JPH0516563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、焦点検出装置、特に赤外光を被写体
上に投射し、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６図ないし第１２図に基づい
て説明する。

第６図はそのAF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を通して被写体５上に投光スポ
ツトを投射し、その反射光を受光レンズ６、可視
光カツトフイルタ７を通して２領域８Ａ，８Ｂに
分割されたPINフオ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、「AF回路」という）１０により被写体５
までの距離を検出し、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を含む撮影レンズ系に
より撮像管の結像面２（カメラによつては固体撮
像素子の結像面又はフイルム）に鮮鋭に被写体像
が結像される。

なお、このAF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６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l₂の距離にある
とき、第７図ａに示すように投光スポツト像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つているとす
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V_Bとの差V_A
−V_B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を通つて被写体５に
当つて拡散反射し、さらに光路b₂を通つて受光素
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l₁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がそのままの位置
にあるとすると、光路はb₁から被写体５に当つて
拡散反射され、光路b₂′を通つて受光素子８上に
結像するが、第７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V_A−V_Bは零
にならない。

一方、AF回路１０は、V_A−V_Bの信号の符号に
従つてモータ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う。上記のように
V_A−V_Bが負の場合は、レンズ群１が繰り出され
る。第６図でレンズ群１が１′の位置まで繰り出
された時、l₁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a₁、反射光路が
a₂のようになり、この結果、第７図ａに示すよう
に投光スポツト像Ｓが受光素子８上の領域８Ａ，
８Ｂの中間位置に移動し、この時、V_A−V_Bがほ
ぼ零となり、モータ９が停止する。一方、被写体
５がl₃の位置へ移動すれば、レンズ群１等は前記
と逆向きに移動し、V_A−V_B＝０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８図ないし第１１図は、それぞれ第６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６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６図の
装置と同一の部分には同一の符号を付している。

第８図に示す装置は、投光素子３からの投光ス
ポツトの投射を、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、可視光カツトフイルム７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と光光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１０により制御されるモータ９で行
われる。

第９図に示す装置は、投光素子３からの投光ス
ポツトの投射を、投光レンズ４、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、可視光カツ
トフイルタ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お
よび受光素子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
にへだたつ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１０図に示す装置は、第９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１１ａを形成した以外は第９図の
装置と同じである。

第１１図に示す装置は、投光系に第９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AF回路１
０と撮像回路１３とに分割される。

第１２図は第１１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１４Ａ，１４Ｂの２ゾーンからの
信号を、分配回路１２を介してAF回路１０に送
るが、測距中は撮像素子１４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６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
クトにまとまらない欠点を有している。一方、第
９図に示すタイプは第６図に示すタイプと逆の長
所、短所を有する。又、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し、第
８図に示すタイプは第６図に示すタイプと第９図
に示すタイプの中間的性質を有する。

第１０図に示すタイプは第９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８図に示すタイプとともに、非
合焦時も投光光束がフア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上にできる
投光スポツト像は、合焦時には撮影レンズ光軸上
に形成される。すなわち、前記いずれの装置も測
距ゾーンは、フアインダーの中央にあり、パララ
ツクスのないAF装置となる。

また、第１１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。また、第１１図の装置で
は撮像素子１４からの信号をAF回路１０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デオカメラ
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１
３図及び第１４図を基にして説明する。

第１３図ａにおいて、Ｓは受光素子８上での赤
外スポツト像であり、その半径を１としている。
スポツト像Ｓ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〜∞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。また、第１３
図ａ，ｂの横軸ｌは、スポツト像Ｓの幾何学的中
心Ｏ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はスポツト像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
の信号がつり合つている。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ｋ＝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0.6の時、
OGすなわちＥが約0.7という最大値をとる。当然
のことながらｌ＝−１あるいはｌ＝１の時はスポ
ツ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１４図を参照して説
明する。

第１４図ａは第４図に相当し、同図において均
一反射率の被写体上に投射された赤外スポツトの
受光素子８面上の像Ｓが→→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AF信号であるV_A−V_B／V_A＋V_Bをプロツトすると、 第１４図ｂの実線で示す特性図で表わされる。す
なわち、スポツト像Ｓの幾何学的中心Ｏが受光素
子８の領域８Ａ，８Ｂの境界線上にきた時、AF
信号が零となり、したがつてコントラストボケを
生じない。

次に、第１４図ａに示すようにｌ≒0.6，ｋ＝
８のコントラストパターンからなるスポツト像Ｓ
が→→と、受光素子上を相対移動した場合
のAF信号をプロツトすると、第１４図ｂの破線
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ツト像Ｓが第
１４図ａのの位置にあり、信号強度中心Ｇが受
光素子８の領域８Ａ，８Ｂの境界線上にある。し
たがつて、第１３図のＥが第１４図ｂのΔxに対
応し、受光素子上でΔxだけスポツト像Ｓがずれ
た位置でAF信号が零となる。

三角測距の基線長をＬ、受光レンズの焦点距離
をf_s、撮影レンズの焦点距離をｆ、ピント面での
デフオーカス量をΔbとすると、 Δb＝Δx×f²／Ｌ・f_sであり、 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ｋが大きくなると、第１３図ｂ
の最大値が右上方に移動し、第１４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。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明を図面に基づいて説明する。

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，Ｂ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５図につい
て説明する。

第５図ａ，ｂは前記従来例における第１４図
ａ，ｂに対応する図である。第５図ａにおいてク
ロストークゾーンＣの幅をＵとし、受光素子上で
のスポツト像Ｓの直径Ｄとの比をｊ＝Ｕ／Ｄとする。

第５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V_A／V_A＋V_Bを表わしてい る。

その実線αの特性は、輝点がクロストークゾー
ンＣ内にあつた時、輝点による信号が領域Ａと領
域Ｂに均等に50％ずつ振分けられる場合である。
この場合に第１４図ｂと同様にV_A−V_B／V_A＋V_Bを算出し て図示すると、第５図ｂのようになる。ただし、
ｊ＝0.5としてある。

第５図ｂにおいて、実線は均一コントラストの
スポツト像の場合であり、破線は第１４図ｂと
同じくｌ≒0.6，ｋ＝８のコントラストパターン
からなるスポツト像の場合で、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
ゾーンがない場合の約半分となつている。ｊを大
きくして、１に近づけるとV_A−V_B／V_A＋V_Bが１から変化 し始めるｘ座標の絶対値が大きくなり、ｊ＝１の
時にV_A−V_B／V_A＋V_Bのゼロクロス時の傾きがなだらかに なつてしまう。すなわち、AFの感度が落ちる。
第５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５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を一側からスポツ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つ
て大きなAF誤差を生ずる。（以下、この効果を
「拡大効果」という。）この誤差はｊが大きい程大
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への信号の振分けパターンを変える考
え方もある。

第５図ｃにおける鎖線βはｘ＝−Ｕ／２の時、 V_A：V_B＝100（％）：０（％）とし、ｘ＝０のとき、
V_A：V_B＝50（％）：50（％）とし、ｘ＝Ｕ／２の時、 V_A：V_B＝０（％）：100（％）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。鎖線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。

したがつて、不感帯ε、拡大効果を生ずる時の
ｋ（以下、kmax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
決定しなければならない。

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≒0.5となり、
クロストークパターンβの場合、ｊ≒0.7となる。

そこで、以上の原理に基づき、前記目的を達成
するために、本発明は被写体に投光素子から投光
スポツトを投射し、その反射光を少なくとも互い
に隣接した第一と第二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
合焦状態、前記出力信号の差がある時にその出力
差に応じてピント方向を判定する焦点検出装置に
おいて、前記第一と第二の受光素子の前方に、前
記第一の受光素子に予定入射する前記反射光の一
部の光を屈折させて前記第二の受光素子に導く一
方、前記第二の受光素子に予定入射する前記反射
光の一部の光を屈折させて前記第一の受光素子に
導く光学部材を配置したものである。

〈作用〉 以上の構成の焦点検出装置は、被写体からの反
射光の一部を、光学部材により２つの受光素子に
互いに入り込ませるように集光させることでクロ
ストーク効果によつて反射率に差がある被写体の
コントラストボケを少なくすることができる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を第１図ないし第４図に
基づいて説明する。

図において、被写体に図示されない投光素子か
ら投光スポツトを投射し、その反射光を隣接した
２つの領域２１Ａ，２１Ｂ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つた時に合
焦状態と判断し、その出力信号に差がある時にそ
の出力差に応じてピント方向を判定する焦点検出
装置であつて、該２つの領域２１Ａ，２１Ｂから
なる受光素子２１の前方に、該受光素子２１と同
面積又はそれ以上の受光面積をもつ平面ガラス製
光学部材２３を配置し、該光学部材２３の表面に
は該領域２１Ａ，２１Ｂの境界線２２に相当する
線２４を中心線とするのこぎり歯形部、すなわち
線２４を挟んで交互に形成される線２４を底辺と
する三角形部２５及び２６に、該線２４と直交す
る方向の断面が複数個の小さな三角溝２５ａ，２
５ｂ，２５ｃ及び２６ａ，２６ｂ，２６ｃの形状
をなすようにそれぞれ形成され、該受光素子２１
の領域２１Ａ，２１Ｂの境界線２２部分に入射さ
れる入射光のみを入射状態を補正させるようにし
ている。

次に、以上の構成の本実施例の作用を第３図及
び第４図とともに説明する。

第３図は第１図の−線拡大断面図、第４図
は第１図の−線拡大断面図を示す。

第１図において、光学部材２３の中心線２４の
両側に被写体からスポツト像の反射光のうち、そ
の左側では反射光束a₁，a₂，a₃，a₄が、その右側
では反射光束b₁，b₂，b₃，b₄が光学部材２３に入
射すると、第３図に示す部分では光束a₁，a₂，a₃
のみはその三角形部２５の三角溝２５ａ，２５
ｂ，２５ｃによりそれぞれ図示のように屈折し、
光束a₁は受光素子２１の領域２１Ｂ上のB₃点に、
同様に光束a₂はB₂点に、光束a₃はB₁点に、それ
ぞれ入射され、また、その他の光束a₄及びb₁〜b₄
は平行平面ガラス部分のため、そのまま受光素子
２１の領域２１Ａ及び２１Ｂにそれぞれ入射され
ることになる。したがつて、光束a₁〜a₄のうち、
三角形部２５に入る光束a₁〜a₃のみは屈折され
て、受光素子２１の領域２１Ｂに入射される。

一方、第４図で示す部分では、光束b₁，b₂，
b₃，b₄のうち光束b₁，b₂，b₃のみは三角形部２６
の三角溝２６ａ，２６ｂ，２６ｃによりそれぞれ
図示のように屈折され、光束b₁は受光素子２１の
領域２１Ａ上のA₃点に、同様に光束b₂はA₂点に、
光束b₃はA₁点に、それぞれ入射され、その他の
光束b₄及びa₁〜a₄は第３図と同様にそのまま受光
素子２１の領域２１Ｂ及び２１Ａにそれぞれ入射
されることになる。したがつて、光束b₁〜b₄のう
ち、三角形部２６に入る光束b₁〜b₃のみは屈折さ
れて受光素子２１の領域２１Ａに入射される。

以上のように受光素子２１の領域２１Ａ，２１
Ｂの境界が直線的であつても、その前方に配置し
た光学部材２３をその形状により集光状態を変え
られ、そのため該領域２１Ａ，２１Ｂのある幅を
もつた境界部分に入射する光束のみを重み付け振
り分けて屈折させ、その結果、受光素子２１の領
域２１Ａ，２１Ｂの境界線を互いに入り込ませた
構成と同等な機能を持つことができ、クロストー
ク効果を達成することができる。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように受光素子の二領
域の前方にその入射光の集光を補償する光学部材
を配置することによりコントラスト差の大きな被
写体に対する誤動作を減少させた焦点検出装置に
することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る実施例の焦点
検出装置の要部構成図、第３図及び第４図はそれ
ぞれ第１図の−線及び−線断面による動
作説明図、第５図ａ，ｂ，ｃは本発明の原理とな
るクローストーク効果の説明図、第６図ないし第
１２図は従来例の種々の焦点検出装置の概略構成
図、第１３図ａ，ｂ及び第１４図ａ，ｂはその従
来例の受光部の動作説明図である。 ２１……受光素子、２１Ａ，２１Ｂ……分割さ
れた領域、２２……境界線、２３……光学部材、
２４……中央となる線、２５，２６……三角形
部、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，
２６ｃ……三角溝。

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ツトを投射
   し、その反射光を少なくとも互いに隣接した第一
   と第二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状態、前記
   出力信号の差がある時にその出力差に応じてピン
   ト方向を判定する焦点検出装置において、前記第
   一と第二の受光素子の前方に、前記第一の受光素
   子に予定入射する前記反射光の一部の光を屈折さ
   せて前記第二の受光素子に導く一方、前記第二の
   受光素子に予定入射する前記反射光の一部の光を
   屈折させて前記第一の受光素子に導く光学部材を
   配置したことを特徴とする焦点検出装置。