JPS581761B2 - デンシテキシヨウテンケンシユツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は従来肉眼で行なわれているカメラなどの光学機
器における合焦検出操作を光電的に行なう電子的焦点検
出装置に係るものである。

電子的焦点検出装置についてはスライドプロジエクター
など、使用条件の限定された範囲内で一部実限されてい
るものもある。

しかしながらカメラなどのように極めて多様な環境の下
で使用される光学機器については末だその実現をみてい
ない。

以下特にカメラを例に挙げて本発明を説明するが、本発
明を他の光学機器、例えば８ミリカメラ、映写機、顕微
鏡等に応用することはその機構上可能なことである。

カメラにおいては、そのピント合わせを電子化すること
によって速写性或はピント合わせの熟練等の操作性を改
良し、撮影時における煩雑さから撮影者を解放するとい
う利点がある。

このような需要に対してこれまで数多くの方式が提案さ
れてきた。

例えば第１番目の例としてはＣｄＳなどの光導電素子に
特有なコントラスト感応特性を利用する方法がある。

また第２番目の例としては焦点面に設置した受光素子或
はピンホールを光軸方向または光軸と直角方向に振動さ
せることによって得られる光電出力を利用するものがあ
る。

更に第３番目の例としてはレンズシャッター付３５ミリ
カメラに用いられている距離計連動方式の焦点検出装置
を電子化したものなどがある。

さてここでカメラに装着町能な電子的焦点検出装置に要
求される条件を考えてみる。

まず携帯用であることから、第１番目に小型軽量である
ことが望まれ、更に第２番目の条件として装置における
消費電力が小さいことが挙げられる。

第３番目はカメラ保持者の手ブレに影響されることなく
、常に安定した合焦検出が行なえることである。

第４番目は１眼レフカメラなどのようなレンズ交換の可
能性を否定せず、如何なる焦点距離のレンズ下でも機構
を何ら変更することなく合焦検出が可能なことである。

第５番目は高感度、高速応答であるという条件である。

これらの条件から前述した方式を検討すれば、未だ上記
粂件を全て満たすものはないことがわかる。

まず第１番目の例を考えてみると、光導電素子は一般に
高速応答性が悪く、且つ構造上厳密に特性の揃った２個
の素子を作製することが極めて困難であるために、両者
の差をとることによって手ブレの影響を除くことが不可
能である。

次に第２番目の方式ではモーターなとの駆動源を必要と
するために、第１及び第２番目の条件を満足できないこ
とは明白である。

第３番目の方法は第１〜第３番目の条件を満たす可能性
はあるが、第４番目の条件を満たすことができない。

それは原理上明白な事実である。

尚この方法については後で詳述する。

本発明の目的とするところは、このように従来公知の方
式が満たすことのできなかった前記条件を総て満足し、
且つ露出調整用の測光機能をも併せもつようになしたこ
とを特徴とする極めて実用的な電子的焦点検出装置を提
供することである。

本発明の原理を具体的に述べれは、従来のカメラに具備
されているスプリットプリズムを用いたピント調節装置
を電子化したものであるといえる。

この原理に基づき且つ本発明に類似した発明としていく
つかの例をみることができる。

しかしながらこれらの方法はいずれも従来のピント調節
方式を単に電子化したものであって、本発明とは異るば
かりでなく、以下に述べるように極めて不都合な点があ
り、実用的であるとはいえない。

また前記条件のいくつかを欠くことも明白である。

例えば第１図に示した特許公告昭４７−４０９０は焦点
面に配置したスプリントプリズム３による分離像２１を
２個の受光素子４ａ，４ｂ上に結ばせ、その上下像が合
致した時両素子４ａ，４ｂの出力差が零となることを利
用したものである。

これは所謂上下像合致方式を電子化したものである。

いま説明を容易にするため受光素子４ａ ，４ｂの代り
に受光素子列５ａ ，５ｂを設置したものを考えてみる
。

この場合各々の素子出力をａ１， ａ２，・・・・・・
，ａ７， ｂ１， ｂ２，・・・・・・ｂ７とする（以
下では素子自体を斯く表示する場合もある）と、焦点不
整合の場合にはスプリントプリズム３の働きによって像
がズレるために となり、他方焦点整合の場合には上下像が一致するため
に となり、合焦位置を検出することができる。

ところがこの方法では第２−ｂ図の如く像が受光素子列
に対して傾いている場合には、上下像が一致し焦点不整
合時と区別かで）ないので焦点検出カ困難である。

このことは対になっている上下の素子上で占める像面積
の差から明らかである。

またピント合わせ操作中における手ブレを考えてみると
像と受光素子列との位置関係が、或瞬間には第２−ａ図
の如く好ましい状態であっても、次の瞬間には第２−ｂ
図のような状態になる確率は極めて大である。

このように従来法では像と受光素子との位置関係の焦点
検出性能に及ぼす影響が極めて大であり、実用に適さな
いということが４つかる。

ここで従来法における難点の原因を考えてみると、合焦
時に際して両受光素子列５ａ，５ｂ（又は４ａ ，４ｂ
）が互に像２’の異る位置の光量を受光しているためで
あることがわかる。

本発明の特徴とするところであり、且つ既に公知の方法
と大きく異るところは、光路分割器によって得られた二
つの光路中にそれぞれスブリットプリズムを配し、その
後に設置したそれぞれの受光素子列が合焦時に際して像
の同じ位置の光情報を受光するようになし、この難点を
解決したことである。

従って本発明は手ブレに影響されず、且上述した必要条
件を総て充たすことができ、極めて実用的であるといえ
る。

次に図に従って本発明を詳述する。

第３図は１眼レフカメラに本発明の装置を組込んだ場合
の一実施例を示したものである。

撮影レンズ１を通過した光はクイックリターンミラー７
によって上方に反射し、フイルム６面と等価位置にある
焦点板１２上に結像する。

焦点板１２上の像はコンデンサレンズ１３、ペンタプリ
ズム１４、及びルーペ１５を通して目１６によって観察
される。

一方撮影レンズ１を通過した光束の一部はクィックリタ
ーンミラー７に明けられた穴を通過しミラー８によって
下方に導かれる。

この光束は光路分割器９によって更に２分割された後、
それぞれフィルム面と等価位置にある屈折用光学部材（
以下プリズムと称する）１０ａ，１０ｂ及ひリレーレン
ズ１１ａ，１ｌｂを通過して受光素子列５ａ及ひ５ｂ上
に結像する。

ここで光路分割器９としてはハーフミラー或は光路分割
用プリズムを用いることができ、その分割面での透過対
反射の光量比は１対１であるとする。

また受光素子列５ａ及ひ５ｂ上の各受光素子は、例えば
ａ１とｂ１，ａ２とｂ２，・・・・・・ａ７とｂ７のよ
うに各対ごと光学的に同一場所に配置されているものと
する。

（以下ａ１とｂ１，ａ２とｂ２・・・・・・を各々素子
対と称する。

）第４図は電気的処理回路の一実施例を示したものであ
り、１−１．１８−２，……，１８−７は差動増幅器、
１９−１，１９−２，……１９−７は絶対値回路であり
、２０は加算器である。

次に本装置の動作を述べる。

いま眼１６によって焦点板１２−Ｌに観察される像が焦
点不整合であったとすると、下方に導かれて受光素子列
５ａ及び５ｂ上に結像する光束は、焦点板１２と光学的
に等距離にあるプリズム１０ａ及ひ１０ｂによって折り
曲けられ、第５−ａ図のように左右に分離する。

ここで各素子対ａ１とｂ１，ａ２とｂ２，……，ａ７と
ｂ７はそれぞれ像に対して光学的に同じ場所に位置し、
且つ光学像１７ａ及び１７ｂは光学的に同一の像である
ために、各々の受光素子対の出力を差動増幅器１８−１
，１８−２，……，１８−７で差動増幅した後に絶対値
回路１９−Ｌ１９−２，……，１９−７に加え、その出
力を加算器２０で加算した値は非零である。

これを数式で簡単に示せば となる。

焦点板１２上の観察像力憔点整合の状態である場合には
、第５−ｂ図に示したように受光素子列５ａ及ひ５ｂ上
に結像した像１７ａ及び１７ｂは分離することなく各受
光素子対中の各々の素子には同一像が結ばれ、各素子対
の差動出力は零となる。

従って加算器２０の出力はとなり、同加算器２０の出力
をメータなどで表示することによって焦点整合を確認す
ることができる。

次に像が受光素子列５ａ，５ｂに対して傾斜して結像し
た場合を考えてみる。

この場合焦点不整合の状態では第５−ｃ図に示したよう
に、同素子列５ａ及び５ｂ上の傾斜像１７ａ，１７ｂは
プリズム１０ａ及ひ１０ｂの働きによって分離するので
、各受光素子対内の出力差は非零となる。

ところが焦点整合の状態では、第５−ｄ図に示したよう
に、前記傾斜像１７ａ，１７ｂは分離することなく、各
受光素子対中の各々の素子には同一像が結ばれるので各
素子対内の出力差は零となって（２）式が成立する。

従って各差動増幅器１Ｂ−１．１８−２，……１８−１
及び加算器２０の出力も零となり、整合状態が検出され
る。

更に焦点合わせ操作中に手ブレが生じた場合を考えてみ
る。

焦点不整合の場合には前述の如く各素子対中の素子の出
力差は勿論非零となる。

焦点整合の場合には前述の如く、如何なる瞬間において
も各素子対内の両素子には同一の像が結像しているので
、その出力差は常に零となる。

従って仮令焦点調節中に手ブレが生じても焦点整合の状
態では加算器２０の出力は常に零となり、これをメータ
ー又はランプ又はＬＥＤを用いて表示することによって
安定した焦点検出を行うことができる。

本発明と第１図及び第２図に示した従来の発明の手ブレ
が存在した場合の検出出力の差異を明瞭に示したものが
第６図である。

図においてＦは焦点位置（或はフイルム向）を表わし、
その左右は所謂前ビン、後ピンの状態を表わす。

縦軸は、両発明に第４図に示した処理回路を適用した場
合の検出出力である。

第６−ａ図は手ブレが存在しない場合を示したもので両
発明に共通である。

この場合は前述のように安定した焦点検出がなされる。

但し従来の発明で像が受光素子列に対して傾斜している
場合はこの限りでないことは前述の通りである。

第６−ｂ図は手ブレが存在する場合の従来法の出力を示
したものである。

このように従来法においては、手ブレの影響によって焦
点面Ｆにおいて出力が一定せず変化するために、焦点整
合状態を見極めることは凡そ困難である。

第６−ｃ図は同じく本発明について示したものである。

本発明においては前述のように各素子対中の両素子は光
学的に同一場所に存在するから、焦点整合の状態では両
素子の出力差は同図の如く手ブレに拘らず常に零となり
安定した焦点検出が約束される。

尚本発明においても第６−ｃ図のように焦点面Ｆ前後で
手ブレによる出力変化が生じるが、この変化分は焦点Ｆ
に近づくに従って小さくなるので、焦点Ｆの検出に何ら
不都合を与えない。

さてここで前述したカメラに装着する電子的焦点検出装
置の満たすべき条件を振り返って考えてみる。

本発明では光路分割器及びプリズムなどの小型光学部品
で構成され、且モーターなどの駆動装置を必要としない
ので第１及び第２番目の小型軽量で消費電子が少ないと
いう条件を満足することは明らかである。

また第３番目の手ブレの問題を解決したことも前述の説
明から明らかである。

また本発明は第３図に示したように撮影レンズを通過し
た光束の一部を利用することができるので第３番目のレ
ンズ交換の条件をも満たすことができる。

更に本発明は焦点検出の原理として像のずれを用いてい
るので高感度であり、また受光素子列としてフォトダイ
オード或はフォトトランジスタのアレイを用いれば高速
応答が可能となり第５番目の条件をも満たすことができ
る。

このように本発明は従来解決されなかった種々の問題を
一挙に解決した極めて実用的なものである。

以上の説明から明らかになったように、本発明はプリズ
ムによって２個の受光素子列上に生じる像のズレ量が合
焦時に零になることを利用するものである。

この原理に類似した方法として例えば特公昭４９−７１
６１或は特開昭５０−３９５４３にみられるようにレン
ズシャツタ付３５ミリカメラに多用されている距離計連
動方式を電子化したものがあるが、これは以下に示すよ
うにいすれも本発明とは異るものである。

周知のように距離計連動方式においては撮影レンズと連
動する焦点調節用の補助光学系がつくる像のズレを用い
るものである。

前記引用特許はどちらもこの原理を電子化したものであ
り、この点においては本発明と同一であるような印象を
与える。

ところが本発明が前述のように撮影レンズを通過した光
束を用いるのに対して、前記引用特許に示される方法は
撮影レンズとは別途に設けた補助光学系を用いるもので
ある。

それ故に次に示すような難点を有している。

第１は撮影レンズの運動を補助光学系に伝達する機構が
必要なことである。

第２は前記伝達機構及び前記補助光学系における基線長
などの諸値は使用する撮影レンズの焦点距離に依存する
ためにレンズ交換の度にそれを所定の値に変換する必要
があり、前述の第４番目の条件を満たさないことである
。

第３はこの方式においては像のズレ方向が一方向に限定
されるために、例えば書物が積重なったような被写体に
対しては動作不能に陥る危険性があることである。

これに対し本発明は撮影レンズを通過した光束を用いる
ために連動機構が不要であり、且レンズ交換に際しても
何ら不都合を生じない。

更に又以下の改良の項に述べるように、方向の異なる複
数のプリズムを用いることによって、像のズレ方向を制
御することができる。

このように本発明は前記引用特許に示された方法には無
い特徴を有し、且方式面及び性能面において全く異るも
のであることが明らかである。

以上では本発明の基本的な構成を述べたが、次に述べる
ような装置、或は改良により更に性能を高めることがで
きる。

第７図は前記光路分割器９とプリズム１０ａ及び１０ｂ
を一体化することによって、小型化と製作調整との簡便
化を計ったものである。

第７−ａ図は前記プリズム１０ａ，１０ｂを光路分割器
９の各面に貼合わせた状態を示す。

これは同ｂ図のような２つのプリズムを製作してバルサ
ムなどで貼合わせてもよい。

その他ここでは図示されていないが、プリズムを一方の
光路中のみに挿入しても充分実用に耐え得る。

第８図は電子的処理回路の他の例を示したものである。

受光素子列５ａ又は５ｂとしてフォトダイオードアレイ
ａ１，ａ２，……，ａ７及びｂ１，ｂ２，……，ｂ７を
用い、各素子対の両素子を図のように結線すれば、該素
子中に発生ずる光電流は互に逆方向になるので、前記差
動増幅器１８−１，１８−２，……，１８−７が省略で
き、回路が簡略化される。

またこれまでの説明では使用する受光素子列５ａ，５ｂ
としては第５図のように直線状に等間隔に並んだものを
示したが、そのような必要はなく円形に並んだものであ
っても、マトリックス状であっても、また等間隔でなく
てもよい。

但しその場合も各素子対中の各素子は分割された２つの
像面内で光学的に同一の場所に位置しなければならない
。

また焦点整合、不整合を表示する手段としては、例えば
同加算器２０の出力の焦点而Ｆ付近の信号を第６図に示
した適当な閾値Ｖ０を有するシュミットトリガー回路で
検出し、メーター、ランプ或はＬＥＤで表示する方法が
可能である。

その他焦点Ｆ付近での信号が微小であることを利用して
、加算器２０の出力を増幅度の極めて大きい増幅器で増
幅することによって、Ｆ近辺の信号と他とを区別し表示
することも可能である。

第９図は屈折方向の異る２個のプリズムを用いて像のズ
レ方向が二方向になるように改良した例を示したもので
ある。

この場合各受光素子列５ａ，５ｂ上に生じる像は、プリ
ズム２１ａ及び２ｌｂによって水平方向にズレ、同２２
ａ及ひ２２ｂによって垂直方向にズレるので、一方のプ
リズムで検知できないような被写体（例えば積重ねられ
た書物など）でも、他方のプリズムによって検知され、
被写体に限定されるような事態が生じない。

この場合用いる受光素子列５ａ，５ｂとしてはマトリッ
クス状のものが適当である。

第１０図はリレーレンズ１１ａ，１１ｂとして円筒レン
ス２３ａ，２３ｂを用い、同レンズの軸方向が受光素子
列５ａ，５ｂの並び方向に対して垂直になるように設置
することによって性能を更に向上せしめた例を示したも
のである。

周知のように円筒レンズによる像は同レンズの軸方向に
直線状に結像するために、プリズム１０ａ，１０ｂによ
り像のズレが明確になり、検出能力を高めることができ
る。

第１１図は焦点検出と同時に露出調整をも行うことを目
的とした受光素子列の例を示したものである。

焦点検出用受光素子と露出調整用の受光素子（以下露出
用素子と称する）を別々に取付けることは空間的な面か
ら或は経済性からも好ましくないことは明白である。

この観点から本発明では焦点検出用の受光素子列と同一
の基盤上に、例えばスリガラスなどのように光を拡散す
る拡散部材をその直前に設置した露出用素子を設け、露
出調整のための測光をも同時に行なえるようにしてある
。

ここで露出用素子の直前に拡散部材を配置するのは、露
出調整のための光情報としては焦点面で結像したものよ
り拡散光の方が適するからである。

第１１−ａ図は共通の基盤２６上に円形に配列した受光
素子ａ１，ａ２，……，ａ８と露出用素子２４（斜線で
示した）を設けた例を示したものである。

同素子２４の直前には拡散部材２５が取付けられている
。

露出調整のための電気的処理は、前述の処理回路とは別
途に設けた電子回路で処理されるが、その技術は既に公
知であるのでここでは省略する。

尚図示のように同一基盤上に多くの素子を作製すること
は現在のＩＣ技術で容易になされるものである。

第１１−ｂ図は直線状に配列した焦点検出用の受光素子
列ａ１，ａ２，……，ａ５の近辺に露出用素子２４及ひ
拡散部材２５を配置した例を示したものである。

このように本発明に前記改良を加えることによって焦点
検出と露出調整のための測光が同一場所で同時になされ
、更に性能の向上が計れる。

尚ここで示した焦点検出用の受光素子の近辺に、その直
前に拡散部材を配した露出用素子を併置する技術は本発
明の焦点検出装置に限らず、他の方式を用いた焦点検出
装置に併用できることは明白である。

例えは以上に例示した従来の発明、或は受光素子列を順
次走査する類の焦点検出装置に利用して露出調整のため
の測光を同時に行うことが可能である。

以上の説明で明らかになったように、本発明は小型軽量
で消費電力が少なく、また従来の多くの発明が解決し得
なかった手ブレの問題をも解決し更に高速高感度であり
、どのような型のカメラにも装着しうるなどの特徴を有
し、極めて実用的な電子的焦点検出装置を提供するもの
である。

更に露出調整用の測光をも同時に行なうようになしたこ
とも本発明の大きな特徴である。

尚以上では述べなかったが、本発明からなる電子的焦点
検出装置にサーボアンプ及びサーボモーター等を付加す
ることによって自動焦点調節装置に発展させることが可
能なことはいうまでもない。

このように本発明は極めて実用的な特徴を多く有し光学
産業の発展に貢献するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発明を示したものである。 １……撮影レンズ、２……被写体、２４……被写体像、
スプリットプリズム、４ａ，４ｂ……受光素子。 第２図は受光素子列に結像した像と素子の関係を示した
ものである。 ５ａ，５ｂは各々ａ１，ａ２……，ａ７及ひｂ１，ｂ２
，……，ｂ７からなる受光素子列である。 第３図は本発明の一実施例を示したものである。 ６……フィルム、７……クィックリターンミラー、８…
…ミラー、９……光路分割器、１０ａ，１０ｂ……プリ
ズム、１１ａ，１１ｂ……リレーレンズ、１２……焦点
板、１３……コンデンサーレンス、１４……ペンタプリ
ズム、１５……ルーペ、１６……眼。 第４図は電子的処理回路を示したものである。 １８−１．１８−２，……，１８−１……差動増幅器、
１９−１．１９−２，……，１９−１……絶対値回路、
２０……加算器。 第５図は本発明における受光素子列５ａ，ｓｂと前記光
路分割器９によって得られた像１７ａ，１７ｂの関係を
示したものである。 ａは焦点不整合、ｂは焦点整合、の状態を示し、ｃ，ｄ
は傾斜像の場合の焦点整合及び不整合の状態を示す。 第６図は加算器２０の出力を示したもので、ａは従来の
発明及び本発明について手ブレがない場合の両者の出力
であり、ｂは手ブレが存在する場合の従来の発明による
信号であり、Ｃは同じく本発明のそれを示したものであ
る。 Ｆ……焦点、Ｖｏ……シュミットトリガー回路の閾値。 第γ図は光路分割器９とプリズム１０ａ，１０ｂを一体
化した例を示したものである。 ａは両者をはりつけたものであり、ｂは単体で作製した
ものである。 第８図は電子的処理回路の他の例を示したものである。 第９図は複数のプリズムを用いて方向性をなくした例を
示したものである。 第１０図は円筒レンズ２３ａ，２３ｂを用いて性能の向
上を５１つた例を示したものである。 第１１図は焦点検出用受光素子列ａ１，ａ２＋……，ａ
Ｂと同一基盤２６上に露出用素子２４及ひ拡散部材２５
を設置した例を示したものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 撮影光学系中に設置された光路分割器と、該光路分
   割器によって得られる複数の光路中の夫々にあってフイ
   ルム面と等価の位置に配置されたスペリソトプリズムの
   ような屈折用光学部材と、該屈折用光学部材の夫々の後
   にあって合焦時にのみ上記屈折用光学部材によって結像
   された像が同じ位置で受光するように配置された受光素
   子列と、夫々の受光素子列からの出力を比較する信号処
   理回路とからなる電子的焦点検出装置。