JPS63213826A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は焦点検出装置に関し、特に被写体面上の任意の
位置で測距することのできる焦点検出系を有した写真用
カメラやどデオカメラ等に好適な焦点検出装置に関する
ものである。

（従来の技術） 従来より様々な方式の焦点検出装置が提案されているが
、そのいずれも原理的には、測距範囲の大小にかかわら
ずファインダー視野の画面中央、即ち対物レンズの光軸
−Ｌにおいて測距が行なわれていた。その為ピントを合
わすべき被写体の主要部を画面の中央に設定する場合は
問題ないが、該被写体の主要部を画面の中央以外の位置
に設定したい場合は、一度板写体の主要部が画面の中央
に来るようにカメラを傾けてピントを合わせ、次に該被
写体を画面の所望の位置に戻して画面を再設定しなけれ
ばならなかった。そこで測距視野の移動を可能とした焦
点検出装置を構成するならば、前述の如き問題は解決さ
れるが、この場合測距可能な範囲、即ち測距視野長を当
然長くしなければならない。

例えば撮影レンズを通過した光束を利用し、かつ焦点検
出用の受光素子を固定として、この測距視野長円で焦点
検出を行なうには測距視野の移動に従って物体像の結像
点が移動しても該受光素子上に結像させる為には該受光
素子の受光面をある程度の広さを有して構成しなければ
ならない等の問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は対物レンズの射出瞳を少なくとも２つの対をな
す４つの領域に分割し、このうち一方の対の第１瞳領域
と他方の対の第２瞳領域を通過する光束より各々物体像
に関する光量分布を形成して焦点検出を行う際、第１．
第２＠領域の射出瞳面上における分割領域を特定するこ
とにより測距視野の可変の焦点検出と測距視野を固定さ
せた焦点検出の双方を高精度に行うことのできる焦点検
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） 対物レンズの射出瞳を２つの対をなす４つの領域に分割
し、このうち一方の対の第１瞳領域を通過した光束によ
って各々物体像に関する光量分布を形成して測距視野の
移動が可能な第１焦点検出系を構成し、他方の対の第２
瞳領域を通過した光束によって各々物体像に関する光量
分布を形成して測距視野が固定の第２焦点検出系を構成
する際、前記第１＠領域を前記第２瞳領域に比べて該対
物レンズの光軸に対して外側の領域から構成すると共に
前記対物レンズの予定結像面近傍あるいはその等価面近
傍に一定間隔で配置された複数のスリット開口部を有す
るスリット部材と、該スリット部材に近接して配置され
た、開口部を存する視野マスクと、該視野マスクの開口
部と前記スリット部材のスリット開口部を通過した物体
光を受光する第１受光手段と、前記スリット部材をスリ
ット開口部の並び方向に移動させるための第１駆動手段
と、前記対物レンズの光軸上及び光軸外を通る物体光を
前記第１受光手段に入射するように、前記予定結像面近
傍に配置したフィールドレンズと、前記視野マスクを前
記対物レンズの予定結像面と平行な面内において、任意
の位置に移動させる為の第２駆動手段を設けたことであ
る。

（実施例） 第１図（Ａ）は本発明による焦点検出装置の一実施例の
斜視図である。同図には本発明に係る第１焦点検出系と
第２焦点検出系を示している。図中１は被写体像を形成
するための対物レンズであり、その予定結像面より後方
に第１、第２の２つの焦点検出系を設けた構成となって
いる。２は例えば矩形開口部２ｂと複数のスリット開口
部２ａを有し、矢印のＣ方向に移動可能なスリット部材
で、前記対物レンズ１の予定結像面に略位置している。

該スリット部材２にはラック４が固着されており、ギヤ
６、ギヤボックス５を介してモータ７により駆動される
。３は矢印Ａ、８両方向に移動可能な例えば矩形状の開
口部３ａを有する視野マスク、８は予定結像面近傍に配
置したフィールドレンズ、１２．１３は第１焦点検出系
の絞り、９は第２焦点検出系の絞り、１４．１５は第１
受光手段を構成する単一の受光素子、１７は受光デバイ
スとしての第２受光手段で２つの受光素子列］７ａ、　
１７ｂを有している。１６は２次結像レンズ、１０．１
１は反射部材である。

第１図（Ｂ）は本発明における対物レンズ１の射出瞳の
分割状態を示す説明図である。図中１ａは対物レンズｌ
の射出ｆｉ！、＋２ａ’　、＋３ａ’は各々絞り１２、
１３の絞り開Ｄ１２ａ、１３ａのフィールドレンズ８に
よる射出瞳１ａ而上における逆投影像、９ａ゛。

９ｂ’は各々較り９の絞り開口９ａ、９ｂのフィールド
レンズ８による射出瞳１ａ面上における逆投影像である
。

本実施例では対物レンズ１の射出ｐｉ　１　ａを絞り１
２．１３の絞り開１１１２ａ、！３ａを絞り９の絞り開
口９ａ、９ｂに比べて光軸上から離れた外側に配置する
ことにより眞述の如く２つの対をなす４つの領域に分割
している。

１００はファインダー視野部材、１０１はファインダー
視野、１０２はファインダー視野内の測距範囲を示す領
域、１０３は測距位置選択レバー、１０４は連結部材で
ある。

ファインダー視野部材１００は連結部材１０４を介して
視野マスク３の移動と連動して移動し、ファインダー視
野内における測距範囲を表示するようにしている。

まず、本発明に係る第１焦点検出系について説明する。

第１焦点検出系はファインダー視野の任意の位置での測
距を行なう為のものでフィールドレンズ８の行動部内の
任意の位置に特に光軸外に視野マスク３の開口部３ａが
あり、さらに開口部３ａとスリット部材２のスリット開
口部２ａが重畳しているときに機能する。視野マスク３
以降に配置された、第１焦点検出系の構成部材は第２焦
点検出系と共通のフィールドレンズ８、第２の絞り９の
開口９ａ、９ｂの外側に配置された３角柱の斜面を反射
面とした反射部材１０，１１、反射部材１０により反射
した光束を制限する絞り１２、反射部材１１によって反
射した光束を制限する絞り１３、及び受光素子１４．１
５である。第１焦点検出系では後述するようにスリット
部材２を矢印Ｃ方向に移動させるがこのとき、移動に対
応して受光素子１４．１５からの出力信号の変化の位相
を検出することにより、焦点検出を行なっている。

第１焦点検出系では対物レンズ１の射出＠ｌ　ａを通過
する光束のうち第１図（Ｂ）に示す１対の領域＋２ａ’
　、　＋３ａ’より成る第１瞳領域を使用している。

次に第２焦点検出系について説明する。第２焦点検出系
はスリット部材２の矩形状の開口部２ｂ及び視野マスク
３の開口部３ａが共に対物レンズ１０光軸上にある場合
のみ機能する。この時、スリット部材２の開口部２ｂよ
りも前記視野マスク３の矩形開口部３ａの方が小さくな
るように構成されている為、第２焦点検出系の光束は、
視野マスク３の開口部３ａで制限されている。

第２焦点検出系の構成部材で、視野マスク３以降に配置
されているものは、まずフィールドレンズ８．２つの開
口９ａ、９ｂを有する絞り９．２次結像レンズ１６．２
つの受光素子列１７ａ、＋７ｂを有する第２受光手段１
７である。該第２焦点検出系は、特に対物レンズ１のデ
フォーカス量が大きいときに焦点検出を高精度に行なう
のに通している。第２焦点検出系の焦点検出方法として
は既に公知の例えば特開昭６０−１０１５１３号公報で
提案されている方法で行っている。

第２焦点検出系では対物レンズｌの射出瞳１ａを通過す
る光束のうち第１図（Ｂ）に示す１対の領域９ａ’、９
ｂ’より成る第２瞳領域を使用している。

次に本実施例の第１．第２焦点検出系において受光７段
に入射する有効光束について説明する。

第２図から第５図は各焦点検出系における受光手段の前
面に配置した絞り　９，１２．１３に入射する対物レン
ズ１の射出瞳からの光束を示した概略図である。第２図
は第２焦点検出系、第３図は第１焦点検出系を示す。図
中Ｐｉ、Ｐ２は各々絞り１２．１３の開口＋２ａ、！３
ａの中心を通る光線の対物レンズ１の射出簾内での位置
を示している。Ｆ、Ｐは対物レンズ１の予定結像面であ
り、これより左側に対物レンズ、右側に第１．第２焦点
検出系が位置している。尚本実施例では被写体像は予定
結像面上近傍に結像しているものとしている。フィール
ドレンズ８により、絞り９，１２．１３は各々対物レン
ズ１の射出瞳位置近傍と共役となるように構成されてい
る。

第２図中面りが絞り１の共役な面、第３図中面Ｅが絞り
１２．１３と共役な面を示す。Ｊは第２焦点検出系の測
距視野長、Ｋは第１焦点検出系の測距視野長である。第
２．第３図において斜線部がそれぞれの焦点検出系にお
ける有効光束を表わしている。一般に第１．第２焦点検
出系において、２像の位相差を検出して焦点検出を行う
際、焦点検出が正確に行なわれる為には、前記対物レン
ズ１の射出瞳が、予定結像面からの距離に応じて第２図
、第３図の斜線部で表わされている有効光束の範囲を含
んだ幅を有している事が必要である。それで第３図の第
１焦点検出系の測距視野長には視野マスク３の開口部３
ａが可動な全範囲を意味しており第２焦点検出系に比べ
て、比較的長くなっている。この第１焦点検出系におい
てはＦナンバーの小さい、比較釣用るい、即ち射出瞳の
大きな対物レンズを用いることが必要となってくる。

第４図は現存している一般的な写真用カメラ等の一眼レ
フカメラ交換用の対物レンズの射出瞳位置とその大きさ
を参考として示した概略図である。図中Ｆ、Ｐは対物レ
ン女の予定結像面、横軸は光軸で、目盛は予定結像面か
らの距離、縦軸は射出瞳の大きさを示している。Ｌ、Ｍ
、Ｎ（７）範囲は、それぞれ射出瞳の存在する領域を表
わしている。これに第３図、第２図にて示した第１．第
２焦点検出系の有効光束を爪ねて描くと、第２焦点検出
系は直線０の内側に、又第１焦点検出系は直線Ｐの内側
に該有効光束が存在している。つまり、第２焦点検出系
は、第４図に示された範囲に射出瞳を有する対物レンズ
の内領域り、Ｍ、Ｎの全範囲の対物レンズが使用可能で
あり、第１焦点検出系は、第４図において領域Ｍ、Ｎに
射出瞳を有する撮影レンズが使用可能である。

第４図中、破線Ｑは第１焦点検出系において絞りの対物
レンズの射出瞳上に対する投影位置を第２焦点検出系に
おける絞りの対物レンズの射出瞳上に対する投影位置と
同一にした場合の有効光束を示している。この場合は領
域Ｎに射出瞳位置な有する対物レンズを使用すると光束
がケラレル為に測距精度が低下することになる。第５図
は、このときの有効光束の光路図を示している。同図で
は絞り１２．１３の対物レンズの射出瞳位置近傍におけ
る共役な而りから予定結像面Ｆ、Ｐまでの距離を第２図
に示す第２焦点検出系と同一の距１１！ＩＧとして示し
ている。

第６図から第１１図は本発明の第１焦点検出系の測距原
理の説明図である。この内第６図と第７図は各々対物レ
ンズ１が合焦状態にあるときの第１焦点検出系の展開断
面図である。第６図は視野マスク３の開口部３ａが光軸
上に位置する場合、第７図は該視野マスク３の開口部３
ａが光軸外に位置する場合のそれぞれについて、視野マ
スク３の開口部３ａ中心を通る主光線を描いたものであ
る。図中２１、Ｐ２は第３図に示した光路図と同様のも
ので絞りの開口＋２ａ　、　１３ａの中心を通る光線の
対物レンズの射出瞳上における投影位置である。

即ち、該絞りの開口＋２ａ、１３ａを射出瞳上に投影し
たときの重心位置を示す。絞り１２．ｌ：］の各々の而
と点Ｐｉ、Ｐ２を含む面はフィールドレンズ８に対して
互いに共役な位置にある為、視野マスク３の開口部３ａ
の位置にかかわらず、点Ｐ１゜Ｐ２を発した光線は受光
素子１４．１５に到達する。

従って視野マスク３の開口部３ａの位置を第３図に示し
た測距視野長にの範囲のどこに設定しても即ち、開口部
３ａを移動させてどこで測距しても受光素子１４．１５
上に物体像からの光束が入射する為、該受光素ｒの配設
位置を固定にして測距することができる。

第８図、第９図は各々対物レンズ１が所定量ＤＦだけデ
フォーカスしているときの焦点検出系の展開断面図であ
る。第８図は光軸上の結像点Ｒを通る主光線を描いた説
明図、第９図は光軸外の結像点Ｓを通る主光線を描いた
説明図である。２像の位相差を検出して合焦状態を検出
する焦点検出方式は予定結像面Ｆ、Ｐ上での２つの物体
像の重心の間隔からデフォーカス量を算出している。こ
の為、視野マスク３の開口部３ａの位置にかかわらず一
定のデフォーカス量に対しては２つの物体像の重心間隔
（例えば第８図においてはＴＩ、Ｔ２　）は一定である
ことが必要である。第８図、第９図を用いてこのときの
デフォーカスｉＤＦと間隔ＴＩ、Ｔ２との関係について
説明する。

第８図において 、４１’２．Ｒ，ＰＩ−ＺＴ２．Ｒ，ＴＩ　、ＺＲ，Ｐ
２．ＰＩ−，４１１，Ｔ２．ＴＩ従ってΔＰ２．ＰＩ、
ＲωΔＴ２．ＴＩ、Ｒであり、対物レンズｌの射出瞳か
ら予定結像面ＦＰまでの距離を夏としたとき、次式が成
立する。

又、第９図においても同様に１ ．４Ｐ２．Ｓ、ＰＩ−ｆＵ２．Ｓ、０１　、　Ｚ５．Ｐ
２．Ｐｌ−Ｚ５，１１２．旧従フてΔＰ２．ＰＩ、Ｓω
Δ０２，０１．Ｓであり、次式が成立する。

（＋）　、　（２）式より つまり、デフォーカスｉＤＦが一定のときは結像点Ｒと
Ｓとでは２つの物体像の重心間隔は変化しない。従って
視野マスク３の開口部３ａを測距視野の任意の位置に移
動させてもデフォーカス量を精度良く求めることができ
る。即ち、本実施例では該視野マスク３の開口部３ａは
どこにあっても良く、測距視野の違いによって異った焦
点検出系を用いる必要がなく、第１焦点検出系のみによ
り、安定した焦点検出を行なうことができる。

第１０図（＾）、（Ｂ）　、第１１図はスリット部材２
を移動させたとき、そのスリット開口部２ａと視野マス
ク３の開口部３ａを通過する光束を受光した受光素子１
４．１５から得られる出力信号の説明図である。同図に
示す検出方法の基本原理は従来より行なわれている２像
の像ズレ量を検出するという方法である。

第１θ図（Ａ）においてｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉは各々
スリット開口部２ａの移動による各位置を示し、第１０
図（Ｂ）には２つの物体像１９．２０の開口部３ａにお
ける光量分布を模式的に示している。同図において１９
．２０は絞り１２．１３の開口１２ａ、１３ａをそれぞ
れ通る光束によって形成された対物レンズのｔ定結像面
Ｆ、Ｐ上の物体像の照度分布を示している。

尚第１０図（Ｂ）において、横軸は照度ＰＷ、縦軸は予
定結像面−トの位置である。このような照度分布を持つ
２つの物体像１９．２０がほぼ予定結像面１：に配置さ
れたスリット部材２のスリット開口部２ａ、及び視野マ
スク３の開口部３ａによってサンプリングされ、受光素
子１４．１５にそれぞれ入射する。第１図に示す如く、
スリット部材２はモータ７によりＣ方向に移動されるが
、この時の物体像との位置関係は第１０図（Ａ）、（Ｂ
）に示されているように、図中ｄからｉの様になる。視
野マスク３の開口部３ａの幅は、スリットピッチの整数
倍（第１０図（Ａ）においては４倍）となる様に構成し
ている為、ｄからｉのどの位置においても、視野マスク
３の開［１部３ａとスリット開口部２ａによって形成さ
れる光透過領域の面積は一定に保たれる。従って受光素
子１４．１５のスリット開Ｉ：１部位置ｄからｉに応じ
た各々の受光素子からの出力は２つの物体像の像ズレ１
１に対応した位相差を持って変化する。第１０図（Ｂ）
に示した照度分布を持つ物体像の場合スリット開口部ｄ
からｉに応じた受光素子１４．１５からの出力は第１！
図の曲線２１．２２に示す様になる。第１１図において
横軸はスリット開口部２ａの位置、縦軸は受光素子１４
　、１５からの出力値である。破線で示した曲線２１は
第１０図（Ｂ）中の物体像の照度分布１９に対応し、実
線で示した曲線２２は第１０図（Ｂ）中の物体像の照度
分布２０に対応している。

又、第１０図ＣＢ）中の物体像のズレ量Ｖ・と第１１図
中の受光素子１４．１５からの出力分布２１．２２の位
相差Ｗとは等しい。

対物レンズ１のデフォーカス量の算出は次の様にして行
なうことができる。デフォーカス量をＤＦとすると第８
図においてＴＩ、Ｔ２−　Ｖであり、Ｖ　：　Ｐｌ、Ｐ
２−　ＤＦ：（１−ＤＦ）（７）関係がある。従ッテ次
式％式％ ＯＦ−＋＋ａ＋＋・−−−−（３） Ｐ夏、Ｐ２÷Ｖ 従ってデフォーカスｊｌＤＦは（３）式より求めること
ができる。

本実施例のおける像ズレ量の検出方法としては、スリッ
ト部材２ａ位置に対応した受光素子１４．１５からの出
力を第２焦点検出系の受光素子１７ａ、＋７ｂからの出
力の代わりとして扱っても良く、これに依れば第１焦点
検出系と第２焦点検出系は単一の像ズレ量検出演算方法
を利用することができる。

以上説明したように、本実施例においては、第１焦点検
出系によりファインダー視野の任意の位置での焦点検出
が可能であるが、第１．第２焦点検出系を併用すること
により、例えば第２焦点検出系では、主に光軸上におい
て３０＋＋＋＋ａ程度の大デフォーカスの検出を行うよ
うにし、第１焦点検出系では測距視野の移動を行うよう
に構成しても良い。これら、それぞれの焦点検出系の特
徴から例えば次の様な適用が考えられる。それは該焦点
検出装置を一眼レフカメラ等に応用した場合、第２焦点
検出系を用いて、画面中央で主被写体にピントを合わせ
、次に主被写体を画面の任意の位置にフレーミングした
後、第１焦点検出系で主被写体を追うといった撮影が可
能となる。

（発明の効果） 本発明に依れば前述の如く設定した第１．第２焦点検出
系の２つの焦点検出系を用いることにより、例えば第１
焦点検出系では任意の測距視野で小ディフォーカスの焦
点検出を可能とし、第２焦点検出系では光軸上における
一定の測距視野で大ディフォーカスの焦点検出を可能と
した焦点検出装置を達成することが出来る。

特に対物レンズの射出瞳を前述の如く２つの対をなす４
つの領域に分割して使用することにより第２焦点検出系
ではＦＮＯの大きい暗い対物レンズからＦＮＯの小さい
明るい対物レンズにおける一定視野での大ディフォーカ
スの焦点検出を行い、第１焦点検出系では、さらに主に
ＦＮＯの小さい明るい対物レンズにおける測距視野可変
の小ディフォーカスの焦点検出を行った焦点検出装置を
達成することができる。

更に第１．第２焦点検出系の一部の光学部材を共通化し
て構成することにより２つの焦点検出系を用いたにもか
かわらず装置全体の大型化を効果的に防止した簡易な構
成の焦点検出装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（＾）、（Ｂ）と第３図から第１．１図までは各
々本発明に係る一実施例の各要素説明図である。第１図
（Ａ）は焦点検出装置の光学系の斜視図、第１図（Ｂ）
は対物レンズの射出瞳の分割状態の説明図、第２図は従
来の焦点検出系を本発明の焦点検出系と併用するときの
有効光束の説明図、第３図は焦点検出系の有効光束の説
明図、第４図は現存する一般的な一眼レフカメラ交換用
の対物レンズの射出瞳位置を示す説明図、第５図は焦点
検出系の絞り位置を変えた場合の有効光束を示す説明図
、第６図は焦点検出系の測距視野が光軸上にある場合の
光路説明図、第７図は焦点検出系において測距視野が光
軸外にある場合の光路説明図、第８図と第９図は焦点検
出系においてデフォーカスによる像位置の説明図で、第
８図は測距視野が光軸上にある場合、第９図は測距視野
が光軸外にある場合を示している。第１０図（八）　、
　（Ｂ）は２つの物体像とスリット開口部の相対的位置
関係を示す説明図、第１１図はスリット開口部と２つの
受光素子からの出力値との関係を示す説明図である。図
中１は対物レンズ、２はスリット部材、２ａはスリット
開口部、３は視野マスク、３ａは開口部、８はフィール
ドレンズ、９と１２と１３は絞り、１０及び１１は反射
部材、１４と１５と１７は受光素子、１６は２次結像レ
ンズである。 特許出願人　　キャノン株式会社 第１図（８） 第　　２　　呵 夷　　３　　図 兇　　４　　匝 亮　　６　　園 地　　７　　口 案　　８　　図 第　　９　　マ 兎　１０　口（Ａ） 充　　１１　　　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズの射出瞳を２つの対をなす４つの領域
   に分割し、このうち一方の対の第１瞳領域を通過した光
   束によって各々物体像に関する光量分布を形成して測距
   視野の移動が可能な第１焦点検出系を構成し、他方の対
   の第２瞳領域を通過した光束によって各々物体像に関す
   る光量分布を形成して測距視野が固定の第２焦点検出系
   を構成する際、前記第１瞳領域を前記第２瞳領域に比べ
   て該対物レンズの光軸に対して外側の領域から構成する
   と共に前記対物レンズの予定結像面近傍あるいはその等
   価面近傍に一定間隔で配置された複数のスリット開口部
   を有するスリット部材と、該スリット部材に近接して配
   置された、開口部を有する視野マスクと、該視野マスク
   の開口部と前記スリット部材のスリット開口部を通過し
   た物体光を受光する第１受光手段と、前記スリット部材
   をスリット開口部の並び方向に移動させるための第１駆
   動手段と、前記対物レンズの光軸上及び光軸外を通る物
   体光を前記第１受光手段に入射するように、前記予定結
   像面近傍に配置したフィールドレンズと、前記視野マス
   クを前記対物レンズの予定結像面と平行な面内において
   、任意の位置に移動させる為の第２駆動手段を設けたこ
   とを特徴とする焦点検出装置。
2. （２）前記スリット部材は開口部を有しており、前記対
   物レンズの予定結像面の後方には２次結像レンズと第２
   受光手段が配置されており、該第２受光手段は前記スリ
   ット部材の開口部、及び前記視野マスクの開口部が共に
   前記対物レンズの光軸上にある時のみ機能し、前記第１
   受光手段は前記視野マスクの開口部が対物レンズの光軸
   外にある時にのみ機能する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。