JPS6250809B2

JPS6250809B2 -

Info

Publication number: JPS6250809B2
Application number: JP56055763A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; Mitsuya Hosoe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1981-04-14
Publication date: 1987-10-27
Also published as: JPS57169734A; US4488799A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は合焦検知用光電変換素子に光束を導び
く光学系が形成する光路中に上記合焦検知用光電
変換素子と共に測光素子を配設して物体輝度の測
定を併せ行ない、更には同測光素子の測光視野と
異なる測光視野を有する測光素子を別途に配設
し、両測光素子出力を合成することにより、測光
態様を可変にする方式を提案するものである。

従来の測光方式に於ては通常平均測光、中央重
点平均測光又はスポツト測光等の測光態様がある
が、本発明では上記２個の測光素子を用い、その
測光出力を合成することによつて各測光態様を簡
単に変化し得る方法を提案するものである。更に
本発明ではか様な測光方式並びに合焦検知方式の
併存せる形態に最適な光学系の形態も提案する。
すなわち合焦検知方式に於て複数個の像の結像状
態を比較する場合は各像に分割する光学系の各像
に対するMTF特性が極めて良好に一致していな
ければならない。加えてそれらの光束の一部を測
光に供することはこの特性の一致が更にきびしく
要求されることになる。本発明ではこの様な厳し
い要請を十分満足する様な光学系の態様について
も提案する。

本発明は以上述べた如く、複数像を形成する新
規な光学系を用いて、合焦検知並びに測光を併せ
行なう有益な方式を提案するものである。

以下添付図面にしたがつて、本発明の詳細な説
明を行なう。

第１図は本発明の一実施例として本発明を１眼
レフレツクス・カメラに適用した場合の例を示す
もので、図に於て、１は撮影レンズで、可変絞り
２を有する。３は同レンズ１の光軸、４は光軸３
に対して斜設された半透鏡で形成されるクイツ
ク・リターン・ミラーである。クイツク・リター
ン・ミラー４で反射された光束は上方に偏向し、
測距視野マーク５′を有するスクリーン板５、半
透過部６′を有するカツトコンデンサー・レンズ
６、更にペンタ・プリズム８、接眼レンズ９を経
て人眼に入射する。半透過部６′で反射された光
束は測光素子７（第１の測光素子）に受容され
る。１０は後述する合焦検知システムの出力によ
り合焦調定状態を表示するためのLED等の表示
素子でフアインダー中で視認可能に配設されてい
る。１１はクイツク・リターン・ミラー４の半透
過部を透過した光束を下方へ偏向させるための副
ミラーで、同光束は分割プリズム１２に入射し、
半透過ミラー部１２ａ及び１２ｂ及び全反射ミラ
ー１２ｃにより等エネルギーの３光束に分割さ
れ、受光素子１３に入る。受光素子１３は３個の
受光部１４，１５及び１６で構成され、１４，１
５は合焦検知用、１６は測光用（第２の測光素子
を構成する）である。これらの受光部１４，１
５，１６の光軸上の位置は第２図に示す如く、受
光部１４，１５は撮影レンズ１の予定焦点面１７
の前後等距離の位置に配置され、受光部１６（第
２の測光素子）は更に後方に配置されることにな
る。これは、上記の分割プリズム１２の構成によ
り３つの受光部１４，１５，１６が光学的光路差
を有するためである。受光部１４，１５からの光
電出力は合焦検知系へ入力され、一方、受光部１
６からの光電出力は測光系へ入力される。１８は
シヤツター、１９はフイルムである。

受光部１６（第２の測光素子）からの測光出力
は、増巾器２０で増巾され、可変抵抗２１に附与
されるが、同可変抵抗２１は一端を接地され、出
力点すなわち、摺動部には抵抗２２が保護抵抗と
して接続され、同抵抗２２を介して公知の露出制
御回路２３に入力される。露出制御回路２３は、
たとえば、絞り優光方式のものならば設定絞り情
報をレンズ絞り２に連動した図示しない公知の手
段を介して入力端２４に附与される。２５は露出
表示出力、２６はシヤツタ制御出力である。

一方、測光素子７（第１の測光素子）の光電出
力は増巾器２７で増巾され、可変抵抗２８、保護
抵抗２９を介して露出制御回路２３に入力され
る。可変抵抗２１，２８の摺動端子は互いに連動
する如く構成され、図中矢印で示す方向に摺動す
れば、図中上方に行くにつれ、測光素子７の出力
のウエイトが大きく受光部１６の出力のウエイト
が小さくなり、また下方に行くにつれ、受光部１
６の出力のウエイトが大きく測光素子７の出力の
ウエイトが小さくなる。従つて、測光素子７の測
光視野が通常の平均測光用に設定され、受光部１
６の測光視野がスポツト測光用に設定されている
とすれば、両可変抵抗２１，２８の摺動端子の摺
動により両測光出力のウエイトの比が連続的に変
えられ、平均測光からスポツト測光に至る様々な
測光態様が実現されるものである。

次に本例の合焦検知系について説明する。本例
の方法は受光部１４，１５上の像の鮮明度を比較
する方法である。受光部１４，１５は、例えば複
数個の光電変換要素から成り、各要素の光電出力
を時系列信号として発生する機能を備えた、フオ
トダイオードアレー（MOSイメージセンサー）
あるいは、CCD，BBD等の電荷転送デバイスと
して構成されている。図では、これらを一体的に
表現するために、受光素子として１３で表わす。
受光素子１３の出力すなわち、各受光部１４，１
５に於ける各光電変換要素の出力の時系列信号は
同信号のサンプルホールドを行なうためのサンプ
ル・ホールド回路３０に入力される。サンプル・
ホールド回路３０へは、コントローラ３１からサ
ンプリングパルスが供給される。該サンプル・ホ
ールド回路３０の出力が画像の照度分布の時系列
信号となる。以後同出力を画像信号と称する。画
像信号のレベルは、各光電変換要素に像照度の光
電変換信号を蓄積する時間（以後蓄積時間と称す
る。）を制御することによつてそのレベルの調整
が為される。一般に、前記のMOSイメージセン
サー、電荷転送デバイスはその特徴として各光電
変換要素の光電変換出力を、所定の時間蓄積した
後に、出力する機能を有するものであり、本実施
例においては、受光素子として、か様なデバイス
を用いることが好適であるものである。蓄積時間
は、像の明るさに応じて制御され、上記画像信号
レベルが常に適正なレベルになる様に為されなけ
ればならず、本例に於ては、サンプル・ホールド
回路３０の出力を、蓄積時間制御回路３２に導び
き、上記作用を行なわせる。一方、サンプル・ホ
ールド回路３０の出力、すなわち画像信号は、そ
の中から鮮明度情報を抽出するために同信号の変
化を検知する画像信号変化検出回路３３に入力さ
れる。同検出回路３３は具体的には微分回路、又
は、遅延回路と差動回路の組合わせ等で構成され
る。画像信号変化検出回路３３の出力は、画像信
号中の直流成分以外の交流成分に相当し、鮮明度
が高くなるにつれて、上記交流成分の振巾が大き
くなる。同出力は、これら成分の中でもその振巾
が大きいものを強調すると共に、振巾の小さいも
のを押圧する作用を為す強調回路３４に入力され
る。強調回路３４の出力は、したがつて、鮮明度
に極めて敏感に応答するものである。すなわち、
鮮明度が高く、像の明暗のレベル差が大きくなる
と、上記交流成分の振巾が大きくなる。振巾の大
きいもの程強調されることになり、逆に鮮明度が
低くなり、上記交流成分の振巾が小さくなると、
強調回路３４で、逆に抑圧作用を受けることにな
り、この結果、鮮明度が高くなるにつれて、強調
回路３４の出力は急激に増大するものとなる。３
５は、上記強調回路３４の強調が行なわれる入力
レベルを変えたり、又は各光電変換要素の総体で
ある像の受容域中の同要素の位置に応じて強調効
果の程度を変えるための強調特性制御回路であ
る。３６は、強調回路３４の出力を予じめ定めら
れた像の受容域全域に亘り積分及び逆積分を行な
う２重積分回路である。同回路３６の基本的な作
用は、受光部１４と１５の一方の受容域（以後視
野と略称する。）に対応した画像信号の強調回路
３４までの処理を受けた出力を積分し、この積分
値から、所定の対時間減衰率で逆積分することに
よつて、上記積分値のレベルを特定する。この作
用を、２つの受光部１４，１５の画像信号の強調
回路３４までの処理を受けた出力に対して順次行
ない、それぞれの結果を、後続の表示制御回路３
７に入力する。上記の積分値は今までの説明から
理解できる様に、それぞれの受光部１４，１５の
視野中の像の鮮明度に対応するものであるから、
それぞれの受光部視野に対する２重積分回路３６
の出力を表示制御回路３７で比較し、その比較結
果に基づき、LED等の表示素子１０で表示を行
なう。か様にすれば、表示素子１０の表示状態を
認知することにより合焦位置を知ることが可能で
あるのみならず、撮影レンズ１を正しく所望の物
体に合焦させることが出来るものである。以上の
受光及び各種信号処理、又は、制御は所定の順序
に従つて行なわれるのであるが、これらは、コン
トローラ３１の制御出力によつて行なわれる。

以上の様にして、合焦検知を行なうと共に、測
光態様を可変にすることが可能となる。

第３図は第１図示の受光素子１３を正面から見
た場合を示すものであり、受光部１６は受光部１
４，１５に対して測光視野をやや大きくする為に
大きくしてある。

また、第４図は合焦検知用素子と測光用素子を
別体に構成した例である。同図において、３８は
半透過面３８′，３８″を有する分割プリズム、３
９は合焦検知用素子で、受光部４０，４１を有す
る。４２は分割プリズム３８の分割光束を別位置
で受容する関係に配設された測光用素子である。
この様にしても、その機能は第１図示の例と全く
同様である。

次に第６，７図は、本発明に用いるに適した分
割プリズムの例を示すものである。

先ず本発明の理解を容易とする為の第５図を参
照するに、同図に示す分割プリズム１２は例えば
屈折率nd＝1.772のLASF₀₁₆やnd＝1.516のBK7と
いつた透明材質で形成され、その中に面積型ビー
ム・スプリツト面１２ａ，１２ｂと通常のミラー
面１２ｃが設けられている。分割プリズム１２に
用いる透明材質についてはその屈折率によつて各
受光部１４，１５に入射する結像光束の光路長差
を調節する機能をも有するものである。

ここで、合焦点をより精度よく検知する為には
焦点検知システムのロジツク及び使用交換レンズ
の種類にもよるが、空気中の光路長差（実光路
長／媒質の屈折率）に換算して受光部１４，１５
に入射する各光束間の光路長差（第８図の2L）
が0.4〜2.0mm程度である事が望ましく、それに対
応して受光部１４，１５間の間隔ｄは1.0〜2.0mm
程度に設定されてある。

また各光束が各ビーム・スプリツト面１２ａ，
１２ｂ及びミラー面１２ｃに入射する位置から各
受光面までの間隔ｌは空気換算光路長で１〜２mm
程度であり、受光部１４，１５に於けるセグメン
ト間のピツチＰは約30μｍである。

このような構成の分割プリズム１２に、第５図
で示す如く、ランダムに配列した小円型透過部を
有する面積型ビーム・スプリツト面（ランダム・
ドツト・ミラー）１２ａ，１２ｂが受光面に対し
45゜傾いて設けられている。ランダム・ドツト・
ミラー１２ａの光透過量ＴはF5.6〜F8相当の結
像光束でミラー面をセグメントの配列方向に走査
した場合、単純に光透過部と光反射部の面積比で
計算してＴ＝33％±２％程度、ランダム・ドツ
ト・ミラー１２ｂの場合はＴ＝50％±３％程度に
設計してある。勿論、厳密には反射膜の吸収特
性、点像の強度分布等を考慮して面積比を決定す
るものである。小円をランダムに配置する理由
は、周期的に配置すると回折によつて点像のくず
れが大きくなるとか、第５図等の如く、面積型ミ
ラーを２つ経る光束がある場合、ミラー面上のパ
ターン同志でモアレが発生し、一様な光束で受光
面を照明した場合に受光部間での強度比に狂いが
生じたり一様性が失なわれるとかの事態をさける
為である。但し、配列が余りランダムになるとそ
の為にかえつて受光面照度に不一様性が発生する
のでそのバランスに注意しなければならない。

尚、第５図の小円で示した、面積型ビーム・ス
プリツト面の光分割面上の光透過部又は光反射部
の最小径の平均的な大きさは、ビーム・スプリツ
ト面から受光面までの空気換算光路長をｌとした
時、ｌ／100以上、ｌ／10以下である事が望まし
い。その理由は、ｌ／100以下であると分割光の
MTFがひどく落ち、またｌ／10以上であると、
F5.6とかF8のレンズを使用し、一点一点を結像
する光束が細くなつた場合に、像の一様性が悪化
する為である。実験によればこのようなMTFの
値と一様性のバランス上最適な値は前のセンサー
の場合約ｌ／30であつた。

このように面積型ビーム・スプリツト面１２
ａ，１２ｂを用いる事によつて入射光束を分割
し、それぞれの分割結像光束を受光部１４，１５
に導き、第１図で述べた如く像の鮮明度を検出す
る事により焦点調節状態を知る事ができる。正し
い焦点調節状態を正確に知る為にも、各ビーム・
スプリツト面では、２本の結像光束が光量比ほぼ
１：１で、色特性及び偏光特性に差がないように
光分割を行なう事が必要であり、面積型ビーム・
スプリツト面は誘導体半透鏡に比べて安価なもの
で、上記条件を満足する事ができる。

ところで焦点検出を像の鮮明度の評価によつて
行なう場合、夫々の受光部１４，１５までの結像
光学系のMTFについてもバランスがとれている
事が望ましい。というのは、前述の様にここでは
予定焦点面（フイルム面）を挟んで略前後等距離
に置かれた受光部１４，１５からの画像信号の変
化分の積分値を比較することによつて合焦位置を
検出しているからである。

第５図の分割プリズム１２を用いた光学系につ
いてMTFを計算してみた。尚、面積型ビーム・
スプリツト面１２ａ上の透過部の小円の直径は約
20μ、同じくビーム・スプリツト面１２ｂ上の小
円の直径は25μに設定してある。この光学系を第
８図のような等価な光学系におきかえ、なおかつ
ビーム・スプリツト面１２ａ，１２ｂが光軸上、
受光部１４，１５から所定の距離に光軸に対して
垂直に設置されていると仮定した場合に各受光面
上に結像する時のセグメントの配列方向のMTF
は第９図の下群の２本のグラフＡとなる。ここで
各受光部１４，１５でのセグメントのピツチをＰ
とすると、ナイキスト周波数（同周波数より高い
周波数はセンサーとして正しく応答できない限界
の周波数）は _H＝１／2P（本／mm）で与えられる。従つて、第９図において、横軸上
20本／mmはセグメントピツチＰ＝25μの受光部の
ナイキスト周波数、15本／mmはＰ＝33.3μの受光
部のナイキスト周波数ということになる。Ｐ＝30
μの受光部のナイキスト周波数をαで示してあ
る。

この図を見ても明らかなように面積型ビーム・
スプリツト面を用いる事によりナイキスト周波数
以上の空間周波数成分をカツトしてそのMTFを
低く抑える事ができ、従つて受光部１４，１５よ
り得られる画像信号に偽信号があまり混入しな
い。理想的にはナイキスト周波数までのMTFが
１、それ以上の周波数に対してはMTFが零であ
る事が望ましいが、現実としてそのような特性を
もつ面積型ビーム・スプリツト面を作成する事は
困難で、一般に面積型ビーム・スプリツト面でナ
イキスト周波数でMTFを完全に零にすると、そ
れ以下の周波数でのMTFも低く抑えられて支障
をきたすので、本例ではナイキスト周波数での
MTFを零以上の所定の値に設定してある。

ところで、実験によれば、第５図の面積型ビー
ム・スプリツト面１２ａ，１２ｂの組合せを用い
たところ、焦点検知機能上、全体としてMTFが
低く、各受光部１４，１５に対するMTFの相互
間のバランスが悪い事が若干問題となつた。

この問題を改善した第２の例について第６図を
用いて説明する。

第６図の分割プリズム１２′も第５図のものと
同様、透明材質のプリズム中に面積型ビーム・ス
プリツト面１２′ａ，１２′ｂとミラー面１２′ｃ
が設けられており、面積型ビーム・スプリツト面
１２′ａの光透過部の小円の直径は45μである。
小円の配列は凝似ランダムとでもいうべきもので
F5.6の光束中ではランダムなパターンで、あと
はこの光束巾を１ピツチとして、そのランダムパ
ターンを周期的に配列してある。小円の直径が第
５図のビーム・スプリツト面１２ａの場合の約２
倍になつており、第９図のグラフＢを見てもわか
るようにMTF値が大巾に高い値を保つている。
第６図示例の場合の第２の改良点は、第２の面積
型ビーム・スプリツト面１２′ｂにストライプ・
ミラーを用いた点にある。同ストライプのピツチ
は40μ、開口（光透過部）巾は20μであり、スト
ライプの方向は受光部１５の長手方向、つまり光
電変換要素（セグメント）の配列方向に一致して
いる。このため第２のビーム・スプリツト面１
２′ｂによるセグメントの配列方向のMTFの落ち
はないので第９図にみるように夫々の受光部に対
するMTF値のバラつきを非常に少なくおさえる
ことができ、焦点検出システムに用いた場合にも
すぐれた特性を示した。尚、本例では、ストライ
プを周期的に配置したが、平均的透過率を満たす
ようなランダムなピツチと巾を有するストライ
プ・ビーム・スプリツト面を用いる事もできる。

以上に述べたような面積型ビーム・スプリツト
面は、パターンの大きさによつて２種類の製造法
があるが、いずれの方法も前記偏光特性、色特性
の問題を誘起することなく製造できる。この製造
法の１つはIC等と同じくフオト・フアブリケー
シヨンによる方法で、光透過部のパターンの線巾
が0.1mm以下の場合に用いられる方法であり、他
の１つは、マスク蒸着法で大体パターンの細かさ
が0.1mm以上の場合に可能となる。マスク法はガ
ラス基材の上に蒸着したいパターンが抜いてある
金属薄板マスク（厚さ0.05mm〜0.1mm程度）を密
着させてAl等の金属を蒸着する方法で、製造コ
ストも非常に安い利点がある反面パターン精度は
若干悪い。

尚、第５，６図の例の場合、面積型ビーム・ス
プリツト面１２ａ，１２ｂ；１２′ａ，１２′ｂ及
びミラー面１２ｃ，１２′ｃにおいて１２ａ；１
２′ａに銀、１２ｂ；１２′ｂ；１２ｃ；１２′ｃ
にAlを蒸着したものが全部Alを蒸着したものよ
り若干良好な色特性（各センサーに達する光の各
波長における分光透過率のバランス）が良かつ
た。

即ち、色特性を重視する場合は、ビーム・スプ
リツト面１２ａ；１２′ａの蒸着物質を銀にした
方が良いが、銀は耐候性（耐久性）が悪く、第５
図の如くミラー部（黒色部）がプリズムの端面に
顔を出していると、そこからおかされて次第に奥
深く進行し最悪のケースではガラス・プリズムが
はがれてしまう事が有る。従つて、ミラー部はつ
ながつていない方が望ましく小円内を光反射部に
する事が望ましい。但し、その場合、面積型ビー
ム・スプリツト面１２ａ；１２′ａの反射率66.6
％を保つ為には反射円と反射円を近接させねばな
らず、円の配列をランダムにする余裕が無く、ほ
ぼ規則配列になる。

第７図はそのような場合の例であり、面積型ビ
ーム・スプリツト面１２″ａの小円鏡の直径は90
μであつて規則配列され、面積型ビーム・スプリ
ツト面１２″ｂのストライプ・ピツチは第６図の
ものと同様とした。その結果MTFは第９図にお
ける第６図の分割プリズム１２′のMTF（グラフ
Ｂ）とほぼ同様の性能を得たが、受光部のセグメ
ントの配列方向の一様性が低下しF5.6の光束で
走査した場合±10％程度の周期的ムラが生じた。

面積型ビーム・スプリツト面のパターンは種種
考えられ単に二光束に分離するだけであれば、一
様性の評価プログラム、MTFの評価プログラム
を用意することにより簡単に設計できるが、第５
〜７図の例に見るように面積型ビーム・スプリツ
ト面を重ねるような場合はモアレの発生を避ける
意味で周期の似通つた周期性パターンは好ましく
ない。また以上の例での透過部又は反射部の平均
的直径は前述した如くｌ／100〜ｌ／10の範囲に
ある。

第１図で説明した合焦検知システムについては
以上第５〜７図で説明した分割プリズム１２，１
２′，１２″を用いることによりその性能並びに精
度の向上を図ることが出来るものである。

本発明によれば、MTF特性の一致した合焦検
知用光学系の光路中に所定の測光視野を有する第
１の露出用測光素子と、該素子の測光視野と異な
る測光視野を有する第２の露出用測光素子と、該
両素子出力を合成する合成手段とを設けたので、
測光態様を自由に変えられるばかりでなく、合焦
検知用光学系を利用でき、光学構成上も非常に有
利となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を一眼レフレツクス・カメラに
適用した場合の一実施例の光学的及び電気的構成
の概要を示す模式図、第２図は第１図中の受光素
子に於ける合焦検知用の２つの受光部及び測光用
の１つの受光部の光軸上での配置関係を示す光学
的等価図、第３図は受光素子を正面から見た場合
を示す模式図、第４図は上記３つの受光部の他の
配置例を示す図、第５図は本発明の理解を容易と
する為の図で、光分割プリズムの透視的斜視図、
第６及び第７図は光分割プリズムの２つの例を示
す透視的斜視図、第８図は第５，６，７図示光分
割プリズムに対する合焦検知用受光部の光軸上で
の配置関係の光学的等価図、第９図は第５，６図
示光分割プリズムのMTFを示す図である。１……撮影レンズ、４……クイツク・リター
ン・ミラー、１１……副ミラー、１２；１２′；
１２″……光分割プリズム、１３……受光手段、
１４，１５……合焦検知用受光素子、１６……測
光用受光素子（第２の測光素子）、１７……第１
の測光素子、３０〜３７……合焦検知回路系の構
成要素、２１〜２３，２７〜２９……露出制御回
路系の構成要素、１８……シヤツター。

Claims

【特許請求の範囲】

１光学系を通過した物体からの光を受けると共
に、予定焦点面を挟んで略前後等距離に設けられ
た前記物体の合焦状態を検出する為の第１、第２
の受光部と、前記第１受光部へ前記光を通過させ
る第１の面積型ビームスプリツト面と、該スプリ
ツト面の光反射部で反射した前記光を前記第２の
受光部へ伝達し、かつ光透過部と光反射部で形成
される前記第１の面積型ビームスプリツト面の前
記光透過部と大きさ若しくは配列において異なる
パターンの光透過部及び光反射部を有する第２の
面積型ビームスプリツト面とを有する分割プリズ
ムと、所定の測光視野を有し、前記第２の面積型
ビームスプリツト面を通過した光を測光する第１
の露出用測光素子と、該第１の露出用測光素子と
異なる測光視野を有する第２の露出用測光素子
と、前記第１、第２の露出用測光素子出力を合成
し、任意の値の合成出力を露出用出力として出力
する測光出力合成手段とを有することを特徴とす
る合焦検知用光学系を用いた測光装置。