JPH0687092B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

焦点検出装置

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JPH0687092B2
JPH0687092B2 JP2401379A JP40137990A JPH0687092B2 JP H0687092 B2 JPH0687092 B2 JP H0687092B2 JP 2401379 A JP2401379 A JP 2401379A JP 40137990 A JP40137990 A JP 40137990A JP H0687092 B2 JPH0687092 B2 JP H0687092B2
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正隆 浜田
徳治 石田
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ミノルタ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、撮影レンズを通過した
被写体光を受光して撮影レンズの合焦状態を検出するカ
メラの焦点検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光軸に対して互いに対称な関係にある撮
影レンズの第1と第2の領域のそれぞれを通過した被写
体光束をそれぞれ再結像させて二つの像をつくり、この
二つの像の相互位置関係を求めて、結像位置の予定焦点
位置からのずれ量およびその方向(結像位置が予定焦点
の前側か、後側か、即ち前ピンか後ピンか)を得るよう
にした焦点検出位置がすでに提案されている。このよう
な焦点検出装置の光学系は、図1に示すような構成とな
っており、この光学系は撮影レンズ(2)の後方の予定焦
点面(4)あるいはこの面からさらに後方の位置にコンデ
ンサレンズ(6)を有し、さらにその後方に再結像レンズ
(8),(10)を有し、各再結像レンズの結像面には例え
ばCCDを受光素子として有するラインセンサ(12),
(14)を配してある。各ラインセンサ(12),(14)上
の像は、図2に示すように、ピントを合わすべき物体の
像が予定焦点面より前方に結像する、いわゆる前ピンの
場合、光軸(18)に近くなり互いに近づき、反対に後ピ
ンの場合、夫々光軸(18)から遠くなる。ピントが合っ
た場合、二つの像の互いに対応し合う間の間隔は、ピン
ト検出装置の光学系の構成によって規定される特定の距
離となる。したがって、原理的には二つの像の間隔を検
出すればピント状態が分かることになる。この像間隔の
検出方法の一つとして次のような方法が公知である。
【0003】即ち、図3において、センサ(12),(1
4)のそれぞれは例えば10個および16個のホトダイ
オードのセルa1〜a10,b1〜b10からなっている。
今、便宜上各セルに付けた符号は各セルの出力をも表わ
すものとする。ここで、センサ(14)において連続する
10個のセルの組を考えると、図のように7つの組B1,
2,…,B7ができる。これら7組のうちどの組の像が
センサ(12)の像と最も一致しているかを検出してピン
ト状態を知るわけである。今、例えばセンサ(12)の像
がセンサ(14)の組B1の部分の像と一致しているもの
とする。つまり、セルa1,a2,…,a10の各出力とセル
1,b2,…,b10の各出力との間にa=b1,a2
2,…,a10=b10の関係が成立しているものとする。
この場合、 S1=|a1−b1|+|a2−b2|+…+|a10−b10
|……(1) =0 となるが、S1は組B1以外の組の像に対する同様な計算
結果よりも小さく、すべての組の像に対する計算結果の
中で最小となる。このような最小値をとる組を見出すた
めに、まず各組の像に対して上記のような計算が行われ
る。次いで、得られた計算結果の中から最小値を見出す
作業が行われる。このようにしてピント状態の検出がな
されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、図3の例で行
われる対比は7通りであるため、図3の構成より得られ
る焦点ずれ量検出域はフォトダイオードのセルの7ピッ
チ分となる。このように基準部全体と参照部全体とで上
述のような相関をとると、焦点ずれ量検出域が限られて
しまう。焦点ずれ量検出域を広くするために、基準部を
複数のブロックに分割して各ブロックごとに参照部全体
との相関をとることが考えられる。しかしながら、この
場合、各ブロック毎に参照部全体と相関をとるので焦点
検出結果を得るまでに時間が余計にかかったり、複数の
ブロックで焦点検出結果が得られた場合にいずれのブロ
ックの結果を採用するかの判定が必要となったりすると
いう不都合が生じる。
【0005】この発明は基準部と参照部との相関をとる
ことにより焦点ずれ量を求める際に、基準部を複数のブ
ロックに分けて各ブロック毎に相関を求める場合にその
処理時間を短縮できる焦点検出装置を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1の像信号
を複数のブロックに分割する分割手段と、分割されたブ
ロックのそれぞれにおいて第1の像信号と第2の像信号
との比較を行い分割されたブロック毎に二つの像の相対
的間隔を求める相関手段と、各ブロックで検出しうる焦
点ずれ量の検出域が各ブロック間で一部重なるよう、各
ブロックで相関を求める際の第2のラインセンサに対す
る各ブロックの相関の領域を規制する規制手段とを備え
たことを特徴とする。
【0007】
【作用】第1の像信号を複数のブロックに分割し、分割
された各ブロックのそれぞれにおいてにおいて第1の像
信号と第2の像信号との比較により分割されたブロック
毎に二つの像の相対的間隔を求める際に、各ブロックで
検出される焦点ずれ量検出域が各ブロック間で一部分が
重なるように、規制手段によって各ブロックの相関演算
の対象となる第2の像信号の領域を規制している。
【0008】
【実施例】まず、式1のようにして求めた各計算値の中
の最小値が、二つの像が最も一致した場合に対応するの
は、二つの像のパターンが合同であるとともに二つのセ
ンサの感度が互いに等しい場合である。合同性がくずれ
たり、センサ間に感度差がある場合は、上記の最小値は
必ずしも二つの像の一致状態に対応しなくなり、これは
ピント検出誤差となる。以上のことを図4を用いて説明
する。図4aは、階段状の明暗部を持ったピント検出対
象を示し、枠(20)の部分が二つのセンサ(12),
(14)上に結像させるものとする。図4bの実線(ou
t1),点線(out2)が図4aの検出対象に対するセンサ
(12),(14)の出力を示すグラフである。グラフに
示すように、二つの出力が合同ではなく、検出対象の明
暗に対応するところで出力間に差が生ずるような場合を
例として考える。尚グラフは、センサ(12)上の像が
センサ(14)の第3の組B3の部分の像と一致する場
合を示し、像の一致に対応させて二つの出力を重ね合わ
せたものである。さて、二つの出力(out1)と(out2
とが合同であれば、
【0009】
【数1】
【0010】で示される計算値S3は0となって他の合
計値を含めたもののうちで最小となる。ところが、グラ
フに示すように両者が合同でない場合には計算値S3
最小とはならず、むしろ出力(out1)のグラフをセルの
1ピッチ分だけ左へシフトした状態の場合の計算値S2
の方が小さくなる。つまり1ピッチ分だけ検出誤差を生
ずる。今、1ピッチが例えば30μに相当するとすれ
ば、1ピッチ分の検出誤差は、撮影レンズの光軸方向に
おける検出誤差に直して例えば1mm程になる。このよう
な誤差は、例えば一眼レフカメラにとっては実用上支障
をきたす量である。
【0011】一方、本発明に係わる焦点装置における光
学系は、図2に示すように上下のセンサに結像される二
つの像が光軸に関して非対象となるような構成であり、
このことが二つの像の合同性を崩す要因の一つとなって
いる。さらに、コンデンサレンズおよび再結像レンズの
収差特性によって像面湾曲が生じ、これが合同性を崩す
要因になっている。もっとも像面湾曲は、コンデンサレ
ンズを非球面レンズにしたり、複数のレンズを組合せて
用いたりして改善を計ることはできるが、それでも完全
に満足を得るところまで改善を計ることは困難である。
さらにまた、二つの再結像光学系を撮影レンズの光軸に
関して十分に対称に構成、配置することが生産上困難で
あり、これが二つの像の非合同性を生ずる要因となるの
である。次に、図4bの出力(out1),(out2)の場合
について本発明装置におけるピント検出方法がどのよう
な結果を生じるか考察を行ってみる。図5に示す出力ou
t1′は、図4bにおいて出力out1を右側へ2ピッチ分シ
フトしてシフト前の出力out1からシフトした出力を減じ
たものである。出力out2′は同様にして出力out2からつ
くったものである。図5において二つの出力out1′,out
2′は図4bと同様に二つの像を互いに重ね合わせた状態
に対応させて示してある。このような二つの出力に対し
て図4bの出力に対して行ったような計算値を求める計
算を行うと、図5のような出力の組合せの場合が最も計
算値(S3′とする)は小さくなる。ちなみに、図5に
おいて、出力out1′を1ピッチ分右側へシフトさせた場
合を想定して、この場合の計算値S2′を考えるとS2
>S3′となることは容易に見出すことができる。尚、
図4bの場合はS3が最小となるべきところ、S2<S3
関係が成立して、ピント検出誤差が生ずることとなって
いた。
【0012】以上に見るように、図5のように変換した
信号を用いるとピント検出精度を改善することができ
る。この改善効果が生ずる理由は、元の信号に含まれ
る、誤差を生ずる土台となっている。直流成分が抑制さ
れ、比較にとって有効な交流成分が強調されるところに
あると考えられる。
【0013】次に図6は、本発明の第1の実施例を示す
ブロック図で、センサとしてCCD(電荷結合素子)が用
いてある。尚、図1ではセンサ(12),(14)を別
々のものとして示してあるが、実際には同一チップ上に
形成した1個のCCDを用い、CCD上の各セルの出力
を時系列的に出力せしめ、その中の所要出力だけを選択
的に取り出して用いる。
【0014】図8には、CCD(22)のセルのうちで出
力を利用するものについて符号L1,L2,…,L28,R1,
2,…,R30を付けて示してある。ここで、セルL1
28の部分およびセルR1〜R30の部分は、図1の例え
ばセンサ(12),(14)にそれぞれ対応する。尚、各
セルに付けた符号は各セルの出力をも示すものとする。
また、セルL1〜L28の部分を基準部と呼び、セルR1
30の部分を参照部と呼ぶことにする。さて、CCD
(22)からは、例えばL1,L2,…,L28,R1,R2,
…,R30の順番で積分出力が送り出される。実際には、
出力L1の左側、出力L28とR1との間、出力R30の右側
にも使用されないセルの部分が存在する。
【0015】図6に戻って、上述のように送出されるC
CDの出力信号は、直接に減算回路(24)の入力(2
6)に与えられるとともに、遅延回路(30)を介して減
算回路(24)のもう一方の入力(28)に与えられ
る。遅延回路(30)は、例えばCCDを用いて出力4
画素分の遅延を行う。減算回路(24)は、入力(2
6)の信号Snから入力(28)の信号Sdを減ずる。
【0016】図17aには、基準部についての信号Snと
Sdとを例示してあり、図17bには図17aの信号Sn,
Sdについての減算出力(Sn−Sd)を示してある。基
準部の信号についての第1番目の減算出力はl1=L5
1で示され、最後の減算出力はl24=L28−L24で示
される。かくて、4画素分の遅延出力と組み合わせて減
算出力を得る場合は、28個のセル出力により対してそ
れよりも4個少ない24個の減算出力が得られる。同様
にして参照部からのセル30個分の積分出力に対して2
6個の減算出力が得られる。これら減算出力は順次にア
ナログ・デジタル変換回路(32)によりデジタル値に
変換され、次いでメモリ(34)に貯えられる。すべて
の減算出力が得られると相関回路(36)によりメモリ
(34)のデータを用いて撮影レンズの焦点ずれ量を求
める計算が行われる。以後、上記の減算出力を2次出力
といい、その波形を第2次像という。尚、計算の方法に
ついては後で詳細に説明する。
【0017】図7は、本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図で、CCD(22)からの積分出力はまずアナログ
・デジタル変換回路(38)によりデジタル値に変換さ
れ、次いで変換されたデジタル値は直接に減算回路(4
2)の入力(44)に与えられるとともに、遅延回路
(40)を介して減算回路(42)のもう一方の入力
(46)に与えられる。減算回路(42)の出力はメモ
リ(34)に貯えられる。尚、遅延回路(40)および
減算回路(42)はデジタル回路で構成されるが、それ
ぞれは図6における遅延回路(30)と減算回路(2
8)と目的とする機能は同じであり、メモリ(34)以
後における信号処理は図6の場合と同じである。
【0018】次に、メモリ(34)のデータを用いたず
れ量計算のためのデータ処理について説明するが、その
前に図10を参照して像の合焦位置(4)からのずれ量
dとセンサ(12)における像のシフト量eとの関係を
考察する。尚、図10は図1および図2に示す光学系と
同一のものである。図10において光線(48)は、撮
影レンズの射出瞳の外周近くを通過するとともに合焦面
と光軸との交点(50)を通過してセンサ上の点(5
2)に達する。この光線(48)は、例えば交点(5
0)で結像する光線群の中の一つである。光線(54)
は、光線(48)と同一の光源からのもので、ただ撮影
レンズをdの距離だけ繰り出した場合のものである。こ
の光線(54)は交点(50)からgだけ離れた点(5
6)を通過してセンサ上の点(58)に達する。光線
(60)は、逆に撮影レンズをdだけ繰り入れた場合の
もので、合焦面と点(62)を通過して、センサ上の点
(64)に達する。
【0019】ここで交点(50)と(56)、あるいは
交点(50)と(62)との間の線分を合焦面上で一つ
の像と考えると、センサ上の点(52)と(58)ある
いは点(52)と(64)との間の線分は、合焦面上の
各像に対して再結像された像ということになる。そこで
各線分の長さgとeとを用いてβ=e/gを考え、これを
像倍率と呼ぶこととする。(この像倍率βはレンズ
(6),(8)等の光学系の構成によって定まる。) 一方、光線(48)と光軸(18)とがなす角をθとす
れば、距離gとdとの間にはtanθ=g/dが成立する。
ここでθは、レンズ(6),(8)、絞り開口(9)等
からなる光学系の構成に依存する定数となる。以上か
ら、dとeの関係は次式のようになる。 d=e/(β・tanθ)……(3) 式3が示すように、センサ上における像のシフト量eが
分かると合焦位置からの像のずれ量dを算出することが
できる。尚、厳密には像倍率βは定数とはならず、シフ
ト量eに応じて変化し、合焦時の像倍率に対して前ピン
の場合は大きく、後ピンの場合は小さくなる傾向にあ
る。さらには光学系の像面湾曲などの収差によってセン
サ面上における像の位置の違いによっても異なる。した
がって、後述するように、より正確なずれ量の算出に際
しては、シフト量eに応じた像倍率を予め用意してお
き、これを用いる。以下、シフト量eおよびずれ量dの
検出について説明する。
【0020】図6にもどって、メモリ(34)には、上
述のように基準部のセル出力からつくられた24個の二
次出力li(i=1,2,…24)と参照部のセル出力から
つくられた26個の減算出力ri(i=1,2,…26)と
が貯えられる。尚、各二次出力を貯えるメモリの番地は
予め定められる。ここで、以後の信号処理の都合のため
に、図8に示すように各二次出力li,riを基準部,参照
部のセルに対応づける。例えば、二次出力liは基準部
のセルL1の出力からセルL5の出力を減じたものである
が、これをセルL1とL5の中心位置にあるセルL3を代
表する信号であると対応づける。以下、他の二次出力l
2,l3,…,l24,r1,r2,…,r26についても同様に考
え、それぞれはセルL4,L5,…,L26,R3,R4,…,R
28を代表する信号であると対応づける。 次に、基準部に対応する2次出力列(45)を図8のよ
うに第1ブロック、第2ブロックおよび第3ブロックと
いう三つの信号ブロックに分けて考える。第1ブロック
は2次出力l1〜l12の部分、第2ブロックは二次出力
5〜l20の部分、第3ブロックは2次出力l13〜l24
の部分である。この三つの信号ブロックのそれぞれは、
ラインセンサ上においてはセルL1〜L16,L5〜L24,L
13〜L28のそれぞれの部分の像に対応する。ずれ量検出
においては、三つのブロックのそれぞれについて図3に
示したようなパターン比較操作を行う。図3においては
10個のセル出力からなる基準パターンA1が16個の
セル出力からなる参照部に対して7通りに対比された。
これ以上の対比も可能であるが、その場合、互いに比較
されるセル出力の数は10個より少なくなる。本発明の
焦点検出装置においては基準パターンを構成する信号の
数を一定にして比較を行うものとする。
【0021】さて、図8に戻って、第1と第3のブロッ
クには12個の二次出力があり、参照部(14)には2
6個の2次出力があるから、第1と第3のブロックはそ
れぞれ15通りの比較が可能である。また、第2のブロ
ックは、16個の2次出力があるから、11通りの比較
が可能である。ところで、図2を参照すると、再結像レ
ンズ(8),(10)による二つの像は前ピンの場合は光軸
(18)よりになり、後ピンの場合は光軸(18)から
より外れ、合焦あるいは合焦近傍では両者の中間に位置
する。このようであるから、第1のブロックを大きな後
ピンの場合のずれ量検出に用い、第2のブロックを合焦
あるいは合焦近傍の場合のずれ量の検出に用い、第3の
ブロックを大きな前ピンの場合のずれ量検出に用いる。
今、設計の基準として、第2のブロックと参照部(1
6)の2次出力r612の部分(合焦ブロックという)
とが一致関係を生ずる場合も合焦点状態とするように光
学系の構成を定めるものとする。
【0022】図9aは、第2ブロックを合焦ブロックに
対比させた状態を示す。この状態から第2ブロックを右
へセル5個分シフトさせた状態を図9bに示す。このよ
うな右シフトにより5通りの比較場面が得られる。これ
以上さらにシフトさせると、第2ブロックは参照部に対
してはみ出る部分が生ずるようになる。そこで、第2ブ
ロックの右シフトによる場合の比較は図9bの状態まで
とし、さらに右シフトする場合の比較は第1のブロック
を用いて行うようにする。図9bの状態において、第1
ブロックは参照部の二次出力r7〜r18の部分と対置さ
れている。この状態を“右5個シフト状態”という。こ
の右5個シフト状態は、第2ブロックの右シフト最終状
態にあたり、かつ、第1ブロックの右シフト開始状態に
あたる。第1ブロックは、この右5個シフト状態から出
発して図9cのように右13個シフト状態までの9通り
の比較を行う。尚、第1ブロックは図bの状態から左方
向へのシフトが可能であって、同図の状態を除いて6通
りの比較ができるが、この6通りの比較は採用しない。
つまり、この場合の検出は第2ブロックにより行われる
からである。
【0023】以上と同様にして第2ブロックは図9aの
状態からセル5個分左シフトでき、5通りの比較場面が
得られる。こうして第2ブロックにより図9aの状態を
含めて合計11通りの比較場面が得られる。さらに左方
向へのシフトを行う場合の検出は第3ブロックに担当さ
せることにする。図9dは第3ブロックを左13個シフ
ト状態に置いた場合を示す。第1ブロックの場合と同様
に、考えて、第3ブロックを用いる場合は、左5個シフ
ト状態から左13個シフト状態までの9通りの比較場面
が得られる。図11は、各ブロックが担当する比較場面
の領域を示す。
【0024】図11において、数直線(66)上の数値
0の位置は図9aの対比場面を表すものとする。以下、
数値5の位置は図9bの対比場面を表し、数値−13の
位置は図9dの対比場面を表すという具合いである。以
上のように、本発明の実施例では、センサ(12)と
(14)上の像が合焦の場合を基準として互いに反対方
向にそれぞれの移動量の合計としてセル13個分だけ移
動する領域がずれ量検出域となる。こうして数値線(6
6)上のどの位置で比較結果の一致度が最も高いか、つ
まり二つの像の移動量(ΔEとする)が分かれば、数式
3に基づいて撮影レンズの露光面に対するずれ量を求め
ることができる。尚、合焦状態を基準にした二つと像の
移動量をΔEの半分(ΔE/2)が数式3におけるシフ
ト量eに相当する。
【0025】以下、センサ上での像のずれ量を検出する
方法をさらに詳細に説明する。尚、説明の都合のため
に、図11の数直線(66)を数直線(68)に振り替
えて用い、例えば数直線(66)上の数値−13に対応
する数直線(68)上の数値0は、回路における信号処
理の面から見て第3ブロックを参照部と比較するに際し
て第3ブロックのシフト位置が0であるということを表
すものと定義する。したがって、例えば数直線(66)
上の数値0(移動量0)に対応する数直線(68)上の
数値5は、第2ブロックのシフト位置が5であることを
示す。
【0026】次に、図12について説明する。図12に
おいてCCD(22)からメモリ(34)までの構成は
図7のものと同一である。メモリ(34)には、二次出力
1〜l24,r1〜r24が格納される。回路ブロック(7
2)は、基準部対応の各信号ブロックと参照部との比較
操作を行い、各ブロック毎に一致度が最も高いシフト位
置およびそのシフト位置に対応する比較出力を検出す
る。この比較出力の内容については以下に述べる。ま
ず、第1ブロックを用いた比較操作について説明する。
【0027】第1ブロックは、前述のように二次出力l
1〜l12の信号で構成されているものであり、これが参
照部の二次出力r7〜r28の部分と9通りの場合に比較
される。9通りの場合の第1番目は、二次出力l1〜l
12のブロックとr7〜r18のブロックとにおける次式で
示される内容の比較である。
【0028】
【数2】
【0029】これは、図11の数直線(66)上におけ
る第1ブロックのシフト位置0に対応する。
【0030】次いで、2番目の比較内容は
【0031】
【数3】
【0032】で示され、これは第1ブロックのシフト位
置1に対応する。
【0033】以下、同様にして第1ブロックのシフト位
置3,4,…8のそれぞれに対応する比較が行われる。第
1ブロックのシフト位置j(j=0,1,2,…8)に対
応する比較内容を一般式で示すと
【0034】
【数4】
【0035】となる。以上のような9通りの比較により
求められる計算値H1(j)を比較出力という。
【0036】この9個の比較出力の中で最小のものを第
1ブロックに関する比較場面において一致度が最も高い
ものと見なし、これをminH1(j)で示すとともに、これ
に対応するシフト位置をS1(j)で示す。このminH1(j)
の検出は、例えばまずH1(0)に次いでH1(1)が算出され
ると両者の比較を行って小さい方を選出する。次いでH
1(2)が算出されると、先に選出された比較出力とH1(2)
とを比較し、小さい方を選出する。以下、同様にして進
めて行く。こうするとH1(8)が算出されて先に選出され
た比較出力との比較がなされた時点でminH1(j)が確定
する。一方、S1(j)の検出は、例えば、当初0がセット
され比較出力が算出される毎に1だけインクレメントさ
れるカウンタと二つの比較出力の比較において新しく算
出された比較出力の方が小さい場合に前記カウンタの内
容を取り込むレジスタを用意しておけば、第1ブロック
の最終の出力C1(8)と先に選出された比較出力との比較
処理時点でレジスタにS1(j)が得られる。ただし、レジ
スタは当初0にセットしておく。
【0037】次に、第2ブロックについて
【0038】
【数5】
【0039】で示される比較が行われ、minH2(j)およ
びS1(j)の検出が行われる。ただし、第2ブロックの場
合のjは0から10までの整数である。ここでH2(0)
は、二次出力l5〜l20とr1〜r16との比較による比較
出力で、第2ブロックのシフト位置の0の場合に対応す
る。
【0040】同様にして、第3ブロックについて
【0041】
【数6】
【0042】で示される比較が行われ、minH3(j)およ
びS3(j)の検出が行われる。ただし、この場合jは0か
ら8である。ここでH3(0)は、図9dの場合の比較出力
を示し、図11において第3ブロックのシフト位置0の
場合を示す。求められた各ブロックに対する検出値min
1(j)、minH2(j)、minH3(j)、S1(j)、S2(j)、S
3(j)はメモリ(M1)、(M2)、(M3)、(M4)、(M5)、(M
6)に貯えられる。
【0043】次に回路ブロック(74)は、メモリ(3
4)の二次出力データを用いて、次のように定義される
コントラスト信号を算出する。尚、一般的には、像のコ
ントラストは異なる二つの特定領域における像の明るさ
の差を示すものとして扱われ、例えば隣り合うセルの出
力の差がコントラストを示す信号として用いられる。 これに対し、本発明の実施例では二つのセル出力間の差
を用いるのではなく、二つの二次出力間の差をコントラ
スト信号と称し、これを検出して像のコントラストを示
す信号として代用する。尚、二つのセル出力の差をコン
トラスト信号として用いても勿論よいが、実施例では、
メモリの節約を計る目的から各セルの出力を記憶するメ
モリは用意していないこととし、もっぱら代用としての
コントラスト信号を二次出力から求めている。ここで、
代用のコントラスト信号が像のコントラストを示すもの
として利用できる理由は、図4および図5から見てとれ
るであろう。尚、コントラスト信号は、被写体のコント
ラストが低すぎでピント検出が不能となる場合を知るた
めに必要となる。
【0044】かくして、回路ブロック(74)では、各
信号ブロック毎について次式で示すコントラスト信号C
1,C2,C3が求められる。
【0045】
【数7】
【0046】ここでC1は、第1ブロックの二次信号l1
〜l12において一つの二次信号lkに対して2個隣りの
二次信号lk+2との差を10通りにわたって求め、各絶対
値の総和をとったものである。尚、互いに隣り合う二次
出力lk,lk+1の間の差を求めるようにしてもよいが、
二次出力1個分だけ間を置いた場合の方が差を強調して
取り出すことができ、後段の処理において有利となる。
次いで、C2,C3は第2および第3ブロックについての
コントラスト信号である。C1,C2,C3はメモリ(M7),
(M8),(M9)にそれぞれ貯えられる。
【0047】回路ブロック(76)は、回路ブロック
(72)で求められた各ブロックの最小比較出力minH
1(j),minH2(j),minH3(j)のそれぞれと回路ブロック
(74)で求められたコントラスト信号C1,C2,C3のそ
れぞれとの比 N1(J)=minH1(j)/C1……(12) N2(J)=minH2(j)/C2……(13) N3(J)=minH3(j)/C3……(14) を求める。
【0048】ここで、第1ブロックと第3ブロックとの
最小比較出力は、それぞれ12個の比較出力l1〜l12,
13〜l24を用いて算出されているが、第2ブロックに
関しては16の比較出力l5〜l20を用いて算出されて
いる。したがって、同一の像に対して第1あるいは第3
ブロックの最小比較出力と第2ブロックの最小出力とは
同じとはならず、互いに対比される信号量の多い第2ブ
ロックの最小比較出力の方が大きくなる。このような訳
で、三つの最小比較出力の中でどれが最も一致度の高い
シフト位置を示すものであるかを検出する目的で、それ
ぞれを互いに対等とみなして比較することは妥当ではな
い。一方、コントラスト信号C1,C2,C3においては同
一の像に対してC2がC1あるいはC3より大きくなる。
このようであるから、上式のような比をとることにより
1(j),N2(j),N3(j)のそれぞれを傾向として互いに対
等な情報に変換されたものと見なすことにする。尚、こ
れら求められた比を規格化最小値と称する。また、それ
ぞれはメモリ(M10),(M11),(M12)に貯えられる。
【0049】次に、回路ブロック(78)は、各コント
ラスト信号C1,C2,C3が予め定めたコントラスト判定
レベルK1より高いか否かの判定を行い、例えば判定の
結果K1より高い場合は“1”高くない場合は“0”が
出力され、それぞれをCC1,CC2,CC3としてメモリ
(M11),(M12),(M13)に貯える。さらには三つのコント
ラスト信号の全てが判定レベルK1に達していない場合
は、この旨の示す一つの信号を出力する。この信号は、
被写体のコントラストが不足していてピント検出が不能
であることを示すものとして扱う。
【0050】回路ブロック(80)は、回路ブロック
(78)の判定結果に基づいて、回路ブロック(76)で
求められた三つの規格化最小値の中から次のようにして
一つを最も一致度の高いシフト位置を示す信号として選
出する。まず、回路ブロック(78)によるコントラスト
判定の結果、コントラストが不足であると判定されたブ
ロックに対応する規格化最小値は除外し、残りのブロッ
クの規格化最小値を選出対象とする。コントラストが不
足するブロックが存在しない場合はすべてのブロックの
規格化最小値N1(j),N2(j),N3(j)を選出対象とする。
こうして選出の対象となった規格化最小値の中から最も
小さいものを選出し、これを最も一致度の高いシフト位
置を示すものとして確定する。つまり、図11の数直線
(66)あるいは(68)においてどの位置が像一致の対応
位置であるかが定まる。尚、例えばN1(j)=N2(j)のよ
うな場合、Nの後に付した数字の大きいN2(j)の方を選
出するものとする。ここで選出された規格化最小値をM
N(j)とし、対応のシフト位置をMS(j)とする。これら
はメモリ(M14),(M15)に、またその対応の信号ブ
ロックがどのブロックであるかを示すデータがメモリ
(M16)に貯えられる。以上により、セルの配列ピッチ
の単位でシフト位置が検出されたことになる。
【0051】ところで、例えばセルの配列ピッチが30
μ、式3におけるθが2.8゜、像倍率βが0.3であ
るような場合、この1ピッチ分の移動量は撮影レンズの
光軸方向でのずれ量にして例えば1mm程になる。つま
り、以上の検出結果によれば検出精度は1mm程度という
ことになる。しかし、例えば一眼レフカメラでは50μ
程度の検出精度が要求されるので、1ピッチ以下の分解
能でのシフト位置の検出が望まれる。図13は、撮影レ
ンズがある特定位置にある場合の各シフト位置に対する
比較出力の一例を示すグラフで、この場合第2ブロック
のシフト位置2の点が一致位置のようである。
【0052】続いて、以上の検出結果を用いて、さらに
精度を高めたずれ量を算出する回路ブロックについて説
明する。回路ブロック(82)は、回路ブロック(80)
で求められた規格化最小値MN(j)と、予め定めた限界
値K2との比較を行う。MN(j)>K2の場合は、ピント
検出不可能であるとする。そして、とりあえず求まって
いるシフト位置MS(j)に基づいて、それが例えば後ピ
ンを示すものである場合は撮影レンズを繰出すような制
御を行い、改めてピント検出動作をCCDのデータの採
取から行う。尚、K2の値は実験的に定める。
【0053】回路ブロック(84)は、回路ブロック
(80)で求められた規格化最小値MN(j)に対応するシ
フト位置MS(j)およびその位置に対するセル1ビット
前後の位置S(j−1),S(j+1)の三つの位置の各々に
ついて、メモリ(34)の二次出力を用いて比較出力H
(j−1),H(j),H(j+1)を求める。尚、この三つの比
較出力は、その他の比較出力を含めて回路ブロック(7
2)で算出されるものであるが、システムのメモリ数を
節約するために各信号ブロックの最小比較出力以外のも
のは放棄している。メモリに余裕があれば回路ブロック
(72)で算出される比較出力すべてをメモリに格納し
ておき、シフト位置MS(j)が求められた段階でこのシ
フト位置およびその前後のシフト位置についての比較出
力をメモリから読み出すようにしてもよい。
【0054】さて、求められたシフト位置が例えば第1
ブロックのシフト位置6に相当するものであれば、回路
ブロック(84)では、シフト位置5,6,7の三つの位
置についての比較出力H1(5),H1(6),H1(7)が求め
られる。尚、信号ブロックの両端のシフト位置がMS
(j)に相当するような、例えば第1ブロックのシフト位
置が0の場合、その位置を二つの像の合致位置と見な
し、回路ブロックでの計算は取り止める。
【0055】回路ブロック(86)は、回路ブロック
(84)で求められた三つの比較出力を用いて二つの像の
真の合致位置を算出する。回路ブロック(80)におい
て得られたシフト位置MS(j)は必ずしも真の合致位置
を示すものではない。これは、二つの像の比較は、セル
の配列ピッチの単位ごとにとびとびにずらせてしか行う
ことができず、一方二つの像の互いの間隔は連続的に変
化するものであることに帰因する。
【0056】ここで、合致点の算出方法の理解のため
に、図14のグラフを参照して三つの比較出力と合致点
との関係を考察する。図14aは、二つの比較出力H(j
−1)とH(j+1)が互いに等しい場合で、この場合のシ
フト位置jを真の合致と見なす。図14b、14c、14
dは、図14aのグラフを1/4ピッチづつ左へずらせた
もので、真の合致位置が1/4ピッチづづずれて行く場
合に対応する。図14b、14dは、真の合致位置が最小
の比較出力とその次に小さい比較出力に対応する二つの
シフト位置の間に存在し、かつシフト位置MS(j)によ
り近い側に存在することを示している。図14cは、最
小の比較出力が二個の場合は、それらのシフト位置の中
心点が真の合致であることを示している。
【0057】このような合致位置を求めるための計算式
については以下に説明する。今、一例として図15aの
場合について考える。これは図12bに相当する。最小
比較出力H(j)の隣りの比較出力H(j−1)との差H(j)
−H(j−1)および最小比較出力のもう一方の隣りの比
較出力H(j+1)と最小比較出力との差H(j+1)−H
(j)とを考え、それぞれをシフト位置j−1とjとの中心
点Q1およびシフト位置jとj+1との中心点Q2での線
分Y1とY2の傾きを示すものとする。図15bに、上述
のように考えた二つの傾きが点P1,P3としてプロット
してある。次に線分P13を考え、横軸Xとの交点P2
を真の合致点と見なす。このようにして、点Q2から点
3までの距離xを求める。尚、距離の単位として当面
セルの配列ピッチをとり、これを1単位とする。
【0058】
【数8】
【0059】したがってP2点の位置XMは
【0060】
【数9】
【0061】で表される。この式16は図15a以外の
場合についても適用できる。よって回路ブロック(8
6)は、式16の演算を行って真の合致位置XMを算出
する。
【0062】ここで求められた合致位値XMは、三つの
信号ブロックのいずれかに属し、図11において数直線
(68)上の一点に対応し、例えば矢印(70)で示す
第3ブロックのシフト位置2.20という具合いであ
る。また、このシフト位置2.20は、数直線(66)
上に戻して見れば矢印(71)で示す数値−10.80
(=−13+0.20)の位置となり、これは基準部と
参照部の二つの像が合焦状態の場合に対して10.80
ピッチ分だけセンサ上において互いに近づく方向に移動
していると、つまり、移動量ΔEが前ピン側に10.8
0であることを示すものである。
【0063】かくて、回路ブロック(86)により数直
線(68)上の一点が定められること、これに対応する数
直線(66)上での点、つまり移動量ΔEが定まること
となる。このΔEの決定が回路ブロック(88)で行われ
る。図11を参照して第1ブロックに関するシフト位置
XMに対応する移動量ΔEは、 ΔE=XM+5……(17) 第2ブロックに関するシフト位置XMに対応する移動量
ΔEは ΔE=XM−5……(18) さらに第3ブロックに関するものとしては ΔE=XM−13……(19) となる。尚、この移動量ΔEの半分がシフト量eに相当
することは前述した通りである。回路ブロック(88)
は、回路ブロック(86)からのシフト位置XMの情報
と回路ブロック(80)のメモリ(M16)に貯えられた
信号ブロック情報とに基づいて、数式17,18,19の
いずれかの計算を行う。求められたΔEはセルの配列ピ
ッチを単位とするものである。
【0064】次の回路ブロック(90)は、ΔEの値に
応じて数式1に含まれる像倍率βを決定する。前述した
ようにβはシフト量eに応じて変化する量なので、設計
段階においてβとeとの関係を実験的に定め、これに基
づいてeつまりはΔEに応じたβをメモリ(91)に用
意しておく。この場合、ΔEを複数の領域に分割し、こ
の分割領域に応じた複数のβを用意し、回路ブロック
(90)では、ΔEがどのように分割領域に属するかを
判定し、次いで判定された分割領域に対応するメモリの
βを読み出し、次段の回路ブロック(92)に向けて出
力する。
【0065】回路ブロック(92)は、以上の情報を用
いてずれ量dを算出する。ここで、セルの配列の1ピッ
チの長さをPとすればシフト量eはΔE・P/2とな
る。したがって式1は次式のように示される。
【0066】d=ΔE・P/(2βtanθ) =K3・ΔE/β……(20) ただしK3は定数でP/2tanθに相当し、メモリ(M2
2)に予め用意される。かくて、回路ブロック(92)
は数式20の計算を行ってずれ量dを算出する。
【0067】図16は、図12に示す本発明によるピン
ト検出装置の回路をマイクロコンピュータを用いて実現
した場合の構成を示すブロック図である。図16におい
てマイクロコンピュータ(96)は、一般的な8ビット
のワンチップのマイクロコンピュータ(例えばモトロー
ラ社製タイプ6502)においてメモリ容量の増加を計
ったものを用いる。マイクロコンピュータを利用する
と、図12に示す回路ブロックのうちA−D変更回路
(38)の構成の一部およびその後段の部分は全てマイ
クロコンピュータ(96)による構成部分となる。マイ
クロコンピュータ(96)の外部にはA−D変換回路
(39)、合焦動作を指令するスイッチ(98)、CC
D駆動回路(100)、モーター駆動回路(102)、
表示回路(108)が接続される。A−D変換回路(3
9)は、電圧比較回路とD−A変換回路が含まれ、A−
D変換時にマイクロコンピュータ(96)から、時間的
に変化するデジタルコードが与えられて、これに対応す
るアナログ電圧とCCD(22)からのセル出力との比
較を行い、両者が所定の関係に達したときのデジタルコ
ードがA−D変換値とする。
【0068】CCD駆動回路(100)は、CCD(2
2)の駆動制御に必要な制御信号をマイクロコンピュー
タ(96)から供給されるクロックパルスからつくる。
モーター駆動回路(102)は、検出されたずれ量の信
号に基づいて撮影レンズ(106)を合焦位置へ駆動すべ
くレンズ駆動モーター(104)への給電制御を行う。
表示回路(108)は、ずれ量の信号に基づいて前ピ
ン、合焦後ピン、合焦不能等の表示をファインダ内で表
示する。以上のピント検出装置は、スイッチ(98)が
閉じられている間は、前述のずれ量の検出動作を繰り帰
し行い、撮影レンズを合焦位置へ向けて移動させる。
【0069】尚、CCD(22)とA−D変換回路(3
9)との間には、例えば、CC特有の暗出力成分を除去
するための回路や、各セルの出力信号を被写体輝度に応
じて増幅したりするための回路が設けられるが、本発明
に直接に係わるのではないので説明は省略する。また実
際の装置は、CCDの積分時間をセルへの入射光強度に
応じて変化させる等、公知の技術を種々適用して構成さ
れるものであるということは論ずるまでもない。
【0070】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、基準部
の第1像信号を複数のブロックに分割し、各ブロックに
おいて二つの像の相対的間隔を求めており、その際に、
各ブロックにおける焦点ずれ量検出域が各ブロック間で
一部が重なるように規制しているので、正確な焦点検出
ができると共に、第1像信号の各ブロックと第2像信号
全体とで相関演算を行う場合に比べて演算終了までに要
する時間の短縮化がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係わるピント検出装置の光学系
の概略構成図である。
【図2】図2は図1の光学系の部分拡大図である。
【図3】図3は従来の検出方法を説明するための説明図
である。
【図4】図4は図3におけるセンサ出力を示すグラであ
る。
【図5】図5は本発明の効果を説明するためのグラフで
ある。
【図6】図6は本発明の第1の実施例を示すブロック図
である。
【図7】図7は本発明の第2の実施例を示すブロック図
である。
【図8】図8は本発明のピント検出装置に用いられるラ
インセンサの各セルの配列構成例および各セルと第2次
出力との関係を示す説明図である。
【図9】図9は図8における基準部と参照部との第2次
出力を対比した状態を示す説明図である。
【図10】図10は撮影レンズのずれ量dとラインセン
サ上の像のシフト量eとの関係を示す説明図である。
【図11】図11は本発明のピント検出装置の信号処理
の手続きを説明するための説明図である。
【図12】図12は図7における相関計算回路部の構成
を示すブロック図である。
【図13】図13は二つの第2次出力の比較出力の一例
を示すグラフである。
【図14】図14はラインセンサ上の二つの像の相対的
位置を確定するための計算方法を説明するためのグラフ
である。
【図15】図15はラインセンサ上の二つの像の相対位
置を確定するための計算方法を説明するためのグラフで
ある。
【図16】図16は図12の回路ブロックをマイクロコ
ンピュータを用いて構成した場合のブロック図である。
【図17】図17はラインセンサの出力と第2次出力と
の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
12 第1のラインセンサ 14 第2のラインセンサ 16 相関手段 96 分割手段 96 規制手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対物レンズの互いに異なる部分を通過した
    被写体光束により形成される第1及び第2の像の相関を
    検出することにより対物レンズの合焦状態を検知する焦
    点検出装置において、 第1の像を受けこの像の光分布パターンに応じた第1の
    像信号を出力する第1のラインセンサと、 第2の像を受けこの像の光分布パターンに応じた第2の
    像信号を出力する第2のラインセンサと、 第1の像信号を複数のブロックに分割する分割手段と、 分割されたブロックのそれぞれにおいて第1の像信号と
    第2の像信号との比較を行い分割されたブロック毎に二
    つの像の相対的間隔を求める相関手段と、 各ブロックで検出しうる焦点ずれ量の検出域が各ブロッ
    ク間で一部重なるよう、各ブロックで相関を求める際の
    第2のラインセンサに対する各ブロックの相関の領域を
    規制する規制手段 とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
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