JPS62173412A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、カメラ等の焦点検出装置に関する。

さらに詳しくは、対物レンズの瞳を複数の領域に分割し
、各領域を透過した光束によりｍ数の光量分布を形成し
、これ等光量分布の相対的な位置関係から対物レンズの
焦点状態を検出する焦点検出装置における検出積度の改
良に関する。

（従来の技術） カメラ等の焦点検出装置としては種々のものがＩｆｆ案
されているが、その１つとして第４図に示すものがある
。

第４図において、１は対物レンズ、２は対物レンズ１の
予定結像面、３は予定結像面２の近傍に配置されたフィ
ールドレンズ、４は対物レンズ１の光軸に対して対象に
配置された二つのレンズ４−１．４−２により構成され
る二次光学系、５は面記：二つのレンズ４〜１．４−２
に対応してその後方に配置された２つのセンサ列５−１
゜５−２により構成される充電変換系、６は前記２つの
レンズ４−１．４−２に対応してその前方に配置された
２つの入射瞳６−１．６−２により構成される入射系、
７は対物レンズ１の射出瞳の分割された２つの領域７−
１．７−２により構成される射出系を夫々示している。

なお、フィールドレンズ３は入射瞳６−１．６−２を射
出瞳の領域７−１．７−２に結像する作用を有しており
、各領域７−１．７−２を透過した光束がセンサ列５−
１．５−２上に夫々光量分布を形成するようになってい
る。

この第４図に示す焦点検出手段では、対物レンズ１の結
像点が）定結像面２の面側にある場合は、２つのセンサ
列５−１．５−２上に夫々形成される光量分布が互いに
近ついた状態となり、また、対物レンズｌの結像点が予
定結像面２の後側にある場合は、２つのセンサ列５−１
．５−２上に夫々形成される光ｆｆｋ分布が互いに離れ
た状態となる。従って、２つのセンサ列５−１．５−２
上に夫々形成された光Ｍ分布のずれを適当な演算手段で
算出すると、対物レンズ１の焦点はずれの方向とｍとを
検出することができる。

このような２つの光量分布の相対的なずれ計を精度よく
検出するためには、２つの光量分イｉｉの本来対応すべ
き共通領域の像の形状が同一であることか望まれるが、
実際には種々の収差が存在するために必ずしも同一とは
ならない。この収差の中では特に歪曲収差の影響が大で
、１）１「記ずれは検出の大きな障害となっている。

この歪曲収差は主にフィールドレンズ３によるものと考
えられる。即ち、＠述したようにフィールドレンズ３は
射出瞳の領域７−１．７−２と入射瞳６−１．６−２と
を夫々共役関係にするために設けられたものてあり、凸
子またはこれに近い形状のレンズを用いることか望まし
いか、この凸子というｊＩニ状は２次結像する際に正の
大きな歪曲収差を生じ、センサ列５−１．５−Ｓ５ヒに
はその周辺へ行く程伸長した光量分布の像が形成される
ためである。

従来、前述の歪曲収差を除去する技術としては、フィー
ルドレンズ３を複数枚で構成し歪曲収差を補正すること
が一法である。また、歪曲収差が残存していても、対物
レンズ１のある１つの焦点状態（例えば、合焦状！８）
の付近てのみ二つの光ｈ（分布の像が同一どなるように
することも可能である。

（発明が解決しようとする問題点） 前述のフィールドレンズ３を複数枚のレンズで構成する
従来の技術では、前記共役関係を良好にすることか設計
、製造−ヒ困難であり、仮に良好にすることができたと
しても光学系が複雑となる。

また、一部においてのみ２つの光量分布の像か同一とな
るようにする従来の技術では、萌°記ずれｊ、七の検出
を粘度よく行うことは不可能である。

本発明はこのような従来の技術の問題に鑑みたなされた
もので、その１つの目的は像の歪を除去して焦点検出精
度を向上することにあり、他の１つの目的は面記精度向
上にあたって光学系のコンパクト性がそこなわれないよ
うにすることにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の目的の達成のため、本発明に係る焦点検出装置は
、複数の光量分布の相対的な位置関係を検出する演匁手
段に対してセンサ列から送込まれる信号出力を補正変換
する補正演算手段を設け、この補正演算手段に光量分布
の像の歪を補正する演算構造を組込んでなる構成を採用
する。

（実施例） 以下、本発明に係る焦点検出装置の実施例を図面に基つ
いて説明する。

第１図は本発明の基本原理を示すもので、センサ列５−
１．５−２に対応して夫々補正演算手段８．９を設け、
センサ列５−１．５−２から取出された信号出力Ｓをこ
の補正演算手段８．９で補正変換し、変換信号出力Ｓ°
を夫々光量分布の相対的な位置関係を検出する演算手段
１０に送込むようにしている。なお、一方の補正ｉ実見
手段８のみを設けて、一方の補正を他方の歪に合せる構
成とすることも可能である。

次に、第２図、Ｔｒ、３図により補正演算手段８゜９に
組込まれる演算構造について説明する。

第２図は一つの光用分布形成のみを抽出したもので、予
定結像面２とセンサ列５−１の面とかどのような歪曲に
よって関係付けられるかを考えるに、予定結像面２にあ
る光量分布の像がセンサ列５−１上にどのように歪んで
撮影されるかを論するべきであるが、後の説明を容易に
するために、逆にセンサ列５−１上の光量分布の像が予
定結像面２上にどのように歪んで投影されるかを述べる
。

今、センサ列５−１上に適当な座標軸Ｘを予定結像面２
上に座標軸Ｘをとる。たたし、両座標軸ｘ、Ｘの原点は
光学的に対応しているものとする。即ち、センサ列５〜
１上のｘ＝０の物点からでる主光線は、ｐ定結像面２上
のｘ＝Ｏに到達するものとする。

また、両座標軸ｘ、Ｘは歪曲収差ｈ（ｘ）Ｘ１００％に
よって Ｘ＝βｏ　　ｘ　　（ｉ　＋　ｈ　（ｘ）　　）　　”
・−・・・・（１）で関係付けられているとする。

たたし、β。は基準となる横倍率て５例えばＸ＝０での
倍率である。

センサ列５−１の面ヒの光量分布をｇ（ｘ）、予定倍像
面２１の光量分布をｆ　（ｘ）とすると、光：辻のロス
がなければ両者には、 ｇ　（ｘ）　ｄ　ｘ＝　ｆ　（ｘ）　ｄ　ｘ・−・・・
・・・（２）の関係がある。

従って、（１）式よりｈ（×）の変動が大きくないとし
て、 ｄｘ＝（βｏ　　（１＋　ｈ　（ｘ）　　＋βｏ　　ｘ
　ｈ　’（ｘ））　　ｄ　ｘ＝β。　（Ｈｈ（ｘ））ｄ
ｘ・・・・・・　（：ｌ）であるから、 （２）式は（＋）　、　（３）式より ｇ（ｘ）ｄｘ ＝ｆ（βｏｘ（１＋ｈ（ｘｉβｏ　Ｈ＋　ｈ　（ｘ））
ｄ　ｘとなる。

これにより第ｎ番目のセンサ画素中心の座標をｘｎ’、
センサピッチをＰとすると、第ｎ番目のセンサ出力ａｎ
はｇ　（ｘ）の変動がセンサピッチＰ内では十分小さい
として、 句　ｇ　（ｘｎ’）　Ｐ となる。

さらに、（４）式から ａｏ＝ｆ（βｏ　Ｘｎ’（１＋ｈ　（ｘｎ’）　）（１
＋ｈ　（ｘ、’）　）β。Ｐ となる。

ここで、 ｘ、　　−βｏ”＋＋”（１＋　ｈ　　（ｘ、、°））
とすると、 Ａｏ＝ｆ（ｘｎ）βｏＰ となる。

一方、歪曲収差かないとしたときに得られるへき第ｍ番
目のセンサ出力Ｂ　ｍは、 ”　（Ｘ　＋ｎ’βｏ）ｐβ。

＝ｆ（ｙ、、）β。Ｐ ただし、ｙｏ＝βｏＸｍ′である。

従って、Ｘｎ−＋くｙｍ≦Ｘ　１１を満たすｎに対して
補正を行って、 となる。

これによりＢ１か求められる。

これは、第３図に示すように直線的に補正を行った場合
に相当し、最も簡屯な補正演算である。この外にも、例
えばｙ１近くの少なくとも三点以上の点ｘｎでの値ａ。

を用いて、最小自乗法によりある関数を求め補正を行う
こともできる。

また、センサ出力値の一部または全部を用いてスプライ
ン関数を求め補正を行っても差支えない。

なお、設計値としての歪みだけでなく、製造上段、Ｓは
信号出力、Ｓ゛は変換信号出力である。

（’）　ｔｒｒｔ差によって生ずる歪みをも補正する演
算構造を組込むことも１任能である。

さらに、以上は一次元的な補正について述へたか、二次
元に拡張することも可能である。

（発明の効果） 以１−のように本発明に係る焦点検出装置は、像の泪を
低減ないし除去することができるため、焦点検出精度が
向上する効果がある。そして、この精度向上にあたって
、センサ列から取出された信号出力の補正変換という手
段を採り、光学系の部材の構造変更を伴わないため、光
学系を複雑にすることがなくコンパクト性か確保される
効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理図、第２図、第３図は本発明
の補正演算手段の演算構造の説明図、第４図は本発明の
背景となる焦点検出装置δの簡略図である。図中１は対
物レンズ、２は予定結像面、３はフィールドレンズ、４
は二次光学系、５は光電変換系、８．９は補正演算り段
、１０は演算子特許出願人　　キャノン株式会社 代理人　　　高　梨　ｔ　離層“−１・□、］： −モ　聡ｒ　ネ市　−正　櫂）（自発）昭和６１年　ｓ
ＹＢｇ日 特許庁長官　　　　　　　　　　　殿 １、　　！ｆ１件の表示 焦点検出装置 ３　補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３−３０−２名称　（＋００
）　　キャノン株式会社代表者　賀　　来　　龍　三　
部 ４、代理人 居所　〒１５８東京都世田谷区奥沢２−１７−３ベルハ
イム自由が丘３０１　号（電話７１８−５６１４）（１
）明細書の特許請求の範囲の欄 （２）明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）別紙のとおり （２）　（イ）明細書第６頁第１３行目から第１５行口
にかけての「前記共役関係を良好にすることが設計、製
造上困難であり、仮に良好にすることができたとしても
光学」を削除する。 （０）明細書第９頁第７行目から第８行目にかけての「
予定倍像面２」を「予定結像面２」と同ｒｆ（ｘ）」を
ｒｆ（Ｘ）Ｊと同第１０行目のｒ　ｇ　（ｘ）　ｄ　ｘ
　＝　ｆ　（ｘ）　ｄ　Ｘ　Ｊをｒ　ｇ　（ｘ）　ｄ　
ｘ　＝　ｆ　（Ｘ　）　ｄ　Ｘ　Ｊと同第１５行目の「
＝β。（Ｈｈ（ｘ））ｄｘ」を ［＝βｏ　　（１＋ｈ（ｘ）　）　ｄｘ」と補正する。 （八）明細書第１１頁第２行目から第５行目を削除し、
代わりに 岬　ｆ（Ｘｍ″β。）Ｐβ。 ＝ｆ（ｙｍ）β、ｐ ただし、ｙ、＝β。Ｘｌである。」 を挿入する。 同第８行目の 特許請求の範囲 （１）対物レンズを透過した光束により複数の像に関す
る光量分布を形成する光学手段と、これ等光量外Ｉ６を
サンプリングし離散的な信号出力として取出すためのセ
ンサ列と、この信号出力から光量外ＩｔＴの相対的な位
置関係を検出する演算手段とを有する焦点検出装置にお
いて、前記演算手段に送込まれる信号出力を補正変換す
る補正演算手段を設け、この補正演算手段に面記像に関
する光量分布の歪を補正する演算構造を組込んだことを
特徴とする焦点検出装置。 （２）　＋ｉｆｆ記演算構造が以丁の内容からなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装置
。 センサ列方向の座標軸をｘ、第０番１］のセンサ画素中
心の座標をＸ。°、第ｎ番目のセンサ出力をａ、１、前
記座標Ｉｒ１Ｉｈ×と対応する対物レンズの予定結像面
」二の座標軸をｘ、］ｉη記光学手段による理想倍率を
βｏ、歪曲収差量をｈ　ｆｘｌ　　とし、 ＸとＸとの関係が、 Ｘ；ｘβ。（１＋ｈ（ｘ）） で表わせるとし、 さらに、 ｙｎ＝β。Ｘｎ。 とおいたとき、 補正変換された後の第ｍ番目のセンサ出力Ｂｍを、 Ｘ・−１くｙ−≦ｘ０ が成立するｎに対して、 ＋Ａｎ−１ とする。 （３）前記光学手段は対物レンズの予定結像面若゛シ＜
はその近傍に配置したフィールドレンズと二次結像レン
ズの対を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の焦点検出装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズを透過した光束により複数の像に関す
   る光量分布を形成する光学手段と、これ等光量分布をサ
   ンプリングし離散的な信号出力として取出すためのセン
   サ列と、この信号出力から光量分布の相対的な位置関係
   を検出する演算手段とを有する焦点検出装置において、
   前記演算手段に送込まれる信号出力を補正変換する補正
   演算手段を設け、この補正演算手段に前記像に関する光
   量分布の歪を補正する演算構造を組込んだことを特徴と
   する焦点検出装置。
2. （２）前記演算構造が以下の内容からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装置。 センサ列方向の座標軸をｘ、第ｎ番目のセ ンサ画素中心の座標をｘ＿ｎ′、第ｎ番目のセンサ出力
   をａ＿ｎ、前記座標軸ｘと対応する対物レンズの予定結
   像面上の座標軸をＸ、前記光学手段による理想倍率をβ
   ＿ｏ、歪曲収差量をｈ＿（＿ｘ＿）とし、 ｘとＸとの関係が、 Ｘ＝ｘβ＿ｏ（１＋ｈ（ｘ）） で表わせるとし、 さらに、 Ａ＿ｎ＝［ａ＿ｎ］／［１＋ｈ（ｘ＿ｎ′）］ｘ＿ｎ＝
   β＿ｏｘ＿ｎ′（１＋ｈ（ｘ＿ｎ′））ｙ＿ｎ＝β＿ｏ
   ｘ＿ｎ′ とおいたとき、 補正変換された後の第ｍ番目のセンサ出 力Ｂ＿ｍを、 ｘ＿ｎ＿−＿１＜ｙ＿ｍ≦ｘ＿ｎ が成立するｎに対して、 Ｂ＿ｍ＝（Ａ＿ｎ−Ａ＿ｎ＿−＿１）（ｙ＿ｍ−ｘ＿ｎ
   ＿−＿１）／（ｘ＿ｎ−ｘ＿ｎ＿−＿１）＋Ａ＿ｎ＿−
   ＿１ とする。
3. （３）前記光学手段は対物レンズの予定結像面若しくは
   その近傍に配置したフィールドレンズと二次結像レンズ
   の対を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の焦点検出装置。