CN105264418B - 透镜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种透镜装置，其使成像透镜单元(1D)小型化。使表示被摄体光学图像的一部分光束在偏振棱镜(6)中向垂直下方偏转，进一步在全反射镜(40)中向前方偏转。在全反射镜(40)中全反射的光束被三向分离棱镜(91)分割为3方向。被分割为3方向的光束入射到第1光路长度差成像元件(21)、第2光路长度差成像元件(22)及相位差摄像光学系统(30)中包含的相位差成像元件(33)。根据从光路长度差成像元件(21)及(22)获得的信号进行基于光路长度差的AF，根据从相位差成像元件(33)获得的信号进行基于相位差的AF。相位差摄像光学系统(30)配置成与对被摄体光学图像进行成像的光轴(O1)平行，因此能够使成像透镜单元(1D)小型化。

Description

透镜装置
技术领域
本发明涉及一种透镜装置。
背景技术
作为相机的自聚焦，有相位差AF(自聚焦)、对比度AF等。相位差AF中，通过瞳分割将从透镜进入的光分为2个或3个以上而导入相位差AF用的传感器，根据被瞳分割的各个图像的瞳分割方向的位置偏离方向或位置偏离量，判断对焦方向和焦点的偏离量。对比度AF有：根据照在摄像元件的图像移动聚焦透镜的同时寻找对比度较大的位置来进行对焦的方式；及以配置于光路长度不同的位置的2个摄像元件拍摄被摄体，根据从各个摄像元件获得的图像信号进行对焦的方式(光路长度差AF)。还有同时使用光路长度差AF与相位差AF的方式(专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平7-43605号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
相位差AF中，通过瞳分割将从透镜进入的光分为2个而导入相位差AF用传感器，根据被瞳分割的各个图像的瞳分割方向的位置偏离方向和位置偏离量，判断对焦方向和焦点的偏离量，因此导致光学系统的长度变长。以能够利用相位差AF与对比度AF的方式构成透镜装置时，若不对光学系统的配置下功夫，则透镜装置会大型化或成为不易操作的形状。专利文献1中，并未记载在透镜装置内如何配置AF用光学系统，未考虑到如前述那样的问题。
本发明的目的在于提前防止透镜装置的大型化。
用于解决技术课题的手段
基于本发明的透镜装置，其具备：被摄体摄像光学系统，使表示被摄体光学图像的光束成像于被摄体摄像用元件的受光面；相位差AF用光学系统，其具有与被摄体摄像光学系统的光轴平行的光轴，并包含相位差摄像元件，该相位差摄像元件中，所入射的光束被瞳分割而分为多个来获得的多个被摄体光学图像成像于受光面；光路长度差AF用光学系统，包含在入射到被摄体摄像光学系统的光束的光路上配置于光路长度互不相同的位置的第1摄像元件及第2摄像元件；及光分路光学系统，将通过被摄体摄像光学系统导入被摄体摄像用元件的一部分光束导入相位差AF用光学系统及光路长度差AF用光学系统。
根据本发明，表示被摄体光学图像的光束通过被摄体摄像光学系统成像于被摄体摄像用元件的受光面。相位差AF用光学系统包含相位差摄像元件，该相位差摄像元件具有与被摄体摄像光学系统的光轴平行的光轴，通过所入射的光束被瞳分割而分为多个，使多个被摄体光学图像成像于受光面。并且，光路长度差AF用光学系统中，包含在入射到被摄体摄像光学系统的光束的光路上配置于光路长度互不相同的位置的第1摄像元件及第2摄像元件。导入被摄体摄像用元件的一部分光束通过被摄体摄像光学系统导入相位差AF用光学系统及光路长度差AF用光学系统。相位差AF用光学系统的光轴与被摄体摄像光学系统的光轴平行，因此相位差AF用光学系统的长度沿透镜装置额长边方向延伸。即使相位差AF用光学系统的长度较长，也能够抑制透镜装置的大型化。
相位差AF用光学系统优选配置于被摄体摄像光学系统的下侧(在透镜装置未进行倾斜、旋转等的初始位置(基准位置)的姿势状态下的铅垂方向下侧)。并且，相位差AF用光学系统具有对所入射的光束进行瞳分割的瞳分割光学元件，瞳分割光学元件以相位差AF用光学系统的光轴为中心旋转自如。
光分路光学系统例如具备：光分路器，使通过被摄体摄像光学系统导入被摄体摄像用元件的一部分光束向垂直方向分路，及光路转换器，使被光分路器分路的光束向透镜装置前方(透镜装置的物体侧为前方，图像侧为后方)分路。并且，光路长度差AF用光学系统具备使通过光路转换器导入透镜装置前方的一部分光束透射且向与透镜装置前方方向不同的2个方向分路的三向光分路器，且将通过三向光分路器分路为与透镜装置前方不同的方向的2个光束导入第1摄像元件及第2摄像元件，相位差AF用光学系统入射已透射三向光分路器的光束。
发明效果
即使相位差AF用光学系统的长度较长，也能够抑制透镜装置的大型化。
附图说明
图1表示摄像透镜单元的构成。
图2是三向分离棱镜的主视图。
图3是三向分离棱镜的俯视图。
图4是三向分离棱镜的立体图。
图5是三向分离棱镜的立体图。
图6是三向分离棱镜的立体图。
图7是三向分离棱镜的主视图。
图8表示摄像透镜单元的构成。
图9表示摄像透镜单元的构成。
图10表示摄像透镜单元的构成。
图11是安装于安装部件的相位差AF用光学系统的立体图。
图12是安装于安装部件的相位差AF用光学系统的立体图。
图13是沿图12的XIII-XIII线的剖视图。
图14是相位差AF用光学系统的立体图。
图15是相位差AF用光学系统的立体图。
图16表示分离透镜。
图17表示分离透镜。
图18表示分离透镜。
具体实施方式
图1表示本发明的实施例，表示用于广播用等的摄像透镜单元1A与相机主体80的一部分的光学结构。
摄像透镜单元1A装卸自如地安装于相机主体80。
摄像透镜单元1A以具有与摄像透镜单元1A的光轴O1共同的光轴的方式包含聚焦透镜(聚焦透镜组)2、变焦透镜(变焦透镜组)3、前侧中继透镜(前侧中继透镜组)5及后侧中继透镜(后侧中继透镜组)7。在变焦透镜3与前侧中继透镜5之间配置有光圈4，以使摄像透镜单元1A的光轴O1通过中心。并且，在前侧中继透镜5与后侧中继透镜7之间配置有偏振棱镜6。这些聚焦透镜2、变焦透镜3、前侧中继透镜5、光圈4、偏振棱镜6及后侧中继透镜7使表示被摄体光学图像的光束成像于相机主体80中包含的第1被摄体摄像用CCD85、第2被摄体摄像用CCD86及第3被摄体摄像用CCD87(被摄体摄像用元件)的受光面，称作被摄体摄像光学系统。
相机主体80中设置有在安装有摄像透镜单元1A时具有与摄像透镜单元1A(被摄体摄像光学系统)的光轴O1共同的光轴的分色棱镜81。该分色棱镜81包含第1棱镜82、第2棱镜83及第3棱镜84，所入射的光被分解为红色成分、绿色成分及蓝色成分。在与第1棱镜82的出射面对置的位置、与第2棱镜83的出射面对置的位置及与第3棱镜84的出射面对置的位置，分别配置有第1被摄体摄像用CCD85、第2被摄体摄像用CCD86及第3被摄体摄像用CCD87。
而且，摄像透镜单元1A中设置有将在偏振棱镜6(光分路光学系统，光分路器)的中心反射的一部分光(具有特定偏离的光成分)作为光轴[AF(自聚焦)用光轴]O2的AF用中继透镜(AF用中继透镜组)10。在AF用中继透镜10的后一级设置有全反射镜11(光分路光学系统，光路转换器)。即使不利用偏振棱镜6，只要能够对光进行分路即可。
全反射镜11使所入射的光被全反射向被摄体所存在的前方(图1中的左方向)。全反射镜11的全反射方向上设置有将所入射的光分割为3方向的三向分离棱镜12(三向光分路器)。该三向分离棱镜12由3个棱镜13、14及15构成。在三向分离棱镜12的上侧固定有用于光路长度差AF的第1光路长度差AF用摄像元件21(第1摄像元件)。在三向分离棱镜12的左侧(前方)固定有用于光路长度差AF的第2光路长度差AF用摄像元件22(第2摄像元件)。第1光路长度差AF用摄像元件21与第2光路长度差AF用摄像元件22在入射到被摄体摄像光学系统的光束的光路上配置于光路长度互不相同的位置。而且，在三向分离棱镜12的侧面固定有沿图1的垂直方向延伸的相位差AF用光学系统30。
入射到摄像透镜单元1A的光束透射聚焦透镜2、变焦透镜3、光圈4、前侧中继透镜5、偏振棱镜6及后侧中继透镜7而导入相机主体80。在相机主体80中包含的分色棱镜81中，光束分别被分解为红色光成分、绿色光成分及蓝色光成分，分别在第1被摄体摄像用CCD85、第2被摄体摄像用CCD86及第3被摄体摄像用CCD87中成像被摄体光学图像。分别从第1被摄体摄像用CCD85、第2被摄体摄像用CCD86及第3被摄体摄像用CCD87输出表示红色光成分、绿色光成分及蓝色光成分的被摄体光学图像的视频信号。
入射到摄像透镜单元1A的光束在偏振棱镜6中反射一部分。在偏振棱镜6中反射的光束导入全反射镜11。
入射到全反射镜11的光束全反射并入射到三向分离棱镜12。
图2是三向分离棱镜12的主视图(从前方观察的图)，图3是三向分离棱镜12的俯视图。
三向分离棱镜12中包含第1棱镜13、第2棱镜14及第3棱镜15。入射到三向分离棱镜12的光束相对于第1棱镜13的第1平面13A垂直入射，在第2平面13B中反射一部分。该反射光束在第1平面13A中反射并从第3平面13C射出，入射到第1光路长度差AF用摄像元件21。并且，透射第1棱镜13的第2平面13B的光束从第2棱镜14的第1平面14A入射，在第2棱镜14的第2平面14B中反射一部分并从第2棱镜14的侧面即第3平面14C射出，入射到相位差AF用光学系统30。
相位差AF用光学系统30中包含保持圆管状的透镜保持镜筒31(瞳分割光学元件)及相位差摄像元件33的相位差摄像元件单元32。透镜保持镜筒31中包含对所入射的光束进行瞳分割来成像于相位差摄像元件33的受光面的分离透镜(省略图示)。入射到透镜保持镜筒31的光束被分离透镜瞳分割而导入相位差摄像元件33。根据从相位差摄像元件33输出的信号进行相位差AF。
透射第2棱镜14的光束从第3棱镜15的出射平面15A射出并入射到第2光路长度差AF用摄像元件22。
第1光路长度差AF用摄像元件21及第2光路长度差AF用摄像元件22定位于相对于相机主体80中包含的被摄体摄像用CCD85、86及87的受光面位置光学上远离前后等间隔的距离的位置。由此，利用从第1光路长度差AF用摄像元件21及第2光路长度差AF用摄像元件22输出的信号进行光路长度差AF。
图4至图6为三向分离棱镜12的立体图。
参考图4，三向分离棱镜12中如上所述那样包含第1棱镜13、第2棱镜14及第3棱镜15。如上所述，在这些棱镜13至15中，入射到三向分离棱镜12的光被分割为3方向，入射到第1光路长度差AF用摄像元件21及第2光路长度差AF用摄像元件22以及相位差摄像元件33。
在三向分离棱镜12的两侧面固定有由陶瓷等构成且大致梯形的棱镜保持框40及50。一个棱镜保持框40上开设有孔41，露出有第2棱镜14。该孔41上插入有形成于构成相位差AF用光学系统30的透镜保持镜筒31的前端部的凸部31A。
参考图5，在棱镜保持框40的前面(左侧)42固定有楔形玻璃61，在棱镜保持框40的上面固定有楔形玻璃62。同样地，在棱镜保持框50的前面52固定有楔形玻璃71，在棱镜保持框50的上面固定有楔形玻璃72。
参考图6，以受光面朝向三向分离棱镜12的方式在楔形玻璃62及72上固定有第1光路长度差AF用摄像元件21。并且，以受光面朝向三向分离棱镜的方式在楔形玻璃61及71固定有第2光路长度差AF用摄像元件22。
图7是固定有第1光路长度差AF用摄像元件21及第2光路长度差AF用摄像元件22的三向分离棱镜12的主视图。
如上所述，在形成于棱镜保持框40的孔41中插入有形成于构成相位差AF用光学系统30的透镜保持镜筒31的前端部的凸部31A。
如上所述，入射到三向分离棱镜12的光被分割为3方向，入射到第1光路长度差AF用摄像元件21及第2光路长度差AF用摄像元件22以及相位差摄像元件33。
图8与图1对应，表示摄像透镜单元1B与相机主体80的一部分的光学结构。图8中，对与图1所示的部件相同的部件标注相同符号并省略说明。
如上所述，在全反射镜11中反射的光束入射到三向分离棱镜91。三向分离棱镜91中包含第1棱镜92、第2棱镜93及第3棱镜94。三向分离棱镜91能够利用将入射光束分离为3色的三分色棱镜结构。
光束从第1棱镜92的第1平面92A入射，一部分光束在第1棱镜92的第2平面92B中反射。该反射光在第1平面92A中反射并从第3平面92C向上方射出。在第1棱镜92的第3平面92C的对置位置配置有相位差AF用光学系统30。入射到三向分离棱镜91的一部分光入射到相位差AF用光学系统30中包含的相位差摄像元件33。透射第1棱镜92的第2平面92B的光束从第1平面93A入射到第2棱镜93，所入射的一部分光束在第2平面93B及第1平面93A中反射，并从第3平面93C向下方射出。在第2棱镜93的与第3平面93C对置的位置配置有第1光路长度差AF用摄像元件21。并且，透射第2棱镜93的第2平面93B的光束透射第3棱镜94而入射到第2光路长度差AF用摄像元件22。
如此，若以被三向分离棱镜91分割为3方向的光束中使从上方射出的光束入射的方式配置相位差AF用光学系统30，则相位差AF用光学系统30的长度较长，因此不得不向下方降低第1光路长度差摄像元件21、第2光路长度差摄像元件22、相位差AF用光学系统30、全反射镜11及三向分离棱镜91，以免妨碍被摄体摄像光学系统。因此，导致摄像透镜单元1B的大小变大。
图9与图1及图8对应，表示摄像透镜单元1C及相机主体80的一部分的光学结构。图9中，对与图1或图8所示的部件相同的部件标注相同符号并省略说明。
在全反射镜11中反射的光束入射到三向分离棱镜91。所入射的光束被分割为3方向，如图8所示那样入射到第1棱镜92、第2棱镜93及第3棱镜94。从第1棱镜92向上方射出的光束入射到第1光路长度差AF用摄像元件21。从第2棱镜93向下方射出的光束入射到相位差AF用光学系统30。从第3棱镜94向前方射出的光束入射到第2光路长度差AF用摄像元件22。
相位差AF用光学系统30入射从三向分离棱镜91向下方射出的光束，因此向下方延伸。因此，摄像透镜单元1C的大小变大。
图10至图15表示又一实施例。
图10与图1对应，表示摄像透镜单元1D及相机主体80的一部分的光学结构。图10中，对与图1、图8或图9所示的部件相同的部件标注相同符号并省略说明。
在全反射镜11中，向前方反射的光束入射到三向分离棱镜91。所入射的光束被分割为3方向，并如图8或图9所示那样入射到第1棱镜92、第2棱镜93及第3棱镜94。从第1棱镜92向上方射出的光束入射到第1光路长度差AF用摄像元件21。从第2棱镜93向下方射出的光束入射到第2光路长度差AF用摄像元件22。从第3棱镜94向前方射出的光束入射到相位差AF用光学系统30。
图10所示的例子中，相位差AF用光学系统30的光轴与被摄体摄像用光学系统的光轴O1平行。因此，即使相位差AF用光学系统30较长，也能够提前防止摄像透镜单元1D的大型化。
图10所示的例子中(其他例子中也同样)以导入全反射镜11的光束向前方反射的方式定位全反射镜11的角度，但也可以以导入全反射镜11的光束向后方反射而非向前方反射的方式定位全反射镜11的角度。此时，在全反射镜11的后方，以与图10所示的位置关系相同的位置关系配置有三向分离棱镜91、第1光路长度差AF用摄像元件21、第2光路长度差AF用摄像元件22及相位差AF用光学系统30。通过全反射镜11反射到后方的光束入射到三向分离棱镜91，并与上述同样地入射到第1光路长度差AF用摄像元件21、第2光路长度差AF用摄像元件22及相位差AF用光学系统30。此时，也能够缩小摄像透镜单元1D的直径。
并且，图10所示的例子中(其他例子中也同样)一部分光束通过偏振棱镜6使下方偏转，但也可以向上方偏转而非下方。此时，全反射镜11、三向分离棱镜91、第1光路长度差AF用摄像元件21、第2光路长度差AF用摄像元件22及相位差AF用光学系统30配置于被摄体摄像光学系统的上方。并且，与上述同样地，这些三向分离棱镜91、第1光路长度差AF用摄像元件21、第2光路长度差AF用摄像元件22及相位差AF用光学系统30可在全反射镜11的前方也可在后方。相位差AF用光学系统30配置于被摄体摄像光学系统的上方时，相位差AF用光学系统30的光轴与被摄体摄像光学系统的光轴O1当然也平行。
而且，偏振棱镜6及AF用中继透镜10通过保持体100保持。
图11及图12是保持体100的立体图。
保持体100为大致长方体形状，在其中心开设有孔101。以被摄体摄像光学系统的光轴O1通过中心，入射到偏振棱镜6的一部分光束向垂直下方偏转的方式，将偏振棱镜6定位于孔101中。
在保持体100的下端部，从前方观察时在右侧固定有向前方延伸的板状的支撑体110。在该支撑体110的前面，固定有相对于支撑体110垂直地向内侧折弯的板状的安装部件111(参考图11)。在该安装部件111的中心开设有孔112。该孔112中插入有相位差AF用光学系统30的透镜保持镜筒31。相位差AF用光学系统30以相位差摄像元件单元32中安装有透镜保持镜筒31的面与安装部件111的前面相接的方式安装于安装部件111(参考图12)。
图13是沿着图12的XIII－XIII线的剖视图。图13中，省略支撑体110的图示。
透镜保持镜筒31与相位差摄像元件单元32固定。如上所述，安装部件111的孔112中插入有透镜保持镜筒31。安装部件111上形成有从上部贯穿孔112的插通孔113及从下部贯穿孔112的插通孔116。在插通孔113的孔112附近形成有紧固部件114，该紧固部件上形成有螺纹槽。该紧固部件114的螺纹槽上嵌合有螺纹115。同样地，在插通孔116的孔112附近形成有紧固部件117，该紧固部件上形成有螺纹槽。该紧固部件117的螺纹槽上嵌合有螺纹118。
若拧紧螺纹115及118，则这些螺纹115及118的前端进入孔112。通过螺纹115及118，固定透镜保持镜筒31。若松开螺纹115及118，则这些螺纹115及118从孔112退避。透镜保持镜筒31从基于螺纹115及118的固定状态松开，透镜保持镜筒31变得以规定角度旋转自如。
图14及图15是安装于安装部件111的相位差AF用光学系统30的立体图。
如图13所示，通过螺纹115及118的调节，能够将相位差AF用光学系统30固定于安装部件111或从该安装部件拆卸。
如图14所示，能够以相位差摄像元件单元32与安装部件111平行的方式将相位差AF用光学系统30安装于安装部件111，如图15所示，还能够以相位差摄像元件单元32与安装部件111成为倾斜的位置关系的方式将相位差AF用光学系统30安装于安装部件111。
图16及图17是从透镜保持镜筒31的后侧(图13的左侧)观察透镜保持镜筒31内的状态的图。
图16表示图14所示的状态下的透镜保持镜筒31内的分离透镜121及122的状态，图17表示图15所示的状态下的透镜保持镜筒31内的分离透镜121及122的状态。
如图14所示，相位差AF用光学系统30以相位差摄像元件单元32与安装部件111平行的方式安装于安装部件111时，如图16所示，透镜保持镜筒31内的分离透镜121及122成为相同的水平位置。与此相对，如图15所示，相位差AF用光学系统30以相位差摄像元件单元32与安装部件111成为倾斜的位置的方式安装于安装部件111时，如图17所示，透镜保持镜筒31内的分离透镜121及122变得倾斜。
相位差AF中，根据通过分离透镜121及122分离的2个被摄体光学图像的位置，进行自聚焦，因此如图16所示，若分离透镜121及122位于相同的水平位置，则不易发现2个被摄体光学图像的垂直方向的位置差。因此，有时无法进行准确的自聚焦。与此相对，如图17所示，若分离透镜121及122变得倾斜，则2个被摄体光学图像倾斜地偏离，因此在水平方向及垂直方向的任意方向上均易发现2个被摄体光学图像的位置差。能够进行比较准确的自聚焦。
上述的实施例中，例如，偏振棱镜6中的透射率为80百分比，反射率为20百分比。并且，以光路长度差AF用的第1摄像元件21、第2摄像元件22及相位差摄像元件33中入射大致相等的光的方式设计了三向分离棱镜12或91。
而且，如图18所示，可使透镜保持镜筒31内的分离透镜121至124排列成二行二列(沿水平方向及垂直方向排列多个)。应该可以理解通过这样排列分离透镜121至124，如上所述，能够检测上下、左右的相位差。
符号说明
1A、1B、1C、1D-摄像透镜单元，21-第1光路长度差摄像元件，22-第2光路长度差摄像元件，30-相位差AF用光学系统，33-相位差摄像元件，91-三向分离棱镜。

Claims (4)

1.一种透镜装置，其具备：
被摄体摄像光学系统，使表示被摄体光学图像的光束成像于被摄体摄像用元件的受光面；及
相位差AF用光学系统，其具有与所述被摄体摄像光学系统的光轴平行的光轴，并包含相位差摄像元件，所述相位差摄像元件中，所入射的光束被瞳分割而分为多个来获得的多个被摄体光学图像成像于受光面；
所述透镜装置的特征在于，还具备：
光路长度差AF用光学系统，其包含光路长度互不相同的第1摄像元件及第2摄像元件；及
光分路光学系统，将通过所述被摄体摄像光学系统导入所述被摄体摄像用元件的一部分光束导入所述相位差AF用光学系统及所述光路长度差AF用光学系统，
所述相位差AF用光学系统具备：
相位差摄像元件单元，保持所述相位差摄像元件；及
透镜保持镜筒，固定于所述相位差摄像元件单元，且所述透镜保持镜筒包含对入射的光束进行瞳分割来成像于所述相位差摄像元件的受光面的分离透镜，
所述透镜装置还具备：
保持体，在所述保持体上开设有供所述被摄体摄像光学系统的光轴通过的孔；
支撑体，从所述保持体向前方延伸；及
安装部件，固定于所述支撑体的前面，相对于所述支撑体垂直地折弯，并且在所述安装部件上开设有孔，
在所述安装部件上开设的所述孔中，以规定角度旋转自如地插入有所述透镜保持镜筒。
2.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，
所述相位差AF用光学系统配置于所述被摄体摄像光学系统的下侧。
3.根据权利要求1或2所述的透镜装置，其中，
所述光分路光学系统具备：
光分路器，使通过所述被摄体摄像光学系统导入所述被摄体摄像用元件的一部分光束向垂直方向分路，及
光路转换器，使被所述光分路器分路的光束向透镜装置前方偏转，
所述光路长度差AF用光学系统具备使通过所述光路转换器导入透镜装置前方的一部分光束透射且向与透镜装置前方方向不同的2个方向分路的三向光分路器，且将通过所述三向光分路器分路为与透镜装置前方不同的方向的2个光束导入所述第1摄像元件及所述第2摄像元件，
所述相位差AF用光学系统入射已透射所述三向光分路器的光束。
4.根据权利要求1所述的透镜装置，其中，
所述分离透镜沿水平方向及垂直方向排列多个。
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