JPS5933409A - 合焦検出装置 - Google Patents

合焦検出装置

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JPS5933409A
JPS5933409A JP14365682A JP14365682A JPS5933409A JP S5933409 A JPS5933409 A JP S5933409A JP 14365682 A JP14365682 A JP 14365682A JP 14365682 A JP14365682 A JP 14365682A JP S5933409 A JPS5933409 A JP S5933409A
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series
light receiving
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井田 正利
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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
    • G02B7/36Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals

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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、顕微鏡、高密度光学的記録再生装置
等の焦点状態を検出する合焦検出装置、特に像相関法に
よる合焦検出装置に関するものである。
撮影光学系によって形成される物体像の焦点状態を検出
する方法として、微小レンズを用いて結像光学系の瞳分
割を行なうようにした方式のものが従来から知られてい
る。第1図はかかる従来方式を実施する合焦検出装置を
一眼レフカメラに適用した場合の構成を示ず線図である
。被写体1の像は、撮影光学系iおよびクイックリター
ンミラー8を経てピント板4、ペンタプリズム5等を具
える観察光学系に導ひかれると共に、クイックリターン
ミラー8をはね上げることによりフィルム6に投影され
る。第1図では、クイックリターンミラー3の中央部を
ハーフミラ−7とし、このハーフミラ−7を透過する光
束をクイックリターンミラー8の裏面に設けた反射ミラ
ー8で反射させ、この光束を撮影光学系2の予定焦平面
の近傍すなわちフィルム6とほぼ共役な面に配置したレ
ンチキュラーレンズ等の微少な補助光学系9を介して、
この補助光学系9に対する撮影光学系2の射出瞳面と光
学的にほぼ共役な面に配置した受光素子列10に入射さ
せている。受光素子列lOは第2図にも示すように受光
素子群10A、IOBを具え、これら受光素子群10A
 、IOBの各受光素子10A−1−1OA−nおよび
l0B−1−10B−nはそれぞれ対応する1個ずつが
受光素子対10A−1,10B−1〜l0A−n。
10B−nを形成しこれらの全ての受光素子が一直線上
に位置するように配列されている。また、補助光学系9
は受光素子対10A−1、l0B−1−1OA−n 、
10B−nに対応してn個ノg小光学系9−1〜9−n
′ft有し、各受光素子対をfM成する2個の受光素子
が、撮影光学系2のほぼ射出瞳面上で、受光素子の配列
方向に垂直で撮影光学系2の光軸を含む平面(第1図で
は光軸を含む紙面に垂直な面)を境としてそれぞれの側
に位置する部分、すなわち第1図では光軸を境とする射
出瞳面の上および下側部分の壕を受光するように配置さ
れている。
かかる構成において、撮影光学系2および補助光学系9
を経て被写体lの鍛の少く共一部を受゛光素子列10に
投影すると、受光素子群10Aには撮影光学系2の図に
おいて下側部分を透過した光束のみが入射し、受光素子
群10Bには反対に上側部分を透過した光束のみが入射
することになり、受光素子群10AおよびIOBに投影
される像の照度分布は、合焦時において一致し、非合焦
時においてはそのずれの方向に応じて互いに反対方向に
横ずれする。第1図に示す合焦検出装置におい又は、受
光素子群10AおよびIOBの出力を適当に処理して像
の横ずれ方向を検出し、これに基いて前ビン、後ピンお
よび合焦の各焦点状態を検出している。
しかし、第1図に示す従来の合焦検出装置においては、
レンチキュラーレンズ等の倣少な補助光学系9の製作が
困難で、これがため装置全体が高価でかつ大きくなる等
の欠点があると共に、各補助光学系とこれと対応する受
光素子対との光学的調整が内輪な欠点がある。
そこで、その欠点を解決するため、杢願人は、さきに撮
影光学系の予定焦平面またはその近傍に配置した受光素
子列の光入射側に、その受光素子列の隣接して対をなす
各受光素子が、前記撮影光学系の光軸を含む面を境とす
る第1および第2の領域からの光束を主として各別に受
光するように、各受光素子に対して開口させた遮光部材
を配置することによって、前記撮影光学系の瞳分割を行
なう方式を開発した。
の関係を、受光素子列上の隣接して対をなす一対の受光
素子11−a、tt−bについて光入射側から眺めた平
面図、同図(B)はその側面図である。
すなわち、同図(A) 、 (B)において、1i−a
11−bは、たとえば図示を省略した同一基板上に一直
線状に等間隔に形成した受光素子列の受光素子のうちの
隣接する一対の受光素子11−a。
11−bである。その光入射側には、たとえば図示省略
のガラス、高分子フィルム等の透明基板上に各受光素子
11−a、11−bに対応して・蒸着法、印刷法等任意
の方法で開口形成した不透明1[112−a、12−b
によりなる光学部材を配置し、これによってそれら対を
なす受光素子11−a、11−bのそれぞれの入射光の
角度を異ならせて、対をなす各受光素子11−a、t1
−bが法線に対し対称的な入射光景分布となるように構
成し、もって、前記撮影光学系の光軸Oを含む面13を
境とする第1および第2の各領域からの光束R,Lを、
各別にそれぞれの受光素子11−a。
11−bに入射させるようにしている。いま、前記撮影
光学系の光軸を含む面を境とする各領域の一方の領域か
らの光束を主に受光するように構成した受光素子11−
aと不透明膜12−aとにより形成される受光セルをA
、また、叱方の領域からの光束を主に受光するように構
成した受光素子11−bと不透明膜12−bとにより形
成される受光セルをBとし、第4図の如くこれを交互に
−次元的にX方向にn対配列してA(1) 、 B(1
) 、 A(2)B(2)・・・Acn)、B(n)の
受光セルからなる受光素子列14を形成し、これを第す
図に示したように撮影光学系2の予定焦平面15または
その近傍に配置する。
このように構成して得られた撮影光学系2によるA系列
の受光セルA(1)〜A (n)上の被写体像と、B系
列の受光セルB(1)〜B (n)上の被写体像は、光
軸Oを含む面を境とする撮影光学系の第1および第2の
領域を主に透過した光束によるものであるから、非合焦
の程度に応じて第6図にそれら各系列上の強度分布をA
およびBなる符号で示したように横ずれする。またその
横ずれ方向は、非合焦方向に関連して互に反対方向とな
るので、これを利用して前ビン、後ビン、合焦を判断し
ている。
第7図は、その合焦状態の判断基準として、たとえば次
式によって求めた評価関数Fの出力を、レンズ位置を横
軸にとって示したものである。
F−Σ(l An−Bnl −I An−B、、l )
  ・−(1)ただし、An、Bnは受光セルA、Hの
出力。
以上の如き構成の合焦検出装置は、構成が簡単で製造が
容易であり、光学的調整も簡単な点で優れているが、第
4図に示したように受光菓子列4は、対をなす受光セル
AおよびBをX方向に交互に配置した構成とな2ている
ので、前記(1)式から求めた評価値Fは、第7図に示
すように実際の合焦点において、F−0とはならず、正
確な合焦点の検出ができない場合があ嶌り、また、−眼
レフカメラに適用した場合など、手ぶれにより合焦判定
の位置がばらつく欠点がある。
その理由を以下説明する。いま、受光素子列14とその
上に投影される被写体像の強度分布(ここでは合焦時の
強度分布とする。)の関係を第8図のとおりであったと
する。なおこの例では、説明を簡単にするため、被写体
像の強度分布は、ステップ状を示しているものとする。
同図に示したように被写体像のエツジ部が受光素子An
にあり、強度のOの受光面の受光菓子の出力をa1強強
度の受光面の受光菓子の出力をb(ただし、a+b−1
)として、前記(1)式で示した評価関数F1すなわち F−Σ(l An−Bnl−IAn−Bn−0I )に
あてはめると、強度lと強度0の光が入力する受光素子
Anの出力は、強度1の場合の出力すで表わすことがで
きるから、 1i’−1b−1l−1b−OI−a−b  ・(2)
(・、・a−)−b−1) となり、Fの値は、被写体像の受光素子列のへ系列から
なる受光素子群An、、0.An、An+、・・・とB
系列からなる受光素子群BH−1v Bn、 Bnl1
 ”’上の像の横ずれに応じて、第9図に示したように
Fの値は、合焦位1nにおいて−1−F≦+1の範囲(
レンズ位置ではZ□〜Z2の範囲ををとり得ることを示
している。このことは、−眼レフカメラ等において、手
持ち撮影時における合焦検出の場合など、手ぶれの影響
を受は易いことを意味するものである。
本発明の目的は、上述の如き不都合を解消し、手振れ等
による影響を受けることなく常に精度高く合焦状態を検
出し得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0 本発明の合焦検出装置は、撮影光学系の予定焦平面また
はその近傍に、少なくとも2列の受光素子列を前言C予
定焦平面に平行に近接して並置するとともに、前記各受
光菓子列の並置方向に隣り合う互いの受光素子を対にし
て、各対の一方の受光素子からなるA系列の受光菓子群
と能力の受光素子からなるB系列の受光素子群に、前記
撮影光学系の光軸を含む面を境とする当該撮影光学系の
第1および第2の各領域からの光束か主として各別に入
射するように構成した光学部材を、Ail記各受光累千
列の光入射側に配置することにより、+itJ記撮影光
学系の前記各領域から被写体像を前記A系列およびB系
列の各受光素子群に実質上各別に投影し、その投影像の
強度分布の横ずれ状態から111記撮影光学系の合焦状
態を検出することを特徴とするものである。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明装置は、さきに説明した第5図に示すものと基本
的には同一構成を4j″するが、受光素子列は、少なく
とも2列以上近接して並置した構成となっている。
第10図は、その受光菓子列を2列並置して、各受光素
子死別に図示省略の撮影光学系の瞳分割による被写体像
が主として各別に投影されるように、不透明膜によって
開口を形成した光学部材を光入射側に配置して受光セル
を構成した受光素子列の配置の一例を示す光入射側から
眺めた平面図である。
各受光素子列16.17は、それぞれ複数の受光素子1
6A−1−16A−nS17B−1−17B−nを等間
隔で直線的に一列に配列した構成を有し、かつ撮影光学
系の予定焦平面に平行に互いに近接して並置されている
。18はその基板を示す。それら各受光素子列16.1
7の光入射側には、第8図で説明した手法により撮影光
学系を瞳分割するための瞳分割用光学部材19が配置さ
れている。
その瞳分割用光学部材19は、この実施例では各受光菓
子列16.17のそれぞれの受光素子16−1〜16−
n、17−1−17−nに対向して、その対向する個々
の受光素子に対し所定の入射角範囲の光束を主に入射さ
せるようOこ開口を形成する不透明膜19−1〜19−
n、20−1〜20−nによって構成されている。
すなわち、それら不透明膜19−1〜19−nにより形
成される各開口によって、16で示した受光素子列の全
部の受光素子16−1〜16−nには、撮影光学系の第
1または第2の何れか一方の領域からの光束が、また、
17で示した受光素子列の全部の受光素子17.−1〜
17−nには、その領域とは異なる能力の領域からの光
束が主としてそれぞれ入射するように前記瞳分割用光学
部材19が配置されている。
以下、説明を簡潔にするため各受光素子列の個々の受光
素子とそれに所定の入射角範囲の光束を入射させるため
開口を形成する光学部材19の個々の不透明膜よりなる
個々を「受光セル」ということとし、また、結像光学系
の前記第1の領域からの光束を主に受光するように形成
した受光セルを「A系列の受光セル」、第2の領域から
の光束を主に受光するように形成した受光セルを「B系
列の受光セル」とそれぞれいうこととする。
以上のように構成した受光菓子列16のA系列の受光セ
ルA(1)〜A (11)と、能力の受光菓子列17の
B系列の受光セルB(1)〜B (11)上における撮
影光学系を瞳分割して得られた各被写体像の強度分布は
、その撮影光学系が受光素子列16.17上に合焦した
場合には、X方向に瞬接する各受光素子列16.17の
各受光セルに入射する光束は、被写体のX方向について
の同一物点に相当する光束に対応する。従って本発明の
合焦検出装置をたとえば一眼レフカメラに適用した場合
、手ぶれ等によりその物点の位置がX方向に変動したと
しても、A系列の受光セルA(1)〜A (n)から得
られる出力とB系列の受光セルB(1)〜B (n)か
ら得られる出力は同時に同一量だけ変化するので、it
I記(1)式から評価関数Fを求めた場合、その変動は
相殺されて評価関数値には現われない。
すなわち、第3図ないし第5図によつ又説明した本願人
のさきに開発にかかわる合焦検出装置においては、前記
(2)式から明らかなように手振れ等によりbの直が、
bが0またはlに変化し、その影響は、第4図のA系列
の受光セルか、あるいはB系列の受光セルかの一方の系
列の受光セルの出力にしか及んでいない。従って、それ
ら両系列の受光セルの出力から評filti (a F
を得る横ずれ方式においては、それがため胛価萌が変動
して合焦検出の誤差となり、検出精度の低下を招いてい
た。これに対し、本発明装置では、第10図に示した実
棒例のものを用いるものにおいては、たとえば第11図
に示したように、明−暗のパターンPを有する物体の合
焦検出を考えたとき、並置した受光素子列16,1.7
の並1a方向yに隣り合う互いの受光素子よりなる対を
なすそれぞれの受光セルA (n) 、 B (n)に
入射する前記パターンPの被写体1寮が、手振れ等によ
り破線で示した位置にずれたとしても、それによる受光
量の変化は、各受光セルA (n) 、 B (n)と
もほぼ同じである。評価関数は、前記+1)式のように
rlA系列の出カーB系列の出力1」の形をもっている
から、X方向に隣り合うA、%列とB系列の受光セルA
 (n) 、 B (n)の出力は相殺されることとな
り、手振れの影響は、評価関数値には殆んど現われて来
ないので、合焦検出精度が向上し、しかも合焦表示は安
定することとなる。
第12図は、本発明の能の実施例の構成を示したもので
ある。この実施例においてもさきの実施例と同様に、2
列の受光素子列16.17を並置したものであるが、各
受光素子列16.17の受光素子には、X方向について
交互に図示省略した撮影光学系の光軸を含む面を境とす
るそれぞれの領域からの光束が主に入射するように、光
入射側に斜線で示したような適当な開口を有する不透明
膜からなる瞳分割用光学部材19を配置することによっ
て、各受光素子列16.17ともA系列の受光セルA(
1)〜A (n)とB系列の受光セルB(1)〜B (
n)が交互に並ぶようにするとともに、X方向について
も隣り合って対をなす受光セルがA系列のものとB−¥
−,列のものとからなるように構成したものである。
このように受光セルを配列した構成のものにおいては、
A系列の受光セルA(1)〜A (n)を構成する各受
光素子列16.17の受光素子の出力Anと、B:系列
の受光セルB(1)〜B (n)を構成する各受光素子
列16.17の受光素子の出力Bnを用いて評価値を求
めるようにすれば、第10図で説明したと同様にX方向
についての手撮れ等にょる合焦検出誤差を解消し得るほ
か、受光素子列16 、17の並置方向のX方向につい
ての手振れ等による影響をも防止し得て、精度高く合焦
状態を検出することができる。
第13図および第14図は、第10図および第12図に
それぞれ示した2列の受光素子列16゜17の受光セル
の配列のものを、2組並設したそれぞれ異なる本発明の
実1布例を示したものである。
第13図および第14図では、2組並設した例を示した
が、2組以上並設しても差し支えないことは勿論である
。このように構成すれば、撮影光学系の予定焦平面もし
くはその近傍におけるX方向について、各組の受光素子
”列の出力を用いてそれぞれ異なった位置の被写体像の
鮮明度に関する評価値を精度高く求めることができる。
以上各実IKi例で説明したように配列した複数の受光
素子列のA系列の受光セルA(1)〜A (n)を構成
する受光素子群の出力Anと、B系列の受光セルB(1
)〜B (n)を構成する受光素子群の出力Bnとを用
いて、周知の評価関数を演算すればよい。たとえば、評
価関数F′として F′−Σ(l An+1−Bn−111An−1”n+
1 +)・・・(3) からF′値を計算すると、そのF′の値は撮影光学系の
位置に応じて第15図のように変化することとなり、F
’−0の点がさきに説明した本願人のさきの開発にかか
わる従来の合焦検出誤差に比べて合焦点に近づくことと
なるので、合焦検出精度が向上する。
第16図は、自動合焦装置に本発明装置を適用した場合
の実施例の構成の概略を示すブロック線図である。
同図において、21は、たとえば、第1o図あるいは第
12図で説明したように、光入射側に配置した瞳分割用
光学部材19を含む二列の受光素子列からなる感光セル
構成体であって、その受光素子列が撮影光学系2の−P
定焦平面またはその近傍に並置されるよう配置しである
。従ってその2列の受光素子列のAM列の受光セルとB
l+列の受光セルには、さきに説明したように撮影光学
系2の光軸を含む面を境とする第1および第2の各領域
を透過した光束が主として各別に入射している。
そのAE列をなす受光セルの受光素子の出力Anと、B
系列をなす受光セルの受光素子の出力Anを配列方向に
P[0次読み出し、これを、A/D変換回路を含む演算
回路22に取り込み、例えば4iJ記(3)式に基づい
てF′値を演算する。このF′「直は、第15図に示し
たように前ピン状耕では正、合焦時には零、後ピン状態
では負となるので、これを判定回路28により判定して
、その結果を表示装M、24により表示するとともに、
前記判定回路23の出力をモータ駆動回路25に導き、
撮影光学系2を駆動するモータを制御し、前記判定回路
28による判定結果が、合焦となるよう(こ削記撮影尤
学糸2を自卯J制御するようにしたものである。
なお、上述した各実施例においては、近接して並置した
膜数の受光素子列を構成する各受y6素子に入射する光
栄を、撮影光学系の光軸を含む面を境とする各領域から
の光束に分離する光学部材として、不透明膜によって形
成した開口により個々の受光素子に入射する光束の入射
角を制御するようにした遮光部材を用いたが、本発明装
置は、それに限定されるものではなく、たとえば、第1
7図のよう(こ受光素子列の受光素子にそれぞれ対設に
示したように、たとえば−列の受光素子列を構成してX
方向に並ぶ受光素子16−1.16−2の光入射側に、
その受光素子16− ’1 、16−2に対設するよう
に、X方向に対して対称に踊界角プリズム27−a、2
7−bを配置することにより、図示しない撮影光学系の
光軸を含む面を境とする各領域からの光iL□、L、を
主として各別に受光するA系列の受光セルA(1)と、
B系列の受光セルB(1)を形成することができる。従
って、撮影光学系の予定焦平面またはその近傍に近接し
て並置するたとえば二列の受光素子列について、上述の
構成により第10図あるいは第1z図に示したよりなA
系列の受光セルA(1)〜A(n)とB系列の受光セル
B(1)〜B (n)の配列構成を形成するようにすれ
ば、さきに説明した実施例と同様の効果を奏することと
なる。
以上詳細に説明したように本発明装置によれば1、撮影
光学系の予定焦平面またはその近傍に近接して並置した
少なくとも2列の受光素子列の、並置方向に隣り合って
並ぶ互いの受光素子を対にして、その対をなす一方の受
光素子からなるA系列の受光素子群と叱方の受光素子か
らなるB系列の受光素子群に投影される前記撮影光学系
の瞳分割による被写体像を検出するようにしている。従
って、A系列とB系列の各受光素子群によって被写体像
をほぼ同一の位置で検出することとなるので、第8図な
いし第5図によって説明した本願人の開発にかかわるも
のに比べ合焦検出精度を一段と向上させ得るのみならず
、さきに説明したように手振れ等による影響を大きく受
けることがないので、合焦表示が安定する等の効果があ
る。
また、第10図、および第12図ないし第14図に示し
た実施例のものにおいては、前述の本発明の効果に加え
て第1図および第2図に示した従来装置のものに比べて
構成が簡単であり、製造が容易である等、本願人がさき
に開発した第3図ないし第5図のものの特長をそのまま
生かし得る利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の合焦検出装置の光学的配置の一例を示
す線図、 第2図は、第1図における補助光学系と受光素子列の配
置関係を示す平面図、 第3図は、本願人がさきに開発した瞳分割用光学部材を
用いる従来の合焦検出装置における瞳分割用光学部材と
受光素子列の関係の説明図であって、同図Aは光入射側
から眺めた平面図、同図Bはその側面図、 第4図は、その受光素子列を受光セル列で示した構成図
、 第5図は、第8図に示した受光素子列を用いた本願人の
開発にかかわる従来の合焦検出装置の光学的配置を示す
線図、 第6図は、第4図の受光素子列におけるへ系列とB系列
の受光素子群上の噸の強度分布の一例を示す図、 第7図は、本願人の開発にかかわる従来の合焦検出装置
における評価値と合焦点の関係の説明図、第8図および
第9図は、本願人の開発にかかわる従来の合焦検出装置
の間順点説明図、 第10図は、本発明装置における受光素子列と瞳分割用
光学系の配置関係と、これによりJ11成される感光セ
ルの配列の一例を示す受光素子列の構成図、 第11図は、第1θ図の構成による効果の説明図、第1
2図は、本発明装置における池の感光セルの配2列を示
す受光素子列の構成図、 第13図および第14図は、受光素子列を4列並inシ
た場合の手れぞれ異なる感光セルの配列を示す受光素子
列の構成図、 第15図は、本発明装置によるd・P価埴の合焦点の関
係の説明図 第16図は、本発明装置を自動合焦装置に適用した場合
の実施例のIN成の概略を示すブロック線図、第17図
は、瞳分割用光学部材として臨界角プリズムを用いてA
系列とB系列の受光セルを形成した本発明装置における
受光素子列の構成図である。 1・・・被写体      2・・・撮影光学系16.
17・・・受光素子列 16−1−16−n、17−1〜17−n−・・受光素
子         18・・・基板19・・・瞳分割
用光学部材 19−1〜19−n、20−1〜20−n・・・不^明
膜         21・・・瞳分割用光学部材と二
列の受光素子列とからなる感光セル構成体22・・・演
算回路    23・・・判定回路24・・・表示装置
    25・・・モータ駆動回路26・・・撮影光学
系駆動用モータ 27A、27B・・・臨界角プリズム A(1)〜A (TI)・・・A系列の受光セルB(1
)〜B (n)・・・B系列の受光セル特許出願人  
 オリンパス光学工業株式会社第1図 第2図 第;1目 第4図 □χ 第5N 第6図 第7図 jf> 8画 第10図 第11図 第12図 第13図 一→−χ 第1図 一一一χ 第15図 第16図 第17図 手続補正書 昭和58年2 月21 日 1、事件の表示 昭和57年 特 許 願第14・3656  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■明細書第9頁
第13行中の「(レンズ(、’J lにlでは2□〜z
2の範囲をを」とあるのを1(レンズ位置ではz1〜Z
2の範囲)を」とに’f正する。 2同第11頁第]0行ないし第12行中に1−受光素子
16A−1〜I 6A−n、] 7B−1〜17B−n
Jとあるのを1受光素子16−1〜16−n、17−]
 ]〜+7−nと訂屯する。 51

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. L 撮影光学系の予定焦平面またはその近傍に、少なく
    とも2列の受光素子列を前記予定焦平面に平行に互いに
    近接して並置するとともに、前記各受光素子列の並置方
    向に隣り合う痒いの受光素子を対にして、各対の一方の
    受光素子からなるA系列の受光素子群と叱方の受光素子
    からなるB系列の受光素子群に、前記撮影光学系の光軸
    を含む面を境とする当該撮影光学系の第1および第2の
    各領域からの光束がほぼ各別に入射するように構成した
    光学部材を、前記各受光素子列の光入射側に配置するこ
    とにより、前記撮影光学系の前記各領域から被写体慮を
    前記A系列およびB系列の各受光素子群に実質上各別に
    投影し、その投影像の強度分布の横ずれ状態から前記撮
    影光学系の合焦状態を検出することを特徴とする合焦検
    出装置。
JP14365682A 1982-08-19 1982-08-19 合焦検出装置 Granted JPS5933409A (ja)

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