JPS59107314A - 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
を発生させる装置が米国特許第４１８５１９１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。

後者の二次結像方式は、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、焦点検出をする撮影レンズ１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１こその後方にそれぞれ受光用センサアレイ４ａ、
４ｂ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１の射出瞳を２個の二次結像
レンズ３ａ、３ｂの瞳面に略々結像している。この結果
、二次結像レンズ３ａ、３ｂのそれぞれに入用する光線
束は、撮影レンズ１の射出瞳面」二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の面上に再結
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
うに前ビンｌ−、後ピントのそれぞれでセンサアレイ４
ａ、４ｂの面上に形成された２　（ｔ　ｔ−にセンサア
レイ４ａ、４ｂ面上を逆方向（と不多動する。この像強
度分布をセンサアレイ４ａ、４ｂで光電変換し電気的処
理回路を用いて、前記２イ象の相対的位置ずれを検出す
れば合焦状態の判別を９子・・うことかできる。

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４２５０３７８号公報が知られてｌ、）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、」−述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、或いはテジタル的番こ計算
し、このＶの値の正負により撮影レンズ１の繰り出１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、 を工１算し、■の正負により撮影レンズ１の繰り出し方
向を決定する方法を提案した。ただし、ここてｍ１ｎ（
ｘ、ｙｌは２実線ｘ、ｙの内、小なるものを表し、ｍａ
Ｘ（ｘ、ｙ）は２実線ｘ、ｙの内、犬なるものを表して
おり、ｋは適当な定数で通常は１である。

しかし、この（１）〜（３）式に基づく演算処理方法で
は、高々撮影レンズ１の繰り出す−き方向が判別される
に過ぎない。そこで、２像の何れかの合焦状態を判別す
る焦点検出装置では、２像のずれ量とデフォーカス量と
がほぼ比例する関係を用いて、一方を他方の像に対し相
対的と変位させることにより、撮影レンズｌ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として古くから知られているもの
である。また、半導体集積素子の価格低下によって、カ
メラ内部においても相当量の情報処理が可能となってき
たため、高い精度を要するＴＴＬ方式の焦点検出装置に
ついても」二連の原理を用いた演算処理方法が幾つか提
案されている。

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
載し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がそれである。例えば
、特開昭５８−７５７０７号公報、同５７−４５５１０
号公報では、ｂ　（ｉ）では表される像を、ａ　（ｉ）
で表される像に対して回路処理上相対的に移動し、 Ｖ（ｍ）＝Σｌ　ａ（ｉ）　−ｂ（ｉ＋ｌ−ｍ）　１一
Σｌ　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）の値をプロントしたグラフは第３
図に示すようになる。２像が一致したときＶ　（ｍ）は
０になるべきであるから、第３図では１．５ピント相当
の像ずれ量があることになる。

一方、（２）　、　（３）式のＶを用いても、同様の処
理を施して、デフォーカス量の計算をすることが本出願
人より提案されている。例えば、（２）式でｂ　（ｉ）
により表される像をａ　（ｉ）に対して動かし、 Ｖ（ｍ）＝Σ　ｍ１ｎ（ａ（ｉ）、ｂ（ｉ＋に−ｍ））
一Σｍ１ｎ（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、」二連のように異なるｍについて（４）　、
　（５）式のＶ　（ｍ）を計算する手順を用いたずれ量
演算は、データ数Ｎが大きい場合には演算時間が著しく
長くなる。例えば、（４）式のＶ　（ｍ）を１個のｍに
ついて計算するために、絶対値符号内の差が２Ｎ個、積
算時の和が２Ｎ個、合わせて４Ｎ個の加減算を必要とす
る。一方、ｍの上下限ｍ１．ｍ２は±Ｎ／２程度がとら
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ステフプを要する。視野
長を一定としたとき、焦点検出精度を改善するためには
サンプリング密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の増加を意味している。演算量は先
に述べたようにＮ２に比例するので、サンプリング密度
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（Ｒ
ＡＭ）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。

さて、焦点検出のプロセスを考えたとき、初期状態では
通常は撮影レンズ１のピントは殆ど合っていない。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、
早急にレンズを動かすことが精密な計算より優先すべき
である。そこで、本出願人は先に第４図（ａ）の原初デ
ータに対し第４図（ｂ）　、　（ｃ）のようにデータ数
の削減を行う演算処理法を提案した。第４図（ｂ）は第
４図（ａ）のデータを１個おきに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（又は平
均）をとったものである。数式で書けば原初データをａ
（ｉ）　、　　ｂ（ｉ）とするとき、＄４図（ｂ）の場
合は、 ａ　′（ｉ）　＝　ａ　（２ｉ−１）　　　　　　　　
　−（［１ａ）ｂ　′（ｉ）　＝　ｂ　（２ｉ−１）　
　　　　　　　　・・・（６ｂ）ｉ　＝　ｌ　ＮＮ　／
　２ なるデータａ’　（ｉ）　、　　ｂ′（ｉ）を計算用デ
ータとして用いる。第４図（Ｃ）の場合は、 ａ　”　（ｉ）、−＝　ａ　（２ｉ−１）＋　ａ　（２
ｉ）　　　　　−（７ａ）ｂ　”　（ｉ）　＝　ｂ　（
２ｉ−１）＋　ｂ　（２ｉ）　　　　　・・・（７ｂ）
ｉ　＝　ｌ　−Ｎ　／　２ なるａ”　（ｉ）　、　　ｂ”　（ｉ）を用いる。なお
、（６）、（７）式で原初データからの変換を１ビツト
ずつずらし、段階としてａ’　（ｉ）　＝　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。

上述の考え方でデータ量を減らした場合に、精度の低下
する原因が２点挙げられる。ｉｌの原因は、像強度分布
情報のサンプリング重度か低いので像の高周波成分が演
算結果に反映されないことである。しかし、焦点検出動
作の初期状態では多くの場合、撮影レンズ１はデフォー
カスしているので、像強度分布には高周波成分は含まれ
ていな・。

いことが多く、それほど大きな問題とはならない。精度
低下の第２の原因は、像ずれ演算時に一方の像を他像に
対し相対移動させる移動の単位が、センナアレイの２ピ
ツチ相当に拡大されてしまうことである。

本発明の目的は、演算量の増加を抑え、かつ前述の第２
の原因に基づくデフォーカスの計算誤差を除去する焦点
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、複数個の光電変換素子の出力値から、該出
力値の個数によりも少数のデータ個数から成る演算処理
用信号列を抽出又は合成し、該演算処理用信号列を演算
処理することにより合焦状態を判別する方法において、
前記演算処理用信号列を少なくとも３個以上抽出又は合
成し、該複数個の演算処理用信号列の内の２個を用いて
合焦信号を演算し、当該演算に用いる２個の演算処理用
信号列の組み合わせの相違により、少なくとも２種類の
異なる合焦信号を演算し、該複数個の合焦信号により撮
影レンズの合焦状態を判別することを特徴とする方法で
ある。

本発明に係る方法を第５図以下の実施例に基づいて詳細
に説明する。

第５図（ａ）はイメージセン・サアレイ４ａ、４ｂによ
る２個の二次像の原初データａ（ｉ）　、ｂ（ｉ）であ
り、（６）式に従って１個おきに演算データを選択した
第５図（ｂ）に示すａ’　（ｉ）　、　ｂ’　（ｉ）を
用いて像ずれ量を算出する。次に、第２段階としてａ′
（ｉ）の選択を１ビツトずらし、ａ′（ｉ）　　＝　ａ
（２ｉ）　　　　　　　　　　　　　・・・（８ａ）ｂ
　′（ｉ）　　＝　ｂ　（２１−１）　　　　　　　　
　　　・・・（８ｂ）ｉ＝１〜Ｎ／２ に従ってａ′（１）を求め、再度像ずれ演算を行う。こ
のときの演算用データを図示したものが第５図（Ｃ）で
ある。

２像のずれ量を演算する方法の一例として（４）式を用
いた場合、Ｖ　（ｍ）をｍに対してプロ・ント・・・し
た図を第６図に示す。（６）式のａ’（ｉ）を用いた結
果が白丸０１（８）式のａ’（ｉ）を用いた結果が黒丸
・で表されている。（６）式から（８）式にａ’（ｉ）
のとり方を変えたことは、センサアレイの１ピッチ分だ
けａ（１）で表される像を移動したことに相当するから
、白丸と黒丸は交互に現れる。

このようにして、実質的に像ずらしの単位をセンサアレ
イのピッチと等価にでき、像ずれ量の計算精度を高める
ことが可能となる。

また、第２段階で（８）式のａ’（ｉ）を用いて像ずれ
量を計算する場合に、像ずれ量の概算値は（６）式のａ
’（ｉ）を用いた第１段階の計算でなされているので、
ｍの範囲は全領域をとる必要はなく、第６図の場合につ
いて云えば、ｍ＝１の１点で十分である。即ち、第２段
階での像ずれ計算に要する演算量は、全体の演算量に比
べれば無視できる程度のものであり、公知の技術に対し
てほぼ１／４の時間で演算が完了する。また本発明によ
れば、所要のデータＲＡＭの量は全データを用いる場合
の３７４である。何故なら、ａ（１）は全データを記憶
しなければならないが、ｂ　（ｉ）は半分で済むからで
ある。

以上の説明では、第４図（ｂ）に示された形式のデータ
抽出を基準としてきたか、第４図（Ｃ）の形式にデータ
を合成しても同様な計算手順が用い得ることは当然であ
る。また、上記実施例ではセンサアレイの実効ピッチを
２倍にして、２像のずれ量を演算するものであるが、こ
れは何ら本発明を制限するものではない。

第７図に本発明の他の実施例を示し、（ａ）は光電変換
出力の原初データａ（ｉ）　、　　ｂ（ｉ）であり、演
算処理用データは、 ａ’　　（ｉ）　　１　＝　ａ（３ｉ−２）　　　　　
　　　　　・・・（９ａ）ａ　′（ｉ）　　２　　＝　
ａ　（３ｉ−１）　　　　　　　　　　−＝　（８ｂ）
ａ　’　　（ｉ）　　３　　＝　ａ　（３ｉ）　　　　
　　　　　　　−（１３ｃ）ｂ′（ｉ）　　＝　ｂ（３
ｉ）　　　　　　　　　　　　・・・（１０）によって
抽出される。第１段階として、第７図（ｂ）に図示され
たａ’（ｉ）皿とｂ’（ｉ）を組み合わせて像ずれ量を
計算し、これに要する演算量は全ての光電変換出力値を
用いる場合の１／９である。次に、第２段階として第７
図（ｃ）に図示されたａ’　（ｉ）２とｂ’　（ｉ）　
、第７図（ｄ）に図示されたａ’（ｉ）３とｂ’（ｉ）
を組み合わせることにより、光電変換素子アレイのピッ
チと同・ごピッチ精度で像ずれ演算が行える。第１段階
、第２段階を含めた全演算時間は、全部の光電変検出力
値を用いる場合のｌ／３であり、所要ＲＡＭの容量は２
／３となる。

（７）式のように隣接する画素の光電出力の和をとる方
法でも、本実施例のように３種のａ’（ｉ）を合成でき
ることは勿論可能である。この和をとる方法によれば、
更に、 ａ’　　（１）　　＝　ａ　（１）　　＋（１／２）・
ａ（２）　　−（ｌｌａ）ａ＝　　（２）　　＝　（＋
／２）１１ａ（２）　　＋　ａ（３）　　−（ｌｌｂ）
ａ′（３）　　＝　ａ　（４）　　＋（１／２）ＩＩａ
　（５）　　・・（ｌｌｃ）のように、実効センサピッ
チが本来のピッチに対し端数倍になるような演算データ
の合成も可能である。

像強度分布データを削減し、センサアレイの画素ピッチ
を実効的に増大させた場合に、像ずれのピッチが粗いこ
とによる誤差は本実施例により解消される。しかし、被
写体が高周波成分を主とするパターンである場合に、実
効画素ピッチの粗いことが誤差要因として残る。これを
除去するためには、撮影レンズｌが合焦付近まで調整さ
れてきた状態で、通常の公知の計算・法に戻る等のシー
ケンスを設定すればよい。この場合には、本発明の上述
の実施形態に比べてデータＲＡＭの所要量が増大するの
で、例えば視野の両端を削る等の方法がある。

以上詳しく述べ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メモリ容量及び演算
量を減少し、低コストであるにも拘らず、高精度かつ高
速の焦点検出装置を実現することが可能となる。

【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゛（ａ）　、　（ｂ）　
、　（ｃ）は光電変換出力信号より演算処理用信号を抽
出、合成する説明図、第５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５図はそのデータサ
ンプリング方法の説明図、第６図は演算された金魚信号
の特性図、第７図は他の実施例によるサンプリング方法
の説明図である。 符号ｌは撮影レンズ、２はフィールドレンズ、３ａ、３
ｂ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 第１図 第２図 第２図 （ｂ） 第３図 １３５７９ ２３４５ 第５ｆ！１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、複数個の光電変換素子の出力値から、
   該出力値の個数によりも少数のデータ個数から成る演算
   処理用信号列を抽出又は合成し、該演算処理用信号列を
   演算処理することにより合°焦状態を判別する方法にお
   いて、前記演算処理用信号列を少なくとも３個以上抽出
   又は合成し、該複数個の演算処理用信号列の内の２個を
   用いて合焦信号を演算し、当該演算に用いる２個の演算
   処理用信号列の組み合わせの相違により、少なくとも２
   種類の異なる合焦信号を演算し、該複数個の合焦信号に
   より撮影レンズの合焦状態を判別することを特徴とする
   焦点検出信号処理方法。