(57)【要約】  【課題】  小型の光束分離用光学部材を備え、かつ撮影画面内での複数の焦点検出領域を設ける。【解決手段】  撮像装置１０１は、被写体像を光電変換する撮像素子１０６と、被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段１０６と、被写体からの光束を撮像素子に向かう光束と焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面１０３ａが設けられた光学部材１０３とを有する。光学部材は、焦点検出手段による焦点検出視野を互いに異ならせる複数の位置に移動可能である。【選択図】  図１
2007101965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を光電変換する撮像素子と、
被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、
被写体からの光束を前記撮像素子に向かう光束と前記焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記焦点検出手段による焦点検出視野を互いに異ならせる複数の位置に移動可能であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体像を光電変換する撮像素子と、
被写体からの光束を前記撮像素子に向かう光束と前記焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記光束分離面が前記撮像素子への光路内に配置される第１の位置および前記光束分離面が前記光路外に配置される第２の位置に移動可能であり、
前記光学部材は、前記第１および第２の位置のそれぞれにおいて前記光路内の光束全体が入射する大きさを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
被写体像を光電変換する撮像素子と、
被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、
被写体からの光束を前記撮像素子に向かう光束と前記焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記光束分離面が前記撮像素子への光路内に配置される第１の位置および前記光束分離面が前記光路外に配置され、該光束分離面以外の部分を被写体からの光束が透過して前記撮像素子に向かう第２の位置に移動可能であることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記光学部材は、前記焦点検出手段による焦点検出視野を互いに異ならせる複数の前記第１の位置に移動可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光学部材を、前記複数の位置のうち選択された焦点検出視野に対応する位置に駆動する駆動手段とを有することを特徴とする請求項１又は４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光学部材のうち前記撮像素子に向かう光束を透過する面に、赤外カットフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光学部材のうち前記撮像素子に向かう光束を透過する面に、ローパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光学部材は、被写体からの光束が透過する領域が互いに異なる複数の位置に移動可能であり、
複数の前記領域は、互いに異なる透過率を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光学部材が第１の位置に配置された状態での前記撮像素子からの出力に基づいて画像を生成する画像処理手段を有し、
前記画像処理手段は、前記光束分離面を透過して前記撮像素子に到達した光束と前記光束分離面を透過せずに前記撮像素子に到達した光束との光量差に応じた情報を用いて前記画像を生成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記光学部材は、被写体観察時において光束分離面が被写体からの光路内にある位置に配置され、撮影の際において光束分離面が被写体からの光路外にある位置に配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に関し、特に、撮影光学系を通して取り込んだ光束を焦点検出に用いる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影光学系を通して取り込んだ光束の一部を用いて焦点検出を行う撮像装置として、従来様々なものが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、撮影光学系で形成された１次物体像を２次元受光センサ上に形成し、該物体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が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ズームレンズを備えたカメラにおいて、ズームレンズ内の光路の途中で光束の一部を分離し、この分離した光束によって焦点検出を行うものが開示されている。
【０００５】
これら特許文献１、２にて提案のカメラでは、ビームスプリッタ等の光束分離部材に形成された分離面（反射透過面）によって撮影レンズからの光束を２つに分離し、一方の光束を撮影用の撮像素子に、残りの光束を焦点検出用の受光センサに導く。
【特許文献１】特開昭６３−１９５６３０号公報（３頁右上欄２０行〜同頁左下欄７行、第１図等）
【特許文献２】特開２００３−１４０２４６号公報（段落００１９〜００２３、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようにビームスプリッタ等の光束分離部材で撮影用光束と焦点検出用光束とに分離すると、撮像素子に入射する光量が減少する。したがって、このまま撮影を行うと、撮影画像が暗くなる。
【０００７】
その対策として、焦点検出時には光束分離部材を撮影光路内に配置する一方、撮影時には該光束分離部材を撮影光路外に退避させ、撮影レンズからの有効な全ての光束を撮像素子に入射させる構成が考えられる。
【０００８】
しかし、この方法では、光束が光束分離部材内を通る焦点検出時と光束分離部材内を通らない撮影時とで光学的に光路長差が生じるため、ピント面の補正処理が必要となる。
【０００９】
また、特許文献１，２にて開示されたカメラでは、撮影光路内での光束分離部材の位置が１つに固定されている。このため、撮影画面内の複数領域で選択的に焦点検出を行おうとする場合には、該複数の焦点検出領域をカバーできる大きさの分離面を光束分離部材に形成しておく必要がある。
【００１０】
しかし、これによって光束分離部材の分離面、ひいては光束分離部材が特に撮影光軸方向に大型化し、この光束分離部材をカメラ内で移動させるためには、カメラの大型化が避けられない。また、分離面を小さくして光束分離部材を小型化（薄型化）することは可能であるが、この場合、撮影画面内の中央領域等、固定された狭い領域での焦点検出しか行うことができない。
【００１１】
本発明は、小型の光束分離部材（光学部材）を備え、かつ撮影画面内での複数の焦点検出領域を設けることができるようにした撮像技術を提供することを他の目的としている。
【００１２】
また、本発明は、移動可能な光束分離部材（光学部材）を備えていながらも焦点検出時と撮影時とでピント面の補正処理を不要とし、かつ良好な画質の撮影画像を取得できるようにした撮像技術を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面としての撮像装置（第１の撮像技術）は、被写体像を光電変換する撮像素子と、被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、被写体からの光束を撮像素子に向かう光束と焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有する。光学部材は、焦点検出手段による焦点検出視野を互いに異ならせる複数の位置に移動可能であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の側面としての撮像装置（第２の撮像技術）は、被写体像を光電変換する撮像素子と、被写体からの光束を撮像素子に向かう光束と焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有する。光学部材は、光束分離面が撮像素子への光路内に配置される第１の位置および光束分離面が該光路外に配置される第２の位置に移動可能である。そして、光学部材は、第１および第２の位置のそれぞれにおいて該光路内の光束全体が入射する大きさを有することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の他の側面としての撮像装置（第３の撮像技術）は、被写体像を光電変換する撮像素子と、被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、被写体からの光束を撮像素子に向かう光束と焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有する。そして、光学部材は、光束分離面が撮像素子への光路内に配置される第１の位置、および光束分離面が前記光路外に配置され、該光束分離面以外の部分を被写体からの光束が透過して撮像素子に向かう第２の位置に移動可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の撮像技術によれば、撮像素子への光路内での光束分離面の位置を複数選択することができるので、小型の光束分離面、つまりは小型の光学部材を用いて複数の焦点検出領域を設けることができる。
また、第２、第３の撮像技術によれば、光束分離面が撮像素子への光路内に位置する状態と該光路外に位置する状態のいずれにおいても該光路内の光束全体が光学部材に入射するので、両状態で撮像素子に向かう光束に光路長差がほとんど生じない。このため、両状態においてピント面の補正処理が不要となり、かつ光量落ちの少ない良好な画質の画像を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１には、本発明の実施例１である撮像装置としてのデジタルスチルカメラ（第２の撮像技術）の構成を示す。図１（ａ）は、撮影前に後述する撮像素子によって取得された被写体画像をディスプレイ１０７を通じて観察したり、撮影直前に後述する焦点検出センサを用いた焦点調節や測光を含む撮影準備動作を行ったりするときの状態を示している。カメラの背面に設けられたディスプレイ１０７は、撮影画角とほぼ同じ画角の画像を表示することができ、いわゆる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）の役目を有する。また、図１（ｂ）は、撮影時の状態を示している。撮影後は、ディスプレイ１０７は、撮影された画像を所定時間の間表示して、該撮影画像を確認させる役目を有する。また、単独でいわゆるＴＶ−ＡＦによる焦点調節を行う際にもこの状態となる。
【００１９】
ディスプレイ１０７は有機ＥＬ空間変調素子や液晶空間変調素子、微粒子の電気泳動を利用した空間変調素子などで構成される。これらは、消費電力が小さく、かつ薄型で、カメラの小型化に有効である。
【００２０】
図１において、１０１はデジタルカメラ本体、１０２は物体像を形成するための結像光学系（撮影光学系）である。１０４は結像光学系１０１の光軸、１０５は結像光学系１０２を収納するレンズ鏡筒である。
【００２１】
結像光学系１０２は、不図示のアクチュエータと不図示の駆動機構とにより、結像位置を光軸１０４の方向に調節可能である。結像光学系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により構成できる。
【００２２】
１０３は光束分離機能面１０３ａを有する光学部材としてのビームスプリッタである。１１０はビームスプリッタ１０３内における光軸である。１１１はレリーズボタン、１０８は画像データを格納する記録メディアであり、半導体メモリ、光ディスク等が用いられる。
【００２３】
１０９は光学ファインダの接眼レンズ、１０６は２次元型ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサである撮像素子である。１１２は測距用受光素子である焦点検出センサ、１１３は光学ローパスフィルタである。
【００２４】
図１（ａ）に示す状態を以下、第１のモードといい、このときのビームスプリッタ１０３の位置を以下、第１モード位置という。この第１モード位置では、ビームスプリッタ１０３の光束分離機能面１０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内に配置される。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面１０３ａによって焦点検出センサ１１２に向かうＡＦ用光束と、撮像素子１０６に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面１０３ａを通らない光束は、ビームスプリッタ１０３を透過して撮像素子１０６に向かう。ビームスプリッタ１０３および光束分離機能面１０３ａの詳細については後述する。
【００２５】
一方、図１（ｂ）に示す状態を以下、第２のモードといい、このときのビームスプリッタ１０３の位置を以下、第２モード位置という。この第２モード位置では、ビームスプリッタ１０３の光束分離機能面１０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系１０２からの光束のうち撮像素子１０６に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面１０３ａを通らずにビームスプリッタ３０３を透過して撮像素子１０６に到達する。
【００２６】
撮像素子１０６での光電変換により蓄積された電荷は、ディスプレイ１０７への表示画像を生成する際には、一定の割合で間引きされて読み出される。また、撮影時には全ての画素からの蓄積電荷を読み出して、高精細画像の生成に使用される。
【００２７】
図２には、本実施例のデジタルカメラの電気的構成を示している。まず、物体像の撮影、記録に関する部分から説明する。
【００２８】
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、結像光学系１０２および撮像素子１０６を含む。画像処理系は、Ａ／Ｄ変換器１３０、ＲＧＢ画像処理回路１３１およびＹＣ処理回路１３２を含む。
【００２９】
また、記録再生系は、記録処理回路１３３および再生処理回路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および撮像素子駆動回路１３７を含む。
【００３０】
１３８はパーソナルコンピュータ等の外部装置に接続して、データの送受信をするための規格化された接続端子である。これらの電気回路は、不図示の二次電池や燃料電池等の電源からの電力によって駆動される。
【００３１】
撮像系は、物体からの光束を結像光学系１０２を介して撮像素子１０６の受光面に結像させる光学処理系である。この撮像系は、結像光学系１０２の不図示の絞りとメカニカルシャッタを調節して、適切な光量の物体光束で撮像素子１０６を露光する。
【００３２】
撮像素子１０６は、例えば、正方画素が長辺方向に３２６４個、短辺方向に２４４８個並べられた、合計約８００万個の画素を有する。各画素には、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のいずれかのカラーフィルタが配置され、４つの画素が一組となった所謂ベイヤー配列を形成している。
【００３３】
ベイヤー配列では、観察者が画像を見たときに強く感じやすいＧの画素をＲやＢの画素よりも多く配置することで、総合的な画像性能を上げている。
【００３４】
一般に、この方式の撮像素子を用いる画像処理では、輝度信号の多くの部分をＧから生成し、色信号はＲ，Ｇ，Ｂから生成する。
【００３５】
撮像素子１０６から読み出された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１３０を介して画像処理系に供給される。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器１３０は、各画素から読み出された信号（蓄積電荷）をその振幅に応じた、例えば１２ビットのデジタル信号に変換して出力する。そして、これ以降の信号処理はデジタル処理にて実行される。
【００３７】
画像処理系は、Ｒ，Ｇ，Ｂのデジタル信号から所望の形式の画像信号を得る。この画像処理系は、Ｒ、Ｇ，Ｂの色信号を輝度信号Ｙおよび色差信号（Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）にて表わされるＹＣ信号などに変換する。
【００３８】
ＲＧＢ画像処理回路１３１は、Ａ／Ｄ変換器１３０を介して撮像素子１０６から受けた３２６４×２４４８画素分の信号を処理する。ＲＧＢ画像処理回路１３１は、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路を有し、さらに補間演算による高解像度化を行う補間演算回路を有する。
【００３９】
ＹＣ処理回路１３２は、輝度信号Ｙおよび色差信号（Ｒ−Ｙ），（Ｂ−Ｙ）を生成する。ＹＣ処理回路１３２は、低域輝度信号ＹＬを生成する低域輝度信号発生回路、高域輝度信号ＹＨを生成する高域輝度信号発生回路および色差信号（Ｒ−Ｙ），（Ｂ−Ｙ）を生成する色差信号発生回路で構成されている。輝度信号Ｙは、低域輝度信号ＹＬと高域輝度信号ＹＨを合成することによって形成される。
【００４０】
記録再生系は、前述した記録メディアへの画像信号の出力と、ディスプレイ１０７への画像信号の出力とを行う。記録処理回路１３３は、記録メディアに対する画像信号の書き込み処理および読み出し処理を行う。再生処理回路１３４は、記録メディアから読み出した画像信号を再生して、ディスプレイ１０７に出力する。
【００４１】
また、記録処理回路１３３は、静止画像および動画像を表わすＹＣ信号を所定の圧縮形式にて圧縮したり、圧縮データを読み出す際に伸張したりする圧縮伸張回路を有する。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画像毎に蓄積する。そして、該ＹＣ信号を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、正規化およびハフマン符号化することにより行なわれる。
【００４２】
再生処理回路１３４は、輝度信号Ｙおよび色差信号（Ｒ−Ｙ），（Ｂ−Ｙ）をマトリックス変換して、例えばＲＧＢ信号に変換する回路である。再生処理回路１３４によって変換された信号はディスプレイ１０７に出力される。これにより、可視画像が表示再生される。
【００４３】
制御系は、レリーズボタン１１１等の各種操作部材の操作を検出する操作検出回路１３６を有する。また、その検出信号に応じて各部を制御し、撮影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を含む。さらに、カメラシステム制御回路１３５の制御の下に撮像素子１０６を駆動するための駆動信号を生成する撮像素子駆動回路１３７や、光学ファインダ内の情報表示装置やカメラの外面に設けられた情報表示装置を制御する情報表示回路１４２を含む。
【００４４】
制御系は、操作部材の操作に応じて、撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、レリーズボタン１１１の操作を検出して、撮像素子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する。さらに、制御系は、情報表示回路１４２によって光学ファインダ内の情報表示装置に設けられた各セグメントの状態を制御する。
【００４５】
カメラシステム制御回路１３５には、さらに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。
【００４６】
第１のモードにおいて、ＡＦ制御回路１４０は、撮影画面上の所定位置に対応して設けられた焦点検出センサ１１２からの信号出力を得て焦点検出信号を生成する。焦点検出信号は、結像光学系１０２からの光束によって形成された複数の像の位相差を示す信号であり、該位相差は結像光学系１０２の結像状態を示す。位相差が所定値であるときは結像光学系１０２は合焦状態にあり、位相差が該所定値以外の場合は結像光学系１０２はデフォーカス状態にある。
【００４７】
ＡＦ制御回路１４０は、デフォーカスが検出されると、これを結像光学系１０２に含まれるフォーカシングレンズ（図３，４参照）の駆動量に変換する。そして、該駆動量の情報をカメラシステム制御回路１３５を介してレンズシステム制御回路１４１に送信する。このＡＦを、以下、位相差ＡＦという。
【００４８】
また、本実施例では、位相差ＡＦに続いて又は単独で、撮像素子１０６上でのコントラストを評価し、結像光学系１０２の結像状態を検出するＴＶ−ＡＦも使用することができる。位相差ＡＦに続いてＴＶ−ＡＦを行う場合は、ビームスプリッタ１０３を第１モード位置に配置したまま、撮像素子１０６からの間引き読み出しによる表示用画像の信号を利用する。具体的には、フォーカシングレンズを駆動しながら撮像素子１０６上での像のコントラスト評価値を生成し、最もコントラストの高い位置を合焦位置と判断する。本実施例では、位相差ＡＦによる所定の合焦範囲へのフォーカシングレンズの駆動後、ＴＶ−ＡＦによる高精度なピント合わせを行う。
【００４９】
このように、位相差ＡＦとＴＶ−ＡＦとを併用することにより、位相差ＡＦの結果からＴＶ−ＡＦでのフォーカシングレンズの駆動すべき方向が予め判別できるので、全体としてのＡＦ動作の高速化と高精度化の両立ができる。
【００５０】
なお、コントラストが低い被写体等に対しては位相差ＡＦによる検出精度が低下するが、このような場合でもＴＶ−ＡＦを用いれば、確実な焦点調節を行える場合がある。このような場合には、撮影者が最初からＴＶ−ＡＦモードを選択することもできる。この場合、ビームスプリッタ１０３を第２モード位置に移動させてＴＶ−ＡＦを行う。
【００５１】
レンズシステム制御回路１４１は、ＡＦ制御回路１４０からフォーカシングレンズの駆動量の情報を受信すると、不図示の駆動機構によって結像光学系１０２内のフォーカシングレンズを光軸１０４の方向に移動させ、物体にピントを合わせる。
【００５２】
一連のピント調節動作の結果、ＡＦ制御回路１４０によって物体にピントが合ったことが検出されると、この情報はカメラシステム制御回路１３５に伝えられる。
【００５３】
このとき、レリーズボタン１１１が２段目まで操作されると、後述する駆動機構によってビームスプリッタ１０３が駆動され、第１のモードからビームスプリッタ１０３の透過部１０３−２が撮像素子１０６の全面を覆う第２のモードへと切り換わる。これにより、被写体像が光学ローパスフィルタ１１３を透過した光束によって形成される。そして、前述した撮像系、画像処理系および記録再生系による撮影制御が行われる。
【００５４】
図３および図４に示すように、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ１０３においても、結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内の光束（画像表示や撮影に有効な光束）は、すべてビームスプリッタ１０３に入射する。具体的には、第１モード位置では、ビームスプリッタ１０３のうち光束分離機能面１０３ａを挟んだ上下の領域（後述する第１のプリズム１０３−１および第２のプリズム１０３−２）にすべての光束が入射する。また、第２モード位置では、光束分離機能面１０３ａよりも下側の領域（第２のプリズム１０３−２）にすべての光束が入射する。
【００５５】
このため、第１のモードと第２のモードとで、結像光学系１０２から撮像素子１０６への空間光路長（空気換算光路長ともいう：以下、単に光路長という）が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。
【００５６】
また、第１のモードと第２のモードの切換え途中においても、上記光路内の光束はすべてビームスプリッタ１０３に入射し、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ１０７で確認することが可能となる。このため、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。
【００５７】
図３には、本実施例のデジタルカメラ１０１におけるレンズ鏡筒１０５の第１のモードでの構成を示している。また、図４には、第２のモードでのレンズ鏡筒１０５の構成を示している。さらに、図５には、ビームスプリッタ１０３の詳細な構成を示している。以下、これらの図を用いてビームスプリッタ１０３とその周辺部分について詳しく説明する。
【００５８】
ビームスプリッタ１０３は、結像光学系１０２を構成するレンズエレメントの後端と撮像素子１０６との間に配置されている。レンズ１０２ａはフォーカシングレンズであり、光軸１０４の方向に移動することで、ピント調節を行う。
【００５９】
撮像素子１０６は、レンズ鏡筒１０５の不図示の固定地板に対して位置決めされている。また、ビームスプリッタ１０３は保持部材（図２２参照）によって保持されている。
本実施例のカメラにおける静止画撮影シーケンスは、コンピュータプログラムに従ったカメラシステム制御回路１３５による制御の下、概ね以下の手順で行われる。
【００６０】
ステップ１．
ＴＶ−ＡＦモードが選択されている場合は、ビームスプリッタ１０３を第２モード位置に設定し（図４）、前述したＴＶ−ＡＦ動作を行う。位相差ＡＦが行われる通常ＡＦモードが選択されている場合は、ステップ３へと進む。
【００６１】
ステップ２．
レリーズボタン１１１の１段目の操作を検出すると、撮像素子１０６を駆動してビームスプリッタ１０３の透過部１０３−２を透過した光束により形成された物体像の画像を所定周期で繰り返し生成し、ディスプレイ１０７に該物体画像のリアルタイム表示を行う。
【００６２】
ステップ３．
ビームスプリッタ１０３で分離された一方の光束によって、焦点検出センサ１１２による位相差ＡＦのための焦点検出を行う。
【００６３】
ステップ４．
焦点検出センサ１１２により所定量以上のデフォーカスが検出された場合は、フォーカシングレンズ１０２ａの駆動量を算出し、その量だけフォーカシングレンズ１０２ａを移動させて焦点調節を行う。
【００６４】
ステップ５．
焦点調節終了後に再び焦点検出センサ１１２を行い、デフォーカス量が合焦位置を含む所定の合焦範囲内にあることが確認されると、ステップ６に進む。
【００６５】
ステップ６．
ＴＶ−ＡＦを行い、さらに正確な合焦位置にフォーカシングレンズ１０２ａを移動させる。
【００６６】
ステップ７．
レリーズボタン１１１の２段目の操作を検出すると、後述する駆動機構によりビームスプリッタ１０３を第１モード位置から第２モード位置に切り換える（図４）。
【００６７】
ステップ８．
撮像素子１０６を駆動して、高精細静止画像の撮影を行う。
【００６８】
ステップ９．
撮影終了後に、ビームスプリッタ１０３を第２モード位置から第１モード位置に戻す（図３）。
【００６９】
ステップ１０．
撮影された画像データを記録メディアに書き込む。そして、ステップ１に戻る。
【００７０】
次に、ビームスプリッタ１０３の光束分離機能について説明する。図５（ａ）に示すように、ビームスプリッタ１０３は、透明体により構成される第１のプリズム１０３−１と第２のプリズム１０３−２とを面１０３−１ａ，１０３−２ａで貼り合せて製作される。図５（ｂ）に示すビームスプリッタ１０３の入射面１０３ｂは、第１のプリズム１０３−１の面１０３−１ｂと第２のプリズム１０３−２の面１０３−２ｂとで構成されている。
【００７１】
また、該入射面１０３ｂからの直進光の射出面１０３ｄは、第１のプリズム１０３−１の面１０３−１ｄと第２のプリズム１０３−２の面１０３−２ｄとで構成されている。
【００７２】
プリズム１０３−１，１０３−２はいずれも、複屈折率の小さなプラスチック材料の開環メタセシス重合体ポリマー（ＨＲＯＰ；屈折率１．５３）で形成されている。また、第１のプリズム１０３−１の面１０３−１ｂと面１０３−１ｄ、および第２のプリズム１０３−２の面１０３−２ｂと面１０３−２ｄは、それぞれ互いに平行で間隔が等しい。
【００７３】
さらに、第１のプリズム１０３−１の面１０３−１ａが面１０３−１ｂおよび面１０３−１ｄに対してなす２つの角度は、第２のプリズム１０３−２の面１０３−２ａが面１０３−１ｄおよび面１０３−１ｂに対してなす２つの角度とそれぞれ等しい。このため、第１のプリズム１０３−１と第２のプリズム１０３−２とを面１０３−１ａ，１０３−２ａで接合する（接合後の面を１０３ａと記す）と、接合されたビームスプリッタ１０３は、光学的に平行平板と同様の特性を示す。したがって、入射面１０３ｂのうちどの領域に光束が入射しても同一の波面で透過するため、入射位置に関わらず収差変化が生じない。
【００７４】
ビームスプリッタ１０３の面１０３ａに光束分離機能を持たせるために、第２のプリズム１０３−２の面１０３−２ａ上には誘電体多層膜が形成されている。そして、第２のプリズム１０３−２は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第１のプリズム１０３−１と貼り合される。
【００７５】
誘電体多層膜は、光の吸収をほとんど無視できる程に小さくできるので、光束分離機能面１０３ａにおいて、入射光は撮像素子１０６と焦点検出センサ１１２の何れかの方向に分かれる。すなわち、光束分離機能面１０３−ａは、所定波長域の入射光のうちの一部を反射し、他を透過する。
【００７６】
以上により、形成された光束分離機能面１０３−ａの光学特性を図６に示す。波長４００ｎｍから１０００ｎｍまでの分光透過率特性は、５００ｎｍ付近に極小値を持つ谷型である。一方、分光反射率特性は、５００ｎｍ付近に極大値を持つ山型である。ここで、４５０ｎｍから６５０ｎｍまでの可視域では、分光透過率特性はおよそ４５％で一定している。カラー画像を撮影するカメラでは、撮像素子１０６の感度域を視感度域に合致させるので、光束分離機能面１０３−ａは、撮像素子１０６の感度波長域でフラットな分光反射率特性を有すると言える。
【００７７】
また、ビームスプリッタ１０３の入射面１０３ｂおよび第２のプリズム１０３−２の上端に形成されたＡＦ射出面１０３ｃには、反射防止コートＡＲが形成されている。反射防止コートは、レンズ母材に屈折率の異なる薄膜をＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２などにより１／４波長厚（例えば、０．１〜０．３μｍ）で積層形成することにより、表面反射率を低く抑えることができる。反射防止コートの特性を図７に示す。
【００７８】
さらに、ビームスプリッタ１０３の射出面１０３ｄには、赤外（ＩＲ）カットフィルタ膜１０３ｅが形成されている。このフィルタ膜１０３ｅによって、可視領域波長のみを撮像素子１０６に導くことができ、色再現性の良いカメラを構築することができる。
【００７９】
一方、ビームスプリッタ１０３の入射面１０３ｂから内部に入射した光束のうち光束分離機能面１０３ａで反射した光束は、ビームスプリッタ１０３の入射面１０３ｂで内面反射（内部全反射）し、ＡＦ射出面１０３ｃから射出して焦点検出センサ１１２へ導かれる。
【００８０】
このように、光束分離機能面１０３ａで反射した光束を内面反射を利用して焦点検出センサ１１２に導くことにより、光束分離機能面１０３ａを、結像光学系１０２から撮像素子１０６に至る光束の光軸に対して４５°よりも立てることができる。したがって、光束分離機能面が該光軸に対して４５°の角度で配置される場合に比べて、ビームスプリッタ１０３の光軸方向での厚さを薄くすることができる。このため、結像光学系１０２の後端から撮像素子１０６までの狭い空間でも、ビームスプリッタ１０３と後述する駆動機構を収めることができる。
【００８１】
焦点検出センサ１１２に到達する光束は、ＩＲカットフィルタ膜１０３ｅを通過しないため、赤外光を含む。このため、該光束は、ＩＲカットフィルタ膜を透過した光に比べて輝度が高くなり、暗いシーンでのＡＦ性能を向上させることができる。
【００８２】
光束分離機能面１０３ａでの可視領域波長の分光反射率特性はおよそ５５％で、赤外領域波長では３０％程度であるので、十分な光量により高精度な焦点検出が可能である。
【００８３】
次に焦点検出センサ１１２について説明する。図８には、焦点検出センサ１１２の焦点検出視野を示している。
【００８４】
図８において、１２０は撮影範囲（観察範囲）としてのファインダー視野、１２１−１〜１２１−９は焦点検出視野である。
【００８５】
焦点検出視野は、基本的にファインダー視野１２０の中央付近に設定すると使い勝手が良い。
【００８６】
縦方向に延びる画素列によって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。一方、横方向に延びる画素列によって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。
【００８７】
実際の焦点検出センサ１１２は、図９のように構成される。図９は焦点検出センサ１１２を該センサの光軸方向から見たときの図である。１１２−１〜１１２−９は焦点検出視野１２１−１〜１２１−９を構成する画素列である。
【００８８】
図１０は焦点検出センサ１１２の焦点検出視野（例えば、１１２−１）の画素部の断面図である。図１１（ａ）は焦点検出センサ１１２の１画素の光電変換部を表す平面図、図１１（ｂ）は焦点検出センサ１１２の１画素の平面図である。
【００８９】
図１０において、光は上方から焦点検出センサ１１２に入射し、図１１（ａ），（ｂ）においては、紙面に垂直な上方から焦点検出センサ１１２に入射する。焦点検出センサ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、このマイクロレンズの働きで焦点検出光束のＦナンバーを規定できる。
【００９０】
図１０において、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である。１５４はアルミニウムあるいは銅により形成された遮光性を有する第１配線層である。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である。１５８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１５８までの距離を高精度に設定するための平坦化層である。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って、開口以外は可視光を通さない。
【００９１】
第１配線層１５４と第２配線層１５５は焦点検出センサ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。
【００９２】
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したり、樹脂フィルムを接着したりするといった手法で形成される。
【００９３】
光電変換部１５２Ａ，１５２Ｂは、図１１（ａ）に示すように、ジグザグ形に形成されており、その両端部にはそれぞれ回路部１５９Ａ，１５９Ｂが接続されている。回路部１５９Ａ，１５９Ｂ内には、転送スイッチとして働く転送用ＭＯＳトランジスタや、リセット電位を供給するリセット用ＭＯＳトランジスタが設けられている。また、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタや、選択的にソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタから信号を出力させるための選択用ＭＯＳトランジスタ等も設けられている。
【００９４】
光電変換部１５２の上には、図１１（ｂ）に示すように、１画素に対して５個のマイクロレンズ１５８がジグザグ形に連なって設けられている。
【００９５】
ここで、マイクロレンズ１５８は、樹脂、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などで形成されている。マイクロレンズ１５８は、単に集光のためだけではなく、結像のためにも使用されるので、軸対称型の球面レンズあるいは軸対称型の非球面レンズにより構成されている。
【００９６】
マイクロレンズ１５８は、対称軸１６０を持つ形状であるために、平面的に見ると円形であるが、一画素に複数のマイクロレンズ１５８を設けたことによって、画素ピッチを小さくしながらも１画素の受光面積を大きくすることができる。したがって、低輝度の物体に対しても十分な焦点検出出力が得られる。また、半円筒型等、対称軸を持たない形状はレンズとしての結像作用がないので、焦点検出センサ１１２には適当でない。
【００９７】
なお、マイクロレンズ１５８での光の表面反射を抑制するために、マイクロレンズ１５８の表面には、低屈折率の薄膜や可視光の波長以下の微細構造（所謂Sub-Wavelength Structure）を形成してもよい。
【００９８】
ビームスプリッタ１０３を射出した光束は、焦点検出センサ１１２のマイクロレンズ１５８に入射する。このうち第２配線層１５５に設けられた開口１５５Ａと第１配線層１５４に設けられた開口１５４Ａを通り抜けた成分が光電変換部１５２Ａに入射する。また、第２配線層１５５に設けられた開口１５５Ａと第１配線層１５４に設けられた開口１５４Ｂを通り抜けた成分が光電変換部１５２Ｂに入射する。それぞれの光電変換部１５２Ａ，１５２Ｂに入射した光束は、電気信号に変換される。
【００９９】
開口を形成するための遮光層と第１配線層１５４および第２配線層１５５を兼用したので、開口のための遮光層を特別に設ける必要がなく、焦点検出センサ１１２の構成を簡略化することができる。
【０１００】
図１２と図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表す平面図と斜視図である。
【０１０１】
図１２では、光電変換部１５２Ａ，１５２Ｂとマイクロレンズ１５８との位置関係がわかるように、両端のマイクロレンズ１５８の図示を省略し、光電変換部１５２Ａ，１５２Ｂが見えるようにしている。
【０１０２】
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およびマイクロレンズ１５８を抜き出して、上下方向に分解して示している。また、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上に光電変換部のジグザグの形状を射影して破線で示した。
【０１０３】
図１２において、ハッチングを付した５個のマイクロレンズ１５８ａが１画素を構成する。このような画素が横方向に多数連なって図９に示した画素列１１２−１〜１１２−９を形成している。
【０１０４】
ジグザグに並んだマイクロレンズ１５８が隣接する画素のマイクロレンズ１５８との間を埋めるため、画素列上にはマイクロレンズ１５８が密に配置されることになる。したがって、マイクロレンズ１５８に入射せずに利用されない光束は、ほとんど無視できる程度に少ない。
【０１０５】
また、マイクロレンズ１５８がジグザグに並んでいることによって、ナイキスト周波数付近の画素の周波数レスポンスを下げることができる。この結果、ナイキスト周波数以上の高い空間周波数成分を含む物体像が投影されても、折り返し歪みを生じ難く、後述する焦点検出センサ１１２の出力信号波形間の位相差検出を高精度で行える。
【０１０６】
さらに、画素列の周囲には、光電変換部１５２Ａ，１５２Ｂ上に配置されず、光電変換に寄与しないマイクロレンズ１５８ｂが形成されている。これは、できるだけ均一にマイクロレンズ１５８を配置した方がマイクロレンズ１５８を精度良く製作できるためである。
【０１０７】
図１３に示した第１配線層１５４は、菱形様の多数の開口１５４Ａ，１５４Ｂを有している。これらの開口１５４Ａ，１５４Ｂは、平面図である図１４に示すように、マイクロレンズ１５８の各々に対応して一対ずつ設けられ、マイクロレンズ１５８の焦点位置の近傍に形成されている。
【０１０８】
このような構成により、開口１５４Ａ，１５４Ｂがマイクロレンズ１５８によって結像光学系１０２の射出瞳上に逆投影される。このため、画素が取り込む光束の受光角度特性を開口１５４Ａ，１５４Ｂの形状によって決めることが可能となる。
【０１０９】
第２配線層１５５に設けられた開口１５５Ａは、第１配線層の開口１５４Ａ，１５４Ｂ以外の開口に光が入射するのを防ぐための絞りである。この結果、開口１５４Ａ，１５４Ｂに入射した光束だけがそれぞれ光電変換部１５２Ａ，１５２Ｂに入射する。
【０１１０】
ここで、焦点検出センサ１１２の各画素列から出力される出力信号に不均一を生じさせないために、１つの焦点検出視野を形成する画素列については開口１５４Ａ，１５４Ｂの形状は一定である。
【０１１１】
図１５および図１６は、図９に示した焦点検出視野１１２−１の部分断面図である。各マイクロレンズ１５８は第１配線層１５４の開口１５４Ａ，１５４Ｂを結像光学系１０２の射出瞳に逆投影する。したがって、図１５に示すように光束１３２Ａが開口１５４Ａを通過するということは、光束１３２Ａが第１配線層１５４の開口１５４Ａの逆投影像から射出することと等価である。
【０１１２】
同様に図１６に示すように光束１３２Ｂが開口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。
【０１１３】
したがって、開口１５４Ａ，１５４Ｂの逆投影像以外から焦点検出センサ１１２に入射した光線は、必ず第１配線層１５４か第２配線層１５５によって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。
【０１１４】
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、以下のような関係がある。すなわち、これらの間には、焦点検出視野上に結像光学系１０２によって形成された物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。
【０１１５】
これは、結像光学系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。
【０１１６】
前ピンおよび後ピンでは、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。
【０１１７】
図１７および図１８には、ＡＦ制御回路１４０に入力された焦点検出センサ１１２の出力信号波形を示している。横軸は画素の並びを、縦軸は出力値を表している。図１７は物体像にピントが合っていない状態での出力信号波形、図１８は物体像にピントが合った状態での出力信号波形である。
【０１１８】
このように、ま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。さらに、相関演算を用いた公知の手法、例えば特公平５−８８４４５号公報にて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。
【０１１９】
得られたデフォーカス量を結像光学系１０２のフォーカシングレンズ１０２ａ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１０２ａ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１回で済み、極めて高速な焦点調節ができる。
【０１２０】
ここで焦点検出光束について説明する。焦点検出センサ１１２では、焦点検出視野毎に受光角度特性を制御することによって、焦点検出視野毎に焦点検出光束のＦナンバー（Ｆｎｏ）が異なる。結像光学系１０２の射出瞳上で光束の通過する領域の大きさは、中央の焦点検出視野１１２−１で大きく、周辺の焦点検出視野（例えば、１１２−４）では小さい。
【０１２１】
図１９は、撮像素子１０６によって撮像された物体の輝度を示す。図１９（ａ）はＦｎｏ２．８での像、（ｂ）はＦｎｏ４での像、（ｃ）はＦｎｏ８での像である。像中の影になった部分は、光束分離機能面１０３ａを透過した光束によって形成された像部分である。
【０１２２】
図１９に示すように、光束分離機能面１０３ａのエッジ部での輝度むらの広がりがＦｎｏによって異なる。但し、分光特性は、像高やＦｎｏによらず概略同じである。このため、ディスプレイ１０７への再生処理の際は、Ｆｎｏに対応した適正な輝度補正パラメータを予め記憶しておき、Ｆｎｏ情報に基づいて図２で示したカメラシステム制御回路１３５にて再生処理をコントロールする。これにより、違和感のない再生画像を表示できる。輝度補正パラメータは、光束分離機能面を通過した光束と通過しなかった光束の光量差（輝度差）に応じた情報である。
【０１２３】
図１９で示したような輝度むらの状態は、ビームスプリッタ１０３の製造方法や各光学面の膜特性によっても異なる特性を示す。しかし、製造工程時などで予め初期データとして各Ｆｎｏでの輝度むら情報を測定し、記憶しておくことによって、輝度むら補正パラメータの個体差を吸収することも可能となる。
【０１２４】
図２０には、ビームスプリッタ１０３の駆動機構を示す。この図では、結像光学系１０２側から見たピームスプリッタ１０３の保持構造を示している。図２０（ａ）は、ビームスプリッタ１０３の第１モード位置での状態を、図２０（ｂ）はビームスプリッタ１０３の第２モード位置での状態を示している。また、撮像素子１０６は、ビームスプリッタ１０３を通して見えている様子とその位置を鎖線で示す。
【０１２５】
ビームスプリッタ１０３と焦点検出センサ１１２は予め接着剤により固着されており、スプリッタ枠２０１によりこれら双方が保持されている。２０２はスプリッタ枠２０１を上下方向にガイドするガイド棒、２０３は図１にも示すマイクロステッピングモータ、２０４はマイクロステッピングモータ２０３により回転駆動されるリードスクリューである。
【０１２６】
ビームスプリッタ１０３を所定の位置に移動させる場合は、マイクロステッピングモータ２０３に所定数のパルス信号を入力する。これにより、リードスクリュー２０４が回転し、スプリッタ枠２０１に形成されたネジ部とリードスクリュー２０４との噛み合いによって、スプリッタ枠２０１がガイド棒２０２に沿って上下方向に移動する。このため、面ぶれを抑えながら、ビームスプリッタ１０３の上下方向の位置を変更することができる。また、所定位置での保持は、マイクロステッピングモータ２０３に電流を流す方法もあるが、コギングトルクとリードスクリュー２０４での摩擦とを適正に設定することにより、電流を流さずに保持する方法を採ることもできる。
【０１２７】
図２１には、図２０の駆動機構の制御をカメラの撮影シーケンスに沿って説明するためのフローチャートである。このフローは、カメラの電源オンによってスタートし、電源オフで終了する。この制御は、カメラシステム制御回路１３５、レンズシステム制御回路１４１およびＡＦ制御回路１４０等によりコンピュータプログラムに従って実行される。
【０１２８】
なお、ここでは、本発明に直接関係のない構成要素の動作や、各ステップにおける詳細な動作（例えば、動作後の確認やタイマーによる待機動作）は省略している。
【０１２９】
ステップ（図では、Ｓと略す）１００１では、撮影者によって、通常ＡＦモードかＴＶ−ＡＦモードかが選択される。通常ＡＦモードが選択された場合は、ステップ１００２に進み、焦点検出センサ１１２による焦点検出を行うためにビームスプリッタ１０３を図２０（ａ）に示す第１モード位置に移動させる。また、ＴＶ−ＡＦモードが選択された場合は、ステップ１０１１に進み、ビームスプリッタ１０３を図２０（ｂ）に示す第２モード位置に移動させる。
【０１３０】
通常ＡＦモードでは、ステップ１００３で、撮像素子１０６を駆動して被写体像を光電変換させる。そして、ＲＧＢ処理回路１３１やＹＣ処理回路１３２に各種処理を行わせて画像データをディスプレイ１０７に出力する。これにより、撮影者は、被写体像をディスプレイ１０７を通じて確認できる。
【０１３１】
また、これら一連の処理の中で、被写体の明るさに応じてレンズ鏡筒１０５内の絞りを調節したり、撮像素子１０６の信号のゲイン調節を行ったりして、ディスプレイ１０７に適切な明るさの被写体像を表示する。
【０１３２】
ステップ１００４では、レリーズボタン１１１の１段目操作ＳＷ１が行われたか否かを判別する。行われていない場合はステップ１００３に戻る。１段目操作ＳＷ１が行われた場合は、ステップ１００５に進む。
【０１３３】
ステップ１００５では、焦点検出センサ１１２に、ビームスプリッタ１０３を介して入射した光束によって形成された被写体像を光電変換させる。そして、焦点検出センサ１１２からの出力に基づいて、前述した方法によりデフォーカス量および該デフォーカス量に対応したフォーカシングレンズ１０２ａの駆動量および駆動方向を算出する。すなわち、本ステップと次のステップ１００６とにより位相差ＡＦを行う。
【０１３４】
次に、ステップ１００６では、ステップ１００５で算出された駆動量だけ、算出された駆動方向にフォーカシングレンズ１０２ａを駆動する。これにより、結像光学系１０２が被写体に対して概ね合焦する。
【０１３５】
ステップ１００７−１では、再度焦点検出センサ１１２に、ビームスプリッタ１０３を介して入射した光束によって形成された被写体像を光電変換させる。そして、焦点検出センサ１１２からの出力に基づいてピントが合っているか否かを確認する。ピントが合っている場合は、音や光を発して合焦を撮影者に知らせるとともに、ステップ１００７−２に進む。
【０１３６】
なお、本フローには示していないが、仮にここでピントが合っていないと判別された場合には、そのデフォーカス検出結果に基づいて再びフォーカシングレンズ１０２ａを駆動する。そして、再びステップ１００７−１で合焦確認を行う。複数回この動作を繰り返しても合焦確認ができない場合は、合焦が不能であることを表示し、ＴＶ−ＡＦに切り換える。
【０１３７】
ステップ１００７−２では、ＴＶ−ＡＦによるフォーカシングレンズ１０２ａの駆動および合焦確認を行う。
【０１３８】
ステップ１００８では、レリーズボタン１１１の２段目操作ＳＷ２が行われたか否かを判別する。行われていない場合はステップ１００４に戻る。２段目操作ＳＷ２が行われた場合は、ステップ１００９に進む。
【０１３９】
ステップ１００９では、ビームスプリッタ１０３を図２０（ｂ）に示す第２モード位置に移動させる。その直後に、ステップ１０１０で、撮像素子１０６の露光（撮影）を行う。
【０１４０】
なお、図２１のフローでは、ステップ１００５からステップ１００７−２の動作が終了しないとステップ１００８に進まない流れになっているが、これに限らず、合焦動作が完了しない状態でもステップ１００８に進むことができる構成にしてもよい。すなわち、ピントが合っていない状態でも、レリーズボタン１１１の２段目操作ＳＷ２で露光に進むことができるようにしてもよい。
【０１４１】
ここで、ステップ１０１０の露光は、撮像素子１０６に蓄積されている電荷をリセットし、その後被写体の明るさに応じた蓄積時間経過後に撮像素子１０６の受光面をシャッタで遮光し、蓄積された電荷を読み出す動作である。また、ステップ１０１０では、撮影画像データを記録メディア１０８に記録する。
【０１４２】
そしてこの露光が終了した後、本フローには図示していないが、レリーズボタン１１１の１段目および２段目操作ＳＷ１，ＳＷ２が継続されている場合は、ステップ１０１０に留まって撮影画像をディスプレイ１０７に表示し続ける。レリーズボタン１１１の操作が解除された場合には、再びシャッタを開けてステップ１００１に戻る。
【０１４３】
次に、ステップ１００１で、撮影者がＴＶ−ＡＦモードを選択した場合について説明する。
【０１４４】
ステップ１０１１で、ビームスプリッタ１０３を図２０（ｂ）で示す第２モード位置に移動させ、ステップ１０１２に進む。
【０１４５】
ステップ１０１２では、ステップ１００３と同様に、撮像素子１０６を駆動して被写体像を光電変換させる。そして、ＲＧＢ処理回路１３１やＹＣ処理回路１３２に各種処理を行わせて画像データをディスプレイ１０７に出力する。
【０１４６】
ステップ１０１３では。レリーズボタン１１１の１段目操作ＳＷ１が行われたか否かを判別し、行われていない場合はステップ１０１２に戻る。また、１段目操作ＳＷ１が行われた場合は、ステップ１０１４に進む。
【０１４７】
ステップ１０１４では、フォーカシングレンズ１０２ａを所定駆動量ずつステップ駆動して、コントラスト評価値を算出し、その結果に基づいてフォーカシングレンズ１０２ａを合焦位置に到達させる。
【０１４８】
本フローでは、レリーズボタン１１１の１段目操作ＳＷ１が行われなければＴＶ−ＡＦが行われないようになっているが、１段目操作ＳＷ１が行われなくても随時ＴＶ−ＡＦを行って、いわゆる大ぼけ状態の発生を回避してもよい。これにより、その後のＴＶ−ＡＦの高速化が図れる。
【０１４９】
ステップ１０１５では、コントラスト評価値がピークであること（合焦位置であること）を確認して、音や光によって撮影者に合焦を知らせる。
【０１５０】
ステップ１０１６では、レリーズボタン１１１の２段目操作ＳＷ２が行われたか否かを判別する。行われていない場合はステップ１０１３に戻る。２段目操作ＳＷ２が行われた場合は、ステップ１０１０に進み、撮像素子１０６の露光を行う。
【０１５１】
以上説明したように、本実施例によれば、ビームスプリッタ１０３を第１モード位置と第２モード位置とに移動させても、その移動の前後において結像光学系１０２から撮像素子１０６までの光路長に実質的に変化がない。したがって、第１モード位置と第２モード位置とに切り換えても、ピント面の補正処理を行う必要がない。また、第１モード位置から第２モード位置に切り換わる間でも、すなわち第２モード位置に到達する直前までディスプレイ１０７に被写体像を表示することができる。
【０１５２】
さらに、ビームスプリッタ１０３の第１モード位置と第２モード位置との間での移動は、その距離が短く、しかも１軸方向への平行移動であるために、小さな駆動力のアクチュエータの選定が可能となる。このため、マイクロステッピングモータなどの小型のアクチュエータと単純な駆動機構を採用することができ、カメラの大型化を抑えることができる。
【０１５３】
また、撮影時に撮像素子１０６に到達する光束は、光束分離機能面１０３ａを通らないため、該光束分離機能面１０３ａでの光量減少の影響を受けない。したがって、光量落ちの少ない良好な画質の撮影画像を取得することができる。
【実施例２】
【０１５４】
図２２には、本発明の実施例２であるデジタルスチルカメラ（第２の撮像技術）のレンズ鏡筒の構成を示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付している。
【０１５５】
図２２（ａ）は、焦点検出センサ１１２により焦点検出を行う第１のモードでの構成を示している。第１モード位置では、ビームスプリッタ３０３の光束分離機能面３０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面３０３ａによって焦点検出センサ１１２に向かうＡＦ用光束と、撮像素子１０６に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面３０３ａを通らない光束は、ビームスプリッタ３０３を透過して撮像素子１０６に向かう。
【０１５６】
一方、図２２（ｂ）には、撮影および単独でのＴＶ−ＡＦを行う第２のモードでの構成を示している。第２モード位置では、ビームスプリッタ３０３の光束分離機能面３０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系１０２からの光束のうち撮像素子１０６に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面３０３ａを通らずにビームスプリッタ３０３を透過して撮像素子１０６に到達する。
【０１５７】
実施例１では、ビームスプリッタと焦点検出センサとが一体的に移動する場合について説明したが、本実施例では、焦点検出センサ１１２は所定位置に固定され、ビームスプリッタ３０３のみが第１および第２モード位置間で上下移動する。
【０１５８】
また、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ１０３においても、結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内の光束（画像表示や撮影に有効な光束）は、すべてビームスプリッタ１０３に入射する。具体的には、第１モード位置では、ビームスプリッタ３０３のうち光束分離機能面３０３ａを挟んだ上下の領域（後述する第１のプリズム３０３−１および第２のプリズム３０３−２）にすべての光束が入射する。また、第２モード位置では、光束分離機能面３０３ａよりも下側の領域（第２のプリズム３０３−２）にすべての光束が入射する。
【０１５９】
このため、第１のモードと第２のモードとで、結像光学系１０２から撮像素子１０６への光路長が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。
【０１６０】
また、第１のモードと第２のモードの切換え途中においても、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ１０７で確認することが可能となり、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。
【０１６１】
図２３（ａ），（ｂ）には、ビームスプリッタ３０３の構成を詳しく示している。実施例１と同様に、本実施例のビームスプリッタ３０３も、第１および第２のプリズム３０３−１，３０３−２とを面３０３−１ａ，３０３−２ａで貼り合せて製作される。ビームスプリッタ３０３の入射面３０３ｂは、第１のプリズム３０３−１の面３０３−１ｂと第２のプリズム３０３−２の面３０３−２ｂとで構成されている。但し、面３０３−２ｂよりも上部に形成された領域は、ＡＦ射出面３０３ｆとして機能する。
【０１６２】
また、該入射面３０３ｂからの直進光の射出面３０３ｄは、第１のプリズム３０３−１の面３０３−１ｄと第２のプリズム３０３−２の面３０３−２ｄとで構成されている。
【０１６３】
プリズム３０３−１，３０３−２はいずれも実施例１で説明した材料で形成されている。また、第１のプリズム３０３−１の面３０３−１ｂと面３０３−１ｄ、および第２のプリズム３０３−２の面３０３−２ｂと面３０３−２ｄは、それぞれ互いに平行で間隔が等しい。
【０１６４】
さらに、第１のプリズム３０３−１の面３０３−１ａが面３０３−１ｂおよび面３０３−１ｄに対してなす２つの角度は、第２のプリズム３０３−２の面３０３−２ａが面３０３−１ｄおよび面３０３−１ｂに対してなす２つの角度とそれぞれ等しい。このため、第１のプリズム３０３−１と第２のプリズム３０３−２とを面３０３−１ａ，３０３−２ａで接合する（接合後の面を３０３ａと記す）と、接合されたビームスプリッタ３０３は、光学的に平行平板と同様の特性を示す。したがって、入射面３０３ｂのうちどの領域に光束が入射しても同一の波面で透過するため、入射位置に関わらず収差変化が生じない。
【０１６５】
なお、第２のプリズム３０３−２は、図２３（ａ）に示すように、面３０３−２ａと面３０３−２ｂとのなす角度が、面３０３−２ｃと面３０３−２ｂとのなす角度と略同一の台形断面を有する。
【０１６６】
ビームスプリッタ３０３の面３０３ａに光束分離機能を持たせるため、第２のプリズム３０３−２の面３０３−２ａ上に、実施例１と同様の誘電体多層膜が形成されている。そして、第２のプリズム３０３−２は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第１のプリズム３０３−１と貼り合される。
【０１６７】
光束分離機能面３０３ａの光学特性は、図６に示す通りである。ビームスプリッタ３０３の入射面３０３ｂには、反射防止コートＡＲが形成されており、その特性は、図７に示す通りである。
【０１６８】
また、ビームスプリッタ３０３の射出面３０３ｄには、赤外（ＩＲ）カットフィルタ膜３０３ｅが形成されている。このＩＲカットフィルタ膜３０３ｅによって、可視領域波長のみを撮像素子１０６に到達させることができ、色再現性の良いカメラを構築することができる。
【０１６９】
また、第２のプリズム３０３−２の上部に形成された面３０３−２ｃ（ビームスプリッタ３０３の反射面３０３ｃ）には、金属膜による反射ミラーコーティングが施されている。ピームスプリッタ３０３の入射面３０３ｂから内部に入射した光束のうち、光束分離機能面３０３ａで反射した光束は、ビームスプリッタ３０３の入射面３０３ｂで内面反射（内部全反射）する。さらに、ミラーコーティングされた反射面３０３ｃで反射して、ＡＦ射出面３０３ｆから射出し、焦点検出センサ１１２へと導かれる。
【０１７０】
図２４（ａ），（ｂ）には、ビームスプリッタ３０３によって焦点検出センサ１１２に導かれる光線の様子を示す。図２４（ａ）には、光軸１１０ａを直進させ、その代わりに各反射作用を有する面で第２のプリズム３０３−２を折り返して、第２のプリズム３０３−２内での光線の進む様子を示している。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）での光線を、再度折り返して第２のプリズム３０３−２内で展開した様子を示している。
【０１７１】
図２４（ａ）に示すように、入射面３０３−２ｂと出射面３０３−２ｂとは光学的にフラットな面と等価であり、仮にビームスプリッタ３０３が上下方向にずれたとしても、光路長は変化しない。１１０ｂはビームスプリッタ３０３が上下方向にずれたときの光軸を示す。但し、光軸方向にビームスプリッタ３０３がずれると、一般のミラー系と同様に、該ずれ量の２倍だけ光路長が変化することになり、注意が必要となる。本実施例では、実施例１の図２０で示したような保持構造および駆動機構を採用することにより、光軸方向のずれを抑えることができる。なお、本実施例では、ビームスプリッタ３０３のみをスプリッタ枠で保持する。
【０１７２】
さらに、スプリッタ枠をバネで光軸方向一方に付勢してガイド棒との係合ガタをなくするなどの方法により、ビームスプリッタ３０３の光軸方向のずれを抑えることができる。
【０１７３】
本実施例では、焦点検出センサ１２２が固定されており、ビームスプリッタ３０３だけを移動させればよいため、上下方向の大きさを縮めることができ、レンズ鏡筒内の設計自由度を高めることができる。
【実施例３】
【０１７４】
図２５には、本発明の実施例３であるデジタルスチルカメラ（第２の撮像技術）のレンズ鏡筒の構成を示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付している。
【０１７５】
図２５（ａ）は、焦点検出センサ１１２により焦点検出を行う第１のモードでの構成を示している。第１モード位置では、ビームスプリッタ４０３の光束分離機能面４０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面４０３ａによって焦点検出センサ１１２に向かうＡＦ用光束と、撮像素子１０６に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面４０３ａを通らない光束は、ビームスプリッタ４０３を透過して撮像素子１０６に向かう。
【０１７６】
また、図２５（ｂ），（ｃ）には、撮影および単独でのＴＶ−ＡＦを行う第２のモードでの構成を示している。これらの第２モード位置では、ビームスプリッタ４０３の光束分離機能面４０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系１０２からの光束のうち撮像素子１０６に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面４０３ａを通らずにビームスプリッタ４０３を透過して撮像素子１０６に到達する。但し、図２５（ａ），（ｂ）では、ビームスプリッタ４０３における光束が透過する領域が上下方向で異なっている。以下の説明では、図２５（ｂ）の状態を第２ａモード、このときの位置を第２ａモード位置という。また、図２５（ｃ）の状態を第２ｂモード、このときの位置を第２ｂモード位置という。
【０１７７】
実施例１では、ビームスプリッタ４０３と焦点検出センサ１１２とが一体的に移動する場合について説明したが、本実施例では、焦点検出センサ１１２は所定位置に固定され、ビームスプリッタ４０３のみが第１〜第３モード位置間で上下移動する。
【０１７８】
また、図２５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ４０３においても、結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内の光束（画像表示や撮影に有効な光束）は、すべてビームスプリッタ４０３に入射する。具体的には、第１モード位置では、ビームスプリッタ４０３のうち光束分離機能面４０３ａを挟んだ上下の領域（後述する第１のプリズム４０３−１および第２のプリズム４０３−２）にすべての光束が入射する。また、第２ａモード位置では、光束分離機能面４０３ａよりも下側の領域（第２のプリズム４０３−２）にすべての光束が入射する。さらに、第２ｂモード位置では、光束分離機能面４０３ａよりも上側の領域（後述する第１のプリズム）にすべての光束が入射する。
【０１７９】
このため、第１のモード、第２ａモードおよび第２ｂモードで、結像光学系１０２から撮像素子１０６への光路長が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。
【０１８０】
また、各モード間での切換え途中においても、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ１０７で確認することが可能となり、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。
【０１８１】
図２６には、ビームスプリッタ４０３の構成を示している。ビームスプリッタ４０３は、実施例１と同様に、透明体により構成される第１のプリズム４０３−１と第２のプリズム４０３−２とを面４０３−１ａ，４０３−２ａで貼り合せて製作される。図２６（ｂ）に示すビームスプリッタ４０３の入射面４０３ｂは、第１のプリズム４０３−１の面４０３−１ｂと第２のプリズム４０３−２の面４０３−２ｂとで構成されている。
【０１８２】
また、該入射面４０３ｂからの直進光の射出面４０３ｄは、第１のプリズム４０３−１の面４０３−１ｄと第２のプリズム４０３−２の面４０３−２ｄとで構成されている。
【０１８３】
プリズム４０３−１，４０３−２はいずれも、実施例１と同じ材料により形成されている。第１のプリズム４０３−１の各面と第２のプリズム４０３−２の各面との関係は、実施例１と同様である。
【０１８４】
また、ビームスプリッタ１０３の面１０３ａに光束分離機能を持たせるために、第２のプリズム４０３−２の面４０３−２ａ上には誘電体多層膜が形成されている。そして、第２のプリズム４０３−２は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第１のプリズム４０３−１と貼り合される。
【０１８５】
光束分離機能面４０３ａの光学特性は図６に示す通りである。また、ビームスプリッタ４０３の入射面４０３ｂには、反射防止コートＡＲが形成されており、図７のような特性となる。
【０１８６】
また、第２のプリズム４０３−２の面４０３−２ｄには、焦点検出センサ１１２への射出領域を除いて、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ４０３ｇが形成されている。また、ＩＲカットフィルタ膜が、図２５中に示すローパスフィルタ１１３の前面（ビームスプリッタ４０３側）に形成されている。
【０１８７】
ＮＤフィルタは一種の光吸収膜であり、クロメルなどの蒸着膜によって構成され、非常に広い波長域に対してフラットな透過特性を得ることができる。クロメルは、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とした合金で、Ｃｒ：７．０〜１０．５％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｓｉ：１．０以下、といった組成比を有する。図２７はクロメルの蒸着膜を用いたＮＤフィルタ４０３ｇの光学特性の例である。本実施例では、光量を概ね半分に減じるＮＤフィルタを用いている。
【０１８８】
図２８は、撮像素子１０６によって撮影された物体の輝度を示す図で、（ａ）はＦｎｏ２．８での像、（ｂ）はＦｎｏ４での像、（ｃ）はＦｎｏ８での像である。像中の影になった部分は、光束分離機能面４０３ａおよびＮＤフィルタ４０３ｇを透過した光束によって形成された像部分である。
【０１８９】
撮像素子１０６で得られる撮影像での輝度むらの状態は、図２８（ａ）〜（ｃ）に示すように上下で差が有り、Ｆｎｏによっても異なる。但し、分光特性は、像高、Ｆｎｏによらず概略同じである。このため、ディスプレイ１０７への再生処理の際は、Ｆｎｏに対応した適正な輝度補正パラメータを予め記憶しておき、Ｆｎｏ情報に基づいて、図２で示したカメラシステム制御回路１３５にて再生処理をコントロールする。これにより、違和感のない再生画像を表示することができる。
【０１９０】
第２のプリズム４０３−２は、図２６（ａ）に示すように、対角が等しい平行四辺形断面を有する。このような形状にすることで、実施例２（図２４）で説明したビームスプリッタ３０３と同様な特性を持ち、入射面４０３ｂと出射面４０３ｂとが光学的にフラットな透過面と等価となる。このため、仮にビームスプリッタ４０３が上下方向にずれたとしても、光路長は変化しない。またこの場合は、フラットな透過面であるため、光軸方向にビームスプリッタ４０３がずれても光路長はずれることがなく、ビームスプリッタ４０３の姿勢ぶれに対して許容値を実施例２に比べ大きくすることができる。
【０１９１】
本実施例では、第２ａモードでは被写体が明るすぎて露出オーバーになるような場合に、図２５（ｃ）に示す第２ｂモード位置にビームスプリッタ４０３を配置することで、ほぼ半分に減光することができる。すなわち、本来、ＡＦ用光束と撮影用光束とを分離する機能を有するビームスプリッタ４０３に、光路に対して進退可能なＮＤフィルタの役目も持たせることができる。
【０１９２】
なお、本実施例では、光量を概ね半減させるＮＤフィルタを用いた例を示したが、ＮＤフィルタの減光割合をより大きくすることにより、明るさのダイナミックレンジを上げることも可能となる。その場合は、撮影像の輝度分布が図２８とは異なり、上部でさらに暗くなるが、その分を補正する輝度補正パラメータを記憶しておくことにより、違和感のない表示画像を得ることが可能となる。
【０１９３】
また、本実施例では、第２モード位置を２位置設けた場合について説明したが、本発明では２位置に限らず、３位置以上設けてもよい。この場合に、各位置で光束が透過する領域に形成するＮＤフィルタの濃度（透過率）を互いに異ならせると、様々な減光割合を選択することができる。
【実施例４】
【０１９４】
図２９には、本発明の実施例４であるデジタルスチルカメラ（第１，３の撮像技術）のレンズ鏡筒の構成を示している。本実施例におけるビームスプリッタ５０３は、実施例１のビームスプリッタ１０３と基本的に同じ構成を有し、第１のプリズム５０３−１と第２のプリズム５０３−２とを光束分離機能面５０３ａの位置で接合して製作されている。また、本実施例において、ビームスプリッタ５０３以外の実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付している。
【０１９５】
図２９（ａ）〜（ｃ）は、焦点検出センサ１１２により焦点検出を行う第１のモードでの構成を示している。これらの第１モード位置では、ビームスプリッタ５０３の光束分離機能面５０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面５０３ａによって焦点検出センサ１１２に向かうＡＦ用光束と、撮像素子１０６に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面５０３ａを通らない光束は、ビームスプリッタ５０３を透過して撮像素子１０６に向かう。
【０１９６】
但し、図２９（ａ）〜（ｃ）では、光束分離機能面５０３ａの上下方向位置が異なり、これに伴い、焦点検出センサ１１２の焦点検出視野が異なる。以下の説明では、図２９（ａ）の状態を第１ａモード、このときの位置を第１ａモード位置という。また、図２９（ｂ）の状態を第１ｂモード、このときの位置を第１ｂモード位置という。さらに、図２９（ｃ）の状態を第１ｃモード、このときの位置を第１ｃモード位置という。
【０１９７】
また、図示しないが、撮影および単独でのＴＶ−ＡＦを行う第２のモードでは、ビームスプリッタ５０３の光束分離機能面４０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路外に配置される。このため、該結像光学系１０２からの光束のうち撮像素子１０６に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面５０３ａを通らずにビームスプリッタ５０３を透過して撮像素子１０６に到達する。
【０１９８】
また、図２９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、いずれのモード位置（不図示の第２モード位置も含む）に配置されたビームスプリッタ５０３においても、結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内の光束（画像表示や撮影に有効な光束）は、すべてビームスプリッタ４０３に入射する。具体的には、第１ａ〜第１ｃモード位置では、ビームスプリッタ４０３のうち光束分離機能面５０３ａを挟んだ上下の領域（第１および第２のプリズム５０３−１，５０３−２）にすべての光束が入射する。また、第２モード位置では、光束分離機能面５０３ａよりも下側の領域（第２のプリズム５０３−２）にすべての光束が入射する。このため、第１ａ〜ｃのモードおよび第２のモードで、結像光学系１０２から撮像素子１０６への光路長が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。
【０１９９】
また、各モード間での切換え途中においても、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ１０７で確認することが可能となり、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。
【０２００】
本実施例では、ビームスプリッタ５０３と焦点検出センサ１１２が固着されており、実施例１と同様に、図２０で示した駆動機構によってビームスプリッタ５０３と焦点検出センサ１１２が上下方向に移動する。そして、マイクロステッピングモータ２０３に対するパルス数制御により、任意の位置で光束分離機能面５０３ａを停止させることができる。
【０２０１】
図３０には、ファインダー視野１２０内での焦点検出センサ１１２の焦点検出視野を示している。５５０ｂで示す焦点検出視野は、実施例１の図８に示した中央焦点検出視野と同じである。本実施例では、この中央焦点検出視野の上下にそれぞれ、上焦点検出視野５５０ａと下焦点検出視野５５０ｂとを設けている。
【０２０２】
撮影者は、不図示の視野選択スイッチ又は視線入力装置の選択手段を介して、焦点検出領域５５０ａ〜５５０ｃのいずれかに選択可能となっており、その選択入力に応じてカメラシステム制御回路１３５がマイクロステッピングモータ２０３を制御することにより、ビームスプリッタ５０３が第１ａ〜１ｃモード位置のいずれかに位置決めされる。これにより、選択された焦点検出視野内に存在する被写体に対する位相差ＡＦが行われる。なお、通常ＡＦモードにおいて位相差ＡＦに続くＴＶ−ＡＦも、この選択された焦点検出視野に対応する画像領域の高周波成分に基づいて行われる。
【０２０３】
なお、本実施例のビームスプリッタ５０５における光束分離機能面５０３ａで反射した光束を焦点検出センサ１１２に導くプリズム５０５−２の上下方向長さは、撮像素子１０６の下端近傍に対応する位置（第１ｃモード位置）に光束分離機能面５０３ａが配置されたときに焦点検出センサ１１２への射出部が撮像素子１０６の上端面より若干上方に位置するように設定されている。これにより、ビームスプリッタ５０５が無駄に大きく（長く）ならないようにしている。
【０２０４】
図３１は、撮像素子１０６によって撮影された物体の輝度を示す図であり、図３１（ａ）はＦｎｏ４で、ビームスプリッタ５０３が図２９（ａ）の第１ａモード位置に配置されたときの像である。また、図３１（ｂ）は、Ｆｎｏ４で、ビームスプリッタ５０３が図２９（ｂ）の第１ｂモード位置に配置されたときの像である。さらに、図３１（ｃ）はＦｎｏ４で、ビームスプリッタ５０３が図２９（ｃ）の第１ｃモード位置に位置するときの像である。
【０２０５】
また、Ｆｎｏによっても、実施例１同様に撮影像の輝度分布が異なる。本実施例では、Ｆｎｏと焦点検出視野の位置に対応した適正な輝度補正パラメータを予め記憶しておき、Ｆｎｏ情報と焦点検出視野の位置情報とに基づいて、図２で示したカメラシステム制御１３５にて再生処理をコントロールする。これにより、違和感のない再生画像表示を行うことができる。
【０２０６】
なお、本実施例では、第１モード位置を３位置設けた場合について説明したが、本発明では３位置に限らず、２位置でもよいし、４位置以上設けてもよい。
【実施例５】
【０２０７】
図３２には、本発明の実施例５であるデジタルスチルカメラ（第２の撮像技術）のレンズ鏡筒部の構成を示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付している。
【０２０８】
図３２（ａ）は、焦点検出センサ１１２により焦点検出を行う第１のモードでの構成を示している。第１モード位置では、ビームスプリッタ６０３の光束分離機能面６０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面６０３ａによって焦点検出センサ１１２に向かうＡＦ用光束と、撮像素子１０６に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面６０３ａを通らない光束は、ビームスプリッタ６０３を透過して撮像素子１０６に向かう。
【０２０９】
一方、図３２（ｂ）には、撮影および単独でのＴＶ−ＡＦを行う第２のモードでの構成を示している。第２モード位置では、ビームスプリッタ６０３の光束分離機能面６０３ａが結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系１０２からの光束のうち撮像素子１０６に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面６０３ａを通らずにビームスプリッタ６０３を透過して撮像素子１０６に到達する。
【０２１０】
また、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ６０３においても、結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路内の光束（画像表示や撮影に有効な光束）は、すべてビームスプリッタ６０３に入射する。具体的には、第１モード位置では、ビームスプリッタ６０３のうち光束分離機能面６０３ａを挟んだ上下の領域（後述する第１のプリズム６０３−１および第２のプリズム６０３−２）にすべての光束が入射する。また、第２モード位置では、光束分離機能面１０３ａよりも下側の領域（第２のプリズム６０３−２）にすべての光束が入射する。
【０２１１】
図３３（ａ）に示すように、本実施例のビームスプリッタ６０３は、第１および第２のプリズム６０３−１，６０３−２とを面６０３−１ａ，６０３−２ａで貼り合せて製作される。ビームスプリッタ６０３の入射面６０３ｂは、第１のプリズム６０３−１の面６０３−１ｂと第２のプリズム６０３−２の面６０３−２ｂとで構成されている。また、該入射面６０３ｂからの直進光の射出面６０３ｄは、第１のプリズム６０３−１の面６０３−１ｄと第２のプリズム６０３−２の面６０３−２ｄとで構成されている。
【０２１２】
第１のプリズム６０３−１は、水晶６０３−１１，６０３−１２，６０３−１３（常光屈折率１．５４６、異常光屈折率１．５５５）を貼り合わせて一体化されたものである。水晶６０３−１１，６０３−１２，６０３−１３はそれぞれ、光学ローパスフィルタ、位相板、およびローパスフィルタの機能を有する。このように、第１のプリズム６０３−１は、２枚のローパスフィルタの間に位相板を挟んだ３枚構成の光学ローパスユニットとなっている。なお、これら水晶６０３−１１，６０３−１２，６０３−１３は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤により接合されている。
【０２１３】
また、第２のプリズム６０３−２は、ガラス材ＬＬＦ１（屈折率１．５４８１４）により形成されている。これら第１および第２のプリズム６０３−１，６０３−２の厚さが互いに同じであれば、これらプリズムを透過する光束の光路長差はほとんどなくなる。
【０２１４】
第１のプリズム６０３−１の面６０３−１ｂと面６０３−１ｄ、および第２のプリズム６０３−２の面６０３−２ｂと面６０３−２ｄは、それぞれ互いに平行で間隔が等しい。
【０２１５】
さらに、第１のプリズム６０３−１の面６０３−１ａが面６０３−１ｂおよび面６０３−１ｄに対してなす２つの角度は、第２のプリズム６０３−２の面６０３−２ａが面６０３−１ｄおよび面６０３−１ｂに対してなす２つの角度とそれぞれ等しい。このため、第１のプリズム６０３−１と第２のプリズム６０３−２とを面６０３−１ａ，６０３−２ａで接合する（接合後の面を６０３ａと記す）と、接合されたビームスプリッタ６０３は、光学的に平行平板と同様の特性を示す。したがって、入射面６０３ｂのうちどの領域に光束が入射しても同一の波面で透過するため、入射位置に関わらず収差変化が生じない。
【０２１６】
ビームスプリッタ６０３の面６０３ａに光束分離機能を持たせるために、実施例１と同様に、第２のプリズム６０３−２の面６０３−２ａ上には誘電体多層膜が形成されている。そして、第２のプリズム６０３−２は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第１のプリズム６０３−１と貼り合される。光束分離機能面６０３ａの光学特性は、図６に示す通りである。また、ビームスプリッタ６０３の入射面６０３ｂ面とＡＦ射出面６０３ｃに、図７に示す特性の反射防止コートＡＲを形成している。
【０２１７】
さらに、ビームスプリッタ６０３の射出面６０３ｄには、ＩＲカットフィルタ膜６０３ｅが形成されている。これにより、可視領域波長のみを撮像素子１０６へ到達させることができ、色再現性の良いカメラを構築することができる。
【０２１８】
一方、実施例１同様に、焦点検出センサ１１２に対しては、赤外光も含んだ光をＡＦ射出面６０３ｃから射出するので、暗いシーンでのＡＦ性能を上げることができる。
【０２１９】
本実施例によれば、ローパスユニットがビームスプリッタと一体的に構成されているため、これらを別々に設ける場合に比べて光学ユニット数を減らすことができ、小型化にも有利となる。
【０２２０】
以上、各実施例では、デジタルスチルカメラを例にして説明したが、本発明は、デジタルスチルカメラに限られず、ビデオカメラや、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話などの各種撮像装置に適用することができる。
【０２２１】
また、上記各実施例では、レンズ一体型のコンパクトカメラについて説明したが、本発明は、種々の特性（Ｆナンバーや焦点距離など）を持った交換レンズが装着可能なカメラにも適用することができる。
【０２２２】
さらに、上記各実施例では、カメラの上下方向（撮像素子の短辺方向）にビームスプリッタを移動させる場合について説明したが、カメラの左右方向（撮像素子の長辺方向）に移動させて、ビームスプリッタにおける光束が透過する領域を代えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２２３】
【図１】本発明の実施例１であるデジタルカメラの断面図。
【図２】実施例１のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図。
【図３】実施例１のデジタルカメラのレンズ鏡筒部の断面図（第１モード）。
【図４】実施例１のデジタルカメラのレンズ鏡筒部分の断面図（第２モード）。
【図５】実施例１のデジタルカメラのビームスプリッタの断面図。
【図６】実施例１のビームスプリッタにおける光束分離機能面の光学特性を示す図。
【図７】実施例１のビームスプリッタにおける反射防止コートの光学特性を示す図。
【図８】実施例１のデジタルカメラにおける焦点検出センサの焦点検出視野を示す図。
【図９】実施例１のデジタルカメラにおける焦点検出センサの焦点検出面の平面図。
【図１０】実施例１のデジタルカメラにおける焦点検出センサの画素部の断面図。
【図１１】図１０の焦点検出センサの１画素の光電変換部を表す平面図と該１画素の平面図。
【図１２】図１０の焦点検出センサの各画素を連結した画素列を表す平面図。
【図１３】図１０の焦点検出センサの各画素を連結した画素列を表す斜視図。
【図１４】図１０の焦点検出センサの第１配線層の開口を示す平面図。
【図１５】図１０の焦点検出センサの焦点検出視野の部分断面図。
【図１６】図１０の焦点検出センサの焦点検出視野の部分断面図。
【図１７】図１０の焦点検出センサの出力信号波形を表す図。
【図１８】図１０の焦点検出センサの出力信号波形を表す図。
【図１９】実施例１での輝度むらの様子を説明する図。
【図２０】実施例１のビームスプリッタの駆動機構を示す図。
【図２１】実施例１のデジタルカメラにおける撮影シーケンスのフローチャート。
【図２２】本発明の実施例２であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。
【図２３】実施例２のデジタルカメラにおけるビームスプリッタの断面図。
【図２４】実施例２のビームスプリッタ内の光線の説明図。
【図２５】本発明の実施例３であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。
【図２６】実施例３のデジタルカメラにおけるビームスプリッタの断面図。
【図２７】実施例３のデジタルカメラにおけるＮＤフィルタの光学特性の例を示す図。
【図２８】実施例３での輝度むらの様子を説明する図。
【図２９】本発明の実施例４であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。
【図３０】実施例４のデジタルカメラでの焦点検出視野を説明する図。
【図３１】実施例４での輝度むらの様子を説明する図。
【図３２】本発明の実施例５であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。
【図３３】実施例５のデジタルカメラにおけるビームスプリッタの断面図。
【符号の説明】
【０２２４】
１０２  結像光学系
１０３，３０３，４０３，５０３，６０３  ビームスプリッタ
１０３ａ，３０３ａ，４０３ａ，５０３ａ，６０３ａ  光束分離機能面
１０５  レンズ鏡筒
１０６  撮像素子
１１２  焦点検出センサ
１１３  光学ローパスフィルタ
２０１  スプリッタ枠
２０２  ガイド棒
２０３  マイクロステッピングモータ
２０４  リードスクリュー
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【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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