JPS58221817A - 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】 本発明はカメラ、顕微鏡、高密度光学的記録再生装置等
における合焦検出装置に関するものである。

合焦検出装置としては従来多くの方式の装置が提案され
ている。これらの方式は大きく分けて２つに、すなわち
ボケ像検出方式の像の横ずれ量を検出する方式とに分類
することができる。

ボケ像方式は、強度分布が急激に変化する物体に対し検
出精度が高く、−眼レフカメラのようにＴＴＬ方式によ
る合焦検出を行なう場合に種々のＦナンバーのレンズに
対して、ケラレを生ずるととなく正確な合焦検出が可能
となり、したがってレンズ交換をする場合にも合焦検出
の課長が生じないという長所がある。

一方橿ずれ方式は、コントラストのなだらかな被写体に
ついても、正確な合焦検出が可能となると共に極端にボ
ケた時でもレンズ駆動方向がわかるという長所がある。

しかしながら、ボケ検出方式の場合。極端にボケた時評
価関数値がなだらかとなって、焦点外れの方向が正確に
検出できず、したがってレンズ駆動方向がわからないと
共に強度分布がなだらかな被写体、例えば人の顔の一部
分では合焦近傍においても計測関数値が小さくなり、か
つボケに対する変化が少くなるので正確な合焦検出がで
きなくなるという欠点がある。

また、横ずれ検出方式では、ＴＴＬ方式による合焦検出
を行なう場合、絞りが小さくなり、有効Ｆナンバが大き
くなると受光素子列上に入射する光がケラして検出精度
が悪くなり、特に低コントラスｔの被写体では大きく低
下するという欠点がある。

いずれにせよ、どちらか一方の方式だけでは上記の欠点
をカバーしきれない領域が存在するので、ボケ像検出方
式と横ずれ検出方式とを併用した合焦検出装置が提案さ
れている。このように被写体の同一個所の情報を用い、
橿ずれとボケ像を検出しようとすると、光路を８分割す
る必要がある。

このために、第１およびａ！２の光路分剛面と反射面と
を互いに等間隔に配置した光路分割プリズムを用いるこ
とは既に提案されている。しかし、従来の光路分割プリ
ズムでは、入射光束の一部が第２の光路分割面によって
ケラしてしまい、入射光束の全てを利用できない欠点が
ある。このような欠点を除去するために、第２の光路分
別面をプリズムの厚さ金体に亘って形成しないで第２光
路分割面の一部を透明にすることにより全ての光束を利
用しようとすると、光路分割プリズムの加工が、きわめ
て困雑となる欠点がある。また、第１の光許容し得ない
堪度に大きくなってしまい、正確な合焦検出はできなく
なる。

またこのような問題はボケ像方式と横ずれ方式とを併用
した合焦検出装置だけでなく、予定焦平面およびその前
後に配置した８つの受光素子列の出力を処理してボケ像
方式により合焦状態を検出するようにした装置などにお
いても生ずるものである。

第１図はボケ像検出方式と橿ずれ検出方式を併用した場
合の受光素子列の位置関係の一例を示す線図である０撮
影したレンズ１によりピントの合った像を形成すべき面
、例えばフィルム面と女役な面（以下予定焦平面と云う
）の前後にＩ！１のボケ像検出用受光素子列２と１４２
のボケ像検出用受光素子列８を配置すると供に！！８の
橿ずれ検出用受光素子列４を予定焦平面に配置する。す
なわち第１図はピケ像検出方式では常套手段として用し
）られる予定焦平面の前後に光学的に等距ＴＩＩ！＋ｄ
の位置に受光素子列２．δを配置する方法におＩ／）で
、横ずれ検出用の受光素子列４を予定焦平面に配置する
ものであるなお、この場合の槓ずれ検出方式は、例えば
特開昭５４−１５９２５９号公報に開示されている対物
レンズの射出論像を微４・レンズアレイの各々により１
対の受光素子上に形成する方式（ＴＯＬ方式）や、本願
人の出願に々る特願昭６６−１５９２１８号において述
べてしＡる微１３１臨界角プリズムアレイを用いる方法
などを用し）ることができる。例えば微小レンズアレイ
を用し）る場合には微小レンズアレイを予定焦平面に配
置するので受光素子列は予定焦平面よりもやや後方へ配
置されることになる。また、微小臨界角プリズムアレイ
を用い゛る場合には、受光素子列を予定焦平面に配置す
るのが好適であるが、このことは必らずしも必要でなく
、受光素子列は予定焦平面の近傍に配置されていればよ
い。したがって、第１図に示した例では、横ずれ検出は
臨１角プリズムアレイを利用して行なうものとする。こ
のように受光素子列２．８および４を配置すれば、理論
的にはｄヶ像検出で合焦となれば横ずれ法でも合焦とな
る。このような受光素子列の配置を光学的に実現する従
来の合焦検出装置の一例を第２図に示す。

入射光束１０はプリズムを以って構成した光路分割光学
素子１１の＃！１および第８の光路分割面１２．１８と
全反射面１４とに裏って８分割蔓れ、ゴナ像検出受光素
子列２，８に投影されるとともに、微小レンズアレイや
臨界角プリズムアレイのような槓すらし用光学系１５を
経て槓ずれ検出受光素子列番に投影される。これらの受
光素子列２および４は共通の基板１６上に同一平面に形
成されている。上述しダように、受光素子列の間隔ｄＭ
はボケ像の光路差ｄの＋とな？ている。従ってボケ像の
光路差ｄが決まれば第２の光路分割面１８の位置が決定
してしまう。今、受光素子列δに到達すべき光束１７．
１７’と１８　、１８’を考えると、狭い光束１７・１
７′は、受光素子列８に到達することができるが、広い
光束１８　、１８’は第２の光路分割面１δのエッヂ１
ｇによってケラしてしまう。すなわち、入射光束の全光
束が利用できず、しかもボケ像の対をなしている受光素
子列２・８に入射する光束にアンバランスを生じる。こ
のような欠点を改善する方法として、第８図に示すよう
に第２の光路分割面１３の一部を欠いて光束１８を通過
させることも考えられるが、このような光路分割面を製
作することは、工作上非常に困難となり、高価となって
しまう。

本発明の目的は上記の諸々の欠点を解消し、光路を８分
割して８つの受光素子列に導く際、これら受光素子列の
相対的な光学配置を変えることなく、各受光素子列に入
射する光束がナラシないようにし、広いデフォーカス領
域で高精度に合焦検出を行なうことができ、しかも製作
が容易な合焦検出装！を提供せんとするものである。

本発明は物体像を形成する光学系より射出される光束の
少なく共一部をｍｉ！ｌおよび第２の光路分割面および
反射面を具える光路分割光学系により８分割して同一平
面上に設けた第１％第２および第δの受光素子列上に投
影し、これら受光素子列からの画像情報を処理して物体
像の合焦状態を検出する合焦検出装置において、前記１
１！１および男２の受光素子列の中間にあるａ！！３の
受光素子列と、この第６の受光素子列に光束を導＜Ｉ！
２の光路分割面とを入射光束より遠ざかる方向にずらす
と共に、これらの間に光路補正用光学部材を挿入して前
記第８の受光素子列と第１の受光素子列との光路差と、
第８の受光素子列と第２の受光素子列との光路差とが所
定の関係となるように！Ｒ成したことを特徴とするもの
である。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第番図は本発明の合焦検出装置の一例の構成を示すＳ図
である。

プリズムを以って構成した光路分割光学素子２１の底面
に対してθなる傾斜角を以って第１および第８の光路分
割面８８・２８と全反射面２４を互いに平行に設ける。

共通の基板ｚ器上にボケ像検出用受光素子列！６．２７
を光路差ｄを以って配設し、その中間にａ−＞　＋　ｄ
となるように槓ずれ検出用受光素子列２８を受光素子列
２６゜２フと同一平面上に配設する。本発明においては
、ｌ！２の光路分割面２８を、１ｓｌの光路分割面２２
と反射面２４との中央に配置しないで、入射光束より遠
ざかる方向に平行に移動させて配置する。

したがって中央の受光素子列ｊ！８は受光素子列２６お
よび２フの中央に位置せず、受光素子列ｚ７の方に接近
することになる。また受光素子列２８の前方には横すら
し用光学系、例えば微小臨界角プリズム２９を配設する
。

このようにＩ！！２光路分割面２８および受光素子列２
８をずらして配置した場合でも、３つの受光素子列２７
．２８．２９の光学的配置が第１図に示したようになる
ようにするために、光路補正用の光学部材８０を横ずれ
検出用受光素子列２８と第２光路分割面２８０間に挿入
する。

上述したように構成することにより入射光束８１　、８
１’は大きい開口角を有する光束となり、第２光路分割
面２３によってナラ゛しることなく、はぼ完全に受光素
子列２７に達することができる０第４図において、光路
補正用の光学部材８０の屈折率′をｎ、厚さをｔｏ、光
路分割用プリズム２１の屈折率をｎとすると、横ずれ検
出用受光素子列２８がざケ像検出用受光素子列２６，２
フのちょうど中央、すなわち予定焦平面に位置するため
の関係は次のようになる。

ｄｌ；−＋ｄ＋（４署ｈ）（ｎ−１）ｔｏ・−・−・・
−（１）特にθ嵩４５°では ”Ｍ）ｅ−４３゜−＋６　＋　（ｎ　−１）ｔｏ　、　
　＝・・＝・−（２）となる。ただし橿ずれ検出用受光
素子２８および横ずらし用光学業子２９に、実効的な光
学材料（厚さｔ□、屈折Ｉｎｎ）が存在する場合には、
こ（７）Ｒ（’）式（１）ノｔ　　ヲｔ’　トｔル、！
−ｔ５−　ｔ０＋ｔ１トｔ０　　　　０ れＳ　よい。

式（１）　、　（２）から明らかなように厚さｔｏを有
する光路分割光学素子３０を挿入することにより、基板
２５上におけるδつの受光素子列の位置関係がｄ誓＞４
ｄとなる場合でも、これらの受光素子の光学的配置を所
定のものとすることができる。

第６図は本発明の合焦検出装置の一例の全体の構成を示
す線図である。説明を簡明にするため第４図と同一部分
には同一の符号を付す。第４図に示す光路分割素子２１
を光路分割素子受台８８に着脱自在に装着し、受台８８
の空間内部の底面に基板２５を取り付ける。受台８８は
不透明な材料で造り、受光素子列への外部からの散乱光
の入射を防止する。

第６図は本発明の合焦検出装置のマイクロコンビエータ
を用いた場合の電気系ブロック図である。

撮影レンズ４１からの光束を、光電変換！Ｆ［Ｓ＋ｊｌ
において上述した光路分割光学素子を介して受光素子列
へ入射させ、これら受光素子列の出力をＡ／Ｄ変換器４
３に二りデジタル信号とし、これをマイクロコンピュー
タ４４に供給する。−ｒイク’ａコンピュータ４４はこ
のデジタル信号を比ｖ２演算し、その比較結果に基いて
合焦、前ビン、後ビンの各状態を判定してその結果を表
示装＠４６に表示式せると共に、デフォーカス状態にお
いてはモータ４５をデフォーカス方間に応じて駆動せし
め、レンズ４１を自動的に合焦位置に設定することがで
きるう なお、本発明は上述の例にのみ限定されるものではなく
幾多の変形や変更が可能である。例えば上述した実施例
ではボケ像検出と構ずれ検出を併用したが、ボケ像検出
のみを行なうこともできる。

すなわち特開昭５７−２３９１１号公報に開示されてい
るように、光路を３分割し、予定焦平面およびその前後
等間隔に配置されている３つの受光素子列に入射させ、
これら８つの受光素子列の出力をボケ像検出方式に基づ
いて処理して合焦検出を行なうこともできる。また上述
した実施例では第８の受光素子列を予定焦平面に配置し
たが、微小レンズアレイを横ずらし用光学素子として用
しする場合のように、微小レンズアレイが予定焦平面と
なるように配置することもできる。すなわち、光路補正
用部材を適切に構成することにより８つの受光素子列の
光学的位１１関係を任意予定のちのとすることができる
。

以上述べたように本発明は光路を８分割する光路分割光
学系を介し同一平面上の受光素子列に導く方法において
、第８の受光素子列の光学的位置を第１．第２の受光素
子列に対して所定の関係に保ったｔま第８の受光素子列
と、第８の受光素子列に光束を導く第２の光路分割面と
を入射光束から遠去かる方向にシフトすることによって
、Ｍｌ　　　。

および第２の光路分割面の間隔をより長くし、冬受光素
子列にケラレることなしに、より広い開口　　角で光束
を入射でき、しかも再２の光路分割面はプリズムの厚さ
全体に亘って延在させることができるのでその製作は容
易となるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は合焦検出装置において、ボケ像検出方式と横ず
れ検出方式を併用した場合の受光素子列の光学的位置関
係を示すＲ図、 第２図は上記の受光菓子の配置を光学的に実現する従来
の合焦検出装置の例を示す線図、第８図は第２図に示す
第２の光路分割面の一部を欠いた従来の光路分割プリズ
ムを用いた合焦検出装置を示す線図、 第４図は本発明の合焦検出装置の光路分割プリズムの一
例の＊Ｆ！ｃを示す線図、 第５図は本発明の合焦検出装置の全体の構成を示すＩ！
Ｊ図、 第６図は本発明の合焦検出装置の電気系のブロック図で
ある◇ ２１・・・光路分割光学素子 ２２・２δ・・・第１、ｊｌ！！光路分割面２　４　−
・・全反射面 ２６・・・受光素子基板 Ｂ６．２７・・・ボケ像検出用受光素子列２８・・・横
ずれ検出用受光素子列 ２９・・・横ずらし用光学系 ３０・・・光路補正用光学部材 δ】、δ１’．８ｇ・・・入射光束 ４１・・・撮影レンズ ４２・・・光電変換部 ４８・・・Ａ／Ｄ変換器 ４４・・・マイクロコンピュータ ４５・・・モータ ４６−・・表示装置 第１図 第２図 ０ 第３図 ０ 第４図 第５図 第６図 手続補正書 昭和５８年６月２１日 １、事件の表示 昭和５７年　特許　動用１０３８８５号２発明の名称 合焦検出装置 よ補正をする者 事件との関係　特許出願人 （Ｏｒ？、）　　オリンパス光学工業株式会社瓢 ６補正の対ｌ　　明細書の発明の詳細な説明の欄、およ
び図面、７．補正の内容（別紙の遥り） Ｌ明細書第８頁第７行の「方式の像」を「方式と像」に
訂正し、 同頁第２０行の「ボナ検出方式の場合。」を「ボケ像検
出方式では、」に訂正する。 ２、同第６頁第８行の「撮影したレンズ」を「撮影レン
ズ」に訂正し、 同頁第１０行の「＋ｄ」を「＋Ｄ」に訂正し、同頁第１
８行の「するものである」の後に句点「口」を加入する
。 ８−同第７頁第５〜ｌｏ行を下記の通りに訂正すも「平
面に配置するのが好適である。以下、横ずれ検出は臨界
角プリズムアレイを利用した場合を例にとって説明する
。受光素子列２．８および４を等間隔に配置すれば、理
論的」 表同第８頁第１〜Ｓ行を下記の通りに訂・正する。 「光素子列４に投影される。こｎらの受光素子列２・δ
および４は共通の基板１６上に同一平面に形成されてい
る。なお、ここでは説明を簡単にするために、光路分割
面１２，１δおよび全反射面１４は受光素子列２．８お
よび４の配列面に対して４５°の角度を成しているもの
とする。上述したように、受光素子列の間！４　ｄＭは
屈折ｉｎの媒質中のボケ像の光路差ｄ　（−ｎＤ、この
光路差ｄは、光路分割面１２．１３および全反射面１４
が４５°の場合は、受光素子列２・δの間隔と等しくな
る。）の十となっている。従ってボケ像の光路差りが決
まれば第２の光路分割面１３」 ５、同第１０頁第８行の「光路差ｄＪｆｒ光路差ＤＪに
訂正し、 同頁第２０行の「２８」を「２３」に訂正するっ６、同
第１１頁第６〜７行を下記の通りに訂正する。 「上述したように構成することにより大きい開口角を有
する入射光束３１　、３１’でも」同頁第２０行の「受
光素子２Ｓ」を「受光素子列２８」に訂正するロ フ、同第１８頁第１４行の「構ずｎ」を「横ずｎ」に訂
正する。 ８、図面中筒１図を別紙訂正図の通りに訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　物体像を形成する光学系より射出這れる光束の少な
   く共一部を第１および＃！２の光路分別面および反射面
   を具える光路分割光学系により８分割して同一平面上に
   設けた第１１第２および第８の受光素子列上に投影し、
   これら受光素子列からの画像情報を処理して物体像の合
   焦状態を検出する合焦検出装置において、前記第１およ
   びＷＩ２の受光素子列の中間にある第８の受光素子列と
   、この第８の受光素子列に光束を導く第２の光路分割面
   とを入射光束より遠ざかる方向にずらすと共に、これら
   の間に光路補正用光学部材を挿入して前記第８の受光素
   子列と第１の受光素子列との光路差と、第８の受光素子
   列と第２の受光素子列との光路差とが所定の関係となる
   ように構成したことを特徴とする合焦検出装置。 １　前記光路分割光学系を屈折ｉｎのプリズムを以って
   構成し、前記同一平面上の第１１第２の受光素子列の間
   隔をｄ、前記第１および第２の光路分割面および反射面
   の傾き角をθ、前記光路補正用光学部材の尾さをｔｏ、
   その屈折率を前記光路分割光学系と同じｎとするとき、
   前記同一平面上の第１、第３の受光素子列ｌ′ｌ！ｌｌ
   隔（１，が ５ｉｎｔθ ｄ、９−→”（１＋ｃＯ５Ｎ？　）（ｎ−１）ｔ。 なる関係となるように、第３の受光素子列を配置して前
   記２つの光路差が等しくなるように１１或したことを特
   徴とする特許請求の＠弓第１項に記載の合焦検出装置。 ＆　前記第１、第２の受光素子列からの画像情報を演算
   処理して物体像のボテの程度を検出し、第８の受光素子
   列からの画像情報を演算処理して物体像の横ずれ量を検
   出して物体像の正確な合焦状態を判定するようｔＳａし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の合焦検出装置。