JPH07301747A - 焦点検出装置を有した光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮影レンズの収差量にかかわらず良好なるピ
ント位置の検出ができる焦点検出装置を有した光学装置
を得ること。 【構成】 主結像レンズを着脱可能な光学装置であっ
て、フォーカス位置を複数に分割し、各フォーカスゾー
ン毎に最良ピント補正の為の固有値を持たせた主結像レ
ンズにおいて、フォーカスレンズの初期停止位置のフォ
ーカスゾーンの最良ピント補正固有値と、目的合焦位置
のフォーカスゾーンの最良ピント補正固有値との差分に
相当するレンズ駆動量エラーを補正し、これにより１回
のレンズ駆動で合焦させること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焦点検出装置を有した光
学装置に関し、特に写真用カメラ、ビデオ用カメラ等の
撮影レンズやその他のレンズ等の主結像レンズのピント
位置を２次像の位置関係により自動的に検出する焦点検
出装置を有した光学装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より焦点検出装置を有したカメラが
種々と提案されている。このうち、例えば特開昭６３−
１７２１１０号公報では、撮影レンズ等の主結像レンズ
の予定結像面又はそれと等価な位置の近傍にフィールド
レンズを、その後方に２次結像光学系をそれぞれ配置
し、予定結像面又はそれと等価な位置の近傍に形成され
た物体像を更に複数の２次像に分離し、この複数の２次
像を各々複数の受光手段により受光し、該複数の２次像
の受光手段面上での位置関係を求めることによって主結
像レンズのピント位置（予定結像面からのピント外れ
量）を得る焦点検出装置において、焦点検出装置が演算
するピント位置と主結像レンズの最良ピント位置との差
を主結像レンズの固有情報（固有データ）として主結像
レンズの記憶部に記憶させて、撮影時に最良ピント位置
となるようにフォーカスレンズの移動量を補正した光学
装置が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような焦点検出装
置を有した光学装置では、記憶させている情報が全フォ
ーカス範囲中の単一被写体距離に対する固有情報である
と、他の被写体距離に対しては最良ピント位置とならな
い場合がある。そこでこの問題を解決する為にフォーカ
ス位置を複数に分割し、各フォーカスゾーン毎に固有情
報を持たせて、フォーカス範囲全域でほぼ最良ピントが
得られるようにした光学装置が提案されている。

【０００４】この方式では最終的な合焦ピント精度は向
上するものの、非合焦時に主結像レンズが停止している
位置のフォーカスゾーンの固有情報に相当するレンズ移
動量分だけ補正して目的の合焦位置へフォーカスレンズ
を駆動している。この為、目的位置のフォーカスゾーン
の固有情報と最初に停止していたフォーカスゾーンの固
有情報の差分に相当する分だけピントがズレ、１回のレ
ンズ駆動だけでは合焦できなくなる場合がある。

【０００５】特に主結像レンズが広角系の場合、各フォ
ーカス位置で前記固有情報の値の差がレンズ系の最大デ
フォーカス量に対して相対的に大きくなるので、１回の
レンズ駆動だけで合焦することは困難となってくる。

【０００６】本発明はフォーカス位置を複数に分割し、
各フォーカスゾーン毎に最良ピント補正の為の固有値を
持たせた主結像レンズにおいて、フォーカスレンズの初
期停止位置のフォーカスゾーンの最良ピント補正固有値
と、目的合焦位置のフォーカスゾーンの最良ピント補正
固有値との差分に相当するレンズ駆動量エラーを補正
し、これにより１回のレンズ駆動で合焦させることがで
きる焦点検出装置を有した光学装置の提供を目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の焦点検出装置を
有した光学装置は、主結像レンズが着脱可能な光学装置
であって該主結像レンズの瞳の異なる部分を通った光束
から夫々光分布を形成する光学手段と、該光分布を受光
する受光手段、該受光手段により受光した光分布の位置
関係により該主結像レンズのピント位置を演算する演算
手段、該主結像レンズに設けたフォーカスレンズ位置検
出手段、該演算手段が演算するピント位置と、該主結像
レンズの最良のピント位置とのピント差に関するデータ
と無限遠距離に応じた位置のピント差と至近距離に応じ
た位置のピント差の差に関するデータ、そして全フォー
カス移動量に関するデータを複数に分割されたフォーカ
ス位置毎に、該主結像レンズの固有データとして記憶す
る記憶手段、そして該演算手段が演算したピント位置と
該フォーカス位置検出手段からの信号とに基づいて、該
記憶手段から読み出した該固有のデータとを用いて演算
して合焦の為のフォーカスレンズの移動量を補正する補
正手段を設けたことを特徴としている。

【０００８】

【実施例】まず、本発明における主結像レンズのフォー
カスレンズの移動方法について説明する。

【０００９】図４（Ａ），（Ｂ）は焦点検出装置の構成
を示す概略図である。図４（Ａ）に示されるように、主
結像レンズの開放での瞳１を通過した光束はピントが合
っていれば予定結像面２に結像する。このとき図４
（Ｂ）に示されるように、２つに分割した瞳３，４を通
過した光束は予定結像面２（と等価な位置）に被写体像
を形成し、その後、予定結像面２の近傍に配置されたフ
ィールドレンズ５及び２次結像レンズ６により、受光素
子７，８上に各々２次像を形成する。

【００１０】主結像レンズがピント外れの状態にあると
きは、受光素子７，８上の２次像の位置関係がピントの
合ったときの基準位置関係と異なるため、受光素子７，
８の像信号の位相のずれに基づいてピント位置（ピント
外れ量）を演算することができる。

【００１１】ところで、このような方式の焦点検出装置
において、正確なピント位置検出は主結像レンズが理想
的な無収差レンズの場合に成立するものであり、主結像
レンズに収差がある場合には、演算したピント位置と、
実際の主結像レンズの最良のピント位置とに差が生じ、
予定結像面２に演算したピント位置を一致させても、多
少ピント外れになることが起こる。

【００１２】例えば図５に示されるように、球面収差が
完全には補正されていない主結像レンズの場合、瞳１の
径に相当する球面収差はａとなり、分割した瞳３又は４
の径に相当する球面収差はｂとなるので、コントラスト
が最良になるピント位置が各々異なってくる。このこと
は一般の写真レンズに対して使用される感光材の分光感
度特性と焦点検出装置に使用される受光素子の分光感度
特性が異なる為、球面収差だけでなく、色収差の補正が
完全でない主結像レンズにおいてもピント位置が異なる
場合がある。

【００１３】従って、球面収差ａに相当するピント位置
と球面収差ｂに相当するピント位置との差を、色収差の
影響によるピント位置の差も含めて、主結像レンズの固
有情報として主結像レンズの記憶部に記憶させておけ
ば、撮影時にこれを呼び出してフォーカスレンズの移動
量を補正することで最良ピント位置が得られることにな
る。

【００１４】ところが、図５（Ａ），（Ｂ）に示される
ように、被写体距離Ａ，Ｂの違いによって球面収差（色
収差）が変動すると、球面収差ａに相当するピント位置
が球面収差ｂに相当するピント位置に較べて大きく変化
する。この為、球面収差ａと球面収差ｂのそれぞれに相
当するピント位置の差も変化することになる。この差が
許容像面深度内に充分収まっていれば問題はない。しか
しながら球面収差（色収差）の変動が大きい主結像レン
ズ、もしくは大口径で許容像面深度が浅い主結像レンズ
においては問題となる。

【００１５】そこで本発明では、被写体距離によらず最
良ピントを得る為に、フォーカス位置を複数に分割し、
各フォーカスゾーン毎に前記固有情報を主結像レンズの
記憶部に記憶させ、撮影時にこれを呼び出してフォーカ
スレンズの移動量を補正する方式を採用している。

【００１６】図１はこの方式を用いた主結像レンズのフ
ォーカスレンズの移動について光学装置として一眼レフ
レックスカメラに適用したときの実施例１の要部概略図
である。

【００１７】同図においてフォーカシングレンズ（合焦
レンズ）１０と結像レンズ１１から成る撮影レンズは、
本発明に係る主結像レンズに相当する。撮影はこれらの
レンズ１０，１１を通過した被写体光がフィルム面１２
の上に結像することにより行なっている。フィルム面１
２が予定結像面に相当する。画界の観察はレンズ１０，
１１、反射ミラー１３、コンデンサレンズ１４、ペンタ
ゴナルプリズム１５及び接眼レンズ１６を通して行なっ
ている。

【００１８】焦点検出はフォーカシングレンズ１０と結
像レンズ１１を通り、反射ミラー１３の一部反透過部を
透過し、測距ミラー１７で反射した被写体光が、不図示
のフィールドレンズ、２次結像光学系で分離し、受光素
子１８により受光し、受光素子１８の像信号をディジタ
ル信号に変換し、演算手段１９においてピント位置（フ
ィルム面１２からのピント外れ量）を演算している。演
算手段１９は本発明の演算手段に相当すると共に、本発
明の補正手段をも包含する。

【００１９】撮影レンズ側には接点２０によりカメラ側
の演算手段１９に接続するレンズ側の制御手段２１と、
本発明に係る記憶手段に相当するＲＯＭ２２と、フォー
カシングレンズ１０を光軸方向に移動させる駆動モータ
２３とを備えている。ＲＯＭ２２は演算手段１９が演算
するピント位置と、各フォーカスゾーンに対応した撮影
レンズの最良のピント位置とのピント差、及び無限遠端
のピント差と至近端のピント差の差のデータと、全レン
ズ移動量のデータを、撮影レンズの固有データ（固有情
報）として記憶している。

【００２０】演算手段１９はピント位置を演算するに際
してレンズ側の制御手段２１にデータ読み出し命令を送
り、レンズ側制御手段２１はヘリコイド２４の上に形成
したパルスパターンから出力されるパルスをカウントす
るパルスカウンタ２５（レンズ位置検出手段）の出力を
参照し、ＲＯＭ２２から前記ピント差のデータ等を読み
出し演算手段１９へ送る。演算手段１９は演算したピン
ト位置を前記データを参照して補正演算し、レンズ駆動
パルスとして制御手段２１へ送る。

【００２１】レンズ側の制御手段２１はレンズ駆動パル
スに対応して駆動モータ２３を駆動する。駆動モータ２
３の駆動によりヘリコイド２４が移動し、それに伴いフ
ォーカシングレンズ１０を移動させてピント合わせを行
なう。ヘリコイド２４の上に形成したパルスパターンか
ら出力したパルスをパルスカウンタ２５がカウントし、
このカウント値がレンズ駆動パルスに一致したときに、
レンズ側の制御手段２１は命令された量のレンズ駆動が
行なわれたことを判別する。

【００２２】次に図２により演算手段１９の演算内容を
詳しく説明する。

【００２３】ステップ１において、焦点検出動作はシャ
ッタボタンの半押し（第１ストローク）による測光スイ
ッチｓｗ１のオンで開始する。ステップ２でレンズ側の
制御手段２１へデータ読み出し命令を送信する。ステッ
プ３ではＲＯＭ２２から読み出されて、レンズ側の制御
手段２１から送られてきたピント差のデータ（ｄｅｆ
_A ）と無限遠のピント差と至近端のピント差の差のデー
タ（Δｄｅｆ_ABmax ）と全レンズ移動量のデータ（ｘ
_max ）を受信し、演算手段１９の内蔵メモリに一時的に
保持する。

【００２４】ステップ４では受光素子１８に対して２次
像の光電変換を所定時間行なわせ、像蓄積する。ステッ
プ５では蓄積した像信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタ
ル信号に変換する。ステップ６では、このディジタル信
号に基づいて基準ピント外れ量（ｄｅｆ_O ）を演算す
る。ステップ６ａでは演算した基準ピント外れ量（ｄｅ
ｆ_O ）にピント差（ｄｅｆ_A ）を加算して、補正ピント
外れ量（ｄｅｆ）を演算する。

【００２５】即ち、 ｄｅｆ＝ｄｅｆ_O ＋ｄｅｆ_A ・・・・・・・・（１） を演算する。

【００２６】ステップ６ｂでは、ｄｅｆとΔｄｅｆ
_ABmax の各ピント量のレンズ駆動量（ｘ，Δｘ_ABmax ）
換算を行なう。

【００２７】即ち、 ｄｅｆ → ｘ Δｄｅｆ_ABmax → Δｘ_ABmax を行なう。

【００２８】ステップ７では各レンズ駆動量を演算し、
最終的なレンズ駆動量（ｘ′）を求める。即ち、

【００２９】

【数１】 を行なう。

【００３０】ステップ７ａでは最終的なレンズ駆動量
ｘ′のレンズ駆動パルス（Ｐｘ′）換算を行なう。即
ち、 ｘ′ → Ｐｘ′ を行なう。

【００３１】このレンズ駆動パルスが零に近い所定の範
囲内の値（合焦とみなし得る範囲内）であれば、ここで
焦点検出動作を終了する。レンズ駆動パルスが合焦とみ
なし得る範囲外の値であれば、ステップ８でレンズ駆動
パルスをレンズ側の制御手段２１へ送信し合焦レンズを
移動させる。ステップ９でレンズ駆動終了信号を受信す
ると、焦点検出動作を終了する。

【００３２】図３にレンズ側の制御手段２１の動作のフ
ローを示す。

【００３３】ステップ１０でカメラからの信号を受信す
ると、ステップ１１でその信号を判別する。データ読み
出し命令である場合には、ステップ１１ａでフォーカス
レンズの位置（ゾーン）を検出し、ステップ１２へ進み
ＲＯＭ２２から、そのフォーカズゾーンに対応したピン
ト差のデータと無限遠のピント差と至近端のピント差の
差のデータと全レンズ移動のデータを読み出す。ステッ
プ１３で前記データ及びレンズ状態のデータを演算手段
１９へ送信し、ステップ１４で制御をカメラ側へ渡す。

【００３４】カメラからの信号がレンズ駆動パルスであ
る場合には、ステップ１１からステップ１５へ進み、駆
動モータ２３に通電する。ステップ１６ではレンズ駆動
量に対応するパルス数だけパルスカウンタ２５がカウン
トしたことを検出すると、駆動モータ２３の通電を停止
する。ステップ１７ではレンズ駆動終了信号をカメラ側
へ送信し、ステップ１４で動作を終了する。

【００３５】ここで本発明に係る補正手段である（２）
式について、まず（２）式の補正がない場合（従来方
式）を説明する。フォーカスレンズは被写体距離Ａに対
応したフォーカス位置とし、被写体は距離Ｂにあるもの
とし、それぞれのフォーカスゾーンをＡゾーン，Ｂゾー
ンとする。又、撮影レンズは被写体距離によらず最終点
に合焦した時点で最良ピントを得ることを目的として、
フォーカス位置を複数に分割し、各フォーカスゾーン毎
に少なくとも前述のピント差のデータが記憶されている
レンズを前提とする。

【００３６】前記状態において、ｓｗ１オン後、ＲＯＭ
２２から読み出されるピント差のデータはＡゾーンに対
応したデータである。これをｄｅｆ_A とし、焦点検出装
置により演算した基準ピント外れ量をｄｅｆ_O 、補正後
のピント外れ量をｄｅｆとすると、（１）式より、 ｄｅｆ＝ｄｅｆ_O ＋ｄｅｆ_A となり、ｄｅｆに対応したレンズ駆動量（ｘ）だけフォ
ーカスレンズが移動する。

【００３７】このときデータｄｅｆ_A とＢゾーンに対応
したピント差のデータｄｅｆ_B の差、 Δｄｅｆ_AB＝ｄｅｆ_A −ｄｅｆ_B を考えると、Δｄｅｆ_AB＝０、もしくはΔｄｅｆ_ABが充
分像面深度内に設定した合焦判別の為の合焦しきい値内
（しきい値は、通常、像面深度の１／２以下に設定）で
あれば、フォーカスレンズは１回の駆動ｘで停止し最良
ピントとなるが、データΔｄｅｆ_AB が合焦しきい値外
で、Δｄｅｆ_AB＞０ならばフォーカスレンズはデータΔ
ｄｅｆ_AB に対応したレンズ駆動量Δｘ_ABだけ行き過ぎ
て停止し、同様にデータΔｄｅｆ_ABが合焦しきい値外
で、Δｄｅｆ_AB＜０ならばΔｘ_ABだけ行き足らずで停止
する。

【００３８】いずれの場合も焦点検出装置は、ｄｅｆ_O
＝Δｄｅｆ_AB 、又１回目の停止ゾーンでのピント差の
データをｄｅｆ_C とすると、ｄｅｆ_A ＝ｄｅｆ_C とし
て、２回目の駆動を行なうが、結局Ｂゾーンのピント差
のデータｄｅｆ_B と任意の停止回数目の停止ゾーンでの
ピント差のデータとの差が合焦しきい値内になるまでレ
ンズは駆動と停止を繰り返す。この問題を解決する為
に、本発明においては（２）式を設け、１回のレンズ駆
動で合焦可能としている。

【００３９】即ち、実際に焦点検出装置が検出するピン
ト外れ量及びその駆動量換算は、 ｄｅｆ＝ｄｅｆ_O ＋ｄｅｆ_A → ｘ＝ｘ_O ＋ｘ_A ・・・・・・（３） 又、１回のレンズ駆動で合焦する為のピント外れ量及び
その駆動量換算は、 ｄｅｆ′＝ｄｅｆ_O ＋ｄｅｆ_B → ｘ′＝ｘ_O ＋ｘ_B ・・・・ （４） （２）式へ（３）式を代入すると、

【００４０】

【数２】 ｘ_A ≪ｘ_max であるから最終項は０と考えることができ
る。

【００４１】又、一般にピント差のデータがフォーカス
レンズの繰り出し量に対して略比例関係にあることか
ら、

【００４２】

【数３】 とすることができ、結局、 ｘ′≒（ｘ_O ＋ｘ_A ）−（ｘ_A −ｘ_B ）＝ｘ_O ＋ｘ_B となり、（４）式を満足し１回のレンズ駆動で合焦し最
良ピントを得ている。

【００４３】本発明において、主結像レンズとしてフォ
ーカス位置を複数に分割していないレンズが装着された
場合には、データΔｄｅｆ_ABmax ＝０として、主結像レ
ンズの記憶部に記憶させておけば良い。又（２）式とし
て、レンズ駆動量として演算するのではなく、レンズ駆
動パルス数に換算後、演算しても良く、このとき記憶部
から読み出されるピント差のデータ等は予めレンズ駆動
パルス、又はレンズ駆動量として記憶させておいても良
い。

【００４４】そして、Δｄｅｆ_ABmax とｘ_max のデータ
は、Δｄｅｆ_ABmax をそれに相当するレンズ駆動量Δｘ
_ABmax として、Δｘ_ABmax ／ｘ_max として、比の値で記
憶させておけば記憶部を有効に使用でき、又演算も簡単
になるので良い。

【００４５】図１ではレンズ側にレンズ側の制御手段２
１を設けているが、レンズ側の制御手段２１をレンズ側
から除き、その制御を全てカメラ側で行なうようにして
も良いし、駆動モータ２３もカメラ側に配置しても良
い。又、本実施例ではレンズの位置検出手段にパルスカ
ウンタを用いたが、ヘリコイド上にグレイパターンを設
けてパターンを読み取っても良い。更に無限遠端のピン
ト差と至近端のピント差の差は演算で求めても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ォーカス位置を複数に分割し、各ゾーン毎に最良ピント
補正の為の固有値をもたせたレンズであっても、フォー
カスレンズ初期停止位置のゾーンの最良ピント補正固有
値と目的合焦位置のゾーンの最良ピント補正固有値との
差分に相当するレンズ駆動量エラーを補正し、１回のレ
ンズ駆動で合焦させる焦点検出装置を有した光学装置を
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す断面図

【図２】 本発明の一実施例における演算手段の動作を
示すフローチャート

【図３】 本発明の一実施例におけるレンズ側制御手段
の動作を示すフローチャート

【図４】 従来の瞳分割方式の焦点検出装置の構成図

【図５】 図４の装置の主結像レンズの球面収差を示す
説明図

【符号の説明】

２ 予定結像面 ３，４ 分割瞳 ５ フィールドレンズ ６ ２次結像レンズ ７，８ 受光素子 １０ フォーカシングレンズ １１ 結像レンズ １２ フィルム面 １８ 受光素子 １９ 演算手段 ２１ レンズ側制御手段 ２２ ＲＯＭ ２３ 駆動モータ ２５ パルスカウンタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主結像レンズが着脱可能な光学装置であ
   って該主結像レンズの瞳の異なる部分を通った光束から
   夫々光分布を形成する光学手段と、該光分布を受光する
   受光手段、該受光手段により受光した光分布の位置関係
   により該主結像レンズのピント位置を演算する演算手
   段、該主結像レンズに設けたフォーカスレンズ位置検出
   手段、該演算手段が演算するピント位置と、該主結像レ
   ンズの最良のピント位置とのピント差に関するデータと
   無限遠距離に応じた位置のピント差と至近距離に応じた
   位置のピント差の差に関するデータ、そして全フォーカ
   ス移動量に関するデータを複数に分割されたフォーカス
   位置毎に、該主結像レンズの固有データとして記憶する
   記憶手段、そして該演算手段が演算したピント位置と該
   フォーカス位置検出手段からの信号とに基づいて、該記
   憶手段から読み出した該固有のデータとを用いて演算し
   て合焦の為のフォーカスレンズの移動量を補正する補正
   手段を設けたことを特徴とする焦点検出装置を有した光
   学装置。
2. 【請求項２】 前記固有データはピント量として記憶し
   ていることを特徴とする請求項１の焦点検出装置を有し
   た光学装置。
3. 【請求項３】 前記固有データはレンズ駆動量として記
   憶していることを特徴とする請求項１の焦点検出装置を
   有した光学装置。
4. 【請求項４】 前記固有データは前記主結像レンズに設
   けたフォーカスレンズを制御する為のパルスカウンタで
   カウントするパルス数として記憶していることを特徴と
   する請求項１の焦点検出装置を有した光学装置。
5. 【請求項５】 前記無限遠距離のピント差と至近端距離
   のピント差の差に関するデータと全レンズ移動量に関す
   るデータは比の値として記憶していることを特徴とする
   請求項２又は３又は４の焦点検出装置を有した光学装
   置。