JP2932827B2 - 合焦検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は写真用カメラやビデオカ
メラ等に好適な合焦検出装置に関し、特に撮影レンズ
（対物レンズ）の射出瞳を複数の領域に分割し、各領域
を通過する光束を用いて複数の物体像を撮像手段面上に
形成し、該撮像手段で得られる画像情報の自己相関を求
めることにより、撮影レンズの合焦状態を検出するよう
にした合焦検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より対物レンズを通過した光束を利
用した比較的高精度な合焦検出精度を有した受光型の焦
点検出方式として、撮影レンズの瞳の異った複数の領域
を通過した光束に基づく複数の画像情報を利用した合焦
検出装置がある。このような合焦検出装置が、例えば米
国特許第４１８５１９１号で提案されている。

【０００３】図７〜図９は同号で提案されている合焦検
出装置、及びその一部の要部説明図である。

【０００４】図７において１は撮影レンズ（対物レン
ズ）、５は挿脱可能のミラーである。通常の撮影時には
ミラー５は撮影光路外に退避している。このとき撮影レ
ンズ１を通過した光束に基づく物体像（画像情報）は撮
像手段２面上に形成される。

【０００５】一方、合焦検出の際には図７で示すように
ミラー５が光路外より光路中に挿着される。そして撮影
レンズ１の瞳面上の異なった２つの領域（瞳領域）３，
４を通過した光束に基づく２つの物体像をミラー５で反
射させて合焦情報検出素子６に導光している。

【０００６】合焦情報検出素子６は図８、図９に示す構
成より成っている。図８は撮影レンズ１が合焦状態にあ
るとき、図９は撮影レンズ１が前ピン状態（受光素子が
ピント面よりも後方にあるとき）にあるときの光束の集
光状態を示している。

【０００７】図８、図９において、２０１は入射光束を
分離して結像させる複数の微小レンズ２０１ａ，２０１
ｂ，・・・から成るレンズ部材、２０２は微小レンズを
通過した光束を受光する複数の受光素子より成る受光手
段である。

【０００８】このうち受光素子１ａ，２ａ，３ａ，４
ａ，・・・は瞳領域４を通った光束２０４を受光してお
り、受光素子１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ，・・・は瞳領域
３を通った光束２０３を受光している。

【０００９】図８の合焦状態のときは被写体のある一部
分からの光束のうち瞳領域４を通った光束は受光素子２
ａに結像し、被写体の同じ部分からの光束のうち瞳領域
３を通った光束は受光素子２ｂに結像する。

【００１０】同様に被写体の他の部分からの光束も同様
にして瞳領域３を通過した光束と瞳領域４を通った光束
は各々受光素子１ａと１ｂ、受光素子３ａと３ｂ、受光
素子４ａと４ｂの隣り合った対をなす受光素子に各々結
像する。

【００１１】これに対して、図９の撮影レンズが前ピン
状態のときは受光素子２ａに結像した光束２０４に対応
する光束２０３は、例えば受光素子２０３に結像する。
同様に他の部分の光束も対をなす受光素子と１つずつず
れた受光素子に結像する。

【００１２】これより受光素子１ａ，２ａ，３ａ，４
ａ，・・・から成る受光素子群（ａ群）と受光素子１
ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ，・・・から成る受光素子群（ｂ
群）が受光した信号とを比較することにより撮影レンズ
１の合焦状態を検出している。

【００１３】更にａ群とｂ群の出力信号の相互相関を計
算することによって撮影レンズ１のピントのずれ量とず
れ方向とを検出している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示す従来の合焦
検出装置は （イ）撮像手段２と合焦情報検出素子６との間の相対的
な位置精度がある程度必要であるが、特に撮像手段２の
面積が小さい場合には、製造工程において高精度な位置
を出すことが困難である。

【００１５】（ロ）撮像手段２と合焦情報検出素子６と
の位置関係が経時変化や温度変化などの影響を受けた場
合に、合焦検出精度が劣化する。

【００１６】（ハ）撮影のための撮影光学系の他に合焦
検出のための検出手段（レンズ、受光素子等）が必要と
なるために装置全体が複雑化し、又コストが高くなる。

【００１７】（ニ）合焦情報検出手段６を撮像光学系の
光路外に設ける必要があるために、カメラの小型化に不
利である。

【００１８】（ホ）合焦位置を検出するためには、二つ
の受光素子群のデータをずらしながら、計算を行ない、
最大相関位置を見つける必要があるため、演算に時間が
かかる。

【００１９】（ヘ）撮影レンズの他に光路を分割するレ
ンズを使用するため、測距系においてシェーディング
や、歪が発生し、検出精度が劣化する。等の問題点があ
った。

【００２０】本発明は通常の画像情報を得る為の撮像手
段面上に撮影レンズの瞳の異った複数の領域を通過した
光束に基づく複数の物体像（画像）を形成し、このとき
撮像手段で得られる画像情報を利用することにより、特
別の合焦情報検出素子や光学系を用いずに装置全体の簡
素化を図りつつ、高精度な合焦検出が可能な合焦検出装
置の提供を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の合焦検出装置
は、撮影レンズの撮影に用いる撮像手段に至る光路中に
合焦状態を検出する際に遮光部材を挿入させて、該遮光
部材によって該撮影レンズの瞳の異なった少なくとも２
つの領域を通過した光束に基づく複数の画像情報を前記
撮像手段面上に同時に形成し、該撮像手段から得られる
画像情報の自己相関度を演算手段で求め、該演算手段で
得られる信号を用いて駆動手段により、該撮影レンズの
少なくとも一部のレンズ群を光軸上移動させて合焦を行
ったことを特徴としている。

【００２２】特に本発明では、前記遮光部材は前記撮影
レンズを通過した光束をファインダー系に導光する反射
鏡より構成していることや、前記演算手段は画像情報の
自己相関の時間差τの零近傍の値から自己相関のピーク
位置を推定し、該ピーク位置が存在すると推定される範
囲内についてのみ自己相関の演算を行うようにしたこと
等を特徴としている。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。

【００２４】図中１は撮影レンズ、２撮像手段であり、
ＣＣＤ等の撮像素子より成っている。同図では撮像手段
２が合焦位置にあるときを示している。

【００２５】１０１は２つの開口を有した遮光部材であ
り、撮影光路中に挿脱可能に装着しており、光路中に配
置して撮影レンズ１の瞳（射出瞳）を２つの領域３，４
に分割している。（尚、遮光部材１０１は２つ以上の複
数の開口を有し、瞳を複数に分割して複数の画像情報を
得る場合もある。）１０２は撮影レンズ１が後ピン状態
にあるときの撮像手段２の位置を示し、１０３は撮影レ
ンズ１が前ピン状態にあるときの撮像手段２の位置を示
している。

【００２６】７は演算手段であり、撮像手段２で得られ
る２つの画像情報より自己相関を演算している。８は駆
動手段であり、演算手段７からの合焦信号に基づいて撮
影レンズ１の合焦レンズ（不図示）を光軸上移動させて
合焦を行っている。

【００２７】本実施例では撮影レンズ１が合焦状態にあ
るとき（撮像手段２が実線の位置にあるとき）、瞳領域
３を通過した光束と瞳領域４を通過した光束は撮像手段
２面上の同じ位置Ｐに結像する。

【００２８】撮像レンズ１が後ピン状態にあるとき（撮
像手段２が位置１０２にあるとき）瞳領域３を通過した
光束は撮像手段２の位置ｉに、瞳領域４を通過した光束
は撮像手段２の位置ｊにややボケた状態で結像する。

【００２９】撮影レンズ１が前ピン状態にあるとき（撮
像手段２が位置１０３にあるとき）、瞳領域３を通過し
た光束は撮像手段２の位置ｍに、瞳領域４を通過した光
束は撮像手段２の位置ｋにややボケた状態で結像する。

【００３０】本発明はこの撮像手段２面上に結像した物
体像（画像情報）に基づく信号の自己相関を演算手段７
で計算することにより、撮影レンズ１が合焦状態にある
か否か、さらに合焦状態にない場合には、ピントのずれ
量がどれだけあるかを推定している。

【００３１】即ち、撮像手段２面上に結像した物体像に
基づく信号は、時間軸ｔを変数とする電気信号として出
力される。この信号をｘ（ｔ）とすると、自己相関Ｃ
（τ）は次の式で表わされる。

【００３２】

【数１】 （１）式による計算結果をさらにＣ（０）で正規化する
ことにより、τ＝０で最大値１をもつ自己相関係数Ｃ₀
（τ）が得られる。

【００３３】図２、図３は演算手段７で演算される自己
相関係数の説明図である。

【００３４】図２、図３に示すように、自己相関係数Ｃ
₀ （τ）はそれぞれａ，ｂ，ｃの三つのピークを持つ。
ここでａはτ＝０の位置であり、常に最大の値をとる。
ピントがずれている状態では、このａの他に、ピントの
ずれ量に対応した位置にピークがあらわれる。ａのピー
クを除く最大のピーク位置に対応するτを求めると、図
２においてはτｂが、図３からはτｃが求まる。

【００３５】τｂおよびτｃは図２、図３においてそれ
ぞれ、撮像手段２の転送時間τｂ，τｃに対応する画素
間隔のところで強い相関を持つことを示しており、この
画素間隔が図１における撮像手段２面上の点ｉ−ｊ、あ
るいは点ｋ−ｍの間隔に相当する。

【００３６】本実施例では、以上のようにして画像情報
の自己相関のピークを演算手段７で検出することによ
り、撮像手段２面上に結像した異なる瞳領域を通った光
束に基づく物体像の間隔を求めている。この間隔を撮影
レンズ１の焦点距離によって換算することにより、ピン
トのずれ量を求めている。

【００３７】そして、このときの演算手段７で求めたず
れ量に基づいて駆動手段８は撮影レンズ１の合焦レンズ
（不図示）を光軸上移動させて合焦操作を行っている。

【００３８】図４は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。

【００３９】本実施例では撮影レンズ１の瞳を複数の領
域に分割する遮光部材として撮影レンズ１を通過した光
束をファインダー系に導光するミラー１０４を利用して
行っており、その他の構成は図１の実施例１と略同じで
ある。

【００４０】本実施例では合焦情報検出時には遮光部材
１０４を撮影光路中に配置している。これにより撮影レ
ンズ１の瞳領域３と瞳領域４の２つの領域を通過した光
束に基づく２つの物体像を撮像手段２面上に形成してい
る。

【００４１】又、撮影レンズ１からの光束のうちミラー
１０４で反射した光束はピント板１０８面上にファイン
ダー像を形成する。そしてピント板１０８面上のファイ
ンダー像をコンデンサーレンズ１０５とペンタプリズム
１０６とを介して接眼レンズ１０７で観察している。

【００４２】以上の構成により実施例１と同様にして合
焦状態を検出している。

【００４３】一方、本実施例では撮影時には演算手段７
からの撮影レンズ１のピントのずれ量に関する信号に基
づいて駆動手段８により撮影レンズ１の合焦レンズを駆
動させると共にミラー１０４を撮影光路中から退避させ
ることにより撮影を行っている。

【００４４】図５、図６は本発明の実施例３に係る演算
手段で求めた自己相関係数の説明図である。

【００４５】図５は撮影レンズ１のピントのずれ量が比
較的小さい場合に対応し、図６は撮影レンズ１のピント
のずれ量が比較的大きい場合に対応する。図５のピーク
ｂはτｂの位置に、図６のピークｅはτｅの位置にあ
る。図６の方がピントのずれ量が大きいために、τｂ＜
τｅという関係になっている。ここでτが零に近いとこ
ろτｄにおける、相関係数の値を比較してみると、図５
ではＣｄ、図６ではＣｆとなり、Ｃｄ＜Ｃｆという関係
になる。

【００４６】このようにピントのずれ量が大きくなると
画像がぼけてくるために、τが零に近いところでの相関
が大きくなってくる。このことから逆に、τが零に近い
ところで相関が小さくなっている場合は、ピントのずれ
量が少ないと言うことができる。（逆は成り立たな
い。）従ってτが零に近いところ、例えばτｄにおける
相関値があるレベル以下であれば、τが大きいところに
ついては、相関の演算を行なう必要が無くなる。このた
め、本実施例ではτｄにおける相関値に応じて相関演算
の範囲を定めて自己相関の演算を効果的に行っている。

【００４７】次に（２）式に演算範囲τｍａｘとτｄと
の関係を示す。

【００４８】 τｍａｘ≦Ｃｏ（τｄ）×Ｋ ・・・・・・・（２） （２）式においてＫは撮影レンズの焦点距離、瞳径等に
よって定められる定数である。

【００４９】次に本発明の実施例４、５の演算手段によ
る自己相関の求め方について、図５、図６を用いて説明
する。

【００５０】実施例４、５では撮像手段２から画像情報
に基づく信号を検出するところまでは、前述の実施例
１、２と同じである。まず、実施例４について図５、図
６を用いて説明する。

【００５１】図５における自己相関のピークｂと、図６
における自己相関のピークｅを比較すると、ｂの方がピ
ークが鋭くなっている。これは、図６の方がぼけ量が大
きいために、ピーク位置ｅの近傍での相関が大きくなる
ためである。本実施例では、この性質を利用している。

【００５２】即ち、通常の自己相関の演算を行なう場合
は、時間軸のきざみ（τのピッチ）は一定にして計算を
行なう。しかし、図６から明らかなように、τが大きい
ところでは、相関の値の変化量も小さくなるため、τの
ピッチをあらくすることができる。

【００５３】本実施例では、例えば、以下に示すよう
に、時間軸のきざみｔｄを定めて、これにより自己相関
の演算量を大幅に減らして、効率の良い演算を行ってい
る。

【００５４】ｔｄ＝ｋ×τ ・・・・・・・（３） ここでｋは撮影レンズのｆナンバーなどによって定める
定数である。

【００５５】次に本発明の実施例５について図５、図６
を用いて説明する。

【００５６】一般にＣＣＤ等の撮像手段からの出力信号
における画像信号は、隣接画素間の相関が強いため、τ
が小さい所ではピークの検出が困難になる場合がある。

【００５７】そこで本実施例は、この問題を解決するた
めに、τが比較的小さい範囲では、元信号に高域通過型
のフィルターを通してから自己相関の演算をするように
構成している。

【００５８】本実施例における高域通過フィルターは、
例えば（４）式、あるいは（５）式に示すようなもので
ある。

【００５９】 ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ＋Δｔ）−ｘ（ｔ） ・・・・・・・・・・・（４） ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）−〔ｘ（ｔ＋Δｔ）＋ｘ（ｔ−Δｔ）〕／２ ・・（５） ここでｙ（ｔ）はフィルターを通った後の信号を表わ
す。

【００６０】尚、本実施例においては先の実施例４で用
いた性質、つまりτが大きいところではピーク近傍の相
関が大きくなるという性質を利用することにより、τの
値に応じてフィルターの特性を切り替えるように構成す
れば、ピーク検出の精度はさらに向上するので好まし
い。

【００６１】（４）式、（５）式は時間的に連続したア
ナログ信号として、表現してあるが、Ａ／Ｄ変換した後
のディジタルデータに対して、ディジタルフィルターを
かけてもよい。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、通常の撮影に用いる撮
像手段を合焦情報検出手段として使用しているために、
合焦情報検出手段と撮影系との位置精度に関する問題が
原理的に発生しない。また、合焦情報検出のための新た
な光学系や受光素子を必要としない為、装置全体が簡素
化され、又コストを安くし小型化することが可能とな
る。

【００６３】本発明において、撮影レンズの異なる瞳領
域の光を取り出すために、二つ又は複数の開口部をもっ
た遮光部材を撮影光路内に挿脱可能に設けることによ
り、自己相関の演算結果におけるピーク位置の検出が容
易となり、検出精度を上げることができる。

【００６４】さらに上記遮光部材をファインダー系に光
束を分離するための鏡と兼用すれば、合焦検出のためだ
けの部材を無くすことができる。

【００６５】又、自己相関の計算において時間差τの零
近傍の値から、相関のピーク位置を推定することによ
り、演算量を減らすと共に推定精度を上げることが可能
となる。等の特長を有した合焦検出装置を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部概略図

【図２】本発明の実施例１に係る自己相関係数の説明図

【図３】本発明の実施例１に係る自己相関係数の説明図

【図４】本発明の実施例２の要部概略図

【図５】本発明の実施例３、４、５に係る自己相関係数
の説明図

【図６】本発明の実施例３、４、５に係る自己相関係数
の説明図

【図７】従来の合焦検出装置の要部説明図

【図８】図７の一部分の説明図

【図９】図７の一部分の説明図

【符号の説明】

１ 撮影レンズ ２ 撮像手段 ３，４ 瞳領域 ７ 演算手段 ８ 駆動手段 １０１，１０４ 遮光部材

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズの撮影に用いる撮像手段に至
   る光路中に合焦状態を検出する際に遮光部材を挿入させ
   て、該遮光部材によって該撮影レンズの瞳の異なった少
   なくとも２つの領域を通過した光束に基づく複数の画像
   情報を前記撮像手段面上に同時に形成し、該撮像手段か
   ら得られる画像情報の自己相関度を演算手段で求め、該
   演算手段で得られる信号を用いて駆動手段により、該撮
   影レンズの少なくとも一部のレンズ群を光軸上移動させ
   て合焦を行ったことを特徴とする合焦検出装置。
2. 【請求項２】 前記遮光部材は前記撮影レンズを通過し
   た光束をファインダー系に導光する反射鏡より構成して
   いることを特徴とする請求項１の合焦検出装置。
3. 【請求項３】 前記演算手段は画像情報の自己相関の時
   間差τの零近傍の値から自己相関のピーク位置を推定
   し、該ピーク位置が存在すると推定される範囲内につい
   てのみ自己相関の演算を行うようにしたことを特徴とす
   る請求項１の合焦検出装置。