JPS58207013A - 合焦検出方法 - 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】 本発明は、カメラ等元学機械の自動焦点１１１４節装置
などに用いる合焦検出方法に関するものである。

対物レンズの射出瞳の右半分を通った光束と、左牛分を
通った光束を適当な分離手段によって分離し、それぞれ
の制酸に対応した波形の信号に光′＃ｌ変換して、両者
の位相ずれを比較することにより前ビン、後ビン、合焦
等の各信号を得るという技術思想は、例えば特開１１８
４８−６０６４５号公報や特開昭５２−９５２２１号公
報等多数見られる。その前者は、光束分離手段として振
動スリットを用いている。そのため機械的なｉｌ　ｔＩ
ＪＪ部品が必要であり、また後者は、対物レンズの予定
焦平面の後方にリレーレンズを設ける必要があるので、
比較的に広いスペースが必要であるが、何れにしてもそ
れら従来例におけるものの欠点は、結像光学系の光軸を
含む面を境とする２つの領域をそれぞれＸ［ｌ過する光
栄の光ｔｅｌ換出力出力分布関性を十分高くシて取り出
し得ないことである。その特開昭５２−９５２２１号公
報に記載の吃のを発展させたものか記載されているもの
とみられる特開昭５４−１５９２５９号公報には、リレ
ーレンズの代りに膜数個の微小レンズ糸と各微小レンズ
に対応した受光素子対が、微小レンズ系のアレイに対し
て列状に並べられている光学系が示されている。そして
、対物レンズの瞳の右半分を通った光束による光罐分布
と左半分を通った光束の光磁分布が、任意の対物レンズ
の位置に対し各受光素子対について１；１で物理的に比
較され、この二つの光層分布が完全に一致した対物レン
ズの位置のとき、その対物レンズは合焦したものとみな
している。

この特開昭５４−１５９２５９号公報に記載の方法では
、二つの物理ｋを一致させるためには小レンズ系が必要
であり、合焦時に微小レンズ系上にピントが合うことが
必要であるが、このような微小レンズアレイを精度よく
製作することは困錬である。また各微小レンズから受光
面上にｘｕ達する光が、各受光素子対に対し、重なり合
って入射しないようにするため、微小レンズのピッチを
ある程度あけるか、個々の受光素子を小さくする必要が
あり、そのため急激に光の強度分布が変化するいわゆる
ステップ状被写体では、受光素子対の間にステップ像の
エツジ部分が入る口■飽性があり、その場合には精度よ
く相関濃かとれない恐れが生じる。

本発明の目的は、上述の如き従来の合焦検出装置におけ
る欠点や不具合を解消し、精度高く合焦状態を個出し得
る合焦検出方法を提供しようとするものである。

本発明の合焦検出方法は、結像光学系の光軸を含む而を
境とする第１および第２の領域を通過した光栄を、その
結壕光′＄系の予定焦平面付近に配置した光束選択手段
により分離し、各別に受光素子列により光′電変換して
得られた出力分布を比較することにより前記結像光学系
の合焦状態を検出する合焦検出装置において、少なくと
も一方の出力分布の瞬接する受光菓子の出力端間の値を
、その瞬接する受光素子の各出力１直の平均瞭によって
補間してｆ尋た出力分布を用いて比較することを特敞と
するものである。

以下本発明を、図面を参照して詳記する。

１／ＩＩ知のように、レンズの光軸を含む面を境にした
各部分の領域を通過した各光束による光濃は、デフォー
カスに伴ない樵ずれを生ずる。第１図はその原理の説明
図であって、撮影レンズ１の光軸０を中心に開孔を有す
る絞り２によって、撮影レンズｌに入射する被写体８か
らの光束が、その撮影レンズ１の上下各半分の各領域を
通過するようにしている。撮影レンズｌの上側および下
側の各領域を通過した光束による懺を考えると、図示の
ように検出面上では後ビン、合焦、前ピンの各状態によ
り撮影レンズｌの上側の領域を通過した光束による嫁ａ
、ｂ、ｃと、撮影レンズ１の下側の領域を通過した光束
による酸ａ’　ｖ　ｂ’　ｐ　ｃ’との位置関係が異な
っている。この現象を利用し、撮影レンズ１の上側の領
域を通過した光束と、撮影レンズ１の下側の領域を通過
した光束とを分離して、それぞれの光束による嫁の横ず
れの方向および柚ずれ皺を検出することにより、合焦判
定を行なうことができる。

第２図は、そのようにして得られたデフォーカス状態に
おける撮影レンズ１の上（Ｌ１１１９ｉ１域および下側
領域を通過した光束による嫁を、各別に受光素子列によ
り光電変換して得られた出力分布信号ＡＢの一例を示し
たもので、両信号の位相差Ｘ力ｉ１横ずれ鼠に相当する
Ｏ ＠８図は、本発明の実施例の一例の概略を線図で示した
ものである。この実施例においては、結像光学系４たと
えば撮影レンズの光軸０を含む面を境とする第１の領域
５および第２σ〕領域６を通過した各光束７，８を、そ
の！Ｍ影レしズ４σ〕予定知平面９の付近に設け゛た臨
界角プリズムアレイｌＯによって選択するようにし、て
いる。この臨界角プリズムアレイ１０によって選択され
た前記撮影レンズｌの各領域からの光束は、予定焦平面
９上に配列した受光素子列１１に投影されて光１を変換
され、その受光菓子列１１の奇数番目群および偶数番目
群の６受光素子に入射した光像に対１ｉｈ、した出力分
布の゛磁気信号を得る０ 臨界角プリズムアレイによる撮影レンズ４のデフォーカ
スによる塚の佃ずれを検出してその撮像レンズの合焦状
態を検出する方法は、不願人の出線にかかわる待狽昭５
６−１５９２１８号明糾書に詳記されているが、第４図
によりこれを簡単に説明する。

すなわち、第４図は、図示しない撮影レンズの第１の領
域たとえば上半分および第２の領域たとえば下半分を通
過した光束ａ、ｂが臨界角プリズムアレイ１０に、逆向
きの傾斜の関係をもって配置１　Ｌ、た１対の傾斜面１
２　、１８からなる膜数対の各面により分離される様子
を示したものである。

臨界角プリズム１０に対する入射側媒質および出射側媒
質が空気の場合、プリズムの屈折率を１．５とするとき
、受光素子列面と各傾斜面１２．１８がなす角θを４２
°とすれば、撮影レンズの中心からくる光軸を境に２分
される撮影レンズの各領域を通過した光束を奇数番目の
受光素子１５゜１７．１９上とｇｊ４Ｒ１番目の受光素
子１６　、１８　。

２０上に分離して投影することができる。図では、その
臨界角プリズム１０を構晟する６対の傾斜面１２．１８
に′°それぞれ対応して配列した受光素子列の偶ｇＩ＊
目の受光素子１６．１８．２０が撮影レンズの下半分の
通過光束を、また奇数番目の受光素子１５．１７．１９
が下半分の通過光束をそれぞれ受光している状態を示し
ている。この場合の奇数番目および偶数番目の受光素子
の各出力分布を第６図に示す。゛同図においてＸ印は奇
数番目の受光素子の出力を、また○印は偶数番目の出力
をそれぞれ表わしている。

従来は、この奇数番目の受光素子の出力分布と、偶数番
目の受光素子の出力分布を比較して合焦判定を行なって
いたが、第８図の臨界角プリズムアレイ１０の６対をな
す傾斜面１２．１８に対応して配置した受光素子対１５
，１６および１７゜１８等における各受光素子対に入射
する光束は、基本的には異なる像点のものであるので、
同一光量にはならない。従って第４図において受光素子
１５．１６・・・の何面上に撮影レンズの予定焦平面が
存在するとき、横ずれ法により比較される二つの像は、
受光素子１５．１６・・・のピッチが一定の場合、第５
図に示した偶数番目の受光素子の出力（○印）のみをつ
ないで得た像の強度分布と、奇数番目の受光素子の出力
（×印）のみをつないで得たと色の壕の強度分布となり
、受光素子１５゜１６．１７・・・および臨界角プリズ
ムアレイ１０を構成する各傾斜面１２．ｌａを無限に小
さくしない限り、それら対の関係にある受光素子の出力
をま、従来のものと同様に異なる酸点のものとなる。

一般に、受光素子の大きさは数十μ累　であり１極ｖ！
Ａに小面積にすることはＳ／Ｈの点で不利である。

またｌｌｌ１常写真レノズの分解能は、前記の受光素子
の大きさと同程度あるいはそれ以下であり、さらには臨
界角プリズムの大きさは製作上有限であるから、偶数番
目の受光素子の出力分布と奇ｔ！１番目の受光素子の出
力分布の相関度は、全く同じ壕か桶ずれした場合のもの
と比較し１低くなる。

従って、撮影レンズの予定焦平面に配置した受光素子列
上の瞭か、ある程ｔｔはけたときは、レンズの駆動方向
を示す秤価関数ｍ　Ｈの正負はとしｐｚ瞳を示し、前ピ
ンあるいは後ビンの構出かμ」能であるが、合焦位置に
近くなると正負の判定が正しく恢出されない場合がある
。

そこで本発明方法においては、第６図の命数番目の受光
素子の出力（×印）のみを結んだ出力分布および偶数番
目の受光素子の出力（○印）のみを結んだ出力分布を比
較するに当り、奇数番目の受光素子列からの出力分布に
ついては奇数番目同志の隣接する受光素子の出力を、ま
た偶数番目の受光素子列からの出力分布については偶数
番目同志の降接する受光素子の出力を、それぞれたとえ
ば荷重平均することによって補間値を求めて挿入して得
た出力分布によって比較するようにしたものである。

第６図ＡおよびＢは、奇数番目の受光素子列の出力のみ
、および偶Ｗｉ番目の受光素子列の出力のみのものに、
それぞれさきに説明した補間値（△１印）を挿入して得
た出力分布曲線の例を示したものである。このようにし
て補間値を挿入して得たＡおよびＢの出力分布曲線間の
相関は、補間値を挿入しない場合の相関に比べはるかに
高くなっていることは明らかである。

補間さるべき埴は、たとえば奇数＃目の受光素子の出力
分布についていえば、元来防接して存在する告の偶数番
目の受光素子の出力について火路しているので、その受
光素子が存在すると仮定した場合に得られる出力値であ
り、Ｉ＃４数薔目の受光素子の出力分布についても同様
である。

その補間値を直ＩｆＭ油間する場合の例について以下簡
堆に述べる。

いま、偶数番目の受光素子列の出方分布の補間について
考えてみる。ｎ−１，２・・・ｍ、２したとき、２ｎ番
目の受光素子と２ｎ＋１番目の受光素・子の中心間距離
をｌ、ｔ２ｎ−）−ｘ番目の受光素子と２ｎｎ＋２目の
受光菓子の中心１１距離を７２とする。また２ｎ番目の
受光素子の出力をに２ｎ＃　２　ｎ＋２４Ｍ目の受光素
子の出方をＡ２ｎ　−１−２とし、油量する社をＡ！ｎ
＋、とすると、 １１１□十１８゜ より、 となり、！□−！２となるようにすれば補間値は平均値
となる。同様にして奇数番目の受光素子列の出力分布に
ついても補間すればよい。

このようにして得られた補間値と実際に測定して得た受
光素子の出力値とを含めて奇数番目の受光菓子列から得
られた出方分布をＢ、　Ｉ　Ｂ８．・・・Ｂｍ−０とし
、偶Ｗｉ番目の受光菓子列から得られた出力分布をＡｓ
　、Ａｇ　ｚ　・・・Ａｍ−１（ＡＨｚ　ｋｌＢとＢ１
　＃　Ｂｍは除く。）とすれば、たとえば評価関数Ｆを
Ｆ＝　Ｆｔ　、（ｌＡｎ　−Ｂｎ＋ｘｌ　　ｌ　Ａｎ＋
ｚ　−”ｎ　ｌ　）から求めることにより、第７図にそ
の評価関数曲線を示したように撮影レンズの移動に関連
してその評価関数値の正、負が合焦位置を挾んで反転す
ることになるので合焦、前ビン、後ビンを容易に判定す
ることができる。

第８図は、本発明の合焦検出方法を用いた自画焦点調節
装置の一例を示す概略的構成を示すプルツク図である。

撮影レンズ４は、モータ２１により光軸方向に駆動制御
可能になっている。２２は、第８図で説明したようにそ
の撮影レンズ４の予定焦平面に配列した受光素子列とそ
の光入射側に前置した臨界角プリズムアレイとから光電
変換部であり、この受光素子列に前記撮影レンズによる
物体家が投影される。なお、その受光菓子列は、例えば
ＣＯＤ　。

ＭＯＳ　７オトタイオードアレイ等の固体撮ＶＣ素子に
より形成されている。

駆動回路２８からのスタート信号により前記九心変侠部
２２内の受光素子列を動作させて一定時間檀分後、受光
素子列の奇数番目の受光素子群と偶数番目の受光素子群
の入射光四に対応した光−変換信号を各別に順次読み出
し、それぞれＡ／Ｄ変侠器２４によりディジタル信号に
変換し、記憶回路２５に記憶する。この記ｔａ埴を演算
回路２６にとり込みその記憶した埴をもとに、奇数番目
の受光素子の出力分布およびＩＩＪ！Ｒｉ番目の受光素
子の出力分布について、それぞれさきに説明した補間１
ｕを所定のＷ［廊″°式によりＮｌ゛葬して補間すると
ともに、所定の計算式による評価関数の１葬を何なう。

このようにして優られた評価端に応じた制御回路２７か
ら制御信号によりモーターを制御して撮影レンズ４を駆
動することにより、撮影レンズ４を自動的に前記所定焦
平面に合焦させるようにしている。なお、２８は、合焦
状態を表示するための表示回路である。また、駆動回路
２８、−変換器２４、記憶回路２５および演算回路２６
のそれぞれの動作タイミングは、定められたプログラム
によって動作する制御回路２７によって制御されるよう
になっている。

以上の説明から明らかなように本発明によれば、結塚光
学系の光軸を含む面を境とする第１および第２の領域を
迎春した光束による・、予定焦平面のデフォーカス時に
おける各欄ずれ家を比較するようにしだ合焦検出方法に
おいて、受光素子列により光゛亀変侠される出力分布の
隣接受光素子の出力間の１１［１を、その瞬接関係にあ
る受光素子の出力（直から求めた補１川埴によって補間
した出力分布を用いて、前記の佃ずれを慎出するもので
あるから、惟めて相関の大きい出力分布を比較すること
となるので、受光素子列から得られる前記６横ずれ壕に
対応した出力分布が異なる場合であっても、精度高く、
シかも撮影レンズの広い駆動軸Ｈにわたって合焦状態を
検出することができる効果かある。

従って、本発明方法を実施するにあたり、光束選択手段
としては簡単な構成の光学系で足りる仁ととなる、また
、槓ずれ像を検出するための受光素子列の間隔が等間隔
でなくとも、その間隔に比例した補間値でその受光素子
列の出力分布を補関し得るので、合焦検出装置としての
構成が比較的に面琲となり、かつ検出精度を向上させ得
る。

また、撮影し慨ズのデフォーカスによる佃ずれ風は、撮
影レンズの上下もしくは左右の各半分の領域からの各光
束の主光線の開き角により設定されるので一眼レフレッ
クス式カメラのように繰り出し緻の大きいレンズの合焦
状龜を検出する装置として、第８図で説明した本〒明の
実施例のものを用いれば、臨界角プリズムアレイにおけ
る閲々の臨界角プリデムの傾斜面の傾きを変えることに
より主光線の傾きを任意に変化させることカーできるこ
とから、これにより槓ずれ崖を変えることかでき、従っ
て槓ずれ皺が大きくなり過ぎて、相関をとるのに必要な
光Ｓｅ＋１部分が受光素子列をとび出して検出不能にな
るような不風合を解消し得る効果もあり、しかもＷＩ度
、検出範囲をある範囲内で任意に変化させることも可能
である。

なお、本発明方法における受光素子列のピッチを粗くシ
、本発明方法の撮影レンズの繰り出し方向の甑出機能の
みを用いて、池の方式だとえばほけ酸方式と併用して実
−施することも可能である。

また９、第８図に示した本発明の実施例に用いた光に形
成できるので、その実施例のものの製作は極めて、容易
であるばかりでなく、第８図の実施例のように臨界角プ
リズムアレイを用いて本発明を実施すれば、検出精度′
枠高い、しかも構成が比較的）１′ 簡単でしかも小形化した合焦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、慎ずれ方式による焦点検出方法の原理説明図
、 第２図は、横ずれ方式による受光素子列の出力分布の説
明図、 第８図は、本発明方法の実施例の一例の概略構成を示す
線図、 第４図は、撮影レンズの第１および第２領域を通過した
光束を臨界角プリズムアレイによす分離する場合の原理
説明図、 第５図は、受光素子列の出力分布図、 第６図ＡおよびＢは、それぞれ補間値を挿入した奇数番
目の受光素チクσおよび偶数番目の受光素子列の各出力
分布図、 第７図は、撮影レンズの移動位置に対する評価関数の変
化の一例を示す曲ｉ図、 第８図は、本発明方法を用いた自動焦点ｍｍ装置の一例
を示す概略的構成を示すブロック図である。 １．４・・・撮影レンズ　　２・・・絞り８・・・被写
体　　　　　　５・・・第１の領域６・・・第２領域　
　　　　７．８・・・光束９・・・予定焦平面　　　　
１０・・・臨界角プリズムアレイ　　　　　　　　　１
１・・・受光素子列１２　、１８・・・対をなす各傾斜
面 １５．１６，１７，１８，１９．２０・・・受光素子Ｓ
ＩＲ・・・モータ　　　　　２２・・・光電変換部２４
・・・め変換器　　　２６・・・記憶回路２６・・・演
−算回部　　　　２７・・・制御回路２８・・・表示回
路 特許出願人　　　オリンノくス光学工業株式会社第１−
図 鎮２図 ； 第・１図 第Ｃ；図 ２　４　６　８ｆｏ　　／２　　ｔ４ ｆ尤秦子番台 第７図 第８１・１ 手続補正書 昭和５８年　７　月　７８ １、事（’Ｉの表示 昭和５７年　特　１．′Ｉ　　願第８８３３５号２、発
明の名称 合焦検出方法 ：う、ＰＩｌｉ＋［をする者 １１ｆ１’の閏け　特１１１出願人 （ｏ：ｎ）オリンパス九学Ｉ、業株式会社説明の欄 ７−　　ｈｌｉ　＋［の内容　（別紙の通り）１明細書
第９頁第６行中の「数十μ−」を「数トハ０Ｊと訂正す
る。 ２同第１０頁第８行中の［補間値を求めて１を「求めた
櫂間値をそれぞれの出力に」と訂正する０ ８同第１１頁第１５行中の数式 同頁末行中の数式 ４同第１８頁第５行目と第６行目の間に「２３・・・駆
動回路Ｊ′ｆｔ挿入する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　結像光学系の光軸を含む面を境とする第１および第
   ２の領域を通過した光束を、その結鐵光学系の予定焦平
   面付近に配置した光束選択手段により分離し、各別に受
   光素子列により光電変換して得られた出力分布を比較す
   ることにより前記結像光学系の合焦状態を検出する合焦
   検出方法において、 少なくとも一方の出力分布の隣接する受光素子の出力値
   間の値を、その隣接する受光素子の各出力値の平均値に
   よって補間して得た出力分布を用いて比較することを特
   徴とする合焦検出方法。