JPH06308380A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 像ずれ方式を利用して、光電変換素子の小型
化を図りつつ複数の測距領域での焦点検出を可能とした
焦点検出装置を得ること。 【構成】 対物レンズの像面側に焦点検出系を配置し、
該焦点検出系を利用して該対物レンズの合焦状態を撮影
範囲中の複数の測距領域に対して求める際、該焦点検出
系は該対物レンズの結像状態に応じて相対的位置が変化
する第１及び第２の物体像に関する光量分布を形成する
第１結像手段と、該第１及び第２の物体像の光量分布と
は異なる方向に相対的位置が変化する第３及び第４の物
体像に関する光量分布を形成する第２結像手段とを有
し、該第１及び第２の物体像を光偏向手段により互いに
接近する方向に偏向させていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、特に対物レンズの
瞳を複数の領域に分割し、各領域を通過する光束を用い
て複数の被写体像（物体像）に関する光量分布を形成
し、これら複数の光量分布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撮影範囲中の複数
の領域に対して検出する際に好適な焦点検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【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。この像ずれ方式のうち撮影画面内の１
つの測距点を有した焦点検出装置が、例えば特開昭５９
−１０７３１１号公報や特開昭５９−１０７３１３号公
報等で提案されている。

【０００３】又、像ずれ方式の焦点検出装置のうち撮影
範囲の中央部以外の測距点に関して焦点検出が可能な焦
点検出装置が特開昭６２−２７９８３５号公報で提案さ
れている。

【０００４】又、撮影範囲の中心付近で物体像の光量分
布が上下又は左右の一方向にのみ変化するような物体に
対しても測距することができ、しかも撮影範囲の中心付
近以外の複数の点においても測距することができる焦点
検出装置が特開昭６３−２７４９０号公報で提案されて
いる。

【０００５】一眼レフカメラ用の焦点検出装置として、
例えば特開平１−１２０５２０号公報ではファインダー
系へ物体光を導光する可動ミラーをハーフミラーとし、
該ハーフミラーで分割した撮影レンズからの光束の一部
をサブミラーを介してミラーボックス底部に設けた焦点
検出系に導光して焦点検出を行なっている。このような
方式はサブミラーの大きさの制約から撮影画面の上下方
向の領域に測距視野を設けるのが難しいという問題点が
あった。

【０００６】これに対して、特開平２−２４６１６号公
報では、焦点検出系とファインダー系とを一部共有する
ことによりサブミラーによる制約を排除して撮影画面内
の広い範囲において測距が可能な焦点検出装置を提案し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開平２−２４６１６
号公報で提案されている焦点検出装置は、焦点検出系と
ファインダー系とが兼用されていることに起因している
為、焦点検出系の光路長が非常に長くなるという特徴が
ある。一眼レフカメラ用の焦点検出方式としては焦点検
出制度、大デフォーカスの検知能力等の理由から、一対
の２次結像レンズによる物体像によりデフォーカスを検
出する像ずれ方式が有利である。

【０００８】この像ずれ方式の焦点検出系に用いられる
光学系は偏心光学系であり、その光路長が長い程、対と
なる２つの物体像の形成される位置は互いに遠ざかる。

【０００９】従ってファインダー系と焦点検出系とを兼
用した場合には、大面積の光電変換素子が必要になる。
一般にＣＣＤ等の半導体デバイスは、そのチップサイズ
が大きくなるに伴って急速に製造歩留まりが低下する。
又、大面積の光電変換素子は極めて高価なものとなって
くる。この為、面積の小さな光電変換素子を用いて複数
の領域で焦点検出が可能な焦点検出装置が要望されてい
る。

【００１０】本発明は撮影範囲中の複数の領域での測距
を行なう為の焦点検出系の各要素を適切に設定すること
により、光電変換素子の面積を縮小しつつ高精度な焦点
検出を可能とした焦点検出装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の焦点検出装置
は、対物レンズの像面側に焦点検出系を配置し、該焦点
検出系を利用して該対物レンズの合焦状態を撮影範囲中
の複数の測距領域に対して求める際、該焦点検出系は該
対物レンズの結像状態に応じて相対的位置が変化する第
１及び第２の物体像に関する光量分布を形成する第１結
像手段と、該第１及び第２の物体像の光量分布とは異な
る方向に相対的位置が変化する第３及び第４の物体像に
関する光量分布を形成する第２結像手段と、該第１結像
手段により形成された第１及び第２の物体像の光量分布
より像信号を得る為の複数の画素列より成る第１光電変
換素子と、該第２結像手段により形成された第３及び第
４の物体像の光量分布より像信号を得る為の複数の画素
列より成る第２光電変換素子とを有しており、該第１及
び第２の物体像を光偏向手段により互いに接近する方向
に偏向させて、該第１光電変換素子の画素列が該第２光
電変換素子の画素列によって挟まれた領域に位置するよ
うにしていることを特徴としている。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の焦点検出装置を一眼レフカメ
ラに適用したときの実施例１の要部概略図である。

【００１３】図中８０は一眼レフカメラ本体、８２はレ
ンズ鏡筒であり対物レンズ（以下、撮影レンズともい
う。）８１を光軸方向に移動可能に保持している。８３
は可動ミラ−である。可動ミラ−８３は被写体観察時に
は下降した状態にあって、撮影レンズ８１からの光束を
上方に偏向してファインダ及び本発明になる焦点検出系
へ導く役割をする。又、可動ミラー８３は撮影時には写
真フィルム９２の露光開始直前に撮影レンズ８１からの
光束をけらない位置まで跳ね上げられ、露光終了ととも
に再び図１の状態に戻される。

【００１４】次にファインダー系及び焦点検出系である
が、８４は撮影レンズ８１によって被写体像の投影され
るピント板で、同時に測距光束を拡散する役割をしてい
る。８５はコンデンサーレンズ（フィールドレンズ）、
８６はペンタプリズム、８７は焦点検出系へ光束を分割
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、測距光束をピント坂８４の光射出面側
に形成されているマット面８４ｃに対し垂直に近い角度
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８４ｂが形成されて
いる。マット面８４ｃは予定結像面の曲りを補正するた
め、球面部８４ａに対応した部分が僅かに凸面になって
いる。マット面８４ｃで拡散した光線は、その後方に配
置されたコンデンサーレンズ８５により接眼レンズ８８
の配置に適合するように屈折させられる。次いで光線は
ペンタプリズム８６と光分割器８７のハーフミラー面８
７ａを通過し接眼レンズ８８の方向に偏向され、接眼レ
ンズ８８を通過後に観察者の目に達する。

【００１５】接眼レンズ８８の直前に置かれた光分割器
８７はハ−フミラ−８７ａにより接眼レンズに到達すべ
き光の一部を上方に反射させ、その反射光束を焦点検出
に利用させる役割を果たす。遮光マスク８９以下は焦点
検出系で、９０は透明プラスチックより成る２次結像レ
ンズ（再結像レンズ）、９３は絞り、９４は導光プリズ
ム１０８，１０８ｈ１，１０８ｈ2 は多数の画素よりな
る光電変換素子の画素列で、該画素列は透明樹脂製パッ
ケージ９５によって保持されている。絞り９３は２次結
像レンズ９０、コンデンサーレンズ８５、ピント板８４
の球面部８４ａにより撮影レンズ８１の射出瞳上に投影
される。又、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１０８ｈ１，１０８ｈ2 上に投影
する役目も果たしている。マット面８４ｃの拡散作用に
より被写体の投影像は滲んで広がりをもった状態となっ
ている。

【００１６】図２，図３はこのように構成された焦点検
出光学系を光軸に沿って展開したものである。図２はフ
ァインダー視野短辺方向の断面、図３は長辺方向の断面
を示している。図中１８６及び１８７はそれぞれペンタ
プリズム８６、光分割器８７を光路に沿って展開したの
と等しい光路長をもつ等価の平行平面部材である。

【００１７】コンデンサーレンズ８５は観察系に対して
は接眼レンズ８８と撮影レンズ８１の射出瞳とを互いに
投影関係に導くことによってファインダー全視野を明る
く見せる作用、焦点検出系に対しては該系の絞り９３と
撮影レンズ８１の射出瞳とを同じく投影関係に導いて広
い測距視野を得る作用を合わせ持っている。これは接眼
レンズ８８と絞り９３を光学的にほぼ等価な位置に配置
することによって実現できる。

【００１８】この２つの作用を両立させる際、焦点検出
系の投影関係では該焦点検出系のディスト−ションが検
出精度に影響を与えるため、コンデンサーレンズ８５の
両面の曲率に制限を加えることは難しい。一方、観察系
の投影関係については所定のパワ−さえ得られれば曲率
にある程度の制約を加え、任意の値に故意に持っていく
ことも可能である。この特性を利用してカメラの小型化
を計るため、コンデンサーレンズ８５の第１面は２つの
曲率の部分により構成されている。

【００１９】図４はこの様子を示したものでコンデンサ
ーレンズ８５を光入射方向より観察した平面図である。
図中８５ａは曲率を有する球面部、８５ｂは平面部であ
る。球面部８５ａの径はこの内部に測距用の光束が通過
する範囲が含まれるように設定されており、この外側の
平面部は観察系の都合によって曲率に制限を加えた結果
である。

【００２０】このように周辺に平面部を設けることによ
り、光入射面全体に曲率を設ける場合に比べコンデンサ
ーレンズ８５の厚さを極めて薄くすることが可能であ
る。この場合、球面部８５ａと平面部８５ｂとの境界は
不連続となるが、本実施例では領域によって異なる屈折
力の不連続を、ピント板８４の形状を工夫することによ
って解決している。

【００２１】図５（Ａ）はピント板８４を光入射方向か
らみた平面図、図５（Ｂ）はその断面図である。図５
（Ａ）に示されているようにピント板８４も２つの領
域、即ち球面部８４ａとフレネルレンズ部８４ｂによっ
て構成されている。コンデンサーレンズ８５とピント板
８４に形成された各々２つの領域の境界部は、接眼レン
ズ８８を通して光軸上の基準位置から撮影者がファイン
ダーを観察したとき、互いに重なるような大きさに設定
されている。

【００２２】図５（Ｂ）は前述のようにピント板８４の
断面を示している。図中の２本の接線Ｖ、Ｗから分かる
ようにフレネルレンズ部８４ｂは球面部８４ａに付加さ
れる形で付いている。このためフレネルレンズ部８４ｂ
の屈折力は球面部８４ａより大きく、結果として対応関
係にあるコンデンサーレンズ８５の平面部８５ｂが持っ
ている球面部８５ａに対する屈折力の低下を補う形とな
っている。

【００２３】即ち、観察系における接眼レンズ系に対す
る前述の投影関係を視野全体にわたって満足させるた
め、対応関係にあるピント板８４の球面部８４ａとコン
デンサーレンズ８５球面部８５ａ、ピント板８４のフレ
ネルレンズ部８４ｂとコンデンサーレンズ８５の平面部
８５ｂの総合屈折力はコンデンサーレンズ８５の射出面
で考えた場合、合致するようになっている。

【００２４】次に焦点検出系の結像関係について再び図
２，図３を参照しながら説明を加える。

【００２５】２次結像レンズ９０は２対のレンズ部を一
体に形成した光入射面と撮影レンズの光軸と同軸の曲面
をもつ光射出面よりなる一種の両凸マルチレンズであ
る。

【００２６】図６は２次結像レンズ９０を光入射方向か
らみた形状を示すもので、中央のレンズ部９０ｃ，９０
ｄを挟んでその上下にレンズ部９０ａ、９０ｂが配置さ
れている。マルチレンズでは９０ａと９０ｂ，９０ｃと
９０ｄがそれぞれ対をなし、撮影レンズ８１の結像状態
に対応して相対的位置の変化する２対の物体像を形成す
る。

【００２７】これらのマルチレンズは総て球面で構成さ
れており、その球心はピント板８４のマット面８４ｃの
光軸上の位置から絞り９３の４つの開口の重心を通過す
るそれぞれの光線が、該開口に対応する各マルチレンズ
に対してほぼ垂直に入射するように設定されている。

【００２８】２次結像レンズ９０の光射出面９０ｅは前
記マルチレンズ９０ａ〜９０ｄに共通の球面で、その光
軸は撮影レンズ８１と共通である。光射出面９０ｅの球
心は２次結像レンズ９０に対する物体面であるピント板
８４のマット面８４ｃの近傍と、光学的に等価な位置に
設定されている。

【００２９】即ちペンタプリズム８６、光分割器８７の
光路長を空気換算したとき、マット面８４ｃの中心はほ
ぼ２次結像レンズの光射出面９０ｅの球心と合致する。
前述したように２次結像レンズ９０では光入射面側でも
ピント板８４のマット面８４ｃの光軸上の位置を発し、
絞り９３の各開口の重心を通過する４本の光線が入射側
のマルチレンズ９０ａ〜９０ｄに垂直入射する。従っ
て、前記４本の光線が射出面９０ｅからほぼ垂直に射出
する光学系となっている。

【００３０】このように２次結像レンズ９０は、ピント
板８４ｃの中央を発して絞り９３の各開口の重心を通過
する光線、即ち各マルチレンズ９０ａ〜９０ｄを通過す
る光束の重心となる光線を曲げずに光電変換素子１０８
に導くように構成されている。

【００３１】この事実は物体からの光の波長が対象によ
り色々と変化した場合でも、対となる２つの像の間隔変
化を極めて小さくすることが可能なことを意味してい
る。従って焦点検出系の色収差の影響による物体の色に
対応した検出誤差は殆ど無い。

【００３２】本発明のような光学系の構成を取る場合、
光電変換素子１０８のチップ面積を小さく保ちつつ測距
視野を大きくするため、２次結像レンズ９０による結像
倍率は−０．２から−０．５倍程度に設定するのが望ま
しい。

【００３３】図２，図３に示したのは約−０．２倍の例
である。一般にこのような縮小結像系を１枚の凸レンズ
で構成する場合、収差分担の原則から光入射面の曲率を
強くし、光射出面側の曲率を弱くすることで、収差を小
さくして投影される点像を小さくできることが知られて
いる。

【００３４】図２，図３に示されている様に２次結像レ
ンズ９０の光射出面９０ｅは入射側のマルチレンズに対
し共通で、しかもその球心が光学的にマット面８４ｃ付
近という制約から弱い曲率しか持ちえない。一方、径の
小さい光入射側のマルチレンズは射出側の曲率が弱いの
を補って結像倍率を保つため曲率が強くなる。

【００３５】図２，図３に示した実施例はこの意味でも
収差分担の原則に則っており、小さい点像を実現するこ
とができる。焦点検出光学系において小さい点像が実現
できるということは、より細かいパタ−ンまで測距出来
るということであり、検出性能の向上に役立つところが
大きい。

【００３６】形成された２対の物体に関する光量分布の
位置と、これを受光する光電変換素子の画素列との位置
はカメラの測距精度を満足させるために数μｍ以下の精
度で整合させる必要がある。

【００３７】本発明のように２対のレンズ部を一体に成
型した２次結像レンズと、それに対応する画素列を一つ
のチップ上に配列した光電変換素子とを用いる系の製造
上の最大の問題点は、２次結像レンズ内での光軸の位置
合わせに集約される。本実施例における２次結像レンズ
は光射出面を２対のマルチレンズ部に共通な一つの球面
で構成することにより、上記問題を解決したものであ
る。

【００３８】プラスチック製である２次結像レンズは射
出成型法あるいは圧縮成型法により製造される。このさ
い問題となるのは先に述べたように個々の２次結像レン
ズの光入射面と光射出面とのずれと、各２次結像レンズ
同志のずれである。特に本発明のように２対の２次結像
レンズを用いるとき、該２次結像レンズがばらばらでそ
の４つの光軸が金型の入射と射出の両部分にある場合に
は、相互間の精度を達成することが非常に困難である。

【００３９】特に金型の光入射面と光射出面とを構成す
る部分で相互回転の成分となるものの精度は厳しく、こ
れに誤差があるとその量に応じて個々の２次結像レンズ
の像が収差で複雑な変形を受ける。この結果対となる像
を形成するべき２次結像レンズ同志の点像が互いに相似
形ではなくなってしまう。

【００４０】実際の焦点状態の検出は撮影レンズ８１か
ら２次結像レンズ９０を介する系で、被写体となる物体
の像が夫々の光電変換素子に対となって結像されること
で行われる。

【００４１】ここで例えば撮影レンズ８１が図２，図３
で左方に繰り出されていわゆる前ピン状態になると、光
変換素子の受光面に結像されている対となっている物体
の像が近づく方向にずれる。この像同志の相対的なズレ
に応じた光電変換素子の出力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。後ピン状態のときに
は、対となる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。

【００４２】この様に焦点状態の検出は対となる像の間
隔をもって行われるので、対となる像自体の不一致はそ
のまま測距誤差として表われる。本実施例のように光射
出面が各光束に対し共通の球面であれば相互回転の影響
は全くなく、容易に製造が可能となる。

【００４３】２次結像レンズを透過した光束はその後に
配置された絞り９３に入射する。絞り９３は図２，図３
に示すように２次結像レンズ９０からやや離れて配置さ
れ、２次結像レンズ９０を構成するマルチレンズに対応
した二対の開口を有している。

【００４４】図７は絞り９３の平面図で、開口部の形状
を示したものである。２次結像レンズ９０ａ〜９０ｄに
対応して開口部９３ａと９３ｂ，９３ｃと９３ｄがそれ
ぞれ対をなし、開口重心同志の距離が測距基線長に相当
する量となる。図より明らかなように開口９３ａと９３
ｂで決定される測距基線長の方が、開口９３ｃと９３ｄ
で決定される測距基線長よりも長く設定されているのが
特徴で、これを利用して光電変換素子のチップ面積を小
さくするとともに、系全体のコンパクト化が計られてい
る。

【００４５】９３ａ〜ｄの４つの開口はいずれも２つの
弧に囲まれた形状となっている。外側の弧の形状は、そ
の弧がピント板８４の球面部８４ａ、コンデンサーレン
ズ８５及び２次結像レンズ９０を介して撮影レンズ８１
の射出瞳上に投影されたとき、像が撮影レンズ８１の光
軸を中心とする円弧となるように設定される。

【００４６】内側の弧は対となるもう一方の開口の外側
の弧を他方に平行移動させることにより決定されるもの
で、これで対となる開口の形状は互いに同一となる。従
って対となる２次結像レンズ系の撮影レンズ８１上での
有効径の形状は後述するように一致し、測距光束がケラ
レない範囲で物体像がデフォーカスしても光量分布の相
似性は損なわれない。

【００４７】ここで特に注目しなければならないのは絞
り９３の外側の円弧の形状である。２次結像レンズ９０
の構成が撮影レンズ８１とは偏心系になっている関係か
ら、絞り９３の外側の弧の中心は撮影レンズ８１の光軸
が絞り９３と交わる点Ｑとは異なっている。

【００４８】図７で説明すると開口９３ａの外側の弧Ｒ
の中心はＰであり、撮影レンズ光軸との交点Ｑから長さ
Ｓだけ偏心している。ここで外側の弧は２次結像レンズ
９０の球面部９０ａ等を通して撮影レンズ８１の射出瞳
上に投影された時、その像が撮影レンズ８１の光軸を中
心とした弧となるように偏心されるため、光束を最も効
率良く取り込むことができる。

【００４９】図８は絞り開口の投影像の説明図である。
１０１は撮影レンズ８１の射出瞳、１０２ａ〜１０２ｄ
はそれぞれ絞り開口９３ａ〜９３ｄの投影像である。互
いに対となる絞り開口間の距離は測距基線長に対応して
いる。ピント板８４のマット面８４ｃが光路中にあるた
め、絞り９３の像は滲みを生じ拡散特性に従った広がり
を持っている。図８でハッチングで示したのはこの滲み
を表わしたものである。なお、絞り９３の位置を２次結
像レンズ９０の背後に置いたのは画角に対する点像の均
一性を良くするためである。

【００５０】図９に示したのは２次結像９０レンズ９０
の直前に置かれる遮光マスク８９の形状である。遮光マ
スク８９には３つの開口８９ａ〜８９ｃがあり、その他
の部分は遮光部となっている。この遮光効果で２次結像
レンズ９０の４つのマルチレンズ９０ａ〜９０ｄの接合
部の段差で発生するゴ−ストを未然に防いでいる。本発
明で説明してきた焦点検出光学系はペンタプリズム８６
を介しているために全長が長いということは既に述べ
た。一方測距精度を向上させるためには、絞り開口９３
の重心間隔を広く取らねばならない。この結果物体の対
となる光量分布は互いにかなり離れた位置に形成され
る。

【００５１】図１０は測距視野と撮影画面との関係を示
す図である。撮影画面１０３に対して測距視野１０４ａ
〜１０４ｊを図のように十字形に配置した場合、これを
２次結像レンズ９０によって単純に投影すると図１１に
示すように対となる２次物体像はかなり離れた位置に形
成され、大きなスペースの画素配置が必要となる。

【００５２】図１１において１０６は光電変換素子、１
０５ａ１〜１０５ｂ２が画素列である。画素列の添字ａ
〜ｊは測距視野の添字と揃えてある。又、添字１，２は
対となる２つの物体像を光電変換する画素列対であるこ
とを意味している。図より明らかなように、光電変換素
子１０６の中央部には画素列のない極めて広いエリアが
できてしまう。一般にＣＣＤ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ま
りが低下する。又このような大型の光電変換素子は非常
に高価なものとなってくる。

【００５３】図１，図２，図３に示した実施例は上記の
ような問題点を考慮して導光プリズム９４を用いて光電
変換素子のチップサイズを小さくしたものである。図１
２及び図１３は導光プリズム９４周辺の部分拡大図及び
斜視図である。図１２は図２に対応する断面を示したも
ので、この断面において透明プラスチック部材で作られ
る導光プリズム９４は９４ａ〜９４ｆという６つの光学
面を持っている。これら６つの面は光路を撮影レンズ８
１の光軸方向に折り畳む作用と、不要光をカットする作
用と同時に持っている。

【００５４】図１２において絞り開口９３ａ及び９３ｂ
を通過した光束は導光プリズム９４の入射面９４ａに入
射する。光束は次いで全反射面９４ｂ，９４ｃ及び全反
射面９４ｄ，９４ｅでそれぞれ２回反射した後、光射出
面９４ｆから光電変換素子１０７に向かって射出する。

【００５５】一方、図１３を参照すれば分かるように絞
り開口９３ｃ及び９３ｄを通過した光束は導光プリズム
９４に開けられた２つの開口部９４ｇ及び９４ｈを通っ
て、光電変換素子１０７に直接到達する。

【００５６】２次結像レンズ９０から光電変換素子１０
７までの光学的距離は、導光プリズム９４の反射を介す
るか否かで光路長差を生じるが、反射光路がプラスチッ
ク部品の中にあるため実質的に短くなり、両者の差は僅
かである。又、２次結像レンズ９０のマルチレンズの２
対のレンズ部の曲率は夫々独立に選べるため、上記２種
類の光路に対して最適な結像を実現することができる。

【００５７】上記のような導光プリズム９４を用いるこ
とにより、光電変換素子１０７は効率的に小型化され
る。

【００５８】図１４はこの様子を示すものである。図中
１０７が光電変換素子で、測距視野１０４ａ〜１０４ｅ
に対応する画素列が１０８ａ1 〜１０８ｅ2 、測距視野
１０４ｆ〜１０４ｊに対応する画素列が１０８ｆ1 〜１
０８ｊ2 となっている。添字の意味は同じ測距視野でも
対となる２次結像レンズ９０を通って形成された２つの
像の対応を示している。

【００５９】ここでは測距視野１０４ａ〜１０４ｅに対
応する画素列１０８ａ1 〜１０８ｅ1 と１０８ａ2 〜１
０８ｅ2 に挟まれた領域に測距視野１０４ｆ〜１０４ｊ
に対応する画素列１０８ｆ1 〜１０８ｊ1 及び１０８ｆ
2 〜１０８ｊ2 が位置し、無駄な領域がなくなってい
る。光電変換素子自体が小さくなったことによるコスト
上のメリットは言うまでもないが、導光プリズム９４の
導入は光路の折り畳みでカメラ本体自体の小型化にも効
果的である。

【００６０】特に、測距基線長の長い測距視野の画素列
を内側に、測距基線長の短い測距視野の画素列を外側に
配することによって一層の小型化が図られている。こう
することにより、コスト的にきわめて有利となることは
言うまでもなく、さらには、カメラの小型化のためにも
有効である。

【００６１】２次結像レンズ９０は測距視野だけではな
く、ピント板の４つの像を光電変換素子１０８上に投影
しているわけで、図１０に示した測距視野の周囲からの
光を遮光して、受光部上で物体像が重なってしまうのを
防がなくてはならない。そのために、まず導光プリズム
９４の光学面９４ａ〜９４ｆ以外には黒色遮光塗装を施
してあり、更に図１２に示すように遮光板１０９が全反
射面９４ｄ，９４ｅを覆う形に設けられている。これに
より測距視野１０４ａ〜１０４ｅと測距視野１０４ｆ〜
１０４ｊとにそれぞれ対応する画素列間の光束の分離が
可能である。

【００６２】次に、導光プリズム９４によって撮影レン
ズ８１の光軸方向に引き寄せられた測距視野１０４ｆ〜
１０４ｊの２光束を分離する方法について説明する。

【００６３】図１４の画素列１０８ｆ₁ 〜１０８ｊ₁ と
画素列１０８ｆ₂ 〜１０８ｊ₂ 上に導かれる光束は、前
述のようにそれぞれ２回反射して画素列に到達するの
で、まずこの反射面の大きさを適当に選べば、必要な光
だけを画素列方向に曲げることができる。

【００６４】しかしながら、全反射面９４ｄ或いは全反
射面９４ｅを通らなかった光線の一部は撮影レンズ８１
の光軸を通り越して、対となるもう一方の画素列へと向
かうこととなる。導光プリズム９４を透明プラスチック
部品とし、光路の偏向に全反射を用いているのは、この
問題点を解決する為である。

【００６５】例えば図１２に示す光線Ｕはピント板８４
上の測距視野以外から発し、全反射面９４ｄには入射し
なかった光線であり、光路の偏向が反射鏡の組合せで行
なわれていたならば、反対側の画素列のゴースト光とな
るものである。

【００６６】ところが反射面が全反射を利用して構成さ
れている為に、導光プリズム９４には光射出面９４ｆが
設けられており、光線Ｕはこの光射出面９４ｆへの入射
角が大きく、ここで全反射して光電変換素子１０７の方
向へは射出できない。従って画素列へゴースト光が入射
することなく、高精度な焦点検出を可能としている。

【００６７】尚、本実施例において２次結像レンズ９０
ａ，９０ｂ（９０ｃ，９０ｄ）、絞り９３の開口９３
ａ，９３ｂ（９３ｃ，９３ｄ）等は第１結像手段（第２
結像手段）の一要素を構成している。

【００６８】又、光電変換素子１０７のうち画素列１０
８ｆ₁ 〜１０８ｊ₁ ，１０８ｆ₂ 〜１０８ｊ₂ （１０８
ａ₁ 〜１０８ｅ₁ ，１０８ａ₂ 〜１０８ｅ₂ ）は第１光
電変換素子（第２光電変換素子）の一要素を構成してい
る。

【００６９】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。

【００７０】図１５（Ａ），図１５（Ｂ）は、このため
の説明図で、撮影レンズ４１から絞り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
拡散については、厳密には波動光学的な解析が必要だ
が、ここでは、その近似として幾何光学的な説明を加え
る。

【００７１】図１５（Ａ）で絞り開口４８ａ，４８ｂ内
の点Ｇ、Ｈとマット面４２ａの光軸上の点Ｅとを通る２
本の光線Ａ、Ｂを考える。簡単のためコンデンサーレン
ズ４３は薄肉で、マット面４２ａに隣接していると考え
ると、点Ｅから絞り４８の開口上の点Ｇ、Ｈを見込む角
度はθ1 である。

【００７２】マット面４２ａは拡散面であるため連続し
た微細な凹凸の集合体である。点Ｅにおけるマット面４
２ａの接平面が図に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。屈折し
た２本の光線が撮影レンズ４１の射出瞳上に到達する点
をそれぞれＩ、Ｊとする。

【００７３】図１５（Ｂ）も同様でマット面４２ａの光
軸上の点Ｅのごく近傍に点Ｆを設定し、そこでの光線の
振る舞いについて考える。点Ｆにおける接平面を図のよ
うにＰ２とし、点Ｆから絞り開口上の点Ｇ、Ｈを見込む
角度をθ2 であるとする。図１５（Ａ）と同様に絞り４
８の開口上の点Ｇ、ＨとＦとを通る２本の光線Ｃ、Ｄは
ここで屈折し光線Ｃ´、Ｄ´となる。屈折した２本の光
線が撮影レンズ４１の射出瞳上に到達する点をそれぞれ
Ｋ、Ｍとする。

【００７４】ピント板４２の厚みを無視し、図１５
（Ａ），（Ｂ）で示した撮影レンズ４１の射出瞳上の各
到達点Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｍをそれぞれ点Ｅ、Ｆから見込む角
度をθ1'、θ2'とする。点Ｅと点Ｆは極めて近距離であ
る。従ってθ1 とθ2 及び接平面の傾きがともに小さい
範囲で納まるとすれば近似的に θ1'≒θ2' が成立する。

【００７５】これは光軸がマット面４２ａに交わる点か
ら２つの絞り開口を見込む角度が小さい範囲で、ある範
囲内に屈折した光線について測距基線長が同一であるこ
とを意味している。

【００７６】図１６に示したのはマット面４２ａによる
拡散特性の一例であるが、これは幾何光学的に言うと点
Ｅの回りに様々な方向の接平面が存在し、それらの総合
として得られた特性であると解釈することができる。マ
ット面の拡散特性は光量との兼ねあいである範囲に納ま
っており、これらの各接平面に対して図１５の説明を当
てはめることができる。

【００７７】又、図１５の説明では簡単のため光軸上の
点の測距について説明を行ったが、光軸外の点について
同様の説明が成立するのは明らかである。従って本発明
のような焦点検出装置の測距基線長は絞り４８の開口の
間隔によって決定され、拡散板の特性には影響されな
い。

【００７８】このような性質から、焦点検出動作は拡散
板を有しない従来の焦点検出装置と基本的には同一であ
る。例えば、撮影レンズ４１が図の左方向に繰り出され
て、いわゆる前ピン状態となると、２次結像レンズによ
って各々の光電変換素子列の受光面上に投影されていた
被写体像（物体像）が、それぞれ近づく方向にずれ、こ
の物体像の相対的ずれ量に応じた光電変換素子列の出力
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。

【００７９】また、後ピン状態の場合には、各々の物体
像が、前ピン状態の場合と逆にずれるので、後ピン状態
であることと、その量が検出される。

【００８０】図１７は本発明の焦点検出装置を一眼レフ
カメラに適用したときの実施例を示す回路図である。

【００８１】同図においてＰＲＳはカメラの制御装置
で、例えば内部にＣＰＵ（中央処理装置），ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，Ａ／Ｄ変換機能を有する１チップ・マイクロコン
ピュータである。コンピュータＰＲＳ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なう。

【００８２】そのためにＰＲＳは同期式通信用信号Ｓ
Ｏ，ＳＩ，ＳＣＬＫ，通信選択信号ＣＬＣＭ，ＣＳＤ
Ｒ，ＣＤＤＲを用いて、カメラ本体内の周辺回路及びレ
ンズと通信して各々の回路やレンズの動作を制御する。

【００８３】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ＰＲＳへ入力されるデ
ータ信号、ＳＣＬＫは信号ＳＯ，ＳＩの同期クロックで
ある。

【００８４】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ＰＲＳからの選択信号ＣＬ
ＣＭ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。

【００８５】即ちコンピュータＰＲＳがＣＬＣＭを
‘Ｈ’にして、ＳＣＬＫ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、ＳＣＬＫ，ＳＯの各々のバッファ信号ＬＣＫ，ＤＣ
Ｌをレンズへ出力する。それと同時にレンズからの信号
ＤＬＣのバッファ信号をＳＩとして出力し、コンピュー
タＰＲＳはＳＣＬＫに同期して上記ＳＩをレンズからの
データとして入力する。

【００８６】ＳＤＲはＣＣＤ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Ｃ
ＳＤＲが‘Ｈ’のとき選択されて、ＳＯ，ＳＩ，ＳＣＬ
Ｋを用いてＰＲＳから制御される。

【００８７】信号ＣＫはＣＣＤ駆動用クロックφ１，φ
２を生成する為のクロックであり、信号ＩＮＴＥＮＤは
蓄積動作が終了したことをコンピュータＰＲＳへ知らせ
る信号である。

【００８８】センサ装置ＳＮＳの出力信号ＯＳ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、ＡＯＳとしてコ
ンピュータＰＲＳに出力される。コンピュータＰＲＳは
ＡＯＳ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。

【００８９】同じくセンサ装置ＳＮＳの出力信号である
ＳＡＧＣは、センサ装置ＳＮＳ内のＡＧＣ（自動利得制
御：Auto Gain 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。

【００９０】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
ＳＳＰＣはコンピュータＰＲＳ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（ＡＥ）に用いられる。

【００９１】ＤＤＲはスイッチ検知及び表示回路であ
り、信号ＣＤＤＲが‘Ｈ’のとき選択されて、ＳＯ，Ｓ
Ｉ，ＳＣＬＫを用いてコンピュータＰＲＳから制御され
る。即ち、コンピュータＰＲＳ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ＰＲＳへ報知する。

【００９２】スイッチＳＷ１、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ＳＷ１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ＰＲＳは
後述するように、ＳＷ１オンで測光、自動焦点調節動作
を行ない、ＳＷ２オンをトリガとして露出制御とフィル
ムの巻き上げを行なう。

【００９３】尚、ＳＷ２はマイクロコンピュータＰＲＳ
の「割込み入力端子」に接続され、ＳＷ１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でき
る。

【００９４】ＭＴＲ１はフィルム給送用、ＭＴＲ２はミ
ラーアップ・ダウン及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ＭＤＲ１、ＭＤＲ２により正
転・逆転の制御が行なわれる。コンピュータＰＲＳから
駆動回路ＭＤＲ１，ＭＤＲ２に入力されている信号Ｍ１
Ｆ，Ｍ１Ｒ，Ｍ２Ｆ，Ｍ２Ｒはモータ制御用の信号であ
る。

【００９５】ＭＧ１，ＭＧ２は各々シャッタ先幕・後幕
走行開始用マグネットで、信号ＳＭＧ１，ＳＭＧ２、増
幅トランジスタＴＲ１，ＴＲ２で通電され、ＰＲＳによ
りシャッタ制御が行なわれる。

【００９６】尚、スイッチ検知及び表示用回路ＤＤＲ、
モータ駆動回路ＭＤＲ１，ＭＤＲ２、シャッタ制御は、
本発明と直接関わりがないので、詳しい説明は省略す
る。

【００９７】レンズ内制御回路ＬＰＲＳにＬＣＫに同期
して入力される信号ＤＣＬは、カメラからレンズＦＬＮ
Ｓ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。

【００９８】制御回路ＬＰＲＳ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Ｄ
ＬＣ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
力を行なう。

【００９９】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なう。光学系
の移動量はエンコーダ回路ＥＮＣＦのパルス信号ＳＥＮ
ＣＦでモニターして、ＬＰＲＳ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ＬＰＲＳ自身が信号
ＬＭＦ，ＬＭＲを‘Ｌ’にしてモータＬＭＴＲを制動す
る。

【０１００】この為、一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ＰＲＳはレンズの駆
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。

【０１０１】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・モータはオープン制御が
可能な為、動作をモニターする為のエンコーダを必要と
しない。

【０１０２】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ＬＰＲＳはエンコー
ダ回路ＥＮＣＺからの信号ＳＥＮＣＺを入力してズーム
位置を検出する。レンズ内制御回路ＬＰＲＳ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ＰＲＳ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。

【０１０３】図１８にセンサ列９１ａ，９１ｂ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），ＳＡＢ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＝０，…，３９）と
している。

【０１０４】像信号Ａ（ｉ），Ｂ（ｉ）から像ずれ量Ｐ
Ｒを検出する信号処理方法としては特開昭５８−１４２
３０６号公報、特開昭５９−１０７３１３号公報、特開
昭６０−１０１５１３号公報、或いは特願昭６１−１６
０８２４号等で開示されている。

【０１０５】図１９，図２０は各々の本発明の実施例２
に係る撮影画面内の測距視野とそれに対応する光電変換
素子の画素配置を示す説明図である。焦点検出装置とし
ての他の要素は先の実施例１と同様であるので省略して
いる。

【０１０６】図１９において、１１０は測距視野であ
り、十次形状をした領域のどの位置においても焦点検出
が可能である。このように連続した大きな測距視野を実
現する為には、面積型の光電変換素子が必要となり、例
えば図２０に示した画素配置となる。光電変換素子１１
１上には、４つの受光エリア１１２ａ１，１１２ａ２，
１１２ｂ１，１１２ｂ２があり、それぞれは多数の画素
より成っている。

【０１０７】前述の焦点検出光学系によれば、光電変換
素子１１１上の２対の光量分布は撮影レンズの結像状態
に応じて、矢印Ｄ１及び矢印Ｄ２の方向に相対的位置が
変化するので、焦点検出装置としてはこの方向の測距視
野の集合体として機能する。その他の構成は先の実施例
１と同様である。

【０１０８】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、撮影範囲
中の複数の領域での測距を行なう為の焦点検出系の各要
素を適切に設定することにより、光電変換素子の面積を
縮小しつつ高精度な焦点検出を可能とした焦点検出装置
を達成することができる。

【０１０９】特に、光電変換素子上に効率的に画素をレ
イアウトすることが可能となり、低価格で、又光電変換
素子の小型化によりカメラの小型化が容易で、更に副次
的効果としてファインダー光学系を焦点検出光学系が一
部兼用することが可能である為に、測距視野を撮影画面
の広範囲の領域に設定できるといった特長を有した焦点
検出装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を一眼レフカメラに適用したときの
実施例１の要部概略図

【図２】 図１の焦点検出系の光路の展開概略図

【図３】 図１の焦点検出系の光路の展開概略図

【図４】 図２のコンデンサーレンズの説明図

【図５】 図２のピント板の説明図

【図６】 図２の２次結像レンズの説明図

【図７】 図２の絞りの説明図

【図８】 図２の絞りの投影像の説明図

【図９】 図２の遮光マスクの説明図

【図１０】 図２の測距視野と撮影画面との関係を示す
説明図

【図１１】 光電変換素子の画素の配列を示す説明図

【図１２】 図２の一部分の説明図

【図１３】 図２の一部分の説明図

【図１４】 図２の光電変換素子の説明図

【図１５】 本発明に係る測距原理の説明図

【図１６】 図１５の拡散板の説明図

【図１７】 本発明を一眼レフカメラに適用したときの
実施例を示す回路図

【図１８】 図１７のセンサからの出力信号の説明図

【図１９】 本発明の実施例２に係る撮影範囲内の測距
視野の説明図

【図２０】 本発明の実施例２に係る光電変換素子の説
明図

【符号の説明】

４１，８１ 撮影レンズ ４２，８４ 拡散板 ４３，８５ フィールドレンズ ４４，９０ ２次結像レンズ ４６，４７，１０８ 光電変換素子 ４８，９３ 絞り ８８ 接眼レンズ ８９ 遮光マスク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズの像面側に焦点検出系を配置
   し、該焦点検出系を利用して該対物レンズの合焦状態を
   撮影範囲中の複数の測距領域に対して求める際、該焦点
   検出系は該対物レンズの結像状態に応じて相対的位置が
   変化する第１及び第２の物体像に関する光量分布を形成
   する第１結像手段と、該第１及び第２の物体像の光量分
   布とは異なる方向に相対的位置が変化する第３及び第４
   の物体像に関する光量分布を形成する第２結像手段と、
   該第１結像手段により形成された第１及び第２の物体像
   の光量分布より像信号を得る為の複数の画素列より成る
   第１光電変換素子と、該第２結像手段により形成された
   第３及び第４の物体像の光量分布より像信号を得る為の
   複数の画素列より成る第２光電変換素子とを有してお
   り、該第１及び第２の物体像を光偏向手段により互いに
   接近する方向に偏向させて、該第１光電変換素子の画素
   列が該第２光電変換素子の画素列によって挟まれた領域
   に位置するようにしていることを特徴とする焦点検出装
   置。