JPH025015A - 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】 （発明の利用分野） 本発明は、対物レンズの焦点検出対象となる物体に対し
て投光する焦点検出用投光装置と組み合わされて使用さ
れる、カメラ用などの焦点検出装置の改良に関するもの
である。

（発明の背景） 従来、カメラの焦点検出装置の一つのタイプとして、焦
点検出用の光学系によって撮影レンズの射出瞳を二つに
分割し、各瞳領域を通過した光束が形成する二つの被写
体像を光電変換素子列（例えばＣＣＤセンサ列）で受光
し、その出力から撮影レンズの焦点状態を検出する、と
いうような装置が知られている。第６図はこのような焦
点検出装置の光学系を示す。

第６図において、焦点検出されるべき撮影レンズ１と光
軸２を同じくして、フィールドレンズ３が配置される。

その後方の、光軸２に関して対称な位置に、２個の２次
結像レンズ４ａ、４ｂが配置される。更にその後方に光
電変換素子列５ａ。

５ｂが配置される。２次結像レンズ４ａ、４ｂの近傍に
は絞り６ａ、６ｂが設けられる。フィールドレンズ３は
撮影レンズｌの射出瞳を２個の２次結像レンズ４ａ、４
ｂの瞳面上にほぼ結像する。

その結果、２次結像レンズ４ａ、４ｂに入射する光束は
撮影レンズ１の射出瞳面上において各２次結像レンズ４
ａ、４ｂに対応する、互いに重なり合うことのない等面
積の領域から射出されたものとなる。フィールドレンズ
３の近傍に形成された空中像が２次結像レンズ４ａ、４
ｂにより光電変換素子列５ａ、５ｂの面上に再結像され
ると（ピントがぼけていてもよい）、光軸方向の空中像
位置の変位に基づいて、光電変換素子列５ａ、５ｂの２
像はその位置を変えることになる。したがって、光電変
換素子列５ａ、５ｂ上の２像の相対位置の変位（ずれ）
量を検出すれば、撮影レンズｌの焦点状態を知ることが
できる。

第７図は光電変換素子列５ａ、５ｂ上に形成された２像
の光電変換出力の例を示す。光電変換素子列５ａから出
力される像信号をＡ　（ｉ）　、光電変換素子列５ｂの
像信号をＢ　（ｉ）とする。なお、光電変換素子列５ａ
、５ｂの素子数ｉは最低限５個程度必要で、望ましくは
数１０個以上が良い。

像信号Ａ　（ｉ）　、Ｂ　（ｉ）から像ずれ量ＭＯを検
出する信号処理方法は、本願出願人により特開昭５８−
１４２３０６号公報、特開昭５９−１０７３１３号公報
、特開昭６０−１０１５１３号公報、或いは特願昭６１
−１６０８２４号等に開示されている。

これらの公報或いは明細書において開示された方法にて
得られた像ずれ量に基づいて撮影レンズ１の焦点調節を
行うことによって、撮影レンズ１を合焦状態にもってい
くことができる。

なお、撮影レンズ１の射出瞳を分割する手段は上記従来
例以外にも、米国特許第４１８５１９１号に開示される
ように、光電センサペアの前に微小レンズを配したユニ
ットを多数直線」二に配列しても良く、特に限定されな
い。

また、撮影レンズの結像光束を用いる別の焦点検出方法
としては、予定結像面近傍における光学像のシャープネ
スを検出するいわゆるボケ検知方式がある。第８図に示
されるように、撮影レンズ７の予定結像面の前後に、光
学像を検出する光電変換素子列８ａ、８ｂを配置する方
法や、第９図に示されるように、予定結像面のみに光電
変換素子列９を置き、撮影レンズ１０を光軸方向に微小
振動させながら、シャープネスの増大する方向を判別し
、その方向に撮影レンズ１０を駆動制御する方法などが
公知である。ビデオカメラ等の、光電変換素子列が予定
結像面に配置される光学装置ではこの種の方法が用いら
れることが多い。

これらの撮影レンズ結像光束を用いる焦点検出方法は、
被写体光学像の明暗パターンから合焦状態識別信号を演
算することが基本である。したがって、被写体が低輝度
であると、光電変換素子列の出力のＳ／Ｎ比が劣化し、
また、被写体が一様輝度面に近い低コントラストパター
ンであると、演算の基礎データとなるべき明暗差がなく
、焦点検出動作が正常に行われない。

このため、低輝度被写体や低コントラスト被写体に対し
ては、補助光源を用いて、明暗分布のあるパターンを投
光し、投光パターンの光学像により焦点検出動作を行わ
せる方法が公知である。この場合、被写体面が遠い程、
投光パターンの光学像が弱くなるので、焦点検出可能な
距離には限界がある。低輝度被写体に対する焦点検出限
界距離は投光パターンの光学像が光電変換された信号の
Ｓ／Ｎ比で決定される。一方、高輝度、低コントラスト
の被写体における焦点検出限界距離は、外部環境光に対
し、投光光束の強さが十分強く、明暗パターン信号とし
て識別できるという点から決まってしまうので、低輝度
被写体の場合はど遠くまで焦点検出できないという問題
がある。

なお、高輝度且つ低コントラストの被写体に対し、外部
環境光を除去して、投光光束成分のみの光学像を取り出
す焦点検出装置は、本願出願人から既に提案されている
。方法論的には、例えば投光光束スペクトルのみを透過
する光学的バンドパスフィルタを焦点検出光学系中に挿
入する方法や、外部環境光と投光光束の和を光電変換し
た信号から外部環境光のみを光電変換した信号を減算す
る方法等がある。

上記したように、低輝度被写体と低コントラスト被写体
とでは、光電変換素子列上の光学像を光電変換した信号
のうちの必要とする部分が異なる。即ち、低輝度被写体
では、被写体面での光エネルギーの反射を可能な限り多
く光電変換素子列まで導き、光電変換出力に反映させる
ことが望ましい。外部環境光のエネルギーも弱いなりに
コントラストに寄与するので、外部環境光と投光光束の
和信号が最良である。一方、高輝度且つ低コントラスト
の被写体については、外部環境光を除去して、投光光束
成分のみの変化を示す光電変換信号を取り出すことが重
要であるので、光学的或いは電気的のフィルタリングを
行うことになり、般に光電変換の感度は低下する傾向に
ある。このように、被写体に対して照明光を投光する場
合、被写体の条件により最適な光電変換特性は異なり、
画一的には決まらない。

ところが、従来知られる焦点検出装置では、単に一種類
の光電変換特性を持つ光電変換素子列を用い、被写体面
に投光した投光パターンの光学像を光電変換するのが普
通であった。これでは、被写体の条件に応じた最適な光
電変換信号を得ることができない。

（発明の目的） 本発明の目的は、」二連した問題点を解決し、物体の条
件に応じた最適な光電変換信号を得て、光電変換信号の
総合的Ｓ／Ｎ比を改善することができ、焦点検出用投光
時の焦点検出限界距離を物体の各条件下で物理的限界に
近づけることができる焦点検出装置を提供することであ
る。

（発明の特徴） 上記目的を達成するために、本発明は、光電変換素子列
を、少なくとも可視光スペクトル主要部を光電変換する
第１の光電変換機構と、焦点検出用投光装置による投光
光束の前記物体からの反射光を外光から選択的に抽出、
光電変換する第２の光電変換機構とから、少なくとも形
成し、焦点検出用投光装置による投光時に、前記物体の
条件に応じて前記第１の光電変換機構或いは第２の光電
変換機構を選択する選択手段を設け、以て、外光と焦点
検出用投光装置の投光光束の和の光電変換信号を得る場
合にはそれに適した第１の光電変換機構を選択し、焦点
検出用投光光束成分のみの光電変換信号を得る場合には
それに適した第２の光電変換機構を選択するようにした
ことを特徴とする。

（発明の実施例） 第１図は本発明の一実施例である２次結像／分離光学系
を用いた瞳分割方式の焦点検出装置の光学系を示す。

フィールドレンズ１１の近傍には、２個の焦点検出視野
開口１２．１３を有する視野マスク１４が置かれ、視野
マスク１４とフィールドレンズ１１との組は、不図示の
撮影レンズの予定結像面近傍に配置される。焦点検出視
野開口１２の光学像は、２次結像レンズ１５ａにより光
電変換素子列１６ａＪ二へ、２次結像レンズ１５ｂによ
り光電変換素子列１６ｂ上へ、それぞれ分離結像される
。

同様に、焦点検出視野開口１３の光学像は、２次結像レ
ンズ１５ａにより光電変換素子列１７　ａ　Ｊ）へ、２
次結像レンズ１５ｂにより光電変換素子列１７ｂ上へ、
それぞれ分離結像される。２個の焦点検出視野開口１２
．１３と４個の光電変換素子列１６ａ、１６ｂ、１７ａ
、１７ｂは必ずしも必須の要件ではないが、全系の中心
軸１８に対し略対称に配置されている。

焦点検出視野開口１３上には光学的フィルタ１９が設け
られている。特性的には不図示の焦点検出用投光装置に
よる投光光束の発光スペクトルのみを透過する狭帯域バ
ンドパスフィルタである。

この光学的フィルタ１９は投光光束成分を外部環境光か
ら選択的に抽出する。このような焦点検出系は本願出願
人により既に提案されている。焦点検出視野開口１２上
にはフィルタはあってもなくても良いが、焦点検出視野
開口１２は少なくとも可視スペクトルの大部分を透過す
る分光特性を持つ。このような光学系を構成することに
より、光電変換素子列１６ａ、１６ｂの対と、光電変換
素子列１７ａ、１７ｂの対とは、実効的に異なる分光的
光電変換特性を持つことになり、光電変換素子列１７ａ
、１７ｂのみが実効的外光除去機能を持つ。

第２図は、焦点検出用投光装置と組み合わされた本発明
の一実施例の焦点検出装置の電気信号処理系を示す。−
点鎖線より上に示される部分が焦点検出用投光装置２０
であり、−点鎖線より下に示される部分が焦点検出装置
２１である。焦点検出用投光装置２０は、カメラ本体と
は別体のアクセサリ、例えばスロトボ装置に設けられて
も良いし、焦点検出装置２１と共にカメラ本体に設けら
れても良いし、交換レンズに設けられても良い。

焦点検出用投光装置２０において、２２は発光ダイオー
ドなどの投光光源、２３は投光光源２２の発光を駆動す
る駆動回路、２４はコンデンサレンズ、２５は投光光源
２２からの光束によりコンデンサレンズ２４を介して照
明され、輝度の不規則な空間的分布を持つ照明光を生成
するチャート状のパターン部材、２６は被写体面にパタ
ーン部材２５から放射される照明光を投光する投光レン
ズである。投光光源２２に発光ダイオードを用いた場合
の発光スペクトルは半値幅３０ｎｍ程度の分布を持つ。

焦点検出装置２１において、２７はマイクロコンピュー
タで、演算ユニットＣＰＵ、プログラム用メモリＲＯＭ
、データ用メモリＲＡＭ及びアナログ／ディジタル変換
器ＡＤを有する。２８はセンサ装置で、前述の光電変換
素子列１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂを有する。光電
変換素子列１６ａ、１６ｔ＋、１７ａ、１７ｂ（７）光
電変換信号は遂次的にマイクロコンピュータ２７内のア
ナログ／ディジタル変換器ＡＤによりＡ／Ｄ変換されデ
ータ用メモリＲＡＭに格納される。このデータに基づき
前記特許公報などに開示された方法により撮影レンズの
焦点状態が演算される。

演算ユニッ）ＣＰＵは、第３図のフローチャートのよう
なシーケンスで焦点検出する。

＃１　光電変換素子列１６ａ、１６ｂ上の一対の分離光
学像の光電変換信号をアナログ／ディジタル変換器ＡＤ
を通して取り込む。

＃２　輝度判定を行う。光電変換素子列１６ａ。

１６ｂは可視スペクトル全体を光電変換するので、その
出力値から輝度絶対値がわかる。

＃３　低輝度の場合には、焦点検出用投光装置２０の駆
動回路２３へ指令を送り、投光光源２２を発光させる。

＃４　投光光束成分と外部環境光成分との和を光電変換
する特性を持つ光電変換素子列１６ａ。

１６ｂの光電変換信号を取り込む。これにより到来光を
最大限電気信号に変換することかでき、微弱光に対応し
た動作ができる。

＃５　＃４で得られたデータにより焦点検出演算を行う
。

＃６　＃２の輝度判定の結果が高輝度であれば、コント
ラスト判定を行う。コントラストは単純に明暗パターン
の光電変換出力の最大値と最小値の差としても良いが、
第７図の信号Ａ（＋）の表記法を用い、 なる量Ｃを定義すると、焦点検出演算に対する実効的な
コントラストを得ることができ、より実際的である。

高コントラストであれば、＃５に進み、＃１で最初に取
り込んだデータを用いて、焦点検出演算する。

＃７　低コントラストであれば、駆動回路２３へ指令を
送り、投光光源２２を発光させる。

＃８　投光光束成分を外部環境光成分に対し選択的に抽
出、光電変換する特性を持つ光電変換素子列１７ａ、１
７ｂの光電変換信号を取り込み、＃５へ進んで焦点検出
演算を行う。これにより信号として意味のある光量成分
だけを対象としたＡＦ動作ができる。

以」−のようなシーケンスをとることにより、本実施例
は、被写体の輝度、コントラストのいかなる組み合わせ
に対しても最適の光電変換信号を得ることができ、焦点
検出用投光時の焦点検出可能限界をより遠距離に改善す
ることができる。

本発明の第２の実施例における焦点検出光学系を第４図
に示す。第４図図示の焦点検出光学系は、焦点検出視野
開口２９の光学像を光電変換素子列３１ａ、３１ｂ上へ
それぞれ分離結像するもので、光学系的には公知のもの
である。この種の焦点検出光学系において、本願出願人
により光電変換素子列３１ａ、３１ｂの両側に２種類の
読み取り回路３２ａ、３２ｂを設け、読み取り回路３２
ａにより光電変換素子列３１ａ、３１ｂに入射した光量
を単純に光電変換出力し、読み取り回路３２ｂによりは
入射光を投光光束成分と外部環境光成分とに弁別し、投
光光束成分を選択的に抽出、光電変換出力する技術が既
に提案されている。読み取り回路３２ｂの機能をある特
定の一画素について簡単に説明すれば、投光していると
きの光電変換信号から投光していないときの光電変換信
号を減算し、且つその両者の観察にかかわる時間差を、
被写体が事実上動いていない位に近接して設定すれば良
い。このような信号処理はハード的にもソフト的にも実
現することができる。

第４図図示の焦点検出光学系を有する焦点検出装置の動
作シーケンスを第５図により説明する。

なお、本実施例で必要とする／＼−ドウエア構成は第２
図と同様である。

＃１１　光電変換素子列３１．　ａ　、　３　ｌ　ｂ上
の一対の分離光学像の光電変換信号を読み取り回路３２
ａよりアナログ／ディジタル変換器ＡＤを通して取り込
む。

＃１２　輝度判定を行う。

＃１３　低輝度の場合には、投光光源２２を発光させる
。

＃１４　投光光束成分と外部環境光成分との和の光電変
換信号を読み取り回路３２ａより取り込む。

＃１５　　＃１４で得られたデータにより焦点検出演算
を行う。

＃１６　　＃１２の輝度判定の結果が高輝度であれば、
コンＩ・ラスト判定を行う。コントラスト判定は第３図
の場合と同様である。

高コントラストであれば、＃１５に進み、＃１１で最初
に取り込んだデータを用いて、焦点検出演算する。

＃１７　低コントラストであれば、投光光源２２を発光
させる。

＃１８　投光光束成分を外部環境光成分に対し選択的に
抽出、光電変換した信号を出力する読み取り回路３２ｂ
を選択し、この光電変換信号を取り込んで、＃１５へ進
み、焦点検出演算を行う。

（発明と実施例の対応） マイクロコンピュータ２７が本発明の信号処理手段と選
択手段とに相当し、光電変換素子列１６ａ、１６ｂ或い
は光電変換素子列３１ａ、３１ｂ及び読み取り回路３２
ａが第１の光電変換機構に相当し、光電変換素子列１７
ａ、１７ｂ或いは光電変換素子列３１ａ、３１ｂ及び読
み取り回路３２ｂが第２の光電変換機構に相当する。

（変形例） 図示実施例は、第１と第２の光電変換機構のみを備えた
ものであるが、外光の取り扱いについてその中間的な特
性を有する光電変換機構を追加するようにしても良い。

本発明は、第８図及び第９図に示されるようなボケ検知
方式の焦点検出装置にも適用することができる。

（発明の効果） 以」二説明したように、本発明によれば、光電変換素子
列を、少なくとも可視光スペクトル主要部を光電変換す
る第１の光電変換機構と、焦点検出用投光装置による投
光光束の前記物体からの反射光を外光から選択的に抽出
、光電変換する第２の光電変換機構とから、少なくとも
形成し、焦点検出用投光装置による投光時に、前記物体
の条件に応じて前記第１の光電変換機構或いは第２の光
電変換機構を選択する選択手段を設け、以て、外光と焦
点検出用投光装置の投光光束の和の光電変換信号を得る
場合にはそれに適した第１の光電変換機構を選択し、焦
点検出用投光光束成分のみの光電変換信号を得る場合に
はそれに適した第２の光電変換７機構を選択するように
したから、物体の条件に応した最適な光電変換信号を得
て、光電変換信号の総合的Ｓ／Ｎ比を改善することがで
き、焦点検出用投光時の焦点検出限界距離を物体の各条
件下で物理的限界に近づけることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のうちの焦点検出光学系を示
す斜視図、第２図は本発明の一実施例の電気信号処理系
を示すブロフク図、第３図は本発明の一実施例の動作を
示すフローチャート、第４図は本発明の他の実施例のう
ちの焦点検出光学系を示す斜視図、第５図は本発明の他
の実施例の動作を示すフローチャート、第６図は従来の
焦点検出装置の光学系を示す概要図、第７図は従来の焦
点検出装置における像信号を示す図、第８図及び第９図
は従来の他の方式の焦点検出装置の光学系をそれぞれ示
す図である。 １．７．１０・・・・・・撮影レンズ、３・・・・・・
フィールドレンズ、４ａ、４ｂ・・・・・・２次結像レ
ンズ、５ａ、５ｂ、８ａ、８ｂ、９・・・・・・光電変
換素子列、６ａ、６ｂ・・・・・・絞す、１１・・・・
・・フィールドレンズ、１２，１３．２９・・・・・・
焦点検出視野開口、１５　ａ　、　１５　ｂ−−・・・
・２次結像レンズ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、
３１ａ、３１ｂ・・・−・・光電変換素子列、１９・・
・・・・光学的フィルタ、２０・・・・・・焦点検出用
投光装置、２１・・・・・・焦点検出装置、２２・・・
・・・投光光源、２７・・・・・・マイクロコンピュー
タ２８・・・・・・センサ装置、３２ａ、３２ｂ・・・
・・・読み取り回路、ＣＰＵ・・・・・・演算ユニンｔ
・。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズを通過した、該対物レンズの焦点検出
   対象となる物体からの光束を受光する複数の光電変換素
   子列と、該光電変換素子列の出力を用いて前記対物レン
   ズの焦点状態を検出する信号処理手段とを備えた焦点検
   出装置において、前記光電変換素子列を、少なくとも可
   視光スペクトル主要部を光電変換する第１の光電変換機
   構と、焦点検出用投光装置による投光光束の前記物体か
   らの反射光を外光から選択的に抽出、光電変換する第２
   の光電変換機構とから、少なくとも形成し、焦点検出用
   投光装置による投光時に、前記物体の条件に応じて前記
   第１の光電変換機構或いは第２の光電変換機構を選択す
   る選択手段を設けたことを特徴とする焦点検出装置。