JPH0684890B2

JPH0684890B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPH0684890B2
Application number: JP11946284A
Authority: JP
Inventors: 健歌川; 洋介日下
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1984-06-11
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS60262004A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、一対の光電素子アレイ上にそれぞれ結像され
たほぼ同一物体の光像の相対的変位を検出する光電的像
変位検出装置に係わり、特に、カメラ等の焦点検出装置
や測距装置に関する。

（発明の背景）第１図（ａ）は一般のカメラ等の焦点検出装置の光学系
を示すもので被写体100は撮影レンズ101によりフィール
ドレンズ102の近傍に結像される。この被写体100の一次
像は第１、第２の再結像レンズ103、104によりそれぞれ
第１、第２の光電素子アレイ105、106上に２次像として
結像される。このアレイ105、106上の２次像の相対的位
置関係がアレイのイメージ出力から検出される。

このような焦点検出を高精度に行う為には、光電素子ア
レイ105上に分布する光像の各点と光電素子アレイ106上
に分布する光像の対応する各点とが、合焦時には互に相
対的に完全に一致し、非合焦時には各対応する点とも非
合焦量に応ずる同量だけずれていることが必要である。
もちろん、合焦時に対応する各点が一定量ずれるように
定めることもできる。

ところが、フィールドレンズ102や再結像レンズ103、10
4等から成る焦点検出光学系の収差や調整不足等の原因
により、上記条件が満たされず、例えば合焦時に第１図
（ｂ）に示すように被写体100の中心点100aの像点107
a、108aは、各アレイ105、106の同一位置（例えば中
心）に結像するが、周辺の点100bの像点107b、108bは相
対的にずれて結像される。

この為、点像107aと108aとに基づく焦点検出結果と点像
107bと108bとに基づく焦点検出結果とでは差異が生じ正
しい焦点検出が不可能となる。

このような各アレイとその上の光像との相対位置の、ア
レイの場所に応じた差異（以下これを位置ずれと称す
る。）を除去するには、収差の極めて少ない焦点検出光
学系を採用しかつ光学的調整を極めて入念に行わなけれ
ばならず、これは焦点検出光学系のコストの上昇及び量
産性の著しい低下を招来する。

以上のような問題は第１図の瞳分割式焦点検出装置に限
らず、同一物体に関する一対の光像を光電検出しその相
対位置から測距又は焦点検出する装置において、光電的
像変位検出を行う際に共通するものである。

（発明の目的）本発明の目的は光学的調整が容易でかつ量産性が高い高
精度な焦点検出装置（測距装置）を提供することであ
る。

上記目的を達成する為に、本発明では焦点検出光学系の
収差や調節不足の影響を補正するために、光電素子アレ
イの場所に応じた補正データを記憶して、これに基づい
て補正を行うようにしている。

（発明の実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図において、光電変換部201にはそれぞれCCD等のイ
メージセンサーから成る一対の光電素子アレイ105、106
が並置されている。この各光電素子アレイには第１図と
同様の焦点検出光学系により同一被写体の像が結像され
る。アレイ105からのイメージ出力a1…aNは順次時系列
的にA/Dコンバータ202によりA/D変換され、マイクロコ
ンピュータ203内のデータメモリ手段204に記憶され、全
く同様にアレイ106からのイメージ出力b1…bNもA/Dコン
バータ202を介してデータメモリ手段204に記憶される。
像ずれ演算手段205は前記一対のイメージ出力a1…aN、b
1…bNに基づき両イメージ出力の相対的ずれ量、即ち、
一対のアレイ上の光像の相対的ずれ量を算出する。もち
ろん、像ずれ演算に用いるデータは必ずしもアレイの直
接のイメージ出力である必要はなく、これらの出力を適
当にフィルタリング処理したりサンプリングしたイメー
ジ出力であってもよい。

補正データ記憶手段207は、上記像ずれ演算手段205の出
力を補正する補正データを記憶している。この補正デー
タは以下のように定められている。即ち、焦点検出装置
の製造の際に焦点検出光学系の一応の調整が済んだ後
に、合焦状態時におけるアレイ105、106上の光像の対応
する各像点毎の相対的位置ずれ量を測定しこのアレイ上
の各像点毎の相対的位置ずれ量を上記補正量として記憶
手段207に記憶する。具体的な一例を述べると、第１図
（ｂ）に示すようにアレイ105、106の光電素子の配列方
向の位置をｘとし、各アレイ105、106の中心をxoとした
時、アレイ105、106上の光像の対応する像点がアレイの
中心xoにおいて合焦時に合致するように調整することは
比較的容易である。そこでこの様に調整すると各点の相
対的位置ずれ量は、例えば第３図に示すように合焦時に
は実線に示す特性Ｓ（ｘ）を、非合焦時には特性Ｚ
（ｘ）をそれぞれ持つ。ここで合焦時の特性Ｓ（ｘ）は
上記調整によりアレイ中心xoで相対的位置ずれ量が零で
ありここからアレイ周辺に向かって一次関数的に大きく
なることを示し、非合焦時の特性Ｚ（ｘ）はその非合焦
の程度に応じた量ZTだけ、特性Ｓ（ｘ）から平行移動さ
れたものとなっている。この合焦時の位置ずれ量Ｓ
（ｘ）が補正データ記憶手段207に記憶される。この記
憶の仕方としてアレイの場所ｘ毎のＳ（ｘ）の値をすべ
て記憶することは記憶データの数が多くなり好ましくな
い。このため、第３図のように位置ずれ量Ｓ（ｘ）がほ
ぼ原点xoを通る直線で近似できる時には、この直線の傾
きのみによりこの位置ずれ量Ｓ（ｘ）を特定出来るの
で、記憶手段207にはこの傾きを表すデータを記憶すれ
ばよい。この場合、補正データ記憶手段207は極めて簡
単化でき、第４図（ａ）に示すようにポテンショメータ
401の値を前記特性直線Ｓ（ｘ）のかたむきを表すよう
に調整し、このポテンショメータ401の出力をA/Dコンバ
ータ402を介してマイコン203に入力する構成とすること
ができる。また補正データ記憶手段207として第４図
（ｂ）の如き上記傾きを記憶したROMを用いてもよい。
このROMは、出力端子P1〜P8の各々を電源ラインVccとア
ースラインEtとに夫々接続していたものと、記憶すべき
データに応じて各出力端子P1〜P8が電源ラインとアース
ラインとの一方のみに接続するように処理したものであ
る。また、補正データ記憶手段207としてマイコン203内
のROMを用いることもできる。

補正データＳ（ｘ）が直線でなく第５図に示すように曲
線となる場合にはこの曲線をｎ次式で近似して、これを
（ｎ＋１）個の数値で特定するようにすればよい。ある
いは、数個の所定の位置xiに関する補正データを記憶し
ておき、その中間の位置の補正データが必要であれば、
例えばラグランジエ補間を使用してもよい。

再び第２図に戻って、補正演算手段206は像ずれ演算手
段205の出力Ｚ（ｘ）を補正データ記憶手段207の補正デ
ータＳ（ｘ）で補正し、具体的にはＺ（ｘ）−Ｓ（ｘ）
の演算を行って、補正された像ずれ量ZTを算出する。こ
の補正済像ずれ量ZTは、補正演算手段206でデフオーカ
ス量（被写体像と撮影レンズの所定結像面との間のずれ
量）に換算され、表示駆動手段208におくられる。この
手段208はデフオーカス量に基づき焦点調節状態を表示
しまた撮影レンズを合焦位置に駆動する。

この作用を以下に述べる。

一対のアレイ105、106からのイメージ出力a1…aN、b1…
bNはA/D変換後にデータメモリ手段204に記憶される。デ
ータメモリ手段204に記憶されたイメージ出力a1…aNを
第６図（ａ）に例示する。像ずれ演算手段205は、この
イメージ出力を第６図（ｂ）又は（ｃ）に示すように例
えば５個の領域Ｘ−２、Ｘ−１、X0、X1、X2に分割し、
全く同様にイメージ出力b1…bNをも５個の領域Ｘ−２、
Ｘ−１、X0、X1、X2に分割し、各部分領域Xiのイメージ
出力から部分領域Xiの中心xiに関する部分像ずれ量Ｚ
（xi）を個々に演算する。補正演算手段206は補正デー
タ記憶手段207の内容から場所xiの部分補正量Ｓ（xi）
を算出する。この部分補正量Ｓ（xi）は第３図に示すよ
うに関数Ｓ（ｘ）にｘ＝xiを代入したものである。この
後、補正演算手段206は部分像ずれ量Ｚ（xi）から部分
補正量Ｓ（xi）を減じて、補正済部分像ずれ量ZT（xi）
を得る。即ち、ZT（xi）＝Ｚ（xi）−Ｓ（xi）を得る。

こうして、補正演算手段206は各部分領域Xiに関する補
正済部分像ずれ量ZT（xi）を求め、例えば、これらの値
の単純平均ΣZT（xi）/5を最終像ずれ量として算出し
て、これをデフオーカス量に換算し表示駆動手段208に
送出する。尚、各部分領域Xiに関する部分像ずれ量ZT
（xi）から最終像ずれ量ZTを求める方法はその目的に応
じて種々考えられるが、以下にいくつかの例を示す。

（A1）上述の如く補正済部分像ずれ量ZT（xi）の平均値
を最終像ずれ量ZTとする。

（A2）補正済部分像ずれ量ZT（xi）の最大と最小のもの
を除いた残りの補正済部分像ずれ量の平均値を最終像ず
れ量ZTとする。

（A3）補正済部分像ずれ量ZT（xi）を大きい順にならべ
た時の中央のものを最終像ずれ量ZTとする。

（A4）後述する情報量Ｅ（ｘ）が最大の部分領域に関す
る補正済部分像ずれ量ZTを最終像ずれ量ZTとする。

（A5）上記情報量が相対的に大きい複数の部分領域に関
する補正済部分像ずれ量ZT（xi）の平均値を又は情報量
に応じて加重加算した平均値を最終像ずれ量ZTとする。

尚、各部分領域Xiのデータから部分像ずれ演算を行うア
ルゴリズムとしては、例えばイメージ出力をフーリエ変
換し位相を比較する手段（特開昭54-104859）や相関演
算を行い最大相関を与えるシフト量を求める手段（特開
昭57-45510）を用いることが可能である。部分領域Xiに
含まれる光電変換素子数の少ない時は上記フーリエ変換
法を用いる方が精度がよい。

アレイ上に奥行きのある被写体が結像されている場合、
アレイの全領域のイメージ出力を用いて像ずれ量を算出
すると、奥行き被写体のどの部分に自動合焦されるかは
全く不明となる。

このような奥行き被写体に関する問題は、上述のように
部分領域Xi毎の部分像ずれ量Ｚ（xi）を演算することに
より以下の如く解決できる。

（B1）複数の部分像ずれ量Ｚ（xi）のうちから最も像ず
れ量の小さいものを選択し、これに基づき最終像ずれ量
ZTを求めれば、奥行き被写体の最も近い部分についての
デフオーカス量を得ることができ、逆に部分像ずれ量の
最も大きいものの選択により遠方部分についてのデフオ
ーカス量を、更に中間のものの選択により中間距離の部
分についてのデフオーカス量を得ることができる。

（B2）複数の部分像ずれ量Ｚ（xi）のうちでほぼ等しい
値をとるものがあれば、その値を選択しこれに基づき最
終像ずれ量ZTを求めれば、比較的広い領域を占める被写
体についてのデフオーカス量を得ることができる。

（B3）後述する情報量の最も大きい部分領域Xiでの部分
像ずれ量を選択しこれに基づき最終像ずれ量ZTを求めれ
ば、焦点検出の為の情報が最も多い被写体、一般的には
コントラストの最も良い被写体についてのデフオーカス
量を得ることができる。

次に上述のように部分像ずれ量を算出する場合の具体例
をフローチャートを用いて説明する。

第７図においてステップで各部分領域Xiにおける部分
像ずれ量Ｚ（xi）と情報量Ｅ（xi）とを像ずれ演算手段
205によって算出する。ここで情報量Ｅ（xi）とは対応
する部分像ずれ量Ｚ（xi）の信頼度を表すもので、この
情報量の値が大きい程、対応する部分像ずれ量の精度が
高くなる。具体的には、情報量としては像ずれ演算がフ
ーリエ変換後の位相比較により行われるのであるなら
ば、フーリエ変換後の振幅に関連した値（特開昭55-987
10のr1、r1′、r2、r2′が該当する。）を用いることが
でき、また像ずれ演算が相関法である場合には後述の自
己相関連Wmを用いることができる。ステップにおい
て、上記各部分領域Xiの情報量Ｅ（xi）を所定閾値Eth
と比較し、この閾値よりも大きい値の情報量Ｅ（xj）の
部分領域Xjを選択する。ステップにおいて、補正デー
タ記憶手段207の内容Ｓ（ｘ）から上記選択された部分
領域Xjにおける部分補正量Ｓ（xj）を算出すると共に、
選択部分領域Xjでの部分像ずれ量Ｚ（xj）を部分像ずれ
量Ｚ（xi）から選択する。ステップにおいて選択領域
Xjに関する補正された部分像ずれ量ZT（xj）をZT（xj）
＝Ｚ（xj）−Ｓ（xj）から求める。ステップにおい
て、ステップで求めた補正済部分像ずれ量ZT（xj）の
バラツキが所定値ΔＺより小さいか否か、具体的には、
補正済部分像ずれ量ZT（xj）のうちの最大値と最小値と
の差が所定値より小さいか否かを判別し、小である時、
被写体に奥行きがないとしてステップへ移り、小でな
い時、奥行きある被写体と判定しステップへ移る。ス
テップでは、例えば前記（A1）〜（A5）のいずれかの
処理により最終ずれ量ZTを求める。ステップでは、例
えば上述の（B1）〜（B3）のいずれかの処理で最終像ず
れ量ZTを求める。

以上の実施例では、一対のイメージ出力から複数の部分
像ずれ量を算出する例であったが、次に単一の像ずれ量
を算出する第２実施例を説明する。

第８図（ａ）は第２図のデータメモリ手段204に記憶さ
れる一対のデータ列A1…AN、B1…BNの一方を示す。この
データ列としては、前述の如く光電素子アレイのイメー
ジ出力そのものでも、またそれをフィルタリングやサン
プリング処理したイメージ出力であってもよい。

第２図において、像ずれ演算手段205はデータメモリ手
段204に記憶された一対のデータ列A1…AN、B1…BNを用
い、一方のデータ列A1…ANを他方のデータ列B1…BNに対
して所定量ずつシフトしながら、各シフト量Ｌ毎の相関
量Ｃ（Ｌ）を求める。

この関数Ｃ（Ｌ）が最小となるシフト量Lmを像ずれ量と
して求める。このように相関演算により求めた像ずれ量
Lmは上述のような光学系の調整不足等に起因する誤差を
含んでいるので、この像ずれ量Lmを補正データＳ（ｘ）
で補正しなければならない。しかしながら、この像ずれ
量はデータ列A1…AN、B1…BNの全領域から算出している
ので、補正量として補正データＳ（ｘ）のどの領域を用
いるかが問題となる。

この問題は、次のように解決される。

データ列A1…AN、B1…BNは、そのどの部分も上記相関量
Ｃ（Ｌ）に等しく寄与しているのでなく、第８図（ａ）
に示した如くデータ列の変化の激しい部分Ｙが大きく寄
与し変化のゆるやかな部分は寄与が小さい。即ち各部分
のコントラストの大小に依存している。従ってデータ列
A1…AN、B1…BNの場所ｘ毎の上記寄与の程度（以下寄与
度と称する。）を求め、この場所に応じた寄与度と補正
データＳ（ｘ）とから補正量を求めればよい。この寄与
度Wmは、例えばデータ列の隣接するデータの差分から求
め得る。

即ち、Wm＝|Am−Am＋1|又は|Bm−Bm＋1|。この値Wmを第
８図（ｂ）に示す。

もちろんWmとして|Am−Am＋1|＋|Bm−Bm＋1|を用いるこ
ともできる。

補正量STは、ここでSmは、ｘ＝ｍとしたときのｓ（ｘ）である。従っ
て、補正済像ずれ量ZTは次式より求まる。ZT＝Lm−ST 尚、第１光電素子アレイとそれ上の光像との相対位置と
第２光電素子アレイとそれ上の光像との相対位置との間
の場所に応じた位置ずれ量が著しく大きい場合には、補
正データＳ（ｘ）により像ずれ量を高精度で補正するこ
とは困難となることがある。そこで、第１及び第２光電
素子アレイの光電素子のピッチを場所に応じて変化させ
ることにより上記位置ずれ量を予め或る程度補正し、そ
れでも残存した位置ずれ量を補正データとして記憶する
ようにすることが望ましい。

（発明の効果）以上本発明によれば、像ずれ演算手段の演算結果に対し
て、前記光像が前記第１の光電素子アレイ上のどの焦点
検出領域に位置しているかに依存させて相対的ずれ量を
補正しているので、焦点検出光学系の収差や調整不足等
の原因による焦点検出結果への悪影響を除き、精度の良
い、焦点検出（測距）を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、一般的な焦点検出光学系と光電素子ア
レイとの関係を示す光学図、第１図（ｂ）は光電素子上
の光像位置を示す正面図、第２図は本発明の一実施例を
示すブロック図、第３図は相対的位置ずれ量の一例を示
すグラフ、第４図（ａ）及び（ｂ）は補正データ記憶手
段の具体的構成例を示す回路図、第５図は相対的位置ず
れ量の別の例を示すグラフ、第６図（ａ）はイメージ出
力の一例を示すグラフ、第６図（ｂ）及び（ｃ）はイメ
ージ出力を複数の領域に分割する様子を示す図、第７図
は第１実施例の具体的な作用を示すフローチャート、第
８図（ａ）はイメージ出力の別の例を示すグラフ、第８
図（ｂ）はイメージ出力の変化の激しさを示すグラフで
ある。 105、106……光電素子アレイ、 205……像ずれ演算手段、 206……補正演算手段、 207……補正データ記憶手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第1,第２の光電素子アレイと、前記第1,第２の光電素子アレイ上に被写体に関して視差
を有する一対の光像を形成する焦点検出光学系と、前記第１の光電素子アレイの光電出力と、前記第２の光
電素子アレイの光電出力とに基づいて前記一対の光像の
相対的ずれ量を演算できる像ずれ演算手段とを有し、前記像ずれ演算手段の出力に基づいて焦点検出を行う焦
点検出装置において、前記第１の光電素子アレイの焦点検出領域を複数に分
け、前記像ずれ演算手段の演算結果に対して、前記光像
が前記複数の焦点検出領域のうちどの領域に位置してい
るかに依存させて前記相対的ずれ量に関する量の補正を
行う補正演算手段と、前記補正演算手段が前記補正を行
う為の補正データを記憶する記憶手段とを有し、前記補正データは、焦点検出光学系の収差等の影響を除
去するように前記複数の焦点検出領域に関連して決めら
れるデータであることを特徴とする焦点検出装置。