JP2015132717A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】迷光による焦点検出精度の低下を抑えつつ、焦点検出装置の小型化を実現すること。
【解決手段】撮像装置の焦点検出装置は、焦点検出用の受光センサと、受光センサの受光面上に複数の光束を導光する焦点検出光学系を備える。光束分離部材３０５０は、撮像光学系の射出瞳内における複数の領域をそれぞれ通過した光束を分離する。光束分離部材３０５０は、入射側（フィールドレンズ側）と射出側（絞り側）のそれぞれにおいて、隣接する複数の領域の視野形状に沿った形状部を有する。入射側の第１形状部は、視野マスクの開口部の境界部の形状に沿う複数の壁部３０５１として形成される。射出側の第２形状部は断面が略円弧形状をした複数の曲げ形状部３０５３として形成される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光学系の複数領域に係る焦点状態を検出する焦点検出装置を備える撮像装置に関し、特に各領域の光束を分離する光束分離部材の構造に関する。

一眼レフカメラ等の撮像装置には、撮像光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置が搭載されている。焦点検出装置は、一次結像面近傍に配置されて撮像光学系からの光を偏向させるフィールドレンズと、偏向された光束を再結像させて複数の光学像を形成する二次結像レンズとを含む焦点検出光学系を備える（特許文献１参照）。焦点検出装置は、再結像された被写体の光学像を受光素子により電気信号に変換し、対応する一対の電気信号の位相差に基づいて撮像光学系の焦点状態を検出する。一対の被写体光学像を形成する測定視野を複数持つ焦点検出装置において、光束分離部材は、隣接する測定視野の光束を分離するため、各測定視野の光束の間に配置されている。

特許文献１では、光束分離部材の角度を部位によって適切に変更して形成し、光束が光束分離部材に投影されないようにしながら各領域の光束を分離する機構を開示している。また特許文献２では、焦点検出装置内の構成部品であるミラーに入射する光と、ミラーで反射した光とが重なる領域について、壁面の傾きをそれぞれの光束の方向に対応させて形成した光束分離部材を備える機構を開示している。

特開２０００−３３００１３号公報 特開２０１２−０３７８２８号公報

焦点検出光学系において有効光束の外形は、入射側から射出側まで結像に伴って変形する。従来技術では有効光束を避けながら焦点検出装置内で広範囲に亘って光束分離部材を配置することが困難である。そのため、不適切な光路を通った迷光がセンサ領域に入った場合、焦点検出精度を低下させる原因になるという課題があった。また、この課題を回避しつつ光束分離部材を広範囲に亘って配置するためには、隣接する測定視野の光束同士を離す必要がある。その結果、焦点検出装置が大型化してしまうという課題があった。
本発明の目的は、迷光による焦点検出精度の低下を抑えつつ、焦点検出装置の小型化を実現することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出装置を備える撮像装置であって、前記焦点検出装置は、焦点検出用の検出素子と、複数の開口部を有する視野マスクと、前記撮像光学系の射出瞳内における複数の領域をそれぞれ通過した光束を前記検出素子に導光する第１光学部材と、隣接する前記複数の領域をそれぞれ通過した光束を分離する光束分離部材と、前記光束分離部材により分離された光束の通過範囲を制限する絞りと、前記絞りを介して入射した複数の光束を前記検出素子に再結像させる第２光学部材と、を備える。前記光束分離部材は、前記第１光学部材に対向する入射側に位置して前記光束を分離する第１形状部と、前記絞りに対向する射出側に位置して前記光束を分離する第２形状部とを有する。前記第１形状部と前記第２形状部は、隣接する前記複数の領域の視野形状に沿う互いに異なる形状を有し、当該複数の領域をそれぞれ通過した光束の間隙に位置する。

本発明によれば、迷光による焦点検出精度の低下を抑えつつ、焦点検出装置の小型化を実現することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す概要図である。 本発明の実施形態に係る焦点検出装置の原理を説明する図である。 本発明の実施形態に係る焦点検出装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る光束分離部材の斜視図である。 本発明の実施形態に係る光束分離部材の形状例を示す概要図である。 本発明の実施形態に係る保持部材の斜視図である。

以下に、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る撮像装置として一眼レフカメラの構成例を示す。なお、以下では被写体側を前側と定義して各部の位置関係を説明する。
カメラ本体部の筐体内には、ミラーボックス１５０が配置される。交換レンズ２００は、ミラーボックス１５０に固定されたマウント（図示せず）に対して着脱可能な光学装置であり、撮像光学系２０１の構成部（レンズや絞り等）を収容する。

ミラーボックス１５０内のミラーユニット１００は、ハーフミラーにより構成されたクイックリターンミラー１０１と、その後方に配置されたサブミラー１０２を備える。被写体から光は、撮像光学系２０１を通過した後、クイックリターンミラー１０１に入射する。入射光の一部はクイックリターンミラー１０１で反射してファインダ光学系４００へと導光される。また、入射光の一部はクイックリターンミラー１０１を透過した後、サブミラー１０２で反射して焦点検出装置３００へ入射する。撮影時には駆動機構部（不図示）により、クイックリターンミラー１０１およびサブミラー１０２が撮像光学系２０１の光路外に退避することで、被写体からの光が撮像素子ユニット５００に到達する。

ファインダ光学系４００は、ピント板４０１、ペンタダハプリズム４０２、接眼レンズ４０３を備える。クイックリターンミラー１０１で反射した光は、撮像素子５０１と光学的に共役な位置に配置されたピント板４０１上に結像する。ピント板４０１にて拡散されてこれを透過した、被写体の光学像は、ペンタダハプリズム４０２によって正立像に変換される。正立像は接眼レンズ４０３によって拡大され、ユーザが観察する。

焦点検出装置３００は、前述のように、クイックリターンミラー１０１を透過した後にサブミラー１０２で反射した光を受光して焦点状態を検出する。その構成については後述する。
撮像素子ユニット５００は撮像素子５０１および光学フィルタ５０２を備える。撮像素子５０１は、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサ等の光電変換素子により構成される。赤外カットフィルタを含む光学フィルタ５０２を経て撮像素子５０１に到達した光は電気信号に変換される。

制御部を構成するカメラＣＰＵ（中央演算処理装置）６０１は、撮像装置における各種の演算や動作制御を行う。例えばカメラＣＰＵ６０１は、焦点検出処理後にクイックリターンミラー１０１およびサブミラー１０２を撮像光学系２０１の光路外に退避させる制御を行う。これにより、撮像光学系２０１からの光は光学フィルタ５０２を介して撮像素子５０１に到達し、撮像素子５０１上に被写体の光学像が形成される。撮像素子５０１は光学像を光電変換して撮像信号を出力する。カメラＣＰＵ６０１は、撮像素子５０１による撮像信号に基づいて画像データを生成して記録媒体に記録する処理や、撮影画像を表示部の画面上に表示させる制御等を行う。
交換レンズ２００はメモリ２０２を備える。メモリ２０２は、交換レンズ２００に関する各種情報を記憶しており、カメラＣＰＵ６０１はメモリ２０２から光学情報等を取得することができる。フォーカスモータ２０３は、撮像光学系２０１を構成する焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ）を光軸方向に移動させることで撮像光学系２０１の焦点調節動作を行う。フォーカスモータ２０３は、カメラＣＰＵ６０１からの制御信号に従ってフォーカレンズを駆動する。

次に、図２を参照して焦点検出装置３００を用いた撮像光学系２０１の焦点調節について説明する。サブミラー１０２で反射した後、焦点検出装置３００に導かれた光は、フィールドレンズ３０２０に入射する。フィールドレンズ３０２０は、撮像光学系２０１の一次結像面又はその近傍の領域に配置され、入射した光束に対する集光作用をもつ。光束７１００は、光軸近傍の中央領域を透過した中央光束であり、光束７２００は光軸外の領域を透過した周辺光束である。
フィールドレンズ３０２０を透過した光束は、絞り３０８０によってその通過範囲が制限されて二次結像レンズ３０９０に入射する。絞り３０８０による光通過範囲の分割および制限機能により、二次結像レンズ３０９０には、撮像光学系２０１の射出瞳内の複数の瞳領域を通過した光束が入射する。フィールドレンズ３０２０および二次結像レンズ３０９０により焦点検出光学系３５００が構成される。

二次結像レンズ３０９０は、入射した２つの光束を、焦点検出用の検出素子である受光センサ３１２０の受光面上に再結像させる。これにより、受光センサ３１２０上には、複数の瞳分割領域からの光束により、一対の光学像（被写体光学像）が形成される。受光センサ３１２０は、一対の被写体光学像を光電変換して一対の電気信号（像信号）を出力する。カメラＣＰＵ６０１は、一対の像信号に対して相関演算を行うことで、それらの相対的な位置ずれを示す位相差を算出する。カメラＣＰＵ６０１は、位相差に基づいて撮像光学系２０１の焦点状態を検出する。さらにカメラＣＰＵ６０１は、位相差に対応したデフォーカス量に基づいて、合焦状態を得るためにフォーカスレンズを移動させるべき駆動量を算出する。カメラＣＰＵ６０１による算出結果に応じて、フォーカスモータ２０３の駆動制御が行われ、フォーカスレンズの移動により合焦状態が得られる。

次に、図３を参照して焦点検出装置３００の構成例を説明する。各構成部材は保持部材３０４０に固定されている。
視野マスク３０１０は、前述した中央光束７１００及び周辺光束７２００の開口部を有しており、受光センサ３１２０の該当領域への光束を限定する。本実施形態では、視野マスク３０１０に直線形状の境界部３０１１が２箇所に形成され、３つの開口部３０１２が設けられている。

フィールドレンズ３０２０は、二次結像レンズ３０９０に対して、撮像光学系２０１の射出瞳内における２つの瞳領域をそれぞれ通過した光束を集光させる第１光学部材である。ここでフィールドレンズ３０２０は、焦点検出を行う検出点ごとに、その結像作用をより適切に機能させるため、特定の光束領域ごとに曲率を変え、曲面を分割して形成されている。
遮光シート３０３０は、有効光束以外の不要な光束、特にフィールドレンズ３０２０における中央領域と周辺領域との境界面を通過する不適切な光束を遮光する役割を持つ。視野マスク３０１０と同様に、遮光シート３０３０には、直線形状の境界部３０３１が２箇所に形成され、３つの開口部３０３２が設けられている。

光束分離部材３０５０は、フィールドレンズ３０２０を通過した、各測定視野での有効光束以外の不要な光束が、他の測定視野のセンサに対して入射することを防止する。光束分離部材３０５０の構成の詳細については後述する。
ミラー３０６０は、小型化の目的で、焦点検出光学系３５００の光路を折り返す役割をもつ。本実施形態では、焦点検出装置内の構成部品としてミラーを配置した構成について説明する。なお、フィールドレンズの入射光軸方向における小型化の必要がない場合、またはフィールドレンズの入射光軸外の方向に小型化の必要がある場合には、ミラーを設置しなくてもよい。赤外カットフィルタ３０７０は、受光センサ３１２０への入射光を制限し、適切な波長域の被写体光に対して感度を持つよう波長域を調整する。

絞り３０８０は、フィールドレンズ３０２０を透過した光束について通過範囲を制限し、二次結像レンズ３０９０に対して、撮像光学系２０１の射出瞳内の複数の瞳領域をそれぞれ通過した光束を入射させる。二次結像レンズ３０９０は、入射した複数の光束を受光センサ３１２０上に再結像させる第２光学部材である。受光センサ３１２０は、センサホルダ３１１０に対してあらかじめ接着で固定されることにより、センサホルダ３１１０と受光センサ３１２０が一体になったセンサユニットを構成する。センサ支持部材３１００はセンサユニットを支持する。保持部材３０４０への突き当て形状部３１０１を、保持部材３０４０の支持形状部３０４１に対して揺動可能に位置決めし、複数の軸に対するセンサの傾き調整等を含む各種の調整作業が実施される。

次に、本実施形態に係る光束分離部材３０５０を説明する。
図４は、光束分離部材３０５０の形状例を示す斜視図である。フィールドレンズ３０２０から射出した光束は、矢印Ａで示す方向に沿って光束分離部材３０５０に入射し、平面部３０５４に対して略平行に配置されたミラー３０６０で反射する。反射光は、開口部から矢印Ｂで示す方向に沿って受光センサ３１２０側へと進行する。光束分離部材３０５０には、有効光束を避ける形状を有する、複数の壁部３０５１が設けられ、さらに、光束の射出側には複数の曲げ形状部３０５３が設けられている。壁部３０５１の詳細について、図５を参照して説明する。図５にて左右方向をＸ軸方向とし、上下方向をＹ軸方向と定義する。

図５（Ａ）は、フィールドレンズ３０２０に対して光線の射出側から見た場合の光束分離部材３０５０およびフィールドレンズ３０２０を示す。図５（Ｂ）は、絞り３０８０に対して光線の入射側から見た場合の光束分離部材３０５０および絞り３０８０を示す。光束７１００は視野マスク３０１０において中央領域を通過した中央光束であり、光束７２００は視野マスク３０１０において周辺領域を通過した周辺光束を示す。ここで、図示された、絞り３０８０、光束分離部材３０５０の壁部３０５１、中央光束７１００、周辺光束７２００は、焦点検出装置においてＹ軸に関して略対称形状であるため、図５の右側部分についてのみ説明する。

図５（Ｂ）に示すように、中央光束７１００において、光束７１０１は光束７１０２と対を成して焦点検出を行うための光束である。同様に、光束７１０３と光束７１０４とが対を成し、光束７１０５と光束７１０６とが対を成している。一方、周辺光束７２００において、光束７２０１は光束７２０２と対を成して焦点検出を行うための光束である。同様に、光束７２０３と光束７２０４とが対を成している。

本実施形態において、中央光束７１００および周辺光束７２００の形状はフィールドレンズ３０２０の透過直後には、図５（Ａ）に示すように視野マスク３０１０の開口部３０１２に類似した形状となっている。各光束は絞り３０８０の近傍で図５（Ｂ）に斜線部で示す形状となる。絞り３０８０の近傍では、フィールドレンズ３０２０の周辺領域を通ってきた周辺光束７２００の外形端７２１０が、フィールドレンズ３０２０の中央領域を通ってきた中央光束７１００の外形端７１１０よりも中央側（光軸側）に入り込む。つまり、受光センサ３１２０の受光面に平行な面にて、隣接する２つの光束は、所謂入れ子状になっている。
光束分離部材３０５０は、中央光束７１００と周辺光束７２００との間隙で遮光する役割を持ち、そのための壁部３０５１を備えている。壁部３０５１は、中央光束７１００と周辺光束７２００との間隙を通っており、迷光を遮光するという観点から、極力絞り３０８０の近傍の位置まで配置される。

光束分離部材３０５０の壁部３０５１は、フィールドレンズ３０２０に対向する入射側にて、図５（Ａ）に示すように中央光束７１００と周辺光束７２００との間隙の形状に合わせた形状の第１形状部を有する。例えば、第１形状部は、光束の入射方向と直交する断面が略直線状である。また、絞り３０８０に対向する射出側では、図５（Ｂ）に示すように光束７１０３と７２０３、光束７１０１と７２０１、光束７１０５と７２０４のそれぞれの間隙を通す際、直線形状のままで壁部を形成するのは困難である。そこで、壁部３０５１の射出側には、第１形状部とは異なる形状であって、隣接する光束領域の視野形状に沿う形状の第２形状部が形成される。例えば第２形状部として、光束７１０３と７２０３、光束７１０１と７２０１、光束７１０５と７２０４のそれぞれの間隙の形状に合わせて、断面が略円弧形状をした曲げ形状部３０５３が設けられる。このように本実施形態では、光束分離部材３０５０において光束をより分離するために、絞り３０８０と対向する側に複数の曲げ形状部３０５３を形成している。これにより、中央光束７１００と周辺光束７２００との間隙を通り、従来の形状よりも広範囲に亘って絞り３０８０の近傍まで遮光部を配置することができる。

以上の構成によれば、光束分離部材３０５０は光束の各部位に応じて中央光束７１００と周辺光束７２００を避けることが可能となる。光束分離部材３０５０は、特に絞り３０８０の近傍で各光束の間隙を通って位置することから、より適切に迷光を遮断できる。
また本実施形態では、保持部材３０４０の形状を従来とは異なる形状とすることで、さらに迷光を遮光する効果が得られるよう工夫している。

図６は、保持部材３０４０を含む焦点検出装置の構成部品の一部を示す斜視図である。サブミラー１０２で反射した光束は、矢印Ｃの方向に沿って保持部材３０４０に入射し、ミラー３０６０で反射して矢印Ｄの方向に沿って受光センサ側へと進行する。保持部材３０４０には、光束分離部材３０５０と同様に光束７１０３と７２０３、光束７１０１と７２０１、光束７１０５と７２０４のそれぞれの間隙に、各光束から略等距離となるように光束分離形状部３０４２が形成されている。光束分離形状部３０４２は、互いに近づく方向に延在する、断面が台形状の突出部を有する。光束の射出側において絞り３０８０の近傍まで遮光部を配置することが可能となるので、より適切に迷光を遮断することが可能となる。

本実施形態によれば、迷光による焦点検出精度の低下を抑えつつ、小型化が可能な焦点検出装置を提供することができる。
[その他の実施形態]
以上に説明した実施形態は代表的な例に過ぎず、本発明の実施に際しては、前記実施形態に対して種々の変形や変更が可能である。例えば、光束分離部材３０５０の第２形状部として、光束の射出方向と直交する断面が円弧形状の曲げ形状部３０５３に限らず、断面を以下の形状に形成してもよい。
・楕円弧の形状。
・多角形やＶ字形状。
要は、光束分離部として機能する遮光用の形状部が、焦点検出光学系にて互いに隣接する光束領域の視野形状に沿う、互いに異なる形状をもつように形成すればよい。なお、このことは保持部材３０４０の光束分離形状部３０４２についても同様である。

３０１０ 視野マスク
３０１１ 境界部
３０１２ 開口部
３０２０ フィールドレンズ
３０４０ 保持部材
３０４２ 光束分離形状部
３０５０ 光束分離部材
３０５１ 壁部
３０５３ 曲げ形状部
３０８０ 絞り
３０９０ 二次結像レンズ
３１２０ 受光センサ

Claims (8)

1. 撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出装置を備える撮像装置であって、
   前記焦点検出装置は、
   焦点検出用の検出素子と、
   複数の開口部を有する視野マスクと、
   前記撮像光学系の射出瞳内における複数の領域をそれぞれ通過した光束を前記検出素子に導光する第１光学部材と、
   隣接する前記複数の領域をそれぞれ通過した光束を分離する光束分離部材と、
   前記光束分離部材により分離された光束の通過範囲を制限する絞りと、
   前記絞りを介して入射した複数の光束を前記検出素子に再結像させる第２光学部材と、を備え、
   前記光束分離部材は、前記第１光学部材に対向する入射側に位置して前記光束を分離する第１形状部と、前記絞りに対向する射出側に位置して前記光束を分離する第２形状部とを有し、前記第１形状部と前記第２形状部は、隣接する前記複数の領域の視野形状に沿う互いに異なる形状を有し、当該複数の領域をそれぞれ通過した光束の間隙に位置することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１形状部は、前記視野マスクの開口部の境界部の形状に沿って前記光束分離部材の壁部として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１形状部は、前記光束の入射方向と直交する断面が直線状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第２形状部は、前記光束の射出方向と直交する断面が円弧または楕円弧の形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記第２形状部は、前記光束の射出方向と直交する断面が多角形またはＶ字形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記光束分離部材は、前記第１光学部材の中央領域を通過する光束と前記第１光学部材の周辺領域を通過する光束とを分離することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記光束分離部材を保持する保持部材を備え、
   前記保持部材は、前記第１光学部材の中央領域を通過する光束と前記第１光学部材の周辺領域を通過する光束とを分離する光束分離形状部を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記検出素子の受光面に平行な面にて、前記第１光学部材の周辺領域を通過する光束の外形端は、前記第１光学部材の中央領域を通過する光束の外形端よりも前記第１光学部材の光軸側に入り込んでいることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の撮像装置。
   
   

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