(57)【要約】【課題】光路に対する光学部材の挿入と退避による光学光路長の変化に応じたピント面の補正を、簡単な構成で行う。【解決手段】撮像装置は、撮影光学系１０２により形成された被写体像を光電変換する撮像素子１０６と、該撮影光学系からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段１１２とを有する。また、該撮影光学系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部材であって、撮影光学系からの光束の光路内に配置される第１の位置と該光路外に配置される第２の位置とに移動可能な光学部材１０３を有する。光学部材が第１の位置に移動したときに、第２の位置に移動したときよりも、撮影光学系から撮像素子までの距離を長くする第１の機構を有する。【選択図】  図２０
2007187806.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光電変換する撮像素子と、
前記撮影光学系からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記撮影光学系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部材であって、前記撮影光学系からの光束の光路内に配置される第１の位置と該光路外に配置される第２の位置とに移動可能な光学部材と、
前記光学部材が前記第１の位置に配置されたときに、前記第２の位置に配置されたときよりも、前記撮影光学系から前記撮像素子までの距離を長くする第１の機構とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
該撮像装置は、撮影光学系を備えており、
前記第１の機構は、前記撮影光学系の位置を変化させることにより前記距離を変化させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の機構は、前記撮像素子の位置を変化させることにより前記距離を変化させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学部材を前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動させる第２の機構を有し、
前記第１の機構は前記第２の機構によって駆動されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項５】
撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮影光学系からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、前記撮影光学系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部材であって、前記撮像素子への光路内に配置される第１の位置と該光路外に配置される第２の位置とに移動可能な光学部材とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記光学部材を前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動させるステップと、
該光学部材の移動に応じて、前記撮影光学系から前記撮像素子までの距離を変化させるステップとを有し、
前記距離を変化させるステップにおいて、前記光学部材が前記第１の位置に配置されたときに、前記第２の位置に配置されたときよりも、前記撮影光学系から前記撮像素子までの距離を長くすることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームスプリッタ等の光学部材を撮影光学系からの光束の光路に対して移動させることが可能であり、該光学部材により導かれた光束を用いて焦点検出を行うデジタルカメラ等の撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズからの光束の一部をハーフミラーやビームスプリッタ等の光学部材を用いて分割し、該分割光束を焦点検出ユニットに導いて、撮影レンズの焦点検出を行うようにした撮像装置が従来提案されている。
【０００３】
特許文献１，２には、撮影レンズからの光路上に、光束の一部を分割するプリズム状の光学部材を設け、該光学部材によって分割された光束を用いて焦点検出を行うカメラが開示されている。これら特許文献１，２で開示されたカメラにおいては、該光学部材によって分割された２つの光束のうち一方を焦点検出センサに導き、他方を被写体画像を取得するための撮像素子に導く。
【特許文献１】特開昭６３−１９５６３０号公報（第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００３３〜００３４、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１，２に開示されたカメラでは、撮像素子を用いた撮像時においても撮影レンズからの光束の一部を分割して焦点検出センサに導くため、撮像素子に到達する光量が少なくなる。
【０００５】
このため、撮像時には、光学部材を光路外に退避させて、撮像素子に入射する光量の減少を回避することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、光学部材を光路外に退避させると、該光学部材が光路内に挿入されていた状態に比べて、撮影レンズと撮像素子との間の光学光路長が変化する。したがって、この光学光路長の変化分、ピント面を補正する必要がある。
【０００７】
この場合、撮影レンズ内のフォーカスレンズを移動させてピント面を補正することが一般的である。但し、ピント面の補正量とフォーカスレンズの移動量とは同じではなく、また撮影レンズのズーム比が異なるとピント面補正のためのフォーカスレンズの移動量も変わる。
【０００８】
このため、撮影レンズごとおよびズーム比ごとに、ピント面を補正するのに必要なフォーカスレンズ移動量のデータを予めメモリに記憶させておく必要がある。そして、このデータは相当な量になり、メモリにも大きな容量が必要になる。また、フォーカスレンズを記憶された情報に基づいて駆動しても、撮影レンズの個体差等によって補正結果にばらつきが生じる場合があり、高精度なピント補正には不利である。
【０００９】
本発明は、光路に対する光学部材の挿入と退避による光学光路長の変化に応じたピント面の補正を、大きなデータ記憶量を必要とせず、またズーム比の変化による影響を受けずに行えるようにした撮像装置および制御方法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】
【００１０】
本発明の一側面としての撮像装置は、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、該撮影光学系からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、該撮影光学系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部材であって、撮影光学系からの光束の光路内に配置される第１の位置と該光路外に配置される第２の位置とに移動可能な光学部材とを有する。そして、光学部材が第１の位置に配置されたときに、第２の位置に配置されたときよりも、撮影光学系から撮像素子までの距離を長くする第１の機構を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、該撮影光学系からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、該撮影光学系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部材であって、撮像素子への光路内に配置される第１の位置と該光路外に配置される第２の位置とに移動可能な光学部材とを有する撮像装置の制御方法である。そして、光学部材を第１の位置と第２の位置との間で移動させるステップと、該光学部材の移動に応じて、撮影光学系から撮像素子までの距離を変化させるステップを有する。そして、該距離を変化させるステップにおいて、光学部材が第１の位置に配置されたときに、第２の位置に配置されたときよりも、撮影光学系から撮像素子までの距離を長くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光路に対する光学部材の挿入と退避による光学光路長の変化に応じたピント面の補正を、ズーム比に影響されない撮影光学系と撮像素子との間の距離を直接変化させて行う。このため、撮影レンズごと又はズーム比ごとのフォーカスレンズの移動量を記憶させる必要がなく、ピント面補正を高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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】
【００１４】
図１には、本発明の実施例１であるデジタルスチルカメラ（撮像装置）の構成を示す。図１Ａ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１Ｂ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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１０２の光軸、１０５ａ〜１０５ｃは結像光学系１０２を収納するレンズ鏡筒の構成部材である。
【００１７】
結像光学系１０２は、不図示のアクチュエータと駆動機構とにより、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。
【００１８】
なお、本実施例では、レンズ鏡筒が一体に設けられたデジタルカメラについて説明するが、本発明は、種々の特性（Ｆナンバーや焦点距離など）を持った結像光学系を備える交換レンズの着脱が可能なカメラにも適用することができる。
【００１９】
１０３は光分割機能面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はシャッタレリーズボタン（以下、単にレリーズボタンという）、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。
【００２０】
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センサにより構成される撮像素子である。１１２は受光素子を有する焦点検出センサ、１１３は光学ローパスフィルタである。
【００２１】
図１Ａ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モードでは、ビームスプリッタ１０３が結像光学系１０２から撮像素子１０６に向かう光路（以下、撮影光路という）内に配置される。このため、該撮影光路内の光束の一部は、ビームスプリッタ１０３内の光分割機能面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、光分割機能面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および光分割機能面１０３ａの詳細については後述する。
【００２２】
一方、図１Ｂ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が撮影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、ビームスプリッタ１０３を通らずに撮像素子１０６に到達する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
また、移動する物体に対しては、レリーズボタン１１１が押し下げら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の駆動量を指示する。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、不図示のフラッシュユニット、白色ＬＥＤ又は蛍光管によって物体を照明し、輝度を補う。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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が撮影光路から退避する第２のモードへと切り換わる。これにより、被写体像は、ビームスプリッタ１０３を透過しない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。
【００５２】
ビームスプリッタ１０３が撮影光路上に配置される第１のモードとビームスプリッタ１０３が撮影光路上に配置されない第２のモードとで、ビームスプリッタ１０３を移動させるだけでは、撮影光路の空間光路長（空気換算光路長ともいう）が変動し、ピント面の位置が変動する。しかし、本実施例では、後述する方法によってモードが切り換えられても、空間光路長が変化しないようにしている。
【００５３】
空間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。
【００５４】
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。
【００５５】
ビームスプリッタ１０３は、結像光学系１０２を構成するレンズ１０２ａ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。
【００５６】
レンズ鏡筒１０５は、鏡筒構成部材１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃにより構成されている。該レンズ鏡筒１０５は、不図示の駆動機構によって光軸１０４に沿った方向に伸縮する。これにより、結像光学系１０２を構成するレンズ間の間隔が変動し、ズーム比を変化させることができる。鏡筒構成部材（以下、基準鏡筒という）１０５ｃは、結像光学系１０２のカメラ本体１０１に対する位置を決めるための基準部材となっている。
【００５７】
撮像素子１０６は、不図示の固定地板に対して位置決めされている。１２０は該固定地板に対してビームスプリッタ１０３を撮影光路中に挿入および退避動作させるための駆動機構の一部を構成する回転鏡筒である。ビームスプリッタ１０３の移動に連動させて回転鏡筒１２０を回転させることにより、結像光学系１０２の基準部材である基準鏡筒１０５ｃを光軸方向に移動させることができる。
【００５８】
次に、図５（ａ），（ｂ）を用いてビームスプリッタ１０３について説明する。図５（ａ）は、ビームスプリッタ１０３を分解して示しており、図５（ｂ）は完成したビームスプリッタ１０３を示している。
【００５９】
ビームスプリッタ１０３は、透明体により構成される２つのプリズム１０３−１，１０３−２を光分割機能面１０３ａで貼り合せて作られる。ビームスプリッタ１０３の光入射面は、プリズム１０３−１の面１０３−１ｂとプリズム１０３−２の面１０３−２ｂとで構成されている。また、ビームスプリッタ１０３を透過して撮像素子１０６に向かう直進光に対する射出面は、プリズム１０３−１の面１０３−１ｄとプリズム１０３−２の面１０３−２ｄとで構成されている。
【００６０】
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。
【００６１】
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、光分割機能面１０３ａを除いて、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。
【００６２】
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と貼り合わされる。
【００６３】
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、光分割機能面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、光分割機能面１０３ａ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。
【００６４】
以上により、形成された光分割機能面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、光分割機能面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。
【００６５】
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。
【００６６】
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ＩＲＣが形成されている。このフィルタ膜ＩＲＣ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。
【００６７】
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分割機能面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。
【００６８】
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ＩＲＣ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。
【００６９】
光分割機能面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。
【００７０】
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。
【００７１】
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視野、１２１−１〜１２１−９は焦点検出視野である。
【００７２】
焦点検出視野は、基本的にファインダ視野１２０の中央付近に設定すると使い勝手が良い。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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には適当ではない。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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ている。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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くるということと等価である。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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、光分割機能面１０３ａを透過した光束によって形成された像部分である。
【０１０９】
図１９に示すように、光分割機能面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、光分割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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
図２０には、ビームスプリッタ１０３の駆動機構（第２の機構）と、基準鏡筒１０５ｃの駆動機構（第１の機構）とを示している。基準鏡筒１０５ｃの駆動機構は、ビームスプリッタ１０３の駆動機構によって駆動され、該ビームスプリッタ１０３の移動に連動する。
【０１１２】
（ａ）は撮影準備状態（第１モード）での結像光学系１０２側から見た正面図であり、（ｂ）はそのときの側面図である。また、（ｃ）は撮影状態（第２モード）での正面図であり、（ｄ）はそのときの側面図である。
【０１１３】
ビームスプリッタ１０３と焦点検出用センサ１１２とは接着剤により接合されており、スプリッタ保持枠２０１によりこれらが保持されている。基準鏡筒１０５ｃは、回転鏡筒２００の内側に配置されており、基準鏡筒１０５ｃの外周面にはカムピン２０４が形成されている。また、固定鏡筒２００の周壁面には、該カムピン２０４が係合するカム溝部２０６が形成されている。
【０１１４】
２０２はスプリッタ保持枠２０１を図中の上下方向（カメラの上下方向）にガイドするガイド棒である。２０３は回転鏡筒２００の後端部に形成された保持枠駆動ピンである。この保持枠駆動ピン２０３は、スプリッタ保持枠２０１から水平方向に延出した腕部に係合している。
【０１１５】
したがって、回転鏡筒２００をアクチュエータ（例えば、図２に示したマイクロステッピングモータ２５０）によって回転させると、スプリッタ保持枠２０１が上下方向に駆動され、ビームスプリッタ１０３が第１モード位置と第２モード位置との間で移動する。ここで、回転鏡筒２００は、ビームスプリッタ１０３の駆動機構の一部材として設けられたものであるが、本実施例では、この回転鏡筒２００によって基準鏡筒１０５ｃをも駆動する。すなわち、回転鏡筒２００が回転すると、該回転鏡筒２００に形成されたカム溝部２０６が基準鏡筒１０５ｃに設けられたカムピン２０４に対して移動し、基準鏡筒１０５ｃが光軸１０４の方向に駆動される。
【０１１６】
２０５は第１モード位置においてスプリッタ保持枠２０１の腕部に当接することにより、ビームスプリッタ１０３の撮影光路上での上下方向位置を決めるためのストッパである。該ストッパ２０５は、不図示の固定地板に形成されている。
【０１１７】
図２０（ａ），（ｂ）に示す撮影準備状態は、図２０（ｃ），（ｄ）に示す撮影状態から回転鏡筒２００を図中にて時計回り方向に回転させることで設定される。回転鏡筒２００が時計回り方向に回転すると、保持枠駆動ピン２０３がスプリッタ保持枠２０１を下動させる。これにより、ビームスプリッタ１０３が第１モード位置である撮影光路上の位置に挿入される。このとき、スプリッタ保持枠２０１の腕部の下端面がストッパ２０５に当接することで、ビームスプリッタ１０３は上下方向において正確に位置決めされるため、焦点検出センサ１１２による焦点検出を精度良く行うことができる。
【０１１８】
このとき、カムピン２０４とカム溝部２０６との係合によって、基準鏡筒１０５ｃは、撮影状態での光軸方向位置よりも距離ｄだけ撮像素子１０６から遠い位置に移動する。これにより、撮影状態に比べて、結像光学系１０２の位置が全体的に被写体方向に移動し、結像光学系１０２(フォーカシングレンズ１０２ａの像側レンズ面)から撮像素子１０６までの距離、すなわち空間光路長がｄだけ長くなる。
【０１１９】
一方、図２０（ｃ），（ｄ）に示す撮影状態は、図２０（ａ），（ｂ）に示す撮影準備状態から回転鏡筒２００を図中にて反時計回り方向に回転させることで設定される。回転鏡筒２００が反時計回り方向に回転すると、保持枠駆動ピン２０３がスプリッタ保持枠２０１を上動させる。これにより、ビームスプリッタ１０３が第２モード位置である撮影光路外の位置に退避する。
【０１２０】
このとき、カムピン２０４とカム溝部２０６との係合によって、基準鏡筒１０５ｃは、撮影準備状態での光軸方向位置よりも距離ｄだけ撮像素子１０６に近い位置に移動する。これにより、撮影準備状態に比べて、結像光学系１０２の位置が全体的に撮像素子方向に移動し、結像光学系１０２(フォーカシングレンズ１０２ａの像側レンズ面)から撮像素子１０６までの距離、すなわち空間光路長がｄだけ短くなる。
【０１２１】
ここで、距離ｄは、ビームスプリッタ１０３を撮影光路内に挿入したときと撮影光路外に退避させたときとでの空間光路長の差分に相当する。
【０１２２】
以上のような構成を採用することにより、ビームスプリッタ１０３の挿入状態と退避状態とでの空間光路長の変動（ｄ）、つまりはピント面位置の変動を確実に補正することができる。このため、ビームスプリッタ１０３の挿入状態と退避状態とで、結像光学系１０２の撮像素子１０６上でのピント状態を同等とすることができる。したがって、ビームスプリッタ１０３の移動によるピント状態の変化を回避することができる。
【０１２３】
また、本実施例では、このピント面位置を補正するために、結像光学系１０２の全体を動かすため、仮に結像光学系１０２のズーム比が変動しても、結像光学系１０２の移動量を変化させる必要はない。したがって、ズーム比に応じた結像光学系１０２の移動量制御を行う必要がない。さらに、本実施例では、ビームスプリッタ１０３の駆動機構によって結像光学系全体の駆動を行う駆動機構を動作させる。これらにより、きわめて簡単な構成によってピント面位置の補正を行うことができる。
【０１２４】
図２１は、本実施例のカメラの動作シーケンスを示すフローチャートである。このフローチャートに示す動作は、カメラの電源オンによりスタートし、カメラシステム制御回路１３５によるコンピュータプログラムに従った制御下で行われる。そして、電源オフで終了する。
【０１２５】
ステップ（図では、Ｓと記す）１００１では、撮影者によるＡＦモードの選択を判別する。撮影モードが通常ＡＦモードである場合は、ステップ１００２に進む。
【０１２６】
ステップ１００２では、まず位相差ＡＦのための焦点検出センサ１１２による焦点検出を行うために、回転鏡筒２００を回転させて、ビームスプリッタ１０３および結像光学系１２０（基準鏡筒１０５ｃ）を図２０（ａ），（ｂ）で示した位置に移動させる。そして、ステップ１００３に進む。また、ステップ１００１で、ＡＦモードがＴＶ−ＡＦモードである場合は、ステップ１０１１に進む。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
ステップ１００４では、レリーズボタン１１１の半押し（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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
ステップ１００６では、算出された駆動方向に算出された駆動量だけフォーカシングレンズ１０２ａを駆動し、ピント合わせを行う。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。
【０１３２】
ステップ１００７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１００８に進む。
【０１３３】
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。
【０１３４】
ステップ１００８では、レリーズボタン１１１の全押し（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。
【０１３５】
ステップ１００９では、ビームスプリッタ１０３および結像光学系１２０（基準鏡筒１０５ｃ）を図２０（ｃ），（ｄ）で示した位置に移動させる。そして、ステップ１０１０に進む。
【０１３６】
ステップ１０１０では、撮像素子１０６の露光（撮影）を行う。ここで、本ステップでの露光は、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の経過後に撮像素子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。
【０１３７】
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に留まり、その間に撮影した画像をディスプレイ１０７に再生し続ける。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。
【０１３８】
なお、本フローチャートでは、ピントが合っていることが確認されないとステップ１００８に進まない流れになっているが、これに限らず、ピントが合ってい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に応じた露光を行うことができるようにしてもよい。
【０１３９】
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。
【０１４０】
ステップ１０１１では、ビームスプリッタ１０３および結像光学系１２０（基準鏡筒１０５ｃ）を図２０（ｃ），（ｄ）で示した位置に移動させる。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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の露光および撮影画像の記録を行う。
【０１４７】
このように、本実施例では、通常は焦点調節を高速化するために焦点検出センサ１１２を用いた位相差ＡＦを行うが、被写体の状態や高精度な焦点調節を必要とする場合には、ＴＶ−ＡＦも選択できる。
【０１４８】
また、本実施例によれば、ビームスプリッタ１０３の撮影光路に対する挿入駆動および退避駆動に連動して、すなわちほぼ同時にピント面位置の補正駆動（結像光学系１０２全体の光軸方向駆動）を行う。このため、ビームスプリッタ１０３の退避直後の撮影や挿入直後の焦点検出動作が可能となり、スムーズな撮影を行うことができる。
【実施例２】
【０１４９】
図２２Ａおよび図２２Ｂには、本発明の実施例２であるデジタルカメラのレンズ鏡筒部分の断面を示している。本実施例において、実施例１と同じ構成要素には実施例１と同じ符号を付して説明に代える。図２２Ａは撮影準備状態を示し、図２２Ｂは撮影状態を示す。
【０１５０】
ビームスプリッタ１０３は、撮影準備状態（第１のモード）では、結像光学系１０２を構成するフォーカシングレンズ１０２ａと撮像素子１０６との間に位置する。
【０１５１】
撮像素子１０６は、不図示の固定地板に対して光軸１０４の方向に移動可能に支持されている。そして、ビームスプリッタ１０３を撮影光路に対して挿入および退避させる駆動機構（これについては後述する）に連動して、撮像素子１０６も光軸方向に移動する。
【０１５２】
この際、撮像素子１０６の移動量は、ビームスプリッタ１０３の挿入状態と退避状態とでの空間光路長の変動量（ｄ）に一致するため、ピント面位置の変動を確実に補正することができる。このため、ビームスプリッタ１０３の挿入状態と退避状態とで、結像光学系１０２の撮像素子１０６上でのピント状態を同等とすることができ、ビームスプリッタ１０３の移動によるピント状態の変化を回避することができる。
【０１５３】
図２３には、ビームスプリッタ１０３の駆動機構（第２の機構）と、撮像素子１０６の駆動機構（第１の機構）とを示している。撮像素子１０６の駆動機構は、ビームスプリッタ１０３の駆動機構によって駆動され、該ビームスプリッタ１０３の移動に連動する。（ａ）は撮影準備状態（第１モード）での結像光学系１０２側から見た正面図であり、（ｂ）はそのときの側面図である。また、（ｃ）は撮影状態（第２モード）での正面図であり、（ｄ）はそのときの側面図である。
【０１５４】
ビームスプリッタ１０３と焦点検出用センサ１１２とは接着剤により接合されており、スプリッタ保持枠３０１によりこれらが保持されている。
【０１５５】
３０２はスプリッタ保持枠３０１を上下方向にガイドするガイド棒、３０３はスプリッタ保持枠３０１を上下方向に駆動するアクチュエータとしてのマイクロステッピングモータである。３０４はマイクロステッピングモータ３０３の出力軸と一体のリードスクリューである。スプリッタ保持枠３０１に形成されたラックがリードスクリューに係合している。
【０１５６】
マイクロステッピングモータ３０３にパルス信号を入力すると、リードスクリュー３０４が回転し、スプリッタ保持枠３０１がガイド棒３０２に沿って上下方向に移動する。このため、ビームスプリッタ１０３の面ぶれを抑えながら、ビームスプリッタ１０３を上下動させることができる。また、入力するパルス数を所定数とすることで、スプリッタ保持枠３０１の上下方向の位置を制御でき、ビームスプリッタ１０３を正確に第１モード位置と第２モード位置に移動させることができる。
【０１５７】
なお、第１モード位置と第２モード位置とでマイクロステッピングモータ３０３に通電してビームスプリッタ１０３の位置を保持することができる。また、マイクロステッピングモータ３０３のコギングトルクとリードスクリュー３０４での摩擦とを適切に設定することで、通電を停止した状態でビームスプリッタ１０３の位置を保持することもできる。
【０１５８】
３０８は撮像素子１０６を保持する撮像素子保持枠であり、ガイド棒３０５ａ，３０５ｂにより光軸方向にガイドされる。３０６ａ，３０６ｂはＡＦ時における撮像素子１０６の光軸方向位置を決めるストッパである。
【０１５９】
図２３（ａ），（ｂ）に示す撮影準備状態は、図２３（ｃ），（ｄ）に示す撮影状態からマイクロステッピングモータ３０３に所定数のパルス信号を入力することにより、ビームスプリッタ１０３を第１モード位置まで下動させることで設定される。
【０１６０】
ここで、スプリッタ保持枠３０１における撮像素子側の面には、カム３０１ａが形成されている。一方、撮像素子保持枠３０８におけるビームスプリッタ側の面には、該カム３０１ａに当接可能なフォロア３０８ａが形成されている。なお、撮像素子１０６は、ガイド棒３０５ａ，３０５ｂの周囲に配置されたバネ３０７ａ，３０７ｂによって、ビームスプリッタ側に付勢されている。
【０１６１】
このため、スプリッタ保持枠３０１が下動すると、カム３０１ａがフォロア３０８ａに当接し、バネ３０７ａ，３０７ｂの付勢力に抗して撮像素子保持枠３０８を後方（図の右方向）に押す。撮像素子１０６は、上述したピント面位置の補正のための移動量だけ後方に移動する。これにより、撮影状態よりも、距離ｄだけ結像光学系１０２(フォーカシングレンズ１０２ａの像側レンズ面)から撮像素子１０６までの距離、すなわち空間光路長が長くなる。なお、撮像素子保持枠３０８の背面がストッパ３０８ａに当接することで、撮像素子１０６の傾きが防止され、かつ正確な距離ｄの後方移動が保証される。
【０１６２】
一方、図２３（ｃ），（ｄ）に示す撮影準備状態は、図２３（ａ），（ｂ）に示した撮影準備状態からマイクロステッピングモータ３０３に所定数のパルス信号を逆転入力することにより、ビームスプリッタ１０３を第２モード位置まで上動させることで設定される。
【０１６３】
スプリッタ保持枠３０１が上動すると、カム３０１ａがフォロア３０８ａから離脱し、バネ３０７ａ，３０７ｂの付勢力によって撮像素子保持枠３０８が前方（図の左方向）に押される。撮像素子１０６は、上述したピント面位置の補正のための移動量だけ前方に移動する。これにより、撮影準備状態よりも、距離ｄだけ結像光学系１０２(フォーカシングレンズ１０２ａの像側レンズ面)から撮像素子１０６までの距離、すなわち空間光路長が短くなる。なお、撮像素子保持枠３０８の前面が、ガイド棒３０５ａ，３０５ｂの端部に当接することで、撮像素子１０６の傾きが防止され、かつ正確な距離ｄの前方移動が保証される。
【０１６４】
以上のような構成を採用することにより、ビームスプリッタ１０３の挿入状態と退避状態とでの空間光路長の変動（ｄ）、つまりはピント面位置の変動を確実に補正することができる。このため、ビームスプリッタ１０３の挿入状態と退避状態とで、結像光学系１０２の撮像素子１０６上でのピント状態を同等とすることができる。したがって、ビームスプリッタ１０３の移動によるピント状態の変化を回避することができる。
【０１６５】
また、本実施例では、このピント面位置を補正するために、撮像素子１０６を動かすため、仮に結像光学系１０２のズーム比が変動しても、撮像素子１０６の移動量を変化させる必要はない。したがって、ズーム比に応じた撮像素子１０６の移動量制御を行う必要がない。さらに、本実施例では、ビームスプリッタ１０３の駆動機構によって撮像素子１０６の駆動を行う駆動機構を動作させる。これらにより、きわめて簡単な構成によってピント面位置の補正を行うことができる。
【０１６６】
なお、上記各実施例では、デジタルスチルカメラを例にして説明を続けてきたが、本発明は、ビデオカメラや、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話用のカメラ等、他の撮像装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１Ａ】本発明の実施例１であるデジタルカメラ（ビームスプリッタ挿入状態）の断面図。
【図１Ｂ】本発明の実施例１であるデジタルカメラ（ビームスプリッタ退避状態）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のデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部（ビームスプリッタ挿入状態）の断面図。
【図４】実施例１のデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部（ビームスプリッタ退避状態）の断面図。
【図５】実施例１のデジタルカメラに用いられる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分割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における連動駆動機構を説明する正面図および側面図。
【図２１】実施例１のデジタルカメラにおける動作シーケンスを示すフローチャート。
【図２２Ａ】本発明の実施例２であるデジタルカメラのレンズ鏡筒部の断面図。
【図２２Ｂ】本発明の実施例２であるデジタルカメラのレンズ鏡筒部の断面図。
【図２３】実施例２における連動駆動機構を説明する図。
【符号の説明】
【０１６８】
１０２  結像光学系
１０３  ビームスプリッタ
１０５  レンズ鏡筒
１０６  撮像素子
１１２  焦点検出用センサ
１１３  光学ローパスフィルタ
２００  回転鏡筒
２０１，３０１  スプリッタ保持枠
２０４  カムピン
２０６  カム
３０１ａ  カム
３０３  マイクロステッピングモータ
３０４  リードスクリュウ
３０８  撮像素子保持枠
３０８ａ  フォロア
【図４】
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【図２２Ｂ】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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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２２Ａ】
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【図２３】
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