JP2699360B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は写真用カメラやビデオカメラ等に好適な焦点
検出装置に関し、特に撮影レンズの瞳を複数の領域、例
えば２つの領域に分割し、各領域を通過する光束から２
つの被写体像に関する光量分布を得て、該２つの被写体
像に関する光量分布を利用して撮影レンズの合焦状態を
検出する焦点検出装置に関するものである。 （従来の技術） 従来より撮影レンズの合焦状態を検出する為の装置と
して種々の方式の焦点検出装置が提案されている。 例えば、特開昭55−118019号公報では撮影光束をファ
インダー系に導く主可動ミラーの一部をハーフミラー面
とし、その後方に副ミラーを設けて、焦点検出用の光束
をミラーボックス底部に導いている。これにより光学的
に撮影レンズの予定結像面上、及びその近傍に不透明部
材の測距視野マスクやCCD等を配置した構成とし、撮影
レンズの合焦状態を検出している。この焦点検出装置は
焦点検出精度が副ミラーの位置精度に影響されること、
副ミラーの大きさが主可動ミラーによって制限される
為、測距視野の拡大及び移動が難しい等の問題点があっ
た。 又、特開昭58−108506号公報、特開昭58−111910号公
報、実開昭57−40919号公報等ではファインダー系のピ
ントグラスの一部を素通しとし、そこを通過した光束を
ビームスプリッターによりファインダー系と焦点検出系
に分離したり、又、ピント板面上に透明性の測距素子を
形成して、合焦状態を検出している。 この方式は測距視野が素通しのピント板である為、撮
影レンズによる結像状態が確認できないこと、又、測距
視野の拡大及び移動を行う為にはビームスプリッターが
大型化してくる等の問題点があった。 この他、ピント板面上にCdS等の光電変換素子を形成
し、物体像のコントラストを検出して合焦状態を検出す
る焦点検出装置も提案されている。 この方式はCdSが撮影光を遮る為に測距視野内の被写
体を確認することができなく、又、コントラスト方式の
焦点検出方式である為、位相差方式の焦点検出方式に比
べてディフォーカス量の検出能力が劣っている等の問題
点があった。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は駆動可能な格子部材とレンズアレイを利用す
ることにより、被写体像を観察する為のピント板として
の機能とファインダー系の小型化という点を損なうこと
なく、ファインダー系の一部に配置可能であり、しかも
ファインダー視野内の広範囲のうちから任意の視野範囲
を選択して焦点合わせをすることが出来る、特に一眼レ
フカメラに好適な焦点検出装置の提供を目的とする。 （問題点を解決するための手段） 撮影レンズの予定結像面近傍に複数の遮光部材から成
る格子部材とその後方に複数の微小レンズを有するレン
ズアレイ、そして前記予定結像面に形成される像を観察
する為の接眼レンズを配置し、該レンズアレイの複数の
微小レンズのうちの一部分の微小レンズの光路中に微小
レンズ毎に一対の受光素子を設け、これら一対の受光素
子より該撮影レンズの瞳の異なった２つの領域を通過す
る光束より被写体の像に関する２つの光量分布を得、前
記一部分の微小レンズの受光素子のうち、該撮影レンズ
の同じ瞳領域からの光束を受光する全ての受光素子同志
とを電気的に結線する結線手段を設け、該格子部材を一
方向に駆動させたときに該結線手段を介して得られる出
力信号の時間的変化を利用して、該撮影レンズの合焦状
態を検出したことである。 （実施例） 第１図は本発明を一眼レフカメラに適用したときの一
実施例の概略図である。 図中１はカメラ本体、２は撮影レンズ、３は可動ミラ
ーであり、例えば全ての光束を反射したり若しくは50％
の光量を透過し、残りを反射するような透過反射特性を
有している。４は凸レンズ、５は凹レンズであり、格子
駆動機構６に結合され一定方向に駆動制御されている。
７は屈折率分布型の複数の微小レンズを有するレンズア
レイであって、撮影レンズ２の１次結像面上の被写体像
をピントグラス８のマット面8a上に正立等倍となるよう
に再結像している。8bはフレネルレンズであってピント
グラス８のマット面8a上の被写体像からの光束を集光し
ている。8cは結像状態確認用のスプリットプリズムであ
り、ピントグラス８の一部に設けられている。９はペン
タプリズム、10は接眼レンズであり、ピントグラス８の
マット面8a上の被写体像を観察している。 第２図は第１図のレンズアレイ７近傍の結像状態を示
す拡大説明図である。同図においては光線は左から右に
向って進み凹レンズ５に入射している。凹レンズ５は凸
レンズ４によって生じる像面湾曲を補正する為のもので
ある。又、凹レンズ５の第１レンズ面5aが撮影レンズ２
の予定結像面と略一致するように各要素を設定してい
る。 ここで例えば第１レンズ面5a上に結像する光線Ａを例
にとり説明すると、凹レンズ５より射出した光線は屈折
率分布型の微小レンズ40の前方微小レンズ群7bに入射
し、後方微小レンズ群7aの内部の点P1に結像する。そし
て、その後微小レンズ中をうねりながら進み、後方に配
置したピントグラス８上のマット面8a上の点P2に再結像
している。このとき、第１レンズ面5a上に形成された被
写体像がマット面8a上に正立等倍結像となるように後述
するように微小レンズ40の屈折率分布や長さ等の諸要素
を特定している。 このように本実施例では微小レンズ40を多数配置し、
微小レンズ群全体としてレンズアレイ７を構成し、１個
の連続した正立等倍の実像を得ている。 尚、本実施例において微小レンズにより正立等倍の実
像を得る為の条件を参考の為に示すと、次のようにな
る。微小レンズの中心軸上の屈折率をN₀、屈折率分布定
数をＡとし、中心軸からの距離をγとしたとき、屈折率
分布Ｎ（γ）は となる。そして微小レンズの長さをZ₀としたときなる不等式を満足するように構成すれば、正立等倍の実
像が得られる。 尚、第２図に示した屈折率分布型のレンズアレイ７は
前方微小レンズ群7bと後方微小レンズ群7aの２つの微小
レンズ群を有し、このうち一方の前方微小レンズ群7bの
射出面側に１対の受光素子13a,13bを設け、双方を透光
性接着剤で継ぎ合わせて構成している。 第３図〜第７図は各々本発明に係るレンズアレイ７に
関する一実施例の説明図である。 第３図はレンズアレイ７の前方微小レンズ群7b、第４
図はレンズアレイ７の後方微小レンズ群7aの射出面側か
ら見たときの説明図である。第３図，第４図に示すよう
に微小レンズ群7b,7aは屈折率分布型の微小レンズ40を
複数個細密に並べた平板より構成されている。前方微小
レンズ群7bのうち一部分の微小レンズ40の射出面側に
は、１対の例えばアモルファスシリコン光電変換素子等
の受光素子13a,13bを形成している。 そして、これらの複数の受光素子より１つの受光部領
域30aを構成している。 本実施例では第２図に示すように２つの微小レンズ群
7a,7bのうち前方微小レンズ群7bを後方微小レンズ群7a
に比べて短くし、受光素子13a,13bの位置が結像点P1よ
りも、多少前方（被写体側）に位置するように設定して
いる。 第５図は本実施例において、ファインダー視野50内の
うち複数の受光素子13a,13bより成る受光部領域が配置
されている一実施例を示す説明図である。同図において
30a〜30iは複数の受光素子13a,13bより成る受光部領域
を示している。これらの受光部領域30a〜30iに任意の領
域を後述するように選択して焦点検出を行っている。 第６図は第５図の１つの受光部領域30aにおける各受
光素子13a,13bの結線の様子を示す斜視図である。複数
の微小レンズ40の外形は円筒形状をしており、その円筒
の中心軸を挟んで１対の受光素子13a,13bが配置されて
いる。 各微小レンズ40に設けた１対の受光素子13a,13bは円
筒の中心軸に対して同一方向に配置した受光素子13a
（受光素子13b）同志が互いに電極21で結線されてい
る。そして各受光素子13a（又は各受光素子13b）からの
出力は出力パッド15a,15b,16a,16bによって外部へ導き
出されるような結線手段より構成されている。 尚、他の受光部領域30b〜30iにおける受光素子の結線
についても第６図と同様である。 第７図は受光素子としてアモルファスシリコン光電変
換素子を用いたときの一実施例の構造を示す説明図であ
る。同図においては前方微小レンズ群7b上の透明基板17
と遮光電極18との間にアモルファスシリコンより成る光
電変換部19を構成している。そして同図の下方より入射
する光を光電変換している。 このようにアモルファスシリコン光電変換素子はガラ
ス基板上に形成できる為、大面積化が容易となる。尚、
同図において20は絶縁物、21は透明電極17とパッド16a
とを中断する為の遮光電極である。 第８図〜第11図は第１図において撮影レンズ２を通過
し、接眼レンズ10に到達する光束を各要素を展開して示
した説明図である。 同図において第１図で示した要素と同一要素には同符
番を付してある。 第８図はレンズアレイ７のうち微小レンズ40の光軸を
通過する光線を示し、第９図は微小レンズ40の光軸上の
一点のうち正立等倍結像する光束であって受光素子13a,
13bの重心位置を通過する光線を示している。 第８図，第９図に示すように受光素子13a,13bが形成
されている面7cは凸レンズ４と凹レンズ５によって撮影
レンズ２の射出瞳近傍の面Ａ上に投影されるように設定
されている。従って受光素子13a,13bに入射する光束は
面Ａにおいて、第10図に示す如く２つの領域14a,14bを
各々通過してくる光束となっている。即ち、面Ａ上にお
いて領域14a,14bが撮影レンズ２の有効径によってケラ
レていなければ受光素子13a,13bに入射する光束はケラ
レなく、全ての受光素子13a,13bに光束は均一に入射す
ることになる。 又、面Ａは撮影レンズ２の射出瞳近傍となるように構
成されているから受光素子13a,13bはピントグラス８上
に結像することはない。 第11図はこのときの所定のＦナンバーの光束の結像状
態を示す説明図である。第8,第９図に示す面5aは第11図
の予定結像面F.Pに相当し、そこより距離Ｉだけ離れた
位置が投影レンズ２内の面Ａに相当している。 又、第11図において26は画面中心に入射するＦナンバ
ー5.6の光線、T1,T2は各々受光素子13a,13bに入射する
光束のうちで最大画角の結像点で、焦点検出系のＦナン
バーをF5.6に設定したときに相当している。 又、第10図の領域14a,14bの外周をF5.6に対応させた
ときの焦点検出系の有効光束範囲を斜線で示している。
第11図によれば、撮影レンズ２の絞り、あるいはレンズ
の縁の像空間における像、つまり射出瞳が斜線の外側に
あれば、焦点検出用の光束はケラレず、良好なる焦点検
出が可能となることを示している。 次に第12図〜第15図により本発明による焦点検出の原
理を説明する。 第12図の31a〜31dは各々凹レンズ５の第１レンズ面5a
上に形成された格子（格子部材）を示すもので、撮影レ
ンズ２の予定結像面上に位置し、空間周波数フィルタと
して作用する。図中、格子31a〜31iはファインダー画面
内９か所に設けられており、多数の長方形遮光部より成
っている。この配置は第５図に示した受光部領域30a〜3
0iの配置に対応している。更に凹レンズ５は第１図に示
した格子駆動機構６によりファインダー光軸に対して垂
直方向（矢印Ｂ方向）に往復運動し、その振幅は1/2格
子周期程度である。この往復運動を高速で行うことによ
り格子がファインダー系で視認されないようにし、良好
なるファインダー像の観察を維持している。 第13図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は第12図に示す格子が
往復運動したときの受光素子13a,13bからの出力信号の
変動と撮影レンズ２の結像状態との関係を示す説明図で
ある。 同図（Ａ）は合焦状態、同図（Ｂ）は前ピン状態、同
図（Ｃ）は後ピン状態を示している。図中32は前述した
受光素子13a,13bを内部に含むレンズアレイ７のうちの
１つの受光部領域を示している。同図においては簡単の
ため、格子31iに相当する画面中央部に入射する光束の
みを示している。 このような構成において、格子の走査により撮影レン
ズ２による被写体像に含まれる特定空間周波数成分が抽
出される。格子を正弦波状に駆動すれば受光素子からの
出力信号は時間変化として表わされる。更に、受光素子
13a,13bに入射する光束は、それぞれ図中34,33に示す光
束対応し、それらは互いに所定の角度を有している為、
撮影レンズ２が前ピン状態、あるいは後ピン状態にある
と、被写体像を形成した２つの光束が格子振動の異なる
タイミングで格子により遮られることになる。その結
果、受光素子13a,13bからの出力変化は前ピン状態と後
ピン状態で逆の位相差を持ち、又、この位相差は撮影レ
ンズ２のディフォーカス量の増大に伴って大きくなって
いる。 これに基づいて撮影レンズ２の光軸上の位置を制御す
れば焦点検出が可能となる。 尚、このとき得られる出力信号は公知の処置方法、例
えば、特公昭60−32846号公報等に示されている処置方
法が適用可能である。 以上は撮影画面の中央における測距原理を説明した
が、次に撮影画面の中央以外での動作とディフォーカス
検出演算について第14図，第15図をもとに説明する。 第14図は第13図（Ｂ）に示した前ピン状態を光像の重
心を通る光線で代表させて示したものである。即ち、第
10図に示した領域14a,14bの重心P4,P3と、距離DFだけデ
ィフォーカスした光軸上の点Ｒとを通る光線を示してい
る。又、第15図は同様に距離DFだけディフォーカスした
軸外の点Ｓを通る光線を示している。ここで、格子振動
によるディフォーカス検出は先に説明したように第13図
に示す２つの光束33,34による予定結像面F.P上での被写
体像の相対的位置ズレの検出に外ならないわけで、その
ディフォーカス量と像の位置ズレとの関係は次のように
なる。 まず、第14図、第15図において ΔP3P4R ∽ ΔT4T3R ΔP3P4S ∽ ΔT6T5S より 従って、 これより、測距視野が第５図の受光部領域30a〜30iに
示すように画面内の様々な位置にあっても同一の演算式
によって像ズレ量からディフォーカス量を算出すること
が可能となる。 尚、本実施例において凸レンズ４は特に設けなくても
良く、又、凹レンズ５の代わりに単なる平行平面板を用
いて構成しても同様な効果が得られる。 （発明の効果） 本発明によれば次のような効果を有する焦点検出装置
が達成できる。 （イ）カメラのファインダー系に直接焦点検出系を配置
できるため、副ミラーを必要とせず、部品点数の削減、
機構の簡略化が図れると同時に、副ミラーの位置精度に
よって焦点検出精度が影響を受けることがない。 （ロ）ピントグラスの測距視野に相当する位置も素通し
にする必要がなく、マット面あるいはスプリットプリズ
ムを形成できる為、被写体像の結像状態の確認が可能で
ある。 （ハ）ファインダー系にレイアウト可能な為、ファイン
ダー画面内広範囲からの測距視野の選択、あるいは広測
距視野化が可能である。 （ニ）屈折率分布型の微小レンズを用いることにより、
焦点検出光学系のコンパクト化が容易である。 （ホ）受光素子が撮影レンズの射出瞳面近傍に投影され
ている為、ピントグラス上にはその像は生じず、受光素
子によって被写体像が遮られることはない。又、予定結
像面上にある格子についても高速で往復運動をすること
により、ファインダー系で視認されずに良好なるファイ
ンダー像の観察が可能となる。 （ヘ）ハーフミラー等による焦点検出系とファインダー
系との光分割を必要としない為、光量的に有利である。 （ト）受光素子をガラス基板上に形成した場合にも少な
い配線数で済む為、小型化が容易となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を一眼レフカメラに適用したときの一実
施例の概略図、第２図は第１図のレンズアレイ近傍の結
像状態を示す拡大説明図、第3,第４図は第１図のレンズ
アレイの説明図、第5,第６図は第１図のレンズアレイに
含まれる受光素子の配置を示す説明図、第７図は受光素
子としてアモルファスシリコン光電変換素子を用いたと
きの概略図、第8,第９図は第１図の光学系を展開したと
きの光束の結像状態を示す説明図、第10図は第１図の撮
影レンズを通過する光束の説明図、第11図は焦点検出用
の光束の説明図、第12図は凹レンズ上の格子の配置を示
す説明図、第13図は結像状態と受光素子からの出力信号
との関係を示す説明図、第14,第15図はディフォーカス
量と相対ズレとの関係を示す説明図である。 図中、２は撮影レンズ、３は可動ミラー、４は凸レン
ズ、５は凹レンズ、６は格子駆動機構、７はレンズアレ
イ、８はピントグラス、９はペンタプリズム、10は接眼
レンズ、13a,13bは受光素子、40は微小レンズである。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．撮影レンズの予定結像面近傍に複数の遮光部材から
   成る格子部材とその後方に複数の微小レンズを有するレ
   ンズアレイ、そして前記予定結像面に形成される像を観
   察する為の接眼レンズを配置し、該レンズアレイの複数
   の微小レンズのうちの一部分の微小レンズの光路中に微
   小レンズ毎に一対の受光素子を設け、これら一対の受光
   素子より該撮影レンズの瞳の異なった２つの領域を通過
   する光束より被写体の像に関する２つの光量分布を得、
   前記一部分の微小レンズの受光素子のうち、該撮影レン
   ズの同じ瞳領域からの光束を受光する全ての受光素子同
   志とを電気的に結線する結線手段を設け、該格子部材を
   一方向に駆動させたときに該結線手段を介して得られる
   出力信号の時間的変化を利用して、該撮影レンズの合焦
   状態を検出したことを特徴とする焦点検出装置。