JPH01120518A - 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〕 本発明は焦点検出装置に関し、特に対物レンズの焦点調
整状態を検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

写真用カメラあるいはビデオカメラが自動焦点調節のた
めの検出装置を内蔵するのは極（普通の事になっている
。但し、測距範囲を決めるのはファインダーの中央で行
う様になっており、ファインダー画面内の所望の位置の
被写体に焦点を合わせるカメラはまだ実現されていない
。

即ち画面の中央に測距視野が設定されていると、被写体
の主要部が画面の中央に位置する場合は問題がないもの
の、画面の中央を外れている場合は誤測距を起し、ピン
トのポケた写真となる不都合がある。この難点を解消す
るために、−度カメラを横に振って画面の中央に被写体
の主要部を入れて測距を行い、その時の焦点調節状態を
保ったままカメラの方向を戻した後、シャッターレリー
ズする操作を行える様になっているが、操作が面倒であ
るし、急いでいる場合には実行できない場合もある。例
えば横に移動する被写体が画面の中央を外れた位置に在
る写真を取ると云った要求に答えるのは難しかりた。

一方、対物レンズによる結像光束を一組の再結像レンズ
へ導き、これらレンズにより形成された光量分布を光電
変換素子の画素列で受け、両光量分布の間隔から対物レ
ンズの焦点調節状態を検出する装置は周知である。

上述の画面中央以外に位置する被写体に対して、カメラ
を振ることなく測距したいと云う要求を充たすための一
法として、光軸の上に配した画素列の外側に別の画素列
を配置し、新たに設けた画素列は画面の中央を外れた被
写体像を受けることが考えられる。

〔本発明が解決すべき問題点〕

しかしながら、光学レンズには一般に収差が残存し、対
物レンズの光軸上もしくは光軸に近い測距視野と光軸か
ら離れた測距視野とでは画素列上での結像状態が大きく
異なるため、光軸から離れた測距視野では光軸に近い測
距視野と同様の検出は実現できず、そのため実際の検出
は光軸に近い測距視野に制限される難点がある。

本発明はこの難点を解消し、対物レンズの光軸に近い位
置のみならず光軸から離れた位置にも測距視野を設定で
きる様にすることを目的とする。

そしてこの目的を達成するため、対物レンズの予定結像
面の近傍に配され、夫々異なったフィールドレンズの作
用を果たす複数の部分を有する光学手段と、該光学手段
からの光束を受け、対物レンズの焦点調節状態に応じて
相対位置の変化する光量分布を形成する再結像手段と、
前記光量分布を受ける画素列を複数有し、光量分布を゛
電気的信号に変換する光電変換手段を具え、前記画素列
の所定の１つは前記光学手段の部分の所定の１つからの
光束を受ける様になっている。但し、ここで光と呼んで
いるのは可視光のみならず、赤外、近赤外光も勿論含ん
でいる。

〔実施例〕

本発明の焦点検出装置は、銀塩フィルムを使う一眼レフ
レックスカメラや、−眼レフレックス電子カメラあるい
はビデオカメラに使われる他、記録装置や加工機械の位
置検出装置あるいはロボットの目などに使用できる。

第６図は使用形態の一例で、−眼レフレックスカメラの
光学系を描いており、１０はカメラボディ、２０は着脱
交換可能もしくは固設のレンズ鏡筒を示す。２１は対物
レンズで、１はその光軸である。光軸１は半透過域を具
えるクイックリノ ２３、ペンタプリズム２４．接眼レンズ２５が順装置さ
れ、視認のためのファインダ系を構成する。

又透過された光軸に沿って可動サブミラー２６、次いで
本発明に係・る焦点検出装置２７が配され、焦点検出装
置２７の出力で図示しない駆動器が作動し、対物レンズ
２１の位置が調節される。尚、可動サブミラー２６はク
イックリターンミラー２２に保持されている点は周知の
通りである。

２８は被写体照明装置の例えばＬＥＤの如き光源で、投
影パターンが形成された投影チャート２９を照明し、透
過光は投光レンズ３０で投光される。

以下、２７で示した焦点検出装置の構成を第１図乃至第
３図を使って説明する。第１図は斜視形態、第２図は縦
断面形状、第３図は単一チップから成る光電変換デバイ
スの画素列と光量分布との位置関係を示している。４２
は多孔視野マスクで、図中、横方向に長辺を持ち、並列
された矩形開口を具え、例えば第６図の対物レンズ２１
の予定結像面近傍に配される。４３は近赤外光より長波
長光を遮断するフィルター。５０は分割フィールドレン
ズで、対物レンズの予定結像面から若干ずらして配置す
る。分割フィールドレンズ５０は後述する様に光学作用
を異にするレンズ部５０ａ−５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、
５０ｅ、５０ｆ・５０ｇ、から成っており、これらの部
分はレンズ厚又はレンズ面の曲率半径の一方あるいは両
方を変えることで形成される。尚、各レンズ部を別体で
構成する場合は屈折率を異にする素材で作ることもでき
る。

５１と５３は２孔絞り５２を挟んで再結像レンズユニッ
トを形成し、凸レンズ５１は入射光を一平行光に近い状
態に変換しく光学作用は特公昭６２−３３５６４号に述
べられている）、また２枚の凸レンズ５３ａ、５３ｂを
並べて接合した２像形成レンズ５３は対物レンズで結像
された物体像の２次像を２つ形成する。前述の２孔絞り
５２は、図面中、横方向に並んだ縦に長い楕円開口５２
ａ、５２ｂを具える。

５４は像面湾曲補正用の凹レンズで、光電変換デバイス
５５（第２図、第３図）を収容する透明プラスチックパ
ッケージ５６上に配設される。

尚、分割フィールドレンズ５０．再結像レンズユニット
の凸レンズ５１、凹レンズ５４は縦長に整形されている
が、いずれも回転対称の球面レンズ系である。

多孔視野マスク４２の開口４２・・・４２ｇを通った光
束は、第２図に示すように分割フィールドレンズ５０の
レンズ部５０ａ・５０ｂ、５０ｃ。

５０ｃｌ、５０ｅ、５０　ｆ　・５０ｇを透過して、光
電変換デバイス上に夫々、物体の２次像を形成する。第
３図はこの様子を示したもので、６０ａと６０　ｂ、−
，６０ｍと６０ｎおよび６２ａと６２ｂが多数の画素よ
り成る画素列の組で、６２ａ。

６２ｂ上には後述する物体照明装置の発光波長とほぼ等
しいバンドパス特性を有するフィルターが形成されてい
る。これらの画素列に対応して多孔視野マスクの開口４
２ａ・・・４２ｇの像６１　ａ・・・６１ｎが投影され
、この内部に物体の２次像が形成される。その際、多孔
視野マスク４２の各開口の幅と各開口間の遮光帯４２ｈ
・・・４２ｍの幅及び光電変換デバイス５５上の画素列
の幅と画素列のピッチに合わせてマスク４２とデバイス
５５を中継する光学系、特に分割フィールドレンズの各
レンズ部や再結像レンズユニットの屈折力が調定されて
いるので、多孔視野マスクの遮光帯４２ｈ・・・４２ｍ
はそれぞれ所定の開口を射出した光束の一部が、この開
口と一対一で対応する画素列以外の画素列へ入射゛する
のを防止する。また視野マスク像は、絞り開口５２ａ、
５２ｂおよびレンズ部５３ａ、５３ｂの作用により多孔
視野マスク４２の１つの開口につき２個横方向に並んで
形成され、物体像の予定結像面に対する位置に関係して
その内部の物体の２次像は伴に矢印Ａ方向およびＢ方向
に移動する。したがって、各画素列の組は対となる２次
像に関する光量分布の相対的間隔を光電変換出力に基い
て検出することから、複数点の測距位置について対物レ
ンズのピント状態を知ることができる。

尚、画素列は視野マスク像の歪みに合わせた形状とし、
上記の２次像の移動方向と画素列方向が完全に一致する
ように構成するのが望ましい。また各画素列は分離され
た形で組を作っているが、１本の画素列の２つの範囲を
割り当てて組を作っても良い。

分割フィールドレンズの作用を次に説明するが、比較の
ために本発明の実施例に係る分割フィールドレンズと多
孔視野絞りの替りに従来のフィールドレンズ１０１と単
孔視野マスク１００を設けた構成（第７図）でまず作用
の説明をする。

測距視野内の光軸上の点Ｐと光軸外の測距視野内の点Ｑ
はどちらも予定結像１面上にあるが、これらが視野マス
ク開口１００ａを通して光電変換デバイス５５上に投影
される際の光束の様子は第８図のようになる。図中１１
２でおよび１１３はそれぞれ点Ｐおよび点Ｑから発した
光線であり、その結像点は光電変換素子上の点Ｒと凹レ
ンズ５４内の点Ｓである。−眼レフカメラにこの焦点検
出装置を適用した場合には、点Ｐと点Ｑの距離は６〜１
５（ｍｍ）であり、さらに点Ｐから光電変換素子までの
距離も２０〜３５（ｍｍ）と制限されるため、仮に像面
湾曲補正用凹レンズ５４を用いても、このような測距視
野による２次像面のズレは解消できない。この結果、測
距視野によって焦点・検出精度が大きく変化し好ましく
ない。

一方、光軸１の近傍の測距視野と光軸１から離れた測距
視野を通る光束がどちらも対物レンズ２１でケラレない
ようにすることが簡単なフィールドレンズ構成では極め
て難かしい。

光束のケラレについて、第９図を用いて説明する。図中
１１４および１１５は、２孔絞りの２つの開口を各画素
列位置ごとに視野マスク諸口１００ａを通して対物レン
ズ２１の射出瞳上に逆投影した像であり、逆にこの領域
１１４，１１５を通って視野マスク開口１００ａを通過
した光束は絞りを通り光電変換デバイスまで到達する。

したがって、図のように逆投影領域１１４，１１５が対
物レンズの射出瞳からはずれている場合には、光電変換
素子上に達するべきＡＦ光束が対物レンズでケラレるた
めに、焦点検出精度が著しく低下するか、延ては焦点検
出不能となる。

以上の光学作用上の難点を補正することは通常のフィー
ルドレンズではできないため、多孔視野絞りの外側の開
口を射出した光束と光軸に近い開口を射出した光束は別
異のフィールドレンズで補正すれば補正することができ
る。

次に第４図、第５図を用いて本発明による分割フィール
ドレンズの効果を説明する。第４図は、予定結像面上に
ある光軸上の測距視野内の点Ｔ（第２図）と光軸外の測
距視野内の点Ｕが視野マスク開口４２ｄ、４２ｇを通し
て光電変換素子上に投影される様子を表わし、図中７０
は点Ｔより発した光線、７１は点Ｕより発した光線であ
る。

第２図に示したように、光線７０はフィールドレンズの
中央のレンズ部５０ｄを透過し、一方、光線７１は周辺
のレンズ部５０ｆ・５０ｇを透過している。このとき、
これら２つのレンズ部は光電変換デバイス上の結像状態
を揃えるように構成され、定性的には５０ｆ・５０ｇの
方のレンズ厚を増していることにより、点１２点Ｕの結
像点はどちらも光電変換デバイス上に位置した点ｖ、Ｗ
となる。この結果、各測距視野の焦点検出精度を一様に
高（保つことが可能となる。

第５図は、絞り５２の２つの開口５２ａ、５２ｂを多孔
視野マスクの最も端の開口４２ａと光軸上の視野マスク
開口４２ｄを通して対物レンズの射出瞳上に逆投影した
像を示し、図中、８０ａ。

８１ａおよび８０ｂ、８１ｂはそれぞれ絞り開口５２ａ
、５２ｂ　（第１図）の逆投影像であり、８０ａ、８１
ｂは視野マスク開口４２ｄを通過したもの、８１　ａ、
　８　ｌ　ｂは視野マスク開口４２ａを通過したもので
ある。図より分るように測距視野毎にフィールドレンズ
を最適化することにより、どの測距視野位置でも焦点検
出光束がケラレることない構成が可能である。この結果
測距視野位置を光軸１の近傍に限定されることなく、広
範囲に設定することが可能となる。

尚、フィールドレンズの接合部５０ｈ〜５０ｇへ向う光
は視野マスクの遮光帯４２ｈ、４２ｉ。

４２ｆ、４２ｍによって遮光され、この部分への光入射
によるゴースト光の発生を防いでいる。

また、図示の分割フィールドレンズはプラスチックの一
体成形で作られているが、各レンズ部をそれぞれ作成し
た後、結合して構成することもできる。

第１０図は測距視野の配置を示しており、第６図の一眼
レフレックスカメラに即して言えば、フォーカシングス
クリーン２３上で、その長辺方向の中心軸上に測距視野
９１ａ・・・９１ｇおよび９２が平行に並ぶ様にレイア
ウトされている。

そして第３図の画素列の組６０ａ・６０ｂ・・・６０ｍ
・６０ｎを両結像レンズユニットで予定結像面上へ逆投
影し、他方フォーカシングスクリーン２３の測距視野を
予定結像面上に置き換えれば、画素列の組と測距視野は
夫々重なり合うことになる。画素列の組の並び方向をカ
メラボディ内の部材に関係付けて言えば、クイックリタ
ーンｆ７ ミラー２２の半透明、（光分割面）を含む面と可動サブ
ミラー２６を含む面の交線方向（図面に垂直方向）に一
致した方向である。

この配置を採ることで、可動サブミラーの上下方向の幅
を拡大することなく、一端の測距視野から他端の測距視
野までの範囲を最大限大きくすることができる利点があ
る。

第１１図の横縞パターンは、低コントラストあるいは低
輝度の物体に投影する投影パターンの一例を示しており
、第６図のチャート２９に描かれている。本図を物体上
に投影した投影パターン像と仮定すると、９３は第３図
の画素列の組６２ａ・６２ｂを物体上に逆投影した時の
測距範囲を示している。前述した様に、画素列６２ａ・
６２ｂ上には照明光源２８（第６図）の発光波長とほぼ
等しい波長のバンドパスフィルターが形成されており、
画素列は物体で反射した投影パターンを選別して感知す
る。これにより、通常は検出の難しい物体にも強制的に
コントラストを付加し、画素列６２ａ・６２ｂによる焦
点検出が可能となる。因みに９４は画素列６０ｇ・６２
ｈによる物体上測距範囲である。

以上の構成で、光電変換デバイス５６（第１図等）から
の電気信号は、各画素列ごとに読み出され、例えば各測
距視野ごとに合焦状態の演算を施連続性を検定し、連続
性の強い範囲内の近い物体を選択するとか、予め所定の
測距視野を選んでおいて、そこに入り込んだ物体に焦点
合わせを行うと言った種々の信号処理アルゴリズムを選
択し得る。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、各測距視野ごとの光学性
能の相違を緩和できるから、中心部の測距視野のみなら
ず外側の測距視野の焦点検出精度も一様に高く保つこと
ができる。従って、中心から外れた測距視野を含む多点
測距を実現できる効果がある。

また簡単なフィールドレンズ構成で測距視野位置を比較
的自由に設定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図。第２図はその光
学断面図。第３図は光電変換デバイスの正面図。第４図
は光学部分断面図。第５図は斜視図。第６図はカメラへ
の適用例を示す構成の断面図。第７図は作用の比較説明
のための光学断面図。第８図は光学部分断面図。第９図
は作用の比較説明のための斜視図。第１０図は観察視野
の平面図。第１１図は投影パターンと画素列の関係を示
す図。 図中４２は多孔視野マスク、５０は分割フィールドレン
ズ、５０ａ・・・５０ｇはレンズ部、５１は再結像レン
ズユニットの凸レンズ、５３は２像形成レンズ、５２は
２孔絞り、５５は光電変換デバイス、６０　ａ−６０ｎ
　、　　６２　ａ　、　６２　ｂは画素列である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの焦点調節状態を検出するための装置
   において、 対物レンンズの予定結像面の近傍に配され、夫々異なっ
   たフィールドレンズの作用を果たす複数の部分を有する
   光学手段と、該光学手段からの光束を受け、体物レンズ
   の焦点調節状態に応じて相対位置の変化する光量分布を
   形成する再結像手段と、前記光量分布を受ける画素列を
   複数有し、光量分布を電気的信号に変換する光電変換手
   段を具え、前記画素列の所定の１つは前記光学手段の部
   分の所定の１つからの光束を受ける様にしたことを特徴
   とする焦点検出装置。
2. （２）前記光学手段は一体成形されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の焦点検出装置。