JPH0145883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体の像を形成する結像光学系から
の光束の少なくとも一部を受光装置で受光し、こ
の受光装置で前記光束の強度分布を光電信号に変
換し、この光電信号に基づいて物体像の結像状態
を判別して結像光学系の焦点合わせを行なう自動
焦点調節方法に関するものである。

普通の写真撮影用レンズでは通常可視光につい
てのみ色収差を補正してあり、赤外光に対しては
収差補正がされていない。したがつて、このよう
なレンズで赤外線写真を撮影する場合には、最初
に可視光でピントを合わせた後、レンズを操り出
して赤外マークに目印を合わせ直して撮影するの
できわめて面倒である。一方、このようなレンズ
を持つたカメラに自動焦点を適用する場合、レン
ズを透過した光束を受光して合焦状態の検出を行
なう、いわゆるTTL方式を採用するものがある。
例えば第１図に示すように物体１の像を撮影レン
ズ２により撮影する場合、レンズ２を透過した光
束をハーフミラー３により二分し、それぞれ予定
結像面Ｆの前後に配置した受光素子列４および５
で受光している。これら受光素子列４および５は
予定結像面から等しい光路差だけ隔たるように配
置されており、したがつてレンズ２の移動に伴う
受光素子列上の像のぼけ方は第２図に示すように
なり、合焦時には同程度にぼけた像が受光素子列
４および５上に結像されるが、いわゆる前ピンお
よび後ピンの状態ではそれぞれ受光素子列４およ
び５によりピントの合つた像が形成されることに
なる。したがつてこれらの状態では第１および第
２の受光素子列４および５の各受光素子の出力信
号は第３図においてそれぞれ実線および破線で示
すようになる。したがつてこれら受光素子の光電
出力信号を所定の評価関数にしたがつて演算する
と、第４図に示すようなものとなる。すなわち、
第４図の実線は第１の受光素子列４の出力から求
めた評価関数値を、破線は第２の受光素子列５の
出力から求めた評価関数値をそれぞれ示す。また
第４図において、δは両受光素子列の間隔を示し
ている。評価関数としては隣接する受光素子の出
力の差の絶対値の内の最大のもの｜x_o−x_o+1｜_na
ｘや、絶対値の和Σ｜x_o＋x_o+1｜などがあるが、
いずれにしても受光素子上の形成される像の鮮鋭
度が最も高いとき、すなわちコントラストが最大
となるとき、評価関数値は最大値をとる。したが
つて各受光素子列の出力から演算される評価値の
ピークからδ／２だけ離れた点を合焦点位置とすれ ば、この位置では両評価値の差は零となるので、
両評価値の差の正負、零を判定することにより後
ピン状態、前ピン状態、合焦状態を判定すること
ができる。

第５図は上述した合焦検出方法に基づく自動焦
点調節装置全体の構成を示すものであり、物体１
の像を形成するレンズ２からの光束を、上述した
ように光路差を与えた第１および第２の受光素子
列を有する受光装置７で受光し、その光電変換出
力を信号処理回路１０でＡ―Ｄ変換し、演算回路
１１で２つの評価値を計算し、その差を制御回路
１２へ送る。制御回路１２はこの差の正、負、零
を判断し、それに応じてレンズ駆動装置８を制御
し、レンズ２を光軸方向に移動させる。このレン
ズ２の移動量を移動量検出器９で検出し、これを
制御回路１２へ送る。制御回路１２では所定の距
離の移動が終了したことを検出したらレンズ駆動
装置８によるレンズの駆動を停止し、再び受光装
置７による像情報をとり込み、評価値の演算を行
ない、合焦位置へのレンズの移動方向を決定し、
再びレンズ駆動装置８によりレンズ２を所定量移
動する。このような動作を、両評価値の差が零と
なるまで繰返し、最終状態ではレンズ２は予定の
結像面にピントの合つた像を形成する合焦点位置
となる。

上述した自動焦点調節装置において使用する受
光素子は、例えばシリコンホトダイオードであ
り、これは第６図に示すような分光感度特性を持
つており、760ｍμから1.3μの近赤外域において
ピークを有している。一方、物体を照射する光は
一般に種々の波長の光を含んでおり、例えば太陽
光線の分光強度は第７図に示すように近赤外域に
おいても大きな強度があり、デイライトカラー用
のフラツトランプの分光強度特性も第８図に示す
ように近赤外域に大きな相対エネルギーを含んで
おり、螢光灯でも第９図に示すように赤外域にお
ける相対エネルギーは小さいながら存在してい
る。このように撮影光の中には近赤外域が含まれ
ている。一方、撮影レンズ２は通常Ｄ線（589n
ｍ）を中心に可視光に対してのみ色収差が補正さ
れており、赤外線に対しては補正されていないの
で、この補正されていない赤外線に対して大きな
感度を有する受光装置をそのまま用いて可視光の
撮影をするときには合焦点位置がレンズより遠去
かる位置になり、ピントの合つた可視光像が得ら
れないことになる。したがつて、受光装置の前方
に赤外線カツトフイルタを挿入し、可視光のみで
合焦検出を行なうようにしている。しかし、この
ような赤外線カツトフイルタを挿入すると、750
〜800nｍ付近に大きな感度を有する赤外写真用
フイルムを用いて赤外線撮影をする場合には合焦
検出が正しく行なえなくなる欠点がある。可視光
による合焦点位置と赤外線による合焦点位置との
ずれはレンズ設計の段階で知ることができるの
で、可視光により合焦検出した後、このずれに対
応した量だけレンズを移動させることによつて赤
外線に対して合焦させることもできるが、入射光
束中に可視光と赤外光とがどの位の割合で含まれ
ているのがわからなければレンズを正確に合焦点
位置に調節するように補正することはできない。

本発明の目的は上述した従来の欠点を除去し、
撮影光束の分光エネルギー特性がどのような分布
をしていても常に所望の波長の光に対する合焦点
位置を正確に検出し、所望の波長のピントの合つ
た像を得ることができる自動焦点調節方法を提供
しようとするものである。

本発明の自動焦点調節方法は、赤外光に対して
収差補正されていない結像光学系からの物体の像
を形成する光束の少なくとも一部を受光装置で受
光し、この受光装置で前記光束の強度分布を光電
信号に変換し、この光電信号に基づいて物体像の
結像状態を判別して結像光学系の焦点合わせを行
なうに当たり、前記物体像を形成する光束の内の
赤外領域の光による光電信号と、それ以外の波長
領域の光による光電信号とを各別に取出し、前記
受光装置に入射する総ての波長の光により検出さ
れる合焦点位置に対する所望の波長の光による合
焦点位置までの補正値を前記各別に取出した光電
信号の比率に基づいて定め、この補正値により補
正された合焦点位置へ前記結像光学系を移動させ
ることを特徴とするものである。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１０図は可視光および近赤外光に対する合焦
点位置のずれを示すものである。物体２１の像を
撮影レンズ２２で形成する場合、可視光に対して
は位置F₁が合焦点位置であるとすると近赤外光
に対しては位置F₂が合焦点位置となる。一般的
に長波長側にゆくほど焦点位置がレンズ２２から
遠去かるので、F₁とF₂とのずれΔは波長によつ
て異なる。普通の赤外写真用フイルムは750〜
800nm付近に大きな感度を有しており、写真レン
ズ２２の色収差は589nmのＤ線を中心にして補正
されているので、Δを最大589nmと800nmの色収
差分だけとつてやれば可視光の合焦点位置F₁か
ら赤外光の合焦位置F₂に移動するとき、色収差
の補正は実用的には十分である。このように合焦
位置F₁，F₂が波長によつて異なるため、第１１
図ＡおよびＢに示すように評価関数値も可視光と
赤外光とではずれてくる。本発明はこのずれを自
動的に補正するものである。

第１２図は本発明による自動焦点調節方法を実
施する装置の一例の構成を示すものであり、第１
３図は受光装置を示す斜視図である。物体２１の
像をレンズ２２で受光装置２３上に形成するが、
本例ではこの受光装置には半透過面２４および全
反射面２５を有する光路分割プリズム２６と、基
板２７上に設けた第１および第２の受光素子列２
８および２９とを設ける。このようにして物体２
１の同一部分の像を受光素子列２８，２９に形成
することができる。レンズ２２から第１および第
２の受光素子列２８，２９に到る光路長は差があ
り、これら受光素子列の中間の位置が予定の結像
面、例えばフイルム面と共役な結像面となつてお
り、第１および第２の受光素子列はこの結像面の
前後に配置されている。この構成は第１図に示し
た従来のものと同じである。本発明においては、
これら第１および第２の受光素子列には総ての波
長の光が入射するようにする。さらに第１３図に
示すように基板２７上に第１および第２の補助受
光素子３０および３１を配置し、これら補助受光
素子上にはそれぞれ可視光（400〜650nm）を透
過し、赤外光をカツトする赤外カツトフイルタ３
２および近赤外光（700〜800nm）を透過し、可
視光をカツトする赤外透過フイルタ３３を配置す
る。したがつてこれら補助受光素子３０および３
１からは、レンズ２２からの光束中に含まれる可
視光および近赤外光の光量を表わす信号が各別に
出力されることになる。この場合、入射光束がフ
ラツトな分光強度特性を有するときには補助受光
素子３０および３１の出力がほぼ等しくなるよう
に構成するのが好適である。また、補助受光素子
３０，３１は全波長域の光を受光する受光素子列
２８および２９と同じ分光感度特性を有するのが
望ましく、例えば基板２７をシリコンウエフアと
するときは総ての受光素子をこのウエフア内に一
体的に形成するのが望ましい。第６図に示すよう
に近赤外域においてピークを有するシリコンホト
ダイオードによつて総ての受光素子を構成する場
合、合焦検出用受光素子列２８，２９により得ら
れる合焦信号に基づくレンズの停止位置もシリコ
ンの波長依存性の影響が現われる。すなわち、フ
ラツトな分光強度を有する可視光束が受光される
ときは、光軸上の赤い光の焦束点が合焦点位置と
看做され、フラツトな特性の赤外光が入射すると
きは800nm付近の近赤外線の焦束点が合焦位置と
看做される。一方、可視光と赤外光が混在する光
束が入射するときには、これらの中間の位置が合
焦点位置と看做される。したがつて補助受光素子
３０および３１上に設けるフイルタ３２および３
３は、その透過波長域においてフラツトな分光特
性を有するものがよい。一方、フラツトな分光特
性の光が入射したときに可視光検出用の補助受光
素子３２の出力と赤外光検出用の補助受光素子３
３の出力力とを互に等しくするためには、赤外カ
ツトフイルタ３２と赤外透過フイルタ３３の透過
率比を一定にするか、またはこれらの透過率を等
しくし、補助受光素子３２および３３の出力信号
を処理する回路に増幅器を設け、両出力信号に対
する増幅率を変えて最終的な出力信号の利得が
１：１となるようにすればよい。

上述したようにレンズ２２の色収差は赤外線に
対しては補正されておらず、可視光に対する合焦
点に対して近似的に波長に比例して増えていくと
考えてよい。今、589nmの可視光に対する合焦点
位置と、800nmの赤外線に対する合焦点位置との
ずれをΔとする。また、補助受光素子３０の出力
信号、すなわち可視光の出力信号をI_Vとし、補助
受光素子３１の出力信号、すなわち赤外光の出力
信号をI_Rとすると、赤外線に対するピント補正量
ｄは、 ｄ＝Δ×I_R／I_VただしI_R／I_V≦１のとき ｄ＝Δ ただしI_R／I_V＞１のとき とすることができる。このようにして求めた補正
値に基づいて、第１および第２の受光素子列２お
よび２９によつて求められる合焦点位置を補正す
ることにより、所望の波長の光に対する合焦点位
置へレンズ２２を駆動することができる。

第１４図は本発明の自動焦点調節方法に用いる
受光装置の他の実施例を示すものである。上述し
た例においては、合焦付近においては、物体２１
のほぼピントの合つた像が受光素子上に形成され
るようになるが、合焦検出用の受光素子列２８，
２９と入射光束の分光特性を検出するための受光
素子３０，３１とは物体の異なる部分の像を受光
する可能性があり、検出精度が劣化する恐れがあ
る。第１４図に示す例では、基板２７に形成した
受光素子３０，３１の上にフイルタ３２，３３を
配置し、さらにその上に拡散板３４，３５を配置
して上述した劣化を緩和するようにしている。

第１５図は本発明の自動焦点調節方法に用いる
受光装置のさらに他の実施例を示すものであり、
本例では分光特性検出用の受光素子３６を１個設
ける。この受光素子３６は第１６図に示すような
シリコンの三層構造を有しており、領域３６ａ，
３６ｂ，３６ｃにそれぞれ電極３７ａ，３７ｂ，
３７ｃを設けたものである。このような素子では
青色光はシリコンの表面近傍で吸収され、赤色光
は中間部で吸収され、赤外光は深い部分で吸収さ
れる。したがつて、第１７図に示すように浅い所
に位置する第１のホトダイオード３６ａ，３６ｂ
は短波長域で感度が高くなり、深い所に位置する
第２ホトダイオード３６ｂ，３６ｃは長波長域で
感度が高くなる。したがつてこれら第１および第
２のホトダイオードを、前例の受光素子３０およ
び３１の代りに用いることによつて前例と同様の
補正ができる。ただし本例では赤外域での感度の
ピークは870nmにあるので589nmの可視光に対す
る合焦点位置と、870nmの近赤外光に対する合焦
点位置との間のずれを上述のΔとして採用すれば
よい。

本発明は上述した実施例だけに限定されるもの
ではなく、幾多の変形が可能である。例えば光量
が不足したとき、例えば暗い中で撮影するときに
合焦信号を得ようとする場合の一つの方法として
赤外線を物体に照射する方法がある。このような
方法は合焦検出用受光素子列の光路中へ赤外カツ
トフイルタを挿入した装置では採用できないが、
赤外カツトフイルタを設けなければ、赤外光だけ
でなく可視光も入射するので正確な合焦信号を得
ることはできない。しかし、本発明では上述した
ように赤外光と可視光とを各別に検出し、これに
より合焦点位置の補正を行なうものであるから上
述したような場合に特に有効である。さらに上述
した実施例では予定の結像面の前後にそれぞれ受
光素子列を配置し、これら受光素子列から得られ
評価関数値を比較するいわゆるぼけ像検出方式に
適用したが、特開昭48―60645号、特開昭51―
147317号等に記載されているように撮影レンズの
像側に受光素子列を配置し、デフオーカスによる
主光線の像面に対する横ずれを検出する方式にも
本発明は有効に適用することができる。また上述
した例では可視光写真撮影を行なう場合に赤外光
の影響を補正するようにしたが、赤外写真撮影を
行なう場合の可視光の影響を補正することもで
き、この場合には上述した補正量を逆向きにすれ
ばよい。

上述した本発明の効果を要約すると次の通りで
ある。

(1) 色収差分だけレンズ駆動量を自動的に補正す
ることができるので入射光束の分光特性によら
ずに所望の波長の光に対する合焦位置に調節す
ることができる。

(2) 合焦検出用の受光装置には赤外カツトフイル
タを設けないので赤外光を利用することがで
き、検出感度および精度を向上することができ
る。

(3) 赤外線写真の撮影を行なう場合には色収差補
正を逆向きにすれば自動焦点が可能であり、従
来の人間の眼による合焦検出法よりも簡単に行
なうことができる。

(4) 合焦検出用受光素子と分光特性検出用受光素
子とを同一基板上に形成すると、両素子の分光
感度特性が揃うので合焦精度が向上すると共に
製造も容易で安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のぼけ像検出方式になる合焦検出
方法を示す線図、第２図は同じくそのときのレン
ズの移動に伴う受光素子列上の像のぼけ具合を示
す線図、第３図は同じくそのときの受光素子の出
力を示すグラフ、第４図は同じくそのときのレン
ズ移動量と評価値との関係を示すグラフ、第５図
は従来の自動焦点調節装置の構成を示すブロツク
図、第６図はシリコンホトダイオードの分光感度
特性を示すグラフ、第７図、第８図および第９図
はそれぞれ太陽光、フラツドランプおよび螢光灯
の分光強度特性を示すグラフ、第１０図は本発明
による自動焦点調節方式における可視合焦点位置
および近赤外合焦点位置を説明するための線図、
第１１図はレンズの色収差による評価値のずれを
示す線図、第１２図は本発明の自動焦点調節方法
による合焦検出装置の一例の構成を示す線図、第
１３図は同じくその受光装置の一例の構成を示す
斜視図、第１４図は同じくその受光装置の他の例
の構成を示す線図的断面図、第１５図は同じくそ
の受光装置のさらに他の例の構成を示す斜視図、
第１６図は同じくその分光特性検出用受光装置の
構成を示す断面図、第１７図は同じくその分光感
度特性を示すグラフである。 ２１…物体、２２…撮影レンズ、２３…受光装
置、２７…基板、２８，２９…合焦検出用受光素
子列、３０，３１…分光特性検出用受光素子、３
２…赤外カツトフイルタ、３３…赤外透過フイル
タ、３４，３５…拡散板、３６…分光特性検出用
受光素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体の像を形成する結像光学系からの光束の
   少なくとも一部を受光装置で受光し、この受光装
   置で前記光束の強度分布を光電信号に変換し、こ
   の光電信号に基いて物体像の結像状態を判別して
   結像光学系の焦点合わせを行なうに当り、 前記物体像を形成する光束の赤外領域の光によ
   る光電信号と、それ以外の波長領域の光による光
   電信号とを各別に取出し、 前記受光装置に入射する総ての波長の光により
   検出される合焦点位置に対する所望の波長の光に
   よる合焦点位置までの補正値を前記各別に取出し
   た光電信号の比率に基づいて定め、 この補正値により補正された合焦点位置へ前記
   結像光学系を移動させることを特徴とする自動焦
   点調節方法。 ２ 前記赤外領域の光およびそれ以外の波長領域
   の光の光電信号を各別に取出す補助受光手段と、
   総ての波長の光を受光する前記受光装置とを同一
   基板上に形成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の自動焦点調節方法。