(57)【要約】【課題】簡単な構成で適正な焦点検出を行うことができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像光学系によって形成された被写体像の予定結像面に配置され、被写体像を電気的な信号に変換する撮像手段１０５と、撮像手段によって得られた信号を基に撮像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、撮像光学系を通して入射する光束を分割する光束分割手段１０４とを有し、光束分割手段は、入射する前記光束の偏光成分によって該光束を反射または透過させる機能を有し、該光束分割手段を透過した光束が、少なくとも１回は該光束分割手段により反射された後に撮像手段上に結像する構成にしている。【選択図】図４
2006317521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系によって形成された被写体像の予定結像面に配置され、前記被写体像を電気的な信号に変換する撮像手段と、
前記撮像手段によって得られた信号を基に前記撮像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記撮像光学系を通して入射する光束を分割する光束分割手段と、
を有する撮像装置において、
前記光束分割手段は、入射する前記光束の偏光成分によって該光束を反射または透過させる機能を有し、
前記光束分割手段を透過した光束が、少なくとも１回は該光束分割手段により反射された後に前記撮像手段上に結像することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光束分割手段を透過した光束が再度前記光束分割手段に入射するまでの光路中に配置される偏光手段を有し、
前記偏光手段を通過した光束は、前記光束分割手段に再入射して反射され、前記撮像手段上に結像することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光束分割手段を透過した光束が再度前記光束分割手段に入射するまでの光路中に配置される偏光手段を有し、
前記偏光手段は、通過する光束を再度前記光束分割手段へ入射させる状態と、通過する光束を前記撮像手段へ入射させる状態のいずれかに、制御可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光束分割部材の前段側に、透過する光束の偏光状態を変える光学素子を配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像手段からの信号を用いて焦点検出を行う、デジタル一眼レフカメラなどの撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラに用いられる焦点検出方式には、レンズシャッタカメラに用いられている三角測距方式、ビデオカメラ等に用いられているコントラスト検出方式、一眼レフカメラに用いられている瞳分割方式等がある。
【０００３】
上記の三角測距方式は、特許文献１に開示されているように、被写体に赤外光を投射し被写体からの反射光を投射光とは異なる位置にある受光レンズを介してＰＳＤ等のセンサで受光して、その受光位置から被写体距離を検出するものである。コントラスト検出（ＴＶ−ＡＦ）方式は、特許文献２に開示されているように、撮像レンズを駆動しながらイメージセンサで撮像された画像のコントラストの変化を検出して焦点検出を行うものである。また、瞳分割方式は、特許文献３に開示されているように、撮像レンズの異なる瞳領域を透過した光束により生成された二つの像の相関をとることにより、撮像レンズの焦点状態を検出するものである。
【０００４】
また、近年予定結像面に光電変換手段を撮像素子として備えたいわゆるデジタルカメラでは、前記撮像素子を焦点検出に積極的に活用する方法も提案されている。特許文献４では、上記の点に注目して、いわゆる２次結像を予定結像面に形成する方法を提案するものである。
【特許文献１】特公昭４７−２３９２９号公報
【特許文献２】特公昭３９−５２６５号公報
【特許文献３】特開昭６３−１８３１３号公報
【特許文献４】特開平１１−１１９０８９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の三角測距方式および瞳分割方式では、撮像画像取得用の撮像素子の他に焦点検出用の光電センサを用いなければならず、コストアップや撮像装置の大型化を招いていた。また、コントラスト検出による焦点検出方式は、撮像レンズを動かしながらイメージセンサにて撮像された画像のコントラストを検出してその変化量から焦点状態を検出しているため、例えば焦点状態から大きく離れた状態においては焦点検出に時間がかかり、ユーザーの利便性を低下させるものであった。さらに、動いている被写体に対しては焦点検出ができないという課題を有していた。
【０００６】
これに対し、特許文献４に示される撮像素子を用いた瞳分割焦点検出方式は、上記課題を解決することができるが、設計上のレイアウトが容易ではない、または、退避機構が大きくなるものであった。
【０００７】
（発明の目的）
本発明の目的は、適正な焦点検出を簡単な構成で行うことのできる撮像装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、撮像光学系によって形成された被写体像の予定結像面に配置され、前記被写体像を電気的な信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段によって得られた信号を基に前記撮像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記撮像光学系を通して入射する光束を分割する光束分割手段とを有する撮像装置において、前記光束分割手段が、入射する前記光束の偏光成分によって該光束を反射または透過させる機能を有し、前記光束分割手段を透過した光束が、少なくとも１回は該光束分割手段により反射された後に前記撮像手段上に結像する撮像装置とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、適正な焦点検出を簡単な構成で行うができる撮像装置を提供しようとするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし３に示す通りである。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例１に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラの概略を示す構成図であり、図１（ａ）は焦点検出状態を、図１（ｂ）は撮像状態を、それぞれ示している。
【００１２】
図１において、１０１は撮像光学系１０２の光軸、１０２ａは撮像光学系１０２に含まれる焦点調節レンズ、１０３は撮像光学系１０２の鏡筒、１０４は光束分割部材、１０５は光電変換素子、１０６は偽色を解消するための光学ローパスフィルタ、１０７ａおよび１０７ｂは光束分割部材１０４を透過した光束を偏光する偏光素子、１０８ａおよび１０８ｂは偏光された光束を光電変換素子１０５上に結像させるための光学素子、１０９は１／２波長板、１１０はいわゆる光学ファインダに光束を導くプリズム、１１１はレリーズボタン、１１２はカメラボディである。
【００１３】
図１（ｂ）の撮像状態においては、撮像光学系１０２から光電変換素子１０５へ向かう光路中に配置されていた光束分離部材１０４、偏光素子１０７ａおよび１／２波長板１０９が、撮像光学系１０２より光電変換素子１０５へ向かう光路から退避して、撮像光学系１０２を通して得られた像が光電変換素子１０５上に第１の被写体像として形成される。
【００１４】
一方、図１（ａ）の焦点検出状態では、撮像光学系１０２を通して得られた像が光束分割部材１０４により分割され、分割された一方の光束が光学ファインダ側に導かれ、他方の光束が偏光素子１０７ａ，１０７ｂ、光学素子１０８ａ，１０８ｂ、１／２波長板１０９および光束分割部材１０４を介して光電変換素子１０５へ導かれる。この時、光電変換素子０５上に焦点調節レンズ１０２ａの焦点状態を検出するための第２の被写体像が形成される。
【００１５】
図２は上記デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図であり、図３は上記デジタルカメラの撮像シーケンスの一例を示すフローチャートである。以下、図３の撮像シーケンスに沿って各部の機能を述べる。
【００１６】
操作検出部１１９からの信号によって電源ＯＮの操作が為されたことを検出する（＃１２０）と、システムコントローラ１１５は適切な電源ＯＮの処理を行った後に撮像準備動作待ち状態になり（＃１２１）、ここで操作検出部１１９を介してレリーズボタン１１１の第１ストローク信号（以下、ＳＷ１信号）を検出せず（＃１２２のＮＯ）、かつ操作検出部１１９を介して電源ＯＦＦの操作を検出しない限り、撮像準備動作待ち状態を続ける（＃１２１→＃１２２→＃１２１……）。また、電源ＯＦＦを検出した場合（＃１２２のＹＥＳ）は、適切な電源ＯＦＦ処理を行った後に電源ＯＦＦの状態に移行する（＃１３２→＃１３３）。
【００１７】
上記ステップ＃１２１にてＳＷ１信号を検出した場合は、システムコントローラ１１５は光電変換素子１０５から得られる信号を焦点演算回路１１４にて演算処理して焦点検出を行う（＃１２３）。そして、上記焦点検出にて得られた結果を基にデフォーカス量が許容値以下になるまでレンズ系制御回路１１３を用いて焦点調節レンズ１０２ａを動作させる（＃１２４，＃１２５）。その後、合焦状態に達したと判定すると（＃１２４のＹＥＳ）、表示器１１８にて合焦表示を行う（＃１２６）。
【００１８】
次に、システムコントローラ１１５は撮像動作開始の操作が行われたかの判定、つまり操作検出部１１９を介してレリーズボタン１１１の第２ストローク信号（以下、ＳＷ２信号と記す）を検出できたかの判定を行い、検出できない場合は、ＳＷ２信号を検出できるのを待ち続ける（＃１２７，＃１２８）。なお、この状態でＳＷ１信号の検出をできなくなった場合は（＃１２８のＮＯ）、撮像待ち状態に戻る。一方、ＳＷ１信号を検出している状態でＳＷ２信号も検出すると（＃１２７のＹＥＳ）、光束分割部材１０４および偏光素子１０７ａ，１０７ｂ、光学素子１０８を図１（ｂ）のように撮像光路より退避させ、光電変換素子１０５を動作させて撮像を行う（＃１２９）。そして、光電変換素子１０５から得られた撮像信号を信号処理ユニット１１６で適切に処理し、表示器１１８にて画像表示する（＃１３０）と共に、メモリ１１７に画像を蓄積する（＃１３１）。その後、再び撮像準備動作待ち状態へ復帰する。
【００１９】
次に、焦点検出を行うために第２の被写体像を形成する方法について、図４を用いて詳述する。
【００２０】
本実施例１においては、光束分割部材１０４は入射する光束の持つ偏光成分によって光束を分割するいわゆる偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと記す）で構成されている。ここで、光束分割部材１０４はガラス基板上に多層膜を形成し、界面の法線ベクトルと入射光束の光線がなす平面上に電界方向を持つ偏光成分（いわゆるＰ偏光）を透過し、界面の法線ベクトルと入射光束の光線がなす平面上の法線ベクトル方向に電界方向を持つ偏光成分（いわゆるＳ偏光）を反射する特性を有するＰＢＳである。すなわち、図４において、入射光束１４０はＰ偏光、Ｓ偏光の両方を含んでおり、光束分割部材１０４の反射光である光束１４１はＳ偏光が支配的な状態にあり、透過光である光束１４２はＰ偏光が支配的な状態にある。
【００２１】
光束分割部材１０４を透過した光束１４２は１／２波長板１０９によって偏光状態が変化し、Ｓ偏光となる。すなわち、１／２波長板１０９を透過した光束１４３はＳ偏光が支配的な状態にある。ここで、偏光素子１０７ａは光束分割部材１０４と同じ特性をもつＰＢＳで構成する。したがって、光束１４３のうち、Ｓ偏光成分はほぼ全て反射されるので、大部分の光束１４３は矢印１４４で図示する方向へ向かう。偏光素子１０７ｂを偏光状態によらず、反射する面で形成することによって光束は矢印１４５で図示する方向へ向かう。
【００２２】
次に、光束１４３は再度光束分割部材１０４へ入射するが、この時は上記のようにＳ偏光が支配的な状態なので光束分割部材１０４にて反射され、大部分の光束１４３は矢印１４６で図示する方向へ向かう。光束分割部材１０４を反射した光束は１／２波長板１０９によって偏光状態が変化し、Ｐ偏光の光束１４７となる。最後に再度偏光素子１０７ａへ入射した光束はＰ偏光が支配的な状態なので透過され、光束１４８として、つまり第２の被写体像として光電変換素子１０５上に結像する。
【００２３】
なお、図４では、偏光状態の理解を容易にするために、記号Ｐ及び記号Ｓで光束の電界の方向を図示した。すなわち、記号Ｐは、紙面に平行な方向に電界をもち、図４においてはＰ偏光を意味する。一方、記号Ｓは、紙面に垂直な方向に電界をもち、図４においてはＳ偏光を意味する。
【００２４】
上記図４を用いて述べたように、光束分割部材１０４および偏光素子１０７ａのＰＢＳとしての特性を適切に設定することで、多くの光束をロスすることなく光電変換素子１０５上に第２の被写体像として形成することが可能となる。
【００２５】
次に、図５および図６を用いて、本実施例１における第２の被写体像の結像状態と焦点との関係を説明する。
【００２６】
図５は、光学素子１０８ａから光電変換素子１０５間での光路を展開して図示した図である。実施例１の光路では、図１に示すように、光束分割部材１０４によって偏光されるが、図５においては省略する。
【００２７】
光学素子１０８ａは撮像光学系１０２の予定結像面に置かれたフィールドレンズであり、予定結像面には撮像光学系１０２による被写体の１次像１５０ｃが形成される。１０８ｃは焦点検出領域を規定する視野マスクである。光学素子１０８ｂは１次像１５０ｃを再結像させるための２次結像レンズである。この２次結像レンズである光学素子１０８ｂは、図示しない撮像光学系１０２の射出瞳とフィールドレンズ１０８ａによって共役な位置に置かれる。このような配置とすることで、撮像光学系１０２の異なる瞳領域を通過した光束による一つの２次像１５０ａおよび１５０ｂが光電変換素子１０５上に結像される。
【００２８】
図６は、光電変換素子１０５上の２次像１５０ａおよび１５０ｂを光軸方向から見た図であり、図６（ａ）は合焦状態を、図６（ｂ）は非合焦状態を、それぞれ示す。
【００２９】
合焦状態での２次像１５０ａ，１５０ｂの間隔をＨ０とし、非合焦状態での２次像１５０ａ，１５０ｂの間隔をＨ１（≠Ｈ０）とする。間隔Ｈ０およびＨ１の情報は、光電変換素子１０５から得られる信号を焦点演算回路１１４内でＡ／Ｄ変換および演算することによってシステムコントローラ１１５に与えられる。このようにして得られた２次像の間隔Ｈ０とＨ１の差△Ｈ（＝Ｈ１−Ｈ０）は公知のようにデフォーカス量の関数となる。この差△Ｈを基にレンズ系制御回路１１３を介して焦点調節レンズ１０２ａを動作させることで、正確な焦点調節動作が行われる。
【００３０】
以上のフローおよびカメラ動作を改めて説明する。ユーザーが電源をＯＮした後の撮像準備状態では、撮像光学系１０２を通した光束は、図１（ａ）に示すように、光学ファインダと光電変換素子１０５上に分割して導かれている。
【００３１】
ユーザーがレリーズボタン１１１の第１ストローク操作をすることで、光電変換素子１０５から得られる信号を焦点演算回路１１４で処理し、処理した信号に基づいてレンズ系制御回路１１３を介して焦点調節レンズ１０２ａを駆動し、合焦動作が行われる。続いて、ユーザーがレリーズボタン１１１の第２ストローク操作をすることで、図１（ｂ）のように、光束分割部材１０４および２次像を光電変換素子１０５上に結ぶための光学要素のうち、撮像光学系１０２から光電変換素子１０５へ向かう光路上に配置されたものが光路外へ退避する。この時、光電変換素子１０５上には焦点の合った被写体像が結像する。この被写体像を取得し、信号処理ユニット１１６で適切な処理がなされた後に表示器１１８にて画像表示されると共に、メモリ１１７に記録保存される。
【００３２】
上記実施例１によれば、容易な構成で、
１）焦点検出用の新たな光電センサを設けることなく、かつ撮像光学系１０２を通過した光束を用いて素早く瞳分割方式により適正な焦点検出および焦点調節を行うことができ、
２）撮像光学系１０２の最終レンズ群の後方（カメラボディ１１２側）に焦点検出光学モジュール（光学素子１０８ａ，１０８ｂなど）を配置するため、レンズ側に特別な処理が不要で、レンズ交換のある一眼レフカメラタイプのデジタルスチルカメラに適し、
３）撮像光束の一部をＰＢＳで構成された光束分割部材１０４で分割して光学ファインダ系に導いているため、高品位の光学式ファインダを得ることが可能であり、
４）光束分割部材１０４で入射光束の偏光成分によって該光束を反射もしくは／及び透過させるようにしているので、上記特許文献４と比べ、退避する部材を少なくすることが可能であり、装置の小型軽量化と低コスト化に寄与する、
という効果を得ることが出来る。
【実施例２】
【００３３】
図７は本発明の実施例２に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラの概略を示す構成図であり、図７（ａ）は焦点検出状態を、図７（ｂ）は撮像状態を、それぞれ示している。また、図７において、図１と同一の部品には同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
図７において、２０８は光路長差を調節して再結像させるための光学素子、２０９はＴＮ（ツイスティド・ネマチック）型液晶のように印加電圧によって透過する偏光を制御可能な液晶素子である。
【００３５】
撮像状態においては、撮像光学系１０２から光電変換素子１０５へ向かう光路中に配置された光束分割部材１０４、偏光素子１０７および液晶素子２０９が、撮像光学系１０２より光電変換素子１０５へ向かう光路から退避するので、撮像光学系１０２を通して得られた光束が光電変換素子１０５上に第１の被写体像として形成される。
【００３６】
一方、焦点検出状態では、撮像光学系１０２を通して得られた光束が光束分割部材１０４によって分割され、上記実施例１と同様、一方の光束が光学ファインダ側に導かれ、他方の光束が偏光素子１０７ａ，１０７ｂ、光学素子１０８ａ，１０８ｂ、液晶素子２０９および光束分割部材１０４を介して光電変換素子１０５へ導かれる。この時、光電変換素子１０５上に第２の被写体像が形成される。さらに、液晶素子２０９を動作させることで、再結像のための光学素子２０８を通して、光電変換素子１０５上に第３の被写体像が形成される。
【００３７】
次に、図８を用いて、上記の第２の被写体像および第３の被写体像を形成する方法について詳述する。
【００３８】
液晶素子２０９は例えばＴＮ型液晶を用いることが出来る。以下の説明ではＴＮ型液晶を例にとって説明を行うが、電圧等で偏光状態を制御可能な素子であれば本実施例２は適用可能である。よく知られているように、ＴＮ型液晶においては、電圧を印加しない状態では、ネマティック液晶を９０度ツイストした状態にあり、旋光性を示す。
【００３９】
図８（ａ）においては、光束分割部材１０４を透過したＰ偏光の光束１４２がＴＮ型の液晶素子２０９を透過することでＳ偏光の光束１４３になる。この時、明らかにＴＮ型の液晶素子２０９は１／２波長板として機能することになるので、上記の実施例１において述べたように、光束１４３は偏光素子１０７ａ，１０７ｂ、光学素子１０８ａ，１０８ｂおよび光束分割部材１０４を介して第２の被写体像として光電変換素子１０５上に形成される。
【００４０】
次に、ＴＮ型の液晶素子２０９に電圧を印加した場合を考える。この時、該液晶素子２０９においては、ネマティック液晶は電界方向に結晶の向きが揃うために旋光性を示さなくなる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、光束分割部材１０４を透過したＰ偏光の光束１４２は液晶素子２０９を透過してＰ偏光の光束１４３になる。上記実施例１でも述べたように、偏光素子１０７ａは光束分割部材１０４と同じ特性をもっているので、Ｐ偏光の光束１４３は透過する。すなわち、大部分の光束は偏光素子１０７ａを透過して光束２４０となる。この光束２４０は、光束分割部材１０４と光電変換素子１０５の間に設けられ、撮像状態時に退避する光学素子である液晶素子２０９、偏光素子１０７ａにより光路長差を調節され、撮像光学系１０２による像を光電変換素子１０５上に結像させる再結像レンズ２０８によって光電変換素子１０５上に第３の被写体像として形成される。
【００４１】
上記したデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図とその動作シーケンスを、図９および図１０を用いて説明する。上記実施例１との差は、液晶素子２０９を駆動することで第３の被写体像を光電変換素子１０５上に形成可能なことである。以下、第３の被写体像の活用に限って述べる。
【００４２】
上記実施例１と同様の動作によってデジタルカメラは撮像準備操作の待機状態（＃１２１）となる。この時、液晶素子２０９には電圧が印加されていない。システムコントローラ１１５は操作検出部１１９を介してＳＷ１信号を検出した場合（＃１２１のＹＥＳ）、第２の被写体像が光電変換素子１０５上に形成されている。そこで、該光電変換素子１０５から得られる信号を焦点演算回路１１４にて演算処理して、例えば特許文献３に開示されている方法（瞳分割方式）を用いて焦点検出を行う（＃１２３ａ）。そして、上記の焦点検出から得られた結果を基にレンズ系制御１１３を用いて焦点調節レンズ１０２ａを駆動する（＃１２５ａ）。
【００４３】
次に、システムコントローラ１１５は液晶素子２０９に電圧を印加して第３の被写体像を光電変換素子１０５上に形成する。そして、該光電変換素子１０５から得られる信号を基に、焦点演算回路１１４を動作させて、例えば特許文献２に開示されている方法（コントラスト検出（ＴＶ−ＡＦ）方式）を用いて焦点検出を行う（＃１２３ｂ）。次いで、上記焦点検出から得られたそれぞれの結果を基に、デフォーカス量が許容値以下になるまでレンズ系制御１１３を用いて焦点調節レンズ１０２ａを駆動する（＃１２４→＃１２５ｂ→＃１２４……）。
【００４４】
その後、合焦状態に達したと判定すると（＃１２４のＹＥＳ）、液晶素子２０９への電圧を印加しない状態にした後、表示器１１８にて合焦表示を行う（＃１２６）。以下の動作は実施例１と同様であるので、その説明は省略する。
【００４５】
以上に述べたように、本実施例２によると、簡単な構成で、特許文献３に開示されている方法（瞳分割方式）と特許文献３に開示されている方法（コントラスト検出（ＴＶ−ＡＦ）方式）を併用することが可能である。コントラスト検出では、既に述べたように、焦点状態から大きく離れた状態においては焦点検出に時間がかかるという欠点が指摘されている。すなわち、図１１に示すような、焦点レンズ位置とコントラストの関係を持つ被写体に対して、Ｂ点を基準にＴＶ−ＡＦ方式を用いた場合は探索効率がよいが、Ａ点やＣ点を基準にして探索を行うと効率を低下させる、真の合焦位置へ至らない、といった問題が発生する可能性がある。
【００４６】
本実施例２によると、瞳分割方式を用いて真の合焦点近傍に焦点調節レンズ１０２ａを位置させることが可能であるので、上記のような問題が発生する可能性が極めて小さく、効率的に合焦へ至ることが可能となる。また、瞳分割方式においては、従来専用の光電センサが必要であった。本実施例２によると、撮像を行うための光電変換素子１０５を焦点検出用として利用しているので、低コスト化、小型化に寄与する。
【００４７】
上記実施例２によれば、容易な構成で、
１）焦点検出用の新たな光電センサを設けることなく、かつ撮像光学系１０２を通過した光束を用いて素早く瞳分割方式により適正な焦点検出および焦点調節を行うことができ、
２）撮像光学系１０２の最終レンズ群の後方（カメラボディ１１２側）に焦点検出光学モジュール（光学素子１０８ａ，１０８ｂなど）を配置するため、レンズ側に特別な処理が不要で、レンズ交換のある一眼レフカメラタイプのデジタルスチルカメラに適し、
３）撮像光束の一部をＰＢＳで構成された光束分割部材１０４で分割して光学ファインダ系に導いているため、高品位の光学式ファインダを得ることが可能であり、
４）光束分割部材１０４で入射光束の偏光成分によって該光束を反射もしくは／及び透過させるようにしているので、上記特許文献４と比べ、退避する部材を少なくすることが可能であり、装置の小型軽量化と低コスト化に寄与する、
５）瞳分割方式とコントラスト検出方式を併用することで、効率よく焦点を探索可能である、
という効果を得ることが出来る。
【実施例３】
【００４８】
図１２は本発明の実施例３に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラの概略を示す構成図であり、図１２（ａ）は焦点検出状態を、図１２（ｂ）は撮像状態を、それぞれ示している。また、図１２において、図１と同一の部品には同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
撮像状態においては、撮像光学系１０２から光電変換素子１０５へ向かう光路中に配置された光束分割部材１０４、偏光素子１０７および１／２波長板１０９は、撮像光学系１０２より光電変換素子１０５へ向かう光路から退避して、撮像光学系１０２を通して得られた光束が光電変換素子１０５上に第１の被写体像として形成される。
【００５０】
一方、焦点検出状態では、撮像光学系１０２を通して得られた像を光束分割部材１０４によって分割し、一方の光束を光学ファインダに導き、他方を偏光素子１０７ａ，１０７ｂ、光学素子１０８ａ，１０８ｂ、１／２波長板１０９および光束分割部材１０４を用いて光電変換素子１０５へ導く。この時、光電変換素子１０５上に焦点状態を検出するための第２の被写体像が形成される。
【００５１】
この実施例３においては、撮像光学系１０２と光束分割部材１０４の間に、１／４波長板３０１を具備している。光束分割部材１０４の前段側のいずれかの位置に１／４波長板３０１を設ければ、本実施例３の効果が得られるが、本実施例３では、撮像レンズを交換可能な一眼レフタイプのデジタルスチルカメラにより好適な例として、撮像光学系１０２と光束分割部材１０４の間に１／４波長板を備えた場合について述べる。
【００５２】
本実施例３の電気的構成および動作シーケンスは、上記実施例１に示した例と同じであるのでその詳細は省略する。以下、本実施例３の説明においては、１／４波長板３０１を備えたことによる効果について詳述する。
【００５３】
図１３は特定の偏光成分が支配的な被写体が形成される例である。図１３において、３０２は屈折率の異なる界面を、３０３および３０４は被写体を、それぞれ示している。例えば図１３は、水面に街路樹や山が写った状態を示している。
【００５４】
図１３において、被写体３０３からの入射角がブリュースター角に近づくと、被写体３０３のＰ偏光はほぼ全て界面３０２を透過する。よって、反射光はＳ偏光成分のみを持つ光束になる。この時、図１３に示すようなカメラ位置で撮像を行うと、光学ファインダには水面に写った街路樹や山が見えている。ユーザーが水面に写った街路樹や山を撮像しようとした場合、後述するが、焦点検出系には被写体３０３の光束が届かないために誤って被写体３０４に自動焦点合わせを行ってしまう可能性がある。
【００５５】
本実施例３においては、１／４波長板３０１の結晶方向を、図１４に示す矢印３０５方向になるようにして挿入する。ユーザーがカメラを使用する多くの場合の構図では、カメラは垂直または水平状態にある。また、前述したような、特定の偏光成分を強くしてしまう界面も、一般的には重力に対して水平または垂直方向に存在している。そこで、図１４の矢印３０５の方向に１／４波長板３０１の結晶方向を向けることで、多くの場合、前述したような誤った被写体に自動焦点合わせを行うような不具合を解消できる。
【００５６】
次に、図１５を用いて１／４波長板３０１によるデジタルスチルカメラ内の光路の変化を述べる。
【００５７】
１／４波長板３０１が存在しない場合、図１５（ａ）に示すように、例えばある被写体からＳ偏光のみがカメラに入射してきた場合には、入射した光束１４０は光束分割部材１０４によってほぼ全て反射され、光学ファインダ側へ向かう光束１４１となる。例えば図１３において、被写体３０３からの光束は光学ファインダ側にのみ導かれることになる。この時、被写体３０３からの光束は明らかに焦点検出に使えない。そのため、その他の被写体に焦点合わせを行うか、その他の被写体からの光量が十分ではないときは自動焦点合わせを行うことが出来ない。
【００５８】
次に、図１５（ｂ）のように、１／４波長板３０１が存在する場合を考える。図１５（ａ）と同様に、ある被写体からＳ偏光のみがカメラに入射してきた場合、入射した光束１４０ａは１／４波長板３０１によって円偏光の光束１４０ｂになる。その後、光束分割部材１０４に入射すると、被写体からの光束は光学ファインダ側に向かう光束１４１と焦点検出系に向かう光束１４２に分割される。このように１／４波長板３０１を用いることで、特定の偏光が支配的な被写体に対しても安定して自動焦点合わせを行うことが出来る。
【００５９】
上記実施例３によれば、容易な構成で、
１）焦点検出用の新たな光電センサを設けることなく、かつ撮像光学系１０２を通過した光束を用いて素早く瞳分割方式により適正な焦点検出および焦点調節を行うことができ、
２）撮像光学系１０２の最終レンズ群の後方（カメラボディ１１２側）に焦点検出光学モジュール（光学素子１０８ａ，１０８ｂなど）を配置するため、レンズ側に特別な処理が不要で、レンズ交換のある一眼レフカメラタイプのデジタルスチルカメラに適し、
３）撮像光束の一部をＰＢＳで構成された光束分割部材１０４で分割して光学ファインダ系に導いているため、高品位の光学式ファインダを得ることが可能であり、
４）光束分割部材１０４で入射光束の偏光成分によって該光束を反射もしくは／及び透過させるようにしているので、上記特許文献４と比べ、退避する部材を少なくすることが可能であり、装置の小型軽量化と低コスト化に寄与する、
５）特定の偏光成分を強く含む被写体に対しても適切に焦点合わせを行うことが出来る、
という効果を得ることが出来る。
【００６０】
以上の実施例１〜３によれば、撮像光学系１０２を通して入射する光束の偏光成分によって該光束を反射、透過させる機能を有する光束分割部材１０４を備え、該光束分割部材１０４を透過した光束が少なくとも１回は該光束分割部材１０４により反射された後に光電変換素子１０５上に結像する構成にし、一つの光電変換素子１０５で瞳分割方式による焦点検出と撮像を可能とするため、焦点検出用に高価な光電変換素子を用いる必要が無く、デジタルカメラの小型化、低コスト化に寄与する。
【００６１】
また、上記の効果に加え、図１２のように液晶素子２０９を備え、該液晶素子２０９に電圧を印加することで、瞳分割方式とコントラスト検出方式を切り換えることが可能となり、自動焦点合わせの高速化および高精度化が容易となる。
【００６２】
さらには、図１４の矢印３０５の方向に結晶方向を持つ１／４波長板３０１を具備することにより、特定の偏光成分が強く含まれる被写体を撮像するような状況下においても、安定して自動焦点合わせが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラの概略を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラの撮像シーケンスを示すフローチャーチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラの要部模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラにおいて第２の被写体像の結像状態を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラにおいて第２の被写体像と焦点の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係わるデジタルカメラの概略を示す構成図である。
【図８】本発明の実施例２に係わるデジタルカメラにおいて第２および第３の被写体像を結像する状態を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に係わるデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例２に係わるデジタルカメラの撮像シーケンスを示すフローチャーチャートである。
【図１１】本発明の実施例２に係わるデジタルカメラにおいて焦点調節レンズとコントラストの関係を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施例３に係わるデジタルカメラの概略を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施例３に係わる特定の偏光が支配的な被写体の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施例３に係わるデジタルカメラにおいて１／４波長板の設置方向を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施例３に係わるデジタルカメラにおいて１／４波長板がない場合とある場合の光路を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０２      撮像光学系
１０２ａ    焦点調節レンズ
１０４      光束分割部材（光束分割手段）
１０５      光電変換素子（撮像手段）
１０６      光学ローパスフィルタ
１０７ａ    偏光素子（偏光手段）
１０７ｂ    偏光素子（偏光手段）
１０８ａ    光学素子
１０８ｂ    光学素子
１０９      １／２波長板（偏光手段）
１１０      プリズム
１１３      レンズ系制御回路
１１４      焦点演算回路
１１５      システムコントローラ
１１６      信号処理ユニット
１１７      メモリ
１１８      表示器
１１９      操作検出部
２０８      再結像レンズ
２０９      液晶素子（偏光手段）
２１０      液晶駆動回路
３０１      １／４波長板（光学素子）
３０２      屈折率境界面
３０３      界面に反射して見える被写体
３０４      界面を透過して見える被写体
３０５      １／４波長板の結晶方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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