JPH03172811A - 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、対物レンズを透過した被写体からの光によっ
て焦点検出を行なう焦点検出装置に関し、特に複数方向
の被写体からの光に基づいて焦点検出を行なう焦点検出
装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の焦点検出装置では、撮影レンズにより形
成される一次像の後方に、−次像と略相似な２つの二次
像を再結像させる光学系を配置し、２つの二次像の相対
的な位置のズレ量、即ちデフォーカス量を検知している
。

このような焦点検出光学系は、通常、特定の一方向にの
み再結像した二次像が並ぶように配置されている。しか
し、撮影レンズによる被写体の像は任意の方向に輝度分
布を有しており、焦点検出光学系に適合する方向に輝度
分布を持たない被写体に対しては焦点検出不能となると
いう欠点を有していた。

この欠点を解消するために二次像の相対的な位置のズレ
の方向が異なるように複数の光学系を配置した焦点検出
装置がいくつか提案されいる。例えば、特開昭６２−９
５５１１号公報にあっては、撮影レンズの光軸に対称に
瞳を分割して二次像を形成する焦点検出光学系を、複数
異なる方向に配置した焦点検出装置を実現している。

また、特開昭６３−１１９０６号公報にあっては、撮影
レンズの光軸とは異なる軸に対称に瞳を分割して二次像
を形成する焦点検出光学系を配置することで、複数の方
向及び複数の箇所で焦点検出が可能な焦点検出装置を実
現している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、複数の焦点検出光学系を配置した従来の
焦点検出装置にあっては、一方向に並んだ二次像の相対
的な位置ズレのみを検知して焦点検出を行なう光学系を
、ただ単に異なる方向に複数配置したにとどまっている
。このため、全ての焦点検出光学系に適合する方向に輝
度分布を持たない被写体が存在する確率が低くなる分だ
け、焦点検出不能となる可能性も小さくなる利点は得ら
れるが、新たに付加された焦点検出光学系には、それ以
上の機能を持たせるには至らないばかりか、焦点検出装
置の大型化を招いてしまう問題がある。

一方、二次像の相対的な位置ズレの方向が異なるように
配置された複数の焦点検出光学系を有する焦点検出装置
において、方向の異なる焦点検出光学系に異なる機能を
持たせるものとして特開昭６３−８８５１１号公報があ
る。

これは焦点検出光学系の１つの瞳分割手段によって分割
された撮影レンズ上での各瞳分割領域の重心の光学的間
隔と、焦点検出光学系の別の１つの各瞳分割領域の重心
の光学的間隔とが相違するように焦点検出装置を構成し
、異なる瞳領域を通過して形成される二次像の相対間隔
を変えることによって距離に対する第二次像の相対的な
位置ズレ量（分解能）を大きくするようにしている。

しかし、二次像の相対間隔が異なる焦点検出光学系を有
する焦点検出装置では、二次像の相対的な位置ズレ量を
デフォーカス量に換算する係数が光学系毎に異なり、全
体として演算が複雑になってしまう。更に、対物レンズ
上での各瞳分割領域の重心の光学的間隔が大きい焦点検
出光学系は、開口効率による二次像の光量の不均一、所
謂ケラレが発生し易く、大口径比の撮影レンズにしか対
応できず汎用性に欠けるばかりでなく、瞳分割手段及び
第二次像を形成する再結像レンズの極端な大型化を招い
てしまうという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、二次像の相対的な位置ズレの方向の異なる複数の
焦点検出光学系を配置しても、小型で且つ汎用性の高い
焦点検出装置を提供することを目的する。

［課題を解決するための手段］ まず本発明は、被写体からの光が対物レンズを介して形
成する第一次像の像面近傍あるいはその後方に設けられ
たコンデンサレンズと、該コンデンサレンズの後方に設
けられ対物レンズ上の瞳を分割する瞳分割手段と、該瞳
分割手段の後方に配置され分割された瞳の方向に並び且
つ光軸に対称に設けられて二次像を形成する再結像レン
ズとを備え、二次像の相対的な位置のズレ量を検知して
焦点検出するための焦点検出光学系を有し、この焦点検
出光学系を、二次像の相対的な位置のズレの方向が異な
るように複数設けた焦点検出装置を対象とする。

このような焦点検出装置につき本発明にあっては、焦点
検出光学系の１つに設けた瞳分割手段によって分割され
る対物レンズ上の各瞳分割領域の重心の光学的間隔が、
焦点検出光学系の別の１つの各瞳分割領域の重心の光学
的間隔と略同一で、且つ夫々の光学系の各瞳分割領域を
包括する光軸を中心とする外接円の径が異なるように構
成する。

また、本発明では焦点検出光学系の１つの各瞳分割領域
の重心を結ぶ直線と、焦点検出光学系の別の１つの各瞳
分割領域の重心を結ぶ直線が直交する構成とする。

更に、対物レンズによって形成される第１次像面内にお
いて、夫々の光学系によって被写体の輝度分布を検知し
得る範囲、所謂測距エリアの大きさを相違させる。

［作用］ このような構成を備えた本発明の焦点検出装置によれば
、新たに付加された焦点検出光学系は、既に存在する本
来の焦点検出光学系の瞳分割領域重心の光軸に対する位
置と同じ位置に瞳分割領域の重心をもつことから、各焦
点検出光学系で得られた二次像のズレ量をデフォーカス
量に換算するための係数が同じとなり、また光学系も同
等又はそれ以下で済むた控、複数の焦点検出光学系を二
次像の相対的な位置ずれの方向が異なるように配置して
いても、光学系を小型化できる。

更に、複数の焦点検出光学系における対物レンズ上での
各瞳分割領域を包括する光軸を中心とした外接円の径を
異ならせているため、本来の焦点検出光学系の各瞳分割
領域を包括する外接円の径に対し、例えば新たに付加し
た焦点検出光学系の外接円の径を小さくした場合には、
ケラレによる焦点検出不能の確率を低減することができ
る。即ち、本来の焦点検出光学系ではケラレにより焦点
検出不能となっていたものが、新たいに付加した焦点検
出光学径では正常に焦点検出ができ、口径比の大きい撮
影レンズにしか対応できなかったものが、口径比の小さ
い撮影レンズにも対応できるようになり、汎用性を向上
できる。

［実施例］ 第１図は本発明の本発明の基本的な構成を示した実施例
構成図である。

第１図において、まず焦点検出光学系は、被写体からの
光は撮影レンズ（瞳Ｐを示す）を介して形成する一次像
面Ａの近傍あるいはその後方にコンデンサレンズＢを配
置する。コンデンサーレンズＢに続いては瞳分割手段と
しての絞りＣが設けられる。即ち、絞りＣはコンデンサ
ーレンズを介して、撮影レンズの瞳Ｐと共役あるいはそ
の近傍に在り、光軸Ｘｏ　　（以下「主光軸」という）
に対称で、第一次像面Ａの長辺に対する水平方向及び短
辺に対応する垂直方向の各々に一対の開口部を有する。

絞りＣの後方には再結像レンズＤが配置され、再結像レ
ンズＤは、絞りＣの水平及び垂直方向の各々に形成した
一対の開口部に対応して主光軸Ｘｏと対称に一対の再結
像レンズを水平方向及び垂直方向に配置している。

尚、製造時の調整及びコストの問題を避けるために、主
光軸ＸＯに対称に配置された二対の再結像レンズＤは、
同一部材で一体に構成されることが望ましい。

このような焦点検出光学系の構成により、撮影レンズの
射出瞳Ｐからの光束は一次像面Ａで結像された後にコン
デンサレンズＢを介し絞りＣに与えられ、絞りＣの各々
の開口部を介して撮影レンズの射出瞳Ｐに示すように水
平方向に２つと垂直方向に２つの領域に実質的に分割さ
れ、垂直水平方向で各々一対となる２組の光束は再結像
レンズＤにより像面Ｅで垂直及び水平方向に一対の二次
像を形成する。したがって、二次像面Ｅの水平及び垂直
方向の二次像の並び方向に沿ってライン状のセンサを配
置して、各二次像をセンサで光電変換することにより、
これらの二次像の水平方向及び垂直方向での相対的な位
置のズレ量を検知して最終的にデフォーカス量とする焦
点位置検出を行なうことができる。

次に開口効率による二次像の光量の不均一、所謂ケラレ
の原理を示す第２図及び第３図を参照して発明を具体的
に説明する。

一眼レフカメラの焦点検出装置では、Ｆ５．６程度の開
放Ｆ値をもつ交換レンズに対しても焦点検出光学系にケ
ラレが生じないようにする必要がある。

第２図において、第一次像面Ａ上の測距エリアの最周辺
部ｌに到達する一対の光束Ｑ１１．Ｑ１２は、コンデン
サレンズＢを介して絞りＣと共役の位置Ｐｏで主光軸Ｘ
ｏに対して対称な２つの領域に分割されている。ＰＯは
設計上の仮想射出瞳位置で、−次像面Ａより物体側に１
００ｍｍ前後の位置にある。開放Ｆ値がＦ５．６の撮影
レンズで、この焦点検出光学系にケラレが生じないよう
にするためには、焦点検出のための２つの光束Ｑ１１、
Ｑ１２が、図中にハツチングが施したＦ５゜６の内側と
なるケラしていない範囲Ｐ１内に撮影レンズの実際の射
出瞳がなくてはならない。

このような焦点検出光学系を瞳の分割方向が異なるよう
に複数配置しても、ケラレが発生しないための撮影レン
ズの実際の射出瞳の位置は範囲Ｐ１になくてはならない
ので、焦点検出装置としての汎用性の向上にはつながら
ない。

そこで本発明では、コンデンサレンズＢを介して射出瞳
を水平方向及び垂直方向に分割するための絞りＣを第４
図に示す形状にしている。

即ち、水平方向に瞳を分割する開口（瞳分割領域）ＳＹ
Ｉ、ＳＹ２の中心ＹＣＩ、ＹＣ２と、垂直方向に瞳を分
割する開口ＳＺ１．ＳＺ２の中心ＺＣＩ、ＺＣ２とは主
光軸Ｘｏから等距離にある。

また垂直方向の瞳分割用の開口Ｓｚ１とＳＺ２にを包括
する外接円Ｓｏ’の径Ｒｏ’は、水平方向の瞳分割用の
開口ＳＹ１とＳＹ２を包括する外接円Ｓｏの径Ｒｏより
小さくなっている。

第３図は第２図に対し絞りＣの開口の外周を小さくした
場合であり、第４図に垂直方向の絞りＣの開口に相当す
る。

このように絞りＣの開口の外周が小さくなると、設計上
の仮想瞳位置Ｐｏでも開口に対応する２つの光束の外周
がより小さく制限されるため、測距エリアの最周辺部ｌ
に到達する焦点検出用の破線で示す２つの光束Ｑ２１．
Ｑ２２が図中のハツチングを施したＦ５．６の内側とな
ってケラレを生じない範囲Ｐ２は、第３図の範囲Ｐ１に
比較して広くなり、開放Ｆ値がＦ５．６の撮影レンズの
実際の射出瞳位置の許容範囲が広くなる。

更に、第４図において、水平方向の開口ＳＹＩ。

ＳＹ２の中心ＹＣＩ、ＹＣ２の間隔と、垂直方向の開口
ＳＺＩ、ＳＺ２の中心ＺＣＩ、ＺＣ２（７）間隔が同一
のため、水平方向及び垂直方向での瞳を分割する各領域
の重心の光学的間隔が同一になる。

このため、第２図における水平方向の光束Ｑｌｌと０１
２の重心の開き角と、第３図における垂直方向の光束Ｑ
２１とＱ２２の重心の開き角が同じになり、二次像面Ｅ
での水平方向及び垂直方向の各一対の像の位置ズレ量を
デフォーカス量に換算する係数を同一にすることができ
、焦点検出演算演算の複雑化を回避している。

また、垂直方向の光束Ｑ２１．Ｑ２２は細くなるため、
瞳上での両光束間の焦点検出に関与しない領域が大きく
なり、従来、主光軸Ｘｏの周辺でケラレが発生して焦点
検出装置に適合しにくかったミラーレンズ（レフレック
スレンズ）への対応も可能になるとともに、水平方向の
光束Ｑ１１゜Ｑ１２は従来通りの太さを維持しているの
で、通常の交換レンズにおける焦点検出では二次像面上
での光量が低下せず、低輝度被写体に対する焦点検出能
力の劣化を回避している。

更に本発明では、第５図に示す如く、第一次像面Ａでの
水平方向及び垂直方向の測距エリアの長さを相違するよ
うにしている。つまり、画面の長辺に対応する水平方向
は測距エリアを長く、短辺に対応する垂直方向は測距エ
リアを短くしている。

このように垂直方向の測距エリアを短くすると、第３図
から明らかなように、短い測距エリアの最周辺部ｍに到
達する焦点検出のための２つの光束Ｑ３１．Ｑ３２が、
図中のハツチングを施したＦ５．６の内側となるケラレ
を生じない範囲は、さらに拡がって範囲Ｐ３となる。従
って、開放Ｆ値がＦ５．６の撮影レンズの実際の射出瞳
位置の許容範囲はさらに拡がり、射出瞳位置が一次像面
Ａにかなり近い超広角レンズから、非常に遠い超望遠レ
ンズまでケラレなく焦点検出が可能となる。

また、垂直方向の測距エリアを小さくすることで、再結
像レンズＤの二次像側の面での水平方向の光束と垂直方
向との光束のオーバーラツプを回避して光束の分離がし
易くなるので、２組の再結像レンズＤをより小型に構成
することができる。

このように本発明は、第二次像の相対的な位置ズレの方
向が直交する焦点検出光学系を有する焦点検出装置にお
いて、前述の構成及び形状を満足することにより、汎用
性を著しく向上させ、小型化を図ることができる。

次に本発明の具体的な実施例を第６，７図を参照して説
明する。

第６図は画面の長辺方向、即ち二次像の相対的な位置ズ
レが水平方向の焦点検出光学系を示し、第７図は画面の
短辺方向、即ち二次像の相対的な位置ズレが垂直方向の
焦点検出光学系を示している。

これらの光学系はそれぞれ不図示の撮影レンズにより形
成される一次像面Ａの後方にコンデンサレンズＢを配置
し、コンデンサーレンズＢに関して撮影レンズの瞳と共
役あるいはその近傍に、主光軸ＸＯに対称な一対の開口
部を有する絞りＣを配置し、更に絞りＣの後方に各開口
部に夫々対応するように主光軸Ｘｏに対称に配置された
一対の凸レンズを２組一体に直交配置した再結像レンズ
Ｄを設けている。

そして被写体からの光が不図示の撮影レンズと、図示の
焦点検出光学系を通過することにより像面位置Ｅに垂直
方向及び水平方向の各々に位置ズレをもつ二次像を形成
し、像面位置Ｅ付近にＣＣＤ等のラインセンサを配置し
て二次像を光電変換することにより、それぞれの方向で
の二次像の相対的な位置のズレ量を検知して焦点位置検
出を行なっている。

ここで後に数値を示す第１及び第２実施例はともに、コ
ンデンサレンズＢの二次像側面を非球面形状とし、二次
像が形成されるラインセンサ上に到達する光量分布の安
定化を図っている。

また、一般に測距エリアの拡大を図ると、像面位置Ｅの
ラインセンサ上に結像する２つの二次像の主光軸Ｘｏ側
の端が主光軸ＸＯを越えて互いに重複してしまうため、
測距エリア拡大の効果を充分に得ることができなくなっ
てしまう。

そこで第６図に示す本発明の水平方向の焦点検出光学系
においては、ラインセンサ上で二次像が重複する問題を
回避するために、再結像レンズＤの各光軸Ｙｄｌ、Ｙｄ
２を、絞りＣの各開口の中心軸Ｙｃｌ、Ｙｃ２より主光
軸Ｘｏからより遠い位置になるよう偏心させた構成をと
っている。

また第７図に示す本発明の垂直方向の焦点検出光学系に
おいても、再結像レンズＤの各光軸Ｚｄ１、Ｚｄ２を、
絞りＣの各開口の中心軸Ｚｃｌ。

Ｚｃ２より水平方向の場合と同じ距離だけ主光軸Ｘｏか
らより遠い位置になるよう偏心させた構成をとっている
。

各実施例においては、再結像レンズＤの二次像側の像面
Ｅでの水平方向と垂直方向の光束の分離をより効率的に
行ない、再結像レンズＤをより小型かつ一体に構成する
ために、第６図に示す水平方向の焦点検出光学系の再結
像レンズＤの各レンズ厚ｄ４Ｙより第７図に示す垂直方
向の焦点検出光学系の再結像レンズＤの各レンズ厚ｄ４
１をわずかに小さく構成している。

各実施例におけるレンズデータを下記の表１゜２に掲げ
る。

表１（第１実施例） ｄＯ＝４．１３０ ｄ４Ｙ＝２．　６００ ｄ４ｚ＝２．　５２２ １ｙｃ　　Ｉ＝ｌｚＣＩ＝０．７４０ ｙｄ　　Ｉ＝ｌｚＤ　　Ｉｏ、７９７ Ｒｏ　　＝１．　０８５　　　　　Ｒｏ’＝０．　９９
２２１＝７．　０　　　　　　　　２ｍ＝３．　０第２
面非球面 円錐曲線定数　ＫＢ＝１．２０ 非球面係数　　ａ２＝Ｏ Ｂ４　＝０．２８３９Ｘ１０−３ Ｂ６　＝０．１１８３ｘｌＯ−’ 第５面非球面 円錐曲線定数　ＫＤ　＝−０，３８ 表２（第２実施例） ｌｙｅ　　Ｉ＝ＩｚＣＩ＝０．７４０ Ｉｙｄ　　Ｉ＝ｌｚＤ　　１０．８００Ｒｅ　　＝１．
０８５　　　　　Ｒ（１’＝０．９９２２１＝７．　０
　　　　　　　２ｍ＝３．　０第２面非球面 円錐曲線定数　ＫＢ＝１．２０ 非球面係数　　ａ２＝Ｏ Ｂ４　＝０．３８８７Ｘ１０−３ Ｂ６　＝０．２３８０Ｘ１０−’ ｄＯ＝４．　１３０ ｄ４Ｙ＝１．　７００ ｄ４２＝１．　６１５ この表１，２は、レンズ曲率半径をｒ１面間隔をｄＳｄ
線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄ、アツ
ベ数をｖｄとし、再結像レンズＤのレンズ厚ｄ４（ｄ４
Ｙ、　　ａ４ｚ）以外は、水平方向の光学系と垂直方向
の光学系とはすべて共通として示している。また表中の
＊印は非球面を示し、またコンデンサレンズをＢ１絞り
をＣ１再結像レンズをＤとして示している。

また、コンデンサレンズＢに導入される非球面は、ｒ２
を中心曲率半径、円錐曲線定数をＫＢ。

ｎ次の非球面係数をａｎ、主光軸からの主光軸に直交す
る方向の高さをｈＢとすると、非球面の頂点における接
平面から、この高さｈＢにおける非球面上の位置までの
主光軸Ｘｏに沿った距離をΔＢとして、 ΔＢ　＝　（ＣｈＢ”／　（１−１−ＫＢ　ｈＢ　Ｃ’
））＋ａ２　ｈＢ’＋ａ４　ｈＢ’＋ａ６　ｈＢ’但し
、Ｃ＝　１　／　ｒ　２ で表わしている。

また、−次像面ＡからコンデンサレンズＢの物体側面ｒ
１までの距離をｄｏ、水平方向及び垂直方向の焦点検出
光学系において、主光軸ｘＯから主光軸に直交する方向
に沿った絞りＣの各開口部の中心軸ＹＣＩ、　ＹＣ２及
びＺ　ｃｌ、　　Ｚ　Ｃ２までの距離（絶対値）を１ｙ
ｃｌ及び１ｚｃｌ、各一対の開口部を包括する外接円Ｓ
ｏ及びＳｏ’の半径をＲ。

及びＲｏ’、主光軸Ｘｏから主光軸に直交する方向に沿
った再結像レンズＤの各光軸Ｙｄｌ、　Ｙｄ２及びＺｄ
ｌ、　　Ｚｄ２まテノ距離（絶対値）を１ｙｄｌ及び１
Ｚｄｌ、水平方向の光学系における再結像レンズＤのレ
ンズ厚みをｄ４Ｙ、第一次像面Ａ上の測距エリアの大き
さを２１．垂直方向の光学系における再結像レンズＤの
レンズ厚みをｄ４ｚ、第一次像面Ａ上の測距エリアの大
きさを２ｍとして表わしている。

さらに、第１実施例においては、再結像レンズＤの二次
像側の面に非球面を導入している。この非球面はｒ５を
中心曲率半径、円錐曲線定数をＫＤ、再結像レンズの各
光軸からの各光軸に直交する方向の高さをｈＤとすると
非球面の頂点における接平面から、この高さｈＤにおけ
る非球面の位置まテノ各光軸ＹＤＩ、　ＹＯ２及びＺＤ
Ｉ、　　ｚ０２１；１ｍ沿った距離をｈＤとして、 ΔＤ＝　（Ｃ’ｈＤ”／＋　（１−−ＫＤ　ｈＤ　Ｃ’
　）　）但し、Ｃ−＝　１　／　ｒ　５ で表わしている。

尚、第１及び第２実施例においては、−次像面Ａとコン
デンサレンズＢの間に赤外カットフィルターを配置した
構成にしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、二次像の相対的な
位置ズレの方向が相違する複数の焦点検出光学系を配置
しても小形化でき、更にケラレによる焦点検出不能を回
避して汎用性を高い焦点検出装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を示した実施例構成図； 第２図及び第３図は本発明の水平方向及び垂直方向での
ケラレの発生原理を示す説明図；第４図は本発明におけ
る絞りの形状を示す説明図；第５図は本発明における一
次像面Ａでの測距エリアを示す説明図； 第６図及び第７図は本発明の水平方向及び垂直方向の焦
点検出光学系の具体的構成図である。 Ｃ：絞り（瞳分割手段） Ｄ：再結像レンズ Ｅ：二次像面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体からの光が対物レンズを介して形成する一
   次像の像面近傍あるいはその後方に設けられたコンデン
   サレンズと、該コンデンサレンズの後方に設けられ前記
   対物レンズ上の瞳を分割する瞳分割手段と、該瞳分割手
   段の後方に配置され分割された瞳の方向に並び且つ光軸
   に対称に設けられて二次像を形成する再結像レンズとを
   備え、前記二次像の相対的な位置のズレ量を検出するた
   めの焦点検出光学系を有し、 該焦点検出光学系を前記二次像の相対的な位置のズレの
   方向が異なるように複数設けた焦点検出装置において、 前記焦点検出光学系の１つに設けた前記瞳分割手段によ
   って分割される前記対物レンズ上の各瞳分割領域の重心
   の光学的間隔が、前記焦点検出光学系の別の１つの各瞳
   分割領域の重心の光学的間隔と略同一で、且つ夫々の光
   学系の各瞳分割領域を包括する外接円の径が異なること
   を特徴とする焦点検出装置。
2. （２）前記２つの焦点検出光学系の瞳分割領域の重心を
   結ぶ直線が直交するように配置したことを特徴とする請
   求項１記載の焦点検出装置。
3. （３）前記対物レンズによって形成される第一次像面内
   において、前記焦点検出光学系の１つによって被写体の
   輝度分布を検知し得る測距エリアの光軸に直交する方向
   の大きさが、前記焦点検出光学系の別の１つによる測距
   エリアより大きいことを特徴とする請求項１記載の焦点
   検出装置。