JPH0360405B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はTTL（through the Lens）型の焦点
検出装置における検出光学系に関する。

TTL方式の焦点検出装置が本出願人により実
開昭55−26516号公報で開示されており又別の光
学系が別の出願人により米国特許4185191号明細
書に開示されている。両方式の光学系の外観は全
く異なつているが、本質的な効果は同等である。
即ちいずれも撮影レンズの異なる射出瞳部分を通
過した２本の光束による焦点検出装置の検出面上
のそれぞれの像を分離してそれぞれ複数の光電変
換素子A₁，…，A_N，B₁，…，B_Nに導くような構
成をとつている。これら光電変換素子A₁，…，
A_Nからの出力パターンをP_A、光電変換素子B₁，
…，B_Nからの出力パターンをP_Bとして、出力パ
ターンP_A，P_Bの相互のパターンのずれを検出し
て合焦、前ピン、後ピンを判定する。しかしこれ
らの光学装置においては像がある高次の空間周波
数成分（ナイキスト限界以上の成分）を含む時に
は不適当な結果を与える場合があるという欠点を
有していた。

本発明の目的は像合致の検出を検出像をボカし
て行なわせる事により、謝まりの原因となる高次
空間周波数成分をフイルターし、正確な焦点検出
を可能とする光学装置を提供することである。

まず初めに焦点検出装置の検出面上に投映され
た光像に関して該検出面上に間隔ｄで並ぶ複数の
検出微小領域D₁，D₂，…，D_Nに入射する光量に
関連した光電出力a₁，a₂，…，a_Nを得、この光電
出力a₁，a₂，…，a_Nのつくるパターンから光像の
パターンの形状や動きを論じる場合の問題点を第
１図により説明する。第１図で、A′，B′，C′は
光像の強度分布、A″，B″，C″は検出微小領域に
対応する光電出力を示す。

第１図Ａは間隔ｄで並ぶ検出微小領域D₁，D₂，
…，D₅上に空間周波数ｆ＝１／4dの空間格子像が投 映され、この空間格子像が少しずつ右へ変位した
場合をA′にその時の対応する光電出力a₁，a₂，
…，a₅をA″に示す。この場合光像は右に動いて
いるのに対応して出力パターンも少しずつ右へ動
いている事がわかる。

第１図Ｂは空間周波数ｆ＝１／2dの空間格子像が 右へ変位した場合B′と、それに対応する光電出
力a₁，a₂，…，a₅の変化の様子B″を示したもので
ある。この場合光像は右に動いているにもかかわ
らず出力パターンは振巾を変えあるいは位相を
180°変化させるだけで、像の微小な動きに対応し
た出力パターンの位相の滑かな変化は認められな
い。

第１図Ｃは空間周波数ｆ＝３／4dの空間格子像が 右へ変位した場合C′と、それに対応した光電出力
a₁，a₂，…，a₅の変化の様子C″を示したものであ
る。この場合光像は右に動いているにもかかわら
ず、出力パターンは逆の左方向に動いている事が
わかる。このように光像の空間周波数がナイキス
ト周波数f_N＝１／2dに相当するＢの場合や、f_N＜2f_N に相当するＣの場合には出力パターンの動きから
光像の動きを判断することができない。又一般の
光像はいろいろな空間周波数成分を含んでいるが
その中でｆ≧f_Nに相当する成分が多い時には光像
の動きの判定は非常に誤差の大きいものとなる。
従つて先に述べたような２組の複数の検出素子
A₁，A₂，…，A_N及びB₁，B₂，…，B_Nからの光
電出力パターンP_A，P_Bの相互の変位の方向と大
きさから、合焦、前ピン、後ピンを判定する焦点
検出装置においては、光像の中のｆ≧f_Nの空間周
波数成分の存在は誤動作の原因となる。本発明は
これら誤動作の原因となる高次の空間周波数成分
をボケにより除去する、焦点検出装置検出面の適
正な配置に関するものである。

第２図、第３図は実開昭55−26516号公報に開
示された光学系と同等のものであり、これにより
まず従来例を説明する。第２図において、複数の
光電変換素子A₁２１１，A₂２１２，A₃２１３，
A₄２１４，A₅２１５，A₆２１６及び他方の複数
の光電変換素子B₁２２１，B₂２２２，B₃２２３，
B₄２２４，B₅２２５，B₆２２６は、それぞれ再
結像レンズ２６１及び２６２によりフイールドレ
ンズ２３０近傍の面上にほぼピントの合つた状態
でそれぞれの共役像が重ね合わされて位置するよ
うに調整されている。即ち、A₁２１１とB₁２２
１の共役像がD₁２３１にA₂２１２とB₂２２２の
共役像がD₂２３２に…A₆２１６とB₆２２６の共
役がD₆２３６にそれぞれ形成されている。この
相互の共役像が重なり合つて存在する面がこの従
来の焦点検出装置の検出面Ｄであり検出面Ｄ上の
D₁〜D₆が間隔ｄで並ぶ「検出微小領域」を形成
する。又フイールドレンズ２３０は前記再結像レ
ンズ２６１，２６２の開口がフイールドレンズか
ら距離ｌだけ離れた前方に設定された結像レンズ
（焦点検出されるレンズ）の射出瞳位置２００に
その共役像をそれぞれ射出瞳の第１部分２５１及
び射出瞳の第２部分２５２として形成すべくその
曲率が決定されている。

この様な構成において通常行なわれる焦点検出
方式では結像レンズの最も鮮明な像面が焦点検出
面Ｄに一致した時合焦信号を発生するように配置
する。即ち合焦状態では複数の光電変換素子A₁
〜A₆及びB₁〜B₆上の像は最も鮮明な状態となる。
この像が鮮明な状態ではｆ≧f_Nなる空間周波数成
分が取り除かれる事が無いので前述の誤動作を起
こす可能性がある。

本発明はｆ＜f_N／２の空間周波数成分をあまり
減少させる事なくｆ≧f_Nの空間周波数成分を大巾
に減少される程度のボケた像面が焦点検出装置の
検出面Ｄに一致した時に合焦信号を発生するよう
な配置即ち「ボケ像による焦点検出方式」におい
て、ボセ像を用いたことにより上記高周波成分の
問題とは別の理由で生じる焦点検出誤差を最小限
に抑える焦点検出装置を与えるものである。

次に第２図に用いて本発明の実施例を説明す
る。本実施例において射出瞳２００、フイールド
レンズ２３０、再結像レンズ２６１，２６２、光
電変換素子A₁〜A₄、B₃〜B₆の位置関係は前述し
た従来のものと等しい。

第２図において焦点検出面Ｄ即ち検出微小領域
D₁２３１〜D₆２３６の存在する面から前方Ｘの
距離にある面を考える。再結像レンズが検出面Ｄ
上に光電変換素子A₁〜A₆，B₁〜B₆の鮮明な像を
結んでいるので、Ｘを０からだんだん大きくして
いくとこのＸの面上での２組の複数の光電変換素
子A₁〜A₆，B₁〜B₆の再結像レンズによる像は少
しずつボケを増しながら相互にずれてゆき、Ｘが
ある値をとると光電変換素子A₁２１１とB₂２２
２が又A₂２１２とB₃２２３が…A₅２１５とB₆２
２６が重なる状態となる。さらにＸを増してゆき
第２図に図示したＸの位置まで来ると、このＸの
面上で光電変換素子A₁２１１とB₃２２３が２４
３において、A₂２１２とB₄２２４が２４４にお
いて、…A₄２１４とB₆２２６が２４６において
それぞれ重なる。ここで焦点検出装置の検出面Ｄ
から射出瞳の第１及び第２の部分の中心を見込む
角を図のようにθとして検出面Ｄ上で検出微小領
域の間隔をｄとする時、上に述べたような光電変
換素子AiとBjの素子像が（少しボケてはいるが）
相互に重なり合う位置は Ｘ＝ｎ・ｄ／θ −(1) （ｎ＝…−３、−２、−１、１、２、３…） で与えられ第２図はｎ＝２の場合に相当してい
る。ここで射出瞳の第１の部分及び第２の部分の
中心とは、それぞれ両瞳部分を通過した光束のエ
ネルギー密度分布の重心に相当する光線が瞳面と
交わる点の事である。従つて瞳部分形状が円形で
エネルギー密度分布が一様であれば、この中心は
この円形の中心に一致する。この装置において、
逆に(1)式で与えられる量Ｘだけ検出面Ｄから離れ
た位置に結像レンズ（すなわちカメラで言えば撮
影レンズ）の最も鮮明な像面が来た時に、焦点検
出装置が合焦判定を行なうとすれば、例えば第２
図の場合には複数光電変換素子上の像はボケては
いるがA₁とB₃の出力が等しくA₂とB₄、A₃とB₅、
A₄とB₆の出力もそれぞれ等しくなる。したがつ
てこの各対の出力が等しいことを検出すれば光電
変換素子上のボケた像より合焦検出を行なうこと
ができる。カメラに前述した検出装置を設けた場
合には第２図の面Ｄがフイルム面に共役な位置に
くるが、本発明の第２図を用いて説明した実施例
では面ＤからＸだけ離れた面がフイルム面と共役
になる。もちろんｎ＝…−３、−２、−１、１、
２、３…以外のＸの位置（例えばｎ＝0.5等）に
撮影レンズの最も鮮明な像面が来た時に焦点検出
装置により合焦判定を行なうように構成すれば、
複数光電変換素子A₁〜A₆及びB₁〜B₆の各出力が
対応せず完全に一致する事はないので、合焦判定
の誤差が大きくなつてしまう。この様にして(1)式
で与えられる量Ｘ（ただしｎ＝…−３、−２、−１、
１、２、３…）だけ検出面Ｄから離れた位置に撮
影レンズの最も鮮明な像面が来た時に合焦判定を
行なえばボケ像による正確な焦点検出ができ、し
かも高次の空間周波数成分により悪影響を受けな
いようにできる。またＸ＝ｎ・ｄ／θにおける最
も適当なｎの大きさは次の様にして決定される。

まずｎ＝０の時これは検出面Ｄが撮影レンズの
最も鮮明な像面に一致した時に合焦判定を行なう
ものでこれが前述した従来のやり方に相当する。
さて検出面ＤからＸだけ離れた位置での、複数光
電変換素子A₁〜A₆，B₁〜B₆のボケの程度ｂは第
２図に示すように、検出面Ｄから部分瞳を見込む
角をとしてｂ＝・Ｘ程度となり、逆の言い方
をすれば再結像光学系の倍率をｍとすれば複数光
電変換素子A₁〜A₆，B₁〜B₆上の像はｍ・ｂの程
度ボケる事になる。このボケがf_N／２以下の空間
周波数成分をあまり低下させずにf_N以上の空間周
波数成分を大きく減少させるようにＸの値の値を
選べればよい。そのような条件はだいたいd′ｂ
2d′；d′＝ｄ×（ｌ−Ｘ）／ｌとする事で達成す
る事ができる。

又焦点検出装置の検出面Ｄが撮影レンズの最も
鮮明な像面に一致しない状態で精度よく合焦を判
定する為には複数光電変換素子上のボケもA₁〜
A₆上とB₁〜B₆上て対称である必要があり、第３
図３７１，３７２に図示したような非対称なボケ
では光電変換素子A₁〜A₆及びB₁〜B₆の対応する
受光面の像が相互に完全に重なり合うＸの値は見
出し得ず本発明の効果は減少する。従つて本発明
のような「ボケ像による焦点検出方式」では射出
瞳の第１部分と第２部分の形状が、両者の中心を
結ぶ線にそつて一方を平行移動（撮影レンズ光軸
に直角な方向に移動）した時に両者の形状が重な
り合うように設定する事が好ましい。

尚受光素子３１０，３２０の、検出面ＤからＸ
だけ離れた面における再結像レンズによる像は次
のごときものとなる。即ち再結像レンズの中心を
通る光線（これは前述の射出瞳の第１の部分及び
第２の部分の中心を通る光線に一致するが）によ
る受光素子３１０，３２０の像（図示していない
が第２図の２４３〜２４６と全く同様の形状）を
再結像レンズ開口形状に相似した形３７１，３７
２のボカした形のものである。

また第２図及び第３図の例では検出面Ｄ即ち光
電変換素子A₁〜A₆及びB₁〜B₆の再結像レンズに
よる像が鮮明にかつ相互に重なり合つて存在する
面がフイールドレンズ面と概略一致した場合を示
しているが、フイールドレンズの役割は再結像レ
ンズ開口を撮影レンズの射出瞳上に概略投映する
事にあり、検出面Ｄとフイールドレンズ面は必ず
しも一致していなくてもよい。すなわちフイール
ドレンズ２３０を例えば前記検出面Ｄから前方Ｘ
の位置にもつて来る事も可能である。その場合に
はこのＸの位置における光電変換素子A₁〜A₆，
B₁〜B₆の像はフイールドレンズのパワーの影響
を受けないので、その大きさは第２図に示した値
d′とは少し異なり、単純に再結像レンズの結像倍
率により決まる値となる。

次に別の光学系（米国特許4185191号明細書）
の場合に関する全く同等の事を行なう為の実施例
を第４図、第５図を用いて説明する。第４図で焦
点検出装置の検出面Ｄ上には微小レンズアレイ４
３１〜４３６がありこれら微小レンズは検出面Ｄ
上の間隔ｄで並んでいる。これら微小レンズ４３
１〜４３６の開口面積D₁４３１〜D₆４３６は
「検出微小領域」を形成し、第２図の「検出微小
領域D₁２３１〜D₆２３６」に対応する。第２図
の場合の検出微小領域D₁〜D₆は光電変換素子２
１１〜２１６，２２１〜２２６の受光面の形状に
よつて決まつたが、第４図の場合の検出微小領域
D₁〜D₆は微小レンズ４３１〜４３６の開口の形
状によつて決まつている。第４図の装置ではこれ
ら微小レンズアレイの後方には対をなして光電変
換素子が配置され、D₁４３１の後方にはA₁４１
１とB₁４２１が、D₂４３２の後方にはA₂４１２
とB₂４２２が…配置される。そしてこれら光電
変換素子の受光面形状が対応する微小レンズによ
り検出面Ｄよりｌだけ前方の撮影レンズ射出瞳位
置４００にそれぞれの共役像が相互に重なり合う
ように光学系の配置がなされている。即ち射出瞳
の第１部分４５１を通過した光束により検出面Ｄ
上の微小レンズ４３１〜４３６に入射した光量は
それぞれ光電変換素子４１１，４１２，４１２，
４１３，４１５，４１６により受光され、射出瞳
の第２部分４５２を通つた光束により微小レンズ
４３１〜４３６に入射した光量はそれぞれ光電変
換素子４２１，４２２，４２３，４２４，４２
５，４２６により受光される。第２図、第３図の
焦点検出光学系において射出瞳の第１部分及び第
２部分の形状を決めていたのは再結像レンズの開
口形状であつたが、第４図、第５図の焦点検出光
学系において射出瞳の第１部分及び第２部分の形
状を決めているのは光電変換素子の形状である。
この様な対応関係の相違はあるものの、光電変換
素子A₁，A₂，…，A₆とB₁，B₂，…，B₆の出力
の現われ方は全く同等であり第２図で説明したの
と同じことが第４図に関しても言える。検出面Ｄ
上からＸだけ離れた面上に最も鮮明度の高い像が
きた時は光電変換素子４１１〜４２６の面上にで
きる像は第２図、第３図の場合と同様にボケたも
のとなる。そしてカメラにこのタイプの検出装置
を設けた従来装置の場合には第４図の面Ｄがフイ
ルム面と共役な位置にくるが、本発明の第４図を
用いて説明した実施例では面ＤからＸだけ離れた
面がフイルム面と共役になる。第４図と第５図の
実施例は領域４４３〜４４６あるいは５４３〜５
４６で重なり合つた像を光電変換素子で検出し、
光電変換素子上のボケ像から正確な焦点検出を行
ない、しかも高次の空間周波数成分の影響を受け
ないようにしたものである。第４図はｎ＝２の場
合に相当しており、合焦状態（すなわち検出面Ｄ
からＸだけ離れた面に最も鮮明度の高い像がきた
時）でA₁４１１とB₃４２３の出力が、A₂４１２
とB₄４２４の出力が、A₃４１３とB₅４２５の出
力が、A₄４１４とB₆４２６の出力がそれぞれ等
しくなり、これを検出することにより検出面Ｄと
最も鮮明度の高い像面との感に間隔Ｘがあるにも
かかわらず、精度の良い合焦検出が可能となる。
この場合のボケの程度は検出面Ｄから見た瞳部分
の広がり角度を第４図のようにとした時にボケ
の広がりｂ・Ｘで与えられ、第２図の場合と
同様にd′ｂ2d′；d′＝ｄ×（ｌ−Ｘ）／ｌ程度
に選ぶのが好ましい。第５図は第１射出瞳部分と
第２射出瞳部分の形状が相互の平行移動（撮影レ
ンズ光軸に直角な方向の移動）により重なり合わ
ない場合であり、この場合には第３図の場合と同
様に(1)式の条件を満たしていても「ボケ像による
焦点検出方式」における合焦状態で任意のパター
ンに対して光電変換素子A₁〜A₆とB₁〜B₆の出力
が完全に一致する事は保障されず、瞳部分の形状
が相互の平行移動により重なり合う場合に比べ合
焦精度が多少劣化する。

以上詳述した如く、本発明は結像レンズの移動
に伴つて第１及び第２の光電変換素子列上の像が
最も鮮明な状態から所定量ぼけた状態になつた時
にその光電変換素子出力に基づいて合焦判定を行
うので、高次の空間周波数成分の影響を除去する
ことができる。また結像レンズ射出瞳のうち第１
の光電変換素子列上に像を形成する第１の部分と
第２の光電変換素子列上に像を形成する第２の部
分の形状は、一方を平行移動した時に両者が互い
に略重なり合うよう設けられているので、この意
味でも焦点検出誤差の少ない、高精度の焦点検出
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の欠点を説明する図、第２図
は本発明の第１実施例の斜視図、第３図は本発明
の第２実施例の斜視図、第４図は本発明の第３実
施例の斜視図、第５図は本発明の第４実施例の斜
視図である。 〔主要部分の符号の説明〕、２１１〜２１６；
２２１〜２２６，４１１〜４１６；４２１〜４２
６，５１１〜５１６；５２１〜５２６……光電変
換素子、２００；４００；５００……結像レンズ
の射出瞳位置、２５１；４５１；５５１……射出
瞳の第１部分、２５２；４５２；５５２……射出
瞳の第２部分、Ｄ……検出面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結像レンズの射出瞳の第１の部分を通過した
   光束にて形成される第１の像を受ける複数の光電
   変換素子A₁，A₂…A_Nからなる第１の光電変換素
   子列と、前記射出瞳の第２の部分を通過した光束
   にて形成される第２の像を受ける複数の光電変換
   素子列B₁，B₂…B_Nからなる第２の光電変換素子
   列とを有し、該第１及び第２の光電変換素子列を
   構成する複数の光電変換素子の出力から各素子列
   上の像の相対的変位を検出し、前記結像レンズの
   合焦判定を行う焦点検出装置において、 前記結像レンズの光軸方向への移動に伴つて前
   記光電変換素子列上に形成される像が最も鮮明と
   なる状態から所定量ぼけた状態になつた時に得ら
   れる前記複数の光電変換素子の出力に基づいて合
   焦判定を行うとともに、前記射出瞳の第１の部分
   と第２の部分の形状は、一方を平行移動した時に
   両者が互いに略重なり合う形状であることを特徴
   とする焦点検出装置。