JPS63101810A - 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−１〜Ｎ　　Ｎ：１ツのセン
サ列の画素数）とし、適当な定整数ｋに対してＶ（ｍ）
　＝　）：ｍｉｎ　　（ａ（ｉ）　、　ｂ（ｉ＋に−ｍ
）　）一Σｗｉｎ　　（ａ　（ｉｎｋ）　、　ｂ　（ｉ
−ｍ）　）　・・・（１）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，Ｎ］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　（ａ＋７が０となるｍの値が受光素子列の１ピツチ
を単位とした時の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　（Ｉｌｌｏ）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　＝ｌｌＩＯ＋
ｌＶ　（＋１０）ｌ　／　（ＩＶ　（＋１１０）ｌ＋　
ＩＶ　（ＩＩＩＯ＋ｌ）ｌ　）・・・・・・・・・・・
（２） により算出される。

このようにして求められた２つの光量分布のずれ量Ｍよ
り、対物レンズの焦点外れ量ｄ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＝に（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量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、δ。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、焦点検出精度を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
パターン部材及び該パターン部材を照明する為の照明系
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、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、
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ては矩形
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。９は照明系でありマスク８の端部を照明して
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、照明系９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おり、各領域７−１．７
−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
ｉｌｄ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ｆｉｄ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δ。

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。受光素子刻面全域を利用す
るにはマスク８の投影像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のが良い
。しかしながら本実施例では第２図に示すようにマスク
８の照明系９の配置側に対応する投影像の端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。これにより照明系９の駆動により受光素子
列５−１．５−２面上にマスク８のエツジ像を投影して
いる。

今マスク８が予定結像面２に一致しているとし、マスク
像のエツジ部１０−１と１０−２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量となる。従ってこ
のときの値δ′を　（３）式のδ０として用い ｄ＝に（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
ことかできる。或いはδ。の補正という意味では Δ＝δ′　−δ。　　　・・・・・・・・・・・・・（
５）として ｄ＝に（Ｍ−（δ。＋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δ。°、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ｉｌｄ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
で補正を行っ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。

第３図、第４図は各々本発明の第２．第３実施例の光学
系の概略図である。同図に右いて第１図と同一要素には
同符番を付しである。

第３図に示す実施例では照明系９をマスク８の像面側の
後方に配置すると共にマスク８の裏面１１を反射面とし
て構成した点が第１図の第１実施例と異っている。本実
施例では受光素子列５−１．５−２面上に形成されるマ
スク８のエツジ像は第１実施例と異なり白黒反転したも
のが得られるが、初期ずれ量δ。の補正方法に関しては
前述と全く同様に行うことができる。

第４図は第１図の構成を上下方向から見た図に相当する
。図中１２は可動若しくは固定の反射鏡であり、特定の
波長域、例えば赤外域の光束のみを反射し可視光を通過
する特性を有している。９の照明系は主に赤外光束のみ
を放射している。

１３は結像レンズ、１４はパターン部材で、例えば受光
素子列の配列方向に濃淡分布を有する１次元のチャート
である。

本実施例ではチャート１４の像を結像レンズ１３により
予定結像面１２近傍に形成し、その像を反射ｌ！１２で
反射させた後、２次光学系４により２つの受光素子列を
有する受光手段５面上に投影している。このとき受光素
子列上の２つのチャート像について初期状態での（１）
　、　（２）式の演算値をδ。゛、任意の時点での同じ
演算値をδ′とするとき Δ＝δ′−δ０゜ 式を用いて補正すれば前述と同様に正確な焦点外れｆｆ
１ｄを求めることができる。

以上の各実施例に右いては、照明系を点燈することによ
り何らかの固定像を受光素子列面上に投影して、その像
について演算を行っているが、対物レンズがコントラス
トを有する被写体に向けられている時には、固定像の他
に被写体像が混入して区別がつかない場合がある。この
ような場合には、照明系の点燈時の像情報から非点燈時
の像情報を差し引いた結果について演算を行えば、被写
体像の情報を排除することが可能となり、より正確に補
正することができる。

又本実施例において初期ずれ量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フても良い。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
時間の経過後に現われる場合が多いので、必ずしも１コ
マ毎の補正をせず、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と
照明系を利用し、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
ても常に高緒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．第４図は各々本発明
の第２．第３実施例の光学系の概略図である。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、９は照明系、１０は演算手段、１２は反射鏡
、１３は結像レンズ、１４はチャートである。 特許出願人　　　キャノン株式会社 亮　　１　　口 亮　　２　　回 魂　　３　　回 千条尼ネｌ）正？）（自発） 昭和６２年　２月１８日 特許庁長官　　　　　　　　　　　殿 １、　　′ｌＸ件の表示 昭和６１年特許願第　２４７１９６号　　　　冒２、発
明の名称 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　（１００
）　　キャノン株式会社代表者　賀　　来　　龍　三　
部 ４、代理人 居所　〒１５８東京都叶田谷区奥沢２−１７−３ベルハ
イム自由が丘３０１号（電話７１８−５６１４）（１）
明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）（（）明細書第４頁第１７行目の「この範囲は」
を「範囲は」と補正する。 （ロ）明細書第１２頁第４行目の「設定的」を「設計的
」と補正する。 （八）明細書第１４頁第１９行目から第２０行目にかけ
ての帰までの間に」を「又シャッターが閉８ｎシてクイ
ックリターンミラーが復帰した直後に」と補正する。

Claims (3)

【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及び該パターン部材を照明する為の
   照明系を有しており、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）前記光学手段は前記予定結像面近傍に反射鏡を有
   しており、前記パターン部材を該反射鏡を介して前記受
   光手段面上に導光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。