JPS63101809A - 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） 本発明は写真用カメラやビデオカメラ等に好適な焦点検
出装置に関し、特に対物レンズの瞳を複数の領域、例え
ば２つの領域に分割し、各領域を通過する光束を用いて
２つの被写体像に関する光量分布を形成し、これら２つ
の光量分布の相対的な位置関係を求めることにより対物
レンズの合焦状態を検出する焦点検出装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来より対物レンズを通過した光束を利用した受光型の
焦点検出方式に所謂像ずれ方式と呼ばれる方式がある。

この像ずれ方式は例えば特開昭５９−１０７３１１号公
報や特開昭５９−１０７３１３号公報等で提案されてい
るように対物レンズによる被写体像の形成される予定結
像面近傍にフィールドレンズを配置し、フィールドレン
ズの後方に多孔のマスクと１つ若しくは２つの２次レン
ズとを有する２次光学系を配置し、更にその後方に複数
の受光素子列を有する受光手段とを配置した構成を採っ
ている。

そしてフィールドレンズと２次光学系とから対物レンズ
の瞳の異った２つの領域を通過した光束を用いて２つの
被写体像に関する光量分布を各々受光素子列面上に形成
している。このときの受光素子列面上に形成される２つ
の光量分布の相対的な位置関係、即ち光量分布のずれ量
は対物レンズの合焦状態により異ってくる。例えば受光
素子列上の素子の並び方向に対物レンズの予定結像面か
らの焦点外れ量に応じた横ずれ量となって現われてくる
。

対物レンズの合焦状態、即ち焦点外れ量はこのときの２
つの光量分布の相対的な位置関係、即ち光量分布の横ず
れ量を受光手段により検出することにより行っている。

一般にはこのときの２つの受光素子列上の光量分布の相
対的な横ずれ量δと対物レンズの焦点外れ量ｄとは一定
の関数の関係にある。

次に本出願人により特開昭５９−１０７３１３号公報で
提案している焦点外れ量ｄの演算方法について示す。

いま２つの受光素子列からの出力信号を各々ａ（ｉ）　
、　ｂ（ｉ）　　（但しｉ＝ｌ　ＮＮ　　Ｎ：１つのセ
ンサ列の画素数）とし、適当な定整数ｋに対してＶ（１
１１）　　＝　）：ｗｉｎ　　（ａ（ｉ）　　、　　ｂ
（ｉ＋に−ｍ）　　）一苓ｍｉｎ　　（ａ　（ｉｎｋ）
　　、　　ｂ　（ｉ−ｍ）　　）　”・（＋）を異なる
整数ｍについて演算する。このとき和をとるこの範囲は
、各添字ｉ、　ｉ＋に−ｍ　、　ｉ−ｍが閉区間［１，
Ｎｌに入りＶ　（ｍ）の第１項と第２項のｉの変動中が
等しくなるように決定される。

Ｖ　（ｎ）が０となるｍの値が受光素子列の１ピツチな
単位とした時の２つの光量分布のずれ量となる。通常、
°整数ｍに対してＶ　（ｍ）が０となるとは限らないが
、このような場合は適当な補間法を用いて端数値を求め
ることができる。最も簡単な補間法は直線補間であり、
ｖ　（ｍｏ）とＶ　（ｍ□＋１）の間で符号が反転した
とすると端数を含めたずれ量ＭはＭ　＝Ｂｏ＋ＩＶ　（
ｍｏ）ｌ　／　（ｌｖ　（ｍｏ）Ｄ　ｌｖ　（ｍｏ◆Ｉ
Ｎ　）・・・・・・・・・・・（２） により算出される。

このようにして求められた２つの光量分布のすれｆｆ１
Ｍより、対物レンズの焦点外れｊｌｄを演算する最も簡
単な方法は両者が略比例するものとして比例定数Ｋを用
いて ｄ＝Ｋ　（Ｍ−δ。）　・・・・・・・・・・・・・（
３）から求めるものである。但しδ。は対物レンズが合
焦状態の時の２つの被写体像に関する光量分布のずれ量
である。以後このδ。を初期ずれ量といることにする。

このδ。は設計的、或いは初期状態における調整時の測
定によって決定される。

（３）式からも明らかなように、このような焦点検出装
置においては、初期のずれ量δ。を基準としているので
、精度のよい焦点検出を行う為にはこのずれ看δ。が常
に一定であることが必要である。

しかしながら当初の初期のずれ量がδ。であったとして
も、系を構成する各光学部材は、経年変化や、外界の温
度や湿度等の環境変動に伴い変化を生じ、δ０を常に一
定に保つことは大変困難である。

特に光学部材としプラスチックを用いた場合、その温湿
度等の変化に伴う伸縮量が大きく、これにより光学性能
が大きく変化し、焦点検出精度な著しく低下させる原因
となってくる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は像ずれ方式の焦点検出装置において、２つの被
写体像に関する光量分布を得る為の光学手段が経年変化
しても、或いは環境変化により変形しても常に高精度な
焦点検出が可能な焦点検出装置の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 対物レンズの像面側に配置した光学手段により前記対物
レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体
像に関する複数の光量分布を形成し、該複数の光量分布
の相対的な位置関係を受光手段により求め、該受光手段
からの信号を用いて前記対物レンズの合焦状態を演算手
段により求める焦点検出装置において、前記光学手段は
パターン部材を有しており、該パターン部材を前記受光
手段面上に投影し、該投影されたパターン部材の光量分
布の相対的な位置関係を前記受光手段により検出し、該
受光手段からの出力信号を前記演算手段で利用したこと
である。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の光学系の概略図である。

第１図において、ｌ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の光軸に対して対称に
配置された２つのレンズ４−１．４−２により構成され
る結像作用を有する２次光学系、５は前記２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
受光素子列５−１．５−２により構成される受光手段で
ある。２次光学系は受光手段の受光面と予定結像面を共
役に関係づけている。６は前記２つのレンズ４−１．４
−２に対応して配置された２つの開口部６−１．６−２
を有する絞り、７は分割された２つの領域７−１．７−
２により構成される対物レンズ１の射出瞳を各々示して
いる。１０は演算手段であり、２つの受光素子列５−１
゜５−２からの被写体像に関する光量分布より、双方の
相対的位置関係、即ちずれ量δを求めると共に対物レン
ズの焦点外れ量ｄを演算している。８はパターン部材で
あり本実施例では矩形開口を有するマスクより成り予定
結像面２近傍に配置されている。又パターン部材８は対
物レンズ１を通過した被写界からの光束により照明して
いる。

フィールドレンズ３、レンズ４−１．４−２、開口部６
−１．６−２、マスク８等は光学手段の一部を構成して
いる。尚フィールドレンズ３は開口部６−１．６−２を
対物レンズ１の射出瞳７の領域７−１．７−２付近に結
像する作用を有してあり、各領域？−１，７−２を透過
した光束が受光素子列５−１．５−２上に各々被写体像
に関する光量分布を形成するようになっている。

本実施例においては対物レンズ１の結像点が予定結像面
２の前側にある場合には、２つの受光素子列５−１．５
−２上に各々形成される被写体像に関する光量分布が互
いに近づいた状態となり、又対物レンズ１の結像点が予
定結像面２の後側にある場合には、２つの受光素子列５
−１．５−２上に各々形成される被写体像に関する光量
分布が互いに離れた状態となる。

このとき２つの受光素子列５−１．５−２上に各々形成
された光量分布のずれ量δは対物レンズ１の焦点はずれ
ｌｉｄとある関数関係にある。

この為本実施例では、演算手段１０に設けた演算部によ
り適切な関数を定義することにより演算し、これにより
対物レンズ１の焦点外れ量ｄと焦点外れ方向を求めてい
る。

次に本実施例における前述の初期のずれ量δ０の補正方
法について説明する。

第２図は第１図に示す実施例において受光素子列５−１
．５−２面上に形成されるマスク８の投影像８’−１，
８’　−２の位置関係を示す説明図である。

図中斜線部が遮光部である。通常行なわれている受光素
子列と投影像との関係は第３図に示すようにマスク８の
投影開口像８’−１，８’　−２が受光素子列５−１．
５−２を完全に含むように形成する。しかしながら本実
施例では第２図に示すように被写界からの光束により照
明されたマスク８の投影像の短辺側端部９−１．９−２
．１０−１．１０−２が受光素子列内に重複して投影さ
れるように構成している。これにより受光素子列５−１
．５−２面上にマスク８のエツジ像を投影している。

このように本実施例では被写界からの光束を利用するこ
とにより特別な照明系を用いることなくマスク８のエツ
ジ像を形成している。

今マスク８が予定結像面２に一致しているとし、投影さ
れたマスク像の同じ側のエツジ部９−１と９−２の付近
についてのみ（１）式及び　（２）式の演算を行うと、
その結果の値δ′は、正にこの時点での初期ずれ蛍とな
る。従ってこのときの値δ′を　（３）式のδ。とじて
用い ｄ＝Ｋ　（Ｍ−δ′）　・・　　・・・・・・（４）と
すれば、例え経年変化や環境変化による初期ずれ量の変
化があったとしても正確に焦点外れ量ｄを計算すること
ができる。或いはδ０の補正という意味では Δ＝δ′−δ。　　　・・・・・・・・・・・・・（５
）として ｄ＝に（Ｍ−（δ０＋Δ））・・・・・・・（６）の演
算を行ってもよい。

以上ではマスク８が予定結像面２に一致しているとした
が、もし一致していない場合は、次のように８の補正を
行えばよい。

まずδ。を決定した時の理想環境下におけるマスク投影
像のエツジ部についての初期ずれ量をδ０゛、実際に測
距する時のずれ量を先と同様にδ′とするとδ。の変化
量は、δ。゛の変化量に略等しいと考えて　（５）式で
示される補正量ΔをΔ＝δ′−δ。゛　　　・・・・・
・・・・・・・・（７）として、　（６）式の演算を行
えば同様に正確な焦点外れ量ｄを求めることができる。

一般に、こうした焦点検出系においては、設定的にも或
いは組み立て誤差によっても、視野の位置によって初期
ずれ量が異なるという現象が多少なりとも生じている。

しかしながら初期ずれ量の変化量は視野の位置によって
は殆ど変わらないと考えられるので、（７）式のように
して補正量を求めることは、視野の端のエツジ像で補正
を行フているということによる誤差を軽減する意味でも
有効である。

以上は受光素子列５−１．５−２の一方のエツジ部９−
１．９−２について演算した場合を示したが、他方のエ
ツジ部１０−１．１０−２について演算を行い、例えば
両者の演算結果の平均値を用いるようにしても良い。

又は受光素子列５−１．５−２の外側のエツジ部９−１
．１０−２と内側のエツジ部ｔｏ−ｉ。

９−２との組み合わせによって演算を行うようにしても
良い。

尚マスクの片側のエツジ部のみを演算で用いる場合には
第２図においてマスクの片側のみが受光素子列の端部と
重複して投影されるように構成すれば良い。

第４．第５図は各々本発明に係る受光素子列５−１．５
−２面上に形成されるマスク８の投影像を示す第２．第
３実施例の説明図である。第４図に示す第２実施例では
マスク８の端部に複数の線条開口を有するように構成し
、受光素子列上における投影像の端の部分１０−１．１
０−２が数本のバー状態となるように構成している。こ
れにより受光素子列上の各画素とエツジ像の位置との相
対的な位相関係によって生ずる演算結果のバラツキを軽
減している。即ち投影像を数本のバー状態の開口像とす
ることにより像情報量を増大させ、演算結果のバラツキ
を少なくしている。

尚本実施例においてはバーの本数は多い方が良く、また
そのピッチはランダムであることが望ましい。

又同様の理由により受光素子列面上に投影されるマスク
の像は若干ポカした方が良い。

本実施例におけるマスクとしては複数の開口を有したマ
スクの代わりに濃淡を有する透過性のパターン部より成
るマスクを視野周辺に設けても良い。

第５図はマスク５１を対物レンズ１の光軸方向から見た
ときの図である。本実施例ではマスク５１の略中夫に遮
光部材５２を設は不図示の駆動機構により視野の中５２
′に移動可能となるように構成している。

補正を行なうときは遮光部材５２をマスク５１の中央部
５２′に手動若しくは自動的に移動させ視野の一部を遮
光する。この状態でマスク５１の受光素子列面上での投
影像の中心部についてのみ前述と同様の演算を行えば初
期ずれ量δの補正を行うことができる。尚演算後は遮光
部材５２を元の位置に戻させ通常の測距が可能となる。

本実施例では視野の略中心の像情報について演算を行っ
ているので、先に述べたような視野位置による初期ずれ
量の誤差な０とすることが可能となる。

遮光部材５２としては第５図のような単なる矩形状のも
のに限らず、例えば第４図に示したような複数のバー形
状のものでもよいし、又透過型の濃度パターンを有する
ものを用いてもよい。

又以上ではマスクのエツジ部やマスクと同じ位置に設け
られたパターンを用いているが、本発明はこれに限らず
、両受光素子列５−１．５−２上にその像が投影される
ような位置であれば任意のものでよい。

又本実施例に右いて初期ずれ量δ。の補正を行うタイミ
ングとしては、カメラ等の撮影の場合には、例えばレリ
ーズの第１段押し込みにより行っても良い。この方法で
は１コマ当りの測距に要する時間が補正演算の分だけ常
に長くなるが、１コマ毎に補正が行われる為、確実な測
距が可能となる。

又シャッターの閉鎖からクイックリターンミラーの復帰
までの間に測定してメモリしておき次の測距の際に利用
しても良い。

一方、光学系の経年変化や環境による変化は比較的長い
時間の経過後に現れる場合が多いので、必ずしも１コマ
毎の補正なせず、一定期間経過後に補正するようにして
も良い。例えば前回の補正から一定時間経過後の初めて
のレリーズの第１段押し込み時に行うようにしても良い
。

この他撮影者が必要に応じて手動で補正するようにして
も良い。

（発明の効果） 本発明によれば像ずれ方式の焦点検出装置において、２
つの被写体像に関する光量分布よりずれ量δを検出し、
焦点外れ量ｄを演算する際、前述の如くパターン部材を
利用し、初期ずれ量δを補正することにより光学手段が
経年変化しても、或いは環境変化により変形しても常に
高精度な焦点検出が可能な焦点検出装置を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の光学系の概略図、第２図
は第１図の一部分の説明図、第３図は従来の受光素子列
とマスクとの関係を示す説明図、第４、第５図は各々本
発明の第２．第３実施例の受光素子列とマスクとの関係
を示す概略図である。 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２次光学系、５は受光手段、６は絞り、７
は瞳、８はマスク、８’−１゜８′−２はマスク像、１
ｏは演算手段である。 第　　１　　口 晃　　３　　図 地　　４　　　図 発　　５　　図 手続ネ市正書（自発） 昭和６２年　２月　１８日 特許庁長官　　　　　　　　　　　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第　２４７１９５号 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　（１００
）　　キャノン株式会社代表者　賀　　来　　能　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）６、補
正の内容 （ｔ）（（）明細書第５頁第４行目の「この範囲は」を
「範囲は」と補正する。 （０）明細書第１２頁第１５行目の「設定的」を「設計
的」と補正する。 も良い。」と同第９行目から第１０行目にかけての「又
シャッターの閉鎖からクイックリターンミラーの復帰ま
での間に」を「又シャッターが閉鎖してクイックリター
ンミラーが復帰した直後に」と補正する。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの像面側に配置した光学手段により前
   記対物レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて
   被写体像に関する複数の光量分布を形成し、該複数の光
   量分布の相対的な位置関係を受光手段により求め、該受
   光手段からの信号を用いて前記対物レンズの合焦状態を
   演算手段により求める焦点検出装置において、前記光学
   手段はパターン部材を有しており、該パターン部材を前
   記受光手段面上に投影し、該投影されたパターン部材の
   光量分布の相対的な位置関係を前記受光手段により検出
   し、該受光手段からの出力信号を前記演算手段で利用し
   たことを特徴とする焦点検出装置。
2. （２）前記受光手段は複数の受光素子を一方向に配置し
   た少なくとも１つの受光素子列を有しており、前記パタ
   ーン部材を矩形開口を有するマスクより構成し、該マス
   クを矩形開口の端部が前記受光素子列の端部に重複して
   投影されるように配置した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。
3. （３）前記パターン部材を複数の開口を有するマスクよ
   り構成した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。
4. （４）前記パターン部材を前記対物レンズを通過した被
   写界からの光束により照明した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。
5. （５）前記パターン部材を前記光学手段の光路中から退
   避可能に構成した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。