JPH02120712A - 焦点検出装置 - 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、特に対物レンズの瞳を複数の領域に分割
し、各領域を通過する光束を用いて複数の被写体像に関
する光量分布を形成し、これら複数の光量分布の相対的
な位置関係を求めることにより対物レンズの合焦状態を
検出する際に好適な焦点検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より対物レンズを通過した光束を利用した受光型の
焦点検出方式に所謂像ずれ方式と呼ばれる方式がある。

この像ずれ方式は例えば特開昭５９−１０７３１１号公
報や特開昭５９−１０７３１３号公報等で提案されてい
る。

第９図は従来の像ずれ方式を用いた焦点検出装置の光学
系の概略図である。

同図において６１は対物レンズ、６２は視野マスクであ
り対物レンズ６１の予定結像面近傍に配置されている。

６３はフィールドレンズであり予定結像面の近傍に配置
されている。６４は２次光学系であり対物レンズ６１の
光軸に対して対象に配置された二つのレンズ６４−１．
６４−２により構成されている。６５は受光手段であり
前記二つのレンズ６４−１．６４−２に対応してその後
方に配置された２つの受光素子列６５−１．６５−２を
有している。６６は絞りであり前記２つのレンズ６４−
１．６４−２に対応してその前方に配置された２つの開
口部６６−１．６６−２を有している。６７は対物レン
ズ６１の射出瞳であり、分割された２つの領域６７−１
．６７−２により構成されている。

なお、フィールドレンズ６３は開口部６６−１．６６−
２を射出＠６７の領域６７−１．６７−２に結像する作
用を有しており、各領域６７−１．６７−２を透過した
光束が受光素子列６５−１．６５−２上に夫々光量分布
を形成するようになっている。

この第９図に示す焦点検出装置では、対物レンズ６１の
結像点が予定結像面の前側にある場合は、２つの受光素
子列６５−１．６５−２上に夫々形成される物体像に関
する光量分布が互いに近づいた状態となり、また、対物
レンズ６１の結像点が予定結像面の後側にある場合は、
２つの受光素子列６５−１．６５−２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
受光素子列６５−１．６５−２上に夫々形成された光量
分布のずれ量は対物レンズ６１の焦点外れ量とある関数
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６１の焦点はずれの方向と量とを検出
することができる。

第９図に示す焦点検出装置は、対物レンズにより撮影さ
れる被写体範囲の略中央に存在する被写体に対して、測
距を行っている。

これに対し、撮影範囲の中央部以外の複数の測距点のう
ちから任意の１つの測距点を選択して焦点検出を行う焦
点検出装置を本出願人は先に特願昭６２−２７９８３５
号で提案している。

第１０図は特願昭６２−２７９８３５号で提案した複数
測距点用の焦点検出装置の光学系の概略図である。同図
において７１は視野マスク、７２はフィールドレンズ、
７３は２つの開ロア３−１．７３−２を有する絞り、７
４は２つのレンズ７４−１．７４＝２から成る２次光学
系、７５はセンサを夫々示している。尚、第９図で示し
た対物レンズ６１は省略しである。

同図に右いては視野マスク７１が測距すべき複数の視野
に対応して複数の開ロア１ａ〜７１ｅを有しており、こ
の視野マスク７１で規制された光束が２次光学系７４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対
のセンサ列７５ａ１と７５ａ２．７５ｂ１と７５ｂ２．
７５Ｃ１と７５ｃ２．７５ｄｌと７５ｄ２、そして７５
ｅ１と７５ｅ２がセンサ７５として設けられている。

同図に右いては撮影画面の中央部とそめ両側の４カ所の
全体として５つの領域に□おい□ぞ測距を行っそいる。

このように簡易な構成により撮影画面中の複数の領域で
焦点検出が出来ることはカメラに適用する場合大変重要
になっている。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に像ずれ方式の焦点検出装置においては、センサ上
の被写体像に関する２つの光量分布が相対的に移動する
方向の垂直方向にのみ光量分布の変化のある被零体に対
しては−ｊすることができないという問題点があった。

　　　　“そこで本発明は像ずれ方式の焦点検出装置に
おいて各要素を適切に設定することによ侯、対物レンズ
により撮影及ｄ観察される撮影画面の中“央部及び周辺
部においても測距することができ、しかもセンサ面上の
２つの被写体像に関する光量分布が相対的に移動する方
向が上下方向及び左右方向となるように各要素を設定す
ることにより、水平方向（横方向）のみ又は垂直方向（
縦方向）のみに光量分布の変化がある被写体に対しても
良好なる焦点検出が可能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） 対物レンズの像面側に配置した２次結像レンズを有する
光学手段により前記対物レンズの瞳の異なる領域を通過
した光束を用いて被写体像に関する複数の光量分布を形
成し、該複数の光量分布の相対的な位置関係を受光手段
により求め、該受光手段からの信号を用いて前記対物レ
ンズの合焦状態を求める際、前記光学手段は被写体像に
関する１対の光量分布を形成する１対の２次結像レンズ
を少なくとも３つ以上有し、該対をなす２次結像レンズ
のレンズ面頂点を結ぶ線分の少なくとも２つは互いに交
わり、少なくとも他の１つは交わらないように構成して
いることである。

特に本発明では前記光学手段は１対の２次結像レンズを
４つ有しており、そのうち２つは前記対物レンズの撮影
画面の中央部に相当する領域に対をなすレンズ面頂点を
結ぶ線分が互いに直交するように配置されており、他の
２つは該撮影画面の周辺部の左右方向に画面中心に略対
称に各々配置されていることを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す要部概略図である。図
中３１は視野マスクであり不図示の対物レンズ（撮影レ
ンズ）による撮影画面の略中央に交差して、例えば十字
形の開口部３１−１と両側の周辺部に縦長の開口部３１
−２．３１−３を有している。３２はフィールドレンズ
であり、視野マスク３１の３つの開口部３１−１．３１
−２゜３１−３に対応して各々所定の光学特性を有する
３つの領域３２−１．３２−２．３２−３から成ってい
る。３３は絞りであり、中心部は上下左右に各々１対ず
つ計４つの開口部３３−１ａ。

３３−１ｂ、３３−１ｃ、３３−１ｄを、また左右の周
辺部分は１対の２つの開口部３３−２ａ。

３３−２ｂ及び開口部３３−３ａ、３３−３ｂがそれぞ
れ設けられている。前記フィールドレンズ３２め各領域
３２−１．３２−２．・３２−３はそれぞれ絞り３３の
対になっている開口３３−１゜３３−２．３３−３を不
図示の撮影レンズの射出瞳付近に結像する作用を有して
いる。３４は２次光学系であり、全体として４、対の２
次結像レンズを有している。即ち全体として８つの２次
結像レンズ３４−１ａ、３４−１ｂ、３４−１ｃ。

３４−１ｄ、３４−２ａ、３４−２ｂ、３４−３ａ、３
４−３ｂからなってあり、絞り３３の各開口部に対応し
てその後方に配置されている。

そして１対の２次結像レンズ３４−１ａと３４−１ｂの
レンズ面頂点を結ぶ線分と１対の２次結像レンズ３４−
１ｃと３４−１ｄのレンズ面頂点を結ぶ線分は互いに直
交しており（尚、必ずしも直交させる必要はない。）又
、他の１対の２次結像レンズ、例えば３４−２ａと３４
−２ｂのレンズ面頂点を結ぶ線分とは交わらないように
構成されている。３５は受光素子列（センサ）であり、
全体として４対のセンサ列を有している。即ち全体とし
て８つのセンサ列３５−１ａ、３５−１ｂ、３５−１ｃ
、３５−１ｄ、３５−２ａ。

３５−２ｂ、３５−３ａ、３５−３ｂからなっており、
２次結像レンズに対応してその像を受光するように配置
されている。

第２図は第１図のセンサ３５面上に形成される像領域を
示した説明図である。領域３６−１ａ。

３６−１ｂ、３６−１ｃ、３６−１ｄは視野マスク３１
の中央の開口部３１−１の像領域でありフィールドレン
ズ３２の中央部３２−１を透過した光束が絞り３３の開
口部３３−１ａ、３３−１ｂ、３３−１ｃ、３３−１ｄ
で規制された後、その後方の２次結像レンズ３４−１ａ
、３・４−１　ｂ、　３４−１　ｃ、　、３４−１　ｄ
によってセンサ３５面上に形成される状態を夫々示して
いる。また、３６−２ａ、３Ｂ−２ｂは視野マスク３１
の周辺の開口部３１−２の像領域であり、フィールドレ
ンズ３２の周辺部３２−２を透過した光束が絞り３３の
開口部３３−２ａ、３３−２ｂによって規制されたのち
、その後方の２次結像レンズ３４−２ａ、３４−２ｂに
よってセンサ３５上に形成される状態を示している。同
様に３６−３ａ、３６−３ｂは視野マスク３１の周辺の
開口部３１−３の像領域であり、フィールドレンズ３２
の周辺部３２−３を透過した光束が較り３３の開口部３
３−３ａ、３３−３ｂによって規制されたのち、その後
方の２次結像レンズ３４−３ａ、３４−３ｂによってセ
ンサ３５面上に形成される像領域をそれぞれ示している
。

第１図に示す本発明の実施例の焦点検出装置の測距原理
は従来の所謂像ずれ方式と同様に、対を成すセンサの列
方向の像の相対的位置を検出することにより求めている
。

本実施例では以上のような構成をとることにより、不図
示の対物レンズにより撮影または観察される撮影範囲の
中心付近では、光量分布が上下または左右の一方向にの
み変化するような被写体に対しても測距することが可能
となり、又、中心以外の位置、例えば中心をはさむ左右
に隔たった位置にある被写体に対しても同様に測距する
ことができる。

尚、本実施例において３対の２次結像レンズを用いて中
心部と一方の周辺部のみを測距するようにしても良い。

又、周辺部を中心部と同様に水平、垂直方向で測距出来
るように構成しても良い。

第３図は本発明の焦点検出装置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。同図において第１
図で示す要素と同一要素には同符番を付している。

図中、３７は撮影レンズ（対物レンズ）、３８はクイッ
クリターンミラー　３９は焦点板、４０はペンタプリズ
ム、４１は接眼レンズ、４２はフィルム面、４３はサブ
ミラーでありクイックリターンミラー３８の一部に固着
されている。３１は視野マスクでありフィルム面４２と
光学的に略等価な位置に配置されている。４４は赤外カ
ットフィルターで視野マスク３１の後方に配置されてい
る。３２はフィールドレンズ、４５．４６は各々第１．
第２の全反射ミラー　４７は遮光マスク、３３は絞り、
４８は２次光学系であり、後述するプリズム部材４９と
一体に形成されている。

４９は反射面４９−１を存するプリズム部材、５０は１
つのセンサでありカバーガラス５０−１右よび受光面５
０−２を有している。

本実施例に右いて、視野マスク３１以下、センサ５０ま
でが第１図に示した焦点検出装置に対応している。

同図において焦点検出光学系の光路を３つの反射面４５
，４６．４９−１を用いて折り曲げて、これにより焦点
検出光学系の全長、特にフィールドレンズ３２と絞り３
３の間隔を長くとっている。前述した通り、フィールド
レンズ３２は絞り３３を撮影レンズ３７の射出瞳付近に
結像する作用を有しているが、フィールドレンズ３２と
絞り３３の間隔を長くすることによりこの結像関係を良
好に保つことが可能となり、より明るい光束を焦点検出
装置に導くことができる。

第４図は視野マスク３１の開口形状の一実施例を示した
説明図である。第１図で説明したと同様に中心には十字
形状の開口部３１−１、周辺には縦長の矩型の開口部３
１−２．３１−３が設けられている。

第５図はフィールドレンズの一実施例の概略図である。

同図は第３図に示すフィールドレンズ３２の光軸□を含
み、紙面に垂直な平面による断面図を示したものである
。視野マスク３１の３つの開口部３１−１．３１−２．
３１−３に対応して、３つの領域３２−１．３２−２．
３２−３からなり、周辺の領域を構成するレンズ３２−
２゜３２−３の光軸５１−２．５１−３は中心５１−１
からずれた位置にある。又、フィールドレンズ３２の性
能を高めるために、各レンズ面を非球面化することは有
効である。特に周辺部のレンズ３２−２．３２−３の少
なくとも１つの面を非球面で構成することにより、周辺
の視野から焦点検出系へ入射する光量を増大させること
ができる。

第６図は絞り３３の開口形状の一実施例を示した説明図
である。中心の開口部は、はぼ真円の領域５２−１に内
接する上下１対、左右１対の計４つの開口部３３−１ａ
、３３−１ｂ、３３−１ｃ、３３−１ｄから構成されて
いる。左右の周辺の開口部も同様にほぼ真円の領域５２
−２゜５２−３に内接する上下１対の２つの開口部３３
−２ａ、３３−２ｂ及び開口部３３−３ａ。

３３−３ｂから構成されている。中心部においては、上
下の開口部３３−１ａ、３３−１ｂの方が左右の開口部
３３−１ｃ、３３−１ｄよりも大きくなっている。これ
は以下のような事情による。

即ち焦点検出装置を用いたカメラにおいては、被写体の
輝度をコントラストが低いときに、補助光を被写体側に
投光し、被写体上に投影されたパターンによって測距す
る方式が多く採用されている。この場合、撮影画面の周
辺視野に対しては、横島のパターンを投影する必要があ
り、中心視野に対しても同様の横縞のパターンを投影す
る方が投光系の構成が簡単になる。従って、中心視野に
おいては、横縞に対して測距可能となる光束をより多く
導くように、上下の開口を大きくする方が低輝度限界を
拡張するという補助光の目的を効果的に達成することが
できる。

第７図は第３図の遮光マスク４７の一実施例の開口形状
４７−１．４７−２．４７−３を示す概略図である。こ
の遮光マスク４７は、第１図乃至第４図の視野マスク３
１の周辺の開口部３１−２または３１−３に入射し、絞
り３３の周辺の開口部３３−２ａ、３３−２ｂ、３３−
３ａ、３３−３ｂ等を通過せず中心の開口部３３−１ａ
。

３３−１ｂ、３３−１ｃ、３３−１ｄ等を透過する非正
常光が、センサ３５面上に達するのを防ぐ働きをしてい
る。同非正常先は遮光マスク４７の開口部４７−１と４
７−２、又は開口部４７−１と４７−３の間に到達して
、遮光されることになる。遮光マスク４７は、この位置
以外に第３図の第２の反射ミラー４６の直前や、フィー
ルドレンズ３２の後方、或は絞り３３の前方に設けるこ
とも可能である。１つの遮光マスクで遮光しきれない場
合はこれらの幾つかを組み合せて用いることも可能であ
る。また第１．第２のミラー４５゜４６の直前に遮光マ
スクを設けるかわりに、同ミラーの反射面をパターン化
して、必要部以外は光が吸収、又は透過する様に構成し
てもよい。

第８図は第３図の２次光学系４８及びプリズム部材４９
を示す斜視図である。２次光学系４８は、絞り３３に向
って正の屈折力の４対の２次結像レンズ４８−１ａと４
８−１ｂ、４８−１ｃと４８−１ｄ、４８−２ａと４８
−２ｂ、４８−３ａと４８−３ｂからなり、プリズム部
材４９と一体化されている。プリズム部材４９は、アル
ミ等の金属膜を蒸着した反射面４９−１を有し、２次光
学系４８からの光束を反射して、射出面４９−２１に偏
向光する作用を有している。２次光学系４８の互いに隣
接するレンズは、互いに境界線としての弦を共有し、接
している。このように構成することでレンズ径を大きく
とることができ、光量を増大させることが可能となる。

尚、中心部の４つの２次結像レンズ４８−１ａ、４８−
１ｂ、４８−１ｃ、４８−１ｄの径は、隣接するレンズ
の外周が共有する弦の端の点５３−１゜５３−２．５３
−３．５３−４で一致するように設定するのが型加工上
有利である。従って、絞り３′３の形状を第６図に示す
ように上下と左右で不等にした場合には、上下、左右の
レンズ径は必ずしも一致しない。さらに中心部のレンズ
群４８−１と周辺部のレンズ群４８−２又は４８−３の
曲率半径は同一、又は異っていても良い。この曲率半径
を同一にせず、相違させることが有効な場合がある。例
えば、フィールドレンズ３２は第５図に示すように３つ
の異なる領域から成るため、中心部と周辺□部では厚さ
や光の偏向のされがたが異なり、必ずしもセンサ３５面
までの光路長が一致するとは限らない。そこで各々の２
次結像レンズの中心部と周辺部ではそのレンズの曲率半
径を相違させることで、同一のセンサ３５面上に良好に
結像させることが可能となる。特に、周辺からの光束は
、やや中心に向けて傾いた光路をたどることから一般に
、周辺光束のセンサ３５面までの光路長は中心光束に比
べ長くなるため、周辺の２次結像レンズ４８−２．４８
−３の曲率半径を中心よりもやや大きくすることが有効
である。又、２次光学系４８と絞り３３の間隔が広くな
ると、分割されたレンズの境界線付近に光束が到達しな
いようにするために絞り３３の各開口を小さくする必要
があり、十分な光量を確保することが難しくなる。その
ため、本実施例では各２次結像レンズを絞り３３に対し
て凸状のレンズ面で構成し、絞り３３に接して配置して
いる。

２次結像レンズを透過した光は、プリズム部材４９の反
射面４９−１によフて下方に偏向されてセンサ５０に入
射するが、このような構成をとることにより、限られた
スペースの中で２次結像レンズ以降の光路長を長くして
、結像倍率をある程度大きく保つことが□可能となる。

２次結像方式の焦点検出系においては結像倍率が小さい
と、焦点検出の精度が低下するため、例えば１／４倍以
上の結像倍率を確保することが望ましい。しかしながら
、あまり結像倍率が大きいとセンサが大きくなり、スペ
ース的にもコスト的にも不利になるため少なくとも等倍
結像以下にすることが必要といえる。

本実施例のようにプリズム部材４９で光路を埋める構成
をとって、プリズム部材４９の光路長を変化させること
で限定されたスペースの中で、ある程度結像倍率を制御
することが可能となり、最適設計が容易に行なえる。

尚、本実施例では２次光学系４８とプリズム部材４９を
一体化して構成したが、これを第８図の点線５４に沿っ
て割って分割し２体化し、最終的に近接して配置するか
、接着させて構成してもよい。以下、そうした場合の利
点について説明する。

まず、２次結像レンズは正確に各センサが配置された位
置に被写体に関する２次像を形成する必要があり、その
ためには各レンズの相対的な位置関係が設計値通りに精
度良く設定されていなければならない。しかしながら、
２次結像レンズとプリズム部材をプラスチック等で構成
する場合を考えると、一体化された形状のままで成形を
行なうと体積が大きく、また三角形の形状をしているた
めに、成形時の収縮による変形が生じやすく、精度のよ
い成形品を得ることが難しくなる。この為これを２体化
し、２次結像レンズを平板に近い形状とすると、そうし
た成形時の収縮の影響を低減することが可能となる。

さらにプリズム部材をプラスチックで構成した場合の問
題点として吸湿の彫ツが挙げられる。

般にアクリルのようなプラスチック材料は吸湿しやすく
、膨張や屈折率の変化を生ずる。屈折率がプリズム部材
全体にわたって均一に変化する場合はその影響はさほど
大きくないが、プリズム部材の表面からの吸湿により内
部に向って屈折率の分布が生じると、内部を透過する光
線が曲げられて精度のよい焦点検出は困難となる。特に
本実施例のプリズム部材のように体積が比較的大きい場
合は、内部まで吸湿が進み、平衡状態になるまでには長
い時間を要し、その影響は大きい、。そこで２次結像レ
ンズとプリズム部材を２体化し、吸湿の影舌の少ない２
次結像レンズを、例えば吸湿は大きいが成形性や耐熱性
のよいアクリルで構成し、吸湿の影響が大きいプリズム
部材を、吸湿の少ないポリ・カーボネイトやポリスチレ
ン、ＭＳ樹脂等で構成すると、全′□体としてその影響
を低くおさえることが可能となる。また、ブリズ部材を
ガラスで構成すれば、さらに効果的である。プリズム部
材は平面で囲まれた単純な形状をしているため、ガラス
で構成することも比較的容易である。

又、２次結像レンズとプリズム部材を２体化し、それぞ
れをアツベ数の異なるプラスチック乃至ガラスで構成し
、必要に応じ両者の接合面に曲率なつけて貼り合せるこ
とにより、２次結像に右ける色収差の除去が可能となる
。

さらに２次結像レンズとプリズム部材を貼り合せる際に
、その中間に吸収タイプの赤外カットフィルターを挿入
することが可能である。吸収タイプの赤外カットフィル
ターは蒸着タイプのものに比べ価格が安く、扱いやすい
という特徴を持っているが、耐環境性に問題があり、−
数的にはあまり用いられていない。特に吸湿によって白
濁して特性が劣化することが多く、カメラのように使用
環境が厳しいものでは用いることが難しかった。しかし
ながら、２次結像レンズとプリズム部材の中間に吸収タ
イプの赤外カットフィルターを挿入し、３者を貼り合せ
て赤外カットフィルターと外気を遮断すれば、上記のよ
うな吸湿の問題は解決され使用が可能となる。第３図の
赤外カットフィルター４４は、撮影レンズ３７からの光
が反射してフィルム面に写りこまないように、低い位置
に設けることが必要であり、多くのスペースを要してい
たか、２次結像レンズとプリズム部材の間に吸収タイプ
の赤外カットフィルターを挿入することで赤外カットフ
ィルター４４が不要となれば、焦点検出系を小型化する
上で非常に有利となる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば像ずれ方式の焦点検出装置
に右いて、２次光学系として１対の２次像を形成する１
対の２次結像レンズを少なくとも３対以上設け、これら
１対の２次結像レンズの各レンズの頂点を結ぶ線分のう
ち少なくとも２つは直交するように交わり、少なくとも
１つは交わらないように構成することにより、縦方向あ
るいは横方向のどちらか一方にのみ光量分布の変化があ
る被写体に対しても、又撮影画面の中心部以外の領域に
おいても、良好なる測距が可能な焦点検出装置を達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系の要部概略図、第２
図は第１図のセンサ面上の説明図、第３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要部概略図、
第４図〜第８図は第３図の一部分の説明図、第９図、第
１０図は従来の焦点検出装置の概略図である。 図中、３１は視野マスク、３２仲フイールドレンズ、３
３は絞り、３４．４８は２次光学系、３５は受光手段、
３７は対物レンズ、４９は赤外カットフィルター　４５
．４６はミラー　４７は遮光マスク、４９はプリズム、
５０はセンサーである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの像面側に配置した２次結像レンズを
   有する光学手段により前記対物レンズの瞳の異なる領域
   を通過した光束を用いて被写体像に関する複数の光量分
   布を形成し、該複数の光量分布の相対的な位置関係を受
   光手段により求め、該受光手段からの信号を用いて前記
   対物レンズの合焦状態を求める際、前記光学手段は被写
   体像に関する１対の光量分布を形成する１対の２次結像
   レンズを少なくとも３つ以上有し、該対をなす２次結像
   レンズのレンズ面頂点を結ぶ線分の少なくとも２つは互
   いに交わり、少なくとも他の１つは交わらないように構
   成されていることを特徴とする焦点検出装置。
2. （２）前記光学手段は１対の２次結像レンズを４つ有し
   ており、そのうち２つは前記対物レンズの撮影画面の中
   央部に相当する領域に対をなすレンズ面頂点を結ぶ線分
   が互いに直交するように配置されており、他の２つは該
   撮影画面の周辺部の左右方向に画面中心に略対称に各々
   配置されていることを特徴とする請求項１記載の焦点検
   出装置。
3. （３）前記受光手段は１対の受光素子列を複数個有して
   おり、これらの受光素子列は前記２次結像レンズに各々
   対応して配置されていることを特徴とする請求項１又は
   請求項２記載の焦点検出装置。