(57)【要約】    【課題】  撮影光学系からの光束を分割する際に、分割された光束の分光特性を実質的に直進光の分光特性と同一として且つ分割された十分な光量の光により自動焦点検出機能を動作させること等を可能とした撮像装置を提供する。    【解決手段】  デジタルカメラは、撮影光学系１０２、ビームスプリッタ１０３、焦点検出用センサ１１２、偏光フィルタ１１６、ＣＭＯＳ受光センサ１０６を備える。ビームスプリッタ１０３により、撮影光学系１０２で形成された被写体像が結像されるＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束の一部を偏光方向によって分割し、焦点検出用センサ１１２により、ビームスプリッタ１０３で分割された光束を基に焦点検出を行う。偏光フィルタ１１６は、ビームスプリッタ１０３による光束分割により焦点検出用センサ１１２に向かう偏光成分と略同一の偏光成分を除去する。【選択図】      図１
2006126652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系により形成された被写体像を写す予定結像面へ向かう光束の一部を偏光方向によって分割する光束分割手段と、
前記光束分割手段により分割された光束を基に焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記光束分割手段と前記予定結像面の間に配設され、前記光束分割手段による光束分割により前記焦点検出手段に向かう偏光成分と略同一の偏光成分を除去する減光手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光束分割手段は、光入射側に偏光回折格子として形成された光分割機能面を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光束分割手段は、２つのプリズムを光分割機能面で貼り合わせた形状を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光束分割手段は、分割した光束を前記焦点検出手段に向かう光路中で全反射させる面を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光束分割手段は、分割した光束が前記光束分割手段の光射出面に到達するまでに偏光方向を回転させる偏光方向回転手段と、分割した光束を前記焦点検出手段に向かう光路中で全反射させる面とを備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
前記減光手段は、前記光束分割手段の光射出面に付設されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光束分割手段及び前記減光手段を一体として前記予定結像面に向かう光路に対して挿入及び退避させる駆動手段を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光束分割手段と前記撮影光学系との間に配設され特定の偏光成分を円偏光とする偏光成分調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像装置は、カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラを含む群から選択されることを特徴とする請求項１乃至８の何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、撮影光学系を通して取り込んだ光束を複数に分割して受光手段に導き瞳分割方式の焦点検出を行う場合等に適用可能な撮像装置に関する。
【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による焦点検出方式、ビデオカメラ等に用いられているコントラスト検出による焦点検出方式、一眼レフカメラに用いられている瞳分割による焦点検出方式等がある。
【０００３】
三角測距による焦点検出方式は、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等のセンサで受光することにより、その受光位置から被写体までの距離を検出する方式である（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
しかし、三角測距による焦点検出方式をデジタルスチルカメラに適用する場合、撮影光学系と測距光学系とが異なるため、撮影光学系を変倍した場合に測距領域が変化してしまうという欠点がある。
【０００５】
また、コントラスト検出による焦点検出方式は、撮影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することにより、その変化量から焦点検出を行う方式である（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
しかし、コントラスト検出による焦点検出方式は、撮影レンズを動か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、その変化量から焦点状態を検出しているため、例えば合焦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ある。更に、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欠点がある。
【０００７】
また、撮影レンズの瞳分割による焦点検出方式は、撮影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、撮影レンズの焦点状態を検出する方式である（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
また、撮影光学系の絞りの一部を偏光板により構成し、絞りと撮像素子の間に光束の一部をＡＦ用に光路外に導くビームスプリッタと、ビームスプリッタと撮像素子の間に偏光板を備えた光学装置が提案されている。また、該提案においては、第２の実施形態として、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆い、偏光板と偏光ビームスプリッタを同一部品で構成する例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この光学装置においては、絞り羽根がクローズ状態においても、偏光板により構成された部分から透過した光束はＡＦセンサに達することでＡＦを行うことが可能であり、且つビームスプリッタと撮像素子の間に設けられた偏光板により前記光束は遮断されるために、撮像面ではクローズ状態が維持される。光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆った構成においても同様の効果が得られる。
【００１０】
図５０は、上記特許文献１に開示された光学装置の概略の構成を示す図である。
【００１１】
図５０において、９０１は撮影光学系、９０２は写真フィルムやＣＣＤセンサなどであり、可視光に対してのみ感度を有する受光手段、９０３はビームスプリッタである。
【００１２】
受光手段９０２で撮像された画像は、フィルムカメラであれば現像されて写真原版となり、デジタルカラーカメラであれば電子ビューファインダ（ＥＶＦ：Electronic View Finder）に表示されたり、メモリに記録されたり、あるいはプリンタから印刷出力されたりする。
【００１３】
ビームスプリッタ９０３の光分割機能面９０３aには誘電体多層膜が形成され、撮影光学系９０１から射出した物体光の可視光成分のうち５０%を反射し、残りの５０%を透過する。光分割機能面９０３aで反射した光は、ビームスプリッタ９０３の面９０３bで全反射し、面９０３cを通ってビームスプリッタ９０３の外部に射出する。
【００１４】
また、撮影光学系で形成された１次被写体像（物体像）をＣＣＤセンサやＣＭＯＳプロセスコンパチブルのセンサ（以下ＣＭＯＳ受光センサと略称）等の２次元受光センサ上に結像し、光学像を光電変換して物体に関する画像出力を得るデジタル一眼レフカメラに関する例が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
光学機器の一つであるこのデジタル一眼レフカメラには、可視波長域の光量を減少させることなく通過させ、赤外域近くの波長域の光を分割するビームスプリッタが組み込まれている。ビームスプリッタで光路分割された赤外域近くの波長域の光は焦点検出に用いられ、直進した光は撮像に供される。
【００１６】
ビームスプリッタの光分割作用面を焦点検出光束の通る範囲に限定することにより、ビームスプリッタを薄くすることができ、撮影光学系とファインダ光学系へ光路を偏向するミラーとの間の僅かな空間に、カメラを大型化することなくビームスプリッタを配置することが可能となっている。また、ビームスプリッタの分光透過率特性を可視波長域ではほぼ１００%に設定することで、被写体像の撮像に必要な可視波長域の光量を減ずることなく明るく高画質の画像を得ることができる。
【特許文献１】特開平６-１７５０１０公報（第４頁、図１０）
【特許文献２】特開２００３-１４０２４６公報（第３頁、図１）
【特許文献３】特公昭４７−２３９２９号公報
【特許文献４】特公昭３９−５２６５号公報
【特許文献５】特開昭６３−１８３１３号公報（第１頁、図１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記特許文献１に開示された光学装置（図５０）は、焦点検出に必要な光束のみをＡＦセンサに導く構成であるため、ビームスプリッタは小型化が可能である。しかしながら、実際にはビームスプリッタの光分割機能面の大きさを撮像に伴う光束全体をカバーする大きさにしないと、直進光を用いて撮像した画像に輝度ムラが発生し、品位を著しく損ねることになる。また、ビームスプリッタを撮影光学系の瞳面近傍に配置すれば輝度ムラは起き難いが、瞳の中央部を通過する光量が削られるために、画像のコントラストが低下することになって好ましくない。
【００１８】
この光学機器が例えば赤外線カメラの場合には、図５０における受光手段９０２は赤外線に対してのみ感度を有し、ビームスプリッタ９０３の光分割機能面９０３aでは赤外線を分割するように構成する。光分割機能面９０３aを通過した可視光は上述したように１／２に減衰しているので、仮に撮像対象物が均一輝度面であったとすると、受光手段９０２で撮像された画像は、図５１に示すように、中央の暗い領域９１１を挟んで上下に明るい領域９１２及び９１３が形成された画像９１０のようになってしまう。
【００１９】
このような現象は、特に青空や建物の白壁などを撮影した場合に均一輝度であるはずの部分に不自然な輝度差が目立ち、大変品位を損なった画像となって好ましくない。
【００２０】
そこで、図５２に示すように、ビームスプリッタ９０３の前方側に、減光部品９０５a及び９０５bを設けた光学機器が開発されている。該光学機器では、減光部品に空隙が生じた場合は図５３（ａ）に示すような輝度ムラが発生し、減光部品に重複が生じた場合は図５３（ｂ）に示すような輝度ムラが発生する。
【００２１】
また、上記特許文献１に開示された光学装置の第２の実施形態では、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆うために、偏光ビームスプリッタが大型化する。その結果、光学レンズ群と撮像素子の間の寸法を大きくとらなければならず、装置の小型化を測ることが困難である。
【００２２】
次に、上記特許文献２に開示された例について説明する。一般に、撮影光学系を通して取り込んだ光束の光路を複数に分割して受光手段へ導く光学的な構造にあっては、複数に分割された光束の波長特性が実質的に同一であることが、多くの場合、利点を生むことが多い。
【００２３】
上記特許文献２に開示されたカメラでは、ビームスプリッタで分割した赤外域近くの波長域の光を焦点検出に用いるので、焦点検出を正しく機能させるために撮影光学系の収差補正がこの波長域でも成されていることが必要である。
【００２４】
収差補正が不十分である場合には、赤外域近くの光を利用して可視波長域のピントを厳密に合わせることは不可能である。一方、可視波長域に加えて赤外域近くまで収差補正を行おうとすると、特殊なガラスを用いるとか撮影光学系のレンズ構成枚数を増やすといった処置が必要となるため、価格上昇や大型化を引き起こし、好ましくない。特に、一眼レフカメラのように撮影光学系が交換可能で大規模な交換レンズシステムを備えている場合には、交換レンズシステム全体をこのような焦点検出システムに対応させる必要があり、実現は極めて困難といえる。
【００２５】
また、ビームスプリッタで分割した光束を用いて物体輝度の測定を行い撮像露光量を決定する場合についても、焦点検出と類似の現象を生じる。即ち、輝度測定のための波長域が撮像の波長域からずれていると、輝度測定のための波長域に含まれる光エネルギ量から露光のための波長域に含まれる光エネルギを推定することが厳密にはできないことに起因し、物体輝度の測定に基づいて露光量を決定し撮像を行っても、露出アンダーや露出オーバーの撮像結果が起こり得る。
【００２６】
本発明の目的は、撮影光学系からの光束を分割する際に、分割された光束の分光特性を実質的に直進光の分光特性と同一として且つ分割された十分な光量の光により自動焦点検出機能を動作させること等を可能とした撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上述の目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮影光学系により形成された被写体像を写す予定結像面へ向かう光束の一部を偏光方向によって分割する光束分割手段と、前記光束分割手段により分割された光束を基に焦点検出を行う焦点検出手段と、前記光束分割手段と前記予定結像面の間に配設され、前記光束分割手段による光束分割により前記焦点検出手段に向かう偏光成分と略同一の偏光成分を除去する減光手段と、を備えることを特徴とする。
【００２８】
また、前記光束分割手段は、光入射側に偏光回折格子として形成された光分割機能面を備えることを特徴とする。
【００２９】
また、前記光束分割手段は、２つのプリズムを光分割機能面で貼り合わせた形状を有することを特徴とする。
【００３０】
また、前記光束分割手段は、分割した光束を前記焦点検出手段に向かう光路中で全反射させる面を備えることを特徴とする。
【００３１】
また、前記光束分割手段は、分割した光束が前記光束分割手段の光射出面に到達するまでに偏光方向を回転させる偏光方向回転手段と、分割した光束を前記焦点検出手段に向かう光路中で全反射させる面とを備えることを特徴とする。
【００３２】
また、前記減光手段は、前記光束分割手段の光射出面に付設されていることを特徴とする。
【００３３】
また、前記光束分割手段及び前記減光手段を一体として前記予定結像面に向かう光路に対して挿入及び退避させる駆動手段を備えることを特徴とする。
【００３４】
また、前記光束分割手段と前記撮影光学系との間に配設され特定の偏光成分を円偏光とする偏光成分調整手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、光束分割手段と予定結像面の間に、光束分割手段による光束分割により焦点検出手段に向かう偏光成分と略同一の偏光成分を除去する減光手段を設ける。これにより、撮影光学系からの光束を光束分割手段で分割する際に、分割された光束の分光特性を実質的に直進光の分光特性と同一として且つ分割された十分な光量の光により焦点検出機能を動作させること、光分割構造により撮像装置を大型化しないこと、光束分割手段を直進した光に基づいた高品位な画像を得ることを、同時に実現することが可能となる。
【００３６】
また、光束分割手段を２つのプリズムを光分割機能面で貼り合わせた形状とすることで、光束分割手段の製作が容易となると共に、光軸方向の厚みを減少させることが可能となるので、撮像装置の小型化を図ることが可能となる。
【００３７】
また、光束分割手段が、分割した光束を焦点検出手段に向かう光路中で全反射させる面を備えることで、光束を全反射させることで効率良く撮像光束の光路外に導くと共に、撮像装置全体の小型化を実現することが可能となる。
【００３８】
また、光束分割手段が、分割した光束が光射出面に到達するまでに偏光方向を回転させる偏光方向回転手段を備えることで、減光手段において焦点検出手段に向かうべき光束が吸収されないようにすることが可能となる。
【００３９】
また、光束分割手段及び減光手段を一体として予定結像面に向かう光路に対して挿入及び退避させることで、低輝度の被写体に対しても撮影が可能となる。更に、前記の挿入及び退避と同期して等価な光路長を持つ光学部材を退避及び挿入することにより、光束分割手段及び減光手段を光路から退避させて撮像を行う際に、撮影光学系のピントが変動することなく、焦点検出機能を高速に動作させることが可能となる。
【００４０】
また、偏光成分調整手段により特定の偏光成分を円偏光とすることで、特定の偏光成分を強く含む被写体に対しても的確に焦点検出を行うことができると共に焦点が合った撮像が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００４２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【００４３】
図１において、デジタルカメラは、光束分割手段としてのビームスプリッタ１０３、ＣＭＯＳ受光センサ１０６等を備えたデジタルカメラ本体１０１と、撮影光学系１０２を収納するレンズ鏡筒１０５とから大略構成されている。図示のデジタルカメラは、焦点調節を行って電子ビューファインダ（ＥＶＦ）用画像を取り込む状態を示している。
【００４４】
レンズ鏡筒１０５は、被写体像（物体像）を形成するための撮影光学系１０２を収納する。撮影光学系１０２は、エネルギ源と駆動機構（以上不図示）により結像位置を光軸１０４の方向に調節することが可能である。撮影光学系１０２内のフォーカシングレンズを柔軟性のある透明弾性部材や液体レンズで構成し、界面形状を変化させて屈折力を変えることで、物体にピントを合わせることもできる。なお、撮影光学系１０２は、単焦点レンズ、ズームレンズ、あるいはシフトレンズ等から構成してもよく、種々の特性（Ｆナンバー（絞り値）や焦点距離など）を有する他の撮影光学系に交換可能としてもよい。
【００４５】
デジタルカメラ本体１０１は、ビームスプリッタ１０３、２次元型のＣＭＯＳ受光センサ１０６、ディスプレイ装置１０７、画像データを格納するメモリカード１０８、光学ファインダの接眼レンズ１０９、プリンタ等とのデータ通信を行う無線通信装置１１０、シャッタレリーズ釦１１１、焦点検出用センサ１１２、光学ローパスフィルタ１１３、偏光フィルタ１１６を備えている。
【００４６】
ビームスプリッタ１０３は、撮影光学系１０２により形成された被写体像が結像されるＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束の一部を分割する。焦点検出用センサ１１２は、ビームスプリッタ１０３により分割された光束を基に焦点検出を行う。偏光フィルタ１１６は、ビームスプリッタ１０３とＣＭＯＳ受光センサ１０６の間に配設されており、ビームスプリッタ１０３による光束分割により焦点検出用センサ１１２に向かう偏光成分と略同一の偏光成分を除去する。
【００４７】
ビームスプリッタ１０３と光学ローパスフィルタ１１３は、機械的駆動機構（不図示）に係合している。高精細画像の撮像時には、ビームスプリッタ１０３のあった位置に光学ローパスフィルタ１１３が入れ代わって挿入される。ＥＶＦ用画像の取り込み時には、ビームスプリッタ１０３を透過した光束がＣＭＯＳ受光センサ１０６上に投影されるようになっている。
【００４８】
ディスプレイ装置１０７は、デジタルカメラ本体１０１の背面側に取り付けられている。ＣＭＯＳ受光センサ１０６で捉えられた被写体像はディスプレイ装置１０７上に表示される。使用者はＥＶＦとして直接これを観察することができる。
【００４９】
ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、増幅型固体撮像素子の１つであるＣＭＯＳプロセスコンパチブルのセンサである。ＣＭＯＳ受光センサの利点の１つに、エリアセンサ部のＭＯＳトランジスタ、撮像素子駆動回路、Ａ／Ｄ変換回路、画像処理回路といった周辺回路を同一工程で形成できるため、マスク枚数、プロセス工程がＣＣＤと比較して大幅に削減できるという点を挙げることができる。また、ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、任意の画素へのランダムアクセスが可能という特長も有し、画素を間引いた読み出しを行うと高い表示レートで画像のリアルタイム表示を行うことができる。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、この特長を利用し、間引き読み出しによるＥＶＦ用画像出力動作と、全ての画素を読み出す高精彩画像出力動作を行う。
【００５０】
図２は、デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【００５１】
図２において、まず、デジタルカメラにおける被写体像の撮像、記録に関する部分から説明する。デジタルカメラは、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮影光学系１０２、ＣＭＯＳ受光センサ１０６を含む。画像処理系は、Ａ／Ｄ 変換器１３０、ＲＧＢ画像処理回路１３１及びＹＣ処理回路１３２を含む。記録再生系は、記録処理回路１３３及び再生処理回路１３４を含む。制御系は、カメラシステム制御回路１３５、操作検出回路１３６及びＣＭＯＳ受光センサ駆動回路１３７を含む。接続端子１３８は、外部のコンピュータ等に接続して、データの送受信をするための規格化されたものである。これらの電気回路は不図示の小型燃料電池により駆動される。
【００５２】
撮像系は、物体からの光を撮影光学系１０２を介してＣＭＯＳ受光センサ１０６の撮像面に結像する光学処理系であり、撮影光学系１０３の不図示の絞りとメカニカルシャッタを調節し、適切な光量の物体光をＣＭＯＳ受光センサ１０６に露光する。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、正方画素が長辺方向に例えば３７００個、短辺方向に例えば２８００個並べられ、合計約１０００万個の画素数を有する受光素子から構成されており、各画素にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルタを交互に配して４画素が一組となる所謂ベイヤー配列を形成している。
【００５３】
ＲＧＢ画像処理回路１３１は、Ａ／Ｄ 変換器１３０を介してＣＭＯＳ受光センサ１０６ から受けた３７００×２８００画素の画像信号を処理する信号処理回路であり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を行う補間演算回路を備えている。
【００５４】
ＹＣ処理回路１３２ は、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ を生成する信号処理回路であり、高域輝度信号ＹＨを生成する高域輝度信号発生回路、低域輝度信号ＹＬを生成する低域輝度信号発生回路、及び、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ を生成する色差信号発生回路から構成されている。輝度信号Ｙは高域輝度信号ＹＨと低域輝度信号ＹＬを合成することにより形成される。
【００５５】
記録再生系は、メモリへの画像信号の出力と、ディスプレイ装置１０７への画像信号の出力とを行う処理系である。記録処理回路１３３は、メモリへの画像信号の書き込み処理及び読み出し処理を行い、再生処理回路１３４は、メモリから読み出した画像信号を再生してディスプレイ装置１０７に出力する。
【００５６】
また、記録処理回路１３３は、静止画像及び動画像を表わすＹＣ信号を所定の圧縮形式にて圧縮し、圧縮データを読み出した際に伸張する圧縮伸張回路（不図示）を内部に有する。圧縮伸張回路は、信号処理のためのフレームメモリなどを含み、このフレームメモリに画像処理系からのＹＣ信号を１画像毎に蓄積して、それぞれ複数のブロック毎に読み出して圧縮符号化する。圧縮符号化は、例えば、ブロック毎の画像信号を２次元直交変換、正規化及びハフマン符号化することにより行われる。
【００５７】
再生処理回路１３４は、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙをマトリックス変換し、例えばＲＧＢ信号に変換する回路である。再生処理回路１３４ により変換された信号はディスプレイ装置１０７に出力され、可視画像として表示再生される。再生処理回路１３４とディスプレイ装置１０７との間あるいはプリンタ（不図示）との間は、Bluetoothなどの無線通信手段を介して接続されてもよい。このように構成すれば、このデジタルカメラで撮像する画像を離れたところからモニタしたり、撮像した画像をパーソナルコンピュータを介さずに印刷したりすることができる。
【００５８】
制御系は、シャッタレリーズ釦１１１等の操作を検出する操作検出回路１３６と、その検出信号に応動して各部を制御し、撮像の際のタイミング信号などを生成して出力するカメラシステム制御回路１３５と、このカメラシステム制御回路１３５の制御の下でＣＭＯＳ受光センサ１０６を駆動する駆動信号を生成するＣＭＯＳ受光センサ駆動回路１３７ と、光学ファインダ内の情報表示装置やデジタルカメラの外側にある情報表示装置を制御する情報表示回路１４２を含む。
【００５９】
制御系は、外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御し、例えば、シャッタレリーズ釦１１１の押下を検出して、ＣＭＯＳ受光センサ１０６の駆動、ＲＧＢ画像処理回路１３１の動作、記録処理回路１３３の圧縮処理などを制御し、更に情報表示回路１４２により光学ファインダ等に情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態を制御する。
【００６０】
カメラシステム制御回路１３５には、更にＡＦ制御回路１４０とレンズシステム制御回路１４１が接続されている。これらの回路はカメラシステム制御回路１３５を中心にして各々の処理に必要とするデータを相互に通信している。
【００６１】
ＡＦ制御回路１４０は、撮影画面上の所定位置に対応して設定された焦点検出用センサ１１２の焦点検出視野の信号出力を得て焦点検出信号を生成し、撮影光学系１０２の結像状態を検出する。デフォーカス（焦点が外れた状態）が検出されると、これを撮影光学系１０２の一部の要素であるフォーカシングレンズの駆動量に変換し、カメラシステム制御回路１３５を中継してレンズシステム制御回路１４１に送信する。
【００６２】
また、移動する物体に対しては、シャッタレリーズ釦１１１が押下されてから実際の撮像制御が開始されるまでのタイムラグを勘案し、適切なレンズ位置を予測してフォーカシングレンズ駆動量を指示する。物体の輝度が低く十分な焦点検出精度が得られないと判定されるときには、閃光発光装置あるいは白色ＬＥＤや蛍光管（以上不図示）により物体を照明し、不足していた輝度を補う。
【００６３】
レンズシステム制御回路１４１は、フォーカシングレンズの駆動量を受信すると、不図示の駆動機構により撮影光学系１０２内のフォーカシングレンズを光軸Ｌ１方向に移動させて、物体にピントを合わせる。一連のピント調節動作の結果、ＡＦ制御回路１４０により、物体にピントが合ったことが検出されると、検出情報がカメラシステム制御回路１３５に伝えられる。このとき、シャッタレリーズ釦１１１が２段目まで押下されれば、上述のごとく撮像系、画像処理系、記録再生系による撮像制御が成される。
【００６４】
図３は、デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図、図４（ａ）は、ビームスプリッタ１０３の正面図、図４（ｂ）は、ビームスプリッタ１０３の側面図である。
【００６５】
図３及び図４において、ビームスプリッタ１０３とその周辺部分について詳述する。ビームスプリッタ１０３は、撮影光学系１０２を構成するレンズ１０２aと１０２b（不図示）の間に位置する。レンズ１０２aは、フォーカシングレンズであり、光軸１０４方向に移動することでピント調節を行う。
【００６６】
ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、撮影光学系１０２の予定結像面に配設され、ＣＭＯＳ受光センサ１０６のカバーガラス１０６aが封止部材１１５を介して固定されている。このような構成を採ることで、ＣＭＯＳ受光センサ１０６のカバーガラス１０６aに塵が付着する可能性はなく、塵の付着する可能性があるとすれば、レンズ１０２b の入射面となる。ＣＭＯＳ受光センサ１０６の受光面から塵の位置までは十分長いので、レンズ１０２bの入射面に付着した塵が画面に写り込むことはほとんどない。
【００６７】
図５は、デジタルカメラの概略の撮像シーケンスの例を示すフローチャートである。
【００６８】
図５において、デジタルカメラは電源投入に伴い、シャッタレリーズ釦１１１の操作待ち状態、即ち、レリーズ信号待ち状態となり、操作検出回路１３６によりシャッタレリーズ釦１１１の１段目の押下を検出すると（ステップＳ１でＹＥＳ）、ＡＦ制御回路１４０により焦点を検出する（ステップＳ２）。次に、ＡＦ制御回路１４０によりデフォーカスは許容値以下か否かを判定し（ステップＳ３）、許容値以下でない場合はフォーカシングレンズを合焦位置へ駆動し（ステップＳ４）、許容値以下の場合は情報表示回路１４２により合焦表示を行う（ステップＳ５）。
【００６９】
操作検出回路１３６によりシャッタレリーズ釦１１１の２段目の押下を検出すると（ステップＳ６でＹＥＳ）、ＣＭＯＳ受光センサ１０６を用いた撮像（ステップＳ８）及びメモリに対する情報の保存を行った後（ステップＳ９）、再度、レリーズ信号待ち状態に復帰する（ステップＳ１）。操作検出回路１３６によりシャッタレリーズ釦１１１の２段目の押下を検出しない場合は（ステップＳ６でＮＯ）、シャッタレリーズ釦１１１の１段目が押下状態か否かを判定し（ステップＳ７）、１段目が押下状態の場合はステップＳ６へ戻り、１段目が押下状態でない場合はステップＳ１へ戻る。
【００７０】
次に、光束分割手段であるビームスプリッタ１０３について説明する。
【００７１】
ビームスプリッタ１０３は、偏光方向によって光束を分割可能な光分割機能面１０３aを光入射面側に備えている。上記図４は光分割機能面１０３aが偏光回折格子として形成された例を示している。ビームスプリッタ１０３の光入射面は、分割機能面１０３aをその面上に形成する面１０３bで構成され、直進光の射出面は面１０３dに構成されている。面１０３bと面１０３dは平行である。従って、ビームスプリッタ１０３は直進する光に対し平行平板として機能する。
【００７２】
ビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aは、所望の光学特性を得るために例えば特開昭６３−５５５０１号公報に示されているような回折格子型光偏光板をビームスプリッタ１０３の面上に形成したものである。ビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aの分光透過率特性は図６に示す通りであり、Ｐ偏光に対しては可視光領域で透過率が高く、Ｓ偏光に対しては可視光領域で透過率が低い。ビームスプリッタ１０３の面１０３bから入射した光は面１０３cから射出され、１次回折光としてピント検出手段（焦点検出用センサ１１２及び演算回路）へ導かれる。なお、誘電体多層膜では偏光回折格子はできない。
【００７３】
ビームスプリッタ１０３の面１０３cに対向する位置には、焦点検出に使用する光束を集める働きをするコンデンサレンズ（フィールドレンズ）１１４が配置されている。コンデンサレンズ１１４を透過した光が焦点検出用センサ１１２に入射し、これにより焦点検出機能が動作する。
【００７４】
このように、ビームスプリッタ１０３により分割された光束の分光特性を直進光の分光特性と実質的に同一としてあり、この光束により焦点検出機能を動作させる。焦点検出用センサ１１２に入射する分光特性は、ビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aの回折光の分光特性が支配的となるが、回折特性を十分に取れれば透過率が５０%に近づき、十分な光量で且つＣＭＯＳ受光センサ１０６の撮像面に入射する光束と実質的に同一な光束により高精度な焦点検出が可能である。
【００７５】
ビームスプリッタ１０３とＣＭＯＳ受光センサ１０６の間には、いわゆる偏光フィルタ１１６が配設されている。ビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aで回折させた偏光（ここではＳ偏光）を偏光フィルタ１１６により遮断する。好適な偏光フィルタ１１６の分光透過率特性を図７に示す。
【００７６】
次に、焦点検出用センサ１１２について説明する。
【００７７】
図８は、焦点検出用センサ１１２による焦点検出視野を示す図である。
【００７８】
図８において、１２０は、デジタルカメラの撮像範囲を観察範囲としたファインダ視野、１２１−１〜１２１−９は、焦点検出視野である。焦点検出視野は撮像範囲の中央付近に設定すると使い勝手がよいデジタルカメラとなる。縦方向の画素列により構成された焦点検出視野は、縦方向の輝度分布に対して感度があるので、例えば横線に対する焦点検出が可能である。他方、横方向の画素列により構成された焦点検出視野は、横方向の輝度分布に対して感度があるので、例えば縦線に対する焦点検出が可能である。実際の焦点検出用センサ１１２は、図９に示すように構成される。
【００７９】
図９は、焦点検出用センサ１１２の構成を示す平面図である。
【００８０】
図９において、１１２−１〜１１２−９は、図８の焦点検出視野１２１−１〜１２１−９を構成する画素列である。
【００８１】
図１０は、焦点検出用センサ１１２の画素部の構成を示す断面図、図１１（ａ）は、焦点検出用センサ１１２の１画素の光電変換部の構成を示す平面図、図１１（ｂ）は、焦点検出用センサ１１２の１画素の構成を示す平面図である。
【００８２】
図１０及び図１１において、光１６０は、図１０では上方から焦点検出用センサ１１２に入射し、図１１（ａ）、（ｂ）では紙面手前方向から焦点検出用センサ１１２に入射する。焦点検出用センサ１１２は、オンチップ型マイクロレンズを有するＣＭＯＳ型のセンサであり、このマイクロレンズの働きで焦点検出光束のＦナンバー（絞り値）を規定することができる。
【００８３】
１５１は、シリコン基板、１５２Ａと１５２Ｂは、埋め込みフォトダイオードの光電変換部、１５４は、アルミニウムあるいは銅による遮光性を有する第１配線層、１５５は、アルミニウムあるいは銅を用いた第２配線層である。１５６は、シリコン酸化膜、疎水性多孔質シリカ、シリコン酸化窒化膜、あるいはシリコン窒化膜などによる層間絶縁膜とパッシベーション膜、１５８Ａ、１５８Ｂは、マイクロレンズ、１５７は、第２配線層１５５からマイクロレンズ１５８Ａ、１５８Ｂまでの距離を高精度に設定するための平坦化層である。１５５aは、第２配線層１５５の開口部である。
【００８４】
第１配線層１５４と第２配線層１５５は、離散的に設けられた開口を備えた金属膜であり、開口以外は可視光を通さない。第１配線層１５４と第２配線層１５５は、焦点検出用センサ１１２を動作させる電気的な機能と、受光光束の角度特性を制御する光学的な機能を併せ持っている。平坦化層１５７は、熱硬化型の樹脂や紫外線硬化型の樹脂をスピンコートした後にキュアするとか、樹脂フィルムを接着するといった手法で形成する。
【００８５】
図１２及び図１３は、それぞれ、図１１に示した画素を連結して焦点検出に使用するための画素列とした状態を示す平面図及び斜視図である。
【００８６】
図１２及び図１３において、図１２では、光電変換部１５２Ａ、１５２Ｂとマイクロレンズ１５８との位置関係が分かるように両端のマイクロレンズの図示を省略し、光電変換部１５２Ａ、１５２Ｂが見えるように示している。また、図１３では、構成要素のうち、光電変換部１５２Ａ、１５２Ｂ、第１配線層１５４、第２配線層１５５、及びマイクロレンズ１５８を抜き出し、上下方向に分解して示している。１画素の境界を分かりやすくするため、第１配線層１５４上と第２配線層１５５上に光電変換部１５２Ａ、１５２Ｂのジグザグの形状を射影して破線で示している。
【００８７】
図１４及び図１５は、それぞれ、図８に示した焦点検出視野１２１−１の部分断面図である。
【００８８】
図１４及び図１５において、各マイクロレンズ１５８は第１配線層１５４の開口１５４Ａ、１５４Ｂを撮影光学系１０２の射出瞳に逆投影しているので、図１４に示すように光束１３２Ａが第１配線層１５４の開口１５４Ａを通過できるということは、光束１３２Ａが第１配線層１５４の開口１５４Ａの逆投影像から射出して来るということと等価である。同様に、図１５に示すように光束１３２Ｂが第１配線層１５４の開口１５４Ｂを通過できるということは、光束１３２Ｂが第１配線層１５４の開口１５４Ｂの逆投影像から射出して来るということと等価である。
【００８９】
従って、第１配線層１５４の開口１５４Ａ、１５４Ｂの逆投影像以外から焦点検出用センサ１１２に入射した光線は、必ず第１配線層１５４か第２配線層１５５に阻止されて光電変換部１５２Ａ、１５２Ｂまで到達できず、光電変換されることはない。
【００９０】
１つの焦点検出視野を構成する画素列について、光電変換部１５２Ａからの出力信号を配列して得た出力信号波形と、光電変換部１５２Ｂからの出力信号を配列して得た出力信号波形との間には、焦点検出視野上に撮影光学系１０２により形成された被写体像の結像状態に応じて、相対的に横シフトした状態が観測される。これは、撮影光学系１０２の射出瞳上で光束の通過する領域が、光電変換部１５２Ａからの出力信号を配列して得た出力信号波形と、光電変換部１５２Ｂからの出力信号を配列して得た出力信号波形とでは異なるためである。ピントが前に結んだ状態とピントが後に結んだ状態とでは出力信号波形のシフト方向が逆になり、相関演算などの手法を用いてこの位相差（シフト量）を方向を含めて検出するのが焦点検出の原理である。
【００９１】
図１６及び図１７は、それぞれ、ＡＦ制御回路１４０に入力された焦点検出用センサ１１２の非合焦時及び合焦時の出力信号波形を示す図である。
【００９２】
図１６及び図１７において、横軸は画素の並びを、縦軸は出力値を表している。図１６は被写体像にピントが合っていない状態での出力信号波形、図１７は被写体像にピントが合った状態での出力信号波形である。
【００９３】
このように、先ず、一組の信号の同一性を判定することで合焦検知を行うことができる。更に、相関演算を用いた公知の手法、例えば特公平０５-０８８４４５号公報に開示されている手法を用いて位相差を検出することにより、デフォーカス量を求めることができる。得られたデフォーカス量を撮影光学系１０２のフォーカシングレンズを駆動すべき量に換算すれば、自動焦点調節が可能である。フォーカシングレンズを駆動すべき量が予め分かるので、通常、合焦位置までのレンズ駆動は略一回で済み、極めて高速な焦点調節ができる。
【００９４】
図１８は、実際の撮影光束を示す図である。
【００９５】
図１８において、１７３はＣＭＯＳ受光センサ１０６の上端部に入射する撮影光束、１７４はＣＭＯＳ受光センサ１０６の中央部に入射する撮影光束、１７５はＣＭＯＳ受光センサ１０６の下端部に入射する撮影光束である。なお、図１８及び後述の図２２における１０３aで示す範囲は、ビームスプリッタ１０３の面に対する上記回折格子型偏光板の形成範囲を示している。
【００９６】
撮影光束１７４は、ビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aを通過するので、ビームスプリッタ１０３の射出側では、先に図６を用いて説明した光分割機能面１０３aの分光透過特性と物体の分光強度特性と、図７を用いて説明した偏光フィルタ１１６の積で得られる強度分布の光となる。
【００９７】
また、撮影光束１７３及び１７５は、偏光フィルタ１１６を通過するので、ビームスプリッタ１０３の射出側では、先に図７を用いて説明した偏光フィルタ１１６の分光透過特性と物体の分光強度特性の積で得られる強度分布の光となる。
【００９８】
ビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aで反射された偏光成分は、偏光フィルタ１１６により除去されるために、撮影光束１７３、１７５と撮影光束１７４の分光透過率は、図１９（ａ）、（ｂ）の分光透過率特性図に示すように、ほとんど差をなくすことが可能となる。
【００９９】
上記のように、ビームスプリッタ１０３における偏光回折格子として形成された光分割機能面１０３aの存在する部分と存在しない部分とで、略同一の透過率とすることが可能となるので、偏光回折格子のマスキング精度によらず好適な画像が得られる。略均一輝度面の光学像をＣＭＯＳ受光センサ１０６により撮像すると、図２０に示すように略均一な明るさの画像１８０が得られ、特段輝度ムラが発生するわけではなく何ら通常の画像と変わらない撮影結果となる。
【０１００】
仮に、ビームスプリッタ１０３における偏光回折格子として形成された光分割機能面１０３aと偏光フィルタ１１６を用いない場合は、光軸に直交する面に投影した際に光分割機能面１０３a の存在しない部分は１００%に近い透過率を有するとすると、ＣＭＯＳ受光センサ１０６により撮像された物体の画像は、図２１に示すように中央の暗い領域１８１を挟んで上下に明るい領域１８２及び１８３が形成された画像１８４のようになってしまう。偏光回折格子として形成された光分割機能面１０３aと偏光フィルタ１１６を用いて透過率を調整する効果は極めて大きいと言える。
【０１０１】
撮像範囲の輝度を均一化するために、ビームスプリッタ１０３における撮影光学系１０２の光軸に直交する面に光束を投影した際に、ビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aの存在しない部分に、図２２に示すような光分割機能面１０３aと同一の透過特性をもつ減光部品１８０a、１８０bを設けた場合を考える。
【０１０２】
図２２は、ビームスプリッタ１０３の前方側に撮像範囲の輝度均一化のために減光部品１８０a、１８０bを設けた例を示す図である。
【０１０３】
図２２において、減光部品１８０a、１８０bの透過特性は、図６に示したビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aの分光透過率特性と略同一とする。
【０１０４】
この場合、減光部品１８０a、１８０bと光分割機能面１０３aは極めて精密に位置決めされる必要がある。即ち、減光部品１８０a、１８０bと光分割機能面１０３aの間に空隙や重複が存在する場合は、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように撮像範囲の輝度が均一にならず品位を損なった画像となる。また、画像への影響は、装置の小型化を実現するために光分割機能面１０３aを結像面に近づけるほど顕著になる。一般的に、減光部品１８０a、１８０b及び光分割機能面１０３aの製造上や組み立て上の誤差により、画像に影響を与えない程度に精密に組み付けることは容易ではない。
【０１０５】
一方、本実施の形態によると、光分割機能面１０３aの形状や位置精度は画像の輝度に影響を与えることがなく、偏光フィルタ１１６も撮像に用いる光束全体を覆うように十分に大きければよいだけであり、組み付けの精度や部品精度を大きく求められることがない。偏光回折格子として形成された光分割機能面１０３aと偏光フィルタ１１６を用いて撮影光束全体の透過率を決定する効果はきわめて大きいといえる。
【０１０６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、撮影光学系１０２からの光束をビームスプリッタ１０３で分割する際に、分割された光束の分光特性を実質的に直進光の分光特性と同一として且つ分割された十分な光量の光により自動焦点検出機能を動作させること、光分割構造によりデジタルカメラを大型化しないこと、ビームスプリッタ１０３を直進した光に基づいた高品位な画像を得ることを、同時に実現することが可能となる。
【０１０７】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、下記の点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１、図２等）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【０１０８】
図２４は、本実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図、図２５は、デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【０１０９】
図２４及び図２５において、２０３は光束分割手段としてのビームスプリッタであり、プリズムから構成されている。図１と同一の機能を持つ要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図２４及び図２５から明らかなように、本実施の形態と第１の実施の形態との相違はビームスプリッタ２０３の構造であり、以下その部分に絞って説明を行う。
【０１１０】
図２６（ａ）は、ビームスプリッタ２０３の正面図、図２６（ｂ）は、ビームスプリッタ２０３の側面図である。
【０１１１】
図２６において、ビームスプリッタ２０３の光分割機能について詳述する。ビームスプリッタ２０３は、２つのプリズム２０３−１及び２０３−２を光分割機能面２０３aで貼り合せたものである。ビームスプリッタ２０３の光入射面は、プリズム２０３−１の面２０３−１bとプリズム２０３−２の面２０３−２bで構成され、直進光の射出面はプリズム２０３−１の面２０３−１dとプリズム２０３−２の面２０３−２dで構成されている。
【０１１２】
プリズム２０３−１の面２０３−１bとプリズム２０３−２の面２０３−２bとの間の段差や、プリズム２０３−１の面２０３−１dとプリズム２０３−２の面２０３−２dとの間の段差はない。また、プリズム２０３−１の面２０３−１bと面２０３−１dは平行であり、プリズム２０３−２の面２０３−２bと面２０３−２dは平行である。従って、ビームスプリッタ２０３は直進する光に対し平行平板として機能する。
【０１１３】
プリズム２０３−１の面２０３−１bと光分割機能面２０３aとは異なる傾斜角度を有し、プリズム２０３−２の面２０３−２dと光分割機能面２０３aとは異なる傾斜角度を有する。また、プリズム２０３−１の面２０３−１bと光分割機能面２０３aは交差し、プリズム２０３−２の面２０３−２dと光分割機能面２０３aは交差する。
【０１１４】
プリズム２０３−１の面２０３−１bとプリズム２０３−２の面２０３−２bによる光入射面からビームスプリッタ２０３の内部に入射した光束のうち、光分割機能面２０３aで反射した光束は、面２０３−２cから射出する。なお、光分割機能面２０３aはプリズム２０３−１、プリズム２０３−２のいずれの上に形成してもよい。
【０１１５】
ビームスプリッタ２０３をプリズムから構成することで、上述した第１の実施の形態と比べてビームスプリッタ２０３の製作が容易となると共に、光軸方向の厚みを減少させることが可能となるので、装置の小型化に貢献する。また、図２５に示すように光分割機能面２０３aを光軸１０４に対して略４５度に設定することで、プリズム形状を単純化することが可能であり、低コスト化を図ると共に加工精度を向上させることができる。
【０１１６】
ビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３aの分光透過率特性は、図６に示したビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aの分光透過率特性の例と同等の特性をもつものとする。また、ビームスプリッタ２０３とＣＭＯＳ受光センサ１０６の間に設けられる偏光フィルタ１１６の分光透過率特性は、図７に示した分光透過率特性の例と同等の特性をもつものとする。
【０１１７】
上述した第１の実施の形態の説明から明らかなように、本実施の形態においても、光分割機能面２０３aの存在する部分と存在しない部分の輝度を略同一とすることが可能であり、撮影される画像に影響を与えない。
【０１１８】
次に、本実施の形態の変形例として、ビームスプリッタ２０３とＣＭＯＳ受光センサ１０６の結像面との間に設けられる減光手段である偏光フィルタを、ビームスプリッタ２０３の射出面上に設けた場合の例を図２７及び図２８に示す。
【０１１９】
図２７は、デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図、図２８（ａ）は、ビームスプリッタ２０３の正面図、図２８（ｂ）は、ビームスプリッタ２０３の側面図である。
【０１２０】
図２７及び図２８において、ビームスプリッタ２０３の射出面となる２０３-１d及び２０３-２dに、光分割機能面２０３aにより反射される光束と同一の偏光成分を吸収する偏光フィルタ（減光手段）２１６を設ける。本発明を用いることで部品点数の更なる低減による低コスト化と、装置の小型化を図ることが可能である。図２６及び図２７においては減光手段として用いる偏光フィルタを偏光ビームスプリッタ上に形成する例を示したが、偏光回折格子を用いた光学系に対しても上記の例を実施可能なことは明らかである。
【０１２１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、簡単な構成によりＣＭＯＳ受光センサ１０６上での輝度の均一化を実現できるという効果を損なうことなく、更に装置の小型化、低コスト化に寄与することができる。
【０１２２】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、下記の点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１、図２等）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【０１２３】
図２９は、本実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図、図３０は、デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【０１２４】
図２９及び図３０において、３０３は光束分割手段としてのビームスプリッタであり、全反射面を有するプリズムから構成されている。図１と同一の機能を持つ要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図２９及び図３０から明らかなように、本実施の形態と第１及び第２の実施の形態との相違はビームスプリッタ３０３の構造であり、以下その部分に絞って説明を行う。
【０１２５】
図３１（ａ）は、ビームスプリッタ３０３の正面図、図３１（ｂ）は、ビームスプリッタ３０３の側面図である。
【０１２６】
図３１において、ビームスプリッタ３０３の光分割機能について詳述する。ビームスプリッタ３０３は、２つのプリズム３０３−１と３０３−２を光分割機能面３０３aで貼り合せたものである。ビームスプリッタ３０３の光入射面は、プリズム３０３−１の面３０３−１bとプリズム３０３−２の面３０３−２bで構成され、直進光の射出面はプリズム３０３−１の面３０３−１dとプリズム３０３−２の面３０３−２dで構成されている。
【０１２７】
プリズム３０３−１の面３０３−１bとプリズム３０３−２の面３０３−２bとの間の段差や、プリズム３０３−１の面３０３−１dとプリズム３０３−２の面３０３−２dとの間の段差はない。また、プリズム３０３−１の面３０３−１bと面３０３−１dは平行であり、プリズム３０３−２の面３０３−２bと面３０３−２dは平行である。従って、ビームスプリッタ３０３は直進する光に対し平行平板として機能する。
【０１２８】
プリズム３０３−１の面３０３−１bと光分割機能面３０３aとは異なる傾斜角度を有し、プリズム３０３−２の面３０３−２dと光分割機能面３０３aとは異なる傾斜角度を有する。また、プリズム３０３−１の面３０３−１bと光分割機能面３０３aは交差し、プリズム３０３−２の面３０３−２dと光分割機能面３０３aは交差する。
【０１２９】
プリズム３０３−１の面３０３−１bとプリズム３０３−２の面３０３−２bによる光入射面からビームスプリッタ３０３の内部に入射した光束のうち、光分割機能面３０３aで反射した光束は、プリズム３０３−２の面３０３−２bで全反射して、面３０３−２cから射出する。なお、光分割機能面３０３aはプリズム３０３−１、プリズム３０３−２のいずれの上に形成してもよい。
【０１３０】
また、上述した第２の実施の形態に示した例と同様に、図３２及び図３３に示すようにビームスプリッタ３０３に対し、光分割機能面３０３aにより反射される光束と同一の偏光成分を吸収する偏光フィルタ（減光手段）３１６を付設することも可能である。この場合、偏光フィルタ３１６は、プリズム３０３−１とプリズム３０３−２を接合した後にプリズム３０３−１の面３０３−１dとプリズム３０３−２の面３０３−２dにより形成される平滑面上に形成されることが望ましい。
【０１３１】
次に、全反射を用いることによる効果を図３４及び図３５を用いて説明する。
【０１３２】
図３４は、光分割機能面３０３aと光軸１０４のなす角αを示す図、図３５は、光分割機能面３０３aと光軸１０４のなす角αを０度に近づけすぎた例を示す図である。
【０１３３】
図３４及び図３５において、図３４に示す光分割機能面３０３aと光軸１０４がなす角αを考えると、ビームスプリッタ３０３を薄型化するためには、αを０度に近づけることが必要である。一方、図３５に示すようにαを極端に０度に近づけると、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を焦点検出用センサ１１２、コンデンサレンズ１１４が遮断しない用に配置するためには、逆に装置全体が厚くなってしまう。
【０１３４】
また、図３５に示すようにビームスプリッタ３０３（プリズム）からの射出面が被写体側からの入射面となるので、一般的には図３５に示すように光線に対して斜めの射出面となる。このとき、プリズム材質の分散特性により、ビームスプリッタ３０３からコンデンサレンズ１１４を介して焦点検出用センサ１１２に射出する光線が、長波長３１７aや短波長３１７cのように、波長によりいわゆる色分散してしまう。なお、３１７bは長波長３１７aと短波長３１７cの中間の波長である。
【０１３５】
そこで、本実施の形態では、ビームスプリッタ３０３の入射面３０３-２bを利用して光束を全反射させることで効率良く且つＡＦ用の光束を色分散させることなく撮像光束の光路外に導くと共に、装置全体の小型化を実現する。
【０１３６】
ビームスプリッタ３０３の光分割機能面３０３aと光軸１０４のなす角αは、ビームスプリッタ３０３の材質の屈折率を考慮して入射面３０３-２bでの全反射を考えると共に、図８に示した焦点検出用センサ１１２の焦点検出視野の光束をけらないような値に設定し、ビームスプリッタ３０３を適当なプリズム形状に設定する。
【０１３７】
ビームスプリッタ３０３の光分割機能面３０３aの分光透過率特性は、図６に示したビームスプリッタ１０３の光分割機能面１０３aの分光透過率特性の例と同等の特性をもつものとする。
【０１３８】
上述した第１及び第２の実施の形態の説明から明らかなように、本実施の形態においても、ビームスプリッタ３０３の光分割機能面３０３aの存在する部分と存在しない部分の輝度を略同一とすることが可能であり、撮影される画像に影響を与えない。
【０１３９】
次に、本実施の形態の変形例として、ビームスプリッタ３０３の厚みが支配的な場合に有効な例を図３６及び図３７に示す。
【０１４０】
図３６は、ビームスプリッタ（プリズム）３０３内で２度全反射する例を示す図、図３７（ａ）は、ビームスプリッタ３０３の正面図、図３７（ｂ）は、ビームスプリッタ３０３の側面図である。
【０１４１】
図３６及び図３７において、コンデンサレンズ１１４の配置はＣＭＯＳ受光センサ１０６に向かう光束の光路外におかなければならないという制限、全反射回数の制限、及び図８に示した焦点検出用センサ１１２の焦点検出視野の光束をけらないという制限から、ビームスプリッタ３０３の厚みが十分に薄くできない場合がある。このような場合は、図３６及び図３７に示すようにビームスプリッタ３０３のプリズム３０３-２内で更に多くの全反射を行うことで、ビームスプリッタ３０３を薄型化することが可能である。
【０１４２】
なお、図３６及び図３７ではビームスプリッタ３０３のプリズム３０３-２内で２回の全反射を行う例を示したが更に多くの全反射を用いてもよい。
【０１４３】
本実施の形態の場合は、ＡＦ素子へ向かう光束が偏光フィルタ（減光手段）１１６により吸収されないように、偏光フィルタ１１６はビームスプリッタ３０３とは別に設ける。この場合においても、偏光フィルタ１１６とビームスプリッタ３０３のギャップは微小でよく、偏光フィルタ１１６は一般的には薄い部品であるので、ビームスプリッタ３０３の厚みが支配的となっている場合には装置の薄型化に寄与する。
【０１４４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、簡単な構成によりＣＭＯＳ受光センサ１０６上での輝度の均一化を実現できるという効果を損なうことなく、更に装置の小型化、低コスト化に寄与することができる。
【０１４５】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、下記の点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１、図２等）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【０１４６】
図３８は、本実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図、図３９は、デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【０１４７】
図３８及び図３９において、４０３は光束分割手段としてのビームスプリッタであり、全反射面を有し射出面に偏光フィルタを備えたプリズムから構成されている。また、ビームスプリッタ４０３は、光分割機能面４０３aで分割した光束の偏光方向を１８０度変化させる機能を備えている。図１と同一の機能を持つ要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図３８及び図３９から明らかなように、本実施の形態と第１乃至第３の実施の形態との相違はビームスプリッタ４０３の構造であり、以下その部分に絞って説明を行う。
【０１４８】
図４０（ａ）は、ビームスプリッタ４０３の正面図、図４０（ｂ）は、ビームスプリッタ４０３の側面図である。
【０１４９】
図４０において、ビームスプリッタ４０３の基本的な光分割機能については第３の実施の形態で示した通りであるので、説明を省略する。本実施の形態は、光束がビームスプリッタ４０３の光分割機能面４０３aで反射した後、ビームスプリッタ４０３の射出面４０３-２dに到達するまで間に偏光方向を１８０度回転させる波長/２板４０３eを設けた点が特徴である。図４１に波長/２板４０３eの配置を示す。
【０１５０】
図４１は、波長/２板４０３eを矢印方向から見た図である。
【０１５１】
図４１において、４１９は、波長/２板４０３eの光学軸方向を示し、４２０は、光分割機能面４０３aで反射した光束の偏光方位角を示している。波長/２板４０３eは、光分割機能面４０３aで反射した光束に対して作用するように、光分割機能面４０３aで反射した光線方向４１８（図４０（ｂ）参照）から見たときに、光学軸方向４１９が偏光方位角４２０に対して４５度をなすように配置されている。
【０１５２】
次に、波長/２板４０３eの効果について図４２を用いて説明する。
【０１５３】
上述した第３の実施の形態で説明したビームスプリッタ内で多数回の全反射を行う例においては、ビームスプリッタと減光手段を一体構造とした場合に、ビームスプリッタの射出面側に設けられた減光手段により焦点検出用センサ１１２に向かうべき光束までもが吸収されてしまうという問題がある。
【０１５４】
例えば、ビームスプリッタ４０３の光分割機能面４０３aはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射すると仮定する。その場合、偏光フィルタ（減光手段）４１６はＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を吸収するように構成される。
【０１５５】
図４２は、波長/２板４０３eの機能を説明する図である。
【０１５６】
図４２において、ビームスプリッタ４０３の光分割機能面４０３aで反射された光束４２３はＳ偏光が支配的な光束である。ここで全反射を複数回用いると、反射された光束４２３は焦点検出用センサ１１２（図３９参照）に到達する前に、ビームスプリッタ４０３の射出面側に設けられた偏光フィルタ４１６により吸収されてしまう。
【０１５７】
そこで、本実施の形態では、光束がビームスプリッタ４０３の光分割機能面４０３aで反射した後、射出面４０３-２dに到達するまで間に偏光方向を変化させ、ビームスプリッタ４０３の射出面側の減光手段２１６において焦点検出用センサ１１２に向かうべき光束が吸収されないようにしている。つまり、光分割機能面４０３aで反射された光束は、偏光フィルタ４１６に到達する前に波長/２板４０３eによりＳ偏光からＰ偏光にされるため、偏光フィルタ４１６により吸収されることはない。
【０１５８】
次に、本実施の形態の変形例として、波長/２板４０３eとビームスプリッタ４０３を一体化した場合のビームスプリッタ４０３の例を図４３及び図４４を用いて説明する。
【０１５９】
図４３（ａ）は、ビームスプリッタ４０３の正面図、図４３（ｂ）は、ビームスプリッタ４０３の側面図、図４４は、光路差を示す図である。
【０１６０】
図４３及び図４４において、例えば複屈折を持つ光学材料をプリズム４０３-２の材料として用いると共に、図４３（ｂ）の４１８方向から見た場合に光軸方向が４５度をなし、且つ図４４の光路４２４aと光路４２４bにおける常光線と異常光線との光路長差が波長/２となるように形成する。本構成により、ビームスプリッタ４０３の光分割機能面４０３aで反射された光束は減光手段４１６に到達する前にＳ偏光からＰ偏光にされるため、減光手段４１６により吸収されることはない。
【０１６１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、簡単な構成によりＣＭＯＳ受光センサ１０６上での輝度の均一化を実現できるという効果を損なうことなく、更に装置の小型化、低コスト化に寄与することができる。
【０１６２】
［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、下記の点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１、図２等）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【０１６３】
図４５は、本実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成（挿入時）を示す断面図、図４６は、デジタルカメラの構成（退避時）を示す断面図である。
【０１６４】
図４５及び図４６において、５０３は光束分割手段としてのビームスプリッタである。図１と同一の機能を持つ要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図４５及び図４６から明らかなように、本実施の形態と第１乃至第４の実施の形態との相違はビームスプリッタ５０３及び偏光フィルタ（減光手段）５１６を移動可能としたものであり、以下その部分に絞って説明を行う。
【０１６５】
本実施の形態は、ビームスプリッタ５０３及び減光手段５１６を一体化すると共に、不図示の駆動機構（駆動手段）によりビームスプリッタ５０３及び偏光フィルタ５１６を光路に対して挿入（進入）及び退避させることを可能とした点が特徴である。図４５ではビームスプリッタ５０３及び偏光フィルタ５１６が光路中に挿入された状態を示し、図４６ではビームスプリッタ５０３及び偏光フィルタ５１６が光路外に退避した状態を示している。偏光フィルタ５１６は、光路中に挿入された状態では撮影光束の全体を覆うように配置されているが、光路外に退避した状態では撮影光束に対して影響を与えない位置にある。
【０１６６】
ビームスプリッタ５０３が光路外に退避した状態では、撮影光学系１０２からＣＭＯＳ受光センサ１０６までの光路長が変化しないように、光束分割機能面をもたずビームスプリッタ５０３と略同一の光路長と持つ面５０３fが光路に挿入される。本構成により、ビームスプリッタ５０３及び偏光フィルタ５１６を一体として光路に対して挿入及び退避を行っても、焦点の変化が生じることなく輝度のみを変化させることができる。
【０１６７】
例えば非常に低輝度な被写体を撮影したい場合に、上述した第１乃至第４の実施の形態で説明した例では焦点検出用センサ１１２に導く光量を失うために十分な輝度が得られない場合がある。このような場合には、焦点検出はＣＭＯＳ受光センサ１０６のコントラストを利用したいわゆるＴＶ−ＡＦを用いて行い、速度は犠牲にして輝度を優先するというニーズが考えられる。この時、駆動機構（不図示）を動作させて偏光フィルタ５１６を光路外に導くことにより、ＣＭＯＳ受光センサ１０６に入射する光量を増やすことができる。
【０１６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、上述した第１乃至第４の実施の形態の効果に加え、ビームスプリッタ５０３及び偏光フィルタ５１６を光路から退避させて撮像を行う際に、ビームスプリッタ５０３及び偏光フィルタ５１６を退避させても撮影光学系１０２のピントが変動することなく、自動焦点検出機能を高速に動作させることが可能となる。これにより、低輝度な被写体を撮影することが可能となりユーザの利便性に寄与することができる。
【０１６９】
［第６の実施の形態］
本発明の第６の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、下記の点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１、図２等）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【０１７０】
図４７は、本実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【０１７１】
図４７において、５０３は光束分割手段としてのビームスプリッタ、６０１は波長/４板である。図１と同一の機能を持つ要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図４７から明らかなように、本実施の形態と第５の実施の形態との相違は波長/４板６０１を設けた点であり、以下その部分に絞って説明を行う。
【０１７２】
本実施の形態は、ビームスプリッタ５０３と撮影光学系１０２の間に波長/４板６０１を設けた点が特徴である。一般的に自然光中で撮影が行われる状態では、特定の偏光成分を強く含むことはないが、水面やガラスによる反射を写した場合のように特定の偏光成分のみを強く持つ被写体も存在する。このような被写体においては、上述した第１乃至第５の実施の形態の例では、焦点検出用センサ１１２を用いた焦点測定時に、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上または焦点検出用センサ１１２の光量が不十分となる可能性がある。
【０１７３】
図４８は、デジタルカメラにより半反射面６０３越しに被写体６０４を撮影しようとしている場合を示す図である。
【０１７４】
図４８において、半反射面６０３からの反射光は特定の偏光成分を強く含んでいるが、その特定の偏光成分が焦点検出用センサ１１２に導かれているとする。この時、ユーザはデジタルカメラが被写体６０４に対して焦点調整することを期待しているが、焦点検出用センサ１１２へ入射する光が反射光が支配的であるときは、デジタルカメラでは別の被写体６０５に対して焦点調整を行ってしまう。その結果、被写体６０４は焦点の合っていない像となり、ユーザの利便性に寄与しない。
【０１７５】
そこで、本実施の形態では、ビームスプリッタ５０３と撮影光学系１０２の間に波長/４板６０１を設け、焦点検出用センサ１１２へ入射する光が特定の偏光成分を強く含む場合に当該偏光成分を円偏光とすることで、ＣＭＯＳ受光センサ１０６または焦点検出用センサ１１２に入射する光量及び光束に含まれる情報を均一化させる。
【０１７６】
通常、デジタルカメラに対して入射する特定の偏光成分は、光源と偏光成分を強める界面とデジタルカメラの方向により定まるが、デジタルカメラに対して縦または横向きになっていることが多い。図４９の６０２は波長/４板６０１の光学軸方向を示している。波長/４板６０１の光学軸方向６０２をデジタルカメラ本体１０１に対して４５度傾けておくことで、多くの撮影シーンにおいて、ＣＭＯＳ受光センサ１０６と焦点検出用センサ１１２の光量及び光束に含まれる情報を均一化させることができる。
【０１７７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、上述した第１乃至第４の実施の形態の効果に加え、特定の偏光成分を強く含む被写体に対しても的確に焦点検出を行うことができると共に焦点が合った撮像が可能となる。
【０１７８】
［他の実施の形態］
上記第１乃至第６の実施の形態では、本発明の撮像装置をデジタルカメラに適用した場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、本発明の撮像装置をレンズシャッタカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラ等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【図２】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】デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図５】デジタルカメラの概略の撮像シーケンスの例を示すフローチャートである。
【図６】ビームスプリッタの光分割機能面の分光透過率特性の例を示す図である。
【図７】偏光フィルタの分光透過率特性の例を示す図である。
【図８】焦点検出用センサによる焦点検出視野を示す図である。
【図９】焦点検出用センサの構成を示す平面図である。
【図１０】焦点検出用センサの画素部の構成を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は焦点検出用センサの１画素の光電変換部の構成を示す平面図、（ｂ）は焦点検出用センサの１画素の構成を示す平面図である。
【図１２】図１１に示した画素を連結して焦点検出に使用するための画素列とした状態を示す平面図である。
【図１３】図１１に示した画素を連結して焦点検出に使用するための画素列とした状態を示す斜視図である。
【図１４】図８に示した焦点検出視野の部分断面図である。
【図１５】図８に示した焦点検出視野の部分断面図である。
【図１６】ＡＦ制御回路に入力された焦点検出用センサの出力信号波形を示す図（非合焦時）である。
【図１７】ＡＦ制御回路に入力された焦点検出用センサの出力信号波形を示す図（合焦時）である。
【図１８】実際の撮影光束を示す図である。
【図１９】（ａ）は図１８に示した光束１７４の分光透過率特性の例を示す図、（ｂ）は図１８に示した光束１７３及び１７５の分光透過率特性の例を示す図である。
【図２０】画像上の輝度ムラの発生度合いを示す図である。
【図２１】画像上の輝度ムラの発生度合いを示す図である。
【図２２】ビームスプリッタの前方側に撮像範囲の輝度均一化のために減光部品を設けた例を示す図である。
【図２３】（ａ）は減光部品と光分割機能面の間に空隙が生じた場合の輝度ムラを示す図、（ｂ）は減光部品と光分割機能面の間に重複が生じた場合の輝度ムラを示す図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【図２５】デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【図２６】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図２７】デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【図２８】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【図３０】デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【図３１】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図３２】デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【図３３】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図３４】光分割機能面と光軸のなす角を示す図である。
【図３５】光分割機能面と光軸のなす角を０度に近づけすぎた例を示す図である。
【図３６】ビームスプリッタ（プリズム）内で２度全反射する例を示す図である。
【図３７】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図３８】本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【図３９】デジタルカメラのレンズ鏡筒部分の構成を示す断面図である。
【図４０】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図４１】波長/２板を矢印方向から見た図である。
【図４２】波長/２板の機能を説明する図である。
【図４３】（ａ）はビームスプリッタの正面図、（ｂ）はビームスプリッタの側面図である。
【図４４】光路差を示す図である。
【図４５】本発明の第５の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成（挿入時）を示す断面図である。
【図４６】デジタルカメラの構成（退避時）を示す断面図である。
【図４７】本発明の第６の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【図４８】デジタルカメラにより半反射面越しに被写体を撮影しようとしている場合を示す図である。
【図４９】波長/４板の結晶方向を示す図である。
【図５０】従来例に係る光学機器において輝度ムラが生じる様子を示す図である。
【図５１】画像上の輝度ムラの発生度合いを示す図である。
【図５２】光学機器に輝度ムラ補正のため減光部品を設けた例を示す図である。
【図５３】（ａ）は減光手段に空隙が生じた場合の輝度ムラを示す図、（ｂ）は減光手段に重複が生じた場合の輝度ムラを示す図である。
【符号の説明】
【０１８０】
１０１  デジタルカメラ本体
１０２  撮影光学系
１０３  ビームスプリッタ（光束分割手段）
１０３a  光分割機能面
１０６  ＣＭＯＳ受光センサ
１１２  焦点検出用センサ（焦点検出手段）
１１６  偏光フィルタ（減光手段）
２０３  ビームスプリッタ（光束分割手段）
２０３a  光分割機能面
２１６  偏光フィルタ（減光手段）
３０３  ビームスプリッタ（光束分割手段）
３０３a  光分割機能面
３１６  偏光フィルタ（減光手段）
４０３  ビームスプリッタ（光束分割手段）
４０３a  光分割機能面
４０３e  波長/２板（偏光方向回転手段）
４１６  偏光フィルタ（減光手段）
５０３  ビームスプリッタ（光束分割手段）
６０１  波長/４板（偏光成分調整手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006126652.tif 000006
【図５】
2006126652.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006126652.tif 000009
【図８】
2006126652.tif 000010
【図９】
2006126652.tif 000011
【図１０】
2006126652.tif 000012
【図１１】
2006126652.tif 000013
【図１２】
2006126652.tif 000014
【図１３】
2006126652.tif 000015
【図１４】
2006126652.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2006126652.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2006126652.tif 000020
【図１９】
2006126652.tif 000021
【図２０】
2006126652.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2006126652.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
2006126652.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
2006126652.tif 000050
【図４９】
2006126652.tif 000051
【図５０】
2006126652.tif 000052
【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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