JP4569268B2 - Focus detection module and camera - Google Patents
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Description
本発明は、軸外に設定した焦点検出領域からの光束を偏向して焦点検出用撮像素子に導くようにした焦点検出モジュールに関する。 The present invention relates to a focus detection module in which a light beam from a focus detection region set off-axis is deflected and guided to an image sensor for focus detection.
特開2000−82279号公報(特許文献1)に開示されている焦点検出モジュールが知られている。この焦点検出モジュールでは、コンデンサレンズからの光束を再結像レンズ部の周辺領域、すなわち焦点検出光学系光軸側の周辺領域に入射させることにより、再結像レンズ部から射出する焦点検出光束が焦点検出光学系の光軸と略平行となるようにしている。この焦点検出モジュールでは、イメージセンサチップが焦点検出光学系の光軸に対して瞳分割方向と直交する方向の軸回りに傾いて取り付けられても、光学要素を追加することなく、焦点検出結果に誤差が含まれなくなる。その結果、イメージセンサチップの角度調整機構が不要となり、焦点検出モジュールの大型化およびコストアップを最小限に抑制できる。 A focus detection module disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-82279 (Patent Document 1) is known. In this focus detection module, the focus detection light beam emitted from the re-imaging lens unit is made incident on the peripheral region of the re-imaging lens unit, that is, the peripheral region on the optical axis side of the focus detection optical system. It is made to be substantially parallel to the optical axis of the focus detection optical system. With this focus detection module, even if the image sensor chip is attached to the optical axis of the focus detection optical system so as to be tilted around an axis perpendicular to the pupil division direction, the focus detection result is obtained without adding an optical element. Error is not included. As a result, the angle adjustment mechanism of the image sensor chip is not required, and the increase in size and cost of the focus detection module can be suppressed to a minimum.
また、特開平5−142465号公報(特許文献2)に開示されている焦点検出モジュールが知られている。この焦点検出モジュールでは、撮影画面中央から同一放射方向に向けて2つの軸外焦点検出領域が順番に設けられている。そして、撮影光束は共通のコンデンサレンズと瞳分割用開口と再結像レンズとにより2つの軸外焦点検出領域に対応する各一対の光電変換素子にそれぞれ入射する。 Further, a focus detection module disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-142465 (Patent Document 2) is known. In this focus detection module, two off-axis focus detection areas are provided in order from the center of the imaging screen in the same radial direction. The photographing light flux is incident on each pair of photoelectric conversion elements corresponding to the two off-axis focus detection regions by the common condenser lens, the pupil division aperture, and the re-imaging lens.
しかしながら、コンデンサレンズと瞳分割用マスクと再結像レンズを2つの焦点検出領域で共用する特許文献2の焦点検出モジュールに対して特許文献1の焦点検出光学系を用いる場合、軸外の2つの焦点検出領域の双方が光電変換素子に撮影光束を垂直入射するように設計することはできない。
そこで本発明は、いずれか一方の焦点検出領域が光電変換素子に撮影光束を垂直入射するように構成する場合に、焦点検出モジュールの大きさ、コストを適切にすることを目的とする。
However, when the focus detection optical system of Patent Document 1 is used for the focus detection module of Patent Document 2 in which the condenser lens, the pupil division mask, and the re-imaging lens are shared by the two focus detection regions, It is impossible to design the focus detection region so that the photographing light beam is perpendicularly incident on the photoelectric conversion element.
In view of the above, an object of the present invention is to make the size and cost of a focus detection module appropriate when any one focus detection region is configured so that a photographic light beam is vertically incident on a photoelectric conversion element.
(1)請求項1の発明は、撮影光学系の一次像面において、撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域に対応して設けられた複数の開口を有する視野マスク、視野マスクの開口を通過した光束を集光するコンデンサレンズ、コンデンサレンズを透過した前記光束を瞳分割する瞳分割マスク、および瞳分割された一対の光束をそれぞれ再結像させる再結像レンズを含む焦点検出光学系と、再結像レンズにより再結像された一対の光束を受光する受光素子とを有する焦点検出モジュールに適用される。そして、複数の焦点検出領域は、撮影光学系の光軸外に配置された第1軸外領域と、光軸からの放射方向に沿って第1の軸外領域より光軸から遠い側に隣接する第2軸外領域とを含み、第1および第2軸外領域のそれぞれに対応する視野マスクの開口を通過する複数の光束は1組の瞳分割マスクおよび再結像レンズによって再結像され、再結像される複数の光束のうち、第1軸外領域を通過して再結像レンズによって再結像される光束が、放射方向において受光素子の受光面に対して略垂直に入射するように焦点検出光学系を構成したことを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1の焦点検出モジュールにおいて、再結像レンズの光軸が焦点検出光学系の光軸に対して略平行であり、瞳分割マスクの開口の重心位置が、再結像レンズの光軸よりも焦点検出光学系の光軸側に位置していることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項2の焦点検出モジュールにおいて、再結像レンズを射出する光束が焦点検出光学系の光軸と略平行になるように、再結像レンズの光軸を焦点検出光学系の光軸に対して所定の角度で傾けられていることを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の焦点検出モジュールにおいて、第2軸外領域に対して前記第1軸外領域と反対側にさらに第3軸外領域を設けた場合、および第2軸外領域に対して前記第1軸外領域と反対側にさらに第3および第4軸外領域を設けた場合、いずれの場合も、第2軸外領域を透過する光束が受光素子に略垂直に入射するように焦点検出光学系を構成することを特徴とする。
(5)請求項5のカメラは、請求項1乃至4のいずれか1項記載の焦点検出モジュールを備えたことを特徴とする。
(1) A first aspect of the present invention is a field mask having a plurality of apertures provided corresponding to a plurality of focus detection areas set in a photographic screen on the primary image plane of the photographic optical system, and an aperture of the field mask Focus detection optical system including a condenser lens that collects the light beam that has passed through the condenser lens, a pupil division mask that divides the light beam that has passed through the condenser lens, and a re-imaging lens that re-images each of the pair of pupil-divided light beams And a light receiving element that receives a pair of light beams re-imaged by the re-imaging lens. The plurality of focus detection areas are adjacent to the first off-axis area disposed outside the optical axis of the imaging optical system and on the side farther from the optical axis than the first off-axis area along the radial direction from the optical axis. A plurality of light beams that pass through the apertures of the field mask corresponding to the first and second off-axis regions, respectively, and are re-imaged by a pair of pupil division masks and a re-imaging lens. Among the plurality of re-imaged light beams, the light beam that passes through the first off-axis region and is re-imaged by the re-imaging lens is incident substantially perpendicular to the light receiving surface of the light receiving element in the radiation direction. The focus detection optical system is configured as described above.
(2) According to the invention of claim 2, in the focus detection module of claim 1, the optical axis of the re-imaging lens is substantially parallel to the optical axis of the focus detection optical system, and the position of the center of gravity of the opening of the pupil division mask Is located closer to the optical axis of the focus detection optical system than the optical axis of the re-imaging lens.
(3) According to a third aspect of the present invention, in the focus detection module of the second aspect, the optical axis of the re-imaging lens is such that the light beam emitted from the re-imaging lens is substantially parallel to the optical axis of the focus detection optical system. Is tilted at a predetermined angle with respect to the optical axis of the focus detection optical system.
(4) A fourth aspect of the present invention is the focus detection module according to any one of the first to third aspects, wherein the third off-axis is further provided on the opposite side of the second off- axis region to the first off-axis region. When the region is provided, and when the third and fourth off-axis regions are further provided on the side opposite to the first off-axis region with respect to the second off-axis region, the second off-axis region is The focus detection optical system is configured so that the transmitted light beam is incident on the light receiving element substantially perpendicularly.
(5) A camera according to a fifth aspect includes the focus detection module according to any one of the first to fourth aspects.
本発明によれば、撮影画面の光軸外に設定した2つの焦点検出領域を有する焦点検出モジュールにおいて、光軸に近い第1軸外領域の焦点検出光束が受光素子にほぼ垂直入射するようにした。そのため、光軸から遠い位置に配置された第2軸外焦点検出領域の焦点検出光束が受光素子にほぼ垂直に入射するよう光学系を設計した場合に比べて、共用するコンデンサレンズの厚みを薄くでき、その結果、焦点検出モジュールが大型化することを抑制できる。 According to the present invention, in the focus detection module having two focus detection areas set outside the optical axis of the photographing screen, the focus detection light beam in the first off-axis area close to the optical axis is incident on the light receiving element substantially perpendicularly. did. Therefore, compared with the case where the optical system is designed so that the focus detection light beam in the second off-axis focus detection region arranged at a position far from the optical axis is incident on the light receiving element substantially perpendicularly, the thickness of the shared condenser lens is reduced. As a result, an increase in size of the focus detection module can be suppressed.
図1〜図8により本発明の第1〜第2の実施の形態を説明する。各実施の形態は、コンデンサレンズと再結像レンズが異なるだけでその他は共通である。 The first and second embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Each embodiment is common except that the condenser lens and the re-imaging lens are different.
−第1の実施の形態−
図1は本発明による焦点検出モジュールを搭載した一眼レフカメラの概略構成図である。被写体からの光束は、レンズ鏡筒LB内の撮影レンズLEを透過してカメラボディCB内に導かれる。カメラボディCBに導かれた光束の一部は、半透過性のメインミラー51を透過し、サブミラー52にて下方に反射された後、焦点検出モジュール100へ入射される。CPU56は、焦点検出モジュール100の出力である焦点検出信号に基づいてレンズ駆動モータ57を駆動し、撮影レンズLEの焦点調節を行う。一方、メインミラー51で反射された光束はペンタプリズム54を介して接眼レンズ55にて観察される。
-First embodiment-
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a single-lens reflex camera equipped with a focus detection module according to the present invention. The light beam from the subject is guided through the photographing lens LE in the lens barrel LB and guided into the camera body CB. A part of the light beam guided to the camera body CB passes through the semi-transmissive
本実施の形態では、図2に示した5つの焦点検出領域について焦点検出を行う。すなわち、撮影画面の光軸LXを中心として±X方向に延在する領域Cと、光軸LXを通過するX軸方向の軸外焦点検出領域AR,BR,AL,BLである。領域ARは、光軸LXから+X方向(右方)に離間しY方向に延在する領域である。領域ALは、光軸LXから−X方向(左方)に離間しY方向に延在する領域である。領域ARに隣接して設定される領域BRは、X軸上で領域ARよりも軸外にある領域であり、光軸LXから+X方向(右方)に離間しY方向に延在する領域である。領域BRに隣接して設定される領域BLは、X軸上で領域ALよりも軸外にある領域であり、光軸LXから−X方向(左方)に離間しY方向に延在する領域である。ここで、軸外焦点検出領域AR,BRは、光軸を通過するX軸方向の線上に順番に並べられている。軸外焦点検出領域AL,BLも同様である。 In the present embodiment, focus detection is performed for the five focus detection areas shown in FIG. That is, a region C extending in the ± X direction around the optical axis LX of the photographing screen and an off-axis focus detection region AR, BR, AL, BL in the X axis direction passing through the optical axis LX. The area AR is an area that is separated from the optical axis LX in the + X direction (rightward) and extends in the Y direction. The region AL is a region that is separated from the optical axis LX in the −X direction (leftward) and extends in the Y direction. The region BR set adjacent to the region AR is a region on the X axis that is more off-axis than the region AR, and is a region that is separated from the optical axis LX in the + X direction (rightward) and extends in the Y direction. is there. The region BL set adjacent to the region BR is a region on the X axis that is off-axis from the region AL, and is a region that is separated from the optical axis LX in the −X direction (leftward) and extends in the Y direction. It is. Here, the off-axis focus detection areas AR and BR are arranged in order on a line in the X-axis direction passing through the optical axis. The same applies to the off-axis focus detection areas AL and BL.
焦点検出モジュール100は周知の位相差検出方式にて焦点検出を行うもので、その光学系は、図3に示すように、視野マスク122,コンデンサレンズ124,絞りマスク(瞳分割マスク)128,再結像レンズ129およびイメージセンサチップ130を備えて構成されている。
The
視野マスク122は、光軸上の焦点検出領域Cに対応する開口122Cと、軸外焦点検出領域AR,AL,BR,BLにそれぞれ対応する開口122AR,122AL,122BR,122BLとを有する。コンデンサレンズ124は、視野マスク122の開口に対応するレンズ部124C,124L,124Rを有する。コンデンサレンズ124のレンズ部124Cは、視野マスク122の開口122Cから入射された光束を絞りマスク128に導く。コンデンサレンズ124のレンズ部124Lは、視野マスク122の開口122ALと122BLから入射された光束を絞りマスク128に導く。コンデンサレンズ124のレンズ部124Rは、視野マスク122の開口122AR,122BRから入射された光束を絞りマスク128に導く。すなわち、軸外焦点検出領域AR,BRはコンデンサレンズ124Rを共用し、軸外焦点検出領域AL,BLはコンデンサレンズ124Lを共用する。
The
絞りマスク128は、それぞれ5つの焦点検出領域に対応する開口部128CR,128CL,128RU,128RD,128LU,128LDを有する。すなわち、焦点検出領域Cを通過する焦点検出光束は一対の開口部128CR,128CLで瞳分割され、焦点検出領域ARおよびBRを通過する焦点検出光束は一対の開口部128RU,128RDで瞳分割され、焦点検出領域ALおよびBLを通過する焦点検出光束は一対の開口部128LU,128LDで瞳分割される。したがって、焦点検出領域ARおよびBRは一対の開口部128RU,128RDを共用し、焦点検出領域ALおよびBLは一対の開口部128LU,128LDを共用する。
The
再結像レンズ129は、それぞれ5つの焦点検出領域に対応するレンズ部(なお、以下では、単に再結像レンズと呼ぶ)129CR,129CL,129RU,129RD,129LU,129LDを有する。またイメージセンサチップ130は、同様に5つの焦点検出領域に対応するイメージセンサアレイ(受光素子)130CR,130CL,130ARU,130ARD,130BRU,130BRD,130ALU,130ALD,130BLU,130BLDを同一面上に保持する。
The
すなわち、焦点検出領域Cを通過して一対の開口部128CR,128CLで瞳分割された一対の焦点検出光束は、それぞれ再結像レンズ129CR,129CLでイメージセンサアレイ130CR,130CL上に結像される。焦点検出領域ARおよびBRを通過して一対の開口部128RU,128RDでそれぞれ瞳分割された焦点検出光束は、それぞれ再結像レンズ129RU,129RDでイメージセンサアレイ130ARUと130ARD,およびイメージセンサアレイ130BRUと130BRD上に結像される。また、焦点検出領域ALおよびBLを通過して一対の開口部128LU,128LDでそれぞれ瞳分割された焦点検出光束は、それぞれ再結像レンズ129LU、129LDでイメージセンサアレイ130ALUと130ALD,およびイメージセンサアレイ130BLUと130BLD上に結像される。したがって、焦点検出領域ARおよびBRは、一対の絞りマスク開口部128RU,128RDおよび一対の再結像レンズ129RU,129RDを共用し、焦点検出領域ALおよびBLは、一対の絞りマスク開口部128LU,128LDおよび一対の再結像レンズ129LU,129LDを共用する。なお、焦点検出領域C,AR,BR,AL,BLに対応する各光学系要素を一覧表形式で図4に示す。 That is, the pair of focus detection light beams that have passed through the focus detection region C and are pupil-divided by the pair of openings 128CR and 128CL are imaged on the image sensor arrays 130CR and 130CL by the re-imaging lenses 129CR and 129CL, respectively. . The focus detection light beams that pass through the focus detection areas AR and BR and are pupil-divided by the pair of openings 128RU and 128RD are re-imaging lenses 129RU and 129RD, respectively, and image sensor arrays 130ARU and 130ARD, and image sensor array 130BRU. The image is formed on 130BRD. Further, the focus detection light beams that pass through the focus detection areas AL and BL and are divided into pupils by the pair of openings 128LU and 128LD are image sensor arrays 130ALU and 130ALD and image sensor arrays by re-imaging lenses 129LU and 129LD, respectively. Images are formed on 130 BLU and 130 BLD. Therefore, the focus detection areas AR and BR share a pair of aperture mask openings 128RU and 128RD and a pair of re-imaging lenses 129RU and 129RD, and the focus detection areas AL and BL have a pair of aperture mask openings 128LU and 128LD. The pair of re-imaging lenses 129LU and 129LD are shared. In addition, FIG. 4 shows each optical system element corresponding to the focus detection areas C, AR, BR, AL, and BL in a list form.
以上説明したように、この実施の形態の焦点検出光学系は、撮影光学系の一次像面において、撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域C、AR、AL、BR、BLに対応して設けられた複数の開口122C,122AR,122AL、122BR、122BLを有する視野マスク122と、視野マスク122の開口を通過した光束を集光するコンデンサレンズ124と、コンデンサレンズ124を透過した光束を瞳分割する絞りマスク(瞳分割マスク)128と、瞳分割された一対の光束をそれぞれ再結像させる再結像レンズ129とを含んで構成されている。
As described above, the focus detection optical system of this embodiment corresponds to the plurality of focus detection areas C, AR, AL, BR, and BL set in the shooting screen on the primary image plane of the shooting optical system. A
図5(a)および図6に基づいて第1の実施の形態についてさらに詳細に説明する。図5は焦点検出モジュール100の軸外焦点検出領域AL,BLに入射する光束をXZ平面について説明する図である。なお、説明を簡略化するため、図5(a)および図6では焦点検出領域ALとBLに関する焦点検出光学系について、とくに、絞りマスク開口128LU,128LD、再結像レンズ129LU、イメージセンサ130ALUと130BLUに関して説明する。
The first embodiment will be described in more detail based on FIG. 5 (a) and FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the light beams incident on the off-axis focus detection areas AL and BL of the
図5(a)において、絞りマスク128の開口128LUと128LD,再結像レンズ129LUと129LD、イメージセンサアレイ130ALUと130ALD、一対の光束ALUとALD、および一対の光束BLUとBLDは、それぞれ紙面と直交する方向に重なり合っている。一対の光束ALUとALDは、軸外焦点検出領域ALを通過して絞りマスク128の一対の開口128LUと128LDをそれぞれ通過する光束である。一対の光束BLUとBLDは、軸外焦点検出領域BLを通過して絞りマスク128の一対の開口128LUと128LDをそれぞれ通過する光束である。
In FIG. 5A, the apertures 128LU and 128LD of the
視野マスク122の開口122ALで設定される軸外焦点検出領域ALの焦点検出光束は、コンデンサレンズ124のうち焦点検出光学系の光軸O2の軸外に位置するレンズ部124Lを通り、分割された光束ALUとALDは(厳密には開口128LU,128LDを撮影レンズ側に投影する光束)は光軸O2側に偏向されて再結像レンズ129LU,129LDに入射する。同様に、視野マスク122の開口122BLで設定される軸外焦点検出領域BLの焦点検出光束は、コンデンサレンズ124のうち焦点検出光学系の光軸O2の軸外に位置するレンズ部124Lのさらに周辺領域を通るため、分割された光束BLUとBLDは(厳密には開口128LU,128LDを撮影レンズ側に投影する光束)は光軸O2側に偏向されて再結像レンズ129LU,129LDに入射する。なお、図5は、添字Lが付された要素、光路、すなわち焦点検出領域AL,BLについて示した。以下の説明でも便宜上、添字Lが付された要素、光路、すなわち焦点検出領域AL,BLについて説明する。
The focus detection light beam in the off-axis focus detection area AL set by the opening 122AL of the
このようにコンデンサレンズ124により軸外焦点検出領域ALおよびBLからの光束ALUとALD、および光束BLUとBLDを光軸O2側に偏向させているため、軸外焦点検出領域ALおよびBLが光軸O2から比較的離れていてもイメージセンサアレイ130ALU,130BLU、および130ALD,130BLDを光軸O2に近づけて配置でき、イメージセンサチップ130の小型化が図れる。しかし、上述したように光束ALUとALDがセンサアレイ130ALU,130ALDに斜めに入射したり、光束BLUとBLDがセンサアレイ130BLU,130BLDに斜めに入射する場合、従来技術で説明したように、センサアレイが光束に対して図5のX軸を中心とする回転方向に傾いて取り付けられると、焦点検出誤差が発生する。そこで第1の実施の形態では次のようにして焦点検出誤差の発生を防止している。
Thus, the
図6に詳細に示すように、再結像レンズ129LUは、同一の曲率である入射側球面5fと射出側球面6fを有する。入射側球面5fの中心7fと射出側球面6fの中心8fと結んだ線分が再結像レンズ129LUの光軸11fとなる。この実施の形態では、再結像レンズ129LUの周辺領域のうち焦点検出光学系光軸O2に近い周辺領域に、絞りマスク開口128LUで分割された光束ALUが入射するようにしている。すなわち、絞りマスク128の開口128LUの重心位置17fを、再結像レンズ129LUの光軸11fよりも焦点検出光学系光軸O2側に位置させ、再結像レンズ129LUに斜めに入射した光束ALUを焦点検出光学系光軸O2に対して略平行に射出させる。この構成によれば、軸外焦点検出領域ALの焦点検出光束ALUとALDは再結像レンズ129LUと129LDによりそれぞれ折り曲げられてイメージセンサ130ALUと130ALDにそれぞれほぼ垂直に入射する。また、軸外焦点検出領域BLの焦点検出光束BLUとBLDは再結像レンズ129LUと129LDによりそれぞれ折り曲げられるが、イメージセンサ130BLUとイメージセンサBLDに斜め入射する。
As shown in detail in FIG. 6, the re-imaging lens 129LU has an entrance-side
このような第1の実施の形態の焦点検出モジュールでは、軸外再結像レンズ129LU(129LD)は同一の曲率である入射側球面5fと射出側球面6fとを備え、入射側球面5fの中心7fと射出側球面6fの中心8fとを結んだ線分11fを軸外再結像レンズ129LU(129LD)の光軸とするとき、軸外再結像レンズ129LU(129LD)の光軸11fを瞳分割方向に垂直なXZ平面へ投影したときの射影が、焦点検出光学系光軸O2に対して略平行であり、一対の開口128LU(128LD)の重心位置17fが、軸外再結像レンズ129LU(129LD)の光軸11fよりも焦点検出光学系光軸O2側に位置している。
In such a focus detection module of the first embodiment, the off-axis re-imaging lens 129LU (129LD) includes the incident-side
その結果、第1の実施の形態の焦点検出モジュールによれば、再結像レンズ129LUと129LDの周辺領域のうち焦点検出光学系光軸O2に近い周辺領域に、絞りマスク128の開口128LUと128LDで分割された光束ALUとALDが入射する。そのため、再結像レンズ129LUと129LDに入射した光束がその光軸11f側に屈折されることになり、再結像レンズ129LUと129LDから射出する光束ALUとALDは、焦点検出光学系の光軸O2と略平行に進行してイメージセンサアレイ130ALUと130ALDに入射する。その結果、イメージセンサチップ130がX軸回りに傾いて取り付けられても、イメージセンサアレイ130ALUと130ALD上に結像する被写体像がX方向にずれることがなく、焦点検出精度が悪化することがない。
As a result, according to the focus detection module of the first embodiment, the apertures 128LU and 128LD of the
そして、光軸に近い軸外焦点検出領域AR,ALと、光軸から遠い軸外焦点検出領域BR、BLのうち、どちらの焦点検出光束をイメージセンサアレイに垂直入射させるかを決めるに当たり、光軸に近い軸外焦点検出領域AR、ALの焦点検出光束をイメージセンサアレイに垂直入射させる。光軸から遠い軸外焦点検出領域BR、BLの焦点検出光束をイメージセンサアレイに垂直入射させようとすると、共通化したコンデンサレンズの軸方向の厚みが厚くなり、焦点検出モジュールが大型化する。その理由を図5(b)を参照して説明する。 Then, in determining which of the off-axis focus detection areas AR and AL near the optical axis and off-axis focus detection areas BR and BL far from the optical axis are to be perpendicularly incident on the image sensor array, The focus detection light beams in the off-axis focus detection areas AR and AL close to the axis are vertically incident on the image sensor array. If the focus detection light beams in the off-axis focus detection regions BR and BL far from the optical axis are to be vertically incident on the image sensor array, the thickness of the common condenser lens in the axial direction is increased, and the focus detection module is increased in size. The reason will be described with reference to FIG.
図5(b)から理解できるように、軸外焦点検出領域BLは軸外焦点検出領域ALよりも光軸から離れている。そのため、視野マスク122の軸外焦点検出領域BLを通過する焦点検出光束BLUを、再結像レンズ129LUのより光軸O2に近い周辺領域に入射させるためには、図5(a)に比較してコンデンサレンズ124のより外方の周辺領域に光束BLUを入射させる必要がある。その領域はコンデンサレンズ124の厚さが非常に薄い領域であり、コンデンサレンズ124を全体に厚くせざるを得ないが、コンデンサレンズ124の厚みを増やすと、焦点検出モジュールが大型化する。したがって、光軸に近い焦点検出領域AR,ALの焦点検出光束をイメージセンサアレイに垂直に入射させることにすれば、コンデンサレンズ122の厚みを増す必要がなく、焦点検出モジュールの大型化を抑制することができる。
As can be understood from FIG. 5B, the off-axis focus detection area BL is farther from the optical axis than the off-axis focus detection area AL. Therefore, in order to make the focus detection light beam BLU passing through the off-axis focus detection region BL of the
また、主要被写体は撮影画面内の光軸近傍にあることが多く、焦点検出光軸に近い焦点検出領域AR,ALについて、上述したようにイメージセンサアレイの傾きに伴う焦点検出精度への影響を少なくすることが好ましい。 Also, the main subject is often near the optical axis in the shooting screen, and the focus detection areas AR and AL close to the focus detection optical axis have an influence on the focus detection accuracy due to the tilt of the image sensor array as described above. It is preferable to reduce it.
―第2の実施の形態―
図7(a)および図8は第2の実施の形態の焦点検出モジュールを説明する図である。第1の実施の形態と相違する点は再結像レンズ129RU,RD,LU,LDを傾けたことにある。なお、説明を簡略化するため、図7(a)および図8では焦点検出領域ALとBLに関する焦点検出光学系について、とくに、再結像レンズ129LU、イメージセンサ130ALUと130BLUに関して説明する。
-Second embodiment-
FIG. 7A and FIG. 8 are diagrams illustrating the focus detection module of the second embodiment. The difference from the first embodiment is that the re-imaging lenses 129RU, RD, LU, and LD are tilted. In order to simplify the description, FIGS. 7A and 8 describe the focus detection optical system related to the focus detection areas AL and BL, particularly the re-imaging lens 129LU and the image sensors 130ALU and 130BLU.
図7(a)において、再結像レンズ129LUの光軸を、焦点検出光束の進行方向において光軸O2側に傾けている。図8に示すように、再結像レンズ129LUの光軸11fが、焦点検出光学系の光軸O2に対して、瞳分割方向(Y方向)に垂直な面内(XZ面内)で傾けられている。換言すると、再結像レンズ129LUの光軸11fを瞳分割方向に垂直なXZ平面へ投影した射影が、焦点検出光学系光軸O2に対して所定の角度で傾けられていることになる。また、再結像レンズ129LUの光軸11fが通過するレンズ中心に対して、絞りマスク開口128LUの重心17fは、光軸O2に近い方に偏心している。
In FIG. 7A, the optical axis of the re-imaging lens 129LU is tilted toward the optical axis O2 in the traveling direction of the focus detection light beam. As shown in FIG. 8, the
このように構成された焦点検出光学系では、コンデンサレンズ部124Lで光軸O2方向に偏向された焦点検出光束ALUとALDは、再結像レンズ129LUの光軸O2に近い周辺領域に入射する。そのため、再結像レンズ129LUに入射した光束は、その光軸11f側に屈折されることになり、再結像レンズ129LUから射出する光束ALUは、焦点検出光学系の光軸O2と略平行に進行してイメージセンサアレイ130ALUに入射する。その結果、イメージセンサチップ130がX軸回りに傾いても、イメージセンサアレイ130ALU上に結像する被写体像がX方向にずれることがなく、焦点検出精度が悪化することがない。なお、再結像レンズ129LUからの射出光が光軸O2と平行になるように、再結像レンズ129LUの傾き角度が決定されるとともに、再結像レンズ129LUに対する開口128LUの重心17の位置も決定される。
In the thus configured focus detection optical system, the focus detection light beams ALU and ALD deflected in the direction of the optical axis O2 by the
このような第2の実施の形態の焦点検出モジュールも第1の実施の形態のモジュールと同様に、以下のような効果を奏することができる。すなわち、焦点検出光学系の光軸O2に近い軸外焦点検出領域AL,ARの焦点検出光束をイメージセンサアレイ130LU、LDに垂直入射させるようにしたので、上述した理由で(図7(b)参照)焦点検出モジュールの大型化抑制しつつ、2つの軸外焦点検出領域を設定した焦点検出モジュールの焦点検出精度を全体として向上することができる。 Similar to the module of the first embodiment, the focus detection module of the second embodiment can provide the following effects. That is, the focus detection light beams in the off-axis focus detection areas AL and AR close to the optical axis O2 of the focus detection optical system are vertically incident on the image sensor arrays 130LU and LD, for the reason described above (FIG. 7B). Reference) The focus detection accuracy of the focus detection module in which two off-axis focus detection areas are set can be improved as a whole while suppressing the increase in size of the focus detection module.
なお、図示は省略したが、軸外焦点検出領域AL,BLと光軸O2を挟んで対称に配置された軸外焦点検出領域AR,BRにおける、再結像レンズ129RU,129RDおよび絞りマスク128の開口128RU,128RDについても、軸外焦点検出領域AL、BLの再結像レンズ129LU,129LDおよび絞りマスク128の開口128LU,128LDにおける物理的形状や位置関係はまったく同様である。
Although not shown, the re-imaging lenses 129RU and 129RD and the
本発明による第1および第2の実施の形態による焦点検出モジュールは、撮影レンズから入射する撮影光束のうち軸外に設定された少なくとも2つの焦点検出領域を通過する焦点検出光束をコンデンサレンズにより焦点検出光学系光軸側に偏向させてイメージセンサチップをコンパクトにした焦点検出モジュールにおいて、光軸に近い焦点検出領域について、再結像レンズ部に斜めに入射する焦点検出光束を焦点検出光学系光軸に実質上平行に射出するようにしたものである。しかし、本発明は上記実施の形態に限定されず、同様な機能を実現する光学系のすべてが含まれる。 The focus detection modules according to the first and second embodiments of the present invention focus the focus detection light beam that passes through at least two focus detection areas set off-axis among the image light flux incident from the shooting lens by the condenser lens. In a focus detection module in which the image sensor chip is made compact by deflecting to the optical axis side of the detection optical system, the focus detection light beam obliquely incident on the re-imaging lens unit is incident on the focus detection optical system light in the focus detection area close to the optical axis. Injected substantially parallel to the axis. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and includes all optical systems that realize similar functions.
以上では、軸外で並設される2つの焦点検出領域を有する焦点検出モジュールについて説明したが、軸外で並設される焦点検出領域を3つ以上有し、それらの焦点検出光束についてコンデンサレンズ、瞳分割用の絞りマスク開口、再結像レンズを共用する焦点検出モジュールにも本発明を適用できる。たとえば、軸外で並設される3つの焦点検出領域を有する焦点検出モジュールでは、中央の焦点検出領域、すなわち光軸から2番目の焦点検出領域を通過する焦点検出光束をイメージセンサに垂直に入射させるように、コンデンサレンズ、瞳分割マスク、再結像レンズの形状、配置、性能などを決定する。このような配置を採用することにより、イメージセンサチップの傾きにともなう調整誤差を他の2つの軸外焦点検出領域に略均等に分散させ、光軸に最も近い焦点検出領域、あるいは光軸から最も離れた焦点検出領域についての焦点検出精度を担保することができ、焦点検出モジュール全体としての焦点検出精度の最適を図ることができる。 The focus detection module having two focus detection areas arranged in parallel off-axis has been described above. However, the focus detection module has three or more focus detection areas arranged in parallel off-axis, and condenser lenses are used for these focus detection light beams. The present invention can also be applied to a focus detection module that shares an aperture mask aperture for pupil division and a re-imaging lens. For example, in a focus detection module having three focus detection areas arranged side by side off-axis, a focus detection light beam that passes through the center focus detection area, that is, the second focus detection area from the optical axis, enters the image sensor vertically. The shape, arrangement, performance, etc. of the condenser lens, pupil division mask, and re-imaging lens are determined so that By adopting such an arrangement, the adjustment error due to the tilt of the image sensor chip is distributed almost evenly in the other two off-axis focus detection areas, and the focus detection area closest to the optical axis, or the most from the optical axis. The focus detection accuracy for the remote focus detection region can be ensured, and the focus detection accuracy of the focus detection module as a whole can be optimized.
また、軸外で並設される4つの焦点検出領域を有する焦点検出モジュールでは、光軸から2番目に配設する焦点検出領域を通過する焦点検出光束をイメージセンサに垂直に入射させるように、コンデンサレンズ、瞳分割マスク、再結像レンズの形状、配置、性能などを決定する。このような配置を採用することにより、(1)イメージセンサチップの傾きにともなう調整誤差を他の3つの軸外焦点検出領域に略均等に分散させ、それらの焦点検出領域についての焦点検出精度を担保して焦点検出モジュール全体としての焦点検出精度の最適を図ること、および(2)光軸に近い軸外焦点検出領域の精度を優先させること、のバランスをとった設計が可能となる。 Further, in the focus detection module having four focus detection regions arranged in parallel off-axis, the focus detection light beam passing through the focus detection region disposed second from the optical axis is vertically incident on the image sensor. The shape, arrangement, and performance of the condenser lens, pupil division mask, and re-imaging lens are determined. By adopting such an arrangement, (1) the adjustment error due to the inclination of the image sensor chip is distributed almost evenly in the other three off-axis focus detection areas, and the focus detection accuracy for these focus detection areas is improved. It is possible to achieve a design that balances the optimization of the focus detection accuracy of the focus detection module as a whole and (2) giving priority to the accuracy of the off-axis focus detection region close to the optical axis.
さらに、特開2002-82279号公報の図5や図6に示すような再結像レンズを使用して軸外の焦点検出光束を焦点検出光学系の光軸と略平行とするなど、イメージセンサアレイに垂直に入射させるための焦点検出光学系の構造などは、以上説明した実施の形態に限定されない。 Further, an image sensor that uses a re-imaging lens as shown in FIGS. 5 and 6 of JP-A-2002-82279 to make the off-axis focus detection light beam substantially parallel to the optical axis of the focus detection optical system. The structure of the focus detection optical system for causing the light to enter the array perpendicularly is not limited to the embodiment described above.
100:焦点検出モジュール
122:視野マスク
124:コンデンサレンズ
124C、124R、124L:レンズ部
128:絞りマスク
128CR、CL、ARU,ARD,BRU,BLU,ALU,ALD,BLU,BLD:開口
124,124CR、CL、ARU,ARD,BRU,BLU,ALU,ALD,BLU,BLD:再結像レンズ
130:イメージセンサチップ
130CR、CL、ARU,ARD,BRU,BLU,ALU,ALD,BLU,BLD:イメージセンサアレイ
CB:カメラボディ
C,AR,BR,AL,BL:焦点検出領域
LB:撮影レンズ鏡筒
LE:撮影レンズ
O2:焦点検出光学系光軸
100: focus detection module 122: field mask 124:
Claims (5)
前記視野マスクの開口を通過した光束を集光するコンデンサレンズ、
前記コンデンサレンズを透過した前記光束を瞳分割する瞳分割マスク、および
前記瞳分割された一対の光束をそれぞれ再結像させる再結像レンズを含む焦点検出光学系と、
前記再結像レンズにより再結像された前記一対の光束を受光する受光素子とを有する焦点検出モジュールにおいて、
前記複数の焦点検出領域は、前記撮影光学系の光軸外に配置された第1軸外領域と、前記光軸からの放射方向に沿って前記第1の軸外領域より光軸から遠い側に隣接する第2軸外領域とを含み、
前記第1および第2軸外領域のそれぞれに対応する前記視野マスクの開口を通過する複数の光束は1組の瞳分割マスクおよび再結像レンズによって再結像され、再結像される複数の光束のうち、前記第1軸外領域を通過して前記再結像レンズによって再結像される光束が、前記放射方向において前記受光素子の受光面に対して略垂直に入射するように前記焦点検出光学系を構成したことを特徴とする焦点検出モジュール。 A field mask having a plurality of apertures provided corresponding to a plurality of focus detection areas set in the imaging screen on the primary image plane of the imaging optical system;
A condenser lens that condenses the light beam that has passed through the opening of the field mask;
A focus detection optical system including a pupil division mask for pupil-dividing the light beam transmitted through the condenser lens, and a re-imaging lens for re-imaging each of the pair of pupil-divided light beams;
In a focus detection module having a light receiving element that receives the pair of light beams re-imaged by the re-imaging lens,
The plurality of focus detection areas include a first off-axis area disposed outside the optical axis of the photographing optical system, and a side farther from the optical axis than the first off-axis area along a radial direction from the optical axis. A second off-axis region adjacent to
A plurality of light beams that pass through the opening of the field mask corresponding to each of the first and second off-axis regions are re-imaged by a pair of pupil division masks and a re-imaging lens, and re-imaged. Of the luminous flux, the focal point is such that a luminous flux that passes through the first off-axis region and is re-imaged by the re-imaging lens is incident substantially perpendicular to the light-receiving surface of the light-receiving element in the radiation direction. A focus detection module comprising a detection optical system.
前記再結像レンズの光軸が前記焦点検出光学系の光軸に対して略平行であり、
前記瞳分割マスクの開口の重心位置が、前記再結像レンズの光軸よりも前記焦点検出光学系の光軸側に位置していることを特徴とする焦点検出モジュール。 The focus detection module of claim 1.
The optical axis of the re-imaging lens is substantially parallel to the optical axis of the focus detection optical system;
The focus detection module, wherein the center of gravity position of the aperture of the pupil division mask is located closer to the optical axis side of the focus detection optical system than the optical axis of the re-imaging lens.
前記再結像レンズを射出する光束が前記焦点検出光学系の光軸と略平行になるように、前記再結像レンズの光軸を前記焦点検出光学系の光軸に対して所定の角度で傾けたことを特徴とする焦点検出モジュール。 The focus detection module of claim 2.
The optical axis of the re-imaging lens is set at a predetermined angle with respect to the optical axis of the focus detection optical system so that the light beam emitted from the re-imaging lens is substantially parallel to the optical axis of the focus detection optical system. Focus detection module characterized by tilting.
前記第2軸外領域に対して前記第1軸外領域と反対側にさらに第3軸外領域を設けた場合、および前記第2軸外領域に対して前記第1軸外領域と反対側にさらに第3および第4軸外領域を設けた場合、いずれの場合も、前記第2軸外領域を透過する光束が前記受光素子に略垂直に入射するように前記焦点検出光学系を構成することを特徴とする焦点検出モジュール。 The focus detection module according to any one of claims 1 to 3,
If further provided third axis area on the opposite side of the first axis area with respect to the second axis region, and on the opposite side of the first axis area with respect to the second axis region Further, when the third and fourth off-axis regions are provided, in any case, the focus detection optical system is configured so that the light beam passing through the second off-axis region is incident on the light receiving element substantially perpendicularly. A focus detection module.
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