JPH0478966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内視鏡等の観察及び撮影において
使用される焦点検出装置及び合焦位置設定装置に
係り、被写体側に投光し、その反射光を透過用の
開口部を有する光電素子によつて、検出すること
により、簡単な構成で焦点検出を可能とする焦点
検出装置と、検出した出力レベルが最小又は最大
値を取るように撮影レンズを前後動することによ
り、簡単な構成で鮮明な撮影を可能とする合焦位
置設定装置に関するものである。

一般に、内視鏡、カメラ、テレビカメラ等の光
学観察装置及び光学撮影装置においては、被写体
を鮮明に撮影（観察も含めて用いている。）でき
るように、装置の撮影光学系の結像位置が合焦で
あるか否かを検出できる焦点検出手段が、付設さ
れている。又上記撮影光学系を自動的に合焦位置
に移動設定できる装置（以下合焦位置設定装置と
いう。）が付設されている場合もある。

従来の焦点検出装置は、被写体が暗い場合ある
いは暗い撮影光学系を使用する場合においては、
一般に光電素子による検出出力が小さくなり、焦
点検出が殆んど不可能になる。

このため、特公昭49−19810号公報に開示され
ているように、一定形状のビームを被写体に向け
て照射する手段があるが、照射部を撮影レンズ系
とは独立した光学系を使用しているため、一つの
光路で撮影を行なわなければらない内視鏡等には
応用できない。

又特開昭56−128923号公報に開示されているよ
うにスプリツトプリズムを使用する手段において
は、少なくとも上下各２個以上の微小光電素子を
必要とし、一定レベル以上の精度を必要とする場
合には、前記光電素子を多数配設すると共に、そ
れらの出力信号を比較して合焦か否かを検出する
回路系が複雑となり、特に生産数の少ない製品に
おいては、高価となるという問題がある。

さらに特開昭56−125713号公報に開示されてい
るように、光源を点滅して被写体に投光し、消灯
区間における出力信号を点灯区間における出力信
号から差し引くことにより、上記光源以外の外光
の影響を軽減し、被写体が暗い場合、及び暗い撮
影光学系の場合においても、合焦か否かを検出で
きる焦点検出装置があるが、構成が複雑となるた
め、この装置を設けた装置が高価になるという問
題がある。

この発明は、これらの事情に鑑みてなされたも
ので、簡単な構成で合焦か否かが判別でき、又暗
い被写体及び暗い光学系においても使用できると
共に、被写体は平面に限ることなく凹凸を有する
ものでもよく、さらに任意の距離の被写体に対し
て撮影レンズを速やに合焦の位置に設定できるよ
うにした焦点検出装置及び合焦位置設定装置を提
供することを目的としている。

前記目的を達成するためこの発明による焦点検
出装置は、被写体を撮影レンズを介してフイルム
面等が配置される所定位置に結像させる光学装置
において、前記撮影レンズの後方の撮影光軸上と
等価な軸上で前記所定位置と共役な位置に配設し
た光電素子と、この光電素子の略中心に設けられ
る開口部と、該開口部の後方近傍に配置され前記
撮影レンズを介して被写体に前記開口部の像を投
影する光源とを設けている。

又、合焦位置設定装置は、被写体を前後動可能
な撮影レンズを介してフイルム面等が配置される
所定位置に結像させる光学装置において、前記撮
影レンズの後方の撮影光軸上と等価な軸上で前記
所定位置と光路が共役となる位置に配設した光電
素子と、この光電素子の略中心に設けられる開口
部と、該開口部の後方近傍に配置され前記撮影レ
ンズを介して被写体に前記開口部の像を投影する
光源と、前記光電素子の検出出力レベルが最大又
は最小値となるように撮影レンズを前後動させる
手段とを有している。

以下、図面を参照して、この発明を具体的に説
明する。

第１図ないし第７図はこの発明の実施例を示
し、第１図は、内視鏡のカメラアダプタ内のこの
発明における焦点検出装置を用いた合焦位置設定
装置の光学系を示し、第２図及び第３図はこの実
施例に使用される光電素子の形状を示し、第４図
は焦点検出の原理を説明する図で、第５図及び第
６図は、被写体の位置に対する光電素子の出力レ
ベルを示し、第７図は、焦点検出装置を用いて撮
影レンズを合焦位置に移動設定する合焦位置設定
装置を電気回路的ブロツク図にて示す。

第１図において、先端側に対物光学系を配設収
容した細長の挿入部１と、この挿入部１の手元側
端部に先端側が接続され、その側部にライトガイ
ド口金部２を有し、内部に接眼光学系が収容され
た接眼部３とから構成される内視鏡４の接眼部３
後端側には、カメラアダプタ５が着脱自在に装着
されている。このカメラアダプタ５の後端側に
は、カメラ６又はテレビカメラが着脱自在に装着
できるようになつている。

上記カメラアダプタ５内には、この発明におけ
る焦点検出装置を用いて、撮影レンズを自動的に
合焦位置に移動設定させる合焦位置設定装置が収
容されている。

即ち、内視鏡４が取付けられた際の光軸７上
で、内視鏡４の接眼レンズ系に対向する後方位置
に、（光軸７上を）矢符で示すように前後動可能
の撮影レンズ８が配設され、この撮影レンズ８の
後方の光軸７上には該光軸７と傾斜（例えば45度
の傾斜）して半透鏡で形成された合焦用ミラー９
が配設されている。

上記光軸７に沿つて入射された光が合焦用ミラ
ー９で反射された反射光軸上（第１図では上方位
置）に再結像レンズ１０、光電素子１１、合焦用
光源１２が順次配設され、上記光軸７に対し、前
記合焦用ミラー９の裏面側における反射光軸上
（第１図においては下方位置）に、ランプレンズ
１３、合焦を表示する合焦表示ランプ１４が順次
配設されている。

上記光電素子１１は、第２図に示すように中央
部にピンホール１５（又は第３図に示すようなス
リツト状角孔）等の開口部が設けられた円板形状
（もちろん正方形又は長方形でも良い）をなし、
この円板前面が感光する素子、例えばフオトダイ
オード、フオトトランジスタ等のように光によつ
て電流特性が変化する素子とか、太陽電池ののよ
うに光起電力が生じる素子、CDSのように抵抗
値が変化する素子等で光電面１７が形成され、そ
の裏面側には、遮光面１８が形成されてそのピン
ホール１５の後方（第１図では上方）位置の合焦
を検出するための光源である合焦用光源１２の光
で直接光電素子１１が感光しないように構成され
ている。

一方、前記カメラアダプタ５の後方から装着さ
れるカメラ６には、合焦用ミラー９の後方の光軸
７上に、光軸７と傾斜（例えば45度の傾斜面）し
たリターンミラー２１が配設され、さらにその後
方に撮影フイルム２２が配設されている。

上記リターンミラー２１の反射光軸上（図示で
は上方）に、左右反転して正立像に戻すペンタプ
リズム２３が配設され、このペンタプリズム２３
を経た光軸上にフアインダーレンズ２４が配設さ
れ、その後方に目を近接させて、フイルム２２に
結像されるのと同等の光学像を観察できるように
構成されている。上記リターンミラー２１は、撮
影の際には退逃して入射された光がフイルム２２
面に結像されるように構成されている。

上記光電素子１１の光電面１７の位置は、前記
フイルム２２面の位置と共役となるように配置さ
れている。

即ち、撮影レンズ８を経た光が、後方のフイル
ム２２面に結像される場合の光路長と、合焦ミラ
ー９によつて反射され、再結像レンズ１０を経て
光電素子１１の光電面１７に結像される場合の光
路長が等しくなるように設定されている。

このように配設された光学系を有する焦点検出
装置を用いた合焦位置設定装置を収容したカメラ
アダプタ５における焦点検出機能について、先ず
これを直線状の光学系に簡略化した第４図を参照
してその原理を説明し、その後に焦点検出装置及
び合焦位置設定装置の動作を説明する。同図にお
いて、合焦用光源１２の光は光電素子１１のピン
ホール１５を経て光軸７に沿つて進行し、撮影レ
ンズ８を経て前方の被写体２５に向けて投光され
る。投光され、被写体２５で反射された光は、再
び撮影レンズ８を経て光電素子１１側に戻るが、
今、仮りに被写体２５が符号ｂで示す位置の時合
焦であつて、それより近すぎたり、それより遠す
ぎたりした場合の位置をそれぞれ符号ａ，ｃで示
す。

上記の場合には、符号ｂの位置で反射された光
は、撮影レンズ８を経てピンホール１５の位置が
収束点（結像点）となるので、このピンホール１
５周囲の光電面１７には、光が達しない。一方、
符号ａの位置で反射された光は、上記ピンホール
１５の後方位置が収束点となるので、図示のよう
にピンホール１５外周の光電面１７に光が達し、
この光に対する信号が出力される。同様に符号ｃ
の位置で反射された光は、ピンホール１５の前方
位置ですでに収束点となり、その後拡開するの
で、光電面１７に光が達し、光電素子１１からこ
の光に対する信号が出力される。

上述においては、合焦用光源１２に対する光に
ついてのみ考慮したが、実際には前記の光のみで
なく、例えば内視鏡４についてはライトガイドを
経た照明光等による外光も入射されるため、光電
素子１１の出力信号は上述の外光による出力レベ
ル分嵩上げされ、第５図に示すようになる。ここ
で横軸は被写体２５の位置を示し、縦軸は光電素
子１１の検出出力レベルの一例を示す。

即ち、被写体２５が合焦の位置、つまり符号ｂ
の位置の時の光電素子１１の出力レベルPbが最
小となり、それより近すぎても、遠すぎてもそれ
ぞれ信号出力レベルPPa，Pcが大きくなる。

このようにして信号出力が最小（光電素子によ
つては逆に最大となる場合もある。）の位置が合
焦となるので、任意の距離における被写体２５に
対し、撮影レンズ８を移動し、光電素子１１の出
力が最小となる撮影レンズ８の位置が合焦となる
ので、その位置において、写真等の撮影を行え
ば、鮮明な（写真）が撮影できる。この撮影レン
ズ８を移動する場合、移動する前より出力レベル
が小さくなる方向が合焦に近づいていることを示
すので、この方向に撮影レンズ８を手動又は自動
で動かせば良い。自動的に設定する場合撮影レン
ズ８の移動に対し、出力レベルが大きくなり始め
るか、変化しなくなる点で移動を停止すれば、任
意の距離の被写体２５に対し、撮影レンズ８を合
焦の位置に設置することができる。

上述の原理は、撮影レンズ８の後方の光電素子
１１に至る間に再結像レンズ１０、合焦用ミラー
９が配設され、撮影レンズ８の前方の被写体２５
に至る間に内視鏡４が配設されていることを除い
て、第１図に示すカメラアダプタ５内の光学系に
対しても全く同様に適用できるものである。

第１図に示すカメラアダプタ５においては、合
焦となつた場合後述するように合焦表示ランプ１
４が点灯し、この光は、ランプレンズ１３で集光
されて合焦用ミラー９で反射され、光軸７後方に
進行し、リターンミラー２１、ペンタプリズム２
３さらにフアインダーレンズ２４を経て観測者の
目に入射されるので、上記合焦表示ランプ１４が
点灯した場合に撮影すれば、鮮明な（写真）撮影
ができるようになつている。

上述の合焦用光源１２として、赤外域の発光特
性を有する赤外光源を使用し、光電素子１１の方
も赤外域において良好な検出特性を示す素子を用
いれば、一般観察用における照明光その他の外光
が光電素子１１に入射される影響が、第６図に示
すように少なくなり、合焦位置に対する、検出能
力及び設置能力が向上する。つまり、上記の光源
及び光電素子を用いて、被写体２５の位置に対す
る光電素子の出力レベル特性は、第５図のものに
対し信号対雑音比（SN比）が向上する。換言す
るならば、符号ｂで示す合焦位置における出力レ
ベルPb′に対し、それぞれ符号ａ，ｃで示すずれ
た位置における出力レベルPa′，Pc′は、前述の場
合より小さくなつており、合焦位置からのずれの
位置（例えば）ａに対する出力レベルの変化量は
Pa′／Pb′となり、前述の場合における変化量
Pa／Pbより大きくなる。

第７図は、上述の焦点検出装置を用いて撮影レ
ンズ８を合焦位置に移動設定する合焦位置設定装
置と自動露出装置とを、電気回路ブロツクを用い
て示す。

即ち、この合焦位置設定装置３１は、被写体に
合焦用ランプ（合焦用光源１２に相当する。）３
２を発光させて投光する発光回路３３と、被写体
による反射光をピンホール１５等の開口部を設け
た上記光電素子１１で検出した信号出力を増幅し
て合焦か否かを検出する合焦検出回路３４と、合
焦の時表示する表示器（前記合焦表示ランプ１４
に相当する）３５と、撮影レンズ８を合焦の位置
に設定するために撮影レンズ８を移動させる（撮
影レンズ）駆動位置３６とよりなる。

上記発光回路３３は、例えばレリーズボタン３
７の押圧操作によつて、スイツチSW₁がオフから
オンし（この間スイツチSW₂もオンしつづける。）
LED等の合焦用ランプ３２を点灯するように構
成されている。上記合焦検出回路３４は、光電素
子１１の出力信号を増幅する増幅器３９と、比較
検出回路４０とよりなり、この比較検出回路４０
は、例えば前記駆動装置３６が撮影レンズ８を一
定速度で前後動させた場合、適当な間隔にて（増
幅器３９にて増幅された）検出信号を順次入力
し、その際前に入力された信号値と、それに引き
続いて入力された信号値とを比較し、後に入力さ
れた信号が前に入力された信号に等しいか、又は
大きくなつた時、検知信号を出力して前記駆動装
置３６を停止させ、撮影レンズ８を逆方向に移動
させると共に、上記検知信号を適当な時定数に設
定して積分する等してその積分出力が一定値以上
の時表示器３５を点灯させ、且つ駆動装置３６の
動作を停止させるように構成してある。

一方、前記リレーズボタン３７をさらに強く押
圧すると第３のスイツチSW₃がオフからオンし
（第２のスイツチSW₂はオフとなり、上記合焦位
置設定装置３１は動作しない。）、以下に述べる自
動露出（EE）装置４１が動作するように構成さ
れている。

即ち、このEE装置４１は、スイツチSW₃がオ
ンされることにより電源４２から電力が供給され
て測光用の光電素子４３の検出信号を増幅する増
幅器４４と、この増幅信号によつてEEシヤツタ
４５のシヤツタ速度及び撮影用の光源（内視鏡に
おいては、撮影用の照明光源）の光量を制御する
光量制御回路４６をそれぞれ制御するEE制御回
路４７とよりなり、上記スイツチSW₃をオンする
操作により、EE制御回路４７が動作して適当な
シヤツタ速度及び適当な光量に調節される。

上記のように構成された合焦位置設定装置３１
は、以下に述べるような動作により撮影レンズ８
を合焦位置に移動設定する。

即ち、レリーズボタン３７が指等で押圧してス
イツチSW₁がオンされると、発光回路３３は合焦
用ランプ３２を点灯して、ピンホール１５等の小
孔を経て、さらに再結像レンズ１０を経て合焦用
ミラー９で反射され、撮影レンズ８を経て被写体
に投光させる。被写体で反射された光は、再び撮
影レンズ８を経て合焦用ミラー９で反射され、小
孔を設けた光電素子１１に進行する。上記撮影レ
ンズ８が、被写体に対し合焦の位置にあると、光
電素子１１の出力レベルは最小となる。従つてこ
の場合には駆動装置３６が撮影レンズ８を、例え
ば前方に移動させた場合の出力レベルは大きくな
るので前進させる動作を直ちに停止し、比較検出
回路４０が検知信号を出力すると共に、駆動装置
３６は、撮影レンズ８を逆の方向に移動させる。
この場合にも出力レベルは大きくなるので検知信
号を出力すると共に、この撮影レンズ８を後方に
移動する動作を停止させ、反対方向（即ち前方）
に移動させるというように、撮影レンズ８は合焦
位置の光軸７上で微小振動する。この場合、比較
検出回路４０から検知信号が出力されるので、適
当な時定数を有する積分回路を通すとその出力は
一定値以上となり、上記微小振動動作は停止す
る。

一方、撮影レンズ８が合焦の位置からずれてい
る場合、最初に駆動装置３６が撮影レンズ８を合
焦の位置と反対方向に移動させると、光電素子１
１の出力レベルは、（（次第に）大きくなるので、
比較検出回路４０は、駆動装置３６を制御して前
述と同様に撮影レンズ８を反対方向に移動させ
る。撮影レンズ８が、合焦の位置を通りすぎる
と、上述と同様の微小振動動作を繰り返し、撮影
レンズ８を合焦の位置に設置する。

このように撮影レンズ８が合焦の位置に設置さ
れると、合焦表示ランプ１４等の表示器３５が点
灯するので、観察者はこれを視認してから、前記
レリーズボタン３７をさらに強く押圧するとEE
装置４１が動作し、（写真）撮影ができる。この
場合EE装置４１を同時に連動して又は引きつづ
いて動作させるようにすることもできる。又上記
表示器３５は、ランプを点灯するのでなくブザー
等を動作させるようにしても良い。

上述の実施例においては、内視鏡４に装着され
る（カメラ又はテレビカメラ等の）カメラアダプ
タに焦点検出装置及び合焦位置設定装置を設けて
あるが、この発明は、勿論この実施例に限定され
るものでなく内視鏡用カメラのみならず通常のカ
メラ等の合焦か否かが重要となる光学機器又は光
学装置類に適用できるものである。この場合の撮
影レンズは、光学機器（又は装置）において、結
像用に使用されるレンズの一部又は全部を指し、
これを光軸に沿つて前後動させれば良い。

上述の実施例において、第２図又は第３図に示
す光電素子１１の小孔は、これらの形状に限定さ
れるものでなく、開口部を有し、その周囲の一部
（又は全部）に光電面が形成されていれば良い。

又、上記光電素子１１の（電子回路を組合わせ
た）出力は、光が入射されない時小さくなるもの
とは逆に、大きくなる場合もある。

以上説明したようにこの発明によれば、簡単な
構成で合焦か否かが判別でき、又暗い被写体及び
暗い光学系においても使用できると共に、被写体
は平面に限ることなく凹凸を有するものでもよ
く、さらに任意の距離の被写体に対して撮影レン
ズを速やかに合焦の位置に設定できるといつた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は、この発明に係るもの
で、第１図は、内視鏡にカメラが装着される場合
に介装されるカメラアダプタ内に収容されたこの
発明における焦点検出装置を用いた合焦位置設定
装置の光学系を示す説明図、第２図は、ピンホー
ルを設けた光電素子を示す正面図、第３図は、角
孔を設けた場合の光電素子を示す正面図、第４図
は、第１図の光学系の焦点検出の動作を直線状の
光学系に直して示す概略説明図、第５図は、第４
図の光学系における被写体の位置を変えた場合の
光電素子の出力特性を示す特性図、第６図は、第
４図において赤外光を用いた場合における光電素
子の出力特性を示す特性図、第７図は、電気回路
的ブロツクを用いて撮影レンズを合焦位置に移動
設定する合焦位置設定装置及び自動露出装置の構
成を示す説明図である。 ３……接眼部、４……内視鏡、５……カメラア
ダプタ、６……カメラ、７……光軸、８……撮影
レンズ、９……合焦用ミラー、１０……再結像レ
ンズ、１１……光電素子、１２……合焦用光源、
１３……ランプレンズ、１４……合焦表示ラン
プ、１５……ピンホール、１７……光電面、１８
……遮光面、２１……リターンミラー、２２……
フイルム、２３……ペンタプリズム、３１……合
焦位置設定装置、３２……合焦用ランプ、３３…
…発光回路、３４……合焦検出回路、３５……表
示器、３６……駆動装置、３７……レリーズボタ
ン、３８……バツテリ、４１……自動露出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体を撮影レンズを介してフイルム面等が
   配置される所定位置に結像させる光学装置におい
   て、前記撮像レンズの後方の撮影光軸上と等価な
   軸上で前記所定位置と共役な位置に受光面を位置
   させる平板状の光電素子と、この光電素子の略中
   心に貫通して設けられる狭小の開口部と、該開口
   部の後方近傍に配置され前記撮影レンズを介して
   被写体に前記開口部の像を投影する光源とを具備
   することを特徴とする焦点検出装置。 ２ 被写体を前後動可能な撮影レンズを介してフ
   イルム面等が配置される所定位置に結像させる光
   学装置において、前記撮影レンズの後方の撮影光
   軸上と等価な軸上で前記所定位置と共役となる位
   置に受光面を位置させる平板状の光電素子と、こ
   の光電素子の略中心に貫通して設けられる狭小の
   開口部と、該開口部の後方近傍に配置され前記撮
   影レンズを介して被写体に前記開口部の像を投影
   する光源と、前記光電素子の検出出力レベルが最
   大又は最小値となるように撮影レンズを前後動さ
   せる手段とを有することを特徴とする合焦位置設
   定装置。