JPH05227465A

JPH05227465A - 自動合焦装置

Info

Publication number: JPH05227465A
Application number: JP3054937A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Komiya; 康宏小宮
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】合焦時間が短く動体予測ＡＦが可能であり、さ
らに、合焦調節動作中に撮影者に対して不快感を与えな
い自動合焦装置を提供することを目的とする。【構成】画像信号から所定の周波数帯域のみを取りだ
し、この取り出された信号から異なる光路差をもった複
数の位置での合焦度に応じた複数の焦点信号を検出する
ための焦点信号検出器４１ｐ、４１ｑと、この検出器４
１ｐ、４１ｑからの複数の焦点信号値から合焦状態を判
断するとともに、合焦位置を検出する合焦制御器４３と
を具備し、この出力によって撮像素子３９ｐ、３９ｑと
撮影光学系との相対位置を変化させる駆動回路４０を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一眼レフカメラ、電子カ
メラ等に利用される自動合焦装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている自動合焦装置とし
て、撮像素子から得られる画像信号から所定の周波数成
分を抽出し、その抽出した周波数成分が最大となる位置
に撮影光学系を移動させることにより合焦調節を行うい
わゆる山登り方式がある。

【０００３】この山登り方式を適用した自動合焦装置
は、焦点調節用に専用の光学部品が不用であることから
小型化が可能であると共に、複写体のパターンに依存せ
ずに高精度の合焦が可能であるといった利点を有してい
る。山登り方式を利用した自動合焦装置は、例えばＮＨ
Ｋ技術報告、昭和４０年、第１７巻、第１号通巻第８６
号（Ｐ２１〜Ｐ３７）に詳述されている。

【０００４】ところで合焦位置付近の複数の周波数成分
値から補間演算により合焦位置を算出することにより、
山登り方式における合焦速度、及び合焦精度の向上を図
った自動合焦が本出願人により既に出願済みである（特
願平１−３１９４７３号）。そして、更に高精度の合焦
調節を行うために、補間演算の補間間隔を、撮影光学系
のＦナンバー、焦点距離、抽出する周波数成分の周波数
帯域等のパラメーターから最適に設定する方法も本出願
人により既に出願済みである（特願平０２−１０９８７
６号）。

【０００５】かかる自動合焦装置の概略について図１９
を参照して説明する。図１９において撮影光学系１によ
って取り込まれた被写体像はＣＣＤ２次元撮像素子２の
受光面上に形成される。形成された被写体像によって蓄
積された電荷は駆動回路３から所定の時間間隔で与えら
れる読み出し信号によって画像信号として読み出され、
増幅器４を介して通過周波数帯域がそれぞれＳ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４（Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４）であるバン
ドパスフィルター（以下ＢＰＦと呼称する）５ａ〜５ｄ
に入力される。各ＢＰＦ５ａ〜５ｄにはゲート回路８ａ
〜８ｄ、２乗器からなる検波器９ａ〜９ｄ、Ａ／Ｄ変換
器１０ａ〜１０ｄ、デジタル積分回路１１ａ〜１１ｄが
それぞれ直列に接続されている。各ゲート回路８ａ〜８
ｄには測距エリア指定回路２１が接続されていて、合焦
させたい領域の画像信号のみを抽出する機能を有してい
る。デジタル積分回路１１ａ〜１１ｄは加算器１２、ラ
ッチ回路１３から構成され各周波数帯域の周波数成分Ｖ
１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を出力する。ここで、各周波数成
分は合焦の度合を表す信号であることから以後焦点信号
と呼称する。

【０００６】マイクロプロセッサ２２はフィールド毎に
送られてくる焦点信号Ｖ１〜Ｖ４を用いて補間演算に基
づく合焦調節制御を行う。ここで補間演算は図２０に示
すように焦点信号の最大値及びその両側の３点を用いて
次式により行う。Ｐ０≧Ｐ２の場合Ｘｆ＝Ｘ１−Ｌ／２・｛（Ｐ０−Ｐ２）／（Ｐ１−Ｐ２）｝ …（１）Ｐ０＜Ｐ２の場合Ｘｆ＝Ｘ１＋Ｌ／２・｛（Ｐ２−Ｐ０）／（Ｐ１−Ｐ０）｝ …（１）′

【０００７】ここでＸｆは合焦位置、Ｌは補間の間隔を
表す。また、この焦点信号のなす曲線を焦点信号曲線と
呼称することとする。そして、この補間間隔Ｌは撮影光
学系のＦナンバー、焦点距離、抽出する周波数成分の周
波数帯域等のパラメーターから最適に設定することによ
り高速高精度の合焦調節を行うことが可能となる。この
ような３点を用いた補間演算によるコントラスト法を３
点補間と呼称する。さらにこの出願では図２１（ａ）に
示すように合焦位置を挾む２点を利用した合焦位置算出
法についても述べている。これは図２１（ｂ）に示すよ
うに合焦位置を挾んだ２点のコントラスト比Ｒ（＝Ｖｐ
／Ｖｑ）および２点の間隔１から予めデフォーカス量を
記憶してあるテーブルを参照して、デフォーカス量Ｄを
求める方法で、２点補間と呼称する。ここでｄＦＺＰは
光学系のパラメータで、ｄＦＺＰ＝１．２２・Ｆ／ｓ …（２）ここで、Ｆ：撮影光学系のＦナンバーｓ：ＢＰＦの中心周波数から求められる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は結像面付近の１位置での映像信号を用いているため
に、次のような欠点を有している。ここで結像面とは撮
像したい被写体の結像している光軸と垂直な平面の事を
言う。 (1) 合焦調節開始時にデフォーカスの方向がわから
ず、合焦位置の方向とは逆の方向に撮影光学系を駆動す
る場合があり、合焦時間が長くなる。 (2) 合焦調節開始時に撮影光学系が合焦点にある場合
でも、一度はデフォーカスさせる必要がありやはり合焦
時間が長くなる。

【０００９】(3) ＢＰＦの通過帯域が狭い場合は従来
技術でも開示しているように３点補間において原理的に
は動体の速度検出は可能であるが、実際には焦点信号の
ノイズの影響を少なくするため通過帯域を広くする必要
があり、動体の速度を求め露光までのタイムラグを考慮
した合焦調節（動体予測ＡＦ）を行うことは困難であ
る。２点補間では動体の場合、焦点信号曲線がテーブル
に記憶されている形状から大きくずれてしまうため、動
体の速度検出はおろか合焦位置を求めることもできなく
なる。

【００１０】(4) 撮影光学系が一度合焦位置を通り過
ぎ、再び合焦位置へ戻る動作（行き過ぎ動作と呼称す
る）を行うため、撮影者は合焦調節動作に不快感を抱く
ことがある。

【００１１】以上のように従来技術では結像面付近の１
位置での映像信号を用いているために、撮影光学系を無
駄な方向に駆動する場合があり、合焦速度は必ずしも速
くならなかった。さらに動体予測ＡＦは困難であるとと
もに合焦調節動作に不快感を抱くことがあった。

【００１２】本発明の自動合焦装置はこのような課題に
着目してなされたもので、その目的とするところは、合
焦時間が短く動体予測ＡＦが可能であり、さらに、合焦
調節動作中に撮影者に対して不快感を与えない自動合焦
装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の自動合焦装置は、撮影光学系により形成
される画像を、異なる光路差をもった複数の位置で撮像
する一つまたは複数の撮像素子と、この撮像素子と前記
撮影光学系との相対位置を光軸方向に沿って変化させる
駆動手段と、前記一つまたは複数の撮像素子に蓄積され
た電荷を画像信号として読み出す一つまたは複数の画像
読み出し手段と、この読み出し手段で読み出された画像
信号から所定の周波数帯域のみを通過させるバンドパス
フィルターと、このバンドパスフィルターの出力信号か
ら、異なる光路差をもった複数の位置での合焦度に応じ
た複数の焦点信号値を検出するための焦点信号検出手段
と、この焦点信号検出手段から読み出される複数の焦点
信号値から合焦状態を判断する合焦状態判断手段と、前
記焦点信号検出手段から読み出される複数の焦点信号値
から合焦位置を検出し、前記駆動手段を制御する合焦位
置制御手段とを具備する。

【００１４】

【作用】すなわち、本発明においては、画像信号から所
定の周波数帯域のみを取りだし、この信号から、異なる
光路差をもった複数の位置での合焦度に応じて複数の焦
点信号値を検出し、この焦点信号値から合焦状態を判断
するとともに、合焦位置を検出して、撮像素子と撮影光
学系との相対位置を光軸方向に沿って変化させる駆動手
段を制御するものである。

【００１５】

【実施例】まず、本発明の基本的概念を図面を参照して
説明する。

【００１６】本発明においては、同一時刻における結像
面付近での複数位置での映像信号を用いるとともに３点
補間と２点補間を同時に利用することを特徴とする。つ
まり図２に示すように露光面Ｅ（一眼レフではフィルム
面、電子カメラでは撮像素子の受光面）を挾み露光面か
ら等距離ｕ離れた位置と等価な位置に測距用の撮像素子
ＰおよびＱを配置する。この図に於てＩは目的物体の結
像面、Ｈ１は撮影光学系の第１主面、Ｈ２は撮影光学系
の第２主面、ｄＯは第１主面から物体までの距離（物体
距離と呼称する）、ｄＩは第２主面Ｈ２から結像面Ｉま
での距離（結像距離と呼称する）、ｄＥは第２主面Ｈ２
から露光面Ｅまでの距離（露光距離と呼称する）、ｄＰ
は第２主面Ｈ２から撮像素子Ｐ等価面までの距離、ｄＱ
は第２主面Ｈ２から撮像素子Ｑ等価面までの距離であ
る。

【００１７】さて、撮像素子ＰおよびＱの焦点信号の差
は撮像素子の位置により図３のように変化する。ここで
Ｖｐは撮像素子Ｐの焦点信号、Ｖｑは撮像素子Ｑの焦点
信号で縦軸が焦点信号の差Ｖｄ（＝Ｖｐ−Ｖｑ）を表
す。この図から撮影光学系が合焦位置にある場合Ｖｄ＝０撮影光学系が前ピンの場合Ｖｄ＞０投影光学系が後ピンの場合Ｖｄ＜０となることがわかる。つまり、結像面付近での２位置で
の映像信号を用いることにより撮影光学系が合焦か否
か、合焦でない場合はデフォーカスの方向はどちらであ
るかを知ることができ、従来技術の欠点(1) 、(2) が解
決される。

【００１８】次にこのような構成の下での合焦調節動作
について図４を用いて説明する。図４に於て横軸は時刻
で、縦軸は第２主面からの距離を表わす。ｄＩ、ｄＥ、
ｄＰ、ｄＱはそれぞれ時刻の関数として表わされること
からｄＩ（ｔ）、ｄＥ（ｔ）、ｄＰ（ｔ）、ｄＱ（ｔ）
として書き改める。時刻ｔ０からの各距離の変化を示し
てある。なお、撮影光学系の位置Ｘと露光距離ｄＥは一
対一の関係があり、ｄＥ＝ｈ｛Ｘ｝ …（３）

【００１９】とする。そして、ｈ｛ＸＩ｝＝ｄＩを満た
すＸＩが合焦位置となる。また、撮像素子Ｐの焦点信号
値をＶｐ（ｔ）、撮像素子Ｑの焦点信号値をＶｑ（ｔ）
とする。図４で合焦調節が始まると時刻ｔ２において撮
像素子等価面Ｐは結像面を横切っているため、Ｖｐ（ｔ
₀）、Ｖｐ（ｔ₁）、Ｖｐ（ｔ₂）の３点を用いて合焦
位置を求めることが出来る。図５（ａ）に示すように結
像距離ｄＩ（ｔ_p）は（１）式と同様にして、Ｖｐ（ｔ₀）≧Ｖｐ（ｔ₂）の場合、ｄＩ（ｔ_p）＝ｄＰ（ｔ₁）−Ｌｄ／２・｛Ｖｐ（ｔ₀）−Ｖｐ（ｔ₂）｝／｛Ｖｐ（ｔ₁）−Ｖｐ（ｔ₂）｝ …（４）また、Ｖｐ（ｔ₀）≦Ｖｐ（ｔ₂）の場合、ｄＩ（ｔ_p）＝ｄＰ（ｔ₁）＋Ｌｄ／２・｛Ｖｐ（ｔ₂）−Ｖｐ（ｔ₀）｝／｛Ｖｐ（ｔ₁）−Ｖｐ（ｔ₀）｝ …（４）′ となる。ここでｔ_pは撮像素子Ｐ等価面が結像距離に等
しくなる時刻、Ｌｄは画像の撮像距離間隔を表す。そし
て、合焦位置ＸＩ（ｔ_p）はＸＩ（ｔ_p）＝ｈ′｛ｄＩ（ｔ_p）｝（３）′ で表される。ｈ′｛｝はｈ｛｝の逆関数とする。ま
た、ｔ_pは図５（ｂ）に示すように、Ｖｐ（ｔ₀）≧Ｖｐ（ｔ₂）の場合、ｔ_p＝ｔ１−Ｌｔ／２・｛Ｖｐ（ｔ₀）−Ｖｐ（ｔ₂）｝／｛Ｖｐ（ｔ₁）− Ｖｐ（ｔ₂）｝ …（５）また、Ｖｐ（ｔ₀）＜Ｖｐ（ｔ₂）の場合、ｔ_p＝ｔ１＋Ｌｔ／２・｛Ｖｐ（ｔ₂）−Ｖｐ（ｔ₀）｝／｛Ｖｐ（ｔ₁）− Ｖｐ（ｔ₀）｝ …（５）′ と表せる。ここで、Ｌｔは画像の撮像時間間隔を表す。

【００２０】また、時刻ｔ₂において結像面は撮像素子
Ｐ等価面と撮像素子Ｑ等価面に挾まれている。そこで、
２点補間による方法により焦点信号Ｖｐ（ｔ₂）とＶｑ
（ｔ₂）から時刻Ｔ₂における合焦位置ＸＩ（ｔ₂）が
求められる。同時刻の画像を用いているため従来技術の
欠点(3) で説明したような焦点信号曲線の形状の変化は
なく正しく合焦位置が決められる。そして、次式により
物体の速度Ｍを求めることが出来る。Ｍ＝｛ＸＩ（ｔ₂）−ＸＩ（ｔ_p）｝／（ｔ₂−ｔ_p） …（６）

【００２１】図４は物体が静止している場合でありＭ＝
０となり、時刻ｔｇにおいて撮影光学系１の駆動を停止
し合焦調節を終える。☆は撮影光学系１の停止した時刻
及び位置を示し、ｄＥの太線が撮影光学系１の動作によ
るｄＥの変化を示している。このように時刻ｔｇにおい
て初めて露光面は結像面と一致するため、合焦位置の行
き過ぎ動作をなくすことができ従来技術の欠点(4) が解
消される。ただし、行き過ぎ動作が生じる場合もあり実
施例の中で詳しく説明する。また、（６）式から動体の
速度を求めることができ、図６の様な場合速度Ｍより実
際の露光時刻までの物体の移動を予測し合焦調節を行う
（動体予測ＡＦ）ことができ、従来技術の欠点(3) が解
消される。さらに、従来技術のように動体の速度を求め
るためにＢＰＥが狭帯域でなければならないという条件
はなく、速度検出精度を向上できる。以下に、本発明の
第１実施例について説明する。

【００２２】図７において３０はカメラ本体で、１は撮
影光学系、３１は光量を制限するための絞り、３３は露
光面に相当するフィルム面、３２はミラーでフィルム露
光時には撮影光学系からの光束をフィルム面３３へ導く
べく移動する。測距時には、ミラー３２からの光束はハ
ーフミラー３５を介して合焦調節回路３６へ導かれると
ともに、ファインダー３４へ導かれる。１６は撮影光学
系を光軸方向に駆動するためのモータで合焦調節回路３
６からの制御信号によりコントロールされる。また、撮
影光学系１の位置Ｘ、焦点距離ｆ、および絞り３１のＦ
ナンバーＦが合焦調節回路へ入力されている。

【００２３】合焦調節回路３６は図１のような構成とな
っている。ハーフミラー３５からの光束はハーフミラー
３７を介して撮像素子３９ｐ、およびミラー３８を介し
て撮像素子３９ｑに入射する。なお４２は縮小光学系で
フィルム面３３の大きさに結像する画像を撮像素子３９
ｐ，３９ｑの大きさに結像させるための縮小作用を有す
る。さらに、撮像素子３９ｐ，３９ｑはフィルム面３３
を等距離ｕの間隔を持って挾んだ等価面に位置するとと
もに撮像素子駆動回路４０によりコントロールされる。
撮像素子で得られた画像信号はプリアンプ４ｐ，４ｑで
増幅されたのち焦点信号検出器４１ｐ，４１ｑに入力さ
れ、それぞれ焦点信号Ｖｐ，Ｖｑを出力する。焦点信号
検出器は図８（ａ）、８（ｂ）の様な構成となってい
る。図８（ａ）に示す例では画像信号はＢＰＦ５に入力
された後、測距エリア指定回路２１により指定された画
像位置の信号のみがゲート回路８により抽出され、２乗
器からなる検波器９、Ａ／Ｄ変換器１０、デジタル積分
回路１１により所定の空間周波数の焦点信号が抽出され
る。なおデジタル積分回路１１は加算器１２、ラッチ回
路１３から構成される。図８（ｂ）に示す例では、ま
ず、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換された後、
デジタルＢＰＦにより所定の空間周波数成分が抽出さ
れ、測距エリア指定回路２１により指定された画像位置
の信号の２乗平均値および平均値が、２乗平均値検出回
路４６、平均値検出回路４７によりそれぞれ求められ、
分散検出回路により次式に示す分散値が焦点信号として
求められる。 σ＝（Ｍ２−Ｍ１・Ｍ１）／（Ｍ１・Ｍ１）（７）ここで、Ｍ２：二乗平均値、Ｍ１：平均値

【００２４】このσは分散であるためバイアスの変化の
影響を受けず、さらに平均値で正規化しているためゲイ
ンの変化の影響も受けることがない。そのため、フリッ
カや突然の照明光の変化がある場合でも正確な焦点信号
として用いることが出来る。

【００２５】焦点信号検出器４１ｐから出力される焦点
信号Ｖｐ、焦点信号検出器４１ｑから出力される焦点信
号Ｖｑはともに合焦制御器４３に入力され、撮影光学系
１駆動のための制御信号をモータ１６へ出力する。合焦
制御器４３は詳しくは図９のように構成されている。５
０は合焦状態検出器、５１は３点補間器であり、（４）
式、（５）式に基づく計算により、合焦位置およびその
時刻をモータ制御回路５３へ出力する。５２は２点補間
器で図２１（ｂ）の様な構成となっており、合焦位置を
モータ制御回路５３へ出力する。５４は撮影光学系パラ
メータ検出回路であり、（２）式に基ずきパラメータｄ
ＦＺＰを算出する。５５は位置検出器であり、撮影光学
系１の位置Ｘから（３）式に基ずき露光距離ｄＥをもと
め、ｄＰ（＝ｄＥ−ｕ）、ｄＱ（＝ｄＥ＋ｕ）を３点補
間器５１、２点補間器５２へ出力する。５３はモータ制
御回路でモータの制御信号をモータ１６へ出力する。

【００２６】次に、以上の構成のもとでの本実施例の作
用について説明する。まず合焦調節が始まると、図示し
ない露光量検出手段により露光量情報が撮像素子駆動回
路に与えられ、撮像素子３９ｐ，３９ｑの積分時間が設
定され、画像信号の読み出しが始まる。いまこの時刻を
ｔ₀とし、続く読み出し時刻をｔ₁，ｔ₂，ｔ₃…とす
る。読み出された画像信号はプリアンプ４、焦点信号検
出器４１により焦点信号Ｖｐ（ｔ₀），Ｖｑ（ｔ₀）が
合焦状態検出器５０へ入力される。合焦状態検出器５０
では｜Ｖｐ（ｔ₀）−Ｖｑ（ｔ₀）｜≦εの時は合焦状態Ｖｐ（ｔ₀）−Ｖｑ（ｔ₀）＞εの時は前ピン状態Ｖｐ（ｔ₀）−Ｖｑ（ｔ₀）＜εの時は後ピン状態と判断する。ここでεは適当な定数とする。

【００２７】合焦状態の時は、時刻ｔ₁で再び焦点信号
の差を計算し、もう一度｜Ｖｐ（ｔ₁）−Ｖｑ（ｔ₁）
｜≦εとなった場合はその時点で合焦調節動作を終え
る。｜Ｖｐ（ｔ₁）−Ｖｑ（ｔ₁）｜≦εとならなかっ
た場合は、２点補間によりＶｐ（ｔ₀）、Ｖｑ（ｔ₀）
から時刻ｔ₀での合焦位置ＸＩ（ｔ₀）を、Ｖｐ
（ｔ₁）、Ｖｑ（ｔ₁）から時刻ｔ₁での合焦位置ＸＩ
（ｔ₁）を求め、Ｍ＝｛ＸＩ（ｔ₁）−ＸＩ（ｔ₀）｝／（ｔ₁−ｔ₀） …（８）なる式から速度Ｍをもとめ、露光までのタイムラグに合
焦位置が動く距離を予測し、その位置へ撮影光学系１を
駆動して合焦調節を終了する。

【００２８】合焦状態でない場合はモータ制御回路５３
で撮影光学系パラメータｄＦＺＰと焦点距離ｆから画像
の撮像距離間隔を算出し、この間隔を得るべくモータの
駆動速度を設定し、撮影光学系１を露光面が結像面に近
づく方向に駆動を開始する。Ｖｐ（ｔ₀）＞Ｖｑ
（ｔ₀）の場合は、図１０に示すアルゴリズムに従って
合焦調節を行う。つまり時刻ｔ₁にて求められた焦点信
号Ｖｐ（ｔ₁）とＶｐ（ｔ₀）を比較して（ステップＳ
１）、Ｖｐ（ｔ₁）＞Ｖｐ（ｔ₀）でない場合は時刻ｔ
₀およびｔ₁で合焦位置に非常に近いとして、Ｖｐ（ｔ
₀），Ｖｑ（ｔ₀）から時刻ｔ₀での合焦位置ＸＩ（ｔ
₀）を、Ｖｐ（ｔ₁），Ｖｑ（ｔ₁）から時刻ｔ₁での
合焦位置ＸＩ（ｔ₁）を求め（ステップＳ２）、Ｍ＝｛ＸＩ（ｔ₁）−ＸＩ（ｔ₀）｝／（ｔ₁−ｔ₀）

【００２９】なる式から速度Ｍをもとめ、露光までのタ
イムラグに合焦位置が動く距離を予測しその位置へ撮影
光学系１を駆動して合焦調節を終了する（ステップＳ
３）。Ｖｐ（ｔ₁）＞Ｖｐ（ｔ₀）の場合は、Ｖｐ（ｔ
_n+1）＜Ｖｐ（ｔ_n）となった時（ステップＳ４）に、
Ｖｐ（ｔ_n+1）、Ｖｐ（ｔ_n）、Ｖｐ（ｔ_n+1）の３点
を用いて（４）式、（５）式に示したような３点補間を
行い、合焦位置ＸＩ（ｔ_p）とその時刻ｔ_pを求める
（ステップＳ５）。そして、Ｖｐ（ｔ_n+1）、Ｖｑ（ｔ
_n+1）の２点またはＶｐ（ｔ_n）、Ｖｑ（ｔ_n）の２点
の差の小さい方の２点を用いて、２点補間を行い合焦位
置ＸＩ（ｔ_n+1）（またはＸＩ（ｔ_n）、及びその時刻
ｔ_n+1（またはｔ_n）を求め（ステップＳ６）、Ｍ＝｛ＸＩ（ｔ_n+1）−ＸＩ（ｔ_p）｝／（ｔ_n+1−ｔ_p） …（１０）

【００３０】なる式から速度Ｍをもとめ、露光までのタ
イムラグに合焦位置が動く距離を予測し、その位置へ撮
影光学系１を駆動して合焦調節を終了する（ステップＳ
７）。なお、Ｖｐ（ｔ₀）＜Ｖｑ（ｔ₀）の場合も同様
である。

【００３１】このように３点補間と２点補間を併用する
ことにより動体に対してもその速度を正しく検出し、露
光までのタイムラグを考慮した合焦調節が可能となる。
また、同一時刻における結像面付近での２位置での映像
信号を用いることにより、合焦開始時の合焦状態がわか
り撮影光学系の無駄な駆動をなくす事が出来る。さら
に、撮影光学系の合焦位置の行き過ぎ量を減らす事が出
来、撮影者の不快感を低減させることができる。本実施
例で撮像素子３９ｐと撮像素子３９ｑの光路差は一定で
あったが、撮影光学系１の焦点距離、Ｆナンバー等によ
り適宜光路差を変化させてもよい。

【００３２】なお、合焦調節回路３６は図１１のように
撮像素子を一個だけ用い、撮像素子面の半分にハーフミ
ラー３７からの光束を、残り半分にミラー３８からの光
束を結像させる様にしてもよい。この図で６１は画像信
号を分離するためのセレクタである。さらにハーフミラ
ー３７とミラー３８はプリズムを用いて構成してもよ
い。また、ハーフミラー３７を用いず図１２（ａ）のよ
うに撮像素子直前に配置された光路長調節手段６２を用
いてもよい。この光路長調節手段６２はたとえば図１２
（ｂ）のようにライン毎に光路差の異なる部材であり、
この時セレクタ６１はフイールド毎の信号を切り換える
働きをする。さらに、この光路長調節手段６２は液晶等
を用い構成してもよく、１画素毎に光路差を変化させる
ようにしてもよい。

【００３３】また２点補間演算は合焦位置を挾む２点を
用いたが本出願人が既に出願済みの特願平０１−３１７
７３８号にある手法を用いることにより必ずしも合焦位
置を挾む２点を用いる制限はない。以下に、本発明の第
２の実施例を述べる。

【００３４】図４、図６において、合焦する前に露光面
が結像面と一致することはなかったが、図１３（ａ）の
ような場合は時刻ｔｇ′で一度露光面と結像面が一致
し、デフォーカスし再び時刻ｔｇで合焦することにな
り、この行き過ぎ動作のため撮影者は不快感を抱く。そ
こで、合焦前に露光面と結像面が一致することのない実
施例について次に説明する。なお、前実施例と同様の作
用をする部材については同一の番号を付けてある。

【００３５】図１４に、本発明の第２実施例の構成図を
示す。第１実施例と異なる点は合焦調節回路３６の縮小
光学系４２を光軸方向に駆動することにある。６５はそ
の駆動回路である。

【００３６】次に本実施例の作用について図１３
（ｂ）、図１５を用いて説明する。まず合焦調節が始ま
ると、第１実施例と同様に撮像素子の積分時間が設定さ
れ、合焦状態の検出が行われる。この時、露光面が撮像
素子等価面ＰおよびＱの中央位置になるように縮小光学
系の位置が調節されている。合焦状態でない場合、まず
縮小光学系４２を合焦位置に近付ける方向に駆動を開始
する（時刻ｔ₀）。撮影光学系１はまだ駆動しない。そ
して露光面が撮像素子等価面Ｐと撮像素子等価面Ｑの挾
まれた領域からでた後（時刻ｔ_E）に撮影光学系１の駆
動を開始するとともに縮小光学系の駆動を停止する。そ
して前記実施例と同様に、Ｖｐ（ｔ₁），Ｖｐ
（ｔ₂），Ｖｐ（ｔ₃）を用いた３点補間、Ｖｐ
（ｔ₃），Ｖｑ（ｔ₃）を用いた２点補間により合焦位
置検出を行い、時刻ｔ₃において合焦位置および動体の
速度が検出され、撮影光学系１は露光までのタイムラグ
を考慮した合焦位置へ駆動し、一方縮小光学系４２は露
光面が撮像素子等価面ＰおよびＱの中央位置（初期位
置）に戻すべく高速に駆動し合焦調節を終える。

【００３７】このように撮影光学系１と縮小光学系４２
を独立に駆動することにより、合焦前に一度露光面と結
像面が一致することがなくなり撮影者に不快感を与える
ことを確実に防止することができる。

【００３８】なお、本実施例では縮小光学系そのものを
駆動するようにしたが、例えばガラス板を挿入させた
り、液晶を用いたりして露光面と撮像素子面Ｐ、Ｑとの
相対的位置関係を変化させてもよい。撮像素子そのもの
を駆動するようにしてもよいのはもちろんである。ま
た、２点補間を用いず、Ｖｐ（ｔ₁）、Ｖｐ（ｔ₂）、
Ｖｐ（ｔ₃）を用いた３点補間とＶｑ（ｔ₂），Ｖｑ
（ｔ₃），Ｖｑ（ｔ₄）を用いた３点補間から合焦位置
および動体速度を求めることもできる。以下に、本発明
の第３の実施例を述べる。

【００３９】次に、同一時刻における結像面付近での３
位置での映像信号を用いた実施例について説明する。な
お、前実施例と同様の作用をする部材については同一の
番号を付けてある。

【００４０】図１６に本実施例の構成図を示す。第１実
施例と異なる点はハーフミラー６６、撮像素子３９ｒ、
プリアンプ４ｒ、焦点信号検出器４１ｒが設けられてい
る。なお、ハーフミラー３７は入射光の１／３を反射
し、ハーフミラー６６は入射光の１／２を反射する。ま
た、撮像素子等価面Ｒは露光面と等価な位置にあり、撮
像素子等価面Ｐ、Ｑの中央に位置している。さて、この
ような構成にすると１回の撮像で３点補間による合焦位
置検出が可能となる。しかしながら、その検出可能範囲
は図１７に示す距離に限られる。ここで横軸は第２主面
からの距離、縦軸は焦点信号値である。撮像素子Ｐ、
Ｑ、Ｒがそれぞれ、ｄＰ、ｄＱ、ｄＥに位置するとすれ
ば、合焦位置を検出できるｄＩの範囲はＸ１以上Ｘ２以
下となる。ここでＸ１＝（ｄｅ＋ｄｐ）／２＝ｄｅ−ｕ／２（１１）Ｘ２＝（ｄｅ＋ｄｑ）／２＝ｄｅ＋ｕ／２もし撮影光学系のすべての位置でＸ１＜ｄＩ＜Ｘ２（１２）

【００４１】となっていれば撮影光学系は全く動かさな
くても合焦位置がわかり、２回の撮像で物体の速度もわ
かる。もし撮影光学系のすべての位置で（１２）式が満
足されないときは撮影光学系をこの合焦位置検出可能範
囲まで駆動する必要がある。

【００４２】次にこのような場合の作用について図１８
を用いて説明する。この図において斜線部分が合焦位置
検出可能範囲を示す。まず合焦調節が始まると、第１実
施例と同様に撮像素子の積分時間が設定され、合焦状態
の検出が行われる。合焦状態でない場合、合焦位置に近
づける方向に撮影光学系１の駆動を開始する（時刻
ｔ₀）。そして、時刻ｔ₁において焦点信号Ｖｐ
（ｔ₁），Ｖｑ（ｔ₁），Ｖｒ（ｔ1 ）を用いた３点補
間を行い、時刻ｔ2 において焦点信号Ｖｐ（ｔ₂），Ｖ
ｑ（ｔ₂），Ｖｒ（ｔ₂）を用いた３点補間を行い合焦
位置と物体の速度の検出を行い合焦調節を終える（時刻
ｔｇ）。このように同一時刻における結像面付近での３
位置での映像信号を用いることにより合焦調節を行うこ
とが可能である。

【００４３】なお、本実施例では撮像素子を３個用いた
が１個用いて異なる３位置に結像させるように構成して
もよい。また、ＶｐとＶｒ、ＶｒとＶｑ、ＶｐとＶｑの
２点を用いた２点補間を併用してもよい。さらに、適当
な光路長変化手段を用いて撮像素子ＰとＲ、撮像素子Ｒ
とＱの光路長を変化させてもよい。また縮小光学系の駆
動手段を設け、第２実施例と同様に撮影光学系と独立に
駆動してもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上、本発明では同一時刻に撮像された
結像面付近の異なる複数の位置での画像信号を用いるこ
とにより、合焦状態がわかり、合焦開始時に撮影光学系
の無駄な駆動をなくすることができる。また、３点補間
法と２点補間法を併用することにより複数の時刻に於け
る物体の合焦位置を検出でき、動体予測ＡＦが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動合焦装置の第１の実施例を示
す合焦調節回路の構成図。

【図２】本発明の基本的概念を説明するための撮影光学
系及び撮像素子の配置図。

【図３】撮像素子Ｐ、Ｑの焦点信号の差が撮像素子の位
置により変化するようすを示す図。

【図４】本発明の合焦調節動作を説明するための時刻と
第２主面と動体速度との関係を示す図。

【図５】図５（ａ）は時刻と撮像素子Ｐの焦点信号との
関係を示す図であり、図５（ｂ）は結像距離と撮像素子
Ｐの焦点信号との関係を示す図。

【図６】本発明の他の合焦調節動作を説明するための時
刻と第２主面と動体速度との関係を示す図。

【図７】本発明の合焦調節回路が適用されるカメラ本体
の構成を示す図。

【図８】図８（ａ）、（ｂ）は焦点信号検出回路の構成
を示すブロック図。

【図９】合焦制御器の構成を示すブロック図。

【図１０】合焦調節のアルゴリズムを示すフロ−チャ−
ト。

【図１１】合焦調節回路の他の回路構成例を示す図。

【図１２】図１２（ａ）は撮像素子直前に配置された光
路長調節手段を示す図であり、図１２（ｂ）は光路長調
節手段の構造を示す図。

【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施
例を説明するための時刻、第２主面からの距離、動体速
度の関係を示す図。

【図１４】本発明の第２の実施例を実施するための回路
構成図。

【図１５】撮影光学系と縮小光学系との独立駆動を説明
するための図。

【図１６】本発明の第３の実施例を実施するための回路
構成図。

【図１７】本発明の第３の実施例における検出範囲を示
す図。

【図１８】本発明の第３の実施例を説明するための図。

【図１９】従来の自動合焦装置の構成を示す図。

【図２０】図１９の自動合焦装置の補間演算を説明する
ための図。

【図２１】図２１（ａ）は合焦位置を挟む２点を利用し
た合焦位置算出法を説明するための図であり、図２１
（ｂ）はその回路構成を示す図。

【符号の説明】

４ｐ、４ｑ…プリアンプ、３６…合焦調節回路、３７…
ハ−フミラ−、３８…ミラ−、３９ｐ、３９ｑ…撮像素
子、４０…撮像素子駆動回路、４１ｐ、４１ｑ…焦点信
号検出器、４２…縮小光学系、４３…合焦制御器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影光学系により形成される画像を、異
なる光路差をもった複数の位置で撮像する一つまたは複
数の撮像素子と、この撮像素子と前記撮影光学系との相対位置を光軸方向
に沿って変化させる駆動手段と、前記一つまたは複数の撮像素子に蓄積された電荷を画像
信号として読み出す一つまたは複数の画像読み出し手段
と、この読み出し手段で読み出された画像信号から所定の周
波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルターと、このバンドパスフィルターの出力信号から、異なる光路
差をもった複数の位置での合焦度に応じた複数の焦点信
号値を検出するための焦点信号検出手段と、この焦点信号検出手段から読み出される複数の焦点信号
値から合焦状態を判断する合焦状態判断手段と、前記焦点信号検出手段から読み出される複数の焦点信号
値から前記駆動手段を制御し、複数の時刻における合焦
位置を検出して撮影光学系の位置を制御する合焦位置制
御手段と、を具備することを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】撮影光学系により形成される画像を、異
なる光路差をもった複数の位置で撮像する一つまたは複
数の撮像素子と、この撮像素子と前記撮影光学系との相対位置を光軸方向
に沿って変化させる第１の駆動手段と、前記撮像素子に結像する画像の光路差を変化させる第２
の駆動手段と、前記一つまたは複数の撮像素子に蓄積された電荷を画像
信号として読み出す一つまたは複数の画像読み出し手段
と、この読み出し手段で読み出された画像信号から所定の周
波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルターと、このバンドパスフィルターの出力信号から、異なる光路
差をもった複数の位置での合焦度に応じた複数の焦点信
号値を検出するための焦点信号検出手段と、この焦点信号検出手段から読み出される複数の焦点信号
値から合焦状態を判断する合焦状態判断手段と、前記焦点信号検出手段から読み出される複数の焦点信号
値から前記第１および第２駆動手段を制御し、複数の時
刻における合焦位置を検出して撮影光学系の位置を制御
する合焦位置制御手段と、を具備することを特徴とする自動合焦装置。
【請求項３】前記合焦位置制御手段は、異なる時間に
撮像された３つの画像信号の焦点信号値から合焦位置を
求める第１の合焦位置検出手段と、異なる光路差をもった２つの位置で同一の時刻に撮像さ
れた２つの画像信号の焦点信号値から合焦位置を求める
第２の合焦位置検出手段とを具備することを特徴とする
請求項１、２記載の自動合焦装置。
【請求項４】前記合焦位置制御手段は、異なる光路差
をもった３つの位置で同一の時刻に撮像された３つの画
像信号の焦点信号値から合焦位置を求める合焦位置検出
手段を具備することを特徴とする請求項１、２記載の自
動合焦装置。
【請求項５】前記焦点信号検出手段は、バンドパスフ
ィルタ−の出力信号の分散値をバンドパスフィルタ−の
出力信号の平均値で正規化する手段を具備することを特
徴とする請求項１、２、３記載の自動合焦装置。