(57)【要約】【課題】位相差検出方式による良好な焦点検出性能を得るためのＡＦ像形成と該ＡＦ像の分離とを確実に行なう。また、さまざまな光学系に対して、ＡＦ位相差像の劣化（光量減少、ゴースト）を防ぐことを可能にする。【解決手段】光学機器は、光学系１０の射出瞳における第１の領域４１ａと第２の領域４１ｂをそれぞれ通過して光電変換素子６上に像を形成する第１の光束１ａおよび第２の光束１ｂのうち少なくとも一方の光束を、他方の光束に対して第１および第２の領域の分離方向と異なる方向に偏向させる偏向光学素子４４ａを備えた光偏向ユニット４０を有する。該光偏向ユニットは、該光偏向ユニットから射出する光束による光電変換素子上での像形成範囲を制限する光制限素子４３ａを有する。また、該光制限素子４３は第１面にパワーを持った曲率面、第２面にブレーズ形状素子により構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の射出瞳における第１の領域と第２の領域をそれぞれ通過して光電変換素子上に像を形成する第１の光束および第２の光束のうち少なくとも一方の光束を、他方の光束に対して前記第１および第２の領域の分離方向と異なる方向に偏向させる偏向光学素子を備えた光偏向ユニットを有し、
前記光偏向ユニットは、該光偏向ユニットから射出した光束による前記光電変換素子上での像形成範囲を制限する光制限素子を有することを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記光制限素子は、前記光電変換素子上における像検出領域において前記第１の光束と前記第２の光束のそれぞれによって形成される像が相互に重ならないように前記像形成範囲を制限することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項３】
前記光制限素子は、前記偏向光学素子への光束の入射角度を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
【請求項４】
前記光制限素子は、前記偏向光学素子から射出した光束の前記光偏向ユニットからの射出角度を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
【請求項５】
前記光制限素子は、前記偏向光学素子のへの光束の入射角度を制限し、かつ前記偏向光学素子から射出した光束の前記光偏向ユニットからの射出角度を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
【請求項６】
前記光制限素子と前記偏向光学素子は、前記光学系の内部に配置さ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つに記載の光学機器。
【請求項７】
前記光制限素子と前記偏向光学素子は、前記光学系の光路に対して一体的に進退可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項８】
前記光制限素子と前記偏向光学素子はそれぞれ、ブレーズ形状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つに記載の光学機器。
【請求項９】
前記光制限素子と前記偏向光学素子は、屈折率の異なる同一のブレーズ形状により構成されていることを特徴とする請求項８記載の光学機器
【請求項１０】
前記光偏向ユニットは、
前記第１の光束を偏向させる第１の偏向光学素子と、
前記第２の光束を前記第１の光束の偏向方向とは異なる方向に偏向させる第２の偏向光学素子と、
前記第１の偏向光学素子により偏向された前記第１の光束の前記光電変換素子上での像形成範囲を制限する第１の光制限素子と、
前記第２の偏向光学素子により偏向された前記第２の光束の前記光電変換素子上での像形成範囲を、前記第１の光束による像形成範囲とは異なる範囲に制限する第２の光制限素子とを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項１１】
前記第１および第２の偏向光学素子はそれぞれブレーズ形状を有し、かつブレーズ方向が互いに異なり、
前記第１および第２の光制限素子はそれぞれブレーズ形状を有し、かつブレーズ方向が互いに異なることを特徴とする請求項１０に記載の光学機器。
【請求項１２】
前記光制限素子は、光束を通過させる領域と光束を遮断する領域とを交互に有することを特徴とする請求項１から７および１０のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項１３】
前記光制限素子は、前記偏向光学素子の入射面側に配置された入射側素子と、該偏向光学素子の射出面側に配置された射出側素子とにより構成され、
該入射側および射出側素子は、それぞれ光束を通過させる領域と光束を遮断する領域とを交互に有し、かつ該両領域の位相が互いに異なることを特徴とする請求項１から７および１０のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項１４】
前記光学系と、前記光偏向ユニットとを有し、
前記光電変換素子からの出力を用いて焦点検出を行う撮像装置に対して着脱可能であるレンズ装置であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光学機器と、
前記撮像装置とを有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１６】
前記光学系と、前記光偏向ユニットと、前記光電変換素子とを有し、
該光電変換素子からの出力を用いて焦点検出を行う撮像装置であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項１７】
光学系の射出瞳における第１の領域と第２の領域をそれぞれ通過して光電変換素子上に像を形成する第１の光束および第２の光束のうち少なくとも一方の光束を、他方の光束に対して前記第１および第２の領域の分離方向と異なる方向に偏向させる偏向光学素子を備えた光偏向ユニットを有し、
前記光偏向ユニットは、該光偏向ユニットから射出した光束による前記光電変換素子上での像形成範囲を制限する光制限素子を有し、
前記光制限素子は、光学的パワーを有する曲面により構成される第１面と、ブレーズ形状素子が形成された第２面とを有することを特徴とする光学機器。
【請求項１８】
前記光制限素子における前記第１面の光学的パワーが、被写体からの光線束を平行とするように設定されていることを特徴とする請求項１７に記載の光学機器。
【請求項１９】
前記偏向光学素子は、前記光制限素子の前記第１面の光学的パワーを打ち消す光学的パワーを有する面を備えることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光学機器。
【請求項２０】
前記光学系と、前記光偏向ユニットとを有し、
前記光電変換素子からの出力を用いて焦点検出を行う撮像装置に対して着脱可能であるレンズ装置であることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光学機器と、
前記撮像装置とを有することを特徴とする撮像システム。
【請求項２２】
前記光学系と、前記光偏向ユニットと、前記光電変換素子とを有し、
該光電変換素子からの出力を用いて焦点検出を行う撮像装置であることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１つに記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差検出方式での焦点検出を行うために光電変換素子上に複数の像を形成する光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフレックスカメラにおいては、ＴＴＬ（Through the Taking Lens）位相差検出方式によるＡＦが一般的に採用されている。該位相差検出方式では、撮影レンズを介して取り込まれた被写体からの光束が、可動ミラーより反射されてフィルム又は撮像素子の受光面と等価な面（一次結像面）上に導かれる。該等価面に導かれた光束は、セパレータレンズを含む二次結像光学系によって２つに分割（瞳分割）されてＡＦ用の一対のラインセンサ上に導かれる。そして、該一対のラインセンサ上の２像のずれ（位相差）を検出することによって、撮影レンズ中のフォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を求める。
【０００３】
ところで、デジタルカメラは、被写体像を光電変換する光電変換素子としての撮像素子を有している。この撮像素子の一部をＡＦ用センサ領域として用いれば、ＡＦ専用のラインセンサや撮影レンズとは別の二次結像光学系を設ける必要がない。
【０００４】
このため、撮像素子の一部をＡＦ用センサ領域とし、該領域に撮影光学系内に設けられたスプリットイメージプリズムによって分割された２つの光束を導くようにした焦点検出システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、ホログラフィック光学素子を１次結像面より物体側に配置することにより、ＴＴＬ位相差方式のＡＦを実現する構成も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−４６１３２（段落００１５〜００４１、図４〜７等）
【特許文献２】特開平４−１４７２０７（第３頁左下欄５行〜４頁右上欄７行、第３図等）
【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、特許文献１にて提案されたスプリットイメージプリズムを用いる方法では、ＴＴＬ位相差検出方式とは異なり、スピリットイメージプリズムの境界線上での像の連続性が必須条件となる。例えばスプリットイメージプリズムの境界線上の像の形状が直線でなければ、合焦状態であっても非合焦であると判断してしまうなど、焦点検出を行う上で制約があり、ＴＴＬ位相差検出方式と同等の焦点検出性能が得られない。
【０００７】
また、特許文献２にて提案されたホログラフィック光学素子を用いる方法は、原理的にはＴＴＬ位相差検出方式と同様である。しかし、焦点状態を判断する上で重要となる瞳分割方向の２つの像（ＡＦ像）を形成する際に、色分散が大きなホログラフィック光学素子を使用している。このため、焦点検出精度を得る上で重要な位相差像同士の入射角度の差が波長により大きくずれ、焦点検出を行う上で現実的ではない。
【０００８】
本発明は、位相差検出方式による良好な焦点検出性能を得るためのＡＦ像形成と該ＡＦ像の分離とを確実に行えるようにした光学機器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】
【０００９】
本発明の一側面としての光学機器は、光学系の射出瞳における第１の領域と第２の領域をそれぞれ通過して光電変換素子上に像を形成する第１の光束および第２の光束のうち少なくとも一方の光束を、他方の光束に対して前記第１および第２の領域の分離方向と異なる方向に偏向させる偏向光学素子を備えた光偏向ユニットを有する。そして、該光偏向ユニットは、該光偏向ユニットから射出する光束による光電変換素子上での像形成範囲を制限する光制限素子を有することを特徴とする。
【００１０】
またさまざまな光学系に対しその光制限を確実に行うために、光制限素子の第1面にパワーを持たせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、瞳分割により得られた第１および第２の光束のうち少なくとも一方を、偏向光学素子によって瞳分割方向とは異なる方向に偏向させ、実質的に収差の少ないＡＦ像を光電変換素子上の異なる領域に形成することができる。しかも、該偏向光学素子とユニット化された光制限素子により、焦点検出性能を低下させるようなＡＦ像の重なりを確実に回避する（すなわち、ＡＦ像を実質的に分離する）ことができる。したがって、コンパクトでありながらも良好な焦点検出性能を得ることができる。更には、光線束の状態を略平行光束として光制限を確実に行うようにしたことにより、様々な光学系に適用でき、かつ挿入箇所の自由度も大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
ここではまず、本出願人が先に提案した光学機器（特願２００４−２５４９２０号）について、図２８および図２９を用いて簡単に説明する。この光学機器は、ＴＴＬ位相差検出方式による焦点検出に適し、かつＡＦ像同士の実質的な入射角度の差の波長によるずれを少なくすることができるものであり、本発明の前提技術となるものである。なお、図２８および図２９には、レンズ交換式デジタルカメラを示している。
【００１４】
図２８において、光学系１００と撮像素子６との間には、偏向光学素子１０２が設けられている。偏向光学素子１０２は、光学系１００の射出瞳における第１の領域と第２の領域をそれぞれ通過して光電変換素子に到達する第１の光束および第２の光束を該第１および第２の領域の分離方向とは異なる方向（図の上下方向）に偏向させる機能を有する。
【００１５】
そして、撮像素子６上において上部に形成されるＡＦ像と下部に形成されるＡＦ像とが重ならないように、絞り１０１と偏向光学素子１０２の開口は小さく設定されている。この場合、被写体の明るさに比べてＡＦ像が暗くなる傾向がある。
【００１６】
一方、図２９では、偏向光学素子１０４が光学系の瞳位置近傍に配置されている。そして、上部ＡＦ像と下部ＡＦ像との重なりを防止するために、偏向光学素子１０４とは異なる場所に別のマスク部材１０５を配置している。この場合、撮影時や焦点検出時に、偏向光学素子１０４だけでなく、これとは別に設けられたマスク部材１０５も同時に光路に対して進退させる機構を設ける必要がある。
【００１７】
以下に説明する実施例は、図２８および図２９に示した光学機器をさらに改良するものである。
【実施例１】
【００１８】
図１（ａ），（ｂ）には、本発明の実施例１である光学機器の構成を示している。図１（ａ）は、本実施例の光学機器の撮影状態を示し、図１（ｂ）は、本実施例の光学機器のＡＦ状態を示す図である。なお、本実施例では、撮像装置としてのレンズ一体型デジタルカメラについて説明する。このことは、後述する他の実施例でも同様である。
【００１９】
これらの図において、１０は撮影光学系であり、いわゆる３群ズームレンズを構成する。可動レンズ群を光軸（図中に一点鎖線で示す：他の図でも同様）に沿って下側に示した矢印のように移動させ、レンズ面間隔を変化させることによって、ワイド端とテレ端と間で焦点距離を変化させることができる。
【００２０】
６０は主にデジタルカメラで生じる偽色やモアレの現象を緩和させる機能を持つ光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）である。６は撮影光学系１０により形成された被写体像を光電変換する光電変換素子としての撮像素子である。該撮像素子６からの出力に基づいて画像信号が生成され、該画像信号は、不図示の半導体メモリ、光ディスク、磁気テープ等の記録媒体に記録される。
【００２１】
４０は光偏向ユニットであり、撮影光学系１０の光路上の内部空間、具体的には１群レンズと２群レンズとの間の空間に対して進退可能に構成されている。この空間は、撮影光学系１０の射出瞳の位置又はこれに近接した位置である。また、光偏向ユニット４０は、ズーム時に２群レンズとともに光軸方向に移動可能である。この光偏向ユニット４０の詳しい構成については後述する。
【００２２】
３０は主にＡＦにおいて焦点状態（デフォーカス量）や合焦のためのフォーカスレンズ駆動量などを演算するコントローラである。
【００２３】
１は撮影光学系１０の入射光束（図には、撮影光学系１０の瞳中心を通る光束のみ示す）である。
【００２４】
図２には、光偏向ユニット４０を撮影光学系１０の前側から見た図を示している。光偏向ユニット４０には、遮光マスク４２によって２つの分離された瞳（第１および第２の領域）４１ａ，４１ｂが形成されている。また、各分離瞳の部分には、光を偏向させる偏向光学素子と該偏向光学素子への光束の入射角を制限する光制限素子とが設けられている。これらの素子の具体的構成については後述する。
【００２５】
分離瞳４１ａ，４１ｂに設けられた偏向光学素子はそれぞれ、図中の矢印方向、すなわち互いに逆方向に光束を偏向する作用を有する。この偏向方向は、瞳分離方向とは異なる方向であり、具体的には、瞳分離方向に対して略直交する方向である。
【００２６】
これにより、図１（ｂ）に示すように、分離瞳４１ａを通過した光束（第１の光束）１ａは撮像素子６の上側にＡＦ像（以下、Ａ像ともいう）を形成する。また、分離瞳４１ｂを通過した光束（第２の光束）１ｂは撮像素子６の下側にＡＦ像（以下、Ｂ像ともいう）を形成する。
【００２７】
ここで、光偏向ユニット４０の構成についてより詳しく説明する。図３（ａ）は、図２に示した光偏向ユニット４０のうち分離瞳４１ａの部分に配置された偏向光学素子４４ａと、該偏向光学素子４４ａへの光束の入射角度を制限する光制限素子４３ａとからなる光偏向ユニット４０ａを示している。なお、本実施例では、光制限素子４３ａは、偏向光学素子４４ａの作用との合成によって光束を偏向する作用を有し、この意味において偏向光学素子でもある。但し、ここでは説明を分かり易くするため、素子４３ａを光制限素子と、素子４４ａを偏向光学素子と称する。
【００２８】
光制限素子４３ａは、プリズムが周期的に形成されたブレーズ形状を有したプリズムシートにより形成されており、該プリズムが形成された面を偏向光学素子４４ａに向けて配置されている。光制限素子４３ａにおける偏向光学素子４４ａへの光束の入射角度を制限する機能は、入射した光束のうちプリズムの斜面に対して全反射条件を満たす光線を全反射して偏向光学素子４４ａ側に透過させないことにより実現される。
【００２９】
光制限素子４３ａのプリズム斜面に対して全反射条件を満たさない光線は、該光制限素子４３ａを透過して偏向光学素子４４ａに入射する。偏向光学素子４４ａも、プリズムが周期的に形成されたブレーズ形状を有するプリズムシートにより形成され、該プリズムが形成された面を光制限素子４３ａのプリズム形成面に対向させるように配置されている。光偏向ユニット４０ａを透過する代表的な光線軌跡を図３（ａ）の実線により表し、光偏向ユニット４０ａにより遮断される代表的な光線軌跡を図３（ａ）の破線により表している。
【００３０】
光制限素子４３ａと偏向光学素子４４ａの合成偏向作用を調整することにより、光偏向ユニット４０ａ（偏向光学素子４４ａ）を射出する光束の角度を所望の角度に設定することができる。そして、光制限素子４３ａによる偏向光学素子４４ａへの光束の入射角度（光束角度）を制限する機能により、結果的に光偏向ユニット４０ａ（偏向光学素子４４ａ）を射出する光束により形成されるＡＦ像の撮像素子６上での形成範囲を制限することができる。
【００３１】
したがって、図２９に示すように、撮影光学系の外部（撮像素子６の前面）にマスク部材１０５を設ける必要がなくなる。また、光偏向ユニット４０を撮影光学系１０の内部に配置することで、撮像素子６上にＡＦ像を形成する光束の透過領域である分離瞳４１ａ，４１ｂ（偏向光学素子４４ａ，４４ｂ）を大きく形成することができる。このため、図２８に示すように撮像素子６の前面に偏向光学素子１０２を設ける場合に比べて明るいＡＦ像を形成することができる。
【００３２】
図４には、光制限素子４３ａと偏向光学素子４４ａに相当する、対向する２枚のプリズムシートに対する入射角と出射角との関係を示している。図中の透過角度計算式は、一方のプリズムシートから入射した光線の他方のプリズムシートからの射出角度（偏向角度）を計算する式である。また、透過率計算式は、屈折率がｎ１とｎ２の媒質の界面でのＰ波とＳ波のそれぞれの透過率を計算する式である。２枚のプリズムシートの各プリズム斜面面の角度に対してこれらの式を用いて計算することにより、入射角に対する偏向角度と透過光量を算出することができる。
【００３３】
図５には、偏向角度が約４．５度、入射制限角度が約１０度となる２枚のプリズムシート、すなわち光制限素子４３ａおよび偏向光学素子４４ａのパラメータを計算した結果を示し、透過率はＰ波とＳ波の平均値を表している。ここでは、光制限素子４３ａおよび偏向光学素子４４ａのプリズム斜面の角度θ１，θ２をともに３７度に設定し、光制限素子４３ａをアクリル樹脂、偏向光学素子４４ａをポリカーボネート材として材料を変え、屈折率ｎ１，ｎ２のみ異ならせている。これにより合成偏向での像性能を良くすると同時に、プリズム部の型形状を共有化できるメリットを有する。
【００３４】
各像高を構成する実際の光束は図５の紙面に垂直な方向に幅を持っており、しかも図５の上下方向にも角度を持つため、実際の入射制限角度は図５で示した角度よりも小さくなる。
【００３５】
本実施例の光偏向ユニット４０では、分離瞳４１ａに上記のような光制限素子４３ａおよび偏向光学素子４４ａが配置されている。一方、分離瞳４１ｂには、図３（ｂ）に示すように、光制限素子４３ａおよび偏向光学素子４４ａと同一形状を有し、ブレーズ方向がこれらとは反対方向である光制限素子４３ｂおよび偏向光学素子４４ｂが配置されている。言い換えれば、分離瞳４１ｂには、光制限素子４３ａおよび偏向光学素子４４ａを光偏向ユニット４０の面上で１８０度回転させたものが配置されている。
【００３６】
これにより、図１（ｂ）および図２に示すように、分離瞳４１ａ，４１ｂを通過する光束の偏向方向を互いに反対方向とすることができる。
【００３７】
図６（ａ）には、図１（ａ）に示した撮影状態であって光路内に光偏向ユニット４０が挿入されていない状態での撮像素子６上でのイメージサークル８とＡＦ像検出エリア７とを示している。また、図６（ｂ）には、図１（ｂ）に示したＡＦ状態であって光偏向ユニット４０が光路内に挿入された状態でのワイド端、ミドル、テレ端における２つのＡＦ像のイメージサークル８ａ，８ｂとＡＦ像検出エリア７ａ，７ｂとを示している。
【００３８】
図６（ｂ）に示すように、分離瞳４１ａを通過した光束によって形成されるイメージサークル（Ａ像の形成領域）８ａは、光制限素子４３ａの光束角度制限機能によって下側の部分がカットされる。また、光制限素子４３ａと偏向光学素子４４ａによる合成偏向作用によって分離瞳４１ａを通過した光束が傾き、イメージサークル８ａは撮像素子６の上部に移動する。
【００３９】
一方、分離瞳４１ｂを通過した光束によって形成されるイメージサークル（Ｂ像の形成領域）８ｂは、光制限素子４３ｂの光束角度制限機能によって上側の部分がカットされる。また、光制限素子４３ｂと偏向光学素子４４ｂによる合成偏向作用によって分離瞳４１ｂを通過した光束が傾き、イメージサークル８ｂは撮像素子６の下部に移動する。そして、光偏向ユニット４０の入射制限角度および光束偏向角度を調整することにより、撮像素子６上に、Ａ，Ｂ像を、ＡＦ像検出エリア７ａ，７ｂ上で互いに重ならないよう形成することができる。
【００４０】
なお、図６（ｂ）に示すようにズーム位置が変化するとＡ像，Ｂ像の中心位置が上下方向に変化するが、いずれのズーム位置でもＡＦ像検出エリア７ａ，７ｂでＡ，Ｂ像が重ならないように入射制限角度と光束偏向角度が調整される。
【００４１】
また、撮影光学系１０を像高に対する光偏向ユニット４０が配置される位置での光線角度をズーム位置に関係なく略一定となるように設計すれば、図６（ｂ）で示すような焦点検出エリアの上下方向の変化をなくすことができる。これにより、ＡＦ像検出エリアを大きく確保することができる。
【００４２】
本実施例のように、ズーム位置によって撮像素子６上でのＡ像，Ｂ像の中心位置が上下方向に変動する場合においても、その上下方向のオフセット量は計算より求められる。すなわち、Ａ像，Ｂ像の撮像素子６上でのアドレスをズーム位置情報に基づいて演算することができる。コントローラ３０はその演算を行うと同時に、撮像素子６からの出力信号を用いて撮影光学系１０の焦点状態を検出（演算）する焦点検出手段としても機能する。さらに、コントローラ３０は、該検出結果に基づいて撮影光学系１０に含まれるフォーカスレンズの駆動制御（焦点調節制御）を行う。
【００４３】
以上説明したように、本実施例の光偏向ユニット４０を用いれば、撮像素子６上のＡＦ像検出エリア７ａ，７ｂにおいてＡ像とＢ像との重なりが生じるのを回避しつつ、Ａ像とＢ像をそれぞれ上向きと下向きとに偏向させる。これにより、撮像素子６上の互いに異なる２つ領域に良好な位相差ＡＦ像を同時に形成することができる。
【００４４】
次に、本実施例において、Ａ像とＢ像を撮像素子６で検出する動作について説明する。図７（ａ）は、撮像素子６上においてＡ像，Ｂ像を光電変換するＡＦ像検出エリア６１，６２を示す。また、図７（ｂ）には、ＡＦ像検出エリア６１，６２を拡大して示している。
【００４５】
各ＡＦ像検出エリアでは、上下方向（撮像素子６の短辺方向）に２列で配列された画素からなる画素ブロック６１ａ，６２ａが左右方向（撮像素子６の長辺方向）に複数並んでいる。図７（ｃ）には、１つの画素ブロック中のカラーフィルタの配置を示している。
【００４６】
本実施例では、図７（ｃ）に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタがベイヤー配列によって画素単位で配置されている。なお、撮像素子６は、ＣＣＤ方式のものでもＣ−ＭＯＳ方式のものでもよい。
【００４７】
そして、図７（ｃ）に示した画素ブロック６１ａ，６２ａをＡＦ像検出における単位画素として単一の像情報を生成するように加算処理すると、上下方向のＡＦ像情報は色情報も含めて平均化処理される。しかし、左右方向の単位画素はもともとの撮像素子６の分解能に対応する２画素分のエリアであるため、色分散の影響を抑えつつも、ＡＦ像のずれ量を検出する上で十分な解像度を確保することができる。
【００４８】
以上のようにして得られた対のＡＦ像の光強度分布のずれ量に対して自己相関処理を行うことにより、撮影光学系のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することが可能となる。
【００４９】
また、図７（ｃ）に示した画素ブロック６１ａ，６２ａにおいて、カラーフィルタ毎にＡＦ像のずれ量を検出する方法を採れば、撮影像の色ごとの光強度ピークを的確に抽出することができ、さまざまな撮影像に対して正確な焦点検出を行うことが可能となる。
【００５０】
コントローラ３０（図１参照）は、ズーム位置に対応した画素ブロック６１ａ，６１ｂのアドレスを演算すると同時に、検出した焦点状態に基づいて撮影光学系１０に含まれるフォーカスレンズの合焦位置を算出する。そして、不図示のアクチュエータを介して該フォーカスレンズを駆動する。こうして自動焦点調節（ＡＦ）が可能となる。この際、撮像素子６により対のＡＦ像情報が得られるため、フォーカスレンズの駆動方向および駆動量などを定量的に算出することができる。
【００５１】
また、本実施例によれば、従来のような二次結像型のＡＦ専用センサやこれに付随するセパレートレンズ等の二次結像光学系などが不要となる。このため、撮像装置の構成を簡略化することができる。さらに言えば、二次結像光学系がある場合、撮影光学系と該二次結像光学系との相対位置（光軸位置）がずれると、ＡＦ性能の劣化に結びつくが、本実施例ではそのような構成による不安要素が少なく、安定したＡＦ性能が得られる。
【００５２】
図８には、図１（ｂ）に示したＡＦ状態における分離瞳４１ａ，４１ｂを通過した光束により形成されたＡＦ像検出エリア７ａ，７ｂでのＡＦ像（Ａ像，Ｂ像）の例を示す。ここでは、撮像素子６をその受光面に対向する側（前側）から見たときのＡＦ像であって、本来は倒立像であるものを上下反転させた（光軸を中心に１８０度回転させた）像を示している。
【００５３】
本実施例においては、前ピン状態であれば下側のＡＦ像（Ａ像）が右方向に、上側のＡＦ像（Ｂ像）が左方向にずれる。また、後ピン状態であれば、これらＡＦ像のずれ方向が逆となる。
【００５４】
この場合、得られた２つのＡＦ像は実際の撮影像に対して、縦方向に色収差はあるものの、ほぼ同等の像が得られる。ここで、図８において小さな矩形枠で示した複数の焦点検出エリアの中から撮影者によって画面中心から外れたエリア（周辺エリア）が選択された場合について説明する。例えば、図中のselect−ａ，select−ｂが選択された場合、該選択された周辺エリアに合わせて、図７で説明した撮像素子６上におけるＡＦ像検出エリア７ａ，７ｂを設定する。これにより、画面中心部だけでなく画面周辺部に対してもＴＴＬ位相差検出方式のＡＦを行うことができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施例では、偏向光学素子４４ａ，４４ｂを有する光偏向ユニット４０に、ＡＦ性能を低下させるようなＡＦ像の重なりを防止する実質的なマスクと同等の機能を有する光制限素子４３ａ，４３ｂを一体的に設けている。これにより、ＡＦ像の撮像素子６による検出結果に基づいて精度が良好な焦点検出性能を得ることができる。さらに、コンパクトでありながらも、ＡＦ像検出エリアを拡大できる構成を実現することができる。
【実施例２】
【００５６】
図９には、本発明の実施例２である光学機器の構成を示している。図９（ａ）は、本実施例の光学機器の撮影状態を示し、図９（ｂ）はＡＦ状態を示す。なお、図９において、実施例１（図１）で説明した構成要素と同じ構成要素には、実施例１と同一符号を付している。
【００５７】
本実施例では、光偏向ユニット１４０は、２群レンズと３群レンズとの間、すなわち撮影光学系１０の射出瞳位置又はそれに近接した位置から離れた位置に挿入される。また、光偏向ユニット１４０は、ズーム時に２群レンズとともに光軸方向に移動可能である。
【００５８】
図１０は、光偏向ユニット１４０を撮影光学系１０の前側から見た図である。光偏向ユニット１４０では、遮光マスク１４２によって２つの分離された瞳１４１ａ，１４１ｂが形成されている。
【００５９】
各分離瞳の部分には、光を偏向させる偏向光学素子と該偏向光学素子への光束の入射角を制限する光制限素子とが設けられている。
【００６０】
分離瞳１４１ａ，１４１ｂに設けられた偏向光学素子はそれぞれ、図中の矢印方向、すなわち互いに逆方向に光束を偏向する作用を有する。この偏向方向は、瞳分離方向に対して略直交する方向である。
【００６１】
本実施例の光偏向ユニット１４０の基本構成は、実施例１の光偏向ユニット４０と同様である。但し、光偏向ユニット１４０の撮影光学系１０内での挿入位置が実施例１と異なるため、適正な入射制限角度および光束偏向角度も異なる。このため、偏向光学素子と光制限素子のプリズム形状を実施例１と異ならせている。
【００６２】
図１１（ａ）は、図９（ａ）に示した撮影状態であって光偏向ユニット１４０が挿入されていない状態での撮像素子６上でのイメージサークル１８とＡＦ像検出エリア１７を示している。また、図１１（ｂ）は、図９（ｂ）に示したＡＦ状態であって光偏向ユニット１４０が挿入されている状態でのワイド端、ミドル、テレ端におけるＡ像，Ｂ像のイメージサークル１８ａ，１８ｂとＡＦ像検出エリア１７ａ，１７ｂを示している。
【００６３】
本実施例の光偏向ユニット１４０を使用することにより、分離瞳１４１ａを通過した光束により形成されるイメージサークル１８ａは、光制限素子による光束角度制限機能によって下の部分がカットされる。また、光制限素子と偏向光学素子の合成偏向作用によって、分離瞳１４１ａを通過した光束の光軸が傾き、Ａ像が撮像素子６の上部に移動する。
【００６４】
また、光偏向ユニット１４０が瞳位置から離れて配置されているため、ビネッティングの影響によりイメージサークル１８ａの右側部分においてケラレが発生する。
【００６５】
一方、分離瞳１４１ｂを通過した光束により形成されるイメージサークル１８ｂは、光制限素子による光束角度制限機能によって上の部分がカットされる。また、光制限素子と偏向光学素子の合成偏向作用によって、分離瞳１４１ｂを通過した光束の光軸が傾き、Ｂ像が撮像素子６の下部に移動する。
【００６６】
また、光偏向ユニット１４０が瞳位置から離れて配置されているため、ビネッティングの影響によりイメージサークル１８ｂの左側部分においてケラレが発生する。
【００６７】
そして、光偏向ユニット１４０の入射制限角度および光束偏向角度を調整することにより、撮像素子６上のＡＦ像検出エリア１７ａ，１７ｂに、Ａ像，Ｂ像を互いに重なることなく形成することができる。したがって、ＡＦ像検出エリア１７ａによりＡ像のみを検出し、ＡＦ像検出エリア１７ｂによりＢ像のみを検出することができる。
【００６８】
また、特にＴｅｌｅ側でビネッティングの影響により、イメージサークル１８ａ，１８ｂの左右方向幅が小さくなる。しかし、図１０に示す分離瞳１４１ａ，１４１ｂとの間隔や光学系などを調整することにより、ＡＦ像検出エリア１７ａ，１７ｂの左右方向幅を十分に確保することができる。
【００６９】
また、図１１（ｂ）に示すように、ズーム位置が変化すとＡ像，Ｂ像の中心位置が変動するが、光束偏向角度と入射制限角度を調整することにより、ＡＦ像検出エリア１７ａ，１７ｂの上下方向高さを十分に確保することができる。
【００７０】
以上、実施例１，２で説明したように、光偏向ユニットは瞳位置又はそれに近接した位置だけでなく、瞳位置又はそれに近接した位置から離れた位置にも配置することができる。このため、撮影光学系に対する制約を最小限に留めることができ、光偏向ユニットを含めた撮影光学系全体の設計自由度を大きくすることができる。
【００７１】
また、実施例１，２のように、光偏向ユニットを相互に対向したプリズムシートを用いて構成すれば、ＡＦ像の中心部で７０％程度の高い透過効率を確保することができる。
【実施例３】
【００７２】
図１２には、本発明の実施例３である光学機器のＡＦ状態での基本構成を示している。図１２（ａ）は、瞳分離された光束のうちＡ像を形成する光束のみを示し、図１２（ｂ）は撮像素子６上でのＡ像のイメージサークルを示す。なお、図１２において、実施例１（図１）で説明した構成要素と同じ構成要素には、実施例１と同一符号を付している。
【００７３】
図１２（ａ）中の２４５ａは、本実施例の光偏向ユニットの２つの分離瞳のうち一方の分離瞳に配置された光制限素子としてのブラインド素子である。また、２４４ａは偏向光学素子であり、実施例１と同様のプリズムシートにより構成されている。なお、本実施例の光偏向ユニットも、実施例１，２と同様に、撮影光学系２０の内部に配置されている。
【００７４】
また、本実施例では、撮影光学系２０が単焦点レンズを構成するものとして説明する。但し、撮影光学系２０はズームレンズであってもよい。
【００７５】
ブラインド素子２４５ａは、住友スリーエム株式会社製の視野角調整フィルム等で構成されている。該ブラインド素子２４５ａは、透明フィルムの間に薄い遮光壁部を所定間隔で配置したブラインド構成を有する。言い換えれば、光束を通過させる領域と光束を遮断する領域とを交互に有する。これにより、所定の入射角以上は光束を通過させない光束角度制限機能を有する。
【００７６】
一方、偏向光学素子２４４ａにより光束を偏向させることができるため、該偏向光学素子２４４ａとブラインド素子２４５ａとをユニット化することにより、光束角度制限機能を持った光偏向ユニットを実現することができる。
【００７７】
図１２（ｂ）に示すイメージサークル２８ａの中心偏心量が決まっていれば、撮影光学系２０との関係から偏向光学素子２４４ａによる偏向角度が求まり、プリズムシートの形状を決定することができる。
【００７８】
また、ブラインド素子２４５ａでは、入射角０度で透過率が最大となるように遮光壁部を透明フィルムに対して垂直になるように形成する。さらに、撮像素子６上の各ＡＦ像検出エリアでＡ像，Ｂ像の重なりが生じないように入射制限角度を調整する。入射制限角度は、遮光壁部の厚みや間隔、高さをパラメータとして調整することができる。
【００７９】
具体的には、撮影光学系２０の内部を通過する光束のうち、入射角が上下方向に±５度の光束のみがブラインド素子２４５ａを透過し、偏向光学素子２４４ａにより該光束の光軸を偏向させる。これにより、図１２（ｂ）に示すように、イメージサークル２８ａは、その中心位置が上方に移動し、かつ上下方向において一定の高さを有した形状になる。但し、ここではビネッティングの影響を除外したイメージサークルを示している。
【００８０】
本実施例の光偏向ユニットのうち他方の分離瞳には、実施例１，２と同様に、ブラインド素子２４５ａと偏向光学素子２４４ａを光偏向ユニットの面上で１８０度回転させたものが配置されている。これにより、撮像素子６上の両ＡＦ像検出エリアでＡ像，Ｂ像の重なりのない良好な位相差ＡＦ像を得ることができる。
【実施例４】
【００８１】
図１３には、本発明の実施例４である光学機器のＡＦ状態での基本構成を示している。図１３（ａ）は、瞳分離された光束のうちＡ像を形成する光束のみを示し、図１３（ｂ）は撮像素子６上でのＡ像のイメージサークルを示す。なお、図１３において、実施例１（図１）で説明した構成要素と同じ構成要素には、実施例１と同一符号を付している。
【００８２】
図１３（ａ）中の３４４ａは、本実施例の光偏向ユニットの２つの分離瞳のうち一方の分離瞳に配置された偏向光学素子であり、実施例１と同様のプリズムシートにより構成されている。また、３４５ａは光制限素子としてのブラインド素子である。なお、本実施例の光偏向ユニットも、実施例１，２と同様に、撮影光学系２０の内部に配置されている。
【００８３】
また、本実施例では、撮影光学系２０が単焦点レンズを構成するものとして説明する。但し、撮影光学系２０はズームレンズであってもよい。
【００８４】
本実施例でも、実施例３と同様に、ブラインド素子３４５ａと偏向光学素子３４４ａとをユニット化することにより、光束角度制限機能を持った光偏向ユニットを実現している。但し、ブラインド素子３４５ａと偏向光学素子３４４ａの配置順序が、実施例３とは逆になっている。ブラインド素子３４５ａは、偏向光学素子３４４ａから射出する光束の射出角度を制限することで、光偏向ユニットを射出する光束により形成されるＡＦ像の撮像素子６上での形成範囲を制限する。
【００８５】
具体的には、撮影光学系２０の内部を通過する光束は、偏向光学素子３４４ａによって光軸が５度上方向に曲げられる。そして、ブラインド素子３４５ａにおいては、該ブラインド素子３４５ａへの入射角が上下方向にて５±５度（０〜１０度）の光束のみが透過（射出）する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、イメージサークル３８ａは、その中心位置が上方向に移動し、上下方向において一定の高さを有した形状になる。
【００８６】
ブラインド素子３４５ａの射出制限角度を５±５度（０〜１０度）にするためには、遮光壁部を透明フィルムに対して傾き角５度で配列すればよい。
【００８７】
本実施例の光偏向ユニットのうち他方の分離瞳には、実施例１，２と同様に、偏向光学素子３４４ａとブラインド素子３４５ａを光偏向ユニットの面上で１８０度回転させたものが配置されている。これにより、撮像素子６上の両ＡＦ像検出エリアでＡ像，Ｂ像の重なりのない良好な位相差ＡＦ像を得ることができる。
【実施例５】
【００８８】
図１４には、本発明の実施例５である光学機器のＡＦ状態での基本構成を示している。図１４（ａ）は、瞳分離された光束のうちＡ像を形成する光束のみを示し、図１４（ｂ）は撮像素子６上でのＡ像のイメージサークルを示す。なお、図１４において、実施例１（図１）で説明した構成要素と同じ構成要素には、実施例１と同一符号を付している。
【００８９】
図１４（ａ）中の４４４ａは、本実施例の光偏向ユニットの２つの分離瞳のうち一方の分離瞳に配置された偏向光学素子であり、実施例１と同様のプリズムシートにより構成されている。また、４４６ａ，４４７ａは偏向光学素子４４４ａの入射面側と射出面側に配置された光制限素子としての入射側マスク素子および射出側マスク素子である。なお、本実施例の光偏向ユニットも、実施例１，２と同様に、撮影光学系２０の内部に配置されている。
【００９０】
また、本実施例では、撮影光学系２０が単焦点レンズを構成するものとして説明する。但し、撮影光学系２０はズームレンズであってもよい。
【００９１】
入射側マスク素子４４６ａと射出側マスク素子４４７ａはそれぞれ、光束を通過させる領域と光束を遮断する領域とを交互に有する。また、入射側マスク素子４４６ａと射出側マスク素子４４７ａとでは、上記両領域の位相が上下方向にて互いに異なる。図１５には、入射側マスク素子４４６aを撮影光学系２０の前側から見た形状を示す。
【００９２】
本実施例では、光束を偏向させる偏向光学素子４４４ａの前後に上下方向にて位相が異なる入射側マスク４４６ａと射出側マスク４４７ａとを配置することにより、実施例３，４にて説明したブラインド素子と同等の光束角度制限機能を持たせることができる。具体的には、入射側マスク４４６ａは偏向光学素子４４４ａへの光束の入射角度を制限し、射出側マスク４４７ａは偏向光学素子４４４ａから射出した光束の光偏向ユニットからの射出角度を制限する。これにより、図１４（ｂ）に示すように、イメージサークル４８ａは、その中心位置が上方向に移動し、上下方向において一定の高さを有した形状になる。
【００９３】
このように、偏向光学素子４４４ａと入射側および射出側マスク素子４４６ａ，４４７ａをユニット化することにより、光束角度制限機能を持った光偏向ユニットを実現することができる。
【００９４】
本実施例の光偏向ユニットのうち他方の分離瞳には、実施例１，２と同様に、偏向光学素子４４４ａと入射側および射出側マスク素子４４６ａ，４４７ａとを光偏向ユニットの面上で１８０度回転させたものが配置されている。これにより、撮像素子６上の両ＡＦ像検出エリアでＡ像，Ｂ像の重なりのない良好な位相差ＡＦ像を得ることができる。
【実施例６】
【００９５】
図１６には、本発明の実施例６の構成を示している。図１６（ａ）は、光学機器の撮影状態を示し、図１６（ｂ）はＡＦ状態を示す。なお、図１６において、実施例１（図１（ａ），（ｂ））で説明した構成要素と同じ構成要素には、実施例１と同一符号を付している。
【００９６】
これらの図において、１１０は撮影光学系であり、いわゆる３群ズームレンズを構成する。可動レンズ群を下側に示した矢印のように移動させ、レンズ面間隔を変化させることによって、ワイド端とテレ端と間で焦点距離を変化させることができる。
【００９７】
５４０は光偏向ユニットであり、撮影光学系１１０の光路上の内部空間、具体的には２群レンズと３群レンズとの間の空間に対して進退可能に構成されている。この空間は、撮影光学系１１０の射出瞳の位置又はこれに近接した位置である。また、光偏向ユニット５４０は、ズーム時に２群レンズとともに光軸方向に移動可能である。この光偏向ユニット４４０の詳しい構成については後述する。
【００９８】
図１７は、光偏向ユニット５４０を撮影光学系１１０の前側から見た図である。光偏向ユニット５４０では、遮光マスク５４２によって２つの分離された瞳５４１ａ，５４１ｂが形成されている。
【００９９】
各分離瞳の部分には、光を偏向させる偏向光学素子と該偏向光学素子への光束の入射角を制限する光制限素子とが設けられている。
分離瞳５４１ａ，５４１ｂに設けられた偏向光学素子はそれぞれ、図中の矢印方向、すなわち互いに逆方向に光束を偏向する作用を有する。この偏向方向は、瞳分離方向に対して略直交する方向である。
【０１００】
これにより、図１６（ｂ）に示すように、分離瞳５４１ａを通過した光束（第１の光束）１ａは撮像素子６の上側にＡＦ像（以下、Ａ像ともいう）を形成する。また、分離瞳５４１ｂを通過した光束（第２の光束）１ｂは撮像素子６の下側にＡＦ像（以下、Ｂ像ともいう）を形成する。
【０１０１】
ここで、光偏向ユニット５４０の構成について、詳しく説明する。まず比較のために、実施例１，２で説明した撮影光学系１０について、図１８を用いて説明する。１ｃは撮影光学系１０の中心像高の光線束であり、１ｄは中心像高以外のある像高での光線束である。
【０１０２】
図１８から分かるように、光線束１ｃ，１ｄは、第１群レンズと第２群ンズ群の間においても、また第２群レンズと第３群レンズとの間においてもほぼ平行な光線束となっている。したがって、光軸の角度を選択的に制限できる実施例１の光偏向ユニット４０や実施例２の光偏向ユニット１４０を配置することで、光線束１ｃを透過させながら偏向し、光線束１ｄを全反射条件により透過させないというように、像高に応じて光透過を制限する機能を持つようになる。
【０１０３】
一方、本実施例の撮影光学系１１０の光線束について、図１９を用いて説明する。１ｅは中心像高の光線束を表し、１ｆは中心像高以外のある像高の光線束を表している。図１９から分かるように、撮影光学系１１０の第１群レンズと第２群レンズとの間の光線束は平行であるが、第２群レンズと第３群レンズとの間の光線束は角度を持っている。なお、本実施例にいう光線束の平行とは、完全に平行な場合だけでなく、光学的に平行とみなせる程度に完全な平行からずれている場合も含む。言い換えれば、実質的に平行の意味である。このことは、以下の説明においても同じである。
【０１０４】
このような撮影光学系１１０において、スペース的には、第２群レンズと第３群レンズとの間に前述のような光偏向ユニットを配置することは可能である。但し、中心像の光線束の中でも遮られる光線と透過する光線が出てくる。
【０１０５】
図２０は、撮影光学系１１０の第２群レンズと第３群レンズとの間に、実施例２で説明したのと同様の光偏向ユニット１４０ａを挿入した時の光線束の様子を示している。なお、図２０に示す光偏向ユニット１４０ａは、光偏向ユニット１４０の２つの分離瞳のうち一方の分離瞳に配置された偏向光学素子１４３ａと偏向光学素子１４４ａとにより構成されている。光制限素子１４３ａと偏向光学素子１４４ａは、平行平板にプリズム形状を形成したものである。図２０（ａ）は中心像高の光線束１ｅを示し、図２０（ｂ）は中心像高以外のある像高での光線束１ｆを示している。
【０１０６】
図２０（ａ）では、全ての光線束が所定の角度で透過されることが望まれる。しかし、図から分かるように、光線束の入射位置によって光偏向ユニット１４０ａを透過しない光線が生じてしまう。一方、図２０（ｂ）では、全ての光線束が遮断されることが望まれる。しかし、図から分かるように、光線束の入射位置によって光偏向ユニット１４０ａを透過してしまう光線が生じてしまう。
【０１０７】
これは撮像素子上での対応する位相差ＡＦ像に対してゴースト光となり、ＡＦ性能を劣化させる要因となってしまう。
【０１０８】
図２１は、図１９に示した撮影光学系１１０に適した本実施例の光偏向ユニット５４０ａを、該撮影光学系１１０の第２群レンズと第３群レンズとの間に挿入した場合の光線束の様子を示している。なお、図２１に示す光偏向ユニット５４０ａは、光偏向ユニット５４０の２つの分離瞳のうち一方の分離瞳に配置された偏向光学素子５４３ａと偏向光学素子５４４ａとにより構成されている。
【０１０９】
光制限素子５４３ａと偏向光学素子５４４ａはそれぞれ、曲率を持った面を有し、該曲面に対向した面にプリズム形状部が形成されている。図２１（ａ）は中心像高の光線束１ｅを示し、図７（ｂ）はある像高での光線束１ｆを示している。
【０１１０】
光制限素子５４３ａの入射面（第１面）は、収束しながら入射してくる光線束を光制限素子５４３ａ内で一旦平行光束とするように、負の光学的パワー（焦点距離の逆数：屈折力と同義である）を持つ曲面として形成されている。光制限素子５４３ａの第１面で全光線束が平行となるために、図２１（ａ）では、全光線束が、光制限機能を持つ射出面（第２面）のプリズム形状部の傾斜面に光軸と平行な角度で入射する。また、図２１（ｂ）では、全光線束が、全反射条件となる角度で該傾斜面に入射する。
【０１１１】
図２１（ａ）では、全ての光線束が所定の角度で透過されることが望まれるが、図から分かるように、光線束の入射位置によらず光線束のほとんどが光偏向ユニット５４０ａを所望の角度で透過する。このため、光の利用効率が良い構成を実現できる。一方、図２１（ｂ）では、全ての光線束が遮断されることが望まれるが、図から分かるように、光線束のほとんどが光制限素子５４０ａにより遮断される。このため、ゴースト光の少ない構成を実現できる。
【０１１２】
また、偏向光学素子５４４ａの射出面は、入射した光線束を元の集光する光線束に戻す、つまりは光制限素子５４３ａの第１面の光学的パワーを打ち消す正の光学的パワーを持った曲面となっている。このため、個々の光線の偏向角度が互いにほぼ同じとなり、確実な光制限機能を有しながら、安定した偏向機能を実現できる。
【０１１３】
以上説明したように、撮影光学系を通過する光線束の状況に応じて、光制限素子５４３ａの第１面の曲率を設定することにより、位相差ＡＦ像の劣化を防ぎ、かつスペース的に余裕のあるレンズ面間に、光偏向ユニット５４０ａ（５４０）を配置することが可能となる。
【０１１４】
図２２（ａ）は、図１６（ａ）に示した撮影状態であって光偏向ユニット５４０が挿入されていない状態での撮像素子６上でのイメージサークル８とＡＦ像検出エリア７を示している。また、図２２（ｂ）は、図１６（ｂ）に示したＡＦ状態であって光偏向ユニット５４０が挿入されている状態でのワイド端、ミドルおよびテレ端におけるＡ像，Ｂ像のイメージサークル５８ａ，５８ｂとＡＦ像検出エリア５７ａ，５７ｂとを示している。
【０１１５】
本実施例でも、実施例２と同様に光偏向ユニット５４０を使用することにより、分離瞳５４１ａを通過した光束により形成されるイメージサークル５８ａは、光制限素子による光束角度制限機能によって下の部分がカットされる。また、光制限素子と偏向光学素子の合成偏向作用によって、分離瞳５４１ａを通過した光束の光軸が傾き、Ａ像が撮像素子６の上部に移動する。
【０１１６】
また、光偏向ユニット５４０が瞳位置から離れて配置されているため、ビネッティングの影響によりイメージサークル５８ａの右側部分においてケラレが発生する。
【０１１７】
一方、分離瞳５４１ｂを通過した光束により形成されるイメージサークル５８ｂは、イメージサークル５８ａをちょうど光軸に対して１８０度回転させた形状を維持する。
【０１１８】
そして、光偏向ユニット５４０の入射制限角度および光束偏向角度を調整することにより、撮像素子６上のＡＦ像検出エリア５７ａ，５７ｂに、Ａ像，Ｂ像を互いに重なることなく形成することができる。したがって、ＡＦ像検出エリア５７ａによりＡ像のみを検出し、ＡＦ像検出エリア５７ｂによりＢ像のみを検出することができる。
【０１１９】
また、特にテレ側でビネッティングの影響により、イメージサークル５８ａ，５８ｂの左右方向幅が小さくなる。しかし、図１７に示す分離瞳５４１ａ，５４１ｂとの間隔や光学系などを調整することにより、ＡＦ像検出エリア５７ａ，５７ｂの左右方向幅を十分に確保することができる。
【０１２０】
また、図２２（ｂ）に示すように、ズーム位置が変化すると、Ａ像，Ｂ像の中心位置が変動するが、光束偏向角度と入射制限角度を調整することにより、ＡＦ像検出エリア５７ａ，５７ｂの上下方向高さを十分に確保することができる。
【０１２１】
以上説明したように、本実施例では、偏向光学素子５４４ａ，５４４ｂを有する光偏向ユニット５４０に、ＡＦ性能を低下させるようなＡＦ像の重なりを防止する実質的なマスクと同等の機能を有する光制限素子５４３ａ，５４３ｂを一体的に設けている。これにより、ＡＦ像の撮像素子６による検出結果に基づいて精度が良好な焦点検出性能を得ることができる。さらに、コンパクトでありながらも、ＡＦ像検出エリアを拡大できる構成を実現することができる。さらには、光制限素子５４３ａ，５４３ｂの第１面に曲率を持たせることにより、さまざまな撮影光学系に対して設計自由度を上げることが可能となり、ＡＦ位相差像の劣化（光量減少、ゴースト）を防ぐことが可能となる。
【実施例７】
【０１２２】
図２３には、本発明の実施例７の構成を示している。図２３（ａ）は、本実施例の光学機器の撮影状態を示し、図２３（ｂ）はＡＦ状態を示す。なお、図２３において、実施例１（図１）で説明した構成要素と同じ構成要素には、実施例１と同一符号を付している。
【０１２３】
本実施例７での撮影光学系２１０は、凸凹凸凸の４群ズームレンズで構成されている。可動レンズ群を下側に示した矢印のように移動させ、レンズ面間隔を変化させることによって、ワイド端とテレ端と間で焦点距離を変化させることができる。
【０１２４】
光偏向ユニット６４０は、２群レンズと３群レンズとの間、すなわち撮影光学系２１０の射出瞳位置に近接した位置に挿入される。また、光偏向ユニット６４０は、ズーム時に３群レンズとともに光軸方向に移動可能である。
【０１２５】
１は撮影光学系２１０の入射光束（図には、撮影光学系２１０の瞳中心を通る光束のみ示す）である。
【０１２６】
図２４は、光偏向ユニット６４０を撮影光学系２１０の前側から見た図である。光偏向ユニット６４０では、遮光マスク６４２によって２つの分離された瞳６４１ａ，６４１ｂが形成されている。
【０１２７】
各分離瞳の部分には、光を偏向させる偏向光学素子と該偏向光学素子への光束の入射角を制限する光制限素子とが設けられている。
分離瞳６４１ａ，６４１ｂに設けられた偏向光学素子はそれぞれ、図中の矢印方向、すなわち互いに逆方向に光束を偏向する作用を有する。この偏向方向は、瞳分離方向に対して略直交する方向である。
【０１２８】
これにより、図２３（ｂ）に示すように、分離瞳６４１ａを通過した光束（第１の光束）１ａは撮像素子６の上側にＡＦ像（以下、Ａ像ともいう）を形成する。また、分離瞳６４１ｂを通過した光束（第２の光束）１ｂは撮像素子６の下側にＡＦ像（以下、Ｂ像ともいう）を形成する。
【０１２９】
図２５（ａ）には、図２３（ａ）に示した撮影状態であって光路内に光偏向ユニット６４０が挿入されていない状態での撮像素子６上でのイメージサークル６８とＡＦ像検出エリア６７とを示している。また、図２５（ｂ）には、図２３（ｂ）に示したＡＦ状態であって光偏向ユニット６４０が光路内に挿入された状態でのワイド端、ミドルおよびテレ端における２つのＡＦ像のイメージサークル６８ａ，６８ｂとＡＦ像検出エリア６７ａ，６７ｂとを示している。
【０１３０】
図２５（ｂ）に示すように、分離瞳６４１ａを通過した光束によって形成されるイメージサークル（Ａ像の形成領域）６８ａは、光制限素子６４３ａの光束角度制限機能によって下側の部分がカットされる。また、光制限素子６４３ａと偏向光学素子６４４ａによる合成偏向作用によって分離瞳６４１ａを通過した光束の光軸が傾き、イメージサークル６８ａは撮像素子６の上部に移動する。
【０１３１】
一方、分離瞳６４１ｂを通過した光束によって形成されるイメージサークル（Ｂ像の形成領域）５８ｂは、イメージサークル５８ａをちょうど光軸に対して１８０度回転させた形状を維持する。
そして、光偏向ユニット２４０の入射制限角度および光束偏向角度を調整することにより、撮像素子６上に、Ａ，Ｂ像を、ＡＦ像検出エリア１７ａ，１７ｂ上で互いに重ならないよう形成することができる。
【０１３２】
ここで、本実施例の撮影光学系２１０の光線束について図２６を用いて説明する。１ｇは中心像高の光線束を表し、１ｈは中心像高以外のある像高の光線束を表している。図から分かるように、撮影光学系２１０での第２群レンズと第３群レンズとの間の光線束は角度持っている。瞳位置近傍に光偏向ユニット６４０を挿入することによって、光線束の入射位置によらず透過像高と遮断像高を選択的に設定することが可能となる。
【０１３３】
図２７は、本実施例の光偏向ユニット６４０ａを、図２６の撮影光学系２１０の第２群レンズと第３群レンズとの間に挿入した場合の光線束の様子を示している。なお、図２７に示す光偏向ユニット６４０ａは、光偏向ユニット６４０の２つの分離瞳のうち一方の分離瞳に配置された偏向光学素子６４３ａと偏向光学素子６４４ａとにより構成されている。
【０１３４】
光制限素子６４３ａと偏向光学素子６４４ａは、曲率を持った曲面を有し、該曲面に対向する面には、プリズム形状部が形成されている。図２７（ａ）は中心像高の光線束１ｇを示し、図２７（ｂ）は中心像高以外のある像高での光線束１ｈを示している。
【０１３５】
光制限素子６４３ａの入射面（第１面）は、発散しながら入射してくる光線束を光制限素子６４３ａ内で一旦平行光束とするように、正の光学的パワーを持った曲面である。光制限素子６４３ａの第１面で全光線束が平行となため、図２７（ａ）では、全光線束が、光制限機能を持つ射出面（第２面）のプリズム形状部の傾斜面に光軸と平行な角度で入射する。また、図２７（ｂ）では、全光線束が全反射条件となる角度で該傾斜面に入射する。
【０１３６】
図２７（ａ）では、全ての光線束が所定の角度で透過されることが望まれるが、図から分かるように、光線束の入射位置によらず光線束のほとんどが光偏向ユニット６４０ａを所望の角度で透過する。このため、光の利用効率が良い構成を実現できる。一方、図２７（ｂ）では、全ての光線束が遮断されることが望まれるが、図から分かるように、光線束のほとんどが光制限素子６４０ａにより遮断されるため、ゴースト光の少ない構成を実現できる。
【０１３７】
また、偏向光学素子６４４ａの射出面は、入射した光線束を元の集光する光線束に戻す、つまりは光制限素子６４３ａの第１面の光学的パワーを打ち消すように曲率を持っている。このため、個々の光線の偏向角度はほぼ同じとなり、確実な光制限機能を有しながら、安定した偏向機能を提供することが可能となる。
【０１３８】
このように、本実施例の撮影光学系２１０においても、位相差ＡＦ像の劣化を防ぐことが可能となる。
【０１３９】
以上説明したように、光偏向ユニットを構成する光制限素子の第１面を光学的パワーを持った曲面とし、第２面にブレーズ形状素子を構成することにより、さまざまな撮影光学系において、その挿入位置に関わらず安定したＡＦ性能を得ることが可能となる。また、スペース的な制約などの設計上の制限が少なくなり、設計自由度を高めることができる。
【０１４０】
なお、上記各実施例では、レンズ一体型カメラについて説明したが、本発明は、レンズ交換型の一眼レフカメラシステムについても適用可能である。この場合、光偏向ユニットは、交換レンズの内部に配置される。
【０１４１】
また、上記各実施例では、水平方向に瞳分割を行い、撮像素子の上下に２つのＡＦ像を形成する場合について説明したが、水平方向と垂直方向に瞳分割を行って４つ以上のＡＦ像を形成するようにしてもよい。
【０１４２】
さらに、上記各実施例では、プリズムシートを１又は２つ用いた光偏向ユニットの例を示したが、３つ以上のプリズムシートを用いて光偏向ユニットを構成してもよい。いずれの構成であっても、光束角度制限機能を持った光偏向ユニットを有する光学機器は、本発明の実施形態として含まれる。
【０１４３】
また、上記各実施例は、以下の事項も開示する。
【０１４４】
（１）光偏向ユニットによる光束の偏向方向は、瞳分離方向に対して略直交する方向であること。
【０１４５】
（２）光電変換素子は、被写体像を撮影するための撮像素子６であること。
【０１４６】
（３）焦点検出手段（コントローラ３０）は、光電変換素子における複数の画素列からの出力に基づいて単一の像情報を生成し、該像情報に基づいて焦点状態を検出すること。
【０１４７】
（４）光電変換素子はカラーフィルタを有し、該カラーフィルタの色が異なる画素ごとに焦点状態を検出すること。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の実施例１である光学機器の構成を示す側面断面図。
【図２】実施例１に用いられる光偏向ユニットの模式図。
【図３】実施例１に用いられる光束角度制限機能を持った光偏向ユニットにおける分割瞳部分の構成を示す側面断面図。
【図４】対向する２枚のプリズムシートの透過角度および透過率を計算する式を示す図。
【図５】実施例１の数値例を示す図。
【図６】実施例１でのイメージサークルとＡＦ像検出エリアを説明する図。
【図７】実施例１における撮像素子上のＡＦ像検出エリアを説明する図。
【図８】実施例１におけるＡＦ像の例を示す図。
【図９】本発明の実施例２である光学機器の構成を示す側面断面図。
【図１０】実施例２に用いられる光偏向ユニットの模式図。
【図１１】実施例２におけるイメージサークルとＡＦ像検出エリアを説明する図。
【図１２】本発明の実施例３である光学機器の構成を示す側面断面図とイメージサークルを示す正面図。
【図１３】本発明の実施例４である光学機器の構成を示す側面断面図とイメージサークルを示す正面図。
【図１４】本発明の実施例５である光学機器の構成を示す側面断面図とイメージサークルを示す正面図。
【図１５】実施例５に用いられるマスク素子の模式図。
【図１６】本発明の実施例６である光学機器の構成を示す側面断面図。
【図１７】実施例６に用いられる光偏向ユニットの模式図。
【図１８】図１に示した撮影光学系の光線束を説明する図。
【図１９】図１６に示した撮影光学系１１０の光線束を説明する図。
【図２０】実施例２の光偏向ユニットにおける透過光線束の様子を説明する図。
【図２１】実施例６の光偏向ユニットにおける透過光線束の様子を説明する図。
【図２２】実施例６でのイメージサークルとＡＦ像検出エリアを説明する図。
【図２３】本発明の実施例７である光学機器の構成を示す側面断面図。
【図２４】実施例７に用いられる光偏向ユニットの模式図。
【図２５】実施例７におけるイメージサークルとＡＦ像検出エリアを説明する図。
【図２６】実施例７の撮影光学系の光線束を説明する図。
【図２７】実施例７の光偏向ユニットにおける透過光線束の様子を説明する図。
【図２８】本発明の前提技術としての光学機器の構成を示す側面断面図。
【図２９】本発明の前提技術としての光学機器の構成を示す側面断面図。
【符号の説明】
【０１４９】
１ａ，１ｂ  光束
１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ  光線束
６  撮像素子
７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ，５７ａ，５７ｂ，６７ａ，６７ｂ  ＡＦ像検出エリア
８ａ，８ｂ，１８ａ，１８ｂ，２８ａ，３８ａ，４８ａ，５８ａ，５８ｂ，６８ａ，６８ｂ
イメージサークル
１０，２０，１１０，２１０  撮影光学系
４０，１４０，５４０，６４０  光偏向ユニット
４１ａ，４１ｂ，１４１ａ，１４１ｂ，５４１ａ，５４１ｂ，６４１ａ，６４１ｂ  分離瞳
４２，１４２，５４２，６４２  遮光マスク
４４ａ，１４４ａ，２４４ａ，３４４ａ，４４４ａ，５４４ａ，６４４ａ  偏向光学素子（プリズムシート）
４３ａ，１４３ａ，５４３ａ，６４３ａ  光制限素子（プリズムシート）
２４５ａ，３４５ａ  光制限素子（ブラインド素子）
４４６ａ，４４７ａ  光制限素子（マスク素子）
【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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