JPH0248085B2

JPH0248085B2 -

Info

Publication number: JPH0248085B2
Application number: JP58119466A
Authority: JP
Inventors: Oo Reinoruzu Jooji; Aaru Kurei Baaton
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1990-10-24
Also published as: GB2123238B; FR2529688B1; GB2123238A; DE3323388C2; FR2529688A1; DE3323388A1; JPS5922027A; GB8316586D0; US4474446A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は被写体成分の周波数より低い周波数で
被写体をサンプルする光学装置あるいは光学系用
のアンチ・エイリアシング・フイルタ
（antialiasing filters）に関し、特に一眼レフカ
メラに用いられる結像装置用自動焦点装置に関す
る。

一眼レフカメラに於て、手動による焦点合せの
誤差を減少或いは除去する自動焦点合せ装置の出
現が望まれてきた。この装置の一例は、TTL
（through−the−lens）式自動焦点装置である。
この装置に於て、反射鏡の中心部は光を部分的に
通過させ、このため接眼レンズに通常は結像され
る光の一部は該反射鏡を透過して第２の反射鏡で
反射され、カメラの底部に設けられた焦点感知装
置に入射する。この焦点感知装置は影像面を二等
分するマイクロレンズ列、その下に配された検出
素子対列、検出素子の信号をサンプルする電荷結
合素子、及び最適の焦点位置を決定する電子回路
網とから構成されている。

各マイクロ・レンズはカメラ・レンズの射出瞳
の影像を一対の半円形感知素子上に投影するが、
各感知素子は、射出瞳と被写体の異なる所からの
光を検出する。感知素子対の列は電気的にサンプ
ルされ、右側の検出素子からの信号は対応する左
側の感知素子からの信号と比較される。カメラが
合焦点状態のとき、対応する感知素子対で集めら
れた信号は等しい。非合焦点時には両信号は一致
せず、偏差を生じる。焦点誤差の程度と方向は焦
点感知装置の底部にあるマイクロコンピユータに
よつて、影像信号の偏差に基いて決定される。

このTTL式自動焦点感知装置は、感知素子対
上に結像する被写体の空間周波数が感知素子自身
の空間周波数より高くなければ、適切に機能す
る。高い場合は、対応する感知素子対から得られ
た信号は最適合焦点時にも一致せず、従つてエイ
リアシングの原因となり、光学系が最良の合焦点
に達することを不能にする。

理想的には、エイリアシングの問題はカメラの
射出瞳にフイルタを置き、レンズ分解能を感知素
子の空間周波数以下に減少させ、従つてあいまい
さを引き起す高周波被写体成分を取り除くことに
よつて解決できるであろう。しかしながら、射出
瞳の位置あるいはレンズと反射鏡との間にフイル
タを置くことは実用的でない。なぜなら、それは
影像を歪ませ、かつフイルムや接眼レンズへの光
量を減少させることになるからである。

従つて本発明の目的は焦点感知装置におけるエ
イリアシングの問題を取り除き、かつレンズの射
出瞳以外の位置に配置することができる改良され
たフイルムを具備する焦点感知装置を提供するこ
とにある。

上述ならびにその他の本発明の目的は撮影レン
ズと焦点感知装置との間にスケールド・ランダ
ム・フエイズ・フイルタ（scaled random
phase filter）を配置することによつて達成され
る。一実施例においては、このフイルタは反射鏡
とマイクロ・レンズ・アレイとの間に配置された
サヤナギ・フイルタ（Sayanagi filter）のスケ
ールド・ホログラムを包含する。サヤナギ・フイ
ルタは米国特許第2959105号に開示されている。
通常のサヤナギ・フイルタは半波長の光路長差を
導く小さな円形環状ランダム透明素子でカバーさ
れた透明板から成る。ランダム素子の寸法と分布
は、所望のカツト・オフ周波数、すなわち感知素
子の空間周波数に関係する。このスケールド・ラ
ンダム・フエーズ・フイルタを射出瞳における理
論的に正確な位置から反射鏡の後方に移すため
に、適切なサイゾに縮小拡大された即ちスケール
ドされたフイルタのホログラムが創り出される。

スケールド・ホログラフイツク・サヤナギ・フ
イルタは、エイリアシング問題に対する良好な解
決を与える。しかしながら、マイクロ・レンズと
感知素子アレイは直線的に配置されるから、環状
素子よりもストライプを用いたフイルタ、すなわ
ち感知素子アレイと同じメリデイア（meridian）
に等価なランダム化効果を提供するフイルタが用
いられる。これは価格も安い。ストライプの空間
周波数と深さは、付加的なエイリアシング問題を
起すかもしれない明確に輪郭をつけられた回折の
高次項を阻止するために、フイルタ穴を横切つて
変化、すなわちチープド（chirped）させられる。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の概要図で、第１Ａ図は焦点外
れ状態を、第１Ｂ図は合焦点状態を夫々示す。第
１図に示す本発明装置は光学的イメージ素子即ち
レンズ２０、スケールド・ランダム・フエイズ・
フイルタ（scaled random phase filter）２１、
位置付け用フイードバツク信号２４を発生する電
子式信号処理装置２８を有する焦点感知装置２
２、及びモータ式焦点調整装置２３を具備する。

図示の光学系は被写体２５を焦点面即ちフイル
ム面２６上に結像させる。被写体２５からの光線
は、光学系の光学素子２０によつて点２７に焦点
を結ぶ。第１Ｂ図の如く合焦点状態に於ては、焦
点２７は所望の焦点面２６上にある。焦点感知装
置２２の面と映像記録媒体、例えば写真フイルム
や感知素子アレイは面２６上に配置される。焦点
感知装置２２は、例えばマイクロ・レンズと感知
素子のアレイから成るセンサあるいは映像面サン
プリング装置を含む。電子式焦点感知装置の一例
は1982年３月発行のサイエンテイフイツクハネ
ウエラー（Scientific Honeyweller）に記載され
た「カメラ用電子式焦点感知方式」に開示されて
いる。

電子式信号処理装置２８は焦点感知装置２２と
協働してフイードバツク信号２４を発生し、これ
をモータ式焦点調整装置２３に提供する。すると
該焦点調整装置２３は焦点２７が焦点面２６上に
位置するように光学的集束素子２０を移動させ
る。

例えばサヤナギ・フイルタの如きランダム・フ
エイズ・フイルタを射出瞳面１７上に置けば、レ
ンズのカツト・オフ周波数を焦点感知装置の感知
素子の空間周波数以下に減少させることによつ
て、焦点感知装置２２によるエイリアシングを取
り除くことができる。しかしながら射出瞳面にフ
イルタを置くことは一般にできないし、実用的で
ないので、スケールド・ランダム・フエイズ・フ
イルタ２１は光学素子２０と焦点面２６の間の光
路中の適切な位置、即ち機械的に便宜な位置に配
置される。

第２図はTTL方式の自動焦点感知装置２２を
具備した一眼レフカメラの中にスケールド・ラン
ダム・フエイズ・フイルタ２１を配置した本発明
の一実施例装置を示す。無限遠の被写体２５から
の光線１８は、レンズ２０を通過してカメラの光
路に入り、反射鏡１１上に像を結ぶ。

反射鏡１１の中心部は光線分割部である。反射
鏡が図示の位置にあるとき、入射光線の一部は反
射されて、撮影者２９の観察用ペンタ・プリズム
１２の底面ガラス１９上に焦点の合つた像を結
ぶ。残りの光線は第２反射鏡１３によつて中断さ
れ、焦点感知装置２２の感知素子アレイ１５に伝
えられる。反射鏡が枢軸上を回動し、あるいは本
来の位置から外されると、フイルム２９が露光さ
れる。底面ガラス１９、感知素子アレイ１５及び
フイルム面２９は、光学素子２０からの光路長が
実質的に同じ位置に配置される。

焦点感知装置２２はマイクロ・レンズ・アレイ
１４、結像面を二等分する感知素子対アレイ１
５、及び感知素子サンプリング電子回路１６とか
ら成る。各マイクロ・レンズは、射出瞳面１７の
映像をアレイ１５の対応する感知素子対上に結
ぶ。電子式サンプリング装置１６は感知素子アレ
イ１５からの信号を集める。信号処理装置２８は
焦点外れがあればその程度と方向を決定し、フイ
ードバツク信号２４を焦点調整装置２３に供給
し、該調整装置２３は該信号２４に応じてレンズ
２０を移動させる。

射出瞳面１７にランダム・フエイズ・フイルタ
が配置された場合と同じフイルタ効果が、第２図
に示す如く焦点面２６と射出瞳１７との間の特定
の位置に、適切に縮小又は拡大されたランダム・
フエイズ・フイルタ２１を配置することによつて
も得られる。

本発明の一実施例に於ては、このフイルタ２１
は射出瞳に配置した適切なサヤナギ・フイルタの
フレネル・ホログラムを記録することによつて製
作されてもよい。伝統的なサヤナギ・フイルタ
は、これが射出瞳面に配置されたときは、半波長
の厚さの円環状領域がランダムに置かれる伝達板
を構成する。浮き上げられた領域の直径Ｄは下式
によつて算出される。

Ｄ＝2.44wfp 但しｗは焦点感知装置で検出される光の波長、
ｆはレンズ２０の焦点距離、及びｐはフイルタの
所望のカツトオフ周波数で、これは焦点感知装置
の感知素子の空間周波数よりは小さい。フイルタ
のホログラムは、それが射出瞳からの所定の距離
に置かれて、焦点感知器から読み出された時に、
サヤナギ・フイルタの仮想影像がカメラレンズの
射出瞳にあるように現われるように記録される。
このホログラムはスケールド・フイルタを構成す
る。

スケールド・フイルタ２１の正確な表現は射出
瞳面フイルタ・フエイズ分布と座標のフレネル変
換を行うことによつて得られる。これは射出瞳面
１７からの所定位置に配置されるべき新たなフイ
ルタのフエイズ値と座標の数学的記述をもたら
す。

スケールド・サヤナギ・フイルタは最適の放射
状に対称的なアンチ・エイリアシング・フイルタ
である。しかしながら、殆んどの焦点感知装置は
リニアーな感知素子アレイを用いているので、焦
点感知素子アレイ１５に平行な高周波被写体成分
を打ち消すフイルタが同様に用いられる。第２の
本発明実施例に於ては、被写体の周波数成分をラ
ンダム化するために、フイルタ２１の位置にチヤ
ープド回折格子（chirped diffraction grating）
が挿入される。一定空間周波数の回折格子に於て
は、高次回折項（high order diffraction term）
はエイリアシングをもたらすビート周波数を生じ
させる高周波被写体成分を強める。チヤープド回
折格子は格子周波数を増すことによつて、良く限
界を定められた高次項を取り除き、検出器素子ア
レイ１５の視野の外に高次回折項を拡散させる。
カメラのアイリス絞り３０は被写体の明るさに応
じて広く開かれたり閉じられたりされるから、チ
ヤープド・フイルタは、アイリス絞り３０が開か
れているときは最低格子周波数が同軸に最高格子
周波数が同軸外れにあるように設計されなければ
ならない。この結果、格子周波数は中心（同軸）
のいずれか一方の側で左右対称的に増加し、対称
二重チヤープド回折格子を形成する。

チヤープド格子が射出瞳１７にあるとき、フイ
ルタ中心の格子周波数Ｆは下式で与えられる。

Ｆ＝（2.44wfp）^-1 但しｗは系の作動周波数（例えば0.6×10mm）、
ｐは所望のカツトオフ周波数（焦点検出素子アレ
イ１５の間隔は例えば0.2mm）、及びｆはレンズ２
０の焦点距離（例えば50.0mm）である。フイルタ
端への周波数掃引率は経験的に決定される。フイ
ルタ効率を最大にするために、溝の深さは格子の
局部空間周波数に調整される。最高の格子周波数
は光路差（Optical Path Diffrence）で表わされ
る溝の深さｈが下記の値のときに得られる。

ｈ＝0.36q ここにｑは格子の局部空間周波数である。

チヤープド・フイルタを射出瞳面１７から反射
鏡１１の後の便宜な位置、例えばフイルタ位置２
１に移すため、フイルタは幾何学的に或いは上記
した如くに縮小拡大させられうる。スケールド・
サヤナギ・フイルタと異なり、スケールド・チヤ
ープド・フイルタは、格子が焦点感知素子アレイ
１５に実質的に垂直になるように光学系の中に整
列させられなければならない。

本発明の数々の目的と利点が、本発明の機能と
構造の詳細と共に前述の通り開示された。しかし
ながら上述の開示は一例にすぎず、本発明の目的
の範囲内でいくつもの変形が可能である。例えば
上述した式中の定数0.36は0.1から0.5の範囲内に
あればよいが、これは格子の回折効率を決めれば
それに応じて選ばれるものである。他の上記した
式中の定数2.44も広い範囲の値から選ぶことが可
能である。特に、この値は集束レンズの固有の光
板の振幅分布に依存する値である。さらに、本発
明は赤外線光学装置は勿論のこと、写真、顕微
鏡、望遠鏡などのどのようなタイプのものにも応
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要図で、第１Ａ図は焦点外
れ状態を、第１Ｂ図は合焦点状態を夫々示す。第
２図は本発明の一実施例装置を示す図である。１１：第１反射鏡、１３：第２反射鏡、１４：
マイクロ・レンズ・アレイ、１５：検出素子アレ
イ、１６：検出素子サンプリング回路、１７：射
出瞳、１９：第１焦点面、２０：集束レンズ、２
１：スケールド・ランダム・フエイズ・フイル
タ、２２：焦点感知装置、２６：第３焦点面、２
９：第２焦点面ないしフイルム面。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも１つの焦点面と、該焦点面に影像
を投影する集束レンズと、上記少なくとも１つの
焦点面の１つの焦点面に配置されて該被写体影像
を所定の周波数でサンプリングする影像サンプリ
ング装置、および、上記影像サンプリング装置の
サンプリング周波数を越える被写体影像の高周波
成分を実質的に除去するように、上記集束レンズ
と影像サンプリング装置間に配されるスケール
ド・ランダム・フエーズ・フイルタとからなる光
学的結像装置であつて、上記スケールド・ランダム・フエーズ・フイル
タは、サヤナギ・フイルタのスケールド・ホログ
ラムからなることを特徴とする光学的結像装置。２クレーム１において、サヤナギ・フイルタの
スケールド・ホログラムは、射出瞳に配されたサ
ヤナギ・フイルタのフレネル・ホログラムの記録
により得られるものであることを特徴とする光学
的結像装置。３少なくとも１つの焦点面と、該焦点面に影像
を投影する集束レンズと、上記少なくとも１つの
焦点面の１つの焦点面に配置され、該被写体影像
を所定の周波数でサンプリングする影像サンプリ
ング装置、および、上記影像サンプリング装置の
サンプリング周波数を越える被写体影像の高周波
成分を実質的に除去するように、上記集束レンズ
と影像サンプリング装置との間に配されるスケー
ルド・ランダム・フエーズ・フイルタとからなる
光学的結像装置であつて、上記スケールド・ランダム・フエーズ・フイル
タは、対称二重チヤープト回折格子からなること
を特徴とする光学的結像装置。