JPH047484B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カメラ等の光学装置の焦点検出装置
に係り、特に焦点検出される主結像光学系により
形成された物体像を一対の再結像光学系により
夫々対応する一対の受光装置に再結像し、各受光
装置上の再結像の相対位置関係を検出し主結像光
学系の焦点検出を行う焦点検出装置に関する。

従来のこの種のカメラ用焦点検出装置の光学系
を第１図に示す。第１図Ａ及びＢは夫々正面図及
び平面図であり、撮影レンズ１の予定焦点面２又
はその近傍にフイールドレンズ３が配置されてい
る。この予定焦点面２はフイルムと共役な位置又
はその近傍位置であり、一対の再結像レンズ４
Ａ，４Ｂに関して上記予定焦点面２と共役な面５
に像位置検出用光電装置６Ａ，６Ｂが夫々配置さ
れている。上記予定焦点面２には撮影レンズ１に
よる被写体像が形成され、上記共役面５には再結
像レンズ４Ａ，４Ｂによる上記被写体像の二次像
が形成されるので、上記予定焦点面２を一次像
面、共役面５を二次像面と称する。また、一次像
面２上の中央部、具体的には撮影レンズ光軸０を
中心とした矩形領域２Ａが焦点検出に使用される
領域であるので、これを一次像面検出領域と呼
び、この一次像面検出領域２Ａと共役な二次像面
５上の領域を二次像面検出領域と称する。当然こ
の二次像面検出領域５Ａ，５Ｂは夫々光電装置６
Ａ，６Ｂの受光面と一致している。撮影レンズ１
の光軸方向への移動により被写体像が光軸Ｏ上を
移動すると、それに伴い再結像レンズ４Ａ，４Ｂ
による二次像は二次像面上で変位する。光電装置
６Ａとそれ上の二次像との相対位置と、光電装置
６Ｂとそれ上の二次像との相対位置ととの検出か
ら撮影レンズ１の焦点調節状態を判別できる。

しかしながら、この焦点検出装置は、点線で囲
んだ焦点検出光学系７の容積が大きく、カメラボ
デイ内部に収容することが極めて困難であるとい
う欠点がある。

そこで、焦点検出光学系７の小型化を図る為
に、上述の再結像レンズの代りに凹面鏡を使用し
た反射型焦点検出光学系が、例えば特開昭47−
13282、特開昭54−150125に提案されている。こ
の種の反射型焦点検出光学系の原理的構成を第２
図に示す。同図において、矩形の一次像面検出領
域２Ａの後方であつて、撮影レンズ光軸に対して
ほぼ対称に一対の凹面鏡８Ａ，８Ｂが並置されて
いる。この凹面鏡８Ａ，８Ｂは、この凹面鏡によ
る二次像面検出領域９Ａ，９Ｂが一次像面検出領
域２Ａと重なり合わない様に、凹面鏡８Ａ，８Ｂ
の光軸（凹面鏡の面積中心における法線を凹面鏡
の光軸と定める）が１次像面検出領域の中心と凹
面鏡８Ａ，８Ｂのそれぞれの面積中心の３点によ
つて決まる平面に対して夫々下方に角度及び上
方へ角度だけ傾けられている。この傾斜により
凹面鏡８Ａの二次像面検出領域９Ａ及び凹面鏡８
Ｂの二次像面検出領域９Ｂは夫々一次像面２Ａの
下方及び上方に形成される。もちろんこの二次像
面検出領域９Ａ，９Ｂに像変位検出用光電装置が
配置されている。この様な構成の反射型焦点検出
光学系は小型化されるが、しかしながら、凹面鏡
の傾斜の為に、二次像が劣化する、即ち二次像と
一次像との同一性が著しく損なわれる恐れがあ
る。この点を以下に詳述する。

一次像面検出領域２Ａの中心から凹面鏡８Ａ、
８Ｂの中心に入射し、二次像面検出領域９Ａ，９
Ｂの中心に至る光線に関し、凹面鏡への入射光と
その反射光とのなす角度、即ち、凹面鏡への入射
角と反射角との和（以下この和の角度を振れ角と
称する。）は、上述の傾斜角の２倍即ち2であ
る。この振れ角は凹面鏡の結像性能に大きな悪影
響を及ぼす。具体的には、凹面鏡のコマ収差は振
れ角に比例して増大し、非点収差は²に比例
して増大する。もちろん、一次像面検出領域２Ａ
の中心以外の点から凹面鏡の中心に向う光線の振
れ角は、後に詳記する様に上記中心からの距離に
応じて大きくなるので、二次像検出領域内ではそ
の端部の二次像が収差的に最も劣化する。

このように反射型焦点検出光学系は凹面鏡の傾
きに応じてその収差が急増し二次像が劣化しこれ
により一対の光電装置による各二次像の相対的位
置の検出精度が大幅に低下し、結局高精の焦点検
出が期待できないといつた欠点が存在していた。

そこで本発明の目的は凹面鏡の傾きがその二次
像に実質的に悪影響を及ぼさない焦点検出装置を
提供することである。

本発明は、この目的を達成する為に、一次像検
出領域の中心からの光線の、一対の凹面鏡の中心
への入射角（ラジアン）が夫々約√0.04（Ｒ
は凹面鏡の最大径）以下となる様に、凹面鏡の傾
きをその最大径Ｒとの関係で設定するものであ
る。

以下に本発明の焦点検出装置を一眼レフカメラ
用焦点検出装置に適用した実施例を図面を参照し
て説明する。

一眼レフカメラの光学系の概略を示す第３図に
おいて、撮影レンズ１を通つた被写体光は、一部
がクイツクリターンミラー１１によりフアインダ
の焦点板１２の方へ反射され、残部はミラー１１
を透過してフイルム面１３の前方にあるサブミラ
ー１４によりミラーボツクス下方へ反射される。
ミラーボツクスの底板１５には、矩形開口１５ａ
が穿設され、この底板１５の下には反射型焦点検
出光学ブロツク体１６が配設されている。

このブロツク体１６を第４図と第５図を用いて
詳述する。

同図において、屈折率ｎ（ｎ＞１）のガラスや
プラスチツク等の透明直方体ブロツク１６０に
は、その上面の左端近傍に平凸のフイールドレン
ズ１６１が貼付されている。このレンズ１６１は
ブロツク１６０との接合面が平面で、凸面の頂点
にほぼ接する様に開口付遮光板１６２が設けられ
ている。この遮光板１６２は撮影レンズ１の予定
焦点面即ち一次像面上又はその近傍に配置され、
その中央部の矩形開口１６２ａは一次像面検出領
域２Ａの寸法よりわずかに大きい寸法に定めら
れ、第３図の底板１５の開口１５ａの真下に位置
する様に定められている。従つてこの矩形開口１
６２ａが一次像面検出領域２Ａに実質的に相当す
ると言うことができる。もちろん、この遮光板１
６２はミラーボツクスの底板１５で代用すること
もできる。フイールドレンズ１６１の下部のブロ
ツク１６０の内部には反射部材１６３が約45°の
角度で斜設されている。この反射部材１６３は第
５図Ｃに明示する様に中央部にブロツク１６０の
長軸方向に沿つて伸びた反射面（ダブルハツチン
グ部分）１６３ａと、この反射面の両側に設けら
れた光透過部１６３ｂ，１６３ｃと、この反射面
と両光透過部以外の光吸収部１６３ｄとから構成
されている。この反射面１６３ａは一次像面検出
領域用開口１６２ａにより規制された焦点検出用
光束のみを反射する大きさに選定され、光吸収部
１６３ｄは焦点検出用光束以外の光束を吸収して
迷光を減少させる。尚、この様な反射部材１６３
は例えばブロツク１６０をこの反射部材の位置か
ら二分し、その結果露出した斜面に蒸着等の手段
によつて反射膜１６３ａ及び光吸収膜１６３ｄを
形成した後、二分ブロツクを再び貼付することに
より製作できる。ブロツク１６０の右側端面には
上下方向に並置された一対の凹面鏡ブロツク１６
４，１６５が貼付されており、これらは焦点検出
光学系の仮想的光軸１６６に関して上下方向に対
称となつている。これらの凹面鏡ブロツク１６
４，１６５は屈折率ｎの透明物質から成りブロツ
ク１６０に接合する面が平面で、他面が凸球面
で、この凸球面には反射面１６４ａ，１６５ａが
形成されている。凹面鏡として働く各反射面１６
４ａ，１６５ａはそれぞれによつて形成される二
次像面の検出領域が互に重り合わないことはもち
ろん、一次像面検出領域１６２ａとも重り合わな
い様に、夫々所定角度だけ傾けられている。具体
的には、凹面鏡１６４，１６５は反射面１６３ａ
からの光束を夫々逆方向に反射偏向させ、ブロツ
ク１６０の左端面に所定距離隔てた位置に二次像
面検出領域９Ａ，９Ｂを夫々形成する。この凹面
鏡１６４の形成する二次像面検出領域９Ａには光
電変換装置１６７が、凹面鏡１６５の二次像面検
出領域９Ｂには光電変換装置１６８が夫々配置さ
れている。従つて光電変換装置１６７の光電面と
一次像面検出領域２Ａとは凹面鏡１６４に関し
て、光電装置１６８の光電面と一次像面検出領域
２Ａとは凹面鏡１６５に関して夫々共役となる。
この様な位置関係であるので凹面鏡１６４は反射
面１６３ａからの入射光を光透過部１６３ｂを通
つて光電装置１６７の受光面に収束させ、凹面鏡
１６５は反射面１６３ａからの入射光を光透過部
１６３ｃを通つて光電変換装置１６８の受光面に
収束させる。光電変換装置１６７，１６８は共に
第４図の上下方向に多数の受光素子が配列された
一次元光電変換素子アレイから成り、各アレイは
同一半導体基板１６９上に形成されている。この
基板１６９はブロツク１６０の左端面に貼付され
ている。

尚フイールドレンズ１６１は、凹面鏡１６４，
１６５の反射面１６４ａ，１６５ａと撮影レンズ
１の射出瞳とがほぼ共役となる様に、レンズパワ
ーが選定されている。

次に上述の傾斜された凹面鏡ブロツク１６４，
１６５の作製の一例を第６図により説明する。

第１次像面から凹面鏡までの距離をＬとする。
第６図Ａの様に凸面の曲率半径がほぼＬである平
凸レンズL₁を用意し、その凸面上に第６図Ｂに
示す如くその中心を通る軸l₁の左右に反射面Ma，
Mbを形成する。この時、各反射面Ma，Mbの中
心が上記凸面の中心O₁から互に逆方向に距離D₁
＝・Ｌだけずらす。その後、軸l₁に沿つてレン
ズL₁を切断する。こうして作製された一対の切
断平凸レンズを、第４図及び第５図に示す如く、
ブロツク１６０の光路の中心軸１６６に関して反
射面Ma，Mbが対称となる様に、ブロツク１６
０に貼付する。

このようにする事により凹面鏡の傾斜角が自
ずから形成され、又角度の微調整はブロツク１６
０の端面に反射部の形成された平凸レンズの平面
側を端面密着させた形でその固定位置を面内で微
調する事により達成される。このようにすれば凹
面鏡自体の角度をふつて微調する場合より調整が
はるかに要易である。

この様な構成であるので、撮影レンズ１の透過
光は被写体の一次像を遮光板１６２上又はその前
後に形成すると共に開口１６２ａを通過後、反射
面１６３ａで反射され一対の凹面鏡１６４，１６
５へ入射する。各凹面鏡１６４，１６５は夫々自
身の傾斜角に応じて入射光束を振れ角2だけ
振つて即ち偏向させて反射し、凹面鏡１６４の反
射光は光透過部１６３ｂを通つて光電変換装置１
６７上に二次像を凹面鏡１６５の反射光は光透過
部１６３ｃを通つて光電変換装置１６８に二次像
を夫々形成する。光電変換装置１６７，１６８は
上記一対の二次像の相対的位置関係を検出して撮
影レンズ１の焦点調節状態を検出する。

ところが、この様な反射型焦点検出光学系は前
述した如く凹面鏡１６４，１６５の傾斜角、即ち
それによる光束の振れ角2が大きくなるにつれ
て、収差が大きくなり二次像が劣化し上記一対の
二次像の相対位置の検出精度の低下を招来する。
そこでこの充分な検出精度を保障できる条件を以
下に求める。

前述の如く振れ角2は非点収差に大きく影響
を与えるので、まずこの振れ角と非点収差との関
係を考察する。

第７図において、曲率半径Ｌの仮想球面Q₁は
座標軸ｘ・ｙ・ｚの原点O₁を曲率中心とする。
凹面鏡Ｍはこの球面Q₁上に形成され、凹面鏡Ｍ
の中心O₂は、座標軸ｚから所定量離れており、
ｙ方向に関してその量はＤである。原点O₁から
ｙ方向に距離Ｄだけ上方の点Piからの光は凹面鏡
Ｍの中心O₂に入射角（単位ラジアン）で入射し
当然反射角で反射し、原点O₁に関して点Piと
ほぼ対称な位置付近に収束する。この像は非点収
差の為に、サジタルな光線束による結像Ｓがｙ軸
上に線状に現われ、またタンジエンシヤルな光線
束による結像Ｔが像Ｓと直交するねじれの位置に
線状に現われる。両像STの間の距離δ（単位mm）
はの小さい時以下で表わせる。

δ〓２・Ｌ（１／cos−cos）≒2L² ……(1) サジタル像Ｓの大きさl_S（単位mm）は、凹面鏡
Ｍのｙ軸方向の径R_S（単位mm）を底辺とし、像Ｔ
の中心を頂点とする三角形と、像Ｓを底辺とし、
上記像中心を頂点とする三角形とが相似であるこ
と及びδ≪Ｌであるから、以下となる。

l_S≒δ・R_S／Ｌ ……(2) タンジエンシヤル像Ｔの大きさl_Tは、像Ｓの中
心を頂点とし、像Ｔを底辺とする三角形と、共通
の頂点を有し、凹面鏡Ｍのｘ軸方向の径R_Tを底
辺とする三角形とが相似であることから、以下の
如く表わせる。

l_T＝δ・R_T／Ｌ ……(3) (2)式、(3)式に夫々(1)式を代入すると l_S≒2R_S・² ……(4) l_T≒２・R_T ² ……(5) 凹面鏡Ｍの径R_S，R_Tの大きい方の径をRmとす
ると、この場合の大きい方の非点収差量lmは(4)
式又は(5)式から次式となる。

lm＝２・Rm・² ……(6) この式からを求めると ＝√（２・） ……(7) 本発明の焦点検出装置の如く、光電装置上の二
次像の相対位置を検出する方式にあつては、非点
収差量が0.08mm程度であれば、相対位置検出が可
能である。そこで、二次像検出領域の中心での非
点収差量を、ほぼ0.08mm以下とするための条件は
(7)式から以下の通りとなる。

√0.04 ……(8) このように、一次像面検出領域の中心からの光
束が凹面鏡の中心へ入射したときの振れ角2と
凹面鏡の最大径Rmとが(8)式を満足する様に凹面
鏡の傾斜及び最大径を設定すれば、非点収差を抑
えることができ、正しい焦点検出が可能となる。

また、二次像面検出領域の中心での非点収差量
をほぼ0.04mm以下とすると、かなり高精度の検出
が可能となる。この場合の条件は以下となる。

√0.02 ……(9) 更に、上記非点収差量をほぼ0.02mm以下とする
と極めて高精度な焦点検出が可能となり、この場
合の条件は以下となる。

√0.01 ……(10) 尚、振れ角2の下限値は一次像面検出領域と
二次像面検出領域とを分離させる為の条件から必
然的に決定される。

また、以上では非点収差量の最も小さい二次像
検出領域の中心における非点収差と振れ角との関
係を考察したが、検出領域全体についての非点収
差を問題とする場合には以下の如くなる。

凹面鏡の中心に入射する光束のうち振れ角が最
も大きいのは、第２図に明示するように一次像検
出領域２Ａの端部からの光束である。そこで、こ
の端部からの光束の上記振れ角を2mとすると、
これと検出領域中心からの光束の振れ角2とに
は次式が成立する。

²ｍ＝²＋（L_W／2L）² ここで、L_Wは一次像面検出領域の幅、L_W／ZLは、 この検出領域の中心と凹面鏡の中心と検出領域の
端部とのなす角度である。

二次像検出領域の端部における非点収差量lm
は(6)式の³の代りに上述の³ｍを用いることに
より求まる。即ち lm＝２・Rm・²ｍ＝2Rm｛²＋（L_W／2L）²｝ ……（11） こうして検出領域の端部における非点収差量
lmを検出領域の中心からの光束の振れ角2によ
つて表わすことができる。

（11）式を変形すると ＝√（2）−（_W2）² ……（12） 検出領域全体についての非点収差量を約0.08mm
以下約0.04mm以下、約0.02mm以下とするための振
れ角の条件は夫々以下の如くなる。

√0.04−（_W2）² ……（13） √0.02−（_W2）² ……（14） √0.01−（_W2）² ……（15） さらにこの様な再結像光学系使用の焦点検出装
置にあつては、焦点検出光学系の歪曲収差は二次
像の相対位置検出に大きな悪影響を及ぼす。焦点
検出光学系に歪曲収差が存すると一次像面上の任
意の二点間距離とそれに対応する二次像面上の二
点間距離との比、即ち倍率が場所ごとに異なる。
これを具体的に例示すると、第８図に示すように
一次像面検出領域２Ａ上の例えば中心点P₁、右
端点P₂、左端点P₃は、凹面鏡１６４により二次
像面検出領域９Ａ上の対応点P₁′，P₂′，P₃′に
夫々結像し、同様に、凹面鏡１６５により二次像
面検出領域９Ｂ上の対応点P₁″，P₂″，P₃″に夫々
結像する。点P₁における任意の長さδ₁は点P₁′，
P₁″においては夫々異つた長さδ₁′，δ₁″に写像さ
れ、同様に点P₂，P₃における長さδ₂，δ₃は、点
P₂′，P₂″、及びP₃′，P₃″において夫々異つた長
さδ₂′，δ₂″、及びδ₃′，δ₃″に写像される。図示
例
では、二次像９Ａは中心点P₁′より右方側の倍率
が大きく、二次像９Ｂは逆に左方側の倍率が大き
くなつている。そこで、この様な歪曲収差の影響
を除去するために、二次像９Ａ，９Ｂを夫々検出
する光電素子アレイの各受光素子のピツチをその
光電素子の対応検出域の倍率即ち歪曲量に応じて
変化させ、１次像面上での両光電変換素子アレイ
の空中像が完全に重なるようにすればよい。この
様な光電素子アレイを第９図に示す。同図におい
て二次像９Ａを検出する光電素子アレイPA₁は光
電素子ｑのピツチを中心位置の受光素子q₀より右
方において大きくし、二次像９Ｂを検出する受光
素子アレイPA₂についてはその逆になつている。

尚、歪曲収差は、本発明のフイールドレンズを
含み凹面鏡使用の焦点検出装置に限らず、第１図
に示した再結像レンズ使用の焦点検出装置に関し
ても全く同様に問題となる。従つて上述の光電素
子アレイの光電素子のピツチを二次像の局部的倍
率に応じて変化させ、１次像面上で２つの光電素
子アレイの空中像が完全に重なるようにすること
は、第１図の焦点検出装置にも極めて有効であ
る。

次に、フイールドレンズから一対の凹面鏡ま
で、及び凹面鏡から光電装置までを屈折率ｎの透
明媒質によつて充填したことの利点を第２図の焦
点検出光学系との比較により説明する。両者の比
較を容易とする為に本実施例の反射型焦点検出光
学系の構成を原理的には同一性を保ちながら単純
化した第１０図の光学系と第２図の光学系とを比
較する。特開昭47−13282及び特開昭54−15025記
載の反射再結像光学系においては第２図Ｃのごと
く１次像面２Ａの近傍にフイールドレンズが欠け
ているが実開昭55−26516記載のごとく、再結像
光学系を用いる時には再結像光学系がレンズであ
るが凹面鏡であるかにかかわらず、１次焦点面近
傍にフイールドレンズを置くことは不可欠の構成
要素となるので第２図Ａ，Ｂ第１０図Ａ，Ｂでは
フイールドレンズL₂を含めた形で図示している。

まず第２図の反射光学系の構成を簡単に説明す
る。第２図Ａ及びＢは夫々正面図、平面図であ
り、再結像光学系は１次像面近傍に設置されたフ
イールドレンズと１次像面からＬだけ離れた所に
設けられた一対の曲率半径Ｌの凹面鏡８Ａ，８Ｂ
から成る。１次像面検出領域２Ａの中心と各凹面
鏡の中心と２次像面検出領域９Ａ，９Ｂの中心と
のなす角度即わち振れ角が共に2となる様に互
いに逆方向に傾斜されている。続いて第１０図の
反射型光学系の構成を簡単に説明する。第１０図
Ａ及び第１０図Ｂは夫々正面図、平面図であり、
屈折率ｎの直方体状透明ブロツクTBにはその一
端面にフイールドレンズL₂が形成され、この端
面に対向する端面に一対の曲率半径Ｌの凹面鏡
Mc，Mdが形成されている。各凹面鏡Mc，Md
は、上記実施例と全く同様に一次像面検出領域２
Ａの中心と各凹面鏡の中心と二次像面検出領域９
Ａ，９Ｂの中心とのなす角度即ち振れ角が共に
2となる様に、互に逆方向に傾斜されている。

第２図と第１０図の条件を揃える為に、両図に
おいて一次像面２ＡとフイールドレンズL₂の頂
点の接平面とが共にほぼ一致しており、一次像面
２Ａから再結像光学系８Ａ，８Ｂ，Mc，Mdま
での距離が共に等しくＬであり、かつ検出に用い
る光束の広がりも共に等しくθ_T，θ_Sであるとす
る。第１１図に、撮影レンズ１の射出瞳１００
と、その内部の焦点検出に用いる瞳部分１００
Ａ，１００Ｂとの関係を示す。瞳部分１００Ａを
通過した光束が再結像光学系８Ａ、又はMcに入
射し、瞳部分１００Ｂの通過光束が再結像光学系
８Ｂ、又はMdに入射する。これらの瞳部分１０
０Ａ，１００Ｂの明るさ（Ｆ値）を、瞳部分の並
びの方向Ｘに関してF_Tとし、その垂直方向ｙに
関してF_sとすると、これらの明るさF_T，F_sと第
２図、第１０図の検出に用いる光束の広がり角度
θ_T，θ_sとの関係は以下の通りである。

θ_T＝１／F_T， θ_s＝１／F_s また、第２図Ａ、第１０図Ａに示すように検出
光束θ_Tの中心と撮影レンズ１の光軸Ｏとのなす角
度をθ_pとする。

以上の如き条件の設定の下で、第２図と第１０
図の焦点検出光学系による二次像の良否を検討す
る。

再結像光学系８Ａ，８Ｂ，Mc，Mdの球面収
差、コマ収差、非点収差は、再結像光学系の有効
口径と一次像検出領域２Ａの中心とのなす広がり
角θ（θ¹ _T，θ¹ _s，θⁿ _T，θⁿ _s）に応じて大きくなり、
具
体的には、球面収差はθ³に、コマ収差はθ²に、非
点収差はθに夫々比例して増大する。また一次像
面２Ａに対して、再結像光学系へ光軸が垂直でな
く、傾いているので、この傾き角が大きくなるに
つれて、二次像は劣化する。換言すると、この傾
き角は、それぞれ開角θ¹ _p，θⁿ _pに等しいので、開角
が大きくなるに伴い二次像が劣化する。

そこで、第１図と第１０図とについて広がり角
と開角とを比較してみると、第２図の再結像光学
系では、広がり角θ_T，θ_s、検出開角θ_pの検出光束
がフイールドレンズL₂を通過して夫々、同一角
度θ_T，θ_s，θ_pで再結像凹面鏡８Ａ，８Ｂに入射す
る。従つてこの場合の再結像凹面鏡に関する広が
り角θ¹ _T，θ¹ _sはθ¹ _T＝θ_T，θ¹ _s＝θ_sであり開角θ¹ _p
はθ¹ _p＝θ_p
である。他方、第１０図の凹面鏡光学系ではフイ
ールドレンズL₂から再結像凹面鏡Mc，Mdまで
の空間が屈折率ｎの媒質で充填されているので、
凹面鏡の入射側の光束の広がり角度は１／ｎに減
少し、ｘ方向及びｙ方向の広がり角θⁿ _T，θⁿ _s及び、
開角θⁿ _pは夫々以下となる。θⁿ _T＝θ_T／ｎ，θⁿ _s＝θ_s
／
ｎ，θⁿ _p＝θ_p／n_pこのように、第１０図の再結像光
学系は第２図のそれに比べて広がり角及び開角が
夫々１／ｎとなるので、再結像光学系の結像性能
が著しく向上する。更に第１０図の光学系は光束
の広がりが１／ｎになるため再結像光学系の容積
も大幅にコンパクト化できると共にフイールドレ
ンズ、凹面鏡光電装置を透明ブロツクに直接固定
できる為に位置合せ精度上又は堅牢さの点でも優
れている。更にまた屈折率ｎの透明媒質で焦点検
出光学系の光路と充填することにより凹面鏡の寸
法R_T，R_s即ち径を充填しないときの径に比べて
１／ｎに減少できる。詳述すると、凹面鏡の径
R_T，R_sは屈折率ｎの媒質を充填しない時、夫々
R_T＝Ｌ・θ_T，＝R^T ₁R_s＝Ｌ・θ_s＝R^s ₁であるのに対し
て、充填するとR_T＝Ｌ・θⁿ _T＝Ｌ・θ_T／ｎ＝Rⁿ _T，
R_s＝Ｌ・θⁿ _s＝Ｌ・θ_s／ｎ＝Rⁿ _sとなる。この様に凹
面鏡の径を小さく出来ることは、(4)式又は(5)式か
ら、非点収差l_sl_Tを小さくできる事を意味し、ま
た(7)式からは同一非点収差量に対して振れ角を大
きく定め得る事を意味する。

ここで、屈折率ｎの透明媒質で光路を充填した
反射型焦点検出光学系を第３図の如く一眼レフカ
メラのミラーボツクス底部に収容するときの寸法
値の一例を以下に示す。

F_s＝６，F_T＝８とし、ｎ＝1.8，Ｌ＝40mmとす
ると凹面鏡の寸法R_sR_TはR_s＝Ｌ／（nF_s）＝3.7
mm、R_T＝Ｌ／（nF_T）＝2.8mmとなる。また振れ角
2を2＝0.025×２ラジアンとすると、このと
き、二次像面検出領域の中心での非点収差量lm
はlm＝２・Rm・²＝0.0046mmとなり極めて小さ
い。一次像面検出領域の長さL_WをL_W＝４mmとし
たときのその端部での非点収差量lmはlm＝２・
Rm｛²＋（L_W／2L）²｝＝0.023mmとなり、やはり非常 に小さい。

もしこのように高屈折率媒質を用いず、第２図
のように媒質を空気ｎ＝１とし他の条件F_s＝６，
F_T＝８，Ｌ＝40mm，＝0.025は等しくとつた場
合の非点収差量lmはそれぞれ前のｎ＝1.8の例の
場合の1.8倍と大巾に増大する。さらにこの条件
で第５図に相当する光路図を書いてみると、ｎ＝
１の場合には光束の広がり巾θが広いので、第５
図の反射面１６３の位置では光束が重なり合つて
分離できず、実際にはを0.025よりさらに大き
な値にとらねばならず、従つて収差量はさらに増
大することになる。さらにまた振れ角2が増大
する事は第５図Ｅの２次像面検出領域（２つの検
出光電変換素子アレイ）１６７，１６８の間隔が
離れる事になりこれはICチツプサイズの増大を
招く事からも好ましくない。

この様にフイールドレンズから凹面鏡面さらに
２次像面までを高屈折率媒質でうめる事は(8)，
(9)，(10)式及び（13），（14），（15）式を満足する
よ
りよい解を見い出すための重要な条件であり、こ
れによつて収差性能の良いコンパクトな再結像光
学系の実現が可能となる。

次に本発明の第２実施例を説明する。

第１２図において、屈折率ｎの直方体状透明ブ
ロツク１７０には第５図と全く同様にフイールド
レンズ１６１が貼付され、その上に開口付遮光板
１６２が配置されている。ブロツク１７０の内部
であつてフイールドレンズ１６１の直下の一部領
域には反射部材１７１が斜設されている。この様
な反射部材１７１の作製は、第１実施例の反射部
材１６３と同様にブロツク１７０をこの反射部材
１７１に沿う面で分割してその露出面に反射面を
形成すればよい。ブロツク１７０の一端面に設置
された凹面鏡ブロツク１７２，１７３は、その反
射面１７２ａ，１７３ａがブロツク１７０の中心
軸１７７に関して第１２図Ｃにおいて左右に対称
である点及び反射面の傾斜が同方向であるが、そ
の傾斜の程度が反射面１７３ａの方が反射面１７
２ａよりも大きく設定されている点以外は第５図
の凹面鏡ブロツクと同一である。凹面鏡１７２，
１７３は上述の如く傾斜しているので、一次像面
検出領域２Ａから反射部材１７１で反射された光
束を振れ角を夫々異にするが共に同方向に反射偏
向させて、夫々二次像面検出領域９Ａ，９Ｂをブ
ロツク１７０の他端に形成する。同一半導体チツ
プ１７４上に形成された光電素子アレイ１７５，
１７６は、夫々二次像面検出領域９Ａ，９Ｂに一
致する様にブロツク１７０に貼付される。

この様な構成であるので、本実施例は凹面鏡１
７３による振れ角が凹面鏡１７２による振れ角よ
り大きいため凹面鏡１７３による収差が悪化する
と共に、両二次像の同一性も低下するという問題
が生ずる反面、光電素子アレイ１７５，１７６を
互に近接して配置できこのためその半導体チツプ
の寸法を小さくできる利点がある。

この第２実施例の変形例を第１３図により説明
する。同図において、開口付遮光板１６２がブロ
ツク１７０とフイールドレンズ１６１との間に配
置され、フイールドレンズ１６１の頂点近傍に定
められた一次像面からの光束はフイールドレンズ
１６１を通過し遮光板１６２により一次像面検出
領域以外からの光束を除いた後ブロツク１７０内
の反射部材１７１に入射する。凹面鏡ブロツク１
７２，１７３は互に逆方向に傾斜されており、二
次像面検出領域９Ａ，９Ｂを同一直線上に形成す
る。光電装置１７５，１７６としては、二次像面
検出領域９Ａ，９Ｂに夫々対応する一対の光電素
子アレイ１７５，１７６を用いても、また二次像
面検出領域９Ａ，９Ｂとその間の間隙とをカバー
する長さの単一の光電素子アレイを用いてもよ
い。本例では開口付遮光板１６２はフイールドレ
ンズ１６１とブロツク１７０との間に設けられ、
一次像面からかなり離れた位置にある。この様に
一次像面検出領域以外の光束を遮光する遮光板１
６２は一次像面から少し離して配置することもで
きる。

尚、以上の直方体状透明ブロツク１６０又は１
７０の長手方向の長さがカメラ内のスペースとの
関係から長すぎる場合には、第１４図又は第１５
図に示す様に光路と適宜折りたたんだ構成にする
ことができる。

以上においては二次像面の結像倍率αが等倍
（α＝１）の場合、即ち二次像が一次像と同一の
大きさであり、一次像面から凹面鏡までの光路長
と凹面鏡から二次像面までの光路長とが等しい場
合であつたが、結像倍率αは１に限るものでな
く、それ以上とすることも以下とすることも可能
である。特にα＜１即ち縮小倍率にすると、収差
は等倍率に比べて幾分悪化するが、二次像面検出
領域の大きさが一次像面検出領域のα倍となり縮
小されるので、光電装置の半導体チツプサイズを
小さくできる。更に二次像面検出領域の照度が等
倍率に比べて１／α²倍も増大するので、Ｓ／Ｎを
向上できる。

以下にこの様な縮小再結像光学系を用いた本発
明の第３実施例を説明する。

斜視図を示す第１６図及び正面図、平面図を示
す第１７図において、透明ブロツク１８０は複数
のブロツク片１８０Ａ，１８０Ｂ，１８０Ｃ，１
８０Ｄから成る。直方体状ブロツク片１８０Ａは
その一端面に互に逆方向に傾斜された一対の凹面
鏡ブロツク１８１，１８２が接着され、他端面に
ブロツク片１８０Ｂが接着されている。このブロ
ツク片１８０Ｂの上面はブロツク片１８０Ａの上
面より突出しており、平凸のフイールドレンズ１
６１の平面が接着されている。このフイールドレ
ンズ１６１の凸面の頂点近傍には開口付遮光板１
６２が配置されている。この遮光板１６２の開口
１６２ａは一次像面検出領域２Ａと実質的に一致
している。ブロツク片１８０Ｂの底面はブロツク
片１８０Ａの底面に対して傾斜しかつ突出してい
る。このブロツク片１８０Ａの底面にはその中央
部に反射面１８３が残部に迷光除去用光吸収面１
８４が夫々形成されている。この反射面１８３の
寸法は一次像面検出領域２Ａを通つた検出光束の
みを反射する大きさに定められている。三角柱状
ブロツク１８０Ｃは、ブロツク片１８０Ｂを挾ん
でブロツク片１８０Ａの反対側に位置する様にブ
ロツク片１８０Ｂに接着されている。ブロツク片
１８０Ｃの斜面には中央部に反射面１８５が、こ
の反射面の両側に夫々光透過部１８６，１８７が
そして残りの部分に迷光除去用光吸収面１８８が
夫々形成されている。三角柱状ブロツク片１８０
Ｄは、斜面がブロツク１８０Ｃの斜面に接着さ
れ、凹面鏡１８１，１８２に対向する面に半導体
チツプ１８９が接着されている。このチツプ１８
９には凹面鏡１８１，１８２の二次像面検出領域
９Ａ，９Ｂをカバーする様に光電素子アレイ１９
０，１９１が形成されている。

この作用を述べる。

開口１６２ａからの光束は、ブロツク片１８０
Ｂの底面の反射面１８３で反射されてブロツク１
８０Ｃの反射面１８５で更に反射されて凹面鏡１
８１，１８２へ向う。凹面鏡１８１，１８２で反
射偏向された光束は光透過部１８６，１８７を通
つて二次像面検出領域９Ａ，９Ｂに縮小二次像を
形成する。

この様に、ブロツク１８０Ｂの上面上方に一次
像面検出領域２Ａを定め底面に反射面１８３を形
成した。これにより一次像面検出領域からの光束
が、凹面鏡１８１，１８２と光電装置１９０とを
結ぶ空間を完全に横切つた後、反射面１８３に入
射することになり、一次像面検出領域２Ａから凹
面鏡までの光路を長くしている。こうして、ブロ
ツク１８０の外形形状を余り複雑化することな
く、一次像面検出領域から凹面鏡までの光路長
を、凹面鏡から二次像面検出領域までの光路長よ
りも大きくできる。また本実施例では、他の実施
例に比べて迷光の発生を極めて効果的に抑制でき
る利点がある。詳述すると、例えば、第５図の実
施例では反射面１６３ａの周囲には光吸収面１６
３ｄのみが存在するのではなく光透過部１６３
ｂ、１６３ｃも存在するので、迷光の発生防止は
完全ではない。他方、本実施例ではブロツク片１
８０Ｂの底面は反射面１８３以外はすべて光吸収
面１８４であるので、迷光を充分に除去できる。

なお、上述の第１実施例のように透明ブロツク
１６０，１７０，１８０の外形状を直方体の如く
柱状とし、第３図に示す様にこの透明ブロツクの
長手方向が一眼レフカメラのフイルム面１３とほ
ぼ平行になる様に、カメラのミラーボツクス底部
に配置すれば、カメラの大型化を招くことがない
という利点がある。

以上の実施例はいずれも一次像面をフイールド
レンズの頂点の接平面とほぼ一致させること及び
フイールドレンズから凹面鏡までとこの凹面鏡か
ら光電装置までの光路をすべて屈折率ｎの透明媒
質で充填すること、という２条件を実質的に充足
するものであつた。しかしながら、焦点検出光学
系を収容するカメラの如き光学機器との関係等か
ら反射型焦点検出光学系が上記２条件を充分には
満足できない場合があり得る。そこで次に上記２
条件の許容量を説明する。

第１８図Ａは上記２条件を満足した場合の一次
像面検出領域２Ａと、フイールドレンズL₃と、
ハツチングを付した屈折率ｎの透明媒質と、凹面
鏡Me，Mf及び凹面鏡に関して１次像面と共役な
二次像面検出領域９Ａ，９Ｂとの位置関係を示
す。第１８図Ｂは、フイールドレンズL₂から一
次像面検出領域２Ａを距離△Ｚだけ前方へ離した
ものである。この距離△Ｚは一眼レフカメラ用の
焦点検出装置であつて焦点検出光束の広がり（第
１１図破線の円）がF4程度ならば結像性能上約
８mm以下であることは必須であり、約４mm以下で
あれば、かなりよく、約２mm以下であれば実質上
問題はない。第１８図Ｃは光電変換装置を透明媒
質のブロツク端面から離さなければならず、この
為に、第１８図Ａ又はＢの二次像面検出領域のブ
ロツク端面からブロツクを長さt₁だけ削除したも
ので、これにより二次像面検出領域９Ａ，９Ｂは
この新たなブロツク端面からt₃＝t₁／ｎの位置に
形成されることを示している。この場合もt₁が８
mm程度までは許容でき、約４mm以下であればかな
りよく２mm以下であれば実質上問題はない。第１
８図Ｄは、媒質ｎの端面から二次像面検出領域９
Ａ，９Ｂとの間に屈折率ｎとは異つた屈折率ng
の媒質ngを充填した例である。両媒質ｎ，ngの
界面から二次像面９Ａ，９Ｂまでの距離t′₂はt′₂
＝t₁×ng／ｎとなる。この様に媒質ngを充填した
場合は、しない場合より結像性能の劣化が少な
く、しない場合の収差の悪化の程度を１とすると
充填した場合はおよその目安として悪化の程度は
｛（ｎ／ng）²−１｝／（n²−１）に減少する。逆に
言えば媒質ngで充填する場合としない場合とで
結像性能を同程度とすると、充填した場合の長さ
t₁はしない場合のt₁のおよそ（n²−１）／｛（ｎ／
ng）²−１｝倍にできる。第１８図Ｅは、第１８図
Ａに示す如く媒質ｎの一部をその途中から長さt₁
にわたつて切り除き、そこに屈折率ngの媒質を
充填した例である。このときの媒質ngの長さt′₂
はt′₂＝t₁×ng／ｎとなる。この場合は上述と同様
に、この媒質ngを空気とした場合の上述の媒質
ｎの切出量t₁は結像性能上約８mm以下であること
が必要であり、約２mm以下であれば、実質的に問
題はない。もちろん、この場合も、ng＞１の媒
質を用いた場合にはng＝１の場合に比べて結像
性能の劣化は前述と同様の程度少ない。

この様に一次像面近傍から一対の凹面鏡を介し
て二次像面に至る光路を充填する屈折率ｎ（ｎ＞
１）の媒質の一部を、屈折率ng（ng≧１）の媒質
で置換できることは、上記媒質で充填した焦点検
出光学系の作製を現実的なものとする。

尚、第１８図は凹面鏡の結像倍率αが１の例で
あるが、倍率αが１より小さい場合にも同様であ
る。ただし、この縮小倍率の場合には、その許容
量t₁は等倍（α＝１）の場合より小さくなる。

なお特開昭54−150125の反射再結像光学系にお
いては凹面鏡部材の形状を半円形としており、本
発明においても半円形とする事は可能である。し
かし本発明の説明図において、凹面鏡部材の形を
半円形せずに第１１図に示すごとくその撮影レン
ズ射出瞳への投影像１００Ａ，１００Ｂの各々が
左右対称形にしたのはこの方がボケ味が素直でボ
ケた状態での両検出素子アレイ上の像のボケ味が
ほぼ等しく検出精度の向上につながるからであ
る。又この片方の射出瞳部分の開口の部分を１そ
の他を０として決る瞳形状を表わす関数をｆ（ｘ，
ｙ）としてこのｙ方向に関して積分した関数をｆ
（ｘ）＝∫ ^∞ _∞ｆ（ｘ，ｙ）dyとする時、ｆ（ｘ）をフ
ーリエ変換した関数Ｆ｛ｆ（ｘ）｝が大きなセカン
ドピークを持たないようにｆ（ｘ）を決める事は
セカンドピークの存在にともなう偽解像を押さえ
る事になり焦点検出の誤動作の要因を減少させる
事につながる。その意味でも第１１図図示のよう
な射出瞳部分形状であればｆ（ｘ）の形は台形と
なりＦ｛ｆ（ｘ）｝のセカンドピークは抑圧されて
都合がよい。この場合ｆ（ｘ）の形状を台形に近
似したとして（台形の上底）（台形の下底）／
２であればかなりの効果が認められる。

以上の説明から明らかなように、一次像面検出
領域の中心からの光線の、一対の凹面鏡の中心へ
の入射角が夫々約√0.04以下となる様に、凹
面鏡の傾きを定めるので、凹面鏡の傾きに大きく
影響を受ける非点収差を充分に抑えることがで
き、高精度の焦点検出が可能となる。また、凹面
鏡の使用により、焦点検出光学系をコンパクト化
できるが、一次像面検出領域近傍から凹面鏡を介
して二次像面検出領域に至る光路を、所定の間隙
の存在を許容して、屈折率ｎ（ｎ＞１）の透明媒
質で充填した場合には、一層コンパクトにできか
つ凹面鏡の径も縮小でき、更に焦点検出光学系の
結像性能を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の再結像レンズ使用の焦点検出光
学系の配置図、第２図は、従来の再結像凹面鏡使
用の焦点光学系の配置図、第３図は本発明の一実
施例の焦点検出装置を一眼レフカメラに収納した
状態を示す斜視図、第４図及び第５図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅは上記実施例の斜視図、平面図、正面
図、底面図、右側面、左側面図、第６図は一対の
凹面鏡の作製法を説明する為の正面図と平面図、
第７図は凹面鏡の非点収差を示す光学図、第８図
は二次像面検出領域の歪曲収差を示す説明図、第
９図は上記歪曲収差を考慮した光電素子アレイの
正面図、第１０図は、上記実施例の光学的特長を
示す為に、光学的構成を単純化した光学図、第１
１図は撮影レンズの射出瞳と焦点検出光束の通過
領域との関係を示す図、第１２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
及び第１３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々第２実施例及
びその変形例の平面図、正面図、右側面図、左側
面図、第１４図及び第１５図は共に透明ブロツク
の変形例を示す平面図、第１６図及び第１７図
Ａ，Ｂは夫々第３実施例の斜視図、平面図、正面
図、第１８図は透明ブロツクに空隙又は他の媒質
を設け得ることを説明する光学図である。 １……撮影レンズ、２……予定焦点面、２Ａ…
…一次像面検出領域、９Ａ，９Ｂ……二次像面検
出領域、１６４，１６５，１７２，１７３，１８
１，１８２……凹面鏡、１６７，１６８，１７
５，１７６，１９０，１９１……光電素子アレ
イ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 合焦すべき物体の同一部分から発した光束
   を、視差を有する一対の光学的開口を通過させて
   予定焦点面上の所定検出領域内に一次像として結
   像される結像光学系と、 この一次像を再結像する為に、上記結像光学系
   の予定焦点面の後方に配置され、同一の一対の二
   次像を形成する一対の再結像光学系と、 上記一対の二次像の相対的位置を検出する光電
   手段とを具備した焦点検出装置において、 上記結像光学系の一対の光学的開口の瞳中心
   と、上記結像光学系の予定焦点面上の結像点とで
   形成された平面に対して、上記二次像を形成する
   再結像光学系の各主光線を偏向させ、その偏向量
   をそれぞれ2φとする時、 φ√0.04 （Ｒは再結像光学系開口の最
   大径、単位はmm） ラジアン以下となるように、上記再結像光学径
   の偏向量を定めることを特徴とする焦点検出装
   置。