(57)【要約】【課題】二次元的な広がりをもつ焦点検出領域を設定した場合でも暗いレンズでの焦点検出を可能とする。【解決手段】画素を二次元配列して成る焦点検出素子１４ａ〜１４ｄを、互いに直交する２方向に光軸に対して対称に一対ずつ設け、焦点検出光学系１０により、対物レンズ上の瞳を複数の領域に分割して各一対の焦点検出素子の受光面上に二次像をそれぞれ形成するもので、点検出光学系１０は、各一対の焦点検出素子に対応する各一対の絞り開口１２ａ〜１２ｄを持つ絞り部材１２を含み、各一対の絞り開口は光軸Ｘから等距離に配置され、個々の絞り開口はその中心に対して１８０度の回転対称性を持ち、かつ焦点検出検出領域の像高をｙ、焦点検出光学系の倍率をｍ、焦点検出光学系の射出瞳位置をＰ、焦点検出光学系の射出瞳の重心（Ｆナンバー）をＦ、焦点検出光学系の瞳倍率をｂとしたときに、２ｍ・ｙ／（１＋ｍ）＜ｂ・Ｐ／Ｆを満たす。【選択図】        図２
2004246156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元的な広がりをもつ焦点検出領域に対応して、光軸と直交する平面において複数の画素を二次元配列して成る焦点検出素子を、互いに直交する２方向に光軸に対して対称に一対ずつ設け、対物レンズによって形成される一次像の像面と前記焦点検出素子との間に設けた焦点検出光学系により、対物レンズ上の瞳を複数の領域に分割して前記各一対の焦点検出素子の受光面上に二次像をそれぞれ形成するよう構成した焦点検出装置において、
前焦点検出光学系は、前記各一対の焦点検出素子に対応して前記２方向に各一対の絞り開口を持つ絞り部材を含み、前記各一対の絞り開口は光軸から等距離に配置されるとともに、個々の絞り開口はその中心に対して１８０度の回転対称性を持ち、かつ
２ｍ・ｙ／（１＋ｍ）＜ｂ・Ｐ／Ｆ
ただし、ｙ：焦点検出検出領域の像高
ｍ：焦点検出光学系の倍率
Ｐ：焦点検出光学系の射出瞳位置
Ｆ：焦点検出光学系の射出瞳の重心（Ｆナンバー）
ｂ：焦点検出光学系の瞳倍率
を満たすように構成されている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、対物レンズの瞳を分割して異なる領域を通過する光束を用いて対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置、特に二次元方向に広がりをもつ焦点検出領域を設定したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一眼レフカメラに用いられる位相差検出型の焦点検出装置は、撮影レンズによって形成される一次像の像面後方に再結像光学系および焦点検出素子を順に配置し、一次像と略相似な一対の二次像を一対の焦点検出素子上に再結像させ、焦点検出素子の出力から一対の二次像の相対的な位置ずれを検知して撮影レンズの焦点調節状態を得る。再結像光学系は、コンデンサレンズと、一対の絞り開口を有する瞳分割手段としての絞りと、一対の再結像レンズとを含む。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ために、上下および左右に一対ずつの焦点検出素子を設けたものもあり、この場合は絞りの開口は４つとなる。
【０００３】
焦点検出素子としては、一対（複数対）のラインセンサを用いるのが一般的であったが、二次元的な広がりをもつ焦点検出領域を設定し、その領域内の任意の位置の焦点検出を可能とするために、ラインセンサに代えて二次元的な画素配列を持つエリアセンサを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１８４９６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなエリアセンサを用いる場合には、ラインセンサと比べて広い面積の光束をセンサに導く必要があるため、エリアセンサを例えば上下および左右に一対ずつ配置したようなときに、分割した光束が二次像面で部分的に重なってしまい、焦点検出精度を悪化させるおそれがある。これを防止するには、絞り開口を光軸からより離れた位置に設ければよいが、そうすると開放Ｆ値の暗いレンズでケラレが発生し、焦点検出不能となる。例えば特許文献１のものは、絞りの横一対の開口が光軸から離れているため暗いレンズで焦点検出不能となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二次元的な広がりをもつ焦点検出領域に対応して、光軸と直交する平面において複数の画素を二次元配列して成る焦点検出素子を、互いに直交する２方向に光軸に対して対称に一対ずつ設け、対物レンズによって形成される一次像の像面と焦点検出素子との間に設けた焦点検出光学系により、対物レンズ上の瞳を複数の領域に分割して各一対の焦点検出素子の受光面上に二次像をそれぞれ形成するよう構成した焦点検出装置に適用される。
そして、点検出光学系は、各一対の焦点検出素子に対応して上記２方向に各一対の絞り開口を持つ絞り部材を含み、各一対の絞り開口は光軸から等距離に配置されるとともに、個々の絞り開口はその中心に対して１８０度の回転対称性を持ち、かつ焦点検出検出領域の像高をｙ、焦点検出光学系の倍率をｍ、焦点検出光学系の射出瞳位置をＰ、焦点検出光学系の射出瞳の重心（Ｆナンバー）をＦ、焦点検出光学系の瞳倍率をｂとしたときに、
２ｍ・ｙ／（１＋ｍ）＜ｂ・Ｐ／Ｆ
を満たすようにする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図８により本発明の一実施の形態を説明する。
図１，図２は一眼レフカメラに用いられる位相差検出型の焦点検出装置を示す概略図、図３は画面上の焦点検出領域を示す図である。
本実施形態では、図３に示すように撮影画面の中央に二次元的な広がりを持つ正方形の焦点検出領域１を設定し、この領域１内の任意の位置の焦点検出を可能とする。
【０００８】
図１，図２において、焦点検出光学系（再結像光学系）１０は、撮影レンズによって形成される一次像面ＩＰの近傍に配置されたコンデンサレンズ１１と、その後方に配置される絞り１２と、更にその後方に配置される再結像レンズブロック１３とを有する。絞り１２は、光軸Ｘに対して上下左右対称に配置された各一対の絞り開口１２ａ，１２ｂ：１２ｃ，１２ｄを有する。再結像レンズブロック１３は、絞り開口１２ａ〜１２ｄに対応する４つのレンズ１３ａ〜１３ｄが一体化されて成る。再結像レンズブロック１３の後方には光軸Ｘと直交するセンサ基板１４が設けられ、基板１４には光軸Ｘに対して上下左右対称に各一対のエリアセンサ１４ａ，１４ｂ：１４ｃ，１４ｄが配置されている。エリアセンサ１４ａ〜１４ｄは、焦点検出領域１に合わせて二次元的に配列された複数の画素を持つ正方形のセンサで、例えばＣＣＤが用いられる。
【０００９】
焦点検出領域１の光束は、コンデンサレンズ１１を介して絞り１２に導かれ、絞り開口１２ａ，１２ｂにより左右に分割されるとともに、絞り開口１２ｃ，１２ｄにより上下に分割される。左右方向に分割された光束は、再結像レンズブロック１３のレンズ１３ａ，１３ｂを介してエリアセンサ１４ａ，１４ｂにそれぞれ再結像され、上下方向に分割された光束は、レンズ１３ｃ，１３ｄを介してエリアセンサ１４ｃ，１４ｄにそれぞれ再結像される。
【００１０】
カメラは、エリアセンサ１４ａ〜１４ｄの光電変換出力から撮影レンズの焦点調節状態を検知し、その結果に基づいて撮影レンズの合焦光学系を駆動する。本実施形態では、上記の構成により焦点検出領域１における被写体の横成分の輝度分布および縦成分の輝度分布の双方に対して焦点検出が可能であり、またエリアセンサ１４を用いることで、広い面積を持つ焦点検出領域１の任意の位置の焦点検出が可能である。
しかし、エリアセンサ１４を用いたことで次のような問題が発生するおそれがある。
【００１１】
図４は絞り開口１２ａ〜１２ｄの一例を示し、２１，２２は全ての絞り開口１２ａ〜１２ｄの内側・外側にそれぞれ接する仮想円である。絞り開口１２ａ〜１２ｄはいずれも同形状とされ、光軸Ｘから等距離に位置する。また各開口形状は開口中心に対して１８０度の回転対称となっている。図５は再結像レンズブロック１３のエリアセンサ側の面における光像を示している。図から分かるように、図４の絞り開口１２ａ〜１２ｄを通過した光束３１ａ〜３１ｄは、対応するレンズ１３ａ〜１３ｄからはみ出して他の光束と一部が重なってしまっており、これは焦点検出精度を著しく悪化させる要因となる。この光束の重なりは、本実施形態のような二次元的な広がりを持つエリアセンサ１４ａ〜１４ｄを用いたために起こり得る問題であり、従来のラインセンサを用いたものでは殆ど起こり得ない。
【００１２】
上記光束の不所望な重なりを防止する方策として以下の（１）〜（４）が考えられるが、それぞれ欠点を有している。
（１）焦点検出領域１を狭くする。この場合、ＡＦの使い勝手は当然悪化する。
（２）一次像面ＰＩから絞り１２までの距離（図２のＬ１）を長くする。この場合は焦点検出装置が大型化し、ひいてはカメラの大型化を招来する。
（３）図２の仮想円２１，２２の径をともに大きくする。これは、絞り開口１２ａ〜１２ｄをそれぞれ外側にずらすことを意味するが、この場合は開放Ｆ値の暗いレンズでケラレが発生し、オートフォーカスレンズとして使用可能なレンズが制限される。
（４）図６に示すように、外側の仮想円２２はそのままで、内側の仮想円２１の径を大きくする。この場合は絞り開口１２ａ〜１２ｄの回転対称性がなくなるため、像がぼけた状態では重心が移動し、焦点検出精度の悪化を招く。
【００１３】
そこで本実施形態では、絞り開口１２ａ〜１２ｄを図７に示すようにした。
図７において、まず外側の仮想円２２の径は図４の例と同一である。したがって、開放Ｆ値の暗いレンズでも焦点検出が可能であり、オートフォーカスレンズとして使用可能なレンズが制限されることはない。また全ての絞り開口１２ａ〜１２ｄは、その中心に対して１８０度の回転対称性を持ち、像がぼけた状態でも重心の移動はない。さらに光軸Ｘから各絞り開口の中心Ｏまでの距離ｙ’’が図４の例と比べて長くなっており、このように構成することで、結果として内側の仮想円２１の径は図４と比べて大きくなり、図５のような光像の重なりを防止できる。
【００１４】
次に、光軸Ｘから開口中心Ｏまでの距離ｙ’’の決め方について詳述する。
図８はエリアセンサ１４ａ〜１４ｄの受光面（二次像面）における４つの光像３２ａ〜３２ｄを示している。光像３２ａ〜３２ｄの１辺の長さを２ｙ’とすると、光軸Ｘから光像中心までの距離が２ｙ’を下回ると光像同士が重なり、２ｙ’以上であれば重ならずに済むことが分かる。したがって、２ｙ’を基準にｙ’’を求めればよい。
【００１５】
今、図２に示すように焦点検出領域１の像高をｙ、焦点検出光学系１０の倍率をｍとすると、
２ｙ’＝２ｍ・ｙ
で表され、
Ｌ１：ｙ’’＝（Ｌ１＋Ｌ２）：２ｍ・ｙ
ただし、Ｌ１：一次像面ＰＩから絞り１２までの距離
Ｌ２：絞り１２からセンサ受光面（二次像面）までの距離
が成り立つ。Ｌ２＝ｍ・Ｌ１であるから、
ｙ’’＝２ｍ・ｙ／（１＋ｍ）
となり、これはｙ’’が２ｍ・ｙ／（１＋ｍ）以上であれば、二次像面上で光像が重なり合わないことを意味する。
【００１６】
一方、焦点検出光学系１０の射出瞳位置をＰ、同射出瞳の重心をＦ（Ｆナンバー）、同瞳倍率をｂとすると、絞り１２中心までの距離は、ｂＰ／Ｆであるから、
２ｍ・ｙ／（１＋ｍ）  ＜  ｂＰ／Ｆ
とすればよいことになる。
【００１７】
なお本発明は、写真用の一眼レフカメラは勿論、ビデオカメラやその他の光学機器の焦点検出装置にも適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したから、絞り開口を外側に移動させることなく二次像面における不所望な光像の重なりを防止できる。したがって、オートフォーカスレンズとして使用可能なレンズを制限することなく高精度な焦点検出を実現できる。加えて、焦点検出領域を狭くせずに済むのでＡＦの使い勝手を悪化させることがなく、また一次像面から絞りまでの距離を長くする必要がないので焦点検出装置の大型化を防止できる。さらに全ての絞り開口中心Ｏに対して１８０度の回転対称性を持つため、像がぼけた状態でも重心の移動はない。
【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を示す概略斜視図。
【図２】上記焦点検出装置を側面から見た図。
【図３】撮影画面内の焦点検出領域を示す図。
【図４】絞り開口の一例を示す図。
【図５】図４の絞り開口を用いた場合の問題点を説明する図。
【図６】絞り開口の他の例を示す図。
【図７】本実施形態における絞り開口を示す図。
【図８】二次結像面における４つの光像を示す図。
【符号の説明】
１  焦点検出領域
１０  焦点検出光学系
１１  コンデンサレンズ
１２  絞り
１２ａ〜１２ｄ  絞り開口
１３  再結像レンズブロック
１３ａ〜１３ｄ  レンズ
１４  センサ基板
１４ａ〜１４ｄ  エリアセンサ
ＩＰ  一次像面
Ｘ  光軸
【図１】
2004246156.tif 000003
【図２】
2004246156.tif 000004
【図３】
2004246156.tif 000005
【図４】
2004246156.tif 000006
【図５】
2004246156.tif 000007
【図６】
2004246156.tif 000008
【図７】
2004246156.tif 000009
【図８】
2004246156.tif 000010