JPS6225715A - 焦点検出装置の光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、カメラ等の映像機器における焦点検出装置の
光学系に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

フィルム等価面の後方に光学系を配置し、被写体像を伝
達すると同時に、その像をほぼ相似な二像に分け、各々
の像の相対的位置ずれから、焦点位置を検出する装置に
関しては、従来より数多くの提案がなされている。

例えば、特開昭５０−３９５４４号「焦点検出装置」、
特開昭５２−８２４１９号「像の鮮明面の位置を光電的
に決定する装置」、及び特公昭５６−１３９２９号「焦
点調節装置」等があげられる。

上述の開示装置における光学系は、一般に、被写体像を
後方に伝えるレンズ群と、その像をほぼ相似な二像に分
ける光学素子とから成り立っているが、いずれの光学系
も収差上の配慮がなされたとは言い難いものであった。

そこで、特開昭５９−７５２０９号「焦点位置検出装置
の光学系」は、特に明るい光学系の収差上の問題を解決
すべく出願されたものであった。

その中では、フィルム等価面の直後に配置されたコンデ
ンサーレンズの性能が、センサー上の光量分布に影響を
与えることが述べられている。

そして、コンデンサーレンズを非球面化することで、光
量分布の安定性に効果のあることが述べられている。ま
た、歪曲収差等の非対称性収差は、基本的な光学構成に
よって除去するものであった。

しかし、反射部材を使用している為、調整が難しく、ま
た非球面コンデンサーレンズにコーマ収差が残留する為
、センサーの端のビット程、光量の低下が著しく、プレ
ディクタ−機能にとって障害となっていた。この論拠に
ついては後述する。

一方、特開昭６０−３２０１２号［カメラの焦点検出装
置」においては、基本的な光学構成では歪曲収差が除去
できない為、非球面コンデンサーレンズで歪曲収差の補
正を行っていた。また透過部材で構成されている為、調
整が容易な上、１本のセンサーで処理する為、より安価
となった。しかし、基本的な光学構成が不完全な為、多
くの問題点が発生した。

この問題点に触れる前に、この種の焦点検出装置の光学
系が備えていなければならない特性についてまとめる必
要があろう。

まず、最も重要な特性は、フィルム等価面上の有効範囲
（これを今後測距ゾーンと呼ぶ）内のいかなる場所に、
処理すべき被写体像が結ばれていても、確実に一つの焦
点位置が定まらなければな・　らないというもので、こ
の特性は、装置の検出精度と、測距ゾーン内の精度の一
様性とに直接関係するものである。この特性を満足する
光学系は、分割光学素子が、コンデンサーレンズの子牛
面に対して対称に配置されていることから、測距ゾーン
の中心点と対応するセンサー上の点に関して。

対称な像性能を有さなければならない。この特殊な場合
として、預り距ゾーン内のいがなる場所に被写体像があ
っても、センサー上の像性能が不変の場合、すなわち、
シフト・インバリアントな場合には、分割された二像の
ずれ量から正確に焦点位置を予想することが可能となる
。

この機能は、プレディクタ−機能と呼ばれ、撮影レンズ
の焦点調節制御に重要な役割をする。しかし、現実には
、上述の特殊な場合まで満足された光学系でなくとも何
ら支障なく、焦点検出を行い得る為、かなり自由度のあ
る設計が可能である。

次に、コンデンサーレンズの収差がセンサー上の光量分
布にどの様に影響するかについて説明しよう。第５図及
び第６図は分割光学素子５によって取り込まれる光束が
、射出瞳７のどの部位を通った光束であるかを示したも
ので、コンデンサーレンズ２の収差の種類により、測距
ゾーン１の中心及び周辺を通る光束で、上記部位が異な
ることを示したものである。測距ゾーン内の各点は、セ
ンサーの各ビットに対応する為、上記部位の面積が各ビ
ットの信号レベルに対応する。第５図はコンデンサーレ
ンズ２に球面収差がある場合であり、この場合には、各
ビットの光量に著しい変動は生じないが、撮影レンズの
有効径はやや大きくなければならない。一方、第６図は
コンデンサーレンズ２にコーマ収差（図の例では外コマ
）がある場合だが、この場合にはセンサーの端のビット
程、光量の低下が激しい。これが前記特開昭５９−７５
２０９号で述べた批判の論拠である。

以上の如く、コンデンサーレンズの収差がセンサー上の
光量分布と密接な関連をもつことが理解されたであろう
、実用上、センサー上の光量分布の非対称性、言い換え
ると、センサーの両端のビットから生ずる信号の差は、
１％以下であることが必要と言われている。

さて、特開昭６０−３２０１２号の問題点について述べ
る。

実施例の第１表のデータに基づき、種々の光学特性を求
めたものが第７図、第８図及び第９図である。

第７図はセンサー上の点像強度分布を示したもので、第
８図は歪曲収差を示したもの、そして第９図はセンサー
上の光量分布を表わしたものである。特に第８図、第９
図には対称性が重要なので、対称性を見やすくする意味
で別図（いずれも図−（ｂ））を付した。また、第８図
については、主光線のに関する歪曲収差を表わしたもの
ではなく、第７図の点像分布より求めた重心に関する歪
曲収差を表わしたもので、この方がより現実をシミュレ
ートしているものと思われる。

この結果より明らかな様に、主張通り歪曲収差の対称性
は非常によいと思われるが、他の要因、特に光量分布の
非対称は著しく、使用可能な測距ゾーンの長さは高々２
ｍｍが限度と推定される。測距ゾーンの長さが短かいと
、長焦点の撮影レンズを装着した場合、焦点検出動作の
確実性が低下するという欠点があり、従って、２ｍｍ程
度の測距ゾーンでは、ｆ　＝３００＋ａｍ程度が使用レ
ンズの限界と思われる。しかし、現実の一眼レフ交換レ
ンズには、更に長焦点のレンズもある為、それらのレン
ズに対しても有効に焦点検出動作を行わせるには、より
長い測距ゾーンが要求される。

特開昭６０−３２０１２号にて述べられた光学系の上述
の如き非対称性の原因となっている最大の要因は、測距
ゾーンの中心を発した主光線が、センサーに対し垂直に
入射していない為に、測距ゾーンの両端から発した光束
の主光線がセンサーと交叉する角度が等しくならない為
に生じているものである。

〔目的〕

それ故、本発明の目的は、長焦点レンズに対しても、確
実な動作を達成する為に、十分長い測距ゾーンにわたっ
て像性能の対称性を保証する光学系を開示することにあ
る。

〔実施例の構成〕

第１図は本発明の実施例を示したものである。

本実施例は、測距ゾーン１の長さがおよそ４＋ａｍであ
って、それより、ゴミ等の影響をさける為、若干離れた
場所に、後面が非球面であるコンデンサーレンズ２を配
置し、その後方に、測距ゾーン１の中央から発した主光
線をセンサーと直交させる為の補助レンズ３を配置して
いる。その他の部分については、従来の公知の構成と大
きく変わる所がないので省略する。

また１本実施例の最良の構成例を、第１表に示す。

〔第１表〕 フィルム等価面　ｒ工＝ω ｄ　、　＝４．００ｍｍ　　ＡＩＲ ｄ　、　＝　１２．２１ｍ＋ｍ　　ＡＩＲｄ　ｓ＝０，
０４ｍｎ＋　　ＡＩＲ 但し、コンデンサーレンズの後面は。

で表わされる非球面である。

〔実施例の作用〕 さて、本発明の主張する構成要素の作用と、その結果に
ついて説明する。

補助レンズ３の主たる役割については前述した通りであ
るが、その他にも、この補助レンズ３は、光量分布をほ
とんど変えることなく、歪曲収差を補正するのに効果の
あることが判明した。それに対し、コンデンサーレンズ
２の非球面化では、光量分布も、歪曲収差も、共に効果
的に変化させるが、各々の最小値となる非球面係数が異
なる為、一方を補正すると、他方は劣化することがさけ
られなかった。しかし、補助レンズ３が歪曲収差の補正
に有効なことが判明したので、コンデンサーレンズ２の
非球面化を光量分布の補正にのみ使用することが可能と
なった。そこで、コーマ収差と、歪曲収差を除去する様
に、コンデンサーレンズ３の曲率半径を決めてゆくと、
前面の曲率半径は大きな値となって、而１Ｔｈ−ｉを弁
球ｉｎｉ化したのでは、あまり効果のないことが判った
。そこで、後面を非球面化したところ、きわめて良好な
結果かえられた。

本実施例の結果を、特開昭６０−３２０１２号と比較す
る為に、第７図、第８図及び第９図と同様な図を、第２
図、第３図及び第４図に示す。

この図から明らかな様に、点像強度分布、歪曲収差、光
量分布そのいずれの場合をとっても、特開昭６０−３２
０１２号よりも、像性能の対称性が大幅に改善されてい
る。

なお、本発明の主張する範囲に、非球面係数にの値が、
ｋ≧Ｏ及びに≦−１の範囲は含まれない。

それは、この範囲内には、上述の如き良好な例を見出す
ことが出来なかったからである。しかし、−１＜ｋ＜Ｏ
の範囲を満たす回転楕円面の場合には、本発明の主張す
る範囲ｔこ含まれる。

非球面係数には、±０．１程度の誤差でも実用上何ら支
障のないことがシミュレーション上判っており、更に、
測距ゾーンを短かくすることにより、なおも、その許容
範囲は拡がる為である。

〔効果〕

以上に述へた如く、フィルム等離面の直後に配置された
コンデンサーレンズと、該コンデンサーレンズの後方に
あって、該コンデンサーレンズの子午面に関し対称に配
置された一対の分割光学素子とからなり、各々の分割光
学素子によって、再結像された被写体像の相対的位置ず
れを検知して、焦点位置を検出する装置において、該コ
ンデンサーレンズの後面が、非球面係数−１＜ｋ＜Ｏを
満たす回転楕円面であって、かつ前記分割光学素子の直
前に前記コンデンサーレンズと共軸な補助レンズを配置
することによって、像性能の対称性の保証された焦点検
出装置の光学系を得ることが出来た。その結果として、
長焦点の撮影レンズにも十分対応の出来る測距ゾーンを
得ることが出来た。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の詳細な説明する図、第２図はセンサー
上の点像強度分布図、第３図（ａ）は実施例の歪曲収差
を示した図、第３図（ｂ）はその歪曲収差の非対称性を
示す図、第４図（ａ）は実施例のセンサー上の光量分布
図、第４図（ｂ）はその光量分布の非対称性を示した図
である。 第５図はコンデンサーレンズに球面収差が残留している
場合の作用図、第６図はコンデンサーレンズにコーマ収
差が残留している場合の作用図、第７図は従来例のセン
サー上の点像強度分布図、第８図（８）は従来例の歪曲
収差を示した図、第８図（ｂ）はその歪曲収差の非対称
性を示す図で、第８図は理解し易い様に百分率表示はさ
け実際のずれ敏をμｍ単位で図示した。第９図（ａ）は
従来例のセンサー上の光量分布図、第９図（ｂ）はその
光量分布の非対称性を示す図である。 １：測距ゾーン、　２：コンデンサーレンズ。 ３：補助レンズ、　４：絞り。 ５：分割光学素子、　６：センサー。 ７：射出陳 第２図 第３図 （Ｌ） 第４図 （＾）°ｂ） 第５図 べ 第６図 第　７　図・ 第３図 第９図 （ｔＬ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（ｂ）手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６０年特許願第１６６５８０号 λ０発明の名称 焦点検出装置の光学系 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号名称　（０
５２）　　Ｍ光学工業株式会社代表者　松本　徹 り０代理人 居所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号Ｊ、補正命
令の日付　　　昭和６０年１０月９日発送日　　　昭和
６０年１０月２９日 乙、補正の対象 明細書および図面 ７、補正の内容 願書に最初に添付した明細書および図面の浄書・別紙の
とおり　（内容に変更なし）手　　続　　補　　正　　
１！： 昭和６１年７月３１日 昭和６０年特許願第１６６５８０号 −１発明の名称 焦点検出装置の光学系 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号名称　（０
５２）　　Ｍ光学工業株式会社代表者　松本　徹 ダ１代理人 居所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号ｊ、補正の
対象 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の欄に５δへ （２）明りＩｌ書の「図面の簡単な説明」の欄乙、補正
の内容 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の欄中、第７頁第
４行目の 「点像分布ｙを 「点像強度分布」と補正する。 （２）同第９頁第１６行目の Ｆ　ｄ　Ｇ＝　１．ＯＯｍｊを Ｗ　ｄ、　＝１．０Ｏｏｎ　　ｎ、＝１．４９１８６」
と補正する。 （３）明細書の「図面の簡単な説明」の欄中、第１３頁
第１０行目の 子弟８図」を 「第３図及び第８図」と補正する。 ＋良補　正　書（自発） ／、事件の表示 特願昭６０−１６６５８０号 一０発明の名称 焦点検出装置の光学系 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号名称　（０
５２）　　旭光学工業株式会社代表者　松本　徹 〒１７４電話０３−９６０−５１６２ ９、代理人 居所　東京都板橋区前野町２丁目３６番９号旭光学工業
株式会社内 （１）明細書の「特許請求の範囲」の欄（２）明細書の
「発明の詳細な説明」の欄６、補正の内容 １、明細書中、特許請求の範囲の欄を別紙の如く補正。 ２、明細書中、発明の詳細な説明の欄第３頁４行目の「
フィルム等側面の直後」を「フィルム等価面或はその近
傍」と訂正。 ３、仝上第８頁第１３行目〜第１８行目「・・・・配置
している。」までを下記の如く補正。 コンデンサーレンズは、本来、フィルム等価面に置くこ
とが機能的にはよいが、本実施例では、測距ゾーン１の
長さがおよそ４膿であるので、ゴミ等の影響を避ける必
要のあるときにはフィルム等価面より若干離れた場所（
フィルム等価面の近傍）に、後面が非球面であるコンデ
ンサーレンズ′を配置し、その後方に測距ゾーン１の中
央から発交 した主光線をセンサーと直ｆさせるための補助レンズ３
を配置している。 ４、仝上第１２頁３行目の「フィルム等価面の直後」を
「フィルム等価面或はその近傍」と訂正。 λ、特許請求の範囲 フィルム等側面監生丈立五豆に配置されたコンデンサー
レンズと該コンデンサーレンズの後方にあって、該コン
デンサーレンズの子午面に関し対象に配置された一対の
分光素子によって、再結晶された被写体像の相対的位置
ずれを検知して、焦点位置を検出する装置において、該
コンデンサーレンズの後面が、二次曲面形状式 で表現したとき１ 、・−１＜ｋ＜０ を満たす回転楕円面であって、前記コンデンサーレンズ
と共軸な補助レンズを配置したことを特徴とする焦点検
出装置の光学系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 フィルム等価面の直後に配置されたコンデンサーレンズ
   と、該コンデンサーレンズの後方にあって、該コンデン
   サーレンズの子午面に関し対称に配置された一対の分割
   光学素子とからなり、各々の分割光学素子によって、再
   結像された被写体像の相対的位置ずれを検知して、焦点
   位置を検出する装置において、該コンデンサーレンズの
   後面が、二次曲面形状式 ｘ＝（ｃｈ＾２）／｛１＋√［１−（ｋ＋１）ｃ＾２ｈ
   ＾２］｝で表現したとき、 −１＜ｋ＜０ を満たす回転楕円面であって、前記分割光学素子の直前
   に、前記コンデンサーレンズと共軸な補助レンズを配置
   したことを特徴とする焦点検出装置の光学系。