JP2015049474A

JP2015049474A - 焦点検出ユニット、及び撮像装置

Info

Publication number: JP2015049474A
Application number: JP2013182977A
Authority: JP
Inventors: 広阿部; Hiroshi Abe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-16

Abstract

【課題】２つのフィールドレンズを用いる焦点検出ユニットにおいて、環境温度の変化による焦点検出精度の低下を抑制する仕組みを提供する。
【解決手段】焦点検出ユニット１００は、第１フィールドレンズ１０２に導かれた光が第２フィールドレンズ１０６及び複数の開口を有する開口絞り１０７を通過して、再結像レンズ１０８によって検出面１０９に結像されて複数の像が形成される。第１フィールドレンズ１０２及び再結像レンズ１０８は、保持部材１０３に保持され、再結像レンズ１０８は、保持部材１０３に固定され、第２フィールドレンズ１０６は、再結像レンズ１０８に固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載される焦点検出ユニット、及び焦点検出ユニットを備える撮像装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置に搭載される焦点検出ユニットとして、撮像レンズの瞳を複数の領域に分割し、各領域を通過した光束が形成する複数の光学像の相対的な位置関係から撮像レンズの焦点状態を検出するＴＴＬ位相差方式を利用したものがある。ＴＴＬ位相差方式を利用した焦点検出ユニットでは、焦点検出領域を撮影画面内に複数設けた多点焦点検出や広範囲において連続的な領域で焦点検出を行うエリア型の焦点検出等が主流となっている。

また、焦点検出ユニットの二次結像光学系において、再結像レンズの前に第２フィールドレンズを配置することで、測距範囲を拡大する技術が提案されている（特許文献１）。この提案では、２つのフィールドレンズを配置することで、小型且つ広視野な焦点検出ユニットを提供することができるとしている。

図８に、再結像レンズの前に第２フィールドレンズを配置した従来の焦点検出ユニットの一例を示す。

図８において、焦点検出ユニットに導かれた光は、第１フィールドレンズ１０２を通過した後、平面ミラー１０４で反射される。平面ミラー１０４で反射した光は、赤外線カットフィルタ１０５、第２フィールドレンズ１０６Ａ及び開口絞り１０７Ａを通過し、再結像レンズ１０８で検出面１０９に結像されて、複数の像を形成する。

第２フィールドレンズ１０６Ａ、開口絞り１０７Ａ及び再結像レンズ１０８Ａは、保持部材１０３Ａに設けられた一対のボス１０３Ｂに嵌合することで、軸ＯＡ２に対して垂直方向に位置決めされる。また、第２フィールドレンズ１０６Ａが保持部材１０３Ａに接し、開口絞り１０７Ａが第２フィールドレンズ１０６Ａに接し、再結像レンズ１０８Ａが開口絞り１０７Ａに接することで、軸ＯＡ２方向の位置が決まる。

ところで、環境温度の変化によって二次結像光学系を構成する第２フィールドレンズ１０６Ａや再結像レンズ１０８Ａ等の光学部品が熱膨張すると、焦点検出精度が低下する。そのため、焦点検出位置の変化量を温度ごとに補正値としてカメラ本体のメモリに記憶させ、カメラ自体の温度をセンサで測定することで、焦点検出位置の補正が行われている。

特開２００８−２８６８５３号公報

図８に示す焦点検出ユニットでは、再結像レンズ１０８Ａの軸ＯＡ２方向の位置及び角度は、第２フィールドレンズ１０６Ａの角度や寸法に依存して決まる。そのため、第２フィールドレンズ１０６Ａの熱膨張に伴う寸法変化によって、再結像レンズ１０８Ａと検出面１０９間の距離が変動し、また、再結像レンズ１０８Ａが検出面１０９に対して傾く等の問題が生じる。

上述した焦点検出位置の補正は、熱膨張によって再結像レンズ１０８Ａの対となっているレンズ間の間隔が変化した場合や再結像レンズ１０８Ａと検出面１０９間の距離が変動した場合には有効に機能する。しかし、再結像レンズ１０８Ａの対のレンズの頂点どうしを結ぶ直線が検出面１０９に対して傾斜及び回転した場合には上述した焦点検出位置の補正は有効に機能しない。

再結像レンズ１０８Ａの位置が第２フィールドレンズ１０６Ａの寸法によって決まる場合、再結像レンズ１０８Ａの位置や角度は、温度変化に伴う第２フィールドレンズ１０６Ａの寸法変化の影響を大きく受けることになる。このため、再結像レンズ１０８Ａの対のレンズの頂点どうしを結ぶ直線が検出面１０９に対して傾斜及び回転しやすくなり、上述した焦点検出位置の補正が有効に機能しなくなる。

そこで、本発明は、２つのフィールドレンズを用いる焦点検出ユニットにおいて、環境温度の変化による焦点検出精度の低下を抑制する仕組みを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、第１フィールドレンズに導かれた光が第２フィールドレンズ及び複数の開口を有する開口絞りを通過して、再結像レンズによって検出面に結像されて複数の像が形成される焦点検出ユニットであって、前記第１フィールドレンズ及び前記再結像レンズを保持する保持部材を有し、前記再結像レンズは、前記保持部材に固定され、前記第２フィールドレンズは、前記再結像レンズに固定されることを特徴とする。

本発明によれば、２つのフィールドレンズを用いる焦点検出ユニットにおいて、環境温度の変化による焦点検出精度の低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態である焦点検出ユニットを備えるデジタル一眼レフカメラの概略構成図である。焦点検出ユニットの概略断面図である。焦点検出ユニットの二次結像光学系を構成する第２フィールドレンズ、開口絞り及び再結像レンズの分解斜視図である。第２フィールドレンズと再結像レンズとの接着構造例を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態である焦点検出ユニットの概略断面図である。焦点検出ユニットの二次結像光学系を構成する第２フィールドレンズ、開口絞り及び再結像レンズの分解斜視図である。第２フィールドレンズと再結像レンズとの接着構造例を示す斜視図である。従来の焦点検出ユニットの概略断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である焦点検出ユニットを備えるデジタル一眼レフカメラの概略構成図である。なお、本実施形態では、撮像装置としてデジタル一眼レフカメラを例示するが、これに限定されない。

図１に示すように、本実施形態のデジタル一眼レフカメラは、カメラ本体１に不図示のマウント部を介してレンズ鏡筒１０が着脱可能に装着される。カメラ本体１には、ミラーユニット４０、撮像素子５０、ファインダ光学系３０、焦点検出ユニット１００、及びカメラＣＰＵ８０等が設けられる。ここで、カメラ本体１は、本発明の装置本体の一例に相当する。

ミラーユニット４０は、不図示のミラーボックスに対して回転可能に支持されている。ミラーユニット４０は、ハーフミラーからなるメインミラー２０と、メインミラー２０に対して回転可能に支持されるサブミラー２１とを有し、ファインダ観察時に、撮影光路内に進入（ミラーダウン）し、撮影時に、撮影光路から退避（ミラーアップ）する。

ファインダ光学系３０は、ピント板３２、正立像形成用のペンタプリズム３４、及び接眼レンズ３６等により構成される。撮像素子５０は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等で構成され、レンズ鏡筒１０の撮影光学系を通過して結像した被写体像を光電変換し、電気信号を出力する。カメラＣＰＵ８０は、カメラにおける各種演算や各種動作の制御を行うコントローラである。

レンズ鏡筒１０は、不図示のマウント部に対して着脱可能に装着される交換レンズユニットであり、撮像レンズ１１の他に不図示のメモリやフォーカスモータ等を有する。メモリは、レンズ鏡筒１０に関する各種情報を記憶する。撮像レンズ１１は、フォーカスレンズ等とともに撮像光学系を構成する。フォーカスモータは、カメラＣＰＵ８０によってフォーカシング動作が制御され、フォーカスレンズを光軸方向に移動させて撮像光学系の焦点調節を行う。

そして、被写体からの光は、レンズ鏡筒１０の撮像光学系を通過した後、ハーフミラーからなるメインミラー２０に入射する。メインミラー２０に入射した光の一部は、メインミラー２０を透過し、サブミラー２１で反射されて光軸ＯＡ１に沿って焦点検出ユニット１００に入射する。

焦点検出ユニット１００は、位相差方式を利用して、撮像レンズ１１の焦点状態を検出する。具体的には、焦点検出ユニット１００は、撮像レンズ１１を通過してサブミラー２１で反射された光を分割し、分割された光束により形成される複数の像の相対的な位置関係に基づき、カメラＣＰＵ８０により撮像レンズ１１の焦点状態が検出される。すなわち、焦点検出ユニット１００は、複数の像を形成し、カメラＣＰＵ８０は、複数の像を光電変換して得られる信号に基づいて、撮像レンズ１１の焦点状態を検出する。

一方、メインミラー２０によって上方に反射された光は、撮像素子５０と光学的に共役な位置に配置されたピント板３２に結像し、ピント板３２にて拡散されてこれを透過した光（被写体像）は、ペンタプリズム３４によって正立像に変換される。正立像は、接眼レンズ３６によって拡大され、ユーザにより観察される。

カメラＣＰＵ８０は、上述した焦点検出および焦点調節が行われた後、メインミラー２０およびサブミラー２１を撮影光路外に退避させる。これにより、撮像光学系を通過した被写体光が不図示の光学フィルタを介して撮像素子５０に結像し、撮像素子５０は、結像した被写体像を光電変換して電気信号を出力する。カメラＣＰＵ８０は、撮像素子５０から出力された電気信号に基づいて画像を生成し、生成した画像を記録媒体に記録したり、表示装置に表示したりする。

図２は、焦点検出ユニット１００の概略断面図である。図２に示すように、保持部材１０３には、視野マスク１０１、第１フィールドレンズ１０２、平面ミラー１０４、赤外線カットフィルタ１０５、再結像レンズ１０８及び検出面１０９が保持されている。検出面１０９は、焦点検出用の撮像素子の受光面である。

そして、サブミラー２１で反射された光は、光軸ＯＡ１に沿って視野マスク１０１を通って焦点検出ユニット１００へ導かれ、焦点検出ユニット１００へ導かれた光は、第１フィールドレンズ１０２を通過した後、平面ミラー１０４で反射される。

平面ミラー１０４で反射された光は、光軸ＯＡ２に沿って赤外線カットフィルタ１０５、第２フィールドレンズ１０６、及び複数の開口を有する開口絞り１０７を通過して、再結像レンズ１０８によって検出面１０９に結像され、複数の像を形成する。なお、本実施形態では、検出面１０９に一対の像を形成する。

第１フィールドレンズ１０２及び第２フィールドレンズ１０６は、開口絞り１０７の開口を撮像レンズ１１の射出瞳面に結像させる。そして、カメラＣＰＵ８０は、上述したように、再結像レンズ１０８によって検出面１０９に結像された一対の像の相対的な位置関係から撮像レンズ１１の焦点検出を行う。

図３は、焦点検出ユニット１００の二次結像光学系１１０を構成する第２フィールドレンズ１０６、開口絞り１０７及び再結像レンズ１０８の分解斜視図である。図４は、第２フィールドレンズ１０６と再結像レンズ１０８との接着構造例を示す斜視図である。

図３に示すように、再結像レンズ１０８には、ボス１０８１，１０８２が設けられ、ボス１０８１，１０８２は、第２フィールドレンズ１０６に形成された穴部１０６１，１０６２、及び開口絞り１０７形成された穴部１０７１，１０７２にそれぞれ嵌合される。開口絞り１０７は、第２フィールドレンズ１０６と再結像レンズ１０８との間に挟まれている。この状態で、第２フィールドレンズ１０６と再結像レンズ１０８とが接着等で固定されることで、第２フィールドレンズ１０６、開口絞り１０７及び再結像レンズ１０８が一体化される。ここで、図４に示すように、第２フィールドレンズ１０６及び再結像レンズ１０８に、接着剤塗布用の凹部１１０１，１１０２を設けて、互いに接着してもよい。

また、図３に示すように、再結像レンズ１０８には、ボス１０８３，１０８４が設けられ、ボス１０８３，１０８４は、保持部材１０３に設けられた穴部１０３１，１０３２（図２参照）に嵌合される。これにより、二次結像光学系１１０が軸ＯＡ２に対して垂直方向に位置決めされる。

また、再結像レンズ１０８の第２フィールドレンズ１０６側を向く４隅の面１０８５〜１０８８のうちの３つ以上の面が保持部材１０３に接触した状態で再結像レンズ１０８が保持部材１０３に接着等で固定される。これにより、二次結像光学系１１０が軸ＯＡ２方向に位置決めされる。

これにより、環境温度が変化して第２フィールドレンズ１０６の寸法が変化しても、再結像レンズ１０８の位置に影響を与えなくすることができるため、再結像レンズ１０８の軸ＯＡ２方向の位置及び角度が変動しにくくなる。このため、第２フィールドレンズ１０６の寸法変化により、再結像レンズ１０８の対のレンズ同士の頂点を結ぶ直線が検出面１０９に対して傾斜及び回転するのが防止される。

この結果、本実施形態のように、２つのフィールドレンズ１０２，１０６を用いる焦点検出ユニット１００において、上述した焦点検出位置の補正を有効に機能させることができ、環境温度の変化による焦点検出精度の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、第２フィールドレンズ１０６に穴部を設けて、穴部に再結像レンズ１０８に設けたボスを嵌合しているが、第２フィールドレンズ１０６にボスを設けて、ボスを再結像レンズ１０８に設けた穴部に嵌合するようにしてもよい。また、本実施形態では、保持部材１０３に設けた穴部に再結像レンズ１０８に設けたボスを嵌合しているが、保持部材１０３にボスを設けて、ボスを再結像レンズ１０８に設けた穴部に嵌合するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の第２の実施形態である焦点検出ユニットを備えるデジタル一眼レフカメラについて説明する。図５は、焦点検出ユニットの概略断面図である。図６は、焦点検出ユニットの二次結像光学系１１４を構成する第２フィールドレンズ１１１、開口絞り１１２及び再結像レンズ１１３の分解斜視図である。図７は、第２フィールドレンズ１１１と再結像レンズ１１３との接着構造例を示す斜視図である。なお、上記第１の実施形態に対して重複する部分については、各図に同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、図５に示すように、保持部材１０３Ｂに、視野マスク１０１、第１フィールドレンズ１０２、平面ミラー１０４、赤外線カットフィルタ１０５、再結像レンズ１１３及び検出面１０９が保持される。

再結像レンズ１１３には、図６に示すように、ボス１１３１，１１３２が設けられ、ボス１１３１，１１３２は、第２フィールドレンズ１１１に形成された穴部１１１１，１１１２、及び開口絞り１１２形成された穴部１１２１，１１２２にそれぞれ嵌合される。開口絞り１１２は、第２フィールドレンズ１１１と再結像レンズ１１３との間に挟まれている。この状態で、第２フィールドレンズ１１１と再結像レンズ１１３とが接着等で固定されることで、第２フィールドレンズ１１１、開口絞り１１２及び再結像レンズ１１３が一体化される。ここで、図７に示すように、第２フィールドレンズ１１１及び再結像レンズ１１３に、接着剤塗布用の凹部１１４１，１１４２を設けて、互いに接着してもよい。

また、図６に示すように、第２フィールドレンズ１１１には、ボス１１１３，１１１４が設けられ、ボス１１１３，１１１４は、保持部材１０３Ｂに設けられた穴部１０３３，１０３４（図５参照）に嵌合される。これにより、二次結像光学系１１４が軸ＯＡ２に対して垂直方向に位置決めされる。

また、再結像レンズ１１３の第２フィールドレンズ１１１側を向く４隅の面１１３３〜１１３６のうちの３つ以上の面が保持部材１０３Ｂに接触した状態で再結像レンズ１１３が保持部材１０３Ｂに接着等で固定される。これにより、二次結像光学系１１４が軸ＯＡ２方向に位置決めされる。

本実施形態では、上記第１の実施形態のように、再結像レンズ１１３のボス１１３１，１１３２の外側に保持部材１０３Ｂに嵌合されるボスを設けなくてよいため、再結像レンズ１１３を再結像レンズ１０８と比べて小さくすることが可能である。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１０レンズ鏡筒
１１撮像レンズ
１００焦点検出ユニット
１０２第１フィールドレンズ
１０３保持部材
１０６第２フィールドレンズ
１０７開口絞り
１０８再結像レンズ

Claims

第１フィールドレンズに導かれた光が第２フィールドレンズ及び複数の開口を有する開口絞りを通過して、再結像レンズによって検出面に結像されて複数の像が形成される焦点検出ユニットであって、
前記第１フィールドレンズ及び前記再結像レンズを保持する保持部材を有し、
前記再結像レンズは、前記保持部材に固定され、前記第２フィールドレンズは、前記再結像レンズに固定されることを特徴とする焦点検出ユニット。
前記第２フィールドレンズは、前記再結像レンズに嵌合されるボス又は穴部を有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出ユニット。
前記第２フィールドレンズは、前記再結像レンズに接着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点検出ユニット。
前記開口絞りは、前記第２フィールドレンズと前記再結像レンズとの間に挟まれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の焦点検出ユニット。
前記再結像レンズは、前記保持部材に嵌合されるボス又は穴部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の焦点検出ユニット。
前記第２フィールドレンズは、前記保持部材に嵌合されるボス又は穴部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の焦点検出ユニット。
焦点検出ユニットを備える撮像装置であって、
前記焦点検出ユニットとして、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の焦点検出ユニットを備えることを特徴とする撮像装置。