JPS597322A - 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、カメラ、顕寮鏡等光学装置の焦点状態を検出
する合焦検出装置に関するものである。

結像光学系によって形成される物体像の合焦状態検出方
法として、従来からいわゆるほけ像検出方法と横ずれ像
検出方法がよく知られている。第１図は、そのぼけ像検
出方法を実施する合焦検出装置を一眼レフカメラに適用
した場合の構成例を示す線図である。同図において、撮
影レンズｌからの光束は一部をハーフミラ−２硅成した
クイックリターンミラー８によってその一部捷たけ全部
を２分割し、その一方はフォーカシングスクリーン４、
ペンタプリズム５等からなるファインダ系に導くととも
に、そのノ・−フミラー２を透過した他方はそのクイッ
クリターンミラー８の後方に配置ｔした全反射ミラー６
によって下方のビームスブリツタフに導き、ここでさら
に２分割して、前記撮影レンズｌの予定焦平面８（フィ
ルム面）と共役な面を挾んで一定距離を隔てた位置に配
置し之２個の受光素子列９ａ、９ｂのそれぞれに結像さ
せるようにしている。

以上のような構成において、一方の受光素子列の出力を
Ｘ　として、たとえば、 Ｓ″’　”ｎ−Ｘｎ　−１’ＭＡＸ”ｎ−Ｘｎ−１’Ｓ
ＵＢＭＡＸのような価を考えると、これは像の鮮明度に
従って変化する像の鮮明度に関する評価値を与える。

前記２個の受光素子列９ａおよび９ｂの出力について、
上式から求め念評価値ＳをそれぞれＳ□。

Ｓ２とすると、ＳｌおよびＳ、はデフォーカスに対して
第２図に示したように変化する。従ってＳ□とＳ、の差
を観測していれば、　Ｓ□〈Ｓ２で前ピン、Ｓ＞Ｓ　で
後ピン、５１＝＝ＳＺで合焦というように、２ デフォーカス方向と合焦位置が検出できることになる。

以上のような従来例は、比較的簡単な光学系を用いるこ
とにより高い精度で合焦状態を検出し得る長所があるが
、撮影レンズ１の結像面が合焦予定位置から太きくはず
れた状態では、第２図から分るように評価値Ｓ□と８２
の差が無くなって、両評価値Ｓ□、Ｓ２を比較すること
が困難となるので、レンズ駆動範囲の限られた範囲での
み合焦、前ピンおよび後ピンの検出が可能であり、結像
光学系駆動の全範囲にわたって合焦状態を検出すること
はきわめて困難であった。

また、横ずれ像検出方法を用いた従来例としては、第８
図に示した構成のものがある。同図において第１図と同
一機能部分は、同一符号を付し２である。この合焦検出
装置においては、全反射ミラー６によって反射した撮影
レンズ１−からの光束を撮影レンズｌの予足焦平面すな
わちフイへム面８と共役な面せたはその近傍に配置した
レンチキュラーレンズ等の微少な補助光学系ｌＯを介し
て、この補助光学系１０に対する撮影レンズｌの射出瞳
面と光学的にほぼ共役な面に配置した受光素子列１１に
入射させている。受光素子列１１は第４図にも示すよう
に受光素子群１１Ａ、ＩＩＢを具え、これら受光素子群
１１Ａ、ＩＩＢの各蛍光１子１１　Ａ　−１〜１１　Ａ
　−ｎおよび１１Ｂ−１〜１１Ｂ−ｎはそれぞれ対応す
る１個ずつが受光素子対１１Ａ−１，１１Ｂ−１；　１
１Ａ　−ｎ。

１１Ｂ−ｎを形成し、これらの全ての受光素子が一直線
上に位［〃するように配列されている。！ｌた、補助光
学系］０は受光素子対１１Ａ−１，ＩＩＢ−１ｉ”’ｉ
　ＩＩＡ　　ｎ、ＩＩＢ−ｎに対応してｎ個有し、各受
光素子列を構５ｚする２個の受光１子が、撮影レンズｌ
のほぼ射出瞳面一［−で、受光素子の配列方向に垂直で
撮影レイズ１の光軸を含む平面（が、８図では光ＩＱＩ
Ｉ　′ｆ角む紙面に乗直な面）を境としてそれぞれの側
にｆｒｙ　１ｇｌする部分、すなわｔ）笛８図では光１
ｆ４ｈ　ＩＦ境とする射出瞳面の上および下側部分の作
を受光するように西装置されている。

か＼る構成において、撮影レンズｌおよヒ補助光学系１
０を経て被写体の像の少く共一部を受光素子列１１に投
影すると、受光素子群１１Ａには撮影レンズｌの図にふ
ミいて下側部分を透過し念光束のみが入射し、受光素子
群］、　Ｉ　Ｂには反対に一ヒ側部分を透過した光束の
みが入射することになり、受光素子群１１ＡおよびＩＩ
Ｂに投影される像の照度分布は、合焦時において一致し
、非合焦時においてはそのずれの方向に応じて見いに反
対方向に横ずれする。第８図に示す合焦検出装置におい
ては、受光素子群１１．　ＡおよびＩＩＢの出力を適当
に処理して像の横ずれ方向を検出し、これに基いて前ピ
ン、後ピンおよび合焦の各焦点状態を検出している。

このような横ずれ像検出方法による合焦検出装置の長所
は、合焦検出可能範囲が第１図１により説明したほけ像
検出方法によるものに較べて格段に広いことである。そ
の反面、合焦近傍におりる横ずれ信号の利得が小さくな
り、また一般に構成が複雑であり、特に第８図に示ず従
来の合焦検出装置ηにおいては、レンチキュラーレンズ
等の微少な補助光学系ｌＯの製作が困難で、とれかため
装置全体が高価でかつ犬きくなる等の欠点があると共に
、各補助光学系とこれと対応する受光素子対との光学的
調整が容易でない難点がある。

本発明の目的は、前述の如きぼけ像検出方法および横ず
れ像検出方法のそれぞれの長所をもち、しかも前述の如
き不具合を解消した構成簡易な合焦検出装桁を提供しよ
うとするものである。

本発明の合焦検出装置は、結像光学系の予定焦千面寸た
けそれと共役な面の前後に配置し次第１および第２の受
光素子列の光入射側に、前配結偉光学系の光軸を含む面
を境とする第１の領域および第２の領域を透過した各光
束による前記各受光素子列１−の投影像が、デフォーカ
ス状態に応じて列方向にずれるように構成した光束分割
光学系を配設することによって、前記各受光素子列とに
前記結像光学系のデフォーカス状態に応じた鮮明彦と横
ずれとを持った像が投影されるように構成し、これら各
受光素子列−ヒに投影される傷の鮮明度に関する情報お
よび横ずれに関する情報に基づいて前記結像光学系の予
定焦平面またはそれと共役な面における合焦状！ＰｙＡ
を検出するとともに、デフォーカス状態を検出すること
を特徴とするものである０ 以下、本発明を図面に基ついて詳細に説明する。

第５図は、本発明装置を一眼レフカメラに適用した場合
の実施例の構成の一例を示す線図である。

同図において、第１図と同一部分は同一符号を付して示
してあり、これらの部分については、さきに説明したの
でここではそれらの説明を省略する。

同図に示１〜たよりに本発明装置は、従来のほけ像検出
方法によるものと同様に、結像光学系たとえば撮影レン
ズ１の予定焦平面またはその面と共役な面の前後の各光
束を受光するように第１受光素子列１２Ａと第２受光繁
子列１２Ｂを具乏−でいる。また、それから受光素子列
１２Ａ、１２Ｂと前記撮影レンズ１との間の光路中、す
なわちビームスプリンツタ７と各受光素子列１２Ａ、１
２Ｂ間には、各受光素子列１２Ａ、１２Ｂ中の隣接する
受光素子に対［７、前記撮影レンズの光軸を含む面を境
とする第］の領域からの光束と第２の傾角々からの光束
を主して各別に入射させるように構成した光束分割光学
系、たとえば詳細を後記するストライプマスク板１８が
記聞しである。

第６図Ａは、受光素子列１２Ａおよびストライプマスク
板１８の構成を示す斜視図である。受光素子列ＩＢＡと
１２Ｂ（第６図参照）のそれぞれは、同一基板１４に等
間隔に形成した多数の受光素子から成っている。これら
両受光素子列１２Ａ。

１２Ｂに対しストライプマスク板１８が配置されている
が、各受光素子列１２Ａまたは１２Ｂとストライプマス
ク板１８の関係は全く同一であるので、説明を簡明にす
るため、以−ド、一方の受光素子列１２Ａとストライプ
マスク板１８の構成についてのみ説明する。

この実施例においては、受光棄子列１２Ａを構成する多
数の受光素子についで、配列方向に対し奇数番目の受光
素子１５　Ａ、　−］〜］　５　Ａ　−ｎおよび偶数番
目の受光素子］、　５　Ｒ−１＝　１５　Ｂ　−ｎじよ
りそれぞれ受光業子群ｌ−５Ａおよび１５Ｂを構成する
とともに、両群の隣接するｌ　個づつの素子で受光素子
対１５Ａ−１，，１５Ｂ〜１；・・・１１５Ａ−ｎ、１
５Ｂ−ｎｖ構成する。ストライプマスク板１３け、ガラ
ス、高分子フィルム等の透明基板１６＋に、各受光素子
対に対応してｎ個のストライフマスク１７−１〜１７−
ｎを蒸着、印刷等により形成し、これらストライプマス
クにより第６図ＢおよびＯにも示すように各受光素子対
を構成する２個の受光素子に、受光素子の配列方向に垂
面で撮影レンズ１の光軸を含む平面を境とする第１およ
び第２の領域、すなわち第５図では光軸を境とする射出
瞳面の上および下側部分を透１１ｔ４１．た光束をそれ
ぞれ主として入射させるような開口１８を形成する〇 このように構成すれば、各受光素子対を構成する２個の
受光素子、たとえば受光素子１５Ａ−１゜１５Ｂ−１は
第７図に示すように互いに異なる方向に指向性を持つよ
うになり、受光素子群１５Ａの受光素子１５　Ａ　−１
−１５Ａ　−ｎには第５図において撮影光学系ｌの光軸
を境とする主として上側を透過した光束が入射し、受光
素子群１５Ｂの受光素子１．５　Ｂ　−、１〜１５Ｂ−
ｎには主として下側を透過した光束が入射することにな
る。］７たがって、受光素子群１５Ａ、１５Ｂにそれぞ
れ形成される像の照度分布は、受光素子列１２Ａ上に合
焦したときは一致するが、非合焦間において（コｎＩノ
ピンまたは後ピンのずれの方向に応じて互いに反対方向
にずれるから、その像の横ずれ方向を検出するようにす
れば、横ずれ像検出方法の長所がそのまま活かされるこ
ととなり、ｐＰ、１図で説明したぼけ像検出方法による
ものに比べて合焦検出範囲が一段と拡大する。一方、所
定の合焦検出範囲、才ガわちほけ像検出方法により精度
高く検出し得る範囲となったとき、前記各受光素子列１
２Ａ。

１２Ｂ上の像の鮮明度を比較し、両者における像の鮮明
度が等しくなる位置を検出すれば、その位置が撮影レン
ズｌの合焦面に相当することとなる６たとえば、受光素
子列１２Ａの受光素子群Ａの出力をＡｎ　、受光素子ｆ
ｆ’Ｆ　Ｂの出力をＢｒ＋とじ、その受光素子列１２Ａ
上に投影される像の鮮明度を表わす評価関係Ｆ０として
、 Ｆ１＝　ｌ　（Ａ、＋Ｂｎ）−（Ａｎ４．ｌ＋Ｂ、＋ｌ
）　ｌ、Ａｘ・・・　（１）を用い、同様に受光素子列
１２Ｂ上に投影される像の鮮明度全表わす評価関数をＦ
、とすると、そのＦおよびＦ２は像の鮮明度な表わす評
価関数であるから、第８図（、）に示したように、各受
光素子列１１ｋＡ、１２Ｂ上に投影像が結像したとき、
評価値がピーク値となるようにそれぞれ変化する。

一方、受光素子列１２Ａヒの像の横ずれを表わす評価関
数Ｆ８として、たとえば Ｆ８＝Σ（ｉＡｎ＋１−Ｂｏ、Ｉ−ＩＡｎ−Ｂｎ、１）
−（２）を用い、同様にして受光素子列１２Ｂ上の像の
横ずれを表わす評価関数をＦとすると、Ｆ８．Ｆ、は第
８図（ｂ）に示したように、前記はけ像検出方法による
評価関数Ｆよ、Ｆ２の各ピーク値の位置では、像に横ず
れを生じないので、零の値となり、この（ｉ　Ｉｆｆか
ら外れると横ずれ全生じ、デフォーカスの方向に応じて
正負の符号が反転する曲線となるＯ従って、前ピン、後
ピンのデフォーカス方向については、前記（１１）式の
評価関数Ｆ、Ｆ４を演算し、そのＦ、Ｆ、が同符号のと
きには両符号の正、負によって判断し、Ｆ８．Ｆ、が異
符号ときには前記（１）式による評価関数Ｆ□、Ｆ２を
用いてデフォーカス方向と合焦を判定するようにすれば
、第１図で説明し九従来のぼけ像検出方法による合焦検
出装置に比べ、極めて広い結像光学系の駆動範囲にわた
って、合焦状態を検出することが可能となり、しかも、
ぼけ像検出方法の長所である高い検出精度をもって合焦
状態を検出することができる。

第９図は、各受光素子列１２Ａ、１２Ｂの出力に基いて
、合焦、前ピンおよび後ピンを表わす焦点情報を得る信
号処理回路の一例の概略構成を示すブロック図である。

本例では、各受光素子列１’２Ａ、１２Ｂの多数の受光
素子の出力を同時にザンプルホールド回路２０にホール
ドし、このホールド値を各受光素子列１２Ａ、１２Ｂ別
の出力別に、受光素子の配列順序に従って順次読み出し
、これをＡ／Ｄ変換回路２１で順次アナログ−デジタル
変換して第１および第２演算回路２２．２８に取り込む
。その第。

ｌ演３１１回路２２では、前記（１）式に基づいて各受
光素子列１２Ａ、　１２Ｂ上の像の鮮明度を表わす評価
関数Ｆ□およびＦ、を演算するとともに、第２演瀞１回
路２８では、前記（２）式に基づいて各受光素子列１２
Ａ、１２Ｂ上の像の横ずれ方向を表わす評価関数Ｆ８お
よびＦ、を演算し、各演算結果を判定回路２４に導く。

それらの評価関数Ｆ□　Ｆ、Ｆ８およびＦ、は、第８図
で説明したように所定焦平面またはそれと共役な面に対
し、前ピン状態のときに、Ｆ８とＦ、が異符号となる範
囲でＦ、＞Ｆ２となり、それ以外の範囲でＦ、＜Ｏ，Ｆ
、＜Ｏとなる。後ビン状態のときには、Ｆ８とＦ、が異
符号となる範囲でＦｌ〈Ｆ２トなり、それ以外の範囲で
Ｆ８＞０．Ｆ、＞＋１となる。

また結像光学系が予定焦平面もしくはそれと共役々面に
合焦したときは、Ｆ３とＦ４が関符号でかっ”１”ＦＢ
となる。

すなわち、Ｆ□とＦ２を比較し得ない前ピン方向および
後ビン方向の範囲については、Ｆ８とＦ、の符号の正、
負によって容易に判別でき１Ｆ　とＦＢ４ の異符号の範囲ではＦ□とＦ、の比較によって合焦状態
を精度高く判別することができることとなる。

前記判定回路２４では、Ｆ□　Ｆ２．Ｆ８　およびＦ４
について上記の関係を判定し、その結果を表示回路２５
により表示する。なお、受光素子列１２Ａ、１２Ｂ、−
ｔ？−７プルホ一ルド回路２０、Ａ／Ｄ変換回路２１、
第１および第２演算回路２２．２８、判定回路２４およ
び表示回路２５の各動作は、制御回路２６により制御す
る。

上述した実施例においては、第１および第２の各受光素
子列における隣接関係にある受光素子に、結像光学系の
射出瞳分割光束を分離して入射させる光束分割光学系と
して、ストライブマスク板を用いた構成したものを説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば、＃８図に従来例として示したレンチキュラーレンズ
あるいはフライアイレンズ等を用いるようにしてもよい
ことは勿論である。また、上述した実施例では合焦位置
から外れているときには横ずれ情報を、また合焦点近傍
になったらぼけ像情報を用いて焦点状態を検出するよ゛
うにしているが、全領域に亘って双方の情報を用いて検
出したり、合焦近傍においても横ずれ情報を用いて検出
したりすることもできる〇 以上詳細に説明したように本発明の合焦検出装置は、結
像光学系の予定焦平面またはその面と共役な面の前後に
配置した第１および第２の受光素子列？、前記結像光学
系の駆動に伴なうぼけ像の強度分布の検出と、当該結像
光学系の光軸を含む面を境とする第１および第２の領域
からの光束による偉の横ずれの検出に共用した構成とな
っている。そして前記ぼけ像の比較が困難な結像光学系
駆動範囲については横ずれ像検出方法によって非合焦方
向を検出するきともに、はけ像の比較が容易な結像光学
系の駆動範囲については、はけ像検出方法により焦点状
態を検出するようにしたものである０従って、本発明装
置によれば、比較的簡易な構成によって、横ずれ像検出
方法の長所である結像光学系の全駆動範囲にわたる広い
範囲についての非合焦方向の検出効果と、ぼけ像検出方
法の長所である高精度な合焦状態検出効果を併せもった
合焦検出装置を提供することができる。

また、上記実施例に示した構成のように、結像光学系の
射出瞳からの光束を、その結像光学系の光軸を含む面を
境とする第１および第２の領域からのそれぞれの光束を
分割するための光束分割光学系として、各受光素子列の
奇数番目の受光素子群と偶数番目の受光素子群に前記各
領域からの光拳 束を主として入射させるように構成したストライブマス
クを用いたものにおいては、構成が簡単になるばかりで
はなく、製作も容易であり、経済性にも優れしかも小形
にできる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

笛１図は、従来のぼけ像検出方法による合焦検出装置の
構成例を示す線図、 第２図は、第１図のものにおける像の鮮明度を表わす肝
価値のテフォーカス方向に対する変化を示す曲線図、 第８図は、横ずれ像検出方法による従来例の焦点検出装
置の構成例を示す縮図、 第４図は、第８図の補助光学系と受光素子列との配置関
係を示す平面図、 第５図は、本発明の実施例の構成の一例を示す縮図、 第６図Ａ、ＢおよびＣは、第４図に示すストリップマス
クと受光素子列の構成ならびにそれらの配置関係を示す
線図、 第７図は、同一受光素子列の隣接して対をなす受光素子
の指向特性の一例図、 第８図は、焦点状態を表わす検出信号の態様を示す線図
、 第９図（Ｌ本発明の合焦検出装置の信号処邪回路の一例
の概略的構成を示すブロック線図である。 ｌ・・・撮影レンズ、２・・・ハーフミラ−１８・・・
クイックリターンミラー、６・・・全反射ミラー、７・
・・ビームスプリッタ、８・・・フィルム面、１２Ａ、
　１２Ｂ・・・受光素子列、１Ｂ・・・ストライブマス
ク板、１４・・・基板、１５Ａ、１５Ｂ・・・受光素子
群、１５Ａ−１〜１５Ａ−ｎ　、　１５Ｂ−１〜１５Ｂ
−ｎ　・−・受光素子、１６・・・透明基板、１７−ｉ
〜１７−ｎ・・・ストライブマスク、１８・・・開口、
２ｏ・・・ザンプルボールド回路、２１・・・Ａ／Ｄ変
換回路、２２・・・第１演算回路、ｚ８・・・第２演算
回路、２４・・・判定回路、２５・・・表示回路、　２
６・・・制御回路。 第置図 第２図 第６図 第７図 第８図 第９図 手続袖正書 昭　和　　５８　イ［７月　　］８１１］、事件の表示 昭和５７年　特　訂　願第１１４　！ｌ　、１　！’ｉ
号２、発明の名称 合焦検出装置 ３、補正をする斤 事Ｐ１との関係　　特言１出願人 １３７）　　　オリンパス光学工業株式会社１、明細書
第４頁第１３行中に「微少な」とあるの１を「微小な複
数のレンズからなる」と訂正する。 ２同第５頁第６行目の１有し、」とあるのを「の微小レ
ンズ１．１１−１〜ｌ１ｌ−ｎを有し、かつ前記」と訂
止し、 同頁第１２行中に［像を受−ｙｃ；する」とあるのを、
［−像を、ｎ１Ｊｆｆ己Ｒ小レンズ１０−１〜１０−ｎ
（７Ｊソれぞれを介して各別に受光する」と訂ＩＥする
０３同第６頁第１３行中に１の微少な」とあるのを、「
の多数の微小レンズからなる」と訂正する０４同第８頁
第１０〜１１行中に１ビームスプリンツタ７」とあるの
を、「ビームスプリッタ７」とｔ丁ＩＥする。 ５同第１１頁第１４行中に「評価関係Ｆ□」とあるのを
「評価関数Ｆ□」と訂正する。 ６同第１５貞第９行中に１用いた１とあるのを、「１１
４いて」と訂１１：、する。 ７、同第１７貞第１２行中に１テフオーカス方向」とあ
るのを「デフォーカス方向」と訂正し、同頁第２０行中
に「第４図」とあるのを「第５図」と訂正する。 ８図Ｉｎ１の第５図に、別紙訂ｉＥ図に朱書したとおり
符号「１４．　Ｊを引出線とともに１１１１人する。 ゛纒、、ユ′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　結像光学系の予定焦平面またはそれと共役な面の
   前後に配置した第１および第２の受光素子列の光入射側
   に、前記結像光学系の光軸を含む面を境とする第１の領
   域および第２の領域を透過した各光束による前記各受光
   素子タトＦの投影像が、デフォーカス状態に応じて列方
   向にずれるように構成した光束分割光学系を配設するこ
   とによって、前記各受光素子列上に前記結像光学系のデ
   フォーカス状態に応じた鮮明度と横ずれとを持った像が
   投影されるように構成し５．これら各受光素子列トに投
   影される像の鮮明度に関する情報と横ずれに関する情報
   に基づいて前記結像光学系の予定焦平面またはそれと共
   役な面における合焦状態を検出するとともに、デフォー
   カス状態を検出することを特徴とする合焦検出装置。