JPS60238806A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動焦点調節装置に係り、さらに詳しくは、物
体表面へ光を投射するための投光部と、該投光部から物
体表面へ投射された光の反射光を光検出器−導入するた
めの光学系を備え、前記光検出器の出力信号により、撮
影光学系の一部又は全部を、その光軸方向に移動させて
焦点調節を行う自動焦点調節装置に関するものである。

従来より、カメラ或いはＴ　Ｖカメラ等の焦点調節、さ
らに光学式ディスク装置において、物体表面との距離を
自動的に調節する方法として、被写体あるいは対象物体
表面へ向けて光を投射し、その反射光を受光素子に受け
、光電変換してその出力信号によりモータを駆動させて
、フォーカス鏡筒を回動させたり、あるいはディスクヘ
ッドの位置を調節させる、し・わゆるアクティブ方式が
知られている。

このような従来におけろ例を第１図〜第６図に示す。

図において符号ｌで示したものは発光素子で、光軸Ｘに
対し斜設されたハーフミラ−２の方向へ光を投射し得る
ように配置されている。ハーフミラ−２に隣接して、光
軸Ｘ上に対物レンズ３が配設してあり、その前方焦点附
近の物体表面４と対向している。

又光軸Ｘ上のハーフミラ−２の後方には、第１図〜第３
図に示したように、ナイフェツジ５が、そのエツジ先端
を光軸Ｘにほぼ合致するように配置してあり、さらＫそ
の後方にあって、対物レンズ３に関して、物体表面４の
光軸Ｘ上の点と共役な位置に、光検出器６が配置されて
いる。

この光検出器６は、光軸Ｘに対しその受光面が直角で、
且つ光軸Ｘを境に、第１の受光素子６ａと第２の受光素
子６ｂから構成され、素子６ａと６ｂの境界線はエツジ
５の稜線と平行に設置されている。

発光素子１、ハーフミラ−２、対物レンズ８、ナイフェ
ツジ５、光検出器６を一体的に保持した装置７は、焦点
調節の際、光軸Ｘに沿って動き得るように構成しである
。

つぎに、以上のように構成された従来例の動作について
説明する。

先ず発光素子ｌを点灯すると、その光はハーフミラ−２
により図の左方に反射され、対物レンズ８を透過して物
体表面４を照射する。

物体表面４で反射した光は、その一部が再び対物レンズ
８を透過して収れんされ、さらにハーフミラ−２をも透
過した光束が、ナイフェツジ５によって、光軸Ｘを境に
ほぼその半分が遮られ、他の半分の光束が光検出器６の
附近に焦点を結ぶ。

このとき第１図で示すように焦点が合っている場合には
、光検出器６の表面の光軸Ｘと交わる第１の受光素子６
ａと第２の受光素子６ｂの境界線を中心にして小径スポ
ット像Ｓを結像するように設定されている。このとき第
１の受光素子６ａと第２の受光素子６ｂによる検出信号
は、ともに零もしくは同レベルになり、合焦状態として
装置７は不動のま〜である。次に第２図に示したように
、対物レンズ３と物体表面番とが接近した場合には、光
束は受光素子６より後方のＥ面に結像するため、光検出
器６の表面に達する光束は、第２図（Ｂ）に示したよう
に、第１の受光素子６ａの面に、半円状のスポットＳと
して照射し、第２の受光素子６ｂには達しないか、ある
いは境界線かられずかにはみ出した程度の照射となり、
それらによる検出信号は、第１の受光素子６ａの方が、
第２の受光素子６ｂよりも犬となって、装置７を物体表
面４から遠ざける方向に、不図示のモーターによって調
節される。

又、第８図（Ａ）に示したように、対物レンズ３と物体
表面４とが離れた場合には、光束は受光素子６より手前
のＦ面に結像するため、光検出器６０表面に達する光束
は、検出器６の前方で一旦収れんしてから再び発散し、
光軸Ｘの図において上側から下側へと転換して、第８図
（Ｂ）に示したように、第２の受光素子６ｂの面に半円
状のスポットＳとして照射し、第１の受光素子６ａには
達しないか、あるいは境界線かられずかにはみ出した程
度の照射となり、それらによる検出信号は、第２の受光
素子６ｂの方が、第１の受光素子６ａよりも犬となって
、装置７を物体表面４へ近ずける方向に、不図示のモー
ターによって調節される。

つぎに、別の従来例について説明する。第４図〜第６図
は、プリズムと直列４分割受光素子の組合わせによるも
ので、前述した従来例におけるナイフェツジ５０代りに
、頂角が鈍角の二等辺三角形プリズム１５をその底面が
光軸Ｘに対し直角に、又前述した二等辺三角形の頂角の
稜線を光軸Ｘに交わるように配置する。

プリズム１５は、光軸Ｘを境に上側の部分１５ａと、下
側の部分１５ｂが対称的に構成されている。

さらにプリズム１５の前述した稜線の後方に、光検出器
１６が位置しており、それは、４個の受光素子１６ｍ、
１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが直列に互に隣接し、それらの
境界の縁は前述した稜線と平行であり、さらに第２の受
光素子１６ｂと、第３の受光素子１６Ｃとの境界線が、
光軸Ｘと文名するように、同一平面上に光軸Ｘと直交し
て配置しである。

発光素子ｌ、ハーフミラ−２、対物レンズ８、プリズム
１５、光検出器１６を一体的に保持した装置１７は、焦
点調節の際、光軸Ｘに沿って動き得るように構成しであ
る。

発光素子１を点灯すると、その光はハーフミラ−２によ
り反射され、対物レンズ８を透過して物体表面４を照射
する。

その光は物体表面４で反射して、反射光の一部が再び対
物レンズ３を透過して収れんされ、さらにハーフミラ−
２をも透過し、プリズム１５に達する。

プリズム１５に達した光束は、光軸Ｘを境として上側の
プリズム１５ａによって光軸Ｘの反対側方向に屈折され
、又、光軸Ｘの下側のプリズム１５ｂによって屈折され
る光束は、やはりその反対方向へ屈折して、それぞれ光
検出器１６に到達する。

そのとき、第４図に示したように焦点が合っている場合
には、光軸Ｘより上側の光束を屈折させるプリズム１５
ａによる光は、第４図（Ｂ）に示したように、第８の受
光素子１６Ｃと、第４の受光素子１６ｄの境界線を中心
として、小径スポット像Ｓ２を結像するように設定され
てあり、第３の受光素子１６ｃと、第４の受光素子１６
ｄによる検出信号は、ともに同レベルとなる。

又光軸Ｘより下側の光束を屈折させるプリズム１５ｂに
よる光は、第１の受光素子１６ａと、第２の受光素子１
６ｂとの境界線を中心にして、小径スポット像Ｓ１を結
像するように設定されており、それらの受光素子１６ａ
、１６ｂによる検出信号は、ともに同レベルとなる。

そして、外側の素子１６ａと１６ｄの和信号較して、そ
の差信号をフォーカス状態の検出信号として取り出す。

第４図に示した合焦状態の場合には、差信号が零となる
ので、装置１７は不動のまＮであるつぎに、第５図に示
したように対物レンズ８と物体表面４とが接近した場合
には、光束は受光素子１６より後方のＥ面に結像するた
め、プリズム１５ａによる屈折光は、第５図（Ｂ）に示
したように、素子１６ｃと１６ｄの境界線より内側の、
第３の受光素子１６ｃに半円状のスポットＳ２となり、
プリズム１５ｂによる屈折光は、素子１６ａと１６ｂの
境界線より内側の第２の受光素子１６ｂに半円状のスポ
ラ１−８１となって、前述したように、外側の素子１６
ａと１６ｄの和信号と、内側の素子１６ｂと１６Ｃの和
信号とを比較する。

この場合には、内側の素子１６ｂと１６０の和信号が、
外側の素子１６ａと１６ｄの和信号よりも犬となって、
装置１７を物体表面４から遠ざける方向に、不図示の装
置によって調節される。

又、第６図に示したように、対物レンズ８と物体表面４
とが離れた場合には、光束は受光素子１６の手前のＦ面
に結像するため、プリズム１５ａによって屈折された光
は、一旦収れんしてから再び発散して、第６図（Ｂ）に
示したように、素子１６ｃと１６ｄの境界線より外側の
第４の受光素子１６ｄに半円状のスポット像Ｓ１となり
、又プリズム１５ｂによって屈折された光は、前述した
場合と光軸Ｘに対し反対側の対称的な方向に、やはり一
旦収れんしてから再び発散状態となって、素子１６ａと
１６ｂの境界線より外側の第１の受光素子１６ａに半円
状リスボン）Ｓ２となって、外側の受光素子１６ａと１
６ｄの和信号が、内側の受光素子１６ｂと１６ｃの和信
号よりも犬となって、装置１７を物体表面４へ近ずける
方向に、不図示の装置によって調節される。

以上のような従来例においては、前述したナイフェツジ
による方法では、ナイフェツジ自身による約半分の光量
ロスがあり、又プリズムと直列４・分割受光素子の組み
合わせによる場合には、光検出器を、光軸Ｘ方向と光検
出器の直列方向の２方向を精度よく設定しなければなら
ないこと、およびプリズムの位置とプリズムの角度の精
度を高める必要があるという欠点があった。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、簡単な構
成で光量ロスが無く、検知感度の良好な自動焦点調節装
置を提供することを目的としている。

以下図面に従って本発明の詳細な説明する。

第７図〜第１１図は、本発明による実施例を説明するも
ので、図中第１図〜第６図と同一または相当する部分に
は、同一符号を付しその説明を省略する。

第１のプリズム２５は、その−面２５ａを光軸Ｘに対し
て直角に、且つその側面（紙背側）を光軸Ｘに接して、
ハーフミラ−２の後方に配置してあり、他の面２５ｂの
後方には、所定距離を隔てて光検出器２７が配置されて
いる。

第２のプリズム２６は、その−面２６ａが第１のプリズ
ム２５の一面２５ａと同一面上に、且つその側面が前述
の第１のプリズム２５の側面と接するようにし、さらに
他の面２６ｂが、第１のプリズム２５の他の面２５１−
＋と、光軸Ｘを挟んで軸対称的になるように配設する。

光検出器２７は、第７図（Ｂ）、第８図（Ｂ）、第９図
（Ｂ）Ｋ示したように軸対称直交４分割した受光素子２
７ａ、２７ｂ、２７Ｃ１２７ｄによって田の字形に構成
してあり、たでの分割線■とよこの分割線Ｈの交点が、
光軸Ｘと交わり、分割線Ｈはプリズム２５と２６との接
合平面の延長面上に重なるように配置しである又発光素
子ｌ、ハーフミラ−２、対物レンズ８、プリズム２５お
よび２６、光検出器２７を一体的に保持した装置２８は
、焦点調節の際。

光軸Ｘに沿って動き得るように構成しである。

第７図に示したように、物体表面牛に対物レンズ８の焦
点が合致している場合には、発光素子１を点灯すると、
その光はノ・−フミラー２により反射され、対物レンズ
３を透過して物体表面４を照射し、その反射光の一部は
再び対物レンズ３を透過して収れんされつ〜さらにハー
フミラ−２を透過して、第１のプリズム２５の一面２５
ａと、第２のプリズム２６の一面２６ａに達する。

第１のプリズム２５を透過した光は、他の面２５ｂから
射出して、第７図（Ａ）に示したように図の下方に屈折
して、第７図（Ｂ）において、第３の受光素子２７Ｃと
第４の受光素子２７ｄの境界線Ｉ（を中心にして、スポ
ット像Ｓ２を結像するように設定されて（・る。

又、第２のプリズム２６を透過した光は、他の面２６ｂ
から射出して、図の上方に屈折し、第７図（Ｂ）におい
て、第１の受光素子２７ａと第２の受光素子２７ｂの境
界線を中心にして、スポット像Ｓｌを結像するように設
定されている。

この場合の検出信号は、境界線Ｈ，Ｖの交点即ち光軸Ｘ
に対し、それぞれ点対称の位置の受光素子の和信号を比
較する。つまり第１の受光素子２７ａの検出信号と、第
４４の受光素子２７ｄの検出信号の和信号と、第２の受
光素子２７ｂの検出信号と第３の受光素子２７ｅの検出
信号の和信号とを比較し、その差の有無を検出して合焦
動作を行わせるが、第７図のように合焦状態の場合には
、その差はｒＯＪとなり、合焦動作即ち装置２８を光軸
Ｘに沿って移動させる動作は行わない。

つぎに、第８図（Ａ）に示したように、対物レンズ３と
物体表面Φとが接近した場合には、光束は受光素子２７
より後方のＥ面に結像するため、物体表面Φからの反射
光は、第１のプリズム２５の一面２５ａに達した光は、
他の面２５ｂから射出して屈折し、収束することなく境
界線Ｈより紙面上側の第４の受光素子２７ｄに、半円状
のスポットＳ２として照射し、又第２のプリズム２６の
一面２６ａに達した光は、他の面２６ｂから射出して屈
折し、やはり収束することなく境界線Ｔ−Ｉより紙面背
側の第１の受光素子２７ａに、半円状のスポットｓ１と
して照射する。

この場合の対称位置における受光素子の検出信号の和信
号の比較は、第１の受光素子２７ａと第４の受光素子２
７ｄの検出信号の和信号が、第２の受光素子２？ｂと第
３の受光素子２７Ｃの検出信号の和信号よりも、明らか
に大であって、装置２８を物体表面から遠ざける方向に
、不図示のモーター等による装置によって調節される。

又第９図（Ａ）に示したように、対物レンズ８と物体表
面４とが離れた場合には、光束は受光素子２７０手前の
Ｆ面に結像するため、プリズム２５．２６の射出面２５
ｂ、２６ｂから射出した反射光は、光検出器２７に達す
る前に一旦収れんしてから再び発散して、光軸Ｘに垂直
な断面における半円形状が、境界線Ｈを境に反転して、
第３の受光素子２７ｅ上にスポラ）Ｓ２として、又第２
の受光素子２７ｂ上にスポラ）３１としてそれぞれ照射
される。

この場合における第１の受光素子２７ａと第４の受光素
子２７ｄの検出した信号の和信号は、第２の受光素子２
７ｂと第８の受光素子２７Ｃの検出した信号の相信号よ
りも、明らかに小である為、装置２８を物体表面李へ近
すげる方向に、不図示の装置によって調節される。

以上に述べた光検出器２７は、形状を田の字形のように
Ｓｔ形で構成したが、光軸Ｘと交わる境界ｍＨとＶの交
点を中心とした円形で構成してもよい。

このようにした場合には、光軸Ｘに対する位置決めが容
易になる。さらにプリズム２５．２６もそれぞれ光軸Ｘ
を中心とした半円形とし、それらを光軸Ｘを挟んで接合
したとき、光軸Ｘを中心とする円形にすれば、前述した
光検出器２７の場合と同様に、さらに位置決めが容易に
なる。

尚プリズム２５．２６の面２５ｂと２６ｂを、光軸Ｘと
直角に配置した構成でも勿論よい。

つぎに、本発明をＴＶズームレンズに使用した実施例に
ついて説明する。

第１０図は、発光素子ｌから発した光を、投光レンズ８
０によってはＶ平行光とし、第２ハーフミラ−３５を透
過して、ハーフミラ−３４により光軸Ｘに沿って、変倍
レンズ３２の方向に反射させ、フォーカスレンズ８１を
通して収れんした光を被写体表面４０に照射する。

被写体表面４０で反射した光は、その一部が再びフォー
カスレンズ８１へ入射し、変倍レンズ３２を透過してハ
ーフミラ〜３４により反射した光が、第２ハーフミラ−
８５に達し、そこで反射された光は、受光レンズ３７を
透過して、収れんしつ〜プリズム２５．２６により屈折
されて光検出器２７に到達する。

この場合、焦点調節は対物レンズ８１を光軸Ｘ方向へ動
かすことによって行われる。

そのときに於ける作用は、前述した実施例の場合と同様
であるので省略する。

又、第１１図に示した実施例では、発光素子ｌから発し
た光を投光レンズ３０によってほぼ平行光としハーフミ
ラ−８４ｂにより光軸Ｘに沿って、変倍レンズ３２の方
向に反射させ、フォーカスレンズ３１を通して収れんし
た光を被写体表面４ＩＯに照射する。

被写体表面４０で反射した光は、その一部が再びフォー
カスレンズ８１へ入射し、変倍レンズ８２を透過してハ
ーフミラ−Ｂ４ａにより反射した光力受光レンズ８７を
透過して収れんしつつプリズム２５．２６により屈折さ
れて光検出器２７に到達する。

この実施例では、第１０図に示したハーフミラ−３５を
除去した構造としたので光量損失は少なくて済む。

又、第１２図に示した実施例では、発光素子１と投光レ
ンズ８０を、光軸Ｘの軸外から直接被写体表面４０へ投
光し得るように配置し、被写体表面４８０からの反射光
は、前述した場合と同様に、フォーカスレンズ３１にそ
の一部が入射して、変倍レンズ３２を通り、ノ・−フミ
ラー３４で一部が反射され、受光レンズ３７を透過して
収れんしつ〜プリズム２５．２６により屈折されて光検
出器２７に到達する。

この実施例では第１θ図に示した例における第２ハーフ
ミラ−３５を除去し、発光側光束を直接被写体に照射し
たので、光量損失は少な（て済む。

又、発光素子ｌを、赤外発光素子とし、光検出器２７を
赤外光域に感度を有する受光素子によって構成すれば、
被写体表面４０からフォーカスレンズ３１を通って入射
した光は、ハーフミラ−３４で一部が透過して結像レン
ズ８３を通り、撮像管３８に達しても、可視光による撮
像に影響を与えない。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、物体
表面へ光を照射するための投光部と、物体表面からの反
射光を光検出器へ導入するだめの光学系を備え、前記光
検出器の出力信号により、撮影光学系の一部又は全部を
その光軸方向に移動させて焦点調節を行う自動焦点調節
装置において、光検出器を軸対称４分割した４個の受光
素子で構成し、その分割中心が前記光学系の光軸に合致
するように配置し、前記光検出器の前側に薄いプリズム
を前記光軸を挟んで交叉して設置し、その接合面の一辺
が前記受光素子の分割線に平行となるように配置し、前
記４個の受光素子が検出した出力信号によって、前記撮
影光学系の焦点調節を制御するように構成したの−で、
簡単な構造にも拘らず、光量ロスが無く検知感度良好な
自動焦点調節装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は、従来例を示すもので、第１図（Ａ）
は、ナイフェツジを用（・た合焦時を示す説明図、第１
図（Ｂ）は、第１図（Ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図、第２
図（Ａ）は、ナイフェツジを用いた非合焦時の説明図、
第２図（Ｂ）は、第２図（Ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図、
第８図（Ａ）は、同じく非合焦時の説明図、第８図（Ｂ
）は、第８図（Ａ）におけるｃ−Ｃ矢視図、第４図（Ａ
）は、プリズムを用（・た場合の合焦時の説明図、第４
図（Ｂ）は、第４図（Ａ）におけるｃ−Ｃ矢視図、第５
図（Ａ）（ま、同じく非合焦時の説明図、第５図（Ｂ）
は、第５図（Ａ）におけるｃ−Ｃ矢視図、第６図（Ａ）
は、同じく非合焦時の説明図、第６図（Ｂ）＆よ、第６
図（ｋ）Ｋおける（’−ｃ矢視図、第７図〜第１２図は
、本発明による実施例を示すもので、第７図（Ａ）は、
合焦時を示す説明図、第７図（Ｂ）は、第７図（Ａ）に
おけるｃ−Ｃ矢視図、第８図（Ａ）および第９図（Ａ）
を末、それぞれ非合焦時の説明図、第８図（Ｂ）および
第９図（Ｂ）は、それぞれ第８図（Ａ）、−第９図（Ａ
、　）におけるｃ−Ｃ矢視図、第１Ｏ図＆ま、ＴＶズー
ムレンズに適用した場合における光学系を主体とした概
略構成図、第１１図及び第１２図は、同じ（一部を変え
た概略構成図であるｌ・・・・・発光素子　２・・・・
）・−フミン−３・・・・・対物し／ズ　５・・・ナイ
フェツジ６・・・・光検出器　１５・・・・・・プリズ
ム１６・・・・・光検出器　２５−・・・第１のプリズ
ム２６・・・・・・第２のプリズム　２７・・・・光検
出器３０・・・・・・投光レンズ　３１−・・・・フォ
ーカスレンズ３４・・・・・・ハーフミラ− Ｈ・・・・・・よこの境界線　■・・・・たての境界線
Ｘ・・・・・光軸 出願人　興和株式会社 代理人　阿部正雄 手　続　補　正　書 昭和５９年６月１ぢ日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示　昭和５９年特許願第９３８８７号２　
発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４代理人 居所〒１８２ ５、補正命令の日付　自発補正 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 明細書第１１頁第１３行目の「第７図〜第１】図は、」
とあるのを「第７図〜第１２図は、」と補正します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物体表面へ光を照射するための投光部と、該投光部から
   物体表面へ投射された光の反射光を光検出器へ導入する
   ための光学系を備え、前記光検出器の出力信号により撮
   影光学系の一部又は全部をその光軸方向に移動させて焦
   点調節を行う自動焦点調節装置において、前記光検出器
   を軸対称直交Φ分割した４個の受光素子で構成して、そ
   の分割中心が前記光学系の光軸に合致するように前記受
   光素子の受光面を前記光軸に直交して配置し、前記受光
   素子の前側には薄いプリズムを前記光軸を挟んで軸対称
   となるように交叉して設置し２その接合面が前記受光素
   子の分割線の一方と平行となるように配置し、前記４個
   の受光素子が検出した出力信号によって前記撮影光学系
   の焦点調節を制御するように構成したことを特徴とする
   自動焦点調節装置。