WO2013183320A1

WO2013183320A1 - 焦点検出光学系

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Publication number: WO2013183320A1
Application number: PCT/JP2013/052970
Authority: WO
Inventors: 金井　守康; 高窪　豊
Original assignee: リコーイメージング株式会社
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2013-12-12
Also published as: JP2013254003A

Abstract

　光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差が十分に小さい焦点検出光学系を得る。　撮影レンズの予定結像面の後方に配置されたコンデンサレンズと；前記コンデンサレンズの後方に配置された、少なくとも一対の開口を有するセパレータマスクと；前記セパレータマスクの後方に配置された、前記セパレータマスクの少なくとも一対の開口と対向する少なくとも一対のレンズを有するセパレータレンズと；前記セパレータレンズの後方に配置された光電変換素子と；を備え、前記撮影レンズの予定結像面上の被写体像を前記光電変換素子のセンサ領域上に再結像させる位相差検出方式の焦点検出光学系において、前記セパレータマスクの前方または後方に位置させて、前記コンデンサレンズの光軸に対して対称な形状に形成された回折面を有する回折色収差補正素子を設け、かつ、次の条件式（１）を満足することを特徴とする焦点検出光学系。（１）０．９＜Ｌ１／Ｌ２＜１．１　（Ｌ１／Ｌ２≠１．０）但し、Ｌ１：撮影レンズの予定結像面から回折色収差補正素子の回折面までの空気換算距離、Ｌ２：撮影レンズの予定結像面からセパレータマスクの回折色収差補正素子の側の面までの空気換算距離。

Description

焦点検出光学系

　本発明は、主に一眼レフカメラに使用される、位相差検出方式の焦点検出光学系に関する。

　一眼レフカメラの焦点検出装置として、撮影レンズの射出瞳の異なる部分を通過した光束をそれぞれ焦点検出光学系により一対の焦点検出センサ上に結像させ、この一対の焦点検出センサの出力信号を用いて撮影レンズの合焦状態を検出するものが知られている。このタイプの焦点検出装置では、低輝度時に補助光を照射して焦点検出の精度を向上させることがある。補助光は被写体が人物である場合に眩しさを感じさせないように、波長７００ｎｍ以上の近赤外光が使われることが多い。このため焦点検出センサは、通常の撮影に必要な可視光に加えて、近赤外光に対しても感度を有する受光素子が用いられる。一方、撮影レンズの撮像に用いられる撮像素子には、赤外カットフィルタによって人間の目が認識できる可視光のみを通過させて撮影している。このため通常の撮影レンズは、可視領域では色収差が補正されているが、撮像に関与しない赤外領域では大きな（縦の）色収差が残っている。特に、焦点距離の長い撮影レンズは赤外領域で大きな色収差を持つ。

　ここで、被写体を照明する光源は、蛍光灯、白熱電灯、タングステンランプなどの様々な種類がある。各光源はそれぞれ分光特性が異なり、蛍光灯（色温度が高い光源）は可視領域の波長が多く含まれるのに対して、白熱電灯やタングステンランプ（色温度が低い光源）は赤外領域の波長が多く含まれる。このような赤外領域の波長が多く含まれる照明下で焦点検出を行うと、撮影レンズが持つ赤外領域での大きな色収差と焦点検出光学系が持つ色収差の影響で、焦点検出誤差が発生してしまう。

　この問題を解決するため、撮影レンズを赤外領域まで色収差が補正された光学系にすることが考えられる。しかし可視領域から赤外領域まで色収差を良好に補正しようとすると、レンズ枚数が増え、光学系の大型化を招くため現実的ではない。

　また、光源の色温度を焦点検出に用いられるセンサとは別のセンサで検出し、検出した色温度に基づいて焦点検出誤差をアクティブに補正する方法もある。しかし光源の色温度を検出するためのセンサを別に設ける必要があるため、高コストになるので、安価な機種に用いることは難しい。

　一方、焦点検出光学系の色収差をコントロールすることで、撮影レンズの色収差と焦点検出光学系の色収差を相殺させ、全系での色収差を小さくすることが考えられる。特許文献１、２には、焦点検出光学系の色収差をコントロールする方法として、セパレータマスクとセパレータレンズを相対的に偏芯させることによって色収差を補正することが開示されている。この方法では色収差を補正できる反面、セパレータマスクとセパレータレンズを相対的に偏芯させたことによって生じるコマ収差がセンサ出力波形の劣化を招き、測距精度が悪化してしまう。

　さらに特許文献３には、焦点検出光学系の構成要素であるコンデンサレンズ、赤外カットフィルタ、セパレータレンズのいずれかの面に回折構造を付加することで焦点検出光学系の色収差をコントロールし、補助光を用いた場合の焦点検出誤差を小さくすることが開示されている。

　しかし、コンデンサレンズや赤外カットフィルタに回折面を付加する態様にあっては、コンデンサレンズや赤外カットフィルタの中央部を通過する光束と周辺部を通過する光束とで回折による効果が大きく異なる（すなわち回折のピッチが異なる）ために、測距点位置によって色収差の補正状態が異なることになり、広い測距エリア全体にわたって良好な色収差補正をすることができない。また、回折機能を持つコンデンサレンズや赤外カットフィルタが撮影レンズの予定結像面（１次結像面）の近くに配置されるため、回折面を通過する光束の径が極めて小さくなる（細くなる）。その結果、比較的回折輪帯の間隔が広い光軸近くを通る光束の場合は、回折輪帯の幅より光束が細くなり、従って回折をしない光束が発生し、十分な回折効果を得ることができない。また十分な色収差補正効果を得るためには回折構造の段数を多くする必要があり、光利用効率が下がって、低輝度時に光量不足で測距が困難になる。さらに、セパレータレンズに回折面を付加する態様はコントラスト検出方式に用いられるものであり、撮影レンズの縦の色収差により発生するラインセンサ上の倍率色収差を補正することはできない。

特公平７－３１３００号公報特許第２５１４３３９号公報特許第３４７６８９７号公報

　本発明は、以上の問題意識に基づいて完成されたものであり、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差が十分に小さい焦点検出光学系を得ることを目的とする。

　本発明者らは、鋭意研究の結果、撮影レンズの射出瞳とできるだけ共役な位置に回折色収差補正素子を設け、この回折色収差補正素子の回折面（回折輪帯）を、コンデンサレンズの光軸に対して対称な形状に形成すれば、より少ない位相付加量で（少ない回折段差数で）色収差を良好に補正して、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差が十分に小さい焦点検出光学系が得られることを見出した。

　本発明の焦点検出光学系は、撮影レンズの予定結像面の後方に配置されたコンデンサレンズと；前記コンデンサレンズの後方に配置された、少なくとも一対の開口を有するセパレータマスクと；前記セパレータマスクの後方に配置された、前記セパレータマスクの少なくとも一対の開口と対向する少なくとも一対のレンズを有するセパレータレンズと；前記セパレータレンズの後方に配置された光電変換素子と；を備え、前記撮影レンズの予定結像面上の被写体像を前記光電変換素子のセンサ領域上に再結像させる位相差検出方式の焦点検出光学系において、前記セパレータマスクの前方または後方に位置させて、前記コンデンサレンズの光軸に対して対称な形状に形成された回折面を有する回折色収差補正素子を設け、かつ、次の条件式（１）を満足することを特徴としている。
（１）０．９＜Ｌ１／Ｌ２＜１．１　（Ｌ１／Ｌ２≠１．０）
但し、
Ｌ１：撮影レンズの予定結像面から回折色収差補正素子の回折面までの空気換算距離、
Ｌ２：撮影レンズの予定結像面からセパレータマスクの回折色収差補正素子の側の面までの空気換算距離、
である。

　回折色収差補正素子の回折面は、コンデンサレンズの光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成されており、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなるようにすることが好ましい。

　本発明の焦点検出光学系は、その一態様では、コンデンサレンズとセパレータマスクの間に配置された補助レンズをさらに備え、この補助レンズを前記回折色収差補正素子とすることができる。

　コンデンサレンズとセパレータマスクの間に位置する補助レンズを回折色収差補正素子とする態様では、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
（２）－２．８＜Ｐ１／Ｐ２＜－１．８
但し、
Ｐ１：補助レンズのコンデンサレンズの側の面の屈折力、
Ｐ２：補助レンズのセパレータマスクの側の面の屈折力、
である。

　コンデンサレンズとセパレータマスクの間に位置する補助レンズを回折色収差補正素子とする態様では、補助レンズのセパレータマスクの側の面を回折面とすることが好ましい。また補助レンズには負の近軸屈折力を持たせることが好ましい。

　本発明の焦点検出光学系は、別の態様では、セパレータレンズを回折色収差補正素子とすることができる。この態様にあっては、セパレータレンズのセパレータマスクの側の面を回折面としてもよいし、セパレータレンズのセパレータマスクの側の面とは反対側の面を回折面としてもよい。

　本発明の焦点検出光学系は、さらに別の態様では、コンデンサレンズとセパレータマスクの間に回折色収差補正素子を配置して、この回折色収差補正素子を巨視的に見て平行平面にすることができる。すなわち、コンデンサレンズとセパレータマスクの間に配置した回折色収差補正素子の一方の面を回折面として、この回折面の巨視的形状を平面とすることができる。

　回折色収差補正素子は、Ｃ線（波長６５６ｎｍ）における光電変換素子の少なくとも一対のセンサ領域上での像間隔が、ｇ線（波長４３６ｎｍ）における光電変換素子の少なくとも一対のセンサ領域上での像間隔よりも短くなるように、色収差を補正することが好ましい。

　本発明の焦点検出光学系は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）－２．２＜Δφ（ｈ）＜－０．８
但し、
Δφ（ｈ）：回折色収差補正素子の光軸とセパレータマスクの交点からセパレータマスクの一対の開口のいずれか一方の開口中心までの距離をｈ、ｎ次の光路差関数係数をＰ_ｎとしたとき、Δφ(ｈ)＝Ｐ_２ｈ^２＋Ｐ_４ｈ^４＋Ｐ_６ｈ^６＋Ｐ_８ｈ^８で表わされる光路長付加量、
である。

　セパレータレンズは、例えばガラス基板と樹脂の曲面からなるハイブリッドレンズとすることができる。

　本発明によれば、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差が十分に小さい焦点検出光学系が得られる。

本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例１のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例２のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例３のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例４のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例５のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例６のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例７のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例８のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例９のレンズ構成図である。本発明を適用した焦点検出光学系の数値実施例１０のレンズ構成図である。図１のように構成された数値実施例１の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図２のように構成された数値実施例２の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図３のように構成された数値実施例３の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図４のように構成された数値実施例４の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図５のように構成された数値実施例５の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図６のように構成された数値実施例６の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図７のように構成された数値実施例７の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図８のように構成された数値実施例８の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図９のように構成された数値実施例９の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。図１０のように構成された数値実施例１０の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示す図である。

　以下、本発明を適用した焦点検出光学系の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
　図１－図４、図６－図８は、本発明の焦点検出光学系の第１実施形態を示している。この第１実施形態の焦点検出光学系は、撮影レンズ（図示せず）の予定結像面Ｉ１の後方に順に配置された、コンデンサレンズ１０と、補助レンズ２０と、セパレータマスク（絞り）３０と、セパレータレンズ４０と、ラインセンサ（光電変換素子）５０とを備えている。

　コンデンサレンズ１０は、正の屈折力を持つ１枚のレンズからなる。コンデンサレンズ１０はその予定結像面Ｉ１側の面が非球面である。

　補助レンズ２０は、負の近軸屈折力を持つ１枚のレンズからなる。補助レンズ２０は「回折色収差補正素子」であり、補助レンズ２０のセパレータマスク３０の側の面に、コンデンサレンズ１０の光軸に対して対称な形状に形成された回折面（回折輪帯）２１が設けられている。この回折面２１は、コンデンサレンズ１０の光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成されており、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなるように形成されている。

　セパレータマスク３０は、少なくとも一対の開口３１を有している（図中では一対の開口３１のみを描いている）。

　セパレータレンズ４０は、ガラス基板４１上に曲面を有する樹脂レンズ４２を形成したハイブリッドレンズからなる。セパレータレンズ４０（樹脂レンズ４２）は、セパレータマスク３０の少なくとも一対の開口３１と対向する少なくとも一対のレンズ４３を有している（図中では一対のレンズ４３のみを描いている）。

　ラインセンサ５０は、その受光面Ｉ２上に少なくとも一対のセンサ領域５１を有している（図中では一対のセンサ領域５１のみを描いている）。コンデンサレンズ１０と補助レンズ２０を通った被写体光束は、セパレータマスク３０の一対の開口３１によって瞳分割されセパレータレンズ４０の一対のレンズ４３を通過した後に、ラインセンサ５０の一対のセンサ領域５１に一対の被写体像として投影される。これにより、撮影レンズの予定結像面Ｉ１上の被写体像が、ラインセンサ５０の受光面Ｉ２上の一対のセンサ領域５１に再結像される。

（第２実施形態）
　図５は、本発明の焦点検出光学系の第２実施形態を示している。この第２実施形態の焦点検出光学系は、第１実施形態の焦点検出光学系において、補助レンズ２０に代えて、巨視的に見て平行平面板である回折色収差補正素子６０を設けたものである。

　回折色収差補正素子６０は、コンデンサレンズ１０の側の面が平面であり、セパレータマスク３０の側の面に回折面（回折輪帯）６１が設けられている。回折面６１の巨視的形状は平面である。

（第３実施形態）
　図９は、本発明の焦点検出光学系の第３実施形態を示している。この第３実施形態の焦点検出光学系は、第１実施形態の焦点検出光学系において、セパレータレンズ４０（補助レンズ２０ではなく）を「回折色収差補正素子」としたものである。

　セパレータレンズ４０（ガラス基板４１）のセパレータマスク３０の側の面には、コンデンサレンズ１０の光軸に対して対称な形状に形成された回折面（回折輪帯）４４が設けられている。この回折面４４は、コンデンサレンズ１０の光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成されており、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなるように形成されている。

（第４実施形態）
　図１０は、本発明の焦点検出光学系の第４実施形態を示している。この第４実施形態の焦点検出光学系は、第１実施形態の焦点検出光学系において、補助レンズ２０を省略して、セパレータレンズ４０を「回折色収差補正素子」としたものである。

　セパレータレンズ４０は、セパレータマスク３０の側の面に樹脂レンズ４２（一対のレンズ４３）が位置しており、セパレータマスク３０とは反対側の面にガラス基板４１が位置している。そしてセパレータレンズ４０（ガラス基板４１）のセパレータマスク３０とは反対側の面には、コンデンサレンズ１０の光軸に対して対称な形状に形成された回折面４４が設けられている。この回折面４４は、コンデンサレンズ１０の光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成されており、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなるように形成されている。

　上記各実施形態の焦点検出光学系は、回折色収差補正素子（第１実施形態の「補助レンズ２０」、第２実施形態の「回折色収差補正素子６０」、第３実施形態及び第４実施形態の「セパレータレンズ４０」）の回折面により、撮影レンズの色収差と焦点検出光学系の色収差を相殺（キャンセル）させ、撮影レンズが持つ縦の色収差を補正して全系での色収差を小さくしている。

　そして本実施形態の焦点検出光学系は、回折色収差補正素子の回折面を撮影レンズの射出瞳と共役な位置又はその近くに位置するセパレータマスク３０の近傍に位置させるとともに、回折色収差補正素子の回折面を、コンデンサレンズ１０の光軸に対して対称な形状に形成している。このようにすれば、より少ない位相付加量で（少ない回折段差数で）色収差を良好に補正して、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差が十分に小さい焦点検出光学系を得ることができる。

　より具体的に、回折色収差補正素子の回折面を、コンデンサレンズ１０の光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成し、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなるように形成することが好ましい。このようにすれば、Ｃ線より長波長側から近赤外域の波長帯の焦点位置が撮影レンズの色収差によって可視光域の焦点位置よりプラス方向（撮像素子側、オーバー方向）にズレる状態を、焦点検出光学系内の回折色収差補正素子で発生する長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなる色収差で相殺（キャンセル）し、撮影レンズと焦点検出光学系を合成した場合のＣ線より長波長側から近赤外域の波長帯の焦点位置を可視光域の焦点位置に一致または近づけることができる。その結果、可視光域から近赤外域まで感度を持つラインセンサ５０上の一対の被写体像において、可視光域とＣ線より長波長側、特に近赤外域の波長帯の像間隔を一致または近づけることができ、よって光源の色温度によって近赤外域の光量配分が変化しても一対の被写体像間隔の変化を極めて小さくでき、もって光源の色温度の影響が十分小さい焦点検出光学系を得ることができる。

　コンデンサレンズ１０とセパレータマスク３０の間に回折色収差補正素子として補助レンズ２０を設ける態様にあっては、回折面を撮影レンズの射出瞳と共役な位置又はその近くに位置するセパレータマスク３０に近づけるべく、補助レンズ２０のコンデンサレンズ１０側の面ではなくセパレータマスク３０側の面を回折面とすることが好ましい。また補助レンズ２０に負の近軸屈折力を持たせることで、焦点検出光学系の全長を短くすることができる。焦点検出光学系の全長を短くすると焦点検出光学系の色収差が大きくなるため、補助レンズ２０に色収差補正機能を持つ回折面を付加することが効果的となる。

　条件式（１）は、回折色収差補正素子の回折面が撮影レンズの射出瞳と共役な位置又はその近くに位置するセパレータマスクの近傍に位置していることを規定するためのものである。
　条件式（１）の上限又は下限を超えると、測距範囲内のいずれかの光束の回折面での有効光束範囲内に回折段差が１段も存在しなくなり（隣接する回折段差の間に光束がすべて収まり）、このような光束に対しては回折段差による光路長付加がなく色収差が補正されないため、好ましくない。この問題は焦点検出光学系の光束径が小さいために起こるものであり、この点からも回折色収差補正素子の回折面はセパレータマスクに近づけることが好ましい。

　条件式（２）は、コンデンサレンズ１０とセパレータマスク３０の間に補助レンズ２０を設ける態様において、補助レンズ２０の温度変化（による屈折率変化）で発生するピント変化を小さくするためのものである。条件式（２）を満足することで、補助レンズ２０の第１面（コンデンサレンズ１０側の面）で発生する焦点位置変化量と第２面（セパレータマスク３０側の面）で発生する焦点位置変化量とを相殺させ、補助レンズ２０全体で発生する焦点位置変化を小さくすることができる。
　補助レンズ２０の第１面（コンデンサレンズ１０側の面）の曲率半径と第２面（セパレータマスク３０側の面）の曲率半径を変化させる（ベンディングさせる）ことで、焦点検出光学系の色収差をコントロールすることが可能であるが、第１面と第２面の曲率半径の選び方によって、補助レンズ２０の温度変化によるピント変化が増減する。このため、補助レンズ２０の第１面と第２面の曲率半径を、温度変化によるピント変化が小さくなるように設定し、それによって発生する色収差を補助レンズ２０の回折面２１で補正することが望ましい。
　条件式（２）の上限を超えると、高温環境下において、主要被写体に対し焦点検出光学系による検出結果が合焦判定になるように撮影レンズのフォーカシングを行っても、撮影レンズが実際の撮像面に対しては合焦できていない後ピン状態（主要被写体が撮像面よりも奥側に結像した状態）となってしまう。
　条件式（２）の下限を超えると、高温環境下において、主要被写体に対し焦点検出光学系による検出結果が合焦判定になるように撮影レンズのフォーカシングを行っても、撮影レンズが実際の撮像面に対しては合焦できていない前ピン状態（主要被写体が撮像面よりも物体側に結像した状態）となってしまう。

　回折色収差補正素子の回折面は、撮影レンズと焦点検出光学系を合わせた全系での色収差を補正するように設定することが望ましい。ほとんどの撮影レンズは長波長領域での色収差がプラス方向（オーバー方向）に偏っているため、焦点検出光学系はこの色収差を相殺（キャンセル）して全系での色収差を補正した状態にすることになる。この場合、焦点検出光学系のラインセンサ５０の一対のセンサ領域５１での一対の像間隔を近赤外線側でより短く設定することになる。そこで回折色収差補正素子は、可視光領域においてもＣ線（波長６５６ｎｍ）におけるラインセンサ５０の一対のセンサ領域５１上での像間隔が、ｇ線（波長４３６ｎｍ）におけるラインセンサ５０の一対のセンサ領域５１上での像間隔よりも短くなるように、色収差を補正することが好ましい。

　条件式（３）は、回折色収差補正素子の回折面で色収差を補正するために必要な光路長付加量の範囲を規定するものである。条件式（３）を満足することで、回折色収差補正素子の回折面による色収差補正を最適化して、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差を十分に小さくすることができる。
　条件式（３）の上限を超えると、色収差が補正過剰になって、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差が大きくなる。
　条件式（３）の下限を超えると、色収差が補正不足になって、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差が大きくなる。

　以下、具体的な数値実施例を示す。表中において、Ｒは曲率半径（単位は[mm]）、Ｄはレンズ厚又はレンズ間隔（単位は[mm]）、Ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示している。
［数値実施例１］

　図１は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例１のレンズ構成図を示している。表１はその数値データである。この数値実施例１の焦点検出光学系は、撮影レンズ（図示せず）の予定結像面Ｉ１の後方に順に配置された、コンデンサレンズ１０と、補助レンズ２０と、セパレータマスク（絞り）３０と、セパレータレンズ４０と、ラインセンサ（光電変換素子）５０とを備えている。

　補助レンズ２０は、負の近軸屈折力を持つ１枚のレンズからなる。本数値実施例では補助レンズ２０が「回折色収差補正素子」であり、補助レンズ２０のセパレータマスク３０の側の面に、コンデンサレンズ１０の光軸に対して対称な形状に形成された回折面２１が設けられている。この回折面２１は、コンデンサレンズ１０の光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成されており、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなるように形成されている。

　セパレータマスク３０は、少なくとも一対の開口３１を有している（図１では一対の開口３１のみを描いている）。

　セパレータレンズ４０は、ガラス基板４１上に曲面を有する樹脂レンズ４２を形成したハイブリッドレンズからなる。セパレータレンズ４０（樹脂レンズ４２）は、セパレータマスク３０の少なくとも一対の開口３１と対向する少なくとも一対のレンズ４３を有している（図１では一対のレンズ４３のみを描いている）。

　ラインセンサ５０は、その受光面Ｉ２上に少なくとも一対のセンサ領域５１を有している（図１では一対のセンサ領域５１のみを描いている）。コンデンサレンズ１０と補助レンズ２０を通った被写体光束は、セパレータマスク３０の一対の開口３１を通過した後に瞳分割されてセパレータレンズ４０の一対のレンズ４３によってラインセンサ５０の一対のセンサ領域５１に一対の被写体像として投影される。これにより、撮影レンズの予定結像面Ｉ１上の被写体像が、ラインセンサ５０の受光面Ｉ２上の一対のセンサ領域５１に再結像される。

［数値実施例２］

　図２は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例２のレンズ構成図を示している。表２はその数値データである。この数値実施例２の焦点検出光学系のレンズ構成は、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

［数値実施例３］

　図３は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例３のレンズ構成図を示している。表３はその数値データである。この数値実施例３の焦点検出光学系のレンズ構成は、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

［数値実施例４］

　図４は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例４のレンズ構成図を示している。表４はその数値データである。この数値実施例４の焦点検出光学系のレンズ構成は、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

［数値実施例５］

　図５は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例５のレンズ構成図を示している。表５はその数値データである。この数値実施例５の焦点検出光学系のレンズ構成は、補助レンズ２０に代えて、巨視的に見て平行平面板である回折色収差補正素子６０を設けた点を除き、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

　回折色収差補正素子６０は、コンデンサレンズ１０の側の面が平面であり、セパレータマスク３０の側の面に回折面６１が設けられている。巨視的形状は平面（表5の面No5のRがInf）である。

［数値実施例６］

　図６は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例６のレンズ構成図を示している。表６はその数値データである。この数値実施例６の焦点検出光学系のレンズ構成は、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

［数値実施例７］

　図７は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例７のレンズ構成図を示している。表７はその数値データである。この数値実施例７の焦点検出光学系のレンズ構成は、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

［数値実施例８］

　図８は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例８のレンズ構成図を示している。表８はその数値データである。この数値実施例８の焦点検出光学系のレンズ構成は、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

［数値実施例９］

　図９は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例９のレンズ構成図を示している。表９はその数値データである。この数値実施例９の焦点検出光学系のレンズ構成は、セパレータレンズ４０（補助レンズ２０ではなく）を「回折色収差補正素子」とした点を除き、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

　セパレータレンズ４０（ガラス基板４１）のセパレータマスク３０の側の面には、コンデンサレンズ１０の光軸に対して対称な形状に形成された回折面４４が設けられている。この回折面４４は、コンデンサレンズ１０の光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成されており、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなるように形成されている。

［数値実施例１０］

　図１０は、本発明の焦点検出光学系の数値実施例１０のレンズ構成図を示している。表１０はその数値データである。この数値実施例１０の焦点検出光学系のレンズ構成は、補助レンズ２０を省略して、セパレータレンズ４０を「回折色収差補正素子」とした点を除き、数値実施例１の焦点検出光学系のレンズ構成と同様である。

　表１１は、数値実施例１－数値実施例１０の数値データを条件式（１）に当てはめた結果（条件式対応数値）を示している。数値実施例１－数値実施例１０は条件式（１）を満足している。

　表１２は、数値実施例１－数値実施例１０の数値データを条件式（２）に当てはめた結果（条件式対応数値）を示している。数値実施例５、１０では補助レンズ２０を用いていないため、条件式（２）の対応数値を算出することができない。数値実施例１－４、６－９は条件式（２）を満足している。

　表１３は、数値実施例１－数値実施例１０の数値データを条件式（３）に当てはめた結果（条件式対応数値）を示している。数値実施例１－数値実施例１０は条件式（３）を満足している。

　図１１－図２０は、図１－図１０のように構成された数値実施例１－数値実施例１０の焦点検出光学系による色収差補正の優位性を示している。図１１－図２０では、図１－図１０のように構成された数値実施例１－数値実施例１０の焦点検出光学系による色収差を実線（回折あり）で示すとともに、比較対象として、図１－図１０のように構成された数値実施例１－数値実施例１０の焦点検出光学系から回折面を省略したものによる色収差を破線（回折なし）で示している。これらの色収差は、ラインセンサ上の一対の像間隔を固定（基準）して予定結像面でのデフォーカス量に換算した焦点検出光学系の色収差である。図１１－図２０に明らかなように、図１－図１０のように構成された数値実施例１－数値実施例１０の焦点検出光学系によってＣ線（波長６５６ｎｍ）より長波長側から近赤外域の波長帯のデフォーカス値が可視光域（主に波長４３６ｎｍのｇ線からＣ線まで）の焦点位置よりプラス方向の値となっており、撮影レンズの色収差によってズレる予定結像面での像のデフォーカス量と同方向となっており、よって予定結像面上で撮影レンズの長波長側の色収差を相殺するよう優れた色収差補正が達成され、光源の色温度の違いによって発生する焦点検出誤差を十分に小さくすることができる。また可視光域においてもｇ線＜Ｃ線の関係が保たれており、予定結像面上を基準にラインセンサ上に変換した場合、Ｃ線（波長６５６ｎｍ）におけるラインセンサ５０の一対のセンサ領域５１上での像間隔が、ｇ線（波長４３６ｎｍ）におけるラインセンサ５０の一対のセンサ領域５１上での像間隔よりも短くなるように色収差補正されていることが示されている。

　本発明の焦点検出光学系は、例えば一眼レフカメラに使用される位相差検出方式の焦点検出光学系に用いて好適である。

１０　コンデンサレンズ
２０　補助レンズ（回折色収差補正素子）
２１　回折面（回折輪帯）
３０　セパレータマスク（絞り）
３１　一対の開口
４０　セパレータレンズ（回折色収差補正素子）
４１　ガラス基板
４２　樹脂レンズ
４３　一対のレンズ
４４　回折面（回折輪帯）
５０　ラインセンサ（光電変換素子）
６０　回折色収差補正素子
６１　回折面（回折輪帯）

Claims

　撮影レンズの予定結像面の後方に配置されたコンデンサレンズと；前記コンデンサレンズの後方に配置された、少なくとも一対の開口を有するセパレータマスクと；前記セパレータマスクの後方に配置された、前記セパレータマスクの少なくとも一対の開口と対向する少なくとも一対のレンズを有するセパレータレンズと；前記セパレータレンズの後方に配置された光電変換素子と；を備え、前記撮影レンズの予定結像面上の被写体像を前記光電変換素子のセンサ領域上に再結像させる位相差検出方式の焦点検出光学系において、
　前記セパレータマスクの前方または後方に位置させて、前記コンデンサレンズの光軸に対して対称な形状に形成された回折面を有する回折色収差補正素子を設け、かつ、次の条件式（１）を満足することを特徴とする焦点検出光学系。
（１）０．９＜Ｌ１／Ｌ２＜１．１　（Ｌ１／Ｌ２≠１．０）
但し、
Ｌ１：撮影レンズの予定結像面から回折色収差補正素子の回折面までの空気換算距離、
Ｌ２：撮影レンズの予定結像面からセパレータマスクの回折色収差補正素子の側の面までの空気換算距離。
　請求の範囲第１項記載の焦点検出光学系において、前記回折色収差補正素子の前記回折面は、前記コンデンサレンズの光軸に対して回転対称な同心円状に配置された段差群として、所定の光学面上に形成されており、ブレーズ波長より長波長側の波長ほど正の屈折力が強くなる焦点検出光学系。
　請求の範囲第１項または第２項記載の焦点検出光学系において、前記コンデンサレンズと前記セパレータマスクの間に配置された補助レンズをさらに備え、この補助レンズが前記回折色収差補正素子である焦点検出光学系。
　請求の範囲第３項記載の焦点検出光学系において、次の条件式（２）を満足する焦点検出光学系。
（２）－２．８＜Ｐ１／Ｐ２＜－１．８
但し、
Ｐ１：補助レンズのコンデンサレンズの側の面の屈折力、
Ｐ２：補助レンズのセパレータマスクの側の面の屈折力。
　請求の範囲第３項または第４項記載の焦点検出光学系において、前記補助レンズは、前記セパレータマスクの側の面に前記回折面を有している焦点検出光学系。
　請求の範囲第３項ないし第５項のいずれか１項記載の焦点検出光学系において、前記補助レンズは負の近軸屈折力を持つ焦点検出光学系。
　請求の範囲第１項または第２項記載の焦点検出光学系において、前記セパレータレンズが前記回折色収差補正素子であり、前記セパレータレンズは、前記セパレータマスクの側の面に前記回折面を有している焦点検出光学系。
　請求の範囲第１項または第２項記載の焦点検出光学系において、前記セパレータレンズが前記回折色収差補正素子であり、前記セパレータレンズは、前記セパレータマスクの側の面とは反対側の面に前記回折面を有している焦点検出光学系。
　請求の範囲第１項または第２項記載の焦点検出光学系において、前記回折色収差補正素子は、前記コンデンサレンズと前記セパレータマスクの間に配置されており、巨視的に見て平行平面であり、一方の面に前記回折面を有しており、この回折面の巨視的形状が平面である焦点検出光学系。
　請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項記載の焦点検出光学系において、前記回折色収差補正素子は、Ｃ線（波長６５６ｎｍ）における前記光電変換素子の少なくとも一対のセンサ領域上での像間隔が、ｇ線（波長４３６ｎｍ）における前記光電変換素子の少なくとも一対のセンサ領域上での像間隔よりも短くなるように、色収差を補正する焦点検出光学系。
　請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか１項記載の焦点検出光学系において、次の条件式（３）を満足する焦点検出光学系。
（３）－２．２＜Δφ（ｈ）＜－０．８
但し、
Δφ（ｈ）：回折色収差補正素子の光軸とセパレータマスクの交点からセパレータマスクの一対の開口のいずれか一方の開口中心までの距離をｈ、ｎ次の光路差関数係数をＰ_ｎとしたとき、Δφ(ｈ)＝Ｐ_２ｈ^２＋Ｐ_４ｈ^４＋Ｐ_６ｈ^６＋Ｐ_８ｈ^８で表わされる光路長付加量。
　請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれか１項記載の焦点検出光学系において、前記セパレータレンズは、ガラス基板と樹脂の曲面からなるハイブリッドレンズである焦点検出光学系。