JPH0473566B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカメラ等の焦点検出装置に関するもの
である。

従来、USP4230941の開示の如くTTL
（through the lens）による測距装置として、焦
点検出面近傍に微小レンズの列を設け、このレン
ズ列を構成する各微小レンズの後方にそれぞれ一
対の光電変換素子を設けたものがある。この装置
は撮影レンズの射出瞳上の互いに異なる部分を通
過した光束を、微小レンズ列と複数対の光電変換
素子により分離し、この複数対の光電変換素子の
光電出力より異なる瞳部分を通過した光により形
成される２つの像のズレを検出して焦点検出を行
なうものである。この装置に関して第１図を用い
て説明する。第１図Ａにおいて１１は撮影レン
ズ、１２はフイールドレンズ、１３，１４，１５
は焦点面近傍に位置する微小レンズ、１３ａ，１
３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは各微小
レンズの後方に置かれた各一対の光電変換素子で
ある。第１図Ｂはこの複数対の光電変換素子の正
面図である。ここで各微小レンズはその後方の一
対の光電変換素子受光部と、撮影レンズ１１の射
出瞳位置が概略共役の位置に来るように曲率を持
たせてある。またフイールドレンズ１２は図中上
端及び下端に近い微小レンズに関する程光路を強
く曲げるものであつて、撮影レンズの射出瞳位置
が所定の位置１６にある時に各一対の光電変換素
子の受光部の像が射出瞳上で相互に完全に重なり
合つて存在するように、即わち１３ａ，１４ａ，
１５ａの像が１１ａに、そして１３ｂ，１４ｂ，
１５ｂの像が１１ｂにそれぞれ重なり合つて存在
するようにその曲率が決められている。以後、各
光電変換素子受光部の焦点検出光学系１２，１３
による像が互いに完全に重なり合う位置を“設定
瞳位置”と呼ぶことにする。通常この種の焦点検
出装置は、焦点検出に用いられる光束が撮影レン
ズの射出瞳によつてほとんどケラレることのない
場合のみしか、即わちＦナンバーの小さい明るい
撮影レンズに対してしか有効に合焦検出を行なえ
ないという欠点を有していた。従つて１眼レフカ
メラのように撮影レンズが交換可能なカメラにお
いては、使用可能な交換レンズがそのＦナンバー
と射出瞳位置により制限されるという問題を生じ
ていた。

本発明はこれらの欠点を解決し、撮影レンズの
Ｆナンバーや射出瞳の位置によらず、正確な焦点
検出を可能とする焦点検出装置を得る事を目的と
する。

本発明は「前記焦点検出光学系の“設定瞳位
置”とほとんど等しい位置に射出瞳をもつ撮影レ
ンズにおいては、そのレンズのＦナンバーが大き
く、従つて検出光束の一部がケラレる場合でも、
ケラレの影響は検出素子上に一様に生じるので焦
点検出精度はほとんど低下しない。」という事実
に鑑み、それぞれ異なる“設定瞳位置”を持つ複
数列の微小レンズ列と、各レンズ列に対応する光
電変換部を設け、撮影レンズの射出瞳位置に応じ
て、それに最も近い“設定瞳位置”を有する微小
レンズ列を選択できるようにし、このレンズ列に
対応する光電変換部からの信号出力を用いて合焦
判定を行なえるようにしたものである。

具体的に35mm１眼レフカメラの場合について考
えてみると、交換レンズ（撮影レンズ）の射出瞳
位置は焦点面から50mm程度のものから400mmを越
えるものまで千差万別であり、そのレンズの開放
ＦナンバーもF1、２程度からF11を越す暗いもの
まで存在している。もし第１図に相当する焦点検
出装置の前記“設定瞳位置”１６を焦点面から
100mm（焦点面から“設定瞳位置”までの距離を
POで表わせばPO＝100mm）の所に設計し、検出
に使用する光束の広がり、即わち光電変換素子１
３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ
の受光部形状により限定される検出光束の広がり
をF4に設計するとするならば、F4より暗いレン
ズでかつ射出瞳位置がPO＝100mmでない交換レン
ズに関しては該焦点検出装置の検出精度は著しく
低下する事になる。

第２図は焦点検出光学系を上記設計値即わち検
出光束をF4、“設定瞳位置”100mmとした時に撮
影レンズの明るさがF6で射出瞳位置をそれぞれ
PO＝100mm、PO＝50mm、PO＝∞とした時のケラ
レの程度を示す。第２図Ａは撮影レンズ射出瞳位
置POが100mmの場合であり、それぞれ各F4の広
がりの光束を受ける各光電変換素子の受光部１５
ａ，１５ｂ，１４ａ，１４ｂ，１３ａ，１３ｂに
は撮影レンズのF6の瞳を通過して来た光束１
３′，１４′，１５′が、すべての受光部対に対し
て等しく割りあてられる。従つて被写体が一様輝
度の場合には、各光電変換素子出力１５a′，１５
b′，１４a′，１４b′，１３a′，１３b′は第２図Ｄ
の様に一様となる。したがつてこの場合にはケラ
レは存在しているにもかかわらず、検出精度の低
下は生じない。即ち複数の光電変換素子対より２
像のズレを検出することは可能である。第２図Ｂ
は撮影レンズ射出瞳位置POが50mmの場合で、そ
れぞれF4の広がりの光束を受ける受光部１５ａ，
１５ｂ，１４ａ，１４ｂ，１３ａ，１３ｂには撮
影レンズのF6の瞳を通過して来た光束１３″，１
４″，１５″が図示のごとく受光部の場所ごとに異
なつた比率で分配されている。従つて被写体が一
様輝度の場合のこの時の各光電変換素子１５ａ，
１５ｂ，１４ａ，１４ｂ，１３ａ，１３ｂの光電
出力は第２図Ｅのそれぞれ１５a′，１５b′，１４
a′，１４b′，１３a′，１３b′のごとくなる。ここ
で両端の微小レンズ１３及び１５の位置が中心の
微小レンズ１４からそれぞれ＋2.5mm、−2.5mmの
位置にある場合について第２図Ｅのδのケラレ量
を求めてみると平均を１としておよそδ0.3と
非常に大きい値になる。即ち対をなす光電変換素
子の光電出力が一様輝度の被写体にもかかわらず
ケラレによつて大きく異なつた出力となつてしま
う。この様な状況の下においては複数の光電変換
素子対より２像のズレを算出する事は非常に困難
となる。第２図Ｃは撮影レンズの射出瞳位置PO
が∞の場合でこの場合のケラレは第２図Ｂと全く
逆になる。この場合の一様輝度被写体に対する光
電出力は第２図Ｆのようになり、やはりケラレの
程度δは±2.5mmの位置でδ0.3程度になる。即
ち第２図Ｂの場合と同様に、対をなす光電変換素
子の光電出力が、一様輝度の被写体にもかかわら
ずケラレによつて大きく異なつた出力となり複数
の光電変換素子対より２像のズレを算出すること
は非常に困難となる。

本発明は前記“設定瞳位置”を異にする複数列
の微小レンズ列を設け、撮影レンズの射出瞳位置
に応じてそれに近い“設定瞳位置”を有する微小
レンズ列（単一の、あるいは必要に応じて複数
の）に関する光電出力より焦点検出を行ない、撮
影レンズの射出瞳位置によらず合焦検出可能な焦
点検出装置を提供するものである。

以下本発明の具体的実施例を第３図、第４図、
第５図により説明する。本実施例は焦点面近傍に
３列の微小レンズ列を設けるとともに、各レンズ
列を構成する各微小レンズの後方にそれぞれ一対
の光電変換素子を配置し、３列の微小レンズ列が
互いに異なる“設定瞳位置”を有するように構成
したものである。これら３列に関する“設定瞳位
置”は第５図のようにｘ，ｙ，ｚの位置に対応し
ており、これら３つの位置に対応する３列の微小
レンズ列をｘ列、ｙ列、ｚ列と呼ぶ事にする。第
３図、第４図は各列の微小レンズ３１ｘ〜３５
ｘ，３１ｙ〜３５ｙ，３１ｚ〜３５ｚと各微小レ
ンズの背後にそれぞれ位置する一対の光電変換素
子３１xa〜３５xb，３１ya〜３５yb，３１za〜
３５zbとの位置関係を図示したものである。こ
のうちｙ列においては微小レンズ３１ｙ〜３５ｙ
の中心に関して対称な位置に各一対の光電変換素
子３１ya，３１yb…３５ya，３５ybが配置され
ており、第４図のレンズ４ｙにより光路を曲げら
れた各光束（受光面の像を形成する各光束）は第
５図ｙの位置に前記“設定瞳位置”を持つ。また
ｘ列においては微小レンズ３１ｘ〜３５ｘの中心
に対して各一対の光電変換素子３１xa，３１xb
…３５xa，３５xbが端のもの程外側にずれて配
置されており、その結果第４図のレンズ４ｘによ
り光路を曲げられた各光束は第５図ｘの位置に前
記“設定瞳位置”を持つ。また、ｚ列においては
微小レンズ３１ｚ〜３５ｚの中心に対して各一対
の光電変換素子３１za，３１zb…３５za，３５
zbが端のもの程内側にずれて配置されており、
その結果レンズ４ｚにより光路を曲げられた各光
束は第５図ｚの位置に前記“設定瞳位置”を持
つ。

この例では微小レンズの中心に対して光電変換
素子対を少しずつずらす事で“設定瞳位置”を変
えたが、勿論微小レンズ列の前に置かれたレンズ
列４ｘ，４ｙ，４ｚの曲率を列ごとに変えても同
様の事を行なうことができる。

次に第５図を用いて“設定瞳位置”の決め方の
例について説明する。カメラに着脱可能な交換レ
ンズ（撮影レンズ）群の中で射出瞳位置が焦点面
に最も近いものの射出瞳位置ｐと最も遠いものの
射出瞳位置ｓ（図ではｓ＝∞）が焦点面近傍に設
けられた微小レンズ列４ｘ，４ｙ，４ｚに対して
張る角を図のごとくθとし、異なる“設定瞳位
置”をＮ個設けるとする時（本実施例の場合は
ｘ，ｙ，ｚの３個）第５図に示したα＝θ／
（2N）で角θを分割し、即ち図の場合Ｎ＝３なの
でα＝θ／６として∠ptx＝α、∠pty＝3α、∠
ptz＝5αととなるようにｘ，ｙ，ｚの位置を決め
る。この様にして各微小レンズ列（ｘ，ｙ，ｚ
列）がそれぞれ各点ｘ，ｙ，ｚを中心にして±α
の角、即ち∠ptq、∠qtr、∠rtsの角をそれぞれ
カバーする。即ち撮影レンズの射出瞳がｐとｑの
間にある時には“設定瞳位置”がｘの位置にある
レンズ列（ｘ列）を、射出瞳がｑとｒの間にある
時には“設定瞳位置”がｙの位置にあるレンズ列
（ｙ列）を、射出瞳がｒと∞の間にある時には
“設定瞳位置”がｚの位置にあるレンズ列（ｚ列）
を使用すればよい。この様にする事で撮影レンズ
の射出瞳によるケラレの影響、即ち撮影レンズの
Ｆナンバーが大きくて焦点検出を行なう為の光束
がケラレを生ずる場合に、撮影レンズの瞳位置と
“設定瞳位置”との間のズレにより生ずる第２図
で説明した焦点検出誤差（Ｆナンバーが小さくて
焦点検出を行なう為の光束がケラレを生じない場
合は撮影レンズの瞳位置と“設定瞳位置”との間
のズレによる影響はない）を単一の“設定瞳位
置”しか有しない場合の1/N以下とすることがで
きる。本装置は以上のようにして撮影レンズの射
出瞳位置と“設定瞳位置”とを近接できるように
し、ケラレを生ずる場合であつても各光電変換素
子対に入射する光がなるべく一様にケラレるよう
にして、その光電変換出力より焦点検出を行なう
ものである。光電変換素子列から焦点検出を行な
う方法は従来公知の方法と同様であるので説明を
省略する。

また、各“設定瞳位置”の丁度中間の所に射出
瞳が来る場合には、その両側に位置する“設定瞳
位置”に関する情報を合わせて使用するとより一
層効果がある。

さらに別の実施例を第６図により説明する。第
６図Ａは焦点面近傍に設けられた複数の微小レン
ズ列の配置と各微小レンズの背後におかれた各光
電電子対との関係を示す図であり、このＡでは光
電変換素子対の外形を全て示さずに第６図Ｃに示
すような光電変換素子対ａ，ｂの中心Ｃのみを黒
点で示している。また一点鎖線は各微小レンズの
中心線である。第６図ＢはＡの光電変換素子対の
２次元配列により構成された自己走査型イメージ
センサを示す。第６図においては６種（Ｎ＝６）
の異なる“設定瞳位置”が設けられており、隣接
する列の各微小レンズは第６図Ａの如く少しずつ
相互の並びがずれている。そして各微小レンズ列
ｕ，ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚはその“設定瞳位置”が
少しずつ異なつており“設定瞳位置”はｕ列の場
合が最も焦点面に近く、ｖ，ｗ…列というように
順次その“設定瞳位置”が焦点面から遠くなり、
ｚ列の場合が最も焦点面から遠い。

第６図Ｂで６ｕ，６ｖ，６ｗ，６ｘ，６ｙ，６
ｚはCCD等のシフトレジスターにより構成され
た水平転送段であり、並列的に水平転送された電
荷信号は垂直転送段６６により１次元に時系列化
されてバツフアアンプ６７を介して出力される。
第７図はその出力を示したものであり図示のごと
く６１ua，６１va，６１wa，６１xa，６１ya，
６１za；６１ub，６１vb，６１wb，６１xb，６
１yb，６１zb；６２ua，６２va，６２wa，６２
xa，６２ya，６２za；…；６５ua，６５va，６
５wa，６５xa，６５ya，６５za；６５ub，６５
vb，６５wb，６５xb，６５yb，６５zbの各光電
変換素子出力が順次時系列的に出力される。瞳選
択回路ブロツク６８は瞳選択信号を端子６９より
受け選択された“設定瞳位置”に関する信号、例
えばｘ列が選択されたとすれば、６１xa，６１
xb，６２xa，６２xb，…６３xa，６３xb…６５
xa，６５xbをサンプルホールドして出力６０に
出力する。そしてこの出力信号は第３〜５図の実
施例の場合と同様に従来公知の方法と同様にして
処理され、焦点検出がなされる。この実施例の場
合でも、前述した実施例と同様に撮影レンズの射
出瞳によるケラレの影響を小さくすることができ
る。

またブロツク６８は撮影レンズの或る射出瞳位
置に関して、それに近い複数の微小レンズ列の
“設定瞳位置”に関する出力を合成して出力する
事も可能で、例えば撮影レンズの射出瞳位置が、
微小レンズのｘ列の“設定瞳位置”とｙ列の“設
定瞳位置”との間に存在する場合には、端子６９
からの信号がｘ列とｙ列を選択指定し、瞳選択回
路ブロツク６８が６１xaと６１ya，６１xbと６
１yb，６２xaと６２ya，６２xbと６２yb，…，
６５xaと６５ya，６５xbと６５ybのそれぞれ平
均値（加算値）をサンプルホールドして出力６０
に出力し、不図示の回路がこの出力に基づいて焦
点検出を行なうこともできる。この様に複数列の
信号を用いる事により、隣接する微小レンズ列が
第６図Ａのよう相互に少しずつずれている事と相
まつて、ｘ列の微小レンズ間のギヤツプに像の明
暗の境界が来た時でもｙ列の微小レンズに関して
は境界が微小レンズ開口内に来るので検出精度の
バラツキを微小レンズを１例だけ用いた場合に比
べて小さくする事ができる。

尚、これまで光電変換素子列の出力をどのよう
にして選択することかについて述べなかつたが、
このような選択は操作者が交換レンズに応じて手
動で選択してやつてもよいし、あるいは交換レン
ズに信号部材を設けこの信号部材より各交換レン
ズに応じて選択してやつてもよい。

もちろん撮影レンズの射出瞳位置と“設定瞳位
置”とが完全に一致すればケラレがあつても光電
出力のレベルが低下するだけであつて焦点検出誤
差は生じない。したがつてどのような交換レンズ
を装着してもその交換レンズの射出瞳位置と“設
定瞳位置”とが完全に一致するよう設けるのが望
ましいことはいうまでもない。

尚、再結像型の焦点検出装置でも、一つの光電
素子アレイの各素子に到る光束が重なり合う設定
瞳位置を変えた複数対の光電素子アレイを用い、
それを使い分けることで同様な効果が得られる。

また本発明でいう結像光学系はカメラの撮影レ
ンズでなくともよい。

以上詳述したように本発明は、従来の焦点検出
装置であれば交換レンズ等の結像光学系の射出瞳
位置によつてケレラを生じて焦点検出が精度よく
行えないような結像光学系であつても、一対の第
一、第二光電素子アレイと別の一対の第三、第四
光電素子アレイとを備えることによつて、正確な
焦点検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を説明するものであり、Ａは原
理図、Ｂは複数対の光電変換素子の正面図、第２
図のＡ〜Ｆは従来例の欠点を説明する図、第３図
〜第５図は本発明の一実施例であり、第３図は各
微小レンズと各光電変換素子の受光面との関係を
示す正面図、第４図Ａ〜Ｃはそれぞれ微小レンズ
列と各光電変換素子との関係を示す側面図、第５
図は“設定瞳位置”を説明する為の図、第６図及
び第７図は本発明の別実施例であり、Ａは各微小
レンズと各光電変換素子との関係を示す正面図、
Ｂは各光電変換素子とその光電出力を処理する回
路を説明する図、ＣはＡの黒点を説明する図、第
７図は第６図Ｂのバツフアアンプ６７から出力さ
れる電気信号を示す図である。 （主要部分の符号の説明）、結像光学系……例
えば第１図の１１、第１微小レンズ列……例えば
第３図及び第４図の３１ｘ〜３５ｘ、第１光電変
換素子……例えば第３図及び第４図の３１xa〜
３５xa；３１xb〜３５xb、第１位置……例えば
第５図のｘ、第２微小レンズ列……例えば第３図
及び第４図の３１ｙ〜３５ｙ、第２光電変換素子
……例えば第３図及び第４図の３１ya〜３５
ya；３１yb〜３５yb、第２位置……例えば第５
図のｙ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結像光学系の射出瞳の異なる部分を通過した
   光束に関する２像の相対的変位を光電的に検出
   し、該相対的変位に基づき該結像光学系の結像面
   と予定焦点面とのずれ量を検出する焦点検出手段
   を有する焦点検出装置において、 前記焦点検出手段は、一対の第一、第二光電素
   子アレイと、該第一、第二光電素子アレイとは別
   の一対の第三、第四光電素子アレイとを有し、 前記第一光電素子アレイの各素子に到る光束
   が、前記予定焦点面前方の第一所定距離にある光
   軸に垂直な第一設定面上の第一領域で略重なり合
   うように、前記第一光電素子アレイは配置され、
   また、前記第二光電素子アレイの各素子に到る光
   束が、該第一設定面上の該第一領域とは異なる第
   二領域で略重なり合うように、前記第二光電素子
   アレイは配置され、 また、前記第三光電素子アレイの各素子に到る
   光束が、前記予定焦点面前方の第二所定距離にあ
   る光軸に垂直な第二設定面上の第三領域で略重な
   り合うように、前記第三光電素子アレイは配置さ
   れ、また、前記第四光電素子アレイの各素子に到
   る光束が、該第二設定面上の該第三領域とは異な
   る第四領域で略重なり合うように、前記第四光電
   素子アレイは配置され、 前記焦点検出手段は、前記結像光学系の射出瞳
   の位置に応じて、前記第一、第二光電素子アレイ
   か、あるいは前記第三、第四光電素子アレイかを
   選択し、該選択された方の光電出力に基づき焦点
   検出を行うことを特徴とする焦点検出装置。