JPS6146805B2 - - Google Patents
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- JPS6146805B2 JPS6146805B2 JP53012144A JP1214478A JPS6146805B2 JP S6146805 B2 JPS6146805 B2 JP S6146805B2 JP 53012144 A JP53012144 A JP 53012144A JP 1214478 A JP1214478 A JP 1214478A JP S6146805 B2 JPS6146805 B2 JP S6146805B2
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- photoelectric
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- vector
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- Focusing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Description
本発明は光学系の自動焦点検出装置に関する。
従来、種々の自動焦点検出装置が提案されてい
る。例えば特開昭51―15432には、結像光学系を
透過した直後の光束のうちからその光軸から離れ
た2位置における第1及び第2光線を分離する
と、その分離された第1及び第2光線は、結像光
学系が合焦及び非合焦状態に応じて、移動するこ
とを利用して、その第1及び第2光線の固定結像
位置に夫々第1及び第2光電素子アレイを配置
し、その第1素子アレイの個々の光電素子出力と
その第2素子アレイの対応した光電素子出力とを
個々に比較して、その個々の比較結果に基づき焦
点検出を行う技術が開示されている。しかしなが
らこの技術では、合焦が非合焦かの判別のみで前
ピンか、後ピンかの判別及び、その非合焦の程度
の判別はできない欠点を有する。他方、この前ピ
ン、合焦、後ピンの判別及びその程度をも検出す
る装置は機械的振動部を必要とし、装置全体の大
きさが大きくなつてしまい、又消費電力も増大し
てしまう欠点を有している。
また、特開昭49―90529号には、一対の光電素
子アレイへの出力信号の位相差が前ピン、合焦、
後ピンおよびその程度をも検出するものが開示さ
れている。
しかしながら、一般の位相弁別器は、入力信号
が正弦波や矩形波のような単純な波形信号である
場合のみ検出が可能である。ところが、任意の被
写体について焦点検出を行うカメラの焦点検出装
置等にあつては、光像は形状やコントラストやそ
こに含まれる空間周波数成分も千差万別であり、
したがつて光電素子アレイの出力波形も正弦波や
矩形波のような単純な波形でなく、非常に複雑な
ものとなり、このような千差万別で、かつ複雑な
波形信号については、通常の位相弁別器では、精
度よく検出することはできない。
この点は、今日実用化されているカメラの焦点
検出装置がいわゆる相関演算(一方の光電素子ア
レイの時系列信号を光電素子1個分ずつ順次ずら
しながら他方の光電素子アレイの時系列信号との
相関を求めその相関の最も強い時の前記ずらし量
から位相差を求める演算)という極めて複雑な手
法を用いて位相差を検出している点から例証する
ことができる。
このような問題を解決するために、本発明は一
対の光電素子アレイの出力信号からそれぞれ光像
中の特定の空間周波数成分を抽出しこれから位相
を比較する。具体的には光電素子アレイの光電素
子出力を光電素子の配列順にf1,……,fNとし
たとき、これらの出力f1,……,fNにベクトル
量a1ei〓i,……,aNei〓i(ψiはベクトル偏角
でψ1<ψ2<……<ψN)を乗じた後、これら
を加算して前記特定空間周波数を表わす合成ベク
トル
The present invention relates to an automatic focus detection device for an optical system.
Conventionally, various automatic focus detection devices have been proposed. For example, in Japanese Patent Application Laid-open No. 15432/1983, it is proposed that if the first and second light beams at two positions away from the optical axis are separated from the light beam immediately after passing through the imaging optical system, the separated first and second light beams will be separated. The two light beams utilize the movement of the imaging optical system depending on the in-focus and out-of-focus states to place the first and second photoelectric element arrays at the fixed imaging positions of the first and second light beams, respectively. Disclosed is a technology in which the outputs of the individual photoelectric elements of the first element array are individually compared with the corresponding outputs of the photoelectric elements of the second element array, and focus detection is performed based on the individual comparison results. ing. However, this technique has the drawback that it is not possible to determine whether the object is in focus or in focus, or to determine the degree of out-of-focus, only by determining whether the object is in-focus or out-of-focus. On the other hand, a device that discriminates between front focus, focus, and back focus, and also detects the degree thereof, requires a mechanical vibrating part, which increases the overall size of the device and increases power consumption. have. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 49-90529 discloses that the phase difference between the output signals to a pair of photoelectric element arrays is
A device is disclosed that also detects the back pin and its degree. However, general phase discriminators can detect only when the input signal is a simple waveform signal such as a sine wave or a rectangular wave. However, in the case of a camera focus detection device that detects the focus of an arbitrary subject, the optical images vary greatly in shape, contrast, and spatial frequency components contained therein.
Therefore, the output waveform of the photoelectric element array is not a simple waveform such as a sine wave or a rectangular wave, but is extremely complex. A phase discriminator cannot detect with high accuracy. In this respect, the focus detection devices of cameras that are in practical use today perform so-called correlation calculations (sequentially shifting the time-series signal of one photoelectric element array by one photoelectric element and comparing it with the time-series signal of the other photoelectric element array). This can be exemplified by the fact that the phase difference is detected using an extremely complicated method of calculating the correlation and calculating the phase difference from the shift amount when the correlation is the strongest. In order to solve this problem, the present invention extracts specific spatial frequency components in optical images from the output signals of a pair of photoelectric element arrays and compares the phases thereof. Specifically, when the photoelectric element outputs of the photoelectric element array are f 1 , ..., f N in the order of arrangement of the photoelectric elements, these outputs f 1 , ..., f N have vector quantities a 1 e i 〓 i , ..., a N e i 〓 i (ψ i is the vector deviation angle and after multiplying by ψ 1 < ψ 2 <...< ψ N ), these are added to obtain a composite vector representing the specific spatial frequency.
【式】を算出し、これらの合
成ベクトルの位相差を検出する。
このことは千差万別で複雑な光像の波形をある
振幅と位相とをもつ特定の正弦波(特定の空間周
波数成分)に変換してこの正弦波の位相を検出す
ることを意味している。
したがつて、本発明は従来に比べて比較的簡単
な位相比較手段でもつて高精度な焦点検出が可能
となる。
本発明の説明に先だち、本発明の重要な1要素
である光像についての光電変換装置を原理的に説
明する。
第1図において、平面上に配列されたN個の光
電素子P1〜PNからなる素子アレイ1上に結像光
学系により或る輝度分布の光像が結像されると各
素子P1〜PNは、夫々自身への入射光強度に応じ
た光電出力1〜Nを発生する。ベクトル化手
段3は光電出力1〜Nをベクトル化するもの
即ちその各出力に位相情報を付与する働きを果す
もので、N個の乗算手段3A1〜3ANを有する。
各乗算手段3A1〜3ANは夫々関連した光電出力
1〜Nにa1ei 1〜aNei iのベクトル乗数を掛
け、ベクトル出力1a1ei 1〜NaNei Nを発生
する。ただし各ベクトルの偏角1〜Nは1
<2<…<Nを満たすように定めてある加算
手段5は、乗算手段3A1〜3ANのベクトル出力
を加算し、それらの合成ベクトル
[Formula] is calculated and the phase difference between these composite vectors is detected. This means converting the complicated waveform of an optical image, which has a wide variety of variations, into a specific sine wave (specific spatial frequency component) with a certain amplitude and phase, and then detecting the phase of this sine wave. There is. Therefore, the present invention enables highly accurate focus detection even with a phase comparison means that is relatively simpler than the conventional one. Prior to explaining the present invention, a photoelectric conversion device for optical images, which is one important element of the present invention, will be explained in principle. In FIG. 1, when an optical image with a certain brightness distribution is formed by an imaging optical system on an element array 1 consisting of N photoelectric elements P 1 to P N arranged on a plane, each element P 1 ~P N generate photoelectric outputs 1 to N depending on the intensity of light incident thereon, respectively. The vectorization means 3 serves to vectorize the photoelectric outputs 1 to N , that is, to add phase information to each of the outputs, and has N multiplication means 3A 1 to 3A N.
Each multiplication means 3A 1 to 3A N has a respective associated photoelectric output.
1 to N are multiplied by vector multipliers of a 1 e i 1 to a N e i i to generate vector outputs 1 a 1 e i 1 to N a N e i N. However, the argument angle of each vector is 1 ~ N is 1
The addition means 5, which is determined to satisfy < 2 <...< N , adds the vector outputs of the multiplication means 3A 1 to 3A N and obtains a composite vector thereof.
【式】を求めるものである
以下に、こうして求めた加算手段5の出力であ
る合成ベクトルIの性質を考案する。説明の単純
化の為に乗ずるベクトルa1 i 1〜aN i Nのすべ
ての絶対値を等しくその値を1とし即ao=1
(n=1、…N)かつ、左端の素子からn番目の
素子Poの出力に乗ずるベクトルの偏角oをo
=2π×n/N即ちベクトル列ei 1〜ei Nが丁度1
周期(位相的に1回転)となるように定めると
Hereinafter, the properties of the composite vector I, which is the output of the adding means 5 thus obtained, will be considered. To simplify the explanation, all the absolute values of the vectors a 1 i 1 to a N i N to be multiplied are equal and the value is 1, so a o = 1
(n=1,...N) and the argument o of the vector multiplied by the output of the n-th element P o from the leftmost element is o
=2π×n/N, that is, if the vector sequence e i 1 to e i N is set to have exactly one period (one rotation in terms of phase),
【式】
次にこの素子アレイ1上の光像が第1図で素子
の配列方向左方に1素子分だけ変位したときの合
成ベクトルI′を求める。このとき素子Poの光電
出力はo+1となり、これに、ベクトルei2〓×n/N
が掛けられる。例えばP1の出力は2でありPN
の出力はN+1となる。尚このN+1は変位前に、
PNの直ぐ右に入射していた光強度に起因する出
力である。
従つて
この(2)式の第2項のN+1は光像の変位により新
たにアレイ内に入り込んだ光にそして1はアレ
イ外に出てしまつた光に夫々起因するものであ
り、この第2項が第1項に対して無視し得るもの
であるならば即ちo+1と1がほぼ等しい場合
には(1)式と(2)式の比較により変位後の合成ベクト
ルI′は変位前の合成ベクトルIにe-2〓×1/Niが
付加されたものに等しいことが分る。このこと
は、像が丁度1素子の幅だけ、素子の配列方向に
変位した場合合成ベクトルIの位相がその変位方
向に応じて一義的に2π/Nだけ増加又は減少するこ
とを示している。
尚、上述の(2)式の第2項は前述した如く変位に
より新たにアレイ内に入り込んでくる光とアレイ
外に出ていく光がほゞ等しい場合には十分無視し
得るが、それ以外の任意の輝度分布の光像に対し
ても十分無視し得ることを保障する為には、素子
アレイ1を第2図aのような構成にするとよい。
同図において、光電素子アレイ1を、上述の一組
の光電素子P1〜PN即ち一周期分の光電素子を、
何組か図示例では3組を直列に接続し、そして、
各組の対応する位置にある素子の1端を、アレイ
1のN個の外部端子T1〜TNの対応するものに
夫々接続する。この構成により外部端子T1には
各素子組中の素子P1の合計光電出力が出力する。
他の外部端子T2〜TNについても同様である。そ
してこの外部端子T1〜TNに現われる光電出力
に、第1図と同様にa1ei 1〜aNei Nのベクトル
を掛けるようにすればよい。この様に一周期分の
素子組を何組か直列に接続する様なアレイの構成
によつて、アレイの両端に位置する光電素子出力
による合成ベクトルIに対する影響は、アレイ1
を一周期分の素子組のみで構成したものに較べ、
小さくなるので上述の(2)式の第2項を無視し出来
ることになる。更にこのことを徹底する為には、
例えば、複数の素子組からなるアレイの前方に濃
度フイルタを配し、そのフイルタの光透過率特性
をアレイ両端付近における透過率がアレイ中央部
に対して徐々に減少するように定めるとか又は、
アレイ中央部の素子の受光面に比べてその両端付
近の素子の受光面を徐々に減少するようにすると
よい。これによりアレイ1の両端付近の光電素子
出力は、それ以外の光電素子出力に対して相対的
に小さくなるので、合成ベクトルIに対する影響
も小さくできる。
本発明は、上述した如き、アレイの各素子の光
電出力を、そのアレイに対する光像の相対変化に
応じて一義的に位相が変化する電気信号に変換す
る装置を少なくとも2つ用いて結像光学系の焦点
検出を行うものである。以下に実施例に基づき詳
述する。
第3図は、本発明の自動焦点検出装置の実施例
の概略図で、特に光電素子アレイと光学系との関
係を示している。結像レンズL0によつて収れん
された図示なき物体からの光束のうち、そのレン
ズL0の空間的に異なる2つの部分を透過してき
た光束を1対のミラーMaMbによつて反射し他の
光束から分離する。尚この図示例ではこの両ミラ
ーMaMbはレンズL0の光軸に関し対称な位置にあ
り、各々に入射した光線を光軸に垂直方向に反射
する。第2図aに示した如き、複数の周期分の素
子組から構成された光電素子アレイ1Aが、ミラ
ーMaによる反射光の光路中であつて、レンズL0
の固定焦点面と共役な面に配置されている。ま
た、ミラーMbによる反射光の光路中にも、同様
の位置に、同一の光電素子アレイ1Bが配置され
ている。尚、両アレイ1A,1BはレンズL0が
合焦したとき、第4図bのように両アレイの対応
する素子に像が結像するようにする。この第4図
では一周期の素子の数Nを4とし、またその素子
組の数を3としたアレイを示した。このアレイ1
Aと1Bには夫々、その外端出力端子T1〜TNの
光電出力を処理し第1図で述べた合成ベクトルI
の電気信号を発生する位相情報含有出力発生回路
10A,10Bが接続されている。このアレイ1
Aと、回路10Aとの接続関係をこのアレイの任
意の光電素子Poの出力に掛けるベクトルao i
nの偏角oよりも、その素子Poの左に隣接する
光電素子Po+1の出力に掛けるベクトルの偏角の
方が大きくなるように定めた場合、即ち、第3図
において、アレイ1Aが右から左へ素子P1,P2…
…PNと配列してある場合アレイ1Bと回路10
Bとの接続関係はその逆となるように定め換言す
ると第3図において素子の配列を逆にし左から右
に素子P1……PNを配列するように定める。この
ような構成であるので図示の如く、レンズL0が
合焦のとき、前述のように物体の像は両アレイ1
A,1B上に同一位置に結像される(第4図b)
ので、夫々の回路10A,10Bは、同一偏角α
a,αbを持つ合成ベクトルIa,Ibを出力する。
この状態から前ピンになつたとすると物体の像
は、固定焦点面の前方に結像するので、特開昭51
―15432に詳述されているようにアレイ1A及び
1b上の各像は共に第3図において左方向に移動
し、後ピンのときは逆に右方向に移動する。この
前ピンにより第3図で像が左に変化することは、
第4図の如く両素子アレイ1A,1Bの各素子の
配列方向をそろえて、示すと、第4図aに示す如
くアレイ1Aでは像が右方へ、アレイ1Bでは左
方へ移動し、従つてこのときの位相情報含有出力
発生回路10Aの出力ベクトルI′aはその偏角
α′aが合焦時の偏角αより大きくなり、逆に回路
10Bの出力ベクトルI′bの偏角α′bは小さくな
る。後ピンの場合は第4図cの如くそれとは逆に
なる。従つて第3図に示す如く、位相差測定器1
3によつて両方の位相情報含有出力発生回路10
A,10Bの出力の位相差αa−αbを測定すれば
このαa−αb=0のとき合焦状態であり、αa−
αb>0のとき前ピンでありそしてαa−αb<0
のとき後ピンであることが分る。そしてこの位相
差の絶対値|αa−αb|は合焦状態からずれるに
従がい大きくなる。従つてこの位相差測定機13
の出力を表示器15に接続すると、その出力の符
号及びその大きさに基づいて、表示器に前ピン、
合焦及び後ピンの区別そしてその程度を表示でき
る。もちろんこの位相差測定器13の出力に基づ
き、例えばレンズL0の駆動機構を作動させれば
自動合焦を行うことができる。
第5図は結像レンズL0を通つた光軸付近以外
の光束を、その固定焦点面Fの後方に、光軸に対
してほゞ対称に配置された2つの収れんレンズL
a,Lbによつて、2方向に分離して、各レンズL
a,Lbに関してFと共役な面に夫々配置された1
対の素子アレイ1A,1Bに結像させる例を示
す。
以上の第3図及び第5図は一つの結像レンズ
L0の透過光を2つに分離する例であるが次にそ
れとは異つた光学系の例を第6図により説明す
る。第6図において、焦点検出すべきレンズLと
同じ物体Sについての像を作る1対の結像レンズ
L4,L5の夫々の後方には、ミラーM4とM5が夫々
配置されている。このレンズL5に関連ミラーM5
は固定であるが、レンズL4に関連のミラーM4は
結像レンズLと連動しLの光軸方向の移動に応じ
て、矢印方向に揺動する。プリズムPLはミラー
M4,M5の反射光を更に夫々の光電素子アレイ1
A,1Bの方へ反射する。もちろんこの光電素子
アレイ1A,1Bは、レンズL4,L5の固定焦点
面に配置されている。素子アレイ1B上に形成さ
れるレンズL5による物体Sの像位置はレンズL5
に対する物体Sの位置によつて一義的に決まる。
他方、レンズL4による物体Sの像位置は連動ミ
ラーM4の回転角によつて、アレイ1Aの素子の
配列方向に変位するので、結像レンズLが合焦状
態にあるとき、第4図bの如く物体Sの像がアレ
イ1A,1Bについて同一位置にくるように、そ
して、Lが前ピン又は後ピンのとき、夫々第4図
a又はcの如く物体Sの像がアレイ1A,1Bに
対して反対方向に変化するように、レンズLと連
動ミラー及び素子アレイ1A,1Bの関係を定め
れば、素子アレイ1A,1Bの各出力を第3図と
同様の処理によつて結像レンズLの自動焦点検出
を行い得る。
次に、本発明の位相情報含有出力発生回路10
A,10B即ちベクトル化手段と加算手段構成例
を説明する。
この第1構成例は各光電素子出力oにベクト
ルaoei4nを掛けるのに、そのベクトルのx,y
成分を掛け、そしてそのx成分が掛けられた各光
電素子出力を加算し、合成ベクトルIのx成分X
を求め、そして同様に各ベクトルのy成分が掛け
られた各光電素子出力を加算し合成ベクトルIの
y成分Yを求めるものである。即ちこの構成例は
合成ベクトルIをそのx,y成分X,Yの形で算
出するものである。
第7図においては、1周期を構成する素子数を
4としアレイ内の周期数即ち素子組の数を3とし
て示してある。この各素子組の各光電素子P1〜P4
は第2図と同様にアレイの外部出力端子T1〜T4
に夫々接続されている。従つて、端子T1には
夫々各素子組のP4の合計の光電出力が、また端子
T2〜T4にも同様の光電出力が現われる。このT1
〜T4の各出力にベクトルei2〓×1/2,ei2〓×2/
4,ei2〓×3/4およびei2〓×4/4を掛けるのにそ
の各ベクトルのxy成分(cos2π×1/4,sin2π×1/
4)
=(0,1),(cos2π×2/4,sin2π×2/4)=
(−1,
0),(cos2π×3/4,sin2π×3/4)=(0,−
1),
(cos2π×4/4,sin2π×4/4)=(1,0)を掛
ける。
図において、端子T1〜T4はこのx成分列0,−
1,0,1を乗ずる為に乗算器3x1〜3x4に同様
にy成分列1,0,−1,0を乗ずる為に乗算器
3y1〜3y4に夫々接続されている。加算器5x
は、乗算器3x1〜3x4の出力を合計し合成ベクト
ルIのx成分Xを、同様に加算器5yは乗算器3
y1〜3y4の出力を合計し、合成ベクトルIのy成
分Yを夫々出力する。
このような合成ベクトルIをその成分(X,
Y)の形で算出する位相情報含有出力発生回路を
上述の回路10A,10Bに夫々用いると、回路
10A,10Bの夫々出力Ia,Ibは夫々(X
a,Ya),(Xb,Yb)の形で出力される。この
(Xa,Ya)(Xb,Yb)からIaとIbの位相差は
種々の方法により求め得るが、以下にそのうちで
特に好ましい算出法を説明する。第8図におい
て、Ia=(Xa,Ya),Ib=(Xb,Yb)は光像の
平均輝度によつて、夫々ベクトルの絶対値が大き
く変化するので、その平均輝度に依存しない様に
Xa,Ya,Xb,Ybを夫々演算回路20x,20
y,22x,22yによつて、夫々規格化し
に変換する。この規格化されたベクトルIa,Ib
の外積[Formula] Next, a composite vector I' is obtained when the optical image on the element array 1 is displaced by one element to the left in the arrangement direction of the elements in FIG. At this time, the photoelectric output of the element P o becomes o+1 , which is multiplied by the vector e i2 〓×n/N. For example, the output of P 1 is 2 and P N
The output of will be N+1 . In addition, this N+1 is before displacement,
This is the output due to the light intensity that was incident immediately to the right of P N. accordingly N+1 in the second term of equation (2) is due to the light that newly entered the array due to the displacement of the optical image, and 1 is due to the light that has left the array. If the term is negligible with respect to the first term, that is, if o+1 and 1 are almost equal, then by comparing equations (1) and (2), the resultant vector I' after displacement is the same as before displacement. It can be seen that e -2 〓×1/Ni is added to the composite vector I of . This shows that when the image is displaced by exactly the width of one element in the element arrangement direction, the phase of the composite vector I uniquely increases or decreases by 2π/N depending on the displacement direction. Note that the second term in equation (2) above can be ignored if the light newly entering the array due to the displacement and the light exiting the array are approximately equal, but otherwise. In order to ensure that light images with arbitrary luminance distributions can be sufficiently ignored, the element array 1 may be configured as shown in FIG. 2a.
In the figure, the photoelectric element array 1 is composed of the above-mentioned set of photoelectric elements P 1 to P N , that is, one cycle of photoelectric elements,
In the illustrated example, three sets are connected in series, and
One end of the element at a corresponding position in each set is connected to a corresponding one of the N external terminals T 1 to T N of the array 1, respectively. With this configuration, the total photoelectric output of the elements P 1 in each element set is output to the external terminal T 1 .
The same applies to the other external terminals T 2 to TN . Then, the photoelectric outputs appearing at the external terminals T 1 to TN may be multiplied by the vectors a 1 e i 1 to a N e i N as in FIG. 1. By configuring the array in such a way that several sets of elements for one period are connected in series, the influence on the composite vector I by the output of the photoelectric elements located at both ends of the array is
Compared to a structure consisting of only one period of elements,
Since it is small, the second term in equation (2) above can be ignored. In order to further ensure this,
For example, a density filter may be placed in front of an array consisting of a plurality of element sets, and the light transmittance characteristics of the filter may be determined such that the transmittance near both ends of the array gradually decreases relative to the center of the array.
It is preferable that the light-receiving surfaces of the elements near both ends of the array are gradually reduced compared to the light-receiving surfaces of the elements at the center of the array. As a result, the outputs of the photoelectric elements near both ends of the array 1 become relatively small compared to the outputs of other photoelectric elements, so that the influence on the composite vector I can also be reduced. The present invention utilizes an imaging optical system using at least two devices for converting the photoelectric output of each element of an array into an electrical signal whose phase uniquely changes according to a relative change of an optical image with respect to the array, as described above. This is to detect the focus of the system. A detailed explanation will be given below based on examples. FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of the automatic focus detection device of the present invention, particularly showing the relationship between the photoelectric element array and the optical system. Among the light beams from an object (not shown) converged by the imaging lens L0 , the light beams that have passed through two spatially different parts of the lens L0 are reflected by a pair of mirrors M a M b . and separate it from other light beams. In this illustrated example, both mirrors M a M b are located at symmetrical positions with respect to the optical axis of the lens L 0 , and each reflects the light rays incident thereon in a direction perpendicular to the optical axis. As shown in FIG. 2a, a photoelectric element array 1A composed of element sets corresponding to a plurality of periods is in the optical path of the light reflected by the mirror M a , and is located in the optical path of the light reflected by the mirror M a .
is placed in a plane conjugate to the fixed focal plane of Further, the same photoelectric element array 1B is arranged at the same position in the optical path of the light reflected by the mirror Mb . Both arrays 1A and 1B are arranged so that when the lens L0 is focused, images are formed on corresponding elements of both arrays as shown in FIG. 4b. FIG. 4 shows an array in which the number N of elements in one period is 4 and the number of element sets is 3. This array 1
A and 1B respectively process the photoelectric outputs of their outer end output terminals T 1 to T N and generate the composite vector I described in FIG.
Phase information containing output generation circuits 10A and 10B that generate electrical signals are connected. This array 1
The vector a o i which multiplies the connection relationship between A and the circuit 10A by the output of any photoelectric element P o of this array.
If the polarization angle of the vector multiplied by the output of the photoelectric element P o+1 adjacent to the left of the element P o is set to be larger than the polarization angle o of n , that is, in FIG. 1A is connected to elements P 1 , P 2 ... from right to left.
...Array 1B and circuit 10 if arranged as P N
In other words, the arrangement of the elements in FIG. 3 is reversed and the elements P 1 . . . P N are arranged from left to right. With this configuration, as shown in the figure, when lens L 0 is in focus, the image of the object is reflected in both arrays 1 as described above.
Images are formed at the same position on A and 1B (Fig. 4b)
Therefore, each circuit 10A, 10B has the same argument α
Output composite vectors I a and I b having a and α b .
If the front focus is achieved from this state, the image of the object will be formed in front of the fixed focal plane.
-15432, the images on arrays 1A and 1b both move leftward in FIG. 3, and conversely move rightward in the case of rear focus. The image changes to the left in Figure 3 due to this front focus.
When the array directions of the elements of both element arrays 1A and 1B are aligned as shown in FIG. 4, the image moves to the right in array 1A and to the left in array 1B, as shown in FIG. At this time, the output vector I'a of the phase information containing output generation circuit 10A has an argument α'a larger than the argument α at the time of focusing, and conversely, the argument α of the output vector I'b of the circuit 10B ′ b becomes smaller. In the case of a rear pin, the situation is reversed as shown in Figure 4c. Therefore, as shown in FIG.
3, both phase information containing output generation circuits 10
If we measure the phase difference α a - α b between the outputs of A and 10B, when α a - α b = 0, it is in focus, and α a -
When α b > 0, it is front pin, and α a −α b < 0
You can tell that it is a rear pin when . The absolute value |α a −α b | of this phase difference increases as the focus shifts from the focused state. Therefore, this phase difference measuring device 13
When the output of is connected to the display 15, the front pin,
The distinction and degree of focus and back focus can be displayed. Of course, automatic focusing can be achieved by operating the drive mechanism of the lens L 0 based on the output of the phase difference measuring device 13, for example. Figure 5 shows that the light beams other than those near the optical axis that have passed through the imaging lens L0 are collected by two converging lenses L arranged approximately symmetrically with respect to the optical axis behind the fixed focal plane F.
Each lens L is separated into two directions by a and L b .
1 placed on the plane conjugate to F with respect to a and L b
An example will be shown in which images are formed on a pair of element arrays 1A and 1B. The above figures 3 and 5 show one imaging lens.
This is an example of separating the transmitted light of L 0 into two, but next, an example of an optical system different from that will be explained with reference to FIG. 6. In FIG. 6, a pair of imaging lenses create an image of the same object S as the lens L whose focus is to be detected.
Mirrors M 4 and M 5 are arranged behind each of L 4 and L 5 , respectively. This lens is related to L 5 mirror M 5
is fixed, but the mirror M4 associated with the lens L4 is interlocked with the imaging lens L and swings in the direction of the arrow in accordance with the movement of L in the optical axis direction. Prism PL is a mirror
The reflected light from M 4 and M 5 is further transmitted to each photoelectric element array 1.
It is reflected towards A and 1B. Of course, the photoelectric element arrays 1A, 1B are arranged at fixed focal planes of the lenses L4 , L5 . The image position of the object S by the lens L 5 formed on the element array 1B is the lens L 5
It is uniquely determined by the position of the object S relative to the object S.
On the other hand, since the image position of the object S by the lens L4 is displaced in the arrangement direction of the elements of the array 1A depending on the rotation angle of the interlocking mirror M4 , when the imaging lens L is in the focused state, as shown in FIG. When the image of the object S is in the same position for the arrays 1A and 1B as shown in FIG. If the relationship between the lens L, the interlocking mirror, and the element arrays 1A and 1B is determined so that the output changes in the opposite direction to Automatic focus detection of the lens L can be performed. Next, the phase information containing output generation circuit 10 of the present invention
An example of the configuration of A and 10B, that is, the vectorization means and the addition means will be explained. In this first configuration example, each photoelectric element output o is multiplied by a vector a o e i4n , and the vector x, y
component, and then add the outputs of each photoelectric element multiplied by the x component to obtain the x component
Then, the outputs of each photoelectric element multiplied by the y component of each vector are added together to determine the y component Y of the composite vector I. That is, in this configuration example, the composite vector I is calculated in the form of its x and y components X and Y. In FIG. 7, the number of elements constituting one period is four, and the number of periods in the array, that is, the number of element sets, is three. Each photoelectric element P 1 to P 4 of each element set
are the external output terminals T 1 to T 4 of the array as in Figure 2.
are connected to each other. Therefore, the total photoelectric output of P 4 of each element set is at terminal T 1 , and the terminal T 1 is also connected to terminal T 1.
A similar photoelectric output appears at T 2 to T 4 as well. This T 1
~ For each output of T 4 , vector e i2 〓 ×1/2 , e i2 〓 ×2/
4 , e i2 〓 ×3/4 and e i2 〓 ×4/4 are multiplied by the xy components of each vector (cos2π×1/4, sin2π×1/
4) = (0,1), (cos2π×2/4, sin2π×2/4)=
(-1, 0), (cos2π×3/4, sin2π×3/4)=(0,-
1), Multiply by (cos2π×4/4, sin2π×4/4) = (1,0). In the figure, terminals T 1 to T 4 are connected to this x component sequence 0, -
The multipliers 3x 1 to 3x 4 for multiplying by 1, 0, 1 are similarly connected to the multipliers 3y 1 to 3y 4 for multiplying by the y component sequence 1, 0 , -1, 0, respectively. adder 5x
is the x component X of the composite vector I by summing the outputs of multipliers 3x 1 to 3x 4 ;
The outputs of y 1 to 3y 4 are summed, and the y component Y of the composite vector I is output, respectively. Such a composite vector I is defined as its components (X,
When output generation circuits containing phase information that calculate in the form of (X
a , Y a ), (X b , Y b ). The phase difference between I a and I b can be calculated from (X a , Y a ) (X b , Y b ) using various methods, and a particularly preferred calculation method will be described below. In Fig. 8, I a = (X a , Y a ), I b = (X b , Y b ), the absolute value of each vector changes greatly depending on the average brightness of the optical image, so the average brightness X a , Y a , X b , Y b are connected to arithmetic circuits 20x and 20, respectively, so as not to depend on
Standardized by y, 22x, and 22y, respectively. Convert to These normalized vectors I a , I b
cross product of
【式】を演算回路2
4によつて求める。この外積Qは周知の如く2つ
のベクトルIa,Ibのなす角と対応関係があるの
で、この回路24の出力に基づき両ベクトルI
a,Ibの偏角の差即ち位相差の大きさをその符号
を含めて知ることができ、よつて、このQの値か
ら前ピン、合焦、後ピンの区別及びその程度を知
ることができる。
上例では1周期を4つの素子で構成し、かつ乗
ずるベクトルの絶対値をすべて等しくしたのでア
レイに一様な輝度分布の光像が結像した場合、合
成ベクトルIは零となつて好ましいがしかしこの
様な結果を得る為には例えば1周期を偶数の素子
で構成し半周期ずれたベクトルどうしの絶対値が
互い等しくなるように定めてもよい。
次にこの第1構成例の具体的回路例を第9図に
より説明する。N=4としたので光電素子アレイ
1Aは第2図bに具体的に示した如く4つの外部
出力端子T1〜T4を有し、そこに現われた各出力
は4つの増幅器26により個々に増幅される。こ
れらの各出力に乗ずるx成分列は前述の如く、
0,−1,0,1であるのでXaを求めるには、
T2とT4の出力に夫々−1と1を掛け、その後両
者を加算すればよいか、本回路例では、T2とT4
の出力に夫々1と1を掛け、その後両者の差を求
めている。即ちT2とT4を増幅器26を介して
夫々等しい抵抗に接続し上述のx成分1を夫々掛
け、そして、差動増幅器28nの両入力に接続
し、増幅後のT4の出力から増幅されたT2の出力
を引いている。またy成分列は1,0,−1,0
であるので、Xaの場合と同様に、T1とT3の出力
を、前述と等しい抵抗26を介して差動増幅器2
8yに入力することによりYaを得られる。もう
1方の素子アレイ1Bと位相情報含有出力発生回
路10Bについても同様の構成によつて、Xb,
Ybを得られる。この(Xa,Ya),(Xb,Yb)よ
り、第8図の構成から合成ベクトルIa,Ibの位
相差を求め得る。
尚、各素子アレイの外部共通端子Tcには、各
アレイ内の各光電素子の他端子が接続されてお
り、その外部共通端子Tcは図示なき電源に接続
されている。
もちろん、上例では光電出力に掛けるべき零以
外のx成分、y成分はすべて等しいので、抵抗の
値を同一としたが、もしそのx成分又はy成分が
種々異なる場合には、その成分の大きさに応じた
値の抵抗を選択することになる。
次に上述の改良的変形例を第10図により説明
する。この変形例は光電素子をフオトダイオード
とし、このフオトダイオードアレイ1A,1Bの
共通端子Tcを互に接続し、この端子と接地間に
FETスイツチング素子swを接続してある。この
FETswは制御回路30によつてオンオフされ
る。従つてアレイ1A内の各フオトダイオードは
このFETswのオンの時、swのオフ時間の長さと
その間の入射光強度とに応じた光電電流を瞬間的
に発生する。この各フオトダイオードからの交流
出力は、すべて共通のFETswで交流化されてい
るので、同一周期同一位相であり、前述同様、抵
抗及び差動増幅器28x,28yに入力される。
サンプルアンドホールド回路32x,32yは制
御回路30からのFETswのオンオフ周期に応じ
た信号に基づき、差動増幅器28x,28yの出
力を整流し、直流出力Xa,Yaに変換する。尚、
制御回路30は、上述のXa,Yaを入力しその絶
対値の和が小さいとき、即ち光像の平均輝度が低
いとき、その程度に応じてFETsw1のオンオフ周
期を大きくし、FETのオフ時間を長くし、各光
電電流を大きくし、光像の平均輝度の変化にかか
わらず、光電電流の大きさをほぼある範囲内に入
るようにしている。もちろん、素子アレイ1Bか
らの光電電流も、同一の処理により、Xb,Ybに
変換される。
この具体的回路例はこのベクトルIa=(Xa,
Ya)Ib=(Xb,Yb)の位相差を求める回路も第
8図のものとは異つた構成を採用している。以下
に詳述する。まず原理的に説明する。Xaに交流
信号sin wtを、Yaに交流cos wtを夫々掛け、そ
して両者を加算すると√a 2+a 2sin(wt+
αa)なる信号が得られる。ここでαaはベクトル
Iaの偏角である。同様にXbにcos wtをYbにsin
wtを掛け前者から後者を引くと√b 2+b 2
cos(wt+αb)を得る。αbはIbの偏角 このよ
うにして、ベクトルIa,Ibの偏角を或る周波数
wの交流信号の位相として表わすことができる
が、Ia,Ibの偏角が一致するとき、即ち合焦時
に、上記両交流信号にπ/4の位相差を与えたこと
は、換言すると一方のベクトルについては正弦信
号にまた他方は余弦信号にしたことはこの両信号
を掛けそれを積分することによりsin(αa−α
b)を求めるためである。式で示すと
2/Tp∫To psin(wt+αa)
×cos(wt+αb)dt=sin(αa−αb)
従つてこの積分出力は合焦時に零となり、合焦時
の検出が容易となる。以上を第10図により説明
すると、直流出力Xa,XbはFETスイツチング素
子36x,38xにより同一周波数wでオンオフ
され、直流出力Ya,Ybは夫々同様のFET36
y,38yにより上と同一周波数wであるがそれ
とはπ/4だけずれた位相でオンオフされる。これら
の4つのFET36x,36y,38x,38y
は、制御器34からの出力により制御される。こ
うして、Xa,Yaは同一周波数wであるが、π/4だ
け位相のずれた矩形波信号に変換され、その後、
加算器40により加算される。wのバンドパスフ
イルタ41Aは、加算器40の出力中からwの周
波数成分を抽出する。従つてこのフイルタ41の
抽出出力は、上述の√a 2+asin(wt+αa)
を多く含むことになる。同様にXb,Ybについて
も、上述の加算器40の代りに減算器42用いる
ことによりバンドパスフイルタ41Bの出力とし
て√b 2+b 2cos(wt+αb)を得られる。波
形整形回路44Aはバンドパスフイルタ41Aの
出力を位相と周波数を同一に保ちながら一様振幅
の矩形波信号に変換する。波形整形回路44Bも
全く同様にバンドパスフイルタ41Bの出力を一
様振幅の矩形波信号に変換する。乗算器46は両
回路44A,44Bの矩形波出力を掛け合わせ積
分平滑回路47はその出力を積分し平滑する。こ
れにより積分平滑回路47の出力はベクトルIa
とIbの偏角差に関連した値となるので、この出
力の正負及びその大きさによつて、前ピン、後ピ
ン及びその程度そして出力零で合焦とを検出でき
る。
尚この第10図の構成において、フオトダイオ
ードの出力を単一のFETsw1で交流化しているの
でそのFETsw1のオンの際に生じるスパイクノイ
ズは、各交流光電出力に等しく発生する。従つて
それらのノイズは差動増幅器28x,28yによ
つて相殺できる。
また、光電素子アレイとしてフオトダイオード
アレイやC,C,D等によつて光像の輝度分布を
時系列化された電気信号として出力し、この光電
出力にcos wtを掛け積分しかつsin wtを掛け積
分することによつてベクトルIをその成分X,Y
の形で求め得る。即ち
X=∫I(t)・cos wt dt,Y=∫I(t)sin
wt dtである。
ここでI(t)は時系列化された光電出力であ
る。
次に、本発明の位相情報含有出力発生回路の別
の構成例を説明する。
第11図において、光電素子アレイ1の構成は
第7図と全く同一であり、外部出力端子T1〜T4
に現われる光電出力をg1〜g4とする。この各光電
出力g1〜g4に夫々周波数が等しいが位相が順次
2π/4ずつ進んだ交流ei(wt+〓/2,ei(wt+〓),ei (wt+3/2
〓)及びei(wt+2〓)を乗算器51〜54に
よつて掛ける。即ち、各光電出力g1〜g4を、周波
数が同一であるが、位相が順次2π/4ずつ進みかつ
振幅がその光電出力の大きさに比例した交流出力
g1ei(wt+〓/ 2)〜g4ei(wt+2〓)に変換する。加算器
55は各乗算器51〜54の交流出力を加算し合
成交流出力Ipを発生する。そちろんこの例で4
つの光電素子で1周期としたので各交流出力は
2π/4ずつ位相がずれているが、一般に、N個の素
子で1周期とした場合には、2π×n/Nずつ位相の
ずれた交流出力となる。今一般的な場合につい
て、加算器55の合成出力Ipを求めてみると、
この式と(1)式を比較すると明らかなように、この
合成出力Ipは、光像がアレイ1に対しその素子
の配列方向に相対的に移動すると、これに応じて
位相が一義的に変化する。次にこの第2の構成例
の具体的回路例と、位相比較器13の具体的回路
例を第12図により説明する。この例は光電素子
をフオトダイオードとし1周期を6素子で構成し
即ちN=6としたものであり、1対の素子アレイ
1A,1Bの具体的構成は第2図cに示すもので
ある。アレイ1Aと1Bの外部出力端子T1〜T6
は夫々スイツチングFETs1〜s6及びs10〜s60接続
している。これらのスイツチング素子s1〜s6は第
13図に示す如くタイミングパルス発生器60か
らのパルスによつて順次同一周期Tで短時間オン
されるが各スイツチs1〜s6のオンされる時期は順
次T/6だけ位相が遅れている。またアレイ1Bに関
するスイツチング素子s10〜s60も同様にパルス発
生器60によつて同一周期Tでかつ、位相が順次
T/6だけ遅れてオンされる。両スイツチング素子対
s1〜s6とs10〜s60のオンされる時期の関係はスイ
ツチング素子s10のオンがs1のオンよりT/4(位相と
してπ/2)だけ遅れるように定められている。従つ
て、アレイ1Aと1Bの外部共通端子Tcには、
スイツチング素子s1〜s6,s10〜s60の順次のオン
に応じてフオトダイオードの光電電流(第2図c
のアレイでは、3周期分の素子組であるから、3
つのフオトダイオードの合計出力)が、順次現わ
れる。この光電電流は前述と同様に光強度とスイ
ツチングFETのオフ時間に関連したピーク値を
持つことになる。このアレイ1A,1Bの共通端
子Tcには、パルス整形回路62が接続され、こ
れはOPアンプ62a、帰還コンデンサ62b
と、これに並列に接続され、回路60によつてオ
ンオフされるFET62cとから構成され、Tcか
らの光電電流を、一定のパルス幅と、そのピーク
値に関連した振幅を有するパルス信号に整形す
る。従つて、整形回路62の出力にはパルス振幅
を別にすれば丁度第13図に示したタイミングで
経時的にs1,s60,s2,s10,s3,s20,s4,s30……
のオンに応じたパルス出力が発生する。整形回路
62の出力に直列に接続されたFETs1′〜s6′,
s10′〜s60′は各々はFETs1〜sR,s10〜s60の各々
と同期して(SnがSn′に対応)、パルス発生器6
0によつてオンオフされる。従つて、s1のオンに
よつて発生した光電電流は、波形整形され第13
図s1に示した如き波形のパルスとして整形回路6
2の出力に現われるが、このときs1のみがオンな
ので、このパルス出力は、ピークホールド回路6
4によつてT/2時間だけピークホールドされ第14
図aのに示す如く、長さT/2の矩形波に変換され
る。引き続きs60がオンになるとその光電電流は
このときs60′がオンなのでピークホールド回路6
9によつて、同様に矩形波に変換される。更にそ
の後のs2,s10,s3,s20……のオンにより、それ
に対応した光電電流は、夫々関連したFETs2′,
s10′,s3′,s20′によつて選定されたピークホール
ド回路65,67,66,68……によつて矩形
波に変換される。尚この回路側では、スイツチ素
子の対s1とs4、s2とs5及びs3とs6は互にそのオン
周期がT/2だけずれているので、FETs1′とs4′を
s2′とs5′を及びs3′とs6′を夫々互に並例に接続し、
共通のピークホールド回路64,65,66を使
用して構成の簡略化を図つている。FETs10′〜
s60′についても同様である。この構成により、ピ
ークホールド回路64には第14図aに示す如く
s1のオンに起因した矩形波とs4のオンに起因し
た矩形波とが交互に現われ、同様に、ピークホ
ールド回路65,66には夫々第14図b,cに
示す如く、s2とs5及びs6とs3に夫々起因した矩形
波,,,が交互に現われる。加算回路7
0Aはこれらの回路64〜66の出力を加算し第
15図に示す出力を発生する。中心周波数2π/Tの
バンドパスフイルタ72Aは、その加算出力中か
ら2π/Tの周波数成分を抽出し第16図に示す正弦
波を出力する。この正弦波が第11図において述
べた(3)式の[Formula] is determined by the arithmetic circuit 24. As is well known, this cross product Q has a correspondence with the angle formed by the two vectors I a and I b , so based on the output of this circuit 24 both vectors I
It is possible to know the difference in the declination angles of a and Ib , that is, the size of the phase difference, including its sign, and therefore , from this Q value, it is possible to know the distinction between front focus, in-focus, and rear focus, and the degree thereof. I can do it. In the above example, one period is made up of four elements, and the absolute values of the vectors to be multiplied are all equal, so if a light image with a uniform brightness distribution is formed on the array, the composite vector I will be zero, which is preferable. However, in order to obtain such a result, for example, one period may be composed of an even number of elements, and the absolute values of vectors shifted by a half period may be set to be equal to each other. Next, a specific circuit example of this first configuration example will be explained with reference to FIG. Since N=4, the photoelectric element array 1A has four external output terminals T1 to T4 as specifically shown in FIG. amplified. As mentioned above, the x component sequence by which each of these outputs is multiplied is
0, -1, 0, 1, so to find X a ,
Is it okay to multiply the outputs of T 2 and T 4 by -1 and 1, respectively, and then add them? In this circuit example, T 2 and T 4
The outputs of are multiplied by 1 and 1, respectively, and then the difference between the two is calculated. That is, T 2 and T 4 are connected to equal resistances via the amplifier 26, multiplied by the above-mentioned x component 1, and then connected to both inputs of the differential amplifier 28n, so that the output of T 4 after amplification is amplified. The output of T 2 is subtracted. Also, the y component sequence is 1, 0, -1, 0
Therefore, as in the case of
Y a can be obtained by inputting to 8y. The other element array 1B and phase information containing output generation circuit 10B have the same configuration, so that
Y b can be obtained. From these (X a , Y a ), (X b , Y b ), the phase difference between the composite vectors I a and I b can be determined from the configuration shown in FIG. Note that the external common terminal T c of each element array is connected to other terminals of each photoelectric element in each array, and the external common terminal T c is connected to a power source (not shown). Of course, in the above example, the x and y components other than zero that should be multiplied by the photoelectric output are all equal, so the resistance values are the same, but if the x or y components are different, The value of the resistor must be selected according to the Next, the above-mentioned improved modification will be explained with reference to FIG. In this modification, the photoelectric element is a photodiode, the common terminals Tc of the photodiode arrays 1A and 1B are connected to each other, and this terminal is connected to the ground.
A FET switching element sw is connected. this
FETsw is turned on and off by the control circuit 30. Therefore, when this FET sw is on, each photodiode in the array 1A instantaneously generates a photoelectric current corresponding to the length of the off time of sw and the intensity of incident light during that time. Since the AC outputs from each photodiode are all converted into AC by a common FETsw, they have the same period and the same phase, and are inputted to the resistors and differential amplifiers 28x and 28y as described above.
The sample-and-hold circuits 32x, 32y rectify the outputs of the differential amplifiers 28x, 28y based on a signal from the control circuit 30 that corresponds to the on/off period of the FETsw, and convert them into DC outputs X a , Y a . still,
The control circuit 30 inputs the above-mentioned X a and Y a and when the sum of their absolute values is small, that is, when the average brightness of the optical image is low, the control circuit 30 increases the on/off period of FETsw1 according to the degree and turns off the FET. By increasing the time and increasing each photoelectric current, the magnitude of the photoelectric current is kept approximately within a certain range regardless of changes in the average brightness of the optical image. Of course, the photoelectric current from the element array 1B is also converted into X b and Y b by the same process. This specific circuit example is this vector I a = (X a ,
The circuit for determining the phase difference of Y a )I b =(X b , Y b ) also has a different configuration from that of FIG. The details are explained below. First, I will explain the principle. Multiplying X a by AC signal sin wt, Y a by AC cos wt, and adding both results in √ a 2 + a 2 sin (w t +
A signal α a ) is obtained. Here, α a is the argument angle of vector I a . Similarly, cos wt for X b and sin for Y b
Multiplying wt and subtracting the latter from the former gives √ b 2 + b 2
Obtain cos(wt+α b ). α b is the declination angle of I b In this way, the declination angle of the vectors I a and I b can be expressed as the phase of an AC signal of a certain frequency w, but the declination angles of I a and I b are the same. In other words, when focusing, a phase difference of π/4 is given to both AC signals, or in other words, one vector is made into a sine signal and the other is made into a cosine signal. By integrating sin(α a −α
This is to find b ). Expressed by the formula, 2/T p ∫ To p sin (wt + α a ) × cos (wt + α b ) dt = sin (α a − α b ) Therefore, this integral output becomes zero at the time of focusing, and the detection at the time of focusing is It becomes easier. To explain the above with reference to FIG. 10, the DC outputs X a and X b are turned on and off at the same frequency w by the FET switching elements 36x and 38x, and the DC outputs Y a and Y b are turned on and off by the same FET switching elements 36
By y and 38y, it is turned on and off at the same frequency w as above, but with a phase shifted by π/4. These four FET36x, 36y, 38x, 38y
is controlled by the output from the controller 34. In this way, X a and Y a have the same frequency w, but are converted into rectangular wave signals with a phase shift of π/4, and then,
Added by adder 40. The w bandpass filter 41A extracts the w frequency component from the output of the adder 40. Therefore, the extracted output of this filter 41 is the above-mentioned √ a 2 + a sin (wt + α a )
It will contain a lot of. Similarly, for X b and Y b , by using the subtracter 42 instead of the adder 40 described above, √ b 2 + b 2 cos (wt+α b ) can be obtained as the output of the bandpass filter 41B. The waveform shaping circuit 44A converts the output of the bandpass filter 41A into a rectangular wave signal of uniform amplitude while keeping the phase and frequency the same. The waveform shaping circuit 44B similarly converts the output of the bandpass filter 41B into a rectangular wave signal of uniform amplitude. A multiplier 46 multiplies the rectangular wave outputs of both circuits 44A and 44B, and an integral smoothing circuit 47 integrates and smoothes the output. As a result, the output of the integral smoothing circuit 47 is the vector I a
Since the value is related to the difference in the declination angle between Ib and Ib , front focus, rear focus, the extent thereof, and in-focus can be detected with zero output, depending on the positive/negative of this output and its magnitude. In the configuration shown in FIG. 10, since the output of the photodiode is converted into AC by a single FET sw1, the spike noise generated when the FET sw1 is turned on is generated equally for each AC photoelectric output. Therefore, those noises can be canceled by the differential amplifiers 28x and 28y. In addition, the luminance distribution of the optical image is output as a time-series electrical signal using a photodiode array or C, C, D, etc. as a photoelectric element array, and this photoelectric output is multiplied by cos wt, integrated, and sin wt is calculated. By multiplying and integrating vector I, its components X, Y
It can be found in the form of That is, X=∫I(t)・cos wt dt, Y=∫I(t) sin
wt dt. Here, I(t) is the time-series photoelectric output. Next, another configuration example of the phase information containing output generation circuit of the present invention will be explained. In FIG. 11, the configuration of the photoelectric element array 1 is exactly the same as that in FIG. 7, and external output terminals T 1 to T 4
Let g 1 to g 4 be the photoelectric outputs appearing in . These photoelectric outputs g 1 to g 4 are supplied with alternating currents e i (wt+ 〓 /2 , e i (wt+ 〓 ) , e i (wt + 3/2 〓 ) whose frequencies are equal to each other but whose phases are sequentially advanced by 2π/4 . and e i (wt+2 〓 ) by the multipliers 51 to 54. That is, the respective photoelectric outputs g 1 to g 4 have the same frequency, but the phase sequentially advances by 2π/4 and the amplitude AC output proportional to the magnitude of its photoelectric output
Convert g 1 e i(wt+ 〓 / 2) to g 4 e i(wt+2 〓 ) . Adder 55 adds the AC outputs of each multiplier 51 to 54 to generate a composite AC output I p . Of course, in this example 4
Since one period is made up of one photoelectric element, the phase of each AC output is shifted by 2π/4, but in general, when one period is made of N elements, the phase of each AC output is shifted by 2π × n/N. This becomes the output. Now, in the general case, if we calculate the composite output I p of the adder 55, we get: As is clear from comparing this equation with equation (1), when the optical image moves relative to the array 1 in the arrangement direction of its elements, the phase of the synthesized output I p becomes unique. Change. Next, a specific circuit example of this second configuration example and a specific circuit example of the phase comparator 13 will be explained with reference to FIG. In this example, a photodiode is used as a photoelectric element, and one period is composed of six elements, that is, N=6.The specific structure of the pair of element arrays 1A and 1B is shown in FIG. 2c. External output terminals T 1 to T 6 of arrays 1A and 1B
are connected to switching FETs 1 to s6 and s10 to s60 , respectively. As shown in FIG. 13, these switching elements s 1 to s 6 are sequentially turned on for a short time at the same period T by pulses from the timing pulse generator 60, but the timing at which each switch s 1 to s 6 is turned on is different. are sequentially delayed in phase by T/6. Similarly, the switching elements s 10 to s 60 related to the array 1B are turned on by the pulse generator 60 at the same period T and with a phase delay of T/6. The relationship between the turning on timings of both switching element pairs s 1 to s 6 and s 10 to s 60 is determined such that the turning on of switching element s 10 is delayed by T/4 (π/2 as a phase) than the turning on of switching element s 1 . It is being Therefore, the external common terminal Tc of arrays 1A and 1B is
The photoelectric current of the photodiode (Fig . 2c
In the array, there are element sets for 3 periods, so 3
(total output of two photodiodes) appear in sequence. This photoelectric current has a peak value that is related to the light intensity and the off time of the switching FET, as described above. A pulse shaping circuit 62 is connected to the common terminal Tc of the arrays 1A and 1B, which includes an OP amplifier 62a and a feedback capacitor 62b.
and an FET 62c connected in parallel to this and turned on and off by a circuit 60, and shapes the photoelectric current from Tc into a pulse signal having a constant pulse width and an amplitude related to its peak value. do. Therefore, apart from the pulse amplitude, the output of the shaping circuit 62 has s 1 , s 60 , s 2 , s 10 , s 3 , s 20 , s 4 , s over time at exactly the timing shown in FIG. 30 ...
A pulse output is generated according to the on state. FETs 1 ′ to s 6 ′ connected in series to the output of the shaping circuit 62,
s 10 ′ to s 60 ′ are each synchronized with each of FETs 1 to s R and s 10 to s 60 (Sn corresponds to Sn′), and the pulse generator 6
It is turned on and off by 0. Therefore, the photoelectric current generated by turning on s1 is waveform-shaped and becomes the 13th
The shaping circuit 6 generates pulses with a waveform as shown in Figure s1 .
However, since only s1 is on at this time, this pulse output is output from peak hold circuit 6.
4, the peak is held for T/2 time and converted into a rectangular wave of length T/2 as shown in FIG. 14a. When s 60 continues to turn on, the photoelectric current is peak hold circuit 6 because s 60 ' is on at this time.
9, it is similarly converted into a rectangular wave. Furthermore, by turning on s 2 , s 10 , s 3 , s 20 ..., the corresponding photoelectric currents are caused by the corresponding FETs 2 ′, s 2 ′, s 20 , etc.
It is converted into a rectangular wave by peak hold circuits 65, 67, 66, 68, . . . selected according to s 10 ′, s 3 ′, s 20 ′ . Furthermore, on this circuit side, the switch element pairs s 1 and s 4 , s 2 and s 5 , and s 3 and s 6 have on-periods that are different from each other by T/2, so the FETs 1 ′ and s 4 ′ Connect s 2 ′ and s 5 ′ and s 3 ′ and s 6 ′ to each other in parallel,
Common peak hold circuits 64, 65, and 66 are used to simplify the configuration. FETs 10 ′~
The same goes for s 60 ′. With this configuration, the peak hold circuit 64 is configured as shown in FIG. 14a.
A rectangular wave caused by turning on s 1 and a rectangular wave caused by turning on s 4 appear alternately, and similarly, peak hold circuits 65 and 66 receive signals s 2 and s 2 as shown in FIGS. 14b and 14c, respectively. Square waves caused by s 5 , s 6, and s 3 , respectively, appear alternately. Addition circuit 7
0A adds the outputs of these circuits 64-66 to generate the output shown in FIG. The bandpass filter 72A with a center frequency of 2π/T extracts a frequency component of 2π/T from the added output and outputs a sine wave shown in FIG. This sine wave is the equation (3) stated in Figure 11.
【式】に相当する
ものとなる。またアレイ1Bからの光電出力につ
いても同様によつて、加算回路70B、2π/Tのバ
ンドパスフイルタ72Bによつて正弦波に変換さ
れる。この正弦波は、合焦時、即ちアレイ1B上
にアレイ1Aと全く同一に光像が結像した時It corresponds to [Formula]. Similarly, the photoelectric output from array 1B is converted into a sine wave by addition circuit 70B and 2π/T bandpass filter 72B. This sine wave is generated at the time of focusing, that is, when a light image is formed on array 1B exactly the same as on array 1A.
【式】である。この式で
π/4は、アレイ1BのFETs10のオンがアレイ1A
のFETs1のオンより位相的にπ/4遅れていること
に起因している。そしてこの両フイルタ72A,
72Bの出力を第10図と同様の波形整形回路4
4A,44Bで矩形化しその後乗算器46、積分
平滑回路47で乗算し平滑すると、合焦時その積
分平滑回路47の出力が零となり、前ピン後ピン
時に符号の異つた出力が得られる。
本発明によると、2つの光電素子アレイを用
い、両アレイの光電出力に起因した2つの出力の
位相差から前ピン、合焦及び後ピン及びその程度
を高精度に検出できる。[Formula]. In this equation, π/4 is due to the fact that the turn-on of FETs 10 in array 1B is phase-wise delayed by π/4 from the turn-on of FETs 1 in array 1A. And these two filters 72A,
72B output to the waveform shaping circuit 4 similar to that shown in FIG.
4A and 44B, and then multiplied and smoothed by a multiplier 46 and an integral smoothing circuit 47. When focusing, the output of the integral smoothing circuit 47 becomes zero, and when focusing on the front and back, outputs with different signs are obtained. According to the present invention, by using two photoelectric element arrays, front focus, focus, back focus, and the degree thereof can be detected with high precision from the phase difference between the two outputs caused by the photoelectric outputs of both arrays.
第1図は本発明の基礎となる光像についての光
電変換装置を示す図であり、第2図は第1図の光
電変換装置に使用される光電素子アレイの実施例
を示す図であり、第3図は本発明になる自動焦点
検出装置の実施例を示す図であり、第4図は第3
図の装置における光電素子上に結像した像とその
出力ベクトルの様子を示す図であり、第5図は本
発明の他の実施例におけるレンズと光電素子の配
置を示す図であり、第6図は本発明の他の実施例
における光学系の配置を示す図であり、第7図は
出力のベクトル化手段の第1の構成例を示すもの
であり、第8図は2つの出力ベクトルの位相差算
出手段の実施例を示す図であり、第9図は第7図
の構成例の具体的回路を示す図であり、第10図
は第9図の回路例の改良的変形例を示す図であ
り、第11図は本発明の位相情報含有出力発生回
路の第2の構成例を示す図であり、第12図は第
11図の構成例の具体的回路を示す図であり、第
13図は第12図のスイツチングFETを駆動す
るパルスを示す図であり、第14図は第12図の
ピークホールド回路の出力を示す図であり、第1
5図は第12図の加算回路の出力を示す図であ
り、および第16図は第12図のバンドパスフイ
ルタの出力を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a photoelectric conversion device for optical images, which is the basis of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a photoelectric element array used in the photoelectric conversion device of FIG. FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the automatic focus detection device according to the present invention, and FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the image formed on the photoelectric element and its output vector in the apparatus shown in the figure; FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the lens and the photoelectric element in another embodiment of the present invention; The figures are diagrams showing the arrangement of the optical system in other embodiments of the present invention, FIG. 7 shows a first configuration example of the output vectorization means, and FIG. 8 shows the arrangement of the two output vectors. FIG. 9 is a diagram showing a specific circuit of the configuration example of FIG. 7, and FIG. 10 is a diagram showing an improved modification of the circuit example of FIG. 9. FIG. 11 is a diagram showing a second configuration example of the phase information containing output generation circuit of the present invention, FIG. 12 is a diagram showing a specific circuit of the configuration example of FIG. 11, and FIG. 13 is a diagram showing the pulses that drive the switching FET in FIG. 12, and FIG. 14 is a diagram showing the output of the peak hold circuit in FIG.
5 is a diagram showing the output of the adder circuit of FIG. 12, and FIG. 16 is a diagram showing the output of the bandpass filter of FIG. 12.
Claims (1)
れた第1のおよび第2の通路を通つた光線が入射
する第1および第2の結像光学系を有し、該第1
および第2結像光学系の固定焦点面またはその近
傍に、それぞれ第1および第2光電素子アレイを
設け、合焦および非合焦状態に応じて、該第1お
よび第2光電素子アレイ上をそのアレイの光電素
子の配列方向に移動する前記第1および第2結像
光学系による第1および第2の像のおのおのの光
電素子アレイに対する相対的位置関係から光学系
の焦点を検出する装置において、 前記第1素子アレイの各光電素子出力に基づき
前記第1光像の前記第1素子アレイに対する相対
的変位に応じて、位相変化を生ずる第1電気出力
を発生する第1位相情報含有出力発生手段と、前
記第2素子アレイの各光電素子出力に基づき、前
記第2光像の前記第1素子アレイに対する相対的
変位に応じて位相変化を生ずる第2電気出力を発
生する第2位相情報含有出力発生手段とを備え、 該第1および第2電気出力は、それぞれ前記第
1および第2位相情報含有発生手段のおのおのに
対応する光電素子アレイの光電素子出力を光電素
子の配列順にf1,……,fNとしたとき、これら
の出力f1,……,fNにベクトル量a1ei〓1,……
aNei〓N(ψiはベクトル偏角でψ1<ψ2<…
…<ψN)を乗じた後、これらを加算した合成ベ
クトル【式】を算出して電気出力 として発生されたものであり、さらに前記第1お
よび第2電気出力の位相を比較する位相比較手段
とを有し、該位相比較手段の出力に基づき焦点検
出を行うことを特徴とする焦点検出装置。 2 上記ベクトル偏角ψiは2π×i/Nであることを 特徴とする特許請求の範囲第1項記載の焦点検出
装置。 3 前記各位相情報含有出力発生手段は、前記光
電素子出力を、その大きさに対応した振幅と光電
素子の配列位置に対応した位相とを有する交流信
号に変調し、各交流信号を加算することを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の焦点検出装置。 4 前記各位相情報含有出力発生手段は、前記ベ
クトル量aiei〓iとして、そのベクトル量のx成
分とy成分をそれぞれ光電素子出力fに乗じ、前
記x成分に関する乗算結果を加算し同様に前記y
成分に関する乗算結果を加算してそれぞれ前記合
成ベクトルIのx成分とy成分を算出することを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の焦点検出
装置。 5 前記各位相情報含有出力発生手段は、前記合
成ベクトルのx成分とy成分とを、それぞれその
成分の大きさに対応した振幅と、互いに90℃位相
のずれた2つの交流信号に変調し、両交流信号を
加算することを特徴とする特許請求の範囲第4項
記載の焦点検出装置。[Scope of Claims] 1. A first imaging optical system and a second imaging optical system into which light rays from one subject are incident through first and second paths spaced apart from each other; 1
and first and second photoelectric element arrays are respectively provided at or near the fixed focal plane of the second imaging optical system, and the first and second photoelectric element arrays are arranged on the first and second photoelectric element arrays according to the in-focus and out-of-focus states. In an apparatus for detecting the focal point of an optical system from the relative positional relationship of the first and second images formed by the first and second imaging optical systems moving in the arrangement direction of the photoelectric elements of the array with respect to the respective photoelectric element arrays. , generating a first phase information-containing output that generates a first electrical output that causes a phase change in response to a relative displacement of the first optical image with respect to the first element array based on the output of each photoelectric element of the first element array; and second phase information containing means for generating a second electrical output that produces a phase change in response to a relative displacement of the second optical image with respect to the first array of elements based on the output of each photoelectric element of the second array of elements. output generating means, the first and second electrical outputs are f 1 , the outputs of the photoelectric elements of the photoelectric element array corresponding to the first and second phase information containing generating means, respectively, in the order of arrangement of the photoelectric elements ; ..., f N , these outputs f 1 , ..., f N have vector quantities a 1 e i 〓 1 , ...
a N e i 〓 N (ψ i is the vector argument angle and ψ 1 < ψ 2 <...
... < ψ N ) and then adding these to calculate a composite vector [Formula], which is generated as an electrical output, and further includes phase comparison means for comparing the phases of the first and second electrical outputs. What is claimed is: 1. A focus detection device comprising: a focus detection device that performs focus detection based on the output of the phase comparison means. 2. The focus detection device according to claim 1, wherein the vector deviation angle ψ i is 2π×i/N. 3. Each of the phase information-containing output generating means modulates the output of the photoelectric element into an alternating current signal having an amplitude corresponding to the magnitude thereof and a phase corresponding to the arrangement position of the photoelectric element, and adding the respective alternating current signals. A focus detection device according to claim 1, characterized in that: 4. Each of the phase information-containing output generating means multiplies the photoelectric element output f by the x component and the y component of the vector amount, respectively, as the vector amount a i e i 〓 i , adds the multiplication results regarding the x component, and similarly. above y
2. The focus detection device according to claim 1, wherein the x component and the y component of the composite vector I are calculated by adding multiplication results regarding the components. 5. Each of the phase information-containing output generating means modulates the x component and the y component of the composite vector into two AC signals having amplitudes corresponding to the magnitudes of the components and having a phase shift of 90 degrees from each other, The focus detection device according to claim 4, characterized in that both AC signals are added.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1214478A JPS54104859A (en) | 1978-02-06 | 1978-02-06 | Automatic focus detector |
| US05/972,261 US4264810A (en) | 1977-12-24 | 1978-12-22 | Focus detecting apparatus |
| DE19782856233 DE2856233A1 (en) | 1977-12-24 | 1978-12-27 | DEVICE FOR FOCUSING DETERMINATION IN AN OPTICAL SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1214478A JPS54104859A (en) | 1978-02-06 | 1978-02-06 | Automatic focus detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54104859A JPS54104859A (en) | 1979-08-17 |
| JPS6146805B2 true JPS6146805B2 (en) | 1986-10-16 |
Family
ID=11797296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1214478A Granted JPS54104859A (en) | 1977-12-24 | 1978-02-06 | Automatic focus detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54104859A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57165821A (en) * | 1981-04-07 | 1982-10-13 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Ttl automatic focusing device of camera |
| JPS6119211U (en) * | 1984-07-06 | 1986-02-04 | 株式会社 コシナ | Zoom lens with auto focus |
| JP3345890B2 (en) * | 1990-08-06 | 2002-11-18 | 株式会社ニコン | System camera and rear conversion lens barrel |
| WO2016102127A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | Asml Netherlands B.V. | Level sensor, lithographic apparatus and device manufacturing method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5928884B2 (en) * | 1972-12-27 | 1984-07-17 | キヤノン株式会社 | Distance detection method |
-
1978
- 1978-02-06 JP JP1214478A patent/JPS54104859A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54104859A (en) | 1979-08-17 |
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