JP4686853B2 - 再結像レンズの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関し、特に、対物レンズの瞳を複数の領域に分割し、各領域を通過する光束を用いて複数対の光量分布を形成し、これらの対となる光量分布の互いの位置関係を求めることにより、対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮影画面内の複数の領域の被写体に対して、対物レンズによる焦点調節状態を検出する焦点検出装置が知られている。一眼レフ自動焦点調節カメラに適用されたこの種の焦点検出装置について説明する。図１３は焦点検出光学系の焦点検出領域を示し、Ｍは撮影光学系である対物レンズにより被写体像を結ばせるべき面にある撮影画面を示す。この撮影画面Ｍは図に示す水平方向に長い長方形になる。この焦点検出光学系では撮影画面Ｍの中央にあって水平方向に延びる焦点検出領域Ａ１と、撮影画面Ｍの周辺部の左右にあって垂直方向に延びる焦点検出領域Ａ２、Ａ３とがある。
【０００３】
図１４は、この焦点検出装置を組み込んだ一眼レフ自動焦点調節カメラの内部を示す斜視図である。メインミラー３は、不図示のファインダーと焦点検出モジュール１００とに被写体からの光を分割するためのハーフミラーである。メインミラー３を通過して撮影画面（フィルム面）Ｍに向かう光束は、メインミラー３の後方に配置したサブミラー４によりカメラのミラーボックス底面方向に偏向される。ミラーボックスの底面には焦点検出のための開口が設けられており、その後方に視野マスク１０、コンデンサーレンズ２０、絞りマスク３０、再結像レンズ４０、イメージセンサー５０からなる焦点検出モジュール１００が配置されている。コンデンサーレンズ２０と絞りマスク３０との間にはさらに折り曲げミラー２５が配置され、光軸を偏光させてカメラ底部の高さがコンパクトになるようにしている。
【０００４】
図１５は一眼レフ自動焦点調節カメラの断面図である。上述した焦点検出モジュール１００は、ミラーボックス底面１０１の下側に組み込まれている。対物レンズ２を通過した被写体からの光束は、カメラ本体１のメインミラー３によりファインダー５へ向かう光束と焦点検出モジュール１００へ向かう光束とに分割され、焦点検出モジュール１００方向に分割された光束は、サブミラー４によりミラーボックス底面１０１の方向に偏向される。ミラーボックス底面１０１の方向には、メインミラー３とサブミラー４により撮影画面と光学的に等価な面、すなわち予定焦点面が形成される。
【０００５】
なお、焦点検出装置はさらに、イメージセンサー５０を駆動するとともにその出力をＡ／Ｄ変換する周辺回路（不図示）や、イメージセンサー５０の出力を演算処理するマイクロコンピューター（不図示）を備えている。
【０００６】
＜焦点検出光学系の構成＞
図１６は焦点検出光学系の構成を示す。図において、焦点検出を行なう対物レンズの予定焦点面９の背後には、上述した３個の焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を規定するための視野開口部１１，１２，１３を備えた視野マスク１０が配置される。さらに、視野マスク１０の背後には、３個のレンズ部２１，２２，２３からなるコンデンサーレンズ２０が配置される。コンデンサーレンズ２０の後方には、３対の絞り開口部３１，３２，３３を有する絞りマスク３０が配置され、さらにその背後に３対の再結像レンズ片４１，４２，４３を有する再結像レンズ４０が配置される。また、再結像レンズ４０の後方には、３対の受光部５１，５２，５３を有するイメージセンサー５０が配置される。なお、７は光学系の光軸である。
【０００７】
この焦点検出装置の焦点検出原理は、周知の位相差方式ないし瞳分割型再結像方式と呼ばれるものである。これは撮影光学系の射出瞳上の異なる部分を通過した一対の光束により形成される一対の像の相対的な位置関係のズレに基づいて、撮影光学系の焦点調節状態を検出するものであって、例えば応用物理学会分科会、日本光学会刊「光学」第１８巻第１１号（１９８９年１１月）掲載の鈴木著「一眼レフカメラのオートフォーカス技術」などの文献に述べられている。
【０００８】
《焦点検出光学系の機能》
図１７は、図１６に示す焦点検出光学系の斜視図である。この図により焦点検出光学系の機能を説明する。図１６に示す３個のコンデンサーレンズ部２１，２２，２３は、各対の絞り開口部３１，３２，３３を対物レンズの射出瞳８の近傍に投影しており、この投影された各対の絞り開口部３１，３２，３３が射出瞳８上の異なる領域８１，８２，８３，８４を形成することになる。この射出瞳８上の異なる領域８１，８２，８３，８４を通り予定焦点面９上の３個の焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に形成された一次像は、３対の再結像レンズ片４１，４２，４３によりイメージセンサー５０上の３対の受光部５１，５２，５３上に３対の二次像として形成される。ただし、この二次像とは、必ずしも鮮鋭な像でなく、ピントがぼけた像も含まれる。
【０００９】
これらの各対の二次像の位置関係は光学系の焦点調節状態に応じて変わるので、イメージセンサー５０から得られる３対の二次像に対応する出力を演算処理し、各対の二次像の位置関係に基づいて３個の焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３における撮影光学系の焦点調節状態を検出することができる。すなわち、焦点検出領域Ａ１における対物レンズの焦点調節状態は、受光部５１上の対となる二次像の図１４のＸ軸方向の相対距離に基づいて検出される。また、焦点検出領域Ａ２およびＡ３における対物レンズの焦点調節状態は、受光部５２および５３上の対となる二次像の図１４に示すＹ軸方向の相対距離に基づいて検出される。
【００１０】
ところで、上述した焦点検出装置では、対物レンズの焦点調節状態を正しく検出するために、対となる受光部が対となる被写体の同一部分の像を光電変換していなければならない。もし、受光部上の対となる二次像の位置が、受光部の画素列の並び方向と直交する方向にズレていれば、物体がこのズレ方向に対して均一な輝度を持つ場合を除いて、対となる二次像の相似性が低下し、像間隔の検出に誤差を生じたり、あるいは焦点検出不能となる。
【００１１】
図１８は上述した焦点検出誤差を説明する図で、受光部５２の部分を取り出して描いたものである。ここで、図に示すように受光部５２を上半分５２ｕと下半分５２ｂに分けて考える。例えば、被写体の輝度分布が斜め線であったとする。図中の１５ｕ，１５ｂは物体上のパターンであり、本来は被写体の同じ部分の像が受光部５２の上半分５２ｕと下半分５２ｂにそれぞれ投影されるべきであるが、１５ｕよりは１５ｂの方が紙面に向かって左よりの部分が受光部上にあるため、実際より二次像間隔が狭く誤認されてしまう。しかも、この誤差は被写体パターン形状により異なるので演算により補正できるものではない。
【００１２】
このように、一対の二次像の投影位置が受光部の画素列の並び方向と直交する方向にずれていると、焦点検出精度が悪化したり、焦点検出不能になったりするので、一対の二次像の並び方向と受光部の画素列の並び方向とを精度よく合わせなければならない。このため、イメージセンサー５０の光軸周りの姿勢を調整して、受光部の画素の並び方向を一対の二次像の並び方向に合わせることが製造工程で行われる。しかし、この例のように複数対の二次像を用いる場合、各対の並び方向の互いの角度関係が設計値と狂っていると、イメージセンサー５０の姿勢調整によって一つの対に対して二次像の並び方向と受光部画素列の並び方向とを揃えても、他の対については誤差が生じてしまう。
【００１３】
このような問題を解決するために、誤差を含んだ一対の二次像の配置に合わせて受光部を配置したイメージセンサーを製作するという案が、特公平２−２７２４１０号公報に示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般にこの種の焦点検出装置の再結像レンズは、コストを低減するために一体的に射出成形されたプラスチック製である。このような再結像レンズに対して上記方法を適用すると、再結像レンズの金型のキャビティごとにそれに合わせたイメージセンサーを製作しなければならないし、もしも製作途中でキャビティを破損するなどして新規キャビティに交換すると、そのたびにイメージセンサーを製作しなければならないので、コストがかかるという問題がある。しかも、再結像レンズの試作品ができてからその製造誤差を測定し、イメージセンサーのマスクを製作する手順となり、生産開始までに時間がかかるし、キャビティ破損で再製作した場合は生産再開までに時間がかかるという問題もある。したがって、上記特公平２−２７２４１０号公報記載の方法は実用的でなく、実際は各一対の二次像の並び方向の相対角度をなるべく設計通りに近づける必要がある。
【００１５】
このため、上記公報にも記載されているように、対の二次像の配置を主に支配するのは再結像レンズであるから、再結像レンズの製造誤差を極力おさえるという方法が考えられる。しかし、一般に製造誤差を減らすにはコストがかかるし、実用上の製造誤差の限界により、それに応じた焦点検出性能までしか得られないという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、コストの増加がなく、対の二次像の並び方向どうしのズレを抑制し、焦点検出誤差が少なく、また焦点検出不能になる率も少ない焦点検出装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、対物レンズの撮影画面における長辺方向の中心線を対称軸として対称に焦点検出領域を設定し、前記対物レンズの異なる瞳領域からの光束によって前記焦点検出領域に形成された対の像を光電変換手段の対の受光部上に再結像する対の再結像レンズの製造方法において、旋盤のＸ軸方向の位置決め手段及びＹ軸方向の位置決め手段に所定寸法を有するスペーサーを配置する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第１金型に、前記対称軸と対称になるように複数の第１凹曲面を旋盤加工する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第２金型に、曲率半径が前記第１凹曲面と略等しい第２凹曲面を前記対称軸と対称となるように複数旋盤加工する手順と、前記第１金型を前記対称軸回りに１８０度回転させて前記第２金型に向かい合わせる手順と、前記向かい合わせた前記第１金型及び前記第２金型を用いて射出成形により前記再結像レンズを製造する手順とを含むことを特徴とする再結像レンズの製造方法に関する。
（２）請求項２の焦点検出装置は、対物レンズの撮影画面における短辺方向の中心線を対称軸として対称に焦点検出領域を設定し、前記対物レンズの異なる瞳領域からの光束によって前記焦点検出領域に形成された対の像を光電変換手段の対の受光部上に再結像する対の再結像レンズの製造方法において、旋盤のＸ軸方向の位置決め手段及びＹ軸方向の位置決め手段に所定寸法を有するスペーサーを配置する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第１金型に、前記対称軸と対称になるように複数の第１凹曲面を旋盤加工する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第２金型に、曲率半径が前記第１凹曲面と略等しい第２凹曲面を前記対称軸と対称となるように複数旋盤加工する手順と、前記第１金型を前記対称軸回りに１８０度回転させて前記第２金型に向かい合わせる手順と、前記向かい合わせた前記第１金型及び前記第２金型を用いて射出成形により前記再結像レンズを製造する手順とを含むことを特徴とする再結像レンズの製造方法に関する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
一眼レフカメラに適用した本発明の一実施の形態を説明する。一実施の形態の焦点検出装置は、図１３に示すように、光学系の予定焦点面上に設定された撮影画面Ｍの中心に焦点検出領域Ａ１と、撮影画面Ｍの周辺部に焦点検出領域Ａ２，Ａ３とを有する。この焦点検出光学系による焦点検出原理は、従来の技術の欄で説明した焦点検出装置と同じ周知の位相差方式である。また、この焦点検出装置を組み込んだカメラの内部の斜視図とカメラの断面図も、それぞれ従来の技術の欄で説明した図１４と図１５で表せる。ただし、この一実施の形態の焦点検出光学系は従来の技術の欄で説明した焦点検出光学系と異なり、図１に示す構成である。
【００１９】
図１において、対物レンズの予定焦点面９の背後には、３つの焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を規定するための視野開口部１１，１２，１３を備えた視野マスク１０が配置される。さらに、その視野マスク１０の背後に３個のレンズ部２１，２２，２３からなるコンデンサーレンズ２０が配置される。また、コンデンサーレンズ２０の後方には、３対の絞り開口部３１，３２，３３を有する絞りマスク３０が配置され、その背後に３対の再結像レンズ片４１，４２，４３を有する再結像レンズ４０が配置される。再結像レンズ４０の後方には、３対の受光部５１，５２，５３を有するイメージセンサー５０が配置される。なお、７は光学系の光軸を示す。
【００２０】
ここで、再結像レンズ４０の３対の再結像レンズ片４１，４２，４３は、従来技術の欄で説明した焦点検出装置では後面が凸で前面が平面であったが、この実施の形態では前面および後面ともに凸面で構成される。
【００２１】
この再結像レンズ４０はプラスチック製の射出成形品であり、これを製作するための前面の金型および後面の金型は、図２に示すように、各々３対のレンズ片に対応する凹曲面すべてが一体の部材に構成されてなる中子６２を備えている。図２には後面用中子６２を組み込んだ状態の後面用金型の例を示す。
【００２２】
なお、この実施の形態では金型に中子を組み込んで前面用金型と後面用金型を製作する例を示すが、中子を用いずに前面用金型と後面用金型をそれぞれ製作してもよい。
【００２３】
この中子６２を製作するにあたっては、図３〜図５に示すように、雇いジグ７０を用いて中子６２の元となる基材６０を旋盤の主軸に固定し、曲面を加工する。３対計６個の凹曲面を加工するために、旋盤主軸の中心と基材６０の位置を各曲面の設計位置に応じたずれ量として一つ一つ加工していく必要があり、そのためにこのジグ７０は６曲面に応じて異なる６箇所に位置決めできる構造を有している。
【００２４】
〈ジグ構成の説明〉
図３において、Ｐはジグ本体７５の外形の中心点であり、旋盤に固定した場合に主軸の回転中心に位置する。Ｘ軸方向の位置決め突起７６ＸとＹ軸方向の位置決め突起７６Ｙは、本体７５に固定されている。中子の元となる基材６０の基準となる縦横の辺を、Ｘ軸方向の位置決め突起７６ＸとＹ軸方向の位置決め突起７６Ｙに接触させて、加圧部材７７Ｘと７７Ｙで矢印方向に力を加えて固定する。これを旋盤主軸に取り付けて加工すると、Ｐ点を頂点とした回転対象な曲面形状を加工することができる。
【００２５】
〈６箇所に位置決めする方法〉
基材６０を６曲面に対応した６箇所に位置決めするには、図４（ａ）〜（ｅ）に示すような５種類のスペーサー７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７３ａ、７３ｂを挟むか、あるいはこれらのスペーサーを挟まないかによって実現する。図３はスペーサー無しの状態を示し、図５はスペーサー７３ａを挟んだ状態を示す。
【００２６】
図６は加工済みの前面用中子を示す図であり、図７は加工済みの後面用中子を示す図である。図６に示す前面用中子を例に上げて説明すると、スペーサー７３ａを挟んでレンズ面形状６３１ａを加工し、スペーサー７３ｂを挟んでレンズ面形状６３１ｂを加工する。次に、スペーサー７１ａを挟んでレンズ面形状６１１ｂを加工し、スペーサー７１ｂを挟んでレンズ面形状６１１ａを加工する。最後に、スペーサー７２ａを挟んでレンズ面形状６２１ａを加工し、スペーサー無しでレンズ面形状６２１ｂを加工する。このようにすると、各曲面すなわち各レンズ片の相対位置精度はスペーサーの精度に依存する。
【００２７】
例えば今、仮に他の誤差要因を無視しすると、図４でスペーサー７３ａのａ１部の寸法誤差をＥａ１とし、スペーサー７３ｂのｂ１部の寸法誤差をＥｂ１とすると、図６において６３１ａと６３１ｂの頂点どうしのＸ軸方向のずれ量は（Ｅａ１−Ｅｂ１）だけ６３１ａが向かって右となる。また、スペーサー７３ａのａ２寸法の誤差がＥａ２とすると、図６において曲面６３１ａと６３１ｂの頂点どうしのＹ軸方向の間隔が設計値Ｌ３に対してＥａ２だけ広くなる。
【００２８】
実際にはスペーサーの寸法以外にも様々な要因があるため、上述した通りにはならないが、精密に加工しようとすると、他の偏り要因はスペーサの寸法誤差に比べて低いレベルに抑えられる。したがって、上記の例でいうと頂点どうしのＸ軸方向のずれ量はほぼ（Ｅａ１−Ｅｂ１）になる確率がもっとも高い。曲面６３１ａと６３１ｂの頂点どおしのＹ軸方向の間隔誤差Ｅａ２についても同様である。さらに、曲面６３１ａ、６３１ｂ以外の他の曲面の相対位置関係も同様である。したがって、各曲面すなわち各レンズ片の相対位置精度はスペーサーの精度に依存する。
【００２９】
このようにして同一ジグで同一方向から加工した前面用と後面用の中子は、各曲面の頂点間の相対位置誤差に関して同じ傾向を持つことになる。すなわち、図７に示す後面用中子の曲面６１２ａ、６１２ｂ、６２２ａ、６２２ｂ、６３２ａ、６３２ｂの位置関係は、図６に示す前面用中子の曲面６１１ａ、６１１ｂ、６２１ｂ、６２１ａ、６３１ｂ、６３１ａの位置関係とほぼ等しくなる。
【００３０】
加工された前面用と後面用の中子をそれぞれ前面用と後面用の金型に組み込む際には、撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線を回転軸として前面用中子６１または後面用中子６２を１８０度回転させ、両中子６１，６２を向かい合わせて前面用金型と後面用金型にそれぞれ組み込む。
【００３１】
図８は再結像レンズ４０を成形するために向かい合わせた両中子を後面側からみた透視図で、後面用中子、前面用中子ともその曲面形状の輪郭を破線で示す。図１４に示すレンズ片の対４１の左側のレンズ片（４１ａ）の前面は曲面６１１ａが転写され、その後面は曲面６１２ａが転写される。また、レンズ片の対４１の向かって右側のレンズ片（４１ｂ）の前面は曲面６１１ｂが転写され、その後面は曲面６１２ｂが転写される。以下同様に、レンズ片の対４２の上側のレンズ片（４２ｂ）の前面は曲面６２１ｂが転写され、その後面は曲面６２２ｂが転写される。レンズ片の対４２の下側のレンズ片（４２ａ）の前面は曲面６２１ａが転写され、その後面は曲面６２２ａが転写される。また、レンズ片の対４３の上側のレンズ片（４３ｂ）の前面は曲面６３１ｂが転写され、その後面は曲面６３２ｂが転写される。レンズ片の対４３の下側のレンズ片（４３ａ）の前面は曲面６３１ａが転写され、その後面は曲面６３２ａが転写される。
【００３２】
この実施の形態では、これら各レンズ片の前面と後面は略同じ中心曲率半径の球面とする。こうすることにより、各レンズ辺の前面と後面の球面は光学的に同じパワーを持ち、前面と後面の位置誤差が一部打ち消し合い、その結果、図８の紙面に平行な面内で前面と後面を総合した各レンズ片の中心位置は前面の位置と後面の位置のほぼ中間位置となり、各レンズ片の対の並び方向間の相対位置誤差を軽減することができる。
【００３３】
図９は、説明の都合から図８とまったく同じ視点からみた、各曲面の頂点配置を示す図である。図９では、前面中子の各曲面頂点設計位置を＋印で示し、その実際の位置を黒丸で示し、後面中子の各曲面頂点位置を白丸で示す。まず、説明を分かりやすくするために、前面用中子と後面用中子の重ね合わせ位置誤差がない場合を考える。
【００３４】
レンズ片対４３に対応する曲面について考察する。図に向かって右上の曲面６３１ｂの設計位置であるＰ３ｂ点（この場合、曲面６３２ｂの設計位置でもある）からの曲面６３１ｂ（前面側）の頂点位置の誤差を、Ｘ軸とＹ軸方向にそれぞれ３１ｂｘ、３１ｂｙとし、曲面６３２ｂ（後面側）の頂点位置の誤差を３２ｂｘ、３２ｂｙとする。さらに、その下の曲面６３１ａ設計位置であるＰ３ａ点（この場合、曲面６３２ａの設計位置でもある）からの曲面６３１ａ（前面側）の頂点位置の誤差を３１ａｘ、３１ａｙとし、曲面６３２ａ（後面側）の頂点位置の誤差を３２ａｘ、３２ａｙとする。
【００３５】
前面の曲面６３１ｂと後面の曲面６３２ｂの頂点位置の中間点位置は、（３１ｂｘ＋３２ｂｘ），（３１ｂｙ＋３２ｂｙ）であり、前面の曲面６３１ａと後面の曲面６３２ａの頂点位置の中間点位置は、（３１ａｘ＋３２ａｘ），（３１ａｙ＋３２ａｙ）である。上述したように、前面用中子と後面用中子は同一のジグで同一方向から加工したものであるから、同じジグによる加工誤差を受け継ぐ。そのため、３１ａｘと３２ｂｘがほぼ等しく、また３１ｂｘと３２ａｘがほぼ等しいから、上のレンズ辺の上記中間点位置のｘ座標（３１ｂｘ＋３２ｂｘ）と、下のレンズ辺の上記中間位置のｘ座標（３１ａｘ＋３２ａｘ）とがほぼ等しくなる。したがって、これら中間位置の並び方向はほぼ設計位置Ｐ３ａとＰ３ｂの並び方向と平行になる。すなわち、並び方向誤差はほぼ無い状態になる。
【００３６】
上述したレンズ片対４３と設計上の並び方向が直交するレンズ片対４１に対応する６１１ａ，６１１ｂ，６１２ａ，６１２ｂについても、同様な結果が得られる。すなわち、対となるレンズ片に対応する“中間点のｙ座標”（１１ｂｙ＋１２ｂｙ）と（１１ａｙ＋１２ａｙ）がほぼ一致し、これら中間点の並び方向誤差はほぼ無い状態になる。
【００３７】
次に、前面用中子６１と後面用中子６２の重ねあわせ位置誤差がある場合について考える。前面用中子６１を基準として後面用中子６２の重ねあわせ位置誤差を、図のＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれｘＯ，ｙＯとする。そうすると、３２ｂｘと３１ａｘが上述した例よりともにｘＯだけ増し、“中間位置のｘ座標”（３１ｂｘ＋３２ｂｘ）と（３１ａｘ＋３２ａｘ）はともにｘＯ／２だけ増すので、それら中間位置の並び方向が設計された方向に対して誤差がほぼ無い状態であることに変わりない。また、レンズ片対４１に対応する曲面に対しても、１２ａｙと１１ｂｙが上述した例よりともにｙＯだけ増し、”中間位置のｙ座標”（１１ｂｙ＋１２ｂｙ）と（１１ａｙ＋１２ａｙ）はともにｙＯ／２だけ増すので、それらの中間位置の並び方向が設計された方向に対して誤差がほぼ無い状態であることに変わりはない。
【００３８】
また、ねじれ方向の重ね合わせズレについては、その中心がＰｌａとＰｌｂの中点付近であれば、上述した状況にほとんど影響しないが、中点以外の場合は上述した誤差がほぼ無い状態が乱される。したがって、これらの中子を金型に組み込む際には、ねじれ誤差だけは極力無いように組む必要がある。これは、ねじりとｘｙ方向と両方の重ね合わせズレとも無くすのに比べれば数段、容易なことである。
【００３９】
さて、上述したように、この再結像レンズの各レンズ片において前面と後面を総合した各レンズ片の中心位置は、前面の位置と後面の位置のほぼ中間位置である。したがって、レンズ対の並び方向の相対誤差か軽減されるため、上述した対となる二次像の投影位置が受光部の画素列の並び方向と直交する方向にずれることによる焦点検出誤差が軽減される。
【００４０】
上述した一実施の形態では各レンズ片において前面と後面を同じ曲率としたが、完全に同じでなくてもある程度の誤差の軽減効果はあり、両者がある程度近ければ実際上、意味のある程度の効果が得られる。出願人の研究によると、前凸面の中心曲率半径と後凸面の中心曲率半径の比が１／１．３〜１．３の間であれば、まったく同じ中心曲率半径にした場合と実質上あまり変わらない程度の効果が得られることを確認した。
【００４１】
なお、上述した一実施の形態では曲面形状を球面とする例を示したが、曲面形状は球面に限定されず、非球面としても前後面の光学的パワーの比がおおよそ等しければ同様の効果が得られる。
【００４２】
また、中子の加工手段については上述した一実施の形態の加工手段に限定されず、例えばジグにかえて小型のＸＹステージやインデックステーブルを旋盤主軸に固定して加工する方法など、他の方法にも適応できる。例えばＸＹステージの場合は、ステージ各位置での送り精度からくる位置誤差の傾向が前面と後面の各曲面の相対位置誤差に共通に転写されるので、上述した一実施の形態と同様の効果がある。さらに、別の変形例としては、前面と後面の曲率が完全に一致する設計の場合には、同一雛形から電鋳により中子を複数製作し、一方を前面に、他方を後面に用いるという方法でもよい。
【００４３】
上述した一実施の形態では、対物レンズの撮影画面における長辺方向の中心線を対称軸として上下対象に焦点検出領域を設定した焦点検出装置において、対の再結像レンズを射出成形するための金型を、同一の加工手段により基材を同一方向から加工して製作した前面用中子と後面用中子の内、一方の中子を撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線を回転軸として１８０度回転させ、両中子を向かい合わせてそれぞれ前面用金型と後面用金型に組み込んで製作する例を示した。しかし、焦点検出領域の配置は上述した一実施の形態に限定されず、対物レンズの撮影画面における長辺方向の中心線または短辺方向の中心線を対称軸として上下対象または左右対称に配置されるすべての焦点検出領域に対して本願発明を適用することができる。
【００４４】
例えば図１０に示すように、撮影画面の長辺方向の中心線を対称軸として上下対象に焦点検出領域を配置してもよく、この場合は同一の加工手段により同一方向から加工した前面用金型と後面用金型の内の一方の金型を撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線を回転軸として１８０度回転させ、両金型を向かい合わせて射出成形により対の再結像レンズを製作する。
【００４５】
また、図１１および図１２に示すように焦点検出領域を配置した場合は、焦点検出領域が撮影画面の長辺方向の中心線を対称軸として上下対象であるとともに、撮影画面の短辺方向の中心線を対称軸として左右対称でもあるので、これらの場合は同一の加工手段により同一方向から加工した前面用金型と後面用金型の内の一方の金型を撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線、または撮影画面の短辺方向（Ｙ軸）の中心線を回転軸として１８０度回転させ、両金型を向かい合わせて射出成形により対の再結像レンズを製作する。
【００４６】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、位置誤差を相殺して異なる方向に並んだ複数対の再結像レンズ片の並び方向の相対誤差を緩和することができる。これにより、型加工誤差による対の二次像の並び方向どうしのズレを抑制し、焦点検出誤差が少なく、また焦点検出不能になる率も少なくなるという効果が得られる。また、同じ対の二次像の並び方向どうしのズレを許容するなら、より型加工精度が緩くてよいから、高精度加工に伴う高コストを削減できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】金型と中子の関係を示す図である。
【図３】中子の加工方法を説明する図である。
【図４】中子の加工に用いるスペーサーを示す図である。
【図５】中子の加工方法を説明する図である。
【図６】前面用中子を示す図である。
【図７】後面用中子を示す図である。
【図８】再結像レンズを成形するために向かい合わせた両中子を後面側から見た透視図である。
【図９】再結像レンズを成形するために向かい合わせた両中子を後面側から見たときの、各曲面の頂点位置を示す図である。
【図１０】焦点検出領域の他の配置例を示す図である。
【図１１】焦点検出領域の他の配置例を示す図である。
【図１２】焦点検出領域の他の配置例を示す図である。
【図１３】焦点検出領域の配置を示す図である。
【図１４】従来の焦点検出装置を組み込んだ一眼レフカメラの内部を示す図である。
【図１５】一眼レフカメラの断面図である。
【図１６】従来の焦点検出装置の構成を示す図である。
【図１７】図１６に示す焦点検出光学系の斜視図である。
【図１８】従来の焦点検出装置で発生する焦点検出誤差を説明する図である。
【符号の説明】
７ 光学系の光軸
８ 対物レンズの瞳面
９ 対物レンズの予定焦点面
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 視野マスク
１１，１２，１３ 視野開口部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ コンデンサーレンズ
２１，２２，２３ レンズ部
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 絞りマスク
３１，３２，３３ 絞り開口部
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 再結像レンズ
４１，４２，４３ 再結像レンズ片
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ イメージセンサー
５１，５２，５３ 受光部
６０ 基材
６１ 前面用中子
６２ 後面用中子
７５ ジグ本体
７０ 雇いジグ
７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７３ａ、７３ｂ スペーサー
７６Ｘ、７６Ｙ 位置決め突起
７７Ｘ、７７Ｙ 加圧部材
【発明の属する技術分野】
本発明は対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関し、特に、対物レンズの瞳を複数の領域に分割し、各領域を通過する光束を用いて複数対の光量分布を形成し、これらの対となる光量分布の互いの位置関係を求めることにより、対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮影画面内の複数の領域の被写体に対して、対物レンズによる焦点調節状態を検出する焦点検出装置が知られている。一眼レフ自動焦点調節カメラに適用されたこの種の焦点検出装置について説明する。図１３は焦点検出光学系の焦点検出領域を示し、Ｍは撮影光学系である対物レンズにより被写体像を結ばせるべき面にある撮影画面を示す。この撮影画面Ｍは図に示す水平方向に長い長方形になる。この焦点検出光学系では撮影画面Ｍの中央にあって水平方向に延びる焦点検出領域Ａ１と、撮影画面Ｍの周辺部の左右にあって垂直方向に延びる焦点検出領域Ａ２、Ａ３とがある。
【０００３】
図１４は、この焦点検出装置を組み込んだ一眼レフ自動焦点調節カメラの内部を示す斜視図である。メインミラー３は、不図示のファインダーと焦点検出モジュール１００とに被写体からの光を分割するためのハーフミラーである。メインミラー３を通過して撮影画面（フィルム面）Ｍに向かう光束は、メインミラー３の後方に配置したサブミラー４によりカメラのミラーボックス底面方向に偏向される。ミラーボックスの底面には焦点検出のための開口が設けられており、その後方に視野マスク１０、コンデンサーレンズ２０、絞りマスク３０、再結像レンズ４０、イメージセンサー５０からなる焦点検出モジュール１００が配置されている。コンデンサーレンズ２０と絞りマスク３０との間にはさらに折り曲げミラー２５が配置され、光軸を偏光させてカメラ底部の高さがコンパクトになるようにしている。
【０００４】
図１５は一眼レフ自動焦点調節カメラの断面図である。上述した焦点検出モジュール１００は、ミラーボックス底面１０１の下側に組み込まれている。対物レンズ２を通過した被写体からの光束は、カメラ本体１のメインミラー３によりファインダー５へ向かう光束と焦点検出モジュール１００へ向かう光束とに分割され、焦点検出モジュール１００方向に分割された光束は、サブミラー４によりミラーボックス底面１０１の方向に偏向される。ミラーボックス底面１０１の方向には、メインミラー３とサブミラー４により撮影画面と光学的に等価な面、すなわち予定焦点面が形成される。
【０００５】
なお、焦点検出装置はさらに、イメージセンサー５０を駆動するとともにその出力をＡ／Ｄ変換する周辺回路（不図示）や、イメージセンサー５０の出力を演算処理するマイクロコンピューター（不図示）を備えている。
【０００６】
＜焦点検出光学系の構成＞
図１６は焦点検出光学系の構成を示す。図において、焦点検出を行なう対物レンズの予定焦点面９の背後には、上述した３個の焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を規定するための視野開口部１１，１２，１３を備えた視野マスク１０が配置される。さらに、視野マスク１０の背後には、３個のレンズ部２１，２２，２３からなるコンデンサーレンズ２０が配置される。コンデンサーレンズ２０の後方には、３対の絞り開口部３１，３２，３３を有する絞りマスク３０が配置され、さらにその背後に３対の再結像レンズ片４１，４２，４３を有する再結像レンズ４０が配置される。また、再結像レンズ４０の後方には、３対の受光部５１，５２，５３を有するイメージセンサー５０が配置される。なお、７は光学系の光軸である。
【０００７】
この焦点検出装置の焦点検出原理は、周知の位相差方式ないし瞳分割型再結像方式と呼ばれるものである。これは撮影光学系の射出瞳上の異なる部分を通過した一対の光束により形成される一対の像の相対的な位置関係のズレに基づいて、撮影光学系の焦点調節状態を検出するものであって、例えば応用物理学会分科会、日本光学会刊「光学」第１８巻第１１号（１９８９年１１月）掲載の鈴木著「一眼レフカメラのオートフォーカス技術」などの文献に述べられている。
【０００８】
《焦点検出光学系の機能》
図１７は、図１６に示す焦点検出光学系の斜視図である。この図により焦点検出光学系の機能を説明する。図１６に示す３個のコンデンサーレンズ部２１，２２，２３は、各対の絞り開口部３１，３２，３３を対物レンズの射出瞳８の近傍に投影しており、この投影された各対の絞り開口部３１，３２，３３が射出瞳８上の異なる領域８１，８２，８３，８４を形成することになる。この射出瞳８上の異なる領域８１，８２，８３，８４を通り予定焦点面９上の３個の焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に形成された一次像は、３対の再結像レンズ片４１，４２，４３によりイメージセンサー５０上の３対の受光部５１，５２，５３上に３対の二次像として形成される。ただし、この二次像とは、必ずしも鮮鋭な像でなく、ピントがぼけた像も含まれる。
【０００９】
これらの各対の二次像の位置関係は光学系の焦点調節状態に応じて変わるので、イメージセンサー５０から得られる３対の二次像に対応する出力を演算処理し、各対の二次像の位置関係に基づいて３個の焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３における撮影光学系の焦点調節状態を検出することができる。すなわち、焦点検出領域Ａ１における対物レンズの焦点調節状態は、受光部５１上の対となる二次像の図１４のＸ軸方向の相対距離に基づいて検出される。また、焦点検出領域Ａ２およびＡ３における対物レンズの焦点調節状態は、受光部５２および５３上の対となる二次像の図１４に示すＹ軸方向の相対距離に基づいて検出される。
【００１０】
ところで、上述した焦点検出装置では、対物レンズの焦点調節状態を正しく検出するために、対となる受光部が対となる被写体の同一部分の像を光電変換していなければならない。もし、受光部上の対となる二次像の位置が、受光部の画素列の並び方向と直交する方向にズレていれば、物体がこのズレ方向に対して均一な輝度を持つ場合を除いて、対となる二次像の相似性が低下し、像間隔の検出に誤差を生じたり、あるいは焦点検出不能となる。
【００１１】
図１８は上述した焦点検出誤差を説明する図で、受光部５２の部分を取り出して描いたものである。ここで、図に示すように受光部５２を上半分５２ｕと下半分５２ｂに分けて考える。例えば、被写体の輝度分布が斜め線であったとする。図中の１５ｕ，１５ｂは物体上のパターンであり、本来は被写体の同じ部分の像が受光部５２の上半分５２ｕと下半分５２ｂにそれぞれ投影されるべきであるが、１５ｕよりは１５ｂの方が紙面に向かって左よりの部分が受光部上にあるため、実際より二次像間隔が狭く誤認されてしまう。しかも、この誤差は被写体パターン形状により異なるので演算により補正できるものではない。
【００１２】
このように、一対の二次像の投影位置が受光部の画素列の並び方向と直交する方向にずれていると、焦点検出精度が悪化したり、焦点検出不能になったりするので、一対の二次像の並び方向と受光部の画素列の並び方向とを精度よく合わせなければならない。このため、イメージセンサー５０の光軸周りの姿勢を調整して、受光部の画素の並び方向を一対の二次像の並び方向に合わせることが製造工程で行われる。しかし、この例のように複数対の二次像を用いる場合、各対の並び方向の互いの角度関係が設計値と狂っていると、イメージセンサー５０の姿勢調整によって一つの対に対して二次像の並び方向と受光部画素列の並び方向とを揃えても、他の対については誤差が生じてしまう。
【００１３】
このような問題を解決するために、誤差を含んだ一対の二次像の配置に合わせて受光部を配置したイメージセンサーを製作するという案が、特公平２−２７２４１０号公報に示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般にこの種の焦点検出装置の再結像レンズは、コストを低減するために一体的に射出成形されたプラスチック製である。このような再結像レンズに対して上記方法を適用すると、再結像レンズの金型のキャビティごとにそれに合わせたイメージセンサーを製作しなければならないし、もしも製作途中でキャビティを破損するなどして新規キャビティに交換すると、そのたびにイメージセンサーを製作しなければならないので、コストがかかるという問題がある。しかも、再結像レンズの試作品ができてからその製造誤差を測定し、イメージセンサーのマスクを製作する手順となり、生産開始までに時間がかかるし、キャビティ破損で再製作した場合は生産再開までに時間がかかるという問題もある。したがって、上記特公平２−２７２４１０号公報記載の方法は実用的でなく、実際は各一対の二次像の並び方向の相対角度をなるべく設計通りに近づける必要がある。
【００１５】
このため、上記公報にも記載されているように、対の二次像の配置を主に支配するのは再結像レンズであるから、再結像レンズの製造誤差を極力おさえるという方法が考えられる。しかし、一般に製造誤差を減らすにはコストがかかるし、実用上の製造誤差の限界により、それに応じた焦点検出性能までしか得られないという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、コストの増加がなく、対の二次像の並び方向どうしのズレを抑制し、焦点検出誤差が少なく、また焦点検出不能になる率も少ない焦点検出装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、対物レンズの撮影画面における長辺方向の中心線を対称軸として対称に焦点検出領域を設定し、前記対物レンズの異なる瞳領域からの光束によって前記焦点検出領域に形成された対の像を光電変換手段の対の受光部上に再結像する対の再結像レンズの製造方法において、旋盤のＸ軸方向の位置決め手段及びＹ軸方向の位置決め手段に所定寸法を有するスペーサーを配置する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第１金型に、前記対称軸と対称になるように複数の第１凹曲面を旋盤加工する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第２金型に、曲率半径が前記第１凹曲面と略等しい第２凹曲面を前記対称軸と対称となるように複数旋盤加工する手順と、前記第１金型を前記対称軸回りに１８０度回転させて前記第２金型に向かい合わせる手順と、前記向かい合わせた前記第１金型及び前記第２金型を用いて射出成形により前記再結像レンズを製造する手順とを含むことを特徴とする再結像レンズの製造方法に関する。
（２）請求項２の焦点検出装置は、対物レンズの撮影画面における短辺方向の中心線を対称軸として対称に焦点検出領域を設定し、前記対物レンズの異なる瞳領域からの光束によって前記焦点検出領域に形成された対の像を光電変換手段の対の受光部上に再結像する対の再結像レンズの製造方法において、旋盤のＸ軸方向の位置決め手段及びＹ軸方向の位置決め手段に所定寸法を有するスペーサーを配置する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第１金型に、前記対称軸と対称になるように複数の第１凹曲面を旋盤加工する手順と、前記スペーサーに位置決めされた第２金型に、曲率半径が前記第１凹曲面と略等しい第２凹曲面を前記対称軸と対称となるように複数旋盤加工する手順と、前記第１金型を前記対称軸回りに１８０度回転させて前記第２金型に向かい合わせる手順と、前記向かい合わせた前記第１金型及び前記第２金型を用いて射出成形により前記再結像レンズを製造する手順とを含むことを特徴とする再結像レンズの製造方法に関する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
一眼レフカメラに適用した本発明の一実施の形態を説明する。一実施の形態の焦点検出装置は、図１３に示すように、光学系の予定焦点面上に設定された撮影画面Ｍの中心に焦点検出領域Ａ１と、撮影画面Ｍの周辺部に焦点検出領域Ａ２，Ａ３とを有する。この焦点検出光学系による焦点検出原理は、従来の技術の欄で説明した焦点検出装置と同じ周知の位相差方式である。また、この焦点検出装置を組み込んだカメラの内部の斜視図とカメラの断面図も、それぞれ従来の技術の欄で説明した図１４と図１５で表せる。ただし、この一実施の形態の焦点検出光学系は従来の技術の欄で説明した焦点検出光学系と異なり、図１に示す構成である。
【００１９】
図１において、対物レンズの予定焦点面９の背後には、３つの焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を規定するための視野開口部１１，１２，１３を備えた視野マスク１０が配置される。さらに、その視野マスク１０の背後に３個のレンズ部２１，２２，２３からなるコンデンサーレンズ２０が配置される。また、コンデンサーレンズ２０の後方には、３対の絞り開口部３１，３２，３３を有する絞りマスク３０が配置され、その背後に３対の再結像レンズ片４１，４２，４３を有する再結像レンズ４０が配置される。再結像レンズ４０の後方には、３対の受光部５１，５２，５３を有するイメージセンサー５０が配置される。なお、７は光学系の光軸を示す。
【００２０】
ここで、再結像レンズ４０の３対の再結像レンズ片４１，４２，４３は、従来技術の欄で説明した焦点検出装置では後面が凸で前面が平面であったが、この実施の形態では前面および後面ともに凸面で構成される。
【００２１】
この再結像レンズ４０はプラスチック製の射出成形品であり、これを製作するための前面の金型および後面の金型は、図２に示すように、各々３対のレンズ片に対応する凹曲面すべてが一体の部材に構成されてなる中子６２を備えている。図２には後面用中子６２を組み込んだ状態の後面用金型の例を示す。
【００２２】
なお、この実施の形態では金型に中子を組み込んで前面用金型と後面用金型を製作する例を示すが、中子を用いずに前面用金型と後面用金型をそれぞれ製作してもよい。
【００２３】
この中子６２を製作するにあたっては、図３〜図５に示すように、雇いジグ７０を用いて中子６２の元となる基材６０を旋盤の主軸に固定し、曲面を加工する。３対計６個の凹曲面を加工するために、旋盤主軸の中心と基材６０の位置を各曲面の設計位置に応じたずれ量として一つ一つ加工していく必要があり、そのためにこのジグ７０は６曲面に応じて異なる６箇所に位置決めできる構造を有している。
【００２４】
〈ジグ構成の説明〉
図３において、Ｐはジグ本体７５の外形の中心点であり、旋盤に固定した場合に主軸の回転中心に位置する。Ｘ軸方向の位置決め突起７６ＸとＹ軸方向の位置決め突起７６Ｙは、本体７５に固定されている。中子の元となる基材６０の基準となる縦横の辺を、Ｘ軸方向の位置決め突起７６ＸとＹ軸方向の位置決め突起７６Ｙに接触させて、加圧部材７７Ｘと７７Ｙで矢印方向に力を加えて固定する。これを旋盤主軸に取り付けて加工すると、Ｐ点を頂点とした回転対象な曲面形状を加工することができる。
【００２５】
〈６箇所に位置決めする方法〉
基材６０を６曲面に対応した６箇所に位置決めするには、図４（ａ）〜（ｅ）に示すような５種類のスペーサー７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７３ａ、７３ｂを挟むか、あるいはこれらのスペーサーを挟まないかによって実現する。図３はスペーサー無しの状態を示し、図５はスペーサー７３ａを挟んだ状態を示す。
【００２６】
図６は加工済みの前面用中子を示す図であり、図７は加工済みの後面用中子を示す図である。図６に示す前面用中子を例に上げて説明すると、スペーサー７３ａを挟んでレンズ面形状６３１ａを加工し、スペーサー７３ｂを挟んでレンズ面形状６３１ｂを加工する。次に、スペーサー７１ａを挟んでレンズ面形状６１１ｂを加工し、スペーサー７１ｂを挟んでレンズ面形状６１１ａを加工する。最後に、スペーサー７２ａを挟んでレンズ面形状６２１ａを加工し、スペーサー無しでレンズ面形状６２１ｂを加工する。このようにすると、各曲面すなわち各レンズ片の相対位置精度はスペーサーの精度に依存する。
【００２７】
例えば今、仮に他の誤差要因を無視しすると、図４でスペーサー７３ａのａ１部の寸法誤差をＥａ１とし、スペーサー７３ｂのｂ１部の寸法誤差をＥｂ１とすると、図６において６３１ａと６３１ｂの頂点どうしのＸ軸方向のずれ量は（Ｅａ１−Ｅｂ１）だけ６３１ａが向かって右となる。また、スペーサー７３ａのａ２寸法の誤差がＥａ２とすると、図６において曲面６３１ａと６３１ｂの頂点どうしのＹ軸方向の間隔が設計値Ｌ３に対してＥａ２だけ広くなる。
【００２８】
実際にはスペーサーの寸法以外にも様々な要因があるため、上述した通りにはならないが、精密に加工しようとすると、他の偏り要因はスペーサの寸法誤差に比べて低いレベルに抑えられる。したがって、上記の例でいうと頂点どうしのＸ軸方向のずれ量はほぼ（Ｅａ１−Ｅｂ１）になる確率がもっとも高い。曲面６３１ａと６３１ｂの頂点どおしのＹ軸方向の間隔誤差Ｅａ２についても同様である。さらに、曲面６３１ａ、６３１ｂ以外の他の曲面の相対位置関係も同様である。したがって、各曲面すなわち各レンズ片の相対位置精度はスペーサーの精度に依存する。
【００２９】
このようにして同一ジグで同一方向から加工した前面用と後面用の中子は、各曲面の頂点間の相対位置誤差に関して同じ傾向を持つことになる。すなわち、図７に示す後面用中子の曲面６１２ａ、６１２ｂ、６２２ａ、６２２ｂ、６３２ａ、６３２ｂの位置関係は、図６に示す前面用中子の曲面６１１ａ、６１１ｂ、６２１ｂ、６２１ａ、６３１ｂ、６３１ａの位置関係とほぼ等しくなる。
【００３０】
加工された前面用と後面用の中子をそれぞれ前面用と後面用の金型に組み込む際には、撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線を回転軸として前面用中子６１または後面用中子６２を１８０度回転させ、両中子６１，６２を向かい合わせて前面用金型と後面用金型にそれぞれ組み込む。
【００３１】
図８は再結像レンズ４０を成形するために向かい合わせた両中子を後面側からみた透視図で、後面用中子、前面用中子ともその曲面形状の輪郭を破線で示す。図１４に示すレンズ片の対４１の左側のレンズ片（４１ａ）の前面は曲面６１１ａが転写され、その後面は曲面６１２ａが転写される。また、レンズ片の対４１の向かって右側のレンズ片（４１ｂ）の前面は曲面６１１ｂが転写され、その後面は曲面６１２ｂが転写される。以下同様に、レンズ片の対４２の上側のレンズ片（４２ｂ）の前面は曲面６２１ｂが転写され、その後面は曲面６２２ｂが転写される。レンズ片の対４２の下側のレンズ片（４２ａ）の前面は曲面６２１ａが転写され、その後面は曲面６２２ａが転写される。また、レンズ片の対４３の上側のレンズ片（４３ｂ）の前面は曲面６３１ｂが転写され、その後面は曲面６３２ｂが転写される。レンズ片の対４３の下側のレンズ片（４３ａ）の前面は曲面６３１ａが転写され、その後面は曲面６３２ａが転写される。
【００３２】
この実施の形態では、これら各レンズ片の前面と後面は略同じ中心曲率半径の球面とする。こうすることにより、各レンズ辺の前面と後面の球面は光学的に同じパワーを持ち、前面と後面の位置誤差が一部打ち消し合い、その結果、図８の紙面に平行な面内で前面と後面を総合した各レンズ片の中心位置は前面の位置と後面の位置のほぼ中間位置となり、各レンズ片の対の並び方向間の相対位置誤差を軽減することができる。
【００３３】
図９は、説明の都合から図８とまったく同じ視点からみた、各曲面の頂点配置を示す図である。図９では、前面中子の各曲面頂点設計位置を＋印で示し、その実際の位置を黒丸で示し、後面中子の各曲面頂点位置を白丸で示す。まず、説明を分かりやすくするために、前面用中子と後面用中子の重ね合わせ位置誤差がない場合を考える。
【００３４】
レンズ片対４３に対応する曲面について考察する。図に向かって右上の曲面６３１ｂの設計位置であるＰ３ｂ点（この場合、曲面６３２ｂの設計位置でもある）からの曲面６３１ｂ（前面側）の頂点位置の誤差を、Ｘ軸とＹ軸方向にそれぞれ３１ｂｘ、３１ｂｙとし、曲面６３２ｂ（後面側）の頂点位置の誤差を３２ｂｘ、３２ｂｙとする。さらに、その下の曲面６３１ａ設計位置であるＰ３ａ点（この場合、曲面６３２ａの設計位置でもある）からの曲面６３１ａ（前面側）の頂点位置の誤差を３１ａｘ、３１ａｙとし、曲面６３２ａ（後面側）の頂点位置の誤差を３２ａｘ、３２ａｙとする。
【００３５】
前面の曲面６３１ｂと後面の曲面６３２ｂの頂点位置の中間点位置は、（３１ｂｘ＋３２ｂｘ），（３１ｂｙ＋３２ｂｙ）であり、前面の曲面６３１ａと後面の曲面６３２ａの頂点位置の中間点位置は、（３１ａｘ＋３２ａｘ），（３１ａｙ＋３２ａｙ）である。上述したように、前面用中子と後面用中子は同一のジグで同一方向から加工したものであるから、同じジグによる加工誤差を受け継ぐ。そのため、３１ａｘと３２ｂｘがほぼ等しく、また３１ｂｘと３２ａｘがほぼ等しいから、上のレンズ辺の上記中間点位置のｘ座標（３１ｂｘ＋３２ｂｘ）と、下のレンズ辺の上記中間位置のｘ座標（３１ａｘ＋３２ａｘ）とがほぼ等しくなる。したがって、これら中間位置の並び方向はほぼ設計位置Ｐ３ａとＰ３ｂの並び方向と平行になる。すなわち、並び方向誤差はほぼ無い状態になる。
【００３６】
上述したレンズ片対４３と設計上の並び方向が直交するレンズ片対４１に対応する６１１ａ，６１１ｂ，６１２ａ，６１２ｂについても、同様な結果が得られる。すなわち、対となるレンズ片に対応する“中間点のｙ座標”（１１ｂｙ＋１２ｂｙ）と（１１ａｙ＋１２ａｙ）がほぼ一致し、これら中間点の並び方向誤差はほぼ無い状態になる。
【００３７】
次に、前面用中子６１と後面用中子６２の重ねあわせ位置誤差がある場合について考える。前面用中子６１を基準として後面用中子６２の重ねあわせ位置誤差を、図のＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれｘＯ，ｙＯとする。そうすると、３２ｂｘと３１ａｘが上述した例よりともにｘＯだけ増し、“中間位置のｘ座標”（３１ｂｘ＋３２ｂｘ）と（３１ａｘ＋３２ａｘ）はともにｘＯ／２だけ増すので、それら中間位置の並び方向が設計された方向に対して誤差がほぼ無い状態であることに変わりない。また、レンズ片対４１に対応する曲面に対しても、１２ａｙと１１ｂｙが上述した例よりともにｙＯだけ増し、”中間位置のｙ座標”（１１ｂｙ＋１２ｂｙ）と（１１ａｙ＋１２ａｙ）はともにｙＯ／２だけ増すので、それらの中間位置の並び方向が設計された方向に対して誤差がほぼ無い状態であることに変わりはない。
【００３８】
また、ねじれ方向の重ね合わせズレについては、その中心がＰｌａとＰｌｂの中点付近であれば、上述した状況にほとんど影響しないが、中点以外の場合は上述した誤差がほぼ無い状態が乱される。したがって、これらの中子を金型に組み込む際には、ねじれ誤差だけは極力無いように組む必要がある。これは、ねじりとｘｙ方向と両方の重ね合わせズレとも無くすのに比べれば数段、容易なことである。
【００３９】
さて、上述したように、この再結像レンズの各レンズ片において前面と後面を総合した各レンズ片の中心位置は、前面の位置と後面の位置のほぼ中間位置である。したがって、レンズ対の並び方向の相対誤差か軽減されるため、上述した対となる二次像の投影位置が受光部の画素列の並び方向と直交する方向にずれることによる焦点検出誤差が軽減される。
【００４０】
上述した一実施の形態では各レンズ片において前面と後面を同じ曲率としたが、完全に同じでなくてもある程度の誤差の軽減効果はあり、両者がある程度近ければ実際上、意味のある程度の効果が得られる。出願人の研究によると、前凸面の中心曲率半径と後凸面の中心曲率半径の比が１／１．３〜１．３の間であれば、まったく同じ中心曲率半径にした場合と実質上あまり変わらない程度の効果が得られることを確認した。
【００４１】
なお、上述した一実施の形態では曲面形状を球面とする例を示したが、曲面形状は球面に限定されず、非球面としても前後面の光学的パワーの比がおおよそ等しければ同様の効果が得られる。
【００４２】
また、中子の加工手段については上述した一実施の形態の加工手段に限定されず、例えばジグにかえて小型のＸＹステージやインデックステーブルを旋盤主軸に固定して加工する方法など、他の方法にも適応できる。例えばＸＹステージの場合は、ステージ各位置での送り精度からくる位置誤差の傾向が前面と後面の各曲面の相対位置誤差に共通に転写されるので、上述した一実施の形態と同様の効果がある。さらに、別の変形例としては、前面と後面の曲率が完全に一致する設計の場合には、同一雛形から電鋳により中子を複数製作し、一方を前面に、他方を後面に用いるという方法でもよい。
【００４３】
上述した一実施の形態では、対物レンズの撮影画面における長辺方向の中心線を対称軸として上下対象に焦点検出領域を設定した焦点検出装置において、対の再結像レンズを射出成形するための金型を、同一の加工手段により基材を同一方向から加工して製作した前面用中子と後面用中子の内、一方の中子を撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線を回転軸として１８０度回転させ、両中子を向かい合わせてそれぞれ前面用金型と後面用金型に組み込んで製作する例を示した。しかし、焦点検出領域の配置は上述した一実施の形態に限定されず、対物レンズの撮影画面における長辺方向の中心線または短辺方向の中心線を対称軸として上下対象または左右対称に配置されるすべての焦点検出領域に対して本願発明を適用することができる。
【００４４】
例えば図１０に示すように、撮影画面の長辺方向の中心線を対称軸として上下対象に焦点検出領域を配置してもよく、この場合は同一の加工手段により同一方向から加工した前面用金型と後面用金型の内の一方の金型を撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線を回転軸として１８０度回転させ、両金型を向かい合わせて射出成形により対の再結像レンズを製作する。
【００４５】
また、図１１および図１２に示すように焦点検出領域を配置した場合は、焦点検出領域が撮影画面の長辺方向の中心線を対称軸として上下対象であるとともに、撮影画面の短辺方向の中心線を対称軸として左右対称でもあるので、これらの場合は同一の加工手段により同一方向から加工した前面用金型と後面用金型の内の一方の金型を撮影画面の長辺方向（Ｘ軸）の中心線、または撮影画面の短辺方向（Ｙ軸）の中心線を回転軸として１８０度回転させ、両金型を向かい合わせて射出成形により対の再結像レンズを製作する。
【００４６】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、位置誤差を相殺して異なる方向に並んだ複数対の再結像レンズ片の並び方向の相対誤差を緩和することができる。これにより、型加工誤差による対の二次像の並び方向どうしのズレを抑制し、焦点検出誤差が少なく、また焦点検出不能になる率も少なくなるという効果が得られる。また、同じ対の二次像の並び方向どうしのズレを許容するなら、より型加工精度が緩くてよいから、高精度加工に伴う高コストを削減できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】金型と中子の関係を示す図である。
【図３】中子の加工方法を説明する図である。
【図４】中子の加工に用いるスペーサーを示す図である。
【図５】中子の加工方法を説明する図である。
【図６】前面用中子を示す図である。
【図７】後面用中子を示す図である。
【図８】再結像レンズを成形するために向かい合わせた両中子を後面側から見た透視図である。
【図９】再結像レンズを成形するために向かい合わせた両中子を後面側から見たときの、各曲面の頂点位置を示す図である。
【図１０】焦点検出領域の他の配置例を示す図である。
【図１１】焦点検出領域の他の配置例を示す図である。
【図１２】焦点検出領域の他の配置例を示す図である。
【図１３】焦点検出領域の配置を示す図である。
【図１４】従来の焦点検出装置を組み込んだ一眼レフカメラの内部を示す図である。
【図１５】一眼レフカメラの断面図である。
【図１６】従来の焦点検出装置の構成を示す図である。
【図１７】図１６に示す焦点検出光学系の斜視図である。
【図１８】従来の焦点検出装置で発生する焦点検出誤差を説明する図である。
【符号の説明】
７ 光学系の光軸
８ 対物レンズの瞳面
９ 対物レンズの予定焦点面
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 視野マスク
１１，１２，１３ 視野開口部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ コンデンサーレンズ
２１，２２，２３ レンズ部
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 絞りマスク
３１，３２，３３ 絞り開口部
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 再結像レンズ
４１，４２，４３ 再結像レンズ片
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ イメージセンサー
５１，５２，５３ 受光部
６０ 基材
６１ 前面用中子
６２ 後面用中子
７５ ジグ本体
７０ 雇いジグ
７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７３ａ、７３ｂ スペーサー
７６Ｘ、７６Ｙ 位置決め突起
７７Ｘ、７７Ｙ 加圧部材
Claims (2)
- 対物レンズの撮影画面における長辺方向の中心線を対称軸として対称に焦点検出領域を設定し、前記対物レンズの異なる瞳領域からの光束によって前記焦点検出領域に形成された対の像を光電変換手段の対の受光部上に再結像する対の再結像レンズの製造方法において、
旋盤のＸ軸方向の位置決め手段及びＹ軸方向の位置決め手段に所定寸法を有するスペーサーを配置する手順と、
前記スペーサーに位置決めされた第１金型に、前記対称軸と対称になるように複数の第１凹曲面を旋盤加工する手順と、
前記スペーサーに位置決めされた第２金型に、曲率半径が前記第１凹曲面と略等しい第２凹曲面を前記対称軸と対称となるように複数旋盤加工する手順と、
前記第１金型を前記対称軸回りに１８０度回転させて前記第２金型に向かい合わせる手順と、
前記向かい合わせた前記第１金型及び前記第２金型を用いて射出成形により前記再結像レンズを製造する手順とを含むことを特徴とする再結像レンズの製造方法。 - 対物レンズの撮影画面における短辺方向の中心線を対称軸として対称に焦点検出領域を設定し、前記対物レンズの異なる瞳領域からの光束によって前記焦点検出領域に形成された対の像を光電変換手段の対の受光部上に再結像する対の再結像レンズの製造方法において、
旋盤のＸ軸方向の位置決め手段及びＹ軸方向の位置決め手段に所定寸法を有するスペーサーを配置する手順と、
前記スペーサーに位置決めされた第１金型に、前記対称軸と対称になるように複数の第１凹曲面を旋盤加工する手順と、
前記スペーサーに位置決めされた第２金型に、曲率半径が前記第１凹曲面と略等しい第２凹曲面を前記対称軸と対称となるように複数旋盤加工する手順と、
前記第１金型を前記対称軸回りに１８０度回転させて前記第２金型に向かい合わせる手順と、
前記向かい合わせた前記第１金型及び前記第２金型を用いて射出成形により前記再結像レンズを製造する手順とを含むことを特徴とする再結像レンズの製造方法。
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