JPH0411845B2

JPH0411845B2 -

Info

Publication number: JPH0411845B2
Application number: JP1877990A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Utagawa
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1992-03-02
Also published as: JPH02256012A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、カメラ等の光学装置の焦点検出装置
に係り、特に焦点検出される主結像光学系により
形成された物体像を一対の再結像光学系により
夫々対応する一対の受光装置に再結像し、各受光
装置上の再結像の相対位置関係を検出し主結像光
学系の焦点検出を行う焦点検出装置に関する。

従来のこの種のカメラ用焦点検出装置の光学系
を第１図に示す。第１図Ａ及びＢは夫々正面図及
び平面図であり、撮影レンズ１の予定焦点面２又
はその近傍にフイールドレンズ３が配置されてい
る。この予定焦点面２はフイルムと共役な位置又
はその近傍位置であり、一対の再結像レンズ４
Ａ，４Ｂに関して上記予定焦点面２と略共役な面
５に像位置検出用光電装置６Ａ，６Ｂが夫々配置
されている。上記予定焦点面２には撮影レンズ１
による被写体像が形成され、上記共役面５には再
結像レンズ４Ａ，４Ｂによる上記被写体像の二次
像が形成されるので、上記予定焦点面２を一次像
面、共役面５を二次像面と称する。また、一次像
面２上の中央部、具体的には撮影レンズ光軸Ｏを
中心とした矩形領域２Ａが焦点検出に使用される
領域であるので、これを一次像面検出領域と呼
び、この一次像面検出領域２Ａと共役な二次像面
５上の領域を二次像面検出領域と称する。当然こ
の二次像面検出領域５Ａ，５Ｂは夫々光電装置６
Ａ，６Ｂの受光面と一致している。即ち、一次像
面検出領域２Ａは６Ａ，６Ｂの受光面の再結像レ
ンズ４Ａ，４Ｂによる像となつている。撮影レン
ズ１の光軸方向への移動により被写体像が光軸Ｏ
上を移動すると、それに伴い再結像レンズ４Ａ，
４Ｂによる二次像は二次像面上で変位する。光電
装置６Ａとそれ上の二次像との相対位置と、光電
装置６Ｂとそれ上の二次像との相対位置ととの検
出から撮影レンズ１の焦点調節状態を判別でき
る。

しかしながら、この焦点検出装置は、点線で囲
んだ焦点検出光学系７の容積が大きく、カメラボ
デイ内部に収容することが極めて困難であるとい
う欠点がある。

そして、検出エリアとしての一次像面検出領域
の大きさを変えずに焦点検出光学系７をコンパク
トにすると、焦点検出光学系７にとつて検出しな
ければならない画角が広くなるために検出領域中
央部を除いて歪曲等の収差の影響が無視できなく
なり、検出精度が悪くなると言う問題がある。

本発明はこれらの従来の問題点に鑑みて成され
たもので、カメラの通常のスペースに収まる程度
にコンパクトで且つ検出精度の高い焦点検出装置
を提供することを目的とする。

以下に本発明の焦点検出装置を一眼レフカメラ
用焦点検出装置に適用した実施例を図面を参照し
て説明する。

一眼レフカメラの光学系の概略を示す第３図に
おいて、撮影レンズ１を通つた被写体光は、一部
がクイツクリターンミラー１１によりフアインダ
の焦点板１２の方へ反射され、残部はミラー１１
を透過してフイルム面１３の前方にあるサブミラ
ー１４によりミラーボツクス下方へ反射される。
ミラーボツクスの底板１５には、矩形開口１５ａ
が穿設され、この底板１５の下には反射型焦点検
出光学ブロツク体１６が配設されている。

このブロツク体１６を第４図と第５図を用いて
詳述する。

同図において、屈折率ｎ（ｎ＞１）のガラスや
プラスチツク等の透明直方体ブロツク１６０に
は、その上面の左端近傍に平凸のフイールドレン
ズ１６１が貼付されている。このレンズ１６１は
ブロツク１６０との接合面が平面で、凸面の頂点
にほぼ接する様に開口付遮光板１６２が設けられ
ている。この遮光板１６２は撮影レンズ１の予定
焦点面即ち一次像面上又はその近傍に配置され、
第５図Ａに示すようにその中央部の矩形開口１６
２ａは一次像面検出領域２Ａの寸法よりわずかに
大きい寸法に定められ、第３図の底板１５の開口
１５ａの真下に位置する様に定められている。こ
のように矩形開口１６２ａを一次像面検出領域２
Ａよりわずかに大きい寸法に定めることにより、
小型化にともなうブロツク１６０の壁面反射の影
響をなくし、且つ不用な光が光電変換装置１６
７，１６８上に投影されて、受光部以外の部分に
入射した光によるノイズ成分の発生を抑制でき
る。

尚、このように矩形開口１６２ａを一次像面検
出領域２Ａよりわずかに大きい寸法に定めると言
うことは、光電変換装置１６７，１６８の配置さ
れた基板１６９上で見ると、再結像光学系１６４
ａ，１６５ａにより投影された矩形開口１６２ａ
の像の大きさが各光電変換装置１６７，１６８の
受光面の大きさより大きくなると言うことであ
る。従つてこの矩形開口１６２ａが一次像面検出
領域２Ａに実質的に相当すると言うことができ
る。もちろん、この遮光板１６２はミラーボツク
スの底板１５で代用することもできる。フイール
ドレンズ１６１の下部のブロツク１６０の内部に
は反射部材１６３が約45゜の角度で斜設されてい
る。この反射部材１６３は第５図Ｃに明示する様
に中央部にブロツク１６０の長軸方向に沿つて伸
びた反射面（ダブルハツチング部分）１６３ａ
と、この反射面の両側に設けられた光透過部１６
３ｂ，１６３ｃと、この反射面と両光透過部以外
の光吸収部１６３ｄとから構成されている。この
反射面１６３ａは一次像面検出領域用開口１６２
ａにより規制された焦点検出用光束のみを反射す
る大きさに選定され、光吸収部１６３ｄは焦点検
出光束以外の光束を吸収して迷光を減少させる。
尚、この様な反射部材１６３は例えばブロツク１
６０をこの反射部材の位置から二分し、その結果
露出した斜面に蒸着等の手段によつて反射膜１６
３ａ及び光吸収膜１６３ｄを形成した後、二分ブ
ロツクを再び貼付することにより製作できる。ブ
ロツク１６０の右側端面には上下方向に並置され
た一対の凹面鏡ブロツク１６４，１６５が貼付さ
れており、これらは焦点検出光学系の仮想的光軸
１６６に関して上下方向に対称となつている。こ
れらの凹面鏡ブロツク１６４，１６５は屈折率ｎ
の透明物質から成りブロツク１６０に接合する面
が平面で、他面が凸球面で、この凸球面には反射
面１６４ａ，１６５ａが形成されている。凹面鏡
として働く各反射面１６４ａ，１６５ａはそれぞ
れによつて形成される二次像面の検出領域が互に
重り合わないことはもちろん、一次像面検出領域
１６２ａとも重り合わない様に、夫々所定角度だ
け傾けられている。具体的には、凹面鏡１６４，
１６５は反射面１６３ａからの光束を夫々逆方向
に反射偏向させ、ブロツク１６０の左端面に所定
距離隔てた位置に二次像面検出領域９Ａ，９Ｂを
夫々形成する。この凹面鏡１６４の形成する二次
像面検出領域９Ａには光電変換装置１６７が、凹
面鏡１６５の二次像面検出領域９Ｂには光電変換
装置１６８が夫々配置されている。従つて光電変
換装置１６７の光電面と一次像面検出領域２Ａと
は凹面鏡１６４に関して、光電装置１６８の光電
面と一次像面検出領域２Ａとは凹面鏡１６５に関
して夫々共役となる。この様な位置関係であるの
で凹面鏡１６４は反射面１６３ａからの入射光を
光透過部１６３ｂを通つて光電装置１６７の受光
面に収束させ、凹面鏡１６５は反射面１６３ａか
らの入射光を光透過部１６３ｃを通つて光電変換
装置１６８の受光面に収束させる。光電変換装置
１６７，１６８は共に第４図の上下方向に多数の
受光素子が配列された一次元光電変換素子アレイ
から成り、各アレイは同一半導体基板１６９上に
形成されている。この基板１６９はブロツク１６
０の左端面に貼付されている。

尚フイールドレンズ１６１は、凹面鏡１６４，
１６５の反射面１６４ａ，１６５ａと撮影レンズ
１の射出瞳とがほぼ共役となる様に、レンズパワ
ーが選定されている。

次に上述の傾斜された凹面鏡ブロツク１６４，
１６５の作製の一例を第６図により説明する。

第１次像面から凹面鏡までの距離をＬとする。
第６図Ａの様に凸面の曲率半径がほぼＬである平
凸レンズL₁を用意し、その凸面上に第６図Ｂに
示す如くその中心を通る軸l₁の左右に反射面Ma，
Mbを形成する。この時、各反射面Ma，Mbの中
心が上記凸面の中心O₁から互に逆方向に距離D₁
＝・Ｌだけずらす。その後、軸l₁に沿つてレン
ズL₁を切断する。こうして作製された一対の切
断平凸レンズを、第４図及び第５図に示す如く、
ブロツク１６０の光路の中心軸１６６に関して反
射面Ma，Mbが対称となる様に、ブロツク１６
０に貼付する。

このようにする事により凹面鏡の傾斜角が自
ずから形成され、又角度の微調整はブロツク１６
０の端面に反射部の形成された平凸レンズの平面
側を端面密着させた形でその固定位置を面内で微
調する事により達成される。このようにすれば凹
面鏡自体の角度をふつて微調する場合より調整が
はるかに要易である。

この様な構成であるので、撮影レンズ１の透過
光は被写体の一次像を遮光板１６２上又はその前
後に形成すると共に開口１６２ａを通過後、反射
面１６３ａで反射され一対の凹面鏡１６４，１６
５へ入射する。各凹面鏡１６４，１６５は夫々自
身の傾斜角に応じて入射光束を振れ角2だけ
振つて即ち偏向させて反射し、凹面鏡１６４の反
射光は光透過部１６３ｂを通つて光電変換装置１
６７上に二次像を凹面鏡１６５の反射光は光透過
部１６３ｃを通つて光電変換装置１６８に二次像
を夫々形成する。光電変換装置１６７，１６８は
上記一対の二次像の相対的位置関係を検出して撮
影レンズ１の焦点調節状態を検出する。

ところが、この様な反射型焦点検出光学系は前
述した如く凹面鏡１６４，１６５の傾斜角、即ち
それによる光束の振れ角2が大きくなるにつれ
て、収差が大きくなり二次像が劣化し上記一対の
二次像の相対位置の検出精度の低下を招来する。
そこでこの充分な検出精度を保障できる条件を以
下に求める。

前述の如く振れ角2は非点収差に大きく影響
を与えるので、まずこの振れ角と非点収差との関
係を考察する。

第７図において、曲率半径Ｌの仮想球面Q₁は
座標軸ｘ・ｙ・ｚの原点O₁を曲率中心とする。
凹面鏡Ｍはこの球面Q₁上に形成され、凹面鏡Ｍ
の中心O₂は、座標軸ｚから所定量離れており、
ｙ方向に関してその量はＤである。原点O₁から
ｙ方向に距離Ｄだけ上方の点Piからの光は凹面鏡
Ｍの中心O₂に入射角（単位ラジアン）で入射し
当然反射角で反射し、原点O₁に関して点Piと
ほぼ対称な位置付近に収束する。この像は非点収
差の為に、サジタルな光線束による結像Ｓがｙ軸
上に線状に現われ、またタンジエンシヤルな光線
束による結像Ｔが像Ｓと直交するねじれの位置に
線状に現われる。両像STの間の距離δ（単位mm）
はの小さい時以下で表わせる。

δ≒２・Ｌ（１／cos−cos）≒2L² ……(1) サジタル像Ｓの大きさls（単位mm）は、凹面鏡
Ｍのｙ軸方向の径Rs（単位mm）を底辺とし、像Ｔ
の中心を頂点とする三角形と、像Ｓを底辺とし、
上記像中心を頂点とする三角形とが相似であるこ
と及びδ《Ｌであるから、以下となる。

ls≒δ・Rs／Ｌ ……(2) タンジエンシヤル像Ｔの大きさl_Tは、像Ｓの中
心を頂点とし、像Ｔを底辺とする三角形と、共通
の頂点を有し、凹面鏡Ｍのｘ軸方向の径R_Tを底
辺とする三角形とが相似であることから、以下の
如く表わせる。

l_T＝δ・R_T／Ｌ ……(3) (2)式、(3)式に夫々(1)式を代入すると ls≒2Rs・² ……(4) l_T≒２・R_T ² ……(5) 凹面鏡Ｍの径Rs、R_Tの大きい方の径をRmとす
ると、この場合の大きい方の非点収差量lmは(4)
式又は(5)式から次式となる。

lm＝２・Rm・² ……(6) この式からを求めると＝√（２・） ……(7) 本発明の焦点検出装置の如く、光電装置上の二
次像の相対位置を検出する方式にあつては、非点
収差量が0.08mm程度であれば、相対位置検出が可
能である。そこで、二次像検出領域の中心での非
点収差量を、ほぼ0.08mm以下とするための条件は
(7)式から以下の通りとなる。

√0.04 ……(8) このように、一次像面検出領域の中心からの光
束が凹面鏡の中心へ入射したときの振れ角2と
凹面鏡の最大径Rmとが(8)式を満足する様に凹面
鏡の傾斜及び最大径を設定すれば、非点収差を抑
えることができ、正しい焦点検出が可能となる。

また、二次像面検出領域の中心での非点収差量
をほぼ0.04mm以下とすると、かなり高精度の検出
が可能となる。この場合の条件は以下となる。

√0.02 ……(9) 更に、上記非点収差量をほぼぼ0.02mm以下とす
ると極めて高精度な焦点検出が可能となり、この
場合の条件は以下となる。

√0.01 ……(10) 尚、振れ角2の下限値は一次像面検出領域と
二次像面検出領域とを分離させる為の条件から必
然的に決定される。

また、以上では非点収差量の最も小さい二次像
検出領域の中心における非点収差と振れ角との関
係を考察したが、検出領域全体についての非点収
差を問題とする場合には以下の如くなる。

凹面鏡の中心に入射する光束のうち振れ角が最
も大きいのは、第２図に明示するように一次像検
出領域２Ａの端部からの光束である。そこで、こ
の端部からの光束の上記振れ角を2mとすると、
これと検出領域中心からの光束の振れ角2とに
は次式が成立する。

² _n＝²＋（Lw／2L）² ここで、Lwは一次像面検出領域の幅、Lw／ZLは、この検出領域の中心と凹面鏡の中心と検出領域の
端部とのなす角度である。

二次像検出領域の端部における非点収差量lm
は(6)式の²の代りに上述の² _nを用いることによ
り求まる。即ち lm＝２・Rm・² _n＝2Rm｛²＋（Lw／2L）²｝ ……(11) こうして検出領域の端部における非点収差量
lmを検出領域の中心からの光束の振れ角2によ
つて表わすことができる。

(12)式を変形すると＝√（2）−（2）⁵ ……(12) 検出領域全体についての非点収差量を約0.08mm
以下約0.04mm以下、約0.02mm椅以下とするための
振れ角の条件は夫々以下の如くなる。

√0.04−（2）² ……(13) √0.02−（2）² ……(14) √0.01−（2）² ……(15) さらにこの様な再結像光学系使用の焦点検出装
置にあつては、焦点検出光学系の歪曲収差は二次
像の相対位置検出に大きな悪影響を及ぼす。焦点
検出光学系に歪曲収差が存すると一次像面上の任
意の二点間距離とそれに対応する二次像面上の二
点間距離との比、即ち倍率が場所ごとに異なる。
これを具体的に例示すると、第８図に示すように
一次像面検出領域２Ａ上の例えば中心点P₁、右
端点P₂、左端点P₃は、凹面鏡１６４により二次
像面検出領域９Ａ上の対応点P₁′、P₂′、P₃′に
夫々結像し、同様に、凹面鏡１６５により二次像
面検出領域９Ｂ上の対応点P₁″、P₂″、P₃″に夫々
結像する。点P₁における任意の長さδ₁は点P₁′、
P₁″においては夫々異つた長さδ₁′、δ₁″に写像さ
れ、同様に点P₂、P₃における長さδ₂、δ₃は、点
P₂′、P₂″、及びP₃′、P₃″において夫々異つた長さ
δ₂′、δ₂″、及びδ₃′、δ₃″に写像される。図示例
で
は、二次像９Ａは中心点P₁′より右方側の倍率が
大きく、二次像９Ｂは逆に左方側の倍率が大きく
なつている。そこで、この様な歪曲収差の影響を
除去するために、二次像９Ａ，９Ｂを夫々検出す
る光電素子アレイの各受光素子のピツチをその光
電素子の対応検出域の倍率即ち歪曲量に応じて変
化させ、１次像面上での両光電変換素子アレイの
空中像が完全に重なるようにすればよい。この様
な光電素子アレイを第９図に示す。同図において
二次像９Ａを検出する光電素子アレイPA₁は光電
素子ｑのピツチを中心位置の受光素子q₀より右方
において大きくし、二次像９Ｂを検出する受光素
子アレイPA₂についてはその逆になつている。

尚、歪曲収差は、本発明のフイールドレンズを
含み凹面鏡使用の焦点検出装置に限らず、第１図
に示した再結像レンズ使用の焦点検出装置に関し
ても全く同様に問題となる。従つて上述の光電素
子アレイの光電素子のピツチを二次像の局部的倍
率に応じて変化させ、１次像面上で２つの光電素
子アレイの空中像が完全に重なるようにすること
は、第１図の焦点検出装置にも極めて有効であ
る。一次像面上での検出領域の大きさを一定とし
て焦点検出光学系を小型化すると、小型化すれば
する程、歪曲収差の影響は大きくなるので、本発
明の如く光電素子のピツチを局所的倍率に応じて
変化させる事は小型化への非常に有効な手段とな
る。

次に、フイールドレンズから一対の凹面鏡ま
で、及び凹面鏡から光電装置までを屈折率ｎの透
明媒質によつて充填したことの利点を第２図の焦
点検出光学系との比較により説明する。両者の比
較を容易とする為に本実施例の反射型焦点検出光
学系の構成を原理的には同一性を保ちながら単純
化した第１０図の光学系と第２図の光学系とを比
較する。特開昭47−13282及び特開昭54−150125
記載の反射再結像光学系においては第２図Ｃのご
とく１次像面２Ａの近傍にフイールドレンズが欠
けているが実開昭55−26516記載のごとく、再結
像光学系を用いる時には再結像光学系がレンズで
あるが凹面鏡であるかにかかわらず、１次焦点面
近傍にフイールドレンズを置くことは不可欠の構
成要素となるので第２図Ａ，Ｂ第１０図Ａ，Ｂで
はフイールドレンズL₂を含めた形で図示してい
る。

まず第２図の反射光学系の構成を簡単に説明す
る。第２図Ａ及びＢは夫々正面図、平面図であ
り、再結像光学系は１次像面近傍に設置されたフ
イールドレンズと１次像面からＬだけ離れた所に
設けられた一対の曲率半径Ｌの凹面鏡８Ａ，８Ｂ
から成る。一次像面検出領域２Ａの中心と各凹面
鏡の中心と２次像面検出領域９Ａ，９Ｂの中心と
のなす角度即わち振れ角が共に2となる様に互
いに逆方向に傾斜されている。続いて第１０図の
反射型光学系の構成を簡単に説明する。第１０図
Ａ及び第１０図Ｂは夫々正面図、平面図であり、
屈折率ｎの直方体状透明ブロツクTBにはその一
端面にフイールドレンズL₂が形成され、この端
面に対向する端面に一対の曲率半径Ｌの凹面鏡
Mc，Mdが形成されている。各凹面鏡Mc、Md
は、上記実施例と全く同様に一次像面検出領域２
Ａの中心と各凹面鏡の中心と二次像面検出領域９
Ａ，９Ｂの中心とのなす角度即ち振れ角が共に
2となる様に、互に逆方向に傾斜されている。

第２図と第１０図の条件を揃える為に、両図に
おいて一次像面２ＡとフイールドレンズL₂の頂
点の接平面とが共にほぼ一致しており、一次像面
２Ａから再結像光学系８Ａ，８Ｂ，Mc，Mdま
での距離が共に等しくＬであり、かつ検出に用い
る光束の広がりも共に等しくθ_T，θsであるとす
る。第１１図に、撮影レンズ１の射出瞳１００
と、その内部の焦点検出に用いる瞳部分１００
Ａ，１００Ｂとの関係を示す。瞳部分１００Ａを
通過した光束が再結像光学系８Ａ、又はMcに入
射し、瞳部分１００Ｂの通過光束が再結像光学系
８Ｂ、又はMdに入射する。これらの瞳部分１０
０Ａ，１００Ｂの明るさ（Ｆ値）を、瞳部分の並
びの方向Ｘに関してF_Tとし、その垂直方向ｙに
関してFsとすると、これらの明るさF_T、Fsと第
２図、第１０図の検出に用いる光束の広がり角度
θ_T、θsとの関係は以下の通りである。

θ_T＝１／F_T、θs＝１／Fs また、第２図Ａ、第１０図Ａに示すように検出
光束θ_Tの中心と撮影レンズ１の光軸Ｏとのなす角
度をθoとする。

以上の如き条件の設定の下で、第２図と第１０
図の焦点検出光学系による二次像の良否を検討す
る。

再結像光学系８Ａ，８Ｂ，Mc，Mdの球面収
差、コマ収差、非点収差は、再結像光学系の有効
口径と一次像面検出領域２Ａの中心とのなす広が
り角θ（θ¹ _T、θ¹ _s、θⁿ _T、θⁿ _s）に応じて大きくなり
、
具体的には、球面収差はθ³に、コマ収差はθ²に、
非点収差はθに夫々比例して増大する。また一次
像面２Ａに対して、再結像光学系へ光軸が垂直で
なく、傾いているので、この傾き角が大きくなる
につれて、二次像は劣化する。換言すると、この
傾き角は、それぞれ開角θ¹ _p、θⁿ _pに等しいので、開
角が大きくなるに伴い二次像が劣化する。

そこで、第１図と第１０図とについて広がり角
と開角とを比較してみると、第２図の再結像光学
系では、広がり角θ_T、θs、検出開角θoの検出光束
がフイールドレンズL₂を通過して夫々、同一角
度θ_T、θs、θoで再結像凹面鏡８Ａ，８Ｂに入射す
る。従つてこの場合の再結像凹面鏡に関する広が
り角θ¹ _T、θ¹ _sはθ¹ _T＝θ_T、θ¹ _s＝θsであり開角θ¹ _pはθ¹ _p＝
θoである。他方、第１０図の凹面鏡光学系では
フイールドレンズL₂から再結像凹面鏡Mc、Md
までの空間が空間が屈折率ｎの媒質で充填されて
いるので、凹面鏡の入射側の光束の広がり角度は
１／ｎに減少し、ｘ方向及びｙ方向の広がり角
θⁿ _T、θⁿ _s及び、開角θⁿ _pは夫々以下となる。θⁿ _T＝θ
_T／
ｎ、θⁿ _s＝θs／ｎ、θⁿ _p＝θo／noこのように、第１０
図の再結像光学系は第２図のそれに比べて広がり
角及び開角が夫々１／ｎとなるので、再結像光学
系の結像性能が著しく向上する。更に第１０図の
光学系は光束の広がりが１／ｎになるため再結像
光学系の容積も大幅にコンパクト化できると共に
フイールドレンズ、凹面鏡光電装置を透明ブロツ
クに直接固定できる為に位置合せ精度上又は堅牢
さの点でも優れている。更にまた屈折率ｎの透明
媒質で焦点検出光学系の光路と充填することによ
り凹面鏡の寸法R_T、Rs即ち径を充填しないとき
の径に比べて１／ｎに減少できる。詳述すると、
凹面鏡の径R_T、Rsは屈折率ｎの媒質を充填しな
い時、夫々R_T＝Ｌ・θ_T、＝R^T ₁ Rs＝Ｌ・θs＝R^s ₁で
あるのに対して、充填するとR_T＝Ｌ・θⁿ _T＝Ｌ・
θ_T／ｎ＝Rⁿ _T、Rs＝Ｌ・θⁿ _s＝Ｌ・θs／ｎ＝Rⁿ _sとな
る。この様に凹面鏡の径を小さく出来ることは、
(4)式又は(5)式から、非点収差ls l_Tを小さくできる
事を意味し、また(7)式からは同一非点収差量に対
して振れ角を大きく定め得る事を意味する。

ここで、屈折率ｎの透明媒質で光路を充填した
反射型焦点検出光学系を第３図の如く一眼レフカ
メラのミラーボツクス底部に収容するときの寸法
値の一例を以下に示す。

Fs＝６、F_T＝８とし、ｎ＝1.8、Ｌ＝40mmとす
ると凹面鏡の寸法RsR_TはRs＝Ｌ／（nFs）＝3.7
mm、R_T＝Ｌ／（nF_T）＝2.8mmとなる。また振れ角
2を2＝0.025×２ラジアンとすると、このと
き、二次像面検出領域の中心での非点収差量lm
はlm＝２・Rm・²＝0.0046mmとなり極めて小さ
い。一次像面検出領域の長さLwをLw＝４mmとし
たときのその端部での非点収差量lmはlm＝２・
Rm｛²＋（Lw／2L）²｝＝0.023mmとなり、やはり非常に小さい。

もしこのように高屈折率媒質を用いず、第２図
のように媒質を空気ｎ＝１とし他の条件Fs＝６、
F_T＝８、Ｌ＝40mm、＝0.025は等しくとつた場
合の非点収差量lmはそれぞれ前のｎ＝1.8の例の
場合の1.8倍と大巾に増大する。さらにこの条件
で第５図に相当する光路図を書いてみると、ｎ＝
１の場合には光束の広がり巾θが広いので、第５
図の反射面１６３の位置では光束が重なり合つて
分離できず、実際にはを0.025よりさらに大き
な値にとらねばならず、従つて収差量はさらに増
大することになる。さらにまた振れ角2が増大
する事は第５図Ｅの２次像面検出領域（２つの検
出光電変換素子アレイ）１６７，１６８の間隔が
離れる事になりこれはICチツプサイズの増大を
招く事からも好ましくない。

この様にフイールドレンズから凹面鏡面さらに
２次像面までを高屈折率媒質でうめる事は(8)、
(9)、(10)式及び（13）、（14）、（15）式を満足する
よ
りよい解を見い出すための重要な条件であり、こ
れによつて収差性能の良いコンバクトな再結像光
学系の実現が可能となる。

次に本発明の第２実施例を説明する。

第１２図において、屈折率ｎの直方体状透明ブ
ロツク１７０には第５図と全く同様にフイールド
レンズ１６１が貼付され、その上に開口付遮光板
１６２が配置されている。ブロツク１７０の内部
であつてフイールドレンズ１６１の直下の一部領
域には反射部材１７１が斜設されている。この様
な反射部材１７１の作製は、第１実施例の反射部
材１６３と同様にブロツク１７０をこの反射部材
１７１に沿う面で分割してその露出面に反射面を
形成すればよい。ブロツク１７０の一端面に設置
された凹面鏡ブロツク１７２，１７３は、その反
射面１７２ａ，１７３ａがブロツク１７０の中心
軸１７７に関して第１２図Ｃにおいて左右に対称
である点及び反射面の傾斜が同方向であるが、そ
の傾斜の程度が反射面１７３ａの方が反射面１７
２ａよりも大きく設定されている点以外は第５図
の凹面鏡ブロツクと同一である。凹面鏡１７２，
１７３は上述の如く傾斜しているので、一次像面
検出領域２Ａから反射部材１７１で反射された光
束を振れ角を夫々異にするが共に同方向に反射偏
向させて、夫々二次像面検出領域９Ａ，９Ｂをブ
ロツク１７０の他端に形成する。同一半導体チツ
プ１７４上に形成された光電素子アレイ１７５，
１７６は、夫々二次像面検出領域９Ａ，９Ｂに一
致する様にブロツク１７０に貼付される。

この様な構成であるので、本実施例は凹面鏡１
７３による振れ角が凹面鏡１７２による振れ角よ
り大きいため凹面鏡１７３による収差が悪化する
と共に、両二次像の同一性も低下するという問題
が生ずる反面、光電素子アレイ１７５，１７６を
互に近接して配置できこのためその半導体チツプ
の寸法を小さくできる利点がある。

この第２実施例の変形例を第１３図により説明
する。同図において、開口付遮光板１６２がブロ
ツク１７０とフイールドレンズ１６１との間に配
置され、フイールドレンズ１６１の頂点近傍に定
められた一次像面からの光束はフイールドレンズ
１６１を通過し遮光板１６２により一次像面検出
領域以外からの光束を除いた後ブロツク１７０内
の反射部材１７１に入射する。凹面鏡ブロツク１
７２，１７３は互に逆方向に傾斜されており、二
次像面検出領域９Ａ，９Ｂを同一直線上に形成す
る。光電装置１７５，１７６としては、二次像面
検出領域９Ａ，９Ｂに夫々対応する一対の光電素
子アレイ１７５，１７６を用いても、また二次像
面検出領域９Ａ，９Ｂとその間の間隙とをカバー
する長さの単一の光電素子アレイを用いてもよ
い。本例では開口付遮光板１６２はフイールドレ
ンズ１６１とブロツク１７０との間に設けられ、
一次像面からかなり離れた位置にある。この様に
一次像面検出領域以外の光束を遮光する遮光板１
６２は一次像面から少し離して配置することもで
きる。

尚、以上の直方体状透明ブロツク１６０又は１
７０の長手方向の長さがカメラ内のスペースとの
関係から長すぎる場合には、第１４図又は第１５
図に示す様に光路と適宜折りたたんだ構成にする
ことができる。

以上においては二次像面の結像倍率αが等倍
（α＝１）の場合、長ち二次像が一次像と同一の
大きさであり、一次像面から凹面鏡までの光路長
と凹面鏡から二次像面までの光路長とが等しい場
合であつたが、結像倍率αは１に限るものでな
く、それ以上とすることも以下とすることも可能
である。特にα＞１即ち縮小倍率にすると、収差
は等倍率に比べて幾分悪化するが、二次像面検出
領域の大きさが一次像面検出領域のα倍となり縮
小されるので、光電装置の半導体チツプサイズを
小さくできる。更に二次像面検出領域の照度が等
倍率に比べて１／α²倍も増大するので、Ｓ／Ｎを
向上できる。

以下にこの様な縮小再結像光学系を用いた本発
明の第３実施例を説明する。

斜視図を示す第１６図及び正面図、平面図を示
す第１７図において、透明ブロツク１８０は複数
のブロツク片１８０Ａ，１８０Ｂ，１８０Ｃ，１
８０Ｄから成る。直方体状ブロツク片１８０Ａは
その一端面に互に逆方向に傾斜された一対の凹面
鏡ブロツク１８１，１８２が接着され、他端面に
ブロツク片１８０Ｂが接着されている。このブロ
ツク片１８０Ｂの上面はブロツク片１８０Ａの上
面より突出しており、平凸のフイールドレンズ１
６１の平面が接着されている。このフイールドレ
ンズ１６１の凸面の頂点近傍には開口付遮光板１
６２が配置されている。この遮光板１６２の開口
１６２ａは一次像面検出領域２Ａと実質的に一致
している。ブロツク片１８０Ｂの底面はブロツク
片１８０Ａの底面に対して傾斜しかつ突出してい
る。このブロツク片１８０Ａの底面にはその中央
部に反射面１８３が残部に迷光除去用光吸収面１
８４が夫々形成されている。この反射面１８３の
寸法は一次像面検出領域２Ａを通つた検出光束の
みを反射する大きさに定められている。三角柱状
ブロツク１８０Ｃは、ブロツク片１８０Ｂを挾ん
でブロツク片１８０Ａの反対側に位置する様にブ
ロツク片１８０Ｂに接着されている。ブロツク片
１８０Ｃの斜面には中央部に反射面１８５が、こ
の反射面の両側に夫々光透過部１８６，１８７が
そして残りの部分に迷光除去用光吸収面１８８が
夫々形成されている。三角柱状ブロツク片１８０
Ｄは、斜面がブロツク１８０Ｃの斜面に接着さ
れ、凹面鏡１８１，１８２に対向する面に半導体
チツプ１８９が接着されている。このチツプ１８
９には凹面鏡１８１，１８２の二次像面検出領域
９Ａ，９Ｂをカバーする様に光電素子アレイ１９
０，１９１が形成されている。

この作用を述べる。

開口１６２ａからの光束は、ブロツク片１８０
Ｂの底面の反射面１８３で反射されてブロツク１
８０Ｃの反射面１８５で更に反射されて凹面鏡１
８１，１８２へ向う。凹面鏡１８１，１８２で反
射偏向された光束は光透過部１８６，１８７を通
つて二次像面検出領域９Ａ，９Ｂに縮小二次像を
形成する。

この様に、ブロツク１８０Ｂの上面上方に一次
像面検出領域２Ａを定め底面に反射面１８３を形
成した。これにより一次像面検出領域からの光束
が、凹面鏡１８１，１８２と光電装置１９０とを
結ぶ空間を完全に横切つた後、反射面１８３に入
射することになり、一次像面検出領域２Ａから凹
面鏡までの光路を長くしている。こうして、ブロ
ツク１８０の外形形状を余り複雑化することな
く、一次像面検出領域から凹面鏡までの光路長
を、凹面鏡から二次像面検出領域までの光路長よ
りも大きくできる。また本実施例では、他の実施
例に比べて迷光の発生を極めて効果的に抑制でき
る利点がある。詳述すると、例えば、第５図の実
施例では反射面１６３ａの周囲には光吸収面１６
３ｄのみが存在するのではなく光透過部１６３
ｂ，１６３ｃも存在するので、迷光の発生防止は
完全ではない。他方、本実施例ではブロツク片１
８０Ｂの底面は反射面１８３以外はすべて光吸収
面１８４であるので、迷光を充分に除去できる。

なお、上述の第１実施例のように透明ブロツク
１６０，１７０，１８０の外形状を直方体の如く
柱状とし、第３図に示す様にこの透明ブロツクの
長手方向が一眼レフカメラのフイルム面１３とほ
ぼ平行になる様に、カメラのミラーボツクス底部
に配置すれば、カメラの大型化を招くことがない
という利点がある。

以上の実施例はいずれも一次像面をフイールド
レンズの頂点の接平面とほぼ一致させること及び
フイールドレンズから凹面鏡までとこの凹面鏡か
ら光電装置までの光路をすべて屈折率ｎの透明媒
質で充填すること、という２条件を実質的に充足
するものであつた。しかしながら、焦点検出光学
系を収容するカメラの如き光学機器との関係等か
ら反射型焦点検出光学系が上記２条件を充分には
満足できない場合があり得る。そこで次に上記２
条件の許容量を説明する。

第１８図Ａは上記２条件を満足した場合の一次
像面検出領域２Ａと、フイールドレンズL₃と、
ハツチングを付した屈折率ｎの透明媒質と、凹面
鏡Me，Mf及び凹面鏡に関して一次像面と共役な
二次像面検出領域９Ａ，９Ｂとの位置関係を示
す。第１８図Ｂは、フイールドレンズL₂から一
次像面検出領域２Ａを距離ΔZだけ前方へ離した
ものである。この距離ΔZは一眼レフカメラ用の
焦点検出装置であつて焦点検出光束の広がり（第
１１図破線の円）がF4程度ならば結像性能上約
８mm以下であることは必須であり、約４mm以下で
あれば、かなりよく、約２mm以下であれば実質上
問題はない。第１８図Ｃは光電変換装置を透明媒
質のブロツク端面から離さなければならず、この
為に、第１８図Ａ又はＢの二次像面検出領域のブ
ロツク端面からブロツクを長さt₁だけ削除したも
ので、これにより二次像面検出領域９Ａ，９Ｂは
この新たなブロツク端面からt₂＝t₁／ｎの位置に
形成されることを示している。この場合もt₁が８
mm程度までは許容でき、約４mm以下であればかな
りよく２mm以下であれば実質上問題はない。第１
８図Ｄは、媒質ｎの端面から二次像面検出領域９
Ａ，９Ｂとの間に屈折率ｎとは異つた屈折率ng
の媒質ngを充填した例である。両媒質ｎ、ngの
界面から二次像面９Ａ，９Ｂまでの距離t′₂はt′₂
＝t₁×ng×ｎとなる。この様に媒質ngを充填した
場合は、しない場合より結像性能の劣化が少な
く、しない場合の収差の悪化の程度を１とすると
充填した場合はおよその目安として悪化の程度は
｛（ｎ／ng）²−１｝／（n²−１）に減少する。逆に
言えば媒質ngで充填する場合としない場合とで
結像性能を同程度とすると、充填した場合の長さ
t₁はしない場合のt₁のおよそ（n²−１）／｛（ｎ／
ng）²−１）｝倍にできる。第１８図Ｅは、第１８
図Ａに示す如く媒質ｎの一部をその途中から長さ
t₁にわたつて切り除き、そこに屈折率ngの媒質を
充填した例である。このときの媒質ngの長さt′₂
はt′₂＝t₁×ng／ｎとなる。この場合は上述と同様
に、この媒質ngを空気とした場合の上述の媒質
ｎの切出量t₁は結像性能上約８mm以下であること
が必要であり、約２mm以下であれば、実質的に問
題はない。もちろん、この場合も、ng＞１の媒
質を用いた場合にはng＝１の場合に比べて結像
性能の劣化は前述と同様の程度少ない。

この様に一次像面近傍から一対の凹面鏡を介し
て二次像面に至る光路を充填する屈折率ｎ（ｎ＞
１）の媒質の一部を、屈折率ng（ng≧１）の媒質
で置換できることは、上記媒質で充填した焦点検
出光学系の作製を現実的なものとする。

尚、第１８図は凹面鏡の結像倍率αが１の例で
あるが、倍率αが１より小さい場合にも同様であ
る。ただし、この縮小倍率の場合には、その許容
量t₁は等倍（α＝１）の場合より小さくなる。

なお特開昭54−150125の反射再結像光学系にお
いては凹面鏡部材の形状を半円形としており、本
発明においても半円形とする事は可能である。し
かし本発明の説明図において、凹面鏡部材の形を
半円形せずに第１１図に示すごとくその撮影レン
ズ射出瞳への投影像１００Ａ，１００Ｂの各々が
左右対称にしたのはこの方がボケ味が素直でボケ
た状態での両検出素子アレイ上の像のボケ味がほ
ぼ等しく検出精度の向上につながるからである。
又この片方の射出瞳部分の開口の部分を１その他
を０として決る瞳形状を表わす関数ｆ（ｘ、ｙ）
としてこのｙ方向に関して積分した関数をｆ（ｘ）
＝∫^∞ _-∞ｆ（ｘ、ｙ）dyとする時、ｆ（ｘ）をフーリ
エ変換した関数Ｆ｛ｆ（ｘ）｝が大きなセカンドピ
ークを持たないうにｆ（ｘ）を決める事はセカン
ドピークの存在にともなう偽解像を押さえる事に
なり焦点検出の誤動作の要因を減少させる事につ
ながる。その意味でも第１１図図示のような射出
瞳部分形状であればｆ（ｘ）の形は台形となりＦ
｛ｆ（ｘ）｝のセカンドピークは抑圧されて都合が
よい。この場合ｆ（ｘ）の形状を台形に近似した
として（台形の上底）（台形の下底）／２であ
ればかなりの効果が認められる。

本発明によれば、撮影レンズの予定焦点面上の
光像が焦点検出光学系により光電変換手段上に結
像された際に、像の局所的倍率の違いに対応させ
て光電素子の画素ピツチを場所毎に変更したの
で、収差等の影響を除去でき、焦点検出領域の端
でも正確な焦点検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の再結像レンズ使用の焦点検出光
学系の配置図、第２図は、従来の再結像凹面鏡使
用の焦点光学系の配置図、第３図は本発明の一実
施例の焦点検出装置を一眼レフカメラに収納した
状態を示す斜視図、第４図及び第５図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅは上記実施例の斜視図、平面図、正面
図、底面図、右側面、左側面図、第６図は一対の
凹面鏡の作製法を説明する為の正面図と平面図、
第７図は凹面鏡の非点収差を示す光学図、第８図
は二次像面検出領域の歪曲収差を示す説明図、第
９図は上記歪曲収差を考慮した光電素子アレイの
正面図、第１０図は、上記実施例の光学的特長を
示す為に、光学的構成を単純化した光学図、第１
１図は撮影レンズの射出瞳と焦点検出光束の通過
領域との関係を示す図、第１２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
及び第１３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々第２実施例及
びその変形例の平面図、正面図、右側面図、左側
面図、第１４図及び第１５図は共に透明ブロツク
の変形例を示す平面図、第１６図及び第１７図
Ａ，Ｂは夫々第３実施例の斜視図、平面図、正面
図、第１８図は透明ブロツクに空隙又は他の媒質
を設け得ることを説明する光学図である。１……撮影レンズ、２……予定焦点面、２Ａ…
…一次像面検出領域、９Ａ，９Ｂ……二次像面検
出領域、１６４，１６５，１７２，１７３，１８
１，１８２……凹面鏡、１６７，１６８，１７
５，１７６，１９０，１９１……光電素子アレ
イ。

Claims

【特許請求の範囲】１撮影レンズの予定焦点面の近傍に配置された
フイールドレンズと、前記フイールドレンズの後
方に配置された一対の再結像光学系とから構成さ
れる焦点検出光学系と、前記焦点検出光学系により投影され、前記一対
の再結像光学系により分離された一対の前記予定
焦点面の像を夫々光電変換して光電出力を発生す
る一対の光電変換手段とを備え、前記一対の光電変換手段からの光電出力に基づ
き焦点検出を行う焦点検出装置において、それぞれの前記光電変換手段は、複数の光電素
子から構成され、前記予定焦点面の像が前記焦点
検出光学系により前記それぞれの光電変換手段に
結像された際に、前記像の局所的倍率の違いに対
応させて該光電素子の画素ピツチを場所毎に変更
したことを特徴とする焦点検出装置。