JPS6019049B2 - 焦点検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動焦点検出、特にビデオディスクの線画、再
生装置に好適な自動篤点検地方法に関するものである。

従来から自動篤′点検出方法の一つとして、総点調節の
対象となる物体に光を当てて、その反射光を捉えること
によって物体との距離を測定してこれに基いて焦点調節
を行なう方法がある。例えば上述の反射光を捉えるまで
の光学系を故意に非点収差をもたせ、物体と光学系との
鹿率欧こよって反射光を捉える受光面における反射光像
の形が変化するのを検出し、これによって上記１言篤点
調節を行なうようにしたのである。例えば樽閥昭５０−
１０５３計烏公報、持関昭５１一１４１６５１号公報、
アイ、イー、イー、イー、シカゴ スプリング コンフ
アレンス オン コンシユマー エレクトロニクス（ｌ
ＥＥＥ Ｃｈｉｃａ籾 Ｓｐｒｉｎｇ Ｃｏｎにｒｅ加
ｓ ０ｎＣｏｍｕｍｅｒＥ１ｃｃｔｒｏｎｊｃｓ）予講
にシンドリカルレンズを用いて非点収差を発生させるよ
うにした自動焦点調節装置について記載されている。ビ
デオディスクを例にとり、これ等の原理を第１図につい
て説明する。光源１からの光をハーフミラー２、対物レ
ンズ３を通してディスク面４に読出しビームとして簾東
させたし、時、その反射光をシリンドリカルレンズ５を
通して非点収差をもたせて検出器６上に集東させる。

上述したようにディスク面４の位置が変化すると検出器
６上の像の形が上記非点収差のために変わるので、これ
を検出すればディスク面４の位置変化を検出することが
できる。以下これについてもう少し詳しく述べる。第２
図では第１図で示す光学系２，３，５を１つの凸レンズ
として描いてあるが、このような非点収差をもった光学
系にディスク面からの反射光東１０が入射すると周知の
ようにこの光束は一点に集東することなく子午像面１
１、及び球欠像面１２においてそれぞれ線分状の断面を
もつ光東となる。

又これ等の面の前後では光東の断面は楕円状となる。こ
れ等の様子を第３図に示す。第３図においては破線で示
す各面における光束の断面図を右側に示している。子午
像面１１、球欠像面Ｉ２においては光東の断面が線分状
になっていることがわかる。もちろん実際には他の収差
等のやめに必らずしも線分になるとは限らない。又これ
等の両面の中間では光東の断面がほぼ円状になる面１３
がある。この面１３を以後最良結像面と呼ぶことにする
。ここでもし第１図において光学系２・３，５とディス
ク面４との距離が変化するとディスク面からの反射光１
０の拡がりが変わり、上述の各面の位置が移動する。そ
こで例えばディスク面４が光学系２，３，５に対して規
定の＆直すなわちディスク面の光像が点になる位置にあ
る時における最良結像面１３に検出器６を置くようにす
ると、ディスク面４が規定の位置にある時は検出器６上
の像はほぼ円状になり、ディスク面４の位置がずれると
検出器６上の像の形が第３図に示したように変化する。
そこでこの変化を捕えて常に円状の像を得るように光学
系を操作すればディスク面は常に光学系に対して規定の
位置にあることになる。しかし、このような構成では検
出器６を瞳く位置が上記最良結像面付近に限定されて融
通性がなく、特に検出感度を上げるためには子午像面１
１と球欠像面１２との間の距離、すなわち非点隔差を小
さくする必要があり、検出器６の位置がさらに限定され
て微妙な調整が必要となってしまう欠点がある。

又別の方法としてはディスク面に懐けた光東を入射させ
て、ディスク面の位置による反射光東の横ずれを検出す
るものがある。

しかしこの場合光東が光学系に対して懐き、収差が発生
するので、上記光東をディスク上のビデオ信号読取り光
東と兼用させて装置の簡単化を画つた時にはビデオ信号
の読取り性能が低下する欠点がある。本発明の目的は微
妙な調整が不要で、かつ信号議取り光東と焦点調整用光
東とを兼用させても信号議取り性能を低下させることの
ない自動」焦点検出方法を提供することにある。

本発明は焦点調節の対象となる物体に光東を当て、その
反射光東を用いて焦点検出を行なうに当たって、反射光
東を非点収差をもたせて光東させ、光東の断面が楕円形
又は線分状となる位置で、上記楕円の長軸又は線分の長
さを検出するために、これ等長さ方向に並ぶ３分割の領
域をも受光素子を、上記長軸又は線分の中心が真中の領
域の中心と一致すると共に焦点合致状態において総ての
領域に光東が入射するように配遣し、外側の２つの領域
に入射する光量と真中の領域に入射する光量との差を表
わす信号を焦点検出信号とすることを特徴とするもので
ある。

以下図面につき本発明を詳細に説明する。

第４図は本発明による焦点検出方法の基本的な原理を説
明するためのものであり、物点２０の像がレンズ２１に
よって結像する場合について示してある。

この場合物点２０としンズ２１との距離が変化すると当
然像２２の位置も変化する。この時レンズ２１から一定
の位置にある検出面２３の位置において光束の断面を考
えると、物点２０が符号２０′，２０−で示すように移
動するに伴ってこの断面の径が変化することがわかる。
したがって検出面２３に検出器を置いて、この面の光像
の直径を測れば物点２０としンズ２１と距離がわかるこ
とになり、この直径を一定値に保つようにすれば物点２
０としンズ２１との距離を一定に保つことができる。言
い換えるとこの方法は、物点２０から光軸２４と０の角
を成して出た光線が検出面２３の側で光軸２４と成す角
を８′とした時、角倍率ｙ＝器鴇が物点２ｏの移動こ依
って礎ヒするという事実に基いていることになる。従っ
てこの角倍率の変化が大きく、適当な光東の拡がりがと
れる光学系に対して用いると有効である。なお上述の説
明では簡単のため物点２０から光が出る場合について説
明したが、実際には第５図に示すようにディスク面２５
にレンズ２１を通して光東を集東させ、この反射光を再
びレンズ２１を通して検出面２３で検出するようにし、
好適にはごうにこの光東をディスク面上の議取り光東と
しても使うようにする。これ等の場合にディスク面２５
の位贋が符号２５′，２５″で示すように変化するのと
、上述の説明で物点２０の位置が変化するのとは第５図
を見れば明らかなように同様な効果があり、検出面２３
における光東の断面の大きさはディスク面の移動に伴っ
て変化する。なお上記光東を論取り光東と兼用させた場
合にはディスク面上の光像が点をなるような位置にディ
スク面を保つことが焦点調節の目的となる。ディスク面
２５としンズ２１との距離が所望の値にある時、すなわ
ちディスク面２５に入射した光東がディスク面上に点と
して集東した時、ディスク面２５で反射した光東が一点
に集まる点２６には検出面２３がこないことが望ましい
。

なぜならもしこのような位置に検出面がある，と、ディ
スク面２５が合焦点位置からどちら側に二ずれても検出
面における光像は広がり、どちらの方向に焦点が外れた
のかを検出することができないからである。以上述べた
ように本発明方法においては、検出面における光像の大
きさを検出するこ，とによって焦点検出を行なっている
。

第６図に光像の大きさを検出する方法の原理について示
す。ここでは検出面に２つの同０円状の領域３０，３１
をもつ受光素子を置いている。例えば合総点位置にディ
スク面３２がある時に検出面における光像が第７図ａの
破線で示すようなものであったとすると、ディスク面３
２が光学系３３から離れると検出面における光像は第７
図ｂの破線で示すよ，うに大きくなり、逆にディスク面
３２が光学系３３近づくと光像は第７図ｃに破線で示す
ように小さくなる。したがって領域３１に入射する光量
と領域３０に入射する光量の差を検出すれば、上記光像
の大きさを知ることができる。上記光量差を第７図ａに
示す状態の時のそれに保つようにすれば、常にディスク
面３２を合焦点位置に置くことができる。第８図に本発
明による焦点検出方法を実施する焦点検出装置の一例の
光学系の構成を・示す。この実施例ではハーフミラー４
０を介してディスク面４１に光東を集東させ、ディスク
面４１からの反射光東が通る光学系に普通のレンズ４２
の他に円筒レンズ４３を入れている。このことによって
検出面４４の光像は楕円形となる。したがって焦点検出
動作は上述した例とほぼ同様であるが、検出器の形状と
しては第９図に示すようなものが好適である。ここで領
域５０と５２に入射する光量と領域５１に入射する光量
との差（焦点検出情報）を知れば上記楕円形の長軸の長
さがわかり、この差を合焦点位置における値すなわちデ
ィスク面４１に光東が点として繋東する時の値に保つよ
うに、レンズ駆動系５３を遣してレンズ４２の位置を調
節すればよいことになる。もちろん合焦点位置における
上記楕円形は上記３つの領域にまたがるように、すなわ
ち第９図に示すよう１になるように検出面４４の位置等
を決める、さらに第１０図にビデオディスク上の光点６
０とビット６１の位置関係を示すが、ａ，ｂ，ｃのよう
にビット６１と光点６０との位置が変化すると、回折に
よって反射光東の光強度にビット６１の長手方向（矢印
Ａ方向）と直角な方向（矢印Ｂ方向）に関して偏りが生
じる。このためもし第１１図ａに示すようにビット６１
の長手方向（矢印Ａ方向）に直角方向（矢印Ｂ方向）に
長い検出器と反射光東を用いる、例えば第８図符号４４
′で示す検出面に検出器を魔〈と、矢印Ｂ方向の上記偏
りのために上述の′総点合わせが影響を受けてしまう。
すなわち領域５０と５２に入射する光量と領域５１に入
射する光量との差を表わす信号、つまり篤ｖ点検出信号
が上記偏りによっても変化してしまい、正確な焦点検出
ができなくなる。そこで第１１図ｂのようにビットの長
手方向に長い光東断面の位置、すなわち第８図の符号４
４で示した位置に検出器を置くようにするのが好適であ
る。このようにすれば光強度に矢印Ｂ方向の偏りが生じ
ても焦点検出信号には影響が現われない。第８図に示し
た実施例では、検出面における光東の断面を楕円形とす
るために円筒レンズ４３を使用したが「第１２図に示す
ようにホログラム７０を用いることもできる。この場合
はホ。グラムが安価に作製できるものであるという利点
がある。非点収差をもつ光東によつ作製したホログラム
を用いてもよいし、又非点収差をもたない光東によって
作製したホログラムを図示するように煩けて用いること
によって光東に非点収差を発生させてもよい。これ等の
場合は非点収差をもたない光東７１をビデオ信号論取り
光東として用いることもできる。上述した何れの場合に
も、焦点検出用の光東をビデオ信号講取り光東と兼用さ
せる場合には第９図に示す領域５０，５１，５２に入射
する光量の和が読取り情報となることはもちろんである
。

本発明は上述した例に限定されるものではなく、例えば
受光素子を置く位置、すなわち検出面における反射光東
の断面は楕円状でなく、線分状としてもよい。すなわち
受光素子を子午像面あるいは球欠像面に置いてもよい。
さらにこれ等楕円の長藤又は線分の長さを測る方法とし
ては、上述の３個の受光素子を用いるものに限られるも
のではなく他の適当な手段を用いてもよい。

例えば多数の受光素子から成るＰＤＡ、ＣＣＤ等を用い
、これらを３分割された領域として用いることができる
。

本発明によれば検出面の位置は後空間に連続して広い範
囲のどこに置いてもよく、装置製作時並びに保守の調整
が容易である。

さらにディスク面に集束させる光東は非点収差をもたな
いので、これをビデオ信号講取り光東と兼用させる場合
でも議取り性能が低下しない。又第１１図ｂに示すよう
にビット長手方向に並ぶ受光素子を用いた場合は、ディ
スク上の光点位贋のずれによって篤点検出に影響が現わ
れることが少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の非点収差を利用した自動総点調節装置の
構成を示す線図、第２図は非点収差をもつ光学系を通っ
た光東の子牛像面と球欠像面の位置の一例を示す綾図、
第３図は同じく非点収差をもつ光学系を通った光東の断
面図、第４図は物点から出た光がレンズによって袋東す
る時、光東の幅が物点の位置によって異なることを示す
線図、第５図は同じくディスク面で反射した光東につい
て光東の幅の違いを示す線図、第６図は本発明の原理的
な穣成を示す線図、第７図は第６図で使用する受光素子
上の光像を示す線図、第８図は本発明方法を実施する焦
点検出装置の一実施例の光学的構成を示す線図、第９図
はこの実施例に用いる３分割受光素子を示す線図、第１
０図はディスク面上のビットと光点の位置関係の例を示
す線図、第１１図はビット長手方向と受光素子の並ぶ方
向との関係を示す糠図、第１２図はホログラムを用いて
光東断面を楕円状とする方法を示す線図である。 ３０，３１・・・・・・受光素子、３２，４１・・・・
・・ディスク面、３３……光学系、４０……ハーフミラ
ー、４２……レンズ、４３……円筒レンズ、４４，４４
′……検出面、５０，５１，５２……受光素子、６０・
・・・・・光点、６１・・・・・・ビット、７０・・・
…ホログラム。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第Ｔ図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 焦点調節の対象となる物体に光束を当て、その反射
   光束を用いて焦点検出を行なうに当たつて、反射光束に
   非点収差をもたせて収束させ、光束の断面が楕円形又は
   線分状となる位置で、上記楕円の長軸又は線分の長さを
   検出するために、これ等長さ方向に並ぶ３分割の領域を
   もつ受光素子を、上記長軸又は線分の中心が真中の領域
   の中心と一致すると共に焦点合致状態において総ての領
   域に光束が入射するように配置し、外側の２つの領域に
   入射する光量と真中の領域に入射する光量との差を表わ
   す信号を焦点検出信号とすることを特徴とする焦点検出
   方法。