撮像装置
【課題】解像度を低下させることなく、撮像面上の光量を制御可能にする。
【解決手段】撮影光学系と撮像面の間に配置され、撮影光学系を通過して撮像面へ向かう光束を偏向方向によって分割する光束分割手段１０３と、光束分割手段で分割された光束を基に焦点状態信号を出力する焦点検出手段１１２と、撮影光学糸と撮像面の間に配置され、所定の偏向成分を除去する減光手段１１６とを有し、減光手段が、光束分割手段に対して相対的に回転可能であり、その回転位置により撮像面上の光量を調節可能にしている。
【解決手段】撮影光学系と撮像面の間に配置され、撮影光学系を通過して撮像面へ向かう光束を偏向方向によって分割する光束分割手段１０３と、光束分割手段で分割された光束を基に焦点状態信号を出力する焦点検出手段１１２と、撮影光学糸と撮像面の間に配置され、所定の偏向成分を除去する減光手段１１６とを有し、減光手段が、光束分割手段に対して相対的に回転可能であり、その回転位置により撮像面上の光量を調節可能にしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等の撮像装置、特に、撮影光学系を通して取り込んだ光束を撮像面と焦点検出手段に分割する光束分割手段を有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年カメラの小型化が進んでおり、それに伴って撮影光学系の小型化も進んでいる。そのため、従来カメラの光量調整に多く用いられてきた絞りを用いると回折によって解像度が低下し、品位を損なった画像になるといった欠点が出てきた。この欠点を改善するために、特許文献１に示されるように、複数の偏光板を用いる技術が提案されている。特許文献１に示される技術によると、２つの偏光板を相対的に回転させることで解像度の低下を防いで連続的に光量を調整することを可能にしている。
【０００３】
従来カメラに用いられる焦点検出方式には、レンズシャッタカメラに用いられている三角測距方式、ビデオカメラ等に用いられているコントラスト検出方式、一眼レフカメラに用いられている瞳分割方式等がある。このうち瞳分割方式の焦点検出方式は、特許文献２に開示されており、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束により生成された２つの像の相関をとることにより、撮影レンズの焦点状態を検出するものである。
【０００４】
特許文献３には、絞りの一部を偏光板によって構成し、絞りと撮像素子の間に光束の一部をＡＦ（オートフォーカス）用に光路外に導くビームスプリッタと、このビームスプリッタと撮像素子の間に偏光板とを備えた光学装置が開示されている。この光学装置では、絞り羽根がクローズ状態においても偏光板によって構成された部分から透過した光束がＡＦセンサに達してＡＦを行える。さらに、ビームスプリッタと撮像素子の間に設けられた偏光板によって光束は遮断されるために撮像面ではクローズ状態が維持される。この特許文献３には他の実施例として、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆い、偏光板とビームスプリッタを同一部品で構成する例が開示されており、この構成においても同様の効果が得られる。
【０００５】
また、特許文献４には、撮影光学系で形成された１次物体像をＣＭＯＳ受光センサなどの２次元受光センサ上に結像し、光学像を光電変換して物体に関する画像出力を得るカメラが開示されている。光学機器の一つであるデジタル一眼レフカメラには、可視波長域の光量を減少させることなく通し、赤外域近くの波長域の光を分割するビームスプリッタが組み込まれている。ビームスプリッタで分割された赤外域近くの波長域の光束は焦点検出に用いられ、直進した光は撮像に供される。ビームスプリッタの光分割作用面を焦点検出光束の通る範囲に限定することによって、ビームスプリッタを薄くしている。そして、撮影光学系とファインダ光学系へ光路を偏向するミラーとの間の僅かな空間に、カメラを大型化することなくビームスプリッタを配置することが可能となっている。また、ビームスプリッタの分光透過率特性を可視波長域ではほぼ１００％に設定することで、物体像の撮像に必要な可視波長域の光量を減ずることなく明るく高画質の画像を得ることを可能にしている。
【特許文献１】特開平０５−２０７３８４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８３１３号公報
【特許文献３】特開平０６−１７５０１０号公報
【特許文献４】特開２００３−１４０２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された光学装置の概略の構成を、図２０に示す。同図において、９０１および９０２は偏光板であって相対的に回転可能となっている。偏光板９０１および９０２で構成される絞りユニット９０３は、図示しない撮影光学系と撮像面の間に配置される。そして、偏光板９０１と９０２を相対的に回転させることによって撮像面での光量を連続的に調節可能となっている。
【０００７】
図２１に、光量調節の様子を模式的に示している。領域９１１では、撮影光学系を透過した全ての光束が通過しており、領域９１２では、撮影光学系を透過した光束のうち、偏光板９０１を透過した略５０％の光束が通過する。領域９１３では、偏光板９０１と９０２の相対角度によって撮影光学系を透過した光束のうち、略０％から略５０％の間の光束が通過する。領域９１３を通過して撮像面９１４に到達する光量は、偏光板９０１と９０２の相対角度によって略０％から略５０％の間で連続的に制御可能となる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の技術では撮像面での光量を制御可能であるが、偏光板９０１で常に５０％の光量が吸収されている。
【０００９】
次に、上記特許文献２に開示された焦点検出手段の原理を、図２２に示す。焦点検出される撮影レンズ９２１と光軸を同じくしてフィールドレンズ９２２が配置される。その後方であって光軸に対して対称な位置に２つの二次結像レンズ９２４ａと９２４ｂが配置される。二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂはしばしば一体として形成されており、一般的にメガネレンズと呼ばれる。二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂのさらに後方にはセンサ列９２５ａ，９２５ｂが配置される。二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂの近傍には絞り９２３ａ，９２３ｂが設けられる。
【００１０】
上記フィールドレンズ９２２は撮影レンズ９２１の射出瞳を２つの二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂの瞳面にほぼ結像する。その結果、二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂにそれぞれ入射する光束を、撮影レンズ９２１の射出瞳面上において各二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂに対応する互いに重なり合うことのない等面積の領域から射出された光束とすることが出来る。フィールドレンズ９２２の近傍に形成された像は、二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂによってセンサ列９２５ａ，９２５ｂ上に再結像される。これによって、フィールドレンズ９２２の近傍に形成された像の光軸方向の変位に基づいて、センサ列９２５ａ，９２５ｂ上のそれぞれの像が変位する。したがって、センサ列９２５ａ，９２５ｂにおけるそれぞれの像の相対的な位置を検出することで、撮影レンズ９２１のピント状態を知ることが可能となる。
【００１１】
上記センサ列９２５ａ，９２５ｂより出力される信号から撮影レンズ９２１のピント状態を得る方法は既に種々提案されている。具体例を以下に示す。図２３はセンサ列９２５ａ，９２５ｂから得られる信号を示す模式図である。図２３の横軸はセンサ列を成す画素を表し、縦軸はその点でのセンサに入力される光量とする。センサ列９２５ａ，９２５ｂはＮ列の画素で構成されており、センサ列９２５ａ，９２５ｂのそれぞれｉ番目（ ｉ＝０，１，…Ｎ−１ ）からの信号をＡ（ｉ），Ｂ（ｉ）とする。このとき
を定義して、Ｘ（ｋ）が極小値となるｋを得る方法がある。ここで,ｍａｘ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂのうち大なるものを抽出すること示す。あるいは
を定義して、Ｙ（ｋ）が極大値となるｋを得る方法がある。ここで、ｍｉｎ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂのうち小なるものを抽出することを示す。
【００１２】
上述の方法によって目的とする撮影レンズのピント状態を検出することが可能であるが、言うまでもなく適切な光線を焦点検出用のセンサ列に導く必要がある。光線を焦点検出用のセンサ列に導く方法も多く提案されているが、その一例が以下の特許文献３である。
【００１３】
上記特許文献３に開示された光学装置の概略の構成を、図２４に示す。同図において、９４１は撮影光学系、９４２は写真フィルムやＣＣＤセンサなどであって、可視光に対してのみ感度を有する受光部、９４３はビームスプリッタである。受光部９４２で撮像された画像は、フィルムカメラであれば現像されて写真原版となり、デジタルカラーカメラであれば電子ビューファインダー（ＥＶＦ）に表示されたり、メモリに記録されたり、あるいはプリンタに出力されたりする。上記ビームスプリッタ９４３の光分割機能面９４３ａには誘電体多層膜が形成され、撮影光学系９４１から射出された物体光の可視光成分のうち、略５０％が反射され、残りの略５０％が透過する。光分割機能面９４３ａで反射された光は、ビームスプリッタ９４３の面９４３ｂで全反射し、面９４３ｃを通ってビームスプリッタ９４３の外部に射出される。この光学装置では、焦点検出に必要な光束のみをＡＦセンサに導く構成のため、ビームスプリッタの小型化が可能である。
【００１４】
しかしながら、上記特許文献３では、光分割機能面９４３ａの大きさを撮像光束全体をカバーする大きさにしないと直進光を用いて撮像した画像に輝度ムラが発生し、品位を著しく損ねることになる。また、ビームスプリッタ９４３を撮影光学系の瞳面近傍に配置すれば輝度ムラは起き難いが、瞳の中央部を通過する光量が削られるために、画像のコントラストが低下することになって好ましくない。
【００１５】
また、光分割機能面９４３ａを通過した可視光は前述のように１／２に減衰している。したがって、仮に、撮像の対象物が均一輝度面であったとすると、受光部９４２によって撮像された画像は、図２５に示すように、中央の暗い領域９５１を挟んで上下に明るい領域９５２と９５３が形成された画像９５０のようになってしまう。こういった現象は、特に青空や建物の白壁などを撮影した場合に均一輝度であるはずの部分に不自然な輝度差が目立ち、たいへん品位を損なった画像となって好ましくないものであった。
【００１６】
また、特許文献３に開示された光学装置の他の実施例では、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆うために、偏光ビームスプリッタが大型化し、結果として光学レンズ群と撮像素子の間の寸法を大きくとらなければならず、装置の小型化を図ることが困難である。
【００１７】
次に、特許文献４に開示された技術について説明する。一般に、撮影光学系を通して取り込んだ光束の光路を複数に分割して受光部へ導く光学的な構造にあっては、複数に分割された光束の波長特性が実質的に同一であることが多くの場合利点を生むことになる。
【００１８】
しかしながら、特許文献４のカメラでは、ビームスプリッタで分割した赤外域近くの波長域の光束を焦点検出に用いるので、焦点検出を正しく機能させるために撮影光学系の収差補正がこの波長域でも行われていることを必要とする。収差補正が不十分である場合には、赤外域近くの光を利用して可視波長域のピントを厳密に合わせることは不可能である。一方、可視波長域に加えて赤外域近くまで収差補正を行おうとすると、特殊なガラスを用いるとか、撮影光学系のレンズ構成枚数を増やす、といった処置が必要となる。よって、コストアップや大型化を引き起こし、好ましくない。特に、一眼レフカメラのように撮影光学系が交換可能で、大規模な交換レンズシステムを備えている場合には、交換レンズシステム全体をこのような焦点検出システムに対応させる必要があり、実現は極めて困難といえる。
【００１９】
また、ビームスプリッタで分割した光束を用いて物体輝度の測定を行い、撮像露光量を決定する場合についても、焦点検出と類似の現象を生じる。すなわち、輝度測定のための波長域が撮像の波長域からずれていると、輝度測定のための波長域に含まれる光エネルギー量から露光のための波長域に含まれる光エネルギーを推定することが厳密にはできない。これに起因し、物体輝度の測定に基づいて露光量を決定し撮像を行っても、露出アンダーや露出オーバーの撮像結果が起こり得る。
【００２０】
（発明の目的）
本発明の目的は、解像度を低下させることなく、撮像面上の光量を制御することのできる撮像装置を提供しようとするものである。
【００２１】
さらに、分割された十分な光束により焦点検出を行うことのできる撮像装置を提供しようとするものである。
【００２２】
さらに、光束分割手段の小型化を図ることのできる撮像装置を提供しようとするものである。
【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、請求項１に記載の発明は、撮影光学系と撮像面の間に配置され、前記撮影光学系を通過して撮像面へ向かう光束を偏向方向によって分割する光束分割手段と、前記光束分割手段で分割された光束を基に焦点状態信号を出力する焦点検出手段と、前記撮影光学糸と前記撮像面の間に配置され、所定の偏向成分を除去する減光手段とを有し、前記減光手段が、前記光束分割手段に対して相対的に回転可能であり、その回転位置により前記撮像面上の光量を調節可能である撮像装置とするものである。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明は、前記減光手段が、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第１の位置と、前記光束分割手段を透過する光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第２の位置との間で回転可能である請求項１に記載の撮像装置とするものである。
【００２５】
また、請求項３に記載の発明は、前記光束分割手段と前記撮影光学系の間と前記光束分割手段と前記減光手段の間のいずれか一方または両方に、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第２の減光手段を有する請求項１または２に記載の撮像装置とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、解像度を低下させることなく、撮像面上の光量を制御することができる撮像装置を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし実施例３に示す通りである。
【実施例１】
【００２８】
図１〜図９を用いて、本発明の実施例１に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。図１はデジタルカメラの断面図であって、焦点調節を行ってＥＶＦ（Electronic View Finder）用画像を取り込む状態を示している。同図において、１０１はデジタルカメラ本体、１０２は物体像を形成するための撮影光学系、１０４は撮影光学系１０２の光軸、１０５は撮影光学系１０２を収納するレンズ鏡筒である。撮影光学系１０２は不図示のエネルギー源と不図示の駆動機構により結像位置を光軸１０４の方向に調節可能である。フォーカシングレンズを柔軟性のある透明弾性部材や液体レンズで構成し、界面形状を変化させて屈折力を変えることで、物体にピントを合わせることもできる。撮影光学系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であっても良い。また、種々の特性（Ｆナンバーや焦点距離など）をもった撮影光学系に交換可能であっても良い。
【００２９】
１０３はビームスプリッタ、１１１はシャッタレリーズ釦、１０７はディスプレイ装置である。１０８は画像データを格納するメモリ、１０９は光学ファインダの接眼レンズ、１１０はプリンタ等とのデータ通信を行う通信装置である。１０６は２次元型ＣＭＯＳ受光センサ、１１２は焦点検出用センサ、１１３は光学ローパスフィルタである。
【００３０】
上記ビームスプリッタ１０３と光学ローパスフィルタ１１３の間には、減光手段１１６が設けられている。減光手段１１６は不図示の機械的駆動手段に係合し、不図示の測光センサまたは撮像素子１０６からの信号を元にビームスプリッタ１０３に対して相対的に回転し、適当な位置に制御される。ＥＶＦ用画像の取り込み時には、ビームスプリッタ１０３を透過した光束が、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上に投影されるようになっている。
【００３１】
ディスプレイ装置１０７はカメラの背面に取り付けられており、ＣＭＯＳ受光センサ１０６で捉えられた物体像が該ディスプレイ装置１０７上に表示される。使用者はＥＶＦとして直接これを観察することができる。
【００３２】
ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、増幅型固体撮像素子の１つであるＣＭＯＳプロセスコンパチブルのセンサである。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、エリアセンサ部のＭＯＳトランジスタと撮像素子駆動回路、ＡＤ変換回路、画像処理回路といった周辺回路を同一工程で形成できる。このため、マスク枚数、プロセス工程がＣＣＤと比較して大幅に削減できるという利点を有する。また、任意の画素へのランダムアクセスが可能という特長も有し、画素を間引いた読み出しを行うと高い表示レートで画像のリアルタイム表示を行える。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、この特長を利用し、間引き読み出しによるＥＶＦ用画像出力動作と全ての画素を読み出す高精彩画像出力動作を行う。
【００３３】
図２は上記デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。まず、物体像の撮像、記録に関する部分から説明する。
【００３４】
デジタルカメラは、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮影光学系１０２、ＣＭＯＳ受光センサ１０６を含み、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。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ＣＭＯＳ受光センサ駆動回路１３７を含む。１３８は外部のコンピュータ等に接続して、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小型燃料電池によって駆動される。
【００３５】
撮像系は、物体からの光を、撮影光学系１０２を介してＣＭＯＳ受光センサ１０６の撮像面に結像する光学処理系であり、ビームスプリッタ１０３と減光手段１１６の相対角度を調節し、適切な光量の物体光をＣＭＯＳ受光センサ１０６に露光する。この動作は後に詳述する。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、正方画素が長辺方向に３７００個、短辺方向に２８００個並べられ、合計約１０００万個の画素数を有する受光素子が適用される。そして、各画素にＲ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）のカラーフィルターを交互に配して４画素が一組となる所謂ベイヤー配列を形成している。
【００３６】
ＲＧＢ画像処理回路１３１は、Ａ／Ｄ変換器１３０を介してＣＭＯＳ受光センサ１０６ から受けた受光センサの画素数の画像信号を処理するものであり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、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。ＹＣ処理回路１３２は、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成する信号処理回路である。そして、高域輝度信号ＹＨを生成する回路、低域輝度信号ＹＬを生成する回路、および、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成する回路で構成されている。輝度信号Ｙは高域輝度信号ＹＨと低域輝度信号ＹＬを合成することによって形成される。
【００３７】
記録再生系は、メモリへの画像信号の出力とディスプレイ装置１０７への画像信号の出力とを行う処理系であり、記録処理回路１３３はメモリへの画像信号の書き込み処理および読み出し処理を行う。また、再生処理回路１３４はメモリから読み出した画像信号を再生して、ディスプレイ装置１０７に出力する。
【００３８】
上記記録処理回路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、また、圧縮データを読み出した際に伸張する圧縮伸張回路を内部に有する。この圧縮伸張回路は、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画像毎に蓄積して、それぞれ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装置１０７に出力され、可視画像が表示再生される。再生処理回路１３４とディスプレイ装置１０７の間、あるいはプリンタとの間はＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信手段を介して接続されてもよい。このように構成すれば、このデジタルカメラで撮像する画像を離れたところからモニターすることや、撮影した画像をパーソナルコンピュータを介さずに印刷することが可能となる。
【００４０】
制御系は、シャッタレリーズ釦１１１等の操作を検出する操作検出回路１３６と、その検出信号に応動して各部を制御し、撮像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。また、該カメラシステム制御回路１３５の制御の下にＣＭＯＳ受光センサ１０６を駆動する駆動信号を生成するＣＭＯＳ受光センサ駆動回路１３７をも含む。更には、光学ファインダ内の情報表示装置やカメラの外面にある情報表示装置を制御する情報表示回路１４２をも含む。
【００４１】
上記制御系は、外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、シャッタレリーズ釦１１１の押下を検出して、ＣＭＯＳ受光センサ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。さらには、情報表示回路１４２によって光学ファインダ等に情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態も制御する。
【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】
ＡＦ制御回路１４０は、撮影画面上の所定位置に対応して設定された焦点検出用センサ１１２の焦点検出視野の信号出力を得て焦点検出信号を生成し、撮影光学系１０２の結像状態を検出する。デフォーカス量が検出されると、これを撮影光学系１０２の一部の要素であるフォーカシングレンズの駆動量に変換し、カメラシステム制御回路１３５を中継してレンズシステム制御回路１４１に送信する。また、移動する物体に対しては、シャッタレリーズ釦１１１が押下さ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したときには、不図示の閃光発光装置、あるいは不図示の白色ＬＥＤや蛍光管によって物体を照明し、不足していた輝度を補う。レンズシステム制御回路１４１は、フォーカシングレンズの駆動量を受信すると、不図示の駆動機構によって撮影光学系１０２内のフォーカシングレンズを光軸１０４方向に移動させて、物体にピントを合わせる。
【００４４】
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。このとき、シャッタレリーズ釦１１１が２段目まで押下されれば、前述のごとく撮像系、画像処理系、記録再生系による撮像制御が成される。
【００４５】
図３はデジタルカメラ１０１のレンズ鏡筒１０５部分の断面図である。図４は、ビームスプリッタ１０３、減光手段１１６、コンデンサレンズ１１４、メガネレンズ１１７および焦点検出用センサ１１２で構成される機能ユニット１１８の模式図である。これらの図を用いて機能ユニット１１８とその周辺部分について詳述する。
【００４６】
ビームスプリッタ１０３は、撮影光学系１０２を構成するレンズ１０２ａと１０２ｂ（不図示）の間に位置する。レンズ１０２ａはフォーカシングレンズであって、例えば光軸１０４方向に移動することで、ピント調節を行う。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は撮影光学系１０２の予定結像面に配設され、このＣＭＯＳ受光センサ１０６のカバーガラス１０６ａが封止部材１１５を介して固定されている。こういった構成を採ることで、ＣＭＯＳ受光センサ１０６のカバーガラス１０６ａに塵が付着する可能性はなく、塵の付着する可能性があるとすれば、レンズ１０２ｂの入射面となる。ＣＭＯＳ受光センサ１０６の受光面から塵の位置までは十分長いので、不図示のレンズ１０２ｂの入射面に付着した塵が画面に写り込むことはほとんどない。
【００４７】
概略の撮像シーケンスは、例えば図５に示す例のように行われる。すなわち、デジタルカメラは、電源投入によってシャッタレリーズ釦１１１が操作されるのを待機し、レリーズ釦の１段目押下によって不図示のスイッチＳＷ１がＯＮ（＃１０１）すると、オートフォーカス動作を行う（＃１０２〜＃１０５）。そして、シャッタレリーズ釦１１１の２段目押下によって不図示のスイッチＳＷ２がＯＮ（＃１０６）すると、撮像およびメモリ１０８に対する情報の保存を行う（＃１０８，＃１０９）。その後は再度スイッチＳＷ１がＯＮされるのを待機する状態に復帰する。
【００４８】
次に、光束分割について説明を行う。ビームスプリッタ１０３は、図４に示すように、偏光方向によって光束を分割可能な光分割機能面１０３ａをもつ。図４に示す機能ユニット１１８の模式図では、光分割機能面１０３ａが誘電体多層膜などで形成された偏光ビームスプリッタとして形成された例を示している。ビームスプリッタ１０３の光入射面は面１０３ｂで構成され、直進光の射出面は面１０３ｄで構成されている。面１０３ｂと面１０３ｄは略平行である。また、ビームスプリッタ１０３はＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を全て覆うように設けられている。このようにすることで、ビームスプリッタ１０３は直進する光に対し平行平板として機能する。また、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を全て覆うために画像の一部が暗くなるなどの輝度分布が発生せず、高品位な像を得ることが出来る。
【００４９】
光分割機能面１０３ａの望ましい光学特性は、例えば図６に示す通りであって、Ｐ偏光に対しては可視光領域で透過率が高く、Ｓ偏光に対しては反射率が高い。このように構成することで、ビームスプリッタ１０３に入射した光束のうち、Ｓ偏光成分は光分割機能面１０３ａで反射され、面１０３ｃから図中下方へ射出される。面１０３ｃに対向する位置には、焦点検出に使用する光束を集める働きをするコンデンサレンズ１１４が配置される。そして、このコンデンサレンズ１１４を透過した光がメガネレンズ１１７を介して焦点検出用センサ１１２に入射し、これによって瞳分割方式による焦点検出機能が動作する。すなわち、焦点検出用センサ１１２に入射した光束から、撮影光学系１０２のピント状態を把握することが可能となる。
【００５０】
光分割機能面１０３ａの光学特性は上記した通りであり、ビームスプリッタ１０３で分割された光束の分光特性を直進光と実質的に同一とし、この光束によって焦点検出機能を動作させる。焦点検出用センサ１１２に入射する分光特性は光分割機面１０３ａでのＳ偏光の反射率の分光特性が支配的となる。しかし、図６に示したように、波長によらず高い反射率を持つような光分割機能面１０３ａを用いることで、十分な光量でかつ撮像面に入射する光束と実質的に同一な光束により高精度な焦点検出が可能である。
【００５１】
上記ビームスプリッタ１０３とＣＭＯＳ受光センサ１０６の間には、いわゆる偏光フィルタである減光手段１１６が配置されている。この減光手段１１６は、図示しない駆動手段によって、ビームスプリッタ１０３におけるＳ偏光を吸収（遮断）する第１の位置と、ビームスプリッタ１０３におけるＰ偏光を吸収（遮断）する第２の位置、の間を移動可能に構成されている。
【００５２】
偏光フィルタからなる減光手段１１６の好適な分光透過率特性を、図７に示す。ＬＣＤなどに用いられる偏光フィルタの好適な特性はいわゆるクロスニコルの状態での消光比が重要である。そのため、透過率は、消光比が所望の値の取れる範囲で高いものを選択するのが一般的である。しかし、本実施例においては、消光比は５０：１程度で十分である。一方で、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上での像の色や明るさを劣化させないために、分光特性と透過率がより重要な特性となる。
【００５３】
次に、本実施例における要部構成である機能ユニット１１８について、図８および図９を用いて説明する。図８は、機能ユニット１１８での光束の分割と光量を説明する図である。図９は、減光手段１１６とビームスプリッタ１０３の相対位置に対するＣＭＯＳセンサ１０６での光量の関係を説明する図である。
【００５４】
図８において、１５０は撮影光学系１０２を通過した光束を示す。１５１は光分割機能面１０３ａで分割されて焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束を示す。１５２は光分割機能面１０３ａを透過して減光手段１１６へ向かう光束を示す。１５３は減光手段１１６を透過してＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を示す。
【００５５】
図９では、光束は中心光束のみ線で示している。図９において、１１６ａは減光手段１１６の偏光方位角を示す。図９（ａ）は、光分割機能面１０３ａによって焦点検出用センサ１１２に導かれた偏光成分と同一の偏光成分を吸収する減光手段１１６の第１の位置を示している。図９（ｃ）は、光分割機能面１０３ａを透過した偏光成分と同一の偏光成分を吸収する減光手段１１６の第２の位置を示している。図９（ｂ）は、減光手段１１６が上記第１の位置と第２の位置の間にある状態を示している。
【００５６】
図８に模式的に示したように、焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束は焦点検出動作に必要な光束のみでよい。そこで、本実施例では、撮影光学系１０２を通過した光束１５０を全て覆うように光分割機能面１０３ａが存在するが、そのうちの一部は、焦点検出用センサ１１２へ届かず、透過する。
【００５７】
減光手段１１６が図９（ａ）に示す第１の位置にあるとき、撮影光学系１０２を通過した光束１５０の光束量を１００とし、光分割機能面１０３ａの特性が図７に示すものとする。この場合、焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束１５１の光束量は４５以上、減光手段１１６へ向かう光束１５２の光束量は４５以上、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束１５３の光束量は４０．５以上となる。
【００５８】
また、減光手段１１６が図９（ｃ）に示す第２の位置にあるときは、焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束１５１の光束量は４５以上、減光手段１１６へ向かう光束１５２の光束量は４５以上、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束１５３の光束量は２程度となる。また、図９（ｂ）に示す位置にあるときは、減光手段１１６の偏光方位角１１６ａによって光量を連続的に変化させることが可能となる。
【００５９】
つまり、ＣＭＯＳ受光センサ１０６での光量は、減光手段１１６の偏光方位角１１６ａによって制御可能であり、特許文献１に示されているように、撮影装置の絞りとして使用可能である。また、従来のメカニカルな絞りと違い、装置を小型化した際にも回折現象による解像度の低下といった問題を引き起こさない。
【００６０】
本実施例１によれば、以下のような効果を有する。
（１）光束分割手段であるビームスプリッタ１０３に対して減光手段１１６を相対的に回転可能にしている。つまり、図９に示すように、減光手段１１６を第１の位置（図９（ａ）の位置）と第２の位置（（図９（ｃ）の位置）の間で回転可能にして、偏光方位角１１６ａを可変にしている。よって、回折現象による解像度の低下を引き起こすことなく、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上の光量を連続的に変化させることが出来る。
（２）ビームスプリッタ１０３がＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を全て覆うように設けられている。そのため、図２５のように、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上の画像の一部が暗くなるなどの輝度分布が発生しない。よって、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上にビームスプリッタ１０３の像が写らず、高品位な画像を得ることが出来る。
（３）ビームスプリッタ１０３に入射した光束のうち、光分割機能面１０３ａによってＰ偏光成分は透過され、Ｓ偏光成分は反射される。よって、ＣＭＯＳ受光センサ１０６に導かれる光束と実質同一の光束で焦点検出を行うことが出来る。
【００６１】
以上のように、簡易な構成で多くの効果を得ることができ、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束全体を覆うビームスプリッタ１０３とその偏光を利用した減光手段１１６を用いる効果はきわめて大きいといえる。
【実施例２】
【００６２】
次に、図１０〜図１５を用いて、本発明の実施例２に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。
【００６３】
図１０及び図１１はデジタルカメラの断面図であり、同図において、２０１はデジタルカメラ本体、２０２は物体像を形成するための撮影光学系である。２０４は撮影光学系２０２の光軸、２０５は撮影光学系２０２を収納するレンズ鏡筒である。２０３はビームスプリッタ、２１１はシャッタレリーズ釦、２０７はディスプレイ装置、２０８は画像データを格納するメモリである。２０９は光学ファインダの接眼レンズ、２１０はプリンタ等とのデータ通信を行う無線通信装置である。２０６は２次元型ＣＭＯＳ受光センサ、２１２は焦点検出用センサ、２１３は光学ローパスフィルタ、２１４はコンデンサレンズ、２１６は減光手段、２１７はメガネレンズである。それぞれの機能などは上記実施例１と同一のため、その説明を省略する。また、電気的な回路構成は図２に示す構成と同様であるものとする。
【００６４】
２１９は減光手段２１６を透過した直線偏光を円偏光にする１／４波長板である。１／４波長板２１９は上記の機能を持たせるために減光手段２１６に対して位置決めされ、一体として動作を行う。２２０ａは第２の減光手段である。２１８は機能ユニットであり、ビームスプリッタ２０３、減光手段２１６、コンデンサレンズ２１４、メガネレンズ２１７、焦点検出用センサ２１２、１／４波長板２１９および第２の減光手段２２０ａで構成される。
【００６５】
機能ユニット２１８は、図１１に示すように、図示しない駆動手段によって、撮影光学系２０２からＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光路から退避することができる。この退避動作は、機能ユニット２１８よる光量の減少が問題となると判定された場合などに行われる。
【００６６】
本実施例２における機能ユニット２１８の詳細例を、図１２（ａ）ないし図１２（ｃ）に示す。
【００６７】
図１２（ａ）〜（ｃ）において、ビームスプリッタ２０３の入射面は２つの一致した面２０３ｂ，２０３ｃによって構成され、射出面は２つの一致した面２０３ｅ，２０３ｆによって構成される。このようにすることにより、ビームスプリッタ２０３は直進する光に対し平行平板として機能する。また、光分割機能面２０３ａは撮影光学系２０２を通過した光束のうち、焦点検出に必要なエリアのみを覆うように配置されている。この光分割機能面２０３ａで分割され、焦点検出用センサ２１２へ向かう光束は、面２０３ｄから射出される。面２０３ｄに対向する位置には、焦点検出に使用する光束を集める働きをするコンデンサレンズ２１４が配置される。このコンデンサレンズ２１４を透過した光がメガネレンズ２１７を介して焦点検出用センサ２１２に入射し、これによって瞳分割方式による焦点検出機能が動作する。すなわち、焦点検出用センサ２１２に入射した光束から、撮影光学系２０２のピント状態を把握することが可能となる。
【００６８】
図１２から明らかなように、焦点検出に必要なエリアのみに光分割機能面２０３ａを設けることで、上記実施例１に比べて、ビームスプリッタ２０３を光軸方向に薄型化することが可能となる。
【００６９】
図１２（ａ）は、第２の減光手段２２０ａを撮影光学系２０２とビームスプリッタ２０３の間に配置した例である。
【００７０】
上下に配置される第２の減光手段２２０ａは、第１の減光手段２１６と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図７に示したような特性とする。このとき、第２の減光手段２２０ａはビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収（遮断）する方向に設けられる。また、第２の減光手段２２０ａには開口部２２０ｃが設けられており、この開口部２２０ｃは物体側から光軸に沿って見たときにビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａの部分が開口しているように設けられる。上記位置に配置される第２の減光手段２２０ａは、ビームスプリッタ２０３に対して位置決めされ、固定される。
【００７１】
上記の条件で開口部２２０ｃを設けることで、撮影光学系２０２がテレセントリック光学系に近い場合には、撮影光学系２０２を通して機能ユニット２０９に入射した光束は、第２の減光手段２２０ａ、光分割機能面２０３ａのいずれか一方のみを通過して第１の減光手段２１６へ向かう。
【００７２】
さらに第１の減光手段２１６は、第２の減光手段２２０ａおよびビームスプリッタ２０３に対して光軸を中心として、図示しない駆動手段によって、光分割機能面２０３ａにおけるＳ偏光を吸収断する第１の位置と、光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収する第２の位置、の間を移動可能である。第１の減光手段２１６を適切に移動させることで、特許文献１に開示されているように、撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
【００７３】
図１３（ａ）に、図１２（ａ）に示した例の光量を説明する模式図を示している。図１３（ａ）において、２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃは撮影光学系２０２を通過した光束を示す。２５１ａ，２５１ｃは第２の減光手段２２０ａを透過して減光手段２１６へ向かう光束を示す。２５１ｂは第２の減光手段２２０ａに設けられた開口２２０ｃを通過して光分割機能面２０３ａへ向かう光束を示す。２５１ｄは光分割機能面２０３ａを透過して減光手段２１６へ向かう光束を示す。２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃは第１の減光手段２１６を透過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束を示す。２５３は光分割機能面２０３ａで分割され、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束を示す。
【００７４】
図１３（ａ）において、撮影光学系２０２を通過した光束２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃの光束量を１００とし、光分割機能面２０３ａの特性は図６に示したもの、第１の減光手段２１６および第２の減光手段２２０ａの特性は図７に示したものとする。この場合、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束２５３の光束量は４５以上、第２の減光手段２２０ａまたは光分割機能面２０３ａを通過して第１の減光手段２１６へ向かう光束２５１ａ，２５１ｃ，２５１ｄはいずれも４５以上となる。また、第１の減光手段２１６を透過した光束２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃはいずれも同一であり、第１の減光手段２１６と光分割機能面２０３ａの相対的な角度によって略０から略４０で可変である。すなわち、全面均一で光量可変となる。
【００７５】
機能ユニット２１８には、第１の減光手段２１６と図１２（ａ）では図示していない光学ローパスフィルタ２１３（図１０参照）の間に、１／４波長板２１９が具備されており、第１の減光手段２１６を透過した直線偏光を円偏光に変換する。複屈折を利用した光学ローパスフィルタ２１３を用いている場合は、直線偏光が入射すると、該光学ローパスフィルタ２１３が適切に作用せずに偽色を発生する可能性がある。１／４波長板２１９を第１の減光手段２１６と光学ローパスフィルタ２１３の間に配置することで、前記問題が無くなる。１／４波長板２１９は第１の減光手段２１６と一体とされた、いわゆる円偏光フィルタとして配置されても良い。
【００７６】
図１２（ｂ）は、第２の減光手段２２０ａ、第２の減光手段２２０ｂを、撮影光学系２０２とビームスプリッタ２０３の間、および、ビームスプリッタ２０３と第１の減光手段２１６の双方に配置した例である。
【００７７】
第２の減光手段２２０ａ，２２０ｂは、第１の減光手段２１６と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図７に示したような特性とする。また、第１の減光手段２１６は１／４波長板を一体に備えた円偏光フィルタで構成する。このとき、第２の減光手段２２０ａはビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収（遮断）する方向に設けられる。また、第２の減光手段２２０ａは光軸方向から見た際に光分割機能面２０３ａが存在しない一方の部分を覆うように設けられており、第２の減光手段２２０ｂはその他方を覆うように設けられている。上記位置に配置される第２の減光手段２２０ａ，２２０ｂは、ビームスプリッタ２０３に対して位置決めされ、固定される。
【００７８】
上記の条件で分割して減光手段を設けることで、撮影光学系２０２を通して機能ユニット２１８に入射した光束は、第２の減光手段２２０ａ，２２０ｂ、光分割機能面２０３ａのいずれか一つのみを通過して第１の減光手段２１６へ向かう。
【００７９】
図１３（ａ）に示した例に比べて、撮影光学系２０２を通過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束が、光軸に対して大きな角度を持つ場合であっても、ＣＭＯＳ受光センサ上で均一な輝度を得ることが可能となる。
【００８０】
さらに第１の減光手段２１６は、第２の減光手段２２０ａおよびビームスプリッタ２０３に対して光軸を中心として駆動される。詳しくは、図示しない駆動手段によって、光分割機能面２０３ａにおけるＳ偏光を吸収する第１の位置と、光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収する第２の位置、の間を移動可能である。この第１の減光手段２１６を適切に移動させることで、特許文献１に開示されているように、撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
【００８１】
図１２（ｃ）は、第２の減光手段２２０ａをビームスプリッタ２０３と第１の減光手段２１６の間に配置した例である。
【００８２】
第２の減光手段２２０ａは、撮影光学系２０２を通過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かうすべての光束を覆うように配置される。第２の減光手段２２０ａは第１の減光手段２１６と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図７に示したような特性とする。また、第１の減光手段２１６は１／４波長板を一体に備えた円偏光フィルタで構成される。このとき、第２の減光手段２２０ａは、ビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収（遮断）する方向に設けられる。前記位置に配置される第２の減光手段２２０ａは、ビームスプリッタ２０３に対して位置決めされ、固定される。
【００８３】
さらに第１の減光手段２１６は、第２の減光手段２２０ａおよびビームスプリッタ２０３に対して光軸を中心として駆動される。詳しくは、図示しない駆動手段によって、光分割機能面２０３ａにおけるＳ偏光を吸収する第１の位置と、光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収する第２の位置の間を移動可能である。この第１の減光手段２１６を適切に移動させることで、特開平０５−２０７３８４号公報に開示されているように撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
【００８４】
図１３（ｂ）に、図１２（ｃ）に示した例の光量を説明する模式図を示している。図１３（ｂ）において、２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃは撮影光学系２０２を通過した光束を示す。２６１ａは光分割機能面２０３ａを透過して第２の減光手段２２０ａへ向かう光束を示す。２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃは第２の減光手段２２０ａを透過して第１の減光手段２１６へ向かう光束を示す。２６３ａ，２６３ｂ，２６３ｃは第１の減光手段２１６を透過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束を示す。２６４は光分割機能面２０３ａで分割され、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束を示す。このとき、光分割機能面２０３ａの望ましい特性は、例えば図１４に示すようになる。Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光に関しては第２の減光手段２２０ａで吸収されるため、厳しくは規制されない。
【００８５】
図１３（ａ）において、撮影光学系２０２を通過した光束２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃの光束量を１００とし、光分割機能面２０３ａの特性は図１４に示したもの、第１の減光手段２１６および第２の減光手段２２０ａの特性は図７に示したものとする。この場合、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束２５３の光束量は４２以上、第２の減光手段２２０ａまたは光分割機能面２０３ａを通過して第２の減光手段２２０ａへ向かう光束２６１ａは４７以上となる。第２の減光手段２２０ａを透過した光束２６２ａ，２６２ｃは４５以上、光束２６２ｂは４３以上となる。すなわち、光分割機能面２０３ａでのＰ偏光の透過率を上げることで、光束２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃはいずれも略同一の光束量とすることが出来る。その結果、第１の減光手段２１６を透過した光束２６３ａ，２６３ｂ，２６３ｃはいずれも同一であり、第１の減光手段２１６と光分割機能面２０３ａの相対的な角度によって略０から略４０で可変である。すなわち、全面均一で光量可変となる。
【００８６】
次に、図１５を用いて、機能ユニット２１８の回転動作について説明する。図１５は機能ユニット２１８を備えたカメラを正面から見た図である。説明のために、図１５に示すようにＸ，Ｙ軸を設定する。
【００８７】
機能ユニット２１８は光路に挿入された位置において光軸周りに９０度以上回転可能に配置されている。例として、図１５（ａ）に示すように、焦点検出用センサ２１２がＹ方向にある場合を第１の位置、図１５（ｂ）に示すように、焦点検出用センサ２１２がＸ方向にある場合を第２の位置の位置とする。９０度以上回転可能であれば必ずしも上記のように第１の位置と第２の位置を設定する必要はない。
【００８８】
本実施例２において、第２の減光手段２２０ａおよび光分割機能面２０３ａは偏光方向によって選択的に減光および分割を行う。そのため、カメラにとっては機能ユニット２１８と一体として光軸周りに回転させることで、いわゆる偏光フィルタとして使用可能である。具体的には、図１５（ａ）の位置においては、Ｘ軸方向が光分割機能面２０３ａのＳ偏光となるために、Ｘ軸方向に電界ベクトルを持つ偏光はＣＭＯＳ受光センサ２０６には届かず、Ｙ軸方向に電界ベクトルを持つ偏光のみがＣＭＯＳ受光センサ２０６に届く。図１５（ｂ）ではその反対となる。
【００８９】
偏光フィルタの制御は、例えば特開２００１−１００２８５号公報に開示されている手段などによって適切に、または、ユーザーによって手動で行われる。偏光フィルタを活用することで、正反射光を除去したいガラスを通しての夜景撮影などのシーンにおいても所望の画像が得られる。
【００９０】
なお、１／４波長板２１９は前述した実施例１に用いられても効果がある。
【００９１】
本実施例２によれば、以下の効果を得ることが出来る。
（１）ＣＭＯＳ受光センサ２０６上にビームスプリッタ２０３の像が写らず、高品位な画像を得ることが出来る。
（２）ＣＭＯＳ受光センサ２０６に導かれる光束と実質同一の光束で焦点検出を行うことが出来る。
（３）解像度の低下を引き起こすことなく、ＣＭＯＳ受光センサ２０６上の光量を連続的に変化させることが出来る。
（４）ビームスプリッタ２０３の小型化、ひいては装置の小型化を図ることが出来る。
（５）低輝度の被写体に対しても適切に撮像を行うことが出来る。
（６）複屈折を利用した光学ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を持つ撮像系であっても、偽色を発生させることがない。
（７）内蔵された偏光フィルタを活用して撮影が可能である。
【００９２】
以上のように、簡易な構成で多くの効果を得ることができ、ＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束のうち、焦点検出に必要な範囲を覆う偏光ビームスプリッタ２０３と偏光を利用した減光手段（２２０ａ，２２０ｂ，２１６）を設ける効果、機能ユニット２１８を光路外に退避可能に設ける効果、および機能ユニット２１８を回転可能に設ける効果、はきわめて大きいといえる。
【実施例３】
【００９３】
次に、図１６〜図１９を用いて、本発明の実施例３に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。
【００９４】
図１６及び図１７はデジタルカメラの断面図である。同図において、３０１はデジタルカメラ本体、３０２は物体像を形成するための撮影光学系、３０４は撮影光学系３０２の光軸、３０５は撮影光学系３０２を収納するレンズ鏡筒である。３０３はビームスプリッタ、３１１はシャッタレリーズ釦、３０７はディスプレイ装置、３０８は画像データを格納するメモリである。３０９は光学ファインダの接眼レンズ、３１０はプリンタ等とのデータ通信を行う無線通信装置である。３０６は２次元型ＣＭＯＳ受光センサ、３１２は焦点検出用センサ、３１３は光学ローパスフィルタ、３１４はコンデンサレンズ、３１６は第１の減光手段、３１７はメガネレンズである。それぞれの機能などは上記の実施例１と同一のため説明を省略する。また、電気的構成は図２に示す構成であるものとする。
【００９５】
３３０はフィルム状の第２の減光手段である。３１８は機能ユニットであり、ビームスプリッタ３０３、第１の減光手段３１６、コンデンサレンズ３１４、メガネレンズ３１７、焦点検出用センサ３１２および第２の減光手段３３０で構成される。
【００９６】
機能ユニット３１８は、図１７に示すように、図示しない駆動手段によって、撮影光学系３０２からＣＭＯＳ受光センサ３０６へ向かう光路から退避することができる。この退避動作は、機能ユニット３１８よる光量の減少が問題となると判定された場合などに行われる。
【００９７】
図１８および図１９を用いて、本実施例３における機能ユニット３１８について説明する。図１８は機能ユニット３１８の詳細図であり、図１９はビームスプリッタ３０３の作成方法の例を示す図である。
【００９８】
図１８において、フィルム状の第２の減光手段３３０は、特性の入射角において偏光方向によって光束の分割を行い、垂直入射の際に略半分の光線を透過させる機能を持つものである。例えば、光学プラスチックから入射した場合に偏光ビームスプリッタとして機能する誘電体多層膜をフィルム上に蒸着したものである。
【００９９】
ビームスプリッタ３０３は、図１９に示すようにして、第２の減光手段３３０と一体にされる。図１９（ａ）にあるように、ビームスプリッタ３０３は２つのプリズム３０３ａ，３０３ｂからなる。プリズム３０３ａとプリズム３０３ｂの間にフィルム状の第２の減光手段３３０を挿入した後、図１９（ｂ）にあるように、第２の減光手段３３０を挟み込むように２つのプリズム３０３ａとプリズム３０３ｂが固定される。さらにフィルム状の減光手段３３０の端部を適切に処理をして、図１９（ｃ）に示すように、一体としたプリズム３３０として形成する。
【０１００】
本実施例３によると、減光面が一体として形成されているために、減光面の不連続性が像に影響を与えることが無く、高品位な像が得られる。例えば、複数の減光手段の重複や間隙が像に影響を与えやすい。機能ユニット３１８がＣＭＯＳ受光センサ３０６の近傍に配置された場合であっても、高品位な像を得ることが出来る。また、減光手段を一体として形成するために低コスト化を図ることが可能である。
【０１０１】
本実施例３によれば、上記の実施例１および実施例２の効果を損ねることなく、装置の低コスト化を図ることが出来る。
【０１０２】
上記の実施例１ないし実施例３によれば、光束分割手段をいわゆる偏光方向によって光束を分割することが可能なビームスプリッタ（１０３，２０３，３０３）より構成しており、該ビームスプリッタと撮像面であるＣＭＯＳ受光センサ（１０６，２０６，３０６）の間に、減光手段（１１６，２１６，２２０ａ，２２０ｂ，３１６，３３０）を備えている。そして、この減光手段は、ビームスプリッタによって焦点検出用センサ１１２に向かう方向に導かれた偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第１の位置と、ビームスプリッタを透過した偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第２の位置、に移動可能である。そして、この第１の位置と第２の位置の間を連続的に、または、断続的に不図示の駆動手段により回転可能に構成している。
【０１０３】
前記減光手段は、光束分割手段であるビームスプリッタに対して、光軸を中心として相対的に回転可能である。
【０１０４】
また、減光手段と光束分割手段であるビームスプリッタは一体的に構成され、光路に挿入された位置と、光路から退避した位置、の間を移動可能である。そして、これらを光路内への挿入および光路外への退避動作を行う駆動源を用いて、上記減光手段とビームスプリッタ光束分割手段との相対回転を行うことで、装置が大型化を防ぐことができる。
【０１０５】
また、第２の減光手段を備えた例によると、ビームスプリッタを含めた装置の小型化を図ることが可能となり、結果として装置全体の小型化に寄与する。
【０１０６】
さらに、ビームスプリッタと撮像面の間に１／４波長板２１９を備えることにより、複屈折を利用した光学ＬＰＦを備えるカメラにおいても、偽色が発生することなく撮影を行うことが可能となる。更には、ビームスプリッタと撮影光学系の間に１／４波長板２１９を備えることにより、特定偏光を多く含む被写体に対しても適切な測距と撮影を行うことが可能となる。
【０１０７】
以上の各実施例によれば、
（１）撮影光学系からの光束をビームスプリッタで分割する際に、分割された光束の分光特性を実質的に直進光と同一として、ＡＦ（更にはＡＥ）機能を動作させること
（２）分割された十分な光量の光によって、上記機能を動作させること
（３）光分割構造によってカメラを大型化しないこと
（４）ビームスプリッタを直進した光に基づいた高品位な画像を得ること
（５）光の利用効率を高め、光量調整と同時にＡＦ光束を分離すること
を同時に実現することである。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラを示す断面図である。
【図２】図１のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１のデジタルカメラのレンズ鏡筒を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１において機能ユニットを示す模式図である。
【図５】図１のデジタルカメラの撮像シーケンスを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１において光分割機能面の望ましい分光特性を示すである。
【図７】本発明の実施例１において減光手段の望ましい分光特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における機能ユニットでの光束を示す図である。
【図９】本発明の実施例１において減光手段とビームスプリッタの相対位置と光量の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２に係わるデジタルカメラを示す断面図である。
【図１１】図１０のデジタルカメラの機能ユニットが光路外に退避した状態を示す断面図である。
【図１２】図１０のデジタルカメラの機能ユニットの構成例を示す図である。
【図１３】図１０のデジタルカメラの機能ユニットでの光束を示す図である。
【図１４】本発明の実施例２において光分割機能面の望ましい分光特性を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２における機能ユニットの回転動作を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例３に係わるデジタルカメラを示す断面図である。
【図１７】図１６ノデジタルカメラの機能ユニットが光路外に退避した状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施例３における機能ユニットの構成例を示す図である。
【図１９】本発明の実施例３におけるビームスプリッタの作成方法を示す図である。
【図２０】従来の偏光板を用いた光量調整装置を示す模式図である。
【図２１】従来の偏光板を用いた光量調整装置の機能説明図である。
【図２２】一般的な瞳分割による焦点検出動作の説明図である。
【図２３】一般的な瞳分割による焦点検出動作の信号例を示す図である。
【図２４】従来のビームスプリッタを用いた焦点検出装置を示す模式図である。
【図２５】従来のビームスプリッタを用いた焦点検出装置での輝度ムラを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１ デジタルカメラ本体
１０２ 撮影光学系
１０２ａ フォーカシングレンズ
１０３ ビームスプリッタ
１０３ａ 光分割機能面
１０４ 光軸
１０６ ＣＭＯＳ受光センサ
１１２ 焦点検出用センサ
１１３ 光学ローパスフィルタ
１１６ 減光手段
１１６ａ 減光手段の偏光方位角
１１８ 機能ユニット
２０３ａ 光分割機能面
２１６ 第１の減光手段
２１８ 機能ユニット
２０３ ビームスプリッタ
２１９ １／４波長板
２２０ａ 第２の減光手段
２２０ｂ 第２の減光手段
２２０ｃ 第２の減光手段に設けられた開口
３０３ ビームスプリッタ
３０３ａ ビームスプリッタを形成するプリズム
３０３ｂ ビームスプリッタを形成するプリズム
３１６ 第１の減光手段
３１８ 機能ユニット
３３０ フィルム状の第２の減光手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等の撮像装置、特に、撮影光学系を通して取り込んだ光束を撮像面と焦点検出手段に分割する光束分割手段を有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年カメラの小型化が進んでおり、それに伴って撮影光学系の小型化も進んでいる。そのため、従来カメラの光量調整に多く用いられてきた絞りを用いると回折によって解像度が低下し、品位を損なった画像になるといった欠点が出てきた。この欠点を改善するために、特許文献１に示されるように、複数の偏光板を用いる技術が提案されている。特許文献１に示される技術によると、２つの偏光板を相対的に回転させることで解像度の低下を防いで連続的に光量を調整することを可能にしている。
【０００３】
従来カメラに用いられる焦点検出方式には、レンズシャッタカメラに用いられている三角測距方式、ビデオカメラ等に用いられているコントラスト検出方式、一眼レフカメラに用いられている瞳分割方式等がある。このうち瞳分割方式の焦点検出方式は、特許文献２に開示されており、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束により生成された２つの像の相関をとることにより、撮影レンズの焦点状態を検出するものである。
【０００４】
特許文献３には、絞りの一部を偏光板によって構成し、絞りと撮像素子の間に光束の一部をＡＦ（オートフォーカス）用に光路外に導くビームスプリッタと、このビームスプリッタと撮像素子の間に偏光板とを備えた光学装置が開示されている。この光学装置では、絞り羽根がクローズ状態においても偏光板によって構成された部分から透過した光束がＡＦセンサに達してＡＦを行える。さらに、ビームスプリッタと撮像素子の間に設けられた偏光板によって光束は遮断されるために撮像面ではクローズ状態が維持される。この特許文献３には他の実施例として、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆い、偏光板とビームスプリッタを同一部品で構成する例が開示されており、この構成においても同様の効果が得られる。
【０００５】
また、特許文献４には、撮影光学系で形成された１次物体像をＣＭＯＳ受光センサなどの２次元受光センサ上に結像し、光学像を光電変換して物体に関する画像出力を得るカメラが開示されている。光学機器の一つであるデジタル一眼レフカメラには、可視波長域の光量を減少させることなく通し、赤外域近くの波長域の光を分割するビームスプリッタが組み込まれている。ビームスプリッタで分割された赤外域近くの波長域の光束は焦点検出に用いられ、直進した光は撮像に供される。ビームスプリッタの光分割作用面を焦点検出光束の通る範囲に限定することによって、ビームスプリッタを薄くしている。そして、撮影光学系とファインダ光学系へ光路を偏向するミラーとの間の僅かな空間に、カメラを大型化することなくビームスプリッタを配置することが可能となっている。また、ビームスプリッタの分光透過率特性を可視波長域ではほぼ１００％に設定することで、物体像の撮像に必要な可視波長域の光量を減ずることなく明るく高画質の画像を得ることを可能にしている。
【特許文献１】特開平０５−２０７３８４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８３１３号公報
【特許文献３】特開平０６−１７５０１０号公報
【特許文献４】特開２００３−１４０２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された光学装置の概略の構成を、図２０に示す。同図において、９０１および９０２は偏光板であって相対的に回転可能となっている。偏光板９０１および９０２で構成される絞りユニット９０３は、図示しない撮影光学系と撮像面の間に配置される。そして、偏光板９０１と９０２を相対的に回転させることによって撮像面での光量を連続的に調節可能となっている。
【０００７】
図２１に、光量調節の様子を模式的に示している。領域９１１では、撮影光学系を透過した全ての光束が通過しており、領域９１２では、撮影光学系を透過した光束のうち、偏光板９０１を透過した略５０％の光束が通過する。領域９１３では、偏光板９０１と９０２の相対角度によって撮影光学系を透過した光束のうち、略０％から略５０％の間の光束が通過する。領域９１３を通過して撮像面９１４に到達する光量は、偏光板９０１と９０２の相対角度によって略０％から略５０％の間で連続的に制御可能となる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の技術では撮像面での光量を制御可能であるが、偏光板９０１で常に５０％の光量が吸収されている。
【０００９】
次に、上記特許文献２に開示された焦点検出手段の原理を、図２２に示す。焦点検出される撮影レンズ９２１と光軸を同じくしてフィールドレンズ９２２が配置される。その後方であって光軸に対して対称な位置に２つの二次結像レンズ９２４ａと９２４ｂが配置される。二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂはしばしば一体として形成されており、一般的にメガネレンズと呼ばれる。二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂのさらに後方にはセンサ列９２５ａ，９２５ｂが配置される。二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂの近傍には絞り９２３ａ，９２３ｂが設けられる。
【００１０】
上記フィールドレンズ９２２は撮影レンズ９２１の射出瞳を２つの二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂの瞳面にほぼ結像する。その結果、二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂにそれぞれ入射する光束を、撮影レンズ９２１の射出瞳面上において各二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂに対応する互いに重なり合うことのない等面積の領域から射出された光束とすることが出来る。フィールドレンズ９２２の近傍に形成された像は、二次結像レンズ９２４ａ，９２４ｂによってセンサ列９２５ａ，９２５ｂ上に再結像される。これによって、フィールドレンズ９２２の近傍に形成された像の光軸方向の変位に基づいて、センサ列９２５ａ，９２５ｂ上のそれぞれの像が変位する。したがって、センサ列９２５ａ，９２５ｂにおけるそれぞれの像の相対的な位置を検出することで、撮影レンズ９２１のピント状態を知ることが可能となる。
【００１１】
上記センサ列９２５ａ，９２５ｂより出力される信号から撮影レンズ９２１のピント状態を得る方法は既に種々提案されている。具体例を以下に示す。図２３はセンサ列９２５ａ，９２５ｂから得られる信号を示す模式図である。図２３の横軸はセンサ列を成す画素を表し、縦軸はその点でのセンサに入力される光量とする。センサ列９２５ａ，９２５ｂはＮ列の画素で構成されており、センサ列９２５ａ，９２５ｂのそれぞれｉ番目（ ｉ＝０，１，…Ｎ−１ ）からの信号をＡ（ｉ），Ｂ（ｉ）とする。このとき
を定義して、Ｘ（ｋ）が極小値となるｋを得る方法がある。ここで,ｍａｘ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂのうち大なるものを抽出すること示す。あるいは
を定義して、Ｙ（ｋ）が極大値となるｋを得る方法がある。ここで、ｍｉｎ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂのうち小なるものを抽出することを示す。
【００１２】
上述の方法によって目的とする撮影レンズのピント状態を検出することが可能であるが、言うまでもなく適切な光線を焦点検出用のセンサ列に導く必要がある。光線を焦点検出用のセンサ列に導く方法も多く提案されているが、その一例が以下の特許文献３である。
【００１３】
上記特許文献３に開示された光学装置の概略の構成を、図２４に示す。同図において、９４１は撮影光学系、９４２は写真フィルムやＣＣＤセンサなどであって、可視光に対してのみ感度を有する受光部、９４３はビームスプリッタである。受光部９４２で撮像された画像は、フィルムカメラであれば現像されて写真原版となり、デジタルカラーカメラであれば電子ビューファインダー（ＥＶＦ）に表示されたり、メモリに記録されたり、あるいはプリンタに出力されたりする。上記ビームスプリッタ９４３の光分割機能面９４３ａには誘電体多層膜が形成され、撮影光学系９４１から射出された物体光の可視光成分のうち、略５０％が反射され、残りの略５０％が透過する。光分割機能面９４３ａで反射された光は、ビームスプリッタ９４３の面９４３ｂで全反射し、面９４３ｃを通ってビームスプリッタ９４３の外部に射出される。この光学装置では、焦点検出に必要な光束のみをＡＦセンサに導く構成のため、ビームスプリッタの小型化が可能である。
【００１４】
しかしながら、上記特許文献３では、光分割機能面９４３ａの大きさを撮像光束全体をカバーする大きさにしないと直進光を用いて撮像した画像に輝度ムラが発生し、品位を著しく損ねることになる。また、ビームスプリッタ９４３を撮影光学系の瞳面近傍に配置すれば輝度ムラは起き難いが、瞳の中央部を通過する光量が削られるために、画像のコントラストが低下することになって好ましくない。
【００１５】
また、光分割機能面９４３ａを通過した可視光は前述のように１／２に減衰している。したがって、仮に、撮像の対象物が均一輝度面であったとすると、受光部９４２によって撮像された画像は、図２５に示すように、中央の暗い領域９５１を挟んで上下に明るい領域９５２と９５３が形成された画像９５０のようになってしまう。こういった現象は、特に青空や建物の白壁などを撮影した場合に均一輝度であるはずの部分に不自然な輝度差が目立ち、たいへん品位を損なった画像となって好ましくないものであった。
【００１６】
また、特許文献３に開示された光学装置の他の実施例では、光束の全体を偏光ビームスプリッタで覆うために、偏光ビームスプリッタが大型化し、結果として光学レンズ群と撮像素子の間の寸法を大きくとらなければならず、装置の小型化を図ることが困難である。
【００１７】
次に、特許文献４に開示された技術について説明する。一般に、撮影光学系を通して取り込んだ光束の光路を複数に分割して受光部へ導く光学的な構造にあっては、複数に分割された光束の波長特性が実質的に同一であることが多くの場合利点を生むことになる。
【００１８】
しかしながら、特許文献４のカメラでは、ビームスプリッタで分割した赤外域近くの波長域の光束を焦点検出に用いるので、焦点検出を正しく機能させるために撮影光学系の収差補正がこの波長域でも行われていることを必要とする。収差補正が不十分である場合には、赤外域近くの光を利用して可視波長域のピントを厳密に合わせることは不可能である。一方、可視波長域に加えて赤外域近くまで収差補正を行おうとすると、特殊なガラスを用いるとか、撮影光学系のレンズ構成枚数を増やす、といった処置が必要となる。よって、コストアップや大型化を引き起こし、好ましくない。特に、一眼レフカメラのように撮影光学系が交換可能で、大規模な交換レンズシステムを備えている場合には、交換レンズシステム全体をこのような焦点検出システムに対応させる必要があり、実現は極めて困難といえる。
【００１９】
また、ビームスプリッタで分割した光束を用いて物体輝度の測定を行い、撮像露光量を決定する場合についても、焦点検出と類似の現象を生じる。すなわち、輝度測定のための波長域が撮像の波長域からずれていると、輝度測定のための波長域に含まれる光エネルギー量から露光のための波長域に含まれる光エネルギーを推定することが厳密にはできない。これに起因し、物体輝度の測定に基づいて露光量を決定し撮像を行っても、露出アンダーや露出オーバーの撮像結果が起こり得る。
【００２０】
（発明の目的）
本発明の目的は、解像度を低下させることなく、撮像面上の光量を制御することのできる撮像装置を提供しようとするものである。
【００２１】
さらに、分割された十分な光束により焦点検出を行うことのできる撮像装置を提供しようとするものである。
【００２２】
さらに、光束分割手段の小型化を図ることのできる撮像装置を提供しようとするものである。
【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、請求項１に記載の発明は、撮影光学系と撮像面の間に配置され、前記撮影光学系を通過して撮像面へ向かう光束を偏向方向によって分割する光束分割手段と、前記光束分割手段で分割された光束を基に焦点状態信号を出力する焦点検出手段と、前記撮影光学糸と前記撮像面の間に配置され、所定の偏向成分を除去する減光手段とを有し、前記減光手段が、前記光束分割手段に対して相対的に回転可能であり、その回転位置により前記撮像面上の光量を調節可能である撮像装置とするものである。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明は、前記減光手段が、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第１の位置と、前記光束分割手段を透過する光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第２の位置との間で回転可能である請求項１に記載の撮像装置とするものである。
【００２５】
また、請求項３に記載の発明は、前記光束分割手段と前記撮影光学系の間と前記光束分割手段と前記減光手段の間のいずれか一方または両方に、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第２の減光手段を有する請求項１または２に記載の撮像装置とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、解像度を低下させることなく、撮像面上の光量を制御することができる撮像装置を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし実施例３に示す通りである。
【実施例１】
【００２８】
図１〜図９を用いて、本発明の実施例１に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。図１はデジタルカメラの断面図であって、焦点調節を行ってＥＶＦ（Electronic View Finder）用画像を取り込む状態を示している。同図において、１０１はデジタルカメラ本体、１０２は物体像を形成するための撮影光学系、１０４は撮影光学系１０２の光軸、１０５は撮影光学系１０２を収納するレンズ鏡筒である。撮影光学系１０２は不図示のエネルギー源と不図示の駆動機構により結像位置を光軸１０４の方向に調節可能である。フォーカシングレンズを柔軟性のある透明弾性部材や液体レンズで構成し、界面形状を変化させて屈折力を変えることで、物体にピントを合わせることもできる。撮影光学系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であっても良い。また、種々の特性（Ｆナンバーや焦点距離など）をもった撮影光学系に交換可能であっても良い。
【００２９】
１０３はビームスプリッタ、１１１はシャッタレリーズ釦、１０７はディスプレイ装置である。１０８は画像データを格納するメモリ、１０９は光学ファインダの接眼レンズ、１１０はプリンタ等とのデータ通信を行う通信装置である。１０６は２次元型ＣＭＯＳ受光センサ、１１２は焦点検出用センサ、１１３は光学ローパスフィルタである。
【００３０】
上記ビームスプリッタ１０３と光学ローパスフィルタ１１３の間には、減光手段１１６が設けられている。減光手段１１６は不図示の機械的駆動手段に係合し、不図示の測光センサまたは撮像素子１０６からの信号を元にビームスプリッタ１０３に対して相対的に回転し、適当な位置に制御される。ＥＶＦ用画像の取り込み時には、ビームスプリッタ１０３を透過した光束が、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上に投影されるようになっている。
【００３１】
ディスプレイ装置１０７はカメラの背面に取り付けられており、ＣＭＯＳ受光センサ１０６で捉えられた物体像が該ディスプレイ装置１０７上に表示される。使用者はＥＶＦとして直接これを観察することができる。
【００３２】
ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、増幅型固体撮像素子の１つであるＣＭＯＳプロセスコンパチブルのセンサである。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、エリアセンサ部のＭＯＳトランジスタと撮像素子駆動回路、ＡＤ変換回路、画像処理回路といった周辺回路を同一工程で形成できる。このため、マスク枚数、プロセス工程がＣＣＤと比較して大幅に削減できるという利点を有する。また、任意の画素へのランダムアクセスが可能という特長も有し、画素を間引いた読み出しを行うと高い表示レートで画像のリアルタイム表示を行える。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、この特長を利用し、間引き読み出しによるＥＶＦ用画像出力動作と全ての画素を読み出す高精彩画像出力動作を行う。
【００３３】
図２は上記デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。まず、物体像の撮像、記録に関する部分から説明する。
【００３４】
デジタルカメラは、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮影光学系１０２、ＣＭＯＳ受光センサ１０６を含み、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。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ＣＭＯＳ受光センサ駆動回路１３７を含む。１３８は外部のコンピュータ等に接続して、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小型燃料電池によって駆動される。
【００３５】
撮像系は、物体からの光を、撮影光学系１０２を介してＣＭＯＳ受光センサ１０６の撮像面に結像する光学処理系であり、ビームスプリッタ１０３と減光手段１１６の相対角度を調節し、適切な光量の物体光をＣＭＯＳ受光センサ１０６に露光する。この動作は後に詳述する。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は、正方画素が長辺方向に３７００個、短辺方向に２８００個並べられ、合計約１０００万個の画素数を有する受光素子が適用される。そして、各画素にＲ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）のカラーフィルターを交互に配して４画素が一組となる所謂ベイヤー配列を形成している。
【００３６】
ＲＧＢ画像処理回路１３１は、Ａ／Ｄ変換器１３０を介してＣＭＯＳ受光センサ１０６ から受けた受光センサの画素数の画像信号を処理するものであり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、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。ＹＣ処理回路１３２は、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成する信号処理回路である。そして、高域輝度信号ＹＨを生成する回路、低域輝度信号ＹＬを生成する回路、および、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを生成する回路で構成されている。輝度信号Ｙは高域輝度信号ＹＨと低域輝度信号ＹＬを合成することによって形成される。
【００３７】
記録再生系は、メモリへの画像信号の出力とディスプレイ装置１０７への画像信号の出力とを行う処理系であり、記録処理回路１３３はメモリへの画像信号の書き込み処理および読み出し処理を行う。また、再生処理回路１３４はメモリから読み出した画像信号を再生して、ディスプレイ装置１０７に出力する。
【００３８】
上記記録処理回路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、また、圧縮データを読み出した際に伸張する圧縮伸張回路を内部に有する。この圧縮伸張回路は、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画像毎に蓄積して、それぞれ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装置１０７に出力され、可視画像が表示再生される。再生処理回路１３４とディスプレイ装置１０７の間、あるいはプリンタとの間はＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信手段を介して接続されてもよい。このように構成すれば、このデジタルカメラで撮像する画像を離れたところからモニターすることや、撮影した画像をパーソナルコンピュータを介さずに印刷することが可能となる。
【００４０】
制御系は、シャッタレリーズ釦１１１等の操作を検出する操作検出回路１３６と、その検出信号に応動して各部を制御し、撮像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。また、該カメラシステム制御回路１３５の制御の下にＣＭＯＳ受光センサ１０６を駆動する駆動信号を生成するＣＭＯＳ受光センサ駆動回路１３７をも含む。更には、光学ファインダ内の情報表示装置やカメラの外面にある情報表示装置を制御する情報表示回路１４２をも含む。
【００４１】
上記制御系は、外部操作に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、シャッタレリーズ釦１１１の押下を検出して、ＣＭＯＳ受光センサ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。さらには、情報表示回路１４２によって光学ファインダ等に情報表示を行う情報表示装置の各セグメントの状態も制御する。
【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】
ＡＦ制御回路１４０は、撮影画面上の所定位置に対応して設定された焦点検出用センサ１１２の焦点検出視野の信号出力を得て焦点検出信号を生成し、撮影光学系１０２の結像状態を検出する。デフォーカス量が検出されると、これを撮影光学系１０２の一部の要素であるフォーカシングレンズの駆動量に変換し、カメラシステム制御回路１３５を中継してレンズシステム制御回路１４１に送信する。また、移動する物体に対しては、シャッタレリーズ釦１１１が押下さ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したときには、不図示の閃光発光装置、あるいは不図示の白色ＬＥＤや蛍光管によって物体を照明し、不足していた輝度を補う。レンズシステム制御回路１４１は、フォーカシングレンズの駆動量を受信すると、不図示の駆動機構によって撮影光学系１０２内のフォーカシングレンズを光軸１０４方向に移動させて、物体にピントを合わせる。
【００４４】
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。このとき、シャッタレリーズ釦１１１が２段目まで押下されれば、前述のごとく撮像系、画像処理系、記録再生系による撮像制御が成される。
【００４５】
図３はデジタルカメラ１０１のレンズ鏡筒１０５部分の断面図である。図４は、ビームスプリッタ１０３、減光手段１１６、コンデンサレンズ１１４、メガネレンズ１１７および焦点検出用センサ１１２で構成される機能ユニット１１８の模式図である。これらの図を用いて機能ユニット１１８とその周辺部分について詳述する。
【００４６】
ビームスプリッタ１０３は、撮影光学系１０２を構成するレンズ１０２ａと１０２ｂ（不図示）の間に位置する。レンズ１０２ａはフォーカシングレンズであって、例えば光軸１０４方向に移動することで、ピント調節を行う。ＣＭＯＳ受光センサ１０６は撮影光学系１０２の予定結像面に配設され、このＣＭＯＳ受光センサ１０６のカバーガラス１０６ａが封止部材１１５を介して固定されている。こういった構成を採ることで、ＣＭＯＳ受光センサ１０６のカバーガラス１０６ａに塵が付着する可能性はなく、塵の付着する可能性があるとすれば、レンズ１０２ｂの入射面となる。ＣＭＯＳ受光センサ１０６の受光面から塵の位置までは十分長いので、不図示のレンズ１０２ｂの入射面に付着した塵が画面に写り込むことはほとんどない。
【００４７】
概略の撮像シーケンスは、例えば図５に示す例のように行われる。すなわち、デジタルカメラは、電源投入によってシャッタレリーズ釦１１１が操作されるのを待機し、レリーズ釦の１段目押下によって不図示のスイッチＳＷ１がＯＮ（＃１０１）すると、オートフォーカス動作を行う（＃１０２〜＃１０５）。そして、シャッタレリーズ釦１１１の２段目押下によって不図示のスイッチＳＷ２がＯＮ（＃１０６）すると、撮像およびメモリ１０８に対する情報の保存を行う（＃１０８，＃１０９）。その後は再度スイッチＳＷ１がＯＮされるのを待機する状態に復帰する。
【００４８】
次に、光束分割について説明を行う。ビームスプリッタ１０３は、図４に示すように、偏光方向によって光束を分割可能な光分割機能面１０３ａをもつ。図４に示す機能ユニット１１８の模式図では、光分割機能面１０３ａが誘電体多層膜などで形成された偏光ビームスプリッタとして形成された例を示している。ビームスプリッタ１０３の光入射面は面１０３ｂで構成され、直進光の射出面は面１０３ｄで構成されている。面１０３ｂと面１０３ｄは略平行である。また、ビームスプリッタ１０３はＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を全て覆うように設けられている。このようにすることで、ビームスプリッタ１０３は直進する光に対し平行平板として機能する。また、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を全て覆うために画像の一部が暗くなるなどの輝度分布が発生せず、高品位な像を得ることが出来る。
【００４９】
光分割機能面１０３ａの望ましい光学特性は、例えば図６に示す通りであって、Ｐ偏光に対しては可視光領域で透過率が高く、Ｓ偏光に対しては反射率が高い。このように構成することで、ビームスプリッタ１０３に入射した光束のうち、Ｓ偏光成分は光分割機能面１０３ａで反射され、面１０３ｃから図中下方へ射出される。面１０３ｃに対向する位置には、焦点検出に使用する光束を集める働きをするコンデンサレンズ１１４が配置される。そして、このコンデンサレンズ１１４を透過した光がメガネレンズ１１７を介して焦点検出用センサ１１２に入射し、これによって瞳分割方式による焦点検出機能が動作する。すなわち、焦点検出用センサ１１２に入射した光束から、撮影光学系１０２のピント状態を把握することが可能となる。
【００５０】
光分割機能面１０３ａの光学特性は上記した通りであり、ビームスプリッタ１０３で分割された光束の分光特性を直進光と実質的に同一とし、この光束によって焦点検出機能を動作させる。焦点検出用センサ１１２に入射する分光特性は光分割機面１０３ａでのＳ偏光の反射率の分光特性が支配的となる。しかし、図６に示したように、波長によらず高い反射率を持つような光分割機能面１０３ａを用いることで、十分な光量でかつ撮像面に入射する光束と実質的に同一な光束により高精度な焦点検出が可能である。
【００５１】
上記ビームスプリッタ１０３とＣＭＯＳ受光センサ１０６の間には、いわゆる偏光フィルタである減光手段１１６が配置されている。この減光手段１１６は、図示しない駆動手段によって、ビームスプリッタ１０３におけるＳ偏光を吸収（遮断）する第１の位置と、ビームスプリッタ１０３におけるＰ偏光を吸収（遮断）する第２の位置、の間を移動可能に構成されている。
【００５２】
偏光フィルタからなる減光手段１１６の好適な分光透過率特性を、図７に示す。ＬＣＤなどに用いられる偏光フィルタの好適な特性はいわゆるクロスニコルの状態での消光比が重要である。そのため、透過率は、消光比が所望の値の取れる範囲で高いものを選択するのが一般的である。しかし、本実施例においては、消光比は５０：１程度で十分である。一方で、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上での像の色や明るさを劣化させないために、分光特性と透過率がより重要な特性となる。
【００５３】
次に、本実施例における要部構成である機能ユニット１１８について、図８および図９を用いて説明する。図８は、機能ユニット１１８での光束の分割と光量を説明する図である。図９は、減光手段１１６とビームスプリッタ１０３の相対位置に対するＣＭＯＳセンサ１０６での光量の関係を説明する図である。
【００５４】
図８において、１５０は撮影光学系１０２を通過した光束を示す。１５１は光分割機能面１０３ａで分割されて焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束を示す。１５２は光分割機能面１０３ａを透過して減光手段１１６へ向かう光束を示す。１５３は減光手段１１６を透過してＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を示す。
【００５５】
図９では、光束は中心光束のみ線で示している。図９において、１１６ａは減光手段１１６の偏光方位角を示す。図９（ａ）は、光分割機能面１０３ａによって焦点検出用センサ１１２に導かれた偏光成分と同一の偏光成分を吸収する減光手段１１６の第１の位置を示している。図９（ｃ）は、光分割機能面１０３ａを透過した偏光成分と同一の偏光成分を吸収する減光手段１１６の第２の位置を示している。図９（ｂ）は、減光手段１１６が上記第１の位置と第２の位置の間にある状態を示している。
【００５６】
図８に模式的に示したように、焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束は焦点検出動作に必要な光束のみでよい。そこで、本実施例では、撮影光学系１０２を通過した光束１５０を全て覆うように光分割機能面１０３ａが存在するが、そのうちの一部は、焦点検出用センサ１１２へ届かず、透過する。
【００５７】
減光手段１１６が図９（ａ）に示す第１の位置にあるとき、撮影光学系１０２を通過した光束１５０の光束量を１００とし、光分割機能面１０３ａの特性が図７に示すものとする。この場合、焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束１５１の光束量は４５以上、減光手段１１６へ向かう光束１５２の光束量は４５以上、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束１５３の光束量は４０．５以上となる。
【００５８】
また、減光手段１１６が図９（ｃ）に示す第２の位置にあるときは、焦点検出用センサ１１２へ導かれる光束１５１の光束量は４５以上、減光手段１１６へ向かう光束１５２の光束量は４５以上、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束１５３の光束量は２程度となる。また、図９（ｂ）に示す位置にあるときは、減光手段１１６の偏光方位角１１６ａによって光量を連続的に変化させることが可能となる。
【００５９】
つまり、ＣＭＯＳ受光センサ１０６での光量は、減光手段１１６の偏光方位角１１６ａによって制御可能であり、特許文献１に示されているように、撮影装置の絞りとして使用可能である。また、従来のメカニカルな絞りと違い、装置を小型化した際にも回折現象による解像度の低下といった問題を引き起こさない。
【００６０】
本実施例１によれば、以下のような効果を有する。
（１）光束分割手段であるビームスプリッタ１０３に対して減光手段１１６を相対的に回転可能にしている。つまり、図９に示すように、減光手段１１６を第１の位置（図９（ａ）の位置）と第２の位置（（図９（ｃ）の位置）の間で回転可能にして、偏光方位角１１６ａを可変にしている。よって、回折現象による解像度の低下を引き起こすことなく、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上の光量を連続的に変化させることが出来る。
（２）ビームスプリッタ１０３がＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束を全て覆うように設けられている。そのため、図２５のように、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上の画像の一部が暗くなるなどの輝度分布が発生しない。よって、ＣＭＯＳ受光センサ１０６上にビームスプリッタ１０３の像が写らず、高品位な画像を得ることが出来る。
（３）ビームスプリッタ１０３に入射した光束のうち、光分割機能面１０３ａによってＰ偏光成分は透過され、Ｓ偏光成分は反射される。よって、ＣＭＯＳ受光センサ１０６に導かれる光束と実質同一の光束で焦点検出を行うことが出来る。
【００６１】
以上のように、簡易な構成で多くの効果を得ることができ、ＣＭＯＳ受光センサ１０６へ向かう光束全体を覆うビームスプリッタ１０３とその偏光を利用した減光手段１１６を用いる効果はきわめて大きいといえる。
【実施例２】
【００６２】
次に、図１０〜図１５を用いて、本発明の実施例２に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。
【００６３】
図１０及び図１１はデジタルカメラの断面図であり、同図において、２０１はデジタルカメラ本体、２０２は物体像を形成するための撮影光学系である。２０４は撮影光学系２０２の光軸、２０５は撮影光学系２０２を収納するレンズ鏡筒である。２０３はビームスプリッタ、２１１はシャッタレリーズ釦、２０７はディスプレイ装置、２０８は画像データを格納するメモリである。２０９は光学ファインダの接眼レンズ、２１０はプリンタ等とのデータ通信を行う無線通信装置である。２０６は２次元型ＣＭＯＳ受光センサ、２１２は焦点検出用センサ、２１３は光学ローパスフィルタ、２１４はコンデンサレンズ、２１６は減光手段、２１７はメガネレンズである。それぞれの機能などは上記実施例１と同一のため、その説明を省略する。また、電気的な回路構成は図２に示す構成と同様であるものとする。
【００６４】
２１９は減光手段２１６を透過した直線偏光を円偏光にする１／４波長板である。１／４波長板２１９は上記の機能を持たせるために減光手段２１６に対して位置決めされ、一体として動作を行う。２２０ａは第２の減光手段である。２１８は機能ユニットであり、ビームスプリッタ２０３、減光手段２１６、コンデンサレンズ２１４、メガネレンズ２１７、焦点検出用センサ２１２、１／４波長板２１９および第２の減光手段２２０ａで構成される。
【００６５】
機能ユニット２１８は、図１１に示すように、図示しない駆動手段によって、撮影光学系２０２からＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光路から退避することができる。この退避動作は、機能ユニット２１８よる光量の減少が問題となると判定された場合などに行われる。
【００６６】
本実施例２における機能ユニット２１８の詳細例を、図１２（ａ）ないし図１２（ｃ）に示す。
【００６７】
図１２（ａ）〜（ｃ）において、ビームスプリッタ２０３の入射面は２つの一致した面２０３ｂ，２０３ｃによって構成され、射出面は２つの一致した面２０３ｅ，２０３ｆによって構成される。このようにすることにより、ビームスプリッタ２０３は直進する光に対し平行平板として機能する。また、光分割機能面２０３ａは撮影光学系２０２を通過した光束のうち、焦点検出に必要なエリアのみを覆うように配置されている。この光分割機能面２０３ａで分割され、焦点検出用センサ２１２へ向かう光束は、面２０３ｄから射出される。面２０３ｄに対向する位置には、焦点検出に使用する光束を集める働きをするコンデンサレンズ２１４が配置される。このコンデンサレンズ２１４を透過した光がメガネレンズ２１７を介して焦点検出用センサ２１２に入射し、これによって瞳分割方式による焦点検出機能が動作する。すなわち、焦点検出用センサ２１２に入射した光束から、撮影光学系２０２のピント状態を把握することが可能となる。
【００６８】
図１２から明らかなように、焦点検出に必要なエリアのみに光分割機能面２０３ａを設けることで、上記実施例１に比べて、ビームスプリッタ２０３を光軸方向に薄型化することが可能となる。
【００６９】
図１２（ａ）は、第２の減光手段２２０ａを撮影光学系２０２とビームスプリッタ２０３の間に配置した例である。
【００７０】
上下に配置される第２の減光手段２２０ａは、第１の減光手段２１６と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図７に示したような特性とする。このとき、第２の減光手段２２０ａはビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収（遮断）する方向に設けられる。また、第２の減光手段２２０ａには開口部２２０ｃが設けられており、この開口部２２０ｃは物体側から光軸に沿って見たときにビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａの部分が開口しているように設けられる。上記位置に配置される第２の減光手段２２０ａは、ビームスプリッタ２０３に対して位置決めされ、固定される。
【００７１】
上記の条件で開口部２２０ｃを設けることで、撮影光学系２０２がテレセントリック光学系に近い場合には、撮影光学系２０２を通して機能ユニット２０９に入射した光束は、第２の減光手段２２０ａ、光分割機能面２０３ａのいずれか一方のみを通過して第１の減光手段２１６へ向かう。
【００７２】
さらに第１の減光手段２１６は、第２の減光手段２２０ａおよびビームスプリッタ２０３に対して光軸を中心として、図示しない駆動手段によって、光分割機能面２０３ａにおけるＳ偏光を吸収断する第１の位置と、光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収する第２の位置、の間を移動可能である。第１の減光手段２１６を適切に移動させることで、特許文献１に開示されているように、撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
【００７３】
図１３（ａ）に、図１２（ａ）に示した例の光量を説明する模式図を示している。図１３（ａ）において、２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃは撮影光学系２０２を通過した光束を示す。２５１ａ，２５１ｃは第２の減光手段２２０ａを透過して減光手段２１６へ向かう光束を示す。２５１ｂは第２の減光手段２２０ａに設けられた開口２２０ｃを通過して光分割機能面２０３ａへ向かう光束を示す。２５１ｄは光分割機能面２０３ａを透過して減光手段２１６へ向かう光束を示す。２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃは第１の減光手段２１６を透過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束を示す。２５３は光分割機能面２０３ａで分割され、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束を示す。
【００７４】
図１３（ａ）において、撮影光学系２０２を通過した光束２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃの光束量を１００とし、光分割機能面２０３ａの特性は図６に示したもの、第１の減光手段２１６および第２の減光手段２２０ａの特性は図７に示したものとする。この場合、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束２５３の光束量は４５以上、第２の減光手段２２０ａまたは光分割機能面２０３ａを通過して第１の減光手段２１６へ向かう光束２５１ａ，２５１ｃ，２５１ｄはいずれも４５以上となる。また、第１の減光手段２１６を透過した光束２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃはいずれも同一であり、第１の減光手段２１６と光分割機能面２０３ａの相対的な角度によって略０から略４０で可変である。すなわち、全面均一で光量可変となる。
【００７５】
機能ユニット２１８には、第１の減光手段２１６と図１２（ａ）では図示していない光学ローパスフィルタ２１３（図１０参照）の間に、１／４波長板２１９が具備されており、第１の減光手段２１６を透過した直線偏光を円偏光に変換する。複屈折を利用した光学ローパスフィルタ２１３を用いている場合は、直線偏光が入射すると、該光学ローパスフィルタ２１３が適切に作用せずに偽色を発生する可能性がある。１／４波長板２１９を第１の減光手段２１６と光学ローパスフィルタ２１３の間に配置することで、前記問題が無くなる。１／４波長板２１９は第１の減光手段２１６と一体とされた、いわゆる円偏光フィルタとして配置されても良い。
【００７６】
図１２（ｂ）は、第２の減光手段２２０ａ、第２の減光手段２２０ｂを、撮影光学系２０２とビームスプリッタ２０３の間、および、ビームスプリッタ２０３と第１の減光手段２１６の双方に配置した例である。
【００７７】
第２の減光手段２２０ａ，２２０ｂは、第１の減光手段２１６と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図７に示したような特性とする。また、第１の減光手段２１６は１／４波長板を一体に備えた円偏光フィルタで構成する。このとき、第２の減光手段２２０ａはビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収（遮断）する方向に設けられる。また、第２の減光手段２２０ａは光軸方向から見た際に光分割機能面２０３ａが存在しない一方の部分を覆うように設けられており、第２の減光手段２２０ｂはその他方を覆うように設けられている。上記位置に配置される第２の減光手段２２０ａ，２２０ｂは、ビームスプリッタ２０３に対して位置決めされ、固定される。
【００７８】
上記の条件で分割して減光手段を設けることで、撮影光学系２０２を通して機能ユニット２１８に入射した光束は、第２の減光手段２２０ａ，２２０ｂ、光分割機能面２０３ａのいずれか一つのみを通過して第１の減光手段２１６へ向かう。
【００７９】
図１３（ａ）に示した例に比べて、撮影光学系２０２を通過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束が、光軸に対して大きな角度を持つ場合であっても、ＣＭＯＳ受光センサ上で均一な輝度を得ることが可能となる。
【００８０】
さらに第１の減光手段２１６は、第２の減光手段２２０ａおよびビームスプリッタ２０３に対して光軸を中心として駆動される。詳しくは、図示しない駆動手段によって、光分割機能面２０３ａにおけるＳ偏光を吸収する第１の位置と、光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収する第２の位置、の間を移動可能である。この第１の減光手段２１６を適切に移動させることで、特許文献１に開示されているように、撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
【００８１】
図１２（ｃ）は、第２の減光手段２２０ａをビームスプリッタ２０３と第１の減光手段２１６の間に配置した例である。
【００８２】
第２の減光手段２２０ａは、撮影光学系２０２を通過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かうすべての光束を覆うように配置される。第２の減光手段２２０ａは第１の減光手段２１６と同様に偏光フィルタによって構成され、その特性は図７に示したような特性とする。また、第１の減光手段２１６は１／４波長板を一体に備えた円偏光フィルタで構成される。このとき、第２の減光手段２２０ａは、ビームスプリッタ２０３の光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収（遮断）する方向に設けられる。前記位置に配置される第２の減光手段２２０ａは、ビームスプリッタ２０３に対して位置決めされ、固定される。
【００８３】
さらに第１の減光手段２１６は、第２の減光手段２２０ａおよびビームスプリッタ２０３に対して光軸を中心として駆動される。詳しくは、図示しない駆動手段によって、光分割機能面２０３ａにおけるＳ偏光を吸収する第１の位置と、光分割機能面２０３ａにおけるＰ偏光を吸収する第２の位置の間を移動可能である。この第１の減光手段２１６を適切に移動させることで、特開平０５−２０７３８４号公報に開示されているように撮像面で所望の光量を得ることが出来る。
【００８４】
図１３（ｂ）に、図１２（ｃ）に示した例の光量を説明する模式図を示している。図１３（ｂ）において、２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃは撮影光学系２０２を通過した光束を示す。２６１ａは光分割機能面２０３ａを透過して第２の減光手段２２０ａへ向かう光束を示す。２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃは第２の減光手段２２０ａを透過して第１の減光手段２１６へ向かう光束を示す。２６３ａ，２６３ｂ，２６３ｃは第１の減光手段２１６を透過してＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束を示す。２６４は光分割機能面２０３ａで分割され、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束を示す。このとき、光分割機能面２０３ａの望ましい特性は、例えば図１４に示すようになる。Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光に関しては第２の減光手段２２０ａで吸収されるため、厳しくは規制されない。
【００８５】
図１３（ａ）において、撮影光学系２０２を通過した光束２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃの光束量を１００とし、光分割機能面２０３ａの特性は図１４に示したもの、第１の減光手段２１６および第２の減光手段２２０ａの特性は図７に示したものとする。この場合、焦点検出用センサ２１２へ導かれる光束２５３の光束量は４２以上、第２の減光手段２２０ａまたは光分割機能面２０３ａを通過して第２の減光手段２２０ａへ向かう光束２６１ａは４７以上となる。第２の減光手段２２０ａを透過した光束２６２ａ，２６２ｃは４５以上、光束２６２ｂは４３以上となる。すなわち、光分割機能面２０３ａでのＰ偏光の透過率を上げることで、光束２６２ａ，２６２ｂ，２６２ｃはいずれも略同一の光束量とすることが出来る。その結果、第１の減光手段２１６を透過した光束２６３ａ，２６３ｂ，２６３ｃはいずれも同一であり、第１の減光手段２１６と光分割機能面２０３ａの相対的な角度によって略０から略４０で可変である。すなわち、全面均一で光量可変となる。
【００８６】
次に、図１５を用いて、機能ユニット２１８の回転動作について説明する。図１５は機能ユニット２１８を備えたカメラを正面から見た図である。説明のために、図１５に示すようにＸ，Ｙ軸を設定する。
【００８７】
機能ユニット２１８は光路に挿入された位置において光軸周りに９０度以上回転可能に配置されている。例として、図１５（ａ）に示すように、焦点検出用センサ２１２がＹ方向にある場合を第１の位置、図１５（ｂ）に示すように、焦点検出用センサ２１２がＸ方向にある場合を第２の位置の位置とする。９０度以上回転可能であれば必ずしも上記のように第１の位置と第２の位置を設定する必要はない。
【００８８】
本実施例２において、第２の減光手段２２０ａおよび光分割機能面２０３ａは偏光方向によって選択的に減光および分割を行う。そのため、カメラにとっては機能ユニット２１８と一体として光軸周りに回転させることで、いわゆる偏光フィルタとして使用可能である。具体的には、図１５（ａ）の位置においては、Ｘ軸方向が光分割機能面２０３ａのＳ偏光となるために、Ｘ軸方向に電界ベクトルを持つ偏光はＣＭＯＳ受光センサ２０６には届かず、Ｙ軸方向に電界ベクトルを持つ偏光のみがＣＭＯＳ受光センサ２０６に届く。図１５（ｂ）ではその反対となる。
【００８９】
偏光フィルタの制御は、例えば特開２００１−１００２８５号公報に開示されている手段などによって適切に、または、ユーザーによって手動で行われる。偏光フィルタを活用することで、正反射光を除去したいガラスを通しての夜景撮影などのシーンにおいても所望の画像が得られる。
【００９０】
なお、１／４波長板２１９は前述した実施例１に用いられても効果がある。
【００９１】
本実施例２によれば、以下の効果を得ることが出来る。
（１）ＣＭＯＳ受光センサ２０６上にビームスプリッタ２０３の像が写らず、高品位な画像を得ることが出来る。
（２）ＣＭＯＳ受光センサ２０６に導かれる光束と実質同一の光束で焦点検出を行うことが出来る。
（３）解像度の低下を引き起こすことなく、ＣＭＯＳ受光センサ２０６上の光量を連続的に変化させることが出来る。
（４）ビームスプリッタ２０３の小型化、ひいては装置の小型化を図ることが出来る。
（５）低輝度の被写体に対しても適切に撮像を行うことが出来る。
（６）複屈折を利用した光学ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を持つ撮像系であっても、偽色を発生させることがない。
（７）内蔵された偏光フィルタを活用して撮影が可能である。
【００９２】
以上のように、簡易な構成で多くの効果を得ることができ、ＣＭＯＳ受光センサ２０６へ向かう光束のうち、焦点検出に必要な範囲を覆う偏光ビームスプリッタ２０３と偏光を利用した減光手段（２２０ａ，２２０ｂ，２１６）を設ける効果、機能ユニット２１８を光路外に退避可能に設ける効果、および機能ユニット２１８を回転可能に設ける効果、はきわめて大きいといえる。
【実施例３】
【００９３】
次に、図１６〜図１９を用いて、本発明の実施例３に係わる撮像装置であるところのデジタルカメラについて説明する。
【００９４】
図１６及び図１７はデジタルカメラの断面図である。同図において、３０１はデジタルカメラ本体、３０２は物体像を形成するための撮影光学系、３０４は撮影光学系３０２の光軸、３０５は撮影光学系３０２を収納するレンズ鏡筒である。３０３はビームスプリッタ、３１１はシャッタレリーズ釦、３０７はディスプレイ装置、３０８は画像データを格納するメモリである。３０９は光学ファインダの接眼レンズ、３１０はプリンタ等とのデータ通信を行う無線通信装置である。３０６は２次元型ＣＭＯＳ受光センサ、３１２は焦点検出用センサ、３１３は光学ローパスフィルタ、３１４はコンデンサレンズ、３１６は第１の減光手段、３１７はメガネレンズである。それぞれの機能などは上記の実施例１と同一のため説明を省略する。また、電気的構成は図２に示す構成であるものとする。
【００９５】
３３０はフィルム状の第２の減光手段である。３１８は機能ユニットであり、ビームスプリッタ３０３、第１の減光手段３１６、コンデンサレンズ３１４、メガネレンズ３１７、焦点検出用センサ３１２および第２の減光手段３３０で構成される。
【００９６】
機能ユニット３１８は、図１７に示すように、図示しない駆動手段によって、撮影光学系３０２からＣＭＯＳ受光センサ３０６へ向かう光路から退避することができる。この退避動作は、機能ユニット３１８よる光量の減少が問題となると判定された場合などに行われる。
【００９７】
図１８および図１９を用いて、本実施例３における機能ユニット３１８について説明する。図１８は機能ユニット３１８の詳細図であり、図１９はビームスプリッタ３０３の作成方法の例を示す図である。
【００９８】
図１８において、フィルム状の第２の減光手段３３０は、特性の入射角において偏光方向によって光束の分割を行い、垂直入射の際に略半分の光線を透過させる機能を持つものである。例えば、光学プラスチックから入射した場合に偏光ビームスプリッタとして機能する誘電体多層膜をフィルム上に蒸着したものである。
【００９９】
ビームスプリッタ３０３は、図１９に示すようにして、第２の減光手段３３０と一体にされる。図１９（ａ）にあるように、ビームスプリッタ３０３は２つのプリズム３０３ａ，３０３ｂからなる。プリズム３０３ａとプリズム３０３ｂの間にフィルム状の第２の減光手段３３０を挿入した後、図１９（ｂ）にあるように、第２の減光手段３３０を挟み込むように２つのプリズム３０３ａとプリズム３０３ｂが固定される。さらにフィルム状の減光手段３３０の端部を適切に処理をして、図１９（ｃ）に示すように、一体としたプリズム３３０として形成する。
【０１００】
本実施例３によると、減光面が一体として形成されているために、減光面の不連続性が像に影響を与えることが無く、高品位な像が得られる。例えば、複数の減光手段の重複や間隙が像に影響を与えやすい。機能ユニット３１８がＣＭＯＳ受光センサ３０６の近傍に配置された場合であっても、高品位な像を得ることが出来る。また、減光手段を一体として形成するために低コスト化を図ることが可能である。
【０１０１】
本実施例３によれば、上記の実施例１および実施例２の効果を損ねることなく、装置の低コスト化を図ることが出来る。
【０１０２】
上記の実施例１ないし実施例３によれば、光束分割手段をいわゆる偏光方向によって光束を分割することが可能なビームスプリッタ（１０３，２０３，３０３）より構成しており、該ビームスプリッタと撮像面であるＣＭＯＳ受光センサ（１０６，２０６，３０６）の間に、減光手段（１１６，２１６，２２０ａ，２２０ｂ，３１６，３３０）を備えている。そして、この減光手段は、ビームスプリッタによって焦点検出用センサ１１２に向かう方向に導かれた偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第１の位置と、ビームスプリッタを透過した偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第２の位置、に移動可能である。そして、この第１の位置と第２の位置の間を連続的に、または、断続的に不図示の駆動手段により回転可能に構成している。
【０１０３】
前記減光手段は、光束分割手段であるビームスプリッタに対して、光軸を中心として相対的に回転可能である。
【０１０４】
また、減光手段と光束分割手段であるビームスプリッタは一体的に構成され、光路に挿入された位置と、光路から退避した位置、の間を移動可能である。そして、これらを光路内への挿入および光路外への退避動作を行う駆動源を用いて、上記減光手段とビームスプリッタ光束分割手段との相対回転を行うことで、装置が大型化を防ぐことができる。
【０１０５】
また、第２の減光手段を備えた例によると、ビームスプリッタを含めた装置の小型化を図ることが可能となり、結果として装置全体の小型化に寄与する。
【０１０６】
さらに、ビームスプリッタと撮像面の間に１／４波長板２１９を備えることにより、複屈折を利用した光学ＬＰＦを備えるカメラにおいても、偽色が発生することなく撮影を行うことが可能となる。更には、ビームスプリッタと撮影光学系の間に１／４波長板２１９を備えることにより、特定偏光を多く含む被写体に対しても適切な測距と撮影を行うことが可能となる。
【０１０７】
以上の各実施例によれば、
（１）撮影光学系からの光束をビームスプリッタで分割する際に、分割された光束の分光特性を実質的に直進光と同一として、ＡＦ（更にはＡＥ）機能を動作させること
（２）分割された十分な光量の光によって、上記機能を動作させること
（３）光分割構造によってカメラを大型化しないこと
（４）ビームスプリッタを直進した光に基づいた高品位な画像を得ること
（５）光の利用効率を高め、光量調整と同時にＡＦ光束を分離すること
を同時に実現することである。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施例１に係わるデジタルカメラを示す断面図である。
【図２】図１のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１のデジタルカメラのレンズ鏡筒を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１において機能ユニットを示す模式図である。
【図５】図１のデジタルカメラの撮像シーケンスを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１において光分割機能面の望ましい分光特性を示すである。
【図７】本発明の実施例１において減光手段の望ましい分光特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における機能ユニットでの光束を示す図である。
【図９】本発明の実施例１において減光手段とビームスプリッタの相対位置と光量の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２に係わるデジタルカメラを示す断面図である。
【図１１】図１０のデジタルカメラの機能ユニットが光路外に退避した状態を示す断面図である。
【図１２】図１０のデジタルカメラの機能ユニットの構成例を示す図である。
【図１３】図１０のデジタルカメラの機能ユニットでの光束を示す図である。
【図１４】本発明の実施例２において光分割機能面の望ましい分光特性を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２における機能ユニットの回転動作を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例３に係わるデジタルカメラを示す断面図である。
【図１７】図１６ノデジタルカメラの機能ユニットが光路外に退避した状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施例３における機能ユニットの構成例を示す図である。
【図１９】本発明の実施例３におけるビームスプリッタの作成方法を示す図である。
【図２０】従来の偏光板を用いた光量調整装置を示す模式図である。
【図２１】従来の偏光板を用いた光量調整装置の機能説明図である。
【図２２】一般的な瞳分割による焦点検出動作の説明図である。
【図２３】一般的な瞳分割による焦点検出動作の信号例を示す図である。
【図２４】従来のビームスプリッタを用いた焦点検出装置を示す模式図である。
【図２５】従来のビームスプリッタを用いた焦点検出装置での輝度ムラを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１ デジタルカメラ本体
１０２ 撮影光学系
１０２ａ フォーカシングレンズ
１０３ ビームスプリッタ
１０３ａ 光分割機能面
１０４ 光軸
１０６ ＣＭＯＳ受光センサ
１１２ 焦点検出用センサ
１１３ 光学ローパスフィルタ
１１６ 減光手段
１１６ａ 減光手段の偏光方位角
１１８ 機能ユニット
２０３ａ 光分割機能面
２１６ 第１の減光手段
２１８ 機能ユニット
２０３ ビームスプリッタ
２１９ １／４波長板
２２０ａ 第２の減光手段
２２０ｂ 第２の減光手段
２２０ｃ 第２の減光手段に設けられた開口
３０３ ビームスプリッタ
３０３ａ ビームスプリッタを形成するプリズム
３０３ｂ ビームスプリッタを形成するプリズム
３１６ 第１の減光手段
３１８ 機能ユニット
３３０ フィルム状の第２の減光手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系と撮像面の間に配置され、前記撮影光学系を通過して撮像面へ向かう光束を偏向方向によって分割する光束分割手段と、
前記光束分割手段で分割された光束を基に焦点状態信号を出力する焦点検出手段と、
前記撮影光学糸と前記撮像面の間に配置され、所定の偏向成分を除去する減光手段と、
を有し、
前記減光手段は、前記光束分割手段に対して相対的に回転可能であり、その回転位置により前記撮像面上の光量を調節可能であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記減光手段は、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第１の位置と、前記光束分割手段を透過する光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第２の位置との間で回転可能であ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】
前記光束分割手段と前記撮影光学系の間と前記光束分割手段と前記減光手段の間のいずれか一方または両方に、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第２の減光手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記減光手段と前記撮像面の間に、１／４波長板を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１】
撮影光学系と撮像面の間に配置され、前記撮影光学系を通過して撮像面へ向かう光束を偏向方向によって分割する光束分割手段と、
前記光束分割手段で分割された光束を基に焦点状態信号を出力する焦点検出手段と、
前記撮影光学糸と前記撮像面の間に配置され、所定の偏向成分を除去する減光手段と、
を有し、
前記減光手段は、前記光束分割手段に対して相対的に回転可能であり、その回転位置により前記撮像面上の光量を調節可能であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記減光手段は、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第１の位置と、前記光束分割手段を透過する光束の偏向成分と同一の偏向成分を吸収する第２の位置との間で回転可能であ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】
前記光束分割手段と前記撮影光学系の間と前記光束分割手段と前記減光手段の間のいずれか一方または両方に、前記光束分割手段によって前記焦点検出手段へ導かれる光束の偏光成分と同一の偏光成分を吸収する第２の減光手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記減光手段と前記撮像面の間に、１／４波長板を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００７−６５５５５（Ｐ２００７−６５５５５Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５４６２５（Ｐ２００５−２５４６２５）
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【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１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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