JPS60262004A - 焦点検出装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、一対の光電素子アレイ上にそれぞれ結像され
たほぼ同一物体の光像の相対的変位を検出する光電的像
変位検出装置に係わり、特に、カメラ等の焦点検出装置
や測距装置に使用されるのに最適な光電的像変位検出装
置に関する。

（発明の背景） 第１図（ａ）は一般のカメラ等の焦点検出装置の光学系
を示すもので被写体１００は撮影レンズ１０１によりフ
ィールドレンズ１０２の近傍に結像される。この被写体
１００の一次像は第１、第２の再結像レンズ１０３．１
０４によりそれぞれ第１、第２の光電素子アレイ１０５
．１０６上に２次像として結像される。このアレイ１０
５．１０６上の２次像の相対的位置関係がアレイのイメ
ージ出力から検出される。

このような焦点検出を高精度に行う為に（よ、光電素子
アレイ１０５上に分布する光像の各点と光電素子アレイ
１０６上に分布する光像の対応する各点とが、合焦時に
は互に相対的に完全に一致し、非合焦時には各対応する
点とも非合焦量に応する同量だけずれていることが必要
である。もちろん、合焦時に対応する各点が一定量ずれ
るように定めることもできる。

ところが、フィールドレンズ１０２や再結像レンズ１０
３．１’０４等から成る焦点検出光学系の収差や調整不
足等の原因により、上記条件が満たされず、例えば合焦
時に第１図（ｂ）に示すように被写体１００（７）中心
点１００ａ（７）像点１０７ａ、１０８ａは、各アレイ
１０５．１０６の同一位置（例えば中心）に結像するが
、周辺の点１ｏｏｂの像点１０７ｂ、１０８ｂは相対的
にずれて結像される。

この為、点像１０７ａと１０８ａとに基づく焦点検出結
果と点像１０７ｂと１０８ｂとに基づく焦点検出結果と
では差異が生じ正しい焦点検出が不可能となる。

このような各アレイとその上の光像との相対位置の、ア
レイの場所に応じた差異（以下これを位〜　置ずれと称
する。）を除去するには、収差の極めて少ない焦点検出
光学系を採用しがっ光学的調整を極め”Ｃ入念に行わな
ければならず、これは焦点検出光学系のコストの上昇及
び量産性の著しい低下を招来する。

以上のような問題は第１図の瞳分割式焦点検出装置に限
らず、同一物体に関する一対の光像を光電検出しその相
対位置から測距又は焦点検出する光電的像変位検出装置
に共通するものである。

（発明の目的） 本発明の目的は光学的調整が容易でかつ量産性が高い高
精度な光電的像変位検出装置を提供することである。

（発明の概要） この目的を達成する為に、　第１、第２の光電素子アレ
イと、この各光電素子アレイ上にほぼ同一物体の像をそ
れぞれ形成する光学系と、前記第１、第２光電素子アレ
イの光電出力に基づき前記各光電素子アレイの像の相対
的位置関係を検出する検出手段とを具備する光電的像変
位検出装置におし？て、前記第１光電素子アレイとその
上の光像との相対位置と前記第２光電素子アレイとその
上　）の光像との相対位置との、前記光電素子アレイの
場所に応じた差異に関連する補正データを記憶する記憶
手段と、この記憶手段の補正データに基づき検出手段の
出力を補正する補正手段とを具備するものである。

（発明の実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図において、光電変換部２０１にはそれぞれＣＣＤ
等のイメージセンサ−から成る一対の光電素子アレイ１
０５．１０６が並置されている。

この各光電素子アレイには第１図と同様の焦点検出光学
系により・同一被写体の像が結像される。アレイ１０５
からめ′イメージ出力ａ１・・・ａＮは順次時系列的に
Ａ／Ｄコンバータ２０２によすＡ／Ｄ変換され、マイク
ロコンピュータ２０３内のデータメモリ手段２０４に記
憶され、全く同様にアレイ１０６からのイメージ出力ｂ
１・・・ｂＮもＡ／Ｄコンバータ２０２を介してデータ
メモリ手段２０４に記憶される。像ずれ演算手段２０５
は前記一対のイメージ出力ａ１・・・ａＮ、ｂｌ・・・
ｂＮに基づき両イメージ出力の相対的ずれ量、即ち、一
対のアレイ上の光像の相対的ずれ量を算出する。もちろ
ん、像ずれ演算に用いるデータは必ずしもアレイの直接
のイメージ出力である必要はなく、これらの出力を適当
にフィルタリング処理したりサンプリングしたイメージ
出力であってもよい。　−３補正デ一タ記憶手段２０７
は、上記像ずれ演算手段２０５の出力を補正する補正デ
ータを記憶している。この補正データは以下のように定
められている。即ち、焦点検出装置の製造の際に焦点検
出光学系の一応の調整が済んだ後に、合焦状態時におけ
るアレイ１０５．１０６上の光像の対応する各像点毎の
相対的位置ずれ量を測定しこのアレイ上の各像点毎の相
対的位置ずれ量を上記補正量として記憶手段２０７に記
憶する。具体的な一例を述べると、第１図（ｂ’）に示
すようにアレイＩ０５．１０６の光電素子の配列方向の
位置をＸとし、各アレイ１０５．１０６の中心をｘＯと
した時、アレイ１０５．１０６上の光像の対応する像点
がアレイの中心ｘＯにおいて合焦時に合致するように調
整することは比較的容易である。そこでこの様に調整す
ると各点の相対的位置ずれ量は、例えば第３図に示すよ
うに合焦時には実線に示す特性Ｓ’（ｘ）を、非合焦時
には特性Ｚ　（ｘ）をそれぞれ持つ。ここで合焦時の特
性Ｓ　（ｘ）は上噛己調整によりアレイ中心ｘｏで相対
的位置ずれ量が零でありここからアレイ周辺に向かって
一次関数的に大きくなることを示し、非合焦時の特性Ｚ
（Ｘ）はその非合焦の程度に応じた量ＺＴだけ、特性Ｓ
　（ｘ）から平行移動されたものとなっている。

この合焦時の位置ずれ量５（ｘ）が補正データ記憶手段
２０７に記憶される。この記憶の仕方としてアレイの場
所Ｘ毎のＳ　（ｘ）の値をすべて記憶することは記憶デ
ータの数が多くなり好ましくない。このため、第３図の
ように位置ずれ量５（ｘ−）がほぼ原点ｘｏを通る直線
で近１Ｑできる時には、−この直線の傾きのみによりこ
の位置ずれ量５（ｘ）を特定出来るので、記憶手段２０
７にはこの傾きを表すデータを記憶すればよい。この場
合、補正データ記憶手段２０７は極めて簡単化でき、第
４図（ａ）に示すようにポテンショメータ４０１の値を
前記特性直線Ｓ　（ｘ）のかたむきを表すように調整し
、このポテンショメータ４０１の出力をＡ／Ｄコンバー
タ４０２を介してマイコン２０３に入力する構成とする
ことができる。また補正データ記憶手段２０７として第
４図（ｂ）の如き上記傾きを記憶したＲＯＭを用いても
よい。このＲＯＭは、出力端子Ｐ１〜Ｐ８の各々を電源
ラインＶｃｃとアースラインＥｔとに夫々接続していた
ちのと、記憶すべきデータに応じて各出力端子Ｐ１〜Ｐ
８が電源ラインとアースラインとの一方のみに接続する
ように処理したものである。また、補正データ記憶手段
２０７としてマイコン２０３内のＲＯＭを用いることも
できる。

補正データＳ　（ｘ）が直線でなく第５図に示すように
曲線となる場合にはこの曲線をｎ次式で近似して、これ
を（ｎ＋１）個の数値で特定するようにすればよい。あ
るいは、数個の所定の位置・　（ｉに関する補正データ
を記憶しておき、その中間の位置の補正デ゛−夕が必要
であれば、例えばラグランジェ補間を使用してもよい。

再び第２図に戻って、補正演算手段２０６は像ずれ演算
手段２０５の出力Ｚ　（ｘ）を補正データ記憶手段２０
７の補正データＳ’（ｘ）で補正し、具体的にはＺ　（
＊）　−、Ｓ　（ｘ）の演算を行って、補正された像ず
れ量ＺＴを算出する。この補正済像ずれ量ＺＴは、補正
演算手段２０６でデフォーカス量（被写体像と撮影レン
ズの所定結像面との間のずれ量）に換算され、表示駆動
手段２０８に！おくられる。この手段２０８はデフォー
カス量に基づき焦点調節状態を表示しまた撮影レンズを
合焦位置に駆動する。

この作用を以下に述べる。

一対のアレイ１０５．１０６からのイメージ出力ａｌ・
・・ａＮ、ｂｌ・・・ｂＮはＡ／Ｄ変換後にデータメモ
リ手段２０４に記憶される。データメモリ手段２０４に
記憶されたイメージ出力ａ１・・・ａＮを第６図（ａ）
に例示する。像ずれ演算手段２０５は、このイメージ出
力を第６図（ｂ）又は（Ｃ）に示すように例えば５個の
領域Ｘ−２、Ｘ−１、Ｘ０１ｘ１、Ｘ２に分割し、全く
同様にイメージ出力ｂ１・・・ｂＮをも５個の領域Ｘ−
２、Ｘ−１、Ｘ０１Ｘ１、ｘ２に分割し、各部分領域Ｘ
ｉのイメージ出力から部分領域Ｘｉの中心ｘｉに関する
部分像ずれ量Ｚ（ｘｉ）を個々に演算する。補正演算手
段２０６は補正データ記憶手段２０７の内容から場所ｘ
ｉの部分補正量５（ｘｉ）を算出する。この部分補正量
Ｓ　”（ｘ　ｉ　）は第３図に示すように関数Ｓ　（ｘ
）にｘ＝ｘ　ｉを代入したものである。この後、補正演
算手段２０６は部分像ずれ量Ｚ（ｘｉ）から部分補正量
５（ｘｉ’）を減じて、補正済部分像すれ量ＺＴ（Ｘｉ
）を得る。即ち、ＺＴ　（ｘ’ｉ）　＝Ｚ’　（ｘ’ｉ
）’−５（ｘ　ｉ）を得る。

こうして、補正演算手段２０６は各部分領域Ｘｉに関す
る補正済部分像ずれ量ＺＴ（ｘｉ）をめ、例えば、これ
らの値の単純平均ΣＺＴ（ｘｉ）１５を最終像ずれ量と
して算出して、これをデフォーカス量に換算し表示駆動
手段２０８に送出する。尚、各部分領域Ｘｉに関する部
分像ずれ量ＺＴ’（ｘｉ）から最終像ずれ量ＺＴをめる
方法はその目的に応じて種々考えられるが、以下にいく
つかの例を示す。

（Ａ１）上述の如く補正法部分像ずれ量ＺＴ（ｘｉ）の
平均値を最終像ずれ量ＺＴとする。

（Ａ２）補正法部分像ずれ量ＺＴ（ｘｉ）の最大と最小
のものを除いた残りの補正法部分像ずれ量の平均値を最
終像ずれ量ＺＴとする。

（Ａ３）補正法部分像ずれ量ＺＴ（ｘｉ）を大きい順に
ならべた時の中央のものを最終像ずれ量ＺＴとする。

（Ａ４）後述する情報量Ｅ　（ｘ）が最大の部分領域に
関する補正法部分像ずれ量ｚ’ｒを最終像ずれ量ＺＴと
する。

（Ａ５）上記情報量が相対的に大きい複数の部分領域に
関する補正法部分像ずれ量ＺＴ（ｘｉ）の平均値を又は
情報量に応じて加重加算した平均値を最終像ずれ量ＺＴ
とする。

−向、各部分領域Ｘｉのデータから部分像ずれ演算を行
うアルゴリズムとしては、例えばイメージ出力をフーリ
エ弯換し位相を比較する手段（特開昭５４−１０４８５
９）や相関演算を行い最大相関を与えるシフト量をめる
手段（特開昭５７−４５５１０）を用いることが可能で
ある。部分領域Ｘｉに含まれる先覚変換素子数の少ない
時は上記フーリエ変換法を用いる方が精度がよい。

アレイ上に奥行きのある被写−が結像されてぃお、、、
、子、イ、、□、０イ、−２８カや□。：て像ずれ量を
算出すると、奥行き被写体のどの部分に自動合焦される
かは全く不明となる。

このような奥行き被写体に関する問題は、上述のように
部分領域Ｘｉ毎の部分像ずれ量Ｚ（ｘｉ）を演算するこ
とにより以下の如く解決できる。

（Ｂ１）複数の部分像ずれ量Ｚ（ｘｉ＞のうちから最も
像ずれ量の小さいものを選択し、これに基づき最終像ず
れ量ＺＴをめれば、奥行き被写体の最も近い部分につい
てのデフォーカス量を得ることができ、逆に部分像ずれ
量の最も大きいものの選択により遠方部分についてのデ
フォーカス量を、更に中間のものの選択により中間距離
の　１部分についてのデフォーカス量を得ることができ
（Ｂ２）複数の部分像ずれ量Ｚ（ｘｉ）のうちでほぼ等
しい値をとるものがあれば、その値を選択しこれに基づ
き最終像ずれ量ＺＴをめれば、比較的広い領域を占める
被写体についてのデフォーカス量を得ることができる。

（Ｂ３）後述する情報量の最も大きい部分領域Ｘｉでの
部・公傷ずれ量を選択しこれに基づき最終像ずれ量ＺＴ
をめれば、焦点検出の為の情報が最も多い被写体、一般
的にはコントラストの最も良い被写体についてのデフォ
ーカス量を得ることができる。

次に上述のように部分像ずれ量を算出する場合の具体例
をフローチャートを用いて説明する。

第７図においてステップ■で各部分領域Ｘｉにおける部
分像ずれ量Ｚ（ｘｉ）と情報量Ｅ（ｘｉンとを像ずれ演
算手段２０５によって算出する。

ここで情報量Ｅ’（ｘ、ｉ）とは対応する部分像ずれ量
Ｚ（ｘｉ）の信鯨度を表すもので、この情報量の値が大
きい程、対応する部分像ずれ量の精度が高くなる。具体
的には、情報量としては像ずれ演算がフーリエ変換後の
位相比較により行われるのであるならば、フーリエ変換
後の振幅に関連した値（特開昭５５−９８７１０のｒｌ
、ｒｌ’、ｒ２、ｒ２’が該当する。）を用いることが
でき、また像ずれ演算が相関法である場合には後述の自
己相関値Ｗｍを用いることができる。ステップ■におい
て、上記各部分領域Ｘｉの情報量Ｅ（ｘｉ）を所定闇値
８ｔｈと比較し、この闇値よりも大きい値の情報量Ｅ（
ｘｊ）の部分領域Ｘｊを選択する。ステップ■において
、補正データ記憶手段２０７の内容Ｓ　（ｘ）から上記
選択された部分領域Ｘｊにおける部分補正量５（ｘｊ）
を算出すると共に、選択部分領域ｘｊでの部分像ずれ量
Ｚ（ｘｊ）を部分像ずれ量Ｚ（ｘｉ）から選択する。

ステップ■において選択領域Ｘｊに関する補正された部
分像ずれ量ＺＴ（ｘｊ）をＺＴ（ｘｊ）＝Ｚ　（ｘ　ｊ
）　−３（Ｘ　ｊ）からめる。ステップ■において、ス
テップ■でめた補正法部分像ずれ量ＺＴ　（ｘ　ｊ）の
バラツキが所定値ΔＺより小さいか否か、具体的には、
補正済部分像ずれ量ＺＴ（ｘｊ）のうちの最大値と最小
値との差が所定値より小さいか否かを判別し、小である
時、被写体に゛奥行きがないとしてステップ■へ移り、
小でない時、奥行きある被写体と判定しステップ■へ移
る。ステップ■では、例えば前記（Ａ１）〜（Ａ５）の
いずれかの処理により最終ずれＩ−ＺＴをめる。ステッ
プ■では、例えば上述の（Ｂ１）〜（Ｂ３）のいずれか
の処理で最終像ずれ量ＺＴをめる。

以上の実施例では、一対のイメージ出力がら複数の部分
像ずれ量を算出する例であったが、次に単一の像ずれ量
を算出する第２実施例を説明する。

第８図（ａ）は第２図のデータメモリ手段２゜４に記憶
される一対のデータ列ＡＩ・・・ＡＮ、Ｂｌ・・・ＢＮ
の一方を示す。このデータ列としては、前述の如く光電
素子アレイのイメージ出力そのものでも、またそれをフ
ィルタリングやサンプリング処理したイメージ出力であ
ってもよい。

第２図において、像ずれ演算手段２０５はデー　５タメ
モリ手段２０４に記憶された一対のデータ列ＡＩ・・・
ＡＮ、Ｂｌ・・・ＢＮを用い、一方のデータ列Ａ１・・
・ＡＮを他方のデータ列Ｂ１・・・ＢＮに対して所定量
ずつシフトしながら、各ソフト量り毎の相関量Ｃ（Ｌ）
をめる。

即ち・に、（Ｌ）＝、モ、１Ａｉ−Ｂｉ＋Ｌｌこの関数
Ｃ（Ｌ）が最小、となるシフト量Ｌｍを像ずれ量として
める。このように相関演算によりめた像ずれ量Ｌｍは上
述のような光学系の調整不足等に起因する誤差を含んで
いるので、この像ずれ量Ｌｍを補正データＳ　（ｘ）で
補正しなければならない。しかしながら、この像ずれ量
はデータ列Ａｌ・・・ＡＮ、Ｂｌ・・・ＢＮの全領域か
ら算出しているので、補正量として補正データＳ（ｘ’
）のどの領域を用いるかが問題となる。

この問題は、次のように解決される。

データ列Ａ１・・・ＡＮ、Ｂｌ・・・ＢＮは、そのどの
部分も上記相関量Ｃ（Ｌ）に等しく寄与している　１の
でなく、第８図（ａ）に示した如くデータ列の変化の激
しい部分Ｙが大きく寄与し変化のゆるやかな部分は寄与
が小さい、従ってデータ列Ａ１・・・ＡＮ、Ｂｌ・・・
ＢＮの場所Ｘ毎の上記寄与の程度（以下寄与度と称する
。）をめ、この場所に応じた寄与度と補正データＳ　（
ｘ）とから補正量をめればよい。この寄与度Ｗｍは、例
えばデータ列の隣接するデータの差分からめ得る。

即ち、Ｗｍ＝　ｌ　Ａｍ−Ａｍ＋　Ｉｌ又はｌＢｍ−８
ｍ＋１１にの値Ｗｍを第８図（ｂ）に示す。

もちろんＷｍとしてｌＡｍ−Ａｍ＋１１＋ｌＢｍ−Ｂｍ
＋ｌｌを用いることもできる。

補正量ＳＴは、 ＳＴ＝ΣＳｍ−Ｗｍ／ΣＷｍとなる。

ここでＳｍは、ｘ＝ｍとしたときのＳ　（Ｘ）である。

従って、補正済像ずれ量ＺＴは次式よりまる。ＺＴ＝Ｌ
ｍ−３Ｔ 尚、第１光電素子アレイとそれ上の光像との相対位置と
第２光電素子アレイとそれ上の光像との相対位置との間
の場所に応じた位置ずれ量が著しく大きい場合には、補
正データＳ　（ｘ）により像ずれ量を高精度で補正する
ことは困難となることが条る。そこで、第１及び第２光
電素子アレイの光電素子のピッチを場所に応じて変化さ
せることにより上記位置ずれ量を予め成る程度補正し、
それでも残存した位置ずれ量を補正データとして記憶す
るようにすることが望ましい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によると、光学
系の調整不足等の原因により第１光電素子アレイとそれ
上の光像との相対位置と、第２光電素子アレイとそれ上
の光像との相対位置との場所に応じて生じた位置ずれに
関連した補正データを記憶しておき、この補正データに
より像ずれ量を補正するようにしたので、光電的像変位
装置の光学系の入念なｗＸ調整が不要となり量産性を大
幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、一般的な焦点検出光学系と光電素子ア
レイとの関係を示す光学図、第１図（ｂ）は先覚素子上
の光像位置を示す正面図、第２図は本発明の一実施例を
示すブロック図、第３図は相対的位置ずれ量の一例を示
すグラフ、第４図（ａ）及び（ｂ）は補正データ記憶手
段の具体的構成例を示す回路図、第５図は相対的位置ず
れ量の別の例を示すグラフ、第６図（ａ）はイメージ出
力の一例を示すグラフ、第６図（ｂ）及び（ｃ）はイメ
ージ出力を複数の領域に分割する様子を示す関、第７図
は第１実施例の具体的な作用を示すフローチャート、第
８図（ａ）はイメージ出力の別の例を示すグラフ、第８
図（ｂ）はイメージ出力の変化の激しさを示すグラフで
ある。 １０５．１０６　・・・　光電素子アレイ、２０５　・
・・・・・　像ずれ演算手段、２０６　・・・・・・　
補正演算手段、２０７　・・・・・・　補正データ記憶
手段出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡辺隆男 Ｎ７図 第３図 （θ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１、第２の光電素子アレイと、この各充電素子アレイ
   上にほぼ同一物体の像をそれぞれ形成する光学系と、前
   記第１、第２光電素子アレイの光電出力に基づき前記各
   充電素子アレイの像の相対的位置関係を検出する検出手
   段とを具備する光電的像変位検出装置において、前記第
   １光電素子アレイとその上の光像との相対位置と前記第
   ２光電素子アレイとその上の光像との相対位置との、−
   前記光電素子アレイの場所に応じた差異に関連する補正
   データを記憶する記憶手段と、この記憶手段の補正デー
   タに基づき上記検出手段の出力を補正する補正手段とを
   具備することを特徴とする充電的像変位検出装置。