(57)【要約】【課題】焦点検出素子を実装する実装基板の傾き調整の便宜を図る。【解決手段】撮影レンズの光軸から離間した位置に設定された焦点検出領域からの光束を光軸方向に偏向する光学系と、基板９ＳＣＰの実装面に実装され、偏向された光束をその偏向角に応じた角度で受光する焦点検出素子とを備え、基板９ＳＣＰをその実装面と平行の調整軸（Ｘ軸）回りに傾き調整可能な焦点検出装置において、実装面の、調整軸と直交する方向に離間する２箇所に平面状の光反射部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂを設定し、光反射部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂに光を照射することでその照射部分の光軸方向の高さ位置を測定可能とする。２箇所の高さ位置を測定することで基板９ＳＣＰの傾きが精度よく検知でき、精密な傾き調整が行える。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの光軸から離間した位置に設定された焦点検出領域からの光束を前記光軸方向に偏向するとともに前記光軸と直交する方向に分割して光像を形成する光学系と、
基板の実装面に実装され、前記分割された光像をそれぞれ受光する一対の受光素子を有する焦点検出素子とを備え、
前記基板をその実装面と平行で且つ前記一対の受光素子の配列方向に直交する方向の調整軸回りに傾き調整可能な焦点検出装置において、
前記実装面には、前記配列方向に沿った方向に離間する２箇所に平面状の光反射部が設定され、該光反射部に光を照射することでその照射部分の光軸方向の高さ位置を測定可能としたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記実装面は、前記２箇所の光反射部を避けて反射防止措置が施されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
撮影レンズの光軸から離間した位置に設定された焦点検出領域からの光束を前記光軸方向に偏向する光学系と、
基板の実装面に実装され、前記偏向された光束をその偏向角に応じた角度で受光する焦点検出素子とを備え、
前記基板をその実装面と平行の調整軸回りに傾き調整可能な焦点検出装置において、
前記実装面には、前記調整軸と直交する方向に離間する２箇所に平面状の光反射部が設定され、該光反射部に光を照射することでその照射部分の光軸方向の高さ位置を測定可能としたことを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の光学機器に設けられる焦点検出装置、特に焦点検出素子の実装基板の傾き調整が可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮影画面の中央部に画面横方向に延在する焦点検出領域を設定するとともに、その左右側にそれぞれ画面縦方向に延在する焦点検出領域（光軸外領域）を設定し、これら３領域における撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この焦点検出装置では、３領域からの光束を同一チップ上に設けた各一対３組のイメージセンサアレイ（焦点検出素子）にそれぞれ受光せしめているが、左右の光軸外領域からの光束に対しては、フィールドレンズを用いてこれを光軸側に偏向させている。これにより複数のイメージセンサアレイを光軸近傍に集中配置できるので、これらを保持するチップの面積を低減でき、カメラの小型化が図れる。しかし、偏向された光束は元々焦点検出素子の受光面に直角に入射せず斜めに入射するため、これに加えてイメージセンサアレイが光軸に対して傾くという条件が重なると、センサの「やぶにらみ現象」による焦点検出精度の低下が問題となる。
【０００３】
このような「やぶにらみ現象」による焦点検出精度の低下を抑制するために、イメージセンサアレイを保持するチップの傾きを調整する機構を設け、その傾き調整により「やぶにらみ」の度合いを低減したものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２７８０１２号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１１８７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したセンサチップの傾き調整を正確に行うには、その傾きを精度よく測定する必要があるが、センサチップの実装面は、センサアレイの他に周辺回路も実装されるため凹凸があり、傾き測定が難しい。
【０００６】
本発明は、焦点検出素子の実装基板にその傾き調整のための構成を加えた焦点検出装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１，２の発明は、撮影レンズの光軸から離間した位置に設定された焦点検出領域からの光束を光軸方向に偏向するとともに光軸と直交する方向に分割して光像を形成する光学系と、基板の実装面に実装され、分割された光像をそれぞれ受光する一対の受光素子を有する焦点検出素子とを備え、基板をその実装面と平行で且つ一対の受光素子の配列方向に直交する方向の調整軸回りに傾き調整可能な焦点検出装置に適用される。実装面には、配列方向に沿った方向に離間する２箇所に平面状の光反射部が設定され、光反射部に光を照射することでその照射部分の光軸方向の高さ位置を測定可能としたことを特徴とする。
特に請求項２の発明では、実装面に、上記２箇所の光反射部を避けて反射防止措置が施されている。
請求項３の発明は、撮影レンズの光軸から離間した位置に設定された焦点検出領域からの光束を光軸方向に偏向する光学系と、基板の実装面に実装され、偏向された光束をその偏向角に応じた角度で受光する焦点検出素子とを備え、基板をその実装面と平行の調整軸回りに傾き調整可能な焦点検出装置に適用される。実装面には、調整軸と直交する方向に離間する２箇所に平面状の光反射部が設定され、光反射部に光を照射することでその照射部分の光軸方向の高さ位置を測定可能としたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図７により本発明の一実施の形態を説明する。
図３は本実施形態における一眼レフカメラの概略構成図である。被写体からの光束は、レンズ鏡筒ＬＢ内の撮影レンズＬＥを透過してカメラボディＣＢ内に導かれる。カメラボディＣＢに導かれた光束の一部は、半透過性のメインミラー５１を透過し、サブミラー５２にて下方に反射された後、焦点検出モジュール１０へ入射される。ＣＰＵ５６は、焦点検出モジュール１０の出力である焦点検出信号に基づいてレンズ駆動モータ５７を駆動し、撮影レンズＬＥの焦点調節を行う。一方、メインミラー５１で反射された光束はペンタプリズム５４を介して接眼レンズ５５にて観察される。
【０００９】
図１は焦点検出モジュール１０の構造を示す分解斜視図、図２は撮影画面内の焦点検出領域を示す図である。本実施形態では、図２に示すように長方形の撮影画面Ｐ内に６の焦点検出領域を有する。そのうち中央光軸ＬＸを中心として横方向に延在する領域ＣＨと、光軸ＬＸを中心として縦方向（領域ＣＨと直交する方向）に延在する領域ＣＶの２領域を光軸上領域と呼び、他の４領域を光軸外領域と呼ぶ。すなわち光軸外領域は、光軸ＬＸから左方（長辺方向）に離間し縦方向に延在する領域Ｌと、光軸ＬＸから右方（長辺方向）に離間し縦方向に延在する領域Ｒと、光軸ＬＸから上方（短辺方向）に離間し横方向に延在する領域Ｔと、光軸ＬＸから下方（短辺方向）に離間し横方向に延在する領域Ｂの４領域である。図から分かるように、上下の光軸外領域Ｔ，Ｂと光軸ＬＸとの距離は、左右の光軸外領域Ｌ，Ｒと光軸ＬＸとの距離よりも短くなっている。これらの焦点検出領域は、図１に示す焦点検出モジュール１０の構造によって決定されるものである。
【００１０】
図１において、焦点検出モジュール１０は周知の位相差検出方式にて焦点検出を行うもので、視野マスク１，赤外カットフィルタ２，フィールドレンズ３，迷光除去用遮光マスク４，折り返しミラー６，絞りマスク７，セパレータレンズ８およびイメージセンサチップ９がホルダ５に一体に保持されて成る。視野マスク１は、図示の如く光軸上領域ＣＨおよびＣＶに対応する開口１Ｃと、光軸外領域Ｔ，Ｂ，Ｌ，Ｒにそれぞれ対応する開口１Ｔ，１Ｂ，１Ｌ，１Ｒとを有し、フィールドレンズ３および遮光マスク４は、それぞれ視野マスク１の開口に対応するレンズ３Ｃ，３Ｔ，３Ｂ，３Ｌ，３Ｒおよび開口部４Ｃ，４Ｔ，４Ｂ，４Ｌ，４Ｒを有する。フィールドレンズ３のレンズ３Ｃ，３Ｔ，３Ｂ，３Ｌ，３Ｒは、視野マスク１の開口１Ｔ，１Ｂ，１Ｌ，１Ｒから入射された光束を絞りマスク７に導く。その際、後述するようにその入射位置によっては光束を光軸ＬＸ側に偏向する。
【００１１】
図６の拡大図に示すように、絞りマスク７およびセパレータレンズ８は、それぞれ６つの焦点検出領域に対応する各一対の開口部７ＣＨａ，７ＣＨｂ，７ＣＶａ，７ＣＶｂ，７Ｔａ，７Ｔｂ，７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｌａ，７Ｌｂ，７Ｒａ，７Ｒｂおよびレンズ８ＣＨａ，８ＣＨｂ，８ＣＶａ，８ＣＶｂ，８Ｔａ，８Ｔｂ，８Ｂａ，８Ｂｂ，８Ｌａ，８Ｌｂ，８Ｒａ，８Ｒｂを有する。絞りマスク７は各一対の開口によって各光束を２分割し、セパレータレンズ８に導く。
【００１２】
図７はイメージセンサチップ９を図６のセパレータレンズ８の方向から見た図である。セラミック等から構成されるパッケージ９ＰＫＧ上にシリコンチップ９ＳＣＰが搭載され、シリコンチップ９ＳＣＰの実装面には、６つの焦点検出領域に対応するイメージセンサアレイ（焦点検出素子）９ＣＨａ，９ＣＨｂ，９ＣＶａ，９ＣＶｂ，９Ｔａ，９Ｔｂ，９Ｂａ，９Ｂｂ，９Ｌａ，９Ｌｂ，９Ｒａ，９Ｒｂと、図示しない周辺回路と、一対の高さ測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂとが設けられる。高さ測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂはセンサチップ９の傾き調整に利用されるものであるが、その詳細は後述する。
なお図示はしないが、シリコンチップ９ＳＣＰの実装面には、不要な反射を抑制するために反射防止膜が施されるとともに、センサ保護用の透明のカバーガラスが配置される。
【００１３】
図１に示すように、上記部材１〜４，６〜９を保持するホルダ５には、左右一対の曲面５ａが形成されている。これらの曲面５ａはイメージセンサチップ９の接着面を構成し、曲面とすることでイメージセンサチップ９のＸ軸（調整軸）を回転中心とする傾き調整が可能となる。一方、Ｙ軸回りに関しては傾き調整可能な構成にはなっていない。
【００１４】
Ｘ軸回りに関してのみ傾き調整が必要な理由について説明する。
図４および図５は焦点検出モジュール１０内の光束の状態を示す図である。便宜上、赤外カットフィルタ２，迷光除去用遮光マスク４および折り返しミラー６は図示を省略し、視野マスク１，フィールドレンズ３，絞りマスク７，セパレータレンズ８およびイメージセンサチップ９を一直線上に並べて図示した。また、フィールドレンズ３のレンズ３Ｃ，３Ｔ，３Ｂ，３Ｌ，３Ｒを通過し、絞りマスク７で２分割された各一対の光束を、それぞれｒＣＨａ，ｒＣＨｂ：ｒＣＶａ，ｒＣＶｂ：ｒＴａ，ｒＴｂ：ｒＢａ，ｒＢｂ：ｒＬａ，ｒＬｂ：ｒＲａ，ｒＲｂで表してある。
【００１５】
図４は光束を視野マスク１の開口部１Ｔから１Ｂに向かう方向に（図１のＹ方向から）見たものである。絞りマスク７の開口７Ｌａと７Ｌｂ，セパレータレンズ８のレンズ８Ｌａと８Ｌｂおよび光軸外領域Ｌに対応する一対の光束ｒＬａとｒＬｂは、それぞれ紙面と直交する方向に重なり合っている。同様に絞りマスク７の開口７Ｒａと７Ｒｂ，セパレータレンズ８のレンズ８Ｒａと８Ｒｂおよび光軸外領域Ｒに対応する一対の光束ｒＲａとｒＲｂも紙面と直交する方向に重なり合っている。そして、光軸外領域Ｌ，Ｒからの光束はフィールドレンズ３のレンズ３Ｌ，３Ｒの光軸外側を通るため、分割された光束ｒＬａとｒＬｂおよび光束ｒＲａとｒＲｂは、それぞれ偏向角θで光軸ＬＸ側に偏向され、その偏向角θに応じた角度でイメージセンサアレイ９Ｌａ，９Ｌｂ，９Ｒａ，９Ｒｂの受光面に斜めに入射する。
【００１６】
このように光軸外領域Ｌ，Ｒからの光束を光軸ＬＸ側に偏向させているため、領域Ｌ，Ｒが光軸ＬＸから比較的離れていてもイメージセンサアレイ９Ｌａ，９Ｌｂ，９Ｒａ，９Ｒｂを光軸ＬＸに近づけて配置でき、イメージセンサチップ９の小型化が図れる。しかし、上述したように光束ｒＬａ，ｒＬｂ，ｒＲａ，ｒＲｂがセンサアレイ９Ｌａ，９Ｌｂ，９Ｒａ，９Ｒｂに斜めに入射することは避けられず、このような状況でセンサアレイ９Ｌａ，９Ｌｂ，９Ｒａ，９Ｒｂが光束に対して図１のＸ軸を中心とする回転方向にも傾いてしまうと、「やぶにらみ現象」による焦点検出精度の悪化は無視できないほど大きくなる。そこで本実施形態では、センサチップ９、すなわちセンサアレイ９Ｌａ，９Ｌｂ，９Ｒａ，９ＲｂのＸ軸回りの傾き調整を可能にし、「やぶにらみ現象」による焦点検出精度の悪化を最小限に抑えている。具体的な調整方法については後述する。
【００１７】
一方、図５は光束を視野マスク１の開口部１Ｌから１Ｒに向かう方向に見たものである。絞りマスク７の開口７Ｔａと７Ｔｂ，セパレータレンズ８のレンズ８Ｔａと８Ｔｂおよび光軸外領域Ｔに対応する一対の光束ｒＴａとｒＴｂは、それぞれ紙面と直交する方向に重なり合っている。同様に絞りマスク７の開口７Ｂａと７Ｂｂ，セパレータレンズ８のレンズ８Ｂａと８Ｂｂおよび光軸外領域Ｂに対応する一対の光束ｒＢａとｒＢｂも紙面と直交する方向に重なり合っている。この場合、光軸外領域Ｔ，Ｂからの光束は、フィールドレンズ３を構成するレンズ３Ｔ，３Ｂの光軸のほぼ中心付近を通過するため、光束ｒＴａ，ｒＴｂおよびｒＢａとｒＢｂは内側に殆ど偏向されず、イメージセンサアレイ９Ｔａ，９Ｔｂ，９Ｂａ，９Ｂｂの受光面にほぼ直角に入射する。
【００１８】
光束ｒＴａ，ｒＴｂ，ｒＢａ，ｒＢｂを殆ど偏向させずに済むのは、上下方向の光軸外領域Ｔ，Ｂが左右方向の光軸外領域Ｌ，Ｒと比べて光軸ＬＸに近い位置に設定されているため、光束を偏向させずともイメージセンサアレイ９Ｔａ，９Ｔｂ，９Ｂａ，９Ｂｂを光軸ＬＸ近くに配置でき、チップ面積を増大させることがないからである。そして、上下方向は長方形の撮影画面における短辺方向であるから、上下方向の光軸外領域Ｔ，Ｂが左右方向（長辺方向）の光軸外領域Ｌ，Ｒと比べて光軸ＬＸに近い位置に設定されていても配置上の問題はない。＿
【００１９】
このように光束ｒＴａ，ｒＴｂ，ｒＢａ，ｒＢｂが殆ど偏向されずにセンサアレイ９Ｔａ，９Ｔｂ，９Ｂａ，９Ｂｂの受光面にほぼ直角に入射するため、センサアレイ９Ｔａ，９Ｔｂ，９Ｂａ，９Ｂｂが光束に対して図１のＹ軸を中心とする回転方向に多少傾いたとしても、「やぶにらみ現象」による焦点検出精度の悪化は小さい。そのため本実施形態では、センサチップ９のＹ軸回りの傾きを調整する機構は設けられておらず、センサチップ９の両端をホルダ５の両曲面５ａに当接させるだけで位置決めは完了する。
【００２０】
次に、Ｘ軸回りの傾き調整方法について説明する。
傾き調整はカメラの製造段階で行われる。最終的にシリコンチップ９ＳＣＰの実装面が光軸に対して傾いていない状態とするわけであるが、傾きをなくすにはその傾きの状態（傾斜角，傾斜方向）を精度よく測定する必要がある。Ｘ軸回りの傾きは、実装面のうちＸ軸と直交する方向に離間した２点の高さ（光軸方向の位置）を測定し、それらの高さを比較することで検知できる。そして、センサチップ９をホルダ５の曲面５ａに当て、検知した傾き状態に応じて傾き調整を行い、最終的に２点が同一高さになるようにすれば、それがすなわち傾きのない状態である。この状態でセンサチップ９を接着剤等で固定すればよい。
【００２１】
ここで、シリコンチップ９ＳＣＰの実装面にはカバーガラスが設けられているため、高さ測定にあたっては光学的手法を用いることになる。つまり、カバーガラスを通して実装面に光を照射し、その反射光を受光して高さ位置を得る。測定機器としては、例えば共焦点の原理を用いたレーザフォーカス変位計等が用いられるが、その他の測定機器でもよい。
【００２２】
この種の光学的測定機器を用いる場合、実装面上の測定点は、少なくともその測定機器での測定を可能ならしめるだけの反射率が必要となる。実装面上には上述したイメージセンサアレイや周辺回路が実装されているが、イメージセンサアレイの表面は一般に反射率が低いため、測定点としては不適当である。また周辺回路には場所によって凹凸があるため、ここを測定点としても高さ位置を正確に求めることはできない。
【００２３】
そこで本実施形態では、図７に示すように、光学的高さ測定のための一対の高さ測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂを予め実装面に設けた。これらの高さ測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂに求められる条件は、互いにＸ軸と直交する方向（Ｙ軸方向）に離間していること、凹凸がないこと、高さ測定に十分な反射率を持つことである。例えば、もともとシリコンチップ９ＳＣＰの実装面が十分な反射率を有していれば、上述した反射防止膜を測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂに相当する箇所は避けて塗布することで測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂを形成してもよい。あるいは、所定反射率以上のシールや塗料を実装面に貼付（塗布）することで形成してもよい。
【００２４】
本実施形態では、矩形の高さ測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂがＸ軸を挟んでＹ軸方向に離間した位置に設けられ、Ｘ軸からの距離およびＹ軸からの距離はともに同一とされる。また測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂが設けられる部分は、イメージセンサアレイや周辺回路はなく、凹凸のない平面である。測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂの面積はそれぞれ０．２ｍｍ×０．２ｍｍ程度が好ましい。あまり大きくすると周辺回路等の配置の自由度が低下する。精密な傾き調整のためには、両測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂの間隔は２ｍｍ〜４ｍｍ程度は必要である。
【００２５】
このように、実装面上に予め一対の高さ測定部９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂを設けたので、その２点の高さ測定結果からセンサチップ９の傾き調整を容易にかつ正確に行え、「やぶにらみ現象」による焦点検出精度の低下を抑制できる。
【００２６】
なお、焦点検出モジュールの光学系の構成や焦点検出領域の位置，数は上述のものに限定されない。要はセンサアレイが実装される基板の傾き調整が可能なものであれば、本願発明を適用可能である。２箇所の高さ測定部（光反射部）の大きさや位置も上記に限定されず、少なくとも調整軸と直交する方向に離間し、凹凸のない平面であり、かつ光学的高さ測定が可能な反射率を有するものであればよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、焦点検出素子が実装される基板の実装面に、調整軸と直交する方向に離間する２箇所に平面状の光反射部が設定され、光反射部に光を照射することでその照射部分の光軸方向の高さ位置を測定可能としたので、その２箇所の高さを光学的に測定することで基板の傾きを正確に検知でき、基板の精密な傾き調整が可能となる。したがって、「やぶにらみ現象」による焦点検出精度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における焦点検出装置の構成を示す分解斜視図。
【図２】焦点検出領域の配置を説明する図。
【図３】上記焦点検出装置を備えたカメラの構成を示す概略図。
【図４】焦点検出装置内の光束の状態を示す図。
【図５】焦点検出装置内の光束の状態を図４と異なる方向から見た図。
【図６】図１の一部分を拡大して示す図。
【図７】イメージセンサチップの構成を示す図。
【符号の説明】
１  視野マスク
３  フィールドレンズ
３Ｃ，３Ｔ，３Ｂ，３Ｌ，３Ｒ  レンズ
５  ホルダ
５ａ  曲面
７  絞りマスク
８  セパレータレンズ
９  イメージセンサチップ
９ＣＨａ，９ＣＨｂ，９ＣＶａ，９ＣＶｂ，９Ｔａ，９Ｔｂ，９Ｂａ，９Ｂｂ，  ９Ｌａ，９Ｌｂ，９Ｒａ，９Ｒｂ  イメージセンサアレイ（焦点検出素子）
９ＰＡＤａ，９ＰＡＤｂ  高さ測定部（光反射部）
９ＰＫＧ  パッケージ
９ＳＣＰ  シリコンチップ
１０  焦点検出モジュール（焦点検出装置）
ＣＢ  カメラボディ
ＣＶ，ＣＨ，Ｌ，Ｒ，Ｔ，Ｂ  焦点検出領域
ＬＢ  撮影レンズ鏡筒
ＬＥ  撮影レンズ
ＬＸ  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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