JP3609988B2 - 焦点検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
本発明は、一眼レフカメラなどに使用される、パッシブ型の焦点検出装置に関する。
【0002】
【従来技術およびその問題点】
近年の一眼レフカメラの殆どは、いわゆるパッシブ型の瞳分割位相差検出方式の焦点検出装置を備えている。この種の焦点検出装置は、対物レンズ(撮影レンズ)の形成する視野に対して、いかに広い面積で焦点検出を可能にするかが課題であり、そのために種々の提案がなされている。例えば、ラインセンサーを複数組み合わせて焦点検出領域を広げたり、エリアセンサを使用して面測距を可能とした発明などが提案されている。
【0003】
しかしながら、いずれの公知技術も、対物レンズの射出瞳とFナンバーにかかわる問題を解消することができていない。すなわち、焦点検出装置に入射する光束がケラレてはいけない、つまり、対物レンズの射出瞳と焦点検出(以下「AF」という)装置のAF入射瞳とは概ね共役であることが絶対条件である。
【0004】
図4には、従来のAF装置における、AF装置の光学系を展開して示してある。対物レンズの射出瞳111tを通った被写体光束は、対物レンズの予定焦点面(フィルム面)と等価位置に配置された焦点検出エリア(視野マスク)113を通り、コンデンサレンズ115で方向が変えられ、セパレータマスク(図示せず)およびセパレータレンズ119a、119bにより分割され、分割された被写体光束La、Lbにより、焦点検出エリア113内に形成される被写体像100の光量分布(二次像)100a、100bが受光素子列121上に形成される。この受光素子列121上に形成された光量分布100a、100bの位相差(間隔)を測定して、視野マスク113位置における対物レンズの焦点状態、すなわち、被写体像100と視野マスク113との間隔(デフォーカス)を測定する。
【0005】
図4に示したAF装置の場合、被写体像100の像高hの部分は、望遠側では射出瞳111tを通った被写体光束Ltによって形成され、広角側では射出瞳111wを通った被写体光束Lwによって形成され、さらにこれらの被写体光束Lt、Lwの一部によって、像高hの光量分布が受光素子列121上に形成される。ここで、対物レンズの光軸Oに対して像高hが比較的低い場合は、対物レンズの焦点距離に拘わらず射出瞳111t、111w(望遠側と広角側)に対して共通の太いAF光束La、Lbを確保できるので、十分な光量を取り込んで精度の高い焦点検出ができる。
【0006】
しかし、図5に示したように、像高hが高くなると、望遠側および広角側において共通のAF光束La、Lbが細くなるため十分な光量を取り込むことができず、焦点検出精度が低下する。
図6に示したようにさらに像高hが高くなると、望遠側および広角側において像高hの光量分布を形成するそれぞれの光束が全く重ならなくなる。つまり広角側および望遠側における共通の光束が無くなってしまうので、広角側または望遠側の一方について焦点検出ができなくなってしまう。
【0007】
高い像高h、すなわち広い焦点検出エリアについて焦点検出を可能としつつこの問題を回避するためには、射出瞳の大きさおよび位置を限定すること、すなわち使用可能な対物レンズを限定することが考えられるが、これでは射出瞳位置および射出瞳径が相違する種々の対物レンズ(撮影レンズ、さらに高変倍のズームレンズ)を使用する一眼レフカメラには搭載できない。
【0008】
【発明の目的】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたもので、対物レンズの射出瞳位置、射出瞳径に拘わらず、広い焦点検出エリアを確保することができる焦点検出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【発明の概要】
この目的を達成する本発明は、対物レンズの射出瞳を異なる領域に分割する瞳分割手段;前記対物レンズの結像位置と光学的に等価な位置またはその近傍に配置された視野マスク;前記射出瞳と前記瞳分割手段とを共役にする、前記視野マスク近傍に配置されたコンデンサレンズ;前記領域を通過した光束を受けて、前記対物レンズの焦点調節状態に応じて相対位置の変化する光量分布を形成する光量分布形成手段;および前記瞳分割手段により形成された光量分布を受光する光電変換素子群を少なくとも一つ有する焦点検出装置において、前記コンデンサレンズを、前記対物レンズの射出瞳位置に応じて光軸に沿って移動させること、に特徴を有する。この構成によれば、対物レンズの射出瞳位置に対応してコンデンサレンズが移動するので、対物レンズの射出瞳位置に拘わらず、この射出瞳位置を通った被写体光束によって光量分布を形成し、十分な光量を得て高精度の焦点検出が可能になる。
【0010】
コンデンサレンズは、光軸に沿って移動する一枚構成、光軸に沿って相対移動する複数枚構成、または1枚の固定レンズおよび光軸に沿って移動する1枚の可動レンズによって構成することが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図1は、本発明の焦点検出装置を一眼レフカメラに適用した実施の形態の要部概略を示す斜視図である。
【0012】
本発明の実施の形態は、光軸の周囲の4個の焦点検出エリアについて焦点検出可能な焦点検出光学系を有している。各焦点検出光学系は、図示しない対物レンズ(撮影レンズ)の射出瞳11(11t、11w)を通り、フィルム等価面(13)に被写体像を形成した被写体光束が、ズームコンデンサレンズ15によって取り込まれ、2組のセパレータレンズ17(17aと17d、17bと17c)によってそれぞれ一対に分割され、一対の二次被写体像(光量分布)を対応する2組のエリアセンサ21(21aと21d、21bと21c)上に形成する。各エリアセンサ21a〜21dが受像した一対の二次被写体像の位相差(間隔)を求めれば、フィルム等価面における焦点状態を検出できる。
なお、フィルム等価面には、通常、フィルム面上に形成される被写体像領域、つまり撮影エリアを規制する視野開口を備えた視野マスク13が配置されている。また、セパレータレンズ17(17a〜17d)は、視野マスク13側に、対物レンズの射出瞳を異なる領域に分割し、分割した領域を通った被写体光束を対応するセパレータレンズ17(17a〜17d)に取り込む各瞳分割手段としてセパレータマスクを備えている。
【0013】
この焦点検出装置は、ズームコンデンサレンズ15を、望遠の対物レンズに対応した状態および広角の対物レンズに対応した状態にズーミングできることに特徴を有する。このズームコンデンサレンズ15は、固定のコンデンサレンズ15aおよび可動のコンデンサレンズ15bの2枚で構成されている。可動のコンデンサレンズ15bは、対物レンズの焦点距離に応じて、つまり対物レンズが望遠のときは望遠位置に、対物レンズが広角のときは広角位置に移動される。図1において、望遠位置のコンデンサレンズ15bを実線で、広角位置のコンデンサレンズ15bを破線で示した。そして、対物レンズが望遠のときの射出瞳を符号11tで、対物レンズが広角のときの射出瞳を符号11wで示した。
【0014】
ここで、実線の入射瞳17t(17at、17bt、17ct、17dt)は、望遠の対物レンズに対応させてズームコンデンサレンズ15を望遠状態にしたときのものであり、このときコンデンサレンズ15bがセパレータレンズ17寄りに位置している。また、破線の入射瞳17w(17aw、17bw、17cw、17dw)は、広角の対物レンズに対応させてズームコンデンサレンズ15を広角状態にしたときのものであり、このときコンデンサレンズ15bは視野マスク13寄りに位置している。このように各入射瞳17t、17wは、対応する対物レンズの射出瞳11t、11w位置に形成され、かつ射出瞳11t、11w内に形成されている。
【0015】
図2は、ズームコンデンサレンズ15の作用の理解を容易にするために、図1に示した焦点検出装置の一つの焦点検出光学系を平面図として描いたものである。さらに理解を容易にするために、一対のエリアセンサ21aのエリア中央から出てズームコンデンサレンズ15を通る光について説明する。このズームコンデンサレンズ15は、視野マスク13側の第1のコンデンサレンズ15aが視野マスク側に凸の(平)凸レンズ、セパレータレンズ17側の第2のコンデンサレンズ15bがセパレータレンズ17側に凸の(平)凸レンズである。
【0016】
一対のエリアセンサ21aの各エリア中央から出た光は、一対のセパレータレンズ・マスク17aを通り、望遠用位置の第2のコンデンサレンズ15bに入射する。入射位置は光軸からの高さが低いので、入射位置における第2のコンデンサレンズ15bおよび第1のコンデンサレンズ15aの屈折力が弱く、偏角量はわずかなので、1、第2のコンデンサレンズ15a、15bから射出する光の曲がりは小さい。そのため入射瞳位置11at、11atはコンデンサレンズ15から遠い望遠位置に形成される。逆に第2のコンデンサレンズ15bが広角位置にある場合は入射位置が高いので第2のコンデンサレンズ15bおよび第1のコンデンサレンズ15aの屈折力が強く、偏角量が多いので、第1、第2のコンデンサレンズ15a、15bから射出する光は大きく曲がり、入射瞳17awはコンデンサレンズ15に近い広角位置に形成される。
【0017】
以上の第1、第2のコンデンサレンズ15a、15bの作用は、近軸の合成焦点距離からも明らかである。ここで、
fa:第1コンデンサレンズの焦点距離
fb:第2コンデンサレンズの焦点距離
dt:望遠用の第1、第2コンデンサレンズの間隔(離れたとき)
dw:広角用の第1、第2コンデンサレンズの間隔(近づいたとき)
とした場合、合成焦点距離fは、
1/f=(1/fa)+(1/fb)−(d/fa・fb)
で表され、第1、第2のコンデンサレンズともに正の場合、第1、第2コンデンサレンズの間隔dが小さいほど合成焦点距離fが小さくなる。ただし、合成焦点距離fが負になるほど第1、第2コンデンサレンズの間隔dが大きくなる場合は除く。
【0018】
本実施の形態の焦点検出装置は、対物レンズ(撮影レンズ)の射出瞳11t、11wの位置に応じて、次のように使用される。対物レンズの射出瞳が視野マスク13よりも被写体側に遠く離れた位置に形成される望遠の場合は第2のコンデンサレンズ15bを望遠位置に移動させることで、視野マスク13から離れた、望遠時の射出瞳11t内に入射瞳17t(17at〜17dt)が形成され、各エリアセンサ21(21a〜21d)に入射するAF光がけられることがない。逆に対物レンズの射出瞳11wが視野マスク13に接近した位置に形成される広角の場合は第2のコンデンサレンズ15bを広角位置に移動させることで、視野マスク13に接近した、対物レンズの射出瞳11w内に入射瞳17w(17aw〜17dw)が形成され、各エリアセンサ21(21a〜21d)に入射するAF光がけられることがない。
【0019】
以上の実施の形態の説明では対物レンズが望遠の場合と広角の場合とについて説明したが、第2のコンデンサレンズ15bの移動位置は、個々の対物レンズの射出瞳位置に応じて設定することが望ましい。また、図示実施の形態では光電変換素子群としてエリアセンサを使用してあるが、ラインセンサでもよい。
【0020】
なお、本実施の形態ではコンデンサレンズをズームコンデンサレンズと称したが、光軸に沿って移動可能な少なくとも一枚のレンズを備えていればよく、複数枚を相対移動させるレンズ構成でもよい。さらに図示第一実施の形態では正レンズと正レンズ、第二の実施の形態では全体として正の正レンズと負レンズの組合せとしたが、変倍をするレンズ群全体として正のレンズであればよい。
【0021】
図3には、ズームコンデンサレンズ15が正負の二枚からなる第二の実施の形態を示した。この実施の形態は、固定の第1のコンデンサレンズ15a′は、視野マスク13側に凸の平凸レンズであり、可動の第2のコンデンサレンズ15b′は、セパレータレンズ19a側に凹の平凹レンズである。この第二の実施の形態も第一の実施の形態同様に、望遠時には第2のコンデンサレンズ15b′を第1のコンデンサレンズ15a′に接近した望遠位置に移動させて、視野マスク13から離れた、対物レンズ(撮影レンズ)の射出瞳11t′内に入射瞳17at′を形成させる。一方、広角時には第2のコンデンサレンズ15b′を第1のコンデンサレンズ15a′から離反した広角位置に移動させて、視野マスク13に接近した、対物レンズ(撮影レンズ)の射出瞳11w′内に入射瞳17aw′を形成させる。
【0022】
なお、本発明の実施の形態において、可動のコンデンサレンズは、例えば微動装置によって移動可能に支持し、対物レンズの射出瞳位置と入射瞳位置とが略共役になる(一致または接近する)ように微動装置を駆動する。
一眼レフカメラの場合、対物レンズである交換レンズ(撮影レンズ)に射出瞳位置情報を持たせ(記憶させ)、その射出瞳位置情報をカメラボディのマイクロコンピュータが取り込んで、マイクロコンピュータが微動装置を駆動制御する構成により実現できる。また、撮影レンズがズームレンズでズーミングによって変動する焦点距離に伴って射出瞳位置、大きさが変化する場合は、撮影レンズに焦点距離に応じた射出瞳情報を持たせ(記憶させ)て焦点距離に応じた射出瞳情報をカメラボディのマイクロコンピュータが取り込むようにすればよい。
【0023】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明の焦点検出装置は、焦点光学系の入射瞳位置を対物レンズの射出瞳位置に応じた位置に移動できるので、対物レンズの射出瞳位置に拘わらず、広い検出エリアについて精度の高い焦点検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の焦点検出装置を一眼レフカメラに適用した第一の実施の形態の要部概略を示す斜視図である。
【図2】同焦点検出装置の一つの焦点検出光学系を平面的に示した図である。
【図3】同焦点検出装置の一つの焦点検出光学系の第二の実施の形態の焦点検出光学系を平面的に示した図である。
【図4】従来の焦点検出装置の光学系を展開して、像高が低い場合の様子示した図である。
【図5】従来の焦点検出装置の光学系を展開して、像高が高い場合の様子を示した図である。
【図6】従来の焦点検出装置の光学系を展開して、さらに像高が高くなった場合の様子を示した図である。
【符号の説明】
11 射出瞳
11t 望遠レンズの射出瞳
11w 広角レンズの射出瞳
13 視野マスク
15 ズームコンデンサレンズ
15a 15a′ 固定のコンデンサレンズ
15b 15b′ 可動のコンデンサレンズ
17 17a 17b 17c 17d セパレータレンズ
21 21a 21b 21c 21d エリアセンサ
Claims (6)
- 対物レンズの射出瞳を異なる領域に分割する瞳分割手段;
前記対物レンズの結像位置と光学的に等価な位置またはその近傍に配置された視野マスク;
前記射出瞳と前記瞳分割手段とを共役にする、前記視野マスク近傍に配置されたコンデンサレンズ;
前記領域を通過した光束を受けて、前記対物レンズの焦点調節状態に応じて相対位置の変化する光量分布を形成する光量分布形成手段;および
前記瞳分割手段により形成された光量分布を受光する光電変換素子群を少なくとも一つ有する焦点検出装置において、
前記コンデンサレンズを、前記対物レンズの射出瞳位置に応じて光軸に沿って移動させること、を特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1記載の焦点検出装置において、前記コンデンサレンズは、光軸に沿って移動する1枚のレンズにより構成されている焦点検出装置。
- 請求項1記載の焦点検出装置において、前記コンデンサレンズは、光軸に沿って相対移動する複数枚により構成されている焦点検出装置。
- 請求項3記載の焦点検出装置において、前記コンデンサレンズは、1枚の固定レンズと、光軸に沿って移動する1枚の可動レンズにより構成されている焦点検出装置。
- 請求項2乃至4のいずれか一項記載の焦点検出装置において、前記可動のレンズは、段階的に移動する焦点検出装置。
- 請求項1乃至5のいずれか一項記載の焦点検出装置は一眼レフカメラに搭載され、該一眼レフカメラに装着された撮影レンズの射出瞳位置に応じて前記コンデンサレンズを光軸に沿って移動させる微動装置を備えた焦点検出装置。
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