CN101945211A - 图像拾取设备 - Google Patents

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Abstract

一种图像拾取设备，包括：图像拾取器件，用于通过其中形成像素排列的图像拾取表面接收穿过照相光学系统的被摄体光，并产生图像信号；以及光学透明薄膜，具有光学各向异性，其被安置在所述图像拾取表面之前，所述被摄体光进入所述光学透明薄膜；其中由所述光学透明薄膜中的双折射产生的第一光线和第二光线的分开宽度是所述像素排列中像素间距的1/2或更多。

Description

图像拾取设备
技术领域
本发明涉及一种图像拾取设备，包括接收穿过照相光学系统的被摄体(subject)光并产生图像信号的图像拾取器件。
背景技术
在诸如数码照相机等的图像拾取设备中，已经提出一种图像拾取设备，其中，固定型半反射镜(半透明反射镜)被提供在穿过照相镜头的被摄体光的光路上，被该半反射镜透射的光由图像拾取器件接收，并且反射光被入射在AF(自动对焦)传感器上，以使得对被摄体的不断对焦检测。
例如，在日本专利公表公报No.2004-219439(以后称为专利文献1)中公开的图像拾取设备具有由无色水晶制作的光学低通滤波器(OLPF)作为双折射板，其OLPF附着在上述的半反射镜上，并通过OLPF将被摄体光分开为寻常光线和非常光线，由此抑制照相图像中的假彩色(false color)(波纹(moire))的发生。
发明内容
然而，上述专利文献1的图像拾取设备中用作双折射板的、由无色水晶制成的OLPF昂贵而且笨重，因此成为增加成本和增加图像拾取设备重量的因素。希望尽可能地减少这种OLPF。
在考虑到上述问题的情况下做出了本发明。希望提供一种可以减少用作双折射板的OLPF的图像拾取设备。
本发明的一个实施例是图像拾取设备，包括：图像拾取器件，用于通过其中形成像素排列的图像拾取表面接收穿过照相光学系统的被摄体光，并产生图像信号；以及光学透明薄膜，具有光学各向异性，其被安置在所述图像拾取表面之前，所述被摄体光进入所述光学透明薄膜；其中由所述光学透明薄膜中的双折射产生的第一光线和第二光线的分开宽度是所述像素排列中像素间距的1/2或更多。
根据本发明的实施例，由具有光学各向异性的所述光学透明薄膜中的双折射产生的第一光线和第二光线的分开宽度是形成于所述图像拾取表面的像素排列中像素间距的1/2或更多。因此，因为该光学透明薄膜用作双折射板，所以可以减少用作双折射板的光学低通滤波器。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的图像拾取设备的外部结构的前视图；
图2是图像拾取设备的纵向剖面图；
图3是示出图像拾取设备的电学结构的方框图；
图4是辅助解释半反射镜的剖面结构的图；
图5A和图5B是辅助解释薄膜特性的图；
图6是辅助解释图像拾取设备中的点图像分开方法的概念图；
图7是辅助解释使用薄膜中的双折射的光线分开机制的概念图；
图8是辅助解释使用薄膜中的双折射的光线分开宽度的图；
图9是辅助解释使用薄膜中的双折射的光线分开宽度的图；
图10是根据本发明第二实施例的图像拾取设备的内部结构的纵向剖面图。
图11是辅助解释图像拾取设备中的点图像分开方法的概念图。
图12是根据本发明修改示例的图像拾取设备的纵向剖面图。
图13A、图13B和图13C辅助解释根据本发明修改示例的点图像分开方法的图。
图14A、图14B和图14C是辅助解释根据本发明修改示例的点图像分开方法的图。
具体实施方式
<第一实施例>
[图像拾取设备主要部件的结构]
图1是根据本发明第一实施例的图像拾取设备1A的外部结构的前视图。
图像拾取设备1A被形成为单镜头反射型数字静态照相机。图像拾取设备1A包括照相机体10和作为可以从照相机体10卸除的照相镜头的可更换镜头2。
图1中，照相机体10的前侧具有在前侧的大致中心处安装可更换镜头2的安装部件301，安置在安装部件301右侧的镜头替换按钮302，以及用于允许抓握的抓握部件303。照相机体10具有安置在前侧左上部分的模式设置调节钮(dial)305，安置在前侧右上部分的控制值设置调节钮306，以及安置在抓握部件303上表面的快门按钮307。
照相机体10在其顶部上还具有形成为弹出式内置闪光灯的闪光部件318以及当外部闪光灯等被连接到照相机体10时使用的连接端口部件319。
安装部件301具有用于与安装的可更换镜头2进行电连接的连接器(connector)Ec(见图3)，以及用于进行机械连接的连接头(coupler)75(见图3)。
镜头替换按钮302被按压来移除安装在安装部件301上的可更换镜头2。
抓握部件303允许使用者在照相时握持图像拾取设备1A。抓握部件303被提供有符合手指形状的表面凹凸，以增强(抓握的)配合质量。顺便提及，抓握部件303内部具有电池仓和卡仓(未示出)。电池仓装载电池69B(见图3)，作为照相机的电源。卡仓可拆卸地装载存储卡67(见图3)，用于记录照相图像的图像数据。顺便提及，抓握部件303可以具有抓握传感器，用于检测抓握部件303是否被使用者握持。
模式设置调节钮305和控制值设置调节钮306由可以在基本平行于照相机体10的上表面的平面上旋转的基本盘形的部件形成。模式设置调节钮305用来替换地选择合并在图像拾取设备1A中的模式和功能，例如自动曝光(AE)控制模式、自动对焦(AF；自动对焦)控制模式，诸如用于拍摄单个静止图像的静态图像照相模式、用于执行连续照相的连续照相模式等的各种照相模式，用于再现被记录的图像的再现模式等。控制值设置调节钮306用来设置合并到图像拾取设备1A中的各种功能的控制值。
快门按钮307是允许被按压一半的“半按压状态”操作和被进一步按压的“全按压状态”操作的按压开关。当快门按钮307在静止图像照相模式中被按一半时，执行用于拍摄被摄体的静止图像的预备操作(诸如曝光控制值的设置、对焦检测等的预备操作)。此外，当快门按钮307被完全按下时，执行照相操作(曝光图像拾取器件101(见图2)、对曝光获得的图像信号进行预定图像处理、以及在存储卡67中记录图像信号(见图3)等的一系列操作)。
可更换镜头2用作用于从被摄体接收光(光图像)的透镜窗口，以及用于将来自被摄体的光导引到安置在照相机体10内部的图像拾取器件101上的照相光学系统。可以通过执行按压上述镜头替换按钮302的操作从照相机体10移除可更换镜头2。
可更换镜头2包括由沿着光轴LT(见图2)串行排列的多个透镜形成的透镜组21。该透镜组21包括用于调节焦距的对焦透镜211(见图3)和用于改变放大率的变焦透镜212(见图3)。对焦透镜211和变焦透镜212被分别在光轴LT(见图2)的方向上驱动，由此执行放大率变化和对焦调节。可更换镜头2在镜筒外圆周的合适位置还具有可沿着镜筒外圆周旋转的操作环。变焦透镜212根据由手动操作或自动操作的操作环的旋转方向和操作环的旋转量而在光轴方向移动，并且被设置为对应于变焦透镜212被移动到的位置的变焦放大率(照相放大率)。
[图像拾取设备1A的内部结构]
接着描述图像拾取设备1A的内部结构。图2是图像拾取设备1A的纵向剖面图。如图2所示，照相机体10内部具有图像拾取器件101、反射镜部件13、相位差AF模块107等。
当可更换镜头2在与光轴LT垂直的方向被安装在照相机体10上时，图像拾取器件101被安置在包括于可更换镜头2中的透镜组的光轴LT上。例如具有Bayer排列的CMOS彩色区域传感器(CMOS型图像拾取器件)被用作图像拾取器件101，在该Bayer排列中，多个由光电二极管形成的像素以矩阵的形式两维排列，并且例如具有各自不同频谱特征的R(红)、G(绿)和B(蓝)颜色滤波器以1∶2∶1的比例排列在每个像素的光接收表面上。图像拾取器件101通过图像拾取表面101f接收穿过可更换镜头2的被摄体光(被摄体的光图像)，在该图像拾取表面中形成提供有三种(R、G和B)颜色滤波器的像素排列，并且该图像拾取器件将被摄体光转换为各自颜色分量的模拟电信号(图像信号)，由此产生R、G和B各自颜色的图像信号。
光学低通滤波器(此后也缩写为“OLPF”)14被直接安置在图像拾取器件101之前。相位解析板15被直接安置在OLPF 14之前。
OLPF 14是包括无色水晶的光学器件。OLPF 14去除入射光空间频率中的高频分量，并使用双折射执行点图像分开，以抑制由图像拾取器件101获取的图像中的假彩色(波纹)。
例如，相位解析板15被形成为四分之一波板(λ/4板)。相位解析板15将线性偏振光转换为圆偏振光。
作为用半反射镜(半透明镜)130形成的薄膜反射镜(固定型反射镜)的反射镜部件13以固定到照相机体10的方式被安置在前述光轴LT上的图像拾取器件101的图像拾取表面101f的前方。半反射镜130被形成为使得透射穿过可更换镜头2的部分光，并将其余光反射向相位差AF模块107。换句话说，半反射镜130将穿过可更换镜头2的被摄体光分开为透射光La和反射光Lb，并且接收透射光La的图像拾取器件101产生与被摄体相关的图像信号。在该情况下，半反射镜130被安置为使得在半反射镜130主平面的法线和可更换镜头(照相光学系统)2的光轴之间形成的角(安置角)θm小于45°(例如35°至40°)。如此的安置角允许相位差AF模块107被对角地安置在半反射镜130的上方，如图2所示，而不是半反射镜130的正上方。因此，图像拾取设备1A的高度被减小，图像拾取设备1A被小型化。顺便提及，半反射镜130的结构将在后面详细描述。
相位差AF模块107被形成为由距离测量元件等制作的、用于获得与被摄体相关的对焦检测信息(对焦信息)的所谓AF传感器。相位差AF模块107被对角地安置在半反射镜130的前上方。相位差AF模块107通过相位差检测系统(此后也称为“相位差AF”)的对焦检测来检测焦点对准(in-focus)位置。顺便提及，用作对焦检测部件的相位差AF模块107可以在照相等时刻始终接收来自半反射镜130的反射光Lb，因此能够进行与被摄体相关的不断对焦检测。
快门单元40被安置在图像拾取器件101的前方。快门单元40被形成为机械焦平面快门，该快门具有在垂直方向移动的挡板，并通过对挡板的打开操作和关闭操作，对沿着光轴LT被导引到图像拾取器件101的被摄体光执行光路打开操作和光路遮挡操作。顺便提及，当图像拾取器件101是具有完全电子快门能力的图像拾取器件时，快门单元40可以被省略。
此外，LCD(液晶显示器)311被安置在照相机体10的后端。LCD 311具有能进行图像显示的彩色液晶板。例如，LCD 311显示由图像拾取器件101获取的图像，并显示再现的记录图像，以及显示用于设置合并在图像拾取设备1A中的功能和模式的屏幕。在正式照相(photographing proper)前确定被摄体的帧(取景)时，LCD 311生成实时视图(预览)显示，该实时视图显示基于由接收被半反射镜130透射的透射光La的图像拾取器件101连续产生的图像信号，以运动图像模式显示被摄体。
[图像拾取设备1A的电学结构]
图3是示出图像拾取设备1A电学结构的方框图。在图3中，与图1和图2中相同的部件等以相同的附图标记标识。顺便提及，为了描述方便，将首先描述可更换镜头2的电学结构。
除了上述的透镜组21外，可更换镜头2还包括透镜驱动机构24、透镜位置检测部件25、透镜控制部件26、和光圈驱动机构27。
在透镜组21中，对焦透镜211和变焦透镜212以及用于调节入射到包括于照相机体10中的图像拾取器件101上的光的量的光圈23被保持在镜筒22中光轴LT(图2)的方向，以获取被摄体的光图像，以及在图像拾取器件101上形成图像。在AF控制中，对焦透镜211由可更换镜头2中的AF传动器71M在光轴LT的方向驱动，由此进行对焦调节。
对焦驱动控制部件71A产生用于AF传动器71M的驱动控制信号，对于基于从主控部件62经由透镜控制部件26提供的AF控制信号将对焦透镜211移动到焦点对准的位置，该驱动控制信号是必要的。AF传动器71M由步进电机等形成，并将透镜驱动力提供给透镜驱动机构24。
透镜驱动机构24由例如螺旋面和用于旋转该螺旋面的齿轮等形成，图中没有示出齿轮等。从AF传动器71M接收驱动力时，透镜驱动机构24在与光轴LT平行的方向驱动聚焦透镜211等。顺便提及，聚焦透镜211的移动方向和移动量分别对应于AF传动器71M的旋转方向和旋转量。
透镜位置检测部件25包括具有多个代码(code)图案的编码(encode)板以及当与编码板滑动接触时与透镜组整体移动的编码刷，该多个代码图案在光轴LT方向上、透镜组21的移动范围内以预定间距形成。透镜位置检测部件25检测透镜组21对焦调节时的移动量。
透镜控制部件26由例如包括存储器的微计算机形成，这些存储器诸如是存储控制程序的ROM，存储与状态信息有关的数据的闪存等。
透镜控制部件26还具有用于经由连接器Ec与照相机体10中主控部件62通信的通信功能。在该方式中，例如，透镜控制部件26可以向主控部件62传送有关透镜组21的焦距、出瞳的位置、光圈值、焦点对准距离、环境光量的状态等的状态信息数据，以及有关由透镜位置检测部件25检测的对焦透镜211的位置的位置信息，并且例如从主控部件62接收有关对焦透镜211的驱动量的数据。
光圈驱动机构27通过经由连接头75接收来自光圈驱动传动器76M的驱动力而改变光圈23的光圈直径。
接着描述照相机体10的电学结构。除了前述图像拾取器件101、快门单元40等外，照相机体10还包括AFE(模拟前端)5、图像处理部件61、图像存储器614、主控部件62、闪光电路63、操作部件64、VRAM 65、卡I/F(接口)66以及存储卡67。照相机体10还包括通信I/F 68、电源电路69、电池69B、快门驱动控制部件73A和快门驱动传动器73M、以及光圈驱动控制部件76A和光圈驱动传动器76M。
图像拾取器件101由上述的CMOS彩色区域传感器形成。图像拾取器件101的图像拾取操作，诸如图像拾取器件的曝光操作的开始(和结束)、由图像拾取器件101拥有的每个像素的输出的选择、图像信号的读出等，由后面描述的定时控制电路51控制。
AFE 5提供定时脉冲用于使图像拾取器件101执行预定操作。此外，AFE5对从图像拾取器件101输出的被摄体图像信号进行预定的信号处理，将结果图像信号转换为数字信号，并且接着将数字信号输出到图像处理部件61。AFE 5包括定时控制电路51、信号处理部件52以及A/D转换器部件53。
定时控制电路51基于从主控部件62输出的基准时钟产生预定的定时脉冲(用于产生垂直扫描脉冲
Figure BSA00000169284600071
水平扫描脉冲和重置信号
Figure BSA00000169284600073
等的脉冲)，并将该定时脉冲输出到图像拾取器件101，由此控制图像拾取器件101的图像拾取操作。此外，定时控制电路51通过向信号处理部件52和A/D转换器部件53输出预定定时脉冲信号来控制信号处理部件52和A/D转换器部件53。
信号处理部件52对从图像拾取器件101输出的模拟图像信号进行预定模拟信号处理。信号处理部件52包括CDS(相关双采样)电路、AGC(自动增益控制)电路和箝位电路。AGC电路可以以可变的放大因子(增益)放大图像拾取器件101中产生的图像信号。对应于卤化银胶片的ISO速度可以通过改变增益而改变。A/D转换器部件53基于从定时控制电路51输出的定时脉冲，将从信号处理部件52输出的模拟R、G和B图像信号转换为由多个比特(例如12比特)组成的数字图像信号。
图像处理部件61对从AFE 5输出的图像数据进行预定信号处理，并且生成图像文件。图像处理部件61包括黑色电平校正电路611、白平衡控制电路612以及伽马(gamma，γ)校正电路613。顺便提及，捕获到图像处理部件61中的图像数据被临时地、与图像拾取器件101的读出同步地写入到图像存储器614中，并且以后读取写入到图像存储器614的图像数据，使得图像处理部件61中的每个块执行处理。
黑色电平校正电路611将来自通过A/D转换器部件53的A/D转换的R、G和B数字图像信号的黑色电平校正为基准黑色电平。
白平衡校正电路612基于对应于光源的白色基准，执行R(红)、G(绿)和B(蓝)各个颜色分量的数字信号的电平转换(白平衡(WB)调节)。具体地，白平衡控制电路612基于从主控部件62提供的WB调节数据，从亮度和颜色饱和数据等标识出照相被摄体中被估计为原始白色的部分，获得该部分的R、G和B各个颜色分量的平均、G/R比、以及G/B比，将该部分的R、G和B各个颜色分量的平均、G/R比、以及G/B比转换为R和B校正增益，并进行电平校正。
伽马校正电路613校正WB调节后的图像数据的灰度特性。具体地，伽马校正电路613使用预先为每个颜色分量设置的伽马校正表执行图像数据电平的非线性转换，并进行偏移调节。
照相模式中的图像存储器614临时存储从图像处理部件61输出的图像数据，并被用作主控部件62对图像数据进行预定处理的工作区域。在再现模式中的图像存储器614临时存储从存储卡67中读出的图像数据。
主控部件62包括作为计算机操作的CPU、存储控制程序等的ROM、以及临时存储数据的RAM。主控部件62控制图像拾取设备1A每个部分的操作。
在闪光照相模式中的闪光电路63将连接到闪光部件318或连接端口部件319的外部闪光灯的光发射的量控制到由主控部件62设置的光发射的量。
操作部件64包括上述快门按钮307等。操作部件64将操作信息输入到主控部件62。
VRAM 65具有对应于LCD 311的像素数的图像信号存储能力。VRAM 65是主控部件62和LCD 311之间的缓冲存储器。卡I/F 66是允许在存储卡67和主控部件62之间的信号传送和接收的接口。存储卡67是用于存储由主控部件62产生的图像数据的记录介质。通信I/F 68是允许将图像数据等传送到个人计算机和其它外部设备的接口。
电源电路69由例如恒定电压电路等形成。电源电路69产生用于驱动整个图像拾取设备1A的电压，包括诸如主控部件62的控制部件、图像拾取器件101以及各种其它驱动部件。顺便提及，图像拾取器件101的能量供应由从主控部件62提供给电源电路69的控制信号控制。电池69B由诸如镍金属氢化物可再充电电池的蓄电池或诸如碱性干电池的一次性电池形成。电池69B是用于给整个图像拾取设备1A提供电力的电源。
快门驱动控制部件73A基于从主控部件62提供的控制信号，产生用于快门驱动传动器73M的驱动控制信号。快门驱动传动器73M执行快门单元40的打开和关闭驱动(打开和关闭操作)。
光圈驱动控制部件76A基于从主控部件62提供的控制信号，产生用于光圈驱动传动器76M的驱动控制信号。光圈驱动传动器76M经由连接头75为光圈驱动机构27提供驱动力。
[半反射镜130的结构]
图4是辅助解释半反射镜130的剖面结构的图。
反射镜部件13的半反射镜130包括作为反射镜衬底(反射镜基底材料)的薄膜131与沉积和形成在薄膜131上的无机层(无机材料的层)132。例如，半反射镜130具有70％透射率的光透射特性(30％的反射率)。
例如，薄膜131是具有80％或更高透射率并具有一定硬度的光学透明薄膜。薄膜131由具有光学各向异性的材料形成，例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。例如，薄膜131通过经历包括纵向拉伸和侧向拉伸的双轴拉伸处理来制造。薄膜131具有在薄膜131的厚度方向压缩的折射率椭球Qb的光学特征，如图7所示。顺便提及，当以将薄膜131制造为具有平面内各向同性的薄膜为目的而执行拉伸处理等时，难以制造在约5米宽度的方向均匀的薄膜131，因此制造了包括双轴晶体的薄膜(该薄膜下文也被简称为“双轴薄膜”)。
无机层132通过交替层压(laminating)五氧化铌(Nb2O5)层133和二氧化硅(SiO2)层134形成。当例如被层压的层的数目被改变时，半反射镜130的透射光La(图2)和反射光Lb(图2)的量之间的比例可以被调节。换句话说，具有如上所述30％反射率的半反射镜130可以通过适当地调节形成在薄膜131上的无机层132的被层压的层的数目等而形成。
作为双轴薄膜的薄膜131的特性将在下文参照图5A和图5B描述。
图5A和图5B是辅助解释薄膜131的特性的图。图5A示出了单轴晶体的折射率椭球Qa。图5B示出了双轴晶体的折射率椭球Qb。
对于折射率椭球Qa，使Nx、Ny和Nz为X轴、Y轴和Z轴各自方向的折射率，具有关系Nx＝Ny≠Nz。折射率椭球Qa具有常规椭球形式。在如此的折射率椭球Qa中，Z轴方向和光轴Ja相互重合。沿着折射率椭球Qa的主轴方向定义Z轴。沿着从穿过折射率椭球Qa中心Ca并具有圆形的剖面Ea(阴影部分)延伸的法线定义光轴Ja。顺便提及，因为折射率椭球Qa的X轴方向的折射率Nx与折射率椭球Qa的Y轴方向的折射率Ny相同，在与Z轴正交的XY平面上定义圆剖面Ea。
另一方面，对于折射率椭球Qb，使Nx、Ny和Nz为X轴、Y轴和Z轴各自方向的折射率，具有关系Nx≠Ny≠Nz(其中Nx≈Ny)。折射率椭球Qb具有对比于折射率椭球Qa稍微变形的椭球形式。在如此的折射率椭球Qb中，穿过折射率椭球Qb的中心Cb并具有圆形的剖面Eb(阴影部分)和剖面Ec(由虚线表示)相对于XY平面倾斜，因此沿着法线方向从剖面Eb和Ec延伸的光轴Jb和光轴Jc相对于Z轴倾斜。在该情况下，光轴Jb和Jc相对于Z轴的倾斜角θb和θc为例如5°至40°。具有折射率椭球Qb的光学特性的双轴晶体的薄膜131具有双折射。
包括上述半反射镜130的图像拾取设备1A可以通过使用薄膜131的双折射的点图像分开而抑制照相图像中的假彩色(波纹)的发生。以下将详细描述点图像分开的方法。
[图像拾取设备1A中的点图像分开的方法]
图6是辅助解释图像拾取设备1A中的点图像分开的方法的概念图。准确地讲，被双轴薄膜透射的两条光线都是非常光线。但是，也可以粗略地认为被该双轴薄膜透射的两条光线是具有Nx≈Ny≠Nz特性的双轴薄膜中的一个寻常光线和一个非常光线来进行计算。
首先，当具有在垂直方向(Y方向)和水平方向(X方向)的偏振Ka和Kb的非偏振光线(被摄体光)Ha沿着可更换镜头2的光轴LT的方向进入半反射镜130的薄膜131时，光线Ha在垂直方向(Y方向)例如由于薄膜131的双折射被分开对应于图像拾取表面101f的像素间距(相邻像素之间的间距)的分开宽度Sa。
因此，具有水平方向的偏振Kb的寻常光线Hb和具有垂直方向的偏振Ka的非常光线Hc，例如从薄膜131发射到相位解析板15。顺便提及，由于来自被摄体的光线(被摄体光线)所进入的薄膜131的双折射而产生的寻常光线Hb和非常光线Hc之间的分开宽度Sa不必须与图像拾取表面101f的像素排列的像素间距相等。分开宽度Sa具有例如使得当寻常光线Hb进入像素中心时，非常光线Hc进入相邻像素的分开宽度就足够，具体地，像素间距的1/2到3/2的分开宽度。这足够随意确定有效防止假彩色的分开距离和分辨率。
接着，具有线性偏振的寻常光线Hb和非常光线Hc被相位解析板15转换为具有圆偏振的光线。因此，具有在垂直方向(Y方向)和水平方向(X方向)的偏振Ka和Kb的两条光线Hd和He被产生，并被入射到OLPF 14上。然后，这些光线Hd和He被入射到OLPF 14上，并例如在水平方向(X方向)分开对应于图像拾取器件101的像素间距的分开宽度Sb。因此，产生两条寻常光线Hf和Hg以及两条非常光线Hh和Hi。这四条光线Hf到Hi被发射到图像拾取器件101上。
进入图像拾取器件101的图像拾取表面101f的四条光线Hf到Hi在垂直方向(Y方向)具有分开宽度Sa，在水平方向(X方向)具有分开宽度Sb，分开宽度Sa和分开宽度Sb对应于图像拾取器件101的像素间距，如上所述。从而在图像拾取表面101f上实现适当的四点分开。结果，可以在具有以Bayer排列排列的颜色滤波器的图像拾取器件101中有效抑制假彩色(波纹)的发生。
图像拾取设备1A因此使用薄膜131而不是OLPF来在垂直方向分开被摄体光。使用薄膜131中的双折射对光线的分开将参照图7来描述。
图7是辅助解释使用薄膜131中的双折射的光线分开机制的概念图。
薄膜131被形成为双轴薄膜，如上文所述。薄膜131的光轴Jb例如相对于Z轴倾斜倾斜角θb(例如5°至40°)，正如在图5B中所示的折射率椭球Qb中。因此，当保持薄膜131的安置角θm(例如35至40°)不变而围绕旋转轴Ko进行薄膜131的旋转Rt时，光轴Jb的倾斜角可以在光轴的上限制位置Jbu与光轴的下限制位置Jbd之间变化，该上限制位置Jbu由向旋转轴Ko加上倾斜角θb产生，该下限制位置Jbd由从旋转轴Ko减去倾斜角θb产生。例如，假定薄膜131的安置角θm为37°，并且折射率椭球Qb中的光轴Jb的倾斜角θb为20°，当薄膜131围绕旋转轴Ko旋转360°时，光轴Jb的倾斜在17°到57°的范围之间变化。
另一方面，当在光线Ha和薄膜131的光轴Jb之间形成的角度被设置为45°时，由于双折射而形成的光线分开宽度被最大化，因此有效的点图像分开成为可能。
因此，使用通过已描述的薄膜131的旋转Rt而实现的光轴Jb的倾斜的变化，当旋转薄膜131时，进行对薄膜131安置方向的搜寻，以使光轴Jb的方向相对于具有图7所示光轴Jbk的输入光线Ha为45°，并将薄膜131固定在安置方向。因此，由于双折射而产生的最大分开发生在双轴薄膜131中，并且因此可以执行有效的点图像分开。换句话说，甚至当薄膜131被提供给具有例如35°至40°安置角θm的半反射镜130时，也可以通过旋转具有倾斜光轴Jb的双轴薄膜131而以实现最大分开状态(光轴Jb的方向相对于入射光线Ha为45°的状态)来安置薄膜131。
接着，将通过参照图8和图9进行具体的计算示例而描述使用薄膜131中的双折射的光线分开的宽度。
首先，作为前提，由PET构成的双轴薄膜Fm的厚度，例如如图8所示被设置为d＝50μm，图5B所示的折射率椭球Qb中X轴、Y轴和Z轴的各自方向的折射率被设置为Nx＝1.6407、Ny＝1.6895以及Nz＝1.4933。在该情况下，因为Nx≈Ny，将通过认为薄膜131为单轴晶体的近似计算来推导薄膜131中的分开宽度Sc(图8)。
图9示出寻常光线的折射率No与非常光线的折射率Ne。这些折射率No和Ne是来自上述的X轴、Y轴和Z轴方向的各自折射率Nx、Ny和Nz的以下值。
Ne＝Nz＝1.4933
No＝(Nx+Ny)/2＝(1.6407+1.6895)/2＝1.6651
然后，通过使用下列算式(1)来获取寻常光线和非常光线的折射角之间的相对角度γ。
tan γ＝(((Ne/No)2-1)×tanα)/(1+(Ne/No)2×tan2α...(1)
在该情况下，当在薄膜Fm的光轴和入射光线之间形成的角被设置为α＝45°(发生最大分开时的角)，并且上述折射率Ne和No被代入上列算式(1)时，tanγ＝-0.1085。因此，获得相对角度γ＝-6.2°。
接着，薄膜Fm的安置角被设置为例如θm＝37°，并且基于斯涅尔(Snell)原理从下列算式获得寻常光(图8)的折射角β。
1×sin37°＝((1.6407+1.6895)/2)×sinβ
因此，获得折射角β＝21.2°。
根据上文，由下列算式获得从交叉点Pk到在薄膜131后表面发射寻常光线和非常光线的各个点的距离Lp和Lq，其中交叉点Pk是从入射光线Ha与薄膜131的前表面的交叉点向下画的法线与薄膜131后表面(背面)的交叉点。
Lp＝50μm×tan21.2°＝19.4μm
Lq＝50μm×tan(21.2-6.2)°＝13.4μm
因此，分开宽度Sc如下获得。
Sc＝(19.4-13.4)×sin(90°-37°)＝4.8μm
因此，在具有厚度d＝50μm的双轴薄膜131中获得分开宽度Sc＝4.8μm。在该情况下，考虑奈奎斯特(Nyquist)频率，具有1.2到1.4倍奈奎斯特频率的像素间距(例如6μm的像素间距)的图像拾取器件101中的点图像分开可以被很好地执行。
在上文中，指定了(i)双轴薄膜的光学特性(上述X轴、Y轴和Z轴方向的折射率)，(ii)薄膜光轴相对于入射光线的倾斜，以及(iii)薄膜厚度，并且计算了光线分开宽度。相反地，通过调节(改变)上述条件(参数)(i)到(iii)来获得期望的分开宽度。
顺便提及，作为与PET制作的薄膜131相比较的例子，通过使用下列算式(2)来获得提供光线分开宽度Sc＝4.8μm的、由无色水晶制作的OLPF 14的厚度t。顺便提及，下列算式(2)中的No和Ne是无色水晶中的寻常光线和非常光线的折射率。
Sc＝(Ne2-No2)/(Ne2+No2)×t＝5.876×10-3×t...(2)
将Sc＝4.8μm代入上列算式(2)得到OLPF 14的厚度t＝817μm。
当因此使用双折射在点图像分开中获得相同分开宽度时，由PET制作的薄膜131的厚度仅需要由无色水晶制作的OFPF 14的厚度的1/16。因此，可以通过由PET制作的薄膜131减小用于执行点图像分开的双折射板的厚度。结果，图像拾取设备1A可以被小型化，并且减轻重量。
在上述图像拾取设备1A中，使用在半反射镜130中提供的、由双轴晶体形成的薄膜131执行点图像分开，由此薄膜131用作双折射板。结果，被用作双折射板的光学低通滤波器(OLPF)可以被减少。接着将描述薄膜131更希望由双轴晶体而不是单轴晶体形成薄膜131的原因。顺便提及，可以由单轴晶体形成薄膜131。
在具有沿着薄膜厚度方向的光轴的单轴薄膜中，例如，甚至在执行如图7中的薄膜的旋转Rt时都不改变光轴的倾斜角。因此，当薄膜131(半反射镜130)的安置角不是该实施例中的45°时，不能执行上述的光线最大分开，并且为了保证必要的分开宽度而需要增加薄膜厚度。
另一方面，在双轴晶体的薄膜中，光轴相对于薄膜厚度的方向倾斜，如上所述。因此，当如图7执行薄膜的旋转Rt时，光轴相对于入射光线的倾斜角变为45°，因此获得能够进行光线最大分开的薄膜安置。因此，可以进行有效的点图像分开，并且薄膜的厚度可以被最小化。
<第二实施例>
[图像拾取设备的主要部分的结构]
图10是根据本发明第二实施例的图像拾取设备1B的内部结构的纵向剖面图。在该情况下，使用相同的附图标记来标识与根据第一实施例的图像拾取设备1A中相同的部件等。
根据第二实施例的图像拾取设备1B被形成为不允许镜头更换的紧凑型数码照相机，而不是诸如图2中所示的根据第一实施例的图像拾取设备1A等的单镜头反射型数码照相机。
因此，在图像拾取设备1B中，提供在图像拾取设备1A中的反射镜部件13(图2)被省略，并且用于点图像分开的类似于薄膜131的薄膜16被直接安置在相位解析板15之前。
如上所述形成的图像拾取设备1B中的点图像分开的方法将在下文详细描述。
[图像拾取设备1B中的点图像分开的方法]
图11是辅助解释图像拾取设备1B中的点图像分开的方法的概念图。
首先，当具有在垂直方向(Y方向)和水平方向(X方向)的偏振Ka和Kb的非偏振光线(被摄体光)Ha进入PET制作的薄膜16时，光线Ha在垂直方向(Y方向)由于薄膜16的双折射而被分开。在该方式下，具有水平方向的偏振Kb的寻常光线Hb和具有垂直方向的偏振Ka的非常光线Hc，例如从薄膜16发射到相位解析板15。在该情况下，因为薄膜16被形成为由双轴晶体形成的薄膜，光轴Jd(图11)例如相对于薄膜16的厚度方向倾斜约5°至40°，如图5B中所示的折射率椭球Qb的光轴Jb，并且可以使用双折射进行光线分开(后面将详细描述)。
接着，具有线性偏振的寻常光线Hb和非常光线Hc被相位解析板15转换为具有圆偏振的光线。因此，具有在垂直方向(Y方向)和水平方向(X方向)的偏振Ka和Kb的两个光线Hd和He被产生，并被入射到OLPF 14上。然后，这些光线Hd和He被入射到OLPF 14上，并在水平方向(X方向)分开。在该方式下，产生两个寻常光线Hf和Hg以及两个非常光线Hh和Hi，并将它们发射到图像拾取器件101上。
进入图像拾取表面101f的四条光线Hf到Hi例如在垂直方向(Y方向)具有分开宽度Sa，在水平方向(X方向)具有分开宽度Sb，分开宽度Sa和分开宽度Sb对应于图像拾取器件101的像素间距。因此在图像拾取表面101f上实现适当的四点分开。结果，可以在由图像拾取器件101获取的图像中有效抑制假彩色(波纹)的发生。
接着，将通过参照图8和图9采用具体的计算示例来描述使用薄膜16的双折射获得期望分开宽度的必要薄膜厚度，如第一实施例中所述。顺便提及，与根据第一实施例的薄膜131不同，根据第二实施例的薄膜16被安置在垂直于入射光线Ha的方向。因此，光轴Jd倾斜仅5°至40°，并不获得达到如第一实施例中的光线的最大分开的45°倾斜。因此，在薄膜16中，作为与第一实施例的对比，通过增加薄膜厚度来获得期望的分开宽度。
首先，作为前提，图5B所示的折射率椭球Qb中的X轴、Y轴和Z轴的各自方向的折射率被设置为Nx＝1.6407、Ny＝1.6895以及Nz＝1.4933。因此，光轴Jd相对于薄膜16的厚度方向的倾斜角是28°。因为Nx≈Ny，所以，提供5μm光线分开宽度的薄膜16的厚度dd(图11)例如将通过将薄膜16看作为单轴晶体的近似计算来推导。
对于图9所示的寻常光线的折射率No与非常光线的折射率Ne，通过基于上述X轴、Y轴和Z轴方向的各自折射率Nx、Ny和Nz，执行与第一实施例类似的计算，获得Ne＝1.4933以及No＝1.6651。
然后，通过使用上文如第一实施例中的算式(1)来获得寻常光线和非常光线的折射角之间的相对角度γ。在该情况下，当在薄膜16的光轴和入射光线之间形成的角α被设置为如上所述前提条件中的28°，并且上述折射率Ne和No被代入算式(1)时，tanγ＝-0.0850。因此，获得相对角度γ＝-4.86°。
接着，基于斯涅尔定理获得安置在与入射光线垂直的方向上的薄膜16中的寻常光的折射角β(图8)。
1×sin0°＝((1.6407+1.6895)/2)×sinβ
在该方式下，获得折射角β＝0°。
根据上文，结合薄膜16的厚度dd，如下获得如图8所示的从点Pk到在薄膜131的后表面发射寻常光线和非常光线的各个点的距离Lp和Lq。
Lp＝dd×tan0°＝0
Lq＝dd×tan(-4.86)°＝-0.085dd
因此，由PET制作的薄膜16为了获得5μm分开宽度所必需的厚度dd如下。
dd＝5μm/0.085＝59μm
因此，在根据第二实施例的图像拾取设备1B中，薄膜16的厚度是59μm。对比根据第一实施例的薄膜131，该薄膜的厚度增加了，但从上述OLPF 14的817μm的厚度降低了。结果，与已存在的使用两个OLPF 14的结构相比，图像拾取设备1B可以被小型化，并且减轻重量。
在上述的图像拾取设备1B中，使用由双轴晶体形成的薄膜16执行点图像分开，由此，薄膜16被用作双折射板。结果，用作双折射板的光低通滤波器(OLPF)可以被减少。
[修改示例]
在前述实施例的每个中，并不必要使得来自半反射镜130的反射光Lb入射到如图2所示的图像拾取设备1A中的相位差AF模块107上。反射光Lb可以入射到如图12所示的图像拾取设备1C中的光学取景器17上。
在前述实施例的每个中，并不一定使用PET薄膜作为双轴晶体的薄膜。也可以使用PEN(polyethylene naphthalate-聚邻苯二甲酸酯)或pp(聚丙烯)薄膜。
在前述实施例的每个中，并不一定如图6所示通过组合由双轴晶体形成的薄膜131、相位解析板15和OLPF14执行方形四点分开(square four-pointseparation)。可以执行使用接着将要描述的结构的其它的点图像分开。在下文中，首先将描述第一实施例中的方形四点分开的方法，接着将参考图13A到图13C和图14A到图14C描述与方形四点分开的方法对比的其它点图像分开的方法。顺便提及，在图13A到图13C和图14A到图14C中，当从图像拾取表面101f观测前面(+z方向)时的光线(由圆圈表示)的产生顺序(分开顺序)由圆圈中的数字标识。
(A)第一实施例中的方形四点分开
在第一实施例中，如图6所示，入射光线Ha被PET制作的薄膜131在垂直方向(Y方向)上分开，并产生寻常光线Hb和非常光线Hc，这些光线Hb和Hc穿过相位解析板15，并被OLPF 14在水平方向(X方向)分开，由此产生四条光线Hf到Hi。当这被示出在图13A中时，入射光线(1)在垂直方向Dh分开例如像素间距Gp的分开宽度，以产生非常光线(2)，接着这些光线(1)和(2)在水平方向Dv1和Dv2分开例如像素间距Gp的分开宽度，以产生两个非常光线(3)。因此，可以由光线(2)和(3)入射的三个像素(右方、下方和右下方的相邻像素)获得光线(1)的颜色信息等。因此，可以在照相图像中抑制假彩色(波纹)的发生。这对于根据第二实施例的图像拾取设备1B同样正确。
(B)不需要相位解析板15的四点分开
在第一实施例中，通过使用具有插入在PET制作的薄膜131和OLPF 14之间的相位解析板15的结构执行四点分开。下面参照图13B和图13C描述用于在没有相位解析板15的结构中执行四点分开的方法。
首先，入射光线(1)如图13B和图13C所示在倾斜向右下的方向Dw上分开，以生成非常光线(2)。在该情况下，通过例如执行如图7所示的由PET制作的薄膜131的旋转Rt、以及安置薄膜131的光轴相对于入射光线Ha沿着倾斜向右下的方向Dw，可以进行倾斜向右下的方向Dw上的光线分开。当因此在倾斜方向上执行光线分开时，水平方向和垂直方向上的偏振光分量保持。因此，具有在水平方向倾斜的光轴的OLPF将光线(1)和(2)在水平方向Dv1和Dv2上分开，如图13B所示，从而可以产生两个非常光线(3)。另一方面，具有在垂直方向倾斜的光轴的OLPF将光线(1)和(2)在垂直方向Dh1和Dh2上分开，如图13C所示，从而可以产生两个非常光线(3)。
如上所述的结构甚至当第一实施例中使用的相位解析板15被省略时都可以执行适当的四点分开。这对于根据第二实施例的图像拾取设备1B也同样正确。
(C)通过没有OLPF 14和相位解析板15的结构的两点分开
在第一实施例中，通过使用组合PET制作的薄膜131、相位解析板15和OLPF 14来执行四点分开。下面将参照图14A到图14C描述仅通过PET制造的薄膜131而省略相位解析板15和OLPF 14执行四点分开的方法。
通过仅使用由PET制造的薄膜131执行的光线分开是如图14A到图14C所示的两点分开。具体地，被安置为光轴在垂直方向倾斜的、由PET制造的薄膜131在垂直方向Dh将入射光线分开例如像素间距Gp的分开宽度，以产生非常光线(2)，如图14A所示。另外，被安置为光轴在水平方向倾斜的、由PET制造的薄膜131在水平方向Dv将入射光线(1)分开例如像素间距Gp的分开宽度，以产生非常光线(2)，如图14B所示。此外，被安置为光轴在倾斜方向倾斜的、由PET制造的薄膜131在倾斜方向Dw将入射光线(1)分开例如像素间距Gp的分开宽度，以产生非常光线(2)，如图14C所示。
上述结构可以执行两点分开，并且通过该两点分开抑制照相图像中的假彩色(波纹)。这对于根据第二实施例的图像拾取设备1B同样正确。
虽然本发明已被详细描述，但以上描述是所有实施例的示例性描述，并且本发明不限定于以上描述。可以产生无数未示出的修改示例而不偏离本发明的范围。
本申请包含与2009年7月1日提交给日本专利局的日本在先专利申请JP2009-156792中所公开的主题相关的主题，通过引用将其完整内容合并于此。
本领域技术人员应该理解，各种修改、组合、子组合以及变化可以根据设计要求和其它因素发生，而它们仍属于所附权利要求或其等价物的范围内。

Claims (5)

1.一种图像拾取设备，包括：
图像拾取器件，用于通过其中形成像素排列的图像拾取表面接收穿过照相光学系统的被摄体光，并产生图像信号；以及
光学透明薄膜，具有光学各向异性，其被安置在所述图像拾取表面之前，所述被摄体光进入所述光学透明薄膜；
其中由所述光学透明薄膜中的双折射产生的第一光线和第二光线的分开宽度是所述像素排列中像素间距的1/2或更多。
2.根据权利要求1所述的图像拾取设备，
其中所述光学透明薄膜包括双轴晶体。
3.根据权利要求1所述的图像拾取设备，还包括半反射镜，用于将所述被摄体光分开为透射光和反射光，所述半反射镜被固定安置，
其中所述图像拾取器件接收所述透射光，并产生所述图像信号，并且
所述光学透明薄膜被附着到所述半反射镜上。
4.根据权利要求1所述的图像拾取设备，还包括对焦检测部件，被构造为接收所述反射光，并获得有关被摄体的对焦检测信息。
5.根据权利要求1所述的图像拾取设备，
其中，在所述光学透明薄膜的法线和所述照相光学系统的光轴之间形成的角度小于45°。
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