JP2011040839A - Optical device and digital camera - Google Patents
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Description
この発明は光学装置及びデジタルカメラに関する。 The present invention relates to an optical device and a digital camera.
従来、液晶ユニットと偏光フィルムとを備え、液晶ユニットで入射光のうちの反射光の透過偏光軸を所定角度ずつ回転させ、偏光フィルムで入射光のうちの反射光(例えば窓ガラスの反射光等)を取り除く液晶偏光フィルタ装置が知られている(下記公報参照)。 Conventionally, a liquid crystal unit and a polarizing film are provided. The liquid crystal unit rotates a transmission polarization axis of reflected light of incident light by a predetermined angle, and the polarizing film reflects reflected light (for example, reflected light of window glass). ) Is known (see the following publication).
しかし、反射光の透過偏光軸を所定角度ずつ回転させた場合、回転角度によっては最適値(最も反射光が弱くなる透過偏光軸の角度)とのずれが大きくなり、反射光を十分に除去することができないおそれがある。また、複数の偏光反射物があったり、偏光反射物が撮像素子の受光面上に広く分布したりする場合、それぞれの反射光によって透過偏光軸が異なるとき、液晶ユニットを特定の透過偏光軸に設定しただけでは特定の反射光しか除去することができないおそれがある。 However, when the transmission polarization axis of the reflected light is rotated by a predetermined angle, the deviation from the optimum value (the angle of the transmission polarization axis at which the reflected light is weakest) becomes large depending on the rotation angle, and the reflected light is sufficiently removed. There is a risk that it will not be possible. In addition, when there are a plurality of polarized reflectors or the polarized reflectors are widely distributed on the light receiving surface of the image sensor, the liquid crystal unit is set to a specific transmitted polarization axis when the transmitted polarization axis differs depending on the reflected light. There is a possibility that only specific reflected light can be removed only by setting.
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は反射光を十分に除去することができる光学装置及びデジタルカメラを提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical device and a digital camera that can sufficiently remove reflected light.
上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、撮影光学系に入射した被写体の画像光の透過偏光軸を回転させる液晶素子と特定の方向の偏光だけを透過させる偏光フィルタとからなる光学素子と、前記撮影光学系及び前記光学素子を通過した前記被写体の画像光を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の出力に基づいて前記液晶素子に印加する電圧を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、まず前記透過偏光軸を60°ずつ回転させて3つの画像を前記撮像素子で取得し、次に前記3つの画像のうち最も画像レベルの高い画像を除いた2つの画像を選択し、その後前記2つの画像の透過偏光軸の中間の透過偏光軸で更に画像を取得し、それらの画像のうち最も暗画素の多い画像を選択することを特徴とする。 In order to solve the above problem, an invention according to claim 1 is an optical element comprising a liquid crystal element that rotates a transmission polarization axis of image light of a subject incident on a photographing optical system and a polarization filter that transmits only polarized light in a specific direction. An imaging element that converts image light of the subject that has passed through the imaging optical system and the optical element into an electrical signal, and a control unit that controls a voltage applied to the liquid crystal element based on an output of the imaging element. The control means first rotates the transmission polarization axis by 60 ° to acquire three images by the imaging device, and then removes two images excluding the image having the highest image level from the three images. And then further acquiring an image with a transmission polarization axis that is intermediate between the transmission polarization axes of the two images, and selecting an image with the largest number of dark pixels among these images.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の光学装置において、前記制御手段は、前記3つの画像のうち最も画像レベルの高い画像を除いた2つの画像と前記2つの画像の透過偏光軸の中間の透過偏光軸で取得された画像とを比較し、それらの画像のうち最も明るい画素の多い画像を取得した透過偏光軸を除く2つの画像の中間の透過偏光軸で更に画像を取得し、それらの画像のうち最も暗画素の多い画像を選択することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical device according to the first aspect, the control means includes two images excluding an image having the highest image level among the three images and transmission polarization axes of the two images. Compare the images acquired with the intermediate transmission polarization axis, and acquire further images with the intermediate transmission polarization axis of the two images excluding the transmission polarization axis that acquired the image with the brightest pixel among those images, Of these images, the image having the most dark pixels is selected.
請求項3記載の発明は、撮影光学系に入射した被写体の画像光の透過偏光軸を回転させる液晶素子と特定の方向の偏光だけを透過させる偏光フィルタとからなる光学素子と、前記撮影光学系及び前記光学素子を通過した前記被写体の画像光を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子の出力に基づいて前記液晶素子の駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、まず少なくとも90°以上の範囲で前記透過偏光軸を回転させて複数の画像を前記撮像素子で取得し、次に取得された各画像間の同一位置の画素を比較して画素レベルの最も低い画素の選択し、前記複数の画像を1枚の画像に合成することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical element comprising a liquid crystal element that rotates a transmission polarization axis of image light of a subject incident on a photographing optical system, and a polarizing filter that transmits only polarized light in a specific direction, and the photographing optical system. And an imaging element that converts image light of the subject that has passed through the optical element into an electrical signal, and a control unit that controls driving of the liquid crystal element based on an output of the imaging element. A plurality of images are acquired by the imaging element by rotating the transmission polarization axis in a range of at least 90 ° or more, and then the pixels at the same position between the acquired images are compared to determine the pixel with the lowest pixel level. The plurality of images are selected and combined into a single image.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項記の光学装置において、前記透過偏光軸を回転させて前記画像を前記撮像素子で取得するとき、露出制御値が固定されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical device according to any one of the first to third aspects, an exposure control value is fixed when the transmission polarization axis is rotated and the image is acquired by the imaging device. It is characterized by that.
請求項1〜4のいずれか1項記載の光学装置はデジタルカメラである。 The optical device according to any one of claims 1 to 4 is a digital camera.
この発明によれば、反射光を十分に除去することができる。 According to the present invention, the reflected light can be sufficiently removed.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1はこの発明の第1実施形態に係るデジタルカメラ(光学装置)100の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital camera (optical apparatus) 100 according to the first embodiment of the present invention.
デジタルカメラ100は、対物レンズ(撮影光学系)10に入射した被写体の画像光のうちの反射光の透過偏光軸21a(図2参照)を回転させる液晶旋光子(液晶素子)21と特定の方向の偏光だけを透過させる偏光フィルタ22とからなる光学素子20と、対物レンズ10及び光学素子20を通過した被写体の画像光を画像信号(電気信号)に変換するCCD等の撮像素子30と、撮像素子30の出力に基づいて液晶旋光子21に印加する電圧を制御するカメラ系制御部(制御手段)40とを備える。
The
光学素子20は液晶旋光子21で透過偏光軸21aを回転させることで偏光フィルタ22を回転させるのと同様の機能を実現することができる素子である。
The
カメラ系制御部40はマイクロコンピュータ等により構成される。
The camera
カメラ系制御部40は画像処理部41、カメラ制御部42及びバッファメモリ43を備えている。
The camera
画像処理部41は撮像素子30から出力された画像信号に対して、所定の信号処理を施し、信号処理された画像信号はバッファメモリ43に記憶される。また、バッファメモリ43に一時的に記憶された画像信号はカメラ制御部42へ出力される。
The image processing unit 41 performs predetermined signal processing on the image signal output from the
カメラ制御部42は画像処理部41から出力された画像信号を比較・演算し、反射光が最も少なくなる(画像レベルが最も低い)透過偏光軸21aを検出したり、撮像素子30で取得した画像を合成したりする。カメラ制御部42はシャッタボタン等の操作部材60が操作されたとき、液晶旋光子21に印加する電圧を制御し、反射光の透過偏光軸21a(図2参照)を回転させる。カメラ制御部42は反射光の透過偏光軸21aの方向(偏光角)を例えば60°ずつ変化させる。
The camera control unit 42 compares and calculates the image signal output from the image processing unit 41 to detect the
また、デジタルカメラ100は、画像を記憶させるメモリ50を有する。メモリ50は例えばメモリカード、ハードディスクである。
The
次に、1つの偏光反射物(図示せず)の反射光が画面35(撮像素子30の受光面)内にある場合の反射光の除去方法を説明する。 Next, a method for removing reflected light when the reflected light of one polarized reflector (not shown) is within the screen 35 (the light receiving surface of the image sensor 30) will be described.
図2(a)は対物レンズ10に入射した被写体の画像光のうちの反射光が最も強くなる透過偏光軸と反射光が最も弱くなる透過偏光軸とを示す図、図2(b)は反射光を除去する方法を説明するための図である。 FIG. 2A is a diagram showing a transmission polarization axis where the reflected light is the strongest among the image light of the subject incident on the objective lens 10 and a transmission polarization axis where the reflected light is the weakest, and FIG. It is a figure for demonstrating the method to remove light.
図2(a),(b)において、実線21bは反射光が最も強くなる透過偏光軸21aの方向を示し、鎖線21cは反射光が最も弱くなる透過偏光軸21aの方向を示す。なお、図2(a),(b)において、透過偏光軸21aを囲む円は対物レンズ10に入射する光束lfを示す。
2A and 2B, the
この実施形態では、反射光が最も強くなる透過偏光軸21aの方向21bを50°の方向(鉛直方向(12時の位置)から時計回り方向に50°回転した方向)とする。したがって、反射光が最も弱くなる透過偏光軸21aの方向21cは140°の方向(反射光が最も強くなる偏光方向から時計回り方向に90°回転した方向)である。
In this embodiment, the
透過偏光軸21aを140°の方向に合わせれば画面35内の反射光を最も弱くすることができるので、カメラ系制御部40はそうなるように液晶旋光子21に印加する電圧を制御する。
Since the reflected light in the
以下、反射光の除去方法を詳述する。 Hereinafter, a method for removing the reflected light will be described in detail.
まず、偏光角(透過偏光軸21aの方向)を0°から1ステップ当たり60°ずつ変化させながら3カットの撮影を行い、画像を取得する。
First, three cuts are taken while changing the polarization angle (direction of the
次に、3つの画像の暗画素を比較して反射光を除去できない角度に最も近い偏光角(図2では60°)を検出する。最も反射光が少ない透過偏光軸21aの方向(偏光角140°)は最も反射の多い偏光角から時計回り方向に90°回転した方向であるので、最も反射光の少ない偏光角は残りの画像の偏光角(120°及び180°)の間に存在する。
Next, the dark pixels of the three images are compared to detect the polarization angle (60 ° in FIG. 2) closest to the angle at which the reflected light cannot be removed. The direction of the
そこで、偏光角を残りの偏光角(120°及び180°)の中間の角度(150°)に設定し、この偏光角で更に撮影すれば、最も反射光が少い偏光角に対して±15°の精度で画像が得られる。 Therefore, if the polarization angle is set to an intermediate angle (150 °) between the remaining polarization angles (120 ° and 180 °), and further photographing is performed at this polarization angle, ± 15 with respect to the polarization angle with the least reflected light. An image can be obtained with an accuracy of °.
その後、この偏光角150°で取得された画像と偏光角0°で取得された画像と偏光角120°で取得された画像との3カットの画像を比較し、最も暗画素の多い画像(偏光角150°で取得された画像)を選択すれば、最も反射光の少ない画像(図2の一番下の画面35参照)を得ることができる。この画像がメモリ42に記憶される。
Thereafter, the three-cut images of the image acquired at the polarization angle of 150 °, the image acquired at the polarization angle of 0 °, and the image acquired at the polarization angle of 120 ° are compared, and the image with the most dark pixels (polarized light) If an image acquired at an angle of 150 ° is selected, an image with the least amount of reflected light (see the
なお、偏光角150°と偏光角120°(残りの偏光角(0°及び120°)で取得された画像の内の暗い(反射光の少ない)方の画像の偏光角)との中間の偏光角135°で画像を取得し、偏光角120°、135°、150°で取得された3カットの画像から最も暗い画像を選択すれば、最も反射光が少い偏光角に対して±7.5°以下の精度で画像を得ることができる。 Polarization intermediate between the polarization angle of 150 ° and the polarization angle of 120 ° (the polarization angle of the darker image (with less reflected light) in the remaining images (0 ° and 120 °)). If an image is acquired at an angle of 135 ° and the darkest image is selected from three cut images acquired at polarization angles of 120 °, 135 °, and 150 °, ± 7. An image can be obtained with an accuracy of 5 ° or less.
なお、偏光検出時においては全画素で撮影しても画素を粗くして撮影してもよい。 At the time of polarization detection, the image may be taken with all pixels or with coarse pixels.
また、画像を取得するとき、露出制御値を一定値に固定する。これにより、露出制御に関わる演算・制御時間を省略でき、明暗の判定がし易くなり、迅速に最適の透過偏光軸を求めることができる。 Further, when acquiring an image, the exposure control value is fixed to a constant value. As a result, calculation / control time related to exposure control can be omitted, light and dark can be easily determined, and an optimum transmission polarization axis can be quickly obtained.
なお、上記実施形態と異なり、180°の範囲を等間隔に4カットの撮影をした場合、偏光角は1ステップ当たり45°ずつ変化し、最も反射光の少ない画像を得ようとしたとき、最適の透過偏光軸21aの方向に対する誤差は22.5°になる。
Unlike the above-described embodiment, when 4 cuts are taken at an equal interval of 180 °, the polarization angle changes by 45 ° per step, which is optimal when trying to obtain an image with the least amount of reflected light. The error with respect to the direction of the
また、180°の範囲を等間隔に5カットの撮影をした場合、偏光角は1ステップ当たり36°ずつ変化し、最も反射光の少ない画像を得ようとしたとき、最適の透過偏光軸21aの方向に対する誤差は18°になり、上記5カットの撮影をした場合の誤差(7.5°)より大きくなる。
In addition, when 5 cuts are taken at an equal interval of 180 °, the polarization angle changes by 36 ° per step, and when trying to obtain an image with the least amount of reflected light, the optimum
この実施形態によれば、透過偏光軸21aの方向を140°(鎖線21cで示す方向)に精度良く合わせることができるので、反射光を十分に除去することができる。また、等間隔に複数のカットを撮影する場合より少ない撮影回数で精度良く透過偏光軸を検出することができる。更に、全域スキャンの必要がなく、しかも露出制御に関わる演算・制御時間を省略できるので、迅速に最適な偏光角を探すことができる。
According to this embodiment, since the direction of the
次に、複数の偏光反射物が画面35内にある場合の反射光を除去する方法を説明する。
Next, a method for removing reflected light when a plurality of polarized reflectors are present in the
図3はこの発明の第2実施形態に係る光学装置を用いて反射光を除去する方法を説明するための図であり、第1実施形態と共通する部分についてはその説明を省略する。 FIG. 3 is a view for explaining a method of removing reflected light using the optical device according to the second embodiment of the present invention, and the description of the parts common to the first embodiment is omitted.
この実施形態は、複数の偏光反射物の反射光が画面35内にあり、それぞれの反射光の透過偏光軸21aが異なる点で第1実施形態と相違する。
This embodiment is different from the first embodiment in that the reflected light of a plurality of polarized reflectors is in the
この実施形態では、偏光角を0°から1ステップ当たり30°ずつ変化させながら6カットの撮影を行い、90°以上の範囲で6つの画像を取得し、その6つの画像を1つの画像に合成することによって反射光を除去する。 In this embodiment, six cuts are taken while changing the polarization angle from 0 ° by 30 ° per step, and six images are acquired in a range of 90 ° or more, and the six images are combined into one image. The reflected light is removed by doing so.
以下、反射光の除去方法を詳述する。 Hereinafter, a method for removing the reflected light will be described in detail.
まず、各カットの画像間の像位置を合わせる。 First, the image positions between the images of each cut are matched.
次に、画像間で同一位置の画素の画素値を比較し、より明度のレベルが低い(暗い)画素値の画素を選択する。 Next, the pixel values of the pixels at the same position are compared between the images, and a pixel having a lower (darker) pixel value is selected.
この画素値の比較・選択を6つの画像に対して繰り返し行い、1つの画像に合成する。 This comparison / selection of pixel values is repeated for six images and combined into one image.
その結果、暗い(反射光のない)画像が合成され、反射光が除去された画像(図3の一番下の画面35参照)を得ることができる。この画像がメモリ42に記憶される。
As a result, a dark image (without reflected light) is synthesized and an image from which the reflected light is removed (see the
この実施形態によれば、暗画素を選択し、合成する方法であるので、偏光角の異なる複数の偏光反射物の反射光が画面35内にある場合でも、反射光を十分に除去することができる。
According to this embodiment, since the dark pixel is selected and combined, the reflected light can be sufficiently removed even when the reflected light of a plurality of polarized reflectors having different polarization angles is in the
なお、上記実施形態では光学装置はデジタルカメラ100としたが、これに限られるものではなく、例えばカメラ機能を有する携帯電話等であってもよい。
In the above embodiment, the optical device is the
10:対物レンズ(撮影光学系)、20:光学素子、21:液晶旋光子(液晶素子)、21a:透過偏光軸、22:偏光フィルタ、30:撮像素子、40:カメラ系制御部(制御手段)、100:デジタルカメラ(光学装置)。 10: objective lens (imaging optical system), 20: optical element, 21: liquid crystal rotator (liquid crystal element), 21a: transmission polarization axis, 22: polarization filter, 30: image sensor, 40: camera system control unit (control means) ), 100: Digital camera (optical device).
Claims (5)
前記撮影光学系及び前記光学素子を通過した前記被写体の画像光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の出力に基づいて前記液晶素子に印加する電圧を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、まず前記透過偏光軸を60°ずつ回転させて3つの画像を前記撮像素子で取得し、次に前記3つの画像のうち最も画像レベルの高い画像を除いた2つの画像を選択し、その後前記2つの画像の透過偏光軸の中間の透過偏光軸で更に画像を取得し、それらの画像のうち最も暗画素の多い画像を選択することを特徴とする光学装置。 An optical element composed of a liquid crystal element that rotates a transmission polarization axis of image light of a subject incident on a photographing optical system and a polarization filter that transmits only polarized light in a specific direction;
An image sensor that converts image light of the subject that has passed through the imaging optical system and the optical element into an electrical signal;
Control means for controlling the voltage applied to the liquid crystal element based on the output of the imaging element;
The control means first rotates the transmission polarization axis by 60 ° to acquire three images with the imaging device, and then selects two images excluding the image with the highest image level from the three images. Then, an image is further acquired with a transmission polarization axis intermediate between the transmission polarization axes of the two images, and an image with the largest number of dark pixels is selected from these images.
前記撮影光学系及び前記光学素子を通過した前記被写体の画像光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子の出力に基づいて前記液晶素子に印加する電圧を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、まず少なくとも90°以上の範囲で前記透過偏光軸を回転させて複数の画像を前記撮像素子で取得し、次に取得された各画像間の同一位置の画素を比較して画素レベルの最も低い画素の選択し、前記複数の画像を1枚の画像に合成することを特徴とする光学装置。 An optical element composed of a liquid crystal element that rotates a transmission polarization axis of image light of a subject incident on a photographing optical system and a polarization filter that transmits only polarized light in a specific direction;
An image sensor that converts image light of the subject that has passed through the imaging optical system and the optical element into an electrical signal;
Control means for controlling the voltage applied to the liquid crystal element based on the output of the imaging element;
The control means first rotates the transmission polarization axis within a range of at least 90 ° to acquire a plurality of images by the imaging device, and then compares pixels at the same position between the acquired images. An optical apparatus comprising: selecting a pixel having the lowest level, and combining the plurality of images into one image.
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