JPH0875983A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のデフォーカス量の中から焦点検出精度
の高いデフォーカス量を最終デフォーカス量に決定し、
焦点検出結果の信頼性を向上する。 【構成】 撮影画面内の複数の焦点検出領域のそれぞれ
において、光電変換手段の出力信号から任意の周波数成
分の信号を抽出するとともに、その信号に基づいて撮影
レンズの焦点調節状態を算出し、各焦点検出領域の信号
成分の周波数と焦点調節状態とに基づいて、例えば周波
数の高い信号成分に基づいて算出された焦点調節状態を
優先し、撮影レンズの最終的な焦点調節状態を決定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカメラやビデオなどに用
いられる焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】位相差検出方式のカメラの焦点検出装置
が知られている。図１１は位相差検出方式による焦点検
出装置の概要を示す。撮影レンズ１００の領域１０１か
ら入射した光束は視野マスク２００、フィールドレンズ
３００、絞り開口部４０１および再結像レンズ５０１を
通り、入射強度に応じた出力を発生する複数の光電変換
素子を一次元状に並べたイメージセンサーアレイＡ上に
結像する。同様に、撮影レンズ１００の領域１０２から
入射した光束は視野マスク２００、フィールドレンズ３
００、絞り開口部４０２および再結像レンズ５０２を通
り、イメージセンサーアレイＢ上に結像する。これらイ
メージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上に結像した一対の被
写体像は、撮影レンズ１００が予定焦点面よりも前に被
写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに遠ざ
かり、逆に予定焦点面よりも後ろに被写体の鮮鋭像を結
ぶいわゆる後ピン状態では互いに近づき、ちょうど予定
焦点面に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる合焦時にはイメ
ージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上の被写体像は相対的に
一致する。したがって、この一対の被写体像をイメージ
センサーアレイＡ列、Ｂ列により光電変換して電気信号
に変え、これらの信号を演算処理して一対の被写体像の
相対的な位置ずれ量を求めることにより、撮影レンズ１
００の焦点調節状態、ここでは合焦状態から離れている
量とその方向（以後、デフォーカス量と略す）が分か
る。そしてイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列の再結像
レンズ５０１、５０２による投影像は予定焦点面近傍で
重なることになり、図１５に示すように撮影画面におけ
る中央部の領域とするのが一般的であり、この領域が焦
点検出領域となる。

【０００３】ここで、デフォーカス量を求める演算処理
方法について述べる。イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ
列はそれぞれ複数の光電変換素子からなっており、複数
の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、ｂ
［１］，．．．ｂ［ｎ］を出力する（図１３（ａ）、
（ｂ）参照）。そして、この一対の出力信号列の内の所
定範囲のデータを相対的に所定のデータ分Ｌずつシフト
しながら相関演算を行う。最大シフト数をｌｍａｘとす
るとＬの範囲は−ｌｍａｘからｌｍａｘとなる。具体的
には相関量Ｃ［Ｌ］を数式１で算出する。

【数１】Ｃ［Ｌ］＝Σ｜ａ［ｉ＋Ｌ］−ｂ［ｉ］｜ Ｌ＝-lmax,...,-2,-1,0,1,2,...,lmax ここで、Σはｉ＝ｋ〜ｒの総和演算を表わす。数式１に
おいてＬは上述のごとくデータ列のシフト量に当たる整
数である。初項ｋと最終項ｒは例えば数式２に示すよう
に、シフト量Ｌに依存して変化させる。

【数２】Ｌ≧０の時 ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ｛−Ｌ／２｝ ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ｛−Ｌ／２｝ Ｌ＜０の時 ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ｛（−Ｌ＋１）／２｝ ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ｛（−Ｌ＋１）／２｝ ここで、ｋ０、ｒ０はシフト量Ｌが０の時の初項と最終
項である。この数式２によって初項ｋと最終項ｒを変化
させた時の、数式１におけるＡ列信号とＢ列信号との差
分の絶対値を算出する信号の組み合わせと、それらの差
分の絶対値を加算する演算範囲とを図１４に示す。この
ように、シフト量Ｌの変化にともなってＡ列、Ｂ列の相
関演算に使用する範囲が互いに逆方向にずれていく。初
項ｋと最終項ｒをシフト量Ｌにかかわらず一定とする方
法もあり、この場合は、一方の列の相関演算に使用する
範囲は常に一定となり、他方の列のみがずれる。そし
て、相対的な位置ずれ量は一対のデータが一致したとき
のシフト量Ｌとなるので、こうして得られた相関量Ｃ
［Ｌ］の中で極小値となる相関量を与えるシフト量を検
出し、これに図１１に示す光学系及び、イメージセンサ
ーアレイの光電変換素子のピッチ幅によって定まる定数
を掛けたものがデフォーカス量となる。よって、最大シ
フト数ｌｍａｘが大きいほど大きなデフォーカス量でも
検出できることになる。

【０００４】ところで、相関量Ｃ［Ｌ］は図１３（ｃ）
に示すように離散的な値であり、検出可能なデフォーカ
ス量の最小単位はイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列の
光電変換素子のピッチ幅によって制限されてしまう。そ
こで、離散的な相関量Ｃ［Ｌ］に基づいて補間演算を行
うことにより、新たに真の極小値Ｃｅｘを算出し、綿密
な焦点検出を行う方法が本出願人により特開昭６０−３
７５１３号公報に開示されている。これは、図１２に示
すように、極小値である相関量Ｃ［ｌ］と、その両側の
シフト量における相関量Ｃ［ｌ＋１］、Ｃ［ｌ−１］を
用いて、真の極小値Ｃｅｘとこれを与えるずれ量Ｌｓを
数式３、数式４により算出するものである。

【数３】ＤL＝（Ｃ［ｌ−１］−Ｃ［ｌ＋１］）／２ Ｃex＝Ｃ［ｌ］−｜ＤL｜ Ｅ＝ＭＡＸ｛Ｃ［ｌ＋１］−Ｃ［ｌ］，Ｃ［ｌ−１］−
Ｃ［ｌ］｝

【数４】Ｌｓ＝ｌ＋ＤL／Ｅ 数式３においてＭＡＸ｛Ｃａ，Ｃｂ｝はＣａとＣｂの内
の大なる方を選択することを意味する。そしてデフォー
カス量ＤＦは前記ずれ量Ｌｓから数式５によって算出さ
れる。

【数５】ＤＦ＝Ｋｆ×Ｌｓ 数式５においてＫｆは図１１に示す光学系及びイメージ
センサーアレイの光電変換素子のピッチ幅によって定ま
る定数である。

【０００５】こうして得られたデフォーカス量が真にデ
フォーカス量を示しているのか、ノイズなどによる相関
量の揺らぎによるものなのかを判定する必要があり、数
式６に示す条件を満たしたとき、デフォーカス量は信頼
ありとする。

【数６】Ｅ＞Ｅ１ ＆ Ｃｅｘ／Ｅ＜Ｇ１ 数式６におけるＥ１、Ｇ１は所定のしきい値である。数
値Ｅは相関量の変化の様子を示し被写体のコントラスト
に依存する値であり、値が大きいほどコントラストが高
く信頼性が高いことになる。Ｃｅｘは一対のデータが最
も一致したときの差分であり本来は０となる。しかしな
がらノイズの影響や、さらに領域１０１と領域１０２と
で視差が生じているために、一対の被写体像に微妙な差
が生じることにより、０とはならない。ノイズや被写体
像の差の影響は被写体のコントラストが高いほど小さい
ので、一対のデータの一致度を表す数値としてはＣｅｘ
／Ｅを用いている。当然ながらＣｅｘ／Ｅが０に近いほ
ど一対のデータの一致度が高く信頼性が高いことにな
る。なお、数値Ｅの代わりに一対のデータの一方に関す
るコントラストを算出し、それを用いて信頼性判定を行
う場合もある。そして、信頼性ありと判定されるとデフ
ォーカス量ＤＦに基づく撮影レンズ１００の駆動、ある
いは表示を行う。以上、数式１から数式６までの相関演
算、補間演算、条件判定をまとめて焦点検出演算と呼ぶ
ことにする。

【０００６】以上の説明では、イメージセンサーアレイ
Ａ列、Ｂ列の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、
ｂ［１］，．．．，ｂ［ｎ］そのものを焦点検出演算に
用いている。しかしながら、被写体のナイキスト周波数
より高い周波数成分や、Ａ列とＢ列の出力のアンバラン
スの影響で正しい焦点検出が出来ないことがある。そこ
で、出力信号列に対してフィルター演算処理を施し、得
られたフィルター処理データを用いて焦点検出演算を行
う方法が本出願人より特開昭６１−２４５１２３号公報
に開示されている。例えばナイキスト周波数以上の高周
波成分を除去するフィルター処理演算は数式７により実
現され、Ａ列、Ｂ列の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ
［ｎ］、ｂ［１］，．．．，ｂ［ｎ］からフィルター処
理データＰａ［１］，．．．，Ｐａ［ｎ−２］、Ｐｂ
［１］，．．．，Ｐｂ［ｎ−２］を得る。

【数７】Ｐａ［ｉ］＝（ａ［ｉ］＋２×ａ［ｉ＋１］＋
ａ［ｉ＋２］）／４ Ｐｂ［ｉ］＝（ｂ［ｉ］＋２×ｂ［ｉ＋１］＋ｂ［ｉ＋
２］）／４ ここで、ｉ＝１〜ｎ−２

【０００７】こうして得られたフィルター処理データＰ
ａ［１］，．．．，Ｐａ［ｎ−２］、Ｐｂ
［１］，．．．，Ｐｂ［ｎ−２］に対し、例えば数式８
によってＡ列とＢ列の出力のアンバランスの影響を除去
するフィルター処理演算を施し、フィルター処理データ
Ｆａ［１］，．．．，Ｆａ［ｎ−２−２ｓ］、Ｆｂ
［１］，．．．，Ｆｂ［ｎ−２−２ｓ］を得る。

【数８】Ｆａ［ｉ］＝−Ｐａ［ｉ］＋２×Ｐａ［ｉ＋
ｓ］−Ｐａ［ｉ＋２ｓ］ Ｆｂ［ｉ］＝−Ｐｂ［ｉ］＋２×Ｐｂ［ｉ＋ｓ］−Ｐｂ
［ｉ＋２ｓ］ ここで、ｉ＝１〜ｎ−２−２ｓ 数式８において、ｓは１〜１０程度の整数であり、数値
が大きいほど被写体パターンのより低周波数成分を抽出
し、数値が小さいほど被写体パターンのより高周波数成
分を抽出することになる。また、フィルター処理データ
の数はｓが大きいほど減少する。合焦状態に近いほど被
写体像は高周波数成分を多く含むのでｓとしては比較的
小さい値が好ましく、非合焦状態では被写体像がぼけて
低周波数成分のみとなるのでｓは大きな値が好ましい。
ｓが小さい場合は低周波数成分はほとんど除去されてし
まうので、デフォーカス量が大きくて高周波数成分がな
い場合には検出不能となる。したがって、この場合には
数式１における最大シフト数ｌｍａｘをあまり大きくし
ても意味がなく、比較的小さな値でよい。反対にｓが大
きい場合には低周波数成分を抽出するためにデフォーカ
ス量が大きくても検出可能であるので、ｌｍａｘには比
較的大きな値を設定する。

【０００８】今後、被写体パターンの周波数成分につい
て論じる場合はイメージセンサーアレイ上に結像した像
ではなく予定焦点面における空間周波数のこととする。
よって、数式８のフィルター処理演算によって得られる
フィルター処理データの周波数成分はｓの値の他に、予
定焦点面の像が再結像レンズ５０１、５０２によってイ
メージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上に結像する時の倍率
と、イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列を形成する光電
変換素子のピッチ幅にも関係する。通常、再結像レンズ
は予定焦点面の像がイメージセンサーアレイ上に縮小さ
れるように構成されているので、前記倍率を縮小倍率と
呼び、縮小倍率が大きいほど予定焦点面の像がイメージ
センサーアレイ上により縮小されて結像するものとす
る。そして、数式８のフィルター処理演算によって得ら
れるフィルター処理データの周波数成分はｓの値が大き
く、縮小倍率が大きく、光電変換素子のピッチ幅が広い
ほど低周波数成分を含み、ｓの値が小さく、縮小倍率が
小さく、光電変換素子のピッチ幅が狭いほど高周波数成
分を含むことになる。

【０００９】また、ｓの値が比較的大きい時には数式８
で得られたフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ
［ｉ］をそれぞれ１データおきに抜き出してデータ数を
半分に間引くことがある。このようにすると、１つのデ
ータで２画素分の幅を持つことになるので同じ焦点検出
領域とするのに間引かない場合と比べて半分の演算範囲
ですむ。また、間引いた場合のシフト量１は間引かない
場合のシフト量２に相当するので、最大シフト数を半分
としても同じ大きさのデフォーカス量を検出できる。

【００１０】図６は低周波数成分のみの被写体の例であ
り、（ａ）は出力信号列、（ｂ）はｓ＝２のフィルター
処理データ、（ｃ）はｓ＝８のフィルター処理データで
ある。合焦状態なのでＡ列の出力信号列とＢ列の出力信
号列が重なっていることとする。この様にｓ＝２による
フィルター処理データはほとんどコントラストが無く平
らであり、ｓ＝８とすることによりコントラストが十分
となり信頼性のあるデフォーカス量を得ることができ
る。

【００１１】図７は高周波成分のみからなる被写体の場
合であり、（ａ）〜（ｃ）のデータの種類は図６と同じ
であり、合焦状態とする。この場合はｓ＝２でコントラ
ストが十分となり信頼性のあるデフォーカス量を得るこ
とが出来る。

【００１２】図８は高低周波数成分を両方とも十分に含
む被写体の場合であり、（ａ）〜（ｃ）のデータの種類
は図６と同じであり、合焦状態とする。これは図１３に
示す焦点検出領域内に被写体の白い部分と黒い部分の境
界が位置している場合に得られるパターンである。この
パターンではｓの値にかかわらず十分なコントラストが
得られる。

【００１３】被写体像に含まれる周波数成分は被写体ご
とに異なるので、最初はｓを２として高周波数成分を抽
出するフィルター処理を行ない、得られたフィルター処
理データを用いて数式１から数式６の焦点検出演算を行
なう。そして、信頼性のあるデフォーカス量が得られれ
ば終了し、得られない場合にはｓを４として低周波数成
分を抽出するフィルター処理を行ない、得られたフィル
ター処理データを用いて数式１から数式６の焦点検出演
算を行なう。このような手順で信頼性のあるデフォーカ
ス量が得られるまでｓの値を増大させていくという方法
がある。この方法によれば最初は高周波成分を抽出する
ので、通常の被写体の合焦状態付近であればこの時点で
信頼性のあるデフォーカス量を得ることができる。被写
体が人物の顔などで低周波数成分のみを持つ場合には、
低周波成分を抽出するフィルター処理を行ない、得られ
たフィルター処理データに基づく焦点検出演算でデフォ
ーカス量を得ることができる。算出されたデフォーカス
量が大きい場合には、低周波成分を抽出するフィルター
処理を行ない、得られたフィルター処理データに基づい
て最大シフト数ｌｍａｘを大きくして焦点検出演算を行
うことにより、デフォーカス量を求めることができる。
よって、合焦状態付近では演算時間が短くて済むので被
写体が移動体である場合にも容易に追従し、低周波成分
のみの被写体であっても合焦可能であり、大きなデフォ
ーカス量も検出することができる。

【００１４】以上で説明した焦点検出装置においては、
イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列は一方向のみに設置
されているので、例えばイメージセンサーアレイが撮影
画面に対して水平方向に設置されているとすると、撮影
画面に垂直な方向のみにコントラストを有する被写体に
対して焦点検出を行なうことができない。そこで、垂
直、水平の両方向にイメージセンサーアレイを配置し、
このような問題を解決する焦点検出装置があり、図９に
よりその種の焦点検出装置を説明する。撮影レンズ１０
０の光軸上に視野マスク２０、フィールドレンズ３０、
絞り４０、再結像レンズ５０、イメージセンサーアレイ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが配置されている。イメージセンサーア
レイＡ、Ｂは撮影画面の水平方向に配置され、イメージ
センサーアレイＣ、Ｄは撮影画面の垂直方向に配置され
ている。視野マスク２０は十字形の開口部を有してお
り、撮影レンズ１００の予定焦点面近傍に配置されて撮
影レンズ１００によって結像した被写体の空中像を規制
するものである。絞り４０は４１、４２、４３、４４の
４つの開口部を有し、これらの開口部はフィールドレン
ズ３０によって撮影レンズ上に１１、１２、１３、１４
として投影される。再結像レンズ５０は図９（ｂ）に示
すように絞り４の開口部４１、４２、４３、４４に対応
する５１、５２、５３、５４の４つのレンズからなり、
視野マスク２０の像をイメージセンサー２に結像する。
したがって、撮影レンズ１００の１１の領域から入射し
た光束は視野マスク２０、フィールドレンズ３０、絞り
４０の開口部４１、再結像レンズのレンズ５１を通りイ
メージセンサーアレイＡ上に結像する。同様に、撮影レ
ンズ１００の１２、１３、１４の各領域より入射した光
束はそれぞれイメージセンサーアレイＢ、Ｃ、Ｄ上に結
像する。そして、イメージセンサーアレイＡ、Ｂに結像
した被写体像は撮影レンズ１００が前ピンの時は互いに
遠ざかり、後ピンの時は互いに近づき、合焦時にはある
所定の間隔に並ぶ。よって、イメージセンサーアレイ
Ａ、Ｂの出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］を前述のように
演算処理することにより、撮影レンズ１００の水平方向
に関するデフォーカス量を算出することができる。同様
に、イメージセンサーアレイＣ、Ｄに結像した被写体像
は撮影レンズ１００が前ピンの時は互いに遠ざかり、後
ピンの時は互いに近づき、合焦時にはある所定の間隔に
並ぶ。よって、イメージセンサーアレイＣ、Ｄの出力信
号列ｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］を前述のように演算処理するこ
とにより、撮影レンズ１００の垂直方向に関するのデフ
ォーカス量を算出することができる。このような光学
系、イメージセンサーを用いることにより水平方向と垂
直方向の焦点検出領域は図１０（ａ）に示すように撮影
画面で交差する。

【００１５】また、図１１または図９に示す光学系を複
数組有することにより撮影画面の複数の位置でデフォー
カス量を得ることができる焦点検出装置もあり、この場
合の焦点検出領域は例えば図１０（ｂ）に示すような
る。このような複数のデフォーカス量を得る焦点検出装
置では、複数のデフォーカス量の中から最終的なデフォ
ーカス量を決定し、この最終デフォーカス量に基づく撮
影レンズの駆動、あるいは表示を行う。複数のデフォー
カス量の中から一つの最終デフォーカス量を決定する方
法は、特開昭６０−２６２００４号公報、特開平２−１
７８６４１号公報、特開平４−２３５５１２号公報など
に開示されている。特開昭６０−２６２００４号公報に
は、複数のデフォーカス量を平均したり、最も至近を示
すものを選択したり、上述した数値Ｅが最大のものを選
択するなどの方法が開示されている。また、特開平２−
１７８６４１号方向、特開平４−２３５５１２号公報に
は、複数のデフォーカス量の中でほとんど近い値を示す
もの同士を平均して複数の平均デフォーカス量を求め、
複数の平均デフォーカス量から例えば最も至近を示すも
のを選択している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、被写体パタ
ーンに応じて最適な値を数式８のｓに設定しても、一般
的に低周波数成分のみからなる被写体に対する焦点検出
演算結果は、高周波数成分を含む被写体に対する演算結
果よりも精度は低くなる。さらに、ｓの値が比較的大き
い場合の、低周波数成分を抽出するフィルター処理にお
いて、フィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を
それぞれ１データおきに抜き出してデータ数を半分に間
引くようにすると、１つのデータで２画素分の幅を持つ
ことになり、数式３と数式４の補間演算の精度はその分
粗くなるので、焦点検出精度の低下がより顕著になる。

【００１７】撮影画面の複数の位置で焦点検出を行なう
焦点検出装置では、各焦点検出領域のイメージセンサー
から出力される出力信号に対して数式７および数式８に
よるフィルター処理を行ない、複数のフィルター処理デ
ータを算出する。ところが、算出された複数のフィルタ
ー処理データの中には、大きなｓによる数式８のフィル
ター処理で得られた、低周波数成分のみからなるフィル
ター処理データが含まれていることがある。そのような
フィルター処理データに基づいて数式１〜数式６による
焦点検出演算が行なわれ、例えば最至近のデフォーカス
量が得られたとすると、最至近のデフォーカス量を最終
デフォーカス量に決定する方式の焦点検出装置ではこの
最至近のデフォーカス量を最終デフォーカス量として決
定する。この最終デフォーカス量に決定された最至近の
デフォーカス量はもともと低周波数成分のみからなるフ
ィルター処理データに基づいて算出されたものであるか
ら、上述したようにその焦点検出結果の精度は低い。つ
まり、撮影画面の複数の位置で焦点検出を行なう焦点検
出装置では、高精度な焦点検出結果が得られる高周波数
成分を含むフィルター処理データがあるにも拘らず、低
周波数成分のみからなるフィルター処理データに基づい
て得られたデフォーカス量を最終デフォーカス量として
決定することがあり、そのような場合には焦点検出精度
が低下するので、焦点検出結果の信頼性が低下するとい
う問題がある。

【００１８】本発明の目的は、複数のデフォーカス量の
中から焦点検出精度の高いデフォーカス量を最終デフォ
ーカス量に決定し、焦点検出結果の信頼性を向上した焦
点検出装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、撮影レンズの予定焦点面に設定
された撮影画面内に複数の焦点検出領域を有する焦点検
出装置であって、前記各焦点検出領域に対応して設けら
れ、被写体像の光強度分布に応じた信号を出力する複数
の光電変換手段と、前記撮影レンズを通過した被写体か
らの光を前記各光電変換手段へ導き、前記各光電変換手
段上に被写体像を結像する焦点検出光学系と、前記各光
電変換手段の出力信号から任意の周波数成分の信号を抽
出するフィルター処理手段と、このフィルター処理手段
により抽出された任意の周波数成分の信号に基づいて、
前記撮影レンズの焦点調節状態を算出する演算手段と、
前記各焦点検出領域ごとの前記フィルター処理手段によ
り抽出された信号成分の周波数と、前記各焦点検出領域
ごとに前記演算手段により算出された焦点調節状態とに
基づいて、前記撮影レンズの最終的な焦点調節状態を決
定する最終状態決定手段とを備える。請求項２の焦点検
出装置は、前記最終状態決定手段によって、周波数の高
い信号成分に基づいて算出された焦点調節状態を優先し
て最終的な焦点調節状態を決定するようにしたものであ
る。請求項３の焦点検出装置は、前記フィルター処理手
段によって、まず高い周波数の成分を抽出して前記演算
手段により焦点調節状態を算出し、算出結果に所定の信
頼性が得られるまで抽出信号成分の周波数を低減して前
記演算手段による焦点調節状態の演算を繰り返すように
したものである。

【００２０】

【作用】各焦点検出領域において、光電変換手段の出力
信号から任意の周波数成分の信号を抽出するとともに、
その信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を算出
し、各焦点検出領域の信号成分の周波数と焦点調節状態
とに基づいて、例えば周波数の高い信号成分に基づいて
算出された焦点調節状態を優先し、撮影レンズの最終的
な焦点調節状態を決定する。これにより、複数の焦点検
出領域で検出される複数の焦点調節状態から焦点検出精
度の高い最終的な焦点調節状態が得られ、焦点検出の信
頼性が向上する。なお、光電変換手段の出力信号から任
意の周波数成分を抽出する時に、まず高い周波数の成分
を抽出して焦点調節状態を演算し、算出結果に所定の信
頼性が得られるまで信号成分の周波数を低減して焦点調
節状態の演算を繰り返す。これにより、高い周波数成分
に基づく焦点調節状態の演算結果に所定の信頼性が得ら
れれば、低い周波数に基づく焦点調節状態の演算を省略
でき、演算手段の負担が低減して焦点検出時間が短縮さ
れる。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の実施例の構成図である。焦点
検出光学系１は、撮影レンズ１００を通過した被写体か
らの光を被写体像検出回路２へ導く光学系であり、例え
ば図９に示すような視野マスク２０と、フィールドレン
ズ３０と、絞り開口部４１、４２、４３、４４と、再結
像レンズ５１、５２、５３、５４とから成る。絞り開口
部４１、４２と再結像レンズ５１、５２は撮影画面に対
して水平方向の焦点検出のために用いられ、絞り開口部
４３、４４と再結像レンズ５３、５４は撮影画面に対し
て垂直方向の焦点検出のために用いられる。ここで、再
結像レンズ５１、５２による水平方向の縮小倍率と再結
像レンズ５３、５４による垂直方向の縮小倍率は等しい
ものとする。

【００２２】被写体像検出回路２は、図９に示すように
イメージセンサーアレイＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの計４列を有す
る回路であり、それぞれのイメージセンサーアレイはｎ
個の光電変換素子からなる。したがって、それぞれがｎ
個のデータからなる出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］、ｃ
［ｉ］、ｄ［ｉ］を出力する。なお、イメージセンサー
アレイＡとＢが一対のイメージセンサーを構成し、イメ
ージセンサーアレイＣとＤが一対のイメージセンサーを
構成する。イメージセンサーアレイＡ、Ｂは撮影画面に
対して水平方向に配置され、イメージセンサーアレイ
Ｃ、Ｄは撮影画面に対して垂直方向に配置されている。
この実施例では、イメージセンサーアレイＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄを形成する光電変換素子のピッチ幅を全て等しくした
ので、水平方向の光電変換素子のピッチ幅と垂直方向の
光電変換素子のピッチ幅は等しいことになる。

【００２３】フィルター処理回路３は、被写体像検出回
路２から出力される出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］、ｃ
［ｉ］、ｄ［ｉ］に対して数式７、数式８に示すフィル
ター処理を施し、フィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆ
ｂ［ｉ］、Ｆｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を出力する回路であ
る。水平方向と垂直方向とで縮小倍率と光電変換素子の
ピッチ幅が等しいので、水平方向と垂直方向とのフィル
ター処理演算によって抽出する周波数成分の相対的な高
低は数式８におけるｓの値に依存し、ｓの値を変化させ
ることにより複数の種類のフィルター処理演算を実現し
ている。

【００２４】焦点検出信号決定回路４は、フィルター処
理回路３から出力されるフィルター処理データＦａ
［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦
点検出演算を行い、撮影レンズ１００の撮影画面に対し
て水平方向に関するデフォーカス量ＤｆＨを算出する。
同様に、フィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］
を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を行い、
撮影レンズ１００の撮影画面に対して垂直方向に関する
デフォーカス量ＤｆＶを算出する。焦点検出信号決定回
路５は、焦点検出演算回路４により算出された水平方向
デフォーカス量ＤｆＨおよび垂直方向デフォーカス量Ｄ
ｆＶと、これらを得る際に用いたフィルター処理演算の
種類とに基づいて最終的なデフォーカス量ＤｆＬを決定
する。なお、フィルター処理回路３、焦点検出演算回路
４、焦点検出信号決定回路５はマイクロコンピューター
によって実現してもよい。

【００２５】以上のように構成された本発明の焦点検出
装置の全体の動作を図２により説明する。ステップＳ１
において、被写体像検出回路２から出力された出力信号
列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］をフィルター処理回路３と焦点検
出演算回路４とにより演算処理し、水平方向デフォーカ
ス量ＤｆＨを得る。この詳細は後述する。続くステップ
Ｓ２で、被写体像検出回路２から出力された出力信号列
ｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］をフィルター処理回路３と焦点検出
演算回路４とにより演算処理し、垂直方向デフォーカス
量ＤｆＶを得る。この詳細も後述する。ステップＳ３
で、水平方向デフォーカス量ＤｆＨおよび垂直方向デフ
ォーカス量ＤｆＶと、これらを得る際に用いたフィルタ
ー処理演算の種類とに基づいて、焦点検出信号決定回路
５により最終的デフォーカス量ＤｆＬを決定する。この
詳細は後述する。なお、図２の動作で水平方向デフォー
カス量ＤｆＨを垂直方向デフォーカス量ＤｆＶよりも先
に算出しているが、特に意味はないので順番を逆にして
もかまわない。

【００２６】図３により、図２のステップＳ１における
水平方向デフォーカス量ＤｆＨの算出動作を説明する。
ステップＳ３０１において出力信号列ａ［ｉ］、ｂ
［ｉ］を入力し、続くステップＳ３０２で数式７により
フィルター処理データＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］を算出す
る。ステップＳ３０３で数式８のｓの値に２を設定して
ステップＳ３０４へ進み、数式８のフィルター処理演算
を実行して高周波数成分を含むフィルター処理データＦ
ａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を抽出する。ステップＳ３０５で
は、算出したフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ
［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を
実行する。次に、ステップＳ３０６で信頼性のあるデフ
ォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合に
はステップＳ３１６へ進み、得られなかった場合にはス
テップＳ３０７へ進む。ステップＳ３０７で数式８のｓ
の値に４を設定してステップＳ３０８へ進み、数式８の
フィルター処理演算を実行して中周波数成分を含むフィ
ルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を抽出する。
ステップＳ３０９では、算出したフィルター処理データ
Ｆａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を用いて数式１から数式６まで
の焦点検出演算を実行する。

【００２７】ステップＳ３１０において、信頼性のある
デフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場
合にはステップＳ３１７へ進み、得られなかった場合に
はステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３１１で数式８
のｓの値に８を設定してステップＳ３１２へ進み、数式
８のフィルター処理演算を実行して低周波数成分を含む
フィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を抽出す
る。ステップＳ３１３では、算出したフィルター処理デ
ータＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を用いて数式１から数式６
までの焦点検出演算を実行する。そして、ステップＳ３
１４で信頼性のあるデフォーカス量が得られたか否かを
判別し、得られた場合にはステップＳ３１８へ進み、得
られなかった場合にはステップＳ３１５へ進む。ステッ
プＳ３１５で数値Ｈｓに９９を設定して処理を終了す
る。Ｈｓは設定された数値によって信頼性のあるデフォ
ーカス量が得られたときのフィルター処理演算の種類を
示すものであって、９９が設定されているときは水平方
向デフォーカス量ＤｆＨが得られなかったということを
表す。

【００２８】一方、ステップＳ３１６ではＨｓを１とし
て処理を終了する。Ｈｓが１であるということは、高周
波数成分を抽出したフィルター処理データに基づいて水
平方向デフォーカス量ＤｆＨが得られたことを表す。ま
た、ステップＳ３１７では、Ｈｓを２として処理を終了
する。Ｈｓが２であるということは、中周波数成分を抽
出したフィルター処理データに基づいて水平方向デフォ
ーカス量ＤｆＨが得られたことを表す。さらに、ステッ
プＳ３１８では、Ｈｓを３として処理を終了する。Ｈｓ
が３であるということは、低周波数成分を抽出したフィ
ルター処理データに基づいて水平方向デフォーカス量Ｄ
ｆＨが得られたことを表す。

【００２９】以上の水平方向デフォーカス量ＤｆＨ算出
動作において、ステップＳ３０１〜Ｓ３０４、Ｓ３０
７、Ｓ３０８、Ｓ３１１、Ｓ３１２はフィルター処理回
路３の動作であり、他のステップは焦点検出演算回路４
の動作である。

【００３０】図４により、図２のステップＳ２における
垂直方向デフォーカス量ＤｆＶ算出の詳細な動作を説明
する。ステップＳ４０１において出力信号列ｃ［ｉ］、
ｄ［ｉ］を入力し、続くステップＳ４０２で、数式７に
おけるａ［ｉ］、ｂ［ｉ］の代わりにｃ［ｉ］、ｄ
［ｉ］を用いることによって、フィルター処理データＰ
ｃ［ｉ］、Ｐｄ［ｉ］を算出する。ステップＳ４０３で
数式８のｓの値に２を設定してステップＳ４０４へ進
み、数式８のＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］の代わりにＰｃ
［ｉ］、Ｐｄ［ｉ］を用いてフィルター処理演算を実行
し、高周波数成分を含むフィルター処理データＦｃ
［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を抽出する。ステップＳ４０５で
は、算出したフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ
［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を
実行する。

【００３１】ステップＳ４０６において、信頼性のある
デフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場
合にはステップＳ４１６へ進み、得られなかった場合に
はステップＳ４０７へ進む。ステップＳ４０７で数式８
のｓの値に４を設定してステップＳ４０８へ進み、数式
８におけるＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］の代わりにＰｃ
［ｉ］、Ｐｄ［ｉ］を用いてフィルター処理演算を実行
し、中周波数成分を含むフィルター処理データＦｃ
［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を抽出する。ステップＳ４０９で
は、算出したフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ
［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を
実行する。そして、ステップＳ４１０で信頼性のあるデ
フォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合
にはステップＳ４１７へ進み、得られなかった場合には
ステップＳ４１１へ進む。ステップＳ４１１で数式８の
ｓの値に８を設定してステップＳ４１２へ進み、数式８
のＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］の代わりにＰｃ［ｉ］、Ｐｄ
［ｉ］を用いてフィルター処理演算を実行し、低周波数
成分を含むフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ
［ｉ］を抽出する。ステップＳ４１３では、算出したフ
ィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を用いて数
式１から数式６までの焦点検出演算を実行する。

【００３２】ステップＳ４１４において、信頼性のある
デフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場
合にはステップＳ４１８へ進み、得られなかった場合に
はステップＳ４１５へ進む。ステップＳ４１５で数値Ｖ
ｓに９９を設定して処理を終了する。Ｖｓは設定された
数値によって信頼性のあるデフォーカス量が得られたと
きのフィルター処理演算の種類を示すものであって、９
９が設定されている時は垂直方向デフォーカス量ＤｆＶ
が得られ無かったということを表す。一方、ステップＳ
４１６ではＶｓを１として処理を終了する。Ｖｓが１で
あるということは、高周波数成分を抽出したフィルター
処理データに基づいて垂直方向デフォーカス量ＤｆＶが
得られたことを表す。また、ステップＳ４１７ではＶｓ
を２として処理を終了する。Ｖｓが２であるということ
は、中周波数成分を抽出したフィルター処理データに基
づいて垂直方向デフォーカス量ＤｆＶが得られたことを
表す。さらに、ステップＳ４１８ではＶｓを３として処
理を終了する。Ｖｓが３であるということは、低周波数
成分を抽出したフィルター処理データに基づいて垂直方
向デフォーカス量ＤｆＶが得られたことを表す。

【００３３】以上の垂直方向デフォーカス量ＤｆＶ算出
動作において、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４、Ｓ４０
７、Ｓ４０８、Ｓ４１１、Ｓ４１２はフィルター処理回
路３の動作であり、他のステップは焦点検出演算回路４
の動作である。

【００３４】次に、図５により、図２のステップＳ３に
おける最終デフォーカス量ＤｆＬ決定動作を説明する。
ステップＳ５０１において、水平方向デフォーカス量Ｄ
ｆＨの算出処理において設定されたＨｓと、垂直方向デ
フォーカス量ＤｆＶ算出処理において設定されたＶｓと
を比較し、両者が等しい場合にはステップＳ５０２へ進
み、両者が異なる場合にはステップＳ５０５へ進む。ス
テップＳ５０２でＨｓが９９であるか否か、つまり水平
方向デフォーカス量ＤｆＨが得られなかったか否かを判
別する。ステップＳ５０１においてＨｓとＶｓは等しい
と判別されているので、Ｈｓが９９である場合にはＶｓ
も９９であり、ＤｆＨ、ＤｆＶ共に得られなかったこと
になり、この場合はステップＳ５０３へ進む。Ｈｓが９
９ではない場合にはＤｆＨ、ＤｆＶ共に得られたことに
なり、この場合はステップＳ５０４へ進む。ステップＳ
５０３では、ＤｆＨ、ＤｆＶ共に得られなかったので焦
点検出不能として処理を終了する。

【００３５】ステップＳ５０１でＨｓとＶｓは等しいと
判定され、且つステップＳ５０２でＤｆＨ、ＤｆＶ共に
得られたと判定された時はステップＳ５０４へ進む。Ｈ
ｓとＶｓが等しいということは、ＤｆＨ、ＤｆＶは共に
同じ周波数成分を抽出したフィルター処理データによっ
て得られたことになる。そこで、従来の方法で最終デフ
ォーカス量ＤｆＬを決定すればよく、ここではＤｆＨと
ＤｆＶの内のより至近を示す方を最終デフォーカス量Ｄ
ｆＬとして処理を終了する。一方、ステップＳ５０１に
おいてＨｓとＶｓは等しくないと判別された時はステッ
プＳ５０５へ進み、少なくともＤｆＨ、ＤｆＶの一方は
得られており、両方とも得られている場合にはフィルタ
ー処理データの抽出した周波数成分が異なっていること
になる。そこでＨｓとＶｓを比較し、Ｖｓの方が小さい
場合にはＤｆＶを得たフィルター処理データはＤｆＨを
得たフィルター処理データに対してより高周波数成分を
抽出したものであり、ＤｆＶの方がより高周波数成分を
含んだ被写体によって得られたものということになる。
そこで、この場合にはＤｆＶを最終デフォーカス量Ｄｆ
ＬとすべくステップＳ５０７へ進む。逆にＨｓの方が小
さい場合にはＤｆＨの方がより高周波数成分を含んだ被
写体によって得られたものということになり、この場合
にはＤｆＨを最終デフォーカス量ＤｆＬとすべくステッ
プＳ５０６へ進む。ステップＳ５０６では、水平方向デ
フォーカス量ＤｆＨを最終デフォーカス量ＤｆＬとして
処理を終了する。一方、ステップＳ５０７では垂直方向
デフォーカス量ＤｆＶを最終デフォーカス量ＤｆＬとし
て処理を終了する。

【００３６】以上の動作は全て焦点検出信号決定回路５
の動作である。ステップＳ５０４においてフィルター処
理演算の種類が同じ場合にはより至近を示す方を選択し
ているが、この選択方法に限定されず、数値Ｅの大なる
方を選択したり、ほとんど同じ距離を示す場合には両者
を平均して最終デフォーカス量ＤｆＬとしたり、一方を
優先して選択するようにしてもよい。

【００３７】以上で説明した実施例では高周波数成分抽
出、中周波数成分抽出、低周波数成分抽出のフィルター
処理演算として数式８のｓの値をそれぞれ２、４、８と
したが、ｓの値は上記実施例に限定されない。また、上
記実施例ではフィルターの種類は３種類としたが、２種
類または４種類以上でもよい。さらに、水平方向のデフ
ォーカス量算出と垂直方向のデフォーカス量算出とでフ
ィルター処理演算の種類の数を同一としたが、異なる種
類の数としてもよい。

【００３８】上記実施例では水平方向、垂直方向とで縮
小倍率、光電変換素子のピッチ幅を同一としたが、少な
くとも一方が異なる場合には数式８のｓの値が同じであ
っても抽出する周波数成分が異なる場合がある。このよ
うな場合は高周波数成分抽出、中周波数成分抽出、低周
波数成分抽出フィルター処理演算などで、それぞれが抽
出する周波数成分が水平方向と垂直方向とでほぼ等しく
なるように、数式８のｓの値を水平方向と垂直方向とで
異なるようにすればよい。

【００３９】また、上記実施例では図１０（ａ）に示す
ように撮影画面内で交差する水平方向と、垂直方向の２
つの焦点検出領域を有する焦点検出装置を例に上げて説
明したが、図１０（ｂ）に示すように撮影画面内に複数
の焦点検出領域を備えた焦点検出装置にも本発明を適用
することができる。

【００４０】以上の実施例の構成において、被写体像検
出回路２が光電変換手段を、フィルター処理回路３がフ
ィルター処理手段を、焦点検出演算回路４が演算手段
を、焦点検出信号決定回路５が最終状態決定手段をそれ
ぞれ構成する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の焦点検出領域のそれぞれにおいて、光電変換手段の
出力信号から任意の周波数成分の信号を抽出するととも
に、その信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を算
出し、各焦点検出領域の信号成分の周波数と焦点調節状
態とに基づいて、例えば周波数の高い信号成分に基づい
て算出された焦点調節状態を優先し、撮影レンズの最終
的な焦点調節状態を決定するようにしたので、複数の焦
点検出領域で検出される複数の焦点調節状態から焦点検
出精度の高い最終的な焦点調節状態が得られ、焦点検出
の信頼性が向上する。なお、光電変換手段の出力信号か
ら任意の周波数成分を抽出する時に、まず高い周波数の
成分を抽出して焦点調節状態を演算し、算出結果に所定
の信頼性が得られるまで信号成分の周波数を低減して焦
点調節状態の演算を繰り返すようにすれば、高い周波数
成分に基づく焦点調節状態の演算結果に所定の信頼性が
得られたらそれよりも低い周波数に基づく焦点調節状態
の演算を省略でき、演算手段の負担が低減して焦点検出
時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成を表す機能ブロック図。

【図２】一実施例の動作を示すフローチャート。

【図３】一実施例の水平方向デフォーカス量ＤｆＨの算
出動作を示すフローチャート。

【図４】一実施例の垂直方向デフォーカス量ＤｆＶの算
出動作を示すフローチャート。

【図５】一実施例の最終デフォーカス量ＤｆＬの決定動
作を示すフローチャート。

【図６】低周波数成分のみからなる被写体パターンの例
を示す図。

【図７】高周波数成分のみからなる被写体パターンの例
を示す図。

【図８】高周波数成分、低周波数成分を共に含む被写体
パターンの例を示す図。

【図９】水平方向、垂直方向それぞれについて焦点検出
を行う焦点検出装置の焦点検出光学系を示す図。

【図１０】撮影画面と焦点検出領域との位置関係を表す
図。

【図１１】従来の焦点検出光学系の概要を示す図。

【図１２】従来の焦点検出演算を説明する図。

【図１３】従来の焦点検出演算を説明する図。

【図１４】従来の相関演算を説明する図。

【図１５】従来の撮影画面と焦点検出領域との位置関係
を示す図。

【符号の説明】

１ 焦点検出光学系 ２ 被写体像検出回路 ３ フィルター処理回路 ４ 焦点検出演算回路 ５ 焦点検出信号決定回路 １００ 撮影レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズの予定焦点面に設定された撮
   影画面内に複数の焦点検出領域を有する焦点検出装置で
   あって、 前記各焦点検出領域に対応して設けられ、被写体像の光
   強度分布に応じた信号を出力する複数の光電変換手段
   と、 前記撮影レンズを通過した被写体からの光を前記各光電
   変換手段へ導き、前記各光電変換手段上に被写体像を結
   像する焦点検出光学系と、 前記各光電変換手段の出力信号から任意の周波数成分の
   信号を抽出するフィルター処理手段と、 このフィルター処理手段により抽出された任意の周波数
   成分の信号に基づいて、前記撮影レンズの焦点調節状態
   を算出する演算手段と、 前記各焦点検出領域ごとの前記フィルター処理手段によ
   り抽出された信号成分の周波数と、前記各焦点検出領域
   ごとの前記演算手段により算出された焦点調節状態とに
   基づいて、前記撮影レンズの最終的な焦点調節状態を決
   定する最終状態決定手段とを備えることを特徴とする焦
   点検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の焦点検出装置におい
   て、 前記最終状態決定手段は、周波数の高い信号成分に基づ
   いて算出された焦点調節状態を優先して最終的な焦点調
   節状態を決定することを特徴とする焦点検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の焦点検
   出装置において、 前記フィルター処理手段は、まず高い周波数の成分を抽
   出して前記演算手段により焦点調節状態を算出し、算出
   結果に所定の信頼性が得られるまで抽出信号成分の周波
   数を低減して前記演算手段による焦点調節状態の演算を
   繰り返すことを特徴とする焦点検出装置。