JPS59129811A - 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、例えば−眼レフレックスカメラなどの光学装
置において、撮影レンズを通過した結像光束を利用して
合焦判別をする所謂ＴＴＬ方式の合焦検出装置に関する
ものである。

−眼レフレックスカメラにおける合焦検出装置には、大
きく分けて、予定結像面上に形成される像のぼけ具合を
基に合焦状態を検知する像鮮鋭度検出方式と、撮影レン
ズ瞳の異なる２つの領域からの光束による２像の相対的
位置ずれを検出して合焦状態を検知する像ずれ検出方式
とがある。

前者の像鮮鋭度検出方式は合焦状態近傍における検出精
度は高いが、望遠レンズなどにおいて像が大きくぼけた
状態では、前ピントΦ後ピントの区別ができなくなると
いう弱点を有する。一方、後者の像ずれ検出方式は像ず
れ量がレンズのデフォーカス量にほぼ比例するために、
像ずれを検出することより合焦位置まで撮影レンズをど
の程度、どの方向に移動させればよいかが求められ迅速
な自動合焦が可能である。更に、像ずれ検出方式は像鮮
鋭度検出方式に比較して光像が大きくぼけた状態でも、
比較的有効に前ピント・後ピントの検出ができる。しか
し、像ずれ検出方式においては、被写体が周期パターン
構造物であると、この像をずらしたもの同志の相関ピー
クに偽ピークが発生し、合焦検出装置が誤動作をしてし
まうという弱点を持っている。

本発明の目的は、上述の２方式の長所を合わせ持ち、像
ずれ発生光学系と光路長差付与光学手段とを有し、像ず
れ検出・像鮮鋭度検出方式の両者が共に可能な合焦検出
装置を提供することにあり、その要旨は、対物レンズか
らの光束（ζよる予定結像面上の像光量分布を、前記予
定結像面近傍に設けた視野開口を通して、前記予定結像
面後方に設けた前記対物レンズの瞳分割手段及び二次結
像光学系により重なり合わない複数の二次像を形成し、
前記複数の二次像の光量分布を受ける位置に設けた複数
の光電変換素子列同志の出力信号を比較して前記対物レ
ンズの合焦状態を検出する装置であって、前記瞳分割手
段は対物レンズの瞳をその中心と外側に分は更に左右対
称に分けた少なくとも計４領域に分割する機能を有し、
前記瞳分割手段の近傍に、前記領域の内の瞳の中心に近
い２領域に対応する領域に第１の光学的厚みを有する光
路長差付与手段、残りの外側の２領域に対応する領域に
それぞれ第２、第３の光学的厚みを有する光路長差付与
手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る第１の実施例を示し、撮影レンズ
ｌから射出される光束の進路に沿って、順次に撮影レン
ズ１の予定結像面の近傍に設けられた遮光部材２、フィ
ールドレンズ３、絞り枠４、瞳分割器５、光路長差付与
機構６、二次結像レンズ７、センサ基板８が配列されて
いる。遮光部材２は矩形状の視野開口２ａを有し、絞り
枠４には２個の矩形状の絞り枠４ａ、４ｂが設けられて
いる。また、これらの後部にはそれぞれ互いにくさび角
、傾き方向が異なり瞳分割器５を構成する光偏向プリズ
ム５ａ、５ｂ、５Ｃ１５ｄが配置されており、光路長差
付与機構６は第２図に示すようにプリズム５ａ〜５ｄの
それぞれに対応して異なる厚みを有する光学的透明板６
ａ、６ｂが設けられている。だだし、この光路長差付与
機構６ではプリズム５ａに対応する部分は存在せず、プ
リズム５Ｃ１５ｄには光学的透明板６ｂが対応する位置
に配置され同じ厚さとなっている。また、セッサ基板８
には２個１組のラインセンサ８ａ、８ｂ、８Ｃ１８ｄが
２組（ｓａ−ｓｂ）、（８Ｃ・８ｄ）配列され、これら
のラインセンサは視野開口２ａと平行に設けられている
。

撮影レンズ１を通過した被写体からの光線は、視野開口
２ａの一点に結像してからフィールドレンズ３に到達し
、フィールドレンズ３は撮影レンズ１の瞳を瞳分割器５
の近傍に結像する。プリズム５ａに入射した光束は大き
く上方に偏向され、ラインセンサ８ａ上に結像し、同様
にプリズム５ｂに入射した光束は大きく下方に偏向され
ラインセンサ８ｂに結像する。また、光軸近傍に設けら
れたプリズム５ｃ、５ｄはくさび角が小さく、それを通
過した光束はそれぞれラインセンサ８ｃ、８ｄ上に結像
するようになっている。

しかし、光路長差付与機構６の存在のために、ラインセ
ンサ８ａ〜８ｄに結像する光像の結像状態は、全てが同
じように結像されるわけではない。本実施例においては
、予定結像面上に撮影レンズ１による像が正しく合焦さ
れたときに、このプリズム５Ｃ１５ｄを通過して二次結
像レンズ７によりラインセンサ８Ｃ１８ｄ上に形成され
る像がデフォーカスなしに結像するように二次結像光学
系が設定されている。従って、プリズム５ａ、５ｂを通
過した光束は、プリズム５Ｃ１５ｄを通過する光束と比
較してそれぞれ光路長差が付与されているために、ライ
ンセンサ８ａ、８ｂ上において若干デフォーカスした像
が形成される。

この関係を二次結像レンズ７以後の光線の状態を示した
第３図により説明すると、プリズム５Ｃと５ｄを通過し
た光束Ｌｃ、　Ｌｄは同じ光路長差を与えられ、ライン
センサ８Ｃ１８ｄ上に正しく結像される。一方、プリズ
ム５ａを通過した光束Ｌａは、厚さＯの光路長差付与手
段により前記光束Ｌｃ、　Ｌｄに比べて光路長が長くな
り、ラインセンサ８ａの手前の点Ｐ１に結像し、ライン
センサ８ａ上では少しぼけている。同様に、プリズム５
ｂを通過した光束Ｌｂは透明板６ａの効果により光路長
が短くなり、ラインセンサ８ｂの後ろ側の点Ｐ２に結像
するかのようにラインセンサ８ｂ上に入射し、やはり少
しぼけている。光束ＬａとＬｂとが結像する位置とセン
サ、基板８との距離をそれぞれｄｉ、　ｄ２とすると１
本実施例においてはｄｌ＝ｄ２となるように光路長差が
付与されている。このように、撮影レンズ１が予定結像
面上へ正しく像を合焦状態においては、ラインセンサ８
ａ上に形成される像のぼけ具合と、ラインセンサ８ｂ上
に形成される像のぼけ具合とは等しくされている。従っ
て撮影レンズ１が合焦近傍にあれば、ラインセンサ８ａ
と８ｂ上の像の鮮鋭度を比較して前ピント・後ピントが
判別できることになる。この鮮鋭度検出のための信号処
理としては、例えば既に本出願人が提案した特開昭５５
−１８６５２号公報に記載された合焦判別処理系が利用
できる。

一方、撮影レンズ１が予定結像面に正しく合焦を結ばず
、大きくデフォーカスしている状態においては、プリズ
ム５Ｃとプリズム５ｄとを通過した光束Ｌｃ、　Ｌｄに
よりラインセンサ８Ｃと８ｄ上の光像のずれ量を検出し
て、撮影レンズ１のデフォーカス量とデフォーカス方向
とを算出し、これを打ち消すように撮影レンズ１を移動
させればよい。この像ずれ検出のための信号処理として
は、同様に本出願人より提。案されている幾つかの方式
が採用できる。このようにして、撮影レンズ１が合焦状
態近くになると、先に述べた像鮮鋭度検出により正しく
合焦判定ができることになる。

第４図は本装置による合焦判定のアルゴリズムを示すフ
ローチャートであり、先ず像ずれ検出法によりデフォー
カス量を求め、撮影レンズ１の位置を調整してデフォー
カス量を成る許容範囲内に納め、次いで像鮮鋭度検出法
により精密な合焦調整を行うことを示している。

本実施例においては、このようにラインセンサ８ａと８
ｂは像鮮鋭度検出用のものであり、１個の光電変換素子
サイズをより小さくしてピッチを密にすることが望まし
い。一方、ラインセンサ８Ｃ５８ｄは像ずれ検出用のも
のであるから、ラインセンサ８ａ、８ｂに比べてそれほ
ど光電変換素子サイズを小さくする必要はない。更に本
実施例においては、ラインセンサ８ａ、８ｂの長さとラ
インセンサ８Ｃ１８ｄの長さとを等しくする必要はない
。ラインセンサ８Ｃ１８ｄは像ずれ検出系のセンサであ
り、大きくデフォーカスした状態を検出するためには比
較的長い素子列が必要であるが、ラインセンサ８ａ、８
ｂは像鮮鋭度検出用であるからそれほどの長さを必要と
しない。

第５図はこのようなラインセンサ８ａ〜８ｄの配置を示
し、各ラインセンサ８ａ〜８ｄの周囲の点線枠Ａａ−Ａ
ｄは、視野開口２ａが二次結像光学系によりセンサ基板
８上に結像された光像を示している。この場合、ライン
センサ８ａ、８ｂが像鮮鋭度検出用のセンサとなり、ラ
インセンサ８ｃ、８ｄが像ずれ検知用のセンサとなる。

また先に述べたように、本実施例においては予定結像面
上に撮影レンズｌが正しく焦点を結んでいる状態におい
ても、ラインセンサ８ａ、８ｂ上に形成される光像は、
光路長差付与機構６による効果のためぼけている。この
ため、ラインセンサ８ａ、８ｂ上に形成される光像は、
このぼけにより左右に僅かにずれていることになる。像
鮮鋭度検出方式においては、２個のラインセンサが被写
体の同一領域の光量分布を受けていなければ性能が十分
に発揮できない。本実施例においては、ぼけに伴なうず
れ量は付与した光路長差、更にラインセンサへの光束重
心・光束の入射角度から予め予想することができる。従
って、ラインセンサ８ａ、８ｂがずれた光像の共通領域
をのみ受光するように、ラインセンサ８ａ、８ｂの長手
方向の長さを決めておけばよいことになる。或いは、ラ
インセンサ８ａ、８ｂの出力信号から共通領域に対応す
る信号のみを選択し、合焦判定信号処理回路へ導くよう
にしてもよい。

本実施例において、ラインセンサ８ａ〜８ｄの配置の仕
方は必ずしも第５図のように限られるものでなく、例え
ば第６図に示すように像ずれ検出用のラインセンサ８Ｃ
１８ｄを外側に、像鮮鋭度検出用のラインセンサ８ａ、
８ｂを内側に配置してもよい。このような配置のライン
センサ８ａ〜８ｄに対しては、第２図に示す瞳分割器５
の偏向プリズム５ａと５ｂのくさび角を小さくし、逆に
偏向プリズム５ｃと５ｄのくさび角を大きくした別の瞳
分割器を用いればよい。何れにしても、ラインセンサ８
ａ〜８ｄの配列は二次結像光学系の光軸に対して上下対
称性を有することが望ましく、その理由は比較する２つ
の像の光学性能のバランスが良くなるからである。

第７図は第２の実施例を示し、瞳分割器５、光路長差付
与機構６、二次結像レンズ７、センサ基板８が先の第１
の実施例と異なる。即ち、第８図に拡大して示すように
、瞳分割器５は平板状透明部５ｅと小プリズム部５ｆと
から成り、光路長差付与機構６は透明部５ｅの左側領域
に対応して第１の厚みを有する平板部６Ｃ２小プリズム
部５ｆの領域に対応して第２の厚みを有する平板部６ｄ
、更に透明部５ｅの右側領域に対応して第３の厚みを有
する平板部６ｅとから成っている。二次結像レンズ７は
直線状境界部を有する一対のレンズ７ａ、７ｂにより構
成されており、瞳分割器５の左側を通過した光束はレン
ズ７ａにより結像され、右側を通った光束はレンズ７ｂ
により結像され、それぞれ異ったラインセンサ上に光像
な形成する。従って、本実施例においてはレンズ７ａ、
７ｂは瞳分割作用をも、兼ねていることになり、この瞳
分割手段の分割方法が先の第１の実施例と異なり、従っ
てラインセンサ８ａ〜８ｄの配置も異なっている。本実
施例においては、撮影レンズｌの瞳内側からの光束によ
る像をずれ検出用のラインセンサ８ｃ、８ｄに導き、撮
影レンズ１の瞳外側からの光束を像鮮鋭度検出用のライ
ンセンサ８ａ、８ｂに導いている。また、光路長差付与
機構６も撮影レンズ１が合焦位置のとき視野開口２ａ内
の像がずれ検出用のラインセンサ８ｃ、８ｄ上の像とし
て正しく結像するように平板部６ｄの厚みが決定され、
これと比べて光路長が一定量だけ短く、又は長くなるよ
うに平板部６ｅ又は６Ｃの厚みが決められている。従っ
て、構成は異なるものの機能的には先の第１の実施例と
同様である。更には、瞳分割器５と光路長差付与機構６
は、必ずしも実施例のように別部材である必要はなく一
体にしてもよい。

以上説明したように本発明に係る合焦検出装置において
は、撮影レンズから出射される光束の比較的光軸付近の
光束を利用して像ずれ検出を行っているため、撮影レン
ズが比較的大きくデフォーカスしている状態においても
、ラインセンサ上での像ずれは小さく、撮影レンズがど
のような状態であっても正しく方向検知、デフォーカス
量の検出を行うことができる。そして、撮影レンズが合
焦状態に近くなってからは、像鮮鋭度検出により高精度
な合焦判定が可能である。つまり、本発明は従来の像ず
れ検出方式による合焦検知装置の長所と、像鮮鋭度検出
方式による合焦検知装置の長所を併せ持っているのであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る合焦検出装置の実施例を示し、第１
図は第１の実施例の構成図、第２図は瞳分割器・光路長
差付与機構の拡大斜視図、第３図は光束の結像状態の説
明図、第４図は合焦検出手段のフローチャート、第５図
、第６図はラインセンサの配冒説明図、第７図は第２の
実施例の構成図、第８図は瞳分割器・光路長差付与機構
の拡大斜視図である。 符号１は撮影レンズ、２は遮光部材、２ａは視野開口、
３はフィールドレンズ、４．４ａ、４ｂは絞り枠、５は
瞳分割器、５ａ〜５ｄは偏向プＩＪズム、５ｅは平板状
透明部、５ｆは小プリズム部、６は光路長差付与機構、
６ａ、６ｂは光学的透明板、６Ｃ１６ｄ、６ｅは平板部
、７は二次結像レンズ、７ａ、７ｂはレンズ、８はセン
サ基板、８ａ〜８ｄはラインセンサである。 特許出願人　　　キャノン株式会社 第４図 第５図 １１１１ｒ６図 ０ ｂ ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対物レンズからの光束による予定結像面上の像光量
   分布を、前記予定結像面近傍に設けた視野開口を通して
   、前記予定結像面後方に設けた前記対物レンズの瞳分割
   手段及び二次結像光学系により重なり合わない複数の二
   次像を形成し、前記複数の二次結像の光量分布を受ける
   位置に設けた複数の光電変換素子列同志の出力信号を比
   較して前記対物レンズの合焦状態を検出する装置であっ
   て、前記瞳分割手段は対物レンズの瞳をその中心と外側
   に分は更に左右対称に分けた少なくとも計４領域に分割
   する機能を有し、前記瞳分割手段の近傍に、前記領域の
   内の瞳の中心に近い２領域に対応する領域にＩｉの光学
   的厚みを有する光路長差付与手段、残りの外側の２領域
   に対応する領域にそれぞれ第２、第３の光学的厚みを有
   する光路長差付与手段を設けたことを特徴とする合焦検
   出装置。 ２、前記光路長差付与手段の第１の光学的厚みは、第２
   、第３の光学的厚みの中間の厚さとする特許請求の範囲
   第１項に記載の合焦検出装置。 ３、前記瞳中心の領域の光を受光するラインセンサの長
   さは、瞳の外側の領域の光を受光するラインセンサより
   も長くするようにした特許請求の範囲第１項に記載の合
   焦検出装置。