JPH01187513A - 合焦点検出光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種光学機器に用いられる合焦点検出光学系に
関するものである。

〔従来技術〕

近年、カメラにおける自動焦点検出装置の普及は目覚ま
しいものがあるが、実用されているものの多くは所謂三
角測距の原理を応用したものである。

第４図はその一例の光学系を模式的に描いたものである
。図において、１はカメラの撮影レンズ、２はその結像
面でフィルム面と光学的に等価な面である。結像面２の
近傍にコンデンサレンズ３が設けられ、更にその後方に
一対の再結像レンズ４．４’、−次元イメージセンサ５
゜５′が配置されている。そして、撮影レンズ１により
形成された物体像をコンデンサレンズ３゜再結像レンズ
４．４′によりイメージセンサ５゜５′上に再結像する
構成となっている。斯かる構成においては、撮影レンズ
１による物体像が結像面２上に形成されている場合には
イメージセンサ５．５′上の点５Ａ、５Ａ’には同一物
点の像が再結像されるが、物体像が結像面２から外れ、
例えば６に示すように結像面２よりも前に形成された場
合には、イメージセンサ５上の点５Ａには物体上の６Ａ
、点５Ａ’には６Ａ’の像が夫々形成されることになり
、５Ａ、５Ａ’には同一物点の像が形成されず、イメー
ジセンサ５，５′上では物体像が図中で上、下に夫々ず
れて形成されることになる。物体像６が結像面２より後
方に形成された場合はイメージセンサ５．５′上におけ
る物体像のずれる方向は上。

王道になる。したがって、２つのイメージセンサ５．５
′上における物体像の相対位置を検出することによって
、物体像が結像面２上にあるか否か、即ち合焦の判別が
でき、合焦状態でない場合には、物体像が結像面２の前
後いずれの方向にずれているか、およびそのずれの大き
さの判別が可能である。このとき、結像面２からのずれ
の大きさ（デフォーカス量）δは、撮影レンズ１の瞳面
における２つの結像光路Ｉ！１゜ｌＩ′の距離２Ｄを基
線長とする三角測距の原理で求めることができる。即ち
、Ｌ／Ｄ＝δ／ｈであるから、δ−（Ｌ／Ｄ）ｈ、した
がって、イメージセンサ５，５′上の像の相対位置関係
からｈを求めれば、デフォーカス量δを算出することが
できるのである。

Ｃ発明が解決すべき問題点〕 ところで、−眼レフレックスカメラにおいては、撮影レ
ンズは多種多様のものを交換して使用することができる
ため、撮影条件はバラエティ−に富んでいる。一般にＦ
ナンバの小さい明るいレンズは焦点深度が浅いため高精
度の合焦検出が必要とされるのに対し、Ｆナンバの大き
い暗いレンズではそれ程の精度を必要としないものであ
る。また、Ｆナンバのきわめて大きいレンズを用いた場
合には、２つの光路１１１　＋　ｌ　Ｉ′が撮影レンズ
の瞳の外にはみ出してしまい、合焦検出が不可能となる
事態も生ずる。

斯かる状況に鑑み、本発明は基線長りを可変となすこと
により、種々の撮影レンズのＦナンバに応じて合焦検出
精度を変えたり、また非常にＦナンバの大きい撮影レン
ズを用いた場合でも合焦検出が可能な合焦点検出光学系
を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕以下、図中
従来技術と同一機能を有する構成要素には同一符号を付
して詳しい説明は省略する。

本発明は、第１図に示すように、撮影レンズ１の結像面
２の近傍に再結像レンズの並んでいる方向に対称な、即
ち図中撮影レンズ１の光軸を含み紙面に垂直な面につい
て対称な屈折率の可変な光学素子７を設けたものである
。斯かる構成によれば、光学素子７の屈折率が第１の状
態にあるときには実線ｆｆｉ、、ｆ、’で示す光路に沿
った光がイメージセンサ５，５′上の点５Ａ。

５Ａ’に入射するが、屈折率が変化して第２の状態にな
った際には光学素子７の屈折作用の大きさが変化するた
め、上記と同じ点５Ａ、５Ａ’に入射する光の光路は破
線２□、！２′にて示すように、撮影レンズ１の光軸に
対称に変化する。

これは、測距系において先に説明した基線長がＤからＤ
′に変化したことを意味する。

Ｄ＞Ｄ’であるから、第２の状態においては合焦検出の
精度は第１の状態よりは低下するが、撮影レンズ１のＦ
ナンバが大きい場合や絞りを絞り込んだ場合にも光線が
蹴られることがなく、合焦点検出自体が不可能となるこ
とはない。しかも、第１の状態では基線長が長いので、
Ｆナンバが小さい場合は高精度の検出も可能である。

〔実施例〕

第２図は本発明に適用できる屈折率の可変な光学素子７
の一例の具体的構成を示す断面図である。図において、
ガラス、プラスチック等から成る第１の透明基板８は、
−面が左方にある図示しない撮影レンズ１の光軸０に垂
直な平面であり、他面は周辺部に平担面９を残して中央
部に光軸０を含み且つ一対の再結像レンズ４゜４′の中
心を結ぶ直線に垂直な平面内（即ち、光軸０を含み紙面
に垂直な平面内）に稜を有する屋根型の凹部１０が形成
されている。そして、この面全体を覆うように透明導電
層１１が形成され、更に凹部１０に対応して配向層１２
が形成されている。一方、第２の透明基板１３は両面と
も平面であり、一方の面には偏光フィルム１４が貼着６
一 され、他方の面には透明導電層１５および前記凹部１０
に対応する大きさの配向層１６が形成されている。これ
ら２つの透明基板８，１３を配向層１２゜１６の向きを
揃えて互いに対向するように、周辺にスペーサ１７を介
して接着すると略三角柱状の空室が形成される。ここに
ネマチック液晶を注入して前記配向層１２．１６の配向
処理により定まる方向に液晶ディレクタを揃えて満たす
ことにより、液晶プリズムが形成される。尚、図では液
晶ディレクタがホモジニアス配向している状態を示しで
ある。透明導電層１１．１５は交番電圧を発生する電源
１８にスイッチ１９を介して接続されている。

偏光フィルム１４を透過した光の振動面が液晶ディレク
タの向きと平行になるようにしておくと、この光に対す
る液晶プリズムの屈折率は異常光に対する値ｎ８である
。液晶の常光に対する屈折率をｎｏとして、ｎｏ＞ｎｏ
となるような液晶を選んでおき、且つ透明基板（第１．
第２の透明基板は同じ材質とする）の屈折率をｎＢとし
て、ｎＢ＝ｎｏとなるように選んであるとする。

この状態ではｎ　、＞　ｎ　１．であるから、光路は液
晶プリズムから透明基板に向う際に光軸Ｏに近づく方向
に屈折する。したがって、！！、２＋ｌｔ′のように光
が入射することになる。

ここで、スイッチ１９を閉じると液晶プリズムに電源が
供給され、液晶ディレクタが電界の方向に沿って向きを
変える。このため、液晶プリズムの屈折率がｎ。からｎ
ｏに変化する。この結果、液晶プリズムから透明基板へ
向う際の光の屈折がなくなるので、光は光路ｚ、、ｘ、
’に沿って入射するようになる。

このように、液晶プリズムに電源を供給するか否かを切
換えることにより、第１図に基づいて説明した光路の切
換えを行なうことができ、基線長を変更することができ
る訳である。

尚、液晶プリズムの屈折率がｎ。からｎｏに変化すると
結像面２の位置が若干ずれるので、この合焦点検出光学
系を用いた合焦検出装置の検出信号により自動焦点調節
を行なう場合には、このずれを表わす補正信号を発生さ
せて、この信号により撮影レンズを停止させる位置を調
整するようにすると一層望ましい。

第３図は本発明に適用できる屈折率の可変な光学素子７
の他の例の具体的構成を示す断面図であるが、図示して
いない構成は先に説明した実施例を全く同じである。こ
の例では、第１の透明基板８には先の実施例の凹部１０
の代わりに、複数のストライプ状斜面から成る凹部１０
′が設けられており、この凹部１０′　と第２の透明基
板１３との間に形成される空室内に液晶を封入したもの
である。この構成では液晶プリズムの液晶層の厚さが極
めて薄くできるので、光学素子７の厚さが薄くなり小型
化に適している。また、液晶層が薄いと光の透過率も高
くなり有利であるほか、スイッチ１９を閉じてから屈折
率の値がｎｏになるまでの時間が著しく短くなるので、
応答性に優れたものとなる。

各実施例において、透明基板としてプラスチックを用い
る場合には、なるべく複屈折性の少ないものが望ましい
ので、例えばポリカーボネート系樹脂よりもアクリル系
樹脂が好ましい。

スペーサ１７の大きさは、歓声から２０ＩＩＩｎ程度の
ものが実用的である。また、液晶層の厚さを１００１！
ｍ程度以下になるように液晶プリズムの形状を工夫する
と光の透過率を非常に高くすることができるので好まし
い。

液晶プリズムの配向層に施す配向処理は、周知のラビン
グ法やｓｉｏ、を斜めに蒸着する方法等を用いれば良い
が、特に配向に高い精度が要求される場合、例えば液晶
分子のプレティルトに起因する液晶プリズムの場所毎の
屈折率差が無視できないような場合には、凹部１０．１
０’の稜と光軸０を含む面を境として上下対称となるよ
うに配向処理を施せば良い。

液晶素子においては、電源電圧は２０ＶＰ−Ｐ以下で３
０〜数ＫＨ２程度の交流を用いるのが一般的である。実
施例では液晶プリズムへの電源の供給をスイッチにより
断続しているが、可変抵抗器を設けて透明導電層間に印
加される電圧を−１０＝ 連続的に変え得るようにすれば、液晶プリズムの屈折率
の値もｎ、とｎｏの間で任意に連続的に変えることがで
きるので、撮影レンズに応じた木目細かい調整が必要な
場合はこの構成を採用すると良い。この場合、液晶プリ
ズムにおける光路の屈折の大きさと印加電圧との間に広
範囲に亘ってのりニアリティが要求される場合は、直線
性補正回路を設ければ良い。また、必要に応じ温度補償
回路を設ければ、液晶プリズムの作用は外部環境の変化
に拘らずきわめて安定したものになる。

尚、実施例ではｎ。−ｎ８としたが、必ずしもこの関係
を満足する必要はない。また、ｎｏ＞ｎ、の関係を持つ
液晶を用いても同種の可変屈折率光学素子を構成できる
ことは明らかである。

また、カメラ中心に説明してきたが、当然他の光学機器
、特に瞳の大きさが大小さまざまなレンズ系を使用する
光学機器に対しても、本発明は応用可能である。

〔発明の効果］ 本発明によれば、合焦点検出光学系の基線長を変えるこ
とができるので、種々のＦナンバのレンズにおいて良好
な合焦検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の合焦点検出光学系の基本構成を示す図
、第２図および第３図は夫々本発明の合焦点検出光学系
に適用できる可変屈折率光学素子の実施例を示す図、第
４図は従来の合焦点検出光学系の構成を示す図である。 １−−−−−一撮影レンズ、 ２−−−〜−−−−撮影レンズの結像面、４　、　４　
’−−−−−−−−再結像レンズ、５　、　５　’　−
−−−−イメージセンサ、７−−−−−−−可変屈折率
光学素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対物レンズの結像面の後方に少なくとも一対の再結像レ
   ンズを設け、該再結像レンズの夫々によって形成される
   ２つの物体像の相対位置関係を検出することにより前記
   対物レンズの前記結像面への焦点整合状態を判別するよ
   うにした合焦点検出光学系において、前記結像面の近傍
   に前記対物レンズの光軸を含み且つ前記一対の再結像レ
   ンズの中心を結ぶ直線に垂直な対称面を有する可変屈折
   率光学素子を配置したことを特徴とする合焦点検出光学
   系。