JPS6251442B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は合焦点検装置に於て利用し得る像鮮明
度検出装置に関する。更に具体的にはカメラ、ム
ービー等の光学機器の結像光学系の結像面上の所
定位置に対し共役な位置関係にある２個所の点の
一方にLED、半導体レーザー等の発光部を配置
し、他方の点にCCD、フオトダイオードアレ
イ、或いは感光部がPN接合から成り、蓄積部及
び転送部がCCDで構成されてなる自己走査型素
子、或いはBBD等の自己走査型の光電変換手段
を配設せしめると共に、前記発光部から所定の開
口を通じて発光々束を投射し、物体面で反射され
た光束が上記結像光学系の投射光束側の開口とは
異なる部位に在る開口を透過して上記自己走査型
の光電変換手段に入射し、この時上記自己走査型
の光電変換手段（以後センサー・アレイ・デバイ
スと称する。）内に生成される電荷分布を時系列
信号として取り出し、後続の電子回路系により信
号処理し、上記結像光学系の結像面に於ける上記
物体像の最鮮鋭点の検知及び前ピン、後ピン状態
の判定（以後方向検知と称する。）を行う合焦点
検知方式に於て、上記投射光束以外の光線がセン
サ・アレイデバイス面に入射した場合これを後続
の電子回路系によつて除去（以後これを外光除去
と呼称する）する方式に関する。一般にカメラ等
の光学機器の結像光学系によつて結像面に於ける
物体像の鮮鋭度及び方向検知を行うにあたり該光
学機器側より物体に光線を投射する方式は光線ア
クテイブ検知方式をして知られている。このよう
な検知方式を実現する上で常に問題とされる点の
一つに上記外光除去の問題がある。外光除去に関
して電子回路方式によるものの一例をあげれば、
発光器の発光状態を変調し、この光電受光器から
出力される信号を同期検波することにより所要の
信号のみを受信する方式が知られている。このよ
うな電気的外光除去方式によつても通常家庭で使
用される交流光源及び太陽光等の照明光の影響は
大部分除去することが出来る。しかしながら検知
信号の周波数帯域はこのような外光の交流成分の
もつ周波数帯域とかなりの部分重なり合つてお
り、同期検波の如く、信号の周波数及び位相によ
つて分離する方法には自ずと限界がある。

又、特願昭53―64747号に於て示される様な合
焦検知方式即ち光軸に沿つて調定可能に為された
結像光学系の予定結像面と共役な２位置に夫々発
光器及び光電受光器を配置し、該発光器から上記
結像光学系を通じて投射された後、物体に依つて
反射されて該結像光学系に入射した光を上記光電
受光器に依り検知して、この時に該光電受光器の
出力に依り上記結像光学系の上記物体に対する焦
点調節状態を検出する様にしたことを特徴とする
合焦検出方式に於ては全く無力である。

本発明に提示された外光除去方式によれば、こ
の様な方式の合焦点検知方法に於いても、センサ
ーアレイデバイスから出力される信号エンベロー
プに重畳される外光相当信号を極めて良好に除去
できしかも所要の信号出力に就いては減衰がない
という特徴を有する。これまで、前記の合焦点検
知方式に於ては外光が非常に少い状態であるとか
又は投射光束を照射される物体面の反射率が一様
で且つ外光が均一に分布している場合に於いての
み合焦点検知が可能となる如く条件が限定されて
いた。この事実はとりもなおさず外光の多い状態
での合焦検知可能な被写体距離範囲や合焦点検知
精度を著しく低下させる結果となる。本発明は外
光の大なる状況に於ても方向検知可能な被写体距
離範囲を拡大し且つ合焦可能な被写体距離をも拡
大し精度の良い合焦点検知を可能ならしめる像鮮
明度検出装置を提供するものである。以下実施例
に基づき発明の内容を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る合焦検知方式の原理図で
ある。図ｂは合焦の状態でａ図、ｃ図は各々前ピ
ン後ピンの状態に対応している。構成を簡単に説
明すると、１，１′，１″は結像レンズ、６，
６′，６″は結像面である。又、５，５′，５″は被
写体面である。２，２′，２″は各々光源を示し、
これは例えばLED半導体レーザー等の発光体が
使用され得る。

光源２，２′，２″で発射された光束はミラー
４，４′，４″の夫々Ａ，A′，A″面で反射され結
像レンズ１，１′，１″を透過した後被写体面５，
５′，５″に光源２，２′，２″のスポツト像を投射
する。光源２，２′，２″は結像面６，６′，６″の
所定の位置に置かれるが、実際には撮影あるいは
観察の邪摩になる場合があるから、この位置と共
役な関係、即ちミラー４，４′，４″に関して光学
的に等価な位置関係に配置されている。このよう
な共役関係の配置はセンサーアレイデバイス３，
３′，３″についても同様に適用される。被写体面
５，５′，５″で反射された光束は結像レンズ１，
１′，１″のミラー４，４′，４″に於ける夫々Ｂ，
B′，B″面で反射しセンサーアレイデバイス３，
３′，３″面上に光源２，２′，２″によりスポツト
線を投射する。次にａ，ｂ，ｃ各図に於ける差異
について説明する。各構成要素中、結像レンズ位
置が合焦状態ｂ図の場合をとして、前ピンの状
態であるａ図に於てはの状態よりも結像面６′
に接近する方向に即ち被写体面５′より離れる側
に移動している。かかる状態に於ては被写体面
５′に投射されたスポツト像はボケタ状態でズレ
て結像している。′は結像レンズ１′によつて被
写体面５′のスポツト像が最鮮鋭の状態で結像す
べき仮想の位置である。′の位置に最鮮鋭状態
で結像するように入射した光束はミラー４′の
B′面で反射されたセンサーアレイデバイス面３′
上にやはりボケた状態でズレて入射結像する。点
線によつて被写体面５′及びセンサーアレイデバ
イス面３′上の投射スポツト像の分布を模式的に
示してある。このように結像レンズに於ける投
光、受光のアパーチヤーを各々光軸より偏在させ
ることにより合焦状態に於いて共役点に結像し
たスポツト像が，の結像レンズ位置状態に対
応してボケながら互いに反対方向にズレて入射結
像する。センサーアレイデバイス３は前述の
CCD，BBD，フオトダイオードアレイ、更には
受光部をフオト・ダイオード転送部をCCDとし
たような自己走査型素子である。

第２図は本発明による外光除去方式を説明する
為の信号波形とタイミングを模式的に示したもの
である。図に示すφSHはCCDのシフトパルス
でCCD感光部に蓄積された信号電荷をアナログ
シフトレジスタ部へ転送する為の転送ゲート開閉
に用いるパルスである。以下の実施例に於いて使
用されているセンサーアレイデバイスはCCDで
あるが、これはもちろんCCDに限られるもので
はなくフオトダイオードアレイ、BBD又はフオ
トダイオードアレイが感光部に使用され蓄積部及
び転送部にはCCDが使用されたもの等の自己走
査型センサーを共通に適用可能なものである。第
２図に示したφSHのa₀の区間が電荷蓄積の区
間でこの区間に蓄積された信号電荷は次の読み出
し区間にCCD出力部より所定クロツクにより時
系列信号として送出される。送出された信号エン
ベロープを模式的に図にVideoとして示してあ
る。図に於けるｉからｋまでのセンサーエレメ
ントに対応する信号が実際に使用される信号エン
ベロープの部分である。又ｊは第１図ｂに示す結
像面６の所定の位置例えば結像面の中心と共役な
位置に予め設置された、光源２の中心と共役な位
置関係にある点でセンサーアレイデバイス面を２
分割する境界に設定されたエツジに対応する。
ｉ，ｊ，ｋ，とi′，j′，k′は送出Video信号列中の
定められた時間位置を示しており、ｉとi′，ｊと
j′及びｋとk′は各φSHの１周期分ずれた関係にあ
る。又ｉからｊまでの時間区間は等しく設定され
ている。第２図は光源例えばLEDの点滅周期
を示すタイミングチヤートである。この図に於い
てはhighレベルの区間が点灯の区間でありlowレ
ベルの区間が消灯の区間である。点灯区間a′によ
るLED光は第１図に示す基本原理に従つてセン
サーアレイデバイスに入射し、第２図に示すa₀
の区間信号電荷として蓄積される。点灯時間a′は
蓄積時間a₀以内の時間に設定されている。点灯区
間は蓄積区間に対して交番になるように設定され
ているので図に示すVideo信号は一周期遅れた
状態でやはり蓄積区間に対して交番に出現する。
図に於いてａのVideo信号エンベロープがこれ
に相当し、ａの直前及び直後の信号選出周期に送
出されるVideo信号エンベロープ例えばｂは光源
の消灯区間に対応するVideo信号エンベロープで
ある。第２図は積分の極性を反転させる為のア
ナログスイツチのタイミングチヤートである。第
２図に極性反転した後のVideo信号が模式的に
示されている。Video信号エンベロープ中所要の
区間ｉからｋまで及びi′からk′までだけが後続の
積分回路に入力されるようにし不要な部分を時分
割的に除去しておくことにより測定誤差を押える
ことは実用上有効な手段である。第２図にはこ
のような処理の施された信号波形が示されてい
る。光源の点灯区間と消灯区間、これに対応した
信号エンベロープａ，ｂ及び極性反転の区間
tj′〜tjが繰り返えされることにより外光信号除去
が行われることに本発明の特徴がある。信号エン
ベロープａとｂを比較するとｂは光源の消灯区間
に対応しているから外光による信号分だけであ
る。又ａは光源の点灯区間に対応しているので外
光信号に光源による信号が重畳した状態の信号が
送出されている。信号ａと信号ｂの送出タイミン
グが外光の変動が無視出来る程度短く設定されて
いれば信号ａに含まれる外光信号分は信号ｂとエ
ンベロープが酷似していると考えてよい。従つて
第２図に示す如くtiからtjまで負極性tjからtk
及びti′からtj′までを正極性又tj′からtk′までを負
極性として積分した信号出力は所要の光源からの
信号だけによる差分積分信号となつている。

上記の極性は正負いずれであつてもまつたく同
じように成り立つことは明白で電子回路系の便利
なように決定してよいことは明らかである。本発
明によれば信号ｂで示される外光信号エンベロー
プがセンサーアレイデパイス面上で均一に分布し
ていないような状況下に於いても充分な外光除去
を行うことが出来る。以下に本発明による外光除
去方式を適用した合焦点検知方式を実施例をもつ
て詳細に説明する。

第３図は合焦点検知回路ブロツク図である。又
第４図は第３図に於ける回路中ロツク２１で示さ
れるシーケンス制御回路の内容を開示したもので
ある。更に第５図及び第６図は各種制御パルスの
タイミングを示したものである。

第３図に於いてフオーカシングレンズ７、光源
８、センサーアレイデバイス９及び予定結像面１
０の空間的な配置の関係は第１図について説明し
た基本原理の条件を満足しているものである。フ
オーカシングレンズ７は例えばレンズ鏡筒の距離
環の部分外周がギヤーとなつており又内周の部分
はヘリコイドで撮影レンズのフオーカシングレン
ズ部７を可動ならしめている。即ちレンズ駆動用
モータ２７の回転によりギヤーを介して距離環外
周のギヤーが回転するとヘリコイドにより撮影レ
ンズのフオーカシングレンズ部７が回転方向に対
応して繰り出し或は繰り込みの動作が伝達され
る。１１及び１２，１２′は光源８とセンサーア
レイデバイス９を共役な関係になるように配設さ
れたプリズムミラー及びミラーである。フオーカ
シングレンズ７の駆動機構及び光源８、センサー
アレイデバイス９、プリズムミラー１１、ミラー
１２，１２′の構成、配置、方式等は本発明によ
つて別段制限を受けるものではない。第３図は構
成の一例を極く模式図に又原理的に示したもので
ある。

同図に於いて１３はオフセツト調整回路であ
る。センサーアレイデバイス９として例えば感光
部にPN接合部をもつようなCCDを使用した場
合、それがＰ型Siを使用したものであればVideo
信号出力の形態は＋6V〜＋10V程度の補償出力レ
ベルから0.5V〜1.5V程度下のレベルに暗電流レ
ベルがあり更に1.2V〜2.0V程度下方にVideo信号
の飽和レベルがある。従つてこの様なCCDから
は光信号量に比例したVideo信号が下方に向つて
即ち負方向に出力される。更に各絵素に対応する
Video信号はデユーテイが約75％程度（他に約25
％区間はリセツト区間である）になつておりこれ
が時系列的に出力されていく。以上にセンサーア
レイデバイス９のVideo信号出力方式の一形態を
説明したがこれはセンサーの方式によつて大きく
異なるし又デバイスによつてもある程度異なるの
は当然である。上記オフセツト調整回路１３では
DCオフセツト除去を行い後段電子回路系の飽和
を防止しダイナミツクレンジを大きくとる役割を
はたしている。又オフセツト調整回路１３に反転
増幅器を用いることによりVideo信号出力を反転
せしめ上記センサアレイデバイス９の例に於いて
はプラス電圧の信号として取り扱うことも必要に
応じて行うことが出来る。１４はサンプルアンド
ホールド回路である。上記例の感光部にPN接合
を有し転送部がCCDで構成されたようなセンサ
ーアレイデバイス（以後PN＋CCDと呼称する）
に於てはリセツト区間が必要となるためVideo信
号はデユーテイーが約75％程度の時系列信号とな
る。又センサーアレイデバイスとしてMOS型の
フオトダイオードアレイを使用したような場合に
は各絵素に対するVideo信号は各々コンデンサー
の放電時の波形となり極にデユーテイーが小さく
なる。このようなVideo信号波形を後続の積分回
路１８によつて積分した場合出力の損失が非常に
大きい従つて元々Video信号出力のエンベロープ
だけに合焦状態を判別するための情報が含まれて
いるものであるから上記リセツトの区間はホール
ドされている方が有利である。この発明の例に於
いて使用されセンサーアレイデバイスは４相クロ
ツクφ_１，φ_２，φ_３，φ_４で転送されるPM＋
CCDであるから例えばφ_２とφ_３をエクスクル
ーシブOR回路３０によつてサンプリングすれば
よい。１５ＡはAC増幅器である。又１６は直流
分を再生する回路である。直流再生は転送ゲート
開閉の為のパルスφSHのタイミングを用いてク
ランプしてもよいし又センサアレイデバイスに暗
電流レベルが設定されていればφSHのタイミン
グから所定のビツトカウントした後カウンタから
発生されるキヤリーをクランプの為のタイミング
に利用してもよい。AC増幅器１５及び直流分再
生回路１６によつては所要のゲインをもたせて増
幅された、しかも厳密にDCオフセツト分を除去
したVideo信号エンベロープを得ることが出来
る。但し回路構成の都合によつてはAC増幅器１
５、直流分再生回路１６を除いても大きな影響は
ないし、同様にオフセツト調整回路１３だけを除
いてもそれほど効果を減じるものではない。２０
はPN＋CCDのドライブ回路である。第５図は源
クロツクパルスCLK、転送クロツクφ_１〜φ_４
転送ゲート開閉パルスφSH、リセツトパルスφ
RS、Video信号のタイミングチヤートを示してい
る。第３図に於けるPN＋CCDドライブ回路２０
は主としてこのようなパルス類を発生する為の回
路である。１７は積分極性反転回路である。後続
の積分回路１８によつて積分されるVideo信号エ
ンベロープの設定された積分区間の信号だけを、
スイツチにより切り換えて入力出来るようにした
り又積分の極性を反転させる為の回路である。積
分極性反転回路１７及び積分回路１８では電子回
路系自体によつて発生するDCオフセツトを極力
低減する為に例えばチヨツパー増幅器を使用する
ことによつて経時変化が非常に少なく極めて安定
な積分信号を得ることが出来る。

第３図に於いて２１はシーケンス制御回路であ
る。又第４図はシーケンス制御回路２１を具体例
として開示したもので更に第６図はシーケンス制
御を行うためのパルス類のタイミング関係を示し
たタイミングチヤートである。第４図に於いて３
４，３７，４０はカウンターである。カウンター
３４，３７，はによつてロードされる。３
３はφSHの反転信号を得るためのインバー
タである。３６，３８はプリセツトデジタルスイ
ツチである。３６に於いては積分の開始点を設定
する。カウンター３４がによりロードされ
た位置から予め設定されてある開始点までカウン
トすると該カウンター３４からはキヤリーCR１
が発生する。又、プリセツトデジタルスイツチ３
８は積分区間の中央位置を設定する為のものであ
る。設定された中央位置までのパルス（＝φ_２）
数をカウントした時点でカウンター３７からは
CR２が発生する。３９はデジタル減算器であ
る。プリセツトデジタルスイツチ３６と３８によ
り積分開始点から積分区間中央位置までと同じ数
を設定するために用いる。デジタル減算器３９に
よつて作り出された設定値は積分区間の終了点を
設定するものである。設定された終了点までのパ
ルス数（＝φ_２）をカウントした後カウンター４
０からはキヤリーCR３が発生する。３５，４
１，４２はフリツプフロツプ回路である。各々
CR１，CR２，CR３が入力される。フリツプフ
ロツプ４１のＱはカウンタ４０をロードする為の
信号として用いられる。即ちカウンター４０に於
ては積分区間の中央位置からデジタル減算器によ
つて設定された数までをカウントしキヤリーCR
３を発生する。フリツプフロツプ３５から出力さ
れるＦ／Ｆ１Ｑは積分開始を設定するものである
から、これとフリツプフロツプ４２からの出力、
Ｆ／Ｆ３ＱのANDをとつたパルスは積分区間を
設定するパルスとして使用することが出来る。４
３はAND回路でありこれから出力される積分区
間設定パルスを以後IEと記す。又、フリツプフ
ロツプ４１の出力Ｆ／Ｆ２Ｑは更にフリツプフロ
ツプ４４に入力される。フリツプフロツプ４４の
出力Ｆ／Ｆ４Ｑは積分極性を反転させる為のパル
スとして使用する。本発明で使用される光源は
（本実施例に於いてはLEDを用いている。）φSH
に対して交番に点滅することが必須の条件であ
る。従つてこれを実施する為にフリツプフロツプ
４５にφSHを入力させＦ／Ｆ５Ｑのパルス出力
を得る。

このＦ／Ｆ５Ｑを光源駆動の為のパルスとして
使用する。本実施例に於てはφSHの立ち上がり
に同期してフリツプフロツプ４５を動作させＦ／
Ｆ５Ｑを出力させるようにしている。しかしこの
ように限定された条件によつて光源を駆動する必
要はなく所定の点灯区間内の任意の時点から任意
の区間に於いて点灯するよう光源駆動パルスを定
めてもよい。即ちこの様にして光源のON，OFF
の対がφSHの２周期にわたつてある場合その間
にセンサーアレイデバイスに蓄積された外光によ
る信号は除去され所要の光源による差分信号が出
力される。第３図に於ける積分回路からはこのよ
うな外光分の除去された差分信号を所定回数積分
した信号が出力される。積分極性反転回路１７は
所定の積分区間を設定するためのアナログスイツ
チがあり積分区間設定パルスIEによつて制御さ
れる。又積分極性反転の為のアナログスイツチは
Ｆ／Ｆ４Ｑによつて制御される。積分回路１８か
ら出力される信号は合焦状態、即ち前ピンか後ピ
ンか或は合焦かを判別する為に使用される。前ピ
ンか後ピンかに対応して正又負の信号が出力され
る。尚零クロス点に於けるフオーカシングレンズ
７の位置が最鮮鋭合焦点である。１９はサンプル
アンドホールド回路であり、積分回路１８からの
信号出力が所定絶対値レベルに達した時点又は光
源からの信号のON，OFFの対を所定回数まで積
分した時点に於いて該積分信号をホールドするも
のである。２８は絶対値回路である。又２８′は
コンパレータである。Vref１はリフアレンスレ
ベルであり設計仕様によつて決められるものであ
る。例えば方向検知判別が可能となる少量の該積
分信号レベルを予め求めて置きこのレベルを
Vref１と設定しておく。このようにVref１を設
定することにより方向検知速度を常に最短時間に
設定することが出来る。又２９はカウンタであ
る。シーケンス制御回路２１からＦ／Ｆ５Ｑのパ
ルス信号を入力しこのパルス数をカウントする。
カウンタ２９は設計仕様による所定のパルス数を
カウントする。該カウント数は合焦点検知時間の
許容最長時間から決定しカウンタ２９の容量を決
定又はプリセツトする。尚本実施例に於いてはシ
ーケンス制御回路２１より出力されるＦ／Ｆ５Ｑ
は光源８をドライブする為のドライブ回路２２の
駆動パルスにも共用されている事は先に述べた通
りである。３１はOR回路である。コンパレータ
２８の出力とカウンタ２９のキヤリー出力のOR
をとりサンプルアンドホールド回路１９のサンプ
リングパルスとしている。３２は１パルスデイレ
イを行うためのカウンタである。サンプリングが
行われた後積分回路１８をリセツトし次の状態の
合焦点検知を行えるようにする為のリセツトパル
スを発生する。サンプルアンドホールド回路１９
の出力はコンパレータ２３及び２３′により構成
されるウインドコンパレータによつて所定レベル
Vref２，Vref３（Vref２〓Vref３）との大小関
係が判別される。サンプルアンドホールド回路の
出力レベルがVref３以上Vref２以下の場合は合
焦範囲内にあると判別し表示用素子例えばLED
２５，２５′が共に点灯する。尚、２４は表示素
子ドライブ回路及びフオーカシングレンズ駆動用
モータ２７のドライブ回路である。又、サンプル
アンドホールド回路の出力レベルがVref２，
Vref３で設定される範囲即ち合焦範囲外にある
場合表示用LED２５，２５′のいづれか一方だけ
が前ピン、後ピン状態に対応して点灯する。又こ
のような状態に於いてはフオーカシングレンズ駆
動用モータ２７はモータドライブ回路２４によつ
て対応する方向に回転しフオーカシングレンズ７
が合焦範囲内に設定されるように駆動される。

以上詳述した様に本発明によれば、センサーア
レイデバイスから出力される信号エンベロープか
ら外光相当分を効率良く除去できるので合焦点検
出装置として用いた時に外光が大きい状態に於て
も合焦可能な被写体距離を拡大し得ると共に、精
度の良い合焦検知を可能ならしめる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは本発明に係る像鮮明度検出
の原理図、第２図，，，，は本発明に
係る像鮮明度検出装置の外光除去の原理を説明す
る図、第３図は本発明に係る像鮮明度検出装置の
信号処理回路の一例を示す図、第４図は第３図示
回路中シーケンス制御回路の具体的構成例を示す
図、第５図及び第６図は制御用の各種パルス等の
タイミングを示す図である。 １，１′，１″……結像光学系、２，２′，２″…
…発光手段、３，３′，３″……光電変換手段、
４，４′，４″……プリズム、５，５′，５″……被
写体、６，６′，６″……予定結像面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結像光学系の予定結像面又はそれと光学的に
   等価な位置に設けられ、前記結像光学系の所定部
   分を通して周期的に光を投射し得る発光手段と、 前記予定結像面又はそれと光学的に等価な位置
   にその略中央部が来る様配置され、前記結像光学
   系の他の部分を通して入射する光の光量分布を時
   系列信号として出力し得る自己走査型光電変換手
   段と、 前記発光手段の点滅の各半周期内において、前
   記時系列信号の内、前記の中央部からの信号以前
   の信号と、以後の信号とを夫々逆極性で積分する
   と共に、この両積分極性を前記半周期毎で切換
   え、更にこの積分結果を前記点滅の一周期単位で
   加算する積分回路とを有する事を特徴とする像鮮
   明度検出装置。