JPS6011810A - 焦点検出装置 - 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】 （イ）発明の分野 本発明は撮影レンズ透過光によって合焦検出を行い自動
焦点調節を行う場合に好適な焦点検出装置に関する。

（ロ）従来技術 従来の一眼レフカメラ用の自動焦点検出装置としては、
フィルム等価面の前と後の２つの位置に夫々の位置にお
ける結像のコントラストを検出するタメの一対のホトセ
ンサアレイを配置し、両ホトセンサアレイから得られる
２つのコントラスト信号がバランスする位置に撮影レン
ズを移動させる如く構成したものが提案されているが、
この方法では焦点検出が可能な範囲は上記一対のホトセ
ンサアレイの前後に限られてくるので、焦点検出可能な
範囲を拡げようとすれば上記一対のホトセンサアレイの
間隔を長くせざるを得す、焦点検出精度の低下を避ける
ことはできなかった。このことを第１〜第４図を参照し
つつ詳細に説明すると、第１図に於いてＬはカメラの撮
影レンズであってその焦点位置（フィルム等何面）Ｆの
前後には第２図に示す如き１次元のホトセンサよりなる
ホトセンサアレイＰＩ、Ｐ２が光軸Ｏと直角に配列され
ている。微小なホトセンサより構成されるホトセンサア
レイＰＩとＰ２はその受光面上に結像される像の明暗に
対応した光電信号を出力する。この光電信号を不図示の
処理回路によって適当に処理することによって像のコン
トラスト信号を得る。

第３図には上記各ホトセンサアレイＰ１とＰ２より得ら
れるコントラスト出力ＡおよびＢと、ピント位置の関係
を示してあって、ピント位置が上記フィルム等価面Ｆよ
シ前方にずれだ前ピンの状態でばＡ　）　Ｂであって、
ピント位置がフィルム等価面Ｆと等しい位置ではＡ＝Ｂ
であって、ピント位置がフィルム等価面Ｆより後方にず
れた後ピンの状態でけＡ　（Ｂである。図中点線で示す
カーブ八゛とＢｌは実線で示すカーブＡとＢに対してホ
トセンサアレイＰＬ、Ｐ２の間隔を長くした場合のコン
トラスト出力を示す。第４図はコントラスト出力と ＡとＢとの差Ａ−Ｂ又はＡ’ｌＢ“との差Ａ“−Ｂ゛の
変化の様子を表わしたものであって曲線がＯ軸と交わる
点が合焦位置である。今、合焦と検出される範囲をｉと
すると、実線のＡ−Ｂの場合には１１であって、点線の
八“−Ｂｌの場合にば１２であり、１２〉１１であるか
らホトセンザアレイＰ］、、　Ｐ２の間隔を長くする稚
魚点検出精度が悪くなることがわかる。

（ハ）　目　的 一眼レフカメラの様に広角〜望遠にわたる種々の交換レ
ンズの焦点調節を目的とした自動焦点検出装置に必要な
条件としては、■必要な焦点検出精度を満足しつつ、■
焦点検出可能な範囲が大きいことが望ましい。この点に
関し、従来の焦点検出装置は上述したように不満足なも
のであった。

そこで本発明は上述した欠点に着目して為されたもので
あって、結像光学系の予定焦点面又はこれと共役な面に
対して２つのホトセンサアレイを対称となる様に傾けて
配置し、上記各ホトセンサアレイを光軸と直角する方向
で複数の領域に分けて各ホトセンサアレイに於いて各々
対応する領域より得られるコントラスト出力を比較する
様に構成し、ホトセンザアレイを傾むけて配置すること
で、垂直に配置しだ／に対して焦点検出可能な範囲を拡
大すると共に、光軸を挾さんで、反対側に配列された上
記領域よシ得られるコントラスト出力が互いに逆特性の
関係で変化することを利用してそれらの差としての焦点
検出信号の変化を大きくし、焦点検出精度を高める様に
したものである。

（ハ）構　成 本発明は、第５図に示すようにカメラにおける予定焦点
面と等価な面Ｆと撮影レンズＬの光軸との交点０におい
て互に交わり、かつ撮影レンズの光軸に関して互に対称
的なように二つの解像機能を有する受光素子例えばホト
センサアレイＡ、Ｂを配置した点に特徴を有する。

二つのホトセンサアレイＡ、Ｂは光学的に０点において
交わっているが、構造的には第５図の図示通りの配置は
もちろんできない。具体的な配置構造は後述するが、こ
＼で第５図乃至第１２１シ１によって本発明の詳細な説
明する。；説明を簡明にするため、二つのホトセンサア
レイＡ、ｎｉ、＋：共に」−次元的なアレイであり、各
ホトセンサエレメントの配列は図の紙面方向に延びてい
るものとする，。

第５乃至第８図でｌｌ，　ｒ２　、　１３は撮影レンズ
１−・の光軸上の物点から出た光線を示し、ｍ１〜Ｉ１
１３及びｎ１〜ｎ３は上記物点と同じ距離にあって、夫
々光軸かも互に反対側にわづか離れた二つの物点から出
た光線を示す。

第６図は上記各物点の像が予定焦点面に形成されている
場合、即ち合焦の場合を示し、光線１１〜ｊ３は０点に
、ｍ　１〜ｍ　３　ｊｄ−　Ｐ点に、ｎ１〜ｎ：５はＱ
点に夫々収束している。ホトセンザアレイＡの受光面上
の被写体像のコントラスト分布を考えると、０点付近で
は焦点が合っているので隣接する２つのホトセンサの出
力差として検出されるコントラストは最大であり、０点
から図で上下方向に離れるに従いコントラストは低下し
ている。ホトセンサアレイＢについても同様である。ま
だ二つのホトセンサアレイＡ、Ｂについて相対応する点
例えば像点Ｐに対応する点のコントラストを考えると、
同じ像点に対し前後同距離だけ合焦位置から外れている
ので、　Ａ、　Ｂ両者においてコントラストは等しい。

そこでこの場合の各ホトセンサアレイＡ、Ｂの受光面上
のコントラスト分布信号は互に重なり合い、Ａ、Ｂ各ホ
トセンサアレイの対応する点同士のコントラスト信号の
差は受光面の全長にわたって略Ｏとなる。像のコントラ
ストと云う量は受光面上の適宜区間において定義される
量なので、実際上は例えば第６図に示すように各アレイ
の受光面をＩ、　ＩＩ、　］Ｈの３区間に区分し、各区
分におけるコントラスト信号をめる。第７図はいわゆる
前ピンの場合で、像点ＰはアレイＡの受光面上にあり、
従ってコントラストは■の区間で最大、■の区間で中等
、■の区間で最小となる（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩの区間は第
６図に示したもの）。

反対にアレイＢでは像点Ｑが受光面上にあり、コントラ
ストはＩＩＩ）ＩＩ）Ｈの順になる。第８図はいわゆる
後ピンの場合で、この場合コントラストの関係は前ピン
の場合と逆になる。第９図は区間［におけるＡ、Ｂ両ア
レイから得られるコントラスト信号と光軸上の像の位置
との関係を示し、横軸が光軸上の距離、合焦と記入され
た点が第５〜第８図における予定焦点位置０であり、カ
ーブＡ１７］アレイＡのコントラスト信号、Ｂはアレイ
Ｂのコントラスト信号である。同様にして第１０図は両
アレイの区間■におけるコントラストと像位置の関係、
第１１図は同様にしてＩＩＩの区間の関係を示す。こ＼
でアレイＡの王の区間のコントラスト信号をＡＩ、同■
の区間のコントラスト信号をＡ　、１１等で表わし、（
Ａｌ−ＢＩ）及び（Ａ　ｉ［−Ｂ　］ＩＩＩ）のデータ
と像位置との関係を示すと第１２図のようになり、前ピ
ン状態では（ＡｌニーＢＩ）＞０１（ＡＩＩＩ−Ｂｍ）
＜ｏとなり、合焦状態では何れも０となり、後ピンでは
上と逆の関係になる。そこで任意のレンズ位置における （ＡＩ−ＢＩ　）−（ＡＮＴＩ−ＢＩＩ）＝Ｘなるデー
タをめると、これは第１２図にＸで示す量となり、前ピ
ンでは正１合焦で０．後ピンで負となり、Ｘを表わすカ
ーブの合焦点における傾斜は（ＡＩ−Ｂｌ：）或は（Ａ
Ｉ［−ＢＴＩＩ）のカーブ単独の場合の倍となシ、合焦
判定の精度が高められ、同じ精度であれば各ホトセンサ
アレイの光軸に対する傾きを適当に大きくとることによ
り、合焦検出を行い得る範囲を犬とすることが可能とな
る。以上が本発明の原理である。

（ホ）実施例 第１３図乃至第１８図に本発明の一実施例を示す。第１
３図は要部の斜視図で、１１０はガラスブロックであり
、その上面中央部は回折格子１１１となっておシ、その
両側の部分は互に傾斜方向が反対の傾斜面１１２．　ｌ
　ｌ　３となっておシ、この両面は鏡面処理がなされて
いる。ガラスブロック１１０の下面中央部は鏡面１１４
となっている。１２１．１２２はホトセンサアレイで前
項におけるＡ、Ｂに相当し、ガラスブロック１１０の下
面において、傾斜面１１２，１１３　の下方に位置して
いる。１２０はホトセンサアレイ１２１．１２２を形成
するだめの透明基板で、各アレイ素子１２１　、１２２
はアモルファスシリコンホトダイオードよりなり、透明
基板１２０の下面に形成され、この透明基板がガラスブ
ロック１１０の下面に接着される。回折格子］−１１は
上方から入射する光を２方向に分割偏向させるもので、
第１５図にその一部の拡大断面を示す。格子の各条は夫
々斜面１１１　ａ、、　１１１　ｂよりなり、夫々の斜
面に入射した光は屈折により方向が変ると共に、その方
向において、各条の光の位相が合って強め合うように斜
面の斜角及び各条のピッチが定めである。このピッチは
１０７１　Ｉｎ程度である。

この格子により、撮影レンズ（不図示）の光軸は２方向
に分割され、二つのホトセンサアレイは互に構造的に当
ることなく、光学的には中心を光軸上の同一点、前項に
述べた予定焦点位置０点に位置させることができる。即
ち第１６図に示すように、格子部分１１１で２方向に分
割された光は鏡面１１４で反射され、傾射面１１２及び
１１３で再び反射されて、夫々ホトセンサアレイ１２１
．　１２２　に入射せしめられる。こ＼で二つのホトセ
ンサアレイ１２１　、１２２を撮影レンズの光軸に対し
て傾ける作用をしているのが傾斜面１１２．１１３であ
る。今傾斜面１１３についてみると、第］−４図に示す
ように、ガラスブロック１１０に上方から垂直に入射し
た光軸光は鏡面１１４−で上方に反射され、面１１３に
入射ず゛るが、この面が傾いているので、点線のように
反射され、ホトセンサアレイ１２２の長手方向に対して
傾いて入射する。この光が光軸光であるから、アレイコ
、２２は光軸に対し、傾射面］１３の傾斜角αの２倍だ
け傾いていることになる。傾斜面１１２は１１３とは傾
きの方向が反対なので、アレイ１２１　Ｖ：ｒ、光軸に
対し１２２とは反対側に傾いたものとなり、第５図に示
した位置関係が光学的に実現されている。

なお第１６図で２００はリレーレンズで、Ｆが撮影し：
／ズの予定焦点面と等価な面であり、レンズ２００は面
Ｆの像をホトセンサアレイ１２１．１２２の中央部と交
わる位置に形成する。この際レンズ２００は面Ｆの像を
縮少投影するように焦点距離及び位置関係が設定されて
おり、撮影レンズが形成する像の被写体距離による位置
の前後移動量がアレイ１２１．　］、２２の位置では圧
縮されるようにしであり、これによって広範囲における
焦点検出をより一層容易にしている。才だ像面Ｆは撮影
レンズ透過光が一眼レフミラーの中央の透光部の背後に
設けられた小鏡でカメラボックスの下方に向けられて形
成する予定焦点面等側面である。

第１７図は上述実施例の各部を測距ユニット３００　と
して−ブロックにまとめて構成した全体を示し、４００
は撮影レンズ、３０］−は測距ユニット枠体で、レンズ
２００．ガラスブロック１．１０．ホ１、センサアレイ
１２１．　１２２を形成した透明基板〕−２０が夫々嵌
着され、更に背後に信号処理回路基板３０４−が取付け
られている。３０５は回路基板３０４と透明基板１２０
との間に設けられたスペーサで、３０３はホトセンサア
レイと回路基板３０４とを接続する導電部である。

以上の説明ではホトセンサアレイは三つの区間Ｉ、ｎ、
　ＩＩＩに区分されたが、これは三区分に限るものでは
ない。まだホトセンサアレイは一次元的なものとしたが
、第５図でＡ、Ｂ夫々が図の紙面に垂直な方向に延びた
アレイの、図の紙面方向の並びであってもよい。即ち二
次元的な配列のものであってもよい。この場合第５図で
０点から上半分におけるアレイＡの各点のコントラスト
信号の総和から、同じくアレイＢの各点のコントラスト
信号の総和を引算した信号と、０点から下の半分につい
て同様にしてめた信号との差を第１２図における信号Ｘ
とすればよい。

（へ）効　果 本発明は上述したように、解像機能を有する受光素子Ａ
、Ｂを二個、光軸に対して傾けてかつ互に対称的に配置
したことによって、二つの受光素子を光軸に対し垂直に
して相距て＼配置した従来例に比し、焦点検出可能な範
囲が拡大され、両受光素子の前後対応する区間毎のコン
トラスト信号面 を比較するのに、ｌ受光素子の前後関係が光軸を境にし
て反対になっていることにより、合焦位置を中心とする
前後で比較信号の変化率が大きくなシ、焦点検出の精度
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は従来例の問題点を説明するもので、
第１図は従来例の側面図、第２図はホトセンサアレイの
側面図、第３図はコントラスト信号ハ号のグラフ、第４
図はコントラスト信号の差の４２１号のグラフであシ、
第５図乃至第１２図は本発明の詳細な説明するもので、
第５図に、側面図、第６図は合焦時の各ホトセンサアレ
イと像点との位置関係を示す側面図、第７図は同じく前
ビン時の側面図、第８図は同じく後ピン時の側面図、第
９図は両ホトセンザアレイによる区分■におけるコント
ラスト信号と像位置の関係グラフ、第１０図は同じく区
分■における関係グラフ、第１．１図は同じく区分１■
における関係グラフ、第１２図は（ＡニーＢＪ）の信号
及びＣＡ、　Ｉｌｌ　−Ｂ　Ｉｌ［）の信号のグラフで
あり、第１３図以下は本発明の実施例を示すもので、第
］−３図は要部斜視図、第１４−図は同側面図、第１５
図は回折格子部分の拡大断面図、第１６図は要部正面図
で、第１７図は測距ユニットとして完成された装置全体
の縦断側面図である。 Ａ、Ｂ・・・ホトセンサアレイ、１１０・・・ガラスブ
ロック、１１１・・・光軸を２方向に分割する格子、１
１２゜１１３・・・鏡面傾斜面、１１４・・・鏡面、１
２’ｌ、　１２２・・・ホトセンサアレイ、１２０・・
・ホトセンサアレイの透明基板、３００・・・測距ユニ
ット、３０４・・・回路基板。 代理人　弁理士　縣　浩　介

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｉ）　結像レンズの光軸上で予定焦点位置と等価な点
   で、解像機能を有する二つの受光素子Ａ、　Ｂを光学的
   等価関係で互に交わらせ、かつ夫々の受光面を予定焦点
   面等価面に対して等しい角度だけ互に反対向きに傾けて
   配置し、二つの受光素子の前後相対応する区間毎に両受
   光素子によって得られるコントラスト信号を比較するよ
   うにしたことを特徴とする焦点検出装置。 （２）両、受光素子Ａ、Ｂによって得られるコント−ラ
   スト信号を比較する手段が、Ａ素子の各区間のコントラ
   スト信号からＢ素子の対応区間のコントラスト信号を引
   いた信号の光軸の片側における値と、同様にして光軸の
   反対側で対称的な区間におけるＡ、　Ｂ画素子の対応区
   間のジントラスト信号の差の値との引算結果の正負、大
   小を判別するものである特許請求の範囲第１項記載の焦
   点検出装置。 （３）両受光素子Ａ、Ｂは同一平面上に形成されておシ
   、結像レンズ光軸光を２分割した後、夫々の光軸に対し
   非垂直で傾きの方向が互に逆な反対向によって反射させ
   、各受光素子の中央に入射させるようにした特許請求の
   範囲第１項記載の焦点検出装置。