CN1922510A - 光学设备和光束分离器 - Google Patents

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Abstract

说明了一种光学设备，该光学设备可以使用透过光束分离器的光拍摄高质量的图像。该光学设备包括光接收元件和光束分离器。光束分离器的第一表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件的方向透射入射光的另一部分。第二表面朝着光接收元件的方向透射除了到第一表面的入射光之外的其他入射光。如此设置第二表面的透射率，以便在光从具有基本上均匀的亮度的物体入射到第一和第二表面的情况下，光接收元件上的光量分布基本上是均匀的。

Description

光学设备和光束分离器
技术领域
本发明涉及诸如照相机之类的光学设备，特别是具有以下这样的光学结构的光学设备：通过成像光学系统获取的光束的光路被分成多个光路，这些光路被导向光接收元件，以及涉及其中所使用的光束分离器。
背景技术
在专利文件1中公开了单反数码相机，其中，由成像光学系统形成的光学物体图像是在诸如CCD传感器或CMOS传感器的二维光接收传感器上形成的，通过对光学图像的光电转换而获得物体的图像输出。
在单反数码相机中内置了光束分离器，这种光束分离器透射可见光波长范围的光而不会减少光量，并分离波长接近红外线范围的光。被光束分离器分离的波长接近红外线范围的光用于进行聚焦检测，而直线行进的光用于摄取图像。将这样的光束分离器中的光束分离功能表面的区域限制于聚焦检测光束通过的区域内可以降低光束分离器的厚度。从而，光束分离器可以置于成像光学系统和将光路朝着取景器光学系统的方向偏转的反射镜之间的小的空间中，而不会增大照相机的尺寸。此外，将光束分离器的光谱透射率特征设置为在可见光波长范围中大约为100％可以产生明亮而高质量的图像，而不会减少摄取物体的图像所需的可见光波长范围的光量。
在专利文件2中公开了具有变焦透镜的照相机，其中，使用在变焦透镜的光路的中间分离的光束来执行聚焦检测。
一般而言，在其中通过成像光学系统获取的光束的光路被分成多个光路并且这些光路被导向光接收元件的光学结构中，被分离的光束的波长特征基本上相同通常是具有益处的。
由于在专利文件1中所公开的照相机中，被光束分离器分离的波长范围接近红外线范围的光用于进行聚焦检测，因此，在此波长范围内需要对成像光学系统进行像差校正，以便正确地执行聚焦检测。在像差校正不充分的情况下，使用波长接近红外线范围的光准确地对照相机进行聚焦是不可能的。另一方面，除了可见光波长范围之外，接近红外线范围的波长范围中的像差校正需要使用特制玻璃或需要增大成像光学系统的组成透镜的数量，从而增大照相机的成本和尺寸。这不是优选的。特别是，在成像光学系统是可互换的(如单反照相机)以及为照相机提供大型的可互换透镜系统的情况下，在接近红外线范围的波长范围和可见光波长范围中都很难进行充分的像差校正，因为整个可互换透镜系统必须对应于这样的聚焦检测系统。
此外，使用由光束分离器分离的光束进行的物体亮度的测量和对图像拍摄曝光量的确定导致类似于聚焦检测的现象。换句话说，即使是利用基于物体亮度的测量结果确定的曝光量进行图像拍摄的，也将会发生曝光不足或曝光过度的图像拍摄结果，因为当用于曝光的波长范围相对于用于亮度测量的波长范围移位时，不能根据用于亮度测量的波长范围中包括的光能来准确地估计用于曝光的波长范围中包括的光能。
如果分离的光束的波长特征基本上相同，则原则上可以防止这样的问题。换句话说，如果光束分离器中的光束分离功能表面的光谱透射率特征曲线对于所希望的波长范围成为平坦的，就可以防止这种情况。
[专利文件1]
日本专利申请公开No.2003-140246
[专利文件2]
日本专利申请公开No.H63-195630
顺便提到，聚焦检测和物体亮度测量所需的光束分离功能表面的区域一般被设置为用于图像拍摄的光束通过的区域的一部分。然而，实际上，如果光束分离功能表面的区域不被设置为覆盖用于图像拍摄的整个光束，则在通过使用直线行进的光所拍摄的图像中将出现亮度不均匀的情况，从而降低图像质量。此外，虽然当光束分离器被设置于成像光学系统的光瞳面附近时很难发生亮度不均匀的情况，但是，图像的对比度将会降低，因为通过光瞳的中心的光量减少。
图30是光学设备的模式图，其显示了不均匀亮度的生成的外观。在此图中，附图标记901表示成像光学系统，902表示只对可见光具有感光性的光接收元件，如照片胶片或CCD传感器，903表示光束分离器。如果光学设备是胶片照相机，则光接收元件902所拍摄的图像通过显影成为底片，或者，如果光学设备是数码相机，则光接收元件902所拍摄的图像显示在电子取景器(EVF)上，记录在存储器中或打印出来。
在光束分离器903的光束分离功能表面903a上形成电介质多层膜。从成像光学系统901出射的物体光的可见光分量的50％被光束分离功能表面903a反射，剩余的50％的可见光分量透射通过光束分离功能表面903a。被光束分离功能表面903a反射的光由光束分离器903的表面903b完全反射，然后通过表面903c，以从光束分离器903出射。
如果光学设备是红外照相机，则光接收元件902只对红外线具有感光性，光束分离器903的光束分离功能表面903a分离红外线。
在图30中，由于透射通过光束分离功能表面903a的可见光的量减少一半，如果要进行图像拍摄的物体是亮度均匀的表面，则光接收元件902所拍摄的图像将如同图像910，其中，在黑暗中心区域911的上方和下方形成明亮的区域912和913，如图31所示。这样的现象不是优选的，因为当拍摄蓝天、白墙等图像时，不自然的亮度差会在应该具有均匀亮度的区域特别明显，从而导致图像质量下降。
在专利文件2中公开的照相机中，通过使大多数光直线前进通过光束分离器，可以防止亮度不均匀的情况。换句话说，大多数直线行进的光用于图像拍摄，而剩余的光用于聚焦检测。然而，尽管可以在某种程度上消除亮度不均匀的情况，但是，用于聚焦检测的光量变得不足，从而导致对于亮度低的物体聚焦检测精度不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学设备，该光学设备可以使用透射通过光束分离器的光拍摄高质量的图像，而无需增加该设备的尺寸，以及提供用于该光学设备的光束分离器。
作为本发明的一个方面的光学设备包括：光接收元件，该元件对预定的波长范围内的光具有感光性；以及光束分离器，该光束分离器相对于入射光轴具有倾斜角，并包括第一表面和第二表面。该第一表面反射预定的波长范围内的入射光的一部分并且朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二表面形成为与入射光轴正交并与该第一表面接触。该第二表面朝着光接收元件透射除了对第一表面的入射光之外的该预定的波长范围内的其他入射光。第二表面对预定的波长范围的透射率被设置成使得在光从具有基本上均匀的亮度的物体入射到该第一和第二表面的情况下，光接收元件上的光量分布可以是基本上均匀的。
作为本发明的另一个方面的光学设备包括：光接收元件，该元件对预定的波长范围内的光具有感光性；以及光束分离器，该光束分离器相对于入射光轴具有倾斜角，并包括第一表面和第二表面。该第一表面反射预定的波长范围内的入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二表面形成为与入射光轴正交并与该第一表面接触。该第二表面朝着光接收元件透射除了对第一表面的入射光之外的该预定的波长范围内的入射光。该光学设备进一步包括增益调整器，该增益调整器在来自具有基本上均匀的亮度的物体的光入射到第一和第二表面的情况下对光接收元件的输出进行增益调整，以便使调整之后的输出分布基本上均匀。
作为本发明的另一个方面的光学设备包括：光接收元件，该元件具有感光性；以及具有第一区域和第二区域的光束分离器。该第一区域包括光束分离表面，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分。该第二区域朝着光接收元件透射除了对第一区域的入射光之外的入射光。该第二区域的透射率与该第一区域的透射率基本上相同。
作为本发明的另一个方面的光束分离器包括：第一区域，该第一区域包括光束分离表面，该表面反射入射光的一部分并透射入射光的另一部分；以及第二区域，该第二区域透射除了对第一区域的入射光之外的预定的波长范围内的入射光。该第二区域的透射率与该第一区域的透射率相同。
作为本发明的另一个方面的光学设备包括：光接收元件，该元件具有感光性；以及具有第一区域和第二区域的光束分离器。该第一区域包括光束分离表面，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二区域朝着光接收元件透射除了对第一区域的入射光之外的入射光。该光学设备进一步包括处理器，该处理器执行图像处理，用于在来自具有基本上均匀的亮度的物体的光入射到第一和第二区域的情况下，使得使用光接收元件获得的图像的亮度分布基本上均匀。
作为本发明的另一个方面的光学设备包括：具有第一区域和第二区域的光束分离器；以及降低该第二区域的透射率的滤光器。第一区域包括光束分离表面，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二区域透射除了向该第一区域的入射光之外的入射光。
作为本发明的另一个方面的光束分离器包括第一区域、第二区域，以及降低该第二区域的透射率的滤光器。第一区域包括光束分离表面，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二区域透射除了向该第一区域的入射光之外的入射光。
通过阅读下面的参考附图对优选实施例进行的说明，本发明的其他目的和其他特点将变得显而易见。
附图说明
图1是显示了本发明的实施例1的数字彩色照相机的剖面图。
图2是显示了图1所示的数字彩色照相机的电气结构的方框图。
图3是显示了图1所示的数字彩色照相机的透镜镜筒部分的剖面图。
图4是图1所示的数字彩色照相机中提供的光束分离器的剖面图。
图5是图1所示的数字彩色照相机中提供的光束分离器的透视图。
图6是图1所示的数字彩色照相机中提供的光束分离器的分解透视图。
图7是图1所示的数字彩色照相机中提供的光束分离功能表面103a的光学特征曲线的图。
图8是图1所示的数字彩色照相机中提供的ND滤光器的光学特征曲线的图。
图9示出图1所示的数字彩色照相机中提供的聚焦检测传感器112的聚焦检测区域。
图10是图1所示的数字彩色照相机中提供的聚焦检测传感器112的平面视图。
图11是图1所示的数字彩色照相机中提供的光接收传感器108的像素部分的剖面图。
图12A和12B是图1所示数字彩色照相机中提供的光接收传感器108的一个像素的光电转换部分以及像素的平面视图。
图13是显示了通过连接图12所示的像素而形成用于聚焦检测的像素行的状态的平面视图。
图14是显示了通过连接图12所示的像素而形成用于聚焦检测的像素行的状态的分解视图。
图15是图1所示的数字彩色照相机中提供的第一布线层154的开口154A和154B的平面视图。
图16是图10所示的聚焦检测区域112-1的部分剖面图。
图17是图10所示的聚焦检测区域112-1的部分剖面图。
图18是显示了聚焦检测传感器的输出信号波形的图，该输出信号波形被输入到图1所示的数字彩色照相机中提供的AF控制器40。
图19是显示了聚焦检测传感器的输出信号波形的图，该输出信号波形被输入到图1所示的数字彩色照相机中提供的AF控制器40。
图20是说明在图1所示的数字彩色照相机中提供的成像光学系统的出射光瞳处聚焦检测光束所通过的通过区域的图形。
图21是图1所示的数字彩色照相机中的图像拍摄光束的说明图。
图22是图1所示的数字彩色照相机中的光束分离器和聚焦检测光束的剖面图。
图23是显示了图1所示的数字彩色照相机中图像上的不均匀亮度的生成度的图。
图24是显示了图1所示的数字彩色照相机中图像上的不均匀亮度的生成度的图。
图25是图1所示的数字彩色照相机中光学低通滤波器113和光束分离器103互换时的状态的图。
图26是显示了本发明的实施例2的数字彩色照相机中的图像处理电路131中的信号处理的流程图。
图27是显示了实施例2的数字彩色照相机中图像拍摄屏幕上的位置和增益之间的关系的图。
图28是显示了实施例2的数字彩色照相机中在应用增益之后的信号电平的图。
图29是显示了常规数字彩色照相机中图像上的不均匀亮度的生成度的图。
图30是显示了常规数字彩色照相机中不均匀亮度的生成的外观的模式图。
图31是显示了常规数字彩色照相机中图像上的不均匀亮度的生成度的图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。
实施例1
图1到25是与本发明的实施例1的数字彩色照相机(光学设备)相关的图。
首先，图1是显示了其中执行聚焦检测并拍摄EVF(电子取景器)的图像的状态的剖面图。在图1中，附图标记101表示数字彩色照相机机身、102表示成像光学系统，104表示成像光学系统102的光轴，而105表示容纳成像光学系统102的透镜镜筒。可以通过驱动源和驱动机构(在图中未显示)沿光轴104的方向调整成像光学系统102的成像位置。可以通过改变由具有弹性的透明弹性部件制成的或由液体透镜构成的聚焦透镜的界面形状和折射率来执行对物体的聚焦。成像光学系统102可以由单透镜、变焦透镜、移位透镜(shift lens)等等构成。此外，成像光学系统102可以在具有诸如F-数或焦距的各种特征的成像光学系统之间互换。
如果复合材料(其中，直径为5nm到30nm的铌氧化物颗粒均匀地分散在丙烯酸酯树脂中)被用作构成成像光学系统102的透镜的材料，则可以制造比玻璃的防冲击能力更强的透镜，同时折射率也高，大约为1.8，通过注模方式制造是经济的。
附图标记103表示光束分离器，111表示快门释放按钮、107表示显示单元，108表示存储图像数据的存储器卡，109表示光学取景器的目镜透镜，110表示与打印机等等传递数据的无线通信单元，106表示二维CMOS光接收传感器，112表示聚焦检测传感器，113表示光学低通滤波器。
光束分离器103和光学低通滤波器113由驱动机构(在图中未显示)移动。光学低通滤波器113被插入光束分离器103所在的位置，以便当拍摄高清晰度图像时用它替换光束分离器103，如图25所示。换句话说，当拍摄EVF的图像时，透射通过光束分离器103的光束到达CMOS光接收传感器106，而当拍摄高清晰度图像时，透射通过光学低通滤波器113的光束到达CMOS光接收传感器106。
在照相机机身101的背面提供显示单元107，CMOS光接收传感器106所拍摄的物体图像显示在显示单元107上。用户可以作为EVF图像直接观察物体图像。如果使用有机EL空间调制元件、液晶空间调制元件、使用了微粒的电泳的空间调制元件等等，则可以获得低功率而外形紧凑的显示单元107。这对于提供给照相机的显示单元是方便的。
CMOS光接收传感器106(下面简称为“CMOS传感器”)是CMOS工艺兼容传感器，其是一个放大的固态图像拾取元件。CMOS传感器具有下列优点：与CCD相比，掩模的数量和制造过程可以大大缩减，因为可以在相同工艺中制成区域传感器部分的MOS晶体管以及包括图像拾取元件驱动电路、AD转换电路和图像处理电路的外围电路。
此外，CMOS传感器还具有可以随机访问任何像素的优点。从而，通过使读出的像素变稀疏，可以以高的显示速率执行实时显示。
通过使用此优点，CMOS传感器106执行EVF图像输出操作(其中读出的像素被稀疏)和高清晰度图像输出操作(其中读出所有像素)。
图2是显示了数字彩色照相机的电气结构的方框图。首先，描述拍摄物体图像和记录所拍摄的图像的过程。照相机具有图像拍摄系统、图像处理系统、记录/重放系统和控制系统。图像拍摄系统包括图像拍摄光学系统102和CMOS传感器106。图像处理系统包括A/D转换器130、RGB图像处理电路131和YC处理电路132。记录/重放系统包括记录处理电路133和重放处理电路134。控制系统包括照相机系统控制电路135、操作检测电路136和CMOS传感器驱动电路137。附图标记138表示为标准化成用于通过连接到外部计算机等等而发送和接收数据的连接端子。这些电路是由小型燃料电池(图中未显示)驱动的。
图像拍摄系统是光学处理系统，该系统使来自物体的光通过成像光学系统102在CMOS传感器106上形成图像。图像拍摄系统通过调整孔径光阑和机械快门(图中未显示)，利用具有适当的光量的物体光使CMOS传感器106曝光。具有大约一千万像素的光接收元件被用作CMOS传感器106，其中，沿着长边有3700个正方像素，沿着短边有2800个正方像素。为每一个像素交替地提供R(红)、G(绿)和B(蓝)色滤光器，于是形成Bayer布局，其中四个像素成为一组。
在Bayer布局中，G像素(当观察者观察图像时，他/她对这种像素更敏感)的数量大于R和B像素的数量。从而，提高了整体图像性能。一般而言，在针对此方法的图像拾取元件的图像处理中，大多数亮度信号是从G生成的，而色彩信号是从R、G和B生成的。
从CMOS传感器106读出的图像信号通过A/D转换器130提供到图像处理系统。A/D转换器130是信号转换电路，该电路根据来自每一个曝光的像素的信号的振幅将其转换为数字信号(例如，12位信号)，并输出该数字信号。随后的处理是通过数字处理执行的。
图像处理系统是信号处理电路，该电路从R、G和B数字信号获得所希望的格式的图像信号。图像处理系统将R、G和B色彩信号转换为亮度信号Y、通过色差信号(R-Y)和(B-Y)等等表达的YC信号。
RGB图像处理电路131是信号处理电路，该电路处理通过A/D转换器130从CMOS传感器106接收的3,700×2,800像素的图像信号。RGB图像处理电路131具有白平衡电路、伽马校正电路和通过内插计算生成高分辨率图像的内插计算电路。
YC处理电路132是信号处理电路，该电路生成亮度信号Y和色差信号R-Y和B-Y。YC处理电路132由生成高频亮度信号YH的高频亮度信号生成电路、生成低频亮度信号YL的低频亮度信号生成电路和生成色差信号R-Y和B-Y的色差信号生成电路构成。亮度信号Y是通过将高频亮度信号YH和低频亮度信号YL组合而生成的。
记录/重放系统是处理系统，该系统将图像信号输出到存储器，并将图像信号输出到显示单元107。记录处理电路133将图像信号写入到存储器中，并从那里读出图像信号，重放处理电路134重放已经从存储器中读出的图像信号，并将它输出到显示单元107。
此外，记录处理电路133在内部具有压缩/解压缩电路，该电路以预定的压缩格式压缩表达静止图像和运动图像的YC信号，并在读出时解压缩被压缩的数据。压缩/解压缩电路包括用于进行信号处理等等的帧存储器。压缩/解压缩电路逐个图像地累加来自图像处理系统的YC信号，逐个块地读出每一个图像的YC信号，并对其进行压缩和编码。压缩和编码例如是通过对每一个块的图像信号的二维正交变换、规一化和霍夫曼编码来执行的。
重放处理电路134是这样的电路，该电路执行亮度信号Y与色差信号R-Y和B-Y的矩阵变换，以把它们转换成RGB信号。由重放处理电路134转换过的信号被输出到显示单元107，并重放和显示出可见图像。重放处理电路134和显示单元107之间的连接或重放处理电路134和打印机之间的连接可以通过诸如蓝牙的无线通信装置来进行。从而，可以在远离数码相机的点监视数码相机所拍摄的图像，并在没有个人计算机的情况下打印出所拍摄的图像。
控制系统包括：操作检测电路136，该电路检测诸如快门释放按钮111的操作部件的操作；照相机系统控制电路135，该电路根据检测信号对每一个部分进行控制，并生成和输出诸如用于图像拍摄的定时信号的信号；CMOS传感器驱动电路137，该电路生成用于在照相机系统控制电路135的控制下驱动CMOS传感器106的驱动信号；以及信息显示电路142，该电路控制在光学取景器中提供的内部信息显示单元和在照相机的外表面上提供的外部信息显示单元。
控制系统分别对图像拍摄系统、图像处理系统和记录/重放系统进行控制。例如，控制系统控制CMOS传感器106的驱动、RGB图像处理电路131的操作和记录处理电路133的压缩操作，并根据信息显示电路142的操作，控制在光学取景器等等中显示信息的信息显示单元的每一段的状态。
此外，AF控制电路140和透镜系统控制电路141连接到照相机系统控制电路135。这些电路相互传递照相机系统控制电路135周围的各过程所需的数据。
AF控制电路140通过从聚焦检测传感器112的聚焦检测区域(这是根据图像拍摄屏幕中的预定的位置设置的)中获取输出信号来生成聚焦检测信号，并检测成像光学系统102的成像状态。当检测到散焦时，AF控制电路140将散焦量转换为聚焦透镜(这是成像光学系统102的组件)的驱动量，并通过照相机系统控制电路135将它发送到透镜系统控制电路141。
此外，对于运动物体，AF控制电路140在考虑到快门释放按钮111的推入操作和实际图像拍摄控制的开始之间的时滞的情况下计算合适的透镜位置，并指示聚焦透镜的驱动量。当确定由于物体的亮度低而没有获得足够的聚焦检测精度时，AF控制电路140使闪光装置、白色LED或荧光管(图中未显示)照射物体，从而补偿亮度不足的情况。
透镜系统控制电路141借助于驱动机构(图中未显示)，通过接收聚焦透镜的驱动量在光轴方向驱动成像光学系统102中的聚焦透镜，并聚焦物体。
作为聚焦的序列的结果，当AF控制电路140检测到焦点对准状态时，将此信息发送到照相机系统控制电路135。
此时，如果快门释放按钮111被按下到第二级，则光束分离器103和光学低通滤波器113被图中未示出的机构互换，并且透射通过光学低通滤波器113的光束形成高清晰度图像。此后，如上文所描述的，由图像拍摄系统、图像处理系统和记录/重放系统执行图像拍摄控制。此时，不需要聚焦校正，因为在光束分离器103所在的位置插入了光学低通滤波器113，以便不发生成像光学系统102的聚焦改变的情况。因此，可以缩短释放时滞，而不会阻碍快速的聚焦检测操作。
图3是显示了数字彩色照相机101的透镜镜筒105的剖面图，图4是光束分离器103的剖面图，图5是光束分离器103的透视图，而图6是光束分离器103的分解透视图。下面将使用这些图说明光束分离器103以及其外围部分的细节。
光束分离器103位于构成了成像光学系统102的透镜102a和102b之间。透镜102a是在光轴104的方向上移动以执行聚焦的聚焦透镜。
CMOS传感器106相对于透镜102b而定位，并且其防护玻璃106a通过密封件115固定到透镜102b上。通过采用这样的结构，灰尘不会粘附在CMOS传感器106的防护玻璃106a上。如果有可能粘附灰尘，则灰尘将粘附在透镜102b的入射表面上。粘附在透镜102b的入射表面上的灰尘出现在图像拍摄屏幕中的入射表面中的可能性极小，因为灰尘和CMOS传感器106的光接收表面之间的距离足够长。
光束分离器103的光程在可见光波长范围内对应于光学低通滤波器113的光程。因此，当光束分离器103从图3所示的位置缩回且光学低通滤波器113插入到该位置时，CMOS传感器106上成像光学系统102的成像状态不变。
图像拍摄序列的概述如下。当检测到快门释放按钮111的第一级推入操作时，CMOS传感器106被驱动，以反复地拍摄由透射通过光束分离器103的光束形成的物体图像，作为EVF的操作，执行所拍摄的物体图像的实时显示(这是图1所示的状态)。然后，使用由光束分离器103分离的光束执行聚焦检测。如果检测到超过预定量的散焦量，则计算聚焦透镜102a的驱动量，并通过计算出的驱动量来驱动聚焦透镜102a以用于进行聚焦。如果确认散焦量在预定的范围内，则利用声音或光将焦点对准状态通知给用户。
当检测到快门释放按钮111的第二级推入操作时，通过图中未显示的机构从成像光学系统102的光路缩回光束分离器103，并代替地插入光学低通滤波器113(这是图25所示的状态)。然后，通过驱动CMOS传感器106进行高清晰度图像拍摄。此后，从成像光学系统102的光路缩回光学低通滤波器113，并使光束分离器103返回到原始位置(这是图1所示的状态)。所拍摄的物体的图像数据被写入到存储器中。
接下来，将使用图3到6说明光束分离功能的细节。光束分离器103是通过在光束分离功能表面103a上将两个棱镜103-1和103-2结合在一起形成的。光束分离器103的入射表面由棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2b构成，而直线行进的光的出射表面由棱镜103-1的表面103-1d和棱镜103-2的表面103-2d构成。在棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2b之间，以及在棱镜103-1的表面103-1d和棱镜103-2的表面103-2d之间没有阶梯。此外，棱镜103-1的表面103-1b平行于棱镜103-1的表面103-1d，并且棱镜103-2的表面103-2b平行于棱镜103-2的表面103-2d。因此，光束分离器103充当直线行进的光的平行板。
光束分离功能表面103a(103-1a)相对于棱镜103-1的表面103-1b是倾斜的，而光束分离功能表面103a(103-2a)相对于棱镜103-2的表面103-2d是倾斜的。棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2d分别与光束分离功能表面103a接触，以便形成钝角。
通过在用于获得所希望的光学特征曲线的棱镜103-2的表面103-2a上形成电介质多层膜，并通过使用折射率匹配光学粘合剂将棱镜103-2粘接到棱镜103-1，来形成光束分离器103的光束分离功能表面103a。
光束分离功能表面103a的特征如图7所示。从400nm到1,000nm的波长范围中的光谱透射率特征曲线具有谷的形状，在接近500nm时具有最小值。另一方面，在相同波长范围中的光谱反射率特征曲线具有山的形状，在接近500nm时具有最大值。换句话说，光束分离功能表面103a反射预定的波长范围的入射光的一部分，而透射其另一部分。由于电介质多层膜具有使光的吸收小得几乎为零的特征，因此，入射光在光束分离功能表面103a处在朝着CMOS传感器的方向或者在朝着聚焦检测传感器的方向分开。
这里，在450nm到650nm的可见光波长范围内，光谱透射率特征大约为45％。由于CMOS传感器106的感光性波长范围对应于彩色照相机中的可视感光性范围，因此，在CMOS传感器106的感光性波长范围内，光谱透射率特征曲线是平坦的。
从由棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2b构成的入射表面进入光束分离器103的光束的被光束分离功能表面103a反射的光束，由表面103-2b完全反射，然后从棱镜103-2的表面103-2C出射。聚集用于聚焦检测的光束的聚光透镜114，位于面向表面103-2c的位置。通过聚光透镜114的光束进入聚焦检测传感器112。从而，聚焦检测功能运转。
如此，与专利文件1中所描述的现有技术对比，由光束分离器103分离的光束的光谱特征(光谱反射率特征)基本上与直线行进的光的光谱特征(光谱透射率特征)相同，并且聚焦检测功能使用分离的光束而运转。由于在本实施例中光谱反射率特征大约为55％，因此，可以使用足够的光量进行高度准确的聚焦检测。
此外，优选情况下，向聚光透镜114添加红外切剪(cutting)功能，以便严格地使聚焦检测传感器112的光谱灵敏度和CMOS传感器106的光谱灵敏度相匹配。
在棱镜103-1的表面103-1b上和棱镜103-2的表面103-2d上形成ND滤光器(中性滤光器)。ND滤光器是一种吸收光的膜。ND滤光器是由诸如镍铬合金的蒸镀膜制成的，并且在非常宽的波长范围内具有平填的透射率特征。镍铬合金是主要由镍(Ni)组成的合金，具有7.0％到10.5％的Cr，1.5％或更少的Mn，和1.0％或更少的Si。
图8显示了由镍铬合金制成的ND滤光器的光学特征曲线。在从450nm到650nm的可见光波长范围内，光谱透射率大约为45％。在相同范围内光谱反射率大约为15％，因为光的吸收大。
接下来将描述聚焦检测传感器112。图9是示出聚焦检测传感器112的聚焦检测区域的图。在图9中，附图标记120表示取景器视野、121-1到121-9表示聚焦检测区域。将聚焦检测区域设置到图像拍摄区域的中心附近改善了照相机的可用性。
由于由垂直像素行构成的聚焦检测区域在垂直方向上对亮度分布具有敏感性，因此，例如可以对水平线执行聚焦检测。由于由水平像素行构成的聚焦检测区域在水平方向上对亮度分布具有敏感性，因此，可以对于垂直线执行聚焦检测。
实际聚焦检测传感器112如图10所示的那样构成。图10是聚焦检测传感器112的平面图。附图标记112-1到112-9表示构成了聚焦检测区域121-1到121-9的像素行。
现在，将说明聚焦检测传感器112的结构。图11是聚焦检测传感器112的剖面图，图12A是显示了聚焦检测传感器112中的像素的光电转换部分的平面图，图12B是显示了聚焦检测传感器112中的像素的微透镜的平面图。在图11中，光从上方进入聚焦检测传感器112，而在图12A和12B中，光从纸的前方进入聚焦检测传感器112。聚焦检测传感器112是包括片上(on-chip)微透镜的CMOS传感器，F-数通过微透镜的操作确定。
在图11中，附图标记151表示硅衬底，152A和152B表示嵌入的光电二极管的光电转换部分，154表示使用铝或铜的第一布线层，该层具有挡光效应，155表示使用铝或铜的第二布线层。附图标记156表示使用二氧化硅膜、憎水多孔硅、二氧化硅氮化物膜或氮化硅膜和钝化膜的层间绝缘膜。附图标记158表示微透镜，157表示用于以高精度设置第二布线层155和微透镜158之间的距离的平面化层。
第一布线层154和第二布线层155是其中离散地提供有开口的金属膜。除开口之外，它们不会透射可见光。第一布线层154和第二布线层155具有使聚焦检测传感器112进行操作的电气功能和控制接收到的光束的角度特征的光学功能。平面化层157是通过诸如在旋涂或粘附树脂膜之后固化热固性树脂或紫外线可固化的树脂的技术形成的。
光电转换部分152a和152B具有如图12A所示的“之”字形形状，电路部分159A和159B分别连接到光电转换部分152A和152B的端部。电路部分159A和159B包括充当转换开关的传输MOS晶体管(transferring MOS transistor)，提供复位电势的复位MOS晶体管，源极跟随器放大MOS晶体管，使源极跟随器放大MOS晶体管有选择地输出信号的选择MOS晶体管，等等。如图12B所示，为一个像素提供五个微透镜，以便在光电转换部分152的上方形成“之”字形形状。
微透镜158是由诸如树脂、SiO2、TiO2、Si3N4的材料制成的。微透镜158是旋转对称球面透镜或旋转对称非球面透镜，因为它不仅用于聚光，而且还用于成像。微透镜158在平面视图中具有圆形形状，因为该形状具有对称轴160。然而，给一个像素提供多个微透镜增大了一个像素的光接收区，同时缩小了像素之间的间距。
因此，即使物体亮度低，也可以从光接收传感器获得足够的输出。诸如半圆柱形形状的没有旋转对称轴的透镜形状不适合于聚焦检测传感器112，因为该种透镜形状没有成像作用。可以在微透镜158的表面上形成具有低的折射率的薄膜或其结构性周期等于可见光的波长或更小的微构造(所谓的“次波长结构”)，以便抑制表面反射。
从聚光透镜114出射的光束首先进入聚焦检测传感器112的微透镜158，然后，通过了在第二布线层155中形成的开口155a和在第一布线层154中形成的开口154A的光束分量进入光电转换部分152A，并且通过了在第二布线层155中形成的开口155a和在第一布线层154中形成的开口154B的光束分量进入光电转换部分152B。这些分量分别被光电转换部分152A和152B转换为电信号。由于第一布线层154和第二布线层155还被用作用于形成开口的遮光层，因此，不需要额外的用于形成开口的遮光层。所以，可以简化光接收传感器的结构。
图13和14分别是显示了其中图12所示的像素连接起来以形成用于进行聚焦检测的像素行的状态的平面视图和透视图。在图13中，省略了两端的微透镜，以便光电转换部分和微透镜之间的关系变得清楚；从而，光电转换部分暴露出来。在图14中，从组成部件中提取了光电转换部分、第一布线层、第二布线层和微透镜，并在上下方向中以分解的状态显示。在第一布线层和第二布线层中，光电转换部分的之字形形状通过虚线来显示，以使每一个像素的边界都是可以理解的。
在图13中，填充点的五个微透镜158a构成了一个像素，许多这样的像素在水平方向排成行，以形成图10所示的像素行112-1到112-9。由于形成之字形形状的微透镜很好地填充了相邻像素的微透镜旁边的空间，因此，在每一个像素行上，微透镜稠密地排列。因此，没有进入微透镜的不可用的光束少得几乎为零。
将注意力集中在布局方向，这种之字形布局可以减小尼奎斯特频率附近像素的频率响应。从而，即使投射了包括等于或高于尼奎斯特频率的空间频率分量的物体图像，也难以生成复制的失真，于是可以以高精确度执行稍后描述的聚焦检测传感器的输出信号波形之间的相位差检测。此外，在像素行的周围形成不位于光电转换部分上方的并且不会影响光电转换的微透镜。这就是为什么在制造时，如果微透镜稠密并且均匀地排列，可以以高空间精度制造微透镜。
图14所示的第一布线层154具有许多菱形形状的开口154A和154B。如图15的平面视图所示，为每一个微透镜158设置一对开口154A和154B。开口154A和154B在深度方向位于微透镜158的焦点附近。
在这样的结构中，由于通过微透镜158开口154A和154B被相反地投射到成像光学系统102的出射光瞳上，因此，可以根据开口154A和154B的形状确定像素所获取的光束的光接收角度特征。
开口155a是用于阻止光进入除了第一布线层154的开口154A和154B之外的开口的光阑。因此，只有可分别进入开口154A和154B的光束才能分别进入光电转换部分152A和152B。开口154A和154B的形状在形成了一个聚焦检测区域的像素行中是相同的，用于防止来自像素行的输出信号的不均匀性。
图16和图17是图10所示的聚焦检测区域112-1的部分剖面图。由于微透镜158把第一布线层154的开口154A和154B相反地投射在成像光学系统102的出射光瞳上，因此，光束132A通过图16所示的开口154A相当于光束132A从开口154A的相反地投射的图像中出射。基于同样的理由，光束132B通过图17所示的开口154B相当于光束132B从开口154B的相反地投射的图像出射。因此，从开口154A和154B的相反地投射的图像之外的区域进入聚焦检测传感器112的光束必然被第一布线层154或第二布线层155阻挡，并且不能到达光电转换部分152A和152B。从而，不能执行此光束的光电转换。
在构成了一个聚焦检测区域的像素行中，观察到这样的状态：其中，根据通过成像光学系统102在聚焦检测区域内形成的物体图像的成像状态，通过排列来自光电转换部分152A的输出信号所获得的输出信号波形相对于通过排列来自光电转换部分152B的输出信号所获得的输出信号波形水平地移位。这是因为，光束在成像光学系统102的出射光瞳处所通过的区域，在通过排列来自光电转换部分152A的输出信号所获得的输出信号波形和通过排列来自光电转换部分152B的输出信号所获得的输出信号波形之间是不同的。输出信号波形的移位方向在前对焦状态和后对焦状态中是反转的。聚焦检测的原理是使用诸如相关计算的技术检测包括移位方向的此相位差(移位量)。
图18和图19是显示了聚焦检测传感器112的被输入到AF控制部分40的输出信号波形的图。水平轴表示像素布局，而垂直轴表示输出值。图18显示了焦点未对准状态下的输出信号波形，图19显示了焦点对准状态下的输出信号波形。
如此，可以通过首先判断一对信号的一致性来进行聚焦检测。此外，还可以通过使用相关计算的已知技术(如日本已审查的专利申请No.H05-88445中所说明的技术)检测相位差，从而来计算散焦量。将所获得的散焦量转换为成像光学系统102中的聚焦透镜的驱动量使得可以进行自动聚焦。由于预先给出了驱动聚焦透镜的量，因此，将聚焦透镜驱动到焦点对准位置通常只需要进行一次，从而可以进行快速的聚焦。
下面将说明聚焦检测光束。在聚焦检测传感器112中，通过控制每一个聚焦检测区域内的光接收角度特征，聚焦检测光束的F-数在每个聚焦检测区域内是不同的。光束在成像光学系统102的出射光瞳上所通过的区域的大小在中心聚焦检测区域112-1内大，而在诸如聚焦检测区域112-4的外围聚焦检测区域中小(参见图10)。
图20是说明成像光学系统102的出射光瞳上的聚焦检测光束的通过区域的图。光瞳区域141显示了当从聚焦检测区域112-1的末端查看时成像光学系统102的光晕，而光瞳区域145显示了当从聚焦检测区域112-4、112-5、112-6和112-7的末端查看时成像光学系统102的光晕。相比之下，聚焦检测区域112-1中聚焦检测光束的通过区域143A和143B在光瞳区域141内，而聚焦检测区域112-4中聚焦检测光束的通过区域144A和144B在光瞳区域145内。
使聚焦检测光束的通过区域变宽，使得即使物体亮度低也可以以高精确度进行聚焦检测，因为投射到传感器的光量增大。当从物体光的可用性的观点看待此结构时，在中心聚焦检测区域112-1中实际通过区域比较大，由于成像光学系统的特征，在该中心聚焦检测区域中光瞳区域大。相比之下，在外围聚焦检测区域112-4中实际通过区域小，由于成像光学系统的特征，在该外围聚焦检测区域中光瞳区域小，并且容易产生阴影。因此，很好地满足光量在屏幕的中心以及聚焦检测区域位于屏幕的外围区域的两个要求，从而可以非常有效地使用物体光。
接下来，将说明光束分离器103上的聚焦检测光束的通过区域。图22是包括聚焦检测光束的光束分离器部分的剖面图。在图22中，附图标记170表示指向聚焦检测传感器112的聚焦检测区域112-3的聚焦检测光束，171表示指向聚焦检测区域112-1的聚焦检测光束，而172表示指向聚焦检测区域112-2的聚焦检测光束。聚焦检测光束170、171和172在光束分离功能表面103a反射，然后在103-2b表面上通过空气和棱镜103-2之间的折射率差被完全反射，并从103-2c表面出射。在整个聚焦检测光束的此部分，聚焦检测光束170和172通过最外面的区域。因此，只需要聚焦聚焦检测光束170和172，以用于确定每一个表面的有效面积的大小。
由于光束分离器103是成像光学系统102的一部分，因此，最小化光束分离器103的厚度对于成像光学系统102的小型化更佳。具体来说，在成像光学系统102被折叠以将它容纳在照相机机身内的情况下，延长成像光学系统102的光学表面之间的空间中间隔使得可缩短成像光学系统102在嵌入状态下的长度。
为最小化光束分离器103的厚度T，只需要将光束分离功能表面103a的尺寸L和表面103-2c的尺寸D设置为至少是允许聚焦检测光束通过的最小值和在制造时考虑的误差量相加的值。
如果基于这样的概念设置厚度T，由于聚焦检测区域位于图像拍摄区域的中心附近，如图9所说明的，图像拍摄光束的一部分通过光束分离功能表面103a的外部。图21是实际图像拍摄光束的说明性图。在此图中，附图标记173表示进CMOS传感器106的上端的图像拍摄光束，174表示进入CMOS传感器106的中心的图像拍摄光束，而175表示进CMOS传感器106的下端的图像拍摄光束。
由于图像拍摄光束174通过光束分离功能表面103a，因此，图像拍摄光束174作为具有通过将光束分离功能表面103a的光谱透射率特征曲线(如在前使用图7所描述的)乘以物体的光谱强度特征而获得的强度分布的光从光束分离器103出射。
另一方面，由于图像拍摄光束173和175分别通过棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2d，因此，图像拍摄光束173和175作为具有通过将ND滤光器的光谱透射率特征曲线(如在前使用图8所描述的)乘以物体的光谱强度特征而获得的强度分布的光从光束分离器103出射。
由于光束分离功能表面103a、表面103-1b和表面103-2d在可见光波长范围中的光谱透射率之间的差很小，因此，如果拍摄具有基本上均匀的亮度的表面的光学图像，可以获得如图23所示的具有基本上均匀的亮度分布(光量分布)的拍摄图像180。因此，图像拍摄结果没有特别的亮度不均匀状况，与普通图像没有差别。
这里，“基本上均匀”不仅表示完全均匀的状态，而且还表示只具有可被认为实际均匀的不均匀的状态。在下面的说明中也是同样的道理。
如果在棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2d上没有形成ND滤光器，则光束分离器103具有大约为100％的透射率，物体的拍摄图像变为图像181，其中，在黑暗的中心区域181的上方和下方形成了明亮的区域182和183，如图24所示。因此，使用ND滤光器调整透射率的效果极其大。
根据上文所描述的实施例1，照相机具有光束分离器103m，其包括光束分离功能表面103a(这是第一表面)，以及棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2d(它们是第二表面)。光束分离功能表面103a相对于光轴104具有倾斜角，朝着聚焦检测传感器112反射光束的一部分，并朝着CMOS传感器106透射光束的另一部分。表面103-1b以及103-2d与光轴104正交，并形成为与光束分离功能表面103a接触。表面103-1b和103-2d朝着CMOS传感器106透射除了对光束分离功能表面103a入射的光束之外的预定的波长范围内的入射光。
此外，在表面103-1b和103-2d上提供缩小预定的波长范围内的透射率的ND滤光器，以便当来自具有基本上均匀的亮度分布的物体的预定的波长范围内的光入射到光束分离功能表面103a以及表面103-1b和103-2d时，CMOS传感器106上的光量分布变成是基本上均匀的分布。
换句话说，在本实施例中，光束分离器包括第一区域(光束分离功能表面103a和其附近的在光轴方向中的部分)I，该区域反射光束的一部分，并朝着CMOS传感器106透射光束的另一部分，以及包括第二区域(光束分离功能表面103a上方和下方的部分)II，该区域朝着CMOS传感器106透射除了对第一区域入射的光束之外的预定的波长范围内的入射光。
此外，第二区域II在预定的波长范围内的透射率基本上与第一区域I的透射率相同。这里，“基本上相同”不仅表示完全相同的状态，而且还表示只具有可被认为实际相同的有差别的状态。在下面的说明中也是同样的道理。
因此，当透射通过棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2d的光束进CMOS传感器106时，可以使CMOS传感器106上的光量分布基本上均匀，从而可以基于透射通过光束分离器的光获得亮度不均匀性很小的高质量的图像。此外，由于不需要将光束分离功能表面的尺寸增大到覆盖整个图像拍摄光束的尺寸，因此，可以防止照相机的尺寸增大。
由于光束分离器103(光束分离功能表面103a)的光谱透射率特征和光谱反射率特征基本上相同，因此，可以使用光束分离器103分离的反射的光束以高精确度进行聚焦检测和测光。
此外，光学低通滤波器113的用于透射光束的光程与光束分离器103的光程基本上相同。因此，在照相机具有其中光束分离器103被缩回并进行图像拍摄的模式的情况下，如果光束分离器103缩回，则不改变聚焦，也不需要对聚焦进行校正。从而，可以快速地进行图像拍摄处理，而没有释放时滞。
实施例2
本发明的实施例2的数字彩色照相机采用了数字信号校正处理，以消除光束分离器所引起的图像的亮度不均匀的情况。在本实施例中，在棱镜103-1的表面103-1b和棱镜103-2的表面103-2d上不设置ND滤光器。
虽然数字彩色照相机的电气结构基本上与图2所示的方框图中的实施例1的电气结构相同，但是，其特征是：除了白平衡电路、伽马校正电路和通过内插计算生成高分辨率图像的内插计算电路之外，本实施例中的RGB图像处理电路131还包括亮度不均匀性校正电路(增益调整器或处理器)，该电路校正亮度不均匀。
RGB图像处理电路131对来自CMOS传感器106的已经被A/D转换器130转换为数字信号的图像信号进行亮度不均匀校正，然后，将信号发送到白平衡电路、伽马校正电路和内插计算电路。
图26是显示了RGB图像处理电路131中的信号处理的流程图。下面，将使用该流程图说明RGB图像处理电路131中的信号处理。
在RGB图像处理电路131中，首先，在步骤S310中，确定所拍摄的图像是EVF图像还是高清晰度图像。“EVF”表示电子取景器，而“高清晰度图像”表示通过使用CMOS传感器106中的所有像素的输出生成的图像。如果所拍摄的图像是EVF图像，则过程进到步骤S311，因为已经通过光束分离器103拍摄了图像。如果所拍摄的图像是高清晰度图像，则过程跳过步骤S311，并进到步骤S312，因为还没有通过光束分离器103拍摄图像。
在步骤S311中，对亮度不均匀进行校正。对亮度不均匀的校正是增益校正，该校正对构成了图像的水平像素行的位置进行参数化。
图27((a)和(b))是显示了所拍摄的图像屏幕中的位置和增益之间的关系的图。在图27(a)中，附图标记301表示其中按亮度显示通过对用于EVF的拍摄图像的输出进行A/D转换所获得的数字信号的值的图像。在此步骤中，存在由R、G和B之间的光量差所引起的马赛克状的电平差，因为信号的布局对应于像素的布局。然而，通过YC校正消除了马赛克状的电平差，从而形成了最后的可见图像。
根据位置，执行将图27(a)所示的图像301乘以图27(b)中的特征曲线305所显示的增益的计算。增益特征曲线305是由光束分离器103的光束分离功能表面103a和CMOS传感器106之间的位置关系确定的固定特征曲线，对于水平像素行，它具有恒定值，因为光束分离功能表面103a横跨过屏幕。
例如，对像素行302应用增益g2，对像素行303应用增益g3，而对像素行304应用增益g1。这会导致由于光束分离功能表面103a的作用而变黑的区域中的信号增加到初始电平，如图28所示的图像306。
从而，执行图像处理，以便当来自具有基本上均匀的亮度分布的物体的光进入光束分离器103的第一和第二区域I和II(参见图4)时，使用CMOS传感器拍摄的图像的亮度分布基本上均匀。
这里，使用在成像光学系统102中提供的孔径光阑的光圈值的函数作为增益特征可以更严格地校正亮度不均匀，而不管亮度如何。
在图26中，在步骤S312中，根据光源类型(如太阳光或荧光灯)执行白平衡处理。接下来，在步骤313中，执行适用于图像数据的输入/输出设备的伽马校正，以便如实地再现图像。在步骤314中，执行通过内插计算生成高分辨率图像的过程，作为YC处理的预处理，然后RGB图像处理的例程返回。
根据上文所描述的处理，通过拍摄均匀亮度的表面所获得的最终的图像成为如图29所示的亮度均匀的图像310，图像拍摄结果没有特别的亮度不均匀，与普通图像没有差别。因此，亮度不均匀校正的效果极其显著。
根据实施例2，由于RGB图像处理电路131具有校正亮度不均匀的增益校正电路，因此，当拍摄具有基本上均匀的亮度分布的物体的图像时，可以使得图像拍摄屏幕中的CMOS传感器106输出分布基本上均匀。
因此，可以基于通过光束分离器103的光获得高质量的图像。此外，可以防止照相机尺寸增大，因为不需要加大光束分离功能表面的尺寸以便防止亮度不均匀。
此外，实施例2的照相机的特征在于，对于预定的波长范围内的直线行进的光，光束分离器的光程和光学低通滤波器的光程基本上相同。因此，由于在其中缩回了光束分离器的状态下拍摄高清晰度图像的情况下不改变聚焦，也不需要进行聚焦校正，因此，可以缩短释放时滞。
根据上文所描述的实施例，可以基于接收了透射通过光束分离器的光的光接收元件的输出获得高质量图像，而无需增大光束分离器和光学设备的尺寸。

Claims (18)

1.一种光学设备(101)，包括：
光接收元件(106)，该元件对预定的波长范围内的光具有感光性；以及
光束分离器(103)，它包括第一表面(103a)和第二表面(103-1b)，该第一表面相对于入射光轴(104)具有倾斜角，反射预定的波长范围内的入射光的一部分并朝着光接收元件透射该入射光的另一部分，该第二表面被形成为与入射光轴正交并与第一表面接触，该第二表面朝着光接收元件透射除了到该第一表面的入射光之外的该预定的波长范围内的入射光，
该光学设备的特征在于，将该第二表面对该预定的波长范围的透射率设置为使得在来自具有基本上均匀的亮度的物体的光入射到该第一和第二表面的情况下，该光接收元件上的光量分布基本上是均匀的。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，第一表面是其反射率和透射率对该预定的波长范围基本上相同的表面。
3.根据权利要求1或2所述的光学设备，进一步包括用于代替光束分离器的光学低通滤波器(113)，
该光学设备的特征在于，在该预定的波长范围内，透射通过该光学低通滤波器的光的光程基本上与透射通过该光束分离器的光的光程相同。
4.一种光学设备(101)，包括：
光接收元件(106)，该元件对预定的波长范围内的光具有感光性；
光束分离器，它包括第一表面(103a)和第二表面(103-1b)，该第一表面相对于入射光轴具有倾斜角，其反射该预定的波长范围内的入射光的一部分并朝着光接收元件透射该入射光的另一部分，该第二表面被形成为与入射光轴正交并与该第一表面接触，该第二表面朝着光接收元件透射除了到该第一表面的入射光之外的该预定的波长范围内的入射光；以及
增益调整器(131)，该增益调整器对光接收元件的输出进行增益调整，以便在来自具有基本上均匀的亮度的物体的光入射到该第一和第二表面的情况下，使调整之后的输出分布基本上均匀。
5.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，第一表面是其反射率和透射率对该预定的波长范围基本上相同的表面。
6.根据权利要求4或5所述的光学设备，进一步包括用于代替光束分离器的光学低通滤波器，
该光学设备的特征在于，在该预定的波长范围内，透射通过该光学低通滤波器的光的光程基本上与透射通过该光束分离器的光的光程相同。
7.一种光学设备(101)，包括：
光接收元件(106)，该元件具有感光性；以及
光束分离器(103)，它包括第一区域(I)和第二区域(II)，该第一区域包括光束分离表面(103a)，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二区域朝着光接收元件透射除了到该第一区域的入射光之外的入射光，
该光学设备的特征在于，该第二区域的透射率基本上与第一区域的透射率相同。
8.根据权利要求7所述的光学设备，其特征在于，在第二区域中的入射表面(103-1b)和出射表面(103-2d)中的至少一个表面上提供中性滤光器。
9.根据权利要求7或8所述的光学设备，其特征在于，提供了聚焦检测单元(112)，该单元使用所述光束分离表面所反射的光来执行聚焦检测。
10.一种光束分离器(103)，包括：
第一区域(I)，该区域包括光束分离表面(103a)，该表面反射入射光的一部分并透射入射光的另一部分；以及
第二区域(II)，该区域透射除了到该第一区域的入射光之外的入射光，
该光束分离器的特征在于，该第二区域的透射率基本上与该第一区域的透射率相同。
11.根据权利要求10所述的光束分离器，其特征在于，在该第二区域的入射表面(103-1b)和出射表面(103-2d)中的至少一个表面上提供中性滤光器。
12.一种光学设备(101)，其特征在于包括：
光接收元件(106)，该元件具有感光性；
光束分离器(103)，它具有第一区域(I)和第二区域(II)，该第一区域包括光束分离表面(103a)，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二区域朝着光接收元件透射除了到该第一区域的入射光之外的入射光；以及
处理器(131)，该处理器执行图像处理，以在来自具有基本上均匀的亮度的物体的光入射到第一和第二区域的情况下，使使用光接收元件获得的图像的亮度分布基本上均匀。
13.根据权利要求12所述的光学设备，其特征在于进一步包括聚焦检测单元(112)，该单元使用由所述光束分离表面所反射的光来执行聚焦检测。
14.一种光学设备(101)，其特征在于包括：
光束分离器(103)，它具有第一区域(I)和第二区域(II)，第一区域包括光束分离表面(103a)，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分，该第二区域透射除了到该第一区域的入射光之外的入射光；以及
减小第二区域的透射率的滤光器(103-1b，103-2d)。
15.根据权利要求14所述的光学设备，其特征在于，所述滤光器是中性滤光器。
16.根据权利要求14或15所述的光学设备，其特征在于，提供了聚焦检测单元(112)，该单元使用由所述光束分离表面所反射的光来执行聚焦检测。
17.一种光束分离器(103)，其特征在于包括：
第一区域(I)，该区域包括光束分离表面(103a)，该表面反射入射光的一部分并朝着光接收元件透射入射光的另一部分；
第二区域(II)，该区域透射除了到该第一区域的入射光之外的入射光；以及
减小第二区域的透射率的滤光器(103-1b，103-2d)。
18.根据权利要求17所述的光束分离器，其特征在于，所述滤光器是中性滤光器。
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