JPS5933407A - 焦点情報検出方法 - 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】 ルカメラ等において、結像光学系の焦点検出のために適
用される焦点情報検出方法に関し、特に焦点情報の検出
には、撮像または撮影に不必要な波長領域の被写体から
の光エネルギーを用いることしこよって、結像光学系の
予定焦平面に置かれた撮像媒体等の光感応体への入射光
量の低下を防止するようにした焦点情報検出方法に関す
るものである。

結像光学系の予定焦平面における焦点情報の検出方法に
は拙々の方法が従来から提案されているが、最も重要な
点は、焦点情報の精度にある。例えば超音波を用いて被
写体までの距離を計測して焦点情報を検出するようにし
た周知の超音波方式に関しては、ガラス越しの被写体の
焦点情報を得たい場合など、超音波がガラスに反射して
正舘に被写体に関する焦点情報を得ることが不可能であ
る等の問題がある。このような問題の発生がなく最も精
度よく焦点情報を得るには、結像光学系の予定焦平面、
例えばテレビジョンカメラ等でＧま、映像信号を得るた
めの光電変換面に結像した被写体像に関して焦点情報を
得るようにすればよい。

く上述の光電変換面上の被写体像に関して焦点情報を得
る方法としては、結像光学系の予定焦平面と共役な面を
挾んでその前後共役面から等距離の位置に配置した、一
対の光電変換素子群上に投影される前記結像光学系によ
る被写体像について、鮮明度を比較．するいわゆるぼけ
偉力式と、結像光学系を射出瞳分割して得られる二つの
被写体像が、その結像光学系の予定焦平面において非合
焦方向に応じて互に反対方向に横ずれし、合焦時にけ横
ずれを生じない現象を利用したいわゆる横ずれ方式とが
従来から知られている。

第１図は、従来のぼけ偉力式による焦点情報検出のため
の原理的構成を示す線図である。１は被写体であり、被
写体１からの光は結像光学系例えば撮影レンズ２および
第１のハーフミラ−３を通り、その撮影レンズ２の予定
焦平面に配置した光ｍ変換器４の結像面に結像する。同
図は、テレビジョンカメラを例にとって示しであるので
、前記の光ｍ変換器４としては、撮像管あるいは固体撮
像素子が用いられるが、スチルカメラ等では、光電変換
器４の位置が感光体の位置となる。５は、その光電変換
器４を駆動して、その上に投影された被写体像に対応す
る光’ｌ’ｌｆ，変換出力を映像信号とし取り出すため
の駆動回路である。６は、赤外カットフィルタである。

光ｍ変換器４として用いる撮像管また４ま固体撮像素子
は、一般に第２図にＡなる符号を付して固体撮像素子の
分光感度の一例・・を示したように、近赤外領域（波長
７　５　０　ｎｍ以上）の感度が強調されている。特に
カラーテレビジョン糸Ｇこおいては、撮像素子の分光１
感度が平担でないと忠実な色再現性のある画質を得るこ
とは困囃である。そこで、近赤外を含む赤外光の領域１
の元については、第２図にＢなる符号を付してその一例
を示したような分光特性をもつ前記赤外カットフィルタ
６によって、赤外光領域（略７００ｎｍ以上）のツＣに
ついて除去することにまり光電変換器４の分−ｙＣ感度
を補正するようにしている。

一方、第１のハーフミラ−８によって反射させられた一
部の光は、第２のｌ＼−７ミラー７によって二分され、
第１の光電変換素子群８と第２の光電変換素子群９から
なる一対の受光素子群のそれぞれに入射する。

前記の第２のハーフミラ−６としては，ｉｊｉｌ記一対
の受光素子群８，９に入射する光量がほぼ等しくなるよ
うに、反射光量と透過光量がほぼ等しいものを用いてい
る。

また、撮影レンズ２から第１の光電変換素子群８までの
光路長は、その撮影レンズ２から光ｍ変換器４までの光
路長より長く、逆に撮影レンズ２から第２の光電変換素
子群９までの光路長は、撮影レンズ２から光ｍ変換器４
までの光路長より短かく設定してあり、撮影レンズ２か
らそれら両光電変換素子群８および９の中間位置が、光
ｍ変換器４と共役な面の位置となっている。

前記の第１および第２の各光電変換素子群８・９は、複
数個の光電変換素子を一列もしくは複数列に配列した構
成を有しており、これを所定の方、向に繰返して個々の
光電変換素子の出方を読み出すことによって、前記撮影
レンズ２によりそれら各ツＣ電変換素子群８．９上に投
影される被写体像の光強度分布に対応した時系列的な映
像信号を得ｌる。

それら各光電変換素子群８．９がらの出方信号は、それ
ぞれ高域フィルタ１０．１１を介して被写体のコントラ
ストの変調成分（輝度の変化成分）のみを取り出し、そ
れぞれのエンベロープ検波器１２．１８に供給してエン
ベロープ検波する。

このようにして得られたエンベロープ検波出方レベルは
、前記それぞれの各光電変換素子群８・９上の前記撮影
レンズ２による被写体像の鮮明度に対応している。よっ
て各エンベロープ検波器１２．１８の出力を差検出回路
１４に導き、その差をとれば焦点情報信号を得ることが
できる。

第３図のＶは光ｍ変換器４の出力である映像信号に含ま
れるコントラスト成分■（変調成分）について、撮影レ
ンズ２の位置に対する変化を示したもので、撮影レンズ
２による被写体像が光電変、換器４の而に合焦する最適
焦点位置Ｐ。に、撮影レンズ２が位置したとき最大値を
示す。一方、この状１ｔＱにおいて撮影レンズ２の光路
上のｔｉｔレンズ２に近い位置に設置された第２０光電
変換素子群９の出力中に含まれるコントラスト成分は、
同図のＦｌで示した曲線のように、その最大値は、光電
変換器４の面が後・ビンとなる位置Ｐ１にあり、逆に第
１の光電変換素子群８の出力中に含まれるコントラスト
成分は、Ｆ、で示した曲線のように前ピン位置Ｐ２に最
大値がある。さきに説明したように光電変換器４の位置
は、第１および第２０光電変換素子群８，９の中間位置
と共役な位置であるから、各光電変換素子群８．９の出
力がら得た前記エンベロープ検波器１２．１８の各出方
が同レベルとなったときの撮影レンズ２の位置におい′
て、その撮影レンズ２が光ｍ変換器４の′＠像Ｌｍでは
最適焦点となることを音吐している。すなわち、第１図
において差回路１４の出力が°′　０″であるときは、
光電変換器４の而で撮影レンズ２は最適焦点であり、焦
点ずれの場合には、焦点ずれに比例した電圧でかつその
ずれ方向に対応して符号が変わる焦点情報信号が差回路
】８の出力に生ずるので、その符号からただちに焦点ず
れ方向がわかる。

以上の如き光電変換面上の被写体像に基づいて焦点情報
を得るようにした従来方式のものの問題点は、焦点情報
検出用の被写体像を得るために、第１図に示すように光
電変換素子あるいは、その光ｍ変換器４に代わる記録用
感光フィルム等の光感応体に照射すべき光量の一部を分
割して、光電変換素子群８．９に導く必要があることで
ある。

一般的には、撮影レンズ２の透過光量の１０％〜８′０
％の光量が焦点ｍ報検出に必要であり、そのため、光電
変換器４または感ツ６記録媒体等光感応体に入射する光
量が減じ感度が低下することとなる。荷に低照度の被写
体の場合には、焦点情報検出用の光電変換素子群８．９
にも、わずかな光量しか与えられず、その結果、各光電
変換素子群８゜９の出力映像信号のＳ／Ｎ比が劣化し、
焦点情報の精度が低下することである。

本発明の目的は、上述の問題を解決するために、結像光
学系による被写体像の一部を焦点情報検出用光電変換素
子群に導いて焦点情報を得るに際し、撮像または撮影に
寄与する前記結像光学系からの光量を損１ｒうことなく
焦点情報を検出し得る焦点情報検出方法を提供しようと
するものである。

本発明の焦点情報検出方法は、結像光学系とその予定焦
平面との間に、当該予定焦平面に配置される光感応部材
を感応させるのに必要な第１の波長域のツＣと感応きせ
るのに不必要な第２の波長域の光とに分翔トする光束分
割用光学部落を介挿し、これによって分割された第１の
波長域の′ｙ６を１１１記予定焦平面に導くとともに、
第２の波長域のツＣを焦点情報検出用光電変換素子群に
導き、その焦点検出用光電変換素子群上に投影される前
記第２の波長域の元による被写体像に基づいて前記結像
光学系の予定焦平面における前記第１の波長域の光によ
る被写体像についての焦点情報を検出することを特徴と
する方法である。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に３ｑ明する。

第４図は、本発明方法をテレビジョン映像信号に適用し
た場合の実施例の構成σ）−例を示したものである。こ
の実施例の構成におし）で、破線内σ〕部分が本発明を
実施するためＧこ、第］［′Ａの従来方式のものに対し
変更および伺加さｆまたγ剰り分である。

その他の部分しこついては、第１図Ｇこ示した従来伊１
と同様の構成となっている。また、同図昏こおしλで第
１−図と同一符号を付して示した部分Ｃま、第１図のそ
れと同一機能部分に相当する。

以下、説明を簡潔にするため、本発明を実施するために
第１図の従来構成のもの９こ変更を７１１［えた破線内
の部分の構成について、主に説明することとする。

同図の破線内の１５は、結像光学系例えもま撮影レンズ
２と、その予定焦平面とのＩＩＩに介挿しテ装置した光
束分割用光学部材である０ その光束分割用光学部材１５として、Ａｉｌ記撮影レン
ズ２の予定焦平面に配置した光感応部５材、例えばこの
実施例では、テレビジョン撮像用の九ｍ変換器（固体撮
像素子）４を感応させるの番こ必要な第１の波長域の光
例えば可視光と、その感応に不必要な波長域の光例えば
赤外光とに分割するように、コールドフィルタを用いて
いる。

コールドフィルタ１５は、周知のように第５図に一例を
示す如く、略６５０　ｎｍを境にして、それ以下の波長
域の赤外光のみを実質上反射し、略６５０　ｎｍ以上の
波長域の口■視光は実質上はぼ完全に通過する特性をも
っている。従って、光電変換器４には、映像信号出力に
実質上寄与する可視光のみが入射し、第１図の従来方式
でわさ゛わさ°カットしていた赤外光は入射しないので
、第１図に６で示した赤外カットフィルタは不要となる
。しかも、前記光ｍ変換器４の出力に寄与する可視光の
全光量がその光電変換素子に入射するので、前記コール
ドフィルタ１４により光束分割しても光ｍ変換器４の感
度低下をもたらすことはない。

そのコールドフィルタ１５によって反射した撮影レンズ
２からの光束中の赤外光をノ・−フミラー１６によって
等量に二分割し、前記撮影レンズ２の予定焦平面とほぼ
共役な面を中心に、その而から前後に等距離の位置に配
置した一対の光電変換素子群８．９にそれぞれ入射させ
る構成となっている。なお、この場合、各九ｍ変換素子
群８・９に投影される撮影レンズ２による赤外光の被′
写体像に基づいて、第１図の従来方式と同様のぼけ偉力
式により合焦点を検出したとき、光電変換器４上の撮影
レンズ２による可視光の被写体像のピントが合うように
、あらかじめ前記光電変換素子群対８・９と光ｍ変換器
４の撮影レンズ２に対する位置関係を調整しである。

この実施例においては図示のようにさらに赤外発光々源
例えば赤外発光ダイオード（以下「ＬＥＤＪという。）
１７を用いて、被写体１を照射することにより積極的に
赤外領域の九を含む被写体像をｆ／ｌレンズ２によって
得るようにしている。なお、１８は前記ＩＣＥＤ　１７
を発光させるための電源を示す。

以上のような構成において、撮影レンズ２より撮影され
た被写体１から光束は、コールドフィルタ１５によって
、その可視光域の光成分のみが光電変換器４に入射する
。光電変換器４は、例えば固体撮像素子である。

この固体撮像素子鳴け、第１図で説明したと同様に、駆
動回路５から供給される駆動信号によって駆動し、その
固体撮像素子４上に投影された前１８　ｍ影しンズによ
る可視光のみによる被写体像をテレビジョン映像信号に
変換して出力する。このようなテレビジョン撮像装置は
周知であるので、具体的には、その周知技術を用いてテ
レビジョン映像信号を得るようにすればよい。

他方、撮影レンズ２による被写体の光像中の赤外領域光
は、コールドフィルタ１５によって殆んど反射し、ハー
フミラ−１６により部分されて第１および第２の各光電
変換素子群８．９に入射する０ この各光電変換素子群８．９により光電変換されて読み
出された各信号は、従来と同様に高域フィルタ１０．１
１エンベロープ検波器１２．１３および差回路１４から
なる焦点情報検出系により処理して焦点情報信号を得て
いる。その焦点情報検出糸の動作および焦点情報検出の
ＩｊＡ理については、第１図および第８図によりききに
Ｈ９明したとおりであるので、そのＨ９明を省略する。

このようにして差回路１４の出力として得られた焦点情
報信号は、撮影レンズ２による固体撮像素子４への被写
体像とは光波長が異なるだけで、同一被写体の投影像に
基づいているので、第１図および第３図により芒きに説
明したようにその固体撮像素子４上における前記撮影レ
ンズの焦点状態に対応することとなる。

以上詳細に説明したように本発明方法によれば、結像光
学系による被写体像の光束を撮像または撮影上必要な第
１の波長域の光と、不必要な第２の波長域の光とに分割
して、その不必要な第２の波長域の光を焦点情報検出系
に導いて焦点情報を検出しているので、撮像糸または撮
影系の光感応部材を感応させるのに必要な波長域の光は
、前記のように分割しても減少することなく全光量が光
感応部材に入射する。従って前記光感応部材への感度低
下をもたらすことなく、前記結像光学系の予定焦平面に
投影される被写体像に関して、焦点情報を検出すること
ができ、しかもその焦点情報は、結像光学系により得ら
れる被写体像に基づいて検出しているので、高い検出精
度が得られる。また、第４図に示した実施例のようにＬ
ＥＩ）１７からの赤外光で被写体１を照射するようにす
れば、焦点情報検出系の各光電変換素子群８・９への入
射光量を増大させることができるので焦点情報検出感度
を上昇きせ得るのみならず、赤外光の僅少な夜ｉＪ１撮
影時にも有効に焦点情報の検出が可能となる。

また赤外領域の光は、人間の視感度外にあるので暗がり
における被写体の環境または雰囲気を損なうことなく、
かつ精度高く焦点情報を得ることも可能である等、本発
明方法による効果は極めて大きい。

なお、本発明方法は、上記のほけ住方式を用いた実施例
のものに限定されるものではなく、結像光学系による被
写体像に基づいて焦点情報を検出する方式のものであれ
ば、焦点情報の検出原理にかかわりなく適用可能である
。

第６図は、被写体像に状態から焦点情報を得るように構
成した任意の原理に基づく焦点情報検出装置１９を用い
て、本発明方法を実施する場合の基本構成を線図で示し
たものである。

例えば、同図の焦点情報検出装置として、撮影レンズ２
のｙＣ軸を含む面を境とする二つの領域を透過した各光
束による二つの被写体像の位相が、その撮影レンズ２の
予定合焦面において、合焦時には一致し、非合焦時には
レンズ位置のずれ方向に応じて、互に反対方向に横ずれ
することを利用して焦点情報を検出する、いわゆる周知
の横ずれ像検出方式のものであってもよいことは勿論で
ある。その場合、１９で示した焦点情報検出装置は、周
知のように撮影レンズ２の予定焦平面と共役な而の近傍
に配置した撮影レンズ射出瞳分割手段と、その手段によ
って分割された撮影レンズの前記二つの領域からの光束
を各別に受光するそれぞれの受光素子群と、それら各受
光素子群の出力を用い焦点情報を演算し検出するための
信号処理回路等によって構成される。なお、同図におい
て、第４図に示した実施例の構成の部分と同一の部分は
、同一符号を付して示してあり、これらの動作または作
用については、第４図の場合と同じであるので説明を省
略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のぼけ住方式による焦点情報検出装置の
原理的構成を示す線図、 第２図は、第１図の構成における赤外カットフィルタの
作用のぼり開面、 第８図は、第１図の構成における焦点情報の検出原理の
請開面、 第４図は、本発明の実施例の一例の構成を示す線図、 第５図は、コールドフィルタの特性の一例図、第６図は
、被写体像の状態から焦点情報を得るように構成した任
意の原理に基づく焦点情報検出装置に用いて本発明方法
を実施する場合の基本構成を示す線図である。 １・・・被写体 ２・・・結像光学系（撮影レンズ） 、８・・第１のハーフミラ− ４・光感応部材（光電変換器） ５・・駆動回路 ６・赤外カットフィルタ ７・・・第２のハーフミラ− ８・・・第１のツｅ匍変換素子群 ９・・第２の光Ｔｌｊ変換紫子群 １０．１１・・・高域フィルタ １２．１３・・エンベロープ検波器 １４・・・差回路　　　　１５・・コールドフィルタ１
６・・ハーフミラ−１７・・・赤外発光ダイオード１８
・・電源　　　　　】９−焦点情報検出装置特許出願人
　　　オリンパス光学工業株式会社第１図 第２図 波よ（信？＋′Ｉ） 第３図 第４図 第５図 ＱＩ長（１悄） 第６図 手続補正書 昭和５８年　８　月２２日 １、事件の表示 昭和５７年特　許　願第　１４３３７２　　号２、発明
の名称 焦点情報検出方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社■明細書第６１
１第６行中の［第２の）・−フミラー６Ｊｅ「第２のハ
ーフミラ−？」と訂＋ＩＥする。 ２同第７幅第１５行中の「差検出回路１４」を「差回路
１４Ｊと訂正する。 ３同第９は第２行中の［差回路１３Ｊを「差回路１４」
と訂＋Ｅする。 ４同第１２　（ｊ　第１５行中の１コールドフイルタ１
４」ヲ「コールドフィルタ１５」と訂ｉ１Ｅする。 ５同第１７α第１行中の「被写体像に」を「被写体像の
」と訂正する。 ６図面第６図に別紙訂正図に朱書したとおり符号「２」
を引出線とともに加入する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　結像光学系とその予定焦平面との間に、当該予定焦
   平面に配置される光感応部材を感応させるのに必要な第
   １の波長域の光と感応させるのに不必要な第２の波長域
   の光とに分離する光束分割用光学部材を介挿し、これに
   よって分割された第１の波長域の光を前記予定焦平面に
   導くとともに、第２の波長域の光を焦点情報検出用光ｍ
   変換素子群に導き、その焦点検出用光電変換素子群上に
   投影されるｎ１１記第２の波長域の光による被写体像に
   基づいて、前記結像光学系の予定焦平面における前記第
   １の波長域の光による被写体像についての焦点情報を検
   出することを特徴とする焦点情報検出方法。 ２　前記焦点情報検出用光電変換素子群は、前記予定焦
   平面と共役な面を中心にしてその前後に配置された二群
   からｌｆ、す、それら各光電変換素子群上に投影される
   各被写体像の鮮明度に関する情報を比較することによっ
   て焦点情報を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の焦点情報検出方法。 ＆　前記第１の波長域が可視光域であり、また前記第２
   の波長域が赤外光域であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項に記載の焦点情報検出方法。 表　前記可視光域の波長領域を実質上略６５０ｎｍ以下
   とし、■１記赤外光域の波長領域を￥質上略６５０ｎｍ
   以上とすることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記
   載の焦点情報検出方法。 ＆　前記第２の波長域の波長光を発光する光源からの光
   によって照射被写体を照射し、その被写体から反射した
   前記光源からの光を前記焦点情報検出用光電変換素子群
   に導くことを特徴とする特Ｉｉ′Ｆ請求の範囲第１項、
   第２°項、第８項または第４項に記載の焦点情報検出方
   法。