JP6943305B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、一眼レフレックスカメラなどに用いられる焦点検出装置に関する。

従来、一眼レフカメラ等のカメラに搭載される焦点検出装置としては、いわゆる位相差検出方式を用いたものが一般的によく用いられている（特許文献１，２）。この種の焦点検出装置が搭載されるカメラでは、撮影レンズを通過した光束をメインミラーにより２つに分割する。具体的には、メインミラーは、撮影レンズを通過した光束の一部（反射光束）をファインダ光学系へ向けて反射し、残り（透過光束）をメインミラーの後方に配置されたサブミラーへ向けて透過する。そして、透過光束は、サブミラーによって下方に反射され、ミラーボックスの下方の焦点検出光学系（焦点検出装置）に導かれる。焦点検出装置は、再結像光学系と、焦点検出用センサとを含んでおり、該再結像光学系は、コンデンサーレンズ、反射部材、セパレーターマスク、及びセパレーターレンズを含んでいる。位相差検出方式は、焦点検出用センサの一対のラインセンサ上に再結像した対となる像の相対的位置（位相差）を演算し、演算結果を位置ズレ（デフォーカス量）として検出することで、焦点検出を行う方式である。

近年、イメージセンサの大型化が進み、これに合わせて、より広い焦点検出エリアが望まれるようになってきている。焦点検出エリアを広くしようとすると、焦点検出用センサ上の像エリアも大きくなるため、対となる像の間隔を大きく設定することが不可欠となる。このため、対となるセパレーターマスクのスリット間隔やセパレーターレンズのレンズ間隔を大きく設定することが必要となり、結果としてコンデンサーレンズからセパレーターマスク（あるいはセパレーターレンズ）までの光軸に沿った距離をより長く設定せざるを得ない。このことが焦点検出装置の大型化を招く要因となっている。

特許文献１及び２には、コンデンサーレンズとセパレーターレンズの間に２つ（又は３つ）の反射面を配置し、光軸を２回（又は３回）折り返すことで焦点検出装置を小型化する例が示されている。

特開平08-122625号公報 特開2009-300607号公報

ここで広い焦点検出エリアを確保しようとすると、サブミラーで反射する反射光束幅もより大きくなるので、サブミラーも大きくする必要が生じる。しかしサブミラーから撮像面（イメージセンサ）までの間の空間は狭く、しかもシャッターなどが配置されるため、サブミラーの大きさはこれらの条件によって制限される。

特許文献１ではメインミラーを透過した光束を下方に入射光束に対して９０°の角度をもって反射させているため、広い焦点検出エリアを確保しようとしてサブミラーを大きくした場合、サブミラーがシャッターなどと干渉してしまうという問題がある。

また特許文献２では焦点検出装置の構成部材を高スペース効率で配置できているとは言えず、焦点検出装置を十分に小型化できていない問題がある。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、広い焦点検出エリアを確保しつつ、コンパクトな焦点検出装置を得ることを目的とする。

本発明の焦点検出装置は、その一態様では、撮影レンズ側から光路順に、前記撮影レンズを透過した光束を順に反射する第１ミラー、第２ミラー及び第３ミラーと、前記第３ミラーで反射された光束が入射するＡＦセンサとを有する焦点検出装置であって、前記第２ミラーは、前記第１ミラーの反射光軸上に位置する前記撮影レンズの予定結像面より後段に位置していること、及び前記第２ミラーの反射面は、前記第１ミラーの反射面を含む仮想平面の内側空間と前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面の内側空間とが作る仮想ダハ面の鋭角領域に配置されていること、を特徴とする。

前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面は、前記第１ミラーの反射面において交わってもよい。

前記第１ミラーに入射した光軸と反射された光軸がなす角度をα、前記第１ミラーによって反射された光軸と前記第３ミラーによって反射された光軸とがなす角度をθとするとき、前記角度θが前記角度αより大きく、且つ、下記の条件（１）を満たすことが好ましい。
１．１α＜θ＜８５° ・・・（１）

本発明の焦点検出装置は、その他の態様では、撮影レンズ側から光路順に、前記撮影レンズを透過した光束を順に反射する第１ミラー、第２ミラー及び第３ミラーと、前記第３ミラーで反射された光束が入射するＡＦセンサとを有する焦点検出装置であって、前記第１ミラーと前記第２ミラーの間にコンデンサーレンズが配置されていること、前記第３ミラーと前記ＡＦセンサの間にセパレーターマスク及びセパレーターレンズが配置されていること、前記第２ミラーは、前記コンデンサーレンズが配置される前記第１ミラーの反射光軸上に位置する前記撮影レンズの予定結像面より後段に位置していること、前記第１ミラーは、前記コンデンサーレンズが配置される前記第１ミラーの反射光軸が前記撮影レンズの光軸と鋭角をなして交わる向きに設けられていること、前記第２ミラーと前記第３ミラーは、前記コンデンサーレンズが配置される前記第１ミラーの反射光軸と、前記セパレーターマスク及び前記セパレーターレンズが配置される前記第３ミラーの反射光軸とが交わるように設けられていること、前記第２ミラーの反射面は、前記第１ミラーの反射面を含む仮想平面と前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面とが作る仮想ダハ面の内側空間に配置されていること、及び前記第１ミラーに入射した光軸と反射された光軸がなす角度をα、前記第１ミラーによって反射された光軸と前記第３ミラーによって反射された光軸とがなす角度をθとするとき、前記角度θが前記角度αより大きく、且つ、下記の条件（１）を満たすこと、を特徴とする。
１．１α＜θ＜８５° ・・・（１）

前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面は、前記第１ミラーの反射面において交わってもよい。

本発明によれば、広い焦点検出エリアを確保しつつ、コンパクトな焦点検出装置を得ることができる。

一実施形態のカメラの光学構成の一部を示す図である。 一実施形態の焦点検出ユニット（焦点検出装置）の構成を示す図である。 角度αと角度θと迷光の関係の説明に供する第１の図である。 角度αと角度θと迷光の関係の説明に供する第２の図である。 角度αと角度θと迷光の関係の説明に供する第３の図である。 焦点検出ユニット（焦点検出装置）のミラーを展開した状態を示す図である。

以下に、本発明の焦点検出装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明の焦点検出装置が限定されるものではない。以下の説明中の方向（前後方向、上下方向）は、図中に記載した矢線の各方向を基準とする。

図１は、一実施形態のカメラの光学構成の一部を示す図である。図１においてカメラ（撮像装置）１は、ファインダ光学系１０と、メインミラー（クイックリターンミラー）２０と、焦点検出ユニット（焦点検出装置）３０とを有している。

メインミラー２０は、図示を省略した回動駆動機構により、撮影レンズ（図示せず）の光軸Ｐ１上に位置するミラーダウン位置（図１に描いた位置）と、光軸Ｐ１上から退避するミラーアップ位置（図１には描いていない）との間で回動駆動される。メインミラー２０には、メインミラー２０がミラーダウン位置にあるときに該メインミラー２０の直後の光軸Ｐ１上に位置し、且つ、メインミラー２０がミラーアップ位置にあるときに該メインミラー２０と一緒に光軸Ｐ１上から退避するサブミラー３１が取り付けられている。

メインミラー２０がミラーアップ位置にあるとき、撮影レンズから入射した被写体の光束は、イメージセンサ（図示せず）の受光面に被写体像として結像する。この被写体像は、マトリックス状に配置された多数の画素によって、電気的な画素信号に変換され、画像データとしてカメラＣＰＵ（図示せず）に出力される。カメラＣＰＵは、イメージセンサからの画像データに所定の画像処理を施して、これをＬＣＤ（図示せず）に表示し、画像メモリ（図示せず）に記憶する。

メインミラー２０がミラーダウン位置にあるとき、撮影レンズを介して入射した被写体からの光束は、撮影レンズの光軸Ｐ１に沿ってメインミラー２０に到達する。メインミラー２０は光軸Ｐ１に対して略４５°傾いた状態で配置されており、メインミラー２０に到達した光束の一部は、メインミラー２０で上に向けて反射されて光軸Ｐ２に沿って進み、ファインダ光学系１０へ入射される。

ファインダ光学系１０は、ファインダスクリーン（ピント板）１１と、ペンタプリズム１３と、接眼レンズ群（ルーペ光学系）１５と、カバーガラス１７とを有している。ファインダスクリーン１１は、メインミラー２０の反射面で反射された被写体の光束を被写体像として結像する。ファインダスクリーン１１の結像面は、イメージセンサの結像面と光学的に等価である。ペンタプリズム１３は、ファインダスクリーン１１による被写体像を正立像に変換する（正立化する）。ペンタプリズム１３から射出された光束中の被写体像は、接眼レンズ群１５で拡大された後にカバーガラス１７を通過して、ファインダ窓（図示せず）から観察可能となっている。

一方、撮影レンズを介して入射した被写体からの光束のうち、メインミラー２０で上に向けて反射された光を除く他の一部は、メインミラー２０を透過して光軸Ｐ３（光軸Ｐ１をメインミラー２０の後方まで延長したもの）に沿って進んで焦点検出ユニット（焦点検出装置）３０へ入射される。

焦点検出ユニット（焦点検出装置）３０は、図１に示すように、サブミラー３１（第１ミラー）と、ハウジング３２と、コンデンサーレンズ３３と、ミラー３４，３５（第２ミラー、第３ミラー）と、セパレーターマスク３６と、セパレーターレンズ３７と、オートフォーカス（ＡＦ）センサ３８とを有している。ハウジング３２は、コンデンサーレンズ３３を固定支持する固定枠３２Ａと、ミラー３４を固定支持する固定枠３２Ｂと、ミラー３５を固定支持する固定枠３２Ｃと、セパレーターマスク３６を固定支持する固定枠３２Ｄと、セパレーターレンズ３７を固定支持する固定枠３２Ｅとを有している。

メインミラー２０を透過して光軸Ｐ３に沿って進んだ光は、サブミラー３１に到達する。そして、サブミラー３１に到達した光束は、サブミラー３１で下斜め前方に反射されて光軸Ｐ４に沿って進む。

サブミラー３１で反射された光は、予定結像面（一次結像面）ＰＬ１で結像した後、予定結像面ＰＬ１よりも光路上で後段に位置するコンデンサーレンズ３３へ到達する。コンデンサーレンズ３３に到達した光は、入射面３３Ａから入ってコンデンサーレンズ３３の内部を進み、出射面３３Ｂから出射される。

コンデンサーレンズ３３の出射面３３Ｂから出射された光は、光軸Ｐ４と交わるように配置されたミラー３４の反射面３４Ａによって上斜め前方に向けて反射されて光軸Ｐ５に沿って進む。

ミラー３４で反射された光は、光軸Ｐ５と交わるように配置されたミラー３５の反射面３５Ａによって下斜め後方に向けて反射されて光軸Ｐ６に沿って進む。

光軸Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６は同一の基準平面内に位置する基準光軸（単一の光軸）を構成している。

ミラー３５で反射された光は、光軸Ｐ６に沿って進み、セパレーターマスク３６へ到達する。セパレーターマスク３６へ到達した光は、セパレーターマスク３６のスリット（図示せず）を通過した後にセパレーターレンズ３７の一対のレンズ３７Ａを通過して、ＡＦセンサ３８に到達し、ＡＦセンサ３８の結像面ＰＬ２（二次結像面）で結像する。

光軸Ｐ３（Ｐ１）と光軸Ｐ４のなす角ＡＧ１の角度αは４５°よりも大きく且つ９０°よりも小さい。すなわち、サブミラー３１は、サブミラー３１の反射光軸Ｐ４が撮影レンズの光軸Ｐ１（Ｐ３）と鋭角をなすように配置されている。別の見方をすれば、サブミラー３１は、メインミラー２０となす角ＡＧ２の角度βが４５°よりも大きく且つ９０°より小さくなるように、配置されている。従って、サブミラー３１は、上下方向となす角ＡＧ３の角度γが０°より大きく且つ４５°よりも小さくなるように配置されており、サブミラー３１の前後方向の占有幅が小さくなっている。このため、イメージセンサの大型化に伴って広い焦点検出エリアを確保するためにサブミラー３１を大きくせざるを得ない場合でも、サブミラー３１の直後に存在するシャッターやイメージセンサとサブミラー３１が干渉することを防止することができる。

図１に示すように、ミラー（第２ミラー）３４とミラー（第３ミラー）３５は、サブミラー（第１ミラー）３１による反射光軸Ｐ４とミラー（第３ミラー）３５による反射光軸Ｐ６が交わるように配置されている。ミラー３４、ミラー３５及びセパレーターマスク３６は、それぞれ、光軸Ｐ６と光軸Ｐ４の交点を向いており、この交点を囲むように配置されている。これにより、ミラー３４、ミラー３５及びセパレーターマスク３６を高スペース効率で配置させることができている。

また、図１に示す光軸Ｐ４と光軸Ｐ６のなす角ＡＧ４の角度θは、角度αよりも大きくなっている。これにより、ミラー３４、ミラー３５、セパレーターマスク３６、及び、セパレーターレンズ３７を、コンデンサーレンズ３３の下側スペースに効率良く配置することができるので、鋭角に反射するサブミラー３１が用いられる場合でも、焦点検出ユニット３０を小型化（コンパクト化）することができる。

また別の見方をすれば、図２に示すように、ミラー３４の反射面３４Ａは、サブミラー３１の反射面３１Ａを含む仮想平面ＰＬ３と、ミラー３５の反射面３５Ａを含む仮想平面ＰＬ４とが作る仮想ダハ面ＰＬ５の内側空間に配置されている。これにより、サブミラー３１、ミラー３４、及びミラー３５を、高スペース効率で配置させることができている。

さらに、図２では、ミラー３５の反射面３５Ａを含む仮想平面ＰＬ４が、サブミラー３１の反射面３１Ａと交わっている。これにより、サブミラー３１、ミラー３４、及びミラー３５を、さらに高スペース効率で配置させることができる。

以上のようにして、広い焦点検出エリアを確保しつつコンパクトな焦点検出装置３０を得ることができる。

ここで、角度αと角度θと迷光の関係について、図３ないし図５を用いて説明する。図３は、角度α＝６５°で、角度θ＝７８°で配置された焦点検出ユニット（焦点検出装置）が示されている。また、図４は、角度α＝角度θ＝６５°で配置された焦点検出ユニット（焦点検出装置）が示されている。また、図５は、角度α＝６５°で、角度θ＝９０°で配置された焦点検出ユニット（焦点検出装置）が示されている。つまり、図３及び図５には、角度θが角度αよりも大きい状態が示されており、図４には、角度θが角度αと等しい状態が示されている。ここで、図３ないし図５において、破線は、コンデンサーレンズ３３の中心を通る光線を含む断面の有効光束範囲を示している。また、ミラー３４及びミラー３５を展開した状態（図６）では、有効光束範囲は、図３ないし図５で一致している。

この有効光束範囲の外側にも、コンデンサーレンズ３３を通過した光束は存在する。この有効光束範囲外の光の一部が、ミラー３４やコンデンサーレンズ３３の出射面３３Ｂで反射すると迷光となる。この迷光が、セパレーターマスク３６及びセパレーターレンズ３７を通過してＡＦセンサ３８に到達すると、焦点検出精度を著しく低下させ問題となる。

この問題を解決するために、下記条件式（１）を満たすことで、上記迷光は、セパレーターマスク３６で遮断されて、ＡＦセンサ３８に到達しないようにすることができる。図３では、この条件式（１）が満たされている。
１．１α＜θ＜８５°・・・（１）

一方、図４には、角度θが上記条件式（１）の下限を下回ったときの状態（特に、角度θが角度αと等しい状態）が示されている。この場合には、ミラー３５の下端部で反射した光束の一部がミラー３４で再び反射して迷光となり、セパレーターマスク３６及びセパレーターレンズ３７を通過してＡＦセンサ３８に到達している。詳細には、図４に示す構成では、ミラー３５で反射した下側の有効光束範囲を示す点線と、ミラー３４の反射面３４Ａとのなす角が小さく且つ接近し易い。このため、ミラー３４で反射した迷光の反射角度も小さくなり、迷光をセパレーターマスク３６で遮断することが困難になる。

また、図５には、角度θが上記条件式（１）の上限を上回ったときの状態（特に、角度θが９０°の状態）が示されている。この場合には、ミラー３５の上端部で反射した光束の一部がコンデンサーレンズ３３の射出面３３Ｂで反射して迷光となり、セパレーターマスク３６及びセパレーターレンズ３７を通過してＡＦセンサ３８に到達している。図５に示す構成では、ミラー３５で反射した上側の有効光束範囲を示す点線と、コンデンサーレンズ３３の射出面３３Ｂとのなす角が小さく且つ接近し易い。このため、コンデンサーレンズ３３の射出面３３Ｂで反射した迷光の反射角度も小さくなり、迷光をセパレーターマスク３６で遮断することが困難になる。

ここで、ハウジング３２には、図１及び図２に示すように、コンデンサーレンズ３３の出射面３３Ｂの周縁部近傍において、光軸Ｐ４と略平行に立ち上がる迷光遮蔽壁３２Ｆが設けられている。この迷光遮蔽壁３２Ｆによって、例えば図５に示したように角度θが上記条件式（１）の上限を上回ったときにコンデンサーレンズ３３の出射面３３Ｂで反射されてセパレーターマスク３６のスリット（図示せず）へ進入しようとする迷光を、確実に遮蔽することができる。

１ カメラ（撮像装置）
１０ ファインダ光学系
１１ ファインダスクリーン（ピント板）
１３ ペンタプリズム
１５ 接眼レンズ群
１７ カバーガラス
２０ メインミラー（クイックリターンミラー）
３０ 焦点検出ユニット（焦点検出装置）
３１ サブミラー（第１ミラー）
３１Ａ 反射面
３２ ハウジング
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ 固定枠
３２Ｆ 迷光遮蔽壁
３３ コンデンサーレンズ
３３Ａ 入射面
３３Ｂ 出射面
３４，３５ ミラー（第２ミラー、第３ミラー）
３４Ａ，３５Ａ 反射面
３６ セパレーターマスク
３７ セパレーターレンズ
３７Ａ レンズ
３８ オートフォーカス（ＡＦ）センサ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６ 光軸
ＡＧ１，ＡＧ２，ＡＧ３，ＡＧ４ 角
α，β、γ，θ 角度
ＰＬ１ 予定結像面（一次結像面）
ＰＬ２ 結像面（二次結像面）
ＰＬ３，ＰＬ４ 仮想平面
ＰＬ５ 仮想ダハ面

Claims (5)

1. 撮影レンズ側から光路順に、前記撮影レンズを透過した光束を順に反射する第１ミラー、第２ミラー及び第３ミラーと、前記第３ミラーで反射された光束が入射するＡＦセンサとを有する焦点検出装置であって、
   前記第２ミラーは、前記第１ミラーの反射光軸上に位置する前記撮影レンズの予定結像面より後段に位置していること、及び
   前記第２ミラーの反射面は、前記第１ミラーの反射面を含む仮想平面の内側空間と前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面の内側空間とが作る仮想ダハ面の鋭角領域に配置されていること、
   を特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１記載の焦点検出装置において、
   前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面は、前記第１ミラーの反射面において交わる焦点検出装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の焦点検出装置において、
   前記第１ミラーに入射した光軸と反射された光軸がなす角度をα、前記第１ミラーによって反射された光軸と前記第３ミラーによって反射された光軸とがなす角度をθとするとき、前記角度θが前記角度αより大きく、且つ、下記の条件（１）を満たす焦点検出装置。
   １．１α＜θ＜８５° ・・・（１）
4. 撮影レンズ側から光路順に、前記撮影レンズを透過した光束を順に反射する第１ミラー、第２ミラー及び第３ミラーと、前記第３ミラーで反射された光束が入射するＡＦセンサとを有する焦点検出装置であって、
   前記第１ミラーと前記第２ミラーの間にコンデンサーレンズが配置されていること、
   前記第３ミラーと前記ＡＦセンサの間にセパレーターマスク及びセパレーターレンズが配置されていること、
   前記第２ミラーは、前記コンデンサーレンズが配置される前記第１ミラーの反射光軸上に位置する前記撮影レンズの予定結像面より後段に位置していること、
   前記第１ミラーは、前記コンデンサーレンズが配置される前記第１ミラーの反射光軸が前記撮影レンズの光軸と鋭角をなして交わる向きに設けられていること、
   前記第２ミラーと前記第３ミラーは、前記コンデンサーレンズが配置される前記第１ミラーの反射光軸と、前記セパレーターマスク及び前記セパレーターレンズが配置される前記第３ミラーの反射光軸とが交わるように設けられていること、
   前記第２ミラーの反射面は、前記第１ミラーの反射面を含む仮想平面と前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面とが作る仮想ダハ面の内側空間に配置されていること、及び
   前記第１ミラーに入射した光軸と反射された光軸がなす角度をα、前記第１ミラーによって反射された光軸と前記第３ミラーによって反射された光軸とがなす角度をθとするとき、前記角度θが前記角度αより大きく、且つ、下記の条件（１）を満たすこと、
   を特徴とする焦点検出装置。
   １．１α＜θ＜８５° ・・・（１）
5. 請求項４記載の焦点検出装置において、
   前記第３ミラーの反射面を含む仮想平面は、前記第１ミラーの反射面において交わる焦点検出装置。

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