(57)【要約】    【課題】素早く焦点調節を行うことができ、さらに焦点調節を行うための光検出素子やハーフミラー等の光学部材によるコストアップを生じることなく、焦点調節を行うことができるデジタルカメラを提供する。    【解決手段】スプリットプリズム２によって入射光束を２方向に偏向し、その光束によって結像される２つの像を撮像素子３において検出し、検出した像位置によって求められる像ずれ量により、撮影レンズ１による被写体像の焦点調節状態を演算して、撮影レンズ１を合焦位置に移動する。撮影時には、スプリットプリズム退避装置７によってスプリットプリズム２を撮影レンズ１の光軸から退避させることにより、スプリットプリズム２を光学的に無効化する。【選択図】図１
2005164983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズから入射される光束による被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像レンズと撮像素子との間の光路中に配置され、入射光束をスプリットプリズム法を用いて２方向に偏向する偏向手段と、
前記偏向手段により２方向に偏向された光束による２つの像の前記撮像素子上での像位置に基づいて、前記被写体像の焦点調節状態を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された焦点調節状態に基づいて前記撮像レンズを合焦位置に移動する焦点調節手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】
請求項１のデジタルカメラにおいて、
前記偏向手段を光学的に無効化する無効化手段を備え、該無効化手段による無効化後に、前記撮像素子を用いて前記撮像レンズからの光束を撮像することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項３】
請求項２のデジタルカメラにおいて、
前記無効化手段は、前記偏向手段を前記撮像レンズの光軸から退避させることにより、前記偏向手段を光学的に無効化することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項４】
請求項３のデジタルカメラにおいて、
前記偏向手段は、前記撮像素子の全面を覆う大きさの透明平行平板と一体的に形成された光学スプリットプリズムであることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項５】
請求項２のデジタルカメラにおいて、
前記偏向手段は、前記入射光束について、その偏向前の方向に対して偏向後の方向がなす偏角を制御することにより、その偏向方向を変化させる可変偏角プリズムを有し、
前記無効化手段は、前記偏角を実質的にゼロとすることにより、前記偏向手段を光学的に無効化することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項６】
請求項５のデジタルカメラにおいて、
前記偏向手段は、前記撮像レンズからの光束を２方向に偏向するとき、その撮像レンズにおけるＦ値に応じて前記可変偏角プリズムによる偏角を調節することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項７】
請求項６のデジタルカメラにおいて、
前記偏向手段は、前記Ｆ値が小さいほど、前記偏角を大きくすることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかのデジタルカメラにおいて、
前記可変偏角プリズムは、液晶を用いて電気的に前記偏角を制御する液晶プリズムであることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項９】
請求項５〜７のいずれかのデジタルカメラにおいて、
前記可変偏角プリズムは、対向する一対の透明板と、その透明板の間に充填された液体とを有し、前記一対の透明板の対向する角度を制御することにより、前記偏角を制御する液体プリズムであることを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラにおいて、撮影光学系における被写体像の焦点調節状態を検出し、撮影レンズを合焦状態に調節する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラにおける焦点調節状態の検出方法として、撮像素子により得られた画像データのコントラスト値を用いるコントラスト検出法が一般に広く知られている（たとえば、特許文献１）。また、ピント面に配置されたマイクロスプリットプリズムアレイを用いて被写体像をピント面からのデフォーカス量に応じて分割し、その像ずれ量を検出することにより、焦点調節状態を検出する装置も知られている（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１９２５０号公報
【特許文献２】特開２００２−１９１０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるコントラスト検出法を用いた場合、撮影レンズのデフォーカス量を定量的に検出できないため、焦点位置を変えつつ、少なくとも３回以上、一般には５回以上の画像取得を行って、それぞれの画像により計算されるコントラスト値を比較する必要がある。したがって、焦点調節状態の検出に時間がかかっている。また、特許文献２に開示される装置では、撮影用の撮像素子と光学的に等価な位置に、像ずれ量を検出するための光検出素子を別に備える必要がある。さらに、撮影レンズから入射される光を撮影用の撮像素子側と光検出素子側とに分割するために、ハーフミラー等も必要となる。したがって、コストアップが生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明によるデジタルカメラは、撮像レンズから入射される光束による被写体像を撮像する撮像素子と、撮像レンズと撮像素子との間の光路中に配置され、入射光束をスプリットプリズム法を用いて２方向に偏向する偏向手段と、偏向手段により２方向に偏向された光束による２つの像の撮像素子上での像位置に基づいて、被写体像の焦点調節状態を演算する演算手段と、演算手段により演算された焦点調節状態に基づいて撮像レンズを合焦位置に移動する焦点調節手段とを備えるものである。
請求項２の発明は、請求項１のデジタルカメラにおいて、偏向手段を光学的に無効化する無効化手段を備え、該無効化手段による無効化後に、撮像素子を用いて撮像レンズからの光束を撮像するものである。
請求項３の発明は、請求項２のデジタルカメラにおいて、無効化手段は、偏向手段を撮像レンズの光軸から退避させることにより、偏向手段を光学的に無効化するものである。
請求項４の発明は、請求項３のデジタルカメラにおいて、偏向手段は、撮像素子の全面を覆う大きさの透明平行平板と一体的に形成された光学スプリットプリズムである。
請求項５の発明は、請求項２のデジタルカメラにおいて、偏向手段は、入射光束について、その偏向前の方向に対して偏向後の方向がなす偏角を制御することにより、その偏向方向を変化させる可変偏角プリズムを有し、無効化手段は、偏角を実質的にゼロとすることにより、偏向手段を光学的に無効化するものである。
請求項６の発明は、請求項５のデジタルカメラにおいて、偏向手段は、撮像レンズからの光束を２方向に偏向するとき、その撮像レンズにおけるＦ値に応じて可変偏角プリズムによる偏角を調節するものである。
請求項７の発明は、請求項６のデジタルカメラにおいて、偏向手段は、Ｆ値が小さいほど、偏角を大きくするものである。
請求項８は、請求項５〜７のいずれかのデジタルカメラにおいて、可変偏角プリズムは、液晶を用いて電気的に偏角を制御する液晶プリズムである。
請求項９は、請求項５〜７のいずれかのデジタルカメラにおいて、可変偏角プリズムは、対向する一対の透明板と、その透明板の間に充填された液体とを有し、一対の透明板の対向する角度を制御することにより、偏角を制御する液体プリズムである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、偏向手段によって入射光束を２方向に偏向し、その光束による２つの像を撮像素子において検出し、検出した像位置によって求められる像ずれ量により、撮像レンズによる被写体像の焦点調節状態を演算して、撮像レンズを合焦位置に移動することとした。このようにしたので、１回の像検出によって素早く焦点調節を行うことができる。また、撮像素子において検出した像の像ずれ量を用いることとしたので、焦点調節を行うための光検出素子やハーフミラー等の光学部材が不要となる。そのため、これらの光学部材によってコストアップを生じることなく、焦点調節を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明の一実施形態によるデジタルカメラの構成を示す図である。図１に示すデジタルカメラは、撮影レンズ（対物レンズ）１、スプリットプリズム２、撮像素子３、レンズ駆動装置６、スプリットプリズム退避装置７、演算制御装置８、およびメモリ９を有している。撮影レンズ１からは、被写体からの光束が入射される。スプリットプリズム２は、撮影レンズ１と撮像素子３の間の光路中に配置されており、一対のプリズムが撮影レンズ１の光軸で交差するように組み合わされている。
【０００８】
撮影レンズ１から入射された光束は、スプリットプリズム２により２方向に偏向され、それによって撮像素子３上にそれぞれ像が結像される。なお、理解を容易にするため、図１では入射光束の一部分を光束４および５と表し、その光束４と５がそれぞれ異なる２方向へ偏向されて結像が行われている様子を示している。しかし、実際には入射光束の全体がスプリットプリズム２により２方向に偏向され、それによって撮像素子３上に２つの像が結像される。これ以降で行う説明および図示についても、同様である。
【０００９】
上記のようにして結像された像の位置が、撮像素子３において検出される。このとき、撮影レンズ１からの入射光束による被写体像のデフォーカス量（以下、単にデフォーカス量という）に応じて、像の位置にずれが生じる。したがって、この像ずれ量（図中にｄと示す）を求めることにより、デフォーカス量、すなわち焦点調節状態を計算して、撮影レンズ１を合焦位置に移動することができる。なお、スプリットプリズム２とそれによって生じる像ずれとの関係は、一般的な一眼レフカメラにおいて用いられるスプリットプリズムスクリーンと同様のものである。
【００１０】
撮像素子３は、撮影レンズ１からの入射光束による被写体像を撮像するための撮像用素子であり、たとえばＣＣＤなどが用いられる。また、前述のように、スプリットプリズム２で偏向された光束によって生じる像の位置を検出する。撮像素子３によって撮像または検出されたこれらの情報は、演算制御装置８に出力される。演算制御装置８は、撮像された被写体像に対して所定の画像処理を行った後、メモリ９にその画像データを記録する。メモリ９には、たとえば、コンパクトフラッシュ（登録商標）などが用いられる。
【００１１】
また、撮像素子３によって検出された像位置に対しては、その像ずれ量を算出することにより、焦点調節状態を演算する。演算された焦点調節状態に基づいて、レンズ駆動装置６に対して駆動制御信号を出力する。レンズ駆動装置６は、その駆動制御信号によって撮影レンズ１を焦点調節状態に応じた移動量だけ移動させることにより、撮影レンズ１を合焦位置に移動する。
【００１２】
このようにして撮影レンズ１が合焦位置に移動するのに合わせて、演算制御装置８からスプリットプリズム退避装置７に対して、制御信号が出力される。スプリットプリズム退避装置７は、この制御信号により、スプリットプリズム２を撮影レンズ１の光軸から退避させる。こうしてスプリットプリズム２を光学的に無効化した後、撮影レンズ１から入射された光束による被写体像を撮像素子３において撮像する。以上のようにして実現されるオートフォーカス動作によって撮影レンズ１を合焦状態とし、撮像を行う。
【００１３】
なお、図１において、スプリットプリズム２を撮像素子３よりも大きくしているが、これは説明を容易にするためであって、実際には撮像素子３よりも小さくすることができる。スプリットプリズム２が大型化することにより、分光作用や収差などが発生しやすくなり、また撮影レンズ１の光軸から退避するときの駆動量が大きくなる。したがって、スプリットプリズム２は、デフォーカス量を演算するために必要な像ずれ量を発生させることができる限り、より小型であることが好ましい。
【００１４】
図２は、デフォーカス量と、スプリットプリズム２によって生じる像ずれ量との関係を説明するための図である。図２（ａ）には、デフォーカス状態ａとして、撮影レンズ１の焦点がスプリットプリズム２よりも手前（撮影レンズ１側）にあるときを示している。このとき、撮影レンズ１からの入射光束４，５は、スプリットプリズム２よりも手前で一点に収縮した後、広がりながらスプリットプリズム２に入射され、スプリットプリズム２によって異なる２方向へ偏向されて、撮像素子３に入射される。その結果、撮像素子３において検出される像位置には、像１０ａに示すような像ずれ量ｄ１が生じる。
【００１５】
図２（ｂ）には、デフォーカス状態ｂとして、撮影レンズ１の焦点がスプリットプリズム２の位置にあるときを示している。撮影レンズ１からの入射光束４，５が交差する位置は、スプリットプリズム２の一対のプリズムが交差する位置と等しくなる。この場合、入射光束はスプリットプリズム２によって等しい方向へ偏向された後に、撮像素子３に入射される。その結果、撮像素子３において検出される像位置には、像１０ｂに示すようにほとんど像ずれが生じず、像ずれ量ｄ２はほぼ０となる。
【００１６】
一般的な一眼レフカメラで用いられるスプリットプリズムにおいては、通常はスプリットプリズムの位置がフィルム面と光学的に等価であるため、図２（ｂ）に示すデフォーカス状態ｂのようなときに、撮影レンズが合焦状態となる。しかし、本発明では、図示されるように、スプリットプリズム２の位置と撮像素子３の位置が光学的に等価ではない。そのため、デフォーカス状態ｂでは合焦状態とならず、この状態で撮影を行うと、ピントのずれた被写体像が撮影されることになる。
【００１７】
図２（ｃ）には、デフォーカス状態ｃとして、撮影レンズ１の焦点がスプリットプリズム２よりも後方（撮像素子３側）にあるときを示している。このとき、撮影レンズ１からの入射光束４，５は、狭まりながらスプリットプリズム２に入射され、異なる２方向へ偏向された後に、撮像素子３に入射される。その結果、撮像素子３において検出される像位置には、像１０ｃに示すような像ずれ量ｄ３が生じる。これは、図２（ａ）の状態における像１０ａと比べて、２つの像の位置関係が逆になっている。
【００１８】
以上説明したように、デフォーカス量に応じて異なった像ずれ量が撮像素子３において検出される。そこで、この像ずれ量からデフォーカス量を演算することができる。すなわち、検出された像ずれ量と、あらかじめ設定された合焦状態における像ずれ量（ｄ０と表す）との差分を求めることによって、その差分に対応するデフォーカス量が求められる。このようにして求められたデフォーカス量に応じた移動量だけ撮影レンズ１を移動させることにより、合焦状態とすることができる。
【００１９】
図３は、撮影レンズ１の焦点が合焦状態であるときの様子を示す図である。図３（ａ）には、図２の各図と同様に、スプリットプリズム２が撮像素子３の前面に位置しているときを示している。このとき撮像素子３において検出される像には、スプリットプリズム２の偏角と、スプリットプリズムと撮像素子の距離に応じた像ずれ量が発生し、これが前述の合焦状態における像ずれ量ｄ０に相当する。撮影時には、図３（ｂ）に示すように、スプリットプリズム２を撮像レンズ１の光軸から退避させる。これにより、合焦状態で撮影レンズ１の像が撮像素子３上に結像する。このようにしてスプリットプリズム２を光学的に無効化した後に、撮像素子３を撮像動作させることにより、ピントの合った画像を得ることができる。
【００２０】
撮影後には、退避させたスプリットプリズム２を再度光路中に挿入することによって、図３（ｂ）の状態から（ａ）の状態へと戻し、再びデフォーカス量の演算が可能な状態とする。なお、スプリットプリズム２の退避および挿入動作は、一眼レフカメラなどで一般に用いられているフォーカルプレンシャッターと同様の機構を用いて実現することができる。これにより、フォーカルプレンシャッターと同等の速度での退避が可能となる。
【００２１】
図４は、スプリットプリズム２による像を撮像素子３において検出する動作を説明するための図である。スプリットプリズム２は、互いに異なる２方向へ入射光束をそれぞれ偏向するための一対のプリズム２ａおよび２ｂを有しており、これらは撮像素子３の全面を覆う透明な平行平板１１と一体的に形成されている。すなわち、スプリットプリズム２は、平行平板１１と一体的に形成された光学スプリットプリズムである。
【００２２】
一体化されたスプリットプリズム２と平行平板１１をスライド動作させることにより、前述のスプリットプリズム２の退避および挿入動作を行うことができる。そのため、微細なスプリットプリズム２を用いたときに、スプリットプリズム２と撮像素子３との位置関係を精度よく維持しつつ、退避挿入動作を容易に実現することができる。なお、ここでは平行平板１１を用いてスプリットプリズム２の退避挿入動作を行う例を説明しているが、他の方法を用いてもよく、必ずしもこのようにする必要はない。
【００２３】
プリズム２ａおよび２ｂによって偏角を与えられることにより異なる２方向へ偏向された入射光束４，５は、撮像素子３に到達すると、撮像素子３の画素列１３ａおよび１３ｂ上に、像１２ａおよび１２ｂをそれぞれ形成する。この像１２ａと１２ｂの位置を画素列１３ａおよび１３ｂにより検出し、その像ずれ量から前述のようにしてデフォーカス量を算出することにより、撮影レンズ１による被写体像の焦点調節状態を求めて撮影レンズ１を合焦位置に移動することができる。なお、図４では、撮像素子３上に形成された像１２ａおよび１２ｂをそれぞれ１列の画素列１３ａおよび１３ｂによって検出する例を示しているが、複数の画素列を用いて検出するようにしてもよい。複数の画素列を用いることにより、手ブレや被写体の低コントラスト部による影響などを軽減することができる。
【００２４】
図５は、従来のコントラスト検出法と、上記に説明した本発明の方法とによってそれぞれ焦点調節を行ったときに、撮影レンズ１を合焦状態として撮影を実行するまでに要する時間を比較するための図である。図５（ａ）には、コントラスト検出法を用いたときの撮影レンズ１の位置と経過時間の関係の例を示し、（ｂ）には、本発明の方法を用いたときの例を示している。これらの図において、縦軸に示すレンズ位置は、図の上側に行くほど撮像素子３より遠ざかるものとする。
【００２５】
図５（ａ）と（ｂ）のいずれの場合であっても、ユーザが不図示のレリーズボタンを半押しすることによって焦点調節状態の検出が開始され、その後撮影レンズ１が合焦位置に移動したら、ＡＥ、ＡＷＢ等のレリーズの準備動作を行った後に、レリーズを行って撮影を行うものとする。なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、十分なコントラストを有する静止被写体に対して、最も単純な方法で焦点調節を行う場合を想定しているものとする。
【００２６】
図５（ａ）に示すコントラスト検出法では、レリーズボタンの半押しを開始してから時間ｔ１の間、焦点調節の準備動作を行う。たとえば、撮影レンズ１の初期位置合わせや、撮像素子３のＡＦ用ゲイン調整などを行う。この時間ｔ１は、通常約１００ミリ秒程度である。これにより、撮影レンズ１の位置が、たとえば図示するように開始位置から変化する。次に、時間ｔ２の間、撮影レンズ１の位置を図示するように移動させつつ、撮像素子３において被写体画像信号を検出する。一般に、撮像素子における信号の検出周期（フレームレート）は約１／３０秒（約３３ミリ秒）であり、またコントラスト検出法で正確な焦点合わせを行うためには、最低でも５ヶ所のレンズ位置について被写体画像信号を検出する必要がある。したがって、時間ｔ２は約３３×５＝１６５ミリ秒となる。
【００２７】
次に、検出した被写体画像信号を撮像素子３から読み出し、この信号のコントラストを比較することによって、時間ｔ３の間、デフォーカス量の演算を行う。この処理には通常２フレーム分程度の時間が必要であるため、時間ｔ３は約３３×２＝６６ミリ秒となる。その次に、時間ｔ４の間、演算されたデフォーカス量に応じた移動量だけ撮影レンズ１を移動させ、合焦状態とする。この時間ｔ４は撮影レンズ１の移動量によって異なるが、ここでは図示する焦点位置まで移動するものとし、そのときの時間ｔ４が約５０ミリ秒であるとする。その後、レリーズの準備動作を時間ｔ５の間行う。たとえば、時間ｔ５が２フレーム分の時間であるとすると、この時間ｔ５は３３×２＝６６ミリ秒となる。
【００２８】
コントラスト検出法では、以上説明した処理を順に行った後に撮影が行われる。すなわち、撮影を実行するまでの時間は、およそｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＝４４７ミリ秒である。この時間が、レリーズボタンの半押しを開始してからレリーズ（撮像）が行われるまでのレリーズタイムラグである。
【００２９】
一方、図５（ｂ）に示す本発明の方法では、スプリットプリズム２によって生じる像の像ずれ量を一度検出すればデフォーカス量が演算できる。そのため、コントラスト検出法のように、撮影レンズ１の位置を移動させつつ被写体画像信号を検出する必要がない。したがって、前述の時間ｔ２が図示するように不要となる。それ以外の時間が同程度であるとすれば、本発明の方法におけるレリーズタイムラグは、およそｔ１＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＝２８２ミリ秒となる。このように、本発明の方法を用いることにより、コントラスト検出法に比べて１６５ミリ秒程度の高速化が可能となる。
【００３０】
なお、上記の説明では、コントラスト検出法において被写体画像の検出を５ヶ所のレンズ位置で行うこととしたが、これは最小の場合を想定したものである。たとえば、撮影レンズが望遠側になると、それにつれて像面移動量が大きくなるため、さらに多くの回数の検出が必要となってくる。このような場合には、コントラスト検出法では上記の説明よりもさらに多くの時間がかかることとなる。しかし、本発明の方法では一度の像ずれ量の検出でデフォーカス量を演算できるため、レリーズタイムラグは上記のものより変化しない。したがって、このような場合には、コントラスト検出法に比べて大幅に短い時間で焦点合わせが可能である。
【００３１】
以上説明した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）スプリットプリズム２によって入射光束を２方向に偏向し、結像された２つの像を撮像素子３において検出し、検出した像位置によって求められる像ずれ量により、撮影レンズ１による被写体像の焦点調節状態を演算して、撮影レンズ１を合焦位置に移動することとした。このようにしたので、１回の像検出によって素早く焦点調節を行うことができる。その結果、高速動体への焦点追従などを容易に実現できる。
【００３２】
また、撮像素子３において検出した像の像ずれ量を用いることとしたので、焦点調節を行うための光検出素子やハーフミラー等の光学部材が不要となる。そのため、これらの光学部材によってコストアップを生じることなく、焦点調節を行うことができる。さらに、これらの光学部材による重量増を避けることができ、その上、それらを配置するためのスペースを確保する必要もないため、設計の自由度を増すこともできる。
【００３３】
（２）スプリットプリズム２を光学的に無効化した後に、撮像素子３を用いて撮像を行うこととした。具体的には、スプリットプリズム退避装置７によってスプリットプリズム２を撮影レンズ１の光軸から退避させることにより、スプリットプリズム２を光学的に無効化することとした。このようにしたので、スプリットプリズム２によって被写体像にずれが生じることなく、撮像を行うことができる。
【００３４】
（３）スプリットプリズム２を、撮像素子３の全面を覆う透明な平行平板１１と一体的に形成した光学スプリットプリズムとすれば、これらをスライド動作させることにより、スプリットプリズム２の退避および挿入動作を行うことができる。そのため、微細なスプリットプリズム２を用いたときに、スプリットプリズム２と撮像素子３との位置関係を精度よく維持しつつ、退避挿入動作を容易に実現することができる。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図６は、本発明の第２の実施形態によるデジタルカメラの構成を示す図である。本実施形態では、図１に示す第１の実施の形態と比較して、スプリットプリズム２に代えて液晶プリズム基板１４を有し、スプリットプリズム退避装置７に代えて、液晶プリズム基板１４を制御するための液晶プリズムドライバ１６を有している。これ以外の点については、第１の実施の形態と同じ構成を有しているが、レンズ駆動装置６、演算制御装置８、およびメモリ９については、図６において図示を省略している。
【００３６】
液晶プリズム基板１４は、一対のプリズム部１５を有しており、このプリズム部１５によって、撮影レンズ１からの入射光束を２方向へ偏向させる。このとき、プリズム部１５において、入射光束の偏向前の方向に対する偏向後の方向がなす角（以下、偏角という）を電気的に制御することにより、その偏向方向を変化させることができる。これによって生じる像ずれ量を第１の実施の形態と同様にして検出することにより、デフォーカス量を算出して撮影レンズ１を合焦状態へと移動させる。なお、プリズム部１５における偏角は、液晶プリズムドライバ１６より出力される電気信号によって制御されている。この電気信号は、演算制御装置８から液晶プリズムドライバ１６に対して出力される制御信号に基づいて出力される。
【００３７】
以上説明したように、液晶プリズム基板１４は、液晶を用いて電気的に偏角を制御する液晶プリズムであり、これは偏角を変化させることができる可変偏角プリズムの一種である。たとえば、入力電圧値によって偏角の制御が可能な液晶プリズムが実用化されている。このような液晶プリズムを液晶プリズム基板１４として用い、液晶プリズムドライバ１６から出力する電気信号の電圧値を演算制御装置８によって制御することで、本実施形態の構成を実現することができる。
【００３８】
このようにすることで、液晶プリズム基板１４の入力電圧値を０に近づけて、撮影される画像に影響を与えない程度に、すなわち実質的に、偏角をゼロとすることができる。また、撮影レンズの交換、ズーミング、絞り込みなどによってＦ値が変化した場合には、そのＦ値に応じて偏角を調整することができる。たとえば、Ｆ値が小さいほど偏角を大きくするようにすれば、Ｆ値が小さくなって像面深度が浅くなった場合でも、焦点位置の検出精度を向上させることができる。
【００３９】
図７は、本実施形態における撮影時の様子を示す図である。第１の実施の形態と同様にデフォーカス量に応じて撮影レンズ１を移動させて合焦状態とした上で、液晶プリズム基板１４のプリズム部１５における偏角を前述のように実質的にゼロとすることにより、液晶プリズム基板１４を光学的に無効化する。その後に撮像素子３を用いて撮影を行うことにより、ピントの合った画像を得ることができる。なお、撮影後には、プリズム部１５における偏角を元に戻して、再びデフォーカス量の演算が可能な状態とする。
【００４０】
以上説明した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）偏角を制御して入射光束の偏向方向を変化させる可変偏角プリズムを用いて、入射光束を２方向に偏向し、結像される２つの像を撮像素子３において検出することとした。そして、偏角を実質的にゼロとすることにより、可変偏角プリズムを光学的に無効化した後に、撮像素子３を用いて撮像を行うこととした。具体的には、可変偏角プリズムとして、液晶プリズム基板１４を用いることとした。このようにしたので、スプリットプリズムを撮影レンズ１の光軸から機械的に退避させる必要がなくなり、そのための機構が不要となる。その結果、部品点数の減少によるコストダウンを図ることができ、さらに退避時の動作音、動作衝撃等を防ぐこともできる。その上、カメラの小型軽量化や、動作信頼性の向上を図ることもできる。
【００４１】
（２）撮影レンズ１におけるＦ値に応じて、液晶プリズム基板１４による偏角を調節することとした。このとき、Ｆ値が小さいほど偏角を大きくようにすれば、Ｆ値が小さくなって像面深度が浅くなった場合でも、焦点位置の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
−第３の実施の形態−
図８は、本発明の第３の実施形態によるデジタルカメラの構成を示す図である。本実施形態では、図１に示す第１の実施の形態と比較して、スプリットプリズム２に代えて可変頂角プリズム１７を有し、スプリットプリズム退避装置７に代えて、可変頂角プリズム１７を制御するための可変頂角プリズムドライバ１８を有している。これ以外の点については、第１の実施の形態と同じ構成を有しているが、レンズ駆動装置６、演算制御装置８、およびメモリ９については、上記で説明した第２の実施の形態と同様に、図８において図示を省略している。
【００４３】
可変頂角プリズム１７は、対向する一対の透明板と、その透明板の間に充填された液体とを有しており、それらが一体となってプリズムを形成している液体プリズムの一種である。このような液体プリズムが実用化されている。撮影レンズ１からの入射光束は、可変頂角プリズム１７へ入力され、その可変頂角プリズム１７が形成するプリズムの形状に応じた方向へ偏向される。
【００４４】
可変頂角プリズム１７の一対の透明板は、蛇腹状の固定具によって各辺を固定されており、その固定位置を動かすことによって、対向する角度（以下、頂角という）を制御することができる。この頂角の制御により、プリズムの形状を変化させ、入射光束を偏向させるときの偏角を制御することができる。なお、可変頂角プリズム１７の頂角の制御は、可変頂角プリズムドライバ１８により行われる。可変頂角プリズムドライバ１８は、演算制御装置８から出力される制御信号に基づいて、その制御を行う。
【００４５】
可変頂角プリズム１７によって偏向された入射光束は、図８（ａ）に図示するように、撮像素子３上の同一点に像１０ｄを形成する。このように、可変頂角プリズム１７の頂角を制御しておく。撮像素子３において検出された像１０ｄの位置の情報は、演算制御装置８に送られる。次に、図８（ｂ）に図示するように、（ａ）の状態に比べてプリズム形状が上下逆になるよう、可変頂角プリズム１７の頂角を制御する。このとき撮像素子３において検出された像１０ｅの位置の情報は、演算制御装置８に送られる。
【００４６】
演算制御装置８では、像１０ｄおよび１０ｅの像ずれ量を求め、その像ずれ量により、第１および第２の実施の形態と同様にしてデフォーカス量を算出する。これにより、撮影レンズ１を合焦状態へと移動させる。その上で、図９に示すように、可変頂角プリズム１７の頂角を制御して透明板が平行となるようにする。すなわち、可変頂角プリズム１７を平行平板と同等の状態にする。このようにすると、入射光束に対する偏角を実質的にゼロとすることができる。このとき得られる像１０ｆは、撮影レンズ１の光軸上に位置している。その後に撮像素子３を用いて撮影を行うことにより、ピントの合った画像を得ることができる。なお、撮影後には、可変頂角プリズム１７の頂角を図８（ａ）の状態へと戻して、再びデフォーカス量の演算が可能な状態とする。
【００４７】
なお、以上説明した第３の実施の形態においても、第２の実施の形態で説明したように、Ｆ値に応じて偏角を調整することができる。たとえば、Ｆ値が小さいほど偏角を大きくするようにすれば、Ｆ値が小さくなって像面深度が浅くなるにつれて、焦点位置の検出精度を向上させることができる。
【００４８】
以上説明した第３の実施の形態によれば、可変偏角プリズムとして可変頂角プリズム１７を用いることとしたので、第２の実施の形態と同様の作用効果が得られる。さらには、可変頂角プリズム１７を用いることによって、撮像素子３の全面を覆う大きさの可変偏角プリズムを容易に実現することができる。そのため、撮像素子３の任意の部分を用いて、デフォーカス量を演算するための像ずれ量を検出することができる。
【００４９】
上記の各実施形態では、演算手段を演算制御装置８、焦点調節手段をレンズ駆動装置６によってそれぞれ実現している。また、偏向手段をスプリットプリズム２、液晶プリズム基板１４、または可変頂角プリズム１７のいずれかによって実現し、無効化手段をスプリットプリズム退避装置７、液晶プリズムドライバ１６、または可変頂角プリズムドライバ１８のいずれかによって実現している。しかし、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態によるデジタルカメラの構成を示す図である。
【図２】デフォーカス量とスプリットプリズムによって生じる像ずれ量との関係を説明するための図である。
【図３】撮影レンズの焦点が合焦状態であるときの様子を示す図である。
【図４】スプリットプリズムによる像を撮像素子において検出する動作を説明するための図である。
【図５】従来のコントラスト検出法と本発明の方法によってそれぞれ焦点調節を行ったときに、撮影を実行するまでに要する時間を比較するための図であり、（ａ）はコントラスト検出法で要する時間、（ｂ）は本発明の方法で要する時間をそれぞれ示している。
【図６】本発明の第２の実施形態によるデジタルカメラの構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態における撮影時の様子を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態によるデジタルカメラの構成を示す図である。
【図９】第３の実施形態における撮影時の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１：撮影レンズ            
２：スプリットプリズム
３：撮像素子                    
６：レンズ駆動装置
７：スプリットプリズム退避装置
８：演算制御装置
９：メモリ
１４：液晶プリズム基板
１６：液晶プリズムドライバ
１７：可変頂角プリズム
１８：可変頂角プリズムドライバ
【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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