JPS63163418A - 焦点検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、焦点検出装置、更に詳しくは、撮影レンズの
光軸を挟む異なる光路を通過した２つの被写体光を焦点
検出光学系により２つの受光素子列に導き、ずれ量検出
手段によりこれら受光素子列の上に結像される２つの像
の相対位置関係により撮影レンズの合焦位置からのずれ
量を検出する焦点検出装置に関する。

［従来の技術］ 撮影レンズによって形成される像を再結像光学系により
２つの像に分割し、受光素子列上に再形成し、その２つ
の像の位置ずれを検出することにより合焦検出を行なう
焦点検出光学系は従来から数多く提案されている。その
代表的なものは、第８図に示すように、撮影レンズＬの
結像面Ｇ付近に位置するコンデンサーレンズＣと、一対
の再結像レンズＨ１，Ｈ２により構成される。撮影レン
ズＬの合焦時に上記結像面Ｇに物体像Ｉか形成される。

この物体像■は、」二記コンデンサーレンズＣと上記一
対の再結像レンズＨ１，Ｈ２により光軸Ｏに対して垂直
な二次結像面Ｐ（受光素子列）上に再形成されて第１像
１１．第２像■２となる。

撮影レンズＬが前ピン、すなわち、上記結像面Ｇの前方
に物体像Ｆが形成される場合、その物体像Ｆは、互いに
光軸Ｏに近付いた形で光軸０に対して垂直に再結像され
て第１像Ｆ　　第２像Ｆ２と１′ なる。また、撮影レンズＬが後ピン、すなわち、上記結
像面Ｇの後方に物体像Ｒが形成される場合、その物体像
Ｒは、互いに光軸Ｏから離れた位置に光軸Ｏに対して垂
直に再結像されて第１像Ｒ１゜第２像Ｒ２となる。これ
らの第１像と第２像は同一方向を向いており、画像にお
いて互いに対応する部分の間隔を検出することにより、
撮影レンズＬの合焦状態を前ピン量、後ピン量を含めて
検出することが可能である。具体的には、この第１像と
第２像の受光素子列上の輝度分布を検出し、演算処理等
を施して画像の間隔を求める。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記のような焦点検出用光学系を用いて正確
な合焦検出が行なわれるためには、再結像レンズＨｔ　
、Ｈ２によって形成される第１像および第２像が互いに
相等しい輝度分布を示す必要かある。しかし、上記第８
図において、コンデンサーレンズＣが通常の球面レンズ
の場合、上記コンデンサーレンズＣによって歪曲収差が
発生する。

この歪曲収差は光軸Ｏに対して対称に発生するため、第
１像、第２像の各々の対応する部分で異なった歪曲収差
量となる悪影響がでる。すなわち、第１像、第２像の輝
度分布に異なった歪みが生じて正確な合焦検出が困難に
なる。

このことを更に具体的に説明すると、濃淡が異なる隣り
合った同じ太さの黒線を被写体とした場合、撮影レンズ
Ｌの結像面Ｇでは第９図に示すように一定幅にの輝度分
布となる。この−次像ＥがコンデンサーレンズＣおよび
再結像レンズＨ１゜Ｈ２を通過して再形成されたときの
二次像Ｅ１゜Ｅ２は第１０図に示すようになる。第９，
１０図において、横軸は光軸に対して垂直な結像面上の
位置である。この状態で合焦状態とすると、コンデンサ
ーレンズＣおよび再結像レンズＨ１，Ｈ２に歪曲収差が
ある場合、歪曲収差は光軸に対して対称に発生するため
、第１０図において、ｇ１≠Ω２９ｍ１≠ｍ２かっΩ１
＝”２’　Ω２＝ｍｔとなる。ここで、Ｅｌ上に３点ａ
ｌ、ｂＩ。

ｃｌを考え、これに対応するＥ２上の３点ａ　２１ｂ　
２１　　Ｃ２とする。そして、ａｌとａ２の間隔をｐ　
、ｂ　とｂ　の間隔をＩＩ’　ｂｒ　　ｃｌとｃ２の間
隔をΩ　とする。ρａ”ｂ””ａｌ”ｌ＝ρ１一Ω２≠
０よりρ８≠ρｂかっΩｂ≠Ｎｏおよびρ　＝β　とな
る。ρ、がρ８およびβ。と異なａ　　　　　Ｃ るため、Ｅｌ、Ｅ２の間隔を一意に決定することが困難
になる。第１０図のＥ２を一Ω５平行移動させてＥ２’
　とし点線で表現したものと、Ｅｌを重ねたものが第１
１図に示されているが、これから明らかなようにＥｌと
Ｅ２は完全には重ならない。つまり、たとえ、撮影レン
ズが合焦状態に合っても合焦か否かの判断が難しくなる
。

そこで、歪曲収差をできるだけ小さくするために、光学
精度の向上、光学系の取付精度を厳しくする必要がある
。しかし、光学精度を向上させるには限界があり、また
、光学系の取付精度の向上にも限界があるとともに、高
精度の取付を行なうにはそれだけ工数もかかる。

また、歪曲収差の発生を防ぐために非球面レンズを用い
る例もある（特開昭６０−３２０１２号公報参照）が、
非球面レンズの面精度にはなお問題があり、検査に多大
な工数と費用がかかる。また、加工上から材質がプラス
チック等の有機物質に限られるため耐久性にも問題があ
る。そのため、一定の歪曲収差はやむを得ないものとし
ているため、合焦精度の悪化の要因になっている。特に
、−眼レフレックスカメラの場合、長焦点レンズやマク
ロレンズのような繰出量の大きいレンズでは、２つの像
のずれ量が大きくなり、歪曲収差の影響を大きく受ける
。したがって、従来技術では、ずれ量が大きい場合に検
出されたデフォーカス量は信用できないものとなってい
た。

本発明は、上述した点に鑑み、光学系の精度によらずに
容易に歪曲収差の補正を行ない、コストダウンおよび組
立工数の低減を図りつつ合焦精度の向上を図った焦点検
出装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明の焦
点検出装置は、第１図に示すように、撮影レンズＬの光
軸０を挟む異なる光路を通過した２つの被写体光を、コ
ンデンサーレンズＣ，再結像レンズＨ１，・Ｈ２等から
なる焦点検出光学系１によりＣＣＤ２等における２つの
受光素子列Ｐ１．Ｐ２に導き、ずれ量検出手段３により
これら受光素子列Ｐ　Ｌ　、　　Ｐ　２の上に結像され
る２つの像の相対位置関係により撮影レンズＬの合焦位
置からのずれ量を検出する焦点検出装置において、上記
焦点検出光学系１による歪曲収差のデータを記憶する記
憶手段４と、この記憶手段４に記憶された歪曲収差のデ
ータに基づき上記ずれ量検出手段３に補正を加える補正
手段５とを具備したもので、この補正手段５により補正
が加えられると、上記ずれ量検出手段３は上記焦点検出
光学系１による歪曲収差の影響を受けないずれ量を検出
する。

［実　施　例コ まず、本発明の詳細な説明に先立ち、歪曲収差の補正に
ついて説明する。

通常、歪曲収差率は、第２図に示すように、横軸に光軸
Ｏからの距離Ｘをとると、光軸Ｏに対称な曲線Ｄ　（ｘ
）の値で表わされる。曲線Ｄ　（ｘ）の形状は光学設計
によって種々異なるが、いずれの場合も、光軸Ｏに対称
で、しかも単調増加または単調減少する形状であること
は光学設計上容易に理解できる。したがって、上記歪曲
収差の曲線Ｄ　（ｘ）は、次に示す２つの一次直線Ｄ　
１．　Ｄ　２の式で近似することができる。

ＤＩ＝αＸ−β Ｄ２＝−αＸ−β ここで、ＣＣＤ２上の受光素子列Ｐは光軸Ｏの位置Ｉ　
の一方が第１の受光素子列Ｐ１．他方が第２の受光素子
列Ｐ２となっている。したがって、」二記−次式の定数
α、βと、ＣＣＤ２の受光素子列Ｐ上での光軸位置Ｉｏ
を与えることによって、受光素子列Ｐ上での各画素の受
ける変位量が簡単に求められる。なお、受光素子列Ｐの
画素数は全部で１２８個とし、各受光素子列Ｐ　１．　
Ｐ　２について半数の６４個ずつとする。

つまり、第３図に示すように、歪曲収差がある場合のＮ
番目の画素出力をＨ（Ｎ）とすると、Ｎ番目の画素の受
ける歪曲収差率は、 αｌＮ−１０１−β になる。したがって、Ｎ番目の画素での歪曲収差による
変位量ΔＮは、 ΔＮ＝（Ｎ−Ｉ）Ｘ（αＩＮ−Ｉｏｌ−β）となるので
、この変位量′ΔＮにより歪曲収差を補正することがで
きる。

この歪曲収差の補正の方法としては、各画素出力を個々
に補正する方法、あるいは、合焦演算により求めたずれ
量を補正する方法等が考えられる。

そこで、まず第１に、各画素出力を補正する方法につい
て第３図を用いて説明すると、画素出力Ｈ（Ｎ−１）と
画素出力Ｈ（Ｎ）の関係を直線近似すれば、歪曲収差を
受けないときの画素出力Ｈ’　　（Ｎ）は、 Ｈ’（Ｎ）＝ Ｈ（Ｎ）−ΔＮ　　（Ｈ（Ｎ）−Ｈ（Ｎ−１）１となる
。この計算により歪曲収差を補正することができる。

また、上記変位量ΔＮの正負により上記式を変化させる
方法もある。すなわち、変位量ΔＮが正の場合は上記式
を用い、負の場合は画素出力Ｈ（Ｎ）と画素出力Ｈ（Ｎ
＋１）の関係を直線近似して、 Ｈ’（Ｎ）＝ Ｈ（Ｎ）−ΔＮ　　（Ｈ（Ｎ）−Ｈ（Ｎ＋　１）１とす
れば、より正確に補正することができる。

次に、ずれ量を補正する方法について第４図によって説
明する。なお、２つの像のずれ量を求める方法は既に公
知であり、この公知の検出方法を用いるものとする。

第４図に実線で示すように、歪曲収差を受けた２つの像
がＳたけずれている場合、それぞれの像それぞれ歪曲収
差率（αｌＮ１−１゜１−β）。

（αｌＮ２−ＩＯ＋−β）を受けている。このため、破
線で示す歪曲収差Ｏのときの像とは、それぞれ、 ΔＮ、＝ （Ｎ−Ｉ）ｘ（αｌＮ１−ＩＯ＋−β）ΔＮ２− （Ｎ−Ｉ）Ｘ（αｌＮ２−ｌ０１−β）だけ変位してい
る。従って、真のずれｆｆｌ　Ｓ　’　は、Ｓ’−３−
（ΔＮ　＋ΔＮ２）により求めす ることかできる。

歪曲収差を補正する方法は以上の２つの方法に限るもの
ではない。また、歪曲収差を一次式に近似させることを
述べたが光学設計によりその他の曲線の式に近似するこ
とも可能である。歪曲収差を一定の関係式に近似するこ
とによって後述するように電気的に補正を行なうことが
できる。歪曲収差を一定の関係式に近似させる他には、
−画素毎の歪曲収差率をすべて記憶させておく手段もあ
る。

また、歪曲収差の近似式の定数、例えば、α。

β、Ｉｏは、個々の部品精度、組立精度によって変化す
る。定数を外部から個々に設定できるようにすることに
よって部品精度、組立精度によらずに歪曲収差の補正を
することが可能になる。

第５図は本発明装置が適用される電気回路のブロック図
である。

撮影レンズＬを通りコンデンサーレンズＣと再結像レン
ズＨ１，Ｈ２によってＣ０Ｄ２上に再結像された２つの
像は、ＣＣＤ２上の２つの受光素子列Ｐ　Ｌ　、　　Ｐ
　２により光電変換される。受光素子列Ｐ１．Ｐ２を形
成する各複数の画素列はそれぞれ６４個の画素よりなる
。

ＣＣＤドライバ６はＣＣＤ２およびＡ／Ｄ変換器７のタ
イミングを制御する回路で、ＣＣＤ２の転送りロックφ
１．φ２を出力し、Ｃ０Ｄ２の受光素子列Ｐ１．Ｐ２で
の積分時間を決めるためのモニタ用受光素子の積分出力
信号ＭＯ８が入力される。この積分出力信号ＭＯ８が設
定された積分レベルに達すると１、ＣＣＤドライバ６よ
りＣＣＤ２へ積分制御信号ＯＦＧが出力され、これによ
りＣＣＤ２は積分を終了する。また、φ、はＣＣＤ２の
受光素子列Ｐ１．Ｐ２で発生した電荷をＣＯＤ転送ライ
ンに転送するための信号、ＳＨはＣＣＤ２の出力信号を
一時的に保持するための信号である。ＲＤＹはＡ／Ｄ変
換が終了したことをＣＰＵ８に知らせる信号、φ。は全
てのシーケンスの基準となる基準信号である。レンズＲ
ＯＭ９には撮影レンズＬのＦナンバー、像のずれ量から
撮影レンズＬのデフォーカス量を求めるための変換係数
等、焦点検出に必要なデータが予め記憶されており、逐
次、ＣＰＵ８へ入力される。そして、ＣＰＵ８で演算さ
れた撮影レンズＬのデフォーカス量に基づき、レンズ駆
動量制御回路１０が動作し、撮影レンズＬを合焦位置に
移動させる。表示装置１１は合焦駆動の終了や合焦位置
検出不可能等の情報信号をＣＰＵ８より受けて表示を行
なう。

第６図は本発明装置の一実施例のブロック図である。こ
の実施例では前述した第１の補正方法、すなわち、各画
素出力について個々に歪曲収差の補正を行なう方法を用
いるものとする。

ＣＣＤ２の受光素子列Ｐ（各受光素子列Ｐ１゜Ｐ２）で
光電変換された画素出力Ａ　（Ｎ）　、　　Ｂ（Ｎ）は
ＣＣＤＣＣドライバ６って順次Ａ／Ｄ変換器７に送られ
てＡ／Ｄ変換されＣＰＵ５内のメモリー１２に格納され
る。メモリー１２は、Ｎ番目の画素出力Ａ　（Ｎ）　、
　　Ｂ　（Ｎ）と、その一つ前の画素出力Ａ　（Ｎ−１
）　、　　Ｂ　（Ｎ−１）を記憶している。これらの画
素出力は歪曲収差補正回路１３に入力される。

一方、メモリー１４には近似式定数α、β。

ＩＯが格納されている。なお、この近似式定数α。

β、■ｏは一定値とは限らないので、メモリー１４とし
てはＥＥＰＲＯＭ等の書込みのできるＲＯＭを用いるの
が望ましい。また、メモリー１４の代りに調整用ボリュ
ーム等で電圧を与えてＡ／Ｄ変換し定数値にすることも
可能である。ＣＣＤドライバ６から画素の位置情報Ｎが
変位量計算口　。

路１５に送られてくると、この変位量計算回路１５では
、位置情報Ｎと上記メモリー１４に格納＝　　１４　　
＝ されている近似式定数α、β、Ｉｏにより変位量が計算
される。すなわち、この変位量ΔＮは、前述したように
、 ΔＮ−（Ｎ−１）ｘ（αｌＮ−１０１−β）となる。

上記変位量計算回路１５で求められた変位量ΔＮは歪曲
収差補正回路１３に入力される。この歪曲収差補正回路
１３では、この変位量ΔＮを用いて上記メモリー１２よ
り入力された画素出力Ａ（Ｎ）、Ｂ　（Ｎ）の歪曲収差
の補正を行なう。すなわち、歪曲収差の補正後の画素出
力Ａ’（Ｎ）。

Ｂ’　　（Ｎ）は、 Ａ’（Ｎ）＝ Ａ　（Ｎ）−ΔＮ　ｆＡ　（Ｎ）　−Ａ　（Ｎ−１）　
ＩＢ’（Ｎ）＝ Ｂ　（Ｎ）−ΔＮ　ｆＢ　（Ｎ）　−Ｂ　（Ｎ−１）　
］となる。この補正後の画素出力Ａ’（Ｎ）。

Ｂ’　　（Ｎ）はメモリー１６に格納された後、合焦演
算回路１７に導かれて合焦演算される。したがって、歪
曲収差の影響を受けない正確な合焦検出が行なわれる。

第７図は本発明装置の他の実施例のブロック図である。

この実施例では前述した第２の補正方法、すなわち、相
関演算によりずれ量を求めて歪曲収差を補正する方法を
用いるものとする。相関演算によりずれ量を求める方法
については本出願人が先に提案した特願昭６１−１５６
８９８号等により詳しく述べているので、その詳細は省
略し以下簡単に述べる。

ＣＣＤ２上の２つの受光素子列Ｐ１．Ｐ２によって光電
変換された画素出力Ａ　（Ｎ）　、　　Ｂ　（Ｎ）はＣ
ＣＤドライバ６により順次Ａ／Ｄ変換器７に送られてＡ
／Ｄ変換されメモリー１２に格納される。メモリー１２
に一旦格納された画素出力は相関演算回路２０に入力さ
れる。相関演算回路２０では、第１の受光素子列Ｐ１を
形成している画素列Ａ　　（Ｎ＝１〜６４）と第２の受
光素子列Ｐ２を形成している画素列ＢＮ　（Ｎ＝１〜６
４）の画素データに基づいて相関演算を行なう。

但し、ｎｎ　　は、例えば、ｎ　１＝２１　、ｎ　２１
′２ −４３であり、Ｓは−２０〜＋２０である。

この相関演算回路２０て演算されたＦ　（Ｓ）が最小値
検出回路２１に入力されると、この最小値検出回路２１
ては、Ｆ　（Ｓ）が最小になるときのずれ量Ｓｏが検出
される。Ｆ　（Ｓ）の最小値を与えるずれ量Ｓ。は補間
演算回路２２に入力されると、この補間演算回路２２て
は、ずれ量Ｓ。に基づき補間値ΔＳが求められる。この
補間値ΔＳは、Δ５＝ Ｆ（Ｓ　　）／ＩＦ（Ｓ　　）ｆＦ（Ｓｏ＋１）１また
は、 Δ５＝ −Ｆ　（Ｓ　　’）／　ｆＦ　（Ｓ　　）　ｆＦ　（Ｓ
ｏ−１）１となるので、次のずれ量計算回路２３ではこ
の補間値ΔＳを考慮したずれ量Ｓ′が計算される。すな
わち、 ｓ’−ｓｏ＋ΔＳ であるから、 Ｓ′＝ Ｓｏ十Ｆ（Ｓｏ）／（Ｆ（Ｓｏ）ｆＦ（Ｓｏ＋１））ま
たｌｅｔ。

Ｓ′　＝ Ｓｏ−Ｆ（Ｓｏ）／　ｆＦ（Ｓｏ）ｆＦ（Ｓｏ−１））
がずれ量計算回路２３で求められる。このずれ量Ｓ′は
歪曲収差補正回路２７に人力される。

一方、上記相関演算回路２０からは、第１の受光素子列
Ｐ　上の画素ブロック（Ａ２、〜Ａ４３）と第２の受光
素子列Ｐ２上の画素ブロック（Ｂ　　　　−Ｂ　　　　
）のそれぞれの中心位置で２１＋ｓ０　　４３＋ｓＯ あるＮ、＝３２．Ｎ２＝３２＋Ｓｏがメモリー２４に格
納される。なお、上記相関演算回路２０で演算される相
関演算式は上記の演算式に限るものではない。また、画
素ブロックを複数とする場合もあるが、いずれの場合で
も、最も相関度の高い状態になったときの２つの受光素
子列Ｐ１゜Ｐ２上の画素ブロックの中心位置をメモリー
すればよい。

メモリー２４のＮ１．Ｎ２は変位量計算回路２６に入力
される。変位量計算回路２６では、Ｎ１．Ｎ２とメモリ
ー２５に格納されている歪曲収差の近似式の定数α、β
、Ｉｏとにより歪曲収差によるＮＮ　　の変位量ΔＮ１
．ΔＮ２が計１′２ 算される。すなわち、この変位量ΔＮ　、ΔＮ２は、前
述したように、 ΔＮ　− ■ （Ｎ　　−Ｉ　　）Ｘ（αｌＮ１−１８１−β）ΔＮ　
　−（Ｎ　　＋８４−ＩＯ） ｘ　（ａ　ｌ　Ｎ　　＋８４　　Ｉ　ｏ　　ｌ−β）と
なる。

上記変位量ΔＮ２の式で６４を足しているのは、第２の
受光素子列Ｐ２の基点がＣＣＤ２の受光素子列Ｐの６５
番目の画素に当たるためである。

この後、上記変位量計算回路２６で求められた変位量Δ
Ｎ１．ΔＮ２は歪曲収差補正回路２７に入力され、同補
正回路２７では、ずれ量計算回路２３で求められたずれ
ｉ　Ｓ／の補正が行なわれ、歪曲収差の影響を除去され
たずれ量Ｓ′が求まる。

この求められたずれ量Ｓ′が合焦駆動回路２８に入力さ
れることにより撮影レンズの正確な合焦駆動が行なわれ
る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、部品精度、組立精度
によらずに歪曲収差の影響を取り除くことができ、高い
合焦精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の概略構成を示すブロック図、 第２図は、本発明の実施例装置に用いられる歪曲収差近
似式の説明図、 第３図は、各画素出力が歪曲収差を受けている場合の変
位量を示す線図、 第４図は、歪曲収差を受けている場合の像のずれ量を示
す線図、 第５図は、本発明装置が適用される電気回路のブロック
図、 第６図は、本発明装置の一実施例のブロック図、第７図
は、本発明装置の他の実施例のブロック図、 第８図は、従来装置を説明するための焦点検出光学系の
解析図、 第９〜１１図は、歪曲収差による像のずれを説明するた
めの線図である。 １・・・・・・・・・焦点検出光学系 ３・・・・・・・・・ずれ量検出手段 ４・・・・・・・・・記憶手段 ５・・・・・・・・・補正手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影レンズの光軸を挟む異なる光路を通過した２
   つの被写体光を焦点検出光学系により２つの受光素子列
   に導き、ずれ量検出手段によりこれら受光素子列の上に
   結像される２つの像の相対位置関係により撮影レンズの
   合焦位置からのずれ量を検出する焦点検出装置において
   、上記焦点検出光学系による歪曲収差のデータを記憶す
   る記憶手段と、 この記憶手段に記憶されたデータに基づき上記ずれ量検
   出手段に補正を加える補正手段と、を具備したことを特
   徴とする焦点検出装置。
2. （２）上記記憶手段に記憶されるデータは歪曲収差率を
   上記光軸からの距離に比例した量に近似したものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点検出
   装置。