JPS58156908A - 合焦状態検出光学系 - Google Patents

合焦状態検出光学系

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JPS58156908A
JPS58156908A JP57040016A JP4001682A JPS58156908A JP S58156908 A JPS58156908 A JP S58156908A JP 57040016 A JP57040016 A JP 57040016A JP 4001682 A JP4001682 A JP 4001682A JP S58156908 A JPS58156908 A JP S58156908A
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隆史 鈴木
Susumu Matsumura
進 松村
Kenji Suzuki
謙二 鈴木
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圭史 大高
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
    • G02B7/346Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane using horizontal and vertical areas in the pupil plane, i.e. wide area autofocusing

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カメラ、特に−眼レフレックスカメラの合焦
判定等に好適な合焦状態検出光学系に関するものである
従来より提案されている一眼レフレックスカメラ等の焦
点合せ装置は、大きく分けてボケ検知方式と像ズレ検知
方式の2つに分類される。
例えば特開昭55−155308号公報に代表される本
出願人による前者のボケ検知方式では、予定結像面とそ
の前後等距離に設置した計3個のCCDラインセンサ上
の像のボケ具合を比較して焦点整合状態を検知するもの
である。
一方、像ズレ検知方式を用いたカメラの合焦装置につい
ては、例えば特開昭53−143315号公報、特開昭
54−7323号公報、米国特許第4,185,191
号公報が知られている。第1図はこの米国特許第4,1
85,191号公報の方式による装置の構成図であり、
結像レンズからの結像光束夕は、部分透過のクイックリ
ターンミラーlを透過後にサブミラー2に入射し、更に
下方に反射されて微小レンズ列3a、3b、・・Φに入
射する。
それぞれの微小レンズ列3a、3b、―・・の後方には
、それぞれ1組ずつの受光センサ4a1  。
4&2 ;4bs  、4b2 ; * 専* * a
t)S配置1されている。この方式の場合、予定結像面
に共役な位置に微小レンズ列3m、3b、・@書番番が
存在するために、合焦時にはそれぞれの微小レンズ列3
a、3b、・・・−・・の後方にある1組ずつノセンサ
4a’  + 4a2  ; 4bl  、4b2 ;
 @ 番・には全く同じ情報光が入射する。予定結像面
であるレンズ列3a、3b、・・・・上に結像光束夕の
結像面がない場合、即ち焦点外れ状態にあるときセンサ
列4a、、4bl 、・・−とセンサ列4a2 .4b
2.・−とはディフォーカス量に応じたズレ蓋を有する
像情報を受光することになる。なお第1図に於いてクイ
ックリターンミラーlは通常の誘電体半透明膜を用いた
ビームスプリッタではなく、直径Wの光透過部1aを有
する所謂波面分割方式の面積型ビームスプリッタが用い
られている。このような面積型ビームスプリッタはロー
パスフィルタの役割を果しており、光透過部1aの大き
さとモの分布はセンサ列4&友 。
4b、の配列ピッチpに応じて決められる。
像ズレ検知方式としてカメラに組込むことな想定したと
き、結像光束夕を2分割して行なう方法があり、この結
像光束夕を2分割する光学系としては、第2図に示すよ
うな屋根型サブミラー5が与えられる。この第2図に於
いて結像レンズ6からの光束夕は、2つの反射面5a、
5bを有する屋根型サブミラー5に入射した後にそれぞ
れの反射面5a、5bで反射され、光束ja、jbとな
って下方に位置するCOD等から成るラインセンサ7a
、7b上に入射する。そしてラインセンサ7a、7bの
それぞれの出力を比較して合焦検出を行なえばよい、結
像光束夕が第3図に示すように屋根型サブミラー5の反
射面5a、5bの中間に円Rとして入射する場合には、
それぞれのセッサ7a、7bには等量の光が導かれるが
、Fナンバーが大きい軸外光束夕′の場合には、円R′
として反射面5bに殆どの光束1′が入射して反射光p
b′となり、光束がセンサ7bには入射するがセンサ7
aには殆ど入射しないという現象が起り得る。このよう
にセンサ7a、7bに入射する光量に不平衡が生じた状
態に於いては、被写体が一様輝度面であるときそれぞれ
のセンサ7a。
7b上に入射する光量分布は、第4図に示すように模式
的に表わされることになる。この第4図に於いて横軸は
第2図に示すセンサ7a、7bの配列方向Xに一致し、
0菫はそれぞれのセンサ7a。
7b上の光軸上の光束が交わる位置である。ここで縦軸
は相対光量を表わし、Aはセンサ7a上の光量分布であ
って右下りとなり、Bはセンサ7b上の光量分布で右上
りとなることを示している。
このように一様輝度面を結像しても光量分布が一様とな
らない現象を仮にシェーディングと呼ぶとすると、例え
ば第2図の合焦検出装置に於いて、センサ7aと7b上
に生じる像の光量分布A、 Bを比較演算処理しようと
する場合に、前記のシェーディングがあると不都合が生
ずることとなる。
本発明の目的は、合焦検出を行なう際の結像光束を分割
する場合に、像ズレ検知方式を用いたンエーディングを
殆ど生ずることのない新規な合焦状態検出光学系を提供
することにあり、その要旨は、結像光学系とモの予定結
像面との間に設置された一次元マイクロプリズム形状を
有する面積型光分割素子と、該光分割素子によって得ら
れる複数の光束の内の少なくとも2つの結像光束の予定
結像面近傍にそれぞれ置かれ、少なくとも一次χ力向に
集光性を有する1(−のレンズと、該レンズに対し所定
の位置に置かれた1個の光電センサとの組の配列を複数
個備えることを特徴とするものである。
本発明を第5図以下に図示の実施例に基づいて詳細に説
明する。
本発明の要点は、第2図と比較したときに屋根型サブミ
ラー5の代りに、−次元のマイクロプリズム形状の多面
ミラー10を用いていることと、第1図では1個のレン
ズ3aの焦点面に2個のセンサ4al  、4b1が配
置されているのに対し、第5図の実施例では1個の微小
レンズ11の焦点面に1個のセンサ12が配置されてい
ることにある。
第5図の説明に先立ち、新規な光学素子である多面ミラ
ー10の機能について第6図を基に説明する。第6図は
第5図に於いて結像レンズ6を通してこの多面ミラー1
0を見たときの正面図である。第6図に於いてRは結像
レンズ6の光軸O付近に結像する光束りの多面ミラー1
0上に於ける断面、R′は同様に光軸0から離れた位置
に結像する光束L′の断面である。多面ミラー10の断
面形状は例えば後述する第7図、第8図に示すようなも
のであるが、第6図に於いて短冊状に示され、斜線が施
されていない鏡面10a1,10a2 、・・・・と、
施されている鏡面10b、 、tob2.・拳Φ・とは
、光軸0に対し異った傾きを有する系列であり、 10
al 、10a2+ ・・Φ・・の系列の鏡面は第2図
の鏡面5aに対応し、 10 b 1 * 10 b 
2 ’ * ”・・・・の系列の鏡面は第2図の鏡面5
bに対応している。従って第6図からも容易に理解され
るように、円Rで表わされる光束りの中に含まれる10
a、 、1Oa2 、・・・・・の系列の鏡面の面積と
10b+ 、101)2.・・Φ番の系列の鏡面の面積
の割合は、円R′で表わされる軸外光束L′となっても
殆ど変るところはないので、第2図の屋根型サブミラー
5によって生ずる第4図に示したようなシェーディング
は起らない。
従って第5図に於いて結像レンズ6を通過した光栄は、
光軸0に対して面を斜設された多面ミラーlOに入射し
た後に2つの系列の鏡面により2つの光栄に分離される
。そしてそれぞれの光束は、像面の平面からの傾きを補
正するプリズム面13a 、 13bとフィールドレン
ズ14a 、 14bとを一体化したレンズ素子15を
通過し、更に2系列に配置された微小レンズ配列11a
l 、11a2.1.1a3 。
・・拳と、  llb、 、1lb2,1lb3.・・
・との上に像を形成するようになっている。この微小レ
ンズ配列11aI’、11a2  、・・・の位置は結
像レンズ6の予定結像面(−眼レフレックスカメ。うの
場合にはフィルム面)と共役の位置に配置されており。
結像レンズ6が被写体とフィルム面とを共役にする位置
にあれば、レンズ配列flat 、1la21・拳・・
轡上には鮮明な像が形成され、共役にする位置でなけれ
ばディフォーカス像が形成されるが、これらの2つの像
の間隔はそれぞれの場合で異なったものとなる0例えば
前ピントの場合にはボケながら近付き、後ピントの場合
ボケながら離れることになる。これらの像の内、微小レ
ンズ配列11al  、  11a2.11a3 、 
* * ” ”上に形成される像光は、センサ基板15
上の一方向のセンサ系列12ah12a2.12a31
 ” ” ”上に入射し、他方の微小レンズ配列11 
b @ + 11 b 2 + 11 b 3 *・・
・上に形成される像光は、センサ系列12b、 、12
b2゜12b3.・・・上に入射するようになっている
なお第5図ではフィールドレンズ14a 、 14b 
、微小レンズ配列11al 、11a2 1・Φ・・、
センサ基板15等の理解を容易にするために、光の進行
方向の距離を実際の間隔よりも離して描いている。
ところでセンサ系列12al 、12a2 、 @・、
・のそれぞれのセンサ、例えば12a2を逆投影するこ
とを考えてみると、像光は微小レンズ11a2 、 フ
ィールドレンズ14aを経て多面ミラー10の一方の系
列の鏡面10al 、10a2 、 拳・e・拳によっ
て反射され、結像レンズ6の瞳、或いはその近傍に像I
aを形成するが、この像1aは結像レンズ6の光軸0に
対し片側に寄っている。センサ12a2から出る光線が
多面ミラー1oの他の傾きを有する鏡面10t+t 、
tob2.・・・11す経て結像する場合には、光軸O
に対し像Iaと反対の側、っまりセンサ12b2力多面
ミ5−1 Of)8面10tJ 、10b2 、”・−
拳を経て作られる像1bの側にできるが、それは結像レ
ンズ6の瞳から外れるようになっている。
逆に、瞳に形成される像1ai中心を通る細い光JLa
を考えると、それは多面ミラー10によって2方向に分
離され、鏡面10al 、IQa21  ・拳・・・・
の系列によって反射された光束Lal と、他の鏡面1
0b+ 、l0b2. ・・・・・の系列によって反射
された光束La2となるが、Lalはセンサ!2a2上
にスポットLa1′として入射し、La2はセンサ12
b2と 12b3の中間の不感帯にスボッ)La2’と
して入射することになる。
なお第5図に示した多面ミラー10について若干の説明
を加えると、第7図は多面ミラー10の断面構造を示し
、鏡面の断面は三角波状であって、入射光束りは斜面1
ean 、 10bnによって光束La、 Lbの2光
束に波面分割されるようになっている。また第8図は他
の多面ミラーlOの断面構造を示し、基板16の上層に
外形が三角波状の透明体から成る撒小マイクロプリズム
構造17が設けられており、基板16の上面は反射面1
8となっている。この場合は光束りがプリズム構造17
により直接反射されずに、反射面18により反射されプ
リズム構造17により光束La、 Lbとして分割され
ることになる。なお多面ミラーlOの断面は三角波状に
のみ限られるものではなく1例えば台形波状であっても
よい。
第9図は他の実施例を示すものであり、第5図の光学系
が多面ミラーlOによって像を左右にずらしたのに対し
、本実施例では多面ミラー10により2つの像を前後に
ずらすように、多面ミラー10の多数の鏡面が水平方向
に配置されている。
また第5図に於ける微小レンズ11a1.11a2 、
 ・・・Φ、llb、 、1.1b2.・・φ・、及び
センサアレイ   12al   、12a2   、
   *   @   @   11 .12bl  
 、12b2   、   *   會  *・の2像
に対応する系列が横一列に並んでいるのに対し、本実施
例ではこれらが前後に2系列並ぶことになる。センサ1
2a、 12bが結像レンズ6の光軸を挟んで結像レン
ズ6の瞳にIa、 Ibとして投影される。
上述の実施例に於ける多面ミラー10を反射型として光
学系を構成したが、多面ミラー10が透過型であっても
同様の機能を有する光学系が構成できる。
このような構成とした本発明の光学系と、第1図に示し
た米国特許第4,185.1131号公報に記載された
発明との違いは1本実施例の場合が微小レンズの2つの
系列面上に、同一像が空間的に完全に分離して形成され
、それぞれの像を1個の微小レンズと1個のセンサの組
を多数個配列し像数に対応する2系列の受光系で受光す
る点にある。
以上詳しく説明したように本発明に係る合焦状態検出光
学系は、予定結像面に少くとも2つの像を形成し、それ
ぞれの像を例えばCODセンサアレイで検出する際に、
結像状態に応じて検出像が相対的にずれることを利用し
て合焦・非合焦を検知する装置に有効に用いられる新し
い光学系であり、シェーディングを殆ど生ずることがな
い利点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のズレ検知方式によるカメラの合焦光学系
の構成図、第2図、第3図は分割機構として屋根型サブ
ミラーを用いた場合の説明図、第4図はセンサ面で生ず
るシェーディングの説明図、第5図以下は本発明に係る
合焦状態検出光学系の実施例を示すものであり、第5図
はその構成図、第6図は多面ミラーの正面図、第7図、
第8図は多面ミラーの断面図、第9図は合焦光学系の他
の構成図である。 符号6は撮影ミラー、10は多面ミラー、10al 、
10a2 、 e @ 、  10bl、10b2 *
  ” * t*ソ(1)鏡面、  1lal 、11
a2  、 *’e  1lbl 、11b2 、 @
 IIはし7ズ配列、 12al 、12a2 、 *
 *  12bl 、12b2 。 ・・はセンサ、13a、13bはプリズム面、14a、
14bはフィールドレンズである。 特許出願人  キャノン株式会社 HII Ill■ I211 411 1封九1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、結像光学系とその予定結像面との間に設置された一
    次元マイクロプリズム形状を有する面積型光分割素子と
    、該光分割素子によって得られる複数の光束の内の少な
    くとも2つの結像光束の予定結像面近傍にそれぞれ置か
    れ、少なくとも一次元方向に集光性を有する1個のレン
    ズと、該レンズに対し所定の位置に置かれた1個の光電
    センサとの組の配列を複数個備えることを特徴とする合
    焦状態検出光学系。 2、前記面積型光分割素子のプリズムの刻設方向が、結
    像光束の光軸を投影した方向と一致するようにした特許
    請求の範囲第1項記載の合焦状態検出光学系。 3、前記面積型光分割素子のプリズムの刻設方向が、結
    像光束の光軸を投影した方向と直交するようにした特許
    請求の範囲第1項記載の合焦状態検出光学系。
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