(57)【要約】【課題】反射光を十分に除去することができるようにする。【解決手段】まず透過偏光軸を６０°ずつ回転させて３つの画像を撮像素子で取得する。次に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つの画像を選択する。その後２つの画像の透過偏光軸２１ａ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。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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光学装置。
【請求項２】
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請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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請求項１〜３のいずれか１項記の光学装置。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光学装置及びデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６６９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る光学装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は対物レンズ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）は図１の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る。
【図３】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る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
以下、反射光の除去方法を詳述する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
以下、反射光の除去方法を詳述する。
【００４３】
まず、各カットの画像間の像位置を合わせる。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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