JPS5841487B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体像の鮮明度を検知することに依り光学系の
焦点調節を自動的に行なう様な装置であって、特にカメ
ラ等の光学機器に用いるに適した焦点検出装置に関する
ものである。

従来より物体の像の鮮明度の変化を光電的に検知するこ
とにより、光学機器の焦点調節を行なわんとする方法及
び装置については種々提案されている。

この中で、撮影光学系に依り結像された物体の像をその
結像位置に於いてスリット等の機械的手段を用いて動的
に走査する際の光量の変化を光電素子に依り検出すると
共に該受光電素子の出力の周波数解析を行なって像の鮮
明度を検知する方法が理論的にも精度の高いものである
と考えられる。

しかしながら、この様な方法を採用して物体像鮮明度検
出装置を構成するとなると装置が複雑化、且つ大型化し
、特にカメラ等の小型光学機器に用いるとなるとまたま
た解決されなければならない問題が数多く残されている
。

更に、上述した様な種類の、即ち物体像の鮮明度を光電
的に検知して光学系の焦点調節を行なう様な種類の装置
は、各々その構成、作用、効果に差異を有するも、原理
的には物体からの光束に依る物体像の像面に於ける照度
分布を光電素子に依り電気的な信号に変換して、これを
適宜処理することに依り物体像の鮮明度に対応した情報
出力を得て、これを焦点調節時の制御信号として用いる
ものであるが、これ等従来のものにあっては受光素子の
大きさが不適当であるため高精度の検出結果が得られず
従って光学系を常に良好に焦点調節することが極めて困
難である等の欠点を有していた。

本発明は以上に述べた様な事情に鑑みて為されたもので
、特に、光学系により形成された物体の偉を走査すると
共に、その走査信号を処理して放像の鮮明度情報を得、
これをもとに焦点の検出を行なう様な装置として、予定
結像面上で得ようとする画面サイズに応じて常に高精度
の鮮明度情報の形成を保証し、以って、装置の検出性能
及び精度を向上させる様にした焦点検出装置を提供する
ことをその目的とするものである。

以下図面を参照して本発明につき詳細に説明する。

第１図は本発明の装置をカメラ等の光学機器の撮影光学
系に適用した一実施例のブロック図である。

第１図に於いて１は鮮明度が検出されるべき人物等の物
体である。

２は該物体の像を結像するために設けられ、その光軸方
向矢印に沿って不図示の駆動手段で移動可能に設けられ
た光学系である。

３は前記光学系２の結像面近傍に整列配置された多数個
の独立した光電素子部分から成る光電変換手段であり、
その詳細な構成については第２図で説明する。

以上述べた構成から明らかな如く、物体１の像は、光学
系２を介して光電変換手段３の感光面上に結像され、核
体の各点の照度が各光電素子により電気信号に変換され
る。

また光学系２の光軸方向の移動によって、光電変換手段
３上の物体像の鮮明度が変化し、そのために生起される
像の照度分布の変化は時々刻々、光電素子により電気信
号として検出される。

４はこの様にして得られた多数個の各光電素子部分の光
電アナログ出力を予じめ決められた順序で取り出すため
の例えばリングカウンタ等の時系列化手段である。

時系列化手段の具体的な例については第３図を用いて説
明する。

前記時系列化手段からの各光電素子部分の出力に対応し
た各アナログ信号は、一般に光電変換手段の感光面上の
物体像照度が１０１ｕｘまたはそれ以下という如く極め
て低いために、前記時系列化手段からの各光電素子の出
力に対応した各アナログ信号は極めて微弱である。

そこで、本案ではこの信号は増巾器５を介して適当なレ
ベルまで増巾され、次いで増巾された各アナログ信号ア
ナログ・ディジタル変換回路６に入力され、ディジタル
信号に変換された後に、小型電子計算機７に入力され、
物体像鮮明度に対応した電気出力すなわち鮮明度情報に
変換される。

上記小型電子計算機７においては、後に詳述するところ
の物体像鮮明度を評価する関数の計算が可能なプログラ
ミングが設けられである。

それ故に小型電子計算機７にディジタル的な人力信号、
すなわち物体像の各点の照度に相応したパルス数の入力
信号が入力すると時々刻々計算が行なわれて、そのとき
の光学系２の調定状態に対応した鮮明度情報が計算機７
より得られるものである。

上記の如き物体像鮮明度を評価する関数を以後、評価関
数と称する。

評価関数は第１図中破線で示すブロック８に模式的に示
されている。

小型電子計算機７の出力はディジタル信号であるため、
後の処理を容易ならしめるために、ディジタル・アナロ
グ変換回路９でアナログ信号に変換され、鮮明度情報に
基づいて撮影光学系等の焦点調節のために供せられる出
力を得るための鮮明度情報処理回路１０に入力され、こ
こで前記ディジタル・アナログ変換回路９からの信号は
表示手段１１あるいは撮影光学系１３を駆動制御するサ
ーボ・モータ１２に供給可能な信号出力に変換される。

この信号入力を受けた表示手段は公知の方法によって物
体像鮮明度あるいは物体距離の表示を行ない、またサー
ボ・モータ１２は撮影光学系１３の自動焦点調節を行な
い得ることは説明する迄も無いことである。

更にサーボモータ１２にて、上記光学系２を単独又は撮
影光学系１３と連動させて制御することも出来る。

同図中の破線は斯様な構成を模式的に表現せるものであ
る。

本実施例においでは、上述の如き情報処理過程を経て、
極めて高感度に物体像鮮明度を検出すると共に、得られ
た鮮明度情報に基づいた撮影光学系等の焦点調節を可能
ならしめるものであるが、特に情報処理過程の多くがデ
ィジタル信号にて行なわれるため、情報理論等で周知の
如く、その間に雑音によって失なわれる情報がアナログ
処理に比して極めて少なく、ために低照度の物体像から
得られる電気出力を処理する際に常に困難な技術的障壁
として立ち現われる、信号対雑音比の問題を十分に克服
することが可能となる。

ここで、小型電子計算機７で計算される評価関数として
は光電変換手段３の各光電素子からの電気信号をＰｉ（
ｉ＝１，２・・・・・・、ｎ：ｎは前記光電素子の数）
とするとき、例えば次式によって与えられるＦが選ばれ
るか、もとより本例の関数に限定されるものではない。

上式は各光電素子の照度の２乗平均を与える式であり、
物体像の鮮明度が低いときは、像の明暗差が小さいため
、Ｐｉ−Ｐは小さく、鮮明度が高いときは、像の明暗差
が大きくなるためＰｉ−Ｐの値が大きくなり、したがっ
てＦは鮮明度の向上に対応して大きくなる。

第２図は第１図示装置に用いるに適した整列配置された
多数個の光電素子部分の形態を示す図であり、第２図ａ
は微小面積を有する光電素子部分１４が縦横に整列配置
されて成る光電変換手段３の模式的構成例でありたとえ
ばフォト・ダイオードあるいは電荷結合素子（以下ＣＣ
Ｕと略す）中の独立した受光部である。

もとより光電素子部分１４の形状及びそれらの配列形態
は、本例に限るものではなく、円形状等でも良い。

第２図す、ｃｄは光電素子部分１４として、それぞれ光
導電素子フ第１・ダイオード及び太陽電池を用いる場合
の各素子の電気的結線図であり、これらは一方の極を共
通に結線され、他方の極は開放に為され、個々の出力が
検出可能に為されている。

更に本例には示さないが光電変換手段として前記のＣＣ
Ｉ）を用いることよりも、もとより可能である。

第３図は上述の時系列化手段４の一実施例を示すブロッ
ク図であり、光電変換手段３を構成する各光電素子を適
当な周波数の信号を発振する発振器１５、ドライバ１６
、及びリングカウンタ１７並びに前記カウンタ１７の各
出力端と前記各光電素子との間に接続されたトランジス
タ等によって順次選択し、選択されたトランジスタに接
続された各光電素子のアナログ的出力を順次出力端１８
から図示されない次段の回路に取出可能になされている
。

第４図は、本発明の光電素子の大きさを決定するための
光学系２及び撮影光学系１３による結像状態を示す説明
図及び光電変換手段３上の結像状態を示す図であり、以
下、同図を参照して本発明の改良について詳細に説明す
る。

第４図ａ、第４図すにおいて、１は物体で説明の簡単の
ために、面積Ｓの円形であるとする。

該物体像は、それぞれ第４図ａ、第４図すに示す如く焦
点距離ｆを有する光学系２及び焦点距離ｆ％有する撮影
光学系１３によって、光電変換手段３上及びフィルム面
２０上に結像される。

物体１から上記光学系２及び１３の前側焦点までの距離
を共にＸとすれば、正しく焦点調節された状態における
光電変換手段３上の物体像１′の面積Ｓ１はであり、 フィルム面２０上の物体像１“の面積Ｓ２はである。

第（１）式及び第（２）式より（３）式において、Ｓ２
を最小錯乱円面積に等しいと仮定するとフィルム面２０
上で物体像鮮明度が最大になるときの光電変換手段３上
の最小錯乱円面積は（３）の８１に等しい。

この様子を第４図Ｃに示す。

第４図ｄは物体像１′が不鮮明になった状態を示し、こ
のときに光電素子１４のそれぞれの光電出力が鮮明度に
対応して鋭敏に変化するためには、最鮮明の状態で、第
４図Ｃに示す如く、最小錯乱円面積Ｓ１か個々の光電素
子の受光部面積φにほぼ等しいか、或いはそれ以下でな
ければならない。

この様に光電素子の大きさを設定すれば、物体像の鮮明
度がその最大値かられずかに低下しても周辺の光電素子
に影響が及び、検出が可能となるものである。

一般に最小錯乱円はフィルム等の予定結像面で設定され
る画面サイズの面積Ｆに対応して決められるものである
が、確立した表穴はないため、便宜上ｍｓ２＝Ｆ（ｍは
正数）（４） とすると、上述のことと第（３）式、第（４）式よりで
あれば良いことになる。

実際上は、通常の３５關フイルムカメラに於ける画面サ
イズ（３６ｉｉＸ２４ｉｍ）の面積及び最小錯乱円面積
を考慮するとｍ＜９０００００ （６） である。

光電変換手段３自身を物体の映像情報検出手段として用
いる如き場合や、光学系２を撮影光学系に併用する様な
場合には、（５）式においてｆ＝ｆ′とすれば、そのと
きの個々の光電素子の面積φが求められる。

以上詳述した様に、本発明によれば、予定結像面上で得
ようとする画面サイズの面積に応じて像走査手段として
の光電変換手段に含まれる光電変換素子の受光部の面積
を設定することにより、該画面サイズに応じて常に高精
度の像鮮明度の検出が可能となり、従って、焦点検出装
置として、その検出性能及び検出精度を格段に向上させ
ることが出来る様になるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置をカメラ等の光学機器の撮影光学
系に適用した一実施例のブロック図、第２図Ｃ９第２図
す、第２図Ｃ９第２図ｄは第１図示の光電変換手段の構
成を説明する説明図、第３図は、第１図示の時系列化手
段の一実施例ブロック図、第４図Ｃ２第４図す、第４図
Ｃ２第４図ｄは第１図示の装置によって生じる物体像の
結像状態を示す説明図である。 ２・・・焦点検出用光学系、３・・・光電変換手段、１
４・・・光電変換素子、４・・・信号時系列化手段、５
゜６．７，８，９・・・信号処理手段の構成要素、１０
・・・焦点検出手段、１２・・・サーボ・モータ、１３
・・・主たる光学系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体の検出像を形成し、該検出像が第１の基準面に
   整合する様に該第１の基準面との関係が設定されたとき
   、該物体に対して焦点合わせされる主たる光学系とこれ
   に対する第２の基準面との関係を、練上たる光学系によ
   り形成される物体像が該第２の基準面に整合する様に定
   める焦点検出用光学系と、所定の走査面に於て上記検出
   像を走査するための、多数個の光電変換素子を含む光電
   変換手段と、該光電変換手段からの走査信号を処理する
   ことにより上記検出像の、上記走査面上での鮮明度情報
   を出力する信号処理手段と、該鮮明度情報に基づき、上
   記検出像の、上記第１の基準面に対する整合、不整合を
   検出する焦点検出手段とを具備すると共に、上記焦点検
   出用光学系の焦点距離をｆ１上記主たる光学系の焦点距
   離をｆ′、上記第２の基準面上で設定される画面サイズ
   の面積をＦｌまたはｍをｍ≦９Ｘ１０’の正の数とする
   とき、上記光電変換素子の受光部の面積φについて、φ
   ≦（ｆ／ｆｌ）２・Ｆ ７ｍを満足していることを特徴
   とする焦点検出装置。 ２ 物体の像を所定の基準面上に形成する様に調節され
   る結像光学系と、該物体像を所定の走査面に於て走査す
   るための、複数個の光電変換素子を含む光電変換手段と
   、該光電変換手段からの走査信号で処理することにより
   該物体像の、上記走査面上での鮮明度情報を出力する信
   号処理手段と、該鮮明度情報に基づき、上記光学系の焦
   点調節状態を検出する焦点検出手段とを具備すると共に
   、上記基準面上で設定される画面サイズの面積をＦｌま
   た、ｍをｍ≦９Ｘ１０５の正の数とするとき、上記光電
   変換素子の受光部の面積φについて、φ≦Ｆ ／ ｍを
   満足していることを特徴とする焦点検出装置。