JP2001004905A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焦点検出装置において、熱ショックなどによ
る不可逆的な誤差発生を適時に校正可能にし、焦点検出
の精度を長期間にわたって高水準に維持する。 【解決手段】 通常の焦点検出系の他に、前記対物レン
ズの透過光束の少なくとも一部を再結像する校正用光学
系と、前記校正用光学系を介して再結像された光像を光
電変換する校正用光電変換素子列と、前記校正用光電変
換素子列の光電変換信号を校正の基準にして、前記焦点
検出部による焦点調節状態を検証し、前記焦点検出部の
校正データを作成する試験部と、前記試験部において作
成された校正データに基づいて、前記焦点検出部で算出
される焦点調節状態を補正して出力する校正部とを備え
て、焦点検出装置の校正を行う。さらに、この校正用光
学系をガラス製もしくは単眼構成とすることにより、校
正精度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ、双眼鏡な
どの光学機器に搭載される焦点検出装置に関する。特
に、本発明は、焦点検出動作を校正する際の基準とし
て、校正用の焦点検出系を備えた焦点検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、瞳分割位相差方式の焦点検出装置
には、複数対のレンズを平面配置したプラスチック製の
焦点検出光学系（再結像レンズやセパレータレンズとも
いう）が搭載される。一般に、この種の焦点検出光学系
は、温度や湿度によって寸法変化が生じやすく、レンズ
対の間隔が微小に変化する。このようなレンズ対の間隔
変化は、再結像される瞳分割像の像間隔に直に影響する
ため、焦点検出時の誤差要因となる。

【０００３】特開昭６０−２３５１１０号公報には、こ
のような検出誤差の対策として、温度センサを用いて環
境温度を監視し、その環境温度の値に応じて焦点検出結
果を補正する技術が開示されている。また、湿度に伴う
プラスチックの寸法変化については、吸湿膨張特性の低
いプラスチック材料を使用する対策が、一般に公知であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、焦点検出光
学系には、プラスチック素材の性質によって、寸法の不
可逆的な変化が僅かずつ進行したり、激烈な温度変動に
より一気に進行したりする場合がある。このような変化
については、使用者がカメラを修理施設に送付あるいは
持ち込んで、焦点検出装置の調整を依頼しなければなら
ず、非常に手間がかかるという問題点があった。

【０００５】また、従来の焦点検出光学系では、吸湿膨
張特性の低いプラスチック素材を選んで使用しなければ
ならず、光学設計や構造設計上の自由度が低いという問
題点があった。

【０００６】なお、焦点検出光学系を、寸法変化の少な
い光学ガラスで作製することにより、焦点検出の精度を
向上させることも考えられる。しかしながら、瞳分割位
相差検出方式の焦点検出光学系は、多種多様な被写体を
確実に焦点検出するため、上記のようなレンズ対からな
る特殊形状の光学系とならざるを得ない。このような特
殊形状の焦点検出光学系を、光学ガラスから作製するこ
とは非常に困難かつ高コストになるという問題があっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、上記の問題点を解決す
るために、焦点検出を校正するための構成を備えた焦点
検出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（請求項１）請求項１に
記載の発明は、対物レンズの透過光束を瞳分割して複数
の分割光束を形成し、分割光束を結像して一組の分割像
を形成する焦点検出光学系と、一組の分割像を光電変換
する光電変換素子列と、光電変換素子列の光電変換信号
から一組の分割像の位相差を検出し、該位相差に基づい
て対物レンズの焦点調節状態を求める焦点検出部と、対
物レンズの透過光束の少なくとも一部を再結像する校正
用光学系と、校正用光学系を介して再結像された光像を
光電変換する校正用光電変換素子列と、校正用光電変換
素子列の光電変換信号を校正の基準にして、焦点検出部
による焦点調節状態を検証し、焦点検出部の校正データ
を作成する試験部と、試験部において作成された校正デ
ータに基づいて、焦点検出部で算出される焦点調節状態
を補正して出力する校正部とを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】上記構成の焦点検出装置では、焦点検出動
作を校正するために、校正用光学系、校正用光電変換素
子列、試験部、および校正部を新規に備える。したがっ
て、これらの構成を使用して、焦点検出装置の校正デー
タを必要に応じて更新し、焦点検出装置の測定精度を常
に高く維持することが可能となる。

【００１０】（請求項２）請求項２に記載の発明は、請
求項１に記載の焦点検出装置において、校正用光学系
は、ガラスまたは鉱物が主たる原料であることから、焦
点検出光学系よりも光学特性の経時変化が少ないことを
特徴とする。

【００１１】上記構成では、まず、校正用光学系の主た
る原料をガラスまたは鉱物とすることにより、光学特性
の経時変化を十分無視できる程度まで小さくする。その
結果、校正用光学系を介した光像は結像位置の狂いなど
が小さくなり、校正用光電変換素子列からは、常に正確
な光電変換信号が得られる。試験部は、この正確な光電
変換信号を校正の基準として、焦点検出部による焦点検
出状態を検証し（焦点検出状態の算出過程の検証も含
む）、焦点検出部の校正データを作成する。校正部は、
この校正データを使用して、焦点検出部で求める焦点調
節状態を補正する（焦点検出状態の算出過程の補正も含
む）。以上のような作用により、焦点検出光学系の寸法
変化などに起因する誤差を、簡易かつ確実に校正するこ
とが可能となる。

【００１２】なお、上記のように校正用光学系をガラス
や鉱物から作製した場合、素材加工上の制約を受ける。
しかしながら、校正用光学系は、校正用途に限定して使
用されるため、焦点検出光学系のような特殊形状とする
必要は特にない。したがって、校正用光学系については
（後述する各請求項や実施形態にも示されるように）形
状の自由度が高く、素材加工上の制約を容易に回避する
ことができる。

【００１３】（請求項３）請求項３に記載の発明は、請
求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
校正用光学系は、焦点検出光学系のように結像光軸を複
数有する複眼構成とは異なり、結像光軸を単数有する単
眼構成であることを特徴とする。

【００１４】上記構成では、校正用光学系を単眼構成と
する。そのため、校正用光学系においては、レンズ対の
間隔変化が構造上発生しない。したがって、その分だけ
校正時の誤差要因は少なく、校正精度を一段と高めるこ
とができる。

【００１５】（請求項４）請求項４に記載の発明は、請
求項３に記載の焦点検出装置において、校正用光学系
は、対物レンズの透過光束の少なくとも一部を再結像す
る単眼構成の校正用レンズと、校正用レンズを透過した
結像光束の少なくとも一部を屈折または反射により分岐
する光学素子とを有して構成され、試験部は、校正用光
電変換素子列の光電変換信号に基づいて、光学素子によ
り分岐された光像間の位相差を検出し、該位相差に基づ
いて焦点調節状態を検証することを特徴とする。

【００１６】上記構成では、校正用レンズの後方に光学
素子を配置して光路を分岐することにより、分割像の結
像位置を分岐方向にずらす。したがって、校正用レンズ
を、複眼構成とする必要がなく、単眼構成とすることが
可能となる。

【００１７】（請求項５）請求項５に記載の発明は、請
求項３に記載の焦点検出装置において、校正用光学系
は、対物レンズの透過光束の少なくとも一部を再結像す
る校正用レンズと、対物レンズの瞳上の相異なる部分領
域を時分割に遮蔽する瞳時分割機構とを有して構成さ
れ、試験部は、校正用光電変換素子列の光電変換信号か
ら、瞳時分割機構により時分割に形成される光像間の位
相差を検出し、該位相差に基づいて焦点調節状態を検証
することを特徴とする。

【００１８】上記構成では、校正専用の焦点検出方式と
して、瞳時分割位相差検出方式を採用する。その結果、
校正用光学系を単眼構成とすることが可能となる。な
お、瞳時分割位相差検出方式は、動体被写体の焦点検出
が困難であるなどの短所を有する。しかしながら、この
短所は、校正時に静止被写体を選択することによって、
容易に回避することができる。

【００１９】（請求項６）請求項６に記載の発明は、請
求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の焦点検出
装置において、校正用光学系は、回折光学系であること
を特徴とする。

【００２０】上記構成では、校正用光学系として回折光
学系を採用する。このような回折光学系は、複眼構成や
単眼構成に係わらず、樹脂モールドやエッチングなどに
より簡易に作製することが可能となる。なお、回折光学
系は、所望の光学性能を得るために光の波長帯域を限定
しなければならないという短所を有する。しかしなが
ら、この短所は、例えば校正用光学系中に波長限定用の
フィルタを設けるなどにより、容易に回避することがで
きる。また、波長限定の結果、校正用光電変換素子列に
注ぐ光量が減じるが、このことは、照明を明るくした
り、光検出に時間をかけることにより、容易に補える。

【００２１】（請求項７）請求項７に記載の発明は、請
求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の焦点検出
装置において、光電変換素子列と校正用光電変換素子列
とは、同一半導体チップ上に形成されてなることを特徴
とする。

【００２２】上記構成により、光電変換素子列と校正用
光電変換素子列とを独立に設ける必要がなくなり、部品
点数、組立工数および調整工数を削減することができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける実施の形態を説明する。

【００２４】《第１の実施形態》第１の実施形態は、請
求項１，２，３，４，７に対応する焦点検出装置１０の
実施形態である。図１は、焦点検出装置１０の構成を示
す図である。図１において、カメラの対物レンズＬを通
過した光束は、カメラ内に設けられているサブミラー
（図示せず）によって反射され、予定結像面の付近に一
旦結像する。この予定結像面の近傍位置には、視野マス
ク１２が配置される。この視野マスク１２の光軸中央に
は主開口１３が設けられ、この主開口１３に隣接して副
開口１４も設けられる。

【００２５】この視野マスク１２の後方（図１に示すＺ
軸の正方向）には、第１レンズ板１５が配置される。こ
の第１レンズ板１５には、主開口１３に位置を合わせた
主コンデンサレンズ１６と、副開口１４に位置を合わせ
た副コンデンサレンズ１７とが形成される。この第１レ
ンズ板１５の後方には、赤外カットフィルタ１８が配置
される。この赤外カットフィルタ１８の後方には、絞り
マスク１９が配置される。この絞りマスク１９には、一
対の主開口２０ａ，２０ｂが設けられる。これらの主開
口２０ａ，２０ｂと、対物レンズＬの射出瞳上の分割瞳
Ｌａ，Ｌｂとは、主コンデンサレンズ１６を介して光学
的共役関係にある。

【００２６】また、絞りマスク１９には、一対の副開口
２１ａ，２１ｂが設けられる。これらの副開口２１ａ，
２１ｂと、対物レンズＬの射出瞳上の分割瞳Ｌａ，Ｌｂ
とは、副コンデンサレンズ１７を介して光学的共役関係
にある。この絞りマスク１９の後方には、プラスチック
製の第２レンズ板２２が配置される。この第２レンズ板
２２には、主開口２０ａ，２０ｂに位置を合わせて、一
対の再結像レンズ２３が一体形成される。

【００２７】また、第２レンズ板２２には、副開口２１
ａ，２１ｂに位置を合わせて、窪み２４が設けられる。
この窪み２４には、ガラス製の校正用レンズ２５がはめ
込まれる。さらに、第２レンズ板２２の反対面側には、
角度の異なる一対の斜面部２６ａ，２６ｂが形成され
る。このような第２レンズ板２２の後方には、イメージ
センサ２７が配置される。このイメージセンサ２７の受
光面上には、一対の光電変換素子列２８と、一対の校正
用光電変換素子列２９とがそれぞれ設けられる。このイ
メージセンサ２７からの光電変換信号は、Ａ／Ｄ変換器
などを介して、デフォーカス量の算出処理を実行するマ
イクロプロセッサ３０に入力される。

【００２８】（第１の実施形態と発明との対応関係）請
求項１〜３，７に記載の発明と第１の実施形態との対応
関係については、焦点検出光学系は主コンデンサレンズ
１６、再結像レンズ２３に対応し、光電変換素子列は光
電変換素子列２８に対応し、焦点検出部はマイクロプロ
セッサ３０の『光電変換素子列２８からの光電変換信号
に基づいてデフォーカス量を検出する機能』に対応し、
校正用光学系は副コンデンサレンズ１７、校正用レンズ
２５および斜面部２６ａ，２６ｂに対応し、校正用光電
変換素子列は校正用光電変換素子列２９に対応し、試験
部はマイクロプロセッサ３０の『校正用光電変換素子列
２９の光電変換信号に基づいて校正データを作成する機
能』に対応し、校正部はマイクロプロセッサ３０の『校
正データに基づいてデフォーカス量を補正する機能』に
対応する。

【００２９】請求項４に記載の発明と第１の実施形態と
の対応関係については、校正用レンズは校正用レンズ２
５に対応し、光学素子は斜面部２６ａ，２６ｂに対応す
る。

【００３０】（主焦点検出系の光学的動作）まず、主と
なる焦点検出系の光学的動作について説明する。対物レ
ンズＬを透過した被写体光束は、予定結像面の近傍に光
像を一旦結像する。この光像は視野マスク１２により部
分遮蔽され、主開口１３に相当するエリア（焦点検出エ
リア）が選択的に抽出される。主開口１３を通過した被
写体光束は、主コンデンサレンズ１６を介して絞りマス
ク１９に到達する。絞りマスク１９の主開口２０ａ，２
０ｂは、この被写体光束を瞳分割し、対物レンズＬの分
割瞳Ｌａ，Ｌｂを出射元とする一対の分割光束を生成す
る。これら一対の分割光束は、再結像レンズ２３を介し
て、図１に示すＸ軸方向に分けて結像され、イメージセ
ンサ２７の受光面上に、一対の分割像を形成する。元
来、これらの一対の分割光束は、再結像レンズ２３で偏
向されなければ、単一の光像を形成する光束である。し
たがって、これら一対の分割像は同一パターンの光像と
なる。

【００３１】（校正用焦点検出系の光学的動作）次に、
校正用の焦点検出系について光学的動作を説明する。視
野マスク１２の副開口１４は、予定結像面の近傍に結像
した光像の一部を選択的に通過させる。副開口１４を通
過した被写体光束は、光軸中心からはずれて配置される
副コンデンサレンズ１７を介してシフトされ、絞りマス
ク１９に到達する。絞りマスク１９の副開口２１ａ，２
１ｂは、この被写体光束を瞳分割し、対物レンズＬの分
割瞳Ｌａ，Ｌｂを出射元とする一対の分割光束を生成す
る。これら一対の分割光束は、校正用レンズ２５を共通
に介した後、一対の斜面部２６ａ，２６ｂにそれぞれ到
達する。一対の斜面部２６ａ，２６ｂは、屈折作用によ
り、図１に示すＹ軸方向に一対の分割光束を分岐する。
分岐された分割光束はイメージセンサ２７の受光面上
に、一対の分割像を形成する。元来、これらの一対の分
割光束は、分岐されなければ、単一の光像を形成する光
束である。したがって、これら一対の分割像は同一パタ
ーンの光像となる。

【００３２】（テストモードの動作説明）焦点検出装置
１０は、校正データを更新するための動作モード（以下
『テストモード』という）を備える。使用者は、カメラ
に大きな熱ショックが加わったり、カメラの合焦精度に
疑念を感じたような場合、このテストモードを実行する
ことができる。

【００３３】図２は、テストモードの動作を説明するた
めの流れ図である。なお、図２中に示す点線部分は、使
用者の動作を参考のために示したものである。以下、図
２を用いて、テストモードの動作について説明する。ま
ず、このテストモードを実行するにあたって、使用者
は、不等ピッチの縦縞からなるテストパターンを壁面に
設置する（ステップＳ１）。次に、使用者は、壁面から
離れて、テストパターンの画面枠をカメラのファインダ
に丁度収める。このとき、使用者は、目検討によりファ
インダ内でテストパターンの縦縞が垂直かつ平行になる
ように微調整する。

【００３４】ちなみに、このような目検討によりテスト
パターン像が予定結像面に対して傾いたとしても、縦倍
率は撮影距離の二乗にほぼ反比例して小さくなるため、
像面の傾きは僅かであり、十分に無視できる程度であ
る。一例として、予定結像面上において主開口１３と副
開口１４が３ｍｍ離れていたとして、焦点距離５０ｍｍ
の撮影レンズを使用する場合について試算してみる。こ
のとき、テストパターンが目検討によって10度傾いてい
たとしても、カメラからおよそ２ｍ離れていれば像面の
傾きは十分に小さい。この像面の傾きを、校正系と主焦
点検出系におけるデフォーカス量の違いに換算しても、
約１４μｍ以下に収まる。焦点検出装置１０は、デフォ
ーカス量の誤差が100μm以上ある場合の校正を想定して
いるので、このような目検討であっても実用上問題はな
い。

【００３５】このような微調整の後、使用者は、カメラ
に備えられた校正スイッチをオン状態にして、テストモ
ードを起動する（ステップＳ２）。マイクロプロセッサ
３０は、このテストモードの起動に合わせて、イメージ
センサ２７による電荷蓄積動作を開始させる。この電荷
蓄積動作の完了後、マイクロプロセッサ３０は、イメー
ジセンサ２７から光電変換信号を読み出す（ステップＳ
３）。

【００３６】続いて、マイクロプロセッサ３０は、光電
変換素子列２８からの光電変換信号についてパターンマ
ッチングを行い、光電変換素子列２８上に形成される一
対の分割像について位相差を算出する。ここでの位相差
は、対物レンズＬの結像面と予定結像面との距離（以
下、デフォーカス量という）に応じて変化する値であ
る。そこで、マイクロプロセッサ３０は、この位相差に
予め定められた比例定数を乗ずるなどして、校正前のデ
フォーカス量（以下『粗デフォーカス量』という）を求
める（ステップＳ４）。なお、特開昭６０−２３５１１
０号公報に記載されるように、カメラ内蔵の温度センサ
ーの温度検出結果に従って、粗デフォーカス量を温度補
正してもよい。

【００３７】次に、マイクロプロセッサ３０は、校正用
光電変換素子列２９からの光電変換信号についてパター
ンマッチングを行い、校正用光電変換素子列２９上に形
成される一対の分割像について位相差を算出する。ここ
での位相差も、対物レンズＬの結像面と予定結像面との
距離（デフォーカス量）に応じて変化する値である。そ
こで、マイクロプロセッサ３０は、この位相差に予め定
められた比例定数を乗ずるなどして、校正用デフォーカ
ス量を求める（ステップＳ５）。マイクロプロセッサ３
０は、このように求めた校正用デフォーカス量と粗デフ
ォーカス量とについて差分値を求め、一時記憶する（ス
テップＳ６）。

【００３８】マイクロプロセッサ３０は、上述した動作
（ステップＳ３〜６）を繰り返し実行し、所定個の差分
値を得る（ステップＳ７）。マイクロプロセッサ３０
は、このように求めた所定個の差分値について平均値
（またはメディアン値）をとり、その値を校正データと
して不揮発性の内部メモリに書き込む（ステップＳ
８）。以上のテストモードにより、使用者は、必要に応
じて、校正データを最新の値に更新することができる。

【００３９】（焦点検出の動作説明）図３は、平常時に
おける焦点検出動作を説明する流れ図である。以下、図
３に沿って、平常時の焦点検出動作について説明する。
まず、マイクロプロセッサ３０は、イメージセンサ２７
に電荷蓄積動作を実行させる。この電荷蓄積動作の完了
後、マイクロプロセッサ３０は、光電変換素子列２８か
ら光電変換信号を読み出す。

【００４０】マイクロプロセッサ３０は、この光電変換
信号についてパターンマッチングを行い、光電変換素子
列２８上に形成される一対の分割像について位相差を算
出する。マイクロプロセッサ３０は、この位相差に基づ
いて粗デフォーカス量を算出する（ステップＳ１１）。
次に、マイクロプロセッサ３０は、このように求めた粗
デフォーカス量を、テストモード時に記憶した校正デー
タの分だけオフセット補正し、正確なデフォーカス量を
算出する（ステップＳ１２）。マイクロプロセッサ３０
は、このように求めた補正済みのデフォーカス量を出力
し、カメラ側での焦点制御などに供する（ステップＳ１
３）。以上の動作により、校正データを用いて補正され
たデフォーカス量を得ることができる。

【００４１】（第１の実施形態の効果など）第１の実施
形態では、校正用レンズ２５をガラス製とする。したが
って、校正用レンズ２５は、プラスチック製の再結像レ
ンズ２３に比べて、寸法変化が３〜４桁ほど小さく、長
期間にわたって安定した光学特性が得られる。

【００４２】さらに、第１の実施形態では、ガラス製の
校正用レンズ２５を単眼構成とする。したがって、校正
用レンズ２５には、再結像レンズ２３のような、レンズ
対の間隔変化が構造的に起こらない。

【００４３】以上の理由から、上述したステップＳ５で
求めた校正用デフォーカス量は、長期間にわたって安定
して正確な値となる。したがって、テストモードを適時
に実行して最新かつ正確な校正用デフォーカス量を校正
基準とすることにより、焦点検出装置１０の検出精度を
長期間にわたって高精度に維持することができる。

【００４４】さらに、第１の実施形態では、単一のイメ
ージセンサ２７上に、光電変換素子列２８と校正用光電
変換素子列２９とを設ける。したがって、焦点検出装置
１０の部品点数、組立工数および調整工数をいずれも削
減することができる。

【００４５】なお、第１の実施形態では、プラスチック
製の斜面部２６ａ，２６ｂに寸法変化が生じると、一対
の分割像が図１中のＹ軸方向に変位する可能性が存在す
る。しかしながら、縦縞のテストパターンを使用してい
るため、特殊な対物レンズ（魚眼レンズのように極端な
歪曲を生じるレンズ）を使用しない限り、分割像のＹ軸
方向の変位は無視できる。次に、別の実施形態について
説明する。

【００４６】《第２の実施形態》第２の実施形態は、請
求項１，２，３，７に対応する焦点検出装置３１の実施
形態である。この第２の実施形態の特徴は、校正用デフ
ォーカス量を自己相関検出により検出している点であ
る。以下、この点について説明する。図４は、焦点検出
装置３１の構成を示す図である。

【００４７】第２の実施形態における構成上の特徴は、
下記の点である。なお、第１の実施形態（図１）と同じ
構成については同一の参照番号を付与して図４に示し、
ここでの説明を省略する。 （１）第２レンズ板２２（図１）に代えて、第２レンズ
板３２が配置される。この第２レンズ板３２には開口３
４が空けられる。校正用レンズ２５は、この開口３４に
はめ込まれた状態で接着固定される。 （２）イメージセンサ２７には、１ライン分の校正用光
電変換素子列３５が設けられる。

【００４８】このような構成の違いにより、副開口２１
ａ，２１ｂで瞳分割された分割光束は分岐されることな
く、校正用光電変換素子列３５の上に重複像を形成す
る。マイクロプロセッサ３０は、この校正用光電変換素
子列３５からの光電変換信号について自己相関検出を実
行し、重複像の位相差を求める。マイクロプロセッサ３
０は、この位相差に基づいて校正用デフォーカス量を算
出する。

【００４９】（第２の実施形態の効果など）以上説明し
たように、第２の実施形態においても、第１の実施形態
と同様の効果を得ることができる。特に、第２の実施形
態に特有な効果としては、第１の実施形態における斜面
部２６ａ，２６ｂが存在しないので、その分だけ校正用
デフォーカス量の誤差要因が少なく、より高精度化が達
成できる点である。次に、別の実施形態について説明す
る。

【００５０】《第３の実施形態》第３の実施形態は、請
求項１，２，３，５，７に対応する焦点検出装置４０の
実施形態である。図５は、焦点検出装置４０の構成を示
す図である。

【００５１】第３の実施形態における構成上の特徴点
は、次の点である。 （１）絞りマスク１９（図４）に代えて、瞳シャッター
機構４１が配置される。 （２）この瞳シャッター機構４１には、独立して開閉可
能な副開口４２ａ，４２ｂが設けられる。なお、その他
の構成要素については、第２の実施形態（図４）と同じ
ため、ここでの説明を省略する。

【００５２】図６は、第３の実施形態におけるテストモ
ードの流れ図である。以下、図６に沿って、テストモー
ドの動作を説明する。まず、マイクロプロセッサ３０
は、瞳シャッター機構４１に対して制御信号を与えるこ
とにより、副開口４２ａを開口し、副開口４２ｂを遮蔽
する（ステップＳ３２）。

【００５３】この状態で、イメージセンサ２７による一
回目の電荷蓄積が実施される（ステップＳ３３）。マイ
クロプロセッサ３０は、光電変換素子列２８から光電変
換信号を読み出してパターンマッチングを行い、光像間
の位相差を求める。マイクロプロセッサ３０は、この位
相差に基づいて粗デフォーカス量を求める（ステップＳ
３４）。

【００５４】続いて、マイクロプロセッサ３０は、校正
用光電変換素子列３５から、一回目の光電変換信号を読
み出して一時記憶する（ステップＳ３５）。次に、マイ
クロプロセッサ３０は、瞳シャッター機構４１に対して
制御信号を与えることにより、副開口４２ｂを開口し、
副開口４２ａを遮蔽する（ステップＳ３６）。

【００５５】この状態で、イメージセンサ２７による二
回目の電荷蓄積が実施される（ステップＳ３７）。マイ
クロプロセッサ３０は、校正用光電変換素子列３５か
ら、二回目の光電変換信号を読み出して一時記憶する
（ステップＳ３８）。この状態で、マイクロプロセッサ
３０は、一回目と二回目の光電変換信号についてパター
ンマッチングを行い、両信号間の位相差を検出する。

【００５６】この位相差は、対物レンズＬの結像面と予
定結像面との距離（デフォーカス量）に応じて変化する
値である。そこで、マイクロプロセッサ３０は、この位
相差に予め定められた比例定数を乗ずるなどして、校正
用デフォーカス量を求める（ステップＳ３９）。マイク
ロプロセッサ３０は、このように求めた校正用デフォー
カス量と粗デフォーカス量とについて差分値を求め、一
時記憶する（ステップＳ４０）。

【００５７】マイクロプロセッサ３０は、上述した動作
（ステップＳ３２〜４０）を繰り返し実行し、所定個の
差分値を得る（ステップＳ４１）。マイクロプロセッサ
３０は、このように求めた所定個の差分値について平均
値（またはメディアン値）をとり、その値を校正データ
として不揮発性の内部メモリに書き込む（ステップＳ４
２）。なお、平常時における焦点検出動作については、
第１の実施形態（図３）と同じため、ここでの説明を省
略する。

【００５８】（第３の実施形態の効果など）以上説明し
たように、第３の実施形態においても、第１の実施形態
と同様の効果を得ることができる。特に、第３の実施形
態に特有な効果としては、第１の実施形態における斜面
部２６ａ，２６ｂが存在しないので、その分だけ校正用
デフォーカス量の誤差要因が少なくなり、より高精度化
が達成できる点である。次に、別の実施形態について説
明する。

【００５９】《第４の実施形態》第４の実施形態は、請
求項１，２，６，７に記載の発明に対応した焦点検出装
置５０の実施形態である。図７は、焦点検出装置５０の
構成を示す図である。

【００６０】第４の実施形態の特徴点は、下記の点であ
る。 （１）校正用光学系として、回折光学系５６が配置され
る。この回折光学系５６は、ガラス平板５４の基板上
に、複眼構成の回折格子５５を樹脂モールドして作製さ
れる。 （２）回折光学系５６によりイメージセンサ２７上には
一対の光像が形成される。この一対の光像を光電変換す
るため、イメージセンサ２７上に一対の校正用光電変換
素子列５７が設けられる。 （３）回折光学系５６の光路上に、回折光の波長帯域を
制限するための回折光選択フィルタ５２が配置される。

【００６１】以上のように、回折光学系５６の基板をガ
ラス製にしているため、長期間にわたって光学特性が安
定し、高い校正精度を常に得ることができる。また、回
折光学系５６は、回折格子５５の部分を樹脂モールドで
形成するため、加工コストが低いという長所を有する。

【００６２】なお、第４の実施形態では、回折光選択フ
ィルタ５２で不所望の波長成分を透過させないため、光
像が暗くなる。そのため、校正時には、テストパターン
の照明光を強くしたり、校正用光電変換素子列５７の電
荷蓄積時間を延長することが好ましい。

【００６３】また、樹脂モールドの代わりに、リソグラ
フィ手法でブレーズ型の回折格子を形成してもよい。こ
の場合、回折格子の形成工程に時間がかかり、加工コス
トが若干高くなるが、接着剤の変質などによる性能劣化
が無いという点ではこちらの方が優れている。

【００６４】《実施形態の補足事項》なお、上述した実
施形態では、テストモード時に対物レンズＬの焦点走査
を行っていないが、これに限定されるものではない。例
えば、マイクロプロセッサ３０（試験部）が、対物レン
ズＬの焦点を至近端から無限端の間で走査させながら、
校正データを作成してもよい。この場合、マイクロプロ
セッサ３０（試験部）は、広範囲かつ多数の粗デフォー
カス量に関して校正データを作成することが可能とな
る。

【００６５】さらにこの場合、マイクロプロセッサ３０
（試験部）は、これらの走査結果に基づいて、粗デフォ
ーカス量（補正前の焦点調節状態）と校正用デフォーカ
ス量（校正基準とする焦点調節状態）との対応テーブル
を作成し、これを校正データとして記憶してもよい。こ
の場合、マイクロプロセッサ３０（校正部）は、対応テ
ーブルを参照もしくは補間することにより、平常時の検
出される粗デフォーカス量を補正済みのデフォーカス量
に変換することが可能となる。このような動作により、
オフセット補正のみでは補正できないような複雑な誤差
要因についても、簡単かつ正確に補正することが可能と
なる。

【００６６】また、上述した実施形態では、校正用光学
系の主たる原料をガラスとしているが、これに限定され
るものではない。一般には、寸法変化がプラスチックに
比べて十分に小さい素材であればよく、蛍石やゲルマニ
ウムなどの鉱物を主たる原料としてもよい。

【００６７】さらに、上述した実施形態では、副コンデ
ンサレンズ１７をプラスチック製としているがこれに限
定されるものではない。例えば、副コンデンサレンズ１
７の主たる原料をガラスまたは鉱物としてもよい。この
場合、副コンデンサレンズ１７の寸法変化が抑制され、
校正精度をさらに向上させることが可能となる。

【００６８】また、上述の実施形態では、校正データを
そのまま記憶しているが、これに限定されるものではな
い。例えば、マイクロプロセッサ３０（試験部）が、求
めた校正データについて適正範囲内か否かを判定した
り、校正データの履歴から予想され得る範囲内か否かを
判定するなどして、校正データとして採用するか否か決
定してもよい。またさらに、マイクロプロセッサ３０
（試験部）が、校正データまたは校正データの履歴をカ
メラ表示部などに表示して、使用者が校正データの採用
不採用を決定できるようにしてもよい。

【００６９】さらに、上述した実施形態では、校正デー
タを粗デフォーカス量の補正のみに使用しているが、こ
れに限定されるものではない。例えば、マイクロプロセ
ッサ３０（試験部）が、この校正データが誤差要因から
予想される範囲内か否かを判定し、その判定結果を使用
者に報せるようにしてもよい。このような動作により、
校正データが異常値の場合、使用者は焦点検出装置の予
期せぬ故障を迅速に知ることができる。

【００７０】また、上述した実施形態では、使用者がテ
ストパターンを壁面などに設置していたが、これに限定
されるものではない。例えば、マイクロプロセッサ３０
（試験部）が、カメラのストロボその他の発光機構を制
御して、校正用のテストパターンを投影するようにして
もよい。このような構成では、使用者がテストパターン
を携帯して設置するなどの手間がなく、校正データの作
成・更新動作を簡便に実行することが可能となる。

【００７１】なお、上述した実施形態では、デフォーカ
ス量を補正しているが、これに限定されるものではな
い。例えば、分割像の位相差（像間隔）を補正するな
ど、デフォーカス量の算出過程において補正を行っても
勿論かまわない。

【００７２】また、上述した実施形態では、校正系の焦
点検出方式として位相差検出方式を使用しているが、こ
れに限定されるものではない。例えば、校正系の焦点検
出方式として、コントラスト山登り方式（山登りで到達
した合焦位置において校正データを求めるなど）などを
使用しても良い。このような方式においても、校正用光
学系を単眼構成とすることが可能となるため、レンズ対
の間隔変化などの誤差要因が構造上生じないという利点
がある。

【００７３】さらに、上述した実施形態を、多点焦点検
出装置に応用してもよい。この場合、テストパターン像
を予定結像面に平行に設定できれば、多点のデフォーカ
ス量はすべて等しくなるので、校正系は一つでもかまわ
ない。

【００７４】また、本発明の校正系を、多点焦点検出系
の一つとして流用してもよい。このようにすれば、校正
機能と多点焦点検出機能を兼ね備えた焦点検出装置を実
現することができる。

【００７５】なお、上述した実施形態は、カメラに搭載
する焦点検出装置について説明したが、これに限定され
るものではない。例えば、焦点検出装置を応用して測距
装置などを実現してもよい。このような測距装置では、
校正動作が容易に実施できるので、高精度な測距精度を
維持することが可能となる。

【００７６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、焦点検出装
置を校正するために、校正用光学系、校正用光電変換素
子列、試験部、および校正部を新規に備える。したがっ
て、使用者などが、必要に応じて焦点検出装置を校正
し、焦点検出装置の測定精度を高水準に維持することが
可能となる。

【００７７】請求項２に記載の発明では、校正用光学系
が主にガラスまたは鉱物から形成される。したがって、
校正用光学系は、焦点検出光学系に比べて、長期間にわ
たって光学特性が安定し、高い校正精度を保つことがで
きる。

【００７８】請求項３，４，５のいずれか１項に記載の
発明では、校正用光学系が単眼構成であるためレンズ対
を構造として有さず、レンズ対の間隔変化も当然発生し
ない。その結果、校正用光学系の誤差要因は少なく、そ
の分だけ校正精度を高めることができる。また特に、校
正用光学系を単眼構成としたことにより、素材加工上の
制約も受けにくくなる。したがって、ガラスまたは鉱物
を原料として、校正用光学系を容易に作製することも可
能となる。

【００７９】請求項６に記載の発明では、校正用光学系
として回折光学系を使用する。したがって、校正用光学
系を樹脂成形などにより簡易に作製することが可能とな
る。

【００８０】請求項７に記載の発明では、光電変換素子
列と校正用光電変換素子列とを独立に設ける必要がなく
なり、部品点数、組立工数および調整工数を削減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】焦点検出装置１０の構成を示す図である。

【図２】テストモードの動作を説明する流れ図である。

【図３】平常時における焦点検出動作を説明する流れ図
である。

【図４】焦点検出装置３１の構成を示す図である。

【図５】焦点検出装置４０の構成を示す図である。

【図６】テストモードの動作を説明する流れ図である。

【図７】焦点検出装置５０の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０，３１，４０，５０ 焦点検出装置 １２ 視野マスク １３ 主開口 １４ 副開口 １５，２２，３２ レンズ板 １６ 主コンデンサレンズ １７ 副コンデンサレンズ １８ 赤外カットフィルタ １９ 絞りマスク ２３ 再結像レンズ ２５ 校正用レンズ ２７ イメージセンサ ２８ 光電変換素子列 ２９，３５，５７ 校正用光電変換素子列 ３０ マイクロプロセッサ ４１ 瞳シャッター機構 ５２ 回折光選択フィルタ ５４ ガラス平板 ５５ 回折格子 ５６ 回折光学系 Ｌ 対物レンズ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズの透過光束を瞳分割して複数
   の分割光束を形成し、前記分割光束を結像して一組の分
   割像を形成する焦点検出光学系と、 前記一組の分割像を光電変換する光電変換素子列と、 前記光電変換素子列の光電変換信号から前記一組の分割
   像の位相差を検出し、該位相差に基づいて前記対物レン
   ズの焦点調節状態を求める焦点検出部と、 前記対物レンズの透過光束の少なくとも一部を再結像す
   る校正用光学系と、 前記校正用光学系を介して再結像された光像を光電変換
   する校正用光電変換素子列と、 前記校正用光電変換素子列の光電変換信号を校正の基準
   にして、前記焦点検出部による焦点調節状態を検証し、
   前記焦点検出部の校正データを作成する試験部と、 前記試験部において作成された校正データに基づいて、
   前記焦点検出部で算出される焦点調節状態を補正して出
   力する校正部とを備えたことを特徴とする焦点検出装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の焦点検出装置におい
   て、 前記校正用光学系は、ガラスまたは鉱物が主たる原料で
   あることから、前記焦点検出光学系よりも光学特性の経
   時変化が少ないことを特徴とする焦点検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の焦点検
   出装置において、 前記校正用光学系は、前記焦点検出光学系のように結像
   光軸を複数有する複眼構成とは異なり、結像光軸を単数
   有する単眼構成であることを特徴とする焦点検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の焦点検出装置におい
   て、 前記校正用光学系は、 前記対物レンズの透過光束の少なくとも一部を再結像す
   る単眼構成の校正用レンズと、 前記校正用レンズを透過した結像光束の少なくとも一部
   を屈折または反射により分岐する光学素子とを有して構
   成され、 前記試験部は、 前記校正用光電変換素子列の光電変換信号に基づいて、
   前記光学素子により分岐された光像間の位相差を検出
   し、該位相差に基づいて焦点調節状態を検証することを
   特徴とする焦点検出装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の焦点検出装置におい
   て、 前記校正用光学系は、 前記対物レンズの透過光束の少なくとも一部を再結像す
   る校正用レンズと、 前記対物レンズの瞳上の相異なる部分領域を時分割に遮
   蔽する瞳時分割機構とを有して構成され、 前記試験部は、 前記校正用光電変換素子列の光電変換信号から、前記瞳
   時分割機構により時分割に形成される光像間の位相差を
   検出し、該位相差に基づいて焦点調節状態を検証するこ
   とを特徴とする焦点検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか一項
   に記載の焦点検出装置において、 前記校正用光学系は、回折光学系であることを特徴とす
   る焦点検出装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか一項
   に記載の焦点検出装置において、 前記光電変換素子列と前記校正用光電変換素子列とは、
   同一半導体チップ上に形成されてなることを特徴とする
   焦点検出装置。