(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズからの光束を一対の再結像レンズを有する焦点検出光学系により一対の像に分割して撮像素子で受光し、前記一対の像の位置関係に基づいて前記撮影レンズの焦点調節状態を検出する位相差検出方式の焦点検出装置において、
前記撮影レンズの画面の中央から互いに異なる距離に複数の焦点検出領域を設定し、該異なる距離に設定された複数の焦点検出領域に対応する前記再結像レンズの頂点を前記撮影レンズの光軸から等距離に配置し、
前記異なる距離に設定された複数の焦点検出領域からの光束を前記光軸から等距離に配置した再結像レンズに入射させるコンデンサレンズを備え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において、
前記異なる距離に設定された複数の焦点検出領域に対応した前記再結像レンズの周囲に、複数対の第２再結像レンズを有し、
前記第２再結像レンズの頂点が同一の円周上に配置されていることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記画面の中央に設定された焦点検出領域に対応する再結像レンズと前記異なる距離に設定された焦点検出領域に対応する再結像レンズとを、単一の部材に一体に成形することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
撮影レンズによる被写体からの光束を一対の光束に分割して一対の再結像レンズにより再結像させる焦点検出光学系を有し、該焦点検出光学系により形成される一対の像に基づいて前記撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置において、
前記撮影レンズの画面の中央と、該中央から互いに異なる距離の複数の位置とに複数の焦点検出領域を設定し、
前記互いに異なる距離の複数の位置に設定された複数の焦点検出領域のそれぞれに対応した複数対の前記再結像レンズを一体的に形成した再結像レンズユニットと、
前記互いに異なる距離の複数の位置に設定された複数の焦点検出領域からの光束を前記複数対の再結像レンズに入射させるコンデンサレンズとを備え、
前記再結像レンズユニットは、前記異なる距離の複数の位置に設定された複数の焦点検出領域に対応する再結像レンズの頂点を、前記再結像レンズユニットの前記中央の焦点検出領域に対応する位置から等距離に配置したことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラなどに用いられる光学機器の焦点検出装置に関し、特に、その光学要素を改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】
オートフォーカス一眼レフカメラの焦点検出装置は一般に位相差検出方式が用いられ、焦点検出領域が撮影画面中央だけでなく撮影画面周辺にもあるカメラが主流となりつつある。また、一つの焦点検出領域の中でも、例えば横方向と縦方向に位相差検出を行うようにして、特定の方向に縞模様のようなパターンが並んだ被写体に対しても焦点検出を可能にしたものも多い。
【０００３】
焦点検出用の光学系は、従来より図８に示すように構成されている。
被写体１からの光束が撮影レンズ２によってフィルム等価面３に結像される。フィルム等価面３の近傍には視野マスク（不図示）があり、焦点検出に必要でない光束を遮光する。この視野マスクを通過した光束はコンデンサレンズ４を通って絞りマスク５へ導かれる。さらに、絞りマスク５を通過した光束は、一対の再結像レンズ６によりＣＣＤ受光素子面７へ導かれ、ＣＣＤ受光素子面７上に再結像される。ここで、１本線の被写体を想定すると、ＣＣＤからの出力信号は、合焦の状態（ａ）では８ａのようになり、この像の間隔を基準とする。被写体像がフィルム透過面３よりも前に鮮鋭像を結ぶ前ピンの状態（ｂ）では、８ｂのように像間隔が合焦時の基準間隔よりも狭くなる。一方、被写体像がフィルム等価面３よりも後ろに鮮鋭像を結ぶ後ピンの状態（ｃ）では、８ｃのように像間隔が合焦時の基準間隔よりも広くなる。この像間隔に基づいて合焦状態からのデフォーカス量を求めることができる。
【０００４】
図９に従来の焦点検出装置の光路図を示し、図１０に撮影画面内の焦点検出領域の配置を示す。
図１０において、この焦点検出装置は撮影画面の中央とその上下左右の周辺に計５個の焦点検出領域を有する。２３ａ〜２３ｅは撮影者に焦点検出領域を示す指標であり、ファインダー内に表示される。２４ａ〜２４ｈは実際に焦点検出が可能な検出ゾーンである。撮影画面の中央と左右には縦横２方向の検出ゾーンがあり、左右の検出ゾーンはやや斜めに傾いている。また、撮影画面の上下には横方向の検出ゾーンがあり、上側の検出ゾーンはやや斜めに傾いている。
【０００５】
図９において、焦点検出ゾーン２４ａと２４ｂに対応する、視野マスク１１の中央の開口部１１ａを通過した光束は、コンデンサレンズ１２の中央のレンズ部１２ａを通り、折り返しミラー１３で反射された後、再結像レンズ１４ａ〜１４ｄを通る。ここで、再結像レンズは各焦点検出ゾーンごとに一対ずつ設置され、検出ゾーン２４ａに対しては再結像レンズ１４ａと１４ｂが対応し、検出ゾーン２４ｂに対しては再結像レンズ１４ｃと１４ｄが対応する。さらに、コンデンサレンズ１２ａと再結像レンズ１４ａで結ばれた像はＣＣＤ素子列１９ａで検出され、コンデンサレンズ１２ａと再結像レンズ１４ｂで結ばれた像はＣＣＤ素子列１９ｂで検出される。また、コンデンサレンズ１２ａと再結像レンズ１４ｃで結ばれた像はＣＣＤ素子列１９ｃで検出され、コンデンサレンズ１２ａと再結像レンズ１４ｄで結ばれた像はＣＣＤ素子列１９ｄで検出される。
【０００６】
他の焦点検出ゾーン２４ｃ〜２４ｈについても同様に、図９に示すようにコンデンサレンズ１２ｂ〜１２ｅと再結像レンズ１４ｅ〜１４ｈ、１７ａ〜１７ｄ、１８ａ〜１８ｄおよびＣＣＤ素子列１９ｅ〜１９ｈ、２０ａ〜２０ｄ、２１ａ〜２１ｄとの間に対応関係があり、一つの焦点検出ゾーンに対して一つのコンデンサレンズ面（２方向の焦点検出ゾーンを有する焦点検出領域では、これを一つのコンデンサレンズ面で兼用する）と一対の再結像レンズと一対のＣＣＤ素子列とが対応している。
【０００７】
図１１はこの焦点検出装置の再結像レンズユニット１４の正面図を示す。
１６ａと１６ｂは、この再結像レンズユニット１４をホルダ（不図示）に取り付けるための穴である。この再結像レンズユニット１４は、中央および上下の焦点検出領域２３ａ、２３ｂ、２３ｃに対応する再結像レンズを一体にプラスチック成形したものであり、左右の焦点検出領域２３ｄ、２３ｅに対応する再結像レンズユニット１７、１８は別部品である。なお、これらの再結像レンズユニット１７、１８の図示を省略するが、再結像レンズ１４ａ〜１４ｄと同様なレンズのみを有する。
【０００８】
再結像レンズ１４ａと１４ｂ、再結像レンズ１４ｃと１４ｄ、再結像レンズ１４ｅと１４ｆ、再結像レンズ１４ｇと１４ｈは、それぞれ対になっている。精度面で重要なのは、再結像レンズ１４ａと１４ｂのレンズ頂点を結ぶ直線と、その他の対になるレンズ同士の頂点を結ぶ線との直角度や平行度である。また、やや斜めに傾いている再結像レンズ１４ｅと１４ｆについては、設計値に対する角度精度が重要である。なぜならば、焦点検出装置を組み立てるときに、ＣＣＤ素子列１９ａ、１９ｂと再結像レンズ１４ａ、１４ｂとの平行度は、紙面垂直方向を軸とする回転方向にＣＣＤパッケージ１９、２０、２１の姿勢を調整してホルダー（不図示）に接合することによって、高い精度で合わせることができる。しかし、他のＣＣＤ素子列とそれに対応する再結像レンズとの関係は、再結像レンズを一体に成形しているために、それぞれ独立に調整することができず、できなりとせざるを得ない。ＣＣＤ素子列は高い精度で製作できるが、再結像レンズユニットは型成形によるプラスチック製であるため、成形型（金型）を精度よく作らなければならない。そのため、従来はこの成形型を、レンズ面に対応する型を有する中子を備えた構成とし、中子の位置を調整した上で射出成形などによって再結像レンズユニットを一体成形していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示す従来の焦点検出装置の再結像レンズの型は、３個の焦点検出領域それぞれに対応する再結像レンズ部１５ａ、１５ｂ、１５ｃを、それぞれ独立した中子によって成形している。このような構成では、中子をそれぞれ独立して回転させることによって、成形するレンズ対の方向を調整することができ、再結像レンズ１４ａと１４ｂに対する再結像レンズ１４ｃと１４ｄの精度は型のできなりとなるものの、再結像レンズ１４ａと１４ｂに対する再結像レンズ１４ｅと１４ｆ、再結像レンズ１４ａと１４ｂに対する再結像レンズ１４ｇと１４ｈの方向は高い精度で製作することができる。
【００１０】
しかし、この方法では、中子の形状は、回転させて調整する都合上、円でなくてはならないため、再結像レンズ部１５ｂ（または１５ｃ）の外周円と、レンズ１４ｅ、１４ｆ（または１４ｇ、１４ｈ）の間には、レンズの並び方向に直交する方向に余分な距離が生じる。また、型の肉厚をある程度確保する都合上、中子同士の間隔をある程度取らなくてはならないため、完成した中央、上、下の再結像レンズ対どうしの距離を離して配置せざるを得ない。ところが、このように配置すると焦点検出装置が大型になり、カメラ自体の大きさにも関係するため、より小型化が可能で、且つ対の再結像レンズの方向精度を高く製造できるレンズ配置が求められる。
【００１１】
本発明の目的は、再結像レンズの加工精度の向上を図りながら再結像レンズユニットを小型化することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
(１)  請求項１の発明は、撮影レンズからの光束を一対の再結像レンズを有する焦点検出光学系により一対の像に分割して撮像素子で受光し、前記一対の像の位置関係に基づいて前記撮影レンズの焦点調節状態を検出する位相差検出方式の焦点検出装置に適用される。
そして、前記撮影レンズの画面の中央から互いに異なる距離に複数の焦点検出領域を設定し、該異なる距離に設定された複数の焦点検出領域に対応する前記再結像レンズの頂点を前記撮影レンズの光軸から等距離に配置し、前記異なる距離に設定された複数の焦点検出領域からの光束を前記光軸から等距離に配置した再結像レンズに入射させるコンデンサレンズを備える。
(２)  請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、前記異なる距離に設定された複数の焦点検出領域に対応した前記再結像レンズの周囲に、複数対の第２再結像レンズを有し、前記第２再結像レンズの頂点が同一の円周上に配置されている。
(３)  請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、前記画面の中央に設定された焦点検出領域に対応する再結像レンズと前記異なる距離に設定された焦点検出領域に対応する再結像レンズとを、単一の部材に一体に成形する。
(４)  請求項４の発明は、撮影レンズによる被写体からの光束を一対の光束に分割して一対の再結像レンズにより再結像させる焦点検出光学系を有し、該焦点検出光学系により形成される一対の像に基づいて前記撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置に適用される。
そして、前記撮影レンズの画面の中央と、該中央から互いに異なる距離の複数の位置とに複数の焦点検出領域を設定し、前記互いに異なる距離の複数の位置に設定された複数の焦点検出領域のそれぞれに対応した複数対の前記再結像レンズを一体的に形成した再結像レンズユニットと、前記互いに異なる距離の複数の位置に設定された複数の焦点検出領域からの光束を前記複数対の再結像レンズに入射させるコンデンサレンズとを備え、前記再結像レンズユニットは、前記異なる距離の複数の位置に設定された複数の焦点検出領域に対応する再結像レンズの頂点を、前記再結像レンズユニットの前記中央の焦点検出領域に対応する位置から等距離に配置した。
(５)  請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたカメラである。
【００１３】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の再結像レンズユニットの正面図、図２は図１に示す再結像レンズユニットをＡ側から見た側面図、図３は図１に示す再結像レンズユニットをＢ側から見た側面図である。また、図４は一実施の形態の焦点検出装置の光路図、図５は一実施の形態の焦点検出領域の配置図である。
【００１５】
この実施の形態では、図５に示すように、撮影画面の中央とその上下左右の周辺部に計５個の焦点検出領域を配置する。図５において、３８ａ〜３８ｅは撮影者に焦点検出領域を示す指標であり、ファインダー内に表示される。３９ａ〜３９ｆは実際に焦点検出が可能な検出ゾーンであり、撮影画面の中央には縦横２方向の検出ゾーンを備え、撮影画面の上下にはそれぞれ横１方向の検出ゾーンを備え、撮影画面の左右にはそれぞれ縦１方向の検出ゾーンを備える。
【００１６】
図４により、各焦点検出領域または焦点検出ゾーンと光学要素の対応関係を説明する。焦点検出ゾーン３９ａと３９ｂに対応する、視野マスク３１の中央の開口部３１ａを通過した光束は、コンデンサレンズ３２の中央のレンズ部３２ａを通り、折り返しミラー３３で反射された後、再結像レンズ３４ａ〜３４ｄを通る。ここで、再結像レンズは各焦点検出ゾーンごとに一対ずつ存在し、検出ゾーン３９ａに対しては再結像レンズ３４ａと３４ｂが対応し、検出ゾーン３９ｂに対しては再結像レンズ３４ｃと３４ｄが対応する。さらに、コンデンサレンズ３２ａと再結像レンズ３４ａで結ばれた像はＣＣＤパッケージ３５のＣＣＤ素子列３５ａで検出され、コンデンサレンズ３２ａと再結像レンズ３４ｂで結ばれた像はＣＣＤ素子列３５ｂで検出される。また、コンデンサレンズ３２ａと再結像レンズ３４ｃで結ばれた像はＣＣＤ素子列３５ｃで検出され、コンデンサレンズ３２ａと再結像レンズ３４ｄで結ばれた像はＣＣＤ素子列３５ｄで検出される。
【００１７】
同様に、他の焦点検出ゾーン３９ｃ〜３９ｆについても、図４に示すように、コンデンサレンズ３２と再結像レンズ３４ｅ〜３４ｌおよびＣＣＤ素子列３５ｅ〜３５ｌとの間に対応関係があり、一つの焦点検出ゾーンに対して一つのコンデンサレンズ面（２方向の焦点検出ゾーンを有する焦点検出領域においては、これを一つのコンデンサレンズ面で兼用する）と一対の再結像レンズと一対のＣＣＤ素子列とが対応している。
【００１８】
図１において、３６ａと３６ｂは、この再結像レンズユニットをホルダー（不図示）に取り付けるための穴である。この再結像レンズユニット３４は、撮影画面の中央とその上下左右の周辺部の焦点検出領域に対応する再結像レンズを一体にプラスチックで成形したものである。再結像レンズ３４ａと３４ｂ、再結像レンズ３４ｃと３４ｄ、再結像レンズ３４ｅと３４ｆ、再結像レンズ３４ｇと３４ｈ、再結像レンズ３４ｉと３４ｊ、再結像レンズ３４ｋと３４ｌがそれぞれ対になっている。精度面で重要なのは、再結像レンズ３４ａと３４ｂのレンズの頂点を結ぶ直線と、その他の対になるレンズ同士の頂点を結ぶ線との直角度や平行度である。焦点検出装置を組み立てるときに、ＣＣＤの素子列３５ａ、３５ｂ（図４参照）と再結像レンズのレンズ面３４ａ、３４ｂとの平行度は、紙面垂直方向を軸とする回転方向にＣＣＤパッケージの姿勢を調整してホルダー（不図示）に接合することによって高い精度で合わせることができるが、その他のＣＣＤ素子列とそれに対応する再結像レンズとの関係は、再結像レンズを一体に成形しているためにそれぞれ独立に調整できず、できなりとせざるを得ない。ＣＣＤ素子列は高い精度で製作できるが、再結像レンズユニットは型成形によるプラスチック製であるため、成形型を精度よく作らなければならない。
【００１９】
そこで、この実施の形態では、撮影画面の周辺部の焦点検出領域に対応する再結像レンズ３４ｅ〜３４ｌの頂点を、撮影レンズの光軸からすべて等距離になるように配置する。撮影画面中央の焦点検出領域に対応する焦点検出光学系の光軸Ｏ（図１参照）は、撮影レンズの光軸の延長線上にあるから、画面中央の焦点検出光学系の光軸Ｏからすべて同じ距離Ｒ１に、再結像レンズ３４ｅ〜３４ｌの頂点を配置する。また、これは従来からも同様であるが、中央の焦点検出領域の再結像レンズ３４ａ〜３４ｄの頂点を、光軸Ｏからすべて同じ距離Ｒ２になるように配置する。また、この再結像レンズユニット３４は成形型によりプラスチック成形するが、すべての再結像レンズ３４ａ〜３４ｌに対応する面を１個の円形の中子の中に一体に成形する。
【００２０】
図６は、一実施の形態の再結像レンズの中子を加工する方法を示す。
（ａ）は、撮影画面の上下左右の焦点検出領域に対応する再結像レンズ３４ｅ〜３４ｌに対応する面を加工する状態を示す。４１は加工される中子であり、４３はこの中子を支持する雇いである。雇い４３はＯ２を中心に回転可能になっており、図１に示す再結像レンズの光軸Ｏに対応する中子の位置をこのＯ２と一致させる。図１に示す上下左右の再結像レンズ３４ｅ〜３４ｌの頂点と光軸Ｏとの距離Ｒ１とほぼ等距離（これは成型条件や成型後の収縮等を考慮し、決定されるべき値であるが、Ｒ１ときわめて近いので、図６ではＲ１と示す）にあるＯ１の所で、レンズ面に対応する凹の球面を加工するように工具がセットされている。３４ｆのレンズ面に対応する中子４１の面を加工する時には、（ａ）に示すように、雇い４３の爪４３ｆが位置決めピン４５に当接するようにピン４６で押圧し、この状態で球面の加工を行う。次に、３４ｅのレンズ面に対応する中子４１の面を加工する時には、雇い４３をＯ２を中心に回転させ、雇い４３の爪４３ｅが位置決めピン４５に当接するようにピン４６で押圧し、球面の加工を行う。以下同様に、中子４１に、上下左右の焦点検出領域の再結像レンズ３４ｅ〜３４ｌに対応する面を加工していく。
【００２１】
図６（ｂ）は、撮影画面中央の焦点検出領域に対応する再結像レンズを加工する状態を示す。４１は加工される中子であり、（ａ）に示す中子と同じものである。４４はこの中子４１を支持する雇いであり、これは（ａ）に示す雇い４３と別のものである。雇い４４はＯ３を中心に回転可能になっており、図１に示す再結像レンズの光軸Ｏに対応する中子の位置をＯ３と一致させる。図１に示す中央の焦点検出領域の再結像レンズ３４ａ〜３４ｂの頂点と光軸Ｏとの距離Ｒ２とほぼ等距離（これは成型条件や成型後の収縮等を考慮し、決定されるべき値であるが、Ｒ２ときわめて近いので、図６ではＲ２と示す）にあるＯ１の所で、レンズ面に対応する凹の球面を加工するように工具がセットされている。３４ｄのレンズ面に対応する中子４１の面を加工する時には、（ｂ）に示すように、雇い４４の爪４４ｄが位置決めピン４５に当接するようにピン４６で押圧し、この状態で球面の加工を行う。次に、３４ａのレンズ面に対応する中子４１の面を加工する時には、雇い４４をＯ３を中心に回転させ、雇い４４の爪４４ａが位置決めピン４５に当接するようにピン４６で押圧し、球面の加工を行う。以下同様に、中子４１に、上下左右の焦点検出領域の再結像レンズ３４ａ〜３４ｄに対応する面を加工していく。
【００２２】
この中子の加工方法によれば、対の再結像レンズの方向の精度は雇い４３、４４の爪の角度精度により決まり、中心から爪の位置までの距離を大きく取るほど高い精度が得られる。その上、加工する面の位置を変えるときにも雇い４３、４４を回転させるだけでよいから、雇いの位置決めは穴と円筒の嵌合にすることができ、高い精度を得ることができる。さらに、従来の再結像レンズのように、中央、上、下の再結像レンズ用の中子を別々にせずに、一体にすることができるので、中央とその上下左右の再結像レンズを近づけることができ、焦点検出装置の小型化、ひいてはカメラの小型化を図ることができる。
【００２３】
撮影画面の上下左右の再結像レンズの頂点位置を、光軸Ｏからすべて等距離にすることによって、このような中子の加工方法が可能となるのであるから、この実施の形態の再結像レンズの配置は、従来の焦点検出装置の再結像レンズの配置に対して、優位なものである。
【００２４】
なお、図７に示すように、撮影画面の中央とその周辺に１０個の焦点検出領域を設定して各焦点検出領域ごとに焦点検出光学系を備え、各焦点検出領域に対応する対の再結像レンズの頂点を、撮影レンズの光軸の延長線を中心とするＲ１、Ｒ２、Ｒ３の３つの同心円上にそれぞれ２対、４対、５対ずつ配置した再結像レンズに対しても、上述した加工方法で成形することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、対になる再結像レンズの頂点を結んだ直線の方向の精度を高く保ちつつ、中央と周辺の再結像レンズを近づけることが可能となるため、再結像レンズの製造精度の向上を図りながら再結像レンズユニットを小型化することができ、それにより焦点検出装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施の形態の焦点検出装置の再結像レンズユニットの正面図である。
【図２】  図１の再結像レンズユニットをＡ側から見た側面図である。
【図３】  図１の再結像レンズユニットをＢ側から見た側面図である。
【図４】  一実施の形態の光路図である。
【図５】  一実施の形態の焦点検出領域の配置図である。
【図６】  一実施の形態の再結像レンズの中子の加工方法を示す図である。
【図７】  変形例の再結像レンズの構成を示す図である。
【図８】  従来の焦点検出光学系の構成を示す図である。
【図９】  従来の焦点検出装置の光路図を示す図である。
【図１０】  撮影画面内の焦点検出領域の配置を示す図である。
【図１１】  従来装置の再結像レンズユニットの正面図を示す図である。
【符号の説明】
１  被写体
２  撮影レンズ
３  フィルム等価面
４  コンデンサレンズ
５  絞りマスク
６  再結像レンズ
７  ＣＣＤ受光素子面
８  ＣＣＤ出力信号波形
１１、３１  視野マスク
１２、３２  コンデンサレンズ
１３、３３  折り返しミラー
１４、１７、１８、３４  再結像レンズユニット
１９、２０、２１、３５  ＣＣＤパッケージ
１９ａ〜１９ｈ、２０ａ〜２０ｄ、２１ａ〜２１ｄ、３５ａ〜３５ｌ  ＣＣＤ素子列
２４、３９  焦点検出ゾーン
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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