JPH0754370B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

焦点検出装置

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JPH0754370B2
JPH0754370B2 JP1527886A JP1527886A JPH0754370B2 JP H0754370 B2 JPH0754370 B2 JP H0754370B2 JP 1527886 A JP1527886 A JP 1527886A JP 1527886 A JP1527886 A JP 1527886A JP H0754370 B2 JPH0754370 B2 JP H0754370B2
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彰 明石
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、カメラ等の焦点検出装置に関する。さらに詳
しくは、複数方向の被写体輝度分布に基いて対物レンズ
の合焦状態を検出する焦点検出装置における検出速度の
改良に関する。
(従来の技術) 従来、対物レンズの瞳の異なる部分を透過した光束によ
り二つの像が形成される焦点検出光学系と、前記像の結
像を光電変換する光電変換素子とを備え、所定方向の被
写体輝度分布に基いて対物レンズの合焦状態を検出する
焦点検出装置が知られている。
しかしながら、被写体輝度の分布の方向が提出方向にう
まく相応しない場合には検出を実行できないケースも発
生する。
これに対処するため焦点検出装置で、二つの像の相対的
な位置関係を複数得ることにより、被写体輝度の分布の
偏向に対しても良好な検出精度を発揮できるようにする
ことが可能である。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、複数得られる二つの像の相対的な位置関
係の焦点ずれにおける変化量が各焦点検出光学系により
不均一であったり、また、各位置関係の光電変換された
信号出力が各別に光電変換素子から取出されて、これに
接続する演算手段に送込まれる場合、焦点検出速度が遅
延するという問題がある。
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は焦点検出速度を高速化することにあ
る。
(問題点を解決するための手段) 前述の目的の達成のため、本発明に係る焦点検出装置
は、前述の従来の焦点検出装置において、対物レンズの
光軸上に配置されこの光軸と点対称位置に複数のレンズ
部を有する二次結像レンズと、二次結像レンズの前方に
配置され前記レンズ部と対応する開口部を有する絞りと
により複数の焦点検出光学系を構成し、各焦点検出光学
系と対応する光電変換素子の画素列の相応する信号出力
同士を加算する等価回路を光電変換素子に設けてなる構
成を採用する。
(実施例) 以下、本発明に係る焦点検出装置の実施例を図面に基い
て説明する。
第1図〜第9図は、本発明を構成する焦点検出光学系の
複数分割手段についての第一実施例を示すものである。
この実施例では、対物レンズの光軸上に、視野マスク10
1、フィールドレンズ102、絞り103および二次結像レン
ズ104がこの順序で配置されている。視野マスク101は十
字形の透孔を有しており、対物レンズ106の予定結像面
近傍に配置されて対物レンズ106によって結像した被写
体の空中像を規制するものである。フィールドレンズ10
2は絞り103を対物レンズの射出瞳108に投影し、絞り103
と射出瞳108とを井役関係にするものである。絞り103は
第2図に示すように前記光軸を点対称とする四個の扇形
の開口部103a,103b,103c,103dを有しており、第4図に
示すように対物レンズ106の射出瞳108を四個の領域108
a,108b,108c,108dに分割するようになっている。二次結
像レンズ104は第3図に示すように前記絞り103の四個の
開口部103a,103b,103c,103dと対応する四個のレンズ部1
04a,104b,104c,104dを有しており、前記視野マスク像10
9を二次結像レンズ104の後側に配置された光電変換素子
105に結像するものである。
従って、対物レンズ106の射出瞳108の一つの領域108aに
入射した光束は、第5図(a)に示すように視野マスク
101、フィールドレンズ102、絞り103の開口部103a、二
次結像レンズ104のレンズ部104aを透過して、第6図に
示すように視野マスク像109aとして光電変換素子105上
に結像する。同様に、対物レンズ106の射出瞳108の他の
領域108b,108c,108dに入射した光束は、第5図(a),
(b)に示すように相応する各部を透過して、第6図に
示すように視野マスク像109b,109c,109dとして光電変換
素子105上に結像する。このため対物レンズ106に入射し
た光束は、四つの焦点検出光学系に分割されることにな
る。
このように視野マスク像109が結像する光電変換素子105
には、各視野マスク像109a,109b,109c,109dと対応する
画素列105a,105b,105c,105dが十字形に配列されてお
り、これ等画素列105a,105b,105c,105dによって各視野
マスク像109a,109b,109c,109dが光電変換され信号出力
として取出される。
なお、前記各視野マスク像109a,109b,109c,109dの照度
分布は、被写体より前方の物体が予定結像面上に結像し
ている前ピン状態では、第7図(a)に示すように合焦
状態に対し矢印方向へ移動し、逆に、被写体より後方の
物体が予定結像面上に結像している後ピン状態では、第
7図(b)に示すように合焦状態に対し矢印方向へ移動
する。このため、各視野マスク像109a,109b,109c,109d
から得られた前記出力は、第8図に示すような出力波形
110,111,112,113,114,115を形成することになる。即
ち、第8図(a)は合焦状態であり、第8図(b)は前
ピン状態で第8図(a)の出力波形110,111に対し接近
した出力波形112,113となり、第8図(c)では後ピン
状態で第8図(a)の出力波形110,111に対し離問した
出力波形114,115となる。この第8図(a),(b)に
図示のA,Bは、第9図に示すような各画素列105a,105b,1
05c,105dの組を示すもので、Aは画素列105a,105cの組
を示し、Bは画素列105b,105dの組を示す。
第10図〜第15図は、本発明を構成する焦点検出光学系の
複数分割についての第二実施例を示すものである。
この実施例においては、視野マスクが116、フィールド
レンズが102、絞りが117、二次結像レンズが118、光電
変換素子が119で示されており、これ等の各部はa,b,c,d
の付記によって示されている。
第一実施例と異なる点は、視野マスク116の透孔を正方
形としたこと、絞り117の開口部117a,117b,117c,117dを
平行移動によって重合する楕円形としたこと、二次結像
レンズ118のレンズ部118a,118b,118c,118dの後側にプリ
ズム118e,118f,118g,118hを設けたことである。
この実施例で、視野マスク116の透孔を正方形としたの
は、第一実施例における十字形に比べ製作が容易なため
で、絞り117の開口部117a,117b,117c,117dを平行移動に
よって重合する楕円形としたのは、第一実施例における
第8図の出力波形112,113,114,115が鏡像関係となるの
を改良して第15図に示すように合同関係となるようにし
たものであり、さらに、二次結像レンズ118のレンズ部1
18a,118b,118c,118dの後側にプリズム118e,118f,118g,1
18hを設けたのは、収差補正を行えるようにしたもので
ある。なお、前記絞り117の開口部117a,117b,117c,117d
は、第14図に示すような正方形からなる開口部136a,136
b,136c,136dとしても差支えない。また、第13図の視野
マスク像125a,125b,125c,125dにおけるa′,b′,c′,
d′は第10図の視野マスク116の透孔のa,b,c,dと対応す
るものである。
以上のような第一実施例および第二実施例によって、複
数の焦点検出光学系が対物レンズ106の光軸の対称位置
に分割されるため、視野マスク109a,109b,109c,109d,12
5a,125b,125a,125dが前記光軸を点対称として光電変換
素子105,109に結像されるため、非合焦時の照度分布は
画素列の組A,B毎でその移動量が同一であり、また、画
素列の組A,B同士でもその移動量が同一となる。従っ
て、これ等から得られる信号出力の精度が向上し、この
信号出力に基く演算が高速化されることになる。前記第
二実施例における出力波形122,123,124,125が合同関係
となるようにすることは、この信号出力の精度をさらに
向上する利点がある。
なお、信号出力に基く演算は、特開昭58−142306号等の
手段、例えば以下の式によって行われ、この算出結果か
ら対物レンズ106の焦点ずれ量を知ることができる。
即ち、 d=(F0/M)Z/{1+F0Z/(Mg)} である。
ただし、dは対物レンズ106の焦点ずれ量、Zは二つの
像の相対的ずれ量、Mは二次結像系の結像倍率、F0は分
割された瞳の領域の中心を通過する光線か対物レンズ10
6の光軸をなす色をFナンバーで表わした数値、gは予
定結像面と対物レンズ106の射出瞳108面との距離であ
る。
本発明は、前記第一実施例または第二実施例による焦点
検出光学系の分割に加えて、前記演算式等による演算に
際して各焦点検出光学系で得られた信号出力を加算する
ものである。
この加算は第16図に示す光電変換素子105,119に設けた
等価回路によって行われる。なお、第17図にはこのタイ
ミングチャートが示されている。
この等価回路は蓄積型イメージセンサをベースにしてい
るが、CCD,MOS等の他の構造のものとすることも可能で
ある。この回路のMOSはすべてnチャンネルで構成して
あり、タイミングチャート上High期間ON状態となりLow
期間OFF状態となる。クリア期間中ΦRESをHighとし、蓄
積電荷のクリアを行う。ΦRESをHighとすると、ベース
電位はGNDに固定され、同時にCT、配線等価容量CpもGND
固定に固定され、クリア動作が行われる。次にΦRESをL
owにし蓄積期間に入るとΦRをHighにしベース電位がエ
ミッタに対して順バイアスされる。このとき、順バイア
ス電圧をVBeを越えるように制御すると、画素列の蓄積
最大値に応じた電圧がチャージされ、ソースフォロワSF
2を介してVP出力に前記最大値に応じた電位が出力され
る。この最大値の出力は第17 図に示すように光が当っ
ている間上昇し、このVP出力は蓄積期間を制御するた
めにモニタされる。これと同時に、各画素列のエミッタ
電位はCTにチャージされる。これは前記蓄積期間中Φ
TがHighに制御されているためである。前記モニタの出
力がVTHに達すると、ΦTはLowに制御されてCTはエミ
ッタのEsより切離されるため、CTのチャージがストッ
プする。このようにして蓄積期間が終了するが、各画素
に対応したCTにチャージされた電荷が各画素の信号出
力である。次に、シフトシジスタSRを動作させて信号出
力を読出す。このシフトレジスタSRはダイナミックレジ
スタであり、スタートパルスΦST,Φ1,Φ2を有し、Φ
1のHighの期間MRnをON状態とし、CTにチャージされた
電荷を等価配線容量CHを介して容量分割で読出すこと
ができる。即ち、タイミングチャート上ΦSTのHighによ
りシフトレジスタSRはクリアされそれ以後のΦ1,Φ2の
フロックによりMR1〜MRnを順次開き、CTにチャージさ
れた信号出力を読出す。この間、Φ1をHighにする直前
にΦHRSをHighにし、等価配線容量CHをGNDに固定しク
リアする。
本発明では、前記画素列105a,105b,105c,105d,あるいは
119a,119b,119c,119dの組A,BのMRnをシフトレジスタSR
により同時に開き、組A,Bの対応する画素列105aと105d,
105bと105c,あるいは119aと119d,119bと119cの信号出力
を同時に読出し加算を行う。即ち、画素列の組AのCT1
にチャージされた電位をV1、画素列の組BのCT1にチャ
ージされた電位をV2とするとMR1を開いた時の等価配線
容量CHの電位は、 となり、(V1+V2)に比例した電位がVSに得られる。
従って、第一実施例の光電変換素子105についてみる
と、第18図に示すように画素列105aの出力波形が130
(第18図(a)のC)、画素列105cの出力波形が131
(第18図(a)のD)、画素列105dの出力波形が132
(第18図(b)のE)、画素列105bの出力波形が133
(第18図(b)のF)とすれば、加算の結果第18図G,H
の出力波形134,135が得られる。
この加算合成した出力波形134、135を演算して対物レン
ズ106の焦点ずれ量を算出すれば、第18図(b)のよう
にコントラストの低い方向があっても高精度で焦点検出
を行なうことができ、また、個別的な信号出力に基づい
て演算を行なうよりも焦点検出が高精度されることにな
る。この効果は、特に例えば縦縞の被写体等方向に全く
コントラストがない場合に極めて有効に奏される。
なお、第19図はカメラのファインダー視野内における測
距視野の位置を示したものであり、126はファインダ視
野、127、128は測距視野、129は測距部指示マークで測
距部指示マーク129は不図示のピント板上に形成されて
いる。
また測距視野127に入射した被写体像は、画素列105b、1
05d,119b,119d上に再結像し、測距視野128に入射した被
写体像は画素列105a,105c,119a,119c上に再結像するこ
とになる。
(発明の効果) 以上のように本発明による焦点検出装置は、複数の焦点
検出光学系を対物レンズの光軸の対称位置に構成したた
め、光電変換素子上に結像される視野マスク像の非合焦
時の変化量が焦点検出光学系によらず一定となり、光電
変換素子から取出された信号出力の精度が向上し、焦点
ずれ量を算出する演算手段の演算速度が高速化され、焦
点検出速度が高速化される効果がある。また各焦点検出
光学系と対応する光電変換素子の画素列の相応する信号
出力同士を加算するため、前記演算手段における演算が
簡素化され焦点検出速度の高速化を促進する。
さらに、複数の焦点光学系を有する焦点検出装置におけ
る被写体のコントラストのアンバランスに対しても有効
に検出機能を発揮する特性が、本発明の構成によって阻
害されない効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第9図は本発明を構成する焦点検出光学系の複
数分割手段についての第1実施例を示すもので、第1図
は斜視図、第2図は絞りの正面図、第3図は二次結像レ
ンズの構造図、第4図は対物レンズの射出瞳投影図、第
5図(a)、(b)は焦点検出光学系の分割光路図、第
6図は光電変換素子における視野マスク像の結像図、第
7図(a)、(b)は第6図の非合焦時の移動方向を示
す簡略図、第8図(a)、(b)、(c)は光電変換素
子の画素列から取出された信号出力の出力波形図、第9
図は光電変換素子における画素列の組と配列を示す簡略
図、第10〜第15図は前記第一実施例と対応する第2実施
例を示すもので、第1図は第1図と、第11図は第2図
と、第12図は第3図と、第13図は第6図と、第15図は第
8図と夫々対応し、第14図は第11図の変形例を示す図、
第16図は光電変換素子に設けられる等価回路図、第17図
は第16図のタイミングチャート、第18図は等価回路によ
り加算合成された信号出力の出力波形図、第19図はカメ
ラのファイダの測距視野の位置表示図である。 106……対物レンズ、102……フィールドレンズ 103、117……視野マスク、103a,103b,103c,103d,117a,1
17b,117c,117d……開口部、 104、118……二次結像レンズ、104a,104b,104c,104d,11
8a,118b,118c,118d……レンズ部、 105、119……光電変換素子、105a,105b,105c,105d,119
a,119b,119c,119d……画素数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明石 彰 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キ ヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者 大貫 一朗 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キ ヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者 須田 康夫 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キ ヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献 特開 昭58−27110(JP,A) 特開 昭59−42508(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対物レンズを透過した光束から物体像の対
    を形成する光学系と前記物体像の対に関するエネルギー
    分布を受ける光電変換素子を有していて光電変換素子の
    出力から焦点調節状態を検出する装置で、前記光学系及
    び光電変換素子は対物レンズの光軸に関して複数組設け
    られており、各焦点検出光学系と対応する光電変換素子
    の画素列の相応する信号出力同士を加算する等価回路を
    光電変換素子に設けたことを特徴とする焦点検出装置。
JP1527886A 1985-10-22 1986-01-27 焦点検出装置 Expired - Lifetime JPH0754370B2 (ja)

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DE3645349A DE3645349C2 (de) 1985-10-22 1986-10-21 Fokussierzustandserfassungsvorrichtung für Objektivlinsen
DE19863635790 DE3635790A1 (de) 1985-10-22 1986-10-21 Fokussierzustandserfassungsvorrichtung fuer objektivlinsen
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