JP3609988B2

JP3609988B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP3609988B2
Application number: JP2000185896A
Authority: JP
Inventors: 隆之泉水
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP2002006204A; US20010055480A1; US6574437B2

Description

【０００１】
【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
１５ａ１５ａ′ 固定のコンデンサレンズ
１５ｂ１５ｂ′ 可動のコンデンサレンズ
１７１７ａ１７ｂ１７ｃ１７ｄセパレータレンズ
２１２１ａ２１ｂ２１ｃ２１ｄエリアセンサ

Claims

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。