JPH0727108B2

JPH0727108B2 - 自動焦点調節装置

Info

Publication number: JPH0727108B2
Application number: JP60243571A
Authority: JP
Inventors: 徳治石田; 正隆浜田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS62102214A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はカメラの撮像レンズを通過した被写体光を受光
することにより撮像レンズのピント状態を検出して焦点
調節を行なう自動焦点調節装置に関する。

従来技術とその問題点光軸に対して互いに対称な関係にある撮影レンズの第１
と第２の領域のそれぞれを通過した被写体光束をそれぞ
れ再結像させて二つの像をつくり、この二つの像の相互
位置関係を求めて、結像位置の予定焦点位置からのずれ
量およびその方向（結像位置が予定焦点位置の前側か、
後側か、即ち前ピンか後ピンか）を得るようにした焦点
検出装置がすでに提案されている。このような焦点検出
装置の光学系は、第７図に示すような構成となってお
り、この光学系は撮影レンズ（２）の後方の予定焦点面
（４）あるいはこの面からさらに後方の位置にコンデン
サレンズ（６）を有し、さらにその後方に再結像レンズ
（８），（10）を有し、各再結像レンズ（８），（10）
の結像面には例えばCCDを受光素子として有するライン
センサ（12），（14）を配してある。各ラインセンサ
（12），（14）上の像は、第８図に示すように、ピント
を合わすべき物体の像が予定焦点面より前方に結像す
る、いわゆる前ピンの場合、光軸（18）に近くなって互
いに近づき、反対に後ピンの場合、夫々光軸（18）から
遠くなる。ピントが合った場合、２つの像の互いに対応
し合う二点の間の間隔は、ピント検出装置の光学系の構
成によって規定される特定の距離となる。したがって、
原理的には２つの像の互いに対応し合う二点の間の間隔
を検出すればピント状態が分ることになる。第７図で
は、上記間隔がラインセンサ（12），（14）からの信号
を受けて相関器16により検出されることを示している。

ところで、上記のような焦点検出装置を備えたカメラに
おいても、静止している被写体に限らず、スポーツ写真
のように、速い速度で移動している被写体を測距し、焦
点調節を行う必要がある。従って、上記焦点検出装置は
測距時間ができるだけ短いことが必要である。一方、一
眼レフカメラにでは求められる測距精度の要求が厳し
く、上記焦点検出装置は、このような一眼レフカメラの
要求に応えるために、精度の高い測距を行える必要があ
る。

しかしながら、上記焦点検出装置は、一定距離の同一被
写体に対して焦点検出動作を繰り返して複数回行う場合
に、距離検出方向と垂直な面内で被写体が位置を変えた
り、カメラ保持時に手振れによりカメラが微小振動した
りすると、検出結果は必ずしも一致せず、ある値を中心
として若干のばらつきをもって分布する。すなわち、一
回の検出動作だけでは正確な焦点検出情報は得られない
という欠点があった。

このばらつきは、多数の受光素子からなる合焦検出素子
列の各素子の特性や配列の不均一性、処理回路の不安定
性に起因するものの他に検出素子面の照度分布（被写体
輝度分布に相当する）の測定に際して、列状に配列され
た検出素子群の配列ピッチによって合焦検出素子のもつ
空間周波数特性が決められ、ナイキストのサンプリング
定理によって決まる空間周波数よりも高い周波数成分に
ついては正しい測定ができないことや、あるいは素子と
素子との間に存在する不感帯によって被写体の輝度分布
を不連続に測定することとなり不感帯域で輝度変化があ
っても検出できないことに起因している。

そこで、距離検出方向と垂直な面内で被写体が位置を変
えたりすると合焦検出素子面上に投影される被写体像の
パターンが変化し、相対的に合焦検出素子列における被
写体像のサンプリング位置も変化するために、検出素子
の上記要因により検出結果は一致しないことが起こり、
何回も同様な測定を繰り返すと、検出結果はある値を中
心に若干のばらつきをもって分布することになる。従っ
て、一回の検出動作で得られるデフォーカス量に基づい
て投影レンズの焦点調節を行っても、調節精度は保証さ
れない。そのようなわけで、複数回合焦状態の検出を行
うことにより複数のデフォーカス量のデータを得てこれ
らの平均値を求め、この平均値に基づいて撮影レンズの
焦点調節を行うようにした装置が特開昭56−78811号公
報で提案されている。しかしこの装置では、撮影レンズ
を停止しておいて検出動作を繰り返し、平均値が得られ
た後に撮影レンズの駆動が開始されるように構成されて
いるので速やかな焦点調節は行えなかった。

ところで、焦点検出プロセスを考えたとき、通常、初期
状態では撮影レンズの焦点は合っていない。このような
状態において、焦点検出の時間を短くするためには、レ
ンズ繰り出し量もしくはレンズ繰り入れ量の概略値を算
出し、早急に撮影レンズを動かすことが精密な計算より
も優先する。従って、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。

このような考えに基づいて焦点調節の時間の短縮を図っ
た装置として、デフォーカス量に応じて画像のサンプリ
ング幅（数）および／またはフィルタ特性を切り換える
ようにしたものが提案されている（例えば、特開昭59−
107312号公報、特開昭59−142506号公報および特開昭60
−4913号公報参照）。上記のように、デフォーカス量に
応じてフィルタ特性を切り換えるのは、次の理由によ
る。即ち、被写体像を合焦素子列に投影し、その光電出
力を演算処理して合焦位置を検出することは、その被写
体像中のある空間周波数帯域に関する周波数成分につい
て演算処理することである。この演算処理される空間周
波数成分が比較的高次のもののみである場合には、電気
的、光学的な誤差要因による影響を受けにくく、合焦位
置近傍で正確にデフォーカス量を求めることができる。
しかしながらデフォーカス量が大きくなると、被写体中
の高次空間周波数成分が激減してしまうため、焦点検出
精度は著しく低下する。従って、合焦位置近傍では高次
空間周波数情報を取り扱い、合焦位置から離れた位置で
は、低次空間周波数情報を取り扱うようにフィルタを切
り換えればよい。

ところで、上記のように、高次空間周波数情報と低次空
間周波数情報を取り扱うものでは、高い確率で合焦位置
に達するまでに撮影レンズは２回動くことになり、撮影
レンズの動きがスムーズでなく、合焦に要する時間もあ
まり短くすることができない。

本発明の目的は、撮影レンズの動きがスムーズで合焦状
態になるまでに要する時間が短い自動焦点調節装置を提
供することである。

問題点を解決するための手段上記目的を達成するため、本発明は、対物レンズの射出
瞳を２分割する光学系と、夫々の射出瞳からの光像を受
光する１対の光電変換素子アレイと、焦点調節動作の開
始に応答して作動し、上記光電変換素子アレイの出力に
基づいて比較的狭い領域での高次空間周波数成分に基づ
く対物レンズの焦点調節状態の検出を行なう第１の焦点
検出手段と、上記第１の焦点検出手段が信頼性のある焦
点調節状態の検出を行なう状態か否かを判別する判別手
段と、上記判別手段が信頼性無しと判別した場合に作動
し、上記光電変換素子アレイの出力に基づいて比較的広
い領域での低時空間周波数成分に基づく対物レンズの焦
点調節状態の検出を行なう第２の焦点検出手段と、上記
判別手段が信頼性有りと判別した場合には第１の焦点検
出手段の出力に基づいて対物レンズを駆動し、信頼性無
しと判別した場合には第２の焦点検出手段の出力に基づ
いて対物レンズを駆動する手段と、を備えたことを特徴
とする。

作用本発明は、上記構成により、焦点調節動作開始後、まず
最初に、狭領域で高周波成分による焦点検出を行う。判
別手段がこの焦点検出結果が信頼性有りと判別すると、
対物レンズを駆動する手段は、第１の焦点検出手段の出
力に基づいて対物レンズの駆動を行なう。そして、狭領
域で高周波成分による焦点検出を行なった結果、判別手
段がこの焦点検出結果が信頼性無しと判別すると、初め
て、第２の焦点検出手段が作動し、広領域で低周波成分
による焦点検出が行われ、対物レンズを駆動する手段
は、この検出結果によるレンズ駆動を行う。

実施例以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明に係る焦点検出装置のブロック図を第１図に示
す。

第１図において、マイクロコンピュータにより構成され
る制御回路（31）は、焦点検出モードスイッチAFSWがオ
ンのとき、図示しないシャッタレリーズボタンの一段押
しで焦点検出の動作を開始する。

まず、制御回路（31）から光電変換回路（30）に設けら
れた第１および第２の光電変換素子アレイとしてのCCD
イメージセンサ（第２図参照）にパルス状の積分クリア
信号ICGSが出力され、これにより光電変換回路（30）の
CCDイメージセンサの各画素が初期状態にリセットされ
ると共に、CCDイメージセンサに内蔵された輝度モニタ
回路（図示せず。）の出力AGCOSが電源電圧レベルにセ
ットされる。また、制御回路（31）はこれと同時に“Hi
gh"レベルのシフトパルス発生許可信号SHENを出力す
る。そして、積分クリア信号ICGSが消えると同時に、光
電変換回路（30）のCCDイメージセンサ内の各画素では
光電流の積分が開始され、同時に光電変換回路（30）の
輝度モニター回路の出力AGCOSが被写体輝度に応じた速
度で低下し初めるが、光電変換回路（30）に内蔵された
基準信号発生回路からの基準信号出力DOSは一定の基準
レベルに保たれる。利得制御回路（25）はAGCOSをDOSと
比較し、所定時間（焦点検出時には100msec.）内にAGCO
SがDOSに対してどの程度低下するかによって、利得可変
の作動アンプ（22）の利得を制御する。又、利得制御回
路（25）は積分クリア信号ICGSの消滅後、所定時間内に
AGCOSがDOSに対して所定レベル以上低下したことを検出
すると、その時“High"レベルのTINT信号を出力する。
このTINT信号はアンド回路（AN）及びオア回路（OR）を
通ってシフトパルス発生回路（26）に入力され、これに
応答してこの回路（26）からシフトパルスSHが出力され
る。このシフトパルスSHが光電変換回路（31）のCCDイ
メージセンサに入力されると、各画素による光電流積分
が終わり、この積分値に応じた電荷がCCDイメージセン
サからシフトレジスタの対応するセルに並列的に転送さ
れる。一方、制御回路（31）からのクロックパルスCLに
もとづいて、転送パルス発生回路（27）からは位相が18
0゜ずれた２つのセンサー駆動パルスφ1,φ２が出力さ
れ、光電変換回路（30）に入力される。光電変換回路
（30）のCCDイメージセンサはこれらのセンサ駆動パル
スφ1,φ２のうち、φ１の立上りと同期してCCDシフト
レジスタの各画素の電荷を１ずつ単から直列的に排出
し、画像信号を形成するOS信号が順次出力される。この
OS信号は対応する画素への入射強度が低い程高い電圧と
なっており、減算回路（24）がこれを上述の基準信号DO
Sから差し引いて、（DOS−OS）を画素信号として出力す
る。尚、積分クリア信号ICGの消滅後TINT信号が出力さ
れずに所定時間が経過すると、制御回路（31）は“Hig
h"レベルのシフトパルス発生指令信号SHMを出力する。
したがって、積分クリア信号ICGの消滅後所定時間経過
してもAGCコントローラ（25）から“High"レベルのTINT
信号が出力されない場合は、このシフトパルス発生指令
信号SHMに応答して、シフトパルス発生回路（26）がシ
フトパルスSHを発生する。

一方、上述の動作において、制御回路（31）は光電変換
回路（30）のCCDイメージセンサの第７番目から第10番
目までの画素に対応する画素信号が出力されるときに、
サンプルホールド信号S/Hを出力する。CCDイメージセン
サのこの部分は暗出力成分を除去する目的でアルミマス
クが施され、CCDイメージセンサの受光画素としては遮
光状態になっている部分である。一方、サンプルホール
ド信号によって、ピークホールド回路（21）は光電変換
回路（30）のCCDイメージセンサのアルミマスク部に対
応する出力OSとDOSとの差を保持し、以降この差出力と
画素信号とが可変利得アンプ（22）に入力される。そし
て、可変利得アンプ（22）は画素信号とその差出力の差
をAGCコントローラ（25）により制御された利得でもっ
て増幅し、その増幅出力がA/D変換器（23）によってA/D
変換された後、画素信号データとして制御回路（31）に
取込まれる。

A/D変換回路（23）のA/D変換は８ビットで行なわれる
が、制御回路（31）へは上位、下位の４ビットずつ転送
される。

この後、制御回路（31）は、この画素信号データを内部
のメモリに順次保存するが、イメージセンサの全画素に
対応するデータの保存が完了すると、そのデータを演算
判別回路（32）に与える。この演算判別回路（32）で
は、所定のプログラムに従って焦点ズレ量及びその方向
を算出し、表示回路（33）にそれらを表示させると共
に、一方ではレンズ駆動装置（28）を焦点ズレ量及びそ
の方向に応じて駆動し、撮影レンズ（29）の自動焦点調
節を行う。

第２図は、本発明実施例のセンサの正面図である。本実
施例においては、前記２つのラインセンサ、即ち、第１
および第２の光電変換素子アレイは１つのラインセンサ
の異なる２つの領域を用いることによって、代用され
る。

第２図において、（Ｘ）は撮影レンズの光軸が通る位置
を示す。光軸通過位置（Ｘ）の近くの画素の出力は用い
られない。（l₁）〜（l₃₂）は一方のラインセンサに対
応する基準部（Ｌ）内の画素を示し、基準部（Ｌ）は画
素（l₁）〜（l₃₂）の第１ブロック（Ｉ）、画素（l₅）
〜（l₂₈）の第２ブロック（II）の２つのブロックに分
けられている。基準部（Ｌ）の紙面上方には画素上の照
度をモニタする為のモニタ用受光素子が設けられてい
る。

（r₁）〜（r₄₀）は他方のラインセンサに対応する参照
部（Ｒ）内の画素を示す。参照部（Ｒ）内の画素数は40
個であり、基準部（Ｌ）内の画素数（32個）よりも多
い。そして、撮影レンズが予定焦点面において合焦状態
にあるときは、基準部（Ｌ）の第１ブロック（Ｉ）の画
素（l₁）〜（l₃₂）上の像が参照部（Ｒ）の画素（r₅）
〜（r₃₈）上の像と一致しているとする。この画像
（r₅）〜（r₃₆）を参照部（Ｒ）における合焦ブロック
（Ｆ）とし、基準部（Ｌ）の中央にある画素（l₁₆）と
（l₁₇）の境界と、参照部（Ｒ）の合焦ブロック（Ｆ）
の中央にある画素（r₂₀）と（r₂₁）の境界との距離すな
わち、合焦検出時の像間隔をL₂とする。

第３図は、上述の制御回路（31）及び演算判別回路（3
2）を１つのマイクロコンピュータとしたときの動作の
流れを示す本発明の一実施例のフローチャートである。

図示しない電源スイッチをONさせると、カメラに電源が
供給される。すると第３図のフローがスタートし、＃１
のAFスイッチ判別ステップでAFスイッチがONされるのを
待っており、AFスイッチがONされると、＃２のステップ
で制御回路（31）はCCDに電荷蓄積を行なわせ、これが
終了すると、＃３のData Dumpステップで、CCDの出力を
映像信号（OS）として、順次、CCDから出力される。こ
の映像信号（OS）は減算回路（24）で減算され、画素信
号となるが、この画素信号は被写体輝度に応じた利得で
増巾された後、さらにA/D変換回路（23）でA/D変換され
てデジタル値となる。制御回路（31）はこのデータと前
記利得データを受ける。次に＃4,＃５のステップCCD画
素信号から、３つおきの差分データを作成する。この目
的は、測距光学系の設計値からのズレ等により発生する
基準部と参照部上の照度分布の空間周波数として低周波
の誤差要因を除去する為の処理で、詳しくは特開昭60−
4914号公報に説明されているので省略する。＃6,＃７の
ステップで、第２ブロック（II）を用いて相関計算を行
ない、最も相関度の高い参照部の領域の位置を示すLM₂
を算出する。＃８のステップで第２ブロック（II）を用
いて検出可能か否かの判断を行ない、検出可能と判断さ
れれば、＃9,＃10のステップ補間計算の後、精度の高い
像間隔ズレ量Ｐが算出される。相関計算、補間計算、検
出不能判定については本願出願人が先に出願した特願昭
59−100069号、特願昭59−104212号及び特願昭59−1042
13号明細書において詳細に説明されている。次に＃11,
＃12のステップで、像間隔ズレ量Ｐがデフォーカス量D
F、さらにレンズ駆動量に変換される。＃13のステップ
で、求められたデフォーカス量（DF）が合焦範囲内であ
るか否かの判断が行なわれ、範囲内であれば、＃15のス
テップで合焦表示を行なう。範囲外であれば、＃14のス
テップでレンズ駆動し再び、＃２のCCD積分ステップへ
戻る。＃８のステップで第２ブロック（II）による検出
が不能であると判断されると、次に基準部全体を用いた
相関計算に入る。＃16,＃17のステップで基準部と参照
部の画素の差分データによる和分データlswk,rswk作成
が行なわれる。この処理は低周波の被写体においても相
関計算に用いる画素間のコントラストを大きくすること
により、測距精度、測距確率を向上させる為の対策であ
る。次に＃18,＃19のステップで基準部全体を用いた相
関計算が行なわれ、最も相関度の高い参照部の領域の位
置を示すlM₁を算出する。＃20のステップでは基準部全
体による検出が可能であるか否かの判断を行ない、可能
であれば、＃21,＃22のステップで、補間計算の後、精
度の高い像間隔ズレ量Ｐが算出され、＃11のステップへ
入る。検出不能と判断されると、全体として、検出不能
と判断し、＃23のステップでLO−CON SCANが既に終了
しているか否かの判断が行なわれる。LO−CON SCANと
はピントズレ量が大きすぎて測距不能となる場合の対策
として考えられたもので、レンズを動かしながら測距を
行い、ピントズレ量が測距可能範囲に入ってきた時に求
められる測距値、つまり、像間隔ズレ量によってレンズ
を合焦状態へ制御する為にレンズの繰り出し量を変化さ
せるスキャンである。LO−CON SCANが終了していれ
ば、＃25のステップLO−CON表示を行ない、再び＃２のC
CD積分ステップへ戻る。＃23のステップでLO−CON SCA
N終了していなければ、＃24のステップでLO−CON SCAN
が開始され、再び＃２のCCD積分ステップへ戻る。

第４図は本発明のいま一つの実施例の一部を示すフロー
チャートである。本実施例では、第２ブロック（II）が
検出不能の場合、そのコントラスト総和値C₂を算出し、
一定値Ａ未満であれば、低周波被写体だと判断し、領域
と画素ピッチを広くした基準部全体による相関計算へ入
るが、一定値Ａ以上であれば、ピントズレ量が大きすぎ
て測距不能となっていると判断し、時間短縮の為に基準
部全体による相関計算は行なわず、LO−CON SCANへ入
れるものである。

第４図において、＃８ステップで、第２ブロック（II）
で検出不能と判断されると、＃26のステップで、第２ブ
ロック（II）の差分データによるコントラストの総和値
C₂が算出される。次に＃27のステップで、C₂が一定値Ａ
以上であるか否かの判断が行なわれる。Ａ未満であれば
＃16のステップ以降の基準部全体による相関計算へ入
る。Ａ以上であれば、ピントズレ大と判断して＃23のLO
−CON SCAN終了判別のステップへ入る。

第５図および第６図は本発明のさらにいま一つの実施例
の一部を示すフローチャートである。

本実施例では基準部を３つのブロックにわけてそれぞれ
で相関計算を行ない、すべてのブロックが検出不能とな
った場合のみ基準部全体による相関計算を行なうもので
ある。さらに基準部全体の相関計算が検出不能となった
場合のみ、全体として検出不能と判断し、LO−CON SCA
Nへ入るものである。

すなわち、第５図において、＃６、＃７、＃８、＃28、
＃29、＃30、＃33、＃36、＃37、＃44および＃45のステ
ップにおいて、基準部の３つのブロックについて相関計
算が行なわれ、すべてのブロックが検出不能となった場
合のみ、基準部全体による相関計算が行なわれる。すな
わち、第６図の＃16〜＃20および＃23のステップが実行
される。そして、基準部全体による相関計算が検出不能
となった場合のみ全体として検出不能と判断して、LO−
CON SCANが行なわれる。

発明の効果本発明によれば、まず狭領域で高周波成分による焦点検
出が行われ、この検出結果が信頼性無しと判別されて初
めて、広領域で低周波成分による焦点検出が行われるの
で、たとえば高輝度でコントラストの高い被写体のよう
に焦点検出の信頼性が高い被写体の場合には、即座に高
周波成分による高精度な焦点検出動作が行われ、正確な
焦点調節動作が短時間に行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動焦点調節装置の一実施例のブ
ロック図、第２図は第１図の自動焦点調節装置に使用されるCCDイ
メージセンサの正面図、第３図は第１図の自動焦点調節装置の動作の流れを示す
フローチャート、第４図は第３図のフローチャートの変形部分のフローチ
ャート、第５図および第６図は第３図のフローチャートの変形例
を示すフローチャート、第７図および第８図は夫々本発明に係る焦点検出装置の
光学系の概略構成図である。 29……撮影レンズ、30……光電変換回路、 31……制御回路、32……演算判別回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズの射出瞳を２分割する光学系
と、夫々の射出瞳からの光像を受光する１対の光電変換素子
アレイと、焦点調節動作の開始に応答して作動し、上記光電変換素
子アレイの出力に基づいて比較的狭い領域での高次空間
周波数成分に基づく対物レンズの焦点調節状態の検出を
行なう第１の焦点検出手段と、上記第１の焦点検出手段が信頼性のある焦点調節状態の
検出を行なう状態か否かを判別する判別手段と、上記判別手段が信頼性無しと判別した場合に作動し、上
記光電変換素子アレイの出力に基づいて比較的広い領域
での低次空間周波数成分に基づく対物レンズの焦点調節
状態の検出を行なう第２の焦点検出手段と、上記判別手段が信頼性有りと判別した場合には第１の焦
点検出手段の出力に基づいて対物レンズを駆動し、信頼
性無しと判別した場合には第２の焦点検出手段の出力に
基づいて対物レンズを駆動する手段と、を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。