JPH06175015A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲に焦点のずれた方向を知ることが可能
で、焦点検出の性能を改善できること。 【構成】 撮影レンズ１の複数の異なった射出瞳を選択
して透過せしむる瞳選択手段２と、この瞳選択手段２で
選択された射出瞳によって被写体の概ね同一部分の像を
順次結像させる複数の画素からなる撮像素子６とを備
え、この撮像素子６から順次得られた被写体像の情報の
相互の位置関係を検出することによって、上記撮影レン
ズ１の焦点調節状態を正しい状態に修正すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＣＣＤ等の所謂固定撮像
素子を用いて映像を撮像する電子カメラのオートフォー
カスシステム、つまり、自動焦点調節装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラのオートフォーカスシステ
ム（以下、焦点検出システムと称する）としては、 ａ）被写体像のボケを検知するボケ検知方式 ｂ）異なった光軸から観測した被写体の像のズレによっ
て被写体までの距離を測定する三角測量方式 ｃ）広義には三角測量の一種であるが、同一のレンズ
（多くは撮影のために用いられるレンズ）の異なった瞳
を通過して結像される複数の像の同一被写体に対応する
部分の位置のズレを検知し、焦点の位置の誤差を計測し
てこれを補正するズレ検知方式 ｄ）赤外線等の投光によって被写体上に得られた像を、
投光した光軸と異なった光軸を持つ観測手段によって観
測することにより三角測量を用いて被写体までの距離を
知るアクティブ焦点検出 等が用いられている。

【０００３】また近年、所謂銀塩写真方式に代ってＣＣ
Ｄ等の固体撮像素子を用いて被写体の像を撮像し、この
像をフロッピ・ディスク（ＦＬＯＰＰＹ・ＤＩＳＫ）の
ような磁気記録手段やメモリ・カード（ＭＥＭＯＲＹ・
ＣＡＲＤ）のような半導体メモリに記録する電子カメラ
が作られるようになった。

【０００４】この電子カメラでは、焦点検出システムは
撮像素子が銀塩フィルムに比べて相対的に小さいことを
利用してパンフォーカスにしたり、上記のアクティブ焦
点検出を用いたり、ビデオカムコーダで採用されている
ボケ検知焦点検出を用いている。また銀塩カメラで用い
られるズレ検知の焦点検知や三角測量方式を用いてもよ
い。

【０００５】しかし一般にビデオカムコーダで行われて
いるように、電子カメラでも被写体の像を撮影するため
の固体撮像素子を焦点検出にも用いる方が、コスト、サ
イズ等の点で有利なことは窺える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、カムコーダで用いられているボケ検知の焦点
検出は、焦点が大きくボケているときに正しく焦点調節
状況を知ることが困難で、かつ、ズレ検知方式に比べて
正しい合焦点までの距離を定量的に測定できないため
に、すみやかな合焦動作が得難く、銀塩カメラのような
軽快な操作性を要する電子カメラでは採用が困難である
という問題点があった。

【０００７】本発明は上記のような問題点を解消した自
動焦点調節装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は下記のような構
成を有することを特徴とする自動焦点調節装置である。

【０００９】（１）撮影レンズの複数の異なった射出瞳
を選択して透過せしむる瞳選択手段と、この瞳選択手段
で選択された射出瞳によって被写体の概ね同一部分の像
を順次結像させる複数の画素からなる撮像素子とを備
え、この撮像素子から順次得られた被写体像の情報の相
互の位置関係を検出することによって、上記撮影レンズ
の焦点調節状態を正しい状態に修正して十分な焦点検出
性能を得ることができる。また、本来の撮像素子を焦点
検出用の撮像素子に流用して焦点検出システムを構築が
できる。

【００１０】（２）撮像素子は本来の映像を撮影する撮
像素子またはその一部と同一基板上にあることを特徴と
する。

【００１１】（３）瞳選択手段は液晶によって構成さ
れ、撮影時に上記瞳選択手段を光路から退避させる機構
を備えたことを特徴とする。

【００１２】（４）瞳選択手段の一部が光線をファイン
ダーへ分岐せしむる分岐手段よりも撮像素子に近く設け
ていることを特徴とする。

【００１３】（５）瞳選択手段の一部が光線をファイン
ダーへ分岐せしむる分岐手段を兼ねていることを特徴と
する。

【００１４】（６）撮像レンズの後部に配設された偏光
板と、前記撮影レンズの複数の異なった射出瞳に対して
前記偏光板を透過した光線を選択するように該光線をフ
ァインダーへ分岐せしめる分岐手段の後部に設けられた
瞳選択手段と、この瞳選択手段で選択された射出瞳によ
って被写体の概ね同一部分の像を順次結像させる複数の
画素からなる撮像素子とを備え、この撮像素子から順次
得られた被写体像の情報の相互の位置関係を検出するこ
とによって、上記撮影レンズの焦点調節状態を正しい状
態に修正することにより、撮像レンズ側に液晶板等を配
設しなくても、撮影素子を用いたズレ検知の焦点検出シ
ステムを構築できる。

【００１５】（７）前記瞳選択手段は部分的に透過する
光線の主要な偏光方向が異なっている偏光手段からなっ
ていることを特徴とする。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面について説明す
る。図１は第１実施例を示す斜視図、図２はその側面図
であり、特に図１は本発明の特徴を最もよく現われた図
である。

【００１７】図１、図２において、１は撮影レンズ、２
は撮影レンズ１の後に配設された瞳選択手段、３は瞳選
択手段２により選択される瞳開口、４は瞳選択手段２で
選択される瞳開口３と異なった別の瞳開口、５はレンズ
１の光軸、６は撮像素子、７は分岐手段としての半透明
のクイック・リターン・ミラー（以下、ＱＲＭと称す
る）、８はファインダとしてのフォーカシング・スクリ
ーンである。なお、以下、瞳開口を開口と略称する。

【００１８】上記瞳選択手段２は液晶等の性質を用いて
実質的に透過率を変化させる素子であり、図３に示すよ
うに、一対の硝子板２２，２５の間に液晶２４を介在さ
せ、この液晶２４が洩れないように硝子板２２，２５間
の周縁をシール２３でシールし、硝子板２２の前部と硝
子板２５の後部にそれぞれ偏光板２１，２６を配設した
構成である。

【００１９】そして、上記液晶２４に適当な駆動信号を
与えることにより、偏光板２１と偏光板２６の間で光線
に与えられる偏光面の回転角度を変化させ、透過率を変
化させる。

【００２０】図４は本発明装置の信号処理回路を示すも
ので、ディジタル（ＤＩＧＩＴＡＬ）の信号処理回路を
前提に説明するが当然アナログ（ＡＮＡＬＯＧ）の信号
処理回路との組み合わせも可能であり、また、本発明の
システムそのものをアナログ回路で構成することも不可
能ではない。

【００２１】図４において、信号処理回路９０はＡ／Ｄ
コンバータ９０１を介して入力した撮像素子６の出力信
号を輝度信号と色差信号に分離する色分離回路９０２、
その分離された色信号処理系９０３と輝度信号処理系９
０４、処理された輝度、色差信号から最終出力を得るた
めの処理回路９０５、完成した信号を記録するための磁
気ディスク、メモリカード等の記録回路９０６を備えて
いる。

【００２２】９１は色分離回路９０２によって作られた
輝度信号を記憶する画像メモリであり、この画像メモリ
９１は必ずしも全画面の輝度信号を記憶する必要はな
く、焦点検出に必要な分のみでもよい。もちろん信号処
理のためにメモリを持つシステムでは該メモリを用いて
も良く必要に応じて色差信号を利用してもよい。

【００２３】９２は画像メモリ９１の内容によって焦点
検出の計算をする回路であるが、この計算内容について
は銀塩カメラの像ずれ方式を用いた焦点検出システムと
して紹介されているので、ここでは説明を省略する。

【００２４】９３は計算回路９２の出力の応じてレンズ
駆動モータ９５を駆動する駆動回路、９４は計算回路９
２のタイミングに同期して瞳選択手段２を駆動して、開
口３，４を選択するためのＬＣＤ駆動回路である。

【００２５】図５は焦点調節状態が評価される原理説明
図である。ここでは多くの一眼レフカメラのように横長
の画面でファインダー８が上の方にあるものとする。図
５の（Ａ）、（Ｂ）は正しい焦点に撮像素子６がある場
合、瞳選択手段２の開口３が選択された場合（Ａ）で
も、開口４が選択された場合（Ｂ）でも同じ位置に結像
する。

【００２６】一方、図５の（Ｃ）、（Ｄ）は正しい焦点
より後ろに撮像素子６がある（即ち焦点が前方にずれて
いる）場合、瞳選択手段２の開口３が選択された場合
（Ｃ）と開口４が選択された場合（Ｄ）で異なった位置
に結像する。この場合、各々の像は重心が左右にずれる
だけではなく多少ぼけた画像になる。焦点が上記とは反
対方向にずれた場合は当然反対にずれる。

【００２７】したがって、撮像素子６上の画像の各々の
開口３，４を選択した場合の相対的な位置関係を測定す
れば、撮影レンズをどちらにどの程度移動すれば良いの
かが判定できる。

【００２８】ところで、このような瞳選択手段２を用い
ると、所謂透過の状態でも光線は約半減する。そして、
ＱＲＭ７が半透明であるので、（仮に透過・反射を１／
２ずつとすると）、開口３，４が全開口の１／２あって
も、ファインダー８と撮像素子６に達する光線は理想的
な場合の１／８となる。また、ファインダー８は開口の
切り替えによってフリッカーを生じるため、開口の切り
替えは遅くとも２５Ｈｚ、できるならば４５Ｈｚ以上に
するのが望まれる。

【００２９】図６は上記瞳選択手段２における透過光線
の低下を防止するための第２実施例を示す斜視図、図７
はその側面図である。本実施例は、図８に示すように、
前記図３に示す瞳選択手段２における第二の偏光板２６
を持たない瞳選択手段２を用いる代りに偏光性のある鏡
７１をＱＲＭ７と撮像素子６の間に配設したもので、瞳
選択手段２の開口３，４は異なった偏光面を持つが概ね
等しい強度を持つ光線を出力する。

【００３０】本実施例によれば、ファインダー８は前記
図１、図２の実施例の場合に比べて２倍の明るさとな
り、フリッカーはほとんど見られない。したがって、切
り替え周波数の自由度を増やすことができる。

【００３１】また、撮像素子６へ入射する光線はＱＲＭ
７と共に撮影時に退避させる偏光板７１を通過するの
で、前記図１、図２の実施例の場合と同様に瞳の開口の
実質的な切り替えが行われる。この場合、ＱＲＭ７の光
線の偏波面に対する特性は注意して検討されるべきであ
る。

【００３２】図９は第３実施例を示す斜視図、図１０は
その側面図である。本実施例の場合は、前記図３に示す
瞳選択手段２の第二の偏光板２６の代りに、偏光性のあ
る鏡７２を用いたもので、即ち、ある種の蒸着により鏡
７２は反射光と透過光の各々の偏波面の光の構成比が異
なっており、このような鏡７２を用いることによって
（偏光板によるものほど完全でない場合もあるが）、偏
光板による場合のように開口３，４の切り替えが行われ
る。

【００３３】本実施例の構成によれば、半透明のＱＲＭ
７を用いる必要がないだけ、およそ２倍の光量を得るこ
とができ、透過光線の偏光性を重視して（その替り一般
には透過光の比率が少なくなるが）設計することによっ
て、撮像素子６には十分な信号の差を与えながらファイ
ンダー８のフリッカーを押えることが可能である。

【００３４】一般に撮像素子６には折り返し雑音を減ら
すための光学的なローパスフィルタ（ＬＯＷ−ＰＡＳＳ
−ＦＩＬＴＥＲ）が付けられており、多くのものは水晶
の復屈折を用いているので、焦点検出時には偏光のため
に正しく動作しない。

【００３５】したがって、ローパスフィルタの前方に偏
光を円偏波に変換する手段を設けるか、焦点検出時の出
射偏波面に対して適当な特性になるようにロウーパスフ
ィルタを設計する必要がある。

【００３６】また、瞳選択手段２は撮影時には光路から
退避させて本来の絞りを用いるのが望ましいが、この瞳
選択手段２のパターンを適当な形にすることによって絞
りに兼用してもよい。

【００３７】当然、前記第３実施例のような場合には、
撮影時には瞳選択手段２は有効でないので、もし絞りと
して兼用するのであれば、撮影時のための偏光板を持つ
か偏光板２１、鏡７２を退避させないでおく必要があ
る。また、ＱＲＭ７、瞳選択手段２等を退避する場合予
めこの分だけ焦点位置を補正しておく必要がある。

【００３８】図１１は第４実施例を示す斜視図、図１２
はその側面図であり、前記図１、図２と同一部分には同
一符号を付して重複説明を省略する。図１１、図１２に
おいて、９は撮影レンズ１の後に配設された偏光板、１
０は全体または一部が半透明のＱＲＭ７の後に配設され
た瞳選択手段である。

【００３９】図１３は上記瞳選択手段１０の構成を示す
図であり、前記図３に示す瞳選択手段２から偏光板２１
を取除いた構成である。

【００４０】図１４は第４実施例における信号処理回路
を示すもので、駆動回路９４でＱＲＭ７の後部に配設さ
れた瞳選択手段１０を駆動すること以外は前記図４に示
す構成と同じである。

【００４１】図１５は第４実施例によって焦点調節状態
が評価される原理説明図であり、前記図５に示す第１実
施例と同じように、横長の画面でファインダーが上の方
にあるものとする。

【００４２】図５の（Ａ）、（Ｂ）は正しい焦点に撮影
素子４がある場合、瞳選択手段１０の開口１１が選択さ
れた場合（Ａ）でも開口１２が選択された場合（Ｂ）で
も同じ位置に結像する。

【００４３】一方、図５の（Ｃ）、（Ｄ）は正しい焦点
より後ろに撮像素子４がある（即ち焦点が前方にずれて
いる）場合、開口１１が選択された場合（Ｃ）と開口１
２が選択された場合（Ｄ）で異なった位置に結像する。
この場合各々の像は重心が左右ずれるだけではなく多少
ぼけた画像になる。焦点が上記反対方向にずれた場合は
当然反対にずれる。

【００４４】したがって撮像素子４上の画像の各々の開
口を選択した場合の相対的な位置関係を測定すればレン
ズをどちらにどの程度移動すれば良いのかが判定でき
る。

【００４５】上記の第４実施例では瞳選択手段１０によ
って透過する偏光方向を選択しているが、液晶と偏光性
の鏡を用いてシステムを構築しても良くこの場合、必要
のない成分をファインダーに導けば、上記の実施例のよ
うに半透過性のＱＲＭ７によって光量を失う必要はな
い。但し上記の実施例に比べてファインダーのフリッカ
ーの増大の恐れがあり光量の配分等においてフリッカー
を考慮すべきである。

【００４６】また、上記の各実施例では偏光によって瞳
を区別しているが、被写体の条件に制限がある場合には
波長（色）の違い等のその他の要素を用いても良い。

【００４７】又本実施例のように、撮影レンズの後で選
択する替りに（制御できる）偏光のある光源を用いて、
被写体を照明しても良い。

【００４８】本実施例では特に対策を示していないが本
方式は強い偏光を持つ被写体ではうまく動作しないので
必要があれば円偏光板をＱＲＭ７より前方に持っても良
い。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
撮影レンズの複数の異なった射出瞳を選択して透過せし
むる瞳選択手段と、この瞳選択手段で選択された射出瞳
によって被写体の概ね同一部分の像を順次結像させる複
数の画素からなる撮像素子とを備え、この撮像素子から
順次得られた被写体像の情報の相互の位置関係を検出す
ることによって、上記撮影レンズの焦点調節状態を正し
い状態に修正する構成としたので、本来の撮影素子を焦
点検出用の撮影素子の流用し、特に焦点検出用のための
撮影素子を用いないでも焦点検出のシステムを構築でき
る。

【００５０】また、撮像レンズの後部に配設された偏光
板と、前記撮影レンズの複数の異なった射出瞳に対応し
て前記偏光板を透過した光線を選択するように該光線を
ファインダーへ分岐せしめる分岐手段よりも後部に設け
られた瞳選択手段と、この瞳選択手段で選択された射出
瞳によって被写体の概ね同一部分の像を順次結像させる
複数の画素からなる撮像素子とを備え、この撮像素子か
ら順次得られた被写体像の情報の相互の位置関係を検出
することによって、上記撮影レンズの焦点調節状態を正
しい状態に修正することにより、撮影レンズ側に液晶板
等を配設しなくても、撮影素子を用いたズレ検知の焦点
検出システムを構築できる。

【００５１】この結果、撮像素子の画素数が増大して
も、当然焦点検出信号もより細かくなっていくために新
たにシステムを改善する必要がない。そして、従来の撮
像素子によるボケ検知焦点検出に比べて広範囲に焦点の
ずれた方向を知ることが可能なので、焦点検出の性能を
改善できる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による自動焦点調節装置を
示す斜視図。

【図２】第１実施例による側面図。

【図３】第１実施例に適用した瞳選択手段の構成説明
図。

【図４】信号処理回路を付加した第１実施例による側面
図。

【図５】第１実施例の自動焦点調節装置により焦点調節
状態が評価される原理説明図。

【図６】本発明の第２実施例による自動焦点調節装置を
示す斜視図。

【図７】第２実施例による側面図。

【図８】第２実施例に適用した瞳選択手段の構成説明
図。

【図９】本発明の第３実施例による自動焦点調節装置を
示す斜視図。

【図１０】第３実施例による側面図。

【図１１】本発明の第４実施例による自動焦点調節装置
を示す斜視図。

【図１２】第４実施例による側面図。

【図１３】第４実施例に適用した瞳選択手段の構成説明
図。

【図１４】信号処理回路を付加した第４実施例の側面
図。

【図１５】第４実施例の自動焦点調節装置により焦点調
節状態が評価される原理説明図。

【符号の説明】

１ 撮影レンズ ２，１０ 瞳選択手段 ３，１１ 瞳開口 ４，１２ 瞳開口 ５ 光軸 ６ 撮像素子 ７ クイック・リターン・ミラー（分岐手段） ８ フォーカシング・スクリーン（ファインダー） ９ 偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7316−2Ｋ Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズの複数の異なった射出瞳を選
   択して透過せしむる瞳選択手段と、この瞳選択手段で選
   択された射出瞳によって被写体の概ね同一部分の像を順
   次結像させる複数の画素からなる撮像素子とを備え、こ
   の撮像素子から順次得られた被写体像の情報の相互の位
   置関係を検出することによって、上記撮影レンズの焦点
   調節状態を正しい状態に修正することを特徴とする自動
   焦点調節装置。
2. 【請求項２】 焦点検出用の撮像素子は本来の映像を撮
   影する撮像素子またはその一部と同一基板上にあること
   を特徴とする請求項１記載の自動焦点調節装置。
3. 【請求項３】 前記瞳選択手段は液晶によって構成さ
   れ、撮影時に該瞳選択手段を光路から退避させる機構を
   備えたことを特徴とする請求項１記載の自動焦点調節装
   置。
4. 【請求項４】 前記瞳選択手段の一部が光線をファイン
   ダーへ分岐せしむる分岐手段よりも撮像素子に近く設け
   られていることを特徴とする請求項１記載の自動焦点調
   節装置。
5. 【請求項５】 前記瞳選択手段の一部が光線をファイン
   ダーへ分岐せしむる分岐手段を兼ねていることを特徴と
   する請求項１記載の自動焦点調節装置。
6. 【請求項６】 撮像レンズの後部に配設された偏光板
   と、前記撮影レンズの複数の異なった射出瞳に対応して
   前記偏光板を透過した光線を選択するように該光線をフ
   ァインダーへ分岐せしめる分岐手段よりも後部に設けら
   れた瞳選択手段と、この瞳選択手段で選択された射出瞳
   によって被写体の概ね同一部分の像を順次結像させる複
   数の画素からなる撮像素子とを備え、この撮像素子から
   順次得られた被写体像の情報の相互の位置関係を検出す
   ることによって、上記撮影レンズの焦点調節状態を正し
   い状態に修正することを特徴とする自動焦点調節装置。
7. 【請求項７】 前記瞳選択手段は部分的に透過する光線
   の主要な偏光方向が異なっている偏光手段からなってい
   ることを特徴とする請求項６記載の自動焦点調節装置。
8. 【請求項８】 焦点検出用の撮像素子は本来の映像を撮
   影する撮像素子またはその一部と同一基板上にあること
   を特徴とする請求項６または７記載の自動焦点調節装
   置。