JPH04240813A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦点検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】撮影レンズによって形成される像を再結
像光学系により二つに分割して光電変換素子列（受光素
子列）上に再形成し、その二像の位置ずれを検出するこ
とにより合焦検出を行なう焦点検出装置は従来から数多
く提案されている。代表的なものは、図９に示した如く
、撮影レンズ１の予定結像面（予定焦点面，フィルム等
価面）２の近傍に配置されたコンデンサーレンズ３と、
コンデンサーレンズ３の後方に配置された合焦精度を確
保し得る間隔を以って並ぶ一対のセパレータレンズ４と
、セパレータレンズ４から射出した光束の結像位置に配
置された受光素子列５より構成されている。

【０００３】撮影レンズ１の合焦時に予定結像面２上に
物体像Ｉが結像される。この物体像Ｉは、コンデンサー
レンズ３と一対のセパレータレンズ４により撮影レンズ
１の光軸に対して垂直な二次結像面（受光素子列５）上
に再結像されて第１像Ｉ１　と第２像Ｉ２　となる。撮
影レンズ１が前ピンである即ち予定結像面２の前側に物
体像Ｆが形成される場合、その物体像Ｆは互いに撮影レ
ンズ１の光軸に近づいた形で該光軸に対して垂直に再結
像されて第１像Ｆ１　と第２像Ｆ２　となる。又、撮影
レンズ１が後ピンである即ち予定結像面２の後側に物体
像Ｂが形成される場合、その物体像Ｂは互いに撮影レン
ズ１の光軸から離れた形で該光軸に対して垂直に再結像
されて第１像Ｂ１　と第２像Ｂ２　となる。これらの第
１像と第２像は同一方向を向いており、両像の間隔を検
出する事により撮影レンズ１の合焦状態を前ピン量，後
ピン量を含めて検出する事が可能である。具体的には、
この第１像と第２像の受光素子列５上の輝度分布を検出
し、演算処理等を施して両像の間隔を求める。

【０００４】上記のような構成を有する焦点検出装置は
、これまでに数多く提案されており、例えば特開昭５５
−１１８０１９号公報，特開昭５８−１０６５１１号公
報及び特開昭６０−３２０１２号公報に記載のものがあ
る。これらは何れも一列の受光素子列を用いて合焦検出
を行っている。

【０００５】ところで、焦点検出系においては測距範囲
の広さと合焦精度とは通常相反する関係がある。受光素
子列は通常等間隔に各受光素子が配列されており、その
間隔を各々１ピッチすると、合焦精度は通常１ピッチに
対する相対尺度として表される。合焦精度を１ピッチの
Ｍ分の１（Ｍは定数）であるとし、１ピッチ当たりの像
面でのデフォーカス量をαとすると、像面での合焦精度
Δは、 　　　　　　　　Δ＝±（１／Ｍ）・α　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（１）である。

【０００６】ここで、Δが大きいほうが合焦精度が悪く
、Δが小さい程合焦精度は良いと言える。又、受光素子
数をＮ（定数）とすると、像面での測距可能なデフォー
カス範囲Σは、 　　　　　　Σ＝｜±Ｎ／α｜　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（２）である。

【０００７】ここで、αを大きくすると、測距範囲Σは
大きくなるが、合焦精度Δは劣化する。逆に、αを小さ
くすると、合焦精度Δは良くなるが、測距範囲Σは小さ
くなり、これらは両立しない。

【０００８】そこで、測距範囲の拡大と、合焦精度の向
上の両方を同時に満足する焦点検出系が例えば特開昭６
３−２６４７１５号公報で提案されている。図１０に、
この提案の中のＴＴＬ像位相差法による焦点検出系を二
つ併設した光学系を示した。これは、予定結像面２の近
傍に配置されたコンデンサーレンズ３と、コンデンサー
レンズ３の後方に配置されたハーフミラー６と、ハーフ
ミラー６の反射光路上に配置され且つ合焦精度を確保し
得る間隔を以って紙面と垂直な方向に並ぶ一対の開口部
を有する明るさ絞り７と、一対の開口部を有する明るさ
絞り７の各後方に夫々配置され且つ紙面と垂直な方向に
並ぶ一対のセパレータレンズ８と、セパレータレンズ８
から射出した光束の結像位置に配置された受光素子列９
とから成る焦点検出系Ｉと、ハーフミラー６の透過光路
上であってミラー１０の後方に配置され且つ合焦精度を
確保し得る間隔を以って紙面と垂直な方向に並ぶ一対の
開口部を有する明るさ絞り１１と、一対の開口部を有す
る明るさ絞り１１の各後方に夫々配置され且つ紙面と垂
直な方向に並ぶ一対のセパレータレンズ１２と、セパレ
ータレンズ１２から射出した光束の結像位置に配置され
た受光素子列１３とから成る焦点検出系ＩＩとから構成
されている。ここで、受光素子列９，１３上の像位相差
量をＰ、検出する重心光束のＦナンバーをＦＷ　、焦点
検出系の投影倍率をβとすると、検出デフォーカス量Ｄ
はＤ＝ＦＷ　／β）・Ｐとなる。従って、焦点検出系Ｉ
，ＩＩの検出デフォーカス量Ｄ１　，Ｄ２　は次のよう
になる。

【０００９】 　　Ｄ１　＝（ＦＷ１／β１　）・Ｐ１　　　，　　Ｄ
２　＝（ＦＷ２／β２　）・Ｐ２　　　（３）

【００１
０】但し、Ｄ１　は焦点検出系Ｉの検出デフォーカス量
、Ｄ２　は焦点検出系ＩＩの検出デフォーカス量、Ｐ１
　は焦点検出系Ｉの受光素子列９上の像位相差量、Ｐ２
　は焦点検出系ＩＩの受光素子列１３上の像位相差量、
β１　は焦点検出系Ｉの像倍率、β２　は焦点検出系Ｉ
Ｉの像倍率、ＦＷ１は焦点検出系Ｉの検出重心光束のＦ
ナンバー、ＦＷ２は焦点検出系ＩＩの検出重心光束のＦ
ナンバーである。従って、焦点検出系Ｉ，ＩＩのＦＷ１
，β１　，ＦＷ２，β２　を適切に設定することにより
、合焦精度は若干劣るものの測距デフォーカス範囲が広
い焦点検出系Ｉと測距デフォーカス範囲が狭いながらも
合焦精度の優れた焦点検出系ＩＩとから構成された、測
距範囲の拡大と合焦精度の向上の両方を同時に満足する
焦点検出装置を実現することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
の場合、光束がハーフミラーで焦点検出系Ｉ，　　焦点
検出系ＩＩに２分されるので、光量が１／２となる。そ
のため、明るい被写体の場合は問題がないが、暗い被写
体の時測距離精度が劣化したり、又は測距不能となって
しまう。

【００１２】本発明の目的は、測距範囲の拡大と合焦精
度の向上の両方を同時に満足しつつ、暗い被写体の時な
ど必要な時には焦点検出系が一つのものと同等の測距精
度が得られる焦点検出装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の焦点検
出装置は、２つの焦点検出系を備えている。その一方は
、撮影レンズの異なる領域をそれぞれ通過した光束を対
を成す２つのセパレータレンズでそれぞれ受けて２つの
物体像を形成させ、該物体像をそれぞれ光電変換手段で
受けて該物体像の光強度分布を表わす信号を出力させ、
該信号の間の位相差を検出することにより焦点検出を行
う、いわゆる位相検出型のものである。また、他方も、
前記撮影レンズの異なる領域をそれぞれ通過した光束を
対を成す２つのセパレータレンズでそれぞれ受けて２つ
の物体像を形成させ、該物体像をそれぞれ光電変換手段
で受けて該物体像の光強度分布を表わす信号を出力させ
、該信号の間の位相差を検出することにより焦点検出を
行う、いわゆる位相差検出型のものである。ただし、第
１の焦点検出系と第２の焦点検出系とでは、検出重心光
束のＦナンバ及び結像倍率の一方または両方が異なって
いるので、一方は焦点検出の精度は高いが検出可能なデ
フォーカスの範囲が狭く、他方は焦点検出の精度は低い
が検出可能なデフォーカスの範囲は広いという特性を持
っている。そこで、本発明では、光路切換え手段を設け
て第１および第２の焦点検出系に撮影レンズを通過した
光束を選択的に導くようにしたので、各々の焦点検出系
に焦点検出のために使用できる光をすべて導くことがで
き、その結果物体が暗い場合でも焦点検出動作を行わせ
ることが可能となる。

【００１４】ここで検出重心光束とは、セパレータレン
ズで２つの像が形成される場合に各像の強度分布の重心
となる点に入射する光束（通常は撮像レンズによる像の
中心とセパレータレンズの各中心とを結ぶ線に沿って入
射する光束が大体これになる）を意味している。又、検
出重心光束のＦナンバとは、撮影レンズの瞳面において
２つの検出重心光束と接する円を瞳径と考えた時のＦナ
ンバを意味している。

【００１５】

【実施例】以下、図示した実施例に基づき上記従来例と
同一の部材には同一符号を付して本発明を詳細に説明す
る。

【００１６】第一実施例 図１は本発明による焦点検出装置の第一実施例を一眼レ
フカメラボディ内に組込んだ状態を示した断面図、図２
は第一実施例の焦点検出系を二つ併設した光学系を示し
た図である。これは、撮影レンズ１の予定結像面２の近
傍に配置されたコンデンサーレンズ３と、コンデンサー
レンズ３の後方に配置され且つ光路から退避可能なハー
フミラー２８と、ハーフミラー２８の反射光路上に配置
され且つ合焦精度を確保し得る間隔を以て紙面と垂直な
方向に並ぶ一対の開口部を有する明るさ絞り３０と、一
対の開口部を有する明るさ絞り３０の各後方にそれぞれ
配置され且つ紙面と垂直な方向に並ぶ一対のセパレータ
レンズ３２と、セパレータレンズ３２から射出した光束
の結像位置に配置された受光素子列９とから成る焦点検
出系Ｉと、ハーフミラー２８の透過光路上であってミラ
ー２９の後方に配置され且つ合焦精度を確保し得る間隔
を以て紙面と垂直な方向に並ぶ一対の開口部を有する明
るさ絞り３１と、一対の開口部を有する明るさ絞り３１
の各後方にそれぞれ配置され且つ紙面と垂直な方向に並
ぶ一対のセパレータレンズ３３と、セパレータレンズ３
３から射出した光束の結像位置に配置された受光素子列
１３とから成る焦点検出系ＩＩとから構成されている。

【００１７】下記表１，２に第一実施例のレンズデータ
を示す。但し、ｒｉｊは曲率半径、ｄｉｊはレンズ肉厚
又は空気間隔、ｎｉｊはレンズによるｄ線の屈折率、β
１　は焦点検出系Ｉの像倍率、β２　は焦点検出系ＩＩ
の像倍率、ＦＷ１は焦点検出系Ｉの検出重心光束のＦナ
ンバー、ＦＷ２は焦点検出系ＩＩの検出重心光束のＦナ
ンバーである。

【００１８】

【００１９】

【００２０】本実施例によれば、焦点検出系Ｉでは、撮
影レンズ１から射出されて撮影レンズ１の予定結像面２
を透過しコンデンサーレンズ３を経た光束の内ハーフミ
ラー２８で反射した光束が、セパレータレンズ３２を経
て受光素子列９上に一対の２次像Ｉ１１，Ｉ１２として
結像せしめられる。焦点検出系ＩＩでは、撮影レンズ１
から射出されて撮影レンズ１の予定結像面２を透過しコ
ンデンサーレンズ３を経た光束の内ハーフミラー２８で
反射した光束が、セパレータレンズ３３を経て受光素子
列１３上に一対の２次像Ｉ２１，Ｉ２２として結像せし
められる。 被写体が明るい時はハーフミラー２８は光路に挿入され
ており、合焦精度は若干劣るものの測距デフォーカス範
囲が広い焦点検出系Ｉと測距デフォーカス範囲が狭いな
がらも合焦精度の優れた焦点検出系ＩＩの両方が構成さ
れ、あわせて測距範囲の拡大と合焦精度の向上の両方を
同時に満足する焦点検出装置が構成される。測距精度が
劣化する程度被写体が暗くなったときはハーフミラー２
８を光路から退避させ、焦点検出系ＩＩに導かれる光量
を増やして測距精度の劣化を防ぐ。この時、測距デフォ
ーカス範囲が狭い焦点検出系だけになるが、■撮影者が
概略ピントを合わせておくか、■撮影レンズ１のフォー
カス状態を変化させて測距デフォーカス範囲にいれ、そ
の後測距し合焦させるか、■一般に補助光は光量をより
多く得ることのできる赤色か近赤外の波長を用いるため
実際に撮影されフィルムに感光する波長分布と異なり測
距精度が劣化することを考慮し、最初はハーフミラー２
８を光路に挿入し且つ補助光をカメラ側から投射して焦
点検出系Ｉで概略合焦させ、その後ハーフミラー２８を
光路から退避させて焦点検出系ＩＩで精度の高い合焦検
出を行い、この時ハーフミラー２８の特性として近赤外
の波長に対しては反射率を高くすることにより補助光の
光を効率よく焦点検出系Ｉに導けるようにする、の三案
が考えられるが、いずれの場合も暗い被写体に対しても
焦点検出系ＩＩで測距精度の高い焦点検出ができる。

【００２１】更に、図３や図４に示したように素通し部
分３４とハーフミラー部分３５とミラー部分３６とから
なる切替え部材２８′を図２のハーフミラー２８の代わ
りに光路に挿入する様に構成しても良い。このとき焦点
検出系Ｉの検出重心光束のＦナンバーを焦点検出系ＩＩ
の検出重心光束のＦナンバーより暗く設定しておくこと
により、焦点検出系ＩＩの検出重心光束のＦナンバーよ
り暗いＦナンバーの撮影レンズ１を装着した場合、ハー
フミラー部分３５を光路から退避させ、ミラー部分３６
を光路に挿入することにより、焦点検出光束を分離する
ことなく効率的に焦点検出系Ｉに導くことができ、特に
暗い時の測距精度を上げることができる。この時、焦点
検出系ＩＩに比べ測距精度は劣るが、暗いＦナンバーの
撮影レンズ１の場合被写界深度が深いので実質的には大
きな問題はない。

【００２２】第二実施例 図５は第二実施例の焦点検出系を二つ併設した光学系を
示した図である。これは、第一実施例と同様な構成にお
いて、クイックリターンミラー３７を特定の直線偏光成
分を通し且つ残りを反射する偏光ミラーから構成しその
背後に補助ミラー３８を設けると共に、ハーフミラー２
８の代わりに液晶ミラー３９を用いて光路の切換えを行
うようにしたものである。

【００２３】図６は液晶ミラー３９の詳細な構造を示す
断面図である。４０は透明基板、４１は透明基板４０に
接合された液晶セルであって、液晶セル４１は入射光の
振動面を９０゜回転させるのに必要な厚さを持つツイス
トネマチック型の液晶層４２を二つの透明電極４３，４
３で挾み、両透明電極４３，４３をスイッチ４４を介し
て電源４５と接続して成るものである。４６は液晶セル
４１に接合された偏光ミラーであって、これはクイック
リターンミラー３７を通過した直線偏光の振動面と直交
する振動面を持つ光を通し且つ残りを反射するようにな
っている。

【００２４】そして、スイッチ４４がＯＦＦの時は、液
晶セル４１に入射した直線偏光は、ツイスト配列の液晶
層４２により振動面が９０゜回転せしめられるので偏光
ミラー４６を通り出て行く。一方、スイッチ４４がＯＮ
になると、液晶層４２のツイスト配列がとけるので、入
射した直線偏光は振動面の向きが変わらず偏光ミラー４
６により反射される。

【００２５】本実施例は上述の如く構成されているから
、被写体が明るい時スイッチ４４をＯＮにすれば、液晶
ミラー３９が反射状態になるので、コンデンサーレンズ
３に入射した光は全て合焦精度が若干劣るものの測距デ
フォーカス範囲の広い焦点検出系Ｉに入射せしめられ、
広い測距範囲で合焦検出を行うことができる。又、被写
体が暗い時スイッチ４をＯＦＦにすれば、液晶ミラー３
９が透過状態になるので、コンデンサーレンズ３に入射
した光は全て測距デフォーカス範囲が狹いながらも合焦
精度の優れた焦点検出系ＩＩに入射せしめられ、合焦精
度の劣化が防止される。即ち、暗い被写体の時など必要
な時には焦点検出系が一つのものと同等の測距精度が得
られる。

【００２６】第三実施例 図７は第三実施例の焦点検出系を二つ併設した光学系を
示した図である。これは、撮影レンズの予定結像面２の
近傍に配置されたコンデンサーレンズ３と、コンデンサ
ーレンズ３の後方に配置されたミラー１４と、ミラー１
４の後方に入射光軸に対して斜めに配置され且つ印加電
圧のＯＮ，ＯＦＦに応じて入射光の偏向方向を変化させ
る液晶偏向部材１５と、液晶偏向部材１５に接合された
入射面１６ａが光軸に対して斜めであり且つ受光素子側
に二つの射出面１６ｂ，１６ｃが設けられた紙面と垂直
な方向に並ぶ一対のセパレータレンズ１６と、射出面１
６ｂ，１６ｃの各後方に夫々配置され且つ合焦精度を確
保し得る間隔を以って紙面と垂直な方向に並ぶ一対の開
口部を有する明るさ絞り１７，１８と、液晶偏向部材１
５の偏向作用を受けずにセパレータレンズ１６に入射し
て射出面１６ｂから射出する光束が結像する位置に配置
された受光素子列９と、液晶偏向部材１５の偏向作用を
受けてセパレータレンズ１６に入射して射出面１６ｃか
ら射出する光束が結像する位置に配置された受光素子列
１３とから構成されている。

【００２７】液晶偏向部材１５は、図８に示したように
、微小な液晶プリズム２１と適当な透明材料から成るプ
リズム２２を交互に重ね、それらを２組重ねたものを透
明基板２３上に多数並列に配置した構成を有している。 液晶プリズム２１は、液晶層２４を二つの透明電極２５
で挾み、両透明電極２５，２５をスイッチ２６を介して
電源２７と接続して成るものである。そして、液晶層２
４の常光，異常光に対する屈折率を夫々ｎｏ　，ｎｅ　
とし、プリズム２２の屈折率をｎ２２とする時、ｎ２２
＝ｎｏ　，ｎ２２＜ｎｅ　という関係を満足しているも
のとする。

【００２８】液晶層２４に電界を印加しない状態では、
液晶プリズム２１は常光，異常光の何れに対しても等し
い屈折率を有している。この屈折率をｎ２２と等しくし
ておけば、液晶偏向部材１５において全く屈折作用を受
けることなく即ち偏向作用を受けることなく透過する。 一方、液晶層２４に電界を印加すると、液晶分子の配列
が揃い、液晶プリズム２１は常光，異常光に対して異な
る屈折率を示すようになる。ここで、液晶プリズム２１
の透明電極２５の配置及び配向処理により、電界を印加
したときに前側の液晶プリズム２１に対して常光となる
光線が後側の液晶プリズム２１に対しては異常光となる
ように構成しておけば、前側の液晶プリズム２１に対し
て常光となる光成分は前側の液晶プリズム２１において
は屈折を受けないが、後側の液晶プリズム２１に対して
は異常光となるので屈折作用を受けて斜め情報に屈折し
て液晶偏向部材１５を射出する。又、前側の液晶プリズ
ム２１に対して異常光となる光成分は、前側の液晶プリ
ズム２１において斜め上方に屈折された後、後側の液晶
プリズム２１においては屈折を受けないので、結局先の
光成分と同じ方向に屈折して液晶偏向部材１５から射出
する。従って、この液晶偏向部材１５を用いれば、電源
を供給して液晶層２４に電界が印加されると光が受光素
子列１３に到達し、電界がなくなると受光素子列９に到
達するという具合に光路を切り換えることができる。

【００２９】本実施例は上述の如く構成されているから
、被写体が明るい時スイッチ２６をＯＦＦにして液晶層
２４に電界が印加されないようにすれば、液晶偏向部材
１５の偏向作用がなくなるので、コンデンサーレンズ３
に入射した光は全て合焦精度が若干劣るものの測距デフ
ォーカス範囲の広い焦点検出系Ｉに入射せしめられ、広
い測距範囲で合焦検出を行うことができる。又、被写体
が暗い時スイッチ２６をＯＮにして液晶層２４に電界を
印加すれば、液晶偏向部材１５が偏向作用を有するよう
になるので、コンデンサーレンズ３に入射した光は全て
測距デフォーカス範囲が狹いながらも合焦精度の優れた
焦点検出系ＩＩに入射せしめられ、合焦精度の劣化が防
止される。即ち、暗い被写体の時など必要な時には焦点
検出系が一つのものと同等の測距精度が得られる。

【００３０】

【発明の効果】上述の如く、本発明による焦点検出装置
は、測距範囲の拡大と合焦精度の向上の両方を同時に満
足しつつ、暗い被写体の時など必要な時には焦点検出系
が一つのものと同等の測距精度が得られるという実用上
重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による焦点検出装置の第一実施例を一眼
レフカメラボディ内に組み込んだ状態を示した図である
。

【図２】第一実施例の焦点検出系を二つ併設した光学系
を示した図である。

【図３】第一実施例の切替え部材の一例を示した図であ
る。

【図４】第一実施例の切替え部材の他の例を示した図で
ある。

【図５】第二実施例の焦点検出系を二つ併設した光学系
を示した図である。

【図６】第二実施例の液晶ミラーの断面図である。

【図７】第三実施例の焦点検出系を二つ併設した光学系
を示した図である。

【図８】第三実施例の液晶偏向部材の要部断面図である
。

【図９】従来の焦点検出装置の代表的な例を示した図で
ある。

【図１０】従来の焦点検出系を二つ併設した合焦装置の
光学系を示した図である。

【符号の説明】

１　　　　撮影レンズ ２　　　　予定結像面 ３　　　　コンデンサーレンズ ９　　　　受光素子列 １３　　受光素子列 １４，１９　　　　ミラー １５　　　　液晶偏向部材 １６，３２，３３　　　　セパレータレンズ１７，１８
，３０，３１　　　　明るさ絞り２１　　　　液晶プリ
ズム ２２　　　　プリズム ２３，４０　　　　透明基板 ２４，４２　　　　液晶層 ２５，４３　　　　透明電極 ２６，４４　　　　スイッチ ２７，４５　　　　電源 ２８，３５　　　　ハーフミラー ３４　　　　素通し部分 ３６　　　　ミラー部分 ３７　　　　クイックリターンミラー ３８　　　　補助ミラー ３９　　　　液晶ミラー ４１　　　　液晶セル ４６　　　　偏光ミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　撮影レンズの異なる領域をそれぞれ通
   過した光束を対を成す２つのセパレータレンズでそれぞ
   れ受けて２つの物体像を形成させ、該物体像をそれぞれ
   光電変換手段で受けて該物体像の光強度分布を表わす信
   号を出力させ、該信号の間の位相差を検出することによ
   り焦点検出を行なう第１の焦点検出系と、前記撮影レン
   ズの異なる領域をそれぞれ通過した光束を対を成す２つ
   のセパレータレンズでそれぞれ受けて２つの物体像を形
   成させ、該物体像をそれぞれ光電変換手段で受けて該物
   体像の光強度分布を表わす信号を出力させ、該信号の間
   の位相差を検出することにより焦点検出を行う、前記第
   １の焦点検出系とは検出重心光束のＦナンバ及び／又は
   結像倍率が異なる第２の焦点検出系と、前記第１及び第
   ２の焦点検出系に前記撮影レンズを通過した光束を選択
   的に導くように光路を切り換える光路切り換え手段とを
   備えた焦点検出装置。