JPH0267510A - 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】 本発明は対物光学系の焦点調節状態を検出するための装
置に関し、ことにカメラ等の小型光学機器の焦点検出装
置として好適なものである。

カメラ等の焦点検出装置として第６図に示すものは良く
知られている。第６図においてｌは対物レンズで一眼レ
フカメラでは交換レンズに当る。２は対物レンズｌの予
定焦点面の近傍に配置された視野マスク、３は同様に配
置されたフィールドレンズ、４は対物レンズの光軸に対
して対称に配置された２つの結像レンズ４−１．４−２
により構成される２次結像レンズ、５は前記２つのレン
ズ４−１．４−２に対応してその後方に配置された２つ
のセンサ列５−１゜５−２により構成されるセンサであ
る。但し、センサ列は１本のセンサ列の２つの部分であ
っても良い。

６は前記２つのレンズ４−１．４−２に対応して配置さ
れた２つの開口部６−１．６−２を有する絞り、７は分
割された２つの領域７−１．７−２により構成される対
物レンズｌの射出瞳を夫々示している。尚、フィールド
レンズ３は開口部６−１．６−２を対物レンズ１の射出
瞳７の領域７−１．７−２の近傍に結像する作用を有し
ており、各領域７−１．７−２を透過した光束がセンサ
列５−１．５−２上に夫々光量分布を形成するようにな
っている。

この第６図に示す焦点検出装置で、対物レンズｌの結像
点が予定焦点面の前側にある場合は２つのセンサ列５−
１．５−２上に夫々形成される光量分布が互いに近づい
た状態となり、又、対物レンズ１の結像点が予定焦点面
の後側にある場合は２つのセンサ列５−１．５−２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つのセンサ列５−１．５−２上に夫々形成され
た光量分布のずれ皿は対物レンズｌの焦点はずれ量と一
定の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ｌの焦点はずれの方向と量とを
検出することができることは周知の通りである。

第１５図に示す焦点検出装置は対物レンズにより撮影さ
れる範囲の中央に存在する被写体に対してのみ測距を予
定している。

これに対し、撮影範囲の中央以外の複数の測距点を有す
る焦点検出装置が、本出願人による特願昭６２−２７９
８３５号実施例に開示されている。第７図は光学系を描
いた斜視図であり、８は視野マスク、９はフィールドレ
ンズ、１０は２つの開口１０−１゜ｌｏ−２を有する絞
り、１１は２つのレンズ１１−１゜１１−２から成る２
次結像レンズ、１２はセンサと夫々示している。尚、第
１５図で示した対物レンズｌは省略しである。ここで第
６図に示した焦点検出装置と異なるのは、視野マスク８
が測距すべき複数の視野に対応して複数の開口１３〜１
７を有することと、この視野マスク８で規制された光束
が２次結像しンズト１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の対のセンサ列１８−１と１８−
２，１９１と１９−２．２０−１と２０−２．２１−１
と２１−２゜２２−１と２２−２がセンサ１２として設
けられている点である。前述の通り対のセンサ列は１本
のセンサ列の２つの部分であっても良い。測距の原理は
第１５図の焦点検出装置と同じであり、各センサ対上に
形成される光量分布のずれ量を算出して各視野に対する
焦点検出を行うものである。図示の配置によれば、撮影
領域の中央部とその両側４つ、計５ケ所について測距が
可能となる。尚、測距点の数はこれに限らず、視野マス
クの開口の数と、センサ対の数により決定されるもので
ある。

第８図は第７図を上から見た平面図を示したものであり
、第７図と同じものには同一の符号が付されている。尚
、ここで１は第７図には示されていない対物レンズ、７
−１．７−２は対物レンズ１の射出瞳を示している。

第１５図の説明において述べたと同様に、フィールドレ
ンズ９は絞り１０の開口部１０−１．１０−２を対物レ
ンズｌの射出瞳７−１．７−２の近傍に結像する作用を
有しているもので、対物レンズ１からの光束を焦点検出
装置に効率よ（導（上で非常に重要な役割を果たしてい
る。一方、一般に焦点検出装置は、カメラ等の内部の限
られたスペースに組み込む必要があるため、その光学系
の全長もあまり長くすることができず、フィールドレン
ズ９と絞り１０との間隔も十数ｍｍから数十ｍｍ以下に
おさえる必要がある。従って、フィールドレンズのパワ
ーは太き（なり、曲率の大きな面で構成しなければなら
ない。

これに加え、第８図の焦点検出装置におけるフィールド
レンズ９は第６図の焦点検出装置におけるフィールドレ
ンズ３に比べると、第８図の上下方向に視野が並んでい
る分、同方向の口径を大きくする必要がある。以上のこ
とより、フィールドレンズ９は周辺でのレンズのコバを
確保するために、中心厚を非常に厚くする必要があり、
光学系の全長を短くする上で大きな障害となる。

この点を改善する一法はフィールドレンズ形状の選定で
、例えば第９図に示す構成が有効であり、フィールドレ
ンズ９′　以外は第８図と全（同一の構成である。この
フィールドレンズ９′　は第８図の焦点検出装置の上下
方向の視野が分離していることを利用して、同方向にフ
ィールドレンズ９を分割してフレネル状にしたものに相
当する。

前項で説明した通り、フィールドレンズを第９図に示す
ように分割することにより、中心部分のレンズ厚を薄（
することは可能であるが、この場合でも周辺部のフィー
ルドレンズは光を大きく偏向させる必要があるため、レ
ンズを構成する各面の曲率がきつ（なることは避けられ
ない。さらに、以下で説明する事情も加わって、端部で
のコバ厚を確保することが極めて困難となる。

第１Ｏ図は、説明の都合上視野が３つの場合の同種の焦
点検出系の視野マスク以降を示した平面図であり、予定
焦点面２３に結像した後に、３つに分割されたフィール
ドレンズの各部２４．　２５．２６を透過する光束２７
．２８．２９を描いである。４４は視野マスクで紙面に
垂直方向へ延びた３つの開口を具える。第１１図は第１
０図の下方から見た時の平面図であり、第１０図の２９
に相当する光束が描いである。これらの図中では、平凸
レンズを２つ並列接合した形の２次結像レンズ３０が用
いられている。

３２はセンサで、紙面に垂直方向に延びたセンサ列３２
−１．　−２．　−３を有する。各センサ列は対のセン
サ列であるか１本の長いセンサ列の２つの部分である。

焦点検出に際しては、第１１図に示す断面での像の動き
が問題となるため、この断面での結像性能が重要となる
が、絞りマスク３１の開口は一般的に第１２図のような
形状をしており、第１１図の断面での開口巾Ｗ１の方が
第１０図の断面での開口巾Ｗ２よりも小さいため、収差
がでにクク、センサ３２をほぼ近軸的な像面上に設定す
ることで、良好な結像性能が得られる。

一方、第１０図の断面での結像性能は絞りマスクの開口
中が広いため収差がでやすく、同図のように２次結像系
が単一の凸レンズの場合は、瞳面上における通過点が中
心から遠い光線はど像面側での主光線との交点が手前に
なる状態、即ちハロが生ずる。さらに像面湾曲が生ずる
ため、中心の光束２８に対して周辺の光束２７．２９が
より前方で収束されることになる。又、主に２次結像レ
ンズ３０で生ずる色収差によって短波長側でこの現象が
顕著となる。第１３図、第１４図はこれらの状態を示し
たものであり、第１３図は第１Ｏ図のＡの部分の拡大図
、第１４図は第１０図のＢの部分の拡大図である。

以上の結像状態を一言で言えば、センサ上において、セ
ンサ列方向の点像強度分布の広がりは狭く、良好な結像
性能を示すが、これと直交する方向の点像強度分布の広
がりは大きい。そして、中心の光束よりも周辺の光束の
方が、又、波長が短い方がその傾向が強いといえる。

センサ列方向の像のずれを検出するという測距の原理を
考える限りでは、センサ列と直交する方向の点像強度分
布が広がっていたとしても問題とはならないといえる。

しかしながら、少なくともセンサ列上には、又センサの
位置調整の余裕をとるという意味ではセンサ列を含む一
定の領域上には−様な光が入射する必要があり、これを
満足させるためにはセンサ列と直交する方向の点像強度
分布の広がりが大きいと、視野マスクの開口及びフィー
ルドレンズの有効部を太き（とる必要がある。

第１５図はその状態を説明する図であり、第１０図と同
一の構成において、センサ面上の点Ｐから逆に追った光
束が示されている。ここで、点Ｐはセンサ列を含むよう
に設定された調整のための余裕をとった領域３３の端の
点である。点Ｐからの光束は、２次結像レンズ３０によ
って収束されるが、その位置はこれまでに説明してきた
収差の状態から明らかなように、１次結像面２３の近傍
ではなく、それよりに右側にずれた位置に収束すること
になる。特に波長が短かい光束は第１５図に示すように
フィールドレンズ４３よりもさらに右側で収束すること
がありえる。センサ面上の領域３３に−様な光が入射す
るためにはこれらの光束が遮えぎられないように、各部
の有効域を設定する必要があり、従って、大きく広がっ
た光束が透過するフィールドレンズ４３及び視野マスク
４４の開口はそれに応じて大きくせざるえない。このよ
うな状態ではフィールドレンズ４３の端部でのコバ厚を
確保することが難しいだけでな（、大きな開口を有する
視野マスク４４を透過する光が分割されたフィールドレ
ンズ４３の境界部３４に入射して有害なゴーストやフレ
アー光が発生する可能性もある。

一方、次のような問題点も存在する。

第１６図は第１０図のセンサの平面図を示したものであ
り、この図において各センサ列３２−１．　−２゜−３
の間隔は視野の間隔と焦点検出装置の結像倍率によって
決定されるものである。しかしながら、センサ列間の各
領域３５．３６は信号の読み出し回路や蓄積時間の制御
回路、或いはＡ／Ｄ変換回路、演算回路をもオンチップ
で形成することもあり、このような場合には、各センサ
列の間隔はかなり大きくする必要がある。逆に、センサ
列間に設ける回路は必要最小限にとどめ、その他の回路
は外付けとすることでできるだけセンサチップを小さく
することが要求される場合もある。こうしたセンサ独自
の種々の制約に対しては、例えば焦点検出装置の結像倍
率を変えることで、ある程度は対応可能である。しかし
、結像倍率を下げると焦点検出精度が低下し、結像倍率
を上げるとデイフォーカス検出範囲が狭くなるというよ
うに、結像倍率は焦点検出装置の基本性能にかかわるパ
ラメータであるので、センサの条件に合わせて太き（変
化させることはかなり難しいわけである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、複数の測距視野を有する焦点検出装置に於い
て各測距視野に対応するセンサ（画素）列が受ける光量
情報が測距視野の位置にかかわらず同程度の性能を持つ
様にすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

複数の測距視野に対応して並設されたセンサ列と２次結
像光学系として対物レンズと２次結像光学系の間にフィ
ールドレンズ作用を持つ結像レンズを備えた対物レンズ
の焦点調節状態を検出する装置で、対物レンズの予定結
像面とセンサ列との間の光学系はセンサ列のセンサの配
列と平行な面内とこの面に直交する面内において異なる
屈折力を有する様に構成する。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例を示したものである。こ
の図は第１５図と同様、センサ上の点Ｐから逆に追った
光線を示したものである。但し、第１図においては第１
５図中に平凸レンズ（平面と凸球面から成るレンズ）で
示されている２次結像レンズ３０の平面部が図面の平面
内でのみパワーを有するシリンドリカル面３９になって
いる点が異なる。

このような構成において第１図の主光線４０は第１５図
の主光線５０とほぼ同一の光路を進むのに対して、周辺
のいわゆるマージナル光線４１．４２は外側に曲げられ
て、主光線４０との交点がフィールドレンズ４３の表面
とほぼ一致するような光路を進む。第１５図との比較で
明らかなようにフィールドレンズ４３を透過する光束の
巾が・縮小されるため、例えばフィールドレンズ４３の
コバ厚を確保することも容易となる。又、視野マスク４
４の開口巾を狭くすることが可能となり、ゴースト、フ
レアの影響を軽減することができる。第１の実施例にお
いては２次結像レンズとして平凸タイプのレンズを用い
ているため、そこで生ずる収差の性質から、凹のシリン
ドリカルレンズを用いているが、これとは収差の性質が
逆になる２次結像レンズ、即ち瞳の外を透過する光線は
ど主光線との交点が遠くなるような２次結像レンズを用
いている場合は、凸の２シリンドリカルレンズを用いれ
ばよい。

第２図は本発明の第２の実施例の要部を示す斜視図であ
り、２次結像レンズのみを示している。第１１図におけ
る２次結像レンズ３０は平凸レンズで構成されているが
、平面部を同図の面内で傾きをもつ第３図のようなプリ
ズムとすることが焦点検出系の性能を向上させる上で有
効な場合がある。傾斜面の作用は特開昭６２−３２１６
号に説明がなされている。第２図に示す第２の実施例は
、このような２次結像レンズに本発明を適応したもので
、２次結像レンズの入射面側が傾いた２つのシリンドリ
カル面４５゜４６で構成されている。

第４図は本発明の第３の実施例を示す図であり、やはり
２次結像レンズのみを示している。この実施例では基本
となる２次結像レンズが両凸レンズである場合に本発明
を適応したもので、入射面側の凸レンズは上下方向４７
と左右方向４８で異なるパワーをもつ、いわゆるトーリ
ックレンズで構成されている。

以上の実施例では２次結像レンズの入射面をシリンドリ
カルレンズやトーリックレンズとしたものであるが、射
出面を同様の形状にしても本発明の目的は達成できる。

しかし、一般に絞りに近い面をシリンドリカルレンズや
トーリックレンズとした場合の方が主光線の光路に与え
る変化が少ないという性質があるので、条件に応じて適
当な面を選択することが可能である。又、絞りと２次結
像レンズの配置関係や、２次結像レンズの構成１面形状
はそれが適応される焦点検出装置の仕様によって決定さ
れるべきものであり、本発明はそれらに制約されること
なく適応可能である。

第５図は本発明の第４の実施例を示す図である。

本実施例はセンサの直前に凹のシリンドリカルレンズ面
を有する光学部材４９を設けたものである。

この光学部材４９に入射した光束は凹のシリンドリカル
面によって外側に曲げられるため、これを受光するセン
サ列の間隔はシリンドリカルレンズがない場合に比べ広
く設定することが可能となる。逆に光束を内側に偏向さ
せ、センサ列の間隔を狭（するためには曲率半径の大き
い凹か凸のシリンドリカルレンズを用いればよい。

尚、上記実施例で２次結像レンズの代りに２次結像反射
鏡が配されることもある。またフィールドレンズは種々
の変形が可能であり、またフレネル形状の代りに視野マ
スクの各開口ごとにフィールドレンズの部分を設けても
良い。

〔効　果〕

以上で説明したように、焦点検出系の少なくとも一部に
センサ列と平行な方向と垂直な方向でパワーが異なる光
学面や光学部材を設けることにより、焦点検出装置にと
って重要なセンサ列方向の結像性能に影響を与えること
なく、それとは垂直方向の光束の光路を制御することが
でき、焦点検出装置の構成上の制約を軽減することが可
能となる。

また、対物レンズの光軸位置を外れた測距視野であって
も高精度の測定が可能となる効果がある。

あるいは、センサ・チップのデザインに制約が加わるこ
とも軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光学断面図。第２図は第
２実施例の要部斜視図。第３図は第２図の縦断面図。第
４図は第３実施例の要部斜視図。第５図は第４実施例の
光学断面図。第６図は公知例を示す光学断面図。第７図
は先行技術を説明するための斜視図。第８図は第７図構
成の横断面図。第９図は第８図の変形構成を示す横断面
図。第１０図は問題点を説明するための縦断面図で、第
１１図は横断面図。 第１２図は絞りの平面図。第１３図、第１４図は光線の
収束状態を示す図。第１５図は問題点を説明するための
縦断面図。第１６図はセンサの平面図。 図中、２３は予定焦点面、３０は２次結像レンズ、３１
は絞り、３２−１．３２−２．３２−３はセンサ列、３
９はシリンドリカル面、４３はフィールドレンズ、４４
は視野絞りである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズにより形成される像を複数再結像する
   ための２次結像光学系と、２次結像光学系により形成さ
   れる光量分布を受光するためのセンサ列と、対物レンズ
   と２次結像光学系との間にフィールドレンズを有しセン
   サ列の出力から対物レンズの焦点調節状態を検出する装
   置に於いて、センサ列を複数箇並置し、また、対物レン
   ズの予定焦点面とセンサ列との間の光学系はセンサ列の
   センサの配列と平行な面内とこの面に直交する面内にお
   いて異なる屈折力を有する様に構成したことを特徴とす
   る焦点検出装置。
2. （２）前記２次結像光学系は互いに直交な面内で異なる
   屈折力を有する特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装
   置。
3. （３）前記２次結像光学系はシリンドリカル面を含む特
   許請求の範囲第２項記載の焦点検出装置。
4. （４）前記２次結像光学系はトーリツク面を含む特許請
   求の範囲第２項記載の焦点検出装置。
5. （５）前記光学系はセンサ列の直前に、センサ列のセン
   サの配列と平面な面内とこの直交する面内において異な
   る屈折力を付与するための光学部材を有する特許請求の
   範囲第１項記載の焦点検出装置。
6. （６）前記光学部材はシリンドリカル面を有する特許請
   求の範囲第５項記載の焦点検出装置。