JPS5897010A - 合焦検出装置 - Google Patents

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、−眼し７レツクスカメラ等の光学系によって
得られる光像の、波面分割による結像位置のずれを利用
した自動焦点検出方法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ｌ
からの光束は、半透鏡からなるはね上げミラーコによっ
てその一部または全部をλ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
げミラーコの後方に配置した全反射ミラー３によって下
方のビームスプリッターダに導き、ここでさらにコ分割
して１前記撮影レンズ／の予定結像面（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１個
の受光素子列ｊ、４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、受光素子列の出力をＸｎと
して、例えば、 Ｓ”−ｌ　ｘｎ−ｘｎ−１ｌ　ＭＡＸ　”　ｌ　ｘｎ−
Ｘｎ−１ｌ　８ＵＢＭＡＸのような価を考えると、これ
は惨の鮮明度に従って変化する像の鮮明度に関する詳細
値を与える。

前記２個の受光素子列ｊおよび乙について、上記の評価
値をそれぞれＳ工、Ｓ２とすると、ＳｌおよびＳ２はデ
フォーカス状態に従って第２図に示というように、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、比較的蘭学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／の結像面が結像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工と
８２の差が無くなって、両押価値Ｓ工、Ｓ２を比較する
ことが困難となり一デフォーカス方向の検出が不可能と
なる欠点をもっている。

また、他の従来例として、第３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ｌ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ｌを形成し一遮光板７を回動させて開孔ｌ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３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／１０　’回動して開孔ｌが図において下側
に位置すると物体９の像はａ／。

ｂ′およびＣＩで示すように形成され、合焦状Ｉにおい
ては像すとｂ′とは一致し、前ピン状態および後ピン状
態では像１とａ′および像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
ｌ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３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、蘭学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だ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、結像光学系と−この結像光学
系の予定結像面と共役な同一平面に配置した第１および
第２の受光素子列と、前記結像光学系とそれら一つの受
光素子列間に配置され、かつ互いに直交する振動成分を
分離し、これら分離した互いに直交する振動成分を第１
および第λの受・光素子列に各別に入射させる偏光素子
を有する・波面分割光学系とからなり、その波面分割光
学系による波面分割効果によって生ずる両受光素子列の
結像位置のずれによる両受光素子列の出カバターンの位
相ずれから前記結像光学系の焦点ずれを判別することを
特徴とするものである。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第参図は、本発明の合焦検出装置の光学系の一例の構成
を示す線図である。本例では一眼レフレックスカメラに
適用したもので、結像レンズｌθからの半透鏡で構成し
たはね上げミラー１ｌｔｔ通った光束を、そのはね上げ
ミラー／／の後方に設けら瓢かつ互いに直交する振動成
分のみをそれぞれ透過する偏光素子、たとえば偏光膜／
２　ａ　、　／３　ａが反射面に設けられた２個の全反
射鏡／２　、　／Ｊからなる波面分割光学系／ｌによっ
て、互いに直交関係にある２つの振動成分を有するそれ
ぞれの光束に波面分割する。

その波面分割光学系ｌ亭の偏光膜／２ａ、１３ａを保持
する２個の全反射鏡７２本、７７本は、第５図に示した
ように光軸Ｏを通る線で左右に分割されており、互いに
直交する振動成分に波面分割された各振動成分を、下方
の基ｔｆｌ／ｊ上に並置した第１の受光素子列１６およ
び第一の受光素子列１７上に、各別に反射させるよう結
像レンズ／θからの光束に対して反射角を異ならしめで
ある。

また、各受光素子列／４　、１７の光束入射側には、対
応する振動成分の波面分割光が選択的に入射するように
、互いに直交する振動成分を各別に透過させる偏光＠　
ｎ　、　／９が配設されている。すなわち、結像レンズ
１０からの光束は、半透鏡／／を通った後−前述したよ
うに構成された波面分割光学系／ヂによって、互いに直
交する振動成分の２つの波面分割光束に波面分割され、
各受光素子列／６．／７のそれぞれに入射することとな
る。なお、第５図に示した光束の状態は、結像レンズＩ
Ｏの位置が前ビンの場合を示したものである。

第ダ図および第５図において、受光素子列／６および１
７に入射する光束は、結像レンズＩＱの光軸０を含む光
軸Ｏに沿った面を境とするそれぞれの側の光束であり、
これら光束により受光素子列１６および１７上に形成さ
れる像は撮影レンズ１０の移動により第３図において説
明したように移動し、受光素子列／４上に形成される像
および受光素子列１７上に形成される像の結像レンズ／
ｌの移動に伴なう像移動方向は互いに逆方向となる。す
なわち、各受光素子列／Ａ　、　／７の光電変換出力は
、撮影レンズ１０の焦点位置が受光素子列／６　、　／
７より後方にある場合には例えば第を図（〜に示すよう
に受光素子列１６の出力バターン人（実線で示す）は右
側に、また、受光素子列１７の出カバターンＢ（破線で
示す）は左側に横ずれして発生し、前記焦点位置が受光
素子列／６　、　／７上にある場合は、第３図の）に示
すように各受光素子列／６．ｎの各出力バターン人、Ｂ
の位相は一致し、また前記焦点位Ｉが受光素子列／６＃
１７よりも前方にきた場合には、第６図（Ｃ）に示すよ
うに受光素子列／６　、　／７の出カバターンＡ、Ｂの
横ずれの方向が第６図（（転）の場合と逆方向となる。

次に上記各受光素子列／４　、　／７の出力から焦点ず
れの方向を検出するためのアルゴリズムの一例を説明す
る。

いま、受光素子列／６のｎ番目の出力をＸＡｎ　’受光
素子列１７のｎ−１＠目の出力をＸＢゆ−１）として、
を考えると、これは第を図において、受光素子列１７の
出力Ｂを右へ一素子分シフトした時の左下りの斜線部分
の面積を与える。また、受光素子列１７のｎ＋１番目の
出力をＸＢｔｎ＋１）として、Ｎ−１’ ８′−Σ　ｌ　ＸＡ虻ｘＢ（ｎ＋１）　１ｎ−１７ を考えると、これは受′光累子列ｎの出力Ｂを左へ一１
子分シフトした時の右下りの斜線部分の面積を与える。

そこで評価値ｓ−ｓ’−ｓ’を考えると、第６図（ａ）
の場合には右下りの斜線部分の面積Ｓ′は、受光素子列
１７の出力Ｂを左にシフトした時の方が大きくなるので
８は負となり、第３図り）の場合には、左下りの斜線部
分の面積Ｓ′は受光素子列１７の出力Ｂを右にシフトし
た時の方が大きくなるので、８は正になる。また第を図
中）の場合は両側線部分の面積Ｓ′およびＳ′は等しく
なるのでＳは零になる。

第７図は、撮影レンズ１０の移動位置に対する上記評価
値Ｓをプロットして示したものである。第７図にａ、ｂ
、ｃで示した点が第を図の（ａ）　、　（ｂ）およびり
）のそれぞれの場合に対応する評価値Ｓに相当している
。これかられかるように評価値Ｓの極性によって撮影レ
ンズＩＯの焦点ずれの方向、前ピン、後ビン、合焦の判
定が容易にできる。

次に本発明を実施するための信号処理系の構成の一例を
第１図にブロック線図で示す。

〃は中央制御回路である。この中央制御回路〃からの制
御信号によって露光時間制御回路１を起動させ、一対の
受光素子列／６および／７の露光を開始させる。各受光
素子列／４　、　／７の出力が所定値に達した時点で、
前記露光時間制御回路方からホールド回路〃に制御信号
を発して、そのホールド回路ｎに受光素子／４　、　／
７の個々の受光素子の出力をホールドさせる。次に中央
制御回路〃はム／Ｄ変換回路Ｂを起動させ、前記ホール
ド回路ｎにホールドされている受光素子の出力ｘＡｎ　
ｌ　ＸＢｎを、し勺変換して演算回路２ダに送る。演算
回路２すでは、その各受光素子列の出力ＸＡｎｌＸＢｎ
を用いてを計算し、その結果を中央制御回路２Ｄに送る
。中央制御回路〃は、演算回路２ゲからの演算結果信号
８の極性に従って、Ｓ〈０の場合には後ビン・Ｓ〉０の
場合には前ピン、Ｓ　”ｑ　Ｏならば合焦と判定し、そ
れぞれの場合に応じた判定信号を出力し）これを表示装
置Ｂによって表示すると同時に、Ｌ／レンズ動制御回路
すに送り、ｓ＞ｏ　、ｓ＜ｏの場合には図示しないレン
ズ駆動装貿を介して撮影レンズ１０を８の極性に応じて
４動させて前記演算結果信号ＳがほぼＯとなるよう自動
制御するようにしている。

なお、本発明は上述した例のみ限定されるものではなく
、幾多の変形または変更が可能である〇第９図は、その
変形例の一例を線図で示したものである。この実施例に
おいて禮、波面分割光学系ｌ＃を曜−の全反射鏡１とそ
の鏡面に結像レンズ１０の光軸を通る線を境界にて配設
した互いに振動方向が異なる偏光素子２１１２ｑとによ
って構成し、これをはね上げミラー／ｌの後方に配［Ｌ
この波面分割光学系１４Ｉの偏光素子１．２９によって
得られた振動方向が異なる光束の波面分割光束を、それ
ら各偏光素子を保持する全反射鏡１によって第１および
第２の受光素子列／６　、　／７のそれぞれに入射させ
るようにしたものである。第１および第一の受光素子列
／６　、　／７は、同一基板／３上に並置されており、
前記波面分割光学系ｌりによって導かれた波面分割光束
を、第１および第一の受光素子列／６　。

／７と、その波面分割光学系の間に設けた偏光プリズム
３０の偏光［ＩＩＪ／によって分離し、その偏向膜３１
を透過した振動成分は第１の受光素子列／ｌに、またそ
の偏向膜３１によって反射した振動成分は第一の受光素
子列にそれぞれ入射されている。

第１０図は、その様子を斜視図で示したものであ・りへ
第９図の構成要素と同一部分は同一符号を付しである。

偏光膜１．２？は反射鏡Ｉに対する入射面に対して直角
方向に光軸を挾んで並置されている。

きを９００回転させて、第り図のものと同様にはね上げ
ミラー／／の後方に配設することにより、結像レンズ１
０（第９図参照）の光軸０の例えば上下の光束を、互い
に直交する振動成分の光束に波面分割し、その波面分割
光学系の各偏光素子ｘ、ｉｔを保持する全反射鏡１によ
って、同−基ｔ！Ｌ／！、上に縦列的に配置した第１お
よび第一の受光素子列上に入射させるようにしたもので
ある。偏光膜Ｉ、２９は全反射＃ｉ１．２７に対する入
射面の方向に並置されているＯ すなわち、前記波面分割光学系ｌダによって互いに直交
する振動成分の波面分割光束に分割した各光束は、第１
／図に示したように各受光素子列／６．　、　／７への
入射光路中に設けた偏光プリズム（第９図参照〕の偏光
膜によって分離のうえ、縦列的に配電した第１および第
一の受光素子列／４　、　／７の対応した受光素子列に
それぞれ入射するように構成しである。

このように構成したものにおいては、第１および第一の
受光素子列／６．／７は、受光素子列のコ個分の長さを
もった１個の受光素子列を分割した形で１各受光素子列
１６　、　／７を形成させることができるので、第Ｓ図
および第７０図に示した各受光素子列を並設するものと
比べ、受光素子列の製造が簡琳となる利点がある。

以上、第９図ないし第７ノ図に示した本発明の光学系の
変形例を用いた場合の信号処理も５１１６図および第７
図を用いてさきに説明したアルゴリズムに従って行えば
よく、その信号処理系の構成も第１図のものをそのまま
用いることができるのでここではその説明を省略する。

以上述べたように本発明によれば、結像光学系の広い移
動範囲にわたって像の棟ずれを有効に検出でき１しかも
従来のものの一例にあったような回転遮光板等の回転部
分を必要としないがら、余分のエネルギを必要としない
ばかりか、構成も簡嚇かつ小形にできるとともに、高精
度に合焦検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

＠／図および＠３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縮図、第一図は第１図
のものの像の鮮明度を表わす評価値の説明図、６１１４
図は本発明の合焦検出装置の光学系の一例を示す線図、
第５図は第ダ図に示す波面分割光学系の構成と受光素子
列の配置の関係を示す図、第６図および第７図は本発明
の合焦検出装置の動作を説明するための４ｍ図、第ｒｇ
は本発明の合焦検出装置の信号処理系の一例の構成を示
すブロック嶺図、第９図は本発明装置の光学系の他の実
ｆｉｌ１例の構成を示す縮図、第１Ｏ図は＠９図に示す
波面分割光学系の構成と受光素子列の配置の関係を示す
図、ｐｉｔ図は本発明装置の光学系における他の波面分
割光学系の構成と受光素子列の配置の関係を示す図。 １０・・・結像レンズ、ｌ／・・・はね上げミラー、／
２　、　／Ｊ・・・反射角ｅ巣ならしめた全反射−の各
部分、／２ａ　。 １ｍ・・・互に直交する振動成分をそれぞれ透過させる
偏光素子、／Ｆ・・・波面分割光学系、ｔＳ・・・基板
、１６−・・・第１の受光素子列、１７・・・第一の受
光素子列、／ｌ。 １９・・・互に直交する振動成分を各別にｆ１過させる
偏光膜、〃・・・中央制御回路、Ｕ・・・露光時間制御
回路、ｎ・・・ホールド回路、ｎ・・・超変換回路、２
り・・・演算回路、Ｌ・・・表示装置、ム・・・レンズ
駆動制御回路、１・・・単一の全反射鏡、ｌ、Ｂ・・・
互に直交する振動成分を各別に通過させる偏光素子、３
θ・・偏向プリズム、３／・・・偏光プリズムの偏向膜
。 第９図 第１０図 ・第１１図 手続補正書 昭和５７年２　月　４　日 １、事件の表示 昭和５６年　特　許　願第１９５５４４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 （０８７）　　　オリンパス光学工業株式会社１、明細
書第１頁第８行〜第８Ｎ第７行の特許請求の範囲を次の
通りに訂正する。 「２、特許請求の範囲 Ｌ　結像光学系と、この結像光学系の予定結像面と共役
な同一平面に配置した第１および第２の受光素子列と、
前記結像光学系とそれら２つの受光素子列との間に配置
され、かつ互いに直交する振動成分を分離し、これら分
離した互いに直交する振動成分を第１および第２の受光
素子列に各別に入射させる偏光素子を有する波面分割光
学系とからなり、その波面分割光学系による波面分割効
果によって生ずる両受光素子列上の結像位置のずれによ
る両受光素子列の出カバターンの位相ずれから前記結像
光学系の焦点ずれを判別することを特徴とする合焦検出
装置・ｉ　前記波面分割光学系を構成する偏光素子を、
前記結像光学−Ａ慶らの光束を波面分割して前記第１お
よび第２の受光素子列に各別に入射するように反射角を
異ならしめた２つの全反射鏡上にそれぞれ配設した２つ
の偏光膜と、これら全反射鏡で反射された互いに直交す
る振動成分が対応する受光素子列に入射するように所定
の振動成分のみを透過するよう＃！１および第８の受光
素子列上に配置した２つの偏光膜を以って構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の合焦検出装
置。 ＆　前記波面分割光学系を構成する偏光素子を、全反射
鏡上に、その入射面に対して直角を成す方向に並置され
、それぞれ互いに直交する振動成分を各別に透過す６２
つの偏光膜と、前記全反射鏡で反射された互いに直交す
る振動成分を分層して前記第１および第２の受光素子列
に各別に入射させる優先プリズムとを以って構成したこ
とを□゛特徴する特許請求の範囲第１項に記載の合焦検
出装置。 表　前記波面分割光学系を構成する偏光素子を、全反射
鏡上に、その入射面に対して平行な方向に並置され、そ
れぞれ互いに直交する振動成分を各別に透過する２つの
偏光−膜と、前記全反射鏡で反射された互いに直交する
振動成分を分離して前記第１および第２の受光素子列に
各別に入射させる偏光プリズムとを以って構成し、これ
ら第１および第２の受光素子列を前記全反射鏡の入射面
と平行な方向に縦列的に配置したことを特徴とする特許
請求の範囲１ｓ１項に記載の合焦検出装置。」２、明細
書第８頁第１１行中の「自動焦点検出方法」を「自動焦
点出方法」に訂正する。 ８、同第７頁第８行中の「両受光素子列」を「両受光素
子列上Ｊに訂正する。 覗同＃Ｉ９！第２行中の［撮影レンズＩＯＪを「結像レ
ン７ＣＩ　ＯＪに訂正し、 同頁＠５行中の「結像レンズｘｘＪｔ−ｒ結像レンズ１
０」に訂正する。 ６、同第１１ｉ［第８行中および第８行中の「撮影レン
ズ１０」を「結像レンズ１０」にそれぞれ訂正する。 ６、同＄ＩＢｆｊｉ第１５行中の「撮影し」を「結像し
」に訂正する。 ７、同第１８頁第１６行中および第１８行中の［偏向膜
８１Ｊをそれぞれ「偏光膜８１Ｊに訂正し、同頁＃１１
９行中の「受光素子列ＪＰ「受光素子列１７」に訂正す
る。 ＆同第１４頁第１２行中の「受光素子列上」を「受光素
子列１６．１７上」に訂正し、同第８０行中の「偏光膜
」を［偏光膜８１Ｊに９、同第１８冒第７行中の「偏向
ブリ」を「偏光ブリ」に訂正し、 同頁＃１８行中の「偏向膜コを「偏光膜Ｊに訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　結像光学系と、この結像光学系の予定結像面と弁膜
   な同一平面に配置した第１および第一の受光素子列と、
   前記結像光学系とそれらλつの受光素子列との間に配Ｉ
   され、かつ互いに直交する振動成分を分離し、これら分
   離した互いに１直交する振動成分を第１および第一の受
   光素子列に各別に入射させる偏光素子を有する波面分割
   光学系とからなり、その波面分割光学系による波面分割
   効果によって生ずる両受光素子列の結像位置のずれによ
   る両受光素子列の出カバターンの位相ずれから前記結罐
   光学系の焦点ずれを判別することを特徴とする合焦検出
   装置。 ２　前記波面分割光学系を構成する偏光素子を、前記結
   像光学系からの光束を波面分割して前記栴ｌおよび第一
   の受光素子列に各別に入射するように反射角を異ならし
   めたλつの全反射鏡上にそれぞれ配設したλつの偏光膜
   と、これら全反射鏡で反射された互いに直交する振動成
   分が対応する受光素子列に入射するように所定の振動成
   分のみを１過するよう第１および第一の受光素子列上に
   配置した２つの偏光膜を以って構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の合焦検出装置。 器　前記波面分割光学系を構成する偏光素子を、全反射
   鏡上に、その入射面に対して直角を成す方向に並置され
   、それぞれ互いに直交する振動成分を各別に透過するλ
   つの偏光膜と、前記全反射鏡で反射された互いに直交す
   る振動成分を分離して前記第１および第一の受光素子列
   に各別に入射させる偏光プリズムとを以って構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の合焦検出
   装置。 本　前記波面分明光学系を構成する偏光素子な、全反射
   鏡上に、その入射面に対して平行な方向に並質され、そ
   れぞれ互いに直交する振動成分を各別に透過するλつの
   偏光膜と〜前記全反射鏡で反射された互いに直交する振
   動成分を分離して前記第１および第λの受光素子列に各
   別に入射させる偏光プリズムとを以って構成し、これら
   第１および第２の受光素子列を前記全反射鏡の入射面と
   平行な方向に縦列的に配置したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の合焦検出装Ｗ。