JP2608297B2

JP2608297B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP2608297B2
Application number: JP62279835A
Authority: JP
Inventors: 康夫須田; 圭史大高; 謙二鈴木; 明石崎; 圭介青山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JPH01120518A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は焦点検出装置に関し、特に対物レンズの焦点
調整状態を検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

写真用カメラあるいはビデオカメラが自動焦点調節の
ための検出装置を内蔵するのは極く普通の事になってい
る。但し、測距範囲を決めるのはフアインダーの中央で
行う様になっており、フアインダー画面内の所望の位置
の被写体に焦点を合わせるカメラはまだ実現されていな
い。

即ち画面の中央に測距視野が設定されていると、被写
体の主要部が画面の中央に位置する場合は問題がないも
のの、画面の中央を外れている場合は誤測距を起し、ピ
ントのボケた写真となる不都合のある。この難点を解消
するために、一度カメラを横に振って画面の中央に被写
体の主要部を入れて測距を行い、その時の焦点調節状態
を保ったままカメラの方向を戻した後、シヤツターレリ
ーズする操作を行える様になっているが、操作が面倒で
あるし、急いでいる場合には実行できない場合もある。
例えば横に移動する被写体が画面の中央を外れた位置に
在る写真を取ると云った要求に答えるのは難しかった。

一方、対物レンズによる結像光束を一組の再結像レン
ズへ導き、これらレンズにより形成された光量分布を光
電変換素子の画素列で受け、両光量分布の間隔から対物
レンズの焦点調節状態を検出する装置は周知である。

上述の画面中央以外に位置する被写体に対して、カメ
ラを振ることなく測距したいと云う要求を充たすための
一法として、光軸の上に配した画素例の外側に別の画素
列を配置し、新たに設けた画素列は画面の中央を外れた
被写体像を受けることが考えられる。

〔本発明が解決すべき問題点〕

しかしながら、光学レンズには一般に収差が残存し、
対物レンズの光軸上もしくは光軸に近い測距視野と光軸
から離れた測距視野とでは画素列上での結像状態が大き
く異なるため、光軸から離れた測距視野では光軸に近い
測距視野と同様の検出は実現できず、そのため実際の検
出は光軸に近い測距視野に制限される難点がある。

本発明はこの難点を解消し、対物レンズの光軸に近い
位置のみならず光軸から離れた位置にも測距視野を設定
できる様にすることを目的とする。

そしてこの目的を達成するために、対物レンズの焦点
調節状態を検出するための装置において、前記対物レン
ズの予定結像面の近傍に配され、フィールドレンズの役
割を果しレンズ面の曲率半径が異なる複数の部分を有す
る光学手段と、該光学手段の複数の部分からの光束を共
通に受け、前記対物レンズの焦点調節状態に応じて相対
位置の変化する光量分布を形成する一対の再結像レンズ
と、前記光量分布を受ける画素例を複数有し、光量分布
を電気的信号に変換する光電変換手段を具え、前記画素
列の所定の１つは前記光学手段の部分の所定の１つから
の光束を受ける様になっている。但し、ここで光と呼ん
でいるのは可視光のみならず、赤外，近赤外光も勿論含
んでいる。

〔実施例〕

本発明の焦点検出装置は、銀塩フイルムを使う一眼フ
レツクスカメラや、一眼フレツクス電子カメラあるいは
ビデオカメラに使われる他、記録装置や加工機械の位置
検出装置あるいはロボツトの目などに使用できる。

第６図は使用形態の一例で、一眼フレツクスカメラの
光学系を描いており、10はカメラボデイ、20は着脱交換
可能もしくは固設のレンズ鏡筒を示す。21は対物レンズ
で、１はその光軸である。光軸１は半透過域を具えるク
イツクリターンミラー22に達し、２つに分割される。反
射される光軸に沿ってフオーカシングスクリーン23,ペ
ンタプリズム24,接眼レンズ25が順置され、視認のため
のフアインダ系を構成する。又透過された光軸に沿って
可動サブミラー26、次いで本発明に係る焦点検出装置27
が配され、焦点検出装置27の出力で図示しない駆動器が
作動し、対物レンズ21の位置が調節される。尚、可動サ
ブミラー26はクイツクリターンミラー22に保持されてい
る点は周知の通りである。28は被写体照明装置の例えば
LEDの如き光源で、投影パターンが形成された投影チヤ
ート29を照明し、透過光は投光レンズ30で投光される。

以下、27で示した焦点検出装置の構成を第１図乃至第
３図を使って説明する。第１図は斜視形態、第２図は縦
断面形状、第３図は単一チツプから成る光電変換デバイ
スの画素列と光量分布との位置関係を示している。42は
多孔視野マスクで、図中、横方向に長辺を持ち、並列さ
れた矩形開口を具え、例えば第６図の対物レンズ21の予
定結像面近傍に配される。43は近赤外光より長波光を遮
断するフイルター。50は分割フイールドレンズで、対物
レンズの予定結像面から若干ずらして配置する。分割フ
イールドレンズ50は後述する様に光学作用を異にするレ
ンズ部50a・50b,50c,50d,50e,50f・50gから成ってお
り、これらの部分はレンズ厚又はレンズ面の曲率半径の
一方あるいは両方を変えることで形成される。尚、各レ
ンズ部を別体で構成する場合は屈折率を異にする素材で
作ることもできる。

51と53は２孔絞り52を挟んで再結像レンズユニツトを
形成し、凸レンズ51入射光を平行光に近い状態に変換し
（光学作用は特公昭62−335641号に述べられている）、
また２枚の凸レンズ53a,53bを並べて接合した２像形成
レンズ53は対物レンズで結像された物体像の２次像を２
つ形成する。前述の２孔絞り52は、図面中、横方向に並
んだ縦に長い楕円開口52a,52bを具える。

54は像面湾曲補正用の凹レンズで、光電変換デバイス
55（第２図，第３図）を収容する透明プラスチツクパツ
ケージ56上に配設される。尚、分割フイールドレンズ5
0,再結像レンズユニツトの凸レンズ51、凹レンズ54は縦
長に整形されているが、いずれも回転対称の球面レンズ
系である。

多孔視野マスク42の開口42…42gを通った光束は、第
２図に示すように分割フイールドレンズ50のレンズ部50
a・50b,50c,50d,50e,50f・50gを透過して、光電変換デ
バイス上に夫々、物体の２次像を形成する。第３図はこ
の様子を示したもので、60aと60b,…60mと60nおよび62a
と62bが多数の画素より成る画素列の組で、62a,62b上に
後述する物体照明装置の発光波長とほぼ等しいバンドパ
ス特性を有するフイルターが形成されている。これらの
画素列に対応して多孔視野マスクの開口42a…42gの像61
a…61nが投影され、この内部に物体の２次像が形成され
る。その際、多孔視野マスク42の各開口の幅の各開口間
の遮光帯42h…42mの幅及び光電変換デバイス55上の画素
列の幅と画素列のピツチに合わせてマスク42とデバイス
55を中継する光学系、特に分割フイールドレンズの各レ
ンズ部や再結像レンズユニツトの屈折力が調定されてい
るので、多孔視野マスクの遮光帯42h…42mはそれぞれ所
定の開口を射出した光束の一部が、この開口と一対一で
対応する画素列以外の画素列へ入射するのを防止する。
また視野マスク像は、絞り開口52a,52bおよびレンズ部5
3a,53bの作用により多孔視野マスク42の１つの開口につ
き２個横方向に並んで形成され、物体像の予定結像面に
対する位置に関係してその内部の物体の２次像は伴に矢
印Ａ方向およびＢ方向に移動する。したがって、各画素
列の組は対となる２次像に関する光量分布の相対的間隔
を光電変換出力に基いて検出することから、複数点の測
距位置について対物レンズのピント状態を知ることがで
きる。

尚、画素列は視野マスク像の歪みに合わせた形状と
し、上記の２次像の移動方向と画素列方向が完全に一致
するように構成するのが望ましい。また各画素列は分離
された形で組を作っているが、１本の画素列の２つの範
囲を割り当てて組を作っても良い。

分割フイールドレンズの作用を次に説明するが、比較
のために本発明の実施例に係る分割フイールドレンズと
多孔視野絞りの替りに従来のフイールドレンズ101と単
孔視野マスク100を設けた構成（第７図）でまず作用の
説明をする。

測距視野内の光軸上の点Ｐと光軸外の測距視野内の点
Ｑはどちらも予定結像面上にあるが、これらが視野マス
ク開口100aを通して光電変換デバイス55上に投影される
際の光束の様子は第８図のようになる。図中112でおよ
び113はそれぞれ点Ｐおよび点Ｑから発した光線であ
り、その結像点は光電変換素子上の点Ｒと凹レンズ54内
の点Ｓである。一眼レフカメラにこの焦点検出装置を適
用した場合には、点Ｐと点Ｑの距離は６〜15〔mm〕であ
り、さらに点Ｐから光電変換素子までの距離も20〜35
〔mm〕と制限されるため、仮に像面湾曲補正用凹レンズ
54を用いても、このような測距視野による２次像面のズ
レは解消できない。この結果、測距視野によって焦点・
検出精度が大きく変化して好ましくない。

一方、光軸１の近傍の測距視野と光軸１から離れた測
距視野を通る光束がどちらも対物レンズ21でケラレない
ようにすることが簡単なフイールドレンズ構成では極め
て難かしい。

光束のケラレについて、第９図を用いて説明する。図
中114および115は、２孔絞りの２つの開口を各画素列位
置ごとに視野マスク開口100aを通して対物レンズ21の射
出瞳上に逆投影した像であり、逆にこの領域114,115を
通って視野マスク開口100aを通過した光束は絞りを通り
光電変換デバイスまで到達する。したがって、図のよう
に逆投影領域114,115が対物レンズの射出瞳からはずれ
ている場合には、光電変換素子上に達するべきAF光束が
対物レンズでケラレるために、焦点検出精度が著しく低
下するか、延ては焦点検出不能となる。

以上の光学作用上の難点を補正することは通常のフイ
ールドレンズではできないため、多孔視野絞りの外側の
開口を射出した光束と光軸に近い開口を射出した光束は
別異のフイールドレンズで補正すれば補正することがで
きる。

次に第４図，第５図を用いて本発明による分割フイー
ルドレンズの効果を説明する。第４図は、予定結像面上
にある光軸上の測距視野内の点Ｔ（第２図）と光軸外の
測距視野内の点Ｕが視野マスク開口42d,42gを通して、
光電変換素子上に投影される様子を表わし、図中70は点
Ｔより発した光線、71は点Ｕより発した光線である。第
２図に示したように、光線70はフイールドレンズの中央
のレンズ部50dを透過し、一方、光線71は周辺のレンズ
部50f・50を透過している。このとき、これら２つのレ
ンズ部は光電変換デバイス上の結像状態を揃えるように
構成され、定性的には50f・50gの方のレンズ厚を増して
いることにより、点T,点Ｕの結像点はどちらも光電変換
デバイス上に位置した点V,Wとなる。この結果、各測距
視野の焦点検出精度を一様に高く保つことが可能とな
る。

第５図は、絞り52の２つの開口52a,52bを多孔視野マ
スクの最も端の開口42aと光軸上の視野マスク開口42dを
通して対物レンズの射出瞳上に逆投影した像を示し、図
中、80a,81aおよび80b,81bはそれぞれ絞り開口52a,52b
（第１図）の逆投影像であり、80a,81bは視野マスク開
口42dを通過したもの、81a,81bは視野マスク開口42aを
通過したものである。図より分るように測距視野毎にフ
イールドレンズを最適化することにより、どの距離視野
位置でも焦点検出光束がケラレることない構成が可能で
ある。この結果測距視野位置を光軸１の近傍に限定され
ることなく、広範囲に設定することが可能となる。

尚、フイールドレンズの接合部50h〜50gへ向う光は視
野マスクの遮光帯42h,42i,42l,42mによって遮光され、
この部分への光入射によるゴースト光の発生を防いでい
る。

また、図示の分割フイールドレンズはプラスチツクの
一体成形で作られているが、各レンズ部をそれぞれ作成
した後、結合して構成することもできる。

第10図は測距視野の配置を示しており、第６図の一眼
レフレツクスカメラに即して言えば、フオーカシングス
クリーン23上で、その長辺方向の中心軸上に測距視野91
a…91gおよび92が平行に並ぶ様にレイアウトされてい
る。

そして第３図の画素列の組60a・60b…60m・60nを両結
像レンズユニツトで予定結像面上へ逆投影し、他方フオ
ーカシングスクリーン23の測距視野を予定結像面上に置
き換えれば、画素列の組と測距視野は夫々重なり合うこ
とになる。画素列の組の並び方向をカメラボデイ内の部
材に関係付けて言えば、クイツクリターンミラー22の半
透明面（光分割面）を含む面と可動サブミラー26を含む
面の交線方向（図面に垂直方向）に一致した方向であ
る。

この配置を採ることで、可動サブミラーの上下方向の
幅を拡大することなく、一端の測距視野から他端の測距
視野までの範囲を最大限大きくすることができる利点が
ある。

第11図の横縞パターンは、低コントラストあるいは低
輝度の物体に投影する投影パターンの一例を示してお
り、第６図にチヤート29に描かれている。本図を物体上
に投影した投影パターン像と仮定すると、93は第３図の
画素列の組62a・62bを物体上に逆投影した時の測距範囲
を示している。前述した様に、画素列62a・62b上には照
明光源28（第６図）の発光波長とほぼ等しい波長のバン
ドパスフイルターが形成されており、画素列は物体で反
射した投影パターンを選別して感知する。これにより、
通常は検出の難しい物体にも強制的にコントラストを付
加し、画素列62a・62bによる焦点検出が可能となる。因
みに94は画素列60g・62hによる物体上測距範囲である。

以上の構成で、光電変換デバイス56（第１図等）から
の電気信号は、各画素列ごとに読み出され、例えば各測
距視野ごとに合焦状態の演算を施され、その結果から最
も近い物体を選択して対物レンズの焦点調節を行うと
か、隣接測距視野間の合焦の度合の連続性を検定し、連
続性の強い範囲内の近い物体を選択するとか、予め所定
の測距視野を選んでおいて、そこに入り込んだ物体に焦
点合わせを行うと言った種々の信号処理アルゴリズムを
選択し得る。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、各測距視野ごとの光学
性能の相違を緩和できるから、中心部の測距視野のみな
らず外側の測距視野の焦点検出精度も一様に高く保つこ
とができる。従って、中心から外れた測距視野を含む多
点測距を実現できる効果がある。

また簡単なフイールドレンズ構成で測距視野位置を比
較的自由に設定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図。第２図はその光
学断面図。第３図は光電変換デバイスの正面図。第４図
は光学部分断面図。第５図は斜視図。第６図はカメラへ
の適用例を示す構成の断面図。第７図は作用の比較説明
のための光学断面図。第８図は光学部分断面図。第９図
は作用の比較説明のための斜視図。第10図は観察視野の
平面図。第11図は投影パターンと画素列の関係を示す
図。図中42は多孔視野マスク、50は分割フイールドレンズ、
50a…50gはレンズ部、51は再結像レンズユニツトの凸レ
ンズ、53は２像形成レンズ、52は２孔絞り、55は光電変
換デバイス、60a…60n,62a,62bは画素列である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木謙二神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者石崎明神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者青山圭介神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献特開昭63−278012（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズの焦点調節状態を検出するため
の装置において、前記対物レンズの予定結像面の近傍に
配され、フィールドレンズの役割を果しレンズ面の曲率
半径が異なる複数の部分を有する光学手段と、該光学手
段の複数の部分からの光束を共通に受け、前記対物レン
ズの焦点調節状態に応じて相対位置の変化する光量分布
を形成する一対の再結像レンズと、前記光量分布を受け
る画素例を複数有し、光量分布を電気的信号に変換する
光電変換手段を具え、前記画素列の所定の１つは前記光
学手段の部分の所定の１つからの光束を受ける様にした
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】前記光学手段は一体成形されていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装置。