JPH0456812A - 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】 （発明の利用分野） 本発明は、カメラ等に配置される焦点検出装置の改良に
関するものである。

（発明の背景） カメラ等の焦点検出装置としては種々のものが提案され
ているが、その−例として第５図に示すものがある。

第５図において、１は対物レンズ、２は対物レンズ１の
予定焦点面の近傍に配置された視野マスク、３は同じく
フィールドレンズ、４は対物レンズ１の光軸に対して対
称に配置された２つのレンズ４−１．４−２により構成
される二次光学系、５は前記２つのレンズ４−１．４−
２に対応してその後方に配置された２つのセンサ列５−
１゜５−２により構成されるセンサ、６は前記２つのレ
ンズ４−１．４−２に対応して配置された２つの開口部
６−１．６−２を有する絞り、７は分割された２つの領
域７−１．７−２により構成される対物レンズ１の射出
瞳を夫々示している。尚、フィールドレンズ３は開口部
６−１．６−２を対物レンズ１の射出瞳の領域７−１．
７−２の近傍に結像する作用を有しており、各領域７−
１゜７−２を透過した光束がセンサ列５−１．５−２上
に夫々光量分布を形成するようになっている。

この第５図に示す焦点検出系では、対物レンズ１の結像
点が予定焦点面の前側にある場合は、２つのセンサ列５
−１．５−２上に夫々形成され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１の結像点が予定焦点
面の後側にある場合は、２つのセンサ列５−１．５−２
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
。そして、２つのセンサ列５−１．５−２上に夫々形成
された光量分布のずれ量は対物レンズ１の焦点はずれ量
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１の焦点はずれの方向及び
その量とを検出することができる。

上記２つの光量分布のずれ量を演算する方法は、例えば
本出願人により特開昭５９−１０７３１３号に開示され
ている。これにより求められた２つの光量分布のずれ量
Ｍより対物レンズ１の焦点はずれ量ｄを演算する最も簡
単な方法は両者が略比例するものとして比例定数Ｋを用
いてｄ＝に−Ｍ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
により求めるものである。尚、この式を改良し、ｄとＭ
との非線型性を考慮した演算方法も本出願人より特開昭
５９−１０７３１１号に開示されているがここでは詳し
い説明は省略する。

このような焦点検出装置において、精度のよい焦点検出
を行うためには２つのセンサ列上にできる光量分布の共
通部分が同一でなければならない。

そのための第１の条件は、２つの光量分布の光量的なレ
ベルが一致している必要がある。第６図は第５図におけ
る対物レンズ１の射出瞳７面上での断面を示したもので
ある。

第６図（ａ）において、８は対物レンズ１の射出瞳、９
−１．９−２は同射出瞳面上にフィールドレンズ３によ
って形成された絞り６の開口部６−１．６−２の投影像
、即ち焦点検出系の入射瞳をそれぞれ示している。セン
サ面上の光量は焦点検出系の入射瞳の面積に比例すると
考えられるので、第６図（ａ）に示すように対物レンズ
１の射出瞳８が焦点検出系の入射瞳９−１．９−２を完
全に含んでいる場合には、２つのセンサ列５−１゜５−
２上での光量は等しくなる。それに対して例えば第６図
（ｂ）に示すように何らかの誤差が生じ、対物レンズ１
の射出瞳８によって焦点検出系の入射瞳９−２の一部が
遮られた場合は、これに対応するセンサ列５−２上の光
量が低下する。

方、第６図（Ｃ）のように対物レンズ１の射出瞳１０に
焦点検出系の入射瞳９−１．９−２が完全に含まれては
いないが、両者の遮られた方が対称である場合には、２
つのセンサ列５−１．５−２上の光量の低下は同等とな
り光量的なレベルは一致する。しかしながら、第６図（
Ｃ）は特別な状態であって、わずかでも誤差が生じて２
つの入射瞳の遮られた方が非対称となると光量的なレベ
ルは一致しない。従って、第５図のような焦点検出系を
構成する場合には、第６図（ｄ）に示すようにある程度
の誤差が生じても焦点検出系の入射瞳１１−１．１１−
２が対物レンズ１の射出瞳８で遮られないように、余裕
を持って焦点検出系の絞り開口６−１．６−２の大きさ
が決定されている。特に−眼レフカメラのように、対物
レンズである撮影レンズが交換可能である場合は、使用
可能とすべき全ての撮影レンズの中で最も射出瞳径が小
さいものに合せて絞り開口を小さく設定する必要がある
。この場合、明るい撮影レンズに対しては、明るさと精
度を犠牲にして焦点検出を行うことになる。

こうした問題の解決策の１つとして、焦点検出系の絞り
の開口の大きさを撮影レンズの明るさに応じて可変とす
る方法が提案されている０例えば使用可能とすべき全て
の撮影レンズを開放Ｆナンバによって、標準的な明るさ
のレンズ、明るいレンズ、暗いレンズの３つに分類し、
それぞれに対して、第７図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）で示
されるような大きさ、形状の絞り開口を有する絞りを選
択し、二次光学系５７に対応させて配置して用いること
により、撮影レンズからの光束を有効に利用できるとと
もに、撮影レンズの射出瞳で必要な光束が遮られるのを
防ぐことができる。

また、２つのセンサ列上にできる光量分布の共通部分の
同一性を確保するための第２の条件は、２つのセンサ列
５−１．５−２上の光量分布の対応する位置同士の間隔
が、焦点検出を行う視野範囲全域に渡って一定であるこ
とである。

即ち、第５図において予定焦点面上の光軸からｙだけ離
れた点ＡＯに対応する２つのセンサ列５−１．５−２上
での像点Ａ、、Ａ２の光軸を原点とするセンサ列方向の
座標をそれぞれＹｌ　（ｙ）、Ｙ２　　（ｙ）とすると
、Ｚ　（ｙ）＝Ｙ１　　（ｙ）　　Ｙ２　　（ｙ）　　
−（２）が視野範囲内の任意のｙに対して不変であるこ
とである。今、ｙを縦軸に取″す、基準となる波長に対
するｙ＝Ｑの時の２の値との差 △Ｚ　（ｙ）　＝Ｚ　（ｙ）　−Ｚ　（０）　　　・・
・（３）を横軸にとってグラフを描くと、例えば第８図
のようになる。実線は基準となる光の波長例えばｄ線に
対する特性を、破線はこれと異なる波長例えばｇ線に対
する特性をそれぞれ示している。この図において２つの
曲線がともに縦軸に一致していれば、２つのセンサ列上
の光量分布の対応する位置同士の間隔が焦点検出を行う
視野範囲全域に渡って一定であるといえる。

第５図に示すような焦点検出系の絞り開口の切換えを行
う場合、第８図で示される焦点検出系の性能が常に良好
な状態に維持されなければならない。しかしながら、絞
り開口の切換えを行うことは焦点検出に利用する光束を
変化させることを意味し、一般にはそのような事は期待
し得ない。

例えば、第７図（ａ）の絞り開口に対して第８図に示す
ような比較的良好な性能が得られるとしても、絞り開口
を第７図（ｂ）に切換えた場合には第９図のように、ま
た、絞り開口を第７図（ｃ）に切換えた場合には第１０
図のように上記性能が変化し、焦点検出精度が低下して
しまう。特に第７図に示す様に２つの絞り開口の重心間
の距離が各状態でり、、Ｌ２．Ｌ３というように異なる
場合には、この変化が顕著となる。

このように１つの焦点検出系に対して、開口形状の異な
る複数の絞りを切換えて用い、なお且つ焦点検出精度を
常に保つことは非常に困難である。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した問題点を解決し、絞りの位置
を検出するための新たな検出手段を必要とせずに、該絞
りの切換えに伴う焦点検出精度の低下を防止することの
できる焦点検出装置を提供することである。

（発明の特徴） 上記目的を達成するために、本発明は、絞り制御手段に
よる絞りの開口形状の変化に際して生じる開口の重心位
置の正規位置からのずれ量に関係づけられた１つのパラ
メータによってセンサ信号出力を補正変換する補正変換
手段と、該補正変換手段からの補正変換信号より１対の
光量分布の相対的な位置関係を検出すると共に、決定さ
れたパラメータにより求められた補正変換信号に基づい
て焦点検出を行う相関演算手段と、少なくとも異なる３
つの前記パラメータの値に対して得られる前記相関演算
手段の結果から１つのパラメータの値を決定するパラメ
ータ決定手段とを設け、以て、前記パラメータによって
センサ信号出力を補正変換することで、絞りの開口形状
の変化に際して生じる開口の重心位置の正規位置からの
ずれ量を補正するようにしたことを特徴とする。

（発明の実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例である焦点検出装置の基本構
成を示す図であり、第５図の焦点検出系と共通のものに
対しては同一の符号を付しである。但し、ここで絞り６
はその１対の開口の形状が例えば第７図に示すように可
変となるように構成されているものとする。

第１図において、６０は前記絞り６を使用されるレンズ
に応じて可変するための絞り制御手段である。これを実
現するための具体的な方法としては、例えば第２図に示
すように形状の異なる複数の開口対を有する絞り６を同
図の矢印７１の方向に移動させる方法や、液晶やＥＣ等
の光の透過状態を電気的に変化させることが可能な素子
により絞り６を構成する方法が考えられる。６１はセン
サ５より出力される信号を受け、光量分布の歪を補正変
換する補正変換手段、６２は補正変換された信号を受け
、その相対的な位置関係を検出する相関演算手段である
。

以上のような構成において、前記絞り制御手段６０は外
部からの信号に応答して絞り開口形状を変化させると共
に、選択された絞り６の開口形状に関する情報を前記補
正変換手段６１に送る。該補正変換手段６１は絞り制御
手段６０からの情報に応じてその補正変換の方法を変化
させるか、もしくは選択することにより、本発明の目的
が達成される。前述したように、絞り６の開口形状に関
する情報として最も重要なものは、開口の重心間の距離
である。尚、一方のセンサ出力のみを補正変換し、他方
の歪曲状態にあわせる構成とすることも可能である。

次に、上記補正手段６１の具体的な演算方法について説
明する。

最も一般的な補正方法は、補正前のセンサのｎ番目の画
素の出力をａ。とする時、補正後のｍ番目のセンサの出
力す、を係数に７を用いてす、＝Σｋｎａｎ　　　　　
　　　　　−（４）と線型変換するものである。しかし
、実際の二次光学系の歪曲収差の量はそれほど大きくな
く、１つの画素の補正変換後の出力は、隣接する２〜３
画素の出力にのみ依存すると考えられるのでｂｓ　”　
ｋｎ−＋　ａｎ−＋　＋　ｋｎ　ｔａｎ　　　　””　
（５）または、 ｂｍ　　＝　　ｋ　ｎ−＋　　ａ　ｎ−１＋　　ｋ　ｎ
　　ａｎ　　＋　ｋｎ会＋　　ａ　ｎｉｌ・・・　（６
） 等の変換式を用いれば十分といえる。ここで歪曲収差の
量が大きくない場合には、ｍ＝ｎまたはｍ＝ｎ−１が成
立つ、上記係数ｋｎは、二次光学系や絞り開口の形状に
よって決る歪曲収差の関数である。補正変換手段６１は
、これらの係数を保持するメモリ部を有し、絞り６の切
換えに応じて、必要な係数を読み出して補正変換を行う
。

次に、具体的な係数と歪曲収差の関係を説明する。

第３図は第１図の焦点検出系の第１の光量分布に関わる
光束の主光線のみを示した図である。この図において、
センサ列５−１上にその列方向に座標軸Ｘ、予定焦点面
７上の視野方向に座標軸Ｘをとる。但し、両座標軸ｘ、
Ｘの原点は光学的に対応しているものとする。すなわち
、ｘ＝ｏから出る主光線はセンサ列上のＸ＝○の点に到
達するものとする。この座標系を用いて、二次結像系に
よる結像が歪曲収差ｈ　（ｘ）Ｘ１００％によってＸ＝
βｏ　　ｘ　　（１＋ｈ　　（ｘ）　　）　　　　　　
−−（７）で関係付けられているとする。但しβ。は基
準となる横倍率で、例えばｘ＝Ｏでの倍率である。

船釣には、予定焦点面７上の座標Ｘを基準にした、歪曲
収差Ｈ（Ｘ）　、横倍率β。′を用いた式％式％（８） を考えるのが普通であるが、説明の都合上、上記（７）
式を用いることにする。上記（７）（８）式は同一の内
容を示したものであり、理論上の差異はない。

今、センサ５上の光量分をｇ　（ｘ）　、予定焦点面７
上の光量分布（但し、光量分布ｇ　（ｘ）を形成する光
束のみによる光量分布）をｆ　（ｘ）とすると、光量に
損失がなければ両者の間にはｇ　（ｘ）ｄｘ＝ｆ　（Ｘ
）ｄｘ　　　　　・・・（９）の関係がある。従って（
７）式よりｈ　（ｘ）のＸによる変動が十分小さいとし
て ｄｘ＝［βｏ　ｘ　　（１＋ｈ　　（ｘ））十βｏ　’
Ｘ　（１＋ｈ　（ｘ）　）　］　ｄｘ＝βｏ　　ｘ　　
（１＋ｈ　　（ｘ））ｄｘ・・・・・・　（１０） よって上記（９）式は ｇ　（ｘ）ｄｘ＝ｆ　（β。ｘ　（１＋ｈ　（ｘ）　）
　）×βｏ　　（１＋ｈ　（ｘ）　） ・・・・・・（１１） センサ列の第ｎ番目の画素中心の座標なｕ７センサビツ
チをＰとすると、第ｎ番目の画素の出力ａ。はｇ　（ｘ
）の変化がセンサピッチ内では十分小さいとして、 ＝ｇ　　（ｕｎ　　’）　　Ｐ　　　　　　　　　・・
・　（１２）更に（１１）式から ａｎ＝ｆ（βｏｕｎ　　　（１＋ｈ（ｕｎ　’）））×
βｏ　　（１＋ｈ　（ｕｒｌ’）　）　Ｐここで ｕｎ＝βｏ　　ｕｎ　　　（１＋　ｈ　　（ｕｎ　　’
）・・・　（１５） すると Ａ、＝ｆ　　（ｕｏ）Ｐ７３ｏ　　　　　　　−（１６
）一方、歪曲収差がないとしたときに得られるべき第ｍ
番目の画素の出力Ｂ、は 岬ｆ　　（ｕ鵬　′βｏ）ｐβＱ ＝ｆ（ｖｓ）ｐβ０ ・・・　（１７） 但し Ｖ　ｓａ　”　ｕ　ｍ　　β０ 従って ｕｒｌ−、＜ｖ、　’≦ｕＩ。

を満たすｎに対して補間を行って ・・・　（１８） ・・・　（１９） ・・・　（２０） となる。上記（２０）式は第４図に示すように求めるべ
き出力Ｂ、を与えるｖ、′に最も近い２つの値ｕ　、、
−＋　ｌ　ｕ　ｎの出力値から直線補間を行ったもので
あり、上記（５）式で示す２つの係数を含む場合に相当
する。この他にも、例えば■、に最も近い３つの点での
出力を用いて最小自乗法によりある関数を求め、補間を
行う等公知の補間法を適宜用いることができる。

第２の光量分布に関してセンサ列５−２上にＸと同様の
座標軸Ｘ′を定義し、歪曲収差をｉ（Ｘ　　）とすると
、上記式において、ＸをＸに、ｈ　（ｘ）をｉ　　（ｘ
’　）に置き換えることで補正変換の式が導き出される
。両光量分布の対称性により製作上の誤差がなければ ｈ　（ｘ）＝ｉ　（−ｘ）　　　　　　　−（２０）が
成立する。さらに、２つの光量分布のうち、方のみを補
正変換し、他方の歪曲に合せることも可能である。例え
ば第１の光量分布のみを補正変換するには、これまでの
式において、ｈ　（ｘ）をｈ　（ｘ）　−ｉ　（ｘ）で
置き換えれば良い。

上記歪曲収差を表すｈ　（ｘ）やｉ　（ｘ’　）は設計
値として求めることができる。また、個々の焦点検出系
について測定した値を用いることにより、製作誤差を考
慮した補正が達成される。

本実施例によれば、補正変換手段６１は、絞り制御手段
６０より送られてくる絞り開口形状の情報に適した補正
係数を、予め保持している内部メモリ部より選択し、該
補正係数によりセンサ５からの信号出力を補正変換し、
この補正変換信号を受ける相関演算手段６２は該補正変
換信号に基づいて１対の光量分布の相対的な位置関係を
検出し、焦点検出を行うように構成している為、絞りの
位置を検出するための新たな検出手段を必要とすること
なく、該絞りの切換えに伴う焦点検出精度の低下という
問題が解決され、どの様な明るさのレンズが用いられて
も最適な焦点検出を行うことが可能となる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、絞り制御手段に
よる絞りの開口形状の変化に際して生じる開口の重心位
置の正規位置からのずれ量に関係づけられた１つのパラ
メータによってセンサ信号出力を補正変換する補正変換
手段と、該補正変換手段からの補正変換信号より１対の
光量分布の相対的な位置関係を検出すると共に、決定さ
れたパラメータにより求められた補正変換信号に基づい
て焦点検出を行う相関演算手段と、少なくとも異なる３
つの前記パラメータの値に対して得られる前記相関演算
手段の結果から１つのパラメータの値を決定するパラメ
ータ決定手段とを設け、以て、前記パラメータによって
センサ信号出力を補正変換することで、絞りの開口形状
の変化に際して生じる開口の重心位置の正規位置からの
ずれ量を補正するようにしたから、絞りの位置を検出す
るための新たな検出手段を必要とせずに、該絞りの切換
えに伴う焦点検出精度の低下を防止することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における焦点検出装置の概略
構成を示す図、第２図は第１図図示絞りの構成を示す図
、第３図は本実施例における一方の光量分布に関わる光
束の主光線を示す図、第４図は同じく補間について説明
する図、第５図は従来の焦点検出系を示す図、第６図（
ａ）〜（ｄ）は同じく対物レンズの射出瞳面上での断面
を示す図、第７図（ａ）〜（Ｃ）は同じく異なる明るさ
のレンズに対応して選択される絞り開口の大きさを示す
已 図、第８Ａは同じく視野範囲全域に渡る対を成す光量分
布曲線が適正な場合を示す図、第９図及び第１ｏ図は第
８図の対を成す光量分布曲線が適正でなくなった場合を
示す図である。 ２・・・・・・視野マスク、３・・・・・・フィールド
レンズ、４・・・・・・二次光学系、５・・・・・・セ
ンサ、６・・・・・・絞り、６０・・・・・・絞り制御
手段、６１・・・・・・補正変換手段、６２・・・・・
・相関演算手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの瞳の異なる領域からの光束により少
   なくとも１対の光量分布を形成するための二次光学系と
   、該二次光学系を透過する光束を制限するための形状可
   変な開口を有する絞りと、該絞りの開口形状を変化させ
   るための絞り制御手段と、前記二次光学系によって形成
   された光量分布を検出し、信号出力として取り出すため
   のセンサとを備えた焦点検出装置において、前記絞り制
   御手段による絞りの開口形状の変化に際して生じる開口
   の重心位置の正規位置からのずれ量に関係づけられた１
   つのパラメータによって前記センサ信号出力を補正変換
   する補正変換手段と、該補正変換手段からの補正変換信
   号より１対の光量分布の相対的な位置関係を検出すると
   共に、決定されたパラメータにより求められた補正変換
   信号に基づいて焦点検出を行う相関演算手段と、少なく
   とも異なる３つの前記パラメータの値に対して得られる
   前記相関演算手段の結果から１つのパラメータの値を決
   定するパラメータ決定手段とを設けたことを特徴とする
   焦点検出装置。