JPS62106425A - Optical system for focus detection - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve the distance measurement accuracy by arranging auxiliary lenses between the second lens group and a light emitting element and between the second lens group and a light receiving element on specific conditions. CONSTITUTION:Relations 1/S'=1/S+1/f exist where S is the distance from the rear principal plane of an auxiliary lens 22 to an image surface P for the absence of the auxiliary lens 22 and S' is the distance from the rear principal plane of the auxiliary lens 22 to an image surface and (f) is the focal length of the auxiliary lens 22, and thereby, a magnification beta is expressed with S'/S. An angle theta2 of inclination of the image surface Q for insertion of the auxiliary lens 22 to a virtual object surface is expressed with (1-beta).theta1 where theta1 is the angle of inclination of the auxiliary lens to the object surface. The image surface is arranged at a angle which satisfies these relations, thereby obtaining a spot image with variable distortion effect compensated.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、近赤外光を被写体に向けて投射し、その反射
光を受光した受光素子の光電変換信号から焦点状態を検
出する所謂アクティブ方式の焦点検出用光学系に関する
ものである。Detailed Description of the Invention "Field of Industrial Application" The present invention is directed to a so-called active camera that projects near-infrared light toward a subject and detects the focus state from a photoelectric conversion signal of a light receiving element that receives the reflected light. The present invention relates to a focus detection optical system of the method.

［従来の技術］ 従来のこの種の焦点検出用光学系は、発光素イと受光素
子を撮影レンズの列部に設けた外部測距方式と、画素子
を撮影レンズの内部に設け、投光光束及び受光光束を撮
影レンズの一部を通過させるようにした所謂ＴＴＬ測距
方式とに大別される。[Prior Art] Conventional optical systems for focus detection of this type include an external distance measuring method in which a light emitting element and a light receiving element are provided in a row of the photographing lens, and a pixel element is provided inside the photographing lens and a light emitting method is used. It is broadly classified into the so-called TTL distance measuring method in which the light beam and the received light beam pass through a part of the photographing lens.

前者の外部測距方式は撮影レンズのフォーカシング動作
に連動して受光素子又は発光素子を機械的に動かして、
三角Ｘ１ｌｌ　ｆｌの原理により測距する方式であるか
ら、機械的な連動部において部材の形状誤差に起因する
測距誤差を免れ得ない。従って、測距精度を良好にする
ためには、成る程度の長さの基線長が必要になり、その
ために装置の小型化が難しいという問題を有している。The former external distance measuring method mechanically moves the light receiving element or light emitting element in conjunction with the focusing operation of the photographic lens.
Since the distance measurement method is based on the principle of triangle X1ll fl, distance measurement errors due to shape errors of members in mechanical interlocking parts cannot be avoided. Therefore, in order to improve the distance measurement accuracy, a certain length of base line length is required, which poses a problem that it is difficult to miniaturize the device.

また、外部測距方式の別のタイプとして、受光素子にＰ
　Ｓ　Ｄ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　
Ｄｅｖｉｃｅ）を使用するものも知られており、これは
受光素子又は発光素子を動かす必要が無いという長所を
有しているが、位置検出特性の直線性に限界があるため
、これも成る程度長い基線長を必要とし同様に小型化に
限界がある。In addition, as another type of external distance measurement method, P
S D (Position 5 sensitive
Devices are also known, which have the advantage of not having to move the light-receiving element or the light-emitting element, but this also has a limited linearity due to the limited linearity of the position detection characteristics. A baseline length is required, which also limits miniaturization.

次に、後者のＴＴＬ測距方式を第４図について説明する
と、１はフォーカシングレンズであり、その後方に順次
にズーミング用のバリエータ２、コンペンセータ３、ア
フォーカルレンズ４、絞り５、リレーレンズ６が配置さ
れており、Ａは撮像面であって、全体としてズームレン
ズを構成している。そして、フォーカシングレンズ１の
焦点Ｆと光学的に共役な位置に、発光素子７と受光素子
８とが配置されている。発光素子７からの近赤外光を投
光レンズ９、全反射ミラー１０、フォーカシングレンズ
１を経て被写体に投射し、被写体からの反射光をフォー
カシングレンズ１、全反射ミラー１１、受光レンズ１２
を経て、例えば２画素から成る受光素子８で受光するよ
うになっている。Next, to explain the latter TTL distance measurement method with reference to FIG. 4, numeral 1 is a focusing lens, behind which a variator 2 for zooming, a compensator 3, an afocal lens 4, an aperture 5, and a relay lens 6 are sequentially installed. A is an imaging surface, and the lens as a whole constitutes a zoom lens. A light emitting element 7 and a light receiving element 8 are arranged at a position optically conjugate with the focal point F of the focusing lens 1. The near-infrared light from the light emitting element 7 is projected onto the subject via the projecting lens 9, the total reflection mirror 10, and the focusing lens 1, and the reflected light from the subject is transmitted through the focusing lens 1, the total reflection mirror 11, and the light receiving lens 12.
After that, the light is received by a light receiving element 8 consisting of, for example, two pixels.

ここで、フォーカシングレンズｌが被写体に対して合焦
状態にある時は、受光素子８」二の発光スポット像Ｂは
、第５図（ａ）に示すように受光素子８の中央に位置す
るが、非合焦状態では（ｂ）に示すように中央からずれ
た位置に至るために、２画素の差信号又は比信号により
フォーカシングレンズ１を駆動して自動焦点調節を行う
ことができる。Here, when the focusing lens l is in focus on the subject, the light emitting spot image B of the light receiving element 8'' is located at the center of the light receiving element 8, as shown in FIG. 5(a). In the out-of-focus state, the focusing lens 1 can be driven by a difference signal or a ratio signal of two pixels to perform automatic focus adjustment to reach a position shifted from the center as shown in (b).

このようなＴＴＬ測距方式では、フォーカシングレンズ
ｌ以外は可動部、が無く、またＰＳＤを使用する必要も
ないから、１．’（ｔｔａ　１つまりこの場合にはフォ
ーカシングレンズ１内の投光・受光光束の射出瞳間隔を
短くすることができ、小型化が可能である。しかし、フ
ォーカシングレンズ１内を投光・受光光束を通過させる
ため、直径の大きなフォーカシングレンズ１を用いる必
要があり、このために重量も大きくなりコスト的にも不
利である。In such a TTL distance measurement method, there are no moving parts other than the focusing lens l, and there is no need to use a PSD, so 1. '(tta 1) In other words, in this case, it is possible to shorten the exit pupil interval of the emitting and receiving light beams within the focusing lens 1, and downsizing is possible. In order to allow the light to pass through, it is necessary to use a focusing lens 1 with a large diameter, which increases the weight and is disadvantageous in terms of cost.

［発明の目的］ 本発明の目的は、撮影系フォーカシングレンズの周辺に
このフォーカシングレンズと等価な焦点距離を有する別
のレンズを配置し、このレンズをフォーカシングレンズ
と一体に可動できるようにして、測距精度を向上し、小
型化を実現し得る焦点検出用光学系を提供することにあ
る。[Object of the Invention] An object of the present invention is to arrange another lens having a focal length equivalent to that of the focusing lens around the imaging system focusing lens, and to make this lens movable together with the focusing lens. It is an object of the present invention to provide a focus detection optical system that can improve distance accuracy and realize miniaturization.

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、焦点調節
のため光軸方向に可動なフォーカシングレンズの周辺部
に、該フォーカシングレンズと等価な焦点距離を有する
第２のレンズを該フォーカシングレンズと一体で可動す
るように配置し、前記第２のレンズの焦点面側に発光素
子と受光素子を配置したアクティブ方式の焦点検出用光
学系であって、前記第２のレンズと発光素子、受光素子
のそれぞれの間に補助レンズを配置し、前記補助レンズ
を挿入した場合の像面の被写体面に対する傾き角度を０
２、前記補助レンズの被写体面に対する傾き角度をＯＩ
、前記補助レンズの倍率なβとした場合に、 θ２＝（１−β）・０１ をほぼ満足するようにしたことを特徴とする焦点検出用
光学系である。[Summary of the Invention] The gist of the present invention to achieve the above-mentioned object is to provide a second lens having a focal length equivalent to that of the focusing lens, which is movable in the optical axis direction for focus adjustment, at the periphery of the focusing lens. is arranged to move integrally with the focusing lens, and a light emitting element and a light receiving element are arranged on the focal plane side of the second lens. An auxiliary lens is placed between each of the light-emitting element and the light-receiving element, and when the auxiliary lens is inserted, the tilt angle of the image plane with respect to the subject plane is set to 0.
2. The inclination angle of the auxiliary lens with respect to the object plane is OI.
, the focus detection optical system is characterized in that, when β is the magnification of the auxiliary lens, θ2=(1−β)·01 is approximately satisfied.

［発明の実施例］ 本発明を第１図〜第３図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。[Embodiments of the Invention] The present invention will be described in detail based on embodiments illustrated in FIGS. 1 to 3.

第１図は本発明を応用するに適したズームレンズ系であ
り、符号１〜１２は第４図の部材と同−又は同等の部材
を示している。フォーカシングレンズ１の周辺には、フ
ォーカシングレンズｌと焦点距離の等しい第２のレンズ
群、即ち投光用フォーカシングレンズ１３、受光用フォ
ーカシングレンズ１４が配置され、これら第２のレンズ
群１３．１４はフォーカシングレンズｌと共に、フォー
カシングユニット１５として光軸方向に−体重に駆動さ
れる。これら第２のレンズ群１３．１４のそれぞれの焦
点面側には、発光素子７及び受光素子８がフォーカシン
グレンズ１の焦点Ｆと光学的に共役な位置に配置されて
いる。FIG. 1 shows a zoom lens system suitable for applying the present invention, and reference numerals 1 to 12 indicate the same or equivalent members as those in FIG. 4. A second lens group having the same focal length as the focusing lens l, that is, a light emitting focusing lens 13 and a light receiving focusing lens 14, are arranged around the focusing lens 1. Together with the lens l, the focusing unit 15 is driven by the weight in the optical axis direction. On the focal plane side of each of the second lens groups 13 and 14, a light emitting element 7 and a light receiving element 8 are arranged at positions optically conjugate with the focal point F of the focusing lens 1.

この第１図の構成は光学的には前述の第４図の構成と全
く等価であり、従ってＴＴＬ測距方式の長所はそのまま
保有されている。しかし、撮影用のフォーカシングレン
ズ１はその直径を第４図のものよりも小さくできるから
、小型軽量にすることができる。また、第２のレンズ群
１３．１４はプラスチック酸の非球面レンズとすること
ができるので、これらの第２のレンズ群１３．１４が附
加されても、フォーカシングレンズ１の小型化によって
全体のコストを安価にすることができる。The configuration shown in FIG. 1 is optically completely equivalent to the configuration shown in FIG. 4 described above, and therefore retains the advantages of the TTL ranging method. However, since the diameter of the focusing lens 1 for photographing can be made smaller than that shown in FIG. 4, it can be made smaller and lighter. Furthermore, since the second lens group 13.14 can be made of an aspherical lens made of plastic acid, even if these second lens groups 13.14 are added, the overall cost can be reduced due to the miniaturization of the focusing lens 1. can be made inexpensive.

しかし、このような優れた長所を有する反面、測距精度
が低下するという欠点を持っている。即ち、このような
光学系では、投光レンズ９、受光レンズ１２を撮影系光
軸から離して配置することになるため、第２のレンズ群
１３．１４の光軸とが、像に歪みを生じ測距精度が低下
する原因となるので、像面を撮影系光軸に垂直に近付け
ることが望ましい。However, although it has such excellent advantages, it also has the disadvantage of reduced distance measurement accuracy. In other words, in such an optical system, the light emitting lens 9 and the light receiving lens 12 are placed apart from the optical axis of the photographing system, so that the optical axes of the second lens group 13 and 14 do not cause distortion to the image. Therefore, it is desirable to place the image plane perpendicularly close to the optical axis of the photographing system.

この測距精度の低下を防止するため、本発明では光学系
が第２図に例示するような特定の条件で配置されている
。このｔ５２図において、２１は撮影系フォーカシング
レンズ１と等価な第２のレンズ、Ｃは撮影系光軸、２２
は第１図の投光レンズ９又は受光レンズ１２に相当する
補助レンズ、Ｐは補助レンズ２２が存在しない場合の像
面、Ｑは次に述べる条件を満足した補助レンズ２２を挿
入した場合の像面を表している。In order to prevent this decrease in distance measurement accuracy, in the present invention, the optical system is arranged under specific conditions as illustrated in FIG. In this t52 diagram, 21 is a second lens equivalent to the focusing lens 1 of the imaging system, C is the optical axis of the imaging system, and 22
is an auxiliary lens corresponding to the light emitting lens 9 or the light receiving lens 12 in Fig. 1, P is the image plane when the auxiliary lens 22 is not present, and Q is the image when the auxiliary lens 22 satisfying the following conditions is inserted. represents the surface.

補助レンズ２２の前側主平面から補助レンズ２２かない
場合の像面Ｐまでの距陣をＳ、補助レンズ２２の後側主
平面から像面Ｑまでの距離をＳ′　とし、補助レンズ２
２の焦点距離をｆとすれば、 Ｌ／Ｓ’　＝　１／Ｓ＋Ｉ／ｆ　　　　・・・（１）な
る関係が存在し、これにより倍率βは、β＝Ｓ’／Ｓ　
　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）となる。The distance from the front principal plane of the auxiliary lens 22 to the image plane P without the auxiliary lens 22 is S, and the distance from the rear principal plane of the auxiliary lens 22 to the image plane Q is S'.
If the focal length of 2 is f, then the following relationship exists: L/S' = 1/S+I/f (1), so the magnification β is β=S'/S
...(2).

補助レンズ２２を挿入した場合の像面Ｑの仮想の被写体
面に対する傾き角度θ２は、 θ２＝（１−β）・０１　　　　　・・・（３）で表さ
れる。ここで、θ１は補助レンズ２２の被写体面に対す
る傾き角度である。この（３）式を満足する角度に像面
を配置することにより、変歪効果の補正されたスポット
像を得ることが可能となる。The inclination angle θ2 of the image plane Q with respect to the virtual object plane when the auxiliary lens 22 is inserted is expressed as θ2=(1−β)·01 (3). Here, θ1 is the inclination angle of the auxiliary lens 22 with respect to the subject plane. By arranging the image plane at an angle that satisfies this equation (3), it is possible to obtain a spot image in which the distortion effect is corrected.

第３図は撮影系フォーカシングレンズ１と等価な第２の
レンズをフレネル型レンズ２３で構成した実施例を示し
、この場合に補助レンズ２２の傾き角度θ１は、フレネ
ル型レンズ２３の自動合焦系についての有効領域の中心
と、補助レンズ２２が無い場合の像面Ｐとを結ぶ直線と
、補助レンズ２２の主平面とが垂直になるように設定す
ることが望ましい。FIG. 3 shows an embodiment in which the second lens equivalent to the focusing lens 1 of the photographing system is composed of a Fresnel type lens 23. In this case, the inclination angle θ1 of the auxiliary lens 22 is It is desirable to set the main plane of the auxiliary lens 22 so that the straight line connecting the center of the effective area for the auxiliary lens 22 and the image plane P when the auxiliary lens 22 is not provided is perpendicular to the main plane of the auxiliary lens 22.

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る焦点検出用光学系は、
撮影系フォーカシングレンズの周辺部に、このフォーカ
シングレンズと等しい焦点距離を有する投受光用の第２
のレンズ群を一体に可動できるよう配置し、この第２の
レンズ群の焦点面側に発光素子と受光素子を配設し、第
２のレンズ群と発光素子、受光素子とのそれぞれの間に
設ける補助レンズを特定の条件で配置することにより、
受光素子上のスポット像の変歪を補正することができ、
測距精度を大１ｑ１１に向」−できるという効果がある
。[Effects of the Invention] As explained above, the focus detection optical system according to the present invention has the following effects:
A second light emitting/receiving lens having the same focal length as the focusing lens is installed around the imaging system focusing lens.
A light emitting element and a light receiving element are arranged on the focal plane side of the second lens group, and a light emitting element and a light receiving element are arranged between the second lens group and the light emitting element and the light receiving element respectively. By arranging the auxiliary lens under specific conditions,
It is possible to correct distortion of the spot image on the light receiving element,
This has the effect of increasing the distance measurement accuracy to 1q11.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面第１図〜第３図は本発明に係る焦点検出用光学系の
実施例を示し、第１図は本発明を適用したズームレンズ
光学系を示す構成図、第２図、第３図は焦点検出用光学
系の構成図であり、第４図は従来のＴＴＬ測距測距方式
用適用ズームレンズ光学系の構成図、第５図はこの場合
の受光素子上のスポット像の説明図である。 符号１はフォーカシングレンズ、２はバリエータ、３は
コンペンセータ、４はアフォーカルレンズ、５は絞り、
６はリレーレンズ、７は発光素子、８は受光素子、９は
投光レンズ、１２は受光レンズ、１３は投光用フォーカ
シングレンズ、１４は受光用フォーカシングレンズ、１
５はフォーカシングユニット、２１は撮影系フォーカシ
ングレンズと等価なレンズ、２２は補助レンズ、２３は
フレネル型レンズである。 特許出願人　　　キャノン株式会社 第３し 第１図 第２図1 to 3 show an embodiment of a focus detection optical system according to the present invention, FIG. 1 is a configuration diagram showing a zoom lens optical system to which the present invention is applied, and FIGS. FIG. 4 is a configuration diagram of a focus detection optical system; FIG. 4 is a configuration diagram of a zoom lens optical system applicable to a conventional TTL ranging method; and FIG. 5 is an explanatory diagram of a spot image on a light receiving element in this case. be. 1 is a focusing lens, 2 is a variator, 3 is a compensator, 4 is an afocal lens, 5 is an aperture,
6 is a relay lens, 7 is a light emitting element, 8 is a light receiving element, 9 is a light projecting lens, 12 is a light receiving lens, 13 is a focusing lens for light projecting, 14 is a focusing lens for light receiving, 1
5 is a focusing unit, 21 is a lens equivalent to a focusing lens of a photographing system, 22 is an auxiliary lens, and 23 is a Fresnel type lens. Patent applicant: Canon Co., Ltd. No. 3, Fig. 1, Fig. 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、焦点調節のため光軸方向に可動なフォーカシングレ
ンズの周辺部に、該フォーカシングレンズと等価な焦点
距離を有する第２のレンズを該フォーカシングレンズと
一体で可動するように配置し、前記第２のレンズの焦点
面側に発光素子と受光素子を配置したアクティブ方式の
焦点検出用光学系であって、前記第２のレンズと発光素
子、受光素子のそれぞれの間に補助レンズを配置し、前
記補助レンズを挿入した場合の像面の被写体面に対する
傾き角度をθ＿２、前記補助レンズの被写体面に対する
傾き角度をθ＿１、前記補助レンズの倍率をβとした場
合に、 θ＿２＝（１−β）・θ＿１ をほぼ満足するようにしたことを特徴とする焦点検出用
光学系。 ２、前記第２のレンズをフレネル型レンズとした特許請
求の範囲第１項に記載の焦点検出用光学系。[Claims] 1. A second lens having a focal length equivalent to that of the focusing lens is movable integrally with the focusing lens at the periphery of the focusing lens that is movable in the optical axis direction for focus adjustment. an active type focus detection optical system in which a light emitting element and a light receiving element are arranged on the focal plane side of the second lens, and an auxiliary lens is provided between the second lens and each of the light emitting element and the light receiving element. When the lens is arranged and the auxiliary lens is inserted, the inclination angle of the image plane with respect to the object plane is θ_2, the inclination angle of the auxiliary lens with respect to the object plane is θ_1, and the magnification of the auxiliary lens is β, then θ_2= A focus detection optical system characterized by substantially satisfying (1-β)·θ_1. 2. The focus detection optical system according to claim 1, wherein the second lens is a Fresnel type lens.