JP2007101965A - Imaging apparatus - Google Patents

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Makoto Takamiya
誠 高宮
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an imaging apparatus, equipped with a compact optical member for separating luminous flux and provided with a plurality of focus detection areas inside a photographic image plane. <P>SOLUTION: The imaging apparatus 101 has an imaging device 106 for photoelectrically converting a subject image; a focus detection means 112 detecting focus by using luminous flux from a subject; and the optical member 103, provided with a luminous flux separation surface 103a for separating the luminous flux from the subject to luminous flux directed toward the imaging device and luminous flux guided to the focus detection means. The optical member can be moved to a plurality of positions, where focus detection field of vision by the focus detection means is made to differ from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に関し、特に、撮影光学系を通して取り込んだ光束を焦点検出に用いる撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus such as a digital still camera, and more particularly to an imaging apparatus that uses a light beam taken through a photographing optical system for focus detection.

撮影光学系を通して取り込んだ光束の一部を用いて焦点検出を行う撮像装置として、従来様々なものが提案されている。   Conventionally, various devices have been proposed as an imaging device that performs focus detection using a part of a light beam taken through a photographing optical system.

特許文献1には、撮影光学系で形成された1次物体像を2次元受光センサ上に形成し、該物体像を光電変換して物体に関する画像出力を得るデジタル一眼レフカメラが開示されている。   Patent Document 1 discloses a digital single-lens reflex camera that forms a primary object image formed by a photographing optical system on a two-dimensional light receiving sensor and photoelectrically converts the object image to obtain an image output related to the object. .

また、特許文献2には、ズームレンズを備えたカメラにおいて、ズームレンズ内の光路の途中で光束の一部を分離し、この分離した光束によって焦点検出を行うものが開示されている。   Patent Document 2 discloses a camera equipped with a zoom lens in which a part of a light beam is separated in the middle of an optical path in the zoom lens, and focus detection is performed using the separated light beam.

これら特許文献1、2にて提案のカメラでは、ビームスプリッタ等の光束分離部材に形成された分離面(反射透過面)によって撮影レンズからの光束を2つに分離し、一方の光束を撮影用の撮像素子に、残りの光束を焦点検出用の受光センサに導く。
特開昭63−195630号公報(3頁右上欄20行〜同頁左下欄7行、第1図等) 特開2003−140246号公報(段落0019〜0023、図1等)
In the cameras proposed in Patent Documents 1 and 2, the light beam from the photographing lens is separated into two by a separation surface (reflection / transmission surface) formed on a light beam separation member such as a beam splitter, and one light beam is used for photographing. The remaining light flux is guided to the light receiving sensor for focus detection.
JP-A-63-195630 (page 3, upper right column, line 20 to same page, lower left column, line 7, line 1, etc.) Japanese Patent Laying-Open No. 2003-140246 (paragraphs 0019 to 0023, FIG. 1, etc.)

しかしながら、上記のようにビームスプリッタ等の光束分離部材で撮影用光束と焦点検出用光束とに分離すると、撮像素子に入射する光量が減少する。したがって、このまま撮影を行うと、撮影画像が暗くなる。   However, when the light beam separating member such as a beam splitter separates the light beam for photographing and the light beam for focus detection as described above, the amount of light incident on the image sensor decreases. Therefore, if the image is taken as it is, the photographed image becomes dark.

その対策として、焦点検出時には光束分離部材を撮影光路内に配置する一方、撮影時には該光束分離部材を撮影光路外に退避させ、撮影レンズからの有効な全ての光束を撮像素子に入射させる構成が考えられる。   As a countermeasure, a configuration in which the light beam separating member is arranged in the photographing optical path at the time of focus detection, while the light beam separating member is retracted outside the photographing optical path at the time of photographing so that all effective light beams from the photographing lens are incident on the imaging element. Conceivable.

しかし、この方法では、光束が光束分離部材内を通る焦点検出時と光束分離部材内を通らない撮影時とで光学的に光路長差が生じるため、ピント面の補正処理が必要となる。   However, in this method, since the optical path length difference is optically generated between the focus detection when the light beam passes through the light beam separation member and the photographing without passing through the light beam separation member, it is necessary to correct the focus surface.

また、特許文献1,2にて開示されたカメラでは、撮影光路内での光束分離部材の位置が1つに固定されている。このため、撮影画面内の複数領域で選択的に焦点検出を行おうとする場合には、該複数の焦点検出領域をカバーできる大きさの分離面を光束分離部材に形成しておく必要がある。   Further, in the cameras disclosed in Patent Documents 1 and 2, the position of the light beam separating member in the photographing optical path is fixed to one. For this reason, when focus detection is to be selectively performed in a plurality of areas in the photographing screen, it is necessary to form a separation surface on the light beam separating member having a size that can cover the plurality of focus detection areas.

しかし、これによって光束分離部材の分離面、ひいては光束分離部材が特に撮影光軸方向に大型化し、この光束分離部材をカメラ内で移動させるためには、カメラの大型化が避けられない。また、分離面を小さくして光束分離部材を小型化(薄型化)することは可能であるが、この場合、撮影画面内の中央領域等、固定された狭い領域での焦点検出しか行うことができない。   However, due to this, the separation surface of the light beam separating member, and hence the light beam separating member, is increased in size particularly in the direction of the photographing optical axis. In order to move the light beam separating member within the camera, it is inevitable that the camera is increased in size. In addition, it is possible to make the light beam separating member smaller (thinner) by reducing the separation surface, but in this case, only focus detection in a fixed narrow region such as the central region in the photographing screen can be performed. Can not.

本発明は、小型の光束分離部材(光学部材)を備え、かつ撮影画面内での複数の焦点検出領域を設けることができるようにした撮像技術を提供することを他の目的としている。   Another object of the present invention is to provide an imaging technique that includes a small light beam separating member (optical member) and that can provide a plurality of focus detection areas in a photographing screen.

また、本発明は、移動可能な光束分離部材(光学部材)を備えていながらも焦点検出時と撮影時とでピント面の補正処理を不要とし、かつ良好な画質の撮影画像を取得できるようにした撮像技術を提供することを目的の1つとしている。   In addition, the present invention eliminates the need for focus surface correction processing at the time of focus detection and at the time of shooting, while being provided with a movable light beam separating member (optical member), so that a shot image with good image quality can be acquired. One of the purposes is to provide such an imaging technique.

本発明の一側面としての撮像装置(第1の撮像技術)は、被写体像を光電変換する撮像素子と、被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、被写体からの光束を撮像素子に向かう光束と焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有する。光学部材は、焦点検出手段による焦点検出視野を互いに異ならせる複数の位置に移動可能であることを特徴とする。   An image pickup apparatus (first image pickup technique) as one aspect of the present invention picks up an image pickup element that performs photoelectric conversion of a subject image, focus detection means that performs focus detection using a light flux from the subject, and picks up a light flux from the subject. And an optical member provided with a light beam separation surface for separating the light beam toward the element and the light beam guided to the focus detection means. The optical member is characterized in that it can be moved to a plurality of positions that make the focus detection field of view by the focus detection means different from each other.

また、本発明の他の側面としての撮像装置(第2の撮像技術)は、被写体像を光電変換する撮像素子と、被写体からの光束を撮像素子に向かう光束と焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有する。光学部材は、光束分離面が撮像素子への光路内に配置される第1の位置および光束分離面が該光路外に配置される第2の位置に移動可能である。そして、光学部材は、第1および第2の位置のそれぞれにおいて該光路内の光束全体が入射する大きさを有することを特徴とする。   An image pickup apparatus (second image pickup technology) as another aspect of the present invention includes an image pickup device that performs photoelectric conversion on a subject image, a light flux from the subject toward the image pickup device, and a light flux that is guided to a focus detection unit. And an optical member provided with a light beam separation surface for separating the light beam. The optical member is movable to a first position where the light beam separation surface is disposed in the optical path to the image sensor and a second position where the light beam separation surface is disposed outside the optical path. The optical member is characterized in that the entire light beam in the optical path is incident at each of the first and second positions.

さらに、本発明の他の側面としての撮像装置(第3の撮像技術)は、被写体像を光電変換する撮像素子と、被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、被写体からの光束を撮像素子に向かう光束と焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有する。そして、光学部材は、光束分離面が撮像素子への光路内に配置される第1の位置、および光束分離面が前記光路外に配置され、該光束分離面以外の部分を被写体からの光束が透過して撮像素子に向かう第2の位置に移動可能であることを特徴とする。   Furthermore, an imaging apparatus (third imaging technique) as another aspect of the present invention includes an imaging device that performs photoelectric conversion of a subject image, focus detection means that performs focus detection using a light beam from the subject, And an optical member provided with a light beam separation surface that separates the light beam into the light beam directed to the image sensor and the light beam guided to the focus detection unit. The optical member has a first position where the light beam separation surface is disposed in the optical path to the image sensor, and the light beam separation surface is disposed outside the light path, and the light beam from the subject is placed on a portion other than the light beam separation surface. It is possible to move to a second position that passes through the imaging element.

第1の撮像技術によれば、撮像素子への光路内での光束分離面の位置を複数選択することができるので、小型の光束分離面、つまりは小型の光学部材を用いて複数の焦点検出領域を設けることができる。
また、第2、第3の撮像技術によれば、光束分離面が撮像素子への光路内に位置する状態と該光路外に位置する状態のいずれにおいても該光路内の光束全体が光学部材に入射するので、両状態で撮像素子に向かう光束に光路長差がほとんど生じない。このため、両状態においてピント面の補正処理が不要となり、かつ光量落ちの少ない良好な画質の画像を取得することができる。
According to the first imaging technique, it is possible to select a plurality of positions of the light beam separation surface in the optical path to the image pickup device, so that a plurality of focus detections can be performed using a small light beam separation surface, that is, a small optical member. A region can be provided.
Further, according to the second and third imaging techniques, the entire light beam in the optical path is used as the optical member in both the state where the light beam separation surface is located in the optical path to the image sensor and the state where the light beam separation surface is located outside the optical path. Since the light is incident, there is almost no difference in optical path length between the light beams traveling toward the image sensor in both states. For this reason, it is not necessary to perform focus surface correction processing in both states, and an image with good image quality with little light loss can be acquired.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1には、本発明の実施例1である撮像装置としてのデジタルスチルカメラ(第2の撮像技術)の構成を示す。図1(a)は、撮影前に後述する撮像素子によって取得された被写体画像をディスプレイ107を通じて観察したり、撮影直前に後述する焦点検出センサを用いた焦点調節や測光を含む撮影準備動作を行ったりするときの状態を示している。カメラの背面に設けられたディスプレイ107は、撮影画角とほぼ同じ画角の画像を表示することができ、いわゆる電子ビューファインダ(EVF)の役目を有する。また、図1(b)は、撮影時の状態を示している。撮影後は、ディスプレイ107は、撮影された画像を所定時間の間表示して、該撮影画像を確認させる役目を有する。また、単独でいわゆるTV−AFによる焦点調節を行う際にもこの状態となる。   FIG. 1 shows a configuration of a digital still camera (second imaging technique) as an imaging apparatus that is Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1A, a subject image acquired by an image sensor, which will be described later, is observed through the display 107 before shooting, or a shooting preparation operation including focus adjustment and photometry using a focus detection sensor described later is performed immediately before shooting. It shows the state when A display 107 provided on the back surface of the camera can display an image having an angle of view substantially the same as the shooting angle of view, and has a role of a so-called electronic viewfinder (EVF). FIG. 1B shows a state at the time of photographing. After shooting, the display 107 has a function of displaying the shot image for a predetermined time and confirming the shot image. This state is also obtained when performing focus adjustment by so-called TV-AF alone.

ディスプレイ107は有機EL空間変調素子や液晶空間変調素子、微粒子の電気泳動を利用した空間変調素子などで構成される。これらは、消費電力が小さく、かつ薄型で、カメラの小型化に有効である。   The display 107 is composed of an organic EL spatial modulation element, a liquid crystal spatial modulation element, a spatial modulation element using electrophoresis of fine particles, and the like. These are low in power consumption and thin, and are effective for miniaturization of the camera.

図1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結像光学系(撮影光学系)である。104は結像光学系101の光軸、105は結像光学系102を収納するレンズ鏡筒である。   In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a digital camera body, and reference numeral 102 denotes an imaging optical system (shooting optical system) for forming an object image. Reference numeral 104 denotes an optical axis of the imaging optical system 101, and 105 denotes a lens barrel that houses the imaging optical system 102.

結像光学系102は、不図示のアクチュエータと不図示の駆動機構とにより、結像位置を光軸104の方向に調節可能である。結像光学系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により構成できる。   The imaging optical system 102 can adjust the imaging position in the direction of the optical axis 104 by an actuator (not shown) and a driving mechanism (not shown). The imaging optical system 102 can be configured by a single focus lens, a zoom lens, a shift lens, or the like.

103は光束分離機能面103aを有する光学部材としてのビームスプリッタである。110はビームスプリッタ103内における光軸である。111はレリーズボタン、108は画像データを格納する記録メディアであり、半導体メモリ、光ディスク等が用いられる。   Reference numeral 103 denotes a beam splitter as an optical member having a light beam separation function surface 103a. Reference numeral 110 denotes an optical axis in the beam splitter 103. 111 is a release button, 108 is a recording medium for storing image data, and a semiconductor memory, an optical disk or the like is used.

109は光学ファインダの接眼レンズ、106は2次元型CCDセンサやCMOSセンサである撮像素子である。112は測距用受光素子である焦点検出センサ、113は光学ローパスフィルタである。   Reference numeral 109 denotes an eyepiece of an optical viewfinder, and reference numeral 106 denotes an imaging device which is a two-dimensional CCD sensor or a CMOS sensor. Reference numeral 112 denotes a focus detection sensor that is a light receiving element for distance measurement, and 113 denotes an optical low-pass filter.

図1(a)に示す状態を以下、第1のモードといい、このときのビームスプリッタ103の位置を以下、第1モード位置という。この第1モード位置では、ビームスプリッタ103の光束分離機能面103aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内に配置される。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面103aによって焦点検出センサ112に向かうAF用光束と、撮像素子106に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面103aを通らない光束は、ビームスプリッタ103を透過して撮像素子106に向かう。ビームスプリッタ103および光束分離機能面103aの詳細については後述する。   The state shown in FIG. 1A is hereinafter referred to as a first mode, and the position of the beam splitter 103 at this time is hereinafter referred to as a first mode position. In the first mode position, the light beam separation function surface 103 a of the beam splitter 103 is disposed in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. Therefore, a part of the light beam in the optical path is separated into an AF light beam toward the focus detection sensor 112 and an image display light beam toward the image sensor 106 by the light beam separation function surface 103a. Further, the light beam that does not pass through the light beam separation function surface 103 a passes through the beam splitter 103 and travels toward the image sensor 106. Details of the beam splitter 103 and the light beam separation function surface 103a will be described later.

一方、図1(b)に示す状態を以下、第2のモードといい、このときのビームスプリッタ103の位置を以下、第2モード位置という。この第2モード位置では、ビームスプリッタ103の光束分離機能面103aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系102からの光束のうち撮像素子106に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面103aを通らずにビームスプリッタ303を透過して撮像素子106に到達する。   On the other hand, the state shown in FIG. 1B is hereinafter referred to as a second mode, and the position of the beam splitter 103 at this time is hereinafter referred to as a second mode position. In the second mode position, the light beam separation function surface 103 a of the beam splitter 103 is disposed outside the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. For this reason, of the light beams from the imaging optical system 102, a light beam effective for photographing toward the image sensor 106 passes through the beam splitter 303 and reaches the image sensor 106 without passing through the light beam separation function surface 103a.

撮像素子106での光電変換により蓄積された電荷は、ディスプレイ107への表示画像を生成する際には、一定の割合で間引きされて読み出される。また、撮影時には全ての画素からの蓄積電荷を読み出して、高精細画像の生成に使用される。   The charge accumulated by photoelectric conversion in the image sensor 106 is thinned out and read at a certain rate when a display image on the display 107 is generated. At the time of shooting, the accumulated charges from all the pixels are read out and used to generate a high-definition image.

図2には、本実施例のデジタルカメラの電気的構成を示している。まず、物体像の撮影、記録に関する部分から説明する。   FIG. 2 shows an electrical configuration of the digital camera of this embodiment. First, a description will be given of the part relating to the photographing and recording of object images.

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、結像光学系102および撮像素子106を含む。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。   The camera has an imaging system, an image processing system, a recording / reproducing system, and a control system. The imaging system includes an imaging optical system 102 and an imaging element 106. The image processing system includes an A / D converter 130, an RGB image processing circuit 131, and a YC processing circuit 132.

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および撮像素子駆動回路137を含む。   The recording / reproducing system includes a recording processing circuit 133 and a reproduction processing circuit 134. The control system includes a camera system control circuit 135, an operation detection circuit 136, and an image sensor driving circuit 137.

138はパーソナルコンピュータ等の外部装置に接続して、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、不図示の二次電池や燃料電池等の電源からの電力によって駆動される。   A standardized connection terminal 138 is connected to an external device such as a personal computer to transmit and receive data. These electric circuits are driven by electric power from a power source such as a secondary battery or a fuel cell (not shown).

撮像系は、物体からの光束を結像光学系102を介して撮像素子106の受光面に結像させる光学処理系である。この撮像系は、結像光学系102の不図示の絞りとメカニカルシャッタを調節して、適切な光量の物体光束で撮像素子106を露光する。   The imaging system is an optical processing system that forms an image of a light beam from an object on the light receiving surface of the imaging element 106 via the imaging optical system 102. This imaging system adjusts a diaphragm and a mechanical shutter (not shown) of the imaging optical system 102 to expose the imaging element 106 with an object light beam having an appropriate amount of light.

撮像素子106は、例えば、正方画素が長辺方向に3264個、短辺方向に2448個並べられた、合計約800万個の画素を有する。各画素には、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)のいずれかのカラーフィルタが配置され、4つの画素が一組となった所謂ベイヤー配列を形成している。   The image sensor 106 has, for example, a total of about 8 million pixels in which 3264 square pixels are arranged in the long side direction and 2448 in the short side direction. Each pixel is provided with a color filter of any one of R (red), G (green), and B (blue) to form a so-called Bayer array in which four pixels are combined.

ベイヤー配列では、観察者が画像を見たときに強く感じやすいGの画素をRやBの画素よりも多く配置することで、総合的な画像性能を上げている。   In the Bayer array, the overall image performance is improved by arranging more G pixels that are easily felt when an observer views the image than the R and B pixels.

一般に、この方式の撮像素子を用いる画像処理では、輝度信号の多くの部分をGから生成し、色信号はR,G,Bから生成する。   In general, in image processing using this type of image sensor, a large portion of a luminance signal is generated from G, and a color signal is generated from R, G, and B.

撮像素子106から読み出された画像信号は、A/D変換器130を介して画像処理系に供給される。   The image signal read from the image sensor 106 is supplied to the image processing system via the A / D converter 130.

A/D変換器130は、各画素から読み出された信号(蓄積電荷)をその振幅に応じた、例えば12ビットのデジタル信号に変換して出力する。そして、これ以降の信号処理はデジタル処理にて実行される。   The A / D converter 130 converts the signal (accumulated charge) read from each pixel into, for example, a 12-bit digital signal corresponding to the amplitude and outputs the digital signal. The subsequent signal processing is executed by digital processing.

画像処理系は、R,G,Bのデジタル信号から所望の形式の画像信号を得る。この画像処理系は、R、G,Bの色信号を輝度信号Yおよび色差信号(R−Y)、(B−Y)にて表わされるYC信号などに変換する。   The image processing system obtains an image signal of a desired format from R, G, B digital signals. This image processing system converts R, G, and B color signals into a luminance signal Y and YC signals represented by color difference signals (RY) and (BY).

RGB画像処理回路131は、A/D変換器130を介して撮像素子106から受けた3264×2448画素分の信号を処理する。RGB画像処理回路131は、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路を有し、さらに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。   The RGB image processing circuit 131 processes a signal for 3264 × 2448 pixels received from the image sensor 106 via the A / D converter 130. The RGB image processing circuit 131 includes a white balance circuit and a gamma correction circuit, and further includes an interpolation calculation circuit that performs high resolution by interpolation calculation.

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。YC処理回路132は、低域輝度信号YLを生成する低域輝度信号発生回路、高域輝度信号YHを生成する高域輝度信号発生回路および色差信号(R−Y),(B−Y)を生成する色差信号発生回路で構成されている。輝度信号Yは、低域輝度信号YLと高域輝度信号YHを合成することによって形成される。   The YC processing circuit 132 generates a luminance signal Y and color difference signals (R−Y) and (B−Y). The YC processing circuit 132 includes a low-frequency luminance signal generation circuit that generates a low-frequency luminance signal YL, a high-frequency luminance signal generation circuit that generates a high-frequency luminance signal YH, and color difference signals (RY) and (BY). It consists of a color difference signal generation circuit to be generated. The luminance signal Y is formed by combining the low-frequency luminance signal YL and the high-frequency luminance signal YH.

記録再生系は、前述した記録メディアへの画像信号の出力と、ディスプレイ107への画像信号の出力とを行う。記録処理回路133は、記録メディアに対する画像信号の書き込み処理および読み出し処理を行う。再生処理回路134は、記録メディアから読み出した画像信号を再生して、ディスプレイ107に出力する。   The recording / reproducing system outputs the image signal to the above-described recording medium and outputs the image signal to the display 107. The recording processing circuit 133 performs image signal writing processing and reading processing on the recording medium. The reproduction processing circuit 134 reproduces the image signal read from the recording medium and outputs it to the display 107.

また、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たり、圧縮データを読み出す際に伸張したりする圧縮伸張回路を有する。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画像毎に蓄積する。そして、該YC信号を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なわれる。   The recording processing circuit 133 includes a compression / expansion circuit that compresses YC signals representing still images and moving images in a predetermined compression format, and expands the compressed data when reading the compressed data. The compression / decompression circuit includes a frame memory for signal processing and the like, and accumulates YC signals from the image processing system for each image in the frame memory. Then, the YC signal is read and compressed and encoded for each of a plurality of blocks. The compression coding is performed by, for example, performing two-dimensional orthogonal transformation, normalization, and Huffman coding on the image signal for each block.

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107に出力される。これにより、可視画像が表示再生される。   The reproduction processing circuit 134 is a circuit that performs matrix conversion of the luminance signal Y and the color difference signals (R−Y) and (B−Y), for example, into RGB signals. The signal converted by the reproduction processing circuit 134 is output to the display 107. Thereby, the visible image is displayed and reproduced.

制御系は、レリーズボタン111等の各種操作部材の操作を検出する操作検出回路136を有する。また、その検出信号に応じて各部を制御し、撮影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。さらに、カメラシステム制御回路135の制御の下に撮像素子106を駆動するための駆動信号を生成する撮像素子駆動回路137や、光学ファインダ内の情報表示装置やカメラの外面に設けられた情報表示装置を制御する情報表示回路142を含む。   The control system includes an operation detection circuit 136 that detects operations of various operation members such as the release button 111. In addition, a camera system control circuit 135 that controls each unit in accordance with the detection signal and generates and outputs a timing signal at the time of shooting is included. Furthermore, an image sensor drive circuit 137 that generates a drive signal for driving the image sensor 106 under the control of the camera system control circuit 135, an information display device in the optical viewfinder, and an information display device provided on the outer surface of the camera Includes an information display circuit 142 for controlling.

制御系は、操作部材の操作に応じて、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、レリーズボタン111の操作を検出して、撮像素子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、制御系は、情報表示回路142によって光学ファインダ内の情報表示装置に設けられた各セグメントの状態を制御する。   The control system controls the imaging system, the image processing system, and the recording / reproducing system according to the operation of the operation member. For example, the operation of the release button 111 is detected to control the driving of the image sensor 106, the operation of the RGB image processing circuit 131, the compression processing of the recording processing circuit 133, and the like. Further, the control system controls the state of each segment provided in the information display device in the optical viewfinder by the information display circuit 142.

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。   An AF control circuit 140 and a lens system control circuit 141 are further connected to the camera system control circuit 135. These communicate with each other data necessary for each processing, centering on the camera system control circuit 135.

第1のモードにおいて、AF制御回路140は、撮影画面上の所定位置に対応して設けられた焦点検出センサ112からの信号出力を得て焦点検出信号を生成する。焦点検出信号は、結像光学系102からの光束によって形成された複数の像の位相差を示す信号であり、該位相差は結像光学系102の結像状態を示す。位相差が所定値であるときは結像光学系102は合焦状態にあり、位相差が該所定値以外の場合は結像光学系102はデフォーカス状態にある。   In the first mode, the AF control circuit 140 obtains a signal output from the focus detection sensor 112 provided corresponding to a predetermined position on the shooting screen and generates a focus detection signal. The focus detection signal is a signal indicating a phase difference between a plurality of images formed by a light beam from the imaging optical system 102, and the phase difference indicates an imaging state of the imaging optical system 102. When the phase difference is a predetermined value, the imaging optical system 102 is in a focused state, and when the phase difference is other than the predetermined value, the imaging optical system 102 is in a defocused state.

AF制御回路140は、デフォーカスが検出されると、これを結像光学系102に含まれるフォーカシングレンズ(図3,4参照)の駆動量に変換する。そして、該駆動量の情報をカメラシステム制御回路135を介してレンズシステム制御回路141に送信する。このAFを、以下、位相差AFという。   When the defocus is detected, the AF control circuit 140 converts this into a driving amount of a focusing lens (see FIGS. 3 and 4) included in the imaging optical system 102. Then, the drive amount information is transmitted to the lens system control circuit 141 via the camera system control circuit 135. This AF is hereinafter referred to as phase difference AF.

また、本実施例では、位相差AFに続いて又は単独で、撮像素子106上でのコントラストを評価し、結像光学系102の結像状態を検出するTV−AFも使用することができる。位相差AFに続いてTV−AFを行う場合は、ビームスプリッタ103を第1モード位置に配置したまま、撮像素子106からの間引き読み出しによる表示用画像の信号を利用する。具体的には、フォーカシングレンズを駆動しながら撮像素子106上での像のコントラスト評価値を生成し、最もコントラストの高い位置を合焦位置と判断する。本実施例では、位相差AFによる所定の合焦範囲へのフォーカシングレンズの駆動後、TV−AFによる高精度なピント合わせを行う。   In the present embodiment, a TV-AF that evaluates the contrast on the image sensor 106 and detects the imaging state of the imaging optical system 102 can be used following or independently of the phase difference AF. When performing the TV-AF following the phase difference AF, a display image signal obtained by thinning out reading from the image sensor 106 is used while the beam splitter 103 is disposed at the first mode position. Specifically, the contrast evaluation value of the image on the image sensor 106 is generated while driving the focusing lens, and the position with the highest contrast is determined as the in-focus position. In this embodiment, after the focusing lens is driven to a predetermined focusing range by phase difference AF, high-precision focusing is performed by TV-AF.

このように、位相差AFとTV−AFとを併用することにより、位相差AFの結果からTV−AFでのフォーカシングレンズの駆動すべき方向が予め判別できるので、全体としてのAF動作の高速化と高精度化の両立ができる。   In this way, by using phase difference AF and TV-AF together, the direction in which the focusing lens in TV-AF should be driven can be determined in advance from the result of phase difference AF, so that the speed of AF operation as a whole is increased. And high accuracy.

なお、コントラストが低い被写体等に対しては位相差AFによる検出精度が低下するが、このような場合でもTV−AFを用いれば、確実な焦点調節を行える場合がある。このような場合には、撮影者が最初からTV−AFモードを選択することもできる。この場合、ビームスプリッタ103を第2モード位置に移動させてTV−AFを行う。   Note that the detection accuracy by phase difference AF is lowered for a subject with low contrast, but even in such a case, there is a case where reliable focus adjustment can be performed by using TV-AF. In such a case, the photographer can select the TV-AF mode from the beginning. In this case, the beam splitter 103 is moved to the second mode position to perform TV-AF.

レンズシステム制御回路141は、AF制御回路140からフォーカシングレンズの駆動量の情報を受信すると、不図示の駆動機構によって結像光学系102内のフォーカシングレンズを光軸104の方向に移動させ、物体にピントを合わせる。   When the lens system control circuit 141 receives the information on the driving amount of the focusing lens from the AF control circuit 140, the lens system control circuit 141 moves the focusing lens in the imaging optical system 102 in the direction of the optical axis 104 by an unillustrated driving mechanism, Adjust the focus.

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。   As a result of a series of focus adjustment operations, when the AF control circuit 140 detects that the object is in focus, this information is transmitted to the camera system control circuit 135.

このとき、レリーズボタン111が2段目まで操作されると、後述する駆動機構によってビームスプリッタ103が駆動され、第1のモードからビームスプリッタ103の透過部103−2が撮像素子106の全面を覆う第2のモードへと切り換わる。これにより、被写体像が光学ローパスフィルタ113を透過した光束によって形成される。そして、前述した撮像系、画像処理系および記録再生系による撮影制御が行われる。   At this time, when the release button 111 is operated up to the second stage, the beam splitter 103 is driven by a driving mechanism described later, and the transmission unit 103-2 of the beam splitter 103 covers the entire surface of the image sensor 106 from the first mode. Switch to the second mode. Thereby, the subject image is formed by the light flux that has passed through the optical low-pass filter 113. Then, photographing control is performed by the above-described imaging system, image processing system, and recording / reproducing system.

図3および図4に示すように、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ103においても、結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内の光束(画像表示や撮影に有効な光束)は、すべてビームスプリッタ103に入射する。具体的には、第1モード位置では、ビームスプリッタ103のうち光束分離機能面103aを挟んだ上下の領域(後述する第1のプリズム103−1および第2のプリズム103−2)にすべての光束が入射する。また、第2モード位置では、光束分離機能面103aよりも下側の領域(第2のプリズム103−2)にすべての光束が入射する。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the beam splitter 103 arranged at any mode position, the light flux in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106 (light flux effective for image display and photographing) is as follows. All enter the beam splitter 103. Specifically, at the first mode position, all the light beams in the upper and lower regions (first prism 103-1 and second prism 103-2 described later) of the beam splitter 103 with the light beam separation function surface 103a interposed therebetween. Is incident. Further, at the second mode position, all the light beams are incident on a region (second prism 103-2) below the light beam separation function surface 103a.

このため、第1のモードと第2のモードとで、結像光学系102から撮像素子106への空間光路長(空気換算光路長ともいう:以下、単に光路長という)が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。   For this reason, the spatial optical path length from the imaging optical system 102 to the image sensor 106 (also referred to as air-converted optical path length; hereinafter simply referred to as optical path length) does not vary between the first mode and the second mode. Therefore, it is not necessary to correct the focus position depending on the mode.

また、第1のモードと第2のモードの切換え途中においても、上記光路内の光束はすべてビームスプリッタ103に入射し、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ107で確認することが可能となる。このため、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。   Further, even during the switching between the first mode and the second mode, all the light beams in the optical path are incident on the beam splitter 103 and the optical path length does not vary. It becomes possible. For this reason, the photographer can confirm the photographed image without dropping frames until immediately before the photographing is started. Therefore, a short release time lag can be realized without impairing the high-speed focus detection operation.

図3には、本実施例のデジタルカメラ101におけるレンズ鏡筒105の第1のモードでの構成を示している。また、図4には、第2のモードでのレンズ鏡筒105の構成を示している。さらに、図5には、ビームスプリッタ103の詳細な構成を示している。以下、これらの図を用いてビームスプリッタ103とその周辺部分について詳しく説明する。   FIG. 3 shows the configuration of the lens barrel 105 in the first mode in the digital camera 101 of this embodiment. FIG. 4 shows the configuration of the lens barrel 105 in the second mode. Further, FIG. 5 shows a detailed configuration of the beam splitter 103. Hereinafter, the beam splitter 103 and its peripheral part will be described in detail with reference to these drawings.

ビームスプリッタ103は、結像光学系102を構成するレンズエレメントの後端と撮像素子106との間に配置されている。レンズ102aはフォーカシングレンズであり、光軸104の方向に移動することで、ピント調節を行う。   The beam splitter 103 is disposed between the rear end of the lens elements constituting the imaging optical system 102 and the image sensor 106. The lens 102 a is a focusing lens, and performs focus adjustment by moving in the direction of the optical axis 104.

撮像素子106は、レンズ鏡筒105の不図示の固定地板に対して位置決めされている。また、ビームスプリッタ103は保持部材(図22参照)によって保持されている。
本実施例のカメラにおける静止画撮影シーケンスは、コンピュータプログラムに従ったカメラシステム制御回路135による制御の下、概ね以下の手順で行われる。
The image sensor 106 is positioned with respect to a fixed ground plate (not shown) of the lens barrel 105. The beam splitter 103 is held by a holding member (see FIG. 22).
The still image shooting sequence in the camera of the present embodiment is generally performed in the following procedure under the control of the camera system control circuit 135 according to the computer program.

ステップ1.
TV−AFモードが選択されている場合は、ビームスプリッタ103を第2モード位置に設定し(図4)、前述したTV−AF動作を行う。位相差AFが行われる通常AFモードが選択されている場合は、ステップ3へと進む。
Step 1.
When the TV-AF mode is selected, the beam splitter 103 is set to the second mode position (FIG. 4), and the above-described TV-AF operation is performed. If the normal AF mode in which phase difference AF is performed is selected, the process proceeds to step 3.

ステップ2.
レリーズボタン111の1段目の操作を検出すると、撮像素子106を駆動してビームスプリッタ103の透過部103−2を透過した光束により形成された物体像の画像を所定周期で繰り返し生成し、ディスプレイ107に該物体画像のリアルタイム表示を行う。
Step 2.
When the first operation of the release button 111 is detected, the image sensor 106 is driven, and an image of the object image formed by the light beam transmitted through the transmission unit 103-2 of the beam splitter 103 is repeatedly generated at a predetermined period. In 107, the object image is displayed in real time.

ステップ3.
ビームスプリッタ103で分離された一方の光束によって、焦点検出センサ112による位相差AFのための焦点検出を行う。
Step 3.
The focus detection for phase difference AF by the focus detection sensor 112 is performed by the one light beam separated by the beam splitter 103.

ステップ4.
焦点検出センサ112により所定量以上のデフォーカスが検出された場合は、フォーカシングレンズ102aの駆動量を算出し、その量だけフォーカシングレンズ102aを移動させて焦点調節を行う。
Step 4.
When a defocus of a predetermined amount or more is detected by the focus detection sensor 112, the driving amount of the focusing lens 102a is calculated, and the focusing lens 102a is moved by that amount to adjust the focus.

ステップ5.
焦点調節終了後に再び焦点検出センサ112を行い、デフォーカス量が合焦位置を含む所定の合焦範囲内にあることが確認されると、ステップ6に進む。
Step 5.
After the focus adjustment is completed, the focus detection sensor 112 is performed again, and when it is confirmed that the defocus amount is within a predetermined focus range including the focus position, the process proceeds to step 6.

ステップ6.
TV−AFを行い、さらに正確な合焦位置にフォーカシングレンズ102aを移動させる。
Step 6.
TV-AF is performed, and the focusing lens 102a is moved to a more accurate in-focus position.

ステップ7.
レリーズボタン111の2段目の操作を検出すると、後述する駆動機構によりビームスプリッタ103を第1モード位置から第2モード位置に切り換える(図4)。
Step 7.
When the second stage operation of the release button 111 is detected, the beam splitter 103 is switched from the first mode position to the second mode position by a drive mechanism described later (FIG. 4).

ステップ8.
撮像素子106を駆動して、高精細静止画像の撮影を行う。
Step 8.
The image sensor 106 is driven to capture a high-definition still image.

ステップ9.
撮影終了後に、ビームスプリッタ103を第2モード位置から第1モード位置に戻す(図3)。
Step 9.
After the photographing is completed, the beam splitter 103 is returned from the second mode position to the first mode position (FIG. 3).

ステップ10.
撮影された画像データを記録メディアに書き込む。そして、ステップ1に戻る。
Step 10.
Write the captured image data to the recording media. And it returns to step 1.

次に、ビームスプリッタ103の光束分離機能について説明する。図5(a)に示すように、ビームスプリッタ103は、透明体により構成される第1のプリズム103−1と第2のプリズム103−2とを面103−1a,103−2aで貼り合せて製作される。図5(b)に示すビームスプリッタ103の入射面103bは、第1のプリズム103−1の面103−1bと第2のプリズム103−2の面103−2bとで構成されている。   Next, the light beam separation function of the beam splitter 103 will be described. As shown in FIG. 5A, the beam splitter 103 is formed by bonding a first prism 103-1 and a second prism 103-2 made of a transparent body with surfaces 103-1a and 103-2a. Produced. The incident surface 103b of the beam splitter 103 shown in FIG. 5B is composed of a surface 103-1b of the first prism 103-1, and a surface 103-2b of the second prism 103-2.

また、該入射面103bからの直進光の射出面103dは、第1のプリズム103−1の面103−1dと第2のプリズム103−2の面103−2dとで構成されている。   Further, the exit surface 103d of the straight light from the incident surface 103b is composed of a surface 103-1d of the first prism 103-1, and a surface 103-2d of the second prism 103-2.

プリズム103−1,103−2はいずれも、複屈折率の小さなプラスチック材料の開環メタセシス重合体ポリマー(HROP;屈折率1.53)で形成されている。また、第1のプリズム103−1の面103−1bと面103−1d、および第2のプリズム103−2の面103−2bと面103−2dは、それぞれ互いに平行で間隔が等しい。   Each of the prisms 103-1 and 103-2 is made of a ring-opening metathesis polymer polymer (HROP; refractive index 1.53) made of a plastic material having a small birefringence. Further, the surfaces 103-1b and 103-1d of the first prism 103-1, and the surfaces 103-2b and 103-2d of the second prism 103-2 are parallel to each other and spaced apart from each other.

さらに、第1のプリズム103−1の面103−1aが面103−1bおよび面103−1dに対してなす2つの角度は、第2のプリズム103−2の面103−2aが面103−1dおよび面103−1bに対してなす2つの角度とそれぞれ等しい。このため、第1のプリズム103−1と第2のプリズム103−2とを面103−1a,103−2aで接合する(接合後の面を103aと記す)と、接合されたビームスプリッタ103は、光学的に平行平板と同様の特性を示す。したがって、入射面103bのうちどの領域に光束が入射しても同一の波面で透過するため、入射位置に関わらず収差変化が生じない。   Further, two angles formed by the surface 103-1a of the first prism 103-1 with respect to the surface 103-1b and the surface 103-1d are such that the surface 103-2a of the second prism 103-2 is the surface 103-1d. And two angles formed with respect to the surface 103-1b. Therefore, when the first prism 103-1 and the second prism 103-2 are joined by the surfaces 103-1 a and 103-2 a (the surface after joining is denoted by 103 a), the joined beam splitter 103 is Optically, it exhibits the same characteristics as a parallel plate. Therefore, no matter which region of the incident surface 103b the light beam enters, it passes through the same wavefront, so that no change in aberration occurs regardless of the incident position.

ビームスプリッタ103の面103aに光束分離機能を持たせるために、第2のプリズム103−2の面103−2a上には誘電体多層膜が形成されている。そして、第2のプリズム103−2は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第1のプリズム103−1と貼り合される。   A dielectric multilayer film is formed on the surface 103-2a of the second prism 103-2 so that the surface 103a of the beam splitter 103 has a light beam separating function. Then, the second prism 103-2 is bonded to the first prism 103-1, using an optical adhesive having index matching.

誘電体多層膜は、光の吸収をほとんど無視できる程に小さくできるので、光束分離機能面103aにおいて、入射光は撮像素子106と焦点検出センサ112の何れかの方向に分かれる。すなわち、光束分離機能面103−aは、所定波長域の入射光のうちの一部を反射し、他を透過する。   Since the dielectric multilayer film can reduce the light absorption to a level that can be almost ignored, the incident light is divided in either direction of the image sensor 106 and the focus detection sensor 112 on the light beam separation function surface 103a. That is, the light beam separation functional surface 103-a reflects a part of incident light in a predetermined wavelength region and transmits the other part.

以上により、形成された光束分離機能面103−aの光学特性を図6に示す。波長400nmから1000nmまでの分光透過率特性は、500nm付近に極小値を持つ谷型である。一方、分光反射率特性は、500nm付近に極大値を持つ山型である。ここで、450nmから650nmまでの可視域では、分光透過率特性はおよそ45%で一定している。カラー画像を撮影するカメラでは、撮像素子106の感度域を視感度域に合致させるので、光束分離機能面103−aは、撮像素子106の感度波長域でフラットな分光反射率特性を有すると言える。   The optical characteristics of the light beam separation function surface 103-a thus formed are shown in FIG. The spectral transmittance characteristics from a wavelength of 400 nm to 1000 nm are valley-shaped having a minimum value near 500 nm. On the other hand, the spectral reflectance characteristic is a mountain shape having a maximum value in the vicinity of 500 nm. Here, in the visible region from 450 nm to 650 nm, the spectral transmittance characteristic is constant at approximately 45%. In a camera that shoots a color image, the sensitivity range of the image sensor 106 is matched with the visibility range. Therefore, it can be said that the light beam separation function surface 103-a has a flat spectral reflectance characteristic in the sensitivity wavelength range of the image sensor 106. .

また、ビームスプリッタ103の入射面103bおよび第2のプリズム103−2の上端に形成されたAF射出面103cには、反射防止コートARが形成されている。反射防止コートは、レンズ母材に屈折率の異なる薄膜をSiO、TiO、ZnOなどにより1/4波長厚(例えば、0.1〜0.3μm)で積層形成することにより、表面反射率を低く抑えることができる。反射防止コートの特性を図7に示す。 Further, an antireflection coating AR is formed on the entrance surface 103b of the beam splitter 103 and the AF exit surface 103c formed on the upper end of the second prism 103-2. The antireflection coating is formed by laminating a thin film having a different refractive index on the lens base material with SiO 2 , TiO 2 , ZnO 2 or the like at a quarter wavelength thickness (for example, 0.1 to 0.3 μm), thereby reflecting the surface. The rate can be kept low. The characteristics of the antireflection coating are shown in FIG.

さらに、ビームスプリッタ103の射出面103dには、赤外(IR)カットフィルタ膜103eが形成されている。このフィルタ膜103eによって、可視領域波長のみを撮像素子106に導くことができ、色再現性の良いカメラを構築することができる。   Further, an infrared (IR) cut filter film 103e is formed on the exit surface 103d of the beam splitter 103. With this filter film 103e, only the visible region wavelength can be guided to the image sensor 106, and a camera with good color reproducibility can be constructed.

一方、ビームスプリッタ103の入射面103bから内部に入射した光束のうち光束分離機能面103aで反射した光束は、ビームスプリッタ103の入射面103bで内面反射(内部全反射)し、AF射出面103cから射出して焦点検出センサ112へ導かれる。   On the other hand, the light beam reflected by the light beam separation function surface 103a among the light beams incident on the inside from the incident surface 103b of the beam splitter 103 is internally reflected (total internal reflection) on the incident surface 103b of the beam splitter 103, and is reflected from the AF exit surface 103c. The light is emitted and guided to the focus detection sensor 112.

このように、光束分離機能面103aで反射した光束を内面反射を利用して焦点検出センサ112に導くことにより、光束分離機能面103aを、結像光学系102から撮像素子106に至る光束の光軸に対して45°よりも立てることができる。したがって、光束分離機能面が該光軸に対して45°の角度で配置される場合に比べて、ビームスプリッタ103の光軸方向での厚さを薄くすることができる。このため、結像光学系102の後端から撮像素子106までの狭い空間でも、ビームスプリッタ103と後述する駆動機構を収めることができる。   In this way, by guiding the light beam reflected by the light beam separation function surface 103a to the focus detection sensor 112 using internal reflection, the light beam separation function surface 103a is caused to emit light from the imaging optical system 102 to the image sensor 106. Can stand more than 45 ° with respect to the axis. Therefore, the thickness of the beam splitter 103 in the optical axis direction can be reduced as compared with the case where the light beam separation function surface is disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis. For this reason, the beam splitter 103 and the driving mechanism described later can be accommodated even in a narrow space from the rear end of the imaging optical system 102 to the image sensor 106.

焦点検出センサ112に到達する光束は、IRカットフィルタ膜103eを通過しないため、赤外光を含む。このため、該光束は、IRカットフィルタ膜を透過した光に比べて輝度が高くなり、暗いシーンでのAF性能を向上させることができる。   Since the light beam reaching the focus detection sensor 112 does not pass through the IR cut filter film 103e, it includes infrared light. For this reason, the luminous flux has higher luminance than the light transmitted through the IR cut filter film, and the AF performance in a dark scene can be improved.

光束分離機能面103aでの可視領域波長の分光反射率特性はおよそ55%で、赤外領域波長では30%程度であるので、十分な光量により高精度な焦点検出が可能である。   Since the spectral reflectance characteristic of the visible region wavelength at the light beam separation function surface 103a is about 55% and about 30% at the infrared region wavelength, high-precision focus detection is possible with a sufficient amount of light.

次に焦点検出センサ112について説明する。図8には、焦点検出センサ112の焦点検出視野を示している。   Next, the focus detection sensor 112 will be described. FIG. 8 shows a focus detection field of the focus detection sensor 112.

図8において、120は撮影範囲(観察範囲)としてのファインダー視野、121−1〜121−9は焦点検出視野である。   In FIG. 8, reference numeral 120 denotes a finder field as an imaging range (observation range), and 121-1 to 121-9 denote focus detection fields.

焦点検出視野は、基本的にファインダー視野120の中央付近に設定すると使い勝手が良い。   If the focus detection field is basically set near the center of the finder field 120, it is easy to use.

縦方向に延びる画素列によって構成された焦点検出視野は、縦方向の輝度分布に対して感度があるので、例えば横線に対する焦点検出が可能である。一方、横方向に延びる画素列によって構成された焦点検出視野は、横方向の輝度分布に対して感度があるので、例えば縦線に対する焦点検出が可能である。   Since the focus detection visual field formed by the pixel columns extending in the vertical direction is sensitive to the luminance distribution in the vertical direction, for example, focus detection can be performed on horizontal lines. On the other hand, since the focus detection visual field formed by the pixel rows extending in the horizontal direction is sensitive to the luminance distribution in the horizontal direction, for example, focus detection for vertical lines is possible.

実際の焦点検出センサ112は、図9のように構成される。図9は焦点検出センサ112を該センサの光軸方向から見たときの図である。112−1〜112−9は焦点検出視野121−1〜121−9を構成する画素列である。   The actual focus detection sensor 112 is configured as shown in FIG. FIG. 9 is a view of the focus detection sensor 112 when viewed from the optical axis direction of the sensor. Reference numerals 112-1 to 112-9 denote pixel columns constituting the focus detection visual fields 121-1 to 121-9.

図10は焦点検出センサ112の焦点検出視野(例えば、112−1)の画素部の断面図である。図11(a)は焦点検出センサ112の1画素の光電変換部を表す平面図、図11(b)は焦点検出センサ112の1画素の平面図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view of the pixel portion of the focus detection field of view (for example, 112-1) of the focus detection sensor 112. 11A is a plan view showing a photoelectric conversion unit of one pixel of the focus detection sensor 112, and FIG. 11B is a plan view of one pixel of the focus detection sensor 112.

図10において、光は上方から焦点検出センサ112に入射し、図11(a),(b)においては、紙面に垂直な上方から焦点検出センサ112に入射する。焦点検出センサ112はオンチップ型マイクロレンズを有するCMOS型のセンサで、このマイクロレンズの働きで焦点検出光束のFナンバーを規定できる。   In FIG. 10, light enters the focus detection sensor 112 from above, and in FIGS. 11A and 11B, the light enters the focus detection sensor 112 from above perpendicular to the paper surface. The focus detection sensor 112 is a CMOS type sensor having an on-chip type microlens, and the F number of the focus detection light beam can be defined by the action of the microlens.

図10において、151はシリコン基板、152Aと152Bは埋め込みフォトダイオードの光電変換部である。154はアルミニウムあるいは銅により形成された遮光性を有する第1配線層である。155はアルミニウムあるいは銅を用いた第2配線層である。156はシリコン酸化膜、疎水性多孔質シリカ、シリコン酸化窒化膜あるいはシリコン窒化膜などによる層間絶縁膜とパッシベーション膜である。158はマイクロレンズ、157は第2配線層155からマイクロレンズ158までの距離を高精度に設定するための平坦化層である。第1配線層154と第2配線層155は離散的に設けられた開口を備えた金属膜であって、開口以外は可視光を通さない。   In FIG. 10, reference numeral 151 denotes a silicon substrate, and 152A and 152B denote photoelectric conversion portions of embedded photodiodes. Reference numeral 154 denotes a light-shielding first wiring layer made of aluminum or copper. Reference numeral 155 denotes a second wiring layer using aluminum or copper. Reference numeral 156 denotes an interlayer insulating film and a passivation film made of silicon oxide film, hydrophobic porous silica, silicon oxynitride film, or silicon nitride film. Reference numeral 158 denotes a microlens, and 157 denotes a flattening layer for setting the distance from the second wiring layer 155 to the microlens 158 with high accuracy. The first wiring layer 154 and the second wiring layer 155 are metal films having openings provided discretely and do not transmit visible light except for the openings.

第1配線層154と第2配線層155は焦点検出センサ112を動作させる電気的な機能と受光光束の角度特性を制御する光学的な機能を併せ持っている。   The first wiring layer 154 and the second wiring layer 155 have both an electrical function for operating the focus detection sensor 112 and an optical function for controlling the angle characteristics of the received light flux.

平坦化層157は熱硬化型の樹脂や紫外線硬化型の樹脂をスピンコートした後にキュアしたり、樹脂フィルムを接着したりするといった手法で形成される。   The flattening layer 157 is formed by a method of curing a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin after spin coating or adhering a resin film.

光電変換部152A,152Bは、図11(a)に示すように、ジグザグ形に形成されており、その両端部にはそれぞれ回路部159A,159Bが接続されている。回路部159A,159B内には、転送スイッチとして働く転送用MOSトランジスタや、リセット電位を供給するリセット用MOSトランジスタが設けられている。また、ソースフォロワアンプMOSトランジスタや、選択的にソースフォロワアンプMOSトランジスタから信号を出力させるための選択用MOSトランジスタ等も設けられている。   As shown in FIG. 11A, the photoelectric conversion units 152A and 152B are formed in a zigzag shape, and circuit portions 159A and 159B are connected to both ends thereof. In the circuit portions 159A and 159B, a transfer MOS transistor serving as a transfer switch and a reset MOS transistor for supplying a reset potential are provided. A source follower amplifier MOS transistor, a selection MOS transistor for selectively outputting a signal from the source follower amplifier MOS transistor, and the like are also provided.

光電変換部152の上には、図11(b)に示すように、1画素に対して5個のマイクロレンズ158がジグザグ形に連なって設けられている。   On the photoelectric conversion unit 152, as shown in FIG. 11B, five microlenses 158 are provided in a zigzag manner for one pixel.

ここで、マイクロレンズ158は、樹脂、SiO、TiO、Siなどで形成されている。マイクロレンズ158は、単に集光のためだけではなく、結像のためにも使用されるので、軸対称型の球面レンズあるいは軸対称型の非球面レンズにより構成されている。 Here, the microlens 158 is formed of resin, SiO 2 , TiO 2 , Si 3 N 4 or the like. Since the microlens 158 is used not only for condensing but also for imaging, the microlens 158 is configured by an axially symmetric spherical lens or an axially symmetric aspherical lens.

マイクロレンズ158は、対称軸160を持つ形状であるために、平面的に見ると円形であるが、一画素に複数のマイクロレンズ158を設けたことによって、画素ピッチを小さくしながらも1画素の受光面積を大きくすることができる。したがって、低輝度の物体に対しても十分な焦点検出出力が得られる。また、半円筒型等、対称軸を持たない形状はレンズとしての結像作用がないので、焦点検出センサ112には適当でない。   Since the microlens 158 has a shape having the symmetry axis 160, the microlens 158 is circular when viewed in a plan view. However, by providing a plurality of microlenses 158 in one pixel, the pixel pitch can be reduced while reducing the pixel pitch. The light receiving area can be increased. Therefore, a sufficient focus detection output can be obtained even for a low-luminance object. Further, a shape that does not have an axis of symmetry such as a semi-cylindrical type is not suitable for the focus detection sensor 112 because there is no imaging effect as a lens.

なお、マイクロレンズ158での光の表面反射を抑制するために、マイクロレンズ158の表面には、低屈折率の薄膜や可視光の波長以下の微細構造(所謂Sub-Wavelength Structure)を形成してもよい。   In addition, in order to suppress the surface reflection of light at the microlens 158, a thin film having a low refractive index or a fine structure (so-called sub-wavelength structure) below the wavelength of visible light is formed on the surface of the microlens 158. Also good.

ビームスプリッタ103を射出した光束は、焦点検出センサ112のマイクロレンズ158に入射する。このうち第2配線層155に設けられた開口155Aと第1配線層154に設けられた開口154Aを通り抜けた成分が光電変換部152Aに入射する。また、第2配線層155に設けられた開口155Aと第1配線層154に設けられた開口154Bを通り抜けた成分が光電変換部152Bに入射する。それぞれの光電変換部152A,152Bに入射した光束は、電気信号に変換される。   The light beam emitted from the beam splitter 103 enters the microlens 158 of the focus detection sensor 112. Among these components, the component passing through the opening 155A provided in the second wiring layer 155 and the opening 154A provided in the first wiring layer 154 enters the photoelectric conversion unit 152A. In addition, a component passing through the opening 155A provided in the second wiring layer 155 and the opening 154B provided in the first wiring layer 154 enters the photoelectric conversion unit 152B. The light beams incident on the photoelectric conversion units 152A and 152B are converted into electric signals.

開口を形成するための遮光層と第1配線層154および第2配線層155を兼用したので、開口のための遮光層を特別に設ける必要がなく、焦点検出センサ112の構成を簡略化することができる。   Since the light shielding layer for forming the opening is also used as the first wiring layer 154 and the second wiring layer 155, there is no need to provide a light shielding layer for the opening, and the configuration of the focus detection sensor 112 is simplified. Can do.

図12と図13はそれぞれ、図11に示した画素を連結して焦点検出に使用するための画素列とした状態を表す平面図と斜視図である。   FIGS. 12 and 13 are a plan view and a perspective view, respectively, showing a state in which the pixels shown in FIG. 11 are connected to form a pixel row for use in focus detection.

図12では、光電変換部152A,152Bとマイクロレンズ158との位置関係がわかるように、両端のマイクロレンズ158の図示を省略し、光電変換部152A,152Bが見えるようにしている。   In FIG. 12, illustration of the microlenses 158 at both ends is omitted so that the photoelectric conversion units 152A and 152B can be seen so that the positional relationship between the photoelectric conversion units 152A and 152B and the microlens 158 can be understood.

また、図13では、構成要素のうち、光電変換部152A,152B、第1配線層154、第2配線層155およびマイクロレンズ158を抜き出して、上下方向に分解して示している。また、1画素の境界を分かりやすくするため、第1配線層154上と第2配線層155上に光電変換部のジグザグの形状を射影して破線で示した。   In FIG. 13, the photoelectric conversion units 152A and 152B, the first wiring layer 154, the second wiring layer 155, and the microlens 158 are extracted from the constituent elements and are shown in the vertical direction. Further, in order to make the boundary of one pixel easy to understand, the zigzag shape of the photoelectric conversion unit is projected on the first wiring layer 154 and the second wiring layer 155 and indicated by a broken line.

図12において、ハッチングを付した5個のマイクロレンズ158aが1画素を構成する。このような画素が横方向に多数連なって図9に示した画素列112−1〜112−9を形成している。   In FIG. 12, five microlenses 158a with hatching constitute one pixel. A large number of such pixels are arranged in the horizontal direction to form the pixel columns 112-1 to 112-9 shown in FIG.

ジグザグに並んだマイクロレンズ158が隣接する画素のマイクロレンズ158との間を埋めるため、画素列上にはマイクロレンズ158が密に配置されることになる。したがって、マイクロレンズ158に入射せずに利用されない光束は、ほとんど無視できる程度に少ない。   Since the microlenses 158 arranged in a zigzag form a space between the adjacent microlenses 158, the microlenses 158 are densely arranged on the pixel array. Therefore, the amount of light that is not used without entering the microlens 158 is small enough to be ignored.

また、マイクロレンズ158がジグザグに並んでいることによって、ナイキスト周波数付近の画素の周波数レスポンスを下げることができる。この結果、ナイキスト周波数以上の高い空間周波数成分を含む物体像が投影されても、折り返し歪みを生じ難く、後述する焦点検出センサ112の出力信号波形間の位相差検出を高精度で行える。   In addition, since the microlenses 158 are arranged in a zigzag manner, the frequency response of pixels near the Nyquist frequency can be lowered. As a result, even if an object image including a spatial frequency component higher than the Nyquist frequency is projected, aliasing distortion hardly occurs, and phase difference detection between output signal waveforms of the focus detection sensor 112 described later can be performed with high accuracy.

さらに、画素列の周囲には、光電変換部152A,152B上に配置されず、光電変換に寄与しないマイクロレンズ158bが形成されている。これは、できるだけ均一にマイクロレンズ158を配置した方がマイクロレンズ158を精度良く製作できるためである。   Further, a micro lens 158b that is not disposed on the photoelectric conversion units 152A and 152B and does not contribute to photoelectric conversion is formed around the pixel column. This is because the microlens 158 can be manufactured with high accuracy by arranging the microlenses 158 as uniformly as possible.

図13に示した第1配線層154は、菱形様の多数の開口154A,154Bを有している。これらの開口154A,154Bは、平面図である図14に示すように、マイクロレンズ158の各々に対応して一対ずつ設けられ、マイクロレンズ158の焦点位置の近傍に形成されている。   The first wiring layer 154 shown in FIG. 13 has a large number of rhombus-like openings 154A and 154B. As shown in FIG. 14 which is a plan view, the openings 154A and 154B are provided in pairs corresponding to each of the microlenses 158, and are formed in the vicinity of the focal position of the microlens 158.

このような構成により、開口154A,154Bがマイクロレンズ158によって結像光学系102の射出瞳上に逆投影される。このため、画素が取り込む光束の受光角度特性を開口154A,154Bの形状によって決めることが可能となる。   With such a configuration, the openings 154A and 154B are back-projected onto the exit pupil of the imaging optical system 102 by the microlens 158. For this reason, it is possible to determine the light receiving angle characteristic of the light beam taken in by the pixel depending on the shapes of the openings 154A and 154B.

第2配線層155に設けられた開口155Aは、第1配線層の開口154A,154B以外の開口に光が入射するのを防ぐための絞りである。この結果、開口154A,154Bに入射した光束だけがそれぞれ光電変換部152A,152Bに入射する。   The opening 155A provided in the second wiring layer 155 is a stop for preventing light from entering the openings other than the openings 154A and 154B of the first wiring layer. As a result, only the light beams incident on the openings 154A and 154B enter the photoelectric conversion units 152A and 152B, respectively.

ここで、焦点検出センサ112の各画素列から出力される出力信号に不均一を生じさせないために、1つの焦点検出視野を形成する画素列については開口154A,154Bの形状は一定である。   Here, in order not to cause nonuniformity in the output signal output from each pixel row of the focus detection sensor 112, the shapes of the openings 154A and 154B are constant for the pixel row forming one focus detection field.

図15および図16は、図9に示した焦点検出視野112−1の部分断面図である。各マイクロレンズ158は第1配線層154の開口154A,154Bを結像光学系102の射出瞳に逆投影する。したがって、図15に示すように光束132Aが開口154Aを通過するということは、光束132Aが第1配線層154の開口154Aの逆投影像から射出することと等価である。   15 and 16 are partial cross-sectional views of the focus detection visual field 112-1 shown in FIG. Each microlens 158 back-projects the openings 154A and 154B of the first wiring layer 154 onto the exit pupil of the imaging optical system 102. Accordingly, as shown in FIG. 15, the passage of the light beam 132A through the opening 154A is equivalent to the emission of the light beam 132A from the back-projected image of the opening 154A of the first wiring layer 154.

同様に図16に示すように光束132Bが開口154Bを通過できるということは、光束132Bが第1配線層154の開口154Bの逆投影像から射出して来るということと等価である。   Similarly, as shown in FIG. 16, the fact that the light beam 132B can pass through the opening 154B is equivalent to the light beam 132B being emitted from the back projection image of the opening 154B of the first wiring layer 154.

したがって、開口154A,154Bの逆投影像以外から焦点検出センサ112に入射した光線は、必ず第1配線層154か第2配線層155によって阻止されて光電変換部152A,152Bまで到達できず、光電変換されることはない。   Therefore, light rays incident on the focus detection sensor 112 from other than the back-projected images of the openings 154A and 154B are always blocked by the first wiring layer 154 or the second wiring layer 155 and cannot reach the photoelectric conversion units 152A and 152B. There is no conversion.

1つの焦点検出視野を構成する画素列について、光電変換部152Aからの出力信号を配列して得た出力信号波形と、光電変換部152Bからの出力信号を配列して得た出力信号波形との間には、以下のような関係がある。すなわち、これらの間には、焦点検出視野上に結像光学系102によって形成された物体像の結像状態に応じて、相対的に横シフトした状態が観測される。   An output signal waveform obtained by arranging the output signals from the photoelectric conversion unit 152A and an output signal waveform obtained by arranging the output signals from the photoelectric conversion unit 152B for a pixel row constituting one focus detection field of view. There is the following relationship between them. That is, a relatively laterally shifted state is observed between them depending on the imaging state of the object image formed by the imaging optical system 102 on the focus detection field.

これは、結像光学系102の射出瞳上で光束の通過する領域が、光電変換部152Aからの出力信号を配列して得た出力信号波形と、光電変換部152Bからの出力信号を配列して得た出力信号波形とでは異なるためである。   This is because the region through which the light beam passes on the exit pupil of the imaging optical system 102 arranges the output signal waveform obtained by arranging the output signals from the photoelectric conversion unit 152A and the output signal from the photoelectric conversion unit 152B. This is because the output signal waveform obtained in this way is different.

前ピンおよび後ピンでは、出力信号波形のシフト方向が逆になり、相関演算などの手法を用いてこの位相差(シフト量)を方向を含めて検出するのが焦点検出の原理である。   The shift direction of the output signal waveform is reversed between the front pin and the rear pin, and the principle of focus detection is to detect this phase difference (shift amount) including the direction using a technique such as correlation calculation.

図17および図18には、AF制御回路140に入力された焦点検出センサ112の出力信号波形を示している。横軸は画素の並びを、縦軸は出力値を表している。図17は物体像にピントが合っていない状態での出力信号波形、図18は物体像にピントが合った状態での出力信号波形である。   17 and 18 show output signal waveforms of the focus detection sensor 112 input to the AF control circuit 140. FIG. The horizontal axis represents the pixel arrangement, and the vertical axis represents the output value. FIG. 17 shows an output signal waveform when the object image is not in focus, and FIG. 18 shows an output signal waveform when the object image is in focus.

このように、まず一組の信号の同一性を判定することで合焦検知を行うことができる。さらに、相関演算を用いた公知の手法、例えば特公平5−88445号公報にて開示されている手法を用いて位相差を検出することにより、デフォーカス量を求めることができる。   In this way, focus detection can be performed by first determining the identity of a set of signals. Furthermore, the defocus amount can be obtained by detecting the phase difference using a known method using correlation calculation, for example, a method disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-88445.

得られたデフォーカス量を結像光学系102のフォーカシングレンズ102aを駆動すべき量に換算すれば、自動焦点調節が可能である。フォーカシングレンズ102aを駆動すべき量が予め分かるので、通常、合焦位置までのレンズ駆動は1回で済み、極めて高速な焦点調節ができる。   If the obtained defocus amount is converted into an amount to drive the focusing lens 102a of the imaging optical system 102, automatic focus adjustment is possible. Since the amount by which the focusing lens 102a is to be driven is known in advance, the lens is normally driven only once up to the in-focus position, and extremely fast focus adjustment can be performed.

ここで焦点検出光束について説明する。焦点検出センサ112では、焦点検出視野毎に受光角度特性を制御することによって、焦点検出視野毎に焦点検出光束のFナンバー(Fno)が異なる。結像光学系102の射出瞳上で光束の通過する領域の大きさは、中央の焦点検出視野112−1で大きく、周辺の焦点検出視野(例えば、112−4)では小さい。   Here, the focus detection light beam will be described. In the focus detection sensor 112, the F-number (Fno) of the focus detection light beam is different for each focus detection field by controlling the light receiving angle characteristic for each focus detection field. The size of the region through which the light beam passes on the exit pupil of the imaging optical system 102 is large in the central focus detection field 112-1 and small in the peripheral focus detection field (for example, 112-4).

図19は、撮像素子106によって撮像された物体の輝度を示す。図19(a)はFno2.8での像、(b)はFno4での像、(c)はFno8での像である。像中の影になった部分は、光束分離機能面103aを透過した光束によって形成された像部分である。   FIG. 19 shows the luminance of an object imaged by the image sensor 106. FIG. 19A shows an image at Fno 2.8, FIG. 19B shows an image at Fno 4, and FIG. 19C shows an image at Fno 8. The shaded portion in the image is an image portion formed by the light beam transmitted through the light beam separation function surface 103a.

図19に示すように、光束分離機能面103aのエッジ部での輝度むらの広がりがFnoによって異なる。但し、分光特性は、像高やFnoによらず概略同じである。このため、ディスプレイ107への再生処理の際は、Fnoに対応した適正な輝度補正パラメータを予め記憶しておき、Fno情報に基づいて図2で示したカメラシステム制御回路135にて再生処理をコントロールする。これにより、違和感のない再生画像を表示できる。輝度補正パラメータは、光束分離機能面を通過した光束と通過しなかった光束の光量差(輝度差)に応じた情報である。   As shown in FIG. 19, the spread of luminance unevenness at the edge portion of the light beam separation function surface 103a differs depending on Fno. However, the spectral characteristics are substantially the same regardless of the image height and Fno. Therefore, at the time of playback processing on the display 107, appropriate brightness correction parameters corresponding to Fno are stored in advance, and the playback processing is controlled by the camera system control circuit 135 shown in FIG. 2 based on the Fno information. To do. As a result, it is possible to display a reproduced image without a sense of incongruity. The luminance correction parameter is information corresponding to the light amount difference (luminance difference) between the light beam that has passed through the light beam separation function surface and the light beam that has not passed.

図19で示したような輝度むらの状態は、ビームスプリッタ103の製造方法や各光学面の膜特性によっても異なる特性を示す。しかし、製造工程時などで予め初期データとして各Fnoでの輝度むら情報を測定し、記憶しておくことによって、輝度むら補正パラメータの個体差を吸収することも可能となる。   The state of uneven brightness as shown in FIG. 19 shows different characteristics depending on the manufacturing method of the beam splitter 103 and the film characteristics of each optical surface. However, by measuring and storing the luminance unevenness information for each Fno as initial data in advance during the manufacturing process or the like, individual differences in the luminance unevenness correction parameters can be absorbed.

図20には、ビームスプリッタ103の駆動機構を示す。この図では、結像光学系102側から見たピームスプリッタ103の保持構造を示している。図20(a)は、ビームスプリッタ103の第1モード位置での状態を、図20(b)はビームスプリッタ103の第2モード位置での状態を示している。また、撮像素子106は、ビームスプリッタ103を通して見えている様子とその位置を鎖線で示す。   FIG. 20 shows a drive mechanism of the beam splitter 103. In this figure, the holding structure of the beam splitter 103 as seen from the imaging optical system 102 side is shown. FIG. 20A shows the state of the beam splitter 103 at the first mode position, and FIG. 20B shows the state of the beam splitter 103 at the second mode position. Further, the image pickup element 106 is shown through the beam splitter 103 and its position is indicated by a chain line.

ビームスプリッタ103と焦点検出センサ112は予め接着剤により固着されており、スプリッタ枠201によりこれら双方が保持されている。202はスプリッタ枠201を上下方向にガイドするガイド棒、203は図1にも示すマイクロステッピングモータ、204はマイクロステッピングモータ203により回転駆動されるリードスクリューである。   The beam splitter 103 and the focus detection sensor 112 are fixed in advance with an adhesive, and both of them are held by the splitter frame 201. 202 is a guide rod for guiding the splitter frame 201 in the vertical direction, 203 is a microstepping motor shown in FIG. 1, and 204 is a lead screw that is rotationally driven by the microstepping motor 203.

ビームスプリッタ103を所定の位置に移動させる場合は、マイクロステッピングモータ203に所定数のパルス信号を入力する。これにより、リードスクリュー204が回転し、スプリッタ枠201に形成されたネジ部とリードスクリュー204との噛み合いによって、スプリッタ枠201がガイド棒202に沿って上下方向に移動する。このため、面ぶれを抑えながら、ビームスプリッタ103の上下方向の位置を変更することができる。また、所定位置での保持は、マイクロステッピングモータ203に電流を流す方法もあるが、コギングトルクとリードスクリュー204での摩擦とを適正に設定することにより、電流を流さずに保持する方法を採ることもできる。   When the beam splitter 103 is moved to a predetermined position, a predetermined number of pulse signals are input to the microstepping motor 203. As a result, the lead screw 204 rotates, and the splitter frame 201 moves in the vertical direction along the guide rod 202 due to the engagement between the screw portion formed on the splitter frame 201 and the lead screw 204. For this reason, the vertical position of the beam splitter 103 can be changed while suppressing the surface shake. Further, the holding at a predetermined position may be a method in which an electric current is passed through the microstepping motor 203, but a method in which the electric current is not supplied by setting the cogging torque and the friction with the lead screw 204 appropriately is adopted. You can also.

図21には、図20の駆動機構の制御をカメラの撮影シーケンスに沿って説明するためのフローチャートである。このフローは、カメラの電源オンによってスタートし、電源オフで終了する。この制御は、カメラシステム制御回路135、レンズシステム制御回路141およびAF制御回路140等によりコンピュータプログラムに従って実行される。   FIG. 21 is a flowchart for explaining the control of the drive mechanism of FIG. 20 along the imaging sequence of the camera. This flow starts when the camera is turned on and ends when the power is turned off. This control is executed by the camera system control circuit 135, the lens system control circuit 141, the AF control circuit 140, and the like according to a computer program.

なお、ここでは、本発明に直接関係のない構成要素の動作や、各ステップにおける詳細な動作(例えば、動作後の確認やタイマーによる待機動作)は省略している。   It should be noted that here, operations of components not directly related to the present invention and detailed operations at each step (for example, confirmation after operation and standby operation by a timer) are omitted.

ステップ(図では、Sと略す)1001では、撮影者によって、通常AFモードかTV−AFモードかが選択される。通常AFモードが選択された場合は、ステップ1002に進み、焦点検出センサ112による焦点検出を行うためにビームスプリッタ103を図20(a)に示す第1モード位置に移動させる。また、TV−AFモードが選択された場合は、ステップ1011に進み、ビームスプリッタ103を図20(b)に示す第2モード位置に移動させる。   In step (abbreviated as S in the figure) 1001, the photographer selects either the normal AF mode or the TV-AF mode. When the normal AF mode is selected, the process proceeds to step 1002, and the beam splitter 103 is moved to the first mode position shown in FIG. 20A in order to perform focus detection by the focus detection sensor 112. If the TV-AF mode is selected, the process proceeds to step 1011 and the beam splitter 103 is moved to the second mode position shown in FIG.

通常AFモードでは、ステップ1003で、撮像素子106を駆動して被写体像を光電変換させる。そして、RGB処理回路131やYC処理回路132に各種処理を行わせて画像データをディスプレイ107に出力する。これにより、撮影者は、被写体像をディスプレイ107を通じて確認できる。   In the normal AF mode, in step 1003, the image sensor 106 is driven to photoelectrically convert the subject image. Then, the RGB processing circuit 131 and the YC processing circuit 132 perform various processes and output image data to the display 107. Thereby, the photographer can check the subject image through the display 107.

また、これら一連の処理の中で、被写体の明るさに応じてレンズ鏡筒105内の絞りを調節したり、撮像素子106の信号のゲイン調節を行ったりして、ディスプレイ107に適切な明るさの被写体像を表示する。   In addition, in the series of processes, the aperture in the lens barrel 105 is adjusted according to the brightness of the subject, or the gain of the signal of the image sensor 106 is adjusted to obtain an appropriate brightness for the display 107. The subject image is displayed.

ステップ1004では、レリーズボタン111の1段目操作SW1が行われたか否かを判別する。行われていない場合はステップ1003に戻る。1段目操作SW1が行われた場合は、ステップ1005に進む。   In step 1004, it is determined whether or not the first-stage operation SW1 of the release button 111 has been performed. If not, the process returns to step 1003. If the first stage operation SW1 has been performed, the process proceeds to step 1005.

ステップ1005では、焦点検出センサ112に、ビームスプリッタ103を介して入射した光束によって形成された被写体像を光電変換させる。そして、焦点検出センサ112からの出力に基づいて、前述した方法によりデフォーカス量および該デフォーカス量に対応したフォーカシングレンズ102aの駆動量および駆動方向を算出する。すなわち、本ステップと次のステップ1006とにより位相差AFを行う。   In step 1005, the focus detection sensor 112 performs photoelectric conversion on the subject image formed by the light beam incident through the beam splitter 103. Based on the output from the focus detection sensor 112, the defocus amount and the drive amount and drive direction of the focusing lens 102a corresponding to the defocus amount are calculated by the method described above. That is, the phase difference AF is performed in this step and the next step 1006.

次に、ステップ1006では、ステップ1005で算出された駆動量だけ、算出された駆動方向にフォーカシングレンズ102aを駆動する。これにより、結像光学系102が被写体に対して概ね合焦する。   Next, in step 1006, the focusing lens 102a is driven in the calculated driving direction by the driving amount calculated in step 1005. Thereby, the imaging optical system 102 is substantially focused on the subject.

ステップ1007−1では、再度焦点検出センサ112に、ビームスプリッタ103を介して入射した光束によって形成された被写体像を光電変換させる。そして、焦点検出センサ112からの出力に基づいてピントが合っているか否かを確認する。ピントが合っている場合は、音や光を発して合焦を撮影者に知らせるとともに、ステップ1007−2に進む。   In step 1007-1, the subject image formed by the light beam incident through the beam splitter 103 is photoelectrically converted by the focus detection sensor 112 again. Then, based on the output from the focus detection sensor 112, it is confirmed whether or not focus is achieved. If the subject is in focus, a sound or light is emitted to notify the photographer of the in-focus state, and the process proceeds to step 1007-2.

なお、本フローには示していないが、仮にここでピントが合っていないと判別された場合には、そのデフォーカス検出結果に基づいて再びフォーカシングレンズ102aを駆動する。そして、再びステップ1007−1で合焦確認を行う。複数回この動作を繰り返しても合焦確認ができない場合は、合焦が不能であることを表示し、TV−AFに切り換える。   Although not shown in this flow, if it is determined that the subject is out of focus, the focusing lens 102a is driven again based on the defocus detection result. In step 1007-1, the focus is confirmed again. If in-focus confirmation cannot be performed even after repeating this operation a plurality of times, it is displayed that the in-focus state is impossible, and the mode is switched to TV-AF.

ステップ1007−2では、TV−AFによるフォーカシングレンズ102aの駆動および合焦確認を行う。   In step 1007-2, the focusing lens 102a is driven and in-focus confirmed by TV-AF.

ステップ1008では、レリーズボタン111の2段目操作SW2が行われたか否かを判別する。行われていない場合はステップ1004に戻る。2段目操作SW2が行われた場合は、ステップ1009に進む。   In step 1008, it is determined whether or not the second-stage operation SW2 of the release button 111 has been performed. If not, the process returns to step 1004. If the second-stage operation SW2 has been performed, the process proceeds to step 1009.

ステップ1009では、ビームスプリッタ103を図20(b)に示す第2モード位置に移動させる。その直後に、ステップ1010で、撮像素子106の露光(撮影)を行う。   In step 1009, the beam splitter 103 is moved to the second mode position shown in FIG. Immediately thereafter, in step 1010, the image sensor 106 is exposed (photographed).

なお、図21のフローでは、ステップ1005からステップ1007−2の動作が終了しないとステップ1008に進まない流れになっているが、これに限らず、合焦動作が完了しない状態でもステップ1008に進むことができる構成にしてもよい。すなわち、ピントが合っていない状態でも、レリーズボタン111の2段目操作SW2で露光に進むことができるようにしてもよい。   In the flow of FIG. 21, the flow does not proceed to step 1008 unless the operation from step 1005 to step 1007-2 is completed. However, the flow is not limited to this, and the flow proceeds to step 1008 even when the focusing operation is not completed. It may be configured to be able to. That is, even when the focus is not in focus, the second step SW2 of the release button 111 may be used for exposure.

ここで、ステップ1010の露光は、撮像素子106に蓄積されている電荷をリセットし、その後被写体の明るさに応じた蓄積時間経過後に撮像素子106の受光面をシャッタで遮光し、蓄積された電荷を読み出す動作である。また、ステップ1010では、撮影画像データを記録メディア108に記録する。   Here, the exposure in step 1010 resets the electric charge accumulated in the image sensor 106, and after the accumulation time corresponding to the brightness of the subject has elapsed, the light receiving surface of the image sensor 106 is shielded by the shutter, and the accumulated charge is accumulated. Is an operation of reading out. In step 1010, the captured image data is recorded on the recording medium 108.

そしてこの露光が終了した後、本フローには図示していないが、レリーズボタン111の1段目および2段目操作SW1,SW2が継続されている場合は、ステップ1010に留まって撮影画像をディスプレイ107に表示し続ける。レリーズボタン111の操作が解除された場合には、再びシャッタを開けてステップ1001に戻る。   After the exposure is completed, although not shown in this flow, if the first and second stage operations SW1 and SW2 of the release button 111 are continued, the captured image is displayed by staying at step 1010. The display continues to 107. When the operation of the release button 111 is released, the shutter is opened again and the process returns to step 1001.

次に、ステップ1001で、撮影者がTV−AFモードを選択した場合について説明する。   Next, a case where the photographer selects the TV-AF mode in step 1001 will be described.

ステップ1011で、ビームスプリッタ103を図20(b)で示す第2モード位置に移動させ、ステップ1012に進む。   In Step 1011, the beam splitter 103 is moved to the second mode position shown in FIG.

ステップ1012では、ステップ1003と同様に、撮像素子106を駆動して被写体像を光電変換させる。そして、RGB処理回路131やYC処理回路132に各種処理を行わせて画像データをディスプレイ107に出力する。   In step 1012, as in step 1003, the image sensor 106 is driven to photoelectrically convert the subject image. Then, the RGB processing circuit 131 and the YC processing circuit 132 perform various processes and output image data to the display 107.

ステップ1013では。レリーズボタン111の1段目操作SW1が行われたか否かを判別し、行われていない場合はステップ1012に戻る。また、1段目操作SW1が行われた場合は、ステップ1014に進む。   In step 1013. It is determined whether or not the first-stage operation SW1 of the release button 111 has been performed. If not, the process returns to step 1012. If the first stage operation SW1 has been performed, the process proceeds to step 1014.

ステップ1014では、フォーカシングレンズ102aを所定駆動量ずつステップ駆動して、コントラスト評価値を算出し、その結果に基づいてフォーカシングレンズ102aを合焦位置に到達させる。   In step 1014, the focusing lens 102a is step-driven by a predetermined driving amount to calculate a contrast evaluation value, and based on the result, the focusing lens 102a reaches the in-focus position.

本フローでは、レリーズボタン111の1段目操作SW1が行われなければTV−AFが行われないようになっているが、1段目操作SW1が行われなくても随時TV−AFを行って、いわゆる大ぼけ状態の発生を回避してもよい。これにより、その後のTV−AFの高速化が図れる。   In this flow, TV-AF is not performed unless the first-stage operation SW1 of the release button 111 is performed. However, even if the first-stage operation SW1 is not performed, TV-AF is performed at any time. The occurrence of a so-called blurred state may be avoided. As a result, the subsequent TV-AF can be speeded up.

ステップ1015では、コントラスト評価値がピークであること(合焦位置であること)を確認して、音や光によって撮影者に合焦を知らせる。   In step 1015, it is confirmed that the contrast evaluation value is at a peak (in-focus position), and the photographer is notified of the focus by sound or light.

ステップ1016では、レリーズボタン111の2段目操作SW2が行われたか否かを判別する。行われていない場合はステップ1013に戻る。2段目操作SW2が行われた場合は、ステップ1010に進み、撮像素子106の露光を行う。   In step 1016, it is determined whether or not the second-stage operation SW2 of the release button 111 has been performed. If not, the process returns to step 1013. When the second-stage operation SW2 is performed, the process proceeds to step 1010, and the image sensor 106 is exposed.

以上説明したように、本実施例によれば、ビームスプリッタ103を第1モード位置と第2モード位置とに移動させても、その移動の前後において結像光学系102から撮像素子106までの光路長に実質的に変化がない。したがって、第1モード位置と第2モード位置とに切り換えても、ピント面の補正処理を行う必要がない。また、第1モード位置から第2モード位置に切り換わる間でも、すなわち第2モード位置に到達する直前までディスプレイ107に被写体像を表示することができる。   As described above, according to this embodiment, even if the beam splitter 103 is moved to the first mode position and the second mode position, the optical path from the imaging optical system 102 to the image sensor 106 before and after the movement. There is virtually no change in length. Therefore, even when switching between the first mode position and the second mode position, it is not necessary to perform the focus surface correction process. Further, the subject image can be displayed on the display 107 even during the switching from the first mode position to the second mode position, that is, immediately before reaching the second mode position.

さらに、ビームスプリッタ103の第1モード位置と第2モード位置との間での移動は、その距離が短く、しかも1軸方向への平行移動であるために、小さな駆動力のアクチュエータの選定が可能となる。このため、マイクロステッピングモータなどの小型のアクチュエータと単純な駆動機構を採用することができ、カメラの大型化を抑えることができる。   Furthermore, since the distance between the first mode position and the second mode position of the beam splitter 103 is short and parallel movement in one axial direction, it is possible to select an actuator with a small driving force. It becomes. For this reason, a small actuator such as a microstepping motor and a simple drive mechanism can be employed, and an increase in the size of the camera can be suppressed.

また、撮影時に撮像素子106に到達する光束は、光束分離機能面103aを通らないため、該光束分離機能面103aでの光量減少の影響を受けない。したがって、光量落ちの少ない良好な画質の撮影画像を取得することができる。   Further, since the light beam reaching the image sensor 106 at the time of photographing does not pass through the light beam separation function surface 103a, it is not affected by the light amount reduction on the light beam separation function surface 103a. Therefore, it is possible to acquire a captured image with good image quality with little light loss.

図22には、本発明の実施例2であるデジタルスチルカメラ(第2の撮像技術)のレンズ鏡筒の構成を示している。本実施例において、実施例1と共通する構成要素には実施例1と同符号を付している。   FIG. 22 shows the configuration of a lens barrel of a digital still camera (second imaging technique) that is Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, components common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment.

図22(a)は、焦点検出センサ112により焦点検出を行う第1のモードでの構成を示している。第1モード位置では、ビームスプリッタ303の光束分離機能面303aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面303aによって焦点検出センサ112に向かうAF用光束と、撮像素子106に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面303aを通らない光束は、ビームスプリッタ303を透過して撮像素子106に向かう。   FIG. 22A shows a configuration in the first mode in which focus detection is performed by the focus detection sensor 112. At the first mode position, the light beam separation function surface 303 a of the beam splitter 303 is disposed in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. Therefore, a part of the light beam in the optical path is separated into an AF light beam toward the focus detection sensor 112 and an image display light beam toward the image sensor 106 by the light beam separation function surface 303a. Further, the light beam that does not pass through the light beam separation function surface 303 a passes through the beam splitter 303 and travels toward the image sensor 106.

一方、図22(b)には、撮影および単独でのTV−AFを行う第2のモードでの構成を示している。第2モード位置では、ビームスプリッタ303の光束分離機能面303aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系102からの光束のうち撮像素子106に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面303aを通らずにビームスプリッタ303を透過して撮像素子106に到達する。   On the other hand, FIG. 22B shows a configuration in the second mode in which shooting and independent TV-AF are performed. In the second mode position, the light beam separation function surface 303 a of the beam splitter 303 is disposed outside the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. For this reason, of the light beams from the imaging optical system 102, a light beam effective for photographing toward the image sensor 106 passes through the beam splitter 303 without reaching the light beam separation function surface 303 a and reaches the image sensor 106.

実施例1では、ビームスプリッタと焦点検出センサとが一体的に移動する場合について説明したが、本実施例では、焦点検出センサ112は所定位置に固定され、ビームスプリッタ303のみが第1および第2モード位置間で上下移動する。   In the first embodiment, the case where the beam splitter and the focus detection sensor move integrally has been described. However, in this embodiment, the focus detection sensor 112 is fixed at a predetermined position, and only the beam splitter 303 is the first and second. Move up and down between mode positions.

また、図22(a),(b)に示すように、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ103においても、結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内の光束(画像表示や撮影に有効な光束)は、すべてビームスプリッタ103に入射する。具体的には、第1モード位置では、ビームスプリッタ303のうち光束分離機能面303aを挟んだ上下の領域(後述する第1のプリズム303−1および第2のプリズム303−2)にすべての光束が入射する。また、第2モード位置では、光束分離機能面303aよりも下側の領域(第2のプリズム303−2)にすべての光束が入射する。   Further, as shown in FIGS. 22A and 22B, in the beam splitter 103 arranged at any mode position, the light flux (image display or photographing) in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106 is also obtained. All of the light beams effective for the light are incident on the beam splitter 103. Specifically, at the first mode position, all the light beams in the upper and lower regions (first prism 303-1 and second prism 303-2 described later) of the beam splitter 303 sandwiching the light beam separation function surface 303a. Is incident. Further, at the second mode position, all the light beams are incident on a region (second prism 303-2) below the light beam separation function surface 303a.

このため、第1のモードと第2のモードとで、結像光学系102から撮像素子106への光路長が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。   For this reason, the optical path length from the imaging optical system 102 to the image sensor 106 does not vary between the first mode and the second mode. Therefore, it is not necessary to correct the focus position depending on the mode.

また、第1のモードと第2のモードの切換え途中においても、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ107で確認することが可能となり、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。   Further, since the optical path length does not change even during the switching between the first mode and the second mode, it is possible to check the image fluctuation state on the display 107, and frames are dropped until just before shooting is started. The photographer can check the photographed image. Therefore, a short release time lag can be realized without impairing the high-speed focus detection operation.

図23(a),(b)には、ビームスプリッタ303の構成を詳しく示している。実施例1と同様に、本実施例のビームスプリッタ303も、第1および第2のプリズム303−1,303−2とを面303−1a,303−2aで貼り合せて製作される。ビームスプリッタ303の入射面303bは、第1のプリズム303−1の面303−1bと第2のプリズム303−2の面303−2bとで構成されている。但し、面303−2bよりも上部に形成された領域は、AF射出面303fとして機能する。   23A and 23B show the configuration of the beam splitter 303 in detail. Similar to the first embodiment, the beam splitter 303 of the present embodiment is also manufactured by bonding the first and second prisms 303-1 and 303-2 with the surfaces 303-1a and 303-2a. The incident surface 303b of the beam splitter 303 includes a surface 303-1b of the first prism 303-1 and a surface 303-2b of the second prism 303-2. However, the region formed above the surface 303-2b functions as the AF exit surface 303f.

また、該入射面303bからの直進光の射出面303dは、第1のプリズム303−1の面303−1dと第2のプリズム303−2の面303−2dとで構成されている。   Further, the exit surface 303d of the straight light from the incident surface 303b is composed of a surface 303-1d of the first prism 303-1 and a surface 303-2d of the second prism 303-2.

プリズム303−1,303−2はいずれも実施例1で説明した材料で形成されている。また、第1のプリズム303−1の面303−1bと面303−1d、および第2のプリズム303−2の面303−2bと面303−2dは、それぞれ互いに平行で間隔が等しい。   Both the prisms 303-1 and 303-2 are formed of the materials described in the first embodiment. Further, the surfaces 303-1b and 303-1d of the first prism 303-1 and the surfaces 303-2b and 303-2d of the second prism 303-2 are parallel to each other and spaced apart from each other.

さらに、第1のプリズム303−1の面303−1aが面303−1bおよび面303−1dに対してなす2つの角度は、第2のプリズム303−2の面303−2aが面303−1dおよび面303−1bに対してなす2つの角度とそれぞれ等しい。このため、第1のプリズム303−1と第2のプリズム303−2とを面303−1a,303−2aで接合する(接合後の面を303aと記す)と、接合されたビームスプリッタ303は、光学的に平行平板と同様の特性を示す。したがって、入射面303bのうちどの領域に光束が入射しても同一の波面で透過するため、入射位置に関わらず収差変化が生じない。   Further, the two angles formed by the surface 303-1a of the first prism 303-1 with respect to the surfaces 303-1b and 303-1d are such that the surface 303-2a of the second prism 303-2 is the surface 303-1d. And two angles formed with respect to the surface 303-1b. Therefore, when the first prism 303-1 and the second prism 303-2 are joined by the surfaces 303-1a and 303-2a (the joined surface is denoted as 303a), the joined beam splitter 303 is Optically, it exhibits the same characteristics as a parallel plate. Therefore, no matter what region of the incident surface 303b the light beam enters, it transmits through the same wavefront, so that no aberration changes regardless of the incident position.

なお、第2のプリズム303−2は、図23(a)に示すように、面303−2aと面303−2bとのなす角度が、面303−2cと面303−2bとのなす角度と略同一の台形断面を有する。   In the second prism 303-2, as shown in FIG. 23A, the angle formed between the surface 303-2a and the surface 303-2b is the same as the angle formed between the surface 303-2c and the surface 303-2b. It has substantially the same trapezoidal cross section.

ビームスプリッタ303の面303aに光束分離機能を持たせるため、第2のプリズム303−2の面303−2a上に、実施例1と同様の誘電体多層膜が形成されている。そして、第2のプリズム303−2は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第1のプリズム303−1と貼り合される。   A dielectric multilayer film similar to that of the first embodiment is formed on the surface 303-2a of the second prism 303-2 in order to provide the surface 303a of the beam splitter 303 with a light beam separation function. Then, the second prism 303-2 is bonded to the first prism 303-1 using an optical adhesive having index matching.

光束分離機能面303aの光学特性は、図6に示す通りである。ビームスプリッタ303の入射面303bには、反射防止コートARが形成されており、その特性は、図7に示す通りである。   The optical characteristics of the light beam separation function surface 303a are as shown in FIG. An antireflection coating AR is formed on the incident surface 303b of the beam splitter 303, and its characteristics are as shown in FIG.

また、ビームスプリッタ303の射出面303dには、赤外(IR)カットフィルタ膜303eが形成されている。このIRカットフィルタ膜303eによって、可視領域波長のみを撮像素子106に到達させることができ、色再現性の良いカメラを構築することができる。   In addition, an infrared (IR) cut filter film 303 e is formed on the exit surface 303 d of the beam splitter 303. By this IR cut filter film 303e, only the visible region wavelength can reach the image sensor 106, and a camera with good color reproducibility can be constructed.

また、第2のプリズム303−2の上部に形成された面303−2c(ビームスプリッタ303の反射面303c)には、金属膜による反射ミラーコーティングが施されている。ピームスプリッタ303の入射面303bから内部に入射した光束のうち、光束分離機能面303aで反射した光束は、ビームスプリッタ303の入射面303bで内面反射(内部全反射)する。さらに、ミラーコーティングされた反射面303cで反射して、AF射出面303fから射出し、焦点検出センサ112へと導かれる。   Further, a reflection mirror coating with a metal film is applied to a surface 303-2c (reflection surface 303c of the beam splitter 303) formed on the upper portion of the second prism 303-2. Of the light beams incident on the inside from the incident surface 303b of the beam splitter 303, the light beam reflected by the light beam separation function surface 303a is internally reflected (total internal reflection) by the incident surface 303b of the beam splitter 303. Further, the light is reflected by the mirror-coated reflective surface 303 c, emitted from the AF exit surface 303 f, and guided to the focus detection sensor 112.

図24(a),(b)には、ビームスプリッタ303によって焦点検出センサ112に導かれる光線の様子を示す。図24(a)には、光軸110aを直進させ、その代わりに各反射作用を有する面で第2のプリズム303−2を折り返して、第2のプリズム303−2内での光線の進む様子を示している。図24(b)は、図24(a)での光線を、再度折り返して第2のプリズム303−2内で展開した様子を示している。   24A and 24B show the state of the light beam guided to the focus detection sensor 112 by the beam splitter 303. FIG. In FIG. 24A, the optical axis 110a goes straight, and instead, the second prism 303-2 is folded back on each reflecting surface, and the light beam travels in the second prism 303-2. Is shown. FIG. 24B shows a state in which the light beam in FIG. 24A is folded again and developed in the second prism 303-2.

図24(a)に示すように、入射面303−2bと出射面303−2bとは光学的にフラットな面と等価であり、仮にビームスプリッタ303が上下方向にずれたとしても、光路長は変化しない。110bはビームスプリッタ303が上下方向にずれたときの光軸を示す。但し、光軸方向にビームスプリッタ303がずれると、一般のミラー系と同様に、該ずれ量の2倍だけ光路長が変化することになり、注意が必要となる。本実施例では、実施例1の図20で示したような保持構造および駆動機構を採用することにより、光軸方向のずれを抑えることができる。なお、本実施例では、ビームスプリッタ303のみをスプリッタ枠で保持する。   As shown in FIG. 24A, the entrance surface 303-2b and the exit surface 303-2b are equivalent to optically flat surfaces, and even if the beam splitter 303 is displaced in the vertical direction, the optical path length is It does not change. 110b indicates the optical axis when the beam splitter 303 is displaced in the vertical direction. However, if the beam splitter 303 is displaced in the direction of the optical axis, the optical path length is changed by twice the amount of displacement as in the case of a general mirror system. In the present embodiment, the shift in the optical axis direction can be suppressed by employing the holding structure and the drive mechanism as shown in FIG. 20 of the first embodiment. In this embodiment, only the beam splitter 303 is held by the splitter frame.

さらに、スプリッタ枠をバネで光軸方向一方に付勢してガイド棒との係合ガタをなくするなどの方法により、ビームスプリッタ303の光軸方向のずれを抑えることができる。   Furthermore, the deviation of the beam splitter 303 in the optical axis direction can be suppressed by a method of urging the splitter frame to one side in the optical axis direction with a spring to eliminate the engagement play with the guide rod.

本実施例では、焦点検出センサ122が固定されており、ビームスプリッタ303だけを移動させればよいため、上下方向の大きさを縮めることができ、レンズ鏡筒内の設計自由度を高めることができる。   In this embodiment, since the focus detection sensor 122 is fixed and only the beam splitter 303 needs to be moved, the size in the vertical direction can be reduced, and the degree of design freedom in the lens barrel can be increased. it can.

図25には、本発明の実施例3であるデジタルスチルカメラ(第2の撮像技術)のレンズ鏡筒の構成を示している。本実施例において、実施例1と共通する構成要素には実施例1と同符号を付している。   FIG. 25 shows the configuration of a lens barrel of a digital still camera (second imaging technology) that is Embodiment 3 of the present invention. In the present embodiment, components common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment.

図25(a)は、焦点検出センサ112により焦点検出を行う第1のモードでの構成を示している。第1モード位置では、ビームスプリッタ403の光束分離機能面403aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面403aによって焦点検出センサ112に向かうAF用光束と、撮像素子106に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面403aを通らない光束は、ビームスプリッタ403を透過して撮像素子106に向かう。   FIG. 25A shows a configuration in the first mode in which focus detection is performed by the focus detection sensor 112. In the first mode position, the light beam separation function surface 403 a of the beam splitter 403 is disposed in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. Therefore, a part of the light beam in the optical path is separated into an AF light beam toward the focus detection sensor 112 and an image display light beam toward the image sensor 106 by the light beam separation function surface 403a. Further, the light beam that does not pass through the light beam separation function surface 403 a passes through the beam splitter 403 and travels toward the image sensor 106.

また、図25(b),(c)には、撮影および単独でのTV−AFを行う第2のモードでの構成を示している。これらの第2モード位置では、ビームスプリッタ403の光束分離機能面403aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系102からの光束のうち撮像素子106に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面403aを通らずにビームスプリッタ403を透過して撮像素子106に到達する。但し、図25(a),(b)では、ビームスプリッタ403における光束が透過する領域が上下方向で異なっている。以下の説明では、図25(b)の状態を第2aモード、このときの位置を第2aモード位置という。また、図25(c)の状態を第2bモード、このときの位置を第2bモード位置という。   FIGS. 25B and 25C show the configuration in the second mode in which shooting and independent TV-AF are performed. At these second mode positions, the light beam separation function surface 403a of the beam splitter 403 is disposed outside the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. For this reason, of the light beams from the imaging optical system 102, a light beam effective for photographing toward the image sensor 106 passes through the beam splitter 403 and reaches the image sensor 106 without passing through the light beam separation function surface 403a. However, in FIGS. 25A and 25B, the region through which the light beam passes through the beam splitter 403 is different in the vertical direction. In the following description, the state of FIG. 25B is referred to as the 2a mode, and the position at this time is referred to as the 2a mode position. The state shown in FIG. 25C is referred to as a second b mode, and the position at this time is referred to as a second b mode position.

実施例1では、ビームスプリッタ403と焦点検出センサ112とが一体的に移動する場合について説明したが、本実施例では、焦点検出センサ112は所定位置に固定され、ビームスプリッタ403のみが第1〜第3モード位置間で上下移動する。   In the first embodiment, the case where the beam splitter 403 and the focus detection sensor 112 move integrally has been described. However, in the present embodiment, the focus detection sensor 112 is fixed at a predetermined position, and only the beam splitter 403 includes the first to first sensors. Move up and down between third mode positions.

また、図25(a),(b),(c)に示すように、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ403においても、結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内の光束(画像表示や撮影に有効な光束)は、すべてビームスプリッタ403に入射する。具体的には、第1モード位置では、ビームスプリッタ403のうち光束分離機能面403aを挟んだ上下の領域(後述する第1のプリズム403−1および第2のプリズム403−2)にすべての光束が入射する。また、第2aモード位置では、光束分離機能面403aよりも下側の領域(第2のプリズム403−2)にすべての光束が入射する。さらに、第2bモード位置では、光束分離機能面403aよりも上側の領域(後述する第1のプリズム)にすべての光束が入射する。   Further, as shown in FIGS. 25A, 25B, and 25C, in the beam splitter 403 arranged at any mode position, the light flux (in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106) ( All of the luminous flux effective for image display and photographing enters the beam splitter 403. Specifically, at the first mode position, all the light beams in the upper and lower regions (first prism 403-1 and second prism 403-2 described later) of the beam splitter 403 sandwiching the light beam separation function surface 403a. Is incident. Further, at the 2a mode position, all the light beams are incident on a region (second prism 403-2) below the light beam separation function surface 403a. Furthermore, at the 2b mode position, all the light beams are incident on a region (first prism described later) above the light beam separation function surface 403a.

このため、第1のモード、第2aモードおよび第2bモードで、結像光学系102から撮像素子106への光路長が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。   For this reason, the optical path length from the imaging optical system 102 to the image sensor 106 does not vary in the first mode, the second a mode, and the second b mode. Therefore, it is not necessary to correct the focus position depending on the mode.

また、各モード間での切換え途中においても、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ107で確認することが可能となり、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。   In addition, since the optical path length does not fluctuate during the switching between the modes, it is possible to check the fluctuation state of the image on the display 107, and the photographer does not drop a frame until just before the photographing is started. The captured image can be confirmed. Therefore, a short release time lag can be realized without impairing the high-speed focus detection operation.

図26には、ビームスプリッタ403の構成を示している。ビームスプリッタ403は、実施例1と同様に、透明体により構成される第1のプリズム403−1と第2のプリズム403−2とを面403−1a,403−2aで貼り合せて製作される。図26(b)に示すビームスプリッタ403の入射面403bは、第1のプリズム403−1の面403−1bと第2のプリズム403−2の面403−2bとで構成されている。   FIG. 26 shows the configuration of the beam splitter 403. Similar to the first embodiment, the beam splitter 403 is manufactured by bonding a first prism 403-1 and a second prism 403-2 made of a transparent body with surfaces 403-1a and 403-2a. . The incident surface 403b of the beam splitter 403 shown in FIG. 26B is composed of a surface 403-1b of the first prism 403-1 and a surface 403-2b of the second prism 403-2.

また、該入射面403bからの直進光の射出面403dは、第1のプリズム403−1の面403−1dと第2のプリズム403−2の面403−2dとで構成されている。   Further, the exit surface 403d of the straight light from the incident surface 403b is composed of a surface 403-1d of the first prism 403-1 and a surface 403-2d of the second prism 403-2.

プリズム403−1,403−2はいずれも、実施例1と同じ材料により形成されている。第1のプリズム403−1の各面と第2のプリズム403−2の各面との関係は、実施例1と同様である。   Both the prisms 403-1 and 403-2 are made of the same material as in the first embodiment. The relationship between each surface of the first prism 403-1 and each surface of the second prism 403-2 is the same as in the first embodiment.

また、ビームスプリッタ103の面103aに光束分離機能を持たせるために、第2のプリズム403−2の面403−2a上には誘電体多層膜が形成されている。そして、第2のプリズム403−2は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第1のプリズム403−1と貼り合される。   In addition, a dielectric multilayer film is formed on the surface 403-2a of the second prism 403-2 so that the surface 103a of the beam splitter 103 has a light beam separating function. Then, the second prism 403-2 is bonded to the first prism 403-1 using an optical adhesive that has undergone index matching.

光束分離機能面403aの光学特性は図6に示す通りである。また、ビームスプリッタ403の入射面403bには、反射防止コートARが形成されており、図7のような特性となる。   The optical characteristics of the light beam separation function surface 403a are as shown in FIG. Further, an antireflection coating AR is formed on the incident surface 403b of the beam splitter 403, and the characteristics are as shown in FIG.

また、第2のプリズム403−2の面403−2dには、焦点検出センサ112への射出領域を除いて、ND(Neutral Density)フィルタ403gが形成されている。また、IRカットフィルタ膜が、図25中に示すローパスフィルタ113の前面(ビームスプリッタ403側)に形成されている。   In addition, an ND (Neutral Density) filter 403g is formed on the surface 403-2d of the second prism 403-2 except for an emission region to the focus detection sensor 112. Further, an IR cut filter film is formed on the front surface (on the beam splitter 403 side) of the low-pass filter 113 shown in FIG.

NDフィルタは一種の光吸収膜であり、クロメルなどの蒸着膜によって構成され、非常に広い波長域に対してフラットな透過特性を得ることができる。クロメルは、ニッケル(Ni)を主成分とした合金で、Cr:7.0〜10.5%、Mn:1.5%以下、Si:1.0以下、といった組成比を有する。図27はクロメルの蒸着膜を用いたNDフィルタ403gの光学特性の例である。本実施例では、光量を概ね半分に減じるNDフィルタを用いている。   The ND filter is a kind of light absorption film, and is composed of a vapor deposition film such as chromel, and can obtain flat transmission characteristics over a very wide wavelength range. Chromel is an alloy containing nickel (Ni) as a main component and has a composition ratio of Cr: 7.0 to 10.5%, Mn: 1.5% or less, Si: 1.0 or less. FIG. 27 shows an example of the optical characteristics of the ND filter 403g using a chromel deposited film. In this embodiment, an ND filter that reduces the amount of light by approximately half is used.

図28は、撮像素子106によって撮影された物体の輝度を示す図で、(a)はFno2.8での像、(b)はFno4での像、(c)はFno8での像である。像中の影になった部分は、光束分離機能面403aおよびNDフィルタ403gを透過した光束によって形成された像部分である。   FIG. 28 is a diagram illustrating the luminance of an object photographed by the image sensor 106, where (a) is an image at Fno2.8, (b) is an image at Fno4, and (c) is an image at Fno8. The shaded portion in the image is an image portion formed by the light beam that has passed through the light beam separation function surface 403a and the ND filter 403g.

撮像素子106で得られる撮影像での輝度むらの状態は、図28(a)〜(c)に示すように上下で差が有り、Fnoによっても異なる。但し、分光特性は、像高、Fnoによらず概略同じである。このため、ディスプレイ107への再生処理の際は、Fnoに対応した適正な輝度補正パラメータを予め記憶しておき、Fno情報に基づいて、図2で示したカメラシステム制御回路135にて再生処理をコントロールする。これにより、違和感のない再生画像を表示することができる。   As shown in FIGS. 28A to 28C, the state of luminance unevenness in a captured image obtained by the image sensor 106 has a difference in the upper and lower sides, and also varies depending on Fno. However, the spectral characteristics are substantially the same regardless of the image height and Fno. For this reason, at the time of reproduction processing on the display 107, appropriate brightness correction parameters corresponding to Fno are stored in advance, and the reproduction processing is performed by the camera system control circuit 135 shown in FIG. 2 based on the Fno information. To control. As a result, it is possible to display a reproduced image without a sense of incongruity.

第2のプリズム403−2は、図26(a)に示すように、対角が等しい平行四辺形断面を有する。このような形状にすることで、実施例2(図24)で説明したビームスプリッタ303と同様な特性を持ち、入射面403bと出射面403bとが光学的にフラットな透過面と等価となる。このため、仮にビームスプリッタ403が上下方向にずれたとしても、光路長は変化しない。またこの場合は、フラットな透過面であるため、光軸方向にビームスプリッタ403がずれても光路長はずれることがなく、ビームスプリッタ403の姿勢ぶれに対して許容値を実施例2に比べ大きくすることができる。   As shown in FIG. 26A, the second prism 403-2 has a parallelogram cross section having the same diagonal. By adopting such a shape, the same characteristics as those of the beam splitter 303 described in the second embodiment (FIG. 24) are obtained, and the entrance surface 403b and the exit surface 403b are equivalent to an optically flat transmission surface. For this reason, even if the beam splitter 403 is displaced in the vertical direction, the optical path length does not change. In this case, since it is a flat transmission surface, the optical path length does not deviate even if the beam splitter 403 is displaced in the optical axis direction, and the allowable value with respect to the shake of the attitude of the beam splitter 403 is increased compared to the second embodiment. be able to.

本実施例では、第2aモードでは被写体が明るすぎて露出オーバーになるような場合に、図25(c)に示す第2bモード位置にビームスプリッタ403を配置することで、ほぼ半分に減光することができる。すなわち、本来、AF用光束と撮影用光束とを分離する機能を有するビームスプリッタ403に、光路に対して進退可能なNDフィルタの役目も持たせることができる。   In this embodiment, when the subject is too bright and overexposed in the 2a mode, the beam splitter 403 is disposed at the 2b mode position shown in FIG. be able to. That is, the beam splitter 403 that originally has the function of separating the AF light beam and the photographing light beam can also serve as an ND filter that can advance and retreat with respect to the optical path.

なお、本実施例では、光量を概ね半減させるNDフィルタを用いた例を示したが、NDフィルタの減光割合をより大きくすることにより、明るさのダイナミックレンジを上げることも可能となる。その場合は、撮影像の輝度分布が図28とは異なり、上部でさらに暗くなるが、その分を補正する輝度補正パラメータを記憶しておくことにより、違和感のない表示画像を得ることが可能となる。   In this embodiment, an example is shown in which an ND filter that substantially halves the amount of light is used. However, it is possible to increase the dynamic range of brightness by increasing the dimming ratio of the ND filter. In that case, the luminance distribution of the photographed image is different from that in FIG. 28 and becomes darker in the upper part. However, by storing the luminance correction parameter for correcting the luminance distribution, it is possible to obtain a display image without a sense of incongruity. Become.

また、本実施例では、第2モード位置を2位置設けた場合について説明したが、本発明では2位置に限らず、3位置以上設けてもよい。この場合に、各位置で光束が透過する領域に形成するNDフィルタの濃度(透過率)を互いに異ならせると、様々な減光割合を選択することができる。   In the present embodiment, the case where two second mode positions are provided has been described. However, the present invention is not limited to two positions, and three or more positions may be provided. In this case, if the density (transmittance) of the ND filter formed in the region where the light beam is transmitted at each position is different from each other, various dimming ratios can be selected.

図29には、本発明の実施例4であるデジタルスチルカメラ(第1,3の撮像技術)のレンズ鏡筒の構成を示している。本実施例におけるビームスプリッタ503は、実施例1のビームスプリッタ103と基本的に同じ構成を有し、第1のプリズム503−1と第2のプリズム503−2とを光束分離機能面503aの位置で接合して製作されている。また、本実施例において、ビームスプリッタ503以外の実施例1と共通する構成要素には実施例1と同符号を付している。   FIG. 29 shows the configuration of a lens barrel of a digital still camera (first and third imaging technologies) that is Embodiment 4 of the present invention. The beam splitter 503 in the present embodiment has basically the same configuration as the beam splitter 103 in the first embodiment, and the first prism 503-1 and the second prism 503-2 are arranged at the position of the light beam separation function surface 503a. It is manufactured by joining with. Further, in the present embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to components common to the first embodiment other than the beam splitter 503.

図29(a)〜(c)は、焦点検出センサ112により焦点検出を行う第1のモードでの構成を示している。これらの第1モード位置では、ビームスプリッタ503の光束分離機能面503aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面503aによって焦点検出センサ112に向かうAF用光束と、撮像素子106に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面503aを通らない光束は、ビームスプリッタ503を透過して撮像素子106に向かう。   FIGS. 29A to 29C show the configuration in the first mode in which focus detection is performed by the focus detection sensor 112. FIG. At these first mode positions, the light beam separation function surface 503 a of the beam splitter 503 is disposed in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. Therefore, a part of the light beam in the optical path is separated into an AF light beam toward the focus detection sensor 112 and an image display light beam toward the image sensor 106 by the light beam separation function surface 503a. Further, the light beam that does not pass through the light beam separation function surface 503 a passes through the beam splitter 503 and travels toward the image sensor 106.

但し、図29(a)〜(c)では、光束分離機能面503aの上下方向位置が異なり、これに伴い、焦点検出センサ112の焦点検出視野が異なる。以下の説明では、図29(a)の状態を第1aモード、このときの位置を第1aモード位置という。また、図29(b)の状態を第1bモード、このときの位置を第1bモード位置という。さらに、図29(c)の状態を第1cモード、このときの位置を第1cモード位置という。   However, in FIGS. 29A to 29C, the vertical direction position of the light beam separation function surface 503a is different, and accordingly, the focus detection field of the focus detection sensor 112 is different. In the following description, the state of FIG. 29A is referred to as a 1a mode, and the position at this time is referred to as a 1a mode position. The state shown in FIG. 29B is referred to as a 1b mode, and the position at this time is referred to as a 1b mode position. Further, the state of FIG. 29C is referred to as a first c mode, and the position at this time is referred to as a first c mode position.

また、図示しないが、撮影および単独でのTV−AFを行う第2のモードでは、ビームスプリッタ503の光束分離機能面403aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路外に配置される。このため、該結像光学系102からの光束のうち撮像素子106に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面503aを通らずにビームスプリッタ503を透過して撮像素子106に到達する。   Although not shown, in the second mode in which shooting and independent TV-AF are performed, the light beam separation function surface 403a of the beam splitter 503 is disposed outside the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. For this reason, of the light beams from the imaging optical system 102, a light beam effective for photographing toward the image sensor 106 passes through the beam splitter 503 and reaches the image sensor 106 without passing through the light beam separation function surface 503a.

また、図29(a),(b),(c)に示すように、いずれのモード位置(不図示の第2モード位置も含む)に配置されたビームスプリッタ503においても、結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内の光束(画像表示や撮影に有効な光束)は、すべてビームスプリッタ403に入射する。具体的には、第1a〜第1cモード位置では、ビームスプリッタ403のうち光束分離機能面503aを挟んだ上下の領域(第1および第2のプリズム503−1,503−2)にすべての光束が入射する。また、第2モード位置では、光束分離機能面503aよりも下側の領域(第2のプリズム503−2)にすべての光束が入射する。このため、第1a〜cのモードおよび第2のモードで、結像光学系102から撮像素子106への光路長が変動しない。したがって、モードによってピント位置の補正を行う必要はない。   As shown in FIGS. 29A, 29B, and 29C, the imaging optical system 102 is also used in the beam splitter 503 disposed at any mode position (including a second mode position not shown). All of the light flux (light flux effective for image display and photographing) in the optical path from the light to the image sensor 106 enters the beam splitter 403. Specifically, in the 1a to 1c mode positions, all the light beams in the upper and lower regions (first and second prisms 503-1 and 503-2) of the beam splitter 403 sandwiching the light beam separation function surface 503a. Is incident. In the second mode position, all the light beams are incident on the region (second prism 503-2) below the light beam separation function surface 503a. For this reason, the optical path length from the imaging optical system 102 to the image sensor 106 does not fluctuate in the first to second modes and the second mode. Therefore, it is not necessary to correct the focus position depending on the mode.

また、各モード間での切換え途中においても、光路長が変動しないため、像の変動状況をディスプレイ107で確認することが可能となり、撮影が開始される直前までコマ落ちすることなく、撮影者が撮影像の確認を行うことができる。したがって、高速な焦点検出動作を損ねることなく、短いレリーズタイムラグを実現できる。   In addition, since the optical path length does not fluctuate during the switching between the modes, it is possible to check the fluctuation state of the image on the display 107, and the photographer does not drop a frame until just before the photographing is started. The captured image can be confirmed. Therefore, a short release time lag can be realized without impairing the high-speed focus detection operation.

本実施例では、ビームスプリッタ503と焦点検出センサ112が固着されており、実施例1と同様に、図20で示した駆動機構によってビームスプリッタ503と焦点検出センサ112が上下方向に移動する。そして、マイクロステッピングモータ203に対するパルス数制御により、任意の位置で光束分離機能面503aを停止させることができる。   In the present embodiment, the beam splitter 503 and the focus detection sensor 112 are fixed, and similarly to the first embodiment, the beam splitter 503 and the focus detection sensor 112 are moved in the vertical direction by the drive mechanism shown in FIG. Then, by controlling the number of pulses for the microstepping motor 203, the light beam separation function surface 503a can be stopped at an arbitrary position.

図30には、ファインダー視野120内での焦点検出センサ112の焦点検出視野を示している。550bで示す焦点検出視野は、実施例1の図8に示した中央焦点検出視野と同じである。本実施例では、この中央焦点検出視野の上下にそれぞれ、上焦点検出視野550aと下焦点検出視野550bとを設けている。   FIG. 30 shows a focus detection field of the focus detection sensor 112 in the finder field 120. The focus detection visual field indicated by 550b is the same as the central focus detection visual field shown in FIG. In this embodiment, an upper focus detection visual field 550a and a lower focus detection visual field 550b are provided above and below the central focus detection visual field, respectively.

撮影者は、不図示の視野選択スイッチ又は視線入力装置の選択手段を介して、焦点検出領域550a〜550cのいずれかに選択可能となっており、その選択入力に応じてカメラシステム制御回路135がマイクロステッピングモータ203を制御することにより、ビームスプリッタ503が第1a〜1cモード位置のいずれかに位置決めされる。これにより、選択された焦点検出視野内に存在する被写体に対する位相差AFが行われる。なお、通常AFモードにおいて位相差AFに続くTV−AFも、この選択された焦点検出視野に対応する画像領域の高周波成分に基づいて行われる。   The photographer can select one of the focus detection areas 550a to 550c via a field selection switch (not shown) or a selection unit of the line-of-sight input device, and the camera system control circuit 135 responds to the selection input. By controlling the micro stepping motor 203, the beam splitter 503 is positioned at any one of the 1a to 1c mode positions. As a result, phase difference AF is performed on the subject existing in the selected focus detection field of view. Note that TV-AF subsequent to phase difference AF in the normal AF mode is also performed based on the high-frequency component of the image region corresponding to the selected focus detection visual field.

なお、本実施例のビームスプリッタ505における光束分離機能面503aで反射した光束を焦点検出センサ112に導くプリズム505−2の上下方向長さは、撮像素子106の下端近傍に対応する位置(第1cモード位置)に光束分離機能面503aが配置されたときに焦点検出センサ112への射出部が撮像素子106の上端面より若干上方に位置するように設定されている。これにより、ビームスプリッタ505が無駄に大きく(長く)ならないようにしている。   The vertical length of the prism 505-2 that guides the light beam reflected by the light beam separation function surface 503a in the beam splitter 505 of the present embodiment to the focus detection sensor 112 is a position corresponding to the vicinity of the lower end of the image sensor 106 (first c When the light beam separation function surface 503a is disposed at the (mode position), the exit to the focus detection sensor 112 is set to be positioned slightly above the upper end surface of the image sensor 106. This prevents the beam splitter 505 from becoming unnecessarily large (long).

図31は、撮像素子106によって撮影された物体の輝度を示す図であり、図31(a)はFno4で、ビームスプリッタ503が図29(a)の第1aモード位置に配置されたときの像である。また、図31(b)は、Fno4で、ビームスプリッタ503が図29(b)の第1bモード位置に配置されたときの像である。さらに、図31(c)はFno4で、ビームスプリッタ503が図29(c)の第1cモード位置に位置するときの像である。   FIG. 31 is a diagram illustrating the luminance of an object photographed by the image sensor 106. FIG. 31A is an image of Fno4 and the beam splitter 503 is disposed at the 1a mode position of FIG. 29A. It is. FIG. 31B is an image when Fno4 and the beam splitter 503 is disposed at the 1b mode position in FIG. 29B. Further, FIG. 31C is an image when Fno4 and the beam splitter 503 is positioned at the 1c mode position of FIG. 29C.

また、Fnoによっても、実施例1同様に撮影像の輝度分布が異なる。本実施例では、Fnoと焦点検出視野の位置に対応した適正な輝度補正パラメータを予め記憶しておき、Fno情報と焦点検出視野の位置情報とに基づいて、図2で示したカメラシステム制御135にて再生処理をコントロールする。これにより、違和感のない再生画像表示を行うことができる。   Also, the luminance distribution of the captured image differs depending on Fno as in the first embodiment. In this embodiment, appropriate brightness correction parameters corresponding to the positions of Fno and the focus detection visual field are stored in advance, and the camera system control 135 shown in FIG. 2 is based on the Fno information and the position information of the focus detection visual field. To control the playback process. As a result, it is possible to display a reproduced image without a sense of incongruity.

なお、本実施例では、第1モード位置を3位置設けた場合について説明したが、本発明では3位置に限らず、2位置でもよいし、4位置以上設けてもよい。   In the present embodiment, the case where the first mode position is provided at three positions has been described. However, the present invention is not limited to the three positions, and may be provided at two positions or at four or more positions.

図32には、本発明の実施例5であるデジタルスチルカメラ(第2の撮像技術)のレンズ鏡筒部の構成を示している。本実施例において、実施例1と共通する構成要素には、実施例1と同符号を付している。   FIG. 32 shows the configuration of the lens barrel of a digital still camera (second imaging technology) that is Embodiment 5 of the present invention. In the present embodiment, components common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment.

図32(a)は、焦点検出センサ112により焦点検出を行う第1のモードでの構成を示している。第1モード位置では、ビームスプリッタ603の光束分離機能面603aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内に配置されている。このため、該光路内の光束の一部は、光束分離機能面603aによって焦点検出センサ112に向かうAF用光束と、撮像素子106に向かう画像表示用光束とに分離される。また、光束分離機能面603aを通らない光束は、ビームスプリッタ603を透過して撮像素子106に向かう。   FIG. 32A shows a configuration in the first mode in which focus detection is performed by the focus detection sensor 112. In the first mode position, the light beam separation function surface 603 a of the beam splitter 603 is disposed in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. Therefore, a part of the light beam in the optical path is separated into an AF light beam toward the focus detection sensor 112 and an image display light beam toward the image sensor 106 by the light beam separation function surface 603a. Further, the light beam that does not pass through the light beam separation function surface 603 a passes through the beam splitter 603 and travels toward the image sensor 106.

一方、図32(b)には、撮影および単独でのTV−AFを行う第2のモードでの構成を示している。第2モード位置では、ビームスプリッタ603の光束分離機能面603aが結像光学系102から撮像素子106に向かう光路外に配置されている。このため、該結像光学系102からの光束のうち撮像素子106に向かう撮影に有効な光束が、光束分離機能面603aを通らずにビームスプリッタ603を透過して撮像素子106に到達する。   On the other hand, FIG. 32B shows a configuration in the second mode in which shooting and independent TV-AF are performed. At the second mode position, the light beam separation function surface 603a of the beam splitter 603 is disposed outside the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106. For this reason, of the light beams from the imaging optical system 102, a light beam effective for photographing toward the image sensor 106 passes through the beam splitter 603 and reaches the image sensor 106 without passing through the light beam separation function surface 603 a.

また、いずれのモード位置に配置されたビームスプリッタ603においても、結像光学系102から撮像素子106に向かう光路内の光束(画像表示や撮影に有効な光束)は、すべてビームスプリッタ603に入射する。具体的には、第1モード位置では、ビームスプリッタ603のうち光束分離機能面603aを挟んだ上下の領域(後述する第1のプリズム603−1および第2のプリズム603−2)にすべての光束が入射する。また、第2モード位置では、光束分離機能面103aよりも下側の領域(第2のプリズム603−2)にすべての光束が入射する。   In any of the beam splitters 603 disposed at any mode position, all the light beams (light beams effective for image display and photographing) in the optical path from the imaging optical system 102 toward the image sensor 106 are incident on the beam splitter 603. . Specifically, at the first mode position, all the light beams in the upper and lower regions (first prism 603-1 and second prism 603-2 described later) of the beam splitter 603 sandwiching the light beam separation function surface 603a. Is incident. Further, at the second mode position, all the light beams are incident on a region (second prism 603-2) below the light beam separation function surface 103a.

図33(a)に示すように、本実施例のビームスプリッタ603は、第1および第2のプリズム603−1,603−2とを面603−1a,603−2aで貼り合せて製作される。ビームスプリッタ603の入射面603bは、第1のプリズム603−1の面603−1bと第2のプリズム603−2の面603−2bとで構成されている。また、該入射面603bからの直進光の射出面603dは、第1のプリズム603−1の面603−1dと第2のプリズム603−2の面603−2dとで構成されている。   As shown in FIG. 33A, the beam splitter 603 of this embodiment is manufactured by bonding the first and second prisms 603-1 and 603-2 with surfaces 603-1 a and 603-2 a. . An incident surface 603b of the beam splitter 603 includes a surface 603-1b of the first prism 603-1 and a surface 603-2b of the second prism 603-2. Further, an exit surface 603d of the straight light from the incident surface 603b is composed of a surface 603-1d of the first prism 603-1 and a surface 603-2d of the second prism 603-2.

第1のプリズム603−1は、水晶603−11,603−12,603−13(常光屈折率1.546、異常光屈折率1.555)を貼り合わせて一体化されたものである。水晶603−11,603−12,603−13はそれぞれ、光学ローパスフィルタ、位相板、およびローパスフィルタの機能を有する。このように、第1のプリズム603−1は、2枚のローパスフィルタの間に位相板を挟んだ3枚構成の光学ローパスユニットとなっている。なお、これら水晶603−11,603−12,603−13は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤により接合されている。   The first prism 603-1 is formed by bonding quartz 603-11, 603-12, 603-13 (ordinary refractive index 1.546, extraordinary refractive index 1.555) together. Crystals 603-11, 603-12, and 603-13 have functions of an optical low-pass filter, a phase plate, and a low-pass filter, respectively. Thus, the first prism 603-1 is a three-sheet optical low-pass unit in which the phase plate is sandwiched between the two low-pass filters. Note that these crystals 603-11, 603-12, and 603-13 are joined by an optical adhesive that is index matched.

また、第2のプリズム603−2は、ガラス材LLF1(屈折率1.54814)により形成されている。これら第1および第2のプリズム603−1,603−2の厚さが互いに同じであれば、これらプリズムを透過する光束の光路長差はほとんどなくなる。   The second prism 603-2 is made of a glass material LLF1 (refractive index: 1.54814). If the thicknesses of the first and second prisms 603-1 and 603-2 are the same, there is almost no difference in optical path length of light beams that pass through these prisms.

第1のプリズム603−1の面603−1bと面603−1d、および第2のプリズム603−2の面603−2bと面603−2dは、それぞれ互いに平行で間隔が等しい。   The surface 603-1b and the surface 603-1d of the first prism 603-1 and the surface 603-2b and the surface 603-2d of the second prism 603-2 are parallel to each other and spaced apart from each other.

さらに、第1のプリズム603−1の面603−1aが面603−1bおよび面603−1dに対してなす2つの角度は、第2のプリズム603−2の面603−2aが面603−1dおよび面603−1bに対してなす2つの角度とそれぞれ等しい。このため、第1のプリズム603−1と第2のプリズム603−2とを面603−1a,603−2aで接合する(接合後の面を603aと記す)と、接合されたビームスプリッタ603は、光学的に平行平板と同様の特性を示す。したがって、入射面603bのうちどの領域に光束が入射しても同一の波面で透過するため、入射位置に関わらず収差変化が生じない。   Further, the two angles formed by the surface 603-1a of the first prism 603-1 with respect to the surfaces 603-1b and 603-1d are such that the surface 603-2a of the second prism 603-2 is the surface 603-1d. And two angles formed with respect to the surface 603-1b. For this reason, when the first prism 603-1 and the second prism 603-2 are joined by the surfaces 603-1a and 603-2a (the joined surface is denoted as 603a), the joined beam splitter 603 is Optically, it exhibits the same characteristics as a parallel plate. Therefore, no matter which region of the incident surface 603b the light beam enters, it passes through the same wavefront, so that no change in aberration occurs regardless of the incident position.

ビームスプリッタ603の面603aに光束分離機能を持たせるために、実施例1と同様に、第2のプリズム603−2の面603−2a上には誘電体多層膜が形成されている。そして、第2のプリズム603−2は、インデックスマッチングをとった光学用接着剤を用いて第1のプリズム603−1と貼り合される。光束分離機能面603aの光学特性は、図6に示す通りである。また、ビームスプリッタ603の入射面603b面とAF射出面603cに、図7に示す特性の反射防止コートARを形成している。   In order to give the surface 603a of the beam splitter 603 a light beam separation function, a dielectric multilayer film is formed on the surface 603-2a of the second prism 603-2 as in the first embodiment. And the 2nd prism 603-2 is bonded with the 1st prism 603-1 using the optical adhesive agent which took the index matching. The optical characteristics of the light beam separation function surface 603a are as shown in FIG. Further, an antireflection coating AR having the characteristics shown in FIG. 7 is formed on the incident surface 603b surface and the AF exit surface 603c of the beam splitter 603.

さらに、ビームスプリッタ603の射出面603dには、IRカットフィルタ膜603eが形成されている。これにより、可視領域波長のみを撮像素子106へ到達させることができ、色再現性の良いカメラを構築することができる。   Further, an IR cut filter film 603e is formed on the exit surface 603d of the beam splitter 603. Thereby, only a visible region wavelength can reach the image sensor 106, and a camera with good color reproducibility can be constructed.

一方、実施例1同様に、焦点検出センサ112に対しては、赤外光も含んだ光をAF射出面603cから射出するので、暗いシーンでのAF性能を上げることができる。   On the other hand, as in the first embodiment, the focus detection sensor 112 emits light including infrared light from the AF exit surface 603c, so that the AF performance in a dark scene can be improved.

本実施例によれば、ローパスユニットがビームスプリッタと一体的に構成されているため、これらを別々に設ける場合に比べて光学ユニット数を減らすことができ、小型化にも有利となる。   According to the present embodiment, since the low-pass unit is integrally formed with the beam splitter, the number of optical units can be reduced as compared with the case where they are separately provided, which is advantageous for miniaturization.

以上、各実施例では、デジタルスチルカメラを例にして説明したが、本発明は、デジタルスチルカメラに限られず、ビデオカメラや、監視カメラ、Webカメラ、携帯電話などの各種撮像装置に適用することができる。   As described above, in each of the embodiments, the digital still camera has been described as an example. However, the present invention is not limited to the digital still camera, and may be applied to various imaging apparatuses such as a video camera, a monitoring camera, a web camera, and a mobile phone. Can do.

また、上記各実施例では、レンズ一体型のコンパクトカメラについて説明したが、本発明は、種々の特性(Fナンバーや焦点距離など)を持った交換レンズが装着可能なカメラにも適用することができる。   In each of the above embodiments, a compact camera with an integrated lens has been described. However, the present invention can be applied to a camera to which an interchangeable lens having various characteristics (such as an F number and a focal length) can be attached. it can.

さらに、上記各実施例では、カメラの上下方向(撮像素子の短辺方向)にビームスプリッタを移動させる場合について説明したが、カメラの左右方向(撮像素子の長辺方向)に移動させて、ビームスプリッタにおける光束が透過する領域を代えるようにしてもよい。   Further, in each of the above embodiments, the case where the beam splitter is moved in the vertical direction of the camera (the short side direction of the image sensor) has been described. However, the beam is moved in the horizontal direction of the camera (the long side direction of the image sensor) You may make it change the area | region which the light beam in a splitter permeate | transmits.

本発明の実施例1であるデジタルカメラの断面図。1 is a cross-sectional view of a digital camera that is Embodiment 1 of the present invention. 実施例1のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a digital camera according to Embodiment 1. FIG. 実施例1のデジタルカメラのレンズ鏡筒部の断面図(第1モード)。Sectional drawing of the lens-barrel part of the digital camera of Example 1 (1st mode). 実施例1のデジタルカメラのレンズ鏡筒部分の断面図(第2モード)。Sectional drawing of the lens-barrel part of the digital camera of Example 1 (2nd mode). 実施例1のデジタルカメラのビームスプリッタの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the beam splitter of the digital camera according to the first embodiment. 実施例1のビームスプリッタにおける光束分離機能面の光学特性を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating optical characteristics of a light beam separation function surface in the beam splitter according to the first embodiment. 実施例1のビームスプリッタにおける反射防止コートの光学特性を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating optical characteristics of an antireflection coating in the beam splitter according to the first embodiment. 実施例1のデジタルカメラにおける焦点検出センサの焦点検出視野を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a focus detection field of the focus detection sensor in the digital camera according to the first embodiment. 実施例1のデジタルカメラにおける焦点検出センサの焦点検出面の平面図。2 is a plan view of a focus detection surface of a focus detection sensor in the digital camera of Embodiment 1. FIG. 実施例1のデジタルカメラにおける焦点検出センサの画素部の断面図。2 is a cross-sectional view of a pixel portion of a focus detection sensor in the digital camera of Embodiment 1. FIG. 図10の焦点検出センサの1画素の光電変換部を表す平面図と該1画素の平面図。The top view showing the photoelectric conversion part of 1 pixel of the focus detection sensor of FIG. 10, and the top view of this 1 pixel. 図10の焦点検出センサの各画素を連結した画素列を表す平面図。The top view showing the pixel row | line | column which connected each pixel of the focus detection sensor of FIG. 図10の焦点検出センサの各画素を連結した画素列を表す斜視図。FIG. 11 is a perspective view illustrating a pixel row in which pixels of the focus detection sensor in FIG. 10 are connected. 図10の焦点検出センサの第1配線層の開口を示す平面図。FIG. 11 is a plan view showing an opening of a first wiring layer of the focus detection sensor of FIG. 10. 図10の焦点検出センサの焦点検出視野の部分断面図。FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a focus detection visual field of the focus detection sensor of FIG. 10. 図10の焦点検出センサの焦点検出視野の部分断面図。FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a focus detection visual field of the focus detection sensor of FIG. 10. 図10の焦点検出センサの出力信号波形を表す図。The figure showing the output signal waveform of the focus detection sensor of FIG. 図10の焦点検出センサの出力信号波形を表す図。The figure showing the output signal waveform of the focus detection sensor of FIG. 実施例1での輝度むらの様子を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining a state of luminance unevenness in the first embodiment. 実施例1のビームスプリッタの駆動機構を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a beam splitter driving mechanism according to the first embodiment. 実施例1のデジタルカメラにおける撮影シーケンスのフローチャート。5 is a flowchart of a shooting sequence in the digital camera of Embodiment 1. 本発明の実施例2であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。Sectional drawing of the lens-barrel part in the digital camera which is Example 2 of this invention. 実施例2のデジタルカメラにおけるビームスプリッタの断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a beam splitter in the digital camera of Embodiment 2. 実施例2のビームスプリッタ内の光線の説明図。Explanatory drawing of the light ray in the beam splitter of Example 2. FIG. 本発明の実施例3であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。Sectional drawing of the lens-barrel part in the digital camera which is Example 3 of this invention. 実施例3のデジタルカメラにおけるビームスプリッタの断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a beam splitter in the digital camera of Embodiment 3. 実施例3のデジタルカメラにおけるNDフィルタの光学特性の例を示す図。10 is a diagram illustrating an example of optical characteristics of an ND filter in the digital camera of Embodiment 3. FIG. 実施例3での輝度むらの様子を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining a state of luminance unevenness in the third embodiment. 本発明の実施例4であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。Sectional drawing of the lens-barrel part in the digital camera which is Example 4 of this invention. 実施例4のデジタルカメラでの焦点検出視野を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining a focus detection visual field in the digital camera according to the fourth embodiment. 実施例4での輝度むらの様子を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining a state of luminance unevenness in Example 4; 本発明の実施例5であるデジタルカメラにおけるレンズ鏡筒部の断面図。Sectional drawing of the lens-barrel part in the digital camera which is Example 5 of this invention. 実施例5のデジタルカメラにおけるビームスプリッタの断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of a beam splitter in the digital camera of Example 5.

符号の説明Explanation of symbols

102 結像光学系
103,303,403,503,603 ビームスプリッタ
103a,303a,403a,503a,603a 光束分離機能面
105 レンズ鏡筒
106 撮像素子
112 焦点検出センサ
113 光学ローパスフィルタ
201 スプリッタ枠
202 ガイド棒
203 マイクロステッピングモータ
204 リードスクリュー
102 Imaging optical system 103, 303, 403, 503, 603 Beam splitter 103a, 303a, 403a, 503a, 603a Beam separation function surface 105 Lens barrel 106 Imaging element 112 Focus detection sensor 113 Optical low-pass filter 201 Splitter frame 202 Guide rod 203 Micro stepping motor 204 Lead screw

Claims (10)

被写体像を光電変換する撮像素子と、
被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、
被写体からの光束を前記撮像素子に向かう光束と前記焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記焦点検出手段による焦点検出視野を互いに異ならせる複数の位置に移動可能であることを特徴とする撮像装置。
An image sensor that photoelectrically converts a subject image;
Focus detection means for performing focus detection using a luminous flux from a subject;
An optical member provided with a light beam separation surface that separates a light beam from a subject into a light beam directed to the image sensor and a light beam guided to the focus detection unit;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the optical member is movable to a plurality of positions where the focus detection visual fields by the focus detection means are different from each other.
被写体像を光電変換する撮像素子と、
被写体からの光束を前記撮像素子に向かう光束と前記焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記光束分離面が前記撮像素子への光路内に配置される第1の位置および前記光束分離面が前記光路外に配置される第2の位置に移動可能であり、
前記光学部材は、前記第1および第2の位置のそれぞれにおいて前記光路内の光束全体が入射する大きさを有することを特徴とする撮像装置。
An image sensor that photoelectrically converts a subject image;
An optical member provided with a light beam separation surface that separates a light beam from a subject into a light beam directed to the image sensor and a light beam guided to the focus detection unit;
The optical member is movable to a first position where the light beam separation surface is disposed in the optical path to the image sensor and a second position where the light beam separation surface is disposed outside the optical path,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the optical member has a size such that the entire light beam in the optical path is incident at each of the first and second positions.
被写体像を光電変換する撮像素子と、
被写体からの光束を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、
被写体からの光束を前記撮像素子に向かう光束と前記焦点検出手段に導かれる光束とに分離する光束分離面が設けられた光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記光束分離面が前記撮像素子への光路内に配置される第1の位置および前記光束分離面が前記光路外に配置され、該光束分離面以外の部分を被写体からの光束が透過して前記撮像素子に向かう第2の位置に移動可能であることを特徴とする撮像装置。
An image sensor that photoelectrically converts a subject image;
Focus detection means for performing focus detection using a luminous flux from a subject;
An optical member provided with a light beam separation surface that separates a light beam from a subject into a light beam directed to the image sensor and a light beam guided to the focus detection unit;
The optical member has a first position where the light beam separation surface is disposed in the optical path to the image sensor and the light beam separation surface disposed outside the optical path, and a portion other than the light beam separation surface is a light beam from the subject. The image pickup apparatus is capable of moving to a second position that passes through the image pickup device through the image pickup device.
前記光学部材は、前記焦点検出手段による焦点検出視野を互いに異ならせる複数の前記第1の位置に移動可能であることを特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, wherein the optical member is movable to a plurality of the first positions in which focus detection visual fields by the focus detection unit are different from each other. 前記光学部材を、前記複数の位置のうち選択された焦点検出視野に対応する位置に駆動する駆動手段とを有することを特徴とする請求項1又は4に記載の撮像装置。   5. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising: a driving unit that drives the optical member to a position corresponding to a focus detection visual field selected from the plurality of positions. 6. 前記光学部材のうち前記撮像素子に向かう光束を透過する面に、赤外カットフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein an infrared cut filter is provided on a surface of the optical member that transmits a light beam directed toward the imaging element. 前記光学部材のうち前記撮像素子に向かう光束を透過する面に、ローパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein a low-pass filter is provided on a surface of the optical member that transmits a light beam directed toward the imaging element. 前記光学部材は、被写体からの光束が透過する領域が互いに異なる複数の位置に移動可能であり、
複数の前記領域は、互いに異なる透過率を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の撮像装置。
The optical member is movable to a plurality of positions where areas through which a light beam from a subject is transmitted are different from each other.
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of regions have different transmittances.
前記光学部材が第1の位置に配置された状態での前記撮像素子からの出力に基づいて画像を生成する画像処理手段を有し、
前記画像処理手段は、前記光束分離面を透過して前記撮像素子に到達した光束と前記光束分離面を透過せずに前記撮像素子に到達した光束との光量差に応じた情報を用いて前記画像を生成することを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の撮像装置。
Image processing means for generating an image based on an output from the imaging element in a state where the optical member is disposed at the first position;
The image processing means uses the information according to the light amount difference between the light beam that has passed through the light beam separation surface and reached the image sensor and the light beam that has reached the image sensor without passing through the light beam separation surface. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein an image is generated.
前記光学部材は、被写体観察時において光束分離面が被写体からの光路内にある位置に配置され、撮影の際において光束分離面が被写体からの光路外にある位置に配置されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の撮像装置。
The optical member is disposed at a position where the light beam separation surface is in the optical path from the subject when observing the subject, and is disposed at a position where the light beam separation surface is outside the optical path from the subject during photographing. The imaging device according to any one of claims 1 to 9.
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