JPS5922027A - 光学的結像装置 - 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】 本発明は被写体成分の周波数より低い周波数で被写体を
サンプルする光学装置あるいは光学系用のアンチ・エイ
リアシング・フィルタ（ａｎｔトａｌｌａｌＩｌｎｇ　
ｆｌｌｔｅｒｓ　）に関し、特に−眼レフカメラに用い
られる結像装置用自動焦点装置に関する。

−眼レフカメラに於て、手動による焦点合せの誤差を減
少或いは除去する自動焦点合せ装置の出現が望まれてき
た。この装置の一例は、ＴＴＬ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈ
ｅ−１ｅｎｓ　）式自動焦点装置である。この装置に於
て、反射鏡の中心部は光を部分的に通過させ、このため
接眼レンズに通常は結像される光の一部は該反射鏡を透
過して第２の反射鏡で反射され、カメラの底部に設けら
れた焦点感知装置に入射する。この焦点感知装置は影像
面を三等分するマイクロレンズ列、その下に配された検
出素子対列、検出素子の信号をサンプルする電荷結合素
子、及び最適の焦点位置を決定する電子回路網とから構
成されている。

各マイクロ・レンズはカメラ・レンズの射出瞳の影像を
一対の半円形感知素子上に投影し、このため各感知素子
は射出瞳と被写体の差の位置を検出する。感知素子対の
列は電気的にサンプルされ、右側の検出素子からの信号
は対応する左側の感知素子からの信号と比較される。カ
メラが合焦点状態のとき、対応する感知素子対で集めら
れた信号は等しい。非合焦点時には両信号は一致せず、
偏差を生じる。焦点誤差の程度と方向は焦点感知装置の
底部にあるマイクロコンピュータによって、影像信号の
偏差に基いて決定される。

このＴＴＬ式自動焦点感知装−は、感知素子対上に結像
する被写体の空間周波数が感知素子自身の空間周波数よ
り高くなければ、適切に機能する。

この場合、対応する感知素子対から得られた信号は最適
合焦点時にも一致せず、従ってエイリアシングの原因と
なり、光学系が最良の合焦点に達することを不能にする
。

理想的には、エイリアシングの問題はカメラの射出瞳に
フィルタを置き、レンズ分解能を感知素子の空間周波数
以下に減少させ、従ってあいまいさを引き起す高周波被
写体成分を取り除くことによって解決できるであろう。

しかしながら、射出瞳の位置あるいはレンズと反射鏡と
の間にフィルタを置くことは実用的でない。なぜなら、
それは影像を歪ませ、かつフィルムや接眼レンズへの光
量を減少させることになるからである。

従って本発明の目的は焦点感知装置におけるエイリアシ
ングの問題を取り除き、かつレンズの射出瞳以外の位置
に配置することができる改良されたフィルタを具備する
焦点感知装置を提供することにある。

上述ならびにその他の本発明の目的は撮影レンズと焦点
感知装置との間にスケールド・ランダム・フェイズ１フ
イルタ（５ｃａｌｅｄ　ｒａｎｄｏｍ　ｐｈａｓｅｆｉ
ｌｔｅｒ　）を配置することによって達成される。

一実施例においては、このフィルタは反射鏡とマイクロ
・レンズ・アレイとの間に配置されたサヤナギ・フィル
タ（Ｓａｙａｎａｇｉ　ｆｉｌｔｅｒ　）のスケールド
・ホログラムを包含する。サヤナギ・フィルりは米国特
許第２９５９１０５号に開示されている。

通常のサヤナギ・フィルタは１波長半の光路長差を導く
小さな環状ランダム透明素子でカバーされた透明板から
成る。ランダム素子の寸法と分布は、所望のカット・オ
フ周波数、すなわち感知素子の空間周波数に関係する。

射出瞳の理論的に正確な位置から反射鏡の後方にフィル
タを移すと、適切な寸法に縮小拡大された即ちスケール
ドされたフィルタのホログラムが創り出される。

スケールド・ホログラフィック・サヤナギ・フィルタは
、エイリアシング問題に対する良好な解決を与える。し
かしながら、マイクロ・レンズと感知素子アレイは直線
的に配置されるから、環状素子よりもストライプを用い
たフィルタ、すなわち感知素子アレイと同じメリダン（
ｍｅｒｉｄａｎ　）に等価なランダム化効果を提供する
フィルタが用いられる。これは価格も安い。ストライプ
の空間周波数と深さは、付加的なエイリアシング問題を
起すかもしれない明確に輪郭をつけられた回折の高次項
を阻止するために、フィルタ穴を横切って変化、すなわ
ちチャーブト（ｃｈｉｒｐｅｄ　）させられる。

以下図面を８照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の概要図で、第１Ａ図は焦点外れ状態を
、第１Ｂ図は合焦点状態を夫々示す。第１図に示す本発
明装置は光学的イメージ素子即ちレンズ２０、スケール
ド・ランダム・フェイズ・フィルタ（５ｅａｌｅｄ　ｒ
ａｎｄｏｍ　ｐｈａｓｅ　ｆｉｌｔｅｒ　）　２１　ｓ
位置付は用フィードバック信号２４を発生する電子式信
号処理装置２８を有する焦点感知装置２２、及びモータ
式焦点調整装置２３を具備する。

図示の光学系は被写体２５を焦点面即ちフィルム面２６
上に結像させる。被写体２５からの光線は、光学系の光
学素子２０によって点２７に焦点を結ぶ。第１Ｂ図の如
く合焦点状態に於ては、焦点２７はＱｒ望の焦点面２６
上にある。焦点感知装置２２の面と映像記録媒体、例え
ば写真フィルムや感知素子アレイは面２６上に配置され
る。焦点感知装置２２は、例えばマイクロ・レンズと感
知素子のアレイから成るセンサあるいは映像面サンプリ
ング装置を含む。電子式焦点感知装置の一例は１９８２
年３月発行のサイエンテイノイクノ・ネウエラー（５ｃ
ｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌｅｒ　）に記載
された［カメラ用電子式焦点感知方式］に開示されてい
る。

電子式信号処理装置２８は焦点感知装置２２と協働して
フィードバック信号２４を発生し、こｔしをモータ式焦
点調整装置２３に提供する。すると該焦点調整装置２３
は焦点２７が焦点面２６上に位置するように光学的集束
素子２０を移動させる。

例えばサヤナギ・フィルタの如きランダム°フェイズ・
フィルタを射出瞳面１７上に（ｉけば、レンズのカット
・オフ周波数を焦点感知装置の感知素子の空間周波数以
下に減少させることによって、焦点感知装置２２による
エイリアシングを取り除くことができる。しかしながら
射出瞳面にフィルタを置くことは一般に可能でないにし
ても実用的でないので、スケールド・ランダム・フェイ
ズ・フィルタ２１は光学素子２０と焦点面２６の間の光
路中の適切な位置、即ち機械的に便宜な位置に配置され
る。

第２図はＴＴＬ方式の自動焦点感知装（６”２２を具備
した一眼レフカメラの中にスケールド・ランダム・フェ
イズ・フィルタ２１を配置した本発明の一実施例装置を
示す。無限遠の被写体２５からの光線１８は、レンズ２
０を通過してカメラの光路に入り、反射鏡ｌｌ上に像を
結ぶ。

反射鏡１１の中心部は光線分割部である。反射鏡が図示
の位置にあるとき、入射光線の一部は反射されて、撮影
者２９の観察用ペンタ・プリズム１２の底面がラス１９
上に焦点の合った像を結ぶ。

残りの光線は第２反射鏡１３によって中継され、焦点感
知装置２２の感知素子アレイ１５に伝えられる。反射鏡
が枢軸上を回動し、あるいは本来の位置から外されると
、フィルム２９が露光される。

底面ガラス１９．感知素子アレイ１５及びフィルム而２
９は、光学素子２０からの光路長が実質的に同じ位置に
配置される。

焦点感知装置２２はマイクロ・レンズ・アレイ１４、結
像向を三等分する感知素子対アレイ１５、及び感知素子
サンプリング電子回路１６とから成る。各マイクロ・レ
ンズは、射出瞳１７の映像をアレイ１５の対応する感知
素子対上に結ぶ。電子式サンプリング装置１６は感知素
子アレイ１５からの信号を集める。信号処理装置２８は
焦点外れがあればその程度と方向を決定し、フィードバ
ック信号２４を焦点調整装置１ｉ２３に供給し、該調整
装置２３は該信号２４に応じてレンズ２０を移動させる
。

射出瞳面１７にランダム・フェイズ・フィルタが配置さ
れた場合と同じフィルタ効果が、第２図に示す如く焦点
面２６と射出瞳１７との間の特定の位置に、適切に縮小
又は拡大されたランダム・フェイズ・フィルタ２１を配
置することによっても得られる。

本発明の一実施例に於ては、このフィルタ２１は射出瞳
に配置した適切なサヤナギ・フィルタのフレネル・ホロ
グラムを記録することによって製作されてもよい。伝統
的なサヤナギ・フィルタは、これが射出−面に配置され
たときは、半波長の厚さの円環状領域がランダムに置か
れる伝達板を構成する。浮き上げられた領域の直径りは
下式によって算出される。

Ｄ＝　２．４４　ｗ４ｐ 但しＷは焦点感知器（イで検出される光の波長、ｆはレ
ンズ２０の焦点距離、及びｐはフィルタの所望のカット
オフ周波数で、これは焦点感知装置の感知素子の空間周
波数よりは小さい。フィルタのホログラムは、それが射
出瞳からの助定の距離に買かれて、焦点感知器から読み
出された時に、サヤナキ・フィ／ｌ／　３１の仮想影像
がカメラレンズの射出瞳にあるように現われるように記
録される。このホログラムはスケ−ルビ・フィルタを構
成する。

スケールビ・フィルタ２１の正６’ｉＦな表現は射出瞳
面フィルタ・フェイズ分布と座標のフレネル変換を行う
ことによって得られる。これは射出瞳面１７からの所定
位置に配量されるべき新だなフィルタのフェイズ値と座
標の数学的記述をもたらす。

スケールビ・サヤナギ・フィルタは最適の放射状に対称
的なアンチ・エイリアシング・フィルタである。しかし
ながら、殆んどの焦点感知装置はりニア−な感知素子ア
レイを用いているので、焦点感知素子アレイ１５に平行
な高周波被写体成分を打ち消すフィルタが同様に用いら
れる。第２の本発明実施例に於ては、被写体の周波数成
分をランダム化するために、フィルタ２１の位置にチャ
ーブト回折格子（ｃｈｉｒｐｅｄ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉ
ｏｎ　ｇｒａｔｉｎｇ　）が挿入される。一定空間周波
数の回折格子に於ては・高次回折項（ｈｉｇｈ　ｏｒｄ
ｅｒ　ｄｌｆｆｒａｃｔｌｏｎ　ｔｅｒｍ　）はエイリ
アシングをもたらすビート周波数を生じさせる高周波被
写体成分を強める。チャーノド回折格子は格子周波数を
増すことによって、良く限界を定められた高次項を取り
除き、偵出器素子アレイ１５の視野の外に高次回折項が
拡散するのを除去する。カメラのアイリス絞り３０は被
写体の明るさに応じて広く開かれたり閉じられたりされ
るから、チャーブト・フィルター、アイリス絞り３０が
開かれているときは最低格子周波数が同軸に最高格子周
波数が同軸外れにあるように設則されなけれはならない
。この結果、格子周波数Ｌｔ中心（同軸）のいずれか一
方の側で左右対称的に増加し、対称二重チャーブト回折
格子を形成する。

チャーノド格子が射出瞳１７にあるとき、フィルタ中心
の格子周波数Ｆは下式で与えられる。

Ｆ−（２，４４ｗｆｐ　）−’ 但しＷけ系の作動周波数（例えば０．６Ｘ１０＋ｍｎ）
、ｐは所望のカットオフ周波数（焦点検出索子アレイ１
５の間隔は例えは０．２　ｍｍ　）、及びｆはレンズ２
０の焦点距離（例えは５０．０ｍｍ）である。フィルタ
端への周波数掃引率は経験的に決定される。

フィルタ効率を最大にするためＶＣ１溝の深さは格子の
局部空間周波数に調整される。最高の格子周波数は光路
差（０ｐｔｌｃａｌ　Ｐａｔｈ　Ｄｉｆｆｒｅｎｃｅ　
）で表わされる溝の深さｈが下記の値のときに（＆られ
る。

ｈ＝ｏ、３６ｑ ここにｑは格子の局部空間周波数である。

チャーブト°・フィルタを射出瞳面１７から反射鏡１１
の後の便宜な位置、例えばフィルタ位置２１に移動させ
ると、フィルタは幾何学的に或いは上記した如くに縮小
拡大させられうる。スケールビ・サヤナギ・フィルタと
異なり、スケールビ・チャーシト・フィルタは、格子が
焦点感知素子アレイ１５に実質的に垂直になるように光
学系の中に整列させられなければならない。

本発明の数々の目的と利点が、本発明の機能と構造の詳
細と共に前述の通り開示された。しかしながら上述の開
示は一例にすきす、本発明の目的の範囲内でいくつもの
変形が可能である。例えは上述した式中の定数０３６は
０．１．から０．５の範囲内にあれはよいが、これは格
子の回り１効率を決めればそれに応じて選ばれるもので
ある。他の上記した式中の定数２．４４も広い範囲の値
から選ぶことが可能である。特に、この値は集束レンズ
の固有の光波の振幅分布に依存する暗である。さらに、
本発明は赤外線光学装置は勿論のこと、写真、顕微鏡、
望遠鏡などのどのようなタイプのものにも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概四図で、第１Ａ図は焦点外れ状態を
、第１Ｂ図に１合焦点状態を夫々示す。 第２図は本発明の一実施例装晶′を示す図である。 １１：第１反射鏡、１３：第２反射鏡、１４：マイクロ
・レンズ・アレイ、１５：検出素子アレイ、１６．検出
素子サンプリング回路、１７：射出瞳、１９：第１焦点
而、２０：集束レンズ、２１：スケールド・ランダム・
フェイズ・フィルタ、２２；焦点感知装置、２６：第３
焦点而、２９：第２焦点面ないしフィルム而。 特許出願人　２、ネウェ２．。 インコーホレイテッド 代理人　弁理士　　松　　下　　義　　治ＦＩＧ、　／
Ａ Ｆ／θ／Ｂ （ Ｆ／θ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　焦点面の被写体影像をサンプルする光学的結像装
   置であって、下記構成要素から成る結像装置。 イ、少くとも１つの焦点面、 口、該焦点面に影像を投影する集束レンズ、ハ、上記焦
   点面に実質的に配置され、該被写体影像を所定の周波数
   でサンプリングする影像サンプリング装置、及び 二、影像サンプリング装置のサンプリング周波数を越え
   る被写体影像の高周波成分を実質的に除去するように、
   集束レンズと影像サンプリング装置との間に配置された
   スケールド・ランダム化フェイズ・フィルタ。 ２、特許請求の範囲第１項の影像サンプリング装置が所
   定の焦点面上に合焦影像を投影するために集束レンズの
   最適の焦点位置を決定する手段と組合せられた自動焦点
   装置を包含することを特徴とする光学的結像装置。 ３、特許請求の範囲第２項の集束レンズと焦点面が下記
   の構成要素を有する一眼レフ・カメラを構成することを
   特徴とする光学的結像装置。 イ、第１のＨｆ定の焦点面に設けられたファインダ・ス
   クリーン、 口、第２の所定の焦点面に設けられた記録媒体、ハ、第
   ３の所定の焦点面に設けられた焦点感知装置。 二、結像レンズと第１及び第２焦点面との間に配置され
   た可動反射鏡であって、部分的に透過する中心部を有し
   、第１位置にあるときは集束レンズによる影像がファイ
   ンダ・スクリーン上に表示され、かつ第２位置にあると
   きは該影像が第２の所定の焦点面の記録媒体に投影され
   るように作動させられる可動反射鏡、及び 水　上記可動反射鏡が第１位置にあるときに、集束レン
   ズからの光を上記第３の所定の焦点面にある焦点感知装
   置に中継するように、該可動反射鏡の後に配置された第
   ２反射鏡。