(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ手段と検出手段との間に同心楕円状に配置された複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズ手段からの光束を、偏向特性を変更して入射光路領域を可変とし、前記検出手段に導く偏向手段と、
前記レンズ手段の射出瞳に関する瞳情報である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに応じて、前記偏向手段の各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し、前記検出手段へ導く光束の偏向特性を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする、光束偏向装置。
【請求項２】
前記偏向セルは、液晶セル、又はマイクロ回折格子、又はデジタルマイクロミラーデバイスのいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の光束偏向装置。
【請求項３】
レンズ手段と焦点検出手段との間に同心楕円状に配置された複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズ手段からの光束を、偏向特性を変更して入射光路領域を可変とし、前記焦点検出手段に導く偏向手段と、
前記レンズ手段の射出瞳に関する瞳情報である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに応じて、前記偏向手段の各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し、前記焦点検出手段へ導く光束の偏向特性を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする、焦点検出装置。
【請求項４】
前記偏向セルは、液晶セル、マイクロ回折格子、又はデジタルマイクロミラーデバイスのいずれか一つであることを特徴とする、請求項３に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
レンズと焦点検出手段との間に同心楕円状に配置された複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズからの光束を、偏向特性を変更可能に、前記焦点検出手段に導く偏向手段と、
前記レンズの射出瞳に関する瞳情報である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに応じて、前記偏向手段の各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し、前記焦点検出手段へ導く光束の偏向特性を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする、カメラ。
【請求項６】
前記偏向セルは、液晶セル、マイクロ回折格子、又はデジタルマイクロミラーデバイスのいずれか一つであることを特徴とする、請求項５に記載のカメラ。
【請求項７】
前記偏向手段は、一眼レフカメラのサブミラーに設置されたことを特徴とする、請求項５に記載のカメラ。
【請求項８】
被写体光を透過するレンズと、
前記レンズを駆動する手段と、
透過した被写体光を検出する画像センサと、
前記レンズと前記画像センサの間に同心楕円状に配置された複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズ手段からの光束を偏向特性を変更して入射光束領域を可変とし、電気磁気的に焦点距離可変な空間変調ユニットと、
画像センサにより検出した被写体の画像データを使って、前記レンズの焦点位置の差による画像鮮鋭度による評価をすることで、焦点位置を検出するコントラスト方式の焦点検出手段と、を備え、
前記焦点検出手段の出力に応じ、前記レンズを駆動することで焦点調節を行う焦点調節装置であって、
前記焦点検出手段は、焦点調節のためのレンズ駆動前に、前記空間変調ユニットの焦点距離を連続的又は段階的に変更してコントラスト方式の焦点調節を行い、合焦とみなしたときの前記空間変調ユニットの焦点距離を記憶し、記憶した焦点距離に応じて、前記レンズを被写体焦点位置に駆動することを特徴とする、焦点調節装置。
【請求項９】
被写体光を透過するレンズと、
前記レンズを駆動する手段と、
前記レンズの特定の領域を透過した被写体光を検出する画像センサと、
前記レンズと前記画像センサの間に同心楕円状に配置された複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズ手段からの光束を偏向特性を変更して入射光束領域を可変とし、電気磁気的に焦点距離可変な空間変調ユニットと、
画像センサにより検出した被写体の画像データを使って、焦点位置を検出する位相差方式の焦点検出手段と、を備え、
前記焦点検出手段の出力に応じ、前記レンズを駆動することで焦点調節を行う焦点調節装置であって、
前記レンズの射出瞳に関する瞳情報である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに応じて、前記空間変調ユニットの各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し焦点距離を変更して、焦点位置検出を行い、検出結果に応じて、前記レンズを被写体焦点位置に駆動することを特徴とする、焦点調節装置。
【請求項１０】
前記ミラーは凹面であることを特徴とする、請求項１に記載の光束偏向装置。
【請求項１１】
前記ミラーは凹面であることを特徴とする、請求項４に記載の焦点検出装置。
【請求項１２】
前記ミラーは凹面であることを特徴とする、請求項７に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焦点位置を変更できる空間変調ユニット、光束偏向装置、焦点検出装置、およびカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチック成形フレネル板、写真乾板式回折格子、ガラス版けがき式回折格子、写真乾板式ホログラム、フォトレジスト式ホログラムなどがあったが、製造時に透過又は反射光路は固定されている。
【０００３】
透過又は反射光路を偏向する技術としては、例えば、以下のものがある。
【０００４】
特開平１０−６２６０９号公報は、焦点距離を調整できるマイクロレンズを提案している。これは、レンズ一つの焦点位置を変更するものであり、小径瞳のレンズでしか成り立たない。また、単純に寸法が大きくなるだけであれば、必要な球面(非球面)が得られないため、実用化が困難であると考えられる。また、提案されたマイクロレンズは、撮像装置の結像光学系を構成することを目的としており、撮影レンズからの瞳けられを防止する効果および構成ではない。
【０００５】
特開平９−１８４９６５号公報には、入射光路を偏向する偏向手段にパワーを持たせる技術が開示されているが、レンズパワーは変化せず、撮影レンズの瞳を有効に使用することができない。
【０００６】
レーザー研究、第２５巻第１０号、第６８７頁、(１９９７年)「液晶マイクロレンズ」には、マイクロレンズアレーを作成し、焦点位置を変更できる技術が開示されている。しかし、直径数１０〜数１００μｍのレンズしか形成できない。
【０００７】
光学連合シンポジウム東京９５、２０p Ｃ０５(１９９５)「赤外用回折型マイクロチョッパーと焦電型赤外センサヘの応用」には、光路変更可能な回折格子が発表されている。しかし、これは、焦点位置を持つように構成されていない。
【０００８】
エレクトロニクス１９９７年１２月号「ＤＭＤ／ＤＬＰ」には、マイクロミラーにより光路を変更する表示装置が開示されている。この装置は、点光源を広範囲に広げ表示させることを目的としており、焦点を結ぶように構成されていない。仮に、この装置で焦点を結ぶようにしようとしても、配列が正方配列であるので、むらがでると考えられる。
【０００９】
また、光学機器の焦点などのセンシング装置等に利用する入射光束偏向装置に関して、従来、以下の技術が知られている。
【００１０】
特開平１０−６２６８１号公報には、センシングユニット内で、遮蔽手段を撮影レンズの開放Ｆ値で変化させる技術が開示されている。しかし、レンズパワーは変化せず、遮蔽部分の位置が動き(基線長が変化し)センシング精度が変化してしまう。
【００１１】
特開昭５８−７８１０１号公報は、撮影レンズの焦点面近傍に配置したフィールドレンズのパワーを結像レンズの像が射出瞳内に収まるようにする技術が開示されているが、撮影レンズの瞳の位置や径に応じた変更をしていない。
【００１２】
特開昭５５−１５５２２３号公報は、センシングユニット内で、光軸に対称な遮蔽手段を焦点版の脱着に応じて変化させる技術が開示されているが、レンズパワーは変化せず、遮蔽部分が動く。また、必要な光量は得られない。
【００１３】
前述のように、特開平９―１８４９６５号公報は、入射光路を偏向する偏向手段にパワーを持たせる技術が開示されているが、レンズパワーは変化せず、撮影レンズの瞳を有効に使用することができない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、対物レンズに入射し対物レンズの瞳内を通過した被写体からの光束を利用して、撮像や計測を目的としてセンシングを行う場合、センシング範囲（面積）や精度を考えたとき、一般に、レンズの射出瞳の大きさいっぱいの光束を使用することが望ましい。
【００１５】
しかし、例えばカメラで焦点検出を行う場合には、対物レンズである撮影レンズの種類によって射出瞳の位置や大きさが異なり、また、同じ撮影レンズであっても、フォーカシングやズーミングによって瞳位置や大きさが変化する。従来は光路が固定されているため、撮影レンズの種類や、フォーカシングやズーミングした場合の考えられる最小の射出瞳の大きさに合わせて、光路を設計してきた。そのため、精度向上や、エリアセンサを使ったフォーカスエリアのワイド化に対しては限界があった。
【００１６】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題の一つは、対物レンズに応じてその射出瞳を通過した光束を効率的に利用することができる焦点検出装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の焦点検出装置を提供する。
【００１８】
すなわち、焦点検出装置は、偏向手段と制御手段とを備える。前記偏向手段は、同心楕円状に配置された複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、レンズ手段と焦点検出手段との間に配置され、前記レンズ手段からの光束を、偏向特性を変更して入射光路領域を可変とし、前記焦点検出手段に導く。前記制御手段は、前記レンズ手段の射出瞳に関する瞳情報である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに応じて前記偏向手段の各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し、前記焦点検出手段へ導く光束の偏向特性を変更する。
【００１９】
上記構成において、制御手段は、レンズ手段の射出瞳の大小、位置等の瞳情報に応じて偏向手段を制御し、レンズ手段からの光束を適宜に偏向させて焦点検出手段に導く。
【００２０】
偏向手段により光束の偏向状態を変えることにより、焦点検出手段に導く光束を選択できるので、レンズ手段の射出瞳の大小、位置等に関わらず広い領域でのセンシングを行うようにすることが可能である。
【００２１】
例えば、従来のように光路を固定したのでは検出不可能であったＦ値の暗いレンズでも、その射出瞳の大きさいっぱいの光束を焦点検出手段に導くようにすれば、検出可能となる。一方、明るいレンズでは、従来の固定された光路より外側、すなわわち光軸から離れたエリアの光束や、従来よりも広いエリアの光束を利用することにより、検出精度を向上することができる。
【００２２】
また、２枚の撮像センサを撮影レンズ光軸方向にずらせて配置し、２つのコントラスト出力値の差を補間(外挿又は、内挿演算)し、フォーカスレンズを動かさないでピント位置を予測する場合、ぼけ量が大きいときには、２つのセンサの光軸方向配置位置(ピントずらし量)が大きいほど、ピント位置を見つけやすく、逆に、ぼけ量が小さいときには、ピント位置検出精度を上げるために、２つのセンサの光軸方向配置位置(ピントずらし量)を小さく設定したい。上記構成の焦点検出装置を用いれば、偏向手段により２つのセンサに対する焦点位置を、大ぼけ時には光軸方向に大きく離し、ピントが合ってきたら光軸方向に小さくし、最後のピント位置決定(ＡＦ完)の精度を上げるようにすることができる。また、大ぼけでも高速ＡＦ可能である。
【００２３】
したがって、対物レンズに応じてその射出瞳を通過した光束を効率的に利用することができる。
【００２４】
上記構成において、前記偏向手段は、同心楕円状に配置された複数の偏向セルからなる。
【００２５】
偏向セルとは、電気信号により入射光の光路を偏向可能である電気光学素子である。偏向手段は、複数の偏向セルを備え、各偏向セルを個々に電気磁気的に制御して、入射光束の偏向を行う。偏向セルを同心楕円状（円形状を含む）又は偏倍同心楕円状に複数配置しているのは、入射光束をむらなく集束させ、焦点を結ぶようにするためである。
【００２６】
すなわち、一般に、円錐状に進行する光束は、光路途中に配置された偏向手段に対して、楕円形状（円形状を含む）で入射する。そのため、重心光路を偏向する場合は、楕円（ここでは、円を含まない狭義の楕円）に配置された偏向セルが必要となる。また、直進で通過もしくは同じ光路で反ける場合は、偏向セルを円形に配置することで、光束重心を偏向させないようにすることができる。
【００２７】
特別な場合として、円錐状に進行する光束が、例えば、光軸に対して傾けて配置された透明な平行平板を屈折した後、この透明板と非平行に配置された偏向手段に入射する場合、偏向手段には、偏倍楕円状（厳密な楕円ではなく楕円が少し歪んだような形状をいう）に入射する。
【００２８】
すなわち、図２７に示したように、レンズからの入射光Ｕ，Ｌは、透明な平行平板Ｐがなければ、Ａで焦点を結ぶ。しかし、透明な平行平板Ｐがあると、屈折により、Ｂで焦点を結ぶ。光Ｕ，Ｌでは、平行平板Ｐに入射する角度θU，θLが異なるため、平行平板Ｐ内を通過する距離ＳU，ＳLが異なり、ＳU＜ＳLである。そのため、ＳU＝ＳLであればＣ点で焦点を結ぶところ、Ｂ点にシフトしている。つまり、図２７においては、下側になるほど伸ばされていることになる。
【００２９】
これを模式的に図示したのが図２８である。すなわち、平行平板Ｐがなければ図２８（ａ）のような楕円となる光束は、平行平板Ｐがあると、屈折により、図２８（ｂ）のような偏倍楕円状に歪む。例えば、対応する点間の距離について、図２８（ａ）では、ａ＝ｂ、ｃ＝ｄ＝ｅ＝ｆであったものが、図２８（ｂ）では、ａ’＜ｂ’、ｃ’＜ｄ’＜ｅ’＜ｆ’となる。
【００３０】
偏向セルを同心に配置するのは、光束重心を保つためである。
【００３１】
入射光束が偏向セルを透過する場合には、偏向手段を一種のフレネルレンズとして扱うことで、大きな偏向パワーを得ることが可能である。入射光束が偏向セルで反射する場合には、偏向手段を一種の凹面鏡として扱うことで、大きな偏向パワーを得ることが可能である。
【００３２】
上記構成において、各偏向セルを制御することによって、焦点位置を変えることができる。大がかりな可動部分がないために、コンパクトな機器が実現できる。
【００３３】
上記構成において、前記偏向セルは、液晶セル、又はマイクロ回折格子、たはデジタルマイクロミラーデバイスのいずれか一つである。
【００３４】
偏向セルが液晶セルの場合、液晶セルによるマイクロプリズムのあつまりが同心楕円であったり、又は全体が円環形状の一つのセルであったりするようにする。これにより、全体を一種のフレネルレンズとして扱うことで、大きな偏向パワーを得ることが可能である。また、小エネルギーの電気的変化で、液晶レンズにより光束位置を切り換えることができ、電源負担が少ないため、コンパクトな機器が実現できる。
【００３５】
偏向セルがマイクロ回折格子である場合、光の屈折を利用するのではなく、回折を利用して光路を偏向する。ユニット配置寸法などの問題で特異な偏向角度が必要な場合に、マイクロ回折素子を利用すると光学系が小型化できる。また、マイクロ回折素子が静電気を利用して回折方向を偏向するタイプであれば、小エネルギーの電気的変化で光束位置を切り換えることができ、電源負担が少ないため、コンパクトな機器が実現できる。
【００３６】
偏向手段がデジタルマイクロミラーデバイスである場合、ミラーを利用するので、明るく、また開口効率がよい。そのため、偏向された光を使った画像の画質は良い。また、小エネルギーの電気的変化で任意に光束位置を切り換えることができるので、大きな偏向パワーを得ることが可能である。
【００３７】
ところで、偏向セルには反射型と透過型とがあるが、透過型の偏向セルを用いても、反射型の偏向手段を構成することができる。
【００３８】
その場合には、前記偏向手段の前記偏向セルは、透過型である。前記偏向手段は、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーをさらに備える。
【００３９】
上記構成によれば、偏向セルに入射した光束は、偏向セルを透過し、ミラーで反射し、再び偏向セルを透過し、出射する。偏向セルとミラーを組み合わせることにより、光束を選択して焦点を結ばせるようにすることができる。
【００４０】
また、凹面ミラーと組み合わせることで、偏向セルの変化量が少なくても、大きいパワーを得ることができる。又は、集光変化と発散変化の両方必要なく、一方の変化だけで多種のレンズに対応できる設計ができるので、構成を簡単にすることができる。例えば、偏向セルに印加する電圧は、正負を反転する必要がないので、回路構成を簡単にすることができる。
【００４１】
本発明は、焦点調節装置を提供する。
【００４２】
焦点調節装置は、被写体光を透過するレンズと、前記レンズを駆動する手段と、透過した被写体光を検出する画像センサと、前記レンズと前記画像センサの間に設置された、電気磁気的に焦点距離可変な空間変調ユニットと、画像センサにより検出した被写体の画像データを使って、前記レンズの焦点位置の差による画像鮮鋭度による評価をすることで、焦点位置を検出するコントラスト方式の焦点検出手段と、を備え、前記焦点検出手段の出力に応じ、前記レンズを駆動することで焦点調節を行う。前記焦点検出手段は、焦点調節のためのレンズ駆動前に、前記空間変調ユニットの焦点距離を連続的又は段階的に変更してコントラスト方式の焦点調節を行い、合焦とみなしたときの前記空間変調ユニットの焦点距離を記憶し、記憶した焦点距離に応じて、前記レンズを被写体焦点位置に駆動する。
【００４３】
コントラストにより焦点を検出するいわゆる山登り方式のＡＦでは、従来は、撮影レンズのフォーカスレンズを動かしながらコントラスト検出の出力カーブのピーク位置を求め、最大コントラスト位置にピントを合わせる。これに対し、上記構成の焦点調節装置は、ピント位置を決定するまでは、空間変調ユニットを制御することにより、実際にフォーカスレンズを動かすよりも短時間で焦点位置を変えることができる。したがって、上記構成の焦点調節装置は、高速に焦点を調節することができる。
【００４４】
また、従来はガラス製のフォーカスレンズを光軸方向に相当量動かす必要があるために、撮影レンズを大きくする必要があったが、上記構成の焦点調節装置を用いれば、撮影レンズを小型化することができる。
【００４５】
なお、一般的な光学系設計において、従来必要な焦点位置を得るために、レンズそのものを交換するか、又はレンズ１枚又は、複数レンズを移動する必要があったのが、上記構成の焦点調節装置を用いれば、簡単に小型に光学系を構成できる。
【００４６】
また、本発明は、位相差方式の焦点調節装置を提供する。
【００４７】
焦点調節装置は、被写体光を透過するレンズと、前記レンズを駆動する手段と、前記レンズの特定の領域を透過した被写体光を検出する画像センサと、前記レンズと前記画像センサの間に透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズ手段からの光束を偏光特性を変更して入射光束領域を可変とし、電気磁気的に焦点距離可変な空間変調ユニットと、画像センサにより検出した被写体の画像データを使って、焦点位置を検出する位相差方式の焦点検出手段と、を備え、前記焦点検出手段の出力に応じ、前記レンズを駆動することで焦点調節を行う。焦点調節装置は、前記レンズの射出瞳に関する瞳情報である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに応じて、前記空間変調ユニットの各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し焦点距離を変更して、焦点位置検出を行い、検出結果に応じて、前記レンズを被写体焦点位置に駆動する。
【００４８】
上記構成において、空間変調ユニットは、レンズの射出瞳の大小、位置等の瞳情報に応じて焦点距離を変更し、画像センサに導く光束を最適な状態に設定する。したがって、レンズの射出瞳の大小、位置等に関わらず広い領域でのセンシングを行うようにすることが可能である。
【００４９】
また、本発明は、光束偏向装置を提供する。
【００５０】
光束偏向装置は、偏向手段と制御手段とを備える。前記偏向手段は、レンズ手段と検出手段との間に複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズ手段からの光束を、偏向特性を変更して入射光路領域を可変とし、前記検出手段に導く。前記制御手段は、前記レンズ手段の射出瞳である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに関する瞳情報に応じて、前記偏向手段の各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し、前記検出手段へ導く光束の偏向特性を変更する。
【００５１】
上記構成において、被写体からの光束は、レンズ手段を通り、偏向手段を経て、検出手段に達する。偏向手段は、瞳情報（例えば、レンズ手段の瞳径、瞳位置、瞳形状等）に基づき、レンズ手段の特性に応じて、例えばレンズ手段により瞳けられが生じないように、入射光束の偏向特性を変更して入射光路領域を可変とすることができる。これによって、検出手段が効率的に機能するようにすることができる。
【００５２】
上記構成によれば、例えば、射出瞳によってけられることが問題であったセンシングに対し、瞳位置に応じて光束を変更できるためにセンシング範囲が増加する。これにより、検出手段に対する結像位置がずれ、センシングとして大ぼけでも、高速ＡＦ可能である。また、瞳径の異なる対物レンズでセンシングする場合、対応できる対物レンズの種類が増える。その他、撮影レンズでフォーカスレンズに利用すれば、焦点を調節することが可能である。
【００５３】
具体的には、前記偏向手段は、同心楕円状に配置された複数の偏向セルからなる。
【００５４】
また、前記偏向セルは、液晶セル、又はマイクロ回折格子、又はデジタルマイクロミラーデバイスのいずれか一つである。
【００５５】
一態様として、前記偏向手段の前記偏向セルは、透過型である。前記偏向手段は、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラー（好ましくは、凹面ミラー）をさらに備える。
【００５６】
また、本発明は、空間変調ユニットを提供する。
【００５７】
空間変調ユニットは、偏向手段と制御手段とを備える。前記偏向手段は、複数の偏向セルが同心楕円状に配置される。前記制御手段は、前記各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御して、前記各偏向セルに入射した光束が結ぶ焦点位置を変える。
【００５８】
空間変調ユニットは、複数の偏向セルを備え、各偏向セルを個々に電気磁気的に制御して、入射光束の偏向を行う光学ユニットである。従来、空間変調ユニットとしては、光路の偏向により表示を切り換える表示装置が提案されているが、上記構成のように、焦点を結ぶようにした空間変調ユニットは提案されていない。
【００５９】
上記構成において、各偏向セルを制御することによって、焦点位置を変えることができる。大がかりな可動部分がないために、コンパクトな機器が実現できる。上記構成の空間変調ユニットは、各種の検出装置等に広く利用することができる。
【００６０】
上記構成において、前記偏向セルは、入射光を透過又は反射させて、焦点位置を変更可能である。入射光を透過又は反射させるいずれの方法でも、空間変調ユニットを構成でき、光学系システムに合わせた柔軟な設計ができる。
【００６１】
また、前記偏向セルは、液晶セル、マイクロ回折格子、又はデジタルマイクロミラーデバイスのいずれか一つである。
【００６２】
さらに、本発明は、カメラを提供する。
【００６３】
すなわち、カメラは、偏向手段と制御手段とを備える。前記偏向手段は、レンズと焦点検出手段との間に同心楕円状に配置された複数の透過型の偏向セルと、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラーとを備え、前記レンズからの光束を、偏向特性を変更可能に、前記焦点検出手段に導く。前記制御手段は、前記レンズの射出瞳に関する瞳情報である瞳径、瞳位置、瞳形状のいずれかに応じて、前記偏向手段の各偏向セルをそれぞれ電気磁気的に制御し、前記焦点検出手段へ導く光束の偏向特性を変更する。
【００６４】
上記構成において、前記偏向手段は、同心楕円状に配置された複数の偏向セルからなる。
【００６５】
さらに、前記偏向セルは、液晶セル、又はマイクロ回折格子、たはデジタルマイクロミラーデバイスのいずれか一つである。
【００６６】
具体的には、前記偏向手段は、一眼レフカメラのサブミラーに設置される。
【００６７】
一態様としては、前記偏向手段の前記偏向セルは、透過型である。前記偏向手段は、前記偏向セルに隣接して入射側とは反対側に配置されたミラー（好ましくは、凹面ミラー）をさらに備える。
【００６８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る焦点位置を変更できる空間変調ユニット、光束偏向装置、焦点検出装置、およびカメラについて、図面を参照しながら説明する。
【００６９】
図１は、焦点検出装置のＡＦ(オートフォーカス)モジュールを組み込んだカメラを示す。このカメラは、カメラ本体１０７と対物レンズ、すなわち撮影レンズ１０１で構成される。被写体からの光は、メインミラー１０２で２つの光路に分けられる。メインミラー１０２で反射した光は、ファインダースクリーン１０５を通過し、ペンタプリズム１０６を通過して接眼レンズ１０８から人の目に入る。メインミラー１０２を通過した光は、光路領域可変の入射光路偏向ユニット１０３で反射され、ＡＦモジュール１０４に入射する。
【００７０】
この構成図を、図２に示す。ＡＦモジュール１０４は、撮影レンズ１０１内の対物レンズを模式化したレンズ１の異なる瞳位置を通過した光を集束するコンデンサレンズ２と、絞りマスク２１と、再結像レンズ４と、光電変換素子５とから構成されている。対物レンズ１を通過した被写体光は、前記対物レンズ１の予定焦点面６の後方に位置するコンデンサレンズ２、絞りマスク２１、再結像レンズ４により光電変換素子５上に２つの被写体像を作る。予定焦点面６より前方の位置３には、光路領域可変の入射光路偏向ユニット１０３がある。システムコントローラー７は、２つの被写体像の相対的な位置関係を検出することにより、合焦位置からのずれ量およびずれの方向を検出する。
【００７１】
図３に、各種撮影レンズが装着された場合の状態を示す。図３（ａ）は、射出瞳１１ａを持つ標準のレンズ１ａが装着された場合の状態を示す。図３（ｂ）は、望遠レンズ１ｂが装着された場合の状態を示す。望遠レンズ１ｂの射出瞳１１ｂは、焦点面６からの距離が標準レンズ１ａよりも遠い。図３（ｃ）は、Ｆ値が暗く、射出瞳１１ｃが光軸寄りに狭くなっている普及レンズ１ｃが装着された場合の状態を示す。図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、フォーカスに応じて、又はズームに応じて、瞳位置や瞳径が変化するレンズの状態でもある。
【００７２】
ピント検出精度に関しては、射出瞳の広い領域を利用する方が、高い精度が得られる。２つの被写体像を形成する２つの光束が撮影レンズ光軸からの距離に依存して精度が決まり、射出瞳位置で光束間の距離が離れている方が、精度が高くなる。一方、フォーカス検出エリアを広くとると、エリアが広いことによって光束の重心が光軸に接近する。精度を高く、エリアを広くするためには、射出瞳が広いことが重要になり、設計的には、射出瞳をできる限り広く有効利用する必要がある。
【００７３】
従来は、レンズの種類ごと、又は状態ごとに、それに応じたＡＦモジュールに置き換えることができなかった。そのため、使用されるレンズのなかで最小の射出瞳径のレンズに合わせて設計していた。すなわち、高精度でピントを検出できる撮影レンズであっても、又は広いエリアでピント検出できるレンズであっても、条件の悪いレンズに合わせた精度、エリア範囲でピント検出していた。
【００７４】
これに対し、図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）のようにレンズの射出瞳に応じてピント検出用光束を切り換えれば、従来得られなかった精度や、ワイドエリア化が可能となる。
【００７５】
この光路を偏向する機能は、サブミラー１０３に持たせる。
【００７６】
例えば、図３（ａ）を初期状態とすると、サブミラー位置３ａでは光路は直進する。
【００７７】
射出瞳位置の遠い図３（ｂ）では、光軸に近い光束がセンシングされるように３ｂで偏向されている。図では、単純に平行屈折されているように見えているが、平行屈折の方法だけでなく結像力を持つ屈折方法でもよい。結像力を持つ場合は、コンデンサレンズ２の機能の一部を持つことになるが、機能を分化することで、３ｂ位置でのサブミラーの面積を制御することができる。例えば小型にできることで、カメラ内の配置を容易にすることができるということである。
【００７８】
図３（ｃ）は射出瞳径が小さい場合であるが、この場合も光軸に近い光束がセンシングされるように３ｃで偏向される。
【００７９】
これを構成するシステムを、図４で説明する。図はカメラシステムの例で、撮影レンズ２０１の中にレンズ内マイコン２０３、カメラボディ２０２の中にボディ内マイコン２０４、ドライバ回路２０５、光路偏向ユニット２０６、センシングユニット２０７がある。撮影レンズの瞳の位置や瞳径の情報は、レンズ内マイコン２０３からボディ内マイコン２０４に送られる。マイコン２０４は、その情報をもとに、センシングユニット２０７がセンシングできる光路を演算で求め、ドライバ回路２０５を制御し、光路偏向ユニット２０６を駆動する。
【００８０】
この偏向ユニット２０６を、図５に示す。光路偏向ユニットは、図１の１０３にあたるもので、撮影レンズ側から見れば、図５（ａ）のように同心円状の偏向特性を持っている。すなわち、撮影レンズ光軸中心から離れたところでは光束の偏向度合いが大きく、光軸中心に近い方部分では偏向度合いが小さい。光軸中心では直進する。この特性は、いわゆる凹面鏡と同じ性質である。しかし、凹面鏡では焦点位置が固定であるの対し、この光路偏向ユニットでは焦点位置が可変である。
【００８１】
光路偏向ユニットは、図１の１０３で示すように、サブミラーとして使用している。すなわち、光束重心をほぼ９０度まで大きく曲げる必要がある。そこで、撮影レンズ側から見ると図５（ａ）のように見えても、光路偏向ユニット上では図５（ｂ）ような同心楕円の形状となっている。同心楕円形状を持つことで、９０度光路偏向しても、センシングユニットには光束重心の変化しない光束を提供できる。光路偏向ユニットは、液晶偏向ユニットであったり、マイクロ回折素子であったり、デジタルマイクロミラーデバイスであったりするが、詳細は後述する。
【００８２】
この光路偏向ユニットを使用するシステムの流れを、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００８３】
まず、ボディ内マイコン２０４は、レンズ２０１が装着されているかを判定する（Ｓ１０）。レンズ２０１が装着されていれば、ボディ内マイコン２０４からの要求により、レンズ内マイコン２０３は、レンズ瞳情報Ｐを出力してボディ内マイコン２０４に入力する（Ｓ１１）。
【００８４】
情報Ｐは、センシングから見たときの瞳径の情報(いわゆるＦ値＝１/２tａnθの関数。θは、図３でθａ，θｂ，θｃで示すように、瞳の最外周を通過した光束と撮影レンズ光軸とが交わる角度である。)として関数化されている。その後、情報Ｐを元に光路偏向ユニット２０６を動作させる情報、ここでは動作電圧Ｖｐ（ｘ）を求める（Ｓ１２）。
【００８５】
動作電圧Ｖｐ（ｘ）は、Ｖｐ（ｘ）＝Ｐ×ｋで定義する。ｋは、偏向ユニット駆動電圧への変換係数である。ここで、偏向ユニットに与える動作電圧は焦点を持つ偏向であり、図５のように同心楕円ごとに異なる偏向特性を持つ。すなわち、周辺部と中心部では、与える電圧が異なる。位置(各楕円ごと)に関する変数をｘとすると、与える電圧はＶｐ(ｘ)で表される関数となる。
【００８６】
次に、Ｓ１３で、この位置ごとに異なった電圧を、ドライバ回路２０５を通じて光路偏向ユニット２０６に与える制御を行う。ここで、センシングユニット２０７に対する光路が偏向される。
【００８７】
Ｓ１４で撮影レンズ２０１がズームされたかどうかを判断し、ズームされていれば通常のレンズは瞳情報が変化するため、Ｓ１６で再びレンズ瞳情報Ｐを入力し直す。そして、レンズ情報Ｐに変化があれば瞳位置又は瞳径が変化したということであるため、Ｓ１２に戻って変化した瞳位置、瞳径にふさわしい光路をとれるように、光路偏光ユニット２０６を再び動作させる。
【００８８】
Ｓ１４でズーミングされていなくても、Ｓ１５で、フォーカスが行われたかどうかもチェックする。フォーカスを行うことでも、瞳位置、瞳径が変化する。変化していればズーミング時と同様にＳ１６に進み、レンズ情報Ｐの再入力から行う。そして、Ｓ１５でフォーカスもされていなければ、または、Ｓ１７でレンズ瞳情報が変化なれれば、Ｓ１８でセンシングを行う。これで、レンズの瞳にけられることなく、センシングを行うことができる。
【００８９】
図７に、反射型光路偏向ユニットを含む光学機器を示す。ここでは、カメラの光学系周辺の構成を示す。２１１がカメラのメインミラーで、２１０が反射型光路偏向ユニットであるサブミラー、２１２がフィルム等価面(面を示すだけの仮想線)、２１３がセンシングユニット、２１６が撮影レンズ光軸である。レンズが射出瞳の大きいレンズ又は状態である場合は、２１４ａと２１４ｂで示す光路範囲からセンシングユニット２１３に被写体光が入射する。射出瞳の小さいレンズ又は状態である場合は、２１５ａと２１５ｂで示す光路範囲からセンシングユニット２１３に被写体光が入射するように光路偏向ユニット２１０が動作する。なお、
【００９０】
図８に、透過型光路偏向ユニットを使用する場合の光学系周辺の構成を示す。２２１はカメラのメインミラー、２２０は透過型光路偏向ユニット、２２７は凹面鏡であるサブミラー、２２２はフィルム等価面(面を示すだけの線)、２２３はセンシングユニット、２２６が撮影レンズ光軸である。２２７が凹面鏡であるのは、センシングユニットの光路長を調整する働きを持つ。すなわち、センシングユニットの小型化に寄与する。レンズが射出瞳の大きいレンズ又は状態である場合は、２２４ａと２２４ｂで示す光路範囲からセンシングユニット２２３に被写体光が入射する。射出瞳の小さいレンズ又は状態である場合は、２２５ａと２２５ｂで示す光路範囲からセンシングユニット２２３に被写体光が入射するように、透過型光路偏向ユニット２２０が動作する。これら機能は、反射型光路偏向ユニット２１２と同じである。
【００９１】
図９、図１０は、センシングユニットの例である。図９は測光モジュールである。２３０は拡散スクリーン、２３１は拡散スクリーンから画像を結像するレンズ、２３２は赤外カットフィルター、２３３は多分割フォトダイオードである。スクリーンに投影された画像の輝度、輝度分布を、多分割フォトダイオード２３３で分割測光する。
【００９２】
図１０（ａ）は、位相差式ＡＦセンサモジュールである。２４０は赤外カットフィルター、２４１はコンデンサレンズ、２４２は反射ミラー、２４３は絞りマスク、２４４はセパレータレンズ、２４５は多分割センサである。絞りマスク２４３の絞り形状は、コンデンサレンズ２４１で撮影レンズの射出瞳に投影される。逆にいえば、この絞りマスク２４３で制限された領域の光が多分割センサ２４５に導かれる。
【００９３】
絞りマスク２４３の絞り形状は、図１０（ｂ）に示すように、十字配置になっている。すなわち、水平方向位相差検出用２５２ａ、２５２ｂと、垂直方向位相差検出用２５１ａ、２５１ｂとがある。水平方向位相差検出用２５２ａ、２５２ｂは、エリアセンサ用であるため、その開口面積が大きい。
【００９４】
図１０（ｃ）に、セパレータレンズ２４４を示す。水平方向位相差検出用２５４ａ、２５４ｂと、垂直方向位相差検出用２５３ａ、２５３ｂとがある。
【００９５】
図１０（ｄ）に、多分割センサ２４５を示す。多分割センサ２４５には、水平方向位相差検出用エリアセンサ２５５ａ、２５５ｂと、垂直方向位相差検出用ラインセンサ２５６ａ、２５６ｂとがある。
【００９６】
図１１に、位相差式ＡＦセンサモジュールと光路偏向ユニットとの組み合わせ機能を示す。
【００９７】
例えば、現在装着している撮影レンズの瞳形状が２６０、別のレンズもしくは特定の条件下で生じうる撮影レンズの最小瞳形状が２６１である。特定の条件下とは、図３で説明したように、瞳径が最小となるレンズ、又はズームもしくはフォーカスによって瞳径が最小となる場合である。
【００９８】
図１１（ａ）で示したように、この最小瞳形状２６１の内部に、図１０（ｂ）のような絞りマスクが投影されるように設計することが従来であった。水平方向の絞りマスク投影が２６２ａ、２６２ｂであり、垂直方向の絞りマスク投影が２６３ａ、２６３ｂである。それを、本発明では光束を適宜に偏向することにより、図１１（ｂ）のように、水平方向の絞りマスク投影２６４ａ、２６４ｂを瞳径一杯に広げ、基線長をできるだけ広くとる設計ができ、高いピント検出精度を得ることが可能である。また、図で光束の面積が広くなっていることが分かるように、フォーカス検出領域を広くとることも可能となる。
【００９９】
一方、瞳径の小さいレンズが装着されたり、瞳径が小さくなる条件になった場合は、従来は、図１１（ｃ）で示すように、水平方向の絞り投影２７１ａ，２７１ｂが瞳２７０からはみ出していた。本発明では、これをサブミラー部の光路偏向ユニットで光路を縮小し、図１１（ｄ）で示すように、水平方向の絞り投影２７３ａ，２７３ｂが瞳２７０からはみ出ないようにして、瞳けられなく光束を確保できる。
【０１００】
なお、ここで水平方向に比べ、垂直方向の基線長が短いのは、サブミラー(光路偏向ユニット)の垂直方向の寸法制限による。水平方向と同等に広げると、その光路確保のためにはサブミラーの大きさがメインミラーと同じ大きさになる。すなわち、カメラのミラーボックス部の体積が２倍程度必要となり、得策でないからである。
【０１０１】
しかし、図１２のようにサブミラーを４５°配置とはしない構成をとると、カメラのミラーボックス部の体積が２倍までには大きくならずに構成することは可能である。図１２は、反射型光路偏向ユニットを含む光学機器を示す。ここでは、カメラの光学系周辺の別構成を示す。２８６はカメラのメインミラー、２８７は反射型光路偏向ユニットであるサブミラーである。２８８は位相差式ＡＦセンサモジュールである。２８２は反射ミラー、２８０は赤外カットフィルター、２８１はコンデンサレンズ、２８３は絞りマスク、２８４はセパレータレンズ、２８５は多分割センサである。この構成では、サブミラー２８７は４５°の角度より垂直気味になっている。この配置により、反射型光路偏向ユニットであるサブミラー２８７の面積を大きくとれ、センシング領域も大きく設定することができる。
【０１０２】
図１３に、図１０（ｄ）の多分割センサ２４５の回路構成とその制御構成を示す。図１３は、２つのセンサ４１、４２、５１、５２とこれをコントロールするコントロール回路４８を有するカメラの画像検出システムのデバイス構成図である。
【０１０３】
エリアセンサ４１、４２、ラインセンサ５１，５２の出力は、後述するようにＡＦや像ブレ検出に用いる。４１、４２、５１、５２のセンサのモニタ４３、４４、５３、５４は光電変換素子である。
【０１０４】
このデバイスは、水平レジスタ２１ａ、２１ｂを有するエリアセンサ４１，４２とそれらのエリアセンサ４１，４２の各２辺に沿ったＬ字形状のモニタ４３，４４、水平レジスタ２１ｃを有するラインセンサ５１，５２と、それらのＩ形モニタ５３，５４、ＡＧＣ回路４７、コントロール回路４８、ゲイン可変アンプ１０、Ｓ／Ｈ(サンプルホールド)回路２２、クランプ回路１１、出力選択回路９、温度検出回路１２、マイクロコンピュータ５０の各メイン要素から構成されるとともに、それらの各出力バッファと、各出力スイッチを備えている。
【０１０５】
すなわち、モニタ４３，４４，５３，５４の出力バッファ２６，２７，２８と出力スイッチ３５，３６，５５、水平転送レジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの出力バッファ２４、２５，５６と出力スイッチ３０，３１，５７を具備している。また、このデバイスにおいては、コントロール回路４８をセンサ駆動部、ゲイン可変アンプ１０、Ｓ／Ｈ回路２２、クランプ回路１１、出力選択回路９をセンサ出力処理回路部ということにする。
【０１０６】
ここで、モニタ４３，４４，５３，５４は、それぞれ対応するセンサ４１，４２，５１，５２の電荷蓄積時間をモニタする。
【０１０７】
水平転送レジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、センサ４１，４２，５１，５２の電荷を一時的に保持してシリアルに出力する。クランプ回路１１は、センサ４１，４２，５１，５２より黒基準画素(ＯＢ)の電荷が出力されるタイミングで動作し、暗電流分の電圧をある所定電圧にクランプする。出力選択回路９は、全ての出力に共通で、コントロール回路４８により、センサ４１，４２，５１，５２の出力、温度検出回路１２の出力を選択して出力する。このデバイスは、マイクロコンピュータ５０を除いた前記構成部分を一つの基板上に設けたワンチップのＩＣ (集積回路)として形成されている。
【０１０８】
以下、このチップ上に形成されているデバイスを内部に、このチップ上に形成されていないデバイスを外部に形成されているということにする。
【０１０９】
モニタ４３，４４，５３，５４から出力されるモニタ信号は、出力バッファ２６，２７，２８と出力スイッチ３５，３６，５５を介して択一的にＡＧＣ回路４７と出力選択回路９に与えられる。
【０１１０】
スイッチ３５，３６，５５は、それぞれＭＯＳトランジスタで形成されており、そのゲート電極にコントロール回路４８から発生されるスイッチング信号Ａ、Ｂがローレベルで印加されることによって導通する。どちらのスイッチが導通するかによって、ＡＧＣ回路４７と出力選択回路９に与えられるモニタ信号が選択される。つまり、スイッチング信号Ａ、Ｂ、又はＣにより、モニタ４３、４４、又は５３＋５４のモニタ信号の一方を選択することができる。モニタ信号の選択については後述する。
【０１１１】
センサ４１，４２，５１，５２とモニタ４３，４４，５３，５４では、同時に積分が開始する。積分が開始すると、ＡＧＣ回路４７は入力されたモニタ信号が所定電圧になるのを監視していて、所定電圧になるとその情報をコントロール回路４８に伝達する。
【０１１２】
コントロール回路４８は、その情報を受信すると、センサ４１，４２，５１，５２の積分を終了させ、外部のマイクロコンピュータ５０に積分が終了したことを伝達する(以下、この積分終了を「自動終了」という)。
【０１１３】
ＡＧＣ回路４７は、例えば前記所定電圧を基準電圧とし、前記モニタ信号を比較電圧とするコンパレータで構成することができる。
【０１１４】
モニタ信号が所定時間経過後も所定電圧に達しない場合には、つまり、所定時間経過後も外部のマイクロコンピュータ５０にコントロール回路４８から所定電圧に達したという情報が伝達されないと、５０はコントロール回路４８にセンサ４１，４２，５１，５２に対する積分の強制終了を指示し、強制終了が行われる。
【０１１５】
積分の自動終了、強制終了のいずれの場合も、積分が終了すると出力選択回路９からＶ0UT端子４６を介して外部のマイクロコンピュータ５０に与えられているモニタ信号を、積分終了のタイミングで５０に内蔵されているＡ／Ｄ変換器３２でＡ／Ｄ変換し、そのデジタル値に応じてエリアセンサの出力に施す増幅率が決定される。この増幅率がコントロール回路４８に伝達され、ゲイン可変アンプ１０に対し増幅率が設定される。ここで、積分が自動終了した場合には、増幅率は１となる。なお、自動終了の場合は、モニタ信号をＡ／Ｄ変換して増幅率を決定することなしに、増幅率を１に設定するようにしてもよい。
【０１１６】
一方、積分終了後、センサ４１，４２，５１，５２の出力は、水平転送レジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに転送され、出力バッファ２４、２５、５６とスイッチ３０、３１，５７を介してゲイン可変アンプ１０に入力され、ここで先に設定された増幅率で増幅される。スイッチ３０、３１，５７はスイッチ３５，３６，５５と同様の構成で、コントロール回路４８はスイッチング信号Ｘ，Ｙ，Ｚを発生させて、ゲイン可変アンプ１０に与えられるセンサ４１，４２，５１，５２の出力を選択する。
【０１１７】
図１４で、エリアセンサ部を２分割し４エリアセンサにし、モニタをＬ型でなくＩ型タイプにした焦点検出に用いる電荷蓄積型センサを説明する。ここではＣＣＤ型で説明する。
【０１１８】
ａ、ｂ、ｃ、ｄ部はエリアセンサ部であり、ｅ、ｆ部はラインセンサ部である。１０１ａｂ、１０１ｃｄ、１０１ｅ、１０１ｆは、電荷蓄積時間を決めるための被写体輝度を測定する輝度モニタである。１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆは、受光部(光電変換部)で被写体からの光を受光し光電変換する。１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは、電荷蓄積部で１０２で発生した電荷を一時保持する。蓄積部は、ＦＴ(フレームトランスファー)型、又はＦＩＴ(フレームインターライントランスファー）型の場合に設定される。ＩＴ(インターライントランスファー)型では、電荷を保持せずに読み出すため、この部分は存在しない。また、ラインセンサ部ｅ、ｆについては、電荷蓄積部は別設されていないが、１０２ｅ，１０２ｆの受光部又は後述の１０４ｅｆで保持される。１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅｆは、シフトレジスタ部(読み出しレジスタ)である。ａ、ｂ、ｃ、ｄのエリア部は、各々別々に読み出す。１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅｆは出力ゲート、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅｆは読み出し部である。電荷データは、電圧データとして読み出す。ここで、ライン部はｅ部とｆ部とから電荷を一緒に読み出すためにシフトレジスタ部１０４ｅｆは一本となっている。これは、読み出し部１０６ｅｆを共通で使用することで、少しでもｅ部とｆ部のデータ特性を均一にするためである。データ特性とは、読み出し部のＳＮ特性や後段での増幅特性である。
【０１１９】
ライン用輝度モニタ１０１ｅと１０１ｆは、最短距離で接続されている。またエリア用輝度モニタ１０１ａｂと１０１ｃｄは、ライン受光部を迂回して接続されている。すなわち、モニタはエリア部については一つだけの働きとなり、４部分に分かれているエリアセンサ部ａ、ｂ、ｃ、ｄは同じ積分制御が行われる。しかし、読み出し部は４つになっているが、これにより読み出し時間を早くすることができる。
【０１２０】
なお、図の４つの円は、撮影レンズ、光路偏向ユニット、コンデンサレンズ、絞りマスク、セパレータレンズを通過した光がセンサ上に投影される光束領域を示す。図のように光路偏向ユニットの働きによって、撮影レンズで光束がけられることなく、円形状で投影される。
【０１２１】
図１５に、焦点検出に用いる別のセンシング例を示す。図１５（ａ）では、電荷蓄積型センサはＣＭＯＳ型で構成し、３組のラインセンサと、１組のエリアセンサとを持つ。１組のエリアセンサ部３０１と３０２で水平方向の位相差検知を行う。３組のラインセンサ３０３，３０４；３０５，３０６；３０７，３０８で、各々垂直方向の位相差検知を行う。
【０１２２】
センサ出力は、エリアセンサからは配線３１０，３１２から読み出され、ラインセンサからは、配線３０９，３１１，３１３から読み出される。輝度モニタ機能は、各ラインセンサに独立して持つ。中央のラインセンサの輝度モニタ機能のみ、エリアセンサ部の制御も同時に行う。ラインセンサの数は、さらに増やすことも可能である。方向も、縦だけでなく、エリアの上下に横方向のライン配置も可能である。
【０１２３】
このセンサに対応する絞りマスクは、図１５（ｂ）のように配置される。また、結像レンズは、図１５（ｃ）のように配置される。各々縦方向のラインセンサ用に３組６個、エリア用に１組２個の絞りとレンズが配置される。
【０１２４】
図１５（ｄ）は、図１５（ａ）のセンサを使用したときのカメラのファインダーで見たセンシング領域を示す。３２１，３２２，３２３は、垂直方向位相差検知用ラインセンサのセンシング感度領域であり、矢印方向にコントラストのある被写体をピント検出する。３２４は、水平方向位相差検出用エリアセンサのセンシング感度領域であり、矢印方向にコントラストのある被写体をピント検出する。
【０１２５】
図１６は、透過型光路偏向ユニットを使用する場合の別の構成を示す。いわゆるデジタルカメラの構成である。
【０１２６】
３３１は撮像用エリアセンサで、３４０，３４１は撮影レンズを構成するレンズである。３４２は絞りである。この絞り３４２のそばに、透過型光路偏向ユニット３３０を配置する。この使い方は、撮像センサ３３１によるいわゆる山登りＡＦ（コントラストの大きな時にピントが合っていると判断するＡＦ）を行う場合のピント位置ずらしに使用する。高速でピント位置を振動させピント方向をセンシングする。従来は、レンズを動かしながら、コントラストの大きなレンズ位置をさがしていたが、本方式を用いればレンズを動かす必要がないため、高速になる。
【０１２７】
この使用方法以外にも、フォーカシングそのものに使用してもよい。また、配置は、ピントずらしを行っても撮像性能に影響ない場所であれば、どこでもよい。
【０１２８】
図１７は、反射型光路偏向ユニットを使用する場合の別の構成を示す。図１７（ａ）は、いわゆるデジタルカメラの構成である。撮影レンズ３５４から入射した光束は、半透過プリズム３５３で反射し、撮像用エリアセンサ３５１に入射する。一方、半透過プリズム３５３を通過した光束は、反射型光路偏向ユニット３５０で反射し、再び半透過プリズム３５３を通って、エリアセンサ３５２に入射する。エリアセンサ３５２は、ピント検出用として配置している。大きさは、撮像センサ３５１と同じ大きさか又は小さい。３５２のピント位置は、反射型光路偏光ユニット３５０によってずらせることができる。すなわち、撮影レンズ光軸方向にピントのずれた配置を構成し、コントラスト出力によってピント位置を推定するＡＦセンシングである。コントラストを求めてどちらが高いかを検知し、高い方向にフォーカスレンズを動かしてピントを合わせる。
【０１２９】
このとき、大きくピンぼけであれば出力差がでないので、この場合、反射型光路偏向ユニット３５０で焦点位置ずらし量を大きくさせ、撮影レンズのピントのある方向を見つける。焦点位置ずらし方向は、前ピン側、後ピン側いずれでもずらせることが可能に設定している。フォーカスレンズがピント位置付近まで来ると、精度向上のために、反射型光路偏向ユニット３５０の焦点位置ずらし量を小さくさせる。
【０１３０】
また、３５２を３５１と同じ大きさに設計してあると、反射型光路偏向ユニット３５０の焦点位置ずらし量を０にした場合は、３５１，３５２いずれもピントの合う画像となる。すなわち、多板の撮像センサと同じとなる。高解像を得ることができる。高速のピント検出と高精度の両方を満たすデジタルカメラが実現できる。
【０１３１】
図１７（ｂ）は、反射型光路偏向ユニット３５０に配置した場合の構成を示す。ここでは、光路が垂直に入射し、垂直に反射するので、光路偏向を行う偏向セルが同心円形状に配置されている。
【０１３２】
図１８、１９に、従来型の液晶セルを示す。電気的光学的特性に異方性を示す液晶を用いて、分子配向状態を制御できる特徴を利用して偏向角を可変できるプリズム素子や焦点距離を可変できるレンズが提案されている。
【０１３３】
図１８は、ネマチック液晶４０１を使って液晶セルを構成した図である。４１０、４１１は各々円形穴パターン電極で、この間には電圧Ｖが印加される。このときの等電位面を示したものが、図１８の波線である。
【０１３４】
そして、図１８のセルがたくさん構成されているのが、図１９である。屈折力を発生する液晶層４０１、配向膜４０４，４０５、ガラス基板４０２，４０３で構成されている。配向膜を塗付するのは、ラビング処理を行って液晶分子を一方向に配向させるためである。円形穴パターン電極４１０，４１１の穴４１０ａ，４１１ａがそれぞれのレンズになる。
【０１３５】
液晶セルにしきい値以上の電圧が印加されると、基板の配向規制力と液晶の弾性力、そして電界による配向力とで決まる分子配向状態になる。これが、図１８の状態である。電極からの距離によって配向の傾きが異なる。電極付近では屈折率が小さく、円形穴中央では屈折率が大きくなる。これにより、凸レンズと似た特性が得られる。
【０１３６】
従来は、１セルの大きさは直径３００μｍ、液晶の厚み１００μｍで構成されており、印加電圧も１〜５Ｖ程度であった。そして利用領域は微小領域であり、例えば、レーザー光を２μｍに絞るために利用することが目的であった。本発明では、利用領域をｍｍオーダーで表現できる大きさの領域で使用することを目的としている。
【０１３７】
図２０に、本発明の焦点位置可変空間変調ユニットの図を示す。図２０（ａ）は断面図であり、図２０（ｂ）は上面から見た図である。５７１，５７２はガラス基板で、５７０は反射型光路偏向ユニットを構成するための反射板である。電極５０１，５５１；５０２，５５２；５０３，５５３；・・・は、同心楕円状に配置され、各液晶セルは、同心楕円環状になっている。
【０１３８】
同心楕円環状の電極５０１と５５１の間に電圧が印加される。以下、５０２と５５２、５０３と５５３、・・・と続いていく。各電極にかかる電位は異なり、中心部では差が小さく、周辺部、すなわち５０１に近い方が、隣同士の電位の差が大きくなるようにしてある。すなわち、周辺部の光の方が大きく偏向するようにして、全体を凸レンズ効果(凹面鏡効果)を出すようにしてある。
【０１３９】
そして、同心楕円環状の電極５０１，５０２，５０３・・・と５５１，５５２，５５３・・・の印加電圧を変化させることで、光路を偏向させる。図２０（ａ）の５８１から入ってきた光は、通常では５８３の方向に反射するが、電圧印加状態では、５８２の方向からの光が５８３方向に反射するように偏向させる。以下同様に、５８４入射光を５８６に反射する光を、５８５入射光を５８６に反射するように偏向させる。以下、５８７を５８８に、５９０を５９１に、５９３を５９４に偏向する。この図２０のユニットは、図１のサブミラー１０３等に利用される。
【０１４０】
図２１に、液晶セルの別の構成を示す。
【０１４１】
図２１（ａ）は、各液晶セルを壁５２１，５２２，５２３，・・・で各円環ごとに明確に分離したものである。壁５２１，５２２，５２３，・・・で仕切り、隣接するセル電極の影響を受けないようにして、屈折力を高く設定することができる。ただし、液晶セルヘの入射角が垂直に近い場合に有効で、角度がつくと分離用の壁５２１，５２２，５２３，・・・が光路を遮り、悪影響を与える。
【０１４２】
図２１（ｂ）は、各セルの屈折力を高く設定するために、各電極５０１，５５１；５０２，５５２：５０３，５５３；・・・の近傍にグランド電極５３１，５４１；５３２，５４２；５３３，５４３；・・・を設定したものである。隣のセルの影響をなくす効果を持つ。グランドから制御するため、電位差の制御範囲が広く、また確実に設定できる。
【０１４３】
図２１（ｃ）は、セルを明確に分離する壁５２１，５２２，５２３，・・・を設定するとともに、一つのセルをそれぞれ２対の電極５０１ａ，５５１ａと５０１ｂ，５５１ｂ；５０２ａ，５５２ａと５０２ｂ，５５２ｂ；５０３ａ，５５３ａと５０３ｂ，５５３ｂ；・・・で構成する場合である。印加電圧は、ＶとＶ２で円環状の外部と内部をおさえ、電界分布の制御をきめ細かくし、光路偏向の有効領域を広げることを可能とした。
【０１４４】
図２１を上面から見た図は、いずれも図２０（ｂ）ように分布している。しかし、使用方法によって、図１７（ｂ）のように同心円状に配線される場合もあることは言うまでもない。
【０１４５】
また、別の実施例を、図２６（ｄ）に示す。これは、液晶マイクロレンズを構成したものである。同心楕円状の配列ではなく長方形配列であるが、液晶マイクロレンズヘの印加電圧分布を図２０（ｂ）で示すような同心楕円状とすることで、同様の効果を得るようにするものである。
【０１４６】
次に、偏向ユニットとして、液晶セルの代わりに、デジタルマイクロミラーデバイス又はマイクロ回折素子を使用した例を示す。
【０１４７】
図２２は、反射型光路偏向ユニットを構成する場合の反射セルにデジタルマイクロミラーデバイスを使用する場合のセルである。可動ミラーが、駆動電圧の有無により傾斜することにより、反射角度を変えるものである。反射角θdを偏向するには、ミラーはθd/２だけ動かせばよい。図２５に詳細の構造を示す。各セルの大きさは１６μｍ角でこのセルが１μｍの間隔で正方形に並べられる。各ミラーは中央のポストに支えられ、ポストはヨークという基板に乗っている。各セルに構成されているメモリ素子(ＣＭＯＳ構造のＳＲＡＭ)が静電界作用によってヨークを動かす。ヨークが基板に接するまで、メモリヘの信号に応じ、±１０ーの角度で動かすことが可能となる。回転時間は１０μｓである。
【０１４８】
従来は、液晶プロジェクター用反射素子として、１２８０×１０２４の長方形に配列させたユニットが制作されている。本発明では、各セルの角度を制御し、偏向可能な凹面鏡(焦点位置変更)として利用するために、図２６（ａ）のように同心楕円形状に配列させる。この配列にさせることで結像性能の優れた光路偏向ユニットを構成することができる。また、凹面鏡(焦点位置変更)としての機能を期待せず、図１の撮影レンズ１０１の瞳通過位置を平行移動させるだけであれば、図２６（ｃ）のような長方形配置もあり得る。
【０１４９】
図２３は反射型光路偏向ユニットを構成する場合の反射セルにマイクロ回折素子を使用する場合のセルである。これは反射回折現象を利用して光を偏向するもので、偏向角θと回折格子(グレーティング)周期Ａ、波長λとするとsinθ=λ/Aとなる。よって、偏向角は回折格子周期と波長のみによって決まり、偏向角の変更は電圧のオンかオフかによってのみ決まる。
【０１５０】
図２３、図２４でマイクロ回折素子の働きを示す。素子はシリコン基板上にポストによって支持されたグレーティング梁(回折格子梁)を複数配列し、グレーティング梁と梁間の表面に金反射膜を構成する。電圧が印加されない場合、反射光は、グレーティング梁と梁間で反射光の位相差が２πとなり、０次回折光のみで(全反射だけとなる。一方、電圧を印加すると、静電力により梁が弾性変形し、基板に引き寄せられる。そこで、グレーティング梁と梁間が半波長ずれ位相差がπとなり、０次回折光がなくなり±１次回折光が発生する。この回折光を光束の偏向に利用する。偏向角は、回折格子(グレーティング)周期Aとセンシングに使用する波長λで決める。
【０１５１】
このマイクロ回折素子の配列を示すのが、図２６（ｂ）である。回折格子(グレーティング)が同心楕円状に配置されている。これも使用方法によって、同心円状にしてもよい。本発明では、各セルの角度を制御し、偏向可能な凹面鏡(焦点位置変更)として利用するために、図２６（ｂ）のように回折格子(グレーティング)部を同心楕円状に配列させる。回折格子(グレーティング)の周期を小さくすることで大きな偏向角を得る。すなわち、凹面鏡効果を持たせるために、周辺での周期は小さく、中心にいくに従って周期を大きく設計する。この配列、周波数の分布にすることで結像性能を持つ光路偏向ユニットを構成することができる。
【０１５２】
なお、図では同心楕円状の配列が、９ラインしかないが、これは模式的に図示したことによるもので、本来は、セルの大きさも小さく、ライン数は目的に応じ設計する。電源のオンとオフの切り換えによって、偏向の有無を切り換えることができる。
【０１５３】
以上説明したように、大がかりな可動部分がなく、コンパクトな構成で、焦点位置を変えることができる。
【０１５４】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＡＦモジュールを組み込んだカメラの構成図である。
【図２】  ＡＦモジュールの構成図である。
【図３】  レンズ装着による状態変化の説明図である。
【図４】  カメラシステムの構成図である。
【図５】  光路偏向ユニットの説明である。
【図６】  光路偏向ユニットを使用する場合のフローチャートである。
【図７】  反射型光路偏向ユニットを含むカメラの要部構成図である。
【図８】  透過型光路偏向ユニットを含むカメラの要部構成図である。
【図９】  測光モジュールの構成図である。
【図１０】  位相差式ＡＦモジュールの構成図である。
【図１１】  位相差式ＡＦモジュールと光路偏向ユニットとの組み合わせの説明図である。
【図１２】  反射型光路偏向ユニットを含むカメラの要部構成図である。
【図１３】  反射型光路偏向ユニットを含むカメラの要部構成図である。
【図１４】  回路構成図である。
【図１５】  電荷蓄積型センサの構成図である。
【図１６】  図１５の変形例の構成図である。
【図１７】  反射型光路偏向ユニットを使用するデジタルカメラの構成図である。
【図１８】  ネマチック液晶を用いる液晶セルの拡大断面図である。
【図１９】  図１８の全体構成図である。
【図２０】  焦点位置可変空間変調ユニットの断面図および上面図である。
【図２１】  別の構成の液晶セルの構成図である。
【図２２】  デジタルマイクロミラーデバイスを用いる反射型光路偏向ユニットの要部斜視図である。
【図２３】  マイクロ回析の説明図である。
【図２４】  マイクロ回析の説明図である。
【図２５】  デジタルマイクロミラーデバイスの要部斜視図である。
【図２６】  偏向セルの配列の説明図である。
【図２７】  偏倍楕円状の説明図である。
【図２８】  偏倍楕円状の説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  対物レンズ
２  コンデンサレンズ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ  サブミラー位置
４  再結像レンズ
５  光電変換素子
６  予定焦点面
７  システムコントローラ
１０  ゲイン可変アンプ
１１  クランプ回路
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  射出瞳
１２  温度検出回路
２１  絞りマスク
２２  サンプルホールド回路
２１ａ，２１ｂ  水平レジスタ
２１ｃ  水平レジスタ
２４，２５  出力バッファ
２６，２７，２８  出力バッファ
３０，３１  出力スイッチ
３５，３６  出力スイッチ
４１，４２  エリアセンサ
４３，４４  モニタ
４７  ＡＧＣ回路
４８  コントロール回路
４９  出力選択回路
５０  マイクロコンピュータ
５１，５２  ラインセンサ
５３，５４  モニタ
５５  出力スイッチ
５６  出力バッファ
１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆ  輝度モニタ
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｆ  受光部
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ  電荷蓄積部
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅｆ  シフトレジスタ部
１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅｆ  出力ゲート
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅｆ  読み出し部
１０１  撮影レンズ
１０２  メインミラー
１０３  入射光路偏向ユニット
１０４  ＡＦモジュール
１０５  ファインダースクリーン
１０６  ペンタプリズム
１０７  カメラ本体
１０８  接眼レンズ
２０１  撮影レンズ
２０２  カメラボディ
２０３  レンズ内マイコン
２０４  ボディ内マイコン
２０５  ドライバ回路
２０６  光路偏向ユニット
２０７  センシングユニット
２１０  サブミラー
２１１  メインミラー
２１２  フィルム等価面
２１３  センシングユニット
２１４ａ，２１４ｂ  光路範囲
２１５ａ，２１５ｂ  光路範囲
２２０  透過型光路偏向ユニット
２２１  メインミラー
２２２  フィルム等価面
２２３  センシングユニット
２２４ａ，２２４ｂ  光路範囲
２２５ａ，２２５ｂ  光路範囲
２２６  撮影レンズ光軸
２７７  サブミラー
２３０  拡散スクリーン
２３１  レンズ
２３２  赤外カットフィルター
２３３  多分割フォトダイオード
２４０  赤外カットフィルター
２４１  コンデンサレンズ
２４２  反射ミラー
２４３  絞りマスク
２４４  セパレータレンズ
２４５  多分割センサ
２５１ａ，２５１ｂ  垂直方向位相差検出用絞り
２５２ａ，２５２ｂ  水平方向位相差検出用絞り
２５４ａ，２５４ｂ  水平方向位相差検出用セパレータレンズ
２５３ａ，２５３ｂ  垂直方向位相差検出用セパレータレンズ
２５５ａ，２５５ｂ  水平方向位相差検出用エリアセンサ
２５６ａ，２５６ｂ  垂直方向位相差検出用ラインセンサ
２６０，２６１  瞳形状
２６２ａ、２６２ｂ  水平方向の絞りマスク投影
２６３ａ、２６３ｂ  垂直方向の絞りマスク投影
２５６  メインミラー
２８０  赤外カットフィルター
２８１  コンデンサレンズ
２８２  反射ミラー
２８３  絞りマスク
２８４  セパレータレンズ
２８５  多分割センサ
２８７  サブミラー
２８８  位相差式ＡＦセンサモジュール
３０１，３０２  エリアセンサ部
３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８  ラインセンサ
３０１，３１０，３１１，３１２，３１３  配線
３２１，３２２，３２３，３２４  センシング感度領域
３３０  透過型光路偏向ユニット
３３１  撮像用エリアセンサ
３４０，３４１  撮影レンズ
３４２  絞り
３５０  反射型光路偏向ユニット
３５１  撮像用エリアセンサ
３５２  エリアセンサ
３５３  半透過プリズム
３５４  撮影レンズ
４０１  ネマチック液晶
４０２，４０３  ガラス基板
４０４，４０５  配向膜
４１０，４１１  円形穴パターン電極
５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０７  電極
５５１，５５２，５５３，５５４，５５５，５５６，５５７  電極
５７０  反射板
５７１，５７２  ガラス基板
５８１〜５９５  光
ａ，ｂ，ｃ，ｄ  エリアセンサ
ｅ，ｆ  ラインセンサ部
【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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