JPH0328690B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カメラ等の光学機器に用いられる焦
点検出信号処理方法に関するものである。

従来、カメラの焦点検出装置の１つの方法とし
て、撮影レンズの瞳を分割して形成した２像のず
れを観測し、合焦状態を判別するものが知られて
いる。例えば、カメラ撮影レンズの予定結像画に
フライアイレンズ群を配置し、撮影レンズのデフ
オーカス量に対応してずれた２像を発生させる装
置が米国特許第4185191号公報に開示されている。

また、並設した２個の二次結像系により前記予
定結像画に形成された空中像を固体イメージセン
サ面に導き、それぞれの像の相対的な位置ずれを
検知する所謂二次結像方式が特開昭55−118019号
公報、同55−155331号公報等に開示されている。
この方式は全長が稍々大きくなるが、特殊光学系
を必要としない利点がある。

この後者の二次結像方式の焦点検出の原理を第
１図を用いて簡単に説明すると、焦点調整をする
撮影レンズ１と光軸を同じくしてフイールドレン
ズ２が配置され、これらの後方に２個の二次結像
レンズ３ａ，３ｂが並列され、更にその後方にそ
れぞれ受光用センサアレイ４ａ，４ｂが配置され
ている。なお、５ａ，５ｂは二次結像レンズ３
ａ，３ｂの近傍に設けられた絞りである。フイー
ルドレンズ２は撮影レンズ１の射出瞳を２個の二
次結像レンズ３ａ，３ｂの瞳面に略々結像してい
る。この結果、二次結像レンズ３ａ，３ｂのそれ
ぞれに入射する光線束は、撮影レンズ１１の射出
瞳面上において各二次結像レンズ３ａ，３ｂに対
応する、互いに重なり合うことのない等面積の領
域から射出されたものとなる。フイールドレンズ
２の近傍に形成された空中像が二次結像レンズ３
ａ，３ｂによりセンサアレイ４ａ，４ｂの面上に
再結像されると、前記空中像が形成された光軸方
向の位置の相違に基づき、再結像された２像はそ
の位置を変えることになる。

第２図はこの現像が起る様子を示しており、第
２図ａの合焦状態を中心として、第２図ｂ，ｃの
ように前ピント、後ピントのそれぞれでセンサア
レイ４ａ，４ｂの面上に形成された２像はセンサ
アレイ４ａ，４ｂ面上を逆方向に移動する。この
像強度分布をセンサアレイ４ａ，４ｂで光電変換
し電気的処理回路を用いて、前記２像の相対的位
置ずれを検出すれば合焦状態の判別を行なうこと
ができる。

光電変換された信号の処理方法としては、例え
ば米国特許第4250376号公報が知られている。こ
れは２個の二次像を光電変換した受光信号をそれ
ぞれａ(i)、ｂ(i)（ただし、ｉ＝１〜Ｎ）とすると
き、上述の例では適当な定数ｋに対し、 Ｖ＝_N-K 〓ⁱ⁼¹ ｜ａ(i)−ｂ（ｉ＋ｋ）｜−_N-K 〓ⁱ⁼¹ ｜ａ（ｉ＋ｋ）−ｂ(i)｜ …(1) をアナログ演算回路により、或いはデジタル的に
計算し、このＶの値の正負により撮影レンズ１１
の繰り出し方向を決定するものである。

また、本出願人は先に、 Ｖ＝_N-K 〓ⁱ⁼¹ min｛ａ(i)，ｂ（ｉ＋ｋ）｝−_N-K 〓ⁱ⁼¹ min｛ａ（ｉ＋ｋ），ｂ(i)｝ …(2) 或いは、 Ｖ＝_N-K 〓ⁱ⁼¹ max｛ａ(i)，ｂ（ｉ＋ｋ）｝−_N-K 〓ⁱ⁼¹ max｛ａ（ｉ＋ｋ），ｂ(i)｝ …(3) を計算し、Ｖの正負により撮影レンズ１１の繰り
出し方向を決定する方法を提案した。ただし、こ
こで、min｛ｘ，ｙ｝は２実数線ｘ，ｙの内、小
なるものを表し、max｛ｘ，ｙ｝は２実数ｘ，ｙ
の内、大なるものを表しており、ｋは適当な定数
で通常は１である。

しかし、これらの(1)〜(3)式に基づく演算処理方
法では、高々撮影レンズ１１の繰り出すべき方向
が判別されるに過ぎない。そこで、２像のずれか
ら合焦状態を判別する焦点検出装置では、２像の
ずずれ量とデフオーカス量とがほぼ比例する関係
を用いて、一方の像を他方の像に対して相対的に
変位させることにより、撮影レンズ１１の繰り出
し量を計算する方法が知られている。この方法は
基線距離計方式の焦点検出装置について古くから
知られているものである。TTL方式の焦点検出
装置についても、特開昭56−75607号公報、特開
昭57−45510号公報等が公知である。特に近年、
半導体集積回路の価格低下のため、カメラ内部に
マイクロプロセツサを設けるデータ処理方法が有
力な手段となつている。即ち、像強度分布の光電
出力をＡ／Ｄ変換器により複数ビツト長のデジタ
ルデータに変換し、カメラ内部に搭載されたマイ
クロコンピユータにより２像のずれ量を演算し、
デフオーカス量を求める方式である。例えば、ｂ
(i)で表される像をａ(i)で表される像に対して回路
処理上相対的に移動し、 Ｖ（ｍ）＝ 〓ⁱ ｜ａ(i)−ｂ（ｉ＋１−ｍ）｜− 〓ⁱ ｜ａ（ｉ＋１）−ｂ（ｉ−ｍ）｜ …(4) となるＶ（ｍ）を、設定された相対変位量ｍの範
囲m₁≦ｍ≦m₂の各整数値について繰り返し演算
する。ｍに対してＶ（ｍ）の値をプロツトしたグ
ラフは第３図に示すようになる。２像が一致した
ときＶ（ｍ）は０になるべきであるから、第３図
では1.5ビツト相当の像ずれ量が存在することに
なる。

一方、(2)，(3)式のＶを用いて同様の処理を施
し、デフオーカス量の計算ができる。例えば(2)式
でｂ(i)により表される像をａ(i)に対して移動し、 Ｖ（ｍ）＝ 〓ⁱ min｛ａ(i)，ｂ（ｉ＋ｋ−ｍ）｝− 〓ⁱ min｛ａ（ｉ＋ｋ），ｂ（ｉ−ｍ）｝ …(5) を各ｍについて計算すればよい。

ところで、上述のように異なるｍについて(4)，
(5)式のＶ（ｍ）を計算する手順を用いた像ずれ量
の演算は、データ数Ｎが大きい場合に演算時間が
著しく長くなる。例えば、(4)式のＶ（ｍ）を１個
のｍについて計算するために絶対値符号内の差が
2N個、積算時の和が2N個、合計4N個の加減算
を必要とする。一方、ｍの上下限値m₁、m₂では
±Ｎ／２程度が得られるので計算すべきＶ（ｍ）
の数はほぼＮ個である。従つて、全演算個数は概
算値で4N²程度の加減算を要する。

実際には、これら4N²個の加減算、各１個の演
算のためにメモリアドレスの更新、演算領域の判
別等が付随し、各１個の演算に相当数の計算ステ
ツプを要する。視野長を一定したとき、焦点検出
精度を改善するためには、サンプリング精度を高
くすることが望ましいが、これは同時にデータ個
数Ｎの増加を意味する。演算量は先に述べたよう
にN²に比例するので、サンプリング精度を高く
するとソフトウエアの負荷は著しく大きくなり焦
点検出機能のリアルタイム性を損ねることにな
る。また、データ量の増加はランダムアクセスメ
モリ（RAM）の必要量の増加に直結するのでコ
スト的にも不利である。

本発明の目的は、２像のずれ量を演算する新規
な方法を示し、焦点検出に必要な演算時間及び所
要メモリ容量を減少した焦点検出信号処理方法を
提供することにあり、その要旨は、焦点検出され
るべき主たる結像光学系の瞳を分割し、分割され
たそれぞれの瞳領域から射出された結像光束が形
成する複数の被写体像を光電変換素子アレイによ
り電気的に検知し、電気回路により前記光電変換
素子の出力を演算することにより合焦状態を判別
する方法において、前記それぞれの被写体像を受
光する複数の光電変換素子アレイの出力値の隣接
する出力値同志を加算又は平均化することにより
データ個数を減少し、前記複数の光電変換素子ア
レイ間で、前記個数を減少したデータ同志を一定
の対応関係により対応させ、該対応するデータを
それぞれ比較し、その交果を演算することによ
り、合焦状態判別信号をして求めることを特徴と
する方法である。

本発明の方法を第４図以下に図示の実施例に基
づいて詳細に説明する。

本発明はデフオーカス量が大きい状態では像ず
れ検出に高いサンプリング精度は不要であるとい
う考え方に基づく。即ち、焦点検出プロセスを考
えたとき、初期状態では通常撮影レンズ１の焦点
は合つていない。このような状態ではレンズ繰り
出し量の概略値を算出し、早急に撮影レンズ１を
動かすことが精密な計算より優先する。

そこで、本発明では第４図ａに示すようなセン
サアレイで得られた原初データから、第４図ｂに
示すように隣接する２画素の光電出力の和或いは
平均をとつてデータ数の削減を行う。数式で書け
ばセンサアレイ４ａ，４ｂで得られた原初データ
をａ(i)、ｂ(i)とするとき（ただし、ｂ(i)は図示を
省略）、次式で表される。

a′(i)＝ａ（2i−１）＋ａ（2i） …（6a） b′(i)＝ｂ（2i−１）＋ｂ（2i） …（6b） ただし、ｉ＝１〜Ｎ／２ なお、(6)式で原初データからの変換を１ビツト
ずつずらし、ａ(i)＝ａ（2i）＋ａ（2i＋１）等々と
することは勿論可能である。これらの操作により
データ数Ｎは半減するので、像ずれ量を求めるた
めの演算量は概略1/4に減少する。

データの取り扱いに上述のような方法を採つた
場合に、次のような焦点検出シーケンスが考えら
れる。先ず、第１回目の焦点検出を上述のように
半減したデータ量で(4)，(5)式等により実施し、算
出されたデフオーカス量に従つて撮影レンズ１を
合焦点付近に移動させる。しかる後に２回目の検
出を行い、このときにサンプリングされたデータ
は観測されるものをそのまま全部用いる形で演算
処理をする。この結果に基づき撮影レンズ１の位
置を微調整して焦点検出シーケンスを完了する。
以上は通常のスチールカメラで合焦後にピント調
整をロツクし、直ちに撮影することを念頭に置い
たシーケンスである。一方、ビデオカメラ、８ミ
リカメラでは動きのある被写体を追うことが多い
ので、計算用データのとり方を画一化し難い。ま
た、スチールカメラでもこのような被写体は数多
くあるので、モード切換により計算用データの採
り方を選択できる形態にすることも可能である。

サンプリングデータ数を削減することの意義
は、演算量を減少させること、所要記憶容量を減
少させることの２点であり、何を重点的に考える
かによつてハードウエアまで含めた実施状態は異
なる。単に演算量を減らし高速性を重視する方向
で考えれば、第４図ａに示すように原初データを
そのままメモリにロードレ、ソフトウエアによつ
て第４図ｂに示すように計算に用いるデータ量を
減少する形態で利用すればよい。この場合には、
撮影レンズ１の移動中に記憶されている像強度分
布情報の全データを用いて詳細な計算をやり直す
ことができる。また一般に、撮影レンズ１の駆動
に要する時間は演算時間よりも通常やや長目であ
る。従つて、撮影レンズ１の駆動終了前に詳細な
計算の結果が算出されれば、これを直ちに移動中
の撮影レンズ１に関する高精度の制御情報として
用いることができる。即ち、このような方法によ
れば記憶容量は減少しない代わりに、計算のため
の所定時間を従来の1/4に効果的に削減し、かつ
同等の精度を有するデフオーカス情報が得られる
ことになる。

一方、記憶容量を削減することに重点をおけ
ば、第４図ｂに示すようにデータ量を削減した形
式でメモリにロードすればよい。この場合には、
データ量の減少に対応して記憶容量の必要量も減
少するが、デフオーカス量の演算結果は低精度と
なる。特に被写体が高周波成分を主体とした細か
なパターンである場合にこの影響は著しい。この
場合には、メモリにロードされたデータの情報量
ものものが既に減少しているので、再度データサ
ンプリングをしない限り精度は改善されない。

この後者の方法に基づく焦点検出シーケンスの
一例として次のようなものが挙げられる。第１段
階の焦点検出動作としてサンプリングピツチを倍
にしたデータを用い、(4)式又は(5)式によりずれ量
の概略値を求め、この情報に基づいて撮影レンズ
１を動かす。次に、第２段階の焦点検出動作とし
て像強度分布の原初データをそのまま用いてずれ
量の演算処理を行う。この場合、記憶容量に合わ
せて測距視野長を短縮することになる。２像のず
れを用いた焦点検出装置では、ずれ量が著しいと
きに相関をとるべき２像の共通領域が減少するた
め、比較的長い視野長が必要であるとされてい
る。しかし、ほぼ合焦状態にあるときは２像間の
ずれは僅かなので、短い視野長でも(4)式又は(5)式
の相関演算は十分可能である。即ち、上述の焦点
検出シーケンスは、一定容量のメモリを第１段階
ではサンプリングピツチを粗くし、視野長を伸ば
す方向で用い、第２段階ではサンプリング精度を
高め視野長を短縮する方向で用いる。そして、こ
の方法は遠近競合を避ける意味でも極めて有効で
ある。

第５図に示す焦点検出シーケンスは前述の方法
を図示したものであるが、前回に算出された像ず
れ量により撮影レンズ１を移動すると共に、像強
度分布データの効果的サンプリング精度及び実効
視野長を変化させるデータモード制御のステツプ
を設けている。このデータモード制御ステツプに
より像ずれ量が小さく合焦に近いほど、実効的サ
ンプリング精度を高くし或いは実効視野長を狭め
る方向に制御される。

上述の実施例では焦点検出のシーケンスとして
予め定められた順序でデータの取扱い方を変える
ものとしている。しかし、サンプリングされたデ
ータ或いはそれらを用いた演算結果に基づき、以
降のデータの取扱いを判断する信号処理を採用す
ることも可能である。

第６図に示す焦点検出シーケンスでは、像強度
分布の変化の激しさに注目している。合焦に近付
くに従い、像ずれ量が小さくなると同時に像のピ
ントとも合つてくるから、像強度分布は激しい変
化を示すようになる。これを判別するには、例え
ばデータをメモリにロードしながら Ｒ＝ 〓ⁱ ｜ａ(i)−ａ（ｉ＋１）｜ …(7) 或いは、 Ｒ＝max｛｜ａ(1)−ａ(2)｜ ，｜ａ(2)−ａ(3)｜，… …｜ａ（Ｎ−１）−ａ（Ｎ）｜｝ …(8) を計算すればよい。光電変換出力はａ(1)、ａ(2)
…、ａ（Ｎ）、ｂ(1)、ｂ(2)、…、ｂ（Ｎ）の順に時
系例信号として出力されるから、ａ（Ｎ）をメモ
リにロードしたところで(7)式又は(8)式によりデー
タの取り扱い方に関する判断を行い、ａ(1)〜ａ
（Ｎ）のデータをメモリ内で削除、演算、再配列
し、この結果余裕のできるメモリスペースにｂ(1)
〜ｂ（Ｎ）を判断された方式に従つてロードし、
ずれ量の演算を行う。ａ（Ｎ）とｂ(1)の間に若干
数のダミー画素を設ければ、このようにして少な
い記憶容量でも像強度分布の性質に応じたインテ
リジエントな処理が可能である。本実施例では合
焦付近でも一律な処理は行わず、像強度分布の変
化が穏やかな被写体に対しては粗いサンプリング
で高速演算し、尖鋭な構造の被写体に対しては精
度の高い演算を行うことになる。

本発明における像強度分布データの抽出又は合
成の方法は、第４図に示したものに限定されるこ
とはない。例えば像のサンプリングピツチを実効
的に1.5倍するために、 a″(1)＝ａ(1)＋（1/2）・ａ(2) a″(2)＝（1/2）・ａ(2)＋ａ(3) a″(3)＝ａ(4)＋（1/2）・ａ(5) …… とするなどの部分的改変は容量である。

以上説明したように本発明に係る焦点検出信号
処理方法によれば、像ずれ演算に要する記憶容量
及び演算量を減少し、低コストであるにも拘ら
ず、高精度でかつ高速度の合焦演算処理を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二次結像方式による焦点検出方法の原
理的説明図、第２図ａ，ｂ，ｃは像ずれ原理の説
明図、第３図は従来例による演算出力値の特性
図、第４図以下は本発明に係る焦点検出信号処理
方法の実施例を示し、第４図ａは光電変換出力の
原初データの特性図、ｂはこの原初データから演
算処理用データを抽出、合成したデータの特性
図、第５図、第６図は演算過程のフローチヤート
図である。 符号１は撮影レンズ、２はフイールドレンズ、
３ａ，３ｂは二次結像レンズ、４ａ，４ｂはセン
サアレイである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 焦点検出されるべき主たる結像光学系の瞳を
   分割し、分割されたそれぞれの瞳領域から射出さ
   れた結像光束が形成する複数の被写体像を光電変
   換素子アレイにより電気的に検知し、電気回路に
   より前記光電変換素子の出力を演算することによ
   り合焦状態を判別する方法において、前記それぞ
   れの被写体像を受光する複数の光電変換素子アレ
   イの出力値の隣接する出力値同志を加算又は平均
   化することによりデータ個数を減少し、前記複数
   の光電変換素子アレイ間で、前記個数を減少した
   データ同志を一定の対応関係により対応させ、該
   対応するデータをそれぞれ比較し、その結果を演
   算することにより、合焦状態判別信号をして求め
   ることを特徴とする焦点検出信号処理方法。 ２ 前記光電変換素子アレイの出力値のデータ個
   数を減少して演算する方式と、減少せずに演算す
   る方式とを、予め定められた順序或いは手動の切
   換手段により変更するようにした特許請求の範囲
   第１項に記載の焦点検出信号処理方法。 ３ 前記光電変換素子アレイの出力値のデータ個
   数を減少して演算する方式と、減少せずに演算す
   る方式とを、別の演算の結果に基づいて変更する
   ようにした特許請求の範囲第１項に記載の焦点検
   出信号処理方法。 ４ 前記演算方式を変更する演算の結果は、先に
   演算された像ずれ量とした特許請求の範囲第３項
   に記載の焦点検出信号処理方法。 ５ 前記演算過程を少なくとも２回以上繰り返
   し、先の演算過程で得られた合焦状態判別信号
   を、後の演算過程の合焦状態判別信号で改めるよ
   うにした特許請求の範囲第１項に記載の焦点検出
   信号処理方法。