JP2002082279A - 焦点検出モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】焦点検出用撮像素子の受光面と焦点検出光学系
の光軸とが直交していない場合でも焦点検出誤差を抑制
する 【解決手段】撮影光学系の軸外に設定された軸外焦点検
出領域Ｃを通過する軸外撮影光束は、コンデンサレンズ
部２４ｂにより焦点検出光学系の光軸Ｏ２側へ偏向され
る。瞳分割用絞りマスク２８の一対の開口２８ｅ，２８
ｆで瞳分割された一対の光束３ｅ，３ｆは再結像レンズ
部２９ｅ、２９ｆでイメージセンサアレイ３０ｅ，３０
ｆ上に再結像する。再結像レンズ部２９ｅ，２９ｆの周
辺領域のうち焦点検出光学系光軸Ｏ２に近い周辺領域に
焦点検出光束が入射するよう、再結像レンズ部２９ｅ，
２９ｆに対して絞りマスク２８の開口１７ｅ，１７ｆを
配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸外に設定した焦
点検出領域からの光束を偏向して焦点検出用撮像素子に
導くようにした焦点検出モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】一眼レフカメラで使用される位相差検出
方式の焦点検出装置では、撮影レンズからカメラ本体に
入射する撮影光束を焦点検出モジュールに導き、焦点検
出を行う。この焦点検出モジュールは、視野マスク，コ
ンデンサレンズ，絞りマスク，再結像レンズおよび複数
の撮像素子（たとえばＣＣＤ）が実装されたイメージセ
ンサチップをホルダに一体に保持したものである。

【０００３】図８はこのような焦点検出モジュールによ
り焦点検出する領域を説明する図である。図８におい
て、長方形の撮影画面Ｐ内に６つの焦点検出領域を有す
る。そのうち撮影光束の光軸ＬＸを中心として横方向に
延在する領域Ａと、光軸ＬＸを中心として縦方向に延在
する領域Ｂの２領域を光軸上領域と呼び、他の４領域
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを光軸外領域と呼ぶ。このような焦点検
出モジュールにおいては、６つの焦点検出領域の焦点検
出光束をそれぞれ受光する撮像素子を１つのイメージセ
ンサチップにコンパクトに実装するため、焦点検出光学
系を縮小光学系としている。このような従来の焦点検出
モジュールでは、再結像レンズに所定の入射角度で入射
した焦点検出光束は、焦点検出モジュールの光軸に対し
て所定の角度をもって撮像素子に入射する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図９〜図１１により、
光軸から水平Ｙ方向に離れた軸外焦点検出領域Ｃの焦点
検出光束について従来技術の問題を説明する。図９およ
び図１０は、ＸＺ面内における軸外焦点検出領域Ｃの焦
点検出光束を概念的に示す図である。図では便宜上、視
野マスク２２，コンデンサレンズ２４，絞りマスク２
８，再結像レンズ２９およびイメージセンサチップ３０
を一直線上に並べて図示した。視野マスク２２で制限さ
れた光束はコンデンサレンズ２４で焦点検出光学系の光
軸Ｏ２に向けて偏向される。この光束は、絞りマスク２
８でＹ方向に瞳分割されて一対の光束３ｅ，３ｆとな
り、それぞれ再結像レンズ部２９ｅ，２９ｆにより撮像
素子３０ｅ，３０ｆ上に結像される。

【０００５】図９に示すように、ＹＺ面内において、一
対の撮像素子３０ｅ，３０ｆの受光面が焦点検出光学系
の光軸Ｏ２と直交するようにイメージセンサチップ３０
がホルダ（不図示）に取り付けられていれば、焦点検出
誤差は発生しない。しかしながら、図１０に示すよう
に、ＹＺ面内において、イメージセンサチップ３０が焦
点検出光学系の光軸Ｏ２とある角度で傾斜してホルダに
取り付けられ、その結果、撮像素子３０ｅ，３０ｆの受
光面が光軸Ｏ２に対して傾斜すると、次のような問題が
生じる。

【０００６】図１１（ａ），（ｂ）に示すＸＹ面内で傾
斜する斜めチャートを撮影する場合について説明する。
図１１（ａ）のチャート４１は、図９（ｂ）および図１
０（ｂ）に示すように、それぞれ像３１ｅ，３１ｆとし
て結像する。位相差検出方式の焦点検出装置では、これ
ら一対の像３１ｅ，３１ｆの間隔によって合焦位置から
のデフォーカス量およびデフォーカス方向を算出する。
図１１（ｂ）のチャート４２は、図９（ｂ）および図１
０（ｂ）に示すように、それぞれ像３２ｅ，３２ｆとし
て結像する。これら一対の像３２ｅ，３２ｆの間隔によ
って同様にして、合焦位置からのデフォーカス量および
デフォーカス方向を算出する。

【０００７】ＹＺ面内において、撮像素子の受光面が焦
点検出光学系の光軸Ｏ２と直交する図９に示す焦点検出
モジュールでは、像３１ｅ，３１ｆの間隔も像３２ｅ，
３２ｆの間隔もともにｄ０である。一方、撮像素子の受
光面が焦点検出光学系の光軸Ｏ２と傾斜する図１０に示
す焦点検出モジュールでは、像３１ｅ，３１ｆの間隔は
ｄ１、像３２ｅ，３２ｆの間隔はｄ２となる。このよう
に、イメージセンサチップが焦点検出光学系の光軸に対
して傾斜して取り付けられると、焦点検出結果に誤差が
発生してしまう。このような誤差は、被写体のコントラ
ストパターンの角度に依存しているので、実際のランダ
ムなコントラストパターンの被写体ではある程度相殺さ
れるものの、焦点検出精度向上のためには、この誤差要
因を除去することが重要である。イメージセンサチップ
の取付角度を調整すれば、このような誤差要因は除去で
きるが、調整機構がコストアップの要因になり、さら
に、調整作業も煩雑である。

【０００８】本発明の目的は、焦点検出用撮像素子の受
光面と焦点検出光学系の光軸とが直交していない場合で
も焦点検出誤差を抑制することができる焦点検出モジュ
ールを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図面
４〜７に対応づけて説明する。本発明は、撮影画面内に
設定された軸上および軸外の複数の焦点検出領域Ａ〜Ｆ
を通過する撮影光束を集光するコンデンサレンズ２４
と、各焦点検出領域を通過する撮影光束をそれぞれ一対
の開口２８ａ〜２８ｌで制限して瞳分割する瞳分割マス
ク２８と、瞳分割マスク２８で瞳分割された一対の光束
をそれぞれ再結像させる再結像レンズ２９Ａ（Ｂ〜Ｄ
と、再結像レンズ２９Ａ（Ｂ〜Ｄ）により受光面上に再
結像された一対の光束をそれぞれ電気信号に変換して出
力する撮像素子３０ａ〜３０ｌとを備え、焦点検出光学
系光軸Ｏ２を有する焦点検出モジュールに適用される。
請求項ごとの特徴を軸外焦点検出領域Ｃについて以下説
明する。 （１）請求項１の発明を図４〜７に対応づけて説明す
る。請求項１の発明は、軸外に設定された焦点検出領域
Ｃを通過して瞳分割マスク２８で分割された一対の光束
３ｅ，３ｆが、再結像レンズ２９Ａ（Ｂ〜Ｄ）の複数の
レンズ部２９ａ〜２９ｌのうち当該焦点検出領域Ｃに対
応する軸外レンズ部２９ｆ（２９ｅ）における焦点検出
光学系光軸Ｏ２に近い周辺領域に入射するよう、軸外レ
ンズ部２９ｆ（２９ｅ）に対して瞳分割マスク２８の一
対の開口２８ｆ（２８ｅ）を配置することにより、上記
目的を達成する。 （２）請求項２の発明を図７に対応づけて説明する。請
求項２の発明は、請求項１の焦点検出モジュールにおい
て、軸外レンズ部２９ｆ（２９ｅ）は入射側球面５ｆと
射出側球面６ｆとを備え、入射側球面５ｆの中心７ｆと
射出側球面６ｆの中心８ｆとを結んだ線分１１ｆを軸外
レンズ部２９ｆ（２９ｅ）の光軸とするとき、軸外レン
ズ部２９ｆ（２９ｅ）の光軸を瞳分割方向に垂直な平面
へ投影したときの射影が、焦点検出光学系光軸Ｏ２に対
して略平行であり、一対の開口２８ｆ（２８ｅ）の重心
位置１７ｆが、軸外レンズ部２９ｆ（２９ｅ）の光軸１
１ｆよりも焦点検出光学系光軸Ｏ２側に位置したことを
特徴とする。 （３）請求項３の発明を図６に対応づけて説明する。請
求項３の発明は、請求項１の焦点検出モジュールにおい
て、軸外レンズ部２９ｆ（２９ｅ）の入射側または射出
側は非球面レンズ６０ｆであることを特徴とする。 （４）請求項４の発明を図４に対応づけて説明する。請
求項４の発明は、請求項１の焦点検出モジュールにおい
て、軸外に設定された焦点検出領域Ｃを通過して瞳分割
マスク２８で分割された一対の光束３ｆ（３ｅ）入射す
る軸外レンズ部２９ｆ（２９ｅ）は入射側球面５ｆと射
出側球面６ｆとを備え、入射側球面５ｆの中心７ｆと射
出側球面６ｆの中心８ｆとを結んだ線分１１ｆを軸外レ
ンズ部２９ｆ（２９ｅ）の光軸とするとき、軸外レンズ
部２９ｆ（２９ｅ）を射出する光束が焦点検出光学系光
軸Ｏ２と略平行になるように、軸外レンズ部２９ｆ（２
９ｅ）の光軸１１ｆを瞳分割方向に垂直な平面ＸＺへ投
影したときの射影が、焦点検出光学系光軸Ｏ２に対して
所定の角度で傾けられるように構成したものである。 （５）請求項５の発明を図６に対応づけて説明する。請
求項５の発明は、軸外に設定された焦点検出領域Ｃを通
過して瞳分割マスク２８で分割された一対の光束３ｆ
（３ｅ）が入射する再結像レンズ２９Ｃの軸外レンズ部
２９ｆ（２９ｅ）では、その入射側または射出側が非球
面レンズ６０ｆとされ、軸外レンズ部２９ｆ（２９ｅ）
を射出する光束３ｆが焦点検出光学系光軸Ｏ２と略平行
になるように、非球面レンズ６０ｆの回転対称軸１６ｆ
を瞳分割方向に垂直な平面へ投影したときの射影が、焦
点検出光学系光軸Ｏ２に対して所定の角度で傾けられて
いることを特徴とする。 （６）請求項６の発明を図５に対応づけて説明する。請
求項６の発明は、軸外に設定された焦点検出領域Ｃを通
過して瞳分割マスク２８で分割された一対の光束３ｆ
（３ｅ）が入射する軸外レンズ部２９ｆ（２９ｅ）は入
射側球面５ｆと射出側球面と６ｆを備え、入射側球面５
ｆの頂点９ｆと射出側球面６ｆの頂点１０ｆは瞳分割方
向に垂直方向に偏心し、入射側球面５ｆと射出側球面６
ｆの周囲は、他のレンズ部と共通の１つの平面１３とす
ることにより、上記目的を達成する。 （７）請求項７の発明を図１４，図１５に対応づけて説
明する。請求項７の発明は、請求項２の焦点検出モジュ
ールにおいて、光軸上の焦点検出光束が入射する再結像
レンズ１２９の軸上レンズ部１２９ａ（１２９ｂ）と、
軸外レンズ部１２９ｆ（１２９ｅ）とは、それぞれ入射
側球面および射出側球面の曲率が略等しい。また、軸外
レンズ部１２９ｆ（１２９ｅ）の光軸方向の厚みが軸上
レンズ部１２９ａ（１２９ｂ）の光軸方向の厚みよりも
厚い。

【００１０】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が
実施の形態に限定されるものではない。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１〜図８により本発明の第１〜
第４の実施の形態を説明する。各実施の形態は再結像レ
ンズが異なるだけでその他は共通である。まず、共通の
構成について説明する。 −共通の構成− 図１は本発明による焦点検出モジュールを搭載した一眼
レフカメラの概略構成図である。被写体からの光束は、
レンズ鏡筒ＬＢ内の撮影レンズＬＥを透過してカメラボ
ディＣＢ内に導かれる。カメラボディＣＢに導かれた光
束の一部は、半透過性のメインミラー５１を透過し、サ
ブミラー５２にて下方に反射された後、焦点検出モジュ
ール１０へ入射される。ＣＰＵ５６は、焦点検出モジュ
ール１０の出力である焦点検出信号に基づいてレンズ駆
動モータ５７を駆動し、撮影レンズＬＥの焦点調節を行
う。一方、メインミラー５１で反射された光束はペンタ
プリズム５４を介して接眼レンズ５５にて観察される。

【００１２】本実施の形態では、図８に示した６の焦点
検出領域について焦点検出を行う。すなわち、撮影光束
の光軸ＬＸを中心としてＸ方向に延在する領域Ａと、光
軸ＬＸを中心としてＹ方向に延在する領域Ｂの光軸領域
と、軸外焦点検出領域Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆである。領域Ｃ
は、光軸ＬＸから−Ｘ方向（左方）に離間しＹ方向に延
在する領域である。領域Ｄは、光軸ＬＸから＋Ｘ方向
（右方）に離間しＹ方向に延在する領域である。領域Ｅ
は、光軸ＬＸから＋Ｙ方向（上方）に離間しＸ方向に延
在する領域である。領域Ｆは、光軸ＬＸから−Ｙ方向
（下方）に離間しＸ方向に延在する領域である。図から
分かるように、上下の光軸外領域Ｅ，Ｆと光軸ＬＸとの
距離は、左右の軸外焦点検出領域Ｃ，Ｄと光軸ＬＸとの
距離よりも短い。すなわち、領域Ｃ，Ｄの光束を集光さ
せるコンデンサレンズのレンズ部のパワーを、領域Ｅ，
Ｆの光束を集光させるコンデンサレンズのレンズ部のパ
ワーよりも大きくして、イメージセンサチップをコンパ
クトにしている。これらの焦点検出領域は、図２に示す
焦点検出モジュール１０の構造によって決定されるもの
である。

【００１３】図２に示すように、焦点検出モジュール１
０は周知の位相差検出方式にて焦点検出を行うもので、
視野マスク２２，赤外カットフィルタ２３，コンデンサ
レンズ２４，迷光除去用遮光マスク２５，折り返しミラ
ー２６，迷光除去用遮光マスク２７，絞りマスク２８，
再結像レンズ２９およびイメージセンサチップ３０がホ
ルダ２１に一体に保持されて成る。視野マスク２２は、
図示の如く光軸上領域ＡおよびＢに対応する開口２２ａ
と、軸外焦点検出領域Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにそれぞれ対応す
る開口２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅとを有する。コ
ンデンサレンズ２４および遮光マスク２５は、それぞれ
視野マスク２２の開口に対応するレンズ部２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅおよび開口部２５ａ，２５
ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅを有する。コンデンサレン
ズ２４のレンズ部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２
４ｅは、視野マスク２２の開口２２ａ，２２ｂ，２２
ｃ，２２ｄ，２２ｅから入射された光束を絞りマスク２
８に導く。

【００１４】図３の拡大図に示すように、絞りマスク２
８および再結像レンズ２９は、それぞれ６つの焦点検出
領域に対応する各一対の開口部２８ａ，２８ｂ，２８
ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆ，２８ｇ，２８ｈ，２８
ｉ，２８ｊ，２８ｋ，２８ｌおよびレンズ部２９ａ，２
９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，２９ｆ，２９ｇ，２９
ｈ，２９ｉ，２９ｊ，２９ｋ，２９ｌを有する。またイ
メージセンサチップ３０は、同様に６つの焦点検出領域
に対応するイメージセンサアレイ（撮像素子）３０ａ，
３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３０ｇ，３
０ｈ，３０ｉ，３０ｊ，３０ｋ，３０ｌを同一面上に保
持する。絞りマスク２８は各一対の開口によって各光束
を２分割し、すなわち瞳分割して各一対の光束を再結像
レンズ２９に導く。なお、再結像レンズは樹脂による射
出成形で製作される。

【００１５】−第１の実施の形態− 図４（ａ）、図４（ｂ）に基づいて第１の実施の形態に
ついて説明する。図４（ａ）は焦点検出モジュール１０
の軸外焦点検出領域Ｃに入射する光束について説明する
図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ方向から見た図
である。図４（ａ）では便宜上、赤外カットフィルタ２
３，迷光除去用遮光マスク２５、折り返しミラー２６お
よび迷光除去用遮光マスク２７は図示を省略し、視野マ
スク２２，コンデンサレンズ２４，絞りマスク２８，再
結像レンズ２９Ａおよびイメージセンサチップ３０を一
直線上に並べて図示した。

【００１６】図４において、絞りマスク２８の開口２８
ｅと２８ｆ，再結像レンズ２９Ａのレンズ部２９ｅと２
９ｆおよび軸外焦点検出領域Ｃに対応する一対の光束３
ｅと３ｆは、それぞれ紙面と直交する方向に重なり合っ
ている。視野マスク２２の開口２２ｂで規制される軸外
焦点検出領域Ｃからの光束は、コンデンサレンズ２４の
うち焦点検出光学系の光軸Ｏ２の軸外に位置するレンズ
部２４ｂを通るため、分割された光束３ｅと３ｆは（厳
密には開口２８ｅ，２８ｆを撮影レンズ側に投影する光
束）は光軸Ｏ２側に偏向されて再結像レンズ２９Ａのレ
ンズ部２９ｅ，２９ｆに入射する。なお、図４（ａ）
は、添字ｆが付された要素、光路について示した。以下
の説明でも便宜上は、添字ｆが付された要素、光路につ
いて説明する。

【００１７】このようにコンデンサレンズ２４により軸
外焦点検出領域Ｃからの光束を光軸Ｏ２側に偏向させて
いるため、軸外焦点検出領域Ｃが光軸Ｏ２から比較的離
れていてもイメージセンサアレイ３０ｅ，３０ｆを光軸
Ｏ２に近づけて配置でき、イメージセンサチップ３０の
小型化が図れる。しかし、上述したように光束３ｅ，３
ｆがセンサアレイ３０ｅ，３０ｆに斜めに入射する場
合、従来技術で説明したように、センサアレイ３０ｅ，
３０ｆが光束に対して図４のＸ軸を中心とする回転方向
に傾いて取り付けられると、焦点検出誤差が発生する。
そこで第１の実施の形態では次のようにして焦点検出誤
差の発生を防止している。

【００１８】図４（ａ）において、再結像レンズ２９Ａ
が図１０，１１に示した再結像レンズ２９と異なるの
は、再結像レンズ２９Ａのレンズ部２９ｆを光軸Ｏ２側
に傾けている点である。レンズ部２９ｆは入射側球面５
ｆと射出側球面６ｆとを備えている。入射側球面５ｆと
射出側球面６ｆはそれぞれ中心７ｆ、８ｆから半径Ｒ
１，Ｒ２の球面とされている。図４（ａ）において、入
射側球面５ｆの中心７ｆと射出側球面６ｆの中心８ｆを
結ぶ線分１１ｆ、すなわちレンズ部２９ｆの光軸１１ｆ
が、焦点検出光学系の光軸Ｏ２に対して、瞳分割方向
（Ｙ方向）に垂直な面内（ＸＺ面内）で傾けられてい
る。換言すると、レンズ部２９ｆの光軸１１ｆを瞳分割
方向に垂直なＸＺ平面へ投影した射影が、焦点検出光学
系光軸Ｏ２に対して所定の角度で傾けられていることに
なる。また、レンズ部２９ｆの光軸１１ｆに対して、絞
りマスク開口２８ｆの重心１７ｆは、光軸Ｏ２に近い方
に偏心している。なお、図４（ａ）において、９ｆは入
射側球面５ｆの頂点、１０ｆは入射側球面６ｆの頂点で
ある。

【００１９】このように構成された焦点検出光学系で
は、コンデンサレンズ部２４ｂで光軸Ｏ２方向に偏向さ
れた光束３ｆは、レンズ部２９ｆの光軸Ｏ２に近い周辺
領域に入射する。そのため、レンズ部２９ｆに入射した
光束は、その光軸１１ｆ側に屈折されることになり、レ
ンズ部２９ｆから射出する光束３ｆは、焦点検出光学系
の光軸Ｏ２と略平行に進行してイメージセンサアレイ３
０ｆに入射する。その結果、イメージセンサチップ３０
がＸ軸回りに傾いても、イメージセンサアレイ３０ｆ上
に結像する被写体像がＸ方向にずれることがなく、焦点
検出精度が悪化することがない。なお、レンズ部２９ｆ
からの射出光が光軸Ｏ２と平行になるように、レンズ部
２９ｆの傾き角度が決定されるとともに、レンズ部２９
ｆに対する開口２８ｆの重心１７の位置も決定される。

【００２０】なお、図示は省略したが、軸外焦点検出領
域Ｃと光軸Ｏ２を挟んで対向する軸外の焦点検出領域Ｄ
における、再結像レンズ２９ｇ，２９ｈおよび絞りマス
ク２８の開口２８ｇ，２８ｈについても、軸外焦点検出
領域Ｃの再結像レンズ部２９ｅ，２９ｆおよび絞りマス
ク２８の開口２８ｅ，２８ｆにおける物理的形状や位置
関係はまったく同様である。

【００２１】−第２の実施の形態− 図５（ａ），（ｂ）は第２の実施の形態の焦点検出モジ
ュールを説明する図である。再結像レンズ２９Ｂのレン
ズ部２９ｆは、第１の実施の形態と同様に入射側球面５
ｆと射出側球面６ｆとを有するが、入射側球面５ｆの頂
点９ｆと射出側球面６ｆの頂点１０ｆが、瞳分割方向
（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）に偏心している。こ
のようなレンズ部２９ｆでは、入射側も射出側も球面５
ｆ，６ｆであるから、主光線３ｆに関して述べると、入
射側球面５ｆの中心７ｆと射出側球面６ｆの中心８ｆを
結ぶ線分１１ｆ、すなわちレンズ部２９ｆの光軸１１ｆ
が、焦点検出光学系の光軸Ｏ２に対して、瞳分割方向
（Ｙ方向）に垂直な面内（ＸＺ面内）で傾けられてい
る。なお、第２の実施の形態でも、レンズ部２９ｆの球
面５ｆと６Ｆの偏心量や絞りマスク開口２８ｆの重心１
７ｆの位置は、レンズ部２９ｆを射出する光束が焦点検
出光学系の光軸と平行になるように決定される。第１の
実施の形態と同様に、入射側球面５ｆと射出側球面６ｆ
はそれぞれ中心７ｆ、８ｆからＲ１，Ｒ２の半径球面と
されている。

【００２２】第２の実施の形態の再結像レンズ２９Ｂで
は、レンズ部２９ｆの光軸１１ｆを瞳分割方向に垂直な
ＸＺ平面へ投影した射影が、焦点検出光学系光軸Ｏ２に
対して所定の角度で傾けられていることになる。したが
って、このレンズ部２９ｆは光学的には第１の実施の形
態のレンズ部２９ｆと等価であり、第１の実施の形態の
レンズ部２９ｆと同様に、レンズ部２９ｆを射出する光
束３ｆは焦点検出光学系の光軸０２と略平行に進行し
て、イメージセンサアレイ３０ｆに略垂直に入射する。
その結果、イメージセンサチップ３０がＸ軸回りに傾い
て取り付けられても、焦点検出精度の誤差を含むおそれ
が少ない。

【００２３】また、この再結像レンズ２９Ｂでは、その
レンズ部２９ｆの入射側球面５ｆと射出側球面６ｆの周
囲１３は、他のレンズ部２９ａ，２９ｂ……と共通の１
つの平面とすることができ、第１の実施の形態のように
平面１３と１５、および平面１２と１４との間に段差が
形成されない。再結像レンズを金型で成形する際、レン
ズ面は非常に高い精度が要求されるから、その金型はい
わゆる超精密旋盤で加工される。第１の実施の形態の再
結像レンズ２９では、そのレンズ面９ｆ，１０ｆの金型
を加工するとき、超精密旋盤の主軸の向きを他のレンズ
面の金型を加工するときと変更する必要がある。そのた
め、２種類のレンズ面用の金型を後工程で組み合わせる
必要があり、レンズ面の精度が落ちる可能性がある。こ
の点、第２の実施の形態のレンズ面の金型の加工はすべ
て主軸の方向が同一でよく、レンズ面の加工精度を高く
できる。

【００２４】−第３の実施の形態− 図６（ａ）、（ｂ）は第３の実施の形態の焦点検出モジ
ュールを説明する図である。再結像レンズ２９Ｃのレン
ズ部２９ｆは、第１の実施の形態と同様に入射側球面５
ｆを有するが、射出側は非球面６０ｆとされている。そ
して、非球面レンズ部６０ｆの回転対称軸１６ｆを瞳分
割方向（Ｘ方向）に垂直なＸＺ平面へ投影した射影が、
焦点検出光学系光軸Ｏ２に対して所定の角度で傾けられ
ている。この回転対称軸１６ｆの傾き角度と絞りマスク
２８の開口２８ｆの重心位置１７ｆも、上述した実施の
形態と同様に、レンズ部２９ｆを射出した光束が焦点検
出光学系光軸Ｏ２と平行になるように決定される。ま
た、入射側球面５ｆは中心７ｆから半径Ｒ１の球面とさ
れているとともに、中心７ｆは、非球面レンズ部６０ｆ
の回転対象軸１６ｆ上にある。

【００２５】このような第３の実施の形態の焦点検出モ
ジュールでも、第１および第２の実施の形態と同様に、
レンズ部２９ｆを射出する光束は焦点検出光学系の光軸
０２と略平行にされる。したがって、上述したように、
イメージセンサチップ３０がＸ軸回りに回転して傾いて
取り付けられても、焦点検出精度に誤差が含まれるおそ
れがなくなる。

【００２６】−第４の実施の形態− 図７（ａ）、（ｂ）は第４の実施の形態の焦点検出モジ
ュールを説明する図である。再結像レンズ２９Ｄのレン
ズ部２９ｆは、図１０に示した従来のものと同一の構成
であり、レンズ部２９ｆは入射側球面５ｆと射出側球面
６ｆを有する。入射側球面５ｆの中心７ｆと射出側球面
６ｆの中心８ｆと結んだ線分がレンズ部２９ｆの光軸１
１ｆとなる。第４の実施の形態が従来技術と相違する点
は、レンズ部２９ｆの周辺領域のうち焦点検出光学系光
軸Ｏ２に近い周辺領域に、絞りマスク開口２８ｆで分割
された光束３ｆが入射するようにしたことである。すな
わち、絞りマスク２８の開口２８ｆの重心位置１７ｆ
を、レンズ部２９ｆの光軸１１ｆよりも焦点検出光学系
光軸Ｏ２側に位置させ、レンズ部２９ｆに斜めに入射し
た光束を焦点検出光学系光軸Ｏ２に対して略平行に射出
させるものである。

【００２７】このような第４の実施の形態の焦点検出モ
ジュールでも、レンズ部２９ｆの周辺領域のうち焦点検
出光学系光軸Ｏ２に近い周辺領域に、絞りマスク２８の
開口２８ｆで分割された光束３ｆが入射する。そのた
め、レンズ部２９ｆに入射した光束がその光軸１１ｆ側
に屈折されることになり、レンズ部２９ｆから射出する
光束３ｆは、焦点検出光学系の光軸Ｏ２と略平行に進行
してイメージセンサアレイ３０ｆに入射する。その結
果、イメージセンサチップ３０がＸ軸回りに傾いて取り
付けられても、イメージセンサアレイ３０ｆ上に結像す
る被写体像がＸ方向にずれることがなく、焦点検出精度
が悪化することがない。

【００２８】−第５の実施の形態− 図１２〜図１５は第５の実施の形態の焦点検出モジュー
ルを説明する図である。この実施の形態の焦点検出モジ
ュールには、図１２に示すように、軸上の焦点検出領域
Ａと軸外の焦点検出領域Ｃ，Ｄの３つの焦点検出領域が
設定されている。図１４により後述するように、第４の
実施の形態の焦点検出モジュールと同様に、絞りマスク
１２８の一対の開口１２８ｅ，１２８ｆ、１２８ｇ，１
２８ｈの重心位置を、軸外レンズ部１２９ｅ，１２９
ｆ、１２９ｇ，１２９ｈの光軸よりも焦点検出光学系光
軸Ｏ２側に偏心させて、イメージセンサチップ１３０の
Ｘ軸方向の小型化を図っている。第５の実施の形態の焦
点検出モジュールと第４の実施の形態の焦点検出モジュ
ールとの相違点は主に次の２点である。

【００２９】（１）第５の実施の形態では３つの焦点検
出領域Ａ，Ｃ，Ｄが設定されている点。第４の実施の形
態では６つの焦点検出領域Ａ〜Ｆが設定されている。 （２）第５の実施の形態では、コンデンサレンズ１２４
の軸外のレンズ部１２４ｂ，１２４ｃの屈折力を大きく
して、軸外のレンズ部１２４ｂ，１２４ｃの出射光束
を、第４の実施の形態に比べてより大きな角度θ１００
で光軸Ｏ２方向に偏向させている。

【００３０】図１３〜図１５において、図２，３および
図７と同様な箇所には１００台の符号を付している。た
とえば、コンデンサレンズ２４と１２４，再結像レンズ
２９と１２９。図１３は、図２および図３に相当する焦
点検出光学系の斜視図である。図１４は、焦点検出モジ
ュールのＸＺ平面内の構成図であり、図７に対応する。
図７の説明と対応させて、コンデンサレンズ１２４の軸
外のレンズ部１２４ｂに入射した光束について説明す
る。

【００３１】上述したように、絞りマスク１２８の一対
の開口１２８ｅ，１２８ｆ、１２８ｇ，１２８ｈの重心
位置を、図１４に示すとおり、軸外レンズ部１２９ｅ，
１２９ｆ、１２９ｇ，１２９ｈの光軸１１１ｆよりも焦
点検出光学系光軸Ｏ２側に偏心させている。軸外のレン
ズ部１２４ｂから出射されて再結像レンズ１２９のレン
ズ部１２９ｆに入射した光束は、レンズ部１２９ｆの光
軸１１１ｆ側に屈折される。したがって、レンズ部１２
９ｆから射出する光束１１３ｆは、焦点検出光学系の光
軸Ｏ２と略平行に進行してイメージセンサアレイ１３０
ｆに入射する。その結果、イメージセンサチップ１３０
がＸ軸回りに傾いて取り付けられても、イメージセンサ
アレイ１３０ｆ上に結像する被写体像がＸ方向にずれる
ことがなく、焦点検出精度が悪化することがない。

【００３２】図１５（ａ）は、第５の実施の形態におけ
る再結像レンズ１２９の正面図、（ｂ）は底面図であ
る。コンデンサレンズ１２４のレンズ部１２４ｂから出
射された光束は、図１５（ａ）に示すように、軸外レン
ズ部１２９ｆの焦点検出光学系の光軸Ｏ２側の周辺領域
ＳＲａに入射する。図１６（ａ）は、第４の実施の形態
における再結像レンズ２９に相当する再結像レンズ２２
９の正面図、（ｂ）は底面図である。図１６（ａ）に示
すように、コンデンサレンズ２４のレンズ部２４ｂから
出射された光束は、軸外レンズ部２２９ｆの焦点検出光
学系の光軸Ｏ２側の周辺領域ＳＲｂに入射する。直、再
結像レンズ２２９は、第４の実施の形態の焦点検出モジ
ュールを３つの焦点検出領域Ａ，Ｃ，Ｄに対して実現し
た場合の再結像レンズである。

【００３３】図１５と図１６とを参照して、第５の実施
の形態の焦点検出モジュールが第４の実施の形態に相当
する焦点検出モジュールに比べてより小型化されること
について説明する。

【００３４】図８は第４の実施の形態の焦点検出モジュ
ールの撮影画面内の焦点検出領域Ａ〜Ｆを示し、図１２
は第５の実施の形態の焦点検出モジュールの撮影画面内
の焦点検出領域Ａ，Ｃ，Ｄを示す。左右の焦点検出領域
Ｃ，Ｄはそれぞれ等距離離れている。２つの実施の形態
において、焦点検出モジュールの仕様（光学性能）を同
一とする。

【００３５】第５の実施の形態のコンデンサレンズ１２
４の軸外レンズ部１２４ｂと１２４ｃの屈折力は、第４
の実施の形態のコンデンサレンズ２４の軸外レンズ部２
４ｂと２４ｃの屈折力よりも大きい。第５の実施の形態
のコンデンサレンズ１２４の軸外レンズ部１２４ｂと１
２４ｃをそれぞれ透過する焦点検出光束１０３ｆの光軸
０２とのなす角度をθ１００とする。第４の実施の形態
のコンデンサレンズ２４の軸外レンズ部２４ｂと２４ｃ
をそれぞれ透過する焦点検出光束３ｆの光軸０２とのな
す角度をθ１（図８参照）とする。この場合、θ１００
＞θ１となる。

【００３６】その結果、図１５（ａ）に示すように、第
５の実施の形態では、焦点検出光束１０３ｆは、再結像
レンズ１２９の周辺領域ＳＲａに入射する。図１６
（ａ）に示すように、第４の実施の形態では、焦点検出
光束３ｆは再結像レンズ２９の周辺領域ＳＲｂに入射す
る。第５の実施の形態では、コンデンサレンズ１２４の
軸外レンズ部１２４ｂの屈折力を大きくした。したがっ
て、周辺領域ＳＲａは周辺領域ＳＲｂよりも焦点検出光
学系光軸Ｏ２に近い位置に設定されている。

【００３７】また第５の実施の形態では、再結像レンズ
１２９ｅ，１２９ｆ、１２９ｇ，１２９ｈの表面の球面
曲率を、光軸上の再結像レンズ１２９ａ、１２９ｂの表
面曲率と略等しくしている。そのため、再結像レンズ１
２９ｅ，１２９ｆ、１２９ｇ，１２９ｈの厚みは、光軸
上の再結像レンズ１２９ａ、１２９ｂの厚みよりも厚く
なる。再結像レンズ１２９ｅ，１２９ｆ、１２９ｇ，１
２９ｈの表面の曲率はまた、第４の実施の形態の再結像
レンズ２９の再結像レンズ２９ａ，２９ｂ，２９ｅ，２
９ｆ、２９ｇ，２９ｈの表面の球面曲率とも等しい。

【００３８】すなわち第５の実施の形態では、以下のよ
うにして、第４の実施の形態に相当する３つの焦点検出
領域Ａ，Ｃ，Ｄの焦点検出モジュールに比べて、イメー
ジセンサチップ１３０のＸ軸方向の寸法を小さくでき
る。

【００３９】（１）コンデンサレンズ１２４の軸外レン
ズ部１２４ｂの屈折力を大きくした。その結果、焦点検
出光束の再結像レンズ１２９への入射角度θ１００が、
第４の実施の形態に相当する焦点検出モジュールの入射
角度θ１よりも大きくなる。そこで、この入射光束を焦
点検出光学系光軸Ｏ２に平行とするため、以下のような
構成を採用した。

【００４０】（２）軸外のレンズ部１２９ｅ，１２９
ｆ，１２９ｇ，１２９ｈの厚みを除いて、再結像レンズ
の各レンズ部の位置、寸法などを第４の実施の形態のも
のと等しくする。たとえば、再結像レンズ１２９のすべ
ての入射側、出射側の球面曲率が等しく設定される。そ
の結果、後述する理由により再結像レンズ１２９ｆの厚
みが、光軸上の再結像レンズ１２９ａ、１２９ｂの厚み
よりも厚くなる。

【００４１】（３）再結像レンズ１２９の軸外レンズ部
１２９ｆへ焦点検出光束が入射する周辺領域ＳＲａが、
再結像レンズ２２９ｆの周辺領域ＳＲｂよりも焦点検出
光学系光軸Ｏ２に近い位置に設定される。そこで再結像
レンズ１２９ｆの厚みを、光軸上の再結像レンズ１２９
ａ、１２９ｂの厚みよりも厚くして、より屈折力の大き
な領域に焦点検出光束が入射可能とする。その結果、再
結像レンズ部１２９ｆへ角度θ１００（＞θ１）で入射
した焦点検出光束を、焦点検出光学系光軸Ｏ２と略等し
くすることができる。

【００４２】このような再結像レンズ１２９では、レン
ズ部の表面曲率が等しいので、レンズを成型する型代が
安くなる。

【００４３】なお、本発明は、撮影レンズから入射する
撮影光束のうち軸外に設定された焦点検出領域を通過す
る焦点検出光束をコンデンサレンズにより焦点検出光学
系側に偏向させてイメージセンサチップをコンパクトに
した焦点検出モジュールにおいて、再結像レンズ部に斜
めに入射する焦点検出光束を焦点検出光学系光軸に実質
上平行に射出するようにしたものである。したがって、
本発明は上記実施の形態の限定されず、同様な機能を実
現する光学系のすべてが含まれる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、撮影光学系の軸外に設
定された焦点検出領域を通る光束を焦点検出光学系光軸
側に偏向させることによりイメージセンサチップをコン
パクトにした焦点検出モジュールにおいて次のような効
果を奏する。 （１）本発明によれば、コンデンサレンズからの光束を
再結像レンズ部の周辺領域、すなわち焦点検出光学系光
軸側の周辺領域に入射させることにより、再結像レンズ
部から射出する焦点検出光束が焦点検出光軸と略平行と
なるようにしたので、イメージセンサチップが焦点検出
光学系光軸に対して瞳分割方向と直交する方向の軸回り
（実施の形態のＸ軸回り）に傾いて取り付けられても、
光学要素を追加することなく、焦点検出結果に誤差が含
まれなくなる。その結果、イメージセンサチップの角度
調整機構が不要となり、焦点検出モジュールの大型化お
よびコストアップを最小限に抑制できる。 （２）請求項１〜３の発明では、瞳分割マスクの開口重
心位置を再結像レンズ部の光軸に対して焦点検出光学系
光軸側に偏心させるだけでよく、従来の焦点検出モジュ
ールに対して、瞳分割マスクだけ変更すれば良く、コス
トは全く変わらない。 （３）請求項４の発明では、再結像レンズ部の入射側と
射出側を球面レンズ部で構成した。その入射側球面の中
心と射出側球面の中心とを結んだ線分を再結像レンズの
光軸とするとき、光軸を瞳分割方向に垂直な平面へ投影
したときの射影が、焦点検出光学系光軸に対して所定の
角度で傾けるとともに、一対の開口の重心位置が、再結
像レンズの光軸よりも焦点検出光学系光軸側に位置させ
るようにしたので、従来技術に比べて再結像レンズを変
更するだけでよく、光学要素を追加する必要がなく、コ
ストをアップさせずに焦点検出精度を向上することがで
きる。 （４）請求項５の発明によれば、再結像レンズは、入射
側または射出側に非球面レンズ部を備え、非球面レンズ
部の回転対称軸を瞳分割方向に垂直な平面へ投影したと
きの射影が、焦点検出光学系光軸に対して所定の角度で
傾けられるようにした。したがって、コンデンサレンズ
による偏向角度に応じて非球面レンズの光学特性を決定
するだけで、再結像レンズ部からの射出光束を精度よく
焦点検出光学系光軸と平行にすることができる。 （５）請求項６の発明では、再結像レンズ部の入射側と
射出側を球面レンズ部で構成し、入射側球面の頂点と射
出側球面の頂点を瞳分割方向に垂直方向に偏心させるこ
とにより、再結像レンズ部から射出される光束を焦点検
出光学系光軸と略平行となるようにしたので、入射側球
面と射出側球面の周囲は他のレンズ部と共通の１つの平
面とされ、金型の精度を向上することができ、結果とし
高精度な焦点検出モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】焦点検出装置を備えたカメラの構成を示す概略
図

【図２】本発明の一実施の形態における焦点検出モジュ
ールの構成を示す分解斜視図

【図３】図２の焦点検出モジュールの一部分を拡大して
示す図

【図４】（ａ）は第１の実施の形態による焦点検出モジ
ュール１０の軸外焦点検出領域Ｃに入射する光束につい
て説明する図、（ｂ）は（ａ）をＣ方向から見た図

【図５】（ａ）は第２の実施の形態による焦点検出モジ
ュール１０の軸外焦点検出領域Ｃに入射する光束につい
て説明する図、（ｂ）は（ａ）をＣ方向から見た図

【図６】（ａ）は第３の実施の形態による焦点検出モジ
ュール１０の軸外焦点検出領域Ｃに入射する光束につい
て説明する図、（ｂ）は（ａ）をＣ方向から見た図

【図７】（ａ）は第４の実施の形態による焦点検出モジ
ュール１０の軸外焦点検出領域Ｃに入射する光束につい
て説明する図、（ｂ）は（ａ）をＣ方向から見た図

【図８】撮影画面内に設定された６つの焦点検出領域を
示す図

【図９】（ａ）は従来の焦点検出モジュールの軸外焦点
検出領域に入射する光束について説明する図、（ｂ）は
（ａ）をＢ方向から見た図

【図１０】（ａ）は従来の焦点検出モジュールの軸外焦
点検出領域に入射する光束について説明する図、（ｂ）
は（ａ）をＢ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）をＡ方向
から見た図

【図１１】斜めチャートを示す図

【図１２】第５の実施の形態における焦点検出モジュー
ルの撮影画面内に設定された３つの焦点検出領域を示す
図

【図１３】第５の実施の形態における焦点検出モジュー
ルの構成を示す分解斜視図

【図１４】第５の実施の形態による焦点検出モジュール
の軸外焦点検出領域Ｃに入射する光束について説明する
図

【図１５】（ａ）は第５の実施の形態における再結像レ
ンズの正面図、（ｂ）は底面図

【図１６】（ａ）は第４の実施の形態に相当する再結像
レンズの正面図、（ｂ）は底面図

【符号の説明】

１０：焦点検出モジュール ２１：ホルダ ２２：視野マスク ２４：コンデンサレ
ンズ ２４ａ〜２４ｅ：レンズ部 ２８：絞
りマスク ２８ａ〜２８ｌ：開口 ２４Ａ〜２４Ｄ：再
結像レンズ ２４ａ〜２４ｆ：レンズ部 ３０：イ
メージセンサチップ ３０ａ〜３０ｌ：イメージセンサアレイ ＣＢ：カ
メラボディ Ａ〜Ｆ：焦点検出領域 ＬＢ：撮影レンズ
鏡筒 ＬＥ：撮影レンズ Ｏ２：焦点検出光学
系光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑田 知由己 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 2H011 AA01 BA23 BB01 BB02 2H051 AA06 BA04 BA18 CA04 CA09 CA10 CA12 CB06 CB07 CB08 CB10 CB20 CB29 DA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影画面内に設定された軸上および軸外
   の複数の焦点検出領域を通過する撮影光束を集光するコ
   ンデンサレンズと、 前記各焦点検出領域を通過する撮影光束をそれぞれ一対
   の開口で制限して瞳分割する瞳分割マスクと、 前記瞳分割マスクで瞳分割された一対の光束をそれぞれ
   再結像させる再結像レンズと、 前記再結像レンズにより受光面上に再結像された一対の
   光束をそれぞれ電気信号に変換して出力する撮像素子と
   を備え、焦点検出光学系光軸を有する焦点検出モジュー
   ルにおいて、 前記軸外に設定された焦点検出領域を通過して前記瞳分
   割マスクで分割された一対の光束が、前記再結像レンズ
   の複数のレンズ部のうち当該焦点検出領域に対応する軸
   外レンズ部における前記焦点検出光学系光軸に近い周辺
   領域に入射するよう、前記軸外レンズ部に対して前記瞳
   分割マスクの一対の開口を配置したことを特徴とする焦
   点検出モジュール。
2. 【請求項２】請求項１の焦点検出モジュールにおいて、 前記軸外レンズ部は入射側球面と射出側球面とを備え、 前記入射側球面の中心と前記射出側球面の中心とを結ん
   だ線分を前記軸外レンズ部の光軸とするとき、 前記軸外レンズ部の光軸を前記瞳分割方向に垂直な平面
   へ投影したときの射影が、前記焦点検出光学系光軸に対
   して略平行であり、 前記一対の開口の重心位置が、前記軸外レンズ部の光軸
   よりも前記焦点検出光学系光軸側に位置していることを
   特徴とする焦点検出モジュール。
3. 【請求項３】請求項１の焦点検出モジュールにおいて、 前記軸外レンズ部の入射側または射出側は非球面レンズ
   であることを特徴とする焦点検出モジュール。
4. 【請求項４】請求項１の焦点検出モジュールにおいて、 前記軸外に設定された焦点検出領域を通過して前記瞳分
   割マスクで分割された一対の光束が入射する軸外レンズ
   部は入射側球面と射出側球面とを備え、 前記入射側球面の中心と前記射出側球面の中心とを結ん
   だ線分を前記軸外レンズ部の光軸とするとき、 前記軸外レンズ部を射出する光束が前記焦点検出光学系
   光軸と略平行になるように、前記軸外レンズ部の光軸を
   前記瞳分割方向に垂直な平面へ投影したときの射影が、
   前記焦点検出光学系光軸に対して所定の角度で傾けられ
   ていることを特徴とする焦点検出モジュール。
5. 【請求項５】請求項１の焦点検出モジュールにおいて、 前記軸外に設定された焦点検出領域を通過して前記瞳分
   割マスクで分割された一対の光束が入射する前記再結像
   レンズの軸外レンズ部は、その入射側または射出側が非
   球面レンズとされ、 前記軸外レンズ部を射出する光束が前記焦点検出光学系
   光軸と略平行になるように、前記非球面レンズの回転対
   称軸を前記瞳分割方向に垂直な平面へ投影したときの射
   影が、前記焦点検出光学系光軸に対して所定の角度で傾
   けられていることを特徴とする焦点検出モジュール。
6. 【請求項６】撮影画面内に設定された軸上および軸外の
   複数の焦点検出領域を通過する撮影光束を集光するコン
   デンサレンズと、 前記各焦点検出領域を通過する撮影光束をそれぞれ一対
   の開口で制限して瞳分割する瞳分割マスクと、 前記瞳分割マスクで瞳分割された一対の光束をそれぞれ
   再結像させる再結像レンズと、 前記再結像レンズにより受光面上に再結像された一対の
   光束をそれぞれ電気信号に変換して出力する撮像素子と
   を備え、焦点検出光学系光軸を有する焦点検出モジュー
   ルにおいて、 前記軸外に設定された焦点検出領域を通過して前記瞳分
   割マスクで分割された一対の光束が入射する軸外レンズ
   部は入射側球面と射出側球面とを備え、 前記入射側球面の頂点と前記射出側球面の頂点は前記瞳
   分割方向に垂直方向に偏心し、 前記入射側球面と前記射出側球面の周囲は、他のレンズ
   部と共通の１つの平面とされていることを特徴とする焦
   点検出モジュール。
7. 【請求項７】請求項２の焦点検出モジュールにおいて、 光軸上の焦点検出光束が入射する前記再結像レンズの軸
   上レンズ部と、前記軸外レンズ部とは、それぞれ入射側
   球面および射出側球面の曲率が略等しくし、前記軸外レ
   ンズ部の光軸方向の厚みが前記軸上レンズ部の光軸方向
   の厚みよりも厚くしたことを特徴とする焦点検出モジュ
   ール。