JP2016142769A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要光を発生させずスペースを要することなく、垂直方向により広い有効光束を焦点検出装置に導光することが可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割し、撮像の際には撮像光束外へ退避する第１反射部材と、該第１反射部材からの光束を反射させる第２反射部材とを有し、該第２反射部材で反射した光束を焦点検出装置に導光する撮像装置において、前記第２反射部材は反射型積層回折格子により構成されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、一眼レフカメラの焦点検出装置の測距領域の拡大に関する。

従来、一眼レフカメラの焦点検出装置は、主ミラー透過、サブミラー反射を介して、測距に必要な有効光束を取りこむ構成になっている（特許文献１の図２に、一般的な一眼レフカメラの主要な構成のレイアウトを示した断面図が記載されている）。

特開２０１２−１３７５９５号公報

焦点検出装置の特に垂直方向の測距領域は、サブミラーの鏡面反射により焦点検出装置に導くことができるサブミラーの開口幅で主に決まってしまう。特許文献１の図２からもわかるように、カメラ下部に位置する焦点検出装置に光を導光させるためにはサブミラーをある程度傾けなければならない。そのためどうしても主ミラーとシャッターとの間に位置するサブミラーの縦方向の開口は原理的に小さくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、不要光を発生させずスペースを要することなく、垂直方向により広い有効光束を焦点検出装置に導光することが可能な撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割し、撮像の際には撮像光束外へ退避する第１反射部材と、該第１反射部材からの光束を反射させる第２反射部材とを有し、該第２反射部材で反射した光束を焦点検出装置に導光する撮像装置において、前記第２反射部材は反射型積層回折格子により構成されることを特徴とする。

本発明によれば、サブミラーを反射型積層回折格子とすることにより、不要光を発生させずスペースを要することなく、垂直方向により広い有効光束を焦点検出装置に導光することが可能な撮像装置の提供を実現できる。

本実施例１におけるデジタル一眼レフカメラシステム８の構成図 本実施形態１の焦点検出装置１２の概略構成を示す縦断面図 本発明のサブミラー２０の構成を説明する図 本発明の主ミラー１９、サブミラー２０を説明する図 本発明のＡＦミラー５７の機能を説明する図 光軸上の点像がどのように導光されるかを説明する図 光軸上の点像の色による収差を説明する図 実施例１の焦点検出装置１２の詳細の光学配置を説明する図 本実施例２におけるデジタル一眼レフカメラシステムの構成図 実施例２の焦点検出装置１００の詳細の光学配置を説明する図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態にかかわるレンズ交換可能なデジタル一眼レフカメラである。

本発明の実施の形態１として、上記本発明の構成を適用して構成したレンズ交換可能なデジタル一眼レフカメラシステムについて説明する。図１に本実施例１におけるデジタル一眼レフカメラシステムの構成を示す。

図１において、１はレンズ本体、２は対物レンズとしての撮像光学系、３はレンズ駆動手段、４はレンズ状態検出手段、５はレンズ制御手段である。７は接点、８は撮像装置であるカメラ本体、１１は撮像素子、１２は焦点検出装置、１３はカメラ制御手段、１４は演算手段、５７はＡＦミラーである。１７は光軸、１９は第１反射部材である主ミラー、２０は第２反射部材であるサブミラー、２３はミラーボックス、２８は焦点板、２９は接眼光学系、３０は、ペンタプリズムであり、１００は光源判別手段である。本実施形態のカメラシステムは、レンズ本体１とカメラ本体８とで構成されている。

レンズ本体１内に収容された撮像光学系２は、１つ又は複数のレンズ群から構成され、その全てもしくは一部を移動させることで焦点距離やフォーカスを変化させることが可能とされている。

レンズ駆動手段３は、撮像光学系２の光軸１７、撮像光学系２を構成するレンズの全てもしくは一部を移動させて焦点状態を調整する駆動手段である。

レンズ状態検出手段４は、撮像光学系２の焦点距離、即ちズーム状態およびフォーカス状態を検出する検出手段である。

また、レンズ制御手段５は、レンズ本体１全体の制御を司るＣＰＵ等からなる制御手段である。

カメラ本体８内には、主ミラー１９より反射された光束により、焦点板２８上に物体像が形成される。像反転用のペンタプリズム３０、接眼光学系２９が設けられることによってファインダー系が構成されている。また、このカメラ本体８内には、前記主ミラー１９を透過してきた光束を、焦点検出手段に導く第２反射部材であるサブミラー２０、前記撮像光学系２が形成する被写体像を撮影する為の撮像素子１１、焦点検出手段１２が設けられている。このカメラ本体８内には、カメラ本体８全体の制御を司るＣＰＵ等からなるカメラ制御手段１３が設けられている。

主ミラー１９、サブミラー２０は、ミラーボックス２３側面に配置された主ミラー角度抑制用部材２１、サブミラー角度抑制用部材２２により突き当てることにより角度を正確に保持している。サブミラー２０の位置は、前側は主ミラー１９、後ろ側は不図示のフォーカルプレーンシャッタのため、配置がある程度拘束される。

図２は焦点検出装置１２の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、サブミラー２０での光の反射、ＡＦミラーの反射を省略して無くして模式的に表している。

図２の焦点検出装置１２内において、５１は対物レンズ２の予定焦点面、すなわち撮像素子１１と共役な面の近傍に配置された視野マスク、５２は同じく予定焦点面の近傍に配置されたフィールドレンズ、５４は２つのレンズ５４ａ，５４ｂからなる２次結像レンズである。

５５は焦点検出用のセンサあり、焦点検出用のセンサを構成する上記２つのセンサ列５５ａ，５５ｂは、それぞれ２つのレンズ５４ａ，５４ｂに対応してその後方に配置されている。５３は２つのレンズ５４ａ，５４ｂに対応して配置された２つの開口部５３ａ，５３ｂを有する絞りである。なお、７０は分割された２つの領域７０ａ，７０ｂを含む対物レンズ２の射出瞳である。

なお、フィールドレンズ５２は、対物レンズ２の射出瞳４０の領域４０ａ，４０ｂに対して、絞り５３の開口部５３ａ，５３ｂの近傍に結像させる作用を有しており、射出瞳７０の各領域７０ａ，７０ｂを透過した光束５０ａ，５０ｂは、２つのセンサ列５５ａ，５５ｂにそれぞれ入射される。

６０は焦点検出手段部の１次結像系であり、６１は２次結像光学系である。図２に示す焦点検出装置１２は、一般的に位相差検出方式と呼ばれる検出方式を採用しており、この検出方式の原理は周知の通りである。

２つのセンサ列５５ａ，５５ｂ上に形成される光量分布のずれ量は、対物レンズ２のデフォーカス量（すなわち、焦点ずれ量）と或る関数関係にあるので、そのずれ量を演算手段１４で算出することにより、対物レンズ２の焦点ずれの方向と量を検出することができる。そして、この検出した焦点ずれの方向と量に応じて対物レンズ２等のレンズ系の位置を移動することにより、その焦点ずれ量がほぼ零となるようにして、自動焦点検出を行う。

図３は本発明のサブミラー２０の構成を説明する図である。図３はサブミラー２０の構成を説明する図である。この基本構成は、特許文献２に記載されている。

サブミラー２０は、ガラス基板２０４に反射膜２０３が蒸着されており、その上にノコギリ波形状の紫外線硬化樹脂樹脂層２０２（屈折率ｎｄ＝１．４９９、分散ｖｄ＝５４）、その上に紫外線硬化樹脂樹脂層２０１（屈折率ｎｄ＝１．５９８、分散ｖｄ＝２８）が形成されている。これらは第１の回折格子２０２の格子厚さは６．９μｍ、第２の回折格子２０１の格子厚さは５．２５μｍとなり、特許文献２の厚さの半分になっている。これは反射型積層回折格子のため光線が２回透過するためである。この構成により、有効回折光（１次回折光）の効率が９５％以上になり、不要回折光（−１次、０次、２次など）の強度もほとんどなくすことが可能となる。

図４は本発明の主ミラー１９、サブミラー２０を説明する図である。レンズ側から透過した光線は主ミラー１９を透過し、サブミラー２０に到達する。主ミラー１９では入射した光線はスネルの法則により主ミラー１９内部で一旦偏向されるが平行平板であるため、入射した光線と同じ角度で出射する。サブミラー２０の法線角度が光線に対しθの角度がついているとすると、通常の反射光線は２θ角度で反射される。本発明のサブミラーでは格子ピッチｐ１の反射型積層回折格子の構成になっている。この場合光線の波長をλとすると、１次回折光は下記の関係式により偏向される。
ｐ１＊（ｓｉｎθ１−ｓｉｎθ）＝λ （１）
ｐ１＝０．００４ｍｍ、λ＝５５０ｎｍ、θ＝１０度とすると、θ１は、１８．１３度となる。

図５は本発明のＡＦミラーの機能を説明する図である。ＡＦミラー５７はサブミラー２０とほぼ同等の格子ピッチｐ２の積層型反射回折格子の構成になっている。ＡＦミラー５７の法線角度が光線に対しθ２の角度がついているとすると、通常の反射光線は２θ２角度で反射される。この場合光線の波長をλとすると、１次回折光は下記の関係式により偏向される。
ｐ２＊（ｓｉｎθ３−ｓｉｎθ２）＝λ （２）
本実施例では、サブミラー２０とＡＦミラー５７とは同一ピッチで、平行な状態に配置させる。
すると、式（２）は、ｐ１＝ｐ２、θ１＝θ２より、
ｐ１＊（ｓｉｎθ３−ｓｉｎθ１）＝λ （３）
式（１）と式（３）から、θ３＝θが導かれ、ＡＦミラー５７から偏向される光線は、
元々の光軸光線と平行な角度となる。

図６は光軸上の点像がどのように導光されるかを説明する図である。ここでは便宜上主ミラー１９内の屈折を無視した光線となっている。この場合、光軸上の光線はサブミラーがない場合は、被写体像が投影される不図示の撮像素子１１の撮像面位置にイメージ像ｉｍｇ０が形成される。

本実施例では、サブミラー２０により光線束が反射偏向され、イメージ像ｉｍｇ１が形成される。このとき一般的な反射ミラーでは、ミラーに対しｉｍｇ０を対向させた位置にイメージ像ｉｍｇ１１が形成されるが、本実施例では、反射型積層回折格子のために結像位置が回転したような状態となり、光軸と直行しないイメージ像ｉｍｇ１が形成される。その後、ＡＦミラー５７により、再度反射偏向されるが、ＡＦミラー５７に反射された光線束の架空のイメージ像ｉｍｇ２は光軸と直行した状態になっている。

図７は光軸上の点像の色による収差を説明する図である。色毎の波長をλｂ＝４７０ｎｍ、λｇ＝５５０ｎｍ、λｒ＝６３０ｎｍとし、
ｐ１＝０．００４ｍｍ、θ＝１０度とすると、各波長でのθ１ｂ、θ１ｇ、θ１ｒは、（１）式により、θ１ｂ＝１６．９３度、θ１ｂ＝１８．１３度、θ１ｂ＝１９．３４度となる。

従って色によって光軸偏向角度が変わる。その際のサブミラー２０の反射により形成されるイメージ像は、それぞれ図６のように、青のイメージ像ｉｍｇ１ｂ、緑のイメージ像ｉｍｇ１ｇ、赤のイメージ像ｉｍｇ１ｒといった光軸、位置が異なった状態となる。

前述したように一旦異なった光軸光線においても、ＡＦミラー５７によって光線の角度は元の角度に戻り、青の光軸光線ｒａｙｂ、緑の光軸光線ｒａｙｇ、赤の光軸光線ｒａｙｒは平行となる。またイメージ像も図６のように、青のイメージ像ｉｍｇ２ｂ、緑のイメージ像ｉｍｇ２ｇ、赤のイメージ像ｉｍｇ２ｒのように、イメージ像は光軸に対し垂直となるが位置が異なった状態となる。

図８は本発明の焦点検出装置１２の詳細の光学配置を説明する図である。図２とほぼ同様の構成だが、前述したように２次結像光学系６１のレンズ５４ａ、５４ｂが焦点検出用のセンサ５５にイメージ像ｉｍｇ２を再結像させる構成が必要になる。前述したように焦点検出用のセンサ５５が認識するイメージ像ｉｍｇ２は色により位置が異なる。そのずれを補正するためにレンズ部材５４の１面側５４ｃ、５４ｄは共に垂直方向に逆の収差を発生させる偏向光学手段であるプリズム形状となっている。この構成により、レンズ５４ａ、５４ｂに入射される前に偏向光学手段であるプリズム５４ｃ、５４ｄを配置することが可能となり、色による収差を全体でキャンセルさせることができる。

ここでは説明は省いたが、焦点検出用のセンサ５５が認識するイメージ像ｉｍｇ２の位置は水平方向と垂直方向とで異なる、いわゆる非点収差が発生するため、水平方向の相関をとる２次結像光学系では垂直方向とは異なる色収差補正を行う必要がある。

以上のような構成をとることにより、サブミラーの鏡面反射角度以上に偏向させ、かつ不要光を発生させずに垂直方向により広い有効光束を焦点検出装置に導光することが可能となる。つまりは垂直方向の測距領域を拡大させることが可能となる。

図９に、本実施形態におけるデジタル一眼レフカメラシステムの構成を示す。焦点検出装置１００が、実施例２の構成をしている以外は図１と同様の構成であり、カメラの駆動システムは実施例１と同様である。

図１０は本発明実施例２の焦点検出装置１００の詳細の光学配置を説明する図である。図８とほぼ同様の構成だが、前述したように２次結像光学系６１のレンズ５４ａ、５４ｂが焦点検出用のセンサ５５にイメージ像ｉｍｇ２を再結像させる構成が必要になる。

前述したように焦点検出用のセンサ５５が認識するイメージ像ｉｍｇ２は色により位置が異なる。そのずれを補正するために実施例２においては、サブミラー２０等と同様な偏向光学手段である透過型積層回折格子５６を配置する。この光学部品はサブミラー２０とは異なり、透過型であるため、前述した２層の厚みなどは概ね２倍となる。レンズ部材５４の１面側５４ｃ、５４ｄはプリズム形状となっている。透過型積層回折格子５６とプリズム５４ｃ、５４ｄの２つの偏向光学素子を利用していることにより、収差の補正効果を高くすることが可能となる。この構成により、レンズ５４ａ、５４ｂに入射される前に透過型積層回折格子５６とプリズム５４ｃ、５４ｄの２つの偏向光学素子を配置することが可能となり、色による収差を全体でキャンセルさせることができる。

以上のような構成をとることにより、サブミラーの鏡面反射角度以上に偏向させ、かつ不要光を発生させずに垂直方向の有効光束を焦点検出装置に導光することが可能となる。つまりは垂直方向の測距領域を拡大させることが可能となる。

以上、実施例１、２においては、サブミラー２０、ＡＦミラー５７は表面部分に積層回折格子を配置する例を示したが、ガラス基板の裏面に配置する構成でもよい。その場合は、反射膜を回折格子裏面に施せばいい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

８ 撮像装置
１２，１００ 焦点検出装置、１９ 主ミラー、２０ サブミラー（反射型回折格子）、
５４ａ，５４ｂ ２次結像レンズ、５７ ＡＦミラー（反射型回折格子）、
５４ｃ，５４ｄ プリズム、５６ 透過型積層回折格子

Claims (5)

1. 撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割し、撮像の際には撮像光束外へ退避する
   第１反射部材（１９）と、該第１反射部材（１９）からの透過光束を反射させる第２反射部材（２０）とを有し、該第２反射部材（２０）で反射した光束を焦点検出装置（１２、１００）に導光する撮像装置において、
   前記第２反射部材は反射型積層回折格子により構成されることを特徴とする撮像装置（８）。
2. 前記焦点検出装置（１２、１００）は、第３反射部材（５７）を有し、前記第３反射部材は反射型積層回折格子により構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置（８）。
3. 前記焦点検出装置（１２、１００）は２次結像レンズ（５４ａ、５４ｂ）を有し、該２次結像レンズに入射される前に、偏向光学手段（５４ｃ、５４ｄ、５６）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置（８）。
4. 前記偏向光学手段はプリズム（５４ｃ、５４ｄ）により構成されることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置（８）。
5. 前記偏向光学手段は透過型積層回折格子（５６）により構成されることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置（８）。