JPS6146805B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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，……，ｆ_Nとし
たとき、これらの出力f₁，……，ｆ_Nにベクトル
量a₁eⁱ〓ⁱ，……，ａ_Nｅⁱ〓ⁱ（ψ_iはベクトル偏角
でψ_１＜ψ_２＜……＜ψ_N）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

【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〜Ｐ_N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〜Ｐ_N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３A₁〜３Ａ_Nを有する。
各乗算手段３A₁〜３Ａ_Nは夫々関連した光電出力
_１〜_Nにa₁e^{i 1}〜ａ_Nｅ^{i i}のベクトル乗数を掛
け、ベクトル出力₁a₁e^{i 1}〜_Nａ_Nｅ^{i 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３A₁〜３Ａ_Nのベクトル出力
を加算し、それらの合成ベクトル

【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}〜ａ_N ^{i N}のすべ
ての絶対値を等しくその値を１とし即ａ_o＝１
（ｎ＝１、…Ｎ）かつ、左端の素子からｎ番目の
素子Ｐ_o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ｅ^{i 1}〜ｅ^{i N}が丁度１ 周期（位相的に１回転）となるように定めると

【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Ｐ_o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Ｐ_N
の出力は_N+1となる。尚この_N+1は変位前に、
Ｐ_N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〜Ｐ_N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〜Ｔ_N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〜Ｔ_Nについても同様である。そ
してこの外部端子T₁〜Ｔ_Nに現われる光電出力
に、第１図と同様にa₁e^{i 1}〜ａ_Nｅ^{i 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Ｍ_aＭ_b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Ｍ_aＭ_b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Ｍ_a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Ｍ_b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〜Ｔ_N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Ｐ_oの出力に掛けるベクトルａ_o ^i
ｎの偏角_oよりも、その素子Ｐ_oの左に隣接する
光電素子Ｐ_o+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…
…Ｐ_N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……Ｐ_N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，α_bを持つ合成ベクトルＩ_a，Ｉ_b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α_a−α_bを測定すれば
このα_a−α_b＝０のとき合焦状態であり、α_a−
α_b＞０のとき前ピンでありそしてα_a−α_b＜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｜α_a−α_b｜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，Ｌ_bによつて、２方向に分離して、各レンズＬ
_a，Ｌ_b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ａ_oｅⁱ⁴ⁿ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Ｉ_a，Ｉ_bは夫々（Ｘ
_a，Ｙ_a），（Ｘ_b，Ｙ_b）の形で出力される。この
（Ｘ_a，Ｙ_a）（Ｘ_b，Ｙ_b）からＩ_aとＩ_b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、Ｉ_a＝（Ｘ_a，Ｙ_a），Ｉ_b＝（Ｘ_b，Ｙ_b）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
Ｘ_a，Ｙ_a，Ｘ_b，Ｙ_b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Ｉ_a，Ｉ_b
の外積

【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Ｉ_a，Ｉ_b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，Ｉ_b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Ｘ_a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、Ｘ_a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Ｙ_a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、Ｘ_b，
Ｙ_bを得られる。この（Ｘ_a，Ｙ_a），（Ｘ_b，Ｙ_b）よ
り、第８図の構成から合成ベクトルＩ_a，Ｉ_bの位
相差を求め得る。 尚、各素子アレイの外部共通端子Ｔ_c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Ｔ_c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Ｔ_c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Ｘ_a，Ｙ_aに変換する。尚、
制御回路３０は、上述のＸ_a，Ｙ_a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、Ｘ_b，Ｙ_bに
変換される。 この具体的回路例はこのベクトルＩ_a＝（Ｘ_a，
Ｙ_a）Ｉ_b＝（Ｘ_b，Ｙ_b）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。Ｘ_aに交流
信号sin wtを、Ｙ_a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（ｗ^t＋
α_a）なる信号が得られる。ここでα_aはベクトル
Ｉ_aの偏角である。同様にＸ_bにcos wtをＹ_bにsin
wtを掛け前者から後者を引くと√_b ^２＋_b ^２
cos（wt＋α_b）を得る。α_bはＩ_bの偏角 このよ
うにして、ベクトルＩ_a，Ｉ_b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、Ｉ_a，Ｉ_b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（α_a−α
_b）を求めるためである。式で示すと ２／Ｔ_ｐ∫^Ｔｏ _ｐsin（wt＋α_a） ×cos（wt＋α_b）dt＝sin（α_a−α_b） 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Ｘ_a，Ｘ_b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Ｙ_a，Ｙ_b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、Ｘ_a，Ｙ_a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＋α_a）
を多く含むことになる。同様にＸ_b，Ｙ_b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＋α_b）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Ｉ_a
とＩ_b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ｅ^i(wt+〓^/2，ｅ^i(wt+〓⁾，ｅ^{i (wt+3/2} 〓⁾及びｅ^i(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
g₁e_i(wt+〓^/ ₂₎〜g₄e^i(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Ｉ_p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Ｉ_p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Ｉ_p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Ｔ_c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Ｔ_c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、Ｔ_c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〜ｓ_R，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

【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

【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。

【図面の簡単な説明】

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。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １つの被写体から、それぞれ空間的に隔てら
   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，……，ｆ_Nとしたとき、これら
   の出力f₁，……，ｆ_Nにベクトル量a₁eⁱ〓¹，……
   ａ_Nｅⁱ〓^N（ψ_iはベクトル偏角でψ_１＜ψ_２＜…
   …＜ψ_N）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ψ_i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ａ_iｅⁱ〓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。