JPH0774855B2 - 焦点調節状態検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は被写体の輝度分布に基づいて対物レンズの焦点
調節状態を検出する焦点検出装置に関し、特に複数方向
の輝分布に基づいて焦点調整状態を検出する装置に関す
る。

〈従来の技術〉 従来、パツシブ方式の自動焦点検出装置は、例えば特開
昭58-150918等に示されるように、被写体の特定一方向
のみの輝度分布から撮影レンズのデフオーカス量を検出
するように構成されていた。したがつて、焦点検出装置
が検出可能な方向に、輝度分布を持たない被写体に対し
ては、全く焦点検出不能であつた。たとえば、カメラの
パツシブ方式焦点検出装置は一般に横方向の輝度分布に
対してしか、検出能力を持たないため、横方向に均一な
間隔の横縞柄のセーターとか窓のブラインドの様な線条
くり返し模様の被写体にはピントが合い難いという欠点
があつた。

〈発明が解決しようとしている問題点〉 本発明は、上記欠点を除去し、被写体の外観や模様のい
かんにかかわらず撮影レンズの焦点調節状態を検出する
ことの可能な装置の提供を目的としている。

そして、この目的を達成するために本発明は、撮影レン
ズの予定焦点面上の像を、正レンズ部の対と各正レンズ
部に対応する開口を具えた絞りとを有する２次結像系を
用いて２像に分離再結像し、該２像の相対間隔が撮影レ
ンズの焦点調節状態に応じて所定方向に変化する様に構
成し、前記２像の夫々を受容するめに配設された一対の
光電変換手段の出力信号の変化に基づいて撮影レンズの
焦点調節状態を検出する様にするものであって、前記２
次結像系及び光電変換手段の対を、形成される２像の相
対間隔の変化方向が互いに異なる様に複数個配設すると
共に前記２次結像系の結像倍率を0.2〜0.5倍とし、また
前記絞りの開口は一方の平行移動によって他方に実質上
重なる形状としたことを特徴としている。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を説明するがその説明に先立ち、
第１図〜第８図をもとにして本発明に到る、その基礎と
なる焦点検出系について説明しておく。第１図は焦点検
出光学系の部分を描いているが、焦点検出光学系が一眼
レフレツクスカメラに組込まれている場合には、この光
学系の前方に撮影レンズが配置されているものとする。

図中,101は線型開口を十字状に具えた視野マスク,102は
フイールドレンズ,103は多孔絞り,104は２次結像レンズ
体,105は４つの画素列を有する光電変換デバイスであ
る。又、Ｘは撮影系の光軸である。視野マスク101は不
図示の撮影レンズの予定結像面近傍（予定結像面の場合
を含む）に位置し、撮影レンズによつて結像した被写体
の空中像は２次結像レンズ体104によつて光電変換デバ
イス105の各画素列105a-105d上に再結像される。ここ
で、多孔絞り103は、撮影系の光軸を挾んで垂直に並ん
だ開口103a,103c、水平に並んだ開口103b,103dを有し
（第２図）、これに対応して２次結像レンズ体104は、
垂直に並んだ正レンズ部104a,104c、水平に並んだ正レ
ンズ部104b,104dを有しているため（第３図）、光電変
換デバイス105上には、視野マスク101の開口内の空中像
が視差を持つた４つの像に分離されて再結像される。第
３図の２次結像レンズ体104は、垂直と水平方向に並ん
だ正レンズ部の対104aと104c,104bと104dが、各正レン
ズ部の光軸間距離が直径より小さくなる様に、恰かもレ
ンズの縁を切除した後に接合したような形態になつてお
り、有効光量の増大に役立つ。

視野マスク101,フイールドレンズ102を透過し、絞り開
口103aに入射した光束は、次に２次結像レンズ体104の
レンズ部104aに入射し、第４図に示すように、光電変換
デバイス105上に視野マスク像109aを形成する。視野マ
スク像109aの内部には画素列105aが位置する様になつて
おり、ここで被写体像の照度分布は電気信号として取出
される。同様に絞り開口103b,レンズ部104bを透過した
光束は視野マスク像109bを形成し、103c,104cをを透過
した光束は視野マスク像109cを形成し、103d,104dを透
過した光束は視野マスク像109dをそれぞれ形成するの
で、被写体像は画素列105b,105c,105dにて光電変換され
る。

第５図（ａ），（ｂ）はこの光学作用を示した断面図で
ある。図中,106は撮影レンズであり、視野マスク103が
撮影レンズの１次結像面近傍に配置され、またフイール
ドレンズ102は多孔絞り103を撮影レンズの射出瞳上に投
影するように配置されるので、第６図に示すごとく、射
出瞳107上の互いに分離された４領域108a,108b,108c,10
8dを通過した光束によつて視野マスク像109a,109b,109
c,109dは形成される。つまり、射出瞳上の領域108a,108
cおよび108b,108dを通る光束について、それぞれ位相差
検出方式の焦点検出光学系が構成されている。

したがつて被写体より前方の物体が予定結像画上に結像
している前ピン状態においては、第７図（ａ）に示すご
とく、視野マスク像109内の像の照度分布は合焦状態よ
り矢印方向に移動し、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においては、第７図
（ｂ）に示す矢印方向に移動する。

第８図は前ピン，後ピン状態の光電変換出力を示すもの
で、撮影レンズによつて視野マスク101の中央に点像が
形成された場合の画素列105a,105cおよび画素列105b,10
5dの光電変換出力である。画素列105aおよび105bの光電
変換出力がＡ系列に対応し、画素列105cおよび105dの光
電変換出力がＢ系列に対応している。第８図（ａ）は撮
影レンズが合焦位置にある場合の光電変換出力であり、
図（ｂ）は前ピン状態，図（ｃ）は後ピン状態である。
２像の間隔は前ピンで狭く、後ピンで広くなつている。
この２像の相対間隔を検出することによつて、撮影レン
ズのデフオーカス量を演算することが可能となる。演算
法の概要は後で触れるが、詳細な説明は本発明の範囲を
外れるので省略する。

次に、本発明の実施例を第９図〜第12図に示す。第９図
中、116は、対角線が、垂直，水平方向に一致した正方
形開口を持つ視野マスク、102はフイールドレンズ、117
は多孔絞り、118は２次結像レンズ体、119は垂直，水平
方向に並んだ画素列を持つ光電変換デバイスである。こ
の例でも前方に撮影レンズが配置されているものとす
る。絞り117はそれぞれが点対称形状の４つの開口117a,
117b,117c,117dを有し（第10図）、これに対応した位置
に２次結像レンズ体118は４つのレンズ部118a,118b,118
c,118dさらに収差補正用プリズム部118e,118f,118g,118
hを有している。つまり、絞り開口118aに入射した光束
は次にレンズ部118aに入射しプリズム部118eから射出し
て光電変換デバイス119上に視野マスク116の像を形成す
る。視野マスク像125aの内部には画素列119a,視野マス
ク像125bの内部には画素列119b,視野マスク像125cの内
部には画素列119c,視野マスク像125dの内部には画素列1
19dがそれぞれ位置し、被写体像の照度分布は電気信号
として取出される。

第10図は２次結像レンズ体118の詳細を描いている。凸
のレンズ部118aと118cの対,118bと118dの対は光軸間隔
が各レンズの直径より小さくなる様に集合されている
が、更に柱状体の射出端に、水平，垂直方向に対称で、
画素列の方向に傾いた補正プリズム118eと118gの対,118
fと118hの対が形成されている。補正プリズムは、例え
ばレンズ部118aが被写体を見込む位置とレンズ部118cが
被写体を見込む位置が相違することに起因して分離像に
発生する歪等の収差を除去しようとするもので、各レン
ズ部の光軸位置を中心に射出面を傾けることにより目的
を達成している。従つて、焦点検出視野内のどこに被写
体像が入射しても同一の合焦位置が保たれている。

第11図は絞りの詳細図である。絞りの開口部形状は、ボ
ケ像の対称性および焦点系の基線長を最大するように設
定されている。すなわち、第２図に示したような絞りに
よるボケ像は第８図（ｂ），（ｃ）のようになり２像が
非合同なボケ状態になる。このようにボケ像が非合同に
なる原因は絞り開口部103aと103cが，一方を平行移動し
ても他方に重ならないような形状であるためであり、こ
れは103b,103dについても同様である。つまり、第２図
に示した形状の場合には２組の開口部がそれぞれ鏡像の
関係になつているため、そのボケ像も第８図に示したよ
うに鏡像の関係になり平行移動によつて重ならないとい
う結果となる。これに対し、第11図に示した絞り形状は
117aを平行移動させれば117cに重なり、117bを平行移動
させれば117dに重なるようになつている。したがつて、
ボケ像は第13図に示すように合同形状となり一方の平行
移動によつて他方に重ねることが可能であり、２像の位
相差検出は高精度で行い得る。

さらに、このような条件を満たしたうえで、焦点検出系
の基線長を最大にするため、４つの開口部の最大径を撮
影レンズの射出瞳形状に合わせた円形としている。

また、光量を有効に利用するために、第14図に示したよ
うな正方形開口にしてもよい。

なお、ここに示した絞り形状は、それぞれの焦点検出光
学系の基線長を等しくするために、絞り開口対の開口重
心間隔を同一に設定している。つまり、第２図の103a-1
03cと103b-103d,第11図の117a-117cと117b-117dおよび
第14図の136a-136cと136b-136dの開口重心間隔はそれぞ
れ等しい。こうすることによつて、例えば第７図に示す
視野マスク像内の照度分布の対物レンズのデフオーカス
に対する相対的移動量は109a-109cと109b-109dで等し
い。

第12図は、第９図に示した焦点検出光学系における光電
変換素子上の視野マスク像の様子を示したものである。
視野マスクは４つのレンズ部をもつ２次結像レンズ体11
8によつて４つの像に分離されて投影される。第９図に
示した視野マスク開口部内の点a,b,c,dはそれぞれ第12
図中のａ′,b′,c′,d′に対応する。

第９図に於いて、被写体の像は不図示の撮影レンズによ
つて視野マスク116の近傍に結像され、開口を通過した
光束は更に多孔絞り117を通過して２次結像レンズ体118
により光電変換デバイス119上に視差を持つた２対の像
として結像される。その際、第５図（ａ）と同様に、多
孔絞り117の開口117aを通過した光束は正レンズ部118a
で結像作用を受け、プリズム部118eで収差補正作用を受
けた後、画素列119aに像を形成する。又、開口117cを通
過した光束は正レンズ部118cで結像作用、プリズム部11
8gで収差補正作用を受けた後、画素列119cに像を形成す
る。これら画素列119a,119c上の分離像は不図示の撮影
レンズの焦点調節に応じて垂直方向に対称的に移動する
ａは第７図で説明したのと同様である。又、多孔絞り11
7bと117dを通過した光束はそれぞれ画素列119bと119d上
に像を形成し、不図示の撮影レンズの焦点調節に応じて
水平方向に対称的に移動する。

光電変換デバイスの画素列上に投影された像の位相差か
ら撮影レンズのデフオーカス量を次のようにして演算す
ることができる。

ｄを撮影レンズのデフオーカス量,Zを２像の相対的ズレ
量,Mを２次結像系の結像倍率,Foを瞳分割された瞳の部
分領域の中心を通過する光線が撮影レンズの光軸となす
角をＦナンバーで表した数値,gをフイルム面と撮影レン
ズ射出瞳面との距離として、 ｄ＝（Fo/M）Z/｛１＋FoZ/（Mg）｝………（１） なる演算式が成り立つ。これによつて、２像の相対的ズ
レ量Ｚから撮影レンズのデフオーカス量を演算すること
ができる。２像の相対的ズレ量Ｚは例えば特開昭58-142
306号に開示されている方法によつて求めることができ
る。

ここで、垂直方向と水平方向で求めたデフオーカス量は
大体一方するはずであるから、その演算量に応じて撮影
レンズを駆動する。しかし被写体の外観，パターンによ
つては一方のデフオーカス量が演算不能に落込ることが
あるが、その場合は算出された値を使つて撮影レンズの
位置を調節する。

又、仮に垂直方向と水平方向とで値が一致しなかつた場
合には、近い方の値を採用するとか、演算途中で算出し
たコントラント値の高い方を採用することができるの
で、調節の信頼度を上げることができる。

他方、垂直，水平２組の画素列の出力を足し合わせた
後、上記のズレ量Ｚを求めてもよい。第15図はこの像ズ
レ量検出方法の説明図で、図中130〜135は画素列の出力
を表し、（ａ）‐Ｃが画素列105a,（ａ）‐Ｄが105c,
（ｂ）‐Ｅが105b,（ｂ）‐Ｆが105dにそれぞれ対応す
る。さらに第14図（ｃ）は（ａ），（ｂ）に示した出力
をたし合わせたもので、（ｃ）‐Ｇはセンサー出力130
と132を（ｃ）‐Ｈはセンサー出力131と133をそれぞれ
加えている。このようにして得られた合成センサー出力
134,135から前記の方法によつて相対的像ズレ量を求め
れば撮影レンズのデフオーカス量を算出することができ
る。このような処理を行なえば第15図（ｂ）のように画
素列上の像のコントラストが低く、この画素列出力だけ
では高精度で像ズレ量の検出ができない場合でも、他方
の画素列上にコントラストの高い像が形成されていれ
ば、画素列の合成出力は第15図（ｃ）のように高コント
ラストとなり、高精度で像ズレ量を検出し得、また、像
ズレ量検出の演算も１回で済むことになる。この効果は
特に、一方の組の画素列上に全くコントラストのない像
が投影されたとき、例えば縦縞の被写体のとき有効であ
る。

第16図はカメラのフアインダー視野内における測距視野
の位置を示した図である。図中,126はフアインダー視
野、127,128は測距視野、129は測距部指示マークであ
る。測距部指示マークは不図示のカメラのピント板上に
書込まれている。また、測距視野127に入射した被写体
像は光電変換画素列105b,105dあるいは119b,119d上に再
結像し、測距視野128に入射した被写体像は、光電変換
画素列105a,105cあるいは119a,119c上に再結像する。

以上の説明では、焦点検出光学系を２組有している場合
について示したが、３組以上でも実現可能である。第17
図および第18図は３組の焦点検出光学系を組合わせた場
合の例である。第17図は視野マスク、第18図は光電変換
デバイス上の視野マスク像である。２次結像レンズ体は
円周上等分に配置された６個のレンズ部を有するものを
用いればよく、ここでは、省略する。図中,137は視野マ
スク,138は光電変換デバイス,138a〜138fは光電変換デ
バイスに設けられた画素列,139a〜139fは視野マスク像
である。視野マスクの像139a〜139fの中には画素列138a
〜138fがそれぞれ位置し照度分布を電気的出力に変換し
ている。このとき、視野マスクの像が隣接する画素列に
かからないようにセンサー間隔および視野マスク像間隔
を設定している。すなわち、例えば視野マスク像139a内
には画素列138aのみが位置し、138bおよび138fは離れた
位置にあり、余計な光が入射することはない。また、セ
ンサ間隔を視野マスク像の大きさに比べ十分大きくとる
ことは、対物レンズ内の焦点検出光学系用有効光束のＦ
ナンバーを小さくする、あるいは２次結像系の像倍率を
小さくする等で原理的には可能であるが、本焦点検出装
置のカメラ等への応用を考えた場合、焦点検出光学系の
有効光束のＦナンバーはF8と暗く、２次結像倍率は−0,
2〜−0.5が適当であつて、これより小さくすると、光電
変換素子の製造上の問題焦点検出装置組立，調整上の問
題も発生する。

〈発明の効果〉 以上説明したように、複数方向の被写体輝度分布に基づ
いて焦点検出を可能とすることにより、従来のパツシブ
式焦点検出装置では検出し得なかつた例えば、横縞柄の
セーターとか、窓のブラインドとかにもピントを合わせ
ることが可能になり、苦手被写体を無くすことが可能と
なつた。これにより適正なピント調節が行われなかつた
ためにシヤツターチヤンスを逃がすと云つた不都合や、
一旦被写体の別の位置でピントを合わせた後、元に戻す
といつたわずらわしさから解放される。

又、焦点検出を２重に行うことになり、またほぼ同一の
検出視野に関して検出することができるから、検出精度
を向上させられる効果がある。

又更には２次結像系の絞りの開口を平行移動することに
よって他方に重なる形状とすることで、一対の光電変換
素子上で形成される像のボケ状態をほぼ合同形状とする
ことが可能となる。従って、より高い精度で焦点状態を
検出することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に到る前の焦点検出装置の斜視図。 第２図は、第１図における絞りの平面図。 第３図は、第１図における２次結像レンズ本体の詳細
図、 第４図は、第１図における光電変換デバイス上の視野マ
スク像を示す説明図、 第５図は、第１図の焦点検出系の光路を示す図。 第６図は、対物レンズの瞳分割状態を示す図。 第７図は、視野マスク像内の照度分布移動方向を示す
図。 第８図は、対物レンズの合焦状態に応じたセンサー出力
を示す図。 第９図は、本発明に関する焦点検出装置の実施例を示す
斜視図。 第10図は、第９図に示す２次結像レンズ本体の詳細図。 第11図は、第９図に示す絞りの平面図。 第12図は、第９図に示す光電変換デバイス上の視野マス
ク像を示す図。 第13図は、対物レンズの合焦状態に応じた画素よりの出
力を示す図。 第14図は、本発明に関し、別の絞りの変形例を示す図。 第15図は、画素より出力の加算例を示す図。 第16図は、本発明の焦点検出装置をカメラに応用した場
合のファインダー視野および測距部を示す図。 第17図は、焦点検出系を３組組合せた場合に用いる視野
マスクの平面図。 第18図は、光電変換素子上の視野マスク像を示す図。 図中、101,116……視野マスク、102はフイールドレン
ズ、103,117……多孔絞り、103a-103d,117a-117d……開
口、104,118……２次結像レンズ体、104a-104d,118a-11
8d……正レンズ部、105,119……光電変換デバイス、105
a-105d,119a-119d……画素列（光電変換手段）である。

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 石崎 明 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 大高 圭史 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 小山 剛史 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55−111929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−42509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−126517（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−111928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−27110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−177332（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮影レンズの予定焦点面上の像を２次結像
   系を用いて２像に分離再結像し、該２像の相対間隔が撮
   影レンズの焦点調節状態に応じて所定方向に変化する様
   に構成し、前記２像の夫々を受容するために配設された
   一対の光電変換手段の出力信号の変化に基づいて撮影レ
   ンズの焦点調節状態を検出できる様にするものであつ
   て、前記２次結像系及び光電変換手段の対を、形成され
   る２像の相対間隔の変化方向が互いに異なる様に複数個
   配設したことを特徴とする焦点調節状態検出装置。
2. 【請求項２】前記２次結像光学系及び前記光電変換手段
   の対は２個配置されている特許請求の範囲第１項記載の
   焦点調節状態検出装置。
3. 【請求項３】前記２次結像光学系及び前記光電変換手段
   の対は３個配置されている特許請求の範囲第１項記載の
   焦点調節状態検出装置。