JPH09297259A

JPH09297259A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPH09297259A
Application number: JP8109612A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Kusaka; 洋介日下
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、位相差検出によって、被写体の像
面と撮像面との間隔に相当するデフォーカス量を算出す
る焦点検出装置に関し、小型かつ簡易な構成の光学系
で、低域の空間周波数が多く含まれる被写体に対し、適
正にデフォーカス量を補正することができる焦点検出装
置を提供することを目的とする。【解決手段】撮影光学系の透過光束を分割結像させる
分割光学系１と、分割光学系１によって分割された一組
の光像について、空間上の位相差を検出する位相差検出
手段２と、その位相差に基づいて、被写体の像面と撮像
面との間隔に相当するデフォーカス量を算出するデフォ
ーカス量算出手段３と、分割光学系１によって結像され
た光像の空間周波数分布を求める変換手段４と、変換手
段４で求められた空間周波数分布に基づいて、デフォー
カス量を補正する補正手段５とを備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位相差検出によっ
て、被写体の像面と撮像面との間隔に相当するデフォー
カス量を算出する焦点検出装置に関し、特に、被写体像
の空間周波数分布を算出し、その分布に応じて、デフォ
ーカス量を補正する焦点検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光束を分割し、分割された光像
同士の位相差を検出することによって、デフォーカス量
（デフォーカス方向も含む）を算出する位相差検出方式
の焦点検出装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでレンズには、
レンズを透過する光束がその空間周波数毎で異なった位
置に結像するという光学的性質が存在する。

【０００４】図８、図９はこの光学的性質を説明する図
である。図８のレンズ５１に、光束が入射すると、空間
周波数の低い光束（１０本／ｍｍ）は点Ａに最良像面が
形成され、空間周波数の高い光束（３０本／ｍｍ）は点
Ｂに最良像面が形成される。このように、空間周波数の
相違によって、最良像面のずれＣが生じる。

【０００５】また、図９は、縦軸に被写体のコントラス
トと被写体像のコントラストとの比を取り、横軸にレン
ズ５１の光軸方向を取ったグラフである。図９におい
て、空間周波数１０本／ｍｍは点Ａでコントラスト比が
最大になり、空間周波数３０本／ｍｍは点Ｂでコントラ
スト比が最大になる。以上のことから、３０本／ｍｍの
光束に対して、焦点を調節してコントラストを最大にさ
せても、１０本／ｍｍの光束に対しては、コントラスト
が最大にならず、不鮮鋭な像しか得られなかった。

【０００６】一方、従来の焦点検出装置では、高精度の
焦点検出を行うために、比較的高い空間周波数を用い
て、焦点を検出していた。したがって、高い空間周波数
の光像のみが鮮鋭になり、低い空間周波数の光像は不鮮
鋭な像になるという問題点があった。

【０００７】さらに、人間の視覚特性として、像の鮮鋭
度は、その像の支配的な空間周波数のコントラスト比に
影響を受けることが知られている。このため、従来の焦
点検出装置では、焦点検出に適した高い空間周波数を多
く有する被写体に対して、視覚的に高鮮鋭度の像を得る
ことができるが、焦点検出に適さない低い空間周波数を
多く有する被写体では、高鮮鋭度の像が得られないとい
う問題点があった。

【０００８】また、別の視覚特性として、像の鮮鋭度
は、空間周波数１０〜３０本／ｍｍのコントラスト比に
影響されることが知られている。このため、人間は、空
間周波数１０〜３０本／ｍｍのコントラスト比が少ない
と、不鮮鋭な像として認識するという問題点があった。
以上の問題点を、従来のカメラでは、レンズの収差補正
により、光学的に最良像面のずれを補正することで解決
していた。

【０００９】しかしながら、光学的な補正を行うとレン
ズ構成が複雑になり、撮影光学系が大型化するという問
題点があった。さらに、撮影光学系の大型化には、ズー
ム時やＡＦ時におけるレンズの駆動力を非常に大きくさ
せるという問題点があった。また、レンズの駆動力が非
常に大きくなることは、電池を著しく消耗するという問
題点を生じさせた。

【００１０】そこで複雑なレンズ群を有することなく、
最良像面のずれに起因される像の不鮮鋭さを取り除くカ
メラが早急に望まれていた。請求項１、２に記載の発明
は、上述の問題点を解決するために、小型かつ簡易な構
成の光学系で、焦点検出に用いられる空間周波数より低
域の空間周波数を多く含む被写体に対し、適正にデフォ
ーカス量を補正することができる焦点検出装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１、２の
目的と併せて、さらに撮影光学系の種類に応じて、適正
にデフォーカス量を補正することができる焦点検出装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に記載
の発明の原理ブロック図である。

【００１３】請求項１に記載の発明は、撮影光学系の透
過光束を分割結像させる分割光学系１と、分割光学系１
によって分割された一組の光像について、空間上の位相
差を検出する位相差検出手段２と、その位相差に基づい
て、被写体の像面と撮像面との間隔に相当するデフォー
カス量を算出するデフォーカス量算出手段３と、分割光
学系１によって結像された光像の空間周波数分布を求め
る変換手段４と、変換手段４で求められた空間周波数分
布に基づいて、デフォーカス量を補正する補正手段５と
を備えて構成する。

【００１４】図２は、請求項２に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項２に記載の発明は、請求項１に記
載の焦点検出装置において、補正手段５は、撮影光学系
について、空間周波数による最良像面の移動量が、デフ
ォーカス量補正分布として予め定められており、そのデ
フォーカス量補正分布を、変換手段４により求められた
空間周波数分布で重み付け平均し、その重み付け平均値
だけデフォーカス量を増減することを特徴とする。

【００１５】図３は、請求項３に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項３に記載の発明は、請求項２に記
載の焦点検出装置において、撮影光学系の繰り出し量も
しくは焦点距離を、光学特性パラメータとして検出する
光学特性検出手段６を備え、補正手段５は、光学特性パ
ラメータに基づいて、デフォーカス量補正分布を変更も
しくは選択することを特徴とする。

【００１６】（作用）請求項１に記載の焦点検出装置で
は、撮影光学系を透過した光束は、分割光学系１で分割
結像される。位相差検出手段２では、分割された光像の
位相差を検出し、その位相差に基づいて、デフォーカス
量算出手段３がデフォーカス量を算出する。

【００１７】一方、変換手段４は、光像の空間周波数分
布を求める。補正手段５は、その空間周波数分布に対応
するようにデフォーカス量を補正する。したがって、請
求項１に記載の焦点検出装置は、撮影光学系における最
良像面のずれを、光学的に補正する構成を用いていない
ため、簡易かつ小型な光学系で、被写体像に応じて、適
正にデフォーカス量を補正する。

【００１８】請求項２に記載の焦点検出装置では、補正
手段５にデフォーカス量補正分布が予め設定されてい
る。デフォーカス量補正分布は、撮影光学系について、
空間周波数による最良像面の移動量を示している。すな
わち、空間周波数毎に、どれだけデフォーカス量を補正
したらよいかを意味している。

【００１９】補正手段５は、デフォーカス量補正分布に
光像の空間周波数分布を重み付けし、その平均値を算出
する。次に、平均値の量だけデフォーカス量を増減す
る。したがって、請求項２に記載の焦点検出装置は、簡
易かつ小型な光学系で、被写体像に応じて、適正にデフ
ォーカス量を補正する。

【００２０】請求項３に記載の焦点検出装置では、光学
特性検出手段６は、撮影光学系の繰り出し量、または焦
点距離の少なくとも１つを、光学特性パラメータとし
て、検出する。

【００２１】さらに、光学特性検出手段６は、その光学
特性パラメータに基づいて、デフォーカス量補正分布を
変更もしくは選択する。次に、光学特性検出手段６は、
変更されたデフォーカス量補正分布に、空間周波数分布
を重み付けし、その平均値の量だけデフォーカス量を補
正する。したがって、請求項３に記載の焦点検出装置
は、撮影光学系の種類に応じて、適正にデフォーカス量
を補正する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施形態を説明する。図４は、本発明の実施形態（請求項
１〜３に記載の発明に対応する）の構成図である。図４
において、カメラボディ２１には、交換レンズ２２が取
り外し自在に配置されている。交換レンズ２２内には、
撮影レンズ２３が配置され、撮影レンズ２３の光軸上に
はメインミラー２４、サブミラー２５およびフィルム面
２６が配置される。

【００２３】メインミラー２４の反射軸上には、フィル
ム面２６と共役な面にスクリーン２７が配置され、その
延長上にぺンタプリズム２８が配置される。さらに、ぺ
ンタプリズム２８の反射光軸上に、接眼レンズ２９が配
置される。一方、サブミラー２５の反射軸上には、受光
部３０が配置される。図５は、受光部３０の構成を説明
する図である。

【００２４】図５において、サブミラー２５の反射軸上
に、視野マスク３６、コンデンサレンズ３７、絞りマス
ク３８、再結像レンズ３９およびＣＣＤセンサ４０が配
置される。ＣＣＤセンサ４０の出力端子は、マイクロプ
ロセッサ３１の第１の入力端子に接続される。

【００２５】また、マイクロプロセッサ３１の入出力端
子は、エンコーダ３４の入出力端子に接続され、エンコ
ーダ３４は、モータ３２および駆動機構３３と接続され
る。一方、モータ３２の駆動部は、駆動機構３３と接続
される。また、交換レンズ２２内のレンズ情報メモリ３
５は、レンズの開放Ｆ値、焦点距離、デフォーカス量と
繰り出し量との比率等の情報が内蔵され、マイクロプロ
セッサ３１の第２の入力端子に接続される。

【００２６】なお、請求項１、２に記載の発明と、本実
施形態との対応関係については、分割光学系１はコンデ
ンサレンズ３７、絞りマスク３８および再結像レンズ３
９に対応し、位相差検出手段２はＣＣＤセンサ４０に対
応し、デフォーカス量算出手段３はマイクロプロセッサ
３１のデフォーカス量算出部に対応し、変換手段４はマ
イクロプロセッサ３１のフーリエ変換部に対応し、補正
手段５はマイクロプロセッサ３１のデフォーカス量補正
部に対応する。

【００２７】請求項３に記載の発明と、本実施形態との
対応関係については、請求項１、２に記載の発明と本実
施形態との対応関係と併せて、光学特性検出手段６は、
エンコーダ３４およびレンズ情報メモリ３５に対応す
る。図６は、本発明の実施形態の動作を説明する流れ図
である。以下、本発明の実施形態の動作を図４、図５、
図６を用いて説明する。

【００２８】撮影レンズ２３を透過した光束は、メイン
ミラー２４に達する。メインミラー２４は光束の一部を
反射し、その反射光はスクリーン２７で散乱し、ぺンタ
プリズム２８および接眼レンズ２９に達する。この像
は、被写体像として確認される。一方、メインミラー２
４を透過した一部の光束は、サブミラー２５で全反射
し、下方に偏向され、受光部３０に送出される。

【００２９】受光部３０の視野マスク３６は、光束の１
次結像面に配置されており、この面で被写体像が結像す
る。この１次像はコンデンサレンズ３７を透過し、絞り
マスク３８で２つの光束に分割される。

【００３０】再結像レンズ３９は、この２つの光束をＣ
ＣＤセンサ４０に２次像として、結像させる。ＣＣＤセ
ンサ４０は、分割された２つの光像を光電変換し、位相
差（２つの像の相対位置関係）を検出する（ステップＳ
１）。この位相差は、撮影レンズ２３によって形成され
る像の合焦状態に応じて変化する。

【００３１】したがって、マイクロプロセッサ３１は、
この位相差に基づいて、デフォーカス方向も含めたデフ
ォーカス量Ｄを算出することができる（ステップＳ
２）。マイクロプロセッサ３１は、ＣＣＤセンサ４０で
光電変換された像について、フーリエ変換を行い、その
像に含まれる各空間周波数の相対強度を示す空間周波数
分布Ｆ(ｆ)を算出する（ステップＳ３）。

【００３２】空間周波数分布Ｆ(ｆ)を図７のグラフ１に
示す。空間周波数分布Ｆ(ｆ)は横軸に空間周波数を取
り、縦軸に相対強度を取っている。例えば、Ｆ１０は空
間周波数１０本／ｍｍ、Ｆ３０は空間周波数３０本／ｍ
ｍの相対強度である。また、マイクロプロセッサ３１に
は、図７のグラフ２に示すように、撮影レンズ２３にお
けるデフォーカス量補正分布Ｌ(ｆ)が予め設定されてい
る。

【００３３】デフォーカス量補正分布Ｌ(ｆ)は、横軸に
空間周波数を取り、縦軸に各空間周波数におけるコント
ラストが最大になる点との相対位置、すなわち各空間周
波数におけるデフォーカス量Ｄの補正量を表している。
例えば、Ｌ１０は空間周波数１０本／ｍｍ、Ｌ３０は空
間周波数３０本／ｍｍにおけるデフォーカス量Ｄの補正
量である。

【００３４】このデフォーカス量補正分布Ｌ(ｆ)は、光
線追跡で求めてもよいし、直接測定した結果から求めて
もよい。次に、マイクロプロセッサ３１は、レンズ情報
メモリ３５で記憶されている撮影レンズ２３の焦点距離
を読み出す。また、マイクロプロセッサ３１は、エンコ
ーダ３４から撮影レンズ２３の繰り出し量を読み出し、
焦点距離および繰り出し量から撮影距離を算出する。

【００３５】焦点距離および撮影距離をパラメータとし
て、マイクロプロセッサ３１は、デフォーカス量補正分
布Ｌ(ｆ)をそのパラメータに応じた分布に変更する（ス
テップＳ４）。なお、デフォーカス量補正分布の変更
は、交換レンズ２２が交換されるか、撮影レンズ２３が
繰り出されたときである。

【００３６】また、デフォーカス量補正分布の変更は、
パラメータに応じて選択される形式で行われてもよい
し、パラメータを用いた直接演算によって変更されても
よい。マイクロプロセッサ３１は、デフォーカス量補正
分布Ｌ(ｆ)に空間周波数分布Ｆ(ｆ)を乗じることで、デ
フォーカス量補正分布Ｌ(ｆ)を重み付けし、重み付け補
正量分布Ｌ′(ｆ)を算出する。

【００３７】図７のグラフ３に、重み付け補正量分布
Ｌ′(ｆ)を表す。重み付け補正量分布Ｌ′(ｆ)の平均値
を求めることで、最終的な補正量Ｌａが確定する（ステ
ップＳ５）。マイクロプロセッサ３１は、デフォーカス
量Ｄから補正量Ｌａを加算し、デフォーカス量Ｄを補正
する（ステップＳ６）。

【００３８】マイクロプロセッサ３１は補正されたデフ
ォーカス量に基づいて、撮影レンズ２３の繰り出し量を
算出する。マイクロプロセッサ３１は、モータ３２を駆
動させ、フィルム面２６に被写体像を合焦させる。さら
に、撮影時にはメインミラー２４およびサブミラー２５
が跳ね上がり、撮影光路上から退避し、フィルム面２６
に被写体像が合焦されて撮影される。

【００３９】このように、本発明の実施形態の焦点検出
装置では、被写体像に含まれる空間周波数分布に応じ
て、デフォーカス量を補正することができる。したがっ
て、被写体像に大きく占める空間周波数に焦点を合わせ
ることができるのため、低い空間周波数を有する被写体
においても、鮮明な像を得ることができる。

【００４０】なお、本実施形態では、デフォーカス量補
正分布Ｌ(ｆ)を連続的な関数として考えたが、それに限
定されず、離散的な関数を導出して、使用してもよい。
また、本実施形態では、デフォーカス量補正分布Ｌ(ｆ)
を、被写体像の全ての空間周波数で重み付けして、Ｌａ
を算出したが、それに限定されず、簡易にＬａを算出し
てもよい。

【００４１】例えば、画質に影響する空間周波数域とし
ては、１０〜３０本／ｍｍの空間周波数が知られてい
る。したがって、Ｆ１０〜Ｆ３０、Ｌ１０〜Ｌ３０の範
囲に限定して、補正量Ｌａを算出することで、計算を簡
略化することができる。例えば、次のような計算式
（１）（２）（３）で補正量Ｌａを求めてもよい。Ｌａ＝Ｋ・（Ｌ１０・Ｆ１０＋Ｌ３０・Ｆ３０）／２．．．（１）但し、Ｋは定数Ｌａ＝Ｌ１０（Ｆ１０＞Ｆ３０のとき）．．．（２）Ｌａ＝Ｌ３０（Ｆ３０≧Ｆ１０のとき）．．．（３）また、さらに計算を簡略化するため、空間周波数分布Ｆ
(ｆ)の最大成分に対応する補正量をデフォーカス量補正
分布Ｌ(ｆ)から求めて、それを補正量Ｌａとしてもよ
い。

【００４２】さらに、空間周波数分布Ｆ(ｆ)をパターン
認識することで、そのパターンに応じて、予め定められ
た補正量に従って、デフォーカス量補正分布を補正して
もよい。

【００４３】なお、本実施形態では、フーリエ変換演算
で空間周波数分布Ｆ(ｆ)を算出したが、それに限定され
ず、周波数フィルタを用いて、空間周波数成分を抽出し
てもよい。また、本実施形態では、焦点距離および繰り
出し量から撮影距離を算出し、焦点距離と撮影距離とを
パラメータとして使用しているが、それに限定されず、
パラメータとして、さらにＦ値を使用してもよい。

【００４４】

【発明の効果】請求項１、２に記載の焦点検出装置で
は、光像の空間周波数分布に基づいて、デフォーカス量
を補正する。したがって、被写体像の空間周波数分布に
対応して、焦点検出を行うことができる。例えば、低域
の空間周波数を多く含む被写体に対しても、適正な焦点
を検出することができる。

【００４５】また、従来の焦点検出装置では、最良像面
のずれを、複雑なレンズ構成で光学的に補正していた。
しかしながら、請求項１、２に記載の焦点検出装置は、
光学的な補正を行わない。よって、撮影レンズを簡易か
つ小型な構成で実現することができる。さらに、撮影レ
ンズが簡易かつ小型な構成で実現できるため、ＡＦ時や
ズーム時のレンズの駆動力を低減させることができ、電
池の持続性を格段に向上させることができる。

【００４６】請求項３に記載の焦点検出装置では、光学
特性検出手段を備えることで、撮影光学系の特性に応じ
て、デフォーカス量を補正することができる。したがっ
て、撮影レンズを交換しても、随意に応じることがで
き、そのレンズに対して、適正な焦点を検出することが
できる。このように、本発明をカメラに適用すれば、簡
易かつ小型のカメラを実現することができ、可搬性に優
れた安価なカメラを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図２】請求項２に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図３】請求項３に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図４】本発明の実施形態の構成図である。

【図５】受光部３０の構成を説明する図である。

【図６】実施形態の動作を説明する図である。

【図７】補正量Ｌａの算出を説明する図である。

【図８】光学的性質を説明する図（１）である。

【図９】光学的性質を説明する図（２）である。

【符号の説明】

１分割光学系２位相差検出手段３デフォーカス量算出手段４変換手段５補正手段６光学特性検出手段２１カメラボディ２２交換レンズ２３撮影レンズ２４メインミラー２５サブミラー２６フィルム面２７スクリーン２８ぺンタプリズム２９接眼レンズ３０受光部３１マイクロプロセッサ３２モータ３３駆動機構３４エンコーダ３５レンズ情報メモリ３６視野マスク３７コンデンサレンズ３８絞りマスク３９再結像レンズ４０ＣＣＤセンサ５１レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影光学系の透過光束を分割結像させる
分割光学系と、前記分割光学系によって分割された一組の光像につい
て、空間上の位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差に基づいて、被写体の像面と撮像面との間隔
に相当するデフォーカス量を算出するデフォーカス量算
出手段と、前記分割光学系によって結像された光像の空間周波数分
布を求める変換手段と、前記変換手段で求められた空間周波数分布に基づいて、
前記デフォーカス量を補正する補正手段とを備えたこと
を特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の焦点検出装置におい
て、前記補正手段は、前記撮影光学系について、空間周波数による最良像面の
移動量が、デフォーカス量補正分布として予め定められ
ており、そのデフォーカス量補正分布を、前記変換手段
により求められた空間周波数分布で重み付け平均し、そ
の重み付け平均値だけ前記デフォーカス量を増減するこ
とを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】請求項２に記載の焦点検出装置におい
て、前記撮影光学系の繰り出し量もしくは焦点距離を、光学
特性パラメータとして検出する光学特性検出手段を備
え、前記補正手段は、前記光学特性パラメータに基づいて、前記デフォーカス
量補正分布を変更もしくは選択することを特徴とする焦
点検出装置。