JPS58221815A

JPS58221815A - 合焦検出装置

Info

Publication number: JPS58221815A
Application number: JP10388282A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakamura; 淳一中村
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1983-12-23

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、スチールカメラ、シネカメラ、＊鍛錬等の光
学機械における結像光学系の合焦検出装置に関し、特に
結像光学系の光軸を含む面を境にして、各半分の領域を
通過した各光束による光像のデフォーカスに伴なう横ず
れから合焦状態を検出する合焦検出装置に関するもので
ある。

従来提案されている合焦検出装置の代表的な一例の概略
的な構成を第１図に示す。同図において、撮影レンズ１
からの光束は、半透鏡からなるはね上げミラー２によっ
てその一部または全部を２分割し、その一方は図示を省
略したファインダ系に導くとともに、他方はそのはね上
げミラー２の後方に配置した全反射ミラー８によって下
方のビームスプリッタ４に導き、ここでさらに２分割し
て前記撮影−ンズ１の予定焦平面（フィルム面）と共役
な面を挾んで一定距離を隔てた位置に配置した２個の受
光素子列５，６のそれぞれに結像させるようにしている
。

以上のような構成において、受光素子列の出ヵ°をＸｎ
として、例えば、Ｓ−１ｘｎ−ｘｎ−ｌｌ　ＭＡＸ＋１ｘｎ−Ｘｎ−１１
Ｓ（ＪＢＭＡＸのような価を考えると、これは像の鮮明
度に従って変化する像の鮮明度に関する評価値を与える
。

前記２個の受光素子列５および６の出力について、上式
から求めた評価値ＳをそれぞれＳ□、Ｓ。

とすると、Ｓ□およびＳ２はデフォーカスに対して第２
図に示したように変化する。従ってＳ□と８２の差を観
測していれば、Ｓ工〈Ｓ２で前ピン、Ｓ、　＞　Ｓ２で
後ピン、ＳニーＳ、で合焦というように。

デフォーカス方向と合焦位置が検出できることになる。

以上のような従来例は、比較的簡単な光学系を用いるこ
とにより高い精度で合焦状態を検出することが可能であ
るが、撮影レンズ１の結像面が合焦予定位置から大きく
はずれた状態では、第２図から分るように評価値Ｓ□と
８２の差が無くなって、両評価値Ｓ、　、　Ｓ、を比較
することが困難となるので合焦検出できるデフォーカス
範囲が小さいという欠点がある。

また、他の従来例として、第８図に示すようなものがあ
る。この焦点検出装置は像の横ずれを検知して合焦位置
を検出するもので、撮影レンズ１の物体空間に光軸０を
中心に回動可能に遮光板７を配置すると共にこの遮光板
７には開孔８を形成し、遮光板７を回動させて開孔８の
光軸Ｏに対して対称な位置での物体像の横ずれを検出し
て合焦判定を行なうものである。すなわち、遮光板７が
第８図に示す状態にあるときは物体９の像は主光線の位
置においてａ、ｂおよびＣで示すように形成され、また
遮光板７が１８０°回動して開孔８が図において下側に
位置すると物体９の像は１１１　、　ｂ’およびＣ′で
示すように形成され、合焦状態においては像すとｂ′と
は一致し、前ピン状態および後ビン状態では像ａとａ′
およびＣと０′とでは、ずれの方向が反対となるから、
予定焦平面と共役な位置において開孔８の光軸に対して
対称な位置でそれぞれ形成される物体像を受光して比較
することにより、像の横ずれを検知して予定焦平面に形
成される物体像の合焦検出を行なうものである。

しかし第８図に示す合焦検出装置においては遮光板７お
よびその回動機構を必要とするため構成が複雑になると
共に、遮光板７の回動停止時の振動等により正確な合焦
検出ができない等の不具合がある。

本発明の目的は上述した従来例における欠点あるいは不
具合を解決し、しかも極めて簡単な構成により広いデフ
ォーカス範囲にわたって焦点はずれ方向の検出を可能に
し、常に正確な合焦検出ができるようにした合焦検出装
置を提供しようとするものである。

本発明の合焦検出装置は、結像光学系の光軸を含む面を
境とする当該結像光学系の第１および第２の領域を透過
した光束を分離して、この分離された光束の少なくとも
一部を各別に受光するように配置した第１および第２の
受光素子列に投影し、この投影像の相対位置関係を検出
することにより合焦状態を判別する合焦検出装置におい
て、前記第１の領域を通過した光束を反射し第２の領域
を通過した光束、を透過させる反射面を有する第１のプ
リズムと、前記第１の領域を通過した光栄を透過し第２
の領域を通過した光束を反射する反射面を有する第２の
プリズムによって、前記結像光学系の第１および第２の
領域を通過した光束を各別に分離し、この分離した光束
の結像位置またはその近傍に前記受光素子列のそれぞれ
を配設したことを特徴とするものである。

以下、図面を参照して本発明装置を詳細に説明する。

第４図は、本発明装置における第１および第２のプリズ
ムの構成の一例についての説明図である。

いま、プリズムｌＯの屈折率をｎとし、頂角が図示のよ
うにδである場合、傾斜面の点Ｑにおいて、丁度臨界角
σ。−ｓ　ｉｎ　−”吾で、入射するようになる光線の
プリズムのＰ点への入射角をθ土。とすると、δ　−９
ｏ−ｓｉｎ−１（−Ａ−ｓｉｎｃ土。）−８ｉｎ−１番
の関係がある。例えばｎ　−１，５とし、匂。−１０゜
とすると、δ夕４２°となる。

本発明装置は、以上の如く構成した第１および第２のプ
リズムを臨界角プリズムとして用いることにより、結像
光学系の光軸を含む面を境にした第１の領域を通過した
光束と第２の領域を通過した光束を、各別に分離するよ
うにしたものである。

第５図に本発明装置の実施例の構成の一例を示す。

第６図において、１は結像光学系例えば撮影レンズ、１
０．１０’は反射面１１　、１１’の傾斜方向が互に逆
方向となるように貼り合わせた第１のプリズムおよび第
２のプリズム、１２．１２’はそれら第１のプリズム１
０および第２のプリズム１０′のそれぞれの反射面１１
　、１１’に接して設けた光路長補正プリズム、１１９
．１８’は各プリズム１０　、　Ｉ　Ｏ’の反射面１１
　、１１’から出射した光束による像の結像位置に設け
た受光素子列である。

それらの具体的な構成を第６図に示す。同図において、
第１のプリズム１０および第２のプリズム１０’のそれ
ぞれは反射面１１　、１１’の外側に設けた各光路長補
正プリズム１２．１２’のそれぞれと対になって、各反
射面１１　、１１’の傾斜方向が反対向きとなるように
重ね合わされた構成となっており、各プリズム１０．Ｎ
ｏ’の反射面１１゜１１′の透過光が、各光路長補正プ
リズム１２゜１２’をそれぞれ介して、複数の受光素子
１８−１〜１８〜Ｎまたは１８’−１〜１１３’−Ｎか
らなる各受光素子列１．９．ｌａ’に入射するようにな
っている。矢印ａは、撮影レンズ１からの光束の入射方
向を示す。

すなわち、第６図においては第６図の如き構成を有する
光栄分離手段を撮影レンズ１の光軸０に第４図に示した
光軸０′を合わせて配置した構成となっている。

従って、＃！１のプリズムｌＯに入射角がθｉｏより大
きい角度で入射した撮影レンズｌの右半分を透過した光
束は、その第１のプリズム１０の反射面１１を透過して
受光素子列１８上に投影され、θ１゜より小さい角度で
入射する左半分幅の光束は、その反射面１１によって反
射され、プリズム外に出ることとなる。また、第２のプ
リズム１０′は、反射面が第１プリズム１０とは反対向
きとなっている　　　　）ので、この第２のプリズム１
０′に入射角がθ土。

より大きい角度で入射した撮影レンズ１の左半分を透過
した光束は、そのプリズム１０′の反射面１１′を透過
して受光素子列１８′に投影されるが、前記右半分の光
束は、入射角がθ土。以下の角度となるので、その反射
面１１′によって反射し、プリズム外に出ることとなる
。このようにして、撮影レンズ１からの光束は、光軸０
を境界にした右半分および左半分の各領域を通過した光
束が、第１のプリズムｌＯおよび第２のプリズム１０′
によって分離され、結像位置近傍に配列した複数の受光
素子１８−１〜１８−Ｎまたは１１３’−１〜１８’−
Ｎからなる各受光素子列１８．１８’上に投影される。

なお、上記２枚のプリズム１０　、１０’を貼り合わせ
た際に、不要な光がプリズム内に入射するのを防ぐため
、各プリズムの側面には、図示を省略したが光吸収材に
よる被膜が形成されている。

次に、上記のプリズム１０または１０′を用いない場合
、撮影レンズ１の右半分または左半分の領域を通過した
光束による像が、デフォーカスに対して受光素子列１８
または１８′上でどのように変化するかを第７図に示す
。すなわち第７図は、プリズム１０または１０′が無い
場合の後ピン位置Ｒ１合焦位置Ｓおよび前ピン位置Ｔの
それぞれの点に収束する撮影レンズからの光束に対して
、第１のプリズム１０または第２のプリズム１０’がど
のような作用をするのかを第１のプリズムｌＯで代表し
て表わしている。なお、入射光束は、第４図における光
線のプリズムへの臨界入射角匂。をｌＯｏとし、プリズ
ム１０へ入射する光束の入射角がｌＯｏから２１°にあ
るものとして示した。この図からデフォーカスに対して
受光素子列１８上では、像が受光素子列１８方向にずれ
ることがわがる。

同図では煩雑を避けるため、実際には第６図のように第
１のプリズム１０と光路長補正プリズム１２の間に存在
する空隙は、図示していない。

なお、その空隙の傾きが逆である第２のプリズム１０′
と光路長補正プリズム１２′を通った光束による像は、
デフォーカスとともに第７図の場合とは逆方向にずれる
ことは言うまでもない。

すなわち、第７図から明らかなように、第１のプリズム
１０あるいは第２のプリズム１０／がない場合には撮影
レンズ１の合焦時の結像位置がＳ点を含む紙面に垂直な
面の位置となるので、このＳ点が撮影レンズｌの予定結
像面と共役な面となるように、第１および第２のプリズ
ム１０．１０’の位ｔを設定すれば、前記撮影レンズ１
がピントの合った状態では、その像はＴ点の位置に結像
することとなる。よって各受光素子列１８　、１８’は
、そのＴ点を含む紙面に垂直な面上に配置しである。

従って、撮影レンズ１が図示しないフィルム面にピント
が合った状態では、（プリズムが無い場合、′Ｓ点を含
む紙面に垂直な面に結像する状態）では、像はＴ点を含
む紙面に垂直な面、すなわち受光素子列１８　、１８’
上に結像し、各受光素子列１８　、１８’上の像の光強
度分布の位相はほぼ一致する。

これに対して、例えばプリズム１ｏが無い場合にＴ点を
含む紙面に垂直な面に光束が収束する後ビン状態では、
各受光素子列１３．“１８′の光強度分布の位相ρ（異
なり、例えば第８図に各受光素子・・列１８　、１８’
の各出力分布Ａ、Ｂで示したようにずれたものとなる。

また、第７図のＲ点を含む紙面に垂直な面に光束が収束
する前ピン状態では、各受光素子列１８．１８’の出方
分布Ａ、Ｂは、第８図の場合とは逆方向にずれることと
なる。

従って、それら各受光素子列１８　、１８’の出方分布
を周知の任意の方法で比較すれば、前記撮影レンズ１の
予定結像面における合焦状態を容易に検出できる。次に
そのような信号処理の一例を説明する。

例えば各受光素子列１８　、１８’の受光素子数をＮ個
とし、各受光素子列１８　、１８’の第１番目の素子出
力をそれぞれＸＡ土、ＸＢ土とすれば、Ｓ□　−Σ　１
ＸＡｉ　　−ＸＢ土−０１−ｓは、第８図のように受光素子列１８′の出力Ｂを右へ１
素子分シフトした時の各受光素子列１８゜１８′の出力
の差の総和を与える。また、は、受光素子列１８′の出
力を左へ１素子シフトし。

た時の各受光素子列１８　、１８’の出力の差の総和を
与える。そこで、Ｓ−５１−Ｓ□′ を考えると、第８図のような前ピン状態では、ｓ　、＜
ｓ　、’となるのでＳは負となる。また受光素子列１８
　、１８’の出力が第８図とは逆になっている場合は、
Ｓは正となり、受光素子列１８　、１８’の出力が一致
した場合には、Ｓは零となる。このＳを評価関数に用い
て、前記結像光学系の合焦状態とそのＳの関係を曲線で
示すと第９図のようになる。

第１０図は、その評価関数Ｓを演算し、合焦状態を表示
するための信号処理回路の構成例を概略的に示すブロッ
ク線図である。同図において、受光素子列１８　、１８
’は、制御回路１４により駆動される。受光素子列の出
力がある定められたレベルに達したときに光電変換出力
はサンプルホールド回路１５に保持されて、Ａ／Ｄ変換
回路１６により順次Ａ／Ｄ変換されて、演算回路１７に
入力する。

演算回路１７においては、前述したＳ□、Ｓ１１および
それらの値からＳを演算し、その結果を制御回路１４に
送る。制御回路１４は、上記の演算回路１７からの演算
結果に基づいて、合焦、前ピン。

後ピンの各状態を判定し、その結果を表示装置１８に表
示するようになっている。従って表示装置１８に表示さ
れる情報に基づいて、手動あるいは自動的に合焦制御を
行なうようにすればよい。

第１１図は、本発明の他の実施例の要部の構成を示した
ものである。第５図ないし第７図により説明したさきの
実施例では、臨界角プリズムである第１のプリズムｌＯ
および第２のプリズム１０′の臨界角反射面１１．１１
’を透過した光束を各受光素子列１８．１８’に投影す
るようにした構成となっている。これに対し、この実施
例のものでは第１１図ＡおよびＢに示したように、臨界
角プリズムを構成する第１のプリズム１０および第２の
プリズム１０′を、さきの実施例の場合と同様に貼り合
わせて、各反射面１１．１１’からの反射光束を取り出
し、各プリズム１０．１０’の出射面に配置したそれぞ
れの受光素子列１３　、１８’で受光するように構成し
たものである。

すなわち、同図Ａに示したように、図示しない撮影レン
ズの右半分の領域を通過した実線で示す光束のみと、左
半分の領域を通過した実線で示す光束のみが各プリズム
１０．１０’のそれぞれの反射面１１．１１’によって
全反射されるように各プリズム１０．１０’が設定しで
ある。

従って、第１のプリズム１ｏの反射面１１では、撮影レ
ンズｌの例えば右半分の領域を通過した光束を全反射し
、左半分の領域を通過した光束を透過する。また第２の
プリズム１０’の反射面１１’では、その傾斜の方向が
第１のプリズム１ｏのそれとは反対方向となっているか
ら、第１のプリズム１０の場合とは逆に、撮影レンズの
右半分の領域を通過した光束を透過し、左半分の領域を
通過した光束を全反射する。

このようにして、各プリズムＮｏ、１０’の反射面１１
．１１’で反射された撮影レンズ１の右半分からの光束
と左半分からの各光束を、それら反射面１１．１１’か
らの反射光束が入射するように配置したそれぞれの受光
素子列１８　、１８’により各別に受光するようにした
ものである。

この第２の実施例の構成においては、さぎの実施例のも
のでは必要があった光路長補正プリズムが省略できるの
で、補正が簡単かつ軽量化し得る点で有利である。

第１２図は、本発明の第８の実施例の構成の要部を示し
たものである。この実施例においては、図示しない結像
光学系からの光束を、ビームスプリッタ２０によって２
分割し、各分割された光束をさきに各実施例によって説
明した第１のプリズム１０と第２のプリズム１０’に導
き、それぞれのプリズム１０　、１０’によって前記結
像光学系の光軸を含む面で分割した各領域の通過光束を
分離して、それぞれの受光素子列１８　、１３７に投影
するように構成したものである。

なお、同図において、２１は各受光素子列１０゜１０’
にいたる光路長を実質上等しくするために介挿した光路
長補正板であり、２２は受光素子列１８　、１１３’を
形成した共通の基板である。

この実施例の構成によれば、結像光学系による被写体の
同一部分についての光束を分離した像を、各受光素子列
１８　、１８’上に投影することができるので、各受光
素子列１８　、１３’からは極めて相関の大きな出力分
布信号が得られることとなり、検出精度を一段と向上さ
せることが可能となる。

以上詳記したように本発明によれば、結像光学系の出射
瞳の）割による各領域からの光束に基づく像の横ずれか
ら合焦状態を検出するものであるから、第１図に示した
従来例のものよりも広いデフォーカス範囲に対して合焦
判定が可能であるばかりではなく、互に逆方向に傾斜さ
せた臨界角反射面を有する２個のプリズムによって、前
記各領域からの光束を分離するようにした構成であるか
ら、合焦検出装置としての光学系の構成が極めて簡単と
なり、製作も容易であり、しかも受光素子列の素子のピ
ッチも十分小さくすることが可能であるから検出精度を
も向上させ得る等の効果がある。また第８図に示した従
来例におけるが如き可動部分を含んでいないので、さき
に説明したその従来例における欠点も本発明装置によっ
て解消し得る０

【図面の簡単な説明】

第１図および第８図は、従来のそれぞれ異なる原理に基
づく合焦検出装置を説明するための線図、第２図は、第
１図のものの像の鮮明度を表わす評価値の説明図、第４図は、本発明装置に用いる第１および第２プリズム
の構成の一例の説明図、第５図は、本発明の実施例の構成の一例を示す概略図、第６図は、第５図における要部の構成を示す斜視図、第７図は、本発明における第１および第２のプリズムの
作用説明図、第８図は、受光素子列の出力分布の説明図、第９図は、
撮影レンズの合焦状態と評価関数Ｓとの関係の一例を示
す曲ｍ図、第１０図は、信号処理回路の構成例を示すブロツク線図
、第１１図Ａは、本発明の他の実施例の要部の構成を示す
側面図、同図Ｂは、同じく斜視図、第１２図は、本発明
の他の別の実施例の構成を示す線図である。１・・・撮影レンズ１０　、１０’・・・第１および第２のプリズム１１．
１１’・・・反射面１２　、１２’・・・光路長補正プリズム１　ｉｌｌ　
、　１８’・・・受光素子列１８−１〜１３−Ｎおよび
１８’−１〜１８’−Ｎ・・・受光素子１４・・・制御装置１５・・・サンプルホールド回路１６・・・ム／Ｄ変換回路１７・・・演算回路１８・・・表示装置２０・・・ビームスプリッタ２１・・・光路長補正板２２・・・受光素子列形成基板。第１図ヂ寿−ｈズｌ第６図第７図特開昭５８−２２１８１５　（７）第８図第９図手続補正書昭和５８年　７　月　７　日１、事件の表示昭和５７年特　許　動用１０３８８２号２、発明の名称合焦検出装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（０３７）オリンパス光学工業株式会社５゜６゜補止の対象　　明細書の発明の詳細な説明の欄１、
明細書第６頁第８行中の「回動停止時」を「回動時」と
訂正する。２、同第６頁第１６行中の数式％式％と訂正する。８、同第１２頁末行中の数式

Claims

【特許請求の範囲】

１　結像光学系の光軸を含む面を境とする当該結像光学
系の第１および第２の領域を透過した光束を分離して、
この分離された光束の少なくとも一部を各別に受光する
ように配置した第１および第２の受光素子列に投影し、
この投影像の相対位置関係を検出することにより合焦状
態を判別する合焦検出装置において前記第１の領域を通
過した光束を反射し第２の領域を通過した光束を透過さ
せる反射面を有する第１のプリズムと、前記第１の領域
を通過した光束を透過し第２の領域を通過した光束を反
射する反射面を有する第２のプリズムによって、前記結
像光学系の第１および第２の領域を通過した光束を各別
に分離し、この分離した光束の結像位置またはその近傍
に前記受光素子列のそれぞれを配設したことを特徴とす
る合焦検出装置。