JPH0618773A - 焦点検出装置を有するカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮影画面の広い範囲に測距視野を設定すると
共に焦点検出精度の向上を図り、更にカメラの合理的設
計配置を可能とする。 【構成】 撮影レンズを通過した物体光をピント板に導
き、ピント板上の物体像を観察し得る様にした一眼レフ
レックスカメラで、ピント板で拡散された物体光を受け
て焦点検出を行う装置とこの装置を制御する視線検出装
置をペンタプリズムの周辺に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被写体を視認するための
ピント板を通過した光束を用いて焦点検出を行うカメラ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、焦点検出装置を有する一眼レフカ
メラは、例えば、実開昭５７−４０９１９号公報あるい
は、特開平１−１２０５２０号公報等に開示されている
構成が一般的であった。すなわち、実開昭５７−４０９
１９号公報に示されるように、ピント板中央部を素通し
にして、その背後に配置した光分割器からこの部分を通
過した光束を取り出し、焦点検出を行うものと、特開平
１−１２０５２０号公報に示されるように、ファインダ
ー系へ光路を曲げるメインミラーを半透鏡とし、ここを
透過した光束をサブミラーで下方に導いてミラーボック
ス底部にて焦点検出を行うものとが知られている。

【０００３】ところが、実開昭５７−４０９１９号公報
の構成では、カメラを小型化する要求から光分割器を厚
くすることは難しく、測距視野を拡げることは実際上出
来なかった。仮に、カメラの大きさ犠牲にして測距視野
を拡大したとしても、ピント板上の素通し部が広くなっ
て、一眼レフカメラ本来の機能である被写体像の視認性
が低下するという欠点があった。また、特開平１−１２
０５２０号公報の構成では、サブミラーの大きさは、メ
インミラーによって制限されるために、特に撮影画面下
方向への測距視野の拡大は、極めて難しかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記難点を改
善するもので、撮影画面の広い範囲に測距視野を設定し
たカメラを提供することにある。ことに前述した様にピ
ント板付近で光分割を行ったり、サブミラーを主ミラー
の背後に配置し、物体光をカメラボディのミラーボック
ス底部に導いて焦点検出を行うタイプの一眼レフカメラ
では困難であった画面中下側部分での測距を可能とす
る。

【０００５】他方、本発明は焦点検出精度の向上を課題
とする。一般に、被写体の空間周波数によって最適なピ
ント位置は変化するが、本発明は撮影レンズの収差特性
を加味した焦点検出することによって、被写体の空間周
波数に応じたピント位置を検出可能とするものである。

【０００６】また、本発明は操作者が注目している物体
を視線検出装置で検出して、その結果を焦点検出装置へ
入力する構成で、視線検出装置、焦点検出装置を集中的
に配置してカメラの内部をすっきりした構成とすること
を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】後述する実施例の構成
は、撮影レンズを通過した物体光をピント板に導き、ピ
ント板上の物体像を観察し得る様にしたファインダーを
備えたカメラに於いて、ピント板で拡散作用を受けた物
体光から前記撮影レンズの焦点調節状態に応じて相対的
位置関係の変化する光量分布を形成する手段と前記光量
分布を受けて電気信号に変換する手段とを有する焦点検
出装置と、観察者の眼の視線を検出する為で前記焦点検
出装置と電気的に結合された視線検出装置とを前記ピン
ト板より観察者側に設けている。

【０００８】

【実施例】本発明による一眼レフカメラに搭載される焦
点検出装置について、まず、説明を加える。図４から図
１４は、本焦点検出装置における検出精度向上のための
改良点を説明するための図であり、このうち図４から図
８は被写体の空間周波数と最良像面との関係および従来
の焦点検出装置の欠点の説明図、図９から図１４は、焦
点検出装置の構成および動作の説明図である。

【０００９】本発明による一眼レフカメラに用いる焦点
検出装置を理解するため、まず、最初に、空間周波数と
最良像面との関係について説明する。図４は像面近くの
光線と球面収差を表す収差図さらに点像の状態を同時に
表した図を記載したものである。仮に開放絞りがＦ１．
４のレンズとし、最大入射高を１０等分に０〜１０の番
号を符してある。この数値は収差図上の番号と光軸上の
番号とに対応し、この位置は射出瞳上半径ｈの部分を通
過した光線が光軸を横切る点である。このような特性の
撮影レンズにおいて図中ａ〜ｈで示した位置に像面を設
定した場合、点像は図のように変化する。なお、点像の
強度分布は断面に表れる光線の密度を積分して得られ
る。まず、位置ａにおいては、円板状に広がった光斑の
中央にボケた近軸像の名残りがあるが、ほぼ均一な光の
広がりとなる。位置ｂは近軸像点で、中央に明らかな輝
点を生じるが、その周囲のハロはかなり大きい。位置ｃ
の状態を経て、位置ｄでは、最も小さい範囲に光線がま
とまり、いわゆる最小錯乱円を形成する。この最小錯乱
円は全体として画像の形成に寄与し、比較的に低周波の
画像に対して高いコントラストを与える。位置ｅでは、
ハロを除いた輝点のみを考えた時の錯乱円が最小であ
る。この最小芯と位置ｄの最小錯乱円とを比べると、最
小芯の方がかなり小さく、この位置においては、解像限
界周波数を意味するいわゆる解像力が高い数値を示す。
しかし、周囲に広がるハロのため、低周波の画像では低
コントラストとなってしまう。位置ｆから位置ｈは光斑
が広がるとともに、中央の輝点も目立たなくなり、さら
には円環状となって、しだいに消えていく。

【００１０】以上のような点像の変化から、ＭＴＦ（Ｍ
ｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉ
ｏｎ）のデフォーカス特性は、画像の空間周波数によっ
て異なることが理解される。図５および図６は空間周波
数が５０本／ｍｍと２０本／ｍｍにおけるＭＴＦを示す
例である。図において横軸は像面位置で、近軸像点を原
点にとっている。空間周波数５０本では像面位置−０．
１［ｍｍ］にピークを持ち、一方２０本／ｍｍでは−
０．６６［ｍｍ］にピークを持っている。このように空
間周波数に応じて最良像面の位置は異なり、高周波の画
像に対してては最小芯の位置が、また、比較的低周波の
画像に対しては最小錯乱円の位置がほぼ対応する。ここ
で、空間周波数の高低については、波長と最小錯乱円と
の比較が一つの目安となる。特開昭６１−７３１１９号
公報に開示されている技術は上記のように空間周波数に
よって変化する最良像面の位置を正確に検出するための
一つの方策になり得るもので、焦点検出装置が取り込む
光束と撮影光束とをほぼ等しく設定した構成例の動作を
示している。例えば、図７はこのような方式の焦点検出
装置の例を示すものである。この図において、２０は被
写体面、２１は不図示の一眼レフカメラにおける撮影レ
ンズ、２３は撮影レンズ２１の予定結像面（カメラにお
ける焦点面）２２の近傍に設けられたフィールドレン
ズ、２４、２５は撮影レンズ２１の光軸Ｌ１を中心にし
て対称に配置され、撮影レンズ２１の射出瞳の異なる領
域３１ａ、３１ｂの夫々を通過する光束に基づいて２つ
の物体像を結像させるための２次結像レンズ、２６、２
７は２次結像レンズ２４、２５によって結像された各物
体像を検出するための光電変換素子列で、この素子列２
６、２７は例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等で構成される。２８は２次結像レ
ンズ近傍に設けられたマスクで、フィールドレンズ２３
はマスク２８の開口部２８ａ、２８ｂを撮影レンズ２１
の異なった射出瞳領域２１ａ、２１ｂに結像させてい
る。この例においては、撮影レンズの射出瞳の大部分を
上記の領域２１ａ、２１ｂが占めているため、測距のた
めの光束と絞り開放時の撮影光束とがほぼ等しくなり、
被写体像の空間周波数に応じた最適ピント位置を検出す
ることが可能である。次に、一般的な収差特性を持つレ
ンズとして図４示の撮影レンズを例にとり、この点につ
いて詳述する。図８は点像と被写体との組み合わせによ
り生ずる被写体像を表し、このうち図８（ａ）および図
８（ｂ）はそれぞれ図４のｅとｄの位置での点像の強度
分布を示している。図において、１２０、１２３は瞳の
全入射高からの光線による強度分布、１２１、１２４は
瞳の光軸より上の部分を通った光線による強度分布、１
２２、１２５は瞳の光軸より下の部分を通った光線によ
る強度分布である。したがって、例えば、強度分布１２
１と強度分布１２２の和は強度分布１２０に外ならな
い。このように、瞳を分割して、像の形成状態を考えれ
ば、像ずれ方式の焦点検出装置における光電変換素子上
に像の動きを、一次結像面上に置き換えたものと等価で
ある。さて、図８（ａ）に示した点像は中央部の強いピ
ークとその外側に大きく広がったハロより成っている。
これを瞳領域別に考えれば、中央のピークは、２つの強
度分布１２１、１２２の和として、周辺のハロは、片側
の瞳のみによって形成されていることが理解される。こ
れは、点像の芯の形成に寄与しない光線は図４示位置ｅ
よりもさらにレンズから遠い位置で光軸と交わることか
ら、瞳を半分にしたときのハロは主にピークの片側に現
れるためである。これに対し図８（ｂ）に示した点像
は、台形状の分布であり、しかも瞳領域別に考えると、
点像全体が、２つの強度分布１２４、１２５の和である
と言える。すなわち、位置ｅでハロとなっていた光線が
光軸付近に集まり、芯を形成していた光線の一部がハロ
と反対側に移動したわけである。一般に、被写体像は、
このような点像強度と、被写体の輝度分布とのコンボル
ージョンを取ることによって得られ、像のコントラスト
と被写体のコントラストの比および被写体と像との位相
ずれは、被写体の空間周波数によって異なったものとな
る。図８（ｅ）〜図８（ｈ）は被写体を図８（ｃ）ある
いは図８（ｄ）に選んだときの被写体像の様子を表すも
ので、点像の違いによる像の変化を説明するためのもの
である。破線および実線は、分割された瞳領域によるそ
れぞれの像を示している。

【００１１】まず、図８（ｃ）に示した高周波の被写体
について説明する。被写体の輝度分布１２６は点像の強
度分布１２１および１２２とのコンボルージョンにより
被写体像１２７、１２８として投影される。このとき、
強度分布１２１と１２２は尾の引き方が逆方向であっ
て、同形状でないにもかかわらず、被写体が高周波であ
る為にその像はほぼ同位相である。また、先に説明した
ように、この点像強度は、解像力のビークを与える形状
であるために、高周波被写体の像は比較的高コントラス
トとなっている。一方、図８（ｂ）に示した点像とのコ
ンボルージョンで得られる被写体像は図８（ｇ）に示す
ように極めて低コントラストとなり、僅かに偽解像によ
る明暗が残るのみである。実際このようなコントラスト
での焦点検出は困難となる。

【００１２】これに対し、図８（ｄ）に示した比較的低
周波の被写体１２９は点像が図８（ａ）図８（ｂ）のど
ちらであっても焦点検出に十分なコントラストで解像さ
れる。ところが、図８（ａ）示の点像の場合には、ピー
クの片側に広がるハロの影響によって、破線と実線で示
した２つの像１３０、１３１は同位相とはならず、ハロ
のない図８（ｂ）示の点像で、図８（ｈ）のようにコン
トラストが高くなるとともに、同位相となる。

【００１３】以上説明した被写体像の変化を、焦点検出
装置の動作に当てはめて考えると、焦点検出装置は瞳分
割された２像が一致したときに合焦と判断するとして、
図８（ｃ）に示した被写体では図８（ａ）のピント位置
が、図８（ｄ）に示した被写体では図８（ｂ）のピント
位置が、それぞれ焦点検出装置の出力する合焦位置であ
る。これは、いずれも被写体像のコントラストが最高と
なるピント位置に合致している。このように、撮影光束
と測距光束を一致させ、球面収差によるハロまで含め
て、被写体像の位相を検出することにより、被写体像の
空間周波数を考慮した撮影レンズの最適ピント位置知る
ことができるわけである。なお、ここで測距光束を撮影
レンズの絞りが開放状態の撮影光束にそろえ、絞り開放
時に最適ピントを得ているのは、最も像面深度が浅いと
きにピント外れが顕著だからである。

【００１４】図７に示した装置における焦点検出の動作
は次の通りである。例えば、撮影レンズ２１が図示左方
に繰り出されて所謂前ビン状態となると、２次結像レン
ズ２４、２５によって夫々の光電変換素子列２６、２７
の受光面に結像されていた被写体面位置の物体の像が夫
々矢印方向にずれるので、この像の相対的なズレに応じ
た光電変換素子列２６、２７の出力の変化により、前ビ
ン状態であること及びその量が検出されることになる。
また、後ビン状態の場合には、夫々の像が前ビン状態の
場合と逆方向にずれるので、後ビン状態であること及び
その量が検出される。

【００１５】ところで、上記の焦点検出装置によって検
出できるデフォーカスの大きさは、デフォーカスに対す
る物体の２次像のズレ量と、この物体像を捉える光電変
換素子列の長さとによって決定される。この焦点検出装
置のように測距光束を射出瞳いっぱいに設定した場合、
測距基線長が長くなるとともに、デフォーカスに対する
２次像のズレ量も大きくなり、したがって、光電変換素
子列はかなり長いものが必要になる。なお、測距基線長
と像ズレ量の関係は特開昭６３−８８５１１号公報に詳
述されている。一般にＣＣＤ等の半導体デバイスは、そ
のチップサイズが大型化するに伴って、急激に製造歩留
りが低下するため、このような大型のセンサーは極めて
高価となる欠点がある。また、部品の収納スペースの面
からも好ましくない。さらには、再結像レンズは広い画
角をカバーする必要性が生じ、光学設計的にも困難性が
増大する。この結果として、再結像系の光路長を伸ばす
とか、再結像レンズを複数のレンズにパワーを配分する
といった必要性が生じ、いずれの場合もコスト上、スペ
ース上の悪影響を及ぼす。

【００１６】図９はこのような欠点を改善した焦点検出
装置を示し、焦点検出光学系の光路中に拡散板を有する
ことが特徴となっている。図９において、４０は被写体
面、４１は撮影レンズ、４２は撮影レンズの予定結像面
位置付近に連続した微細な凹凸から成るマット面４２ａ
を配置した拡散板、４３はフィールドレンズ、４８は２
つの開口部４８ａ、４８ｂを有するマスク、４４は撮影
レンズの光軸Ｌ２を中心にして対称配置された２つのレ
ンズ部４４ａ、４４ｂを有する二次結像レンズである。
この二次結像レンズは、２つのマスク開口４８ａ、４８
ｂを通過した光束を収斂し、後方に配置された光電変換
素子列４６、４７上に被写体の２次像を形成する。ここ
で得られた光電変換出力は、後述するマイクロコンピュ
ータに入力され、撮影レンズの焦点検出に供される。

【００１７】上記のフィールドレンズ４３は拡散板４２
での拡散がないとすれば、マスク４８と撮影レンズの射
出瞳とを共役に投影する作用を有し、拡散板の拡散特性
と、このフィールドレンズの集光特性によって、撮影レ
ンズの射出瞳上における測距光束の通過領域が決定され
ている。図１０は拡散板４２の拡散特性を示す図で、撮
影レンズ側から垂直に入射する光線ｌが二次結像レンズ
側のマット面４２ａで拡散する様子を示している。入射
角と同じ角度で射出する直進成分が最も強く、これから
離れる程弱くなり、撮影レンズ側から入射した光線は、
マスク４８上である程度の広がりを持つことが理解され
る。したがって、光線逆進の原理より、マスク４８上の
ある点に収束する光束は、拡散がない状態ならば共役関
係の射出瞳上においてもある程度の広がりを持つことと
なる。

【００１８】図１１および図１２はこの説明図で、図１
１はマスク４８の平面図、図１２は撮影レンズの射出瞳
上におけるマスクの像を示す図である。まず、図１１に
示すように、２つのマスク開口４８ａ、４８ｂは一つの
円を２分割した形状となっている。フィールドレンズ４
３によって、これらの像が射出瞳上に形成されるが、拡
散板４２の作用により、滲みの生じた像となる。この状
態を簡略的に示したのが図１２で２つの開口像のそれぞ
れを右斜めの斜線と左斜めの斜線によって表している。
これらの像は一部が重なり合い、全体としては射出瞳の
内側いっぱいに広がった形状となっている。この結果、
マスク開口像の重心間隔を比較的小さくしたまま、射出
瞳の広い領域から測距用光束を取り込むことが可能であ
る。

【００１９】次に、以上の構成による焦点検出装置の測
距原理について説明する。図１３（ａ）、図１３（ｂ）
はこのための説明図で、撮影レンズ４１からマスク４８
までの詳細を示している。拡散板４２のマット面４２ａ
における光の拡散は厳密には波動光学的な解析が必要で
あるが、ここではその近似として幾可光学的な説明を加
える。まず、図１３（ａ）において、マスク開口４８
ａ、４８ｂ内の点Ｇ、Ｈと拡散板４２の光軸上の点Ｅと
を通る２本の光線Ａ、Ｂを考える。フィールドレンズは
薄肉でマット面４２ａに隣接しているとして、点Ｅから
マスク開口上の点Ｇ、Ｈを見込む角はθ₁ である。マッ
ト面４２ａは連続した微細な凹凸の集合体であり、点Ｅ
における曲面の接平面が図中Ｐ１で示した面であるとす
れば、光線Ａ、Ｂはここで屈折し光線Ａ′、Ｂ′とな
る。同様に、図１３（ｂ）において点Ｅからごく僅か離
れたマット面４２ａ上の点Ｆを設定し、点Ｆにおける接
平面を面Ｐ２とすれば、光線Ｃ、Ｄはここで屈折し、光
線Ｃ′、Ｄ′となる。拡散板４２の厚みを無視し、図１
３（ａ）、（ｂ）にて示した射出瞳上の到達点Ｉ、Ｊお
よびＫ、Ｍをそれぞれ点Ｅ、点Ｆから見込む角をθ
₁ ′、θ₂ ′とすれば、点Ｅと点Ｆは極めて近距離であ
るため、θ₁ と接平面の傾きがともに小さい範囲で θ₁ ′≒θ₂ ′ である。すなわち、これは、光軸Ｌ２がマット面４２ａ
に交わる点から２つのマスク開口を見込む角が小さい範
囲においては、ある範囲に屈折した光線について、測距
基線長は同一であることを意味している。さらに、点Ｅ
の近傍には様々な方向の接平面が存在し、それらの総合
的な挙動として図１０に示した拡散特性が得られると幾
可光学的には考えられるわけであり、これらの接平面一
つ一つに図１３（ａ）、（ｂ）で説明したことを当ては
めることができる。また、図１３（ａ）、（ｂ）におい
ては、光軸上の測距点について作図してあるが、光軸外
の点についても同様に考えればよい。したがって、焦点
検出装置の測距基線長はマスク４８の開口間隔で決定さ
れ、拡散板の特性には影響されないことが理解される。
本焦点検出装置は、このような性質を利用して、測距基
線長を必要以上に大きくすることなく、明るいＦナンバ
ーの測距光束を取り込むように構成し、被写体の空間周
波数に応じて最適なピント位置を検出可能にしたもので
ある。

【００２０】さて、測距基線長の違いによって像ずれ量
は変化することを先に述べたが、ここでは図を用いて詳
細な説明を加える。図１４（ａ）は図１に示した本発明
による焦点検出装置の部分図、図１４（ｂ）は図７に示
した従来の焦点検出装置の部分図である。図示されてい
る光線は光軸Ｌ１、Ｌ２上の測距点を通る再結像系の主
光線で、いずれのレンズも薄肉である場合の光路であ
る。

【００２１】まず、点Ｎに被写体が結像している場合、
図１４（ａ）においては、光電変換素子列上のＲ１およ
びＲ２に、図１４（ｂ）においてはＴ１およびＴ２に被
写体の２次像が投影される。次に、被写体距離が変化す
るか、撮影レンズが繰り込まれて、結像位置が点Ｑに移
ったとき、２次像の投影位置は、図１４（ａ）では、点
Ｓ１、点Ｓ２に移動し、図１４（ｂ）では、点Ｕ１、点
Ｕ２に移動する。このようなデフォーカスに伴う像ずれ
動作を両者で比較すると、２つのマスク開口を見込む角
がより大きい図１４（ｂ）の方が、像の移動量も大きく
なっていることが解る。したがって、同一のデフォーカ
ス量を検出するためには、図１４（ｂ）の方がより長い
光電変換素子列を必要とすることになる。これは、コス
ト上、また部品収納のスペース上あるいは光学設計上好
ましくないことは前述の通りである。

【００２２】次に、以上に説明した焦点検出装置を組込
んだ一眼レフカメラについて説明する。本一眼レフカメ
ラの特徴とするところは、焦点検出装置の拡散板を一眼
レフカメラのピント板で兼用したことである。図１にお
いて、８０は一眼レフカメラ本体、８２は撮影レンズ８
１をその光軸方向に移動可能に保持するレンズ鏡筒、８
３は可動ミラーである。可動ミラー８３は被写体像の観
察時には、下降状態にあって、撮影レンズからの光束を
上方に偏向し、ファインダー・焦点検出系へと導き、ま
た、写真フィルム９２の露光開始直前にはね上げられ、
露光終了とともに、図の状態に戻される。

【００２３】上記のファインダー・焦点検出系は次の要
素で構成されている。図中８４は、被写体像が投影され
るとともに、測距光束を拡散するためのピント板、８５
はコンデンサーレンズ、８６はペンタプリズム、８７は
焦点検出系への光束を分割する光分割器、８８は接眼レ
ンズである。ピント板８４の光入射面には、測距光束を
マット面８４ｃに対して垂直に近い角度で入射させるた
めの球面部８４ａが形成され、測距視野外となる周辺部
にはフレネルレンズが形成されている。また、マット面
８４ｃは、球面部８４ａによる予定結像面の曲がりを補
正するために、球面部８４ａに対応した部分は僅かな凹
面である。このマット面８４ｃで拡散した光線は、その
後方に配設されたコンデンサーレンズによって、接眼レ
ンズ８８方向に偏向され、観察者眼に到達する。

【００２４】光分割器のハーフミラー８７ａで上方に反
射した光束は焦点検出に用いられる。図において、８９
は２つの開口８９ａ、８９ｂを有するマスク、９０はマ
スクの開口に対応した２つのレンズ部９０ａ、９０ｂよ
り成る２次結像レンズ、９１ａ、９１ｂは多数の画素よ
り成る光電変換素子列である。ピント板の球面部８４ａ
とコンデンサーレンズ８５は、マスク８９を撮影レンズ
８１の射出瞳上に投影し、２次結像レンズ９０はピント
板のマット面８４ｃを光電変換素子列上に投影してい
る。このときマット面８４ｃの拡散作用によって、マス
クの投影像が滲んで広がりを持った状態となっているこ
とは、前述の焦点検出装置と同様である。また、被写体
の２次像が投影される光電変換素子列は光学的に図１奥
行き方向にレイアウトの自由度があり、例えば３対の素
子列を設ければ、３ラインの測距視野として動作させる
ことができる。図２はこのような光電変換素を示す平面
図である。図においてＳＮＳはセンサーチップ、９１
ａ、９１ｂは図１にも表わされている光電変換素子列、
９１ｃ、９１ｄおよび９１ｅ、９１ｆは図１紙面手前と
奥にそれぞれ位置する光電変換素子列である。図３はこ
の光電変換素子を用いることによって焦点検出が可能に
なる領域を示し、ピント板８４上にて光電変換素子列の
逆投影像すなわち測距視野を描いている。図９３、９
４、９５が測距視野で、測距視野９３は素子列９１ａ、
９１ｂの逆投影像であり、同様に測距視野９４には素子
列９１ｃ、９１ｄが、測距視野９５には素子列９１ｅ、
９１ｆがそれぞれ対応している。なお、前述した通り、
これらの測距視野はフレネルレンズ８４ｂの内側に設け
られた球面部８４ａ上に位置し、フレネルの段差部分
が、焦点検出に悪影響を与えることがないように配慮さ
れている。

【００２５】以上のような構成によれば、焦点検出装置
を一眼レフカメラのファインダー系に配置してもピント
板の測距視野位置に拡散性があるため被写体像の合焦状
態を視認することが可能である。さらには、従来一般的
であったサブミラーを用いてミラーボックス底部の焦点
検出装置に測距光束を導く構成とは異なってサブミラー
による受光光束の制約が無いために、測距視野をファイ
ンダー視野の広範囲に拡大することが可能になってい
る。特に上記の従来方式では不可能である測距視野の下
方向への拡大が、図３のような形で実現できることは、
撮影の自由度を増す意味で、極めて大きな効果である。

【００２６】図１５は本発明に関わる一眼レフカメラの
回路図である。

【００２７】図においてＰＲＳはカメラの制御装置で、
例えば内部にＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ、Ａ／Ｄ変換機能を有する１チップ・マイクロコンピ
ュータである。コンピュータＰＲＳはＲＯＭに格納され
たカメラのシーケンス・プログラムに従って、自動露出
制御機能、自動焦点検出機能、フィルムの巻き上げ等の
カメラ一連の動作を行う。そのために、ＰＲＳは同期式
通信用信号ＳＯ、ＳＩ、ＳＣＬＫ、通信選択信号ＣＬＣ
Ｍ、ＣＳＤＲ、ＣＤＤＲを用いて、カメラ本体内の周辺
回路およびレンズと通信して、各々の回路やレンズの動
作を制御する。

【００２８】ＳＯはコンピュータＰＲＳから出力される
データ信号、ＳＩはコンピュータＰＲＳへ入力されるデ
ータ信号、ＳＣＬＫは信号ＳＯ、ＳＩの同期クロックで
ある。

【００２９】ＬＣＭはレンズ通信バッファ回路であり、
カメラが動作中のときにはレンズ用電源端子に電力を供
給するとともに、コンピュータＰＲＳからの選択信号Ｃ
ＬＣＭが高電位レベル（以下‘Ｈ’と略記する）のとき
にはカメラとレンズ間通信バッファトなる。

【００３０】即ち、コンピュータＰＲＳがＣＬＣＭを
‘Ｈ’にして、ＳＣＬＫに同期して所定のデータをＳＯ
から送出すると、ＬＣＭはカメラ・レンズ間接点を介し
て、ＳＣＬＫ、ＳＯの各々のバッファ信号ＬＣＫ、ＤＣ
Ｌをレンズへ出力する。それと同時にレンズからの信号
ＤＬＣのバッファ信号をＳＩとして出力し、コンピュー
タＰＲＳはＳＣＬＫに同期して上記ＳＩをレンズからの
データとして入力する。

【００３１】ＳＤＲはＣＣＤ等から構成される焦点検出
用のラインセンサ装置ＳＮＳの駆動回路であり、信号Ｃ
ＳＤＲが‘Ｈ’のとき選択されて、ＳＯ、ＳＩ、ＳＣＬ
Ｋを用いてＰＲＳから制御される。

【００３２】信号ＣＫはＣＣＤ駆動用クロックφ１、φ
２を生成するためのクロックであり、信号ＩＮＴＥＮＤ
は蓄積動作が終了したことをコンピュータＰＲＳへ知ら
せる信号である。

【００３３】センサ装置ＳＮＳの出力信号ＯＳはクロッ
クφ１、φ２に同期した時系列の像信号であり、駆動回
路ＳＤＲ内の増幅回路で像幅された後、ＡＯＳとしてコ
ンピュータＰＲＳに出力される。コンピュータＰＲＳは
ＡＯＳをアナログ入力端子から入力し、ＣＫに同期し
て、内部のＡ／Ｄ変換機能でＡ／Ｄ変換後、ＲＡＭの所
定のアドレスに順次格納する。

【００３４】同じくセンサ装置ＳＮＳの出力信号である
ＳＡＧＣは、センサ装置ＳＮＳ内のＡＧＣ（自動利得制
御：Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）用のセンサ
の出力であり、駆動回路ＳＤＲに入力されてセンサ装置
ＳＮＳでの像信号蓄積制御に用いられる。

【００３５】ＳＰＣは撮影レンズを介した被写体からの
光を受光する露出制御用の測光センサであり、その出力
ＳＳＰＣはコンピュータＰＲＳのアナログ入力端子に入
力され、Ａ／Ｄ変換後、所定のプログラムに従って自動
露出制御（ＡＥ）に用いられる。

【００３６】ＤＤＲはスイッチ検知および表示用回路で
あり、信号ＣＤＤＲが‘Ｈ’のとき選択されて、ＳＯ、
ＳＩ、ＳＣＬＫを用いてコンピュータＰＲＳから制御さ
れる。即ち、コンピュータＰＲＳから送られてくるデー
タに基づいてカメラの表示部材ＤＳＰの表示を切り替え
たり、カメラの各種操作部材のオン・オフ状態を通信に
よってコンピュータＰＲＳへ報知する。

【００３７】スイッチＳＷ１、ＳＷ２は不図示のレリー
ズボタンに連動したスイッチで、レリーボタンの第１段
階の押下によりＳＷ１がオンし、引き続いて第２段階ま
での押下でＳＷ２がオンする。コンピュータＰＲＳは後
述するように、ＳＷ１オンで測光、自動焦点調節動作を
行い、ＳＷ２オンをトリガとして露出制御とフィルムの
巻き上げを行う。尚、ＳＷ２はマイクロコンピュータＰ
ＲＳの「割込み入力端子」に接続され、ＳＷ１オン時の
プログラム実行中でもＳＷ２オンによって割込みがかか
り、直ちに所定の割込みプログラムへ移行することが出
来る。

【００３８】ＭＴＲ１はフイルム給送用、ＭＴＲ２はミ
ラーアップ・ダウンおよびシヤツタばねチャージ用のモ
ータであり、各々の駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２により
正転・逆転の制御が行われる。コンピュータＰＲＳから
駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２に入力されている信号Ｍ１
Ｆ、Ｍ１Ｒ、Ｍ２Ｆ、Ｍ２Ｒはモータ制御用の信号であ
る。

【００３９】ＭＧ１、ＭＧ２は各々シヤツタ先幕・後幕
走行開始用マグネットで、信号ＳＭＧ１、ＳＭＧ２、増
幅トランジスタＴＲ１、ＴＲ２で通電され、ＰＲＳによ
りシヤツタ制御が行われる。

【００４０】尚、スイッチ検知および表示用回路ＤＤ
Ｒ、モータ駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２、シヤツタ制御
は、本発明と直接関わりがないので、詳しい説明は省略
する。

【００４１】レンズ内制御回路ＬＰＲＳにＬＣＫに同期
して入力される信号ＤＣＬは、カメラからレンズＦＬＮ
Ｓに対する命令のデータであり、命令に対するレンズの
動作が予め決められている。

【００４２】制御回路ＬＰＲＳは、所定の手続きに従っ
てその命令を解析し、焦点調節や絞り制御の動作や、出
力ＤＬＣからのレンズの各種パラメータ（開放Ｆナンバ
ー、焦点距離、デフオーカス量対繰り出し量の係数等）
の出力を行う。

【００４３】実施例では、ズームレンズの例を示してお
り、カメラから焦点調節の命令が送られた場合には、同
時に送られてくる駆動量・方向に従って、焦点調節用モ
ータＬＭＴＲを信号ＬＭＦ、ＬＭＲによって駆動して、
光学系を光軸方向移動させて焦点調節を行う。光学系の
移動量はエンコーダ回路ＥＮＣＦのパルス信号ＳＥＮＣ
Ｆでモニターして、ＬＰＲＳ内のカウンタで計数してお
り、所定の移動が完了した時点で、ＬＰＲＳ自身が信号
ＬＭＦ、ＬＭＲを‘Ｌ’にしてモータＬＭＴＲを制動す
る。

【００４４】このため、一旦カメラから焦点調節の命令
が送られた後は、カメラ内の制御装置ＰＲＳはレンズの
駆動が終了するまで、レンズ駆動に関して全く関与する
必要がない。

【００４５】又、カメラから絞り制御の命令が送られた
場合には、同時に送られてくる絞り段数に従って、絞り
駆動用としては公知のステッピング・モータＤＭＴＲを
駆動する。尚、ステッピング・モータはオープン制御が
可能なため、動作をモニターするためのエンコーダを必
要としない。

【００４６】ＥＮＣＺはズーム光学系に付随したエンコ
ーダ回路であり、レンズ内制御回路ＬＰＲＳはエンコー
ダ回路ＥＮＣＺからの信号ＳＥＣＺを入力してズーム位
置を検出する。レンズ内制御回路ＬＰＲＳ内には各ズー
ム位置におけるレンズパラメータが格納されており、カ
メラ側のコンピュータＰＲＳから要求があった場合に
は、現在のズーム位置に対応したパラメータをカメラへ
送出する。

【００４７】図１６にセンサ列９１ａ、９１ｂ上に形成
された２像の光電変換出力の例を示す。ＳＡＡの出力を
Ａ（ｉ）、ＳＡＢの出力をＢ（ｉ）とする。尚、この例
ではセンサの画素数４０画素（ｉ＝０、…、３９）とし
ている。

【００４８】像信号Ａ（ｉ）、Ｂ（ｉ）から像ずれ量Ｐ
Ｒを検出する信号処理方法としては特開昭５８−１４２
３０６号公報、特開昭５９−１０７３１３号公報、特開
昭６０−１０１５１３号公報、あるいは特願昭６１−１
６０８２４号公報などが開示されている。

【００４９】図１７は、図１の一眼レフカメラの配置を
変更した例を示し、一眼レフカメラを上方より見た透視
図である。前記配置との差異は、ファインダー光束と測
距光束との分離方法であり、本実施例においては、測距
光束を接眼レンズの横方向に取出す構成になっている。
図において、９６は２つのガラスブロックを貼り合わせ
て作られた光分割器であり、光分割面９６ａはハーフミ
ラーとなっている。ペンタプリズム８６の下に位置する
不図示のピント板にて拡散した被写体光は、ペンタリズ
ム射出面８６ａより射出し、この光分割器９６へと入射
する。さらに、光分割面９６ａを透過した被写体光は、
その背後にある接眼レンズ８８に達してファインダ観察
に供され、一方の光分割面９６ａで反射した被写体光は
面９６ｂにて全反射した後、面９６ｄより射出して、マ
スク８９、２次結像レンズ９０へと導かれる。この２次
結像レンズ９０は、ピント板上の被写体像をミラー９７
を介して光電変換素子９１ａ〜９１ｆ上に再結像してお
り、図１の場合と同じ原理で、撮影レンズの結像状態が
検出される。

【００５０】このように、ハーフミラーと全反射を用い
て光を分割する光分割器を用いることにより、光分割器
９６の厚みを薄くすることが可能であり、ペンタプリズ
ム８６と接眼レンズ８８との間隔を短く設定できるとい
う利点がある。

【００５１】また、このように接眼レンズ８８の横方向
に向けて光分割を行うことにより、光分割面９６ａを焦
点検出とは反対方向から利用することが可能である。す
なわち、集光レンズ２１１等が光分割器９６の真下に位
置するフォーカルプレンシャッター機機とも干渉するこ
となくレイアウト出来るわけである。本実施例において
は、これを視線検出装置のための光分割器として使って
おり、その光路は先に説明した焦点検出系と点対称とな
っている。この視線検出装置は複数の測距視野から一つ
を選択する手段として機能する。次に光路を展開した図
を用いて、視線検出装置について説明する。図１８は視
線検出系の展開図で、簡単のため眼球を接眼レンズを通
して見た像として描いたものである。

【００５２】同図において２１３は観察者に対して不感
の赤外光を放射する発光ダイオード等の光源であり、投
光レンズ２１１の焦点面に配置されている。

【００５３】ＬＥＤ２１３より放射された赤外光は集光
レンズ２１１により平行光となり眼球の角膜２２１を照
明する。このとき角膜２２１の表面で反射した赤外光の
一部により形成される角膜反射像ｄは虹彩２２３の近傍
に生じ集光レンズ２１１により集光されハーフミラー１
２を透過し光電素子２１４上の位置ｄ′に再結像する。

【００５４】また虹彩２２３の端部ａ、ｂからの光束は
集光レンズ２１１、ハーフミラー２１２、を介して光電
素子２１４上の位置ａ′、ｂ′に該端部ａ、ｂの像を結
像する。集光レンズ２１１の光軸アに対する眼球の光軸
イの回転角θが小さい場合、虹彩２２３の端部ａ、ｂの
Ｚ座標をＺａ、Ｚｂとすると、虹彩２２３の中心位置ｃ
の座標Ｚｃは、 Ｚｃ≒（Ｚａ＋Ｚｂ）／２ と表わされる。

【００５５】また、角膜反射像の発生位置ｄのＺ座標を
Ｚｄ、角膜２２１の曲率中心Ｏと虹彩２２３の中心まで
の距離をＯＣとすると眼球光軸イの回転角θは、 ＯＣ＊ＳＩＮθ≒Ｚｃ−Ｚｄ（１） の関係式を略満足する。ここで角膜反射像の位置ｄのＺ
座標Ｚｄと角膜２２１の曲率中心ＯのＺ座標Ｚｏとは一
致している。このため光電素子２１４上に投影された各
特異点（角膜反射像ｄ及び虹彩の端部ａ、ｂ）の位置を
検出することにより眼球光軸イの回転角θを求めること
ができる。この時（１）式は、 β＊ＯＣ＊ＳＩＮθ≒（Ｚａ′＋Ｚｂ′）／２−Ｚｄ′（２） とかきかえられる。但し、βは角膜反射像の発生位置ｄ
と集光レンズ２１１との距離Ｌ１と集光レンズ２１１と
光電素子２１４との距離Ｌ０で決まる倍率である。

【００５６】なお、ここでは角膜における反射像いわゆ
るプルキンエ第１像を用いた視線検出原理を示したが、
人眼の構造から、４つの像が形成されることが知られて
いる。しかし、プルキンエ第１像以外は極めて強度が低
く、第１像の検出に対する妨げとはならない。

【００５７】次に、以上の原理に基く視線検出系の実際
の動作について述べる。

【００５８】一次元の光電素子列を用いた単純な構成を
以下に示すが二次元でも同様である。図１９はその方法
を説明するためのもので、縦方向の検出能力を無視した
結果、図の様な縦長形状の即ち縦幅が横幅の数倍以上の
光電素子２１４ａを配列したものとなり、眼球の縦方向
の平行移動もしくは回転に対し、ほとんど不感となる。
但し、光電素子の列の前に円柱レンズを接着して類似の
効果を得ることもできる。

【００５９】図２０に於て、瞳孔２６１内にて光るプル
キンエの第１像２６２と、瞳孔２６１を一次元の光電素
子列２１４ａ（光電変換器１４）で受光すると図２１の
様な光電出力が得られる。両側の高い出力値は白目を表
現するものである。暗い瞳孔部の中にはプルキンエ第１
像に各々対応した信号２６５が得られる。

【００６０】瞳孔中心はエッジ部２６７、２６８の位置
情報から得られる。最も簡単にはエッジ部に於て、虹彩
部２８１平均の半値に近い出力を生ずる画素番号をｉ
₁ 、ｉ₂ とする瞳孔中心の位置座標は ｉ₀ ＝（ｉ₁ ＋ｉ₂ ）／２ で与えられる。プルキンエ第１像の位置は、瞳孔暗部に
於て局部的に現われる最大のピークから求められるの
で、この位置と先の瞳孔中心との相対位置関係により、
眼球の回転状況、従って、視線の方向を知ることができ
る。なお２８２、２８３は上下のまぶたである。

【００６１】このような視線検出装置の出力を前述した
焦点検出装置の測距視野を選択するための手段として用
い、焦点検出装置の全ての測距視野に関する演算結果の
内１つを選ぶかその視野の出力を演算することにより、
撮影者の視線の方向にある被写体に対して焦点調節ので
きる自動焦点一眼レフカメラを実現することができる。
尚、上記構成ではペンタプリズムを収納するハウジング
内に焦点検出装置や視線検出装置を集中的に配置したの
で、カメラ本体から着脱し得るユニットとすることもで
きる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、撮影レンズを透過
した被写体光をピント板に導き、該ピント板上に投影さ
れた被写体像を観察可能とするファインダー装置と、前
記撮影レンズを透過した被写体光により、前記撮影レン
ズの結像状態に応じて相対的位置関係が変化する複数の
光量分布を形成し、該複数の光量分布の光電変換出力に
基いて、撮影レンズの結像状態を検出する焦点検出装置
とを備えた一眼レフカメラにおいて、前記焦点検出装置
は前記ファインダー装置のピント板にて拡散した被写体
光を受容し、前記複数の光量分布を形成するように構成
したことにより次の効果がある。

【００６３】撮影画面内の広い範囲に測距視野を設定す
ることが可能となり、特にサブミラーをメインミラーの
背後に配置し、被写体光をミラーボックス底部に導いて
焦点検出を行うタイプの一眼レフカメラでは困難であっ
た画面下部での測距を可能にしている。更に、副次的に
サブミラーを必要としなくなるため、ミラー駆動機構が
簡単になる。また拡散光を利用して焦点検出を行うこと
により、撮影レンズの収差によって生じるピント位置の
空間周波数依存をも考慮したピント調節が可能となる。
ピント板上の測距視野位置もマット面になっているた
め、被写体像の結像状態を視認することが可能である。
加えて短かいセンサー長で大きなデフォーカスの検出が
可能である。

【００６４】一方、焦点検出装置と視線検出装置をカメ
ラ内の隣接した位置に配置したので、電気回路の合理的
配備、光学素子を部材へ取付ける精度をそろえ易いと言
った集中化に伴う利点を活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一眼レフカメラの縦断面図。

【図２】図１に示す一眼レフカメラ内の焦点検出装置に
用いられる光電変換装置の平面図。

【図３】図１に示す一眼レフカメラに用いられているピ
ント板と測距視野を示すための図。

【図４】撮影レンズの球面収差と点像の状態を説明する
ための図。

【図５】図４に示す収差特性を有した撮影レンズのＭＴ
Ｆを表す図。

【図６】図４に示す収差特性を有した撮影レンズのＭＴ
Ｆを表す図。

【図７】従来の焦点検出装置の断面図。

【図８】点像強度分布と被写体の空間周波数による像の
変化を示す説明図。

【図９】本発明に係る一眼レフカメラに用いる焦点検出
光学系の説明図。

【図１０】図９の焦点検出装置に用いられる拡散板の拡
散特性を示す図。

【図１１】図９の焦点検出装置に用いられるマスクの平
面図。

【図１２】撮影レンズの射出瞳上におけるマスク像の状
態を表す図。

【図１３】図９の焦点検出装置の測距基線長を示す図。

【図１４】測距基線長と像ずれ量との関係を表す図。

【図１５】本発明に係る一眼レフカメラの回路図。

【図１６】光電変換素子による像信号の一例を示す図。

【図１７】本発明に係る一眼レフカメラの実施例を示
し、一眼レフカメラを上方より見た透視図。

【図１８】視線検出装置の光路展開図。

【図１９】光電変換素子とその上に投影される像の関係
を表す図。

【図２０】人眼の前眼部とプルキンエ第１像との関係を
表す図。

【図２１】図２０図示の前眼部が光電変換素子上に投影
されたときの像出力を示す図。

【符号の説明】

８４ 拡散性のピント板 ８６ ペンタプリズム ８７ 光分割器 ８８ 接眼レンズ ９０ ２次結像レンズ ９１ａ−９１ｆ 光電変換素子列 ９６ 光分割器 ２１３ 発光ダイオード ２１４ 光電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｂ 13/02 7139−2Ｋ 7316−2Ｋ Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズを通過した物体光をピント板
   に導き、ピント板上の物体像を観察し得る様にしたファ
   インダーを備えたカメラに於て、ピント板で拡散作用を
   受けた物体光から前記撮影レンズの焦点調節状態に応じ
   て相対的位置関係の変化する光量分布を形成する手段と
   前記光量分布を受けて電気信号に変換する手段とを有す
   る焦点検出装置と、観察者の眼の視線を検出する為で前
   記焦点検出装置と電気的に結合された視線検出装置とを
   前記ピント板より観察者側に設けたことを特徴とする焦
   点検出装置を有するカメラ。