JPS58174910A - 合焦検出装置 - 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】 この発明は、例えば自動焦点カメラなどに用いることが
できる、合焦検出装置に関する。

この論の合焦検出方式としては１三角測量法にもとづく
周知の方式、すなわち同−被写体像を員なる光路を介し
て２組のフォトセンサアレイ上に！ｉ！Ｉ做させ、その
２つの像の相対的変位を利用するＩＩｋ田方決方法られ
ている。しかしながらこの方法によると、例えば縞模様
や市松模様などのように繰り返しのパターンをもつもの
を被￥体にすると、その変位を検出することができず、
談検田の可能性が烏くなるという欠点があることが知ら
れている。これに対して上述のような欠点のない、一般
に鮮明度検出法またはコントラスト法などと呼ばれてい
る方法がある。これも良く知られているように、７オト
センサ上に投影される被写体像のコントラス、トは、合
焦のときに最大になるという原理を利用するものである
。しか１７ながらこの方法によると、鮮明度またはコン
トラストを定量釣に判断するための複雑な評価関数を必
要とし、そのｌｌｌ１米システム構成が非常に複雑にな
るという欠点がある〇 この発明は上記に鑑みなされたもので、上述の鮮明度検
出法の厚層を利用して繰り返しパターンをも正確に検出
することができ、しかも構成が簡単な合焦検出装置を提
供することを目的とするＯその特徴は、被写体像の光強
度に応じて各７オトセンサに発生する光電流を例えばそ
れと反比例する時間をもってそれぞれ２値化する２値化
手段を設け、該手段にて各センす出力を２値化するに要
する時間のうち最長のものと最短のものとの時間差また
は所定番目に長いものと所定番目ｐ短か゛　　いものと
の時間差を合焦度の尺度または指標として用いるように
した点にある。また、この発明は、このような尺度のみ
ならず、別途適宜な方法により得られる合焦度に関する
別の尺度をも合わせて用いることにより合焦検出を正確
に行ないうるようにしている点も待機である。

以下、この発明の実施例をＷｉ画を＃照して説明する。

第１図はこの発明に使用される７オトセンサおよびコン
デンサからなる変換−路または素子（以下、単に変換素
子という。）の構成を示す回路図である。

第１１Ｉにおいて、ｌは電源、２は７オトセンサ、３は
容量がＣのコンデンサ、４はインバータ、ＯＵ＠は出力
である。

第１ＷＪＫ）に示されるものは電源１，７オトセンｆ２
およびコンデンサ３によって充電ａｍｔ１１形成されて
いる。７オトセンサ２は被写体の受光強度■に関係した
（は！比例するものと見てよい）光電流ｉを流すもので
、同図では７オＦダイオードとして示されているが、特
にこれに限られるものではない。

動作について説明する。

まず、図示されない手段によってコンデン＋３を放電さ
せ、その端子電圧Ｖｉを零に初期化した後、光電流ｉに
よる充電を開始する。この場合、コンデンサ３の端子電
圧ｖ１は Ｖｌ　＝ｌ　／Ｃ１１Ｊ”　ｉ　ｄ　ｔと表わされるか
ら、この電圧ｖｌがインバータ４のスレッシュホールド
電圧Ｖ−を越えるまでの時間、すなわちインバータ４の
出力が′″ｌ”から１０”に反転する迄の時間ｔｏを測
定すると箋この１（、が７オト七ンす２に当たる光の強
度υを時間に換算したものになることが明らかである。

なお、この場合、光量重り強度０が大きければ、時開ｔ
６は小さくなり、１１た光強度が小さければｔ６は大き
くなる・つまり、第１Ｗｉ（イ）の回路によって光強度
をそれと略反比例する時間をもって２値化する変換素子
が形成されることになるが、このような変換素子は、上
記と同様の考え方により同図（ロ）〜に）の如く構成す
ることができる◇すなわち、同Ｉｌ（ロ）はＩＩＩＭ）
の７オト七ンサ２とコンデンサ３の接接順序を逆にした
もので、この回路においては、その初期化はまずコンデ
ンす３を電源電圧（ＶＤＤ）に充電することにより行な
われる。そして光電流ｉによりコンデンすの電荷を放電
させ１インバータ４の出力が″Ｏ”から＠１″″に反転
する迄の時間ｔｏを測定するものである。また、同図（
ハ）に示されるものは、７オト七ンサ２とコンデンｔ３
とを並列接続したもので、コンデン？３を電源電圧（Ｖ
ＤＤ）で初期化した後、該コンデンサ３を７オトセン？
２に流れる光電１ｌｌｌによって放電させ、インバータ
４の出力が＠θ″から１１″に反転する迄の時間量・を
灘、定するものである０さらに、同図（→に示されるも
のは、フォトセンサ２とコンデンす３とを並列にして電
ＩＩＩに接続したもので、まずコンデン＋３を放電させ
て初期化を行なった後、該コンデンサ３を光電流ｉによ
って充電して行き、インバータ４の出力が１１”から＠
０′になる迄の時間ｔｏ　ｉｌｌ定する。

この発明は、このような変換素子を＊＊個用いて構成さ
れる。第２図はかかる変換素子群の構成を示す構成図で
ある〇 すなわち、第２Ｈにおいて、変換素子群５はｎ個の変換
素子５１−５．を並置して構成される。

各変換素子の出力０１〜Ｏｎは第１１１におけるインバ
ータ４の出力に相当するもので、＠ＯＩ″または＠ｌ′
″の２値信号が出力されるが、該２値信号が得られる迄
の時間は各素子５１〜５ｎによって異なり、被写体像を
投影する光学系６からの光強度に略反比例することは前
述のとおりである。

ここで、変換素子群からの出力によりどのように合焦検
出を行なうか、について説明するＯ第３図は合焦検出の
原理を説明するためのグラフであるＯ すなわち、第３ｖＪは変換素子を構成するグオトセンサ
の光強度分布を示すもので、わかり易くするために分布
曲＠７と対応させて変換素子５を図示している。変換素
子群における各７オトセンサの受光強度を示すには俸グ
ラフ（第３図にはその一部分だけが点線で例示されてい
る０）の方が適切であるが、ここではわかり易くするた
めに義グラフで示した。この光強度分布７は変換素子、
すなわち７オト七ンサに結像された被写体像によるもの
であり、像の鮮明度はこの曲線の形に対応する。つまり
１焦点が合っていないときは、像がぼやけるため各フオ
シ七ンすに照射される光の強度σ１は平均化され、した
がって第３［の曲線７は平坦になるのに対して、合焦状
腺に近づくと、各センサへの光は他のものと分離される
結果コントラストが強くなり、同図の自ｌＩ７は急峻な
ものとなる０合焦状態、すなわち勝明度が最大の状態と
は第３図のグラフが最も急峻なときであり、この状１を
検出するには同図のグラフのうちで強度（ト）が最大の
点と最小の点の強度差ΔＬを求め、このΔＬが最大のと
きをもって合焦とする、というのがこの発明の原理であ
る０なお、この発明では上述の如く、光強度を時間に変
換する変換素子群５を使用しているので、該強度差のか
わりに各変換素子の出力がそれぞれ反転する亥での時開
ｔｌ　ｅ　’２・・・・・・輸のうち最長のものｔ工、
Ｘと最短のもの１ａｉｎとの差ΔｔをΔｔ＝−紅一一す
の如くして求めている。このΔｔは上記ΔＬと対応する
ので、この時間差Δｔが最長となるときをもって合焦と
すればよいわけである・したがって、次に、時間差Δｔ
を求める方法について説明する。第４図はかかる時間差
Δｔの検出回路を示すブロックＩＬ第５１１はその動作
を説明するためのタイミン・グ、チャートである。

ｓ４図において１５は今迄と同様の変換素子群、８は変
換素子ｐｓの個々の素子５１〜５ｎの出力０１〜Ｏｎを
受けて信号すを出力するオアゲート、９は同じく出力０
１〜０鳳を受けて信号（を出力するナントゲート、ｌＯ
は基準クロックａを出力する発振器、１１は信号”＃ｂ
＃’が入力され信号ｄを出力するナントゲート、１２は
信号ｄに重畳されるり四ツクａをカウントするカウンタ
である。

以下、第５図のタイミングチャートをも参照してその動
作を説明する０ここで１変換素子５１〜５ｎは、その出
力が初期状態では＠θ″で、光電流によって“ｌ″に反
転するタイプのものであるとする。、 時Ｍｔｏにおいて、第４ｖＪには示されていない手段に
より変換素子群５およびカウンタ１２がリセットされＳ
第５ｍ＆）〜（ホ）に示す如く変換素子の出力０１〜Ｏ
ｎは＠θ″となり、カウンタ１２の内容もクリアされる
。その後、゛各変換素子５１〜５ｎは各々に照射される
光の強度に応じた時間で、その出力を′″０″から１１
”へ反転させる。

例えば、第５図（ハ）の如く時刻１ｍ。で素子５１が素
子群５の中で最初にその出力を′０”から′１”へ反転
させると、第５ｍｇ（υに示される如くオアゲート８の
出力すは＠０”から＠１″へ反転する。

また、第５ｍに）の如く時刻ｔａｔａｘで素子５ｊが素
子群５のうちで最後にその出力を′″０′から＠ｌ″へ
反転させると、第５ＷＪ■に示される如くナントゲート
９の出力は”１”から０”へ反転する。

したがって、第５ｍ（へ）に示される如き発ＪｉｌｔＩ
Ｏの出力、すなわちクロックａが信号ｄに重畳されるの
はナンドゲー）１１の他の入力す、ｃ（第５図（υ、（
イ）参照）が共に＠１″のときだけであるから、同図（
す）の如く時１１１１ｔ！、Ｌｉｎからｔｍｘ迄の期間
だけ信号ｄに基準り冒ツクａが重畳される。カウンタ１
２はこの重畳された基準クロックをカウントし、これに
より時間差Δｔ　（ｔｍａｘ　　ｔｍｔｎ　）情報を得
るものである。このカウント結果は、信号Ｃの状態に応
じて次段回路へ読み取られる。なお、これ迄の説明から
も明らかなように、上記ナントゲート１１はアンドゲー
トで置き換えても良く、また変換素子５１〜５ｎは出力
が１１”から″′０″へ反転するタイプのものを用いて
も良いことがわかる。また、第４図では変換素子５１〜
５ｎのうち、最初に出力を反転させる素子５１と最後に
出力を反転させるセンサ５ｊとによって時間差Δｔを定
めるようにしているが、この発明の基本的な考え方から
すれば、ノイズマージンを考慮して最初からｍＩＩ目に
その出力が反転する変換素子５ｍと、ｐｌ！目に出力が
反転する変換素子５ｐとにより時間差を求めるようにし
てもよいこと、また変換素子群は２次元的に配列しても
よいことは云う迄もない。

次に、上記の如き時間差にもとづく合焦検出回路と、こ
れとは別の原理にもとづく他の合焦検出装置とを組み合
わせてＩ＃Ｉｔ成されるオートフォーカスシステムにつ
いて説明する。ｊｌｌ！；６図はかかるシステムの概略
を示すブロック図である。第６図において、１３はこれ
迄に説明した時間差（Δｔ）検出回路を示すものであり
、１４は他のｉ理に基づく第２の尺度検出装置である。

この第２の尺度検出装ｗ１４においては、例えば上記の
如き光学系と変換素子群とをもう１組追加しに重像合致
の原理または瞳分割位相差方式と呼ばれる方法等を用い
、２つの光学系によって各７オトセンサ群または変換素
子群上にそれぞれ結像される被写体像の相対的変位等を
検出することにより合焦検出を行なう。つまり、第２の
尺度検出装置１４を設けることにすれば、該装置に設け
られる２組の光学系および変換素子群のいずれか１組を
時間差検出回路の一部として共用することができるもの
である。なお、冒曽にも述べたように、このような原ｊ
Ｉｌｉ、Ｗ威等については良く知られているので（必要
ならば、例えば特開昭５５−３７９９９号公報または繍
誌「写真工業Ｊ　１９８１年３月号、Ｐ１０４〜１０７
の記載を参照のこと。）、ここでは詳述しない。また、
この第２の尺度検出装置１４は、同図に示されるように
ピントのずれの方向、すなわち前ビンか後ビンか、を示
す信号ｇと、ピントのぼけ方をある程度定量的に表わす
信号りとを出力し、該オート７オーカスシステムの光学
系を駆動するサーボモータ１５の制御回路１６に入力さ
れる。

なお、これらの信号ｇ、ｈは、例えば光学系の移動方向
および移動量を所定の手段にて検出することにより容易
に得られるものである。また、レジスタ１７は時間差（
Δｔ）検出回路１３の出力を一時記憶し、比較ＦｊＪ路
１９は該レジスタ１７の出力ｅとレジスタ１８の出力ｆ
とを比較し、ｅ＞ｆならば信号ｅをレジスタ１８に記憶
させる。したがって、レジスタ１８は制御回路１６から
のリセット（ＲＥＳＥＴ）信号によってリセットされた
後の時間差Δｔの最大値を記憶し、９れらレジスタ１７
．１８および比較回路１９により時間差Δｔの最大値検
出回路が形成される。すなわち、時間差Δｔ、ｔきい程
より合焦状態に近いので、光学系を変位させたときｅ）
ｆならば正しい合焦動作を行なっており、一方ｅくｆな
らば誤った方向に合焦動作を行なっているということに
なる。したがって、信号ｅとｆとの差を示す信号ｔ（＝
ｅ−ｆ）によって合焦動作が正しいかどうかの指標を得
ることができる。モータ制御回路１６はこのような指標
となる信号ｔおよび第２の尺度検出装置１４から与えら
れる信号ｇｅｂにもとづいて合焦状態を判断し、サーボ
モータ１５の駆動、表示装置２０への合焦状態の表示等
の制御を行なう。

ここで１モ一タ制御回路１６における合焦状態の判断お
よび制御方法について考える。

ｌ）通常は、第２の尺度検出装置１４の出力（＋４号ｇ
によって定められる方向へ、信号りに基づいて定められ
る駆動量でサーボモータ１５を駆動する。そして上記信
号ｔが負、すなわちｅ（ｆとなったならば、この場合は
＠２の尺度によっては正しい合焦動作ができず、したが
って練った方向へ合焦動作を行なうことになるので合焦
動作の方向を反転させ、それ以後は信号ｔのみにより合
焦判断を行ない、ｔの値が零または成る所定の値以下に
なったときに合焦であると判断する。また、信号ｌがｔ
　）　０のま＼であれば信号りが零または所定の値以下
となったときに合焦と判断するが、その時点で依然とし
て信号ｔが所定の値よりも大きい場合は、これは例えば
第２の尺度検出装置が繰り返しのパターンからなる被写
体を検出して談つた判断を下したと解釈できるので、合
焦とせずにそれ迄の合焦動作と同じ方向に合焦動作を継
続する０ ２）　　ｔず、信号ｇによって定められる方向に合焦動
作を開始し、このときｔ　（Ｑならば合焦動作の方向を
反転させ、以後は信号ｔのみを監視する。

そして、ｔの値が所定値よりも小さくなった場合は、第
２の尺度を用いて合焦判断をしても摂判断とならない程
度に合焦状態に近づいていると解釈できるので、その後
の微調整は信号ｇによって定められる方向へ、かつ信号
りに基づいて定められる駆動量でサーボモータ１５を駆
動し、ｌの値が零重たは所定の値以下となったとき合焦
と判断する。

以上のように、各７オトセンサに照射される光の強度を
それに反比例する時間をもって２値化する変換素子をコ
ンデンサとインバータとによって得ることができるため
、回路ａｆ＜が著しく簡略化されるとともに、該変換素
子による変換時間のうち最長なものと最短のものとの差
を発振器、カウンタおよび数個のゲートを組み合わセる
だ番プの簡星な回路で、しかも軸度よく検出して合焦判
断のル像とし２て用いるようにしたから、簡単かつ高精
度の合焦検出装置を得ることができるものである。

また、光学系および変換素子群を第２の尺度検出装置と
時間差検出回路とにおいて共用することができるため、
これら双方の指標を用いて合焦検出を行なう場合にもそ
れ程の改変をしなくても容易に適用することができると
いう利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

′Ｖｉ１図は光強度をそれに応じた時間をもって２麺化
する変換素子を示す回路図、第２図はその変換素子を複
数個用いて構成される変換素子群を示す構成図、第３図
は変換素子群を構成する各７オトセンサの光強度分布を
示すグラフ、第４図は時間差検量回路を示すブロック図
、第５図はその動作を説明するためのタイミングチャー
ト、第６図は時間差による合焦検出回路と他の指標にも
とづく合焦検出装置とを備えたオートフォーカスシステ
ムを示すブロック図である。 符号説明 ｌ・・・・・・Ｗｉｔ、２・・・・・・フォトセンサ、
３・・・・・・コンデンサ、４・・・・・・インバータ
、５・・・・・・変換素子群−６・・・・・・光学系、
７・・・・・・光強度分布曲線、８・・・・・・オγゲ
ー）、９．１１・・・・・・ナントゲート、１０・・・
・・・発振器、１．２・・・・・・カウンタ、１３・・
・・・・時間差（Δｔ）検出回路、１４・・・・・・第
２の尺度検出装置、１５・・・・・・サーボモータ、１
６・・・・・・制御囲路、１７，１８・・・・・・レジ
スタ、１９・・・・・・比較回路、２０・・・・・・表
示装置 代理人　弁理士　筆　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被写体からの反射光を所定の光路を介して受光してその
   焦点面上に被写体像を形成する光学系と、該焦点面上の
   被写体像に対応して設けられその光強度に応じた光電流
   を発生する！Ｉｌ数個の７オＹセンサと、該各７オトセ
   ンサの光電流をその強度に関係する時間をもってそれぞ
   れ変換する変換手段と、該変換に要する時間のうち最長
   のものと最短のものとの時間差または所定番目に長いも
   のと所定番目に短いものとの時間差を検出する時間差検
   出手段とを備え、前記光学系による合焦動作に伴なって
   その都度変化する該時間差検出手段からの出力が最大に
   なるときをもって合焦を検出することを特徴とする合焦
   検出装置。