JPH0812321B2

JPH0812321B2 - 焦点検出装置の光学系

Info

Publication number: JPH0812321B2
Application number: JP60166580A
Authority: JP
Inventors: 修進藤
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: DE3625267C2; JPS6225715A; US4716431A; DE3625267A1

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、カメラ等の映像機器における焦点検出装置
の光学系に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

フィルム等価面の後方に光学系を配置し、被写体像を
伝達すると同時に、その像をほぼ相似な二像に分け、各
々の像の相対的位置ずれから、焦点位置を検出する装置
に関しては、従来より数多くの提案がなされている。

例えば、特開昭50−39544号「焦点検出装置」，特開
昭52−82419号「像の鮮明面の位置を光電的に決定する
装置」，及び特公昭56−13929号「焦点調節装置」等が
あげられる。

上述の開示装置における光学系は、一般に、被写体像
を後方に伝えるレンズ群と、その像をほぼ相似な二像に
分ける光学素子とから成り立っているが、いずれの光学
系も収差上の配慮がなされたとは言い難いものであっ
た。そこで、特開昭59−75209号「焦点位置検出装置の
光学系」は、特に明るい光学系の収差上の問題を解決す
べく出願されたものであった。

その中では、フィルム等価面或はその近傍に配置され
たコンデンサーレンズの性能が、センサー上の光量分布
に影響を与えることが述べられている。

そして、コンデンサーレンズを非球面化することで、
光量分布の安定性に効果のあることが述べられている。
また、歪曲収差等の非対称性収差は、基本的な光学構成
によって除去するものであった。

しかし、反射部材を使用している為、調整が難しく、
また非球面コンデンサーレンズにコーマ収差が残留する
為、センサーの端のビット程、光量の低下が著しく、プ
レディクター機能にとって障害となっていた。この論拠
については後述する。

一方、特開昭60−32012号「カメラの焦点検出装置」
においては、基本的な光学構成では歪曲収差が除去でき
ない為、非球面コンデンサーレンズで歪曲収差の補正を
行っていた。また透過部材で構成されている為、調整が
容易な上、１本のセンサーで処理する為、より安価とな
った。しかし、基本的な光学構成が不完全な為、多くの
問題点が発生した。

この問題点に触れる前に、この種の焦点検出装置の光
学系が備えていなければならない特性についてまとめる
必要があろう。

まず、最も重要な特性は、フィルム等価面上の有効範
囲（これを今後測距ゾーンと呼ぶ）内のいかなる場所
に、処理すべき被写体像が結ばれていても、確実に一つ
の焦点位置が定まらなければならないというもので、こ
の特性は、装置の検出精度と、測距ゾーン内の精度の一
様性とに直接関係するものである。この特性を満足する
光学系は、分割光学素子が、コンデンサーレンズの子午
面に対して対称に配置されていることから、測距ゾーン
の中心点と対応するセンサー上の点に関して、対称な像
性能を有さなければならない。この特殊な場合として、
測距ゾーン内のいかなる場所に被写体像があっても、セ
ンサー上の像性能が不変の場合、すなわち、シフト・イ
ンバリアントな場合には、分割された二像のずれ量から
正確に焦点位置を予想することが可能となる。

この機能は、プレディクター機能と呼ばれ、撮影レン
ズの焦点調節制御に重要な役割をする。しかし、現実に
は、上述の特殊な場合まで満足された光学系でなくとも
何ら支障なく、焦点検出を行い得る為、かなり自由度の
ある設計が可能である。

次に、コンデンサーレンズの収差がセンサー上の光量
分布にどの様に影響するかについて説明しよう。第５図
及び第６図は分割光学素子５によって取り込まれる光束
が、射出瞳７のどの部位を通った光束であるかを示した
もので、コンデンサーレンズ２の収差の種類により、測
距ゾーン１の中心及び周辺を通る光束で、上記部位が異
なることを示したものである。測距ゾーン内の各点は、
センサーの各ビットに対応する為、上記部位の面積が各
ビットの信号レベルに対応する。第５図はコンデンサー
レンズ２に球面収差がある場合であり、この場合には、
各ビットの光量に著しい変動は生じないが、撮影レンズ
の有効径はやや大きくなければならない。一方、第６図
はコンデンサーレンズ２にコーマ収差（図の例では外コ
マ）がある場合だか、この場合にはセンサーの端のビッ
ト程、光量の低下が激しい。これが前記特開昭59−7520
9号で述べた批判の論拠である。

以上の如く、コンデンサーレンズの収差がセンサー上
の光量分布と密接な関連をもつことが理解されたであろ
う。実用上、センサー上の光量分布の非対称性、言い換
えると、センサーの両端のビットから生ずる信号の差
は、１％以下であることが必要と言われている。

さて、特開昭60−32012号の問題点について述べる。

実施例の第１表のデータに基づき、種々の光学特性を
求めたものが第７図，第８図及び第９図である。

第７図はセンサー上の点像強度分布を示したもので、
第８図は歪曲収差を示したもの、そして第９図はセンサ
ー上の光量分布を表わしたものである。特に第８図，第
９図には対称性が重要なので、対称性を見やすくする意
味で別図（いずれも図−（ｂ））を付した。また、第８
図については、主光線に関する歪曲収差を表わしたもの
ではなく、第７図の点像強度分布より求めた重心に関す
る歪曲収差を表わしたもので、この方がより現実をシミ
ュレートしているものと思われる。

この結果より明らかな様に、主張通り歪曲収差の対称
性は非常によいと思われるが、他の要因、特に光量分布
の非対称は著しく、使用可能な測距ゾーンの長さは高々
2mmが限度と推定される。測距ゾーンの長さが短かい
と、長焦点の撮影レンズを装着した場合、焦点検出動作
の確実性が低下するという欠点があり、従って、2mm程
度の測距ゾーンでは、ｆ＝300mm程度が使用レンズの限
界と思われる。しかし、現実の一眼レフ交換レンズに
は、更に長焦点のレンズもある為、それらのレンズに対
しても有効に焦点検出動作を行わせるには、より長い測
距ゾーンが要求される。

特開昭60−32012号にて述べられた光学系の上述の如
き非対称性の原因となっている最大の要因は、測距ゾー
ンの中心を発した主光線が、センサーに対し垂直に入射
していない為に、測距ゾーンの両端から発した光束の主
光線がセンサーと交叉する角度が等しくならない為に生
じているものである。

〔目的〕

それ故、本発明の目的は、長焦点レンズに対しても、
確実な動作を達成する為に、十分長い測距ゾーンにわた
って像性能の対称性を保証する光学系を開示することに
ある。

［発明の概要］本発明は、撮影レンズの予定焦点面の後方に配置され
たコンデンサーレンズと、該コンデンサーレンズの後方
にあって該コンデンサーレンズの子午面に関して対称に
配置された一対の分割光素子とによって被写体像を一対
再結像させ、この再結像された一対の被写体像の相対的
位置ずれを検出して焦点位置を検出する装置において、
コンデンサーレンズの後面が、二次曲面形状式を χ＝ch²/［１＋｛１−（ｋ＋１）c²h²｝^1/2］で表現したとき、−１＜ｋ＜０を満たす回転楕円面をな
していて、かつ分割光学素子の直前に、コンデンサーレ
ンズと共軸な補助レンズが配置されている点に特徴があ
る。

［発明の実施例］コンデンサーレンズは、本来、フィルム等価面、すな
わち撮影レンズの予定焦点面に置くことが機能的にはよ
い。しかし、本実施例では、予定焦点面上における測距
ゾーン１の幅がおよそ4mmあるので、ゴミなどの影響を
避けるため、予定焦点面の後方に、後面が非球面である
コンデンサーレンズ２を配置し、その後方であって、分
割光学素子５の直前に、測距ゾーン１の中央から発した
主光線をセンサー６と直交させるための補助レンズ３を
配置している。

分割光学素子５は、周知のように光軸に対して対称
に、本実施例ではコンデンサーレンズ２の子午面に対し
て対称に配置されたもので、この分割光学素子５と保持
レンズ３との間には、コンデンサーレンズ２と補助レン
ズ３の共通光軸に対して対称に絞り４が配置されてい
る。絞り４は、コンデンサーレンズ２と保持レンズ３に
よって、撮影レンズの射出瞳位置近傍と共役の位置関係
を有する構成となっている。絞り４と分割光学素子５に
よって分離された一対の被写体像は、センサー６に入射
する。

また、本実施例の最良の構成例を、第１表に示す。

但し、コンデンサーレンズの後面は、で表わされる非球面である。なお、上記式において、ｒ
は曲率半径、ｄは光軸上の距離、ｎは屈折率、χは非球
面量、ｈは光軸からの距離、ｃは近軸の曲率である。

〔実施例の作用〕

さて、本発明の主張する構成要素の作用と、その結果
について説明する。

補助レンズ３の主たる役割については前述した通りで
あるが、その他にも、この補助レンズ３は、光量分布を
ほとんど変えることなく、歪曲収差を補正するのに効果
のあることが判明した。それに対し、コンデンサーレン
ズ２の非球面化では、光量分布も、歪曲収差も、共に効
果的に変化させるが、各々の最小値となる非球面係数が
異なる為、一方を補正すると、他方は劣化することがさ
けられなかった。しかし、補助レンズ３が歪曲収差の補
正に有効なことが判明したので、コンデンサーレンズ２
の非球面化を光量分布の補正にのみ使用することが可能
となった。そこで、コーマ収差と、歪曲収差を除去する
様に、コンデンサーレンズ３の曲率半径を決めてゆく
と、前面の曲率半径は大きな値となって、前面を非球面
化したのでは、あまり効果のないことが判った。そこ
で、後面を非球面化したところ、きわめて良好な結果が
えられた。

本実施例の結果を、特開昭60−32012号と比較する為
に、第７図，第８図及び第９図と同様な図を、第２図，
第３図及び第４図に示す。

この図から明らかな様に、点像強度分布，歪曲収差，
光量分布そのいずれの場合をとっても、特開昭60−3201
2号よりも、像性能の対称性が大幅に改善されている。

なお、本発明の主張する範囲に、非球面係数ｋの値
が、ｋ≧０及びｋ≦−１の範囲は含まれない。それは、
この範囲内には、上述の如き良好な例を見出すことが出
来なかったからである。しかし、−１＜ｋ＜０の範囲を
満たす回転楕円面の場合には、本発明の主張する範囲に
含まれる。

非球面係数ｋは、±0.1程度の誤差でも実用上何ら支
障のないことがシミュレーション上判っており、更に、
測距ゾーンを短かくすることにより、なおも、その許容
範囲は拡がる為である。

［発明の効果］以上のように本発明は、予定焦点面の後方に位置する
コンデンサーレンズと、該コンデンサーレンズの後方に
配置された一対の分光素子とによって被写体像を一対再
結像させ、この再結像された一対の被写体像の相対的位
置ずれを検出して、焦点位置を検出する装置において、
コンデンサーレンズの後面が、非球面係数−１＜ｋ＜０
を満たす回転楕円面をなしており、かつ分割光学素子の
直前に、コンデンサーレンズと共軸な補助レンズが配置
されているので、像性能の対称性の保証された焦点検出
装置の光学系を得ることができ、長焦点の撮影レンズに
も対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明する図、第２図はセンサ
ー上の点像強度分布図、第３図（ａ）は実施例の歪曲収
差を示した図、第３図（ｂ）はその歪曲収差の非対称性
を示す図、第４図（ａ）は実施例のセンサー上の光量分
布図、第４図（ｂ）はその光量分布の非対称性を示した
図である。第５図はコンデンサーレンズに球面収差が残留している
場合の作用図、第６図はコンデンサーレンズにコーマ収
差が残留している場合の作用図、第７図は従来例のセン
サー上の点像強度分布図、第８図（８）は従来例の歪曲
収差を示した図、第８図（ｂ）はその歪曲収差の非対称
性を示す図で、第３図及び第８図は理解し易い様に百分
率表示はさけ実際のずれ量をμｍ単位で図示した。第９
図（ａ）は従来例のセンサー上の光量分布図、第９図
（ｂ）はその光量分布の非対称性を示す図である。 1:測距ゾーン,2:コンデンサーレンズ， 3:補助レンズ,4:絞り， 5:分割光学素子,6:センサー， 7:射出瞳

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズの予定焦点面の後方に配置され
たコンデンサーレンズと、該コンデンサーレンズの後方
にあって該コンデンサーレンズの子午面に関し対称に配
置された一対の分割光学素子とによって被写体像を一対
再結像させ、この再結像された一対の被写体像の相対的
位置ずれを検出して、焦点位置を検出する装置におい
て、上記コンデンサーレンズの後面が、二次曲面形状式を χ＝ch²/［１＋｛１−（ｋ＋１）c²h²｝^1/2］（但し、χは非球面量、ｈは光軸からの距離、ｃは近軸
の曲率、ｋは円錐係数）で表現したとき、 −１＜ｋ＜０を満たす回転楕円面をなしていて、かつ、分割光学素子の直前に、コンデンサーレンズと共軸な補
助レンズが配置されていること、を特徴とする焦点検出装置の光学系。