JPH0473563B2

JPH0473563B2 -

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Publication number: JPH0473563B2
Application number: JP57145099A
Authority: JP
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1992-11-24
Also published as: JPS5934504A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、撮像素子として固体撮像素子や撮
像管を用いたムービーカメラやスチルカメラ、あ
るいは一眼レフカメラに用いられるオートフオー
カス装置に関する。

背景技術とその問題点この種のオートフオーカス装置としては、超音
波、赤外線の照射による三角測量方式等のアクテ
イブ方式やコントラスト検出、一致像検出等によ
るパツシブ方式等がある。そして、そのうちのパ
ツシブ方式のオートフオーカス装置の一例として
次のようなものが知られている。

第１図はその概要を示すもので、これはTTL
方式の一眼レフカメラに使用されているものであ
る。

第１図において、レンズ１を通つた光はサブミ
ラー２に入射し、その透過光はフイルム面３に入
射する。一方、サブミラー２で反射された光はビ
ームスプリツター４に入射する。このビームスプ
リツター４に対し本来のフイルム面（図中、５は
その等価フイルム面である）に相当するピント位
置の前後にわずかずれた２ケ所の位置に、それぞ
れ１列ずつの絵素（センサー）が１次元配列の固
体撮像素子例えばCCDからなる副撮像素子S₁と
副撮像素子S₂とが設けられる。図中、破線６，７
で示すのはフイルム面３に対する副撮像素子S₁、
S₂の等価位置で、フイルム面３に対して、その前
後に等距離ｌだけ離れた位置関係となつている。

なお、サブミラー２とレンズ１との間には、図
示しないがメインミラーがサブミラー２の面方向
に対して直交するように設けられ、入射光が、サ
ブミラー２に対して副撮像素子S₁、S₂とは、反対
側に設けられるピント板に入射するようにされて
いる。

ところで、ピントが合つたかどうかは画像が鮮
明であるかどうかということで評価できる。画像
が鮮明であるかどうかは画像の空間周波数を求
め、振幅に対するMTF（変調伝達関数）を評価す
れば求まることは周知の通りであるが、カメラに
内蔵可能な程小型で、かつ、高速処理ができ、安
価であるという条件を考えると、実際上は難し
い。

一方、一般に、画像が鮮明であるかどうかは被
写体の輪郭がシヤープかどうかということで判断
できることが多い。

この輪郭情報は微分により得られるが計算機処
理では上記副撮像素子の絵素（センサー）間の出
力の差分を用いて得ている。

ここで、説明の簡単のため、画面の半分が白、
残りの半分が黒というように明るさが段階的に変
化する被写体を考えると、第２図に示すように、
正確にピントが合つたところ（合焦点）で、コン
トラストＥは最も強く、この位置から前ピンにず
らしても後ピンにずらしてもコントラストＥは低
下する。

このコントラストを表す評価関数を考えれば、
これは上述のような１次元固体撮像素子S₁、S₂で
像を得たとき、そのｎ番目とこれに隣り合うｎ＋
１番目のセンサーの出力InとIn＋１との差として
表すことができる。すなわち、Ｅ＝_o-1 〓ⁿ⁼⁰ （In＋１−In） ……(1) となる。そして、１次元撮像素子の充分に長い配
列を考えると、配列方向をｘとして、Ｅ＝∫dI／dXdx ……(2) となり、これは単にＩの積分を表現し、鮮明度に
は無関係となつてしまう。この欠点を回避するた
めには、(1)式のIn＋１−Inに対して非線形の処理
を何等かの方法で行わなければならない。この非
線形処理のためには、従来はアナログ演算を施し
たり、撮像素子の非線形性を利用している。

以上のような非線形処理を行つてコントラスト
の評価関数Ｅが得られたとする。この評価関数Ｅ
を上述の副撮像素子S₁とS₂の出力に対して適応
し、横軸にピントずれ、縦軸にコントラストをと
つて関数曲線を求めると第３図に示すようにな
る。第３図において、曲線８は素子S₁のコントラ
ストC₂曲線、曲線９は素子S₂のコントラストC₂
曲線をそれぞれ示している。

すなわち、副撮像素子S₁及びS₂は本来のピント
の前後でコントラストを測つているから、レンズ
１を移動させてフオーカシングをするにつれて位
相のずれた２つのコントラスト曲線が得られる。
そして、この装置においては、前述したように前
ピン側撮像素子S₁と後ピン側撮像素子S₂とのちよ
うど中間に正しいピント位置がくるように構成さ
れているので、コントラスト曲線８と９とが同じ
値をとつたときが合焦位置となるものである。ま
た、コントラストC₁＞コントラストC₂ ならば、現状は前ピンであることを示し、コントラストC₁＜コントラストC₂ ならば、現状は後ピンであることを示すものであ
る。

こうして、本来のピントに対して前後にずれた
位置に配置した２つの撮像素子S₁、S₂の出力のコ
ントラスト情報を用いることによりオートフオー
カスが可能となる。

ところで現実のコントラスト曲線は第３図のよ
うな理想的なものではなく、複数の極大値を持つ
ようになるのが普通である。何故なら、撮像レン
ズの画角内に複数の被写体があり、その各被写体
についての焦点位置でコントラスト曲線は極大に
なるからである。例えば、後述もするように第９
図のようにカメラ２１の前方に人間２２、柱２
３、本棚２４が順次並んでいた場合には、コント
ラストの極大値は第８図に示すように３個存在す
る。

従来はこのように鮮明度の評価値として複数の
極大値が存在してしまうことを考慮して、その場
合には最大極大値の位置を合焦点としていたり、
空間フイルタをかけて空間周波数を落とし、ある
いは画像をぼかして評価関数をブロードにして極
大値の判定をし易くしていた。

ところが、第９図のように撮影したい人物２２
の後にコントラストのはつきりした本棚２４とい
う背景がある場合には、最大極大値にフオーカス
する方式のときはその本棚２４の位置での極大値
が最大となつてしまうため、その本棚をフオーカ
シングしてしまう不都合があつた。

また、空間周波数を落としたり、ぼかしたりし
た場合には、細かなパターンにはフオーカスがか
からないという欠点があつた。

発明の目的この発明の上記の点にかんがみ、同一画角内に
距離の異なる被写体物が複数あり、鮮明度の評価
値として複数の極大値がある場合に、任意の所望
の被写体に対して常にオートフオーカスができる
ようにして、撮影者の意図に即したオートフオー
カスができるようにしたものである。

発明の概要この発明は、画像の鮮明度をその空間周波数を
利用した評価関数としてオートフオーカスするよ
うにしたオートフオーカス装置において、光学系
の複数の焦点位置における鮮明度の評価値に基づ
いて、カメラの画角内に存在してカメラからの距
離の異なる複数の被写体に対応した鮮明度の極大
値を求め、この極大値に対応する焦点位置情報を
メモリに予め保持しておき、カメラの操作部に設
けられたフオーカスセレクトスイツチにより複数
個の極大値のうちの１つの極大値に対応する焦点
位置を選択することで所望の被写体にフオーカス
するようにしたオートフオーカス装置であつて、
これにより撮影者の意図に即したオートフオーカ
スが得られるようにしたものである。

実施例以下、この発明の一実施例を第４図以下を参照
して説明するに、この例は前述の従来例の他の欠
点を克服した新規なオートフオーカス装置の例で
ある。

すなわち、前述のオートフオーカス装置の場
合、測距に伴いレンズ系を動かすものであるた
め、動作速度が遅くなり、動きが不自然であつ
た。

また、ピントが大きくはずれてしまい、それが
第３図の検出不可領域になつてしまつていると、
もはや測距不能となつてしまう欠点がある。

また、ビームスプリツターを用いているため、
その段数に応じて入射光量が減少し、オートフオ
ーカスの動作範囲が狭いという欠点もある。

この例は測距スピードが早く、しかも無限遠か
らクローズアツプに急に変化したとしても高速応
答が可能な新規なオートフオーカス装置である。

第４図はこの発明の一例の光学系を示し、１１
はレンズ、１２はメインミラー、１３はサブミラ
ー、１４は例えばCCDからなる主撮像素子、１
５は同じく例えばCCDからなる副撮像素子で、
副撮像素子１５はオートフオーカスの測距用とし
て用いられるものである。

この副撮像素子１５は前述した従来例と同様の
１次元的配列のラインセンサーであつてもよい
が、この例ではセンサーが２次元的に配列された
画撮像素子とされる。また、この副撮像素子１５
はその使用目的からいつて主撮像素子１４と同じ
規模のものである必要はなく、主撮像素子１４の
画角の一部を切り取つたような部分的なものでよ
い。この副撮像素子１５の絵素（センサー）数
は、例えば縦64×横64個とされる。

TTL方式によりレンズ１１を通過した光はメ
インミラー１２を介して主撮像素子１４に入射す
る。レンズ１１を通過した光の一部は、また、メ
インミラー１２で反射されてフアインダーに導か
れる。また、メインミラー１２を通過した光の一
部は、サブミラー１３で反射されて副撮像素子１
５に入射するようにされる。

そして、この例においては、従来のようにオー
トフオーカスのための測距のためにはレンズ１１
を動かすのではなく、副撮像素子１５を光軸方向
に±Δdだけ移動するようにする。このため、こ
の例では副撮像素子１５は第５図に示すようなア
クチエエイター上に取りつけられる。

このアクチエエイターは、例えばＳ極に着磁さ
れた円柱１６を取り囲むようにこの円柱１６より
の若干の距離をおいてＮ極に着磁された環状体１
７が形成され、これら円柱１６と環状体１７との
間に形成される凹溝１８内にボイスコイル１９が
挿入される。このボイスコイル１９は、副撮像素
子１５が固定された基台２０に対してとりつけら
れており、このボイスコイル１９に供給される電
流に応じて基台２０、したがつて副撮像素子１５
が図中矢印で示す方向（第４図で矢印で示した光
軸方向）にピストン運動するようになされてい
る。

この場合、副撮像素子１５の原点位置は主撮像
素子１４の焦点距離と同じ位置にあり、アクチエ
エイターによつて、光学系の全焦点距離に応じた
移動量Ｄを副撮像素子１５が走査するようにピス
トン運動をする。そして、この場合の走査は、第
６図に示すような階段波によつてステツプ駆動的
になされるもので、この例の場合、副撮像素子１
５はその移動量Ｄの間にステツプ的に16段階の位
置をとるようにされる。すなわち、移動量Ｄの間
に時間Ｔかかるとすると、副撮像素子１５はＴ／
16＝τの時間毎に光軸方向にその位置を移動する
ようになるもので、16個の位置d₀、d₁、d₂……
d₁₅をとり、各位置でτの時間停止していること
になる。ここで、d₀は光学系の最近焦点位置、
d₁₅は無限遠の焦点位置に対応する。

そして、d₀〜d₁₅の各焦点位置において、それ
ぞれ停止している時間τにおいて、その各位置で
の副撮像素子１５の画像の鮮明度が求められ、そ
の各位置での鮮明度を表す情報がメモリーに記憶
される。そして、そのメモリーに記憶された鮮明
度の情報のうち、極大、つまり他位置に対して鮮
明度の高い位置が見い出され、これに基づいて主
撮像素子１４またはレンズ１１が動かされて、そ
の対応する焦点位置にくるようにされる。こうし
てオートフオーカスがなされる。なお、移動量Ｄ
中の極大鮮明度の焦点位置を見い出すための上述
のような副撮像素子１５による測距の走査速度
は、例えば３回／秒程度とされる。

ところで、この例の場合、副撮像素子１５のd₀
〜d₁₅の各位置における被写体の鮮明度を求める
演算処理としては、この副撮像素子１５として画
撮像素子を用いたことを利用して副撮像素子１５
の画像の２次元微分処理が用いられる。第７図は
副撮像素子１５の一部の絵素（センサー）を示す
もので、図におけるある絵素（ｉ，ｊ）の周囲の
８個の絵素との間の２次元微分の値をdlとする
と、微分値総量〓は、〓＝_inax 〓ⁱ⁼⁰ ・_jnax 〓^j=0 dl で表される。そして、d₀〜d₁₅の光学系の各焦点
位置での微分値総量が、その各位置での被写体の
鮮明度の情報としてメモリーに記憶される。

例えば第９図に示すようにカメラ２１前方に、
人２２、柱２３、本棚２４が順次並んでいた場
合、これら人２２、柱２３、本棚２４の位置が例
えば位置d₃、d₇、d₁₀で鮮明に像を結ぶようなと
きには、第８図に示すように微分値総量〓はその
d₃、d₇、d₁₀の各位置で極大になる。つまり撮像
レンズ１１の画角内に複数の被写体があればその
数に応じ、かつ、その位置に応じたカメラの光学
系の各焦点位置において微分量総量が極大になり
それがメモリーに記憶されるから、この極大点と
なる各焦点位置に、レンズ１１または撮像素子１
４を移動させるようにすれば各被写体がフオーカ
スされる。

カメラからの距離が異なる複数の被写体物が画
角内に入つたときそのうちの所望の１つの被写体
にフオーカスしたいとするのが通常である。この
ように、複数の極大点がある場合にそのうちの所
望の被写体にフオーカスさせるようにするには、
次のようにすればよい。

すなわち、一般に所望のフオーカスしたい被写
体はカメラに一番近い位置となることが多いの
で、先ず、この一番近い位置の被写体、第９図の
例では人２２にフオーカスするようにし、それが
所望のものでないときは、他の極大点に移動させ
るようにして常に所望の被写体にフオーカスでき
るようにすればよい。

以上のことを考慮したこの発明装置の制御系の
一例のブロツク図を第１０図に示す。

第１０図において、３１はフオーカスコントロ
ール回路で、これは演算器、レジスタ、デジタル
比較器、カウンタ等から成つている。

このフオーカスコントロール回路３１からは第
６図に示したような副撮像素子１５を測距走査さ
せるための階段状信号がデジタル信号の状態で得
られる。上記カウンタがそのために用いられるも
ので、このカウンタには周期τのクロツクが供給
される。そして、このカウンタの出力がＤ／Ａ変
換器３２に供給されてアナログ信号とされ、これ
が第５図に示したアクチエタイターのボイスコイ
ル１９に供給されて、副撮像素子１５が光学系の
所定の焦点位置に持ち来される。そして、この位
置において、この副撮像素子１５から得られる画
像出力が対数圧縮回路３３に供給される。この対
数圧縮回路３３は、光の距離に対する特性が対数
的であることからそれをリニアに変換するための
ものである。

対数圧縮回路３３の出力はＤ／Ａ変換器３４に
てデジタル信号に変換された後、演算回路３５に
供給されて上述した画像の２次元微分の微分値総
量〓が求められ、これがメモリー３６の、その位
置に１：１に対応するアドレスにその位置の画像
の鮮明度の評価値として記憶される。

次に、時間τ経過とすると、フオーカスコント
ロール回路３１においては上記カウンタが歩進
し、そのカウント値が変化する。すると、Ｄ／Ａ
変換器３２の出力が変わり、副撮像素子１５の位
置が光軸方向に移動される。そして、この変更さ
れた位置において、上述と同様の操作が行われ、
その位置における鮮明度の評価値である画像出力
の微分値総量がメモリー３６の対応するアドレス
に書き込まれる。以上の操作が、上述の16個の各
位置d₀〜d₁₅の全てにおいてなされ、これにより
メモリー３６の記憶内容として第８図に相当する
ものが得られる。以下これが繰り返される。

このメモリー３６中の16個の情報に対し、極大
値の検出がなされ、極大値である場合にはその情
報にマーカーが付される。すなわち、メモリー３
６に各位置の鮮明度の情報を書き込む際に、フオ
ーカスコントロール回路３１内に設けられたデジ
タル比較器によつてその前後の位置の情報と、そ
の位置の情報を比較してそれが極大値であると検
出されたとき、その情報にマーカー（例えば１ビ
ツト分をこのマーカーとして用い、それらを例え
ば「１」にセツトする）を付加して書き込むよう
にされる。あるいは、メモリー３６に全ての情報
が書き込まれた後、これを順次読み出し、デジタ
ル比較器を用いて極大値を見い出し、マーカーを
付して、再び元の位置に書き込むようにしてもよ
い。

カメラ位置に対して第９図に示したような被写
体のときは、d₃、d₇、d₁₀の位置の鮮明度の情報
が極大になり、前述したように先ず、手前の被写
体にオートフオーカスするとすれば、d₃の位置の
情報に付加された極大値マーカーに従つて、この
位置の情報例えばアドレス情報がフオーカスコン
トロール回路３１より得られ、これがＤ／Ａ変換
器３７にてアナログ信号にされ、このアナログ信
号によつて、この例では撮像レンズ１１が移動さ
れて、光学系がd₃の焦点位置にくるようにされ
る。このd₃の位置が、所望の被写体に対するフオ
ーカス位置でないときは、フオーカスセレクトス
イツチ３８を操作すると、次の極大値マーカーの
付されたアドレス位置に移り、そのアドレス情報
がフオーカスコントロール回路３１より得られ、
レンズ１１がそれに追随する位置に移動するもの
である。

このフオーカスセレクトスイツチ３８は、例え
ば第１１図に示すようにカメラ本体４０のレンズ
の近傍の位置に配され、図のＲ側にスイツチ３８
を倒すと、メモリー３６のマーカーが付されてい
る極大値がアドレスの例えば大きいものの方に順
次移つて、フオーカス位置が例えばカメラよりも
遠ざかる方向の被写体位置に順次移動し、一方、
スイツチ３８を図のＦ側に倒すと、メモリー３６
のアドレスが小さいものの極大値位置に順次移
り、フオーカス位置がカメラに近づく方向に順次
移動するようにされる。

なお、第８図に示すように、極大値マークに対
してフオーカスセレクト操作により、さらに番号
付け等のマーキングをすれば、例えば何番目の極
大値というようにセレクトすることにより、仮令
被写体物が動いても追随することができる。

なお、Ｄ／Ａ変換器３７の出力によつてレンズ
系１１を動かす代わりに主撮像素子１４を動かす
ようにしてもよい。

また、この発明は、上記の例のように副撮像素
子を測距用に動かすものではなく、従来のように
レンズ系を測距のために動かす方式のものにも適
用できることはもちろんである。

しかし、以上述べたこの例によれば、従来のよ
うに測距に伴いレンズ系を動かすのではなく、慣
性質量の小さい撮像素子を動かし、合焦点が見つ
かるまでは、他のレンズ系は固定にしておくの
で、測距速度が上がり、不自然な動作とはならな
い。また、この例の場合、全焦点距離について同
時に合焦点を検出するので、無限遠からクローズ
アツプに被写体位置が急激に変化しても応答が早
いという効果がある。

また、副撮像素子を合焦のため動かすもので、
レンズ系はその測距には用いないから、レンズ系
としてはいかなる交換レンズも使用可能となる。

なお、従来の場合、測距用の撮像素子は１次元
的ラインセンサーであるため、各絵素の配列方向
にコントラストの変化がある像に対しては測距可
能となるが、配列方向にコントラスト変化がない
とき、つまりラインセンサーが水平方向のとき、
水平方向のコントラスト変化がなく、縦方向のみ
変化するような被写体は測距不能となる。

これに対し、上述のように、測距用の撮像素子
として画撮像素子を用いて２次元的にコントラス
ト変化を求めるようにした場合には、上記のよう
な方向依存性がない。また、評価関数も２次元微
分であるから、第１図の従来例の場合のように非
直線処理をわざわざ行わなくてもよく、さらに２
次元のコントラスト検出を行うから全方向につい
ての正確なコントラスト検出ができるものであ
る。

発明の効果以上述べたように、この発明によれば、光学系
の各焦点位置における鮮明度の評価値に基づい
て、カメラの画角内にカメラからの距離が異なる
複数の被写体が存在することに対応して、鮮明度
の極大値を求め、この極大値に対応する焦点位置
情報をメモリに予め保持しておき、鮮明度の評価
値の複数個の極大値のうちから、フオーカスセレ
クトスイツチによつて１つの極大値に対応する焦
点位置を選択することで、所望の被写体にフオー
カスできるようにしたために、常に撮影者の希望
する任意の被写体に対し容易にフオーカスさせる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のオートフオーカス装置の一例の
光学系を示す図、第２図及び第３図はその説明の
ための図、第４図はこの発明の光学系の一例を示
す図、第５図はその要部の構成の一例を示す図、
第６図〜第９図はその説明のための図、第１０図
はこの発明の制御系の一例のブロツク図、第１１
図はその一部の構成を説明するための図である。１１は撮像レンズ、１２はメインミラー、１３
はサブミラー、１４は主撮像素子、１５は副撮像
素子、３６はメモリー、３８はフオーカスセレク
トスイツチである。

Claims

【特許請求の範囲】１画像の鮮明度をその空間周波数を利用した評
価関数としてオートフオーカスするようにしたオ
ートフオーカス装置において、光学系の複数の焦点位置における上記鮮明度の
評価値に基づいて、カメラの画角内に存在して当
該カメラからの距離の異なる複数の被写体に対応
した上記鮮明度の極大値を求め、この極大値に対応する焦点位置情報をメモリに
予め保持しておき、上記カメラの操作部に設けられたフオーカスセ
レクトスイツチにより複数個の極大値のうちの１
つの極大値に対応する焦点位置を選択することで
所望の被写体にフオーカスするようにしたことを
特徴とするオートフオーカス装置。２上記フオーカスセレクトスイツチは上記カメ
ラからの距離が近い位置にある被写体に対応する
焦点位置から遠方に位置する被写体に対応する焦
点位置までを順次選択するようにした特許請求の
範囲第１項記載のオートフオーカス装置。