JPH02272410A - 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、特に撮影レンズ（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、所謂像ずれ方式を利用して複
数の測距視野を対象として焦点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比較的高
精度な検出積度を有した受光型の焦点検出方式に像ずれ
方式と呼ばれる方式がある。

この像ずれ方式を利用した焦点検出装置のうち撮影範囲
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が例えば特
開昭６３−１３１１１１号公報で提案されている。

第８図は同公報で提案されている焦点検出装置の要部概
略図である。

同公報の焦点検出装置では３つの測距視野において焦点
検出を行っている。同図においてＴＬは撮影レンズであ
り、その予定結像面ＦＰには視野マスクＦＭが配置され
る。視野マスクＦＭには中央部に横長の矩形開口部Ｅ０
が設けられており、両側に縦長の矩形開口部Ｅ。ｌ＋　
ＥＯ２が設けられている。各矩形開口部Ｅ。＊　ＥＯ１
＋　ＥＯ２を通過した光束はコンデンサーレンズ（フィ
ールドレンズ）Ｌｏ　、　Ｌｏｔ、　ＬＯ２にてそれぞ
れ集光される。再結像レンズ板りは中央部に横方向に配
列された再結像レンズ対しｌ、Ｌ２と、両側にそれぞれ
縦方向に配列された再結像レンズ対し、＋　、Ｌ４及び
Ｌｓ、Ｌａを備えている。再結像レンズＬ、〜Ｌ６はす
べて同一の曲率半径の平凸レンズよりなる。絞りマスク
Ａ２には、再結像レンズＬ１〜Ｌ６に対応して、長円形
の絞り開口部Ａ、〜Ａ６が設けられている。この絞りマ
スクＡ２は再結像レンズ板りの直前に配置されており、
再結像レンズ板りの平坦部に密着している。Ｐｏは基板
の中央部に横長に配されたラインセンサーであり、Ｐ　
ＯＩ＋　Ｐ　０２は基板両側に縦長に配されたラインセ
ンサーであって、それぞれ第１．第２の受光素子列を含
んでいる。点線で囲んだブロック（ＡＦ）はＡＦセンサ
ーモジュールを示している。

同図に示す焦点検出装置では視野マスクＥ。、コンデン
サーレンズＬ０、絞り開口部Ａ。

Ａ２、再結像レンズＬ、、Ｌ、、光電素子アレー２０よ
り成る第１の自動焦点検出光学系と同様の各要素Ｅ。ｌ
＋　ＬＯＩ、　Ａ３　、　Ａ４　、　Ｌ３　、　Ｌ４　
。

ＰＯＩより成る第２の自動焦点検出光学系と、各要素Ｅ
Ｏ２，ＬＯ２，Ａｓ　、　　Ａｓ　、　　Ｌ５　、　　
Ｌｓ　、　　ＰＯ２より成る第３の自動焦点検出光学系
より構成され、並列する各要素部品が一体化されている
。

一般に再結像レンズを用い、２個の光像の相関から撮影
レンズのデフォーカスを求める像ずれ方式の自動焦点検
出装置では、上記２個の光像が予定結像面（１次結像面
）上の同一領域の再結像光像となることが精度上極めて
重要な要素となっている。

例えば第８図の一部分を抽出し、１つの測距視野で焦点
検出を行う場合を示した第９図に於て、光電素子アレー
（受光素子列）１２１ａを再結像レンズ１２３ａにより
１次結像面上に逆投影した図形を１２５ａとすると、こ
の矩形領域１２５ａが光電素子アレー１２１ａに検出さ
れる光像領域である。同様に充電素子アレー１２１ｂは
再結像レンズ１２３ｂにより領域１２５ｂの光像を充電
変換する。

上記２個の領域１２５ａと１２５ｂとは充電素子アレー
の配列方向を示す直線Ｎと、２個の再結像レンズ１２３
ａ、１２３ｂのレンズ面頂点１２６ａ、１２６ｂとを結
ぶ直線Ｍとが平行でないと一致しない。上記直線Ｎと平
行で直線Ｍと少なくとも一点を共有する直線Ｎ′と直線
Ｍとの角度θは一体成形される再結像レンズ１２３ａ。

１２３ｂの製作精度や同再結像レンズとモノリシックな
センサーチップ１２２を組み立てるときの相対位置誤差
のため、一般に０でない有限の値となる。領域１２５ａ
、１２５ｂが定義される１次結像面と再結像レンズとの
間隔なＸ、再結像レンズと充電変換面との間隔なｙ、再
結像レンズの２個のレンズ面頂点の間隔なｄとすると、
領域１２５ａと１２５ｂの不一致の程度、即ちずれ■Δ
は Δ−９ｄ・θ・ｘ＋ｙ で表わされる。このような不一致があると、例えば第１
０図（Ａ）　、　（Ｂ）のように光電変換領域の電気的
走査方向と直交する方向に構造がある被写体パターンの
場合、自動焦点検出装置が著しく劣化する。

第１０図（Ａ）は斜め線１３１が被写体パターンとなっ
た場合で、上下方向にずれた光電領域のため２個の充電
素子アレーは同図の距離Ｅだけ光電素子の配列方向に変
位した光像を受けることとなり極めて大きなビット誤差
を発生する。

又第１０図（Ｂ）は上下左右各方向にランダムなパター
ンが入射した場合を示し領域１２５ａ１２５ｂでそもそ
も受光する光像の形状が異なるため良好な相関が得られ
ない。

（発明が解決しようとする問題点） 従来よりこのような問題に対するため第９図に示す焦点
検出装置ではセンサーチップ１２２を調整時に面内回転
する、あるいは等価なことではあるが一体成形された再
結像レンズを回転する等して上記の傾き角度θがθ＝０
となるように調整を行っていた。

しかしながら複数個の係列した自動焦点検出光学系を有
し、かつ再結像レンズが一体成形され、充電素子アレー
がモノリシック化された第９図に示す様な焦点検出装置
においては、上記調整方法は３個の併設光学系の１個に
対してしか行なうことができない。３個の光学系各々の
ずれ量Δ＝０とする調整手段を個別に設けるような複雑
な光学構成を用いない限り、残りの２点については上記
調整は出来ない。この為、従来より１点調整により他の
２点が無条件に精度保証される様部品蹟度を向上しなく
てはならないという問題があった。

この場合、一般に光電素子列Ｐ。、ＰＯｌ＋　Ｐ　Ｏ□
等のチップ面内での相対位置精度は半導体製造装置の品
質からもたらされる高い精度を持っている。この為、一
体化された再結像レンズ板りの各要素レンズの相対位置
精度が問題となっている。

対をなす再結像レンズのレンズ面頂点を結ぶ直線の相対
角度誤差は一眼レフカメラの所要合焦精度を考慮すると
１〜２分の許容値に収まることが必要となり、これは一
般に大変難しい。例えば金型の製作上の問題、成形上の
問題等のため、例え上記精度が実現できたにしてもレン
ズ板りの歩留り低下、及び精度を出すための金型構造の
制約から自動焦点検出光学系の設計自由度が減少し、高
性能性化やコンパクト化等を図るのが難しくなる等の問
題点があった。

本発明はこのような複数の測距視野で焦点検出を行う際
の各要素の製造上の困難さを解決し、簡素は構成により
複数の測距視野全般にわたり高精度な焦点検出が出来る
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） 本発明に係る焦点検出装置では、対物レンズの像面側に
配置した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、該受光手段からの出力信号を用い
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
次結像レンズを複数個一体成形した２次光学部材を有し
ており、前記受光手段は１対の受光素子列を複数個１つ
の基板にモノリシックに集積した受光部材を有しており
、該複数個の１対の受光素子列のうち少なくとも１つの
１対の受光素子列を電気的走査を行う第１方向と直交す
る第２方向に互いに相対的に位置をずらして配置したこ
とを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の像ずれ方式を用いた焦点検出方法の原
理を示す説明図である。

同図においては便宜上１つの測距視野で焦点検出を行う
場合を示している。図中、測距視野１１はフィールドレ
ンズ１２４を介して１対の２次結像レンズ（「再結像レ
ンズ」ともいう。）１２３ａ、１２３ｂによりセンサー
板１２２面上の１対の受光素子列（「充電素子アレー」
ともいう。）１２１ａ、１２１ｂ面上に再結像されてい
る。ここで１対の２凍結゛像しンＸ　１２３　ａ　。

１２３ｂは一体成形品より構成され、そのレンズ面頂点
１２６ａ、１２６ｂを結んだ直線Ｍは受光素子列１２１
ａ、１２１ｂの電気的走査方向を表わす直線Ｎ若しくは
それと平行な直線Ｎ′と角度θ１をなしている。

今、１３を測距視野１１の中心点とし、点１３が２次結
像レンズ１２３ａ、１２３ｂによりセンサ板１２２面上
の２点１２ａ、１２ｂに再結像されているとしたとき、
受光素子列１２１ａ。

１２１ｂをこの２点１２ａ、１２ｂを中心に配置するよ
うにしている。

これにより受光素子列の電気的走査方向と２次結像レン
ズ１２３ａ、１２３ｂのレンズ面頂点を結んだ直線Ｍが
平行でなくても１対の受光素子列１２１ａ、１２１ｂを
同一の測距視野１１を見ることができるようにしている
。

このとき測距視野１１の中心１３のセンサー板１２２面
上の再結像点１２ａ、１２ｂを結んだ直線Ｍ′は前述の
直線Ｍと平行となり、受光素子列１２１ａ、１２１ｂの
電気的走査方向Ｎと直線Ｍ′がなす角度θ２はθ２８θ
１となる。

そこで本実施例では２次結像レンズ１２３ａ。

１２３ｂの製造より生じる角度θ１を求め、このときの
値θ１を固定とし、その代わりに受光素子列１２１ａ、
１２１ｂの光電変換領域を直線Ｎと直交する方向に角度
θ１に対応させて相対的にずらして製造した受光部材を
受光手段として用いている。

これにより複数の測距視野において高特度な焦点検出を
可能としている。このときの直線Ｎと直交する方向への
１対の受光素子列（充電変換領域）の相対的ずれ量δは
２つの２次結像レンズのレンズ面頂点間隔なｄ、測距視
野１１が定義される面と２次結像レンズとの間隔なＸ、
２次結像レンズと受光素子列面との間隔なｙ、θ＝０２
＝０１としたとき δ〜ｄ・θ・ｘ＋ｙ で与えられる。

第２図は第１図に示した焦点検出原理を用いた本発明の
第１実施例の要部概略図である。

同図においては第８図で示した要素と同一要素には同符
番な付している。

本実施例の焦点検出装置は複数の測距視野で焦点検出を
行っており、このときの焦点検出方法に関しては例えば
第８図に示した従来の焦点検出方法と基本的には同様で
ある。

本実施例では１対の受光素子列（光電素子アレー）Ｐｏ
＋とＰ。２に各々含まれる２つの受光素子列が電気的走
査方向に対して一直線状に配置せず、受光素子列の長手
方向（第１方向）と直交する方向（第２方向）に相対的
にずらして配置していることを特長としている。

第３図はこのときのセンサー板上における受光素子列の
配列を示した受光部材の説明図、第４図は第２図の再結
像レンズ板りに形成されている２次結像レンズの配置を
示した説明図である。

第３図に示すように１対の光電素子アレー３１ａ、３１
ｂは第２図の１対の光電素子アレーＰｏに対応しており
、これは相対的なずらしを加えずに一直線上に配置され
ている。１対の光電素子アレー３２ａ、３２ｂは第２図
の１対の光電素ｆ−アレーＰｏｔに対応し、ずらし量を
δ１．１対の光電素子アレー３３ａ、３３ｂは第２図の
１対の充電素子アレーＰＯ２に対応し、ずらし量をδ２
にて配置されている。以上の全光電素子アレーは一枚の
センサー板上に千ノリシックに集積されている。

本実施例では１対の再結像レンズＬ、、Ｌ２のレンズ面
頂点に対し充電素子アレー３１ａ。

３１ｂ、即ち１対の充電素子アレーＰｏを調整する。こ
れはセンサー板全体を第４図中の回転自由度θＯにより
撮影レンズＴＬの光軸に沿って回転させることにより可
能である。第４図に示すように再結像レンズＬ、の中心
４１ａと再結像レンズＬ２の中心４１ｂとを結ぶ直線Ｑ
０が光電素子アレー３１ａ、３１ｂの走査方向Ｓと平行
になる様に再結像レンズ板りを回転する。実際にはレン
ズ面頂点位置の測定は難しいので前述の第１０図で示す
方法より得られた像等を利用して斜めのパターンに対し
てピント移動が生じない様に自動焦点検出機能を動作さ
せながら調整する手法が望ましい。

１対の再結像レンズＬ、、Ｌ２に対し光電素子アレー３
１ａ、３１ｂの角度調整を実施すると、他の併立する焦
点検出光学系に対してはもはや光学的調整自由度はない
。そこで再結像レンズ対し、、Ｌ４に対しては光電素子
アレー３２ａ。

３２ｂの位置を６１、また再結像レンズ対し５゜Ｌ６に
対しては光電素子アレー３３ａ、３３ｂの位置なδ２だ
け相対的にずらして測距視野の同性を保証している。

一般にこのときのδ１．δ２の量は再結像レンズ板りの
製造上の出来具合で異ってくる。

再結像レンズＬ３の中心４２ａと再結像レンズＬ４の中
心４２ｂを結んだ直線をＱｌとし、直線Ｑ１と直線Ｑ０
とのなす角をαとすると前述したようなｎｏｔａｔｉｏ
ｎを用い、 である。αは金型の精度と成形時のばらつきにより変化
するが、成形のばらつきを小さくすることは成形条件と
材量を吟味することで相当程度可能なので、結局金型の
精度が支配的因子となる。

従って製作された金型に対し、上記δ１を一度確定する
と成形条件を一定に保つことにより同一のαを持つ成形
品を大量に生産することが出来、これに対応したδ１を
持つ光電素子アレーを用いることにより測距視野の同一
性を保証することが可能となる。半導体製造プロセスの
精度で再現される光電領域のズレ量δ１の製造精度は非
常に良いので角度αが良好に再現され、また基準となる
直線Ｑｏと直線Ｓの平行調整が良好にされれば十分であ
る。同様に再結像レンズＬ５．Ｌ、の中心４３ａ、４３
ｂを結んだ直線Ｑ２と直線Ｑ。とのなす角βにより となりβが再現されれば光電素子アレー３３ａ。

３３ｂの測距視野の同一性は満足される。

尚、実用上は角度α、βを測定する必要はなく斜めパタ
ーン等に対して正常に自動焦点検出動作するδ１．δ２
を直接実験的に求めて、それをセンサー板のレイアウト
に反映する方法が望ましい。

本実施例のように１対の光電素子アレーの光電変換領域
を相対的にずらすにはフォトダイオードアレーの配置を
δ１，６２等所定の量移動した位置に形成してもよいし
、または第５図の様に幅を若干広げたズレのない１対の
フォトダイオードアレー５１ａ、５１ｂに同一の開口幅
を持ち、かつ位置をずらした遮光マスク５２ａ、５２ｂ
を施こして構成しても良い。

第６図は本発明の像ずれ方式を用いた焦点検出装置の第
２実施例の要部概略図である。

本実施例では２つの測距視野を対象に焦点検出を行う場
合を示している。焦点検出方法については第８図に示し
た従来の方法と基本的には同じである。

同図において６１は撮影レンズの射出瞳、６５は測距視
野であり、横方向と縦方向の２方向で測距出来るような
十字状の開口部より成っている。

６２はフィールドレンズ、６３は２次光学部材であり、
一体成形の１対の２次結像レンズを２組（６３ａ、６３
ｂと６３ｃ、６３ｄ）有している。６４はセンサー板で
あり、千ノリシックのセンサー板上に集積された１対の
充電素子アレーを２組（６４ａ、６４ｂと６４ｃ、６４
ｄ）有している。

本実施例の光学系は十字型の測距視野６５の縦視野を１
対の再結像レンズ６３ａ、６３ｂにより各々１対の光電
素子アレー６４ａ、６４ｂ上に再結像している。また測
距視野６５の横視野を１対の再結像レンズ対６３ｃ、６
３ｄにより各々１対の充電素子アレー６４ｃ、６４ｄ上
に再結像している。尚、射出瞳６１の面内の４つの領域
６１ａ〜６１ｄは各々再結像レンズ６３ａ〜６３ｄの有
効開口のフィールドレンズ６２による像である。

本実施例ではまず１対の再結像レンズ６３ａ。

６３ｂに対し、センサー板６４を光軸ＡＸを軸として回
転し１対の光電素子アレー６４ａ、６４ｂが同一の測距
視野を見る様調整する。このときに他方の１対の充電素
子アレー６４ｃ、６４ｄが１対の再結像レンズ６３ｃ、
６３ｄを通し共通の横視野を持つ様に１対の充電素子ア
レー６４ｃ。

６４ｄの光電変換領域の上下方向の相対位置を決定して
いる。

第７図は本実施例のこのときのセンサー板上の光電素子
アレーの配置上の概略図である。同図に示すように１対
の光電素子アレー６４ｃ、６４ｄの相対的なずらし量δ
は十字状に構成された再結像レンズ６３ａ〜６３ｄの相
対位置関係に依存し、一体成形量の量産値が決まるまで
は不確定であるが、成形品の上記相対位置が−たん固定
されれば求めることができる。

尚、本実施例によれば縦横方向のどちらの方向に被写体
パターンがあっても方向性の別なく良好に自動焦点検出
ができる系が簡易にかつ高精度に実現することができる
。

本実施例において相対的な位置ずらしを行う光電素子ア
レーを縦側の光電素子アレー６４ａ。

６４ｂに代えて行っても前述と同様の効果が得られる。

（発明の効果） 本発明によれば複数の測距視野を対象に焦点検出を行う
際、一体成形した複数の２次結像レンズより成る２次光
学部材の製造上の誤差に対応して受光部材の複数の受光
素子列の配置を前述の如く設定することにより、簡易な
構成でかつ高精度の光学成形部品を用いることもなく高
い測距精度を有する自動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図は本発明の焦点検出装置における焦点検出方法の
原理説明図、第２図、第６図は本発明の第１．第２実施
例の光学系の要部概略図、第３図は第２図のセンサー板
上の受光素子列の説明図、第４図は第２図の２次結像部
材の説明図、第５図は第２図の受光素子列の説明図、第
７図は第６図のセンサー板上の受光素子列の説明図、第
８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、第９図は第８図の一部分の説明図、第１Ｏ図
は第８図の受光素子列面上における被写体像の説明図で
ある。 図中、ＴＬ、６１は撮影レンズ、ＦＭ、６５は視野マス
ク、Ｌ、　〜Ｌ、　、　６３　ａ〜６３　ｄ、１２３ａ
、１２３ｂは２次結像レンズ、Ｐｏ。 Ｐ　０１．　　Ｐ　ｏ２．　６４　ａ〜６４ｄ、１２１
ａ。 １２１ｂは受光素子列、６４，１２２はセンサー板、Ｌ
ｏ　、　ＬＯＩ、　ＬＯ２，６２，１２４はフィールド
レンズ、１１は測距視野である。 第 図 第 図 第 図 ２３ｂ 第 図 （Ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの像面側に配置した光学手段により前
   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
   光手段からの出力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次結像レンズを複数個一体
   成形した２次光学部材を有しており、前記受光手段は１
   対の受光素子列を複数個１つの基板にモノリシックに集
   積した受光部材を有しており、該複数個の１対の受光素
   子列のうち少なくとも１つの１対の受光素子列を電気的
   走査を行う第１方向と直交する第２方向に互いに相対的
   に位置をずらして配置したことを特徴とする焦点検出装
   置。