JPH11218674A

JPH11218674A - 対物レンズ、撮像装置及びこれらを有した撮影システム

Info

Publication number: JPH11218674A
Application number: JP3550698A
Authority: JP
Inventors: Keiji Otaka; 圭史大高
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1999-08-10
Anticipated expiration: 2018-02-02
Also published as: JP3890134B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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を有した
撮影システム得ること。【解決手段】物体像を焦点調節手段を利用して予定結
像面に形成する対物レンズにおいて、該対物レンズは物
体の画角に関する画角情報と、該物体像が形成される該
予定結像面とは異なる仮想面上に該物体からの光線が到
達する位置に関する位置情報とにより決定される該光線
の経路に関する経路情報を出力する出力手段を有してい
ること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は写真用カメラ、ビデ
オカメラ等の撮影装置、または種々の観察装置に適用で
きる自動焦点検出装置により、焦点検出を行なう際に好
適な対物レンズ（撮影レンズ）撮像装置及びこれらを有
した撮影システム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。この像ずれ方式は例えば特開昭５９−１
０７３１１号公報や特開昭５９−１０７３１３号公報等
で提案されている。

【０００３】図１４は焦点検出装置が組み込まれた従来
のカメラの要部ブロック図である。図中１０１は撮影を
行うための対物レンズ、１０２は回動可能な半透過性の
主ミラー、１０３は焦点板、１０４はペンタプリズム、
１０５は接眼レンズ、１０６はサブミラー、１０７はフ
ィルム、１０８は焦点検出装置をそれぞれ示している。

【０００４】この図において、不図示の被写体からの光
の一部は対物レンズ１０１を透過後、主ミラー１０２に
より上方に反射され、焦点板１０３上に被写体像を形成
する。焦点板１０３上に形成された被写体像はペンタプ
リズム１０４による複数回の反射を経て接眼レンズ１０
５を介して撮影者又は観察者によって視認される。

【０００５】一方、対物レンズ１０１から主ミラー１０
２に到達した光束のうちの他の一部は半透過性の主ミラ
ー１０２を透過し、サブミラー１０６により下方に反射
され焦点検出手段１０８に導かれる。

【０００６】図１５は図１４に示す焦点検出手段１０８
における焦点検出の原理を説明するための説明図であ
る。同図は図１４における対物レンズ１０１と焦点検出
装置１０８のみを取り出し、主要な構成を展開して示し
ている。

【０００７】図１５の焦点検出装置１０８内において、
１０９は対物レンズ１０１の予定焦点面即ちフィルム面
と共役な面付近に配置された視野マスク、１１０は同じ
く予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズ、１
１１は２つのレンズ１１１−１、１１１−２からなる２
次結像系、１１２は２つのレンズ１１１−１、１１１−
２に対応してその後方に配置された２つのセンサ列１１
２−１、１１２−２を含む光電変換素子、１１３は２つ
のレンズ１１１−１、１１１−２に対応して配置された
２つの開口部１１３−１、１１３−２を有する絞り、１
１４は分割された２つの領域１１４−１、１１４−２を
含む対物レンズ１０１の射出瞳をそれぞれ示している。

【０００８】尚、フィールドレンズ１１０は、絞り１１
３の開口部１１３−１，１１３−２を対物レンズ１０１
の射出瞳１１４の領域１１４−１，１１４−２の近傍に
結像する作用を有しており、各領域１１４−１，１１４
−２を透過した光束１１５−１、１１５−２が２つのセ
ンサ列１１２−１，１１２−２にそれぞれ被写体像に関
する光量分布を形成するようになっている。

【０００９】図１５に示す焦点検出手段の焦点検出原理
は一般的に位相差検出方式と呼ばれているもので、対物
レンズ１０１の結像点が予定焦点面の前側、即ち対物レ
ンズ１０１側にある場合には２つのセンサ列１１２−
１，１１２−２上にそれぞれ形成される被写体像に関す
る光量分布が互いに近づいた状態となり、逆に対物レン
ズ１０１の結像点が予定焦点面の後側、即ち対物レンズ
１０１と反対側にある場合には２つのセンサ列１１２−
１，１１２−２上にそれぞれ形成される被写体像に関す
る光量分布が互いに離れた状態となる。

【００１０】しかも２つのセンサ列１１２−１，１１２
−２上に形成される被写体像に関する光量分布のずれ量
は対物レンズ１０１のディーフォーカス量即ち焦点はず
れ量とある関数関係にあるのでそのずれ量を適当な演算
手段で算出すると、対物レンズ１０１の焦点はずれの方
向と量を検出することができる。

【００１１】図１５に示す焦点検出手段は対物レンズ１
０１により観察又は撮影される範囲の中央の１つの領域
に存在する物体に対してのみ焦点検出が可能である。こ
れに対し、観察又は撮影される範囲の中央以外に存在す
る物体に対しても焦点検出が可能な焦点検出装置が本出
願人によって、例えば特開平７−１５９６８４号公報で
開示されている。

【００１２】図１６は同公報で開示されている、光学系
の構成を示す概略図である。図中、１１６は視野マスク
であり、中央に十字形の開口部１１６−１、両側の周辺
部に縦長の開口部１１６−２、１１６−３を有してい
る。１１７はフィールドレンズであり、視野マスクの３
つの開口１１６−１、１１６−２、１１６−３に対応し
て、３つの部分１１７−１、１１７−２、１１７−３か
ら成っている。１１８は絞りであり、中央部には上下左
右に１対ずつ計４つの開口１１８−１ａ、１１８−１
ｂ、１１８−１ｃ、１１８−１ｄを有する中央開口部１
１８−１が、また左右の周辺部分には１対２つの開口１
１８−２ａ、１１８−２ｂ及び１１８−３ａ、１１８−
３ｂを有する周辺開口部１１８−２、１１８−３がそれ
ぞれ設けられている。

【００１３】前記フィールドレンズ１１７の各領域１１
７−１、１１７−２、１１７−３はそれぞれこれらの開
口部１１８−１、１１８−２、１１８−３を不図示の対
物レンズの射出瞳付近に結像する作用を有している。１
１９は４対計８つのレンズ１１９−１ａ、１１９−１
ｂ、１１９−１ｃ、１１９−１ｄ、１１９−２ａ、１１
９−２ｂ、１１９−３ａ、１１９−３ｂから成る２次結
像系を一体化した光学部材であり、絞り１１８の各開口
に対して、その後方に配置されている。

【００１４】１２０は４対計８つのセンサ列１２０−１
ａ、１２０−１ｂ、１２０−１ｃ、１２０−１ｄ，１２
０−２ａ、１２０−２ｂ、１２０−３ａ、１２０−３ｂ
から成る光電変換素子であり、各２次結像系のレンズに
対応してその像を受光するように配置されている。

【００１５】図１７は光電変換素子１２０上に形成され
る被写体像の状態を示したものである。１２１−１ａ、
１２１−１ｂ、１２１−１ｃ、１２１−１ｄは視野マス
ク１１６の中央の開口部１１６−１及びフィールドレン
ズ１１７の中央部１１７−１を透過した光束が絞りの開
口１１８−１ａ、１１８−１ｂ、１１８−１ｃ、１１８
−１ｄで規制された後、その後方の２次結像系１１９の
レンズ１１９−１ａ、１１９−１ｂ、１１９−１ｃ、１
１９−１ｄによって光電変換素子１２０上に形成される
像領域をそれぞれ示している。

【００１６】また１２１−２ａ、１２１−２ｂは視野マ
スク１１６の周辺の開口部１１６−２及びフィールドレ
ンズ１１７の周辺部１１７−２を透過した光束が絞り１
１８の開口１１８−２ａ、１１８−２ｂによって規制さ
れた後、その後方の２次結像系１１９のレンズ１１９−
２ａ、１１９−２ｂによって光電変換素子１２０上に形
成される像領域を示している。

【００１７】同様に１２１−３ａ、１２１−３ｂは視野
マスク１１６の周辺の開口部１１６−３及びフィールド
レンズ１１７の周辺部１１７−３を透過した光束が絞り
１１８の開口１１８−３ａ、１１８−３ｂによって規制
された後、その後方の２次結像系１１９のレンズ１１９
−３ａ、１１９−３ｂによって光電変換素子１２０上に
形成される像領域を示している。

【００１８】図１６に示す焦点検出手段の焦点検出原理
は図１５に示すものと同様で、対をなすセンサの列方向
の被写体像の相対位置を検出するものであるが、以上で
示すような構成をとることにより、不図示の対物レンズ
により観察又は撮影される範囲の中心付近だけでなく、
視野マスクの周辺の開口部１１６−２、１１６−３に対
応する位置にある物体に対しても焦点検出を行うことが
できる。

【００１９】尚、本焦点検出手段によれば、上記中央付
近においては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焦点検出を行うことが可能
である。

【００２０】これらの焦点検出手段を一眼レフカメラの
ような撮影レンズが交換可能なカメラに用いる場合、直
接得られる焦点はずれ量に関する焦点状態検出信号に基
づいてレンズの制御を行うと、適正な焦点状態を得られ
ないことがある。その主な理由としては、観察又は撮影
される像を形成する対物レンズの光束と焦点検出手段が
取り込む光束が一般には異なることがあげられる。ま
た、位相差検出方式の焦点検出手段においては、本来縦
（光軸）方向の収差量によって決定されるべき焦点位置
或いは焦点はずれ量を横方向の収差に関連した像のずれ
に変換して求めているため、対物レンズに収差がある場
合には、収差補正の状態によってその両者に差が生ずる
ことが考えられる。

【００２１】こうした問題を解決するために、各対物レ
ンズに固有の補正値Ｃを用いて、例えば焦点はずれ量を
表す焦点検出信号ＤをＤ_C ＝Ｄ−Ｃ ‥‥‥（１）により補正するための補正手段を設け、得られた補正焦
点検出信号Ｄ_C に基づいてレンズの制御を行うものも知
られている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】前記の対物レンズに固
有の補正値Ｃは対物レンズの特性と焦点検出装置の特性
の両方に依存する値であるため、特定の焦点検出装置に
対応する補正値を対物レンズ或いはカメラに持たせ、補
正する撮影システムはこれと異なる焦点検出装置に対し
ては正常に機能しない。

【００２３】即ち焦点検出装置として焦点検出装置が取
り込む光束や焦点検出を行う領域の位置や数が異なるも
のが存在する場合には、それぞれの焦点検出装置に固有
の補正値を対物レンズまたはカメラ本体が記憶手段に保
持し補正することが必要であり、記憶手段として膨大な
記憶容量を必要とする。

【００２４】また、上記のような補正値を持ち、予め決
められた複数の焦点検出装置に対して機能するシステム
が既に存在する場合には、これとは取り込む光束や焦点
検出を行う領域の位置や数が異なる焦点検出装置をこの
システムに付加し、正常に機能させることは困難であ
る。

【００２５】本発明はこうした問題を解決し、取り込む
光束や焦点検出を行う領域の位置や数が異なる任意の焦
点検出装置に適用でき適切な補正が行え、大きな記憶容
量を必要とせず、精度の良い焦点検出信号の補正を得
て、高精度な焦点検出が可能な対物レンズ、撮像装置及
びこれらを有した撮影システムの提供を目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の対物レンズは、 (1-1) 物体像を焦点調節手段を利用して予定結像面に形
成する対物レンズにおいて、該対物レンズは物体の画角
に関する画角情報と、該物体像が形成される該予定結像
面とは異なる仮想面上に該物体からの光線が到達する位
置に関する位置情報とにより決定される該光線の経路に
関する経路情報を出力する出力手段を有していることを
特徴としている。

【００２７】特に、 (1-1-1) 前記仮想面は対物レンズの射出瞳であること。

【００２８】前記仮想面は前記予定結像面から所定距離
離れた位置に設定された面であること。

【００２９】(1-1-3) 前記画角情報は対物レンズにより
形成される物体像の予定結像面上における位置に関する
情報であること。

【００３０】(1-1-4) 前記仮想面は複数の領域に分割さ
れ、各領域を特徴づける指標を有し、前記仮想面上での
位置情報は当該各領域を特徴づける指標であること。

【００３１】(1-1-5) 前記光線の経路情報は当該光線が
進む方向に関する情報であること。

【００３２】(1-1-6) 前記光線の経路情報は当該光線が
前記予定結像面に到達する位置情報であること。

【００３３】(1-1-7) 前記位置情報は画角情報により決
定される予定結像上における物体の像の位置を基準とし
て表されていること。

【００３４】(1-1-8) 前記光線の経路情報を記憶する記
憶手段を有し、画角情報と物体からの光線が到達する仮
想面上での位置に関する情報に対応した情報を出力する
こと。

【００３５】(1-1-9) 前記光線の経路情報を演算する演
算手段を有し、画角情報と物体からの光線が到達する仮
想面上での位置情報に対応した情報を出力すること。

【００３６】(1-1-10) 前記対物レンズは少なくとも１
つ以上の光学系群を有し、前記焦点調節手段は当該光学
系群のすべてまたは一部を移動して焦点調節を行うこ
と。

【００３７】(1-1-11) 前記焦点調節手段は前記焦点調
節をする際に移動する光学群を駆動する駆動手段を有す
ること。等を特徴としている。

【００３８】本発明の撮像装置は、 (2-1) 対物レンズによって物体像を撮影媒体上に該対物
レンズの予定結像面に形成される物体像の焦点状態を検
出する焦点検出手段を利用して形成する撮像装置におい
て、該焦点検出手段が焦点検出を行う予定結像面上での
位置情報と、焦点検出する際に用いる光線が予定結像面
と異なる仮想面上に到達する位置情報とから焦点検出に
関する補正値を求める補正値演算手段、該補正値演算手
段で求めた補正値より該焦点検出手段で求めた焦点検出
結果を補正する補正演算手段とを有していることを特徴
としている。

【００３９】特に、 (2-1-1) 前記焦点検出手段は前記対物レンズの異なる複
数の瞳の領域を透過した光により複数の像を形成し、こ
れらの相対的な位置関係から焦点検出を行うこと。

【００４０】(2-1-2) 前記仮想面は対物レンズの射出瞳
であること。

【００４１】(2-1-3) 前記仮想面は前記予定結像面から
所定距離離れた位置に設定された面であること。

【００４２】(2-1-4) 前記仮想面は複数の領域に分割さ
れ、各領域を特徴づける指標を有し、前記仮想面上での
位置情報は当該各領域を特徴づける指標であること。

【００４３】(2-1-5) 前記補正値演算手段は前記焦点検
出手段が焦点検出する際に利用する光線により形成され
る前記予定結像面上での像の位置を求める演算過程を含
むこと。

【００４４】(2-1-6) 前記予定結像面上での像の位置は
前記焦点検出手段が焦点検出を行う予定結像面上での位
置を基準として求められること。等を特徴としている。

【００４５】本発明の撮影システムは、 (3-1) 対物レンズと該対物レンズによって物体像を撮影
媒体上に該対物レンズの予定結像面に形成される物体像
の焦点状態を検出する焦点検出手段を利用して形成する
撮像装置とを含んだ撮影システムにおいて、該対物レン
ズは物体像を焦点調節手段を利用して予定結像面に形成
すると共に、物体の画角に関する画角情報と、該物体像
が形成される該予定結像面とは異なる仮想面上に該物体
からの光線が到達する位置に関する位置情報とにより決
定される該光線の経路に関する経路情報を出力する出力
手段を有しており、該撮像装置は該焦点検出手段が焦点
検出を行う予定結像面上での位置情報と、焦点検出する
際に用いる光線が仮想面上に到達する位置情報とから焦
点検出に関する補正値を求める補正値演算手段、該補正
値演算手段で求めた補正値より該焦点検出手段で求めた
焦点検出結果を補正する補正演算手段とを有しており、
該焦点検出手段は該仮想面上に物体からの光線が到達す
る位置に関する位置情報と、該仮想面上に焦点検出する
際に用いる光線が到達する位置に関する位置情報とを用
いて焦点検出を行っていることを特徴としている。

【００４６】特に、 (3-1-1) 前記対物レンズと撮像装置は機構的、電気的に
着脱可能に構成されていること。

【００４７】(3-1-2) 前記対物レンズは複数存在し、各
対物レンズは交換して前記撮像装置に着脱可能であるこ
と。

【００４８】(3-1-3) 前記撮像装置は複数存在し、各撮
像装置は交換して前記対物レンズに着脱可能であるこ
と。

【００４９】(3-1-4) 前記物体からの光線が到達する当
該仮想面上での領域と前記焦点検出手段が焦点検出する
際に利用する光線が到達する当該仮想面上での領域の包
含関係を判定する過程を含み、前者が後者を包含してい
ないと判定された場合は焦点検出動作をを中止し、その
旨表示すること。等を特徴としている。

【００５０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
ブロック図であり、焦点検出装置を含む撮影装置の動作
を説明するための概念図である。図中１は対物レンズと
しての撮影レンズを有するレンズ本体であり、内部に
は、１つまたは複数のレンズ群から構成され、そのすべ
て、もしくは一部を移動させることで焦点距離を変化さ
せることが可能である撮影光学系（撮影レンズ）２、撮
影光学系２を構成するレンズのすべて、もしくは一部を
移動させ、撮影レンズ１の焦点状態を調整するための駆
動手段３、ＲＯＭのような記憶手段４及びそれらを制御
するためのレンズ制御手段５を含んでいる。

【００５１】一方、６はカメラ（カメラ本体）であり、
内部には主ミラー７、物体像が形成されている焦点板
８、像反転用のペンタプリズム９、そして接眼レンズ１
０を有し、これらの各要素はファインダー系を構成して
いる。さらにサブミラー１１、ＲＯＭのような情報を記
憶する記憶手段４’、焦点検出手段１２、演算手段（補
正値演算手段）１３、カメラ制御手段（補正演算手段）
１４、撮影媒体としてのフィルム（感光体）１５を含ん
でいる。撮影レンズ１及びカメラ本体６は接点１６を有
し、互いに装着された状態では撮影レンズ１の予定結像
面と撮影媒体１５とは一致し、又接点１６を介して各種
情報の通信や電源の供給が行われる。

【００５２】図２は図１の焦点検出手段１２に係る要素
の詳細な構成の説明図である。図中１７は撮影レンズの
光軸、１８は図１の感光面１５と等価なフィルム、１９
は撮影レンズ２の光軸１７上に配置された、図１の主ミ
ラー７と等価な半透過性の主ミラー、２０は同様に撮影
レンズ２の光軸１７上に斜めに配置され、図１のサブミ
ラー１１の機能を有する第１の反射鏡、２１は第１の反
射鏡２０によるフィルム１８に共役な近軸的結像面、２
２は第２の反射鏡、２３は赤外カットフィルター、２４
は絞りであり、２つの開口２４−１、２４−２を有して
いる。

【００５３】２５は２次結像系であり、絞り２４の２つ
の開口２４−１、２４−２に対応して配置された２つの
レンズ２５−１、２５−２を有している。３６は第３の
反射鏡、２６は光電変換素子（センサー）であって２つ
のエリアセンサ２６−１、２６−２を有している。

【００５４】ここで、第１の反射鏡２０は曲率を有し、
絞り２４の２つの開口２４−１、２４−２を撮影レンズ
２の射出瞳付近に投影する収束性のパワー（屈折力）を
持っている。また第１の反射鏡２０は必要な領域のみが
光を反射するようにアルミや銀等の金属膜が蒸着されて
いて、焦点検出を行う範囲を制限する視野マスクの働き
を兼ねている。他の第２，第３反射鏡２２、３６におい
ても光電変換素子上に入射する迷光を減少させるため、
必要最低限の領域のみが蒸着されている。各反射鏡の反
射面として機能しない領域に光吸収性の塗料等を塗布す
るのが良い。

【００５５】図３は図２の絞り２４の平面図でる。絞り
２４は、横長の２つの開口２４−１、２４−２を開口幅
の狭い方向に並べた構成となっている。図中点線で示さ
れているのは、絞り２４の開口２４−１、２４−２に対
応してその後方に配置されている２次結像系２５の各レ
ンズ２５−１、２５−２である。

【００５６】図４は図２の光電変換素子２６の平面図で
ある。図２で示した２つのエリアセンサ２６−１、２６
−２はこの図に示すように２次元的に画素を配列したエ
リアセンサを２つ並べたものである。

【００５７】以上の各要素を有する図２の構成におい
て、撮影レンズ２からの光束２７−１、２７−２は主ミ
ラー１９のハーフミラー面を透過後、第１の反射鏡２０
により、ほぼ主ミラー１９の傾きに沿った方向に反射さ
れ、第２の反射鏡２２により再び方向を変えた後、赤外
カットフィルター２３を介し、絞り２４の２つの開口２
４−１、２４−２を経て、２次結像系２５の各レンズ２
５−１、２５−２により集光され、第３の反射鏡３６を
介して光電変換素子２６のエリアセンサ２６−１、２６
−２上にそれぞれ到達する。

【００５８】図中の光束２７−１、２７−２はフィルム
１８の中央に結像する光束を示したものであるが、他の
位置に結像する光束についても同様の経路を経て、光電
変換素子２６に達し、全体として、フィルム１８上の所
定の２次元領域に対応する被写体像に関する２つの光量
分布が光電変換素子２６の各エリアセンサ２６−１、２
６−２上に形成される。

【００５９】本実施形態においては２次結像系２５の第
１面を凹面形状とすることで、２次結像系２５に入射す
る光が無理に屈折されることがないような構成とし、光
電変換素子２６の２次元領域の広い範囲にわたって良好
で一様な結像性能を確保している。尚、第１の反射鏡２
０は、撮影に際し、主ミラー１９と同様に撮影光路外に
退避されるものである。

【００６０】図１における焦点検出手段１２は、このよ
うにして得られた２つの被写体像に関する光量分布に対
して、周知の焦点検出方法と同様の検出原理に基づき、
被写体像の分離方向、即ち図４に示す２つのエリアセン
サ２６−１、２６−２の上下方向の相対的位置関係をエ
リアセンサ２６−１、２６−２の各位置で算出すること
で撮影レンズ１の焦点状態を検出し、その結果を焦点は
ずれ量Ｄとして出力する。

【００６１】以上の焦点検出手段１２によるとエリアセ
ンサ２６に対応するフィルム１８の領域即ち焦点検出領
域内のほぼ任意の点において焦点状態の検出を行うこと
が可能となる。また図５に示すような焦点検出可能領域
２８内の矩形で示される離散的な特定の位置においての
み焦点検出を可能とすることもできる。この場合には、
例えば図５に示す矩形パターンを有する液晶表示素子等
を図１の焦点板８の付近に設け、駆動制御することで、
ファインダーで焦点検出可能な領域や焦点合わせが完了
した領域の表示が行える。

【００６２】前述した通り、センサ２６上に形成された
２つの像の相対的位置関係から求めた焦点状態を表す焦
点はずれ量をそのまま用い、撮影レンズを制御すると誤
差が生じ正確な焦点合わせが行えないため、各位置で求
められた焦点はずれ量を各位置に応じた補正値で補正す
ることが必要である。次にその理由を説明する。

【００６３】図６は図１の撮影レンズ１の射出瞳面４０
と図１のフィルム１５の面に一致する撮影レンズ或いは
カメラの予定結像面４１を示したものである。また４２
は予定結像面４１上の焦点検出手段１２の視野中心の１
つである点P から見たときの射出瞳の形状（口径蝕）で
ある。即ち図６の射出瞳４２内を透過した光により予定
結像面４１上の点 Pに物体像が形成され、この像情報を
焦点検出手段１２が受光し予定結像面４１上の点P の焦
点状態を検出することになる。

【００６４】但し、一般に焦点検出手段１２として前述
したような位相差方式を採用した場合は、焦点検出手段
が受光するのは図６の射出瞳４２内のすべての光ではな
く、その一部の領域４３、４４を透過したもののみであ
る。図６の領域４３、４４は図１５の絞り１１３や図１
６の絞り１１８、又は図２の絞り２４の一対の開口の図
１５のフィールドレンズ１１０、図１６のフィールドレ
ンズ１１７、または同様の機能を持つ図２の第１の反射
鏡２０による射出瞳面４０への投影像に相当する。

【００６５】これら領域４３、４４が図６の射出瞳４２
に一致せず、焦点検出手段１２がすべての撮影光束を取
り込んでいないことが焦点検出手段で検出された結果を
補正する必要がある第１の理由である。

【００６６】また、図７は撮影レンズの焦点合わせが完
了した時の、図６の射出瞳４０の各領域４２、４３、４
４を透過した光束の予定結像面４１上の点P での結像状
態とその後方に配置される焦点検出手段４５を模式的に
示した断面図である。図中４６、４７、４８は射出瞳の
各領域４２、４３、４４を透過する光束、４９はフィー
ルドレンズまたはこれと同等の機能を果たす光学素子、
５０は２つの開口５０−１、５０−２を有する絞り、５
１は２つのレンズ５１−１、５１−２を有する２次結像
系、５２は２つのセンサ５２−１，５２−２を有する光
電変換素子をそれぞれ表している。

【００６７】図８は図７の予定結像面４１上の点P 付近
を拡大して描いた図であり、図７と同一のものには同一
の符号が付されている。図８において、図７の射出瞳４
２を透過した光束４６は撮影レンズの残存収差のため焦
点が合った状態であっても点P を中心としてある有限の
大きさＳを有している。また射出瞳４０上の領域４３、
４４を透過した光束４７、４８により予定結像面４１上
に形成される像の中心Q 、 Rは、同様に収差の影響を受
けて点P に一致せず、図の紙面内においてそれぞれΔＹ
₁ ，ΔＹ₂ だけ変位している。図７の焦点検出手段４５
はこれら予定結像面４１上の点Q 、R を２次結像系５１
により光電変換素子５２上に結像し、その相対的な位置
を検出して点P での焦点状態を検出するため、上記の変
位量ΔＹ₁ ，ΔＹ₂ が０（零）でなく、また撮影レンズ
により異なると、焦点検出結果が変化し正確な焦点合わ
せが行えなくなる。これが焦点検出手段で検出された結
果を補正する必要がある第２の理由である。

【００６８】本発明ではこうした補正を必要とする理由
に鑑み、複数種の撮影レンズと異なる焦点検出手段を搭
載した複数のカメラの任意の組み合わせに対して精度の
良い補正を以下のように実現している。

【００６９】図９は図６と同様の図であり、予定結像面
４１上の点P に関する撮影レンズの射出瞳面４０上の射
出瞳４２の形状を示したものである。ここで撮影レンズ
は点P が指定された時、それに対応する物体から射出
し、射出瞳面４０上の点U を通る光線が到達する予定結
像面上の位置V の情報を図１の記憶手段４上に保持して
いる。具体的には予定結像面４１上に定義された座標系
ｘ，ｙに対して点P の座標を（ｘ，ｙ）、同様に射出瞳
面４０上に定義された座標系ζ，ηに対して点Uの座標
を（ζ，η）とする時、これに対応する位置V の予定結
像面上の座標系ｘ，ｙに対する座標値（ｘ’，ｙ’）を
撮影レンズ１が記憶手段４に保持し、必要に応じ外部に
出力可能となっている。但し、撮影レンズの瞳外の領域
に対応する座標値（ｘ’，ｙ’）を出力するよう外部か
ら要求された場合は、その値が存在しないことを示す情
報（エラー信号）が出力される。保持するデータとして
は座標値（ｘ’，ｙ’）そのものである必要はなく、ｘ’＝ｘ’（Ｐ，Ｕ）＝ｘ’（ｘ，ｙ；ζ，η） ‥‥‥（２）ｙ’＝ｙ’（Ｐ，Ｕ）＝ｙ’（ｘ，ｙ；ζ，η） ‥‥‥（３）に対して Δｘ＝Δｘ（Ｐ，Ｕ）＝Δｘ（ｘ，ｙ；ζ，η）＝ｘ’−ｘ‥‥（４） Δｙ＝Δｙ（Ｐ，Ｕ）＝Δｙ（ｘ，ｙ；ζ，η）＝ｙ’−ｙ‥‥（５）で求められるに座標値の差（Δｘ，Δｙ）であってもよ
い。また撮影レンズ１の記憶手段４は予定結像面４１か
ら射出瞳面４０までの距離に関する情報（射出瞳位置情
報）を同時に保持している。

【００７０】図１０は図６、図９と同様の図であり、予
定結像面４１上の点P に関する焦点検出手段の入射瞳面
４０’上の１対の瞳形状４３’、４４’を示したもので
ある。カメラ側ではこれらの瞳形状４３’，４４に関す
る情報（入射瞳情報）を図１のカメラ６内の記憶手段
４’に保持している。

【００７１】またカメラ側では図８の予定結像面上４１
の点P に対する同平面内における変位量Δｙ₁ ，Δｙ₂
からそれに対応する各光電変換素子上での変位量Δｙ’
₁ ，Δｙ’₂ を求めることが可能となっている。例えば
図７において点P 付近での２次結像系５１の結像倍率を
β（Ｐ）とすると微小な変位量に対しては Δｙ’₁ ＝β₁ （Ｐ）・ΔＹ₁ ‥‥‥（６） Δｙ’₂ ＝β₂ （Ｐ）・ΔＹ₂ ‥‥‥（７）が成り立つ。これらの演算に必要な情報も図１のカメラ
６内の記憶手段４’に保持されている。２次結像系５１
の歪曲が大きい場合は精度を高めるために結像倍率β
₁ ，β₂ をそれぞれΔＹ₁ ，ΔＹ₂ に依存する係数とし
てもよい。以上では図７の焦点検出手段を例にした関係
で紙面上下方向の変位についてのみ説明したが焦点検出
手段の構成によってはこれと直交する紙面に垂直方向の
変位についても同様に演算が行われる。

【００７２】以上の撮影レンズ１およびカメラ６の構成
において、カメラ６が予定結像面４１上の点P で焦点検
出する場合、まず図１のカメラ６側のカメラ制御手段
（補正演算手段）１４は接点１６を介して撮影レンズ１
の記憶手段４に保持されている射出瞳情報を受信し、こ
れを利用し、カメラ６の記憶手段４’に保持されている
点P に関する焦点検出手段の瞳形状４３’、４４’の情
報を撮影レンズ１の射出瞳面４０上での投影像（図６の
領域４３、４４に相当）の領域に関する情報Ｔ₁、Ｔ₂
に変換する。

【００７３】次いで撮影レンズ１の記憶手段４に保持さ
れている点P に関する予定結像面上４１でのずれ情報Δ
ｙ受信し、以下の演算を順次行う。

【００７４】

【数１】ここで式（８）、（９）のΔｙ（Ｐ；ζ，η）は式
（５）に示した変位量である。但し撮影レンズ１が保持
しているデータが式（３）で示すｙ’ある場合はあらか
じめ式（５）によりΔｙ（Ｐ；ζ，η）が求められる。
また積分範囲Ｔ₁ ，Ｔ₂ は図６の撮影レンズの射出瞳面
４０上に変換された焦点検出手段の入射瞳４３、４４の
領域である。

【００７５】但し、前述したように、カメラ６側からの
読み出し要求に対して積分範囲Ｔ₁，Ｔ₂ 内の座標値
（ζ，η）に対応したΔｙ（Ｐ；ζ，η）を撮影レンズ
１の記憶手段４が保持していない場合はエラー信号が出
され、焦点検出動作が中止されるとともに、その旨図１
のカメラ６のファインダー系内に表示される。この状態
は図６の射出瞳面４０上の射出瞳４２が小さくなるか、
焦点検出手段の絞りの投影像４３、４４が大きくなる等
して図１１に示すように射出瞳４２”が絞りの投影像４
３”、４４”を完全に包含せず、焦点検出手段が焦点検
出するために必要な光束が取り込めない場合に相当す
る。

【００７６】式（10），（11）のβ₁ （Ｐ），β₂
（Ｐ）は図７の点P における２次結像系５１のレンズ５
１−１、５１−２の結像倍率、式（12）のΔｙ₀ ’
（Ｐ）は焦点検出手段の基準位相差で、焦点検出手段の
調整方法により決まる値である。焦点検出手段が無収差
かほとんど収差のない撮影レンズを用い、焦点が合った
状態での２つの像の基準位相差を設定した場合、Δｙ
₀ ’（Ｐ）は０（零）となるが、ある程度の残存収差を
有する撮影レンズを用い基準位相差を設定すると有限の
値を持つ。

【００７７】また式（13）のｋは焦点検出手段の２つの
センサ５２−１，５２−２上に形成される光量分布の相
対的な位相差を予定結像面上での焦点はずれ量に変換す
るための係数である。

【００７８】以上の演算で求められた補正値Ｃにより焦
点検出手段が出力する焦点検出信号Ｄを式（１）にした
がって補正し、得られた補正焦点検出信号Ｄ_C に基づい
て撮影レンズ１の制御を行うことで精度のよい焦点検出
及び焦点調節が実現される。

【００７９】これまでの説明では撮影レンズが保持して
いるのは予定結像面上に到達する光線の位置に関する情
報ｘ’，ｙ’，Δｘ，Δｙ等であったが、これに限定さ
れるものではなく、例えば射出瞳面４０上の点U から出
射する光線の方向余弦の情報を保持してもよい。この場
合は、射出瞳位置の情報を用い予定結像面４１上の光線
の到達する位置が補正値の演算に先立って計算される。

【００８０】図１２は本発明の実施形態２の一部分の要
部説明図である。図中５３は予定結像面４１から所定距
離Ｌだけ離れた位置に設定された仮想面である。実施形
態１においては撮影レンズが図９に示す射出瞳面４０上
での情報を、カメラが図１０に示す焦点検出手段の入射
瞳面４０’での情報をそれぞれ保持していたが、本実施
形態では双方が予定結像面から予め決められた共通の距
離Ｌに設定された仮想面５３に投影された瞳または絞り
の投影像の情報５４、５５、５６を保持するようにした
ものである。実施形態１では補正値を求める際に、図１
０の領域４３’、４４’を図９の射出瞳面４０上の情報
に一旦変換する必要があったが、本実施形態のようにす
ることでこうした変換をする必要がなくなり、より高速
な演算が可能となる。また撮影レンズは射出瞳位置情報
を持つ必要もなくなる。

【００８１】距離Ｌの値としては使用する撮影レンズの
標準的な射出瞳の距離とするのがよいが、一般的に１０
ｍｍから２００ｍｍ程度に設定するのが望ましい。

【００８２】尚、演算手段（補正値演算手段）１３は当
該焦点検出手段が焦点検出を行う予定結像面上での位置
に関する情報と、焦点検出する際に利用する光線が到達
する仮想面上での位置に関する情報とにより補正値を求
めている。

【００８３】又、カメラ制御手段（補正演算手段）１４
は補正値演算手段１３により求められた補正値により焦
点検出手段の焦点検出結果を補正している。又、焦点検
出手段は焦点検出する際に利用する光線が到達する仮想
面上での位置に関する情報を前記物体からの光線が到達
する仮想面上での位置に関する情報として用いて焦点検
出を行っている。

【００８４】図１３は本発明の実施形態３の一部分の要
部説明図である。同図において、図１２と同一のものに
は同一の符号が付されている。図において仮想面５３上
には仮想的な縦横の格子５７が描かれていて、同面を２
次元的に分割している。分割された各部分領域には順番
に１、２、‥‥ｍ×ｎと番号が付され、番号を指定する
ことにより各部分領域を特定することができるようにな
っている。

【００８５】ここでｍ，ｎはそれぞれ縦横の領域の分割
数である。本実施例では仮想面５３上の位置を指定す
る際にその面に定義された座標系に対する座標値ではな
く各部分領域の番号を用いている。従って実施形態で示
した式（２）〜（５）における（ζ，η）は、その座標
即ち点U が含まれる領域の番号ｉでおきかえられ、それ
ぞれ以下のようになる。

【００８６】ｘ’＝ｘ’（Ｐ，Ｕ）＝ｘ’（ｘ，ｙ；ｉ） ‥‥‥（１４）ｙ’＝ｙ’（Ｐ，Ｕ）＝ｙ’（ｘ，ｙ；ｉ） ‥‥‥（１５） Δｘ＝Δｘ（Ｐ，Ｕ）＝Δｘ（ｘ，ｙ；ｉ）＝ｘ’−ｘ ‥‥‥（１６） Δｙ＝Δｙ（Ｐ，Ｕ）＝Δｙ（ｘ，ｙ；ｉ）＝ｙ’−ｙ ‥‥‥（１７）即ち図１３の格子５７で分割された各部分領域内では上
記ｘ’，ｙ’，Δｘ，Δｙが一定であると見なすことに
なり、これに伴い式（８）、（９）式の積分は以下のよ
うに和に置き換えられる。

【００８７】

【数２】ここでΔＳは部分領域の面積である。また和をとる範囲
ｉ₁ ，ｉ₂ は図１３の領域５５、５６内に含まれる部分
領域の番号である。

【００８８】本実施形態によると撮影レンズ１は図１３
の領域５４に相当する部分領域の番号と当該部分領域に
関するｘ’，ｙ’またはΔｘ，Δｙを記憶手段４に保持
し、カメラ本体６は図１３の領域５５、５６に相当する
部分領域の番号を記憶手段４’に保持し、上記演算を行
うことになる。従って保持すべき情報量を大幅に削減す
ることが可能となるとともに演算時間を短縮する効果を
有する。

【００８９】本実施形態では分割された部分領域に順番
に番号を付したがこれ以外の方法として縦横の分割に対
応して２次元の番号ｉ，ｊにより各部分領域を特定する
ようにしてもよい。また各部分領域の形状も正方形、長
方形、或いは放射状で合ってもよい。

【００９０】さらに、図１３の仮想面５０だけでなく、
予定結像面４１も２次元的な部分領域に分割し各領域を
指定するための指標を設定し、これまでの式に示された
点Pの代わりにその指標を用いてもよい。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することによって、対物レンズ及び撮像装置がそれぞ
れ固有の特性を表す情報を保持し、必要に応じそれらに
よる演算処理を行うことで焦点検出手段の検出結果を補
正することが可能となり、焦点検出を行う予定結像面上
での位置や、焦点検出の際に取り込む光束が異なる複数
の焦点検出手段が存在してもそれに応じた適正な補正が
実現でき、精度の良い焦点検出信号の補正を得て、高精
度な焦点検出が可能な撮影システムを達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の構成を示す図

【図２】本発明の実施形態１が適用される焦点検出手段
の構成を示す図

【図３】本発明の実施形態１が適用される焦点検出手段
の絞りを示す図

【図４】本発明の実施形態１が適用される焦点検出手段
の光電変換素子を示す図

【図５】本発明の実施形態１が適用される焦点検出手段
の焦点検出領域を示す図

【図６】本発明の実施形態１の対物レンズの射出瞳上で
の光束の説明図

【図７】本発明の実施形態１の焦点検出の要部断面図

【図８】本発明の実施形態１の予定結像面近傍の拡大説
明図

【図９】本発明の実施形態１の対物レンズの射出瞳上で
の光束の説明図

【図１０】本発明の実施形態１の焦点検出手段の入射瞳
上での光束の説明図

【図１１】本発明の実施形態１の対物レンズの射出瞳上
での光束の説明図

【図１２】本発明の実施形態２の構成を示す図

【図１３】本発明の実施形態３の構成を示す図

【図１４】焦点検出装置を有するカメラの従来例を示す
図

【図１５】焦点検出装置の第１の従来例を示す図

【図１６】焦点検出装置の第２の従来例を示す図

【図１７】焦点検出装置の第２の従来例における光電変
換素子を示す図

【符号の説明】

１撮影レンズ２撮影光学系，対物レンズ３焦点調節手段４，４’ 記憶装置５レンズ制御手段６カメラ７主ミラー８焦点板９ペンタプリズム１０接眼レンズ１１サブミラー１２焦点検出手段１３演算手段１４カメラ制御手段１５フィルム１６接点１７撮影レンズの光軸１８フィルム１９主ミラー２０第１の反射鏡２１結像面２２第２の反射鏡２３赤外カットフィルター２４絞り２５２次結像系２６光電変換素子２７撮影レンズからの光束２８焦点検出可能領域２９矩形パターン３６第３の反射鏡４０射出瞳面４０’ 入射瞳面４１予定結像面４２，４２’ 射出瞳４３，４４絞りの投影像４３’，４４’ 入射瞳４３”，４４” 絞りの投影像４５焦点検出手段４６，４７，４８射出瞳を透過する光束４９フィールドレンズ５０絞り５１２次結像系５２光電変換素子５３仮想面５４，５５，５６瞳又は絞りの投影像１０１対物レンズ１０２主ミラー１０３焦点板１０４ペンタプリズム１０５接眼レンズ１０６サブミラー１０７フィルム１０８焦点検出装置１０９視野マスク１１０フィールドレンズ１１１２次結像系１１２光電変換素子１１３絞り１１４対物レンズの射出瞳１１５光束１１６視野マスク１１７フィールドレンズ１１８絞り１１９光学部材１２０光電変換素子１２１光電変換素子上の像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体像を焦点調節手段を利用して予定結
像面に形成する対物レンズにおいて、該対物レンズは物
体の画角に関する画角情報と、該物体像が形成される該
予定結像面とは異なる仮想面上に該物体からの光線が到
達する位置に関する位置情報とにより決定される該光線
の経路に関する経路情報を出力する出力手段を有してい
ることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】前記仮想面は対物レンズの射出瞳である
ことを特徴とする請求項１の対物レンズ。
【請求項３】前記仮想面は前記予定結像面から所定距
離離れた位置に設定された面であることを特徴とする請
求項１の対物レンズ。
【請求項４】前記画角情報は対物レンズにより形成さ
れる物体像の予定結像面上における位置に関する情報で
あることを特徴とする請求項１の対物レンズ。
【請求項５】前記仮想面は複数の領域に分割され、各
領域を特徴づける指標を有し、前記仮想面上での位置情
報は当該各領域を特徴づける指標であることを特徴とす
る請求項１の対物レンズ。
【請求項６】前記光線の経路情報は当該光線が進む方
向に関する情報であることを特徴とする請求項１の対物
レンズ。
【請求項７】前記光線の経路情報は当該光線が前記予
定結像面に到達する位置情報であることを特徴とする請
求項１の対物レンズ。
【請求項８】前記位置情報は画角情報により決定され
る予定結像上における物体の像の位置を基準として表さ
れていることを特徴とする請求項７の対物レンズ。
【請求項９】前記光線の経路情報を記憶する記憶手段
を有し、画角情報と物体からの光線が到達する仮想面上
での位置に関する情報に対応した情報を出力することを
特徴とする請求項１の対物レンズ。
【請求項１０】前記光線の経路情報を演算する演算手
段を有し、画角情報と物体からの光線が到達する仮想面
上での位置情報に対応した情報を出力することを特徴と
する請求項１の対物レンズ。
【請求項１１】前記対物レンズは少なくとも１つ以上
の光学系群を有し、前記焦点調節手段は当該光学系群の
すべてまたは一部を移動して焦点調節を行うことを特徴
とする請求項１の対物レンズ。
【請求項１２】前記焦点調節手段は前記焦点調節をす
る際に移動する光学群を駆動する駆動手段を有すること
を特徴とする請求項１１の対物レンズ。
【請求項１３】対物レンズによって物体像を撮影媒体
上に該対物レンズの予定結像面に形成される物体像の焦
点状態を検出する焦点検出手段を利用して形成する撮像
装置において、該焦点検出手段が焦点検出を行う予定結
像面上での位置情報と、焦点検出する際に用いる光線が
予定結像面と異なる仮想面上に到達する位置情報とから
焦点検出に関する補正値を求める補正値演算手段、該補
正値演算手段で求めた補正値より該焦点検出手段で求め
た焦点検出結果を補正する補正演算手段とを有している
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】前記焦点検出手段は前記対物レンズの
異なる複数の瞳の領域を透過した光により複数の像を形
成し、これらの相対的な位置関係から焦点検出を行うこ
とを特徴とする請求項１３の撮像装置。
【請求項１５】前記仮想面は対物レンズの射出瞳であ
ることを特徴とする請求項１３の撮像装置。
【請求項１６】前記仮想面は前記予定結像面から所定
距離離れた位置に設定された面であることを特徴とする
請求項１３の撮像装置。
【請求項１７】前記仮想面は複数の領域に分割され、
各領域を特徴づける指標を有し、前記仮想面上での位置
情報は当該各領域を特徴づける指標であることを特徴と
する請求項１３の撮像装置。
【請求項１８】前記補正値演算手段は前記焦点検出手
段が焦点検出する際に利用する光線により形成される前
記予定結像面上での像の位置を求める演算過程を含むこ
とを特徴とする請求項１３の撮像装置。
【請求項１９】前記予定結像面上での像の位置は前記
焦点検出手段が焦点検出を行う予定結像面上での位置を
基準として求められることを特徴とする請求項１８の撮
像装置。
【請求項２０】対物レンズと該対物レンズによって物
体像を撮影媒体上に該対物レンズの予定結像面に形成さ
れる物体像の焦点状態を検出する焦点検出手段を利用し
て形成する撮像装置とを含んだ撮影システムにおいて、
該対物レンズは物体像を焦点調節手段を利用して予定結
像面に形成すると共に、物体の画角に関する画角情報
と、該物体像が形成される該予定結像面とは異なる仮想
面上に該物体からの光線が到達する位置に関する位置情
報とにより決定される該光線の経路に関する経路情報を
出力する出力手段を有しており、該撮像装置は該焦点検
出手段が焦点検出を行う予定結像面上での位置情報と、
焦点検出する際に用いる光線が仮想面上に到達する位置
情報とから焦点検出に関する補正値を求める補正値演算
手段、該補正値演算手段で求めた補正値より該焦点検出
手段で求めた焦点検出結果を補正する補正演算手段とを
有しており、該焦点検出手段は該仮想面上に物体からの
光線が到達する位置に関する位置情報と、該仮想面上に
焦点検出する際に用いる光線が到達する位置に関する位
置情報とを用いて焦点検出を行っていることを特徴とす
る撮影システム。
【請求項２１】前記対物レンズと撮像装置は機構的、
電気的に着脱可能に構成されていることを特徴とする請
求項２０の撮影システム。
【請求項２２】前記対物レンズは複数存在し、各対物
レンズは交換して前記撮像装置に着脱可能であることを
特徴とする請求項２０の撮影システム。
【請求項２３】前記撮像装置は複数存在し、各撮像装
置は交換して前記対物レンズに着脱可能であることを特
徴とする請求項２０の撮影システム。
【請求項２４】前記物体からの光線が到達する当該仮
想面上での領域と前記焦点検出手段が焦点検出する際に
利用する光線が到達する当該仮想面上での領域の包含関
係を判定する過程を含み、前者が後者を包含していない
と判定された場合は焦点検出動作をを中止し、その旨表
示することを特徴とする請求項２０の撮影システム。