JPH0522883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば一眼レフレツクスカメラなど
の光学装置において、撮影レンズを通過した結像
光束を利用して合焦判別をする所謂TTL方式の
合焦検出装置に関するものである。

一眼レフレツクスカメラにおける合焦検出装置
には、大きく分けて、予定結像面上に形成される
像のぼけ具合を基に合焦状態を検知する像鮮鋭度
検出方式と、撮影レンズ瞳の異なる２つの領域か
らの光束による２像の相対的位置ずれを検出して
合焦状態を検知する像ずれ検出方式とがある。

前者の像鮮鋭度検出方式は合焦状態近傍におけ
る検出精度は高いが、望遠レンズなどにおいて像
が大きくぼけた状態では、前ピント・後ピントの
区別ができなくなるという弱点を有する。一方、
後者の像ずれ検出方式は像ずれ量がレンズのデフ
オーカス量にほぼ比例するために、像ずれを検出
することより合焦位置まで撮影レンズをどの程
度、どの方向に移動させればよいかが求められ迅
速な自動合焦が可能である。更に、像ずれ検出方
式は像鮮鋭度検出方式に比較して光像が大きくぼ
けた状態でも、比較的有効に前ピント・後ピント
の検出ができる。しかし、像ずれ検出方式におい
ては、被写体が周期パターン構造物であると、こ
の像をずらしたもの同志の相関ピークに偽ピーク
が発生し、合焦検出装置が誤動作をしてしまうと
いう弱点を持つている。

本発明の目的は、上述の２方式の長所を合わせ
持ち、像ずれ発生光学系と光路長差付与光学手段
とを有し、像ずれ検出・像鮮鋭度検出方式の両者
が共に可能な合焦検出装置を提供することにあ
り、その要旨は、対物レンズからの光束による予
定結像面上の像光量分布を、前記予定結像面近傍
に設けた視野開口を通して、前記予定結像面後方
に設けた前記対物レンズの瞳分割手段及び二次結
像光学系により重なり合わない複数の二次像を形
成し、前記複数の二次像の光量分布を受ける位置
に設けた複数の光電変換素子列同志の出力信号を
比較して前記対物レンズの合焦状態を検出する装
置であつて、前記瞳分割手段は対物レンズの瞳を
その中心と外側に分け更に左右対称に分けた少な
くとも計４領域に分割する機能を有し、前記瞳分
割手段の近傍に、前記領域の内の瞳の中心に近い
２領域に対応する領域に第１の光学的厚みを有す
る光路長差付与手段、残りの外側の２領域に対応
する領域にそれぞれ第２、第３の光学的厚みを有
する光路長差付与手段を設けたことを特徴とする
ものである。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る第１の実施例を示し、撮
影レンズ１から射出される光束の進路に沿つて、
順次に撮影レンズ１の予定結像面の近傍に設けら
れた遮光部材２、フイールドレンズ３、絞り枠
４、瞳分割器５、光路長差付与機構６、二次結像
レンズ７、センサ基板８が配列されている。遮光
部材２は矩形状の視野開口２ａを有し、絞り枠４
には２個の矩形状の絞り枠４ａ，４ｂが設けられ
ている。また、これらの後部にはそれぞれ互いに
くさび角、傾き方向が異なり瞳分割器５を構成す
る光偏向プリズム５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが配置
されており、光路長差付与機構６は第２図に示す
ようにプリズム５ａ〜５ｄのそれぞれに対応して
異なる厚みを有する光学的透明板６ａ，６ｂが設
けられている。ただし、この光路長差付与機構６
ではプリズム５ａに対応する部分は存在せず、プ
リズム５ｃ，５ｄには光学的透明板６ｂが対応す
る位置に配置され同じ厚さとなつている。また、
センサ基板８には２個１組のラインセンサ８ａ，
８ｂ，８ｃ，８ｄが２組｛８ａ・８ｂ｝、｛８ｃ・
８ｄ｝配列され、これらのラインセンサは視野開
口２ａと平行に設けられている。

撮影レンズ１を通過した被写体からの光線は、
視野開口２ａの一点に結像してからフイールドレ
ンズ３に到達し、フイールドレンズ３は撮影レン
ズ１の瞳を瞳分割器５の近傍に結像する。プリズ
ム５ａに入射した光束は大きく上方に偏向され、
ラインセンサ８ａ上に結像し、同様にプリズム５
ｂに入射した光束は大きく下方に偏向されライン
センサ８ｂに結像する。また、光軸近傍に設けら
れたプリズム５ｃ，５ｄはくさび角が小さく、そ
れを通過した光束はそれぞれラインセンサ８ｃ，
８ｄ上に結像するようになつている。

しかし、光路長差付与機構６の存在のために、
ラインセンサ８ａ〜８ｄに結像する光像の結像状
態は、全てが同じように結像されるわけではな
い。本実施例においては、予定結像面上に撮影レ
ンズ１による像が正しく合焦されたときに、この
プリズム５ｃ，５ｄを通過して二次結像レンズ７
によりラインセンサ８ｃ，８ｄ上に形成される像
がデフオーカスなしに結像するように二次結像光
学系が設定されている。従つて、プリズム５ａ，
５ｂを通過した光束は、プリズム５ｃ，５ｄを通
過する光束と比較してそれぞれ光路長差が付与さ
れているために、ラインセンサ８ａ，８ｂ上にお
いて若干デフオーカスした像が形成される。

この関係を二次結像レンズ７以後の光線の状態
を示した第３図により説明すると、プリズム５ｃ
と５ｄを通過した光束Lc，Ldは同じ光路長差を
与えられ、ラインセンサ８ｃ，８ｄ上に正しく結
像される。一方、プリズム５ａを通過した光束
Laは、厚さ０の光路長差付与手段により前記光
束Lc，Ldに比べて光路長が長くなり、ラインセ
ンサ８ａの手前の点Ｐ１に結像し、ラインセンサ
８ａ上では少しぼけている。同様に、プリズム５
ｂを通過した光束Lbは透明板６ａの効果により
光路長が短くなり、ラインセンサ８ｂの後ろ側の
点Ｐ２に結像するかのようにラインセンサ８ｂ上
に入射し、やはり少しぼけている。光束LaとLb
とが結像する位置とセンサ基板８との距離をそれ
ぞれd1，d2とすると、本実施例においてはd1＝
d2となるように光路長差が付与されている。こ
のように、撮影レンズ１が予定結像面上へ正しく
像を合焦状態においては、ラインセンサ８ａ上に
形成される像のぼけ具合と、ラインセンサ８ｂ上
に形成される像のぼけ具合とは等しくされてい
る。従つて撮影レンズ１が合焦近傍にあれば、ラ
インセンサ８ａと８ｂ上の像の鮮鋭度を比較して
前ピント・後ピントが判別できることになる。こ
の鮮鋭度検出のための信号処理としては、例えば
既に本出願人が提案した特開昭55−18652号公報
に記載された合焦判別処理系が利用できる。

一方、撮影レンズ１が予定結像面に正しく合焦
を結ばず、大きくデフオーカスしている状態にお
いては、プリズム５ｃとプリズム５ｄとを通過し
た光束Lc，Ldによりラインセンサ８ｃと８ｄ上
の光像のずれ量を検出して、撮影レンズ１のデフ
オーカス量とデフオーカス方向とを算出し、これ
を打ち消すように撮影レンズ１を移動させればよ
い。この像ずれ検出のための信号処理としては、
同様に本出願人より提案されている幾つかの方式
が採用できる。このようにして、撮影レンズ１が
合焦状態近くになると、先に述べた像鮮鋭度検出
により正しく合焦判定ができることになる。

第４図は本装置による合焦判定のアルゴリズム
を示すフローチヤートであり、先ず像ずれ検出法
によりデフオーカス量を求め、撮影レンズ１の位
置を調整してデフオーカス量を或る許容範囲内に
納め、次いで像鮮鋭度検出法により精密な合焦調
整を行うことを示している。

本実施例においては、このようにラインセンサ
８ａと８ｂは像鮮鋭度検出用のものであり、１個
の光電変換素子サイズをより小さくしてピツチを
密にすることが望ましい。一方、ラインセンサ８
ｃ，８ｄは像ずれ検出用のものであるから、ライ
ンセンサ８ａ，８ｂに比べてそれほど光電変換素
子サイズを小さくする必要はない。更に本実施例
においては、ラインセンサ８ａ，８ｂの長さとラ
インセンサ８ｃ，８ｄの長さとを等しくする必要
はない。ラインセンサ８ｃ，８ｄは像ずれ検出系
のセンサであり、大きくデフオーカスした状態を
検出するためには比較的長い素子列が必要である
が、ラインセンサ８ａ，８ｂは像鮮鋭度検出用で
あるからそれほどの長さを必要としない。

第５図はこのようなラインセンサ８ａ〜８ｄの
配置を示し、各ラインセンサ８ａ〜８ｄの周囲の
点線枠Aa〜Adは、視野開口２ａが二次結像光学
系によりセンサ基板８上に結像された光像を示し
ている。この場合、ラインセンサ８ａ，８ｂが像
鮮鋭度検出用のセンサとなり、ラインセンサ８
ｃ，８ｄが像ずれ検知用のセンサとなる。

また先に述べたように、本実施例においては予
定結像面上に撮影レンズ１が正しく焦点を結んで
いる状態においても、ラインセンサ８ａ，８ｂ上
に形成される光像は、光路長差付与機構６による
効果のためぼけている。このため、ラインセンサ
８ａ，８ｂ上に形成される光像は、このぼけによ
り左右に僅かにずれていることになる。像鮮鋭度
検出方式においては、２個のラインセンサが被写
体の同一領域の光量分布を受けていなければ性能
が十分に発揮できない。本実施例においては、ぼ
けに伴なうずれ量は付与した光路長差、更にライ
ンセンサへの光束重心・光束の入射角度から予め
予想することができる。従つて、ラインセンサ８
ａ，８ｂがずれた光像の共通領域をのみ受光する
ように、ラインセンサ８ａ，８ｂの長手方向の長
さを決めておけばよいことになる。或いは、ライ
ンセンサ８ａ，８ｂの出力信号から共通領域に対
応する信号のみを選択し、合焦判定信号処理回路
へ導くようにしてもよい。

本実施例において、ラインセンサ８ａ〜８ｄの
配置の仕方は必ずしも第５図のように限られるも
のでなく、例えば第６図に示すように像ずれ検出
用のラインセンサ８ｃ，８ｄを外側に、像鮮鋭度
検出用のラインセンサ８ａ，８ｂを内側に配置し
てもよい。このような配置のラインセンサ８ａ〜
８ｄに対しては、第２図に示す瞳分割器５の偏向
プリズム５ａと５ｂのくさび角を小さくし、逆に
偏向プリズム５ｃと５ｄのくさび角を大きくした
別の瞳分割器を用いればよい。何れにしても、ラ
インセンサ８ａ〜８ｄの配列は二次結像光学系の
光軸に対して上下対称性を有することが望まし
く、その理由は比較する２つの像の光学性能のバ
ランスが良くなるからである。

第７図は第２の実施例を示し、瞳分割器５、光
路長差付与機構６、二次結像レンズ７、センサ基
板８が先の第１の実施例と異なる。即ち、第８図
に拡大して示すように、瞳分割器５は平板状透明
部５ｅと小プリズム部５ｆとから成り、光路長差
付与機構６は透明部５ｅの左側領域に対応して第
１の厚みを有する平板部６ｃ、小プリズム部５ｆ
の領域に対応して第２の厚みを有する平板部６
ｄ、更に透明部５ｅの右側領域に対応して第３の
厚みを有する平板部６ｅとから成つている。二次
結像レンズ７は直線状境界部を有する一対のレン
ズ７ａ，７ｂにより構成されており、瞳分割器５
の左側を通過した光束はレンズ７ａにより結像さ
れ、右側を通つた光束はレンズ７ｂにより結像さ
れ、それぞれ異つたラインセンサ上に光像を形成
する。従つて、本実施例においてはレンズ７ａ，
７ｂは瞳分割作用をも兼ねていることになり、こ
の瞳分割手段の分割方法が先の第１の実施例と異
なり、従つてラインセンサ８ａ〜８ｄの配置も異
なつている。本実施例においては、撮影レンズ１
の瞳内側からの光束による像をずれ検出用のライ
ンセンサ８ｃ，８ｄに導き、撮影レンズ１の瞳外
側からの光束を像鮮鋭度検出用のラインセンサ８
ａ，８ｂに導いている。また、光路長差付与機構
６も撮影レンズ１が合焦位置のとき視野開口２ａ
内の像がずれ検出用のラインセンサ８ｃ，８ｄ上
の像として正しく結像するように平板部６ｄの厚
みが決定され、これと比べて光路長が一定量だけ
短く、又は長くなるように平板部６ｅ又は６ｃの
厚みが決められている。従つて、構成は異なるも
のの機能的には先の第１の実施例と同様である。
更には、瞳分割器５と光路長差付与機構６は、必
ずしも実施例のように別部材である必要はなく一
体にしてもよい。

以上説明したように本発明に係る合焦検出装置
においては、撮影レンズから出射される光束の比
較的光軸付近の光束を利用して像ずれ検出を行つ
ているため、撮影レンズが比較的大きくデフオー
カスしている状態においても、ラインセンサ上で
の像ずれは小さく、撮影レンズがどのような状態
であつても正しく方向検知、デフオーカス量の検
出を行うことができる。そして、撮影レンズが合
焦状態に近くなつてからは、像鮮鋭度検出により
高精度な合焦判定が可能である。つまり、本発明
は従来の像ずれ検出方式による合焦検知装置の長
所と、像鮮鋭度検出方式による合焦検知装置の長
所を併せ持つているのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る合焦検出装置の実施例を示
し、第１図は第１の実施例の構成図、第２図は瞳
分割器・光路長差付与機構の拡大斜視図、第３図
は光束の結像状態の説明図、第４図は合焦検出手
段のフローチヤート、第５図、第６図はラインセ
ンサの配置説明図、第７図は第２の実施例の構成
図、第８図は瞳分割器・光路長差付与機構の拡大
斜視図である。 符号１は撮影レンズ、２は遮光部材、２ａは視
野開口、３はフイールドレンズ、４，４ａ，４ｂ
は絞り枠、５は瞳分割器、５ａ〜５ｄは偏向プリ
ズム、５ｅは平板状透明部、５ｆは小プリズム
部、６は光路長差付与機構、６ａ，６ｂは光学的
透明板、６ｃ，６ｄ，６ｅは平板部、７は二次結
像レンズ、７ａ，７ｂはレンズ、８はセンサ基
板、８ａ〜８ｄはラインセンサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対物レンズからの光束による予定結像面上の
   像光量分布を、前記予定結像面近傍に設けた視野
   開口を通して、前記予定結像面後方に設けた前記
   対物レンズの瞳分割手段及び二次結像光学系によ
   り重なり合わない複数の二次像を形成し、前記複
   数の二次結像の光量分布を受ける位置に設けた複
   数の光電変換素子列同志の出力信号を比較して前
   記対物レンズの合焦状態を検出する装置であつ
   て、前記瞳分割手段は対物レンズの瞳をその中心
   と外側に分け更に左右対称に分けた少なくとも計
   ４領域に分割する機能を有し、前記瞳分割手段の
   近傍に、前記領域の内の瞳の中心に近い２領域に
   対応する領域に第１の光学的厚みを有する光路長
   差付与手段、残りの外側の２領域に対応する領域
   にそれぞれ第２、第３の光学的厚みを有する光路
   長差付与手段を設けたことを特徴とする合焦検出
   装置。 ２ 前記光路長差付与手段の第１の光学的厚み
   は、第２、第３の光学的厚みの中間の厚さとする
   特許請求の範囲第１項に記載の合焦検出装置。 ３ 前記瞳中心の領域の光を受光するラインセン
   サの長さは、瞳の外側の領域の光を受光するライ
   ンセンサよりも長くするようにした特許請求の範
   囲第１項に記載の合焦検出装置。