(57)【要約】      （修正有）【課題】焦点検出光学系のさらなる小型化を行った場合においても、広い焦点検出領域をカバー可能で、精度のよい焦点検出光学系及びそれを備えた撮像装置を提供する。【解決手段】開口絞りＳによって形成される射出瞳の重心Ｆナンバーはすべて同一であり、互いに対の２つの第２次物体像の相対的な位置のずれ量を検知して焦点検出する焦点検出光学系において、第一の方向Ｘの位相差を検出する第一の焦点検出領域Ａ１及び第二の焦点検出領域Ａ２は、第二の方向Ｙの位相差を検出する第三の焦点検出領域Ａ３又は第四の焦点検出領域Ａ４に比べ、第一の方向Ｘに対して短いことを特徴とする。【選択図】図１
2010217507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの結像面と等価な予定結像面の近傍に少なくとも一つ配置されるコンデンサーレンズと、
前記コンデンサーレンズの出射側に配置され、第一の方向の位相差を検出する一対の第一の焦点検出領域及び第二の焦点検出領域、並びに、前記第一の方向と直交する第二の方向の位相差を検出する一対の第三の焦点検出領域及び第四の焦点検出領域に対応して、前記コンデンサーレンズを介して前記撮影レンズの瞳を一対の第一の領域及び第二の領域、並びに、一対の第三の領域及び第四の領域に分割する少なくとも一対二組の開口絞りと、
前記開口絞りに対応して少なくとも一対二組の４つの第２次物体像を焦点検出素子近傍に再結像させる再結像レンズと、
前記各再結像レンズによる再結像位置に配置された焦点検出素子と、
を備え、
前記開口絞りによって形成される射出瞳の重心Ｆナンバーはすべて同一であり、
前記互いに対の２つの第２次物体像の相対的な位置のずれ量を検知して焦点検出する焦点検出光学系において、
前記第一の方向の位相差を検出する前記第一の焦点検出領域及び前記第二の焦点検出領域は、前記第二の方向の位相差を検出する前記第三の焦点検出領域又は前記第四の焦点検出領域に比べ、前記第一の方向に対して短いことを特徴とする焦点検出光学系。
【請求項２】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出光学系。
−０．２１２＜｛(１＋｜ｍｇ｜)×ｈｓ−｜ｍｇ｜×ｙ｝/(Ｌｉ/２)＜０．１２４
・・・（１）
ただし、
ｍｇは、ｄラインにおける焦点検出光学系の結像倍率、
ｈｓは、絞りの偏心量、
ｙは、第１次物体像における焦点検出領域の第１の方向の最大像高、
Ｌは、第２次物体像上における一対の像の間隔、
である。
【請求項３】
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点検出光学系。
０．１０＜｜ｍｇ｜＜０．３０                                  ・・・（２）
ただし、ｍｇは、ｄラインにおける焦点検出光学系の結像倍率である。
【請求項４】
第一の方向の対の位相差を検出する光学系と第二の方向の対の位相差を検出する光学系とは、互いに光軸を回転軸として９０°回転させると一致する対称形であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の焦点検出光学系。
【請求項５】
前記コンデンサーレンズは一つで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の焦点検出光学系。
【請求項６】
前記コンデンサーレンズの少なくとも第１次物体像側の面は、非球面で構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の焦点検出光学系。
【請求項７】
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の焦点検出光学系。
０．１＜Ｌｃ／Ｌｓ＜０．２                                    ・・・（３）
ただし、
Ｌｃは第１次物体像からコンデンサーレンズの第１次物体像側の面頂までの距離、
Ｌｓは第１次物体像から開口絞りまでの距離、
である。
【請求項８】
前記再結像レンズの両面は、対の第２次物体像に対してそれぞれ個別のレンズ面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに焦点検出光学系。
【請求項９】
前記再結像レンズの前記コンデンサーレンズ側の面と前記第２次物体像側の面は、それぞれ異なる偏芯量を有することを特徴とする請求項８に記載の焦点検出光学系。
【請求項１０】
前記撮影レンズによる像を撮影する撮像素子と、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の焦点検出光学系と、前記撮影レンズからの光束を反射し前記予定結像面に前記光束を導く反射部材を有し、前記反射部材は、前記撮像素子にて撮像する際に撮影光路から退避することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
前記撮影レンズによる像を撮影する撮像素子と、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の焦点検出光学系と、前記撮影レンズからの光束を反射および透過する反射部材を有し、前記反射部材の反射側又は透過側の一方に前記撮像素子を配置し、他方に前記焦点検出系を配置したことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル一眼レフレックスカメラ等の焦点検出光学系及びそれを備えた撮像装置に関するものである。特に、撮影レンズの瞳を２つの領域に分割し、各領域を通過する光束により２つの第２次物体像を形成し、これらの第２次物体像の相対的な位置関係を検出することにより、撮影レンズの焦点位置を検出する焦点検出光学系及びそれを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮影レンズにより結像される１次像を、コンデンサーレンズと一対の明るさ絞りと一対の再結像レンズとから構成される瞳分割光学系を介して焦点検出素子列上にそれぞれ再結像させ、これら２つの像の光強度分布を比較し相関演算することによって、２つの像の間隔を求めて、撮影レンズの１次像のデフォーカス量を得る位相差方式の焦点検出光学系がある。
【０００３】
一般的にはこのような位相差方式の焦点検出においては、図１７に示す特許文献１のように焦点検出領域の横方向および縦方向の双方の輝度分布に対して焦点検出を可能ならしめるよう、上下および左右に一対ずつ直交する焦点検出素子を設けたもの（１４ａ〜１４ｄ）があり、この場合は絞りの開口は４つとなる。
【０００４】
また、近年では、撮影範囲に対する焦点検出が可能な範囲の広域化や測距点の多点化の要望があり、図１８に示すように、焦点検出素子上に測距点数分配置する方法がある。図１８に示す例では縦横方向に３つずつ９つの測距点が存在し、各測距点をカバーするべく第２次物体像側にはラインセンサーが配置されている。
【０００５】
このような測距点を多数設ける焦点検出光学系においては、焦点検出光学系の倍率の設定が重要な要素を占める。
【０００６】
倍率を小さくすると、小型化に有利だが、焦点検出精度が低くなる。なぜなら、倍率を小さくすると、焦点検出素子列上の２次物体像の動きが小さくなり、焦点検出素子列の画素ピッチが小さくできないと、最小デフォーカス量が大きくなる。そのため、焦点検出分解能が低くなり、焦点検出精度が下がる。また、各部品の製造誤差、組立誤差、調整誤差に敏感となる。さらに、倍率を小さくすると第２次物体像が小さくなるため２像間隔を短くすることが可能となる。しかし、小型化を優先し２像間隔を縮めていくと上下左右一対の焦点検出素子の間隔が小さくなり、隣接する第２次物体像の光束が混入し、ノイズとなってしまう。
【０００７】
一方、倍率を大きくすると第２次物体像が大きくなる。そのため、２像間隔を大きくする必要が生じる。２像間隔を大きくするためには光学系の全長が長くなってしまう弊害を招き、焦点検出光学系の大型化を招く。
【０００８】
以上より測距点が多数存在する焦点検出光学系において小型で精度良く構成するためには、
・焦点検出光学系の倍率をある程度小さくする。
・測距点はなるべく多く確保し、測距エリアを広くする。
・画素ピッチはそれなりの大きさを保つ。
・焦点検出素子間での隣接する第２次物体像の光束によるノイズを防止する。
ことが必要となる。このような焦点検出光学系としては、特許文献２などが挙げられる。特許文献２では、焦点検出光学系の広い焦点検出領域を維持しながら撮影に余り利用しない４隅の測距点を除外し、その空き分だけセンサー列を撮影画面の中央に寄せて配置し、広視野を維持しつつ２像間隔値を短くする構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２４６１５６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２２９７０号公報
【特許文献３】特開２００４−１７７１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年では、撮像装置のさらなる小型化に対する要求が強く、そのためには第２次物体像面上の二像間隔を狭めることによって、焦点検出光学系の径方向の大きさを抑えると共に、全長も縮めることを実現させることが可能となるが、広い焦点検出領域を維持したまま二像間隔を狭めることによる弊害として、第２次物体像面上に結像される複数の像同士が重なり合ってしまい、これまで通りの広い焦点検出領域を確保することが難しくなってきている。
【００１１】
具体的には、特許文献２のごとく４隅の測距点を除いた多点測距の焦点光学系を想定しても、さらに焦点検出光学系の二像間隔を狭めていくと、まず最初に第１の方向の片方のラインセンサーに他方の視野マスクの像が重なり、さらに２像間隔を狭めていくと、図１９に示すようにラインセンサーの配置が重なり、焦点検出素子の配置が不可能となってくる。この場合、測距点においては、図２０に示すように、光束が隣のセパレーターレンズ内に混入することになる。図１９は、焦点検出素子の配置の参考例を示す図、図２０は、図１９の再結像レンズ射出面上における光束を示す図である。
【００１２】
本発明は、焦点検出光学系のさらなる小型化を行った場合においても、広い焦点検出領域をカバー可能で、精度のよい焦点検出光学系及びそれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本願発明にかかる焦点検出光学系は、図１〜図３に示すように、撮影レンズの結像面と等価な予定結像面の近傍に少なくとも一つ配置されるコンデンサーレンズＬ１と、コンデンサーレンズＬ１の出射側に配置され、第一の方向Ｘの位相差を検出する一対の第一の焦点検出領域Ａ１及び第二の焦点検出領域Ａ２、並びに、第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙの位相差を検出する一対の第三の焦点検出領域Ａ３及び第四の焦点検出領域Ａ４に対応して、撮影レンズの瞳を一対の第一の領域及び第二の領域、並びに、一対の第三の領域及び第四の領域に分割し、それによって形成される射出瞳の重心Ｆナンバーがすべて同一になるように配置された一対二組の開口絞りＳと、開口絞りＳに対応して一対二組の４つの第２次物体像を焦点検出素子Ｅ近傍に再結像させる再結像レンズＬ２と、各再結像レンズＬ２による再結像位置に配置された焦点検出素子Ｅと、を備え、互いに対の２つの第２次物体像の相対的な位置のずれ量を検知して焦点検出する焦点検出光学系において、第一の方向Ｘの位相差を検出する第一の焦点検出領域Ａ１及び第二の焦点検出領域Ａ２が、第二の方向Ｙの位相差を検出する第三の焦点検出領域Ａ３又は第四の焦点検出領域Ａ４に比べ、第一の方向Ｘにおいて短いことを特徴とした。
【００１４】
なお、図１は本願発明にかかる焦点検出光学系を示す図、図２は本願発明にかかる焦点検出光学系の第１の方向の断面の概念図、図３は本願発明にかかる焦点検出光学系の第２の方向の断面の概念図である。
【００１５】
以下、本構成を採用する理由について説明する。
【００１６】
一般的に撮像センサーは一方を長辺とする長方形のものが主流である。そこで焦点検出領域を広くすると長方形に近づいていく。また、現在の市場の流れではカメラの小型化が進んでいる。焦点検出光学系のカバー率を維持したまま小型化することが望ましい。小型化の手段の一つとして、第２次物体像面上の一対の像の間隔を狭めることが効果的である。しかし、二像間隔を狭めて行く時、まず、第１の方向の一対の像と垂直方向の一対の像の四隅が重なり合ってしまう。像が重なり合うことは、焦点検出時のノイズとなってしまう。
【００１７】
そこで、特許文献２のごとく四隅を視野マスクで隠し、焦点検出に使用しないことが望ましい。さらに二像間隔を狭めていくと、第２次物体像面上の第１の方向の一対の像が互いに重なりあってしまう。また、カバー率を確保したまま二像間隔を狭めていくとセパレーターレンズ上でも、図２０に示すように、光束が隣のセパレーターレンズ内に混入してしまい、クロストークの原因となる。
【００１８】
また、第２次物体像面上で像が重なり合った領域に対応する第１次物体像面上での像の焦点検出においては、第２次物体像面上の第１の方向の一対の像は使用せず、第２次物体像面上の垂直方向の一対の像を使用することが望ましい。そうすることで、従来の図２１に対して、図４に示すように、カバー範囲を狭めることができ、視野マスク形状を小さくすることができる。
【００１９】
図４は、第１次物体像面上のカバー範囲を示す図である。
【００２０】
図４に示すように、本実施形態の測距範囲は、図２１で示した一般的なものと比較すると、第１の方向Ｘにおいて、（ａ’−ａ）だけ小さくなっている。
【００２１】
この際、本願発明の第２次物体像面上の焦点検出領域は、図１に示すように、第１の方向Ｘでは、波線で囲まれる第一の焦点検出領域Ａ１及び点線で囲まれる第二の焦点検出領域Ａ２、第２の方向Ｙでは、実線で囲まれる第三の焦点検出領域Ａ３及び１点鎖線で囲まれる第四の焦点検出領域Ａ２となる。したがって、焦点検出光学系の小型化と広いカバー率の両立が可能となる。
【００２２】
また、特許文献３のように、第１の方向と垂直方向での一対の射出瞳の重心Ｆナンバーを変えることで、第１の方向と垂直方向の二像間隔値を変え、像の重なりを抑えられることが知られているが、焦点検出光学系の小型化に不利である。
【００２３】
更には、上述の発明にて、以下のいずれかの構成を有する事がより好ましい。
【００２４】
焦点検出光学系を小型化する手段としては、第２次物体像面Ｖ２上での対の像の間隔を狭めることで実現できる。しかし、焦点検出領域を広く維持したまま対の像の間隔を狭めていくと再結像レンズＬ２上での光束の分離が難しくなる。この制約の中で焦点検出光学系の光学倍率と第２次物体像面Ｖ２上での二像間隔を最適化していく必要がある。そこで、以下にその最適解の導き方を詳述する。
【００２５】
図２のｈｓとＬｓを二辺とする三角形と、Ｌｉ／２とＬｓ＋Ｌｂを二辺とする三角形に注目する。すると、三角形の相似関係より、
ｈｓ＝｛Ｌｓ（ｘ＋ｙ１）｝／（Ｌｓ＋Ｌｂ）
と表せる。また、Ｌｂ／Ｌｓ＝｜ｍｇ｜であるので、
ｈｓ＝（ｘ＋ｙ１）／（１＋｜ｍｇ｜）
と表せる。また、ｙ１＝｜ｍｇ｜×ｙより、
ｈｓ＝｛ｘ＋（｜ｍｇ｜×ｙ）｝／（１＋｜ｍｇ｜）
と表せる。よって整理すると、
ｘ＝（１＋｜ｍｇ｜）ｈｓ−（｜ｍｇ｜×ｙ）
となる。
【００２６】
そこで、本願発明にかかる焦点検出光学系は、このｘと二像間隔の半分であるＬｉ／２の関係が以下のような条件式（１）を満足することが好ましい。
−０．２１２＜｛(１＋｜ｍｇ｜)×ｈｓ−｜ｍｇ｜×ｙ｝/(Ｌｉ/２)＜０．１２４
・・・（１）
ただし、ｍｇはｄラインにおける焦点検出光学系の結像倍率、ｈｓは絞りの偏心量、ｙは第１次物体像における焦点検出領域の第１の方向の最大像高、Ｌｉは第２次物体像面における一対の像の間隔である。
【００２７】
条件式（１）の範囲に収めることで焦点検出光学系の小型化と広い像焦点検出領域の両立が可能となる。条件式（１）の下限を下回ると、再結像レンズ上での光束の分離が難しくなる。また、条件式（１）の上限を上回ると、広い像焦点検出領域を確保できなくなる。
【００２８】
また、本願発明にかかる焦点検出光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．１０＜｜ｍｇ｜＜０．３０                                  ・・・（２）
ただし、ｍｇはｄラインにおける焦点検出光学系の結像倍率である。
【００２９】
焦点検出光学系の小型化と広い焦点検出領域を両立するには、条件式（２）を満足することが望ましい。条件式（２）の下限を下回ると、小型化は達成できるが焦点検出感度が高くなり望ましくない。また、条件式（２）の上限を上回ると、第２次物体像面上での像が大きくなり焦点検出光学系小型化と広い焦点検出領域の両立が困難となる。
【００３０】
条件式（２）は、さらには、以下の条件式（２’）を満足することが好ましい。
０．１０＜｜ｍｇ｜＜０．２５                                  ・・・（２’）
【００３１】
条件式（２’）を満足すると、より小型化と広い焦点検出領域を両立に有利である。
【００３２】
また、第一の方向の対の位相差を検出する光学系と第二の方向の対の位相差を検出する光学系とは互いに光軸を回転軸として９０°回転させると一致する対称形であることが望ましい。そうすることで、第一の方向と第二の方向で二像間隔の変化に対する第１次物体像面上での像面ズレの感度が同じになり電気処理を簡素化することが可能となる。
【００３３】
また、本願発明の焦点検出光学系は、コンデンサーレンズは一つで構成されることが好ましい。
【００３４】
一般的に、焦点検出領域を広くするため、コンデンサーレンズを複数配置し、そのそれぞれに対して再結像レンズを配置する構成が知られている。しかし、この構成は小型化に不利である。そのため、コンデンサーレンズは一つで構成することが望ましい。
【００３５】
また、本願発明の焦点検出光学系は、コンデンサーレンズの少なくとも第１次物体像側の面は非球面で構成されることが好ましい。
【００３６】
第１次物体像面上の広いエリアを一枚のコンデンサーレンズでカバーするためには、非球面を用いることで周辺まで性能を確保することが可能となる。さらには、出来る限り光束が細く、光束が分離できている第１次物体像面に近い場所に非球面を入れることで焦点検出領域周辺部の収差を効果的に補正することが可能となる。そのため、コンデンサーレンズに用いる非球面は、第１次物体像側に配置することが望ましい。
【００３７】
また、本願発明にかかる焦点検出光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．１＜Ｌｃ／Ｌｓ＜０．２                                    ・・・（３）
ただし、Ｌｃは第１次物体像からコンデンサーレンズの第１次物体像側の面頂までの距離、Ｌｓは第１次物体像から開口絞りまでの距離である。
【００３８】
第１次物体像面上の広いエリアを焦点検出可能になると、コンデンサーレンズ表面に付着したゴミの影響を受ける可能性が増す。そこで、出来る限りコンデンサーレンズを第１次物体像面から遠ざけることが望ましい。
【００３９】
条件式（３）を満たす範囲にコンデンサーレンズを配置することで性能とゴミの影響のバランスをとることが可能となる。条件式（３）の下限を下回ると、コンデンサーレンズに付着したゴミにより焦点検出に影響を及ぼす。また、条件式（３）の上限を上回ると、焦点検出光学系の性能確保が困難となる。
【００４０】
さらには、以下の条件式（３’）を満足することが好ましい。
０．１５＜Ｌｃ／Ｌｓ＜０．１９                                ・・・（３’）
【００４１】
また、本願発明の焦点検出光学系は、再結像レンズにおいて、その両面は対の第２次物体像に対してそれぞれ個別のレンズ面を持つことが好ましい。
【００４２】
第１次物体像面上の広いエリアを焦点検出可能にするためには、セパレーターレンズで周辺まで高い光学性能が要求される。そのため、その両面は対の第２次物体像に対してそれぞれ独立した曲率を持つことが望ましい。
【００４３】
また、本願発明の焦点検出光学系は、再結像レンズにおいて、その両面は対の第２次物体像に対してそれぞれ個別のレンズ面を持ち、さらにコンデンサーレンズ側の面と第２次物体像側の面はそれぞれ異なる偏心量をもつことが好ましい。
【００４４】
第１次物体像面上の広いエリアを焦点検出可能にするためには、セパレーターレンズで周辺まで高い光学性能が要求される。そのため、その両面は対の第２次物体像に対してそれぞれ独立した曲率を持ち、さらにその両面でそれぞれ異なる偏心量を持つことが望ましい。そうすることにより像面湾曲を小さくことができ、光学性能が良好な範囲が広がり、広エリアをカバーするのに適した光学系となる。
【００４５】
さらに、本発明の撮像装置は、前記撮影レンズによる像を撮影する撮像素子と、焦点検出光学系と、前記撮影レンズからの光束を反射し前記予定結像面に前記光束を導く反射部材を有し、前記反射部材は、前記撮像素子にて撮像する際に撮影光路から退避することを特徴とするので、撮像素子による撮影時に反射部材を退避させることで撮影時の撮影画像の光量低下を抑える撮像装置を提供できる。
【００４６】
また、本発明の撮像装置は、前記撮影レンズによる像を撮影する撮像素子と、焦点検出光学系と、前記撮影レンズからの光束を反射および透過する反射部材を有し、前記反射部材の反射側又は透過側の一方に前記撮像素子を配置し、他方に前記焦点検出系を配置したことを特徴とするので、撮像素子による撮影中も焦点検出をおこなえる撮像装置を提供できる。
【発明の効果】
【００４７】
以上のように、本発明によれば、焦点検出光学系のさらなる小型化を行った場合おいても、広い焦点検出領域をカバー可能で、精度のよい焦点検出光学系を備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本願発明にかかる焦点検出光学系の図である。
【図２】本願発明にかかる焦点検出光学系の第１方向の断面概念図である。
【図３】本願発明にかかる焦点検出光学系の第２方向の断面概念図である。
【図４】第１次結像面上のカバー範囲を示す図である。
【図５】明るさ絞りの形状を示す模式図である。
【図６】実施例１の焦点検出光学系の第１方向の断面図である。
【図７】実施例１の焦点検出光学系の第２方向の断面図である。
【図８】実施例１の焦点検出素子の配置を示す図である。
【図９】実施例１の再結像レンズにおける光束を示す図である。
【図１０】実施例２の焦点検出光学系の第１方向の断面図である。
【図１１】実施例２の焦点検出光学系の第２方向の断面図である。
【図１２】実施例２の焦点検出素子の配置を示す図である。
【図１３】実施例２の再結像レンズにおける光束を示す図である。
【図１４】実際のカメラボディへの搭載例１を示す図である。
【図１５】実際のカメラボディへの搭載例２を示す図である。
【図１６】実際のカメラボディへの搭載例３を示す図である。
【図１７】従来の焦点検出光学系を示す図である。
【図１８】従来の焦点検出光学系を示す図である。
【図１９】焦点検出素子の配置の参考例を示す図である。
【図２０】図１９の再結像レンズにおける光束を示す図である。
【図２１】第１次結像面上のカバー範囲の参考例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に、本願発明にかかる焦点検出光学系の実施形態について説明する。
【００５０】
図１乃至図３は、本願発明にかかる焦点検出光学系の実施形態を示す図である。本実施形態では、測距エリアの四隅を除いて十字状に測距エリアを配置したもので、焦点検出を行う位相差情報も２方向にて使うことができるものである。図１は、本願発明にかかる焦点検出光学系を示す斜視図、図２は、本願発明にかかる焦点検出光学系の第１の方向の断面概念図、図３は、本願発明にかかる焦点検出光学系の第１の方向に直交する第２の方向の断面概念図である。
【００５１】
図中、Ｌは光軸、Ｍは視野マスク、Ｖ１は第１次物体像面、Ｌ１はコンデンサーレンズ、ＦはＩＲフィルター、Ｓは明るさ絞り、Ｌ２は再結像レンズ、Ｖ２は第２次物体像面、Ｅは焦点検出素子である。
【００５２】
また、Ｘは第１の方向、Ｙは第２の方向、Ｌｃは第１次物体像面とコンデンサーレンズとの距離、Ｌｓは第１次物体像面と明るさ絞りとの距離、ｙは第１次物体像面における焦点検出領域の第1又は第２方向最大像高、ｙ１は第２次物体像面での第1又は第２方向最大像高、ｘは第２次物体像面での光軸Ｌから像までの第1又は第２方向の距離、ｈｓは明るさ絞りの偏心量、Ｌｉは第２次物体像面における一対の像の間隔である。
【００５３】
視野マスクＭは、長方形の４つの角部をマスクし、十字状の開口部Ｍａを有する。第１次物体像面Ｖ１には、第２次物体像面Ｖ２上の焦点検出素子Ｅに対応したもの及び測距範囲が示されている。
【００５４】
視野マスクＭの第２物体像面側には、コンデンサーレンズＬ１が配置される。コンデンサーレンズＬ１は、明るさ絞りＳの開口Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に対応して配置された再結像レンズＬ２に向かって光束を導く作用をなす。コンデンサーレンズＬ１は、撮影レンズの結像面と等価な予定結像面の近傍に少なくとも一つ配置される。
【００５５】
明るさ絞りＳは、コンデンサーレンズＬ１の出射側に配置され、第一の方向Ｘの位相差を検出する一対の第一の焦点検出領域Ａ１及び第二の焦点検出領域Ａ２、並びに、第一の方向Ｘと直交する第二の方向Ｙの位相差を検出する一対の第三の焦点検出領域Ａ３及び第四の焦点検出領域Ａ４に対応して、撮影レンズの瞳を一対の第一の領域及び第二の領域、並びに、一対の第三の領域及び第四の領域に分割する。また、明るさ絞りＳによって形成される射出瞳の重心Ｆナンバーはすべて同一である。
【００５６】
図５は、明るさ絞りＳを示す図である。図５（ａ）は明るさ絞りＳを示す図、図５（ｂ）は明るさ絞りＳの１つの開口を示す図である。図中、ｈｓは光軸からの偏心量を表し、ｅは開口の大きさを表す。
【００５７】
再結像レンズＬ２は、明るさ絞りＳに対応して一対二組の４つの第２次物体像を焦点検出素子Ｅ近傍に再結像させる。
【００５８】
焦点検出素子Ｅは、第２次物体像面Ｖ２の各再結像レンズＬ２による再結像位置に配置される。
【００５９】
本実施形態では、互いに対の２つの第２次物体像の相対的な位置のずれ量を検知して焦点検出する焦点検出光学系において、第一の方向Ｘの位相差を検出する第一の焦点検出領域Ａ１及び第二の焦点検出領域Ａ２が、第二の方向Ｙの位相差を検出する第三の焦点検出領域Ａ３及び第四の焦点検出領域Ａ４に比べ、第一の方向Ｘに対して短い。
【００６０】
次に、本発明にかかる実施例１及び実施例２の焦点検出光学系について説明する。
【００６１】
図６は実施例１の焦点検出光学系の第１方向の断面図、図７は実施例１の焦点検出光学系の第２方向の断面図である。
【００６２】
実施例１の焦点検出光学系は、図６及び図７に示すように、第１次物体像面Ｖ１側から順に、視野マスクＭと、コンデンサーレンズＬ１と、ＩＲフィルターＦと、明るさ絞りＳと、再結像レンズＬ２と、カバーガラスＣと、第２次物体像面としての受光面Ｖ２から構成されている。
【００６３】
視野マスクＭを通過した光束は、コンデンサーレンズＬ１により明るさ絞りＳへ向かう。その後、明るさ絞りＳの４つの開口を通過することで光束は４つに分かれ、それぞれ再結像レンズＬ２に入射する。なお、図６及び図７ではそれぞれ１つの光束について示している。
【００６４】
図８は、実施例１の再結像レンズの第２次物体面側の面における光束を示す図である。図８に示すように、再結像レンズＬ２を通過する際、４つの光束は、それぞれ隣り合うレンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ２ｄ内に混入することなく通過する。
【００６５】
図９は、実施例１の焦点検出素子の配置を示す図である。図９に示すように、再結像レンズＬ２を出射した４つの光束は、受光面Ｖ２における第一の方向Ｘの位相差を検出する第一の焦点検出領域Ａ１及び第二の焦点検出領域Ａ２、並びに、第二の方向Ｙの位相差を検出する第三の焦点検出領域Ａ３及び第四の焦点検出領域Ａ４内の受光素子Ｅにそれぞれ受光される。
【００６６】
実施例１では、図１９で示した従来のものと比較して焦点検出素子Ｅが中央付近で重なり合うことがなく、効率的に配置することが可能となる。
【００６７】
実施例２の焦点検出光学系は、図１０及び図１１に示すように、第１次物体像面側から順に、視野マスクＭと、コンデンサーレンズＬ１と、ＩＲフィルターＦと、明るさ絞りＳと、再結像レンズＬ２と、カバーガラスＣと、第２次物体像面としての受光面Ｖ２から構成されている。
【００６８】
視野マスクＭを通過した１つの光束は、コンデンサーレンズＬ１により明るさ絞りＳへ向かう。その後、明るさ絞りＳの４つの開口を通過することで光束は４つに分かれ、それぞれ再結像レンズＬ２に入射する。なお、図１０及び図１１ではそれぞれ１つの光束について示している。
【００６９】
図１２は、実施例２の再結像レンズの第２次物体面側の面における光束を示す図である。図１２に示すように、再結像レンズＬ２を通過する際、４つの光束は、それぞれ隣り合うレンズＬ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ２ｄ内に混入することなく通過する。
【００７０】
図１３は、実施例２の焦点検出素子の配置を示す図である。図１３に示すように、再結像レンズＬ２を出射した４つの光束は、受光面Ｖ２における第一の方向Ｘの位相差を検出する第一の焦点検出領域Ａ１及び第二の焦点検出領域Ａ２、並びに、第二の方向Ｙの位相差を検出する第三の焦点検出領域Ａ３及び第四の焦点検出領域Ａ４内の受光素子Ｅにそれぞれ受光される。
【００７１】
実施例２では、図１９で示した従来のものと比較して焦点検出素子Ｅが中央付近で重なり合うことがなく、効率的に配置することが可能となる。
【００７２】
次に、各実施例の焦点検出光学系を構成している光学部材の数値データを示す。
【００７３】
本実施例の数値データにおいて、ｒ１、ｒ２、…は各光学作用面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、…は各光学部材の肉厚または空気間隔、ｎｄ１、ｎｄ２、…は各光学部材のｄ線での屈折率、νｄ１、νｄ２、…は各光学部材のアッべ数を表している。  非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をＫとしたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ／ｒ）／[１＋√｛１−（１＋Ｋ）（ｙ／ｒ）2｝] 
【００７４】
これらの記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
【００７５】
実施例１
単位  ｍｍ
面番号                ｒ         ｄ        ｎｄ      νｄ
1                    ∞        4.75
2（視野マスク）      ∞        0.3
3（非球面）        18.187      3.31     1.52542    55.78
4                 -21.513      0.30
5                    ∞        0.70     1.51633    64.14
6                    ∞       20.82
7（絞り）            ∞        0.11
8                   5.799      2.25     1.52542    55.78
9                  -3.03       3.04
10                   ∞         0.70     1.52310    54.49
11                   ∞         0.62
像面                 ∞
非球面係数
第３面
K=-2.2442
偏心量
面番号         偏心量
7             0.896
8             1.198
9             0.857
視野マスク開口サイズ
f=10.45
g=6.72
測距範囲サイズ
ａ×ｂ=12.5×5.9
カバー率
69%×44%
ただし、カバー率は、(a/c)×(b/d)とする。
開口絞り開口サイズ
e=0.918
【００７６】
実施例２
単位  ｍｍ
面番号                ｒ         ｄ        ｎｄ      νｄ
1                    ∞        4.28
2（視野マスク）      ∞        0.3
3（非球面）        19.537      3.37     1.52542    55.78
4                 -20.543      0.30
5                    ∞        0.70     1.51633    64.14
6                    ∞       21.20
7（絞り）            ∞        0.11
8                   5.398      2.29     1.52542    55.78
9                  -3.200      3.05
10                    ∞        0.70     1.52310    54.49
11                    ∞        0.62
像面                  ∞
非球面係数
第３面
K=-2.4777
偏心量
面番号         偏心量
7             0.914
8             1.164
9             0.866
視野マスク開口サイズ
f=10.50
g=6.38
測距範囲サイズ
ａ×ｂ=9.5×5.9
カバー率
53%×44%
ただし、カバー率は、(a/c)×(b/d)とする。
開口絞り開口サイズ
e=0.918
【００７７】
次に、上記各実施例における条件式（１）〜（３）の値を示す。
【００７８】
条件式               実施例１            実施例２
（１）                -0.212               0.076
（２）                 0.211               0.211
（３）                 0.17                0.15
【００７９】
図１４〜図１６は  実際のカメラボディへの搭載例である。
【００８０】
図１４に示す例は、撮影レンズ７１を一体化または交換可能とした撮像装置の例である。この撮像装置は、焦点検出時やフレームミング時、光路中にはいり、撮影時の光路から退避するクイックリターンミラー７３とサブミラー７７を備える。そして、クイックリターンミラー７３の反射光路上に構成されるファインダー光学系７６を有し、クイックリターンミラー７３を透過しサブミラー７７で反射した光路上に本願発明の焦点検出系７４が配置されている。クイックリターンミラー７３とサブミラー７７が退避した状態の光路上にＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の撮像素子７５の撮像面が配置される。
【００８１】
図１５は撮影レンズ８１と撮像面８５の間にハーフミラー８３が配置され、反射光路中上に本願の焦点検出系８４が配置される。この時、ハーフミラー８３は、ぺリクル状等の薄い構成か、ハーフミラー面でない面に無反射処理を行なうことが望ましい。
【００８２】
この方法であれば、焦点検出のエリアを撮像画面範囲全体に広げることができる。この時、フレーミング等のためのファインダー機能は、撮像素子から得た画像情報を用いて液晶画面等に表示してもよい。
【００８３】
図１６は、図１５のハーフミラーをクイックリターンミラー９３としたものである。クイックリターンミラー９３は、焦点検出時やフレームミング時、光路中にはいり  撮影時光路から退避する。この場合、クイックリターンミラーはほぼ全反射とできるので焦点検出系への光量が増え望ましい。フレーミング等は画像範囲とほぼ同じ領域の画像情報を本願焦点検出装置からの出力より構成し、液晶画面等に表示してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
Ｍ…視野マスク
Ｌ１…コンデンサーレンズ
Ｆ…ＩＲフィルター
Ｓ…明るさ絞り
Ｌ２…再結像レンズ
Ｃ…カバーガラス
Ｖ１…第１次物体像面
Ｖ２…第２次物体像面
７１，８１，９１…撮影レンズ
７２，８２，９２…カメラ本体
７３，９３…クイックリターンミラー
７４，８４，９４…焦点検出光学系
７５，８５，９５…撮像素子
７６…ファインダー光学系
７７…サブミラー
８３…ハーフミラー
Ａ…光軸
Ｓ…信号処理部
【図１】
2010217507.tif 000003
【図２】
2010217507.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010217507.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2010217507.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2010217507.tif 000014
【図１３】
2010217507.tif 000015
【図１４】
2010217507.tif 000016
【図１５】
2010217507.tif 000017
【図１６】
2010217507.tif 000018
【図１７】
2010217507.tif 000019
【図１８】
2010217507.tif 000020
【図１９】
2010217507.tif 000021
【図２０】
2010217507.tif 000022
【図２１】
2010217507.tif 000023