JPH02210315A - 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、詳しくは、カメラ等のコントラ
スト方式の合焦点検出装置に関する。

［従来の技術］ カメラ等の合焦点検出方式にはアクティブ型とパッシブ
型がある。そしてパッシブ型のもので本発明に関連する
コントラスト方式の技術としては、特公昭５９−１６２
４５号公報に開示されているようにレンズの色収差によ
って撮影レンズの合焦点を検出する装置に関するものが
あり、特開昭６２−１１５４０８号公報に開示されてい
る合焦検出装置は、色の持つ波長の違いを利用して撮影
レンズの合焦点を検出するようにしている。

更にビデオカメラの自動焦点合わせ装置として撮影中の
映像ｆＪ号の高域成分を用いて画面の精細度を検出し、
精細度が最大となるようにレンズの距離環を回転制御す
る、いわゆる山登り制御の技術がＮＨＫ技術研究報告、
昭４０．第１７巻、第１号、通巻第８６号２１ページに
石田他著「山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動
焦点、１５１整」として詳細に述べられている。そして
、この技術を改良したものとして、特開昭５８−４８５
８７号公報に色信号情報と輝度信号の双方の高域周波数
成分を用いてビデオカメラのレンズの合焦点を検出する
装置が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のコントラスト方式の合焦点検出装置に
おいては、合焦動作の初期において撮影レンズの移動方
向が決定されていないため、レンズ系の一部を試行的に
動かす必要があり１．−旦、ピントが外れる方向にレン
ズが移動するなどユーザに不自然な感じを与えるもので
あった。また前述の特開昭６２−１１５４０８号公報記
載の合焦検出装置では上記の不具合は解決されたものの
、光電変換素子が複数となるためコスト高になってしま
う。

本発明あ目的は、上述の不具合を解消するために、合焦
動作における撮影レンズの移動方向を検出し、ユーザに
不自然な感じを与えることのない、より能率的で安価な
焦点検出装置を提供するにある。

［課題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、撮影レンズと、この撮影レンズを駆動する
駆動手段と、上記撮影レンズの光束を複数の瞳に分割す
る分割手段と、上記各瞳に対応した各カラーフィルタと
、各カラーフィルタを設けた画素を規則的に配置した光
電変換手段と、この光電変換手段の出力に基づいて焦点
検出演算を行なう演算手段と、を具備したことを特徴と
する。

［実　施　例］ まず、本発明の実施例の詳細を説明するに先立って、本
発明の概念を第１．２図により説明する。

本発明の主旨はカメラ等の合焦動作において、撮影レン
ズの合焦位置への移動方向を検出し、指示することであ
るが、そのためには、まず現在の撮影レンズの位置が前
ピン位置か後ビン位置かを判別することが必要である。

そこで、その判別のための基本的な考え方を説明する。

第２図において、符号１は撮影レンズ位置、２はフィル
ム面相当位置に配設される光電変換素子のセンサ面であ
って、合焦状態であれば第２図（Ａ）のように撮影レン
ズで屈折した被写体からの光束ｄ、ｅはセンサ面２上の
−点りで結像する。しかし前ピン状態であれば、第２図
（Ｂ）のように上記光束ｄ、ｅはセンサ面２においてそ
の位置がレンズ上での通過位置と逆転し、それぞれｈ’
　、ｈ’に結像する。更に、後ピン状態であれば第２図
（Ｃ）のように光束ｄ、ｅは位置が逆転せず、それぞれ
ｈ’、ｈ’の位置に結像する。

このように、前ピンと後ピン状態とによって各光束の結
像位置が異なることが解る。従ってセンサ面２上で上記
結像位置ｈ’　、ｈ’を光束ｄ、　　ｅのいずれの光に
よるものかが識別できれば第２図（Ｂ）　、　（Ｃ）と
照合することによって、現在前ピン状態か後ピン状態か
が判別できる。

本発明では、カラーフィルタにより上記光束ｄ。

ｅに色情報を与え、その色情報によって、例えば、上記
の結像位置ｈ’、ｈ’を識別してその配置を検出し、そ
のデータに基づいて前ピン、後ピン状態の判別をするも
のである。

本発明の焦点検出装置の主要部の構成は第１図に示され
るように撮影レンズ１１と、同撮影レンズ１１の光束を
複数に分割する瞳分割マスク１２と、６瞳に対応した複
数のカラーフィルタ１３と、各画素別に交互に規則的に
配置したカラーフィルタＢ１４と、そのフィルタＢ１４
に対応する光電変換手段であるＣＣＤのエリアセンサ１
５と、更に上記エリアセンサ１５の出力をもとに、前ピ
ン。

後ピンを判別して、各ピント状態に応じて撮影レンズ１
１の移動方向を出力する演算子段１６と、その移動方向
の指示に従って撮影レンズ１１を駆動する駆動手段１７
によって構成される。

この装置の作用の概略は、まず、撮影レンズ１１を通過
した光束は瞳分割マスク１２で所定の数に分割され、各
マスクに対応したカラーフィルタＡ１３を通過し、各画
素別に配置されるカラーフィルタＢ１４を経由して、上
記フィルタＡ１３の色情報に対応したＣＣＤのエリアセ
ンサ１５に投射される。

このようにしてエリアセンサ１５は、瞳分割マスク１２
の各マスクを通過した光束を区別して検出することがで
きる。そして、演算手段１６はエリアセンサ１５の出力
に基づいて、例えば、前述の第２図のように光束ｄ、ｅ
がマスク１２で分割されたとすると、それぞれに対応す
る像位ｒｉ１ｇ’　。

ｇ′の関係を検出する。更にその位置関係により、第２
図の（Ｂ）　、　（Ｃ）のいずれの状態であるかによっ
て、現在の撮影レンズ１１の位置が前ビンか後ビンの状
態にあるかを判別し、撮影レンズ１１の移動方向を演算
し、そしてレンズ１１を駆動する駆動手段１７に上記移
動方向の制御信号を出力する。

次に、上述の概念に基づいた本発明の一実施例を示す焦
点検出装置について説明する。この焦点検出装置は自動
合焦装置に適用されており、同装置の構成は第３図に示
されるように、撮影レンズ１１と、３分割される瞳分割
マスク１２と、瞳に対応する赤、緑、青の光の３原色（
Ｒ，Ｇ、Ｂ）のカラーフィルタＡ１３と、エリアセンサ
１５のＣＣＤの画素に対応し、ＣＣＤＩ、：？ｆｆａし
て配設するカラーフィルタＢ１４と、フィルム面相当位
置に配設される２次元のＣＣＤのエリアセンサ１５と、
その出力によってレンズの合焦移動方向を演算する方向
検出部２２と、複数のバンドパスフィルタからなり上記
エリアセンサ１５の出力を周波数分割するバンドパスフ
ィルタ群２３と、分割された各周波数のピークを検出し
て合焦を判定するピーク検出部２４と、上記方向検出部
２２からは撮影レンズ１１の移動方向信号を取り込み、
またピーク検出部２４からは起動、停止信号を取り込み
、それらの信号に基づいてモータ２６を制御する制御部
２５と、撮影レンズ駆動用の上記モータ２６とによって
構成される。

上記瞳分割マスク１２は第４図に示されるように１２０
°の等角度で分割された位置に、赤色フィルタ１３ａ、
緑色フィルタ１３ｂ、青色フィルタ１３ｃを配設して構
成されている。またエリアセンサ１５上に取付けられる
カラーフィルタＢ１４は第５図の拡大図に示されるよう
に各エリアセンサ１５の各画素に対応した赤色（Ｒ）、
青色（Ｇ）、緑色（Ｂ）のフィルタで構成されている。

そして、本実施例の装置のｎ１距時の光路系はＴＳ６図
に示されるように、撮影レンズ１１を通過した光をハー
フミラ−３０により上方に向けて一部反射し、プリズム
３１で方向を変え接眼レンズ３２に導くファインダ光学
系と、上記ハーフミラ−３０を透過し、全反射ミラー３
３で下方に向けて反射し、瞳分割マスク１２で分割され
、それぞれに対応したカラーフィルタＡ１Ｂを通過し、
カラーフィルタＢ１４を介してエリアセンサ１５に入射
する焦点検出用光学系とで構成されている。

また、上記エリアセンサ１５と方向検出部２２の詳細を
説明すると、第７図に示すように、エリアセンサ１５は
ＣＣＤ受光部１５ａとそこで蓄積された信号のＣＣＤ転
送部１５ｂとで構成されている。また方向検出部２２は
オペアンプ３４ａと増幅率を変えるＭＯＳスイッチ３４
ｂとからなり、ＣＣＤ転送部１５ｂからの出力信号を増
幅する増幅回路３４と、増幅されたアナログ信号をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３５と、そのＡ／
Ｄ変換出力によって、撮影レンズ１１の移動方向を演算
しそれをモータ制御部２５（第３図参照）に出力するＣ
ＰＵ３６とで構成されている。

なお、増幅回路３４は各カラーに応じてＣＰＵ３５で選
択されるＭＯＳスイッチ３４ｂにより増幅率に変化が与
えられている。またま、Ａ／Ｄ変換回路３５は人力され
たアナログデータと基準電流源３５ａ、抵抗（図示せず
）による基準電圧との比較値を出力するコンパレータ群
３５ｂと、そのコンパレータの出力が人力されるエンコ
ーダ回路３５ｃより構成されているものであって、増幅
回路３４の出力を一度にＡ／Ｄ変換できるものである。

そして、Ａ／Ｄ変換回路３５は、そのディジタルデータ
をＣＰＵ３６に転送し、ＣＰＵにてデータ処理を行なう
ようになっている。

上述のように構成された本実施例の合焦装置の作用につ
いて説明すると、撮影レンズ１１を経由して瞳分割マス
ク１２．カラーフィルタＡ１３を通過し、３つに瞳分割
された光束はエリアセンサ１５上に到達するが、このと
き、撮影レンズ１１が合焦位置にあれば、第８図（Ａ）
に示されるようにエリアセンサ１５上の１箇所ｉに結像
する。そのとき３つに分割された光束が再び重合された
状態となるため、カラーフィルタＡ１３の色は消えてい
る。なおピントが合った状態で像の色が消滅するように
カラーフィルタＡ１３の３枚のフィルタ特性は定めるも
のとする。一方、撮影レンズ１１が前ピン位置にある場
合は、第８図（Ｂ）に示されるようにカラーフィルタＡ
１３を通過した３つのカラーの光束はエリアセンサ１５
上で３つに分離して結像する。そして、その位置は、上
記概念で説明したように、カラーフィルタＡ１３ａ〜１
３ｃの配置と逆転した位置、即ちｊ′が赤（Ｒ）、に′
が緑（Ｇ）　、　１　’が青（Ｂ）となる。また後ピン
の位置にある場合は、第８図（Ｃ）に示されるように像
は３つに分離し、その位置は第４図に示すカラーフィル
タＡ１３ａ〜１３ｃと同じ配置、即ちｊｌが赤（Ｒ）、
に’が緑（Ｇ）、　ｆ！’が青（Ｂ）となる。上述のよ
うにピント状態の違いがエリアセンサ１５上に現われる
ことになる。そしてエリアセンサ１５には各画素に対応
してカラーフィルタＢ１４が密着されているので上記の
３つのカラー光束の結像位置を各カラーに対応させてエ
リアセンサ１５で検出できることになる。

上述のエリアセンサ１５のカラー情報を含む結像配置情
報の出力は方向検出部旦に取込まれ、ＣＰＵ３６によっ
て、上述のようなカラー光束の結像の配置とピント状態
との関係から撮影レンズの合焦移動方向が演算される。

このようにして求められた移動方向データはモータ制御
部２５に出力され、モータ２６は撮影レンズ１１を合焦
方向に移動させることになる。ここでＣＰＵ３６におけ
る移動方向演算の出力波形の様子を第９図で説明する。

被写体が第４図の瞳分割図の左右方向（Ｘ）に対して第
９図（Ａ）のにように、その中央部で立上がるような輝
度分布を有している場合、瞳分割マスク１２で分割され
た３つの光束のうち、Ｘ方向に配置される緑色フィルタ
と青色フィルタを通過した光束のみの影響を考慮すれば
よい。従って、第９図（Ｂ）のように赤色光束によるエ
リアセンサ１５の出力ｒはＸ方向に対して第９図（Ａ）
の輝度分布の立上がりと同一位置で立上がる。そして、
例えば撮影レンズ１１が前ビン状態に位置しているとす
ると、緑色光束による出力ｇは第９図＜Ｃ＞のように（
Ａ）の立上がり部より右方で立上がり、また青色光束に
よる出力すは第９図（Ｄ）のように（Ａ）の立上がり部
より左方で立上がる。そして、ＣＰＵ３６においてはエ
リアセンサ２１の上記の出力ｒ、　　ｇ、　　ｂにより
各光束の分布状態を演算し、出力ｒ、　　ｇ、　　ｂが
同一レベルの位置はカラーフィルタＡ１３の影響がない
として取扱い、それ以外の位置のみを演算の対象とする
。その結果、緑色光束に対してのｆｊｔ算結果の出力ｇ
′は第９図（Ｅ）にようにＸ軸上中央より右側、青光束
に対しての出力ｂ′中央より左側にそれぞれ位置し、こ
の位置関係から前ビン状態と判別し、撮影レンズ１１の
移動すべき方向が演算され出力され、撮影レンズ１１が
その演算方向に駆動される。

なお、カメラの実際の状態においては被写体からの光は
スポット光の集合であるため、第１０図に示すように、
例えばピント合わせようとする被写体１９の全体につい
て、上述の色ずれ評価を行なう必要がある。

一方、レンズ移動方向指示とは別に合焦位置に到達した
かどうかの判別が必要なとなるが、それはエリアセンサ
１５の出力をバンドパスフィルタ群２３で処理後、ピー
ク検出部２４で判別され、合焦時にモータ制御部２５に
モータ駆動停止命令が出力され、モータ２６が停止する
。

上述の実施例においては瞳分割数を３としたが、２分割
でも、本発明の要旨に基づく装置は実現可能であり、更
に、カラーフィルタの代わりとして偏光板を用い光の特
異性を利用した装置も実現可能である。またエリアセン
サ１５にカラー用ＣＯＤを用いることも可能で、その場
合、当然カラーフィルタＢ１４は不要となる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の焦点検出装置は撮影レンズ通
過後の光束を瞳分割し、６瞳に各カラーフィルタを対応
させ、その分割されたカラー情報を有する光束のエリア
センサ面上での位置関係から前ピン、後ピンの判断を行
なうもので、本発明の装置によれば、 （１）撮影レンズの合焦動作初期においても、撮影レン
ズの移動すべき方向を識別することが可能である。

（ｎ）従って、合焦動作に先立って移動方向を知る目的
で系の一部を試行動作させる装置等が不要となり、コス
トの低減が計れる。

（ｉｉ）上記の試行動作がないためユーザに不自然な感
じを与えない。

（１ｖ）カラーフィルタと１つのＣＣＤによるエリアセ
ンサを検出部に用いるだけでよいのでコストが安い。

等の顕著な効果が得られ、明細書の冒頭に述べたような
欠点を除去した焦点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、本発明の概念を示す焦点検出装置の構成ブロ
ック図、 第２図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は、上記第１図
の装置の光束の結像状態を示す線図、 第３図は、本発明の一実施例を示す焦点検出装置を用い
た合焦装置の構成ブロック図、第４図は、第３図の合焦
装置の瞳分割マスクの正面図、 第５図は、第３図の合焦装置のカラーフィルタＢの拡大
正面図、 第６図は、第３図の合焦装置の光路系統図、第７図は、
第３図の合焦装置のエリアセンサと方向検出部の構成を
示す電気回路図、 第８図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は、第３図の合
焦装置の瞳分割後の光束による結像状態をそれぞれ示す
拡大図、 第９図（Ａ）〜（Ｐ）は、第３図の合焦装置のエリアセ
ンサのカラーによる出力波形とＣＰＵのカラーによる結
像位置データの出力波形図、第１０図は、第３図の合焦
装置によるエリアセンサ上の被写体画面を示す図である
。 １１・・・・・・・・・撮影レンズ １２・・・・・・・・・瞳分割マスク １３・・・・・・・・・カラーフィルタＡ１４・・・・
・・・・・カラーフィルタＢ１６・・・・！・・・・演
算手段 ２１・・・・・・・・・エリアセンサ（光電変換手段）
発４図 発６区 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿 １．事件の表示　　　　　平成　１年特許願第０３０６
６９号２、発明の名称　　　　　焦点検出装置３、補正
をする者 名　称　　　　　（０３７）　　オリンパス光学工業株
式会社４、代理人 住　所　　　　　東京都世田谷区松原５丁目５２番１４
号５、補正の対象 「明細書の発明の詳細な説明の欄」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影レンズと、 この撮影レンズを駆動する駆動手段と、 上記撮影レンズの光束を複数の瞳に分割する分割手段と
   、 上記各瞳に対応した各カラーフィルタと、 各カラーフィルタを設けた画素を規則的に配置した光電
   変換手段と、 この光電変換手段の出力に基づいて焦点検出演算を行な
   う演算手段と、 を具備したことを特徴とする焦点検出装置。