JP4763875B2

JP4763875B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP4763875B2
Application number: JP2000131907A
Authority: JP
Inventors: 正俊石井
Original assignee: Sigma Inc
Current assignee: Sigma Inc
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2020-05-01
Also published as: JP2001311869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一眼レフレックスカメラ、ビデオカメラなどに用いられる焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パッシブ方式による位相差検出焦点検出装置は、２次結像光学系によって分離し、光電変換素子上にそれぞれ再結像された２像の位相を光電変換手段の出力信号として検出する。
【０００３】
図９は従来例の焦点検出系の光路を示す図であるが、図に示すように対物レンズ１１によって被写体像が形成される予定焦点面近傍には、被写体像の一部を取り出すための視野マスク１２が配置され、この視野マスク１２は焦点検出系の視野を決定する開口として焦点検出ゾーンが形成されている。この視野マスク１２によって決定された視野を透過する光線は周辺光束を集光させるフィールドレンズ１３を通り、焦点検出に用いる光束を選択するための開口部を有した第１絞りマスク１５を透過し、焦点検出に用いる光線を光電変換素子１７上に結像させる再結像レンズ１６ａ，１６ｂを通り、光電変換素子１７上に結像される。
【０００４】
図１０は光電変換手段による出力波形を示す波形図であるが、図に示す２像による出力信号の相対位置を比較演算することによって最適結像点を検出している。即ち、対物レンズによる結像点が予定焦点面よりも前に結像した（前ピン）ときには、図１１に示すように光電変換手段の出力信号による波形の相対間隔は遠ざかる。また、予定焦点面よりも後ろに結像した（後ピン）ときには、図１２に示すように光電変換手段の出力信号による波形の相対間隔は近くなる。したがって、２像による出力信号における位相波形の相対位置のずれを演算することにより、対物レンズによる結像点のデフォーカス量を求めることが可能であった。
【０００５】
この演算の際、２像の位相におけるずれの最小値を検出し、このずれ量の面積が最小になる点を検知し、演算するため、分離、再結像された２像の位相波形は平行移動対称になっていることが必要不可欠であった。
【０００６】
しかしながら、２次結像系の再結像レンズに入射する光線の入射角の違いによって、再結像レンズが光電変換素子上に再結像する像の周辺像と中心像に光量の差違が生じる現象である光量むらが見られた。光量むらは例えば、同一輝度の平坦な物体の２次結像による像を光電変換素子上で読み込んだ際、出力波形は図１３に示すように中心側に向かって傾いた出力波形になり、平行移動対称の出力波形にならない。従って、合焦・非合焦に関わらず、平行移動対称形の出力波形にはならなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光量むらが生じると、分離、再結像した２像による光電変換手段の出力信号が図１４のような平行移動対称でない位相波形になる。つまり、２像の相対位置を演算する際に２像による出力波形の面積差を増大させ、検出精度の低下を招く。特に長い積分時間が必要な低輝度時に出力信号の差を増大させ、合焦性能を悪化させる。光量むらを減少させるためにはフィールドレンズと絞りマスク、再結像レンズの間隔、絞りマスク同士の位置関係を変化させることで可能であるが、対物レンズによって生じるデフォーカス量と２次結像系の倍率は密接な関係があり、検出のために必要な対物レンズによるデフォーカス量、光電変換素子の検出可能領域の移動幅が決まってしまうと２次結像系の倍率はほぼ一定の値を取らざるを得ず、この倍率が一定のまま、光量むらを小さくするためには、２次結像光学系のパワーを小さくする必要が生じ、２次光学系の光路長は長くなり、フィールドレンズと、再結像レンズの間隔は広がることになる。しかし、２次結像光学系の光路長の大きさを大きくすることはカメラの小型化を阻害し、他パーツとの干渉のため好ましくない。また、対物レンズのＦ値、２次結像系の倍率、絞りマスクの光軸上の位置により、絞りマスクの最小径、最大径、マスク同士の間隔は決定されてしまうので、絞りマスク同士の間隔を変化させることも実質上困難であり、前述の分離、結像された像の周辺光量の低下、ついては対称性の悪化、検出精度の低下を完全に除去することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、２次結像系における像が光電変換素子上に結像する２像各々においての周辺部で生ずる光量低下において誘導される光電変換素子の出力信号による位相波形の平行移動対称性の低下を減少させ、位相差検出焦点検出装置における合焦精度の向上を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成させるため、予定焦点面上に設定される検出ゾーンと、検出ゾーンにおける光線を２つの光電変換素子に分割、再結像させるための２次結像系において、入射する光線を集光するフィールドレンズ、光線を分離、再結像させるための絞りマスク、再結像レンズを有し、分離された２像を受光し、その位相波形を出力するための光電変換手段を有し、対物レンズによって１次結像された光線から焦点検出に必要な光線を選択する上記絞りマスクを複数枚光軸方向に分離して配設することによって、各光電変換素子における２像の出力位相波形の対称性を良好に補正することを特徴とする。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の焦点検出用光学装置の実施例を説明する。各実施例は、例えば一眼レフレックスカメラの位相差検出焦点検出装置に用いられ、撮影範囲内の被写体に対する撮影レンズの合焦状態を検出する際、検出精度を向上させるために用いるものである。
【００１１】
図１はこの発明にかかる第１の焦点検出装置の焦点検出系の光路を示す図である。
【００１２】
図１に示すように対物レンズ１１によって被写体像が形成される予定焦点面近傍には、被写体像の一部を取り出すための視野マスク１２が配置され、この視野マスク１２は焦点検出系の視野を決定する開口として焦点検出ゾーンが形成されている。この視野マスク１２によって決定された視野を透過する光線は周辺光束を集光させるフィールドレンズ１３を通り、開口効率、光量の差違を調節する第２絞りマスク１４、焦点検出に用いる光束を選択するために少なくとも複数の開口部を有した第１絞りマスク１５を透過し、焦点検出に用いる光線を光電変換素子１７上に結像させる再結像レンズ１６ａ，１６ｂを通り、光電変換素子１７上に結像される。
【００１３】
図３は第２絞りマスク１４の形状を示す平面図である。第２絞りマスク１４は平面板に開口部１４ａが設けられている。また、図中点線で示した部分は第１絞りマスク１５の開口部１５ａ，１５ｂである。
【００１４】
図２は第１絞りマスク１５の形状を示す平面図である。第１絞りマスク１５は平面板に開口部１５ａ，１５ｂが設けられている。
【００１５】
第１絞りマスク１５は、光電変換素子１７に結像させる光束を選択する機能を有しているが、第２絞りマスク１４は第１絞りマスク１５で選択され、再結像レンズ１６ａ，１６ｂによって光電変換素子１７上に結像される光束がフィールドレンズ１３で光束が透過した光線高の差違によって、第１絞りマスク１５、再結像レンズ１６ａ，１６ｂに入射する角度に差違が生じ、その差違による開口効率、光量の差違が生じることを防止するために、入射する角度の小さい光束である開口効率や光量が大きい光束の一部のみを遮光し、入射する角度の大きい光束である開口効率や光量が小さい光束は遮光しない役割を持っている。
【００１６】
この第２絞りマスク１４は、例えば第１絞りマスク１５とフィールドレンズ１３との間に配設し、そのマスク形状は第１絞りマスク１５の開口の最大径と同等となる２つのマスクの最大径を直径とする円形、もしくはそれ以上の径を有した円形となっている。
【００１７】
図４は第２の焦点検出装置の焦点検出系の光路を示す図である。
【００１８】
対物レンズ１１によって被写体像が形成される予定焦点面近傍には、被写体像の一部を取り出すための視野マスク１２が配置され、この視野マスク１２は焦点検出系の視野を決定する開口として焦点検出ゾーンが形成されている。この視野マスク１２によって決定された視野を透過する光線は周辺光束を集光させるフィールドレンズ１３を通り、開口効率、光量の差違を調節する第２絞りマスク２４、焦点検出に用いる光束を選択するために少なくとも複数の開口部を有した第１絞りマスク１５を透過し、焦点検出に用いる光線を光電変換素子１７上に結像させる再結像レンズ１６ａ，１６ｂを通り、光電変換素子１７上に結像される。
【００１９】
第２絞りマスク２４は図５に示すように第１絞りマスク１５の開口部１５ａ，１５ｂに対応させた開口部２４ａ，２４ｂが形成されている。図中点線で示した部分は第１絞りマスク１５の開口部１５ａ，１５ｂである。
【００２０】
図６は第３の焦点検出装置の焦点検出系の光路を示す図である。
【００２１】
対物レンズ１１によって被写体像が形成される予定焦点面近傍には、被写体像の一部を取り出すための視野マスク１２が配置され、この視野マスク１２は焦点検出系の視野を決定する開口として焦点検出ゾーンが形成されている。この視野マスク１２によって決定された視野を透過する光線は周辺光束を集光させるフィールドレンズ１３を通り、開口効率、光量の差違を調節する第２絞りマスク３４、焦点検出に用いる光束を選択するために少なくとも複数の開口部を有した第１絞りマスク１５を透過し、焦点検出に用いる光線を光電変換素子１７上に結像させる再結像レンズ１６ａ，１６ｂを通り、光電変換素子１７上に結像される。
【００２２】
第２絞りマスク３４は図７に示すように第１絞りマスク１５の開口部１５ａ，１５ｂに対応させた楕円状の開口部３４ａが形成されている。図中点線で示した部分は第１絞りマスク１５の開口部１５ａ，１５ｂである。
【００２３】
第２絞りマスクの開口部の形状は円形や楕円で説明したが、開口部の形状はこれらに限定されるものではなく、第１絞りマスクに対応した矩形に成形しても同様の光電変換素子の出力を得ることができる。
【００２４】
以上の構成にすることで、図８に示すように光電変換素子１７による出力波形が均一な２像になり、この２像による出力信号の相対位置を比較演算することによって最適結像点を検出することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば予定焦点面近傍で１次結像した像を、２次結像系を用いて光電変換素子上に分離、再結像させ、その出力波形の状態で対物レンズの焦点位置を認識する位相差検出焦点検出装置の検出精度を向上させることが可能である。また、本実施例において、第２の絞りマスクを１枚配置したが、複数枚配置しても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焦点検出系の光路を示す図である。
【図２】第１絞りマスク形状を示す平面図である。
【図３】第２絞りマスクの形状を示す平面図である。
【図４】焦点検出系の光路を示す図である。
【図５】第２絞りマスクの形状を示す平面図である。
【図６】焦点検出系の光路を示す図である。
【図７】第２絞りマスクの形状を示す平面図である。
【図８】光電変換素子による出力波形を示す波形図である。
【図９】従来例の焦点検出系の光路を示す図である。
【図１０】光電変換素子による出力波形を示す波形図である。
【図１１】光電変換素子による出力波形を示す波形図である。
【図１２】光電変換素子による出力波形を示す波形図である。
【図１３】光電変換素子による出力波形を示す波形図である。
【図１４】光電変換素子による出力波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１１対物レンズ
１２視野マスク
１３フィールドレンズ
１４第２絞りマスク
１５第１絞りマスク
１６ａ再結合レンズ
１６ｂ再結合レンズ
１７光電変換素子
２４第２絞りマスク
３４第２絞りマスク

Claims

対物レンズによって結ばれる物体の像を視野マスク、予定結像点近傍に配置されたフィールドレンズ、再結像レンズ、該再結像レンズ近傍に設けられた絞り開口部を有する第１絞りマスクによって、該対物レンズの予定焦点面近傍に結像された像を、２像に分離、再結像し、該２像の相対間隔が前記対物レンズの焦点調整状態に応じて所定方向に変化するように構成し、前記２像夫々を受容されるために配設された一対の光電変換手段の出力信号の変化に基づいて前記対物レンズの焦点調整状態を検出できるようにするものであって、前記光電変換手段上に受容される像の光量分布を前記２像で均一になるようにし、これによって前記２像が平行移動対称の形になるよう光量を調整する第２絞りマスクを前記フィールドレンズと前記第１絞りマスクとの間のうち、入射する角度の小さい光束の一部のみを遮光し、入射する角度の大きい光束は遮光しない位置に設けたことを特徴とする焦点検出装置。