WO2013183320A1 - 焦点検出光学系 - Google Patents

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WO2013183320A1
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lens
optical system
focus detection
detection optical
separator
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金井　守康
高窪　豊
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リコーイメージング株式会社
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    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Definitions

  • the present invention relates to a phase difference detection type focus detection optical system mainly used for a single-lens reflex camera.
  • a focus detection device for a single-lens reflex camera As a focus detection device for a single-lens reflex camera, light beams that have passed through different portions of the exit pupil of the photographing lens are imaged on a pair of focus detection sensors by a focus detection optical system, and output signals of the pair of focus detection sensors are used.
  • a device that detects the in-focus state of the taking lens is known.
  • the accuracy of focus detection may be improved by irradiating auxiliary light at low luminance.
  • the auxiliary light near-infrared light having a wavelength of 700 nm or more is often used so as not to feel dazzling when the subject is a person.
  • a light receiving element having sensitivity to near-infrared light in addition to visible light necessary for normal photographing is used.
  • only visible light that can be recognized by the human eye is passed through an imaging element used for imaging the imaging lens by an infrared cut filter.
  • chromatic aberration is corrected in the visible region, but large (vertical) chromatic aberration remains in the infrared region that is not involved in imaging.
  • a photographing lens having a long focal length has a large chromatic aberration in the infrared region.
  • light sources for illuminating the subject such as fluorescent lamps, incandescent lamps and tungsten lamps.
  • Each light source has different spectral characteristics, and fluorescent lamps (light sources with high color temperature) contain many wavelengths in the visible region, whereas incandescent lamps and tungsten lamps (light sources with low color temperature) have wavelengths in the infrared region. Many are included.
  • focus detection is performed under illumination that includes many wavelengths in the infrared region, focus detection errors occur due to the large chromatic aberration in the infrared region of the taking lens and the chromatic aberration of the focus detection optical system. End up.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose correcting chromatic aberration by relatively decentering a separator mask and a separator lens as a method for controlling chromatic aberration of a focus detection optical system. While this method can correct chromatic aberration, coma aberration caused by relatively decentering the separator mask and the separator lens causes deterioration of the sensor output waveform, and the distance measurement accuracy deteriorates.
  • Patent Document 3 provides a supplementary control of the chromatic aberration of the focus detection optical system by adding a diffractive structure to any one of the condenser lens, infrared cut filter, and separator lens, which are components of the focus detection optical system. It is disclosed to reduce the focus detection error when using light.
  • the effect of diffraction is greatly different between a light beam passing through the central part of the condenser lens and the infrared cut filter and a light beam passing through the peripheral part. Since the diffraction pitch is different (that is, the diffraction pitch is different), the correction state of chromatic aberration differs depending on the position of the distance measurement point, and good chromatic aberration correction cannot be performed over the entire wide distance measurement area.
  • the condenser lens and the infrared cut filter having the diffraction function are disposed near the planned image formation surface (primary image formation surface) of the photographing lens, the diameter of the light beam passing through the diffraction surface is extremely small (thin). Become).
  • the light beam becomes narrower than the width of the diffraction zone, so that a light beam that does not diffract is generated, and a sufficient diffraction effect can be obtained. Can not.
  • the aspect of adding a diffractive surface to the separator lens is used for the contrast detection method, and the lateral chromatic aberration on the line sensor caused by the longitudinal chromatic aberration of the photographing lens cannot be corrected.
  • the present invention has been completed on the basis of the above problem awareness, and an object thereof is to obtain a focus detection optical system in which a focus detection error generated due to a difference in color temperature of a light source is sufficiently small.
  • the present inventors have provided a diffractive chromatic aberration correction element at a position as conjugate as possible to the exit pupil of the photographic lens, and the diffraction surface (diffraction ring zone) of this diffractive chromatic aberration correction element is used as the optical axis of the condenser lens. If it is formed in a symmetrical shape, the chromatic aberration can be corrected well with a small amount of phase addition (with a small number of diffraction steps), and the focus detection optics generated by differences in the color temperature of the light source are sufficiently small. The system was found to be obtained.
  • the focus detection optical system of the present invention includes a condenser lens disposed behind a planned imaging plane of a photographing lens; a separator mask disposed at the rear of the condenser lens and having at least a pair of openings; A separator lens having at least a pair of lenses opposed to at least a pair of apertures of the separator mask; and a photoelectric conversion element disposed behind the separator lens.
  • the focus detection optical system is positioned in front of or behind the separator mask and is positioned on the optical axis of the condenser lens.
  • the diffractive surface of the diffractive chromatic aberration correcting element is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens, and the wavelength longer than the blaze wavelength. It is preferable to increase the positive refractive power.
  • the focus detection optical system of the present invention further includes an auxiliary lens disposed between the condenser lens and the separator mask, and this auxiliary lens can be used as the diffraction chromatic aberration correction element.
  • the auxiliary lens positioned between the condenser lens and the separator mask is a diffraction chromatic aberration correction element
  • the following conditional expression (2) is satisfied.
  • P1 refractive power of the surface of the auxiliary lens on the condenser lens side
  • P2 refractive power of the auxiliary lens separator mask side surface
  • the surface of the auxiliary lens on the separator mask side is preferably a diffractive surface.
  • the auxiliary lens preferably has a negative paraxial refractive power.
  • the separator lens can be a diffraction chromatic aberration correction element.
  • the surface of the separator lens on the separator mask side may be a diffractive surface, or the surface of the separator lens opposite to the surface of the separator mask may be a diffractive surface.
  • the focus detection optical system of the present invention can be arranged in parallel plane by diffractive chromatic aberration correction element disposed between the condenser lens and the separator mask so that the diffractive chromatic aberration correction element is viewed macroscopically.
  • one surface of the diffractive chromatic aberration correcting element disposed between the condenser lens and the separator mask can be a diffractive surface, and the macroscopic shape of the diffractive surface can be a flat surface.
  • the image interval on at least a pair of sensor regions of the photoelectric conversion element in the C line is the image interval on at least the pair of sensor regions of the photoelectric conversion element in the g line (wavelength 436 nm). It is preferable to correct the chromatic aberration so as to be shorter.
  • the focus detection optical system of the present invention preferably satisfies the following conditional expression (3).
  • the separator lens can be a hybrid lens made of a curved surface of a glass substrate and a resin, for example.
  • the focus detection optical system according to the first embodiment includes a condenser lens 10, an auxiliary lens 20, a separator mask (aperture) 30, which are sequentially arranged behind a planned imaging plane I 1 of a photographing lens (not shown).
  • a separator lens 40 and a line sensor (photoelectric conversion element) 50 are provided.
  • the condenser lens 10 is composed of a single lens having a positive refractive power.
  • the condenser lens 10 has an aspheric surface on the planned imaging plane I1 side.
  • the auxiliary lens 20 is composed of one lens having a negative paraxial refractive power.
  • the auxiliary lens 20 is a “diffraction chromatic aberration correction element” and has a diffraction surface (diffraction ring zone) 21 formed on the surface of the auxiliary lens 20 on the separator mask 30 side so as to be symmetrical with respect to the optical axis of the condenser lens 10. Is provided.
  • This diffractive surface 21 is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 10, and is more positive as the wavelength is longer than the blaze wavelength. It is formed to have a strong refractive power.
  • the separator mask 30 has at least a pair of openings 31 (only the pair of openings 31 is illustrated in the drawing).
  • the separator lens 40 is a hybrid lens in which a resin lens 42 having a curved surface is formed on a glass substrate 41.
  • the separator lens 40 (resin lens 42) has at least a pair of lenses 43 facing at least a pair of openings 31 of the separator mask 30 (only a pair of lenses 43 is shown in the drawing).
  • the line sensor 50 has at least a pair of sensor areas 51 on the light receiving surface I2 (only the pair of sensor areas 51 is illustrated in the drawing).
  • the subject luminous flux that has passed through the condenser lens 10 and the auxiliary lens 20 is split into pupils by the pair of openings 31 of the separator mask 30, passes through the pair of lenses 43 of the separator lens 40, and then pairs to the pair of sensor regions 51 of the line sensor 50. Projected as a subject image.
  • the subject image on the scheduled imaging plane I1 of the photographic lens is re-imaged on the pair of sensor areas 51 on the light receiving surface I2 of the line sensor 50.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the focus detection optical system of the present invention.
  • the focus detection optical system according to the second embodiment is the same as the focus detection optical system according to the first embodiment except that a diffractive chromatic aberration correction element 60, which is a parallel plane plate when viewed macroscopically, is provided instead of the auxiliary lens 20. is there.
  • the diffractive chromatic aberration correction element 60 has a flat surface on the condenser lens 10 side, and a diffractive surface (diffraction ring zone) 61 is provided on the surface on the separator mask 30 side.
  • the macroscopic shape of the diffractive surface 61 is a plane.
  • FIG. 9 shows a third embodiment of the focus detection optical system of the present invention.
  • the focus detection optical system according to the third embodiment is the same as the focus detection optical system according to the first embodiment except that the separator lens 40 (not the auxiliary lens 20) is a “diffraction chromatic aberration correction element”.
  • the surface of the separator lens 40 (glass substrate 41) on the side of the separator mask 30 is provided with a diffractive surface (diffraction ring zone) 44 formed in a symmetric shape with respect to the optical axis of the condenser lens 10.
  • the diffractive surface 44 is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 10, and is more positive as the wavelength is longer than the blaze wavelength. It is formed to have a strong refractive power.
  • FIG. 10 shows a fourth embodiment of the focus detection optical system of the present invention.
  • the focus detection optical system according to the fourth embodiment is the same as the focus detection optical system according to the first embodiment except that the auxiliary lens 20 is omitted and the separator lens 40 is a “diffraction chromatic aberration correction element”.
  • the resin lens 42 (a pair of lenses 43) is positioned on the surface of the separator mask 30, and the glass substrate 41 is positioned on the surface opposite to the separator mask 30.
  • a diffractive surface 44 formed in a symmetrical shape with respect to the optical axis of the condenser lens 10 is provided.
  • the diffractive surface 44 is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 10, and is more positive as the wavelength is longer than the blaze wavelength. It is formed to have a strong refractive power.
  • the focus detection optical system of each of the above embodiments includes a diffractive chromatic aberration correction element (“auxiliary lens 20” of the first embodiment, “diffractive chromatic aberration correction element 60” of the second embodiment, third and fourth embodiments).
  • the diffractive surface of the “separator lens 40”) cancels (cancels) the chromatic aberration of the photographing lens and the chromatic aberration of the focus detection optical system, and corrects the longitudinal chromatic aberration of the photographing lens to reduce the chromatic aberration in the entire system. .
  • the focus detection optical system of the present embodiment positions the diffraction surface of the diffractive chromatic aberration correction element in the vicinity of the separator mask 30 that is conjugated with or close to the exit pupil of the photographing lens, and the diffraction of the diffractive chromatic aberration correction element.
  • the surface is formed in a symmetrical shape with respect to the optical axis of the condenser lens 10. In this way, a chromatic aberration can be satisfactorily corrected with a smaller amount of phase addition (with a small number of diffraction steps), and a focus detection optical system with a sufficiently small focus detection error caused by the difference in color temperature of the light source can be obtained. Can do.
  • the diffractive surface of the diffractive chromatic aberration correction element is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 10 and has a longer wavelength than the blaze wavelength. It is preferable to form such that the positive wavelength becomes stronger as the wavelength is closer. In this way, the focal position of the wavelength band in the near infrared region from the longer wavelength side than the C line is shifted in the plus direction (imaging element side, over direction) from the focal position of the visible light region due to chromatic aberration of the photographing lens.
  • the focal position in the wavelength band from the wavelength side to the near-infrared region can be matched or brought close to the focal position in the visible light region.
  • the diffractive surface is brought close to the separator mask 30 located at a position conjugate with or close to the exit pupil of the photographing lens. It is preferable that the surface on the separator mask 30 side, not the surface on the condenser lens 10 side of the auxiliary lens 20, be a diffractive surface. Further, by giving the auxiliary lens 20 a negative paraxial refractive power, the overall length of the focus detection optical system can be shortened. If the total length of the focus detection optical system is shortened, the chromatic aberration of the focus detection optical system increases, so it is effective to add a diffractive surface having a chromatic aberration correction function to the auxiliary lens 20.
  • Conditional expression (1) is for defining that the diffractive surface of the diffractive chromatic aberration correcting element is located in the vicinity of the separator mask located at or near the position conjugate with the exit pupil of the photographing lens.
  • the upper limit or lower limit of conditional expression (1) is exceeded, there is no diffraction step in the effective light beam range on the diffraction surface of any light beam in the distance measurement range (the light beam between adjacent diffraction steps).
  • such a light beam is not preferable because no optical path length is added due to a diffraction step and chromatic aberration is not corrected. This problem occurs because the diameter of the light beam of the focus detection optical system is small. From this point, it is preferable that the diffractive surface of the diffractive chromatic aberration correction element is close to the separator mask.
  • Conditional expression (2) is for reducing the focus change caused by the temperature change (the refractive index change) of the auxiliary lens 20 in the aspect in which the auxiliary lens 20 is provided between the condenser lens 10 and the separator mask 30.
  • the chromatic aberration of the focus detection optical system is reduced.
  • the focus change due to the temperature change of the auxiliary lens 20 increases or decreases depending on how the curvature radii of the first surface and the second surface are selected.
  • the curvature radii of the first surface and the second surface of the auxiliary lens 20 are set so that the focus change due to the temperature change becomes small, and the chromatic aberration generated thereby can be corrected by the diffraction surface 21 of the auxiliary lens 20. desirable.
  • the photographic lens will actually capture the image even if the photographic lens is focused so that the detection result of the focus detection optical system becomes the focus determination for the main subject in a high temperature environment. After focusing on the surface, it becomes a pinned state (a state where the main subject forms an image on the back side of the imaging surface). If the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the photographic lens will actually capture the image even if the photographic lens is focused so that the detection result of the focus detection optical system becomes the focus determination for the main subject in a high temperature environment. This results in a front pin state where the surface is not focused (a state where the main subject forms an image on the object side of the imaging surface).
  • the diffractive surface of the diffractive chromatic aberration correcting element is desirably set so as to correct chromatic aberration in the entire system including the photographing lens and the focus detection optical system. Since most photographic lenses have chromatic aberration in the long wavelength region biased in the plus direction (over direction), the focus detection optical system should cancel this chromatic aberration and correct the chromatic aberration in the entire system. become. In this case, the pair of image intervals in the pair of sensor regions 51 of the line sensor 50 of the focus detection optical system is set shorter on the near infrared side.
  • the diffractive chromatic aberration correction element has a pair of sensor regions of the line sensor 50 in the g-line (wavelength 436 nm) in the visible light region where the image interval on the pair of sensor regions 51 of the line sensor 50 in the C-line (wavelength 656 nm). It is preferable to correct the chromatic aberration so that the image interval on 51 is shorter.
  • Conditional expression (3) defines the range of the additional optical path length necessary for correcting chromatic aberration on the diffraction surface of the diffractive chromatic aberration correcting element.
  • R is a radius of curvature (unit: [mm])
  • D is a lens thickness or lens interval (unit: [mm])
  • Nd is a refractive index with respect to d-line
  • ⁇ d is an Abbe number with respect to d-line. Yes.
  • FIG. 1 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 1 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 1 shows the numerical data.
  • the focus detection optical system according to Numerical Example 1 includes a condenser lens 10, an auxiliary lens 20, a separator mask (aperture) 30, which are sequentially arranged behind a planned imaging plane I 1 of a photographing lens (not shown).
  • a separator lens 40 and a line sensor (photoelectric conversion element) 50 are provided.
  • the condenser lens 10 is composed of a single lens having a positive refractive power.
  • the condenser lens 10 has an aspheric surface on the planned imaging plane I1 side.
  • the auxiliary lens 20 is composed of one lens having a negative paraxial refractive power.
  • the auxiliary lens 20 is a “diffraction chromatic aberration correction element”, and is formed on the surface of the auxiliary lens 20 on the separator mask 30 side so as to be symmetrical with respect to the optical axis of the condenser lens 10. Is provided.
  • This diffractive surface 21 is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 10, and is more positive as the wavelength is longer than the blaze wavelength. It is formed to have a strong refractive power.
  • the separator mask 30 has at least a pair of openings 31 (only a pair of openings 31 is depicted in FIG. 1).
  • the separator lens 40 is a hybrid lens in which a resin lens 42 having a curved surface is formed on a glass substrate 41.
  • Separator lens 40 (resin lens 42) has at least a pair of lenses 43 facing at least a pair of openings 31 of separator mask 30 (only a pair of lenses 43 is shown in FIG. 1).
  • the line sensor 50 has at least a pair of sensor regions 51 on the light receiving surface I2 (only the pair of sensor regions 51 is depicted in FIG. 1).
  • the subject luminous flux that has passed through the condenser lens 10 and the auxiliary lens 20 passes through the pair of openings 31 of the separator mask 30 and is then divided into pupils, and is paired with the pair of sensor regions 51 of the line sensor 50 by the pair of lenses 43 of the separator lens 40. Projected as a subject image.
  • the subject image on the scheduled imaging plane I1 of the photographic lens is re-imaged on the pair of sensor areas 51 on the light receiving surface I2 of the line sensor 50.
  • FIG. 2 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 2 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 2 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 2 is the same as the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 1. [Numerical Example 3]
  • FIG. 3 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 3 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 3 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 3 is the same as the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 1. [Numerical Example 4]
  • FIG. 4 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 4 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 4 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 4 is the same as the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 1. [Numerical Example 5]
  • FIG. 5 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 5 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 5 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system of Numerical Example 5 is the same as that of Numerical Example 1 except that a diffractive chromatic aberration correction element 60 that is a parallel flat plate is provided macroscopically instead of the auxiliary lens 20. This is the same as the lens configuration of the detection optical system.
  • the diffractive chromatic aberration correction element 60 has a flat surface on the condenser lens 10 side and a diffractive surface 61 on the surface on the separator mask 30 side.
  • the macroscopic shape is a plane (R of surface No. 5 in Table 5 is Inf).
  • FIG. 6 is a lens configuration diagram of Numerical Example 6 of the focus detection optical system according to the present invention. Table 6 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 6 is the same as the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 1. [Numerical Example 7]
  • FIG. 7 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 7 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 7 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 7 is the same as the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 1.
  • Numerical Example 8 is the same as the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 1.
  • FIG. 8 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 8 of the focus detection optical system according to the present invention.
  • Table 8 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 8 is the same as the lens configuration of the focus detection optical system according to Numerical Example 1. [Numerical Example 9]
  • FIG. 9 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 9 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 9 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system of Numerical Example 9 is the lens configuration of the focus detection optical system of Numerical Example 1 except that the separator lens 40 (not the auxiliary lens 20) is a “diffractive chromatic aberration correction element”. It is the same.
  • a diffractive surface 44 formed in a symmetrical shape with respect to the optical axis of the condenser lens 10 is provided on the surface of the separator lens 40 (glass substrate 41) on the side of the separator mask 30, a diffractive surface 44 formed in a symmetrical shape with respect to the optical axis of the condenser lens 10 is provided.
  • the diffractive surface 44 is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 10, and is more positive as the wavelength is longer than the blaze wavelength. It is formed to have a strong refractive power.
  • FIG. 10 shows a lens configuration diagram of Numerical Example 10 of the focus detection optical system of the present invention.
  • Table 10 shows the numerical data.
  • the lens configuration of the focus detection optical system of Numerical Example 10 is the lens of the focus detection optical system of Numerical Example 1 except that the auxiliary lens 20 is omitted and the separator lens 40 is a “diffractive chromatic aberration correction element”. The configuration is the same.
  • the resin lens 42 (a pair of lenses 43) is located on the surface on the separator mask 30 side, and the glass substrate 41 is located on the surface opposite to the separator mask 30.
  • a diffractive surface 44 formed in a symmetrical shape with respect to the optical axis of the condenser lens 10 is provided.
  • the diffractive surface 44 is formed on a predetermined optical surface as a step group arranged concentrically rotationally symmetric with respect to the optical axis of the condenser lens 10, and is more positive as the wavelength is longer than the blaze wavelength. It is formed to have a strong refractive power.
  • Table 11 shows the result (numerical value corresponding to the conditional expression) obtained by applying the numerical data of Numerical Example 1 to Numerical Example 10 to the conditional expression (1).
  • Numerical Example 1-Numerical Example 10 satisfies the conditional expression (1).
  • Table 12 shows the result (numerical value corresponding to the conditional expression) obtained by applying the numerical data of Numerical Example 1 to Numerical Example 10 to the conditional expression (2).
  • the corresponding numerical value of the conditional expression (2) cannot be calculated.
  • Numerical Examples 1-4 and 6-9 satisfy the conditional expression (2).
  • Table 13 shows the result (numerical value corresponding to the conditional expression) obtained by applying the numerical data of Numerical Example 1 to Numerical Example 10 to the conditional expression (3).
  • Numerical Example 1-Numerical Example 10 satisfies the conditional expression (3).
  • FIGS. 11 to 20 show the superiority of chromatic aberration correction by the focus detection optical system of Numerical Example 1 to Numerical Example 10 configured as shown in FIGS.
  • chromatic aberration due to the focus detection optical system of Numerical Example 1 to Numerical Example 10 configured as shown in FIGS. 1 to 10 is indicated by a solid line (with diffraction), and as a comparison object, FIG. Numerical Example 1 configured as shown in FIG. 10
  • the chromatic aberration caused by omitting the diffraction surface from the focus detection optical system of Numerical Example 10 is indicated by a broken line (no diffraction).
  • chromatic aberrations are chromatic aberrations of the focus detection optical system in which a pair of image intervals on the line sensor is fixed (referenced) and converted to a defocus amount on the planned imaging plane.
  • Numerical Example 1 configured as shown in FIGS. 1 to 10
  • the defocus value in the outer wavelength band is a value in the positive direction from the focal position in the visible light range (mainly from the g-line to the C-line with a wavelength of 436 nm).
  • the detection error can be made sufficiently small.
  • the relationship of g-line ⁇ C-line is maintained, and when converted to a line sensor with reference to the planned imaging plane, a pair of sensor regions of the line sensor 50 for C-line (wavelength 656 nm) It is shown that the chromatic aberration is corrected so that the image interval on 51 is shorter than the image interval on the pair of sensor regions 51 of the line sensor 50 at the g-line (wavelength 436 nm).
  • the focus detection optical system of the present invention is suitable for use in, for example, a phase difference detection type focus detection optical system used in a single-lens reflex camera.
  • Condenser lens 20 Auxiliary lens (Diffraction chromatic aberration correction element) 21 Diffraction surface (Diffraction ring zone) 30 Separator mask (aperture) 31 A pair of apertures 40 Separator lens (diffractive chromatic aberration correction element) 41 Glass substrate 42 Resin lens 43 A pair of lenses 44 Diffraction surface (Diffraction ring zone) 50 line sensor (photoelectric conversion element) 60 Diffraction chromatic aberration correction element 61 Diffraction surface (Diffraction ring zone)

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Ｐｎとしたとき、Δφ(ｈ)＝Ｐ２ｈ２＋Ｐ４ｈ４＋Ｐ６ｈ６＋Ｐ８ｈ８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。
　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。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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 ［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 ［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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　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 (12)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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Ｐｎとしたとき、Δφ(ｈ)＝Ｐ２ｈ２＋Ｐ４ｈ４＋Ｐ６ｈ６＋Ｐ８ｈ８で表わされる光路長付加量。
  12. 　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。
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