JP2006235353A - Focus detector and imaging apparatus - Google Patents

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JP2006235353A JP2005051338A JP2005051338A JP2006235353A JP 2006235353 A JP2006235353 A JP 2006235353A JP 2005051338 A JP2005051338 A JP 2005051338A JP 2005051338 A JP2005051338 A JP 2005051338A JP 2006235353 A JP2006235353 A JP 2006235353A
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泰 荻野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus detector capable of easily detecting image separation while suppressing a distance between a separation surface for separating a luminous flux in a specified wavelength region and an imaging device. <P>SOLUTION: A wavelength selecting reflection mirror 3 for reflecting the range-finding luminous flux in the specified wavelength region is arranged between a photographing lens 1 and the imaging device 5. The imaging luminous flux transmitted through the mirror 3 is projected on the imaging device 5. On the other hand, the range-finding luminous flux reflected by the mirror 3 is made incident on a split prism 7 as an image separating optical element, then, the image is separated in accordance with the focusing state of the photographing lens 1, then, the luminous flux is detected by a range-finding element 8. The wavelength selecting reflection mirror 3 has an action as a concave lens for the range-finding luminous flux, then, the image forming position extends toward the split prism 7, and also, the image is enlarged. Consequently, even when the distance between a prism block 4 and the imaging device is made short, the image can be formed outside the prism block 4. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、焦点検出装置およびそれを備える撮像装置に関する。   The present invention relates to a focus detection device and an imaging device including the same.

従来、カメラの焦点検出装置として、撮影光束に含まれる赤外域の成分を分離面(ビームスプリッタ)を有するプリズムで分離し、その光束成分を位相差検出方式の検出光学系で検出して測距を行うものが知られている(例えば、特許文献1参照)。分離面を透過した可視光はカメラの撮像面に結像され、分離面で反射された赤外光束はプリズム内を通過し検出光学系に導かれる。   Conventionally, as a focus detection device for a camera, an infrared component contained in a photographed light beam is separated by a prism having a separation surface (beam splitter), and the light beam component is detected by a phase difference detection type detection optical system to measure a distance. Is known (for example, see Patent Document 1). The visible light transmitted through the separation surface is imaged on the imaging surface of the camera, and the infrared light beam reflected by the separation surface passes through the prism and is guided to the detection optical system.

特開2003−140246号公報JP 2003-140246 A

ところで、上述した焦点検出装置では、分離面で反射された赤外光束はプリズムブロック内を導波された後にプリズムブロック外へ出射され、検出光学系に入射する構造となっている。このような焦点検出装置では、バックフォーカスを短くしようと撮影用撮像面と分離面との距離を小さく設定すると、プリズムブロック内に赤外光束の焦点ができてしまうことになる。そのため、焦点がプリズムブロック外に形成されるようにバックフォーカスを長くする必要があり、カメラが大型化する要因となっていた。   By the way, the above-described focus detection apparatus has a structure in which the infrared light beam reflected by the separation surface is guided through the prism block, then exits the prism block, and enters the detection optical system. In such a focus detection apparatus, if the distance between the imaging surface for photographing and the separation surface is set to be short in order to shorten the back focus, the infrared light beam is focused in the prism block. For this reason, it is necessary to lengthen the back focus so that the focal point is formed outside the prism block, which is a factor of increasing the size of the camera.

請求項1の発明による焦点検出装置は、撮影レンズを通過した光に含まれる特定波長域の光を焦点検出用光束として分離すると共に特定波長域以外の撮影用光束を透過して撮影用撮像面に導き、焦点検出用光束に対して負の屈折力を有し、焦点検出用光束による像の拡大像を形成する第1の光学素子と、撮影用撮像面と光学的にほぼ等価な位置に配設され、撮影レンズの焦点調節状態に応じて拡大像を複数方向に分離する第2の光学素子と、第2の光学素子により分離された拡大像を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の焦点検出装置において、第1の光学素子と、焦点検出用光束を全反射して第2の光学素子へと導く導波路とが一体に形成された光学ブロックを備えたものである。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の焦点検出装置において、負の屈折力は分離された焦点検出用光束が略平行光となるように設定され、第1の光学素子と第2の光学素子との間に配設され、略平行光とされた焦点検出用光束を撮影用撮像面と光学的にほぼ等価な位置に結像させるレンズをさらに備えたものである。
請求項4の発明は、請求項3に記載の焦点検出装置において、光学ブロックにおける焦点検出用光束の出射面に、レンズを一体に形成したものである。
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の焦点検出装置において、撮影用光束は、互いに異なる分光透過特性を有するフィルタ素子からなるフィルタを介して撮影されるものであり、第1の光学素子をホログラムとし、このホログラムは、フィルタ素子の各透過率ピーク近傍の波長域を除外した波長領域の光を焦点検出用光束として分離するようにしたものである。
請求項6の発明による撮像装置は、請求項1〜5のいずれかに記載の焦点検出装置と、第1の光学素子を透過した撮影用光束による被写体像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a focus detection apparatus separates light in a specific wavelength range included in light that has passed through a photographic lens as a focus detection light beam, and transmits a photographic light beam outside the specific wavelength range, thereby taking a photographic image pickup surface The first optical element that has a negative refractive power with respect to the focus detection light beam and forms an enlarged image of the image by the focus detection light beam, and a position optically substantially equivalent to the imaging surface for photographing And a second optical element that separates the magnified image in a plurality of directions according to the focus adjustment state of the photographic lens, and a detection unit that detects the magnified image separated by the second optical element. Features.
According to a second aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the first aspect, the first optical element and the waveguide that totally reflects the focus detection light beam and guides it to the second optical element are integrally formed. Provided with an optical block.
According to a third aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the first or second aspect, the negative refractive power is set so that the separated focus detection light beam becomes substantially parallel light, and the first optical element and the first optical element And a lens that is disposed between the two optical elements and forms an image of a focus detection light beam that is substantially parallel light at a position optically substantially equivalent to the imaging surface for photographing.
According to a fourth aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the third aspect of the present invention, a lens is integrally formed on the exit surface of the focus detection light beam in the optical block.
According to a fifth aspect of the present invention, in the focus detection device according to any one of the first to fourth aspects, the photographing light flux is photographed through a filter including filter elements having different spectral transmission characteristics. The first optical element is a hologram, and the hologram separates light in a wavelength region excluding the wavelength region near each transmittance peak of the filter element as a focus detection light beam.
An image pickup apparatus according to a sixth aspect of the invention includes the focus detection apparatus according to any one of the first to fifth aspects, and an image pickup element that picks up a subject image by a shooting light beam that has passed through the first optical element. It is characterized by.

本発明によれば、負の屈折力を有する第1の光学素子により焦点検出用光束を分離するようにしたので、撮像素子と第1の光学素子との距離を短く抑えつつ拡大像の分離を容易に検出することができる。さらに、第1の光学素子により拡大像を形成することができるので、焦点検出精度を向上させることができる。   According to the present invention, since the focus detection light beam is separated by the first optical element having negative refractive power, the enlarged image can be separated while keeping the distance between the imaging element and the first optical element short. It can be easily detected. Furthermore, since a magnified image can be formed by the first optical element, focus detection accuracy can be improved.

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明による焦点検出装置の一実施の形態を説明する図であり、焦点検出装置をカメラに適用した場合の概略構成を示す。焦点検出装置は、波長選択反射鏡3が形成されたプリズムブロック4と、スプリットプリズム7と測距素子8とを備えている。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a focus detection apparatus according to the present invention, and shows a schematic configuration when the focus detection apparatus is applied to a camera. The focus detection apparatus includes a prism block 4 on which a wavelength selective reflecting mirror 3 is formed, a split prism 7 and a distance measuring element 8.

プリズムブロック4は撮影レンズ1と撮像素子5との間の光軸上に配置され、撮影レンズ1によって集光された被写体光束が入射する。撮像素子5には、CCD撮像素子等が用いられる。プリズムブロック4に形成された波長選択反射鏡3は、撮像に使用しない近赤外領域の光を反射するように構成されており、例えば、図2の曲線21で示すような波長域の光を反射するダイクロイック膜が使用される。   The prism block 4 is disposed on the optical axis between the photographing lens 1 and the image pickup device 5, and the subject light beam condensed by the photographing lens 1 is incident thereon. As the image sensor 5, a CCD image sensor or the like is used. The wavelength selective reflecting mirror 3 formed in the prism block 4 is configured to reflect light in the near infrared region that is not used for imaging. For example, light in the wavelength region as shown by the curve 21 in FIG. A reflective dichroic film is used.

図2は、本実施の形態の波長選択反射鏡3で反射される光の波長域を示したものであり、縦軸は反射率を表す。図2において、曲線21は反射光の反射特性を示す曲線であり、近赤外領域の光が反射される。なお、参考として示した曲線18〜20は、撮像素子5に設けられたRGBカラーフィルタの透過特性を示したものであり、曲線18はRフィルターの透過特性、曲線19はGフィルターの透過特性、曲線20はBフィルターの透過特性を示している。すなわち、撮像素子5が撮像に用いる使用波長帯域は400nm〜700nm付近となる。なお、曲線18〜20に対しては、縦軸は透過率を表している。   FIG. 2 shows the wavelength range of the light reflected by the wavelength selective reflecting mirror 3 of the present embodiment, and the vertical axis represents the reflectance. In FIG. 2, a curve 21 is a curve showing the reflection characteristics of reflected light, and light in the near infrared region is reflected. Curves 18 to 20 shown as reference indicate the transmission characteristics of the RGB color filter provided in the image sensor 5, the curve 18 is the transmission characteristic of the R filter, the curve 19 is the transmission characteristic of the G filter, Curve 20 shows the transmission characteristics of the B filter. That is, the wavelength band used by the image sensor 5 for imaging is in the vicinity of 400 nm to 700 nm. For curves 18-20, the vertical axis represents the transmittance.

波長選択反射鏡3で反射された近赤外域の光束は、像分離光学素子であるスプリットプリズム7に入射する。スプリットプリズム7は、撮像素子5の撮像面と光学的に等価な位置に配置されている。スプリットプリズム7は撮影レンズ1の焦点調節状態に応じて被写体像を分離し、分離された像は測距素子8によって検出される。なお、後述するように、波長選択反射鏡3は特定波長の光を反射するとともに、反射光に対しては負の屈折力を有する凹レンズとして作用する。   The near-infrared luminous flux reflected by the wavelength selective reflecting mirror 3 enters a split prism 7 that is an image separation optical element. The split prism 7 is disposed at a position optically equivalent to the imaging surface of the imaging device 5. The split prism 7 separates the subject image according to the focus adjustment state of the photographing lens 1, and the separated image is detected by the distance measuring element 8. As will be described later, the wavelength selective reflecting mirror 3 reflects light of a specific wavelength and acts as a concave lens having negative refractive power on the reflected light.

撮像素子5および測距素子8からの出力信号は、カメラの制御回路9に入力される。
制御回路9には、カメラの操作を制御するインターフェイス回路や、測距素子8からの信号に基づいて測距演算を行うAF回路、撮像素子5からの撮像信号に基づいて画像処理を行う画像処理回路などが含まれる。画像処理後の画像データはメモリ11に保存される。12は表示装置であり、画像処理後の画像データを表示回路10を介して逐次表示したり、メモリ11の画像データを読み込んで表示したりすることができる。制御回路9は測距素子8の像ずれ情報から焦点調節状態を算出し、AF駆動機構2を駆動して撮影レンズ1の焦点合わせ動作を行う。
Output signals from the image sensor 5 and the distance measuring element 8 are input to a control circuit 9 of the camera.
The control circuit 9 includes an interface circuit that controls the operation of the camera, an AF circuit that performs a distance measurement operation based on a signal from the distance measuring element 8, and an image process that performs image processing based on the image pickup signal from the image sensor 5. Circuits are included. The image data after image processing is stored in the memory 11. Reference numeral 12 denotes a display device that can sequentially display image data after image processing via the display circuit 10 or read and display image data in the memory 11. The control circuit 9 calculates the focus adjustment state from the image shift information of the distance measuring element 8 and drives the AF driving mechanism 2 to perform the focusing operation of the photographing lens 1.

図3は光路を説明する図であり、(a)は撮像に用いる光束の光路を示し、(b)は測距に用いる光束の光路を示す。図3(a)では光束に対する波長選択反射鏡3の影響はないため、これの図示を省略した。また、図3(b)では、反射鏡3を含む反射系をそれと等価な屈折系に置き換えて図示しており、波長選択反射鏡3を凹レンズとして図示した。図3(a)に示すように、被写体光束は撮影レンズ1で集光され、被写体像13を結像する。そして、この被写体像13を撮像素子5で撮像する。   FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining an optical path. FIG. 3A shows an optical path of a light beam used for imaging, and FIG. 3B shows an optical path of a light beam used for distance measurement. In FIG. 3A, since the wavelength selective reflecting mirror 3 has no influence on the light flux, the illustration thereof is omitted. In FIG. 3B, the reflecting system including the reflecting mirror 3 is replaced with a refraction system equivalent to the reflecting system, and the wavelength selective reflecting mirror 3 is illustrated as a concave lens. As shown in FIG. 3A, the subject luminous flux is collected by the photographing lens 1 to form a subject image 13. The subject image 13 is captured by the image sensor 5.

一方、撮影レンズ1とスプリットプリズム7との間に配置された波長選択反射鏡3は、負の屈折力を有する凹レンズとして作用するため、撮影レンズ1のテレコンバータとして機能する。その結果、被写体像13よりも大きな拡大像14が、スプリットプリズム7の近傍位置に形成される。   On the other hand, the wavelength selective reflecting mirror 3 disposed between the photographing lens 1 and the split prism 7 functions as a teleconverter of the photographing lens 1 because it functions as a concave lens having negative refractive power. As a result, an enlarged image 14 larger than the subject image 13 is formed in the vicinity of the split prism 7.

図4は、スプリットプリズム7の作用、すなわち測距の原理を説明する図である。スプリットプリズム7は一対のプリズム7R,7Lから成り、測距素子8には各プリズム7R,7Lに対応したセンサ列16R,16Lが設けられている。図4(a)は前ピン状態を示したものであり、光束はスプリットプリズム7よりも撮影レンズ1側で焦点を結び、スプリットプリズム7による像分離作用が生じる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the split prism 7, that is, the principle of distance measurement. The split prism 7 includes a pair of prisms 7R and 7L, and the distance measuring element 8 is provided with sensor rows 16R and 16L corresponding to the prisms 7R and 7L. FIG. 4A shows a front pin state. The light beam is focused on the photographing lens 1 side with respect to the split prism 7, and an image separation action by the split prism 7 occurs.

この場合、プリズム7Lに入射した左光束は、センサ列16Lの中心よりも図示左側にずれて投影される。一方、プリズム7Rに入射した右光束は、センサ列16Rの中心よりも右側にずれて投影される。このとき、センサ列16R,16Lから出力される信号波形は、それぞれ曲線17R,17Lのようになる。2つの波形17R,17Lのズレ量とデフォーカス量との関係が既知であれば、像ズレ量d1からデフォーカス量を算出することができる。   In this case, the left light beam incident on the prism 7L is projected to the left side of the drawing from the center of the sensor row 16L. On the other hand, the right light beam incident on the prism 7R is projected to the right side of the center of the sensor row 16R. At this time, the signal waveforms output from the sensor arrays 16R and 16L are as shown by the curves 17R and 17L, respectively. If the relationship between the shift amount and the defocus amount of the two waveforms 17R and 17L is known, the defocus amount can be calculated from the image shift amount d1.

図4(b)は合焦状態を示したものであり、光束はプリズム7R,7Lの斜面上に焦点を結ぶ。この場合には左右光束は、いずれも偏向されずにセンサ列16R,16Lに入射する。このとき、センサ列16R,16Lから出力される信号波形17R,17Lは一致する。すなわち、像ズレ量d1がd1=0となったときが合焦となる。なお、図4(b)では、信号波形17R,17Lが判りやすいように、それらをわずかにずらして描いた。   FIG. 4B shows a focused state, and the light beam is focused on the slopes of the prisms 7R and 7L. In this case, the left and right light beams are incident on the sensor rows 16R and 16L without being deflected. At this time, the signal waveforms 17R and 17L output from the sensor arrays 16R and 16L match. That is, focusing is performed when the image shift amount d1 is d1 = 0. In FIG. 4B, the signal waveforms 17R and 17L are drawn slightly shifted so that they can be easily understood.

図4(c)は後ピン状態を示したものであり、光束はスプリットプリズム7よりもセンサ列16R,16L側で焦点を結ぶ。この場合には、図4(a)に示した前ピン状態とは逆方向に像ズレが生じるが、この像ズレ量から焦点調節状態を算出することができる。   FIG. 4C shows a rear pin state, and the light beam is focused on the sensor rows 16R and 16L side from the split prism 7. In this case, an image shift occurs in the direction opposite to the front pin state shown in FIG. 4A, and the focus adjustment state can be calculated from this image shift amount.

本実施の形態では、波長選択分離鏡3に負の屈折力を持たせたことにより、測距に用いる像を拡大して観察できるためスプリットプリズム7による像分離量が拡大され、焦点検出精度を向上させることができる。また、拡大像14の光軸距離および拡大率は、波長選択反射鏡3の屈折力を変えることにより調節できるので、波長選択反射鏡3からスプリットプリズム7までの距離を充分に確保しつつ、波長選択反射鏡3と撮像素子5との距離を短くすることが可能となる。そのため、無駄な空間を生じることなく、カメラの小型化を図ることができる。   In the present embodiment, since the wavelength selective separation mirror 3 has a negative refractive power, an image used for distance measurement can be enlarged and observed, so that the amount of image separation by the split prism 7 is enlarged and the focus detection accuracy is improved. Can be improved. In addition, since the optical axis distance and magnification of the magnified image 14 can be adjusted by changing the refractive power of the wavelength selective reflector 3, the wavelength from the wavelength selective reflector 3 to the split prism 7 can be sufficiently secured. It is possible to shorten the distance between the selective reflection mirror 3 and the image sensor 5. Therefore, the camera can be reduced in size without generating a useless space.

上述した実施の形態では、波長選択反射鏡3で反射される光は近赤外域の波長を有しており、図2の曲線18〜20で示す撮像素子5の使用波長とほとんど重ならないようにした。従来のデジタルカメラでは撮像素子5に一体化した赤外カットフィルターで赤外域の光を除去しているが、波長選択反射鏡3で反射される近赤外域の光は、この除去されて撮像に使用されない波長領域に含まれている。そのため、撮影レンズ1を通過した光束の一部を測距に用いても、撮像側の光量低下を招くことがない。   In the embodiment described above, the light reflected by the wavelength selective reflecting mirror 3 has a wavelength in the near-infrared region, so that it hardly overlaps the wavelength used by the image sensor 5 indicated by the curves 18 to 20 in FIG. did. In the conventional digital camera, light in the infrared region is removed by an infrared cut filter integrated with the image pickup device 5, but the light in the near infrared region reflected by the wavelength selective reflecting mirror 3 is removed for imaging. It is included in the unused wavelength region. Therefore, even if a part of the light beam that has passed through the photographing lens 1 is used for distance measurement, the amount of light on the imaging side is not reduced.

なお、波長選択反射鏡3として、図2の曲線21に示すような反射特性を有するダイクロイック膜を用いる代わりに、ホログラムを使用しても良い。ホログラムを波長選択反射鏡3の代わりに用いた場合、特定の波長の光を回折分離して測距用光束として利用することができる。例えば、図5に示すように曲線18〜20の谷部分、すなわち各フィルターの各透過率ピーク近傍の波長域を除外した波長領域の光22〜24を測距用光束に使用することで、可視光を測距に用いつつ撮像に使用する光束への影響を小さく抑えることができる。もちろん、ホログラムで回折分離する測距用光束は可視光に限らず、赤外域の光でも良い。   Instead of using a dichroic film having reflection characteristics as shown by the curve 21 in FIG. When a hologram is used instead of the wavelength selective reflecting mirror 3, light of a specific wavelength can be diffracted and separated and used as a distance measuring light beam. For example, as shown in FIG. 5, by using light 22 to 24 in the wavelength region excluding the valleys of the curves 18 to 20, that is, the wavelength regions in the vicinity of the transmittance peaks of the filters, visible light can be obtained. The influence on the luminous flux used for imaging can be reduced while using light for distance measurement. Of course, the distance measuring light beam diffracted and separated by the hologram is not limited to visible light but may be light in the infrared region.

さらに、焦点検出方法として、像をスプリットプリズム7で分割して観察する方法を採用しているため、撮影レンズ1の瞳径や焦点距離の影響を受け難く、本発明は焦点距離が数ミリ程度の撮影レンズ1にも適用することができる。   Furthermore, since a method of observing an image divided by the split prism 7 is adopted as a focus detection method, it is hardly affected by the pupil diameter or focal length of the photographing lens 1, and the present invention has a focal length of about several millimeters. This can also be applied to the photographic lens 1.

[変形例1]
図6,7は、上述した実施の形態の第1の変形例を示す図である。図6はカメラに実装された状態の焦点検出装置を示す図であり、(a)は断面図、(b)はフレキシブル基板上に実装された撮像素子5と測距素子8とを示す平面図である。図6(b)に示すように測距素子8はフレキシブル基板25に直に実装され、撮像素子5は撮像素子用電子部品が実装されたリジッドな撮像基板27を介してフレキシブル基板25に実装されている。このフレキシブル基板25は、図1に示した制御回路9に接続されている。なお、測距素子8に関しても、それに関わる電子部品が多数である場合には、撮像素子5の場合と同様にリジッドな基板を介してフレキシブル基板25に接続するようにしても良い。
[Modification 1]
6 and 7 are diagrams showing a first modification of the above-described embodiment. 6A and 6B are diagrams showing the focus detection device mounted on the camera, where FIG. 6A is a cross-sectional view, and FIG. 6B is a plan view showing the image sensor 5 and the distance measuring element 8 mounted on a flexible substrate. It is. As shown in FIG. 6B, the distance measuring element 8 is mounted directly on the flexible substrate 25, and the image pickup device 5 is mounted on the flexible substrate 25 via a rigid image pickup substrate 27 on which electronic components for the image pickup device are mounted. ing. The flexible substrate 25 is connected to the control circuit 9 shown in FIG. Note that the distance measuring element 8 may also be connected to the flexible substrate 25 through a rigid substrate in the same manner as in the case of the imaging element 5 when there are a large number of electronic components related thereto.

26は上述した光学ローパスフィルタであり、プリズムブロック4と撮像素子5との間に配置される。プリズムブロック4内に形成された波長選択反射鏡3は撮影レンズ1側に凸形状となったダイクロイック膜で構成され、反射面をそのような凸形状とすることにより凹レンズと同様の負の屈折力を有している。波長選択反射鏡3で斜め左下方向に反射された測距用光束は、プリズムブロック4の前面4aにより全反射されて斜め右下方向に進行方向を変え、プリズムブロック4の下方に設けられた出射面から出射される。   Reference numeral 26 denotes the above-described optical low-pass filter, which is disposed between the prism block 4 and the image sensor 5. The wavelength selective reflecting mirror 3 formed in the prism block 4 is composed of a dichroic film having a convex shape on the photographing lens 1 side, and has a negative refractive power similar to that of a concave lens by making the reflecting surface into such a convex shape. have. The distance measuring light beam reflected by the wavelength selective reflection mirror 3 in the diagonally lower left direction is totally reflected by the front surface 4a of the prism block 4 and changes its traveling direction in the diagonally lower right direction, and is emitted below the prism block 4. It is emitted from the surface.

この出射面には集光用の射出面レンズ15が一体に形成されており、スプリットプリズム7および測距素子8は、この射出面レンズ15に対向するように配置される。射出面レンズ15を出射した光束は、スプリットプリズム7を介して測距素子8に入射する。撮像素子5とプリズムブロック4は別体であってもかまわないが、一体化(接着であっても良い)することによって光学的な境界面が減少するので、ゴーストやフレア、透過光量の減少などを抑えることができる。なお、上述した図1に示す実施の形態は、図6において射出面レンズ15を省略したものに相当する。   A converging exit surface lens 15 is integrally formed on the exit surface, and the split prism 7 and the distance measuring element 8 are disposed so as to face the exit surface lens 15. The light beam emitted from the exit surface lens 15 enters the distance measuring element 8 via the split prism 7. The image pickup element 5 and the prism block 4 may be separate bodies, but since the optical interface is reduced by integration (may be bonding), ghost, flare, reduction of transmitted light amount, etc. Can be suppressed. Note that the embodiment shown in FIG. 1 described above corresponds to a configuration in which the exit surface lens 15 is omitted in FIG.

また、スプリットプリズム7は測距素子8の前面に接着されている。これらのプリズムブロック4,光学ローパスフィルタ26,撮像素子5,スプリットプリズム7および測距素子8は筐体6に一体化され、一つの撮像ユニットを形成している。このように撮像素子5と焦点検出装置の各部品を筐体6に一体化することにより、各部品を公差内に製造することで、組み付け後の精度を容易に確保することができると共に量産性に優れている。   The split prism 7 is bonded to the front surface of the distance measuring element 8. The prism block 4, the optical low-pass filter 26, the image sensor 5, the split prism 7 and the distance measuring element 8 are integrated with the housing 6 to form one image unit. Thus, by integrating the components of the imaging device 5 and the focus detection device into the housing 6, the components can be manufactured within tolerances, so that the accuracy after assembly can be easily secured and the mass productivity can be ensured. Is excellent.

なお、波長選択反射鏡3は光軸に対して斜めに傾いたレンズとして作用するため、球面形状とすると偏心による収差が大となってしまう。そのため、このような収差を小さく抑えるために、光軸に対して回転非対称な屈折力分布を持つ自由曲面形状とすることが好ましい。また、プリズムブロック4に形成された射出面レンズ15に、収差を補正するような作用を持たせても良い。   Since the wavelength selective reflecting mirror 3 acts as a lens tilted obliquely with respect to the optical axis, the spherical aberration increases the aberration due to decentration. Therefore, in order to suppress such aberration to be small, it is preferable to have a free-form surface shape having a refractive power distribution that is rotationally asymmetric with respect to the optical axis. Further, the exit surface lens 15 formed in the prism block 4 may have an effect of correcting aberrations.

図7は、上述した図3(b)に対応する光路図であり、変形例1では波長選択反射鏡3とスプリットプリズム7との間に射出面レンズ15が配設される。被写体光束は撮影レンズ1によって集光するように屈折されるが、波長選択反射鏡3により反射されれた測距用光束は、波長選択反射鏡3の凹レンズ作用によりいったん略平行な光束とされる。その後、射出面レンズ15により集光されて拡大像14が形成される。   FIG. 7 is an optical path diagram corresponding to FIG. 3B described above. In the first modification, the exit surface lens 15 is disposed between the wavelength selective reflecting mirror 3 and the split prism 7. The subject light beam is refracted so as to be condensed by the photographing lens 1, but the distance measuring light beam reflected by the wavelength selective reflecting mirror 3 is once made into a substantially parallel light beam by the concave lens action of the wavelength selective reflecting mirror 3. . Thereafter, the enlarged image 14 is formed by being condensed by the exit surface lens 15.

測距用光束は、波長選択反射鏡3から射出面レンズ15まではプリズムブロック4内を導波されることになるが、略平行光とすることによって平行平板状のプリズムブロック4を全反射により導波することが容易となる。すなわち、全反射条件から外れる光束の割合を小さくすることができる。その結果、スプリットプリズム7および測距素子8のレイアウトに関して自由度が増すと共に、波長選択反射鏡3と撮像素子5との距離を短くしつつ測距系の光路長を長く設定することができ、拡大像14をプリズムブロック4外に形成することができる。   The distance measuring light beam is guided in the prism block 4 from the wavelength selective reflecting mirror 3 to the exit surface lens 15. However, by making the light substantially parallel, the parallel plate-like prism block 4 is totally reflected. It becomes easy to guide. That is, it is possible to reduce the proportion of the light beam that does not satisfy the total reflection condition. As a result, the degree of freedom regarding the layout of the split prism 7 and the distance measuring element 8 is increased, and the optical path length of the distance measuring system can be set longer while shortening the distance between the wavelength selective reflecting mirror 3 and the imaging element 5. The magnified image 14 can be formed outside the prism block 4.

[変形例2]
変形例1では波長選択反射鏡3として近赤外域を反射するダイクロイック膜を用いたが、図8に示す変形例2では波長選択反射鏡3にホログラム28を用いた。ホログラム28は上述した図5に示すような特性を有すると共に、測距用光束に対して凹レンズとして作用することによりそれを略平行光とする。ホログラム28の反射角は、測距に用いられる測距用光束が平行平板状のプリズムブロック4の前面で全反射されるように設定する。測距用光束は全反射を繰り返しながらプリズムブロック4内を図示下方に導波され、プリズムブロック4の下端に斜めに設けられた端面反射鏡29により背面側に反射される。プリズムブロック4の下側背面には出射面レンズ15が設けられており、測距用光束はこの出射面レンズ15により集光されて拡大像を形成する。
[Modification 2]
In the first modification, a dichroic film that reflects the near infrared region is used as the wavelength selective reflecting mirror 3, but in the second modified example shown in FIG. 8, the hologram 28 is used in the wavelength selective reflecting mirror 3. The hologram 28 has the characteristics as shown in FIG. 5 described above, and acts as a concave lens with respect to the distance measuring light beam to make it substantially parallel light. The reflection angle of the hologram 28 is set so that the distance measuring light beam used for distance measurement is totally reflected by the front surface of the parallel flat prism block 4. The distance measuring beam is guided downward in the prism block 4 while repeating total reflection, and is reflected to the back side by an end face reflecting mirror 29 provided obliquely at the lower end of the prism block 4. An exit surface lens 15 is provided on the lower back surface of the prism block 4, and the distance measuring light beam is condensed by the exit surface lens 15 to form an enlarged image.

変形例2では、出射面レンズ15の屈折力を調整することで、波長選択反射鏡3の透過光の像面と反射光の像面とを略同一平面上に形成することができる。その結果、図8に示すように、撮像素子5と測距素子8とを同一のリジッドな基板27上に実装することが可能となり、図6のようにフレキシブル基板25で双方を連結する必要がなく、組み立て性やコスト面で優れている。また、プリズムブロック4の下部を全反射による導波路41として用いることにより、プリズムブロック4を薄くしても拡大像をプリズムブロック4の外側に形成することができる。その結果、筐体6により一体化された撮像ユニットの厚さ寸法を小さくすることができ、カメラをより一層小型化することができる。   In the second modification, by adjusting the refractive power of the exit surface lens 15, the image surface of the transmitted light and the image surface of the reflected light of the wavelength selective reflecting mirror 3 can be formed on substantially the same plane. As a result, as shown in FIG. 8, it is possible to mount the image sensor 5 and the distance measuring element 8 on the same rigid board 27, and it is necessary to connect both with the flexible board 25 as shown in FIG. It is excellent in assembly and cost. Further, by using the lower part of the prism block 4 as the waveguide 41 by total reflection, an enlarged image can be formed outside the prism block 4 even if the prism block 4 is thinned. As a result, the thickness dimension of the imaging unit integrated by the housing 6 can be reduced, and the camera can be further downsized.

[変形例3]
図9は第3の変形例を示す図であり、単板式の撮像素子5をRGBの3板式の撮像素子5R,5G,5Bとしたものである。プリズムブロック4内には、近赤外域の光を反射する波長選択反射鏡3に加えて、G光を反射するダイクロイックミラー4Gと、B光を反射するダイクロイックミラー5Bとが形成されている。光束中のG光はダイクロイックミラー4Gで反射されてG光用の撮像素子5Gに入射し、ダイクロイックミラー4Bで反射されたB光はB光用の撮像素子5Bに入射する。そして、ダイクロイックミラー4Bを透過したR光は、波長選択反射鏡3を透過してR光用の撮像素子5Rに入射する。一方、波長選択反射鏡3で反射された反射光はダイクロイックミラー4Bで全反射され、出射面レンズ15を介してスプリットプリズム7へと出射される。
[Modification 3]
FIG. 9 is a diagram showing a third modification, in which the single-plate image pickup device 5 is replaced with RGB three-plate image pickup devices 5R, 5G, and 5B. In the prism block 4, a dichroic mirror 4G that reflects G light and a dichroic mirror 5B that reflects B light are formed in addition to the wavelength selective reflecting mirror 3 that reflects light in the near infrared region. The G light in the luminous flux is reflected by the dichroic mirror 4G and enters the G light image sensor 5G, and the B light reflected by the dichroic mirror 4B enters the B light image sensor 5B. The R light transmitted through the dichroic mirror 4B passes through the wavelength selective reflection mirror 3 and enters the imaging element 5R for R light. On the other hand, the reflected light reflected by the wavelength selective reflection mirror 3 is totally reflected by the dichroic mirror 4B and emitted to the split prism 7 via the emission surface lens 15.

上述した実施の形態ではカメラを例に説明したが、本発明による焦点検出装置は種々の撮像装置に適用することができる。以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、波長選択反射鏡3およびホログラム28は第1の光学素子を、スプリットプリズム7は第2の光学素子を、測距素子8は検出手段を、射出面レンズ15はレンズを、プリズムブロック4は光学ブロックをそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。   Although the camera has been described as an example in the above-described embodiment, the focus detection apparatus according to the present invention can be applied to various imaging apparatuses. In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the wavelength selective reflecting mirror 3 and the hologram 28 are the first optical element, the split prism 7 is the second optical element, and the distance measuring element 8 is The exit surface lens 15 constitutes a lens, and the prism block 4 constitutes an optical block. The above description is merely an example, and when interpreting the invention, there is no limitation or restriction on the correspondence between the items described in the above embodiment and the items described in the claims.

本発明による焦点検出装置の一実施の形態を説明する図であり、焦点検出装置をカメラに適用した場合の概略構成を示す。It is a figure explaining one Embodiment of the focus detection apparatus by this invention, and shows schematic structure at the time of applying a focus detection apparatus to a camera. 波長選択反射鏡3の反射特性を示す図である。It is a figure which shows the reflective characteristic of the wavelength selection reflective mirror. 光路を説明する図であり、(a)は撮像に用いる光束の光路を示し、(b)は測距に用いる光束の光路を示す。It is a figure explaining an optical path, (a) shows the optical path of the light beam used for an imaging, (b) shows the optical path of the light beam used for ranging. スプリットプリズム7の作用を説明する図であり、(a)は前ピン状態を、(b)は合焦状態を、(c)は後ピン状態をそれぞれ示す。It is a figure explaining the effect | action of the split prism 7, (a) shows a front pin state, (b) shows an in-focus state, (c) shows a back pin state, respectively. ホログラムを用いた場合の測距用光束の波長を示す図である。It is a figure which shows the wavelength of the light beam for ranging at the time of using a hologram. 変形例1を示す図であり、(a)はフレキシブル基板25に実装された焦点検出装置の断面図を示し、(b)は平面図を示す。It is a figure which shows the modification 1, (a) shows sectional drawing of the focus detection apparatus mounted in the flexible substrate 25, (b) shows a top view. 変形例1における光路図である。10 is an optical path diagram in Modification 1. FIG. 変形例2を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification 2. 変形例3を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 撮影レンズ
3 波長選択反射鏡
4 プリズムブロック
5,5R,5G,5B 撮像素子
7 スプリットプリズム
7R,7L プリズム
8 測距素子
9 制御回路
15 射出面レンズ
16R,16L センサ列
26 光学ローパスフィルタ
28 ホログラム
41 導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shooting lens 3 Wavelength selective reflection mirror 4 Prism block 5, 5R, 5G, 5B Image pick-up element 7 Split prism 7R, 7L Prism 8 Distance measuring element 9 Control circuit 15 Exit surface lens 16R, 16L Sensor array 26 Optical low-pass filter 28 Hologram 41 Waveguide

Claims (6)

撮影レンズを通過した光に含まれる特定波長域の光を焦点検出用光束として分離すると共に前記特定波長域以外の撮影用光束を透過して撮影用撮像面に導き、前記焦点検出用光束に対して負の屈折力を有し、前記焦点検出用光束による像の拡大像を形成する第1の光学素子と、
前記撮影用撮像面と光学的にほぼ等価な位置に配設され、前記撮影レンズの焦点調節状態に応じて前記拡大像を複数方向に分離する第2の光学素子と、
前記第2の光学素子により分離された前記拡大像を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
The light of a specific wavelength range included in the light that has passed through the photographing lens is separated as a focus detection light beam, and the photographing light beam outside the specific wavelength range is transmitted to the imaging surface for photographing, and the focus detection light beam A first optical element having a negative refractive power and forming an enlarged image of the image by the focus detection light beam;
A second optical element that is disposed at a position that is optically substantially equivalent to the imaging surface for imaging, and that separates the magnified image in a plurality of directions according to a focus adjustment state of the imaging lens;
A focus detection apparatus comprising: a detection unit that detects the enlarged image separated by the second optical element.
請求項1に記載の焦点検出装置において、
前記第1の光学素子と、前記焦点検出用光束を全反射して前記第2の光学素子へと導く導波路とが一体に形成された光学ブロックを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
The focus detection apparatus according to claim 1,
A focus detection apparatus, comprising: an optical block in which the first optical element and a waveguide that totally reflects the focus detection light beam and guides it to the second optical element are integrally formed.
請求項1または2に記載の焦点検出装置において、
前記負の屈折力は分離された前記焦点検出用光束が略平行光となるように設定され、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に配設され、略平行光とされた前記焦点検出用光束を前記撮影用撮像面と光学的にほぼ等価な位置に結像させるレンズをさらに備えたことを特徴とする焦点検出装置。
The focus detection apparatus according to claim 1 or 2,
The negative refractive power is set so that the separated focus detection light beam becomes substantially parallel light,
The focus detection light beam, which is disposed between the first optical element and the second optical element and is substantially parallel light, forms an image at a position optically substantially equivalent to the imaging surface for photographing. A focus detection apparatus further comprising a lens.
請求項3に記載の焦点検出装置において、
前記光学ブロックにおける前記焦点検出用光束の出射面に、前記レンズを一体に形成したことを特徴とする焦点検出装置。
The focus detection apparatus according to claim 3,
The focus detection apparatus characterized in that the lens is integrally formed on an exit surface of the focus detection light beam in the optical block.
請求項1〜4のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記撮影用光束は、互いに異なる分光透過特性を有するフィルタ素子からなるフィルタを介して撮影されるものであり、
前記第1の光学素子をホログラムとし、このホログラムは、前記フィルタ素子の各透過率ピーク近傍の波長域を除外した波長領域の光を前記焦点検出用光束として分離すること特徴とする焦点検出装置。
In the focus detection apparatus in any one of Claims 1-4,
The photographing light flux is photographed through a filter composed of filter elements having different spectral transmission characteristics,
A focus detection apparatus, wherein the first optical element is a hologram, and the hologram separates light in a wavelength region excluding a wavelength region near each transmittance peak of the filter element as the focus detection light beam.
請求項1〜5のいずれかに記載の焦点検出装置と、
前記第1の光学素子を透過した撮影用光束による被写体像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
A focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
An image pickup apparatus comprising: an image pickup element that picks up a subject image by a light beam for photographing that has passed through the first optical element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111051914A (en) * 2017-08-25 2020-04-21 京瓷株式会社 Electromagnetic wave detection device, program, and electromagnetic wave detection system

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