JPH0527161A

JPH0527161A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPH0527161A
Application number: JP18097891A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsushima; 寛松島; Akira Akashi; 彰明石
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】第１と第２のセンサ列上で受光した像信号の
相関演算を行なう際の精度を向上させる。【構成】１画素違いの連続した２種類の演算画素数に
対してそれぞれ相関演算を行ない、この２つの相関演算
結果の平均値を用いて焦点検出結果を得ることで精度の
高い焦点検出装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラ等の光学機器に
用いられる焦点検出装置であり、特に焦点検出のための
信号処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一眼レフ・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２つの領域に分
割し、分割された瞳領域を通過した光束が形成する２つ
の被写体像の相対位置変位を観測することによって、撮
影レンズの焦点状態を検出する装置がよく知られてい
る。その原理を図１０を用いて簡単に説明する。

【０００３】焦点検出をすべき撮影レンズ１と光軸を同
じくしてフィールド・レンズ２が配置され、その後方に
２個の２次結像レンズ３ａ、３ｂが並列され、さらにそ
の後方にそれぞれ受光用光電変換センサ列４ａ、４ｂが
配置されている。なお、５ａ、５ｂは２次結像レンズの
近傍に設けられた絞りである。フィールド・レンズ２は
撮影レンズ１の射出瞳を２個の２次結像レンズ３ａ、３
ｂの瞳面に略々結像している。この結果、２次結像レン
ズ３ａ、３ｂのそれぞれに入射する光束は、撮影レンズ
１の射出面上において各２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。

【０００４】フィールド・レンズ２の近傍に形成された
空中像が２次結像レンズ３ａ、３ｂによりセンサ列４
ａ、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。

【０００５】図１１はこの現象が起こる様子を示してお
り、図１１（ａ）の合焦状態を中心として、図１１
（ｂ）、（ｃ）のようにいわゆるピント状態が前ピン、
後ピンかによって、センサ列４ａ、４ｂの面上に形成さ
れた２像は面上を逆方向に移動する。この像強度分布を
光電変換し、得られた光電変換信号に対して電気的処理
を施すことによって、前記２像相対的位置ずれを検知す
れば、撮影レンズの焦点検出を行うことができる。

【０００６】さて、上記２像のずれ量を検知する方法は
多数提案されており、２つの光電変換像信号を相対的に
シフトさせながら相関を求めてゆき、相関の最も高いシ
フト位置をもって像ずれ量とするという方法が一般的で
ある。

【０００７】例えば、特開昭５６−７５６０７号公報
（以下「従来例１」と称する）や日本国特開昭５７−４
５５１０号公報（以下「従来例２」と称する）、特開昭
６０−２４７２１１号公報（以下「従来例３」と称す
る）、あるいは本出願人による特開昭５８−１４２３０
６号公報、特開昭５９−１０７３１３号公報（以下「従
来例４」と称する）等の各種方法が開示されている。

【０００８】上記従来例で開示されている相関演算の各
手法は、（１）相関演算の演算子（２）相関量の極値の求め方（３）相関演算のシフト方法といった手続きに特徴がある。

【０００９】最初に、演算子について説明する。

【００１０】「従来例１」、「従来例２」、「従来例
３」では、相関関数の演算子として「対応２信号の差の
絶対値」、若しくは「対応２信号の差の絶対値の累乗」
を用いて相関量を演算している。

【００１１】また、「従来例４」では、「対応２信号の
大なる値（あるいは小なる値）」を相関関数の演算子と
している。

【００１２】ここで、演算子の意味を簡単に説明する。

【００１３】２つの被写体像信号系列をそれぞれ１Ａ
（ｉ），１Ｂ（ｉ）とすると、前記「対応２信号の差の
絶対値」（以下「差の絶対値」と称する）という演算子
は、シフトｋにおける相関量ＣＯＲ（ｋ）を、次式
（１）に従って演算するものである。

【００１４】

【外１】一方、前記「対応２信号の大なる値」あるいは「対応２
信号の小なる値」（以下「大なる値」、「小なる値」と
称する）という演算子は、それぞれ式（２）、（３）に
従って相関量ＣＯＲ（ｋ）を演算するものである。

【００１５】

【外２】但し、Ｍａｘ｛ｘ，ｙ｝，Ｍｉｎ｛ｘ，ｙ｝はそれぞれ
実数ｘ，ｙの内、大きい方、あるいは小さい方を抽出す
る演算子である。

【００１６】相関量が上述の式に従って演算されると、
得られた各シフト毎の相関量から、相関が最も大きいシ
フト量が検知できる。このシフト量が２つの被写体像の
像ずれ量に対応しており、これから撮影レンズの焦点状
態（デフォーカス量）が検出できるわけである。

【００１７】ところで、上記の如く、単純に相関が最大
となるシフト量をもって像ずれ量とすると、検知できる
像ずれ量は被写体像信号系列の１シフト、即ち１画素の
整数単位でしか得られない。これをデフォーカス量に換
算すると、その分解能は比較的粗いものとなり、実用上
は不充分なレベルである。

【００１８】そこで、前記各従来例では、１画素の整数
単位よりも細かい小数単位の分解能で相関が最大となる
像ずれ量を検知する手法を開示しており、その方法には
大きく分けて２種類ある。

【００１９】１つは整数シフト単位の相関量から小数単
位の相関極値を直接補間して求める手法である（以下
「直接補間法」と称する）。いま１つの手法は、１次導
関数、即ち相関量の微分値（実際には、相関量はシフト
単位の離散量であるから、差分値であるが）がゼロとな
る小数単位のシフトを補間して求める手法であり（以下
「微分補間法」と称する）、これは１次導関数がゼロと
なるとき、その原関数が極値をとる、という原理に基づ
いている。

【００２０】「直接補間法」では、各シフト毎に演算さ
れた相関量が最小となるシフトと、その前後のシフトの
計３点における相関量から、相関量が最小になるであろ
うと予想されるシフト量を、シフト単位よりも細かい尺
度でもって補間して求め、これを像ずれ量としている。
前記「従来例３」がこれに相当し、具体的方法は「従来
例３」に詳しく開示されている。

【００２１】一方「微分補間法」では、各シフト毎に予
め相関量の差分量を演算しておき、その差分量の符号が
変化するシフトを検知し、そのシフトと隣のシフト２点
の差分量から、差分量がゼロになるであろう、即ち相関
量が極値をとるであろうと予想されるシフト量を、これ
もまたシフト単位よりも細かい尺度でもって補間して求
めるものである。

【００２２】例えば、演算子が「差の絶対値」の場合
の、シフトｋにおける相関差分量は、次の式（４）に従
って演算する。

【００２３】

【外３】

【００２４】前記「従来例１」、「従来例２」、「従来
例４」の極値検出の手法がこれに相当し、具体的方法は
「従来例２」に詳しく開示されている。

【００２５】次に、相関演算のシフト方法について説明
する。

【００２６】本出願人による特開昭５６−５０３１５号
公報（以下「従来例５」と称する）の設定方法につい
て、図１２に従って説明する。

【００２７】図中１０ａ、１０ｂは図１０における２つ
のセンサ列４ａ、４ｂの面上での２つの被写体像の強度
分布を示しており、この例では単純な幾何学的エッジ像
が０．５画素ずれた場合を表している。多センサとして
は８画素とし像信号系列の信号数も８画素で示してい
る。１２ａ、１２ｂの矢印は相関演算のための演算領域
を示しており、相関演算のシフトｋが例えば４のとき
は、図の如く１０ａの信号では左側の４画素、１０ｂの
信号では右側の４画素の信号の相関を演算する。シフト
ｋが２では演算領域を各々１画素ずつ対称にずらし、同
じく４画素の像信号の相関を演算する。以下同様に、演
算画素数は一定のまま、シフトに応じて図のように演算
領域を変化させてゆく、シフトｋの符号がいわゆるピン
トの前ピン、後ピンに対応している。

【００２８】このように２つの像信号の演算領域を相関
シフトに応じて、対称にかつ相互にずらしてゆくシフト
方法を、以下「相互シフト」と称することにする。

【００２９】「相互シフト」の方法では、２つの像信号
を同時にずらしてゆくため、相関のシフトが２シフト単
位にならざるを得ない、従って、像信号系列の信号数が
８画素で、演算画素数が４画素ならば、演算し得るシフ
トｋは−４、−２、０、２、４となる。

【００３０】図１５は、演算子として「差の絶対値」を
用い、「相互シフト」で演算した相関量をプロットした
ものである。Ｃ（−４）、Ｃ（−２）、Ｃ（０）、Ｃ
（２）、Ｃ（４）がそれぞれシフトｋ＝−４、−２、
０、２、４での相関量を表している。このプロットか
ら、小数単位の相関極値を検知するには、相関量Ｃ（−
２）、Ｃ（０）、Ｃ（２）での３点から、「直接補間
法」を用いて、図中破線のように相関の極小値を補間
し、同時にその極小値を与えるシフト量ｋｐを求めれば
よい。３点の相関量から小数単位の相関極値を求める方
法は「従来例３」に詳しく開示されているので、ここで
の説明は省略する。

【００３１】なお、図１５は「相互シフト」を説明する
ために、「差の絶対値」の演算子を用いて相関量をプロ
ットしてみたものである。「従来例５」ではシフト方と
しては「相互シフト」を用いているが、相関極値の求め
方については特に明示はされていない。

【００３２】次に、「従来例３」でのシフト方法につい
て、図１３に従って説明する。

【００３３】図１２と同様に、図中１０ａ、１０ｂは２
つの被写体像の強度分布を、１２ａ、１２ｂの矢印は相
関演算のための演算領域を示している。

【００３４】「従来例３」でのシフト方法の特徴は、２
つの被写体像を「基準部」と「参照部」というように性
格づけ、基本的には基準部を固定したまま参照部の像信
号をシフトして相関演算を実行してゆく、という方法で
ある。

【００３５】図に示したように、シフトがｋ＝−２から
２の間は、基準部の像信号１０ａの演算領域１２ａは固
定されており、参照部の像信号１０ａの演算領域１２ｂ
のみが移動する。このシフト方法では片方の像信号しか
移動しないので、前述の「従来例５」の「相互シフト」
場合とは異なり、１シフト毎の相関演算が可能である。

【００３６】さて、シフトｋ＝−２あるいは２におい
て、参照部の像信号１０ｂの演算領域１２ｂは、全信号
域の端に突き当たってしまうため、これ以上の移動を行
うことができない。そこで、シフトｋ＝−３以上を演算
するために、本来固定であるべき基準部の像信号１０ａ
の演算領域１２ａを２画素分移動し、相対的に２像のシ
フトｋ＝−３が実現するような工夫をしている。シフト
ｋ＝３以降も同様である。

【００３７】このように片方の像信号の演算領域を固定
して、もう一方の演算領域のみを移動させてゆくシフト
方法を、以下「片像シフト」と称することにする。

【００３８】図１６に、「従来例３」の演算子「差の絶
対値」とシフト方法「片像シフト」で演算した相関量を
プロットしたものを示す。

【００３９】図中、Ｃ（−４）〜Ｃ（４）がそれぞれシ
フトｋ＝−４〜４での相関量を表している。

【００４０】このプロットから、小数単位の相関極値を
検知するには、相関量Ｃ（−１）、Ｃ（０）、Ｃ（１）
あるいはＣ（０）、Ｃ（１）、Ｃ（２）の３点から、
「直接補間法」を用いて、図中破線のように相関の極小
値を補間し、同時にその極小値を与えるシフト量ｋｐを
求めればよい。

【００４１】「従来例５」、「従来例３」ともに３点の
相関量から、相関極値を与える小数単位のシフト量を求
めるわけであるが、シフト方法の違いによって、「従来
例５」では２シフトずつ離れた３つの相関量を用いるの
に対して、「従来例３」では１シフトずつ離れた３つの
相関量を用いることになる。

【００４２】次に、「従来例２」でのシフト方法と、相
関極値の求め方について、図１４（ａ）に従って説明す
る。

【００４３】図１２、図１３と同様に、図中１０ａ、１
０ｂは２つの被写体像の強度分布を、１２ａ、１２ｂの
矢印は相関演算のための演算領域を示している。

【００４４】「従来例２」のシフト方法の特徴は、図に
示したように、シフトｋ＝０では像信号１０ａ、１０ｂ
の全信号域を演算対象とし、ｋ＝０からシフトするに従
って演算領域の一方の端から演算範囲を対称的に減じて
いく、という点にある。

【００４５】このシフト方法は「従来例５」の「相互シ
フト」場合と似ているが、「相互シフト」では演算画素
数は一定のまま、シフトにつれて２つの像信号の演算領
域の絶対位置を相互に、かつ対称的に変化させている。
従って２つの演算領域の相対位置の変化は２シフト単位
で行われることになる。

【００４６】これに対して、「従来例２」では、シフト
につれて演算画素数が変化し、シフトｋが正符号あるい
は負符号によって、２つの像信号の内の一方の演算領域
の絶対位置は変化させていない。従って、２つの演算領
域は１シフト単位で行われる。

【００４７】このように２つの像信号の演算画素数を減
じつつ、片方の演算領域のみを移動させてゆくシフト方
法を、以下「演算数可変シフト」と称することにする。

【００４８】ここで明記しておかなければならないの
は、「従来例２」では、図１４（ａ）の矢印１２ａ、１
２ｂで示された演算領域そのもので相関演算しているわ
けではないということである。図１４（ａ）は「従来例
２」と他の従来例との差異を説明するために表したもの
である。「従来例２」は実際には、相関極値の検出方法
に「微分補間法」を用いるために、図１４（ｂ）に示し
たように、あるシフトで演算領域を互いに１画素ずら
し、従ってそのシフトを中心として±１シフト分離れた
２つの演算領域（１５ａ、１５ｂ）対と（１６ａ、１６
ｂ）対で相関量を計算し、その差分を計算するようにし
ている。

【００４９】図１７に各シフト毎の相関差分量Ｄ（−
４）〜Ｄ（４）をプロットしたものを示す。演算子は
「差の絶対値」である。

【００５０】例として挙げた被写体像は元々０．５画素
ずらしてあるので、シフトｋ＝０．５で相関量は極値を
とるべきである。図から明らかなように、相関差分量は
シフトｋ＝０とｋ＝１でその符号が変化しており、シフ
トｋ＝０とｋ＝１の間に相関差分量がゼロ、即ち原関数
である相関量が極値を与える小数単位のシフト量が存在
することを意味している。そこで「従来例２」では、相
関差分量Ｄ（０）とＤ（１）の２点を補間し、相関差分
量がゼロと見込まれるシフト量ｋｐを求めている。２点
の相関差分量から小数単位の相関極値を求める補間方法
は「従来例２」に詳しく開示されているので、ここでの
説明は省略する。

【００５１】本出願人による「従来例４」で開示されて
いる像ずれ検知の方法は、相関極値の補間方法ならびに
シフト方法は、「従来例２」と同じ「微分補間法」、
「演算数可変シフト」であるが、演算子としては「大な
る値」あるいは「小なる値」を用いた手法である。

【００５２】図１８に「従来例４」による相関差分量を
プロットしたものを示す。相関差分量Ｅ（−４）〜Ｅ
（４）は演算子として「大なる値」を用いた場合、相関
差分量Ｆ（−４）〜Ｆ（４）は演算子として「小なる
値」を用いた場合を表している。シフト単位以下の相関
極値ｋｐを求める方法は「従来例２」と同じでよい。

【００５３】なお、先に説明したように、「従来例２」
では相関演算の演算画素数がシフトに応じて変化する
が、上記のように差分量で相関極値を検知するが故に演
算画素数が変化が許される。直接相関極値を検知する
「直接補間法」場合は、各シフトでの演算画素数が変化
すると、各相関量に寄与する情報量が一律でないため、
正しい極値を検出することができない場合が生じ得る。
つまり、相関量から直接極値を補間する「直接補間法」
は、シフトに応じて相関量が一定の割合で変化すること
を暗黙的に仮定しているから成り立つのであって、シフ
トによって相関量演算に使用する画素数が変化すると、
相関量はシフトと演算画素数の２つの要因で変化し、補
間演算が成り立たなくなってしまうのである。

【００５４】そこで「従来例２」のように「演算数可変
シフト」を使用する場合は、「微分補間法」と組み合
せ、図１４（ｂ）の如く差分演算を行う２シフト離れた
相関量の演算画素数を、各シフト毎に一定にしているの
である。

【００５５】以上説明してきた従来例の像ずれ検知の手
法をまとめると、１．相関演算の演算子としては、（１．１）「差の絶対値」（従来例１、２、３）（１．２）「大なる値（あるいは小なる値）」（従来例
４）２．相関極値の補間方法としては、（２．１）「直接補間法」（従来例３）（２．２）「微分補間法」（従来例１、２、４）３．相関演算のシフト方法としては、（３．１）「相互シフト」（従来例５）（３．２）「片像シフト」（従来例３）（３．３）「演算数可変シフト」（従来例２、４）というように整理される。但し、上記（３．３）の「演
算数可変シフト」は（２．１）の「直接補間法」と組み
合わせて使用しない方が良い。

【００５６】

【発明が解決しようとする課題】さて、上述したように
像ずれ検知の方法は種々提案されているが、各方法は観
測する被写体像によって性能の優劣が生ずる。

【００５７】ノイズの全く存在しない幾何学的な被写体
像では、いずれの手法を用いても総て正しい像ずれ量が
検知可能である。しかしながら、光電変換センサからの
ランダム・ノイズや光学系のゴーストのような低周波ノ
イズが被写体像信号に混入すると、手法の違いによって
被写体像に依存するＳ／Ｎ的な優劣が生じてくる。

【００５８】一例を挙げると、観測する被写体像が、い
わゆるエッジ・パターンのように全体的に平坦で部分的
にのみ輝度変化があるようなパターンの場合、その輝度
変化部分が相関演算の演算領域の端部に存在してしまう
と、演算子として「差の絶対値」を用いた像ずれ検知方
法よりも、「大なる値（あるいは小なる値）」を用いた
方法の方が、Ｓ／Ｎ的には優れている。その理由に関し
ては、本出願人による特開昭６０−１０１５１３号公報
（以下「従来例６」と称する）に詳しく説明している。

【００５９】また、光学系のゴーストのような低周波ノ
イズが被写体像信号に混入した場合では、被写体にもよ
るが一般的には、相関極値の補間方法として相関差分量
から極値を求める「微分補間法」よりも、相関量から直
接極値を求める「直接補間法」の方が誤差が小さい傾向
がある。

【００６０】相関演算のシフト方法としては、「相互シ
フト」が他の方法に比較してＳ／Ｎ的に不利であるとい
うことができる。「相互シフト」の場合は前述したよう
に相関量が２シフト単位でしか得られない。他の２つの
方法「片像シフト」、「演算数可変シフト」では１シフ
ト単位で得られる。従って、「相互シフト」の補間演算
では、求めるべき相関極値の位置に対して、他の方法よ
りも距離の離れたシフトでの相関量を使って計算するこ
とになる。補間演算に用いられる相関量の座標間距離が
離れると、補間演算の誤差が拡大されることは容易に予
想される。

【００６１】像ずれ検知方法の優劣について、これまで
説明してきたことを手続き別にまとめると、演算子は
「大なる値（あるいは小なる値）」の方が、相関極値の
補間方法は「直接補間法」の方が、相関演算のシフト方
法は「相互シフト」以外（「直接補間法」と組み合わせ
るならば「片像シフト」）の方が概してＳ／Ｎ的に優れ
たものであるということができる。

【００６２】しかしながら、上述のそれぞれ好ましい手
続を組み合わせた像ずれ検知方法は、正しい像ずれ量を
検出することができないのである。この組み合わせによ
る相関量のプロットを図１９に示す。演算子としては
「大なる値（あるいは小なる値）」を相関極値の補間方
法としては「直接補間法」を、シフト方法としては「片
像シフト」を用いている。被写体像信号はこれまでの例
と同様に、幾何学的エッジ像が０．５画素ずれた場合を
想定している。

【００６３】相関量Ａ（−４）〜Ａ（４）は演算子とし
て「大なる値」を用いた場合、相関量Ｂ（−４）〜Ｂ
（４）は演算子として「小なる値」を用いた場合を表し
ている。図から判るように、上記２つのいずれの相関量
を使用しても本来の像ずれ量である０．５画素に位置、
即ちシフトｋ＝０．５で極値を示しておらず、正しい像
ずれ検知が不可能である。

【００６４】ところが、被写体像が図２０（ａ）、
（ｂ）に示したような幾何学的なバー・パターンのよう
なものであれば、「大なる値（あるいは小なる値）」の
演算子でも正しい像ずれ検知が可能となる。この場合の
相関量のプロットをそれぞれ図２１（ａ）、（ｂ）に示
した。相関量Ａ（−４）〜Ａ（４）、相関量Ｂ（−４）
〜Ｂ（４）が、それぞれ「大なる値」、「小なる値」の
演算子のときの相関量であり、被写体像はこれまでの例
と同様に、２像が０．５画素ずれた場合を想定してい
る。この場合、上記２つのいずれの相関量を使用して
も、相関極値のシフト量ｋｐは本来の像ずれ量である
０．５画素を表しており、正しい極値の検知ができてい
る。

【００６５】「大なる値（あるいは小なる値）」という
演算子が、なぜこういった性質を持っているかという
と、次のように考えられる。

【００６６】そもそも相関関数というものは、２信号系
列が最も似ているシフト位置にて相関量が最小（あるい
は最大）となり、そのシフト位置から遠ざかるにつれて
相関量は増加（あるいは減少）する関数である。ところ
が、「大なる値」を演算子として、しかも１像の演算領
域を固定してエッジ像のような「左右非対称」の像信号
の相関量を演算すると、シフトの符号が正の場合はシフ
トに応じてその相関量が変化するが、負の場合にはシフ
トを変えても相関量が変化しない、といった状況が発生
する。つまり、固定した方のエッジ像の輝度信号が作る
「包絡」の中に、もう１像のエッジ部分が入り込むと、
その状態で入り込んだ方の像をシフトしても、「大なる
値」の演算子は常に固定した方の像の包絡に沿った一定
の信号を抽出するだけで、相関量に変化が現れないから
である。

【００６７】「相互シフト」の場合は、片像を固定させ
ず常に演算領域が変化しているので、上記したような状
態が起こらない。従ってシフトの符号に関わらず、シフ
トに応じて相関量が変化してゆき、相関極値の検知が可
能となる。

【００６８】結局、「対応２信号の大なる値和（あるい
は小なる値和）」という演算子は、像信号の一方の演算
領域を固定した相関演算と組み合わせると、被写体によ
っては正しい像ずれ量の検知ができない演算子であると
いうことになる。

【００６９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した問題
の解消を目的としており、時系列信号に対して、１画素
違いの連続した２種類の演算画素数に対して、それぞれ
の相関関数を演算し、それをもとに、２種類の相対変位
量を演算し、この２種類の相対変位量の平均を該時系列
信号の相対変位量とする。また、相関演算には、「相互
シフト」を用いることにより、精度の高い像ずれ検出を
可能とするものである。

【００７０】

【実施例】以下、実施例に従って本発明を説明する。

【００７１】図１は、図１０におけるセンサ列４ａ、４
ｂの面上での被写体像分布に対応した像信号である。図
中１０ａ、１０ｂは２つの被写体の強度分布を示してお
り、この例では単純な幾何学的エッジ像が０．５画素ず
れた場合を表している。又、図中Ｉ_A（０）〜Ｉ_A（７）
はセンサ１０ａの各画素出力を示しＩ_B（０）〜Ｉ
_B（７）はセンサ１０ｂの各画素出力を示している。ま
た、図２（ａ）、（ｂ）は、シフトに伴う演算領域の設
定を示した図であり、２１（ａ）、２２（ａ）の矢印
は、相関演算のための演算領域を表す。（ａ）図は、演
算画素数４の場合であり、（ｂ）図は、演算画素数３の
場合である。ここで、（ａ）と（ｂ）の２種類の演算画
素数は１画素違いである。

【００７２】ここで、図１の被写体像信号に対して、
（ａ）、（ｂ）の演算領域で各々に図１２と同じ「相互
シフト」で相関演算を行う。注意すべきは、図１２の
「相互シフト」は２像を同時に移動させるため、２シフ
ト単位の相関演算となる。

【００７３】図３、図４に本発明による相関演算の、各
シフト毎の相関量をプロットしたものを示す。

【００７４】図３の演算子は「大なる値」を用いたもの
で、相関量Ａ（−４）からＡ（４）は演算画素数４の時
の相関量であり、相関量Ｂ（−５）からＢ（５）は演算
画素数３の時の相関量である。本発明では、相関量Ａ
（−２）からＡ（２）から「直接補間法」で求めた相対
変位量と、相関量Ｂ（−１）からＢ（１）から「直接補
間法」で求めた相対変位量との平均値を該被写体像信号
の相対変位量とすることにより２シフト単位の相関演算
の誤差を取り除くことができる。

【００７５】図４は、演算子に「小なる値」を用いた同
様の例であり、相関量Ｃ（−４）からＣ（４）は演算画
素数４の時の相関量であり、相関量Ｄ（−５）からＤ
（５）は演算画素数３の時の相関量である。

【００７６】図５に本発明による焦点検出装置を実現す
る具体的回路ブロック図を示す。

【００７７】図中４０はセンサ装置であり、２つのセン
サ列４ａ、４ｂが配置されている。５０はセンサ駆動回
路、６０は焦点検出装置全体の制御や信号処理を行うマ
イクロコンピュータである。マイクロコンピュータ６０
から出力される制御信号６１、６２、６３によりセンサ
駆動回路５０は制御され、また制御信号６１、６２、６
３から生成されるセンサ駆動信号５１、５２、５３がセ
ンサ装置４０に与えられる。この辺りの制御の実際は本
発明とは直接関わりがないので詳しい証明は省略する。

【００７８】蓄積型センサからなるセンサ列の所定の蓄
積が行われると、アナログ像信号４１がセンサ装置４０
から出力され、センサ駆動回路５０内の増巾回路５４を
経て、増巾されたアナログ像信号５５がマイクロコンピ
ュータ６０のアナログ入力に入力される。マイクロコン
ピュータ６０は、自身が出力する制御信号６１、６２、
６３に同期して、入力されるアナログ像信号５５をＡ／
Ｄ変換し、マイクロコンピュータに内蔵されたＲＡＭの
所定アドレスにディジタル像信号を順次格納してゆく。

【００７９】像信号の格納が終了すると、マイクロコン
ピュータ６０はＲＯＭに格納されている焦点検出のため
のプログラムを実行してゆく。

【００８０】図６にマイクロコンピュータのプログラム
のフローチャートを示している。

【００８１】焦点検出動作開始によってステップ（Ｓ１
００）の「焦点検出開始」ルーチンがコールされ、ステ
ップ（Ｓ１０１）にて前述の像信号の入力が実行され
る。図１（ａ）での像信号１０ａをＩ_A（０）〜Ｉ
_A（７）、１０ｂをＩ_B（０）〜Ｉ_B（７）とする。

【００８２】ステップ（Ｓ１０２）はｉについてのルー
プ処理を表しており、ステツプ（Ｓ１０２）、（Ｓ１０
３）にて図２（ａ）に表わした演算範囲での相関演算を
行う。この場合、演算子としては、「小なる値」を用い
て、シフトｋにおける相関量をＣＯＲ１（ｋ）として次
の式（１）で計算を行う。

【００８３】

【外４】

【００８４】上記ステップ（Ｓ１０２）（Ｓ１０３）で
の処理は図２（ａ）に示した各ｋ値ごとにおける演算範
囲ごとの上記「小なる値」を用いた式（１）での相関量
演算を意味する。

【００８５】即ち、ｋ＝−４の時にはＩ_A（０）〜Ｉ
_A（３）と信号Ｉ_B（４）〜Ｉ_B（７）を対象として、Ｉ_A
（０）とＩ_B（４）のうち小なる方の値、Ｉ_A（１）とＩ
_B（５）のうち小なる方の値、Ｉ_A（２）とＩ_B（６）の
うち小なる方の値、Ｉ_A（３）とＩ_B（７）のうち小なる
方の値の加算値がＣＯＲ１（−４）として求められる。
又、ｋ＝−２の時には同様にしてＩ_A（１）〜Ｉ_A（４）
とＩ_B（３）〜Ｉ_B（６）を対象としてＩ_A（１）とＩ
_B（３）の対、Ｉ_A（２）とＩ_B（４）の対、Ｉ_A（３）と
Ｉ_B（５）の対、Ｉ_A（４）とＩ_B（６）の対のうちいず
れも小なる方の値の加算値がＣＯＲ１（−２）として求
められる。

【００８６】又、ｋ＝０、ｋ＝２、ｋ＝４の時も同様に
して図２（ａ）に示した各範囲のＩ_AとＩ_Bにおける対応
信号のうち小なる値の加算値がＣＯＲ１（０）、ＣＯＲ
１（２）、ＣＯＲ１（４）として求められる。

【００８７】図４のＣ（−４）〜Ｃ（４）が上記ステッ
プＳ１０２、Ｓ１０３で求めた上記各相関量ＣＯＲ１
（−４）〜ＣＯＲ１（４）を表わすものとする。この場
合ｋ＝０のＣ（０）＝ＣＯＲ１（０）が相関量の極値と
なっている。

【００８８】シフトｋが−４〜＋４の２シフトおきの相
関量ＣＯＲ１（ｋ）の計算が完了するとステップ（Ｓ１
０４）〜（Ｓ１０８）で相関極値の検出を行っている。
演算子として「小なる値」を採用した場合、相関が最大
のシフトにて相関量ＣＯＲ１（ｋ）は最大となるはずで
ある。そのためステップ（Ｓ１０４）にてあらかじめ相
関量の最大値を格納する変数ＣＯＲＭＡＸ１に０を初期
値として与えておく。ステップ（Ｓ１０５）はｋについ
てのループ処理を表わしており、ｋ＝−２〜＋２の範囲
にわたって相関量の極値を探索する。

【００８９】極値探索の条件としては、「最大」かつ
「前後の２点より大きい」を用いている。ステツプ（Ｓ
１０６）で相関量ＣＯＲ１（ｋ）が最大であるか否かを
判定し、ステップ（Ｓ１０７）でＣＯＲ１（ｋ）が前後
の２点の相関量ＣＯＲ１（ｋ−２）、ＣＯＲ１（ｋ＋
２）より大きいか否かを判定している。両方の条件を満
足した場合のみステップ（Ｓ１０８）へ移行し、ステッ
プ（Ｓ１０８）にて、相関量最大値変数ＣＯＲＭＡＸ１
をＣＯＲ１（ｋ）の値で更新し、同時に極値シフトｋｘ
に現在のシフトｋの値を格納する。相関量を前後２点の
値と比較するステップ（Ｓ１０７）の判定を行うため
に、ステップ（Ｓ１０５）のループ処理は、ｋを−２か
ら＋２までと、実際に相関演算を行ったシフト範囲（−
４〜＋４）より狭くしている。

【００９０】ステップ（Ｓ１０５）での極値探索につい
て図４を例にして説明する。

【００９１】まず（Ｓ１０６）でＣ（−２）とＣＯＲＭ
ＡＸ１＝０と比較がなされＣ（−２）≧０であるので、
ステップ（Ｓ１０７）にてＣ（−２）とＣ（−４）との
大小比較及びＣ（−２）とＣ（０）との大小比較が行な
われる。Ｃ（０）＞Ｃ（−２）であるので、ステップＳ
１０８を実行することなく、ｋ＝０にセットし再度（Ｓ
１０６）でＣ（０）とＣＯＲＭＡＸ１と比較し、ステッ
プ（Ｓ１０６）でＣ（０）とＣ（−２）及びＣ（０）と
Ｃ（２）の大小比較が行なわれる。この場合Ｃ（０）＞
Ｃ（−２）及びＣ（０）＞Ｃ（２）であるため、ステッ
プＳ１０８を実行し、ＣＯＲＭＡＸ１をＣ（０）の値に
セットする。又その時のｋをｋｘとして設定し、ｋｘ＝
０となる。この後ｋを２としてステップＳ１０６を実行
する。ＣＯＲＭＡＸ１＝Ｃ（０）＞Ｃ（２）であるの
で、ステップＳ１０７、Ｓ１０８を実行することなく、
このステップＳ１０５での処理を終了し、ｋｘ＝０の時
に相関極値Ｃ（０）であったことが検知される。

【００９２】ステップ（Ｓ１０５）〜（Ｓ１０８）にて
相関極値が検出されると、次のステップ（Ｓ１０９）に
て、シフト単位より小さい尺度で像ずれ量を求めるため
に、相関極値の補間を行っている。

【００９３】補間方法としては、前述したように最大値
のシフトとその前後の計３点の相関量から補間を行う直
接補間方法が用いられる。ここでは一例として、従来例
３の方法で補間演算を行ってみる。

【００９４】図８（ａ）（ｂ）に示したように、シフト
ｋｘにおいて「小なる値」を演算子とする相関量ＣＯＲ
（ｋｘ）が最大となったとき、ＣＯＲ（ｋｘ−２）とＣ
ＯＲ（ｋｘ＋２）の値の大きさによって、ＣＯＲ（ｋｘ
−２）≦ＣＯＲ（ｋｘ＋２）なる場合（図８（ａ））
と、ＣＯＲ（ｋｘ−２）＞ＣＯＲ（ｋｘ＋２）なる場合
（図８（ｂ））が考えられる。

【００９５】図８（ａ）のようにＣＯＲ（ｋｘ−２）≦
ＣＯＲ（ｋｘ＋２）の場合には、ＣＯＲ（ｋｘ−２）と
ＣＯＲ（ｋｘ）を通ると直線と、その直線と傾きが逆符
号でＣＯＲ（ｋｘ＋２）を通る直線の交点のｋ座標を小
数以下の像ずれ量ｋｐとする。

【００９６】図８（ｂ）のようにＣＯＲ（ｋｘ−２）＞
ＣＯＲ（ｋｘ＋２）の場合には、ＣＯＲ（ｋｘ）とＣＯ
Ｒ（ｋｘ＋２）を通る直線と、その直線と傾きが逆符号
でＣＯＲ（ｋｘ−２）を通る直線の交点のｋ座標をｋｐ
とする。式で表わすと次のようになる。

【００９７】

【外５】

【００９８】以上のようにして、最大相関ＣＯＲ（ｋ
ｘ）とその前後の２点ＣＯＲ（ｋｘ−２）、ＣＯＲ（ｋ
ｘ＋２）から像ずれ量ｋｐ（Ｐ₁）が求められる。

【００９９】以上ステップ（Ｓ１０２）〜（Ｓ１０９）
で図２（ａ）に表わしたシフト基準画素数が偶数の４で
ある場合の像ずれ量を検出した。

【０１００】次にステップ（Ｓ１１０）〜（Ｓ１１７）
で同様の方法を用いて図２（ｂ）に表わしたシフト基準
画素数が奇数の３でる場合の像ずれ量を検出する。ま
ず、ステップ（Ｓ１１０）〜（Ｓ１１１）にて図２
（ｂ）に表わした相関演算を行う。この場合、演算子と
してはステップ（Ｓ１０２）〜（Ｓ１０３）で用いたも
のと同様の「小なる値」を用いて、シフトｋにおける相
関量をＣＯＲ２（ｋ）として次の式（２）で計算を行
う。

【０１０１】

【外６】

【０１０２】シフトｋが−５〜５のｚシフトおきの相関
量ＣＯＲ２（ｋ）の計算が完了すると、ステップ（Ｓ１
１３）〜Ｓ（１１６）で相関極値の検出をステップ（Ｓ
１０５）〜（Ｓ１０８）と同様に行う。

【０１０３】相関量を前後２点の値を比較するステップ
（Ｓ１１５）の判定を行うために、ステップ（Ｓ１１
３）のループ処理はｋ＝−３〜＋３までと、実際に相関
演算を行ったシフト範囲（−５〜＋５）よりもせまくし
てある。

【０１０４】ステップ（Ｓ１１３）〜（Ｓ１１６）にて
相関極値が検出されると、次のステップ（Ｓ１１７）に
て、シフト単位より小さい尺度で像ずれ量を求めるため
に、相関極値の補間を行っている。

【０１０５】補間方法は、ステップ（Ｓ１０９）と同様
に最大値のシフトとその前後の計３点の相関量から補間
を行う方法が用いられ像ずれ量（Ｐ₂）が求められる。

【０１０６】図４においてはｋ＝１のＤ（１）が相関量
の極値となる。最後にステップ（Ｓ１１８）で１画素違
いの連続した２種類の演算画素数において演算された像
ずれ量の平均をとりその値を最終的に求める像ずれ量と
する。

【０１０７】以上のように時系列信号に対して、１画素
違いの連続した２種類の演算画素数に対して、それぞれ
の相関関数を演算し、それをもとに、２種類の相対変位
量を演算し、この２種類の相対変位量の平均を時系列信
号の相対変位量とすることにより、精度の高い像ずれ検
出を可能とするものが本実施例である。

【０１０８】上記ステップ１０９での補間方法として図
８（ａ）、（ｂ）のようにｋｐを直線で補間して求める
方法以外に、相関量ＣＯＲ（ｋｘ−２）、ＣＯＲ（ｋ
ｘ）、ＣＯＲ（ｋｘ＋２）の３点が通る２次関数の極値
として求めても良い。

【０１０９】図９に２次関数で像ずれ量ｋｐを補間する
例を表わしている。

【０１１０】最大相関ＣＯＲ（ｋｘ）とその前後の２
点、ＣＯＲ（ｋｘ−２）、ＣＯＲ（ｋｘ＋２）が与えら
れると、その３点を通る２次関数ＣＯＲ（ｋ）＝ａｋ²
＋ｂｋ＋ｃの各係数が求められ、２次関数の極値

【０１１１】

【外７】をもってｋｐと見なすわけである。ｋｐは次式（１２）
によって求められる。

【０１１２】

【外８】

【０１１３】上記図６のフローでは演算子として「小な
る値」を用いた場合を示したが、「大なる値」を演算し
た場合のフローチャートの一部を図７の（ａ）（ｂ）に
示す。

【０１１４】図７（ａ）の（Ｓ２０２）〜（Ｓ２０８）
が図６の（Ｓ１０２）〜（Ｓ１０８）に相当し、図７
（ｂ）の（Ｓ３１０）〜（Ｓ３１６）が図６の（Ｓ１１
０）〜（Ｓ１１６）に相当している。両者の相違につい
て説明するとステップ（Ｓ２０３）、（Ｓ３１１）にお
いて、相関量を計算する際に、演算子「大なる値」を用
いる。「大なる値」を演算子とするとその相関量は相関
最大で極小子とする。

【０１１５】次のステップ（Ｓ２０４）（Ｓ３１２）で
は相関量の最小値を表わす変数ＣＯＲＭＩＮ１、ＣＯＲ
ＭＩＮ２に初期値９９９９を格納している。これは、９
９９９に限定に限定されるだけでなく、相関量のとり得
ない大きな値を格納してあればよい。

【０１１６】ステップ（Ｓ２０６）（Ｓ２０７）（Ｓ２
０８）及び（Ｓ３１４）（Ｓ３１５）（Ｓ３１６）で
は、極値探索条件として「最小」かつ「前後２点より小
さい」を条件としており、条件を満足した場合に、ステ
ップ（Ｓ２０８）、（Ｓ３１６）にて最小値変数ＣＯＲ
ＭＩＮ１、ＣＯＲＭＩＮ２とシフトｋｘ、シフトｋｘ′
を更新する。

【０１１７】相関極値の補間については、直線で補間す
る場合は、最大値を求めるか、最小値を求めるかの違い
によって場合分けが若干異なる。即ち、ＣＯＲ（ｋｘ−
２）≧ＣＯＲ（ｋｘ＋２）の場合に式（３）がＣＯＲ
（ｋｘ−２）＜ＣＯＲ（ｋｘ＋２）の場合に式（４）が
適用される。図９のように２次関数で補間する場合は当
然のことながら演算子によらず式（５）で求められる。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による時系
列信号に対して、１画素違いの連続した２種類の演算画
素数に対して、それぞれの相関関数を演算し、それをも
とに２種類の相対変位量を演算し、この２種類の相対変
位量の平均を該時系列信号の相対変位量とする。また、
相関演算には、「相互シフト」を用いれば、精度の高い
像ずれ検出を可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための説明図である。

【図２】図１とともに本発明の原理を説明するための説
明図である。

【図３】本発明による相関演算結果を表わす説明図であ
る。

【図４】本発明による相関演算結果の他の例を表わす説
明図である。

【図５】本発明にかかる焦点検出装置の一実施例を示す
ブロック図である。

【図６】図５におけるマイクロコンピュータ内のプログ
ラムフローを示す説明図である。

【図７】図６に示したフローの他の例を示す説明図であ
る。

【図８】相関量の補間動作を説明するための説明図であ
る。

【図９】相関量の補間動作の他の例を説明するための説
明図である。

【図１０】焦点検出光学系の原理を説明するための説明
図である。

【図１１】図１０とともに焦点検出光学系の原理を説明
するための説明図である。

【図１２】従来の相関演算の原理を説明するための説明
図である。

【図１３】従来の他の相関演算の原理を説明するための
説明図である。

【図１４】従来の他の相関演算の原理を説明するための
説明図である。

【図１５】従来の相関演算結果を示す説明図である。

【図１６】従来の相関演算結果の他の例を示す説明図で
ある。

【図１７】従来の相関演算の差分量演算結果を示す説明
図である。

【図１８】従来の相関演算の差分量演算結果を示す説明
図である。

【図１９】従来例の組み合わせによる相関演算量を示す
説明図である。

【図２０】被写体像信号例を示す説明図である。

【図２１】従来例の組み合わせによる相関演算量の他の
例を示す説明図である。

【符号の説明】

１撮影レンズ４ａ光電変換センサ列４ｂ光電変換センサ列４０センサ装置６０マイクロコンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】結像光学系を介した光束を第１と第２の
センサ列に受光させ、後第１と第２のセンサ列での受光
信号間の相関演算を行ない、該演算結果に基づいて焦点
検出する焦点検出装置において、前記センサ列の構成す
る複数画素に対して１画素違いの連続した２種類の演算
画素数に対してそれぞれ相関量を求め、該２種類の相関
量に対して平均化処理を行ない相関値を求め、該相関値
に基づいて焦点検出を行なうことを特徴とする焦点検出
装置。