JPH07113701B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

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ー面と
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
撮影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58−111910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
ビームスプリッター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ーが大
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等の光電変換素子を形成
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
てディ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
して焦点合わせをすることが出来る、特に一眼レフカメ
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
像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、該撮像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
光量を通過し、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。７
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１レンズ面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１レンズ面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7bに入射し、
後方微少レンズ群7a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１レンズ面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N₀、屈折率分布定数を
Ａとし、中心軸からの距離をγとしたとき、屈折率分布
Ｎ（γ）は となる。そして微少レンズの長さをZ₀としたとき 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は前
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7bの射
出面側に１対の受光素子13a,13bを設け、双方を透光性
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光電変換素子等の受
光素子13a,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。同図において30
a〜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における各受光
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、その出力は出力パッド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7b上の透明基板17
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
する光を光電変換している。

このようにアモルファスシリコン光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とパッド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図において撮影レンズ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
を付してある。

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13a,13
b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,13b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レ
ていければ受光素子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Ｉだけ離れた位
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、T1,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
ーを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の外周を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、撮像レンズ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、良好なる焦点検出
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〜31iは各々凹レンズ５の第１レンズ面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〜31i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格子周期程度であ
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）は前ピン状態、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
つの受光部領域を示している。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13
a,13bに入射する光束は、それぞれ図中34,33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が前ピン状態、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ピ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のディ
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）に示した前ピ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、距離DFだけディ
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だけディフォーカスした
軸外の点Ｓを通る光線を示している。ここで、格子振動
によるディ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
ディ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 ΔP3P4R ∽ ΔT4T3R ΔP3P4R ∽ ΔT6T5Rより 従って、 これより、測距視野が第５図の受光部領域30a〜30i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ィ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
よって焦点検出精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になるファ
インダー像の観察が可能となる。

（ヘ）ハーフミラー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
像状態を示す拡大説明図、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シ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図はディフォーカ
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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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焦点検出装置。
2. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。