JPS5897011A - 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、−眼し７レツクスカメラ等の光学系によって
得られる光像の、波面分割による結像位置のずれを利用
した自動焦点検出方法に関するものである。

従来提案されている合焦検出装置の代表的な一例の概略
的な構成を第１図に示す。同図において、撮影レンズｌ
からの光束は、半透鏡からなるはね上げミラーコによっ
てその−！ｌｌ５ｔたは全部を２分割し１その一方は、
図示を省略したファインダ系に導くとともに、他方はそ
のはね上げミラーコの後方に配置した全反射ミラーＪに
よって下方のビームスプリッターダに導き、ここでさら
に２分割し・て、前記撮影レンズｌの予定結像面（フィ
ルム面）と共役な面を挟んで一定距離を隔てた位置に配
置した２ｉｌｉｌの受光素子列ｊ、４のそれぞれに結像
させるようにしている。

以上のような構成において、受光素子列の出方をＸ１１
として、例えば、 ”−Ｉ　Ｘｎ　−Ｘｎ−ｔｌＭＡＸ”　ｌ　ｘｎ　−ｘ
ｎ−１１ｓＵＢＭＡＸのような価を考えると、これは像
の鮮明度に従って変化する像の鮮明度に関する評価値を
与える。

前記コ個の受光素子列！および乙について、上記の評価
値をそれぞれＳｌ　ｅ　８２とすると、ｓｌおよびＳ２
はデフォーカス状態に従って第２図に示したように変化
する。従ってＳｌと８２の差をｌ１ｉｌ測していれば、
Ｓｌ〈Ｓ２テ前ヒン、Ｓ　＞　８２　テ後ヒン、５ｌ−
８２で合焦というように、デフォーカス方向と合焦位置
が検出できることになる。

以上のように従来例は、比較的簡単な光学系を用いるこ
とにより高い精度で合焦状態を検出することが可能であ
るが、撮影レンズｌの結像面が結像予定位置から大きく
はずれた状態では、第２図・から分るように評価値Ｓ１
と８２の差が無くなって、両針価値Ｓ１．Ｓ２を比較す
ることが困難となり、デフォーカス方向の検出が不可能
となる欠点をもっている。

本発明の目的は、上述のような従来例における欠点を補
い、広いデフォーカスｔｌＩ囲にわたって焦点はずれ方
向の検出を可能にし、かつ高精度な合焦位置の検出を行
ないつる合焦検出方法を提供せんとするものである。

本発明の合焦検出方法は、撮影光学系の予定結像面と共
役な面の前後に−ｌおよび第２の受光素子列を、またそ
の第１および第２の受光素子列とそれぞれ共役な面に第
３および第１の受光素子列をそれぞれ配置し、前記撮影
光学系からの光束を波面分割してその一方を前記第１お
よび第２の受光素子列に結像させるとともに他方の光を
前記第３および第ダの受光素子列に結像させ、互に共役
な面に配置した第１および＃１３の受光素子列の各出力
を比較して得た信号、ならびに第２および第ダの受光素
子列の各出方を比較して得た信号の各波面分割による像
の横ずれ効果に基づいて変化する極性によって焦点はず
れ方向を検出することを特徴とするものである。

以下本発明について、図面を参照して詳細に説明する。

第３図は本発明を一眼し７レツクスカメラに実施した場
合の構成の一例を示したもので、７は撮影レンズ、ｔは
一部または全部が半透鏡によって部デと全反射１１ｓ　
１０とからなる波面分割用光学部材／／が、前記撮影レ
ンズ７からのはね上げミラーｒを透過した光束を、第５
図に斜視図で示したように光軸を通る鞍で例えば左右に
２分割するように配置しである。その透過部９を通った
光束は、全゛反射鏡ｌλを介して第１のビームスプリッ
タｔ３に入り、前記撮影レンズ７の予定結像面の前後の
等距離の位置に配置した第１および第２の受光素子列ｔ
ａ　ｔ　’ｔｔ上に、また前記波面分割用光学部材／／
の全反射＄　１０からの光束は、第２のビームスプリッ
タ／４によって、前記第１および第２の受光索子列と共
役な面に配置した第３および第ダの各受光素子列／７　
、　ｌＩ上にそれぞれ結像するように栴岐しである。な
お、第１ないし第ダの受光素子列は、実質上同一構成を
有している。

このような構成において、撮影レンズ７からの光束は、
はね上げミラー／ｌによって２分され、その一方は図示
を省略したファインダー系に導かれる。そのコ分された
他方の光束は波面分割用光学部材／ｌによってその透過
部９と全反射部１０により波面分割される。その波面分
割用光学部材／ｌは、第５図に斜視図で示したように、
撮影レンズ７の例えば右側半分からの光束が透過ｍ　Ｉ
　ｔｔ透過して第１および第２の受光素子列／ヂ、／３
に入射し、また撮影レンズ７の左側半分の光束が全反射
部１０により反射して第３および第ダの受光素子列／７
　、　／１に入射する。従って撮影レンズ７の右半分の
光束および左半分の光束のそれぞれは、第１ないし第参
の受光素子列／＄１　、　／３　、　ｎ　、　Ｉｌ上に
各別に結像してそれぞれ光電変換される。

°第７の受光素子列／ｌと第３の受光素子列１７なら・
びに第コの受光素子列１．ｔと第ダの受光素子列／Ｉの
それぞれは互に共役′な面に配置しである。従って、第
１および第３の受光素子列／＃、／７に入射する撮影レ
ンズ７からの光束による結像の各受光素子列／＃　、／
７上の位置は、波面分割による像の横ずれ効果により、
撮影レンズ７がそれら受光素子列ｌチ。

１７に合焦していない場合には、前ピンあるいは後ビン
状態に応じて横ずれし、合焦しているときのみ横ずれを
生じない。そのためにそれら各受光素子列＃、／７の充
電変換出力は、撮影レンズ７の焦点位置がそれら受光素
子列／＃　、／７より後方にある場合には第６図（〜に
示したように第３の受光素子列／ヂの出力パターン表は
右側に、また第３の受光素子列〃の出カバターンＢは左
側に横ずれして発生する。前Ｆ焦点位置が第１および第
３の受光素子列／ヂ、／７上にある場合は、同図（ｂ）
のように各受光素子列＃、／７の各出カバターンの位相
は一致する。また、前記焦点位置がそれら受光素子列／
ｌ　。

／７よりも前方にきた場合には、同図ｔｌ＋）のように
第・ｌおよび第３の受光素子列／＃　、／７の出力Ｂ、
＆の横ずれの方向が同図（Ｑに示した場合の逆方向とな
るＯ 上記の波面分割による像の横ずれ効果は公知であるが、
これを第７図の原理図に基づいて簡単に説明する。撮影
レンズ７の下半分が、同図にａｍで示したように遮光さ
れている状態では、物点ムからの光束のうち当該撮影レ
ンズ７を通る光束の中心光はａ’　、　ａ　、　ａ’の
各点を通る。また物点Ｂからの光束の中心光はｂ’　、
　ｂ　、　ｂ’を通る。従って、合焦、前ピン、後ピン
の各状態における物体像は、それぞれａ−ｂ、ａ’、ｂ
’、ａ’−ｂ’の位置に結像することとなり、合焦像ａ
−ｂに対して前ピンでは上側に、後ピンでは下側にずれ
ることになる。

いま、共役関係に配置した受光素子列／７　、　／＃に
おける受光素子数をそれぞれに個とし、その第３の受光
素子列〃のｎ番目の出力をｘ＠ｔの受ｌＨＳ 光素子列ｌチのｎ−１番目の出力をｘＢｎ−、として、
を考えると、これは第６図において、第１の受光素子列
／ヂの出力Ｂを右へ一素子分シフトした時の左下りの斜
１１部分の面積を与える。また、は、第１の受光素子列
／ヂの出力βを左へ一素子分シ７）した時の右下りの斜
１１部分の面積を与える。

そこで８３−８−−Ｓ′３を考えると、第４図（Ｑの１
パ場会には右下りの斜Ｓ部分の面積ｓ％は、第１の受光
素子列／ヂの出力Ｂを左シフトした時の方が大きくなる
ので＄３は負となり、同図り）の場合には左下りの斜線
部分の面積ＢＳは第１の受光素子列ｌチの出力Ｂを右に
シフトした時の方が大きくなるので８３′□は正になる
。また同Ｎの）の場合は両側線部分の面積は等しくなる
ので８３は零になる。

第２の受光素子列／Ｓと第ダの受光素子列／Ｉについて
も前述と同様なＳ４が考えられる。

さらに第３の受光素子列１７の出力ｔ−ｘＡｎとし、゛
・第参の受光素子列／Ｉの出力をｘｏｎとして、Ｓ２−
　　ｘＯｎ−ｘＯｎ−ＩＷＡＸ”　ｘＱｎ−ｘＱｎ−１
１ｓＵＢ）ＩＸなる評価値な考えると、これは第２図に
示した従来例における評価値とほぼ同様な評価値を与え
ることになる。

上述のようにして得られたＳｌ、　ｓ２および８３　。

Ｓ４の関係を第７図に示す。すなわち、同図から分るよ
うに第１および第３の受光素子／Ｆ　、　／７の出力を
比較して求めたＳ３が零になるデフォーカス位置は、評
価値Ｓ１のピーク位置に一致しており、第３および第ダ
の受光素子列／３　、　ＩＩの出力を比較し整輩カ てＳ４が零になるデフォーカス位置は、評価値Ｓ２のピ
ーク位置に一致している。

第３および第ダの受光素子列／７　、　ＩＩは、さきに
説明したように撮影レンズ７の予定結像（ｉ［ｉ（フィ
ルム面）と共役な面の前後の対称位置に配置しであるの
で、第３の受光素子列１７の出力から求めた評価値Ｓ１
と第ギの受光素子列／ｌの出力から求めた評価値Ｓ２の
交点ｆが合焦位置である。そこで、８３　ｅ　８４がい
ずれも正または貴となるデフォーカス範囲では、その正
置を焦点はずれ信号とし、正のときは後ピン、負のとき
は前ピンと判定する。

また、８３と＄４の極性が異なる範囲では、従来と同様
に前述の計算式に従ってＳｌと８２を計算し、その大小
によって焦点はずれ方向を判定する。すなわち、Ｓｌ〈
Ｓ２のときは前ピン、Ｓｌ〉Ｓ２のときは後ピン、Ｓニ
ー８２の場合は合焦と判定するようにすれば、従来の合
焦検出装置では検出困難であった広いデフォーカス範囲
にわたって合焦状態を検出することが可能となる。

次に本発明を実施するための信号処理系の構成の一例を
第９図にブロックＩｉｌ！図で示す。

１９は中央制御回路である。この中央制御回路／９から
の制御信号によって露光時間制御回路〃を起動させ、ｔ
ｇ　／　＠ないし第ダの受光素子列／＃　、　／３　。

１７および／Ｉの露光を開始させる。各受光素子列／−
２／ｊ　、　／７　、　／Ｉの出力が所定値に達した時
点で、前記露出時間制御回路〃からホールド回路１に制
御信号を発して、そのホールド回路〃に受光素子列／り
。

／ｊ　、　／７　、　／Ｉの個々の受光素子の出力をホ
ールドさせる。次に中央ｌ１ｌＩＩ！７装Ｗ／９はム／
Ｄ変換回路ｎを起動させ、前記ホールド回路／３にホー
ルドされている第１の受光素子列／ｌの出力ｘＢｎ　ｌ
第２の受光素子列の出力ｘＢ’ｎ　ｌ第３の受光素子列
の出力ＸＡｎおよび第ｑの受光素子列の出力ｘｏｎをＡ
／Ｄ変換して演算回路に送る。演算回路ｎでは、それら
各出力を用いて、 および を計算し、その結果を中央制御回路１９に送る。中央制
御［ｄｌｌｉ／デにおいては、Ｓ３　＜　０　、８４　
＜　Ｏす’）ば前ピン、８３　＞　Ｏｍ　８４　＞　Ｏ
ならば後ピンの判定を行ない、この結果を表示装置ぶに
よって表示するとともに、レンズ駆動ｆＩＩＪＩｉｌｌ
装置Ｂに制御信号を送ってこれを動作させ、図示しない
レンズ駆動装置を駆動制御する。

また、８３　Ｘ　８４　（Ｏであれば中央制御回路１９
から再び演算回路ｎに指令を送り、第３および第ダの受
光素子列の出力を用いて像の鮮明度を表わす□゛評評価
ｓｌ　、　ｓ２を計算させ、８１　＜　８２のときは前
ピン、Ｓｌ＞　Ｓ、のときは後ピン、ｓｌ−８２のとき
は合焦と判定し、この判定結果を表示装置２！に送って
表示するとともに、Ｓｌ＜８２もしくはｓｌ＞ｓ２の場
合には、その判定結果信号によりレンズ駆動制御装置Ｂ
を制御して５ｌ−８２となるようにレンズ駆動装置を駆
動制御するようにしたものである。

以上の実施例の説明から明らかなように本発明によれば
、撮影レンズの予定結像面と共役な面の前後に設けた一
対の受光素子列の各出力に基づいて得た各評価値を比較
するようにした従来の合焦検出方法では、６焦状態の検
出が不可能であったような広いデフォーカス範囲にわた
って、高い精度で合焦位置が検出し得うる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の合焦検出装置の一例を示′１概略的構成
図、第２図は、その作用を説明するための評価値曲線図
、第３図は本発明の実施例の一例を示す構成図、第参図
はその実施例における波面分割用光学部材の構成図で、
ムは正面図、Ｂは側ｉｉ［Ｉ５４、第５図は波面分―」
用光学部材とビームスプリッタの位置関係の概念を示す
斜視図、第６図は共役間係に配置した第１および第３の
受光素子列の出カバターンの位置関係説明図、第７図は
波面分割による像の横ずれ効果を説明するための原理図
、第１図は本発明の合焦状態検出の原理を説明するため
のデフォ−カス量に対する評価値の関係を示す曲線図、
第９図は本発明を実施するための信号処理系の構成例を
示すブロック線図である。 ７・・・撮影レンズ、ｌ・・・はね上げミラー、９・・
・透、退部、１０・・・全反射部、／／・・・波面分割
用光学部材、１２・・・全反射鏡、１３・・・第１のビ
ームスプリッタ、ｌチ・・・第１の受光素子列、ｌｊ・
・・第一の受光素子列、１４・・・第２のビームスプリ
ッタ、１７・・・第３の受光素子列、／Ｉ・・・第参の
受光素子列、／９・・・中央制御回路、Ｘ・・・露出時
間制御回路、Ｉ・・・ホールド回路、〃・・・ム／Ｄ変
換回路、ｎ・・・演算回路、２り・・・表示装置、Ｂ・
・・レンズ駆動制御装置。 特許出願人　　オリンパス光学工業株式会社第１図 第２図 第７図 第Ｓ図 第９図 手続補正書 昭和５７年７月８０日 １、事件の表示 昭和５６年　特　許　願第１９５５４５号２発明の名称 合焦検出方法 ふ補正をする者 事件との関係　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社） ゛１．明細書第５頁第１９行の「１７」を「１５」と゛
訂正する。 ２、同第６頁第７行の「はね上げミラー１１」を「はね
上げミラー８」と訂正する。 ８、同頁第１１行ないし第１７行の「その波面分割用光
学部材１１は、−一一一一に入射する。」を次のとおり
に訂正する。 「その波面分割された光束のうち、第５図に斜視図で示
したように、透過部９を透過した撮影レンズ？（第８図
参照）の例えば右側半分から゛の光束は、第１のビーム
スプリッタ１８を介して第３図に示した第１および第８
の受光素子列１４．１５に入射し、前記撮影レンズ７の
左側手分からの光束は、全反射ｓ１０で反射し第２のビ
ームスプリッタ１６を介して第８図に示し１・た第８お
よび第１の受光素子列１７．１８に入射する０」 表向第７頁第１４行ないし第１５行の「列１４の一一一
一一素子列１？の」とあるのを１列１７の出カバターン
Ａは右側に、また第１の受光素子列。 ｌ４の」と訂正する。 ６．同第１Ｏ頁第８行の「第７図」を「第８図」に、ま
た第１１行〜１２行の「第８」を「第２」とそれぞれ訂
正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　撮影光学系の予定結像面と共役な面の前後に第１お
   よび第コの受光素子列を、またその第１および第２の受
   光素子列とそれぞれ共役な面に第３および第ダの受光素
   子列をそれで−れ配置し、前記撮影光学系からの光束を
   波面分割してその一方を前記第１および第２の受光素子
   列に結像させるとともに他方の光を前・□記載３および
   第ダの受光素子列に結像させ、互に共役な面に配置した
   第ｔｍよび第Ｊの受光素子列の各出力を比較して得た信
   号、ならびに第２および第ダの受光素子列の各出力を比
   較して得た信号の各波面分割による像の横□ずれ効果に
   基づいて変化する極性によって焦点はずれ方向を検出す
   ることを特徴とする合焦検出方法。 ２　前記第１および第３の受光素子列の各出方を比較し
   て得た信号ならびに第２および第ダの受光素子列の各出
   力を比較して得た信号の両信゛告の極性が異極性となる
   デフォーカス範囲では、前記各受光素子列中の前記結像
   面の前後に配置された任意の、２個の受光素子列の出力
   から求めた像の鮮明度を表わす評価値を用いて合焦状態
   を検出することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の合焦検出方法。