JPS627524B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動焦点検出装置に関し、特に一方向
収束性光学系およびイメージセンサーの組合せに
より焦点検出感度の増大を計つた自動焦点検出装
置に関する。

従来より、物体までの距離を自動的に検出する
方式は種々知られている。例えば所定の基線長の
もとに配置された受光素子により左右像合致によ
る視角差に基づいて測距する二重像合致式、受光
素子のデイツプ効果を利用した極値式、光および
超音波等による投射式および三角測量式等である
が、いずれの方式にも一長一短があり、あらゆる
被写体条件に適合することは困難である。

またこれら方式をカメラに応用した場合、前記
被写体条件の他にカメラの条件、例えばカメラ振
れ等の条件を加わりますます困難となる。

また、上記方式に使用される受光素子について
は、cds、ホトダイオードおよびホトトランジス
タ等の単体の受光素子が使用されているが、これ
らの素子は合焦時の出力信号が小さく適正な合焦
信号を得ることおよび合焦方向を知ること等が困
難である。

さらに近年、CCD（電荷転送素子）および
MOS型等のイメージセンサーが上記方式に使用
されるようになつてきて、上記困難はいくらか緩
和されてきたが、この受光素子においても従来方
式にそのまま適応させた場合には走査方向による
感度の違いおよび空間周波数等の問題により種々
の被写体条件を満足することは困難である。

特にこのイメージセンサーを極値方式に応用し
た場合には、走査信号の高調波成分の極大値によ
り合焦信号を得ることになるが、カメラ振れおよ
び被写体の移動による誤信号が前記走査信号に加
算され焦点検出感度が低下又は不可能となる事態
が生ずる。

したがつて、本発明はこれらの困難に鑑みて、
少しでも被写体条件を緩和し得ると共に合焦感度
の良い自動焦点検出装置を提供することを目的と
する。

この目的を達成するために、本発明装置は、光
軸と垂直な一方向成分に対して収束能力を有する
一方向収束光学系とこの光学系の焦線近傍に配置
されかつ走査方向を前記焦線と略垂直に配列され
た自己走査型イメージセンサーと前記光学系と前
記イメージセンサー間の実効距離を可変する走査
機構とによつて構成される。

さらに本発明は、焦点検出信号の極性を機械的
な走査なしに検出する装置を提供することを目的
とし、この目的は合焦検出に用いるイメージセン
サーを光軸に対して傾斜させることにより達成さ
れる。

以下、本発明を添付図面の実施例に基づいて詳
述する。

第１図は本発明を一眼レフカメラに応用した場
合の側面図を示す。

まず被写体からの光は撮影レンズ１を介して反
射ミラー２に入射し、ここで90度光路が変更され
ピントグラス５およびコンデンサーレンズ４等の
フアインダー系へと導びかれる。

また前記反射ミラー２の一部には光透過面（図
示せず）が形成され、この光透過面を通過した被
写体光は補助ミラー３により90度光路が変更され
フイルム面７と等価な位置に配置された視野絞り
８および光路変更ミラー９を介して結像レンズ１
０およびレンチキユラーレンズ１１からなる一方
向収束光学系に入射され、イメージセンサー１２
上に一方向だけ結像された縦縞の像を形成する。

ここで前記視野絞り８はイメージセンサー１２
の視界を制限するもので、撮影者による測距範囲
の可変あるいは変換レンズ等の焦点距離の違い等
によつて手動的あるいは自動的に可変するように
なす事も可能である。

さらにイメージセンサー１２からの走査信号は
後述する制御回路１３により処理されサーボモー
ター１４を介して前記撮影レンズ１を駆動する。

前記一方向収束光学系は第５図イに示すように
結像レンズ１０およびレンチキユラーレンズ１１
によつて一方向に収束性（図中ｘ軸方向）および
他の方向に発散性（図中ｙ軸方向）を持たせてあ
るが、この光学系は一方向（ｘ軸方向）にだけ収
束性があれば良いからｙ軸方向の収束性はｘ軸方
向に比べ弱いか、無いかあるいは発散性があるか
のいずれでも良い。

したがつて、第５図ロに示す如くｘ軸方向の曲
率を持つたシリンドリカルレンズでも同様な効果
が得られる。

この一方向収束光学系によつてイメージセンサ
ー１２上に被写体像がどのように結像されるかを
第２図を参照して説明する。

ここで、前記一方向収束光学系の収束方向は、
イメージセンサー１２の受光素子アレイ１２ｉの
走査方向（ｘ軸方向）に対応して決めてあるた
め、ｘ軸方向には所定の倍率で結像されｙ軸方向
は所定の倍率で発散され結果として前記アレイ１
２ｉの方向に対して垂直な縦縞の模様となる。

このように受光素子アレイ１２ｉ上に縦縞に被
写体像を結像することによりｙ軸方向へのカメラ
ブレ（実際のカメラブレはこの方向がほとんどで
ある）による走査信号は変化しないこと、前記ア
レイ１２ｉ一ラインであるがこのラインと垂直方
向に対しても広い視野を走査することになるので
走査位置と撮影者が確認するためのターゲツトと
のパラツクスの調節が容易となることおよび被写
体のパターンがどのようなものであつても受光素
子アレイ１２ｉの走査方向と一方向収束光学系の
焦線とがほぼ垂直の関係にあるため最も変化率の
大きい信号が得られること等の利点が得られる。

次に前記イメージセンサー１２および制御回路
１３の回路構成を第３図を参照して詳細に説明す
る。ここで第１図と同一符号は同一作用物を示す
ものとする。

まずイメージセンサー１２としてCCD（電荷
転送素子）が用いられこのCCDはクロツクパル
ス発生器１３−１からのパルスによりCCD駆動
回路１３−２を介して順次走査される。この走査
信号は平滑増幅回路１３−４、微分回路１３−５
および絶対値回路１３−６により走査信号の高周
波成分が取出され、かつ整流される。この整流信
号はゲート回路１３−８により電源投入時および
CCD１２の不連続走査によるノイズが除去され
ピーク値ホールド回路１３−９に入力される。こ
のホールド回路１３−９の出力信号はアツプダウ
ンカウンター１３−１０をリセツトする。このカ
ウンター１３−１０は撮影レンズを駆動するため
のステツピングモーター１４がサーチスキヤン中
はアツプ入力にパルスが入力され、およびデイテ
クトスキヤン中はダウン入力にパルスが入力され
カウント数がマイナスになると桁下げ信号がカウ
ンター１３−１０から出力されこの信号により前
記モーター１４をストツプさせる。

第４図イ，ロ，ハ，ニおよびホは第３図に示す
各回路の出力波形を示すもので電源投入時をtoと
してｎ回目の走査終了時間をtn（ｎ＝０、１、２
……ｎ）とする。

以下本発明装置の動作を第１図、第２図、第３
図および第４図を参照して説明する。

レリーズ第１段により電源スイツチが投入され
ると、モーター１４はクロツクパルスにより撮影
レンズ１を無限位置から至近位置まで移動させ
る。（サーチスキヤン） このサーチスキヤン中にCCD１２の走査信号
のうち高周波成分が最大の時点で例えば第４図の
t₃〜t₄の第４回目の走査の時点で最大であるとす
ると、この時点でピーク値ホールド回路１３−９
からの出力信号は停止し、カウンター１３−１０
はレンズ１が至近に至るまでアツプカウントを行
なう。

このレンズ１が至近に至つた後図示せぬ機構に
よりモーター１４は逆転されると共にカウンター
１３−１０はダウンカウントを行なう。（デイテ
クトスキヤン） この時前記t₃〜t₄の時点におけるレンズ１の位
置にレンズ１が至近から到達した時にカウンター
１３−１０は桁下げ信号を出力し、この出力信号
によりモーター１４は停止される。

すなわち第４図ホの信号においてサーチススキ
ヤン中にピーク値ホールド回路１３−９の最後の
Ｈレベルのパルスが発生した時の撮影レンズ１の
移動位置が合焦点位置を示すものであり、この合
焦信号はカウンター１３−１０内にステツピング
モーター１４の制御回路からのパルスとして記憶
される。すなわちピーク値ホールド回路の出力ホ
の最後のＨレベルによりカウンター１０は最終的
にリセツトされ、それ以降CCDが一連（無限か
ら至近）の走査を終了するまでの間のモーター１
４の回転数と関係したパルスがカウンター１３−
１０内に記億される。

ここでモーター１４の逆回転により、カウンタ
ー１３−１０のカウント数が減数されてゆく途中
カウント数がマイナスになつた時すなわち前記合
焦点位置にモーター１４は停止され、よつて合焦
位置にレンズ１は停止される。

この後レリーズ第２段操作によりシヤツターが
レリーズされミラー２がアツプすると共にシヤツ
ター幕６が走行し一連の露出制御が行なわれる。

以上の説明では前記光学系とイメージセンサー
間の実効距離（光路長）を可変するために撮影レ
ンズ１そのものを移動させる方法であるが、第６
図に示すように走査プリズムにより前記光路長を
変えるようにする方法も有効である。

この方法では、前記走査プリズムは固定プリズ
ム２０および可動プリズム２１を互いに斜面を向
い合せにして配置され、かつ可動プリズム２１の
前記斜面にそつての走査によつて実質的に平行平
面板の厚さを変えるという動作が行なわれる。

この走査プリズムはさらにイメージセンサー１
２前面に配置されて前記光路長を変える。前記走
査は前記撮影レンズ１のサーチススキヤンおよび
デイテクトスキヤンに換えて行なわれるものであ
る。したがつて、前記撮影レンズ１を前記可動プ
リズム２１のデイテクトスキヤン中に停止された
位置に対応した前記撮影レンズ１の移動位置又は
移動方向へ移動するだけで合焦動作が行なえ、撮
影レンズ１自体の運動がスムーズとなる。特に映
画撮影器等の如く連続的にフオーカスを制御する
場合に非常に有利となる。

また前記光路長の可変にプリズムを使用するこ
ことは、一般に合焦操作における光路長の変動分
は非常に小さく精度を要するため、この変動分を
拡大できる利点がある。

さらに可動プリズム２１を固定プリズム２０の
斜面にそつて移動させることは、収差除去および
受光素子アレイ１２ｉ上の結像範囲の変動を少な
くする事において有利となる。

第７図は本発明の他の実施例の要部を示すもの
で、前記一方向収束光学系としてのシリンドリカ
ルレンズ１１がイメージセンサーの受光素子アレ
イ１２ijの走査方向（図示ｘ軸方向）に対して収
束するように配置され、かつイメージセンサー１
２を光軸に対して90度未満の角度で傾斜させて光
軸上に配置したものである。そして、この一方向
収束光学系とイメージセンサーは、第１図に示す
１０，１１，１２にかわつて配置するものとす
る。

この実施例の場合は上記した走査プリズムから
なる光学的走査機構を無くしかつ合焦方向をも知
ることができるものである。

まず初めにこの実施例において受光素子アレイ
１２ijが２列の場合をこの場合の制御回路を示す
第８図ＡおよびＢを参照して説明する。この場合
においても前記実施例と同一符号は同一作用物を
示すものとし、また各ブロツクの構成は第３図と
ほぼ同様であるので相違点を中心に述べることと
する。

まず２列の受光素子アレイ１２i₁および１２i₂
はクロツクパルス発生器１３−１よりのパルスに
よりCCD駆動回路１３−２により順次走査され
平滑増幅回路１３−４および１３−４′により
個々の出力の包絡線が求められる。これらの包絡
線より微分回路１３−５および１３−５′により
高周波成分が取り出され絶対値回路により直流信
号に変換される。これらの変換出力からゲート回
路１３−８および１３−８′により電源投入時に
発生するノイズ及び受光素子アレイ１２i₁および
１２i₂の不連続点におけるノイズ成分が除去され
クランプ回路１３−２０および１３−２０′にそ
れぞれ入力される。このクランプ回路１３−２０
および１３−２０′は所定値より高い信号成分の
みを取り出すもので非合焦信号はこのクランプ回
路でカツトされるため合焦感度を上げるものであ
る。つまり、非合焦時のクランプ回路への入力信
号は、合焦時に比較して高い信号成分が少なく平
担化されている事は、微分回路１３−５および１
３−５′の出力信号に高周波成分が少ない事から
明らかである。よつてクランプ回路によりある所
定値より高い信号成分のみを取り出した場合に
は、非合焦時は少なく、一方合焦時は多くなり、
Ｓ／Ｎ比が高い合焦信号が得られる。

このクランプ回路１３−２０の出力はＶ−Ｉ変
換回路１３−２２により電流値に変換され積分コ
ンデンサーＣに充電される。

さらに他のクランプ回路１３−２０′の出力は
反転回路１３−２１を介してＶ−Ｉ変換回路１３
−２２′に入力され、この電流出力により前記積
分コンデンサーＣは放電される。放電抵抗R₁
は、前記積分コンデンサーＣの電荷をある時定数
をもつて放電する事により、ｎ−１，ｎ−２，…
…、回目の信号を減衰させ過去の信号が累積され
る事を防止する為のものである。

ここで、前記両信号を積分する理由は被写体の
像のうち例えば奥行きのある被写体では各々の被
写体の平均的な位置を算出するためで、具体的に
は視野内を占有する面積が多い方、コントラスト
の高い方、パターンの境界がはつきりしている方
および輝度の高い方等被写体に合う確率が多い様
にするためである。

前記積分された出力はブリーダ抵抗R₂、R₂お
よびR₄によつて所定電圧が与えられたコンパレ
ーターOP１およびOP２の正入力端子および負入
力端子にそれぞれ入力される。

またこのコンパレーターOP１およびOP２の出
力はそれぞれ撮影レンズ駆動モーター１４に入力
されているためこのモーター１４は前記ブリーダ
抵抗R₂、R₃およびR₄によつて与えられた分割電
圧の中間点で停止することとなる。

ここでコンパレーターOP１およびOP２のコン
パレートレベルに所定の幅をもたせたのは連続的
に合焦制御を行なう場合に合焦信号が小さい時に
前記モーター１４を制御するとこの信号はＳ／Ｎ
比が低いため誤信号が発生し誤まつた制御を行な
いハンチング等を行すこととなるため、この様な
信号レベルの時には前記モーター１４を停止して
おくためである。

したがつて、このモーター１４は前記受光素子
アレイ１２i₁および１２i₂の出力が等しくなるよ
うに制御され、すなわち被写体像が２列の受光素
子ラインの中間に結像される時にモーター１４は
停止され撮影レンズ１の合焦動作が行なえる。さ
らにこれらコンパレーターOP１およびOP２の出
力により合焦方向をも知ることができる。

またここではモーター１４の回転時期は特に規
制を行なつていないが、このモーター１４へのパ
ルス的な電圧印加は好ましくないので、この点を
改良したものが第９図に示す回路である。

第９図においては第８図に示すＶ−Ｉ変換回路
１３−２２および１３−２２′の出力以後を示し
またクロツクパルス発生回路１３−１からの出力
がシーケンス回路１３−２３を介して前記積分コ
ンデンサーの放電制御および前記コンパレータ
OP１およびOP２の出力を一時記憶するラツチ回
路１３−２４および１３−２４′を制御する回路
構成が追加されている。

ここでこれら構成の動作は、第ｎ回目の走査が
終了した時点でのコンパレーターOP１およびOP
２の判定結果がラツチ回路１３−２４および１３
−２４′に記憶され、第ｎ＋１回目の走査中にそ
の記憶状態に基づいてモーター１４が一定時間だ
け回転を規制される。この様に構成することによ
り受光素子アレイ１２i₁および１２i₂の走査中の
それぞれの出力によりモーター１４は制御され
ず、一走査後の結果に基づいて制御されるためモ
ーター１４すなわち撮影レンズ１の運動が非常に
スムーズになる。

以上説明したように受光素子アレイ１２ijが２
列の場合では、被写体までの距離が時々刻々と変
化するものに対しても、撮影レンズを動かすべき
方向が判明でき、しかも撮影レンズの移動もハン
チング等の支障なしにスムースにでき特にシネカ
メラ等の自動合焦装置として有効である。

第１０図の実施例は、特にスチールカメラとし
て上述の方法をさらに改善したもので、極く短時
間の間に撮影レンズを動かすべき移動量をも検出
可能なものでありさらには、機械的な走査部材を
全く必要とせずに行ないうる自動焦点検出装置の
処理回路に関するものである。

この光学的配置は第７図に示すCCD１２の受
光素子アレイ１２ijを２列以上設けたものであ
り、撮影レンズ１を介さないで直列シリンドリカ
ルレンズ１１を被写体に向け被写体像をCCD１
２上に投影するものとする。

以下にこの場合の処理回路を第１０図に参照し
て説明する。

ここで第３図と同一符号は同一作用物を示すも
のとする。この場合にも第３図の回路と同様にピ
ーク値ホールド回路１３−９よりCCD１２より
の信号の高周波成分の最大値が求められるが、さ
らに論理回路１３−１０によりこの最大値がどの
受光素子アレイで出力されるかを検出して合焦位
置が撮影レンズおよび走査プリズムの移動なしに
決定される。

すなわち、無限距離から至近距離の範囲にある
被写体像は、一方向収束光学系により受光素子ア
レイ１２ijのどこかのラインに一番良く焦線を結
び、このラインを走査した時にこの走査信号の高
周波成分が他のラインに比べて最大を示す事にな
る。この信号はピークホールド回路１３−９の出
力信号により判断できる。

すなわち、一連の走査を終了するまでの間で、
最後に出力されるＨレベルの信号が最大値を示し
た時の信号を示し、この信号が出力された時の走
査中の受光素子アレイのライン上に一番良好な焦
線が結像されている事になる。

この事は、CCD駆動回路１３−２から論理回
路１３−１０へ何番目のCCDラインを走査中で
あるというデータが送られる一方、ピーク値ホー
ルド回路１３−９からの最後の出力パルス信号に
よつて最終的にその時のデータがラツチされる。
このラツチの内容はデイジタル的に第何番目の
CCDに焦線が結ばれているという事を示し、よ
つてCCDラインのヒツチ関係及びセルの傾斜角
度の関係により被写体が何ｍの近傍にあるという
事が解る。したがつて撮影レンズ１をどれだけ移
動させれば良いか判る事になる。

そこでモータ駆動回路１３−１１によりモータ
ーＭがラツチ内容に示される移動量だけ撮影レン
ズ１を移動し、この移動後シヤツターが作動す
る。

ここで２個以上の受光素子アレイを用いて合焦
位置を検出する場合にこのアレイ間に不連続点が
あると、その点を通過する際に発生するノイズが
問題となり本実施例ではゲート回路１３−８にお
いてそのノイズを除去しているが、第１１図に示
す如くCCD１２の各受光素子アレイを連続的に
配置する場合は前記ノイズが簡単に除去できる。

第１１図イは各受光素子アレイを垂直に接続し
た場合でこの場合垂直ライン上の信号はCCDへ
の結像に一方向収束光学系を用いているため変化
しない。また第１１図ロは各受光素子アレイを次
のアレイと互いに傾斜させて接続した場合であつ
て水平走査時のノイズを除去するようにしたもの
である。

一方CCDラインのピツチを小さくし、ライン
数を増すことにより、より精度アツプすることは
云うまでもないがCCDラインを使用せずには撮
像管を傾けて行なえば何の支障もなくライン数を
増やす事ができ有効である。

このように第１０図の実施例の場合は何のメカ
的走査部材を必要とせず被写体までの距離が極く
短時間で判明できる。

本発明は以上説明したように一方向収束光学系
により被写体像をイメージセンサー上に結像させ
この像を走査するようにしたため被写体の模様に
影響を受けにくく、またカメラブレによる信号の
変化も防止できる。

さらにイメージセンサーの採用およびこのイメ
ージセンサーを光軸に対して傾斜させることによ
り機械的走査を極力少なくすることまたは全くな
くすることができる等従来にない安価で高性能な
自動焦点検出装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を一眼レフカメラに応用した場
合の構成図、第２図はこの実施例におけるイメー
ジセンサーの斜視図、第３図はこの実施例におけ
る制御回路のブロツク図、第４図はこのブロツク
図の各点におけるタイムチヤート、第５図は第１
図における一方向収束光学系の斜視図、第６図は
他の実施例を示す走査プリズムの配置図、第７図
はさらに他の実施例を示す一方向収束光学系とイ
メージセンサーとの配置図、第８図ＡおよびＢは
第７図の光学系における制御回路のブロツク図、
第９図は第８図に示す制御回路の他の実施例の要
部ブロツク図、第１０図は第７図の光学系におけ
る制御回路の他の実施例を示すブロツク図および
第１１図は第１０図に使用されるイメージセンサ
ーの受光素子アレイの例を示す正面図をそれぞれ
示す。 １……撮影レンズ、２……反射ミラー、３……
補助ミラー、４……コンデンサーレンズ、５……
ピントグラス、６……シヤツター、７……フイル
ム、８……補助絞り、９……方向変換ミラー、１
０……レンズ、１１……レンチキユラーレンズ、
１２……イメージセンサー、１３……制御回路、
１３−１……クロツクパルス発生回路、１３−２
……CCD駆動回路、１３−４……平滑増幅回
路、１３−５……微分回路、１３−６……絶対値
回路、１３−７……ゲート制御回路、１３−８…
…ゲート回路、１３−９……ピーク値ホールド回
路、１３−１０……カウンター、１３−１１……
モーター駆動回路、１３−２０……クランプ回
路、１３−２１……反転回路、１３−２２……Ｖ
−Ｉ変換回路、１３−２３……シーケンス回路、
１３−２４……ラツチ回路、１４……モーター、
２０および２１……走査プリズム、Ｃ……積分コ
ンデンサー、R₁，R₂，R₃およびR₄……抵抗、OP
１およびOP２……コンパレーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光軸と垂直な一方向成分に対して収束能力を
   有する一方向収束光学系とこの光学系の焦線近傍
   に配置されかつ走査方向を前記焦線と略垂直に配
   置されると共に光軸と垂直な面に対して90゜未満
   の角度で配置された自己走査型イメージセンサー
   とこのイメージセンサーからの走査出力の高周波
   成分を積分しこの積分値の極値を求める処理回路
   とから構成されたことを特徴とする自動焦点検出
   装置。 ２ 一方向収束光学系をシリンドリカルレンズと
   なしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の自動焦点検出装置。 ３ イメージセンサーをCCDとなしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動焦点検
   出装置。