(57)【要約】【課題】位相差方式焦点検出装置において、全長が短く、かつ良好な検出性能を備えた焦点検出装置を提供すること。【解決手段】撮影レンズの予定結像面の後方に配置されたフィールドレンズと、フィールドレンズ群の後方に配置された少なくとも一対の開口絞りを有するセパレータマスクと、前記セパレータマスクの開口を通過した光束を再結像させる少なくとも1対の2次結像レンズと、2次結像レンズで形成された像を検出する受光手段を有する焦点検出装置において、フィールドレンズが3枚以上のレンズの接合からなることを特徴とする。【選択図】図１
2016191757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの予定結像面の後方に配置されたフィールドレンズと、
フィールドレンズ群の後方に配置された少なくとも一対の開口絞りを有するセパレータマスクと、
前記セパレータマスクの開口を通過した光束を再結像させる少なくとも1対の2次結像レンズと、
2次結像レンズで形成された像を検出する受光手段を有する焦点検出装置において、
フィールドレンズが3枚以上のレンズの接合からなることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記フィールドレンズは前記予定結像面側から順に第１レンズ、第２レンズ、第３レンズで構成され
第２レンズの前記予定結像面に近い側の曲率をR21,遠い側の曲率をR22とするとき、
以下の条件式を満足することを特徴とする焦点検出装置。
(R21-R22)/(R21+R22)>0  ・・・（１）
【請求項３】
前記フィールドレンズは前記予定結像面側から順に第１レンズ、第２レンズ、第３レンズで構成され
各レンズ面の曲率を前記予定結像面側から順にR11,R21,R22,R32とするとき、
以下の条件式(2)を満足することを特徴とする焦点検出装置。
(R11-R32)/(R11+R32)<0  ・・・（２）
【請求項４】
前記予定結像面から１番目の第１レンズのアッベ数をνd_1、２番目の第２レンズのアッベ数をνd_2、３番目の第３レンズのアッベ数をνd_3としたとき、
10＜|νd_1-νd_2|  かつ  10＜|νd_2-νd_3|
であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
前記第１レンズの焦点距離をf1、前記第３レンズの焦点距離をf3としたとき、
|f1|＜|f3|
であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
前記第１レンズとの材質のガラス転移温度をTg_1、前記第２レンズの材質のガラス転移温度をTg_2、前記第３レンズとしたとき、
Tg_1＜Tg_2  かつ  Tg_3＜Tg_2
であることを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出装置及びそれを用いた光学機器に関し、特に対物レンズの焦点調節状態を所謂像ずれ方式（位相差検出方式）を用いて検出するようにした、例えば一眼レフレックスカメラ、一眼レフレックス電子カメラ、デジタルカメラ、そしてビデオカメラ等の光学機器に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの写真用カメラあるいはビデオカメラは自動焦点調節のための焦点検出装置
を内蔵している。一眼レフカメラのように厳しいピント精度が要求される焦点検出装置に
おいては、対物レンズ（撮影レンズ）による結像光束を一対の２次結像光学系へ導き、これら２次結像光学系により形成された物体像（被写体像）に関する複数の光量分布を光電変換素子の画素列（ラインセンサー列）で受け、両光量分布の相対的位置関係から対物レンズの焦点調節状態を検出する像ずれ方式（位相差方式）を用いた焦点検出装置が一般的に用いられている。
【０００３】
近年、一眼レフカメラのユーザビリティを向上させるため、カメラの小型化がトレンドの一つとなっている。ＡＦユニットは一般的に一眼レフカメラの下部に存在し、カメラの上下方向と前後方向にスペースを占めている。このため、ＡＦ光学系全長を短縮することにより、カメラをさらに小型化することができる。
【０００４】
ＡＦ全長を小型化するには、１次結像免、フィールドレンズ、２次結像光学系、センサーの各要素の間隔を狭めることが考えられる。
【０００５】
まず、１次結像面とフィールドレンズの間隔についてだが、これを狭くすることはできない。ＡＦユニットは、カメラ下部に存在しており、１次結像面とフィールドレンズの間隔を狭くすると、ユニットが上にせりだしてくる。つまり、撮影レンズと撮像素子の間にＡＦユニットが介入してくることになる。具体的には、撮影レンズを通過した光が、フィールドレンズ前面で反射した光が強烈なゴーストとなり、撮像素子に移りこんでしまう。
【０００６】
残りの二つの間隔、フィールドレンズと２次結像光学系までの間隔と２次結像光学系とセンサーの間隔は、ＡＦ光学系の２次結像倍率を決定する要素である。ＡＦ光学系は、１次結像面上の像を縮小してセンサー上に投影する、縮小光学系となっている。結像倍率は、位相差ＡＦの検出精度や、コストに大きく影響するセンサー面積の大きさに、直結するパラメータであり、ある程度従来並の結像倍率を維持することになる。
【０００７】
以上の理由から、ＡＦ光学系の小型化を達成するには、フィールドレンズと２次結像光学系の間隔を狭め、２次結像光学系とセンサーまでの間隔を微調整して、結像倍率を決定する方法が考えられる。
【０００８】
このように、光学系の全長を短くすることは可能であるが、一つ問題が発生する。ＡＦのフィールドレンズには、ＡＦ光学系の前方に配置される撮影レンズの光束を、ＡＦの２次結像光学系に、屈折させて導く役割がある。このため、撮影レンズの射出瞳近辺に、ＡＦ光学系の入射瞳が存在している必要がある。したがって、ＡＦ光学系の全長を短くしたとしても、ＡＦの入射瞳の位置は維持しなくてはならない。フィールドレンズと２次結像倍率の間隔を狭くすると、フィールドレンズのパワーを強くして、入射瞳の位置を維持する必要がある。
【０００９】
小型化のためにフィールドレンズのパワーが強くなると、入射瞳での波長ごとの瞳のずれが大きくなる。波長ごとの瞳位置のずれが大きいと、以下のように精度低下の問題が発生し易くなる。
【００１０】
位相差ＡＦでは、センサー上の２像の相関をとって、撮影レンズのピントずれ量を検知する。このとき、ＡＦの絞りを通過する光が撮影レンズにより遮られ、センサー上の光量が変わり出力像が変わると、相関結果が変わりピントずれ量が正しく検出されない。これを回避するために、撮影レンズはＡＦ光束をけらないように、レンズの有効径を確保している。しかし、有効径を大きくすることはレンズの大型化につながるため、よろしくない。
【００１１】
ＡＦ入射瞳近傍で、波長ごとの入射瞳位置のずれが大きいと、撮影レンズの有効径確保も全ての波長において行わなくてはならず、よろしくない。
【００１２】
撮影レンズの有効径を大きくせず、ＡＦ光学系の２次結像光学系の２像の絞り間隔を狭めることで光量ケラレを回避することもできるが、ＡＦの検出精度の低下を招くため、よろしくない。
【００１３】
これを回避するため、フィールドレンズを張り合わせレンズにし、張り合わせるそれぞれのレンズの特性を打ち消しあうように組み合わせるアイデアが、一般的に知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭６３−１２７２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、張り合わせレンズを用いて、入射瞳での色ずれを補正する場合、以下の問題がある。
【００１６】
フィールドレンズは、一般的に価格の安さや、鏡面部に段差をつけた形状にするために、プラスチックが用いられる。ガラスと異なり、プラスチック樹脂では、種類が少なく、屈折率とアッベ数の組み合わせにおいても有効な材料が少ない。また、正負の張り合わせでは、色消しに用いる界面の自由度が少ないこともあり、入射瞳面での波長ごとの瞳のずれを十分に補正することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る焦点検出装置は、
撮影レンズの予定結像面の後方に配置されたフィールドレンズと、
フィールドレンズ群の後方に配置された少なくとも一対の開口絞りを有するセパレータマスクと、
前記セパレータマスクの開口を通過した光束を再結像させる少なくとも1対の2次結像レンズと、
2次結像レンズで形成された像を検出する受光手段を有する焦点検出装置において、
フィールドレンズが3枚以上のレンズの接合からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＡＦ入射瞳での波長ごとの瞳ずれが解消でき、ＡＦ光学系を小型化のためにフィールドレンズパワーが強くなったとしても、ＡＦ性能の劣化が起きない焦点検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一眼レフカメラ断面レイアウト
【図２】実施例１断面図
【図３】実施例２断面図
【図４】実施例３断面図
【図５】実施例４断面図
【図６】実施例５断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００２１】
図１に、一眼レフカメラ内のレイアウトと、位相差ＡＦの構成を示す。位相差ＡＦユニットは、カメラ下部に存在している。撮影レンズの結像面と等価な位置にある面を１次結像面といい、１次結像面から順にフィールドレンズ、２次結像光学系、センサーの３要素がＡＦユニットの構成部品である。２次結像光学系は、撮影レンズの光束を抜き出すための対となる絞り、再結像レンズの２要素からなっている。
【００２２】
図２〜図６に、本発明実施例の断面図を示す。ＡＦ性能に影響を与えない折り曲げ部材は除き、ストレートな光学系として断面を描いている。断面は、前方からカメラのメインミラー、フィールドレンズ、フィルター、絞り、２次結像レンズ、センサーの配列となっている。２次結像光学系は、ＡＦユニットの光軸に対して、平行偏心をした配置となっている。図２では、相関をとる２像のうち、片像の光学系しか断面図がないが、もう一方の光学系は、２次結像光学系が、ＡＦユニットの光軸に対して、180度回転した位置に配置された光学系となる。この２つの光学系が作る像の、２像の相関をとり撮影レンズのずれ量を検知する。断面図の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸とする。
【００２３】
表１において、本発明実施例における、１次結像面から撮像面側100mmの位置においた仮想面での、光線の重心位置をしめす。D線の瞳を基準として、ＡＦで用いている短波長側の光線g線の重心位置と、長波長側の光線0.72μmでの位置とを、算出してある。一般的に、ｄ線を基準にした波長ごとのずれは1mm程度発生するため、十分な効果をえられている。
【００２４】
フィールドレンズは前記予定結像面側から順に第１レンズ、第２レンズ、第３レンズで構成され第２レンズの前記予定結像面に近い側の曲率をR21,遠い側の曲率をR22とするとき、 波長ごとの瞳ずれ補正のためには、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００２５】
(R21-R22)/(R21+R22)>0  ・・・（１） 
この条件式を外れても、波長ごとの瞳ずれ補正の効果を得ることはできるが、十分な補正を得る場合には上記の条件式が必要になる。フィールドレンズの前方には、１次結像面が存在しており、２つ接合面のうち１次結像面より離れた面のパワーが強くなることで、色補正が有利に働く
また、第１レンズの予定結像面側の曲率をR11、第３レンズのセンサー側の曲率をR32とするとき、 ＡＦ光学系の全長を短縮するには、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
【００２６】
(R11-R32)/(R11+R32)<0  ・・・（２）
フィールドレンズのパワーのバランスが、より１次結像面側にあることで、より小型化に有利となる。上記条件式を外れると、ＡＦセンサー上での像のゆがみが発生し易くなり、よろしくない。
【００２７】
また、第１レンズのアッベ数をνd_1、２番目の第２レンズのアッベ数をνd_2、３番目の第３レンズのアッベ数をνd_3としたとき、 以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
【００２８】
10 ＜ |νd_1-νd_2|  かつ  10 ＜ |νd_2-νd_3|  ・・・（２）
上記条件式の左辺より小さくなると、瞳の色補正が難しくなる。
また、第１レンズの焦点距離をf1、前記第３レンズの焦点距離をf3としたとき、
|f1|＜|f3|
であることが、形状としてのぞましい。これは、フィールドレンズのR11面の曲率がきつくなるため、Ｇ１側でＧ３と同程度の瞳の色補正を行うとレンズコバ部の確保が難しくなるためである。
【００２９】
また、第１レンズ材質のガラス転移温度をTg_1、第２レンズの材質のガラス転移温度をTg_2、前記第３レンズとしたとき、 
Tg_1＜Tg_2  かつ  Tg_3＜Tg_2
であることが望ましい。Ｇ１とＧ３は、Ｇ２の射出成型後に、Ｇ１とＧ３を射出成型することを想定している。このため、先に成型するＧ２レンズの転移温度が、Ｇ１やＧ２
よりも低いと、Ｇ１やＧ３を成型する際に面がダレてしまい、面形状が変わって性能が劣化するためである。
【００３０】
図２に、本実施例１の断面図と、図３に本実施例２の断面図を示す。フィールドレンズは、１次結像面側から順に、レンズＧ1、正のレンズＧ2、負のレンズＧ３の３枚の張り合わせからなっている。Ｇ1、Ｇ3はアクリル系樹脂よりなり、Ｇ２はスチレン系樹脂よりなっている。Ｇ１とＧ３は同一の樹脂からできており、Ｇ２の射出成型後に、Ｇ２をはさんで同時にＧ１とＧ３を射出成型することを想定している。
【００３１】
図４に、本実施例３の断面図、図５に本実施例４の断面図、図６に本実施例５の断面図を示す。フィールドレンズは、１次結像面側から順に、正のレンズＧ1、負のレンズＧ2、正のレンズＧ３の３枚の張り合わせからなっている。Ｇ１とＧ３は同一の樹脂からできており、Ｇ２の射出成型後に、Ｇ２をはさんで同時にＧ１とＧ３を射出成型することを想定している。Ｇ1、Ｇ3の転移温度は、Ｇ２の転移温度よりも、低い樹脂材料をしようしている。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。
【００３３】
本発明において、接合面を球面の設計例を実施例としてあげたが、これは容易に非球面化することが可能である。
【００３４】
本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００３５】
以下に、各実施例に対応する数値実施例を示す。各実施例において、Kが面番号、eaは有効径、rは曲率、ndは屈折率、vdはアッベ数を表している。rにおいて、非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＹ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋ、Ａ４、Ａ６としたとき、
【００３６】
【数１】
2016191757.tif 000003
【００３７】
によって定義されるものである。また、「ｅ−０Ｘ」の表示は「１０−Ｘ」を意味している。
【００３８】
表２は、実施例１のＡＦユニットの光学配置を示している。先ほどの断面図の座標に従い、配置されている。Kの面番号においてobjは１次結像面とimgはセンサ面を表し、tc(x)はＸ座標、tc(y)はＹ座標、tc(z)はＺ座標の各頂点座標位置を表している。偏心の数値として、２次結像光学系は一つしか載せていないが、ＡＦユニットの光軸を挟んで逆方向に同じ量並行偏心させた光学系が、撮影レンズのピント位置検出には必要となっている。
【００３９】
【数２】
2016191757.tif 000004
【００４０】
【数３】
2016191757.tif 000005
【００４１】
【数４】
2016191757.tif 000006
【００４２】
【数５】
2016191757.tif 000007
【００４３】
【数６】
2016191757.tif 000008
【００４４】
【数７】
2016191757.tif 000009
【００４５】
【数８】
2016191757.tif 000010
【００４６】
【数９】
2016191757.tif 000011
【００４７】
【表１】
2016191757.tif 000012
【００４８】
【表２】
2016191757.tif 000013
【符号の説明】
【００４９】
1  対物レンズ、2  測距枠表示装置、3  ファインダー光学系、4  視野マスク、
5  フィールドレンズ、6  絞り、7  ２次結像レンズ、8  ＡＦセンサー
【図１】
2016191757.tif 000014
【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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