JPH0693059B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 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。

従来技術 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位置の前側か、
後側か、即ち前ピンか後ピンか）を得るようにした焦点
検出装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、第１図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、第２図に示すように、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二点の間の間隔
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。

即ち、第３図において、センサ（12），（14）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〜b₁₆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a₁＝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い出すた
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い出
す操作が行われる。このようにしてピント状態の検出が
なされていた。しかしながら、上記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。以上のことを第４
図を用いて説明する。第４図（ａ）は、段階状の明暗部
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）上に結像されるものとする。第
４図（ｂ）は、実線（out1），点線（out2）が第４図
（ａ）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、検出対象の明部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
て二つの出力を重さ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、 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１眼レ
フカメラにとっては実用上支障をきたす量である。

一方、本発明に係わる焦点検出装置における光学系は、
第２図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称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わせて用い
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。以上のような種々の要因によって二つの像あるい
は各像に応じた出力パターンが合同とならないことが不
可避であり、したがって上述したような従来の像比較方
法ではピント検出誤差の発生は避けられない。

又、図３の例で行なえる対比は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ピッチ分に相当する。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
れ量検出域の幅が限られてしまう。

目的 本発明は、上述のようなピント検出誤差を発生しない、
改良を加えた焦点検出装置を提供することを目的とし、
さらには検出精度の高い焦点検出装置を提供することを
目的とする。

要旨 この目的を達成するため、本発明においては、二つのセ
ンサの出力パターンを直接的に比較するようにした従来
の方法に代えて、各センサの出力信号について各出力信
号からその信号の位相を所定量だけ所定方向へシフトし
た信号をつくり、このシフトした信号とシフト前の元の
信号との間の差に応じた信号を求め、こうして求めた各
センサの出力信号に対応する二つの差信号を相互に比較
することにより二つの像の間隔を検出すると共に、これ
ら各センサ毎の二次信号の相関を求める際に、第１の像
に対応する二次信号を複数のブロックに分割し、分割さ
れた各ブロックにおいてブロック分けされた第１の像に
対応する二次信号と第２の像に対応する二次信号との比
較を行い相関を求めるようにしたことを要旨とする。本
発明の実施例では、二つのセンサとして一つに連なった
CCDを用い、このCCDから時系列的に出力される光電変換
信号を遅延回路を介して所定画素対応の信号分だけ遅延
せしめ、この遅延回路を通過した信号と通過しない信号
とを減算回路に与えて差信号を得るようにしている。

実施例 まず、第４図（ｂ）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。第５図に示す出力ou
t1′は、第４図（ｂ）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。第５図において二つの出力ou
t1′,out2′は第４図（ｂ）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第４図（ｂ）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、第５図のような出
力の組合わせの場合が最も計算値（S₃′とする）は小さ
くなる。ちなみに、第５図において、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、第４図（ｂ）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。以上に見るように、
第５図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。この改善効果の生ずる理由
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る。

次に第６図は、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、第１図ではセンサ（12），（14）を別々のものとし
て図示してあるが、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。第８図には、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、第１図の例えばセン
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。第６図に戻って、上述のように送出さ
れるCCD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を用いることができ出力
４画素分の遅延を行う。減算回路（24）は、入力（26）
の信号Snから入力（28）の信号Sdを減ずる。

第17図（ａ）には、基準部についての信号SnとSdとを例
示してあり、第17図（ｂ）には第17図（ａ）の信号Sn,S
d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26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。

第７図は、本発明の他の実施例を示すブロック図で、CC
D（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（42）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、それぞれは第６図における遅延回路（30）と減
算回路（28）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第６図の場合と同じであ
る。

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、その前に第10図を参
照して像の合焦位置（４）からのずれ量ｄとセンサ（1
2）における像のシフト量ｅとの関係を考察する。第10
図は第１図および第２図に示す光学系と同一のものであ
る。第10図において光線（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（52）に達する。この光
線（48）は、例えば交点（50）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（56）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、合焦面との交点（62）を通過して、セ
ンサ上の点（64）に達する。ここで交点（50）と（5
6）、あるいは交点（50）と（62）との間の線分を合焦
面上での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。

（３）式が示すように、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。

第６図にもどって、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_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、第８図に
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l₂，l₃，・・・l₂₄，
_１，_２，・・・₂₆についても同様に考え、それぞ
れはセルL₄，L₅，・・・L₂₆，R₃，R₄，・・・R₂₈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）を第８図のよ
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，L₁₃〜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第３図に示した
ようなパターン比較操作を行う。第３図においては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。

さて、第８図に戻って、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、26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、第２図を参照すると、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）寄りにな
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（16）の２次出力_６〜
₂₁の部分（合焦ブロックという）とが一致関係を生ずる
ような場合を合焦状態とするように光学系の構成を定め
るものとする。第９図（ａ）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第９図（ｂ）
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第
９図（ｂ）の状態までとし、さらに右シフトする場合の
比較は第１ブロックを用いて行うようにする。第９図
（ｂ）の状態において、第１ブロックは参照部の二次出
力_７〜₁₈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第９図（ｃ）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ブロックは第９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ブロックにより行なわれるからであ
る。以上と同様にして第２ブロックは第９図（ａ）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ブロックにより第９図（ａ）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。第９図（ｄ）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。第11図は、各ブロックが担当する比較
場面の領域を示す。第11図において、数直線（66）上の
数値０の位置は第９図（ａ）の対比場面を表わすものと
する。以下、数値５の位置は第９図（ｂ）の対比場面を
表わし、数値−13の位置は第９図（ｄ）の対比場面を表
わ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。
こうして数直線（66）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、（３）式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
準にした二つの像の移動量ΔＥの半分（ΔE/2）が
（３）式におけるシフト量ｅに相当する。

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、第11図の数
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わすものと定義する。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。

次に、第12図について説明する。第12図においてCCD（2
2）からメモリ（34）までの構成は第７図のものと同一
である。メモリ（34）には、二次出力l₁〜l₂₄，_１〜
₂₆が格納される。回路ブロック（72）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。第１ブロックは、前述の
ように二次出力l₁〜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_７〜₂₆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〜l₁₂のブロックと_７〜₁₈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。

これは、第11図の数直線（66）上における第１ブロック
のシフト位置０に対応する。次いで、第２番目の比較内
容は 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。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 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。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
（ｏ）に次いでH1（ｌ）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H1（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
の比較出力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。

次に、第２ブロックについて で示される比較が行われ、minH2（ｊ）およびS2（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（ｏ）は、二次出
力l₅〜l₂₀と_１〜₁₆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。同様に
して、第３ブロックについて 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、第３図（ｄ）の場合の比較出力
を示し、第10図において第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minH
1（ｊ）、minH2（ｊ）、minH3（ｊ）、S1（ｊ）、S2
（ｊ）、S3（ｊ）はメモリ（M1）、（M2）、（M3）、
（M4）、（M5）、（M6）に貯えられる。

次に回路ブロック（74）は、メモリ（34）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、第４図および第５図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て
ピント検出が不能となる場合を知るために必要となる。
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C₁，C₂，C₃が求め
られる。

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。

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minH1（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 を求める。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個の比較出力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。

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
か否かの判定を行ない、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C
C₁，CC₂，CC₃としてメモリ（M₁₀），（M₁₁），（M₁₂）
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、この旨を示す一つの
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。

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、第11図の数直線（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MN
（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。ところ
で、例えばセルの配列ピッチが30μ；（３）式における
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１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。第13図は、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。

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。

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（72）で算
出されるのであるが、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。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）,H
1（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。

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。ここで、合致点の算出方法の理解のた
めに、第14図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。第14図（ａ）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。第14図
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、同図（ａ）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
ッチづつずれて行く場合に対応する。第14図（ｂ）、
（ｄ）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、かつシフツ位置SM（ｊ）により近い側に存在するこ
とを示している。第14図（ｃ）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。

このような合致位置を求めるための計算式について以下
に説明する。今、一例として第15図（ａ）の場合につい
て考える。これは第12図（ｂ）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。第
15図（ｂ）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 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P₂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。

したがってP₂点の位置XMは この式（16）は第15図（ａ）以外の場合についても適用
できる。よって回路ブロック（86）は、（16）式の演算
を行って真の合致位置XMを算出する。ここで求められた
合致位置XMは、三つの信号ブロックのいずれかに属し、
第11図において数直線（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こ
と、つまり移動量ΔＥが前ピン側に10.80であることを
示すものである。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。第11図を参照して第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Δ
Ｅ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とうりである。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
ロックの情報とに基づいて、（17），（18），（19）式
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。

次の回路ブロック（90）は、ΔＥの値に応じて（１）式
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。

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
（１）式は次式のように示される。

ただしＫは定数でP/2tanθに相当し、メモリ（M₂₂）に
予め用意される。かくて、回路ブロック（92）は（20）
式の計算を行ってずれ量ｄを算出する。

第16図は、第12図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。第16図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65
02）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、第12図に示す回路
ブロックのうちＡ−Ｄ変換回路（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）、CCD駆動回路（100）、モーター駆動回路
（102）、表示回路（108）等が接続される。Ａ−Ｄ変換
回路（39）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
比較を行ない、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。

CCD駆動回路（100）は、CCD（22）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（10
6）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
検出動作を繰り返えし行ない、撮影レンズを合焦位置へ
向けて移動させる。尚、CCD（22）とＡ−Ｄ変換回路（3
9）との間には、例えば、CCD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
直接に係わるも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。

以上説明したように本発明では第１の像、第２の像を比
較する際に、ラインセンサ出力とこの出力を所定セルシ
フトしたものとの差に対応する信号を用いる。第１、第
２の像信号をまとめて説明すると、ラインセンサから出
力される像信号をＶ（L,Rに対応する）、ラインセンサ
のセル数をＮ（実施例では28,30）、シフトするセル数
をｋ（実施例、４）、得られる二次信号をｖ（l,rに対
応）とすると、 v_j＝V_i−V_i+k （ｉ＝1,・・・,N−ｋ） （ｊ＝（ｉ＋ｉ＋ｋ）/2） として二次信号を求めている。なお、ｉとｊの関係は、
上記の関係（第８図参照）のようにしてもよいし、第17
図の様にｊ＝ｉでもよい。

効果 以上詳細に説明したように、本発明は、二つの像の相対
的な位置関係を検出して撮影レンズのずれ量を検出する
ピント検出装置において、二つの像パターンを示すライ
ンセンサの出力を互いに比較する代りに、例えば、ライ
ンセンサの出力と、この出力を所定のビット数だけシフ
トしたものとの差に対応する二次信号を用いるようにし
て、二つの像の非合同性に基づく検出誤差を減少せし
め、ずれ量検出の精度を高めることができると共に、一
方の二次信号を複数のブロックに分け、他方の二次信号
とブロック分けされた一方の二次信号との相関を求める
ようにしたので、ともに二次信号全体同士で相関をとる
場合に比べて焦点ずれ量検出域の幅が広くなり、被写体
を確実にとらえて速やかに合焦できる確立が高くなる。
という効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わるピント検出装置の光学系の概
略構成図、第２図は、第１図の光学系の部分拡大図、第
３図は、従来の検出方法を説明するための説明図、第４
図は、第３図におけるセンサ出力を示すグラフ、第５図
は、本発明の効果を説明するためのグラフ、第６図は、
本発明の第１の実施例を示すブロック図、第７図は、本
発明の第２の実施例を示すブロック図、第８図は、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、第９図は、第８図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、第10図は、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、第11図は、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、第12
図は、第７図における相関計算回路部の構成を示すブロ
ック図、第13図は、二つの第２次出力の比較出力の一例
を示すグラフ、第14図および第15図は、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、第16図は、第12図の回路ブロック
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、第17図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。 2:撮影レンズ、12,14:ホトダイオードセル列、out1′,o
ut2′：二次信号

Claims (2)

【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
   被写体光束からつくられる第１と第２の二つの像の相関
   を検出して対物レンズの合焦位置からずれ量を検出する
   焦点検出装置において、 第１および第２の像を受けて、各像の光強度分布パター
   ンに応じた像信号を出力すべく所定数のホトダイオード
   セルを一列に配したラインセンサと、 前記像信号とこの像信号を所定のホトダイオードセル数
   分だけシフトしたものとの差に対応する二次信号を得る
   回路と、 第１の像に対応する二次信号を複数のブロックに分割
   し、分割されたブロックそれぞれにおいて前記第１の像
   に対応する二次信号と前記第２の像に対応する二次信号
   とを比較すること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相関検出手段 とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
2. 【請求項２】上記二次信号を得る回路は、ラインセンサ
   から出力される像信号をＶ、ラインセンサのセル数を
   Ｎ、シフトするセル数をｋとすると、 V_i−V_i+k，（ｉ＝1,…,N−ｋ） として、二次信号を得ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の焦点検出装置。