JPS63121005A

JPS63121005A - 合焦状態検出方法

Info

Publication number: JPS63121005A
Application number: JP61265469A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Yokoyama; 横山　章太郎; Takashi Nishibe; 隆西部
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1986-11-10
Publication date: 1988-05-25
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: DE3733051C2; DE3733051A1; US4883951A; JPH0754371B2; DE3733051C3

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、カメラのピント調整に用いるための合焦状
態検出方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の合焦検出方式として、被写体から放射ま
たは反射され、撮影レンズを介して入射される光束のう
ち、互いに異なる部分の光束を例えば２つのフォトセン
サアレイ上に投影し、このフォトセンサアレイ上に形成
された２つの被写体像の相対変位から合焦状態を検出す
る方式が知られている。　　　　゛ところで、合焦状態の検出精度を上げるためには、２つ
のフォトセンサアレイ上の像ずれ量を精密に求めること
が必要になる。しかしながら、フォトセンサの物理的配
置（ピッチ）にて決まる精度・分解能以上には直接水め
ることができないので、フォトセンサピッチの精度で先
ずずれ量を求めた後補開演算を行なうことにより、セン
サピッチ以上の精度でずれ量を求めることが行なわれて
いる。以下、その従来例について説明する。

第６図は合焦状態検出装置の一般的な例を示す借成図、
第４図は補間方法の従来例を説明するための説明図であ
る。

第６図において、ＩＡ、ＩＢはフォトセンサアレイであ
り、これらに対しては図示されない光学系を介して被写
体像が投影され、この２つの像の相対的々変位置を求め
れば、それがすなわち合焦状態を示す信号となる。２Ａ
、２Ｂはアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ　）変換器であ
り、フォトセンサアレイＩＡ、ＩＢ内の各センナからの
アナログ出力をディジタル信号に変換する。また、５は
マイクロコンピュータの如き演算処理装置（以下、単に
マイーンとも云う。）で、Ａ／Ｄｉ艮器２Ａ。

２Ｂからの出力を受けて２つの像の相対的変位量Ｘを求
め、この＠Ｘにて撮像レンズの制御を行なう。このよう
に、かへる合焦状態検出装置は演算処理装置を用いてシ
ステムを組むのが一般的である。

いま、人／Ｄ変換されたフォトセンサアレイ１Ａ、ＩＢ
内の各センナの出力値をそれぞれＬ（ｉ）。

Ｌ（２）、・・・・・・ｓ　Ｌ（Ｍｌ　）、Ｒ（ｉ）ｙ
　Ｒ（２）＊・・・・・・、Ｒ（Ｎ２）とし、ｘ−ｌ　
Ｘ　ｐ　（ｐはフォトセンサピッチ）という２つの像の
相対変位に対する、像の不一致度を示す評価関数（Ｃ１
＞は、例えば次式で与えられる。

ｆ（ｉ）：ΣＩＬ（Ｊ）−Ｒ（ｉ＋ｊ）Ｉ　　　　・・
・・・・（ｉ）もし、フォトセンサアレイＩＡ、ＩＢ上
の２つの像が相対的に輸フォトセンサピッチだけずれて
いるとすれば、ｆ（ｉｏ）＝Ｏとなる。九だし、通常は
Ｘが完全にフォトセンサピッチの整数倍になったり、２
つの７オトセンサからの像信号の形が（相対的にずれて
いる以外は）完全に同じになることは少ないので、ｒ（
ｉ）＞ｏとなる。

！＝−Ｎ１〜十Ｎ２　　（ｔ　ｅ　Ｎｌ　＃　Ｎ２は整
数）の範囲でｆ　（ｉ）の最小値を求めることはマイコ
ンで容易に実行できるが、これは前述のように、通常は
第１次近似でしか危いので、高精度の検出を行なうため
には補間計算が必要となる。この補間法の従来例を第４
図に示す。

第４図において、１゜はフォトセンサピッチ毎ではｆ（
ｉ）の最小値を与えるＩであり、ｆ　（ｉ−、）＞　’
　（’＋、）　　　　　　　　　・・・・・・（２）で
おるとする。（２）式の条件は真のずれ量ＸがＩ。

と１＋１の間にあると判断するためのもので、ｆ（Ｌ、
　）＜　ｆ　（ｌ＋、）の場合は１−４とｉ＋１の立場
を入れ変え１以下同様にすれば良い。なお、１−１＝１
−１．１Ｈ−１ｏ＋１を意味するものとする。

補間法の従来例は第４図（イ）のように、まず点（ム−
，，ｆ（Ｌ、））と点（ｌｏ、　ｆ（ｉｏ））とを結ぶ
直線ＬＯをひき、この直線ＬＯと符号が逆で絶対匝の等
しい直線Ｌ１を点（ｉ＋、、　ｆ（ｉ＋、））を通るよ
うにひく。そして、直線ＬＯとＬｌの交点の横座像の値
Ｘを、最終の補間されたずれ社とするのであに〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、この方法はｆ（ｉ）のグラフの形が第４
図（イ）の直線ＬｏとＬｌで構成されるような直線の場
合では正しいＸを与えるが、第４図（ロ）、（ハ）で示
すような曲率をもったものになると誤差が出てくる。す
なわち、直線ＬＯと符号は違うが絶対値が同じ傾きの直
線を、第４図（ロ）、（ハ）の破ＨＬ２で示すように％
ＸＯに対し対称な点（ｘｏ＋（ｘｏｌ。）、ｆ（ｌＯ）
）をとおしてひけば、交点は正しくＸＯを与えるが（ｆ
（ｉ）はｘｏを中心に、少なくともｘ０近傍では、左右
対称であるとしている）、図中の一点鎖線Ｌ１で示すよ
りに、別のポイントを通っているので、図から明らかな
ように、　　ｆ（ｉ）が同図（四）のように下に凸の場
合はｘ　）　Ｘｇ　とまり、一方間図（）・）のように
上に凸の場合はｘ（ｘ。となる。

これはすなわち、傾きの絶対値をｆ（Ｌ、）−ｆ（ｌＯ）に固定し、これを第４図（イ）の直線ＬＯｅ　Ｌｌにそ
のま工適用したことによって発生する誤差であり、との
ま〜では精度の良いずれ量Ｘが求められないと云う問題
がある。

したがって、この発明はより高精度の合焦検出が可能な
合焦状態検出方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

フォトセンサピッチの１（整数）倍の変位量に対する２
つの像の不一致度を表わす尺度ｆ（ｉ）とその最小値を
与えるｌの呟１０、そのときの関数ｆ＊ｆ（ｉｏ）およ
び該Ｉ。の前後のｉ。−１，ｔｏ−２゜１ｏ＋１．ｉｏ
＋２に対応する関数値ｆ（ｉｏ−１）ｆｆ（ｌｏ　　２
）ｔ　ｆ（ｌｏ＋１）、ｆ（Ｉｏ＋２）をそれぞれ求め
、さらにこれらの値から下記ＣＩ）および（ｉ）式で示
される。ｌｘを演算するとへもに、前記Ｒ数’ｊｆｌ　
ｆ　（ｉｇ　　１　）　ト’（ｔｏ　＋　１　）とを比
較して、イ）　　ｆ　（ｉｏｌ　）＞　ｆ　（ｌｏ　＋
　１　）口）ｆ（ｉ０−１）＝ｆ（ｉ０＋１）ハ）ｆ（ｉ，−１）＜ｆ（Ｉａ＋１）のいずれの関係にあるかを判定し、前記イ）の場合は下記ＣＩ）式、口）の場合はｘ＝１ｇ、六）の場合は下記（ＩＩ）式にてそれぞれ躯えられるＸまたはこれにフォトセンサピ
ッチを乗じた値を相対変位量とする。

記ｘ＝１ｇ＋１／２ −　｛ｆ（ｉｏ＋　１　）　−ｆ（ｉｏ）　）／Ａ人−
２（Ｂ１＋Ｋｔ　（Ｂｔ−Ｂ２））Ｂ１−　ｆ（ｉ０−
１）　−ｆ　（ｉ。）Ｂ２票ｆ（ｉ０＋２）−ｆ（ｉ０
＋１）ｘ　＝１　ｏ　　１　／　２＋（ｆ（ｌｏ−１）−ｆ（ｌ。））／ＣＣ−２（Ｄ１＋
に１（Ｉｈ　　Ｂ２））Ｉｈ＝ｆ（ｉ０＋１）−ｆ（ｉ
゜）Ｂ２　＝　ｆ　（ｌ。−２）−ｆ（ｉ゜−１）Ｋ１＝０
〜α５なる定数・・・・・・（ｉ）〔作用〕点（ｌ。、　ｒ（ｔｏ））、点（ｉ＋１ｔ　ｔｃＩ＋、
））をそれぞれ通る第４図（イ）のＬｏ　ｅ　Ｌｌに相
当する直線の傾きの絶対値を、ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ０）ではなく、これを修正した値を用いることにより、より
精度の高い補間演算を可能にする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示すフローチャートである
。表お、この発明が実施される装置は第３図と同様であ
り、したがって以下の説明は演算処理装置にて行なわれ
る各種の処理を示すことになる。

まず、Ａ／Ｄ変換されたセンナ出力を取り込み（■参照
）、この出力にもとづき２つの７オトセンサブレイ上の
被写体像のずれｆｆ１ｌ（厳密には、これにフォトセン
サピッチを乗じた量）に対する不一致度を示す関数ｆ　
（ｉ）を計算しく■参照）、さらにｆ　（Ｉ）の最小値
を与える１０を求める（■参照）。次いで、関数１１＊
ｆ（ｉ）から後述する如き演算をして合焦検出信号（デ
フォーカス信号）を出力するわけであるが、とへでこの
発明の原理につき説明する。

まず、第２図を参照し、一般的な場合について考察する
。同図の如く、点（０，ｙｇ）を通る傾き−にの直線Ｌ
ｓと、点（ｉ，ｙｌ）を通る傾きＫＯ直線Ｌ４とを想定
し、その交点の座標のＸ座標を求めると、次式のように
なる。

開式から明らかなように、Ｋ−４ｏｏとすればＸ→１／
２となり、Ｋを小さくして行けば、Ｘはｙｌ　−ｙｏ＞
Ｏのときは減少して行き、ｙｌ−ｙ、）＜０　　のとき
は増大して行く。なお、Ｋを大きくすることを考えると
、七〇Ｍ係は上記と逆になる。

第４図の（ロ）、（ハ）の場合にもどると、ｆ（ｉ＋、
）＞ｒ（ｔ。）であり、同図（田）の場合はｘ　）　ｘ
　ｏなので、直！Ｉ　Ｌｏ　＊　Ｌｌの傾きを小さくす
ればＸはよりＸ。に近づくこととなり、同図（ハ）の場
合はｘ（ｘｏなので直１ＩＬｏ　＊　Ｌ　１の傾きを大
きくすれば、やはりＸはＸ。に近づくこととなる。

そこで、直線ＩＪＯｅＩＪ１の傾きの絶対呟として｛ｆ
（ｉ、）　−ｆ（ｉ８月を使わないで、ｒ（＋−１）−
ｒ（ｔｏ）＋ｃ（（ｒ（ｉ−、）−ｒ（ｉｏ））−（ｆ
　（ｉ＋２）−ｆ　（ｉ＋、　）　）　）　　　　・・
・・・・（４）を用いることを考える。すなわち、（４
）式はｆ（ｉ、）−ｆ（ｉｏ）に補正項、Ｃ（ｒｆ（五−、）−ｆ　（ｔｏ）　）−（ｆ（ｉ＋２
）−ｆ　（ｉ＋、））：］・・・・・・（５）を付は加えたものである。これは、点（ｉ＋１゜ｆ　（
ｉ＋、　）　）と点（ｉ４，２ｙ　ｆ（ｉ＋２））を結
ぶ直線の傾きの分も、重みＣを付けて計算に入れようと
いうものである。さらに言えば、ｆ（ｉ）の傾きｇ（ｉ
）＝ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ−１）またはｆ　（ｌ＋１　＞　
−ｆ　（ｉ）を考え、ｇ（ｉ）とΔｇ（υ＝ｇ（ｉ＋１
）　−ｇ（ｉ）から、最適な傾きｇ（ｉ０）＝ｇ（ｉ）
＋０２ｇ（ｉ）を計算しようとするものである。この考
えからするとＣは正数でらるが、ｘｏは１＋、より１０
に近いので％Ｘ＜０．５が適当と考えられる。実際、第
４図（ロ）の場合は（５）式は負となって直１ｍ　Ｌｏ
　ｔ　Ｌｌの傾きは小さくなり、また第４図（ハ）の場
合は（５）式が正になって直線Ｌｏ　ｅ　Ｌｌの傾きは
大きくなり、ＸをＸ。に近づけることができる。

そこで、（４）式を（６）式に代入し、簡単のためＫ　
Ｙ−１−ｆ　（ｔ−、Ｌ　１０篇ｆ　（ｉ０　Ｌ　７１
＝　ｆ　（ｉ＋、）。

ｙ２＝ｆ（ｉ４，２）とおきかえると、最終的に、ずれ
量は次式で与えられる。

・・・・・・（６）もちろんこれは、ずれ量がフォトセンナピッチの何倍で
あるかを示す値で、正確には（６）式にフォトセンサピ
ッチｐを乗じなければならない。

また、前述のようＫ（６）式はｆ（ｉ，）＞ｆ（ｉ＋、
）が成り立つ場合、すなわち、真のずれ量が１゜とｌ＋
１の間に存在すると判断される場合に適用される式で、
ｆ（ｉ１）＜ｆ（五＋１）、すなわち真のずれ量がム−
４と１０の間に存在すると判断される場合は、同様の考
察（ｙ−４→ｙ、ｊ）’１→）’−１ｙ）’２→ｙ−２
Ｋｆｔ！！換える）により次式で与えられる。

・・・・・・（７）ここに、ｙ−２＝　ｆ　（ｉ−２）であり、この（７）
式も（６）式と同様にフォトセンサピッチの何倍である
かを示す匝である。

以上の如くして、より精密なずれ量を求めるわけである
が、このような処理を−するのが第１図のステップ■〜
■と云うことになる。すなわち、ステップ■ではｆ（ｔ
ｏ　　１）とｆ（ｉｏ−Ｈ）との比較を行ない、ｆ（ｉ゜−１）　＞　ｆ（ｉｏ＋１　）ならばステップ
■に進んで上記（６）式の演算を行なう一方、ｆ（ｉ０−１）＜　ｆ（ｉｏ＋１　）ならばステップ■に進んで上記（７）式の演算を行なう
。なお、ｆ（ｉｏ−１）＝　ｆ（ｉｏ＋１　）の場合は息。がそのま〜ずれ量を示しているので、！＝
１゜となる（■参照）。こうして、（６）式または（７）式
もしくはｘ　＝１　（ｉをデフォーカス信号として取り
出すものである（■珍魚）。こへでは、デフォーカス量
としてセンナピッチの何倍でおるかと云う、（６）、　
（７）式の結果またはｘ＝ｔ、を出力することにしてい
るが、必要ならばとれにフォトセンナピッチｐを乗じて
、ずれ量が何ｐｍであるかを求めることができるのは、
云う迄もない。

このようにして求められたずれ量Ｘは、精度の高い補間
計算をして求めたものであるので、これを用いてより精
密な合焦制御を行なうととができる。なお、かへる方法
を用いてシミュレーションを実施した結果、従来の方法
よりも高い精度でずれ量を検出できることが確認されて
いることを付言する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、離散的に求めた像変位量１と不一致
度を表わす関数ｆ（ｉ）とを用いて高精度な補間計算を
行なうようにしたので、より高い精度で像変位量を検出
することができ、その結果、精密なピント調整が可能と
なる利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すフローチャート、ｆｇ
２図はこの発明による補間法の原理を説明するための説
明図、第６図は合焦状態検出装置の一般的な例を示す構
成図、第」図は補間法の従来例を説明するための説明図
である。符号説明ＩＡ、ＩＢ・・・・−・フォトセンサアレイ、２Ａ、２
Ｂ・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、３・・・・・・演算処理
装置（マイクμコンピュータ）、ＩＪＯｅ　Ｌｌ　ｅ　
Ｌ２　ｊ　Ｌｌ　＃　Ｌ４　”””直線。代理人　弁理士　並　木　昭　夫代理人　弁理士　松　崎　　　　清第　１　図ＩＩ２　図第３　図

Claims

【特許請求の範囲】１）被写体から放射または反射される光束のうちの互い
に異なる部分の光束を少なくとも２つのフォトセンサア
レイ上にそれぞれ投影し、該各センサアレイ上に形成さ
れる被写体像の相対変位から光学系の合焦状態を検出す
べく、前記フォトセンサピッチのｉ（整数）倍の変位量に対す
る前記２つの像の不一致度を表わす尺度ｆ（ｉ）とその
最小値を与えるｉの値ｉ＿０、そのときの関数値ｆ（ｉ
＿０）および該ｉ＿０の前後のｉ＿０−１、ｉ＿０−２
、ｉ＿０＋１、ｉ＿０＋２に対応する関数値ｆ（ｉ＿０
−１）、ｆ（ｉ＿０−２）、ｆ（ｉ＿０＋１）、ｆ（ｉ
＿０＋２）をそれぞれ求め、さらにこれらの値から下記
（ I ）および（II）式で示される量ｘを演算するとと
もに、前記関数値ｆ（ｉ＿０−１）とｆ（ｉ＿０＋１）
とを比較して、イ）ｆ（ｉ＿０−１）＞ｆ（ｉ＿０＋１）ロ）ｆ（ｉ＿０−１）＝ｆ（ｉ＿０＋１）ハ）ｆ（ｉ＿０−１）＜ｆ（ｉ＿０＋１）のいずれの関係にあるかを判定し、前記イ）の場合は下記（ I ）式、ロ）の場合はｘ＝ｉ＿０、ハ）の場合は下記（II）式、にてそれぞれ与えられるｘまたはこれにフォトセンサピ
ッチを乗じた値を前記相対変位量とすることを特徴とす
る合焦状態検出方法。記ｘ＝ｉ＿０＋１／２−｛ｆ（ｉ＿０＋１）−ｆ（ｉ＿０
）｝／ＡＡ＝２｛Ｂ＿１＋Ｋ＿１（Ｂ＿１−Ｂ＿２）｝Ｂ＿１＝ｆ（ｉ＿０−１）−ｆ（ｉ＿０）Ｂ＿２＝ｆ（ｉ＿０＋２）−ｆ（ｉ＿０＋１）Ｋ＿１＝０〜０．５なる定数・・・・・・（ I ）ｘ＝ｉ＿０−１／２＋｛ｆ（ｉ＿０−１）−ｆ（ｉ＿０
）｝／ＣＣ＝２｛Ｄ＿１＋Ｋ＿１（Ｄ＿１−Ｄ＿２）｝Ｄ＿１＝ｆ（ｉ＿０＋１）−ｆ（ｉ＿０）Ｄ＿２＝ｆ（ｉ＿０−２）−ｆ（ｉ＿０−１）Ｋ＿１＝０から０．５なる定数・・・・・・（II）