JPH04134007U - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ナイキスト周波数以上の空間周波数成分を十
分に除去できるように焦点検出装置の受光部感度分布を
定め、誤動作のない精度の良い焦点検出装置を提供する
事である。 【構成】 長方形形状の受光部が所定幅の素子分離部を
介して、ピッチＰ₀で多数配列された一対の光電変換素
子アレイと、前記一対の光電素子アレイ上にそれぞれ対
象物のほぼ同一部分の２像を投影する焦点検出光学系
と、前記一対の光電変換素子アレイの出力に基づいて前
記２像の相対的変位を算出し焦点検出信号を作成する演
算手段とを有する焦点検出装置において、前記素子分離
部によって前記素子分離部及びその周辺に入射した光に
より発生した電荷が該光入射位置の両側にその中心を持
つ受光部出力のどららに対しても寄与する様にして、こ
の寄与に基づいて定まる各受光部の空間的感度分布が光
電変換素子並びの方向に台形状の感度分布を持つように
なし、前記素子分離部に起因して生じる台形状感度分布
の斜辺の幅をｖとするときＰ₀ ＞＝ｖ＞＝0.５Ｐ₀ とし
たことを特徴とする焦点検出装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の技術分野】

本考案は、多数の受光部を配列して成る受光部アレイ上に光像を投影し、その 受光部アレイの一連の光電出力を処理し光像の状態を検出するカメラ用焦点検出 装置に係り、特に光像中の特定の空間周波数成分を抑制する事により検出精度の 向上をはかった焦点検出装置に関する。

【０００２】 投影レンズの射出瞳の異なる部分を通過した光束による一対の被写体像の相対 的ずれ量を光電的に検出し、そのずれ量から撮影レンズの焦点検出をする又は被 写体までの距離を測定するカメラ用焦点検出装置は多数提案されている。 図１と図２にそのうちの代表的な焦点検出装置の光学系を示す。 図１は特開昭５４−１０４８５９号公報に記載された光学系を示し、投影レン ズ１の射出瞳の第１及び第２部分１ａ、１ｂを夫々通過した光束は、投影レンズ １の予定結像面２の近傍に第１及び第２被写体像を夫々形成する。この第１、第 ２被写体像は夫々フィールドレンズ３を介して第１及び第２再結像レンズ４、５ により第１及び第２光電素子アレイ６、７上に再結像される。光電素子アレイ６ 、７は共に図１（ｂ）に示す如く幅Ｐ₀ を有する光電素子ＰＴがピッチＰ₀ で即 ち実質的に間隙なく配列されている。第１光電素子アレイ６の一連の光電出力ａ ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ ……のパターンは、第１被写体像の照度分布パターンに、第２光 電素子アレイ７の一連の光電出力ｂ₁ 、ｂ₂ 、ｂ₃ ……のパターンは第２被写体 像の照度分布パターンに夫々対応する。上記両光電出力パターンから上記第１と 第２被写体像の相対的ずれが検出される。

【０００３】 図２はu.s.p 4,２３0,９４１に記載された光学系を示し、同図（ａ）において 撮影レンズ１の射出瞳の第１及び第２部分１ａ、１ｂを夫々通過した光束は、フ ィールドレンズ３を経て撮影レンズ１の予定結像面２の近傍に夫々第１及び第２ 被写体像を形成する。この予定結像面２の近傍には、小レンズアレイ８が配置さ れている。この小レンズアレイ８は、図２（ｂ）に示す如く互いにわずかな間隙 を隔ててピッチＰ₀ で一方的に配列された多数の小レンズ８０１、８０２……か ら構成されている。各小レンズ８０１、８０２……の背後には、一対の光電素子 ＰＴ₁ 、ＰＴ₂ が配置されている。第１、第２被写体像は夫々小レンズアレイ８ の小レンズにより小部分に分割され、この分割された第１被写体像は、第１光電 素子群ＰＴ₁ 、ＰＴ₁ ……により、第２被写体像は第２光電素子群ＰＴ₂ 、ＰＴ ₂ により夫々光電変換される。第１被写体像の照度分布パターンに対応する第１ 光電素子群の光電出力ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ ……のパターンと第２被写体像の照度分 布パターンに対応する第２光電素子群の光電出力ｂ₁ 、ｂ₂ 、ｂ₃ ……のパター ンとから像ずれが検出される。

【０００４】 上記被写体像は、図１ではピッチＰ₀ で配列された光電素子により量子化され て光電変換され、図２ではピッチＰ₀ で配列された小レンズにより量子化され、 対応の光電素子により光電変換される。この様に、光像を量子化し光電変換する 部分を本明細書においては受光部と言い、それらが配列されたものを受光部アレ イと言う。従って、図１では光電素子それ自身が受光部であり、図２では小レン ズとその背後の光電素子との組合せが受光部に相当する。

【０００５】 光電出力（ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ ……）及び（ｂ₁ 、ｂ₂ 、……）を夫々サンプリ ングピッチｐ（＝np₀ 、ｎは１以上の整数）でサンプリングして、このサンプリ ングされたデータに基づき像のずれを検出する場合、サンプリングピッチｐで決 まるナイキスト周波数ｆＮ＝１／２ｐ以上の光像の空間周波数成分は、像ずれ検 出の誤差要因となる。このことを図３乃至図７を用いて例証する。尚、以下の説 明ではｐ＝ｐ₀ とし、光電素子アレイからの光電出力をすべてサンプリングする ものとする。従ってこの時のサンプリングピッチで決まるナイキスト周波数ｆＮ は１／２ｐ₀ となる。

【０００６】 図３は、ピッチｐ₀ で配列された幅ｐ₀ の光電素子ＰＴ₁ 〜ＰＴ₅ と、各光電 素子の光電出力ａ₁ 〜ａ₅ とを示す。 図４（ａ）〜（ｆ）は、空間周波数３／４ｐ₀ を持つ周期格子像（ハッチング が付されている。）が光電素子アレイＰＴ₁ 〜ＰＴ₅ 上を矢印方向に移動した時 の状態を夫々示し、図４（ａ’）〜（ｆ’）は図４（ａ）〜（ｆ）の時の光電出 力ａ₁ 〜ａ₅ の変化を示す。図５（ａ）〜（ｆ）、（ａ’）〜（ｆ’）、図６（ ａ）〜（ｆ）、（ａ’）〜（ｆ’）、及び図７（ａ）〜（ｆ）、（ａ’）〜（ｆ ’）は、夫々空間周波数１／２ｐ₀ 、３／８ｐ₀ 、１／４ｐ₀ の周期格子像に関 する図４（ａ）〜（ｆ）、（ａ’）〜（ｆ’）と同様の図である。なお、図６と 図７では、光電出力のパターンの変化を明らかにする為に、光電素子数を１０個 として示してある。

【０００７】 図４に示す様に周波数３／４ｐ₀ 即ちナイキスト周波数１／２ｐ₀ の1.５倍の 空間格子像に関しては、光像の動き方向とそれに伴う光電出力パターンの動き方 向とが逆になる。一般に、ナイキスト周波数ｆＮからその２倍の周波数２ｆＮま での間の周波数の空間格子像は、像の移動と光電出力パターンの位相変化とは方 向が逆となる。図５において、空間周波数１／２ｐ₀ 即ちナイキスト周波数に等 しい周波数の空間格子像に関しては、光像の移動に伴う光電出力パターンが振幅 を変化させるのみで、光電出力パターンの位相変化は無い。図６において、ナイ キスト周波数の３／４倍の周波数３／８ｐ₀ を有する空間格子像に関しては光像 の矢印方向の動きに対して、光電出力パターン位相も同方向へ変化するが、その 位相変化は滑らかさを欠く。図７においてナイキスト周波数の１／２の周波数１ ／４ｐ₀ を有する空間格子像については、光像の矢印方向への動きに応じて光電 出力パターンの位相も同方向に滑らかに変化している。

【０００８】 以上の事から明らかなように、サンプリングされた出力パターンの位相の動き から光像の変位を検出する為には、ナイキスト周波数ｆＮ以上の高次の空間周波 数成分を充分に除去する必要がある。 ところが、図１に示す様に幅ｐ₀ を有する矩形受光部のＭＴＦ特性は図８（ａ ）の実線Ａに示すごとく、空間周波数１／ｐ₀ でほぼ零となる特性を有する。こ のピッチｐ₀ で発生する光電出力を上述のごとくすべてサンプリングするとすれ ば、図８（ａ）の実線Ａに示した受光部のＭＴＦ特性は、ナイキスト周波数ｆＮ ＝１／２ｐ₀ 以上の高次の空間周波数成分を多量に含むものとなる。同様に図２ に示した受光部ピッチｐ₀ の0.８倍の直径を有する受光部のＭＴＦ特性は図８（ ａ）の実線Ｂに示す如くナイキスト周波数ｆＮ＝１／２ｐ₀ 以上の高次の空間周 波数成分を図１のものよりも更に多く含む。従って、従来の焦点検出装置は被写 体像が低空間周波数成分に比べてナイキスト周波数以上の高空間周波数成分を多 く含むときには誤った焦点検出を行うと言う欠点があった。

【０００９】 そこで、本出願人は、特願昭５６−１８５７２３号と特願昭５６−１７７８２ ７号の２件の特許出願において上記欠点を低減した焦点検出装置を提案している 。前者の出願は、受光部アレイの隣接する受光部同士の光電出力をすべて加算し 、サンプリングピッチは受光部ピッチｐ₀ のままである新たな加算信号を作成す るフィルタ手段を設け、この加算信号を用いて像ずれ検出の演算を行う焦点検出 装置を開示している。このフィルタ手段と図１の受光部とから決まる合成ＭＴＦ 特性及びこのフィルタ手段と図２の受光とから決まる合成ＭＴＦ特性は夫々図８ （ｂ）と（ｃ）において実線で示す如く、ナイキスト周波数ｆＮ＝１／２ｐ₀ に おいて零をとるものであり、上記ナイキスト周波数近傍の空間周波数成分を同図 において点線で示した受光部のみのＭＴＦ特性よりも一層抑制しているが、しか し周波数零付近の低空間周波数に第１ピークを、ナイキスト周波数１／２ｐ₀ と その２倍の周波数１／ｐ₀ との間にかなり大きな第２ピークｐ_k が存在している 。後者の出願は、受光部アレイの受光部１箇を置いて隣り合う受光部の光電出力 を減算するフィルタ手段を設け、その減算信号を上記と同様に用いて像ずれ検出 の演算を行う焦点検出装置を開示している。このフィルタ手段と図１の受光部と により決まる合成ＭＴＦ特性は、図８（ｄ）において実線で示す如く周波数零に おいて零となる点を除いて、図８（ｂ）とほぼ同一となる。

【００１０】 以上の如く、これらの先願の発明に係る焦点検出装置も、ナイキスト周波数よ り大きい周波数成分の除去は必ずしも十分ではなく、光像によっては誤検出を行 う可能性を有する。 また、以上では、受光部アレイに対する光像のずれ検出におけるナイキスト周 波数以上の周波数成分の除去の必要性を述べたが、この様な除去は上記例に限ら ず、光像をサンプリングして処理し光像の状態を検出する装置には必要である。

【００１１】

【実施例】

以下に本考案の一実施例を図面を参照して説明する。 図９は、実施例に係る焦点検出装置の光学系を示し、この光学系は基本的には 図１の光学系と同一であるが、全体の構成の小型化を図ったものである。同図に おいて撮影レンズの如き結像光学系１の予定焦点面（１次像面）の近傍に、フィ ールドレンズ１５が配置され、このフィールドレンズ１５はその中央部に矩形の 光透過領域１５ａを有し、その領域１５ａ以外は遮光領域となっている。ほぼ直 方体状の透明ブロック１６はガラスやプラスチック等の高屈折率物質から成り、 この一端面１６ａには上記フィールドレンズ１５が貼付されている。この一端面 １６ａに対向した他端面１６ｂには、互いに逆方向にわずかに傾いた一対の凹面 鏡１７、１８が設けられている。これらの凹面鏡１７、１８は夫々図１の再結像 レンズ４、５に対応する。この両端面１６ａ、１６ｂの間のブロック１６中には 所定の間隙を隔てて一対のミラー１９、２０がほぼ４５°の角度で斜設されてい る。透明ブロック１６の下方には、夫々光電変換装置２１が配置されている。こ の光電変換装置２１は、上記ミラー１９、２０の下方に夫々に対応した一次元イ メージセンサ２２Ａ、２２Ｂが形成されている。

【００１２】 結像光学系１を通過した光束はフィールドレンズ１５の光透過領域１５ａを通 過しブロック１６内に入り、ミラー１９、２０の間の間隙を通って一対の凹面鏡 １７、１８に入射する。一方の凹面鏡１７は入射光をミラー１９の方へ、他方の 凹面鏡１８は入射光をミラー２０の方へ夫々反射し、各反射光はミラー１９、２ ０を介して夫々イメージセンサ２２Ａ、２２Ｂに到達する。こうしてほぼ同一被 写体についての一対の被写体像がセンサ２２Ａ、２２Ｂ上に形成される。

【００１３】 この光電装置２１からの光電出力を処理する回路系を図１０により説明する。 図１０において、一次元イメージセンサ２２Ａ、２２Ｂは間隔ｐ₀ で配列され た受光部から成る受光部アレイ２３Ａ、２３Ｂと、トランスファゲート２４Ａ、 ２４Ｂと、電荷転送シフトレジスタ２５Ａ、２５Ｂとから構成される。受光部ア レイ２３Ａ、２３Ｂの各受光部の電荷信号即ち光電出力ａ₁ ……ａ_p 、ｂ₁ …… ｂ_p は、トランスファーゲート２４Ａ、２４Ｂを介して夫々電荷転送シフトレジ スタ２５Ａ、２５Ｂに並列的に送られ、受光部の配列順に時系列化される。イメ ージセンサ２２Ａ、２２Ｂの一連の光電出力は、夫々対応のフィルタ手段２６Ａ 、２６Ｂに送られる。尚、この光電出力とは光電素子の出力に関連した信号を意 味し、従って光電素子出力を線形増幅や対数増幅したものを当然含む。このフィ ルタ手段２６Ａ、２６Ｂは共に図１１（ａ）に示すトランスバーサルフィルタに より構成されている。このトランスバーサルフィルタは、互に直列接続された一 画素分の遅延回路Ｄ₁ 〜Ｄ_q と、各遅延回路Ｄ₁ 〜Ｄ_q の出力端子にアンプＡｍ を介して接続された乗算器Ｗ₁ 〜Ｗ_q と、これらの乗算器の出力を加算する加算 器Ｔ₁ とから成る。乗算器Ｗ₁ は遅延回路Ｄ₁ の出力に重みＷ₁ を乗算し、残り の乗算器Ｗ₂ 〜Ｗ_q も同様に遅延回路Ｄ₂ 〜Ｄ_q の出力に夫々重みＷ₂ 〜Ｗ_q を 掛ける。ここで、Ｗ₁ 〜Ｗ_q は正、零、又は負の数である。フィルタ手段２６Ａ 、２６Ｂは以上の如き構成であるので、例えばイメージセンサ２２Ａからの一連 の光電出力ａ₁ 、ａ₂ ……ａ_p がフィルタ手段２６Ａに順次入力され、最初の光 電出力ａ₁ が遅延回路Ｄ_q に送られると、フィルタ手段２６Ａは加算出力

【００１４】

【数１】

【００１５】 を発生し、続いて光電出力の転送が進むにつれて、加算出力Ｉ₂ 、Ｉ₃ 、……を 順次出力する。フィルタ手段２６Ｂについても同様である。サンプルホールド回 路２７Ａ、２７Ｂは夫々フィルタ手段２６Ａ、２６Ｂの加算出力Ｉ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ ₃ ……をｎ個毎にサンプルホールドする。例えばｎ＝２とすると、加算出力Ｉ₁ 、Ｉ₃ 、Ｉ₅ 、Ｉ₇ ……がサンプリングされる。上記サンプリング間隔をｎとす ることは、空間的にみるとサンプリングピッチｐがｐ＝np₀ となることにあたる 。上記フィルタ手段とサンプルホールド回路とから、第１手段を構成し、この第 １手段は、近接した複数個の受光部の光電出力に夫々所定の重みを付して加算し た加算出力を、所定ピッチnp₀ 毎に作成する。

【００１６】 変位検出手段として働く演算手段２８は、上記サンプルホールド回路２７Ａ、 ２７Ｂの各出力を演算し、両回路２７Ａ、２７Ｂの出力パターンの位相差を算出 し、受光部アレイ２３Ａ、２３Ｂ上の光像のずれ即ち光像の変位を検出する。こ の演算手段２８の出力に基づき、撮影レンズの合焦駆動又は、焦点調節状態の表 示が行われる。

【００１７】 図１１（ｂ）は図１１（ａ）のトランスバーサルフィルタの具体的構成例であ る分割電極形ＣＣＤトランスバーサルフィルタを示す。３相クロックラインφ₁ 、φ₂ 、φ₃ のうちのクロックラインφ₃ の転送電極は重みＷに応じて分割され ている。ＣＭはカレントメータである。尚、複数の重みに正の数と負の数とが存 在する場合には、正の重みに関する部分和と負の重みに関する部分和とを夫々求 めた後、それらの部分和の差を求めるとよい。

【００１８】 このフィルタ手段２６Ａ、２６Ｂとして、図１２（ａ）に示す如くＷ_q ＝Ｗ₅ とし、Ｗ₁ ＝0.２８、Ｗ₂ ＝0.７６、Ｗ₃ ＝1.０、Ｗ₄ ＝0.７６、Ｗ₅ ＝0.２８ であるフィルタを用いた場合の、このフィルタ手段と受光部形状とから決まる合 成ＭＴＦを図１２（ｂ）の実線（Ａ）に示す。尚、同図の点線（Ｂ）は、受光部 形状のみから決まるＭＴＦである。同図から分るようにこの合成ＭＴＦは、空間 周波数零から周波数が大きくなるにつれて徐々に減少し、周波数１／４ｐ₀ の近 傍で零となり、該近傍より高い広い周波数帯域にわたって零のままであり、周波 数１／ｐ₀ の両側近傍に非常に小さな第２ピーク、第３ピークが現われる特性を 有する。このときのナイキスト周波数ｆＮは、サンプルホールド回路２７Ａ、２ ７Ｂのサンプリングピッチｐ＝np₀ によって決まるfn＝１／２ｐ＝１／２np₀ と なり、例えばｎ＝１のとき１／２ｐ₀ 、ｎ＝２のとき１／４ｐ₀ となる。図１２ （ｂ）と図９（ａ）〜（ｄ）との対比からも明らかな様に、本実施例の焦点検出 装置はナイキスト周波数が１／４ｐ₀ 、１／２ｐ₀ のいずれであっても、上述し た従来又は先願に係る焦点検出装置に比べてナイキスト周波数以上の高空間周波 数成分を充分抑制している。

【００１９】 尚、焦点検出装置が、本実施例の如き合成ＭＴＦ特性を有する場合には、サン プリングピッチをｐ₀ よりも２ｐ₀ とした方が以下の理由により望ましい。即ち 、いずれの場合にも抽出される情報量は等しいがサンプリングピッチを２ｐ₀ と した時は、ｐ₀ とした時よりもサンプリングされるサンプル数が１／２となり、 演算手段２８の演算規模を小さくできるからである。

【００２０】 次に、上記実施例の如く互に近接した５個の受光部の光電出力に重みを付して 加算するフィルタ手段が、焦点検出装置全体のＭＴＦ特性を改善できる理由を説 明する。 図１３（ａ）は、図８（ｂ）、（ｄ）において説明した先願に係る焦点検出装 置のフィルタ手段単独のＭＴＦ特性を示すもので、実線（Ａ）は、図１３（ｂ） に示す如く隣接する２受光部の光電出力に互に等しい重みＷ₁ 、Ｗ₂ を掛けて加 算するフィルタ手段のＭＴＦを、破線（Ｂ）は図１３（Ｃ）に示す如く一個置き に隣接する２受光部の光電出力に互に符号の異なる重みＷ₁ 、Ｗ₃ を掛けて加算 するフィルタ手段のＭＴＦを夫々示す。従って同図の重みＷ₂ は零である。図１ ４（ａ）は上記実施例のフィルタ手段、即ち近接する５個の受光部の光電出力を 図１４（ｂ）に示す重みＷ₁ 〜Ｗ₅ を掛けて加算するフィルタ手段単独のＭＴＦ 特性を示す。これらのフィルタ手段のＭＴＦは、空間周波数１／２ｐ₀ に関して 対称な形となり又１／ｐ₀ の周期関数となる。先願に係るフィルタ手段のＭＴＦ （Ａ）、（Ｂ）は図１３（ａ）に示す如くいずれも空間周波数１／２ｐ₀ で局所 的に零になるが、そこから高周波側及び低周波側で直ちに立ち上がる特性である のに対し、図１４（ａ）の本実施例のフィルタ手段のＭＴＦは、周波数１／２ｐ ₀ を中心とした広い周波数帯域ｌ₀ 具体的には１／４ｐ₀ 〜３／４ｐ₀ にわたっ て充分小さく抑制されている。周波数１／２ｐ₀ より高い周波数域について、図 １３（ａ）と図１４（ａ）のＭＴＦ特性を比較すると、図１３（ａ）のＭＴＦは 、周波数１／２ｐ₀ よりわずかに高い周波数についてかなり多くの抽出効率を有 するので、受光部のＭＴＦが図８（ａ）に示す特性であっても、受光部とフィル タ手段との合成ＭＴＦは図８（ｂ）、（ｄ）の如く大きな第２ピークが残存する 。他方、本実施例のフィルタ手段のＭＴＦは３／４ｐ₀ 付近より高い領域でのみ 高い抽出効率を有するが、この領域では受光部ＭＴＦは図８（ａ）に示す如く充 分小さくなっているので、合成ＭＴＦは図１２の如く、第２ピークは実質的に無 視し得る程小さくなっている。

【００２１】 以上の対比から明らかなように、本実施例のフィルタ手段はそのＭＴＦが周波 数１／２ｐ₀ を中心に広い周波数帯域にわたって充分小さくなっているので、受 光部のＭＴＦ特性と相俟って、誤検出を惹起する高い空間周波数成分を充分抑制 できる。 図１５（ａ）〜図１９（ａ）は、夫々本考案の別のフィルタ手段のＭＴＦ特性 を示し、図１５（ｂ）〜図１９（ｂ）は、それらの重みを示す。

【００２２】 図１５（ａ）のフィルタ手段は、４個の重みＷ₁ 〜Ｗ₄ を用いるもので、周波 数１／２ｐ₀ を中心とするＭＴＦ抑制帯域ｌ₀ は３／８ｐ₀ 〜５／８ｐ₀ となる 。このフィルタ手段は図１４のフィルタ手段よりもＭＴＦ抑制帯域ｌ₀ が狭くな っているが、図１３のフィルタ手段よりは大幅に広く、受光部のＭＴＦ特性と共 に周波数１／２ｐ₀ 以上の高周波数成分をほぼ満足できる程度に抑制できる。ま たサンプリングピッチnp₀ を２ｐ₀ とした時、ナイキスト周波数は１／４ｐ₀ と なり、これ以上の周波数帯域１／４ｐ₀ 〜１／２ｐ₀ の空間周波数成分もわずか に抽出するが、この程度の量は光像の変位検出に大きな悪影響を及ぼさず許容で きる。しかしサンプリングピッチを２ｐ₀ とした時は、ＭＴＦ抑制帯域ｌ₀ を図 １４（ａ）又は図１６（ａ）〜図１９（ａ）の如く、１／４ｐ₀ 〜３／４ｐ₀ 以 上に広く定めることが望ましい。図１６のフィルタ手段は、ＭＴＦ抑制帯域ｌ₀ が１／８ｐ₀ 〜７／８ｐ₀ と広いので、ナイキスト周波数を１／２ｐ₀ と定める ことは有効な空間周波数成分１／８ｐ₀ 〜１／２ｐ₀ を余りにも多く抑制し過ぎ る為、好ましくなく、ナイキスト周波数が１／４ｐ₀ 又は１／８ｐ₀ となる様に サンプリング周期を選定することが望ましい。

【００２３】 本考案のフィルタ手段が具備すべき条件は以下の通りである。即ち零でない重 みの数は４個以上であり、そのＭＴＦ特性が少なくとも、３／８ｐ₀ から５／８ ｐ₀ までの周波数帯域ｌ₀ において充分小さく、その周波数帯域の下限からそれ より小さい所定周波数まで徐々に増大することである。重みが４個より少ないと 、上記周波数帯域ｌ₀ を得ることが困難であり、周波数帯域ｌ₀ が上記範囲より 狭いと受光部のＭＴＦ特性による１／２ｐ₀ 以上の周波数成分の抑制が極めて困 難となる。サンプリングピッチnp₀ のｎが２以上である場合には、上記周波数帯 域ｌ₀ が３／４np₀ 〜（１／ｐ₀ −３／４np₀ ）以上であることが必要であり、 望ましくは１／２np₀ 〜（１／ｐ₀ −１／２np₀ ）以上であるとよい。上記周波 数帯域ｌ₀ の下限３／４np₀ はこの時のナイキスト周波数１／２np₀ の３／２倍 に相当し、この下限を上記値３／４np₀ より大きくすると、ナイキスト周波数か らこの下限値までの空間周波数成分の悪影響を実質的に無視し得なくなる。

【００２４】 図１０の一方のセンサ２２Ａの一連の光電出力ａ₁ 、ａ₂ 、……と、他方のセ ンサ２２Ｂの一連の光電出力ｂ₁ 、ｂ₂ 、……とが同一の出力端子から、ａ₁ 、 ｂ₁ 、ａ₂ 、ｂ₂ 、……の如く交互に出力される場合に適したフィルタ手段を図 ２０に示す。Ｓ個の乗算器Ｗ₁ 〜Ｗ₃ とｍ個の遅延回路Ｄ₁ 〜Ｄ_m が使用され、 隣接する乗算器Ｗ₁ とＷ₂ 、Ｗ₂ とＷ₃ ……との間に遅延回路Ｄ₁ 〜Ｄ_m が２個 介在している。その他の構成は図１１（ａ）と同一である。この構成によりフィ ルタ手段３０は、センサ２２Ａの一連の光電出力ａ₁ 、ａ₂ ……とセンサ２２Ｂ の一連の光電出力ｂ₁ 、ｂ₂ 、……とを交互にフィルタリングする。

【００２５】 以上の説明では、フィルタ手段のＭＴＦ特性が、サンプリングピッチにより決 まるナイキスト周波数以上の周波数領域において具備すべき条件を述べたので、 次にナイキスト周波数以下の領域において具備することが望ましい条件を説明す る。 図２１のグラフは、横軸が一対の受光部アレイ上の光像の相対的ずれ量を表し 、縦軸が焦点検出装置により検出された像ずれ検出量を表し、実線（Ａ）は像ず れ量と検出量とが一致した理想的な状態を示す。一点鎖線（Ｂ）及び破線（Ｃ） は従来の焦点検出装置の検出状態を示し、両線（Ｂ）、（Ｃ）は実線（Ａ）とサ ンプリングピッチｐの整数倍の所で交わっており、光像のずれ量がサンプリング ピッチｐの整数倍に等しい時はそれを正確に検出するが、整数倍に等しくない時 にはそれを正確に検出できず誤差を含むことを表わしている。この様な誤差は、 像ずれ検出演算に使用する周波数成分中にナイキスト周波数以上の成分をも含ま れている事により生ずることはもちろんのこと、たとえナイキスト周波数以下の 周波数成分のみを用いた場合にも生ずる。この理由は、ナイキスト周波数ｆＮ以 下の周波数帯域ｆＮ／２〜ｆＮのうちナイキスト周波数ｆＮの近傍においては、 図６において例示した如く、光像の変位に対する光電出力パターンの位相変化は 滑らかさを著しく欠くからである。この様な理由により、周波数帯域ｆＮ／２〜 ｆＮ内のナイキスト周波数ｆＮ近傍の周波数成分を焦点検出に使用すると、図２ １（ａ）に示す如くサンプリングピッチの整数倍に等しくない光像のずれ量に対 しては誤差が増大することになる。上記周波数帯域ｆＮ／２〜ｆＮにおける光電 出力パターンの位相変化の非円滑性は、この帯域内で周波数が大きい程著しい。 従って、フィルタ手段の、ナイキスト周波数程度以下のＭＴＦ特性は、図２２（ ａ）の如く、ナイキスト周波数ｆＮ近傍において充分小さく、そこから周波数の 減小に伴い漸増し、ほぼ周波数ｆＮ／２より小さい周波数において充分大きくな ることが望ましい。このＭＴＦが充分大きな値を取るのは、上述の如く周波数ｆ Ｎ／２程度以下であるべきであるが、情報の有効利用を考慮すると、周波数帯域 約ｆＮ／２〜約ｆＮ／４内であることが好ましい。図２２（ｂ）の実線は、ＭＴ Ｆ特性が周波数ｆＮ／４で充分大きくなる例を示している。上記二つのＭＴＦ特 性曲線は、その漸増を開始する点即ち立上がり点がナイキスト周波数近傍であっ たが、この点は多少高周波側にずらしてもよく、逆に低周波側にずらしてもよい 。この低周波側へのずらし量を大きくする程、上記光電出力パターンの位相変化 の非円滑性を呈する周波数帯域ｆＮ／２〜ｆＮ内の周波数成分をより多く除去で きる利点が生ずるが、同時に、有効な情報をも一層多く除去してしまうという問 題も招来する。そこで、上記非円滑性周波数成分の除去と有効情報の除去とを考 慮すると、ＭＴＦの上記立上り点の下限周波数としては図２２（ｂ）の一点鎖線 で示す如く、約ｆＮ／２とすることが望ましい。この一点鎖線で示したＭＴＦは 約ｆＮ／２以上の周波数領域において充分小さく、その周波数ｆＮ／２付近から 低周波側に漸増し、ｆＮ／４付近で充分に大きくなっているため、上記非円滑性 周波数帯域の周波数成分を実質的にすべて除去できる。

【００２６】 尚、図２２（ａ）の如きＭＴＦ特性を有するフィルタ手段は、図１７（ｂ）に 示した重み数値を用いることにより得ることができる。即ちサンプリングピッチ を２ｐ₀ とすると、ナイキスト周波数ｆＮは１／４ｐ₀ となり、図１７（ａ）の ＭＴＦはこのナイキスト周波数ｆＮ付近から立上り、周波数ｆＮ／２（＝１／８ ｐ₀ ）まで漸増し、その周波数ｆＮ／２で充分大きくなり、そこから周波数零ま でほぼ一定となっており、図２２（ａ）のＭＴＦ特性とほぼ同一となる。同様に 、図２２（ｂ）の実線のＭＴＦ特性は、近似的に図１４のフィルタ手段により達 成できる。この図１４（ａ）のＭＴＦ特性はサンプリングピッチを２ｐ₀ とした 時のナイキスト周波数ｆＮ＝１／４ｐ₀ から、その１／４の周波数ｆＮ／４（＝ １／１６ｐ₀ ）付近まで漸増し、そこで充分大きくなっている。図２２（ｂ）の 一点鎖線のＭＴＦ特性は、ナイキスト周波数を１／２ｐ₀ とした場合の図１７（ ａ）の特性に相当する。

【００２７】 焦点検出光学系の特性により光像の一部がケラレたり、又は一対の光電素子ア レイの増幅率が不均一である等の原因により、像ずれ検出量を表わす直線が、図 ２１（ｂ）に示す如く、平行移動し、座標の原点を通過せず、焦点検出に誤差が 生ずる。この誤差を除去する為には、周波数零付近の低次の空間周波数成分を抑 制すればよい。即ち、フィルタ手段のＭＴＦを上記低次空間周波数付近を低下さ せればよい。そこで、上誤差を低減させる為のフィルタ手段のＭＴＦ特性は、図 ２２（ｃ）及び（ｄ）に示す如く、ナイキスト周波数ｆＮ近傍以上の周波数領域 において充分小さく、ｆＮ／４〜ｆＮ／２付近でピークとなり、低次空間周波数 側で漸減する。このような誤差低減の効果をもたらすためには、この周波数零付 近におけるＭＴＦは、実線又は一点鎖線で示す如くピークのほぼ１／２以下とす ることが望ましい。これらの図２２（ｃ）、（ｄ）に実線で示したＭＴＦ特性は 、近似的に図１８のフィルタ手段により、また一点鎖線で示したＭＴＦ特性は、 近似的に図１９のフィルタ手段により夫々得られる。

【００２８】 図１４〜図１９から分るように、本考案のフィルタ手段単独のＭＴＦは周波数 １／ｐ₀ 付近に大きなピークを有するので、受光部のＭＴＦは同周波数１／ｐ₀ 付近で充分小さいことが望ましい。図２２の各フィルタ特性は像ずれ検出タイプ の焦点検出装置が備えてほしいＭＴＦ特性の例を記したものであるが、受光部ア レイと像ずれ演算手段の間に設けたフィルタ手段で達成可能なフィルタ特性の範 囲は限られている。

【００２９】 この様な加減算によるフィルタ処理を行っても行わなくても図８で示したよう に実際はナイキスト周波数１／２Ｐ₀ 以上の成分が除去しきれずに残っており、 前述の問題点が生じてしまう。この問題を解決する為には受光部自身のＭＴＦ特 性を改善することが不可欠である。しかしながら、従来の受光部ＭＴＦはその付 近で充分小さいものとは言えなかった。これを詳述すると、図２３（ａ）に示し たピッチｐ₀ で配列された幅ｐ₀ の矩形光電変換部ＰＴのＭＴＦは図２４（ａ） の実線（Ａ）で示す特性を有し、図２３（ｂ）に示したピッチｐ₀ で配列された 幅0.８ｐ₀ の矩形光電変換部ＰＴのＭＴＦは図２４（ｂ）の一点鎖線（Ｂ）の特 性を有し、ピッチｐ₀ で配列された直径0.８ｐ₀ の小レンズのＭＴＦは図２４（ ｂ）の破線（Ｃ）の特性を有する。尚、図２４においてダブルハッチング３１は 隣接光電変換部ＰＴの間の間隙である。これらの従来の受光部のＭＴＦ特性（Ａ ）、（Ｂ）、（Ｃ）のうち（Ａ）は周波数１／ｐ₀ で零であるか、その近傍例え ば0.９／ｐ₀ で0.１０９とかなり大きくなり、特性（Ｂ）、（Ｃ）は周波数１／ ｐ₀ ですら大きな値を示している。

【００３０】 そこでＭＴＦを１／ｐ₀ 付近で充分小さくした受光部を以下に説明する。 図２５（ａ）はＣＣＤ受光部アレイの断面図を示し、３２はポリシリコン電極 、３３は二酸化シリコン膜、３４は受光部を区画するチャンネルストッパ、３５ はシリコン基板であり、点線はポテンシャルの井戸を示す。チャンネルストッパ ３４に入射した光により発生した電荷は、隣接するポテンシャルの井戸の両方に 流れ込むので、個々の光電変換部の感度分布は、図２５（ｂ）に示す如く台形と なる。ｕはこの台形の半値幅であり、ｖは台形の斜辺の幅でチャンネルストッパ のｘ方向の長さに相当する。この様な台形状の感度分布は、上記受光部構造に限 ることなく、図２６（ａ）、（ｂ）の如き光電変換部ＰＴをその配列方向ｘに対 して傾斜させても得ることができる。この光電変換部ＰＴの、配列方向の幅をｕ 、隣接光電変換部の境界の、ｘ方向への投影長をｖとすると、この感度分布は、 図２６（ｃ）に示す如く台形となり、この台形の半値幅と斜辺の幅は夫々上記値 ｕとｖの大きい方及び小さい方である。図２５（ｂ）又は図２６（ｃ）の如き台 形の感度分布を有する受光部のＭＴＦは、ｕ＝ｐ₀ 、ｖは0.５ｐ₀ とした時、ｕ ＝ｐ₀ 、ｖ＝0.７ｐ₀ の時、夫々図２４（Ｃ）の一点鎖線（Ｄ）、二点鎖線（Ｅ ）となり、ｕ＝ｖ＝ｐ₀ の時、図２４（ｄ）の三点鎖線（Ｆ）となる。また図２ ６（ａ）、（ｂ）の如く光電変換部を傾斜させた場合には、ｖを光電変換部ピッ チｐ₀ よりも大きく設定することができ、例えばｕ＝ｐ₀ 、ｖ＝1.３３ｐ₀ とす ることができる。この値における受光部ＭＴＦを図２４（ｄ）の破線（Ｇ）に示 す。これらの本考案に係る受光部のＭＴＦ特性（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ） はいずれも周波数１／ｐ₀ で零となり、それらのうち特性（Ｄ）、（Ｅ）は周波 数0.９／ｐ₀ においてピークの0.１以下であり、特性（Ｆ）、（Ｇ）は、周波数 0.８／ｐ₀ においてすら0.１以下となっており、図２４（ａ）、（ｂ）の従来の 受光部ＭＴＦ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に比べて周波数１／ｐ₀ 付近において著し く抑制されていることが分る。

【００３１】 尚、この様なＭＴＦ特性は、図２７（ａ）に示す如き受光部形状によっても達 成することができる。この受光部は複数列、具体的には第１〜第４の小レンズア レイ３６、３７、３８、３９から成り第２と第４小レンズアレイ３７、３９の小 レンズ配列は第１と第３小レンズアレイ３６、３８に対して所定量、具体的には ｐ₀ ／２だけずれている。これらの各小レンズアレイは図２の小レンズアレイと 同一構成で、各小レンズは図では左端に位置する小レンズにのみ示した如く一対 の光電素子ＰＴ₁ 、ＰＴ₂ を有する。各小レンズアレイにおいて、位置的に対応 する小レンズの一対の光電素子の対応する光電素子同士ＰＴ₁ とＰＴ₁ 、ＰＴ₂ とＰＴ₂ が導体４０により接続されている。この導体４０は、接続した光電素子 の出力を合成する働きをするものであるから、この導体の代わりに、各小レンズ アレイ毎に光電素子の出力を読み出した後に、対応する出力同士を加算するよう にしてもよい。この様な構成においては、各受光部は各小レンズアレイの位置的 に対応する四つの小レンズから成り、この受光部の感度分布は図２７（ｂ）に示 す特性となる。この感度分布特性を適宜設定することにより、図２４（ｃ）、（ ｄ）のＭＴＦ特性を得ることができる。

【００３２】 以上に詳述した本考案に係る受光部は、周波数0.９／ｐ₀ 以上の周波数におい てＭＴＦが0.１以下であることが必要であり、周波数0.８／ｐ₀ 以上の周波数に おいて0.１以下であれば申し分ない。このような受光部のＭＴＦ特性であれば前 記フィルタ手段２６Ａ、２６Ｂと組み合わせることによりさらに理想的なフィル タ特性を設計することが可能であるが、前記加減算フィルタを使用しない場合で もこのような受光部のＭＴＦ特性であれば効果は大きい。受光部ＭＴＦが0.９／ ｐ₀ 以上の周波数においては0.１以下であれば、重みを４個しか用いないＭＴＦ 抑制帯域ｌ₀ の多少狭い図１５のフィルタ手段を用いたとしても、それらの合成 ＭＴＦは１／ｐ₀ 付近の高周波数成分を充分抑制した満足できるものとなる。ま た、受光部ＭＴＦが0.８／ｐ₀ 以上の周波数において0.１以下であれば、本願に 係るフィルタ手段との合成ＭＴＦはもちろんのこと、先願に係る図１３のフィル タ手段との合成ＭＴＦも充分満足のいくものとなる。又、先願のフィルタ手段以 外にも３項以下の重み数値で決まる例えばＷ₁ ＝１、Ｗ₂ ＝０、Ｗ₃ ＝−0.５と か、Ｗ₁ ＝−0.３、Ｗ₂ ＝０、Ｗ₃ ＝１、Ｗ₄ ＝０、Ｗ₅ ＝−0.３といったフィ ルタに対してもほぼ満足のいくものとなる。更に、図２４（ｄ）の破線（Ｇ）の 如く周波数0.７／ｐ₀ 以上の周波数においてＭＴＦが0.１以下である受光部は、 これ単独で高周波成分抑制用フィルタ手段を設けなくてもよい程に、周波数１／ ２ｐ₀ 以上の空間周波数成分を抑制している。

【００３３】 また、上記実施例は焦点検出装置に関するものであるが本考案はそれに限るこ となく、他の光像検出装置にも適用できるものである。

【００３４】

【考案の効果】

本考案によると、光電変換素子アレイを構成する個々の光電変換素子（受光部 ）の感度分布は、その感度が徐々に低下する形で隣接する両隣の光電変換素子に まで広がっているので、光電変換素子自身のＭＴＦ特性を改善され、焦点検出に 悪影響を及ぼす周波数成分を有効的に除去でき、焦点検出精度を向上させること ができる。

【提出日】平成４年６月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】 この様な加減算によるフィルタ処理を行っても行わなくても図８で示したよう に実際はナイキスト周波数１／２Ｐ₀ 以上の成分が除去しきれずに残っており、 前述の問題点が生じてしまう。この問題を解決する為には受光部自身のＭＴＦ特 性を改善することが不可欠である。しかしながら、従来の受光部ＭＴＦはその付 近で充分小さいものとは言えなかった。これを詳述すると、図２３（ａ）に示し たピッチｐ₀ で配列された幅ｐ₀ の矩形光電変換部ＰＴのＭＴＦは図２４（ａ） の実線（Ａ）で示す特性を有し、図２３（ｂ）に示したピッチｐ₀ で配列された 幅0.８ｐ₀ の矩形光電変換部ＰＴのＭＴＦは図２４（ｂ）の一点鎖線（Ｂ）の特 性を有し、ピッチｐ₀ で配列された直径0.８ｐ₀ の小レンズのＭＴＦは図２４（ ｂ）の破線（Ｃ）の特性を有する。尚、図２３（ｂ）においてダブルハッチング ３１は隣接光電変換部ＰＴの間の間隙である。これらの従来の受光部のＭＴＦ特 性（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のうち（Ａ）は周波数１／ｐ₀ で零であるか、その近 傍例えば0.９／ｐ₀ で0.１０９とかなり大きくなり、特性（Ｂ）、（Ｃ）は周波 数１／ｐ₀ ですら大きな値を示している。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】 そこでＭＴＦを１／ｐ₀ 付近で充分小さくした受光部を以下に説明する。 図２５（ａ）はＣＣＤ受光部アレイの断面図を示し、３２はポリシリコン電極 、３３は二酸化シリコン膜、３４は受光部を区画するチャンネルストッパ、３５ はシリコン基板であり、点線はポテンシャルの井戸を示す。チャンネルストッパ ３４に入射した光により発生した電荷は、隣接するポテンシャルの井戸の両方に 流れ込むので、個々の光電変換部の感度分布は、図２５（ｂ）に示す如く台形と なる。ｕはこの台形の半値幅であり、ｖは台形の斜辺の幅でチャンネルストッパ のｘ方向の長さに相当する。図２５（ｂ）の如き台形の感度分布を有する受光部 のＭＴＦは、ｕ＝ｐ₀ 、ｖは0.５ｐ₀ とした時、ｕ＝ｐ₀ 、ｖ＝0.７ｐ₀ の時、 夫々図２４（Ｃ）の一点鎖線（Ｄ）、二点鎖線（Ｅ）となり、ｕ＝ｖ＝ｐ₀ の時 、図２４（ｄ）の三点鎖線（Ｆ）となる。これらの本考案に係る受光部のＭＴＦ 特性（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）はいずれも周波数１／ｐ₀ で零となり、そ れらのうち特性（Ｄ）、（Ｅ）は周波数0.９／ｐ₀ においてピークの0.１以下で あり、特性（Ｆ）、（Ｇ）は、周波数0.８／ｐ₀ においてすら0.１以下となって おり、図２４（ａ）、（ｂ）の従来の受光部ＭＴＦ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に比 べて周波数１／ｐ₀ 付近において著しく抑制されていることが分る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】

【考案の効果】

本考案によると、光電変換素子アレイを構成する個々の光電変換素子（受光部 ）の感度分布は、その感度が徐々に低下する形で隣接する両隣の光電変換素子に まで広がっているので、光電変換素子自身のＭＴＦ特性が改善され、焦点検出に 悪影響を及ぼす周波数成分を有効的に除去でき、焦点検出精度を向上させること ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)、(b)は従来の焦点検出装置の光学系を示す
光学図とその受光部の正面図

【図２】別の従来の焦点検出装置の図１（ａ）、（ｂ）
と同様の図

【図３】受光部アレイを示す正面図

【図４】受光部アレイ上の光像の変位とそのときの光電
出力パターンとを夫々示す説明図

【図５】受光部アレイ上の光像の変位とそのときの光電
出力パターンとを夫々示す説明図

【図６】受光部アレイ上の光像の変位とそのときの光電
出力パターンとを夫々示す説明図

【図７】受光部アレイ上の光像の変位とそのときの光電
出力パターンとを夫々示す説明図

【図８】(a)〜(d)先願に係る焦点検出装置のＭＴＦ特性
を夫々示すグラフ

【図９】本考案の一実施例の焦点検出装置の光学系を示
す斜視図

【図１０】上記実施例の電気処理系を示すブロック図

【図１１】(a)、(b)は夫々トランスバーサルフィルタを
示すブロック図と回路図

【図１２】(a)、(b)は夫々本考案のフィルタ手段の一例
のＭＴＦ特性と重み数値を示すグラフ

【図１３】(a)〜(c)は先願に係るフィルタ手段のＭＴＦ
特性とその重み数値とを夫々示すグラフ

【図１４】(a)、(b)は夫々本考案に係るフィルタ手段の
ＭＴＦ特性と重み数値とを示すグラフ

【図１５】(a)、(b)は夫々本考案に係るフィルタ手段の
ＭＴＦ特性と重み数値とを示すグラフ

【図１６】(a)、(b)は夫々本考案に係るフィルタ手段の
ＭＴＦ特性と重み数値とを示すグラフ

【図１７】(a)、(b)は夫々本考案に係るフィルタ手段の
ＭＴＦ特性と重み数値とを示すグラフ

【図１８】(a)、(b)は夫々本考案に係るフィルタ手段の
ＭＴＦ特性と重み数値とを示すグラフ

【図１９】(a)、(b)は夫々本考案に係るフィルタ手段の
ＭＴＦ特性と重み数値とを示すグラフ

【図２０】トランスバーサルフィルタの別の構成を示す
ブロック図

【図２１】(a)、(b)は光像の変位量とその検出量との関
係を示すグラフ

【図２２】(a)〜(d)は焦点検出に望ましいＭＴＦ特性を
示すグラフ

【図２３】(a)〜(c)は従来の受光部アレイを示す正面図

【図２４】(a)、(b)は夫々図２３の受光部のＭＴＦ(c)、
(d)は本考案に係る受光部のＭＴＦを夫々示すグラフ

【図２５】図２４（ｃ）と（ｄ）のＭＴＦを与える受光
部とその感度分布とを示す説明図

【図２６】図２４（ｃ）と（ｄ）のＭＴＦを与える受光
部とその感度分布とを示す説明図

【図２７】図２４（ｃ）と（ｄ）のＭＴＦを与える受光
部とその感度分布とを示す説明図

【符号の説明】

１ 結像光学系 ２６ フィルタ手段 ２８ 演算手段 ＰＴ 光電素子

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 長方形形状の受光部が所定幅の素子分離
   部を介して、ピッチＰ₀ で多数配列された一対の光電変
   換素子アレイと、前記一対の光電素子アレイ上にそれぞ
   れ対象物のほぼ同一部分の２像を投影する焦点検出光学
   系と、前記一対の光電変換素子アレイの出力に基づいて
   前記２像の相対的変位を算出し焦点検出信号を作成する
   演算手段とを有する焦点検出装置において、前記素子分
   離部によって前記素子分離部及びその周辺に入射した光
   により発生した電荷が該光入射位置の両側にその中心を
   持つ受光部出力のどららに対しても寄与する様にして、
   この寄与に基づいて定まる各受光部の空間的感度分布が
   光電変換素子並びの方向に台形状の感度分布を持つよう
   になし、前記素子分離部に起因して生じる台形状感度分
   布の斜辺の幅をｖとするとき Ｐ₀ ＞＝ｖ＞＝0.５Ｐ₀ としたことを特徴とする焦点検出装置。