JP2731529B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はカメラなどに用いられる焦点検出装置に関
し、特に被写体の同一部分の像を二つの異なる光路を通
って結像させる光学系と、結像した二つの像を電気信号
に交換するイメージセンサと、イメージセンサの出力信
号から二つの像の間隔を求める演算を行なう相関演算回
路とを備えた焦点検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来のこの種の焦点検出装置として、被写体の同一部
分の像を二つの異なる光路を通して結像させ、結像した
二つの像の間隔から合焦位置を求める方法を用いた装置
がある。

第21図はこのような焦点検出装置の構成例を示す図で
ある。撮影レンズ１の後方にコンデンサレンズ２が置か
れ、更にその後方にセパレータレンズ3,4が置かれてい
る。セパレータレンズ3,4の結像面にはCCD等のイメージ
センサ5,6が配置されている。被写体像が本来の結像面
の前方に結像している場合には、イメージセンサ５上の
二つの像はどちらも光軸に近くなり、また後方に結像し
ている場合には光軸から遠くなる。このためイメージセ
ンサ5,6上の像の間隔から焦点のずれが求まる。イメー
ジセンサ5,6においては、結像した光分布が電気信号に
変換されて出力される。この出力信号は相関演算回路７
に入力され、相関演算が行われる。すなわち二つの像の
相対位置を変化させながら相関を求め、最も相関が高く
なる位置から像間の距離が求められる。これから焦点の
ずれ量を求め、撮影レンズを移動させて焦点あわせを行
なうことができる。

また、この構成においてはイメージセンサを二つに分
離せず、一つのイメージセンサ上に二つの像を結像させ
てもよい。この場合にはイメージセンサから読み出され
た信号が記憶素子に記憶されて後、夫々の像に対した領
域が同時に読出され相関演算が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来の合焦検出装置においては、得られた
相関信号の波形によって焦点検出精度が決まる。相関信
号のピークが鋭い場合には、高精度で合焦検出ができる
が、例えば被写体が低コントラストであったり、高周波
成分が少ない被写体であった場合には相関信号はなだら
かになってしまい合焦の精度が低下してしまう。

本発明はこのような欠点を除去し、被写体によらず正
確で高精度の焦点検出を可能とする焦点検出装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］ 上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の焦
点検出装置は以下のように構成されている。

（１）被写体の同一部分の像を二つの異なる光路を通っ
て結像させる光学系と、結像した二つの像を電気信号に
変換するイメージセンサと、このイメージセンサの出力
信号から二つの像の間隔を求める演算を行なう相関演算
回路とを備えた焦点検出装置において、 前記イメージセンサの出力信号の周波数スペクトルが
フラットな特性となるように、前記出力信号の所定の周
波数帯域における出力信号強度を補正する周波数帯域補
正処理手段を備えたことを特徴としている。

（２）前記（１）の装置であって、前記イメージセンサ
の出力信号の直流成分を減らし、かつ、交流成分を増大
させてコントラストを強調するコントラスト強調処理手
段をさらに備えたことを特徴としている。

（３）前記（１）又は（２）の装置であって、前記周波
数帯域補正処理手段は、前記イメージセンサの出力信号
をノイズを考慮して補正するためのフィルタ係数を発生
させるフィルタ係数発生手段を有することを特徴として
いる。

なお周波数帯域を補正する処理手段は、信号のノイズ
を考慮したフィルタを含むものであることが望ましい。

周波数帯域を補正すると共にコントラストを強調する
処理手段は、信号の高周波成分を規準値と比較増幅する
回路と、信号のコントラストを規準値と比較増幅する回
路とが、フィードバックループに構成されていることが
望ましい。

コントラストを強調する処理手段は、感度の異なる複
数のイメージセンサからの出力を対数特性を持たせて加
算した信号に対し、信号の直流成分と交流成分とを夫々
規準値と比較増幅する回路がフィードバックループに構
成されていることが望ましい。

コントラストを強調する処理手段は、信号のコントラ
ストが所定値に達するまでイメージセンサの積分は、積
分を継続する制御を行なうことを特徴とする。

イメージセンサで積分中の信号のコントラストを平均
測光値とピーク測光値との差から求める手段を備えたも
のであることが望ましい。

上記主概念を第１図を用いて説明する。第21図に例示
したような光学系により被写体像が結像したイメージセ
ンサ10の出力はコントラスト強調の処理回路11及び帯域
補正処理回路12により相関前の処理を受けた後、相関演
算回路13に入力されて相関処理が行なわれる。なおここ
では、イメージセンサは先に述べたように１個のみを用
いる例としており、そのため必要となる記憶素子は相関
処理回路に含まれるものとして表示している。これは第
21図のようにイメージセンサを２個用いるものとし、処
理回路11,12をそれぞれ二系統使用するものとしても良
い。また第１図において処理回路11と12とは順序が入替
わっても良い。また処理回路12と相関演算回路13とが入
替わっても良いし、実際の回路構成によっては前処理と
して、上記コントラスト強調処理または帯域補正処理
と、相関演算とが同時に行われることもあり得る。

前処理の概念について説明する。まず帯域補正処理で
あるが、被写体像に対応した電気信号の周波数スペクト
ルは、通常の場合は高周波側が低下している。これを高
周波側を強調し、フラットな周波数スペクトルに近ずけ
ることで相関信号のピークは鋭くなる。この様子を第２
図に示す。理論的には周波数スペクトルが全帯域で一定
となるように補正した時に自己相関信号はデルタ関数と
なり、ピークは最も鋭くなる。現実には信号の周波数帯
域やノイズを考慮した上で有効な補正を行なう。

次にコントラスト強調であるが、被写体像に対応した
信号で相関演算にきいてくるのは交流成分の振幅であ
る。そこで信号の直流成分を減らし交流振幅を拡大する
ような処理を行なうことにより、相関演算に適した信号
となる。この様子を第３図に示す。この変換を行なう場
合、信号ｆの平均値をM,標準偏差をσとした時に、 （ｆ−Ｍ）／σ…（１） なる式で示される変換を行なうと最も良好な結果を得る
ことが出来る。

以上の帯域補正及びコントラスト強調の相関前の処理
は夫々単独で行なっても合焦の精度を向上させる効果が
あり、また両者を同時に行なうことにより更に効果を上
げることが出来る。

［実施例］ 第４図は本発明の一実施例を示す図である。イメージ
センサ10の出力信号はコントラスト強調前処理回路11及
び帯域補正処理回路12により相関前の処理を受けた後、
相関演算回路13に入力される。コントラスト強調処理回
路11は作動増幅器17,遅延素子15,平均値回路16及び標準
偏差回路14とから構成されている。帯域補正処理回路12
は、フーリエ変換器18,逆数回路19,乗算器20及び逆フー
リエ変換器21とから成る。

イメージセンサ出力信号は、平均値回路16においてそ
の変動の平均値Ｍが、また標準偏差回路14により標準偏
差σが求められる。これらの値が求められる間の時間だ
け遅延素子15により遅延された後、作動増幅器17により
直流分の除去及び交流振幅の増幅が行われる。ここで作
動により減算される値は平均値回路16により、また増幅
器のゲインは標準偏差回路14により設定され、信号の波
形に応じた処理がなされる。ここで得られた信号ｆは続
いて帯域補正処理回路12内のフーリエ変換器18において
フーリエ変換された後、逆数回路19によってその逆数1/
|F|が求められる。そしてＦと1/|F|とが乗算器20により
乗算されることによって、スペクトルがほぼ一様となる
信号が得られる。これが逆フーリエ変換器21により変換
され、帯域補正された信号となって相関器13に入力され
る。これによりピークの鋭い相関信号が得られる。

第２の実施例として、帯域補正処理に信号のノイズを
考慮した例を示す。第５図は帯域補正処理および相関演
算とを行なう回路の構成を示すものである。図中22は位
相共役回路,23は乗算器,24は係数発生回路,25はフーリ
エ変換器である。他の第４図と同じ構成要素については
同一符号で示している。

相関演算が行われる二つの信号をｆ（ｘ）,g（ｘ）と
する。これらは夫々フーリエ変換器18,25に入力されス
ペクトル信号F,Gに変換される。これらの信号はＦが位
相共役回路22により共役信号F^*とされた後にＧと乗算さ
れ、これは原信号の相関を求めたことに相当する。この
後、係数発生回路24により生成されたフィルタ係数が乗
算器20で乗算され帯域補正が行われる。これが逆フーリ
エ変換器21で処理されることによって相関信号Ｃ（ｘ）
が得られる。

ここで、係数発生回路24においては最小２乗フィルタ
の原理によりフィルタ係数が求められる。すなわち次式
の値 Ｅ｛［δ（ｘ）−ｍ（ｘ）・（ｆ（ｘ）☆ g（ｘ））］²｝…（２） を最小とするようにフィルタｍ（ｘ）の値が求められ
る。ここでＥ｛ ｝は平均演算，δ（ｘ）はディラック
のデルタ関数，☆は相関演算を表す。（２）式はｆとｇ
との相関を行なった結果をなるべくデルタ関数に近づけ
鋭い相関信号をフィルタとすることを意味する。なおデ
ルタ関数を目標とすることにより信号の帯域制限をおこ
なわず、信号の折返し歪も情報として使うことにより、
より精度の高い相関演算が行なえる。

さて（２）式において ｇ（ｘ）＝ｆ（ｘ−ａ）＋ｎ（ｘ）とおく。すなわちｇ
（ｘ）はｆ（ｘ）とａだけずれていて、ノイズｎ（ｘ）
が加わったものと考える。ここでｎ（ｘ）はｆとｇとの
相対的なノイズであるため、実際にh,gに加わるイメー
ジセンサのノイズの２倍となる。計算によりフィルタ係
数を求めると、 となる。ここでＭ（ａ）はＦ｛ｍ｝であり、（Ｆ｛ ｝
はフーリエ変換）スペクトル領域でのフィルタとなって
いる。ＨはＨ＝Ｆ｛ｆ☆ｆ｝,Snnはｆ☆ｎのパワースペ
クトル,Sppはδ（ｘ−ａ）のパワースペクトルである。
（３）式の係数を用いる場合の第５図の回路の具体的構
成を第６図に示す。

第６図において図中26,27は位相共役回路23,28,29,3
0,31は乗算器、32は係数発生回路である。フーリエ変換
器18から出力されたスペクトル信号Ｆは位相共役回路22
により共役波F^*が求められる。F,F^*が乗算器28により乗
算され、Ｈが得られる。これから更に位相共役回路26と
乗算器30とにより、HH^*＝|H|²が求められる。一方F^*と
ノイズスペクトル信号Ｎ（ｗ）とが乗算器29により乗算
され、NF^*＝Ｆ｛ｆ☆ｎ｝が得られる。ここでイメージ
センサのノイズはホワイトノイズ（周波数によらず一定
のノイズ）に低域でのフリッカノイズ（1/fノイズ）が
加わったものであることがわかっているので、この値が
ノイズスペクトル発生回路33より与えられる。Ｆ｛ｆ☆
ｎ｝は更に位相共役回路27と乗算器31とに入力され、 Snn＝|F｛ｆ☆ｎ｝｜² ＝Ｆ｛ｆ☆ｎ｝・Ｆ｛ｆ☆ｎ｝^* が得られる。

一方、δ（ｘ−ａ）のパワースペクトルSppは定数回
路34より与えられる。以上のH,|H|²,Snn,Sppの値が全て
係数回路32に入力され、（２）式の値が演算されて出力
される。この値が乗算器20によりF^*Ｇに乗算され、帯域
補正が行われる。この結果が逆フーリエ変換器21より変
換され、鋭い相関信号Ｃ（ｘ）が得られる。

以上の例は信号のノイズを考慮した帯域補正処理とし
てウィーナフィルタを使用するものである。この種のフ
ィルタとしては、これに限るものではない。例えば拘束
条件付最小二乗フィルタを使用すれば、ノイズのスペク
トル情報を予め入力しなくても良好な処理を行なうこと
ができる。あるいはカルマンフィルタを用いることもで
きる。この他各種の適応型フィルタを応用することがで
きる。

次の実施例として、フーリエ変換を行なわずに帯域補
正処理を行なう例を第７図に示す。第４図と同じ構成要
素については同じ番号を付し、説明は省略する。帯域補
正回路は適応型のバンドパスフィルタ35及び加算器36と
から成る。信号ｆはバンドパスフィルタ35に入力され高
周波成分のみが出力される。これが加算器36により原信
号と適当な割合いで混合され、帯域補正された信号ｆ′
が得られる。これが相関演算回路13に入力され、相関信
号が得られる。

ここで、バンドパスフィルタの特性は相関信号のピー
クが鋭くなり、かつサイドロープに妨げられないように
設定する。すなわち信号のスペクトルが第８図（ａ）に
示すように、ある周波数Ｗまで一定とすると、その自己
相関は（ｂ）のようにSinc関数となる。一方、周波数成
分ω₂成分のみをもつスペクトルの場合（ｃ）において
は、自己相関はコサイン波となる（ｄ）。そこで（ｅ）
のようなバンドパス特性で選択された波形を中心周波数
ω₂と側帯波ω₁のコンボリューションとみると、その自
己相関はSinc関数とコサイン波の積となる。（ｆ）ここ
で、コサイン波の周期はSinc関数の周期よりも短い。こ
のためバンドパスを通過した特性はピークが鋭くなると
ともにサイドローブも大きくなる。そこで、相関信号の
鋭さとサイドロープの大きさのバランスを考慮して適当
な処理条件を設定する。

コントラスト強調及び帯域補正の処理を同時に行なう
回路構成の実施例を第９図に示す。41はイメージセンサ
であり、本実施例では同一の信号を複数回読み出すこと
ができるイメージセンサを用いる。42は信号結合用のコ
ンデンサ、43,44は乗算器、45,46は振幅検出回路、47,4
8は差動アンプ、49,50は差動アンプに加える規準レベル
設定用の電圧源、51,52はリミッタ、53は加算器であ
る。54,55は１画素分のクロック時間を遅延するための
サンプルホールド回路、56は加算器であり、54〜56によ
りバンドパスフィルタ57が形成されている。本回路の出
力は相関演算回路13に接続されている。

本構成において、撮像素子41において光電変換された
信号は複数回続けて読出される。この信号はコンデンサ
42によりDC成分が除かれて乗算器43に入力され、その後
サンプルホールド回路54、加算器53を介して相関演算回
路13に出力される。ここで振幅検出回路45、差動アンプ
47、リミッタ51及び乗算器43はコントラスト強調のため
のゲイン設定のフィードバックループを構成している。
すなわち信号のAC振幅が振幅検出回路45から出力され
る。この値は差動アンプ47で電圧源49より出力される規
準レベルと比較され、その差に応じた値がリミッタ51を
介して乗算器43に入力され、次に読み出される信号に乗
算される。この動作が何回か繰り返されることにより、
信号の振幅は規準レベルと等しくなるようにフィードバ
ック制御される。なおリミッタ51は信号の振幅が極端に
小さい時に極めて大きい値が乗算されて信号のS/Nが劣
化するのを防ぐためのものである。

一方、バンドパスフィルタ57の出力は乗算器44,振幅
検出回路46,差動アンプ48,リミッタ52とからなるフィー
ドバックループに入力され、その振幅が電圧源50により
与える規準レベルに合せて制御される。この値は加算器
53により原信号に加算され、これにより信号の帯域補正
がなされる。すなわち原信号の高周波成分が少ない時は
バンドパスフィルタ57の出力は小さいが、差動アンプ48
から大きい値が出力され、乗算器44で乗算されることに
より振幅が大きくなる方向に制御される。この信号が加
算されることで、原信号の高周波成分も増大する。

以上のコントラスト強調および帯域補正の処理がフィ
ードバック方式で行われることにより、イメージセンサ
から複数回（３〜５回程度）信号が読み出された時には
交流分振幅が大きく、かつ高周波成分の大きいように処
理された信号が相関演算回路13に入力され、ピークの鋭
い相関信号が得られる。

なお本実施例で用いられるイメージセンサとしては、
例えばフローティングゲート方式の読出し回路を用いた
CCDイメージセンサを用いることができる。

第10図に示すように、フォトセンサ列58に接続された
読み出し用CCDシフトレジスタ59より光信号電荷が読み
出され、フローティングゲートアンプ60により電圧信号
に変換される。この読み出しは電荷を損うことが無いの
で、この後遅延用のCCDシフトレジスタ61で転送されて
から再度フローティングゲートアンプ60に入力すること
により、複数回にわたって同一信号を出力端子62より読
み出すことができる。

あるいは、第11図に示すようなイメージセンサ63を使
用してもよい。64はSIT（静電誘導型トランジスタ）フ
ォトトランジスタから成るフォトセンサであり、列状に
配置されている。65は信号転送用のスイッチ、66は信号
保持用のコンデンサ、67は例えばソースフォロワ回路か
ら成るバッファである。68は画素選択用のスイッチ、69
は走査用のシフトレジスタである。上記構成のイメージ
センサ63において、各画素に光が入射するとその光量に
対応した信号がSITフォトトランジスタ64から出力され
る。ある積分時間をもってスイッチ65がオンされると、
これらの信号はコンデンサ66に転送される。この後シフ
トレジスタ69がどうさする事により、コンデンサ66の信
号はバッファ67を介して出力端子70より出力される。こ
こでコンデンサ66は遮光手段を取られているため、信号
送信後の光入射によって信号量が影響されることはな
く、またバッファ67を介して信号が読み出されるため、
読み出しにより信号が損われることもない。このため一
度撮像した信号を複数回にわたって読み出すことができ
る。なお以上のようなイメージセンサを用いなくとも、
通常のイメージセンサを用いて外部に記憶素子を付ける
構成とすれば同一信号の複数回読み出しが可能となるこ
とは勿論である。

以上説明した実施例では、帯域補正とコントラスト強
調とが一回路系で同時に行われるため、両方の処理を総
合して最適特性に処理できるという利点がある。なお振
幅検出回路45は信号の標準偏差検出回路としてもよく、
この場合には（１）式で表されるような特性制御ができ
る。またフィードバック制御を用いているので個々のア
ンプ等の精度がそれ程よくなくても高精度の制御が可能
である。

コントラスト強調処理を行なう、更に他の実施例を第
12図に示す。

第12図では広いダイナミックレンジの信号に対応する
ために感度の異なる複数のイメージセンサを使用するこ
とが特徴である。第12図の例では三つのイメージセンサ
71,72,73を使用しており、72は通常のCCDイメージセン
サである。71は特に被写体が暗い時のための高感度イメ
ージセンサであり、CCD上に光電荷増倍型の光導電膜を
積層している。これはアモルファスセレンからなる膜
で、高電界をかけることによりアバランシェ効果を生じ
て光電荷を膜内で増幅することができるため極めて高い
感度を得ることができる。

73は特に明るい場合に対応するもので、CCDイメージ
センサ上にニュートラルデンシティフィルタを載せるこ
とにより感度を低下させている。

以上のイメージセンサ71,72,73の出力は夫々対数アン
プ74,75,76により対数変換された後、加算器77により加
算される。加算器77の出力は加算器78,乗算器79,逆対数
アンプ80を経由して帯域補正処理回路あるいは相関演算
処理回路（図示せず）に入力される。乗算器79の出力は
振幅検出回路81と差動アンプ82を介して乗算器79に入力
されるとともに、低域通過フィルタ83と差動アンプ84を
介して加算器78に入力されるという二つのフィードバッ
クループを形成している。85,86は夫々差動アンプ82,84
に加える規準レベルを与える電圧源である。

イメージセンサ71,72,73の出力は普通、入射光量に比
例しているが、これが夫々対数アンプ74,75,76によって
光量に対し対数特性の出力とされる。またこれらの対数
アンプは、入力が飽和付近のある値を越えた場合には、
出力は一定の値にリミットされるようになされている。
第13図で横軸を対数目盛りでとった被写体の明るさ、縦
軸を出力すると、対数アンプ74,75,76の出力は夫々a,b,
cで表される。加算器77の出力はa,b,cを加算したもので
あるため、ｄのように表される。すなわちイメージセン
サ71,72,73のダイナミックレンジ全てにわたる広いダイ
ナミックレンジに対してなめらかな対数特性をもつ出力
となる。

なおイメージセンサ71,72,73の信号は前記実施例と同
様に、同一信号が複数回読み出せるようになされてい
る。（このための手段は前記実施例で述べてあるので説
明は省略する）ここで第13図ｃで示されるような特性の
信号出力が加算器77から複数回出力されると、信号の直
流成分は低域通過フィルタ83により検出され、差動アン
プ84により電圧源86より与えられる規準レベルと比較さ
れて、その差に応じた値が加算器78により原信号に加算
される。ここで信号の直流レベルは被写体の明るさに対
応しているが、この値が一定値に制御されることにより
自動的に感度の調節が行われることになる。すなわち、
信号利得がフィードバックループにより制御され、自動
利得調整が行われる。

一方、加算器77からの出力信号は振幅検出回路81にも
入力されて、その交流振幅が検出され、差動アンプ82に
より電圧源85より与えられる規準レベルと比較されてそ
の差に応じた値が乗算器79により原信号に乗算される。
これにより交流振幅がフィードバックループで制御され
ることによりコントラスト強調の処理が行われる。ここ
で信号の交流振幅はすなわち被写体の明るさのダイナミ
ックレンジに相当している。この値が一定値に制御され
ることにより自動ダイナミックレンジ調整が行われるこ
とになる。

以上のように自動利得調整および自動ダイナミックレ
ンジ調整がフィードバックループにより行われる回路を
用いることにより、信号のレベルとコントラストが適切
な値に調節され、ピークの鋭い相関信号を得ることがで
きる。なお第12図において振幅検出回路81は標準偏差検
出回路としてもよい。この場合、（１）式に基づいた処
理が行なえる。

また第12図で逆対数アンプ80は対数変換された信号を
線形信号に戻すためのものであるが、これを省略して対
数変換された信号をそのまま相関演算に使用するように
しても良い。またイメージセンサ71〜73の出力を対数ア
ンプ74〜76により対数変換するようにしたが、これはイ
メージセンサに対数的な光電変換特性を持たせるような
駆動を行い、イメージセンサ自体で対数特性を持たせて
も良い。例えばイメージセンサのオーバーフロードレイ
ンに印加する電圧レベルを積分時間中に変化させ等価的
に暗い光については積分時間を長く、明るい光について
は積分時間を短くすることにより対数特性を持たせるこ
とができる。これにより対数アンプ74〜76を省略するこ
とが可能である。

本実施例で用いる高感度のイメージセンサとしては先
に述べた光導電膜積層型イメージセンサの他に、SIT,CM
D,AMIといった内部増幅型のイメージセンサを用いても
良い。あるいはイメージセンサにイメージインテンシフ
ァイヤ，マイクロチャネルプレートのような光電子増幅
器を設けるようにしても良い。

本実施例においては、感度の異なる複数のイメージセ
ンサを用いているので、広くダイナミックレンジにわた
って一定の積分時間で撮像を行なうことができる。通常
では被写体の明暗に対応するためにイメージセンサの積
分時間を制御して対応しているが、被写体が暗い場合に
は積分時間が長くなり過ぎて被写体の動きにより像がぶ
れたり、また暗電流ノイズが増大する。また積分時間を
数マイクロ秒より短くすることは制御回路の都合上でき
ないため、被写体が極めて明るい場合には撮像ができな
い。本実施例ではこのような欠点が解消される。

更に他の実施例を次に説明する。本実施例ではコント
ラスト強調の処理をイメージセンサ内でも行なうことが
特徴である。

第14図に回路構成を示す。イメージセンサ101の信号
出力はアンプ102により増幅され、バンドパスフィルタ1
03により帯域補正処理が行われてA/D変換器104に入力さ
れ、デジタル値に変換される。この値はCPU105に入力さ
れて相関演算処理が行われる。イメージセンサ101から
は被写体の明るさに対応した測光信号も出力され制御回
路106に入力される。制御回路では測光信号の値に応じ
てアンプ102及びイメージセンサの駆動回路107の制御信
号が生成され、各々に印加される。なおイメージセンサ
101に光学像を結像させる光学系は第21図と同様である
ため、図示は省略してある。

イメージセンサ101の詳細構造を第15図に示す。フォ
トセンサ108−1,108−2,…108−ｎが一列に配置されて
いる。フォトセンサ列の隣にはトランスファゲート109
を介してCCDシフトレジスタ110が配置され、反対側には
オーバーフローゲート111を介してオーバーフロードレ
イン112が隣接し、更に平均測光素子113及びピーク検出
素子114−1,114−2,…114−ｎが配置されている。平均
測光素子113にはリセットスイッチ115及びバッファ116
が設けられ、バッファ出力が平均出力端子AVとなされて
いる。ピーク検出素子114−1,114−2,…114−ｎにも夫
々リセットスイッチ117−1,117−2,…117−ｎ及びバッ
ファ118−1,118−2,…118−ｎが設けられており、バッ
ファ118−1,118−2,…118−ｎの出力は、ピーク検出部1
19により最大値が選択されてピーク出力端子PEに出力さ
れる。

CCDシフトレジスタ110の一端には出力アンプ120が接
続され、この出力が信号出力SOとなされている。CCDシ
フトレジスタ110のクロックパルスφs,トランスファゲ
ート109及びオーバーフローゲート111への印加パルスφ
Ｔ及びφｏ等の駆動パルスは各々の端子を介して駆動回
路107からイメージセンサ108に印加される。

制御回路106は例えば第16図に示されるように差動ア
ンプ121,A/D変換器122及びCPU123から構成されている。
またバンドパスフィルタ103は第17図（ａ）のように１
画素分の遅延を行なうサンプルホールド回路124,125及
び重みづけ加算器126とから構成されている。

上記の構成に基づき、その動作を説明する。イメージ
センサ101において、例えばオーバーフローゲート111を
介してフォトセンサ108−1,108−2,…108−ｎがリセッ
トされ、積分が開始される。この時、同時にリセットス
イッチ115及びリセットスイッチ117−1,117−2,…117−
ｎも同時にオンし、平均測光素子113及びピーク検出素
子114−1,114−2,…114−ｎがリセットされる。積分開
始後、入射した光量に応じてフォトセンサに信号電荷が
蓄積し、また平均測光素子，ピーク検出素子の電位が変
化していく。ここで平均測光素子はフォトセンサ列の全
長のわたって設けられているので、全信号の平均的な明
るさに対応した電圧がAVに出力される。

一方、ピーク検出素子114−1,114−2,…114−ｎは各
々フォトセンサ108−1,108−2,…108−ｎに個別に対応
して設けられているので、各画素ごとの明るさに対応し
た電圧変化をする。これらの電圧の内、最も明るい画素
に対応する値がピーク検出部119により選択されPEに出
力される。

従来の例では、積分時間制御のために上で述べた平均
測光値あるいはピーク測光値のいずれか一つが用いら
れ、その値が所定値に達した時に積分を終了し、フォト
センサの信号電荷を読み出す。本実施例においては、平
均測光値及びピーク測光値との両方を用いて積分時間制
御を行なう。すなわち第18図（ａ）のように信号のコン
トラストが大きい場合には平均値とピーク値との差は大
きいが、第18図（ｂ）のようにコントラストが小さい場
合にはピーク値は等しくても平均値とピーク値との差は
小さい。つまり平均値とピーク値との差は信号のコント
ラストの大きさを表している。そこで、この差が所定の
値に達するまで積分を継続する。

平均測光出力AV及びピーク測光出力PEとは、制御回路
106内の差動アンプ121に入力され、AVとPEとの差に比例
した出力がA/D変換器122によりデジタル変換される。こ
のデジタル値がCPU123において判断され、所定の値に達
していなければ積分が継続されるが、所定の値に達して
いれば駆動回路107に積分停止が指示される。この時駆
動回路107の働きにより、φＴがオンとなりフォトセン
サ108−1,108−2,…108−ｎの信号電荷がシフトレジス
タ110に転送される。

この後シフトレジスタ110がパルスφｏにより駆動さ
れ、信号電荷が順次出力アンプ120を介してSOに出力さ
れる。このようにして読み出された信号はアンプ102に
より増幅されてバンドパスフィルタ103へ出力される。
なお、被写体が暗くかつコントラストが低い場合には、
差動アンプ121の出力が所定値に達する以前に積分時間
が画像ぶれ、あるいは暗電流により制限される最大値に
達してしまうこともある。この場合にはCPU123の働きに
よりコントラストが不足のまま信号読み出しが行われる
とともに、アンプ102のゲインが通常より上げられる。
従ってアンプ102によりコントラスト強調処理が行われ
る。

以上のようにイメージセンサ内あるいはイメージセン
サ外のアンプでコントラスト強調処理を受けた信号はバ
ンドパスフィルタ103において高周波分が強調される帯
域補正処理が行われる。この後A/D変換器104によりデジ
タル値に変換されCPU105によって相関演算処理がなされ
てピークの鋭い相関信号が得られる。

本実施例で示したようにイメージセンサ内でコントラ
スト強調を行なうことによりS/N（信号対雑音比）の高
い信号が得られる。すなわちイメージセンサのノイズは
信号量にほとんど依存せず一定であるので、信号振幅が
十分大きくなってから信号を読み出した方がS/N上有利
である。また被写体が暗いために外部アンプでコントラ
スト強調を行なった場合にはアンプにより若干のS/Nの
悪化はあるものの、A/D変換器による量子化ノイズの発
生が防止でき、低コントラスト信号でそのまま相関演算
を行なうよりは、はるかに精度の高い相関演算を行なう
ことができる。

なおバンドパスフィルタ103を第17図（ａ）のように
構成した場合、その周波数特性は第17図（ｂ）のように
周波数fn/2（fnはナイキスト周波数）にピークを持つ特
性となるが、このようにフィルタ特性を信号に適応させ
て変化させるのではなく、固定した特性としてもコント
ラスト強調処理を同時に行なうことにより十分な効果を
得ることが可能である。

帯域補正フィルタはこれに限らずLCフィルタあるいは
RCフィルタを使用してもよいし、あるいはA/D変換後に
デジタルフィルタ処理を行なってもよい。

また第14図及び第16図とを合せた構成においてCPU105
とCPU123とは別個のものとしてあるが、これは同一のCP
Uを兼用するようにしてもよい。

またイメージセンサ101には平均測光出力及びピーク
測光出力とを設けるものとしたが、このピーク測光出力
の代わりに標準偏差出力を出力するようにしてもよい。
すなわち各画素に対応した信号に対して標準偏差の演算
を施し、出力する回路をイメージセンサ上に設ける。こ
れにより（１）式に基づいたコントラスト強調処理が行
なえる。

いずれにしてもイメージセンサ上に集積した測光回路
を用いることにより、他に信号の振幅や平均値を検出す
る回路を用いることなく適切な強調処理を行なうことが
できる。

イメージセンサ内のコントラスト強調処理について、
コントラストが所定の値になるまで積分を継続するもの
としたが、実際上ではフォトセンサに蓄積できる信号電
荷量には限度があり、コントラストが所定値に達する前
に信号が飽和してしまう場合もある。この場合の対策に
ついて次に示す。

第19図は、第15図に示したようにイメージセンサのフ
ォトセンサ近傍の電位分布を示す図である。積分開始時
にはフォトセンサの電位井戸は（ｂ）のように空になっ
ているが、信号電荷が蓄積してくると（ｃ）のように井
戸がいっぱいになる。この時にコントラストが所定値に
達していない場合には、φＴの電位障壁を信号の振幅分
だけ下げ、交流成分だけをシフトレジスタ110に転送す
る。（ｄ）その後φＴの電位障壁をもとに戻してからφ
Ｏの障壁を下げて残った直流分の電荷をオーバーフロー
ドトレイン112に排出する。（ｅ）この後シフトレジス
タ内の電荷をフォトセンサに戻すか、あるいはシフトレ
ジスタ内に留めたまま再度積分を継続する。（ｆ）以上
の動作をコントラストが所定の値に達するまで繰り返す
ことにより、良好な信号を得ることができる。イメージ
センサ内でコントラスト強調を行なう撮像動作は、第11
図に示すようなSITフォトセンサを用いたイメージセン
サにも適用することができる。第11図のイメージセンサ
においてSIT64のゲートにはゲートキャパシタCgが接続
され、ゲートキャパシタの反対側電極は全て共通に電極
φＧに接続されている。積分開始時にはφＧにパルスが
印加されSIT64のゲートは逆バイアスされて負電位にな
る。この後光が入射することによりゲートの電位は光量
に応じて上昇する。積分終了時にはφＧにパルスが印加
されることによりゲート電位が上げられ、SIT64は動作
領域にバイアスされる。この時に光入射により上昇した
電圧分がゲートに加わり、光量に対応した電圧がSITの
ソースから出力され、信号が読み出される。ここで、信
号読み出し時にφＧに印加されるパルスは通常光量がゼ
ロの時にSIT出力もゼロとなるようにパルス電圧値が設
定される。ここでφＧに加えるパルス電圧をこの値より
も低く設定すると、信号出力のうち直流分のいくらかは
カットされ、交流分が相対的に強調される。

従って、積分時に得られた信号のコントラスト値に応
じて積分時間を延長すると共にφＧに印加するパルス電
圧値を低くすることによりコントラスト強調がなされた
出力信号を得ることができる。

第20図にゲートパルス波形とゲート電位変化とを示
す。（ａ）は通常の動作状態を示すものであり、時刻t₁
に積分が開始される時にはＡに示すように全画素のゲー
ト電位が一定の逆バイアス電位となっている。時刻t₂に
は光強度分布に対応してゲート電位がＢのように変化し
ている。ここでφＧにパルス電圧VGが加わることによ
り、Ｃに示すような信号出力が得られる。一方、（ｂ）
はコントラスト強調時の動作状態を示すもので、時刻
t₁，t₂でのゲート電位は（ａ）と同じくA,Bで表され
る。t₂から更に積分を延長し、時刻t₃にゲート電位がＤ
のようになった時点でパルス電圧Ｖ′Ｇ（Ｖ′Ｇ＜VG）
が加えられる。これによりＥで示すようなコントラスト
強調された信号出力が得られる。なお、このような動作
を行なうためにはゲートの逆バイアス電圧は信号振幅に
比較してかなり大きいことが必要であるが、SITフォト
センサを用いたイメージセンサでは、この条件は満たさ
れているので問題はない。

以上に示したようにSITフォトセンサを用いたイメー
ジセンサにおいてもコントラスト強調動作ができ、S/N
比の高い信号を得ることができる。これを第14図に示し
たように外部アンプによるコントラスト強調動作と組み
合せることも可能であり、多様な被写体に対して良好な
合焦検出を行なうことができる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能で
あるのは勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば、被写体のパターンにかかわらず、常
にピークが鋭い相関信号が得られ、精度の高い合焦検出
を行なうことができる。すなわち、従来の合焦検出装置
では苦手とされていた低コントラストの被写体、例えば
壁や空等のシーンに対しても高精度で合焦できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の基本原理を説明するための図
で、第１図は構成を示すブロック図、第２図（ａ）
（ｂ）および第３図（ａ）（ｂ）は作用説明のための波
形図である。第４図〜第21図は本発明の実施例を示す図
で、第４図は第１実施例の構成を示すブロック図、第５
図および第６図は第２実施例の構成を示すブロック図、
第７図は第３実施例の構成を示すブロック図、第８図は
同実施例の作用説明用の波形図、第９図〜第11図は第４
実施例の構成を示すブロック図および回路構成図、第12
図は第５実施例の構成を示すブロック図、第13図は同実
施例の作用説明用の波形図、第14図〜第20図は第６実施
例を示す図である。第21図は従来技術の説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小宮 康宏 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−151607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−94463（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−163009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−11809（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−262970（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体の同一部分の像を二つの異なる光路
   を通って結像させる光学系と、結像した二つの像を電気
   信号に変換するイメージセンサと、このイメージセンサ
   の出力信号から二つの像の間隔を求める演算を行なう相
   関演算回路とを備えた焦点検出装置において、 前記イメージセンサの出力信号の周波数スペクトルがフ
   ラットな特性となるように、前記出力信号の所定の周波
   数帯域における出力信号強度を補正する周波数帯域補正
   処理手段を備えたことを特徴とする焦点検出装置。
2. 【請求項２】前記イメージセンサの出力信号の直流成分
   を減らし、かつ、交流成分を増大させてコントラストを
   強調するコントラスト強調処理手段をさらに備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 【請求項３】前記周波数帯域補正処理手段は、前記イメ
   ージセンサの出力信号をノイズを考慮して補正するため
   のフィルタ係数を発生させるフィルタ係数発生手段を有
   することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検
   出装置。