JP2003107339A - 自動焦点検出装置および自動焦点検出方法 - Google Patents

自動焦点検出装置および自動焦点検出方法

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JP2003107339A
JP2003107339A JP2001305212A JP2001305212A JP2003107339A JP 2003107339 A JP2003107339 A JP 2003107339A JP 2001305212 A JP2001305212 A JP 2001305212A JP 2001305212 A JP2001305212 A JP 2001305212A JP 2003107339 A JP2003107339 A JP 2003107339A
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mask
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opening
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Hiroshi Ueda
浩 上田
Satoshi Yokota
聡 横田
Tsutomu Honda
努 本田
Keiji Tamai
啓二 玉井
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相差式のAF機構において、撮影レンズの
開放F値の変化に対応させて、絞りマスクが有する2つ
の絞り開口の間隔および面積を変化させて、高精度の焦
点検出を行なう。 【解決手段】 撮影レンズからの光束を2つに分けて、
第1絞り開口を通して一方の光束を、第2絞り開口を通
して他方の光束を、それぞれ光電変換素子に導き、2つ
の像の位相差を検出してピント合わせを行なう自動焦点
検出方法において、撮影レンズの開放F値が大きくなる
につれて(すなわち、レンズが暗くなるにつれて)、上記
2つの絞り開口の間隔を小さくし、かつ各絞り開口の面
積を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相差検出方式を
採用する自動焦点検出(オートフォーカス)装置および自
動焦点検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】カメ
ラにおけるオートフォーカスを実現する方法の1つとし
て、位相差検出方式が従来より知られている。
【0003】位相差検出方式は、図9にその概要を示し
たように、撮影レンズからの光束を2つに分割して(図
9中の光束AおよびB)、光電変換素子(ラインセンサ
等)3の2つの受光部3aおよび3b上にそれぞれ像を
結像し、各像の位相差を検出することで、ピントのズレ
量およびズレの方向を知るものである。そして、このズ
レを修正するように撮影レンズ群の移動を制御すること
で、自動的にピントを合わせることができる。
【0004】ここで、ズーム機能を備えたカメラや、レ
ンズ交換が可能な一眼レフカメラ等において、撮影レン
ズの開放F値が変化する場合を考えてみる。この場合、
最も大きな開放F値に合わせて、2つの光束を各光電変
換素子に導く絞りマスク1が配置されている。つまり、
開放F値の小さい明るい撮影レンズの場合でも、撮影光
軸から離れた位置で撮影レンズに入る光束を有効に利用
できていない。
【0005】なお、なるべく撮影光軸から離れた位置で
撮影レンズに入る光束を利用して焦点検出を行なうのが
好ましい理由は、次の通りである。すなわち、一定の焦
点のズレに対する、ラインセンサ表面に沿う光束の移動
量は、撮影光軸から離れた光束ほど大きい。すなわち、
焦点のズレに対する感度が撮影光軸から離れる光束ほど
大きくなるからである。
【0006】上記の不都合を回避する手段として、本件
出願人は既に、撮影レンズの開放F値の変化に対応させ
て、撮影光軸から最も離れた位置で撮影レンズに入る光
束を利用して位相差検出を行なう技術を開発し、特許出
願を完了している(出願番号:特願平8-223554号、公開
番号:特開平10-62681号)。
【0007】上記特許出願において開示した技術は、2
つの光電変換素子にそれぞれ光束を投光するための2つ
の絞り開口の間隔を、撮影レンズの開放F値に応じて変
更するというものである。すなわち、開放F値の小さい
明るい撮影レンズに対しては、2つの絞り開口の間隔を
広げ、逆に、開放F値の大きい暗い撮影レンズに対して
は、2つの絞り開口の間隔を狭める。このようにして、
それぞれの開放F値における最も外側の光束(撮影光軸
から最も離れた位置で撮影レンズに入る光束)を有効に
利用し、焦点検出精度を高めている。
【0008】しかしながら、上記出願においては、開放
F値が変化しても絞りの開口面積そのものは変化してい
ない。つまり、開放F値が変化しても、光電変換素子に
導かれる光量自体は変化しない。しかしながら、明るい
レンズほど被写界深度が浅く、このため高い焦点検出精
度が求められることを考慮すれば、大きな開放F値にお
いては、たとえ低輝度であっても、正確な焦点検出を確
保すべきであるが、この点については、特別な配慮はさ
れていない。
【0009】
【課題を解決するための手段・作用・効果】本発明は、
上記従来の事情に鑑みて創案されたものであって、撮影
レンズの開放F値の変化に応じて、焦点検出モジュール
の光電変換素子に光を導く2つの絞り開口の間隔および
面積を変化させ、より精度の高い焦点検出を行なうもの
である。
【0010】すなわち、本発明は、撮影レンズからの光
束を2つに分けて、第1絞り開口を通して一方の光束
を、第2絞り開口を通して他方の光束を、それぞれ光電
変換素子に導き、2つの像の位相差を検出してピント合
わせを行なう自動焦点検出において、撮影レンズの開放
F値が大きくなるにつれて、上記2つの絞り開口の間隔
を小さくし、かつ各絞り開口の面積を小さくすることを
特徴としている。
【0011】上記本発明においては、開放F値が小さく
なるほど(すなわち、撮影レンズが明るくなるほど)、絞
り開口間の間隔が大きくなるので、各開放F値におい
て、最大限外側の光束(すなわち、撮影光軸から最大限
離れた位置にある光束)を利用して、精度の高い焦点検
出を行なうことができる。
【0012】さらに、開放F値が小さくなるほど、各絞
り開口間の面積が大きくなる。したがって、被写界深度
が浅い明るいレンズに対しては、絞り開口が大きくな
り、低輝度の場合であっても、多くの光を取り入れて精
度の高い焦点検出を実現できる。
【0013】また、本発明においては、被写体のコント
ラストが自動焦点検出を行なうには不十分である場合
に、上記2つの絞り開口の開口面積を小さくすることを
特徴としている。一般的に、絞り開口面積が小さいほ
ど、センサ上の像が鮮明となりコントラストが向上する
ことになるので、かかる制御を行なうことで高精度の焦
点検出を行なうことができる。
【0014】また、被写体のコントラストが自動焦点検
出を行なうには不十分である場合に、上記2つの絞り開
口の開口面積を小さくするとともに、両絞り開口の間隔
を小さくすることが好ましい。これは、絞り開口の間隔
を狭くすることで、検出可能なデフォーカス量(ピント
のズレ量)が大きくなるので、大きくボケた状態でも焦
点検出が可能となるからである。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を添付の図面を
参照して以下に詳細に説明する。図1は、本発明の一実
施形態に係る一眼レフカメラの要部断面図である。カメ
ラボディ10の正面側に取り付けられたレンズ鏡胴11を通
過した光束Aは、ハーフミラー12を通過し、サブミラー
13で反射されて、AFモジュール20に至る。
【0016】AFモジュール20内に入った光束は、コン
デンサレンズ21、反射ミラー22、絞りマスク23、再結像
レンズ24を順に通過して、CCD25上に結像される。こ
のとき、図9を参照して説明したように、位相差式で焦
点検出を行なうために、光束は、絞りマスク23に入る前
に2つに分割されている。
【0017】絞りマスクの1例(図2) 図2は、図1中に示したAFモジュール20内の絞りマス
ク23の一例を説明する概略図である。絞りマスクは、固
定マスク板230と、2枚の可動マスク片232a、bとを備
えている。固定マスク板230は、1枚の板部材であっ
て、長円形の固定開口部231a、bが一定間隔をおいて
2つ形成されている。2枚の可動マスク片232a、b
は、固定マスク板230近傍において、撮影光軸に対して
垂直方向に(すなわち、固定マスク板230の表面と平行
に)、スライド移動可能に保持されている。各可動マス
ク片232a、bには、それぞれ、長円形の開口部233a、
bが形成されている。
【0018】以上のように構成された絞りマスクにおい
ては、固定マスク板側の固定開口部231a、bと、可動
マスク片側の開口部233a、bとがオーバーラップして
形成される開口部により2つの絞り開口が構成される。
そして、固定マスク板230に対して、可動マスク片232
a、bが相対移動することにより、上記オーバーラップ
量(すなわち、各絞り開口の開口面積)が変化する。ま
た、絞り開口の開口面積の変化と同時に、両絞り開口の
間隔(すなわち、両絞り開口の重心の間隔)も変化する。
【0019】図2(B-1)〜図2(B-3)は、固定マスク
板230および可動マスク片232a、bを正面側から見た状
態を示しており、図2(A-1)〜図2(A-3)は、両者の
関係が分かり易いように、斜視図的に示したものであ
る。また、図2(B-1)〜図2(B-3)のそれぞれにおい
ては、上記オーバーラップにより構成される絞り開口に
斜線を付して表示するとともに、固定マスク板230およ
び可動マスク片232a、bを横方向から見た状態を併せ
て示すことで、開口部のオーバーラップ状態を説明して
いる。
【0020】図2(A-1)および(B-1)は、2つの可動
マスク片232a、bが最も接近した状態を示している。
この状態では、2つの絞り開口は最も接近しており、か
つ、面積も最小である。
【0021】図2(A-2)および(B-2)は、2つの可動
マスク片232a、bが少し離れた状態を示している。図
2(A-1)および(B-1)の場合に比べて、両絞り開口
は、やや離れるとともに、かつ、面積も少し大きくなっ
ている。
【0022】図2(A-3)および(B-3)は、2つの可動
マスク片232a、bが最も離れた状態を示している。両
絞り開口の間隔(すなわち、両絞り開口の重心間距離)が
最も大きくなり、かつ、面積も最大となっている。
【0023】絞りマスクの第2例(図3および図4) 図3は、絞りマスクの第2例を示している。この絞りマ
スクは、固定マスク板330と、2枚の可動マスク片332
a、bとで構成されている。固定マスク板330は、1枚
の板部材であって、2つの固定開口部331a、bが一定
間隔をおいて形成されている。各固定開口部a、bは、
互いに離れる方向に向かうにつれて上下幅が大きくなる
変則形状を為している。2枚の可動マスク片332a、b
は、固定マスク板330近傍において、撮影光軸に対して
垂直方向に(すなわち、固定マスク板330の表面と平行
に)、スライド移動可能に保持されている。各可動マス
ク片232a、bには、それぞれ、円弧状の切欠333a、b
が形成されている。
【0024】以上のように構成された絞りマスクにおい
ては、固定マスク板側の固定開口部331a、bが2つの
絞り開口を構成する。そして、固定マスク板330に対し
て、可動マスク片332a、bが相対移動することによ
り、可動マスク片が絞り開口を部分的にマスクし、これ
により、各絞り開口の開口面積が変化する。また、絞り
開口の開口面積の変化と同時に、両絞り開口の間隔(す
なわち、両絞り開口の重心間距離)も変化する。
【0025】図4(A)〜図4(C)は、固定マスク板330
および可動マスク片332a、bの相対関係を示す斜視図
である。各図においては、絞り開口に斜線を付して表示
している。
【0026】図4(A)は、2つの可動マスク片332a、
bが最も接近した状態を示している。この状態では、2
つの絞り開口は最も接近しており、かつ、面積も最小と
なっている。
【0027】図4(B)は、2つの可動マスク片332a、
bが少し離れた状態を示している。図4(A)の場合に比
べて、両絞り開口は、やや離れるとともに、かつ、面積
も少し大きくなっている。
【0028】図4(C)は、2つの可動マスク片332a、
bが最も離れた状態を示している。両絞り開口の間隔が
最も大きくなり、かつ、面積も最大となっている。
【0029】絞りマスクの第3例(図5および図6) 図5は、絞りマスクの第3例を示している。この絞りマ
スクは、固定マスク板430と、2枚の液晶マスク板440、
450とを重ね合わせて構成されている。固定マスク板430
は、1枚の板部材であって、2つの固定開口部431a、
bが一定間隔をおいて形成されている。これら2つの固
定開口部の間隔および面積を液晶マスク板440、450に対
する通電オン・オフにより変更する。
【0030】液晶マスク板440は、通電オン状態におい
て、2つの透光部441a、bを有し、それ以外の部分は
遮光性となる。また通電オフ状態においては、液晶マス
ク板440の全体が透光性となる。しかしながら、通電オ
フ状態においては、少なくとも固定マスク板430の固定
開口部431a、bとオーバーラップする部分が透光性で
あれば足りる。
【0031】通電オン状態で液晶マスク板440に現れる
2つの透光部441a、bは、固定マスク板430に形成され
た固定開口部431a、bの場合よりも、間隔(中心の間
隔)が狭くかつ面積が小さい。
【0032】液晶マスク板450も、液晶マスク板440の場
合と同様に、通電オン・オフの変化で、透光性および遮
光性が切り替わる。ただし、2つの透光部451a、bの
間隔および面積は、ともに液晶マスク板440の場合より
も更に小さく設定している。
【0033】以上のように構成された絞りマスクにおい
ては、液晶マスク板440、450に対する通電のオン・オフ
の組み合わせを選択することによって、2つの絞り開口
の間隔および面積を制御することができる。
【0034】図6はこれを説明するものであり、図6
(A)は、重ね合わされた各板の中央断面図であり、図6
(B)は、正面図である。図6(A)においては、両液晶マ
スク板440、450は、ともに通電オン状態である。
【0035】両液晶マスク板440、450がともに通電オフ
状態にあるとき、図6(B)において両絞り開口はαで表
され、その間隔および面積が最大となる。液晶マスク板
450が通電オフ状態で、液晶マスク板440が通電オン状態
にあるとき、図6(B)において両絞り開口はβで表さ
れ、その間隔および面積は中間値となる。少なくとも液
晶マスク板450が通電オン状態にあるとき、図6(B)に
おいて両絞り開口はγで表され、その間隔および面積が
最小となる。
【0036】なお、図5および図6に示した例では、液
晶マスク板を2枚使用しているが、通電オン時における
2つの透光部の中心間距離および面積が互いに異なる3
枚以上の液晶マスクを使用することも可能であり、液晶
マスクの枚数を増やすことで、絞り開口の調整を多段階
に行なうことが可能となる。
【0037】フローチャートの説明 次に、本発明の自動焦点検出装置を備えたカメラにおけ
るオートフォーカス制御の一例を、ブロック図およびフ
ローチャートを参照して説明する。
【0038】図7は、本発明に係るオートフォーカス制
御を説明するブロック図である。カメラボディに対して
選択的に取り付けられる各交換レンズ1〜3は、その内
部に配置したメモリ(ROM)内に当該レンズに固有のデ
ータ(開放F値も含まれている)を記憶している。一方、
カメラ本体内のメモリには、「撮影レンズの開放F値」
と「各開放F値に対する適正な絞り開口の間隔および面
積」とが、予め記憶されている。なお、具体的な記憶内
容は、AF装置内で実際に使用されている絞りマスクに
応じて異なる。
【0039】図8のフローチャートでは、図5および図
6で説明した液晶タイプの絞りマスクを使用する例を説
明する。
【0040】AF制御がスタートすると、まず、装着さ
れている交換レンズ内のメモリから当該レンズの開放F
値を読み出し(♯10)、カメラ本体内に記憶された開放F
値に対する適正な絞り開口間隔と照合して、適正なマス
ク間隔を決定する(マスク間隔が決まると、開口面積も
決まってくる)。決定されたマスク間隔に対応させて、
液晶のオン・オフが制御される(♯11)。
【0041】開放F値がA以下である場合(もっとも明
るい場合)、液晶マスク板440、450がともに通電オフ状
態となり、2つの絞り開口間の間隔および開口面積がと
もに最大となる(図6(B)中のα)。開放F値がAよりも
大きくB以下である場合(中間の明るさの場合)、液晶マ
スク板440が通電オン状態、液晶マスク板450が通電オフ
状態となり、2つの絞り開口間の間隔および開口面積が
ともに中間値となる(図6(B)中のβ)。開放F値がBよ
りも大きい場合(もっとも暗い場合)、液晶マスク板44
0、450がともに通電オン状態となり、2つの絞り開口間
の間隔および開口面積がともに最小となる(図6(B)中
のγ)。
【0042】なお、交換レンズがズームレンズであっ
て、ズーミングに応じて開放F値も変化する場合には、
当該開放F値の変化に対しても、液晶のオン・オフが制
御される(♯12)。
【0043】開放F値に応じた絞り開口間隔が決定する
と、実際のオートフォーカス制御が実行される(♯13→
♯14→♯15)。
【0044】♯16では、被写体のコントラストが位相差
検出に十分であるか否かが判断される。十分なコントラ
ストがある場合には、AF演算で求められたデフォーカ
ス量の絶対値が所定値以下で合焦と判断できるか判定し
(♯17)、合焦と判断できる場合は一連のAF制御を終了
する(♯18)。デフォーカス量の絶対値が所定値よりも大
きくて合焦と判断できない場合には、ピント合わせのた
めに実際にレンズを駆動し(♯19)、駆動終了後、引き続
き焦点検出を行うため、♯12に戻り一連のAF制御を続
ける。
【0045】♯16でコントラストが不十分であると判断
された場合には、レンズスキャン処理を行なう(♯20)。
この処理自体は公知の技術であるが、簡単に説明すると
次の通りである。例えば、近くにある被写体の撮影直後
に、遠方の被写体を撮影しょうとする場合等を考える。
遠方の被写体にカメラを向けたその時点では、ピントが
大きくズレているので、被写体のコントラストがあまり
に低くく、このため、位相差を検出することができない
(すなわち、ピント合わせができない)。この場合には、
予め定めたパターンでレンズを移動させ、位相差を検出
できる程度のコントラストが検出された時点で位相差を
検出する。これをレンズスキャン処理といい、一般的に
知られている技術である。
【0046】レンズスキャン処理によって十分なコント
ラストが検出された場合は、♯19へと進んで、上述した
レンズ駆動以下の処理を行なう(♯21→♯19)。レンズス
キャン処理によっても十分なコントラストが得られない
場合には、絞り開口間の間隔を狭くし、開口面積を小さ
くした上でレンズスキャン処理を行なう(♯21→♯22→
♯20)。
【0047】レンズスキャン処理によっても十分なコン
トラストが得られない場合に、絞り開口間の間隔を小さ
くし、開口面積を小さくする理由は、一般的に、絞り面
積を小さくした方がセンサ上の像が鮮明となりコントラ
ストを向上することができるからである。また、開口間
隔を狭くすることで、検出可能なデフォーカス量(ピン
トのズレ量)の範囲が大きくなり、より小さいレンズス
キャン動作で焦点検出が可能となるからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係るカメラの要部断面
図である。
【図2】 図1のカメラにおいて採用されている、絞り
マスクの第1例を示す説明図である。
【図3】 図1のカメラにおいて採用されている、絞り
マスクの第2例を示す説明図である。
【図4】 図1のカメラにおいて採用されている、絞り
マスクの第2例を示す説明図である。
【図5】 図1のカメラにおいて採用されている、絞り
マスクの第3例を示す説明図である。
【図6】 図1のカメラにおいて採用されている、絞り
マスクの第3例を示す説明図である。
【図7】 本発明に係るAF制御を実行するための機能
ブロック図である。
【図8】 本発明に係るAF制御を説明するフローチャ
ートである。
【図9】 位相差検出方式のオーフォーカスを説明する
概略図である。
【符号の説明】
1 絞りマスク 2 再結像レンズ 3 光電変換素子 10 カメラボディ 11 レンズ鏡胴 12 ハーフミラー 13 サブミラー 20 AFモジュール 21 コンデンサレンズ 22 反射ミラー 23 絞りマスク 24 再結像レンズ 25 CCD 230 固定マスク板 231a、b 固定開口部 232a、b 可動マスク片 233a、b 開口部 330 固定マスク板 331a、b 固定開口部 332a、b 可動マスク片 333a、b 切欠 430 固定マスク板 431a、b 固定開口部 440 液晶マスク板 441a、b 透光部 450 液晶マスク板 451a、b 透光部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 努 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 玉井 啓二 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 2H011 BA23 BB01 DA00 2H051 AA01 BA04 CB06 CD11 CD28 CD29

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撮影レンズからの光束を2つに分けて、
    第1絞り開口を通して一方の光束を、第2絞り開口を通
    して他方の光束を、それぞれ光電変換素子に導き、2つ
    の像の位相差を検出してピント合わせを行なう自動焦点
    検出装置において、 一定間隔をおいて設けられ上記2つの絞り開口を与える
    2つの開口部を有する固定マスク板と、固定マスク板近
    傍に、撮影光軸に対して垂直方向にスライド可能に配置
    されて、各開口部の開口量を変更する2つの可動マスク
    片と、から構成される絞りマスクと、 撮影レンズの開放F値が大きくなるにつれて、上記2つ
    の絞り開口の間隔が小さくなり、かつ各絞り開口の面積
    が小さくなるように、上記可動マスク片のスライド移動
    を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする、自
    動焦点検出装置。
  2. 【請求項2】 撮影レンズからの光束を2つに分けて、
    第1絞り開口を通して一方の光束を、第2絞り開口を通
    して他方の光束を、それぞれ光電変換素子に導き、2つ
    の像の位相差を検出してピント合わせを行なう自動焦点
    検出装置において、 一定間隔をおいて設けられ上記2つの絞り開口を与える
    2つの開口部を有する固定マスク板と、通電のオン・オ
    フにより透光面積を切換可能な2つの透光部を有する液
    晶マスク板と、から構成された絞りマスクであって、各
    透光部は、通電オフ時において固定マスクの一方の開口
    部の全面積をカバーするとともに、通電オンにより同開
    口部の一部を遮光して、両開口部の間隔および各開口部
    の面積を小さくする絞りマスクと、 撮影レンズの開放F値が大きくなるにつれて、上記2つ
    の絞り開口の間隔が小さくなり、かつ各絞り開口の面積
    が小さくなるように、上記液晶マスク板への通電状態を
    制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする、自動
    焦点検出装置。
  3. 【請求項3】 上記絞りマスクは、1つの固定板と、複
    数の液晶マスク板とで構成されており、各液晶マスク板
    が有する2つの透光部は、通電オン状態における間隔お
    よび面積が互いに異なっていて、 各液晶マスクへの通電のオン・オフ状態の組み合わせに
    よって、上記2つの絞り開口の間隔および面積を変更で
    きることを特徴とする、請求項2記載の自動焦点検出装
    置。
  4. 【請求項4】 撮影レンズからの光束を2つに分けて、
    第1絞り開口を通して一方の光束を、第2絞り開口を通
    して他方の光束を、それぞれ光電変換素子に導き、2つ
    の像の位相差を検出してピント合わせを行なう自動焦点
    検出方法において、 撮影レンズの開放F値が大きくなるにつれて、上記2つ
    の絞り開口の間隔を小さくし、かつ各絞り開口の面積を
    小さくすることを特徴とする、自動焦点検出方法。
  5. 【請求項5】 撮影レンズからの光束を2つに分けて、
    第1絞り開口を通して一方の光束を、第2絞り開口を通
    して他方の光束を、それぞれ光電変換素子に導き、2つ
    の像の位相差を検出してピント合わせを行なう自動焦点
    検出方法において、 被写体のコントラストが自動焦点検出を行なうには不十
    分である場合に、上記2つの絞り開口の開口面積を小さ
    くすることを特徴とする、自動焦点検出方法。
  6. 【請求項6】 被写体のコントラストが自動焦点検出を
    行なうには不十分である場合に、上記2つの絞り開口の
    開口面積を小さくし、かつ両絞り開口の間隔を小さくす
    ることを特徴とする、請求項5記載の自動焦点検出方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008242182A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Nikon Corp 焦点検出装置、焦点検出方法および撮像装置
JP2012058747A (ja) * 2011-11-01 2012-03-22 Nikon Corp デジタルカメラ
US9900492B2 (en) 2014-04-21 2018-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Imaging device and photographing apparatus

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