JP2014063099A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射など偏光成分を含む被写体を撮像するとき、焦点位置検出精度の劣化を回避しながら、コントラストの高い画像を撮像できる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を互いに異なる偏光状態の光束にして射出する第１の状態と、射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を非偏光状態の光束として射出する第２の状態とを切り替え可能な偏光制御系と、異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系と、撮像のときは偏光制御系を第１の状態とし、焦点位置を検出しているときは偏光制御系を第２の状態とする制御手段を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、入射光の偏光状態を射出瞳の領域に応じて制御可能な撮像光学系、及び撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラなどにおいて、偏光光束を用いて撮像光学系の射出瞳を領域分割し焦点位置検出することが知られている。即ち、特許文献１では、撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過する光束を異なる偏光状態に制御して、撮像素子上で所望の偏光特性以外の光束を除去し相互画素間のクロストークを低減することで、特にオートフォーカス時の合焦精度向上を図っている。

また、特許文献２では、偏光ビームスプリッタによって偏光方向に応じて光路が分離された２つの光束それぞれを、互いに異なる撮像素子で受光し、その像位置を検知することで、焦点位置検出することが知られている。

特開２００９−１６２８４７号公報 特開２０１０−２８６８２８号公報

しかしながら、上記従来技術においては、例えば、被写体からの反射光が特定の偏光成分を多く含む場合に、撮像素子は、撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過する光を共に受光することができず、射出瞳の特定の領域からの光しか受光できなくなってしまう。この結果、撮像素子が受光する光の強度が低下してしまい、焦点位置検出精度が劣化してしまうという課題があった。

本発明の目的は、特定の偏光成分を多く含む被写体を撮像する場合においても、焦点位置検出精度の劣化を回避しつつ、コントラストの高い画像を撮像できる撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を互いに異なる偏光状態の光束にして射出する第１の状態と、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を非偏光状態の光束として射出する第２の状態とを切り替え可能な偏光制御系と、前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系と、撮像のときは前記偏光制御系を前記第１の状態とし、焦点位置を検出しているときは前記偏光制御系を前記第２の状態とする制御手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他の撮像装置は、撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、前記撮像光学系の射出瞳の位置において光路に対して挿脱可能であり、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を互いに異なる偏光光束にして射出する偏光制御素子と、前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系を有し、撮像のときは、前記偏光制御素子を光路内に挿入し、焦点検出を行っているときは、前記偏光制御素子を光路外に退避させる制御手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他の撮像装置は、撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を互いに異なる偏光状態の光束にして射出する第１の状態と、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束の偏光状態を変化させずに射出する第２の状態とを切り替え可能な偏光制御系と、前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系と、撮像のときは前記偏光制御系を前記第１の状態とし、焦点位置を検出しているときは前記偏光制御系を前記第２の状態とする制御手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他の撮像装置は、撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、作動時に、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束が互いに異なる偏光状態となるよう、入射光の偏光状態を領域ごとに制御可能な偏光制御系と、前記偏光制御系を作動させずに、前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系を有し、撮像時に、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束が互いに異なる偏光状態となるよう前記偏光制御系を作動させる制御手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他の撮像装置は、撮像光学系と、前記撮像光学系の射出瞳の分割された複数領域の夫々を通過する光束を受光する複数の光電変換部を１単位として複数備え、かつ前記１単位を構成する複数の光電変換部に対応して設けられる光学素子を複数備える撮像素子と、前記射出瞳の分割された複数領域を通過する光束を異なる偏光状態に制御して撮像を行う偏光制御系と、前記偏光制御系を作動させずに、前記撮像光学系の射出瞳に自然光を通過させて前記射出瞳の分割された複数領域を通過する光束を受光する夫々の光電変換部の出力を比較して焦点位置検出を行う焦点位置検出系を有することを特徴とする。

本発明によれば、特定の偏光成分を多く含む被写体を撮像する場合においても、焦点位置検出精度の劣化を回避しつつ、コントラストの高い画像を撮像できる撮像装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。 第１の実施形態に係る撮像装置における撮像光学系の射出瞳と、撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過する光束を夫々異なる光電変換部へ入射させるマイクロレンズを備える撮像素子の配置関係を示す図である。 第１の実施形態における光電変換部を被写体側から見た図である。 第１の実施形態における偏光制御素子の制御に関するフローチャートを示す図である。 （ａ）は後ピント、合焦、前ピントの状態におけるデフォーカス量を示す図、（ｂ）は後ピント、合焦、前ピントの状態における像ズレ量を示す図である。 第１の実施形態における撮像光学系と撮像素子の構成図である。 第１の実施形態において、半波長板を用いて撮影時における射出瞳の異なる領域を通過する光束を異なる偏光状態とすることの説明図である。 第１の実施形態における自然光と偏光光束を切り替える偏光制御系としての偏光フィルターの説明図である。 本発明の第２の実施形態における光電変換部を被写体側から見た図である。 第２の実施形態における偏光光束を用いた撮影時における瞳分割素子の説明図である。 第２の実施形態における偏光フィルターの光路への挿脱機構の説明図である。 第２の実施形態において、直線偏光子を用いて撮影時における射出瞳の異なる領域を通過する光束を異なる偏光状態とすることの説明図である。 本発明の第３の実施形態における光電変換部を被写体側から見た図である。 第３の実施形態における偏光光束を用いた撮影時における瞳分割素子の説明図である。 第３の実施形態における自然光から円偏光束を取り出す偏光フィルターの説明図である。 本発明の第４の実施形態における光電変換部を被写体側から見た図である。 第４の実施形態における偏光光束を用いた撮影時における瞳分割素子の説明図である。 第４の実施形態において、１／４波長板を用いて撮影時における射出瞳の異なる領域を通過する光束を異なる偏光状態とすることの説明図である。 反射光成分を含む被写体撮影時の様子を示した図である。

《第１の実施形態》
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

撮影光学系１０１は、開口径を変化させて光量（Ｆナンバー）を調節する絞り１０１ａと、焦点位置の調整を行うために光軸方向に移動するフォーカスレンズ１０１ｂとを含む。フォーカスレンズ１０１ｂの位置は、オートフォーカス（ＡＦ）によって制御されたり、マニュアルフォーカスによって変更されたりする。撮影光学系１０１は、不図示の被写体からの光により被写体像を撮像素子１０２上に形成する。被写体像は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換部より構成された撮像素子１０２によって電気信号に変換される。

撮像素子１０２から出力された電気信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄコンバータ１０３によってデジタル信号に変換され、画像処理部１０４に入力される。

画像処理部１０４は、入力されたデジタル信号に対して種々の信号処理を行って画像データ（撮影画像）を生成する。

ユーザーのレリーズボタンの半押し操作による焦点位置検出の開始信号が入力されると、システムコントローラ１１０は、そのときの撮影光学系１０１のズーム位置において被写体に対して合焦する位置にフォーカスレンズ１０１ｂを移動させる。このフォーカス制御は、システムコントローラ１１０の指示に基づき撮影光学系制御部１０６が行う。これにより、撮像の主たる対象である主被写体の光学像が、撮像素子１０２の受光面上に鮮明に形成される。

次に、システムコントローラ１１０は、ユーザー操作による撮像の開始信号が入力されると、撮像を行う。そして、画像処理部１０４に撮影画像を生成させ、必要に応じて、メモリ等の記憶部１０８又はメモリーカード等の画像記録媒体１０９に撮影画像を格納するとともに、ディスプレイ等の表示部１０５に撮影画像を表示させる。

（瞳分割手段としてのマイクロレンズを備える撮像素子）
図２は、本実施形態に係る撮像装置における撮像光学系の射出瞳と、該射出瞳の異なる領域（分割された複数領域）を通過する光束を夫々異なる光電変換部へ入射させる光学素子としてのマイクロレンズを備える撮像素子と、の配置関係を示す図である。１１は射出瞳面で、撮像光学系の予定結像面に配置された撮像素子１２の前方（被写体側）に位置する。

１３、１４は、夫々射出瞳の第１領域、第２領域であって焦点位置検出に用いられる一対の瞳領域である。また、Ｇ１１１、Ｇ１１２は、夫々射出瞳の第１領域１３、第２領域１４を専ら通過する光束を受光する光電変換部である。１５は瞳分割手段としての光学素子であるマイクロレンズ、１６はカラーフィルターである。

瞳分割手段としてのマイクロレンズ１５は、射出瞳と光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２を光学的に共役にする。即ち、マイクロレンズ１５により、光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２は射出瞳１１上に第１領域１３、第２領域１４として逆投影される関係となっている。

撮像素子１２において、１つの画素は、光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２と、光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２に対応して１個設けられるマイクロレンズ１５と、カラーフィルター１６から構成される。この画素は、半導体基板上に半導体製造プロセスにより形成される。なお、マイクロレンズ１５、カラーフィルター１６は、光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２の上方に一体的に形成される。

以下、１つの画素に対応して設けられる複数の光電変換部（本実施形態においては、光電変換部Ｇ１１１とＧ１１２）を、１単位を構成する光電変換部とも記載する。図２では特定の画素を拡大した模式図であり、撮像素子１２は、光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２を１単位として複数備え、かつ光学素子としてのマイクロレンズを光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２に対応して複数備える。

図３は、本実施形態における光電変換部を被写体側から見た図であって、一対の光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２が水平方向に１画素内で隣接している。Ｒ２１１とＲ２１２、Ｂ１２１とＢ１２２、Ｇ２２１とＧ２２２も一対の光電変換部であり、図中に示す円が、一対の光電変換部に対応して配置されている１つのマイクロレンズを示す。

（瞳分割された複数の画像の同時取得）
図２で説明したように、光電変換部Ｇ１１１には射出瞳１１の第１領域１３を専ら通過した光束が入射する一方、光電変換部Ｇ１１２には射出瞳１１の第２領域１４を専ら通過した光束が入射する。各画素において一対の光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２が形成され、この対が図２に示すように水平方向、これに垂直な方向に２次元的に配列されている関係から、物理的には単一の撮像素子であっても、実質的に２つの撮像素子を備える構成となる。

即ち、射出瞳の異なる領域を通過する複数の光束によって形成される画像を同時に取得することができる。具体的には、奇数番目の光電変換部（Ｇ１１１など）からの信号を抽出して一方の画像を取得すると共に、偶数番目の光電変換部（Ｇ１１２など）からの信号を抽出して他方の画像を取得することができる。この構成によれば、位相差方式の焦点位置を検出するための他の撮像素子を設けずとも、位相差方式の焦点位置検出を行うことができる。

一方、撮影時には、奇数番目の光電変換部（Ｇ１１１など）からの信号および偶数番目の光電変換部（Ｇ１１２など）からの信号を用いて撮像が行える。撮影時には、各光電変換部に対応する瞳の領域ごとに異なる偏光透過特性を有するように後述の偏光制御系を制御して、射出瞳の異なる領域を通過する光束を異なる偏光状態にする。これにより、被写体の反射光が特定の偏光成分を多く含む場合において、特定の偏光成分を除去した高いコントラストの画像を撮像できる。

（焦点位置検出系）
ただし、位相差方式の焦点位置検出を行うときに、射出瞳の異なる領域を通過する光束の偏光状態を異なる偏光状態としたままでは、精度良く焦点検出を行うために必要な光量を得ることが困難となってしまう。具体的には、被写体からの反射光などに特定の偏光成分の光が多く含まれている場合、射出瞳の異なる領域を通過する光束の偏光状態を異なる偏光状態としたままでは、光電変換部は、撮像光学系の射出瞳の異なる領域からの光束を十分に受光できない。

よって、本実施形態においては、焦点検出時には、偏光制御系を作動させない（偏光制御系を通過する光束の偏光状態を変化させない）、或いは、非偏光光（非偏光状態の光）が光電変換部に導かれるように偏光制御系を制御する。一方で撮像時には、射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束の偏光状態が互いに異なる偏光状態となるように、作動時の偏光制御系により光電変換部Ｇ１１１、Ｇ１１２に導き、各光電変換部からの出力を比較して撮影を行う。

図４を用いて、レリーズボタンの半押し状態を検知してから撮像を終了するまでの偏光制御系の状態の制御に関するフローチャートについて説明する。

図４に示すフローチャートは、レリーズボタンが半押し状態となったことを、システムコントローラ１１０が検知すると開始される。

ステップＳ１０において、システムコントローラ１０１は、レリーズボタンが半押し状態となったことを検知すると、ステップＳ２０において、射出瞳を自然光（非偏光光）が通過する状態か否か確認する。言い換えれば、偏光制御系の状態が、射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束の偏光状態を変化させずに、入射光を通過させる第２の状態であるか否かを確認する。もし、第２の状態でなければ、第２の状態へと切り替える。

ステップＳ３０において、システムコントローラ１０１は、焦点検出を行うための画像（図５（ｂ）における１３´と１４´）を取得する。

ステップＳ４０において、システムコントローラ１１０は、ステップＳ３０にて取得した画像を用いて、像ズレ量がゼロになるように撮影光学系制御部１０６にフォーカスレンズを制御させて、焦点検出動作を行う。像ズレ量についての詳細は口述する。そして、レリーズボタンの半押し状態が別の状態へ移行するまで、焦点検出動作を継続する。

ステップＳ５０において、システムコントローラ１０１は、レリーズボタンが押し込まれたことを検知すると、ステップＳ６０に進む。レリーズボタンの半押し状態が解除され、レリーズボタンが押されていない状態に戻った場合は、焦点検出動作を終了し、本フローの最初に戻る。

ステップＳ６０において、システムコントローラ１０１は、偏光制御系の状態を第２の状態から、射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束の偏光を互いに異なる偏光とする第１の状態へ切り替えてステップＳ７０へ進む。

ステップＳ７０において、システムコントローラ１０１は、撮像を開始し、所望の露光が完了すると撮像を終了する。撮像が終了したら、偏光制御系の状態を第２の状態へと切り替える。

（位相差方式の焦点位置検出）
位相差方式の焦点位置検出に関して、図５に像ズレ量とデフォーカス量の関係を示す。図５（ａ）は後ピント、合焦、前ピントの状態におけるデフォーカス量を示し、図５（ｂ）は後ピント、合焦、前ピントの状態における像ズレ量を示す。なお、１７は予定結像面である。図５で後ピントの場合（上段図）は、光束結像位置１７ｒが予定結像面１７より後方のため、予定結像面１７から１７ｒまでのデフォーカス量Δが生ずる。デフォーカス量Δに応じ、予定結像面１７上には射出瞳の第１領域１３、第２領域１４を通過する光束で形成される像１３’、１４’から像ズレ量ｈが生ずる。

また、図５（中段図）に示すように、光束の結像位置が予定結像面１７に一致している場合（合焦）には、予定結像面１７からの結像位置のデフォーカス量Δは０となる。図５（ｂ）に示すように、第１領域１３を通過する光束によって形成される像１３’は、第２領域１４を通過する光束によって形成される像１４’と一致し、像ズレ量ｈ＝０となる。

さらに、図５（下段図）に示すように、光束結像位置１７ｆが予定結像面１７より前方の場合は、予定結像面１７から１７ｆまでのデフォーカス量Δが生ずる。デフォーカス量Δに応じて、予定結像面１７上には射出瞳の第１領域１３、第２領域１４を通過する光束によって、一対の像１３’、１４’が形成される。この場合は、図５（上段図）に示す場合に対し、符号を考慮すると像の位置関係が逆転する。

予定結像面１７から射出瞳の第１領域１３、第２領域１４までの距離Ｔｐは、光学系配置から既知なパラメターである。また、射出瞳の第１領域１３、第２領域１４の重心間隔Ｈも別途測定などにより求めることが可能である。ここで、像ズレ量ｈ、重心間隔Ｈおよび距離Ｔｐにより、結像位置の予定結像面に対するデフォーカス量Δは、各々の相似関係から算出することができる。このようにして、焦点位置が決定された後に撮像を開始する。

図４のフローチャートにおいては、レリーズボタンの半押し状態とレリーズボタンの押し込み状態とを検知して、偏光制御系の第１の状態と第２の状態との切り替えを行ったが、これに限られない。例えば、撮像装置のＡＦモードが１回のＡＦ動作を行うモード（シングルＡＦモード）に設定されている場合は、１回のＡＦ動作が開始されてから完了するまでを第２の状態とし、これ以外のときは第１の状態となるよう切り替えてもよい。

あるいは、常に特定の被写体に対してＡＦするようなモードに設定されていた場合、レリーズボタンが押し込まれて撮像が開始されてから、光電変換部が撮影画像を生成するための受光を完了するまでを第２の状態とする。そして、それ以外のときは第１の状態となるよう切り替えてもよい。

（偏光フィルターＰＬＦと半波長板ＨＰ）
図６は、本実施形態における偏光制御系を構成する瞳分割素子（ＰＬＦ＋ＨＰ）の配置を示した図である。ＰＬＦは、非偏光光（自然光）を直線偏光へ電気的に変換する偏光フィルターであって、電圧無印加時に非偏光光をそのままの状態で透過させ、印加時に鉛直（重力）方向（図６の左右方向）に振動する直線偏光を透過させるものである。偏光フィルターＰＬＦの射出側には、光学位相板（位相板）としての半波長板ＨＰが添付されており、射出瞳の領域ごとに偏光特性が異なるように設定されている。

図７の左側の図は、半波長板ＨＰを説明する図であって、被写体側から見た図を表している。図７の右側の図は、偏光フィルターＰＬＦと半波長板ＨＰの断面図である。図７において、偏光フィルターＰＬＦは透明電極２０と、通過する光の偏光状態を電気的に制御する、言い換えれば、印加する電圧に応じて入射光に対して与える位相差を制御可能な液晶素子２１とを有する。本実施形態においては、液晶素子２１は、二色性色素を混合した液晶で形成される。液晶素子２１は、透明電極２０を介して電気的制御が可能である。半波長板ＨＰは、液晶素子２１の射出側に貼付されている。

図７で、射出瞳におけるＴ１領域、Ｔ２領域に懸かる半波長板ＨＰの進相軸方位を水平方向（図７の左右方向）に対し夫々４５°、９０°方向に設定する。これにより、偏光フィルターＰＬＦに電圧を印加した際（電圧印加時）に透過してくる鉛直（重力）方向（図７の上下方向）の直線偏光を、Ｔ１／Ｔ２領域について、水平／垂直方向に振動する直線偏光（図６では上下方向が水平方向となる）に変換することができる。

因みに、Ｔ１領域を通過する上下方向に振動する直線偏光は、４５度方向の進相軸方位およびこれに直交する方向の成分に分解される。そして、進相軸方位のベクトルが半波長板ＨＰにより逆側に変換されることから合成ベクトルが水平方向となるので水平方向に振動する直線偏光に変換されて射出される。

自然光入射時は、電圧無印加時に、偏光制御系からは非偏光光が射出する。

（偏光フィルターＰＬＦの偏光制御）
図８は、本実施形態における偏光フィルターＰＬＦによる偏光制御の様子を示した図である。電圧が印加されていないときは、透明電極（基板）２０に対して分子が垂直な状態で、基板の法線方向から自然光が入る場合、色素による吸収が小さいので、無偏光（自然光）で透過する。一方、偏光フィルターＰＬＦに電圧が印加されて偏光制御系５０が作動すると、分子が一方向に揃った状態で基板に平行になれば色素の吸収が起こるので、分子に吸収されづらい偏光面の光が透過し、直線偏光の光が得られる。即ち、二色性色素が偏光板と同じ機能を果たす。

なお、偏光度は、色素の性能と配向の揃い具合で決まり、電源印加の有無で分子がどっちを向くかは誘電異方性符号で変わる。

本実施形態においては、上記構成とすることで、特定の偏光成分を多く含む光が撮像光学系に入射するような被写体を撮影する場合でも、焦点位置の検出精度の劣化を回避しながら、コントラストの高い画像を撮像することができる。そして、焦点位置検出においては、縦横どちらの方向についても十分な光量確保しながら焦点位置検出できるので精度向上効果が期待できる。

図１９を用いて特定の偏光成分を多く含む光が撮像光学系に入射するような被写体について説明する。太陽などの強い光が水面などで反射する場合、条件によっては反射平面に対して垂直方向に振動する成分（Ｓ偏光）のみが反射されることがある。撮影時には、図１９に示す太陽のような強い反射光の影響を画像から取り除くために、上述した偏光制御系で除去することが望ましい。

（各画素における遮光部）
ここで、撮像素子について、各画素の内部に遮光部を設けると、より好ましい。即ち、瞳分割された各射出瞳の領域を通過する光束を、撮像素子上の対応する光電変換部に正確に導くことが必要であるが、撮像素子、またはマイクロレンズの収差などによって、異なる光電変換部に入ってしまうことが懸念される。これを避けるために、１単位を構成する複数の光電変換部（Ｇ１１１、Ｇ１１２）の間に遮光部を設けると良い。

《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態に係る撮像光学系を説明する。本実施形態では、図９に示すように２次元的に配置された画素の夫々に１単位として４個の光電変換部を有している。Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４、Ｇ２２１、Ｇ２２２、Ｇ２１３、Ｇ２２４は緑帯域、Ｒ２１１、Ｒ２１２、Ｒ２１３、Ｒ２１４は赤帯域、Ｂ１２１、Ｂ１２２、Ｂ１２３、Ｂ１２４は青帯域の光束をそれぞれ取得する光電変換部である。なお、焦点位置検出に関しては、第１の実施形態と同じであるため、詳細説明は割愛する。

図１０は、本実施形態における偏光光束を用いた撮影時における瞳分割素子（偏光制御素子）の説明図である。瞳分割素子としての偏光フィルターＰＬＦは、非偏光光を直線偏光に変換する素子であって、板ガラスなどに直線偏光子を貼付したものである。この偏光フィルターＰＬＦは、光路に対して挿脱可能であり、撮影時には撮像光学系絞り近傍位置、即ち光路内に挿入し、焦点位置検出時には光路外に退避させる。

図１１は、偏光フィルターＰＬＦを光路に挿脱させる機構の例を簡易的に説明する図（被写体側から眺めた図）である。偏光フィルターＰＬＦ保持枠１８に設けられた支点１９を中心に偏光フィルターＰＬＦを回転させることで、偏光フィルターＰＬＦの光路への挿脱を行うことができる。なお、挿脱機構に関しては、この限りではなく、退避後に収納できるような構造を設けてもよい。

図１２は、領域Ｔ１〜Ｔ４に光学軸の方向を互いに異ならせた４つの直線偏光子を同一平面上に配置することにより、直線偏光子を用いて撮影時における射出瞳の異なる領域を通過する光束を異なる偏光状態とする本実施形態の説明図である。図１２は、被写体側から偏光フィルターＰＬＦを見た図を表している。射出瞳のＴ１／Ｔ２／Ｔ３／Ｔ４領域について、夫々直線偏光の振動面方位を水平基準０°／４５°／９０°／１３５°方向に設定することによって、偏光フィルターＰＬＦを光路中に挿入したときに透過してくる偏光振動面が決定されている。

一般に、カメラに偏光フィルターを付けて撮影する場合、ユーザーはフィルターを回転させて反射光状態など最適ポジションを探さなければならないことがある。

しかし、本実施形態によれば、ワンショットの撮影のみで、互いに異なる偏光振動面をもつ光束を主に含む４つの画像の撮影ができるので、複数回の撮影を行わずとも所望の画像（例えば反射光が低減された画像）を選択することが可能である。

また、各々の領域の画像を合成して、所望の１つの画像を生成するようなこともできる。

《第３の実施形態》
以下、本発明の第３の実施形態における撮像光学系を説明する。図１３は被写体側から撮像素子を見た図である。第１の実施形態と同様に、撮像素子を上記構成とすると、撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過する複数の画像を同時に取得することができる。焦点位置検出に関しては、第１の実施形態と同じであるため、詳細説明は割愛する。

図１４は、本実施形態における偏光光束を用いた撮影時における瞳分割素子の説明図である。本実施形態の場合、偏光フィルターＰＬＦは自然光である入射光束を円偏光に電気的制御する素子であって、Ｔ１領域は右廻り円偏光束を、Ｔ２領域は左廻り円偏光束を透過する。

図１５は、本実施形態における偏光フィルターＰＬＦによる偏光制御の様子を示した図である。夫々Ｔ２、Ｔ１領域に相当する素子２２、２３は、自然光から円偏光束を取り出す素子であり、螺旋構造の回転方向が左／右回転のコレステリック液晶である。２０は円偏光素子の円偏光効果を電気的に制御するために円偏光素子を挟んで配置される透明電極であり、透明電極２０に所定の電圧を印加しない状態ではコレステリック液晶がプレーナ配向となるため、素子２２、２３が円偏光効果を有する。透明電極２０に所定の電圧を印加すると、コレステリック液晶分子が揃って、ホメオトロピック配向となり円偏光効果は無くなる。

射出瞳を直線偏光領域で分割した光束を受光するよりは、偏光反射光成分を除去することは叶わないが、本実施形態のように円偏光光束を受光して画像形成することも可能である。

《第４の実施形態》
以下、本実施形態の撮像光学系を説明する。本実施形態では、図１６に示すように２次元的に配置された画素ごとに夫々４つずつ光電変換部を有している。Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４、Ｇ２２１、Ｇ２２２、Ｇ２１３、Ｇ２２４は緑帯域、Ｒ２１１、Ｒ２１２、Ｒ２１３、Ｒ２１４は赤帯域、Ｂ１２１、Ｂ１２２、Ｂ１２３、Ｂ１２４は青帯域の光束をそれぞれ取得する光電変換部である。焦点位置検出に関しては、第１の実施形態と同じであるため、詳細説明は割愛する。

図１７は、本実施形態における偏光光束を用いた撮影時における瞳分割素子（ＰＬＦ＋ＱＷＰ）の説明図である。本実施形態の場合、偏光フィルターＰＬＦは自然光である入射光束を一旦、全領域において左廻り円偏光にして透過する素子である。その後、１／４波長板ＱＷＰによって直線偏光に変換する素子を配置して、第３の実施形態で説明した円偏光子に加え、１／４波長板ＱＷＰを射出側の透明電極に添付している。

（１／４波長板）
図１８は、本実施形態に使用する１／４波長板ＱＷＰを説明する図であって、被写体側から覗き込んだ図を表している。素子２２を透明電極２０で挟んで、透明電極２０の射出側に１／４波長板ＱＷＰを貼付したものである。１／４波長板ＱＷＰのＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４領域について、夫々進相軸方位を水平方向に対して４５°、０°、１３５°、９０°方向に設定している。

これによって、偏光フィルターＰＬＦに電圧印加→印加解除とした際に透過してくる、左廻り円偏光束を、Ｔ１〜Ｔ４領域について、図１８に示すように直線偏光の振動面方位が水平基準０°／１３５°／９０°／４５°方向となるように設定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、１単位を構成する光電変換部を２個、あるいは４個としたが、
本発明はこれに限られず、例えば２個乃至４個として３個であっても良い。

（変形例２）
上述した実施形態における瞳分割素子は、交換のために異なる種類もしくは同じ種類として複数が設けられ、選択された１種類を光路に配置するものであっても良い。

１・・撮像光学系、Ｓ・・・絞り、ＰＬＦ、ＨＰ・・偏光制御系、Ｇ１１１・・第１光電変換部、Ｇ１１２・・第２光電変換部

Claims (14)

1. 撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、
   前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を互いに異なる偏光状態の光束にして射出する第１の状態と、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を非偏光状態の光束として射出する第２の状態とを切り替え可能な偏光制御系と、
   前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系と、
   撮像のときは前記偏光制御系を前記第１の状態とし、焦点位置を検出しているときは前記偏光制御系を前記第２の状態とする制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記偏光制御系は、印加する電圧に応じて入射光に対して与える位相差を制御可能な液晶素子であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記偏光制御系は、電圧印加時に非偏光光を直線偏光に変換する液晶素子と、前記射出瞳の互いに異なる領域において異なる進相軸を持つ位相板とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記液晶素子は、入射光束を円偏光に変換する素子であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記偏光制御系は、入射光束を全領域において同じ方向に回転する円偏光に変換する素子と、該素子の射出側に配置され、互いに進相軸の方向を異ならせた位相板を有することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
6. 撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、
   前記撮像光学系の射出瞳の位置において光路に対して挿脱可能であり、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を互いに異なる偏光光束にして射出する偏光制御素子と、
   前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系を有し、
   撮像のときは、前記偏光制御素子を光路内に挿入し、焦点検出を行っているときは、前記偏光制御素子を光路外に退避させる制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
7. 前記偏光制御素子は、光学軸の方向を互いに異なる複数の直線偏光子を、同一平面上に有することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 複数の前記偏光制御素子を有し、
   前記複数の偏光制御素子のうち光路に対して挿入する前記偏光制御素子を選択する選択手段を有することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. 前記射出瞳と前記光電変換部を光学的に共役とする少なくとも１つのマイクロレンズを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記マイクロレンズと前記光電変換部とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記マイクロレンズと前記光電変換部の間に配置された遮光部を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の撮像装置。
12. 撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、
    前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束を互いに異なる偏光状態の光束にして射出する第１の状態と、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束の偏光状態を変化させずに射出する第２の状態とを切り替え可能な偏光制御系と、
    前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系と、
    撮像のときは前記偏光制御系を前記第１の状態とし、焦点位置を検出しているときは前記偏光制御系を前記第２の状態とする制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
13. 撮像光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束それぞれを異なる光電変換部に導く撮像装置であって、
    作動時に、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束が互いに異なる偏光状態となるよう、入射光の偏光状態を領域ごとに制御可能な偏光制御系と、
    前記偏光制御系を作動させずに、前記異なる光電変換部により取得された信号を用いて焦点位置を検出する焦点位置検出系を有し、
    撮像時に、前記射出瞳の互いに異なる領域を通過する光束が互いに異なる偏光状態となるよう前記偏光制御系を作動させる制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
14. 撮像光学系と、
    前記撮像光学系の射出瞳の分割された複数領域の夫々を通過する光束を受光する複数の光電変換部を１単位として複数備え、かつ
    前記１単位を構成する複数の光電変換部に対応して設けられる光学素子を複数備える撮像素子と、
    前記射出瞳の分割された複数領域を通過する光束を異なる偏光状態に制御して撮像を行う偏光制御系と、
    前記偏光制御系を作動させずに、前記撮像光学系の射出瞳に自然光を通過させて前記射出瞳の分割された複数領域を通過する光束を受光する夫々の光電変換部の出力を比較して焦点位置検出を行う焦点位置検出系を有することを特徴とする撮像装置。