JPS5829499B2 - シヨウテンアワセソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焦点合せ装置に関するものである。

焦点合せ確認のための方法としてスプリットイメージ方
式、マイクロプリズム方式等があるが、これら方式の欠
点は、レンズ交換をしたとき、レンズを絞ったとき、ア
イピースの中心から目をそらしたとき等にプリズム面に
かげりを生じることである。

この従来の方法の原理と上述したかげりの発生原因につ
き説明する。

第１図は従来のスプリットイメージ方式に用いられるプ
リズムで互いに対称な傾斜をもつ二つのプリズム１およ
び２から構成されている。

このプリズム１，２を第２図に示すように撮影レンズ３
の結像面附近に配置する。

いま結像点をＯとしこの点像を形成し確察者の瞳６に入
射する光束を考えると、それは図示されているような二
つの光束４，５である。

すなわち、第１の光束はレンズの瞳の上方から射出され
第１のプリズム１により屈折される光束４であり、第２
の光束はレンズの瞳の下方から射出され第２のプリズム
２により屈折される光束５である。

これら光束の偏向角βはプリズムの頂角をα、屈折率を
ｎとしたとき次式で与えられる。

β＝ｓｉｎ−’ （ｎｓ ｉｎ ａ ） −ａ
（１）こ＼で簡単のためプリズム面から垂直に射出され
アイピースに達する光線を考えた。

従来のプリズムでは頂角８°程度のものが多く用いられ
ておりこの場合の偏向角βは（１）式より約４°である
。

上記三光束４，５による像点０はプリズムの屈折の作用
で観察者にはそれぞれｏ’、ｏ“の点にずれて観察され
る。

これら像点ｏ’、ｏ“のずれ量εは像点Ｏとプリズム１
，２の距離、すなわち、ディフォーカス量△ｆに比例し
次式で与えられる、ε＝△ｆ ｔａｎβ
（２）上式からディフォーカス量△ｆが零、すな
わち、焦点合せ調整が正しく行われたときには分離像が
互いに合致することがわかる。

また、その焦点合せ感度は（２）式から偏光角βが大き
いほど高い。

すなわち、使用レンズ瞳の最外周からの光束をアイピー
スに導くような偏向角のプリズムを用いるほど焦点合せ
精度は向上する。

ところで、−眼レフカメラにおいては種々の絞り値をも
つレンズを交換する場合が多い。

このような場合には、もし、上記プリズムとして偏向角
の大きいものを用いると、その偏向角に対応するＦナン
バー以上の暗い絞り値をもつレンズに対しては焦点合せ
ができなくなる。

それは、前述の測距用光束４，５がレンズの絞り７によ
りケラれてしまうからである。

その結果はプリズム面が暗くなり、いわゆる、かげりが
生じる。

従って、種々のＦナンバーのレンズが交換して用いられ
る一眼レフカメラにおいては焦点合せ精度を多少犠牲に
して、Ｆ／７．０程度の絞り値に対応する光束がアイピ
ースに導かれるようにプリズムの偏向角が設定されてい
る。

また、数種の焦点合せ用マイクロプリズムが交換可能に
なっているカメラもあるが、操作が繁雑になるという欠
点がある。

本発明は上記かげりの問題を完全に解決するもので、そ
の原理は回折格子のもつ高次回折波を利用し、複数個の
偏向角をもつ回折格子を焦点板として用いるものである
。

一般に回折格子からは複数個の回折波が生じる。

いま、−例として第３図に示すような格子線の形状９が
サイン的分布の位相回折格子８を波長λの照明光束１０
で照明したときに生じる各回折波の回折方向θｍと強度
比Ｉｍを考えると、それらは次式で与えられる。

こ＼で、ｈ、ｐはそれぞれ格子線の山の高さ、およびピ
ッチ、ｍは回折次数と呼ばれる整数、ｎは回折格子の屈
折率である。

また、Ｊｍ（ωは第ｍ次のベッセル関数である。

第４図に回折格子のピッチｐと回折方向θｍの関係を表
わすグラフを示す。

たマし、このグラフは照明光の波長が５５０ｍμの場合
のもので、横軸には回折格子のピッチｐの逆数で与えら
れる格子定数Ｎがとられている。

第５図に回折格子の山の高さｈと回折波の強度比Ｉｍの
関係を表わすグラフを示す。

たゾし、このグラフはλ＝ ５５０ ｍμ、ｎ＝１．５
の場合のもので、横軸にはｈとともにベッセル変数αも
とられている。

第５図より、例えばａ−３，０（ｈ＝１．０５ μｍ
）の場合にはＯ次回新党から少くとも３次回折光まで、
また、α＝５．５ （ｈ＝ １．９３ μｍ ）の場合
には１次回折光から少くとも５次回折光までの回折波が
得られることがわかる。

但し第５図は第５次までのベッセル函数を表わしている
。

上記第１の例であるＯ次回新党から３次回折光までが存
在する回折格子を焦点板として用いる本発明の実施例に
つき第６図により説明する。

同図において１２は撮影レンズ、１３は本発明の回折格
子焦点板、１４はコンデンサーレンズ、１５はアイピー
ス、１６は観察者の目である。

撮影レンズ１２に入射し、アイピース１５に達する光束
を考えると斜線で示すような複数個の光束１７ｏ。

１７±１，１７第２＋１７＋３が存在する。

これら光束はアイピース１５から回折格子焦点板に向け
て逆に光束１８が射出されたとしたときに回折格子焦点
板１３から回折される光束で与えられるものである。

この図から明らかなようにこのような焦点板は複数個の
偏向角をもっており、レンズ瞳の異なる高さに入射する
複数個の光束をアイピースに導く。

従って、もし、レンズの絞り１９が光束１．７よ。

の外側にある場合には光束１７＋３のもつ偏向角の焦点
合せが可能になり、また、絞り１９が光束１７よ、をさ
えぎり、光束１７第２の外側にある場合には光束１７＋
２のもつ偏光角の焦点合せが可能になる。

この例では零次回折光１７ｏが存在するため焦点合せに
寄与する光束１７よ１，１７よ２゜１７オ、がすべて絞
り１９によりさえぎられても焦点板が全く暗くなること
はない。

このように本発明の高次回折波をもつ回折格子焦点板を
用いることにより、各絞り値に対応しそれぞれに最も感
度の良い焦点合せが可能になり、かつ、絞り値を変えて
も焦点板面にカゲリを生じないという大きな特長をもつ
焦点合せが可能になる。

なお、この場合の焦点外れに対するファインダーの見え
具合は第７図に示すように光束１７よ。

までのすべての光束が絞り１９によりケラれていないと
きには本来一本に見えるべき像ｉ。

がｉよ、。ｉ±２．ｉよ、と計７ケに分離して見える。

そして絞り１９が外側から焦点合せ用光束１７オ、。

１７第２，１７オ、をさえぎって行くに従いこれら分離
像の数は減少して行く。

従って、逆に、これらの分離像の数によりレンズの絞り
値を表示することも可能である。

回折格子を用いた光学系においては一般に色分散が問題
になる。

次にこの色分散がファインダー像の見え具合に与える影
響を考える。

まず、絞り１９が焦点合せ用光束１７よ、。

１７第２，１７±３等を全くさえぎることがない場合を
考える。

このときの回折格子の色分散の影響は各波長光の分離像
が少しずつ互いにずれて形成され像のふちに色のにじみ
が出るといった形で現れる。

このにじみの程度は緑色光に対応する分離像と青または
赤色光に対応する分離像の相互の位置ずれ△εで判断で
きる。

このずれ△εは三波長光の波長差△λと焦点はずれ量△
ｆに比例する量で、（２）および（３）式より近似的に
次式で与えられる。

いま、−例として、焦点はずれ量が５朋である像点の色
分散によるずれ△εを格子定数Ｎを変数として求め、そ
の結果のグラフを第８図に示す。

このグラフは緑色光としてλ二５４０ｍμ、赤色光とし
てλ二６１０ｍμを用いて計算を行ったもので、１次回
折光（ｍ＝１）から３次回折光（ｍ＝３）までのずれ量
△εが表わされている。

ところで、人間の目の分解能は明視の距離にある物体に
対し約０．４ ｍｍであり、−眼レフカメラのファイン
ダーにおいては像が約４倍に拡大されるので、ファイン
ダー像画では約０．１間が目の分解限界であると云える
。

従って、０．１ｍｒｎ以下のずれ４εは認識されない。

第８図から判断するとＮ＝１００本／ｍｍ本土ｍｍ以上
ずれ量△εは０．１ ｍｍを越え、焦点はずれの分離像
は着色するが、Ｎ＝１００本／ｍｌ扉以下では色分散の
影響は現れない。

上記計算はΔｆ＝５ｍｍに対するものであるが、この焦
点外れ量がこれより小さい点像の分離像に対しては勿論
回折格子の本数がｉｏｏ本以上になっても色分散が現れ
ないこともあるし、また逆についても同様である。

次に絞り１９が焦点合せ用光束１７．１の一部分をさえ
ぎる場合の色分散の影響を考える。

先に示した第４図の回折角をあられすグラフは一つの波
長光に対するものであったが、複数の波長を含む照明光
に対する回折角は各波長に、より異なる。

それが回折格子の色分散であるが、その様子を第９図に
示す。

この図では代表的な二色光、すなわち、緑色光と赤色光
に対する回折角の違いを示した。

波長により回折格子焦点板の偏向角が異なることになる
ので、第１０図に示すようにたまたま絞り１９が赤色光
の焦点合せ光束１７Ｒをさえぎり他の波長光の焦点合せ
光束１７Ｇ、１７Ｂ等を通過させることもあり得る。

この場合にはファインダー像は焦点外れの量に無関係に
青味がかつて見える。

従って、絞り１９がＦ＝３．５ 、５．６ 、８等の所
定のＦナンバーに対応する位置にあるときに焦点合せ用
光束の一部がけられることがないように回折格子の格子
定数を設定することが望ましい。

例えば、−次回新党を用いてＦ＝８に対する焦点合せを
行うにはＮ−６５〜８５本／關の回折格子を用いるのが
良い。

次に本発明の回折格子焦点板の格子定数Ｎと焦点合せ感
度の関係について説明する。

従来用いられているマイクロプリズム焦点板の光束偏向
角はｌのものが最も多く、その他に暗いレンズおよび明
かるいレンズ用として２°、７°のものがある。

いま従来のこれら三種の焦点板を本発明の一枚の回折格
子焦点板で代用する場合を考える。

先の第４図より格子定数Ｎ＝６５本／關の回折格子を用
いるときにはその第１．２．３次回折光としてそれぞれ
２°、４°、６°の偏向角の回折光が得られることがわ
かる。

従って、この近辺約６０本／關〜８０本／關の格子定数
で三次回折光まで発生する回折格子を用いることにより
従来の交換式焦点板は一枚の回折格子焦点板で代用され
るとと＼なる。

また、さらに高感度の焦点合せを行うにはＮ１３０本／
７ｆｔｍ程度の回折格子の３次回折光まで用いるが、ま
たは、Ｎ＝７５本／關の回折格子の５次回折光まで用い
ると良い。

この場合の偏向角は約１２°であり、Ｆ ＝ ２．０の
絞り値に対応する焦点合せが可能になる。

次に格子線の形状がサイン的である回折格子の製造方法
について述べる。

このような回折格子を造るには光の干渉縞を利用するの
が便利である。

すなわち、三光束干渉縞はサイン的強度分布をしている
ので、この縞模様をレリーフ型の感剤に記録することに
より所望の回折格子が得られる。

レリーフ型の感剤としては、ホトレジスト、サーモプラ
スティック、ダイクロメイテドゼラチン、Ｒ−１０ブリ
ーチ処理による銀塩感剤等が利用できる。

また、干渉計としてはレーザ光源を用いたマツハツエン
ダ−干渉計でも原理的には良いが、レーザ光源を用いる
場合には、干渉計の光学部品に付着しているゴミの回折
パターンが干渉縞に重なり良質の回折格子が得られない
。

そこで、本発明では第１１図に示すような光学配置を用
いた。

レーザ２０から射出された光束をビームエキスパンダー
２１により拡大し、それをミラー２３，２４゜ビームス
プリッタ−２２，２５により構成されるマツハツエンダ
−干渉計に入射させ、この干渉計の射出面２６で三光束
干渉縞を形成させる。

この空間的に形成されている干渉縞をレンズ２７により
面２６と共役な関係の面３０に投影する。

このときに面２６と面２７の結像関係はディストーショ
ンが少い関係とする。

また、レンズ２７の後方でレンズ２７に入射したそれぞ
れの光束は一度集光し結像面３０に達するとし、その集
光点２８゜２９にそれぞれピンホール３１．３２を設け
る。

このピンホール３１．３２により干渉計のミラーレンズ
２７等に付着したゴミ等によるノイズを除去できる。

このような配置をとることにより単純なダブルピンホー
ルのヤングの干渉計により得られる干渉縞に比べ歪の少
い平行度の良い干渉縞が得られる。

この結像面３０に形成される干渉縞を例えばホトレジス
トに記録することによりサイン的分布の回折格子が得ら
れる。

さらに、量産の場合には上記レリーフ状の記録体からエ
ンボス用の鋳型を造り、それをプラスチック材等に型押
しすることにより多量の回折格子が得られる。

ホトレ・シストを用いてこのような型押しにより回折格
子を造る方法についてはＡｐｐＡ・ｏｐｔ・１３．Ａ６
（１９７４）、Ｐ１３２７に記載されている。

以上サイン的分布の回折格子について説明してきたが、
本発明はこのような形の回折格子に限定されるものでは
なく、一般に、複数個の高次回折波を発生させる他のい
かなる形状、または屈折率分布の位相回折格子でもよい
。

また本発明の回折格子は第１２図に示すような二種の格
子線が直交する、いわゆる、クロス回折格子３３でも良
い。

この場合には縦および横線に対する焦点合せが可能にな
る。

さらに本発明の回折格子は焦点面の中央部に設けるだけ
ではなく第１３図に示すように全面に格子線３４で設け
ても良い。

全面ピント板の場合には回折格子のピッチは全面に渡っ
て一様である必要はなく、例えば周辺部でのピッチを中
心部に比べて粗くし、周辺部での焦点合せ感度を低下さ
せるとともにビグネツテイングによる焦点合せ用光束の
ケラレを少くすることも可能である。

本発明の回折格子焦点板は一眼レフカメラ等のスチルカ
メラだけでな（８ｍｍシネカメラ等にも使用可能である
。

なお、８關シネカメラの場合にはファインダー光学系の
Ｆナンバーは固定であるが、本発明の焦点板を用いるこ
とによりアイピース上で目を移動させても焦点板上にカ
ゲリが生じにくいという利点を得ることができる。

また一般に８朋シネフアインダーにおいては倍率が１０
倍程度と比較的大きいため細いマイクロプリズムを製作
することは困難とされているが図１１に示した本発明の
回折格子作製法により容易に良質の焦点板を造ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスプリットイメージプリズムを示す図、第２図
はスプリットイメージプリズムを使用した焦点合せ装置
を示す図、第３図は回折格子の回折波を説明する図、第
４図は回折格子のピッチと回折方向の関係を示すグラフ
図、第５図は回折格子の高さと回折波の強度比の関係を
示すグラフ図、第６図は本発明の装置の１実施例を示す
図、第７図は焦点はずれの際の像の見えを示す図、第８
図は格子定数と色分散の関係を示すグラフ図、第９図は
色分散を示すグラフ図、第１０図は第６図の装置で絞り
を絞ってもかげりが無いことを説明する図、第１１図は
本発明のもつとも好ましい回折格子の作成方法を示す図
、第１２，１３図は第６図の装置で示した回折格子と異
なる構成の回折格子を示す図である。 図中、１２は結像光学系、１３は回折格子、１４はコン
デンサーレンズ、１５はアイピース、１６は眼、１７は
結像光学系１２からの角度の異なる光束、 １８は回折光、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結像光学系の結像面又はその近傍に色分散を小さく
   するために格子定数が１００以下であり、かつ高次回折
   波を持つ回折格子を配し、該回折格子によって回折され
   る１次以上の異なる回折次数を有する複数の回折波を含
   む回折波を観察位置に導ひき、各々の回折波によって形
   成される各次数の回折像の分離状態により合焦状態を検
   出することを特徴とする焦点合せ装置。 ２、特許請求の範囲第１項の焦点合せ装置において、前
   記回折格子は格子定数が６０〜８０までの範囲にある回
   折格子であることを特徴とする装置。 ３ 特許請求の範囲第１項の焦点合せ装置において、前
   記回折格子は互いに傾きをもつ二つの可干渉光束をレン
   ズに入射させ、それからの光束が集束する位置にピンホ
   ールを置き、これら２つのピンホールから射出され互い
   に重畳する三光束が形成する干渉縞を記録することによ
   って得られた回折格子であることを特徴とする装置。