JP2821145B2

JP2821145B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP2821145B2
Application number: JP63219964A
Authority: JP
Inventors: 圭史大高; 康夫須田; 剛史小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH0267510A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は対物光学系の焦点調節状態を検出するための
装置に関し、ことにカメラ等の小型光学機器の焦点検出
装置として好適なものである。

カメラ等の焦点検出装置として第６図に示すものは良
く知られている。第６図において１は対物レンズで一眼
レフカメラでは交換レンズに当る。２は対物レンズ１の
予定焦点面の近傍に配置された視野マスク、３は同様に
配置されたフイールドレンズ、４は対物レンズの光軸に
対して対称に配置された２つの結像レンズ４−1,4−２
により構成される２次結像レンズ、５は前記２つのレン
ズ４−1,4−２に対応してその後方に配置された２つの
センサ列５−1,5−２により構成されるセンサである。
但し、センサ列は１本のセンサ列の２つの部分であって
も良い。６は前記２つのレンズ４−1,4−２に対応して
配置された２つの開口部６−1,6−２を有する絞り、７
は分割された２つの領域７−1,7−２により構成される
対物レンズ１の射出瞳を夫々示している。尚、フイール
ドレンズ３は開口部６−1,6−２を対物レンズ１の射出
瞳７の領域７−1,7−２の近傍に結像する作用を有して
おり、各領域７−1,7−２を透過した光束がセンサ列５
−1,5−２上に夫々光量分布を形成するようになってい
る。

この第６図に示す焦点検出装置で、対物レンズ１の結
像点が予定焦点面の前側にある場合は２つのセンサ列５
−1,5−２上に夫々形成される光量分布が互いに近づい
た状態となり、又、対物レンズ１の結像点が予定焦点面
の後側にある場合は２つのセンサ列５−1,5−２上に夫
々形成される光量分布が互いに離れた状態となる。しか
も、２つのセンサ列５−1,5−２上に夫々形成された光
量分布のずれ量は対物レンズ１の焦点はずれ量と一定の
関数関係にあるので、そのずれ量を適当な演算手段で算
出すると対物レンズ１の焦点はずれの方向と量とを検出
することができることは周知の通りである。

第15図に示す焦点検出装置は対物レンズにより撮影さ
れる範囲の中央に存在する被写体に対してのみ測距を予
定している。

これに対し、撮影範囲の中央以外の複数の測距点を有
する焦点検出装置が、本出願人による特願昭62−279835
号（特開平１−120518号公報）実施例に開示されてい
る。第７図は光学系を描いた斜視図であり、８は視野マ
スク、９はフイールドレンズ、10は２つの開口10−1,10
−２を有する絞り、11は２つのレンズ11−1,11−２から
成る２次結像レンズ、12はセンサと夫々示している。
尚、第15図で示した対物レンズ１は省略してある。ここ
で第６図に示した焦点検出装置と異なるのは、視野マス
ク８が測距すべき複数の視野に対して複数の開口13〜17
を有することと、この視野マスク８で規制された光束が
２次結像レンズ11により形成する複数対の光量分布を受
光するように複数の対のセンサ列18−１と18−2,19−１
と19−2,20−１と20−2,21−１と21−2,22−１と22−２
がセンサ12として設けられている点である。前述の通り
対のセンサ列は１本のセンサ列の２つの部分であっても
良い。測距の原理は第15図の焦点検出装置と同じであ
り、各センサ対上に成形される光量分布のずれ量を算出
して各視野に対する焦点検出を行うものである。図示の
配置によれば、撮影領域の中央部とその両側４つ、計５
ヶ所について測距が可能となる。尚、測距点の数はこれ
に限らず、視野マスクの開口の数と、センサ対の数によ
り決定されるものである。

第８図は第７図を上から見た平面図を示したものであ
り、第７図と同じものには同一の符号が付されている。
尚、ここで１は第７図には示されていない対物レンズ、
７−1,7−２は対物レンズ１の射出瞳を示している。

第15図の説明において述べたと同様に、フイールドレ
ンズ９は絞り10の開口部10−1,10−２を対物レンズ１の
射出瞳７−1,7−２の近傍に結像する作用を有している
もので、対物レンズ１からの光束を焦点検出装置に効率
よく導く上で非常に重要な役割を果たしている。一方、
一般に焦点検出装置は、カメラ等の内部の限られたスペ
ースに組み込む必要があるため、その光学系の全長もあ
まり長くすることができず、フイールドレンズ９と絞り
10との間隔も十数mmから数十mm以下におさえる必要があ
る。従って、フイールドレンズのパワーは大きくなり、
曲率の大きな面で構成しなければならない。

これに加え、第８図の焦点検出装置におけるフイール
ドレンズ９は第６図の焦点検出装置におけるフイールド
レンズ３に比べると、第８図の上下方向に視野が並んで
いる分、同方向の口径を大きくする必要がある。以上の
ことより、フイールドレンズ９は周辺でのレンズのコバ
を確保するために、中心厚を非常に厚くする必要があ
り、光学系の全長を短くする上で大きな障害となる。

この点を改善する一法はフイールドレンズ形状の選定
で、例えば第９図に示す構成が有効であり、フイールド
レンズ９′以外は第８図と全く同一の構成である。この
フイールドレンズ９′は第８図の焦点検出装置の上下方
向の視野が分離していることを利用して、同方向にフイ
ールドレンズ９を分割してフレネル状にしたものに相当
する。

前項で説明した通り、フイールドレンズを第９図に示
すように分割することにより、中心部分のレンズ厚を薄
くすることは可能であるが、この場合でも周辺部のフイ
ールドレンズは光を大きく偏向させる必要があるため、
レンズを構成する各面の曲率がきつくなることは避けら
れない。さらに、以下で説明する事情も加わって、端部
でのコバ厚を確保することが極めて困難となる。

第10図は、説明の都合上視野が３つの場合の同種の焦
点検出系の視野マスク以降を示した平面図であり、予定
焦点面23に結像した後に、３つに分割されたフイールド
レンズの各部24,25,26を透過する光束27,28,29を描いて
ある。44は視野マスクで紙面に垂直方向へ延びた３つの
開口を具える。第11図は第10図の下方から見た時の平面
図であり、第10図の29に相当する光束が描いてある。こ
れらの図中では、平凸レンズを２つ並列接合した系の２
次結像レンズ30が用いられている。32はセンサで、紙面
に垂直方向に延びたセンサ列32−1,−2,−３を有する。
各センサ列は対のセンサ列であるか１本の長いセンサ列
の２つの部分である。

焦点検出に際しては、第11図に示す断面での像の動き
が問題となるため、この断面での結像性能が重要となる
が、絞りマスク31の開口は一般的に第12図のような形状
をしており、第11図の断面での開口巾W₁の方が第10図の
断面での開口巾W₂よりも小さいため、収差がでにくく、
センサ32をほぼ近軸的な像面上に設定することで、良好
な結像性能が得られる。

一方、第10図の断面での結像性能は絞りマスクの開口
巾が広いため収差がでやすく、同図のように２次結像系
が単一の凸レンズの場合は、瞳面上における通過点が中
心から遠い光線ほど像面側での主光線との交点が手順に
なる状態、即ちハロが生ずる。さらに像面湾曲が生ずる
ため、中心の光束28に対して周辺の収束27,29がより前
方で収束されることになる。又、主に２次結像レンズ30
で生ずる色収差によって短波長側でこの現象が顕著とな
る。第13図，第14図はこれらの状態を示したものであ
り、第13図は第10図のＡの部分の拡大図、第14図は第10
図のＢの部分の拡大図である。

以上の結像状態を一言で言えば、センサ上において、
センサ列方向の点像強度分布の広がりは狭く、良好な結
像性能を示すが、これと直交する方向の点像強度分布の
広がりは大きい。そして、中心の光束よりも周辺の光束
の方が、又、波長が短い方がその傾向が強いといえる。

センサ列方向の像のずれを検出するという測距の原理
を考える限りでは、センサ列と直交する方向の点像強度
分布が広がっていたとしても問題とはならないといえ
る。しかしながら、少なくともセンサ列上には、又セン
サの位置調整の余裕をとるという意味ではセンサ列を含
む一定の領域上には一様な光が入射する必要があり、こ
れを満足させるためにはセンサ列と直交する方向の点像
強度分布の広がりが大きいと、視野マスクの開口及びフ
イールドレンズの有効部を大きくとる必要がある。

第15図はその状態を説明する図であり、第10図と同一
の構成において、センサ面上の点Ｐから逆に追った光束
が示されている。ここで、点Ｐはセンサ列を含むように
設定された調整のための余裕をとった領域33の端の点で
ある。点Ｐからの光束は、２次結像レンズ30によって収
束されるが、その位置はこれまでに説明してきた収差の
状態から明らかなように、予定焦点面23の近傍ではな
く、それよりに右側にずれた位置に収束することにな
る。特に波長が短かい光束は第15図に示すようにフイー
ルドレンズ43よりもさらに右側で収束することがありえ
る。センサ面上の領域33に一様な光が入射するためには
これらの光束が遮えぎられないように、各部の有効域を
設定する必要があり、従って、大きく広がった光束が透
過するフイールドレンズ43及び視野マスク44の開口はそ
れに応じて大きくせざるをえない。このような状態では
フイールドレンズ43の端部でのコバ厚を確保することが
難しいだけでなく、大きな開口を有する視野マスク44を
透過する光が分割されたフイールドレンズ43の境界部34
に入射して有害なゴーストやフレアー光が発生する可能
性もある。

一方、次のような問題点も存在する。

第16図は第10図のセンサの平面図を示したものであ
り、この図において各センサ列32−1,−2,−３の間隔は
視野の間隔と焦点検出装置の結像倍率によって決定され
るものである。しかしながら、センサ列間の各領域35,3
6は信号の読み出し回路や蓄積時間の制御回路、或いはA
/D変換回路、演算回路をもオンチツプで形成することも
あり、このような場合には、各センサ列の間隔はかなり
大きくする必要がある。逆に、センサ列間に設ける回路
は必要最小限にとどめ、その他の回路は外付けとするこ
とでできるだけセンサチツプを小さくすることが要求さ
れる場合もある。こうしたセンサ独自の種々の制約に対
しては、例えば焦点検出装置の結像倍率を変えること
で、ある程度は対応可能である。しかし、結像倍率を下
げると焦点検出精度が低下し、結像倍率を上げるとデイ
フオーカス検出範囲が狭くなるというように、結像倍率
は焦点検出装置の基本性能にかかわるパラメータである
ので、センサの条件に合わせて大きく変化させることは
かなり難しいわけである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、複数の測距視野を有する焦点検出装置に於
いて各測距視野に対応するセンサ（画素）列が受ける光
量情報が測距視野の位置にかかわらず同程度の性能を持
つ様にすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そして、本願発明は、対物レンズにより形成される像
を複数再結像するための２次結像光学系と、前記２次結
像光学系により形成される光量分布を受光するための対
のセンサ列と、前記対物レンズと前記２次結像光学系と
の間にフィールドレンズを有し前記対のセンサ列の出力
から前記対物レンズの焦点調節状態を検出する装置にお
いて、前記対のセンサ列を前記対物レンズの光軸と垂直
な平面内における前記対のセンサ列の配列方向と垂直
で、互いの対のセンサ列の配列方向が互いに同じになる
ように複数個並置し、また、前記対物レンズの予定焦点
面と前記複数の対のセンサ列との間の光学系を、前記対
のセンサ列におけるセンサ配列方向と前記光軸を含む面
内と該面と直交し且つ前記光軸を含む面内で異なる屈折
力を有する様に構成したことにある。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例を示したものである。
この図は第15図と同様、センサ上の点Ｐから逆に追った
光線を示したものである。但し、第１図においては第15
図中に平凸レンズ（平面と凸球面から成るレンズ）で示
されている２次結像レンズ30の平面部が図面の平面内で
のみパワーを有するシリンドリカル面39になっている点
が異なる。即ち、対のセンサ列を対物レンズの光軸と垂
直な平面内における前記対のセンサ列の配列方向と垂直
で、互いの対のセンサ列の配列方向が互いに同じになる
ように複数個並置する一方、対物レンズの予定焦点面と
複数の対のセンサ列との間の２次結像レンズ30は、対の
センサ列におけるセンサ配列方向と対物レンズ光軸を含
む面内と該面と直交し且つ対物レンズ光軸を含む面内で
異なる屈折力を与えている。

このような構成において第１図の主光線40は第15図の
主光線50とほぼ同一の光路を進むのに対して、周辺のい
わゆるマージナル光線41,42は外側に曲げられて、主光
線40との交点がフイールドレンズ43の表面とほぼ一致す
るような光路を進む。第15図との比較で明らかなように
フイールドレンズ43を透過する光束の巾が縮小されるた
め、例えばフイールドレンズ43のコバ厚を確保すること
も容易となる。又、視野マスク44の開口巾を狭くするこ
とが可能となり、ゴースト，フレアの影響を軽減するこ
とができる。第１の実施例においては２次結像レンズと
して平凸タイプのレンズを用いているため、そこで生ず
る収差の性質から、凹のシリンドリカルレンズを用いて
いるが、これとは収差の性質が逆になる２次結像レン
ズ、即ち瞳の外を透過する光線ほど主光線との交点が遠
くなるような２次結像レンズを用いている場合は、凸の
シリンドリカルレンズを用いればよい。

第２図は本発明の第２の実施例の要部を示す斜視図で
あり、２次結像レンズのみを示している。第11図におけ
る２次結像レンズ30は平凸レンズで構成されているが、
平面部を同図の面内で傾きをもつ第３図のようなプリズ
ムとすることが焦点検出系の性能を向上させる上で有効
な場合がある。傾斜面の作用は特開昭62−3216号に説明
がなされている。第２図に示す第２の実施例は、このよ
うな２次結像レンズに本発明を適応したもので、２次結
像レンズの入射面側が傾いた２つのシリンドリカル面4
5,46で構成されている。

第４図は本発明の第３の実施例を示す図であり、やは
り２次結像レンズのみを示している。この実施例では基
本となる２次結像レンズが両凸レンズである場合に本発
明を適応したもので、入射面側の凸レンズは上下方向47
と左右方向48で異なるパワーをもつ、いわゆるトーリツ
クレンズで構成されている。

以上の実施例では２次結像レンズの入射面をシリンド
リカルレンズやトーリツクレンズとしたものであるが、
射出面を同様の形状にしても本発明の目的は達成でき
る。しかし、一般に絞りに近い面をシリンドリカルレン
ズやトーリツクレンズとした場合の方が主光線の光路に
与える変化が少ないという性質があるので、条件に応じ
て適当な面を選択することが可能である。又、絞りと２
次結像レンズの配置関係や、２次結像レンズの構成，面
形状はそれが適応される焦点検出装置の仕様によって決
定されるべきものであり、本発明はそれらに制約される
ことなく適応可能である。

第５図は本発明の第４の実施例を示す図である。本実
施例はセンサの直前にセンサ列のセンサ配列方向と、こ
の配列方向と直交する方向とで異なる屈折力を付与する
凹のシリンドリカルレンズ面を有する光学部材49を設け
たものである。即ち、対物レンズの予定焦点面と複数の
対のセンサ列との間の光学部材49は、対のセンサ列にお
けるセンサ配列方向と対物レンズ光軸を含む面内と該面
と直交し且つ対物レンズ光軸を含む面内で異なる屈折力
を与えている。この光学部材49に入射した光束は凹のシ
リンドリカル面によって外側に曲げられるため、これを
受光するセンサ列の間隔はシリンドリカルレンズがない
場合に比べ広く設定することが可能となる。逆に光束を
内側に偏向させ、センサ列の間隔を狭くするためには曲
率半径の大きい凹か凸のシリンドリカルレンズを用いれ
ばよい。

尚、上記実施例で２次結像レンズの代りに２次結像反
射鏡が配されることもある。またフイールドレンズは種
々の変形が可能であり、またフレネル形状の代りに視野
マスクの各開口ごとにフイールドレンズの部分を設けて
も良い。

〔効果〕

以上説明したように、焦点検出の為の複数対のセンサ
ー列前方に、対のセンサ列におけるセンサ配列方向と対
物レンズ光軸を含む面内と該面と直交し且つ対物レンズ
光軸を含む面内で異なる屈折力を有する光学部材を設け
ることにより焦点検出装置にとって重要なセンサ列方向
の結像性能に影響を与えることなく、それとは垂直方向
の光束の光路を制御することができ、焦点検出装置の構
成上の制約を軽減することが可能となる。

また、対物レンズの光軸位置を外れた測距視野であっ
ても高精度の測定が可能となる効果がある。あるいは、
センサ・チツプのデザインに制約が加わることも軽減さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光学断面図。第２図は第
２実施例の要部斜視図。第３図は第２図の縦断面図。第
４図は第３実施例の要部斜視図。第５図は第４実施例の
光学断面図。第６図は公知例を示す光学断面図。第７図
は先行技術を説明するための斜視図。第８図は第７図構
成の横断面図。第９図は第８図の変形構成を示す横断面
図。第10図は問題点を説明するための縦断面図で、第11
図は横断面図。第12図は絞りの平面図。第13図，第14図
は光線の収束状態を示す図。第15図は問題点を説明する
ための縦断面図。第16図はセンサの平面図。図中、23は予定焦点面、30は２次結像レンズ、31は絞
り、32−1,32−2,32−３はセンサ列、39はシリンドリカ
ル面、43はフイールドレンズ、44は視野絞りである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 7/11

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズにより形成される像を複数再結
像するための２次結像光学系と、前記２次結像光学系に
より形成される光量分布を受光するための対のセンサ列
と、前記対物レンズと前記２次結像光学系との間にフィ
ールドレンズを有し前記対のセンサ列の出力から前記対
物レンズの焦点調節状態を検出する装置において、前記
対のセンサ列を前記対物レンズの光軸と垂直な平面内に
おける前記対のセンサ列の配列方向と垂直で、対のセン
サ列の配列方向が互いに同じになるように複数個並置
し、また、前記対物レンズの予定焦点面と前記複数の対
のセンサ列との間の光学系を、前記対のセンサ列におけ
るセンサ配列方向と前記光軸を含む面内と該面と直交し
且つ前記光軸を含む面内で異なる屈折力を有する様に構
成したことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】前記２次結像光学系は、前記対のセンサ列
におけるセンサ配列方向と前記光軸を含む面内と該面と
直交し且つ前記光軸を含む面内で互いに異なる屈折力を
有する特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装置。
【請求項３】前記２次結像光学系はシリンドリカル面を
含む特許請求の範囲第２項記載の焦点検出装置。
【請求項４】前記２次結像光学系はトーリック面を含む
特許請求の範囲第２項記載の焦点検出装置。