CN102422216B - 测距装置以及摄像装置 - Google Patents
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Abstract
其特征在于，具有：偏振元件，配置在与物镜的光瞳共轭的面上；旋光器，旋转通过了偏振元件的光的偏振轴；偏振分离元件，将通过了旋光器的光分离为第一光束和第二光束；第一摄像元件，拍摄由第一光束形成的第一像；第二摄像元件，拍摄由第二光束形成的第二像；以及焦点检测单元，根据与被摄体的同一区域对应的、第一像和第二像的相对偏移，检测焦点状态。
Description
技术领域
本发明涉及测距装置以及摄像装置。
背景技术
以往，已知有通过光瞳分割方式进行成像光学***的焦点检测的光学设备(例如，参照专利文献1)。
在上述装置中，将组合衍射光栅和液晶的电光学元件***到成像光学***的光瞳面而使通过出瞳中的不同区域的光偏转到不同方向。然后，将各个光束成像到拍摄成像光学***的像的摄像元件的不同区域，并根据此摄像数据进行相位差AF。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-106435号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述的现有装置中，在通过偏振进行光瞳分割而进行相位差检测的情况下，由于用固定的光瞳遮挡部件进行光瞳分割，因此无法进行与透镜的F值、要求性能一致的测距，存在自由度较低的问题。
本发明是为了解决该现有的问题而做出的，其目的在于提供一种能够提高光瞳分割区域的设定自由度的测距装置以及摄像装置。
用于解决问题的手段
本发明的测距装置的特征在于，具有：偏振元件，配置在与物镜的光瞳共轭的面上；旋光器，旋转通过了上述偏振元件的光的偏振轴；偏振分离元件，将通过了上述旋光器的光分离为第一光束和第二光束；第一摄像元件，拍摄由上述第一光束形成的第一像；第二摄像元件，拍摄由上述第二光束形成的第二像；以及焦点检测单元，根据与被摄体的同一区域对应的、上述第一像和上述第二像的相对偏移，检测焦点状态。
另外，优选上述旋光器以光轴为中心放射状地分割为至少四个区域，并能够独立驱动各区域。
另外，优选上述旋光器以光轴为中心十字状地一分为四。
另外，本发明的测距装置的特征在于，具有：第一偏振元件以及第二偏振元件，配置在与物镜的光瞳共轭的面上，且偏振轴相互正交；第一旋光器，配置在上述第一偏振元件和上述第二偏振元件之间，旋转通过了上述第一偏振元件的光的偏振轴；第二旋光器，旋转通过了上述第二偏振元件的光的偏振轴；偏振分离元件，将通过了上述第二旋光器的光分离为第一光束和第二光束；第一摄像元件，拍摄由上述第一光束形成的第一像；第二摄像元件，拍摄由上述第二光束形成的第二像；以及焦点检测单元，根据与被摄体的同一区域对应的、上述第一像和上述第二像的相对偏移，检测焦点状态。
在此情况下，优选上述第二旋光器调节旋光状态，以使来自上述第一旋光器的两个透过区域的光具有相互正交的偏振轴。
另外，优选具有不进行上述第一旋光器的旋光而全面遮光的模式。
另外，优选具有使上述第一旋光器在透过区域的整个面上旋光任意角度的模式。
另外，优选上述第一旋光器具有点矩阵状的透过区域。
另外，本发明的摄像装置具备上述构成的测距装置中的任一个。
发明效果
在本发明中，能够提高光瞳分割区域的设定自由度。
附图说明
图1是表示本发明的摄像装置的第一实施方式的说明图。
图2是表示图1的液晶旋光器的详细的说明图。
图3是表示测距的原理的说明图。
图4是表示本发明的摄像装置的第二实施方式的说明图。
图5是表示图4的摄像装置的遮光状态的说明图。
图6是表示图4的摄像装置的遮光状态的种类的说明图。
图7是表示图4的摄像装置的摄像动作的说明图。
图8是表示一体形成图4的摄像装置的液晶快门和光瞳分割液晶旋光器的状态的说明图。
图9是表示本发明的摄像装置的第三实施方式的光瞳掩模液晶旋光器的动作种类的说明图。
图10是表示本发明的摄像装置的第四实施方式的说明图。
图11是表示本发明的摄像装置的第五实施方式的说明图。
具体实施方式
下面，使用附图详细说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1表示本发明的测距装置的第一实施方式。在该实施方式中，本发明适用于由相机构成的摄像装置中。
摄像装置具备：物镜11、偏振元件13、液晶旋光器15、偏振分离元件17、第一摄像元件19、第二摄像元件21、图像处理部23、相机控制部25、AF驱动机构27、液晶驱动部29、图像存储器31。
在物镜11的光瞳位置上设置有偏振元件13。偏振元件13由偏振滤光器构成，用于将来自物镜11的光的偏振轴例如对齐到P偏振的光。
液晶旋光器15以电方式改变光的偏振轴。如图2的(a)所示，液晶旋光器15的光透过面被分割为以光轴为中心正交四分割的区域R1、R2、R3、R4。然后，各区域R1、R2、R3、R4能够通过液晶驱动部29的驱动而独立地被驱动。例如，在从偏振元件13入射P偏振光的情况下，如图2的(b)所示，驱动成：从光轴入射到左侧区域R1、R3的P偏振光成为S偏振光，入射到右侧区域R2、R4的P偏振光直接透过。另外，例如，如图2的(c)所示，驱动成：从光轴入射到上侧区域R1、R2的P偏振光成为S偏振光，入射到下侧区域R3、R4的P偏振光直接透过。
偏振分离元件17使来自液晶旋光器15的例如P偏振光经由偏振分离面17a透过而成像到第一摄像元件19上。图2的(d)表示液晶旋光器15如图2的(b)所示地被控制时的第一摄像元件19的像。只有P偏振光即右侧的像被拍摄。图2的(e)表示液晶旋光器15如图2的(c)所示地被控制时的第一摄像元件19的像。只有P偏振光即下侧的像被拍摄。另一方面，偏振分离元件17使S偏振光在偏振分离面17a上反射而成像到第二摄像元件21上。因此，第二摄像元件21的像成为与图2的(d)的像左右相反的像。另外，成为与图2的(e)的像上下相反的像。
第一摄像元件19和第二摄像元件21配置在光学上等效的位置，如果在第一摄像元件19上成像对焦的像，则在第二摄像元件21上也成像对焦的像。对第一摄像元件19以及第二摄像元件21例如使用将受光元件排列成二维状的CCD。
在上述的摄像装置中，第一摄像元件19以及第二摄像元件21的输出分别发送到图像处理部23，并被实施A/D转换、色彩处理等图像处理。另外，在图像处理部23中根据从第一摄像元件19以及第二摄像元件21的输出得到的图像数据，进行与焦点检测有关的运算。相机控制部25根据由图像处理部23计算出的焦点检测运算值来驱动控制AF驱动机构27，进行物镜11的焦点调节。另外，相机控制部25控制相机整体。由图像处理部23获得的图像数据记录到图像存储器31中。
图3表示上述摄像装置中的焦点检测方式的原理。
从物体面M1发射的光束通过物镜11而成像。如果光束经由物镜11入射到偏振元件13，则通过偏振元件13例如对齐成P偏振光。通过了偏振元件13的光束，通过液晶旋光器15而例如变成图2的(b)所示的偏振状态。图2的(b)的P偏振光透过偏振分离元件17的偏振分离面17a而成像到第一摄像元件19的像面M2附近。另一方面，S偏振光在偏振分离面17a上被反射而成像到第二摄像元件21的像面M2附近。
图3的(a)是表示对焦状态，由P偏振光形成的像和由S偏振光形成的像成像在像面M2上的相同位置上。即，如果第一摄像元件19的摄像图像和第二摄像元件21的摄像图像重叠，则成像位置一致。图3的(b)是表示散焦于前侧的状态。由于成像位置与像面M2相比位于后方，因此像面M2上的像变模糊，由P偏振光形成的像和由S偏振光形成的像的位置产生偏移。由P偏振光形成的像相对于光轴向上侧偏移，由S偏振光形成的像相对于光轴向下侧偏移。图3的(c)是表示散焦于后侧的状态。由P偏振光形成的像相对于光轴向下侧偏移，由S偏振光形成的像相对于光轴向上侧偏移。
如上所述，通过用偏振分离元件17分离来自液晶旋光器15的偏振光成分并成像于第一摄像元件19以及第二摄像元件21，来获得各偏振光成分的图像，通过比较该两个图像中的像的相位差，能够与通常的相位差AF相同地计算出散焦量。另外，通过根据第一摄像元件19以及第二摄像元件21的图像数据生成图像，能够获得被摄体的摄影像。
在本实施方式的摄像装置中，将液晶旋光器15分割为多个区域R1、R2、R3、R4，能够自由设定通过各区域R1、R2、R3、R4的偏振光的偏振轴，因此能够提高光瞳分割区域的设定自由度。
另外，由于能够以电方式切换液晶旋光器15的偏振状态即遮挡状态，因此能够瞬间切换相位差AF的基准线长度的方向。由此，例如即使是仅具有纵横图案的被摄体，也能够用正交的两方向的基准线长度来测距，从而能够正确对各种图案的被摄体测距。例如，在纵纹图案的情况下，选择如图2的(d)所示的左右分割的图案。另外，在横纹图案的情况下，选择如图2的(e)所示的上下分割的图案。
此外，虽然在第一实施方式中液晶旋光器15以光轴为中心十字状地分割为四个，但也可以构成为：分割为四个的各区域以光轴为中心分别分割为两个，从而作为整体分割为八个，各区域能够通过液晶驱动部29的驱动而独立地驱动。通过该分割为八个的构成，可以使液晶旋光器15设为斜着分割的图案，例如，能够对斜纹图案的被摄体正确测距。此外，液晶旋光器15也可以构成为以四分割、八分割以外的分割数分割。
(第二实施方式)
图4是表示本发明的测距装置的第二实施方式。在本实施方式中，本发明适用于由相机构成的摄像装置。此外，在本实施方式中对于与第一实施方式相同的要素标上相同的附图标记而省略详细说明。
摄像装置具备：物镜11、液晶快门33、光瞳分割液晶旋光器35、偏振分离元件17、第一摄像元件19、第二摄像元件21、图像处理部23、相机控制部25、AF驱动机构27、液晶驱动部29、图像存储器31。
在物镜11的光瞳位置设置有液晶快门33。液晶快门33具备第一偏振元件37、光瞳掩模液晶旋光器39、第二偏振元件41。
第一偏振元件37将来自物镜11的光的偏振轴例如对齐到P偏振的光。
光瞳掩模液晶旋光器39以电方式改变光的偏振轴。光瞳掩模液晶旋光器39根据自光轴的距离而区域分割为以光轴为中心的正交的四个方向的各区域。具体而言，在中央部形成有将圆一分为四的形状的中央区域C1、C2、C3、C4。在外周部隔90度的角度形成有四处外侧区域T1、T2、T3、T4。另外，各区域C 1、C2、C3、C4、T1、T2、T3、T4能够通过液晶驱动部29的驱动而独立被驱动。
第二偏振元件41将来自光瞳掩模液晶旋光器39的光的偏振轴例如对齐到S偏振的光。
光瞳分割液晶旋光器35以与光瞳掩模液晶旋光器39的区域分割方向对应的方式分割为四个区域G1、G2、G3、G4。具体而言，四分割为使光瞳掩模液晶旋光器39的中央区域C1、C2、C3、C4中的一个和外侧区域T1、T2、T3、T4中的一个存在于各区域G1、G2、G3、G4。
如图5所示，在上述摄像装置中，通过了被区域分割成光瞳掩模形状的液晶快门33的光，通过以光轴为中心的对称的方式来遮挡物镜11的光瞳。
在图5中，对第一偏振元件37例如使用P偏振光用的偏振元件13。对第二偏振元件41例如使用S偏振光用的偏振元件13。另外，仅光瞳掩模液晶旋光器39的外周的左右区域T2、T4被控制成使入射的P偏振光成为S偏振光。因此，若来自物镜11的光束通过液晶快门33，则变成如图5的(a)所示。即，仅光瞳掩模液晶旋光器39的外周的左右区域T2、T4的光透过第二偏振元件41。
再有，仅光瞳分割液晶旋光器35的左区域G2被控制成使入射的S偏振光变成P偏振光。因此，透过偏振分离元件17的偏振分离面17a而成像于第一摄像元件19的P偏振光的像变成如图5的(b)所示。仅拍摄作为P偏振光的左侧区域T2的像。另一方面，在偏振分离元件17的偏振分离面17a上反射而成像于第二摄像元件21的S偏振光的像变成如图5的(c)所示。仅拍摄作为S偏振光的右侧区域T4的像。
在本实施方式的摄像装置中，将光瞳掩模液晶旋光器39以及光瞳分割液晶偏转旋转器35分割为多个区域，能够自由设定通过各区域的偏振光的偏振轴，因此能够提高光瞳分割区域的设定自由度。
即，在本实施方式中，若组合光瞳掩模液晶旋光器39和光瞳分割液晶旋光器35的驱动图案，则能够用例如图6的(a)至(d)所示的图案选择光瞳的透过区域。
然后，能够选择光瞳排列的上下左右和透过区域自光轴的距离，因此能够通过被摄体的纵横图案或物镜11的F值(F number)等来选择最优状态。例如，在使用大口径的物镜11时，如图6的(a)、(b)所示，使用远离光轴的区域T1、T2、T3、T4而进行测距。另一方面，在使用小口径的物镜11时，如图6的(c)、(d)所示，使用靠近光轴的区域C1、C2、C3、C4进行测距。
再有，在本实施方式的摄像装置中，如图7所示，光瞳掩模液晶旋光器39起到液晶快门33以及光圈的作用，因此不需要另外设置机械快门、光圈机构。即，由于光瞳掩模液晶旋光器39配置在光学***的光圈位置，因此与通常所需的机械快门、光圈机构的配置相干涉。此外，虽然也可以设置在大致相同的位置，但为此需要在光圈位置周边设置空间，从而对物镜11的位置产生制约而成为光学性能、光学***大小的制约。另一方面，在本实施方式中，如图7的(b)、(d)所示，通过使光瞳掩模液晶旋光器39的整个面的旋光为“0”，而使透过第一偏振元件37以及第二偏振元件41的光消失，从而能够变成全遮挡状态。
使用图7说明拍摄时的流程如下。
步骤S1：首先，如图7的(a)所示，通过使光瞳掩模液晶旋光器39成为部分旋光状态而形成光瞳掩模，并在测距状态下进行测距。
步骤S2：接着，如图7的(b)所示，设置成使光瞳掩模液晶旋光器39的旋光为“0”的全面遮挡状态，进行摄像元件的复位。
步骤S3：接着，将光瞳掩模液晶旋光器39全面旋光而在全面透过状态下进行曝光。此时，在0至90度的范围内选择光瞳掩模液晶旋光器39的旋光，能够选择透过光量。
步骤S4：根据曝光时间透过之后，再次在光瞳掩模液晶旋光器39的整个面上使旋光为“0”而成为全面遮挡。在此状态下，进行摄像元件的读出。
步骤S5：在结束摄像元件的读出之后，再次使光瞳掩模液晶旋光器39处于部分旋光状态而进行测距。
此外，如图8所示，在本实施方式的摄像装置中，液晶快门33以及光瞳分割液晶旋光器35成为一体。光瞳掩模液晶旋光器39以及光瞳分割液晶旋光器35是在两张基板K之间收纳液晶E而形成。在第一偏振元件37的偏振膜37a和光瞳掩模液晶旋光器39的基板K之间涂敷有防反射膜H。在光瞳掩模液晶旋光器39以及光瞳分割液晶旋光器35和第二偏振元件41的偏振膜41a之间涂敷有防反射膜H。由此，能够降低因界面反射而产生透过光量的衰减、重影(ghost)和闪烁(flare)。另外，由于整体一体化而能够提高组装性。
(第三实施方式)
图9表示本发明的摄像装置的第三实施方式。
在本实施方式中，光瞳掩模液晶旋光器39A的驱动区域被细微分割。
如图9的(a)所示，光瞳掩模液晶旋光器39A如一般的点矩阵液晶显示器那样对驱动区域细微分割。通过根据情况驱动细微的驱动区域，能够实现更多功能。
(1)如图9的(b)所示，通过设为与单纯的固定图案相同的透过区域，能够起到光瞳掩模的作用。
(2)如图9的(c)所示，在曝光时，设成相对于光轴为同心圆状的透过区域，能够起到光圈的作用。
(3)如图9的(d)所示，与光圈驱动一起调节透过区域的透过量，能够在作为光圈的同时进行光量调节。
如上所述，能够起到光瞳掩模、快门、光圈的三种作用，因此可以不需要机械快门、光圈机构，从而能够防止机械干涉、减少部件件数、维持设计自由度、抑制动作音。
(第四实施方式)
图10表示本发明的摄像装置的第四实施方式。
在本实施方式中，对再成像相位差AF适用了第一实施方式所示的测距装置。
图10的(a)表示第四实施方式中的测距装置的基本构成。在再成像光学***内的与物镜11的光瞳位置在光学上等效(共轭)的面上，经由场透镜43配置了偏振元件13和液晶旋光器15。在图10的(a)中，在再成像透镜45、47之间配置偏振元件13和液晶旋光器15。在此情况下，能够获得与将偏振元件13***到物镜11的光瞳位置同等的光瞳分割效果。
图10的(b)表示将图10的(a)所示的测距装置内置到数码单反相机中的情况。来自物镜11的被摄体光束由设置在主反射镜49的背后的副反射镜51反射到相机主体53的下方，依次通过场透镜43、再成像透镜45、偏振元件13、液晶旋光器15。从液晶旋光器15射出的光束通过反射镜55弯折90度，通过再成像透镜47之后入射到偏振分离元件17。在偏振分离元件17中分离的偏振光成分分别入射到摄像元件19、21。拍摄通过专用的摄像元件57进行。此外，附图标记59表示五棱镜。
(第五实施方式)
图11表示本发明的摄像装置的第五实施方式。
在本实施方式中，对再成像相位差AF适用第二实施方式所示的测距装置。
图11的(a)是表示第五实施方式中的测距装置的基本构成的图，在再成像光学***内的与物镜11的光瞳位置在光学上等效(共轭)的面上，配置有第一偏振元件37、光瞳掩模液晶旋光器39、第二偏振元件41、光瞳分割液晶旋光器35。在图11的(a)中，在再成像透镜45、47之间配置有第一偏振元件37、光瞳掩模液晶旋光器39、第二偏振元件41、光瞳分割液晶旋光器35。在此情况下，能够获得与将偏振元件37等***到物镜11的光瞳位置同等的光瞳分割效果。
图11的(b)表示将图11的(a)所示的测距装置内置在数码单反相机内的情况。来自物镜11的被摄体光束由设置在主反射镜49背后的副反射镜51反射到相机主体53的下方，依次通过场透镜43、再成像透镜45、第一偏振元件37、光瞳掩模液晶旋光器39、第二偏振元件41、光瞳分割液晶旋光器35。从光瞳分割液晶旋光器35射出的光束通过反射镜55弯折90度，通过再成像透镜47之后入射到偏振分离元件17。在偏振分离元件17中分离的偏振光成分分别入射到摄像元件19、21。拍摄通过专用的摄像元件57进行。
(实施方式的补充事项)
以上，通过上述实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式。例如，也可以为如下的方式。
(1)在上述实施方式中，说明了将本发明的测距装置适用于摄像装置的例子，但例如也可以广泛适用于双目镜等光学设备。
Claims (7)
1.一种测距装置，其特征在于，具有：
第一偏振元件，配置在与物镜的光瞳共轭的面上，输出包括第一光束、第二光束和第三光束的第一偏振光；
第一旋光器，具有供从上述第一偏振元件输出的上述第一光束通过的第一区域、供从上述第一偏振元件输出的上述第二光束通过的第二区域以及供从上述第一偏振元件输出的上述第三光束通过的第三区域，使上述第一光束和上述第二光束成为第二偏振光，不旋转上述第三光束的偏振轴；
第二偏振元件，配置在与上述物镜的光瞳共轭的面上，输出从上述第一旋光器输出的上述第二偏振光的上述第一光束以及上述第二偏振光的上述第二光束；
第二旋光器，使从上述第二偏振元件输出的上述第一光束成为上述第一偏振光，不旋转上述第二光束的偏振轴；
偏振分离元件，将从上述第二旋光器输出的上述第一光束和从上述第二旋光器输出的上述第二光束分离；
第一摄像元件，拍摄由上述第一光束形成的第一像；
第二摄像元件，拍摄由上述第二光束形成的第二像；以及
焦点检测单元，根据与被摄体的同一区域对应的、上述第一像和上述第二像的相对偏移，检测焦点状态。
2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，
上述第一偏振光和上述第二偏振光具有相互正交的偏振轴。
3.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，
具有不进行上述第一旋光器的旋光而全面遮光的模式。
4.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，
具有使上述第一旋光器在透过区域的整个面上旋光任意角度的模式。
5.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，
上述第一旋光器具有点矩阵状的透过区域。
6.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，
上述第一旋光器和上述第二旋光器为液晶旋光器。
7.一种摄像装置，具备权利要求1所述的测距装置。
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