JPH0320613A - 測距装置 - 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］ この発明は、たとえばオートフォーカス（ＡＦ）カメラ
などに用いられるａＩｒ　矩装置に関する。

〔従来の技術］ 従来より、第１１図に示すような、たとえば結像光学系
１の近傍に光軸に対して偏心した位置に複数の瞳を有す
る瞳マスク２を配置してなる結像系（このような結像系
を特に多重像結像光学系という〉を用いると、フィルム
共役面にあるセンサ３上において、被写体４からの像が
デフォーカス量（レンズの焦点位置からのずれ量）に応
じて２重にずれて結像されることが知られている。また
、このようなデフォーカス量に応じて２像（多重像）Ｉ
ｌ．Ｉ２のずれ量が変化される光学系を用いて像１，，
Ｉ２相互のずれ量を検出し、この像ずれ量からデフォー
カス量を測定する測距装置が提案されている（たとえば
、特願平１−１１６９９２号参照）。

第１２図は、２像の像ずれ量からデフォーカス量を検出
する測距装置に用いられる多重像結像光学系の一例を示
すものである。この光学系は、結像光学系１によりコン
デンサレンズ５の近傍に像を粘像させ、さらにコンデン
サレンズ５を通った像光（光束）を第１，第２のリレー
レンズ６，７によりセンサ３上に再結像させる構或とさ
れている。この場合、第１，第２のリレーレンズ６．７
の相互間に配置された、光学系の瞳上に置かれた瞳マス
ク２により再結像のための光束が２つに分割されるよう
になっている。このため、第１１図に示した多重像結像
光学系の場合と同様に、上記センサ３上にデフォーカス
量に応じた２像が形或される。

しかし、このような構成の光学系を用いた場合、測距装
置として検出できるのは像のずれ量だけであり、ピント
のずれ方向（前ビンか後ビンか）、つまりレンズが黒点
位置からフィルム側にずれているのか、被写体４側にず
れているのかを区別できないものとなっていた。すなわ
ち、この種の光学系では、センサ３がフィルム共役面に
ある。このため、デフォーカス量と２像の像ずれ量とが
、第１３図に示す如く、デフォーカス量−０の付近を基
準とした線対称の関係となっている。したがって、ピン
トのずれ方向までは判別できないものであった。

そこで、センサ３の位置をフィルム共役面からずらすこ
とにより、ピントのずれ方向を判別できるようにするこ
とが考えられる。センサ３の位置をフィルム共役面から
ずらした場合、デフォーカス量と２像の像ずれ量との関
係は、第１４図に示すように、デフォーカス量の負の領
域から正の領域にかけて、デフォーカス量に対応して２
像の像ずれ量が変化されるようになる。したがって、２
像の像ずれ量から前ピンか後ビンか（ピントのずれ方向
）が検出できるものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したように、２像の像ずれ量により被写体までの距
離を測距する従来の装置において、前ビンか後ビンかを
検出できるようにするためにセンサの位置をフィルム共
役面からずらした場合、センサ上でピントが合っている
面とフィルム共役面とが異なっている。このため、全体
的に錯乱円径が大きくなるばかりでなく、一番重要なデ
フォーカス量一〇の付近における錯乱円径の大きな広が
りにより像がぼけてしまい、像を識別し難くなる。

また、像のぼけの増大により、検出できるデフォーカス
量の範囲が一方に片寄るために狭くなる。

さらに、像のぼけを小さくし、デフォーカス検出の範囲
を広げるために瞳の開口を小さくした場合、光量の減少
により、低輝度検出の限界が悪化するなどの欠点があっ
た。

そこで、この発明は、デフォーカス検出の範囲を広くす
ることができるとともに、一番重要なデフォーカス量一
〇の付近における検出精度を向上することが可能な測距
装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明のｉｌｌ距装置
にあっては、被写体距離に応じて相対位置の異なる像を
結像させるとともに、前記像の重なる点と各像のぼけ量
が最小になる点とをずらす光学的オフセット手段を有す
る多−ｍｅ結像光学系と、この多重像結像光学系によっ
て粘像された多重像を光電変換するイメージセンサと、
このイメージセンサの出力にもとづいて前記多重像の相
対位置を演算する演算手段とから構成されている。

［作用］ この発明は、上記した手段により、デフォーカス量と２
像のずれ量との関係を維持したままの状態で、各像の錯
乱円径がデフォーカスｆｆｉ−０の近傍において最小と
されるようになるため、センサの位置をフィルム共役面
からずらしても、各々の像の錯乱内径を小さくでき、ぼ
けのない像の形成が可能となるものである。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明の第１の実施例を概略的に示す多重
像結像光学系の構或図である。すなわち、第１図に示す
如く、結像光学系１、コンデンサレンズ５、第１のリレ
ーレンズ６、瞳マスク（絞り）２、第２のリレーレンズ
７、およびイメージセンサ３が図示しない被写体側より
順に配置されている。

上記瞳マスク２は、結像光学系１の瞳をコンデンサレン
ズ５および第１のリレーレンズ６により再結像した＠像
の近傍に２つの＠（開口部）を有している。それぞれの
瞳には、像のずれ量に関する光学的オフセットを発生さ
せるためのプリズム（光学的オフセット手段）８ａ，８
ｂが装着されている。これにより、各瞳により結像され
るそれぞれの像の重なり合う点と、各像のぼけ量が最小
になる点とがずらせるようになっている。

今、被写体からの光は、結像光学系１によりコンデンサ
レンズ５の近傍に結像される。上記結像光学系１によっ
て結像された像光束は、箇１のリレーレンズ６、瞳マス
ク２、および第２のリレーレンズ７によりセンサ３上に
２つの像として再結像される。このとき、瞳位置にある
瞳マスク２により光束は２つに分けられ、さらにプリズ
ム８ａ８ｂによりそれぞれ角度変化をともなって第２の
リレーレンズ７に入射される。したがって、センサ３に
おける２像は、そのずれ量が変化されている。この結果
、２つの光束が交わるところより離れたところに各光束
による像の一番鮮明になる面ができる。

第２図は、上記した多重像結像光学系によるデフォーカ
ス量と２像の像ずれ量との関係を示すものである。上記
構成の光学系によれば、デフォーカス量の負の領域から
正の領域にかけて、デフォーカス量に対応して２像の像
ずれ量が変化されるようになるとともに、フィルム面の
デフォーカス量一〇の付近において錯乱固の大きさが最
小となっている。

この図からも明らかなように、２像の像ずれ量により被
写体までの距離を側距する装置において、前ピンか後ビ
ンかを区別できるようにするためにセンサの位置をフィ
ルム共役面からずらした場合においても、各々の像の錯
乱円の大きさを小さくでき、鮮鋭な像が作れるようにな
る。また、デフォーカス量と２像のずれ量との関係を維
持したままの状態で、各像の錯乱円の大きさをデフォー
カスｔａ−Ｏの近傍において最小とすることができる。

よって、デフォーカス検出の範囲を広くすることができ
るとともに、一番重要なデフォーカス量−０の付近にお
ける検出精度を向上することが可能となるものである。

また、上記実施例によれば、瞳マスクの瞳開口部にプリ
ズムを入れるだけの簡単な構成により、本発明の目的を
達成し得るものである。

第３図は、この発明にかかる第２の実施例を示すもので
ある。

第２の実施例は、それぞれの瞳に対応する光軸の異なっ
た１組のリレーレンズを用いて、像のずれ量に関する光
学的オフセットを発生するよう、前記多重像結像光学系
を構或した場合を例に示している。すなわち、図示しな
い被写体からの光は、結像光学系１によりコンデンサレ
ンズ５の近傍に結像される。上記結像光学系１によって
結像された像光束は、瞳マスク２により２光束に分割さ
れる。この瞳マスク２によって分割されたそれぞれの瞳
光束は、リレーレンズ９によりセンサ３上に２つの像と
して再結像される。

この場合、上記リレーレンズ９は、光軸の異なる２つの
レンズにより構成されている。したがつて、瞳マスク２
によって分割された２つの瞳光束は、それぞれ少し離れ
たところに再結像される。

このため、センサ３上の像は、ピントのあった状態にお
いても２像として検出されるようになる。

なお、光軸の異りが大きくて実質像の重なり合う部分が
無い場合でも、像間距離を検出可能なことはいうまでも
ない。

上記第２の実施例によれば、部品点数が少なくて済むた
め、安価に本発明の目的を達或し得るものである。

第４図，第５図は、この発明にかかる第３，第４の実施
例を示すものである。これら第３，第４の実施例は、上
記第２の実施例に示した多重像結像光学系を用い、光学
的オフセット手段として像を２回リレーするように構或
した場合を例に示している。

第３の実施例では、第４図に示す如く、リレーレンズ９
ａ，９ｂにより、瞳マスク２によって分割されたそれぞ
れの瞳光束が第２のコンデンサレンズ１０ａ，１０ｂ上
にリレー結像される。この第２のコンデンサレンズ１０
ａ，１０ｂ上にリレー結像された２像は、それぞれリレ
ーレンズ１　１　ａ，　　１　１　ｂによりセンサ３上
に２１象として再々結像されるようになっている。

この場合、上記センサ３は、デフォーカス量一〇のとき
に、瞳マスク２によって分割された２光束が交わる点と
異なる位置に配置されている。

また、上記リレーレンズ１１ａ．ｌｌｂは、そのときの
センサ３上の像が鮮明となるように配置されている。し
たがって、フィルム共役面より少し前に配置されるセン
サ３上には、デフォーカス．＊−０のときでも、鮮明な
２像が形成されるようになる。

第４の実施例では、第５図に示す如く、上記センサ３が
、第３の実施例における２光束が交わる位置に配置され
ている。また、リレーレンズ９ａ，９ｂとコンデンサレ
ンズ１０ａ，１０ｂとは同じ光軸上に、そしてリレーレ
ンズｌｌａ，ｌｌｂはリレーレンズ９ａ，９ｂの光軸と
異ならせて配置されている。したがって、リレーレンズ
９ａ，９ｂとリレーレンズｌｌａ，ｌｌｂとの光軸が異
なる分だけ像の形或位置がずれるため、センサ３上には
、デフォーカス量−０のときでも、鮮明な２像が形或さ
れるようになる。

上記した第３，第４の実施例によっても、第２図に示す
デフォーカス量と２像の像ずれ量との関係が得られるも
のである。

また、第３．第４の実施例によれば、２光束の間隔を瞳
マスク２により分割された２つの瞳光束の間隔よりも広
げることができるばかりか、２回のリレーにより縮小／
拡大の倍率を大きくできる。

さらに、像の移動方向を打ち消すような構成とされてい
るため、温度などの外部からの影響を受け難いという利
点がある。

第６図は、この発明にかかる第５の実施例を概略的に示
すものである。この第５の実施例は、上記した第３，第
４の実施例における多重像結像光学系の一部を、コリメ
ータレンズと光ファイバ束とからなる２組の移送系（光
学的オフセット手段）により構成した場合を例に示して
いる。すなわち、瞳マスク２によって分割されたそれぞ
れの瞳光束は、それぞれに冗なる光軸をもつコリメータ
レンズ１２ａ，１２ｂにより平行光に変換される。これ
らのコリメータレンズ１２ａ．１２ｂによって変換され
た平行光は、光の位相関係を維持したままの状態で移送
できる光ファイバ束１４ａ，１４ｂにそれぞれ入射され
る。上記光ファイバ束１４ａ，１４ｂにそれぞれ入射さ
れた光は、瞳マスク２によって分割されたときとは対称
となる位置に導かれる。そして、コリメータレンズ１３
ａ，１３ｂにより、光の位相関係を維持したままの状態
での出力光がセンサ３上に結像される。

ここで、第７図に示すように、平行に置かれた単モード
光ファイバのような光の位相関係まで伝送することがで
きる光ファイバ１５ａ，１５ｂの両端に略平行光を作る
レンズ１６．１７を置くと、物点Ａから広がって伝わる
光の波は、レンズ１６により平行に伝わる波となり、物
点Ａの位置による位相差をもって２本の光ファイバ１５
ａ，１５ｂに入射される。この光ファイバ１５ａ，１５
ｂでは光の位相関係が保存されるので、光の波はそのま
まの位相差で出射される。光ファイバ１５ａ，１５ｂよ
り出射された光の波は、レンズ１７により曲げられる。

そして、物点Ａと光軸に対して対称位置に集められ、像
点Ｂに結像される。

なお、第８図に示す如く、複数本の光ファイバ１５，・
・・を束ねて用いる場合にも同じことがいえる。また、
ここで用いられているレンズ１６１７は、光ファイバ１
５に対して、なるべくファイバ１５と平行に光を出し入
れするためのものである。

このような性質をもったレンズとファイバ束とを用いる
ことにより、第６図に示す如《、前記瞳マスク２によっ
て分割されたそれぞれの瞳光束は、コリメータレンズ１
２ａ，１２ｂにより平行光に変換された後、光ファイバ
束１４ａ，１４ｂにそれぞれ人射される。そして、上記
光ファイバ東１．４ａ，１４ｂ内を導かれ、コリメータ
レンズ１３ａ，１３ｂによりセンサ３上に像として結像
される。この場合、上記瞳マスク２によって分割された
２つの光束は交差され、分割されたときとは対称の位置
に出力される。このため、２つの光束による２つの像は
重なり合う向きに結像される。

また、光ファイバ束１４ａの入射口と出射口との位置が
、オフセット量に応じてずらして配置されている。これ
により、上述の第１〜第４の実施例と同様に、第２図に
示すような錯乱円の大きさとデフォーカス量、および像
ずれ量の関係が実現される。

この第５の実施例によれば、簡単な構成により本発明の
目的を達戊できるものであり、また比較的、自由な大き
さにオフセット量を設定できるとともに、温度変化によ
る影響を受け難いという利点がある。

さらに、光ファイバ束はある程度まで曲げることが可能
なため、実装上の自由度が向上される。

しかも、上記実施例のような光ファイバ束の用い方の場
合、原理的には、解像度はファイバ束の径によって決定
され、本数により明るさが左右される。したがって、光
ファイバによる欠陥は、主に明るさのみに影響するもの
である。

なお、低輝度時の検出をより向上させるために、光ファ
イバの途中にレーザのような光の位相が保存される光増
幅器を入れ、光増幅を行わせることも可能である。

第９図は、この発明にかかる第６の実施例を示すもので
ある。

第６の実施例では、多重像結像光学系が従来の多重像結
像光学系（第１２図参照）と同様な構成とされていると
ともに、この光学系がたとえば主に球面収差による瞳マ
スク２により分割される瞳光束の交わる点と各瞳光束に
よる像の解像ベスト面とからずれるように構成されてい
る。すなわち、被写体からの光は、結像光学系１により
コンデンサレンズ５の近傍に結像された後、第１のリレ
ーレンズ６、瞳マスク２、および第２のリレーレンズ７
を通ることによって２つの光束に分けられ、センサ３上
に２つの像として再結像される。このとき、上記光学系
には、たとえば第１０図に示すような、主に球面収差に
よる光線の瞳の高さでの結像位置の変化（これを、結像
に関する光学的オフセットという）を持たせている。し
たがって、２つの光束が交わるところより離れたところ
に各光束による像の一番鮮明になる面ができる。この結
果、第２図に示すような錯乱円の大きさとデフォーカス
量、および像ずれ量との関係が実現される。

上記第６の実施例によれば、特に部材を増やすことなく
、簡単な構或により本発明の目的が達成できる。

また、積極的に収差を利用できるため、光学設計が楽に
行えるようになるとともに、小型化、軽量化、および低
コスト化が図れる。

さらに、各像の一番鮮明になる面の位置精度はあまり測
距に影響しないので、簡車に製造できるものである。

上記したように、２つの像のずれ正により測距を行う装
置の、前ビンか後ビンかの区別を可能とするためにセン
サ面をフィルム共役面からずらした場合においても、各
々の像の錯乱円径が小さく、鮮鋭な像が形成されるよう
になるため、検出できるフォーカス範囲を広くでき、一
番重要なデフォーカス量一〇の付近の検出精度を向上す
ることが可能となるものである。

また、瞳マスクにより分割される光束の径を小さくする
ことによって像の鮮鋭度をかせいでいた従来に比して、
錯乱円径を小さくできるので、光束の径を太くして光量
を多くすることにより、より暗いところ、また方式によ
ってはより速い側距が可能となる。

なお、上記実施例においては、２つの像のずれ量により
測距を行う場合を例に説明したが、これに限らず、たと
えば上下方向と左右方向とにずれる４つの像（２組の２
像）などを用いて測距を行うものにも適用できる。

また、２つの光束が交わる点より被写体側にセンサを配
置するものに限らず、フィルム側に配置することも可能
である。この場合、無限遠で像ずれ量が「０」に近づく
ように設計できる。

その他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々
変型実施可能なことは勿論である。

［発明の効果］ 以上、詳述したようにこの発明によれば、像のずれ量に
より測距を行う装置の、前ピンか後ビンかの区別を可能
とするためにセンサ面をフィルム共役面からずらした場
合においても、デフォーカス検出の範囲を広くすること
ができるとともに、一番重要なデフォーカス量一〇の付
近における検出精度を向上することが可能な測距装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す多重像結像光学系の
構成図、第２図はデフォーカス量と２像の像ずれ量との
関係および錯乱円の大きさを説明するために示す図、第
３図はこの発明の第２の実施例を説明するために示す図
、第４図はこの発明の第３の実施例を説明するために示
す図、第５図はこの発明の第４の実施例を説明するため
に示す図、第６図はこの発明の第５の実施例を説明する
ために示す図、第７図は第５の実施例における動作を補
足するために示す図、第８図は移送系の他の構或例を示
す図、第９図はこの発明の第６の実施例を説明するため
に示す図、第１０図は光線の瞳の高さと結像位置との関
係を説明するために示す図であり、第１１図乃至第１４
図はいずれも従来技術とその問題点を示す図である。 １・・・結像光学系、２・・・瞳マスク、３・・・イメ
ージセンサ、４・・・被写体、５，１０ａ，１０ｂ・・
・コンデンサレンズ、６，７，９，９ａ，９ｂ．１１ａ
，ｌｌｂ−リレーレンズ、８ａ，８ｂ−・・プリズム、
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ−：７リメータレンズ
、１４ａ．＋１４ｂ・・・光ファイバ束。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被写体距離に応じて相対位置の異なる像を結像させると
   ともに、前記像の重なる点と各像のぼけ量が最小になる
   点とをずらす光学的オフセット手段を有する多重像結像
   光学系と、 この多重像結像光学系によって結像された多重像を光電
   変換するイメージセンサと、 このイメージセンサの出力にもとづいて前記多重像の相
   対位置を演算する演算手段と を具備したことを特徴とする測距装置。