JPH0258012A - 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】 Ａ、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。

Ｂ、従来の技術 従来のこの種の装置として第９図に示すものが知られて
いる。焦点検出面１上で、撮影レンズの光軸ＬＸと交わ
る位置（ロ）を中心とする±２〜±３ｍｍ程度の領域（
イ）〜（ハ）を焦点検出領域として、この範囲の像を一
対の再結像レンズ２ａ。

２ｂによりＩＣ基板３上のイメージセンサ部３ａ。

３ｂ上に結び１両イメージセンサ部３ａ、３ｂの画像出
力から相対的像ずれ量を検知して焦点検出を行なう。

ところで−眼レフカメラの焦点検出装置では。

Ｆ５．６前後の開放Ｆ値をもつ交換レンズに対しても焦
点検出光学系にケラレが生じないようにする必要がある
。Ｆ５．６の撮影レンズの射出瞳位置は、多くの場合、
ハツチングで示す５０ｍ＋ａ〜２００ｍｎ＋程度の範囲
のどこかにあることが多く、射出瞳位置がこの程度の範
囲にあるＦ５．６レンズでケラレが生じないためには、
検出光束の広がりαをＦ７前後にする必要がある。

さらにフィールドレンズ６により再結像レンズ２ａ、２
ｂの開口を射出隨位［１００ｍｍ前後（図中Ｌ、の範囲
）に投影するようにすれば、光軸から像高２〜３ｍｍの
点（イ）、（ハ）を通る光束（破線）についても、射出
瞳位置が５０ｍｍ〜２００ｍｎ＋のＦ５．６レンズに対
してケラレなしに焦点検出が可能である。この様な構成
をとることにより、従来の焦点検出装置においては、像
高さ３ｍｍ程度の範囲についてケラレなしに焦点検出が
可能であった。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 ところで光軸中心から３〜４ｍｍ以上離れた位置（ニ）
、（ホ）、（へ）を焦点検出領域にして焦点検出を行な
いたいという要求がある。そこで、例えば像高７ｍｍの
点（ホ）を中心とする（二）。

（ホ）、（へ）を焦点検出領域とするように再結像レン
ズ４ａ、４ｂとＩＣ基板５とを第９図のように配置する
。ここで、この焦点検出光学系を、再結像レンズ４　ａ
　、’４　ｂの開口がフィールドレンズ６によりほぼ射
出瞳位置１００ｍｍの所に共役像を作るように構成する
ものとする。この場合、図から明らかなごとく、焦点検
出領域（ニ）。

（ホ）、（へ）に対してＦ５．６の撮影レンズを使用し
てもケラレが生じないのは、撮影レンズの射出瞳位置が
１００ｍｍ前後のＬｌの範囲に入っている場合だけであ
る。したがって、使用できる交換レンズが制約を受け、
実用上問題が多い。

本発明の目的は、撮影レンズの光軸から離れた位置を焦
点検出領域の中心とした場合でも各種の射出瞳位置をも
つ撮影レンズに対して正確に焦点検出を行ない得る焦点
検出装置を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明は、撮影レンズの光軸から外れた位置を焦点検出
領域の中心とし該焦点検出領域で焦点検出を行なう焦点
検出装置に適用される。

そして、上述の問題点は、撮影レンズによりその予定焦
点面上に形成される対象物体の光像を、焦点検出領域に
おいて少なくとも３つの同一光像として再結像する少な
くとも３つの再結像光学系（例えば第２図に符号２１４
ｉａ、２１４ｘｂ。

２１４ｘｃで示す）と、これら少なくとも３つの光像を
それぞれ光電変換する少なくとも３つのイメージセンサ
（例えば第３図（ｃ）に符号Ｘａ。

Ｘｂ、Ｘｃで示す）と、これら３つのイメージセンサの
うち少なくとも２つの出力を用いて、一対の光像の相対
的変位を検出する焦点検出手段とを備え、各再結像光学
系の瞳中心を一直線上に並べることにより解決される。

３つの再結像光学系にケラレが生じているか否かを示す
情報に基づいて、３つのイメージセンサのうちケラレが
生じていない２つを判定する判定手段を更に備えてもよ
い。

Ｅ０作用 軸外の焦点検出領域において、３つの再結像レンズによ
り焦点検出用の３つの光像が３つのイメージセンサ上に
それぞれ投影される。焦点検出光学系の瞳の共役像位置
と撮影レンズの射出瞳位置とを適切に定めれば、３つの
光像のうち外側のいずれか一方がケラレる場合に外側の
他方の光像はケラレない。そこで、中央の光像と外側の
ケラレのない光像とが投影される一対のイメージセンサ
の出力により焦点検出を行なうことができる。

Ｆ、実施例 本発明の実施例を第１図〜第６図を用いて説明する。

第１図（ａ）において、交換可能な撮影レンズ鏡筒１０
０は、ボディ２００のレンズ駆１．ＩＩ装置２０１から
の駆動力をカップラ１０１で受け、ギアトレイン１０２
を介して可動レンズ１０３を動かす周知の構成である。

撮影レンズ鏡筒１００内に設けられた記憶手段１０４に
は、撮影レンズの開放Ｆ値および射出瞳位置情報が記憶
されており、ボディ２００との接点１０５を介して必要
に応じボディ内の演算・制御部２００によりそれらのデ
−夕が読み出される。

撮影レンズを通った光の一部はクイックリターンミラー
２０３の中央の半透部とサブミラー２０４を介して焦点
検出装置の光学系２１０へと導かれる。ここで、この実
施例における焦点検出光学系２１０は、第１図（ｂ）に
示すとおり、従来と同様に撮影レンズの光軸上に配置さ
れた光学系Ｙと、光軸から所定距離だけ離れそれぞれ対
称に配置された光学系Ｘおよび２とを有する。各光学系
Ｙ、Ｘ、Ｚは焦点検出領域以外の余分な光をカットする
視野絞り２１１と、フィールドレンズ２１２と、再結像
レンズの瞳を決める絞り板２１３と、再結像レンズ２１
４と、複数個のイメジセンサを備えたＩＣ基板２１５と
から成る。

この第１図（ｂ）はフィルム面側から焦点検出光学系２
１０を見た図である。

光学系Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれのイメージセンサ上に形成
された光像に関する各画像出力は、第１図（ａ）のイン
タフェース部２０５を介してメモリ部２０６に記憶され
る。演算・制御部２０２は、視差を異にする一対の画像
出力に関して相対的像ずれ量を周知の方法で算出し、こ
れに基づいてレンズ駆動装置２０１を所定量駆動して合
焦を達成し、このとき、表示装置２０７を点灯する。

第２図、第３図は第１図（ｂ）をさらに詳細に図示した
もので、第２図が各焦点検出光学系Ｙ。

Ｘ、Ｚの側面図、第３図（ａ）が視野絞り２１１の正面
図、（ｂ）が絞り板２１３の正面図、（Ｃ）がＩＣ基板
２１５の正面である。視野絞り２１１は、３つの光学系
ｙ、ｘ、ｚ用の開口２１１Ｙ。

２１１Ｘ、２１１２を有する。絞り板２１３も同様に、
３つの光学系ｙ、ｘ、ｚ用の絞り（ＩＩ！３）ｙａ、ｙ
ｂ、ｘａ、ｘｂ、ｘｃ、ｚａ、ｚｂ。

ｚｃを有する。図かられかるとおり、３つの瞳ｘａ、ｘ
ｂ、ｘｃはその瞳中心が一直線」二にくるように配置さ
れる。またＩＣ基板２１５も同様に、３つの光学系ｙ、
ｘ、ｚ用のイメージセンサＹａ。

Ｙｂ、Ｘａ、Ｘｂ、ＸｃおよびＺａ、Ｚｂ、Ｚｃを有す
る。なお、光学系ＸとＺは撮影レンズの光軸に関して対
称に配置されており、光学系Ｚに関しては光学系Ｘと対
称な点を除いて同様なので説明を省略する。

また、第２図に示すとおり光学系Ｙの再結像レンズは従
来通り一対のレンズ２１４ｙａ、２１４ｙｂを有し、光
学系Ｘの再結像レンズは３つのレンズ２１４ｘａ、２１
４ｘｂ、２１４ｘｃを有する。そして、この実施例のフ
ィールドレンズ２１２は、再結像レンズの各開口の兵役
像をほぼ射出瞳位ＩＷ１００ｍｍの所に形成し、検出光
束の広がりαをＦ７程度としている。

さらに、撮影レンズの光軸上の焦点検出領域（イ）〜（
ロ）〜（ハ）の像はイメージセンサＹａ、Ｙｂ上に形成
され、焦点検出領域（ニ）〜（ホ）〜（へ）の像は３つ
の再結像レンズ２１４ｘａ、２１４ｘｂ、２１４ｘｃお
よびその前におかれた３つの瞳ｘａ、ｘｂ、ｘｃを介し
てイメージセンサＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ上に形成される。第
２図の符号２１５ａ、２１５ｂは隣からの迷光が入らな
いようにするための遮光板である。

次に、このように構成された焦点検出光学系Ｘに関し、
装着される撮影レンズの射出瞳と検出光束のケラレとの
関係について第４図、第５図により詳述する。

第４図は、Ｆ５．６のレンズについて光学系Ｘの検出光
束が射出瞳位置のどの範囲でケラレるかを説明する図、
第５図は、撮影レンズの射出瞳をフィールドレンズ２１
２により絞り２１３の瞳位置に投影した図である。

第４図および第５図から次のことがわかる。

■射出瞳位置が１００ｍｍ前後のＬ２の範囲にある撮影
レンズについては、再結像レンズ２１．４ｘａ、２１４
ｘｂ、２１４ｘｃのいずれの検出光′束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌ
ｃもケラレず、従ってイメージセンサＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ
の３つの画像出力はすべて焦点検出に利用できる。

■射出瞳位置が５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度のＬ工の範囲に
ある撮影レンズについては、検出光束Ｌｃはケラレが生
じるため、イメージセンサＸｃの画像出力は利用できな
い。しかし、検出光束Ｌａ。

Ｌｂはケラレが生じないので、イメージセンサＸａ、Ｘ
ｂの画像出力から像ずれを検出して焦点検出が可能であ
る。

■射出瞳位置が１４２０〜２００＋＋＋ａ程度のり。

の範囲にある撮影レンズについては、検出光束Ｌａはケ
ラレが生じて使えない。しかし、検出光束Ｌｂ、Ｌｃは
ケラレが生じないので、イメージセンサＸｂ、Ｘｃの画
像出力から像ずれを検出して焦点検出が可能である。

光学系Ｙについては常にケラレが生じないので、イメー
ジセンサＹａ、Ｙｂの画像出力から焦点検出が可能であ
る。つまり、光軸に沿う焦点検出光学系Ｙでは常にイメ
ージセンサＹａ、Ｙｂ対により焦点検出が行なわれる。

ここで、焦点検出光学系Ｘ、Ｚにおいては、視差を異に
する一対の画像出力としていずれのイメージセンサの画
像出力を用いるかが、演算・制御部２０２において次の
表１のように決定される。

上述した焦点検出光学系Ｘ、ｚにおいては、装着される
撮影レンズの射出瞳位置と開放Ｆ値とにより、表１のよ
うに、検出光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのいずれもケラレが生
じない条件Ａ、検出光束ＬＣがケラレる条件Ｂ、検出光
束Ｌａがケラレる条件Ｃが予め判る。例えば、射出瞳位
置が９０〜１０９．９ｍｍにあり開放Ｆ値が５．６以下
ならば条件Ａ、射出瞳位置が５０〜５９．９ｍｍにあり
開放Ｆ値が２．８を越え５．６以下ならば条件Ｂ、射出
瞳位置が１１０〜１２９．９ｍｍにあり開放Ｆ値が５を
越え５．６以下ならば条件Ｃのように決定される。

そして、条件Ａの場合は画像対のとり方として、光学系
Ｘに関しては、イメージセンサＸａとＸｂ。

イメージセンサｘｂとＸｃ、イメージセンサＸａとＸｃ
の各対のいずれでも利用可能であり、光学系２に関して
は、イメージセンサＺａとＺｂ、イメージセンサｚｂと
Ｚｃ、イメージセンサＺａとＺｃの各対のいずれでも利
用可能である。また条件Ｂの場合は画像対のとり方とし
て、光学系Ｘ。

２について、イメージセンサＸａとｘｂ、イメジセンサ
Ｚａとｚｂの対となる。さらに条件Ｃの場合には画像対
のとり方として、光学系Ｘ、Ｚについて、イメージセン
サｘｂとＸｃ、イメージセンサｚｂとＺｃの対となる。

なお条件Ａの場合、３通りの選択が可能であるが、基線
長の大きいイメージセンサＸａ、Ｘｃの対と、Ｚａ、Ｚ
ｃの対を用いるのが検出精度上有利である。

次に、第６図のフローチャートにより焦点検出動作を説
明する。

ステップＳ１で演算・制御部２０２は撮影レンズのメモ
リ部１０４から開放Ｆ値と射出瞳位置ＰＯを読み取る。

ステップＳ２で演算・制御部２０２は、第１表に基づい
て、装着された撮影レンズが条件Ａ、Ｂ、Ｃのいずれに
概当するかを決定する。これによりケラレの生じるイメ
ージセンサが識別される。次いでステップＳ３でイメー
ジセンサの蓄積を開始し、所定の電荷量が蓄積されたら
ステップＳ４により画像データを転送してメモリ部２０
６に記憶する。ここで蓄積時間は、演算・制御部２０２
およびインタフェース部２０５により周知の方法で制御
される。この場合、転送には時間がかかるので、ケラレ
が発生すると判断されたイメージセンサの出力の転送を
省くと効率がよい。例えばイメージセンサとしてＣＣＤ
を用いる場合には、３つのＣＣＤのうちケラレが生ずる
と判定されたＣＣＤのみ転送を行なわないようにする。

次にステップＳ５において、ケラレの生じていない一対
のイメージセンサ出力を用いて焦点検出演算を行ない、
この結果に基づいてステップＳ６で可動レンズ１０３を
駆動するとともに、表示装置２０７で表示を行なう。

なお、撮影レンズの射出瞳位置情報のみを用いていずれ
のイメージセンサ対の画像出力を用いるかを判定しても
よい。たとえば射出瞳位置が１００ｍｍ以下（Ｐ○＜１
００ｍｍ）の時は常にイメージセンサＸａとｘｂおよび
イメージセンサＺａとｚｂの対を用い、ＰＯ≧１００＋
＋ｎ＋の時はイメージセンサｘｂとＸｃおよびイメージ
センサｚｂとＺｃの対を用いるように制御しても良い。

次に上述した実施例の変形例を説明する。

上述の実施例では、３つの焦点検出領域（イ）−（ロ）
−（ハ）、（ニ）−（ホ）−（へ）。

（ト）−（チ）−（す）は第３図のごとく一直線上に配
置されていたが、本発明は必ずしもこの配置に限るもの
ではなく、例えば第７図に示すように外側の焦点検出領
域（ニ）−（ホ）−（へ）が中央の焦点検電領域（イ）
−（ロ）＝（ハ）に対して傾くように視野絞り３１１の
各開口３１１Ｘ。

３１１ｚを形成するとともに、絞り板３１３の瞳ｘａ、
ｘｂ、ｘｃも同様に傾けて配置する。ただし、瞳ｘａ、
ｘｂ、ｘｃの中心を一直線上にするのが好ましい。

第７図に示す各光学要素のレイアウトでは、焦点検出領
域（ニ）−（ホ）−（へ）の延長線がほぼ撮影レンズの
光軸に向かって延びており、かっ瞳ｘａ、ｘｂ、ｘｃの
瞳中心が同一直線上にのり、この直線がやはり光軸方向
に向かって延びている。

この様なレイアウトは第３図のものと同様であり、１、
ｉｘａ’、ｘｂ、ｘｃを大きくできて明るい光学系とな
り、検出性能にとって好ましい。

さらに、所望の光量をイメージセンサに導くことができ
る限りにおいては第８図のような視野絞り４１１．絞り
板４１３を用いることも可能である。すなわち、焦点検
出領域（ニ）−（ホ）−（へ）を規定する開口４１１Ｘ
を、（イ）−（ロ）（ハ）と平行に並べるとともに、対
応して瞳ｘａ、ｘｂ、ｘｃの中心の並び方向を焦点検出
領域（ニ）−（ホ）−（へ）の方向と合致させる。

すなわち、中心線８１と８２とが平行になるようにする
。光学系Ｚについても同様に構成する。

今、撮影レンズの射出瞳位置に相応して、ケラレの生じ
ない領域は破線で示す円８４，８５゜８６のように光軸
を通る直線８３に沿って変化する。従って、この状態で
ケラレの発生のない瞳を形成しようとすると、第８図の
瞳ｘａ、ｘｂ。

ｘｃの径を第３図や第７図の瞳径よりも小さくしなけれ
ばならない。このため、イメージセンサの受光光量が少
なくなり検出性能が低下するから、次のような制約を受
ける。つまり、焦点検出領域の並びの方向８１と焦点検
出領域の中心と撮影レンズ光軸とを結ぶ直線８３とのな
す角Ｃを１０度以下にするのが好ましく、最大でも第８
図のとと＜３０度程度までが限界である。

以上の実施例においては、撮影レンズ内のメモリ部１０
４からのデータ（射出瞳位置や開放Ｆ値等）を用いてケ
ラレの生じているイメージセンサの識別を行なうように
したが、撮影レンズからのデータを用いずにそれを識別
することもできる。

例えば演算・制御部２０２によりレンズデータがないと
判断された場合、焦点検出演算に伴って求められたデー
タからケラレの有無を判定するものである。

本願人は先に、特開昭６０−３７５１３号において、イ
メージセンサを構成する個々の画素の出力をａ□・・・
ａｎ、　ｂｌ・・・ｂｎと表わす画像データ対からその
最大相関位置と最大相関量Ｃｅｘｔを求め。

これらのデータから焦点検出を行なう方法を提案した。

すなわち、両画像の相互シフト量をＬとして両画像の相
関量Ｃ（Ｌ）を次のごとく定義し、Ｃ（Ｌ）　＝Σ１ａ
ｉ−ｂｉ＋ｔ。

連続するシフト数りに関してＣ（Ｌ）を求める。

このＣ（’Ｌ）の最小値をＣ０としてその両側のＣ（Ｌ
）の値をそれぞれＣ□、Ｃ−０とすると、内挿された相
関量の極値Ｃｅｘｔは Ｃｅｘｔ＝Ｃｏ−０，５Ｘ　　Ｃ−０−Ｃ。

で与えられる。もし両画像にケラレによる歪がなく、端
数を含む相互シフトで両画像を重ね合わせられる時には
上記Ｃｅｘｔの値は、Ｅ＝Ｍａｘ（Ｃ□−Ｃｏ、Ｃ−１
−Ｃ，）の値に比して十分小さな零に近い値となる。他
方、ケラレが発生していて相互シフトで両画像を完全に
重ね合わせられないときには、Ｃｅｘｔの値は小さな値
とならない。

従ってイメージセンサ対Ｘａ、Ｘｂに関する画像データ
対に対してＣｅｘｔを求め、残りのイメージセンサ対Ｘ
ｂ、Ｘｃに関する画像データ対に対してもＣｅｘｔを求
め１両方のＣｅｘｔの値を比較すれば、小さい値のＣｅ
ｘｔを与える画像データ対の方がケラレの生じていない
ものに対応しているとして識別することができる。

なお、分割瞳の数を４つ以上にすることも可能ではある
が、その場合、瞳の面積が小さくなり、低輝度限界が上
昇することおよび装置の規模が大きくなること等の不都
合が生じる。従って、像高が５〜１０ｍｍ程度の範囲を
焦点検出領域にとる場合には、分割瞳の数は３つが最適
である。

Ｇ１発明の効果 本発明によれば、軸外の焦点検出領域において少なくと
も３つの光像をそれぞれ対応するイメージセンサ上に投
影するようにしたので、撮影しンズの射出瞳位置に拘ら
ず、必ずケラレのない一吋の光像に関する画像出力が得
られ、軸外でも精度よく焦点検出が行ない得る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は一実施例を説明するもので、第１図（
ａ）は全体構成を示すブロック図、第１図（ｂ）はその
焦点検出光学系をフィルム側から見た正面図、第２図は
その拡大図、第３図（ａ）〜（ｃ）は視野絞り、絞り板
、ＩＣ基板をそれぞれ示す正面図、第４図は焦点検出光
学系Ｘについての検出光束のケラレを説明する光路図、
第５図は各種の位置にある撮影レンズの射出瞳をフィー
ルドレンズを介して瞳上に投影した場合を説明する図、
第６図は焦点検出演算の処理手順列を示すフローチャー
トである。 第７図および第８図は変形例を示す図である。 第９図は従来の問題点を説明する光路図である。 １００：交換レンズ　　　２ｏＯ：カメラ本体２０２：
演算・制御部 ２１０：焦点検出光学系 ２１１：視野絞り ２１２：フィールドレンズ ２１３：絞り板　　　　　２１４：再結像レンズ２１４
ｘａ〜２１４ｘｃ　：再結像レンズ２１５：Ｉｃ基板 ｘａ＋′＋ｘｃ：瞳 Ｘａ〜ＸＣ：イメージセンサ Ｌａ−Ｌｃ：検出光束

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）撮影レンズの光軸から外れた位置を焦点検出領域の
   中心とし該焦点検出領域で焦点検出を行なう焦点検出装
   置において、 前記撮影レンズによりその予定焦点面上に形成される対
   象物体の光像を、前記焦点検出領域において少なくとも
   ３つの同一光像として再結像する少なくとも３つの再結
   像光学系と、 これら少なくとも３つの光像をそれぞれ光電変換する少
   なくとも３つのイメージセンサと、これら３つのイメー
   ジセンサのうち少なくとも２つの出力を用いて、一対の
   光像の相対的変位を検出する焦点検出手段とを備え、 前記各再結像光学系の瞳中心が一直線上に並ぶようにし
   たことを特徴とする焦点検出装置。 ２）前記３つの再結像光学系にケラレが生じているか否
   かを示す情報に基づいて、前記３つのイメージセンサの
   うちケラレが生じていない２つを判定する判定手段を更
   に備えることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装
   置。