JPH01216309A - 焦点検出用光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カメラの焦点検出用光学系に関するものであ
り、自動焦点調節機能付きの一眼レフカメラやビデオカ
メラの焦点検出装置として用いられるものである。

［従来の技術］ 第５図は従来の位相差検出方式による焦点検出用光学系
の概略構成図である。第５図において、Ｌ、ｏはコンデ
ンサレンズ、Ｌ、、Ｌ、は撮影レンズの光軸Ｎｏ（以下
これを主光軸と云う）に関して略対称に配置された一対
の再結像レンズであり、撮影レンズにより形成される像
をコンデンサレンズＬ０及び一対の再結像レンズ１．、
＋、１．，１によって、第１像及び第２像として再結像
する。ここで、再結像レンズＬ　ｔ　、　Ｌ　ｔによっ
て再結像される第１像及び第２像の間隔は撮影レンズの
焦点位置によって変化する。したがって、撮影レンズの
予定結像面ＦＰとコンデンサレンズＬ０及び一対の再結
像レンズＬ　＋　、　Ｌ　２に関して共役な位置又はそ
の近傍に、ラインセンサーＰｏの第１及び第２の受光素
子列１、Ｉ［を一列に並べて配置しておけば、その第１
及び第２の受光素子列１．Ｉ［による第１像及び第２像
の位置検出によって撮影レンズの焦点位置を検出できる
。

第５図において、撮影レンズの予定結像面ＦＰ上での焦
点検出エリアの長さＳは、光学系の像倍率が一定である
とすると、ラインセンサーＰ０の第１及び第２の受光素
子列１．ＩＩの長さｓｌ、ｓｌによって定まる。したが
って、焦点検出エリアの長さＳを長くするためには、第
１及び第２の受光素子列１．■の長さｓｌ、ｓ、を長く
する必要がある。

第７図は焦点検出エリアの長さＳを長くした場合の焦点
検出用光学系の概略構成図である。第１及び第２の受光
素子列１．ＩＩの長さｓｌ、ｓ、が長くなるのに伴い、
再結像される第１像及び第２像の間隔を拡げる必要が生
じる。第７図の光学系においては、第５図の光学系に比
べて一対の再結像レンズＬ、、Ｌ２の曲率中心０．．０
２間の間隔ｌを拡げることによって、第１像及び第２像
を形成するための光路を同図の破線で示す光路から２点
鎖線で示す光路に偏向させて第１像及び第２像の間隔を
拡げている。ここで、一対の絞り開口部Ａ　Ｉ、　Ａ　
２の間隔も併せて拡げることも可能であるが、焦点検出
用の光束がクラレやすくなり、焦点検出できる交換レン
ズのＦナンバーが制限されることになるので、ここでは
、絞り開口部Ａ　＋　、　Ａ　２に対して、再結像レン
ズＬ　＋　、　Ｌ　２を第５図に示す間隔から第７図に
示す間隔に拡げることによって、第１像及び第２像の間
隔を拡げている。

なお、特開昭６２−７８５１８号公報には、各再結像レ
ンズの後方に夫々少なくとも２枚の反射鏡を有する反射
部材を配置して、第１像及び第２像を受光素子列の配列
方向に分離することが提案されているが、各再結像レン
ズについて夫々少なくとも２枚の反射鏡を必要とするの
で、構成が複雑で大型化するという問題があり、小型化
を要求されるカメラの焦点検出装置においては、再結像
レンズの偏心を利用する方が好ましい。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、焦点検出エリアの拡大を再結像レンズＬ
　＋　、　Ｌ　２の偏心で行う場合、再結像される第１
像及び第２像の像面湾曲が大きく現れ、受光素子列■、
■上の点像の大きさが受光部中央に対し、非対称な形と
なり、焦点検出誤差を招くという問題がある。

第６図及び第８図は、夫々第５図及び第７図の受光素子
列Ｉ、■上での点像の大きさを表したものである。第５
図に示すように、予定結像面ＦＰと主光軸ｌ−０との交
点Ｃからの光束がほぼ直進して、第１及び第２の受光素
子列ｉ、■の中心点ｃ　Ｉ、ｃ。

に夫々結像するように、再結像レンズＬ　＋　、　Ｌ　
２の曲率中心間隔ｌが定められている場合には、第６図
に示すように、焦点検出エリアの端点Ａ及びＢが受光素
子列１．■上の端点Ａ、、Ａ、及びＢ　、、Ｂ。

に再結像された点像の大きさには余り差が生じない。

これに対し、第７図に示すように、交点Ｃからの光束を
再結像レンズＬ　＋　、　Ｌ　２で偏向し、受光素子列
１．Ｉ［の中心点ｃｌ、ｃ、に再結像するように、再結
像レンズＬ、、Ｌ２の曲率中心間隔ｌを拡げた場合には
、焦点検出エリア内の一点、例えば、点Ａから受光素子
列Ｉに入射する光束は、再結像レンズＬｌを通る際、偏
向を余り受けないが、同じ点Ａから受光素子列■に入射
する光束は、再結像レンズＬ、を通る際に、かなりの偏
向を受けるため、コマ収差の影響で再結像レンズＬ１を
通った光束よりも手前で結像する。つまり、受光素子列
■上の端点Ａ、に再結像された点像の方が受光素子列１
上の端点Ａ１に再結像された点像よりも大きくなる。し
たがって、第８図番こ、示すように、焦点検出エリアの
端点Ａ及びＢが受光素子列１．ＩＩ上の端点Ａｌ、Ａ、
及びＢ、、Ｂ、に再結像された点像の大きさには、無視
することのできない差が生じ、受光素子列１．１１上の
点像の大きさは、中心点ＣＩ。

Ｃ■に対して非対称となる。そして、これが焦点検出誤
差の原因となる。

例えば、第９図に示すように黒地に８縞の被写体を、焦
点検出エリアＦＡの端点Ａに近い方に０絹（イ）が、端
点Ｂに近い方に０絹（ハ）が、中心点Ｃ付近に０絹（ロ
）が夫々入るようにしたときの受光素子列■、■の出力
を、第１０図に示す、この場合、受光素子列１．ＩＩは
、中心点Ｃ付近ではほぼ同じ太さの０縞を見ていること
になるが、端点Ａ又はＢ付近では、あたかも違った太さ
の全く別の０縞を見ているということになる。このよう
に、受光素子列［，１１の同一視点での点像の大きさが
著しく異なると、第１像と第２像の一致度が低下し、そ
の結果、焦点検出精度が低下する。さらに、この現象は
、像点が主光軸ムから離れるほど大きくなるため、焦点
検出エリアを大きくした効果が十分に得られないことに
なる。

なお、特開昭６２−７９４０７号公報には、再結像レン
ズの厚さ条件について言及されているが、再結像される
点像の大きさを補正するための条件を示したものではな
く、また、再結像レンズの構成がプリズム面と凸レンズ
面を組み合わせたものであり、平凸レンズを用いたもの
ではないので、上述の技術的課題の解決には役立たない
ものである。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、位相差検出方式の焦点検出用光
学系において、再結像レンズの偏心による焦点検出エリ
アの拡大に伴って生じる像面湾曲による焦点検出精度の
劣化を防止することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図乃至第４図に示すように、撮影レンズＴＬによって結
ばれる物体の像を、コンデンサレンズＬ０と、一対の再
結像レンズＬ　＋　、　Ｌ　２と、上記各再結像レンズ
Ｌ　＋　、　Ｌ　ｔの曲率中心０．．０□に対して偏心
した一対の絞り開口部Ａ　＋　、　Ａ　ｚを有する絞り
マスクＡＭとを介して、一列に配列された受光素子列（
ＣＯＤラインセンサーＰ０）上に一対の像として再結像
し、上記受光素子列上に再結像した一対の像の位置を検
出して、上記撮影レンズＴＬの焦点の位置を検出する焦
点検出用光学系において、上記一対の再結像レンズＬ　
＋　、　Ｌ　ｔは同一の曲率半径Ｒ及び同一の心厚Ｔを
有する平凸レンズからなり、上記平凸レンズの曲率半径
Ｒと心厚Ｔがほぼ等しく、且つ、上記絞りマスクＡＭは
上記平凸レンズの平坦部に密着していることを特徴とす
るものである。

［作用］ 本発明にあっては、このように、再結像レンズＬ　＋　
、　Ｌ　２を構成する平凸レンズの曲率半径Ｒと心厚Ｔ
をほぼ等しくし、且つ、絞りマスクＡＭを平凸レンズの
平坦部に密着させるようにしたから、平凸レンズの曲率
中心Ｏｌ、　０２をほぼ絞りマスクＡＭ上に位置させる
ことができるものである。つまり、本発明にあっては、
再結像レンズＬ、、Ｌ。

の曲率中心０．．０２が絞り開口部Ａ　＋　、　Ａ　２
の開口中心線から外れることは許しても、再結像レンズ
Ｌ１゜Ｌ２の曲率中心０．．０．が絞り開口部Ａ、、Ａ
２を含む面（絞りマスクＡ、の面）から大きく外れるこ
とは許さないものである。したがって、絞り開口部Ａ、
、Ａ２の開口中心線に対して対称な方向から入射する光
束に対するコマ収差はほぼ同じ程度となり、各入射光束
に対する像点の大きさはほぼ同じとなる。これは、あた
かも再結像レンズＬ　ｒ　、　Ｌ　２の曲率中心０１，
０□が絞り開口部Ａ　Ｉ、　Ａ　ｔの開口中心線に対し
て偏心していない場合と像点の大きさに関する限りでは
同じ現象が生じていることになる。したがって、本発明
にあっては、再結像レンズＬ、、Ｌ２の偏心に起因する
焦点検出精度の劣化を防止できるものである。

［実施例］ 第１図（ａ）は本発明に係る焦点検出用光学系の一実施
例の概略構成を示す斜視図であり、第１図（ｂ）はその
平面図である。第１図（ａ）において、ＴＬは撮影レン
ズであり、その予定結像面ＦＰの近、傍には、視野マス
クＦＭが配置されている。上記視野マスクＦＭの中央部
には開口部Ｅ、、両側には開口部Ｅｅｌ、Ｅ、、が設け
られ、全体としてＨ型の開口部となっている。視野マス
クＦ、の各開口部Ｅ　Ｏ、Ｅ　６　＋　、　Ｅ　ｏ　２
を通過した光束は、コンデンサレンズＬ、、Ｌ、ｌ、Ｌ
、、を夫々通過して集束される。

再結像レンズ板りは、中央部に横方向に配列された再結
像レンズ対し、、Ｌ２と、両側に夫々縦方向に配列され
た再結像レンズ対し　ｓ　、　Ｌ　４及びＬ　ｓ　、　
Ｌ　ｓを備えている。再結像レンズＬ、〜Ｌ６はすべて
同一の曲率半径及び同一の心厚を有する平凸レンズより
なり、その凸面は、センサー基板Ｐの側に、向けられて
いる。絞りマスクＡ、には、再結像レンズＬ、〜Ｌ６に
対応した位置に絞り開口部Ａ１〜Ａ６が設けられている
。この絞りマスクＡ、は、再結像レンズ板りの直前に配
置しており、再結像レンズ板りの平坦部に密着している
。コンデンサレンズＬ　ｏ　、　Ｌ　ｏ　１　、　Ｌ　
６２と再結像レンズ板りどの間には、主光軸上の焦点検
出ブロッ久と主光軸外の焦点検出ブロックとを光学的に
分離するための遮光部材ＭＭを配置し、迷光の侵入を防
いでいる。

センサー基板Ｐの中央部には、再結像レンズ対し　Ｉ、
　Ｌ　２の配列方向と一致するように、ＣＣＤラインセ
ンサーＰａが横長に配されている。また、センサー基板
Ｐの両側には、再結像レンズ対し　３　＋Ｌ４及びＬ　
ｓ　、　Ｌ　ｓの配列方向と一致するように、ＣＣＤラ
インセンサーＰ、ｌ及びＰａ２が縦長に配されている。

各ＣＯＤラインセンサーＰＩＩＩＰ１１１１ＰＯ２は夫
々第１及び第２の受光素子列を含んでおり、再結像レン
ズ対し　＋　、　Ｌ　＊　；　Ｌ　ｓ　、　Ｌ　４　；
　Ｌ　ｓ　１Ｌ　ｓによって再結像された第１及び第２
の像を別々に光電変換するようにしている０図中、点線
で囲んだブロック（ＡＰ）は、ＡＰセンサーモジュール
を示している。

第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）は、再結像レン
ズＬ１の心厚Ｔの変化に伴う受光素子列１上での点像の
大きさの変化を説明するための図である。再結像レンズ
Ｌ１の曲率中心０１は、絞り開口部Ａ、の開口中心線ム
に対して偏心しており、その偏心量は第２図（ａ）〜（
ｃ）において同一であるとする。

まず、第２図（ａ）に示すように、再結像レンズＬ１の
心厚Ｔが曲率半径Ｒに比べて小さく、再結像レンズＬ、
が予定結像面ＦＰ上の像点Ｘ０側に偏心している場合に
、像点Ｘ０から絞りマスクＡＭへ入射する光束の主光線
と再結像レンズＬ、の曲率中心０１との距離をｌｘとし
、また、開口中心線！。

を軸として像点Ｘ、と対称な位置にある像点Ｙｏがら絞
りマスクＡＭへ入射する光束の主光線と再結像レンズＬ
、の曲率中心Ｏ１との距離を１ｙとし、両者を比較する
と、距離！×よりも距離１ｙの方が長い。

そのため、像点Ｙ、からの光束の方が球面への入射角が
大きく、コマ収差の影響を強く受けるため、受光素子列
Ｉ上の点像Ｘに比べて点像Ｙの方が小さくなる。

次に、第２図（ｂ）に示すように、再結像レンズＬ１の
心厚Ｔが曲率半径Ｒに比べて大きい場合には、距離１．
よりも距離！×の方が長くなるため、像点Ｘｏからの光
束の方が球面への入射角が大きく、コマ収差の影響を強
く受けるため、受光素子列Ｉ上の点像Ｙに比べて点像Ｘ
の方が小さくなる。

つまり、第２図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、再結
像レンズＬ、の心厚Ｔが曲率半径Ｒに対してかなり大き
いか、かなり小さい場合には、受光素子列Ｉ上の点像の
大きさは、予定結像面ＦＰ上の点Ｚ０から発した光束の
受光素子列１への入射位置Ｚを中心として非対称となり
、これが焦点検出精度低下の原因となる。

これに対し、第２図（ｃ）に示すように、再結像レンズ
Ｌ、の心厚Ｔが曲率半径Ｒとほぼ等しい場合には、距離
ｌｘと距離ｌｙはほぼ等しくなる。この場合、像点Ｘ０
からの光束も像点Ｙ０からの光束も同程度のコマ収差の
影響を受けるため、受光素子列■上の点像Ｘと点像Ｙは
ほぼ同じ大きさとなる。

つまり、受光素子列Ｉ上の点像の大きさは、絞り開口部
Ａ１の開口中心線りに沿った光束の入射位置Ｚを中心と
してほぼ対称となる。これは、あたかも再結像レンズＬ
１の曲率中心０．が絞り開口部Ａ１の開口中心線１１に
対して偏心していない第５図に示す焦点検出用光学系に
おける場合と、点像の大きさに関する限りでは、同じ現
象が生じていることになる。したがって、本発明では再
結像レンズＬ、の曲率中心Ｏ１の偏心に起因する焦点検
出精度の劣化を防止することが可能となるものである。

以上のことは、一方の再結像レンズＬ１について説明し
たが、他方の再結像レンズＬ２についても同様の議論が
成り立つことは言うまでもない。

第３図は、第１図（ａ）、（ｂ）に示す焦点検出用光学
系において、再結像レンズＬ、、Ｌ、の厚さＴを変化さ
せたときに、受光素子列ｔ、ｎ上の端点Ａ　１　。

ＡＩ及び中心点Ｃ，，Ｃ，，に生じる点像の大きさの差
ΔＤ〔μｍ〕がどのように変化するかを示すグラフであ
る。ここでは、各再結像レンズＩ、、、Ｌｘの曲率半径
Ｒが１．９５（請ｍ）、再結像レンズ板りの屈折率Ｎが
１．４９１４、絞りマスクＡ、の開口中心間隔が１．１
２（ｍｅ）であるとしている０図中、Ｄ。

は端点Ａ１に生じる点像の大きさ、Ｄｌは端点Ａｌに生
じる点像の大きさ、ＤＯ＋は中心点ＣＩに生じる点像の
大きさ、Ｉ）ｏ２は中心点Ｃｍに生じる点像の大きさを
意味する。第３図から分かるように、Ｔ／Ｒ＝０．９４
付近ではＤｌ−ＤＩ＝Ｏとなるので、端点Ａ１に生じる
点像の大きさＤｌと端点Ａｎに生じる点像の大きさＤｌ
は等しくなり、受光素子列１．Ｓｍ上の点像の大きさが
中心点ｃｌ、ｃｌを中心として対称になる。また、０．
８≦Ｔ／Ｒ≦１．１の範囲内では、焦点検出エリアの端
点Ａｔ。

ＡＩにおける点像の大きさの差（Ｄｌ−ＤＩ）は１０μ
論以内であり、点像の大きさ（約７０μｍ）に比べれば
１／７程度であるため、焦点検出精度を大きく狂わせる
ことはない。

第４図は本発明の焦点検出用光学系の他の実施例におけ
る概略構成を示す平面図である０本実施例にあっては、
平凸レンズよりなる再結像レンズＬ、〜Ｌ６の平坦面が
センサー基板Ｐの側に向いており、絞りマスクＡ、は再
結像レンズ板りとラインセンサーＰ　ｏ、　Ｐ　＠１　
、　Ｐ　６２との間に配置されている。その他の構成に
ついては、第１図（ａ）　、　（ｂ）に示す実施例と同
様である。

なお、上述の実施例は中央部に水平方向、左右両側に垂
直方向の受光素子列を持つ、いわゆる多点焦点検出用光
学系に対する実施例であるが、例えば、中央部にのみ水
″平方向に受光素子列を持つ焦点検出用光学系や、中央
部に水平方向及び垂直方向に十字型に受光素子列を持つ
焦点検出用光学系などにおいても、本発明を適用できる
ことは言うまでもない。

［発明の効果］ 上述のように、本発明にあっては、位相差検出方式の焦
点検出用光学系において、一対の再結像レンズを同一の
曲率半径及び同一の心厚を有する平凸レンズで楕成し、
上記平凸レンズの曲率半径と心厚をほぼ等しくすると共
に、１対の絞り開口部を備える絞りマスクを平凸レンズ
の平坦部に密着させるように構成したので、再結像レン
ズの曲率中心が絞り開口部を含む絞りマスクの面から大
きく外れることはなく、したがって、絞り開口部の開口
中心線に対して対称な方向から入射する光束に対する再
結像レンズのコマ収差はほぼ同じ程度となり、各入射光
束に対する像点の大きさはほぼ同じとなるものであり、
このため、再結像した一対の像の一致度が向上し、高い
焦点検出精度を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る焦点検出用光学系の一実施
例の概略構成を示す斜視図、第１図（ｂ）は同上の平面
図、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は再結像レ
ンズの心厚の変化に伴う受光素子列上での点像の大きさ
の変化を示す説明図、第３図は再結像レンズの心厚の変
化に伴う受光素子列上での点像の大きさの差の変化を示
す図、第４図は本発明に係る焦点検出用光学系の他の実
施例の概略構成を示す平面図、第５図は従来の焦点検出
用光学系の概略構成図、第６図は同上の受光素子列上の
点像の大きさを示す説明図、第７図は従来の他の焦点検
出用光学系の概略構成図、第８図は同上の受光素子列上
の点像の大きさを示す説明図、第９図は同上の光学系に
より焦点検出される被写体を例示する説明図、第１０図
は同上の被写体の受光素子列上の光像を示す説明図であ
る。 ＴＬは撮影レンズ、Ｌｏはコンデンサレンズ、Ｌ　＋　
、　Ｌ　２は再結像レンズ、ＰｏはＣＣＤラインセンサ
ー、Ａ　＋　、　Ａ　ｔは絞り開口部、Ａ、は絞りマス
ク、Ｒは曲率半径、Ｔは心厚である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）撮影レンズによって結ばれる物体の像を、コンデ
   ンサレンズと、一対の再結像レンズと、上記各再結像レ
   ンズの曲率中心に対して偏心した一対の絞り開口部を有
   する絞りマスクとを介して、一列に配列された受光素子
   列上に一対の像として再結像し、上記受光素子列上に再
   結像した一対の像の位置を検出して、上記撮影レンズの
   焦点の位置を検出する焦点検出用光学系において、上記
   一対の再結像レンズは同一の曲率半径及び同一の心厚を
   有する平凸レンズからなり、上記平凸レンズの曲率半径
   と心厚がほぼ等しく、且つ、上記絞りマスクは上記平凸
   レンズの平坦部に密着していることを特徴とする焦点検
   出用光学系。 （２）上記平凸レンズの曲率半径をＲ、心厚をＴとする
   と、 ０．８≦Ｔ／Ｒ≦１．１ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の焦点
   検出用光学系。