分割光学系及びそれを用いた撮像光学系、撮像装置
【課題】 撮影光路中に配置され、撮影光束の一部を分岐するとき、レンズ全長が長くなるのを軽減することができる光束分岐素子を得ること。
【解決手段】 撮像のための光束と瞳分割法により合焦位置を検出するための光束とを分離する光束分割光学系は、エアギャップを挟んだ少なくとも２つのプリズムにて構成されている。前述した分割前の光束が入射する第一のプリズムの、前述の分割前の光束が入射する面を第一の面、前述のエアギャップを形成する面を第二の面とする時、その第二の面には、光束分割膜を設け、撮像のために要する光束を透過し、合焦位置を検出するために要する光束を反射にて分割する機能を付与している。この反射を第一の反射とする。更に、その分割された合焦位置を検出するために要する光束は、第一の面で全反射による第二の反射を受け再び第二の面に向かい第二の面にて更に全反射にて第三の反射を起こさせる構成とした事を特徴としている。
【解決手段】 撮像のための光束と瞳分割法により合焦位置を検出するための光束とを分離する光束分割光学系は、エアギャップを挟んだ少なくとも２つのプリズムにて構成されている。前述した分割前の光束が入射する第一のプリズムの、前述の分割前の光束が入射する面を第一の面、前述のエアギャップを形成する面を第二の面とする時、その第二の面には、光束分割膜を設け、撮像のために要する光束を透過し、合焦位置を検出するために要する光束を反射にて分割する機能を付与している。この反射を第一の反射とする。更に、その分割された合焦位置を検出するために要する光束は、第一の面で全反射による第二の反射を受け再び第二の面に向かい第二の面にて更に全反射にて第三の反射を起こさせる構成とした事を特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラやビデオカメラ等において、被写体からの光束を撮像素子に導く光路中において、撮影用の光束から一部の光束を分割する分割光学系、及びそれを用いた撮像光学系、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学系において、受動式オートフォーカス方式の１つとして、瞳分割法によって撮像光学系の光路中から光束分岐素子で光束の一部を分岐し、その分岐した光束を合焦検出用の撮像素子に入射させて、合焦信号を得る方法がある（特許文献１、２）。
【０００３】
このような方式においては、分岐した光束の光路中に配置されたレンズを駆動させて合焦位置を探る（合焦位置を検出する）ため、撮影像に影響を与えずに合焦位置を探ることが出来る、という特長がある。
【特許文献１】特開２００３−２７０５１７号公報
【特許文献２】特開２００４−０８５６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の光束分岐素子を加えるとレンズ全長が長くなってしまう上、レンズ重量が重くなったり、レンズの有効径が大きくなったりしてしまう。このため、光束分割素子を撮影光路中に配置するときは、光束分割素子の撮影光路中における光路長がなるべく短いことが重要になっている。
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１、２では、これらの点について十分に考慮されておらず、光束分割素子中を通る光路長が長くなってしまっている。
【０００６】
そこで、本発明は、撮影光路中に光束分岐素子を配置し撮影光束の一部を分岐する撮像光学系において、光束分岐素子を小型化し、全系の小型化を達成することができる撮像光学系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】
【０００７】
本発明の撮像光学系は、被写体からの被写体光束を撮像素子に導く撮像光学系であって、前記被写体光束を、前記撮像素子に至る撮像光束と他の光束とに分割する分割光学系を備えており、該分割光学系が、前記被写体光束が入射する第１入射面と、前記入射面からの被写体光束を前記撮像光束と前記他の光束とに分割する分割面と、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面で反射された反射光束が出射する第１出射面とを有する第１プリズムと、前記分割面と対向する位置に配置され、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面を透過した透過光束が入射する第２入射面と、前記透過光束が出射する第２出射面とを有する第２プリズムとを備えており、前記反射光束が、前記分割面での１回目の反射の後、前記第１入射面での反射、前記分割面での２回目の反射を経て、前記第１出射面に至ることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のように構成すれば、分割光学系の光軸方向の厚みを薄くすることができるため、レンズ全長が長くなるのを軽減し、全系の光学系の小型化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の撮像光学系は、被写体からの光束（被写体光束）を、撮像用の光束（撮像光束）と合焦位置検出用の光束（合焦検出光束）とに分割する分割光学系（光束分割光学系、光束分岐光学系）を有している。勿論、この分割光学系そのものや、この分割光学系を備える撮像装置も本発明の一部である。
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
光束分割プリズム（分割光学系、光束分割素子、光束分岐素子）と、それを有するズームレンズ（撮像光学系）、及び撮影システム（撮像装置）についての実施形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明のズームレンズ（撮像光学系）、およびそのズームレンズとカメラ本体（撮像装置本体）を有する撮像システム（撮像装置）の要部概略図である。図１において、１０１は本実施例のズームレンズ、１０８はズームレンズを着脱可能なテレビカメラ（カメラ本体）１２１内の結像面（撮像面）であり、この結像面の位置と撮像素子１２３上の撮像面とを一致させる。この撮像素子にて動画像を得ることが出来る。撮像素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳ、撮像管、ＭＣＰ（マイクロ・チャネル・プレート）、ＨＡＲＰ（ハープ）管などが考えられる。ズームレンズ１０１は、合焦部（合焦レンズユニット、合焦レンズ群）１０２、変倍部（変倍レンズユニット、ズームレンズユニット、変倍レンズ群）１０３、光量調節用の絞り１０４、結像部（リレーレンズユニット）ＲＬを有している。尚、本実施例では、撮像光学系としてズーム（変倍）も可能なズームレンズを例示しているが、その限りでは無く、本発明の撮像光学系は、オートフォーカス機能を持っていればズーム機能（変倍部）が無い撮像光学系であっても構わない。
【００１３】
合焦部１０２は、合焦のために移動するレンズ群（レンズユニット）である。ここで、この合焦部１０２は、全体が合焦時に移動するように構成しても良いし、この合焦部の一部が合焦時に移動するように構成しても良い。
【００１４】
変倍部１０３は、変倍（ズーミング）のために移動するレンズ群（レンズユニット）である。ここで、この変倍部１０３は、変倍（ズーミング）を行う際に移動するバリエータを有する他、この変倍に伴う像面変動を補正する（像面変動量を低減する）コンペンセータを有している。
【００１５】
結像部ＲＬは、被写体側から撮像素子側（像面側）に向かって、レンズ群（前側レンズユニット）１０５と、前述の光束分割プリズム（分割光学系）１０６と、レンズ群（後側レンズユニット）１０７を有している。ここで、レンズ群１０７は、合焦時に移動させても構わない。
【００１６】
この図１では、光束分割プリズム１０６は、絞り１０４よりも後方（撮像素子側、撮像面側）に配置している。しかしながら、絞り１０４が一定値以上に絞られた（絞りの開口径がある値以上に小さくなった）場合、合焦検出素子１１０に至る光束の光量が少なくなってしまい、合焦検出ができない（精度が落ちる）状態になる可能性がある。そこで、光束分割プリズム１０６を絞り１０４よりも前方（被写体側）に配置しても構わない。
【００１７】
ズームレンズ１０１は、光束分割光学系によって撮像用の光束（撮像光束）から分割（反射）された合焦用の光束（合焦検出光束）を合焦検出素子に導くレンズ群（合焦用光学系、合焦検出レンズユニット）１０９を有している。このレンズ群１０９によって、結像部ＲＬの光束分割プリズム１０６にて分割（反射）された撮像光束の一部（合焦検出光束）を、合焦検出素子（光電変換素子）１１０に導くことにより、合焦状態の検出（合焦検出）を行っている。この合焦検出素子１１０は、このレンズ群１０９によって合焦検出素子に導かれた光束（合焦検出光束）を受光し、合焦検出用信号を出力している。そして、この合焦検出用信号に基づいて合焦部１０２を駆動する（後述の駆動手段１１３を駆動する）ことにより合焦を行っている。
【００１８】
テレビカメラ（カメラ本体）１２１は、撮像光束（被写体からの光束）を色ごとに分解するための、光学フィルタや色分解プリズムなどによって構成されたガラスブロック１２２と、撮像素子１２３とを備えている。
【００１９】
また、１１１、１１２は、各々のレンズ群１０２、１０３を光軸方向に駆動するヘリコイドやカム等の駆動機構である。１１３〜１１６は駆動機構１１１、１１２及び光量調節絞り１０４を電動駆動するモータ（駆動手段）である。尚、駆動機構１１１、１１２は、駆動手段１１３、１１４を使った電動駆動も行えるが、手動によるマニュアル駆動、あるいはその両方で駆動可能となっている。
【００２０】
また、１１７〜１１９は、レンズ群１０２、１０３の光軸上の位置や、光量調節絞り１０４の絞り径を検出する為のエンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。
【００２１】
次に、本実施例における撮影システムにおけるオートフォーカスのプロセスを説明する。ズームレンズ１０１において光束分割プリズム１０６にて分岐された（撮像用の光束から分離された）光束を、レンズ群１０９にて合焦検出素子１１０に導く。そして、合焦検出素子１１０で得られた合焦検出用信号に基づいて合焦位置演算部１２０で適切な合焦部の位置を演算し、合焦部をその位置に移動することにより合焦を行っている。この際、合焦位置演算部１２０は、検出器１１７〜１１９等で得られる合焦部１０２、変倍部１０３、絞り１０４等の位置情報を必要に応じて使用しつつ、合焦部１０２の適切な位置（合焦位置）を演算しても良い。
【００２２】
図２は、本発明における実施形態の光束分割光学系についての概略図である。図２において、ｘはズームレンズの光軸、ｙは合焦検出部ＬＡへ分岐される光束の光軸、Ｓは光線を分岐する為のハーフミラー面を示している。ここで、合焦検出部ＬＡは、前述のレンズ群（合焦検出レンズユニット）１０９と、合焦検出素子１１０とに相当する。光束分岐素子は入射面ａ、出射面ｂを光軸ｘに対して垂直に配置され、プリズムＰＡ（第１プリズム）とプリズムＰＢ（第２プリズム）との間にエアギャップ（空気間隔）が形成されている。ここで、プリズムＰＡは、被写体光束が入射する入射面（第１入射面）ａと、ハーフミラー面（光束分割面）と、ハーフミラー面で反射された光束（反射光束、合焦検出光束）がプリズムＰＡから合焦検出素子に向かって出射する第１出射面ｃとを有している。また、プリズムＰＢは、ハーフミラー面と対向して配置され、ハーフミラー面を透過した光束（透過光束、撮像光束）が入射する第２入射面と、この第２入射面から入射した光束が出射する第２出射面を有している。
【００２３】
入射面ａと出射面ｂは平行である。入射面ａと出射面ｂの光軸ｘ方向の厚さはｔである。プリズムＰＡの光軸ｘ方向の厚さはｄである。ＤＡは、検出部ＬＡに導かれる合焦検出に必要な光束（以後、合焦検出用光束とする）の、プリズムＰＡ入射面ａ上における有効径を表している。ＤＢは撮像素子１２３に導かれる撮像のための光束（以後、撮像用光束とする）の、プリズムＰＢ出射面ｂ上における有効径を表している。反射面Ｓと面ａとのなす角（プリズムＰＡの頂角）はθｖである。ｑは出射面ｂの光軸ｘと垂直方向の長さである。ｐは入射面ａの光軸ｘと垂直方向で光軸ｘからハーフミラー面Ｓまでの長さである。ξは出射面ｃから出射する光束の主光線と光軸ｘとの成す角を反時計回りに計った角度である。分岐出射面ｃは光軸ｙに対して垂直になるよう配置されている。尚、ここで、ＤＡ及びＤＢは、図１の断面、すなわちズームレンズ（撮像光学系）の光軸とハーフミラー面（光束分割面）の法線の両者を含む平面内における、それぞれの光束の幅としても構わない。
【００２４】
ハーフミラー面Ｓには、例えば金属膜や多層膜などによる光束分割のためのコーティングが施されており、入射光束（被写体光束）を所定の割合で透過光（撮像光束）と反射光（他の光束、合焦検出光束）とに分岐している。またハーフミラー面Ｓは、被写体からの光束（有効光束）が通過する領域全域において、光束を分岐するように配置されている。つまり、被写体からの光束で合焦部１０２、及び変倍部１０３を通過し、後段の撮像素子１２３や合焦検出素子１１０に至る光束は全てハーフミラー面Ｓを介して撮像素子１２３や合焦検出素子１１０に至るように構成している。図１２は入射光束（被写体光束）の一部のみを分岐した例の概略図である。この例では、撮像光束（撮影素子に至る光束）内での透過光の強度分布が不均一になる（分岐している領域の画像が暗くなる）ため、撮影像が見苦しくなってしまう。また、接合部の端部に入射する光束が接合部の端部で散乱してしまい、ゴーストが発生してしまう可能性もある。
【００２５】
点線で描かれた光線は撮像のための光線有効径ＤＢを決定する光線を、実線で描かれた光線は、検出部ＬＡに導かれる光束の光線有効径ＤＡおよびＤＣを決定する光線を表す。
【００２６】
ハーフミラー面Ｓにおいて所定の反射率で反射された光束は、入射面ａ面で全反射した後、再びハーフミラー面Ｓで全反射を起こし分岐出射面ｃより出射する。これらの全反射条件等から、プリズムＰＡの頂角θｖは次の条件式を満たす。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここでｎはプリズムＰＡならびにＰＢの屈折率を表す。αはプリズムＰＡに入射する全光線の中で、光軸ｘと成す最も大きい角度を表す。
【００３１】
【数４】
【００３２】
は、検出部ＬＡに導かれる光線の中で、光軸ｘと成す最も大きい角度を表す。前記αおよび
【００３３】
【数５】
【００３４】
はプリズムに入射した後の光線が成す角度であり、軸上または軸外マージナル光線のどちらか一方である。
【００３５】
（１）式は、Ｓ面における１回目の反射において全反射が起こらない条件であり、プリズム頂角θｖの上限を決めている。（２）式は、ａ面における２回目の全反射による反射が起こる条件であり、θｖの下限を決めている。また（３）式は、Ｓ面において３回目の反射が起こる条件で、θｖの上限を決めている。（１）式、（３）式は共にθｖの上限を決めているが、
【００３６】
【数６】
【００３７】
の組み合わせにより、どちらか一方がより厳しい条件となる。
【００３８】
本発明の実施形態は以下の条件式（４）を満たすのが好ましい。
【００３９】
【数７】
【００４０】
位相差方式はコントラスト方式と異なり、撮像有効光束の一部のみを用いて合焦位置検出が可能である。この（４）式は、合焦検出精度（合焦検出光束の光量）と撮影画像の鮮明さ、明るさ（撮像光束の光量）に関連する条件である。
【００４１】
まず、条件式（４）の下限を超える場合を説明する。位相差方式では、２つに瞳分割される光束（図１１）の位相差信号を検出しており、それらの光束間の基線長を長く取る事により、ピントずれに対する検出分解能を高められる。また、検出用に分割された光束の光量が増加する程、短時間での合焦検出が可能となる。従って、オートフォーカス性能を向上させるには、瞳分割される光束間の基線長を長くし、検出用に分割された光束の光量を多くする事が重要となる。
【００４２】
しかし、ある一定の光束径（または瞳径）において、基線長を長く取ろうとすればするほど、検出用に分割された光束の光量増加との両立は困難となる。以下、図１１を用いて説明する。図１１ａと図１１ｂは位相差検出用に使用するための最小の光束径（以下、便宜的にこの光束を合焦検出用光束と呼ぶ）の模式図である。合焦検出用光束は同じ光束径で分岐されている。図１１ａのように、瞳分割光束を合焦検出用光束に内接させながら径を小さくすれば、基線長は長く取れるが光量が減少する。一方、図１１ｂのように、瞳分割光束を大きく切り取れば、光量は増加するが基線長が短くなる。
【００４３】
このように、基線長を長く取る事と光量増加はちょうど相反する関係にあるが、撮像システムに求められる分解能と検出時間の両方を満足するには、検出部に導かれる光束径ＤＡは最低限度を確保する必要がある。光束有効径ＤＢに対して光束有効径ＤＡが小さすぎて条件式（４）の下限を超えると、合焦検出部ＬＡに導かれる光束は、前記最低限度の光束径を確保できず、短時間で精度の高い合焦位置の検出が困難となる。ここで、この条件式（４）の下限値は、より好ましくは０.１２とすると良い。
【００４４】
次に、条件式（４）の上限を超える場合を説明する。合焦検出のための光束が発散光として入射する場合や、軸外マージナル光線が光軸から離れていく角度で入射する場合には、入射径ＤＡに対して更に出射径ＤＣが大きくなる。そこで、プリズムＰＡの大きさを小さく抑えるには、頂角θｖを（２）式の下限に近づける事が必要となるが、頂角θｖを前記下限近傍に維持したまま、（４）式の上限を超えて光束有効径ＤＡを設定すると、出射面ｃにおいて下光線がケラレる可能性が高くなる。さらに、頂角θｖを大きく設定してやれば、前記下光線ケラレは発生しなくなるが、反対に上光線がケラレてしまう。いずれにおいても、プリズムＰＡの厚みｄを大きくしなくてはならない。故に、条件式（４）の上限を超えると、光束分岐後のレンズ群１０９の小型軽量化が困難となる。
【００４５】
また、位相差方式にて合焦位置の検出を行う場合、合焦検出用光束を最小の光束径としている。このため、絞ることにより合焦検出用光束が遮断されてしまうと、合焦位置の検出が不可能となってしまう。合焦検出用光束径は、合焦位置を検出できる最大のＦ値を決めていると言うことが出来る。つまり、前記Ｆ値が大きい方が、絞りによって光束を遮断されることが少なく、安定したオートフォーカスが可能となる。特に、動画の撮影システムの場合、前記Ｆ値を大きく設定することにより絞りによる影響を受けにくくして、安定してオートフォーカスできることが好ましい。ここで、この条件式（４）の上限値は、より好ましくは０.４３（更に好ましくは０.３６）とすると良い。
【００４６】
上記説明より、位相差方式にて合焦位置を検出する場合、合焦精度、検出時間、安定したオートフォーカス動作を鑑みて、合焦検出用光束のＦ値は撮像系の２倍〜１０倍程度で設定することが好ましい。
【００４７】
以上のように各部材を構成することにより、ズームレンズの光軸方向の厚みを薄くすることができ、撮影システムの小型軽量化が容易となる。また、分岐後の光学系に導かれる光束幅を十分確保することができるので、合焦位置を検出することが容易となる。
【００４８】
次に、請求項１に記載されている構成である分岐プリズムの実施例１〜４における各パラメータを表−１に、図３〜図６に各実施例の断面図を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
ここで光路長とは光軸ｘに沿った入射面ａから分岐出射面ｃまでの長さで、βは合焦検出用光束の最大入射角である。ｔ、ｄ、ｐ、ｑ、光路長の単位はｍｍ、θＶ、ξ、βの単位は度である。
【００５１】
図３〜６にあるように、上記実施例においては、プリズムＰＡとＰＢの光軸ｘ方向への厚みｄとｔはｄ＞ｔの関係になっている。これは、光軸ｘ方向にレンズ全長が長くなるのを少しでも軽減するためであるが、ＰＢの厚みをＰＡに合わせた構成（ｔ＝ｄ）としても良い。
【００５２】
参考として、分岐プリズムの頂角を４５°とし、プリズム内で１回反射させて光束分割する従来の構成に対するおおよその相対値を、表中における括弧内の数値に示した。数値ｔについては、相対値が０．３２〜０．４２の範囲であり、合焦に要する光束をプリズム内で３回反射してから出射させる事により、撮像に要する光束を透過させるプリズムＰＢの厚みを従来の構成よりも薄くできる事を示している。更に、表中のｔ／ＤＢは、撮像に用いる光束径ＤＢに対するプリズムＰＢの厚みの比を表しており、従来は１．０以上であるため、この数値もプリズム厚み低減の効果を示している。
【００５３】
ここで、実施例３においてはｄの値が０．９６と、従来例に比べプリズムＰＡの厚みがほとんど変わっていない事に着目する。これは、実施例３においてはｎが他の実施例と比べ小さく、プリズムＰＡの反射面ａでの第２の反射において、全反射条件（２）式を満たすθｖの下限が大きくなった事による。
【００５４】
これに対し、次に説明する実施例５（図７）では、実施例３の光線の入射条件を変えずにｎを実施例１、２、４と同じ値としている。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表−２には実施例５のプリズムの各パラメータを示している。実施例３に対して、数値ｄは０．９６から０．５０へ減少し、実施例１、２、４と同等の数値となっている。すなわち、プリズムの屈折率ｎを大きくする事でθｖの下限を小さく取れるため、その結果としてＰＡの厚みｄを薄く抑えることが可能となる。
【００５７】
図８は、各実施例の光線入射条件を変えずに、屈折率ｎのみを変えた場合の、ｎに対するｄのグラフである。各実施例ともにおおむね１．５＜ｎ＜１．７までｄは急激に減少するが、それ以上のｎでは緩やかな変化となる傾向がある。従って、ＰＡの厚みｄを小さく抑えたい場合には、ｎを１．７程度以上とするのが望ましい。
【００５８】
次に、請求項２または３に記載されている、合焦用光束の出射方向を制御するために設けた第三の面による第四の反射を起こす構成とした実施例６（図９）および７（図１０）について説明する。表−３に各実施例のパラメータをまとめた。
【００５９】
【表３】
【００６０】
実施例６においては、合焦検出用光束の主光線は撮像面方向（ξ＝０°）に出射されている。実施例７においては、合焦検出用光束の主光線は被写体方向（ξ＝１８０°）に出射されている。以上の例から、第三面（第１反射面）によって四回目の反射を起こす事により、合焦検出用光束の出射角ξを０°〜１８０°に渡って制御可能となる。また、前記第三の面と光軸ｘが成す角度を適切に設定すれば、出射角ξを０°以下または１８０°以上に取る事も可能である。
【００６１】
またその時、検出用光束の明るさに相当する（４）式は他の実施例と同等程度であり、焦点検出に必要な光量を確保している。すなわち、上記のような構成とする事で、高い精度で合焦位置を検出でき、また合焦位置を検出するための光束の出射方向を制御するのに適したズームレンズを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のズームレンズおよび撮像システムの要部概略図
【図２】光束分割光学系についての概略図
【図３】実施例１の光束分割光学系の断面図
【図４】実施例２の光束分割光学系の断面図
【図５】実施例３の光束分割光学系の断面図
【図６】実施例４の光束分割光学系の断面図
【図７】実施例５の光束分割光学系の断面図
【図８】屈折率ｎに対するプリズムＰＡの厚みｄのグラフ
【図９】実施例６の光束分割光学系の断面図
【図１０】実施例７の光束分割光学系の断面図
【図１１】合焦検出用光束の模式図
【図１２】撮像光束の一部のみを分岐した場合のプリズム断面図
【符号の説明】
【００６３】
１０１ ズームレンズ
１０２ 合焦部
１０３ 変倍部
１０６ 光束分割プリズム
１１０ 合焦検出素子
１２１ テレビカメラ
１２３ 撮像素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラやビデオカメラ等において、被写体からの光束を撮像素子に導く光路中において、撮影用の光束から一部の光束を分割する分割光学系、及びそれを用いた撮像光学系、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学系において、受動式オートフォーカス方式の１つとして、瞳分割法によって撮像光学系の光路中から光束分岐素子で光束の一部を分岐し、その分岐した光束を合焦検出用の撮像素子に入射させて、合焦信号を得る方法がある（特許文献１、２）。
【０００３】
このような方式においては、分岐した光束の光路中に配置されたレンズを駆動させて合焦位置を探る（合焦位置を検出する）ため、撮影像に影響を与えずに合焦位置を探ることが出来る、という特長がある。
【特許文献１】特開２００３−２７０５１７号公報
【特許文献２】特開２００４−０８５６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の光束分岐素子を加えるとレンズ全長が長くなってしまう上、レンズ重量が重くなったり、レンズの有効径が大きくなったりしてしまう。このため、光束分割素子を撮影光路中に配置するときは、光束分割素子の撮影光路中における光路長がなるべく短いことが重要になっている。
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１、２では、これらの点について十分に考慮されておらず、光束分割素子中を通る光路長が長くなってしまっている。
【０００６】
そこで、本発明は、撮影光路中に光束分岐素子を配置し撮影光束の一部を分岐する撮像光学系において、光束分岐素子を小型化し、全系の小型化を達成することができる撮像光学系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】
【０００７】
本発明の撮像光学系は、被写体からの被写体光束を撮像素子に導く撮像光学系であって、前記被写体光束を、前記撮像素子に至る撮像光束と他の光束とに分割する分割光学系を備えており、該分割光学系が、前記被写体光束が入射する第１入射面と、前記入射面からの被写体光束を前記撮像光束と前記他の光束とに分割する分割面と、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面で反射された反射光束が出射する第１出射面とを有する第１プリズムと、前記分割面と対向する位置に配置され、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面を透過した透過光束が入射する第２入射面と、前記透過光束が出射する第２出射面とを有する第２プリズムとを備えており、前記反射光束が、前記分割面での１回目の反射の後、前記第１入射面での反射、前記分割面での２回目の反射を経て、前記第１出射面に至ることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のように構成すれば、分割光学系の光軸方向の厚みを薄くすることができるため、レンズ全長が長くなるのを軽減し、全系の光学系の小型化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の撮像光学系は、被写体からの光束（被写体光束）を、撮像用の光束（撮像光束）と合焦位置検出用の光束（合焦検出光束）とに分割する分割光学系（光束分割光学系、光束分岐光学系）を有している。勿論、この分割光学系そのものや、この分割光学系を備える撮像装置も本発明の一部である。
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
光束分割プリズム（分割光学系、光束分割素子、光束分岐素子）と、それを有するズームレンズ（撮像光学系）、及び撮影システム（撮像装置）についての実施形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明のズームレンズ（撮像光学系）、およびそのズームレンズとカメラ本体（撮像装置本体）を有する撮像システム（撮像装置）の要部概略図である。図１において、１０１は本実施例のズームレンズ、１０８はズームレンズを着脱可能なテレビカメラ（カメラ本体）１２１内の結像面（撮像面）であり、この結像面の位置と撮像素子１２３上の撮像面とを一致させる。この撮像素子にて動画像を得ることが出来る。撮像素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳ、撮像管、ＭＣＰ（マイクロ・チャネル・プレート）、ＨＡＲＰ（ハープ）管などが考えられる。ズームレンズ１０１は、合焦部（合焦レンズユニット、合焦レンズ群）１０２、変倍部（変倍レンズユニット、ズームレンズユニット、変倍レンズ群）１０３、光量調節用の絞り１０４、結像部（リレーレンズユニット）ＲＬを有している。尚、本実施例では、撮像光学系としてズーム（変倍）も可能なズームレンズを例示しているが、その限りでは無く、本発明の撮像光学系は、オートフォーカス機能を持っていればズーム機能（変倍部）が無い撮像光学系であっても構わない。
【００１３】
合焦部１０２は、合焦のために移動するレンズ群（レンズユニット）である。ここで、この合焦部１０２は、全体が合焦時に移動するように構成しても良いし、この合焦部の一部が合焦時に移動するように構成しても良い。
【００１４】
変倍部１０３は、変倍（ズーミング）のために移動するレンズ群（レンズユニット）である。ここで、この変倍部１０３は、変倍（ズーミング）を行う際に移動するバリエータを有する他、この変倍に伴う像面変動を補正する（像面変動量を低減する）コンペンセータを有している。
【００１５】
結像部ＲＬは、被写体側から撮像素子側（像面側）に向かって、レンズ群（前側レンズユニット）１０５と、前述の光束分割プリズム（分割光学系）１０６と、レンズ群（後側レンズユニット）１０７を有している。ここで、レンズ群１０７は、合焦時に移動させても構わない。
【００１６】
この図１では、光束分割プリズム１０６は、絞り１０４よりも後方（撮像素子側、撮像面側）に配置している。しかしながら、絞り１０４が一定値以上に絞られた（絞りの開口径がある値以上に小さくなった）場合、合焦検出素子１１０に至る光束の光量が少なくなってしまい、合焦検出ができない（精度が落ちる）状態になる可能性がある。そこで、光束分割プリズム１０６を絞り１０４よりも前方（被写体側）に配置しても構わない。
【００１７】
ズームレンズ１０１は、光束分割光学系によって撮像用の光束（撮像光束）から分割（反射）された合焦用の光束（合焦検出光束）を合焦検出素子に導くレンズ群（合焦用光学系、合焦検出レンズユニット）１０９を有している。このレンズ群１０９によって、結像部ＲＬの光束分割プリズム１０６にて分割（反射）された撮像光束の一部（合焦検出光束）を、合焦検出素子（光電変換素子）１１０に導くことにより、合焦状態の検出（合焦検出）を行っている。この合焦検出素子１１０は、このレンズ群１０９によって合焦検出素子に導かれた光束（合焦検出光束）を受光し、合焦検出用信号を出力している。そして、この合焦検出用信号に基づいて合焦部１０２を駆動する（後述の駆動手段１１３を駆動する）ことにより合焦を行っている。
【００１８】
テレビカメラ（カメラ本体）１２１は、撮像光束（被写体からの光束）を色ごとに分解するための、光学フィルタや色分解プリズムなどによって構成されたガラスブロック１２２と、撮像素子１２３とを備えている。
【００１９】
また、１１１、１１２は、各々のレンズ群１０２、１０３を光軸方向に駆動するヘリコイドやカム等の駆動機構である。１１３〜１１６は駆動機構１１１、１１２及び光量調節絞り１０４を電動駆動するモータ（駆動手段）である。尚、駆動機構１１１、１１２は、駆動手段１１３、１１４を使った電動駆動も行えるが、手動によるマニュアル駆動、あるいはその両方で駆動可能となっている。
【００２０】
また、１１７〜１１９は、レンズ群１０２、１０３の光軸上の位置や、光量調節絞り１０４の絞り径を検出する為のエンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。
【００２１】
次に、本実施例における撮影システムにおけるオートフォーカスのプロセスを説明する。ズームレンズ１０１において光束分割プリズム１０６にて分岐された（撮像用の光束から分離された）光束を、レンズ群１０９にて合焦検出素子１１０に導く。そして、合焦検出素子１１０で得られた合焦検出用信号に基づいて合焦位置演算部１２０で適切な合焦部の位置を演算し、合焦部をその位置に移動することにより合焦を行っている。この際、合焦位置演算部１２０は、検出器１１７〜１１９等で得られる合焦部１０２、変倍部１０３、絞り１０４等の位置情報を必要に応じて使用しつつ、合焦部１０２の適切な位置（合焦位置）を演算しても良い。
【００２２】
図２は、本発明における実施形態の光束分割光学系についての概略図である。図２において、ｘはズームレンズの光軸、ｙは合焦検出部ＬＡへ分岐される光束の光軸、Ｓは光線を分岐する為のハーフミラー面を示している。ここで、合焦検出部ＬＡは、前述のレンズ群（合焦検出レンズユニット）１０９と、合焦検出素子１１０とに相当する。光束分岐素子は入射面ａ、出射面ｂを光軸ｘに対して垂直に配置され、プリズムＰＡ（第１プリズム）とプリズムＰＢ（第２プリズム）との間にエアギャップ（空気間隔）が形成されている。ここで、プリズムＰＡは、被写体光束が入射する入射面（第１入射面）ａと、ハーフミラー面（光束分割面）と、ハーフミラー面で反射された光束（反射光束、合焦検出光束）がプリズムＰＡから合焦検出素子に向かって出射する第１出射面ｃとを有している。また、プリズムＰＢは、ハーフミラー面と対向して配置され、ハーフミラー面を透過した光束（透過光束、撮像光束）が入射する第２入射面と、この第２入射面から入射した光束が出射する第２出射面を有している。
【００２３】
入射面ａと出射面ｂは平行である。入射面ａと出射面ｂの光軸ｘ方向の厚さはｔである。プリズムＰＡの光軸ｘ方向の厚さはｄである。ＤＡは、検出部ＬＡに導かれる合焦検出に必要な光束（以後、合焦検出用光束とする）の、プリズムＰＡ入射面ａ上における有効径を表している。ＤＢは撮像素子１２３に導かれる撮像のための光束（以後、撮像用光束とする）の、プリズムＰＢ出射面ｂ上における有効径を表している。反射面Ｓと面ａとのなす角（プリズムＰＡの頂角）はθｖである。ｑは出射面ｂの光軸ｘと垂直方向の長さである。ｐは入射面ａの光軸ｘと垂直方向で光軸ｘからハーフミラー面Ｓまでの長さである。ξは出射面ｃから出射する光束の主光線と光軸ｘとの成す角を反時計回りに計った角度である。分岐出射面ｃは光軸ｙに対して垂直になるよう配置されている。尚、ここで、ＤＡ及びＤＢは、図１の断面、すなわちズームレンズ（撮像光学系）の光軸とハーフミラー面（光束分割面）の法線の両者を含む平面内における、それぞれの光束の幅としても構わない。
【００２４】
ハーフミラー面Ｓには、例えば金属膜や多層膜などによる光束分割のためのコーティングが施されており、入射光束（被写体光束）を所定の割合で透過光（撮像光束）と反射光（他の光束、合焦検出光束）とに分岐している。またハーフミラー面Ｓは、被写体からの光束（有効光束）が通過する領域全域において、光束を分岐するように配置されている。つまり、被写体からの光束で合焦部１０２、及び変倍部１０３を通過し、後段の撮像素子１２３や合焦検出素子１１０に至る光束は全てハーフミラー面Ｓを介して撮像素子１２３や合焦検出素子１１０に至るように構成している。図１２は入射光束（被写体光束）の一部のみを分岐した例の概略図である。この例では、撮像光束（撮影素子に至る光束）内での透過光の強度分布が不均一になる（分岐している領域の画像が暗くなる）ため、撮影像が見苦しくなってしまう。また、接合部の端部に入射する光束が接合部の端部で散乱してしまい、ゴーストが発生してしまう可能性もある。
【００２５】
点線で描かれた光線は撮像のための光線有効径ＤＢを決定する光線を、実線で描かれた光線は、検出部ＬＡに導かれる光束の光線有効径ＤＡおよびＤＣを決定する光線を表す。
【００２６】
ハーフミラー面Ｓにおいて所定の反射率で反射された光束は、入射面ａ面で全反射した後、再びハーフミラー面Ｓで全反射を起こし分岐出射面ｃより出射する。これらの全反射条件等から、プリズムＰＡの頂角θｖは次の条件式を満たす。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここでｎはプリズムＰＡならびにＰＢの屈折率を表す。αはプリズムＰＡに入射する全光線の中で、光軸ｘと成す最も大きい角度を表す。
【００３１】
【数４】
【００３２】
は、検出部ＬＡに導かれる光線の中で、光軸ｘと成す最も大きい角度を表す。前記αおよび
【００３３】
【数５】
【００３４】
はプリズムに入射した後の光線が成す角度であり、軸上または軸外マージナル光線のどちらか一方である。
【００３５】
（１）式は、Ｓ面における１回目の反射において全反射が起こらない条件であり、プリズム頂角θｖの上限を決めている。（２）式は、ａ面における２回目の全反射による反射が起こる条件であり、θｖの下限を決めている。また（３）式は、Ｓ面において３回目の反射が起こる条件で、θｖの上限を決めている。（１）式、（３）式は共にθｖの上限を決めているが、
【００３６】
【数６】
【００３７】
の組み合わせにより、どちらか一方がより厳しい条件となる。
【００３８】
本発明の実施形態は以下の条件式（４）を満たすのが好ましい。
【００３９】
【数７】
【００４０】
位相差方式はコントラスト方式と異なり、撮像有効光束の一部のみを用いて合焦位置検出が可能である。この（４）式は、合焦検出精度（合焦検出光束の光量）と撮影画像の鮮明さ、明るさ（撮像光束の光量）に関連する条件である。
【００４１】
まず、条件式（４）の下限を超える場合を説明する。位相差方式では、２つに瞳分割される光束（図１１）の位相差信号を検出しており、それらの光束間の基線長を長く取る事により、ピントずれに対する検出分解能を高められる。また、検出用に分割された光束の光量が増加する程、短時間での合焦検出が可能となる。従って、オートフォーカス性能を向上させるには、瞳分割される光束間の基線長を長くし、検出用に分割された光束の光量を多くする事が重要となる。
【００４２】
しかし、ある一定の光束径（または瞳径）において、基線長を長く取ろうとすればするほど、検出用に分割された光束の光量増加との両立は困難となる。以下、図１１を用いて説明する。図１１ａと図１１ｂは位相差検出用に使用するための最小の光束径（以下、便宜的にこの光束を合焦検出用光束と呼ぶ）の模式図である。合焦検出用光束は同じ光束径で分岐されている。図１１ａのように、瞳分割光束を合焦検出用光束に内接させながら径を小さくすれば、基線長は長く取れるが光量が減少する。一方、図１１ｂのように、瞳分割光束を大きく切り取れば、光量は増加するが基線長が短くなる。
【００４３】
このように、基線長を長く取る事と光量増加はちょうど相反する関係にあるが、撮像システムに求められる分解能と検出時間の両方を満足するには、検出部に導かれる光束径ＤＡは最低限度を確保する必要がある。光束有効径ＤＢに対して光束有効径ＤＡが小さすぎて条件式（４）の下限を超えると、合焦検出部ＬＡに導かれる光束は、前記最低限度の光束径を確保できず、短時間で精度の高い合焦位置の検出が困難となる。ここで、この条件式（４）の下限値は、より好ましくは０.１２とすると良い。
【００４４】
次に、条件式（４）の上限を超える場合を説明する。合焦検出のための光束が発散光として入射する場合や、軸外マージナル光線が光軸から離れていく角度で入射する場合には、入射径ＤＡに対して更に出射径ＤＣが大きくなる。そこで、プリズムＰＡの大きさを小さく抑えるには、頂角θｖを（２）式の下限に近づける事が必要となるが、頂角θｖを前記下限近傍に維持したまま、（４）式の上限を超えて光束有効径ＤＡを設定すると、出射面ｃにおいて下光線がケラレる可能性が高くなる。さらに、頂角θｖを大きく設定してやれば、前記下光線ケラレは発生しなくなるが、反対に上光線がケラレてしまう。いずれにおいても、プリズムＰＡの厚みｄを大きくしなくてはならない。故に、条件式（４）の上限を超えると、光束分岐後のレンズ群１０９の小型軽量化が困難となる。
【００４５】
また、位相差方式にて合焦位置の検出を行う場合、合焦検出用光束を最小の光束径としている。このため、絞ることにより合焦検出用光束が遮断されてしまうと、合焦位置の検出が不可能となってしまう。合焦検出用光束径は、合焦位置を検出できる最大のＦ値を決めていると言うことが出来る。つまり、前記Ｆ値が大きい方が、絞りによって光束を遮断されることが少なく、安定したオートフォーカスが可能となる。特に、動画の撮影システムの場合、前記Ｆ値を大きく設定することにより絞りによる影響を受けにくくして、安定してオートフォーカスできることが好ましい。ここで、この条件式（４）の上限値は、より好ましくは０.４３（更に好ましくは０.３６）とすると良い。
【００４６】
上記説明より、位相差方式にて合焦位置を検出する場合、合焦精度、検出時間、安定したオートフォーカス動作を鑑みて、合焦検出用光束のＦ値は撮像系の２倍〜１０倍程度で設定することが好ましい。
【００４７】
以上のように各部材を構成することにより、ズームレンズの光軸方向の厚みを薄くすることができ、撮影システムの小型軽量化が容易となる。また、分岐後の光学系に導かれる光束幅を十分確保することができるので、合焦位置を検出することが容易となる。
【００４８】
次に、請求項１に記載されている構成である分岐プリズムの実施例１〜４における各パラメータを表−１に、図３〜図６に各実施例の断面図を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
ここで光路長とは光軸ｘに沿った入射面ａから分岐出射面ｃまでの長さで、βは合焦検出用光束の最大入射角である。ｔ、ｄ、ｐ、ｑ、光路長の単位はｍｍ、θＶ、ξ、βの単位は度である。
【００５１】
図３〜６にあるように、上記実施例においては、プリズムＰＡとＰＢの光軸ｘ方向への厚みｄとｔはｄ＞ｔの関係になっている。これは、光軸ｘ方向にレンズ全長が長くなるのを少しでも軽減するためであるが、ＰＢの厚みをＰＡに合わせた構成（ｔ＝ｄ）としても良い。
【００５２】
参考として、分岐プリズムの頂角を４５°とし、プリズム内で１回反射させて光束分割する従来の構成に対するおおよその相対値を、表中における括弧内の数値に示した。数値ｔについては、相対値が０．３２〜０．４２の範囲であり、合焦に要する光束をプリズム内で３回反射してから出射させる事により、撮像に要する光束を透過させるプリズムＰＢの厚みを従来の構成よりも薄くできる事を示している。更に、表中のｔ／ＤＢは、撮像に用いる光束径ＤＢに対するプリズムＰＢの厚みの比を表しており、従来は１．０以上であるため、この数値もプリズム厚み低減の効果を示している。
【００５３】
ここで、実施例３においてはｄの値が０．９６と、従来例に比べプリズムＰＡの厚みがほとんど変わっていない事に着目する。これは、実施例３においてはｎが他の実施例と比べ小さく、プリズムＰＡの反射面ａでの第２の反射において、全反射条件（２）式を満たすθｖの下限が大きくなった事による。
【００５４】
これに対し、次に説明する実施例５（図７）では、実施例３の光線の入射条件を変えずにｎを実施例１、２、４と同じ値としている。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表−２には実施例５のプリズムの各パラメータを示している。実施例３に対して、数値ｄは０．９６から０．５０へ減少し、実施例１、２、４と同等の数値となっている。すなわち、プリズムの屈折率ｎを大きくする事でθｖの下限を小さく取れるため、その結果としてＰＡの厚みｄを薄く抑えることが可能となる。
【００５７】
図８は、各実施例の光線入射条件を変えずに、屈折率ｎのみを変えた場合の、ｎに対するｄのグラフである。各実施例ともにおおむね１．５＜ｎ＜１．７までｄは急激に減少するが、それ以上のｎでは緩やかな変化となる傾向がある。従って、ＰＡの厚みｄを小さく抑えたい場合には、ｎを１．７程度以上とするのが望ましい。
【００５８】
次に、請求項２または３に記載されている、合焦用光束の出射方向を制御するために設けた第三の面による第四の反射を起こす構成とした実施例６（図９）および７（図１０）について説明する。表−３に各実施例のパラメータをまとめた。
【００５９】
【表３】
【００６０】
実施例６においては、合焦検出用光束の主光線は撮像面方向（ξ＝０°）に出射されている。実施例７においては、合焦検出用光束の主光線は被写体方向（ξ＝１８０°）に出射されている。以上の例から、第三面（第１反射面）によって四回目の反射を起こす事により、合焦検出用光束の出射角ξを０°〜１８０°に渡って制御可能となる。また、前記第三の面と光軸ｘが成す角度を適切に設定すれば、出射角ξを０°以下または１８０°以上に取る事も可能である。
【００６１】
またその時、検出用光束の明るさに相当する（４）式は他の実施例と同等程度であり、焦点検出に必要な光量を確保している。すなわち、上記のような構成とする事で、高い精度で合焦位置を検出でき、また合焦位置を検出するための光束の出射方向を制御するのに適したズームレンズを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のズームレンズおよび撮像システムの要部概略図
【図２】光束分割光学系についての概略図
【図３】実施例１の光束分割光学系の断面図
【図４】実施例２の光束分割光学系の断面図
【図５】実施例３の光束分割光学系の断面図
【図６】実施例４の光束分割光学系の断面図
【図７】実施例５の光束分割光学系の断面図
【図８】屈折率ｎに対するプリズムＰＡの厚みｄのグラフ
【図９】実施例６の光束分割光学系の断面図
【図１０】実施例７の光束分割光学系の断面図
【図１１】合焦検出用光束の模式図
【図１２】撮像光束の一部のみを分岐した場合のプリズム断面図
【符号の説明】
【００６３】
１０１ ズームレンズ
１０２ 合焦部
１０３ 変倍部
１０６ 光束分割プリズム
１１０ 合焦検出素子
１２１ テレビカメラ
１２３ 撮像素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの被写体光束を撮像素子に導く撮像光学系であって、
前記被写体光束を、前記撮像素子に至る撮像光束と他の光束とに分割する分割光学系を備えており、
該分割光学系が、
前記被写体光束が入射する第１入射面と、前記入射面からの被写体光束を前記撮像光束と前記他の光束とに分割する分割面と、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面で反射された反射光束が出射する第１出射面とを有する第１プリズムと、
前記分割面と対向する位置に配置され、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面を透過した透過光束が入射する第２入射面と、前記透過光束が出射する第２出射面とを有する第２プリズムとを備えており、
前記反射光束が、前記分割面での１回目の反射の後、前記第１入射面での反射、前記分割面での２回目の反射を経て、前記第１出射面に至ることを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
前記第１プリズムと前記第２プリズムとが、空気間隔を挟んで配置されており、
前記第１入射面での反射及び前記分割面での２回目の反射が全反射であることを特徴とする請求項１記載の分割光学系。
【請求項３】
前記第１プリズムが、前記第１入射面及び前記分割面及び前記第１出射面とは異なる第１反射面を有しており、
前記反射光束が、前記分割面で２回目に反射された後、前記第１反射面で反射されることにより前記第１出射面に至ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光束分割光学系。
【請求項４】
前記撮像光束が前記分割面を透過する前記透過光束であり、前記他の光束が前記分割面で反射される前記反射光束であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記他の光束が前記反射光束であり、且つ前記被写体への合焦状態を検出するために用いられる合焦検出光束であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
前記撮像光束が、前記分割光学系よりも前記被写体側に配置され、合焦の際に移動する合焦レンズユニットと、前記分割光学系よりも前記撮像素子側に配置され、前記分割光学系を透過した撮像光束を前記撮像素子に導く後側レンズユニットとを備えていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項７】
前記撮像光学系は、前記被写体側から順に、
合焦の際に移動する合焦レンズユニットと、
変倍に際して移動する変倍レンズユニットと、
光量調節用の絞りユニットと、
前記変倍レンズユニットからの光束を、前記撮像素子に導くリレーレンズユニットとを備えており、
前記リレーレンズユニットが、前記被写体側から順に、前側レンズユニット、前記分割光学系、後側レンズユニットを備えており、
前記撮像光学系が、合焦状態を検出するための合焦検出素子と、前記分割光学系からの合焦検出光束を前記合焦検出素子に導く合焦検出レンズユニットを備えていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項８】
撮像素子と、被写体からの被写体光束を前記撮像素子に導くと共に、前記被写体光束の一部を用いて合焦を行う、請求項１乃至７いずれかに記載の撮像光学系とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
入射光束を分割する分割光学系において、
前記入射光束が入射する第１入射面と、前記第１入射面からの光束を反射及び透過することにより反射光束と透過光束とに分割する分割面と、前記反射光束が出射する第１出射面とを有する第１プリズムと、
前記分割面と対向する位置に配置されており、前記透過光束が入射する第２入射面と、前記第２入射面からの光束が出射する第２出射面とを有する第２プリズムとを備えており、
前記反射光束が、前記分割面での１回目の反射の後、前記第１入射面での反射、前記分割面での２回目の反射を経て、前記第１出射面に至ることを特徴とする撮像光学系。
【請求項１】
被写体からの被写体光束を撮像素子に導く撮像光学系であって、
前記被写体光束を、前記撮像素子に至る撮像光束と他の光束とに分割する分割光学系を備えており、
該分割光学系が、
前記被写体光束が入射する第１入射面と、前記入射面からの被写体光束を前記撮像光束と前記他の光束とに分割する分割面と、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面で反射された反射光束が出射する第１出射面とを有する第１プリズムと、
前記分割面と対向する位置に配置され、前記撮像光束と前記他の光束のうち前記分割面を透過した透過光束が入射する第２入射面と、前記透過光束が出射する第２出射面とを有する第２プリズムとを備えており、
前記反射光束が、前記分割面での１回目の反射の後、前記第１入射面での反射、前記分割面での２回目の反射を経て、前記第１出射面に至ることを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
前記第１プリズムと前記第２プリズムとが、空気間隔を挟んで配置されており、
前記第１入射面での反射及び前記分割面での２回目の反射が全反射であることを特徴とする請求項１記載の分割光学系。
【請求項３】
前記第１プリズムが、前記第１入射面及び前記分割面及び前記第１出射面とは異なる第１反射面を有しており、
前記反射光束が、前記分割面で２回目に反射された後、前記第１反射面で反射されることにより前記第１出射面に至ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光束分割光学系。
【請求項４】
前記撮像光束が前記分割面を透過する前記透過光束であり、前記他の光束が前記分割面で反射される前記反射光束であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記他の光束が前記反射光束であり、且つ前記被写体への合焦状態を検出するために用いられる合焦検出光束であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
前記撮像光束が、前記分割光学系よりも前記被写体側に配置され、合焦の際に移動する合焦レンズユニットと、前記分割光学系よりも前記撮像素子側に配置され、前記分割光学系を透過した撮像光束を前記撮像素子に導く後側レンズユニットとを備えていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項７】
前記撮像光学系は、前記被写体側から順に、
合焦の際に移動する合焦レンズユニットと、
変倍に際して移動する変倍レンズユニットと、
光量調節用の絞りユニットと、
前記変倍レンズユニットからの光束を、前記撮像素子に導くリレーレンズユニットとを備えており、
前記リレーレンズユニットが、前記被写体側から順に、前側レンズユニット、前記分割光学系、後側レンズユニットを備えており、
前記撮像光学系が、合焦状態を検出するための合焦検出素子と、前記分割光学系からの合焦検出光束を前記合焦検出素子に導く合焦検出レンズユニットを備えていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の撮像光学系。
【請求項８】
撮像素子と、被写体からの被写体光束を前記撮像素子に導くと共に、前記被写体光束の一部を用いて合焦を行う、請求項１乃至７いずれかに記載の撮像光学系とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
入射光束を分割する分割光学系において、
前記入射光束が入射する第１入射面と、前記第１入射面からの光束を反射及び透過することにより反射光束と透過光束とに分割する分割面と、前記反射光束が出射する第１出射面とを有する第１プリズムと、
前記分割面と対向する位置に配置されており、前記透過光束が入射する第２入射面と、前記第２入射面からの光束が出射する第２出射面とを有する第２プリズムとを備えており、
前記反射光束が、前記分割面での１回目の反射の後、前記第１入射面での反射、前記分割面での２回目の反射を経て、前記第１出射面に至ることを特徴とする撮像光学系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１７５９８０（Ｐ２０１０−１７５９８０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０２４５（Ｐ２００９−２０２４５）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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