JPH0687092B2

JPH0687092B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPH0687092B2
Application number: JP2401379A
Authority: JP
Inventors: 正隆浜田; 徳治石田
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1990-12-11
Filing date: 1990-12-11
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPH03246511A

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,
Ｂ₂,…，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
ｂ₁,ｂ₂,…，ｂ₁₀の各出力との間にａ_１＝ｂ₁,ａ₂＝
ｂ₂,…，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は
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の
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,
Ｒ₂，…，Ｒ₃₀を付けて示してある。ここで、セルＬ₁〜
Ｌ₂₈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〜
Ｒ₃₀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−
Ｌ₁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ｌ_i（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ｒ_i（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ｌ_i,ｒ_iを基準部,参照
部のセルに対応づける。例えば、二次出力ｌ_i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
ｌ₅〜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ｒ₆〜₁₂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
ｌ₁〜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
Ｈ₁(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ｌ_kに対して２個隣りの
二次信号l_k+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ｌ_k,ｌ_k+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,
ｌ₁₃〜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
Ｎ₁(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Ｐ₁Ｐ₃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
Ｐ₃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

【特許請求の範囲】

【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。