JPS6044649B2 - 一眼レフレツクスカメラの焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカメラの焦点検出装置に係わるものである。

従来、被写体のエンドラスト、空間周波数、光量等が
焦点の整合度合に応じて変化することを利用して焦点検
出を行なう方法が提案されていた。その第１は、特有な
コントラスト感応特性を有するＣｄｓ等の光導電素子を
利用する方法てある。第２は、機械的に光学部材を振動
または回転させて得られる光電出力信号ご利用する方法
である。第３は、所謂、レンジファインダーの距離計運
動方式と同様に相異なる位置に設けた光検出部材からの
出力を利用し合焦位置を検出するものである。ところで
第１例にあつては、同一の光応答特性をもつ素子の製造
が困難であり、また低照度で焦点検出する際に光導電素
子の合焦位置前後での出力変化率が低いため正確な検出
が困難である等の欠点を有する。第２例の場合、機械的
な可動部を有するため、カメラの小型化が困難でありし
かも消費電力が大きい欠点がある。第３例にあつては、
レンズ交換が極めて困難である欠点を有している。本発
明の目的は、従来方式が満たし得なかつた光学系装置の
小型化、高精度維持、低照度における適正動作、小電力
での動作等を満足させる実用的なりメラの焦点検出装置
を提供することである。本発明装置の基本的な構想は、
スプリットプリズムを有する焦点調節装置を利用した従
来の光電的焦点検出装置を改良した点にある。次に本発
明装置を添付図面の実施例に従つて詳述する。

図中、同一機能を有するものは同一符号を付してある。
ます本発明装置の理解を容易にするために、第１図に示
す従来の焦点検出装置の光学的について説明する。この
装置は、撮影レンズ２１の焦点面に設けたスプリットプ
リズム３０に．よつて得た分離縁６０ａ，６０ｂを投影
レンズ４１により２個の受光素子列７１ａ，７１ｂ上に
結像させている。そこで、この分離縁６０ａ，６０ｂが
合致したときに合焦点に達したことを示し、両素子列７
１ａ，７１ｂの出力差は零となる。こＳれは分離像、即
ち上下像合致式を電子化した焦点検出装置である。第２
図に示す如く、受光素子列７１ｂの各素子の出力をＡｌ
，ａ２，・・，Ａ７とし、受光素子列７１ｂの各素子の
出力をＢｌ，ｂ７，・・・，Ｂ７とする。
ダたとえば第２図ａに示す如
く焦点が不整合の場合には、スプリットプリズム３０の
作用により受光素子列７１ａ，７２ｂ上の被写体像６０
ａ，６０ｂがずれるために、となる。

一方、焦点整合時には上下動が合致するために、となり
、受光素子列７１ａ，７２ｂの出力の差によつて合焦位
置を検出できる。

しかし、前記装置を用いると、第２図ｂに示すノ如く被
写体像が受光素子列７１ｂ，７１ｂに対して傾いている
場合、すなわちスプリットプリズム３０の境界線に対し
て傾斜している場合には、受光素子列７１ａ，７１ｂ上
の像に対応する面積が異なるので、上下像が一致した焦
点整合時におい・ても式（１）のように出力差は０とな
らない。

従つてこの場合、焦点整合状態を受光素子を用いて電気
的に正確に判断することは不可能となる。この弊害は、
焦点整合操作中に手ぶれがあつた場合にも生じる。これ
は、被写体像６０ａ，６０ｂが直立”していても、手ブ
レのあつた瞬間に第２図ｂに示すようになり、正確に焦
点整合をなし得ない状態が発生するためである。前記従
来装置は、相違なる２つの被写体像６０ａ，６０ｂを両
受光素子列７１ａ，７１ｂがそれぞれ別個に受光してい
るために前記弊害が発生する。

そこで、この弊害を解消する為には、同一の被写体像を
少なくとも２つの同一像に分割して、少なくとも２つの
受光素子列にそれぞれ受光をさせて、これらの各受光素
子列の出力の差が零であるか否かによつて焦点を検出す
ればよい。

同一の像を分割して２以上の同一像を得るための装置と
して、従来はハーフミラーが用いられていた。

しかしながら、このハーフミラーを焦点検出装置として
使用すると次の欠点がある。第１に光軸が分割されて２
本以上になるので装置自体が大型化する。第２に、被写
体からの光はハーフミラーによつて偏光されるため、分
割された２つの像の明るさが異なる可能性が大きい。第
３に、ハーフミラーによつて分割された２つの像の明る
さの差を零とするのは前提条件であるが、しかしこのた
めに透過率と反射率とを厳密に分光特性も加味してハー
フミラーを製造することは技術的に困難である。第４に
、ハーフミラーは光量損失があるために、低照度におけ
る焦点検出能力が低下する。第５に、ハーフミラーを使
用することにより、２つの受光素子を光学的に等価な位
置に設けることが困難である。以上の理由からハーフミ
ラーを用いて像を分割し、その分割像の明るさを比．較
して焦点検出装置を製造することは実用に適さない。本
発明装置は上述の欠点を有するハーフミラーを用いずに
像を分割して正確に焦点検出するところに特徴がある。
第３図乃至第５図は、本発明装置の１つである光路分割
器の分割の原理を示した図である。

第３図に示す光路分割器は、撮影レンズ２１と、操作レ
ンズ２１による被写体１１の１次に結像面６１と被写体
１１との光路上で撮影レンズ２１の１次の結像面６１側
に設けられたスプリットプリズム３１ａ，３１ｂとから
成る。ことでスプリットプリズム３１ａ，３１ｂは互に
頂部を逆に配置してある。第４図ａは光軸方向から撮影
レンズ２１とスプリットプリズム３１ａ，３１ｂとを見
た図である。

撮影レンズ２１の上側半分２１ａを通過した光束はプリ
ズム３１ａを通り、撮影レンズ２１の下側半分を通過し
た光束はプリズム３１ｂを通る。プリズム３１ａ，３１
ｂは像の明るさを半分にしても完全な像を投影する。被
写体１１から発した光束は、撮影レンズ２１を介して結
像面６１に結像する際、第４図Ｂ，ｃにそれぞれ示す如
く２つの像６１ａ，６１ｂに分割される。

ここて第４図Ｂ，ｃはそれぞれ３１ａ，３１ｂを通る光
路について第３図示の光学系を上方から見た平面図図て
ある。第３図中、Ａは被写体１１と撮影レンズ２１との
距離、Ｂは撮影レンズ２１とスプリットプリズム３１ａ
，３１ｂとの距離、Ｃはスプリットプリズム３１ａ，３
１ｂと１次の結像面６１との距離である。

また撮影レンズ２１の焦点距離をｆ（２１）とし、プリ
ズム３１ａ，３１ｂの屈折角をそれぞれα３１ａ，α３
１ｂとすれば、間隔Ｃ（Ｔａｎα３１ａ＋Ｔａｎα３１
ｂ）を隔てて２つの像６１ａ，６１ｂが像面６１上に結
像する。この場合、像６１ａ，６１ｂは互に光学的に等
価な位置にある。また近似的に、１／Ａ＋１／（Ｂ＋Ｃ
）＝１／ｆ（２１）・・・・（３）が成立する。

また第５図に示す角錐状のプリズム１３１ａ，１３１ｂ
，１３１ｃ，１３１ｄを第３図のプリズム３１ａ，３１
ｂと等価な位置に設置すると、上記プリズム３１ａ，３
１ｂによる像の分割と同じ原理に従つて被写体像は４つ
の像１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄに分割さ
れる。

この場合角錐状のプリズムは少なくとも１つの角錐であ
れば像を分割でき、その際後述する受光素子列及び電気
処理回路の構成部材の数を分割した像の数と対応させれ
ばよい。スプリットプリズム３１ａ，３１ｂとして、屈
折率が異なるかあるいは屈折方向が異なるプリズムを貼
り合わせて作ることにより、色分散を押えたスプリット
プリズムにできる。第６図は本発明装置の基本的概念を
示す概略図である。

この構成は、第３図に示す撮影レンズ２１と、第１屈折
光学部材としてのスプリットプリズム３１ａ，３１ｂと
、第３図に示した１次の結像面６１に設けられしかも屈
折方向がプリズム３１ａ，３１ｂと９００異なつた第２
屈折光学部材としての第２のスプリットプリズム３２ａ
，３２ｂと、光軸上でしかもプリズム３２ａ，３２ｂと
結像面６２との間に設けられた投影レンズ４１とから成
る。プリズム３２ａ，３２ｂは互に頂部を逆に配置して
あり、結像面６２には受光素子列７２ａ，７２ｂを設け
てある。ここでＤはプリズム３２ａ，３２ｂと投影レン
ズ４１の距離、Ｅは投影レンズ４１と２次の結像ノ面す
なわち受光素子列７２ａ，７２ｂとの距離、Ｆ，４ｌ）
は投影レンズ４１の焦点距離である。

ここで、１／Ｄ＋１／Ｅ＝１／ｆ（４１）・・・・（４
）が成立する。

撮影レンズ２１とスプリットプリズム３１ａ，３１ｂと
によつて２つの１次像がスプリットプリズム３２ａ，３
２ｂ上に結像し、さらに撮影レンズ４１によつて２つの
２次像が受光素子列７２ａ，７２ｂ上に結像する。

受光素子列７２ａ，７２ｂを構成する客受光素子列Ａｌ
９ａ２９ｌ９ａ７９ｂｌ９ｂ２９光９ｂ７はそれぞれ同
一の形状及び面積を有し、ａ１とＢｌ，ａ２とＢ２，・
・，Ａ７とＢ７とは光学的に等価な位置にあり、直線的
に２列に配列されている。

式（３）と式（４）とが成立すると、ａ１とＢｌ，ａ２
とＢ２，・・，Ａ７とＢ７とはそれぞれ同じ像を検出す
るようになつている。次に第６図に示す光学系の動作に
ついて説明する。

実際にカメラに応用する場合は、ある被写体に対し撮影
レンズ２１を前後させて焦点合せするのであるが、ここ
では説明の便宜上、撮影レンズ２１の合焦位置を固定し
そこにあつた被写体１１が光軸上で移動した場合につい
て考察する。この場む、撮影レンズ２１による１次像の
像面が、スプリットプリズム３２ａ，３２ｂの位置から
光軸上てすれる。被写体のずれた距離をｅとすれば式（
３）より、（１／（Ａ＋ｅ）−１／ｆ＜２１＞）−１−
（Ｂ＋Ｃ） ・
・（５）だけ第２のスプリットプリズム３２ａ，３２ｂ
に対して１次の像面が光軸上ですれる。

スプリットプリズム３２ａ，３２ｂに対し結像位置がず
れると、スプリットプリズム３２ａ，３２ｂにより式（
５）の解に比例して像が片寄る。第７図は受光素子列７
２ａ，７２ｂとそれらの上に投影された２次の被写体像
６２ａ，６２ｂとを示してある。

式（５）の解をΔＸとすれば、ΔＸｔａｎα３２ａ・・
・・・・（６）だけプリズム３２ａによつて被写体像
６２ａは片寄る。

ここで、ΔＸがＤ，Ｅと比較して充分小さいとき、近似
的に、ΔＸｔ．ａｎａ３２ａＥ／Ｄだけ受光素子列上で
片寄ることになる。従つてｌ次像の像面がスプリットプ
リズム３２ａ，３２ｂの面と合致したときに、投影レン
ズ４１を介して受光素．子列に投影された像６２ａ，６
２ｂは、第７図ａに示されるようにそれぞれ受光素子列
７２ａ，７２ｂ上に上下位置が一致して投影される。各
素子対ａ１とＢｌ，ｌ）２，・・，Ａ７と鴨とはそれぞ
れ被写体に対して光学的に同じ場所に位置し、光学像６
２ａ，６２ｂは、光学的に同一の像である。従つて第７
図ａに示す如く各素子対対に等しく像が投影された場合
、各受光素子対による出力差ａ１−Ｂｌ，ａ２−１），
， ・・，Ａ７−Ｂ７の各絶対値の総和は零、即ち、
ＫＡｌｌａＫ−ＢＫｌ＝ｏということになる。１次像の
像面がスプリットプリズム３２ａ，３２ｂの面と一致し
ないと、受光素子列７２ａ，７２ｂ上の像は、第７図Ｂ
，ｃに示す如く、それぞれの上下位置が異なる。

このとき各受光素子対による出力差の絶対値の総和は零
にならない、即ち、註，１ａＫ−ＢＫｌ≠０である。

次に受光素子列７２ａ，７２ｂに対して係斜した被写体
からの光が結像した場合を考察する。

１次像の像面がスプリットプリズム３２ａ，３２ｂのノ
面と一致しないときは、第７図ａに示すように受光素子
列７２ａ，７２ｂ上て傾斜した像６２ａ，６２ｂがその
上下位置を異にするので各受光素子対による出力差の総
和は零にならない。

一方、２次像の像面がスプリットプリズム３２ａ，３２
ｂ・の面と一致した場合、第７図ａに示す如く、各受光
素子対のそれぞれ対応する素子にはそれぞれ同一像が結
ばれるので、各受光素子対による出力差の絶対値の総和
は零となる。従つて、スプリットプリズム３２ａ，３２
ｂを・フィ，ルム面と等価の位置に設ければ、焦点整合
時にｋ？１１ａ．．−Ｂｍｌ＝ｏとなり、焦点不整合時
には釜１ａャーｂぇＩ≠０となるために、これを利用己
マ焦点検出力何能となる。

このような考え方を一眼レフレツクスカメラに応用した
本発明の一実施例を第８図ａに示す。撮影レンズ２１、
スプリットプリズム３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、
投影レンズ４１、受光素子列７２ａ，７２ｂの光学的構
成は第６図に示す光学系と同一である。第８図ａにおい
ては、ミラー２１３の中央部に第１屈折光学部材として
のスプリットプリズム３１ａ，３１ｂを設け、プリズム
３１ａ，３１ｂの撮影レンズ２１側の面をハーフミラー
としてある。この場合ミラー２１３の第１屈折光学部材
に相当する部分をくり貫き第１屈折光学部材の撮影レン
ズ２１側の面をハーフミラーとしてもよく、またはミラ
ー２１３をハーフミラーとしてそのフィルム側に第１屈
折光学部材を設けてもよい。２１１は全反射ミラーて第
１屈折光学部材を介した光束を第２屈折光学部材に光を
導くものである。

更に第２屈折光学部材としてのスプリットプリズム３２
ａ，３２ｂをフィルム面２１０と光学的に等価な位置に
設けてある。２１４はピント面、２１５はコンデンサレ
ンズ、２１６はペンタプリズム、２１７はアイピース、
２１８は眼である。

尚、第８図ｂは、第８図ａに示す第１屈折光学部材の位
置のみを変えた図である。第８図ｂに示す如く第１屈折
光学部材を全反射ミラーの下部に定値しても、第２屈折
光学部材をフィルム面と光学的に等価な位置に配置して
あるので一眼レフレツクスカメラの焦点検出機能を充分
に発揮し得る。第９図は本発明装置に使用する電気処理
回路の一実施例を示す。この回路は、註，１ａＫ−ＢＫ
ｌを出力として取り出すためのものてあり、受光素子１
０２と、受光素子１０２の出力を受けて被写体の明るさ
に応じクロック周波数を変調し一定の出力レベルを保つ
クロックジェネレータ１０３と、差動増幅器１０４と、
クロックジェネレータ１０３の出力て駆動され、差動増
幅器１０４の２つの入力に信号を印加する２つのアナロ
グシフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂと、アナログシフ
トレジスタ１０１ａ，１０１ｂのそれぞれに接続された
２つの受光素子列７２ａ，７２ｂと、差動増幅器１０４
の出力を絶対値に変換する絶対値回路１０５と、絶対値
回路１０５の出力を加算ししかもクロックジェネレータ
１０３と同期する加算器１０６と、定電圧を一方の入力
に印加され他方の入力に加算器１０６の出力を受ける比
較器１０８とから成る。またシフトレジスタ１０１ａ，
１０１ｂは、電荷転送素子（ＣＣＤ，ＢＢＤ）が用いら
れ、この出力は受光素子列の光出力と等価な出力が同時
に発生するように構成されている。差動増幅器１０４の
出力は前記叶−ｂャ（ｋ＝１，２，・・，７）となり、
絶対値回路１０５はこのＡＫ−ＢＫを１ａＫ−Ｂｍｌと
とし、加算器１０６は註１１ａ，．−Ｂ．．ｌを出力す
る。

比較器１０８は、加算器１０６の出力電圧が■ＤＤＸＲ
２／（Ｒ１＋Ｒ２）以下になると出力が反転し、その結
果焦点整合時を示す信号を出す。ここてＶＤＤは電源電
圧てＲｌ，Ｒ２は抵抗てある。第１０図は、電圧を縦軸
にとりレンズのくり出し量を横軸にとりレンズのくり出
し量を横軸にとつたグラフである。曲線１１０は、加算
器１０５の出力電圧曲線、即ち、註、！Ａ．．−ＢＫｌ
の曲線である。

直線１１１はＶ。ＤＸＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の電圧を示
し、１０９は加算器１０６の出力電圧が零になつたとき
のレンズのくり出し量を示す点である。第１０図におい
て、点１０９の左側は後ピンを示し、点１０９は焦点整
合状態を示し、点１０９の右側は前ピンを示す。点１０
９から横軸方向に離れる程不整合の度合いが大きくなる
。不整合度合いが大きすぎると電圧が逆に低下するのは
受光素子上の像のコントラストが低下するので受光素子
対の出力電圧差が低下するためである。ここで第１屈折
光学部材として、角錐プリズムを使用すると多数の２次
像が生ずるが、その場合はその２次像の数に応じて受光
素子列及び電気処理回路の構成部分の数を対応させれば
焦点検出動作を完全に行ない得る。

第３図、第４図ａに示すスプリットプリズム３１ａ，３
１ｂを上下に移動することにより分離された後６１ａ，
６１ｂの相対的な明るさを変化できるので光量調節が可
能となる。

更にスプリットプリズム３１ａ，３１ｂの位置を変化す
ることにより２つの像６１ａ，６１ｂの相互の間隔を変
化てきる。また、信号処理回路の出力信号を入力してサ
ーボ機構を駆動し自動的に焦点整合を行なうとができ、
その出力信号によりランプ等を点灯して焦点整合を視認
できる。本発明装置の構成及ひ作用は上述の如くてある
ので次の効果を有する。

本発明装置の構成部分がレンズ、プリズム、受光素子の
みであるため小型、軽量で操作できる。

しかも電力消費部分が少ないので低消費電力で使用可能
である。次に焦点検出動作が高速でしかも検出感度が高
い。これは焦点検出動作に像のずれを利用していること
が主な理由であるが、受光素ノ子としてシリコンフオト
タイオードまたは化合物半導体あるいは電荷転送素子、
自己走査型イメージセンサを用い得るからである。更に
、光路分割器にスプリットプリズムを使用したことによ
り、その構成が簡単てありしかも偏光の悪影響を受け７
ない、加えて受光素子列への光量調節が容易に出来る。
即ち、プリズム３１ａ，３１ｂを上下に移動して受光素
子７２ａ，７２ｂが検知する光量を自由に調節できる。
また焦点検出装置の光学系の光量損失が小ない。

これは検出感度が高いという結果にも結びつく。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焦点検出装置の光学系を示す簡略図、第
２図は受光素子列と第１図示装置によつて結像した像と
を示す図、第３図は本発明装置の構成の１つである光路
分割器の原理を示した図、第４図ａは、第３図示分割器
を被写体側から見た正面図第４図Ｂ，ｃはそれぞれ第３
図示分割器を上方から見た平面図、第５図は光路分割器
の他の例を示す概略図、第６図は本発明装置の基本的概
念を示す概略図、第７図は受光素子列とその上に投影さ
れた被写体像とを示した図、第８図Ａ，ｂはそれぞれ本
発明装置の一実施例を示す側面図、第９図は本発明装置
に使用する電気信号処理回路の一実施例を示す図、第１
０図はレンズのくり出し量と出力電圧との関係を示すグ
ラフである。 １１・・・・・・被写体、２１・・・・・・撮影レンズ
、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ・
・・・スプリットプリズム、１３１ａ，１３１ｂ，１３
１ｃ，１３１ｄ，・・・・プリズム、４１・・・・・投
影レンズ、６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，
６２ｂ，１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ・・
・・・・被写体像、６１，１６１・・・・・・１次の結
像面、６２・・・・・２次の結像面、７１ａ，７１ｂ，
７２ａ，７２ｂ・・・・・・受光素子列、１０１ａ，１
０１ｂ・・・・アナログシフトレジスタ、１０３・・・
・・・クロックジェネレータ、１０４・ ・・差動増幅
器、１０５・・・・・絶対値回路、１０６・・・・・加
算器、１０８・・・・比較器、２１１，２１３・・・・
ミラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも一部を光透過性としたファインダー光学
   系用ミラーと、当該ミラーの光透過性部分を透過した光
   を受ける屈折光学部材であつて、撮影レンズによりフィ
   ルム面上に形成されるべき被写体像（１次像）を少なく
   とも２つの同一の１次像に分割する第１屈折光学部材と
   、フィルム面上と光学的に等価な位置に配置された第２
   屈折光学部材と、１次像を投影し２次像を結像させる投
   影レンズと、２次像の結像面に設けられた複数の受光素
   子列と、これら受光素子列の出力を比較し焦点の整合・
   不整合を示す信号を出力する信号処理回路とから成り、
   焦点不整合時には第１屈折光学部材によつて分割された
   複数の２次像が第２屈折光学部材により受光素子列上の
   光学的に等価な位置から変位し各受光素子列の出力差が
   零とならず、焦点整合時には第１屈折光学部材によつて
   分割された複数の２次像が第２屈折光学部材により受光
   素子列上で光学的に等価な場所に位置し各受光素子列の
   出力差が零となり信号処理回路が合焦信号を出すことを
   特徴とする、一眼レフレツクスカメラの焦点検出装置。 ２ 第１屈折光学部材及び第２屈折光学部材としてスプ
   リツトプリズムを用いたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の一眼レフレツクスカメラの焦点検出装置
   。３ 第１屈折光学部材として角錐の形状をしたプリズ
   ムを少なくとも１つ用いたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の一眼レフレツクスカメラの焦点検出装
   置。 ４ ミラーの光透過性部分を空間とし、前記ミラーの反
   射面と同一平面を占位すべく第１屈折光学部材をミラー
   の光透過性部分に一体化し、当該第１屈折光学部材の物
   体側平面を半透明としたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の一眼レフレ
   ツクスカメラの焦点検出装置。 ５ 前記ミラーの光透過性部分が半透明であり、前記ミ
   ラーと前記第２屈折光学系との間に前記第１屈折光学系
   を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のいずれか１項に記載の一眼レフレツクスカメラ
   の焦点検出装置。 ６ ミラーをハーフミラーとし、そのハーフミラーのフ
   ィルム側に第１屈折光学部材を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載
   の一眼レフレツクスカメラの焦点検出装置。 ７ 自己走査型イメージセンサまたは電荷転送素子によ
   り駆動されるフォトダイオードアレイを受光素子として
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６
   項のいずれか１項に記載の一眼レフレツクスカメラの焦
   点検出装置。