JP3647223B2 - 焦点検出装置および光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラなどの光学機器に設けられる焦点検出装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日の数多くの一眼レフカメラには、ラインセンサーを用いた位相差検知方式による自動焦点装置が搭載されており、近年では、位相差検知方式を拡大して２次元的にもうけられた焦点検出範囲の自由な位置で焦点検出が可能な、いわゆるエリア型オートフォーカス（以降エリアＡＦと称する）の提案も数多くなされいる。
【０００３】
図１０はエリアＡＦを実現するための焦点検出光学系を示すカメラのミラーボックスの中央断面図である。１０１はレンズマウントであり、この左方に不図示の対物レンズが取りつけられる。１０３はメインミラー受板１１４に固定され、対物レンズの光軸１０２上に配置される半透過性の領域を有するメインミラー、１０４は同様にサブミラー受板１１５に固定され、対物レンズの光軸１０２上に斜めに配置されたサブミラー、１０６はサブミラー１０４による撮像面１０５に共役な近軸的結像面である。
【０００４】
以降は焦点検出装置の基体であるＡＦ本体ブロック１１６に取付けられる部品で、１０７はサブミラー１０４からの光束を折返す平面鏡である第一ＡＦミラー、１０８は前記第一ＡＦミラーの不要な光線の反射を防ぐためのマスク部材、１０９は焦点検出の精度を低下させる要因となる赤外線を除去する赤外線カットフィルタ、１１０は少なくとも一対の絞り開口を有する金属製あるいは樹脂製の遮光性薄板よりなる絞り板、１１１は前記絞り開口に対応して少なくとも一対のレンズ部を有する再結像レンズブロック、１１２は再結像レンズブロック１１１からの光束を直角に折返す第二ＡＦミラー、１１３は再結像レンズブロックによる少なくとも一対の二次物体像が投影される受光部を有する光電変換素子であるＡＦセンサー、１１７はＡＦセンサー１１３およびその周辺回路（不図示）を搭載し、メイン基板（不図示）に接続されるＡＦフレキシブル基板である。なお、以上のＡＦ本体ブロック１１６を主に構成されるユニットを以降単に焦点検出ユニットと称する。
【０００５】
上記構成により位相差検知方式を用いてエリアＡＦを実現させた場合、ＡＦセンサーは対となって投影される二次物体像が２次元的に大きく拡がりを持つために大型化する恐れがある。そこで上記のようなＺ型の光学系を採用することによって結像面１０６からＡＦセンサー１１３までの光路長と、上記再結像レンズブロック１１１とＡＦセンサー１１３の距離の比を極力大きく設定し、ＡＦセンサー１１３への再結像倍率を小さくしてカメラに収納可能な小型のＡＦセンサーを用いることを可能としている。従って上記のエリアＡＦを可能とする焦点検出装置の測距精度を従来と同じとするならば、ＡＦセンサーにはより微少な画素が必要となり、ＡＦセンサー１１３上の二次物体像位置の変化はたとえ微少でも焦点検出に大きな影響を及ぼす。
【０００６】
二次物体像位置が変化する要因として避けることができないものに再結像レンズブロックの温度膨張によるレンズ間隔の変化がある。従来より温度センサーＩＣ等の温度検出手段を用いてカメラ内の、特に焦点検出ユニットまわりの温度の検知を行い、ＡＦセンサーによって検出された二次物体像の相対関係に対して温度補正を行うことが提案され実施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来、温度検出手段である温度センサーは、焦点検出以外の用途にも用いられていることから焦点検出ユニットとは別の場所に設けられている場合があった。そのため、測定した温度と、焦点検出装置内の再結像レンズの温度が異なり正確な温度補正ができなかった。また、温度センサーをＡＦセンサーに内蔵する方法も提案されているが、そうするとＡＦセンサー自体の発熱により再結像レンズの正確な温度測定ができない恐れがある。
【０００８】
上記の点を鑑みて特公平８−３３５１１号公報では再結像レンズの近傍の温度を測定するとの記載がなされているが、焦点検出装置の内部にある再結像レンズに対して具体的にどのように温度センサーを配置するのが有効であるのかを示唆するものではない。
【０００９】
本出願に係る発明の目的は、温度センサーによる再結像レンズブロックの温度を正確に測定でき、かつ焦点検出ユニット内に温度センサーを効率よく配置できる焦点検出装置およびカメラを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る発明の目的を実現する焦点検出装置の構成は、対物レンズによって得られる一次物体像を分離する少なくとも一対のレンズが集合するレンズ部が形成された再結像レンズブロックと、前記再結像レンズブロックの取付け面が形成された壁部を有する基体と、前記基体に取付けられ前記再結像レンズブロックによる二次物体像が投影され、複数のセンサー列が配列されたセンサーとを有し、前記複数のセンサー列のうち一対のセンサー列上の像の相対的位置関係を検出し前記対物レンズの焦点位置を検出する焦点検出装置において、前記基体に前記センサーが取り付けられ、かつ前記基体に前記再結像レンズブロックの温度を測定するための温度検出手段が前記基体の壁部をはさんで前記再結像レンズブロックに対向して設けられ、前記温度検出手段の検出結果によって前記相対的位置関係が補正されるものである。
【００１１】
また、前前記再結像レンズブロックには、前記レンズ部より外側へ延び、前記基体へ取付けるためのフランジ部が一体形成されており、前記温度検出手段は、前記フランジ部と、前記レンズ部より前記センサーへ至るまでの有効光束の領域と、前記センサーに囲まれた位置に配置されている。
【００１２】
本出願に係る発明の目的を実現する光学機器の構成は、上記した構成の焦点検出装置を有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明を適用したカメラのミラーボックスの中央断面図で、エリアＡＦを実現させるための焦点検出光学系を示し、図２は図１の焦点検出光学系のうち基体であるＡＦ本体ブロック１６を主として再結像レンズブロック及びＡＦセンサー等から構成される焦点検出ユニットの構成を示す斜視図である。
【００１４】
図において、１はレンズマウントであり、この左方に不図示の対物レンズが取りつけられる。３はメインミラー受板１４に固定され、対物レンズの光軸２上に配置される半透過性の領域を有するメインミラー、４は同様にサブミラー受板１５に固定され、対物レンズの光軸２上に斜めに配置されたサブミラー、６はサブミラー４による撮像面５に共役な近軸的結像面である。
【００１５】
以降は焦点検出装置の基体であるＡＦ本体ブロック１６に取付けられる部品で、７はサブミラー４からの光束を折返す平面鏡である第１ＡＦミラー、８は前記第１ＡＦミラー７の不要な光線の反射を防ぐためのマスク部材、９は焦点検出の精度を低下させる要因となる赤外線を除去する赤外線カットフィルタ、１０は直交する２対の絞り開口１０ｅ、１０ｇ、１０ｆ、１０ｈを有する金属製あるいは樹脂製の遮光性薄板よりなる絞り板である。
【００１６】
１１は前記絞り開口１０ｅ〜１０ｈに対応して２対のレンズ部１１ｅ、１１ｇ、１１ｆ、１１ｈを有する再結像レンズブロック、１２は再結像レンズブロック１１からの光束を直角に折返す第２ＡＦミラー、１３は再結像レンズブロック１１による直交する２対の二次物体像が投影される受光部１３ｅ、１３ｇ、１３ｆ、１３ｈを有する光電変換素子であるＡＦセンサー、１７はＡＦセンサー１３およびその周辺回路（不図示）を搭載するＡＦフレキシブル基板、さらに２１は再結像レンズブロック１１の温度をモニターする温度センサーである。
【００１７】
上記した実施の形態において、図４に示すように、サブミラー４は回転楕円面である略小判状の反射部４ａとサブミラー受板１５に固定するためのフランジ部４ｂで構成される。サブミラー４の反射部４ａ以外には反射防止の塗装が施されたサブミラーマスク２３が掛けられており、これによってサブミラー４は焦点検出領域を制限する視野マスクの役割を兼ねることになる。
【００１８】
再結像レンズブロック１１の光入射側にはサブミラーによって偏向した対物レンズの光軸上に中心を持つ単一の凹状球面１１ａが、射出側には互いに反対方向に偏芯した２対の凸レンズ１１ｅ〜１１ｈが集合するレンズ部が一体形成されている。ここで、凹状球面１１ａの中心はサブミラーによって形成される対物レンズの近軸的結像面６に、また、前記２対のレンズ部１１ｅ〜１１ｈの中心は前記絞り板１０の絞り開口の近傍にほぼ等しく設定してある。またレンズ部１１ｅ〜１１ｈの両側にはフランジ部１１ｂ、１１ｃが一体成型されており、それぞれに取付穴１１ｉ、１１ｊが形成されている。
【００１９】
絞り１０にも再結像レンズブロック１１の取付け穴１１ｉ、１１ｊと同様の取付け穴１０ｉ、１０ｊが設けられており、再結像レンズブロック１１とともにＡＦ本体ブロック１６の再結像レンズブロック取付け面１６ｃ上に突出する軸１６ｉ、１６ｊに嵌合し、赤外線カットフィルタ９を含めてＡＦ本体ブロック１６に接着固定される。
【００２０】
ＡＦ本体ブロック１６の２つの穴部１６ａには上下方向に摺動可能なアジャスター１９が取りつけられており、それぞれのアジャスター１９に一体形成されたヒンジ部１９ａには金属板からなるＡＦセンサー保持部材１８の円弧状の摺動部１８ａが当接する。そして、ＡＦセンサー保持部材１８の下面にはＡＦセンサー１３の受光面側に張りつけられたカバーガラス１３ａの表面が当接する。
【００２１】
前記アジャスター１９およびＡＦセンサー保持部材１８は、光軸を含んだ直交する３軸についてＡＦセンサー１３の傾き調整を行う機構であり、焦点検出装置を構成する各部品の精度や組み立ての誤差などにより生ずる光軸のずれに対して、ＡＦセンサー１３の受光面を適切に配置するためのものである。ＡＦセンサー１３の固定は、それぞれ左右２箇所のアジャスター１９のヒンジ部１９ａのまわりの、ＡＦ本体ブロック１６、ＡＦセンサー保持部材１８そしてＡＦセンサー１３を含めた範囲に接着剤を塗布して行う。この時接着剤には主にＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）を用いる。
【００２２】
温度センサー２１はＣ−ＭＯＳ温度センサーＩＣ等を用いており、不図示の部分でＡＦフレキシブル基板１７と接続される温度センサーフレキシブル基板２２上にはんだ付けされた状態で、ＡＦ本体ブロック１６の壁部１６ｂに両面テープ等を用いて貼り付けられる。図３は図１においてＡＦ本体ブロックを断面Ａ−Ａの方向から見た図であり、図１および図３からわかるように、ＡＦ本体ブロック１６の温度センサー２１が取付けられる位置は、再結像レンズブロック１１のフランジ部１１ｂに対してＡＦ本体ブロック１６の壁部１６ｂを挟んでほぼ対向する位置となる。
【００２３】
さらに、壁部１６ｂの温度センサー２１が取付けられる側の空間は、再結像レンズブロック１１のフランジ部１１ｂと再結像レンズブロック１１のレンズ部から第二ＡＦミラー１２を経てＡＦセンサーに至るまでの有効光束が通る領域とＡＦセンサー１３に囲まれた、ＡＦ本体ブロック１６上ではいわばデッドスペースとなる部分である。
【００２４】
次に本実施の形態の焦点検出装置の光学的な説明を加える。
【００２５】
前記サブミラー４の反射部４ａの楕円を定義する二つの焦点は、対物レンズの光軸２上の光線がメインミラー３で屈折した後の光路を逆に対物レンズ側に延長した線上と、その光線がサブミラーによって反射した後の光路を延長した線上にそれぞれ位置する。ここでは一方の焦点を対物レンズの代表射出瞳位置の光学的な等価点に、他方の焦点を絞り１０の光学的な等価点に設定し、フィールドレンズとしての機能を持たせている。対物レンズの代表射出瞳位置とは、カメラに装着される種々の撮影レンズの射出窓の条件を勘案し総合的に決定される焦点検出系固有の仮定瞳位置である。
【００２６】
絞り１０の各開口部と再結像レンズブロック１１の各レンズ部とは同一の添え字で示したもの同士が対応し、各絞り開口１０ｅ〜１０ｈを通過した光束は第２ＡＦミラー１２を介してＡＦセンサー１３上の同一の添え字で示した受光部１３ｅ〜１３ｈにそれぞれ二次物体像を形成する。対となる添え字ｅ，ｇで示した要素を通過する光束を用いる検出系は、対物レンズの射出瞳を縦方向に分離し、もう一方の対となる添え字ｆ、ｈで示した要素を通過する光束を用いる検出系は、対物レンズの射出瞳を横方向に分離する。ここで瞳を縦方向に分離する検出系を第１の焦点検出系、瞳を横方向に分離する検出系を第２の焦点検出系と呼ぶことにする。
【００２７】
図５はＡＦセンサー１３上の各受光部１３ｅ〜１３ｈを拡大して示したものである。各受光部は前述した瞳の分離方向に各画素３２、３４が並んだセンサー列３１、３３が二次元的に配列されることによって構成されていることがわかる。また各センサー列は長手方向に適度に分割されており、同一のセンサー列上において、例えば第一の焦点検出系では縦方向に複数の焦点検出点を有することになる。
【００２８】
即ち本実施の形態での焦点検出装置によるエリアＡＦは、従来よりある一対のラインセンサーを用いる位相差検知方式を二次元的に拡大することによって実現したものであり、任意に検出対象とした一対のセンサー列上の像の相対的位置関係を検出することによって対物レンズの焦点位置を検出する。
【００２９】
なお、異なる添え字の要素を通過した光束はＡＦセンサー１３上の所定の位置に到達しないため焦点検出には寄与しない。また絞り開口１０ｅ、１０ｇの間隔と、絞り開口１０ｆ、１０ｈの間隔とは異なっており、間隔の広い添え字ｆ、ｈによる焦点検出系は２次物体像の移動が他方よりも敏感になり高精度な焦点検出を可能としている。また間隔の狭い第１の焦点検出系では前述したサブミラーの反射部４ａの大きさで決定される領域にて焦点検出可能であるが、間隔の広い第２の焦点検出系では第１ＡＦミラー７上のマスク部材８の開口部８ａそして前述の代表瞳の大きさ等に光線が通ることのできる領域が制限されるために、焦点検出範囲が異なったものになる。
【００３０】
ところで本実施の形態での焦点検出装置が回転楕円面であるサブミラー４を含むＺ型の光学系を採用している理由は、結像面６からＡＦセンサー１３までの光路長と、上記再結像レンズブロック１１とＡＦセンサー１３の距離の比を大きく設定してＡＦセンサー１３への再結像倍率を極力小さくし、カメラに収納可能な小型のＡＦセンサーを用いることを可能とするためである。従って本実施の形態での焦点検出装置では従来より微少な画素を持つＡＦセンサーを使用しており、ＡＦセンサー１３上の二次物体像位置の変化はたとえ微少でも焦点検出に大きな影響を及ぼす。
【００３１】
二次物体像位置が変化する要因として避けることができないものに再結像レンズブロックの温度膨張によるレンズ間隔の変化があり、再結像レンズブロック１１の温度を正確にモニターしてＡＦセンサー１３によって検出された二次物体像の相対関係に対してレンズ間隔変化分の補正いわゆる温度補正を加えなければならない。温度補正の方法については特公平８−３３５１１号公報をはじめとして公知の技術であるのでここでは詳しく述べないが、本実施の形態において前述の位置に温度センサー２１を配置した理由は以下の通りである。
【００３２】
本実施の形態におけるエリアＡＦ用ＡＦセンサー１３は数多くのセンサー列を保有している事からその回路規模は従来の数対のラインセンサーを用いるものよりかなり大きく、さらに動作速度も速くなければならない。よって再結像レンズ１１に温度の影響を与える要因はカメラの使用環境によるものよりも、ＡＦセンサー１３の発熱によるところが大きい。
【００３３】
図６は、ＡＦセンサー１３が動作しはじめてからの再結像レンズブロック１１の温度変化を示した実験結果によるグラフであり、横軸が時間、縦軸が温度である。
【００３４】
また図７は、ＡＦセンサー１３が動作しはじめてからの温度補正を行わない状態での焦点検出エラーの変化を示した実験結果によるグラフであり、横軸が時間、縦軸が焦点検出エラー量（ピントずれ量）である。
【００３５】
図６と図７より明らかなように、再結像レンズブロック１１の温度変化と焦点検出エラーは時間に対して同様に推移することから、再結像レンズブロック１１の温度を知ることができれば焦点検出エラーを補正することが可能であることがわかる。
【００３６】
周囲の環境温度にもよるが再結像レンズブロック１１の温度Ｔｅが安定する時間ｔｅはＡＦセンサー１３が起動してから２０分程度かかることがわかっている。従ってカメラの実使用においては再結像レンズブロック１１の温度は温度Ｔｅに至るまでの過渡状態の中にあり、再結像レンズブロック１１の温度をリアルタイムにかつ正確にモニターすることが必須となる。
【００３７】
図８はＡＦ本体ブロックまわりの熱伝導の状態を現したモデル図であり、横軸はおよその距離、縦軸は温度を示している。モデルで示したブロック５１はＡＦセンサー１３に、５２はＡＦセンサー保持部材１８に、５３はＡＦ本体ブロック１６に、５４は再結像レンズブロック１１に、５５は再結像レンズブロックまわりの空気に相当する。なお、空気の熱伝導率は他の固体に比べて非常に低いので、ＡＦセンサー１３から再結像レンズブロック１１への空気による熱伝導ついては無視している。４本の太線による温度勾配のグラフはそれぞれ前述の図６の時間ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔｅに対応している。Ｔ０はＡＦセンサーが動作していない状態での環境温度である。
【００３８】
ＡＦセンサー１３自身の温度は起動直後から急激に上昇しＴ０からＴａ、Ｔｂへと至って安定するが、ＡＦセンサー１３（ブロック５１）内のＳ１の位置で発生する熱は各部材の熱伝導率に従って徐々に再結像レンズブロック１１（ブロック５４）へと伝達する。よって再結像レンズブロック１１の時間軸に対する温度上昇は前述する図６の通りとなり、最終的に時間ＴｅにおいてＡＦセンサーの温度Ｔｂと環境温度Ｔ０との間で温度Ｔｅにて平衡状態となる。
【００３９】
以上のような過渡状態にある再結像レンズブロック１１の温度変化を各部材の熱伝導率をも考慮して再結像レンズブロック１１から離れた位置から正確に検知するのは非常に困難である。
【００４０】
そこで本実施の形態では、ＡＦ本体ブロック１６の再結像レンズブロック１１の取付け面１６ｃの裏側の壁面１６ｂに温度センサー２１を貼り付けることで、図９に示すように図８におけるブロック５４を再結像レンズブロック１１から温度センサー２１へと置換える形とし、再結像レンズブロック１１と全く等価な状態で温度を検知することを可能としている。
【００４１】
なお、温度センサー２１とＡＦ本体ブロック１６の間には温度センサーフレキシブル基板２２、場合によっては取付け用の両面テープが介在することになるが、それぞれの厚みが極端に厚くなければさほど影響は無いことがわかっている。また、温度センサー２１の固定方法については、温度センサー側を直接ＡＦ本体ブロック１６に接着する方法でもかまわない。
【００４２】
また、本発明は上記した実施の形態におけるエリアＡＦに限らず従来よりある数点の焦点検出点（測距点）をもつ焦点検出装置に用いても良い。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１、３に係る発明によれば、再結像レンズブロックの温度を検知する温度検出手段を、再結像レンズブロックの取付け面が形成されたブロックの壁部に、前記壁部をはさんで再結像レンズブロックと対向するように取付けることによって、温度検出手段が再結像レンズブロックとほぼ等価の条件で温度の影響を受けるようになるので、ＡＦセンサーとしての光電変換素子の発熱等により過渡的に変化する再結像レンズブロックの温度をリアルタイムでより正確に検知することができる。よって微細な画素を持ったＡＦセンサーを備えるエリアＡＦを搭載したカメラなどの光学機器を、いかなる環境でも焦点検出精度を損なうことないものとして提供することが可能となった。
【００４４】
請求項２、３に係る発明によれば、壁部の温度検出手段が取付けられる側は、再結像レンズブロックに一体成型されたフランジ部と、レンズ部より前記センサーへ至るまでの有効光束の領域と、前記センサーに囲まれたＡＦ本体ブロック上においていわばデッドスペースとなっている部分であり、焦点検出ユニットを大型化することなく温度センサーを配置することが可能であり、その結果、カメラなどの光学機器の大型化をも防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すカメラの中央断面図
【図２】図１の焦点検出ユニットの構成を示す斜視図
【図３】図２の焦点検出ユニットの断面図
【図４】図２の焦点検出ユニットのサブミラー受板の構成を示す平面図
【図５】図２のＡＦセンサーの受光部の拡大図
【図６】時間軸に対する再結像レンズブロックの温度変化示すグラフ
【図７】時間軸に対する焦点検出エラーの変化を示すグラフ
【図８】焦点検出ユニット内の熱伝導の様子を示すモデル図
【図９】第１の実施の形態の温度センサーの配置を図８に対応させたモデル図
【図１０】従来の焦点検出光学系の一例を示すカメラの中央断面図
【符号の説明】
３ メインミラー
４ サブミラー
４ａ 反射部
６ 近軸的結像面
１０ 絞り板
１１ 再結像レンズブロック
１３ ＡＦセンサー
１４ メインミラー受板
１５ サブミラー受板
１６ ＡＦ本体ブロック
１６ｂ 壁部
１６ｃ 再結像レンズブロック取付け面
１７ ＡＦフレキシブル基板
１８ ＡＦセンサー保持部材
２１ 温度センサー
２２ 温度センサーフレキシブル基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラなどの光学機器に設けられる焦点検出装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日の数多くの一眼レフカメラには、ラインセンサーを用いた位相差検知方式による自動焦点装置が搭載されており、近年では、位相差検知方式を拡大して２次元的にもうけられた焦点検出範囲の自由な位置で焦点検出が可能な、いわゆるエリア型オートフォーカス（以降エリアＡＦと称する）の提案も数多くなされいる。
【０００３】
図１０はエリアＡＦを実現するための焦点検出光学系を示すカメラのミラーボックスの中央断面図である。１０１はレンズマウントであり、この左方に不図示の対物レンズが取りつけられる。１０３はメインミラー受板１１４に固定され、対物レンズの光軸１０２上に配置される半透過性の領域を有するメインミラー、１０４は同様にサブミラー受板１１５に固定され、対物レンズの光軸１０２上に斜めに配置されたサブミラー、１０６はサブミラー１０４による撮像面１０５に共役な近軸的結像面である。
【０００４】
以降は焦点検出装置の基体であるＡＦ本体ブロック１１６に取付けられる部品で、１０７はサブミラー１０４からの光束を折返す平面鏡である第一ＡＦミラー、１０８は前記第一ＡＦミラーの不要な光線の反射を防ぐためのマスク部材、１０９は焦点検出の精度を低下させる要因となる赤外線を除去する赤外線カットフィルタ、１１０は少なくとも一対の絞り開口を有する金属製あるいは樹脂製の遮光性薄板よりなる絞り板、１１１は前記絞り開口に対応して少なくとも一対のレンズ部を有する再結像レンズブロック、１１２は再結像レンズブロック１１１からの光束を直角に折返す第二ＡＦミラー、１１３は再結像レンズブロックによる少なくとも一対の二次物体像が投影される受光部を有する光電変換素子であるＡＦセンサー、１１７はＡＦセンサー１１３およびその周辺回路（不図示）を搭載し、メイン基板（不図示）に接続されるＡＦフレキシブル基板である。なお、以上のＡＦ本体ブロック１１６を主に構成されるユニットを以降単に焦点検出ユニットと称する。
【０００５】
上記構成により位相差検知方式を用いてエリアＡＦを実現させた場合、ＡＦセンサーは対となって投影される二次物体像が２次元的に大きく拡がりを持つために大型化する恐れがある。そこで上記のようなＺ型の光学系を採用することによって結像面１０６からＡＦセンサー１１３までの光路長と、上記再結像レンズブロック１１１とＡＦセンサー１１３の距離の比を極力大きく設定し、ＡＦセンサー１１３への再結像倍率を小さくしてカメラに収納可能な小型のＡＦセンサーを用いることを可能としている。従って上記のエリアＡＦを可能とする焦点検出装置の測距精度を従来と同じとするならば、ＡＦセンサーにはより微少な画素が必要となり、ＡＦセンサー１１３上の二次物体像位置の変化はたとえ微少でも焦点検出に大きな影響を及ぼす。
【０００６】
二次物体像位置が変化する要因として避けることができないものに再結像レンズブロックの温度膨張によるレンズ間隔の変化がある。従来より温度センサーＩＣ等の温度検出手段を用いてカメラ内の、特に焦点検出ユニットまわりの温度の検知を行い、ＡＦセンサーによって検出された二次物体像の相対関係に対して温度補正を行うことが提案され実施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来、温度検出手段である温度センサーは、焦点検出以外の用途にも用いられていることから焦点検出ユニットとは別の場所に設けられている場合があった。そのため、測定した温度と、焦点検出装置内の再結像レンズの温度が異なり正確な温度補正ができなかった。また、温度センサーをＡＦセンサーに内蔵する方法も提案されているが、そうするとＡＦセンサー自体の発熱により再結像レンズの正確な温度測定ができない恐れがある。
【０００８】
上記の点を鑑みて特公平８−３３５１１号公報では再結像レンズの近傍の温度を測定するとの記載がなされているが、焦点検出装置の内部にある再結像レンズに対して具体的にどのように温度センサーを配置するのが有効であるのかを示唆するものではない。
【０００９】
本出願に係る発明の目的は、温度センサーによる再結像レンズブロックの温度を正確に測定でき、かつ焦点検出ユニット内に温度センサーを効率よく配置できる焦点検出装置およびカメラを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る発明の目的を実現する焦点検出装置の構成は、対物レンズによって得られる一次物体像を分離する少なくとも一対のレンズが集合するレンズ部が形成された再結像レンズブロックと、前記再結像レンズブロックの取付け面が形成された壁部を有する基体と、前記基体に取付けられ前記再結像レンズブロックによる二次物体像が投影され、複数のセンサー列が配列されたセンサーとを有し、前記複数のセンサー列のうち一対のセンサー列上の像の相対的位置関係を検出し前記対物レンズの焦点位置を検出する焦点検出装置において、前記基体に前記センサーが取り付けられ、かつ前記基体に前記再結像レンズブロックの温度を測定するための温度検出手段が前記基体の壁部をはさんで前記再結像レンズブロックに対向して設けられ、前記温度検出手段の検出結果によって前記相対的位置関係が補正されるものである。
【００１１】
また、前前記再結像レンズブロックには、前記レンズ部より外側へ延び、前記基体へ取付けるためのフランジ部が一体形成されており、前記温度検出手段は、前記フランジ部と、前記レンズ部より前記センサーへ至るまでの有効光束の領域と、前記センサーに囲まれた位置に配置されている。
【００１２】
本出願に係る発明の目的を実現する光学機器の構成は、上記した構成の焦点検出装置を有するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明を適用したカメラのミラーボックスの中央断面図で、エリアＡＦを実現させるための焦点検出光学系を示し、図２は図１の焦点検出光学系のうち基体であるＡＦ本体ブロック１６を主として再結像レンズブロック及びＡＦセンサー等から構成される焦点検出ユニットの構成を示す斜視図である。
【００１４】
図において、１はレンズマウントであり、この左方に不図示の対物レンズが取りつけられる。３はメインミラー受板１４に固定され、対物レンズの光軸２上に配置される半透過性の領域を有するメインミラー、４は同様にサブミラー受板１５に固定され、対物レンズの光軸２上に斜めに配置されたサブミラー、６はサブミラー４による撮像面５に共役な近軸的結像面である。
【００１５】
以降は焦点検出装置の基体であるＡＦ本体ブロック１６に取付けられる部品で、７はサブミラー４からの光束を折返す平面鏡である第１ＡＦミラー、８は前記第１ＡＦミラー７の不要な光線の反射を防ぐためのマスク部材、９は焦点検出の精度を低下させる要因となる赤外線を除去する赤外線カットフィルタ、１０は直交する２対の絞り開口１０ｅ、１０ｇ、１０ｆ、１０ｈを有する金属製あるいは樹脂製の遮光性薄板よりなる絞り板である。
【００１６】
１１は前記絞り開口１０ｅ〜１０ｈに対応して２対のレンズ部１１ｅ、１１ｇ、１１ｆ、１１ｈを有する再結像レンズブロック、１２は再結像レンズブロック１１からの光束を直角に折返す第２ＡＦミラー、１３は再結像レンズブロック１１による直交する２対の二次物体像が投影される受光部１３ｅ、１３ｇ、１３ｆ、１３ｈを有する光電変換素子であるＡＦセンサー、１７はＡＦセンサー１３およびその周辺回路（不図示）を搭載するＡＦフレキシブル基板、さらに２１は再結像レンズブロック１１の温度をモニターする温度センサーである。
【００１７】
上記した実施の形態において、図４に示すように、サブミラー４は回転楕円面である略小判状の反射部４ａとサブミラー受板１５に固定するためのフランジ部４ｂで構成される。サブミラー４の反射部４ａ以外には反射防止の塗装が施されたサブミラーマスク２３が掛けられており、これによってサブミラー４は焦点検出領域を制限する視野マスクの役割を兼ねることになる。
【００１８】
再結像レンズブロック１１の光入射側にはサブミラーによって偏向した対物レンズの光軸上に中心を持つ単一の凹状球面１１ａが、射出側には互いに反対方向に偏芯した２対の凸レンズ１１ｅ〜１１ｈが集合するレンズ部が一体形成されている。ここで、凹状球面１１ａの中心はサブミラーによって形成される対物レンズの近軸的結像面６に、また、前記２対のレンズ部１１ｅ〜１１ｈの中心は前記絞り板１０の絞り開口の近傍にほぼ等しく設定してある。またレンズ部１１ｅ〜１１ｈの両側にはフランジ部１１ｂ、１１ｃが一体成型されており、それぞれに取付穴１１ｉ、１１ｊが形成されている。
【００１９】
絞り１０にも再結像レンズブロック１１の取付け穴１１ｉ、１１ｊと同様の取付け穴１０ｉ、１０ｊが設けられており、再結像レンズブロック１１とともにＡＦ本体ブロック１６の再結像レンズブロック取付け面１６ｃ上に突出する軸１６ｉ、１６ｊに嵌合し、赤外線カットフィルタ９を含めてＡＦ本体ブロック１６に接着固定される。
【００２０】
ＡＦ本体ブロック１６の２つの穴部１６ａには上下方向に摺動可能なアジャスター１９が取りつけられており、それぞれのアジャスター１９に一体形成されたヒンジ部１９ａには金属板からなるＡＦセンサー保持部材１８の円弧状の摺動部１８ａが当接する。そして、ＡＦセンサー保持部材１８の下面にはＡＦセンサー１３の受光面側に張りつけられたカバーガラス１３ａの表面が当接する。
【００２１】
前記アジャスター１９およびＡＦセンサー保持部材１８は、光軸を含んだ直交する３軸についてＡＦセンサー１３の傾き調整を行う機構であり、焦点検出装置を構成する各部品の精度や組み立ての誤差などにより生ずる光軸のずれに対して、ＡＦセンサー１３の受光面を適切に配置するためのものである。ＡＦセンサー１３の固定は、それぞれ左右２箇所のアジャスター１９のヒンジ部１９ａのまわりの、ＡＦ本体ブロック１６、ＡＦセンサー保持部材１８そしてＡＦセンサー１３を含めた範囲に接着剤を塗布して行う。この時接着剤には主にＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）を用いる。
【００２２】
温度センサー２１はＣ−ＭＯＳ温度センサーＩＣ等を用いており、不図示の部分でＡＦフレキシブル基板１７と接続される温度センサーフレキシブル基板２２上にはんだ付けされた状態で、ＡＦ本体ブロック１６の壁部１６ｂに両面テープ等を用いて貼り付けられる。図３は図１においてＡＦ本体ブロックを断面Ａ−Ａの方向から見た図であり、図１および図３からわかるように、ＡＦ本体ブロック１６の温度センサー２１が取付けられる位置は、再結像レンズブロック１１のフランジ部１１ｂに対してＡＦ本体ブロック１６の壁部１６ｂを挟んでほぼ対向する位置となる。
【００２３】
さらに、壁部１６ｂの温度センサー２１が取付けられる側の空間は、再結像レンズブロック１１のフランジ部１１ｂと再結像レンズブロック１１のレンズ部から第二ＡＦミラー１２を経てＡＦセンサーに至るまでの有効光束が通る領域とＡＦセンサー１３に囲まれた、ＡＦ本体ブロック１６上ではいわばデッドスペースとなる部分である。
【００２４】
次に本実施の形態の焦点検出装置の光学的な説明を加える。
【００２５】
前記サブミラー４の反射部４ａの楕円を定義する二つの焦点は、対物レンズの光軸２上の光線がメインミラー３で屈折した後の光路を逆に対物レンズ側に延長した線上と、その光線がサブミラーによって反射した後の光路を延長した線上にそれぞれ位置する。ここでは一方の焦点を対物レンズの代表射出瞳位置の光学的な等価点に、他方の焦点を絞り１０の光学的な等価点に設定し、フィールドレンズとしての機能を持たせている。対物レンズの代表射出瞳位置とは、カメラに装着される種々の撮影レンズの射出窓の条件を勘案し総合的に決定される焦点検出系固有の仮定瞳位置である。
【００２６】
絞り１０の各開口部と再結像レンズブロック１１の各レンズ部とは同一の添え字で示したもの同士が対応し、各絞り開口１０ｅ〜１０ｈを通過した光束は第２ＡＦミラー１２を介してＡＦセンサー１３上の同一の添え字で示した受光部１３ｅ〜１３ｈにそれぞれ二次物体像を形成する。対となる添え字ｅ，ｇで示した要素を通過する光束を用いる検出系は、対物レンズの射出瞳を縦方向に分離し、もう一方の対となる添え字ｆ、ｈで示した要素を通過する光束を用いる検出系は、対物レンズの射出瞳を横方向に分離する。ここで瞳を縦方向に分離する検出系を第１の焦点検出系、瞳を横方向に分離する検出系を第２の焦点検出系と呼ぶことにする。
【００２７】
図５はＡＦセンサー１３上の各受光部１３ｅ〜１３ｈを拡大して示したものである。各受光部は前述した瞳の分離方向に各画素３２、３４が並んだセンサー列３１、３３が二次元的に配列されることによって構成されていることがわかる。また各センサー列は長手方向に適度に分割されており、同一のセンサー列上において、例えば第一の焦点検出系では縦方向に複数の焦点検出点を有することになる。
【００２８】
即ち本実施の形態での焦点検出装置によるエリアＡＦは、従来よりある一対のラインセンサーを用いる位相差検知方式を二次元的に拡大することによって実現したものであり、任意に検出対象とした一対のセンサー列上の像の相対的位置関係を検出することによって対物レンズの焦点位置を検出する。
【００２９】
なお、異なる添え字の要素を通過した光束はＡＦセンサー１３上の所定の位置に到達しないため焦点検出には寄与しない。また絞り開口１０ｅ、１０ｇの間隔と、絞り開口１０ｆ、１０ｈの間隔とは異なっており、間隔の広い添え字ｆ、ｈによる焦点検出系は２次物体像の移動が他方よりも敏感になり高精度な焦点検出を可能としている。また間隔の狭い第１の焦点検出系では前述したサブミラーの反射部４ａの大きさで決定される領域にて焦点検出可能であるが、間隔の広い第２の焦点検出系では第１ＡＦミラー７上のマスク部材８の開口部８ａそして前述の代表瞳の大きさ等に光線が通ることのできる領域が制限されるために、焦点検出範囲が異なったものになる。
【００３０】
ところで本実施の形態での焦点検出装置が回転楕円面であるサブミラー４を含むＺ型の光学系を採用している理由は、結像面６からＡＦセンサー１３までの光路長と、上記再結像レンズブロック１１とＡＦセンサー１３の距離の比を大きく設定してＡＦセンサー１３への再結像倍率を極力小さくし、カメラに収納可能な小型のＡＦセンサーを用いることを可能とするためである。従って本実施の形態での焦点検出装置では従来より微少な画素を持つＡＦセンサーを使用しており、ＡＦセンサー１３上の二次物体像位置の変化はたとえ微少でも焦点検出に大きな影響を及ぼす。
【００３１】
二次物体像位置が変化する要因として避けることができないものに再結像レンズブロックの温度膨張によるレンズ間隔の変化があり、再結像レンズブロック１１の温度を正確にモニターしてＡＦセンサー１３によって検出された二次物体像の相対関係に対してレンズ間隔変化分の補正いわゆる温度補正を加えなければならない。温度補正の方法については特公平８−３３５１１号公報をはじめとして公知の技術であるのでここでは詳しく述べないが、本実施の形態において前述の位置に温度センサー２１を配置した理由は以下の通りである。
【００３２】
本実施の形態におけるエリアＡＦ用ＡＦセンサー１３は数多くのセンサー列を保有している事からその回路規模は従来の数対のラインセンサーを用いるものよりかなり大きく、さらに動作速度も速くなければならない。よって再結像レンズ１１に温度の影響を与える要因はカメラの使用環境によるものよりも、ＡＦセンサー１３の発熱によるところが大きい。
【００３３】
図６は、ＡＦセンサー１３が動作しはじめてからの再結像レンズブロック１１の温度変化を示した実験結果によるグラフであり、横軸が時間、縦軸が温度である。
【００３４】
また図７は、ＡＦセンサー１３が動作しはじめてからの温度補正を行わない状態での焦点検出エラーの変化を示した実験結果によるグラフであり、横軸が時間、縦軸が焦点検出エラー量（ピントずれ量）である。
【００３５】
図６と図７より明らかなように、再結像レンズブロック１１の温度変化と焦点検出エラーは時間に対して同様に推移することから、再結像レンズブロック１１の温度を知ることができれば焦点検出エラーを補正することが可能であることがわかる。
【００３６】
周囲の環境温度にもよるが再結像レンズブロック１１の温度Ｔｅが安定する時間ｔｅはＡＦセンサー１３が起動してから２０分程度かかることがわかっている。従ってカメラの実使用においては再結像レンズブロック１１の温度は温度Ｔｅに至るまでの過渡状態の中にあり、再結像レンズブロック１１の温度をリアルタイムにかつ正確にモニターすることが必須となる。
【００３７】
図８はＡＦ本体ブロックまわりの熱伝導の状態を現したモデル図であり、横軸はおよその距離、縦軸は温度を示している。モデルで示したブロック５１はＡＦセンサー１３に、５２はＡＦセンサー保持部材１８に、５３はＡＦ本体ブロック１６に、５４は再結像レンズブロック１１に、５５は再結像レンズブロックまわりの空気に相当する。なお、空気の熱伝導率は他の固体に比べて非常に低いので、ＡＦセンサー１３から再結像レンズブロック１１への空気による熱伝導ついては無視している。４本の太線による温度勾配のグラフはそれぞれ前述の図６の時間ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔｅに対応している。Ｔ０はＡＦセンサーが動作していない状態での環境温度である。
【００３８】
ＡＦセンサー１３自身の温度は起動直後から急激に上昇しＴ０からＴａ、Ｔｂへと至って安定するが、ＡＦセンサー１３（ブロック５１）内のＳ１の位置で発生する熱は各部材の熱伝導率に従って徐々に再結像レンズブロック１１（ブロック５４）へと伝達する。よって再結像レンズブロック１１の時間軸に対する温度上昇は前述する図６の通りとなり、最終的に時間ＴｅにおいてＡＦセンサーの温度Ｔｂと環境温度Ｔ０との間で温度Ｔｅにて平衡状態となる。
【００３９】
以上のような過渡状態にある再結像レンズブロック１１の温度変化を各部材の熱伝導率をも考慮して再結像レンズブロック１１から離れた位置から正確に検知するのは非常に困難である。
【００４０】
そこで本実施の形態では、ＡＦ本体ブロック１６の再結像レンズブロック１１の取付け面１６ｃの裏側の壁面１６ｂに温度センサー２１を貼り付けることで、図９に示すように図８におけるブロック５４を再結像レンズブロック１１から温度センサー２１へと置換える形とし、再結像レンズブロック１１と全く等価な状態で温度を検知することを可能としている。
【００４１】
なお、温度センサー２１とＡＦ本体ブロック１６の間には温度センサーフレキシブル基板２２、場合によっては取付け用の両面テープが介在することになるが、それぞれの厚みが極端に厚くなければさほど影響は無いことがわかっている。また、温度センサー２１の固定方法については、温度センサー側を直接ＡＦ本体ブロック１６に接着する方法でもかまわない。
【００４２】
また、本発明は上記した実施の形態におけるエリアＡＦに限らず従来よりある数点の焦点検出点（測距点）をもつ焦点検出装置に用いても良い。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１、３に係る発明によれば、再結像レンズブロックの温度を検知する温度検出手段を、再結像レンズブロックの取付け面が形成されたブロックの壁部に、前記壁部をはさんで再結像レンズブロックと対向するように取付けることによって、温度検出手段が再結像レンズブロックとほぼ等価の条件で温度の影響を受けるようになるので、ＡＦセンサーとしての光電変換素子の発熱等により過渡的に変化する再結像レンズブロックの温度をリアルタイムでより正確に検知することができる。よって微細な画素を持ったＡＦセンサーを備えるエリアＡＦを搭載したカメラなどの光学機器を、いかなる環境でも焦点検出精度を損なうことないものとして提供することが可能となった。
【００４４】
請求項２、３に係る発明によれば、壁部の温度検出手段が取付けられる側は、再結像レンズブロックに一体成型されたフランジ部と、レンズ部より前記センサーへ至るまでの有効光束の領域と、前記センサーに囲まれたＡＦ本体ブロック上においていわばデッドスペースとなっている部分であり、焦点検出ユニットを大型化することなく温度センサーを配置することが可能であり、その結果、カメラなどの光学機器の大型化をも防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すカメラの中央断面図
【図２】図１の焦点検出ユニットの構成を示す斜視図
【図３】図２の焦点検出ユニットの断面図
【図４】図２の焦点検出ユニットのサブミラー受板の構成を示す平面図
【図５】図２のＡＦセンサーの受光部の拡大図
【図６】時間軸に対する再結像レンズブロックの温度変化示すグラフ
【図７】時間軸に対する焦点検出エラーの変化を示すグラフ
【図８】焦点検出ユニット内の熱伝導の様子を示すモデル図
【図９】第１の実施の形態の温度センサーの配置を図８に対応させたモデル図
【図１０】従来の焦点検出光学系の一例を示すカメラの中央断面図
【符号の説明】
３ メインミラー
４ サブミラー
４ａ 反射部
６ 近軸的結像面
１０ 絞り板
１１ 再結像レンズブロック
１３ ＡＦセンサー
１４ メインミラー受板
１５ サブミラー受板
１６ ＡＦ本体ブロック
１６ｂ 壁部
１６ｃ 再結像レンズブロック取付け面
１７ ＡＦフレキシブル基板
１８ ＡＦセンサー保持部材
２１ 温度センサー
２２ 温度センサーフレキシブル基板
Claims (3)
- 対物レンズによって得られる一次物体像を分離する少なくとも一対のレンズが集合するレンズ部が形成された再結像レンズブロックと、前記再結像レンズブロックの取付け面が形成された壁部を有する基体と、前記基体に取付けられ前記再結像レンズブロックによる二次物体像が投影され、複数のセンサー列が配列されたセンサーとを有し、前記複数のセンサー列のうち一対のセンサー列上の像の相対的位置関係を検出し前記対物レンズの焦点位置を検出する焦点検出装置において、
前記基体に前記センサーが取り付けられ、かつ前記基体に前記再結像レンズブロックの温度を測定するための温度検出手段が前記基体の壁部をはさんで前記再結像レンズブロックに対向して設けられ、前記温度検出手段の検出結果によって前記相対的位置関係が補正されることを特徴とする焦点検出装置。 - 前記再結像レンズブロックには、前記レンズ部より外側へ延び、前記基体へ取付けるためのフランジ部が一体形成されており、前記温度検出手段は、前記フランジ部と、前記レンズ部より前記センサーへ至るまでの有効光束の領域と、前記センサーに囲まれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
- 請求項１または２のいずれかに記載の焦点検出装置を有することを特徴とする光学機器。
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