JPS59107312A - 焦点検出信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カメラ等の光学機器に用いられる焦点検出信
号処理方法に関するものである。

従来、カメラの焦点検出装置の一つの方法として、撮影
レンズの瞳を分割して形成した２像のずれを観測し、合
焦状態を判別するものが知られている。例えば、カメラ
撮影レンズの予定結像面にフライアイレンズ群を配置し
、撮影レンズのデフォーカス量に対応してずれた２像を
発生させる装置か米国特許第４１８５１！３１号公報に
開示されている。

また、並設した２個の二次結像系により前記予定結像面
に形成された空中像を固体イメージセンサ面に導き、そ
れぞれの像の相対的な位置ずれを検知する所謂二次結像
方式が特開昭５５−１１８０１９号公報、同５５−１５
５３３１号公報等に開示されている。

この方式は全長が稍々大きくなるが、特殊光学系を必要
としない利点がある。

この後者の二次結像方式の焦点検出の原理を第１図を用
いて簡単に説明すると、焦点調整をする撮影レンズｌと
光軸を同じくしてフィールドレンズ２が配置され、これ
らの後方に２個の二次結像レンズ３ａ、３ｂが並列され
、更にその後方にそれぞれ受光用センサアレイ４ａ、４
ｂが配置されている。なお、５ａ、５ｂは二次結像レン
ズ３ａ、３ｂの近傍に設けられた絞りである。フィール
ドレンズ２は撮影レンズ１１の射出瞳を２個の二次結像
レンズ３ａ、３ｂのＨ（面に略々結像している。この結
果、二次結像レンズ３ａ、３ｂのそれぞれに入射する光
線束は、撮影レンズ１１の射出瞳面上において各二次結
像レンズ３ａ、３ｂに対応する、互いに重なり合うこと
のない等面積の領域から射出されたものとなる。フィー
ルドレンズ２の近傍に形成された空中像が二次結像レン
ズ３ａ、３ｂによりセンサアレイ４ａ、４ｂの面」二に
再結像されると、前記空中像が形成された光軸方向の位
置の相違に基づき、再結像された２像はその位置を変え
ることになる。

第２図はこの現象が起る様子を示しており、第２図（ａ
）の合焦状態を中心として、第２図（ｂ）、（Ｃ）のよ
うに前ピント、後ピントのそれぞれでセンサアレイ４ａ
、４ｂの面上に形成された２像はセンサアレイ４ａ、４
ｂ面上を逆方向に移動する。この像強度分布をセッサア
レイ４ａ、４ｂで光電変換し電気的処理回路を用いて、
前記２像の相対的位置ずれを検出すれば合焦状態の判別
を行うことができる。

光電変換された信号の処理方法としては、例えば米国特
許第４２５０３７ｅ号公報が知られている。これは２個
の二次像を光電変換した受光信号をそれぞれａ（ｉ）　
、　　ｂ（ｉ）　　（ただしｉ＝１〜Ｎ）とするとき、
」二連の例では適当な定数ｋに対し。

・・・（１） をアナログ演算回路により、或いはデジタル的に計算し
、このＶの値の正負゛により撮影レンズ１１の繰り出し
方向を決定するものである。

また、本出願人は先に、 或いは、 を計算し、■の正負により撮影レンズ１１の繰り出し方
向を決定する方法を提案した。ただし、ここでｍ１ｎ（
ｘ、ｙ）は２実線ｘ、ｙの内、小なるものを表し、　ｍ
ａ×（ｘ、ｙ）は２実線ｘ、ｙの内、大なるものを表し
ており、ｋは適当な定数で通常は１である。

しかし、これらの（１）〜（３）式に基づく演算処理方
法では、高々撮影レンズ１１の繰り出すべき方向が判別
されるに過ぎない。そこで、２像のずれから合焦状態を
判別する焦点検出装置では、２像のずれ量とデフォーカ
ス量とかほぼ比例する関係を用いて、一方の像を他方の
像に対し相対的に変位させることにより、撮影レンズ１
１の、繰り出し量を計算する方法が知られている。この
方法は基線距離計方式の焦点検出装置について古くから
知られているものである。ＴＴＬ方式の焦点検出装置に
ついても、特開昭５ｆｉ−７５１３０７号公報、特開昭
５７−４５５１０号公報等が公知である。特に近年、半
導体集積回路の価格低下のため、カメラ内部にマイクロ
プロセッサを設けるデータ処理方法か有力な手段となっ
ている。即ち、像強度分布の光電出力をＡ、／Ｄ変換器
により複数ビット長のデジタルデータに変換し、カメラ
内部に搭載されたマイクロコンピュータにより２像のず
れ量を演算し、デフォーカス量を求める方式である。例
えばｂ　（ｉ）で表される像をａ（］）で表される像に
対して回路処理」−相対的に移動し、 Ｖ　（ｍ）　＝　Ｘ、　ｌ　ａ（ｉ）　−ｂ（ｉ＋Ｉ−
ｍ）　１−　各ｌ　ａ（ｉ＋１）　−ｂ（ｉ−ｍ）　ｌ
　　・”　（４）なるＶ　（ｍ）を、設定された相対変
位量ｍの範囲ｍ１≦ｍ≦ｍ２の各整数値について繰り返
し演算する。ｍに対してＶ　（ｍ）の値をプロットした
グラフは第３図に示すようになる。２像が一致したとき
Ｖ　（ｍ）はＯになるべきであるから、第３図では１．
５ビツト相当の像ずれ量が存在することになる。

一方、（２）　、　（３）式のＶを用いて同様の処理を
施し、デフォーカス量の計算ができる。例えば（２）式
でｂ（１）により表される像をａ（１）に対して移動し
、 Ｖ（ｍ）＝Σ　ｍ１ｎ（ａ（ｉ）、ｂ（ｉ＋に−ｍ）１
−　千　ｍ１ｎ（ａ（ｉ＋ｋ）、ｂ（ｉ−ｍ））　　・
”（５）を各ｍについて計算すればよい。

ところで、上述のように異なるｍについて（４）　、　
（５）式のＶ（ｍ）を計算する手順を用いた像ずれ量の
演算は、データ数Ｎが大きい場合に演９時間が著しく長
くなる。例えば、（４）式のＶ　（＋ｎ）を１個のｍに
ついて計算するために絶対４＋Ｍ　ｆ：１号内の差が２
Ｎ個、積算時の和が２Ｎ個、合計４Ｎ個１の加減算を必
要とする。一方、ｍの」二下限値ｍｌ　、ｍ２では±Ｎ
／２程度が得られるので計算すべきＶ　（ｍ）の数はほ
ぼＮ個である。従って、全演算個数は概算値で４Ｎ２程
度の加減算を要す瞥る。

実際には、これら４Ｎ２個の加減算、各１個の演算のた
めにメモリアドレスの更新、演算領域の判別等が付随し
、各１個の演算に相当数の計算ステップを要する。視野
長を一定したとき、焦点検出精度を改善するためには、
サンプリング精度を高くすることが望ましいが、これは
同時にデータ個数Ｎの増加を意味する。演算量は先に述
べたようにＮ２に比例するので、サンプリング精度を高
くするとソフトウェアの負荷は著しく大きくなり焦点検
出機能のリアルタイム性を損ねることになる。また、デ
ータ量の増加はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の必
要量の増加に直結するのでコスト的にも不利である。

本発明の目的は、２像のずれ量を演算する新規な方法を
示し、焦点検出に必要な演算時間及び所要メモリ容量を
減少した焦点検出信号処理方法を提供することにあり、
その要旨は、焦点検出されるべき主たる結像光学系の瞳
を分割し、分割されたそれぞれの瞳領域から射出された
結像光束の形成する複数の被写体像を光電変換素子アレ
イにより電気的に検知し、電気回路により前記光電変換
素子に出力を演算することにより合焦状態を判別する方
法において、複数個の光電変換素子の出力値からこれら
の出力値の個数よりも少数のデータ個数から成る信号列
を抽出又は合成し、て演算処理に用いることを特徴とす
る方法である。

本発明の方法を第４図以下に図示の実施例に基づいて詳
細に説明する。

本発明はデフォーカス量が大きい状態では像ずれ検出に
高いサンプリング精度は不要であるという考え方に基づ
く。即ち、焦点検出プロセスを考えたとき、初期状態で
は通常撮影レンズｌの焦点は合っていない。このような
状態ではレンズ繰り出し量の概略値を算出し、早急に撮
影レンズ１を動かすことが積電な計算より優先する。

そこで、本発明では第４図（ａ）に示すようなセンサア
レイで得られた原初データから第４図（ｂ）　、　（ｃ
）−のように用いるデータ数の削）威を行う。第４図（
ｂ）は原初データを１個おきに６選択したものであり、
第４図（Ｃ）は隣接する２画素の光電出力の和或いは平
均をとったものである。数式で書けばセンサアレイ４ａ
、４ｂで得られた原初データをａ（ｉ）　、　　ｂ（ｉ
）とするとき（ただしｂ　（ｉ）は図示を省略）、第４
図（ｂ）の場合は次の（６）式で得られた値を計算用デ
ータとして用いる。

ａ　′＝　ａ（２ｉ−１）　　　　　　　　　　・・・
（８ａ、）ｂ′（ｉ）　　＝　　ｂ　（２ｉ−１）　　
　　　　　　　　・・・（６ｂ）ただし、ｉ　＝　１−
　Ｎ　／　２ 第４図（Ｃ）の場合は、（７）式を用いる。

ａ　”　＝　ａ（２ｉ　−１）　＋　ａ（２ｉ）　　　
　・・・（７ａ）ｂ　＝　ｂ　（２ｉ　−１）　＋　ｂ
　（２ｉ）　　　　・・・（７ｂ）ただし、ｉ＝ｌ　Ｎ
Ｎ／２ なお、（１３）　、　（７）式で原初データからの変換
をｌビ゛・ントずつずらし、ａ　′＝　ａ（２ｉ）、ａ
″（ｉ）＝ａ　（２ｉ）＋　ａ　（２ｉ＋１）等々とす
ることは勿論可能である。これらの操作によりデータ数
Ｎは半減するので、像ずれ量を求めるための演算量は概
略１／４に減少する。

データの取り扱いに上述のような方法を採った場合、次
のような焦点検出シーケンスが考えられる。先ず、第１
回目の焦点検出を上述のように半減したデータ酸で（４
）　、　（５）式等により実施し、算出されたデフォー
カス量に従って撮影レンズ１を合焦点付近に移動させる
。しかる、後に２回目の検出を行い、このときにサンプ
リングされたデータは観測されたものをそのまま全部用
いる形で演算処理をする。この結果に基づき撮影レンズ
１の位置を微調整して焦点検出シーケンスを完了する。

以上は通常のスチールカメラで合焦後にピント調整をロ
ックし、直ちに撮影することを念頭に置いたシーケンス
である。一方、ビデオカメラ、８ミリカメラでは動きの
ある被写体を追うことが多いので、計算用データのとり
方を画一化し難い。また、スチールカメラでもこのよう
な被写体は数多くあるので、モード切換により計算用デ
ータの採り方を選択できる形態にすることも可能である
。

サンプリングデータ数を削減することの意義は、演算量
を減少させること、所要記憶容量を減少させることの２
点であり、何を圧点的に考えるかによってハードウェア
まで含めた実施状態は異なる。単に演算量を減らし高速
性を重視する方向で考えれば、第４図（ａ）に示すよう
に原初データをそのままメモリにロードレ、ソフトウェ
アによって第４図（ｂ）或いは（Ｃ）のように計算に用
いるデータ量を減少する形態で利用すればよい。この場
合には、撮影レンズ１の移動中に記憶されている像強度
分布情報の全データを用いて詳細・な計算をやり直すこ
とができる。また一般に、撮影レンズ１の駆動に要する
時間は演算時間よりも通常やや長目である。従って、撮
影レンズ１の駆動終了前に詳細な計算の結果が算出され
れば、これを直ちに移動中の撮影レンズｌに関する高精
度の制御情報として用いることができる。即ち、このよ
うな方法によれば記憶容量は減少しない代わりに、計算
のための所要時間を従来のｌ／４に効果的に削減し、か
つ同等の精度を有するデフォーカス情報が得られること
になる。

一方、記憶容量を削減することに重点を置けば、第４図
（ｂ）又は（ｃ）に示すようにデータ量を削減した形で
メモリにロードすればよい。この場合には、データ量の
減少に対応して記憶容量の必要量も減少するが、デフォ
ーカス量の演算結果は低精度となる。特に被写体が高周
波成分を主体とした細かなパターンである場合にこの撮
影は著しい。この場合には、メモリにロードされたデー
タの情報量そのものが既に減少しているので、再度デー
タサンプリングをしない限り精度は改善されない。

この後者の方法に基づ〈焦点検出シーケンスの一例とし
て次のようなものが挙げられる。第１段階の焦点検出動
作としてサンプリングピッチを倍にしたデータを用い、
（４）式又は（５）式によりずれ量の概略値を求め、こ
の情報に基づいて撮影し。

ンズ１を動かす。次に、第２段階の焦点検出動作として
像強度分布の原初データをそのまま用いてずれ量の演算
処理を行う。この場合、記憶容量に合わせて測距視野長
を短縮することになる。２像のずれを用いた焦点検出装
置では、ずれ量が著しいときに相関をとるべき２像の共
通領域が減少するため、比較的長い視野長が必要である
とされている。しかし、はぼ合焦状態にあるときは２像
間のずれは僅かなので、短い視野長でも（４）式又は（
５）式の相関演算は十分可能である。即ち、上述の焦点
検出シーケンスは、一定容量のメモリを第１段階ではサ
ンプリングピッチを粗くし、視野長を伸ばす方向で用い
、第２段階ではサンプリング精度を高め視野長を短縮す
る方向で用いる。そして、この方法は遠近競合を避ける
意味でも極めて有効である。

第５図に示す焦点検出シーケンスは前述の方法を図示し
たものであるが、前回に算出された像ずれ量により撮影
レンズｌを移動すると共に、像強度分布データの効果的
サンプリング精度及び実効視野長を変化させるデータモ
ード制御のステップを設けている。このデータモード制
御ステップにより像ずれ量が小さく合焦に近いほど、実
効的サンプリング精度を高くし或いは実効視野長を狭め
る方向に制御される。

上述の実施例では焦点検出のシーケンスとして予め定め
られた順序でデータの取扱い方を変えるものとしている
。しかし、サンプリングされたデータ或いはそれらを用
いた演算結果に基づき、以降のデータの取扱いを判断す
る信号処理を採用することも可能である。

第６図に示す焦点検出シーケンスでは、像強度分布の変
化の激しさに注目している。合焦に近付くに従い、像ず
れ量が小さくなると同時に像のピントとも合ってくるか
ら、像強度分布は激しい変化を示すようになる。これを
判別するには、例えばデータをメモリにロードしながら Ｒ＝Σｌ　ａ（ｉ）　−ａ（ｉ＋Ｉ）　　Ｉ　　　　　
−（８）或いは、 Ｒ＝　ｎ＋ａｘ日ａ　（１）　−ａ（２）　１、　Ｉ　
ａ（２）　−ａ（３）　　Ｉ　、・・・・・、　ｌ　ａ
（Ｎ−１）　−ａ（Ｎ−１）　Ｉ　）　　−（８）を計
算すればよい。光電変検出力はａ（り、ａ（２）・・・
、ａ（Ｎ）　、　ｂ　（１）　、　ｂ　（２）　、−２
ｂ　（Ｎ）の順に時系列信号として出力されるがら、ａ
　（Ｎ）をメモリにロードしたところで（８）式又は（
９）式によりデータの取り扱い方に関する判断を行い、
ａ（１）〜ａ　（Ｎ）のデータをメモリ内で削除、演算
、再際配列し、この結果余裕のできたメモリスペースに
ｂ（１）〜ｂ　（Ｎ）を判断された方式に従ってロード
し、ずれ量の演算を行う。ａ　（Ｎ）とｂ（１，）の間
に若干数のダミー画素を設ければ、このようにして少な
い記憶容量でも像強度分布の性質に応じたインテリジェ
ントな処理が可能である。本実施例では合焦付近でも一
律な処理は行わず、像強度分布の変化が穏やかな被写体
に対しては粗いサンプリングで高速演算し、尖鋭な構造
の被写体に対しては精度の高い演算を行うことになる。

本発明における像強度分布データの抽出又は合成の方法
は、第４図に示したものに限定されることはない。例え
ば像のサンプリングピッチを実効的に１．５倍するため
に、 ａ”　（１）＝ａ（１）＋　（１／２）　・ａ（２）ａ
−（２）＝　（１／２）・ａ　（２）　＋　ａ　（３）
ａ”（３）＝ａ（４）＋　（１／２）　・ａ（５）とす
るなどの部分的改変は容易である。

以上説明したように本発明に係る焦点検出信号処理方法
によれば、像ずれ演算に要する記憶容量及び演算量を減
少し、低コストであるにも拘らず、高精度でかつ高速度
の合焦演算処理を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二次結像方式による焦点検出方法の原理的説明
図、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は像ずれ原
理の説明図、第３図は従来例による演算出力値の特性図
、第４図以下は本発明に係る焦点検出信号処理方法の実
施例を示し、第４図（ａ）は光電変換・・出力の原初デ
ータの特性図、（ｂ）　、　（Ｃ）はこの原初データか
ら演算処理用データを抽出、合成したデータの特性図、
第５図、第６図は演算過程のフローチャート図である。 符号ｌは撮影レンズ、２はフィールドレンズ。 ３ａ、３ｂは二次結像レンズ、４ａ、４ｂはセンサアレ
イである。 特許出願人　　　キャノン株式会社 ｒ２１　　面　　　第１図 第２図 第４図 ３５７９ ２３４５ ２３４５ 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、焦点検出されるべき主たる結像光学系の瞳を分割し
   、分割されたそれぞれの瞳領域から射出された結像光束
   の形成する複数の被写体像を光電変換素子アレイにより
   電気的に検知し、電気回路により前記光電変換素子に出
   力を演算することにより合焦状態を判別する方法におい
   て、複数個の光電変換素子の出力値からこれらの出力値
   の個数よりも少数のデータ個数から成る信号列を抽出又
   は合成して油質処理に用いることを特徴とする焦点検出
   信号処理方法。 ２、前記合焦信号の演算過程を少なくとも２回以上繰り
   返し、各演算過程で用いられる信号列の抽出又は合成す
   る方式を、予め定めら、れた順序或いは手動の切換手段
   により変更するようにした特許請求の範囲第１項に記載
   の焦点検出信号処理方法。 ３、前記合焦信号の演算過程を少なくとも２回以上繰り
   返し、各演算過程で用いられ信号列を抽出又は合成する
   方式を、先に演算された演算処理の結果又は信号列を抽
   出又は合成する方式を決定する別の演算の結果に基づい
   て変更するようにした特許請求の範囲第１項に記載の焦
   点検出信号処理方法。 ４、前記信号列を抽出又は合成する方式を変更する演算
   処理の結果が、先に演算された像ずれ量とするようにし
   た特許請求の範囲第１項に記載の焦点検出信号処理方法
   。 ５、前記信号列を抽出又は合成する方式を変更する＠算
   処理が光電変検出力値の隣接ビット間の差の絶対値の演
   算を含むようにした特許請求の範囲第１項に記載の焦点
   検出信号処理方法。