JPS6118912A - 焦点検出装置 - Google Patents

焦点検出装置

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JPS6118912A
JPS6118912A JP14019684A JP14019684A JPS6118912A JP S6118912 A JPS6118912 A JP S6118912A JP 14019684 A JP14019684 A JP 14019684A JP 14019684 A JP14019684 A JP 14019684A JP S6118912 A JPS6118912 A JP S6118912A
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明石 彰
Akira Ishizaki
明 石崎
Akira Hiramatsu
平松 明
Yasuo Suda
康夫 須田
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圭史 大高
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Focusing (AREA)

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】 (技術分e) 不発EIQはカメラ等に用いられる焦点検出装置に関す
るものである。
(従来技術) 従来より、撮影レンズの瞳を分割して彰成しく2〕 た2像のずれを検出することにより撮影レンズの焦点状
態を判別するカメラのための焦点検出装置は周知である
。例えば、米国特許第4.185、191号明細書には
、撮影レンズの予定結像面にフライアイレンズ群を配置
することにより上述の焦点判別を可能にする装置が開示
されている。また、撮影レンズの予定結像面の後方に2
つの結像レンズを並設することにより撮影レンズのデフ
ォーカス量に応じて相対的々位置関係が変化する2像を
形成する所謂二次結像方式の装置が、例えば、特開昭5
5−118019号会報、特開昭55−155351号
公報に開示されている。後者の方式は光学系の全長が長
くなるものの、前者の方式の如くフライアイレンズ群の
ような特殊光学系を必要としない利点がある。
この後者の二次結像方式の焦点検出の原理を第1図を用
いて簡単に説明すると、焦点調整をする撮影レンズ1と
光軸を同じくしてフィールドレンズ2が配置され、これ
らの後方に2個の二次結像レンズ3a、3bが並列され
、更にその後方にそれぞれ受光用センサ列4a、4bが
配置されている。なお、5a、5bは二次結像レンズ5
a、、1の近傍に設けられた数秒である。フィールドレ
ンズ2は撮影レンズ1の射出瞳を2個の二次結像レンズ
51L、3N+の臆面に略々結像している。この結果、
二次結像レンズ5a、3bのそ些ぞれに入射する光線束
は、撮影レンズ1の射出瞳面上において各二次結像レン
ズ5tL、 3bに対応する、互いに重なシ合うことの
ない郷面積の領域から射出されたものとなる。フィール
ドレンズ2の近傍に形成された空中像が二次結像レンズ
Wa、5bによりセンサ列4m、4bの面上に再結像さ
れると、前記空中像が形成された光軸方向の位置の相違
に基づき、再結像された2像はその位置を変え    
□ることになる。
第2図はこの現象が起る様子を示しており、第2図(a
)の合焦状態を中心として、第2図(′b)、(0)の
ように後ピント、前ピントのそれぞれでセンサ列4a、
tbの面上に形成された2像はセンサ列(す 4a、4b面上を逆方向に移動する。この像強度分布を
センサ列4a、4bで光電変換し、電気的処理回路を用
いて前記2像の相対的位置ずれ量を検出することにより
焦点状態の判別を行なっている。
光電変換された2像の信号処理方法としては、2像のず
れ量(相関量)と撮影レンズ1のデフォーカス量とがt
′!ぼ比例するという関係を用いて、一方を他方の像に
対して相対的に変位させ、その相関を求めることにより
レンズの繰り出し量を計算する方法が知られている。例
えば、米国特許第4.33 !t、 007号明細書で
は、センサー列4a、4bを構成する光電変換素子の数
をそれぞれN1各センサ一列4a、4bの1番目の1番
目の光電変換素子の出力をa (il 、 b (i)
(1=1〜N)とした時、相関量として次式を演算して
いる。
V (m)=ぞ(Ha(t)−b(ilt−m)I−l
a(1+1)−b(i−m)I)(す(1)式で求めら
れるV (m)は、次式[r (ml = f I a
(il−b(1−m) +           (2
1で演算されるU (m)の変化量に外ならない。この
U(2))Fi相対変位量がmの時の2像の一致性の尺
度であり、2像のズレ量が最も小さい時、即ち、一致し
たときに最小値をとる。従って、このときU (m)の
変化量であるVCO))は0となるべきである。
第3図(a)は2像の光量分布を示す信号a(il。
t+ (i)の−例で、この図ではN=24としている
第3図(b) (Q)は前述の(1)、(2)式におけ
;b tr (tn) 、v(ml(m−−T −w 
、 )をプロットした亀ので、第3図(0)から明らか
な如(、V(mo) = oなるm。によって2像の2
.6画素相当の像ずれ量を検出することができる。この
後、moから撮影レンズ1のデフォーカス量を算出して
、レンズ1を繰松出せば合焦状態となシ、第4図(&)
に示したように2像は一致し、このとき第4図(11)
 、 (01から明らかな如(U(o)= o 、 V
(o)、  = Oになる。
このように(1式に基づく信号処理方法は、ずれ量検出
方法として有効なものではあるが、例えば、観測視野中
に距離の異なる積数の抜写体がある場合や、立体的表奥
ゆきを持つ被写体がある場合Itc Id 、前記処理
方法では以下のよう表不都合が生じる。第5図(fL)
は距離の異なる2つの被写体が観測視野中に存在する像
信号a(1)、 b(ilの一例で、この図では領域R
1,R2の被写体の距離が異なるため、領域R1,R2
での2像の信号a(i)、 b(ilのずれ量がそれぞ
れm)、m2で示されるように等しくならない。このよ
うな被写体信号a(i)、 b(i)に対し前述の信号
処理を行えば、第5図(0のようにml (mo< I
n2なるmoでV(mo )=0となってしまう。この
moに基づいて撮影レンズ1を駆動すると、第6図(a
t 、 (b+ 、 (atで示すように、V(o)m
oという合焦判定に吃拘らず、実際には領域R,,R2
内に位置する被写体の中間の距離の位置に焦点が合うこ
とになる。以下、このような被写体状態を「遠近競合」
と称することにする。
ところで、前述したr遠近競合」による不都合の解消を
目的とした方法が、特開昭56−75607号公報に開
示されている。斯る公報では前述の(1)(2)式と似
た演算値Yイ、Y口を、Y4  =ΣI a(1) −
11(1) I P(3)y口=Σ(l a(i)−b
 Ct+を月”−1a(t+t)−b(1)IP)  
 (4)に従って各相対変位毎に演算する。そして、第
4図(a)のような被写体信号が得られた場合には、演
算値Yイはその極値が複数個となり、各極値をなす相対
変位量が被写体各領斌の距離に対応することから、r遠
近競合」の際には前述の(3)弐に基づいて任意の被写
体領域に合焦させることが可能である、と記載されてい
る。しかしながら、(3)式による演算値Yイは、「遠
近競合」時に実際には同公報に記載されたような結果は
与えられない。このことは、(4)式で求められる演算
値Y口は演算値Yイの変化量であシ、同公報に示されて
いるような演算値Y、が1点でしかゼロクロスしないr
遠近競合j信号に対しては、演算値ηもその1点でしか
極値をとらないことから明らかである。なお、演算値Y
、が複数点でゼロクロスするのは、r遠近競合」による
ものではなく、被写体輝度分布の周期性によるものであ
る。
従って、同公報による信号処理方法をもってしても、r
遠近競合Jに対処することは実際には不可能であった。
(目的) 本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目
的は、r遠近競合」時にはこれを確実に検出することに
より、どのような物体に対しても対物レンズの正確なデ
フォーカス量を判別することが可能な焦点検出装置を提
供することkある。
(実施例) 不発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
不発明の基不的な考え方は、第6図(a)に示すよう表
r遠近競合jの場合には、観測視野全体でみれば、通常
の場合に対して、撮影レンズ1(第1図参照)の焦点状
態に応じて相対的な位置関係が変化する2像の一致性が
低く々るので、この一致性を評価すれば、観測視野内で
1遠近競合jが生じているか否かを判別できるという点
にある。そして、不発明の特徴は、この一致性は前述の
(2)式においてm = oとした時の演算値、即ち、 U(0) =  (Ia(1)−1)(1)+    
     (3)によって評価することができるという
点に着目したことにある。
例えば、1f14図(IL)のような像信号a(1)、
 b(i)が得られる通常の場合には、84図(’l)
) 、 (Q)から明らかな如く、前述の(り式で定義
されるような演算値V (m)において、V(no) 
:moとなるInoが0となればU(0)〜0となるの
に対し、第6図(a)の「遠近競合」の場合には、V(
me) = 0となるm。
がOでもU (ol > 0となっている。従って、V
(o)=0、即ち、撮影レンズ1が合焦と判別された時
のり(0)の大きさを所定の閾値と比較することによっ
て、観測視野内の現在の物体が「遠近競合」状態にある
か否かを判別することができることになる。
観測視野内の物体がr遠近競合」状態であると判定され
た場合には、警告を発しても良いが、(1の 不発明では、M’図(alに示す如く、像信号a(1)
b(1)の領域をI、n、IIIに部分的に重複するよ
う分割し、各領域でV(m)を例えば(1)式を用いて
演算する。なお、第7図(a)の場合では、各領域1、
II、IHのデータ数(光電変換素子数)をV2(=t
 2 )としている。また、この場合のV (m)演算
をデータ数がN (=24 )の場合と区別するために
Vi(m) tVu(m)+7m(m)と記す。
第7図(bl 、 (0) 、 ((11けそれぞれv
[(m)Ivll(m)IVl(m)のプロットで、演
算 領域Iには第7図(−3の領域R1のみの像信号が
含まれているから、第7図(b)でvI(m!り = 
0なるm5は領域R1における2像のずれ量を、演算領
域111Kt:j領域R2のみの像信号が含まれている
から、第7図(li)でVm(m4)−〇なるm4は領
域R2における2像のずれ量を示している。また、演算
領域■にはR,、R2ともに部分的に含まれており、そ
のため第7図(Q)のVB(m)は局所的な「遠近競合
」の影響を受けたずれ量を示している。相対変位量町、
m4は現在の撮影レンズ位置から被写体領域R1,R2
に合焦するためのレンズ繰り出し量(デフォーカスi)
K対応しているから、例えば、至近側の被写体領域R1
内の物体に撮影レンズ1を合焦させたいのならば町を、
無限遠側の被写体領域R2内の物体に撮影レンズ1を合
焦させたいのならばm4を選択して、レンズの駆動制御
を行えば良い。この選択はあらかじめ設定しておくのも
可能であるし、外部操作によることも可能である。また
、第7図(a)ではN個の離散的な像信号をヲ個の演算
領域に部分重複の3分割としたが、不発明けこの分割方
法に制限されるものではなく、他の分割方法も可能であ
ることは言うまでもない。
さらに、不発明による信号処理方法の演算時間を考えて
みると、データ数が1個のV (mlの演算で、3回加
えて4.倍にすぎず、「遠近競合」を判定するためのU
(0)の演算を含めても、データ数がN個の通常演算の
場合の演算時間を上回るものではない。
次に、前述の焦点判別を行なうための不発明の実施例と
動作フローを第8図、第9図を用いて説明する。
第8図は不発明の焦点検出装置の一実施例を示す本ので
、撮影レンズの焦点状態に応じて相対的な位置関係が変
化する2像を形成する友めの光学系は、例えば、第1図
に示したものと同様なもので良いので、図示を省略して
いる。この図において、8は像信号処理装置で、例えば
、OPU (中央処理装置)、メモリ、入出力端子等を
持つ1チツプ・マイクロコンピュータである。
センサ装置4はセンサ列4a、4bとCOD (電荷結
合素子)から々す、センサ列4a、4bの受光面上にそ
れぞれ撮影レンズ1の異なる瞳領域を通過した光束によ
る2像が形成され、センサ駆動装置5からの制御信号φ
c、8H,工OGによね像の光量分布に応じた電荷の蓄
積および転送を行う。像信号処理装置8がセンサー駆動
装置5へ開始信号EITARTを与えると、センサ駆動
装置5#iクロック発生器6の信号OLKにより生成し
たクロッパルスφCと共に、蓄積開始信号工OGをセン
サ装置4へ送出する。センサ装置4はこの時点より2像
の蓄積を開始し、所定の蓄積レベルに達すると、蓄積完
了信号10工をセンサ駆動装置5へ送る。センサ駆動装
置5は光電変換出力転送信号BHをセンサ装置4へ送っ
て、蓄積された電荷をセンサ部からCOD部へ転送させ
、同時に処理装置8に終了信号ENDを送る。この後、
センサ駆動装置5からのクロックφoK同期してセンサ
装置4は時系列的に蓄積され九電荷に基づいた2像のア
ナログ光電変換信号OS t−A/D変換器7へ出力し
、A/D変換器7はセンサ駆動装置5からの変換信号ム
DOに同期して8ビツトのム/D変換を行い、処理装置
8はそのディジタル時系列信号DO〜D7をDBO〜D
B7端子から入力し、メモリに順次記憶する。処理装置
81d2乞 像のずれ量(相対変位量)Aム/D変換された光電変換
信号、即ち、像信号&(1)、 b(i) (i :1
〜N)を用いて後述のフローにより検出する。ここで、
a (i) 、 b (1)の定義は前述した如くであ
る。
処理装置8の端子RM、FM#′i撮影レンズ1をその
光軸方向に移動させるためのモータ12を駆動するため
の出力端子で、RM、IJ’Mがと本に高電位(以下″
″H”と略記)のときは、ゲー) 1Oa。
10′bを介してトランジスタIIIL、110はオフ
、11b。
11aはオンとなり、1 lb、 11dとダイオード
13a。
t3bによってモータ12には電気的表ブレーキがかけ
られる。 RM、FMがともに低電位(以下@L“と略
記)のときには、トランジスタlla〜11dは全てオ
フし、モータ12は電気的に開放となる。RMが1■”
、IFMがrのときには11a。
1111はオフ、l1m)、11Gはオンとなり、モー
タ12には図中右から左へと通電される。また、RMが
”L”1’FMが1H0では111)、110はオフ、
11a。
11(Lはオンとなり、モータ121Cは図中左から右
へと通電され、モータ12はRMが”n”、FMがIL
″のときと逆方向へ駆動することになる。
また、端子NIF 、JIF 、?IFは焦点状態を表
示するためのID9の駆動端子である。
次に、不実施例の動作フローを第9図に基づいて順に説
明する。なお、このフローでは1遠近競合」時に至近側
の被写体を選択するように設定している。
(B1)・・・先ず制御モードを0に設定する。モード
0は通常の信号処理を意味し、後述 するように、モード1けr遠近競合」 状態、モード2はr遠近競合」状態で 合焦となった仁とを意味する。
(S2)・・・撮影レンズの瞳分割による2像の光電変
換信号a(i) 、 b(i) (i = 1〜N )
をセンサから入力する。
(83)・・・モードを確かめる。
(84)・・・モード0表らば通常の信号処理でV (
m)を演算する。
(83)・・・V(no) x= 0になるずれ量回を
検出する。
(86)・・・ずれ量回の絶対値と合焦の閾値e1を比
較する。
(S7)・・・1mol)81表らに非合焦であるとし
て、相対変位量mQK対応するレンズ繰抄出し量(デフ
ォーカス量)で撮影レンズ 1を駆動し、(82)へ戻る。
(B8)・・・1m01≦01  ならば通常信号処理
で合焦範囲であるとし、「遠近競合」のチェ ックを行うためU(0)を演算する。
(89)・・・U (o)と「遠近競合」の閾値e2を
比較して、 (Blo)・・・tr (o) > a2ならば「遠近
競合」であるとし、制御モードを1に設定する。
(818)・・・U(0)S02の場合は「遠近競合」
で麦いとし、合焦表示を行ない、(82)へ戻る。
(811)・・・「遠近競合」と判定されたので、前述
の第7図(a)の如く像信号の領域を分割し、データ数
を 4として相関量T I(m’)1vn(mj、Vg
(mりを演算スル。
元の像信号を部分重複5分割した各領 域でのずれ量を表わす。
(81!l) ・・・m’1 、m’2 、m−の内最
小なる値をm′o  とする。
これはr遠近競合1M時に至近側の物体に撮影レンズ1
を合焦させるためであ (1乃 る。
(1314)・・・ずれ量m′oと1遠近競合」時の合
焦閾値135を比較する。
(813)・・・I”of>83ならば合焦ではないの
で、レンズを駆動させるわけだが、ここで 再びモードをチェックして、モード1 ならば「遠近競合」による焦点合わせ の途中であると考え、そのまま(87)で撮影レンズ1
を駆動する。
(816)・・・モード2ならば「遠近競合」で一旦合
焦し、その後に非合焦になったわけだ から、これは被写体が変わったものと 考えて通常信号処理のモード0に戻し て(S乃のレンズ駆動を行う。
(81υ・・・ IID’ol≦e5ならば「遠近競合
」の信号処理で合焦していると判定して、モー ド2を設定し、(131B)で合焦表示を行う。
なお、このフローにおいて、e1*e2gestJ任意
Kt14節可能としても良く、また、(81B)におけ
るm’1.m’2 、 m’5の選択は、最大のものも
しくは中間のものをm6としても良い。
また、不発明における評価t U (0)は(3)式に
限定されるものではなく例えば、Pを正の数として、 U(ol = ぞ1−1)−真1llP(6)を用いて
も良い。更に、相関量V(mlは、V(ml= f(1
a(il−b(1+1−m) 1P−la(i+1)−
’b(1−m月”)     (71や、m1n(x、
y) 、maw(c、y)を2実数X、7のうちの小な
るものもしくけ大なるものを示すと定義して、 V(m)=ぞ(min(a(1)、b(1+1−m))
−min(a(i+1)、b(1−m)))   (a
)V(m)=((max(a(1)、b(1+1−m)
)−max(a(1十〇、b(1−m))1   (9
)を用いても良い。
(効果) 以上詳述した如く、不発明によれば、r遠近競合」状態
を確実に判定することができるので、どのような状態で
も高精度な焦点判別を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は二次結像方式の焦点検出光学系の一例を示す平
面図、第2図(IL) * (1)) 、 (0)は2
g1図の光学系における焦点検出原理を説明するための
平面図、第3図(a) I (b) I (QIFi非
合魚時の二次元的袋物体に対する像信号、この像信号に
基づいた評価量U(m)、相関量V (m)のそれぞれ
を示す図、第4図(al 、 (1)) l (0)は
合焦時の二次元的な物体に対する像信号、この像信号に
基づいた評価量■(m)、相関量V (mlのそれぞれ
を示す図、第5図(&)。 (b) j ((1)は非合焦時の三次元的な物体に対
する像信号、この像信号に基づいた評価量U(m)、相
関i V (m)のそれぞれを示す図、! 6 図(a
l 、 (t)l 、 (0)は合焦時の三次元的な物
体に対する像信号、この像信号に基づいた評価1に賃m
)、相関量V (m)のそれぞれを示す図、!7図(a
) * (b) a (’l * (d)は不発明にお
ける像信号の分割方法と各分割領域における相関量をそ
れぞれ示す図、第8図は本発明の焦点検出装置の一実施
例を示す回路図、第9図は不実施例の信号処理方法を示
すフローチャートである。 1・・・撮影レンズ 4a 4b・・・センサ列 8・・・像信号処理装置 12・−−モータ C 区 誓 賃 [有]

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)対物レンズの焦点状態に応じて相対的な位置関係
    が変化する第1並びに第2の像を形成する光学系と、上
    記第1並びに第2の像のそれぞれを複数の光電変換素子
    で検出するセンサーを有し、このセンサーの出力に基づ
    いて上記第1並びに第2の像の相対変位量を求めること
    により対物レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置に
    おいて、上記第1並びに第2の像を検出する1番目の光
    電変換素子の出力をそれぞれa(i)、b(i)、Pを
    正の数とするとき、 U=Σ_i|a(i)−b(i)|^P で評価量Uを求めると共に、上記相対変位量が所定値以
    下となつた際には上記評価量に基づいて上記相対変位量
    の信頼度を判定することを特徴とする焦点検出装置。
  2. (2)上記評価量が所定値以上の際には上記センサーの
    出力を上記第1並びに第2の像ごとに複数領域に分割し
    、各領域ごとに上記第1並びに第2の像の相対変位量を
    求め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. (3)上記センサーの出力を上記第1並びに第2の像ご
    とに複数領域に分割する際、各領域の一部が重複するよ
    うに分割することを特徴とする特許請求の範囲第(2)
    項記載の焦点検出装置。
  4. (4)上記評価量を判定するための閾値は調節可能であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(3)項記載の焦
    点検出装置。
JP14019684A 1984-07-06 1984-07-06 焦点検出装置 Granted JPS6118912A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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