撮影光学系202を通して機能ユニット209に入射した光束は、第2の減光手段220a、光分割機能面203aのいずれか一方のみを通過して第1の減光手段216へ向かう。
By providing the opening 220c under the above conditions, when the photographing optical system 202 is close to a telecentric optical system, the light beam incident on the functional unit 209 through the photographing optical system 202 is reflected by the second dimming means 220a and the light splitting. The light passes through only one of the functional surfaces 203a toward the first dimming means 216.
さらに第1の減光手段216は、第2の減光手段220aおよびビームスプリッタ203に対して光軸を中心として、図示しない駆動手段によって、光分割機能面203aにおけるS偏光を吸収断する第1の位置と、光分割機能面203aにおけるP偏光を吸収する第2の位置、の間を移動可能である。第1の減光手段216を適切に移動させることで、特許文献1に開示されているように、撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
Further, the first dimming means 216 absorbs and cuts off S-polarized light on the light splitting function surface 203a by the driving means (not shown) with the optical axis as the center with respect to the second dimming means 220a and the beam splitter 203. And a second position that absorbs P-polarized light on the light splitting function surface 203a. By appropriately moving the first dimming means 216, as disclosed in Patent Document 1, it is possible to obtain a desired light amount on the imaging surface.
図13(a)に、図12(a)に示した例の光量を説明する模式図を示している。図13(a)において、250a,250b,250cは撮影光学系202を通過した光束を示す。251a,251cは第2の減光手段220aを透過して減光手段216へ向かう光束を示す。251bは第2の減光手段220aに設けられた開口220cを通過して光分割機能面203aへ向かう光束を示す。251dは光分割機能面203aを透過して減光手段216へ向かう光束を示す。252a,252b,252cは第1の減光手段216を透過してCMOS受光センサ206へ向かう光束を示す。253は光分割機能面203aで分割され、焦点検出用センサ212へ導かれる光束を示す。
FIG. 13A shows a schematic diagram for explaining the light quantity of the example shown in FIG. In FIG. 13A, reference numerals 250a, 250b, and 250c denote light beams that have passed through the photographing optical system 202. Reference numerals 251a and 251c denote light beams that pass through the second dimming means 220a and travel toward the dimming means 216. Reference numeral 251b denotes a light flux that passes through the opening 220c provided in the second dimming means 220a and travels toward the light splitting functional surface 203a. Reference numeral 251d denotes a light flux that passes through the light splitting function surface 203a and travels toward the light reducing means 216. Reference numerals 252a, 252b, and 252c denote light beams that pass through the first dimming means 216 and travel toward the CMOS light receiving sensor 206. Reference numeral 253 denotes a light beam that is split by the light splitting function surface 203 a and guided to the focus detection sensor 212.
図13(a)において、撮影光学系202を通過した光束250a,250b,250cの光束量を100とし、光分割機能面203aの特性は図6に示したもの、第1の減光手段216および第2の減光手段220aの特性は図7に示したものとする。この場合、焦点検出用センサ212へ導かれる光束253の光束量は45以上、第2の減光手段220aまたは光分割機能面203aを通過して第1の減光手段216へ向かう光束251a,251c,251dはいずれも45以上となる。また、第1の減光手段216を透過した光束252a,252b,252cはいずれも同一であり、第1の減光手段216と光分割機能面203aの相対的な角度によって略0から略40で可変である。すなわち、全面均一で光量可変となる。
In FIG. 13A, the amount of light beams 250a, 250b, 250c that have passed through the photographing optical system 202 is set to 100, and the characteristics of the light splitting functional surface 203a are the same as those shown in FIG. The characteristics of the second dimming means 220a are as shown in FIG. In this case, the amount of the light beam 253 guided to the focus detection sensor 212 is 45 or more, and the light beams 251a and 251c that pass through the second dimming means 220a or the light splitting function surface 203a and go to the first dimming means 216. , 251d are 45 or more. The light beams 252a, 252b, and 252c transmitted through the first dimming means 216 are all the same, and are approximately 0 to approximately 40 depending on the relative angle between the first dimming means 216 and the light splitting function surface 203a. It is variable. That is, the entire surface is uniform and the light quantity is variable.
機能ユニット218には、第1の減光手段216と図12(a)では図示していない光学ローパスフィルタ213(図10参照)の間に、1/4波長板219が具備されており、第1の減光手段216を透過した直線偏光を円偏光に変換する。複屈折を利用した光学ローパスフィルタ213を用いている場合は、直線偏光が入射すると、該光学ローパスフィルタ213が適切に作用せずに偽色を発生する可能性がある。1/4波長板219を第1の減光手段216と光学ローパスフィルタ213の間に配置することで、前記問題が無くなる。1/4波長板219は第1の減光手段216と一体とされた、いわゆる円偏光フィルタとして配置されても良い。
The functional unit 218 includes a quarter-wave plate 219 between the first dimming means 216 and the optical low-pass filter 213 (see FIG. 10) not shown in FIG. The linearly polarized light that has passed through the first dimming means 216 is converted into circularly polarized light. When the optical low-pass filter 213 using birefringence is used, when linearly polarized light is incident, the optical low-pass filter 213 may not work properly and may generate a false color. By disposing the quarter wavelength plate 219 between the first dimming means 216 and the optical low-pass filter 213, the above problem is eliminated. The quarter wavelength plate 219 may be arranged as a so-called circular polarization filter integrated with the first dimming means 216.
図12(b)は、第2の減光手段220a、第2の減光手段220bを、撮影光学系202とビームスプリッタ203の間、および、ビームスプリッタ203と第1の減光手段216の双方に配置した例である。
In FIG. 12B, the second dimming means 220a and the second dimming means 220b are arranged between the imaging optical system 202 and the beam splitter 203, and both the beam splitter 203 and the first dimming means 216. This is an example of arrangement.
第2の減光手段220a,220bは、第1の減光手段216と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図7に示したような特性とする。また、第1の減光手段216は1/4波長板を一体に備えた円偏光フィルタで構成する。このとき、第2の減光手段220aはビームスプリッタ203の光分割機能面203aにおけるP偏光を吸収(遮断)する方向に設けられる。また、第2の減光手段220aは光軸方向から見た際に光分割機能面203aが存在しない一方の部分を覆うように設けられており、第2の減光手段220bはその他方を覆うように設けられている。上記位置に配置される第2の減光手段220a,220bは、ビームスプリッタ203に対して位置決めされ、固定される。
The second light attenuating means 220a and 220b are configured by a polarizing filter in the same manner as the first light attenuating means 216, and the characteristics thereof are as shown in FIG. The first dimming means 216 is constituted by a circularly polarizing filter integrally provided with a quarter wavelength plate. At this time, the second dimming means 220a is provided in the direction of absorbing (blocking) the P-polarized light on the light splitting function surface 203a of the beam splitter 203. The second dimming means 220a is provided so as to cover one portion where the light splitting functional surface 203a does not exist when viewed from the optical axis direction, and the second dimming means 220b covers the other side. It is provided as follows. The second dimming means 220a and 220b arranged at the above positions are positioned and fixed with respect to the beam splitter 203.
上記の条件で分割して減光手段を設けることで、撮影光学系202を通して機能ユニット218に入射した光束は、第2の減光手段220a,220b、光分割機能面203aのいずれか一つのみを通過して第1の減光手段216へ向かう。
By providing the dimming means by dividing under the above conditions, the light beam incident on the functional unit 218 through the photographing optical system 202 is only one of the second dimming means 220a and 220b and the light dividing functional surface 203a. To the first dimming means 216.
図13(a)に示した例に比べて、撮影光学系202を通過してCMOS受光センサ206へ向かう光束が、光軸に対して大きな角度を持つ場合であっても、CMOS受光センサ上で均一な輝度を得ることが可能となる。
Compared to the example shown in FIG. 13A, the light beam that passes through the photographing optical system 202 and travels toward the CMOS light receiving sensor 206 has a large angle with respect to the optical axis. Uniform luminance can be obtained.
さらに第1の減光手段216は、第2の減光手段220aおよびビームスプリッタ203に対して光軸を中心として駆動される。詳しくは、図示しない駆動手段によって、光分割機能面203aにおけるS偏光を吸収する第1の位置と、光分割機能面203aにおけるP偏光を吸収する第2の位置、の間を移動可能である。この第1の減光手段216を適切に移動させることで、特許文献1に開示されているように、撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
Further, the first dimming means 216 is driven around the optical axis with respect to the second dimming means 220a and the beam splitter 203. Specifically, it is possible to move between a first position that absorbs S-polarized light on the light splitting functional surface 203a and a second position that absorbs P-polarized light on the light splitting functional surface 203a by driving means (not shown). By appropriately moving the first dimming means 216, a desired amount of light can be obtained on the imaging surface as disclosed in Patent Document 1.
図12(c)は、第2の減光手段220aをビームスプリッタ203と第1の減光手段216の間に配置した例である。
FIG. 12C shows an example in which the second dimming means 220 a is disposed between the beam splitter 203 and the first dimming means 216.
第2の減光手段220aは、撮影光学系202を通過してCMOS受光センサ206へ向かうすべての光束を覆うように配置される。第2の減光手段220aは第1の減光手段216と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図7に示したような特性とする。また、第1の減光手段216は1/4波長板を一体に備えた円偏光フィルタで構成される。このとき、第2の減光手段220aは、ビームスプリッタ203の光分割機能面203aにおけるP偏光を吸収(遮断)する方向に設けられる。前記位置に配置される第2の減光手段220aは、ビームスプリッタ203に対して位置決めされ、固定される。
The second dimming means 220a is disposed so as to cover all the light beams that pass through the photographing optical system 202 and go to the CMOS light receiving sensor 206. Similar to the first dimming means 216, the second dimming means 220a is composed of a polarizing filter, and the characteristics thereof are as shown in FIG. The first dimming means 216 is composed of a circularly polarizing filter integrally provided with a quarter wavelength plate. At this time, the second dimming means 220a is provided in the direction of absorbing (blocking) P-polarized light on the light splitting function surface 203a of the beam splitter 203. The second dimming means 220a disposed at the position is positioned and fixed with respect to the beam splitter 203.
さらに第1の減光手段216は、第2の減光手段220aおよびビームスプリッタ203に対して光軸を中心として駆動される。詳しくは、図示しない駆動手段によって、光分割機能面203aにおけるS偏光を吸収する第1の位置と、光分割機能面203aにおけるP偏光を吸収する第2の位置の間を移動可能である。この第1の減光手段216を適切に移動させることで、特開平05−207384号公報に開示されているように撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
Further, the first dimming means 216 is driven around the optical axis with respect to the second dimming means 220a and the beam splitter 203. Specifically, it is possible to move between a first position that absorbs S-polarized light on the light splitting functional surface 203a and a second position that absorbs P-polarized light on the light splitting functional surface 203a by a driving unit (not shown). By appropriately moving the first dimming means 216, a desired amount of light can be obtained on the imaging surface as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 05-207384.
図13(b)に、図12(c)に示した例の光量を説明する模式図を示している。図13(b)において、260a,260b,260cは撮影光学系202を通過した光束を示す。261aは光分割機能面203aを透過して第2の減光手段220aへ向かう光束を示す。262a,262b,262cは第2の減光手段220aを透過して第1の減光手段216へ向かう光束を示す。263a,263b,263cは第1の減光手段216を透過してCMOS受光センサ206へ向かう光束を示す。264は光分割機能面203aで分割され、焦点検出用センサ212へ導かれる光束を示す。このとき、光分割機能面203aの望ましい特性は、例えば図14に示すようになる。P偏光の透過率が高く、S偏光に関しては第2の減光手段220aで吸収されるため、厳しくは規制されない。
FIG. 13B shows a schematic diagram for explaining the light quantity of the example shown in FIG. In FIG. 13B, 260a, 260b, and 260c indicate light beams that have passed through the photographing optical system 202. Reference numeral 261a denotes a light flux that passes through the light splitting function surface 203a and travels toward the second dimming means 220a. Reference numerals 262a, 262b, and 262c denote light beams that pass through the second dimming unit 220a and travel toward the first dimming unit 216. Reference numerals 263a, 263b, and 263c denote light beams that pass through the first dimming means 216 and travel toward the CMOS light receiving sensor 206. Reference numeral 264 denotes a light beam that is split by the light splitting function surface 203 a and guided to the focus detection sensor 212. At this time, desirable characteristics of the light splitting function surface 203a are as shown in FIG. 14, for example. Since the transmittance of P-polarized light is high and S-polarized light is absorbed by the second dimming means 220a, it is not strictly regulated.
図13(a)において、撮影光学系202を通過した光束250a,250b,250cの光束量を100とし、光分割機能面203aの特性は図14に示したもの、第1の減光手段216および第2の減光手段220aの特性は図7に示したものとする。この場合、焦点検出用センサ212へ導かれる光束253の光束量は42以上、第2の減光手段220aまたは光分割機能面203aを通過して第2の減光手段220aへ向かう光束261aは47以上となる。第2の減光手段220aを透過した光束262a,262cは45以上、光束262bは43以上となる。すなわち、光分割機能面203aでのP偏光の透過率を上げることで、光束262a,262b,262cはいずれも略同一の光束量とすることが出来る。その結果、第1の減光手段216を透過した光束263a,263b,263cはいずれも同一であり、第1の減光手段216と光分割機能面203aの相対的な角度によって略0から略40で可変である。すなわち、全面均一で光量可変となる。
In FIG. 13A, the amount of light fluxes 250a, 250b, 250c that have passed through the photographing optical system 202 is 100, and the characteristics of the light splitting functional surface 203a are those shown in FIG. 14, the first dimming means 216, and The characteristics of the second dimming means 220a are as shown in FIG. In this case, the amount of the light beam 253 guided to the focus detection sensor 212 is 42 or more, and the amount of the light beam 261a passing through the second dimming means 220a or the light splitting function surface 203a to the second dimming means 220a is 47. That's it. The luminous fluxes 262a and 262c transmitted through the second dimming means 220a are 45 or more, and the luminous flux 262b is 43 or more. That is, by increasing the transmittance of the P-polarized light on the light splitting function surface 203a, the light beams 262a, 262b, and 262c can all have substantially the same light beam amount. As a result, the light beams 263a, 263b, 263c transmitted through the first dimming means 216 are all the same, and are approximately 0 to approximately 40 depending on the relative angle between the first dimming means 216 and the light splitting function surface 203a. It is variable. That is, the entire surface is uniform and the light quantity is variable.
次に、図15を用いて、機能ユニット218の回転動作について説明する。図15は機能ユニット218を備えたカメラを正面から見た図である。説明のために、図15に示すようにX,Y軸を設定する。
Next, the rotation operation of the functional unit 218 will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a view of the camera including the functional unit 218 as viewed from the front. For explanation, the X and Y axes are set as shown in FIG.
機能ユニット218は光路に挿入された位置において光軸周りに90度以上回転可能に配置されている。例として、図15(a)に示すように、焦点検出用センサ212がY方向にある場合を第1の位置、図15(b)に示すように、焦点検出用センサ212がX方向にある場合を第2の位置の位置とする。90度以上回転可能であれば必ずしも上記のように第1の位置と第2の位置を設定する必要はない。
The functional unit 218 is disposed so as to be capable of rotating 90 degrees or more around the optical axis at the position inserted in the optical path. As an example, when the focus detection sensor 212 is in the Y direction as shown in FIG. 15A, the focus detection sensor 212 is in the X direction as shown in FIG. 15B. Let the case be the position of the second position. The first position and the second position do not necessarily need to be set as described above as long as they can be rotated by 90 degrees or more.
本実施例2において、第2の減光手段220aおよび光分割機能面203aは偏光方向によって選択的に減光および分割を行う。そのため、カメラにとっては機能ユニット218と一体として光軸周りに回転させることで、いわゆる偏光フィルタとして使用可能である。具体的には、図15(a)の位置においては、X軸方向が光分割機能面203aのS偏光となるために、X軸方向に電界ベクトルを持つ偏光はCMOS受光センサ206には届かず、Y軸方向に電界ベクトルを持つ偏光のみがCMOS受光センサ206に届く。図15(b)ではその反対となる。
In the second embodiment, the second dimming means 220a and the light splitting function surface 203a selectively perform dimming and splitting according to the polarization direction. Therefore, the camera can be used as a so-called polarizing filter by being rotated around the optical axis as a unit with the functional unit 218. Specifically, at the position shown in FIG. 15A, the X-axis direction is the S-polarized light of the light splitting function surface 203a, so that polarized light having an electric field vector in the X-axis direction does not reach the CMOS light receiving sensor 206. Only polarized light having an electric field vector in the Y-axis direction reaches the CMOS light receiving sensor 206. The opposite is true in FIG.
偏光フィルタの制御は、例えば特開2001−100285号公報に開示されている手段などによって適切に、または、ユーザーによって手動で行われる。偏光フィルタを活用することで、正反射光を除去したいガラスを通しての夜景撮影などのシーンにおいても所望の画像が得られる。
The polarizing filter is controlled appropriately by means disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-1000028, or manually by a user. By utilizing a polarizing filter, a desired image can be obtained even in a scene such as night scene photography through glass where it is desired to remove specular reflection light.
なお、1/4波長板219は前述した実施例1に用いられても効果がある。
The quarter wavelength plate 219 is effective even when used in the above-described first embodiment.
本実施例2によれば、以下の効果を得ることが出来る。
(1)CMOS受光センサ206上にビームスプリッタ203の像が写らず、高品位な画像を得ることが出来る。
(2)CMOS受光センサ206に導かれる光束と実質同一の光束で焦点検出を行うことが出来る。
(3)解像度の低下を引き起こすことなく、CMOS受光センサ206上の光量を連続的に変化させることが出来る。
(4)ビームスプリッタ203の小型化、ひいては装置の小型化を図ることが出来る。
(5)低輝度の被写体に対しても適切に撮像を行うことが出来る。
(6)複屈折を利用した光学LPF(ローパスフィルタ)を持つ撮像系であっても、偽色を発生させることがない。
(7)内蔵された偏光フィルタを活用して撮影が可能である。
According to the second embodiment, the following effects can be obtained.
(1) An image of the beam splitter 203 is not captured on the CMOS light receiving sensor 206, and a high-quality image can be obtained.
(2) Focus detection can be performed with substantially the same light beam as the light beam guided to the CMOS light receiving sensor 206.
(3) The amount of light on the CMOS light receiving sensor 206 can be continuously changed without causing a reduction in resolution.
(4) The beam splitter 203 can be downsized, and the apparatus can be downsized.
(5) Appropriate imaging can be performed even for low-luminance subjects.
(6) Even an imaging system having an optical LPF (low-pass filter) using birefringence does not generate false colors.
(7) Shooting is possible by utilizing the built-in polarizing filter.
以上のように、簡易な構成で多くの効果を得ることができ、CMOS受光センサ206へ向かう光束のうち、焦点検出に必要な範囲を覆う偏光ビームスプリッタ203と偏光を利用した減光手段(220a,220b,216)を設ける効果、機能ユニット218を光路外に退避可能に設ける効果、および機能ユニット218を回転可能に設ける効果、はきわめて大きいといえる。
As described above, many effects can be obtained with a simple configuration, and the polarization beam splitter 203 that covers the range necessary for focus detection out of the light flux directed to the CMOS light receiving sensor 206 and the dimming means (220a) using polarized light. , 220b, 216), the effect that the functional unit 218 can be retracted out of the optical path, and the effect that the functional unit 218 can be rotated are extremely large.
次に、図16〜図19を用いて、本発明の実施例3に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。
Next, a digital camera which is an image pickup apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS.
図16及び図17はデジタルカメラの断面図である。同図において、301はデジタルカメラ本体、302は物体像を形成するための撮影光学系、304は撮影光学系302の光軸、305は撮影光学系302を収納するレンズ鏡筒である。303はビームスプリッタ、311はシャッタレリーズ釦、307はディスプレイ装置、308は画像データを格納するメモリである。309は光学ファインダの接眼レンズ、310はプリンタ等とのデータ通信を行う無線通信装置である。306は2次元型CMOS受光センサ、312は焦点検出用センサ、313は光学ローパスフィルタ、314はコンデンサレンズ、316は第1の減光手段、317はメガネレンズである。それぞれの機能などは上記の実施例1と同一のため説明を省略する。また、電気的構成は図2に示す構成であるものとする。
16 and 17 are cross-sectional views of the digital camera. In the figure, reference numeral 301 denotes a digital camera body, 302 denotes a photographing optical system for forming an object image, 304 denotes an optical axis of the photographing optical system 302, and 305 denotes a lens barrel that houses the photographing optical system 302. Reference numeral 303 denotes a beam splitter, 311 denotes a shutter release button, 307 denotes a display device, and 308 denotes a memory for storing image data. Reference numeral 309 denotes an eyepiece of an optical viewfinder, and 310 denotes a wireless communication device that performs data communication with a printer or the like. Reference numeral 306 denotes a two-dimensional CMOS light receiving sensor, 312 denotes a focus detection sensor, 313 denotes an optical low-pass filter, 314 denotes a condenser lens, 316 denotes first dimming means, and 317 denotes a spectacle lens. Since the respective functions are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. The electrical configuration is the configuration shown in FIG.
330はフィルム状の第2の減光手段である。318は機能ユニットであり、ビームスプリッタ303、第1の減光手段316、コンデンサレンズ314、メガネレンズ317、焦点検出用センサ312および第2の減光手段330で構成される。
Reference numeral 330 denotes a film-like second dimming means. A functional unit 318 includes a beam splitter 303, a first dimming unit 316, a condenser lens 314, a spectacle lens 317, a focus detection sensor 312, and a second dimming unit 330.
機能ユニット318は、図17に示すように、図示しない駆動手段によって、撮影光学系302からCMOS受光センサ306へ向かう光路から退避することができる。この退避動作は、機能ユニット318よる光量の減少が問題となると判定された場合などに行われる。
As shown in FIG. 17, the functional unit 318 can be retracted from the optical path from the photographing optical system 302 to the CMOS light receiving sensor 306 by a driving unit (not shown). This evacuation operation is performed when it is determined that a decrease in the amount of light by the functional unit 318 is a problem.
図18および図19を用いて、本実施例3における機能ユニット318について説明する。図18は機能ユニット318の詳細図であり、図19はビームスプリッタ303の作成方法の例を示す図である。
The functional unit 318 in the third embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19. 18 is a detailed diagram of the functional unit 318, and FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a method of creating the beam splitter 303.
図18において、フィルム状の第2の減光手段330は、特性の入射角において偏光方向によって光束の分割を行い、垂直入射の際に略半分の光線を透過させる機能を持つものである。例えば、光学プラスチックから入射した場合に偏光ビームスプリッタとして機能する誘電体多層膜をフィルム上に蒸着したものである。
In FIG. 18, the film-like second dimming means 330 has a function of splitting a light beam according to the polarization direction at the incident angle of the characteristic and transmitting substantially half of the light beam at the time of vertical incidence. For example, a dielectric multilayer film that functions as a polarizing beam splitter when incident from an optical plastic is deposited on a film.
ビームスプリッタ303は、図19に示すようにして、第2の減光手段330と一体にされる。図19(a)にあるように、ビームスプリッタ303は2つのプリズム303a,303bからなる。プリズム303aとプリズム303bの間にフィルム状の第2の減光手段330を挿入した後、図19(b)にあるように、第2の減光手段330を挟み込むように2つのプリズム303aとプリズム303bが固定される。さらにフィルム状の減光手段330の端部を適切に処理をして、図19(c)に示すように、一体としたプリズム330として形成する。
The beam splitter 303 is integrated with the second dimming unit 330 as shown in FIG. As shown in FIG. 19A, the beam splitter 303 includes two prisms 303a and 303b. After inserting the film-like second dimming means 330 between the prism 303a and the prism 303b, as shown in FIG. 19B, the two prisms 303a and prism 303b is fixed. Further, the end portion of the film-like light reducing means 330 is appropriately processed to form an integrated prism 330 as shown in FIG.
本実施例3によると、減光面が一体として形成されているために、減光面の不連続性が像に影響を与えることが無く、高品位な像が得られる。例えば、複数の減光手段の重複や間隙が像に影響を与えやすい。機能ユニット318がCMOS受光センサ306の近傍に配置された場合であっても、高品位な像を得ることが出来る。また、減光手段を一体として形成するために低コスト化を図ることが可能である。
According to the third embodiment, since the dimming surface is integrally formed, the discontinuity of the dimming surface does not affect the image, and a high-quality image can be obtained. For example, duplication and gaps between a plurality of dimming means tend to affect the image. Even when the functional unit 318 is disposed in the vicinity of the CMOS light receiving sensor 306, a high-quality image can be obtained. Further, since the dimming means is integrally formed, the cost can be reduced.
本実施例3によれば、上記の実施例1および実施例2の効果を損ねることなく、装置の低コスト化を図ることが出来る。
According to the third embodiment, the cost of the apparatus can be reduced without impairing the effects of the first and second embodiments.
上記の実施例1ないし実施例3によれば、光束分割手段をいわゆる偏光方向によって光束を分割することが可能なビームスプリッタ(103,203,303)より構成しており、該ビームスプリッタと撮像面であるCMOS受光センサ(106,206,306)の間に、減光手段(116,216,220a,220b,316,330)を備えている。そして、この減光手段は、ビームスプリッタによって焦点検出用センサ112に向かう方向に導かれた偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第1の位置と、ビームスプリッタを透過した偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第2の位置、に移動可能である。そして、この第1の位置と第2の位置の間を連続的に、または、断続的に不図示の駆動手段により回転可能に構成している。
According to the first to third embodiments described above, the light beam splitting unit is configured by the beam splitter (103, 203, 303) capable of splitting the light beam according to the so-called polarization direction. The light receiving means (116, 216, 220a, 220b, 316, 330) are provided between the CMOS light receiving sensors (106, 206, 306). The dimming means absorbs the same polarization component as the polarization component guided in the direction toward the focus detection sensor 112 by the beam splitter, and the same polarization as the polarization component transmitted through the beam splitter. It is movable to a second position that absorbs the component. The first position and the second position can be rotated continuously or intermittently by driving means (not shown).
前記減光手段は、光束分割手段であるビームスプリッタに対して、光軸を中心として相対的に回転可能である。
The dimming means is rotatable relative to the beam splitter, which is a beam splitting means, around the optical axis.
また、減光手段と光束分割手段であるビームスプリッタは一体的に構成され、光路に挿入された位置と、光路から退避した位置、の間を移動可能である。そして、これらを光路内への挿入および光路外への退避動作を行う駆動源を用いて、上記減光手段とビームスプリッタ光束分割手段との相対回転を行うことで、装置が大型化を防ぐことができる。
Further, the beam splitter which is the light reducing means and the light beam splitting means is integrally configured, and is movable between a position inserted in the optical path and a position retracted from the optical path. Then, using a drive source that inserts them into the optical path and retracts them out of the optical path, the dimming means and the beam splitter beam splitting means are rotated relative to each other to prevent the apparatus from becoming large. Can do.
また、第2の減光手段を備えた例によると、ビームスプリッタを含めた装置の小型化を図ることが可能となり、結果として装置全体の小型化に寄与する。
Further, according to the example provided with the second dimming means, it is possible to reduce the size of the apparatus including the beam splitter, and as a result, contribute to the downsizing of the entire apparatus.
さらに、ビームスプリッタと撮像面の間に1/4波長板219を備えることにより、複屈折を利用した光学LPFを備えるカメラにおいても、偽色が発生することなく撮影を行うことが可能となる。更には、ビームスプリッタと撮影光学系の間に1/4波長板219を備えることにより、特定偏光を多く含む被写体に対しても適切な測距と撮影を行うことが可能となる。
Further, by providing the quarter-wave plate 219 between the beam splitter and the imaging surface, it is possible to perform shooting without generating false colors even in a camera including an optical LPF using birefringence. Furthermore, by providing the quarter-wave plate 219 between the beam splitter and the photographing optical system, it is possible to perform appropriate distance measurement and photographing even for a subject that includes a large amount of specific polarized light.
以上の各実施例によれば、
(1)撮影光学系からの光束をビームスプリッタで分割する際に、分割された光束の分光特性を実質的に直進光と同一として、AF(更にはAE)機能を動作させること
(2)分割された十分な光量の光によって、上記機能を動作させること
(3)光分割構造によってカメラを大型化しないこと
(4)ビームスプリッタを直進した光に基づいた高品位な画像を得ること
(5)光の利用効率を高め、光量調整と同時にAF光束を分離すること
を同時に実現することである。
According to the above embodiments,
(1) When the light beam from the photographing optical system is split by the beam splitter, the spectral characteristic of the split light beam is made substantially the same as that of the straight light, and the AF (and AE) function is operated. (3) Do not increase the size of the camera by the light splitting structure (4) Obtain a high-quality image based on the light traveling straight through the beam splitter (5) It is to improve the light use efficiency and simultaneously realize the separation of the AF light flux simultaneously with the light amount adjustment.
本発明の実施例1に係わるデジタルカメラを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the digital camera concerning Example 1 of this invention.
図1のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the digital camera of FIG.
図1のデジタルカメラのレンズ鏡筒を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the lens barrel of the digital camera of FIG.
本発明の実施例1において機能ユニットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a functional unit in Example 1 of this invention.
図1のデジタルカメラの撮像シーケンスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the imaging sequence of the digital camera of FIG.
本発明の実施例1において光分割機能面の望ましい分光特性を示すである。FIG. 6 shows desirable spectral characteristics of the light splitting function surface in Example 1 of the present invention. FIG.
本発明の実施例1において減光手段の望ましい分光特性を示す図である。It is a figure which shows the desirable spectral characteristic of a light reduction means in Example 1 of this invention.
本発明の実施例1における機能ユニットでの光束を示す図である。It is a figure which shows the light beam in the functional unit in Example 1 of this invention.
本発明の実施例1において減光手段とビームスプリッタの相対位置と光量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the relative position of a light reduction means and a beam splitter, and light quantity in Example 1 of this invention.
本発明の実施例2に係わるデジタルカメラを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the digital camera concerning Example 2 of this invention.
図10のデジタルカメラの機能ユニットが光路外に退避した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the functional unit of the digital camera of FIG. 10 evacuated out of the optical path.
図10のデジタルカメラの機能ユニットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the functional unit of the digital camera of FIG.
図10のデジタルカメラの機能ユニットでの光束を示す図である。It is a figure which shows the light beam in the functional unit of the digital camera of FIG.
本発明の実施例2において光分割機能面の望ましい分光特性を示す図である。It is a figure which shows the desired spectral characteristic of the light division functional surface in Example 2 of this invention.
本発明の実施例2における機能ユニットの回転動作を説明する図である。It is a figure explaining rotation operation of a functional unit in Example 2 of the present invention.
本発明の実施例3に係わるデジタルカメラを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the digital camera concerning Example 3 of this invention.
図16ノデジタルカメラの機能ユニットが光路外に退避した状態を示す断面図である。16 is a cross-sectional view showing a state in which the functional unit of the digital camera is retracted out of the optical path.
本発明の実施例3における機能ユニットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the functional unit in Example 3 of this invention.
本発明の実施例3におけるビームスプリッタの作成方法を示す図である。It is a figure which shows the production method of the beam splitter in Example 3 of this invention.
従来の偏光板を用いた光量調整装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the light quantity adjustment apparatus using the conventional polarizing plate.
従来の偏光板を用いた光量調整装置の機能説明図である。It is function explanatory drawing of the light quantity adjustment apparatus using the conventional polarizing plate.
一般的な瞳分割による焦点検出動作の説明図である。It is explanatory drawing of the focus detection operation | movement by general pupil division.
一般的な瞳分割による焦点検出動作の信号例を示す図である。It is a figure which shows the signal example of the focus detection operation | movement by general pupil division.
従来のビームスプリッタを用いた焦点検出装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the focus detection apparatus using the conventional beam splitter.
従来のビームスプリッタを用いた焦点検出装置での輝度ムラを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the brightness nonuniformity in the focus detection apparatus using the conventional beam splitter.
符号の説明Explanation of symbols
101 デジタルカメラ本体
102 撮影光学系
102a フォーカシングレンズ
103 ビームスプリッタ
103a 光分割機能面
104 光軸
106 CMOS受光センサ
112 焦点検出用センサ
113 光学ローパスフィルタ
116 減光手段
116a 減光手段の偏光方位角
118 機能ユニット
203a 光分割機能面
216 第1の減光手段
218 機能ユニット
203 ビームスプリッタ
219 1/4波長板
220a 第2の減光手段
220b 第2の減光手段
220c 第2の減光手段に設けられた開口
303 ビームスプリッタ
303a ビームスプリッタを形成するプリズム
303b ビームスプリッタを形成するプリズム
316 第1の減光手段
318 機能ユニット
330 フィルム状の第2の減光手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Digital camera body 102 Shooting optical system 102a Focusing lens 103 Beam splitter 103a Light splitting functional surface 104 Optical axis 106 CMOS light receiving sensor 112 Focus detection sensor 113 Optical low-pass filter 116 Light attenuation means 116a Polarization azimuth angle 118 of light reduction means Functional unit 203a light splitting functional surface 216 first dimming means 218 functional unit 203 beam splitter 219 quarter wave plate 220a second dimming means 220b second dimming means 220c opening provided in the second dimming means 303 Beam splitter 303a Prism forming beam splitter 303b Prism forming beam splitter 316 First dimming means 318 Functional unit 330 Film-like second dimming means