JPH0754371B2

JPH0754371B2 - 合焦状態検出方法

Info

Publication number: JPH0754371B2
Application number: JP61265469A
Authority: JP
Inventors: 章太郎横山; 隆西部
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1986-11-10
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: US4883951A; DE3733051C2; JPS63121005A; DE3733051C3; DE3733051A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、カメラのピント調整に用いるための合焦状
態検出方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の合焦検出方式として、被写体から放射ま
たは反射され、撮影レンズを介して入射される光束のう
ち、互いに異なる部分の光束を例えば２つのフオトセン
サアレイ上に投影し、このフオトセンサアレイ上に形成
された２つの被写体像の相対変位から合焦状態を検出す
る方式が知られている。

ところで、合焦状態の検出精度を上げるためには、２つ
のフオトセンサ上の像ずれ量を精密に求めることが必要
になる。しかしながら、フオトセンサの物理的配置（ピ
ツチ）にて決まる精度・分解能以上には直接求めること
はできないので、フオトセンサピツチの精度で先ずずれ
量を求めた後補間演算を行なうことにより、センサピツ
チ以上の精度でずれ量を求めることが行なわれている。
以下、その従来例について説明する。

第３図は合焦状態検出装置の一般的な例を示す構成図、
第４図は補間方法の従来例を説明するための説明図であ
る。

第３図において、1A,1Bはフオトセンサアレイであり、
これらに対しては図示されない光学系を介して被写体像
が投影され、この２つの像の相対的な変位量を求めれ
ば、それがすなわち合焦状態を示す信号となる。2A,2B
はアナログ／デイジタル（A/D）変換器であり、フオト
センサアレイ1A,1B内の各センサからのアナログ出力を
デイジタル信号に変換する。また、３はマイクロコンピ
ユータの如き演算処理装置（以下、単にマイコンとも云
う。）で、A/D変換器2A,2Bからの出力を受けて２つの像
の相対的変位量ｘを求め、この値ｘにて撮像レンズの制
御を行なう。このように、かゝる合焦状態検出装置は演
算処理装置を用いてシステムを組むのが一般的である。

いま、A/D変換されたフオトセンサアレイ1A,1Bのセンサ
の出力値をそれぞれＬ（１）,L（２），……,L（M₁）,R
（１）,R（２），……,R（M₂）とし、ｘ＝ｉ×ｐ（ｐは
フオトセンサピツチ）という２つの像の相対変位に対す
る、像の不一致度を示す評価関数ｆ（ｉ）は、例えば次
式で与えられる。

もし、フオトセンサアレイ1A,1B上の２つの像が相対的
にi₀フオトセンサピツチだけずれているとすれば、ｆ
（i₀）＝０となる。ただし、通常はｘが完全にフオトセ
ンサピツチの整数倍になつたり、２つのフオトセンサか
らの像信号の形が（相対的にずれている以外は）完全に
同じになることは少ないので、ｆ（ｉ）＞０となる。

ｉ＝−N₁〜＋N₂（i,N₁,N₂は整数）の範囲でｆ（ｉ）の最小値を求めることはマイコンで容
易に実行できるが、これは前述のように、通常は第１次
近似でしかないので、高精度の検出を行なうためには補
間計算が必要となる。この補間法の従来例を第４図に示
す。

第４図において、i₀はフオトセンサピツチ毎ではｆ
（ｉ）の最小値を与えるｉであり、ｆ（i_-1）＞ｆ（f₊₁） ……（２）であるとする。（２）式の条件は真のずれ量ｘがi₀とi
₊₁の間にあると判断するためのもので、ｆ（i_-1）＜ｆ
（i₊₁）の場合はi_-1とi₊₁の立場を入れ変えて以下同様
にすれば良い。なお、i_-1＝i₀−1,i₊₁＝i₀＋１を意味す
るものとする。

補間法の従来例は第４図（イ）のように、まず点（i_-1,
f（i_-1）と点（i₀,f（i₀））とを結ぶ直線L₀をひき、こ
の直線L₀と符号が逆で絶対値の等しい直線L₁を点（i₊₁,
f（i₊₁））を通るようにひく。そして、直線L₀とL₁の交
点の横座標の値ｘを、最終の補間されたずれ量とするの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この方法はｆ（ｉ）のグラフの形が第４
図（イ）の直線L₀とL₁で構成されるような直線の場合で
は正しいｘを与えるが、第４図（ロ），（ハ）で示すよ
うな曲率をもつたものになると誤差が出てくる。すなわ
ち、直線L₀と符号は違うが絶対値が同じ傾きの直線を、
第４図（ロ），（ハ）の破線L₂で示すように、x₀に対し
対称な点（x₀＋（x₀−i₀）,f（i₀））をとおしてひけ
ば、交点は正しくx₀を与えるが（ｆ（ｉ）はx₀を中心
に、少なくともx₀近傍では、左右対称であるとしてい
る）、図中の一点鎖線L₁で示すように、別のポイントを
通つているので、図から明らかなように、ｆ（ｉ）が同
図（ロ）のように下に凸の場合はｘ＞x₀となり、一方同
図（ハ）のように上に凸の場合はｘ＜x₀となる。

これはすなわち、傾きの絶対値をｆ（i_-1）−ｆ（i₀）に固定し、これを第４図（イ）の直線L₀,L₁にそのまゝ
適用したことによつて発生する誤差であり、このまゝで
は精度の良いずれ量ｘが求められないと云う問題があ
る。

したがつて、この発明はより高精度の合焦検出が可能な
合焦状態検出方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

フオトセンサピツチのｉ（整数）倍の変位量に対する２
つの像の不一致度を表わす尺度ｆ（ｉ）とその最小値を
与えるｉの値i₀、そのときの関数値ｆ（i₀）および該i₀
の前後のi₀−1,i₀−2,i₀＋1,i₀＋２に対応する関数値ｆ
（i₀−１）,f（i₀−２）,f（i₀＋１）,f（i₀＋２）をそ
れぞれ求め、さらにこれらの値から下記（Ｉ）および
（II）式で示される量ｘを演算するとゝもに、前記関数
値ｆ（i₀−１）とｆ（i₀＋１）とを比較して、イ）ｆ（i₀−１）＞ｆ（i₀＋１）ロ）ｆ（i₀−１）＝ｆ（i₀＋１）ハ）ｆ（i₀−１）＜ｆ（i₀＋１）のいずれの関係にあるかを判定し、前記イ）の場合は下記（Ｉ）式、ロ）の場合はｘ＝i₀、ハ）の場合は下記（II）式にてそれぞれ与えられるｘまたはこれにフオトセンサピ
ツチを乗じた値を相対変位量とする。

記ｘ＝i₀＋1/2 −｛ｆ（i₀＋１）＋ｆ（i₀）｝/A Ａ＝２｛B₁＋K₁（B₁−B₂）｝ B₁＝ｆ（i₀−１）−ｆ（i₀） B₂＝ｆ（i₀＋２）−ｆ（i₀＋１） K₁＝０〜0.5なる定数 ……（Ｉ）ｘ＝i₀−1/2 ＋｛ｆ（i₀−１）−ｆ（i₀）｝/C Ｃ＝２｛D₁＋K₁（D₁−D₂）｝ D₁＝ｆ（i₀＋１）−ｆ（i₀） D₂＝ｆ（i₀−２）−ｆ（i₀−１） K₁＝０〜0.5なる定数 ……（II）〔作用〕点（i₀,f（i₀）），点（i₊₁,f（i₊₁））をそれぞれ通る
第４図（イ）のL₀,L₁に相当する直線の傾きの絶対値
を、ｆ（i_-1）−ｆ（i₀）ではなく、これを修正した値を用いることにより、より
精度の高い補間演算を可能にする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示すフローチヤートであ
る。なお、この発明が実施される装置は第３図と同様で
あり、したがつて以下の説明は演算処理装置にて行なわ
れる各種の処理を示すことになる。

まず、A/D変換されたセンサ出力を取り込み（参
照）、この出力にもとづき２つのフオトセンサアレイ上
の被写体像のずれ量ｉ（厳密には、これにフオトセンサ
ピツチを乗じた量）に対する不一致度を示す関数ｆ
（ｉ）を計算し（参照）、さらにｆ（ｉ）の最小値を
与えるi₀を求める（参照）。次いで、関数値ｆ（ｉ）
から後述する如き演算をして合焦検出信号（デフオーカ
ス信号）を出力するわけであるが、こゝでこの発明の原
理につき説明する。

まず、第２図を参照し、一般的な場合について考察す
る。同図の如く、点（0,y₀）を通る傾き−Ｋの直線L
₃と、点（1,y₁）を通る傾きＫの直線L₄とを想定し、そ
の交点の座標のｘ座標を求めると、次式のようになる。

同式から明らかなように、Ｋ→∞とすればｘ→1/2とな
り、Ｋを小さくして行けば、ｘはy₁−y₀＞０のときは減
少して行き、y₁−y₀＜０のときは増大して行く。なお、
Ｋを大きくすることを考えると、その関係は上記と逆に
なる。

第４図の（ロ），（ハ）の場合にもどると、ｆ（i₊₁）
＞ｆ（i₀）であり、同図（ロ）の場合はｘ＞x₀なので、
直線L₀,L₁の傾きを小さくすればｘはよりx₀に近づくこ
ととなり、同図（ハ）の場合はｘ＜x₀なので直線L₀,L₁
の傾きを大きくすれば、やはりｘはx₀に近づくこととな
る。そこで、直線L₀,L₁の傾きの絶対値として｛ｆ
（i_-1）−ｆ（i₀）｝を使わないで、ｆ（i_-1）−ｆ（i₀）＋Ｃ〔｛ｆ（i_-1）−ｆ（i₀）｝ −｛ｆ（i₊₂）−ｆ（i₊₁）｝〕 ……（４）を用いることを考える。すなわち、（４）式はｆ（i_-1）−ｆ（i₀）に補正項、Ｃ〔｛ｆ（i_-1）−ｆ（i₀）｝−｛ｆ（i₊₂） −ｆ（i₊₁）｝〕 ……（５）を付け加えたものである。これは、点（i₊₁,f（i₊₁））
と点（i₊₂,f（i₊₂））を結ぶ直線の傾きの分も、重みＣ
を付けて計算に入れようというものである。さらに言え
ば、ｆ（ｉ）の傾きｇ（ｉ）＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ−１）
またはｆ（ｉ＋１）−ｆ（ｉ）を考え、ｇ（ｉ）とΔｇ
（ｉ）＝ｇ（ｉ＋１）−ｇ（ｉ）から、最適な傾きｇ
（i₀）＝ｇ（ｉ）＋ＣΔＧ（ｉ）を計算しようとするも
のである。この考えからするとＣは正数であるが、x₀は
i₊₁よりi₀に近いので、ｘ＜0.5が適当と考えられる。実
際、第４図（ロ）の場合は（５）式は負となつて直線
L₀,L₁の傾きは小さくなり、また第４図（ハ）の場合は
（５）式が正になつて直線L₀,L₁の傾きは大きくなり、
ｘをx₀に近づけることができる。

そこで、（４）式を（３）式に代入し、簡単のためにy
_-1＝ｆ（i_-1）,y₀＝ｆ（i₀）,y₁＝ｆ（i₊₁）,y₂＝ｆ（i
₊₂）とおきかえると、最終的に、ずれ量は次式で与えら
れる。

もちろんこれは、ずれ量がフオトセンサピツチの何倍で
あるかを示す値で、正確には（６）式にフオトセンサピ
ツチｐを乗じなければならない。

また、前述のように（６）式はｆ（i_-1）＞ｆ（i₊₁）が
成り立つ場合、すなわち、真のずれ量がi₀とi₊₁の間に
存在すると判断される場合に適用される式で、ｆ
（i_-1）＜ｆ（i₊₁）、すなわち真のずれ量がi_-1とi₀の
間に存在すると判断される場合は、同様の考察（y_-1→y
₁,y₁→y_-1,y₂→y_-2に置き換える）により次式で与えら
れる。

ここに、y_-2＝ｆ（i_-2）であり、この（７）式も（６）
式と同様にフオトセンサピツチの何倍であるかを示す値
である。

以上の如くして、より精密なずれ量を求めるわけである
が、このような処理をするのが第１図のステツプ〜
と云うことになる。すなわち、ステツプではｆ（i₀−
１）とｆ（i₀＋１）との比較を行ない、ｆ（i₀−１）＞ｆ（i₀＋１）ならばステツプに進んで上記（６）式の演算を行なう
一方、ｆ（i₀−１）＜ｆ（i₀＋１）ならばステツプに進んで上記（７）式の演算を行な
う。なお、ｆ（i₀−１）＝ｆ（i₀＋１）の場合はi₀がそのまゝずれ量を示しているので、ｘ＝i₀ となる（参照）。こうして、（６）式または（７）式
もしくはｘ＝i₀をデフオーカス信号として取り出すもの
である（参照）。こゝでは、デフオーカス量としてセ
ンサピツチの何倍であるかと云う、（６），（７）式の
結果またはｘ＝i₀を出力することにしているが、必要な
らばこれにフオトセンサピッチｐを乗じて、ずれ量が何
μｍであるかを求めることができるのは、云う迄もな
い。

このようにして求められたずれ量ｘは、精度の高い補間
計算をして求めたものであるので、これを用いてより精
密な合焦制御を行なうことができる。なお、かゝる方法
を用いてシミユレーシヨンを実施した結果、従来の方法
よりも高い精度でずれ量を検出できることが確認されて
いることを付言する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、離散的に求めた像変位量ｉと不一致
度を表わす関数ｆ（ｉ）とを用いて高精度な補間計算を
行なうようにしたので、より高い精度で像変位量を検出
することができ、その結果、精密なピント調整が可能と
なる利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すフローチヤート、第２
図はこの発明による補間法の原理を説明するための説明
図、第３図は合焦状態検出装置の一般的な例を示す構成
図、第４図は補間法の従来例を説明するための説明図で
ある。符号説明 1A,1B……フオトセンサアレイ、2A,2B……A/D変換器、
３……演算処理装置（マイクロコンピユータ）、L₀,L₁,
L₂,L₃,L₄……直線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体から放射または反射される光束のう
ちの互いに異なる部分の光束を少なくとも２つのフオト
センサアレイ上にそれぞれ投影し、該各センサアレイ上
に形成される被写体像の相対変位から光学系の合焦状態
を送出すべく、前記フオトセンサピツチのｉ（整数）倍の変位量に対す
る前記２つの像の不一致度を表わす尺度ｆ（ｉ）とその
最小値を与えるｉの値i₀、そのときの関数値ｆ（i₀）お
よび該i₀の前後のi₀−1,i₀−2,i₀＋1,i₀＋２に対応する
関数値ｆ（i₀−１）,f（i₀−２）,f（i₀＋１）,f（i₀＋
２）をそれぞれ求め、さらにこれらの値から下記（Ｉ）
および（II）式で示される量ｘを演算するとともに、前
記関数値ｆ（i₀−１）とｆ（i₀＋１）とを比較して、イ）ｆ（i₀−１）＞ｆ（i₀＋１）ロ）ｆ（i₀−１）＝ｆ（i₀＋１）ハ）ｆ（i₀−１）＜ｆ（i₀＋１）のいずれの関係にあるかを判定し、前記イ）の場合は下記（Ｉ）式、ロ）の場合はｘ＝i₀、ハ）の場合は下記（II）式、にてそれぞれ与えられるｘまたはこれにフオトセンサピ
ツチを乗じた値を前記相対変位量とすることを特徴とす
る合焦状態検出方法。記ｘ＝i₀＋1/2 −｛ｆ（i₀＋１）−ｆ（i₀）｝/A Ａ＝２｛B₁＋K₁（B₁−B₂）｝ B₁＝ｆ（i₀−１）−ｆ（i₀） B₂＝ｆ（i₀＋２）−ｆ（i₀＋１） K₁＝０〜0.5なる定数 ……（Ｉ）ｘ＝i₀−1/2 ＋｛ｆ（i₀−１）−ｆ（i₀）｝/C Ｃ＝２｛D₁＋K₁（D₁−D₂）｝ D₁＝ｆ（i₀＋１）−ｆ（i₀） D₂＝ｆ（i₀−２）−ｆ（i₀−１） K₁＝０〜0.5なる定数 ……（II）