JPS6041013A - カメラの焦点検出装置 - 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】 （１）技術分野 本発明は、撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮
影レンズピント状態を検出するカメラの焦点検出装置に
関する。　− （２）従来技術 光軸に対して互いに対称な関係にある撮影レンズの第１
と第２の領域のそれぞれを通過した被写体光束をそれぞ
れ再結像させて二つの像をつくり、この二つの像の相互
位置関係をめて、結像位置の予定焦点位置からのずれ量
およびその方向（結像位置が予定焦点位置の前側か、後
側か、即ち前ピンか後ピンか）を得るようにした焦点検
出装置がすでに提案されている。このような焦点検出装
置の光学系は、第１図に示すような構成となっておシ、
この光学系は撮影、レンズ２の後方の予定焦点面４ある
いはこの面からさらに後方の位置にコンデンサレンズ６
を有し、さらにその後方に再結像レンズ８、ｌＯを有し
、各再結像レンズの結像面には例えばＣ’ＣＤを受光素
子として有するラインセンサ１２，１４を配しである。

各ラインセンサ１２，１４上の像は、第２図に示すよう
に、ピントを合わすべき物体の像が予定焦点面よシ前方
に結像する、いわゆる前ピンの場合、光軸１８に近くな
シ互に近づき、反対に後ピンの場合、夫々光軸１８から
遠くなる。ピントが合った場合、二つの像の互いに対応
し合う二点の間の間隔は、ピント検出装置の光学系の構
成によって規定される特定の距離となる。したがって、
原理的には二つの像の間隔を検出すればピント状態が分
かることになる。この像間隔の検出方法の一つとして次
のような方法が公知である。

即ち、第３図において、センサ１２，１４のそれぞれは
例えば１０個および１６個のホトダイオードのセルａ１
〜ａｚｏ、ｂｔ〜ｂＩ６からなっている。今、便宜上各
セルに付けた符号は各セルの出力をも表わすものとする
。ここで、センサ１４において連続する１０個のセルの
組を考えると図のように７つのｍＢ　Ｉ＋、、　Ｂ　ｚ
、・・・Ｂ７ができる。

これら７組のうちどの組の像がセンサ１２の像′と最も
一致しているかを検出してピント状態を知るわけである
。今、例えばセンサ１２の像がセンサ１４の組Ｂ１の部
分の像と一致しているものとする。つまり、セルａｌ、
ａ２．・・・ａｌＯの各出力とセル１）１．Ｂ２．・・
・ｂ　１　、ｏの各出力との間にａ工＝ｂ＋、ａ２＝ｔ
）ｚ、−・−ａｓ　ｏ＝＝＝ｂ＋　ｏの関係が成立して
いるものとする。この場合、Ｓｌ−ト＋１−ｂｌ−１−
１ａｚ−ｂ２１−１−・−１ａｔｏ−ｂ＋ｏしＯ・−・
（１）となるが、Ｓｌは組Ｂ１以外の組の像に対する同
様な計算結果よりも小さく、すべての組の像に対する計
算結果の中で最小となる。このような最小値をとる組を
見い出すために、まず各組の像に対して上記のような計
算が行われる。次いで、得られた計算結果の中から最小
値を見い出す操作が行われる。このようにしてＡ１の組
の像とＢ１の組の像が一致していると云うことが検出さ
れると、次にＢ１の組の焦点検出装置の光学系における
位置を検出し、その位置が基準位置と一致しているか基
準位置より光軸寄りにあるか、反対側にあるかの判定及
び基準位置からのずれ量によって、合焦、前ピン、後ピ
ンの判定等を行う。

所で上述した焦点検出方式ではラインセンサによって得
られる離散的な映像信号によって測距を行っているので
、像の性質によっては測距誤差が生ずる可能性がある。

例えば被写体が一つの点光源である場合を考える。第４
図で工１．工２がコンデンサーレンズと再結像レンズ８
，１０によってラインセンサＣ上に形成された光点の像
の照度分布とする。この図で横軸の目盛は、目盛線の間
の部分が一つのセルに相当しておシ、点光源の像である
から像の照度分布範囲はラインセンサの一つのセルの中
に納まっている。こ＼で前述した所によシ二つの保工１
＋　工２間の距離ｋによって被写体距離がまるのである
が、保工り、１２等が一つのセルの範囲内で左右に移動
しても当のセルの出力には変化がなく、第４図で光点像
が工Ｉ。

工２である場合と、それよシ内側によって夫々のセルの
反対側の縁に位置した場合（保工１”、工２１）とでは
両像間の距離にはセル２個分に近い差があるのに、ライ
ンセンナの出力は変らず、この距離の差は検出できなく
て測距誤差を来すことになる。

このような原因による測距誤差は被写体が点光源のよう
なものの場合に限られず、階段状の輝度分布を持ったも
のである場合にも生ずる。

上述したような測距誤差を防ぐにはラインセンサ上の像
の空間周波成分から高周波成分をカットして光点の像の
照度分布が複数のセルにまたがるようにすることが考え
られるが、ローパスフィルタの特性を有する光学素子を
必要とするため焦点検出光学系の構成が複雑となる。

（３）　目　的 本発明は特別な光学素子を用いることなく、上述した誤
差の発生を防いだ焦点検出装置を提供しようとするもの
である。

（４）構成 本発明は第１図の構成において測距光学系によってでき
る、撮影レンズの予定焦点面上の像の再投影像のコント
ラストが最大になる位置よりも前側に、ラインセンサを
位置させるようにしだものである。

ラインセンサの位置をコントラスト最大の位置よ）前側
に移すと、ラインセンサ上の像はピンぼケ状となシ、ロ
ーパスフィルタを挿入しだのと同じ効果が得られる。同
じ効果はラインセンサをコントラスト最大位置よシ後方
にずらせても得られる筈であるが、そのようにすると像
におけるコマ様収差の影響が現れて好ましくない。この
点を第５図によって説明する。この図は再結像レンズ８
．１０の部分を拡大したもので、Ｕ、Ｐ、Ｌ及びＵｌ、
　ｐｌ、　Ｌｌは撮影レンズによって撮影レンズ光軸１
８上に形成された像点から出ている光線を示す。光線Ｐ
は再結像レンズ８の中心を通る光線であり、Ｐ′はレン
ズ１０の中心を通る。再結像レンズ８，１０は中心が光
軸１８の側方にあるから、光線Ｐ、Ｐ’は夫々レンズ８
，９の中心を斜めに透過する。このためコマ収差が現れ
る。図でＡの位置は光線Ｐ、ＰＩに極めて近い光線（近
軸光線）のみによって形成される再投影像の位置で、収
差を考慮しないときの像位置であるが再結像レンズの中
心位置から遠くはずれた位置を通る光線り、Ｌ’はＡの
像点からの離れ量が犬きく、非対称形の収差を呈する。

ａはこの収差パターンである。本゛発明が立脚している
焦点検出方式は再結像レンズ８ｔ　９によって形成され
る同一被写体の像が第２図に示したように同じ向きにな
っており、その前提で二つの像の相関を検出しているの
であるが、上述した収差はレンズ８と１０で向きが反対
に々るから、同じ点像であるのに演算１別の像であると
云う判定になってしまう。このだめＡ点（＝Ｊ近にライ
ンセンサを置くことは不適当である。Ｂ点は収差を持っ
たレンズｅ：、１ｏの透過光束の最小錯乱円の位置であ
り、この位置が像のコントラスト最犬の位置である。Ｃ
は本発明によるラインセンサ設置位置で、この位置にお
ける点像は同図Ｃに示すような同心円状の照度分布を持
っており、方向性がないから、上述した問題がない。こ
れが本発明において、ラインセンサをコントラスト最大
位置よシ前側に位置させる理由である。

本発明によると第４図によって説明しだ測距誤差が防が
れる理由を説明する。第３図でＡ１の組とＢ１の組の相
関が最も高いときが合焦位置であるとする。任意の撮影
レンズ位置で、例えばＡ１の組とＢ４の組の相関が最高
であったとすると、Ａ１組とＢ１組の相関が最大になる
迄の撮影レンズの、駆動方向及び距離がめられる。この
結果に基いて撮影レンズを所定量だけ駆動すると、Ａ１
とＢ１の組の相関が最大となる。この状態では未だＡ１
とＢ１の組の相関が他の紐間の相関に比し最大と云うだ
けであシ、第４図によって説明したような点像とかステ
ッゾ状のコントラストを持つ被写体の場合、対応する２
像間の距離が２セル分変化するのに相当する撮影レンズ
の位置変化だけのあいまいさが合焦検出に残っている。

しかしながら、本発明では上述のように像が複数個のセ
ルに拡がっているので像の正確な位置が複数個のセルの
出力によって推定される。出力としてはセル１個ずつの
離散的な値しか情報はないが複数個のセルに像の情報が
のっている場合にはセル１ピツチ内のどの位置に像があ
るのかを推定することができる。よってＡ１の組とＢ１
の組を比較する場合、セル１ピッチ分よりも高い精度で
Ａ１の像とＢ１の像の相関を取ることができる。

本発明の効果を第１０図以下の図面を用いて説明する。

第１０図で１は光電変換素子列でＣＣＤＰ１〜Ｐ８．Ｑ
ｌ〜Ｑ８からなっている。今；点ヵ、。よ５□１、ヵ、
。□７．よいい、夛ａ又はｂのような照度分布の像があ
るとする。これら点光源に対する像は、ａ、ｂいずれの
場合もＣＣＤＰ４．Ｐ’５の受光面上のみに存在する。

第１０図ａの場合の二つの像の間隔はＣＯＤの配列ピッ
チを単位にして、９．５ピツチに相当し、第１０図すの
場合は、１ｉｌｕ’５．Ｑピッチに相当する。しかし、
光電変換素子列の出力としては、第１図ａ及びｂのいず
れの場合にもＣＣＤＰ４とＱ５とから出力が現われるの
みでこの出力信号からは両者の場合の像間隔は同じ９．
００ピツチであるという判断になる。つまシ、ピッチ間
隔より小さい分解能での情報は得られない。第１０図Ｃ
１βｄには、第１Ｏ図ａ、ｂと同じ（９，５０ピツチ及
び８．５ピツチの像間隔ではちるが、連続する三個のＣ
Ｃ１１）にわたって点光源に対する像が分布する場合を
示している。これら第１０図のＣ，ａの像に対して、像
を受けているＣＯＤの各単位素子それぞれから第１０図
以下　ｂに示すような信号が出力されるものとする。次
にこのような信号によればｌピンチ以下の分解能で像間
隔の情報が得られることを示す。第１２図は、二つの像
に対応する出力を比較する状態を示すもので第１２図ａ
はＰ３．　Ｐ４゜度を検出する方法として例えば互いに
対置された二つのＣＣＤ間の出力の差をめるとともにそ
の差の絶対値をめ、各組についての絶対値の和Ｓが小さ
い程一致度が高いとする。第１２図ａのような出力の対
置の仕方の場合、もし和Ｓが０となれば二つの像がピッ
タリ一致して、像間隔は８ピツチということになる。令
弟１２図ａの場合の和ＳをＳ８とすると、 ８８＝　Ｉ　Ｑ、３−Ｐ５１−１−Ｉ　Ｑ４−Ｐ４レ−
Ｉ　Ｑ、５−ア５し臣−Ｐ６１＝＝　６−１−１１−）
−１１＋６ ＝　３４ 第１２図すは、ＣＣＤ　Ｐ　３．　Ｐ　４．　Ｐ　５の
出力をそれぞれＣＣＤＱ４．Ｑ５．　Ｑ６の出力に対置
した場合を示す。この場合の和Ｓ９は ５９＝１　Ｑ、４−ｉＱ３１　＋　ＩＱ５−Ｑ、４１　
＋　１Ｑ６−４５１＝５十〇−１−５ ＝　１０ ２ 第ｊ図Ｃは、ＣＣＤＰ３．Ｐ４．Ｐ５の出力をそれぞれ
ＣＣＤＱ、５．Ｑ６．　Ｑ’７の出力に対置した場合を
示す。

この場合の和Ｓ１０は、 Ｓ１０．＝　１Ｑ４−Ｐ２１＋　ＩＱ、５−Ｐ３１−１
−ｌ　Ｑ６−　Ｐ４１＋ｌＱ’７−Ｐ５　ｔ＝１　＋　
６＋６＋１ ＝　１４ 以上の結果を見るとＳ９が最も小さく、次いで８１０が
小さい。第１３図は、第１２図の像比較の結果を示すグ
ラフで、横軸の第１２図ａのような像比較の場合の対置
関係にある二つのＣＧ　：Ｉ）　（例えばＰ３とＱ３の
）間隔をピッチ単位で示すものである。第１３図におい
て、最小の和Ｓ９と三番目に小さい和Ｓ８を示す点ｊ１
と３３とを通る線１１を引き、次にこの直線１１と横軸
とがなす角θと等しく傾きが反対で、和Ｓ１０を示す点
ｊ２を通る直線を引く。このようにして引いた直線Ｅ１
とＥ２との交点ｊ４の横軸目盛位置を二つの像の間隔と
して扱うととＫする。第１３図から交点；Ｊ′の位置は
９・４２と読みとれる。第１３図は第１０図Ｃの場合に
対応するもので、実際の像間隔は９・５０であるから、
以上のような操作をしてめられた値９．４２は若干の誤
差を含んではいるが、分解能が高められていることは明
らかであろう。第１４図及び第１５図は第１０図ｄの場
合を第１２図及び第１３図と同様にして示しだものであ
る。この場合、実際の像間隔８．５０に対して８・５日
の値が読みとれる。第１０図すのような像の場合では９
ピツチという情報しか得られないことに比べると改善さ
れていることがわかる。次に第１３図及び第１５図にお
ける二つの直線の交点の横軸座標を計算によ請求める方
法について第１６６ 図を参照して説明する。第１図において、点ｆ１、ｆ２
．　ｆ３は第１３図の点ｊｌ、ｊ２．ｊ３にそれぞれ対
応するものである。点ｆ１とｆ３を通る直線１１と勾配
の大きさが等しく、その符号が反対で点ｆ２を通る直線
ｊ２を引くには、点ｆ２からＳｎ−、ｆＥｎ＋１だけ低
い点ｆ４をとシ、このｆ４と同じ高さの点ｆ５を像間隔
目盛Ｄ　ｎ　＋　１の線上にとシ、点ｆ２とｆ５を通る
直線をつくればよい。直線１１と！２との交点をｆ７と
し、このｆ７から横軸に平行に線分子１ｆ５に向けて直
線を引き、この線分との交点をｆ６とする。こうすると
点ｆ６とｆ７との間の長さ４ｘが、１ピンチ以下の像間
隔情報となる。ところで三角形ｆｌｆ６ｆ’ｌは三角形
ｆ１ｆ３ｆＢと相似であるからΔＸ：ｆ１ｆ６−ｆ１ｆ
８：ｆ３ｆ８　・・・・・・・・・（１）”　２　（Ｓ
ｎ　−Ｓｎ＋２）・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（２）ｆ　３ｆ　８＝　Ｓｎ　−５ｎ−４−１・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）ｆ−、ｆＥ
３はｆｆ＃ｌす１ピツチ相当の長さである。よってちな
みに（４）式に第１３図における数値を代入して乙 計算するとΔＸは０．４１７とまる。尚、第コー幹図の
場合最小の和Ｓ　ｎ＋１に対応する像間隔１）ｎ−１−
］にΔＸを加えたものがめる像間隔となる。

以上は和Ｓの最小値に次いで小さい２Ｂがグラフにおい
て目盛Ｄｎ−１−１よシも右側に位置する場合であった
。第１７図のように左側に位置する場合については、上
述と同様にして次式をめることができる。

第１７図の場合は、最小の和Ｓ　ｎ−１−１に対応する
像間隔Ｄｎ＋１からΔＸだけ減したものがめる像間隔と
いうことになる。

以上のように三つの和Ｓについてのデータが与えられる
と計算処理によって１ピッチ間隔以下の分解能で像間隔
を検出することができる。

（５）実施例 第６図は本発明の一実施例の焦点検出装置を一眼レフレ
ックスカメラに装着した状態を示す。２は撮影レンズ、
Ｍは一眼レフレックスミラー、ｍはＭと一体的な小鏡で
、撮影レンズの光軸を下方に曲げる。Ｓが本発明に係る
焦点検出装置の光学系部分である。この光学系部分はそ
れだけで単一部品としてモジュール化されておシ、カメ
ラのミラーボックスの底の下側に設置され、撮影レンズ
透過光は一眼レフレックスミラーＭを透過し、小鏡ｍで
反射されて焦点検出装置Ｓに入射せしめられる。Ｓにお
いて、第１図の各部に対応する部分には同じ番号がつけ
である。６はコンデンサレンズ、８．１０は再結像レン
ズでこの図では図の紙面に垂直の方向に並んでいるので
、片方の８だけが見えている。ＣはＣＣＤラインセンザ
であって、第５図で云えば０点の位置に置かれている。

第１図は焦点検出装置の光学系部分Ｓの拡大縦断側面図
、第８図は同じく平面図である。第７図において、２２
はコンデンサレンズ６の光軸を９０°折曲している鏡で
あり、光学系Ｓ全体をコンパクトなものにしている。２
０はコンデンサレンズ６の前面に配置された視野マスク
で第８図に示すような矩形開口である。

第９図は焦点検出装置の光学系部分Ｓの分解斜視図であ
る。本体モジュール２６の上面の段付き円孔２７にコン
デンサレンズ６が嵌合せしめられて、コンデンサレンズ
６のモジュール本体ニ対スる位置が決まる。視野マスク
２０は下面に突出させた係合片２　ＯＡ、２０　Ｂがモ
ジュール本体２６の矩形孔２８及び溝２９に嵌合して位
置が決まり、２ＯＡ、２０Ｂの内側面に形成した爪部２
０ａ？　２０ｂがモジュール本体に係止して抜は止めと
ナシ、マスク２０はコンデンサレンズ６の押工部材とな
っている。再結像レンズ８，１０はプラスチックによシ
一体的に成形されておシ、両しンズ夫々の絞シマスク３
０と共に両側のピン孔１０ａ、３０ａがモジュール本体
２６内に突設したビン２６ａに嵌合することによって位
置決めされている。なお３１は赤外カットフィルタであ
る。

（６）効　果 本発明によれば、特別な空間周波数フィルタ等を用いる
ことなく、測距が離散的なデータによって行われること
による距離設定の飛びが解消され、撮影レンズの合焦精
度の向上が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる焦点検出装置の光学系の概略構
成図、第２図は上記光学系の部分拡大図、第３図は上記
焦点検出装置による焦点検出方法を説明するだめの説明
図、第４図は被写体が光点である場合に生ずる問題を説
明するだめのグラフ、第５図は本発明の詳細な説明する
再結像レンズ部分の拡大図、第６図は本発明の一実施例
に係る焦点検出装置を備えたカメラの縦断側面略図、第
７図は本発明焦点検出装置の光学系部分の縦断側面拡大
図、第８図は同じく平面拡大図、第９図は同じく分解斜
視図、第１０図は本発明の詳細な説明する図、第１１図
は本発明の詳細な説明する図、第１２図は第１１図に示
しだグラフの変化状態を示す図、第１３図は本発明の詳
細な説明する図、第１４図は上記第１２図と同様の説明
図、第１５図は第１３図と同様の説明図、第１６図は本
発明の効果を演算操作で得るだめの説明図、第１７図は
第１６図と同様の図である。 ２・・・撮影レンズ、６・・・焦点検出装置のコンデン
サレンズ、８．１０・・・再結像レンズ、１２．：ｌ−
３・・・ラインセンサ。 代理人　弁理士　縣　浩　介 第１図 第２図 第う図 第４図 第う図 第す図 ハ　ハ づ　−ご　５ υ ν　Ｉ、／　リ 茅７６図 邦／ｒ７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮影レンズによって形成された被写体像を撮影レンズの
   予定結像面の後方に配置されたコンデンサーレンズと横
   列させた二つの再結像レンズによって受光セルを一列に
   並べたラインセンサ上の異る位置に夫々再結像させ、ラ
   インセンサ上のこれら二つの再投影像の対応点間の距離
   によって撮影レンズの合焦判定を行う構成において、上
   記ラインセンサを上記コンデンサーレンズと再結像レン
   ズによる像のコントラスト最大位置よシ前側に、位置さ
   せたことを特徴とするカメラの焦点検出装置。