JPS5891412A - 合焦検出装置 - 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】 本発明はスチールカメラ、シネカメラ、顕微鏡寥真撮影
装置等における合焦検出装置に関するものである。

例えば、−眼レフカメラの合焦検出方法として像のボケ
像を算出する評価関数を用いたいわゆるボケ像検出方法
が従来多数提案されている。その−例を第７図および第
２図を参照して説明する。

第７図において、撮影レンズ／からの光束は中央部が半
透−で構成されたはね上げ虐う−コで２分割され一方は
ファインダー系へ、他方ははね上げミラー−の裏面に設
けた全反射ミラー３およびビームスプリツ°タダを経て
更にコ分割されて００Ｄ。

ＰＤ五等より成るコ個の受光素子列！および６にそれぞ
れ導びかれる。受光素子列！およびｔはフィルム面と共
役な面の前後等しい位置に光軸方向に所定の光路差を有
するように配置され、撮影レンズ／とのデフォーカス量
に対応したボケ像がこれら受光素子列上に形成される。

受光素子列Ｓおよびぶの光電変換出力はム／Ｄ変換回路
７でム／Ｄ変換され、ＣＰＵ　Ｉで所定の評価関数に基
いて演算処理され、得られた評価関数に基いて前ビン、
合焦、後ピンの各状態が判定される。評価関数としては
、受光素子列の１１Ｉ目の素子の出力のＡ／Ｄ変換錬を
Ｘｉとすると、例えばＩｘｉ　−Ｘｉ−０ｌの最大Ｉ’
　Ｍｌ　（−１ｘｉ−−ｘｉ−０１ｍａｘ　）とその次
に大きな値Ｍ２（−１ｘｉ−ｘｌ−０ｌｓｕｂｍａｘ　
）との和等が使用される。

第２図は受光素子列３都よびぶの出力をＳ　”’　ｌＸ
ｌ−Ｘｌ−ユ１ｍａｘ　＋１ｘｔ−Ｘｌ、、、ｘ　ｌｓ
ｕｂｍａｘの評価関数に基いて演算して得られるそれぞ
れの評価値ＳＡおよびＳＢとレンズ位置との関係を示し
、ＳＡは受光素子列ｊに対応し、ＳＢは受光素子列６に
対ｂ６する。受光素子列！および乙のそれぞれの評価値
ＳＡおよびＳ８は、各受光素子列上にピントが合ったと
きにそれぞれ最古となり、フィルムＨにピントが合った
ときは両受光素子列の評価値が等しくなる、したがって
、撮影レンズｌの任意の位置でそれぞれの評価値ＳＡ、
　ＳＢを求め、これらを比較することにより、ＳＡ＞Ｓ
Ｂのときは紡ピン状態・５Ａ−ＳＢのときは合焦状Ｍ　
、ＳＡ　＜　ＳＢのときは恢ピン状態と判定することが
でき、この判定結果に基いて手動的にまたは自動的に合
焦制御することができる。

上述した従来の合焦検出方法は、合焦精度が高いこと、
光学系の構成が簡単、であること、レンズ交換が容易な
こと等の長所を有するが、以下に説明するような重大な
欠点がある。

例えば、第３図ａに示すように白い壁等の比較的明るい
バック／ｌの前に立っている人物／２の顔／３に焦点を
合わせる場合、受光素子列！および乙の視野（長さ）を
ｌとすると、この視野ｌを含む直、線りに対応する受光
素子列の受光面を含む面上の直１１Ｌ’の光強度分布は
ｆｇＪｆｌｌｌｂに示すようになる。

すなわち、ｌ）合焦状態では曲線Ｉで示すように受光素
子列上には人物／λの顔１３に対応した光強度分布が現
われ、２）少しボケだ状態では曲線■で示すように受光
素子列上の光強度分布は極めて変化が少なくなり、３）
更にボケだ状態では曲線厘で示すように人物１２の顔／
３に対応する光強度分布は殆んど消滅すると共に合焦状
態では受光素子列の範囲外にあった背彰が大きくボケだ
ことによって受光素子列の両端部にその影響が現われる
。第３図Ｃにこれらｌ）　、　２）および３）の各状態
の光強度分布と受光素子列の各受光素子（ｉ＋・・・１
ｍ、・・・。

ｎ、・・・、Ｎ）とを対応して示す。

ここで、評価関数として例えば、上記のＳ　−１ｘ４−
　Ｘｉ−Ｘｌ−１ｌ　＋ｔｘｌ　−ｘｌ−１１ｓｕｂｍ
ａｘ　ヲ用いると、上記ｌ）および２）においては、Ｍ
、−１ｘｉ−Ｘｌ−Ｘｌ−０ｌ　−ｌｘｍ　−Ｘ、、１
Ｍ２−１ｘｌ　−Ｘｌ−０ｌ　ｓｕｂｍａｘ−ＩＸｎ−
ｘｎ−□１となり、Ｍｌ　＋　”Ｑを与える受光素子の
位置が等しいが、３）の場合にはｍ、ｎから大きく離れ
るため背影の彫りの度合を評価することになる。

このような場合、撮影レンズノの移動によって受光素子
列Ｓおよびｔ゛にそれぞれ形成される像の評価値ｓＡ、
　ＳＢは第４図に示すように変化し、本来の合焦位１１
１ｆの他にｆｔおよびｆ′の位置でも５Ａ−８Ｂになる
と共に、ｆとｆ’およびｆとｆ′との区別ができないた
め、これらｆ’およびｆ′でも合焦と判定されてしまう
。

以上述べたように、従来の合焦検出方法では像の鮮明度
を表わす評価値が、本来受光素子列上にある被￥体像の
光強度分布の変化を評価しているのか、周辺の被写体の
ボケ像が受光素子列に及ぼしている影響を評価している
のかの区別することができないために誤った合焦判断を
してしまうことがしばしばある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、常に適正な合焦
検出が！きるよう適切に構成した合焦検出装置を提供し
ようとするものである。

本発明の合焦検出装置は、光学系の予定焦平面・と光学
的に共役な面またはその近傍に配置され、前記光学系に
より形成される物体像の少く共一部を受光する第７の受
光素子列と、この第７の受光素子列に入射する光束の開
口とは異なる開口の光束を受けるように配置され、前記
第１の受光素子列上に投影される像とは鵞同−の像を常
には！合焦状態で受光する第コの受光素子列とを具え、
これら第１および第コの受光素子列の対応する受光素子
の出力の差に基いて前記光学系により前記予定焦平面に
形成される物体像の合焦状態を検出し得るよう構成した
ことを特徴とするものである。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の合焦検出装置の光学系の一例の構成を
示す線図である。本例では撮影レンズ１からの光束を中
央部をハーフミラ−で構成したはね上げミラーｎで反射
させて、ファインダー系に導くと共に、ハーフミラーを
透過した光束をはね　　□上げよラーＵの裏面に設けた
近軸光束を透過させるように部分的にマスクを施した半
透鏡ｎによって反射させて第１図と同様にビームスプリ
ッタＪを経てフィルム面等の予定焦平面と光学的に共役
な面の前＃：等しい位置に光軸方向に所定の光路差をも
って配置したそれぞれ同様の大きさおよび素子数Ｎより
成る２個の受光素子列Ｂおよびｂに導いてこれら受光素
子列上に撮影レンズ１とのデフォーカス社に対応したボ
ケ像を形成する。また、半透鏡ｎを透過した近軸光束は
、写真撮影時等においてはね上げミラーＵと同期し・て
撮影光路外に退却する全反射ミラー１を経て予定焦平面
と共役な面に配置した前記受光素子列Ｂおよびスと同様
の大きさおよび素子数Ｎを有する受光素子列コに入射さ
せて、該受光素子列Ｉ上に前記受光素子列Ｂおよびス上
に形成される像とけば同一の像を常にほぼ合焦状態で結
像させる。

半１５Ｍ２３は、例えば第６図ａおよびｂに断面図およ
び側面図をそれぞれ示すように、ガラス基板１３−／の
一方の面（撮影レンズ〃に面する側）に午透膜２Ｊ−ｊ
を被着し、他方の面（フィルム面側）には光軸を含むよ
うに微小な開口２？−３を形成したマスクｎ−ダを被着
して近軸光寥のみが透過す・るよう構成することもでき
るし、また第７図に断面図を示すようにガラス基板２３
−／の一方の而（撮影レンズ〃に面する側）に光軸を含
むように微小な開口２？−３を形成した全反射膜ｎ−ｊ
を被着して近軸光束のみが透過するよう構成することも
できる。

第３図において、被写体がｔｓ３図ａに示したものであ
るとき、受光素子列Ｂおよびｂ上での１）合焦状態、２
）少しボケだ状態、３）更にボケた状態の各状態のとき
の光強度分布は第を図已にそれぞれｌ）　ｌ　２）　Ｉ
　３）で示すようになる、〔第３図Ｃの１）　、　２）
　ｌ　３）と同じ）が、受光素子列Ｉ上での各状態の光
強度分布は、マスクｎ−ダあるいは全反射膜刀−！によ
り受光素子列コに関する光学系のＦナンバーが受光素子
列Ｂ、ｕのそれに比べて非常に大きくなり同じデフォー
カス位置での像のボケかたが小さくなるから、第を図す
にそれぞれｌ）。

２）　Ｉ　３）で示すようにあまり変化しない。

こ−で、受光素子列ｄの光電変換出力をＸ。２、受光素
子列Ｂの光電変換出力をＸ　　受光素子列１− ムの光電変換出力をＩ２１とし、評価関数として受光素
子列Ｂおよびスと受光素子列ｄとのそれぞれ対応する素
子の出力の差を用いる、 ■ たりし Ａよ、Ａ２：係数 により、各レンズ位置における評価ＶｉＳ／０．ＳＩ２
を求めると、第９図に示すようにＳｌおよびＳ１２は受
光素子列ＢおよびＢ上にそれぞれピントが合ったときに
最小となり、合焦位置が受光素子列Ｂおよびムの位置か
らずれるに従って飽和し、両者かは！等°シくなる。す
なわち、受光素子列Ｂにピントがあり合焦状態では、受
光素子列Ｂおよびｄの光強度分布は第１θ図に１）で示
すように等しくなってＳｌよけ零となり、少しボｔた状
態では受光素子列Ｂの光強度分布かは！平坦となるため
、Ｓｌ工は第１０図の２）に縦線で示す面積に比例した
値にな・す、また更にボケだ状態では受光素子列Ｂの光
強度分布が背影の影響により一定のコントラストをもつ
ものとなるが、第１０図の３）に示すように受光素子列
Ｉの光強度分布との差はやはり歴然としている。

第９図には受光素子列Ｂおよびスの出力を従来の評価関
数 Ｓ　−ＩＸｉ　”−Ｘｌ−、ｌ　ｍ＆Ｘ　＋　ｌＸ１Ｘ
１−　、ｌ　ｓｕｂｍａｘにより求めた評価値ＳＡ、　
ＳＢをも示すが（第１図と同じ）、これら評価１ｉ１　
ＳＡ　、　ＳＢと、上記評価関数 ８馳−Ａ２．Σ１ｘｏｉ　−Ｉ２１１ −１ に−より求めた評価ｆａＳ／１．ＳＩ２とを比較すると
、Ｓｌｌ。

Ｓ１２には３）の更にボケだ状態においてＳＡ、ＳＢの
ような背影のボケによるサブピークが殆んど認め　　　
　□られない。これは、ＳＡ、　ＳＢが受光素子列、Ｚ
Ｓ、Ｘｌの光強度分布のコントラストを表わすのに一対
し、Ｓｌ工、ＳＩ２は受光素子列２５．ｕ上の光強度分
布と合焦時における光強度分布の相違を表わしているこ
との違いによるものである。すなわち、背影の影響等に
よりボケだ状態で受光素子列２Ｊ、Ｍ上の光強度分布に
フントラストが生じても、非ボケ像（受光素子列ｄ上の
光強度分布）との相違が歴然と表われるから、評価値Ｓ
／１ｌＳＩ２は普通のボケ状のぞくことができるから、
撮影レンズコ／の任意の位置で評価１１ｉ　Ｓｙ、　、
　Ｓｌ、、を求め、ＳＡ工〉Ｓ１２のときは前ビン状株
、Ｓ／ｌ＋Ｓ／２のときは合焦状態、Ｓｌｌ＜Ｓ／２の
ときは仮ビン状態と判定することにより常に適正な合焦
検出を行なうことができる。

しかしながら、上記の評価関数３１１．　Ｅｌ／、は受
光素子列Ｂあるいはス上に投影された像のボケ状態が全
く同じであっても異なった評価値を与えることがあると
共に、ボケ量が更に大きくなると第７図に示すように飽
和して評価値との差が認識できなくなり、誤って合焦と
判定する場合がある。

第１／　ｔｇＪ’　ａおよびｂは受光素子列Ｂの出力ｘ
１１と受光素子列Ｉの出力Ｘ。１とに異なった直流成分
が含まれている場合の出力分布を示すものである。

このλつの状態はボケ状態としては全く同一であにより
それぞれ評価値Ｓｌ工を求めると、第１１図ａの場合と
同図すの場合とでは異なったものとなる。

このような不都合をなくすため、本発明の好適実施例に
おいては受：、光素子列２５．ｘの出力の平均値Ｙ　　
、Ｙおよび受光素子列コの出力の平均値Ｙ。

　　　　２ を求め、評価関数として を用いて評価ｔＭＳよ、Ｓ２を求める。このようにすれ
ば、受光素子列ｄ６１Ｉｌにおいては＠ｌ／図０に縦線
で示す値を求めることになり、また受光素子列Ｂあるい
はム側においては第１／図ｄに縦線で示す値を求めるこ
とになるから、直流成分をキャンセルすることができ、
したがってボケ状態が同じのときは同じ評価値を得るこ
とかで〜きる。

また、ボケ層が大きいときの誤った合焦判定を防止する
ため、受光素子列ｄの出力を用いて評価だヌし、Ｂは係
数 を演算し、上述した評価１ｓ工、Ｓ、のいずれか一方が
評価＊Ｓ３−よりも小さいときにのみ合焦検出を行なう
ようにする。こ−で、評価値Ｓ３は被写体のコントラス
トに比例し、また評価関数Ｓよ。

に係数Ｂを適当に設定すれば、被写体のコントラストが
小さいときは第１２図ａに示すように評価値Ｓ□、　Ｓ
２．　ｓ３は共に小さく、フントラストが大きいときは
第７２図すに示すように共に大きくなる。

したがって、評価ｖｉＳよ、Ｓ２のいずれか一方が評価
ＶｉＳ３よりも小さくなる範囲においてのみ合焦検出を
行なうようにすれば、ボケ量が大きいときの映った合焦
判定を有効に防止することが！き、常により適正な合焦
検出を行なうことができる。

なお、上記係数Ａよ、Ａ２は受光素子列ａ、Ｘの特性が
等しいときは同じにすることができる。

第１３図は本発明の合焦検出装置の一例の構成を示すプ
ルツク図である。受光素子列２５．２４およびｄ上には
第３図に示した光学系によりほぼ同一の像が形成される
。本例では中央処理装置３／により露光時間制御回路３
２を介して受光素子列Ｂおよびスの露光を開始し、任意
の１個または複数個の受光素子の出力が所定の値に達し
た時点で各受光素子列の各々の出力を同時にサンプリン
グしてホールド回路３３および３１にそれぞれ保持する
と共に、露光時間制御回路３ｊを介して受光素子列３の
露光を開始し、同様にその任意の！−または複数個の受
光素子の出力が所定の値に達した時点で該受光素子列ｘ
の各々の出力を同時にサンプリングしてホールド回路３
６に保持する。第Ｓ図から明らかなように、受光素子列
Ｂ、スに関する光学系と受光素子列ｄに関する光学系と
のＦナンバーは異なるが、このように受光素子列Ｂ、２
Ａと受光素子列コとの嵐光時間を独立に制御すれば、撮
影レンズＵのＦナンバーが変化して受光素子列Ｂ、Ｍと
受光素子列ｌとに入射する光の光量比が変化しても露光
蓋を常に一定にすることができる。

ホールド回路ｎ　、　７４＋および３６にそれぞれ保持
した各受光素子列の出力はム／Ｄ変換回路Ｉにより順次
ム／Ｄ変換して演算回路３１に供給する。

値Ｓ　Ｓ　およびＳ　を求めると共に、Ｓ工およびｌ−
２３ Ｓ　とＳ　とをそれぞれ比較し、Ｓ工、Ｓ２のいずれ　
　　　３ か１つがＳ　よりも小さいときはＳ工と８２との大小比
較を行なってその結果を中央処理装置３１に供給し、Ｓ
工、Ｓ２が共にＳ、よりも大きいときは合焦検出不能を
表わす情報を中央処理装置３１に供給する。

中央処理装置３１は演算回路３１からのＳ工およびＳ２
の比較結果に従って、Ｓ工〉Ｓ、なら前ピン状態、Ｓニ
ー８２或いはＩＳニーＳ、１が所定の値以下なら合焦状
態、Ｓ工〈Ｓ２なら後ピン状態と判定し、これら各状態
を図示しない表示装置により表示して手動により撮影レ
ンズＩを合焦位置に調整し得るようにするか、上記判定
結果に基いてレンズ駆動回路ｎを介してレンズ駆動装置
Ｖにより自動的に合焦調整を行なう。また、演算回路３
１から合焦検出不能を表わす情報が供給されたときは、
これを表示装置に表示する。

なお本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく
、競歩の変形または変更が可能である。

例えば上述した例では撮影レン：Ｘ２／を通してすなわ
ちＴＴＬ方式により受光素子列コ上に常にほぼ合焦状態
の像を結像させるようにしたが、撮影レンズ〃以外のレ
ンズあるいはピンホールを介して受光素子列Ｂ、Ｍ上に
投影される像とほぼ同一の像を常にほぼ合焦状態で受光
素子列ｄ上に結像させるようにしてもよい。また、上述
した例では受光素子列ｎ３ｙイルム面と共役な面に配置
したが、近軸光束を入射できる位置でｘｂ％受光素子列
Ｂス上に投影されている像とほぼ同一像を常にほぼ合焦
状線で受光できる位置であれば任意の位置に配置できる
。したがって、ファインダー系に導びかれる光束をピン
ホールを介して受光素子列ｄ上に入射させるようにする
こともできる。更に、上述した例ではフィルム面と共役
な面の５前後にコ個の受光素子列す、力を配置したがフ
ィルム面に形成される像の一部を受光するようにフィル
ム面と共役な位置に７個の受光素子列を配置し、この受
光素子列と常には！合焦状態の像を受光する受光素子列
Ｉとの対応する素子の出力の差に基いて合焦検出を行な
うこともできる。更にまた、上述した例では各受光素子
列２５．Ｍ、２１の出力に含まれる直流成分を除去する
ため、各受光素子列の出力の平均値を用いたが、これは
各受光素子列の最大線または最小値あるいは各受光素子
列の対応する任、橡の１つの素子の出力を用いることも
できる。

以上述べたように、本発明によればボケ像方式（よる焦
点検出において、受光素子列の視野外の被ギ体が焦点は
ずれ状態において受光素子列に影響を及ぼしても、この
影響が像の鮮明度を表わす評価値に現われないから、常
に適正な合焦検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

＠１図および第２図は従来の合焦検出装置を説明するた
めの線図、＃Ｉ３図ａ、ｂ、・０および嬉１図は従来の
合焦検出装置の欠点を説明するための線図、第３図は本
発明の合焦検出装置の光学系の一例の構成を示す線図、
第４図ａおよびｂは第３図に示す牛透鏡の一例の構成な
示す断面図および側面図、＃！７図は同じく他の例の構
成を示す断面図、第ｊ図ａおよびｂは第３図に示す受光
素子列上に形成される像の光強度分布を示す＃ｊ１図、
第９図および第１σ図は本発明の一実施例を説明するた
めの１図、第１／　１１１１　ａ　〜（ｉおよびｆＭｔ
ｘ図’ｚ’）は本発明の他の実施例を説明するための線
図、第１３図ハ本発明の＊を嶌鳩ＺＸ合焦検出装置の一
例の構成を示すプロヅク図である。 Ｊ・・・撮影レンズ、と・・・はね上げミラー、ｎ・・
・半透鋭、２３−／・・・ガラス基板、ｎ−２・・・手
透膜、ｎ−３・・・開口、２７−１・・・マスク、２３
−１・・・全反射膜、２１・・・ビームスプリッタ、ｎ
、ｈ、ｘ・・・受光素子列、ｌ・・・全反射ミラー、Ｊ
／・・・中央処理装置、３２　、　ｊｊ・・・−光時間
制御回路、３３　、　ＪＦ　、　３４・・・ホールド回
路、ｎ・・・ム／Ｄ変侠回路、３Ｋ・・・演算回路、ｎ
・・・レンズ駆動回路、Ｑ・・・レンズ駆動装置。 第１図 ′ｌ 第２図 ｔ、　　　　１ンスパ信置 合 ＜ｂ＞ （Ｃン 第４図 第６図 第８図 ａ　　　　　ｂ 第９図 第１０図 ／　−−−−ｉ　−−−−Ｎ 第１１図 ａｂ 第１２図 ａｂ 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　光学系の予定焦平面と光学的に共役な面またはそ
   の近傍に配置され、前記光学系により形成される物体像
   の少く共一部を受光する第１の受光素子列と、この第１
   の受光素子列に入射する光束の開口とは異なる開口の光
   束を受けるように配置され、前記第７の受光素子列上に
   投影される像とは！同一の像を常には！合焦状態で受光
   する第２の受光素子列とを具え、これら第７および第２
   の受光素子列の対応する受光素子の出力の差に基いて前
   記光学系により前記予定焦平面に形成される物体像の合
   焦状線を検出し得るよう構成したことを特徴とする合焦
   検出装置。 ２　前記第１の受光素子列を、前記予定焦平面と光学的
   に共役な面のトＪ後にそれぞれ配置した一個の受光素子
   列をもって構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の合焦検出装置。 ＆　前記第１の受光素子列を構成する２個の受光素子列
   の各素子の出力をそれぞれＸ工１およＸ２１とし、前記
   Ｓコの受光素子列の素子の出力をＸ。１とするとき、 た！し、 五〇、Ａ２：係数 Ｎ：各受光素子列の素子数 Ｘｏ　、　Ｘｘ　＊　Ｘ２１基準値 の評価関数を演算する手段を設け、その評価値Ｓ工およ
   びＳ２の比較に基いて合焦状態を検出するよう構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の合焦検出
   装置。 本　前記第一の受光素子列の出力から、５３−ＢΣ１Ｘ
   ｏｉ−”ｏｆ −１ たソし Ｂ：係数 の評価関数を演算する手段を設け、その評価ｖｉＳ３よ
   りも前記評価１１１　ＳよおよびＳ２のいずれか一方が
   小さいときのみ該評価ｖｉＳよおよびＳ２の比較に基い
   て合焦状態を検出するよう構成上たことを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の合焦検出装置。