JPH07261073A

JPH07261073A - 焦点位置検出装置

Info

Publication number: JPH07261073A
Application number: JP6051491A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Otaki; 達朗大瀧
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｆナンバーが異なる種々の対物光学系に対し
て、共通に所望の精度で合焦を行う。【構成】撮影レンズ１１からの光束により第１中間像
面Ｐ５付近に物体の像１７が形成され、その像１７が再
結像光学系１８を介して第２中間像面Ｐ７付近にリレー
される。再結像光学系１８内の可動レンズ系２０の位置
を調整して、撮影レンズ１１の瞳面と共役な面Ｐ６の位
置を所定位置に固定し、その面Ｐ６上に絞り２４を配置
する。絞り２４の開口を通過した２つの光束が、結像レ
ンズ６Ａ及び６Ｂを介してラインセンサ８上に物体の像
を形成し、これら２つの像の間隔等に基づいて合焦用レ
ンズエレメント１１ａの位置を調整して合焦を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばスチルカメラ、
ビデオカメラ、又は顕微鏡等の光学機器のオートフォー
カス機構に適用して好適な焦点位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光学機器では、対物光学系（撮
影レンズ等）により物体の像を所定の結像面に結像し、
この像を例えばＣＣＤ等の２次元の撮像素子、又はフィ
ルムを用いて撮像している。斯かる光学機器では、常に
その物体の像を鮮明な状態で撮像するためにオートフォ
ーカス機構が備えられている。

【０００３】図４は、従来のオートフォーカス機構を備
えた光学機器の光学系を示し、この図４において、不図
示の遠方の物体からの光が撮影レンズ１によって集光さ
れ、この集光された光の一部がビームスプリッター２を
透過して結像面Ｐ１に達する。図４は、その物体に対し
て撮影レンズ１が合焦されている状態を示し、この状態
では結像面Ｐ１上にその物体の像３が結像されている。
結像面Ｐ１上にＣＣＤ等の２次元の撮像素子の撮像面、
又はフィルムの露光面が配置され、その撮像素子又はフ
ィルムによりその像３が鮮明に撮像される。

【０００４】一方、ビームスプリッター２で反射された
光の内、絞り４の２つの開口４ａ及び４ｂを通過した２
つの光束が中間像面Ｐ２に達し、中間像面Ｐ２上にその
物体の像５が結像される。絞り４により抽出された２つ
の光束は、中間像面Ｐ２を通過した後、それぞれ結像レ
ンズ６Ａ及び６Ｂを介して受光面Ｐ３に達し、結像レン
ズ６Ａ及び６Ｂに対応して受光面Ｐ３上にそれぞれ物体
の像７Ａ及び７Ｂが結像される。受光面Ｐ３上には例え
ば１次元ＣＣＤ等からなるラインセンサ８の受光面が配
置され、ラインセンサ８は、それらの像７Ａ及び７Ｂを
光電変換して一連の画素信号を出力する。

【０００５】図４が合焦状態を示すのに対して、図５
は、撮影レンズ１が光軸方向に位置ずれして、結像面Ｐ
１に対して後側に物体の像３が結像されている所謂「後
ピン」の状態を示し、図６は、結像面Ｐ１に対して前側
に物体の像３が結像されている所謂「前ピン」の状態を
示す。このような後ピン、又は前ピンの状態では、受光
面Ｐ３上のラインセンサ８の受光面には、それぞれ物体
のデフォーカスされた２つの像が投影される。図４〜図
６より分かるように、合焦している状態（図４）と、後
ピンの状態（図５）又は前ピンの状態（図６）とでは、
ラインセンサ８上で２つの像の間の距離が異なる。ま
た、コントラストについても、図４の合焦状態での２つ
の像のコントラストが最も高い。そこで、ラインセンサ
８の画素信号より像間距離やコントラストを検出し、こ
の検出結果に基づいて撮影レンズ１を駆動することによ
って、オートフォーカス機構が動作していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
オートフォーカス機構では、撮影レンズ１からの光束よ
り絞り４を介して２つの光束を抽出し、このように抽出
された光束を用いて合焦状態を検出していた。この場
合、図４において、光束Ｌ１及びＬ２がそれぞれＦ２．
８及びＦ４の光束を示すとすれば、Ｆ４の光束Ｌ２より
も光軸に近い例えばＦ５．６の光束では、焦点検出に必
要な光束は絞り４の開口を通過しないことになる。この
ため、撮影レンズ１がＦナンバーの大きなレンズである
場合には、オートフォーカス用の光学系（結像レンズ６
Ａ，６Ｂ及びラインセンサ８等）に十分な量の光が達せ
ず、オートフォーカス機構が動作しないという不都合が
あった。

【０００７】それを避けるためには、Ｆナンバーの大き
なレンズに合わせて、絞り４の位置、及び絞り４の２つ
の開口４ａ及び４ｂの間隔等を設定することが考えられ
る。しかしながら、このようにＦナンバーの大きいレン
ズに合わせた光束を使って焦点検出を行うようにした場
合は、開口４ａ及び４ｂの間隔が狭くなりオートフォー
カスによる合焦精度が不十分であった。

【０００８】更に、図４において、中間結像面Ｐ２上の
像５の中心（光軸上）以外では、撮影レンズ１からの光
束がテレセントリックとなっていないため、焦点ずれが
生じた場合に、ラインセンサ８上に投影（結像）される
像の大きさが中心部と周辺部とで異なっていた。このた
め、結像面Ｐ１上で撮像される像の中心部以外で、オー
トフォーカスを良好に（中心部と同じ合焦精度で）作動
させることが困難であるという不都合があった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、Ｆナンバーが異
なる種々の対物光学系に対して所望の精度で正確に合焦
を行うことができる焦点位置検出装置を提供することを
目的とする。本発明は更に、それら対物光学系の画角の
中心部以外の部分に対しても、その中心部と同程度の精
度で正確に合焦できる焦点位置検出装置を提供すること
をも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による焦点位置検
出装置は、例えば図１に示すように、移動自在な合焦レ
ンズエレメント（１１ａ；２８ａ）を有し、物体からの
光を集光してこの物体の像を形成する対物光学系（１
１；２８）の結像位置を検出し、その合焦レンズエレメ
ントをその対物光学系の光軸方向へ移動させることによ
り、その検出された結像位置を所定の位置（フィルム
面、撮像面等）に設定する焦点位置検出装置において、
対物光学系（１１；２８）によって形成される像を再結
像する再結像光学系（１８）と、この再結像光学系内に
配置され、この再結像光学系から射出される光束を複数
の光束に分割する絞り手段（２４）と、この絞り手段及
び再結像光学系（１８）により形成される像を光電的に
検出する光電検出手段（６Ａ，６Ｂ，８）と、この光電
検出手段からの検出信号に基づいて合焦レンズエレメン
ト（１１ａ；２８ａ）を対物光学系（１１；２８）の光
軸方向に駆動する対物光学系用駆動手段（１３，１４）
とを有する。

【００１１】更に本発明では、再結像光学系（１８）
は、対物光学系（１１；２８）の瞳面と再結像光学系
（１８）内で共役な面（Ｐ６）の位置が一定の位置にな
るように位置決めされる可動光学系（２０）を有し、対
物光学系（１１；２８）の瞳面と再結像光学系（１８）
内で共役な面（Ｐ６）上に絞り手段（２４）を配置した
ものである。

【００１２】この場合、再結像光学系（１８）は、像側
にテレセントリックであることが望ましい。また、その
対物光学系の一例は、この対物光学系の瞳位置の情報が
格納された記憶手段（１２）を備えた対物光学系（１
１）であり、この場合、記憶手段（１２）から読み出さ
れた瞳位置の情報に基づいて再結像光学系（１８）内の
可動光学系（２０）の位置を調整する可動光学系用駆動
手段（２２，２３）を設けることが望ましい。

【００１３】また、その対物光学系の他の例は、変倍の
ために可動の変倍レンズエレメントを備えると共に、こ
の可動の変倍レンズエレメントの位置とその対物光学系
の瞳位置との相関情報が格納された記憶手段（２９）を
備えた変倍光学系（２８）であり、この場合、記憶手段
（２９）から読み出されたその相関情報と変倍光学系
（２８）内のその可動の変倍レンズエレメントの位置と
より変倍光学系（２８）の瞳位置を算出する瞳位置算出
手段（３１）と、この瞳位置算出手段により算出された
瞳位置の情報に基づいて再結像光学系（１８）内の可動
光学系（２０）の位置を調整する可動光学系用駆動手段
（２２，２３）とを設けることが望ましい。

【００１４】

【作用】斯かる本発明によれば、例えば対物光学系（１
１；２８）が交換されるか、又は倍率が変更されたよう
な場合には、一般にその瞳面（フーリエ変換面）の位置
も変化する。そこで、再結像光学系（１８）中の可動光
学系（２０）の位置を調整して、その対物光学系の瞳面
と共役な再結像光学系（１８）内の面（Ｐ６）の位置を
一定の位置に戻す。また、その面（Ｐ６）には絞り手段
（２４）が配置され、絞り手段（２４）により例えば複
数の光束が抽出される。そこで、絞り手段（２４）で
は、Ｆナンバーの最も大きな対物光学系からの光束を抽
出できるようにしておき、絞り手段（２４）により抽出
された複数の光束による像の間隔、及びコントラスト等
に基づいて、合焦レンズエレメント（１１ａ；２８ａ）
を駆動して合焦を行う。これによりオートフォーカス方
式で合焦が行われる。

【００１５】更に、光電検出手段（６Ａ，６Ｂ，８）で
検出する像の分解能を調整することにより、合焦精度を
所望の値に設定できる。これにより、Ｆナンバーが大き
い場合でも正確に焦点合わせを行えると共に、Ｆナンバ
ーが小さい場合にも所望の合焦精度で焦点合わせを行え
る。この際に、その対物光学系の瞳面と共役な面（Ｐ
６）上に絞り手段（２４）が配置されているため、Ｆナ
ンバーが大きい光束もケラレのない状態で受光される。

【００１６】また、再結像光学系（１８）が像側にテレ
セントリックである場合には、対物光学系（１１；２
８）の瞳面と共役な再結像光学系（１８）内の面（Ｐ
６）と像側で共役な面（射出瞳面）が無限遠となる。こ
れにより、再結像光学系（１８）による像の中心のみな
らず、像の端の方でも、焦点ずれが生じた場合の倍率変
化がなくなり、同じ精度で焦点ずれを検出できる。従っ
て、光電検出手段（６Ａ，６Ｂ，８）で検出する像の位
置を変えることにより、画角の中心部のみならず、画角
の大きい像の端の方でも、均一な合焦精度でオートフォ
ーカスを行うことができる。

【００１７】次に、その対物光学系の瞳位置が変わる場
合としては、例えばＦナンバーの異なる種々の交換レン
ズを対物光学系として使用する場合や、変倍光学系（ズ
ームレンズ）を使用して倍率を変化させる（倍率の変化
によりＦナンバーも変化する）場合等が想定できる。先
ず、交換レンズ方式の場合には、各交換レンズにそれぞ
れ瞳位置の情報が格納された記憶手段（１２）を設け、
各交換レンズを装着した場合に、付属する記憶手段（１
２）から読み出された瞳位置の情報に基づいて、再結像
光学系（１８）内の可動光学系（２０）の位置を調整す
る。これにより、各交換レンズに対してそれぞれ正確に
合焦を行うことができる。

【００１８】一方、変倍光学系（２８）を使用する場合
には、その変倍光学系内の可動の変倍レンズエレメント
の位置とその変倍光学系の瞳位置との相関情報が格納さ
れた記憶手段（２９）を設ける。そして、倍率を変えた
場合には、記憶手段（２９）から読み出されたその相関
情報とその可動の変倍レンズエレメントの位置とより、
瞳位置算出手段（３１）がその変倍光学系の瞳位置を算
出し、このように算出された瞳位置の情報に基づいて再
結像光学系（１８）内の可動光学系（２０）の位置を調
整する。これにより、倍率を変えたときにもそれぞれ正
確に合焦を行うことができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による焦点位置検出装置の第１
実施例につき図１及び図２を参照して説明する。本実施
例は、対物光学系として種々のＦナンバーの撮影レンズ
を交換して使用する光学機器（スチルカメラ等）に本発
明を適用したものである。図１は本実施例の光学系及び
制御系の構成を示し、この図１において、この光学機器
のレンズマウント（不図示）に交換レンズとしての撮影
レンズ１１が装着されている。撮影レンズ１１は実際に
は複数枚のレンズエレメントより構成されているが、図
１では撮影レンズ１１の光軸ＡＸ１に沿って移動自在な
合焦用のレンズエレメント１１ａのみを示している。

【００２０】撮影レンズ１１には、この撮影レンズ１１
の瞳面（物体面に対するフーリエ変換面）の位置の情報
として、撮影対象物が無限遠にある場合の結像位置から
その瞳面までの距離の情報が格納された記憶部１２が備
えられている。記憶部１２としては、ＲＯＭ（読み出し
専用メモリ）、又は電気的に消去可能なＰＲＯＭ（ＥＥ
ＰＲＯＭ）等のＩＣメモリが使用されている。但し、記
憶部１２の代わりに、磁気カード等の磁気式記録媒体、
又はバーコード等の光学式記録媒体等を使用してもよ
い。また、合焦用のレンズエレメント１１ａを光軸ＡＸ
１に沿って移動させるための駆動モータ１３がこの光学
装置の本体部（不図示）に配置され、主制御系１４が駆
動モータ１３を介してレンズエレメント１１ａの位置を
調整する。

【００２１】図１は、不図示の物体（撮影対象物）に対
して撮影レンズ１１が合焦されている状態を示し、その
物体からの光束は、撮影レンズ１１により集光されてビ
ームスプリッター１５に達し、ビームスプリッター１５
を透過した光束により結像面Ｐ４上にその物体の像１６
が結像されている。結像面Ｐ４上には、２次元ＣＣＤ等
の２次元撮像素子の撮像面、又はフィルム等の感光膜の
露光面が設置されている。一方、ビームスプリッター１
５で反射された光束により、第１中間像面Ｐ５上に、そ
の物体の中間像１７が結像され、第１中間像面Ｐ５を通
過した光束が再結像光学系１８を介して第２中間像面Ｐ
７上に導かれている。再結像光学系１８に関して第１中
間像面Ｐ５と第２中間像面Ｐ７とが共役になっており、
図１の状態では、中間像１７の再結像光学系１８により
縮小された中間像２５が第２中間像面Ｐ７上に結像され
ている。即ち、再結像光学系１８は縮小系である。

【００２２】撮影レンズ１１の光軸ＡＸ１をビームスプ
リッター１５で折り返した軸を光軸ＡＸ２とすると、再
結像光学系１８は、第１中間像面Ｐ５側から順に正の屈
折力を有するレンズ（正レンズ）１９、光軸ＡＸ２に沿
って移動自在な可動レンズ系２０、及び正レンズ２１を
配置して構成されている。可動レンズ系２０は、第１中
間像面Ｐ５側から順に凹レンズ（厳密には第１中間像面
Ｐ５に凸面を向けた負メニスカスレンズ）２０ａ及び凸
レンズ２０ｂを配置して構成されたガリレオ系であり、
可動レンズ系２０が一体として駆動モータ２２により光
軸ＡＸ２に沿って移動できるように構成されている。駆
動モータ２２の動作は副制御系２３により制御され、副
制御系２３は撮影レンズ１１内の記憶部１２から、撮影
レンズ１１の瞳面の位置の情報ＰＩを読み取る。

【００２３】この場合、撮影レンズ１１の瞳面と共役な
再結像光学系１８内の面を瞳共役面Ｐ６として、副制御
系２３は、それ以前に装着されていた別の撮影レンズを
取り外して撮影レンズ１１が装着されたときにも、この
撮影レンズ１１に対する瞳共役面Ｐ６が一定の位置に固
定されたまま維持されるように、駆動モータ２２を介し
て可動レンズ系２０の位置を制御する。即ち、記憶部１
２から読み出された撮影レンズ１１の瞳面の位置の情報
に基づいて、副制御系２３は、駆動モータ２２を介して
可動レンズ系２０の位置を制御して、その瞳共役面Ｐ６
の位置を固定された位置に設定する。この際に、可動レ
ンズ系２０はガリレオ系であるため、ガリレオ系の特性
によって、可動レンズ系２０の位置を光軸ＡＸ２に沿っ
て移動させた場合でも、第１中間像面Ｐ５と第２中間像
面Ｐ７との共役関係は変化せず、更に倍率も変化しな
い。

【００２４】従って、可動レンズ系２０を使用すること
により、撮影レンズ１１が別の瞳位置を異にする撮影レ
ンズと交換された場合でも、第２中間像面Ｐ７上の中間
像に変化を与えずに、瞳共役面Ｐ６の位置をその固定さ
れた位置に設定できる。この固定された瞳共役面Ｐ６上
には、光軸ＡＸ２に関して対称に２つの開口２４ａ及び
２４ｂが形成された絞り２４が配置されている。この２
つの開口２４ａ及び２４ｂの間隔は、撮影レンズ１１の
代わりに最もＦナンバーの大きな交換レンズが装着され
た場合でも、この交換レンズからの光束がそれら開口２
４ａ及び２４ｂを通過できる間隔に設定されている。更
に、再結像光学系１８は、像面（第２中間像面Ｐ７）側
にテレセントリックとなっている。

【００２５】その絞り２４の開口２４ａ及び２４ｂを通
過した２つの光束は、凸レンズ２１を介して第２中間像
面Ｐ７上に中間像２５を結像する。また、一方の開口２
４ａを通過した後、第２中間像面Ｐ７を通過した光束
が、結像レンズ６Ａを介して再結像面Ｐ８上に物体の像
７Ａを結像し、他方の開口２４ｂを通過した後、第２中
間像面Ｐ７を通過した光束が、結像レンズ６Ｂを介して
再結像面Ｐ８上に物体の像７Ｂを結像する。再結像面Ｐ
８上には、例えば１次元ＣＣＤよりなるラインセンサ８
の受光面が設置されている。ラインセンサ８の画素の配
列密度は、必要な合焦精度を満たせるような値に設定さ
れている。但し、ラインセンサ８の代わりに、２次元Ｃ
ＣＤ等の２次元撮像素子を使用してもよい。

【００２６】ラインセンサ８から読み出された画素信号
は、主制御系１４に供給され、主制御系１４では、図３
の従来例と同様に、その画素信号より２つの像７Ａ及び
７Ｂの間隔、及びコントラスト等を求め、これらの間
隔、及びコントラスト等に基づいて２つの像７Ａ及び７
Ｂが再結像面Ｐ８上に結像されているかどうか、即ち撮
影レンズ１１による像が結像面Ｐ４上に結像されている
かどうかを判定する。仮に、撮影レンズ１１による像
が、結像面Ｐ４上に結像されていない場合には、主制御
系１４は、駆動モータ１３を介して合焦用のレンズエレ
メント１１ａの位置を制御して、その像が結像面Ｐ上に
結像されるようにする。これにより、オートフォーカス
方式で合焦が行われる。同様に、撮影レンズ１１の代わ
りに瞳位置の異なる交換レンズを装着したとしても、可
動レンズ系２０の位置を調整して絞り２４上に瞳共役面
Ｐ６を設定することにより、正確に合焦が行われる。

【００２７】この場合、撮影レンズ１１又は他の交換レ
ンズからの光束を分割する絞り２４は、瞳共役面Ｐ６上
に配置されているため、撮影対象の物体が視野の周辺に
ある場合でも、その物体からの光が撮影レンズ１１又は
他の交換レンズを介して確実に絞り２４の開口２４ａ及
び２４ｂに入射する。更に、開口２４ａ及び２４ｂの間
隔はＦナンバーの大きな交換レンズに合わせて設定され
ているため、撮影対象物が視野の周辺にある場合でも、
且つＦナンバーの大きな交換レンズが装着されている場
合でも、絞り２４を介して第２中間像面Ｐ７側に十分な
光量が導かれ、正確に合焦が行われる。

【００２８】また、撮影等を行うときには、視野の中心
の物体、又は視野の周辺の物体等の何れかに選択的に合
焦を行いたい場合があるが、そのように合焦対象物の位
置を設定するためには、本実施例では第２中間像面Ｐ７
に対して光軸ＡＸ２と垂直な方向に２つの結像レンズ６
Ａ及び６Ｂを移動させればよい。図２は、そのように結
像レンズ６Ａ及び６Ｂを光軸ＡＸ２と垂直な方向に移動
させた場合を示し、この図２において、第２中間像面Ｐ
７上で光軸ＡＸ２から外れた点２７からの光束が、結像
レンズ６Ａ及び６Ｂを介して再結像面Ｐ８上にその点２
７の共役像を形成している。これにより、点２７と共役
な撮影対象物、即ち視野の周辺にある物体に対して合焦
させることができる。

【００２９】これに関して、図１において再結像光学系
１８は像側にテレセントリックであるため、点線の光路
２６で示すように、瞳共役面Ｐ６上の中心（光軸ＡＸ
２）を通る光は、第２中間像面Ｐ７に垂直に入射する。
即ち、再結像光学系１８の射出瞳は無限遠となってい
る。従って、第２中間像面Ｐ７上のどの位置をとって
も、光学的な条件は変わらないため、視野の中央部又は
視野の周辺部の何れの物体に対しても同じ精度で正確に
合焦を行うことができる。

【００３０】次に、本発明の第２実施例につき図３を参
照して説明する。本実施例は、ズームレンズを使用する
光学機器に本発明を適用したものであり、図３において
図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明
を省略する。図３は本実施例の光学系及び制御系を示
し、この図３において、レンズマウント（不図示）にズ
ームレンズ２８が装着されている。ズームレンズ２８は
実際には数群のレンズ系から構成されているが、図３で
はそれらの内、ズームレンズ２８の光軸ＡＸ１に沿って
移動自在に配置されている合焦用のレンズ系２８ａのみ
を示している。

【００３１】ズームレンズ２８には、このズームレンズ
２８の瞳面（物体面に対するフーリエ変換面）の位置の
情報として、ズームレンズ２８内の変倍用のレンズ系の
位置と、結像位置からその瞳面までの距離との相関関係
を示す情報が格納された記憶部２９が備えられている。
記憶部２９としては、図１の記憶部１２と同様の記憶装
置が使用される。その相関関係を示す情報の一例は、変
倍用のレンズ系の位置を複数の所定の基準点に設定した
場合の、結像面からその瞳面までの距離を、対応する基
準点の位置と共に記録したものである。この場合、その
変倍用のレンズ系がそれら基準点の中間にあるときに
は、補間により結像面から瞳面までの距離が求められ
る。

【００３２】また、その相関関係を示す情報の他の例
は、変倍用のレンズ系の位置と、結像面からその瞳面ま
での距離との関係を例えば２次関数又は３次関数等の関
数で表した場合の、その関数の各次数での係数の集合で
ある。この場合には、その関数に変倍用のレンズ系の位
置の情報を代入することにより、結像面から瞳面までの
距離が算出できる。

【００３３】更に、本実施例においてズームレンズ２８
の倍率を変えるにはマニュアル又は駆動モータ（不図
示）により変倍用のレンズ系（不図示）の位置を調整す
ればよい。このように調整された後の変倍用のレンズ系
の光軸ＡＸ１方向の位置がポテンショメータ等のリニア
エンコーダ３０により検出され、検出された位置が演算
部３１に供給されている。リニアエンコーダ３０の代わ
りに、ロータリエンコーダ等も使用できる。その演算部
３１には、記憶部２９から読み出された相関関係を示す
情報も供給されている。

【００３４】その相関関係を示す情報が、変倍用のレン
ズ系の複数の位置と、対応する結像面から瞳面までの距
離との情報である場合、演算部３１はリニアエンコーダ
３０から供給された位置を用いて補間により、第１中間
像面Ｐ５からズームレンズ２８の現在の瞳面までの距離
を算出する。一方、その相関関係を示す情報が、変倍用
のレンズ系の位置と、結像面からその瞳面までの距離と
の関係を示す関数の係数である場合、演算部３１は、そ
の関数にリニアエンコーダ３０から供給された位置を代
入して、第１中間像面Ｐ５からズームレンズ２８の現在
の瞳面までの距離を算出する。

【００３５】このように算出された瞳面までの距離の情
報ＰＩが副制御系２３に供給される。副制御系２３は、
供給された瞳面までの距離の情報を用いて、再結像光学
系１８内の可動レンズ系２０を光軸ＡＸ２方向に移動さ
せて、瞳共役面Ｐ６の位置を絞り２４上に戻す。更に図
３において、合焦用のレンズ系２８ａを光軸ＡＸ１に沿
って移動させるための駆動モータ３１が、この光学装置
の本体部（不図示）に配置され、主制御系１４が、ライ
ンセンサ８からの画素信号に基づいて駆動モータ３１を
介してレンズ系２８ａの位置を調整することにより合焦
を行う。その他の構成は第１実施例と同様である。

【００３６】本実施例において、ズームレンズ２８の倍
率を変更した場合には、変倍用のレンズ系の位置情報が
リニアエンコーダ３０を介して演算部３１に供給され、
演算部３１では、そのときのズームレンズ２８の瞳面の
第１中間像面Ｐ５からの距離を算出し、この算出した距
離の情報ＰＩを副制御系２３に供給する。これに応じて
副制御系２３では、駆動モータ２２を介して可動レンズ
系２０の位置を調整して瞳共役面Ｐ６の位置を絞り２４
上に戻す。これにより、ラインセンサ８上に撮影対象物
の像が十分な光量で投影され、主制御系１４がラインセ
ンサ８からの画素信号を用いてレンズ系２８ａの位置を
調整することにより、正確に合焦が行われる。即ち、ズ
ームレンズ２８の倍率を変更して瞳位置が変化した場合
でも、正確に合焦が行われる。

【００３７】なお、上述実施例はスチルカメラ等の光学
機器のオートフォーカス機構に本発明を適用したもので
あるが、例えば顕微鏡のオートフォーカス機構等にも同
様に本発明を適用することができる。このように本発明
は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の構成を取り得る。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、対物光学系をＦナンバ
ーの異なる別の対物光学系と交換して瞳面の位置が変わ
ったとしても、再結像光学系内でその瞳面と共役な面の
位置を一定にできる。従って、その共役な面上に絞り手
段を配置することにより、絞り手段を通過する光束の光
量を十分に確保できるため、Ｆナンバーが変わった場合
でも所望の精度で合焦を行うことができる利点がある。

【００３９】また、従来は合焦が困難であったＦナンバ
ーの大きい対物光学系に合わせて、その絞り手段の開口
の位置を設定することにより、Ｆナンバーの大きい対物
光学系に対してもオートフォーカスを行うことができ
る。即ち、一般にフォーカスの合わせにくいＦナンバー
の大きい望遠レンズでも、精度よく合焦できる。次に、
再結像光学系が像側にテレセントリックである場合に
は、焦点ずれが生じたときに、画角の中心部でも周辺部
でも再結像光学系により形成される像の倍率が同じに維
持される。従って、画角の周辺部でも中心部と同程度の
精度で合焦を行うことができる。従って、従来例のよう
に画面の中心でフォーカス位置をロックした後、構図を
決めるといった動作が不要となり、その画面内の所望の
位置で合焦できて便利である。

【００４０】また、その対物光学系が交換レンズ方式で
交換できる場合には、各対物光学系の瞳位置の情報が格
納された記憶手段を備え、この記憶手段から読み出され
た瞳位置の情報に基づいて再結像光学系内の可動光学系
の位置を調整することにより、種々の交換レンズに対し
てそれぞれ正確に合焦できる。一方、その対物光学系が
変倍光学系（ズームレンズ）である場合には、変倍によ
りＦナンバーが変化して瞳面の位置が変化する。そこ
で、このような場合には、可動の変倍レンズエレメント
の位置と対物光学系の瞳位置との相関情報が格納された
記憶手段を設け、この記憶手段から読み出された相関情
報とその可動の変倍レンズエレメントの位置とより変倍
光学系の瞳位置を算出し、この瞳位置の情報に基づいて
再結像光学系内の可動光学系の位置を調整することによ
り、変倍を行ったときでも正確に合焦できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による焦点位置検出装置の第１実施例が
適用された光学機器の光学系及び制御系を示す構成図で
ある。

【図２】第１実施例において、画面の周辺部で合焦を行
う場合を示す要部の拡大図である。

【図３】本発明の第２実施例が適用された光学機器の光
学系及び制御系を示す構成図である。

【図４】従来のオートフォーカス機構を備えた光学機器
の光学系を示す光路図である。

【図５】図４のオートフォーカス機構が所謂「後ピン」
である状態を示す図である。

【図６】図４のオートフォーカス機構が所謂「前ピン」
である状態を示す図である。

【符号の説明】

６Ａ，６Ｂ結像レンズ８ラインセンサ１１撮影レンズ１２，２９記憶部１３，２２駆動モータ１４主制御系１８再結像光学系２０可動レンズ系２３副制御系２４絞り２８ズームレンズ３０リニアエンコーダ３１演算部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｃ 3/06 Ｖ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動自在な合焦レンズエレメントを有
し、物体からの光を集光して該物体の像を形成する対物
光学系の結像位置を検出し、前記合焦レンズエレメント
を前記対物光学系の光軸方向へ移動させることにより、
前記検出された結像位置を所定の位置に設定する焦点位
置検出装置において、前記対物光学系によって形成される像を再結像する再結
像光学系と、該再結像光学系内に配置され、該再結像光学系から射出
される光束を複数の光束に分割する絞り手段と、該絞り手段及び前記再結像光学系により形成される像を
光電的に検出する光電検出手段と、該光電検出手段からの検出信号に基づいて前記合焦レン
ズエレメントを前記対物光学系の光軸方向に駆動する対
物光学系用駆動手段と、を有し、前記再結像光学系は、前記対物光学系の瞳面と前記再結
像光学系内で共役な面の位置が一定の位置になるように
位置決めされる可動光学系を有し、前記対物光学系の瞳面と前記再結像光学系内で共役な面
上に前記絞り手段を配置することを特徴とする焦点位置
検出装置。
【請求項２】前記再結像光学系は、像側にテレセント
リックであることを特徴とする請求項１記載の焦点位置
検出装置。
【請求項３】前記対物光学系は、該対物光学系の瞳位
置の情報が格納された記憶手段を備えた対物光学系であ
り、前記記憶手段から読み出された瞳位置の情報に基づいて
前記再結像光学系内の前記可動光学系の位置を調整する
可動光学系用駆動手段を設けたことを特徴とする請求項
１又は２記載の焦点位置検出装置。
【請求項４】前記対物光学系は、変倍のために可動の
変倍レンズエレメントを備えると共に、該可動の変倍レ
ンズエレメントの位置と前記対物光学系の瞳位置との相
関情報が格納された記憶手段を備えた変倍光学系であ
り、前記記憶手段から読み出された前記相関情報と前記変倍
光学系内の前記可動の変倍レンズエレメントの位置とよ
り前記変倍光学系の瞳位置を算出する瞳位置算出手段
と、該瞳位置算出手段により算出された瞳位置の情報に基づ
いて前記再結像光学系内の前記可動光学系の位置を調整
する可動光学系用駆動手段と、を設けたことを特徴とす
る請求項１又は２記載の焦点位置検出装置。