JPH0235405A - 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、特に自然光等の外部光束によって照明さ
れた被写体からの光束を利用して対物レンズの焦点検出
を行う第１焦点検出系とカメラ側の投光手段により照明
された被写体からの反射光束を利用して対物レンズの焦
点検出を行う第２焦点検出系の２つの焦点検出系を有し
た焦点検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来よりカメラ等における焦点検出方法の１つとして、
例えば特開昭５２−９５２２１号公報や特開昭５９−１
０７３１１号公報等で開示されている対物レンズの焦点
外れ量に依存する物体像のずれを検出して焦点検出を行
う方法がある。

この方式は外界の光のみを使って焦点検出を行うため受
動方式（パッシブ方式）という。この方式は対物レンズ
の予定結像面の後方に配置した２次光学系により対物レ
ンズの瞳の異った領域を通過した光束を用いて物体像に
関する複数の光量分布を受光手段面上に形成している。

そしてこれらの物体像に関する複数の光量分布の相対的
位置を検出して対物レンズの焦点状態を検出している（
以下この方式を第１焦点検出系という。）。

受動方式の焦点検出系は近距離物体から遠距離物体に至
る広い範囲で測距が可能であるが物体か低照度や低コン
トラストのときは焦点検出粒度が低下する欠点がある。

従来よりこのときの欠点を改善する為に例えば特開昭６
２−３２４０９号公報では前述の受動方式の第１焦点検
出系に加えて物体が低照度や低コントラストのときにカ
メラ側の投光手段から所定のパターンを物体側に７２　
ＵＧして、物体からの該パターンの反射パターン像を受
光手段面上に形成することにより焦点検出を行う能動方
式（アクティブ方式）の第２焦点検出系を新たに設けて
いる。

但し、ここで言う能動方式は、従来よりレンズシャッタ
ーカメラに使われている、いわゆる能動方式とは若干構
成を異にする。

受動方式の焦点検出系と能動方式の焦点検出系の２つの
焦点検出系を有する・焦点検出装置においては２方式の
焦点検出系のどちらの焦点検出系を選択して行うかが大
変重要となっている。

選択方式の１つに例えば受動方式の焦点検出系で測距を
行い測距不能時や良好なる測距結果が得られない場合に
能動方式の焦点検出系で測距するようにし能動方式を補
助手段とした受動優先方式がある。

この他、まず受動方式の焦点検出系で測距を行い、受光
素子への電荷の蓄積中において得られる蓄積制御信号を
用いて判別手段により被写体が低輝度又は低コントラス
トであるか否かを判別し、その結果に基づいて能動方式
の焦点検出系に切換えて焦点検出を行う方法等がある。

これらの方法はいずれも能動方式の焦点検出が選択され
た時点で能動方式の焦点検出系の光電変換素子への電荷
蓄積が開始される。従って能動方式の焦点検出系を用い
て焦点検出を行う場合、受動方式から能動方式へ切換わ
る時間だけ焦点検出時間か遅延してくる。

この為、焦点検出系全体の応答性か低下してくるという
問題点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は受動方式と能動方式の２つの焦点検出系を有し
た焦点検出装置を用いて焦点検出を行う際、被写体が低
輝度であったり又は低コントラストであフたりして結果
的に能動方式の焦点検出系を用いるような場合であって
も焦点検出時間の遅延を防止し、迅速なる焦点検出を可
能とした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） 外部光束によって照明された被写体からの光束を蓄積型
の複数の光電変換素子から成る第１受光手段面上に導光
し、該第１受光手段からの出力信号を利用して対物レン
ズの焦点検出を行う第１焦点検出系と投光手段により被
写体側に光束を投光し、該光束による被写体からの反射
光束を外部光束から分離抽出して蓄積型の複数の光電変
換素子から成る第２受光手段面上に導光し、該第２受光
手段からの出力信号を利用して該対物レンズの焦点検出
を行う第２焦点検出系とを有した焦点検出装置において
、該第１受光手段の光電変換素子と藷第２受光手段の光
電変換素子への電荷の蓄積開始を同時に行った場合に、
所定量の電荷の蓄積が早く終った方の光電変換素子から
成る受光手段からの出力信号を用いて該対物レンズの焦
点検出を最初に行うようにしたことである。

（実施例） 第１図は本発明の焦点検出装置を一眼レフカメラに適用
したときの概略図、第２図はこのうちの第１．第２焦点
検出系の検出部分の要部を抽出し展開したときの概略図
、第３図は能動方式の第２焦点検出系の投光手段の要部
を抽出し展開したときの概略図である。

第１〜第３図において、１はカメラボディ、３は対物レ
ンズ、２はレンズ鏡筒であり対物レンズ３を光軸４の方
向に移動可能に保持している。５は主ミラー、６はサブ
ミラーである。１５は焦点検出部であり第２図の視野マ
スク２０以降の各要素を有している。

視野マスク２０は対物レンズ３の予定結像面近傍に配置
されており、２つの開口部２０ａ。

２０ｂを有している。２２は赤外光カットフィルターで
あり、主に可視域の光束を通過させている。２１は光学
フィルターであり、例えば波長７００ｎｍ付近を中心と
したバンドパス特性を有している。即ちバンドパスフィ
ルター２１の特性は投光手段の発光波長のみを通過させ
るように構成されている。

赤外光カットフィルター２２は視野マスク２０の開口部
２０ｂ、光学フィルター２１は視野マスク２０の開口部
２０ａの背後に各々設けられている。そしてフィルター
２１．２２の接合部１００は視野マスク２０の遮光部２
０ｃで遮光されている。

２３はフィールドレンズでありＰ定結像面の近傍に配置
されている。２５は２次光学系であり対物レンズ３の光
軸に対して対象に配置された二つのレンズ２５ａ、２５
ｂにより構成されている。

２６は受光手段であり前記二つのレンズ２５ａ。

２５ｂに対応してその後方に配置された電荷蓄積型の複
数の光電変換素子より成る４つの受光素子列（センサー
）２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを有している。

このうち１対の受光素子列２６ａ、２６ｂは能動方式（
アクティブ）の第２受光手段を構成し、１対の受光素子
列２６ｃ、２６ｄは受動方式（パッシブ）の第１受光手
段を構成している。

本実施例では受動方式の第１受光手段には光束を赤外光
カットフィルター２２を介して入射させ、可視光のみに
基づく電荷がセンサーに蓄積するようにしている。

又、能動方式の焦点検出系の投光手段であるＬＥＤの発
光分光特性が赤外領域のみとなるように投光ＬＥＤ及び
光学フィルター２１の分光特性を設定し、受光方式の焦
点検出系がＬＥＤの影響を受けないようにしている。

又、能動方式の第２受光手段には光学フィルター２１を
介して光束を入射させるようにし、これにより投光手段
に基づく光束を自然光等の外部光束とから分離抽出し、
投光手段に基づく光束のみが入射するようにしている。

２４は絞りであり前記２つのレンズ２５ａ。

２５ｂに対応してその前方に配置された２つの開１」部
２４ａ、２４ｂを有している。２７は対物レンズ３の射
出瞳であり、分割された２つの領域２７ａ、２７ｂを含
んでいる。

尚、フィールドレンズ２３は絞り２４の開口部２４ａ、
２４ｂを射出瞳２７の領域２７ａ。

２７ｂに結像する作用を有しており、各領域２７ａ、２
７ｂを透過した光束が１チツプ上の受光素子列２６ａ、
２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ而上に夫々光量分布を形成する
ようになっている。

２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂは各々視野マスク２０
の開Ｌ１部２０ａ、２０ｂのレンズ２５ａ。

２５ｂによる受光手段２６面一トにおける投影像である
。

本実施例における第１．第２焦点検出系の焦点検出方法
は次のとおりである。

即ち、対物レンズ３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２６Ｃ９２６ｄ面上に夫々形
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３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２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ。

２６ｄ而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２６ａ、２６ｂお
よび２６ｃ、、２６ｄ面上に夫々形成された光量分布の
ずれ量は対物レンズ３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３の焦点はずれの方向と量とを検出することが
できる。

尚、第１焦点検出系は可視域全体に感度を有し、対物レ
ンズ３の軸上に測距範囲を有している。

次に第１図、第３図により第２焦点検出系の投九毛段を
説明する。

尚、第２焦点検出系としては投光手段からの光束により
被写体を単に照明し、このときの被写体からの反射光束
を第２受光手段で受光する場合と、投光手段により被写
体面上に所定のパターンを投影し、該パターン像に基づ
く反射光束を第２受光手段で受光する場合とがある。

以下の説明では後者の場合を例にとり説明する。

第１図において７はピント板でありフィールドレンズ７
ａを有している。９はペンタプリズム、ｌＯは接眼レン
ズであり、これらはファインダー系を構成している。８
はビームスプリッタ−であり例えば波長６８０〜７２０
ｎｍの光を５０％程度反射させる光分割面８ａを４１し
ている。１１は絞り、１３は所定模様のチャートを形成
したパターン、１２は投光レンズ、１４はＬＥＤで波長
７００ｎｍ付近に発光ピーク波長のある分光特性なイｆ
している。ビームスプリッタ−８、較り１１、パターン
１３、投光レンズ１２そしてＬＥＤ　１４は投光手段の
一部を構成している。

投光手段は例えばスリットより成るパターンを投光手段
と対物レンズ３を介して物体側に投影し低輝度や低コン
トラストの物体に対して強制的に物体にコントラストを
つけている。そして物体からの反射パターン像を検出手
段１５により検出して第２焦点検出系としての測距を行
っている。

第３図において３２は絞り１１の開口１１ａの中心とパ
ターン１３を構成するスリット１３ａの中心とを通る光
線を示している。本実施例では照射光は、フィールドレ
ンズ７ａと対物レンズ３上において光軸４から離れた位
置を通っている。また、スリット１３ａは投光レンズ１
２によって、対物レンズ３の予定結像面近傍にスリット
像３１として投影され、絞り１１の開口１１ａはフィー
ルドレンズ７ａによって、対物レンズ３の瞳りに開口像
３０として投影されている。したがって、この構成によ
り等価的にスリット像３１の位置から開口像３０に相当
する領域を通して物体上にスリット像が投影されること
になる。

本実施例では視野マスク２０の開口部２０ａ。

２０ｂは対物レンズ３の光軸４から外れた位置にあり、
これに応じて視野マスク２０の投影像の中心及び受光素
子列２６ａ、２６ｂの中心も光軸４から外れた位置にあ
る。従、って、第１図に示す一眼レフカメラの第２焦点
検出系による物体側の測距範囲は光軸４から多少外れた
領域となっている。

投光は必ずしも撮映レンズを通過させて行う必要はなく
カメラ本体内の別の場所から投光しても良いし、カメラ
に脱着可能なたとえばストロボなどから投光しても良い
。

投光光と自然光の分離手段は、波長による分離する方法
の他に投光源を時間的に変調し投光手段による光による
光電素子アレイの電気的出力部分を自然光に依る部分に
対し選択的に弁別することも可能である。この方法につ
いて第６図を使って簡単に動作を説明する。２２０は投
光回路で制御信号及び発振回路２２１から発生されるＣ
に信号により発光の制御をする。ＳＮＳは九電変換素子
アレイで発振回路（２２１）からのクロック信号ＣＫと
制御信号により、外光を除去しながら投光光束による反
射光のみを蓄積する。光電変換素子アレイ２２４に入射
した光は、光電変換され、クロックＣＫにより制御され
るスイッチ（２２５）により、蓄積容量２２６又は２２
７にＭＭされる。スイッチ２２５は、投光時と非投光時
でそれぞれ異なるスイッチが片方づつＯＮになるように
制御される。２２８は差動増幅回路で、蓄積容量２２６
．２２７のに分を出力する。投光時は、外光と投光光の
加算されたものが蓄積され、非投光時は外光のみが蓄積
されるので、その差を算出することにより外光除去がで
きる。各素子ごとに外光除去された信号は、制御信号に
よりスイッチングされ（２２９）外部に出力される。こ
のようにして、自然光と投光光を分離することができる
。

第４図は本発明の一実施例のブロック図である。

同図においてＰＨ１はカメラの制御回路で、例えば内部
にＣＰＵ　（中央演算処理部）、ＲＡＭ。

ＲＯＭ、ＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバーター）そして人出力ポ
ート等が配置された１チップマイクロコンピュータ−で
ある。ＲＯＭ内には自動焦点検出制御を含む一連のカメ
ラの制御用ソフトウェア及びパラメータが格納されてい
る。

ＤＢＵＳはデーターバス、ＳＨＴはシャツタル制御回路
で１１「記制御回路ＰＲＳより制御信号Ｃ３ＨＴが人力
している間データバスＤＢＵＳを介して人力するデータ
を受は付け、該データに基づいて不図示のシャッタ先暮
及び後暮の走行制御を行っている ＡＰＲは絞り制御回路で制御信号ＣＡＰＲが人力してい
る間データバスＤ　ＢＵＳを介して人力するデータを受
は付け、該データに基づいて不図示の絞り機構を制御し
ている。

ＳＷＳはスイッチ群であり、レリーズスイッチ、速写モ
ートスイッチ並びに各種情報設定用のスイッチ等である
。

ＬＣＯＭはレンズ通信回路であり制御信号ＣＬＣＯＭが
人力している間データバスＤＢＵＳを介して人力するデ
ータを受は付け、該データに基つ′いてレンズ制御回路
ＬＮＳＵとシリアル通信を行っている。又クロック信号
ＬＣＫに同期してレンズ駆動用データＤＣＬをレンズ制
御回路ＬＮＳＵへ伝達し、それと同時にレシズ情ｆｌｌ
ＩＤＬＣがシリアル入力している。ＢＳＹは信号であり
不図示の焦点調節用レンズが移動中であることをカメラ
側に知らせるためのもので、この信号が発生している時
は照射シリアル通信は行われない。

ＳＰＣは測光回路であり、カメラ制御回路ＰＲ３からの
制御信号ｃｓｐｃに基つき測光出力５Ｓｐｃを制御回路
ＰＲ５へ送る。測光出力５ｓｐｃは制御回路ＰＲ３内部
のＡ／ＤコンバーターＡＤＣでＡ／Ｄ変換されシャッタ
制御回路ＳＨＴ及び絞り制御回路ＡＰＲを制御するため
のデータとして用いられる。

ＳＤＲはセンサー駆動回路で制御回路ＰＲ５より入力す
る各信号に従って１対の受光素子列を２組２６ａと２６
ｂ、そして２６ｃと２６ｄを有する受光手段２６を制御
している。

このうち受光素子列２６ｃ、２６ｄは受動方式の第１焦
点検出系の第１受光手段でありセンサー駆動回路ＳＤＲ
からの制御信号φ１．φ２ＣＬ、ＳＨにより制御される
。受光素子列２６ａ、２６ｂは能動方式の第２焦点検出
系の第２受光手段であり後述する投光回路２２０の周期
クロックＣにと同一のクロックにより投光時と非投光時
のスイッチングを行い同期蓄積を行う。

蓄積制御は周期クロックＣＫに同期した信号φ３．φ、
、ＳＨＡにより行われる。

２２０は投光回路で制御回路ＰＲＳからの制御信号ＡＣ
Ｔ及び同期クロックＣＫによりＬＥＤを駆動し発光させ
る。

第５図は本発明の焦点検出装置の動作を説明する為のフ
ローチャートである。

ステップ５１でプログラムの状態を表すためのフラグＰ
Ｒ，ＡＲ，ＰＮＧ、ＡＮＧをクリアする。ＰＲフラグ、
ＡＲフラグはそれぞれ、受動方式と能動方式のセンサー
の蓄積が終了し制御回路ＰＲ３の所定のＲＡＭにデータ
が読み込まれたことを表す。ＰＮＧ、ＡＮＧはそれぞれ
受動方式と能動方式の焦点検出演算を行った結果がＮＧ
であったことを示す。ステップ５２で受動方式と能動方
式のセンサーの蓄積をｌ＋Ａ始する。制御回路ＰＲ３か
らセンサー駆動回路ＳＤＲに蓄積開始信号ＳＴＲを送る
と同時に投光回路２２０へ制御信号ＡＣＴを送る。能動
方式のセンサー２６Ｃ９２６ｄは投光回路２２０と同期
して蓄積を行う。

ステップ５３で受動方式のデータ読み込み、割り込み及
び、能動方式のデータ読み込み、割り込みの許可を行う
。受動方式のデータ読み込み、割り込みは、受動方式の
センサーの蓄積終了時に発生する。割り込みルーチンは
ステップ７０〜７３゜ステップ７０ａ〜７３ａのように
なっている。

次に受動方式の焦点検出を例にとり説明する。

まずステップ７０で受動方式のデータ読み込みを禁止す
る。すなわち割り込みルーチンの中では他の割り込みは
禁止されるが、割り込みルーチンを終了した後も禁止を
かける。次にステップ７１により信号線５ＳＮＳからデ
ータを順次読み取り、制御回路ＰＲ３内の所定のＲＡＭ
に格納する。読み込みが終Ｙするとステップ７２で受動
方式のデータの読み込みが終了したことを示すフラグＰ
Ｒをセットする。ステップ７３で割り込みが発生した場
所にリターンする。

以上の順序は能動方式の場合もほぼ同じであるが、ステ
ップ７０ａにおいて発光停止を行うところが異っている
。

メインルーチンのステップ５５では、蓄積が終了するま
でまつ。蓄積が終了してデータが読み込まれると読み込
み終了フラグＰＲ１又はＡＲかセットされるのでそのフ
ラグにより受動方式のデータが読み込まれればＰＣ１能
動方式ならＡＣに分岐する。

次に受動方式の光電変換素子に先に電荷が所定量蓄積し
た場合を例にとり説明する。

ステップ５５で受動方式の光電変換素子が能動方式の光
電変換素子に比べて先に電荷の蓄積が終了するとＰＣに
分岐する。ＰＣに分岐されるとステップ５６で受動方式
のデータを使用して相関演算を行う。ステップ５７でそ
のデータの信頼性値を計算しステップ５８でその判定を
行う。信頼性がある場合はステップ６２に分岐し能動方
式の光電変換素子の蓄積が終了したかを判定し、終了し
ていなければステップ６３でＬＥＤの発光を停止するＡ
ＲフラッグがＳＥＴされていれば蓄積は終了して発光は
停止しているのでそのままステップ６４に分岐する。ス
テップ６４では合焦判定を行い、合焦していれば合焦表
示をし、レリーズ許可等を行う。非合焦のときはレンズ
駆動を行う。

ステップ５８で信頼性が無いと判定されるとステップ５
９に分岐する。この場合は受動方式による焦点検出がで
きない場合であるから受動方式の測距不能フラグＰＮＧ
をセットする。

次にステップ６０で能動方式測距がＮＧであったかどう
かをＡＮＧフラグにより判定する。

ＡＮＧフラグがセットされていれば受動方式でも能動方
式でも測距できないのでＮＧに分岐する。

ＮＧではレンズのサーチ駆動又はＮＧ表示を行う。ステ
ップ６０でＡＮＣフラグがクリアされている場合にはス
テップ６１に分岐する。ステップ６１では能動方式のセ
ンサーの蓄積が終了しているかを判定し、蓄積が終了し
ていなければ蓄積終了まで待つ。蓄積路ｒ後、読み込み
か終るとＡＣに分岐する。

５５において能動方式のセンサー蓄積が先に終了した場
合はＡＣに分岐する。動作は、能動方式と受動方式が逆
になるがＰＣの場合と同様である。ただしステップ５８
ａで信頼性がある場合、投光はすでに停止しているので
直接ステップ６４に分岐する。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば受動方式と能動方式の２つ
の焦点検出系を有する焦点検出装置において、双方の焦
点検出系における光電変換素子への電荷の蓄積を同時に
行い、蓄積終了の早い方の光電変換素子より成る焦点検
出系を用いることにより、低輝度や低コントラスト等の
どのような被写体であフても迅速なる応答性の良い焦点
検出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図は本発明を１眼レフカメラに適用したときの概略
図、第２図、第３図は各々第１図の一要素を抽出し展開
したときの概略図、第４図は本発明の−・実施例のブロ
ック図、第５図、第６図は本発明の一実施例の動作を示
すフローチャートとブロック図である。 図中、１はカメラボディ、３は対物レンズ、１５は焦点
検出部、１４はＬＥＤ、２２は赤外光カットフィルター
、２１は光学フィルター、２６は受光手段、２６ａ〜２
６ｄは受光素子列、ＰＨ１は制御回路、ＬＮＳＵはレン
ズ制御回路、ＬＣＯＭはレンズ通信回路、ＳＰＣは測光
回路、ＳＤＲはセンサー駆動回路、２２０は投光回路で
ある。 特許出願人　　キャノン株式会社 代　　理　　人　　　　　高　　梨　　幸　　雄りも

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部光束によって照明された被写体からの光束を
   蓄積型の複数の光電変換素子から成る第１受光手段面上
   に導光し、該第１受光手段からの出力信号を利用して対
   物レンズの焦点検出を行う第１焦点検出系と投光手段に
   より被写体側に光束を投光し、該光束による被写体から
   の反射光束を外部光束から分離抽出して蓄積型の複数の
   光電変換素子から成る第２受光手段面上に導光し、該第
   ２受光手段からの出力信号を利用して該対物レンズの焦
   点検出を行う第２焦点検出系とを有した焦点検出装置に
   おいて、該第１受光手段の光電変換素子と該第２受光手
   段の光電変換素子への電荷の蓄積開始を同時に行った場
   合に、所定量の電荷の蓄積が早く終った方の光電変換素
   子から成る受光手段からの出力信号を用いて該対物レン
   ズの焦点検出を最初に行うようにしたことを特徴とする
   焦点検出装置。
2. （２）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蓄積型の複数の光電
   変換素子より成る第１受光手段面上に形成し、該第１受
   光手段により該複数の光量分布の相対的な位置関係を求
   め、該対物レンズの合焦状態を求める第１焦点検出系と
   投光手段により照明された被写体からの光束を該対物レ
   ンズの瞳の異なる領域を通過させ該光束を用いて該光学
   手段により被写体像に関する複数の光量分布を蓄積型の
   複数の光電変換素子より成る第２受光手段面上に形成し
   、該第２受光手段により該複数の光量分布の相対的な位
   置関係を求め、該対物レンズの合焦状態を求める第２焦
   点検出系とを有した焦点検出装置において、該第１受光
   手段の光電変換素子と該第２受光手段の光電変換素子へ
   の電荷の蓄積を同時に行った場合に、所定量の電荷の蓄
   積が早く終った方の光電変換素子から成る受光手段から
   の出力信号を用いて該対物レンズの焦点検出を最初に行
   うようにしたことを特徴とする焦点検出装置。