JPH0614133B2 - 焦点情報検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被写体像を撮像レンズ等からなる光学系により
光電変換面上に結像させて映像信号を得るようにした撮
像装置に用いられる焦点情報検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来この種の焦点情報検出装置の一つに、像ずれによる
検出手段を用いたものがある。第１図はその一例の動作
原理を示したものである。図中１は被写体であり、この
被写体１の光像はレンズ２により合焦位置Ｆ０に設置さ
れている撮像素子あるいは撮像管等の光電変換面上に像
３として結像される。この場合、合焦位置より前方の非
合焦位置Ｆ１では、レンズ２の上半分の領域を通過した
光束４及びレンズ２の下半分の領域を通過した光束５は
それぞれ図示位置を通る。このため上記非合焦位置Ｆ１
においては４と５との間に距離１なるずれが生じる。ま
た合焦位置Ｆ０より後方の非合焦位置Ｆ２では、前記４
と５との位置関係が反転し、６および７となる。

上記ずれ量１の情報を得る手段としては第１図中に示す
ように、合焦位置Ｆ０の近傍に小レンズ群８ａ，８ｂ，
…を複数個設置する。而して小レンズ群８ａ，８ｂ，…
の各レンズ中心を境としてそれぞれ一対ずつの光電変換
素子９ａ，１０ａ，９ｂ，１０ｂ…を設置し、光電変換
素子９ａ，９ｂ…にはレンズ２の下方領域を通った光束
を入射させ、光電変換素子１０ａ，１０ｂ…にはレンズ
２の上方領域を通った光束を入射させる。そして焦点情
報検出器１１によって、光電変換素子９ａ，９ｂ…の順
に光電変換出力を読取り、前記４または６の時系列的な
画像情報を得ると共に、光電変換素子１０ａ，１０ｂ…
の順に光電変換出力を読取り、前記５または７の時系列
的な画像情報を得、得られた両者の画像情報の空間的な
ずれ量を信号処理することによって焦点情報を出力端子
１２から出力する。

このように従来の焦点情報検出装置では、複数個の小レ
ンズ群を必要とし、またこれら各小レンズ群にそれぞれ
一対ずつの光電変換素子を必要とするために、検出系の
構成が著しく複雑であり、しかも小レンズ群と光電変換
素子群との位置合わせも大変手間を要した。従ってコス
ト高となることが避けられないという問題があった。

また一方顕微鏡写真装置などにおいては、光学系の瞳位
置近傍に配置した開口を有する遮光板を瞳外の点を中心
として光軸に垂直な平面内で該開口が瞳を横切るように
ステップ状に連続回転させておき、この回転によっても
像位置が移動しないようにレンズ位置を調節することに
よってピント合わせを行う技術も従来より提案されてい
る（特開昭５７−１７９８１０号公報）。この公報所載
のような技術によれば、第１図につき上述したような複
数個の小レンズ群を必要としないため、検出系の構成が
著しく複雑で且つ小レンズ群と光電変換素子群との位置
合わせに大変手間を要するといった問題自体は生じな
い。しかしながら、同公報所載の技術は操作者が目視に
よって顕微鏡写真装置のピント合わせを行う場合に、焦
点深度が深いため厳密にピントが合った状態にあるか否
かを肉眼では識別困難な低倍率を選択したときにも適正
なピント状態の認識ができるようにしようとするもので
あり、本質的に装置自体の機能として合焦検出そのもの
ができるわけではない。また、遮光板をステップ状に連
続回転させておく方式であるため機械的可動部材を含ん
で構成することが必須であり、この機構部分から有害な
振動が発生したり、また可動部の磨耗といった不可避の
問題がある。また、このような機械的可能部材を必須の
要素として含む構成は装置の小型化の障害となる。

また一方、シネカメラ用自動焦点調節装置として、対物
レンズの結像面近辺に屈折光学素子を配し、この屈折光
学素子を一定の周期でその屈折方向を変化させるように
運動させることで同素子を前後方向に振動させたと等価
な効果を得、対物レンズによって結ばれる像がこの屈折
光学素子上に結像したときのみ、この屈折光学素子の背
後からみたときその結像された像が静止して見え、この
像が屈折光学素子から前後にずれた位置に結像したとき
にはその像が振動して見えることを利用し、屈折光学素
子の後方に光電素子を配して像の揺れを検出し、この光
電素子の出力の交流成分を増幅、整流し、この交流成分
が最小となる位置に対物レンズを停止せしめるようにし
たものも提案されている（特開昭５３−１９０２８号公
報）。同公報所載の装置でも、第１図につき上述したよ
うな複数個の小レンズ群を必要としないため、検出系の
構成が著しく複雑で且つ小レンズ群と光電変換素子群と
の位置合わせに大変手間を要するといった問題自体は生
じない。しかしながら、屈折光学素子を一定の周期で常
時運動させておくための機械的可動部材を含んで構成す
ることが必須であるため、この機構部分から生じる振動
や可動部の磨耗といった不可避の問題がある。また、前
述同様このような機械的可動部材を必須の要素として含
む構成は装置の小型化の障害となる。

上述したいずれの公報所載の技術においても、遮光板乃
至屈折光学素子の運動自体は入射光強度の如何とは全く
無関係なものであるため、当該装置での露光量の制御の
ためには別途の手段を設ける必要がある。また、後者の
ものでは、撮影光学系とは別途の合焦検出用光学系の要
素としての受光素子を特設するを要し、従って装置全体
としての構成は一層複雑なものとならざるを得ない。

また、ステップ状に連続回転する遮光板が撮影光学系に
介挿された構成では、撮影（撮像）光学系の光量確保が
阻害されてしまうといった問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本願発明は上述した従来における問題点を解決するため
になされたものであり、第１の発明は、当該装置での露
光量の制御のために別途の手段を設ることなく合焦検出
のための光学要素に露光量の制御の機能を兼備させてこ
の種の装置としての簡素化小型化を図ることを目的と
し、第２の発明は、振動や磨耗等を起こさず耐久性に優
れ且つ小型化が容易であると共に撮像光学系の光量確保
が実質的に阻害されることの少ないこの種の装置を実現
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本願第１の発明の装置は、上記課題を解決するために、 少なくとも一対の光透過率可変部を含んでなる光束制御
手段を撮像光学系に介挿し、この光透過率可変部をその
光透過率を順次繰り返し変化せしめるよう駆動すること
により上記撮像光学系の合焦状態に応じて位置のずれた
像を得、このずれた像相互の位相ずれの如何を検出する
ことにより合焦検出する焦点情報検出報置であって、上
記光透過率可変部の光透過率を入射光強度に応じて調節
するようにしたことを特徴とするものであり、このよう
な調節により光透過率可変部の光透過率の変化が上記像
の位相ずれの検出のためにも露光量の制御のためにも兼
用され、この種の装置としての簡素化小型化が図られ
る。

また、第２の発明は、 少なくとも一対の光透過率可変部を含んでなる光束制御
手段を撮像光学系に介挿し、この光透過率可変部をその
光透過率を順次繰り返し変化せしめるよう駆動すること
により上記撮像光学系の合焦状態に応じて位置のずれた
像を得、このずれた像相互の位相ずれの如何を検出する
ことにより合焦検出する焦点情報検出報置であって、上
記撮像光学系に係る当該映像信号を得るための撮像素子
を上記位相ずれの検出のためにも兼用するよう構成し、
且つ、上記光透過率可変部には液晶を使用すると共に、
合焦したことが検出された後は上記光透過率可変部の光
透過率を変化せしめる駆動を停止するようにしたことを
特徴とするものであり、光透過率可変部に液晶を使用す
ることで可動機械要素特有の振動や磨耗の問題を本質的
に回避すると共に、合焦したことが検出された後は上記
光透過率可変部の光透過率を変化せしめる駆動を停止す
ることで撮像光学系の光量確保が実質的に阻害されるこ
とも少なくなる。

〔実施例〕

第２図及び第３図は本発明の実施例における光学系の概
略的構成を示す図である。第２図において、被写体２１
の光像はレンズ２２を通り、このレンズ２２の出射瞳近
傍に設けられた光束制御板２３の一対の穴２４，２５を
通って撮像素子２６の光電変換面２７上に結像される。
一対の穴２４，２５は光束制御板２３の中心Ｏをはさん
で対称な位置に設けられている。なお上記一対の穴以外
の部分は遮光部材にて形成されている。かくして上記一
対の穴２４，２５は、それぞれレンズ２２の上方領域２
２ａと下方領域２２ｂを通った光束による像を光電変換
面２７上に結像させる。以上の結果により、光電変換面
２７上に結像される像は合焦時には像ずれを生じない
が、非合焦時には第３図に符合３１，３２で示すように
上下方向に像ずれを起こす。

第４図は光束制御板２３の構成を具体的に示したもので
ある。第４図において４１は偏光子であり、４２は遮光
部材、４３は液晶層、４４は透明電極、４５は検光子で
あり、これらは積層されている。遮光部材４２には前述
した一対の穴２４，２５が設けられており、これに透明
電極４６，４７が嵌め込まれている。４６ａ，４７ａは
上記透明電極４６，４７に対し、それぞれ交流電界を与
えるための電極であり、リード線または薄膜パターンに
より外部へ導出されている。尚、偏光子４１と検光子４
５とは偏光角が直交している。

かくして液晶層４３に対し透明電極４６，４７を介して
適当な交流電界が印加されると、入射光４８，４９の液
晶層内における偏光方向の回転が最小となり透過光が最
も少なくなる。また光流電界を印加しないときには液晶
層４３内で偏光面が９０゜回転し、透過光が最大とな
る。

第５図は制御系の電気的な構成を示すブロック図であ
る。第５図において、撮像素子２６の光電変換面２７か
ら出力される信号は映像プロセッサ５１に供給され、例
えば第６図Ａに示すようなＮＴＳＣ方式の映像信号とな
り、出力端子５２から送出される。この映像信号は垂直
同期分離器５３にも供給され、映像信号中に含まれてい
る第６図Ｂのような垂直同期信号が分離抽出される。分
離抽出された垂直同期信号はフリップフロップ回路５４
をトリガーする。フリップフロップ回路５４から出力さ
れる第６図Ｃのような信号は直接アンドゲート５５の一
方の入力になると共に、インバータ５６で極性反転され
第６図Ｄのような信号となってアンドゲート５７の一方
の入力となる。アンドゲート５５，５７の各他方の入力
としては端子５８から方形波のパルス列が与えられる。
かくしてアンドゲート５５，５７からはそれぞれ第６図
Ｅ，Ｆに示すような方形波パルス列が送出される。アン
ドゲート５５，５７の出力はそれぞれ光束制御板２３の
一対の穴２４，２５に嵌め込まれている透明電極４６，
４７に印加され、穴２４，２５を透光状態又は遮光状態
にスイッチングする。本実施例では一対の穴２４，２５
はアンドゲート５５，５７からの方形波パルス列が透明
電極４６，４７に印加されたとき、即ち液晶層４３光流
電界が印加されたときは、遮光状態となり、アンドゲー
ト５５，５７からの方形波パルス列が透明電極４６，４
７に印加されないとき、即ち液晶層４３に交流電界が印
加されないときは、透光状態となる。

その結果、映像信号のフィールド周期毎に穴２４，２５
の透光状態と遮光状態とが切換えられる。即ち、第６図
に示すように、奇数フィールド期間ＴＡではたとえば穴
２４が透光状態となり、穴２５が遮光状態となる。そし
て偶数フィールド期間ＴＢでは逆に穴２４が遮光状態と
なり、穴２５が透光状態となる。光電変換面２７に結像
される像は既述の如く非合焦時には上下方向に像ずれを
生ずるが、本装置では奇数フィールド期間ＴＡにおいて
はレンズ２２の上半分の領域を通った光束により結像さ
れ、偶数フィールド期間ＴＢにおいてはレンズ２２の下
半分の領域を通った光束により結像される。その結果、
合焦時には奇数フィールド期間ＴＡにおける映像信号と
偶数フィールド期間ＴＢにおける映像信号との間には位
相ずれが生じないが、非合焦時には位相ずれが生じる。

また、焦点位置が光電変換面２７の位置に対して前方向
（レンズ側）に移動した場合と後ろ方向に移動した場合
とでは前記位相のずれ方向が逆となる。

前記映像プロセッサ５１から出力される映像信号は、エ
ンベロープ検波器５９により第６図Ｇに示す如くエンベ
ロープ検波された後、ＬＰＦ６０により第６図Ｈに示す
如く高周波成分を除去される。上記ＬＰＦ６０を設ける
理由は、後述するように映像信号の差出力を得たとき、
映像信号に高周波成分がのっていると、上記差出力の極
性が変動してしまい、何れの側に焦点がずれているかを
判定出来なくなるのを防止するためである。上記ＬＰＦ
６０の出力は差回路６１の一方の入力となると共に、１
Ｖ遅延回路６２により１垂直同期信号期間分（１／６０
秒）だけ遅延れれた後、差回路６１の他方の入力とな
る。またＬＰＦ６０の出力は勾配検出器６２＝に供給さ
れ、信号の正勾配もしくは負勾配領域のいずれか一方が
検出される。この勾配検出器６２＝の出力はアナログゲ
ート６３に制御信号として与えられる。従ってアナログ
ゲート６３に加えられる差信号６１からの差出力のう
ち、正勾配又は負勾配領域のいずれか一方のみが通過す
ることになる。アナログゲート６３を通過した信号はエ
ンベロープ検波器６４を介して焦点情報としてレンズ駆
動用モータ６５に供給される。

第７図（ａ），第７図（ｂ）は上記焦点情報を得る場合
の作用を示す波形図で、７１は映像信号の一例を示す波
形であり、７２は１Ｖ遅延回路６２で遅延させた信号波
形である。周知の如く映像信号の各フィールド間では相
関が強く、極めて動きの早い被写体以外は隣合うフィー
ルド間では信号波形に大きな差は生じない。従って合焦
状態においては映像信号７１と７２の位相は一致してお
り、焦点位置が光電変換面２７よりも前方向にある場合
は同図（ａ）に示す如く７１が７２に対して位相が遅
れ、逆に焦点位置が後方にある場合は同図（ｂ）に示す
如く７１が７２に対して位相が進むことになる。７３
ａ，７３ｂ及び７４ａ，７４ｂは差回路６１で信号７２
から信号７１を差し引いた差信号である。今、勾配検出
器６２′からの制御信号により、映像信号の正極性勾配
領域（第７図の中央矢印方向の領域）がゲートされる
と、差信号は焦点ずれ方向に応じて７３ａまたは７３ｂ
となる。そして上記差信号７３ａまたは７３ｂの大きさ
が焦点のずれ量となる。この差信号７３ａまたは７３ｂ
をエンベロープ検波した信号が焦点情報となる。

上記構成において、液晶層４３として例えば１個の穴に
対し複数個に分割した液晶を適用し、各液晶に被写体光
（入射光）の強度に応じた電圧を印加する。このように
することにより光透過率可変部としての光束制御板２３
の穴部の光透過率が入射光強度に応じて調節されること
となり、従来のアイリス制御と同様の効果を得ることが
できる。

また液晶に印加する電圧の大きさを制御することによ
り、透光状態と遮光状態との変化を緩やかなものとする
ことによっても、従来のアイリス制御と同様の効果を得
ることができる。

このように本装置においては、光透過率可変部の光透過
率のこのような調節により、光透過率可変部の光透過率
の変化が上記した像の位相ずれの検出のためにも露光量
の制御のためにも兼用され、この種の装置としての簡素
化小型化が図られる。また、ある時間におけるフィール
ドの映像信号とその１つ前のフィールドにおける映像信
号との相関を利用して位相ずれ状態を検出し焦点情報を
得ているので、検出系を簡略化できる。

また更に、以上の構成に加えて、非合焦時即ち焦点検出
をしたいときのみ、フィールド周期またはフレーム周期
に同期して光束制御板の穴部を交互に遮光状態または透
光状態に切換えて焦点情報を得るようにし、合焦後はこ
の切換えを停止し、両方の穴２４，２５をいずれも透光
状態とするように構成すれば、この切換えによるフリッ
カー状のノイズによる画質の劣化が合焦後は生じなくな
り、また、切換えを持続する場合に比し２倍程度の光量
を確保することができることとなる。上記の通り、この
装置では位相ずれの検出を行うについて当該映像信号を
得るための撮像素子をこの検出のためにも兼用するよう
構成し、且つ、上記光透過率調整部材として液晶を使用
しているため、構成が簡素化され、且つ、可動機械要素
を用いる場合不可避的な経時変化による精度乃至性能の
劣化や大型化といった問題が本質的に解決される。尚、
光束制御板２３は焦点検出時のみ使用し、撮像時にはモ
ータ等により光束制御板２３を光路外へ移動させるよう
に構成すれば、更に有効光束を増やすことができる。

また、第８図に示すように、光束制御板の遮光部材の部
分を透明電極８１，８２に置き換え、合焦時には穴２
４，２５に嵌め込まれた透明電極４６及び４７のみなら
ず、前記透明電極８１，８２をも透光状態となすことに
より、有効光束を増やすようにしてもよい。なお第８図
中、８３及び８４はガラス等の絶縁体、８５は透明電極
８１，８２用の電極である。

第９図に示すように、焦点検出時においてはクイックリ
ターンミラー９１におけるハーフミラー９２及びミラー
９３、ミラー９４、フィールドレンズ９５、光束制御板
２３、結像レンズ９６、撮像素子２６の系で焦点検出を
行い、合焦後における撮像時にはクイックリターンミラ
ー９１を撥ね上げて光束を撮像素子９７へ入射させて撮
像を行う構成は、有効光束を十分に確保するに有利なも
のであると言える。

尚、上述における像のずれ状態をＴＶモニタ上に映出し
合焦の程度を観測できるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本願第１の発明によれば、当該装置での露光量の制御の
ために別途の手段を設けることなく合焦検出のための光
学要素に露光量制御の機能を兼備させてこの種の装置と
しての簡素化小型化を図ることができ、また、第２の発
明によれば、振動や磨耗等を起こさず耐久性に優れ且つ
小型且が容易であると共に撮像光学系の光量確保が実質
的に阻害されることの少ないこ種の装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焦点検出装置の動作原理を示す図、第２
図〜第７図は本発明の一実施例を示す図で、第２図は光
学系の概略構成を示す図、第３図は上記光学系により得
られる像ずれの状態を示す図、第４図は光束制御板の構
造を示す図、第５図は制御系の電気的構成を示すブロッ
ク図、第６図は動作説明用各部信号波形図、第７図
（ａ）及び第７図（ｂ）は焦点情報検出部の作用を説明
するための信号波形図、第８図は他の実施例の主要部を
示す図、第９図は有効光束を十分に確保するに有効な構
成を示す図である。 ２４……被写体、２２……レンズ、２３……光束制御
板、２４，２５……一対の穴、２６……撮像素子、２７
……光電変換面、４１……偏光子、４２……遮光部材、
４３……液晶層、４４……透明電極、４５……検光子、
４６，４７……透明電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一対の光透過率可変部を含んで
   なる光束制御手段を撮像光学系に介挿し、この光透過率
   可変部をその光透過率を順次繰り返し変化せしめるよう
   駆動することにより上記撮像光学系の合焦状態に応じて
   位置のずれた像を得、このずれた像相互の位相ずれの如
   何を検出することにより合焦検出する焦点情報検出報置
   であって、 上記光透過率可変部の光透過率を入射光強度に応じて調
   節するようにしたことを特徴とする焦点情報検出報置。
2. 【請求項２】少なくとも一対の光透過率可変部を含んで
   なる光束制御手段を撮像光学系に介挿し、この光透過率
   可変部をその光透過率を順次繰り返し変化せしめるよう
   駆動することにより上記撮像光学系の合焦状態に応じて
   位置のずれた像を得、このずれた像相互の位相ずれの如
   何を検出することにより合焦検出する焦点情報検出報置
   であって、 上記撮像光学系に係る当該映像信号を得るための撮像素
   子を上記位相ずれの検出のためにも兼用するよう構成
   し、且つ、上記光透過率可変部には液晶を使用すると共
   に、合焦したことが検出された後は上記光透過率可変部
   の光透過率を変化せしめる駆動を停止するようにしたこ
   とを特徴とする焦点情報検出報置。