JPS6236208B2 - - Google Patents

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JPS6236208B2
JPS6236208B2 JP61008088A JP808886A JPS6236208B2 JP S6236208 B2 JPS6236208 B2 JP S6236208B2 JP 61008088 A JP61008088 A JP 61008088A JP 808886 A JP808886 A JP 808886A JP S6236208 B2 JPS6236208 B2 JP S6236208B2
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JP
Japan
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correlation
focus detection
photoelectric
detection device
output
Prior art date
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Expired
Application number
JP61008088A
Other languages
English (en)
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JPS61209412A (ja
Inventor
Takeshi Utagawa
Akira Ogasawara
Hiroshi Shirasu
Kunihisa Hoshino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nippon Kogaku KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Kogaku KK filed Critical Nippon Kogaku KK
Priority to JP808886A priority Critical patent/JPS61209412A/ja
Publication of JPS61209412A publication Critical patent/JPS61209412A/ja
Publication of JPS6236208B2 publication Critical patent/JPS6236208B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は合焦検出装置に関する。
例えば特開昭50―39543号(特願昭49―68068
号)に記載された焦点検出装置は1対の光電素子
アレイ上に、物体の光像を形成し、両光電素子ア
レイの対応する位置にある光電素子の光電出力の
差をとり、それらの絶対値の和として相関出力を
求め、その相関出力の最小値から対物レンズの合
焦状態を検出するものである。
本発明は、一対の光電素子アレイの画素出力の
差、すなわち相関量信号に、画素の両端部に対応
する出力とそれ以外の中央部に対応する出力に関
連して乗じる重み係数を変えることにより、より
精度の良い焦点検出装置を提供することを目的と
する。
第1図において、対物レンズ1の固定焦点面、
又はそれと共役な面に、フイールドレンズ2が設
けられている。カメラ等では、固定焦点面にはフ
イルムが配置されるので、このフイールドレンズ
2は、対物レンズ1の光路を分路し、その分路し
た光路中に設けることになる。再結像レンズ3,
4に関して、フイールドレンズ2即ちレンズ1の
固定焦点面と共役な位置に夫々光電素子アレイ
5,6が設けられている。この例では、各アレイ
5,6は夫々4つの光電素子P1〜P4、P1′〜P4′か
ら成る。対物レンズ1が物体に合焦された場合、
即ちそのレンズ1による物体の像が、フイールド
レンズ2上に形成された場合、対物レンズ1と再
結像レンズ3,4によつて夫夫光電素子アレイ
5,6上に形成される物体の像と、対応するアレ
イ5,6との位置関係は同一となる様に再結像レ
ンズ3,4、アレイ5,6の位置関係等が定めら
れている。従つて、合焦状態のとき、1対の光電
素子アレイ5,6の位置的に対応する位置の光電
素子P1とP1′…P4とP4′への入射光強度は等しい。
また、対物レンズ1による物体の像がフイールド
レンズ2の前方に形成されたとき(前ピンのと
き)、光電素子アレイ5上の像は下方へ、他方光
電素子アレイ6上の像は上方へ移動し、逆に対物
レンズ1による像がフイールドレンズ2の後方に
形成された時(後ピンの時)、光電素子アレイ
5,6上の像は夫々前ピンと逆方向へ移動する。
光電素子P1〜P4からの光電力又はそれに関連した
電気出力をx1〜x4、同様に光電素子P1′〜P4′から
の光電出力又はそれに関連した電気出力をx1′〜
x4′とすると、これらの光電出力は、信号処理回
路7へ入力される。処理回路7はこれらの光電出
力から以下の相関IN,IDを求める。
N=|x1−x1′|+2|x2−x2′| +2|x3−x3′|+|x4−x4′| ……(1) ID=|x1−x2|+|x2−x3| +|x3−x4|+|x1′−x2′| +|x2′−x3′|+|x3′−x4′| ……(2) INは相互相関関数であり、またIDは自己相関
関数すなわち像のコントラストを表わしている。
この両者から規格化された相関関数Ip=IN
Dを求めると、前述の如く対物レンズ1の合焦
時にはx1=x1′、x2=x2′、x3=x3′、x4=x4′なので
N=0よりIp=0 また、合焦状態から、前ピンとなり両アレイ上
の像が変位し相対位置が一光電素子分だけずれた
場合には x2=x1′、x3=x2′、x4=x3′が成立し、逆に後ピ
ンとなり、両アレイ上の像の相対位置が一光電素
子分だけずれた場合、x2′=x1、x3′=x2、x4′=x3
が成立するので、ともにこのとき、IN=IDとな
り、Ip=1となる。
こうして、いかなる輝度分布の物体であろう
と、またいかなる輝度レベルの物体であつても、
第2図と実線、破線、及び一点鎖線で示す如く対
物レンズの合焦位置αのとき、相関関数即ち合焦
状態検出信号Ipは必ず零になり、また両アレイ
上の像の相対位置が1光電素子分だけずれた様な
前ピンγ、又は後ピンβの場合には、Ipは必ず
1となる。従つて、所定程度の前ピン、後ピン状
態と、合焦状態の三状態において、合焦状態検出
信号Ipを規格化できることになる。よつて、例
えば、1付近の適当なレベルの閾値を定め、この
閾値と相関関数Ipとを比較することにより、合
焦状態近傍を検出できる。
実施例の如く、所定の重み係数を乗じて相互相
関関数Ioを算出すると、±1画素ずれでの前記相
互相関関数値が1画素ずれの自己相関関数値と一
致する為に、±1画素ずれでの値が標準化されて
検出精度の向上と安定化が行える利点がある。
以上の実施例では、各アレイを4個の光電素子
によつて構成した例であつたが、次に、任意数の
光電素子で構成した場合の相関Ip、IDを説明す
る。
各アレイをN個の光電素子で構成し1万のアレ
イの各光電出力をx1,x2…xN、他方のアレイの
各光電出力をx1′,x2′…xN′とすると このように相関ID,INを定めることにより、
丁度1光電素子分だけ、各像がずれた様な後ピン
又は前ピンのとき、x2′=x1、x3′=x2,……xo
=xo-1、又は、x2=x1′、x3=x3′,……xo
x′o-1が成立するので、IN=IDとなり、Ipは1
となる。合焦状態のときはx1=x1′…xo=xo′よ
りIN=0となり、Ipは零となる。
式(1)、(2)は式(3)、(4)、(5)においてN=4、d=
1、b=2、c=2とした場合である。もちろん
d、b、cは整数に限るものでない。
また、(1)、(2)、(3)式は、両像が丁度光電素子1
個分だけずれた様な前ピン及び後ピン状態につい
て規格化したが、本発明はもちろん、2光電素子
分以上ずれた様な前ピン及び後ピン状態について
も規格化してもよい。この場合、例えば、2光電
素子及び3光電素子分ずれた様な前ピン、後ピン
状態について規格化するにはIDは、各アレイに
ついて、前述の如き、隣接光電素子の出力差では
なく1つ置き、又は2つ置きの光電素子の出力の
差を夫々求めることになる。1例を記すと、各ア
レイを構成する光電素子の数Nを7とし、2光電
素子分ずれた様な前ピン、後ピン状態について規
格化する場合、次のようになる。
N=|x1−x1′|+|x2−x2′|+2|x3 −x3′|+2|x4−x4′|+2|x5−x5′| +|x6−x6′|+|x7−x7′| ID=|x1−x3|+|x2−x4|+|x3−x5| +|x4−x6|+|x5−x7|+|x1′−x3′| +|x2′−x4′|+|x3′−x5′| +|x4′−x6′|+|x5′−x7′| 第3図に、各光電素子アレイ5,6、信号処理
回路7の具体的回路の一例を示す。
アレイ5の各光電素子P1〜P4の光電出力は夫々
対数化回路51,52,53,54によつて、そ
の光電出力の対数に比例する電気出力x1〜x4に変
換される。他方のアレイ6の介光電素子P1′〜
P4′の光電出力も同様に、対数化回路61,6
2,63,64によつて同様の電気出力x1
x4′に変換される。差動増幅器10〜〜13は
夫々差(x1−x1′)、(x2−x2′)、(x3−x3′)、(
x4
x4′)を算出し、差動増幅器14〜19は夫々差
(x1−x2)、(x2−x3)、(x3−x4)、(x1′−x2′)

(x2′−x3′)、(x3′−x4′)を算出する。
尚、対数化回路の出力端子51a〜54a、6
1a〜64aは差動増幅器10〜19の同一符号
を付された入力端子51a〜54a、61a〜6
4aにリード線で接続されているのであるが、第
3図においては図の複雑化を避ける為にリード線
を図示していない。各差動増幅器10〜19の出
力端子に互に逆極性に接続されたダイオード対1
0a,10b、11a、11b…19a,19b
は上記差の絶対値を得る為のものである。(1)式か
ら明らかな如く、差(x2−x2′)、(x3−x3′)には
係数2が付されているので、これらの差を算出し
た差動増幅器11,12の出力端子にはダイオー
ド11a,11b,12a,12bを介して抵抗
R/2が接続され、他の増幅器10,13〜19
には、夫々のダイオードを介して、上記抵抗の抵
抗値の2倍の抵抗値の抵抗Rが接続されている。
演算増幅器11は差動増幅器10〜13の負の値
の出力を加算し、他方演算増幅器12は増幅器1
0〜13の正の値の出力を加算する。同様に演算
増幅器13,14は夫々、差動増幅器14〜19
の負及び正の値の出力を加算する。演算増幅器1
1の出力はインバータ15と抵抗16aを介し
て、抵抗16bを介して演算増幅器12の出力
と、接続されるので、この両抵抗16a、16b
の接続点には相関INが現われる。演算増幅器1
3,14の出力も同様にインバータ17、抵抗1
8a,18bに接続されているので、抵抗18
a,18bの接続点には相関IDが現われる。
対数化回路20,21は夫々相関IN,IDの対
数に比例した出力を発生する。差動増幅器22
は、両方の対数出力の差を算出し、Iog(IN/I
D)に比例した出力を発生する。こうして、差動
増幅器22の出力が相関関数Ipを表わすものと
なる。尚、IDは像のコントラストを表わしてい
るので、相関関数Ipにより合焦状態の検出の際
に、このIDを利用してもよい。
尚、この回路例では、最初の増幅段に、対数増
幅器を用いたが、光電素子アレイとして例えばフ
オトダイオードアレイを用い、光電出力を時系列
化して読み出しこの出力をホールドしてから、上
と同様の演算を行つてもよいし、また、この時系
列化された出力をAD変換し、同様なデイジタル
演算を行つてもよい。
(4)、(5)式のIN,IDの右辺の各項の係数は、一
定量の前ピン、後ピン状態において、相関関数I
pを1とする為に定めたものであるので、Ipの概
略的な規格化の為には、例えば(3),(4)式のb、
c、dの関係を(5)式の如く厳密に定める必要もな
く、上記係数はかなり任意に選定できるものであ
る。
また、相関IN,IDは夫々、所定の光電素子の
光電出力又はその関連電気出力の差の絶対値に所
定の係数を乗じて加算しているが、このことは、
その差の正負の符号に無関係に、その大きさに関
する量を加算するためであるから、絶対値をとる
代りに、例えばその各差の自乗に、所定の係数を
かけて、加算してもよい。
1対のアレイトに物体の像を形成する光学系
は、対物レンズの合焦状態に応じて、1対のアレ
イ上の像の相対位置関係を変化させ得るものであ
れば、第1図のものに限らず、例えば前述の特開
昭50―39543号に開示の光学系を含めいかなるも
のであつてもよい。
以上のように、本発明によれば光像の変位を検
出するための相互相関関数を演算するに当たつ
て、光電素子アレイの対となる画素出力の差に対
応する複数の相関量信号を算出し、これに前記所
定の重み係数を乗じた後に加算して相関量信号を
合成するので、こうして得られた相関量信号は被
写体によらず、被写体の光像の正負方向の所定画
素ずれに対して標準化されており、この相関量信
号を用いれば従来のものより、被写体によらず精
度の良い安定した結果が得られる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を説明するための概要
図、第2図は対物レンズの位置に対する相関出力
が本発明により正規化されたものを示す線図、第
3図は本発明の装置に含まれた信号処理回路の一
実施例を示す回路図、第4図は対物レンズの位置
に対する相関出力をプロツトした線図である。 主要部分の符号の説明、1……対物レンズ、5
……第1光電素子アレイ、6……第2光電素子ア
レイ、10―13,11,12……第1手段、1
4―19,13,14……第2手段、22……第
3手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 空間的に異なる2光路を通して、被写体の同
    一部分からの一対の光像をそれぞれ光電変換する
    一対の光電素子アレイと、該一対の光電素子アレ
    イのそれぞれ対となる画素出力の差に対応する複
    数の相関量信号を算出する相関演算手段とを有
    し、該相関演算手段の出力に基づき焦点検出を行
    う焦点検出装置において、 前記相関演算手段により得られた複数の相関量
    信号に重み係数を乗じる手段を有し、 前記相関演算手段により得られた複数の相関量
    信号を画素の並び順に並べた時に、その並びの両
    端近傍に対応する該相関量信号に乗ずる重み係数
    を上記並びの中央部に対応する該相関量信号に乗
    ずる重み係数よりも小さくすることを特徴とする
    合焦検出装置。 2 前記複数の相関量信号に、前記光電素子アレ
    イの画素の並び順に順次、1,b,c,……,
    c,b,1(所定係数b,cは、 b≒1+d,c≒2d、但しdは任意の値)なる
    複数の所定係数を乗じて加算して相関出力信号と
    して出力することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の合焦検出装置。 3 前記相関量信号に、前記光電素子アレイの画
    素の並び順に順次、1,2,……,2,1(所定
    係数b,cは、b≒1+d,c≒2d、但しd=
    1)なる複数の所定係数を乗じて加算して相関出
    力信号として出力することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の合焦検出装置。
JP808886A 1986-01-20 1986-01-20 合焦検出装置 Granted JPS61209412A (ja)

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JPS61209412A JPS61209412A (ja) 1986-09-17
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JPS61209412A (ja) 1986-09-17

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