JPH01131507A - 光学装置 - 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） 本発明は光学装置に関し、特に光学装置に装着される撮
影系のデイフォーカス量や、これに相当する量である所
謂焦点外れ量を検出し、該焦点外れ量に応じて撮影系の
合焦用レンズを移動させて焦点合わせを行う写真用カメ
ラやビデオカメラ等に好適な光学装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来よりカメラ本体側である光学装置側に設けた焦点検
出装置により光学装置に装着した撮影系の焦点外れ星を
検出し、このときの出力信号を用いて撮影系の合焦用レ
ンズを移動させて焦点合わせを行った自動合焦装置が例
えば特開昭５５−１１２７５号公報や特開昭５９−１５
１１１６号公報等で提案されている。

一般に撮影系の焦点外れ量と焦点合わせの際に移動させ
るべき合焦用レンズの移動量との関係は非線形になって
いる。例えば単一の焦点距離の撮影系では物体距離や合
焦用レンズの光軸上の位置等によって焦点外れ量は異な
り、又変倍系な有する撮影系ではズーム位置、物体距離
、合焦用レンズの光軸上の位置等により各々異ってくる
。

これは合焦用レンズの光軸上の微少移動量Δχに対する
結像面（装置の移・動量Δχ°の比Δχ゛／Δχ、所謂
敏感度が撮影系の各要素及び撮影条件により異ってくる
為である。

例えば単一の焦点距離の撮影系において焦点外れ量がΔ
ｄあったとき、仮りにレンズ系全体を移動させてフォー
カスを行う場合、該撮影系をΔｄ移動させたのでは焦点
は合わなくなってくる。特にこのときの焦点合わせ誤差
は近距離物体になる程大きくなってくる。

又、物体側の第ルンズ群が合焦用レンズの例えば焦点距
１１ｆ＝１からｆ＝４の変倍系な有する撮影系において
、焦点外れ量がΔｄあり焦点距離ｆ＝１における合焦用
レンズの移動量がΔχ８であワたとする。変倍を行い焦
点距離をｆ＝４にすると合焦用レンズの移動量Δχ７は
略 Δχ７＝Δχｗ／４２と変化してくる。このように焦点
外れ量が同一であっても合焦用レンズの移動量は変倍系
のズーム位置により異ってくる。

又、撮影系の合焦用レンズ群が無限遠物体に合焦してい
る位置にある場合と近距離物体に合焦している位置にあ
る場合とでは同一の焦点外れ量があフても合焦用レンズ
の移動させるべき量は異つてくる。

この他、同じ焦点外れ量があっても物体距離によって合
焦用レンズの移動量は異ってくる。以上の理由により焦
点検出手段により撮影系の焦点外れ量を検出しても撮影
系における各種の要素を考慮して合焦用レンズの移動量
を求めなければ粒度良く焦点検出を行うことができない
。

従来は撮影系が単一の焦点距離のときは焦点外れ量Δｄ
若しくはこれに相当する量だけ単に合焦用レンズを移動
させていた。

又、撮影系が変倍系を有しているときはズーム位置にお
ける敏感度Ｓ２のみを考慮して合焦用レンズの移動量Δ
χをΔｄ／Ｓ２式より求めていた。この為、合焦用レン
ズの移動量誤差が多く、−回で合焦用レンズを所定位置
に移動させることが難しく、焦点検出を繰り返して行い
、合焦用レンズを逐次所定位置に移動させるようにしな
ければならなかった。この為、合焦時間が長くなり迅速
なる撮影が難しく、又、焦点合わせを高精度に行うのが
難しくなる等の欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は光学装置に装着される撮影系の焦点外れ量を検
出すると共に該焦点外れ量と撮影系の有する固有の光学
的な諸数値を利用し、所定の演算を行うことにより撮影
系中の合焦用レンズの移動量を精度良く求め該移動量を
撮影系に送出することにより、迅速でしかも高精度“に
焦点合わせを行うことができる光学装置の提供を目的と
する。

（問題点を解決する為の手段） 交換用の撮影系が着脱可能な光学装置であって、該光学
装置は該光学装置に装着する撮影系の焦点外れ量を検出
する為の焦点検出手段と、該撮影系から送出されてくる
合焦に関する基準係数と焦点外れ量を関数で表わしたと
きの該関数に対する比例定数を受け、該基準係数と該比
例定数と該焦点外れ量とから該撮影系の合焦用レンズの
移動量を求め、該移動量に関する信号を該撮影系側に送
出する演算手段とを有していることである。

この他、本発明の特徴は実施例において記載されている
。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学装置に撮影系を装着し
たときのブロック図である。図中、１０は光学装置であ
る。ｌは撮影系であり単一焦点距離の結像系や変倍系等
から成り、合焦用レンズを有している。２は焦点検出手
段であり撮影系１の予定結像面からのデイフォーカス量
若しくはこれに相当する量である焦点外れ量を検出して
いる。

３は撮影系１内に設けた記憶部であり撮影系固有の光学
的諸数値、例えば合焦用レンズの移動に関する基準係数
５０と焦点外れ量を関数で表わしたときの該関数に対す
る比例定数（以下「定数」ともいう。）Ａが記憶されて
いる。４は第１演算手段であり記憶部３からの基準係数
Ｓ。と、定数Ａと焦点検出手段２で求めた焦点外れ量Δ
ｄとから合焦用レンズを移動させるべきときの敏感度に
相当する移動係数Ｓｄを求め、これより合焦用レンズの
移動させるべき量χを演算している。５は駆動手段であ
り第１演算手段４で求めた演算結果に基づいて合黒用レ
ンズを所定量移動させている。

焦点検出手段２と第１演算手段４、そして後述する判別
手段６は光学装置１０内に収納されている。

一般に焦点外れ量に対する合焦用レンズの移動量は物体
距離９合焦用レンズの光軸上の初期位置、ズーム位置等
によって異ってくる。

例えば物体距離が同一であっても合焦用レンズの光軸上
の位置によって焦点検出手段により得られる焦点外れ量
Δｄは異ってくる。

例えば第２図に示すように物体距離が１２１で撮影系２
１の合焦用レンズ２２が合焦すべき位置よりχ２□離れ
ていたとする。このとき焦点検出手段で得られる焦点外
れ量Δｄ２＋と合焦用レンズの移動量χ２．との関係は
同図（Ｃ）の如くになる。ここで焦点外れ滑Δｄ２＋は
ａ２＋、ａ２２＋　８２３、ａ２４で囲まれる面積に相
当している。

一方、合焦用レンズが同図（Ｂ）のように合焦すべき位
置よりχ２□離れていたとすると焦点検出手段で得られ
る焦点外れ量Δｄ２２は点ａ２１＋　ａ２５＋ａ２６＋
　ａ　２４で囲まれた面積に相当する。尚、同図（八）
　、　（１３）でＰ２Ｏは予定結像面、２０は物体であ
る。このように一般の撮影系では焦点外れ量Δｄと合焦
用レンズの移動量χとは非線形の関係にある。

そこで本実施例では焦点外れ量から合焦用レンズの移動
量を求める際、焦点外れ量と合焦用レンズの移動量との
非線形を移動係数Ｓｄなるものを新たに定義し、これと
焦点外れ量Δｄより合焦用レンズの移動量を結反良く求
めることを特徴としている。

次に本実施例の動作をまず光学装置に着脱する撮影系が
単一焦点距離の結像系から成る場合について述べる。

第１−図に示すようにまず焦点検出手段２により撮影系
の焦点外れ量Δｄを検出する。そして判別手段６により
焦点外れ量Δｄが撮影系の許容範囲内のときはレリーズ
等の撮影を行うようにし、許容範囲外のときは第１演算
手段４に焦点外れ量Δｄが人力される。

又、判別手段６からの信号に基づいて撮影系１の記憶部
３からは撮影系固有の基準係数Ｓ。と焦点外れ量を関数
で表わしたときの該関数に対する比例定数Ａが第１演算
手段に入力される。ここで基準係数３０と定数Ａは撮影
系が単一焦点距離のときは１つの定まった値となる。

第１演算手段４では基準係数Ｓ。と定数Ａ、そして焦点
外れ量Δｄを用いて合焦用レンズを移動させる際の移動
係数Ｓｄを焦点外れ量Δｄの関数ｆ（Δｄ）を用いて ５ｄ＝Ｓｏ＋　　Ａ　　ｘ　　ｆ（Δｄ　）　−−−−
−−（１）として求めている。

そして　（１ン式で求めた移動係数Ｓｄと焦点外れ咀Δ
ｄより合焦用レンズの移動量χを χ＝Δｄ／Ｓｄ　　・・・・・・　（２）として求めて
いる。そして駆動手段５により合焦用レンズを第１演算
手段４からの出力値に応じて移動させている。

これに対して従来の自動合焦装置では第３図に示すよう
に、例えば撮影系がレンズ系全体を移動させてフォーカ
スを行う場合、同図（Ａ）の如く焦点検出手段で検出さ
れた焦点外れ量が仮りにΔｄ３１あったとする。そうす
ると同図　（Ｂ）の如く撮影系をΔｄ３１だけ移動させ
ていた。この場合、撮影系の移動量が大きすぎ、物体３
０は予定結像面Ｐ３ＱからΔｄ３２だけ外れた点Ｐ３１
に結像する。

この為、再度焦点検出を行う必要があった。

本実施例では焦点検出手段２から得られた焦点外れ計Δ
ｄを撮影系の敏感度に相当する基準係数５０と定数Ａを
用いて補正し、その後、合焦用レンズの移動量を決めて
いる。例えば本実施例では（１）式で関数ｆ（Δｄ）を
２次式で表わし、５ｄ＝ｓ、＋　　Ａ−Δｄ２・、−−
−（３）なる式を用いて移動係数Ｓｄなるものを求め、
この移動係数Ｓｄと焦点外れ量Δｄとから合焦用レンズ
の移動量χを　（２）式より求めるようにしている。尚
　（３）式における基準係数Ｓ。は例えば基準距離物体
における撮影系の敏感度である。

このように焦点外れ量Δｄの代わりに　（２ン式で求め
た値χたけ合焦用レンズを移動させることにより従来に
比べ、より精度良く合焦用レンズを所定位置に移動させ
ることを可能としている。

次に撮影系が変倍系を有している場合の一実施例につい
て説明する。撮影系が変倍系を有しているときは単一焦
点距離の結像系の場合に比べて前述の基準係数Ｓｏと定
数Ａの値が各ズーム位置毎に各々異ってくる点に特徴が
ある。

第４図は第１図のブロック図を撮影系が変倍系な有して
いる場合について特に詳細に示したものであり、第１図
と同一の要素には同一の符番な付しである。第４図にお
いて４１は撮影系１若しくはカメラ本体側に設けたズー
ム位置検出手段であり撮影系１のズーム位置を検出して
いる。即ち変倍系のズーム範囲を複数個に分割したとき
焦点検出を行っている変倍系のズーム位置が基準とした
例えば望遠端から何番目に相当しているかを検出してい
る。４２は撮影系１若しくは第１演算手段４の一部に設
けた第２演算手段でありズーム位置固有の敏感度に相当
する基準係数Ｓヶを求める為のものである。例えば変倍
系が望遠端より第１番面のズーム位置にあり、望遠端に
おける合焦用レンズの移動に関する敏感度である基準敏
感度係数をＳｈｏとしたとき、ズーム位置における基準
係数をＳｚを として求めている。

（４）式は望遠端のときはＩ＝１で５２＝ＳＺＯとなり
Ｓｚは望遠端の敏感度となる。

尚、本実施例において記憶部３の記憶容量が十分あれば
（４）式で求めた各ズーム位置毎の基準係数Ｓ２を記憶
させるようにしても良く、この場合には第２演算手段は
不要となる。

第４図において焦点検出を行ったズーム位置における基
準係数Ｓ２を求めた後は合焦用レンズの移動係数ＳＺｄ
を第１演算手段４により焦点外れ量Δｄ２を関数とする
ｆ（Δｄｚ）を用いてＳｚ、＝Ｓ、ｌ＋Ａ　−ｆ　（Δ
ｄ、、）　・・・・・・・・　（５）より求めている。

そして合焦用レンズの移動量χ２を Δｄ２ χ　”　　ＳＺｄ　　・・・・・・・・・・・・・・（
６）より求めている。

一般に変倍系な有する撮影系の焦点外れ量をΔｄ８Ｉ、
このときの合焦用レンズの移動させるべき移動量をχ５
重、又、合焦用レンズの敏感度に相当する基準係数をＳ
Ｓｔとすると、これらの各要素の関数は第５図（Ａ）に
示す如くになる。

同図に示す如く検出される焦点外れ量ΔａＳ＋は白線Ａ
ｘで囲まれる面積、即ち点ａ５゜、ａｓｌ。

ａ　！２＋　８５３で囲まれる面積となり、このときの
焦点外れ量ΔｄＳｔは合焦用レンズの焦点合わせの為の
移動されるべき量χｌｆｔとは非線形となる。

同図に右いてＳＸＯは撮影系固有の値であり、−定のズ
ーム位置、物体距離等における合焦用レンズの合焦位置
近傍における敏感度に相当している。

又、Ｓｚは焦点検出を行った撮影状態のズーム位置のみ
を考慮した敏感度であり、実際は多くの変倍系を有する
撮影系では Ｓｚ　　ξ　ＳＸＯ・・・・・・・・・・・・　（７）
と近似することが出来る。

そこで以下の説明では簡単の為に８２〜ＳＸＯとして説
明する。

ＳＳＩは焦点検出の際のズーム位置、物体距離。

モして合焦用レンズの光軸上の位置等に依存する＠感度
である。金板りに同図において例えば検出された焦点外
れ量がΔｄ５□のときは合焦用レンズの合焦の為の移動
量はχ−，２となる。ここでΔｄ５２は点ａ、。＋　ａ
Ｓ４＋　ａＳＳ＋　ａ　８３で囲まれる面積に相当して
いる。このように合焦用レンズの合焦の為の移動量χと
焦点外れ量Δｄは非線形となっている。この為、焦点外
れ量Δｄ２より移動量χ２を求めるには曲線ＡＸの方程
式を求めることが重要となってくる。しかしながら曲線
ＡＸの方程式は撮影系固有のしかも前述の撮影状態によ
り種々変化し、一義的に特定することは大変困難である
。

この為、従来の自動合焦装置においては焦点外れ量がΔ
ｄ５□あったとき第５図（Ａ）に示すように焦点検出を
行ったズーム位置における合焦点近傍の敏感度Ｓ２を用
いて合焦用レンズの移動量χ２をχ２＝Δｄｓ＋／Ｓｚ
として求めていた。この為同図（Ｂ）に示す如く移動量
χ２は点ａ５３゜ａ　ｆｆ１６＋　ａ　６２で囲まれる
面積をΔＳとするとΔχ＝ΔＳ／Ｓ、だけ、即ち同図（
Ｂ）に示すΔχだけ移動過剰となってしまった。この結
果、再度焦点外れ量を検出し、同様のことを繰り返さね
ばならなかった。

これに対して本実施例では同図の縦方向の値ＳＸＯが多
くの撮影系において主にズーム位置だけの敏感度に近似
することができることからズーム位置より同図（Ａ）の
縦軸の座標、即ち敏感度Ｓ２を例えば（４）式より求め
ている。次に曲線ＡＸが種々の撮影系について検討した
結果、焦点外れ量Δｄ２を横軸にとると同図（Ｃ）に示
す如く２次関数で良く近似することが出来ることからＡ
を焦点外れ量を関数で表わしたときの該関数に対する比
例定数として曲線ＡＸを Ａｘ＝ＡＸΔｄ２２＋Ｓ、　　”””　　（ｓ）より求
めている。これより第５図（Ａ）の点ａ５゜。

ａ５１．ａＳ２＋　　ａ５３で囲まれる面積ＳＳＺに相
当するΔｄ５１より横軸に相当する値、即ち合焦用レン
ズの移動量χ２を求める際の縦軸に相当する値ＳＺｄ、
即ち合焦用レンズの敏感度に相当する移動係数ＳＺｄを ５ｚｄ＝Ｓｚ　＋　（ＡＸ　−ｓｚ　）／３　−−−−
−−　　（９）としている。そして（８）　、　（９）
式より移動係数ＳＺｄを として求めている。

そして、これより合焦用レンズの移動量χ２を焦点外れ
量Δｄ５１より χ２＝Δｄ　ｇ　＋／　Ｓ　ｚａ　　・・・・・・・・
・・（１１）として求めている。この結果、合焦用レン
ズの移動量に相当する面積ＳＳＺは５ＳＺ＝ＳｚｄＸＸ
ｚとなる。面積ＳＳＺと焦点検出手段から得られる焦点
外れ量Δｄ５１に対する面積とは第５図（Ａ）。

（Ｄ）から明らかのように ＳＳＺ　　〜　ΔｄＳｔ となる。これより本来、移動させるべき移動量χＳ□と
演算で求めた移動量χ２とは χ５１　　句　χ２ となる。従って本実施例によれば高い精度で合焦用レン
ズを所定位置に１回の動作で移動させることが可能とな
る。

尚、本実施例において（１０）式の定数Ａは各ズーム位
置毎に例えば撮影系１の記憶部３に記憶されているもの
であり、ズーム位置検出手段により基準敏感度ＳＺＯと
共に読み出すようにしている。

このように本実施例では従来のように焦点外れ■Δｄ２
と撮影系に右ける敏感度に相当する基準係数３２より直
接、合焦用レンズの移動量を求める代わりに、まず焦点
外れ量Δｄ２と焦点外れ量を関数で表わしたときの該関
数に対する比例定数Ａとズーム位置のみにおける基準係
数Ｓｚより（５）式若しくは（１０）式より移動係数Ｓ
Ｚｄを求め、この移動係数ＳＺｄと焦点外れ量Δｄ２よ
り第１演算手段により（１１）式を用い合焦用レンズの
移動量χ２を求めることにより高精度に自動合焦を行っ
ている。

尚、本実施例において移動係数ＳＺｄを求める際の多項
式を撮影系の性質により２次関数以外の例えば３次関数
以上の関数を用いて求めるようにしても良い。

又、撮影系が変倍系な有している場合について求めた　
（４）式の基準係数８２を各撮影系の性質に応じて他の
式を用いて求めるようにしても良い。

（発明の効果） 本発明によれば装着される撮影系の焦点外れ量と撮影系
の有する固有の敏感度を利用し、所定の演算を行うこと
により合焦用レンズの移動量を精度良く求めることが出
来る為、従来の方法に比べて少ない回数で合焦用レンズ
を所定位置に移動させることの出来る高精度な光学装置
を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学装置に撮影系を装着し
たときのブロック図、第２因、第３図は焦点外れ−１と
合焦用レンズの移動に関する説明図、第４図は本発明の
一実施例の光学装置に変倍系を有した撮影系を装着した
ときのブロック図、第５図は第４図における焦点外れ量
と合焦用レンズの移動量との関係を示す説明図である。 図中、１０は光学装置、１は撮影系、２は焦点検出手段
、３は記憶部、４は第１演算部、５は駆動手段、６は判
別手段である。 特許出願人　　キャノン株式会社 第２図 第５日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交換用の撮影系が着脱可能な光学装置であって、該光学
   装置は該光学装置に装着する撮影系の焦点外れ量を検出
   する為の焦点検出手段と、該撮影系から送出されてくる
   合焦に関する基準係数と焦点外れ量を関数で表わしたと
   きの該関数に対する比例定数を受け、該基準係数と該比
   例定数と該焦点外れ量とから該撮影系の合焦用レンズの
   移動量を求め、該移動量に関する信号を該撮影系側に送
   出する演算手段とを有していることを特徴とする焦点検
   出装置を有した光学装置。