(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの後方に光軸に対して傾いて配置され、撮影レンズを透過した光束の一部を反射し、一部を透過させる主ミラーを備え、斜めに配置された少なくとも２つのＡＦエリアの光束を用いて撮影レンズの焦点を検出する焦点検出装置において、
上記主ミラーの後方に配置する光学要素を、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した位置に、上記ＡＦエリアに合わせて斜めに配置した基本位置から移動させて配置したことを特徴とする、焦点検出装置。
【請求項２】
上記光学要素はセパレータレンズであり、該セパレータレンズは、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した球芯位置に配置されることを特徴とする、請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項３】
上記光学要素は、上記主ミラーの後方に配置され、ＡＦエリアの光束のみを取り込むための絞りマスクであり、該絞りマスクは、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した位置に配置されることを特徴とする、請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項４】
上記光学要素は、上記主ミラーの後方に配置される受光センサであり、該受光センサは、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した位置に配置されることを特徴とする、請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項５】
撮影レンズの後方に光軸に対して傾いて配置され、撮影レンズを透過した光束の一部を反射し、一部を透過させる主ミラーを備え、斜めに配置された少なくとも２つのＡＦエリアの光束を用いて撮影レンズの焦点を検出する焦点検出装置において、
上記主ミラーは、上記主ミラーを透過した上記各光束に収差が生じない形状のプリズムであることを特徴とする、焦点検出装置。
【請求項６】
撮影レンズの後方に光軸に対して傾いて配置され、撮影レンズを透過した光束の一部を反射し、一部を透過させる主ミラーを備え、斜めに配置された少なくとも２つのＡＦエリアの光束を用いて撮影レンズの焦点を検出する焦点検出装置において、
上記主ミラーの上記各光束が通過する部分は、該各部分を透過した上記各光束に収差が生じないように、屈折率が異なる材料で形成され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、焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一眼レフカメラのＡＦ（オートフォーカス）エリアは、矩形の撮像面に対して縦方向か横方向に配置されていたが、近年、ワイド化等の要因で斜めにＡＦエリアを配置することが必要となってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＡＦエリアを斜めに配置すると、縦横方向の配置に比べて、焦点検出精度が低下することが分かった。
【０００４】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、ＡＦエリアを斜めに配置しても焦点検出精度が低下しない焦点検出装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の焦点検出装置を提供する。
【０００６】
焦点検出装置は、撮影レンズの後方に光軸に対して傾いて配置され、撮影レンズを透過した光束の一部を反射し、一部を透過させる主ミラーを備え、斜めに配置された少なくとも２つのＡＦエリアの光束を用いて撮影レンズの焦点を検出するタイプのものである。上記主ミラーの後方に配置する光学要素は、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した位置に、上記ＡＦエリアに合わせて斜めに配置した基本位置から移動させて配置される。
【０００７】
光軸に対して傾いて配置された主ミラーを光束が透過するとき、光束は主ミラー内で屈折し、これによって、結像位置のずれ、すなわち収差が生じる。従来、主ミラーの後方には、この収差を考慮することなく、光学要素が配置されていた。
【０００８】
本願発明者は、特にＡＦエリアを斜めに配置した場合に、この収差の影響が大きく、それが焦点検出精度低下の原因であることを突き止めた。
【０００９】
そこで、本発明は、主ミラーによる収差を補正するように、光学要素を配置する。これにより、収差の影響を無くし、あるいは小さくし、ＡＦエリアを斜めに配置しても焦点検出精度が低下しないようにすることができる。
【００１０】
ここで、ＡＦエリアを斜めに配置するとは、２つのＡＦエリアを結ぶ方向が、光軸と主ミラーの法線を含む平面に対して、平行でも直角でもない場合をいう。
【００１１】
上記タイプの焦点検出装置は、一般に、主ミラーの後方に、光路を屈折させるサブミラー、ＡＦエリアの光束のみを取り込むための絞りマスク、ＡＦエリアの光束を結像させるセパレータレンズ、結像したＡＦエリアの光束を受光する受光センサ（例えば、ＣＣＤセンサ）が配置される。これらのいずれかにより、主ミラーによる収差を補正するようにすることができる。
【００１２】
好ましくは、上記光学要素（すなわち、主ミラーの後方に、主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した位置に配置される光学要素）は、セパレータレンズである。該セパレータレンズは、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した球芯位置に配置される。
【００１３】
上記構成によれば、セパレータレンズの球芯位置の調整により光束の収差を補正し、受光センサがＡＦエリアの光束を適切に受光するようにして、焦点検出精度の低下を防止することができる。
【００１４】
好ましくは、上記光学要素は、上記主ミラーの後方に配置され、ＡＦエリアの光束のみを取り込むための絞りマスクである。該絞りマスクは、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した位置に配置される。
【００１５】
上記構成によれば、ＡＦエリアの光束を受光する受光センサには、ＡＦエリアの光束のみが到達し、それ以外の光束は到達しないので、焦点検出精度の低下を防止することができる。
【００１６】
好ましくは、上記光学要素は、上記主ミラーの後方に配置される受光センサである。該受光センサは、上記主ミラーを透過することにより発生する上記光束の収差を考慮して補正した位置に配置される。
【００１７】
上記構成によれば、受光センサの位置は、ＡＦエリアの光束のみを受光し、それ以外の光束は受光しないように補正されるので、焦点検出精度の低下を防止することができる。
【００２６】
さらに、本発明は、主ミラーによる収差が生じないように、主ミラー自体の構成を工夫した、以下の構成の焦点検出装置を提供する。
【００２７】
第１の態様としては、主ミラーを、入射面と出射面が非平行であるプリズムにする。すなわち、焦点検出装置は、撮影レンズの後方に光軸に対して傾いて配置され、撮影レンズを透過した光束の一部を反射し、一部を透過させる主ミラーを備え、斜めに配置された少なくとも２つのＡＦエリアの光束を用いて撮影レンズの焦点を検出するタイプである。上記主ミラーは、上記主ミラーを透過した上記各光束に収差が生じない形状のプリズムである。
【００２８】
第２の態様としては、主ミラーの厚さを変える。すなわち、焦点検出装置は、撮影レンズの後方に光軸に対して傾いて配置され、撮影レンズを透過した光束の一部を反射し、一部を透過させる主ミラーを備え、斜めに配置された少なくとも２つのＡＦエリアの光束を用いて撮影レンズの焦点を検出するタイプである。上記主ミラーの上記各光束が通過する部分は、該各部分を透過した上記各光束に収差が生じないように、異なる厚さである。
【００２９】
第３の態様としては、主ミラーの屈折率を変える。すなわち、焦点検出装置は、撮影レンズの後方に光軸に対して傾いて配置され、撮影レンズを透過した光束の一部を反射し、一部を透過させる主ミラーを備え、斜めに配置された少なくとも２つのＡＦエリアの光束を用いて撮影レンズの焦点を検出するタイプのものである。上記主ミラーの上記各光束が通過する部分は、該各部分を透過した上記各光束に収差が生じないように、屈折率が異なる材料で形成される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る焦点検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
以下に説明する各実施形態は、図１に示したように、撮影レンズ１を通り、主ミラー２、サブミラー３を通ってＡＦモジュール４に光束を導く構成をとる一眼レフカメラにおいて、ＡＦエリアＭの配置が図２のように、撮影画面に対して角度θ1（０＜θ1＜９０°）傾いた配置である場合の改善である。６は焦点面、Ｏは光軸中心である。
【００３２】
焦点検出の原理は、図３に示したように、撮影レンズ５の異なった瞳１１，１２を通った光束をコンデンサーレンズ７、絞りマスク８、セパレータレンズ９を通ってセンサー１０に導き、２つの像の位相差を計算することによって、焦点検出を行う。図４は、図３の構成の断面図である。
【００３３】
本発明は、上記した図２のＡＦエリア配置の場合、図５のように、主ミラー２上でＡＦエリアの光束は、光軸Ｏに関して対称な位置ｃ，ｄを通って来る。このとき、図６で点線で示したように、主ミラー２での屈折による光路差により収差が発生し、結像位置は、光軸上のＦｏから、Ｆｃ、Ｆｄの位置にずれる。すなわち、焦点面６上では、図７のように、像の結像位置Ｆｃ、Ｆｄが上下にずれる。
【００３４】
そうすると、角度θ1傾くＡＦエリアＭのライン方向に対して、図８のように角度を持った被写体Ｔを測距した場合、セパレータレンズ９のレンズ要素９ａ，９ｂ、絞りマスク８の開口部８ａ，８ｂ、受光センサ１０（ＣＣＤラインセンサ）の受光部１０ａ，１０ｂを、図１０、図１１、図１２のように、単純に角度θ1傾けて、それぞれ配置にすると、図９のように、受光センサの受光部１０ａ，１０ｂに対してずれた位置Ｆａ，Ｆｂに被写体像が結合する。つまり、受光部１０ａ，１０ｂは、被写体の同じ位置を見ていないことになる。そのため、焦点検出結果に誤差が生じる。
【００３５】
例えば、被写体Ｔの水平片ａの結像と受光センサ１０の受光部１０ａ，１０ｂとの交点間の距離ｄと、被写体Ｔの垂直片ｂの結像と受光センサ１０の受光部１０ａ，１０ｂとの交点間の距離ｅとの測定値は、等しくならない（ｅ≠ｄ）。そのため、測定値としてｄを用いるか、ｅを用いるかにより、焦点検出結果に誤差が生じる。
【００３６】
以下の各実施形態は、このような誤差を補正することを目的とするものである。
【００３７】
まず、第１実施形態について、説明する。
【００３８】
前述した図１０〜図１２ように、ＡＦエリアＭの角度θ1に合わせて、セパレータレンズ９、絞りマスク８、受光センサ１０を、それぞれ角度θ1傾けた基本配置から、図１３のように、セパレーターレンズ９についてのみさらに角度θ2分だけ回転し、レンズ要素９ａ’，９ｂ’の位置を補正し、図１４のように、被写体の結像位置Ｆａ’，Ｆｂ’が受光センサー１０の２つの受光部１０ａ，１０ｂに重なり、受光部１０ａ，１０ｂが同じ像を見るようにする。
【００３９】
すなわち、図２１は、光軸Ｏとこれに直交する第１軸Ｈを含む面上に、ＡＦエリアＭ、コンデンサーレンズ７、絞りマスク８の開口部８ａ，８ｂ、セパレータレンズ９のレンズ要素９ａ，９ｂ、受光センサ１０の受光部１０ａ，１０ｂが配置された場合の斜視図である。Ｖは、光軸Ｏとこれに直交する第１軸Ｈを含む面に垂直な第２軸である。焦点面６上においてＡＦエリアＭから第２軸Ｖ方向にずれた位置ｃ，ｄは、受光部１０ａ，１０ｂに対してずれた位置Ｆｃ，Ｆｄに結像する。
【００４０】
図２０（ａ）は、図２１の第１軸Ｈに沿ってｉ方向から見た図である。従来通りであれば、図２０（ａ）のように、受光センサー１０の基準部（例えば１０ａ）と参照部（例えば１０ｂ）で同一像を見ていないことになる。
【００４１】
そこで、第１実施形態では、図２０（ｂ）および（ｃ）に示すように、セパレーターレンズ９を偏心させて同一像を見るようにする。このとき、受光センサー１０上では、像をぼかしているが、焦点距離の検出は受光部１０ａ，１０ｂ間のコントラストの相関を見ているので、検出精度の低下は問題とならない。
【００４２】
次に、第２実施形態について、説明する。
【００４３】
前述したように、ＡＦエリアの角度θ1に合わせて、セパレータレンズ９、絞りマスク８、受光センサ１０を、それぞれ角度θ1傾けた基本配置から、図１５のように、絞りマスク８をθ3だけ回転して、開口部８ａ’，８ｂ’の位置を補正し、同様に、受光センサー１０の２つの受光部１０ａ，１０ｂが同じ像を見るようにする。
【００４４】
すなわち、図２０（ｄ）および（ｅ）に示すように、絞りマスク８を偏心させて同一像を見るようにする。
【００４５】
次に、第３実施形態について、説明する。
【００４６】
前述したように、ＡＦエリアの角度θ1に合わせて、セパレータレンズ９、絞りマスク８、受光センサ１０を、それぞれ角度θ1傾けた基本配置から、受光センサー１０の受光部１０ａ，１０ｂをそのライン方向から直角方向にずらし、図１６のように、受光部１０ａ”，１０ｂ”を、ＡＦエリアＭの結像位置Ｆａ，Ｆｂに重なる位置まで移動する。
【００４７】
すなわち、第３実施形態では、図２０（ｆ）に示すように、受光センサ１０の受光部１０ａ”，１０ｂ” をずらして同一像を見るようにする。
【００４８】
次に、第４実施形態について、説明する。
【００４９】
図１７のように、主ミラー２の後方であって受光センサー１０までの間の光路内の適宜位置に、あるいは主ミラー２の前方の適宜位置に、補正用の部材３０を配置する。補正用の部材３０は、透明な平板（例えば、ガラス平板等）であり、主ミラー２での屈折による収差をキャンセルするように、適宜な屈折率、形状（厚さ）、配置角度を選択する。
【００５０】
すなわち、図２０（ｇ）に示したように、補正用の部材３０により、結像位置を補正することができる。
【００５１】
典型例としては、図２２に示すように、補正用の部材３０は、主ミラー２と同一材料で同一厚さに形成し、主ミラー２と光軸に対して互いに逆向きに等しい角度となるように配置する。なお、焦点面Ｐ上の結像位置Ｆｏは、補正用の部材３０によりＦ’にずれ、受光センサー１０上では像がぼけるが、焦点距離の検出は受光部１０ａ，１０ｂ間のコントラストの相関を見ているので、検出精度の低下は問題とならない。
【００５２】
次に、第５実施形態について、説明する。
【００５３】
図１８のように、主ミラー２の後方に配置され、ＡＦモジュール４に光束を反射するサブミラー３ａが裏面反射し、主ミラー２の屈折による収差をキャンセルするように構成する。サブミラー３ａについては、適宜な屈折率、形状（厚さ）を選択する。
【００５４】
次に、第６実施形態について、説明する。
【００５５】
図１９のように、ＡＦモジュール４ａ内に設けた反射ミラー４ｓについて、裏面反射し、主ミラー２の収差をキャンセルするように構成する。反射ミラー４ｓについては、適宜な屈折率、形状（厚さ）を選択する。
【００５６】
第７実施形態では、主ミラー２ａをプリズムにして、収差を補正する。
【００５７】
主ミラー２ａは、図２３のように、入射面と出射面が非平行であり、主ミラー２ａを透過した光束が焦点面Ｐ上において光軸Ｏを中心に結像するような形状である。なお、セパレータレンズ９、絞りマスク８、受光センサ１０は、ＡＦエリアの角度θ1に合わせてそれぞれ角度θ1傾けた基本配置である。
【００５８】
第８実施形態では、主ミラー２ｂの厚さを変えて、収差を補正する。
【００５９】
主ミラー２ｂは、図２４のように、受光センサ１０の２つの受光部１０ａ，１０ｂ付近にそれぞれ結像する各光束が通過する部分２ｇ，２ｈごとに厚さを変え、それぞれの部分２ｇ，２ｈを透過した光束に収差が生じないようにする。
【００６０】
第９実施形態では、主ミラー２ｃの屈折率を変えて、収差を補正する。
【００６１】
主ミラー２ｃは、図２５のように、受光センサ１０の２つの受光部１０ａ，１０ｂ付近にそれぞれ結像する各光束が通過する部分２ｓ，２ｔごとに異なる屈折率の材料で構成し、それぞれの部分２ｓ，２ｔを透過した光束に収差が生じないようにする。
【００６２】
以上説明した各実施形態によれば、ＡＦエリアを斜めに配置しても、主ミラーによる収差は補正されるので、焦点検出精度が低下しないようにすることができる。実用的には、第１実施形態のようにセパレータレンズで補正する方法が、補正機構の構成や補正のやりやすさの点で、最も好ましい。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００６４】
例えば、セパレータレンズ９のレンズ要素９ａ，９ｂを一体的に形成する代わりにそれぞれ分離した別部材で構成すれば、レンズ要素をそれぞれ上下方向にのみ移動させ、主ミラー２の収差を補正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用するカメラの構成図である。
【図２】  ＡＦエリアの配置図である。
【図３】  焦点検出装置の構成図である。
【図４】  図３の断面図である。
【図５】  主ミラー上でのＡＦエリアの配置図である。
【図６】  結像位置の説明図である。
【図７】  焦点面での結像位置の配置図である。
【図８】  被写体の説明図である。
【図９】  被写体像の結像位置の説明図である。
【図１０】  セパレータレンズの配置図である。
【図１１】  絞りマスクの配置図である。
【図１２】  受光センサの配置図である。
【図１３】  本発明の第１実施形態におけるセパレータレンズの構成図である。
【図１４】  結像位置の説明図である。
【図１５】  本発明の第２実施形態における絞りマスクの配置図である。
【図１６】  本発明の第３実施形態における受光センサの配置図である。
【図１７】  本発明の第４実施形態の構成図である。
【図１８】  本発明の第５実施形態の構成図である。
【図１９】  本発明の第６実施形態の構成図である。
【図２０】  図２１のｉ方向から見た図である。
【図２１】  焦点検出装置の斜視図である。
【図２２】  収差補正の説明図である。
【図２３】  本発明の第７実施形態の構成図である。
【図２４】  本発明の第８実施形態の構成図である。
【図２５】  本発明の第９実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１  撮影レンズ
２  主ミラー
３  サブミラー
３ａ  サブミラー（反射ミラー）
４，４ａ  ＡＦモジュール
４ｓ  反射ミラー
５  撮影レンズ
６  焦点面
７  コンデンサーレンズ
８  絞りマスク（光学要素）
８ａ，８ｂ  開口部
９  セパレータレンズ（光学要素）
９ａ，９ｂ  レンズ要素
１０，１０ａ，１０ｂ  受光センサー（光学要素）
１１，１２  瞳
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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