JPH03182711A - 合焦点検出装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は合焦検出装置、詳しくは、撮影レンズを介して
取込まれる被写体光束による光電変換素子の出力に基づ
くコントラスト信号により合焦点検出を行う合焦点検出
装置に関する。

［従来の技術］ 従来から焦点検出の方法としては、ＮＨＫ技術研究報告
Ｖｏ１．１７．　Ｎｏ、　　１　（１９６５）　、　Ｐ
２１等に提示されている、いわゆる「山登りサーボ方式
」がある。この方式には、合焦点近傍でコントラスト信
号の高周波成分が最大になることを利用して合焦点を検
出するものである。また、本出願人は上記「山登り方式
ｊを応用し、検出時間を、より短縮させた合焦点検出装
置を先に出願した（特願平　　　　　号）。この装置は
輝度情報から輝度積分時間、即ち、光電変換素子の電荷
蓄積時間を求め、それに応じてレンズの駆動速度を決定
するものであった。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記本出願人が提案した合焦点検出装置にお
いては、もし被写体が低輝度であった場合、上記電気蓄
積時間が極端に長くなりレンズ駆動速度は超低速となっ
てしまう。このような超低速駆動は制御が難しく、速度
の「バラツキコは合焦点検出の精度を低下させる。また
、低輝度であることによりＳ／Ｎ比が低下し、更に、合
焦点検出の精度を低下させるという不具合を有している
ものであった。

本発明は、上述の不具合を解決するために、被写体が低
輝度であってもレンズ駆動速度は振動させることによっ
て高速性を保ち、且つ、Ｓ／Ｎ比が良い状態で焦点の検
出が可能な合焦点検出装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明の合焦
点検出装置は、撮影レンズ、または撮影レンズを有して
構成される光路長可変部材と、この光路長可変部材の光
路長を可変するように駆動する駆動部材と、上記光路長
可変部材を透過した被写体光束を受光し、光電変換する
電荷蓄積型光電変換素子と、この光電変換素子の出力に
基づいてコントラスト信号を検出するコントラスト信号
検出手段と、上記光電変換素子の電荷蓄積時間を予測す
る蓄積時間予測手段と、上記電荷蓄積時間が所定値を超
える場合に、この電荷蓄積時間に対応して上記駆動部材
を必要時間振動させるように制御する制御手段と、上記
駆動部材による上記光路長可変部材の駆動範囲を分割し
、この分割された範囲内において上記コントラスト信号
検出手段に基づいてそれぞれの範囲におる焦点状態を検
出し、複数の焦点状態に基づいて上記撮影レンズの合焦
点を決定する合焦点決定手段とを具備したことを特徴と
する。

そして、上記合焦点検出装置は、光電変換素子の電荷蓄
積時間が所定値を超えると予測される場合に光路長可変
部材の光路長を可変駆動部材を必要な時間振動させなが
らコントラスト信号を検出するようにして合焦点を検出
するものである。

［実　施　例コ 以下、図示の実施例によって本発明を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す焦点検出装置のブロ
ック構成図である。

撮影レンズ２を通った被写体からの光束は、）１−フミ
ラー３により撮像用として記録部５に、焦点検出用とし
てミラー４方向に分岐される。なお、上記記録部５は銀
塩フィルムを用いた撮影部、あるいは、撮像素子を用い
た撮像部であってもよい。

上記焦点検出用光束はミラー４で反射され、リレーレン
ズ６を介して電荷蓄積形光電変換素子であるイメージセ
ンサ７上に結像する。なお、上記撮影レンズ２．ハーフ
ミラ−３，ミラー４．リレーレンズ６は光路可変部材を
構成する。そして、上記光電変換出力は自動利得制御回
路１０に入力される。

その出力は、バンドパスフィルタのＢＰＦＩＩを介した
後、遅延差動増幅回路１２によって処理される。そして
、その出力は積分回路１３で積分処理がなされ、コント
ラスト信号としてマイクロプロセッシングユニットのＭ
ＰＵＩに人力される。

ＭＰＵＩは焦点検出動作のためリレーレンズ駆動回路８
に駆動信号を出力し、駆動部材であるアクチュエータ９
を介してリレーレンズ６を駆動する。

また、検出された合焦位置に撮影レンズ２を繰出すため
に、ＭＰＵＩはレンズドライバ１４に駆動信号を出力し
、レンズドライバ１４によって撮影レンズ２が合焦位置
まで繰出される。なお、撮影レンズ２の繰出し量はその
繰出し量が常にエンコーダ１５によって検出されている
。

上記ＢＰＦＩＩはＭＰＬＴＩによって指示される検出周
波数ｆに基づく帯域のフィルタ処理を行う。

また、遅延差動増幅回路１２はイメージセンサ７の１画
素分遅延した信号との差分を増幅するものである。なお
、自動利得制御回路１０．ＢＰＦＬＩ。

遅延差動増幅回路１２および積分回路１３はコントラス
ト信号検出手段を構成する。ＭＰＵＩは、本検出装置全
般のコントロールを司ると同時に蓄積時間予測手段、駆
動部材制御手段および合焦点決定手段をも内蔵するもの
である。

焦点を検出しようとする画面内の領域が焦点検出領域設
定手段である領域設定手段１７によって選択され、その
設定信号はＭＰＵ１に入力される。

ＭＰＵＩにおいてその領域に対応するＭＴＦ特性値（詳
細は後述する）をＭＴＦ特性値記憶手段であるＲＯＭ１
６から読出し、その特性値に基づき合焦位置が予測され
る。その予測値を用いて効果的に合焦点は検出される。

上記ＭＴＦ特性値は各測距領域に対応するデフォーカス
補正値であって、該当領域における標準被写体のＭＴＦ
特性線（第８．９．１０図参照）から求められる。その
補正値は比較的低い検出周波数ｆ１でのＭＴＦピーク点
（合焦点）のデフォーカスと、比較的高い検出周波数ｆ
２でのＭＴＦピーク点のデフォーカスとのずれ量を示す
ものとる。従って、低周波数ｆ１でのＭＴＦピーク点の
デフォーカスに上記補正量を加算すると、周波数ｆ２で
のピーク点、即ち、合焦点が予測できる。

従って、周波数ｆｔでの検出に続いて行われる検出周波
数ｆ２での焦点検出動作におけるリレーレンズ６の駆動
範囲として上記予測合焦点に関連した範囲を指定するな
らば、焦点検出動作を、より速やかに効果的に行うこと
が可能となる。更に、予測合焦点は検出焦合点が適正な
ものであるかどうかの評価にも利用できる。

第２図は、複数枚レンズで構成されるリレーレンズ６を
支持するアクチュエータ９の概略の要部縦断面を示す。

アクチュエータ９は上下２組の積層型圧電体９ａ、９ｂ
で構成される。圧電体９ａは大きい変位を、また圧電体
９ｂは小さい変位を与えるものとし、圧電体９ｂの先端
で支持されるリレーレンズ６の全駆動範囲は上記圧電体
９ａ。

９ｂの変位量ｘａ、ｘｂの加算値で定まる。そして、そ
の変位量ｘａ、ｘｂはそれぞれ ｘｂ−４・Ｆ−Ｉ２／（Ｅ−ｂ−ｔ　）で与えられる。

ここで、Ｆは印加電圧Ｖに所定のレンジ内で比例する加
振力、１１１．１２はそれぞれ圧電体９ａ、９ｂの長さ
、Ｅは圧電体のヤング率、ｂは圧電体の図面直角方向の
幅、ｔは圧電体の厚さである。上記変位量ｘｂ／ｘａの
比率を１／１０以下としリレーレンズ６の駆動に対して
必要分解能を満足させるものとする。

第３図は、駆動回路８による印加電圧Ｖに対するリレー
レンズ６の移動量Ｘの変化を示したものである。図に示
すように、印加電圧Ｖの変化分に対してリニアの関係に
あるデフォーカスレンジは移動量ｘ１〜ｘ２の範囲内で
あり、それに対応する印加電圧範囲はｖ１〜ｖ２であっ
て、その範囲を、駆動回路８による駆動印加電圧範囲と
する。

第４図は、被写体の明るさＥ。、Ｅｌ、Ｅ２（Ｅｏ＞Ｅ
ｌ〉Ｅ２）に対するイメージヤの電荷蓄積量に対応する
出力電圧Ｖｉの関係を示したものである。所定の電荷蓄
積終了出力電圧をｖｔｈとて、明るさＥ。、Ｅｉ　、Ｅ
２に対する上記電圧ｖｔｈに達するまでの電荷蓄積終了
時間ｔ。、ｔｌ。

ｔ２はそれぞれ図に示される通りである。

第３図に示されるように圧電体印加電圧変化分ｄＶとリ
レーレンズ６の移動距離変化分ｄｘとは比例する関係に
あり、次式で示される。即ち、ｄｘ−ＫｄＶ　　　・・
・・・・・・・（１〉ここで、Ｋは比例定数である。ま
た、距離ｄｘだけ移動するための移動時間をｔとして、
リレーレンズ６の移動速度Ｖは（１）式から求められる
。即ち、 ｖ−ＫｄＶ／ｌ　　　　−−−−＜２）となる。なお、
リレーレンズの移動量分解能と時間制御可能な分解能か
ら、許容できる限界電荷蓄積終了時間ｔ　　が設定され
ており、上記（１）式は移動時間ｔが上記限界電荷蓄積
終了時間ｔＩｌｌａｘを超えない場合に用いられる。

本台焦点検出装置の合焦点検出動作において、被写体が
明るい場合、即ち上記蓄積時間ｔが使用レンズ毎にＲＯ
Ｍ１６に記憶されている限界電荷蓄積終了時間ｔ　　以
下であると予測される場合ａＸ には、第５図に示されるように使用レンズ毎にＲＯＭ１
６に記憶されているＭＴＦ特性カーブを４分割するデフ
ォーカスの１回当たりのＭＴＦ測定移動幅ｄ毎にコント
ラスト信号検出手段によりＭＴＦ値Ｍ１．Ｍ２．Ｍ３．
Ｍ４を求める。なお、この場合のリレーレンズの駆動速
度は（２）式に準じたものとする。なお、後述するよう
に、検出動作は、まず、比較的低い周波数ｆ１で行い、
その結果に基づいて比較的高い周波数ｆ２に対する合焦
点を予測し、周波数ｆ２よる検出動作はその予測合焦点
に基づいて行われる。

一方、被写体が暗い場合、例えば、第６図（Ａ）に示さ
れるように被写体のＭＴＦ特性線が低い値である場合は
、第４図の明るさＥ２の場合のように、電荷蓄積終了時
間ｔ２は限界時間ｔｌＩａｘより値が大きくなり、アク
チュエータの速度が小さくなり過ぎて制御ができない。

またリレーレンズ６の特性によっては速度換算でのダイ
ナミックレンジが８０ｄＢもの綱紀範囲になることがあ
り、焦点検出操作ができなくなる。更に、検出信号のＳ
／Ｎ比も非常に悪くなってしまう。そこで、本実施例の
場合このような条件下にあっては、充分制御できる駆動
速度で上記単位移動幅ｄを必要時間あるいは必要回数だ
けリレーレンズ６を振動させることによって、レンズの
駆動を可能にし、レンズ定位置に停止させて検出するよ
りもＳ／Ｎ比の良好なコントラスト信号を取出すように
する。そのリレーレンズの振動駆動状態を第６図（Ｂ）
に示す。即ち、第６図（Ａ）に示されるＭＴＦ特性のデ
フォーカス位置を上記移動幅ｄで分割し、その分割位置
Ｄ１〜Ｄ５による各分割領域を第６図（Ｂ）に示される
ように所定時間０−ｔｌ、・・・・・・、ｔ３〜ｔ４の
間、振動させながらコントラスト信号検出手段によって
コントラスト信号を取込んでゆくことになる。

第７図は、特に駆動部材制御手段を更に詳しく示したブ
ック構成図である。ＭＰＵ１からのクロックを分周する
分周回路２２の分周クロックで駆動され、駆動回路８の
コントロール部のＢＭＣ２１によって指定された状態に
基づいてリレーレンズ駆動回路８でアナログ信号に変換
され、被写体の状況に対応した速度でアクチュエータ９
を駆動する。また、インターフェース回路のｌＦ２３は
第１図のコントラスト信号検出手段が該当しコントラス
トの大きさを検出するものである。

以上のように構成された本実施例の検出装置のの合焦点
検出動作を第８図のフローチャートによって説明する。

まず、ステップＳ１において、画面内の合焦領域の指定
などのパラメータの初期設定が行われる。

続いて、ステップＳ２においてＲＯＭ１６に格納されて
いる合焦領域のＭＴＦ特性値、ＭＴＦ特性線分割幅ｄ等
を読み出す。そしてステップＳ３において比較的低い周
波数ｆ１を検出周波数ｆに代入し、検出用のＭＴＦ特性
分割幅ｄに周波数ｆ１対応の値ｄ。１を代入する。続い
て、ステップＳ４においてＭＰＵＩに内蔵する蓄積時間
予測手段によって被写体の明るさから、光電蓄積時間ｔ
Ｉｎｔが前記限界蓄積終了時間ｔ　　より小さいかどう
ａＸ かを判別し、小さければそのままステップＳ５の■、φ
設定がなされる。即ち、アクチュエータ９に印加される
電圧Ｖと印加電圧の位相φの値が設定される。そして、
リレーレンズ６を駆動しくステップＳ６）、周波数ｆ１
に基づいたＭＴＦ特性の測定が行われ、ＭＰＵＩによっ
てピーク点が検出される（ステップＳ７）。続いて、同
じ＜ＭＰＵ１の合焦点決定手段によって、検出ピーク点
に基づいて、例えば３点捕間法を用いてビーク補間を行
い合焦点を求める（ステップＳ８）。

続いて、ステップＳ９において検出周波数ｆがｆｌであ
るかどうかの判別がなされ、ｆｌであればステップＳ１
０に進み、検出周波数ｆに比較的高い周波数ｆ２を代入
する。更に、周波数１２に対する移動量分割幅ｄ。２を
検出分割幅ｄに代入する。同時に、上記合焦領域に対応
するＭＴＦ特性値に基づいて、上記検出周波数ｆ１に対
するピーク点に基づいて、周波数ｆ２に対するピーク点
、即ち、合焦点を予測する。次の周波数ｆ２に基づく検
出動作は上記予測合焦点に対する所定の範囲について行
われる。続いて、周波数ｆ２に基づいてステップＳ５か
らステップＳ８までの処理が同様に行われる。そして、
ステップＳ９において検出周波数ｆのチエツクが行われ
るがここでは周波数がｆ２であるので、ステップＳ１２
にジャンプする。

ステップＳ４において、予測される電荷蓄積終了時間ｔ
Ｉｎｔが限界電荷蓄積終了時間ｔ□８より小でなかった
場合、上記のような通常の検出動作は不可能と判断し、
ステップＳｌｌにジャンプし、検出移動幅ｄを振幅とし
、必要時間振動させる振動駆動条件を設定する。そして
、以後の合焦点検出動作においては常に、アクチュエー
タ９を介して上記振動条件基づいて、第６図（Ｂ）に示
されるようにリレーレンズ６を振動させながら駆動し、
コントラスト信号をＭＰＵＩに取込むものとする。

ステップＳ９において検出周波数がｆ２であって、ステ
ップＳ１２にジャンプした場合は周波数ｆ２による検出
ピーク点が上記予測合焦点に対して大きくずれていない
か、また、検出ピーク点データ等が妥当なものであるか
どうかなど、検出ピーク点の適正判定がなされる。適正
な値であったならば、ステップ８１３において上記合焦
点に撮影レンズ２を繰出し、合焦動作を終了する。しか
し合焦点がデータ上適正ではないと判断されると、ステ
ップＳ１４にジャンプし合焦不能の表示を行って検出動
作を終了する。

上記実施例においてはリレーレンズ６のアクチュエータ
として、圧電アクチュエータを利用したが、他のチュエ
ータ、例えば、双方向駆動が可能な超音波モータを利用
し、高精度の分解能を持つエンコーダを併用することに
よって代用することができる。即ち、検出動作に際して
超音波モータによりリレーレンズを駆動し、振動駆動が
設定されていれば所定量変位したことを上記エンコーダ
で検出し、駆動方向を反転させる。そして、必要蓄積時
間だけこの反転動作を行い、この動作を各移動幅毎で行
って、焦点の検出動作を終了する。

従って、超音波モータにおいて、その駆動速度に制約が
あるものであっても、前記実施例に示されるように、明
るさの不足する被写体に対して、振動駆動することによ
って焦点検出を可能にすることができる。

また、リレーレンズ６を振動させる場合、その駆動印加
電圧波形を選択することによって、移動領域のＭＴＦ値
の平均値に対して各位置に重み付けを付加することがで
きる。即ち、移動領域に一種のフィルターをかける効果
を与えることができるのである。更に、この場合電荷蓄
積時間に対して印加電圧の周波数が整数倍の関係を有す
るように定めればその効果が大きくなる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の合焦点検出装置は、光電変
換素子の電荷蓄積時間が所定値を超えると予測される場
合、光路長可変部材の光路長可変駆動部材を必要な時間
振動させながらコントラスト信号を検出するようにして
合焦点を検出するものであって、本発明によれば被写体
が暗く、光路長可変部材の移動速度が遅すぎて、従来の
検出装置では合焦点の検出が不可能であるような被写体
状況であっても駆動部材を振動させて移動速度を充分確
保することによって、Ｓ／Ｎ比も改善され精度の高い合
焦点を検出することのできる合焦点検出装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す合焦点検出装置のブ
ロック構成図、 第２図は、上記第１図の合焦点検出装置のリレーレンズ
用アクチュエータの要部縦断面図、第３図は、上記第２
図のアクチュエータにおける印加電圧とレンズ移動量の
関係を示す線図、第４図は、上記第１図の合焦点検出装
置のイメージセンサの被写体の明るさをパラメータとし
た電荷蓄積時間と出力電圧の関係を示す線図、第５図は
、被写体の明るい場合のＭＴＦ特性図、第６図（Ａ）は
、被写体が暗い場合のＭＴＦ特性図、 第６図（Ｂ）は、上記第１図の合焦点検出装置における
アクチュエータの振動を伴う駆動状態を示す図、 第７図は、上記第１図の合焦点検出装置の駆動部材制御
手段等のブロック構成図、 第８図は、上記第１図の合焦点検出装置の検出動作のフ
ローチャートである。 １・・・・・・・・・ＭＰＵ （蓄積時間予測手段。 駆動部材 制御手段。 合焦点決定手段） ７・・・・・・・・・イメージセンサ （電荷蓄積型充電変換素子） ９・・・・・・・・・アクチュエータ （駆動部材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影レンズ、または撮影レンズを有して構成され
   る光路長可変部材と、 この光路長可変部材の光路長を可変するように駆動する
   駆動部材と、 上記光路長可変部材を透過した被写体光束を受光し、光
   電変換する電荷蓄積型光電変換素子と、この光電変換素
   子の出力に基づいてコントラスト信号を検出するコント
   ラスト信号検出手段と、上記光電変換素子の電荷蓄積時
   間を予測する蓄積時間予測手段と、 上記電荷蓄積時間が所定値を超える場合に、この電荷蓄
   積時間に対応して上記駆動部材を必要時間振動させるよ
   うに制御する制御手段と、 上記駆動部材による上記光路長可変部材の駆動範囲を分
   割し、この分割された範囲内において上記コントラスト
   信号検出手段に基づいてそれぞれの範囲におる焦点状態
   を検出し、複数の焦点状態に基づいて上記撮影レンズの
   合焦点を決定する合焦点決定手段と、 を具備したことを特徴とする合焦点検出装置。