JPS60235110A - 焦点検出装置の温度補償装置 - 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】 技術分野 本発明は撮影レンズの異なる領域を通過した被写体光を
利用してピント状態を検出するカメラの焦点検出装置に
関し、さらにはフィルム露光面と光学的に等価な面の後
方の位置に撮影レンズの光軸に対して対称となるように
微小の所定長さだけ隔てて一対の結像レンズを配し、こ
れらのレンズの後方結像面にフォトセンサアレイを配し
た光学的構成を有する焦点検出装置に関する。

従来技術 上記のような光学的構成を有する焦点検出装置は、例え
ば特開昭５８−１５０９１８号に見られるように公知で
ある。この装置は、第１図に原理的に示すように、撮影
レンズ（２）によって結像される被写体の一次像（２８
）を、焦光レンズ又はリレーレンズ（６）に関して撮影
レンズ（２）の射出瞳と共役な位置に配設された一対の
結像レンズ（１０）（１２）Ｋ　Ｊ：って、撮影レンズ
（２）の異なる部分を通った光による２つ面（２２）上
に結像されているか（合焦）或いは予定焦点面（２２）
の後に結像されているか（後ピン）の合焦状態に応じて
変化する再結像（ａｏＸ３２）等の間の像間隔を検出し
、この検出値と、合焦時の再結像の間隔である基準像間
隔との差、即ち像間隔ずれ量を算出し、この算出値に基
づいて、撮影レンズ（２）による被写体−次像（２８）
の結像位置の、予定焦点位置に対するずれ量即ちピント
ずれ量をめている。尚、再結像は、合焦時は図（３０）
（８４）の位置関係になり、前ピンの時は（３４）（３
６）、後ピンのときは（３８）（４０）の位置関係にな
る。以下、便宜上、このよう々焦点検出方式を位相差方
式と呼ぶ。このような位相差検出のだめの集光レンズ（
６）、一対の結像レンズ（１０）、（１２）およびフォ
トセンサアレイ（４２）からなる光学的検出部（８）を
、第２図のように一眼レフレックスカメラのカメラ本体
（例えばミラーボックス下部）に組込もうとした場合、
上記一対の結像レンズをプラスチックで一体成形すれば
、上記光学的検出部をコンパクトなモジーールに構成で
き有利である。しかし、プラスチックは一般的にガラス
よりも３〜４桁大きな線膨張係数（例えばアクリル樹脂
の場合その値は６Ｘ１０−２／℃）を有するので、カメ
ラの光学的構成部分にプラスチックを用いた場合、プラ
スチックの温度変化が上記焦点検出結果に与える影響は
無視できなくなる。換言すれば、上記一対の結像レンズ
をプラスチックで一体成型した場合、カメラの環境温度
が変化すると一対の結像レンズのレンズ間隔が変化（例
えば、第３図に示すような寸法形状の装置では、温度が
２０℃上昇するとレンズ間隔が２μｍ増加）する。この
変化量を撮影レンズ（２）にょる結像位置の予定焦点位
置（２２）に対するピントずれ量として見ると例えば８
５μｍもの大きなピントずれ量となる。ここで、カメラ
は通常−２０℃〜」一般的に±５０μｍ程度の高いピン
ト検出精度がめられている。従って、プラスチックの温
度変化に対する対策がなされないならば、例えば被写体
像の結像面が予定焦点面（フィルム面）にある（即ち合
焦）にもかかわらず、温度条件によっては前ピンまだは
後ピンという誤まった焦点検出がなされることになる。

換言すれば、温度条件が異なれば正確な焦点検出結果は
得られないので、高精度が要求される一眼レフレックス
カメラに用いられる焦点検出装置では上記一対の結像レ
ンズをプラスチックで一体成形することはできなかった
。

目　的 本発明は、上述のような位相差方式の焦点検出装置にお
いて、一対の結像レンズをプラスチックで一体成形し、
カメラの環境温度が変化しても常５− に高精度で正確な焦点検出が行なえるようにしようとす
るものである。

要　旨 本発明は、上述のような位相差方式の焦点検出装置にお
いて、一対の結像レンズをプラスチックで一体成形した
ときの温度変化による上記一対の結像レンズのレンズ間
隔の変化に基づく像間隔データ、像の間隔ずれ量データ
、ピントずれ量データ等のデータを電気的に補正するよ
うにしたものである。

けるピントずれ量の検出原理を説明するだめの図であり
、前ピン、合焦及び後ピン時に夫々一対の結像レンズに
よって結像されだ像（以下再結像という）とフォトセン
サアレイ（４２）との相対位置関係を示している。フォ
トセンサアレイ（４２）は、−列に配列された多数のフ
ォトダイオードセルから成る、ＣＯＤの光電変換部によ
って構成されている。尚、本実施例において、一対の結
像レンズは、　６− 光学的性能が実質上互に等しく、それ等の結像面は同一
平面上にあり、フォトダイオードセルは、その共通結像
面上に連続して配列されていて、光軸の上部及び下部の
フォトダイオード列上に夫々結像レンズによる再結像が
結像される。ここで、フォートダイオード列のうち、光
軸（４）よりも上部に結像された再結像（３０）を基準
像とし、光軸（４）よりも下部に結像された再結像（３
２）を参照像とし、それ等２つの像の互の間隔を検出す
ることによって、ピントのずれ量を検出する。基準像（
８０）の位置は、光軸（４）よりも上の１６個のフォト
ダイオードセル（Ｌｌ）〜（Ｌｌ６）により検出し、参
照像（３２）の位置は、基準像検出用よりも多い、例え
ば３２個のフォトダイオード（Ｒ１）〜（Ｒ３２）で検
出する。（尚、これ等フォトダイオードセルの数は、こ
の例に限られるものではなく、設計上の必要性に応じて
増減してもよい。）第４図において、光軸（４）の上下
の白抜きの矢印（３０）（３２０３４８３６）（８８Ｘ
４０）は、合焦時ダイオード（Ｌｌ）〜（Ｌｌ６）上に
結像される基準像及びそれに対応する参照像を示し、そ
れ等の上又は下に、ハツチングを入れて示した部分は、
それ等基準像及び参照像に連らなっている再結像である
。基準像位置検出用フォトダイオード（ＬＬ）〜（Ｌｌ
６）上には、図の点線（７０）、（７２）の間の被検出
領域内の再結像が投影され、前ピン及後ピンの非合焦時
には、白抜き矢印の像の一部が被検出域から出て、その
代り、ハツチングで示された像の一部が検出される。フ
ォトダイオード（Ｌｌ）〜（Ｌｌ６）及び（Ｒ１）〜（
Ｒ３，２）の受光量は電気信号に変換され、ＣＣＤの出
力として順次取出され、処理される。ここで、撮影レン
ズ（２）によって被写体の一次像が予定焦点位置（２２
）即ちフィルム上に結像される時、ある基準温度（例え
ば２５℃）において、上部のフォトダイオードセル（Ｌ
Ｌ）〜（Ｌｌ６）上の基準像が下部のフォトダイオード
セル（Ｒ９）〜（Ｒ２４）上の参照像と合致するようピ
ント検出光学系が設定されているとする。

第４図のように、フォトダイオードの数を選択した場合
、基準像は参照像に対し、１７通りに比較される。即ち
フォトダイオードセル（ＬＬ）〜（Ｌｌ６）（Ｒ１）〜
（Ｒ３２）の受光量に応じた電気信号を、同じ符号（Ｌ
ｌ）〜（Ｌｌ６）、（Ｒ１）〜（Ｒ３２）を用いて表わ
すと、比較結果を示す信号（Ｈｌ）〜（Ｒ１７）は、第
１番目と比較して　Ｈ（１）＝　１Ｌｌ−Ｒｔ　＋＋ｌ
Ｌ２−Ｒ２＋＋・・・＋ｌ　Ｌｌ、１ｌ−７Ｒ１６１ −Σ１Ｌ１−Ｒｉｌ ｌ・１ 念；；ト 第２番目の比較としてＨ（２）−１Ｌｌ−Ｒ２１＋　１
．Ｌ２−Ｒ８１＋・・＋１．Ｌｌ６−Ｒ］７１ ；ΣＩＬＩ−Ｌｉ＋＋ｌ １ 唸＝＝ト 以下同様にして第１７番目の比較は Ｈ（１７）＝　ＩＴＪＩ　−Ｒ１？　ｌ＋１Ｌ２−Ｒ１
１＋＋”＋ｌＬ］６−Ｒ８２１−ド１Ｌｌ−Ｒｉ＋ｔａ
　Ｉ ＬｌＩ ｔ−≠ト のような比較が行なわれ、１７通りの比較結果の中から
最小値をとる比較番目が見い出される。仮りに上部と下
部の像が形、輝度分布の点で等しく、まだ各フォトダイ
オードセルの受光感度が互いに等しければ、両者の像の
相関が一致した比較番目　９− における比較結果の上記最小値は０となる。第４図にお
いて、像（３４）と（３６）のような位置関係の場合は
第１番目の比較結果Ｈ（１）が０となる。像（３０）と
（３２）の場合は第９番目の比較結果Ｈ（９）が、まだ
像（３８）と（４０）の場合は第１７番目の比較結果Ｈ
（１７）がそれぞれ０となる。尚、実際には二つの像が
、例えば像（３０）と（３２）のような状態からセル間
隔の半分だけ互いに近づいたような場合が生ずることが
あるので、比較結果の最小値が必ず０になるとは限らな
い。まだ、二つの像の形、輝度分布は必ずしも一致しな
いので、この面からも比較結果の最小値が０になるとも
限らない。このようなことから、実際は最小値をとる比
較番目が最も一致度が高いものとして扱うこととする。

以上のような比較操作によれば１７通りのピント検出状
態が得られる。

尚、第３図のようなピント検出光学系の寸法構成で、か
つＣＣＤのフォトダイオードセルのピッチを２０μｍと
すれば、上記検出結果がフォトセルの１ピッチ分だけず
れた場合、撮影レンズによる１０− −次像のフィルム面に対するずれ量の変化量に換算して
約１刷近くのピントずれ量が生じる。前述のように、−
眼レフレックスカメラではフィルム面に対する一次像の
ずれ量につき±５０μｍ程度の高精度のピント検出がめ
られるので、フォトセル゛のピッチ以下の分解能で一致
度の検出を行なう必要がある。この検出の方法について
は本願出願人が先に出願した特願昭５８−２６２２号に
詳しい開示をしてあり、また本発明と直接的な関係は存
在し々いので、省略する。

温度変化を考慮しない場合のピントずれ量の検出は以下
の手順で行われる。今、ＣＣＤの各フォトダイオードセ
ルの出力が公知の方法で取り出され、ディジタル値に変
換されて予め指定されたメモリに保存されているものと
する。次ぎには、前述した基準像と参照像の比較操作が
外されて、最小値をとる比較番目Ｎの検出が行われる。

Ｎの具体的々値は、例えば小数点以下３桁まで検出する
ものとすれば、ｔ、ｏｏｏから１７．０００の間の値と
なる。

尚、小数点以下の値の検出方法については、前記の特願
昭５８−２６２２号に詳細に記載しであるが、本発明と
は直接関係しないのでその説明は省略する。ここで、合
焦状態に対応する基準の比較番目ＮをＮＳで示す。第６
図においてはＮＳ　＝　９．０００である。尚、実際に
は、製作誤差等により設計値のＮｓに対して調整を行う
必要がある。さてＮの値が得られると、次式の計算を行
ってＣＯＤ面上での合焦の場合の像間隔に対する像間隔
ずれ量ＱＮをめる。

ｄｌとの間には次式で示される関係がある。

ｄ、＝　ａｌ　△Ｎ　−（２） ここで係数ａ、（７０）は焦点検出装置の構成によって
定められる量である。

次に温度変化について考察する。

対を表す二つの結像レンズ（１０）　（１２）を第３図
に示すようにアクリル樹脂を材料として一体成形させる
と、温度上昇とともにレンズ（１０）と（１２）のレン
ズ間隔は広がる。この広がりに応じてカメラから同一の
距離にある被写体に対するレンズ（１０）と（１２）の
ＣＣＤ受光面上における二つの像の間隔は広がる。従っ
て、合焦検出のだめの二つの像の基準間隔も温度上昇と
ともに広がる。設計上ある温度、例えば２５℃を基準温
度ｔ、ｓとして定める。この温度での合焦時の基準像間
隔をＮｓとする。ただしとのＮｓは、像間隔を、基準像
を参照像と比較する検出動作における最も一致度が高い
比較番目（小数を含む）の尺度で表わしたものである。

以下、像間隔を比較番目の尺度で示す。尚、このように
示される像間隔を長さの尺度に変換することは容易であ
り、いずれの尺度を用いて論議しても本発明の内容は変
わらない。温度が基準温度より高くなると、レンズ間隔
が広がるので、合焦時の像間隔はＮＳより増加し、反対
に温度が低くなると減少する。温度変化による像間隔の
変化量は、実験により温度と略直線関係にあることが分
った。カメラが使用される環境温度をｔとし、それと基
準温度ｔｓとの差△ｔを次式のように定義する。

△１＝１−１θ・・（３） １３− このΔｔを用いると、温度変化によるＮｓに対する像間
隔の変化量△ｎは 八ｎ＝ａ２△ｔ・・（４） で示される。ただし、係数ａ２は上記実験値によって定
寸る定数である。

さて、温度がｔのとき合焦時の基準像間隔は基準温度時
の基準像間隔Ｎｓに対して（４）式で示されるΔｎだけ
変化するので、（１）式により環境温度を時の像間隔の
ずれ量ΔＮ′をめるに際してはＮａ３代りにＮｓ＋Δｎ
を用いなければ々ら々い。そこでＮ′は△Ｎ’　−Ｎ　
−（Ｎ８＋△ｎ）＝　（５ａ）＝（Ｎ−ＮＳ）−△ｎ ＝　ΔＮ−Δｎ −△Ｎ−ａ２Δｔ　＝−（５ｂ） となる。この式の両辺は（１）式の両辺に比べてΔｎま
たはａ２△ｔだけ少ない。（ただし、ｔ（ｔｓの温度領
域では八ｎ＜０となるのでその温度領域では実際には増
加となる。）（５）式によるΔＮ′が、温度変化に対す
る補正が行われた像間隔のずれ量である。

ΔＮ′を（２）式に適用してピントのずれ量をめると、
１４− ｃｌ　２　＝　ａ　１△Ｎ’ ＝ａｌ（ΔＮ−△ｎ） ＝　ａ　１△Ｎ　−ａ　ｌ　ｌ！１１　ｎ＋　ｄ　ｌａ
　ｌ　ａ　２　Δｔ　”・（６）尚、（６）式において
、温度補償が行われていないピントのずれ量をｄｌで示
し、温度補償が行われたピントのずれ量をｄ２で示す。

（５）、（６）式から分かるように、温度補償を行うに
は−■像間隔のずれ量をめる際にＮの代りにＮ−ａ２Δ
ｔを用いる。■Ｎｓの計算結果←からａ２△ｔだけ減す
る。■（６）式のように計算結果ｄ］からａ＋ａ２ムｔ
だけ減するという方法が可能である。これら方法■、■
、■、■による温度補償を例えばマイクロコンビーータ
で行なう場合の焦点検出動作のフローを、それぞれ第５
図、第６図、第７図、第８図に示す。

第５図のフローに基づいて本発明による焦点検出動作を
以下に説明する。捷ず、ＣＯＤの各フォトダイオードセ
ルごとにその入射光量に応じた電荷の積分が所定時間だ
けなされ（イ）、各フォトダイオードセルごとの積分デ
ータが時系列的にＣＣＤから出力される（口）。次に、
これら出力データには光軸上部の基準像と下部の参照像
に関するデータが含まれており、これら２つのデータの
相関を公知の方法により統計処理することにより像間隔
データＮがめられる（ハ）。また、第９図に基づいて後
述する温度検出部からカメラの環境温度に応じて変化す
る温度データａ２Δｔが入力されるに）。ここで、上記
像間隔データＮには一対の結像レンズのレンズ間隔の温
度変化成分に応じた量（即ち８２６℃）が含まれている
ので、上記データＮからａ２Δｔを減算しくホ）、基準
温度における像間隔データに補正する。次に、この補正
データと基準温度での合焦時の像間隔データＮ８とから
、基準温度における像間隔ずれ量データΔＮ′を算出し
くへ）、続いてピントずれ量データｄ２を算出する（ト
）。

第６図、第７図、第８図は第５図とは異々るやり方で温
度補償を行なう焦点検出動作のフローを示し、第６図の
フローでは温度データａ２Δｔにより補正されるべきデ
ータが基準像間隔データＮθである点が第５図のフロー
と異なる。壕だ、第７図のフローでは温度データａ２△
ｔにより補正されるべきデータが像間隔ずれ量瓦である
点が第５図のフローと異々る。第８図のフローでは温度
データａ　＋ａ２Δｔによシ補正されるべきデータがピ
ントずれ量ｄｌである点が第５図のフローと異なる。他
の部分のフローは第５図と実質的に同じであるので、第
６図ないし第８図のフローの詳細な説明は省略する。

第９図は、本発明の一実施例を示すブロック回路図であ
る。ここで、（６８）は第５図ないし第８図のフローで
示したようなずれ量の補正、算出を行なうずれ量算出部
である。（５０）は温度検出回路、（５２）、　（５４
）は抵抗値が温度に依存しない抵抗、（５６）は温度上
昇とともに抵抗値が減少するサーミスタである。抵抗（
５４）とサーミスタ（５６）との合成抵抗値Ｒは例えば
第１０図に示すように温度変化し、第９図の接続点（５
８）には−２０℃から４０℃の温度領域にわたって、温
度上昇とともに直線的に減少する分圧電圧が現われる。

この電圧はマルチプレクサ（４８）を介してＡＤ変換器
（６０）に入力されディジタル値に変換される。尚、温
度検出回路（５０）にはＡ−Ｄ変換器の端子（６２）か
ら基準電圧Ｖｒθｆが与えられるので、雑音等によりＶ
ｒθｆが変化しても、同一温度に対しては同一のディジ
タル値が得られる。基準温度として２５℃を選びこのと
きのＡ−Ｄ変換値ｖＯが１５０という数値となるように
定める。

変換値はメモリに貯えられる。ある温度における変換値
を■１とするとき、 ・△Ｖ　、−Ｖｉ　−Ｖｏ　−（７） で示される値△■を算出し、これを補正値として用いる
。この△■は前記（５ａ）式による補正の場合は一Δｎ
に相当し、（５ｂ）式による補正の場合は−ａ２Δｔに
相当し、（６）式による補正の場合は−ａｌａ２Δｔに
相当する。尚、△Ｖに定数を乗じて所望の補正値となる
ように調整するようにしてもよい。温度が２５℃より高
い場合は△■は負と々す、例えば（６）式のｄｌに△Ｖ
を加えるということは実際には１△■］だけ減すること
になる。

次に、第９図回路のポテンショメータ（６４）は、１８
− 本発明に直接の係わりはないが、焦点検出装置の製作の
バラツキによる基準値Ｎｓの設計値からのずれを補正す
るだめの補正量を設定するだめの手段を構成するもので
ある。この補正方法は上記のような温度変化に対するも
のと同様である。即ち、設計値に対するディジタル値ｖ
３を予め用意しておき、ポテンショメータ（６４）の摺
動子（６６）の出力に対するデジタル値ｖ４をめ、Ｖ、
−Ｖｓを補正量として設計値ＮＳに加えるようにする。

摺動子（６６）はカメラの生産過程における調整行程に
て適当な位置にセントされる。尚、マルチプレクサ（４
８）は不図示のシステム制御回路により予め定められた
プログラムに従って制御され所要時にＡ−Ｄ変換回路（
６０）への入力信号選択動作を行う。

第１１図は、第９図の回路の変形例を示しだものであり
、温度検出回路（７０）をトランジスタ（７４）。

（７６）、抵抗（７８）、　（８０）、、　（８２）、
　（８４）により構成した集積回路に好適な回路例を示
すものである。点線（７２）で囲んだ回路は定電流回路
として公知である。

抵抗（７８）、　（８０）、　（８２）、、　（８４）
を拡散抵抗として集積回路内に形成すれば抵抗値が絶対
温度に比例するようになり、抵抗（８２）を流れる電流
値は温度に無関係となり、抵抗（８２）の両端子間には
絶対温度に比例する電圧が現われる。まだ、抵抗（７８
）、　（８０）。

（８２）、　（８４）を各抵抗値が温度に無関係な抵抗
で構成すると、抵抗（８２）を流れる電流は絶対温度に
比例するようになり、結果として抵抗（８２）の両端子
間には絶対温度に比例する電圧が現われる。かくて接続
点（８６）からは第９図における接続点（５８）に現わ
れる電圧と同様な温度に依存した電圧が得られる。

尚、上述の実施例では、補正のだめに用いられる温度デ
ータａ２Δｔまたはａ１ａ２Δｔに応じた値が温度検出
部から出力されるようになっていだが、温度検出部から
は検出温度ｔまたはそれと基準温度との温度差Δｔのデ
ータを出力し、この出力値に基ついてずれ量検出部で上
記温度データａ２△ｔまたはａ１ａ２Δｔをめるように
してもよい。

効　果 本発明によれば、上述のように、一対の結像レンズによ
りそれぞれ結像された二つの像の像間隔に基づいてピン
トずれ量を検出する位相差方式の焦点検出装置において
、上記一対の結像レンズをプラスチックで一体成形する
ことにより結像レンズのレンズ間隔が温度に応じて変化
し、上記像間隔が変化しても、その変化量を相殺するよ
うに、上記ピントずれ量の検出に用いられるデータまた
はその検出データをカメラの環境温度に基づいて補正す
るデータ補正手段を設けだので、温度によりピントずれ
量が変化するという不都合を解消でき、温度変化にかか
わらず常に正確な焦点検出結果が得られる。また、上記
一対の結像レンズをプラスチックで一体成形することに
より装置の光学的構成部がよりコンパクトになり、装置
をカメラ内に組込む場合に非常に有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第４図は位相差検出方式による焦点検出装
置の原理を示す原理図、第２図はその光学的構成部分を
一眼レフレックスカメラのカメラ本体に配置した場合の
カメラの断面を示す概略断２１− 面図、第３図は本発明による焦点検出装置の光学的構成
部分の形状・配置を示す配置図、第５図は本発明による
焦点検出動作の一実施例を示すフローチャート、第６図
ないし第８図はそれぞれ第５図のフローに示した焦点検
出動作の他実施例を示すフローチャート、第９図は本発
明の温度検出部の一実施例を示す回路図、第１０図は温
度検出部の出力の温度特性を示す特性図、第１１図は第
９図の温度検出部の他実施例を示す回路図である。 ２・・・撮影レンズ、９．１０．１２・一対の結像レン
ズ、４２．Ｌｌ〜Ｌ１６　、Ｒ１−Ｒ８２・　フォトセ
ンサアレイ、ハ・・像間隔出力手段、へ・・・像ずれ量
算出手段、ト・・・ピントずれ量算出手段、５０，６０
，７０．二・・・温度検出手段、ホ、チ、す、ヌ・デー
タ補正手段。 出願人　ミノルタカメラ株式会社 ２２− 区 啄 第３図 第４図 第５図 第ｂ　図 第７図 第３図 第７図 ７− ５θ 第１０図 （ρＣ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、撮影レンズの異なる領域を通過した被写体光を受け
   るように、撮影レンズの予定焦点位置と光学的に等価な
   位置の後方に光軸対称に設けられ、プラスチックで一体
   成形された一対の結像レンズと、該結像レンズの結像面
   に設けられたフォトセンサアレイと、該フォトセンサア
   レイ上に前記結像レンズによりそれぞれ結像された２つ
   の像の像間隔を検出し、検出した像間隔のデータを出力
   する像間隔検出手段と、所定の基準像間隔を示す基準デ
   ータを出力する基準データ出力手段と、上記像間隔デー
   タの基準データに対する差を示す像間隔ずれ量テークを
   算出する像間隔ずれ量算出手段示すピントずれ量を算出
   するピントずれ量算出手段と、カメラの環境温度を検出
   し、温度データを出力する温度検出手段と、温度変化に
   よる前記一対の結像レンズのレンズ間隔の変化によるピ
   ントずれ量の変化を相殺するように、上記温度データに
   基づいて上記像間隔データ！基準データ、像間隔ずれ量
   データおよびピントずれ量データのうちいずれか１つの
   データを補正するデータ補正手段とを備えたことを特徴
   とするカメラの焦点検出装置。