JPH0634876A

JPH0634876A - 合焦点検出装置

Info

Publication number: JPH0634876A
Application number: JP4191990A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kodama; 晋一児玉
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明の合焦点検出装置にあっては、ゼロク
ロス点が高周波帯域で、検出精度が悪化せずに高解像度
の光電変換素子を必要としないために、撮像光学系の１
次結像付近に１次光学系を配置し、この特性を利用して
検出したゼロクロス周波数より合焦点を検出することを
特徴とする。【構成】第１及び第２の光学系１２及び１３は、撮像光
学系１１のデフォーカス量に応じて多重像を構成する。
光電変換素子１４は光分布像を電気信号の像に変換す
る。また、周波数検出装置１５は検出像の周波数を検出
し、ゼロクロス検出装置１６は上記検出像の周波数成分
よりゼロクロス点を予測検出する。デフォーカス量算出
装置１７では撮像光学系１１のデフォーカス量を検出
し、ここで算出したデフォーカス量に応じて、駆動装置
１８が撮像光学系１１を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は合焦点検出装置に関
し、特に周波数のゼロクロス点を検出して合焦点を検出
する合焦点検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より使用されている合焦点検出シス
テムとして、撮像光学系の周波数軸のゼロクロス点を検
出して合焦点を検出するものがある。このゼロクロス点
を検出して合焦点を検出する簡単な原理を図１３乃至図
１５に示す。

【０００３】図１３は被写体像の周波数特性を示し、図
１４（ａ）〜（ｃ）はデフォーカス量に応じた撮像光学
系の周波数特性を示し、更に図１５（ａ）〜（ｃ）はデ
フォーカス量に応じた検出像周波数特性を示している。
これらによると、撮像光学系のデフォーカス量に応じ
て、検出像の周波数軸でのゼロクロス点が変化（デフォ
ーカスすると共にゼロクロス点がｚ１からｚ２、ｚ３へ
と変化）することを用いて、デフォーカス量を検出し、
合焦点を検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、撮像光学系
は高い解像度が要求されており、周波数軸のゼロクロス
点は非常に高周波数側に設定されている。また、デフォ
ーカス状態に於いても、像がきれいにぼける用に周波数
軸での折り返しが少なくなるように設計される。

【０００５】上記撮像光学系のゼロクロス点を検出する
場合は、被写体の周波数成分の少ない高周波数側（図１
３）で、且つ折り返し成分の少ない状態（図１４）で合
焦点を検出する必要があった。このため、被写体の周波
数、ノイズの影響を大きく受けるので、検出精度が悪化
し、Ｓ／Ｎが悪い状態となる。また、高周波数成分を検
出できるような高解像度の光電変換素子が必要となるも
のであった。

【０００６】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、ゼロクロス点が高周波帯域で、被写体の周波数、ノ
イズの影響を受けても検出精度が悪化せず、また高解像
度の光電変換素子を必要としない合焦点検出装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、撮
像光学系と、撮像光学系の１次結像付近の位置で、デフ
ォーカスに応じて像を複数方向にシフトする光学系と、
上記撮像光学系と上記光学系を通過した被写体光を電気
信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子から出力
される上記電気信号により像の周波数成分を検出する周
波数検出手段と、この周波数検出手段の検出周波数成分
より周波数成分のゼロクロス周波数を検出するゼロクロ
ス検出手段と、このゼロクロス検出手段より検出された
ゼロクロス周波数より上記撮像光学系のデフォーカス量
を検出するデフォーカス量検出手段とを具備することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】この発明の合焦点検出装置にあっては、撮像光
学系の１次結像付近でデフォーカス量に応じて像のシフ
ト量を変化させる１次光学系を配置する。そして、上記
撮像光学系と１次光学系を通過した被写体光を、光電変
換素子で電気信号に変換する。この光電変換素子から出
力される上記電気信号により、周波数検出手段で像の周
波数成分を検出すると、この検出周波数成分より周波数
成分のゼロクロス周波数を検出する。これにより、１次
光学系の特性を利用して検出したゼロクロス周波数より
合焦点を検出する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。

【００１０】初めに、図２及び図３を参照して、この発
明の原理の概略を説明する。図２は撮像光学系で被写体
像が横ずれする様子を示したもので、（ａ）は合焦状
態、（ｂ）は少しデフォーカス状態、（ｃ）は更にデフ
ォーカス状態である。図２（ｂ）及び（ｃ）は、被写体
像が２重に重なった多重像として検出される。

【００１１】一方、図３は撮像光学系のデフォーカス量
に応じて第１の光学系が横ずれした場合の周波数伝達特
性を示している。図３（ａ）は元の像に影響を与えない
特性を有し、図３（ｂ）及び（ｃ）は元の像の周波数に
乗算され、撮像光学系のデフォーカス量に対応して所定
の周波数にゼロクロス点（Ｍ２，Ｍ３）が発生した状態
を示している。

【００１２】この発明は、第１の光学系によって発生し
た撮像光学系のデフォーカス量に応じたずれ量を、周波
数軸のゼロクロス点を検出することで検出し、１面の検
出映像より撮像光学系のデフォーカス量を検出する方式
である。また、第１の光学系で、撮像光学系のデフォー
カス量に応じてゼロクロス点を所定の周波数に設定する
ことができる。

【００１３】また、本方式はデフォーカス量を像のずれ
に変換し、ずれ量を周波数軸で検出するので、マスク処
理等が不用であり、更に１面でデフォーカス量を検出す
るので光路差による影響もない。図１は、この発明の合
焦点検出装置の第１の実施例としての概念を示すブロッ
ク図である。

【００１４】同図に於いて、合焦点検出装置は、撮像光
学系１１と、この撮像光学系１１のデフォーカス量に応
じて多重像を構成する第１の光学系１２及び第２の光学
系１３と、光分布像を電気信号の像に変換する光電変換
素子１４を有している。またこの合焦装置は、検出像の
周波数を検出する周波数検出装置１５と、検出像の周波
数成分よりゼロクロス点を予測検出するゼロクロス検出
装置１６と、撮像光学系１１のデフォーカス量を検出す
るデフォーカス量算出装置１７と、算出したデフォーカ
ス量に応じて撮像光学系１１を駆動する駆動装置１８で
構成されている。

【００１５】このような構成に於いて、第１の光学系１
２で撮像光学系１１のデフォーカス量に応じて被写体像
がずらして多重像が構成され、この第１の光学系１２に
て作成された像が第２の光学系１３を経て光電変換素子
１４に導かれる。この光電変換素子１４では、光分布像
が電気信号の像に変換される。そして、光電変換素子１
４からの信号より周波数検出装置１５にて検出像の周波
数が検出され、加えて検出像の周波数成分からゼロクロ
ス検出装置１６にてゼロクロス点が予測検出される。デ
フォーカス量算出装置１７では、検出したゼロクロス点
より撮像光学系１１のデフォーカス量を検出すると共
に、算出した撮像光学系１１のデフォーカス量に応じて
駆動装置１８を介して撮像光学系１１を駆動する。こう
して、１面の光電変換素子にて光量を無駄にすることな
くデフォーカス量を算出することができる。次に、この
発明の合焦点検出装置をカメラに応用した第２の実施例
について説明する。

【００１６】図４は、同実施例の構成を示すブロック図
である。同図に於いて、この合焦点検出装置は、撮影レ
ンズ１９と、位相光学素子２０と、リレー光学系２１
と、例えばＣＣＤ等で構成されるセンサ２２と、Ｉ／Ｆ
回路２３と、ＦＣＰＵ２４と、このＦＣＰＵ２４の制御
信号にてモータ２５を駆動するモータドライブ回路２６
と、ＬＣＤ２７及びカメラ全体を制御するＭＣＰＵ２８
で構成されている。

【００１７】上記位相光学素子２０は、撮影レンズ１９
の１次結像位置と等価に位置に、被写体像をずらして多
重像を作成するためのものである。この位相光学素子２
０は、同実施例ではマイクロプリズムを使用している
が、これに限られずに、例えば回析格子を使用してもよ
い。リレー光学系２１は、こうして位相光学素子２０に
より作成された多重像をセンサ２２に導くものである。

【００１８】上記Ｉ／Ｆ回路２３は、ＦＣＰＵ２４の制
御信号に応じて光電変換を行わせるベクトル制御信号を
センサ２２に制御信号を送ると共に、センサ２２のアナ
ログ信号を増幅、Ａ／Ｄ変換してＦＣＰＵ２４に像信号
をデジタル信号として送る。

【００１９】ＦＣＰＵ２４は、撮影レンズ１９の情報
（絞り値、焦点距離（ｆ値）情報、現在のレンズ停止位
置等）を撮影レンズ１９より読取り、センサ制御の信
号、像信号をＩ／Ｆ回路２３と相互通信する。そして、
検出像信号より検出像の周波数成分を検出し、検出周波
数よりゼロクロス点を予測検出し、更にゼロクロス周波
数より撮影レンズ１９のデフォーカス量を求めてモータ
ドライブ回路２６を制御する。また、合焦時にはＬＣＤ
２７に合焦表示をし、加えてカメラの合焦点検出以外の
シーケンスを制御するＭＣＰＵ２８と相互通信を行う。
尚、モータ２５は、モータドライブ回路２６の制御信号
にて撮影レンズ１９を駆動するようになっている。

【００２０】図５は、カメラの実装状態を示した概略構
成図である。撮影レンズ１９を通過した被写体光束は、
ハーフミラー２９にてファインダ３０をはじめとするフ
ァインダ系と、ＡＦ（オートフォーカス）系に分割され
る。ＡＦ系は、ミラー３１と、位相光学素子２０と、縮
小光学系３２と、ＡＦミラー３３及び２次元センサ３４
より構成される。次に、同実施例の動作について説明す
る。図６は、このように構成されたカメラ側のシーケン
スを説明するフローチャートである。

【００２１】ＡＦシーケンスがスタートされると、ステ
ップＳ１にてイニシャライズ（フラグＣＣＦ等を０に設
定）され、次いでステップＳ２にて撮影レンズ情報（焦
点距離（ｆ値）、絞り値、現在位置等）が読込まれる。
そして、ステップＳ３にてセンサの積分制御がなされ、
ステップＳ４でセンサからの映像信号がデジタル値とし
て読出される。

【００２２】ステップＳ５では、読出された映像信号よ
りフォーカスエリアに対応する領域の信号が切出され、
その領域の周波数成分が検出される。続いてステップＳ
６にて、検出された周波数成分からゼロクロス点の周波
数ｆが予測検出される。このステップＳ５で検出された
ゼロクロス周波数ｆより、ステップＳ７にてデフォーカ
ス量ｄｅｆが求められる。このデフォーカス量ｄｅｆ
は、撮影レンズ１９に対応したデフォーカス量検出テー
ブルを参照して求められる。

【００２３】そして、ステップＳ８に於いて、検出デフ
ォーカス量ｄｅｆが所定値εと比較判定が行われる。
尚、εは撮影絞り値（Ｆｎｏ）にて決定される。ここ
で、ｄｅｆ＜εでない場合は、ステップＳ９に進んでフ
ラグＣＣＦの判定が行われる。ここで、デフォーカスの
方向が未定の場合は、ＣＣＦ＝０となる。このステップ
Ｓ９で、フラグＣＣＦ＝１でない場合は、ステップＳ１
０に進んでデフォーカス量ｄｅｆがｄｅｆ１に格納され
る。次いで、フラブＣＣＦ＝１に設定され、ステップＳ
１２にて撮影レンズ１９が少し駆動（レンズ駆動Ａ：所
定の駆動量△）される。その後、ステップＳ３へ移行す
る。

【００２４】上記ステップＳ９に於いて、フラグＣＣＦ
＝１の場合は、ステップＳ１３に移行して撮影レンズ１
９の駆動方向が決定される。次いで、ステップＳ１４に
て、撮影光学系が上記デフォーカス量ｄｅｆに応じて駆
動される。そして、ステップＳ１５にてフラグＣＣＦが
ＣＣＦ＝０に設定された後、ステップＳ３に移行する。

【００２５】また、上記ステップＳ８に於いて、ｄｅｆ
＜εであった場合は、合焦状態と判定される。したがっ
て、ステップＳ１６に移行して合焦表示が行われ、本シ
ーケンスが終了される。図７は、周波数検出のサブルー
チン“周波数検出”のシーケンスを示したものである。

【００２６】サブルーチンプログラム“周波数検出”が
スタートされると、ステップＳ２１にて、フォーカス領
域の信号の読出しが行われる。具体的には、データがＤ
（ｉ，ｊ）に格納される（但し、ｉ，ｊは０＜ｉ≦ｍ，
０＜ｊ≦ｍの乗数の整数）。次いで、ステップＳ２２に
て、データが１次元化データＥ（ｉ）に投影変換され
る。

【００２７】この後、ステップＳ２３で、上記Ｅ（ｉ）
データにて周波数検出が、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒ
ｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）処理にて行われる。そし
て、ステップＳ２４にて、検出周波数成分がＦ（ｋ）に
格納され、本シーケスが終了される。ここで、ｋは１〜
ｍ／２の整数であり、１が最低周波数に対応し、ｍ／２
が最高周波数に対応する。図８は、ゼロクロス点予測検
出のサブルーチンプログラム“ゼロクロス点検出”のシ
ーケンスを示したものである。

【００２８】サブルーチンプログラム“ゼロクロス点検
出”がスタートされると、ステップＳ３１にてイニシャ
ライズがなされ、ステップＳ３２にて検出周波数Ｆ
（１）が変数ＭＩＮに格納される。そして、ステップＳ
３３で変数Ｋに２が格納された後、ステップＳ３４に於
いて，検出周波数Ｆ（ｋ）の大きさがδ（δは所定値）
と比較判定される。

【００２９】このステップＳ３４に於いて、Ｆ（ｋ）＜
δでないと場合、次のステップＳ３５に於いてＦ（Ｋ）
とＭＩＮ値の比較が行われる。ここで、Ｆ（Ｋ）＜ＭＩ
Ｎの場合は、ステップＳ３６に進んで変数ＭＩＮにＦ
（Ｋ）が格納され、更にステップＳ３７で変数Ｋがイン
クリメントされた後、ステップＳ３４に戻る。

【００３０】一方、上記ステップＳ３５にてＦ（ｋ）＜
ＭＩＮの場合、ステップＳ３８に移行してＦ（ｋ）とＦ
（ｋー２）の大小比較が行われる。この比較結果によっ
て、ステップＳ３９またはステップＳ４０に進んで、そ
れぞれゼロクロス点ｆが１次式にて予測検出される。

【００３１】また、上記ステップＳ３４にて、Ｆ（ｋ）
＜δの場合は、ほぼゼロクロス点として判定され、ステ
ップＳ４１に移行してｆ＝ｋとされる。その後、本シー
ケンスが終了される。図９は、撮影レンズ１９の駆動方
向を決定するサブルーチンプログラム“レンズ駆動方向
決定”のシーケンスを示したものである。

【００３２】サブルーチンプログラム“レンズ駆動方向
決定”がスタートされると、ステップＳ５１に於いて、
検出デフォーカス量ｄｅｆ，ｄｅｆ１の大小比較が行わ
れる。ここで、ｄｅｆ＞ｄｅｆ１の場合、ステップＳ５
２に移行してレンズ駆動Ａと逆方向に設定される。一
方、上記ステップＳ５１で、ｄｅｆ＞ｄｅｆ１でない場
合は、ステップＳ５３に移行してレンズ駆動Ａと同方向
に設定される。これらの後、本シーケスが終了される。

【００３３】同実施例によれば、１面センサにて光量を
ロスすることなくデフォーカス量を検出することができ
るので、高速合焦点検出が可能となる。また、デフォー
カス量をずれ変換し、このずれ量を周波数軸で検出する
ので周波数検出時のマスク処理が不用になる。

【００３４】更に、同実施例では、周波数検出に於いて
ＦＦＴを用いたが、各周波数の成分が検出できる方式で
あればＦＦＴにとらわれる必要はない。また、図７に示
されるサブルーチンでは、画像を１方向に１次元投影を
行ったが、２方向に１次元投影をしてもよい。また、投
影しない状態で処理してもよい。

【００３５】尚、上述した実施例では、撮影レンズを駆
動して２面を検出しているが、図１０に示されるよう
に、２次結像位置に位相光学素子を光路差を設けた位置
に配置し、２つの光路差を有する像より検出してもよい
ものである。また、上述した実施例の位相光学素子を、
図１１、図１２に示されるもので置換えてもよいもので
ある。

【００３６】例えば、図１１に於いては、フィルム等価
面近傍に像を伝達するコンデンサレンズＣＬが配置さ
れ、セパレータレンズＳＬ１、ＳＬ２にて撮影光学系の
異なった瞳の情報のみが抜出され、ミラーＭ１、Ｍ２、
Ｍ３、Ｍ４にてセンサ３５上に多重像が構成される。こ
こで構成される多重像は、合焦時には像ずれのない像が
構成されるようにする。

【００３７】また、図１２（ａ）は、フィルム等価面近
傍に像を伝達するコンデンサＣＬが配置され、セパレー
タレンズＳＬと絞りマスクＦＭにて、異なった瞳の情報
のみがセンサ３５に導かれるようになっている。図１２
（ｂ）は、上記絞りマスクＦＭの一例を示したものであ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ゼロク
ロス点が高周波帯域で、被写体の周波数、ノイズの影響
を受けても検出精度が悪化せず、また高解像度の光電変
換素子を必要としない合焦点検出装置を提供することが
でき、広視野の場合でも簡単な構成にて高速に合焦点を
検出を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の合焦点検出装置の第１の実施例とし
ての概念を示すブロック図である。

【図２】この発明の原理の概略を説明するもので、撮像
光学系に於いて被写体像が横ずれする様子を示した図で
ある。

【図３】この発明の原理の概略を説明するもので、撮像
光学系のデフォーカス量に応じて第１の光学系が横ずれ
した場合の周波数伝達特性を示した図である。

【図４】この発明の合焦点検出装置をカメラに応用した
第２の実施例の構成を示すブロック図である。

【図５】カメラの実装状態を示した概略構成図である。

【図６】第２の実施例でカメラ側のシーケンスを説明す
るフローチャートである。

【図７】周波数検出のサブルーチン“周波数検出”のシ
ーケンスを示したものである。

【図８】ゼロクロス点予測検出のサブルーチンプログラ
ム“ゼロクロス点検出”のシーケンスを示したものであ
る。

【図９】撮影レンズ１９の駆動方向を決定するサブルー
チンプログラム“レンズ駆動方向決定”のシーケンスを
示したものである。

【図１０】この発明の第３の実施例で、２次結像位置に
位相光学素子を光路差を設けた位置に配置した例を示し
た図である。

【図１１】この発明の第４の実施例として位相光学素子
を置換えた例を示した図である。

【図１２】この発明の第５の実施例として位相光学素子
を置換えた例を示した図である。

【図１３】ゼロクロス点を検出して合焦点を検出する簡
単な原理図で、被写体像の周波数特性を示した図であ
る。

【図１４】ゼロクロス点を検出して合焦点を検出する簡
単な原理図で、デフォーカス量に応じた撮像光学系の周
波数特性を示した図である。

【図１５】ゼロクロス点を検出して合焦点を検出する簡
単な原理図で、デフォーカス量に応じた検出像周波数特
性を示した図である。

【符号の説明】

１１…撮像光学系、１２…第１の光学系、１３…第２の
光学系、１４…光電変換素子、１５…周波数検出装置、
１６…ゼロクロス検出装置、１７…デフォーカス量算出
装置、１８…駆動装置、１９…撮影レンズ、２０…位相
光学素子、２１…リレー光学系、２２…センサ、２３…
Ｉ／Ｆ回路、２４…ＦＣＰＵ、２５…モータ、２６…モ
ータドライブ回路、２７…ＬＣＤ、２８…ＭＣＰＵ、２
９…ハーフミラー、３０…ファインダ、３１…ミラー、
３２…縮小光学系、３３…ＡＦミラー、３４…２次元セ
ンサ。

【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】合焦点検出装置

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、撮像光学系のゼロクロス点が高周波帯域で、被写体
の周波数、ノイズの影響を受けても検出精度が悪化せ
ず、また高解像度の光電変換素子を必要としない合焦点
検出装置を提供することを目的とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】このような構成に於いて、第１の光学系１
２で撮像光学系１１のデフォーカス量に応じて被写体像
がずらされて多重像が構成され、この第１の光学系１２
にて作成された像が第２の光学案１３を経て光電変換素
子１４に導かれる。この光電変換素子１４では、光分布
像が電気信号の像に変換される。そして、光電変換素子
１４からの信号より周波数検出装置１５にて検出像の周
波数が検出され、加えて検出像の周波数成分からゼロク
ロス検出装置１６にてゼロクロス点が予測検出される。
デフォーカス量算出装置１７では、検出したゼロクロス
点より撮像光学系１１のデフォーカス量を検出すると共
に、算出した撮像光学系１１のデフォーカス量に応じて
駆動装置１８を介して撮像光学系１１を駆動する。こう
して、１面の光電変換素子にて光量を無駄にすることな
くデフォーカス量を算出することができる。次に、この
発明の合焦点検出装置をカメラに応用した第２の実施例
について説明する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】サブルーチンプログラム“周波数検出”が
スタートされると、ステップＳ２１にて、フォーカス領
域の信号の読出しが行われる。具体的には、データがＤ
（ｉ，ｊ）に格納される（但し、ｉ，ｊは０＜ｉ≦ｍ，
０＜ｊ＜ｎで２の乗数の整数）。次いで、ステップＳ２
２にて、データが１次元化データＥ（ｉ）に投影変換さ
れる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、撮影レ
ンズのゼロクロス点が高周波帯域で、被写体の周波数、
ノイズの影響を受けても検出精度が悪化せず、また高解
像度の光電変換素子を必要としない合焦点検出装置を提
供することができ、広視野の場合でも簡単な構成にて高
速に合焦点を検出を行うことが可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像光学系と、撮像光学系の１次結像付近の位置で、デフォーカスに応
じて像を複数方向にシフトする光学系と、上記撮像光学系と上記光学系を通過した被写体光を電気
信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子から出力される上記電気信号により像の周
波数成分を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段の検出周波数成分より周波数成分の
ゼロクロス周波数を検出するゼロクロス検出手段と、このゼロクロス検出手段より検出されたゼロクロス周波
数より上記撮像光学系のデフォーカス量を検出するデフ
ォーカス量検出手段とを具備することを特徴とする合焦
点検出装置。