JPS61137115A - 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】 〈産業上のオリ用分野〉 本発明は、焦点検出装置、特に赤外光を被写体実に投射
し、その反射光を差動型センサで受光して自動焦点調節
を行う能動式自動焦点調節装置に使用する焦点検出装置
に関するものである。

〈従来の技術〉 従来のこの種の自動焦点検出装置（以下、「ＡＦ装置」
という）を第４図ないし第１０図に基づいて説明する。

第４図はその人Ｆ装置の一例の全体構成を概略的に示す
もので、撮影レンズ中の合焦動作に関与するレンズ群１
の移動と連動してレーザダイオード又は近赤外光発光ダ
イオード等から成る投光素子３が投光レンズ４全通して
被写体５上に投光スポットを投射し、その反射光を受光
レンズ６、可視光カットフィルタ７を通して２領域８Ａ
、８Ｂに分割されたＰＩＮフォトダイオード又は電荷結
合素子等から成る受光素子８で受光し、この際、該受光
素子８も該レンズ群１の移動と連動して移動し、その出
力信号を利用して自動焦点検出回路（以下、ＦＡＦ回、
路」という）１０により被写体５捷での距離を検出し、
かつ合焦レンズ群駆動用モータ９の駆動を制御し、レン
ズ群１を合焦位置に設定し、続いてレンズ群１を含む慢
影レンズ系により撮像管の結像面２（カメラによ？では
固体撮像素子の結像面又はフィルム）に鮮鋭に被写体像
が結像される。

なお、このＡ　Ｆ”装置の場合における受光素子８につ
いては、領域８Ａは投光素子３に近い側に、領域８Ｂは
同じく遠い側になるように配置されている。

そこで、第４図に示すＡＦ装置の測距作用については、
被写体５が結像面２から１２の距離にあるとき、第５図
（ａ）に示すように投光スポット像Ｓの反射光が受光素
子８上で、２つの領域８Ａ、８Ｂに等しい光量で受光さ
れるようになっているとする。この場合、受光素子８に
おいては領域８Ａからの出力を時間で積分した積分値Ｖ
Ａと領域８Ｂからの出力を時間で積分した積分値ＶＢと
の差ＶＡ　−ＶＢがほぼ零になる。光路でいうと、投光
素子３から発射された光は光路ｂ１を通って被写体５に
当って拡散反射し、さらに光路ｂ２を通って発光素子８
上に結像する。そこで、この時レンズ群１が合焦位置に
あるとして被写体５がｌ、の距離へ前方に移動したと仮
定すると、当然、レンズ群１のピント位置は後ろにずれ
、後ピン状態になる。一方、投光素子３及び受光素子８
がその捷まの位置にあるとすると、光路は１〕１から被
写体５に当って拡散反射され、光路ｂ２′を通って受光
素子８上に結像するが、第５図（ｂ）に示すようにその
結像位置は大きく領域８Ｂ側へずれて、前記ＶＡ　　Ｖ
Ｂは零にならない。

一方、ＡＰ回路１０は、ＶＡ　　ＶＢの信号の符号に従
ってモータ９を正転又は逆転させ、レンズ群１の繰り込
み又は繰り出しを行なう。上記のようにＶＡ　　ＶＢが
負の場合は、レンズ群１が繰り出される。第３図でレン
ズ群１が１′の位置まで繰り出された時、ｌ、の距離に
移動した被写体５の像が結像面２上で鮮鋭に結像するも
のとする。この時、不図示のカム等により投光素子３、
受光素子８がレンズ群１と連動して、それぞれ３’、８
’の位置へ移動する。すると、投射光路がａＩ＋反射光
路がＣ２のようになり、この結果、第５図（ａ）に示す
ように投光スポット像Ｓが受光素子８上の領域８Ａ、８
Ｂの中間位置に移動し、この時、ＶＡ−ＶＢがほぼ零と
なりモータ９が停止する。一方、被写体５が１３の位置
へ移動すれば、レンズ群１等は前記と逆の向きに移動し
、ＶＡ　　Ｖｏ　＝　Ｏになるようにして合焦動作を行
う。この場合の投射光路はＣ１、反射光路はＣ２で示さ
れる。

第６図ないし第９図は、それぞれ第４図に示す゛装置と
同一の原理で測距を行う他の従来例のＡＦ装置を示すも
ので、第４図に示す装置とは投、受光系の形態を異にし
ている。ただし、第４図の装置と同一の部分には同一の
符号を伺している。

第６図に示す装置は、投光素子３からの投光スポットの
投射を、投光レンズ４、撮影光路に配設されるコールド
ミラーから成る反射面１１ａを有するプリズム１１を介
し合焦用レンズ群１を通して被写体５上に行い、その反
射光を受光レンズ６、可視光カットフィルターを通して
カメラ外部に設けられた受光素子８で受光する、いわゆ
る半ＴＴＬ測距タイプであり、該投光素子３は結像面２
と光学的に共役な位置に配置されている。合焦用レンズ
群１の移動は受光素子８と機械的に連動してＡＦ回路１
０により制御されるモータ９で行われる。

第７図に示す装置は、投光素子３からの投光スポットの
投射を、投光レンバ撮影光路に配設されるプリズム１１
の反射面１１ａを介し合焦用レンズ群１を通して被写体
５上に行い、その反射光を再び該合焦用レンズ群１、該
プリズム１１の反射面１１ｂを介して受光レンズ６、可
視光カットフィルタ７を通して受光素子８で受光する。

いわゆるＴＴＬ測距タイプであり、該投光素子３及び受
光素子８はいずれも結像面２と光学的に共役な位置に配
置され、それぞれの投光光束及び受光光束はレンズ群１
の瞳の外周付近で、かつ互いにへたたった位置を通過す
るようになされている。

なお、投光素子３及び受光素子８は固設されており、撮
影レンズとの機械的連動は行う必要がない。

第８図に示す装置は、第７図の装置の変形で、投光光束
を撮影光軸と一致するようにプリズム１１の反射面１１
ａを形成した以外は第７図の装置と同じである。

第９図に示す装置は、投光系に第７図に示す装置と同一
のものを使用し、受光素子として焦点面に設けられた撮
像素子１４を、焦点調節用と撮像用に共用するＡＦ装置
であり、撮像素子１４で受光した像信号は分配回路１２
によりＡＰ回路１０と撮像回路１３とに分割される。

第１０図は第９図に示す装置における撮像素子１４の感
光面を示すもので、焦点検出用として使用する場合は１
４Ａ　、　１４Ｂの２ゾーンからの信号を、分配回路１
２を介してＡＦ回路１０に送るが、測距中は撮像素子１
４上に赤外光を通過させ、撮像中はその赤外光を除去す
る工夫が必要となる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、前述の従来例中、第４図に示すタイプは、投
光レンズ４、受光レンズ６が撮影レンズ群１の外部にあ
るため、投光レンズ４、受光レンズ６の大きさを大きく
することが可能であり、到達距離の面で有利であるが、
反面、全体がコンパクトにまと１らない欠点を有してい
る。一方、第７図に示すタイプは第４図に示すタイプと
逆の長所、短所を有する。また、撮影レンズ群１と投。

受光系との精度を要する機械的連動を必要としないため
、構造が簡単になるという利点も有する。

第６図に示すタイプは、第４図に示すタイプと第７図に
示すタイプの中間的性質を有する。

第８図に示すタイプは第７図のタイプに比べて、投、受
光系の基線長が短くなり、測距精度上不利であるが、第
６図に示すタイプとともに、非合焦時も投光光束がファ
インダーの中心にあるという利点を有する。ちなみに、
前記タイプのものはいずれも投光素子３により被写体５
」二にできる投光スポット像は、合焦時には撮影レンズ
光軸上に形成される。す々わち、前記いずれの装置も測
距ゾーンは、ファインダーの中央にあり、パララックス
のないＡＦ装置となる。

捷だ、第９図に示すものは、ＡＦ受光素子としての撮像
素子１４の受光面積が、撮影レンズの受光面積と等しく
なるため、その他のタイプの装置に比べて、受光面積が
大きくとれるため、到達距離の点で有利となる。壕だ、
第９図の装置では撮像素子１４からの信号をＡＦ回路１
０と撮像回路１３とに分配するが、これは時分割で分配
するのが実際的であるため、このタイプのものは撮影に
先立ち測距を完了させるスチルビテオカメラ等のシステ
ムに好適である。しかしながら、従来装置は、以上のよ
うに構成されていたので、赤外光に対する反射率が均一
な被写体に対しては正しく合焦するが、反射率に差があ
る被写体に対しては測距誤差（以下、「コントラストボ
ケ」という）を生ずる欠点を有していた。

ここで、このコントラストボケについて、第１１図及び
第１２図を基にして説明する。

第１１図（ａ）において、受光素子上での赤外□スポッ
ト像Ｓは、その半径を１としている。スポット像の左側
斜線部は赤外反射率１の被写体から反射された部分、そ
の右側部は赤外反射率ｋ（ｋは１〜ωの間の数値をとる
ものとする。）の被写体から反射された部分である。捷
た、第１１図（ａ）　、　（ｂ）の横軸ｌは、スポット
像Ｓの幾何学的中心０を原点として、反射率境界の位置
を示している。（ａ）の状態で、Ｇはスポット像Ｓの信
号強度中心であり、Ｇから左側の部分の信号と右側の部
分の信号がつり合っている。ＯＧをＥとし、反射率境界
位置を横軸にしてＥを図示したのが、（ｂ）の関係図で
あり、ここではに＝８の場合を図示している。すなわち
、反射率境界位置ｌが約０６の時、面すなわちＥが約０
７という最大値をとる。当然のことなから１＝−１ある
いはｌ−１の時はスポットは均一反射率の被写体に投射
されており、Ｅ−０である。

このＥがコントラストボケに対応する量であるが、これ
について、さらに第１２図を参照して説明する。

第１２図（ａ）は第５図に相当し、同図において均゛−
反射率の被写体」二に投射された赤外スポットの受光素
子面上の像ＳがＣＩ）→（ＩＩ）→（ＨＤと受光素子８
上を領域８Ａから領域８Ｂに相対的に移動した場合のＡ
Ｆ倍信号あるに二Ｖｎ−をプロットするＶＡ　十ＶＢ と、第１２図（ｂ）の実線で示す特性図で表わされる。

すなわち、スポット像Ｓの幾何学的中心０が受光素子８
の領域８Ａ、８Ｂの境界線上にきた時、ＡＦ倍信号零と
なり、したがってコントラストボケを生じない。

次に、第１２図（ａ）に示すように、ｌキ０．６．に＝
８のコントラストパターンからなるスポット像Ｓが（Ｄ
→（ＩＴ）→（ｍ）と、受光素子」−を相対移動した場
合のＡ、　Ｆ信号をプロットすると、第１２図（ｂ）の
点線のように表わされ、ゼロクロス位置がΔＸずれてい
る。このゼロクロスした時のスポット像Ｓが第１２図（
ａ）のＨの位置にあり、信号強度中心Ｇが受光素子８０
領域８　Ａ、　、　８　Ｂの境界線上にある。したがっ
て、第１１図のＥが第１２図（ｂ）のΔＸに対応し、受
光素子上でΔＸだけスポット像Ｓがずれた位置でＡＦ倍
信号零となる。

三角測距の基線長をＬ　、受光レンズの焦点距離をｆＳ
＋撮影レンズの焦点距離をｆ、ピント面でのデフォーカ
ス量をΔｂとすると、 ΔＸに比例したコントラストボケを生ずる。

コントラスト比１（が大きくなると、第１１図（ｂ）の
最大値が右」一方に移動し、第１２図（ｂ）のΔＸも大
きくなり、コントラストボケも大きくなる。

本発明は、前述従来例の欠点を除去し、反射率に差があ
る被写体に対するコントラストボケの少ない焦点検出装
置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するだめの手段〉 初めに、本発明の基本原理となる受光素子の２つの領域
Ａ、Ｈの境界を中心振分けにして設けられるクロストー
クゾーンＣの意味を第２図について説明する。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は前記従来例における第１２
図（ａ）。

（ｂ）に対応する図である。第２図（ａ）において、ク
ロスト−クゾーンＣの幅をＵとし、受光素子上でのス ポット 第２図（Ｃ）は受光素子の２つの領域Ａ−　、　Ｂ上を
輝点がＸ方向に移動した時の一当一　を表わしてぃｖＡ
十ＶＢ る。

その実線αの特性は、輝点がクロストークゾーンＣ内に
あった時、輝点による信号が領域Ａと領域Ｂに均等に５
０％ずつ振分けられる場合である。

この場合に第１２図（ｂ）と同様にＬＬ二］ｈ−を算出
しＶＡ　十ＶＢ て図示すると、第２図（ｂ）のようになる。ただし、Ｊ
−０５としである。

第２図（ｂ）において、実線は均一コントラストのスポ
ット像の場合であり、破線■は第１２図（ｂ）と−１１
＝ 同じ＜　、ｇ−：０．６　、　ｋ＝８のコントラストパ
ターンからなるスポット像の場合で、クロストークゾー
ンがあるために、この場合のΔＸはクロストークゾーン
が々い場合の約半分となっている。Ｊを大きくして、１
に近づけると、ヱし−　ＶＢ→（１から変ＶＡ　　＋　
ＶＢ 化し始めるＸ座標の絶対値が大きくなり、Ｊ−１の時に
ｖＡ　−　ｖＢのゼロクロス時の傾きがなだらかＶＡ　
　＋　ｖ，。

になってしまう。すなわち、ＡＦの感度が落ちる。

第２図（ｂ）のεは、ＡＦ系の許容不感帯を示し、少な
くともゼロクロスの傾きは、εの範囲内ではクロストー
クゾーンがない場合とほぼ等しくなければならない。す
なわちＪの許容最大値が存在する。

次に、ｋが大きくなると、第２図（ｂ）の破線■のよう
な特性となる。そうすると、不感帯εが零の場合は問題
がないが、合焦点での安定性確保のため、εは所定の大
きさを有するものであり、この場合、Ｘを一側からスポ
ット像が移動してきた時に、クロストークゾーンがない
場合よりもかえって大きなｈＦ誤差を生ずる。（以下、
この効果を「拡大効果Ｊという。）この誤差はＪが太き
い程大きいため、この面からもＪの最大値が存在する。

次に、クロストークゾーン内の受光素子の領域Ａと領域
Ｂへの信号の振分はパターンを変える考え方もある。

第２図（Ｃ）における破線βはＸ−−Ｕの時、■Ａ：Ｖ
Ｂ　＝　１ｏｏ　（％）　：　Ｏ　（％）とし、Ｘ−０
の時、ＶＡ　：　ＶＢ　＝５０（％）：５０じ）トシ、
Ｘ＝Ｖの時、■Ａ：ＶＢ−。

（イ）：１００（イ）となるように平均化したものであ
る。

すなわち、αが均一クロストーク型であり、βはクロス
トーク変化率一定型である。破線γはクロストーク変化
率をさらに変化させた場合である。

このようにクロストークの特性をβ，γの方向へ変えて
いくことにより、ｋが大きい場合の測距誤差を小さくす
ることができる。ただし、この場合、ｋ＝８程度の通常
のコントラスト比に対するΔＸの改善度も少なくなるの
で、これを補償するためにＪを大きくする必要がある。

したがって、不感帯ε、拡大効果を生ずる時のｋ（以下
、ｋｒｎａｘという）を考慮して、ｊ＋クロストークパ
ターン（α，β，γなどのタイプ）を決定し々ければな
らない。

たとえば、ε−０，１５、ｋｍａｘ　＝　５０とすると
、クロストークパターンαの場合、Ｊキ０５となり、ク
ロスト−クパターンβの場合、Ｊ−＝０７となる。

そこで、本発明を第１図により説明すると、以上のよう
な原理に基づき、前記目的を達成するために、被写体に
投光素子から投光スポットを投射し、その反射光を２つ
の領域からなる受光素子２１で受光し、該受光素子２１
の２つの領域２１Ａ。

２１Ｂからの出力信号がほぼ等しくなった時に合焦と判
断する焦点検出装置において、該受光素子２１の２つの
領域２１Ａ　、　２１Ｂは境界線２２により分離されて
おり、その境界線部分となるクロストークゾーン、すな
わち幅Ｕをもつ平均値領域２１Ｃの間でピッチＰのジグ
ザグ状パターンで該境界線２２を構成したものである。

なお、ピッチＰは反射光のスポット像Ｓの径りよりも小
さく設定することはいう寸でもない。

〈作用〉 前記のように構成された受光素子２１の領域２１Ａ　、
　２１Ｂの実質的な中心線２３を中心にして入射する光
量は、その５０チが領域２１Ａに、残りの５０％が領域
２１Ｂに、それぞれ振り分けられる。

寸た、該中心線２３よシ領域２１Ａ側にｌだけ離れた個
所に入射した光量はｌ十医／ＴＪＸ１００％が領域２１
Ａに、残りが領域２１Ｂに、それぞれ振り分けられる。

さらに、平均値領域２１Ｃ以外に入射する光量は前述の
ような平均値化が行われず、領域２１Ａ又は２１Ｂのい
ずれかに１００％入射することはいうまでもない。

したがって、平均値領域２１Ｃに入射する反射光は領域
２１Ａ　、　２１Ｂに重み付けて振り分けられる。

〈実施例〉 第３図は本発明の実施例で、その受光素子の平面図を示
す６、 前記第１図に示すものが、受光素子２１の領域２１Ａ　
、　２１Ｂの境界線２２を一次的な（線形）ジグザグ状
パターンであったのを、二次的な平均値補正曲線のジグ
ザグ状パターンにしたものであり、＝１５− ピッチＰ及び全体として領域２１Ａ　、　２１Ｂの面積
については同じである。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように２つの受光素子の境界線
付近に、２つの受光素子の出力信号を互いにクロストー
クさせるゾーンを簡単に形成でき、これによシコントラ
ストのある被写体に対する測距誤差を減少させ、より精
度のよい焦点検出装置にすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る焦点検出装置における受光素子の
構成を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は特性説
明図を示し、第２図（’ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）
は本発明の基本原理となる受光素子のクロストークゾー
ンを説明する図、第３図は本発明の実施例の受光素子の
平面図、第４図々いし第１０図は従来例の種々の能動式
自動焦点検出の概略構成図、第１１図（ａ）。 （ｂ）は従来例における反射率に差のある被写体に対す
る受光素子の受光特性図、第１２図（ａ）　、　（ｂ）
は同じくその受光素子の動作説明図である。 ２１・・・受光素子、２１Ａ　、　２１Ｂ・・受光素子
の分割された領域、２１Ｃ・・・平均値領域、２２・・
境界線、Ｓ・・スポット像 第３図 う ２１Ａ　　　　　　　２２　　　　　　　　ン］Ｂ第２
図 １−ｇ　　　　　　　　　　　　　　　　ｆ）手続補正
書 昭和６１年３月１日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　被写体に投光素子から投光スポットを投射し、その
   反射光を少なくとも１画素ずつからなる２つの受光素子
   で受光し、該２つの受光素子の出力信号がほぼ等しくな
   つた時に合焦と判断する焦点検出装置において、該２つ
   の受光素子の境界線の形状を相互に入り込むような形状
   にしたことを特徴とする焦点検出装置。