JPH021801A - 焦点検出装置 - 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） 本発明は写真用カメラやビデオカメラ等に好適な焦点検
出装置に関し、特に対物レンズの瞳を複数の領域、例え
ば２つの領域に分割し、各領域を通過する光束を用いて
予定結像面に形成されている被写体像から更に２つの被
写体像を形成し、これら２つの被写体像の相対的な位置
関係を求めることにより対物レンズの合焦状態を検出す
る焦点検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より対物レンズを通過した光束を利用した受光型の
焦点検出方式に所謂像ずれ方式と呼ばれる方式がある。

この像すれ方式は例えば特開昭５９−１０７３１１号公
報で提案されているように対物レンズによる被写体像の
形成される予定結像面近傍にフィールドレンズを配置し
、フィールドレンズの後方に多孔のマスクと１つ若しく
は２つの２次レンズとを有する２次光学系を配置し、更
にその後方に複数の受光素子列を有する受光手段とを配
置した構成を採っている。

そしてフィールドし・ンズと２次光学系とから対物レン
ズの瞳の異った２つのイ１域を通過・した光束を用いて
予定結像面に形成されている被写体像から更に２つの被
写体像を各々受光素子列面上に形成している。このとき
の受光素ｒ刈面上に形成される２つの被写体像の相対的
な位置関係は対物レンズの合焦状態により異ってくる。

例えば受光素子列上の素−ｒの並び方向に対物レンズの
予定結像面からの焦点外れ丑に応じた横ずれ量とな−フ
て現われてくる。

対物レンズの合焦状態、即ち焦点外れ量はこのときの２
つの被写体像の相対的な位置関係、即ち横ずれ［辻を受
光手段により検出することにより行っている。

般にはこのときの２つの受光素子列上の被写体像の相対
的な横ずれ励δと対物レンズの焦点外れＩ４ｄとは一定
の関数の関係にある。

最も簡単な関数としては双方が比例関係にあるとみなし
て、比例定数をｋとしたとき ｄ＝ｋ　　・　δ とし、これより焦点外れｌｄを求めている。

一般に像ずれ方式を利用した焦点検出装置において、高
い検出精度を維持する為には受光素子列上に２つの被写
体像を正確に形成する必要がある。それにはフィールド
レンズや２次レンズ等の光学要素を高精度に製作すると
共に高精度に組立調整することが必要となってくる。

又、温度変化や湿度変化等の環境変化に対しても、光学
要素が変化しないように構成することか必要となってく
る。

しか１）ながら−殻に温度や湿度等の環境変化に対して
光学要素か全く影ツされないように構成することは大変
難しく、多くの場合、環境変化に伴い光学要素が多少膨
彊したり収縮し、この結果、屈折力や光学配置等がずれ
てきて焦点検出精度を低下させる原因となっている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は像ずれＨ式を用いた焦点検出装置において、２
次光学系を少なくとも１枚づつのガラス材とプラスチッ
ク材のレンズより構成することにより、温度や湿度が変
化しても受光素子列面上の所定位置に物体像を常に正確
に形成することが出来る高精度な焦点検出か可能な焦点
検出装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 対物レンズの像面側に配置した光学手段により前記対物
レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体
像に関する複数の光量分布を形成し、該複数の九に分布
の相対的な位置関係を受光手段により求め、該受光手段
からの信号を用いて前記対物レンズの合焦状態を演算手
段により求める焦点検出装置において、前記光学手段は
少なくとも１つのプラスチック材とガラス材の光学部材
より成る２次レンズを有していることである。

特に本発明は、前記プラスチック材とガラス材の光学部
材の肉厚を各々ＤＰ、ＤＧとするときＤＰ　　＜　　Ｄ
Ｇ なる条件を満足することを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図である。第
２図は第１図の一部分の拡大説明図である。

図中１は対物レンズ、しは対物レンズ１の光軸、２は視
野枠であり対物レンズ１の予定結像面近傍に配置されて
いる。３はフィールドレンズであり予定結像面の近傍の
光軸りに一致させて配置している。４は絞りであり２つ
の開口部４ａ。

４ｂを有している。５は結像作用を有する２次光学系で
あり略同形の２つの２次レンズ５ａ、５ｂと２つのプリ
ズム部材より成る２次レンズ５ｃ。

５ｄとから成っている。このうち２次しンズＳａ、５ｂ
の対物レンズ１　ｆｌｌｌ＋の前方は球面より成り、後
方は平面より成っている。又２次レンズ５ａ、５ｂは例
えばプラスチック材等より構成しレンズ側部を切断して
双方のレンズを側面で接合し若しくは一体成形し光軸り
を挟んで対称的に配置している。

２次レンズ５ｃ、５ｄはガラス材から成り、２次レンズ
５ａ、５ｂに貼り合わされている。

尚、２次レンズ５ｃ、５ｄは後方の面に曲率を付してレ
ンズとして用いても良い。又、２次レンズ５ｃ、５ｄを
２次レンズ５ａ、５ｂと独・立に構成しても良い。絞り
４の２つの開口部４ａ、４ｂは２つの２次レンズ５ａ、
５ｂのレンズ面に各々対応するように配置している。６
は受光手段であり、例えばＣＣＤ等から成る２つの受光
素子列６ａ、６ｂより成っている。プリズム部材より成
る２次レンズ５ｃ、５ｄのプリズム作用をする方向と受
光素子列６ａ、６ｂの配列方向とは略一致するように配
置されている。１１は演算手段である。

本実施例ではフィールドレンズ３により絞り４の開口部
４ａ、４ｂが対物レンズエの鐘に結像するように構成し
ている。これにより対物レンズ１の瞳を光学的に２つの
領域１ａ、ｌｂに分割している。そして対物レンズ１に
よって予定結像面近傍に形成された被写体像からフィー
ルドレンズ３と２次光学系４により対物レンズ１の瞳の
異った領域１ａ、ｌｂを通過する光束を用い各々受光素
子列６ａ、６ｂ面上に２つの第２の被写体像を形成して
いる。そして受光手段６及び演算手段１１により受光素
子列６ａ、６ｂ上に形成された２つの被写体像の相対的
な位置関係を求めることにより対物レンズ１の合焦状態
を検出している。

第２図に示すように本実ｈｈ例においては対物レンズ１
による物体像の結像点７から発し、開［１部４ａ、４ｂ
の中心を通る主光線は２次レンズ５ａ、５ｂに例えば環
境変化がなく吸湿が無い場合は実線９ａ、９ｂの如く進
行し受光素子列６ａ、６ｂに入射する。

これに対して環境が変化し、プラスチック材より成る２
次レンズ５ａ、５ｂか膨潤し、双方の第ルンズ面の間隔
が拡大したときは主光線は同図に示す９ａｌ、９ｂｌの
如く間隔が拡大して受光素子列６ａ、６ｂに入射するよ
うになる。しかしながら本実施例では後方のプリズム部
材をガラス材で構成している為、吸湿が全んど無く、屈
折率勾配が生じない為、受光素子列面上での物体像間隔
の拡大量を極めて少なくすることができる。

例えば２次レンズ５ａ、５ｂの間隔が温度変化、湿度変
化等によって０．００１ｍｍ程度変化すると、撮影ピン
トに与える影響は０．０５ｍｍオーダーになり、影響か
極めて大きい。温度変化は電気的補正等によっても可能
であるが、湿度による変化の場合、環境の湿度変化とそ
れによるピント変化は時間的遅れがあるため、電気的補
正等の手段はとれず、部品レベルで処置しなければなら
ない。

この湿度によるピント変化の原因は主に２つある。第１
の原因は第３図（Ａ）に示すように２次レンズ５ａ、５
ｂの両レンズ間隔か吸湿による膨潤によって拡大する、
あるいは脱水によって収縮することである。

同図に示すように絞り４の開口部４ａ、４ｂの中心を通
る主光線９ａ、９ｂは２次レンズが変形しない場合は実
線で示すように２次光学系５を通過後、受光素子列６ａ
、６ｂの所定位置に入射する。

これに対して２次レンズ５ａ、５ｂが例えば吸湿で膨潤
し、変形すると主光線は点線で示す光線９ａｌ、９ｂｌ
の如く屈折量が減少して受光素子列６ａ、６ｂに２つの
物体像の間隔が拡大するように入射する。この結果、受
光手段６からは誤った信号が出力されてくる。

又、第２の原因は第３図（Ｂ）に示すように２次レンズ
５ａ、５ｂの側面から水分がレンズ内に浸透し、２次レ
ンズ５ａ、５の光軸よりも側面方向が屈折率が高くなる
、所謂屈折率勾配が生じることである。

即ち、同図に示すように２次レンズ５ａ、５ｂの光軸付
近は通常の屈折率であるにもかかわらず側面付近に近づ
くほど水分の量が多くなり、屈折率が高くなり屈折率勾
配が生じる。このとき主光線９ａ、９ｂは各々点線て示
す９ａ２，９ｂ２の如く曲げられて受光素子列６ａ、６
ｂに２つの物体像の間隔が拡大するように入射する。

そしてこれらの２つの原因が相乗的に作用して大きなピ
ント変化を生じる。これを防止するには２次レンズを吸
湿性がないガラスで製作すれば良いが、２次レンズは極
めて小さく、又ダボや調整用取手などを必要とするため
ガラスのミガキ加工は量産性がほとんどない。又、ガラ
スの成形も同様の理由で極めて難しい。これに対してア
クリル、ボリカーポ等のプラスチック材はこの点成形し
やすく量産性はあるが、比較的吸湿性がある等の問題点
がある。

又、２次レンズの各レンズ厚を薄くすれば屈折率勾配を
減らすことができるが、結像性能を良好にするためには
レンズ厚を十分とり、射出面を傾けてプリズム作用をも
たせる必要がある。

この為、本発明では主に前記第２の原因であるレンズ側
面からの吸湿による屈折率勾配の発生を防止する為に前
述の如、く２次光学系をプラスチック材とガラス材の２
つの材質より成る光学部材より構成している。

実験によると本実施例においては、吸湿によるピントの
ずれ量は２次光学系を全てプラスチック材で構成した場
合に比べて約１／３となる。

そして本実施例では２次レンズ５ａ、５ｂをプラスチッ
ク材で成形することにより、極めて曲率半径の小さい微
少レンズでもダボ、調整用取手などでも一体成形できる
ようにしている。

又、プリズム部材５ｃ、５ｄを簡単な形状のガラス材よ
り成形することにより、吸湿による屈折率勾配の発生を
防ぎ、かつ磨き加工及び成形での製作を容易にしている
。

本実施例においては、プラスチック材とガラス材の光学
部材の肉厚を各々ＤＰ、ＤＧとしたときＤＰ　　＜　　
ＤＧ となるように設定している。

即ち、屈折率勾配が生じるプラスチック材の厚さをでき
るだけ少なくし、屈折率分布が生じないガラス材の厚さ
を大きくしている。これにより環境変化があったときの
光学要素の変形に伴う光学特性を良好に維持している。

第４図は本発明の第２実施例の２次光学系以降の要部概
略図である。

本実施例では２次光学系１２のうちプリズムより成る前
方の２次レンズ１２ａ、１２ｂをガラス材より構成し、
後方の２次レンズ１２ｃ、１２ｄをプラスチック材で一
体成形して構成し、これにより環境変化に伴う屈折率勾
配の発生を少なくしている。

本実施例においても前述の如くガラス材より成る２次レ
ンズ１２ａ、１２ｂの肉厚をプラスチック材より成る２
次レンズ１２ｃ、１２ｄの肉厚よりも厚くするのが好ま
しい。

第５図は本発明の第３実施例の２次光学系以降の要部概
略図である。

本実施例では撮影画面内の水平方向と垂直方向の一方に
のみ光量分布を存する被写体に対しても測距ができるよ
うに２次光学系１４の２次レンズ及び受光手段１６の受
光素子列を十字状に配置している。

同図において＋４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは十字状
に配置した前方の２次レンズでありプラスチック材より
成っている。又、１５は十字状に配置した後方の２次レ
ンズでありガラス材より成っている。１６ａ。

＋６ｂ、！６ｃ、１６ｄは受光素子列であり各々の面上
に水平方向と垂直方向の第２次物体像が各々形成されて
いる。そして各受光素子列１６ａ〜１６ｄからの出力信
号を用いて不図示の演算手段により対物レンズの焦点検
出を行っている。

尚、以上の各実施例において２次光学系をプラスチック
材とガラス材より成る２つ以上の２次レンズより構成し
ても良い。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば像ずれ方式を用いた焦点検
出装置において２次光学系を少なくとも１枚づつのプラ
スチック材とガラス材より成る複数の２次レンズより構
成することにより、温度変化や湿度変化等の環境変化が
あり、レンズが吸湿し、２次光学系が光学的に変形して
もピント変化の少ない高精度な焦点検出が可能な焦点検
出装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の光学系の概略図、第２図
は第１図の一部分の拡大説明図、第３図（Ａ）　、　（
Ｂ）は本発明の効果を示す要部概略図、第４．第５図は
本発明の第２．第３実施例の要部概略図である。 図中、１は対物レンズ、２は視野枠、３はフィールドレ
ンズ、４は絞り、５，１２．１４は２次光学系、６は受
光手段、１１は演算手段、５ａ　〜５ｄ、１２ａ　〜１
２ｄ、１４ａ〜１４ｄは２次レンズ、６ａ、６ｂ、１６
ａ〜１６ｄは受光素子列である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの像面側に配置した光学手段により前
   記対物レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて
   被写体像に関する複数の光量分布を形成し、該複数の光
   量分布の相対的な位置関係を受光手段により求め、該受
   光手段からの信号を用いて前記対物レンズの合焦状態を
   演算手段により求める焦点検出装置において、前記光学
   手段は少なくとも１つのプラスチック材とガラス材の光
   学部材より成る２次レンズを有していることを特徴とす
   る焦点検出装置。
2. （２）前記プラスチック材とガラス材の光学部材の肉厚
   を各々ＤＰ、ＤＧとするとき ＤＰ＜ＤＧ なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の焦
   点検出装置。