JPH01140107A - 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、特に撮影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から２つ
の被写体像に関する光量分布を得て、該２つの被写体像
に関する光量分布を利用して撮影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） 従来より撮影レンズの合焦状態を検出する為の装置とし
て種々の方式の焦点検出装置が提案されている。

例えば、特開昭５５−１１８０１９号公報では撮影光束
をファインダー系に導く主可動ミラーの一部をハーフミ
ラ−面とし、その後方に副ミラーを設けて、焦点検出用
の光束をミラーボックス底部に導いている。これにより
光学的に１１２レンズの予定結像面上、及びその近傍に
不透明部材の測距視野マスクやＣＣＤ等を配置した構成
とし、撮影レンズの合焦状態を検出している。この焦点
検出装置は焦点検出精度が副ミラーの位置精度に影響さ
れること、副ミラーの大きさが主可動ミラーによって制
限される・為、測距視野の拡大及び移動が難しい等の問
題点があった。

又、特開昭５８−１０８５０６号公報、特開昭５８−１
１１９１０号公報、実開昭５７−４０９１９号公報等で
はファインダー系のピントグラスの一部を素通しとし、
そこを通過した光束をビームスプリッタ−によりファイ
ンダー系と焦点検出系に分離したり、又、ピント板面上
に透明性の測距素子を形成して、合焦状態を検出してい
る。

この方式は測距視野が素通しのピント板である為、撮影
レンズによる結像状態が確認できないこと、又、測距視
野の拡大及び移動を行う為にはビームスプリッタ−が大
型化してくる等の問題点があった。

この他、ピント板面上にＣｄＳ等の充電変換素子を形成
し、物体像のコントラストを検出して合焦状態を検出す
る焦点検出装置も提案されている。

この方式はＣｄＳが撮影光を遮る為に測距視野内の被写
体を確認することができなく、又、コントラスト方式の
焦点検出方式である為、位相差方式の焦点検出方式に比
べてデイフォーカス量の検出能力が劣っている等の問題
点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は被写体像を観察する為のピント板としての機能
とファインダー系の小型化という点を損なうことなく、
ファインダー系の一部に配置可能であり、しかもファイ
ンダー視野内の広範囲のうちから任意の視野範囲を選択
して焦点合わせなすることが出来る、特に−眼レフカメ
ラに好適な焦点検出装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 撮影レンズの予定結像面近傍に複数の微少レンズを有す
るレンズアレイを配置し、該レンズアレイによって該撮
影レンズによる被写体像を所定面上に正立等倍に再結像
させる際、該レンズアレイのうちの一部分の微少レンズ
の光路中断面内に受光素子を設け、該受光素子からの出
力信号を利用して、該撮影レンズの合焦状態を検出した
ことである。

（実施例） 第１図は本発明を一眼レフカメラに適用したときの一実
施例の概略図である。

図中１はカメラ本体、２は撮影レンズ、３は可動ミラー
であり、例えば全ての光束を反射したり若しくは５０％
の光量を透過し、残りを反射するような透過反射特性を
有している。４は凸レンズ、５は凹レンズであり、格子
駆動機構６に結合され一定方向に駆動制御されている。

フは屈折率分布型の複数の微少レンズを有するレンズア
レイであって、撮影レンズ２の１次結像面上の被写体像
をピントグラス８のマット面８ａ上に正立等倍となるよ
うに再結像している。８ｂはフレネルレンズであってピ
ントグラス８のマット面８ａ上の被写体像からの光束を
集光している。８ｃは結像状態確認用のスプリットプリ
ズムであり、ピントグラス８の一部に設けられている。

９はペンタプリズム、１０は接眼レンズであり、ピント
グラス８のマット面８ａ上の被写体像を観察している。

第２図は第１図のレンズアレイ７近傍の結像状態を示す
拡大説明図である。同図においては光線は左から右に向
って進み凹レンズ５に入射している。凹レンズ５は凸レ
ンズ４によって生じる像面湾曲を補正する為のものであ
る。又、凹レンズ５の第ルンズ面５ａが撮影レンズ２の
予定結像面と略一致するように各要素を設定している。

ここで例えば第ルンズ面５ａ上に結像する光線Ａを例に
とり説明すると、凹レンズ５より射出した光線は屈折率
分布型の微少レンズ４０の前方微少レンズ群フｂに入射
し、後方微少レンズ群フａの内部の点Ｐ１に結像する。

そして、その後微少レンズ中をうねりながら進み、後方
に配置したピントグラス８上のマット面８ａ上の点Ｐ２
に再結像している。このとき、第ルンズ面５ａ上に形成
された被写体像がマット面８ａ上に正立等倍結像となる
ように後述するように微少レンズ４０の屈折率分布や長
さ等の諸要素を特定している。

このように本実施例では微少レンズ４０を多数配置し、
微少レンズ群全体としてレンズアレイ７を構成し、１個
の連続した正立等倍の実像を得ている。

尚、本実施例において微少レンズにより正立等倍の実像
を得る為の条件を参考の為に示すと、次のようになる。

微少レンズの中心軸上の屈折率をＮｏ、屈折率分布定数
なＡとし、中心軸からの距離なγとしたとき、屈折率分
布Ｎ（γ）はＮ（γ）士Ｎｏ（１−Ａｒ１） となる。そして微少レンズの長さを２０としたとき π／Ｊワｋ　　　＜　　　ｚｏ＜　　　２　π／ｎこな
る不等式を満足するように構成すれば、正立等倍の実像
が得られる。

尚、第２図に示した屈折率分布型のレンズアレイ７は何
方微少レンズ群７ｂと後方微少レンズ群７ａの２つの微
少レンズ群を有し、このうち一方の前方微少レンズ群７
ｂの射出面側に１対の受光素子１３ａ、１３ｂを設け、
双方な透光性接着剤で継ぎ合わせて構成している。

第３図〜第７図は各々本発明に係るレンズアレイ７に関
する一実施例の説明図である。

第３図はレンズアレイ７の前方微少レンズ群７ｂ、第４
図はレンズアレイ７の後方微少レンズ群７ａの射出面側
から見たときの説明図である。

第３図、第４図に示すように微少レンズ群７ｂ。

７ａは屈折率分布型の微少レンズ４０を複数個細密に並
べた平板より構成されている。前方微少レンズ群７ｂの
うち一部分の微少レンズ４０の射出面側には、１対の例
えばアモルファスシリコン充電変換素子等の受光素子１
３ａ、１３ｂを形成している。

そして、これらの複数の受光素子より１つの受光部領域
３０ａを構成している。

本実施例では第２図に示すように２つの微少レンズ群７
ａ、７ｂのうち前方微少レンズ群７ｂを後方微少レンズ
群７ａに比べて短くし、受光素子１３ａ、１３ｂの位置
が結像点Ｐ１よりも、多少前方（被写体側）に位置する
ように設定している。

第５図は本実施例において、ファインダー視野５０内の
うち複数の受光素子１３ａ、１３ｂより成る受光部領域
が配置されている一実施例を示す説明図である。同図に
右いて３０ａ〜３０ｉは複数の受光素子１３ａ、１３ｂ
より成る受光部領域を示している。これらの受光部領域
３０ａ〜３０ｉの任意の領域を後述するように選択して
焦点検出を行っている。

第６図は第５図の１つの受光部領域３０ａに右ける各受
光素子１３ａ、１３ｂの結線の様子を示す斜視図である
。微少レンズの光軸に対して同一方向にある受光素子同
士が結線され、その出力は出力バッド１５ａ、１５ｂ、
１６ａ、１６ｂによって外部へ導き出されている。

尚、他の受光部領域３０ｂ〜３０ｉにおける受光素子の
結線についても第６図と同様である。

第７図は受光素子としてアモルファスシリコン光電変換
素子を用いたときの一実施例の構造を示す説明図である
。同図においては前方微少レンズ群フｂ上の透明基板１
７と遮光電極１８との間にアモルファスシリコンより成
る光電変換部１９を構成している。そして同図の下方よ
り入射する光を充電変換している。

このようにアモルファスシリコン充電変換素子はガラス
基板上に形成できる為、大面積化が容易となる。尚、同
図において２０は絶縁物、２１は透明電極１７とパット
１６ａとを中断する為の遮光電極である。

第８図〜第１１図は第１図に躬いて撮影レンズ２を通過
し、接眼レンズ１０に到達する光束を各要素を展開して
示した説明図である。

同図において第１図で示した要素と同一要素には同符番
な付しである。

第８図はレンズアレイ７のうち微少レンズ４０の光軸を
通過する光線を示し、第９図は微少レンズ４０の光軸上
の一点のうち正立等倍結像する光束であって受光素子１
３ａ、１３ｂの重心位置を通過する光線を示している。

第８図、第９図に示すように受光素子１３ａ。

１３ｂが形成されている面７ｃは凸レンズ４と凹レンズ
５によって撮影レンズ２の射出瞳近傍の面Ａ上に投影さ
れるように設定されている。従って受光素子１３ａ、１
３ｂに入射する光束は面Ａにおいて、第１０図に示す如
く２つの領域１４ａ。

１４ｂを各々通過してくる光束となっている。即ち、面
Ａ上において領域１４ａ、１４ｂが撮影レンズ２の有効
径によってケラしていなければ受光素子１３ａ、１３ｂ
に入射する光束はケラレなく、全ての受光素子１３ａ、
１３ｂに光束は均一に入射することになる。

又、面Ａは撮影レンズ２の射出瞳近傍となるように構成
されているから受光素子１３ａ、１３ｂはピントグラス
８上に結像することはない。

第１１図はこのときの所定のＦナンバーの光束の結像状
態を示す説明図である。第８．第９図に示す面５ａは第
１１図の予定結像面Ｆ、Ｐに相当し、そこより距離■だ
名士離れた位置が投影レンズ２内の面Ａに相当している
。

又、第１１図において２６は画面中心に入射するＦナン
バー５．６の光線、ＴＩ、Ｔ２は各々受光素子１３ａ、
１３ｂに入射する光束のうちで最大画角の結像点で、焦
点検出系のＦナンバーなＦ５．６に設定したときに相当
している。

又、第１０図の領域１４ａ、１４ｂの外周なＦ５．６に
対応させたときの焦点検出系の有効光束範囲を斜線で示
している。第１１図によれば、撮影レンズ２の絞り、あ
るいはレンズの縁の像空間における像、つまり射出瞳が
斜線の外側にあれば、焦点検出用の光束はケラレず、良
好なる無点検°出が可能となることを示している。

次に第１２図〜第１５図により本発明による焦点検出の
原理を説明する。

第１２図の３１ａ〜３１ｂは各々凹レンズ５の第ルンズ
面５ａ上に形成された格子を示すもので、撮影レンズ２
の予定結像面上に位置し、空間周波数フィルタとして作
用する。図中、格子３１ａ〜３１ｉはファインダー画面
内９か所に設けられており、多数の長方形遮光部より成
っている。この配置は第５図に示した受光部領域３０ａ
〜３０ｉの配置に対応している。更に凹レンズ５は第１
図に示した格子駆動機構６によりファインダー光軸に対
して垂直方向（矢印Ｂ方向）に往復運動し、その振幅は
１／２格千周期程度である。この往復運動を高速で行う
ことにより格子がファインダー系で視認されないように
し、良好なるファインダー像の観察を維持している。

第１３図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は第１２図に
示す格子が往復運動したときの受光素子１３ａ、１３ｂ
からの出力信号の変動と撮影レンズ２の結像状態との関
係を示す説明図である。

同図（Ａ）は合焦状態、同図（Ｂ）は前ビン状態、同図
（Ｃ）は後ピン状態を示している。図中３２は前述した
受光素子１３ａ、１３ｂを内部に含むレンズアレイ７の
うちの１つの受光部領域な示している。同図においては
簡単のため、格子３１ｉに相当する画面中央部に入射す
る光束のみを示している。

このような構成において、格子の走査により撮影レンズ
２による被写体像に含まれる特定空間周波数成分が抽出
される。格子を正弦波状に駆動すれば受光素子からの出
力信号は時間変化として表わされる。更に、受光素子１
３ａ、１３ｂに入射する光束は、それぞれ図中３４．３
３に示す光束対応し、それらは互いに所定の角度を有し
ている為、撮影レンズ２が前ビン状態、あるいは後ピン
状態にあると、被写体像を形成した２つの光束は格子振
動の異るタイミングで格子を遮ることになる。その結果
、受光素子１３ａ、１３ｂからの出力変化は前ビン状態
と後ピン状態で逆の位相差を持ち、又、この位相差は撮
影レンズ２のデイフォーカス量の増大に伴って大きくな
ってくる。

これに基づいて撮影レンズ２の光軸上の位置を制御すれ
ば焦点検出が可能となる。

尚、このとき得られる出力信号は公知の処置方法、例え
ば、特公昭６０−３２８４６号公報等に示されている処
置方法が適用可能である。

以上は撮影画面の中央における測距原理を説明したが、
次に撮影画面の中央以外での動作とデフォーカス検出演
算について第１４図、第１５図をもとに説明する。

第１４図は第１３図（Ｂ）に示した前ビン状態を光像の
重心を通る光線で代表させて示したものである。即ち、
第１０図に示した領域１４ａ。

１４ｂの重心Ｐ４．Ｐ３と、距１ｌｌＤＦだけデイフォ
ーカスした光軸上の点Ｒとを通る光線を示している。又
、第１５図は同様に距離ＤＦだけデイフォーカスした軸
外の点Ｓを通る光線を示している。ここで、格子振動に
よるデイフォーカス検出は先に説明したように第１３図
に示す２つの光束３３．３４による予定結像面Ｆ、Ｐ上
での被写体像の相対的位置ズレの検出に外ならないわけ
で、そのデイフォーカス量と像の位置ズレとの関係は次
のようになる。

まず、第１４図、第１５図において ΔＰ３Ｐ４Ｒｃｏ　　ΔＴ４Ｔ３Ｒ ΔＰ３Ｐ４Ｓ　　ｃｏ　　ΔＴ６Ｔ５Ｓ　　より従って
、 これより、測距視野が第５図の受光部領域３０ａ〜３０
ｉに示すように画面内の様々な位置にあっても同一の演
算式によって像ズレ量からデイフォーカス量を算出する
ことが可能となる。

尚、本実施例において凸レンズ４は特に設けなくても良
く、又、凹レンズ５の代わりに単なる平行平面板を用い
て構成しても同様な効果が得られる。

（発明の効果） 本発明によれば次のような効果を有する焦点検出装置が
達成できる。

（イ）カメラのファインダー系に直接焦点検出系を配置
できるため、副ミラーを必要とせず、部品点数の削減、
機構の簡略化が図れると同時に、副ミラーの位置精度に
よって焦点検出積度が影響を受けることがない。

（ロ）ピントグラスの測距視野に相当する位置も素通し
にする必要がなく、マット面あるいはスプリットプリズ
ムを形成できる為、被写体像の結像状態の確認が可能で
ある。

（ハ）ファインダー系にレイアウト可能な為、ファイン
ダー画面内広範囲からの測距視野の選択、あるいは広測
距視野化が可能である。

（ニ）屈折率分布型の微少レンズを用いることにより、
焦点検出光学系のコンパクト化が容易である。

（ホ）受光素子が撮影レンズの射出瞳面近傍に投影され
ている為、ピントグラス上にはその像は生じず、受光素
子によって被写体像が遮られることはない。又、予定結
像面上にある格子についても高速で往復運動をすること
により、ファインダー系で視認されずに良好なるファイ
ンダー像の観察が可能となる。

（へ）ハーフミラ−等による焦点検出系とファインダー
系との光分割を必要としない為、光量的に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を一眼レフカメラに適用したときの一実
施例の概略図、第２図は第１図のレンズアレイ近傍の結
像状悪な示す拡大説明図、第３゜第４図は第１図のレン
ズアレイの説明図、第５゜第６図は第１図のレンズアレ
イに含まれる受光素子の配置を示す説明図、第７図は受
光素子としてアモルファスシリコン光電変換素子を用い
たときの概略図、第８．第９図は第１図の光学系を展開
したときの光束の結像状態を示す説明図、第１０図は第
１図の撮影レンズを通過する光束の説明図、第１１図は
焦点検出用の光束の説明図、第１２図は凹レンズ上の格
子の配置を示す説明図、第１３図は結像状態と受光素子
からの出力信号との関係を示す説明図、第１４．第１５
図はデイフォーカス量と相対ズレとの関係を示す説明図
である。 図中、２は撮影レンズ、３は可動ミラー、４は凸レンズ
、５は凹レンズ、６は格子駆動機構、７はレンズアレイ
、８はピントグラス、９はペンタプリズム、１０は接眼
レンズ、１３ａ、１３ｂは受光素子、４０は微少レンズ
である。 特許出願人　　キャノン株式会社 第　　１　　　図 兜　　２　　図 晃　　３　　Ｍ 気　　４　　図 気　　５　　回 第　　６　　図 ヌｒ 第　　１０　　　口 晃　　１１　　　図 晃　　１２　　　匝 晃　　１３　　　回 晃　　１４　　　回 第　　１５　　　口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影レンズの予定結像面近傍に複数の微少レンズ
   を有するレンズアレイを配置し、該レンズアレイによっ
   て該撮影レンズによる被写体像を所定面上に正立等倍に
   再結像させる際、該レンズアレイのうちの一部分の微少
   レンズの光路中断面内に受光素子を設け、該受光素子か
   らの出力信号を利用して、該撮影レンズの合焦状態を検
   出したことを特徴とする焦点検出装置。
2. （２）前記微少レンズを屈折率分布型のレンズより構成
   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。
3. （３）前記受光素子をアモルファスシリコン光電変換素
   子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）前記受光素子を前記微少レンズ毎に１対設けたこ
   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。