CN1559018A - 焦点检测装置、对焦系统、照相机以及焦点检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明从预定成像面起分别在第1～第3的不同的距离设置第1～第3液晶滤光器，从而根据光电二极管等光电转换部接收透过液晶滤光器的光，并转换成电信号。在第1液晶滤光器上形成规定空间频率的明暗条纹图形，并把第2以及第3液晶滤光器置为全透过状态而由光电二极管输出第1信号。同样在第2液晶滤光器上形成明暗条纹图形，并把第1以及第3液晶滤光器置为全透过状态而输出第2信号，在第3液晶滤光器上形成明暗条纹图形，并把第1以及第2液晶滤光器置为全透过状态而输出第3信号。从而根据第1～第3信号算出焦点位置。

Description

焦点检测装置、对焦系统、照相机以及焦点检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测光学系统的焦点位置的焦点检测装置、使用该焦点检测装置的对焦系统、具备该对焦系统的照相机以及光学系统的焦点检测方法。

背景技术

作为用于照相机等的自动聚焦照相机系统，以被公开的有相位差方式以及移动方式。在相位差方式中假设人眼在透镜出射位置上，从而根据该视差求出焦点位置。例如配备具有对应视差的多个CCD的CCD阵列。通常在与底片面或假定对焦的面共轭的位置设置场透镜，且在此后方设置与CCD组的各CCD对应的成像光学系统，因此被测光束成像在各CCD上。在这种相位差方式中由于在与成相面共轭的位置测出焦点，因此可以大致直接得知成像位置上的焦点状态。

另一方面，当采用移动方式时，一般向被摄体照射红外光，从而通过配置成能使由被摄体反射的光具有一定基线长的SPD(硅光二极管)等光敏器件受光，并利用三角测量的原理进行测距。即移动方式为求得至被摄体的距离的方式，而并非是直接求出对焦状态的方式。因此在使用移动方式的自动聚焦装置中与所测出的被摄体距离对应而陆续放出对物透镜

此外，除了上述的两种方式外，还有在摄像机以及数码照相机等电子摄像装置中采用的被称作对比度方式的自动聚焦系统。在该方式中驱动对焦透镜而由摄像元件拍摄图像，从而利用摄像元件的输出值而求出对焦状态。通常认为拍摄图像的对比度信号最为强烈时是对焦状态。该方式中检测对焦状态的元件与摄像元件为同一个，因此具有不受机械误差以及调整误差等影响的优点。

但是，在相位差方式的焦点检测方法中需要准备与检测区域以及视差对应数的CCD，还需要分别具备对应各CCD的成像光学系统。因此把AF区域设置成分布在被摄体图面全域上则在光学系统构成上较困难，所以一般最多设置几个区域。且一旦制作成规定构成的系统就很难进行变换，因此无法根据使用状况而对构成进行变换。

另一方面，移动方式为如上所述的测距装置，因此无法起到具有与对物透镜连动的反馈环的自动聚焦系统的作用。不得不使用开放系统，容易受装置组合调整误差以及到进行自动聚焦的期间的系统的影响而无法得到精密且可以有效修正的牢固的系统。

此外，当采用对比度方式时，采用边拍摄图像边移动透镜而寻找对比度峰的方法，因此在对焦速度方面存在一些问题。即具有只能在视频微分上更新AF信号，并且对比度峰只有在经过对焦点时才能得知，因此在达到对焦点之前需要一定的时间的缺点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够容易检测焦点位置的具有简单结构的焦点监测装置以及使用该焦点装置的对焦系统，进而提供一种具有该对焦系统的照相机以及焦点检测方法。

本发明的焦点检测装置具备：具有规定空间频率的透过特性，且把来自光学系统的成像光束分别在光轴上的不同位置调制的多个空间调制光学滤光器、通过各空间调制光学滤光器受光，且分别输出受光强对应的信号的光电转换器、以及基于光电转换器输出的信号算出光学系统的焦点位置的运算部。

空间调制光学滤光器可由透过型液晶滤光器构成。在这种情况下，在多个透过型液晶滤光器的某一个中形成规定空间频率的透过特性图形，且在液晶控制部控制各透过型液晶滤光器，以便其余的透过型液晶滤光器成为全透过状态。即通过光电转换部得到多个数据，并从这些多个数据算出焦点位置。

也可以在多个透过型液晶显示装置的某一个上形成开口图形，在其余的透过型液晶滤光器的某一个或开口图形上形成规定空间频率的透过特性图形，同时把未形成开口图形以及透过特性图形中的任一种的透过型液晶滤光器设成全透过状态。把开口图形形成在透过型液晶滤光器的显示区域的任何位置都可以。

上述空间频率也可以进行变换。在与光学系统的焦点位置的偏差量大的条件下，使空间频率变大，而在偏差量小的条件下，则使空间频率变小为好。

光电转换部优选具有接收来自光学系统的总光束的受光面积的光电二极管、光电倍增管、以及CdS的任一种。

可通过把多个液晶滤光器分别夹在透明玻璃中而设置成一体的光学组件。并且，在此光学组件的光入射面上设置使入射光变为线偏振光的第1偏振片，而在光学组件的光输出面上设置具有与第1偏振片相等的偏振角的第2偏振片为好。

当设置3个液晶滤光器时，从预定成像面起分别在第1～第3的不同的距离设置第1～第3液晶滤光器，从而根据光电二极管等光电转换部接收透过液晶滤光器的光，并转换成电信号。在第1液晶滤光器上形成规定空间频率的浓淡条纹图形，并把第2以及第3液晶滤光器置为全透过状态而由光电二极管输出第1信号。同样在第2液晶滤光器上形成浓淡条纹图形，并把第1以及第3液晶滤光器置为全透过状态而输出第2信号，在第3液晶滤光器上形成浓淡条纹图形，并把第1以及第2液晶滤光器置为全透过状态而输出第3信号。从而根据第1～第3信号算出焦点位置。

本发明的对焦系统具备：形成被摄体像的光学系统、调整光学系统的焦点位置的焦点调整部、上述的焦点检测装置、以及基于由该焦点检测装置检测的焦点位置控制焦点调整部而使光学系统的焦点位置成为规定位置的对焦控制部。

本发明的焦点检测方法利用具有规定空间频率的透过特性的空间调制光学滤光器在光轴上的不同位置调制来自光学系统的成像光束，并通过光电转换部依次接收在不同位置被调制的各光束，从而基于依次从该光电转换部输出的各信号算出光学系统的焦点位置。

上述的透过特性图形即调制图形为在规定空间频率周期内重复的明暗条纹图形。可采用相当于付里叶cos波的透过率的浓淡条纹图形，或者可以采用相当于付里叶sin波的透过率的明暗条纹图形。通过明暗条纹图形的光束已被进行了付里叶变换，从而可以解析出滤光器规定位置上的规定空间波长的空间频率成分。换言之，由于空间频率成分根据从焦点位置的像偏差量而衰减，因此可根据多个空间调制光学滤光器例如多个液晶滤光器的透过光束的多个信号强度算出像偏差量。

也可以使第1明暗条纹图形形成在液晶滤光器等上，并通过光电转换部得出偶函数的滤波数据，而把与该明暗条纹图形的相位有90度相位差的第2明暗条纹图形形成在液晶滤光器等上，并得出奇函数的滤波数据，从而基于这些数据算出焦点位置。具体讲，利用偶函数的滤波数据与奇函数的滤波数据的绝对值算出焦点位置。通过使用具有90度相位差的数据，即使焦点检测对象为动体，也能正确地检测出焦点。

根据本发明，由光电转换部检测出的光强的波峰位置与光学系统的焦点位置一致，因此通过基于在光轴上的不同位置调制成像光束时得出的各信号而算出信号的波峰位置，可以很容易地求出光学系统的焦点位置。且通过作成由光电转换部检测出被空间调制光学滤光器以及透过型液晶滤光器调制的光束的强度的构成，可以对装置构成进行简单化。

附图说明

图1为表示本发明的焦点检测装置的第1实施方式的框图。

图2为表示检测部1的详细构成的图。

图3为表示检测部1的另一种例的图。

图4为表示形成明暗条纹滤波图形的滤光器2A的图。

图5为说明散焦状况的图。

图6为表示散焦量x与I之间关系的图。

图7为表示观测数据P1～P3的图。

图8为表示不同波长对应的光强I的图。

图9为表示滤波图形的图，(a)为形成纵条纹的图，(b)为形成横条纹的图。

图10为表示具有2个滤光器2A、2B的检测部100的图。

图11为说明第2实施方式的图，且表示显示在滤光器2c上的滤波图形的图。

图12为表示滤光器2A～2C的控制方法的图，(a)表示第1顺序，(b)表示第2顺序，(c)表示第3顺序。

图13为表示滤光器2A～2C的第2控制方法的图，(a)表示第1顺序，(b)表示第2顺序，(c)表示第3顺序。

图14(a)以及(b)表示窗形成区域202a～202e的配置的图。

图15为表示本发明的焦点检测装置的第3实施方式的框图。

图16为表示由调节器300移动一个滤光器2A时构成的框图。

具体实施方式

以下参照附图而对本发明的实施方式进行说明。

—第1实施方式—

“装置构成的说明”

图1为表示使用本发明的焦点检测装置的第1实施方式的自动聚焦系统的概略构成的框图。从摄像透镜8出射的被摄体光被检测部1检测出。检测部1由滤光单元2和作为光电转换元件的光电二极管3构成。光电转换元件中也可以使用CdS等。在图1中在摄像透镜8的后侧图示了检测器1，但实际上检测部1配置在与摄像面或假定的对焦的面大致共轭的位置上。通过透镜8的被摄体光被导入未图示的银盐底片以及CCD摄像元件等，但在光程中被分割而后入射到检测部1上。

滤光单元2具备3个滤光器2A，2B，2C，并沿着光轴从光电二极管3侧起依次配置了滤光器2A、滤光器2B以及滤光器2C。如后所述，滤光器2A～2C由液晶滤光器构成，且各滤光器2A～2C的液晶的状态被滤光器控制部4A～4C控制成相互独立的状态。光电二极管3的输出值被放大器5进行放大后，通过A/D转换器6被转换成数字信号而输入到控制装置7。在控制装置7的运算部7a中基于输入的信号算出焦点检测状态。控制装置7对滤光器控制部4A～4C控制，同时控制透镜驱动装置9，从而进行自动聚焦。

图2为表示检测部1的结构的图。图2的11A、11B为偏振片，14为玻璃衬底。各玻璃衬底14以规定的节距d进行配置。滤光器2A～2C被一对玻璃衬底14夹在中间而形成。而且在本实施方式中接收全部被摄体光束而进行焦点检测。因此光电二极管3的受光面具有能充分包含成像面的被摄体像整体的面积。但当用部分被摄体光束进行焦点检测时，受光面只要有能包含该部分的大小为好。

如图2所示，滤光器2A～2C分别由一对透明导电薄膜13和此间的液晶12构成。4张玻璃衬底14与3组滤光器2A～2C被夹在偏振片11A、11B之间。如上所述，玻璃衬底14以节距d并列设置，因此滤光器2A～2C的间隔也成为d。而且在图2中偏振片11A、11B对3层的液晶12是共同的，但如图3所示，也可以分别进行独立而累加3组具有一对偏振片的透过型液晶板15而作为滤光器2A～2C。

从图2左侧入射到检测部1的被摄体光束通过偏振片11A成为线偏振光。该光在通过各滤光器2A～2C的液晶12期间，偏振角被改变。其结果，使从偏振片11B出射的光的强度依赖于偏振片11B的透过轴与线偏振光的振动方向之间的角度。例如若把透过轴与振动方向之间的角度置成δ，则透过光的强度与cosδ的二次方成比例。即通过由滤光器控制部4A～4C控制液晶滤光器2A～2C而调整通过滤光器2A～2C期间的偏振角的变化量，可以改变透过光的强度。

例如，如果δ＝0(deg)，则入射光全部通过，如果δ＝90(deg)，则入射光全部被滤光器挡住。每个滤光器2A～2C能都进行这些控制，同时能把各种透过图形形成在各滤光器2A～2C中。例如从光电二极管3侧观察把透过·不透过图形形成为条纹状的滤光器2B，由于透过光的强度变化为条纹状，因此可观察到如图4所示的明暗条纹图形。以下，将把这种情况表示为“在滤光器2B上形成了如图4所示的明暗条纹滤波图形”。

在本实施方式中把如图4所示的具有空间频率的明暗滤波图形个别地形成在滤光器2A～2C上。所谓把这种滤光器2A～2C插入到光束中等价于把入射到滤光器中的光束进行空间调制。被调制的光束通过光电二极管3被转换成与该光强对应的电流。

“关于散焦”

首先，对于焦点具有偏差量的散焦情况进行说明。如图5所示，对于透镜8的焦点20在滤光器2B右侧位置x的情况进行研究。在位置x上的被摄体像的离焦程度可通过滤光器2B截断以焦点20为顶点的圆锥21的面的直径r表现出来。若把光轴与圆锥母线间的夹角设为θ，则直径r可表示成以下式(1)

               r＝2x tanθ             …(1)

在该式中tanθ为透镜的F值(＝焦距/口径)的倒数与1/2之积，因此离焦程度r由以下式(2)表示。

               r＝x/F                 …(2)

此r可认为是经过一次滤光器衰减的波长。因此由离焦效应导致的被摄体像的空间波长R的衰减f可表示为以下式(3)。

               f＝1/{1+i(x/RF)}       …(3)

下式(4)的I取f的绝对值，并表示波长R的空间频率成分随散焦量x衰减的状况。

               I＝1/{1+(x/RF)²}^1/2  …(4)

如后所述，该I与被光电二极管3检测出的光强对应，且在本实施方式中检测出的光强也将表示为I。

“焦点检测方法”

式(4)表示波长R的空间频率成分的衰减随散焦量x而被确定的状况。该状况暗示若得知多处的波长R的空间频率成分，便可以推算出散焦量x。图6的曲线L1表示与散焦量x对应的I的变化。当x＝0时即滤光器2B在焦点位置上时，I＝1，且x的绝对制越大I越小。要调节规定位置上的波长R的空间频率，则在该位置上对光束进行付里叶变换为好。

可是，图4所示的明暗条纹滤波图形为以图面中央为原点的左右对称的图形，且具有相当于付里叶cos波的透过率。并且，从不透过部至相邻的不透过部之间的距离为波长R。若把具有这种明暗条纹滤波图形的滤光器2B插入导光束中，则透过该滤光器2B的光束将要进行付里叶cos变换。即对着光电二极管3的光束的强度可由下述式(5)表示。

          I_θ＝I₀∫f(x)cosθ_fdx       …(5)

在这里，I₀为表示包括光学系统在内的液晶滤光器的透过率的系数。且cosθ_f表示付里叶cos变换。

式(5)的θ为空间波长为R时的空间频率，且I_θ表示波长R的空间频率成分。而且，若在滤光器2B上形成相当于付里叶sin波的透过率的明暗条纹滤波图形，便得出相当于付里叶sin变换的I_θ。在算出焦点位置时，可使用任一种变换。

通过光电二极管3接收如此的被滤光器2B调制的光束，则光电二极管3的输出成为被强制地成为付里叶变换的强度。若改变明暗条纹图形的波长R，将被进行波长R所对应的付里叶变换。因此，若把在各种位置x测出的输出值图示在图6的x-I平面上，则这些数据便成为具有与图6的曲线L1同一分布的曲线。即成为在x＝0时具有波峰的曲线。

如图2所示，检测部1具有以节距d配置而成的3个滤光器2A、2B、2C。因此对于同一被摄体像能够得到当在滤光器2A上形成明暗条纹图形而使其余变成全透过图形时、当在滤光器2B上形成明暗条纹图形而使其余变成全透过图形时、以及当在滤光器2C上形成明暗条纹图形而使其余变成全透过图形时等3种数据。

在本实施方式中把滤光组件2设置成使滤光器2B的位置与摄像装置的摄像面共轭的位置。因此在滤光器2B上形成明暗条纹图形时所观测到的光强Yb便如下式(6)。当在滤光器2A上形成明暗条纹图形时，观测出下式(7)的光强Ya，而在滤光器2C上形成明暗条纹图形时，观测出下式(8)的光强Yc。并且，a表示无衰减时测出的光强。把各观测数据P1～P3图示在光强曲线Y上则如图7所示。

Y_b＝a/{1+(x/RF)²}^1/2           …(6)

Y_c＝a/{1+((x+d)/RF)²}^1/2       …(7)

Y_a＝a/{1+((x-d)/RF)²}^1/2       …(8)

通过这些方程(6)～(8)，可算出作为未知数的滤光器2B的位置x以及无衰减时的光强a。关于位置x的正负，如图5所示将比焦点20更靠进镜头8的方向设为正。例如在图7所示的数据例中透镜8的焦点位置便位于滤光器2B后方的距离x的位置上。并且通过透镜驱动装置9驱动透镜8把焦点位置向前方移动距离x，便成为对焦状态。

可是，在上述例中对2个未知数x、a有3个方程，因此可以说具冗余性。因此关于表示前述的离焦程度的衰减常数r(式(3))，也可根据焦点检测时的测量数据算出。此常数r根据透镜8的构成以及被摄体的位置不同而不一定能十分准确地表示规定的离焦程度，因此希望结合实际状态而进行计算。

“关于滤波图形”

根据上述的式(4)，强度I随着滤光器2A～2C的空间波长R变化。图8的曲线L11～L13表示不同的空间波长R对应的光强I。相对于曲线L11的波长R1，曲线L12的波长R2为R2＝R1/2，曲线L13的波长R3为R3＝R1/4。即越减小条纹图形的波长R，曲线的波峰形状变得越尖。

因此当焦点位置接近滤光器2A～2C时，在焦点位置附近变化大的曲线L13算出的焦点位置的精度高。相反，当焦点位置远离于滤光器2A～2C时，由于得出的数据为曲线L11～L13下部领域附近的值，故变化较大且输出值大的曲线L11容易算出焦点位置。换言之，当散焦量x大时，增大明暗条纹滤波图形的波长R，而当散焦量x小时，则减小波长R，以便能够进行高精度的焦点位置检测。例如当搭载于照相机时，AF(自动聚焦)开始时增大R，而接近对焦状态时则减小R为好。且当得出的输出值小于计算所需的基值时，则在增大波长R而改变数据为好。作为基值的例可采用在后述的光直流成分Ic上成上一定比例k的k·Ic。

图7的数据P1～P3，通过以滤光器2A～2C的顺序形成明暗条纹滤波图形而依次得出。待比较的光强I为对应同一图像的强度，因此数据取得中优选被摄体静止的状态。但是，实际上被摄体在图面内活动的可能性即相位偏移的可能性很大。在这种情况下，不采用付里叶变换的实部(cos变换)或虚部(sin变换)的某一方，而是取此双方的绝对值，也可以对应这种相位偏移。

具体讲，利用表示对于图面中心为偶函数(cos)的滤波图形时的数据Ycos与表示奇函数(sin)的滤波图形时的数据Ysin，如下式(9)取绝对值Y为好。

          Y＝(Y²cos+Y²sin)^1/2       …(9)

通常只要把实部设为对象便足矣，但为了进行更精密的测量而表示成这种偶函数条纹和奇函数条纹，从而利用绝对值Y算出焦点位置为好。由此，模糊时也能进行准确的焦点检测。

“光与实际动作”

在滤光器2A～2C上形成滤波图形而通过光电二极管3检测此时的光强时，需要预先求出滤光器2A～2C的液晶的对比度和光电二极管3的校正数据。这是由于在光电二极管3内有暗电流，而即使液晶12也无法在透过状态和遮光状态中形成100％透过和100％遮光的缘故。

最先，把全部的滤光器2A～2C的液晶12置成透过状态而记录此时的光电二极管3的输出值Ic。接着，把滤光器2A～2C中的任一个置成全遮光状态而记录光电二极管3的输出值Id。此时，其余2个滤光器保持着透过状态。在这里，使滤光器2A～2C的遮光状态全部相同而只对代表的其中之一进行了Id测量，但当然也可以分别把滤光器2A～2C置为全遮光状态而分别测出3种输出值Id。采用3种输出值Id进行运算，可以更精确地进行焦点位置运算。

当光电二极管3的个输出值为Ir时，此时的实效光强I如下式所示变成从检测值Ir减去暗电流导致的输出值Id的值。

          I＝Ir-Id            …(10)

当然，把滤光器2A～2C全部置成透过状态的全开输出的实效值Icc可由式(11)表示，这是0次的付里叶输出(直流成分)。

          Icc＝Ic-Id          …(11)

再者，Ic为把全部的滤光器2A～2C的液晶12置成透过状态时的光电二极管3的输出值。

把此Icc作为参考数据，能够判断测出的值是否可靠。

如前所述，如果把形成如图4所示的具有cos波所相当的透过率的明暗条纹滤波图形的滤光器插入到光束中，光束便被进行付里叶cos变换。根据增大或减小明暗条纹滤光器的空间波长R，由光电二极管3输出对应各种空间波长R的付里叶变换值。但是，若考虑到由暗电流导致的输出值Id等，输出值Icos便如下式(12)所示。

Icos＝∫f(x)cosθ_fdx+(Ic+Id)/2          …(12)

此外，如果把图4所示的明暗条纹图形的相位偏移π/2而进行表示，便如下式(13)表示的付里叶sin变换。

I_SIN＝∫f(x)sinθ_fdx+(Ic+Id)/2          …(13)

在这里，sinθ_f表示付里叶sin变换。

前述式(9)中的Ycos和Ysin为从这些Icos和Isin除去偏移成分(第2)项的值。

如图3所示，当作为滤光器2A～2C使用通用的液晶板15时，在表示非常小的波长的明暗条纹图形时的量子化程度则无法忽视。在这种情况下，不使用单一的cos波(或sin波)，而使用熟知高次谐波的特性的矩形波为好。图9表示这种滤波图形，(a)为形成纵条纹的图形，(b)为形成横条纹的图形。图9(a)的情况为把全透过的纵条纹区域20A和全遮光的纵条纹区域20B在左右方向上反复交替而表示的图形。图9(b)的情况为把全透过的横条纹区域21A和全遮光的横条纹区域21B在上下方向上反复交替而表示的图形。

与单一的sin波与cos波相比，矩形波虽说不够理想但毫无疑问能提供实用值。且如果考虑由液晶表示渐变时的难度，根据表示的单纯度可认为比sin波和cos波更容易使用。

再者，当被摄体几乎没有横向的对比度变化时，若以如图4或图9(a)的纵条纹图形进行调制，由于输出值变得非常小而无法进行运算。因此，在这种情况下，形成如图9所示的横条纹图形而进行焦点位置运算。相反，当被摄体几乎没有纵向的对比度变化时，使用横条纹图形会使输出值变得非常小，因此形成纵条纹图形而进行焦点位置运算。且条纹图形不限于纵条纹和横条纹，也可以是向斜向倾斜的条纹。在这种情况下，能够与被摄体的纵向对比度和横向对比度中的任一种对应。

[变形例]

在上述的第1实施方式中使用采用了液晶12的3个滤光器2A～2C构成滤光组件2，但这种滤光器数并不一定限于3个。即如果能以液晶12表示的框数变多，即使使用更多的滤光器，在认为是静止图像的范围内也能够检测滤光器的付里叶变换输出值。其结果，可实现提高运算精度。但是，在目前液晶12的开·关动作时间限制滤光器数。

可是，如式(6)～(8)所示强度Y的未知数是x和a等2个。因此，滤光器最低应为2个，由此也能简化装置构成。图10所示的检测部100在滤光组件101中具备2个滤光器2A、2B。图2所示的检测部1与图10中的检测部100只有滤光器数不同，而滤光器2A、2B的详细结构则相同。在此装置的情况下，可观测出由上述式(6)、(7)表示的两个数据，从而对这些式(6)、(7)进行求解而求出x和a为好。但当成为Ya＝Yb时，可认为滤光器2A、2B把焦点夹在中间而位于离焦点位置等距离的位置上，因此焦点在这些的中间位置x+d/2。

—第2实施方式—

在第1实施方式中利用来自透镜8的总光束而进行焦点检测，但也可以利用图面的某特定区域的光束而进行焦点检测。图11为表示被显示在滤光器2C上的滤波图形的图。在滤波图形上形成矩形窗口201，并在窗口201的区域中形成与图4所示的图形相同的明暗条纹图形。窗口201的外侧区域变成全遮光状态。而且，窗口201的形状不限于矩形。当在滤光器2C中采用液晶滤光器时，形成窗口201的位置除了像素的量子化等问题外，可在任何位置形成任何大小和形状。

在第1实施方式中把滤光器2A～2C全部置为全透过状态而把全开输出值Ic作为校正数据而进行了检测，但在第2实施方式中对于形成窗口201的滤光器则只把窗口201区域置成全透过状态。因此，Ic根据窗口201的状态而成为不同的局部变量。而且，形成窗口201的滤光器2C以外的滤光器2A、2B与第1实施方式一样被置成全透过状态。

作为焦点检测时的即付里叶变换时的滤光器控制方法有以下的方法。

一种是把窗口201特定在滤光器2A～2C上，例如形成在滤光器2C上。作为数据取得顺序，首先如图12(a)所示在滤光器2C中形成窗口201，并把窗口201内的总区域置成透过状态。把滤光器2B置成全透过状态，并在滤光器2A上形成与图4相同的明暗条纹滤波图形。根据该状态作为第1数据取得光电二极管3的输出值。

接着，如图12(b)所示把滤光器2A置成全透过状态，并在滤光器2B上形成明暗条纹滤波图形。滤光器2C的状态与图12(a)时的情况相同。根据图12(b)所示的状态取得第2数据。最后，如图12(c)所示把滤光器2A、2B置成全透过状态。在滤光器2C中形成窗口201，并在窗口201内显示与图12(a)、(b)滤光器2A、2B上形成的图形相同的明暗条纹图形。根据如图12(c)所示的状态取得第3数据。且根据这些3个数据以与第1实施方式相同的顺序算出焦点位置。且省略算出顺序的说明。

作为第2方法是如图13所示把形成明暗条纹图形的窗口201依次形成在滤光器2A～2C中的方法。首先，如图13(a)所示在滤光器2A上形成窗口201，同时在窗口201内显示明暗条纹图形。其余滤光器2B、2C则置成全透过状态。根据图13(a)所示的状态取得第1数据。

接着，如图13(b)所示，在滤光器2B上形成显示明暗条纹图形的窗口201，同时把滤光器2A、2C置成全透过状态而取得第2数据。最后，如图13(c)所示，在滤光器2C上形成显示明暗条纹图形的窗口201，同时把滤光器2A、2B置成全透过状态而取得第3数据。并且，根据这些3个数据以与第1实施方式相同的顺据算出焦点位置。

在第1方法中在取得任一数据时，窗口201都形成在同一个滤光器2C上。因此具有通过窗口201截取的光束的区域常常是相同的优点。这在精度方面对检测通过各滤光器2A～2C被进行付里叶变换的光束并比较其结果而算出焦点位置的装置很重要。而且，在这种情况下，优选在最接近透镜8的滤光器2C上形成用于截取光束的窗口201。

另一方面，当使用第2方法时，每个数据由于由窗口201截取的光束的区域不同而需要补正。例如不得不利用光轴至窗口201轮廓的距离而补正窗口201的位置。严密为还应考虑相对于滤光器的焦点位置而进行补正，因此当为了对焦动作而改变透镜8的焦点位置时，不得不于此相应的重新进行补正。因此，正确的补正非常难。而且，在上述的第1和第2方法中在窗口201内也形成了明暗条纹图形，但也可以具备3个配备只形成窗口201的滤光器而在该滤光器的其余部分形成明暗条纹图形的滤光器。

以往，照相机等在图面上设置多个能够对焦的聚焦区域，从而选择使用其中的任一区域而进行对焦动作的方法被公知。在本实施方式中也可以设定多个形成窗口201的位置，并根据其中的某一个而进行同样的对焦动作。例如，如图14(a)所示在滤光器2C的图面上设定5个窗口形成区域202a、202b、202c、202d、202e，并在其中的一个形成窗口201。图14(b)为把窗口201形成在区域202c中的情况。而且，窗口形成区域的数不限于5个，且窗口201的形状也不限于矩形。

“关于测光”

可是，把窗口201内置成全透过而检测出的光强为付里叶变换的0次项即直流成分，且根据窗口201规定的光强。因此，通过任意改变全透过状态的窗口201的形状和位置，可以测量图面上的任意区域的光强。这与被照相机等采用的多分割测光对应。在这种情况下，窗口201还形成在滤光器2C上。当测光时，把部分的窗口201置成透过状态，而其余滤光器2A、2B置成全透过状态。

就这样，在本实施方式中若在形成窗口201的部分形成明暗条纹图形，就可以进行焦点检测，而把窗口201内置成全透过状态，就可以进行测光。现有的测光系统由于对作为光敏器件的光电二极管的输出值以原值作为绝对值采用，因此不能避免暗电流的影响而在精度上受到了限制。另一方面，在本实施方式中通过把滤光器2A～2C置成全遮光而能够作出暗状态，因此通过得出全透过与全遮光之差而可以测量实效的光强。其结果，可以进行高精度的测光。

再者，在上述例中如图14(a)所示预先设定了窗口201的可设定区域，但由于滤光器2A～2C为液晶滤光器，因此能在显示图面上的任意位置上形成窗口201。根据使窗口201形成在任意位置，可进行图面任意位置的测光。

—第3实施方式—

图15为表示本发明的焦点检测装置的第3实施方式的图，且与图1相同的框图。在图15所示的焦点检测装置中取代图1的光电二极管3而把光电倍增管210使用在光敏器件中。211为光电倍增管210的电源。如果微弱的被摄体光通过滤光组件2而入射到光电倍增管210的光电面上，便从光电面释放电子。此电子通过2次电子释放而被放大，最终放大到50万～100万倍的信号从光电倍增管210输出。从光电倍增管210输出的信号被放大器5放大而输入到A/D转换器中。其余构成与图1所示的装置全部相同。对于滤光组件2的构成和焦点检测动作等由于与第1和第2实施方式相同而省略说明。

现有的焦点检测装置为特定像的位置而检测焦点的系统，因此作为光敏器件需要如CCD元件等还能检测位置的设备。因此，可使用的光敏器件被限定，从而无法使用对微弱光很强，但不能进行位置检测的光电倍增管等。但在本实施方式的焦点检测装置中由于根据比较光强而算出焦点位置，因此对光敏器件不要求位置检测功能。因此，作为光敏器件可使用如图15所示的光电倍增管210，且对于非常微弱的被摄体光也能进行焦点检测。例如，还可利用在以长时间曝光为前提的星空下的自动聚焦机构中。且根据对物透镜的构成情况，可用作几乎没有亮光的状态下的测距系统。

在上述实施方式中在滤光组件2中设置3个或2个滤光器而对被摄体光束进行了调制，但也可以如图16所示使调节器300移动滤光器2A。即把形成明暗条纹图形的滤光器2A固定在位置x+d上，并把此时的光电二极管3的检测值当作第1数据。继而，把滤光器2A向被摄体侧移动距离d而固定在位置x上，并把此时的光电二极管3的检测值当作第2数据。进而，把滤光器2A向被摄体侧移动距离d而固定在位置x-d上，并把此时的光电二极管3的检测值当作第3数据。并且，基于这些3个数据而算出焦点位置。而且，作为调节器例如有采用了压电元件的调节器。

对于空间调制光学滤光器以透过型液晶滤光器(液晶显示元件)2A～2C为例进行了说明，不限于液晶只要是具有波长R的空间频率的透过特性的元件便都可以。作为光电转换部除了光电二极管3和光电倍增管210以外，CdS等也是可以的。以上说明的焦点检测装置和对焦系统除了搭载于照相机以外，还可以搭载于如显微镜和望远镜等以光学方式拍摄图像或观察的各种光学装置中。

Claims (18)

1.一种焦点检测装置，具备：

具有规定空间频率的透过特性，且把来自光学系统的成像光束分别在光轴上的不同位置调制的多个空间调制光学滤光器、

通过所述各空间调制光学滤光器受光成像光束，且分别输出受光强对应的信号的光电转换器、

以及基于所述光电转换器输出的信号算出光学系统的焦点位置的运算部。

2.一种焦点检测装置，具备：

分别设置于光轴上的不同位置，且依次入射来自光学系统的成像光束的多个透过型液晶滤光器、

在所述多个透过型液晶滤光器的某一个中形成规定空间频率的透过特性图形，同时控制各透过型液晶滤光器，以便其余的透过型液晶滤光器成为全透过状态的液晶控制部、

接收透过所述多个透过型液晶滤光器的光束，并根据受光强度而输出信号的光电转换部、

以及基于通过把所述透过特性图形依次形成在所述多个透过型液晶滤光器上而得出的来自所述光电转换部的信号算出所述光学系统的焦点位置的运算部。

3.一种焦点检测装置，具备：

分别设置于光轴上的不同位置，且依次入射来自光学系统的成像光束的多个透过型液晶滤光器、

控制各透过液晶滤光器，以便在所述多个透过型液晶滤光器的某一个上形成开口图形，在其余的透过型液晶滤光器的某一个或所述开口图形上形成规定空间频率的透过特性图形，同时把未形成所述开口图形以及透过特性图形中的任一种的透过型液晶滤光器置成全透过状态的液晶控制部、

接收透过所述多个透过型液晶滤光器的光束，并根据受光强度而输出信号的光电转换部、

以及基于通过把所述透过特性图形依次形成在所述多个透过型液晶滤光器上而得出的来自所述光电转换部的信号算出所述光学系统的焦点位置的运算部。

4.根据权利要求3所述的焦点检测装置，

所述液晶控制部进行控制，使所述开口图形形成在所述透过型液晶滤光器的显示区域的任意位置上。

5.根据权利要求2～4中的任一项的焦点检测装置，

所述透过特性图形为在规定空间频率的周期内重复的明暗条纹图形。

6.根据权利要求5的焦点检测装置，

所述运算部使第1明暗条纹图形形成在液晶滤光器上，并通过所述光电转换部得出偶函数的滤波数据，而把与该明暗条纹图形的相位有90度相位差的明暗条纹图形形成在所述液晶滤光器上，并得出奇函数的滤波数据，从而基于这些数据算出焦点位置。

7.根据权利要求6的焦点检测装置，

所述运算部利用偶函数的滤波数据与奇函数的滤波数据的绝对值的平均值而算出焦点位置。

8.根据权利要求2～7中的任一项的焦点检测装置，

具有改变所述空间频率的频率控制部。

9.根据权利要求8的焦点检测装置，

所述频率控制部在与所述光学系统的焦点位置的偏差量大的条件下，使所述空间频率变大，而在偏差量小的条件下，则使所述空间频率变小。

10.根据权利要求2～9中的任一项的焦点检测装置，

所述光电转换部为具有接收来自所述光学系统的总光束的受光面积的光电二极管、光电倍增管、以及CdS的任一种。

11.根据权利要求2～10的焦点检测装置，

所述多个液晶滤光器分别夹在透明玻璃中而设置成一体的光学组件，且在此光学组件的光入射面上设置使入射光变为线偏振光的第1偏振片，而在光学组件的光输出面上设置具有与所述第1偏振片相等的偏振角的第2偏振片。

12.根据权利要求2～11的焦点检测装置，

所述多个液晶滤光器设置了3个。

13.一种对焦系统，其特征在于，具备：

使被摄体像成像的光学系统、

根据权利要求1～12中任一项所述的焦点检测装置、

基于由所述焦点检测装置检测的焦点位置而控制所述焦点调整部，以便所述光学系统的焦点位置成为规定位置的对焦控制部。

14.一种照相机，具有根据权利要求13所述的对焦系统。

15.一种焦点检测方法，

利用具有规定空间频率的透过特性的空间调制光学滤光器在光轴上的不同位置调制来自光学系统的成像光束，

并通过光电转换部依次接收在所述不同位置被调制的各光束，

从而基于依次从所述光电转换部输出的各信号算出所述光学系统的焦点位置。

16.根据权利要求15的焦点检测方法，

所述透过特性图形为在规定空间频率的周期内重复的明暗条纹图形。

17.根据权利要求16的焦点检测方法，

所述焦点位置是在所述空间调制光学滤光器上形成第1明暗条纹图形，并通过所述光电转换部得出偶函数的滤波循环数据，而把与该明暗条纹图形的相位有90度相位差的明暗条纹图形形成在所述空间调制光学滤光器上，并得出奇函数的滤波数据，从而基于这些数据算出。

18.根据权利要求17的焦点检测方法，

利用偶函数的滤波循环数据与奇函数的滤波循环数据的绝对值的平均值而算出焦点位置。

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