焦点検出装置
【課題】光源の色温度による焦点検出位置の変化（誤差）を小さくする焦点検出装置を簡易な構成で得る。
【解決手段】撮影レンズの予定焦点面上の被写体像を、対をなすセパレータレンズによって対をなす焦点検出センサ上に再結像させ、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、上記対をなす各焦点検出センサをそれぞれ、像の相対的位置ずれが生じる方向に画素が並ぶ２ラインに形成し、上記セパレータレンズから上記２ライン焦点検出センサに至る光路中に、上記予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して上記２ライン焦点検出センサに与える回折格子を設け、該２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正する補正手段を設けた。
【解決手段】撮影レンズの予定焦点面上の被写体像を、対をなすセパレータレンズによって対をなす焦点検出センサ上に再結像させ、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、上記対をなす各焦点検出センサをそれぞれ、像の相対的位置ずれが生じる方向に画素が並ぶ２ラインに形成し、上記セパレータレンズから上記２ライン焦点検出センサに至る光路中に、上記予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して上記２ライン焦点検出センサに与える回折格子を設け、該２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正する補正手段を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として一眼レフカメラに用いられ、撮影レンズの被写体に対する合焦状態を検出する焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一眼レフカメラ等の焦点検出装置としては、撮影レンズの射出瞳の異なる部分を通過した光束をそれぞれ焦点検出光学系の再結像レンズ系（コンデンサレンズ及びセパレータレンズ）により焦点検出センサ（ラインセンサ）上に一対の像として結像させ、この焦点検出センサの一対の出力信号の関係に基づいて撮影レンズの合焦状態を検出する構成が知られている。このような焦点検出装置においては、焦点検出センサ上の第１及び第２の像の間隔が所定長のときに合焦、所定長よりも短いときには撮像面より物体側に焦点を結ぶいわゆる前ピン、所定長よりも長いときには撮像面より奥側に焦点を結ぶいわゆる後ピンと判定され（位相差検出方式）、合焦位置からのピントずれの量がデフォーカス量として出力される。
【０００３】
このような焦点検出装置の焦点検出センサには可視光領域及び赤外光領域の波長に対して感度を有する受光素子が用いられることがある。このような装置では、撮影レンズの色収差によって、異なる波長の光に対して異なった焦点検出をしてしまう。例えば、被写体の輝度が低い時、被写体に可視光より長波長の赤外合焦補助光（色温度の低い光）を投光して合焦信号を得て撮影レンズ（フォーカシングレンズ）を駆動すると、実際に被写体を撮像する撮像素子は主に可視光領域の光を検出するように設定されているので、被写体は撮像素子の撮像面上に合焦しない。また、可視光より短波長の紫外光成分が含まれる蛍光灯照明下（色温度の高い光）で合焦信号を得ると、同様に、被写体は撮像面上に合焦しないという状況が生じる。特に、長焦点距離を有する撮影レンズではこの色収差が大きい。従って一眼レフカメラに長焦点の交換レンズを装着し、この長焦点レンズを介して入射した被写体光を前記のような焦点検出センサによって光電変換し、その光電出力によって焦点を検出すると、色収差による焦点検出誤差が著しく大きくなる。
【０００４】
通常はこのような焦点検出誤差を少なくするべく、赤外光をカットするフィルタが挿入されるが、低輝度時に用いる補助投光は、被写体が人物であってもその人物にまぶしさを感じさせないよう近赤外が利用されるため、この近赤外光は透過させるようなフィルタ特性となる。そこで特公平８-３５７５号公報（特許文献１）では、近赤外光から長波長域をカットして可視光のみを透過するフィルタをさらに備え、いずれか一方のフィルタを光路中に切り替えて挿入する方法が提案されている。
【０００５】
また近赤外波長域を透過させることで生じるレンズの色収差によって異なった焦点検出が行なわれることを補正する従来例としては、特公平１-４５８８３号公報（特許文献２）に記載されているものがある。これは被写体からの光束のうち可視光による光電信号と、近赤外光による光電信号を個別に取り出す受光手段を同一基板に形成し、入射する全ての波長の光により検出される合焦位置に対する所望の波長の光による合焦位置までの補正値を前記個別に取り出した光電信号に基づいて定めるようにしている。
【０００６】
特許第２６６６２７４号公報（特許文献３）には、焦点検出装置の焦点検出のための受光素子面の近傍に被写体の色温度を検出するべく所定のフィルタ手段を持ったセンサ部を焦点検出センサと同一の基板上に配置すること、そして被写体の色温度情報を出力する構成が示されている。
【０００７】
さらに、特公平３-７３８４７号（特許文献４）では可視光及び可視光以外の光に対して感度を有する焦点検出部での色温度による検出誤差を焦点検出部と別体に設けられた色温度測定手段の出力を用いて補正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平８-３５７５号公報
【特許文献２】特公平１-４５８８３号公報
【特許文献３】特許第２６６６２７４号公報
【特許文献４】特公平３-７３８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のように機械的な切り替え手段を設けると、焦点検出装置が大型化し、駆動部分の信頼性も問題となる。特許文献２のように焦点検出センサと近赤外光を検出するセンサを同一基板上に配置する場合、近赤外光のみを受光するセンサの配置が問題となる。焦点検出センサと近赤外光受光センサは被写体の異なる部分から来る光をそれぞれ受光するため、被写体の構造（近赤外光反射率）によっては全く異なる光を受光することになり、適切な補正ができない可能性がある。また近年、焦点検出点の多点化、さらにエリア化が進み、焦点検出センサが基板上に細密配置され、近赤外光のみを受光するセンサの配置が困難になってきている。特許文献３や４のように、焦点検出部と別体に色温度測定手段を設ける場合は途中で別体に設けた色温度測定手段へ分岐する分岐部分を余計に設ける必要があり、よってファインダー側や焦点検出部側へ導く光量が減ってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、従来の焦点検出装置についての以上の問題意識に基づき、光源の色温度による焦点検出位置の変化（誤差）を小さくする焦点検出装置を簡易な構成で得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による焦点検出装置は、撮影レンズの予定焦点面上の被写体像を、対をなすセパレータレンズによって焦点検出センサ上に対をなす像を再結像させ、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、上記焦点検出センサをそれぞれ、上記像の相対的位置ずれが生じる方向に画素が並ぶ２ラインに形成し、上記セパレータレンズから上記２ライン焦点検出センサに至る光路中に、上記予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して上記２ライン焦点検出センサにそれぞれ与える回折格子を設け、該２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正する補正手段を設けたことに特徴を有する。
【００１２】
実際的には、回折格子は、基準波長より長波長の光と短波長の光をそれぞれ互いに異なる方向に回折させるように形成する。
【００１３】
回折格子は、撮影レンズからの光束をセパレータレンズに向けて偏向させる反射ミラーの反射面に設けることが好ましい。
【００１４】
本発明の回折格子は、予定焦点面上に設けることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して２ライン焦点検出センサに与えることができるので、２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用する一眼レフカメラの焦点検出装置の光学系を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる焦点検出装置の光学系の要部を示す斜視図である。
【図３】同実施形態にかかる焦点検出装置の原理を説明する平面図であって、（Ａ）は被写体光が青色領域の場合、（Ｂ）は被写体光が緑色（基準光）の場合、（Ｃ）は被写体光が赤色領域の場合の分光被写体像の様子を示した図である。
【図４】同実施形態にかる焦点検出装置において、色収差が発生している様子及び色収差を補正した様子を示した平面図であって、（Ａ）は短波長光では合焦位置よりも手前に結像するが基準波長光では合焦する様子を、（Ｂ）は短波長光で合焦すると基準波長光では合焦位置を越えて結像する様子を、（Ｃ）は基準波長光で合焦した様子を、（Ｄ）は長波長光で合焦すると基準波長光では合焦位置より手前に結像する様子を、（Ｅ）は長波長光では合焦位置を越えて結像するが基準波長光では合焦する様子を示す図である。
【図５】同実施形態の焦点検出装置を搭載した一眼レフカメラの回路構成を示したブロック図である。
【図６】反射型のブレーズ回折格子を使用した実施形態の光学系の要部を示す、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図７】反射型のブレーズ回折格子の実施例を拡大して示す斜視図である。
【図８】透過型のブレーズ回折格子の実施例を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明について、図に示した最良の実施形態を参照して説明する。図１乃至図５は、本発明による焦点検出装置の第１の実施形態を示している。一眼レフカメラの撮影レンズを透過した光束は、周知のように、メインミラー（半透過ミラー）で一部が反射され残部が透過する。反射された光束はファインダーに導かれ、透過した光束は、メインミラー後方の第二ミラーで下方へ反射されて焦点検出部に導かれ、その予定焦点面に結像する。図１と図２は、全ての反射面を展開した状態で、この予定焦点面（一次結像面）１１以降の光学系（焦点検出部）を示している。予定焦点面１１の後方には、コンデンサレンズ１３、１３１、１３２、セパレータレンズ群１５及び焦点検出センサ（ラインセンサ群）１７が順に配置されている。セパレータレンズ群１５は、コンデンサレンズ１３の子午面及び赤道面に関する対称位置に配置された複数対（図示例では４対）のセパレータレンズ１５ａ、１５ｂ、及びセパレータレンズ１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈを備えている。ここで、子午面、赤道面は、コンデンサレンズ１３の光軸Oを通る面であって、予定焦点面１１の横方向（水平方向）、縦方向（垂直方向）と平行な面をいう。なお、通常は、セパレータレンズのコンデンサレンズ１３側に、各セパレータレンズに対する開口を有するセパレータマスクが配置されている。また、セパレータレンズの位置、数は測距位置数及び縦線検出、横線検出に応じて定められるもので、その対の数は問わない。
【００１８】
焦点検出センサ１７は、セパレータレンズ群１５の各対に対応する複数対のラインセンサ１７ａ、１７ｂ、ラインセンサ１７ｃ、１７ｄ、ラインセンサ１７ｅ、１７ｆ、ラインセンサ１７ｇ、１７ｈを有しており、撮影レンズによって予定焦点面１１上に結像される被写体像が、コンデンサレンズ１３及びセパレータレンズ群１５の各セパレータレンズ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈによって、対応するラインセンサ１７ａ、１７ｂ、ラインセンサ１７ｃ、１７ｄ、ラインセンサ１７ｅ、１７ｆ、ラインセンサ１７ｇ、１７ｈ上に再結像される。なお、以下の説明において、ラインセンサ１７ａ、１７ｂの並び方向を横方向あるいは水平方向と、ラインセンサ１７ｃ、１７ｄの並び方向を縦方向あるいは鉛直方向と呼ぶことがある。
【００１９】
図２には、第１の実施形態の中央横方向検出（縦線検出）に関する構成の要部のみを示した。この実施形態では、予定焦点面１１の中央横線検出領域から出た光束が透過するセパレータレンズ１５ａ、１５ｂと予定焦点面１１との間に透過ブレーズ型の回折格子２１を配置した。この回折格子２１は、予定焦点面１１の中心を通る水平線で上下に二分割された、第１回折格子２２及び第２回折格子２３からなる。第１、第２回折格子２２、２３は透過型のブレーズ回折格子であって、光軸と平行に入射した光が、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂの並び方向であって、かつ互いに異なる方向に回折するように配置されている。なお、第１、第２回折格子２２、２３は、回折格子が入射側、射出側のいずれの側に位置させて配置してもよい。
【００２０】
第１、第２の透過回折格子２２、２３により回折された被写体光は、コンデンサレンズ１３で集束され、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に分光被写体像を形成（投影）する。
【００２１】
セパレータレンズ１５ａ、１５ｂで再結像される被写体像を受光する一対の２ラインのラインセンサ１７ａ、１７ｂは、それぞれの画素が並ぶ方向と平行に並列配置された２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２で形成されている。なお、各２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２の画素の並び方向は、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって形成される一対の被写体像が合焦状態に応じて相対的位置ずれを生じる方向である。
【００２２】
次に、この実施形態の詳細について、さらに図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は、図２に示した実施形態をより模式的に示した平面図である。
【００２３】
回折格子２１に入射した光束は、波長に応じた回折角で回折する。図２に示した回折格子２２、２３による回折角は、基準波長による回折角度を挟んでそれぞれ正負逆向きの回折角を生じるが、この実施形態では基準波長光のｍ次回折光が回折格子板法線と平行に進むように、図示しない部材、例えば、薄い楔プリズムなどにより設定している。
【００２４】
図３に、基準波長光源で照らされた被写体の第１、第２回折格子２２、２３による回折角（出射方向）が同一となるように形成した実施形態を示した。この実施形態では、被写体を実際に撮像する撮像素子が感度を有する波長のうちの代表的な波長である基準波長光が、第１、第２回折格子２２、２３によって同一方向に進むように回折するので、第１、第２回折格子２２、２３に入射した被写体光は、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に、ずれの無い一体の像として分光被写体像を形成する。図３（Ｂ）は合焦状態における一体の像の状態で、この時の一対の被写体像の間隔が通常の合焦状態を示す間隔（相対的位置）である。図３（Ａ）は合焦位置を越えた位置に焦点を結んだ状態（いわゆる後ピン）で、一対の被写体像の間隔は上記合焦状態における間隔より広くなっている。図３（Ｃ）は合焦位置の手前に焦点を結んだ状態（いわゆる前ピン）で、一対の被写体像の間隔は上記合焦状態における間隔より狭くなっている。
【００２５】
この実施形態では、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、１７ｂ１、１７ｂ２に形成された分光被写体像の間隔により、焦点が合焦位置、その手前または越えた位置に結ばれているかを検出し、基準波長光が合焦位置に焦点を結ぶようにフォーカシングレンズＬＦを駆動する。
【００２６】
一方、基準波長光（例えば緑色）Ｇよりも波長が短い短波長光（例えば青色）Ｂ及び波長が長い長波長光（例えば赤色）Ｒは、回折格子２２、２３に入射し、射出する回折光が、基準波光Ｇを挟んで異なる回折角度を有し、正負（上下）方向に回折し進む。図４に示した実施例の場合、短波長光Ｂは回折格子２２では基準波長光Ｇよりも上方に、回折格子２３では基準波長光Ｇよりも下方に向かって回折し（図４（Ｂ））、長波長光の場合は回折格子２２では基準波長光Ｇよりも下方に、回折格子２３では基準波長光Ｇよりも上方に向かって回折している（図４（Ｄ））。そうしてそれぞれの短波長光Ｂ、長波長光Ｇは、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に分光被写体像を形成している。つまり、短波長光Ｂは、回折格子２２では、所定の基準波長光Ｇによって到達するべき基準波長よりも小さい回折角により、その到達位置は、基準波長光Ｇによる到達位置よりも、左外側へ移動する。図２にでは、回折格子２２のブレーズ形状の谷側へスポットが移動することになる。これは、短波長化により回折角度が、基準波長時よりも小さくなるためである。一方逆に、光源の波長が長波長側にシフトした場合は、図２に示すような回折格子２２の山側方向へスポットが移動する。
【００２７】
ここで、基準波長光Ｇより短い波長光Ｂを多く含む照明で照らされた被写体で合焦させた図４（Ｂ）の場合、基準波長光Ｇによって撮像素子に実際撮影される像は後ピン（基準波長光Ｇにおいては一対の分光像間隔が広い図３（Ａ）の状態）となっていて、基準波長光Ｇより長い波長光Ｒを多く含む照明で照らされた被写体で合焦させた図４（Ｄ）の場合、基準光源の波長域によって撮像素子に実際撮影される像は前ピン（基準光源においては一対の分光像間隔が狭い図３（Ｃ）の状態）となっている。
【００２８】
また、この実施形態では、短波長光Ｂと長波長光Ｒは、図４（Ｂ）、図４（Ｄ）に示すように、各第１、第２の透過回折格子２２、２３において上記基準波長の回折角とは異なる回折角で回折するように形成されている。ここでは、短波長光Ｂと長波長光Ｒは、基準波長光Ｇにおける回折光の状態（図４（Ｃ））を挟んで逆方向に進むよう設定されている。しかもその方向は、第１、第２の透過回折格子２２、２３とで逆に設定されている。そのため、短波長光Ｂにより２ラインラインセンサ１７ａ、１７ｂ上に形成された分光被写体像は、図において上下方向にずれている（図４（Ａ）、（Ｂ））。同様に長波長領域の光Ｒにより２ラインラインセンサ１７ａ、１７ｂ上に形成された分光被写体像は、図において上下方向にずれている（図４（Ｄ）、（Ｅ））。そうして分光被写体像のずれ方向は、短波長光Ｂと長波長光Ｒとで逆方向である。
【００２９】
そこでこの実施形態では、一対の一方の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２（基準ラインセンサ）に、波長に応じてそれぞれ形成された各被写体像を全体として捉えた全体被写体像と、他方の２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２（参照ラインセンサ）に形成された全体被写体像との間隔（位相差）によって合焦状態（デフォーカス量、デフォーカス方向）を検出する。こうすることによって、図４に示すように、基準波長だけでなく、それよりも短波長、長波長において２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、１７ｂ１、１７ｂ２に分離されて結像された像であっても、各波長毎に合焦を検出してフォーカシングレンズＬＦを駆動し、各波長における合焦状態を作ることができる。つまり、色収差による合焦誤差を補正している。
【００３０】
この実施形態では、少なくともいずれか一方の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２の一方のラインセンサ１７ａ１に形成された分光被写体像と他方のラインセンサ１７ａ２に形成された分光被写体像のずれ方向及びずれ量によって色収差を検出する。例えば、図４（Ａ）の場合、被写体は基準波長より短い波長の光Ｂを多く含む光源で照らされているので、一方の２ラインラインセンサ１７ａ１に結像している被写体像（分光被写体像）は、基準波長の光Ｇによる合焦状態を示す図４（Ｃ）の場合より下方向に変位して（ずれて）いる。逆に他方の２ラインラインセンサ１７ａ２に結像している分光被写体像は、図４（Ｃ）の場合より上方向に変位している。
【００３１】
一方、図４（Ｅ）の場合、被写体は基準波長より長い波長の光Ｒを多く含む光源で照らされているので、一方の２ラインラインセンサ１７ａ１に結像している被写体像（分光被写体像）は、図４（Ｃ）の場合より下方向（図４（Ａ）とは逆方向）に変位して（ずれて）いる。他方の２ラインラインセンサ１７ａ２に結像している分光被写体像は、図４（Ｃ）の場合より上方向（図４（Ａ）とは逆方向）に変位している。そうして、これらの変位方向から被写体を照らす照明光の波長域、変位量から撮影レンズの色収差を検出する。なお、色収差の検出は、一対の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、及び２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２の両方を使用してもよい。
【００３２】
以上のように、被写体光の色（波長）によって合焦誤差が発生するが、本実施形態では、各２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２と１７ｂ１、１７ｂ２上に形成された分光被写体像のずれ方向及びずれ量により色（波長）を検出できるので、分光被写体像のずれ方向及びずれ量から色収差情報を求めて、焦点調節レンズ群ＬＦのデフォーカス方向及びデフォーカス量を補正することができる。
【００３３】
なお、この補正に必要な関数、データは、予め測定してメモリー手段に記憶しておき、必要に応じて読み出し、また演算するなどの方法により実施できる。例えば、図４（Ｂ）、（Ｄ）の状態を補正しようとすると、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２の像のずれから波長（色）を検出し、その波長に応じた補正値をメモリー手段から読み出し、フォーカシングレンズＬＦの位置を補正する。その結果を、図４（Ａ）、（Ｅ）に示した。
【００３４】
図５には、この焦点検出装置を搭載した一眼レフカメラの主要光学構成及び回路構成を示した。交換レンズＬにより予定焦点面１１に集束された被写体像光は、回折格子２１、コンデンサレンズ１３、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって分光被写体像が１対の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に形成される。ラインセンサの各画素によって光電変換され、蓄積される。ラインセンサに蓄積された電荷は、画素単位で電圧に変換されて、画素信号として位相差検出部３１、色収差検出部３３に出力される。
【００３５】
位相差検出部３１は、一対の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２と１７ｂ１、１７ｂ２の出力に基づき位相差（分光被写体像間隔）を検出し、デフォーカス方向(前ピン、後ピン）及びデフォーカス量を検出する。一方、色収差検出部３３は、各２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２と１７ｂ１、１７ｂ２の出力に基づき、分光被写体像のずれ方向及びずれ量から色収差による上記デフォーカス方向及びデフォーカス量の誤差を検出する。
【００３６】
ＡＦ演算部３５は、位相差検出部３１が検出した位相差を、色収差検出部３３が検出した色収差に基づいて補正し、レンズ駆動方向及び駆動量を演算して、ＡＦ制御部３７を介してレンズ駆動用アクチュエータ３９を駆動し、焦点調節レンズ群ＬＦを光軸に沿って合焦位置まで移動させる。
【００３７】
図６には、ブレーズ型回折格子として反射型の回折格子２７を使用した実施形態を示した。図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は側面図である。この回折格子２７は、予定焦点面１１に配置された反射ミラー２８上に形成されていて、反射ミラー２８と共に、撮影レンズＬ、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂ間のＡＦ光路を略９０゜曲げる作用も有する。
【００３８】
回折格子２７は、撮影レンズＬを透過した被写体光束を反射する一対のブレーズ型回折格子２７ａ、２７ｂからなる。さらに各回折格子２７ａ、２７ｂは、図２、図３に示したように回折方向が逆方向となるように向けて並列に並べられている。回折格子２７ａで反射した光束は、セパレータレンズ１５ａによってラインセンサ１７ａ１上に分光被写体像を形成し、セパレータレンズ１５ｂによってラインセンサ１７ｂ１上に分光被写体像を形成し、回折格子２７ｂで反射した光束は、セパレータレンズ１５ａによってラインセンサ１７ａ２上に分光被写体像を形成し、セパレータレンズ１５ｂによってラインセンサ１７ｂ２上に分光被写体像を形成する。
【００３９】
図７に反射型のブレーズ型回折格子２５、２７の要部を拡大して示した。図示したブレーズ型回折格子２５の場合、各法線に対する入射角α、出射角（回折角）βを図中のように定義する。入射角α、出射角（回折角）βは、下記式(a)、(b)、(c)の関係を有する。ただし、mは回折次数、λは入射光の波長、λbはブレーズ波長、pは格子ピッチ、θbはブレーズ角である。
sinα＋sinβ＝mλ／p ・・・(a)
θb＝（α＋β）／2 ・・・(b)
λb＝（2p／m）sin(θb)・cos（α-θb） ・・・(c)
【００４０】
式(a)に示されるようにブレーズ型回折格子は、反射の場合には、回折格子法線からの入射角α、出射角βは、基本的には、波長λとピッチpによって決まる。また、ブレーズ角θdは、式(b)に示されるように入、出射角α、βの和の１／２である。このブレーズ角θdにおける波長λがブレーズ波長であり、式(c)のようになる。例えば、入射角αが10度、ピッチpが2.5μmのブレーズ回折格子に波長λが0.5μmの光（緑色の光）が入射した場合、その回折角βは、1.51度であり、ブレーズ角θbは約5.6度となり、その際のブレーズ波長は約0.5μmとなり、可視光域を最も効率良く反射させることができる。
【００４１】
図では、回折格子の形状を鋸歯状の溝形状を示したが、正弦波状の溝形状や矩形の溝形状の場合も同様に構成できる。
【００４２】
図８には、透過型の回折格子２１要部の拡大図を示した。ここに示す透過型の回折格子の場合、被写体光は平面側から入射し、出射面画の格子で回折する。
（式１）
【００４３】
基本的には、設定されるブレーズ角θdは、式１に示すように波長λとピッチpに依存する。回折角βは、入射角α、屈折率ｎがそれに加わる。例えば、波長λが0.5μm、ピッチpが10μm、屈折率ｎが1.5 の場合は、1次回折角βは約2.9度、ブレーズ角θbは5.7度となる。
【００４４】
このように任意の設計パラメーターを用いることにより回折角βを自由に設定できるので、波長λとピッチpの関係より、可視光を最も効率良く透過させることができる回折角βを容易に設定できる。
また、回折格子の形状を鋸歯状の溝形状を示したが、正弦波状の溝形状や矩形の溝形状のものも同様に構成できる。
【００４５】
以上の実施形態では、予定焦点面１１の中央領域を焦点検出領域とする光学系を示したが、他の焦点検出領域に関する光学系にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１ 予定焦点面（一次結像面）
１３ コンデンサレンズ
１５ セパレータレンズ群
１５ａ １５ｂ セパレータレンズ
１７ 焦点検出センサ（ラインセンサ群）
１７ａ １７ｂ ２ラインラインセンサ（２ライン焦点検出センサ）
１７ａ１ １７ａ２ ラインセンサ
１７ｂ１ １７ｂ２ ラインセンサ
２１ 透過ブレーズ型の回折格子
２２ 第１回折格子
２３ 第２回折格子
２７ 反射ブレーズ型の回折格子
２７ａ ２７ｂ 回折格子
２８ 反射ミラー
３１ 位相差検出部
３３ 位相差検出部
３５ ＡＦ演算部
３７ ＡＦ制御部
３９ レンズ駆動アクチュエータ
Ｌ 交換レンズ
ＬＦ フォーカシングレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として一眼レフカメラに用いられ、撮影レンズの被写体に対する合焦状態を検出する焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一眼レフカメラ等の焦点検出装置としては、撮影レンズの射出瞳の異なる部分を通過した光束をそれぞれ焦点検出光学系の再結像レンズ系（コンデンサレンズ及びセパレータレンズ）により焦点検出センサ（ラインセンサ）上に一対の像として結像させ、この焦点検出センサの一対の出力信号の関係に基づいて撮影レンズの合焦状態を検出する構成が知られている。このような焦点検出装置においては、焦点検出センサ上の第１及び第２の像の間隔が所定長のときに合焦、所定長よりも短いときには撮像面より物体側に焦点を結ぶいわゆる前ピン、所定長よりも長いときには撮像面より奥側に焦点を結ぶいわゆる後ピンと判定され（位相差検出方式）、合焦位置からのピントずれの量がデフォーカス量として出力される。
【０００３】
このような焦点検出装置の焦点検出センサには可視光領域及び赤外光領域の波長に対して感度を有する受光素子が用いられることがある。このような装置では、撮影レンズの色収差によって、異なる波長の光に対して異なった焦点検出をしてしまう。例えば、被写体の輝度が低い時、被写体に可視光より長波長の赤外合焦補助光（色温度の低い光）を投光して合焦信号を得て撮影レンズ（フォーカシングレンズ）を駆動すると、実際に被写体を撮像する撮像素子は主に可視光領域の光を検出するように設定されているので、被写体は撮像素子の撮像面上に合焦しない。また、可視光より短波長の紫外光成分が含まれる蛍光灯照明下（色温度の高い光）で合焦信号を得ると、同様に、被写体は撮像面上に合焦しないという状況が生じる。特に、長焦点距離を有する撮影レンズではこの色収差が大きい。従って一眼レフカメラに長焦点の交換レンズを装着し、この長焦点レンズを介して入射した被写体光を前記のような焦点検出センサによって光電変換し、その光電出力によって焦点を検出すると、色収差による焦点検出誤差が著しく大きくなる。
【０００４】
通常はこのような焦点検出誤差を少なくするべく、赤外光をカットするフィルタが挿入されるが、低輝度時に用いる補助投光は、被写体が人物であってもその人物にまぶしさを感じさせないよう近赤外が利用されるため、この近赤外光は透過させるようなフィルタ特性となる。そこで特公平８-３５７５号公報（特許文献１）では、近赤外光から長波長域をカットして可視光のみを透過するフィルタをさらに備え、いずれか一方のフィルタを光路中に切り替えて挿入する方法が提案されている。
【０００５】
また近赤外波長域を透過させることで生じるレンズの色収差によって異なった焦点検出が行なわれることを補正する従来例としては、特公平１-４５８８３号公報（特許文献２）に記載されているものがある。これは被写体からの光束のうち可視光による光電信号と、近赤外光による光電信号を個別に取り出す受光手段を同一基板に形成し、入射する全ての波長の光により検出される合焦位置に対する所望の波長の光による合焦位置までの補正値を前記個別に取り出した光電信号に基づいて定めるようにしている。
【０００６】
特許第２６６６２７４号公報（特許文献３）には、焦点検出装置の焦点検出のための受光素子面の近傍に被写体の色温度を検出するべく所定のフィルタ手段を持ったセンサ部を焦点検出センサと同一の基板上に配置すること、そして被写体の色温度情報を出力する構成が示されている。
【０００７】
さらに、特公平３-７３８４７号（特許文献４）では可視光及び可視光以外の光に対して感度を有する焦点検出部での色温度による検出誤差を焦点検出部と別体に設けられた色温度測定手段の出力を用いて補正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平８-３５７５号公報
【特許文献２】特公平１-４５８８３号公報
【特許文献３】特許第２６６６２７４号公報
【特許文献４】特公平３-７３８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のように機械的な切り替え手段を設けると、焦点検出装置が大型化し、駆動部分の信頼性も問題となる。特許文献２のように焦点検出センサと近赤外光を検出するセンサを同一基板上に配置する場合、近赤外光のみを受光するセンサの配置が問題となる。焦点検出センサと近赤外光受光センサは被写体の異なる部分から来る光をそれぞれ受光するため、被写体の構造（近赤外光反射率）によっては全く異なる光を受光することになり、適切な補正ができない可能性がある。また近年、焦点検出点の多点化、さらにエリア化が進み、焦点検出センサが基板上に細密配置され、近赤外光のみを受光するセンサの配置が困難になってきている。特許文献３や４のように、焦点検出部と別体に色温度測定手段を設ける場合は途中で別体に設けた色温度測定手段へ分岐する分岐部分を余計に設ける必要があり、よってファインダー側や焦点検出部側へ導く光量が減ってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、従来の焦点検出装置についての以上の問題意識に基づき、光源の色温度による焦点検出位置の変化（誤差）を小さくする焦点検出装置を簡易な構成で得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による焦点検出装置は、撮影レンズの予定焦点面上の被写体像を、対をなすセパレータレンズによって焦点検出センサ上に対をなす像を再結像させ、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、上記焦点検出センサをそれぞれ、上記像の相対的位置ずれが生じる方向に画素が並ぶ２ラインに形成し、上記セパレータレンズから上記２ライン焦点検出センサに至る光路中に、上記予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して上記２ライン焦点検出センサにそれぞれ与える回折格子を設け、該２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正する補正手段を設けたことに特徴を有する。
【００１２】
実際的には、回折格子は、基準波長より長波長の光と短波長の光をそれぞれ互いに異なる方向に回折させるように形成する。
【００１３】
回折格子は、撮影レンズからの光束をセパレータレンズに向けて偏向させる反射ミラーの反射面に設けることが好ましい。
【００１４】
本発明の回折格子は、予定焦点面上に設けることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して２ライン焦点検出センサに与えることができるので、２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用する一眼レフカメラの焦点検出装置の光学系を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる焦点検出装置の光学系の要部を示す斜視図である。
【図３】同実施形態にかかる焦点検出装置の原理を説明する平面図であって、（Ａ）は被写体光が青色領域の場合、（Ｂ）は被写体光が緑色（基準光）の場合、（Ｃ）は被写体光が赤色領域の場合の分光被写体像の様子を示した図である。
【図４】同実施形態にかる焦点検出装置において、色収差が発生している様子及び色収差を補正した様子を示した平面図であって、（Ａ）は短波長光では合焦位置よりも手前に結像するが基準波長光では合焦する様子を、（Ｂ）は短波長光で合焦すると基準波長光では合焦位置を越えて結像する様子を、（Ｃ）は基準波長光で合焦した様子を、（Ｄ）は長波長光で合焦すると基準波長光では合焦位置より手前に結像する様子を、（Ｅ）は長波長光では合焦位置を越えて結像するが基準波長光では合焦する様子を示す図である。
【図５】同実施形態の焦点検出装置を搭載した一眼レフカメラの回路構成を示したブロック図である。
【図６】反射型のブレーズ回折格子を使用した実施形態の光学系の要部を示す、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図７】反射型のブレーズ回折格子の実施例を拡大して示す斜視図である。
【図８】透過型のブレーズ回折格子の実施例を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明について、図に示した最良の実施形態を参照して説明する。図１乃至図５は、本発明による焦点検出装置の第１の実施形態を示している。一眼レフカメラの撮影レンズを透過した光束は、周知のように、メインミラー（半透過ミラー）で一部が反射され残部が透過する。反射された光束はファインダーに導かれ、透過した光束は、メインミラー後方の第二ミラーで下方へ反射されて焦点検出部に導かれ、その予定焦点面に結像する。図１と図２は、全ての反射面を展開した状態で、この予定焦点面（一次結像面）１１以降の光学系（焦点検出部）を示している。予定焦点面１１の後方には、コンデンサレンズ１３、１３１、１３２、セパレータレンズ群１５及び焦点検出センサ（ラインセンサ群）１７が順に配置されている。セパレータレンズ群１５は、コンデンサレンズ１３の子午面及び赤道面に関する対称位置に配置された複数対（図示例では４対）のセパレータレンズ１５ａ、１５ｂ、及びセパレータレンズ１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈを備えている。ここで、子午面、赤道面は、コンデンサレンズ１３の光軸Oを通る面であって、予定焦点面１１の横方向（水平方向）、縦方向（垂直方向）と平行な面をいう。なお、通常は、セパレータレンズのコンデンサレンズ１３側に、各セパレータレンズに対する開口を有するセパレータマスクが配置されている。また、セパレータレンズの位置、数は測距位置数及び縦線検出、横線検出に応じて定められるもので、その対の数は問わない。
【００１８】
焦点検出センサ１７は、セパレータレンズ群１５の各対に対応する複数対のラインセンサ１７ａ、１７ｂ、ラインセンサ１７ｃ、１７ｄ、ラインセンサ１７ｅ、１７ｆ、ラインセンサ１７ｇ、１７ｈを有しており、撮影レンズによって予定焦点面１１上に結像される被写体像が、コンデンサレンズ１３及びセパレータレンズ群１５の各セパレータレンズ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈによって、対応するラインセンサ１７ａ、１７ｂ、ラインセンサ１７ｃ、１７ｄ、ラインセンサ１７ｅ、１７ｆ、ラインセンサ１７ｇ、１７ｈ上に再結像される。なお、以下の説明において、ラインセンサ１７ａ、１７ｂの並び方向を横方向あるいは水平方向と、ラインセンサ１７ｃ、１７ｄの並び方向を縦方向あるいは鉛直方向と呼ぶことがある。
【００１９】
図２には、第１の実施形態の中央横方向検出（縦線検出）に関する構成の要部のみを示した。この実施形態では、予定焦点面１１の中央横線検出領域から出た光束が透過するセパレータレンズ１５ａ、１５ｂと予定焦点面１１との間に透過ブレーズ型の回折格子２１を配置した。この回折格子２１は、予定焦点面１１の中心を通る水平線で上下に二分割された、第１回折格子２２及び第２回折格子２３からなる。第１、第２回折格子２２、２３は透過型のブレーズ回折格子であって、光軸と平行に入射した光が、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂの並び方向であって、かつ互いに異なる方向に回折するように配置されている。なお、第１、第２回折格子２２、２３は、回折格子が入射側、射出側のいずれの側に位置させて配置してもよい。
【００２０】
第１、第２の透過回折格子２２、２３により回折された被写体光は、コンデンサレンズ１３で集束され、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に分光被写体像を形成（投影）する。
【００２１】
セパレータレンズ１５ａ、１５ｂで再結像される被写体像を受光する一対の２ラインのラインセンサ１７ａ、１７ｂは、それぞれの画素が並ぶ方向と平行に並列配置された２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２で形成されている。なお、各２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２の画素の並び方向は、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって形成される一対の被写体像が合焦状態に応じて相対的位置ずれを生じる方向である。
【００２２】
次に、この実施形態の詳細について、さらに図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は、図２に示した実施形態をより模式的に示した平面図である。
【００２３】
回折格子２１に入射した光束は、波長に応じた回折角で回折する。図２に示した回折格子２２、２３による回折角は、基準波長による回折角度を挟んでそれぞれ正負逆向きの回折角を生じるが、この実施形態では基準波長光のｍ次回折光が回折格子板法線と平行に進むように、図示しない部材、例えば、薄い楔プリズムなどにより設定している。
【００２４】
図３に、基準波長光源で照らされた被写体の第１、第２回折格子２２、２３による回折角（出射方向）が同一となるように形成した実施形態を示した。この実施形態では、被写体を実際に撮像する撮像素子が感度を有する波長のうちの代表的な波長である基準波長光が、第１、第２回折格子２２、２３によって同一方向に進むように回折するので、第１、第２回折格子２２、２３に入射した被写体光は、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に、ずれの無い一体の像として分光被写体像を形成する。図３（Ｂ）は合焦状態における一体の像の状態で、この時の一対の被写体像の間隔が通常の合焦状態を示す間隔（相対的位置）である。図３（Ａ）は合焦位置を越えた位置に焦点を結んだ状態（いわゆる後ピン）で、一対の被写体像の間隔は上記合焦状態における間隔より広くなっている。図３（Ｃ）は合焦位置の手前に焦点を結んだ状態（いわゆる前ピン）で、一対の被写体像の間隔は上記合焦状態における間隔より狭くなっている。
【００２５】
この実施形態では、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、１７ｂ１、１７ｂ２に形成された分光被写体像の間隔により、焦点が合焦位置、その手前または越えた位置に結ばれているかを検出し、基準波長光が合焦位置に焦点を結ぶようにフォーカシングレンズＬＦを駆動する。
【００２６】
一方、基準波長光（例えば緑色）Ｇよりも波長が短い短波長光（例えば青色）Ｂ及び波長が長い長波長光（例えば赤色）Ｒは、回折格子２２、２３に入射し、射出する回折光が、基準波光Ｇを挟んで異なる回折角度を有し、正負（上下）方向に回折し進む。図４に示した実施例の場合、短波長光Ｂは回折格子２２では基準波長光Ｇよりも上方に、回折格子２３では基準波長光Ｇよりも下方に向かって回折し（図４（Ｂ））、長波長光の場合は回折格子２２では基準波長光Ｇよりも下方に、回折格子２３では基準波長光Ｇよりも上方に向かって回折している（図４（Ｄ））。そうしてそれぞれの短波長光Ｂ、長波長光Ｇは、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に分光被写体像を形成している。つまり、短波長光Ｂは、回折格子２２では、所定の基準波長光Ｇによって到達するべき基準波長よりも小さい回折角により、その到達位置は、基準波長光Ｇによる到達位置よりも、左外側へ移動する。図２にでは、回折格子２２のブレーズ形状の谷側へスポットが移動することになる。これは、短波長化により回折角度が、基準波長時よりも小さくなるためである。一方逆に、光源の波長が長波長側にシフトした場合は、図２に示すような回折格子２２の山側方向へスポットが移動する。
【００２７】
ここで、基準波長光Ｇより短い波長光Ｂを多く含む照明で照らされた被写体で合焦させた図４（Ｂ）の場合、基準波長光Ｇによって撮像素子に実際撮影される像は後ピン（基準波長光Ｇにおいては一対の分光像間隔が広い図３（Ａ）の状態）となっていて、基準波長光Ｇより長い波長光Ｒを多く含む照明で照らされた被写体で合焦させた図４（Ｄ）の場合、基準光源の波長域によって撮像素子に実際撮影される像は前ピン（基準光源においては一対の分光像間隔が狭い図３（Ｃ）の状態）となっている。
【００２８】
また、この実施形態では、短波長光Ｂと長波長光Ｒは、図４（Ｂ）、図４（Ｄ）に示すように、各第１、第２の透過回折格子２２、２３において上記基準波長の回折角とは異なる回折角で回折するように形成されている。ここでは、短波長光Ｂと長波長光Ｒは、基準波長光Ｇにおける回折光の状態（図４（Ｃ））を挟んで逆方向に進むよう設定されている。しかもその方向は、第１、第２の透過回折格子２２、２３とで逆に設定されている。そのため、短波長光Ｂにより２ラインラインセンサ１７ａ、１７ｂ上に形成された分光被写体像は、図において上下方向にずれている（図４（Ａ）、（Ｂ））。同様に長波長領域の光Ｒにより２ラインラインセンサ１７ａ、１７ｂ上に形成された分光被写体像は、図において上下方向にずれている（図４（Ｄ）、（Ｅ））。そうして分光被写体像のずれ方向は、短波長光Ｂと長波長光Ｒとで逆方向である。
【００２９】
そこでこの実施形態では、一対の一方の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２（基準ラインセンサ）に、波長に応じてそれぞれ形成された各被写体像を全体として捉えた全体被写体像と、他方の２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２（参照ラインセンサ）に形成された全体被写体像との間隔（位相差）によって合焦状態（デフォーカス量、デフォーカス方向）を検出する。こうすることによって、図４に示すように、基準波長だけでなく、それよりも短波長、長波長において２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、１７ｂ１、１７ｂ２に分離されて結像された像であっても、各波長毎に合焦を検出してフォーカシングレンズＬＦを駆動し、各波長における合焦状態を作ることができる。つまり、色収差による合焦誤差を補正している。
【００３０】
この実施形態では、少なくともいずれか一方の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２の一方のラインセンサ１７ａ１に形成された分光被写体像と他方のラインセンサ１７ａ２に形成された分光被写体像のずれ方向及びずれ量によって色収差を検出する。例えば、図４（Ａ）の場合、被写体は基準波長より短い波長の光Ｂを多く含む光源で照らされているので、一方の２ラインラインセンサ１７ａ１に結像している被写体像（分光被写体像）は、基準波長の光Ｇによる合焦状態を示す図４（Ｃ）の場合より下方向に変位して（ずれて）いる。逆に他方の２ラインラインセンサ１７ａ２に結像している分光被写体像は、図４（Ｃ）の場合より上方向に変位している。
【００３１】
一方、図４（Ｅ）の場合、被写体は基準波長より長い波長の光Ｒを多く含む光源で照らされているので、一方の２ラインラインセンサ１７ａ１に結像している被写体像（分光被写体像）は、図４（Ｃ）の場合より下方向（図４（Ａ）とは逆方向）に変位して（ずれて）いる。他方の２ラインラインセンサ１７ａ２に結像している分光被写体像は、図４（Ｃ）の場合より上方向（図４（Ａ）とは逆方向）に変位している。そうして、これらの変位方向から被写体を照らす照明光の波長域、変位量から撮影レンズの色収差を検出する。なお、色収差の検出は、一対の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、及び２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２の両方を使用してもよい。
【００３２】
以上のように、被写体光の色（波長）によって合焦誤差が発生するが、本実施形態では、各２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２と１７ｂ１、１７ｂ２上に形成された分光被写体像のずれ方向及びずれ量により色（波長）を検出できるので、分光被写体像のずれ方向及びずれ量から色収差情報を求めて、焦点調節レンズ群ＬＦのデフォーカス方向及びデフォーカス量を補正することができる。
【００３３】
なお、この補正に必要な関数、データは、予め測定してメモリー手段に記憶しておき、必要に応じて読み出し、また演算するなどの方法により実施できる。例えば、図４（Ｂ）、（Ｄ）の状態を補正しようとすると、２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２の像のずれから波長（色）を検出し、その波長に応じた補正値をメモリー手段から読み出し、フォーカシングレンズＬＦの位置を補正する。その結果を、図４（Ａ）、（Ｅ）に示した。
【００３４】
図５には、この焦点検出装置を搭載した一眼レフカメラの主要光学構成及び回路構成を示した。交換レンズＬにより予定焦点面１１に集束された被写体像光は、回折格子２１、コンデンサレンズ１３、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂによって分光被写体像が１対の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２、２ラインラインセンサ１７ｂ１、１７ｂ２上に形成される。ラインセンサの各画素によって光電変換され、蓄積される。ラインセンサに蓄積された電荷は、画素単位で電圧に変換されて、画素信号として位相差検出部３１、色収差検出部３３に出力される。
【００３５】
位相差検出部３１は、一対の２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２と１７ｂ１、１７ｂ２の出力に基づき位相差（分光被写体像間隔）を検出し、デフォーカス方向(前ピン、後ピン）及びデフォーカス量を検出する。一方、色収差検出部３３は、各２ラインラインセンサ１７ａ１、１７ａ２と１７ｂ１、１７ｂ２の出力に基づき、分光被写体像のずれ方向及びずれ量から色収差による上記デフォーカス方向及びデフォーカス量の誤差を検出する。
【００３６】
ＡＦ演算部３５は、位相差検出部３１が検出した位相差を、色収差検出部３３が検出した色収差に基づいて補正し、レンズ駆動方向及び駆動量を演算して、ＡＦ制御部３７を介してレンズ駆動用アクチュエータ３９を駆動し、焦点調節レンズ群ＬＦを光軸に沿って合焦位置まで移動させる。
【００３７】
図６には、ブレーズ型回折格子として反射型の回折格子２７を使用した実施形態を示した。図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は側面図である。この回折格子２７は、予定焦点面１１に配置された反射ミラー２８上に形成されていて、反射ミラー２８と共に、撮影レンズＬ、セパレータレンズ１５ａ、１５ｂ間のＡＦ光路を略９０゜曲げる作用も有する。
【００３８】
回折格子２７は、撮影レンズＬを透過した被写体光束を反射する一対のブレーズ型回折格子２７ａ、２７ｂからなる。さらに各回折格子２７ａ、２７ｂは、図２、図３に示したように回折方向が逆方向となるように向けて並列に並べられている。回折格子２７ａで反射した光束は、セパレータレンズ１５ａによってラインセンサ１７ａ１上に分光被写体像を形成し、セパレータレンズ１５ｂによってラインセンサ１７ｂ１上に分光被写体像を形成し、回折格子２７ｂで反射した光束は、セパレータレンズ１５ａによってラインセンサ１７ａ２上に分光被写体像を形成し、セパレータレンズ１５ｂによってラインセンサ１７ｂ２上に分光被写体像を形成する。
【００３９】
図７に反射型のブレーズ型回折格子２５、２７の要部を拡大して示した。図示したブレーズ型回折格子２５の場合、各法線に対する入射角α、出射角（回折角）βを図中のように定義する。入射角α、出射角（回折角）βは、下記式(a)、(b)、(c)の関係を有する。ただし、mは回折次数、λは入射光の波長、λbはブレーズ波長、pは格子ピッチ、θbはブレーズ角である。
sinα＋sinβ＝mλ／p ・・・(a)
θb＝（α＋β）／2 ・・・(b)
λb＝（2p／m）sin(θb)・cos（α-θb） ・・・(c)
【００４０】
式(a)に示されるようにブレーズ型回折格子は、反射の場合には、回折格子法線からの入射角α、出射角βは、基本的には、波長λとピッチpによって決まる。また、ブレーズ角θdは、式(b)に示されるように入、出射角α、βの和の１／２である。このブレーズ角θdにおける波長λがブレーズ波長であり、式(c)のようになる。例えば、入射角αが10度、ピッチpが2.5μmのブレーズ回折格子に波長λが0.5μmの光（緑色の光）が入射した場合、その回折角βは、1.51度であり、ブレーズ角θbは約5.6度となり、その際のブレーズ波長は約0.5μmとなり、可視光域を最も効率良く反射させることができる。
【００４１】
図では、回折格子の形状を鋸歯状の溝形状を示したが、正弦波状の溝形状や矩形の溝形状の場合も同様に構成できる。
【００４２】
図８には、透過型の回折格子２１要部の拡大図を示した。ここに示す透過型の回折格子の場合、被写体光は平面側から入射し、出射面画の格子で回折する。
（式１）
【００４３】
基本的には、設定されるブレーズ角θdは、式１に示すように波長λとピッチpに依存する。回折角βは、入射角α、屈折率ｎがそれに加わる。例えば、波長λが0.5μm、ピッチpが10μm、屈折率ｎが1.5 の場合は、1次回折角βは約2.9度、ブレーズ角θbは5.7度となる。
【００４４】
このように任意の設計パラメーターを用いることにより回折角βを自由に設定できるので、波長λとピッチpの関係より、可視光を最も効率良く透過させることができる回折角βを容易に設定できる。
また、回折格子の形状を鋸歯状の溝形状を示したが、正弦波状の溝形状や矩形の溝形状のものも同様に構成できる。
【００４５】
以上の実施形態では、予定焦点面１１の中央領域を焦点検出領域とする光学系を示したが、他の焦点検出領域に関する光学系にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１ 予定焦点面（一次結像面）
１３ コンデンサレンズ
１５ セパレータレンズ群
１５ａ １５ｂ セパレータレンズ
１７ 焦点検出センサ（ラインセンサ群）
１７ａ １７ｂ ２ラインラインセンサ（２ライン焦点検出センサ）
１７ａ１ １７ａ２ ラインセンサ
１７ｂ１ １７ｂ２ ラインセンサ
２１ 透過ブレーズ型の回折格子
２２ 第１回折格子
２３ 第２回折格子
２７ 反射ブレーズ型の回折格子
２７ａ ２７ｂ 回折格子
２８ 反射ミラー
３１ 位相差検出部
３３ 位相差検出部
３５ ＡＦ演算部
３７ ＡＦ制御部
３９ レンズ駆動アクチュエータ
Ｌ 交換レンズ
ＬＦ フォーカシングレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの予定焦点面上の被写体像を、対をなすセパレータレンズによって焦点検出センサ上に対をなす像を再結像させ、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、
上記焦点検出センサをそれぞれ、上記像の相対的位置ずれが生じる方向に画素が並ぶ２ラインに形成し、
上記セパレータレンズから上記２ライン焦点検出センサに至る光路中に、上記予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して上記２ライン焦点検出センサにそれぞれ与える回折格子を設け、
該２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正する補正手段を設けたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の焦点検出装置において、回折格子は、基準波長より長波長の光と短波長の光をそれぞれ互いに異なる方向に回折させる焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の焦点検出装置において、回折格子は、撮影レンズからの光束をセパレータレンズに向けて偏向させる反射ミラーの反射面に設けられている焦点検出装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の焦点検出装置において、回折格子は、上記予定焦点面上に設けられている焦点検出装置。
【請求項１】
撮影レンズの予定焦点面上の被写体像を、対をなすセパレータレンズによって焦点検出センサ上に対をなす像を再結像させ、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、
上記焦点検出センサをそれぞれ、上記像の相対的位置ずれが生じる方向に画素が並ぶ２ラインに形成し、
上記セパレータレンズから上記２ライン焦点検出センサに至る光路中に、上記予定焦点面上の被写体像を波長の長短に応じて分光して上記２ライン焦点検出センサにそれぞれ与える回折格子を設け、
該２ライン焦点検出センサ上の分光被写体像の相対的位置ずれによって得られる色収差情報により、上記２ライン焦点検出センサにより検出した焦点位置を補正する補正手段を設けたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の焦点検出装置において、回折格子は、基準波長より長波長の光と短波長の光をそれぞれ互いに異なる方向に回折させる焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の焦点検出装置において、回折格子は、撮影レンズからの光束をセパレータレンズに向けて偏向させる反射ミラーの反射面に設けられている焦点検出装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の焦点検出装置において、回折格子は、上記予定焦点面上に設けられている焦点検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８１５９０（Ｐ２０１０−１８１５９０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４５５１（Ｐ２００９−２４５５１）
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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