JPH0341407A - 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に分割
し、各領域を通過する光束を用いて複数の被写体像（物
体像）に関する光量分布を形成し、これら複数の光量分
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際に好適な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。

第８図は従来の像ずれ方式を用いた焦点検出装置の光学
系の概略図である。

同図において６１は対物レンズ、６２は視野マスクであ
り対物レンズ６１の予定結像面近傍に配置されている。

６３はフィールドレンズであり予定結像面の近傍に配置
されている。６４は２次光学系であり対物レンズ６１の
光軸に対して対象に配置された二つのレンズ６４−１．
６４−２により構成されている。６５は受光手段であり
前記二つのレンズ６４−１．６４−２に対応してその後
方に配置された２つの受光素子列６５−１゜６５−２を
有している。６６は絞りであり前記２つのレンズ６４−
１．６４−２に対応してその前方に配置された２つの開
口部６６−１．６６−２を有している。６７は対物レン
ズ６１の射出瞳であり、分割された２つの領域６７−１
．６７−２により構成されている。

なお、フィールドレンズ６３は開口部６６１．６６−２
を射出瞳６７の領域６７−１゜６７−２に結像する作用
を有しており、各領域６７−１．６７−２を透過した光
束が受光素子列６５−１．６５−２上に夫々光量分布を
形成するようになっている。

この第８図に示す焦点検出装置では、対物レンズ６１の
結像点が予定結像面の前側にある場合は、２つの受光素
子列６５−１．６５−２上に夫々形成される物体像に関
する光量分布が互いに近づいた状態となり、また、対物
レンズ６１の結像点が予定結像面の後側にある場合は、
２つの受光素子列６５−１．６５−２上に夫々形成され
る光量分布が互いに離れた状態となる。しかも、２つの
受光素子列６５−１．６５−２上に夫々形成された光量
分布のずれ量は対物レンズ６１の焦点外れ量とある関数
関係にあるので、そのずれ量を適当な演算手段で算出す
ると、対物レンズ６１の焦点はずれの方向と量とを検出
することができる。

第８図に示す焦点検出装置は、対物レンズにより撮影さ
れる被写体範囲の略中央に存在する被写体に対して、測
距を行っている。

これに対し、撮影範囲の中央部以外の測距点に関しても
焦点検出可能な焦点検出装置を本出願人は先に特願昭６
２−２７９８３５号で提案している。

第９図は特願昭６２−２７９８３５号で提案した複数測
距点用の焦点検出装置の光学系の概略図である。同図に
おいて７１は視野マスク、７２はフィールドレンズ、７
３は２つの開ロア３−１゜７３−２を有する絞り、７４
は２つのレンズ７４−１．７４−２から成る２次光学系
、７５はセンサを夫々示している。尚、第８図で示した
対物レンズ６１は省略しである。

同図においては視野マスク７１が測距すべき複数の視野
に対応して複数の開ロア１ａ〜７１ｅを有しており、こ
の視野マスク７１で規制された光束が２次光学系７４に
より形成する複数対の光量分布を受光するように複数対
のセンサ列７５ａ１と７５ａ２．７５ｂ１と７５ｂ２．
７５ｃ１と７５ｃ２．７５ｄ１と７５ｄ２、そして７５
ｅ１と７５ｅ２がセンサ７５として設けられてぃる。

同図においては撮影画面の中央部とその両側の４カ所の
全体として５つの領域において測距を行っている。この
ように簡易な構成により撮影画面中の複数の領域で焦点
検出が出来ることはカメラに適用する場合大変重要にな
っている。

第９図に示す焦点検出装置は、対物レンズの焦点状態に
よってセンサ上の２つの光量分布が相対的に移動する方
向が上下方向であるために、この方向に光量分布の変化
がある物体に対してのみ測距が可能であり、これと垂直
な方向にのみ光量分布の変化のある物体、例えば垂直線
を境界とする白黒のエツジパターンのようなものに対し
ては、測距することができない。

この為、本出願人は特願昭６３−２７４９４０号におい
て撮影範囲の中心付近では光量分布が上下、又は左右の
一方向にのみ変化するような物体に対しても測距するこ
とが出来、しかも撮影範囲の中心付近以外の複数の点に
おいても測距することのできる焦点検出装置を提案して
いる。

第１０図は特願昭６３−２７４９４０号で提案した焦点
検出装置の要部概略図である。

図中３１は視野マスクであり不図示の対物レンズ（撮影
レンズ）による撮影画面の略中央に交差して、例えば十
字形の開口部３１−１と両側の周辺部に縦長の開口部３
１−２．３１−３を有している。３２はフィールドレン
ズであり、視野マスク３１の３つの開口部３１−１．３
１−２゜３１−３に対応して各々所定の光学特性を有す
る３つの領域３２−１．３２−２．３２−３から成って
いる。３３は絞りであり、中心部は上下左右に各々１対
ずつ計４つの開口部３３−１ａ。

３３−１ｂ、３３−１ｃ、３３−１ｄを、また左右の周
辺部分は１対の２つの開口部３３−２ａ。

３３−２ｂ及び開口部３３−３ａ、３３−３ｂがそれぞ
れ設けられている。前記フィールドレンズ３２の各領域
３２−１．３２−２．３２−３はそれぞれ較り３３の対
になっている開口３３−１゜３３−２．３３−３を不図
示の撮影レンズの射出瞳付近に結像する作用を有してい
る。３４は２次光学系であり、全体として４対の２次結
像レンズを有している。即ち全体として８・つの２次結
像レンズ３４−１ａ、３４−１ｂ、３４−１ｃ。

３４−１ｄ、３４−２ａ、３４−２ｂ、３４−３ａ、３
４−３ｂからなっており、絞り３３の各開口部に対応し
てその後方に配置されている。

３５は受光素子列（センサ）であり、全体として４対の
センサ列を有している。即ち全体として８つのセンサ列
３５−１ａ、３５−１ｂ、３５−１ｃ、３５−１ｄ、３
５−２ａ、３５−２ｂ。

３５−３ａ、３５−３ｂからなっており、２次結像レン
ズに対応してその像を受光するように配置されている。

第１１図は第１０図のセンサ３５面上に形成される像領
域を示した説明図である。領域３６Ｉａ、３６−１ｂ、
３６−１ｃ、３６−１ｄは視野マスク３１の中央の開口
部３１−１の像領域でありフィールドレンズ３２の中央
部３２−１を透過した光束が絞り３３の開口部３３−１
ａ。

３３−１ｂ、３３−１ｃ、３３−１ｄで規制された後、
その後方の２次結像レンズ３４−１ａ。

３４−１ｂ、３４−１ｃ、３４−１ｄによってセンサ３
５面上に形成される状態を夫々示している。また、３６
−２ａ、３６−２ｂは視野マスク３１の周辺の開口部３
１−２の像領域であり、フィールドレンズ３２の周辺部
３２−２を透過した光束が絞り３３の開口部３３−２ａ
、３３−２ｂによって規制されたのち、その後方の２次
結像レンズ３４−２ａ、３４−２ｂによってセンサ３５
上に形成される状態を示している。同様に３６−３ａ、
３６−３ｂは視野マスク３１の周辺の開口部３１−３の
像領域であり、フィールドレンズ３２の周辺部３２−３
を透過した光束が絞り３３の開口部３３−３ａ、３３−
３ｂによって規制されたのち、その後方の２次結像レン
ズ３４３ａ、３４−３ｂによってセンサ３５面上に形成
される像領域をそれぞれ示している。

（発明が解決しようとする問題点） 第１０図に示す焦点検出装置では、撮影範囲のうち視野
中心においては光景分布が上下、又は左右の一方向にの
みに変化するような物体に対しても測距することを可能
とするために、絞りの中心に上下、左右の４つの開口を
設けていた。又、高精度な焦点検出を行なうためには焦
点検出装置に入射する光束が対物レンズによって遮光さ
れないようにする必要があるが、この条件を満足するに
はフィールドレンズのパワーと不図示のす物レンズの射
出瞳の大きさによって決まる一定の領域内に絞りの各開
口を設けなければならない。従って第８図に示すような
２つの開口のみを有する従来の焦点検出装置に比べ、第
１０図に示すような４つの開口を有する焦点検出装置の
各開口は必然的に小さくなり、各焦点検出系のセンサに
導くことのできる光量は減少してしまう。その結果、各
焦点検出系の動作可能な物体輝度の低輝度側の限界値が
上昇し、暗い物体に対しては焦点検出が出来なくなった
り、又焦点検出精度が低下してくるという問題点があっ
た。

本発明は各要素を適切に設定した複数の焦点検出系と補
助照明系を用いることにより、測距の対１ 象となる被写体の輝度が低く、自然光（外光）のみでは
焦点検出が困難となった場合には、カメラ本体、あるい
はストロボ等に設けられた補助照明系から被写体に向け
て所定形状のパターンを投影し、被写体面上にパターン
を形成し、該パターン像の光量分布を検出することによ
り、どのような輝度の被写体であっても撮影範囲中の複
数の点において高精度な焦点検出が出来る焦点検出装置
の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の焦点検出装置は、対物レンズの像面側に少なく
とも第１．第２の２つの焦点検出系を配置すると共に１
次元方向に光量分布の変化があるパターンを被写体側方
向に投影する補助照明系を設け、該焦点検出系を利用し
て該対物レンズの合焦状態を求める際、該焦点検出系は
該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する２次光学系
と、該２次光学系に入射する光量を制限する絞りそして
該複数の光量分布の相対的な位置関係を検　２ 出する受光手段とを有しており、該第１．第２焦点検出
系は検出する該被写体像の光量分布領域のうち少なくと
もその一部は互いに共通しており、かつ検出出来ない該
被写体像の光量分布の変化方向が互いに異なっており、
そして該第１．第２焦点検出系の絞りは互いにその光学
的特性が異なっていることを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２図は第
１図の絞りの説明図、第３図は本発明の焦点検出装置を
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。

本実施例は第１０図に示す従来の焦点検出装置に比べて
絞りの光学的特性が大きく異なっているのを特徴として
いる。

次に本発明の各要素について第１〜第３図により順次説
明する。

図中３１は視野マスクであり対物レンズ（撮影レンズ）
３７による撮影画面の略中央に交差して、例えば十字形
の開口部３１−１と両側の周辺部に縦長の開口部３１−
２．３１−３を有している。３２はフィールドレンズで
あり、視野マスク３１の３つの開口部３１−１．３１−
２，３１３に対応して各々所定の光学特性を有する３つ
の領域３２−１．３２−２．３２−３から成っている。

３３は絞りであり、中心部はほぼ真円の領域５２−１に
内接する上下左右に各々１対ずつ計４つの開口部３３−
１ａ、３３−１ｂ、３３−１ｃ、３３−１ｄを、また左
右の周辺部分は各々はぼ真円の領域５２−２．５２−３
に内接する１対の２つの開口部３３−２ａ、３３−２ｂ
及び開口部３３−３ａ、３３−３ｂがそれぞれ設けられ
ている。前記フィールドレンズ３２の各領域３２−１．
３２−２．３２−３はそれぞれ絞り３３の対になってい
る開口３３−１．３３−２゜３３−３を撮影レンズ３７
の射出瞳付近に結像する作用を有している。３４は２次
光学系であり、全体として４対の２次結像レンズを有し
ている。

即ち全体として８つの２次結像レンズ３４１ａ、３４−
１ｂ、３４−１ｃ、３４−１ｄ。

３４−２ａ　　　３４−２ｂ、３４−３ａ、３４　−３
ｂからなっており、絞り３３の各開口部に対応してその
後方に配置されている。

３５は受光素子列（センサ）で・あり、全体として４対
のセンサ列を有している。即ち全体として８つのセンサ
列３５−１ａ、３５−１ｂ、３５−１ｃ、３５−１ｄ、
３５−２ａ、３５−２ｂ。

３５−３ａ、３５−３ｂからなっており、２次結像レン
ズに対応してその像を受光するように配置されている。

本実施例では、各要素３１−２．３２−２゜３３−２．
３４−２ａ、３４−２ｂ、３５−２ａ、３５−２ｂ又は
各要素３１−３．３２−３．３３−３ａ、３３−３ｂ、
３４−３ａ、３４３ｂ、３５−３ａ、３５−３ｂで１つ
の焦点検出系（第３焦点検出系）を構成している。

第３図において１０１は投光レンズであり、被写体が暗
い場合やコントラストが低い場合に第６図に示すような
パターンを投影している。

３７は撮影レンズ（対物レンズ）、３８はクイックリタ
ーンミラー、３９は焦点板、４０はペンタプリズム、４
１は接眼レンズ、４２はフィルム面、４３はサブミラー
である。３１は視野マスクでありフィルム面４２と光学
的に略等価な位置に配置されている。４４は赤外カット
フィルターで視野マスク３１の後方に配置されている。

３２はフィールドレンズ、４５．４６は各々第１゜第２
の全反射ミラー　４７は遮光マスク、３３は絞り、３４
は２次光学系であり、後述するプリズム部材４９と一体
に形成されている。４９は反射面４９−１を有するプリ
ズム部材、３５は１つのセンサであり、カバーガラス５
０−１および受光面５０−２を有している。

同図において、視野マスク３１以下、センサ３５までが
第１図に示した焦点検出装置に対応している。

本実施例では開口部３１−１、フィールドレンズ３２−
１、絞り開口３３−１ａ、３３−１ｂ、２次結像レンズ
３４−１ａ、３４−１ｂ、センサ３５−１ａ、３５−１
ｂで第１焦点検出系を、又　５ 開口部３１−１、フィールドレンズ３２−１、絞り開口
３３−１ｃ、３３−１ｄ、２次結像レンズ３４−１ｃ、
３４−１ｄ、センサ３５−１ｃ。

３５−１ｄで第２焦点検出系を構成している。

第１図に示す本発明の第１実施例の焦点検出装置の測距
原理は従来の所謂像ずれ方式と同様に、対を成すセンサ
の列方向の像の相対的位置を検出することにより求めて
いる。

そして撮影画面の中心部の直交する方向に各々対応する
第１．第２焦点検出系が測距する被写体の一部は写いに
共通となっている。

次に本実施例における絞り３３の光学的特性について説
明する。

第２図において絞り３３の周辺部においては中心部に比
べ、対物レンズの［１径食が大きいため、領域５２−１
の径に対して領域５２−２．５２−３の径は小さく設定
されている。尚、周辺部における対物レンズの口径食は
、主として第２図の左右方向に生ずることから絞りの開
口を第４図に示すように上下に長い楕円の領域５２’−
２゜　６ ５２′−３内に設けることも叶能である。このようにす
ることでより多くの光量を導き入れることが可能となる
。

第２図の本発明の第１実施例においては上下の開０３３
−１　ａ　、　３３−１　ｂの力が左右の開に１３３−
１ｃ、３３−１ｄよりもその面積が大きく設定されてい
る。上下の開口３３−１ａ、３３−１ｂに対応する焦点
検出系と、た右の開１−１３３−Ｉｃ、３３−１ｄに対
応する焦点検出系を同等に扱い、両者の焦点検出系が動
作可能な被写体の低輝度側の限界を等しくするという考
え方に基づけば、絞り３３の中心開口は例えば第１２図
に示すように４つに等分割すればよい。

しかしながらこうすると、第８図に示すような絞りの開
「１が２つのみであった従来の焦点検出装置に比べ、焦
点検出系に入射する光−ｑｆは半分以下に減少して、暗
い被写体に対しては焦点検出か不能となったり、焦点検
出の精度が低下してしまう。被写体が特に暗い場合は、
補助照明系を動作させ、被写体上にパターンを投影して
明るさとコントラストを確保する必要があるが、この時
にも従来の焦点検出装置に比べ、明るさに関しては、著
しく不利となってしまう。

これに対し、第２図に示すような本発明に係る絞りの絞
り開口を用いると、被写体の輝度が低く補助照明系が使
用された場合には、第６図に示すようなその投影パター
ンを検出しやすい方の焦点検出系の絞り開口３３−１ａ
、３３−１ｂが大きく設定されているため、光量の低下
が緩和され、低輝度限界が極端に高くなるのを防ＩＬ、
することが可能となる。

本実施例においては、補助照明系の投影パターンが第６
図のような横縞である場合を用いたが、これは第１図に
示す焦点検出装置の中心以外の左右２つの周辺視野にお
いて用いられるべき補助照明系の投影パターンが同様の
横縞であることを考慮した為である。

即ち、３つの視野で使用される補助照明系の投影パター
ンの光量分布の変化方向が同一であれば、３つの視野を
同時に１つのパターンを投影す　ｑ ることて照明が可能となり、補助照明系の構成を簡略化
する上で非常に有利となる。

尚、本発明において絞り３３の中心部の絞り開口による
光学的特性を異ならしめる絞りの形状は、第２図に示す
ものの他種々の変形が適用可能である。

第５図（八）　、　ＣＢ）　、　（（：）は各々本発明
に係る絞り３３の中心部の絞り開口形状を示す第２．第
３゜第４実施例の概略図である。

第５図（Ａ）に示す第２実施例では絞りの中心間り目よ
、第２図の第１実施例の絞りの中心開口を９００回転し
たものに相当し、補助照明系の投影パターンが第７図に
示すようなｗＭである場合に適用されるものである。第
８図に示すような通常の焦点検出装置において用いられ
ている、ストロボ等に組み込まれた既存の補助照明系の
投影パターンは縦縞のものが多く、それをそのまま使用
可能として、従来のシステムとの整合性を維持する場合
に有効である。

第５図（Ｂ）の第３実施例の特徴は絞りの中心の４つの
開口のうち、対になる２つの開口の中心間隔ａ、ｂが ａ＞ｂ の関係となっていることである。対になる２つの絞り開
口の中心間隔は、焦点検出における所謂基線長に相当す
るもので、それが長い方が焦点検出の精度が高くなるこ
とはよく知られている。

本実施例では、補助照明系の投影パターンを検出しやす
い方の焦点検出系の基線長を長くすることで低輝度、低
コントラスト時における焦点検出精度の低下を防止しよ
うとするものである。

第５図（Ｃ）の第４実施例の特徴は、絞りの４つの開Ｌ
１の各視野方向、即ち対物レンズの焦点状態によって像
がずれる方向の開口幅ｃ、ｄが、ｃ＜ｄ の関係となっていることである。視野方向の開口幅は換
言すれば、同方向のＦナンバーに相当し、回折の影響を
無視できる範囲では、それが大きいほど（開口幅が狭い
ほど）センサ上に形成される像の視野方向のコントラス
トが高くなる。

本実施例は、補助照明系の投影パターンを検出しやすい
焦点検出系の視野方向のＦナンバーを大きくすることで
、低輝度、低コントラスト時における合焦精度の低下を
防止しようとするものである。

尚、第３．第４実施例は、補助照明系の投影パターンが
主として上下方向に光量分布変化を有する場合について
のものであるが、同パターンが主として左右方向に光量
分布変化を有する場合には、絞り開口を９０°回転して
入れ換えればよいのは、第２図と第５図（Ａ）の関係と
全く同一である。又、以上の説明では面積、基線長、Ｆ
ナンバーといった絞り開Ｌ１に関する各諸元について個
別に述べてきたが、この中の２つ以上を同時に不等とし
ても本発明の目的は達せられる。

（発明の効果） 本発明によれば撮影範囲中の−・部の視野を共有して、
被写体のうち光量分布変化の異なる少なくとも２つの方
向に関して焦点検出を行なう複数の焦点検出系を有する
焦点検出装置において、絞りの開口の面積や開口の中心
間の間隔、開口幅等の絞りとしての光学的特性を複数の
焦点検出系間で不等にすることにより、低輝度の被写体
に対する焦点検出の不検出率を減少させることができる
とともに、低輝度の被写体に対する焦点検出の精度の低
下を緩和することができる。特に補助照明系が使用され
る場合には、その投影パターンに対する整合性が考慮さ
れているのでより遠距離の被写体に対しても良好なる焦
点検出が可能な焦点検出装置を遠戚することができる。

【図面の簡単な説明】

ｚｉ図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２図は第
１図の絞り説明図、第３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４．第５図は本発
明に係る絞りの他の一実施例の説明図、第６．第７図は
本発明に係る投影パターンの説明図、第８．第９．第１
０図は従来の自動焦点検出装置の要部概略図、第１１図
は第１０図の一部分の説明図、第１２図は従来の絞りの
説明図である。 　３ 図中、３１は視野マスク、３２はフィールドレンズ、３
３は絞り、３４は２次光学系、３５はセンサ、３７は対
物レンズ、４４は赤外カットフィルター、１０１は投光
レンズ、１０２はパターンである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）対物レンズの像面側に少なくとも第１、第２の２
   つの焦点検出系を配置すると共に１次元方向に光量分布
   の変化があるパターンを被写体側方向に投影する補助照
   明系を設け、該焦点検出系を利用して該対物レンズの合
   焦状態を求める際、該焦点検出系は該対物レンズの瞳の
   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する２次光学系と、該２次光学系に
   入射する光量を制限する絞りそして該複数の光量分布の
   相対的な位置関係を検出する受光手段とを有しており、
   該第１、第２焦点検出系は検出する該被写体像の光量分
   布領域のうち少なくともその一部は互いに共通しており
   、かつ検出出来ない該被写体像の光量分布の変化方向が
   互いに異なっており、そして該第１、第２焦点検出系の
   絞りは互いにその光学的特性が異なっていることを特徴
   とする焦点検出装置。（２）前記第１、第２焦点検出系
   の絞りをその開口面積、開口中心間距離そして被写体像
   の光量分布の検出方向と同一方向における開口幅の３つ
   のうちの少なくとも１つの要素を互いに異ならしめて光
   学的特性を異ならしめていることを特徴とする請求項１
   記載の焦点検出装置。 （３）前記第１、第２焦点検出系のうち検出できない被
   写体像の光量分布の変化方向と、前記補助照明系が投影
   するパターンの光量分布の変化方向との成す角のうち大
   きい方の焦点検出系において、該焦点検出系の絞りの開
   口面積を他のそれよりも大きくすること、又は開口中心
   間距離を他のそれよりも大きくすること、又は被写体像
   の光量分布の検出方向と同一方向における開口幅を他の
   それよりも狭くすることのうち少なくとも１つのことを
   行ったことを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。 （４）前記焦点検出装置は、前記補助照明系が投影する
   パターンの光量分布の変化方向と略同一方向の被写体像
   の光量分布を検出する第３焦点検出系を有していること
   を特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。