JP3584691B2 - Focus position detector - Google Patents

Description

【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の焦点検出装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、レンズ本体２００がカメラ本体１００から分離可能な、いわゆるＡＦ一眼レフカメラの一構成例を示す。
【００１５】
カメラ本体１００のほぼ中央には、光軸Ｌに対して略４５度傾斜した主ミラー１１１、主ミラー１１１の背面に設けられ、主ミラーに１１１の傾斜に対して略９０度傾斜した補助ミラー１１２等を具備するミラーボックス１１０が設けられている。ミラーボックス１１０の上部には、焦点板１２１、プリズム１２２、接眼レンズ１２３、表示素子１２４等を具備するファインダー１２０が設けられている。ファインダー１２０の上部には、フラッシュ光を発光させるための発光ユニット１７０が設けられている。
【００１６】
ミラーボックス１１０の底部（ファインダ１２０とは反対側）には、ＡＦセンサモジュール１４０、調光センサ１５０、ＡＦ駆動ユニット１６０等が設けられている。ミラーボックス１１０の背面（レンズ本体２００とは反対側）とフィルム面１との間には、シャッターユニット１３０が設けられている。ＡＦＣＰＵ３０１及び配線３０２等が設けられたフレキシブルプリント基板３００は、カメラ本体１００の隙間に設けられている。
【００１７】
レンズ本体２００は、光学系２０１、光学系２０１を保持する鏡胴２０２、鏡胴２０２を光軸Ｌに平行な方向Ａに駆動するレンズ駆動機構２０３、レンズの焦点距離、開放Ｆ値、最小Ｆ値等を記憶し、カメラ本体側のＡＦＣＰＵ３０１に出力するレンズＣＰＵ２０４等を具備する。
【００１８】
主ミラー１１１は、光学系２０１による光束の大部分を焦点板１２１方向に反射し、残りの部分を透過させる。補助ミラー１１２は主ミラー１１１を透過した光束をＡＦセンサモジュール１４０に導く。プリズム１２２は、焦点板１２１上の像の左右を反転させ接眼部レンズ１２３を介して撮影者の目に導く。
【００１９】
プリズム１２２の出射面近傍には、測光ユニット１８０が設けられている。測光ユニット１８０は、集光レンズ及びフォトダイオード等の光電変換素子を含み、被写体２の輝度に対応する信号をＡＦＣＰＵ３０１に出力する。表示素子１２４は、発光ダイオード等の発光素子及び液晶表示素子等を含み、レンズの焦点が被写体２に合っている状態（合焦状態）や、シャッター速度、レンズの絞り値等を表示する。
【００２０】
発光ユニット１７０は、発光エネルギーを蓄積するためのコンデンサ（図示せず）、コンデンサを充電するための充電回路（図示せず）、コンデンサに蓄積された電気エネルギーを放電し、光エネルギーに変換する発光管１７１、発光管１７１によるフラッシュ光をカメラ前方に反射する反射板１７２、フラッシュ光を所定の範囲に集光又は拡散するためのフレネルレンズ１７３等を具備する。調光センサ１５０は、例えば集光レンズ及びフォトダイオード等の光電変換素子を含み、発光ユニット１７０によるフラッシュ光の発光中に、フィルム１からの反射光を検出し、その光量に対応する信号をＡＦＣＰＵ３０１に出力する。ＡＦＣＰＵ３０１は、調光センサ１５０からの信号に基づいて、フィルム１の露光量が所定値に達したと判断すると、発光ユニット１７０の発光を停止させる。
【００２１】
ＡＦ駆動ユニット１６０は、ＤＣモーター、ステッピングモータ、超音波モータ等のアクチュエータ、アクチュエータの回転方向及び回転数等を検出してＡＦＣＰＵ３０１に出力するエンコーダ、アクチュエータの回転数を減速するための減速系等（図示せず）を含み、出力軸１６１を介してレンズ駆動機構２０３に連結されている。レンズ駆動機構２０３は、例えばヘリコイド及びヘリコイドを回転させるギヤ等（図示せず）で構成され、ＡＦ駆動ユニット１６０のアクチュエータの駆動力により、光学系２０１及び鏡胴２０２を一体的に矢印Ａ方向に移動させる。光学系２０１及び鏡胴２０２の移動方向及び移動量は、それぞれアクチュエータの回転方向及び回転数に従う。
【００２２】
ＡＦセンサモジュール１４０の詳細を図２に示す。ＡＦセンサモジュール１４０は、複数のＣＣＤ等の光電変換素子アレイを有するセンサ１４１、センサ１４１の前方（光学系２０１に近い側）に設けられ、各光電変換素子アレイの基準部及び参照部（後述する）にそれぞれ対応する４組のレンズを有するセパレータレンズ１４２、セパレータレンズ１４２の前方に設けられ、各レンズに対応する開口を有する絞りマスク１４３、光路を所定方向に曲げるためのミラー１４４、ミラー１４４を挟んで絞りマスク１４３の前方に設けられたコンデンサレンズ１４５、コンデンサレンズ１４５の前方に設けられ、各光電変換素子アレイに対応する形状の開口を有する視野マスク１４６等で構成されている。
【００２３】
センサ１４１の入射面はセパレータレンズ１４２の焦点面に位置し、セパレータレンズ１４２は入射光束を分岐して各光電変換素子アレイ上に投影する。絞りマスク１４３の各開口は、それぞれ円形又は長円形を有し、セパレータレンズ１４２に入射する光束を限定する。視野マスク１４６は、光学系２０１からの距離がフィルム１と相対的に等しい位置の近傍に設けられており、光学系２０１からの入射光束のうち、ＡＦセンサモジュール１４０に入射する光束を制限する。視野マスク１４６の開口はセンサ１４１の光電変換素子アレイの配列に対応し、例えば中央の開口は十字形であり、両側の開口は矩形である。
【００２４】
センサ１４１の光電変換素子アレイを図３に示す。図中、左側で縦方向に配列されている光電変換素子アレイ４１を第１アイランドと称し、上半を基準部４１ａ、下半を参照部４１ｂとする。中央部で横方向に配列されている光電変換素子アレイ４２を第２アイランドと称し、左半を基準部４２ａ、右半を参照部４２ｂとする。右側で縦方向に配列されている光電変換素子アレイ４３を第３アイランドと称し、上半を基準部４３ａ、下半を参照部４３ｂとする。中央部で縦方向に配列されている光電変換素子アレイ４４を第４アイランドと称し、上半を基準部４４ａ、下半を参照部４４ｂとする。第１アイランド４１及び第３アイランド４３は、それぞれ単独で第１及び第３エリアを構成する。また、第２アイランド４２及び第４アイランド４４は、センサ１４１の中央部の第２エリアを構成する。本実施形態では、第１〜第４アイランド４１〜４４の各基準部４１ａ〜４４ａの画素数と、各参照部４１ｂ〜４４ｂの画素数は同じである。
【００２５】
第１〜第４アイランド４１〜４４の各基準部４１ａ〜４４ａの画素データは、それぞれ複数のブロックＳ１〜Ｓ９に分割され、各アイランドの参照部４１ｂ〜４４ｂのデータと比較され、光学系２０１の焦点位置の検出が行なわれる。第２アイランド４２の基準部４２ａのＳ３ブロックを例にして、光学系２０１の焦点位置検出のための相関演算について、図４を参照しつつ説明する。
【００２６】
本実施形態における相関演算では、Ｓ３ブロックの右端近傍の画素データと参照部４２ｂの左端近傍の画素データとを比較するための第１演算モード、Ｓ３ブロックの全画素データと参照部４２ｂの全画素データとを比較する第２演算モード、Ｓ３ブロックの左端近傍の画素データと参照部４２ｂの右端近傍の画素データとを比較するための第３演算モードに区別することができる。なお、第１〜第３演算モードは、上記第１〜第４アイランド４１〜４４の全てのブロックＳ１〜Ｓ９について適用することができる。
【００２７】
図４において、Ｓ３ブロックの画素データを左から順にｂ（１）、ｂ（２）・・・ｂ（Ｎ）とし、参照部４２ｂの画素データを左から順にｒ（１）、ｒ（２）・・・ｒ（Ｔ）とする。なお、Ｓ３ブロックの画素数Ｎ＝２６、参照部４２ｂの全画素数Ｔ＝５６、左側オフセット量Ｍ＝１５、右側オフセット量Ｌ＝１５、相関演算順位ｋ（ｋ＝０〜（Ｍ＋Ｔ−Ｎ＋Ｌ＝６０））、補正係数をＲ（ｋ）、第ｎアイランドの第ｋ番目の相関演算による不一致量をＨｎ（ｋ）とする。
【００２８】
第１演算モードでは、最初にＳ３ブロックの画素データのうち左側からＭ（Ｍ＝１５）個分をオフセットしておき、Ｓ３ブロックの１１個の画素データｂ（１６）〜ｂ（２６）と参照部４２ｂの１１個の画素データｒ（１）〜ｒ（１１）を用いて不一致量Ｈ２（０）を演算する。次に、Ｓ３ブロックの画素データを右に１つシフトし、Ｓ３ブロックの１２個の画素データｂ（１５）〜ｂ（２６）と参照部４２ｂの１２個の画素データｒ（１）〜ｒ（１２）を用いて、不一致量Ｈ２（１）を演算する。順に１個ずつ画素データを増やして、１５個の不一致量Ｈ２（ｋ）（ｋ＝０〜１４）を演算する。第１演算モードにおける不一致量Ｈｎ（ｋ）（ｋ＝０〜（Ｍ−１））の一般式は、以下の式（１）となる。
【００２９】
【数２】

【００３０】
第２演算モードでは、Ｓ３ブロックの全画素データと参照部４２ｂの全画素データとを比較するので、第２演算モードの最初の不一致量Ｈ２（１５）は、Ｓ３ブロックの２６個の画素データｂ（１）〜ｂ（２６）と参照部４２ｂの２６個の画素データｒ（１）〜ｒ（２６）を用いて演算される。第２番目の不一致量Ｈ２（１６）は、Ｓ３ブロックの２６個の画素データｂ（１）〜ｂ（２６）と参照部４２ｂの２６個の画素データｒ（２）〜ｒ（２７）を用いて演算される。同様にして、３１個のＨ２（ｋ）（ｋ＝１５〜４５）を演算する。第２演算モードにおける不一致量Ｈｎ（ｋ）（ｋ＝Ｍ〜（Ｍ＋Ｔ−Ｎ−１））の一般式は、以下の式（２）となる。
【００３１】
【数３】

【００３２】
第３演算モードでは、最初にＳ３ブロックの画素データのうち右側の１個分をオフセットし、Ｓ３ブロックの２５個の画素データｂ（１）〜ｂ（２５）と参照部４２ｂの２５個の画素データｒ（３１）〜ｒ（５６）を用いて不一致量Ｈ２（４６）を演算する。次に、Ｓ３ブロックの画素データを右に１つシフトし、Ｓ３ブロックの２４個の画素データｂ（１）〜ｂ（２４）と参照部４２ｂの２４個の画素データｒ（３２）〜ｒ（５６）を用いて、不一致量Ｈ２（４７）を演算する。順に１個ずつ画素データを減らして、１５個の不一致量Ｈ２（ｋ）（ｋ＝４６〜６０）を演算する。第３演算モードにおける不一致量Ｈｎ（ｋ）（ｋ＝（Ｍ＋Ｔ−Ｎ）〜（Ｍ＋Ｔ−Ｎ＋Ｌ））の一般式は、以下の式（３）となる。
【００３３】
【数４】

【００３４】
ここで、不一致量Ｈｎ（ｋ）について、第２演算モードの一例を示す図５を参照しつつ説明する。図５の（ａ）〜（ｃ）において、曲線Ｂは第２アイランド４２の基準部４２ａの各画素からのデータｂ（１）〜ｂ（ｊ）を曲線で結んだものであり、曲線Ｒは第２アイランド４２の参照部４２ｂの各画素からのデータｒ（１）〜ｒ（ｊ）を曲線で結んだものである。
【００３５】
（ａ）では、Ｓ３ブロックの画素データｂ（１）〜ｂ（ｊ）と参照部４２ｂの画素データｒ（１）〜ｒ（ｊ）とを比較しており、図中斜線で示す曲線Ｂと曲線Ｒで囲まれた部分の面積が第２演算モードの最初の不一致量Ｈ２（１５）（一般式：Ｈｎ（Ｍ））に相当する。
【００３６】
（ｂ）では、Ｓ３ブロックの画素データｂ（１）〜ｂ（ｊ−２）と参照部４２ｂの画素データｒ（３）〜ｒ（ｊ）とを比較しており、図中斜線で示す曲線Ｂと曲線Ｒで囲まれた部分の面積が第２演算モードの第３番目の不一致量Ｈ２（１７）（一般式：Ｈｎ（Ｍ＋２））に相当する。（ａ）と比較すると、曲線Ｂと曲線Ｒが接近している分、曲線Ｂと曲線Ｒで囲まれた部分の面積は狭い。
【００３７】
（ｃ）では、Ｓ３ブロックの画素データｂ（１）〜ｂ（ｊ−３）と参照部４２ｂの画素データｒ（４）〜ｒ（ｊ）とを比較しており、図中斜線で示す曲線Ｂと曲線Ｒで囲まれた部分の面積が第２演算モードの第４番目の不一致量Ｈ２（１８）（一般式：Ｈｎ（Ｍ＋３））に相当する。曲線Ｂと曲線Ｒがほぼ一致しているため、曲線Ｂと曲線Ｒで囲まれた部分の面積はほぼ０である。
【００３８】
第２アイランド４２の全てのブロックＳ３〜Ｓ５について、それぞれ不一致量Ｈｎ（ｋ）（ｋ＝０〜（Ｍ＋Ｔ−Ｎ＋Ｌ））について演算した後、不一致量Ｈｎ（ｋ）の最も値の小さい所を光学系２０１の焦点位置と判断する。この場合、図５（ｃ）における不一致量Ｈ２（１８）（一般式：Ｈｎ（Ｍ＋３））が最も小さいので、この位置が合焦位置と判断される。
【００３９】
ところで、図５に示す一例は、理想的な場合であって、実際に光学系２０１の焦点が合っている場合でも、不一致量が０になるとは限らない。また、同じ条件であっても、相関演算に用いる画素数により不一致量Ｈｎ（ｋ）の値が異なる。特に、第１演算モード及び第３演算モードでは、相関演算に用いる画素数が変化するため、同じ演算モードであっても不一致量Ｈｎ（ｋ）を単純に比較することはできない。そのため、補正係数Ｒ（ｋ）を用いる。補正係数Ｒ（ｋ）としては、例えば相関演算に用いる画素のコントラスト（例えば、隣接する２つの画素からのデータの出力の差分の絶対値の総和）の比で規格化する方法や、相関演算に用いる画素の比で規格化する方法等が考えられる。
【００４０】
また、図６の（ａ）又は（ｂ）に示すように、不一致量Ｈｎ（ｋ）が最小となる位置ｍ０が画素ｍと画素ｍ＋１又はｍ−１の中間にある場合、以下の式（４）に従って補完演算を行う。この補完演算については公知であるため、その説明を省略する。
【００４１】
【数５】

【００４２】
上記図５に示す一例では、第２アイランド４２における基準部４２ａと参照部４２ｂの画素データのずれは、右方向に３画素であった。ＡＦセンサモジュール１４０は、実質的に光学系２０１による被写体２の像位置とフィルム面１とのずれの方向及び量を検出している。ところで、光学系２０１の焦点距離により、光学系２０１のデフォーカス量と像位置の移動量とが一定の関係にある。従って、光学系２０１のデフォーカス量（移動量）は、画素データのずれ量、レンズの焦点距離に基づく係数等を用いて演算される。また、光学系２０１の移動方向は、画素データのずれの方向によって決定される。
【００４３】
次に、ＡＦＣＰＵ３０１及びＡＦセンサモジュール１４０の接続関係のブロック構成を図７に示す。ＡＦセンサモジュール１４０には、図２に示した構成の他に、センサ１４１を駆動するためのクロック発生部１５０、ＡＦＣＰＵ３０１からの信号に基づいて、センサ１４１の各アイランド４１〜４４の電荷蓄積（以下、積分と称する）開始や蓄積された電荷の読み出しの開始等を制御するＣＣＤ動作制御部１５１、センサ１４１の各アイランド４１〜４４からの出力信号（Ｖｏｕｔ）に基づいて、電荷蓄積時間（積分時間）を制御するための積分時間制御部１５２、センサ１４１の各アイランド４１〜４４からの出力信号（Ｖｏｕｔ）の増幅を行うアナログ信号処理部１５３を具備する。積分時間制御部１５２は、被写体２の輝度が高い場合は積分時間を短くし被写体２の輝度が低い場合は積分時間を長くして、各アイランド４１〜４４から時間を調節する。
【００４４】
ＡＦＣＰＵ３０１は、アナログ信号処理部１５３からのアナログ出力信号（Ｖａｍｐ）をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３１０、Ａ／Ｄ変換されたディジタル信号及びレンズＣＰＵ２０４からの光学系２０１の焦点距離情報等を記憶するためのＲＡＭ等の記憶部３１１、Ａ／Ｄ変換された信号に基づいて光学系２０１の焦点位置を検出するための焦点検出部３１２、焦点検出部３１２により検出された光学系２０１の焦点位置及び光学系２０１の焦点距離等から光学系２０１の焦点位置の補正量（デフォーカス量）を演算すると共に、例えば光学系２０１の焦点が被写体２に合っている場合等に表示素子に合焦信号を出力する補正演算部３１３、演算された補正量に基づいてＡＦ駆動ユニット１６０及びレンズ駆動機構２０３を駆動するレンズ駆動制御部３１４、クロック発生部１５０に所定のクロックパルス（ＣＰ）を出力し、動作制御部１５１に電荷蓄積開始（積分開始）信号（ＩＣＧ）及び電荷読み出し開始信号（ＳＨＭ）を出力し、アナログ信号処理部１５３に増幅モードを切り替えるためのモード切り替え信号（ＭＤ）を出力するセンサ制御部３１５、レンズ駆動制御部３１４及びセンサ制御部３１５に所定のタイミング信号を出力するタイマ回路３１６等を具備する。
【００４５】
次に、センサ１４１の各アイランド４１〜４４の出力信号の増幅モードについて、図８〜図１１を参照しつつ説明する。一般的に、被写体２が低コントラストの場合、センサ１４１の各アイランド４１〜４４の出力信号（Ｖｏｕｔ）の変化は小さい。そのため、これらの信号をそのまま用いて光学系２０１の焦点位置を判断するのは困難である。従って、光学系２０１の焦点位置の判断を行える程度の出力信号の変化を得るべく、センサ１４１の各アイランド４１〜４４の出力信号（Ｖｏｕｔ）の増幅が行われる。
【００４６】
通常行なわれる増幅モードとして、センサ１４１の暗出力電圧を基準として増幅するモード（以下、ＮＭモードと称する）が知られている。ＮＭモードは、低輝度低コントラストな被写体に対して有効である。ＮＭモードによる増幅例を図８に示す。（ａ）は増幅前のセンサ１４１のアイランド４１〜４４のいずれかの出力信号（Ｖｏｕｔ）及び暗出力電圧（Ｖｒｅｆ）を示し、（ｂ）は増幅後の出力信号（Ｖａｍｐ）及び増幅後の暗出力電圧（Ｖｒｅｆ２）を示す。
【００４７】
一方、被写体２が高輝度低コントラストな場合、暗出力電圧（Ｖｒｅｆ）を基準として、各アイランド４１〜４４の出力信号（Ｖｏｕｔ）を増幅すると、ＡＦＣＰＵ３０１等で取り扱える電圧を超えてしまう（いわゆる、オーバーフローする）おそれがある。そこで、有効画素出力の平均値的な電圧を基準として増幅するモード（以下、ＬＣモードと称する）を併用することが提案されている。ＬＣモードによる増幅例を図９に示す。（ａ）は増幅前のセンサ１４１のアイランド４１〜４４のいずれかの出力信号（Ｖｏｕｔ）、有効画素出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）及び暗出力電圧（Ｖｒｅｆ）示し、（ｂ）は増幅後の出力信号（Ｖａｍｐ）、増幅していない有効画素出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）及び暗出力電圧（Ｖｒｅｆ）を示す。
【００４８】
アナログ信号処理部１５３の回路構成例を図１０及び図１１に示す。図１０に示す構成例では、センサ１４１の各アイランド４１〜４４のいずれかの出力信号（Ｖｏｕｔ）は、ＯＰアンプ１５３１の＋側入力端子に入力される。ＯＰアンプ１５３１の増幅する前の出力Ｖｏｕｔ２は平均値演算回路１５３２に入力され、有効画素出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）が演算される。演算された出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）は、平均値保持回路１５３３に入力され、その電圧が保持される。ＯＰアンプ１５３１の−側入力端子にはスイッチ１５３５が接続され、暗出力電圧回路１５３４からの暗出力電圧（Ｖｒｅｆ）と平均値保持回路１５３３の出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）のいずれかが、二者択一的に入力される。スイッチ１５３５が暗出力電圧回路１５３４の出力電圧（Ｖｒｅｆ）を選択した場合、図８に示すようなＮＭモードによる暗出力電圧を基準とする増幅が行われる。スイッチ１５３５が平均値保持回路１５３３の出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）を選択した場合、図９に示すようなＬＣモードによる有効画素出力電圧の平均値を基準とする増幅が行われる。
【００４９】
ＬＣモードによる増幅の場合、ＯＰアンプ１５３１の−側入力端子に入力される基準電圧は、必ずしも有効画素出力電圧の平均値である必要はなく、これに近似した値の電圧であれば良い。図１１に示す構成例では、有効画素出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）の代わりに、モニタ電圧回路１５３６からの出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）に近似したモニタ電圧（Ｖｍｏｎ）を用いる。この構成により、ＯＰアンプ１５３１の出力から有効画素出力電圧の平均値（Ｖａｖｅ）を演算する必要がなく、回路構成が簡単になり、また演算処理に要する時間が短縮される。
【００５０】
次に、本実施形態の動作について、図１２〜図１６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００５１】
カメラ本体１００の電源スイッチ（図示せず）をオンすると（＃１）、ＡＦＣＰＵ３０１は全ての設定状態をリセットし、増幅モードはＮＭに設定する（＃３）。次に、ＡＦＣＰＵ３０１は、シャッターレリーズボタンがいわゆる半押し状態のときにオンするスイッチＳ１（図示せず）がオンしたか否かを判断する（＃５）。スイッチＳ１がオンの場合、ユーザーがシャッターレリーズボタンに指を置き撮影態勢に入っているので、ＡＦＣＰＵ３０１は光学系２０１の焦点位置検出を開始する。
【００５２】
ＡＦＣＰＵ３０１は、センサ１４１の積分回数ｍをカウントすべく、第１のカウンタ（ｍ＝１）を設定し（＃７）、ＡＦＣＰＵ３０１はセンサ制御部３１５等を制御し、センサ１４１の第１〜第４アイランド４１〜４４の積分を行う（＃９）。これと並行して、第１〜第４アイランド４１〜４４のデータをアナログ信号処理部１５３等に転送すべく、第２のカウンタ（ｎ＝１）を設定する（＃１１）。ここで、出力信号の転送を行うアイランドを第ｎアイランド（ｎ＝１〜４）とする。
【００５３】
次に、第１カウンタの計数値ｍが１か否かを判断する（＃１３）。センサ１４１の最初の積分、すなわちｍ＝１の場合、ＡＦＣＰＵ３０１は、第ｎアイランドの出力信号の転送を行う（＃１５）。第ｎアイランドの出力信号の転送完了後、第２カウンタの計数値を１つ進め（＃１７）、全アイランド最後の第４アイランド４４までのデータが転送されたか否か、すなわち第２カウンタの計数値ｎ＝５か否かを判断する（＃１９）。ｎ＝５でないときは＃１３へ戻る。
【００５４】
一方、＃１３においてｍ＝１でない場合、ＡＦＣＰＵ３０１は、第１カウンタの計数値ｍが３か否かを判断する（＃１４）。ｍ＝３の場合、センサ１４１の２度目の積分でもコントラストが低く、焦点位置検出が不可能であるため、ＡＦＣＰＵ３０１は、表示素子１２４にローコン表示を行う（＃１６）。
【００５５】
＃１４においてｍ＝３でない場合、すなわちセンサ１４１の２度目の積分である場合、第１〜第４のいずれかのアイランドの出力信号の再転送要求であるので、ＡＦＣＰＵ３０１は、第ｎアイランドについて、再転送フラグがオンしているか否かを判断する（＃２１）。再転送フラグがオンしている場合は、第ｎアイランドの出力信号を転送する（＃１５）。再転送フラグがオンしていない場合、第２カウンタの計数値を１つ進めて（＃１７）、次のアイランドについて同様の動作を行う。
【００５６】
次に、ＡＦＣＰＵ３０１は、順に転送されてくる第ｎアイランドの出力信号について、それぞれアナログ信号処理部１５３による出力信号の増幅を行う。その際、第ｎアイランドに増幅方法としてＬＣモード増幅が指定されているか否かを判断する（＃２３）。第１カウンタの計数値ｍ＝１の場合、センサ１４１の最初の積分であり、＃３において設定状態がリセットされているので、アナログ信号処理部１５３は、ＮＭモードで出力信号を増幅する（＃２５）。一方、＃２３において増幅方法としてＬＣモードが指定されていると判断された場合、アナログ信号処理部１５３は、ＬＣモードで出力信号を増幅する（＃２７）。増幅された出力信号は、Ａ／Ｄ変換部３１０によりＡ／Ｄ変換され（＃２９）、Ａ／Ｄ変換されたデータは記憶部３１１に記憶される（＃３１）。
【００５７】
次に、ＡＦＣＰＵ３０１は、第１〜第４アイランド４１〜４４ごとのコントラストを計算するために、第３カウンタ（ｎ＝１）を設定する（＃３３）。ＡＦＣＰＵ３０１は、記憶部３１０に記憶したデータを用いて第１アイランド４１から順にコントラストの計算を行う（＃３５）。ここでも、コントラスト計算を行ったアイランドを第ｎアイランド（ｎ＝１〜４）とし、計算したコントラストをＣＡｎとする。
【００５８】
ＡＦＣＰＵ３０１は、第ｎアイランドについて、前回ＬＣモードで増幅を行ったか否かを判断する（＃３７）。センサ１４１の最初の積分の場合、各アイランドの出力信号はＮＭモードで増幅されているので、＃３７でＮＯと判断され、ＡＦＣＰＵ３０１は計算した第ｎアイランドのコントラストＣＡｎを第１比較値Ｃ１と比較する（＃３９）。ＣＡｎ＞Ｃ１でない場合、さらに第ｎアイランドのコントラストＣＡｎをＣ１より小さい第２比較値Ｃ２と比較する（＃４１）。
【００５９】
＃４１においてＣＡｎ＞Ｃ２、すなわちＣ１≧ＣＡｎ＞Ｃ２の場合、第ｎアイランドの出力信号をＬＣモードで増幅する場合のゲインを２倍（×２）に設定する（＃４３）。一方、＃４３においてＣＡｎ＞Ｃ２でない、すなわちＣ２≧ＣＡｎの場合、コントラストがさらに低いので、第ｎアイランドの出力信号をＬＣモードで増幅する場合のゲインを４倍（×４）に設定する（＃４５）。また、いずれの場合も、＃１５において第ｎアイランドの出力信号を再転送させるべく、＃２１で判断される第ｎアイランドの再転送フラグをオンする（＃４７）。
【００６０】
＃３７において前回ＬＣモードで増幅を行ったと判断された場合、第ｎアイランドのコントラストＣＡｎは、センサ１４１の２回目以降の積分による出力信号をＬＣモードで増幅したものを用いて計算されているので、もともとコントラストＣＡｎの値は高い。そのため、第ｎアイランドのコントラストＣＡｎをＣ１より大きい第３比較値Ｃ３と比較する（＃４９）。ここで、Ｃ３＞Ｃ１＞Ｃ２である。
【００６１】
＃４９においてＣＡｎ＞Ｃ３の場合、コントラストＣＡｎが高すぎて、後の焦点位置検出に適さないので、第ｎアイランドの増幅方法をＮＭモードに再指定し（＃５１）、ＮＭモードで増幅した出力信号を再転送するために第ｎアイランドの再転送フラグをオンする（＃４７）。
【００６２】
＃３９においてＣＡｎ＞Ｃ１の場合及び＃においてＣＡｎ＞Ｃ３でない場合、いずれも計算された第ｎアイランドのコントラストは適正であるので、次のアイランドを処理すべく第３カウンタの計数値を１つ進め（＃５３）、最後の第４アイランド４４のコントラストを所定の比較値Ｃ１〜Ｃ３と比較したか否か、すなわち第３カウンタの計数値ｎ＝５か否かを判断する（＃５５）。ｎ＜５の場合、＃３５へ戻り、次のアイランドのコントラストを計算し、同様の比較を行う（＃３５〜５３）。
【００６３】
第１〜第４アイランド４１〜４４の全てについて、コントラストの計算及び比較が完了すると（＃５５でＹＥＳ）、ＡＦＣＰＵ３０１は、いずれかのアイランドについて再転送フラグがオンしているか否かを判断する（＃５７）。いずれかのアイランドについて再転送フラグがオンしている場合、そのアイランドについて出力信号の再転送を要求しているので、ＡＦＣＰＵ３０１は、第１カウンタの計数値ｍを１つ進め（＃５９）、再度＃９から＃５７に示すフローを行う。
【００６４】
いずれのアイランドについても再転送フラグがオンしていない場合（＃５７でＮＯ）、第１〜第４アイランド４１〜４４の全てについて、コントラストＣＡｎが、Ｃ３＞ＣＡｎ＞Ｃ２（ｎ＝１〜４）の適当な範囲にあることを示している。そこで、ＡＦＣＰＵ３０１は、記憶部３１１に記憶されているデータを用いて光学系２０１の焦点位置検出を開始する（＃６１）。
【００６５】
焦点位置検出を開始すると、ＡＦＣＰＵ３０１は、カウンタｎを設定しｎ＝１を入力する（＃６３）。第ｎアイランドに関して、基準部の各ブロックの画素数Ｎ、参照部の全画素数Ｔ、上下又は左右のオフセット量Ｌ，Ｍ、補正係数をＲ（ｋ）等の演算データを設定する（＃６５）。さらに、ＡＦＣＰＵ３０１は、記憶部３１１から読み出した第ｎアイランドの基準部の画素データと参照部の画素データとを用いて、上記第１〜第３演算モードに関する式（１）〜（３）に従って合計（Ｍ＋Ｔ−Ｎ＋Ｌ＋１）個の不一致量Ｈｎ（ｋ）を演算する（＃６７）。全不一致量Ｈｎ（ｋ）を演算すると、各不一致量Ｈｎ（ｋ）を比較し、不一致量Ｈｎ（ｋ）がもっとも小さくなる位置、すなわち焦点位置を決定する（＃６９）。また、補完演算が必要な場合は、上記式（４）に従って補完演算を行う。焦点位置が決定すると、そのデータに基づいて光学系２０１の移動量、すなわちデフォーカス量を演算する（＃７１）。演算されたデフォーカス量は、一旦記憶部３１１に記憶しておく。デフォーカス量を演算すると、ＡＦＣＰＵ３０１は、カウンタｎを１つ進め（＃７３）、全てのアイランド４１〜４４についてデフォーカス量を演算したか否かを判断する（＃７５）。ｎ＝５でない場合は＃６５へ戻り、全てのアイランドのデフォーカス量を演算する。
【００６６】
全てのアイランド４１〜４４についてデフォーカス量を演算すると、ＡＦＣＰＵ３０１は、複数のデフォーカス量の中から、実際に光学系２０１の移動を制御するための１つのデフォーカス量の決定アルゴリズムを開始する（＃７７）。まず、センサ１４１の中央部に略十字状に配列された第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２と第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４のうちいずれか１つを選択するために、これらのデフォーカス量ＤＦ２，ＤＦ４を記憶部３１１から読み出す（＃７９）。
【００６７】
次に、ＡＦＣＰＵ３０１は、第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２が第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４よりも十分に大きいか否かを判断する（＃８１）。「十分に」大きいか否かの判断は、例えば第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２と第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４の差の絶対値と所定の大きな値の比較値とを比較することにより行う。所定の比較値は、実験的、経験的に設定する。第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２が第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４よりも十分に大きい場合（＃８１でＹＥＳ）、ＡＦＣＰＵ３０１は第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２を第２エリアからのデフォーカス量として選択する（＃９１）。
【００６８】
第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２が第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４よりも小さい場合及び第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２が第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４よりも大きいが、両者が比較的近似している場合（＃８１でＮＯ）、ＡＦＣＰＵ３０１は、第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４が第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２よりも十分大きいか否かを判断する（＃８３）。「十分に」大きいか否かの判断は、＃８１の場合と同様である。第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４が第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２よりも十分に大きい場合（＃８３でＹＥＳ）、ＡＦＣＰＵ３０１は第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４を第２エリアからのデフォーカス量として選択する（＃８９）。
【００６９】
第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４が第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２よりも小さく、かつ両者が比較的近似している場合及び第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４が第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２よりも大きいが、両者が比較的近似している場合（＃８３でＮＯ）、ＡＦＣＰＵ３０１は、第２アイランド４２の信頼性を示す値ＲＥ２が所定値Ｙ１よりも大きいか否かを判断する（＃８５）。ここで、第２アイランド４２の信頼性を示す値ＲＥ２として、第２アイランド４２についての最小の不一致量Ｈ２（ｋ）やコントラストＣＡ２等を用いる。以下の場合も同様である。第２アイランド４２の信頼性を示す値ＤＦ２が所定値Ｙ１よりも大きい場合（＃８５でＹＥＳ）、ＡＦＣＰＵ３０１は第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２を第２エリアからのデフォーカス量として選択する（＃９１）。なお、＃８５では、横方向に配列された第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２を縦方向に配列された第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４に対して優先的に選択するように設定されている。
【００７０】
第２アイランド４２の信頼性を示す値ＲＥ２が所定値Ｙ１よりも大きくない場合（＃８５でＮＯ）、ＡＦＣＰＵ３０１は、第２アイランド４２の信頼性を示す値ＲＥ２が第４アイランド４４の信頼性を示す値ＲＥ４よりも大きいか否かを判断する（＃８７）。第２アイランド４２の信頼性を示す値ＲＥ２が第４アイランド４４の信頼性を示す値ＲＥ４よりも大きい場合（＃８７でＹＥＳ）、ＡＦＣＰＵ３０１は第２アイランド４２のデフォーカス量ＤＦ２を第２エリアからのデフォーカス量として選択する（＃９１）。一方、第４アイランド４４の信頼性を示す値ＲＥ４が第２アイランド４２の信頼性を示す値ＲＥ２よりも大きい場合（＃８７でＮＯ）、ＡＦＣＰＵ３０１は第４アイランド４４のデフォーカス量ＤＦ４を第２エリアからのデフォーカス量として選択する（＃８９）。
【００７１】
第２エリアからのデフォーカス量が選択されると、ＡＦＣＰＵ３０１は、第１エリアからのデフォーカス量として第１アイランド４１のデフォーカス量ＤＦ１を、第３エリアからのデフォーカス量として第３アイランド４３のデフォーカス量ＤＦ３を、記憶部３１１から読み出し（＃９３）、第１〜第３エリアのデフォーカス量の位置、例えば最もカメラに近い被写体を示している領域からのデフォーカス量を、最終デフォーカス量として決定する（＃９５）。最終デフォーカス量が決定すると、ＡＦＣＰＵ３０１は、最終デフォーカス量に基づいて光学系２０１の焦点位置の補正量を演算し、演算された補正量に基づいてＡＦ駆動ユニット１６０、レンズ駆動機構２０３を駆動する（＃９７）。
【００７２】
図１２〜図１６に示すフローチャートの＃５７において、いずれかのアイランドについて再転送フラグがオンしている場合、＃９へ戻ってセンサ１４１の第１〜第４アイランド４１〜４４の全てについて再積分を行うように構成したが、これに限定されるものではなく、第１〜第４アイランド４１〜４４ごとに積分の制御が可能である場合、再転送フラグがオンしているアイランドについてのみ再積分を行うように構成しても良い。また、＃２３〜＃２７において、第１〜第４アイランド４１〜４４の出力信号のそれぞれについてＬＣモードかＮＭモードかを判別して独立して増幅するように構成したが、第１〜第４アイランド４１〜４４の全てをＬＣモード又はＮＭモードで増幅し、再転送が要求されているアイランドに関する増幅された出力信号だけをＡ／Ｄ変換部３１０等に転送するように構成しても良い。
【００７３】
また、上記実施形態では、＃３５〜＃５７において、第１〜第４アイランド４１〜４４のそれぞれについてコントラストを計算し、増幅モードやゲイン等を設定したが、エリアごとにコントラスト、増幅モード、ゲイン等を設定しても良い。第１及び第３エリアは第１及び第３アイランド４１，４３と実質的に一致しているので、具体的には、第２エリアに関して第２アイランド４２と第４アイランド４４のいずれがコントラストの高い方を選択し、選択されたアイランドのデータについてのみ、その後の演算を行う。この場合、＃７７から＃９１までの第２エリアのデフォーカス量決定ルーチンが不要になる。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の焦点位置検出装置は、横方向に配列された第１の光電変換素子アレイと、縦方向に配列された第２の光電変換素子アレイを含み、第１の光電変換素子アレイの画素データを用いて第１のデフォーカス量及び第１の光電変換素子アレイの信頼性を表す第１の信頼性値を演算し、第２の光電変換素子アレイの画素データを用いて第２のデフォーカス量及び第２の光電変換素子アレイの信頼性を表す第２の信頼性値を演算し、第１のデフォーカス量と第２のデフォーカス量の差の絶対値が第１の比較値よりも大きい場合は、第１のデフォーカス量と第２のデフォーカス量のうち、大きい方のデフォーカス量を選択し、第１のデフォーカス量と第２のデフォーカス量の差の絶対値が第１の比較値よりも小さく、かつ第１の信頼性値が第２の比較値よりも高い場合、第１のデフォーカス量を選択し、第１の信頼性値が第２の比較値よりも小さい場合、第１の信頼性値と第２の信頼性値とを比較し、第１の信頼性値が高い場合は第１のデフォーカス量を、また第２の信頼性値が高い場合は第２のデフォーカス量を選択する。
【００７５】
第１のデフォーカス量と第２のデフォーカス量の差の絶対値が第１の比較値よりも大きい場合、第１の光電変換素子アレイと第２の光電変換素子アレイは、それぞれ異なった目標物又は同じ目標物の異なった部分を検出していることになるので、大きい方のデフォーカス量を選択することにより、光学機器に近い側に光学系の焦点を合わせることができる（近位置優先方式）。
【００７６】
また、第１のデフォーカス量と第２のデフォーカス量の差の絶対値が第１の比較値よりも小さい場合、第１の光電変換素子アレイと第２の光電変換素子アレイが、同じ目標物の接近しているが異なった部分を検出している可能性と、同じ目標物の同じ部分を検出しているが誤差によりデフォーカス量が異なっている可能性等が考えられるので、さらに横方向に配列された第１の光電変換素子アレイによる第１の信頼性値と第２の比較値を比較し、第１の信頼性値が第２の比較値よりも高い場合、第１の光電変換素子アレイによる第１のデフォーカス量を選択することにより、横方向を優先して焦点位置検出を行うことができる。
【００７７】
さらに、第１の信頼性値が第２の比較値よりも小さい場合、すなわち第１の光電変換素子アレイによる焦点位置検出の信頼性が低い場合、第１の光電変換素子アレイによる第１の信頼性値と第２の光電変換素子アレイによる第２の信頼性値とを比較し、第１の信頼性値が高い場合は第１の光電変換素子による第１のデフォーカス量を選択し、第２の信頼性値が高い場合は第２の光電変換素子による第２のデフォーカス量を選択することにより、より信頼性の高いデータを用いて焦点位置検出を行うことができる。
【００７８】
すなわち、本発明の焦点位置検出装置によれば、近位置優先方式、横位置優先方式及び信頼性優先方式を場合に応じて使い分けることができ、より精度が高い焦点位置検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態であるオートフォーカスカメラの一構成例を示す図である。
【図２】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態におけるＡＦセンサモジュールの一構成例を示す斜視図である。
【図３】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における光電変換素子アレイの一構成例を示す図である。
【図４】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における相関演算方法を示す図である。
【図５】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における相関演算方法を示す図である。
【図６】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における補完演算方法を示す図である。
【図７】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態であるオートフォーカスカメラの制御回路の一構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における光電変換素子アレイの出力信号のＮＭモードによる増幅を示す図である。
【図９】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における光電変換素子アレイの出力信号のＬＣモードによる増幅を示す図である。
【図１０】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における光電変換素子アレイの出力信号の増幅回路の一構成例を示す図である。
【図１１】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における光電変換素子アレイの出力信号の増幅回路の他の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における一動作例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における一動作例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における一動作例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における一動作例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の焦点位置検出装置の一実施形態における一動作例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ：フィルム面
２ ：被写体
４１ ：第１アイランド
４２ ：第２アイランド
４３ ：第３アイランド
４４ ：第４アイランド
１００ ：カメラ本体
１４０ ：ＡＦセンサユニット
１４１ ：センサ
２００ ：レンズ本体
２０１ ：光学系
３０１ ：ＡＦＣＰＵ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a focal position detecting device for an optical device such as an autofocus camera, and more particularly to a focal position detecting device having two or more photoelectric conversion element arrays arranged in a horizontal direction and a vertical direction.
[0002]
[Prior art]
In a focus position detection device having two photoelectric conversion element arrays arranged in a horizontal direction and a vertical direction, a defocus amount calculated using pixel data of a photoelectric conversion element array arranged in a horizontal direction and a defocus amount calculated in a vertical direction Various proposals have conventionally been made regarding which of the defocus amounts calculated using pixel data of the arranged photoelectric conversion element array is to be selected.
[0003]
In the first method, two defocus amounts are compared, and the one with a larger defocus amount, that is, the focus position of a target closer to the optical device is selected (near-position priority method). In the second method, the contrast is calculated using the pixel data of each photoelectric conversion element array, and the defocus amount by the photoelectric conversion element array having the higher contrast is selected (reliability priority method). The third method gives priority to the amount of defocus by the photoelectric conversion element array arranged in the horizontal direction (horizontal priority method).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the reliability priority method or the lateral priority method is simply adopted, when a target (subject) is mixed at a position distant from an optical device such as a camera and at a position close to the optical device, the optical system is positioned at an intended position. There was a problem that the focusing could not be performed in some cases.
[0005]
In general, the vertical and horizontal focus position detection capabilities of the focus position detection device are not always the same due to factors such as the assembly / processing accuracy of the AF sensor module and the performance of the photoelectric conversion element array. In particular, when the photoelectric conversion element array is arranged obliquely with respect to the optical system of the AF sensor module, an error having a direction dependency occurs for a target oblique to the photoelectric conversion element array. If the error is adjusted so as to reduce the error in either the vertical direction or the horizontal direction, the error may remain or increase in the other direction. Under such conditions, when the near-position priority method is adopted, the difference between the defocus amount due to the photoelectric conversion element array arranged in the horizontal direction and the defocus amount due to the photoelectric conversion element array arranged in the vertical direction is small. There is a possibility that focusing problems such as inversion of distance and nearness may occur. Similarly, when the reliability priority method is adopted, the photoelectric conversion element array having a larger error does not function effectively.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the problems of the above-described conventional example, and appropriately selects a near position priority method, a lateral direction priority method, and a reliability priority method according to conditions, while maintaining high accuracy. It is an object of the present invention to provide a focus position detection device capable of focusing an optical system on a target intended by a user.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a focus position detecting device of the present invention includes a first photoelectric conversion element array arranged in a horizontal direction and a second photoelectric conversion element array arranged in a vertical direction, Using the pixel data of the photoelectric conversion element array, a first defocus amount and a first reliability value representing the reliability of the first photoelectric conversion element array are calculated, and the pixel data of the second photoelectric conversion element array is calculated. The second defocus amount and the second reliability value indicating the reliability of the second photoelectric conversion element array are calculated using the calculated values, and the absolute value of the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is calculated. If it is larger than the first comparison value, a larger defocus amount is selected from the first defocus amount and the second defocus amount, and the first defocus amount and the second defocus amount are selected. Is smaller than the first comparison value, and If the first reliability value is higher than the second comparison value, the first defocus amount is selected, and if the first reliability value is smaller than the second comparison value, the first defocus amount is selected. The first reliability value is compared with the second reliability value, and if the first reliability value is high, the first defocus amount is selected, and if the second reliability value is high, the second defocus amount is selected.
[0008]
When the absolute value of the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is larger than the first comparison value, that is, when the first defocus amount and the second defocus amount are extremely different, The first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array respectively detect different targets or different portions of the same target. Therefore, in this case, the larger defocus amount is selected by the near-position priority method in order to focus the optical system on the side closer to the optical device.
[0009]
When the absolute value of the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is smaller than the first comparison value, the first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array It is conceivable that there is a possibility that different portions are detected while approaching each other, and a possibility that the same portion of the same target is detected but the defocus amount is different due to an error. In this case, the first reliability value and the second comparison value of the first photoelectric conversion element array further arranged in the horizontal direction are compared, and the first reliability value is higher than the second comparison value. That is, when the focus position detection by the first photoelectric conversion element array is reliable, the first defocus amount by the first photoelectric conversion element array is selected by the lateral priority method.
[0010]
Further, when the first reliability value is smaller than the second comparison value, that is, when the reliability of the focus position detection by the first photoelectric conversion element array is low, the first reliability by the first photoelectric conversion element array is used. The property value is compared with a second reliability value obtained by the second photoelectric conversion element array. Then, when the first reliability value is high, the first defocus amount by the first photoelectric conversion element is selected by the reliability priority method. Further, when the second reliability value is high, the second defocus amount by the second photoelectric conversion element is selected by the reliability priority method.
[0011]
In the above configuration, the first reliability value and the second reliability value are preferably contrasts calculated using pixel data of the first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array, respectively. As the contrast, for example, a total sum of absolute values of differences between output signals of adjacent pixels of the photoelectric conversion element array can be used. When the contrast is high, the focus position of the optical system is relatively close to the target, the target can be clearly identified, and the focusing accuracy increases.
[0012]
Alternatively, in the above structure, the first reliability value and the second reliability value correspond to the degree of coincidence of the correlation operation using the pixel data of the first photoelectric conversion element array and the pixel data of the second photoelectric conversion element array, respectively. Preferably, the value is The higher the degree of coincidence in the correlation calculation, the closer the focus position of the optical system is to the target, the more clearly the target can be identified, and the higher the focusing accuracy. As a value indicating the degree of coincidence in the correlation operation, a mismatch amount Hn (k) represented by the following equation can be used. In general, the higher the degree of coincidence of the correlation operation, the smaller the minimum value of the amount of mismatch.
[0013]
(Equation 1)

[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a focus detection device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of a so-called AF single-lens reflex camera in which a lens body 200 can be separated from a camera body 100.
[0015]
At the approximate center of the camera body 100, a main mirror 111 is provided at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis L, and an auxiliary mirror 112 is provided at the back of the main mirror 111 and is provided at the main mirror with an angle of about 90 degrees with respect to the angle of 111. And the like are provided. A finder 120 having a reticle 121, a prism 122, an eyepiece 123, a display element 124, and the like is provided above the mirror box 110. A light-emitting unit 170 for emitting flash light is provided above the finder 120.
[0016]
An AF sensor module 140, a light control sensor 150, an AF drive unit 160, and the like are provided on the bottom of the mirror box 110 (the side opposite to the finder 120). A shutter unit 130 is provided between the rear surface of the mirror box 110 (the side opposite to the lens body 200) and the film surface 1. The flexible printed circuit board 300 provided with the AFCPU 301 and the wiring 302 is provided in a gap between the camera body 100.
[0017]
The lens body 200 includes an optical system 201, a lens barrel 202 holding the optical system 201, a lens driving mechanism 203 for driving the lens barrel 202 in a direction A parallel to the optical axis L, a focal length of the lens, an open F value, and a minimum F value. A lens CPU 204 and the like for storing values and the like and outputting the values to the AF CPU 301 on the camera body side are provided.
[0018]
The main mirror 111 reflects most of the light beam from the optical system 201 in the direction of the reticle 121 and transmits the remaining portion. The auxiliary mirror 112 guides the light beam transmitted through the main mirror 111 to the AF sensor module 140. The prism 122 inverts the left and right of the image on the focusing screen 121 and guides the image through the eyepiece lens 123 to the photographer's eyes.
[0019]
A photometric unit 180 is provided near the exit surface of the prism 122. The photometric unit 180 includes a condenser lens and a photoelectric conversion element such as a photodiode, and outputs a signal corresponding to the luminance of the subject 2 to the AF CPU 301. The display element 124 includes a light-emitting element such as a light-emitting diode, a liquid crystal display element, and the like, and displays a state in which the lens is focused on the subject 2 (a focused state), a shutter speed, an aperture value of the lens, and the like.
[0020]
The light emitting unit 170 includes a capacitor (not shown) for storing light emission energy, a charging circuit (not shown) for charging the capacitor, and light emission for discharging electric energy stored in the capacitor and converting the energy into light energy. The camera includes a tube 171, a reflector 172 for reflecting flash light from the light emitting tube 171 in front of the camera, and a Fresnel lens 173 for condensing or diffusing the flash light in a predetermined range. The light control sensor 150 includes, for example, a photoelectric conversion element such as a condenser lens and a photodiode, detects reflected light from the film 1 during emission of flash light by the light emitting unit 170, and outputs a signal corresponding to the light amount to the AFCPU 301. Output to When the AF CPU 301 determines that the exposure amount of the film 1 has reached a predetermined value based on a signal from the light control sensor 150, the AF CPU 301 stops the light emission of the light emitting unit 170.
[0021]
The AF drive unit 160 includes an actuator such as a DC motor, a stepping motor, and an ultrasonic motor, an encoder that detects the rotation direction and the number of rotations of the actuator, and outputs the rotation to the AFCPU 301, a deceleration system for reducing the number of rotations of the actuator ( (Not shown), and is connected to the lens driving mechanism 203 via the output shaft 161. The lens driving mechanism 203 is composed of, for example, a helicoid and a gear (not shown) for rotating the helicoid, and the optical system 201 and the lens barrel 202 are integrally moved in the direction of arrow A by the driving force of the actuator of the AF driving unit 160. Move. The moving direction and the moving amount of the optical system 201 and the lens barrel 202 follow the rotation direction and the rotation speed of the actuator, respectively.
[0022]
FIG. 2 shows details of the AF sensor module 140. The AF sensor module 140 is provided in front of the sensor 141 having a plurality of photoelectric conversion element arrays such as CCDs (on the side closer to the optical system 201), and includes a reference portion and a reference portion (to be described later) of each photoelectric conversion element array. ), A separator lens 142 having four pairs of lenses, an aperture mask 143 provided in front of the separator lens 142 and having openings corresponding to the lenses, a mirror 144 for bending the optical path in a predetermined direction, and a mirror 144. It is composed of a condenser lens 145 provided in front of the aperture mask 143 and a field mask 146 provided in front of the condenser lens 145 and having a shape corresponding to each photoelectric conversion element array.
[0023]
The incident surface of the sensor 141 is located at the focal plane of the separator lens 142, and the separator lens 142 splits the incident light beam and projects it on each photoelectric conversion element array. Each opening of the aperture mask 143 has a circular shape or an oval shape, and limits a light beam incident on the separator lens 142. The field mask 146 is provided in the vicinity of a position where the distance from the optical system 201 is relatively equal to that of the film 1, and restricts a light beam incident on the AF sensor module 140 among light beams from the optical system 201. The openings of the field mask 146 correspond to the arrangement of the photoelectric conversion element arrays of the sensor 141. For example, the center opening is a cross shape, and the openings on both sides are rectangular.
[0024]
FIG. 3 shows a photoelectric conversion element array of the sensor 141. In the figure, the photoelectric conversion element array 41 arranged in the vertical direction on the left side is referred to as a first island, and the upper half is a reference portion 41a and the lower half is a reference portion 41b. The photoelectric conversion element array 42 arranged in the horizontal direction at the center is referred to as a second island, and the left half is the reference part 42a and the right half is the reference part 42b. The photoelectric conversion element array 43 arranged in the vertical direction on the right side is referred to as a third island, and the upper half is a reference portion 43a and the lower half is a reference portion 43b. The photoelectric conversion element array 44 vertically arranged at the center is referred to as a fourth island, and the upper half is referred to as a reference part 44a and the lower half is referred to as a reference part 44b. The first island 41 and the third island 43 independently constitute first and third areas, respectively. The second island 42 and the fourth island 44 constitute a second area at the center of the sensor 141. In the present embodiment, the number of pixels of each of the reference portions 41a to 44a of the first to fourth islands 41 to 44 is the same as the number of pixels of each of the reference portions 41b to 44b.
[0025]
The pixel data of each of the reference portions 41a to 44a of the first to fourth islands 41 to 44 is divided into a plurality of blocks S1 to S9, respectively, and compared with the data of the reference portions 41b to 44b of each island. The focus position is detected. With reference to the S3 block of the reference portion 42a of the second island 42 as an example, the correlation calculation for detecting the focal position of the optical system 201 will be described with reference to FIG.
[0026]
In the correlation operation in the present embodiment, a first operation mode for comparing pixel data near the right end of the S3 block with pixel data near the left end of the reference unit 42b, all pixel data of the S3 block and all pixels of the reference unit 42b. The second operation mode for comparing data with the data and the third operation mode for comparing pixel data near the left end of the S3 block with pixel data near the right end of the reference unit 42b can be distinguished. The first to third operation modes can be applied to all the blocks S1 to S9 of the first to fourth islands 41 to 44.
[0027]
4, the pixel data of the S3 block is b (1), b (2),... B (N) in order from the left, and the pixel data of the reference unit 42b is r (1), r (2) in order from the left. ... r (T). The number of pixels N of the S3 block N = 26, the total number of pixels T of the reference unit 42b T = 56, the left offset amount M = 15, the right offset amount L = 15, and the correlation calculation order k (k = 0 to (M + T−N + L = 60)), the correction coefficient is R (k), and the amount of mismatch by the k-th correlation operation of the n-th island is Hn (k).
[0028]
In the first operation mode, first, M (M = 15) pixels are offset from the left side of the pixel data of the S3 block, and are referred to as 11 pixel data b (16) to b (26) of the S3 block. The mismatch amount H2 (0) is calculated using the eleven pieces of pixel data r (1) to r (11) of the unit 42b. Next, the pixel data of the S3 block is shifted right by one, and the twelve pixel data b (15) to b (26) of the S3 block and the twelve pixel data r (1) to r (r) of the reference unit 42b are shifted. 12), the amount of mismatch H2 (1) is calculated. Pixel data is increased one by one in order, and fifteen mismatch amounts H2 (k) (k = 0 to 14) are calculated. The general formula of the mismatch amount Hn (k) (k = 0 to (M-1)) in the first calculation mode is the following formula (1).
[0029]
(Equation 2)

[0030]
In the second operation mode, all the pixel data of the S3 block are compared with all the pixel data of the reference unit 42b. Therefore, the first amount of mismatch H2 (15) in the second operation mode is 26 pixel data b of the S3 block. The calculation is performed using (1) to b (26) and the 26 pieces of pixel data r (1) to r (26) of the reference unit 42b. The second mismatch amount H2 (16) uses 26 pixel data b (1) to b (26) of the S3 block and 26 pixel data r (2) to r (27) of the reference unit 42b. Is calculated. Similarly, 31 H2 (k) (k = 15 to 45) are calculated. The general expression of the mismatch amount Hn (k) (k = M to (M + T−N−1)) in the second calculation mode is the following expression (2).
[0031]
(Equation 3)

[0032]
In the third operation mode, first, one pixel on the right side of the pixel data of the S3 block is offset, and 25 pixel data b (1) to b (25) of the S3 block and 25 pixels of the reference portion 42b are offset. The mismatch amount H2 (46) is calculated using the data r (31) to r (56). Next, the pixel data of the S3 block is shifted right by one, and the 24 pixel data b (1) to b (24) of the S3 block and the 24 pixel data r (32) to r (r) of the reference unit 42b are shifted. 56), the amount of mismatch H2 (47) is calculated. The pixel data is reduced one by one in order, and 15 mismatch amounts H2 (k) (k = 46 to 60) are calculated. The general expression of the mismatch amount Hn (k) (k = (M + TN) to (M + TN + L)) in the third calculation mode is as follows:
[0033]
(Equation 4)

[0034]
Here, the mismatch amount Hn (k) will be described with reference to FIG. 5 showing an example of the second calculation mode. 5A to 5C, a curve B is obtained by connecting data b (1) to b (j) from each pixel of the reference portion 42a of the second island 42 by a curve, and a curve R is Data r (1) to r (j) from each pixel of the reference portion 42b of the second island 42 are connected by a curve.
[0035]
In (a), the pixel data b (1) to b (j) of the S3 block are compared with the pixel data r (1) to r (j) of the reference unit 42b. The area of the portion surrounded by the curve R corresponds to the first mismatch amount H2 (15) (general formula: Hn (M)) in the second calculation mode.
[0036]
In (b), the pixel data b (1) to b (j-2) of the S3 block are compared with the pixel data r (3) to r (j) of the reference unit 42b. The area of the portion surrounded by B and the curve R corresponds to the third mismatch amount H2 (17) (general formula: Hn (M + 2)) in the second calculation mode. Compared with (a), the area between the curve B and the curve R is smaller because the curve B and the curve R are closer to each other.
[0037]
In (c), the pixel data b (1) to b (j-3) of the S3 block are compared with the pixel data r (4) to r (j) of the reference unit 42b, and a curve shown by oblique lines in the drawing. The area of the portion surrounded by B and the curve R corresponds to the fourth mismatch amount H2 (18) (general formula: Hn (M + 3)) in the second calculation mode. Since the curve B and the curve R substantially coincide with each other, the area surrounded by the curve B and the curve R is substantially zero.
[0038]
After calculating the mismatch amount Hn (k) (k = 0 to (M + TN−L)) for all the blocks S3 to S5 of the second island 42, the portion where the mismatch amount Hn (k) has the smallest value is optically calculated. It is determined that the focal position of the system 201. In this case, since the mismatch amount H2 (18) (general formula: Hn (M + 3)) in FIG. 5C is the smallest, this position is determined to be the focus position.
[0039]
By the way, the example shown in FIG. 5 is an ideal case, and even when the optical system 201 is actually focused, the mismatch amount does not always become zero. Further, even under the same condition, the value of the mismatch amount Hn (k) differs depending on the number of pixels used for the correlation calculation. In particular, in the first operation mode and the third operation mode, since the number of pixels used for the correlation operation changes, it is not possible to simply compare the mismatch amount Hn (k) even in the same operation mode. Therefore, the correction coefficient R (k) is used. As the correction coefficient R (k), for example, a method of normalizing by the ratio of the contrast of the pixels used for the correlation calculation (for example, the sum of the absolute values of the differences between the outputs of the data from two adjacent pixels) or the correlation calculation A method of normalizing based on the ratio of pixels to be used may be considered.
[0040]
Also, as shown in FIG. 6A or 6B, when the position m0 where the mismatch amount Hn (k) is the minimum is located between the pixel m and the pixel m + 1 or m−1, the following equation (4) is used. ) And perform the complement operation. Since this complementary operation is known, its description is omitted.
[0041]
(Equation 5)

[0042]
In the example shown in FIG. 5, the displacement of the pixel data between the reference portion 42a and the reference portion 42b in the second island 42 is three pixels in the right direction. The AF sensor module 140 substantially detects the direction and amount of displacement between the image position of the subject 2 by the optical system 201 and the film surface 1. By the way, the defocus amount of the optical system 201 and the moving amount of the image position have a fixed relationship depending on the focal length of the optical system 201. Therefore, the defocus amount (movement amount) of the optical system 201 is calculated using a shift amount of pixel data, a coefficient based on a focal length of a lens, and the like. The moving direction of the optical system 201 is determined by the direction of the shift of the pixel data.
[0043]
Next, a block configuration of a connection relationship between the AF CPU 301 and the AF sensor module 140 is shown in FIG. In addition to the configuration shown in FIG. 2, the AF sensor module 140 stores electric charges (hereinafter, referred to as “charge accumulation” in each of the islands 41 to 44 of the sensor 141 based on signals from the clock generation unit 150 for driving the sensor 141 and the AFCPU 301. , Integration), based on the output signal (Vout) from each of the islands 41 to 44 of the sensor 141 and the CCD operation control unit 151 for controlling the start of the reading of the stored charge, and the like. ), And an analog signal processing unit 153 that amplifies the output signal (Vout) from each of the islands 41 to 44 of the sensor 141. The integration time control unit 152 adjusts the time from each of the islands 41 to 44 by shortening the integration time when the brightness of the subject 2 is high and increasing the integration time when the brightness of the subject 2 is low.
[0044]
The AF CPU 301 converts an analog output signal (Vamp) from the analog signal processing unit 153 into a digital signal into an A / D conversion unit 310, an A / D converted digital signal, focal length information of the optical system 201 from the lens CPU 204, and the like. , A focus detection unit 312 for detecting the focus position of the optical system 201 based on the A / D-converted signal, and a storage unit 311 for detecting the focus position of the optical system 201 detected by the focus detection unit 312. The correction amount (defocus amount) of the focal position of the optical system 201 is calculated from the focal position, the focal length of the optical system 201, and the like. The correction operation unit 313 that outputs a focus signal drives the AF driving unit 160 and the lens driving mechanism 203 based on the calculated correction amount. The lens drive control unit 314 outputs a predetermined clock pulse (CP) to the clock generation unit 150, and outputs a charge accumulation start (integration start) signal (ICG) and a charge readout start signal (SHM) to the operation control unit 151. A sensor control unit 315 for outputting a mode switching signal (MD) for switching the amplification mode to the analog signal processing unit 153; a timer circuit 316 for outputting a predetermined timing signal to the lens drive control unit 314 and the sensor control unit 315; Have.
[0045]
Next, the amplification mode of the output signal of each of the islands 41 to 44 of the sensor 141 will be described with reference to FIGS. Generally, when the subject 2 has a low contrast, the change of the output signal (Vout) of each of the islands 41 to 44 of the sensor 141 is small. Therefore, it is difficult to determine the focal position of the optical system 201 using these signals as they are. Accordingly, the output signals (Vout) of the islands 41 to 44 of the sensor 141 are amplified in order to obtain a change in the output signal enough to determine the focal position of the optical system 201.
[0046]
As a normal amplification mode, a mode in which amplification is performed based on a dark output voltage of the sensor 141 (hereinafter, referred to as an NM mode) is known. The NM mode is effective for a subject having low luminance and low contrast. FIG. 8 shows an example of amplification in the NM mode. (A) shows the output signal (Vout) and dark output voltage (Vref) of any of the islands 41 to 44 of the sensor 141 before amplification, and (b) shows the output signal (Vamp) after amplification and the darkness after amplification. The output voltage (Vref2) is shown.
[0047]
On the other hand, when the subject 2 has high brightness and low contrast, if the output signals (Vout) of the islands 41 to 44 are amplified with reference to the dark output voltage (Vref), the voltage exceeds the voltage that can be handled by the AF CPU 301 (so-called overflow). Do). Therefore, it has been proposed to use a mode of amplifying based on the average voltage of the effective pixel output (hereinafter referred to as LC mode). FIG. 9 shows an example of amplification in the LC mode. (A) shows an output signal (Vout) of any one of the islands 41 to 44 of the sensor 141 before amplification, an average value (Vave) of the effective pixel output voltage, and a dark output voltage (Vref), and (b) shows a signal after amplification. The output signal (Vamp), the average value (Vave) of the effective pixel output voltage that has not been amplified, and the dark output voltage (Vref) are shown.
[0048]
10 and 11 show examples of the circuit configuration of the analog signal processing unit 153. In the configuration example illustrated in FIG. 10, an output signal (Vout) of any one of the islands 41 to 44 of the sensor 141 is input to the + input terminal of the OP amplifier 1531. The output Vout2 before amplification of the OP amplifier 1531 is input to the average value calculation circuit 1532, and the average value (Vave) of the effective pixel output voltage is calculated. The calculated average value (Vave) of the output voltage is input to the average value holding circuit 1533, and the voltage is held. A switch 1535 is connected to the negative input terminal of the OP amplifier 1531, and one of the dark output voltage (Vref) from the dark output voltage circuit 1534 and the average value (Vave) of the output voltage of the average value holding circuit 1533 is set to two. Entered alternatively. When the switch 1535 selects the output voltage (Vref) of the dark output voltage circuit 1534, amplification based on the dark output voltage in the NM mode as shown in FIG. 8 is performed. When the switch 1535 selects the average value (Vave) of the output voltage of the average value holding circuit 1533, amplification based on the average value of the effective pixel output voltage in the LC mode as shown in FIG. 9 is performed.
[0049]
In the case of amplification in the LC mode, the reference voltage input to the negative input terminal of the OP amplifier 1531 does not necessarily need to be the average value of the effective pixel output voltages, and may be a voltage having a value close to this. In the configuration example shown in FIG. 11, a monitor voltage (Vmon) that is close to the average value (Vave) of the output voltage from the monitor voltage circuit 1536 is used instead of the average value (Vave) of the effective pixel output voltage. With this configuration, it is not necessary to calculate the average value (Vave) of the effective pixel output voltage from the output of the OP amplifier 1531, so that the circuit configuration is simplified and the time required for the arithmetic processing is reduced.
[0050]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0051]
When the power switch (not shown) of the camera body 100 is turned on (# 1), the AF CPU 301 resets all the setting states and sets the amplification mode to NM (# 3). Next, the AF CPU 301 determines whether or not a switch S1 (not shown) that is turned on when the shutter release button is in a so-called half-pressed state has been turned on (# 5). When the switch S1 is ON, the AFCPU 301 starts detecting the focal position of the optical system 201 because the user has put his finger on the shutter release button and is in the shooting state.
[0052]
The AF CPU 301 sets a first counter (m = 1) to count the number of integrations m of the sensor 141 (# 7), and the AF CPU 301 controls the sensor control unit 315 and the like, and the first to fourth sensors of the sensor 141 are set. The islands 41 to 44 are integrated (# 9). In parallel with this, a second counter (n = 1) is set to transfer the data of the first to fourth islands 41 to 44 to the analog signal processing unit 153 and the like (# 11). Here, an island for transferring the output signal is an n-th island (n = 1 to 4).
[0053]
Next, it is determined whether the count value m of the first counter is 1 (# 13). When the first integration of the sensor 141 is performed, that is, when m = 1, the AFCPU 301 transfers the output signal of the n-th island (# 15). After the transfer of the output signal of the n-th island, the count value of the second counter is incremented by one (# 17), and whether or not data up to the last fourth island 44 of all the islands has been transferred, that is, the total of the second counter is counted. It is determined whether or not the numerical value n = 5 (# 19). If n = 5, the process returns to # 13.
[0054]
On the other hand, if m is not 1 in # 13, the AF CPU 301 determines whether the count value m of the first counter is 3 (# 14). When m = 3, since the contrast is low even in the second integration of the sensor 141 and the focus position cannot be detected, the AF CPU 301 performs low contrast display on the display element 124 (# 16).
[0055]
If m = 3 is not satisfied in # 14, that is, if the integration is the second integration of the sensor 141, it is a request to retransmit the output signal of any of the first to fourth islands. It is determined whether the retransfer flag is on (# 21). If the retransfer flag is on, the output signal of the nth island is transferred (# 15). If the retransfer flag is not on, the count value of the second counter is increased by one (# 17), and the same operation is performed for the next island.
[0056]
Next, the AF CPU 301 amplifies the output signal of the n-th island output signal sequentially transferred by the analog signal processing unit 153. At this time, it is determined whether or not LC mode amplification is designated as the amplification method for the n-th island (# 23). When the count value m of the first counter is 1, it is the first integration of the sensor 141, and since the setting state has been reset in # 3, the analog signal processing unit 153 amplifies the output signal in the NM mode (# 25). On the other hand, when it is determined in # 23 that the LC mode is specified as the amplification method, the analog signal processing unit 153 amplifies the output signal in the LC mode (# 27). The amplified output signal is A / D converted by the A / D converter 310 (# 29), and the A / D converted data is stored in the storage unit 311 (# 31).
[0057]
Next, the AF CPU 301 sets a third counter (n = 1) to calculate the contrast for each of the first to fourth islands 41 to 44 (# 33). The AF CPU 301 calculates the contrast in order from the first island 41 using the data stored in the storage unit 310 (# 35). Also in this case, the island for which the contrast calculation has been performed is the n-th island (n = 1 to 4), and the calculated contrast is CAn.
[0058]
The AF CPU 301 determines whether or not amplification was performed in the LC mode last time for the n-th island (# 37). In the case of the first integration of the sensor 141, since the output signal of each island is amplified in the NM mode, NO is determined in # 37, and the AF CPU 301 compares the calculated contrast CAn of the n-th island with the first comparison value C1. (# 39). If CAn> C1, the contrast CAn of the n-th island is further compared with a second comparison value C2 smaller than C1 (# 41).
[0059]
If CAn> C2 in # 41, that is, C1 ≧ CAn> C2, the gain for amplifying the output signal of the n-th island in the LC mode is set to twice (× 2) (# 43). On the other hand, if CAn is not greater than C2 in # 43, that is, if C2 ≧ CAn, the contrast is further reduced, and the gain when amplifying the output signal of the n-th island in the LC mode is set to four times (× 4) (# 4). 45). In either case, the retransmission flag of the n-th island determined in # 21 is turned on to re-transmit the output signal of the n-th island in # 15 (# 47).
[0060]
If it is determined in # 37 that amplification has been performed in the LC mode last time, the contrast CAn of the n-th island is calculated using the output signal of the sensor 141 obtained by integrating the second and subsequent integrations in the LC mode. The value of the contrast CAn is originally high. Therefore, the contrast CAn of the n-th island is compared with a third comparison value C3 larger than C1 (# 49). Here, C3>C1> C2.
[0061]
If CAn> C3 in # 49, the contrast CAn is too high and is not suitable for subsequent focus position detection. Therefore, the amplification method of the n-th island is redesignated to the NM mode (# 51), and the output amplified in the NM mode The retransmission flag of the nth island is turned on to retransmit the signal (# 47).
[0062]
In both cases where CAn> C1 in # 39 and CAn> C3 in #, the calculated contrast of the n-th island is appropriate, so the count value of the third counter is increased by one to process the next island. (# 53), it is determined whether or not the contrast of the last fourth island 44 has been compared with predetermined comparison values C1 to C3, that is, whether or not the count value n of the third counter is 5 (# 55). If n <5, the process returns to # 35, where the contrast of the next island is calculated and the same comparison is performed (# 35 to # 53).
[0063]
When the contrast calculation and comparison are completed for all of the first to fourth islands 41 to 44 (YES in # 55), the AF CPU 301 determines whether or not the retransfer flag is on for any of the islands ( # 57). If the re-transfer flag is on for any of the islands, the re-transfer of the output signal is requested for that island, so the AFCPU 301 increments the count m of the first counter by one (# 59), and again The flow from # 9 to # 57 is performed.
[0064]
When the retransfer flag is not turned on for any of the islands (NO in # 57), the contrast CAn of all of the first to fourth islands 41 to 44 is C3>CAn> C2 (n = 1 to 4). In the appropriate range. Therefore, the AF CPU 301 starts detecting the focal position of the optical system 201 using the data stored in the storage unit 311 (# 61).
[0065]
When the focus position detection is started, the AF CPU 301 sets a counter n and inputs n = 1 (# 63). For the n-th island, calculation data such as the number N of pixels in each block of the reference portion, the total number T of pixels in the reference portion, the vertical and horizontal offset amounts L and M, and the correction coefficient R (k) are set (# 65). ). Further, the AF CPU 301 uses the pixel data of the reference portion of the n-th island read from the storage portion 311 and the pixel data of the reference portion to calculate the sum according to the expressions (1) to (3) relating to the first to third calculation modes. The (M + T−N + L + 1) mismatch amounts Hn (k) are calculated (# 67). After calculating the total mismatch amount Hn (k), each mismatch amount Hn (k) is compared, and the position where the mismatch amount Hn (k) is minimized, that is, the focus position is determined (# 69). If a complement operation is required, the complement operation is performed according to the above equation (4). When the focal position is determined, the moving amount of the optical system 201, that is, the defocus amount is calculated based on the data (# 71). The calculated defocus amount is temporarily stored in the storage unit 311. After calculating the defocus amount, the AF CPU 301 increments the counter n by one (# 73), and determines whether the defocus amount has been calculated for all the islands 41 to 44 (# 75). If n = 5, the flow returns to # 65, and the defocus amounts of all the islands are calculated.
[0066]
After calculating the defocus amounts for all the islands 41 to 44, the AF CPU 301 starts an algorithm for determining one defocus amount for actually controlling the movement of the optical system 201 from among the plurality of defocus amounts ( # 77). First, in order to select one of the defocus amount DF2 of the second island 42 and the defocus amount DF4 of the fourth island 44 arranged in a substantially cross shape at the center of the sensor 141, these defocus amounts are selected. The amounts DF2 and DF4 are read from the storage unit 311 (# 79).
[0067]
Next, the AF CPU 301 determines whether the defocus amount DF2 of the second island 42 is sufficiently larger than the defocus amount DF4 of the fourth island 44 (# 81). The determination as to whether it is "sufficiently" is made, for example, by comparing the absolute value of the difference between the defocus amount DF2 of the second island 42 and the defocus amount DF4 of the fourth island 44 with a comparative value of a predetermined large value. Performed by The predetermined comparison value is set experimentally and empirically. When the defocus amount DF2 of the second island 42 is sufficiently larger than the defocus amount DF4 of the fourth island 44 (YES in # 81), the AF CPU 301 sets the defocus amount DF2 of the second island 42 from the second area. The focus amount is selected (# 91).
[0068]
The defocus amount DF2 of the second island 42 is smaller than the defocus amount DF4 of the fourth island 44, and the defocus amount DF2 of the second island 42 is larger than the defocus amount DF4 of the fourth island 44. If they are relatively similar (NO in # 81), the AF CPU 301 determines whether the defocus amount DF4 of the fourth island 44 is sufficiently larger than the defocus amount DF2 of the second island 42 (# 83). . The determination as to whether it is “sufficient” is the same as in the case of # 81. When the defocus amount DF4 of the fourth island 44 is sufficiently larger than the defocus amount DF2 of the second island 42 (YES in # 83), the AF CPU 301 sets the defocus amount DF4 of the fourth island 44 from the second area. The focus amount is selected (# 89).
[0069]
When the defocus amount DF4 of the fourth island 44 is smaller than the defocus amount DF2 of the second island 42 and both are relatively similar, and when the defocus amount DF4 of the fourth island 44 is If the focus amount DF2 is larger than the focus amount DF2 but the two are relatively close (NO in # 83), the AFCPU 301 determines whether the value RE2 indicating the reliability of the second island 42 is larger than a predetermined value Y1. (# 85). Here, as the value RE2 indicating the reliability of the second island 42, the minimum mismatch amount H2 (k) and the contrast CA2 of the second island 42 are used. The same applies to the following cases. If the value DF2 indicating the reliability of the second island 42 is larger than the predetermined value Y1 (YES in # 85), the AF CPU 301 selects the defocus amount DF2 of the second island 42 as the defocus amount from the second area ( # 91). In # 85, the defocus amount DF2 of the second islands 42 arranged in the horizontal direction is set to be preferentially selected with respect to the defocus amount DF4 of the fourth islands 44 arranged in the vertical direction. I have.
[0070]
When the value RE2 indicating the reliability of the second island 42 is not larger than the predetermined value Y1 (NO in # 85), the AF CPU 301 determines that the value RE2 indicating the reliability of the second island 42 is It is determined whether the value is greater than the indicated value RE4 (# 87). When the value RE2 indicating the reliability of the second island 42 is larger than the value RE4 indicating the reliability of the fourth island 44 (YES in # 87), the AF CPU 301 sets the defocus amount DF2 of the second island 42 from the second area. (# 91). On the other hand, if the value RE4 indicating the reliability of the fourth island 44 is larger than the value RE2 indicating the reliability of the second island 42 (NO in # 87), the AFCPU 301 sets the defocus amount DF4 of the fourth island 44 to the second value. It is selected as the defocus amount from the area (# 89).
[0071]
When the defocus amount from the second area is selected, the AF CPU 301 sets the defocus amount DF1 of the first island 41 as the defocus amount from the first area and the third island 43 as the defocus amount from the third area. Is read out from the storage unit 311 (# 93), and the position of the defocus amount in the first to third areas, for example, the defocus amount from the region indicating the subject closest to the camera is determined as the final defocus amount. The focus amount is determined (# 95). When the final defocus amount is determined, the AF CPU 301 calculates a correction amount of the focal position of the optical system 201 based on the final defocus amount, and drives the AF driving unit 160 and the lens driving mechanism 203 based on the calculated correction amount. (# 97).
[0072]
In step # 57 of the flowcharts shown in FIGS. 12 to 16, if the re-transfer flag is ON for any of the islands, the process returns to step # 9 and re-integrates for all of the first to fourth islands 41 to 44 of the sensor 141. However, the present invention is not limited to this. If the integration can be controlled for each of the first to fourth islands 41 to 44, the reintegration is performed only for the island for which the retransfer flag is on. May be performed. Further, in # 23 to # 27, each of the output signals of the first to fourth islands 41 to 44 is configured to determine whether the mode is the LC mode or the NM mode and to independently amplify the output signal. All of the islands 41 to 44 may be amplified in the LC mode or the NM mode, and only the amplified output signal related to the island for which retransmission is requested may be transferred to the A / D converter 310 or the like.
[0073]
Further, in the above embodiment, in # 35 to # 57, the contrast is calculated for each of the first to fourth islands 41 to 44, and the amplification mode, the gain, and the like are set. However, the contrast, the amplification mode, and the gain are set for each area. Etc. may be set. Since the first and third areas substantially coincide with the first and third islands 41 and 43, specifically, which of the second and fourth islands 42 and 44 has high contrast with respect to the second area. And the subsequent calculation is performed only on the data of the selected island. In this case, the defocus amount determination routine for the second area from # 77 to # 91 becomes unnecessary.
[0074]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the focus position detection device of the present invention includes a first photoelectric conversion element array arranged in a horizontal direction and a second photoelectric conversion element array arranged in a vertical direction, The first defocus amount and the first reliability value representing the reliability of the first photoelectric conversion element array are calculated using the pixel data of the first photoelectric conversion element array, and the first defocus amount and the first reliability value representing the reliability of the first photoelectric conversion element array are calculated. Using the pixel data, a second defocus amount and a second reliability value representing the reliability of the second photoelectric conversion element array are calculated, and the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is calculated. If the absolute value is larger than the first comparison value, the larger of the first defocus amount and the second defocus amount is selected, and the first defocus amount and the second defocus amount are selected. The absolute value of the difference between the defocus amounts is smaller than the first comparison value If the first reliability value is higher than the second comparison value, the first defocus amount is selected. If the first reliability value is smaller than the second comparison value, the first defocus amount is selected. The reliability value is compared with the second reliability value. If the first reliability value is high, the first defocus amount is determined, and if the second reliability value is high, the second defocus amount is determined. select.
[0075]
When the absolute value of the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is larger than the first comparison value, the first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array have different target values. Since an object or a different part of the same target is detected, the optical system can be focused on the side closer to the optical device by selecting the larger defocus amount (near position priority). method).
[0076]
When the absolute value of the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is smaller than the first comparison value, the first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array have the same target. The possibility of detecting different parts that are close to each other but different parts and the possibility that the same part of the same target is detected but the defocus amount is different due to an error are considered. The first reliability value and the second comparison value by the first photoelectric conversion element array arranged in the direction are compared, and if the first reliability value is higher than the second comparison value, the first photoelectric value is compared with the first reliability value. By selecting the first defocus amount by the conversion element array, the focus position can be detected with priority given to the horizontal direction.
[0077]
Further, when the first reliability value is smaller than the second comparison value, that is, when the reliability of the focus position detection by the first photoelectric conversion element array is low, the first reliability by the first photoelectric conversion element array is used. The first reliability value is compared with the second reliability value by the second photoelectric conversion element array, and when the first reliability value is high, the first defocus amount by the first photoelectric conversion element is selected. When the reliability value of 2 is high, the focus position can be detected using more reliable data by selecting the second defocus amount by the second photoelectric conversion element.
[0078]
That is, according to the focus position detection device of the present invention, the near position priority method, the lateral position priority method, and the reliability priority method can be selectively used depending on the case, and more accurate focus position detection can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an autofocus camera that is an embodiment of a focus position detection device according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of an AF sensor module in an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a photoelectric conversion element array in an embodiment of a focus position detection device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a correlation calculation method in one embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a correlation calculation method in one embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a complementary calculation method in one embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a control circuit of an autofocus camera which is an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing amplification in an NM mode of an output signal of a photoelectric conversion element array in one embodiment of the focus position detecting device of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating amplification of an output signal of a photoelectric conversion element array in an LC mode according to an embodiment of the focus position detection apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an amplifier circuit for an output signal of a photoelectric conversion element array in an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing another configuration example of the amplifier circuit for the output signal of the photoelectric conversion element array in one embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation example of an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation example of an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation example of an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart illustrating an operation example of an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
FIG. 16 is a flowchart illustrating an operation example of an embodiment of the focus position detection device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Film surface
2: subject
41: First Island
42: Second Island
43: Third Island
44: 4th island
100: Camera body
140: AF sensor unit
141: Sensor
200: Lens body
201: Optical system
301: AFCPU

Claims (3)

A first photoelectric conversion element array arranged in a horizontal direction, and a second photoelectric conversion element array arranged in a vertical direction;
Calculating a first defocus amount and a first reliability value indicating the reliability of the first photoelectric conversion element array using the pixel data of the first photoelectric conversion element array;
Calculating a second defocus amount and a second reliability value indicating the reliability of the second photoelectric conversion element array using the pixel data of the second photoelectric conversion element array;
When the absolute value of the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is larger than the first comparison value, the first defocus amount and the second defocus amount Select the larger defocus amount,
When the absolute value of the difference between the first defocus amount and the second defocus amount is smaller than a first comparison value and the first reliability value is higher than a second comparison value, Select the first defocus amount,
When the first reliability value is smaller than the second comparison value, the first reliability value is compared with the second reliability value, and when the first reliability value is high, A focus position detecting device that selects a first defocus amount and, when the second reliability value is high, a second defocus amount. The first reliability value and the second reliability value are contrasts calculated using pixel data of the first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array, respectively. The focus position detecting device according to claim 1. The first reliability value and the second reliability value are values corresponding to the degree of coincidence of the correlation calculation using the pixel data of the first photoelectric conversion element array and the pixel data of the second photoelectric conversion element array, respectively. 2. The focus position detecting device according to claim 1, wherein:

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