JPS61134716A - 合焦点検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、合焦点検出装置に関し、特に、ビデオカメ
ラやフィルム式のカメラなどにおいて自動的にピントを
合わせるいわゆるオートフォーカス機構に関する。

［従来の技術］ 従来、この穆のカメラに用いられているオートフォーカ
ス機構としては、アクティブ形とパッシブ形とがある。

アクティブ形では、赤外線式や超音波式があり、能動的
に赤外線または超音波を被写体に向けて発射し、その反
射波を受信して被写体との距離を求める方式である。そ
のため、消費電力が多く、また測距範囲が比較的短いと
いう欠点があった。パッシブ形では、ＴＴＬ方式や三角
測距方式があるが、コントラストの少ない被写体に関し
ては良好ではなく、またコストが高いなどの欠点があっ
た。

国内における代表的なＴＴＬ方式について説明する。第
６図は、本願発明に最も近いと思われる先行技術として
の合焦点検出装置を示している。

図中、１はレンズ、２はレンズ１の光軸、３はレンズ１
の理想焦点位置である。図示されている状態では、レン
ズ１の焦点と理想焦点位置とが合致している。焦点位置
の前方には、３ブロツクのガラスから構成されるビーム
スプリッタ４が配置されている。ビームスプリッタ４を
構成する各ブロックの境界面には、半透膜面４ａおよび
反射面４ｂが形成される。ビームスプリッタ４の後方で
かつ光軸２付近には前ピント検出部５が設けられる。

この前ピント検出部５は、理想焦点位置３よりも艶、だ
け前方にずれた位置すなわち理想焦点よりも前ピントの
位置に置かれている。半透膜面４ａによって反射された
光は反射面４ｂの位置に焦点を結ぶようにされている。

そして、この焦点の位置よりも後方に立２だけずれた位
置に後ピント検出部６が設けられる。すなわち、後ピン
ト検出部６は、理想焦点よりも後ピントの位置に置かれ
ている。以上の説明から明らかなように、前ピント検出
部５および後ピント検出部６は、それぞれ、理想焦点か
ら前後にわずかにずれた位置に置かれている。雨検出部
５および６は、それぞれ１列の固体撮像素子で構成され
ており、映像の照度分布を走査しコントラスト曲線を出
す。

このようにして得られたコントラスト曲線の状態が第７
図に示される。図中、７は前ピント検出部５から得られ
た前ピントコントラスト曲線である。８は、後ピント検
出部６から得られた後ピントコントラスト曲線である。

先に記述したように、前ピント検出部５および後ピント
検出部６はそれぞれ、理想焦点位置に対して見、および
Ｌ２だけ前後にずれているので、前ピントコントラスト
曲線７および後ピントコントラスト曲線８はそれぞれ、
第７図に示されている理想焦点軸９に対して　　　　　
）艶、および廷２だけ位相がずれる。よく知られている
ように、コントラスト曲線は、ピントの状態によってそ
の絶対値が変動し、最良ピント状態でその値は極大に達
する。したがって、前ピントコントラスト曲線７の値が
後ピントコントラスト曲１８の値よりも大きいときには
、前ピント状態であり、その逆に、後ピントコントラス
ト曲線８の値が前ピントコントラスト曲線７の値よりも
大きいときには後ピントの状態である。そして、前ピン
トコントラスト曲１ｉ１７と後ピントコントラスト曲Ｉ
ｇ！８の値が同じになったときに合焦状態であると判断
することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来のオートフォーカス機構には、以下の
ような欠点があった。すなわち、まず第１に、従来のａ
置では、コントラスト曲線が前ピント位置となっている
のかあるいは後ピント位置となっているのかによってジ
ャストピント位置を判断するようになっているので、完
全なジャストピント状態が得られにくいという欠点があ
る。第２に、第６図に示されているようなビームスプリ
ッタ４に関して、小形で精密なものを入手しにくいとい
う欠点がある。

この発明は上述されたような従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、その主たる目的は、簡単にし
かも精度良くジャストピント状態を得ることができ、さ
らに小形化を達成し得る合焦点検出装置を提供すること
である。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかる合焦点検出Ｖ４Ｍは、３個の受光素子
列と、板状透明体と、回折格子と、スリット板とを備え
る。３個の受光素子列は、結像光学系の光路内の焦点を
含む平面またはこれと共役な位置にある平面の光軸部近
傍に互いに平行に整列して設けられる。板状透明体は、
３個の受光素子列のうち外側に位置する１個の受光素子
列上に配置される。また、この板状透明体は、空気より
も屈折率の大きな材料によって構成される。回折格子は
、受光素子列が位置している平面よりも前方に位置し、
スリットが受光素子列と平行に延びるように形成されて
いる。スリット板は、回折格子の前方に位冒し、ほぼ光
軸上に受光素子列と平行に延びるように形成されたスリ
ットを有している。

［作用］ スリット板のスリットを通過した後、回折格子によって
分光された回折像の強度を３個の受光素子列で検知し、
この３個の受光素子列の各コントラスト曲線の出力を比
較することによって合焦状態を検出する。

［実施例］ 第１図にはこの発明の原理が示され、第２図にはこの発
明の主要部が示されている。両図において最も前方の位
置に示されているレンズ１１は、被写体からの映像を画
像として焦点位置に得るためのものである。このレンズ
１１の表面には、特定波長の光のみを通過させ得るよう
なコーティングがなされている。レンズ１１の後方には
、スリット板１２が配置される。スリット板１２にはス
リット１２ａが設けられている。そして、光軸を中心と
して横方向に延びる光束のみがこのスリット１２ａを通
過する。

スリット板１２の後方には、回折格子１３が配置される
。この回折格子１３は、スリット板１２のスリット１２
８と平行に延びるように形成された複数個のスリットま
たは溝を有している。図示される好ましい実施例では、
回折格子１３として以下の形式のものが採用される。す
なわち、透明な平面板に狭い溝を周期的に作り、透過光
に位相分布を与えて回折を起こさせる形式のものである
。

この回折格子によれば、光の吸収がないため、反射光に
対する回折像の強度比が高い。スリット板１２のスリッ
ト１２ａを通過した光束は、回折格子１３によって分光
される。具体的には、０次の回折像が光軸中心に得られ
、±１次の回折像がその上下に得られる。

回折格子１３の後部には、受光素子１４が設けられる。

この受光素子１４は、たとえば固体撮像素子からなる３
個の受光素子列１４ａ、１４ｂ。

１４ｃを有している。この３個の受光素子列１４藝 ａ、１４ｂ、　１４ｃは前述したスリット板１２のスリ
ット１２ａおよび回折格子１３の溝と平行となるように
延びている。さらに、この３個の受光素子列１４ａ、１
４ｂ、　１４Ｃ，は、回折格子１３によって分光された
３列の回折像の位置に対応しており、これにより映像の
照度分布を走査してコントラスト曲線を出すようになさ
れている。また、中央に位置する受光素子列１４ａは、
ジャストピントを表わすための受光素子（以後、ジャス
トピント受光素子という）であり、外側に位置する一方
の受光素子列１４ｔ）は前ピント状態を表わすための受
光素子（以後、前ピント受光素子という）であり、外側
に位置する他方の受光素子列１４ｃは後ピント状態を表
わすための受光素子（以後、後ピント受光素子という）
であるが、これについては後述する。

図示するように、前ピント受光素子列１４ｂの前面には
、たとえばガラス板のような空気よりも屈折率の大なる
板状透明体１５が貼付けられている。第１図を参照して
、回折格子１３からジャストピント受光素子１４ａまで
の光路長を８とし、回折格子１３から後ピント受光素子
１４ｃまでの光路長をＣとすると、Ｃ＞ａの関係が得ら
れる。

回折格子１３から前ピント受光素子１４ｂまでの光路長
をｂとすると、ｂとＣとはその幾何学的な寸法は同一で
ある。しかし、前ピント受光素子１４ｂの上には空気よ
りも屈折率の大きな板状透明体１５が置かれている。こ
の板状透明体１５の内部で光路長は延びる。したがって
、実際の光路長すは、板状透明体１５の内部で光路長が
延びた分だけ短くなり、その結果ｃ＞ｂの関係が得られ
る。

ここで、板状透明体１５の厚みをａ＞ｂになるように選
択し、かつｃ　＞ａ　＞ｂの条件下でＣ−ａとａ−ｂの
値が同一となるように選択する。こうすることにより、
ａの光路長すなわち受光素子１４０位冒位置ャストピン
ト位置に設定すると、前ピント受光素子１４ｂは前ピン
トの位置に設定され、後ピント受光素子１１は後ピント
の位置に設定される。

第３図には、３個の受光素子列１４ａ、１４１）。

１４ｃによって得られるコントラスト曲線が示されてい
る。Ａはジャストピント受光素子ＪＪ１４ａによって得
られるコントラスト曲線、Ｂは前ピント受光素子列１４
ｂによって得られるコントラスト曲線、Ｃは後ピント受
光素子列１４ｃによって得られるコントラスト曲線であ
る。図示するように、ジャストピント位置では、ジャス
トピント受光素子１４ａのコントラスト曲線への出力が
最大であり、かつ前ピント受光素子１４ｂのコントラス
ト曲線Ｂおよび後ピント受光素子１４Ｃのコントラスト
曲ｌ１ｌＣの出力が等しい。また、前ピントコントラス
ト曲ＭＢと後ピントコントラスト曲線Ｃとの出力が異な
っていても、ジャストピントコントラスト曲線への出力
が最大であれば、その位置はジャストピント位置に近い
ことを意味する。

したがって、簡単にジャストピント状態を得ることがで
き、しかも精度良く得ることができる。前ピント位置で
は、前ピントコントラスト曲線Ｂの出力が他のコントラ
スト曲線の出力よりも大きくなるので、これにより前ピ
ント位置を判別する。

一方、後ピント位置では、侵ピントコントラスト曲線Ｃ
の出力が他のコントラスト曲線の出力よりも大きくなる
ので、これにより侵ピント位置を判別する。

第１図を参照して、各受光素子列１４ａ、１４ｂ、１４
ｃにはそれぞれ増幅器１６が接賛され、各出力は比較部
１７でジャストピント、前ピント、あるいは後ピントな
のかを判別される。その後、制御部１８によって、可逆
電動機１９を回転制御し、送りねじ２０を回転させる。

この送りねじ２０が回転することによって、レンズ１１
は光軸方向に移動し、最終的に、ジャストピント状態を
得るようになされている。

第４図には、この発明の一実施例が適用されたビデオカ
メラが示されている。ビデオカメラ本体２１内に配置さ
れている前レンズ２２および主レンズ２３などからなる
レンズ系によって得られた映像は、焦点面に設けられて
いるｍｓ素子２４によって画像信号として取出される。

前レンズ２２と後レンズ２３との間の適当な位置にビー
ムスブ、ッ、２．が設け、３ｏ８゜そい、前、アズ２２
　　　　１を透過した入射光は、その全体光量の１０％
がこのビームスプリッタ２５によって反射されて上方へ
取出される。上方へ取出された光は、ミラー２６によっ
て後方へ向って反射される。この反射光は、前述した合
焦点検出装置に入る。すなわち、図中、２７はダミーレ
ンズ、２８はスリット板、２つは回折格子、３０は受光
素子である。

第４図に示されているビデオカメラでは、ビームスプリ
ッタ２５を透過しさらに主レンズ２３を透過して撮像素
子２４に至る光学系と、ビームスプリッタ２５で反射さ
れて受光素子３０にまで至る光学系とが、同一仕様とさ
れている。すなわち、撮像素子２４と受光素子３０とは
、同条件で焦点位置に設けられている。したがって、受
光素子３０でジャストピント位置であるならば、撮像素
子２４においてもジャストピント位置となる。前述した
ように、受光素子３０は、３個の受光素子列すなわちジ
ャストピント受光素子、前ピント受光素子および後ピン
ト受光素子に分割されている。

そして、この３個の受光素子列の比較信号に従って、可
逆電動機３１を回転させる。可逆電動ｌ！３１の回転は
、ピニオンギヤ３２、中間歯車３３および外周歯＊３４
を介してレンズ２２に伝達される。レンズ２２は、ヘリ
コイド部３５を介してビデオカメラ本体２１に支持され
ている。したがつて、前レンズ２２が回転すれば、この
前レンズ２２は光軸方向に可逆的に移動する。そしてこ
れにより、ジャストピント位置となるようにコントロー
ルされる。なお、受光素子３０でジャストピント位置で
あるならば、撮像素子２４上でもジャストピント位置に
なる。

第５図には、この発明の一実施例が適用されたフィルム
撮影用カメラが示されている。カメラ本体４１にはレン
ズ系を構成する前レンズ４２および主レンズ４３などが
設けられており、このレンズ系によって得られた映像は
、焦点面に設けられたフィルム面４４に写真として得る
ようになされている。主レンズ４３とフィルム面４４と
の間には可動鏡４５が設けられている。図に示す状態で
は、可動１！４５が下方に回動してファインダ状態とな
っている。可動鏡４５が図中矢印で示す方向に回動すれ
ば、フィルム撮影が可能な状態になる。

レンズ系を通った光は可動鏡４５によってその方向を９
０″曲げられ、その模フレネル板４６で光像を結ぶよう
になされている。この光像は、ミラ−４７およびファン
ダレンズ４８を介して可視像としてｔ！察される。そし
て、ピント状態を確認する。

可動鏡４５の後部にはサブミラー４９が設けられている
。可動鏡４５を透過Ｌ・た光はこのサブミラー４９によ
って反射されその方向を下方に向けて９０６曲げられる
。その棲、スリット板５０および回折格子５１を経て受
光素子５２に入る。そして、この受光素子５２でピント
情報を得るようになされる。なお、フィルム面４４、フ
レネル板４６および受光素子５２は、それぞれ光学的に
同条件で焦点を得るようになされている。したがって、
受光素子５２上でジャストピントであるならば、フィル
ム面４４およびフレネル板４６上でもジャストピントと
なる。

前述したのと同様、受光素子５２は、ジャストピント受
光素子、前ピント受光素子、後ピント受光素子に分割さ
れており、その比較信号に従って可逆電動機５３を回転
させる。この可逆電動機５３０回転は、ピニオンギヤ５
４、中間歯車５５および外周歯１ｉ５６を介して前レン
ズ４２に伝達される。前レンズ４２は、ヘリコイド部５
７を介してカメラ本体４１に支持されているので、前レ
ンズ４２が回転すればこの前レンズ４２は光軸方向に可
逆的に移動する。これによりジャストビ２１ル位置とな
るようにコントロールされる。ここで、受光素子５２上
でジャストピント位置であるならば、フィルム面４４お
よびフレネル板４６上でもジャストピント位置となる。

上述された実施例では、焦点を制御するための方法とし
てレンズ系の前レンズを前後に移動させていた。しかし
ながら、これ以外の方法、たとえば主レンズを移動させ
る方法、レンズ系を移動させる方法、あるいは焦点面全
体を移動させる方法なども採用され得る。また、レンズ
系を直接制、　　　　　　１せずに、たとえばファイン
ダ内にジャストピント、前ピント、後ピント等の表示を
出し、観察者がそれを見て手動で制御するようにしても
よい。ざらに、上述された実施例では、光路内の検出部
は主光路から光を分岐して検出していた。しかし、主光
路の後部に検出部を置くことによって、測距装置として
使用することもできる。なお、各図において、ジャスト
ピント受光素子、前ピント受光素子および侵ピント受光
素子が形成されている平面が光軸に対してほぼ垂直に示
されているが、必ずしも垂直にする必要はない。

［発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、回折格子によって分
光された回折像の強度を３個の受光素子列で検知し、こ
の３個の受光素子列の各コントラスト曲線の出力を比較
することによって合焦状態を検出するものであるので、
簡単にしがも精度良くジャストピント状態を得ることが
できる。さらに、従来の合焦点検出装置に使われたよう
な３ブロツクからなるガラスによって構成されたビーム
スプリッタを採用していないので、装置の小形化を達成
することができる。このような合焦点検出＠置は、特に
ビデオカメラやフィルムカメラなどに適用されたときそ
の有用性を大いに発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の原理を示す概略ブロック図である
。第２図は、この発明の主要部を示す分解斜視図である
。第３図は、第１図および第２図に示されている３個の
受光素子列１４ａ、１４ｂ。 １４Ｃによって得られる各コントラスト曲線を示す図で
ある。第４図は、この発明の一実施例が適用されたビデ
オカメラの概略側面断面図である。 第５図は、この発明の一実施例が適用されたフィルム撮
影用カメラの概略側面断面図である。第６図は、この発
明に最も近いと思われる先行技術としての合焦点検出装
置を示す概略図である。第７図は、第６図に示されてい
る前ピント検出部５および後ピント検出部６によって得
られる各コントラスト曲線を示す図である。 図において、１２はスリット板、１２ａはスリット、１
３は回折格子、１４は受光素子、１４ａ。 １４ｂ、１４Ｃは受光素子列、１５は板状透明体を示す
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 結像光学系の光路内の焦点を含む平面またはこれと共役
   な位置にある平面の光軸部近傍に互いに平行に整列して
   設けられる３個の受光素子列と、前記３個の受光素子列
   のうち外側に位置する１個の受光素子列上に配置された
   空気よりも屈折率の大なる板状透明体と、 前記受光素子列が位置している平面よりも前方に位置し
   、スリットが前記受光素子列と平行に延びるように形成
   されている回折格子と、 前記回折格子の前方に位置し、ほぼ光軸上に前記受光素
   子列と平行に延びるように形成されたスリットを有する
   スリット板と、を備え、 前記スリット板のスリットを通過した後、前記回折格子
   によつて分光された回折像の強度を前記３個の受光素子
   列で検知し、この３個の受光素子列の各コントラスト曲
   線の出力を比較することによって合焦状態を検出する、
   合焦点検出装置。