JPH0470615A - 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、特に対物レンズを通過する光束を用いて
予定結像面に形成されている被写体像から更に２つの被
写体像を形成し、これら２つの被写体像の相対的な位置
関係を求めることにより対物レンズの合焦状態を検出す
る焦点検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より対物レンズを通過した光束を利用した受光型の
焦点検出方式に所謂像ずれ方式と呼ばれる方式がある。

この像ずれ方式は例えば特開昭５９−１０７３１１号公
報で提案されているように対物レンズによる被写体像の
形成される予定結像面近傍にフィールドレンズを配置し
、フィールドレンズの後方に多孔のマスクと１つ若しく
は２つの２次レンズとを有する２次光学系を配置し、更
にその後方に複数の受光素子列を有する受光手段とを配
置した構成を採っている。

そしてフィールドレンズと２次光学系とから対物レンズ
の瞳の異なった２つの領域を通過した光束を用いて予定
結像面に形成されている被写体像から更に２つの被写体
像を各々受光素子列面上に形成している。このときの受
光素子列面上に形成される２つの被写体像の相対的な位
置関係は対物レンズの合焦状態により異なってくる。例
えば受光素子列上の素子の並び方向に対物レンズの予定
結像面からの焦点外れ量に応じた横ずれ量となって現わ
れてくる。

対物レンズの合焦状態、即ち焦点外れ量はこのときの２
つの被写体像の相対的な位置関係、即ち横ずれ量を受光
手段により検出することにより行っている。

この像ずれ方式の焦点検出装置は比較的大きな焦点外れ
量が検出出来、又広角撮影から望遠撮影においても比較
的良好な焦点検出が出来る等の特長を有している。

さらに、このような方法による焦点検出結果に対して、
撮影レンズの球面収差を考慮して焦点調節を行う技術が
特開昭５９−２０８５１４　（第１従来例と云う）に開
示されている。

一般に、撮影レンズの最良結像面と、上記のような焦点
検出装置が出力する像面位置とは一致しない。これは撮
影レンズの球面収差に起因するもので、焦点検出に用い
る光束の絞り値と、撮影時の絞り値とが異なる場合、互
いのピント位置には違いが生じる。すなわち、開放絞り
での撮影と絞り込み状態での撮影では、最適となるレン
ズ繰出し位置が異なるのと同由来である。

上記公報においては、焦点検出手段によって得られた焦
点検出情報に撮影レンズ固有の球面収差に基づ（最良像
面位置とフィルム面との誤差を付与し、フィルム面上で
の最良の被写体像が得られるように、合焦制御を行って
いる。

また、特開昭６１−７３１１９　（第２従来例と云う）
においては、測距用光束と撮影光束とを近づけることに
よって、最良像面位置と焦点検出装置による合焦位置と
のくい違いを最小限にし、正確なピント合わせを行う技
術が開示されている。

〔発明が解決しようとしている課題〕

ここで、上記従来例の欠点を説明する。まず−般に撮影
レンズの最良像面位置は被写体の空間周波数によって変
化するものである。したがって、第１の従来例に記され
ているような焦点検出装置と撮影レンズの球面収差に基
づいた−通りの補正方法では必ずしも最適なピント位置
が十分得られるとは言えない。例えば、この方法による
像面補正量が像面上で３０本／　ｍ　ｍの空間周波数に
対して設定されていたとすれば、１０本／　ｍ　ｍの被
写体に対してピントが合うとは限らないわけである。

この背景として、空間周波数と最良像面との関係につい
て説明する。第１７図は像面近くの光線と球面収差を表
す収差図、さらに点像の状態を同時に表した図である（
「現代のカメラとレンズ技術」小倉磐夫著、写真工業出
版社、１６０頁より転記）。

仮に開放絞りがＦＮ［１１，４のレンズとし、最大入射
高を１０等分してＯ〜１０の番号を符しである。この数
値は収差図上の番号と光軸上の番号とに対応し、この位
置は射出瞳上半径り。の部分を通過した光線が光軸を横
切る点である。このような特性の撮影レンズにおいて図
中ａ　−ｈで示した位置に像面を設定した場合、点像は
図のように変化する。なお、点像の強度分布は断面に表
れる光線の密度を積分して得られる。まず、位置ａにお
いては、円板状に広がった光斑の中央にボケた近軸像の
名残りがあるが、はぼ均一な光の広がりとなる。位置す
は近軸像点で、中央に明らかな輝点を生じるが、その周
囲のハロはかなり大きい。位置Ｃの状態を経て、位置ｄ
では最も小さい範囲に光線がまとまり、いわゆる最小錯
乱円を形成する。この最小錯乱円は全体として画像の形
成に寄与し、比較的低周波の画像に対して高いコントラ
ストを与える。位置ｅではハロを除いた輝点のみを考え
たときの錯乱円が最小である。この最小芯と位置ｄの最
小錯乱円とを比べると最小芯の方がかなり小さく、この
位置においては解像限界周波数を意味するいわゆる解像
力が高い数値を示す。しかし周囲に広がるハロのため低
周波の画像では低コントラストとなってしまう。位置ｆ
から位置りは光斑が広がるとともに、中央の輝点も目立
たなくなり、さらには円環状となってしだいに消えて行
く。

以上のような点像の変化からＭ　Ｔ　Ｆ　（Ｍ　ｏ　ｄ
　ｕ　Ｉ　ａ　ｔ　ｉ　ｏ　ｎＴｒａｎｓｆｅｒ　　Ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎ）のデフォーカス特性は画像の空間周波
数によって異なることが理解される。第１８図および第
１９図は空間周波数が５０本／ｍｍと２０本／ｍｍにお
けるＭＴＦを示す例である。

図において横軸は像面位置で、近軸像点を原点にとって
いる。空間周波数５０本では像面位置−〇、１［ｍ　ｍ
　）にピークを持ち、一方２０本／　ｍ　ｍでは−０，
０６［ｍｍ］にピークを持っている。このように空間周
波数に応じて最良像面の位置は異なり、高周波の画像に
対しては最小芯の位置が、また比較的低周波の画像に対
しては最小錯乱円の位置がほぼ対応する。ここで、空間
周波数の高低については、波長と最小錯乱円との比較が
一つの目安である。

第２の従来例は、上記のように空間周波数によって変化
する最良像面の位置を正確に検出するための一つの方策
になり得るもので、焦点検出装置が取り込む光束と撮影
光束とをほぼ等しく設定した構成例の動作が開示されて
いる。例えば、第２０図はこのような方式の焦点検出装
置の例を示すものである。この図において、２０は被写
体面、２１は不図示の一眼レフカメラにおける撮影レン
ズ、２３は撮影レンズ２１の予定結像面（カメラにおけ
る焦点面）２２の近傍に設けられたフィールドレンズ、
２４．２５は撮影レンズ２１の光軸Ｌ１を中心にして対
称に配置され、撮影レンズ２１の射出瞳の異なる領域３
１ａ、３１ｂの夫々を通過する光束に基づいて２つの物
体像を結像させるための２次結像レンズ、２６．２７は
２次結像レンズ２４．２５によって結像された各物体像
を検出するための光電変換素子列で、この素子列２６．
２７は例えばＣＣＤ　（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ　
　Ｄｅｖｉｃｅ　　チャージ　カップルド　デバイス）
等で構成される。２８は２次結像レンズ近傍に設けられ
たマスクで、フィールドレンズ２３はマスク２８の開口
部２８ａ、２８ｂを撮影レンズ２１の異なった射出瞳領
域２１ａ、２１ｂに結像させている。

この例においては撮影レンズの射出瞳の大部分を上記の
領域３１ａ、３１ｂが占めているため、測距のための光
束と絞り開放時の撮影光束とがほぼ等しくなり、被写体
像の空間周波数に応じた最適ピント位置を検出すること
が可能である。次に一般的な収差特性を持つレンズとし
て、第１７図示の撮影レンズを例にとり、この点につい
て詳述する。第２１図は点像と被写体との組合せにより
生ずる被写体像を表し、このうち第２１図（ａ）および
第２１図（ｂ）はそれぞれ第１７図のｅとｄの位置での
点像の強度分布を示している。

第２１図において、１２０．１２３は瞳の全入射高から
の光線による強度分布、１２１．１２４は瞳の光軸より
上の部分を通った光線による強度分布、１２２．１２５
は瞳の光軸より下の部分を通った光線による強度分布で
ある。したがって、例えば強度分布１２１と強度分布１
２２の和は強度分布１２０に外ならない。

このように瞳を分割して像の形成状態を考えれば、像ず
れ方式の焦点検出装置における光電変換素子上の像の動
きを一次結像面上に置き換えたものと等価である。さて
、第２１図（ａ）に示した点像は中央部の強いピークと
その外側に大きく広がったハロより成っている。これを
瞳領域別に考えれば、中央のピークは２つの強度分布１
２３１２２の和として、周辺のハロは片側の瞳のみによ
って形成されていることが理解される。これは点像の芯
の形成に寄与しない光線は第１７図示位置ｅよりもさら
にレンズから遠い位置で光軸と交わることがら、瞳を半
分にしたときのハロは主にピークの片側に現れるためで
ある。これに対し第２１図（ｂ）に示した点像は台形状
の分布であり、しかも瞳領域別に考えると、点像全体が
２つの強度分布１２４．１２５の和であると言える。す
なわち、位置ｅでハロとなっていた光線が光軸付近に集
まり、芯を形成していた光線の一部がハロと反対側に移
動したわけである。一般に、被写体像はこのような点像
強度と、被写体の輝度分布とのコンポルージョンを取る
ことによって得られ、像のコントラストと被写体のコン
トラストの比および被写体と像との位相ずれは被写体の
空間周波数によって異なったものとなる。第２１図（ｅ
）〜第２１図（ｈ）は被写体を第２１図（ｃ）あるいは
第２１図（ｄ）に選んだときの被写体像の様子を表すも
ので、点像の違いにょる像の変化を説明するためのもの
である。破線および実線は分割された瞳領域によるそれ
ぞれの像を示している。

まず、第２１図（ｃ）に示した高周波の被写体について
説明する。被写体の輝度分布１２６は点像の強度分布１
２１および１２２とのコンポルージョンにより被写体像
１２７．１２８として投影される。このとき強度分布１
２１と１２２は尾の引き方が逆方向であって、同形状で
ないにもかかわらず、被写体が高周波である為にその像
はほぼ同位相である。また、先に説明したように、この
点像強度は解像力のピークを与える形状であるために、
高周波被写体の像は比較的高コントラストとなっている
。−方、第２１図（ｂ）に示した点像とのコンポルージ
ョンで得られる被写体像は第２１図（ｇ）に示すように
極めて低コントラストとなり、僅かに偽解像による明暗
が残るのみである。実際このようなコントラストでの焦
点検出は困難となる。

これに対し、第２１図（ｄ）に示した比較的低周波の被
写体１２９は、点像が第２１図（ａ）、第２１図（ｂ）
のどちらであっても焦点検出に十分なコントラストで解
像される。ところが、第２１図（ａ）示の点像の場合に
は、ピークの片側に広がるハロの影響によって、破線と
実線で示した２つの像１３０．１３１は同位相とはなら
ず、ハロのない第２１図（ｂ）示の点像で、第２１図（
ｈ）のようにコントラストが高くなるとともに、同位相
となる。

以上説明した被写体像の変化を焦点検出装置の動作に当
てはめて考えると、焦点検出装置は瞳分割された２像が
一致したときに合焦と判断するとして、第２１図（Ｃ）
に示した被写体では、第２１図（ａ）のピント位置が、
第２１図（ｄ）に示した被写体では第２１図（ｂ）のピ
ント位置が、それぞれ焦点検出装置の出力する合焦位置
である。これはいずれも被写体像のコントラストが最高
となるピント位置に合致している。このように、撮影光
束と測距光束を一致させ、球面収差によるハロまで含め
て被写体像の位相を検出することにより、被写体像の空
間周波数を考慮した撮影レンズの最適ピント位置を知る
ことができるわけである。

なお、ここで測距光束を撮影レンズの絞りが開放状態の
撮影光束にそろえ、絞り開放時に最適ピントを得ている
のは、最も像面深度が浅いときにピント外れが顕著だか
らである。

第２０図に示した装置における焦点検出の動作は次の通
りである。

例えば、撮影レンズ２１が図示左方に繰り出されて所謂
前ピン状態となると、２次結像レンズ２４．２５によっ
て夫々の光電変換素子列２６．２７の受光面に結像され
ていた被写体面位置の物体の像が夫々矢印方向にずれる
ので、この像の相対的なズレに応じた光電変換素子列２
６．２７の出力の変化により、前ピン状態であること及
びその量が検出されることになる。また、後ピン状態の
場合には、夫々の像が前ピン状態の場合と逆方向にずれ
るので、後ピン状態であること及びその量が検出される
。

ところで、上記の焦点検出装置によって検出できるデフ
ォーカスの大きさは、デフォーカスに対する物体の２次
像のズレ量と、この物体像を捉える光電変換素子列の長
さとによって決定される。この焦点検出装置のように、
測距光束を射出瞳いっばいに設定した場合、測距基線長
が長くなるとともに、デフォーカスに対する２次像のズ
レ量も大きくなり、したがって、光電変換素子列はかな
り長いものが必要になる。測距基線長と像ズレ量の関係
は特開昭６３−８８５１１に詳述されている。一般にＣ
ＯＤ等の半導体デバイスはそのチップサイズが大型化す
るに伴って急激に製造歩留りが低下するため、このよう
な大型のセンサーは極めて高価となる欠点がある。また
部品の収納スペースの面からも好ましくないし、再結像
レンズは広い画角をカバーする必要性が生じて、光学設
計的にも困難性が増大する。この結果として、再結像系
の光路長を伸ばすとか、再結像レンズを複数のレンズに
パワーを配分するといった必要性が生じ、いずれの場合
もコスト上、スペース上の悪影響を及ぼすおそれがある
。

〔課題を解決するための手段〕

対物レンズを透過した光束を用いて物体に関する複数の
光量分布を形成する光学手段を前記対物レンズの像空間
に配し、該複数の光量分布の相対的な位置関係により、
前記対物レンズの合焦状態を検出する焦点検出装置にお
いて、前記光学手段は、前記対物レンズの予定結像面近
傍に配設された光拡散手段を通して物体光を受容するよ
うに構成したことにより、対物レンズの射出瞳上におけ
る測距光束の通過領域を大きくとりつつ、対物レンズの
デフォーカスに伴った前記複数の光量分布の相対的位置
変化量を小さくし、この光量分布を捉えるための光電変
換素子の素子副長を短かくするとともに、物体像の空間
周波数に応じた撮影レンズの最良結像位置を検出可能に
したものである。

なお、本発明における拡散板の位置は撮影レンズの予定
結像面上又はその近傍であり、従来より種々の提案が為
されている光学的ローパスフィルターとは作用が異なる
。光学的ローパスフィルターは予定結像面から離すこと
で効果が発揮される。またこの拡散板は対物レンズの焦
点調節状態が変化しても光量分布が相対移動しない程、
強い拡散性を持つものでは勿論ない。

〔実施例〕

第１図〜第４図は本発明による第１の実施例に関するも
のである。第１図において、４０は被写体面、４１は撮
影レンズ、４２は撮影レンズの予定結像面位置付近に連
続した微細な凹凸から成るマット面４２ａを配置した拡
散板、４３はフィールドレンズ、４８は２つの開口部４
８ａ、　４８ｂを有するマスク。４４は撮影レンズの光
軸Ｌ２を中心にして対称配置された２つのレンズ部４４
ａ、４４ｂを有する二次結像レンズである。この二次結
像レンズは、２つのマスク開口４８ａ、４８ｂを通過し
た光束を収斂し、後方に配置された光電変換素子列４６
．４７上に被写体の２次像を形成する。ここで得られた
光電変換出力は、後述するマイクロコンピュータに入力
され、撮影レンズの焦点検出に供される。

上記のフィールドレンズ４３は、拡散板４２に拡散作用
がないと仮定すれば、マスク４８と撮影レンズの射出瞳
とを共役に投影する作用を有し、拡散板の拡散特性と、
このフィールドレンズの集光特性によって撮影レンズの
射出瞳上における測距光束の通過領域が決定されている
。第２図は拡散板４２の拡散特性を示す図で、撮影レン
ズ側から垂直に入射する光線ｌが二次結像レンズ側のマ
ット面４２ａで拡散する様子を示しており、入射角と同
じ角度で射出する直進成分が最も強く、これから離れる
程弱くなる様な特性を付与しているので、撮影レンズ側
から入射した光線はマスク４８上である程度の広がりを
持つことが理解される。したがって、光線逆進の原理よ
りマスク４８上のある点に収束する光束は、拡散がない
状態ならば共役関係の射出瞳上においてもある程度の広
がりを持つことになる。

第３図および第４図はこの説明図で、第３図はマスク４
８の平面図、第４図は撮影レンズの射出瞳上におけるマ
スクの像を示す図である。まず、第３図に示すように、
２つのマスク開口４８ａ、　４８ｂは一つの円を２分割
した形状となっている。フィールドレンズ４３によって
、これらの像が射出瞳上に形成されるが、拡散板４２の
作用により直進成分による像に滲みの生じた像となる。

この状態を簡略的に示したのが第４図で、２つの開口像
のそれぞれを右斜めの斜線と左斜めの斜線によって表し
ている。これらの像は一部が重なり合い、全体としては
射出瞳の内側いっばいに広がった形状となっている。こ
の結果、マスク開口像の重心間隔を比較的小さくしたま
ま、射出瞳の広い領域から測距用光束を取り込むことが
可能である。

次に、以上の構成による焦点検出装置の測距原理につい
て説明する。第５図（ａ）、第５図（ｂ）はこのための
説明図で、撮影レンズ４１からマスク４８までの詳細を
示している。拡散板４２のマット面４２ａにおける光の
拡散は厳密には波動光学的な解析が必要であるが、ここ
ではその近似として幾可光学的な説明を加える。まず、
第５図（ａ）において、マスク開口４８ａ、　４８ｂ内
の点Ｇ、Ｈと拡散板４２の光軸上の点Ｅとを通る２本の
光線Ａ、Ｂを考える。

フィールドレンズは薄肉でマット面４２ａに隣接してい
るとして、点Ｅからマスク開口上の点Ｇ、Ｈを見込む角
はθ１である。マット面４２ａは連続した微細な凹凸の
集合体であり、点Ｅにおける曲面の接平面が図中Ｐ１で
示した面であるとすれば、光線Ａ、Ｂはここで屈折し光
線Ａ′、Ｂ′　　となる。同様に第５図（ｂ）において
、点Ｅからご（僅か離れたマット面４２ａ上の点Ｆを設
定し、点Ｆにおける接平面を面Ｐ２とすれば、光線Ｃ，
Ｄはここで屈折し光線Ｃ′、Ｄ′　　となる。拡散板４
２の厚みを無視し、第５図（ａ）、（ｂ）にて示した射
出瞳上の到達点１１Ｊおよびに、Ｍをそれぞれ点Ｒ１点
Ｆから見込む角をθ、′、θ２　とすれば、点Ｅと点Ｆ
は極めて近距離であるため、θ、と接平面の傾きがとも
に小さい範囲で θ１　＃θ２ である。すなわち、これは光軸Ｌ２がマット面４２ａに
交わる点から２つのマスク開口を見込む角が小さい範囲
においては、ある範囲に屈折した光線について、測距基
線長は同一であることを意味している。さらに、点Ｅの
近傍には様々な方向の接平面が存在し、それらの総合的
な挙動として第２図に示した拡散特性が得られると幾何
光学的には考えられるわけであり、これらの接平面−つ
一つに第５図（ａ）、（ｂ）で説明したことを当てはめ
ることができる。また第５図（ａ）、（ｂ）においては
光軸上の測距点について作図しであるが、光軸外の点に
ついても同様に考えればよい。したがって焦点検出装置
の測距基線長はマスク４８の開口間隔で決定され、拡散
板の特性には影響されないことが理解される。

本焦点検出装置はこのような性質を利用して、測距基線
長を必要以上に大きくすることな（、明るいＦナンバー
の測距光束を取り込むように構成し、被写体像の空間周
波数に応じて最適なピント位置を検出可能にしたもので
ある。

さて、測距基線長の違いによって像ずれ量は変化するこ
とを先に述べたが、ここでは図を用いて詳細な説明を加
える。第６図（ａ）は第１図に示した本実施による焦点
検出装置の詳細図、第６図（ｂ）は第２０図に示した従
来の焦点検出装置の詳細図である。図示されている光線
は光軸Ｌ１、Ｒ２上の測距点を通る再結像系の主光線で
、いずれのレンズも薄肉とした場合の光路である。

まず、点Ｎに被写体が結像している場合、第６図（ａ）
においては光電変換素子列上のＲ１およびＲ２に、第６
図（ｂ）においてはＴＩおよびＴ２に被写体の２次像が
投影される。次に、被写体距離が変化するか撮影レンズ
が繰り込まれて結像位置が点Ｑに移ったとき、２次像の
投影位置は第６図（ａ）では点Ｓｌ、点Ｓ２に移動し、
第６図（ｂ）では点Ｕｌ。

点Ｕ２に移動する。このようなデフォーカスに伴う像ず
れ動作を両者で比較すると、２つのマスク開口を見込む
角がより大きい第６図（ｂ）の方が、像の移動量も太き
（なっていることが解る。したがって同一のデフォーカ
ス量を検出するためには、第６図（ｂ）の方がより長い
光電変換画素列を必要とすることになる。これはコスト
上、また部品収納のスペース上あるいは光学設計上好ま
しくないことは前述の通りである。

第７図は本発明に関わる自動焦点装置をカメラに応用し
た場合の回路図である。

図においてＰＨ１はカメラの制御装置で、例えば内部に
ＣＰＵ　（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ。

Ａ／Ｄ変換機能を有する１チツプ・マイクロコンピュー
タである。コンピュータＰＲ３はＲＯＭに格納されたカ
メラのシーケンス・プログラムに従って、自動露出制御
機能、自動焦点検出機能、フィルムの巻き上げ等のカメ
ラの一連の動作を行う。そのために、ＰＨ１は同期式通
信用信号Ｓｏ、Ｓｔ、５ＣＬＫ。

通信選択信号ＣＬＣＭＳＣ８ＤＲ，ＣＤＤＲを用いて、
カメラ本体内の周辺回路およびレンズと通信して、各々
の回路やレンズの動作を制御する。

ＳＯはコンピュータＰＲＳから出力されるデータ信号、
ＳＩはコンピュータＰＲ５へ入力されるデータ信号、５
ＣＬＫは信号５Ｏ１ＳＩの同期クロックである。

ＬＣＭはレンズ通信バッファ回路であり、カメラが動作
中のときにはレンズ用電源端子に電力を供給すると共に
、コンピュータＰＲ８からの選択信号ＣＬＣＭが高電位
レベル（以下“Ｈ”と略記する）のときにはカメラとレ
ンズ間通信バッファとなる。

即ち、コンピュータＰＲ３がＣＬＣＭを“Ｈ”にして、
５ＣＬＫに同期して所定のデータをＳＯから送出すると
、ＬＣＭはカメラ・レンズ間接点を介して、５ＣＬＫ、
Ｓｏの各々のバッファ信号ＬＣＫ１ＤＣＬをレンズへ出
力する。それと同時にレンズからの信号ＤＣＬのバッフ
ァ信号をＳＩとして出力し、コンピュータＰＲＳは５Ｃ
ＬＫに同期して上記Ｓｌをレンズからのデータとして入
力する。

ＳＤＲはＣＯＤ等から構成される焦点検出用のラインセ
ンサ装置ＳＮＳの駆動回路であり、信号Ｃ３ＤＲが“Ｈ
”のとき選択されて、５Ｏ１ＳＩ、５ＣＬＫを用いてＰ
ＲＳから制御される。

信号ＣＫはＣＣＤ駆動用クロックφ１、φ２を生成する
ためのクロックであり、信号ＩＮＴＥＮＤは蓄積動作が
終了したことをコンピュータＰＲ３へ知らせる信号であ
る。

センサ装置ＳＮＳの出力信号Ｏ８はクロックφ１、φ２
に同期した時系列の像信号であり、駆動回路ＳＤＲ内の
増幅回路で増幅された後、ＡＯ８としてコンピュータＰ
ＲＳに出力される。コンピュータＰＲ３はＡＯ３をアナ
ログ入力端子から入力し、ＣＫに同期して、内部のＡ／
Ｄ変換機能でＡ／Ｄ変換後、ＲＡＭの所定のアドレスに
順次格納する。

同じくセンサ装置ＳＮＳの出力信号である５ＡＧＣは、
センサ装置ＳＮＳ内のＡＧＣ（自動利得制御／Ａｕｔｏ
　　Ｇａ１ｎ　　Ｃｏｎｔｒｏｌ）用センサの出力であ
り、駆動回路ＳＤＲに入力されてセンサ装置ＳＮＳでの
像信号蓄積制御に用いられる。

ＳＰＣは撮影レンズを介した被写体からの光を受光する
露出制御用の測光センサであり、その出力５ｓｐｃはコ
ンピュータＰＲ３のアナログ入力端子に入力され、Ａ／
Ｄ変換後、所定のプログラムに従って自動露出制御（Ａ
Ｅ）に用いられる。

ＤＤＲはスイッチ検知および表示用回路であり、信号Ｃ
ＤＤＲが“Ｈ″のとき選択されて、Ｓｏ、５１１ＳＣＬ
Ｋを用いてコンピュータＰＲ３から制御される。

即ち、コンピュータＰＲ５から送られてくるデータに基
づいてカメラの表示部材ＤＳＰの表示を切り替えたり、
カメラの各種操作部材のオン・オフ状態を通信によって
コンピュータＰＲ３へ報知する。

スイッチＳＷＩ、ＳＷ２は不図示のレリーズボタンに連
動したスイッチで、レリーズボタンの第１段階の押下に
よりＳＷＩがオンし、引き続いて第２段階までの押下で
ＳＷ２がオンする。コンピュータＰＲ５は後述するよう
に、ＳＷＩオンで測光、自動焦点調節動作を行い、ＳＷ
２オンをトリガとして露出制御とフィルムの巻き上げを
行う。尚、ＳＷ２はマイクロコンピュータＰＲ５の「割
込み入力端子」に接続され、ＳＷＩオン時のプログラム
実行中でもＳＷ２オンによって割込みがかかり、直ちに
所定の割込みプログラムへ移行することが出来る。

ＭＴＲＩはフィルム給送用、ＭＴＲ２はミラーアップ・
ダウンおよびシャッタばねチャージ用のモータであり、
各々の駆動回路ＭＤＲＩ、ＭＤＲ２により正転・逆転の
制御が行われる。コンピュータＰＲ５から駆動回路ＭＤ
ＲＩ、ＭＤＲ２に入力されている信号ＭＩＦ、ＭＩＲ，
Ｍ２ＦＳＭ２Ｒはモータ制御用の信号である。

ＭＧＩＳＭＧ２は各々シャッタ先幕、後幕走行開始用マ
グネットで、信号ＳＭＧＩ、５ＭＧ２、増幅トランジス
タＴＲＩ、ＴＲ２で通電され、ＰＲＳによりシャッタ制
御が行われる。

尚、スイッチ検知および表示用回路ＤＤＲ，モータ駆動
回路ＭＤＲＩ、ＭＤＲ２、シャッタ制御は本発明と直接
間わりがないので、詳しい説明は省略する。

レンズ内制御回路ＬＰＲ３にＬＣＫに同期して入力され
る信号ＤＣＬは、カメラからレンズＦＬＮＳに対する命
令のデータであり、命令に対するレンズの動作が予め決
められている。

制御回路ＬＰＲ５は、所定の手続きに従ってその命令を
解析し、焦点調節や絞り制御の動作や、出力ＤＣＬから
のレンズの各種パラメータ（開放Ｆナンバー、焦点距離
、デフォーカス量対繰り出し量の係数等）の出力を行う
。

実施例では、ズームレンズの例を示しており、カメラか
ら焦点調節の命令が送られた場合には、同時に送られて
くる駆動量・方向に従って、焦点調節用モータＬＭＴＲ
を信号ＬＭＦ、ＬＭＲによって駆動して、光学系を光軸
方向移動させて焦点調節を行う。光学系の移動量はエン
コーダ回路ＥＮＣＦのパルス信号５ＥＮＣＦでモニター
して、ＬＰＲ５内のカウンタで計数しており、所定の移
動が完了した時点で、ＬＰＲ３自身が信号ＬＭＦ、ＬＭ
Ｒを“Ｌ”にしてモータＬＭＴＲを制動する。

このため、−旦カメラから焦点調節の命令が送られた後
は、カメラ内の制御装置ＰＲ５はレンズ駆動が終了する
まで、レンズ駆動に関して全く関与する必要がない。

又、カメラから絞り制御の命令が送られた場合には、同
時に送られてくる絞り段数に従って、絞り駆動用として
は公知のステッピング・モータＤＭＴＲを駆動する。尚
、ステッピング・モータはオーブン制御が可能なため、
動作をモニターするためのエンコーダを必要としない。

ＥＮＣＺはズーム光学系に付随したエンコーダ回路であ
り、レンズ内制御回路ＬＰＲ５はエンコーダ回路ＥＮＣ
Ｚからの信号５ＥＮＣＺを入力してズーム位置を検出す
る。レンズ内制御回路ＬＰＲ５内には各ズーム位置にお
けるレンズパラメータが格納されており、カメラ側のコ
ンピュータＰＲ３から要求があった場合には、現在のズ
ーム位置に対応したパラメータをカメラへ送出する。

第８図にセンサ列４６．４７上に形成された２像の光電
変換出力の例を示す。ＳＡＡの出力をＡ　（ｉ）、ＳＡ
Ｂの出力をＢ　（ｉ）とする。尚、この例ではセンサの
画素数を４０画素（ｉ　＝　Ｏｌ・・・、３９）として
いる。

像信号Ａ　（ｉ）、Ｂ　（ｉ）から像ずれ量ＰＲを検出
する信号処理方法としては特開昭５８−１４２３０６号
公報、特開昭５９−１０７３１３号公報、特開昭６０１
０１５１３号公報、あるいは特願昭６１−１６０８２４
号公報などに開示されている。

第９図は本発明による第２の実施例を示し、焦点検出装
置の断面図である。図において、第１実施例と同一の要
素には同一の記号を符している。図中６２はフィールド
レンズ、６４は微小正レンズ列、６１は各レンズ毎に対
の画素６１ａ、６１ｂ等を有する光電変換素子である。

撮影レンズ４１を透過した被写体光は、まずフィールド
レンズ６２に入射し、次に、背後に置かれた拡散板４２
ａに入射する。拡散板４２のマット面４２ａは第１実施
例と同様に、撮影レンズ４１の予定結像面近傍に設定さ
れており・撮影レンズ４１の合焦時にはここに被写体像
が形成される。

マット面４２ａは第２図に示した拡散特性を有し、ここ
を透過した光は微小レンズ列６４に入射する。この微小
レンズ列６４はフィールドレンズ６２とともに、微小レ
ンズ−つ一つの後方に置かれた画素対と撮影レンズの射
出瞳上の同一位置に投影する作用を有している。第１Ｏ
図、第１１図は微小レンズ列および光電変換素子の平面
図で、十が光軸を示す。例えば画素６１ａ、６１ｂを逆
投影するとその像が微小レンズ６４ａ１拡散板４２、フ
ィールドレンズ６２を通して射出瞳上に形成されるわけ
であり、第１実施例と同様にマット面４２ａの作用で滲
んだ像となる。また、他の画素対についても、その像は
画素６１ａ、６１ｂの像に重なって投影され、各画素対
のうち、右側の画素に入射する光束が通過する射出瞳領
域、左側の画素に入射する光束が通過する射出瞳領域が
それぞれ形成される。したがって、各画素対のうち片側
だけの出力を取り出せば、微小レンズ列の各レンズ部を
像のサンプリング開口とし、撮影レンズの特定領域を通
過した光束による像出力が得られる。この２つの像信号
の相対的位置関係を検出すれば、撮影レンズの焦点位置
を知ることができる。

ところで、以上のような構成の焦点検出装置で、測距基
線長を決定する要素は、第１１図に示した画素対の画素
重心間隔Ｖである。この焦点検出装置では拡散板を通過
した光を受光しているために、画素重心間隔Ｖを小さく
設定した状態で、射出瞳上の広い領域を通った光束を測
距に用いることができる。したがって、画像の空間周波
数に適したピント位置を検出可能となり、しかもデフォ
ーカスに伴う像ずれ量が小さいために光電変換素子列を
長く設定する必要がな（なっている。

上述の第１実施例および第２実施例では、連続した微細
な凹凸よりなるマット面を用いて、測距光束を拡散させ
る例を示したが、光拡散手段として位相型拡散板を用い
てもよい。位相型拡散板とは、光学的に透明な基板面上
に微細な凸部や凹部より成る所定形状のパターンを多数
個形成し、通過光束に面積的に位相差を与えて所望の拡
散特性を持たせたものである。

特に光学的に透明な基板面上に、該基板と同じ材質の凸
部又は／及び凹部より成る所定形状の微小パターンを複
数個その位置と大きさを不規則に配置した単位パターン
領域を複数個規則的に配置することにより、光の回折の
影響による色ずれや、零次から高次へ回折光強度が離散
的に強いピークを持つことを防ぐことができる。

第１２図は位相型拡散板の単位パターン領域１００内の
平面図である。

本発明に係る位相型焦点板は第１２図に示すように四角
形の単位パターン領域１００を複数個規則的に配置する
ことにより構成されている。

第１２図において７１は光学的に透明な基板、７２は凸
部又は凹部より成る円形状の微細パターンであり、基板
７１と同一の材質より成っている。

本実施例では同図に示すように凸部又は凹部より成る円
形状の微細パターン７２を基板７１面上に複数個不規則
に形成し、単位パターン領域１００を構成している。

そして凸部を通過する光束と通過しない光束に対して所
定の位相差を与え、即ち、面積的に所定の位相差を与え
て光散乱を起こさせ、これにより所望の拡散特性を有し
た位相型拡散板を得ている。

具体的には単位構造の大きさが１００μｍ　Ｘ　１００
μｍの四角形でその内部に含まれる微小パターンの円形
があるとすると、該円形の半径ｒが１μｍ程度のもので
２０００個程度１ｒが８μｍ程度のもので２０個程度必
要とするのが好ましい。

第１２図に示す実施例では四角形の単位パターン領域に
位置及び大きさ（半径）が不規則な円形の複数の微小パ
ターンを設けている。

尚、本実施例において微細パターンの形状は円形に限ら
ず四角形、三角形、楕円等どのような形状であっても良
い。なお、実施例における単位パターン領域に含まれる
円形の微小パターンの最大のものは直径１４μｍで、所
望の波長λ＝５５０ｎｍ。

該位相型焦点板をアクリル（Ｎ＝１．４９）で作製した
場合、前記円形の微小パターンの高さΔをとしている。

第１３図は位相型拡散板の拡散特性分布の一例で縦軸は
全射出光量を１００％としたときの光強度、横軸は拡散
角である。０°　に強いピークを持つ。このような拡散
板は拡散性の制御が容易であるとともに、成形に用いる
金型の製造も比較的簡単であるという利点を有している
。

第１４図は上述した焦点検出装置の一眼レフカメラに組
込んだ例で、焦点検出装置の拡散板でピント板を兼用し
たものである。図において、８０は一眼レフカメラ本体
、８２は撮影レンズ８１をその光軸方向に移動可能に保
持するレンズ鏡筒、８３は可動ミラーである。可動ミラ
ー８３は被写体像の観察時には下降状態にあって、撮影
レンズからの光束を上方に偏向し、ファインダー・焦点
検出系へと導き、また写真フィルム９２の露光開始直前
にはね上げられ、露光終了とともに図の状態に戻される
。

上記のファインダー・焦点検出系は次の要素で構成され
ている。図中８４は被写体像が視認できる状態で形成さ
れるとともに、測距光束を拡散するためのピント板で、
８５はコンデンサーレンズ、８６はペンタプリズム、８
７は焦点検出系への光束を分割する光分割器、８８は接
眼レンズである。ピント板８４の光入射面には測距光束
をマット面８４ｃに対して垂直に近い角度で入射させる
ための球面部８４ａが形成され、測距視野外となる周辺
部にはフレネルレンズが形成されている。また、マット
面８４ｃは球面部８４ａによる予定結像面の曲がりを補
正するために、球面部８４ａに対応した部分は僅かな凹
面である。このマット面８４ｃで拡散した光線はその後
方に配設されたコンデンサーレンズによって接眼レンズ
８８方向に指向され、観察者眼に到達する。

光分割器のハーフミラ−８７ａで上方に反射した光束は
焦点検出に用いられる。図において、８９は２つ（Ｄ開
口８９ａ、　８９ｂを有するマスク、９０はマスクの開
口に対応した２つのレンズ部９０ａ、９０ｂより成る２
次結像レンズ、９１ａ、９１ｂは多数の画素より成る光
電変換素子列である。ピント板の球面部８４ａとコンデ
ンサーレンズ８５はマスク８９を撮影レンズ８１の射出
瞳上に投影し、２次結像レンズ９０はピント板のマット
面８４ｃを光電変換素子列上に投影している。このとき
マット面８４ｃの拡散作用によってマスクの投影像が滲
んで広がりを持った状態となっていることは、前記の実
施例と同様である。また、被写体の２次像が投影される
光電変換素子列は光学的に第１４図の紙面に垂直方向に
レイアウトの自由度があり、例えば３対の素子列を設け
れば、３ラインの篩別の測距視野として動作させること
ができる。第１５図はこのような光電変換素子を示す平
面図である。図において９２はセンサーチップ９１ａ、
　９１ｂは第１４図にも表わされている光電変換素子列
９１ｃ、９１ｄおよび９１ｅ、　９１ｆは第１４図紙面
手前と奥にそれぞれ位置する光電変換素子列である。第
１６図はこの光電変換素子を用いることによって焦点検
出が可能になる領域を示すもので、ピント板８４上に形
成される光電変換素子列の逆投影像すなわち測距視野を
描いている。図中、９３．９４．９５が測距視野で、測
距視野９３は素子列９１ａ、９１ｂの逆投影像であり、
同様に測距視野９４には素子列９１ｃ、９１ｄが、測距
視野９５には素子列９１ｅ、９１ｆがそれぞれ対応して
いる。なお前述した通り、このピント板はフレネルレン
ズ部を持つので、これらの測距視野はフレネルレンズ８
４ｂの内側に設けられた球面部８４ａ上に位置し、隣接
フレネルの段差部分が焦点検出に悪影響を与えることが
ないように配慮されている。

以上のような構成によれば、焦点検出装置を一眼レフカ
メラのファインダー系に配置してもピント板の測距視野
位置に拡散性があるため、被写体像の合焦状態を視認す
ることが可能である。さらには従来−船釣であったサブ
ミラーを用いてミラーボックス底部の焦点検出装置に測
距光束を導く構成とは異ってサブミラーの寸法による受
光光束の制約が無いために、測距視野をファインダー視
野の広範囲に拡大することが可能になっている。特に上
記の従来方式では不可能である測距視野の垂直、殊に下
方向への拡大が第１６図のような形で実現できることは
撮影の自由度を増す意味で極めて大きな効果である。

尚、上述の例では拡散板は透過型であるが、反射面に所
定の拡散構造を付与しても良い。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、 ■）物体像の空間周波数に応じた撮影レンズの最良結像
位置が検出可能となり、しかも、光電変換素子列上を長
くすることなく、大デフォーカスの検出が可能である。

２）−眼レフカメラのピント板と焦点検出装置の拡散板
を兼用すれば、サブミラーおよびその駆動機構を必要と
せずに、焦点検出装置を配設することが可能である。さ
らにはピント板上の測距視野位置にも光拡散性があるた
め、被写体像の視認性を損なうことがない。

３）また、サブミラーによる受光光束の制約が無いため
、測距視野をファインダー視野の下方向にも拡大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る焦点検出装置の断面図。 第２図は第１図木魚点検出装置に用いられる拡散板の拡
散特性を表す説明図、で 第３図はマスクの平面図。 第４図は撮影レンズの射出瞳上におけるマスク像の状態
を表す説明図。 第５図は焦点検出装置の測距基線長を説明するための図
。 第６図は測距基線長と像ずれ量との関係を示す説明図。 第７図は実施例の焦点検出装置をカメラに用いた場合の
回路図。 第８図は光電変換素子による像信号の一例を示す図。 第９図は焦点検出装置の第２の実施例を示す断面図。 第１０図は第９図木魚点検出装置に用いられる微小レン
ズ列の平面図、で 第１１図は光電変換素子の平面図。 第１２図は焦点検出装置の第３の実施例を示す拡散板の
平面図。 第１３図は第１２図示拡散板の拡散特性を示す図。 第１４図は一眼レフカメラのピント板を焦点検出装置の
拡散板と兼用した状態を表す一眼レフカメラの断面図。 第１５図は第１４図木魚点検出装置で用いられる光電変
換素子の平面図、で 第１６図はピント板上における測距視野を示すための説
明図。 第１７図は撮影レンズの球面収差と点像の状態を説明す
るための図。 第１８図および第１９図はＭＴＦのデフォーカス特性を
示す図。 第２０図は従来の焦点検出装置の断面図。 第２１図は点像の強度分布および被写体の空間周波数に
よる像の違いを示す説明図。 図中４０は被写体面、４１は拡散板、４４は二次結像レ
ンズ、４６と４７は光電変換素子列、４８は絞りマスク
、６４は微小レンズ列、６１は多数の画素対を持つ光電
変換素子、８１は撮影レンズ、８３は可動ミラー、８４
はピント板、８６はペンタプリズム、８７は光分割器、
８８は接眼レンズ、９ｏは二次結像レンズ、９１ａと９
１ｂは光電素子列。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの結像側に配され、対物レンズを通過
   した光束を受けて対物レンズの焦点調節状態に応じて相
   対位置の変化する光強度分布を形成する光学手段と、前
   記光強度分布を受けて対物レンズの焦点調節状態を示す
   信号を出力するためで複数の受光素子を有する受光手段
   と、前記対物レンズの予定結像面又はその近傍に置され
   、拡散性を有し且つその透過光が前記信号の基礎となる
   のに十分な光強度分布を形成する様な光拡散手段とを有
   することを特徴とする焦点検出装置。
2. （２）前記光拡散手段は一眼レフカメラのピント板であ
   る特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装置。