JPS5811601B2 - ジドウシヨウテンチヨウセツキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカメラなどの撮像装置に着装しうる自動焦点調
節器に係るものである。

従来公知の自動焦点検出法は大別して被写体像のコント
ラストを検出するものと距離計方式のように像の離合を
検出する方法がある。

しかしいずれの方法も幾つかの理由により小型カメラ等
に着装しうる要件を満たしていなかった。

本発明の第一の目的は凡ゆる種類のカメラ及び撮像装置
に搭載もしくは組込みうるところの小型軽量かつ低消費
電力の自動焦点調節器を提供することである。

第二の目的は広汎な被写体輝度レンジにも追随し、かつ
、カメラぶれや被写体の運動に影響されないような自動
焦点調節器を提供することである。

第三の目的は低価値で操作性の良い自動焦点調節器を提
供することである。

凡ゆる種類のカメラなどに着装するための主たる要件は
上記の三つの目的の中で既に述べた諸点である。

たとえば、コントラスト検出法の一方式である像の動的
走査法においては、モータや振動子を必要とする故に、
所要の消費電力が犬となり、また小型軽量の要件も満た
し得ない。

本発明の自動焦点検出法の特徴の一つは、被写体の二重
像を互に分離して光電検出し、像の合致の度合を静的に
検出する点であり、いわばパターン認識の範ちゅうに属
する。

第二の特徴は二重像なるが故に、被写体の同一部分を同
時に光電検出するため、カメラぶれや被写体の動きに伴
う誤信号が相殺されることである。

第三の特徴は被写体距離を、撮像レンズの特性と許容し
うるボケ円とで定まる合焦感度に関係づけて、複数個の
帯域（以下ゾーンと呼ぶ）に分割し、かつ被写体像の受
光素子数をこのゾーン数に対応させたことである。

これによってレンズ性能に見合った自動焦点信号の検出
が可能になった。

第四の特徴は本発明の自動焦点調節器の光学系が撮像レ
ンズ系から独立していることであり、このためレンズの
Ｆナンバーに無関係に合焦信号が得られ、合焦検出感度
が著しく高いことである。

さらにこのように独立した自動焦点調節器は如何なる種
類のカメラ及び撮像光学装置にも容易に取付けられる利
点を有するものである。

以下、図面に従って本発明の自動焦点調節器の実施例を
説明する。

第１ａ図は本発明の謂う自動焦点調節器の光学系の一実
施例を示し、第１ｂ図はその側面図である。

反射鏡Ｍ、半透ｉＨＭ及びレンズ４は一種の距離計を構
成している。

被写体の一点Ｓからの光は一つは半透鏡ＨＭ上の点２を
通り、他方は反射鏡Ｍ上の点１で反射され、きらに半透
鏡ＨＭ上の点３で反射されて、いずれもレンズ４を経て
受光素子アレイ５ａ、５ｂ上の点６，７に夫々Ｓの像を
結ぶ。

反射鏡Ｍ及び半透鏡ＨＭはいずれもレンズ光軸に対して
４５°の角度で固定されている。

したがって被写体距離りが小さいほど被写体Ｓの張る角
θは大きく、それ故に二個の被写体像６及び７はそれだ
け分離された二重像となることは明白である。

第１ｂ図は半透鏡ＨＭがＡＡ’軸に関して角αだけ傾い
て設置されていることを示している。

このため被写体Ｓから反射鏡Ｍを経由した光は反射点３
より角２αだけ偏倚してレンズ４を透過する。

したがって被写体の二重像６，７は図の如く上下に分離
され、それぞれ受光素子アレイ５ｂ、５ａによって光電
検出される。

このようにして、第一に被写体の二重像を形成し、第二
にそれらを分離した位置で光電測光しうる光学系が実現
されたが二重像の形成及び分離の化学系はこれ以外の光
学的手段、たとえば半透プリズムと光学楔によっても具
現できる。

ついで合焦信号検出法の基礎となっている被写体ゾーン
について説明する。

（第２図）撮像レンズ１０の左方は被写体側、右方は像
側である。

撮像至近距離Ｐの左方にある被写体Ｓ１の像８１′の許
容しうるボケ円の直径をｄとするとＰ′Ｄ１′＝２ｐ内
の像は焦点深度内にあり鮮明である。

これに対応する被写体深度ＰＤ１であり、これを第１ゾ
ーンと呼ぶ。

このようにして被写体距離をＰ点から無限遠に亘って順
次複数個のゾーンに分割することが可能である。

このゾーンの数Ｎはレンズの諸元と許容しうるボケ円の
大きさによって定まり、レンズの結像公式から簡単に計
算できて、Ｎ＝ｆ／（２Ｐ／ｆ−１）ｄＦとなる。

ここでｆ、Ｆは夫々撮影レンズの焦点距離、Ｆナンバー
、ｄはボケ円の直径、Ｐは撮影しうる被写体の至近距離
である。

数値例をあげると、ｆ ＝ ５０ｍｍ％Ｆ＝ ２、ｄ
＝ ０．０５ａｍＰ＝５００ｍｍとするとＮ＝２６であ
る。

前述の二重像の移動量は被写体距離に依存するゆえ、各
被写体ゾーンに対応する移動量を求めることができる。

さらにこの各ゾーンごとの像移動のピッチは、どのゾー
ンに関しても等しいことは簡単な計算により確かめうる
。

したがって、受光素子アレイ５ａまたは５ｂの素子数を
ゾーンｉＮに対応させることにより、被写体がどのゾー
ンに存在するかを判定することができ奴詳細は後述）。

この被写体ゾーン数と受光素子数との対応を行い、二重
像の移動量を検出する合焦法が本発明の最大の特徴であ
る。

つぎに合焦信号の検出方法を第３図に従って説明する。

受光素子アレイ５ａ 、５ｂはそれぞれ第１ａ図、また
は第１ｂ図のそれと同一であり、受光素子アレイ５ｂは
固定像検出用、５ａは移動像検出用である。

第３図の受光素子アレイ５ａ 、 ｓｂの配列は、これ
らを第１ａ図に示す矢印８の方向から見たものとする。

受光素子アレイ５ｂ上には素子Ｂ、 、 Ｂ２． Ｂ３
があり、矢印９で示す被写体像が結像している。

この素子数が多いほど像９の光量検出時のコントラスト
分解能は上るが、逆に単体素子の光量検出感度は低下す
る。

また受光素子アレイ５ｂの長さは着目する被写体の部分
像が明暗（コントラスト）部分を有するように選択すれ
ばよく、通常数ミリ以下である。

従って素子の形状寸法は採用した光学系と素子特性によ
り実験的に決めなければならない。

受光素子アレイ５ａの素子数は素子アレイ５ｂよりも被
写体ゾーン数だけ多く、かつ素子配列ピッチは被写体ゾ
ーンごとの像移動量に等しく定めである。

さらに二つの受光素子アレイの寸法、素子配列ピッチは
共に等しく、素子配列方向は像シフトの方向に合致して
いる。

いま、簡単のため被写体ゾーン数Ｎが３の場合を考える
と、受光素子アレイ５ａ上の移動像は近距離ゾーンから
遠距離ゾーンに亘って順次矢印ｒ、ｎ、ｍのように移動
する。

二個の受光素子アレイの対応する素子の光量検出信号（
信号をそれぞれａｌ 、 ａ２ 、 ａ３ ｚ ａ４
、 ａ５：ｂｌ、ｂ２．ｂ３とする）の差の絶対値を演
算する電子回路系の一実施例を第４図に示した。

受光素子アレイ５ａ 、ｓｂの各素子は電流電圧変換器
１２１〜１２８に接続され、それぞれの出力電圧は差動
増幅器１３１，１３２．１３３に印加されている。

この実施例ではＮ個の演算のうち第■ゾーンに関するも
のだけを示している。

（Ｎ＝３）したがって差動増幅器１３１．１３２，１３
３の出力はそれぞれａ２−ｂｌ、ａ３−ｂ２．ａ４−ｂ
３を与える。

これらの出力は夫々絶対値回路１４１゜１４２．１４３
を経た後、加算回路１５でそれらの総和が求められ、合
焦信号１６は１ａ２−ｂ１１＋１ａ３−ｂ２１＋、ａ４
−ｂ３１の形で示される。

ゾーン数Ｎが３の場合には次の三組の演算を同時または
逐次的に行う。

ゾーン” １ａ３−ｂｌ ｌ ＋ １ａ４−ｂ２１＋１
ａ５−ｂ３１ゾーン■：１ａ２−ｂ１１＋１ａ３−ｂ２
１＋１ａ４−ｂ３１ゾーンＩｌｌ ： ｌ ａｌ−ｂ、
ｌ＋ｌ ａ２〜ｂ２１＋ｌ ａ３−ｂ３１第１図の実
施例では、第■ゾーンで二重像が合致するから、第■ゾ
ーンに関する出力信号１６が最小値をとり、他の出力信
号はそれより大きい。

第５図にはＮ個のゾーンの１番目のゾーンの出力信号■
が最小値をとった場合を示しているが、このゾーンから
遠ざかった帯域はど出力信号が大きくなっている。

このようにして極小値をとるゾーンの出力信号が合焦信
号であることが判った。

なお前記の演算法に替って対応する素子からの出力差の
自乗の総和を求める方法も同様に有効である。

第６図にはこの合焦信号に基いて撮影レンズを所定の合
焦位置に迅速に移動させるべきサーボ系の一実施例が示
されている。

各ゾーンに対応スる合焦信号１６１，１６２．・・・・
・・１６Ｎはアナログスイッチ２２の制御信号となって
いる。

このアナログスイッチ２２の入力は電池１７の電位をＮ
等分に分圧した電圧値２１Ｌ２１２．・・・・・・２１
Ｎである。

この分圧は抵抗２０によって行っている。いま１番目の
ゾーンに属する合焦信号１６Ｊが極小値を示すと、アナ
ログスイッチ２２は１番目のスイッチのみ閉路するので
、その出力は電圧値２１Ｊを示す。

一方撮影レンズ１０を駆動するモータ２４の軸は回転ポ
テンショメーク１８の軸１９と連動している。

この回転ポテンショメータ１８にも上記の電池１７が接
続されているから、その出力端子２７の電圧値は撮影レ
ンズ１０の現在位置を示すことになる。

アナログスイッチ２２の出力とこの出力端子２７の出力
はサーボ増幅器２３で比較され、その出力がモータ２４
を、駆動する。

モータ２４の軸はピニオン２５に連結され、撮影レンズ
１０の鏡筒に設けたランク２６がこれに噛合っているか
ら、レンズ１０を所要位置に移動し、自動的な合焦動作
が迅速に行われる。

なお撮影レンズ１０を手動で繰出す場合、つまりサーボ
動作を行なわない場合には、合焦信号であるサーボ増巾
器２３の出力を指示計、たとえば電圧計により指示させ
るだけでよい。

ここで本発明の自動焦点調節器はカメラぶれ或は被写体
の移動に影響されないことを説明する。

既に述べたように、この方式では被写体の二重像を分離
して検出しているため、合焦近傍では受光素子アレイの
対応する素子は同一像部分を検出している。

このためカメラぶれによる光量変化は画素子に関して同
一であり、その影響が相殺される。

第２の理由は本発明の合焦検出法がカメラぶれに基く交
流成分が重畳し易い像コントラストの高周波成分の検出
法ではなく、本質的には光量検出による像分離の判別法
だからである。

また本発明による合焦検出法の利点の一つは、既述の如
く二個の受光素子アレイの感光面が二重像のピント面と
正確に一致する必要はない。

これはこの方式がコントラスト検出を行うのでなく、光
量検出法であることから明白であるが、固定焦点の結像
レンズが使用しうろこと、受光素子アレイの設置が容易
なことなどの利点が生じる。

もう一つの利点は本方式の合焦検出法が広汎な被写体輝
度範囲に亘って高感度なことである。

これは合焦装置の光学系が撮影カメラのレンズ系と独立
であるためで、若し撮影レンズを通る結像光束を合焦検
出に用いるならば、利用しうる光束は著しく小さくなり
、しかもこのレンズのＦナンバーに依存して光量が減る
ことから、暗い被写体の場合合焦し得ない。

このようにして本発明による自動焦点調節器はカメラ等
の凡ての撮影装置に搭載しうる要件、とりわけカメラぶ
れに左右されず、広い輝度範囲で高感度に応答しうろこ
とを充分に満足しうろことが明白であり、撮影・撮像装
置または情報処理用光学装置に広汎な応用を期待しうる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明の自動焦点調節器の光学系の一実施例
を示し、第１ｂ図はその側面図である。 Ｍ：反射鏡、ＨＭ：半透鏡、Ｌ３：反射光点。 ２：透過光点、４：結像レンズ、６，７：像点、５ａ、
５ｂ二受光素子アレイ、８：矢印、Ｓ：被写体上の一点
、Ｄ：被写体距離、θ：被写体の視角、ＡＡ’：光軸に
垂直な直線、α：半透鏡ＨＭが直線ＡＡ／となす角。 第２図は被写体ゾーンを説明するための模式図である。 １０：撮影レンズ、Ｔ、ＩＩ、ｎ、……Ｎ：ゾーン番号
、Ｐ：被写体の至近距離、Ｓｌ、Ｂ２：被写体、Ｓ、’
、８２′：被写体の像、Ｄｌ、Ｂ２．Ｂ３：各ゾーンの
境界点、Ｐ′、Ｄ１′、Ｄ２′：それぞれＰ 、 Ｄ、
。 Ｂ２の像、Ｆ：撮影レンズの焦点、ｄ：ボケ円の直径、
２ｐ：焦点深度の幅。 第３図は合焦信号検出のための受光素子アレイの配列の
一実施例である。 ５ａ 、 ５ｂ ：受光素子アレイ、Ａ、 、 Ａ２．
Ａ３゜Ａ４．Ａ５；Ｂ１．Ｂ２．Ｂ３：それぞれ受光
素子アレイの素子、９：被写体像、Ｉ、ｎ、ＩＩＩ：ゾ
ーン番号。 第４図は検出信号から合焦信号を形成するための電子回
路系の一実施例を示す図である。 ５ ａ 、 ５ ｂ ＋ ＡＩ ＋ Ａ２ ＋ Ａ３
ｒ Ａ４ 、Ａ５ ＋ Ｂｌ ＋Ｂ２．Ｂ３：いずれも
第３図の記号と同じ、１２１〜１２８：電流電圧変換器
、１４１〜１４３：絶対値回路、１３１〜１３３：差動
増幅器、１５：加算回路、１６：合焦信号、Ｂ２．Ｂ３
．Ｂ４．ｂｌ。 ｂ２．ｂ３：それぞれ素子、Ａ２ ＋ Ａ３ ＋ Ａ４
＋ Ｂｌ ＋Ｂ２．Ｂ３の検出信号。 第５図は被写体ゾーンに関する合焦信号の様子を示す。 １．２．…、…Ｎ：ゾーン番号、■：合焦信号、ＭＩＮ
：極小値。 第６図は撮影レンズ移動のためのサーボ系の一実施例を
示す図である。 １７：電池、１８：回転型ポテンショメーク、１９：軸
、２０：抵抗器、２１１．２１Ｎ：分圧端子、１６１．
１６Ｎ：合焦信号、２２：アナログスイッチ、２３：サ
ーボ増幅器、２４：モータ、２５：ピニオン、２６：ラ
ック、１０：撮影レンズ、２７：回転型ポテンショメー
ク出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 合焦検出器を、被写体に体向させた検出用の結像レ
   ンズと、その主光軸上で近い前方に配した水平面傾角４
   ５°、垂直面傾角数小の半透鏡と、該半透鏡の内側に対
   向して主光軸を含む水平面内で主光軸の垂直方向に適宜
   間隔をとって配した水平面傾角４５°、垂直面傾角Ｏ°
   の全反射鏡と、結像レンズ焦点面に光軸点を含んで水平
   に配した基準受光素子アレイと、同焦点面において前記
   半透鏡の垂直傾角に伴う反射像の偏移量だけ偏移し更に
   近距離被写体の反射像域まで全反射鏡側に水平に延びて
   配した参照受光素子アレイとの両アレイ組合せよりなる
   受光板と、より構成し、この受光板より得られる合焦位
   置の電気信号により撮影レンズを規制する自動焦点調節
   器。