(57)【要約】【課題】高精度に位相差検出方式の焦点検出を行う。【解決手段】内測型の位相差検出方式の焦点検出装置において、撮像レンズ１の光軸Ｌと第１ミラー７によって折り曲げられた光軸Ｌ１を含む平面において２次結像レンズ１２は一対のレンズ素子１２ａ、１２ｂを有し、この平面に垂直で、かつ、２次結像レンズへの入射光軸を含む平面に関して一対のレンズ素子は非対称な形状を有し、光軸Ｌ１から遠い側のレンズ素子１２ａは周辺に行くに従って屈折力が弱くなる非球面レンズから構成される。【選択図】図１
2011221418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系からの光により形成される一対の被写体像の像信号のずれに基づいて焦点検出を行う焦点検出装置であって、
前記撮影光学系からの光を折り曲げて集光するミラーと、
前記ミラーからの光を再結像し、前記撮影光学系の光軸と前記ミラーによって折り曲げられた前記撮影光学系の光軸を含む平面において前記一対の被写体像に対応する一対のレンズ素子を有する２次結像レンズと、
を有し、
前記平面に垂直で、かつ、前記２次結像レンズに入射する光の光軸を含む平面に関し、前記一対のレンズ素子は非対称な形状を有し、前記一対のレンズ素子のうち前記撮影光学系の光軸から遠い側のレンズ素子は周辺に行くに従って屈折力が弱くなる非球面レンズから構成されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置を有する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、焦点検出装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、光電変換素子に光を導くサブミラーを有し、撮像レンズからの光により形成される一対の被写体像の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う位相差検出方式の焦点検出装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、撮影レンズの光軸とサブミラーによって折り曲げられた光軸を含む平面を考えると、サブミラーが屈折力を有するために、いわゆる横線検出を行う光電変換素子の一対のセンサ領域に再結像される一対の被写体像は非対称の形状となっていた。この結果、焦点検出精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、位相差検出方式の焦点検出を高精度に行うことが可能な焦点検出装置及び撮像装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の焦点検出装置は、撮影光学系からの光により形成される一対の被写体像の像信号のずれ量に基づいて焦点検出を行う焦点検出装置であって、前記撮影光学系からの光を折り曲げて集光するミラーと、前記ミラーからの光を再結像し、前記撮影光学系の光軸と前記ミラーによって折り曲げられた前記撮影光学系の光軸を含む平面において前記一対の被写体像に対応する一対のレンズ素子を有する２次結像レンズと、を有し、前記平面に垂直で、かつ、前記２次結像レンズに入射する光の光軸を含む平面に関し、前記一対のレンズ素子は非対称な形状を有し、前記一対のレンズ素子のうち前記撮影光学系の光軸から遠い側のレンズ素子は周辺に行くに従って屈折力が弱くなる非球面レンズから構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、位相差検出方式の焦点検出を高精度に行うことが可能な焦点検出装置及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施例の撮像装置の部分光路図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図１に示す絞りの平面図である。
【図４】図１に示す２次結像レンズの平面図である。
【図５】図１に示す光電変換素子の平面図である。
【図６】図５に示す光電変換素子に形成される光学像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施例の撮像装置の部分光路図である。本実施例の撮像装置は一眼レフデジタルカメラであるが、一眼レフ銀塩カメラであってもよい。撮像装置は、着脱可能な撮影レンズ（撮影光学系）１、ファインダー光学系、撮影レンズ１の焦点状態を検出する焦点検出装置を有する。２は撮影レンズ１の１次結像面であり、不図示の撮像素子（銀塩カメラであればフィルム）が配置される。
【００１０】
撮影レンズ１は、光軸Ｌに沿って移動可能に構成された不図示のフォーカスレンズ（群）を収納し、焦点調節の際に焦点検出装置が検出した合焦位置に移動される。
【００１１】
ファインダー光学系は、半透過性の主ミラー６、焦点版３、ペンタプリズム４、接眼レンズ５を有する。被写体からの光束は撮影レンズ１を透過後、一部が主ミラー６により上方に反射され、焦点版３上に被写体像を形成する。焦点版３上に形成された被写体像はペンタプリズム４による複数回の反射を経て、接眼レンズ５を介して観察者によって視認される。
【００１２】
焦点検出装置は、撮影光学系からの光により形成される一対の被写体像の像信号のずれ量に基づいて焦点検出を行う内測型の位相差検出方式の焦点検出装置である。また、本実施例の焦点検出装置は、撮影画面内の同位置において横線検出と縦線検出を行うクロス型の焦点検出が可能であると共に、広範囲な領域で焦点検出を行うエリア型の焦点検出も可能である。
【００１３】
焦点検出装置は、被写体側から光路に沿って順に、第１ミラー（サブミラー）７、第２ミラー９、赤外カットフィルタ１０、絞り１１、２次結像レンズ１２、カバーガラス１４、光電変換素子１５を有する。
【００１４】
主ミラー６は撮影レンズ１からの光の一部を透過し、第１ミラー７がこれを反射する。主ミラー６と第１ミラー７は、撮影時には光路から退避し、この結果、１次結像面２に撮影レンズ１からの光が結像される。図１は、焦点検出時の状態を示している。第１ミラー７は、撮影レンズ１の像側に光軸Ｌに対して斜めに配置され、集光性の凹面鏡や楕円面鏡から構成されている。
【００１５】
第１ミラー７は、撮影レンズ１からの光を折り曲げて集光する。第１ミラー７で反射された光束は、第２ミラー９、赤外カットフィルタ１３、絞り１１を通過し、２次結像レンズ１２で再結像され、カバーガラス１４を経て、光電変換素子１５に至る。
【００１６】
本実施例の第１ミラー７は楕円ミラーであり、楕円の第１焦点は撮影レンズ１の射出瞳１ａ付近に設定され、楕円の第２焦点は楕円ミラーの中心軸と第１ミラー７によって折り曲げられた光軸Ｌである光軸Ｌ１との交点に設定される。これにより、楕円ミラーは絞り１１と撮影レンズ１の射出瞳１ａの結像関係を維持することができる。
【００１７】
位相差検出方式の焦点検出においては、第１ミラー７はフィールドレンズの役割を果たし、第１ミラー７と絞り１１は瞳分割手段の役割を果たす。このため、絞り１１に適当な開口部を設定すると撮影レンズ１の射出瞳１ａを分割した複数の光束を光電変換素子に導くことができる。
【００１８】
８は、１次結像面２に光学的に共役な近軸的結像面で被写体が近軸的に結像している焦点検出光学系の１次結像面である。被写体からの光束が屈折力を持った第１ミラー７によって反射されるために１次結像面８での像は１次結像面２に形成される像に対して傾き、また湾曲している。
【００１９】
図３は絞り１１の平面図である。絞り１１には一対の開口部１１ａと１１ｂと一対の開口部１１ｃと１１ｄを有する。これらの開口部は第１ミラー７により、撮影レンズ１の射出瞳１ａ付近に投影される。
【００２０】
図４は２次結像レンズ１２を絞り１１側から見た平面図である。射出側のレンズ素子の形状については点線で示してある。２次結像レンズ１２は第１ミラー７からの光束を光電変換素子１５に再結像する。
【００２１】
２次結像レンズ１２は、射出側に一対のレンズ素子１２ａと１２ｂと一対のレンズ素子１２ｃと１２ｄを有し、入射側に４つのレンズ素子１２ａ〜１２ｄで共通に使用する１つの光学面からなるレンズ素子１２ｅを有する。レンズ素子１２ａ〜１２ｄはそれぞれ絞り１１の開口部１１ａ〜１１ｄに対応している。図１は、撮影レンズ１の光軸Ｌと第１ミラー７によって折り曲げられた撮影レンズの光軸である光軸Ｌ１を含む平面を表しており、この平面においては一対のレンズ素子１２ａと１２ｂが示されている。このうちレンズ素子１２ｂが撮影レンズ１の光軸Ｌから遠い側のレンズ素子である。
【００２２】
レンズ素子１２ａは球面レンズで、その光軸はレンズ素子１２ｅに入射する光軸Ｌ２と平行である。一対のレンズ素子１２ａと１２ｂは、図１に示す前記平面に垂直で、かつ、２次結像レンズ１２に入射する光の光軸Ｌ２を含む平面に関し、非対称な形状を有している。従来、両者は対称な形状であったが、これでは光電変換素子１５には一対の非対称な被写体像が結像されるのでこれを補正するためである。
【００２３】
レンズ素子１２ｂは、周辺に行くに従って屈折力が弱くなる非球面レンズであり、その光軸は、光軸Ｌおよび光軸Ｌ１を含む平面内で、傾けて使用し、光軸Ｌ２から遠い側の屈折力が弱くなるように配置されている。
【００２４】
一方、レンズ素子１２ｃおよび１２ｄも周辺にいくに従って屈折力が弱くなる非球面レンズであるが、それらの光軸は、光軸Ｌ２と平行ではないが、光軸Ｌおよび光軸Ｌ２を含む平面に対しては対称な形状を有する。
【００２５】
入射面１２ｅは凹面の略球面形状で、球の中心は１次結像面８付近にある。
【００２６】
図５は光電変換素子１５をカバーガラス１４側からみた平面図である。光電変換素子１５は一対のセンサ領域１５ａと１５ｂと、一対のセンサ領域１５ｃと１５ｄを有する。センサ領域１５ａと１５ｂには垂直方向を画素並び方向とするラインセンサが密に配置され、センサ領域１５ｃと１５ｄには水平方向を画素並び方向とするラインセンサが密に配置される。
【００２７】
センサ領域１５ａ〜１５ｄはレンズ部１２ａ〜１２ｄに対応している。センサ領域１５ａと１５ｂは垂直方向にコントラスト成分を有する被写体を最もよく検出することができるため横線検出を行い、センサ領域１５ｃと１５ｄは縦線検出を行う。
【００２８】
図６は光電変換素子１５上に形成される光学像を示す。光学像１６ａがレンズ素子１２ａに、光学像１６ｂがレンズ素子１２ｂに、光学像１６ｃがレンズ素子１２ｃに、光学像１６ｄがレンズ素子１２ｄにそれぞれ対応している。
【００２９】
４つの光学像は、撮影レンズ１のデフォーカスに伴い、撮影レンズ１の射出瞳１ａの分割方向である、光学像１６ａと１６ｂが矢印Ｏで示す垂直方向に、光学像１６ｃと１６ｄが矢印Ｐで示す水平方向に移動し、この光学像間隔の変化を位相差として検出する。即ち、矢印Ｏが光学像１６ａと１６ｂの光学像間隔の検出方向、矢印Ｐが光学像１６ｃと光学像１６ｄの光学像間隔の検出方向となる。
【００３０】
位相差検出方式では、各センサ領域ラインセンサの出力信号から光学像に対応した１次元像信号を形成し、相関演算を用いて位相差を検出するため、レンズ素子１２ａと１２ｂによって形成される光学像１６ａと１６ｂは等しいことが望ましい。位相差と撮影レンズ１のデフォーカス量の関係は、所定の関数でおおむね近似できるため、この位相差を検出することで合焦位置を検出することができる。
【００３１】
次に、図２を参照して、２次結像レンズ１２の作用について説明する。図２は、図１の部分拡大図である。
【００３２】
１次結像面２において像高の高い結像位置２ａに結像する光束は、第１ミラー７で光束が反射される位置と結像位置２ａとの距離が遠くなるために１次結像面８よりも手前に結像する。逆に、１次結像面２において像高の低い結像位置２ｃに結像する光束は、第１ミラー７で光束が反射される位置と結像位置２ｃとの距離が近いために１次結像面８よりも後ろに結像する。
【００３３】
一方、開口部１１ａと１１ｂにより分割される２つの光束は、第１ミラー７での反射位置が異なることにより、１次結像面８に形成される像の傾きと湾曲は異なる。特に、開口部１１ａと１１ｂにより分割される２つの光束のうち結像位置２ａに結像する光束は第１ミラー７の面と第１結像面２との角度の差が大きい部分で反射される。このため、開口部１１ｂを通る光束が形成する１次結像面８の像は、開口部１１ａを通る光束が形成する像よりも手前に結像され、従来のようにレンズ素子１２ｂに球面レンズを使用すると光電変換素子１５上では手前に結像されてしまう。
【００３４】
２つの光束による光電変換素子１５上での像性能の差を改善するためには、２次結像レンズ１２のレンズ素子１２ｂ上のうち、開口部１１ｂにより分割され、かつ結像位置２ａで結像する光束が通る部分の屈折力を弱くする必要がある。
【００３５】
本実施例は、レンズ素子１２ｂに、周辺に行くに従って屈折力が弱くなる非球面レンズを使用し、かつその光軸を傾けて光軸Ｌ２から遠い側の屈折力が弱くなるように設定しているので、傾きと湾曲の異なる２像の像性能の差を小さくすることができる。これにより、光電変換素子１５上に形成される２つの像性能、特に、像間隔検出方向の２つの像性能の差を改善し、広範囲において高精度に焦点検出を行なうことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
焦点検出装置は撮像装置に適用することができ、撮像装置は被写体を撮像する用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
７              第１ミラー
１２            ２次結像レンズ
１２ａ、１２ｂ  レンズ素子
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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