JP3187132B2

JP3187132B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP3187132B2
Application number: JP12708792A
Authority: JP
Inventors: 隆之泉水
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH05142466A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カメラ等の撮影レン
ズの被写体への合焦状態を検出する焦点検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、一眼レフカメラ等の焦点検出
装置としては、撮影レンズの射出瞳の異なる部分を通過
した光束をそれぞれ焦点検出光学系の再結像レンズによ
り一対のラインセンサ上に結像させ、この一対の各ライ
ンセンサの出力信号の関係に基づいて撮影レンズの合焦
状態を検出する構成が知られている。この焦点検出装置
の原理は、例えば特開平２−５号公報に詳しい。

【０００３】また、画面の中央以外に位置する被写体へ
の撮影レンズの合焦状態を検出するために、光軸外に検
出エリアを設けた装置も従来公知である。

【０００４】しかしながら、軸外の検出エリアの光軸か
らの距離が大きくなると、レンズ交換やズームによって
撮影レンズの射出瞳の位置や大きさが変化した際に、焦
点検出光学系の瞳がケラレを生じ、光束を取り込むこと
ができる範囲が狭められることがある。そして、このよ
うな場合には、自動焦点検出を利用できる交換レンズが
限定されたり、ズーミング範囲の特定の焦点距離では自
動焦点検出装置が働かないこととなる。

【０００５】このような問題を解決するため、特開平2-
58012号公報には、撮影レンズの射出瞳の変化による焦
点検出系のケラレの影響をなくすため、軸外の検出エリ
アを持つ焦点検出装置において、射出瞳の異なる３箇所
を通過した光束を利用する再結像光学系を3組設け、こ
れらのうちケラレの生じていない2つの再結像光学系の
ラインセンサの出力を用いて当該ゾーン内の被写体に対
する焦点検出を行なう構成が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術は、一つの検出エリアにつき３組の再結像光学系
を設けなければならず、かつ、光軸外の検出エリアの３
組のラインセンサの方向を撮影レンズの直径方向とほぼ
一致させなければならないという制約があった。

【０００７】また、検出しようとするエリアが広い場
合、すなわち、像高が高い場合には、撮影レンズの光軸
を含むエリアについてもケラレを生じる可能性がある
が、前記の従来技術ではこの問題点を解決できない。

【０００８】

【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、１つの検出エリアにつき再
結像光学系が２組ずつで済み、かつ、光軸を含む検出エ
リアが像高の高い部分を含む場合にも、各種の撮影レン
ズに対応して撮影レンズの合焦状態を検出することがで
きる焦点検出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる焦点検
出装置は、前記の目的を達成させるため、撮影レンズの
射出瞳の異なる部分を通過して該撮影レンズの予定焦点
面上の共通の焦点検出ゾーンを通過した一対の光束をそ
れぞれ再結像させて当該焦点検出ゾーン内に位置する被
写体への前記撮影レンズの合焦状態を検出する焦点検出
装置において、前記予定焦点面上の１つの焦点検出ゾー
ンに対して複数の再結像光学系と該撮像光学系のそれぞ
れに対応する複数のラインセンサとから構成される複数
の検出手段を設け、該撮影レンズの射出瞳位置の光軸方
向の位置の変化に対応して前記複数の検出手段の内のい
ずれか１つを選択して当該焦点検出ゾーン内に位置する
被写体への前記撮影レンズの合焦状態を検出することを
特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１１】

【実施例１】図1は、この発明の第一の実施例を示した
ものである。この実施例では、図示せぬ撮影レンズによ
って被写体の像が形成される予定焦点面10上に、撮影レ
ンズの光軸Axから外れた位置で直径方向と直交するサジ
タル方向に長い焦点検出ゾーン11を設け、この検出ゾー
ン11内の像に対する撮影レンズの合焦状態を検出する。
予定焦点面10は、撮影レンズによる実際の焦点面と共役
な位置にある。

【００１２】撮影レンズ(ズームレンズ)の一般的な性質
として、望遠時における撮影レンズの射出瞳EPtは、広
角時における射出瞳EPwよりも予定焦点面10からの距離
が遠くなる。また、撮影レンズのFナンバーの変化によ
って射出瞳の大きさも変化する。

【００１３】そこで、実施例1の装置は、一つの焦点検
出ゾーン11に対して複数の検出手段を設け、撮影レンズ
の射出瞳位置の光軸方向の位置の変化に対応して複数の
検出手段の内のいずれか１つを選択して当該焦点検出ゾ
ーン内に位置する被写体への撮影レンズの合焦状態を検
出する構成としている。検出手段は、２組の再結像光学
系と、一対の受光領域を有するラインセンサ2組とから
構成されている。

【００１４】第1の再結像光学系は、撮影レンズの望遠
時の射出瞳EPtの異なる部分At,Btを通過した一対の光束
を第1のコンデンサレンズ20により取り込んで一対のセ
パレータレンズ30,31に入射させ、第1のラインセンサ40
の2つの領域40A,40B上に検出ゾーン11内の像を分離して
再結像させる。同様に、第2の再結像光学系は、第2のコ
ンデンサレンズ21、一対のセパレータレンズ32,33、第2
のラインセンサ41を有しており、撮影レンズの広角時の
射出瞳EPwの異なる部分Aw,Bwを通過した一対の光束を一
対のセパレータレンズ32,33を介して第2のラインセンサ
41の領域41A,41B上に結像させる。

【００１５】それぞれのラインセンサ40,41は、分割さ
れた一対の像を受像できるようにそれぞれ2つの領域40
A,40B、41A,41Bから構成されており、各領域に形成され
た像の位置関係を演算することにより、検出ゾーン11内
に位置する被写体に対する撮影レンズの合焦状態を検出
することができる。

【００１６】すなわち、各ラインセンサ40,41の出力
は、信号処理回路50および演算制御回路51に入力され、
この信号処理回路50および演算制御回路51は、ラインセ
ンサ40または41の出力を用いて、分割された像の位置関
係を演算して、被写体のデフォーカス量を演算する。演
算制御回路51は、演算結果に基づき、カメラボディB内
の制御モータ52を駆動し、駆動カップリング53を介して
撮影レンズLの焦点調節機構54を作動させ、焦点調節レ
ンズ55を光軸方向に移動させる。

【００１７】ラインセンサ40と41とのいずれの出力を用
いるかは、予め定めることができる。撮影レンズの射出
瞳の位置および大きさは、その焦点距離およびF値によ
って定まり、これらは撮影レンズに固有のデータとし
て、交換レンズL内のレンズROMまたはCPUに記憶するこ
とができる。よって、一眼レフカメラの交換レンズLと
カメラボディBとの間で、周知の手段によって、この記
憶データに関する通信を行なうことにより、交換レンズ
の種類に応じ、ラインセンサ40と41とのいずれの出力を
用いるかを定めることができる。また、ズームレンズの
場合には、その焦点距離に応じて、ラインセンサ40と41
との出力を切替使用すればよい。もちろん、ラインセン
サ40と41とへの入射光量を判定して、自動的にその出力
を切替使用することも可能である。

【００１８】コンデンサレンズ20,21は、異なる方向か
ら焦点検出ゾーン11に入射する光束を取り込んでそれぞ
れラインセンサ40,41上に結像させる集光手段としての
機能を有しており、ラインセンサ40,41の画素配列方向
に直交する方向に離間させて並列して設けられている。
これらのコンデンサレンズ20,21は、射出瞳位置の変化
により検出ゾーン11へ異なる角度で入射する光束をほぼ
同一の方向に揃えて射出させるべく、少なくともライン
センサ40,41の長手方向(画素配列方向)に直交する方向
のパワーが徐々に変化するよう形成されている。

【００１９】上記のような構成により、撮影レンズの射
出瞳が変化した場合にも、射出瞳の位置、大きさに応じ
て一対の再結像光学系のいずれかを選択することによ
り、予定焦点面上で同一の位置にある被写体に対して撮
影レンズの合焦状態を検出することができる。

【００２０】このように、2組の再結像光学系のいずれ
もが同一位置の被写体に対して焦点検出機能を営むとい
うことは、この装置をカメラに組み込む場合等には重要
である。一般に、オートフォーカスカメラのファインダ
ー系には、合焦検出の範囲となる焦点検出ゾーンが表示
されている。撮影者は、ファインダー内の検出ゾーン内
に目的の被写体を位置させることにより、この被写体に
対して撮影レンズのピントを合わせることができる。と
ころが、例えば再結像光学系を切り替えることにより予
定焦点面上での検出ゾーンが移動する構成であると、フ
ァインダー内の検出ゾーンと実際の検出対象となるゾー
ンとが一致しなくなり、撮影者の意図とは異なる被写体
に対してピント合わせが行なわれることとなる。

【００２１】次に、図1に示した装置の変形例を図2〜図
6に基づいて説明する。

【００２２】図2は、図1の例と同様各再結像光学系がラ
インセンサとセパレートレンズとを独自に備える例であ
る。図2(a)の光学系は、各再結像光学系がほぼ同一のパ
ワーを有するコンデンサレンズ20A,21Aを有し、一方の
コンデンサレンズ21Aの前にプリズム21aを設けている。
プリズム21aの偏向作用を付加することにより、同一の
コンデンサレンズを用いても異なる方向から入射する光
束を取り込むことができる。

【００２３】なお、図2ないし図6において、ラインセン
サ40,41の画素配列方向は紙面に直交する方向である。

【００２４】図2(b)の光学系は、図1に示した例と同様
にラインセンサの画素配列方向と直交する方向に徐々に
パワーを異ならせた2つのコンデンサレンズ20,21を備え
ている。

【００２５】図2(c)は、各再結像光学系に対して、共通
の非球面コンデンサレンズ20Bを用いた例である。この
非球面コンデンサレンズ20Bは、中心から離れるにした
がってパワーが強くなるよう形成されており、像高の高
い部分を透過した光束は中心部を透過した光束よりも大
きく屈折し、ほぼ同一の方向に射出される。

【００２６】図3は、単一のコンデンサレンズ20Cを用
い、広角時に光束を取り込む再結像光学系の光路にプリ
ズム20aを設けた例を示している。これにより、異なる
方向から入射する光束の方向を揃えることができる。

【００２７】図4、図5は、2つの再結像光学系でセパレ
ートレンズを共有する例を示している。これらの実施例
は、図1〜図3で示した例における一方の集光手段(コン
デンサレンズ21,21A,21B)のパワーを強めることによ
り、光束を共通のセパレータレンズ30,31に入射させ、
別個のラインセンサ40,41上に結像させるものである。
すなわち、前記の例におけるセパレータレンズ32,33は
この例では設けられていない。

【００２８】図4(a)は互いにパワーの異なるコンデンサ
レンズ20D,21Dを設けた例であり、図4(b)は望遠時に光
束を取り込む側の集光手段をコンデンサレンズ20Eとプ
リズム20aとの合成光学系とし、他方の集光光学系を単
一のコンデンサレンズ21Eから構成した例である。

【００２９】また、図5(a)は一対のコンデンサレンズ20
F,21Fのうち広角時に光束を取り込むコンデンサレンズ2
1Fの光軸を傾けて配置すると共に、その後方にプリズム
21aを設けた例、図5(b)は中心から離れるにしたがって
パワーが強くなるよう形成された単一の非球面コンデン
サレンズ20Gを2組の再結像光学系に共通に用いた例、図
5(c)はコンデンサレンズ20Hを共用すると共に、広角時
に光束を取り込む再結像光学系の光路にプリズム20aを
設けた例である。

【００３０】図6は、一対の再結像光学系でラインセン
サ40を共有した例を示している。ラインセンサを共有す
るためには、射出瞳の位置に応じ、使用されない一方の
再結像光学系の光路を遮断して一方の再結像光学系の光
束のみが検出されるよう構成する必要がある。

【００３１】このため、図6(a)の例では、単一のコンデ
ンサレンズ20Jを用い、広角時に光束を取り込む再結像
光学系の光路中に、プリズム20aを設けている。遮光板5
0は、検出に利用されない一方の再結像光学系の光路を
遮断するものであり、図中の矢印方向に移動自在となっ
ている。図6(b)は、図6(a)の素子に加えて、広角時に光
束を取り込むセパレータレンズ32,33の前に、プリズム2
0bを設けた例を示している。

【００３２】以上の実施例のようにセパレータレンズ、
あるいはラインセンサを両再結像光学系で共通に利用す
ることにより、部品点数を削減することができる。

【００３３】なお、上記の例では、説明を簡単にするた
め、光軸外に設けられた単一の検出ゾーン11のみを対象
に説明したが、カメラに実装する場合には、例えば光軸
に関して上記の検出ゾーン11と対称な位置と、光軸を含
む位置とにも検出ゾーンを設け、ピントを合わせたい被
写体に対応した検出ゾーンを用いて撮影レンズの合焦状
態を検出するのが実際的であり好ましい。

【００３４】図7は、この発明の別の実施例を示したも
のである。この実施例では、検出ゾーン12が予定焦点面
10の中央、すなわち撮影レンズの光軸Axを含む位置に配
置されている。この検出ゾーン12に対し、2組の再結像
光学系が選択可能に設けられている。

【００３５】撮影レンズの広角時の射出瞳EPwの異なる
部分Aw,Bwから検出ゾーン12を透過して入射する光束
は、第1のコンデンサレンズ22により集光、偏向され、
セパレータレンズ34,35によりラインセンサ42の領域42
A,42B上に結像される。他方、望遠時の射出瞳EPtの異な
る部分At,Btから検出ゾーン12を透過して入射する光束
は、第2のコンデンサレンズ23により集光、偏向され、
セパレータレンズ34,35によりラインセンサ43上に結像
される。何れのラインセンサ42,43上にも、検出ゾーン1
2内に形成された同一の被写体像が分割して形成され
る。

【００３６】検出ゾーン12が光軸を含んで対称に設けら
れている場合、検出ゾーン12の長手方向の幅が狭ければ
射出瞳の変化の影響を受け難い。しかし、その幅を広く
設定した場合には、図8に示したように像高の高い部分
では望遠時の射出瞳EPtから取り込まれる光束と広角時
の射出瞳EPwから取り込まれる光束との重複部分がなく
なるため、例えば望遠時に光束を取り込むことができる
コンデンサレンズ23を単一で用いたのでは広角時に像高
が高い部分の像を形成する光束を取り込むことが不可能
となる。

【００３７】そこで、この実施例では、パワーの強いコ
ンデンサレンズ22を有する再結像光学系と、パワーの弱
いコンデンサレンズ23を有する再結像光学系とを併設
し、望遠時にはパワーの弱いコンデンサレンズ23と共通
のセパレータレンズ34,35とによって構成される再結像
光学系を用いてラインセンサ43上に結像させ、広角時に
はパワーの強いコンデンサレンズ22と共通のセパレータ
レンズ34,35とによって構成される再結像光学系を用い
てラインセンサ42上に結像させる構成としている。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、撮影レンズの射出瞳の位置、大きさの変化に応じて
検出手段を選択することにより、光束のケラレを抑えて
ラインセンサに達する光束の光量を十分に確保すること
ができ、撮影レンズの合焦状態を正確に検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施例の焦点検出装置を示す斜視図で
ある。

【図２】第一の実施例の変形例の要部を示したもので
あり、(a)は同一パワーの2つのコンデンサレンズとプリ
ズムとを利用した例、(b)はパワーが異なる2つのコンデ
ンサレンズを用いた例、(c)は単一の非球面コンデンサ
レンズを用いた例である。

【図３】単一のコンデンサレンズとプリズムを用いた
第一の実施例の変形例の要部を示したものである。

【図４】セパレータレンズを共有した第一の実施例の
変形例の要部を示したものであり、(a)はパワーが異な
る2つのコンデンサレンズを用いた例、(b)はパワーの異
なる2つのコンデンサレンズとプリズムとを利用した例
である。

【図５】セパレータレンズを共有した第一の実施例の
変形例の要部を示したものであり、(a)はパワーが異な
る2つのコンデンサレンズとプリズムとを利用した例、
(b)は単一の非球面コンデンサレンズを用いた例、(c)は
単一のコンデンサレンズとプリズムを用いた例である。

【図６】ラインセンサを共有した第一の実施例の変形
例の要部を示したものであり、(a)は単一のコンデンサ
レンズと1つのプリズムとを用いた例、(b)は単一のコン
デンサレンズと2つのプリズムを用いた例である。

【図７】他の実施例の焦点検出装置を示す斜視図であ
る。

【図８】図7の装置の平面図である。

【符号の説明】

10…予定焦点面 11,12…検出ゾーン 20,21,22,23…コンデンサレンズ 20a,21a,21b…プリズム 30,31,32,33,34,35…セパレータレンズ 40,41,42,43…ラインセンサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズの射出瞳の異なる部分を通過し
て該撮影レンズの予定焦点面上の共通の焦点検出ゾーン
を通過した一対の光束をそれぞれ再結像させて当該焦点
検出ゾーン内に位置する被写体への前記撮影レンズの合
焦状態を検出する焦点検出装置において、前記予定焦点面上の１つの焦点検出ゾーンに対して複数
の再結像光学系と該撮像光学系のぞれぞれに対応する複
数のラインセンサとから構成される複数の検出手段を設
け、該撮影レンズの射出瞳位置の光軸方向の位置の変化に対
応して前記複数の検出手段の内のいずれか１つを選択し
て当該焦点検出ゾーン内に位置する被写体への前記撮影
レンズの合焦状態を検出することを特徴とする焦点検出
装置。
【請求項２】前記再結像光学系は、前記一対の光束が入
射する一つのコンデンサレンズと、このコンデンサレンズから射出した前記一対の光束に対
応する光束を前記一対のラインセンサに分離して入射さ
せるセパレータレンズとを備えることを特徴とする請求
項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】前記再結像光学系は、前記射出瞳の光軸方
向の位置の変化に応じて、前記焦点検出ゾーンに対して
異なる方向から前記一対の光束を入射させる少なくとも
２組から構成されることを特徴とする請求項１記載の焦
点検出装置
【請求項４】前記２組の再結像光学系は、それぞれ焦点
検出ゾーンに対する入射角が異なる前記一対の光束が入
射する一つのコンデンサレンズと、このコンデンサレン
ズから射出した前記一対の光束に対応する光束を前記一
対のラインセンサに分離して入射させるセパレータレン
ズとを備えることを特徴とする請求項３に記載の焦点検
出装置。
【請求項５】前記２組の再結像光学系は、該２組の再結
像光学系に共通のコンデンサレンズと、このコンデンサ
レンズから射出した一対の光束に対応する光束を前記一
対のラインセンサに分離して入射させるセパレータレン
ズとを備えることを特徴とする請求項３に記載の焦点検
出装置。
【請求項６】前記２組の再結像光学系の一方には、前記
共通のコンデンサレンズの前、または後ろに、光路を屈
折させるプリズムが配設されていることを特徴とする請
求項５に記載の焦点検出装置。
【請求項７】前記２組の再結像光学系は、焦点検出ゾー
ンに対する入射角が異なる前記一対の光束が入射する、
２組の再結像光学系で別々のコンデンサレンズと、この
コンデンサレンズから射出した前記一対の光束に対応す
る光束を前記一対のラインセンサに分離して入射させ
る、前記２組の再結像光学系に共通のセパレータレンズ
とを備えることを特徴とする請求項３に記載の焦点検出
装置。
【請求項８】前記一対のラインセンサは、２組の再結像
光学系にそれぞれ設けられ、前記共通のセパレータレン
ズを通過した、焦点検出ゾーンに異なる方向から入射し
た一対の光束は、このそれぞれのラインセンサ上に結像
することを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。
【請求項９】前記一対のラインセンサは、２組の再結像
光学系ごとに別個に設けられていることを特徴とする請
求項３に記載の焦点検出装置。
【請求項１０】前記２組のラインセンサは、射出瞳の位
置に応じ、いずれか一方が選択使用されることを特徴と
する請求項９に記載の焦点検出装置。
【請求項１１】前記一対のラインセンサは、２組の再結
像光学系について共通であることを特徴とする請求項３
に記載の焦点検出装置。
【請求項１２】前記２組の再結像光学系は、該2組の再
結像光学系に共通のコンデンサレンズと、このコンデン
サレンズから射出した一対の光束に対応する光束を前記
一対のラインセンサに分離して入射させるセパレータレ
ンズとを備えることを特徴とする請求項１１に記載の焦
点検出装置。
【請求項１３】前記２組の再結像光学系の一方には、前
記共通のコンデンサレンズの前、または後ろに、光路を
屈折させるプリズムが配設されていることを特徴とする
請求項１２に記載の焦点検出装置。
【請求項１４】前記２組の再結像光学系の少なくとも一
方には、該再結像光学系の光路を遮断する遮光手段が備
えられていることを特徴とする請求項１３に記載の焦点
検出装置。
【請求項１５】前記遮光手段は、その再結像光学系が使
用されないときに該再結像光学系を遮光することを特徴
とする請求項１４に記載の焦点検出装置。
【請求項１６】前記焦点検出ゾーンは、撮影レンズの光
軸外に設けられていることを特徴とする請求項３に記載
の焦点検出装置。
【請求項１７】前記撮影レンズは、一眼レフカメラの交
換可能なレンズであることを特徴とする請求項３に記載
の焦点検出装置。
【請求項１８】前記撮影レンズは、ズームレンズである
ことを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
【請求項１９】前記撮像光学系は、前記撮影レンズによ
り形成される予定焦点面上の一定の焦点検出ゾーンの像
を、第１の集光手段を介して一対のラインセンサ上に再
結像させる第１の再結像光学系と、前記ラインセンサの画素配列方向に直交する方向に離間
させて前記第１の集光手段と並んで配置された第２の集
光手段を有し、前記第１の再結像光学系に入射する光束
とは異なる方向から入射する光束により、前記予定焦点
面上の前記一定の領域の像を前記第２の集光手段を介し
て前記一対のラインセンサ、またはこれとは別の一対の
ラインセンサ上に再結像させる第２の再結像光学系とを
備えることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項２０】前記第１、前記第２の再結像光学系は、
それぞれ独立した一対のラインセンサを有すると共に、
前記第１、第２の集光手段と前記一対のラインセンサと
の間に、共通のセパレータレンズを有していることを特
徴とする請求項１９に記載の焦点検出装置。
【請求項２１】前記第1、前記第２の再結像光学系は、
それぞれ独立したセパレータレンズとラインセンサとを
有していることを特徴とする請求項１９に記載の焦点検
出装置。
【請求項２２】前記第１、前記第２の再結像光学系は、
それぞれ独立したセパレータレンズを有すると共に、共
通のラインセンサと、何れか一方のセパレータレンズを
透過する光束を選択的に遮断する遮蔽手段とを有してい
ることを特徴とする請求項１９に記載の焦点検出装置。