WO2014196388A1 - レンズ装置 - Google Patents

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WO2014196388A1
WO2014196388A1 PCT/JP2014/063774 JP2014063774W WO2014196388A1 WO 2014196388 A1 WO2014196388 A1 WO 2014196388A1 JP 2014063774 W JP2014063774 W JP 2014063774W WO 2014196388 A1 WO2014196388 A1 WO 2014196388A1
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optical
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light
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義孝 森
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富士フイルム株式会社
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    • G03B2217/002—Details of arrangement of components in or on camera body

Definitions

  • This invention relates to a lens apparatus.
  • the camera auto focus includes phase difference AF (auto focus), contrast AF, and the like.
  • phase difference AF light entering from a lens is divided into two or three or more by pupil division and guided to a sensor for phase difference AF. Based on this, the in-focus direction and the amount of focus deviation are determined.
  • Contrast AF is based on the image captured on the image sensor and moving the focus lens to look for a place where the contrast is high and focusing, and on the two image sensors located at different optical path lengths.
  • optical path length difference AF optical path length difference AF
  • the phase difference AF is divided into two by the pupil division and guided to the phase difference AF sensor by dividing the light from the lens, and based on the position deviation direction and the amount of deviation in the pupil division direction of each of the pupil divided images, Since the in-focus direction and the amount of focus shift are determined, the length of the optical system becomes long.
  • the lens apparatus is configured so that the phase difference AF and the contrast AF can be used, the lens apparatus becomes large or difficult to handle unless the arrangement of the optical system is devised.
  • Patent Document 1 it is not described how to arrange the optical system for AF in the lens device, and the above-mentioned problem is not considered.
  • An object of the present invention is to prevent the lens device from becoming large.
  • the lens apparatus includes a subject imaging optical system that forms a light bundle representing a subject light image on a light receiving surface of a subject imaging element, an incident light bundle having an optical axis parallel to the optical axis of the subject imaging optical system.
  • a phase difference AF optical system including a phase difference imaging element in which a plurality of subject light images obtained by dividing the pupil into a plurality of parts by pupil division are formed on the light receiving surface, on the optical path of the light beam incident on the subject imaging optical system
  • An optical path length difference AF optical system including a first image sensor and a second image sensor that are disposed at positions where the optical path lengths are different from each other, and a beam bundle guided to the subject imaging element by the subject imaging optical system
  • a light branching optical system for guiding the optical system to a phase difference AF optical system and an optical path length difference AF optical system.
  • the light beam representing the subject image is formed on the light receiving surface of the subject imaging element by the subject imaging optical system.
  • the optical system for phase difference AF has an optical axis parallel to the optical axis of the subject imaging optical system, and the incident light bundle is divided into a plurality of parts by pupil division, thereby forming a plurality of subject light images on the light receiving surface.
  • a phase difference image sensor is included.
  • the optical system for optical path length difference AF includes a first image sensor and a second image sensor that are arranged at different positions on the optical path of the light beam incident on the subject imaging optical system. Yes. A part of the light beam guided to the subject imaging element is guided to the phase difference AF optical system and the optical path length difference AF optical system by the subject imaging optical system.
  • the length of the phase difference AF optical system extends in the longitudinal direction of the lens apparatus. Even if the length of the phase difference optical system is long, it is possible to prevent the lens device from becoming large.
  • the phase difference AF optical system is preferably disposed below the subject imaging optical system (vertically below the initial position (reference position) in which the lens apparatus is not tilted or rolled).
  • the optical system for phase difference AF has a pupil division optical element that divides an incident light bundle into pupils, and the pupil division optical element is rotatable around the optical axis of the phase difference optical system.
  • the optical branching optical system includes, for example, an optical branching device that vertically branches a part of the light beam guided to the subject imaging sensor by the subject imaging optical system, and the light beam branched by the optical branching device in front of the lens device.
  • An optical path changer for branching (the object side of the lens device is forward and the image side is backward) is provided.
  • the optical system for optical path length difference AF includes a three-way optical branching device that transmits a part of the light beam guided to the front of the lens device by the optical path changer and branches in two directions different from the front direction of the lens device. And two beam bundles branched in a direction different from the front of the lens device by the three-way deflector to the first image sensor and the second image sensor.
  • the phase difference AF optical system has 3 The light beam that has passed through the directional deflector will be incident.
  • the structure of a taking lens unit is shown. It is a front view of a three-way division prism. It is a top view of a 3 direction division
  • the structure of a taking lens unit is shown.
  • the structure of a taking lens unit is shown.
  • the structure of a taking lens unit is shown.
  • the structure of a taking lens unit is shown.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. It is a perspective view of the optical system for phase difference AF. It is a perspective view of the optical system for phase difference AF. A separator lens is shown. A separator lens is shown. A separator lens is shown. A separator lens is shown.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and shows an optical configuration of a part of a photographing lens unit 1A and a camera body 80 used for broadcasting or the like.
  • the taking lens unit 1A is detachably attached to the camera body 80.
  • the taking lens unit 1A includes a focus lens (focus lens group) 2, a zoom lens (zoom lens group) 3, and a front relay so as to have an optical axis common to the optical axis O1 of the taking lens unit 1A.
  • a lens (front relay / lens group) 5 and a rear relay / lens (rear relay / lens group) 7 are included.
  • a diaphragm 4 is arranged between the zoom lens 3 and the front relay lens 5 so that the optical axis O1 of the photographing lens unit 1A passes through the center.
  • a polarizing prism 6 is disposed between the front relay lens 5 and the rear relay lens 7.
  • These focus lens 2, zoom lens 3, front relay lens 5, aperture 4, polarizing prism 6, and rear relay lens 7 include a light bundle representing a subject light image in the camera body 80. This is formed on the light receiving surfaces of one subject imaging CCD 85, second subject imaging CCD 86, and third subject imaging CCD 86 (subject imaging element), and is referred to as a subject imaging optical system.
  • the camera body 80 is provided with a color separation prism 81 having a common optical axis with the optical axis O1 of the photographing lens unit 1A (subject imaging optical system) when the photographing lens unit 1A is attached.
  • the color separation prism 81 includes a first prism 82, a second prism 83, and a third prism 84, and the incident light is separated into a red component, a green component, and a blue component.
  • the subject imaging CCD 86 and the third subject imaging CCD 87 are respectively arranged.
  • a part of the light (light component having a specific bias) reflected at the center of the polarizing prism 6 is applied to the taking lens unit 1A on the optical axis [AF (auto- Focusing optical axis] AF relay lens 10 (AF relay lens group) 10 is provided.
  • AF auto- Focusing optical axis
  • a total reflection mirror 11 is provided after the AF relay lens 10. Even if the polarizing prism 6 is not used, it is sufficient if the light can be branched.
  • the total reflection mirror 11 totally reflects incident light forward (leftward in FIG. 1) where the subject exists.
  • a total reflection direction of the total reflection mirror 11 is provided with a three-way split prism 12 (a three-way light splitter) that splits incident light into three directions.
  • the three-way split prism 12 is composed of three prisms 13, 14 and 15.
  • a first optical path length difference AF image sensor 21 (first image sensor) used for the optical path length difference AF is fixed on the upper side of the three-way split prism 12.
  • a second optical path length difference AF image sensor 22 (second image sensor) used for the optical path length difference AF is fixed to the left (front) of the three-way split prism 12.
  • the first optical path length difference AF image pickup element 21 and the second optical path length difference AF image pickup element 22 are arranged at positions where the optical path lengths are different from each other on the optical path of the light beam incident on the subject imaging optical system. It will be. Further, a phase difference AF optical system 30 extending in the vertical direction in FIG. 1 is fixed to the side surface of the three-way split prism 12.
  • the light beam incident on the photographic lens unit 1A passes through the focus lens 2, the zoom lens 3, the diaphragm 4, the front relay lens 5, the polarizing prism 6 and the rear relay lens 7 and is guided to the camera body 80. It is burned.
  • the light decomposing prism 81 included in the camera body 80 the light flux is decomposed into a red light component, a green light component, and a blue light component, respectively, and the first object image pickup CCD 85, the second object image pickup CCD 86, and the third object image pickup CCD.
  • a subject image is formed in each of the subject imaging CCDs 87.
  • Video signals representing subject images of the red light component, the green light component, and the blue light component are output from the first subject imaging CCD 85, the second subject imaging CCD 86, and the third subject imaging CCD 87, respectively. Become.
  • the light beam incident on the photographing lens unit 1A is partially reflected by the polarizing prism 6.
  • the light beam reflected by the polarizing prism 6 is guided to the total reflection mirror 11.
  • the light beam incident on the total reflection mirror 11 is totally reflected and enters the three-way split prism 12.
  • FIG. 2 is a front view of the three-way prism 12 (viewed from the front), and FIG. 3 is a plan view of the three-way prism 12.
  • the three-way prism 12 includes a first prism 12, a second prism 13, and a third prism 14.
  • the light beam incident on the three-way prism 12 is incident perpendicular to the first plane 13A of the first prism 12, and a part of the light is reflected on the second plane 13B.
  • the reflected light beam is reflected on the first plane 13A, exits from the third plane 13C, and enters the first optical path length difference AF image sensor 21.
  • the light beam transmitted through the second plane 13B of the first prism 12 is incident from the first plane 14A of the second prism 14, and a part of the light is reflected on the second plane 14B of the second prism 14.
  • the light is emitted from the third flat surface 14 ⁇ / b> C that is the side surface of the second prism 13 and enters the phase difference AF optical system 30.
  • the phase difference AF optical system 30 includes a cylindrical lens holding lens barrel 31 (pupil division optical element) and a phase difference imaging element unit 32 that holds a phase difference imaging element 33.
  • the lens holding barrel 31 includes a separator lens (not shown) that forms an image on the light receiving surface of the phase difference imaging element 33 by dividing the incident light bundle into pupils.
  • the light beam incident on the lens holding lens barrel 31 is divided into pupils by a separator lens and guided to the phase difference image sensor 33.
  • Phase difference AF is performed based on the signal output from the phase difference image sensor 33.
  • the light beam that has passed through the second prism 14 is emitted from the exit plane 15A of the third prism 14 and enters the second optical path length difference imaging device 22.
  • the first optical path length difference imaging device 21 and the second optical path length difference imaging device 22 are optically equidistant from the light receiving surface of the subject imaging CCDs 85, 86, and 87 included in the camera body 80. It is positioned at a distance of. As a result, the optical path length difference AF is performed using the signals output from the first optical path length difference imaging device 21 and the second optical path length difference imaging device 22.
  • the three-way decomposition prism 12 includes the first prism 13, the second prism 14, and the third prism 15 as described above. As described above, the light incident on the three-way resolving prism 12 in these prisms 13 to 15 is divided into three directions, and the first optical path length difference imaging device 21, the second optical path length difference imaging device 22, and The light enters the phase difference image sensor 33.
  • the both sides of the three-way resolving prism 12 are made of ceramic or the like, and substantially trapezoidal prism holding frames 40 and 50 are fixed.
  • One prism holding frame 40 has a hole 41 so that the second prism 14 is exposed.
  • a convex portion 31A formed at the tip of the lens holding barrel 31 constituting the phase difference AF optical system 30 enters the hole 41.
  • a wedge glass 61 is fixed to the front surface (left side) 42 of the prism holding frame 40, and a wedge glass 62 is fixed to the upper surface of the prism holding frame 40.
  • a wedge glass 71 is fixed to the front surface 52 of the prism holding frame 50, and a wedge glass 72 is fixed to the upper surface of the prism holding frame 50.
  • the first optical path length difference AF image sensor 21 is fixed to the wedge glasses 62 and 72 so that the light receiving surface faces the three-way resolving prism 12.
  • the second optical path length difference AF image sensor 22 is fixed to the wedge glasses 61 and 71 so that the light receiving surface faces the three-way prism.
  • FIG. 7 is a front view of the three-way resolution prism 12 to which the first optical path length difference AF image sensor 21 and the second optical path length difference AF image sensor 22 are fixed.
  • the convex portion 31A formed at the tip of the lens holding barrel 31 constituting the phase difference AF optical system 30 enters the hole 41 formed in the prism holding frame 40.
  • the light incident on the three-way resolving prism 12 is divided into three directions and is incident on the first optical path length difference imaging device 21, the second optical path length difference imaging device 22, and the phase difference imaging device 33. Will be.
  • FIG. 8 corresponds to FIG. 1 and shows a part of the optical configuration of the taking lens unit 1B and the camera body 80.
  • FIG. 8 the same components as those shown in FIG.
  • the three-way prism 91 includes a first prism 92, a second prism 93, and a third prism 94.
  • the three-way prism 91 can use the structure of a three-color separation prism that separates the incident light flux into three colors.
  • the light beam enters from the first plane 92A of the first prism 92, and a part of the light beam is reflected on the second plane 92B of the first prism 92.
  • the reflected light is reflected on the first plane 92A and emitted upward from the third plane 92C.
  • a phase difference optical system 30 is disposed at a position opposite to the third plane 92C of the first prism 92.
  • a part of the light incident on the three-divided prism 91 enters the phase difference imaging element 33 included in the phase difference imaging optical system 30.
  • the light beam transmitted through the second plane 92B of the first prism 92 is incident on the second prism 93 from the first plane 93A, and a part of the incident light beam is reflected on the second plane 93B and the first plane 93A.
  • the light is emitted downward from the third plane 93C.
  • the first optical path length difference imaging device 21 is disposed at a position facing the third plane 93C of the second prism 93. Further, the light beam that has passed through the second plane 93B of the second prism 93 passes through the third prism 94 and enters the second optical path length difference image pickup device 22.
  • the phase difference AF optical system 30 when the phase difference AF optical system 30 is arranged so that the light bundle emitted from above among the light bundles divided in the three directions by the three-direction splitting prism 91 is incident, the phase difference AF optical system is arranged. Since the length of the system 30 is long, the first optical path length difference imaging element 21, the second optical path length difference imaging element 22, the phase difference AF optical system 30, and the total reflection so as not to interfere with the subject imaging optical system. The mirror 40 and the three-way split prism 91 must be lowered. For this reason, the size of the imaging lens unit 1B is increased.
  • FIG. 9 corresponds to FIG. 1 and FIG. 8, and shows a part of the optical configuration of the taking lens unit 1C and the camera body 80.
  • FIG. 9 the same components as those shown in FIG. 1 or FIG.
  • the light beam reflected by the total reflection mirror 11 enters the three-way split prism 91.
  • the incident light bundle is divided into three directions, and enters the first prism 92, the second prism 93, and the third prism 94 as shown in FIG.
  • the light bundle emitted upward from the first prism 92 enters the first optical path length difference imaging device 21.
  • the light beam emitted downward from the second prism 93 enters the optical system 30 for phase difference AF.
  • the light bundle emitted forward from the third prism 94 is incident on the second optical path length difference imaging device 22.
  • the optical system 30 for phase difference AF Since the optical system 30 for phase difference AF is incident on the light beam emitted downward from the three-way split prism 91, it extends downward. For this reason, the size of the imaging lens unit 1C is increased.
  • FIG. 10 corresponds to FIG. 1 and shows a part of the optical configuration of the taking lens unit 1D and the camera body 80.
  • FIG. 10 the same components as those shown in FIG. 1, FIG. 8, or FIG.
  • the light beam reflected forward enters the three-way split prism 91.
  • the incident light bundle is divided into three directions, and enters the first prism 92, the second prism 93, and the third prism 94 as shown in FIG. 8 or FIG.
  • the light bundle emitted upward from the first prism 92 enters the first optical path length difference imaging device 21.
  • the light beam emitted downward from the second prism 93 is incident on the second optical path length difference image sensor 22.
  • the light beam emitted forward from the third prism 94 enters the optical system 30 for phase difference AF.
  • the optical axis of the phase difference AF optical system 30 is parallel to the optical axis O1 of the subject imaging optical system. For this reason, even if the phase difference AF optical system 30 is long, the imaging lens unit 1D can be prevented from being enlarged.
  • the angle of the total reflection mirror 11 is positioned so that the light beam guided to the total reflection mirror 11 is reflected forward, but not the front but the total reflection mirror 11.
  • the angle of the total reflection mirror 11 may be positioned so that the light flux guided to the back is reflected backward.
  • the three-way split prism 91, the first optical path length difference imaging device 21, and the second optical path length difference imaging device are arranged behind the total reflection mirror 11 in the same positional relationship as shown in FIG. 22 and an optical system 30 for phase difference AF are arranged.
  • the light beam reflected backward by the total reflection mirror 11 enters the three-way splitting prism 91, and in the same manner as described above, the first optical path length difference imaging device 21, the second optical path length difference imaging device 22, and The light enters the optical system 30 for phase difference AF. Even in such a case, the diameter of the imaging lens unit 1D can be reduced.
  • a part of the light beam is deflected downward by the polarizing prism 6, but it may be upward rather than downward.
  • the total reflection mirror 11, the three-way split prism 91, the first optical path length difference imaging device 21, the second optical path length difference imaging device 22, and the phase difference AF optical system 30 are used for subject imaging optics.
  • the three-way split prism 91, the first optical path length difference imaging device 21, the second optical path length difference imaging device 22, and the phase difference AF optical system 30 are totally reflected.
  • the front or rear of the mirror 40 may be used. Even when the phase difference AF optical system 30 is disposed above the subject imaging optical system, it goes without saying that the optical axis of the phase difference AF optical system 30 and the optical axis O1 of the subject imaging optical system are parallel to each other. Nor.
  • the polarizing prism 6 and the AF relay lens 10 are held by a holding body 100.
  • FIG. 11 and 12 are perspective views of the holding body 100.
  • FIG. 11 and 12 are perspective views of the holding body 100.
  • the holding body 100 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a hole 101 is formed at the center thereof.
  • the polarizing prism 6 is positioned in the hole 10 so that the optical axis O1 of the subject imaging optical system passes through the center and a part of the light beam incident on the polarizing prism 6 is deflected vertically downward.
  • a plate-like support 110 extending forward is fixed to the lower end of the holding body 100 on the right side when viewed from the front.
  • a plate-like attachment member 111 that is bent inwardly perpendicular to the support 110 is fixed to the front surface of the support 110 (see FIG. 11).
  • a hole 112 is formed in the center of the attachment member 111.
  • the lens holding barrel 31 of the phase difference AF optical system 30 is inserted into the hole 112.
  • the phase difference AF optical system 30 is attached to the attachment member 111 so that the surface on which the lens holding barrel 31 of the phase difference imaging element unit 32 is attached and the front surface of the attachment member 111 are in contact (see FIG. 12).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. In FIG. 13, the support 110 is not shown.
  • the lens holding barrel 31 is fixed to the phase difference image sensor unit 32. As described above, the lens holding barrel 31 is inserted into the hole 112 of the attachment member 111.
  • the attachment member 111 is formed with an insertion hole 113 that penetrates the hole 112 from above and an insertion hole 116 that penetrates the hole 112 from below.
  • a screwing member 114 having a screw groove is formed in the vicinity of the hole 112 of the insertion port 113.
  • a screw 115 is fitted in the screw groove of the screwing member 114.
  • a screwing member 117 in which a thread groove is formed is formed near the hole 112 of the total opening 116.
  • a screw 118 is fitted in the screw groove of the screwing member 117.
  • the lens holding barrel 31 is fixed by the screws 115 and 118.
  • the screws 115 and 118 are loosened, the screws 115 and 118 are retracted from the holes 112.
  • the lens holding barrel 31 is loosened from being fixed by the screws 115 and 118, so that the lens holding barrel 31 is rotatable by a predetermined angle.
  • FIG. 14 and 15 are perspective views of the phase difference imaging optical system 30 attached to the attachment member 111.
  • FIG. 14 and 15 are perspective views of the phase difference imaging optical system 30 attached to the attachment member 111.
  • the phase difference AF optical system 30 can be fixed to or removed from the mounting member 111 by adjusting the screws 115 and 118.
  • the phase difference imaging optical system 30 can be attached to the attachment member 111 so that the phase difference imaging element unit 32 and the attachment member 111 are parallel, and as shown in FIG.
  • the phase difference imaging optical system 30 can also be attached to the attachment member 111 so that the phase difference imaging element unit 32 and the attachment member 111 are in an oblique positional relationship.
  • 16 and 17 show the inside of the lens holding barrel 31 as viewed from the rear side of the lens holding barrel 31 (left side in FIG. 13).
  • FIG. 16 shows the state of the separator lenses 121 and 122 in the lens holding barrel 31 in the state shown in FIG. 14, and FIG. 17 shows the separator in the lens holding barrel 31 in the state shown in FIG. The state of the lenses 121 and 122 is shown.
  • phase difference AF autofocusing is performed based on the positions of the two subject optical images divided by the separator lenses 121 and 122, so that the separator lenses 121 and 122 are the same as shown in FIG. If it is in the horizontal position, it is difficult to find the difference in the vertical position between the two subject light images. For this reason, accurate autofocus may not be possible.
  • FIG. 17 when the separator lenses 121 and 122 are inclined, the two subject light images are displaced obliquely, so that the difference between the positions of the two subject light images is determined in the horizontal direction and the vertical direction. In any case, it is easy to find. Relatively accurate auto focus can be achieved.
  • the transmittance of the polarizing prism 6 is 80% and the reflectance is 20%.
  • the three-way split prism 12 or 91 is designed so that light is substantially equally incident on the first image sensor 21, the second image sensor 22 and the phase difference image sensor 33 for optical path length difference AF. .
  • the separator lenses 121 to 124 in the lens holding barrel 31 may be arranged in two rows and two columns (a plurality in the horizontal and vertical directions). It will be understood that the arrangement of the separator lenses 121 to 124 makes it possible to detect the vertical and horizontal phase differences as described above.
  • Imaging lens unit 21 First optical path length difference image sensor 22
  • Second optical path length difference image sensor 30 Optical system for phase difference AF 33
  • Phase difference image sensor 91 Three-way split prism

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Abstract

　撮像レンズ・ユニット１Ｄを小型化する。　被写体光像を表わす光線束の一部を偏光プリズム６で垂直下方に偏向し，さらに全反射ミラー40で前方に偏向する。全反射ミラー40で全反射した光線束は，３方向分割プリズム91で３方向に分割される。３方向に分割された光線束は，第１の光路長差撮像素子21，第２の光路長差撮像素子22および位相差撮像光学系30に含まれる位相差撮像素子33に入射する。光路長差撮像素子21および22から得られる信号から光路長差にもとづくＡＦが行われ，位相差撮像素子33から得られる信号から位相差にもとづくＡＦが行われる。位相差撮像光学系30は，被写体光像を結像する光軸Ｏ１と平行となるように配置されているので，撮像レンズ・ユニット１Ｄを小型化できる。

Description

レンズ装置
　この発明は，レンズ装置に関する。
　カメラのオート・フォーカスには，位相差ＡＦ（オート・フォーカス），コントラストＡＦなどがある。位相差ＡＦは，レンズから入った光を瞳分割により二つまたは三つ以上に分けて位相差ＡＦ用のセンサに導き，瞳分割した各々の像の瞳分割方向の位置ずれ方向や位置ずれ量にもとづいて，ピントが合う方向とピントのずれ量を判断するものである。コントラストＡＦには，撮像素子に写った画像をもとにフォーカス・レンズを動かしながらコントラストが大きいところを探してピントを合わせる方式と，光路長が異なる位置に配置された二つの撮像素子で被写体を撮像し，それぞれの撮像素子から得られた画像信号にもとづいてピントを合わせる方式（光路長差ＡＦ）がある。光路長差ＡＦと位相差ＡＦとを併用するものもある（特許文献１）。
特開平7-43605号公報
　位相差ＡＦは，レンズから入った光を瞳分割により二つに分けて位相差ＡＦ用のセンサに導き，瞳分割した各々の像の瞳分割方向の位置ずれ方向や位置ずれ量にもとづいて，ピントが合う方向とピントのずれ量を判断するものであるから，光学系の長さが長くなってしまう。位相差ＡＦとコントラストＡＦとを利用できるようにレンズ装置を構成した場合，光学系の配置を工夫しなければ，レンズ装置が大型化したり，取扱いづらい形状になったりする。特許文献１においては，レンズ装置内でＡＦ用の光学系をどのように配置するのかは記載されておらず，前記のような問題については考えられていない。
　この発明は，レンズ装置が大型化するのを未然に防止することを目的とする。
　この発明によるレンズ装置は，被写体光像を表わす光線束を被写体撮像用素子の受光面に結像させる被写体撮像光学系，被写体撮像光学系の光軸と平行な光軸をもち，入射する光線束が瞳分割によって複数に分けられることにより得られる複数の被写体光像が受光面に結像される位相差撮像素子を含む位相差ＡＦ用光学系，被写体撮像光学系に入射する光線束の光路上において光路長が互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子と第２の撮像素子とを含む光路長差ＡＦ用光学系，ならびに被写体撮像光学系によって被写体撮像用素子に導かれる光線束の一部を，位相差ＡＦ用光学系および光路長差ＡＦ用光学系に導く光分岐光学系を備えていることを特徴とする。
　この発明によると，被写体像を表わす光線束は被写体撮像光学系によって被写体撮像用素子の受光面に結像する。位相差ＡＦ用光学系は，被写体撮像光学系の光軸と平行な光軸をもっており，入射する光線束が瞳分割によって複数に分けられることにより複数の被写体光像を受光面に結像する位相差撮像素子を含んでいる。また，光路長差ＡＦ用光学系には，被写体撮像光学系に入射する光線束の光路上において光路長が互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子と第２の撮像素子とを含んでいる。被写体撮像用素子に導かれる光線束の一部は，被写体撮像光学系によって位相差ＡＦ用光学系および光路長差ＡＦ用光学系に導かれる。位相差ＡＦ用光学系の光軸は，被写体撮像光学系の光軸と平行なので，位相差ＡＦ用光学系の長さはレンズ装置の長手方向に伸びる。位相差光学系の長さが長くとも，レンズ装置が大型化してしまうことを抑えることができる。
　位相差ＡＦ用光学系は，被写体撮像光学系の下側（レンズ装置がチルト，ロールなどをしていない初期位置（基準位置）の姿勢状態において鉛直方向下側）に配置されていることが好ましい。また，位相差ＡＦ用光学系は，入射した光線束を瞳分割する瞳分割光学素子を有し，瞳分割光学素子は，位相差光学系の光軸を中心に回転自在である。
　光分岐光学系は，たとえば，被写体撮像光学系によって被写体撮像用センサに導かれる光線束の一部を垂直方向に分岐させる光分岐器，および光分岐器によって分岐させられた光線束をレンズ装置前方（レンズ装置の物体側が前方，像側が後方）に分岐させる光路変更器を備える。また，光路長差ＡＦ用光学系は，光路変更器によってレンズ装置前方に導かれた光線束の一部を透過させ，かつレンズ装置前方方向とは異なる２方向に分岐する３方向光分岐器を備え，かつ３方向偏向器によってレンズ装置前方と異なる方向に分岐させられた２つの光線束を第１の撮像素子および第２の撮像素子に導くものであり，位相差ＡＦ用光学系は，３方向偏向器を透過した光線束を入射するものとなろう。
　位相差光学系の長さが長くとも，レンズ装置が大型化してしまうことを抑えることができる。
撮影レンズ・ユニットの構成を示している。 ３方向分割プリズムの正面図である。 ３方向分割プリズムの平面図である。 ３方向分割プリズムの斜視図である。 ３方向分割プリズムの斜視図である。 ３方向分割プリズムの斜視図である。 ３方向分割プリズムの正面図である。 撮影レンズ・ユニットの構成を示している。 撮影レンズ・ユニットの構成を示している。 撮影レンズ・ユニットの構成を示している。 取り付け部材に取り付けられる位相差ＡＦ用光学系の斜視図である。 取り付け部材に取り付けられている位相差ＡＦ用光学系の斜視図である。 図12のXIII－XIII線に沿う断面図である。 位相差ＡＦ用光学系の斜視図である。 位相差ＡＦ用光学系の斜視図である。 セパレータ・レンズを示している。 セパレータ・レンズを示している。 セパレータ・レンズを示している。
　図１は，この発明の実施例を示すもので，放送用などに利用される撮影レンズ・ユニット１Ａとカメラ本体80の一部の光学的構成を示している。
　撮影レンズ・ユニット１Ａは着脱自在にカメラ本体80に装着されている。
　撮影レンズ・ユニット１Ａには，撮影レンズ・ユニット１Ａの光軸Ｏ１と共通の光軸をもつようにフォーカス・レンズ（フォーカス・レンズ群）２，ズーム・レンズ（ズーム・レンズ群）３，前側リレー・レンズ（前側リレー・レンズ群）５および後側リレー・レンズ（後側リレー・レンズ群）７が含まれている。ズーム・レンズ３と前側リレー・レンズ５との間には，撮影レンズ・ユニット１Ａの光軸Ｏ１が中心を通るように絞り４が配置されている。また，前側リレー・レンズ５と後側リレー・レンズ７との間には偏光プリズム６が配置されている。これらのフォーカス・レンズ２，ズーム・レンズ３，前側リレー・レンズ５，絞り４，偏光プリズム６および後側リレー・レンズ７は，被写体光像を表わす光線束をカメラ本体80に含まれている第１の被写体撮像用ＣＣＤ85，第２の被写体撮像用ＣＣＤ86および第３の被写体撮像用ＣＣＤ86（被写体撮像用素子）の受光面に結像させるもので，被写体撮像光学系と呼ぶこととする。
　カメラ本体80には，撮影レンズ・ユニット１Ａが装着されたときに撮影レンズ・ユニット１Ａ（被写体撮像光学系）の光軸Ｏ１と共通の光軸をもつ色分解プリズム81が設けられている。この色分解プリズム81には，第１のプリズム82，第２のプリズム83および第３のプリズム84が含まれており，入射した光が赤色成分，緑色成分および青色成分に分解される。第１のプリズム82の出射面に対向する位置，第２のプリズム83の出射面に対向する位置および第３のプリズム84の出射面に対向する位置に，第１の被写体撮像用ＣＣＤ85，第２の被写体撮像用ＣＣＤ86および第３の被写体撮像用ＣＣＤ87がそれぞれ配置されている。
　さらに，撮影レンズ・ユニット１Ａには，偏光プリズム６（光分岐光学系，光分岐器）の中心で反射した一部の光（特定の偏りを持った光成分）を光軸［ＡＦ（オート・フォーカス）用光軸］Ｏ２とするＡＦ用リレー・レンズ（ＡＦ用リレー・レンズ群）10が設けられている。ＡＦ用リレー・レンズ10の後段には全反射ミラー11（光分岐光学系，光路変更器）が設けられている。偏光プリズム６を利用しなくとも，光を分岐できればよい。
　全反射ミラー11は，入射した光を被写体が存在する前方（図１において左方向）に全反射させる。全反射ミラー11の全反射方向には，入射する光を３方向に分割する３方向分割プリズム12（３方向光分岐器）が設けられている。この３方向分割プリズム12は３つのプリズム13，14および15から構成されている。３方向分割プリズム12の上側には光路長差ＡＦに利用される第１の光路長差ＡＦ用撮像素子21（第１の撮像素子）が固定されている。３方向分割プリズム12の左側（前方）には光路長差ＡＦに利用される第２の光路長差ＡＦ用撮像素子22（第２の撮像素子）が固定されている。第１の光路長差ＡＦ用撮像素子21と第２の光路長差ＡＦ用撮像素子22とは，被写体撮像光学系に入射する光線束の光路上において光路長が互いに異なる位置に配置されていることとなる。さらに，３方向分割プリズム12の側面には，図１の垂直方向に伸びている位相差ＡＦ用光学系30が固定されている。
　撮影レンズ・ユニット１Ａに入射した光線束は，フォーカス・レンズ２，ズーム・レンズ３，絞り４，前側リレー・レンズ５，偏光プリズム６および後側リレー・レンズ７を透過してカメラ本体80に導かれる。カメラ本体80に含まれる光分解プリズム81において，光線束は，赤色光成分，緑色光成分および青色光成分にそれぞれ分解され，第１の被写体撮像用ＣＣＤ85，第２の被写体撮像用ＣＣＤ86および第３の被写体撮像用ＣＣＤ87のそれぞれにおいて被写体像が結像する。第１の被写体撮像用ＣＣＤ85，第２の被写体撮像用ＣＣＤ86および第３の被写体撮像用ＣＣＤ87のそれぞれから赤色光成分，緑色光成分および青色光成分の被写体像を表わす映像信号が出力されることとなる。
　撮影レンズ・ユニット１Ａに入射した光線束は，偏光プリズム６において一部が反射する。偏光プリズム６において反射した光線束は，全反射ミラー11に導かれる。
　全反射ミラー11に入射した光線束は，全反射し，３方向分割プリズム12に入射する。
　図２は，３方向プリズム12の正面図（前方から見た図）であり，図３は，３方向プリズム12の平面図である。
　３方向プリズム12には，第１のプリズム12および第２のプリズム13および第３のプリズム14が含まれている。３方向プリズム12に入射した光線束は，第１のプリズム12の第１平面13Ａに対して垂直に入射し，第２平面13Ｂにおいて一部が反射する。この反射光線束は第１平面13Ａにおいて反射し，第３平面13Ｃから出射し，第１の光路長差ＡＦ用撮像素子21に入射する。また，第１のプリズム12の第２平面13Ｂを透過した光線束は第２のプリズム14の第１平面14Ａから入射し，第２のプリズム14の第２平面14Ｂにおいて一部が反射し，第２のプリズム13の側面である第３平面14Ｃから出射し，位相差ＡＦ光学系30に入射する。
　位相差ＡＦ光学系30には，円管状のレンズ保持鏡筒31（瞳分割光学素子）および位相差撮像素子33を保持する位相差撮像素子ユニット32が含まれている。レンズ保持鏡筒31には，入射した光線束を瞳分割して位相差撮像素子33の受光面に結像するセパレータ・レンズ（図示略）が含まれている。レンズ保持鏡筒31に入射した光線束は，セパレータ・レンズによって瞳分割されて，位相差撮像素子33に導かれる。位相差撮像素子33から出力される信号にもとづいて位相差ＡＦが行われる。
　第２のプリズム14を透過した光線束は第３のプリズム14の出射平面15Ａから出射し，第２の光路長差用撮像素子22に入射する。
　第１の光路長差用撮像素子21および第２の光路長差用撮像素子22は，カメラ本体80に含まれる被写体撮像用ＣＣＤ85，86および87の受光面位置に対して光学的に前後等間隔の距離離れた位置に位置決めされている。これにより，第１の光路長差用撮像素子21および第２の光路長差用撮像素子22から出力される信号を用いて光路長差ＡＦが行われる。
　図４から図６は，３方向分解プリズム12の斜視図である。
　図４を参照して，３方向分解プリズム12には，上述のように第１のプリズム13，第２のプリズム14および第３のプリズム15が含まれている。上述したように，これらのプリズム13から15において３方向分解プリズム12に入射した光が３方向に分割され，第１の光路長差用撮像素子21および第２の光路長差用撮像素子22ならびに位相差撮像素子33に入射する。
　３方向分解プリズム12の両側面には，セラミックなどにより出来ており，ほぼ台形のプリズム保持枠40および50が固定されている。一方のプリズム保持枠40には穴41があけられており，第２のプリズム14が露出している。この穴41に，位相差ＡＦ光学系30を構成するレンズ保持鏡筒31の先端部に形成されている凸部31Ａが入り込む。
　図５を参照して，プリズム保持枠40の前面（左側）42には，くさびガラス61が固定され，プリズム保持枠40の上面には，くさびガラス62が固定されている。同様に，プリズム保持枠50の前面52には，くさびガラス71が固定され，プリズム保持枠50の上面には，くさびガラス72が固定されている。
　図６を参照して，受光面が３方向分解プリズム12に向くように，くさびガラス62および72に第１の光路長差ＡＦ用撮像素子21が固定される。また，受光面が３方向プリズムに向くように，くさびガラス61および71に第２の光路長差ＡＦ用撮像素子22が固定される。
　図７は，第１の光路長差ＡＦ用撮像素子21および第２の光路長差ＡＦ用撮像素子22が固定された３方向分解プリズム12の正面図である。
　上述したように，プリズム保持枠40に形成されている穴41に位相差ＡＦ光学系30を構成するレンズ保持鏡筒31の先端部に形成されている凸部31Ａが入り込んでいる。
　上述したように，３方向分解プリズム12に入射した光が３方向に分割され，第１の光路長差用撮像素子21および第２の光路長差用撮像素子22ならびに位相差撮像素子33に入射することとなる。
　図８は，図１に対応するもので，撮影レンズ・ユニット１Ｂとカメラ本体80の一部の光学的構成を示している。図８において，図１に示すものと同一物については同一符号を付して説明を省略する。
　上述のように，全反射ミラー11を反射した光線束は，３方向分割プリズム91に入射する。３方向プリズム91には，第１のプリズム92，第２のプリズム93および第３のプリズム94が含まれている。３方向プリズム91は，入射光線束を３色に分離する３色分離プリズムの構造を利用できる。
　光線束は，第１のプリズム92の第１平面92Ａから入射し，光線束の一部が第１プリズム92の第２平面92Ｂにおいて反射する。その反射光が第１平面92Ａにおいて反射し，第３平面92Ｃから上方に出射する。第１プリズム92の第３平面92Ｃの対向位置に位相差光学系30が配置されている。３分割プリズム91に入射した光の一部が位相差撮像光学系30に含まれている位相差撮像素子33に入射することとなる。第１プリズム92の第２平面92Ｂを透過した光線束は，第１平面93Ａから第２プリズム93に入射し，入射した光線束の一部は第２平面93Ｂおよび第１平面93Ａにおいて反射し，第３平面93Ｃから下方に出射する。第２プリズム93の第３平面93Ｃに対向する位置に第１の光路長差用撮像素子21が配置されている。また，第２プリズム93の第２平面93Ｂを透過した光線束は第３プリズム94を透過して第２の光路長差用撮像素子22に入射する。
　このように，３方向分割プリズム91によって３方向に分割された光線束のうち，上方から出射する光線束を入射するように位相差ＡＦ用光学系30が配置されると，位相差ＡＦ用光学系30の長さが長いので，被写体撮像光学系の邪魔とならないように，第１の光路長差撮像素子21，第２の光路長差撮像素子22，位相差ＡＦ用光学系30，全反射ミラー40および３方向分割プリズム91を下方に下げなければならない。このために，撮像レンズ・ユニット１Ｂの大きさが大きくなってしまう。
　図９は，図１および図８に対応するもので，撮影レンズ・ユニット１Ｃとカメラ本体80の一部の光学的構成を示している。図９において，図１または図８に示すものと同一物については同一符号を付して説明を省略する。
　全反射ミラー11において反射した光線束は，３方向分割プリズム91に入射する。入射した光線束は，３方向に分割され，図８に示したように第１のプリズム92，第２のプリズム93および第３のプリズム94に入射する。第１のプリズム92から上方に出射する光線束は第１の光路長差用撮像素子21に入射する。第２のプリズム93から下方に出射する光線束は位相差ＡＦ用光学系30に入射する。第３のプリズム94から前方に出射する光線束は第２の光路長差用撮像素子22に入射する。
　位相差ＡＦ用光学系30は，３方向分割プリズム91から下方に出射する光線束を入射するから，下方に伸びている。このために，撮像レンズ・ユニット１Ｃの大きさが大きくなっている。
　図10から図15は，さらに他の実施例を示している。
　図10は，図１に対応するもので，撮影レンズ・ユニット１Ｄとカメラ本体80の一部の光学的構成を示している。図10において，図１，図８または図９に示すものと同一物については同一符号を付して説明を省略する。
　全反射ミラー11において，前方に反射した光線束は，３方向分割プリズム91に入射する。入射した光線束は，３方向に分割され，図８または図９に示したように第１のプリズム92，第２のプリズム93および第３のプリズム94に入射する。第１のプリズム92から上方に出射する光線束は第１の光路長差用撮像素子21に入射する。第２のプリズム93から下方に出射する光線束は第２の光路長差用撮像素子22に入射する。第３のプリズム94から前方に出射する光線束は位相差ＡＦ用光学系30に入射する。
　図10に示す例では，位相差ＡＦ用光学系30の光軸は，被写体撮像用光学系の光軸Ｏ１と平行となっている。このために，位相差ＡＦ用光学系30が長くても撮像レンズ・ユニット１Ｄの大型化を未然に防止できる。
　図10に示す例では（他の例でも），全反射ミラー11に導かれる光線束は前方に反射するように全反射ミラー11の角度が位置決めされているが，前方でなく，全反射ミラー11に導かれる光線束が後方に反射するように全反射ミラー11の角度が位置決めされてもよい。その場合，全反射ミラー11の後方に，図10に示す位置関係と同様な位置関係で，３方向分割プリズム91，第１の光路長差用撮像素子21，第２の光路長差用撮像素子22および位相差ＡＦ用光学系30が配置される。全反射ミラー11によって後方に反射した光線束が３方向分割プリズム91に入射し，上述したのと同様に，第１の光路長差用撮像素子21，第２の光路長差用撮像素子22および位相差ＡＦ用光学系30に入射することとなる。その場合でも撮像レンズ・ユニット１Ｄの径を小さくできる。
　また，図10に示す例では（他の例でも），光線束の一部が偏光プリズム６によって下方に偏向させられるが，下方でなく，上方でもよい。その場合には，全反射ミラー11，３方向分割プリズム91，第１の光路長差用撮像素子21，第２の光路長差用撮像素子22および位相差ＡＦ用光学系30が，被写体撮像光学系の上方に配置される。また，上述したのと同様に，これらの３方向分割プリズム91，第１の光路長差用撮像素子21，第２の光路長差用撮像素子22および位相差ＡＦ用光学系30は，全反射ミラー40の前方でも後方でもよい。位相差ＡＦ用光学系30が被写体撮像光学系の上方に配置された場合でも，位相差ＡＦ用光学系30の光軸と被写体撮像光学系の光軸Ｏ１とは平行とさせられるのはいうまでもない。
　さらに，偏光プリズム６およびＡＦ用リレー・レンズ10は，保持体100によって保持されている。
　図11および図12は，保持体100の斜視図である。
　保持体100は，ほぼ直方体の形状であり，その中心に穴101があけられている。被写体撮像光学系の光軸Ｏ１が中心を通り，偏光プリズム６に入射した光線束の一部が垂直下方に偏向するように，穴10の中に偏光プリズム６が位置決めされている。
　保持体100の下端部には前方から見て右側に，前方に伸びた板状の支持体110が固定されている。この支持体110の前面には，支持体110に対して垂直に内側に折れ曲がっている，板状の取り付け部材111が固定されている（図11参照）。この取り付け部材111の中心には穴112があけられている。この穴112に，位相差ＡＦ用光学系30のレンズ保持鏡筒31が挿入される。位相差撮像素子ユニット32のレンズ保持鏡筒31が取り付けられている面と取り付け部材111の前面とが接するように，位相差ＡＦ用光学系30が取り付け部材111に取り付けられる（図12参照）。
　図13は，図12のXIII－XIII線に沿う断面図である。図13においては，支持体110の図示は省略されている。
　レンズ保持鏡筒31は，位相差撮像素子ユニット32と固定されている。上述したように，取り付け部材111の穴112にレンズ保持鏡筒31が挿入されている。取り付け部材111には，上部から穴112に貫通している挿通孔113および下部から穴112に貫通している挿通孔116が形成されている。挿通口113の穴112付近には，ネジ溝が形成されているネジ止め部材114が形成されている。このネジ止め部材114のネジ溝にネジ115が嵌っている。同様に，総通口116の穴112付近には，ネジ溝が形成されているネジ止め部材117が形成されている。このネジ止め部材117のネジ溝にネジ118が嵌っている。
　ネジ115および118が締められると，それらのネジ115および118の先端が穴112に進入する。ネジ115および118によって，レンズ保持鏡筒31が固定されることとなる。ネジ115および118が緩められると，それらのネジ115および118が穴112から退避する。レンズ保持鏡筒31がネジ115および118による固定から緩められ，レンズ保持鏡筒31が所定角度回転自在となる。
　図14および図15は，取り付け部材111に取り付けられている位相差撮像光学系30の斜視図である。
　図13に示したように，ネジ115および118の調節により，位相差ＡＦ用光学系30を取り付け部材111に固定または取り外しができる。
　図14に示すように，位相差撮像素子ユニット32と取り付け部材111とが平行となるように，位相差撮像光学系30を取り付け部材111に取り付けることもできるし，図15に示すように，位相差撮像素子ユニット32と取り付け部材111とが斜めの位置関係となるように，位相差撮像光学系30を取り付け部材111に取り付けることもできる。
　図16および図17は，レンズ保持鏡筒31内の様子をレンズ保持鏡筒31の後側（図13の左側）から見ているものである。
　図16は，図14に示す状態でのレンズ保持鏡筒31内のセパレータ・レンズ121および122の様子を示すもので，図17は，図15に示す状態でのレンズ保持鏡筒31内のセパレータ・レンズ121および122の様子を示している。
　図14に示すように，位相差撮像素子ユニット32と取り付け部材111とが平行となるように，位相差撮像光学系30が取り付け部材111に取り付けられている場合には，図16に示すように，レンズ保持鏡筒31内のセパレータ・レンズ121および122は，同じ水平位置となる。これに対して，図15に示すように，位相差撮像素子ユニット32と取り付け部材111とが斜めの位置となるように,位相差ＡＦ光学系30が取り付け部材111に取り付けられている場合には，図17に示すように，レンズ保持鏡筒31内のセパレータ・レンズ121および122は斜めとなる。
　位相差ＡＦでは，セパレータ・レンズ121および122によって分けられた二つの被写体光像の位置にもとづいて，オート・フォーカスを行っているので，図16に示すように，セパレータ・レンズ121および122が同じ水平位置にあると，二つの被写体光像の垂直方向の位置の差を見つけづらい。このために，正確なオート・フォーカスができないことがある。これに対して，図17に示すように，セパレータ・レンズ121および122が斜めとなると，二つの被写体光像が斜めにずれるので，二つの被写体光像の位置の差を水平方向および垂直方向のいずれにおいても見つけやすい。比較的正確なオート・フォーカスができるようになる。
　上述の実施例においては，たとえば，偏光プリズム６における透過率は80パーセント，反射率は20パーセントである。また，光路長差ＡＦ用の第１の撮像素子21，第２の撮像素子22および位相差撮像素子33にはほぼ等しく光が入射するように３方向分割プリズム12，または91が設計されている。
　さらに，図18に示すように，レンズ保持鏡筒31内のセパレータ・レンズ121から124を二行二列（水平方向よび垂直方向に複数個）に配列するようにしてもよい。このようにセパレータ・レンズ121から124が配列されることにより，上述したように，上下，左右の位相差を検出できるようになるのは理解できよう。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ　撮像レンズ・ユニット
21　第１の光路長差撮像素子
22　第２の光路長差撮像素子
30　位相差ＡＦ用光学系
33　位相差撮像素子
91　３方向分割プリズム

Claims (4)

  1. 　被写体光像を表わす光線束を被写体撮像用素子の受光面に結像させる被写体撮像光学系，
    　前記被写体撮像光学系の光軸と平行な光軸をもち，入射する光線束が瞳分割によって複数に分けられることにより得られる複数の被写体光像が受光面に結像される位相差撮像素子を含む位相差ＡＦ用光学系，
    　前記被写体撮像光学系に入射する光線束の光路上において光路長が互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子と第２の撮像素子とを含む光路長差ＡＦ用光学系，ならびに
    　前記被写体撮像光学系によって前記被写体撮像用素子に導かれる光線束の一部を，前記位相差ＡＦ用光学系および前記光路長差ＡＦ用光学系に導く光分岐光学系，
    　を備えたレンズ装置。
  2. 　前記位相差ＡＦ用光学系は，前記被写体撮像光学系の下側に配置されている請求項１に記載のレンズ装置。
  3. 　前記位相差ＡＦ用光学系は，入射した光線束を瞳分割する瞳分割光学素子を有し，前記瞳分割光学素子は，前記位相差光学系の光軸を中心に回転自在である，
    　請求項１または２に記載のレンズ装置。
  4. 　前記光分岐光学系は，
    　前記被写体撮像光学系によって前記被写体撮像用センサに導かれる光線束の一部を垂直方向に分岐させる光分岐器，および
    　前記光分岐器によって分岐させられた光線束をレンズ装置前方に分岐させる光路変更器を備え，
    　前記光路長差ＡＦ用光学系は，前記光路変更器によってレンズ装置前方に導かれた光線束の一部を透過させ，かつレンズ装置前方方向とは異なる２方向に分岐する３方向光分岐器を備え，かつ前記３方向偏向器によってレンズ装置前方と異なる方向に分岐させられた２つの光線束を前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子に導くものであり，
    　前記位相差ＡＦ用光学系は，前記３方向偏向器を透過した光線束を入射するものである，
    　請求項１から３のうち，いずれか一項に記載のレンズ装置。
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