JPH07199052A

JPH07199052A - 焦点検出方法および距離測定方法

Info

Publication number: JPH07199052A
Application number: JP5350274A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Goto; 尚志後藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04
Also published as: US5572011A

Abstract

(57)【要約】【目的】周期性のある被写体に対しても正確に合焦検
出ができ、デフォーカスの方向および量を容易に迅速に
算出できる焦点検出方法を提供する。【構成】物体からの光束を、対物レンズの瞳上の異な
る複数の領域を通過する光束に分割し、これらの光束を
複数の受光素子を持つ光電変換手段で受光して複数の光
電変換出力信号を取り出し、これら複数の光電変換出力
信号から視差像加算光強度分布を求め、これからコント
ラスト演算を行ってデフォーカスの方向および量を求め
て焦点状態を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカメラや顕微鏡
等の撮影光学系を通過した光束を用いて合焦検出の評価
を行う焦点検出方法に関するものである。本発明は、さ
らにコンパクトカメラに用いる測距装置や車間距離測定
装置などにおいて物体までの距離の評価を行う距離測定
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カメラや顕微鏡などの光学装置の焦点を
検出し、その結果を用いて合焦させる焦点検出装置は種
々提案されている。その中で撮影光学系または撮影光学
系の一部を通過した光束を用いて焦点検出するものは、
撮影距離によるパララックスがなく、また合焦時に、撮
影レンズ等の製作誤差や合焦させるための撮影レンズの
駆動誤差を確認し補正でき、さらにレンズを交換して
も、焦点検出装置に入射する光束が確保されていれば合
焦精度は変わらないという利点があるので、一眼フレッ
クスカメラを中心に広く採用されている。このような撮
影光学系または撮影光学系の一部を通過した光束を用い
て焦点検出する代表的なものとして、撮影光学系の異なる瞳を通過した光束を一対のレンズ
で再結像させ、得られた２画像の像間距離がデフォーカ
スに応じて変化することを利用して像の光強度分布の差
を評価し、焦点を検出するいわゆる位相差方式と、撮影光学系により形成される画像のコントラストを検
出し、そのコントラストが最大になる位置を探すことに
より焦点を検出するいわゆるコントラスト方式がある。

【０００３】先ず、図１を参照して位相差方式の原理を
説明する。図１に示すように、撮影レンズ１によって形
成される像の予定結像面（予定焦点面，フィルム共役
面）２の近傍に配置されたコンデンサーレンズ３と、コ
ンデンサーレンズ３の後方に配置された合焦精度を確保
し得る間隔を以て並列して配置された一対のセパレータ
レンズ１１と、セパレータレンズ１１から射出した光束
の結像位置に配置された光電変換素子列１２とより構成
されている。

【０００４】撮影レンズ１が合焦状態にあれば予定結像
面２上に物体像Ｉが結像される。この物体像Ｉは、上記
コンデンサーレンズ３と複眼の再結像用のセパレータレ
ンズ１１により撮影レンズ１の光軸に対して垂直な２次
結像面（光電変換素子列１２）上に再結像されて第１像
Ｉ₀₁と第２像Ｉ₀₂となる。撮影レンズ１が前ピン、すな
わち予定結像面２の前側に物体像Ｆが形成される場合、
その物体像Ｆは互いに撮影レンズ１の光軸に近づいた形
で前記光軸に対して垂直に再結像されて第１像Ｆ₀₁と第
２像Ｆ₀₂となる。また、撮影レンズ１が後ピン、すなわ
ち予定結像面２の後側に物体像Ｂが形成される場合、そ
の物体像Ｂは互いに前記光軸に離れた形で前記光軸に対
して垂直に再結像されて第１像Ｂ₀₁と第２像Ｂ₀₂とな
る。これら第１像と第２像は同一方向を向いている。位
相差方式においては、これら第１像と第２像の受光素子
列１２上の光の強度分布パターンを比較演算し、その位
相差量から焦点を検出するものである。上記の様な構成
を有する焦点検出光学系は、これまでに数多く提案され
ており、例えば特開昭５５−１１８０１９号公報、特開
昭５８−１０６５１１号公報及び特開昭６０−３２０１
２号公報に記載のものがある。

【０００５】次に、図２および３を参照してコントラス
ト方式の原理を説明する。図２および３に示したもの
は、撮影レンズ１によって形成される像の予定結像面２
の近傍に配置されたコンデンサーレンズ３と、コンデン
サーレンズ３の後方に配置された再結像レンズ１３と、
予定結像面２と共役な位置の近傍に配置された光電変換
素子列１４とにより構成されている。図２は撮影レンズ
１を通過した光束が予定結像面２上に結像した状態（合
焦状態）、図３は撮影レンズ１を通過した光束が予定結
像面２より前側に結像した状態（前ピン状態）を示して
いる。図２の合焦状態では、光電変換素子列１４上のボ
ケは少なく、つまりコントラストは高い。図３の状態で
は、光電変換素子列１４上のボケは大きく、つまり、コ
ントラストは低い。撮影レンズ１を常にコントラストが
増加する方向へ移動させるように構成すれば、撮影レン
ズを合焦位置に移動でき焦点合わせを行なうことができ
る。また、特開昭６３−１２７２１７号公報に記載され
ているように撮影レンズにより形成される画像の、予定
結像面近傍の２つの位置のコントラストを検出し、これ
に基づいて焦点を検出することもできる。さらに、再結
像レンズ１３を動かすことにより焦点位置を検出するこ
とができることも知られている。

【０００６】また、撮影レンズ系を通った光束を用い
ず、別個に設けた焦点検出光学系で被写体側からの光束
を取り入れ、被写体までの距離の測定を行なうタイプの
位相差方式の焦点検出装置を搭載したカメラシステムも
製品化されている。このタイプは、撮影用光束と焦点検
出用光束を分光したり、または切り換えたりする機構が
必要でないのでカメラシステムのコンパクト化や簡素化
が可能で、特に撮影レンズを取り替える必要のないカメ
ラシステムに適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の位相差方式の焦
点検出方法は、特に被写体が周期性のある光強度分布、
具体的には縞状の被写体に対して合焦検出精度または測
距精度が著しく劣化する特性がある。特公平５−３２７
３３号公報には位相差方式の焦点検出方法で周期性のあ
る光強度分布を持つ被写体に対する合焦検出誤差や誤測
距を防ぐ提案がされている。この提案では、重心間距離
が不等間隔であるか少なくとも１個の形状が他の形状と
異なる並列した３つの開口部と、それぞれに対応する再
結像レンズと、それぞれに対応する光電変換素子列とか
ら構成される焦点検出光学系を有し、それぞれの光電変
換素子列からの出力の相関演算を施して合焦状態を判別
することにより、周期性のある光強度分布を持つ被写体
に対する合焦検出誤差や誤測距を防ぐようにしている。
すなわち、相関演算できる光電変換素子列からの出力の
組み合わせは３通りあり、この３通りの相関演算の結果
がすべて合焦ならば合焦と判断し、一つでも非合焦の結
果がでれば残りの２つの組み合わせによる相関演算の結
果が合焦でも周期性のある光強度分布による誤測距と判
断する。この方法によれば、周期性のある光強度分布に
よる合焦検出誤差や誤測距をかなり防ぐことができる。
しかし、この方法では、３通りの相関度を評価し、すべ
ての相関度の高いポイントを探す必要がある。このポイ
ントは、２像間隔の変化にともない評価尺度の値が徐々
に変化し、そのピーク値を探すことによって求めること
ができず、測距可能な検出範囲全ての相関を算出しなけ
ればならないので、合焦までの時間がかかるという欠点
がある。

【０００８】また、従来の位相差方式による焦点検出方
法は、検出光束の重心光線の角度が大きいほど焦点検出
精度は向上するが、この角度を大きくするとＦ値の大き
い撮影レンズの焦点が検出できなくなる欠点がある。

【０００９】また、従来の位相差方式の焦点検出方法
は、限られた１つの受光素子列の長さにおいて、測距精
度と測距範囲とは相反する条件となる。すなわち、測距
精度を上げると測距範囲が狭くなってしまう。また、測
距視野の大きさと測距可能距離範囲の大きさとも相反す
る条件となる。

【００１０】さらに、従来の位相差方式の焦点検出方法
は収差の影響を含めて焦点検出を行うことができない欠
点がある。収差の影響による焦点ずれの情報を撮影レン
ズに持たせ、これを焦点検出時に読出させることも提案
されているが、レンズの製作誤差やズームレンズなどの
変倍時の各レンズ群の停止精度を含めた収差の影響によ
る焦点ずれの影響の情報を撮影レンズに持たせるのは実
際上困難であり、さらに軸外の像の収差の影響による焦
点ずれの情報を持たせることも困難である。

【００１１】また、従来のコントラスト方式による焦点
検出方法ではデフォーカスの方向は判断できてもデフォ
ーカス量を算出するのは困難となる欠点がある。

【００１２】本発明の目的の１つは、周期性のある光強
度分布を持つ被写体に対する合焦検出誤差や誤測距が起
きにくくしかも容易にかつ高速でデフォーカス方向やデ
フォーカス量の算出ができる焦点検出方法を提案するこ
とである。本発明の目的の１つは、Ｆ値の小さい撮影レ
ンズに対する焦点検出精度を高くし、かつＦ値の大きな
撮影レンズでも焦点検出を行なうことができ、デフォー
カス方向やデフォーカス量の算出することのできる焦点
検出方法を提案することである。本発明の目的の１つ
は、焦点検出精度が高く、焦点検出領域の大きい、デフ
ォーカス方向やデフォーカス量の算出することのできる
焦点検出方法を提案することである。本発明の目的の１
つは、収差の影響を含めてデフォーカス方向やデフォー
カス量を算出することのできる焦点検出方法を提案する
ことである。本発明の目的の１つは、周期性を有する物
体までの距離を誤りなく迅速に測定することができる距
離測定方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明による
焦点検出方法は、物体からの光束を、撮像光学系の瞳上
の異なった複数の領域を通過する光に分割し、この分割
された複数の光束を、複数の受光素子を有する光電変換
手段によって受光し、上記分割された各々の光束を光電
変換する第１ステップと、上記複数の光電変換された光
電出力信号の内から少なくとも２つの信号を選択する第
２ステップと、上記選択された少なくとも２つの光電出
力信号を、それぞれの信号の任意の位置で加算演算する
第３ステップと、上記任意の位置とは異なった位置に
て、上記少なくとも２つの光電出力信号を加算演算する
第４ステップと、上記第３ステップにて加算された光電
出力信号と、上記第４ステップにて加算された光電出力
信号とを夫々コントラスト演算する第５ステップと、上
記第５ステップによって演算された２つのコントラスト
値から合焦位置の評価を行なう第６ステップとを有する
ことを特徴とするものである。

【００１４】さらに本願の第２の発明による焦点検出方
法は、物体からの光束を、撮像光学系の瞳上の異なる複
数の領域を通過する光に分割し、この分割された複数の
光束を、複数の受光素子を有する光電変換手段によって
受光し、上記分割された各々の光束を光電変換する第１
ステップと、上記複数の光電変換された光電出力信号の
内から少なくとも２つの信号を選択する第２ステップ
と、上記選択された少なくとも２つの光電出力信号を、
それぞれの信号の任意の異なった複数の位置にて、これ
ら複数の位置のそれぞれに応じて加算演算を行なう第３
ステップと、上記第３ステップにて加算演算された複数
の出力値のそれぞれをコントラスト演算する第４ステッ
プと、上記第４ステップによって演算された複数のコン
トラスト値から合焦位置の評価を行なう第５ステップと
を有することを特徴とするものである。

【００１５】本発明による距離測定方法は、物体からの
光束を複数の光に分割し、この分割された複数の光束
を、複数の受光素子を有する光電変換手段によって受光
し、上記分割された各々の光束を光電変換する第１ステ
ップと、上記複数の光電変換された光電出力信号の内か
ら少なくとも２つの信号を選択する第２ステップと、上
記選択された少なくとも２つの光電出力信号を、夫々の
信号の任意の異なった複数の位置にて、これら複数の位
置のそれぞれに応じて加算演算を行なう第３ステップ
と、上記第３ステップにて加算演算された複数の出力値
のそれぞれをコントラスト演算する第４ステップと、上
記第４ステップによって演算された複数のコントラスト
値から物体までの距離の評価を行なう第５ステップとを
有することを特徴とするものである。

【００１６】上述した本発明による焦点検出方法の概念
について説明する。いま、焦点検出光学系の光軸に垂直
な１次元方向の被写体情報を取り込む焦点検出光学系を
想定し、焦点検出光学系の光電変換手段からの出力をＸ
−Ｙ−Ｚ座標系で表現する。すなわち、Ｘ軸方向に像の
位置情報を、Ｙ軸方向に光束の通過した（前記光強度分
布の方向と平行な）１次元の瞳位置情報を、Ｚ軸に光の
強度情報を表すものとする。このときできる３次元像の
Ｘ−Ｚ断面は、例えば図４に示すようにＹ軸の位置にか
かわらず同じ被写体情報を表現しているので同じ形状を
示す（総光量の関係でＺ成分は、係数倍される場合があ
るが形状は同じである）。このようにＹ軸の位置にかか
わらずＸ−Ｚ断面が一致するのは取り込んだ被写体と光
電変換手段が共役関係にある場合であり、その他の場合
は、Ｙ軸の位置によりＸ軸方向にＸ−Ｚ断面の形状がず
れていく３次元像になる。すなわち、この３次元像のＸ
−Ｚ断面の形状のずれ方を評価することにより焦点検出
を行なうことができる。

【００１７】評価する手段は、例えば、この３次元像を
Ｙ−Ｘ平面上に設定されたＹ軸からθの角度をもった直
線の方向にＸ−Ｚ平面に投影し、この像の尖鋭度やコン
トラストが高くなるθのタンジェントで評価してもよい
し、この３次元像をＹ−Ｘ平面上に設定されたＹ軸から
θの角度をもった直線の方向に光強度分布を加算し、加
算された光強度分布のコントラストや尖鋭度を評価し、
このコントラストや尖鋭度が高くなるθのタンジェント
で評価してもよい。ここで、尖鋭度とは、コントラスト
に解像度を加味したものである。この場合デフォーカス
量はほぼtan θに比例する。正確には入射瞳の位置でデ
フォーカス量とtan θの関係は変わるが、後に実施例で
詳細に示す。さらに、実際には瞳の大きさ、光電変換手
段の大きさは有限であることを考慮する必要がある。図
１の場合は、tan θ＝０の時にコントラストが最も高く
なる。このとき、周期性のある被写体を含め、ほとんど
の場合、tan θに対するコントラストのピークは一つで
あるが、確実性を高めるため、コントラストピークを判
断する場合のコントラストの最低値、すなわち下限値を
設定してもよい。これにより、測距視野内が均一に照明
された白い壁などの測距できないケースについては測距
不能の判断を行ったり、光源のノイズや光電変換手段の
ノイズによる所謂偽解像とよばれる現象による焦点のご
検出や誤測距を防ぐことができる。

【００１８】撮影レンズの予定結像面を再結像系で光電
変換手段に再投影するように構成した焦点検出光学系を
例に取りさらに詳細に説明する。被写体を発した光束は
撮影レンズを通過し予定結像面に達し、さらにコンデン
サーレンズと、明るさ絞りと、再結像レンズと、瞳分割
手段と、光電変換手段とからなる焦点検出光学系に入射
する。瞳分割手段は明るさ絞りや再結像レンズが兼ねて
いてもよい。ここでは、一方向に瞳を等間隔にＮ個に分
割するものとして説明する。簡単のため、分割された瞳
に分割方向に順番に番号をつけ１番目の瞳の中心を撮影
レンズの光軸が通るものとする。この焦点検出光学系で
は１次元の像情報を取り込むが、実施例では受光素子列
で像情報を取り込むようにしている。この１次元の方向
をＸ軸とする。さらに該焦点検出光学系の瞳の分割の方
向をＹ軸とする。分割された瞳ごとに前記１次元の像情
報を取り込む。ミラー等の折り返し等の光路の折り曲が
りがないとしたとき焦点検出光学系のある実空間におい
てＸ軸とＹ軸は互いに平行であることが望ましい。瞳の
ケラレやレンズの収差の問題がなく、分割された各瞳に
対応する光学系の倍率が等しい場合、各受光素子列から
の出力特性は同じ形状になる。例えば、撮影レンズの予
定結像面と撮影レンズの光軸の交わるところを発した光
束が各受光素子列に入射する重心位置をＸ軸の原点とす
る。

【００１９】撮影レンズの予定結像面にある像情報は図
５に示すように同じ出力特性となる。撮影レンズの予定
結像面から焦点検出光学系側にある像情報は図６に示す
ように同じ出力特性の形状ではあるが、１番目の瞳に対
応する出力特性からＮ番目の瞳に対応する出力特性まで
Ｘ軸方向に例えばｔ_B（ｔ_B＞０）だけシフトした出力
特性になる。撮影レンズの予定結像面からの焦点検出光
学系と逆側にある像情報は図７に示すように同じ出力特
性の形状ではあるが、１番目の瞳に対応する出力特性か
らＮ番目の瞳に対応する出力特性までＸ軸方向に例えば
ｔ_F（ｔ_F＜０）だけシフトした出力特性になる。した
がってこのシフト量を評価することにより焦点ずれ量を
検出することができる。これが本願の第１の発明の概念
である。この検出方法は、各受光素子列からの出力特性
をＸ軸上でシフトしながら加算し、加算された像情報の
コントラストや尖鋭度を評価し、コントラストや尖鋭度
のピークとなるシフト量を想定し、そのシフト量から焦
点ずれ量を算出する方法が望ましい。この方法をコント
ラスト法と比較する。

【００２０】図８は１次元のセンサでコントラストを検
出する焦点検出光学系を示している。受光素子と共役な
位置にある一点から発した光束は図８に示すように受光
素子上の一点に集光する。受光素子と共役な位置から焦
点検出光学系側にある点Ｂから発した光束は図９に示す
ように受光素子上に広がる。この時、瞳の中心から離れ
た所を通過した光束ほど受光素子上での広がりの外側に
到達している。さらに瞳の中心から離れた方向の受光素
子上での広がりの外側の方向は一致している（図９で太
線で示した光線に注目されたい）。受光素子と共役な位
置から焦点検出光学系と逆側にある点Ｆから発した光束
は図１０のように受光素子上に広がる。このとき、瞳の
中心から離れた所を通過した光束ほど受光素子上での広
がりの外側に到達しているが、瞳の中心から離れた方向
と受光素子上での広がりの外側の方向は逆になっている
（図１０で太線で示した光線に注目されたい）。光軸上
のＦ点、Ｏ点、Ｂ点を発した光線の瞳通過位置をｙ軸上
にとり、受光素子上の光線の到達位置をｘ軸にとってグ
ラフに示すと図１１のようになる。この図は本質的に図
４に示した仮想空間のＸ−Ｙ断面と同じである。

【００２１】図１２は周期性のある光強度分布を持つ被
写体（所謂繰り返しパターンの被写体）を撮影したとき
の出力特性を示すものである。ここでは説明のため周期
ピッチを２＊ｈとした。上述したようにこのような被写
体は所謂位相差方式の焦点検出方法では誤測距を起こし
やすいものである。Ｉ＋２，Ｉ＋１，Ｉ，Ｉ−１，Ｉ−
２の受光素子列からの出力特性をそれぞれ〔２＊ｈ，
ｈ，０，−ｈ，−２＊ｈ〕シフトしたものを加算した出
力特性を図１３（ａ）に、〔ｈ，ｈ／２，０，−ｈ／
２，−ｈ〕シフトしたものを加算した出力特性を図１３
（ｂ）に、〔０，０，０，０，０〕シフトしたものを加
算した出力特性を図１３（ｃ）に、〔−ｈ，−ｈ／２，
０，ｈ／２，ｈ〕シフトしたものを加算した出力特性を
部１３（ｄ）に、〔−２＊ｈ，−ｈ，０，ｈ，２＊ｈ〕
シフトしたものを加算した出力特性を図１３（ｅ）にそ
れぞれ示した。

【００２２】図１３（ｃ）に示す各受光素子列からの出
力特性をシフト量０で加算した特性から得られるコント
ラストが最も高く、シフト量が大きくなるにつれコント
ラストが低下するのがわかる。つまり、最初に２つのシ
フト状態について、例えばシスト量０と、任意のシフト
量において両コントラストを評価し、それらの評価値の
比較に基づいて所謂前ピン状態なのか後ピン状態なのか
判断でき、少ないコントラストの評価回数でデフォーカ
ス量を算出でき、少ない時間で合焦させることができ
る。前ピン状態と後ピン状態の判断ができた時点で、撮
影レンズの駆動を開始しさらに合焦までの時間を短縮し
てもよい。これが本願の第２の発明の概念である。この
ように本発明の焦点検出方法は、コントラスト方式でも
位相差式方式でもない視差像を連続加算してコントラス
トを評価するので視差像加算光強度分布方式とも称すべ
きもので、繰り返しパターンの被写体に対しても、容易
にかつ迅速にデフォーカス量を算出することができ、合
焦検出誤差や誤測距を起こす確率は極めて小さいことが
わかる。ここでは説明のため、瞳を等間隔で分割してい
るが、不等間隔で分割してもよい。

【００２３】さらに、瞳の面積に対しての光の強度が他
の瞳からの光の強度に対して弱い場合や、光そのものが
受光素子に入射しない場合、瞳の伝達が完全にされてい
ないとし、その受光素子列からの出力を加算しないこと
としたり、シフト量に補正を加えたり、ウェイトを掛け
たりしても良い。瞳のケラレ等の情報は、受光素子列か
らの判断でなく、予め記憶されたデータに基づいても良
い。従来の位相差方式やコントラスト方式の場合、出力
特性から瞳のケラレに対する補正等はできなかった。さ
らに、瞳の分割の間隔を不等間隔とする場合には、シフ
ト量に補正を加えてもよい。

【００２４】さらに、各瞳の面積や撮影レンズの収差の
影響を考慮して各受光素子列の出力特性にウェイトを掛
けて加算してもよい。撮影レンズの収差の影響の考慮に
ついて軸上の球面収差を例に説明する。すなわち、合焦
位置は幾何学的には被写体の共役位置となるが、実際の
収差をもつ撮影レンズの場合、例えば光束密度の高い位
置と考えられる。図１４に軸上光束を示した撮影レンズ
系の断面図と瞳の形状との関係を示す。一般に軸上光束
の瞳形状は円形であるが、図１４から明らかなように、
光軸から等間隔に分割した面積を比較すると光軸から離
れた方が面積が大きくなる。この２点を考慮すると、瞳
の位置によるウェイトは例えば（１）式で表してもよ
い。

【数１】但し、Ｗ₁はｉ番目の瞳からの出力に対するウェイト、
ｙ₁はｉ番目の瞳の重心と光軸の距離に比例する値、ｑ
₁はｉ番目の瞳の面積に比例する値とする。光軸を含む
瞳からの出力に対するウェイトＷ₁については、｜ｙ₁
｜が０となるので、光軸を境に前記瞳を瞳の分割方向に
分割し、それぞれの重心位置に比例する値をｙ_IU, ｙ_IL
とし、それぞれの瞳の面積に比例する値をｑ_IU, ｑ_ILと
して以下に示す（２）式で求めればよい。

【数２】実際は、所謂コントラスト重視、解像力重視等、システ
ムの特質によってウェイトを構成してもよい。また、撮
影レンズの収差をシフト量の補正により行ってもよい。
なお、Ｗ_iの値の決定には前記瞳のケラレ等の情報を考
慮してもよい。また、位相差方式による焦点検出方法で
提案されているように収差データによる補正を行うこと
は本発明の焦点検出方法でも有効である。なお、このと
き分光感度特性は撮像光学系に合わせてあるとさらに好
ましい。

【００２５】さらに、分割された各瞳に対応する焦点検
出光学系の実質的な倍率が等しく無い場合、これを補正
するようにしてもよい。また、焦点検出光学系の収差を
補正するようにシフト量の補正を行ってもよい。これを
式で示すと例えば次式（３）のようになる。

【数３】ただし、ｗ_iは、各瞳の大きさ、各瞳の重心位置、又は
撮影レンズのＦナンバー等による条件から与えられるウ
ェイトである。ｙ_iは、ｉ番目の瞳の重心位置を示すＹ
軸成分とし、焦点検出系の入射瞳に投影された各瞳の重
心位置の値をとるのが望ましい。ｃは定数とし、ｙ_iが
焦点検出光学系の入射瞳に投影された各瞳の重心位置の
値である場合、入射瞳位置の逆数をとるのが望ましい。
入射瞳位置が無限遠の場合、ｉ番目の瞳の重心位置を通
過する光線が焦点検出系に入射する時の光軸と成す角度
をθ_iとしたとき、ｃ＊ｙ_iがtan θ_iを示すようにｃ
とｙ_iを設定するのが望ましい。Δｔ_iは撮影レンズの
収差や焦点検出光学系の特性から与えられる補正値であ
り、ｘに関する関数としてもよい。Δｙ_iは瞳のケラレ
や焦点検出光学系の特性から与えられる補正値である。
ｂ_iは各瞳開口を通過する光束による実質的な焦点検出
光学系の倍率である。関数ｓ_i（ｘ）は、ｉ番目の瞳に
対応する光電変換手段からの出力された受光素子列出力
特性で、ｘは各受光素子列への光線の入射位置に対応し
ている。またはこの受光素子列の出力特性を補間した光
強度分布特性としてもよい。上述した関数ｈ（ｔ，ｘ）
は、視差像加算光強度分布であり、この光強度分布から
得られる像情報のコントラストまたは尖鋭度の高くなる
ｔを求める。このときデフォーカス量ｄは、以下に示す
（４）式から求まる。

【数４】ｆ（ｔ）は、焦点検出光学系の入射瞳位置によりほぼ決
定される関数で、入射瞳位置が無限の場合、ほぼｄとｔ
は比例関係にあり、入射瞳位置が有限の場合も、合焦点
近傍ではほぼｄとｔは比例関係にある。すなわち、合焦
点近傍では定数ｃを適切に決めることにより、ｄ＝ｔと
してもよい。入射瞳位置を考慮した場合、次式（５）式
でｆ（ｔ）を表してもよい。ただし、ｅｐは焦点検出光
学系の入射瞳位置である。

【数５】

【００２６】後述する実施例で詳細な構成を示すが、本
発明に対応する焦点検出光学系は、本出願人が特願平４
−２９２９８７号や特願平５−６４０８４号で提案した
焦点検出光学系でもよい。

【００２７】次に上述した視差像加算光強度分布を評価
する方法についてさらに説明する。上述した（３）式で
得られた視差像加算光強度分布ｈ（ｔ，ｘ）に基づいて
コントラストを算出する方法は、所謂コントラスト方式
の焦点検出方法において、受光素子列から出力された受
光素子列上の光強度特性を評価する方法と同様の方法を
用いることができ、この方法については数多く提案され
ている。例えば、ＮＨＫ技術研究昭４０．第１７巻
第１号通巻第８６号２１頁から３７頁、「山登りサ
ーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」では、受
光素子列上の光強度特性（この文献では照度分布と記載
されている）をフーリエ変換してコントラスト（この文
献では空間周波数に対するレスポンス特性または周波成
分の振幅と記載され、さらに周波成分の振幅を焦点量と
して評価量としている）を求める方法について記載され
ている。また、この文献では、周波成分の選択について
も記載している。

【００２８】さらに、所謂尖鋭度を算出する方法も、所
謂コントラスト方式の焦点検出方法において、受光素子
列から出力された受光素子列上の光強度特性の尖鋭度を
評価する方法を用いることができ、この方法についても
数多く提案されている。例えば、特開昭５１−８０２２
３号公報や特開昭５６−１５５９０９号公報に示されて
いる。また、特開昭５９−１５５８０７号公報では位相
差方式による焦点検出方法において１つの受光素子列か
ら出力された受光素子列上の光強度特性の尖鋭度（この
公報ではコントラストと記載している）を求めることに
ついて記載されている。上述した特開昭５１−８０２２
３号公報では、受光素子列のｉ番目の素子からの電気信
号をＰｉとして次式（６）でＦを求めている。

【数６】尖鋭度（鮮明度）が高いとＦが高くなり、尖鋭度（鮮明
度）が低いとＦが小さくなる。この他にも、基本的に受
光素子列上の光強度特性を等間隔に区切り、それぞれ隣
または、特定の区切り分離れた位置の光強度の差分の絶
対値（或いは、特開昭５１−８０２２３号公報に記載去
れているように実質的に差分の絶対値に対して単純増加
関数または単純減少関数で算出される値）を加算して前
記のＦのように実質的に尖鋭度（鮮明度）に対して単純
増加関数または単純減少関数の関係にある値を求めるこ
とが数多く提案されている。

【００２９】本発明による焦点検出方法では、視差像加
算光強度分布ｈ（ｔ，ｘ）について、求めたい視野によ
って定まるｘの区間において、基本的に視差像加算光強
度分布ｈ（ｔ，ｘ）の光強度特性をｘに関して等間隔に
区切り、それぞれ隣または、特定の区切り分離れた位置
の光強度の差分の絶対値（或いは、特開昭５１−８０２
２３号公報のように実質的に差分の絶対値に対して単純
増加関数で算出される値）を加算してＣ（ｔ）を求め、
このＣ（ｔ）が最大となるｔを求めて、（４）式よりデ
フォーカス量ｄを求める。この時、差分をとる光強度の
特定の区間を積分した値や平均した値を用いてもよい。
また、視差像加算光強度分布ｈ（ｔ，ｘ）の光強度特性
をフーリエ変換によりｘに関する周波数解析を行い、特
定周波数、または複数るあいは連続した周波数における
コントラストＣ（ｔ）を求め、Ｃ（ｔ）が最大となるｔ
を求めて、（４）式よりデフォーカス量を求めてもよ
い。

【００３０】

【実施例】

（第１実施例）図１５は本発明による焦点検出方法の第
１実施例を実施する焦点検出光学系を一眼レフカメラボ
ディの底部に配置したものを示したものである。図１６
は第１実施例の焦点検出光学系を示したものである。撮
影レンズ１の予定結像面２の近傍に配置されたコンデン
サーレンズ３と、コンデンサーレンズ３の後方に配置さ
れたミラー４と、ミラー４の後方に配置された図１５に
おいて紙面と垂直な方向に並ぶ５つの開口部５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅと、それぞれの開口部に対応する
ように図１５において紙面と垂直な方向に配列された５
つの再結像レンズ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅと、こ
れらの再結像レンズから射出した光束の結像位置付近に
配置された受光素子列７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅと
から構成されている。各受光素子列の受光素子の並ぶ方
向は図１５においては紙面と垂直な方向である。カメラ
のその他の光学系は図面から明らかであるのでここでは
説明しない。

【００３１】図１７に開口部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，
５ｅの配置と再結像レンズ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６
ｅの頂点をコンデンサーレンズの光軸方向から見た図と
して示した。本実施例での開口部５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄ，５ｅの中心を結ぶ線分に投影した予定結像面の撮影
レンズ１の光軸上を発し各開口部に入射する光束の角度
範囲（外側の光線の角度θ₀、内側の光線の角度θ₁、
光束の重心角度θ_c、ただし、予定結像面を発した時の
撮影レンズ１の光軸となる角度）をタンジェントで示し
たものを表１に示す。参考にＦナンバーに換算した値を
（）内に示す。

【表１】

【００３２】受光素子列７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ
からの出力は、予定結像面２上に設定した光の強度分布
の出力が重なるようにし、これを基準とする。すなわ
ち、予定結像面の光軸上から発した光束による出力の中
心位置をｘ＝０とする。予定結像面の光軸上から受光素
子列の並び方向に１ｍｍ離れた位置Ｐ（１）から発した
光束による出力の中心位置をｘ＝１とする。予定結像面
の光軸上から位置Ｐ（１）と反対方向の受光素子列の並
び方向に１ｍｍ離れた位置Ｐ（−１）から発した光束に
よる出力の中心位置をｘ＝−１とする。実際の受光素子
列は受光素子からなり出力特性は連続的ではないが補間
して各位置の出力を求めてもよい。このように設定した
受光素子列７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅからの出力特
性をそれぞれＳａ（Ｘ），Ｓｂ（Ｘ），Ｓｃ（Ｘ），Ｓ
ｄ（Ｘ），Ｓｅ（Ｘ）とする。例えば、測距視野を光軸
を基準に−２ｍｍから２ｍｍとする。次に視差像加算強
度分布ｈ（ｔ，ｘ）を次の（７）式で求める。

【数７】この（７）式で求めた関数ｈ（ｔ，ｘ）において、測距
する範囲における該視差像加算光強度分布の尖鋭度また
はコントラストが最大となるｔを求める。焦点検出光学
系の入射瞳位置が無限の場合、１ｍｍ＊ｔがデフォーカ
ス量となる。焦点検出光学系の入射瞳位置が無限で無い
場合も、合焦位置近傍では１ｍｍ＊ｔがデフォーカス量
となる。この時、尖鋭度またはコントラストを算出する
範囲を測距視野より狭くして、例えば測距視野内で最も
短い被写体距離を検出してもよい。

【００３３】デフォーカス量が大きい場合、ｘ＋ｙ_a＊
ｔやｘ＋ｙ_e＊ｔの絶対値が大きくなり、受光素子列の
長さが足りなくなる場合、受光素子列７ａや受光素子列
７ｅの出力特性を加算しなくてもよい。この場合、精度
（ｔの分解能）が劣化するが、概略の合焦状態にするこ
とはできる。Ｆ値等の条件で精度的に問題ない場合や、
合焦精度よりタイムラグの短さが優先される場合、この
状態で露光仕手もよい。又、高い合焦精度が要求される
場合、概略の合焦状態から再度合焦作用を働かせること
により、高い合焦精度で露光できる。即ち、概略の合焦
状態では、ｘ＋ｙ_a＊ｔやｘ＋ｙ_e＊ｔの絶対値は小さ
く、受光素子列７ａや受光素子列７ｅの出力特性を加算
することができ、ｔの分解能を高くすることができる。
又、撮影レンズのＦ値が大きく、例えば、Ｆ２．８の場
合、分割された瞳５ａや５ｅは撮影レンズの瞳伝達が出
来ないので受光素子列７ａや受光素子列７ｅの出力特性
を加算しなくてもよい。Ｆ値が大きいので精度的な問題
は実用上起きないと考えられる。又、瞳の伝達が全く出
来ていない場合、受光素子列７ａや受光素子列７ｅの出
力は無くなるのでこれを加算しても問題ない。瞳の伝達
が一部出来ている場合、ｙ_aやｙ_eに補正値を加えるこ
とにより、加算することができる。補正値は記録された
撮影レンズの情報から決定しても良いし、受光素子列７
ｂや受光素子列７ｃや受光素子列７ｄの出力の強さと比
較して決定してもよい。

【００３４】図１８に本実施例での受光素子列７ａと受
光素子列７ｃの光量の強さの比率とｙ_aの補正値Δｙ_a
の関係を示す。この補正値の求め方は、比較する受光素
子列に対応する瞳の面積比と補正する瞳の位置により決
定される。本実施例では、各瞳の大きさは同じにしてあ
るが、光量比が１：２の時の瞳７ａのケラレの想定図を
図１９に示す。この図からケラレた状態の瞳に重心位置
を求め、もとの瞳の重心位置からのズレが補正値に対応
する。

【００３５】また、測距する最初の段階は、受光素子列
７ｂ、受光素子列７ｃ、受光素子列７ｄからの出力から
測距してもよい。このようにすると、精度は劣化する
が、取り扱う信号の量が少ないので、計算時間が短くな
る。また、前述のように広いデフォーカスの検出ができ
る。また、最大コントラストが得られるｔ以外の加算時
において、加算されて得られるコントラストは、受光素
子列７ａ、受光素子列７ｅを加えた場合より高い値が得
られるので効率の良いｔの検索が可能になる。概略合焦
状態にした後、Ｆ値等の条件で精度的に問題ない場合
や、合焦精度よりタイムラグの短さが優先される場合、
この状態で露光してもよい。又、高い合焦精度が要求さ
れる場合、概略の合焦状態から受光素子列７ａ、受光素
子列７ｅの情報を加え再度合焦作用を働かせることによ
り、高い合焦精度で露光できる。また、例えば被写体が
明るいなどの条件により、受光素子列７ａ、受光素子列
７ｂ、受光素子列７ｅ等の一部の受光素子列からの情報
だけから焦点検出をしてもよい。

【００３６】Ｓａ（Ｘ），Ｓｂ（Ｘ），Ｓｃ（Ｘ），Ｓ
ｄ（Ｘ），Ｓｅ（Ｘ）をＳ₁（Ｘ），Ｓ₂（Ｘ），Ｓ₃
（Ｘ），Ｓ₄（Ｘ），Ｓ₅（Ｘ）に置き換えると、
（７）式は（３）式に置き換えることができる。本実施
例での以上の説明では、受光素子列の出力特性のスケー
ルを調整しているので、ｂ₁＝１，ｙ₁の値を角度換算
しているので、Ｃ＝1 となる。各瞳の面積は同じになっ
ており、撮影レンズの収差や焦点検出光学系の収差を考
慮していないので、Δｔ₁＝０，Δｙ₁＝０，ｗ₁＝１
としている。ただし、撮影レンズのＦ値やｔの絶対値が
大きいときは、ｗ₁＝０，ｗ₅＝０としたり、瞳のケラ
レに対しては、Δｙ₁やΔｙ₅に補正値を入れることに
なる。当然のことながら、撮影レンズの収差や焦点検出
光学系の収差を考慮して、Δｔ₁ ，Δｙ₁，ｗ₁の数値
を設定したり、受光素子列の出力特性の処理や焦点検出
光学系の設計によっては、ｂ₁やｃの数値を設定しても
よい。また、図１６に示した焦点検出光学系のレイアウ
トは、センサーレイアウトの集積化のために図２０のよ
うにしても良い。

【００３７】さらに、上述した式（７）で求めた関数ｈ
（ｔ，ｘ）において、測距する範囲における該視差像加
算光強度分布の尖鋭度またはコントラストが最大となる
ｔを求める方法を詳細に説明する。前述のようにフーリ
エ変換によりコントラストを求めてもよいし、視差像加
算光強度分布の差分から尖鋭度を求めてもよいが、本実
施例では尖鋭度から求める一例を示す。

【００３８】測距する範囲をＸＬからＸＲとし、受光素
子列のピッチをＰとすると次式（８）で求めることがで
きる。ただし、Σ′はｉをＰごとに計算するという意味
である。

【数８】ここでは、受光素子列のピッチを差分を算出する間隔に
したが、本発明はこれに限定されるものではない。特
に、加算する受光素子列の数や瞳の配置により最適な間
隔を定めてもよい。又、次式（９）のように差分を算出
する間隔と積算していく間隔を異ならせてもよい。この
（９）においてΣ″はｉをＰ′ごとに計算するという意
味であり、Ｐ≠Ｐ′である。

【数９】また、上述した（９）式を以下の（１０）式に置き換え
てもよい。

【数１０】

【００３９】さらに、Ｃ（ｔ）が最大値となるｔを求め
る方法についての一例を示す。デフォーカス量が（４）
式で求まるとして、また求められる焦点検出精度をΔｄ
として、ｆ（０）＝０，ｆ（ΔＴ）≦Δｄであるとき、
図２１に示すフローチャートに従ってデフォーカス量Ｄ
を求める。順次Ｃ（ｔ）を比較して最大値を求める点で
は、所謂コントラスト方式の山登り法に似ているが、コ
ントラスト方式の山登り法は、１回の比較毎に撮影レン
ズ又は焦点検出レンズを駆動し、受光素子列で光強度分
布を読み込む必要があるのに対して、本発明では、一度
の光強度分布を読み込んでデフォーカス量を算出するこ
とができる点で本質的に異なる。本発明の焦点検出方法
は、コントラスト方式の山登り法に対し、レンズ駆動に
よる誤差要因の有無、レンズ駆動のためのエネルギの効
率、焦点検出のための時間等で優れている。

【００４０】Ｃ（ｔ）が最大値となるｔを求める方法に
ついての別の一例を次に説明する。今、Ｃ（ｔ）が最大
値となるｔをＴとし、適当に決めた間隔をΔＴ′とし、
Ｃ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ＋Δ
Ｔ′）となるＳを求める。このようなＳを求める方法は
図２２のような方法でも良いし、別の方法でもよい。こ
の時、Ｃ（ｔ）が最大値となるｔは、次の範囲にある。
すなわち、Ｓ−ΔＴ′＜Ｔ＜Ｓ＋ΔＴ′である。この時
のＣ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）を補
間してｔを求める。図２３（ａ）のようにＣ（Ｓ−Δ
Ｔ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）が得られたとす
る。補間の方法は、Ｔ近傍におけるＣ（ｔ）を簡単な関
数と仮定し、求める方法がある。例えばＴ近傍において
Ｃ（ｔ）をｔの２次式と仮定する。すなわち、Ｃ（ｔ）
＝Ｅ＊（ｔ−Ｔ）²＋Ｆ、ただし、ＥとＦは定数と仮定
する。この式によれば、Ｃ（ｔ）はＴで極値をとる。図
２３（ｂ）のようにＣ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ
（Ｓ＋ΔＴ′）より、この式の定数Ｅ，Ｆ，Ｔが求ま
る。すなわち、図２３（ｃ）のようにＣ（ｔ）が最大値
となるｔが求まる。ΔＴ′が大きいと、簡単にＣ（Ｓ９
＞Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）と
なＳを求めることができるが、Ｃ（ｔ）と仮定した２次
式の乖離が大きくなる。大きなΔＴ′で求めたＴを基
に、小さなΔＴ′でこの作業を繰り返し、Ｃ（ｔ）と仮
定した２次式の乖離が小さくし、より検出精度を上げて
もよい。この場合、既に取り込んだ光強度分布を使って
もよいし、撮影レンズを大きなΔＴ′で求めたＴで求ま
るデフォーカス情報で仮合焦させ、その状態で取り込ん
だ光強度分布を使ってもよい。また、撮影レンズを大き
なΔＴ′で求めたＴで求まるデフォーカス情報での合焦
作動と小さいΔＴ′でＴを求める作業をほぼ同時に行っ
てもよい。

【００４１】Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ（Ｓ＋Δ
Ｔ′）からＴを求める別の補間方法を示す。図５３
（ａ）のようにＣ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ（Ｓ＋
ΔＴ′）が得られたとする。Ｃ（ｔ）がＴ近傍におい
て、Ｃ（Ｔ−ｘ）＝Ｃ（Ｔ＋ｘ）（ただしｘは任意の
値）であると考え、Ｔを求めるために次の関数を考え
る。Ｃ′（ｔ）＝Ｇ＊｜ｔ−Ｔ｜ただし、Ｇは定数である。すなわち、図２４（ｂ）、図
２４（ｃ）のようにＣ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ
（Ｓ＋ΔＴ′）からＧとＴを求める。例えばＣＣ（Ｓ）
＞（Ｓ−ΔＴ′）＞Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）の場合は、次式
（１１），（１２）で示すような手順でＧ，Ｔを求め
る。

【数１１】

【００４２】ΔＴ′が大きい場合には、簡単にＣ（Ｓ）
＞Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ─ΔＴ′）とな
るＳを求めることができるが、Ｃ′（ｔ）＝Ｇ＊｜ｔ−Ｔ｜から求めたＴと本来のＴの乖離が大きくなり、検出精度
が低下することになる。大きなΔＴ′で求めたＴを基
に、小さなΔＴ′でこの作業を繰り返し、Ｃ（ｔ）と仮
定した２次式の乖離を小さくし、より検出精度を上げて
もよい。この場合、既に取り込んだ光強度分布を使って
もよいし、撮影レンズを大きなΔＴ′で求めたＴで求ま
るデフォーカス情報で仮合焦させ、その状態で取り込ん
だ光強度分布を使ってもよい。また、撮影レンズを大き
なΔＴ′で求まるデフォーカス情報での合焦状態に駆動
するのとほぼ同時に小さなΔＴ′でＴを求める作業を行
ってもよい。また、Ｃ（Ｓ−ΔＴ′）とＣ（Ｓ＋Δ
Ｔ′）の差が小さい程、Ｔの精度が高くなるので、Δ
Ｔ′の大きさとＣ（Ｓ−ΔＴ′）とＣ（Ｓ＋ΔＴ′）の
差で合焦作業の終了判断をしてもよい。

【００４３】（第２実施例）第２実施例は本発明を撮影
レンズ系とは独立した焦点検出光学系を持つ撮影装置に
適応したものである。図２５は、第二実施例の撮影装置
を前面から見たものであり、図２６は第二実施例の焦点
検出系を示したものである。図２５に示すようにカメラ
前面には、撮影レンズ１の他にファインダー窓、ＡＥ
窓、ＡＦ窓、ストロボなどがあるが、撮影レンズ１とフ
ァインダー系と焦点検出系とを独立して光束を取り込む
ように構成してある。焦点検出光学系は、一直線上に並
んだ明るさ絞り８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅと、これ
らの明るさ絞りにそれぞれ対応する結像レンズ９ａ，９
ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅと、これら結像レンズとそれぞれ
対応する受光素子列１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，
１０ｅとから構成する。簡単のため、明るさ絞り８ａ，
８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅは同じ形状を有し、等間隔で配
置するものとし、この間隔をｒとする。焦点検出装置の
集積度を上げるために、図２７（ａ）および（ｂ）に示
すようなプリズムを用いた結像レンズを図２８のように
レイアウトしてもよい。図２８では、結像レンズ９ａ，
９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅに図２７（ａ）のプリズム，結
像レンズ９ｂ，９ｄに図２７（ｂ）のプリズムと一体の
レンズを用いることによって図２９のような受光素子列
のレイアウトを実現できる。図２８は各結合レンズが別
体として示されているが、当然一体でも構わない。図２
６に示すように被写体側の測距対象距離内に撮影レンズ
の光軸に垂直な面を設定してこれを基準面とする。この
基準面の位置は、主要被写体の多い例えば撮影倍率が−
１／５０倍から−１／１００倍程度に設定してもよい
し、測距対象距離を逆数で評価しその中心となる距離に
設定してもよい。例えば、受光素子列１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ，１０ｄ，１０ｅからの出力は、基準面上に設定
した光の強度分布の出力が重なるように調整しこれを基
準とする。例えば、基準面の撮影レンズの光軸上の点を
基準点とし、基準点から発した光束による出力の中心位
置をｘ＝０とする。今、撮影レンズによる基準面の倍率
をＢｆとする。すなわち、基準面上で１ｍｍの線分はフ
ィルム面上でＢｆｍｍの線分として結像されるものとす
る。基準面の光軸上から受光素子列の並び方向に１ｍｍ
離れた位置Ｐ（１）から発した光束による出力の中心位
置をｘ＝１とし、予定結像面の光軸上から位置Ｐ（１）
と反対方向の受光素子列の並び方向に１ｍｍ離れた位置
Ｐ（−１）から発した光束による出力の中心位置をｘ＝
１とする。ここで、明るさ絞り８ｃの中心と基準点を結
ぶ線を基準軸とする。また、明るさ絞り８ｃの中心と基
準点の距離を１とする。実際の受光素子列は受光素子か
らなり出力特性は連続的ではないが補間して各位置の出
力を求めてもよい。このように設定した受光素子列８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅからの出力特性をそれぞれ
Ｓａ（ｘ），Ｓｂ（ｘ），Ｓｃ（ｘ），Ｓｄ（ｘ），Ｓ
ｅ（ｘ）とする。例えば、測距視野をフィルム面上で光
軸を基準に−２ｍｍから２ｍｍとする。この時、基準面
上の測距視野の長さは４／Ｂｆとなる。次に視差像加算
光強度分布ｈ（ｔ，ｘ）を上述した（７）式で求める。
ただし、ｙ_a＝１ｙ_b＝１ｙ_c＝０ｙ_d＝−
１ｙ_e＝−２とする。

【００４４】（７）式で求めた関数ｈ（ｔ，ｘ）におい
て、測距する範囲における視差像加算光強度分布の尖鋭
度またはコントラストが最大となるｔを求める。ここで
ｔと被写体距離Ｍは、次式（１３）で示される。

【数１２】この時、尖鋭度またはコントラストを算出する範囲を測
距視野より狭くして、例えば測距視野内で最も短い被写
体距離を検出しても良い。さらに精度はやや落ちるが、
受光素子列１０ａや受光素子列１０ｅの出力特性を加算
しないことにより、測距距離範囲を拡げることをしても
よい。すなわち、測距距離範囲を広げようとするとｙ_a
＊ｔやｙ_e＊ｔの絶対値が大きくなり、受光素子列の長
さが足りなくなるが、ｙ_b＊ｔやｙ_e＊ｔの絶対値は比
較的小さく、演算可能であるためである。

【００４５】式（７）のＳａ（ｘ），Ｓｂ（ｘ），Ｓｃ
（ｘ），Ｓｄ（ｘ），Ｓｅ（ｘ）をＳ₁（ｘ），Ｓ
₂（ｘ），Ｓ₃（ｘ），Ｓ₄（ｘ），Ｓ₅（ｘ）に置
き換えると、（７）式は基本的に（３）式を簡単なもの
にしたといえる。本実施例での以上までの説明では、受
光素子列の出力特性のスケールを調整しているので、ｂ
_i＝１，ｃ＝１となる。撮影レンズの収差や瞳のケラレ
の考慮をする必要がないので、ｗ_i＝１，Δｙ_i＝０と
している。また、焦点検出光学系の収差を考慮していな
いので、Δｔ_i＝０としている。ただし、測距距離範囲
を広げるときは、ｗ₁＝０，ｗ₅＝０としたり、当然の
ことながら、焦点検出光学系の収差を考慮してΔｔ_iの
数値を設定したり、受光素子列の出力特性の処理や焦点
検出光学系の設計によっては、ｂ_iやｃの数値を設定し
てもよい。撮影レンズの収差は、被写体距離から撮影レ
ンズの繰り出し量を算出する際に考慮してもよい。ま
た、本実施例では、被写体距離を算出する方法を示した
が、式（１３）を撮影レンズの繰り出し量自体を算出す
る式に変形してもよい。

【００４６】さらに、式（７）で求めた関数ｈ（ｔ，
ｘ）において、測距する範囲における視差像加算光強度
分布の尖鋭度又はコントラストが最大となるｔを求める
方法について詳細に述べる。前述のようにフーリエ変換
によりコントラストを求めても良いし、視差像加算光強
度分布の差分から尖鋭度を求めてもよいが、本実施例で
は尖鋭度から求める一例を示す。測距する範囲をＸＬか
らＸＲとし、受光素子列のヒッチをＰとし、Σ′はｉを
Ｐごとに計算するものとすると、尖鋭度Ｃ（ｔ）は上述
した式（８）と同様に次式（１４）で表される。

【数１３】ここでは、受光素子列のピッチを差分を算出する間隔に
したが、本発明はこれに限定されるものではない。特
に、加算する受光素子列の数や瞳の配置により最適な間
隔を定めてもよい。また、差分を算出する間隔と積算し
ていく間隔を異なってもよい。さらに、（１４）式を以
下の（１５）式に置き換えてもよい。

【数１４】

【００４７】ここでＣ（ｔ）が最大値となるｔを求める
方法についての一例を示す。被写体距離が（１３）式で
求まり、撮影レンズが無限遠距離にある被写体に合焦し
ている状態でのデフォーカス量が（４）式で求まると
し、また求められる焦点検出精度をΔｄとして、ｆ′
（ΔＴ）≦Δｄであるとき、図２１に示すフローチャー
トに従い、デフォーカス量Ｄを求める。順次Ｃ（ｔ）を
比較して最大値を求める点で、所謂コントラスト法の山
登り法に似ているが、コントラスト法の山登り法は、１
回の比較毎に撮影レンズ又は焦点検出レンズを駆動し、
受光素子列で光強度分布を読み込む必要があるのに対し
て、本発明は、一度の光強度分布を読み込みでデフォー
カス量を算出することができる点で本質的に異なってお
り、コントラスト法の山登り法に対し、レンズ駆動によ
る誤差要因の有無、レンズ駆動の為のエネルギの効率、
焦点検出の為の時間等で優れている。

【００４８】Ｃ（ｔ）が最大値となるｔを求める方法に
ついての別の一例を示す。Ｃ（ｔ）が最大値となるｔを
Ｔとする。適当に決めた間隔をΔＴ ′とし、Ｃ（Ｓ）
＞Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）とな
るＳを求める。このＳを求める方法は図２２のフローチ
ャトに示すものでも良いし、別の方法でもよい。このと
き、Ｃ（ｔ）が最大値となるｔは、次の範囲にある。す
なわち、Ｓ−ΔＴ′＜Ｔ＜Ｓ＋ΔＴ′である。このとき
の（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）を補間
してｔを求める。補間の方法は、Ｔ近傍におけるＣ
（ｔ）を簡単な関数と仮定して求める方法がある。例え
ば、Ｔ近傍においてＣ（ｔ）をｔの２次式と仮定する。
すなわち、Ｃ（ｔ）＝Ｅ＊（ｔ−Ｔ）²＋Ｆ、ただし、
ＥとＦは定数と仮定する。この式によれば、Ｃ（ｔ）は
Ｔで極値をとる。Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ（Ｓ
＋ΔＴ′）より、この式の定数Ｅ，Ｆ，Ｔが求まる。す
なわち、Ｃ（ｔ）が最大値となるｔが求まる。ΔＴ′が
大きいと、簡単にＣ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ
（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）となるＳを求めることができ
るが、Ｃ（ｔ）と仮定した２次式の乖離が大きくなる。
大きなΔＴ′で求めたＴを基に、小さなΔＴ′でこの作
業を繰り返し、Ｃ（ｔ）と仮定した２次式の乖離が小さ
くし、より検出精度を上げてもよい。この場合、既に取
り込んだ光強度分布を使うことができる。また、撮影レ
ンズを大きなΔＴ′で求めたＴで求まるデフォーカス情
報での合焦作動と小さなΔＴ′でＴを求める作業をほぼ
同時に行ってもよい。

【００４９】Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ（Ｓ），Ｃ（Ｓ＋Δ
Ｔ′）からＴを求める別の補間方法を示す。Ｃ（ｔ）が
Ｔ近傍において、Ｃ（Ｔ−ｘ）＝Ｃ（Ｔ＋ｘ）但しｘは
任意の値であると考え、Ｔを求める為に次の関数を考え
る。Ｃ′（ｔ）＝Ｇ＊｜ｔ−Ｔ｜ただし、Ｇは定数、すなわち、Ｃ（Ｓ−ΔＴ′），Ｃ
（Ｓ），Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）からＧとＴを求める。例え
ば、ＣＣ（Ｓ）＞（Ｓ−ΔＴ′）＞Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）の
場合は、以下のような手順でＧ，Ｔを求める。

【数１５】 ΔＴ′が大きいと、簡単にＣ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ−Δ
Ｔ′），Ｃ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）となるＳを求める
ことができるが、Ｃ′（ｔ）＝Ｇ＊｜ｔ−Ｔ｜から求めたＴと本来のＴの乖離が大きくなる。大きなΔ
Ｔ′で求めたＴを基に、小さなΔＴ′でこの作業を繰返
し、Ｃ（ｔ）と仮定した２次式の乖離が小さくし、より
検出精度を上げてもよい。この場合、既に取り込んだ光
強度分布を使うことができる。また、撮影レンズを大き
なΔＴ′で求めたＴで求まるデフォーカス情報での合焦
作動と小さなΔＴ′でＴを求める作業とをほぼ同時に行
なってもよい。また、Ｃ（Ｓ−ΔＴ′）とＣ（Ｓ＋Δ
Ｔ′）の差が小さい程、Ｔの精度が高くなるので、Δ
Ｔ′の大きさとＣ（Ｓ−ΔＴ′）とＣ（Ｓ＋ΔＴ′）の
差で合焦作業の終了判断をしても良い。

【００５０】また、被写体距離を或る基準距離に対して
近いか遠いかを判断すればよい場合、例えば、撮影レン
ズの設定距離が２つだけの撮影システムの場合、例え
ば、Ｃ（ｔ）が最大となるＴとなる時、被写体距離が基
準距離となるように設定し、Ｃ（Ｓ−ΔＴ′）＜Ｃ（Ｓ
＋ΔＴ′）の時は近距離側の撮影レンズ位置にＣ（Ｓ−
ΔＴ′）＞Ｃ（Ｓ＋ΔＴ′）の時に遠距離側の撮影レン
ズ位置に撮影レンズを移動させるシステムでもよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明の焦点検出方法によれば、周期性
のある光強度分布を持つ被写体に対する焦点検出誤差を
小さくすることができ、しかも容易にデフォーカス方向
やデフォーカス量の算出ができる。本発明の焦点検出方
法によれば、Ｆ値の小さい撮影レンズに対する焦点検出
精度を高くし、かつＦ値の大きな撮影レンズの焦点の検
出を行なうことができ、しかもデフォーカス方向やデフ
ォーカス量を算出することのできる。本発明の焦点検出
方法によれば、広い焦点検出領域に亘って高精度の焦点
検出を行うことができ、しかもデフォーカス方向やデフ
ォーカス量を算出することができる。本発明の焦点検出
方法によれば、収差の影響を含めてデフォーカス方向や
デフォーカス量を算出することにより高精度で焦点を検
出することがてきる。さらに本発明による距離測定方法
によれば、周期性のある光強度分布を持つ物体に対する
誤測距を少なくし、物体までの距離を高精度で測定する
ことができる。本発明の距離検出方法によれば、広い測
距領域に亘って高精度の距離測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の位相差方式による焦点検出方法の構成お
よび動作を示す線図である。

【図２】従来のコントラスト方式による焦点検出方法の
動作を示す線図である。

【図３】従来のコントラスト方式による焦点検出方法の
動作を示す線図である。

【図４】本発明による焦点検出方法の原理を示す図であ
る。

【図５】図３の瞳位置をパラメータとして合焦時の像位
置と光量との関係を示す図である。

【図６】図３の瞳位置をパラメータとして後ピン時の像
位置と光量との関係を示す図である。

【図７】図３の瞳位置をパラメータとして前ピン時の像
位置と光量との関係を示す図である。

【図８】合焦時の光束と受光素子列との関係を示す図で
ある。

【図９】後ピン時の光束と受光素子列との関係を示す図
である。

【図１０】前ピン時の光束と受光素子列との関係を示す
図である。

【図１１】図８〜１０の状態での受光素子列上での到達
点と通過瞳位置との関係を示す図である。

【図１２】周期性を持つ被写体に対する受光素子列の出
力を示す図である。

【図１３】（ａ）〜（ｅ）は図１２の出力を異なる態様
でシフトして加算した出力特性を示す図である。

【図１４】撮影レンズの断面と瞳の面積との関係を示す
図である。

【図１５】本発明による焦点検出方法を実施する焦点検
出光学系を組み込んだ１眼レンズを示す線図的断面図で
ある。

【図１６】図１５の焦点検出光学系を示す断面図であ
る。

【図１７】図１５の焦点検出光学系を光軸方向から見た
図である。

【図１８】２つの受光素子列の出力の比率と補正値との
関係を示す図である。

【図１９】瞳のケラレを示す図である。

【図２０】焦点検出光学系の変形例を示す斜視図であ
る。

【図２１】デフォーカス量を求めるフローチャートを示
す図である。

【図２２】コントラストが最大となる位置を求めるフロ
ーチャートを示す図である。

【図２３】（ａ）〜（ｃ）は２次式を用いて補間値を求
める方法を示す図である。

【図２４】（ａ）〜（ｃ）は補間値を求める別の方法を
示す図である。

【図２５】本発明による焦点検出方法を実施する焦点検
出光学系を組み込んだコンパクトカメラの正面図であ
る。

【図２６】図２５に示す焦点検出光学系を示す図であ
る。

【図２７】（ａ）および（ｂ）はプリズムを用いた結像
レンズを示す図である。

【図２８】図２７に示すプリズムを組み合わせた結像光
学系を示す図である。

【図２９】受光素子列の配列を示す図である。

【符号の説明】

１撮影レンズ２予定結像面３コンデンサーレンズ５ａ〜５ｅ開口部６ａ〜６ｅ再結像レンズ７ａ〜７ｅ受光素子列８ａ〜８ｅ開口部９ａ〜９ｅ再結像レンズ１０ａ〜１０ｅ受光素子列

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｂ 13/36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体からの光束を、撮像光学系の瞳上の
異なった複数の領域を通過する光に分割し、これらの分
割された複数の光束を、複数の受光素子を有する光電変
換手段によって受光し、上記分割された各々の光束を光
電変換する第１ステップと、上記複数の光電変換された光電出力信号の内から少なく
とも２つの信号を選択する第２ステップと、上記選択された少なくとも２つの光電出力信号を、それ
ぞれの信号の任意の位置で加算演算する第３ステップ
と、上記任意の位置とは異なった位置にて、上記少なくとも
２つの光電出力信号を加算演算する第４ステップと、上記第３ステップにて加算された光電出力信号と、上記
第４ステップにて加算された光電出力信号とをそれぞれ
コントラスト演算する第５ステップと、上記第５ステップによって演算された２つのコントラス
ト値から合焦位置の評価を行なう第６ステップとを有す
る焦点検出方法。
【請求項２】物体からの光束を、撮像光学系の瞳上の
異なる複数の領域を通過する光に分割し、この分割され
た複数の光束を、複数の受光素子を有する光電変換手段
によって受光し、上記分割された各々の光束を光電変換
する第１ステップと、上記複数の光電変換された光電出力信号の内から少なく
とも２つの信号を選択する第２ステップと、上記選択された少なくとも２つの光電出力信号を、それ
ぞれの信号の任意の異なった複数の位置にて、これら複
数の位置のそれぞれに応じて加算演算を行なう第３ステ
ップと、上記第３ステップにて加算演算された複数の出力値のそ
れぞれをコントラスト演算する第４ステップと、上記第４ステップによって演算された複数のコントラス
ト値から合焦位置の評価を行なう第５ステップとを有す
る焦点検出方法。
【請求項３】上記合焦位置の評価が、上記複数のコン
トラスト値中の最大値を選択するステップを含む、請求
項２記載の焦点検出方法。
【請求項４】上記合焦位置の評価が、上記複数のコン
トラスト値中の最大値近傍のデータを選択するステップ
を含む、請求項２記載の焦点検出方法。
【請求項５】上記合焦位置の評価が、上記複数のコン
トラスト値から補間演算を行い、この補間演算によって
得られたデータから、コントラストがほぼ最大となる位
置を求めるステップを含む、請求項２記載の焦点検出方
法。
【請求項６】上記第６ステップが、以下の(a) 〜(d)
の４つのサブステップを有する請求項１記載の焦点検出
方法。 (a) 上記第５ステップで得られた２つのコントラスト値
を比較し、コントラスト量の大きい方を選択する第１の
サブステップ。 (b) 上記選択されたコントラスト値を基準とし、上記選
択から外れた他方のコントラスト値を出力するため加算
演算された少なくとも２つの光電出力信号の任意の位置
とは反対の方向に、上記基準とされたコントラスト値を
出力するため加算演算された少なくとも２つの光電出力
信号の任意の位置をスライドさせ、上記スライドした位
置で再度加算演算並びにコントラスト演算を行なう第２
のサブステップ。 (c) 上記基準とされたコントラスト値と上記第２のサブ
ステップでスライドにより得られたコントラスト値とを
比較し、上記スライドによって得られたコントラスト値
のコントラスト量が上記基準とされたコントラスト値の
コントラスト量よりも大きい間は、上記スライドによっ
て得られたコントラスト値を選択し、上記第２のサブス
テップを繰り返す第３のサブステップ。 (d) 上記基準とされたコントラスト値が、上記スライド
によって得られたコントラスト値以上となった時に比較
対象である基準とされたコントラスト値を出力するため
加算演算された少なくとも２つの光電出力信号の任意の
位置、若しくはその近傍を合焦位置の評価する第４のサ
ブステップ。
【請求項７】上記第１ステップで分割された複数の光
束が３つ以上の光束から成る請求項１又は２記載の焦点
検出方法。
【請求項８】物体からの光束を複数の光に分割し、こ
の分割された複数の光束を、複数の受光素子を有する光
電変換手段によって受光し、上記分割された各々の光束
を光電変換する第１ステップと、上記複数の光電変換された光電出力信号の内から少なく
とも２つの信号を選択する第２ステップと、上記選択された少なくとも２つの光電出力信号を、それ
ぞれの信号の任意の異なった複数の位置にて、これら複
数の位置のそれぞれに応じて加算演算を行なう第３ステ
ップと、上記第３ステップにて加算演算された複数の出力値のそ
れぞれをコントラスト演算する第４ステップと、上記第４ステップによって演算された複数のコントラス
ト値から物体までの距離の評価を行なう第５ステップと
を有する距離測定方法。