(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変倍撮影光学系を備える撮像装置であって、
被写体から撮像素子へ至る光路に配置され、前記被写体側から入射した光線を折り曲げて前記撮像素子に導く反射光学素子を備え、
該反射光学素子は、第１の偏光成分を反射し、第２の偏光成分を透過する偏光分離層からなる第１の反射層と、該第１の反射層を透過した光線を反射する第２の反射層と、を有して、前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層で反射した光線とが互いにずれた状態で前記撮像素子上に結像するように配置され、
前記変倍撮影光学系の変倍動作に応じて、前記撮像素子上に結像する２つの画像のずれ距離が変化するように構成し、
前記変倍撮影光学系は、広角端側の開放Ｆ値が望遠端側の開放Ｆ値よりも明るく、前記撮像素子上の画像のずれ距離は望遠端側でほぼゼロである、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
変倍撮影光学系を備える撮像装置であって、
被写体から撮像素子へ至る光路に配置され、前記被写体側から入射した光線を折り曲げて前記撮像素子に導く反射光学素子を備え、
該反射光学素子は、第１の偏光成分を反射し、第２の偏光成分を透過する偏光分離層からなる第１の反射層と、該第１の反射層を透過した光線を反射する第２の反射層と、を有して、前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層で反射した光線とが互いにずれた状態で前記撮像素子上に結像するように配置され、
前記変倍撮影光学系の変倍動作に応じて、前記撮像素子上に結像する２つの画像のずれ距離が変化するように構成し、
前記撮像素子の画素ピッチをＰ、広角端での該撮像素子上の画像のずれ距離をｄｗ、望遠端での前記撮像素子上の画像のずれ距離をｄｔ、１．０＜ｍ（実数）≦２．０とした場合、Ｐ／ｍ≦ｄｗ≦Ｐ、０≦ｄｔ＜Ｐ／ｍとなる結像条件を満足する、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
変倍撮影光学系を備える撮像装置であって、
被写体から撮像素子へ至る光路に配置され、前記被写体側から入射した光線を折り曲げて前記撮像素子に導く反射光学素子を備え、
該反射光学素子は、第１の偏光成分を反射し、第２の偏光成分を透過する偏光分離層からなる第１の反射層と、該第１の反射層を透過した光線を反射する第２の反射層と、を有して、前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層で反射した光線とが互いにずれた状態で前記撮像素子上に結像するように配置され、
前記変倍撮影光学系の変倍動作に応じて、前記撮像素子上に結像する２つの画像のずれ距離が変化するように構成し、
前記変倍撮影光学系が前群負パワー、後群正パワーの２群ズームで構成され、前記反射光学素子が、前記前群負パワーと前記後群正パワーとの間に配置され、前記後群正パワーの望遠端側の部分倍率をβｔ、広角端側の部分倍率をβｗ、前記後群正パワーの焦点距離をｆ、前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層で反射した光線とのなす角度を２ξ、広角端側の前記撮像素子上での画像のずれ距離をｄとした場合に、ｄは下記の式を満足する、ことを特徴とする撮像装置。
【数１】
0004936537.tif 000004
【請求項４】
前記撮像素子の画素ピッチをＰ、広角端での該撮像素子上の画像のずれ距離をｄｗ、望遠端での前記撮像素子上の画像のずれ距離をｄｔ、１．０＜ｍ（実数）≦２．０とした場合、Ｐ／ｍ≦ｄｗ≦Ｐ、０≦ｄｔ＜Ｐ／ｍとなる結像条件を満足する、ことを特徴とする請求項１又は３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記変倍撮影光学系が前群負パワー、後群正パワーの２群ズームで構成され、前記反射光学素子が、前記前群負パワーと前記後群正パワーとの間に配置され、前記後群正パワーの望遠端側の部分倍率をβｔ、広角端側の部分倍率をβｗ、前記後群正パワーの焦点距離をｆ、前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層で反射した光線とのなす角度を２ξ、広角端側の前記撮像素子上での画像のずれ距離をｄとした場合に、ｄは下記の式を満足する、ことを特徴とする１又は２に記載の撮像装置。
【数１】
0004936537.tif 000005
【請求項６】
前記変倍撮影光学系は、広角端側の開放Ｆ値が望遠端側の開放Ｆ値よりも明るく、変倍動作時に、開放Ｆ値は広角端と望遠端との間で明るさが連続的に変化し、前記撮像素子上の画像のずれ距離の値も広角端と望遠端との間で連続的に変化する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変倍撮影光学系を備えるデジタルカメラ等の撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の撮像装置は、一層の小型化、薄型化が求められている。
【０００３】
通常、撮像装置の光学系の光軸方向は、装置の厚さ方向（奥行き方向）に一致しているため、薄型化のために、レンズを薄く（枚数を減らすなど）することや、沈胴方式を採用している。
【０００４】
一方、撮影光学系内に被写体側から入射した光線を反射する面を有するプリズム（反射光学素子）を配置した撮像装置が提案されている。この撮像装置では、より被写体に近い部分でプリズムの反射面で光路を略直角に折り曲げることで撮像装置の厚さを薄くして、薄型化を可能にしている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００５】
「光路をレンズの径方向に折り曲げる」という表現に違和感があります。どのレンズの径方向なのかが曖昧であるように感じます。（光路というと一般的にレンズの回転対称軸方向、乃至は、それに多少の角度を為す方向ですので）「光路をその直前のレンズの径方向に折り曲げる」若しくは、単に「光路を略直角に折り曲げる」。どちらかと言えば、後者が光学的には一般的な表現かと思います。
【０００６】
図６に、撮影光学系内に、被写体側から入射した光線を反射する面を有する従来の反射光学素子であるプリズムを配置した例を示す。
【０００７】
「入射した光線の反射面」という表現が個人的にはしっくり来ないのですが、特許的表現としてこの方が適切であればこのままで結構です。尚、個人的には「入射した光線に対する反射面」「入射した光線を反射する面」「入射した光線を折り曲げる反射面」という感じがします。
【０００８】
この撮像光学系は、レンズ３０２およびレンズ３０３等の前側レンズ群の後方に前側レンズ群から入射した光線の反射面３０１ａを有する直角プリズム３０１を配置する。また、直角プリズム３０１の前側レンズ群の径方向に後側レンズ群３０６、光学フィルタ３０４、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）３０５、およびイメージセンサである撮像素子３０７を配置する。
【０００９】
ＬＰＦ３０５は、水晶などの複屈折性をもつ結晶板から形成され、一部の機種では画面水平垂直の二つの方向（更に加えて斜め方向もある）に対して画像をずらすものがあるが、通常、画面水平方向などの一方向だけ画像をずらす。
【００１０】
光学フィルタ３０４は、撮像素子３０７が感度をもつ可視域以外の紫外（ＵＶ）、赤外（ＩＲ）波長域を除去するもので、所望の波長域を吸収して熱等に変換する吸収型フィルタとするのが最も好ましい。
【特許文献１】特開２０００−１８７１６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２２８００３号公報
【特許文献３】特開２００６−０５３２７５号公報
【特許文献４】特開２００６−００５５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図６に示す従来の撮像光学系では、後側レンズ群３０６と撮像素子３０７との間に光学フィルタ３０４およびＬＰＦ３０５を配置する必要がある。
【００１２】
そのため、光学フィルタ３０４およびＬＰＦ３０５の分だけ撮像光学系の部品点数が増えてコスト高になるとともに、各フィルタ３０４，３０５の組み付け工程が別途必要となる。
【００１３】
特に、ＬＰＦ３０５は水晶板などの複屈折結晶製であり、材料製造、加工共に特別な技術が必要であり高コストである。光学フィルタ３０４についても、吸収型フィルタとする場合は、上述したように、所望の特定の波長帯域を吸収する着色ガラス材料（吸収ガラス）を使用しなければならず、特性の選択自由度が少なく、高コストである。
【００１４】
一方、小型のデジタルカメラにおいては、撮像レンズとして、一般に、ズームレンズなどの変倍レンズ（バリフォーカルレンズも含む）が採用されている。
【００１５】
ズームレンズは、多くの場合、ズーム位置（焦点距離）によってＦ値や残存収差量が変わるため、ＭＴＦもズーム位置毎に異なる。また、ズームレンズは、一般に、広角端側はＦ値が明るく、望遠端側はＦ値が暗い。ＭＴＦは、レンズの開口数（Ｎ．Ａ．、Numerical Aperture、開放Ｆ値に関連する値）に依存する。従って、どのズーム位置でも残存収差量が同じように良好に補正されたレンズの場合、広角端側の方が望遠端側よりもＭＴＦのレスポンスは高い。
【００１６】
図７に、開放Ｆ値がＦ２．８とＦ５．６の場合の理想レンズ（無収差）のＭＴＦ周波数特性（波長５５０nm）を示す。
【００１７】
現実のレンズには残存収差があるため、図７に示すようには、ＭＴＦのレスポンスは高くならないが、高い空間周波数側に行くほどＦ２．８とＦ５．６との間には、図７に示すように、レスポンスの差が大きく現れる。
【００１８】
水晶を用いたＬＰＦのトラップ周波数（ＴＰ周波数）、即ち、撮影光学系のＭＴＦのレスポンスをゼロに落とす周波数は、水晶板の厚さ、光学軸の角度など加工条件で決定される。材質に水晶以外の複屈折材料を用いる場合も同様である。
【００１９】
このようにＬＰＦのＴＰ周波数はフィルタを製作する段階で固定化されるので、ＬＰＦの作用は広角端側でも望遠端側でも同じである。しかし、前述のように広角端と望遠端とでは元々のＭＴＦの特性が異なるため、結果的には例えば広角端側に最適に設定すると、望遠端側では最適ではなくなる。
【００２０】
図８に、ＴＰ周波数＝３００［ＬＰ／ｍｍ］に設定した場合のＬＰＦの特性（ＭＴＦのレスポンスを落とす比率）と、ＬＰＦを作用させた場合のＦ２．８とＦ５．６の場合の理想レンズのＭＴＦを示す。Ｆ２．８、Ｆ５．６共に空間周波数３００［ＬＰ／ｍｍ］にてレスポンスはゼロに落ちる。しかし、図８から明らかなように、このＬＰＦを作用させたＦ５．６のＭＴＦは著しく低下し、空間周波数１００［ＬＰ／ｍｍ］辺りから低い値を示す。画質としては中間〜高周波域での著しいコントラストの低下が見られる。
【００２１】
以上説明したように、ＬＰＦのトラップ周波数条件は、ＬＰＦの部品製造時点で固定され、ズームレンズのような開放Ｆ値などの変化するレンズに対して常に最適な条件にならないという問題がある。
【００２２】
そこで、本発明は、撮像光学系の部品点数および組立工程を削減して低コスト化を図ることができるとともに、小型薄型化を達成することができ、更には、ズーム位置に関係なくＬＰＦを最適な条件で作用させることができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明は、変倍撮影光学系を備える撮像装置であって、被写体から撮像素子へ至る光路に配置され、前記被写体側から入射した光線を折り曲げて前記撮像素子に導く反射光学素子を備え、該反射光学素子は、第１の偏光成分を反射し、第２の偏光成分を透過する偏光分離層からなる第１の反射層と、該第１の反射層を透過した光線を反射する第２の反射層と、を有して、前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層で反射した光線とが互いにずれた状態で前記撮像素子上に結像するように配置され、前記変倍撮影光学系の変倍動作に応じて、前記撮像素子上に結像する２つの画像のずれ距離が変化するように構成し、前記変倍撮影光学系は、広角端側の開放Ｆ値が望遠端側の開放Ｆ値よりも明るく、前記撮像素子上の画像のずれ距離は望遠端側でほぼゼロである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、偏光分離層である第１の反射層で反射した光線と第１の反射層を透過して第２の反射層で反射した光線とが互いにずれた状態で撮像素子上に結像するので、反射光学素子にＬＰＦの機能を持たせることができる。これにより、撮像光学系の部品点数および組立工程を削減して低コスト化を図ることができるとともに、撮像装置の小型薄型化を達成することができる。
【００２５】
また、変倍撮影光学系の変倍動作に応じて、撮像素子上に結像する２つの画像のずれ距離が変化するように構成したので、ズーム位置に応じてＬＰＦの機能を可変にすることが可能になる。これにより、ズーム位置に関係なくＬＰＦを最適な条件で機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
【００２７】
まず、説明の便宜上、図４を参照して、本発明の実施の形態である撮像装置の一例であるデジタルカメラについて説明する。
【００２８】
このデジタルカメラは、図４に示すように、レンズおよび絞り機構からなる光学系１０１、メカニカルシャッタ１０２、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサ（撮像素子）１０３、アナログ信号処理を行うＣＤＳ回路１０４を備える。また、デジタルカメラは、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０５、撮像素子１０３、ＣＤＳ回路１０４およびＡ／Ｄ変換器１０５を動作させる信号を発生するタイミング信号発生回路１０６を備える。
【００２９】
光学系１０１、メカニカルシャッタ１０２および撮像素子１０３は駆動回路１０７により駆動され、撮影した画像データは信号処理回路１０８により所定の信号処理が施される。信号処理回路１０８により信号処理が施された画像データは画像メモリ１０９に記憶されると共に、記録回路１１１を介して着脱可能な画像記録媒体１１０に記録され、また、表示回路１１３を介して画像表示装置１１２に表示される。
【００３０】
上述した一連の処理は、ＲＯＭ（不揮発性メモリ）１１５に記憶された制御プログラムがＲＡＭ（揮発性メモリ）１１６にロードされて、カメラ全体を制御するシステム制御部（ＣＰＵ又はＭＰＵ）１１４により実行される。
【００３１】
ＲＯＭ１１５は、システム制御部１１４で実行される制御プログラム、制御プログラムを実行する際に使用されるパラメータやテーブル等の制御データ、および、キズアドレス等の補正データを記憶する。ＲＡＭ１１６は、ＲＯＭ１１５に記憶されたプログラム、制御データおよび補正データを転送して記憶しておき、システム制御部１１４がデジタルカメラを制御する際に使用する。
【００３２】
次に、メカニカルシャッタ１０２を使用した撮影動作について説明する。
【００３３】
システム制御部１１４が動作を開始する際には、ＲＯＭ１１５から必要なプログラム、制御データおよび補正データをＲＡＭ１１６に転送して記憶しておく。また、これらのプログラムやデータは、必要に応じて、追加のプログラムやデータをＲＯＭ１１５からＲＡＭ１１６に転送したり、システム制御部１１４が直接ＲＯＭ１１５内のデータを読み出して使用したりする。
【００３４】
まず、光学系１０１は、システム制御部１１４からの制御信号により、絞り機構とレンズを駆動して、適切な明るさに設定された被写体像を撮像素子１０３上に結像させる。次に、メカニカルシャッタ１０２は、システム制御部１１４からの制御信号により、必要な露光時間となるように撮像素子１０３の動作に合わせて撮像素子１０３を遮光するように駆動される。このとき、撮像素子１０３が電子シャッタ機能を有する場合は、メカニカルシャッタ１０２と併用して、必要な露光時間を確保してもよい。
【００３５】
撮像素子１０３は、システム制御部１１４により制御されるタイミング信号発生回路１０６が発生する動作パルスを基にした駆動パルスで駆動され、被写体像を光電変換により電気信号に変換してアナログ画像信号として出力する。撮像素子１０３から出力されたアナログ画像信号は、システム制御部１１４により制御されるタイミング信号発生回路１０６が発生する動作パルスによりＣＤＳ回路１０４でクロック同期性ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器１０５でデジタル画像信号に変換される。
【００３６】
次に、システム制御部１１４により制御される信号処理回路１０８において、デジタル画像信号に対して、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等を行う。画像メモリ１０９は、信号処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりするために用いられる。
【００３７】
信号処理回路１０８で信号処理された画像データや画像メモリ１０９に記憶されている画像データは、記録回路１１１において画像記録媒体１１０に適したデータ（例えば、階層構造を持つファイルシステムデータ）に変換される。
【００３８】
そして、変換された画像データは、画像記録媒体１１０に記録されたり、信号処理回路１０８で解像度変換処理がなされた後、表示回路１１３で画像表示に適した信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のアナログ信号等）に変換されて画像表示装置１１２に表示されたりする。
【００３９】
ここで、信号処理回路１０８においては、システム制御部１１４からの制御信号により信号処理をせずにデジタル画像信号をそのまま画像データとして、画像メモリ１０９や記録回路１１１に出力してもよい。
【００４０】
また、信号処理回路１０８は、システム制御部１１４から要求があった場合に、信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報、をシステム制御部１１４に出力する。信号処理回路１０８からシステム制御部１１４に出力する情報としては、例えば、画像の空間周波数、指定領域の平均値、圧縮画像のデータ量等の情報、あるいは、それらから抽出された情報を例示できる。
【００４１】
また、記録回路１１１は、システム制御部１１４から要求があった場合に、画像記録媒体１１０の種類や空き容量等の情報をシステム制御部１１４に出力する。
【００４２】
さらに、画像記録媒体１１０に画像データが記録されている場合の再生動作については、システム制御部１１４からの制御信号により記録回路１１１が、画像記録媒体１１０から画像データを読み出す。また、システム制御部１１４からの制御信号により信号処理回路１０８は、画像データが圧縮画像であった場合に、画像伸長処理を行い、画像メモリ１０９に記憶する。
【００４３】
画像メモリ１０９に記憶されている画像データは、信号処理回路１０８で解像度変換処理を実施された後、表示回路１１３において画像表示に適した信号に変換されて画像表示装置１１２に表示される。
【００４４】
次に、図５を参照して、デジタルカメラのレリーズボタン操作による撮影動作について説明する。
【００４５】
まず、ステップＳ３０１で、システム制御部１１４は、操作部（不図示）に含まれるメインスイッチの状態を検出し、オン状態であればステップＳ３０２へ移行する。ステップＳ３０２では、システム制御部１１４は、画像記録媒体１１０の残容量を調べ、残容量が例えば画質設定などから定まる撮影画像データサイズよりも大きければステップＳ３０５へ移行し、そうでなければステップＳ３０３へ移行する。
【００４６】
ステップＳ３０３では、システム制御部１１４は、画像記録媒体１１０の残容量が不充分であることを警告してステップＳ３０１に戻る。この警告は、画像表示装置１１２にメッセージを表示するか、不図示の音声出力部から音声を出力するか、又はその両方により行うことができる。
【００４７】
一方、ステップＳ３０５では、システム制御部１１４は、画像表示装置１１２に測距領域を表示する。すなわち、撮影した画像を画像メモリ１０９に一時的に保存し、表示回路１１３により表示画像を生成して画像表示装置１１２に表示する処理を連続的に行う表示処理において、通常撮影時に設定された測距領域を併せて表示する。
【００４８】
次に、ステップＳ３０６では、システム制御部１１４は、レリーズボタンの状態を調べ、半押し状態であればステップＳ３０８へ移行し、そうでなければステップＳ３０７へ移行する。
【００４９】
ここで、本実施形態では、レリーズボタンの半押し状態により、自動合焦動作（ＡＦ）や自動露出制御動作（ＡＥ）など、撮影に先立つ処理を開始する。ステップＳ３０７では、メインスイッチの状態を調べ、オン状態であればステップＳ３０５へ戻り、そうでなければステップＳ３０１へ戻る。
【００５０】
ステップＳ３０８では、システム制御部１１４は、Ａ／Ｄ変換器１０５の出力から被写体輝度を検出し、ステップＳ３１０で自動合焦処理（ＡＦ処理）を行う。ステップＳ３１０では、ステップＳ３０８の検出結果から被写体輝度が所定値より低い場合には、図示しない光源によりＡＦ補助光を被写体に向けて所定時間投光してＡＦ処理を行う。
【００５１】
そして、合焦すると、ステップＳ３１１で、レリーズボタンが全押し状態であるかどうかを調べ、全押し状態であればステップＳ３１３へ移行して撮影処理を開始し、そうでなければステップＳ３１２へ移行する。
【００５２】
ステップＳ３１２では、レリーズが半押し状態かどうかを調べ、半押し状態であればステップＳ３１１へ戻り、そうでなければステップＳ３０５へ戻る。
【００５３】
次に、ステップＳ３１４では、ステップＳ３０２と同様に画像記録媒体１１０の残容量を調べ、次の撮影に必要な残容量があればステップＳ３１５へ移行し、そうでなければステップＳ３０３へ移行する。
【００５４】
ステップＳ３１５では、レリーズボタンが全押し状態であるかどうかを調べ、全押し状態でなければステップＳ３１２へ移行する。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態の一例であるデジタルカメラの撮像光学系に配置される反射光学素子および変倍撮影光学系の前提条件について説明する。
【００５６】
この実施の形態では、屈曲した光路を有する撮影光学系において、反射光学素子の反射面に第１の反射層である偏光分離（偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ））層を設ける。そして、Ｐ偏光成分（第２の偏光成分）とＳ偏光成分（第１の偏光成分）を一旦偏光分離し、再度重ね合わせる。
【００５７】
すなわち、まず、偏光分離層にてＳ偏光成分を反射偏光する。偏光分離層を透過したＰ偏光成分は第２の反射層である反射ミラー層で同じ方向に、又はＳ偏光成分の反射光線に対して角度をもって反射偏光する。その結果、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分とずれた状態で重ね合わせられて、撮像素子に入射する。
【００５８】
偏光分離層に必要な特性については、可視域全域で概ねフラットであるようなブロードバンドな所謂完全偏光分離特性が必要であるが、その消光比は例えば１７〜２０ｄＢ程度で十分である。一方、反射ミラー層に必要な特性についても、同様に、可視域全域で概ねフラットな反射特性が必要である。
【００５９】
また、偏光分離層および反射ミラー層ともに、光学フィルタとして機能させるために、可視域外、即ち、赤外（ＩＲ）成分や紫外（ＵＶ）成分等の不要光成分は、全て反射しないで透過するダイクロイック特性が必要である。
【００６０】
さらに、角度特性については、反射光学素子を挟む前側レンズ群と後側レンズ群との間で光軸に対して、マージナル光線がなす角度まで上述した必要な特性を保証するようにレンズ、偏光分離層および反射ミラー層を整合させる設計を行う。
【００６１】
また、この実施の形態では、変倍撮影光学系は、所謂、前群凹、後群凸のレトロフォーカス構成の２群ズームの配置とする。
【００６２】
第一群（補償群）は負の屈折力を有し、反射光学素子よりも物体側にある。第二群（変倍群）は反射光学素子よりも像側にあり、正の屈折力を有し、広角端から望遠端までの変倍動作時に、物体側方向にのみ移動する。変倍群の像側にフォーカス群がある場合、フォーカシング時に変倍群とは異なる動きをし、変倍群以降の後群を一体とする。
【００６３】
図１は、本発明の実施の形態の一例であるデジタルカメラの撮影光学系に反射光学素子を配置した例である。撮影光学系については、図６の反射光学素子３０１を図１の反射光学素子１に置き換え、図６の光学フィルタ３０４およびＬＰＦ３０５を省略したものとなる。
【００６４】
図１に示すように、この反射光学素子１は、三角プリズム１ａを備える。三角プリズム１ａは、面２が入射面、面３が反射面、面５が射出面とされている。また、面２′は面２を入射側の光軸１４に沿った方向から見た面であり、面５′は面５を射出側の仮想光軸１３（後述）に沿った方向から見た面である。面３には、偏光分離層（第１の反射層）４が積層蒸着（又はスパッタ）等により設けられており、三角プリズム１ａから見て裏面反射面となっている。
【００６５】
また、面３の外側には透明クサビ層９が設けられ、その外側の面１０（裏面）には反射ミラー層１１が積層蒸着（又はスパッタ）等により設けられている。ここで、偏光分離層４および反射ミラー層１１は、可視域外の波長域である赤外（ＩＲ）成分、紫外（ＵＶ）成分の透過率が９５％以上の分光反射特性を有する。すなわち、従来の光学フィルタとして機能する。なお、三角プリズム１ａの硝材は、偏光分離層の設計上の条件から適宜選択する。
【００６６】
透明クサビ層９は、画像のずらし量を決定する重要な層であり、酸化シリコンなど透明材料を所定の厚さまで蒸着する方法を例示できる。他に、薄く研磨した誘電体又はクサビ状のガラス板を貼り付ける方法もある。または、誘電体又は平板状のガラス板をプリズムに貼り付けたのち、所望の角度、厚さのクサビ層になるように三角プリズムに接合した状態で研磨する方法もある。
【００６７】
三角プリズム１ａは、その断面において直角二等辺三角形ではなく、面３は面２及び面５に対して４５°をなしておらず、面２に対しては４５°−θ、面５に対しては４５°＋θをなしている。透明クサビ層９は、図２の断面において、２θの頂角を持つクサビ形状をなしている。面１２は、面２及び面５に対して４５°をなしており、透明クサビ層９の中の仮想的な面を示している。
【００６８】
三角プリズム１ａを、仮想面１２と、面２、面５からなる直角プリズムと見なすと、被写体からの光軸１４は仮想面１２で反射し、９０°偏向して仮想光軸１３へ至ると見なすことができる。現実には、面３にて偏光分離され、Ｓ偏光成分は、仮想光軸１３と２θの角度をなす光軸１５となり、Ｐ偏光成分は面３にて偏光分離されたのち、面１０に反射偏向され、仮想光軸１３と−２θの角度をなし、光軸１５とは互いに４θ（２ξ）の角度をなす光軸１６となる。
【００６９】
ここで、光軸１５と光軸１６との間隔１８は、透明クサビ層９の厚さで決定される。光軸１５と光軸１６は、あたかも元々仮想面１７で交差し、４θの角度を成しつつ伝播してきたように見なせる。
【００７０】
そして、反射光学素子１によってＰ偏光成分、及びＳ偏光成分として瞳で分離された２つの画像光束成分は、望遠（Ｔｅｌｅ）端において、撮像素子上に所定の距離ｄｔ［ｍｍ］だけシフトして結像される。
【００７１】
また、反射光学素子１によって、Ｐ偏光成分、及びＳ偏光成分として瞳で分離された２つの画像光束成分は、広角（Ｗｉｄｅ）端において、撮像素子上で所定の距離ｄｗ［ｍｍ］だけシフトして結像される。
【００７２】
撮像素子の画素ピッチをＰ［ｍｍ］とするとき、ナイキスト周波数は１／２Ｐ［ｌｐ／ｍｍ］（所謂 Ｌｉｎｅ Pair／ｍｍ、本／ｍｍ）である。一般的にＬＰＦによって画像が２分割され撮像素子上でｄ［ｍｍ］ だけずれた状態で結像した場合、そのときのトラップ周波数は１／２ｄ［ｌｐ／ｍｍ］である。また、ＬＰＦの効果を十分に得るためには、トラップ周波数がナイキスト周波数に等しい、１／２Ｐ＝１／２ｄ、即ちＰ＝ｄを満たすことが好ましい。
【００７３】
しかし、この場合、結像系の高周波域（ナイキスト周波数近傍で低周波側の領域）のＭＴＦが低くなり過ぎる場合がある。このナイキスト周波数近傍のＭＴＦを高めに保つため、ＬＰＦのトラップ周波数を、ナイキスト周波数よりも高い周波数（Ｎ倍以上、Ｎは１．０以上の実数）に設定する場合もある。ＬＰＦのトラップ周波数が、ナイキスト周波数のＮ倍以上である条件は、Ｎ・１／２Ｐ ≦１／２ｄより、ｄ≦Ｐ／Ｎである。
【００７４】
ここで、反射光学素子１によってＰ偏光成分、及びＳ偏光成分として瞳で分離された２つの画像光束成分は、広角（Ｗｉｄｅ）端での画像のずれをｄｗとすると、Ｐ／ｍ≦ｄｗ≦Ｐであるような結像条件を満足する。また、望遠（Ｔｅｌｅ）端での画像のずれをｄｔとすると、０≦ｄｔ＜Ｐ／ｍであるような結像条件を満足する。なお、１．０＜ｍ（実数）≦２．０とする。この条件は、トラップ周波数がナイキスト周波数に略一致する場合から、ナイキスト周波数の２倍までの周波数になる迄の範囲に存在することを意味している。
【００７５】
この条件を満足することにより、反射光学素子１によって画像を２つに振幅分離し、広角端側／望遠端側でそれぞれ所望のシフト量を与えた状態で撮像素子上に結像する。このとき、ズーム位置に対応した撮像素子上での画像のシフト量に応じて、トラップ周波数が変わり、ＬＰＦとしての作用の仕方が変わる。
【００７６】
また、一般に広角端〜望遠端間の中間位置でのＦ値は、広角端のときのＦ値から望遠端のときのＦ値までの間のＦ値が順次設定される。従って、画像のシフト量も広角端から望遠端へ至るに従い順次中間値をとりつつ連続的に変化する。
【００７７】
次に、図２を参照して、結像レンズ系について説明する。
【００７８】
図２は、２群ズームレンズである結像レンズ系の後群（変倍群、又は変倍群及びフォーカス群）のパワー配置を模式的に示したものである。
【００７９】
図２の上図は望遠（Ｔｅｌｅ）端における状態を示しており、符号６０１は後群正パワー、反射光学素子１の面６０２は図１で説明した反射光学素子１の折り曲げ面を模式的に示している。ここで、面６０２は、図１の仮想反射面１２に該当する。面６０７は、後群レンズの瞳を示す。面６０６は、撮像素子面（像面）、面６０３は、後群の物体面（イメージセンサ面と共役な面、虚物体面）である。従って、望遠端で何らかの被写体に対して結像関係が成り立っているとき、被写体の前群レンズによる虚像が、後群の（虚）物体面６０３に一致し、撮像素子に結像される。
【００８０】
このとき、反射光学素子１によって被写体の像はＰ偏光成分、及びＳ偏光成分に分離される。図１で説明したように、反射面にて偏光分離された２つの被写体像光線は、あたかも面１７から角度４θをなしつつ二つに分かれて伝搬してきたように見なすことができる。図２において説明すると、面６０２を通過する段階で、光束は２つに分離され、２つの光軸は６０８、６０９を通過して、間隔１８で互いに４θの角度をなしつつ面６０２を射出する。これらは、面６０３から分かれて伝播してきたように見なすことができる。
【００８１】
その後、後群レンズに入射し、光軸６０４、６０５として撮像素子面６０６へ入射する。反射光学素子１の角度パラメータθ、及び分離時の光軸の間隔１８は、任意に設定できる。例えば、反射光学素子１に依存する面１７（図１）が、レンズ系に依存する面６０３に一致するように角度パラメータθ及び間隔１８を設定することができる。面１７と面６０３とが一致すると、撮像素子面６０６上に結像された光軸６０４、６０５の二つの像（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分、順不同）は、重なって結像される。
【００８２】
図２の下図は、広角（Ｗｉｄｅ）端における状態を示している。
【００８３】
広角端では後群レンズ系は像面側に移動し、結像倍率は変化する。撮像素子面６０６との共役面は面６１０に移動する。従って、広角端で何らかの被写体に対して結像関係が成り立っているとき、被写体の前群レンズによる虚像が面６１０に一致し、撮像素子に結像される。
【００８４】
このとき、反射光学素子１によって被写体の像はＰ偏光成分、及びＳ偏光成分に分離される。上述したうに、反射面にて偏光分離された２つの被写体像光線は、あたかも面１７から角度４θを成しつつ二つに分かれて伝搬してきたように見なすことができる。図２の（ｂ）において説明すると、面６０２を通過する段階で、光束は２つに分離され、２つの光軸は６０８、６０９を通過して、間隔１８で互いに４θの角度を成しつつ面６０２を射出する。これらは、面６１０，面６０３から既に分離して伝搬してきたように見なすことができる。
【００８５】
その後、後群レンズに入射し、光軸６０４、６０５として撮像素子面６０６へ入射する。反射光学素子１の角度パラメータθ、及び分離時の光軸の間隔１８は、任意に設定できる。上記望遠端で説明したように、これらは面１７が面６０３に一致するように設定されている。広角端では、面６０３は特別な役割はないが、反射光学素子１の設定上、偏光分離された２つの被写体像光線の光軸６０４，６０５は、この面６０３にて交差する設定になっていることは変わらない。広角端では、偏光分離された２つの被写体像光線の光軸６０４，６０５は、像面、即ち撮像素子面６０６上で重なり合った状態で結像する。従って、広角端では２つの像の横ずれは生じず、ＬＰＦの効果はない。
【００８６】
撮像素子面（像面）６０６に対して、共役関係にある（虚）物体面は面６１０であり、２つの偏光成分の光軸６０４，６０５は、上記のように面６０３で交差するように通過する。従って、図２の（ｂ）には、これらを満たす結像関係が示されている。図に示すように、撮像素子面６０６に結像する２つの被写体像光線の光軸６０４、６０５は、間隔６１１をもってずれた状態で結像する。この結果、ＬＰＦと同様な像の横ずらし効果が生ずる。この間隔６１１をずれ距離ｄとすると、ずれ距離ｄは、次のように定義される。
【００８７】
図３は、図２に対応する図である。図３において、面６１０から面６０３までの距離をＣ、面６０３から面６０２（反射光学素子１の折り曲げ面）までの距離をＬ、後群正パワーの望遠端側の部分倍率をβｔ、広角端側の部分倍率をβｗ、後群正パワーの焦点距離をｆとする。上述の反射光学素子１は、前群負パワーと後群正パワーとの間に配置される。
ここで、
【００８８】
【数２】
0004936537.tif 000002
の関係から、撮像素子上での画像のずれ距離ｄは、
【００８９】
【数３】
0004936537.tif 000003
で定義される。
【００９０】
以上説明したように、この実施の形態では、偏光分離層４で反射した光線と偏光分離層４を透過して反射ミラー層１１で反射した光線とが互いにずれた状態で撮像素子上に結像するので、反射光学素子１にＬＰＦおよび光学フィルタの機能を持たせることができる。これにより、撮像光学系の部品点数および組立工程を削減して低コスト化を図ることができるとともに、デジタルカメラの小型薄型化を達成することができる。
【００９１】
また、変倍撮影光学系の変倍動作に応じて、撮像素子上に結像する２つの画像のずれ距離が変化するように構成したので、ズーム位置に応じてＬＰＦの機能を調整／変更することが可能になる。これにより、ズーム位置に関係なくＬＰＦを最適な条件で機能させることができる。
【００９２】
即ち、一般にＦ値が明るくＭＴＦのレスポンスの高い広角端側では、通常のようにＬＰＦを機能させ、逆にＭＴＦのレスポンスが低くなる望遠端側ではＬＰＦの効きを弱めることができる。その結果、従来のように、望遠端側でＭＴＦのレスポンスが下がり過ぎることがなくなって望遠端側での解像感を不必要に損なうことがなくなり、ズーム位置に関係なく、常に好適な解像力を保った撮影レンズを提供することが可能になる。
【００９３】
さらに、ズーム位置に応じて自動的にＬＰＦの作用の仕方が変動するため、新たに専用の機械的駆動機構や動力源等の手段を必要とせず、低コスト化を図ることができる。
【００９４】
さらに、図８に示すＦ５．６×ＬＰＦのように低下してしまう望遠端側のＭＴＦのレスポンスを図７の状態（ＬＰＦの効いていない状態）に戻すことが可能となり、広角端に影響を与えずに望遠端での解像性能の向上を図ることができる。
【００９５】
なお、上記実施形態では、本発明の第１の偏光成分をＳ偏光成分とし、第２の偏光成分をＰ偏光成分として説明したが、これに代えて、本発明の第１の偏光成分をＰ偏光成分とし、第２の偏光成分をＳ偏光成分としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるデジタルカメラの撮影光学系に配置された反射光学素子を説明するための説明図である。
【図２】２群ズームレンズである結像レンズ系の後群のパワー配置を模式的に示した図である。
【図３】２群ズームレンズである結像レンズ系の後群のパワー配置を模式的に示した図である。
【図４】デジタルカメラの機能ブロック図である。
【図５】デジタルカメラの動作例を説明するためのフローチャート図である。
【図６】従来の撮影光学系の一例を説明するための図である。
【図７】ＭＴＦの空間周波数特性を説明するためのグラフ図である。
【図８】ＭＴＦの空間周波数特性を説明するためのグラフ図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  反射光学素子
１ａ  三角プリズム
２  入射面
３  反射面
４  偏光分離層（第１の反射層）
５  射出面
９  クサビ透明層
１０  反射面
１１  反射ミラー層（第２の反射層）
１２  仮想反射面
１３  仮想反射光軸
１４  入射光軸
１５  Ｓ偏光分離成分光軸
１６  Ｐ偏光分離成分光軸
６０１  後群合成パワー面
６０２  反射面
６０３  望遠端での後群の物体面
６０４  偏光分離光光軸
６０５  偏光分離光光軸
６０７  後群レンズ瞳面
６１０  広角端での後群の物体面
６１１  偏光分離光の撮像素子上での結像位置のずれ距離
【図１】
0004936537.tif 000006
【図２】
0004936537.tif 000007
【図３】
0004936537.tif 000008
【図４】
0004936537.tif 000009
【図５】
0004936537.tif 000010
【図６】
0004936537.tif 000011
【図７】
0004936537.tif 000012
【図８】
0004936537.tif 000013