JPH1073756A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カメラなどの焦点検出装置において、迷光の
発生を防止して高精度の焦点検出を行う。 【解決手段】 コンデンサレンズ２１および再結像レン
ズ２３、２４を透明プラスチック材料にて一体成形して
光学系ブロック２０を形成する。光学系ブロック２０の
偏向面４８に折り曲げミラー２２を形成する。光学系ブ
ロック２０の外周面には、遮光膜が塗布された複数の遮
光溝５０を形成する。これにより、コンデンサレンズ２
１を透過して再結像レンズ２３、２４に向かって光軸に
略平行に直進する光束以外の光は遮光溝５０により吸収
されるため、迷光の発生が防止され、高精度の焦点検出
を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮影光学系の合焦
状態を検出するカメラなどの焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラなどの焦点検出装置として、撮影
光学系によって形成された被写体像を一対の被写体像と
して再結像してイメージセンサで受光し、このイメージ
センサの出力信号を処理して一対の被写体像の相対的な
位置ズレ量を求め、この位置ズレ量に基づき撮影光学系
の合焦状態を検出する位相差検出方式の焦点検出装置が
知られている。このような焦点検出装置においては、瞳
分割型再結像光学系が一般に用いられている。

【０００３】図１２に瞳分割型再結像光学系を用いた従
来の焦点検出装置の焦点検出光学系８７とイメージセン
サ８８の基本的な構成を示す。焦点検出光学系８７は長
方形の開口部７０を有する視野マスク７１と、コンデン
サレンズ７２と、１対の絞り開口部７３、７４を有する
絞りマスク７５と、１対の再結像レンズ７６、７７をプ
ラスチック光学材料で一体成形した再結像手段７８とか
らなる。イメージセンサ８８は電荷蓄積型イメージセン
サ（ＣＣＤ）から構成された１対の受光部８０、８１か
らなる半導体基板８２（チップ、ＩＣ基板）とこれを納
めるパッケージ９０（セラミックパッケージ）からな
る。視野マスク７１、コンデンサレンズ７２、絞りマス
ク７５および再結像手段７８はホルダ９１により一体的
に支持されている。

【０００４】上記の構成において１対の絞り開口部７
３、７４はコンデンサレンズ７２により撮影光学系の射
出瞳近傍の仮想的な面８０の光軸に対して対称な１対の
領域８１、８２に投影されており、この領域８１、８２
を通る光束は、視野マスク７１付近でまず一次像を形成
する。視野マスク７１の開口部７０に形成された一次像
はさらに、コンデンサレンズ７２、１対の絞り開口部７
３、７４を通り、１対の再結像レンズ７６、７７により
イメージセンサ８８の受光部８０、８１上に１対の２次
像として結像される。上記１対の２次像の相対的位置関
係は撮影光学系の焦点調節状態（すなわち予定焦点面と
像面との光軸方向の隔たり）に応じて変化する。受光部
８０、８１の１対の２次像を光電変換して得られる電気
的な被写体像信号を、不図示のマイクロコンピュータに
取り込んで処理することにより、上記１対の２次像の相
対的位置関係を求め、それに応じて撮影光学系の焦点調
節状態を示すデフォーカス量を求めることにより焦点検
出が行われる。

【０００５】また、上記焦点検出光学系を用いた焦点検
出装置を一眼レフカメラボディに組み込む場合は、ファ
インダー光学系に光を偏向するメインミラーの一部をハ
ーフミラーとして形成し、メインミラーを透過する光束
をメインミラーの背後に配置されたサブミラーでミラー
ボックスの底部に偏向し、ミラーボックス底に設置した
焦点検出装置に光を導く。

【０００６】一方、ミラーボックス底部において焦点検
出光学系を図１２のように直列に配列すると、ボディ寸
法が大きくなってしまうので、図１３に示すように、コ
ンデンサレンズ７２から再結像レンズ７６、７７の間に
折り曲げミラー７９を配置して、焦点検出光束を偏向す
ることが一般的に行われている。図１３において、コン
デンサレンズ７２、再結像レンズ７６、７７および折り
曲げミラー７９はホルダ９２に接着により固定されるの
が一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような瞳分割
型焦点検出光学系においては、コンデンサレンズ、再結
像レンズ、折り曲げミラー、およびホルダをそれぞれ別
部品として作成し、これらを接着して構成していたた
め、部品点数が多くなり、かつ製造コストが大きくなる
とともに、温度変化、湿度変化あるいは衝撃などにより
接着した部分がずれ、焦点検出結果が変化してしまい、
信頼性の高い焦点検出を行うことができなかった。

【０００８】このため、焦点検出光学系を例えば透明プ
ラスチック材料にて一体的に形成することにより、部品
点数および接着箇所を低減することが考えられる。しか
しながら、透明材料にて一体成形した場合、コンデンサ
レンズから再結像レンズまでの光路上にある壁面での光
の反射により迷光が生じ、この迷光がイメージセンサの
受光部に入射するため、高精度な焦点検出を行うことが
できないという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、製造コストを低減すると
ともに、迷光の影響のない高精度な焦点検出を行うこと
ができる焦点検出装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
および図２を参照して説明すると、請求項１の発明は、
撮影光学系の予定焦点面近傍に配設されたコンデンサレ
ンズ２１と、コンデンサレンズ２１の後方に配置され、
撮影光学系により予定焦点面に形成される被写体像を再
結像する再結像手段２３、２４と、再結像手段２３、２
４により再結像された被写体像を受光する受光部４０と
を備えた焦点検出装置に適用され、コンデンサレンズ２
１および再結像手段２３、２４を透明材料にて一体の光
学部材２０として形成し、光学部材２０における光の入
射面、反射面および出射面以外の外周面に迷光防止加工
５０を施したことにより上記目的を達成する。

【００１１】図１０を参照して説明すると、請求項２の
発明は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配設されたコン
デンサレンズ２１と、コンデンサレンズ２１の後方に配
置され、撮影光学系により予定焦点面に形成される被写
体像を再結像する再結像手段２３、２４と、再結像手段
２３、２４により再結像された被写体像を受光する受光
部４０とを備えた焦点検出装置に適用され、コンデンサ
レンズ２１および再結像手段２３、２４を透明材料にて
一体の光学部材２０として形成し、光学部材２０にコン
デンサレンズ２１から再結像手段２３、２４へ向かう有
効光束を偏向する偏向面４８を形成し、偏向面４８にお
ける有効光束の偏向角度を透明材料の全反射角度よりも
小さくし、偏向面４８の有効光束が照射される部分に反
射部２２を、それ以外の部分には光吸収部４９を形成し
たことにより上記目的を達成する。ここで、全反射角度
は、透明材料の屈折率に基づいて定められるものであ
る。

【００１２】請求項３の発明は、光学部材２０における
光の入射面、反射面および出射面以外の外周面に迷光防
止加工５０を施したものである。請求項４の発明は、撮
影光学系の予定焦点面近傍に配設されたコンデンサレン
ズ２１と、コンデンサレンズ２１の後方に配置され、撮
影光学系により予定焦点面に形成される被写体像を再結
像する再結像手段２３、２４と、再結像手段２３、２４
により再結像された被写体像を受光する受光部４０とを
備えた焦点検出装置に適用され、コンデンサレンズ２１
および再結像手段２３、２４を透明材料にて一体の光学
部材２０として形成したことにより上記目的を達成す
る。

【００１３】請求項１の発明によれば、光学部材２０に
入射された光束は、コンデンサレンズ２１、再結像手段
２３、２４などの入射面、反射面および出射面を通過し
て受光部４０に入射するが、この際、光学部材２０の外
周面に向かう迷光は、外周面に施された迷光防止加工５
０によりその発生が防止され、これにより迷光が受光部
４０に入射することが無くなる。

【００１４】請求項２の発明によれば、光学部材２０に
入射された光束のうち、コンデンサレンズ２１から再結
像手段２３、２４へ向かう有効光は、偏向面４８の反射
部２２において全反射して受光部４０に入射する。この
際、偏向部４８の反射部２２以外に到達する光束は光吸
収部４９により吸収される。また、有効光束の全反射角
度よりも大きい角度で反射部２２に入射する光束は反射
部２２を透過する。このため、迷光が受光部４０に到達
することが防止される。

【００１５】請求項３の発明によれば、光学部材２０の
外周面に向かう迷光は、外周面に施された迷光防止加工
５０によりその発生が防止され、これにより迷光が受光
部４０に入射することが無くなる。請求項４の発明によ
れば、コンデンサレンズ２１および再結像手段２３、２
４が透明材料にて一体に形成されているため、部品数お
よび接着箇所を低減することができる。

【００１６】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。 −第１の実施の形態− 図１は本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出光学系
の構成を示す斜視図、図２は光軸を通る断面図、図３は
本実施の形態に係る焦点検出光学系が用いられるカメラ
の構成を示すブロック断面図である。図３に示すよう
に、本実施の形態に係る焦点検出光学系が用いられるカ
メラは、ボディ１にメインミラー４（ハーフミラー）
と、サブミラー５と、ファインダー光学系（スクリーン
６、ペンタプリズム７、接眼レンズ８）と、後述する焦
点検出光学系およびイメージセンサからなる焦点検出モ
ジュール１０と、演算手段１１とが内蔵され、交換レン
ズ２には撮影光学系３と、レンズ駆動手段１２とが内蔵
される。なお、ボディ１内には、撮影光学系３により形
成される画像を記録するためのフィルムが配置されるフ
ィルム面９が配置される。

【００１８】以上の構成により以下の動作で焦点検出お
よび自動焦点調節動作が達成される。まず非撮影時に撮
影光学系３を通りメインミラー４で一部反射された光束
により、撮影光学系３のフィルム面９と共役な面に配置
されたスクリーン６上に被写体像が形成される。スクリ
ーン６上で形成された被写体像は、スクリーン６上で散
乱された後、ペンタプリズム７、接眼レンズ８を介して
ファインダー像（撮影画面）として観察される。一方、
メインミラー４を透過した一部の光束はサブミラー５に
より下方に偏向され、ボディ底部に配置された焦点検出
モジュール１０に導かれる。

【００１９】焦点検出モジュール１０は焦点検出光学系
により一対の被写体像を形成するとともに、イメージセ
ンサにより一対の被写体像を光電変換し、この一対の被
写体像の強度分布に応じた出力を演算手段１１に送る。
演算手段１１は焦点検出モジュール１０のイメージセン
サから送られる出力信号を演算処理し、撮影光学系３の
焦点調節状態に対応する焦点信号すなわちフィルム面９
に対する被写体像面のデフォーカス量（デフォーカス方
向を含む）を発生し、このデフォーカス量を交換レンズ
２に内蔵されるレンズ駆動手段１２に送出する。レンズ
駆動手段１２はデフォーカス量を撮影光学系３の光軸方
向の移動量に換算し、換算された移動量だけ撮影光学系
３を駆動して合焦状態を達成する。その後、不図示のレ
リーズ操作部材の操作によりメインミラー４およびサブ
ミラー５が撮影光路から待避し、不図示のシャッター機
構の動作によりフィルム面９に配置されたフィルムへの
露光が制御される。

【００２０】次に、本発明実施の形態に係る焦点検出モ
ジュール１０に用いられる焦点検出光学系の構成につい
て、図１および図２を用いて詳細に説明する。図２およ
び図３に示すように、本実施の形態に係る焦点検出光学
系１７は、透明プラスチックにより一体的に形成された
光学系ブロック２０からなり、光学系ブロック２０内に
は、コンデンサレンズ２１、折り曲げミラー２２および
一対の再結像レンズ２３、２４が形成されている。折り
曲げミラー２２は、光軸Ｘに対して４５度の角度をなす
ように光学系ブロック２０に形成された偏向面４８の一
部の領域６０に形成されている。一対の再結像レンズ２
３、２４は面２５より一段低くなった面２６に形成され
ている。また、面２５から脚部２７、２８が突出してお
り、脚部２７、２８の先端面２９、３０にイメージセン
サパッケージ４０が接着される。また、光学系ブロック
２０の壁面には、光束の反射を防止するための複数の遮
光溝５０が形成されている。遮光溝５０は、図２に示す
ように、光軸Ｘに垂直な平面を光束の入射側に向け、光
軸Ｘに対して４５度傾斜する平面を光束の出射側に向く
ように形成されている。遮光溝５０が形成された壁面は
遮光塗料が塗布され、遮光溝５０に入射する有害な光束
を吸収する。なお、遮光溝以外の反射防止対策として、
シボ面や砂ズリ面を壁面に形成してもよい。

【００２１】さらに、光学系ブロック２０には、カメラ
ボディ本体への取り付け部３１、３２、３３が形成され
ており、取り付け部３１、３２、３３にはねじが螺合さ
れる孔部３４、３５、３６が形成されている。図４は光
学系ブロック２０をカメラボディ１に取り付けた状態を
示す図である。光学系ブロック２０はカメラボディ１の
ミラーボックス底を形成する板５１に形成された開口部
５２にコンデンサレンズ２１が対向するように、ボディ
１の内部基板５３にネジ５４、５５により取り付け部３
１、３２の孔部３４、３５を介して取り付けられる。な
お、図４に示す側と反対側の側面においては、不図示の
ネジにより取り付け部３３の孔部３６を介して内部基板
５３に取り付けられる。

【００２２】図２に示すように、再結像レンズ２３、２
４の後段には、赤外カットフィルタ４１が取り付けられ
る。赤外カットフィルタ４１は板状のプラスチック表面
に誘電体多層膜を形成し、焦点検出に不要な赤外光をカ
ットする機能を備えたフィルタであって、光学系ブロッ
ク２０の面２５に接着される。

【００２３】また、イメージセンサパッケージ４０には
半導体基板４２が設けられ、光学系ブロック２０の脚部
２７、２８の先端面２９、３０にイメージセンサパッケ
ージ４０の表面部が接着される。イメージセンサパッケ
ージ４０とは、透明プラスチックにより半導体基板４２
をモールドしたパッケージのことであり、光学系ブロッ
ク２０とはプラスチック同志の接着となるため、一般的
なセラミックパッケージとプラスチックとの接着に比較
して熱膨張率差が少なくなるよう、光学系ブロック２０
とイメージセンサパッケージ４０とは等相性のものを用
いることが好ましい。

【００２４】一方、図５に示すように、コンデンサレン
ズ２１のレンズ面には、塗りまたは印刷による遮光部４
４により視野マスク開口部４３が形成されている。な
お、開口部４３に誘電体多層膜を蒸着して赤外カットフ
ィルタ４１の機能を持たせるようにしてもよい。また、
図６に示すように、一対の再結像レンズ２３、２４に
は、塗りまたは印刷による遮光部４５により絞りマスク
開口４６、４７が形成される。さらに、図７に示すよう
に、偏向面４８の領域６０は、塗りまたは印刷による遮
光部４９により遮光され、折り曲げミラー２２の部分に
はアルミ蒸着により反射膜が形成される。

【００２５】以下、このように構成した焦点検出光学系
の光路について説明する。図８は、本発明の第１の実施
の形態に係る焦点検出光学系の光路の展開図である。図
８に示すように、光軸Ｘに略平行にコンデンサレンズ２
１に入射する光束Ｌ１，Ｌ２は折り曲げミラー２２によ
り反射されて一対の再結像レンズ２３、２４に入射す
る。一方、コンデンサレンズ２１を透過する光軸Ｘに平
行でない光束Ｌ３，Ｌ４は、光学系ブロック２０の壁面
に形成された遮光溝５０により光束Ｌ１，Ｌ２の進行方
向とは逆方向に反射されて遮光溝５０に吸収され、さら
に光束Ｌ５は偏向面４８に形成された遮光部４９により
吸収される。したがって、コンデンサレンズ２１から再
結像レンズ２３、２４までの光路上にある壁面において
光束が反射して迷光が生じることが無くなり、したがっ
て、迷光がイメージセンサ４０の半導体基板４２に入射
することが無くなって、高精度の焦点検出を行うことが
可能となる。

【００２６】また、コンデンサレンズ２１および再結像
レンズ２３、２４を透明プラスチック材料にて一体に形
成しているため、部品点数および接着箇所を少なくし、
これにより製造コストを低減することができる。

【００２７】なお、上記実施の形態においては、光軸Ｘ
に対して４５度の角度をなすように光学系ブロック２０
に形成された偏向面４８の一部の領域に折り曲げミラー
２２を形成したが、図９（ａ），（ｂ）に示すように、
光学系ブロック２０内部にベース６８を形成しこのベー
ス６８の上面を光軸Ｘに対して４５度の角度をなすよう
に形成し、この上面に折り曲げミラー２２を形成しても
よい。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ方向矢視図で
ある。

【００２８】−第２の実施の形態− 次いで、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図１０は本発明の第２の実施の形態に係る焦点検出光学
系の構成を示す光軸における断面図である。なお、図１
０において図２と同一の構成については同一の参照番号
を付し、詳細な説明は省略する。第２の実施の形態と第
１の実施の形態とは、偏向面４８に対する光軸Ｘの角度
が小さくなっている点が異なるものである。ここで、偏
向面４８の傾斜角度は、コンデンサレンズ２１の視野開
口部４３を通り偏向面４８により入射する光束の入射角
度が偏向面４８上で全反射の条件を満たさない角度に設
定される。すなわち、光学系ブロック２０を形成するプ
ラスチック材料の屈折率により偏向面４８の傾斜角度が
決定され、それに応じて光束の反射角度も変わる。

【００２９】例えば、光学系ブロック２０を形成するプ
ラスチック材料としてポリカーボネートを用いた場合、
屈折率ｎ＝１．５８４であり全反射する臨界角θはＳＩ
Ｎθ＝１／ｎよりθ＝約３９．１度となり、この角度よ
り小さい入射角となるように光軸Ｘに対する偏向面４８
の角度を定める。このように構成すると、偏向面４８に
おける折り曲げミラー２２以外の部分に入射する光束は
全反射せずに遮光部４９にトラップすることができ、迷
光を防止できる。

【００３０】図１１は、本発明の第２の実施の形態に係
る焦点検出光学系の光路の展開図である。図１１に示す
ように、光軸Ｘに略平行にコンデンサレンズ２１に入射
する光束Ｌ６，Ｌ７は折り曲げミラー２２により反射さ
れて一対の再結像レンズ２３、２４入射する。一方、コ
ンデンサレンズ２１を透過する光軸Ｘに平行でない光束
Ｌ８，Ｌ９は、光学系ブロック２０の壁面において反射
され、遮光部４９に吸収される。さらに光束Ｌ５は偏向
面４８に形成された遮光部４９により吸収される。した
がって、コンデンサレンズ２１から再結像レンズ２３、
２４までの光路上にある壁面において光束が反射して迷
光が生じることが無くなり、したがって、迷光がイメー
ジセンサ４０の受光部に入射することが無くなって、高
精度の焦点検出を行うことが可能となる。

【００３１】なお、上記第２の実施の形態においては、
光学系ブロック２０の外周面には何等特殊な処理を施し
ていないが、第１の実施の形態と同様に、光学系ブロッ
ク２０の外周面に遮光溝５０を形成してもよい。また、
偏向面４８に遮光部４９を形成しているが、偏向面４８
の折り曲げミラー２２以外の面をシボ面や砂ズリ面とし
て反射成分を散乱させるようにしてもよい。

【００３２】以上の実施の形態と請求項との対応におい
て、再結像レンズ２３、２４が再結像手段を、光学系ブ
ロック２０が光学部材を、イメージセンサパッケージ４
０が受光部を、遮光溝５０が迷光防止加工を、折り曲げ
ミラー２２が反射部を、遮光部４９が光吸収部を構成す
る。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
発明によれば、光学部材の外周面に向かう迷光は、外周
面に施された迷光防止加工によりその発生が防止される
ため、迷光が受光部に入射することが無くなる。したが
って、迷光による影響を無くして高精度な焦点検出を行
うことができる。請求項２の発明によれば、偏向部の反
射部以外に到達する光束は光吸収部により吸収されるた
め、迷光が受光部に入射することが無くなる。したがっ
て、迷光による影響を無くして高精度な焦点検出を行う
ことができる。請求項４の発明によれば、コンデンサレ
ンズおよび再結像手段が透明材料にて一体に形成されて
いるため、部品数および接着箇所を少なくして製造コス
トを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出光学
系の構成を示す斜視図

【図２】図１の光軸における断面図

【図３】本発明の実施の形態に係る焦点検出光学系を適
用したカメラの構成を示すブロック図

【図４】光学系ブロックをカメラボディに取り付けた状
態を示す図

【図５】コンデンサレンズの構成を示す図

【図６】再結像レンズの構成を示す図

【図７】折り曲げミラーが形成される面の構成を示す図

【図８】本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出光学
系の光路の展開図

【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例を示す図

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る焦点検出光
学系の構成を示す光軸における断面図

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る焦点検出光
学系の光路の展開図

【図１２】従来の焦点検出光学系の構成を示す斜視図

【図１３】従来の焦点検出光学系の構成を示す斜視図

【符号の説明】

１ カメラボディ ２ 交換レンズ ３ 撮影光学系 ４ メインミラー ５ サブミラー ６ スクリーン ７ ペンタプリズム ８ 接眼レンズ ９ フィルム面 １０ 焦点検出モジュール １１ 演算手段 １２ レンズ駆動手段 １７ 焦点検出光学系 ２０ 光学系ブロック ２１ コンデンサレンズ ２２ 折り曲げミラー ２３、２４ 再結像レンズ ５０ 遮光溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影光学系の予定焦点面近傍に配設され
   たコンデンサレンズと、 該コンデンサレンズの後方に配置され、前記撮影光学系
   により前記予定焦点面に形成される被写体像を再結像す
   る再結像手段と、 該再結像手段により再結像された被写体像を受光する受
   光部とを備えた焦点検出装置において、 前記コンデンサレンズおよび前記再結像手段を透明材料
   にて一体の光学部材として形成し、 前記光学部材における光の入射面、反射面および出射面
   以外の外周面に迷光防止加工を施したことを特徴とする
   焦点検出装置。
2. 【請求項２】 撮影光学系の予定焦点面近傍に配設され
   たコンデンサレンズと、 該コンデンサレンズの後方に配置され、前記撮影光学系
   により前記予定焦点面に形成される被写体像を再結像す
   る再結像手段と、 該再結像手段により再結像された被写体像を受光する受
   光部とを備えた焦点検出装置において、 前記コンデンサレンズおよび前記再結像手段を透明材料
   にて一体の光学部材として形成し、 前記光学部材に前記コンデンサレンズから前記再結像手
   段へ向かう有効光束を偏向する偏向面を形成し、該偏向
   面における前記有効光束の偏向角度を前記透明材料の全
   反射角度よりも小さくし、該偏向面の前記有効光束が照
   射される部分に反射部を、それ以外の部分には光吸収部
   を形成したことを特徴とする焦点検出装置。
3. 【請求項３】 前記光学部材における光の入射面、反射
   面および出射面以外の外周面に迷光防止加工を施したこ
   とを特徴とする請求項２記載の焦点検出装置。
4. 【請求項４】 撮影光学系の予定焦点面近傍に配設され
   たコンデンサレンズと、 該コンデンサレンズの後方に配置され、前記撮影光学系
   により前記予定焦点面に形成される被写体像を再結像す
   る再結像手段と、 該再結像手段により再結像された被写体像を受光する受
   光部とを備えた焦点検出装置において、 前記コンデンサレンズおよび前記再結像手段を透明材料
   にて一体の光学部材として形成したことを特徴とする焦
   点検出装置。