JPS5891410A - 撮像装置の合焦方法 - 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】 次元固体撮像装置により光電変換するようにした撮像装
置において、前記像を二次元固体撮像装置上に合焦状態
で結像させる自動合焦方法に関するものである。

従来、テレビカメラやスチールカメラにおいて、撮影レ
ンズにより形成される像を自動的に撮像装置の受光面や
フィルム面上に位置させるようにした自動合焦方法は既
知である。例えばテレビカメラにおいて、撮影レンズか
らの光束の一部を撮像管受光面と共役な位曹において受
光素子で検出し、像のボｉ具合いから焦点外れ信号を検
出し、この信号に基づいて撮影レンズをその光軸方向に
駆動するモータを付勢して焦点の合った像が常に撮像管
の受光面上に形成される屯うにしたものが知られている
。また、ほぼ同様の機構により撮影レンズを移動させて
ピントの合った像をフィルム面上に形成するようにした
スチールカメラも既知である。しかし、このような撮像
装置においては、大きくて富い撮影レンズをモータ等に
より光軸方向に駆動するため、駆動系が大掛りになると
共に高連移動も困姓であった。特にテレビカメラにおい
ては撮影レンズが大きく重量も歇くなるので上述した欠
点は特に顕著に現われ、迅速なピント合せが困難となる
欠点がある。このような欠点は撮影レンズを手動で操作
する場合にも生ずるものである。

最升に到り、半導体技術の進歩に伴ない０（３Ｄ　。

ＢＢＤＩ／）ような二次元固体撮像装置を用いたテレビ
カメラが開発され、さらには二次元固体撮像装置を用い
たスチールカメラも提案されている。

本発明はこの二次元撮像装置が非常に小形、軽−である
点に層目し、従来のように撮影レンズを駆動する代りに
二次元撮像装置を駆動する方が非常に有利になるという
事実に基づいて為したものである。

本発明の目的は、二次元固体撮像装置を有する撮像装置
において、非常に簡単な駆動系によって迅速に合焦状態
を得ることができる自動合焦方法を提供しようとするも
め−である。

本発明は、撮影レンズにより結像される像を光において
、前記撮影レンズを固定し、前記二次元固体撮像装置を
焦点ずれに応じて撮影レンズの光軸方向に変位させて焦
点調節を行なう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１図は本発明の自動合焦方法を実施する装置の基本的
構成を示す線図である。撮影レンズｌにより被写体−の
像を二次元固体撮像装置３上に投影する。二次元固体撮
像装置３は光軸ｌに沿って駆動装置ｊにより駆動できる
ようになっている。

固体撮像装置３の出力映像信号を適切に処理し、電子ビ
ューファインダを上に被写体像を表示するようになって
いる。本発明においては、この電子ビューファインダぶ
上に表示される被写体像を輯２゜察しながら手動により
駆動系ｊを操作し、二次元固体撮像装＠Ｊを光軸ダに沿
って移動させ、ピントの合った像が電子ビューファイン
ダを上に表示されるようにすることによって二次固体撮
像装置３上に被写体コのピントの合っ−た像を形成する
ことができる。さらに自動的に合焦を行なうこともでき
、この場合には二次元固体撮像装ｗ３の出力映像信号の
少なく共一部を合焦検出回路７に供給し、焦点ずれに応
じた信号を作り、これを駆動系Ｓに供給し、二次元固体
撮像装置３を自動的に合焦位置に駆動することができる
。本発明は小形で＠量の二次元固体撮像装ｗ３を駆動す
るものであるから駆動系ｊは通常のモータだけでなく、
ボイスコイルやリニアモータなどの高速動作可能なもの
を使用することができるのできわめて高速の自動合焦が
可能となる。さらに撮影レンズｌを移動する従来のもの
に比べて二次元固体撮像装置３を移動する場合には移動
量は小さくて足りるのでざらに高速の合焦動作が可能と
なると共に駆動系もさらに簡単かつ小形となる。また合
焦検出装置７も檀々の形式のものがあるが、合焦近傍で
は像の尚周波成分が大きくなることを利用し、二次元固
体撮像装置３の出力映像信号を周波数−電圧変換回路に
供給して焦点ずれに応じた信号を作り、これを躯剛糸Ｓ
に供給することができる。この場合合焦位置になったと
きに駆動信号がなくなるようにすればよい。

第２図および第３図は本発明による合焦方法を実施する
装置の一例を示す線図であ−る。本例においては焦点外
れを検出するための受光素子を二次元固体撮像装置と一
体に形成することにより構成をさらに簡単化したもので
ある。すなわち撮影レンズｌによる被写体−の像を二次
元固体撮像装置ｌＯで受光するようにすると共に第２図
に平向図で示すように、この二次元固体撮影装置の基板
／／上に合焦検出用の二列の受光素子列／２　、　／Ｊ
を一体に形成する。これら受光素子列／Ｊ　、　／Ｊの
前方には光路分割プリズム１４！を配置し、受光素子列
／２　、　／３が予定焦平面のそれぞれ前後に位置する
ようにする。

この場合、二次元固体撮像装置１０に対する焦点位置を
調整するために光路長補正板ｔｘ　ｔ−固体撮像装置１
０の上に設けである。焦点ずれの検出は、受光素子列／
２　、　／Ｊの出力信号を所定の関数にしたがって演算
を行なって評価値を求め、これにより焦点ずれの大きさ
および方向に応じた振幅および極性を有する焦点外れ信
号を作ることができる。この焦点外れ信号によって二次
元固体撮像装＠　１０および受光素子列／λ、／３を一
体に形成した基板１０を光軸方向に移動させることによ
り合焦状態を得ることができる。

第ｑ図は本発明の合焦方法を実施する装置の他の例を示
すものである。本例では撮影レンズｌを６過する被写体
−からの光の少なく共一部を７１−７ミラーＩにより反
射させ、ペンタプリズム〃を介して肉眼ｎにより観察で
きるようにすると共にハーフミラ−〃を透過した光を二
次元固体撮像装置Ｂおよびこれと同一の基板２１に形成
した合焦検出用の一対の受光素子列Ｂ、２６に入射させ
るようにする。第３図に示すように二次元固体撮像装置
Ｂの基板２１に受光素子列Ｂ、Ｍが一体に形成されてお
り、またこの基板２１の前面には光路長補正板１が設け
られている。この光路長補正板ｌは、第１受光素子列Ｂ
の前方での厚さが二次元固体撮像装置ＩＢの前方での厚
さよりも厚くなっていると共に第１受光素子列スの前方
には存在していないようなものである。このような光路
長補正板１を用いることにより二次元固体撮像装置ｎが
合焦位置となるとき、第１および第１受光素子Ｂおよび
ムは合焦面に対して僅かに前方および後方に位置するよ
うになる。

本例においては第１および第２の受光素子列Ｂ−スの出
力を固体撮像装置ｎの移動方向に応じて切換えられるス
イッチｄおよびバイパスフィルタ〃を経て周波数−電圧
変換回路１に供給する。受光素子列の出力映像信号中に
含まれる高周波成分撤と焦点状態との関係は第６図に示
すように合焦位置において高周波成分量は最大となり、
合焦位置からずれるのに伴なって減少する。したがって
周波数−電圧変換回路３０の出力をピーク検出回路３１
に供給し、出力のピーク値を検出することにより合焦状
態を判定することができる。ピーク値検出回路３１はピ
ークホールド回路３２とコンパレータ３３を有しており
、周波数−電圧変換回路３０の出力が増大して行き、ピ
ークに達した後に減少する瞬時にコンパレータ３３から
合焦信号が出力されるようになる。この合焦信号を二次
元固体撮像装置２？の駆動系３１に供給して固体撮像装
置ｎの移動を停止させるようにする。この場合、ピーク
検出回路３／から合焦信号が出力されるのは実際のピー
ク値、すなわち合焦位置を過ぎたところであると共に駆
動系３１も幾分かの応答遅れがあるので、もし受光素子
列Ｘ、Ｘを固体撮像装ｆｌｌ１２？と同一平面に配置す
ると、合焦位置を若干通り過ぎてから固体撮像ｂｔｕは
停止することになり、ピントのぼけた像となってしまう
。このような欠点を除くためには受光−子列Ｂ、ムを光
軸方向に固体撮像装置の前後にすらして配置すればよい
が、このような構成とすることは非常に面倒となる。こ
れに対し本実施例では上述したような光路長補正板１を
設けることにより受光素子列」、ムを二次元固体撮像装
置ｎと同一の基板２ダの同一平面内に形成することがで
きるので、撮像装置の製造は非常に容易となる。

本実施例では、二次元固体撮像装置２７ｔ＆方向に移動
するときは第１受光素子列Ｂの出力をスイッチコにより
取入れ、この出力に基づいて合焦位置が検出されたとき
に固体撮像装置の移動を停止するようにすれば、上述し
た時間遅れのために、固体撮像装置上にピントの合った
像が形成されることになる。したがって受光素子列Ｂ、
にと固体撮像装置Ｂとの光軸方向のずれの大きさΔは、
上述した時間遅れを考慮して決定すれはよい。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、畿
多の変形、変更が可能である。例えば自動合焦な行なう
場合、合焦検出用の受光素子列は必らずしも二次元固体
撮像装置と一体にＩＩＩＥする必要はなく、例えばハー
フミラ−によって撮影レンズからの光束の一部を反射さ
せ、この反射光を受光する位置に合焦検出用受光素子列
を配置することもできる。このような場合にはこの受光
素子列を二次元固体撮像装置と連動して光軸方向に移動
させるようにすればよい。また合焦検出方法は上述した
高周波成分検出法やコントラスト検出法に限られるもの
ではなく、像の横ずれ検出法などを用いることもできる
。さらに上述した例では合焦検出用受光素子は撮影レン
ズからの光を受光すイ、紅うに配置したが、第７図に示
すように、撮影レンズｌによる被写体−の像を二次元固
体撮像装ｍｅに投１するようにし、別に合焦検出用光学
系を設け、そのレンズ４１／により被写体鴨の像を受光
素子列グ３に入射させ、この受光素子列の出力信号配合
焦検出回路杯で処理して焦点ずれに応じた信号を作り、
これによって駆動系ａＳを動作させ、二次元固体＠像装
置１１功を撮影レンズｌの光軸方向に移動させると共に
合焦検出用レンズｑまたは受光素子列１３をレンズダｌ
の光軸方向に移動させるようにすることもできる。

上述したように本発明の合焦方法においては小形かつ軽
皺の二次元固体撮像装置を移動させるようにしたから、
その駆動系は非常に簡単となると共に迅鼓な合焦が可能
となる。特に自動合焦を行なう場合には駆動糸が小形と
なり撮像装置全体を小形、４１１１１−とすることがで
きる。また合焦検出用の受光素子を二次元固体撮像装置
と一体に構成する場合には固体撮像装置の鋲造が容易に
なると共に合焦検出用の光学系を移動させるための別個
の駆動手段が必要でなくなる利点も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の合焦方法を実施する装置の基本的構成
を示す図、 第２図は本発明方法を実施する装置の一例の構成を示す
図、 第３ＦｇＪは同じくその一部分を示す図、第参図は本発
明方法を実施する装置の他の例を示す図、 第５図は同じくその一部分を示す図、 第を図は同じくその動作を説明するための図、第７図は
本発明方法を実施する装置のさらに他の例を示す図であ
るＯ ｌ・・・撮影レンズ・コ・・・被写−１Ｊ、１０，１３
．侵・・・二次元固体撮像装置、！、３ギ、　ｙｓ・・
・駆動系、≦・・・ｍ子ビューファインダ、７＃鐸・・
・合焦検出回路、ｌ／　、　２ダ・・・基板、／２　ａ
　／Ｊ　ｅ　”　ｅム、Ｑ・・・合焦検出用受光素子列
％　４　＃　／Ｉ　ｅ　１・・・光路長補正板。 第１図 第２図 第３図 第４図 ７″ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ｗａＴ＃レンズにより結像される像を光電変換する二
   次元固体撮像装置を有する撮像装置において、前記撮影
   レンズを固定し、前記二次元固体撮像装置を、焦点ずれ
   に応じて撮影レンズの光軸方向に変位させて焦点調節を
   行なうことを特徴とするｍ像装置の合焦方法。 ２　前記焦点ずれを自動的に検出し、この検出した焦点
   ずれに応じて二次元固体撮像装置の駆動系を動作させ、
   自動的に合焦を行なうことを特徴とする特許請求の範囲
   ｌ記載の撮像装−の合焦方法。 器　受光部を、前記二次元固体撮像装置と一体に榊成し
   た合焦、検出装置によって前記焦点ずれを検出すること
   を特徴とする特許請求の範囲２紀載の撮倫装ｊｌの合焦
   方法０