JP5701048B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出装置に関する。

特許文献１は、３つのレンズ部からなるフィールドレンズの射出側に光軸に平行に延びるセパレータを取り付けて周辺部のレンズ部を経た光束が中央部の焦点検出センサに迷光として入射することを防止する位相差方式の焦点検出装置を開示している。しかし、セパレータは組み立てが困難で高価である。そこで、特許文献２は、セパレータを使用せずに迷光を防止するために、従来技術の説明においてフィールドレンズの射出側にフィールドレンズから離した位置に遮光マスクを配置する位相差方式の焦点検出装置を開示している。その他の従来技術としては特許文献３がある。

特開２００６−３４７２号公報 特開昭６４−４９０１２号公報 特許第３３７１５００号公報

しかしながら、特許文献２の従来技術の説明にあるように、これだけでは迷光を除去するのに十分ではない。また、特許文献２は、課題を解決する手段として、隣接するレンズ部の段差の端面を光軸とは不平行になるように面取りしているが、焦点検出領域が密に配置されると迷光防止効果が低減する。

そこで、本発明は、簡易な構造で迷光を除去して焦点検出精度を高めることが可能な焦点検出装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の焦点検出装置は、撮影画面の３つの領域に関して位相差方式により撮影レンズの焦点検出を行う焦点検出装置であって、前記撮影レンズの結像面近傍に配置され、前記領域に対応する３つの開口部と遮光部とを有する視野マスクと、前記領域に対応する３つのレンズ部を入射側と射出側にそれぞれ有し、前記入射側と前記射出側のそれぞれにおいて前記３つのレンズ部の中央部のレンズ部と周辺部のレンズ部との間に段差を有し、前記視野マスクを経た光を集光するフィールドレンズと、前記領域に対応する３つの開口部と、前記焦点検出装置の光軸に垂直に延びて前記フィールドレンズを経た光の一部を遮光する遮光部と、を有する遮光マスクと、を有し、前記焦点検出装置の光軸を含み、前記視野マスクの３つの開口部が並ぶ方向に平行な断面において、前記視野マスクと前記フィールドレンズの入射側の段差の前記視野マスクに最も近い端部との前記焦点検出装置の光軸方向における距離よりも前記遮光マスクと前記フィールドレンズの射出側の段差の前記遮光マスクに最も近い端部との前記焦点検出装置の光軸方向における距離の方が大きく、前記フィールドレンズの前記入射側の前記段差において前記周辺部のレンズ部よりも前記中央部のレンズ部が突出しておらず、前記フィールドレンズの前記射出側の前記段差において前記周辺部のレンズ部よりも前記中央部のレンズ部が突出していることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構造で迷光を除去して焦点検出精度を高めることが可能な焦点検出装置を提供することができる。

本実施形態の撮像装置の概略断面図である。 図１に示す焦点検出装置の拡大部分断面図である。 図２に示す視野マスクの平面図である。 図２に示すフィールドレンズの斜視図である。 図２に示す遮光マスクの平面図である。 本実施形態の効果を説明するためのフィールドレンズの拡大部分断面図である。 図２に示す絞りの平面図である。 図２に示す２次結像レンズの平面図である。 図２に示す焦点検出センサの平面図である。

図１は、本実施形態の焦点検出装置１００を内蔵した一眼レフタイプのデジタルカメラ（撮像装置）の中央断面図である。なお、本実施形態の焦点検出装置を適用可能な撮像装置は、ビデオカメラや銀塩カメラなどデジタルカメラに限定されない。

図１において、２００は一眼レフカメラ本体、２０１は撮影レンズで、Ｌは撮影レンズ２０１の光軸である。撮影レンズ２０１の予定結像面付近には、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ、撮像素子を含む撮像素子ユニット２０４が配置される。撮影レンズ２０１と撮像素子ユニット２０４には、周知のクイックリターン機構により撮影時には撮影光束外へ退避稼動するメインミラー２０２とサブミラー２０３が配置される。メインミラー２０２はハーフミラーで、撮影光束は上方のファインダ光学系に導かれる反射光とサブミラー２０３に入射する透過光に分離される。反射光は、マット面とフレネル面を備えるピント板２０５のマット面上に結像し、ペンタプリズム２０６、接眼レンズ群２０７を介して観察者の目に導かれる。一方、透過光はサブミラー２０３により下方へ光路を変更し、焦点検出装置１００に導かれる。Ｌ’は光軸Ｌに対応した焦点検出装置１００の光軸である。

図２は、焦点検出装置１００の光軸Ｌ’を含み、図１に直交する平面で切断した断面図である。即ち、図２は、焦点検出装置１００の光軸Ｌ’を含み、後述する視野マスク１１０の３つの開口部１１１、１１２、１１３が並ぶ方向Ｐに平行な断面における、焦点検出装置１００の拡大部分断面図である。焦点検出装置１００は、撮影レンズ２０１の一対の瞳領域から得られる２つの被写体像の像信号の位相差を検出することによって焦点検出を行う位相差方式の焦点検出装置であり、自動焦点調節（ＡＦ）に用いられる。本実施形態では、焦点検出装置１００は、撮影画面の３つの領域に対して位相差方式により撮影レンズ２０１の焦点検出を行う。

図２に示すように、焦点検出装置１００は、光路に沿って入射側から順に、視野マスク１１０、フィールドレンズ（コンデンサーレンズ）１２０、遮光マスク１３０、赤外カットフィルタ１４０、絞り１５０、２次結像レンズ１６０、焦点検出センサ１７０を有する。

図３は、視野マスク１１０をサブミラー２０３側から見た平面図である。視野マスク１１０は撮影レンズ２０１の予定結像面近傍に配置され、フィールドレンズ１２０の入射側に配置される。視野マスク１１０には３つの開口部１１１、１１２、１１３と、光軸Ｌ’に垂直に延びて入射光の一部を遮光する遮光部１１４から構成されている。

視野マスク１１０は、撮影レンズ２０１の予定結像面付近に配置されるため、３つの開口部１１２、１１３、１１４の内部領域がカメラ２００の撮影画面内における焦点検出領域となる。即ち、開口部１１１は、撮影画面の中央部に対応した焦点検出領域として機能し、開口部１１２、１１３は周辺部に対応した焦点検出領域として機能する。なお、実際の焦点検出領域は視野マスク１１０や遮光マスク１３０の誤差、視野マスク１１０の予定結像面からのずれなどによるケラレを考慮して、上記開口部の一回り小さな領域となる。

図４は、光束を集光するフィールドレンズ１２０の斜視図であり、図４（ａ）は視野マスク１１０側の入射面側を示し、図４（ｂ）は遮光マスク１３０側の射出面側を示している。

図２及び図４（ａ）に示すように、フィールドレンズ１２０は、入射側において視野マスク１１０の３つの開口部１１１、１１２、１１３に対応した３つのレンズ部１２１、１２２、１２３に分割されている。開口部１１１がレンズ部１２１に、開口部１１２がレンズ部１２２に、開口部１１３がレンズ部１２３にそれぞれ対応している。３つのレンズ部１２１、１２２、１２３が並んでいる方向は方向Ｐと平行である。

中央部のレンズ部１２１と周辺部のレンズ部１２２との間には段差Ａがあり、中央部のレンズ部１２１と周辺部のレンズ部１２３との間には段差Ｂがある。段差Ａには端面１２４ａがあり、段差Ｂには端面１２４ｂがある。そして、中央部のレンズ部１２１よりも周辺部のレンズ部１２２、１２３の方が視野マスク１１０側（入射側）へ突出している。３つのレンズ部１２６、１２７、１２８が並んでいる方向は方向Ｐと平行である。

一方、図２及び図４（ｂ）に示すように、フィールドレンズ１２０は、射出側においてレンズ部１２１、１２２、１２３にそれぞれ対応した３つのレンズ部１２６、１２７、１２８に分割されている。中央部のレンズ部１２６と周辺部のレンズ部１２７との間には段差Ｃがあり、中央部のレンズ部１２６と周辺部のレンズ部１２８との間には段差Ｄがある。段差Ｃには端面１２９ａがあり、段差Ｂには端面１２９ｂがある。そして、中央部のレンズ部１２６の方が周辺部のレンズ部１２７、１２８よりも遮光マスク１３０側（射出側）へ突出している。

本実施形態の段差Ａおよび段差Ｂの端面１２４ａ、１２４ｂと、段差Ｃおよび段差Ｄの端面１２９ａ、１２９ｂは光軸方向に平行かほぼ平行であるため、焦点検出センサ１７０から見た場合に迷光源となる領域は特許文献２の場合よりも小さい。

図２において、段差Ａの光軸Ｌ’に沿った長さは段差Ｃの光軸Ｌ’に沿った長さよりも大きく、段差Ｂの光軸Ｌ’に沿った長さは段差Ｄの光軸Ｌ’に沿った長さよりも大きい。換言すれば、フィールドレンズ１２０の段差量は、入射面側に比べて射出面側が小さくなるように構成されている。フィールドレンズ１２０の射出面側の段差Ｃ、Ｄの段差量が小さいので迷光源となる領域が小さくなる。

以上のように、フィールドレンズ１２０は中央部と両側の周辺部の３つのレンズ部に分割されているが、これらのレンズ部は一体的に形成されている。

なお、図２において、段差ＡとＢは光軸Ｌ’に関して対称に形成され、段差ＣとＤも光軸Ｌ’に関して対称に形成されている。このため、段差ＡとＢの光軸Ｌ’に沿った長さは等しく、段差ＣとＤの光軸Ｌ’に沿った長さは等しい。

フィールドレンズ１２０は絞り１５０を撮影レンズ２０１の射出瞳近傍に投影する光学パワーとなるように配置され、対の焦点検出光束を用いることで位相差方式の焦点検出を実現している。

図５は、遮光マスク１３０をフィールドレンズ１２０側から見た平面図である。遮光マスク１３０はフィールドレンズ１２０の射出側に配置され、フィールドレンズ１２０の３つのレンズ部に対応した３つの開口部１３１、１３２、１３３と、光軸Ｌ’に垂直に延びてフィールドレンズを経た光の一部を遮光する遮光部１３４から構成されている。開口部１３１がレンズ部１２６に、開口部１３２がレンズ部１２７に、開口部１３３がレンズ部１２８にそれぞれ対応している。

視野マスク１１０と段差Ａ（または段差Ｂ）の視野マスク１１０に最も近い端部との光軸方向における距離よりも遮光マスク１３０と段差Ｃ（または段差Ｄ）の遮光マスク１３０に最も近い端部との光軸方向における距離の方が大きい。ここで、「視野マスク１１０と段差Ａの視野マスク１１０に最も近い端部との光軸方向における距離」は、図２に示すように、視野マスク１１０の遮光部１１４の射出側の面１１４ａと、段差Ａの端面１２４ａの端部１２４ａ_１との距離Ｍ_Ａである。また、「遮光マスク１３０と段差Ｃの遮光マスク１３０に最も近い端部との光軸方向における距離」は、後述する図６（ｃ）に示すように、遮光マスク１３０の遮光部１３４の入射側の面１３４ａと、段差Ｃの端面１２９ａの端部１２９ａ_１との距離Ｍ_Ｃである。本実施形態は、Ｍ_Ａ＜Ｍ_Ｃに設定している。

本実施形態は、光軸方向に延びる隔壁（仕切板）であるセパレータを使用せずに迷光を防止している。迷光は、周辺部のレンズ部を通った光が中央部に向かう光束と、段差から出る光束に分けることができる。

本実施形態では、遮光マスク１３０をフィールドレンズ１２０から焦点検出センサ２１７側に離して配置することによって、遮光マスク１３０の遮光部１３４により、フィールドレンズ１２０の周辺部のレンズ部から中央に向かう光を遮光している。

フィールドレンズ１２０の中央部のレンズ部１２１、１２６と周辺部のレンズ部１２２、１２３、１２７、１２８は異なる光学面で構成されているため、段差Ａ〜Ｄが生じている。これらの段差に光線があたると迷光源となってしまうため、一般には、視野マスク１１０や遮光マスク１３０をフィールドレンズ１２０に近接させ、段差に光線があたらないようにレンズ部に対応した領域だけを開口とする手段が用いられる。そして、従来はセパレータで周辺部のレンズ部を通った光が中央部に向かう迷光を防止していた。

本実施形態は、視野マスク１１０をフィールドレンズ１２０に近接して配置しているが、遮光マスク１３０は、上述したように、フィールドレンズ１２０からある程度離して配置しているため、段差に起因する迷光を遮光または低減する手段が必要となる。特に、段差Ｃの端部（エッジ）Ｅは成形などのダレにより丸みを帯びて光線を散乱させて迷光源となる。以下、段差Ｃについて説明するが、かかる説明は段差Ｄにも当てはまる。

本実施形態は、迷光を防止するために、焦点検出センサ２１７がある側において、フィールドレンズ１２０の中央部のレンズ部１２６が周辺部のレンズ部１２７、１２８よりも焦点検出センサ２１７がある側に突出させている。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はエッジ部ＥＡにおける迷光を説明するための断面図であり、図２の段差Ｃの拡大断面図に対応する。

図６（ａ）は、中央部のレンズ部１２６Ａよりも周辺部のレンズ部１２７Ａを突出させて遮光マスクをフィールドレンズに近接配置した場合の拡大断面図である。迷光源となる端部ＥＡから矢印で示すように光線が散乱し、実線で示す光線が迷光となり得るが、遮光マスクの遮光部１３４Ａを近接させることによってこの迷光を遮光している。

図６（ｂ）は、図６（ａ）において、本実施形態のように、遮光マスクをフィールドレンズから離した状態を示す断面図である。この場合、実線矢印で示す３本の迷光のうち２本が遮光マスクの遮光部１３４で遮光されなくなっているのが分かる。

図６（ｃ）は、図２の段差Ｃの拡大断面図である。図６（ｃ）に示すように、周辺部のレンズ部１２７よりも中央部のレンズ部１２６が突出させると、端部Ｅで散乱する光線は絞り１５０の中央付近には向かわないため迷光とならない。

また、本実施形態は、段差Ｃ、Ｄの段差量を（段差Ａ、Ｂの段差量よりも）小さく設定することによって、迷光源となり得る領域を小さくしている。

赤外カットフィルタ１４０は、焦点検出に不必要な赤外光をカットする平行平板ガラスである。

図７は、複数の開口を有する絞り１５０を遮光マスク１３０側から見た平面図である。絞り１５０は、遮光マスク１３０の開口部１３１に対応した４つの開口部１５１ａ〜ｄ、開口部１３２に対応した２つの開口部１５２ａ、ｂ、開口部１３３に対応した２つの開口部１５３ａ、ｂを遮光部１５４に有する。開口部１５１ａ、１５１ｃは対であり、開口部１５１ｂ、１５１ｄは対であり、各対は撮影レンズ２０１の一対の瞳領域に対応している。

図８は、２次結像レンズ１６０を焦点検出センサ２１７側から見た平面図である。２次結像レンズ１６０には、絞り１５０の開口に対応して、４つのレンズ部１６１ａ〜ｄ、２つのレンズ部１６２ａ、ｂ、２つのレンズ部１６２ａ、ｂを有する。レンズ部１６１ａ、１６１ｃは対であり、レンズ部１６１ｂ、１６１ｄは対であり、各対は撮影レンズ２０１の一対の瞳領域に対応している。

なお、図８は図７の絞り１５０の場合と異なり射出面側を見た図であるため、絞り１５０の開口部に対して上下反転した位置のレンズ部が対応するようになっている。また、図８は２次結像レンズの射出側のレンズ部を示しているが、フィールドレンズ１２０と同様に入射側にもレンズ部が形成されている。

図９は、焦点検出センサ１７０を２次結像レンズ１６０側からみた平面図である。焦点検出センサ１７０は、２次結像レンズ１６０で形成される被写体像を光電変換する光電変換素子部を含み、カバーガラスと樹脂層により封止されている。焦点検出センサ１７０は、２次結像レンズ１６０の４つのレンズ部に対応した４つの光電変換素子部１７１ａ〜ｄ、２つのレンズ部に対応した２つの光電変換素子部１７２ａ、ｂ、２つのレンズ部に対応した２つの光電変換素子部１７３ａ、ｂを有する。光電変換素子部１７１ａ、ｃは対であり、光電変換素子部１７１ｂ、ｄは対であり、各対は撮影レンズ２０１の一対の瞳領域に対応している。

視野マスク１１０の開口部１１１を通過した光束は、フィールドレンズ１２０のレンズ部１２１、１２６、遮光絞り１３０の開口部１３１、赤外カットフィルタ１４０、絞り１５０の開口部１５１ａ〜ｄ、２次結像レンズ１６０のレンズ部１６１ａ〜ｄを通過する。そして、焦点検出センサ１７０の光電変換部１７１ａ〜ｄに光学像が形成される。その後、不図示の処理回路が焦点検出センサ１７０の被写体像の合焦状態を演算して３つの焦点検出領域に対する焦点検出を行ってＡＦ信号を出力する。

焦点検出装置１００は、特許文献１とは異なり、フィールドレンズ１２０と２次結像レンズ１６０の間に光路を折り返す反射ミラー（反射部材）を有していないストレート光学系から構成されている。即ち、光軸Ｌ’は直線で偏向されていない。ストレート光学系は反射部材が不要となるために部品点数が少なくなり、小型化や低コスト化に寄与すると共に焦点検出精度も向上する。

また、反射ミラーがあると、遮光マスク１３０をフィールドレンズ１２０から離す際に反射ミラーや２次結像レンズと機械的に干渉し易くなるが、本実施形態では反射ミラーがないので配置の自由度が増加している。具体的には、遮光マスク１３０をフィールドレンズ１２０から２次結像レンズ１６０側に、絞り１５０の開口部１５１ａ〜ｄから段差Ｃ、Ｄが見えない程度に離すことが容易になる。

遮光マスク１３０の位置が決まると、遮光マスク１３０の周辺部の開口部１３２、１３３を通過し、絞り１５０の開口部１５１ａ〜ｄに入射する迷光光線の角度がおおよそ決まる。そして、メインミラー２０２およびサブミラー２０３に、焦点検出に必要な有効光束をのみを透過および反射させるような不図示の遮光部材を設け、迷光光線をカットする。

以上のように、高価で組み立てが困難なセパレータを使用しなくても迷光を防止して高い焦点検出精度を有する焦点検出装置を提供することができる。なお、フィールドレンズは３つ以上に分割されてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である

本実施例の焦点検出装置はデジタルカメラなどの撮像装置に適用することができる。

１００ 焦点検出装置
１１０ 視野マスク
１２０ フィールドレンズ
１２１、１２６ 中央部のレンズ部
１２２、１２３、１２７、１２８ 周辺部のレンズ部
１２４ａ_１、１２９ａ_１ 端部
１３０ 遮光マスク
２００ 撮像装置
Ａ〜Ｄ 段差
Ｌ’ 焦点検出装置の光軸

Claims (4)

1. 撮影画面の３つの領域に関して位相差方式により撮影レンズの焦点検出を行う焦点検出装置であって、
   前記撮影レンズの結像面近傍に配置され、前記領域に対応する３つの開口部と遮光部とを有する視野マスクと、
   前記領域に対応する３つのレンズ部を入射側と射出側にそれぞれ有し、前記入射側と前記射出側のそれぞれにおいて前記３つのレンズ部の中央部のレンズ部と周辺部のレンズ部との間に段差を有し、前記視野マスクを経た光を集光するフィールドレンズと、
   前記領域に対応する３つの開口部と、前記焦点検出装置の光軸に垂直に延びて前記フィールドレンズを経た光の一部を遮光する遮光部と、を有する遮光マスクと、
   を有し、
   前記焦点検出装置の光軸を含み、前記視野マスクの３つの開口部が並ぶ方向に平行な断面において、前記視野マスクと前記フィールドレンズの入射側の段差の前記視野マスクに最も近い端部との前記焦点検出装置の光軸方向における距離よりも前記遮光マスクと前記フィールドレンズの射出側の段差の前記遮光マスクに最も近い端部との前記焦点検出装置の光軸方向における距離の方が大きく、
   前記フィールドレンズの前記入射側の前記段差において前記周辺部のレンズ部よりも前記中央部のレンズ部が突出しておらず、
   前記フィールドレンズの前記射出側の前記段差において前記周辺部のレンズ部よりも前記中央部のレンズ部が突出していることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記フィールドレンズを含む光学系はストレート光学系であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記断面において、前記フィールドレンズの前記射出側の段差の段差量は前記フィールドレンズの前記入射側の段差の段差量よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置。