JPH05173060A

JPH05173060A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPH05173060A
Application number: JP33876491A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Goto; 尚志後藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】焦点検出装置におけるリレー光学系の条件を
求める。【構成】撮像光学系により予定結像面近傍の２箇所に
形成される光分布を、夫々リレー光学系で光電変換素子
に導き、その光電変換素子からの出力を基に周波数成分
を抜き出し、周波数成分の特徴に基づき光学系の焦点検
出を行なう焦点検出装置において、光電変換素子に入射
する光束の範囲をリレー光学系で決定するものである。
このリレー光学系は、明るさ絞りを有し、入射瞳の位置
と大きさが上記撮像光学系の射出瞳の位置と大きさに一
致させるようにしたものである。また一方の位置から光
電変換素子に導かれる光束の重心光線上に他方の位置が
存在するように構成した。

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。

【０００２】

【従来の技術】一般に、所謂ＴＴＬ方式を用いた焦点検
出装置は、撮像面の測距をしたい位置と、実際の測距位
置がずれ即ちファインダ視野と撮像レンズ視野のずれる
パララックスが生じ難く、また基本的に被写体距離でな
くデフォーカス量を測定するため、撮像光学系の焦点距
離に係わらず安定した合焦が得られるため、一眼レフレ
ックスカメラなどに採用されている。

【０００３】ＴＴＬ方式による焦点検出測定として、所
謂、位相差方式と呼ばれる、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２像の位置ずれ
を検出するとにより合焦検出を行う焦点検出光学系が従
来から数多く提案されている。しかし、位相差方式で
は、格子など周期をもった被写体に対しては、その測距
原理上、合焦させることは難しかった。また広範囲のデ
フォーカス量を検出するには、長いセンサーアレイを必
要とした。

【０００４】それに対して、所謂、コントラスト方式と
呼ばれる「ぼけの量から合焦位置を検出する焦点検出方
式」も従来から数多く提案されている。コントラスト方
式では、格子等、周期をもった被写体Ｂに対して合焦さ
せることが出来、検出するデフォーカス量とセンサーア
レーの長さの関係は大きくない。特に本出願人が先に提
案した特開平０２−２７５９１６号は、光学系を所定の
２箇所以上の位置にて周波数を検出し、周波数成分の比
を取ることで合焦点を検出する方式によれば、デフォー
カス方向とデフォーカス量を算出でき、応答性の良い合
焦が可能である。また、位相差式の焦点検出装置は、
焦点検出光学系とセンサーの配置により、合焦精度、デ
フォーカス検出量が決まるのに対し、コントラスト方式
は検出する周波数を電気的に変化させることにより容易
に合焦精度やデフォーカス検出量を変化させるこが出来
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】コントラスト方式にお
いて、予定結像面または、それに相当する面とセンサー
面を離す場合や、予定結像面での結像倍率とセンサー上
の結像倍率を変える場合、リレー光学系が必要となる。
又、測距範囲を複数設ける場合、複数のリレー光学系が
必要となる。撮像光学系により予定結像面近傍の２箇所
において形成される光分布を、それぞれリレー光学系で
光電変換素子に導き、それぞれの光電変換素子からの出
力を基に周波数成分を抜き出し、周波数成分の特徴に基
づいて、光学的の焦点検出を行う系を有する焦点検出装
置におけるリレー光学的条件が示されていなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】撮像光学系に
より予定結像面近傍の２箇所に想定された評価位置にお
いて形成される光分布を、それぞれリレー光学系で光電
変換素子に導き、この光電変換素子からの出力を基に周
波数成分を抜き出し、周波数成分の特徴に基づいて光学
系の焦点検出を行う系を有する焦点検出装置において、
各光電変換素子に入射する光束の範囲を、リレー光学系
内で決定するように焦点検出装置を構成する。

【０００７】リレー光学系の一般的な役割は、像の形と
明るさを伝達することである。最も像を明るく伝達する
には、撮像光学系の射出瞳とリレー光学系の入射瞳の位
置と大きさを一致させなければならない。また、撮像光
学系がズームレンズ等で撮影状態では射出瞳が変化した
り、撮像光学系を交換可能なシステムで撮像光学系の交
換により射出瞳が変化するなどして、撮像光学系の射出
瞳とリレー光学系の入射瞳の位置と大きさが一致しない
場合は、図６のように、予定結像面６上の測距範囲内に
おける撮像光学系から射出する光束を全て瞳の中を通過
するように入射瞳１０を充分大きくすればよい。しか
し、本発明で用いる焦点検出方式の場合、リレー光学系
で光電変換素子に導かれる光束のＮＡを定めることによ
り周波数成分の特徴と焦点検出の関係を安定させて置く
必要が生じる。そのため、撮影レンズの状態、または撮
影レンズ交換の場合には撮影レンズの種類、によってリ
レー光学系で光電変換素子に導かれる光束の範囲が変動
してしまい正確な測定ができなくなる。

【０００８】そこで、本発明では、明るさの伝達ではや
や効率が劣るが、図７に示すように、リレー光学系内で
各光電変換素子に入射する光束の範囲を決定するように
構成した（図７中の絞り１０がこれに相当する）。ま
た、それぞれの光電変換素子に光束を導くリレー光学系
の入射瞳が一致していると撮像光学系から射出された同
じ光束について夫々の光電変換素子から周波数を検出で
きるので合焦精度を上げることができる。また、２つの
センサーの光路を分ける位置は、明るさ絞りよりセンサ
ー側であることが好ましい。そこで、各々のセンサーに
対して明るさ絞りを配置するとすれば、制作上の誤差な
どを考慮した場合、夫々の入射瞳を一致させるのが困難
となる。当然、撮影レンズの状態、又は撮影レンズ交換
式の場合は撮影レンズの種類、によってリレー光学系内
の明るさ絞りの大きさや位置を変化させたり、リレー光
学系のレンズ位置を変化させることにより、撮像光学系
の射出瞳とリレー光学系の入射瞳の合致度を高め、像の
明るさの伝達の効率を良好にし、且つ、光電変換素子に
入射する光束の範囲をリレー光学系内で決定するように
構成しても良い。この場合、光電変換素子に入射する光
束の範囲の変化は、既知の数値なので測距計算のアルゴ
リズムの中にその情報を送ることができる（撮影レンズ
側で光電変換素子に入射する光束の範囲の変化が生じる
と、データのやりとりが複雑になり、また、誤差要素が
増え、正確な情報を送ることが困難になる）。

【０００９】また本発明においては、撮像光学系の光軸
を含む測距範囲を持つ焦点検出系のリレー光学系の入射
瞳を撮像光学系の光軸を含むように構成した。低輝度の
被写体Ｂでも焦点検出できるようにする方法の１つとし
てセンサー照度を高める方法がある。センサー照度を高
めるには、リレー光学系の入射瞳の大きさは、入射瞳の
位置が同じであるならば、光電変換素子に入射する光束
の範囲をリレー光学系で決定できる範囲で、大きいこと
が望ましい。具体的には軸上被写体Ｂに対しては、撮像
光学系の光軸を中心とした円形が好ましく、軸上被写体
Ｂを含む測距範囲を持つ焦点検出系のリレー光学系の入
射瞳を撮像光学系の光軸を含むように構成することによ
り、センサー照度を高め必要な精度が確保できる焦点検
出装置を実現できる。但し、軸外の被写体Ｂにおいて
は、撮影レンズでのヴィネットにより好ましい形が変わ
るため、円形と限定されない。

【００１０】又、本発明においては、図８に示すよう
に、２つの評価位置１６、１７は、測距点を通過する光
束の重心光線上に在るように構成するのが好ましい。こ
の様に構成することにより、２つのセンサーが同じ被写
体Ｂを発した光束を捕らえることができる。単に光軸か
らの高さを同じにするだけでは、同じ被写体Ｂからの光
束を評価できない。更に、前記重心光線の最も光軸に近
づく点が予定結像面６よりも物体側に在るようにするの
が好ましい。一般に撮像光学系の射出瞳は、像面より物
体側に在り、撮像光学系から射出された予定結像面６上
の点に導かれる光束の重心光線は、予定結像面６上より
物体側で交わる。リレー光学系の重心光線の最も光軸に
近づく点が予定結像面６よりも物体側に在るように構成
することによりセンサーの照度を高めることができる。
撮像光学系の射出瞳が像面より物体側に無い場合はこの
限りではない。更に、やはり図８で示しているように前
記重心光線とリレー光学系の光軸を一致させることによ
り光電変換素子１４、１５の集光状態（収差、特に軸外
収差）を良好にすることができ、測距精度を高めること
ができる。更に、リレー光学系の重心光線が、撮像光学
系の光軸を含む平面内に在るのが好ましい。

【００１１】また、周波数成分を抜き出すには、基本的
には、その周波数の逆数の長さの光電変換素子列が必要
となる。軸外の測距範囲を持つ焦点検出系の場合、周波
数を検出する方向を、測距位置と光軸を結ぶ線分とリレ
ー光学系の光軸に対して垂直であることが望ましい。測
距位置と光軸を結ぶ線分方向に周波数を抜き出すと、測
距中心位置に対し、光軸側とその反対側で光束の集光状
態（収差）が異なり、測距精度を劣化させる要因とな
る。また、リレー光学系の光軸に対して垂直でない方向
に抜き出すと、測距中心位置に対し周波数を抜き出す位
置によりリレー光学系の主平面に対する距離が変わり、
測距精度を劣化させる要因となる。更に、周波数を検出
する線分は、予定結像面に平行であることが望ましい。
予定結像面に平行にすることにより、予定結像面と評価
面の位置関係を一定にできる。以上の様な位置関係が満
足できるように構成することが望ましい。また、球面収
差やコマ収差の量を適切に設定することによりモワレ現
象の軽減が実現でき、合焦精度の安定化が図れる。

【００１２】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明
する。この装置は撮像光学系及び焦点検出光学系からな
る。１は撮影レンズ系である。ミラーボックス２内に
は、跳上げ式のクイックリターンミラー３が枢着されて
おり、このクイックリターンミラー３の背面にはクイッ
クリターンミラー３がダウン位置（図１に示す位置）に
在る時に直交するようにサブミラー４が枢着されてい
る。ミラーボックス２の後面には撮像面５が設けられて
いる。そして前記撮影レンズ系１と撮像面５とで撮像光
学系を構成している。

【００１３】焦点検出光学系は、クイックリターンミラ
ー３と、サブミラー４と、サブミラー４の後方でミラー
ボックス２の背面に配置された撮像面５と、サブミラー
４による反射光路上であって撮像面５と等価な予定結像
面６と、この予定結像面近傍に配置されたコンデンサー
レンズ群７と、コンデンサーレンズ群７の後方に配置さ
れたミラー８、９と、ミラー９の後方に配置された明る
さ絞り１０と、再結像レンズ群１１と、再結像レンズ群
１１の後方に配置されたハーフミラー１２と、ハーフミ
ラー１２の反射光路上に配置された光電変換素子１４
と、ミラー１３の反射光路上に配置された光電変換素子
１５とからなる。

【００１４】クイックリターンミラー３による反射光路
上で撮像面５と等価の面に配置された焦点板１８と、焦
点板１８の前側に設けられたコンデンサーレンズ１９
と、焦点板１８の後側に入射面が位置せしめられたぺン
タプリズム２０と、ぺンタプリズム２０の射出面の後方
に配置された接眼レンズ群２１から構成する。ここで、
予定結像面６より被写体Ｂ側で且つ予定結像面近傍であ
る前側評価位置１６と、光電変換素子列１４がコンデン
サーレンズ群７と再結像レンズ群１１による共役な位置
であり、予定結像面６より光電変換素子側で且つ予定結
像面近傍である後側評価位置１７と光電変換素子列１５
がコンデンサーレンズ群７と再結像レンズ群１１による
共役な位置であるように構成される。

【００１５】クイックリターンミラー３がアップ位置に
在る時は、撮影レンズ系１により被写体Ｂの１次像が撮
像面５上に結像される。また、クイックリターンミラー
３がダウン位置に在る場合には、撮影レンズ系１による
結像光束のうちクイックリターンミラー３を透過した光
束が、焦点検出光学系へと導かれ、クイックリターンミ
ラー３で反射した光束はファインダー光学系へと導かれ
る。

【００１６】さて焦点検出光学系では、クイックリター
ンミラー３を透過した光束がサブミラー４で反射されて
撮像面５上に掲載される像と同じ像が予定結像面６上に
形成される。予定結像面６から一定量被写体Ｂ側に離れ
た位置（前側評価位置）１６に形成される像に関して
は、コンデンサーレンズ群７、ミラー８、９、明るさ絞
り１０、再結像レンズ群１１を経てハーフミラー１２で
反射し、光電変換素子１４に結像する。予定結像面６か
ら一定量光電変換素子側に離れた位置（後側評価位置）
１７に関しては、コンデンサーレンズ群７、ミラー８、
９、明るさ絞り１０、再結像レンズ群１１を経てハーフ
ミラー１２を透過しミラー１３で反射し、光電変換素子
１５に結像する。

【００１７】また、ファインダー光電変換素子では、ク
イックリターンミラー３で反射された光束がコンデンサ
ーレンズ１９により概ね集光されて、撮像面５上に形成
される像と同じ像が焦点板１８上に結像せしめられ、ぺ
ンタプリズム２０で正立像に変換され、接眼レンズ群２
１により拡大されてアイポイントＥＰにおいて観察され
る。

【００１８】焦点検出系の視野絞りを予定結像面６付近
に配置することにより、焦点検出光学系内のフレーアの
原因となる余計な光束の入射を防ぐことができる。光電
変換素子１４、１５からの出力から合焦点を求める方法
の一つとして、各々の出力より、周波数成分を検出し、
その比を算出する。光電変換素子に入射する光束の範囲
が決まっている時、周波数成分比とデフォーカス量は１
対１に対応するので、合焦点を求めることができる。周
波数成分比を求める代わりに夫々の周波数成分の差分を
それぞれの周波数成分の総和にて規格化した周波数成分
規格値を求めてもよい。周波数成分比を用いた場合に比
べ、周波数成分規格値を用いるとダイナミックレンジが
制限でき、また、規格値とデフォーカス量の直線性が改
善されるという利点がある。更に、ハーフミラー１２を
面積分割型ハーフミラートハーフミラーとし、ハーフミ
ラー１２の反射分光特性とミラー１３の反射分光特性を
同じにすることにより、光電変換素子１４、１５に入射
する光束の分光特性が同じとなり、測距精度を高くでき
る。

【００１９】図２は本発明の第２の実施例を示す。これ
は第１の実施例と同様の軸上の像点を含む測距範囲を持
つ焦点検出光学系に加え、軸外の像点を中心とした測距
範囲をもつ焦点検出光学系を含む焦点検出系である。図
２は、その中の撮像光学系と焦点検出光学系のみを示
し、ミラーボックスや撮像面、ファインダー系や図１に
おけるミラー８、９に相当するものは図示省略してあ
る。またハーフミラー１２とミラー１３により光軸は紙
面に垂直に折り曲げられているので、光電変換素子１
４、１５も示していない。測距範囲６ａに関する前側評
価位置１６ａと後側評価位置１７ａは、軸外焦点検出用
のリレー光学系７ａの光軸Ｃａ上にあり、光軸Ｃａは、
撮像光学系の射出瞳Ｅ位置で撮像光学系の光軸Ｃｏと交
わる。

【００２０】図３に撮像光学系の光軸方向から見た前側
評価位置１６、１６ａ、１６ｂと後側評価位置１７、１
７ａ、１７ｂの位置を示した。焦点検出の方法は、第１
の実施例で示した方法と同様である。測距範囲の選択
は、使用者が決める構成にしても良いし、特定の決まり
に従う構成にしても良いし、また、特定の決まりに従い
複数の測距範囲からの情報を複合して用いても良い。こ
の時、適切なＦ値を選択するようにしても良い。

【００２１】また、図４の如く、光束をミラー等で適当
に折り曲げることにより、光電変換素子を同一面に配置
できる。図４は、その１例を示したもので、各リレー光
学系の光軸と光電変換素子についての斜視図である。測
距範囲の中心位置６、６ｂ、６ａから各リレー光学系の
光軸はお互いに離れる方向に配置される。光電変換素子
を同一面上に且つ、小さな面積の円に配置するため、位
置８ｂ、８、８ａで光軸をお互いに近づく方向にミラー
等で折り曲げて、更に、位置９ｂ、９、９ａで再び折り
曲げ、ハーフミラー１２ｂ、１２、１２ａ、ミラー１３
ｂ、１３、１３ａで同一面上に配置されている光電変換
素子１４ｂ、１５ｂ、１４、１５、１４ａ、１５ａに導
く。光電変換素子を同一面に配置することにより、光電
変換素子の制作上有利になる。ここでは光電変換素子を
平行に配置したが、図５（ａ）や図５（ｂ）に示す如く
１対づつ平行で左右を対象的に構成しても良い。

【発明の効果】上述の如く、本発明による焦点検出装置
は、撮像光学系により予定結像面近傍の２箇所において
形成される光分布を、それぞれリレー光学系で光電変換
素子に導き、それぞれの光電変換素子からの出力を基に
周波数成分を抜き出し、周波数成分の特徴に基づいて光
学系の焦点検出を行う系を有する焦点検出装置における
リレー光学系の条件が示された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による焦点検出装置の第１の実施例を示
す原理図である。

【図２】本発明による焦点検出装置の第２の実施例を示
す原理図である。

【図３】図２の光軸方向から見た各評価位置を示す。

【図４】本発明による焦点検出装置の第３の実施例を示
す原理図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は第３の実施例における各評価
位置の他例を示す。

【図６】従来の焦点検出装置の１例を示す構成図であ
る。

【図７】従来の焦点検出装置の他例を示す構成図であ
る。

【図８】従来の焦点検出装置の別例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１撮影レンズ系２ミラーボックス３クイックリターンミラー４サブミラー５撮像面６予定結像面６ａ測距範囲７コンデンサーレンズ群７ａ軸外リレー光学系８ミラー９ミラー１０明るさ絞り１１再結像レンズ群１２ハーフミラー１３ミラー１４光電変換素子１５光電変換素子１６前側評価位置１７後側評価位置１８焦点板１９コンデンサーレンズ２０ぺンタプリズム２１接眼レンズ群Ｂ被写体Ｃｏ光軸Ｃａ軸外光軸Ｅ射出瞳

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像光学系により予定結像面近傍の２箇
所において形成される光分布を、それぞれリレー光学系
で光電変換素子に導き、それぞれの光電変換素子からの
出力を基に周波数成分を抜き出し、周波数成分の特徴に
基づいて光学系の焦点の検出を行う系を有する焦点検出
装置において、各光電変換素子に入射する光束の範囲
を、リレー光学系内で決定することを特徴とする焦点検
出装置。
【請求項２】前記リレー光学系は、明るさ絞りを有
し、それぞれの光電変換素子に導かれる光束に関する前
記リレー光学系の入射瞳が一致していることを特徴とす
る請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項３】撮像光学系により予定結像面近傍の２箇
所において形成される光分布が、少なくとも明るさ絞り
が共通のリレー光学系を通過し、明るさ絞りより光電変
換素子側で光路が分割され、それぞれの光電変換素子に
導かれることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装
置。
【請求項４】撮像光学系の光軸を含む測距範囲に対し
て合焦点を検出する装置において、前記リレー光学系
は、明るさ絞りを有し、入射瞳は前記撮像光学系の光軸
を含むことを特徴とする請求項１記載の焦点検出。
【請求項５】撮像光学系により予定結像面近傍の２箇
所において形成される光分布を、それぞれリレー光学系
で光電変換素子に導き、それぞれの光電変換素子からの
出力を基に周波数成分を抜き出し、周波数成分の特徴に
基づいて光学系の焦点検出を行う系を有する焦点検出装
置において、一方の位置よりリレー光学系に入射した光
電変換素子に導かれる光束の重心光線上に、もう一方の
位置が存在するよに構成されたことを特徴とする請求項
１記載の焦点検出装置。