JP2001208962A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮影画面の水平方向と垂直方向の広い範囲で
焦点検出を可能としながら、カメラ本体内にレンズ駆動
用モーターを装備する一眼レフカメラへの収納が容易な
焦点検出装置を提供する。 【解決手段】 撮影画面の略水平方向と略垂直方向とに
互いに交差する略長方形の焦点検出領域を設定し、略水
平方向の焦点検出領域に対応する一対の二次元イメージ
センサー６.1，６.2と、略垂直方向の焦点検出領域に対
応する一対の二次元イメージセンサー６.3，６.4とを設
け、焦点検出光学系によって、撮影レンズを通過した被
写体からの光束を、略水平方向の一対の二次元イメージ
センサー６.1，６.2上と略垂直方向の一対の二次元イメ
ージセンサー６.3，６.4上に分離結像させる焦点検出装
置であり、略水平方向の一対の二次元イメージセンサー
６.1，６.2の間隔を狭くして、略垂直方向の一対の二次
元イメージセンサー６.3，６.4の間に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オートフォーカス
カメラなどに用いられる焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オートフォーカスカメラなどに用いられ
る位相差検出方式の焦点検出装置が知られており、図５
によりその焦点検出方法を説明する。位相差検出方式の
焦点検出装置は、視野マスク２００と、フィールドレン
ズ３００と、２個の開口部４０１，４０２を有する絞り
マスク４００と、２個のレンズ５０１，５０２を有する
再結像レンズ５００とからなる焦点検出光学系と、一対
のイメージセンサーアレイ６０１，６０２が組み込まれ
たイメージセンサーチップ６００とを備えている。これ
らの焦点検出光学系とイメージセンサーチップ６００は
樹脂製のホルダーに組み込まれ、カメラ本体の底部に収
納されている。

【０００３】焦点検出光学系において、絞りマスク４０
０の開口部４０１，４０２は、フィールドレンズ３００
によって撮影レンズ１００の領域１０１，１０２に投影
される。したがって、撮影レンズ１００の領域１０１を
介して入射した光束は、視野マスク２００、フィールド
レンズ３００、絞り開口部４０１および再結像レンズ５
０１を通り、イメージセンサーチップ６００のイメージ
センサーアレイ６０１上に結像する。同様に、撮影レン
ズ１００の領域１０２を介して入射した光束は、視野マ
スク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０
２および再結像レンズ５０２を通り、イメージセンサー
チップ６００のイメージセンサーアレイ６０２上に結像
する。

【０００４】これらイメージセンサーアレイ６０１，６
０２上に結像した一対の被写体像は、撮影レンズ１００
が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる
前ピン状態では互いに近づき、逆に、予定焦点面より後
ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互い
に遠ざかり、ちょうど予定焦点面に被写体の鮮鋭像を結
ぶいわゆる合焦時には相対的に一致する。したがって、
この一対の被写体像をイメージセンサーアレイ６０１，
６０２で光電変換して電気信号に変え、これらの信号を
演算処理して一対の被写体像の相対位置ずれ量を求める
ことによって、撮影レンズ１００の焦点調節状態を検出
できる。そして、イメージセンサーアレイ６０１，６０
２の再結像レンズ５０１，５０２による投影像は予定焦
点面近傍で重なり、この領域が焦点検出領域となる。こ
の焦点検出装置では、図６に示すように撮影画面中央に
単一の焦点検出領域を設定した例を示す。

【０００５】図５に示す焦点検出装置では、一対のイメ
ージセンサーアレイ６０１，６０２が撮影画面の水平方
向のみに配置されているので、撮影画面の水平方向にコ
ントラストを有する被写体に対しては焦点検出可能であ
るが、垂直方向のみにコントラストを有する被写体に対
しては焦点検出不可能である。

【０００６】このような問題を解決するために、水平方
向と垂直方向とにそれぞれイメージセンサーアレイを配
置した焦点検出装置が考えられている。図７により後者
の焦点検出装置について説明する。なお、図７ｂは図７
ａに示す再結像レンズ５０の詳細を示す。この焦点検出
装置は、撮影レンズ１０の光軸上に十字形の開口部を有
する視野マスク２０と、フィールドレンズ３０と、４個
の開口部４１，４２，４３，４４を有する絞りマスク４
０と、４個のレンズ５１，５２，５３，５４を有する再
結像レンズ５０とからなる焦点検出光学系と、水平方向
の一対のイメージセンサーアレイ６１，６２と垂直方向
の一対のイメージセンサーアレイ６３，６４とを有する
イメージセンサーチップ６０とを備えている。このよう
な焦点検出光学系とイメージセンサーチップ６０を用い
ることによって、水平方向と垂直方向の焦点検出領域は
図８に示すように撮影画面内で交差する。

【０００７】図５および図７に示す焦点検出装置では一
次元のイメージセンサーアレイを用いているが、例えば
特開平９−１８４９６６号公報には、二次元イメージセ
ンサーアレイを用いることによって、図９に示すように
撮影画面の広い範囲で焦点検出を可能にしたものが提案
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示す
イメージセンサーチップ６０のイメージセンサーアレイ
６１〜６４を二次元イメージセンサーアレイに置き換え
ようとすると、図１０に破線で示すように水平方向の一
対の二次元イメージセンサーアレイと、垂直方向の一対
の二次元イメージセンサーアレイとが互いに干渉するた
め、撮影画面の中央部を含む広い焦点検出領域を設定す
ることができないという問題がある。

【０００９】撮影画面中央部を含む広い焦点検出領域を
設定するには、水平方向と垂直方向の各一対の二次元イ
メージセンサーアレイの間隔を広くするとともに、それ
らの各一対のイメージセンサーアレイ上に被写体像を分
離結像させる焦点検出光学系を設ける必要がある。

【００１０】しかし、そのような焦点検出装置では、イ
メージセンサーチップの面積が増大し、コストアップを
招くとともに、焦点検出光学系が大型になってしまう。
さらに、イメージセンサーチップと焦点検出光学系の大
型化にともなって焦点検出装置のホルダーも大型にな
り、カメラ本体底部に空間余裕がないカメラには搭載で
きなくなる。

【００１１】上述した特開平９−１８４９６６号公報で
は、水平方向の二次元イメージセンサーアレイの面積を
小さくしているが、これでは水平方向の焦点検出領域が
狭くなってしまう。

【００１２】本発明の目的は、撮影画面の水平方向と垂
直方向の広い範囲で焦点検出を可能にしながら、カメラ
本体内にレンズ駆動用モーターを装備する一眼レフカメ
ラへの収納が容易な焦点検出装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】一実施の形態の構成を示
す図１および図２に対応づけて本発明を説明すると、本
発明は、撮影画面の略水平方向と略垂直方向とに互いに
交差する略長方形の焦点検出領域を設定し、略水平方向
の焦点検出領域に対応する一対の二次元イメージセンサ
ー６.1，６.2と、略垂直方向の焦点検出領域に対応する
一対の二次元イメージセンサー６.3，６.4とを設け、焦
点検出光学系２，３，４，５によって、撮影レンズ１を
通過した被写体からの光束を、略水平方向の一対の二次
元イメージセンサー６.1，６.2上と略垂直方向の一対の
二次元イメージセンサー６.3，６.4上に分離結像させる
焦点検出装置であって、略水平方向の一対の二次元イメ
ージセンサー６.1，６.2の間隔を狭くして、略垂直方向
の一対の二次元イメージセンサー６.3，６.4の間に配置
することにより、上記目的を達成する。

【００１４】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は一実施の形態のイメージセ
ンサーチップを示す。このイメージセンサーチップ６
は、水平方向に一対の二次元イメージセンサーアレイ
６.1，６.2を備え、垂直方向に一対の二次元イメージセ
ンサーアレイ６.3，６.4を備えている。各イメージセン
サーアレイ６.1〜６.4は、光強度に応じた電気信号を出
力する光電変換素子が二次元状に配列されている。

【００１６】この実施の形態では、図に示すように、水
平方向の一対のイメージセンサーアレイ６.1と６.2の間
隔を狭くして、垂直方向の一対のイメージセンサーアレ
イ６.3と６.4の間に水平方向の一対のイメージセンサー
アレイ６.1，６.2を配置する。水平方向のイメージセン
サーアレイ６.1，６.2と垂直方向のイメージセンサーア
レイ６.3，６.4とをこのように配置すると、イメージセ
ンサーチップ６の水平方向の幅を小さくすることがで
き、且つ撮影画面の広い範囲で焦点検出を行うことがで
きる。

【００１７】図２は、図１のイメージセンサーチップ６
を用いた一実施の形態の焦点検出装置の構成を示す。な
お、図２ｂは図２ａに示す再結像レンズ５の詳細を示
す。一実施の形態の焦点検出装置は、撮影レンズ１の光
軸上に矩形の開口部を有する視野マスク２と、フィール
ドレンズ３と、４個の開口部４.1，４.2，４.3，４.4を
有する絞りマスク４と、４個のレンズ５.1，５.2，５.
3，５.4を有する再結像レンズ５とからなる焦点検出光
学系と、図１に示すイメージセンサーチップ６とを備え
ている。

【００１８】図７に示す従来例と異なり、この焦点検出
装置の視野マスク２の開口は十字形ではなく矩形であ
る。また、絞りマスク４の水平方向の一対の開口部４.1
と４.2の間隔を狭くして、垂直方向の一対の開口部４.3
と４.4の間に水平方向の一対の開口部４.1，４.2を配置
する。同様に、再結像レンズ５の水平方向の一対のレン
ズ５.1と５.2の間隔を狭くして、垂直方向の一対のレン
ズ５.3と５.4の間に水平方向の一対のレンズ５.1，５.2
を配置する。これにより、フィールドレンズ３により撮
影レンズ１に投影される絞りマスク開口部４.1〜４.4の
領域１.1〜１.4においても、水平方向の一対の領域１.1
と１.2の間隔は狭くなり、垂直方向の一対の領域１.3と
１.4の間に水平方向の一対の領域１.1，１.2が入り込む
配置となる。

【００１９】したがって、この実施の形態の焦点検出装
置のホルダーは垂直方向に大きくなるが、水平方向には
さほど大きくならない。このように、この一実施の形態
によれば、イメージセンサーチップ６の面積を増大させ
ずに、図９に示すような撮影画面の広い領域で水平方向
と垂直方向の焦点検出を可能にし、焦点検出装置のホル
ダーの大型化を避けることができる。

【００２０】なお、図１に示すイメージセンサーアレイ
６.1〜６.4の配置とは逆に、図３に示すように垂直方向
の一対のイメージセンサーアレイ６.3と６.4の間隔を狭
くして、水平方向の一対のイメージセンサーアレイ６.1
と６.2の間に垂直方向の一対のイメージセンサーアレイ
６.3，６.4を配置することも考えられるが、そのような
配置では次の理由により上述した従来の焦点検出装置の
問題を解決することができない。

【００２１】図４は、焦点検出装置を備えたオートフォ
ーカス一眼レフカメラを正面より見た図である。レンズ
駆動用モーターをカメラ本体内に装備した一般的なオー
トフォーカス一眼レフカメラでは、カメラ本体の正面中
央に交換レンズを装着するためのマウントＭがあり、そ
のマウントＭの斜め下にレンズ駆動用カップリングＣが
ある。交換レンズがマウントＭを介してカメラ本体に装
着されると、カメラ本体内のレンズ駆動用モーターがカ
ップリングＣを介して交換レンズ内のフォーカシング機
構と連結され、カメラ本体内のレンズ駆動用モーターに
より交換レンズ内のフォーカシングレンズの焦点調節が
行われる。

【００２２】カメラ本体の底部（図４の破線より下側）
のカップリングＣの周辺には、カップリングＣを回転駆
動するレンズ駆動用モーターやギアトレインなどが配置
されているため、この種のカメラではカメラ本体底部に
空間的余裕が少ない。したがって、図３に示すように撮
影画面の水平方向、すなわちカメラ本体の横方向に長い
イメージセンサーチップを用いると、焦点検出装置のホ
ルダーの横幅が大きくなってカメラ本体底部に収納でき
なくなる。

【００２３】一方、オートフォーカス一眼レフカメラで
は、カメラ本体の縦方向の空間に余裕があり、機種ごと
に変更可能であり設計自由度が高い。図１に示すこの実
施の形態のイメージセンサーアレイ６.1〜６.4の配置に
よれば、イメージセンサーチップ６の撮影画面水平方
向、すなわちカメラ本体横方向の幅は小さくなるが、撮
影画面垂直方向、すなわちカメラ本体縦方向の幅が大き
くなる。しかし、カメラ本体縦方向の空間余裕度が高
く、また設計変更の自由度が高いので、問題にならな
い。

【００２４】以上の実施の形態の構成において、イメー
ジセンサーアレイ６.1，６.2が略水平方向の一対の二次
元イメージセンサーを、イメージセンサーアレイ６.3，
６.4が略垂直方向の一対の二次元イメージセンサーを、
視野マスク２、フィールドレンズ３、絞りマスク４およ
び再結像レンズ５が焦点検出光学系を、撮影レンズ１が
撮影レンズをそれぞれ構成する。

【００２５】なお、上述した一実施の形態では撮影画面
の水平方向と垂直方向にそれぞれ一対のイメージセンサ
ーアレイを設置する例を示したが、一対のイメージセン
サーアレイの設置方向は撮影画面に対して正確に水平方
向と垂直方向とする必要はなく、撮影画面に対して略水
平方向と略垂直方向であってもよい。

【００２６】また、上述した一実施の形態では正確な長
方形の焦点検出領域を設定した例を示したが、焦点検出
領域の形状は正確な長方形とする必要はなく、略長方形
であってもよい。

【００２７】さらに、図２の視野マスク、フィールドレ
ンズに代えて特開平９−１８４９６６号公報に開示され
た集光性を有する曲面形状の反射鏡を用いることもでき
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、略
水平方向の一対の二次元イメージセンサーの間隔を狭く
して、略垂直方向の一対の二次元イメージセンサーの間
に配置するようにしたので、撮影画面の水平方向と垂直
方向の広い範囲で焦点検出を可能にしながら、焦点検出
装置のホルダーを大型化せずに、カメラ本体内にレンズ
駆動用モーターを装備する一眼レフカメラへ容易に収納
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態のイメージセンサーチップの構
成を示す図である。

【図２】 一実施の形態の焦点検出装置の構成を示す図
である。

【図３】 一実施の形態のイメージセンサーチップの構
成の有利性を説明するための図である。

【図４】 オートフォーカス一眼レフカメラの正面図で
ある。

【図５】 従来の焦点検出装置の構成を示す図である。

【図６】 図５に示す焦点検出装置の焦点検出領域を示
す図である。

【図７】 撮影画面の水平方向と垂直方向に焦点検出領
域を有する従来の焦点検出装置の構成を示す図である。

【図８】 図７に示す焦点検出装置の焦点検出領域を示
す図である。

【図９】 撮影画面の広い範囲で焦点検出を可能にした
焦点検出装置の焦点検出領域を示す図である。

【図１０】 撮影画面の水平方向と垂直方向で焦点検出
を行うための二次元イメージセンサーアレイの配置を説
明する図である。

【符号の説明】

１ 撮影レンズ ２ 視野マスク ３ フィールドレンズ ４ 絞りマスク ４.1，４.2，４.3，４.4 絞りマスク開口部 ５ 再結像レンズ ５.1，５.2，５.3，５.4 レンズ ６ イメージセンサーチップ ６.1，６.2，６.3，６.4 イメージセンサーアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 正光 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 神林 秀樹 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 2H011 BA23 2H051 BA03 BA18 CB22

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮影画面の略水平方向と略垂直方向とに互
   いに交差する略長方形の焦点検出領域を設定し、 前記略水平方向の焦点検出領域に対応する一対の二次元
   イメージセンサーと、前記略垂直方向の焦点検出領域に
   対応する一対の二次元イメージセンサーとを設け、 焦点検出光学系によって、撮影レンズを通過した被写体
   からの光束を、前記略水平方向の一対の二次元イメージ
   センサー上と前記略垂直方向の一対の二次元イメージセ
   ンサー上に分離結像させる焦点検出装置であって、 前記略水平方向の一対の二次元イメージセンサーの間隔
   を狭くして、前記略垂直方向の一対の二次元イメージセ
   ンサーの間に配置することを特徴とする焦点検出装置。