JP3823328B2

JP3823328B2 - 焦点検出装置

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Publication number: JP3823328B2
Application number: JP21139394A
Authority: JP
Inventors: 重之内山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: US5689740A; JPH0875983A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はカメラやビデオなどに用いられる焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位相差検出方式のカメラの焦点検出装置が知られている。図１１は位相差検出方式による焦点検出装置の概要を示す。撮影レンズ１００の領域１０１から入射した光束は視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０１および再結像レンズ５０１を通り、入射強度に応じた出力を発生する複数の光電変換素子を一次元状に並べたイメージセンサーアレイＡ上に結像する。同様に、撮影レンズ１００の領域１０２から入射した光束は視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０２および再結像レンズ５０２を通り、イメージセンサーアレイＢ上に結像する。これらイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上に結像した一対の被写体像は、撮影レンズ１００が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに遠ざかり、逆に予定焦点面よりも後ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに近づき、ちょうど予定焦点面に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる合焦時にはイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上の被写体像は相対的に一致する。したがって、この一対の被写体像をイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列により光電変換して電気信号に変え、これらの信号を演算処理して一対の被写体像の相対的な位置ずれ量を求めることにより、撮影レンズ１００の焦点調節状態、ここでは合焦状態から離れている量とその方向（以後、デフォーカス量と略す）が分かる。
そしてイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列の再結像レンズ５０１、５０２による投影像は予定焦点面近傍で重なることになり、図１５に示すように撮影画面における中央部の領域とするのが一般的であり、この領域が焦点検出領域となる。
【０００３】
ここで、デフォーカス量を求める演算処理方法について述べる。
イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列はそれぞれ複数の光電変換素子からなっており、複数の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、ｂ［１］，．．．ｂ［ｎ］を出力する（図１３（ａ）、（ｂ）参照）。そして、この一対の出力信号列の内の所定範囲のデータを相対的に所定のデータ分Ｌずつシフトしながら相関演算を行う。最大シフト数をｌｍａｘとするとＬの範囲は−ｌｍａｘからｌｍａｘとなる。具体的には相関量Ｃ［Ｌ］を数式１で算出する。
【数１】
Ｃ［Ｌ］＝Σ｜ａ［ｉ＋Ｌ］−ｂ［ｉ］｜
Ｌ＝-lmax,...,-2,-1,0,1,2,...,lmax
ここで、Σはｉ＝ｋ〜ｒの総和演算を表わす。
数式１においてＬは上述のごとくデータ列のシフト量に当たる整数である。初項ｋと最終項ｒは例えば数式２に示すように、シフト量Ｌに依存して変化させる。
【数２】
Ｌ≧０の時
ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ｛−Ｌ／２｝
ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ｛−Ｌ／２｝
Ｌ＜０の時
ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ｛（−Ｌ＋１）／２｝
ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ｛（−Ｌ＋１）／２｝
ここで、ｋ０、ｒ０はシフト量Ｌが０の時の初項と最終項である。
この数式２によって初項ｋと最終項ｒを変化させた時の、数式１におけるＡ列信号とＢ列信号との差分の絶対値を算出する信号の組み合わせと、それらの差分の絶対値を加算する演算範囲とを図１４に示す。このように、シフト量Ｌの変化にともなってＡ列、Ｂ列の相関演算に使用する範囲が互いに逆方向にずれていく。初項ｋと最終項ｒをシフト量Ｌにかかわらず一定とする方法もあり、この場合は、一方の列の相関演算に使用する範囲は常に一定となり、他方の列のみがずれる。そして、相対的な位置ずれ量は一対のデータが一致したときのシフト量Ｌとなるので、こうして得られた相関量Ｃ［Ｌ］の中で極小値となる相関量を与えるシフト量を検出し、これに図１１に示す光学系及び、イメージセンサーアレイの光電変換素子のピッチ幅によって定まる定数を掛けたものがデフォーカス量となる。よって、最大シフト数ｌｍａｘが大きいほど大きなデフォーカス量でも検出できることになる。
【０００４】
ところで、相関量Ｃ［Ｌ］は図１３（ｃ）に示すように離散的な値であり、検出可能なデフォーカス量の最小単位はイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列の光電変換素子のピッチ幅によって制限されてしまう。そこで、離散的な相関量Ｃ［Ｌ］に基づいて補間演算を行うことにより、新たに真の極小値Ｃｅｘを算出し、綿密な焦点検出を行う方法が本出願人により特開昭６０−３７５１３号公報に開示されている。これは、図１２に示すように、極小値である相関量Ｃ［ｌ］と、その両側のシフト量における相関量Ｃ［ｌ＋１］、Ｃ［ｌ−１］を用いて、真の極小値Ｃｅｘとこれを与えるずれ量Ｌｓを数式３、数式４により算出するものである。
【数３】
ＤL＝（Ｃ［ｌ−１］−Ｃ［ｌ＋１］）／２
Ｃex＝Ｃ［ｌ］−｜ＤL｜
Ｅ＝ＭＡＸ｛Ｃ［ｌ＋１］−Ｃ［ｌ］，Ｃ［ｌ−１］−Ｃ［ｌ］｝
【数４】
Ｌｓ＝ｌ＋ＤL／Ｅ
数式３においてＭＡＸ｛Ｃａ，Ｃｂ｝はＣａとＣｂの内の大なる方を選択することを意味する。そしてデフォーカス量ＤＦは前記ずれ量Ｌｓから数式５によって算出される。
【数５】
ＤＦ＝Ｋｆ×Ｌｓ
数式５においてＫｆは図１１に示す光学系及びイメージセンサーアレイの光電変換素子のピッチ幅によって定まる定数である。
【０００５】
こうして得られたデフォーカス量が真にデフォーカス量を示しているのか、ノイズなどによる相関量の揺らぎによるものなのかを判定する必要があり、数式６に示す条件を満たしたとき、デフォーカス量は信頼ありとする。
【数６】
Ｅ＞Ｅ１＆Ｃｅｘ／Ｅ＜Ｇ１
数式６におけるＥ１、Ｇ１は所定のしきい値である。数値Ｅは相関量の変化の様子を示し被写体のコントラストに依存する値であり、値が大きいほどコントラストが高く信頼性が高いことになる。Ｃｅｘは一対のデータが最も一致したときの差分であり本来は０となる。しかしながらノイズの影響や、さらに領域１０１と領域１０２とで視差が生じているために、一対の被写体像に微妙な差が生じることにより、０とはならない。ノイズや被写体像の差の影響は被写体のコントラストが高いほど小さいので、一対のデータの一致度を表す数値としてはＣｅｘ／Ｅを用いている。当然ながらＣｅｘ／Ｅが０に近いほど一対のデータの一致度が高く信頼性が高いことになる。なお、数値Ｅの代わりに一対のデータの一方に関するコントラストを算出し、それを用いて信頼性判定を行う場合もある。そして、信頼性ありと判定されるとデフォーカス量ＤＦに基づく撮影レンズ１００の駆動、あるいは表示を行う。以上、数式１から数式６までの相関演算、補間演算、条件判定をまとめて焦点検出演算と呼ぶことにする。
【０００６】
以上の説明では、イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、ｂ［１］，．．．，ｂ［ｎ］そのものを焦点検出演算に用いている。しかしながら、被写体のナイキスト周波数より高い周波数成分や、Ａ列とＢ列の出力のアンバランスの影響で正しい焦点検出が出来ないことがある。そこで、出力信号列に対してフィルター演算処理を施し、得られたフィルター処理データを用いて焦点検出演算を行う方法が本出願人より特開昭６１−２４５１２３号公報に開示されている。例えばナイキスト周波数以上の高周波成分を除去するフィルター処理演算は数式７により実現され、Ａ列、Ｂ列の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、ｂ［１］，．．．，ｂ［ｎ］からフィルター処理データＰａ［１］，．．．，Ｐａ［ｎ−２］、Ｐｂ［１］，．．．，Ｐｂ［ｎ−２］を得る。
【数７】
Ｐａ［ｉ］＝（ａ［ｉ］＋２×ａ［ｉ＋１］＋ａ［ｉ＋２］）／４
Ｐｂ［ｉ］＝（ｂ［ｉ］＋２×ｂ［ｉ＋１］＋ｂ［ｉ＋２］）／４
ここで、ｉ＝１〜ｎ−２
【０００７】
こうして得られたフィルター処理データＰａ［１］，．．．，Ｐａ［ｎ−２］、Ｐｂ［１］，．．．，Ｐｂ［ｎ−２］に対し、例えば数式８によってＡ列とＢ列の出力のアンバランスの影響を除去するフィルター処理演算を施し、フィルター処理データＦａ［１］，．．．，Ｆａ［ｎ−２−２ｓ］、Ｆｂ［１］，．．．，Ｆｂ［ｎ−２−２ｓ］を得る。
【数８】
Ｆａ［ｉ］＝−Ｐａ［ｉ］＋２×Ｐａ［ｉ＋ｓ］−Ｐａ［ｉ＋２ｓ］
Ｆｂ［ｉ］＝−Ｐｂ［ｉ］＋２×Ｐｂ［ｉ＋ｓ］−Ｐｂ［ｉ＋２ｓ］
ここで、ｉ＝１〜ｎ−２−２ｓ
数式８において、ｓは１〜１０程度の整数であり、数値が大きいほど被写体パターンのより低周波数成分を抽出し、数値が小さいほど被写体パターンのより高周波数成分を抽出することになる。また、フィルター処理データの数はｓが大きいほど減少する。
合焦状態に近いほど被写体像は高周波数成分を多く含むのでｓとしては比較的小さい値が好ましく、非合焦状態では被写体像がぼけて低周波数成分のみとなるのでｓは大きな値が好ましい。ｓが小さい場合は低周波数成分はほとんど除去されてしまうので、デフォーカス量が大きくて高周波数成分がない場合には検出不能となる。したがって、この場合には数式１における最大シフト数ｌｍａｘをあまり大きくしても意味がなく、比較的小さな値でよい。反対にｓが大きい場合には低周波数成分を抽出するためにデフォーカス量が大きくても検出可能であるので、ｌｍａｘには比較的大きな値を設定する。
【０００８】
今後、被写体パターンの周波数成分について論じる場合はイメージセンサーアレイ上に結像した像ではなく予定焦点面における空間周波数のこととする。よって、数式８のフィルター処理演算によって得られるフィルター処理データの周波数成分はｓの値の他に、予定焦点面の像が再結像レンズ５０１、５０２によってイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上に結像する時の倍率と、イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列を形成する光電変換素子のピッチ幅にも関係する。通常、再結像レンズは予定焦点面の像がイメージセンサーアレイ上に縮小されるように構成されているので、前記倍率を縮小倍率と呼び、縮小倍率が大きいほど予定焦点面の像がイメージセンサーアレイ上により縮小されて結像するものとする。そして、数式８のフィルター処理演算によって得られるフィルター処理データの周波数成分はｓの値が大きく、縮小倍率が大きく、光電変換素子のピッチ幅が広いほど低周波数成分を含み、ｓの値が小さく、縮小倍率が小さく、光電変換素子のピッチ幅が狭いほど高周波数成分を含むことになる。
【０００９】
また、ｓの値が比較的大きい時には数式８で得られたフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］をそれぞれ１データおきに抜き出してデータ数を半分に間引くことがある。このようにすると、１つのデータで２画素分の幅を持つことになるので同じ焦点検出領域とするのに間引かない場合と比べて半分の演算範囲ですむ。また、間引いた場合のシフト量１は間引かない場合のシフト量２に相当するので、最大シフト数を半分としても同じ大きさのデフォーカス量を検出できる。
【００１０】
図６は低周波数成分のみの被写体の例であり、（ａ）は出力信号列、（ｂ）はｓ＝２のフィルター処理データ、（ｃ）はｓ＝８のフィルター処理データである。合焦状態なのでＡ列の出力信号列とＢ列の出力信号列が重なっていることとする。この様にｓ＝２によるフィルター処理データはほとんどコントラストが無く平らであり、ｓ＝８とすることによりコントラストが十分となり信頼性のあるデフォーカス量を得ることができる。
【００１１】
図７は高周波成分のみからなる被写体の場合であり、（ａ）〜（ｃ）のデータの種類は図６と同じであり、合焦状態とする。この場合はｓ＝２でコントラストが十分となり信頼性のあるデフォーカス量を得ることが出来る。
【００１２】
図８は高低周波数成分を両方とも十分に含む被写体の場合であり、（ａ）〜（ｃ）のデータの種類は図６と同じであり、合焦状態とする。これは図１３に示す焦点検出領域内に被写体の白い部分と黒い部分の境界が位置している場合に得られるパターンである。このパターンではｓの値にかかわらず十分なコントラストが得られる。
【００１３】
被写体像に含まれる周波数成分は被写体ごとに異なるので、最初はｓを２として高周波数成分を抽出するフィルター処理を行ない、得られたフィルター処理データを用いて数式１から数式６の焦点検出演算を行なう。そして、信頼性のあるデフォーカス量が得られれば終了し、得られない場合にはｓを４として低周波数成分を抽出するフィルター処理を行ない、得られたフィルター処理データを用いて数式１から数式６の焦点検出演算を行なう。このような手順で信頼性のあるデフォーカス量が得られるまでｓの値を増大させていくという方法がある。この方法によれば最初は高周波成分を抽出するので、通常の被写体の合焦状態付近であればこの時点で信頼性のあるデフォーカス量を得ることができる。被写体が人物の顔などで低周波数成分のみを持つ場合には、低周波成分を抽出するフィルター処理を行ない、得られたフィルター処理データに基づく焦点検出演算でデフォーカス量を得ることができる。算出されたデフォーカス量が大きい場合には、低周波成分を抽出するフィルター処理を行ない、得られたフィルター処理データに基づいて最大シフト数ｌｍａｘを大きくして焦点検出演算を行うことにより、デフォーカス量を求めることができる。よって、合焦状態付近では演算時間が短くて済むので被写体が移動体である場合にも容易に追従し、低周波成分のみの被写体であっても合焦可能であり、大きなデフォーカス量も検出することができる。
【００１４】
以上で説明した焦点検出装置においては、イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列は一方向のみに設置されているので、例えばイメージセンサーアレイが撮影画面に対して水平方向に設置されているとすると、撮影画面に垂直な方向のみにコントラストを有する被写体に対して焦点検出を行なうことができない。そこで、垂直、水平の両方向にイメージセンサーアレイを配置し、このような問題を解決する焦点検出装置があり、図９によりその種の焦点検出装置を説明する。
撮影レンズ１００の光軸上に視野マスク２０、フィールドレンズ３０、絞り４０、再結像レンズ５０、イメージセンサーアレイＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが配置されている。イメージセンサーアレイＡ、Ｂは撮影画面の水平方向に配置され、イメージセンサーアレイＣ、Ｄは撮影画面の垂直方向に配置されている。視野マスク２０は十字形の開口部を有しており、撮影レンズ１００の予定焦点面近傍に配置されて撮影レンズ１００によって結像した被写体の空中像を規制するものである。絞り４０は４１、４２、４３、４４の４つの開口部を有し、これらの開口部はフィールドレンズ３０によって撮影レンズ上に１１、１２、１３、１４として投影される。再結像レンズ５０は図９（ｂ）に示すように絞り４の開口部４１、４２、４３、４４に対応する５１、５２、５３、５４の４つのレンズからなり、視野マスク２０の像をイメージセンサー２に結像する。したがって、撮影レンズ１００の１１の領域から入射した光束は視野マスク２０、フィールドレンズ３０、絞り４０の開口部４１、再結像レンズのレンズ５１を通りイメージセンサーアレイＡ上に結像する。同様に、撮影レンズ１００の１２、１３、１４の各領域より入射した光束はそれぞれイメージセンサーアレイＢ、Ｃ、Ｄ上に結像する。そして、イメージセンサーアレイＡ、Ｂに結像した被写体像は撮影レンズ１００が前ピンの時は互いに遠ざかり、後ピンの時は互いに近づき、合焦時にはある所定の間隔に並ぶ。よって、イメージセンサーアレイＡ、Ｂの出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］を前述のように演算処理することにより、撮影レンズ１００の水平方向に関するデフォーカス量を算出することができる。同様に、イメージセンサーアレイＣ、Ｄに結像した被写体像は撮影レンズ１００が前ピンの時は互いに遠ざかり、後ピンの時は互いに近づき、合焦時にはある所定の間隔に並ぶ。よって、イメージセンサーアレイＣ、Ｄの出力信号列ｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］を前述のように演算処理することにより、撮影レンズ１００の垂直方向に関するのデフォーカス量を算出することができる。このような光学系、イメージセンサーを用いることにより水平方向と垂直方向の焦点検出領域は図１０（ａ）に示すように撮影画面で交差する。
【００１５】
また、図１１または図９に示す光学系を複数組有することにより撮影画面の複数の位置でデフォーカス量を得ることができる焦点検出装置もあり、この場合の焦点検出領域は例えば図１０（ｂ）に示すようなる。
このような複数のデフォーカス量を得る焦点検出装置では、複数のデフォーカス量の中から最終的なデフォーカス量を決定し、この最終デフォーカス量に基づく撮影レンズの駆動、あるいは表示を行う。複数のデフォーカス量の中から一つの最終デフォーカス量を決定する方法は、特開昭６０−２６２００４号公報、特開平２−１７８６４１号公報、特開平４−２３５５１２号公報などに開示されている。特開昭６０−２６２００４号公報には、複数のデフォーカス量を平均したり、最も至近を示すものを選択したり、上述した数値Ｅが最大のものを選択するなどの方法が開示されている。また、特開平２−１７８６４１号方向、特開平４−２３５５１２号公報には、複数のデフォーカス量の中でほとんど近い値を示すもの同士を平均して複数の平均デフォーカス量を求め、複数の平均デフォーカス量から例えば最も至近を示すものを選択している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被写体パターンに応じて最適な値を数式８のｓに設定しても、一般的に低周波数成分のみからなる被写体に対する焦点検出演算結果は、高周波数成分を含む被写体に対する演算結果よりも精度は低くなる。さらに、ｓの値が比較的大きい場合の、低周波数成分を抽出するフィルター処理において、フィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］をそれぞれ１データおきに抜き出してデータ数を半分に間引くようにすると、１つのデータで２画素分の幅を持つことになり、数式３と数式４の補間演算の精度はその分粗くなるので、焦点検出精度の低下がより顕著になる。
【００１７】
撮影画面の複数の位置で焦点検出を行なう焦点検出装置では、各焦点検出領域のイメージセンサーから出力される出力信号に対して数式７および数式８によるフィルター処理を行ない、複数のフィルター処理データを算出する。
ところが、算出された複数のフィルター処理データの中には、大きなｓによる数式８のフィルター処理で得られた、低周波数成分のみからなるフィルター処理データが含まれていることがある。そのようなフィルター処理データに基づいて数式１〜数式６による焦点検出演算が行なわれ、例えば最至近のデフォーカス量が得られたとすると、最至近のデフォーカス量を最終デフォーカス量に決定する方式の焦点検出装置ではこの最至近のデフォーカス量を最終デフォーカス量として決定する。この最終デフォーカス量に決定された最至近のデフォーカス量はもともと低周波数成分のみからなるフィルター処理データに基づいて算出されたものであるから、上述したようにその焦点検出結果の精度は低い。
つまり、撮影画面の複数の位置で焦点検出を行なう焦点検出装置では、高精度な焦点検出結果が得られる高周波数成分を含むフィルター処理データがあるにも拘らず、低周波数成分のみからなるフィルター処理データに基づいて得られたデフォーカス量を最終デフォーカス量として決定することがあり、そのような場合には焦点検出精度が低下するので、焦点検出結果の信頼性が低下するという問題がある。
【００１８】
本発明の目的は、複数のデフォーカス量の中から焦点検出精度の高いデフォーカス量を最終デフォーカス量に決定し、焦点検出結果の信頼性を向上した焦点検出装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、撮影レンズの予定焦点面に設定された撮影画面内に複数の焦点検出領域を有する焦点検出装置であって、前記各焦点検出領域に対応して設けられ、被写体像の光強度分布に応じた信号を出力する複数の光電変換手段と、前記撮影レンズを通過した被写体からの光を前記各光電変換手段へ導き、前記各光電変換手段上に被写体像を結像する焦点検出光学系と、前記各光電変換手段の出力信号から任意の周波数成分の信号を抽出するフィルター処理手段と、このフィルター処理手段により抽出された任意の周波数成分の信号に基づいて、前記撮影レンズの焦点調節状態を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された焦点調節状態の信頼性の有無を判定する信頼性判定手段と、前記各焦点検出領域ごとの前記フィルター処理手段により抽出された信号成分の周波数と、前記各焦点検出領域ごとの前記演算手段により算出され、かつ、前記信頼性判定手段により信頼性有りと判定された焦点調節状態とに基づいて、前記撮影レンズの最終的な焦点調節状態を決定する最終状態決定手段とを備え、前記各焦点検出領域ごとに、前記フィルター処理手段によりまず高い周波数の成分を抽出して前記演算手段により焦点調節状態を算出し、算出結果の焦点調節状態に対して前記信頼性判定手段により信頼性有りの判定が得られるまで、前記フィルター処理手段による抽出信号成分の周波数を低減して前記演算手段による焦点調節状態の演算と前記信頼性判定手段による信頼性判定とを繰り返す焦点検出動作を行い、すべての前記焦点検出領域で前記焦点検出動作を行った後に、前記最終状態決定手段は、前記各焦点検出領域の信頼性有りと判定された焦点調節状態の内、周波数の高い信号成分に基づいて算出された焦点調節状態を優先して最終的な焦点調節状態を決定する。
【００２０】
【作用】
各焦点検出領域ごとに、被写体像の光強度分布に応じた光電変換手段の出力信号からまず高い周波数の成分を抽出して撮影レンズの焦点調節状態を算出し、算出結果の焦点調節状態に対して信頼性有りの判定が得られるまで、フィルター処理における抽出信号成分の周波数を低減して撮影レンズの焦点調節状態の演算と信頼性判定とを繰り返す焦点検出動作を行い、すべての焦点検出領域で焦点検出動作を行った後に、各焦点検出領域の信頼性有りと判定された焦点調節状態の内、周波数の高い信号成分に基づいて算出された焦点調節状態を優先して最終的な焦点調節状態を決定する。
【００２１】
【実施例】
図１は本発明の実施例の構成図である。
焦点検出光学系１は、撮影レンズ１００を通過した被写体からの光を被写体像検出回路２へ導く光学系であり、例えば図９に示すような視野マスク２０と、フィールドレンズ３０と、絞り開口部４１、４２、４３、４４と、再結像レンズ５１、５２、５３、５４とから成る。絞り開口部４１、４２と再結像レンズ５１、５２は撮影画面に対して水平方向の焦点検出のために用いられ、絞り開口部４３、４４と再結像レンズ５３、５４は撮影画面に対して垂直方向の焦点検出のために用いられる。ここで、再結像レンズ５１、５２による水平方向の縮小倍率と再結像レンズ５３、５４による垂直方向の縮小倍率は等しいものとする。
【００２２】
被写体像検出回路２は、図９に示すようにイメージセンサーアレイＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの計４列を有する回路であり、それぞれのイメージセンサーアレイはｎ個の光電変換素子からなる。したがって、それぞれがｎ個のデータからなる出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］、ｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］を出力する。なお、イメージセンサーアレイＡとＢが一対のイメージセンサーを構成し、イメージセンサーアレイＣとＤが一対のイメージセンサーを構成する。イメージセンサーアレイＡ、Ｂは撮影画面に対して水平方向に配置され、イメージセンサーアレイＣ、Ｄは撮影画面に対して垂直方向に配置されている。この実施例では、イメージセンサーアレイＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを形成する光電変換素子のピッチ幅を全て等しくしたので、水平方向の光電変換素子のピッチ幅と垂直方向の光電変換素子のピッチ幅は等しいことになる。
【００２３】
フィルター処理回路３は、被写体像検出回路２から出力される出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］、ｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］に対して数式７、数式８に示すフィルター処理を施し、フィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］、Ｆｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を出力する回路である。水平方向と垂直方向とで縮小倍率と光電変換素子のピッチ幅が等しいので、水平方向と垂直方向とのフィルター処理演算によって抽出する周波数成分の相対的な高低は数式８におけるｓの値に依存し、ｓの値を変化させることにより複数の種類のフィルター処理演算を実現している。
【００２４】
焦点検出信号決定回路４は、フィルター処理回路３から出力されるフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を行い、撮影レンズ１００の撮影画面に対して水平方向に関するデフォーカス量ＤｆＨを算出する。同様に、フィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を行い、撮影レンズ１００の撮影画面に対して垂直方向に関するデフォーカス量ＤｆＶを算出する。
焦点検出信号決定回路５は、焦点検出演算回路４により算出された水平方向デフォーカス量ＤｆＨおよび垂直方向デフォーカス量ＤｆＶと、これらを得る際に用いたフィルター処理演算の種類とに基づいて最終的なデフォーカス量ＤｆＬを決定する。
なお、フィルター処理回路３、焦点検出演算回路４、焦点検出信号決定回路５はマイクロコンピューターによって実現してもよい。
【００２５】
以上のように構成された本発明の焦点検出装置の全体の動作を図２により説明する。
ステップＳ１において、被写体像検出回路２から出力された出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］をフィルター処理回路３と焦点検出演算回路４とにより演算処理し、水平方向デフォーカス量ＤｆＨを得る。この詳細は後述する。続くステップＳ２で、被写体像検出回路２から出力された出力信号列ｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］をフィルター処理回路３と焦点検出演算回路４とにより演算処理し、垂直方向デフォーカス量ＤｆＶを得る。この詳細も後述する。ステップＳ３で、水平方向デフォーカス量ＤｆＨおよび垂直方向デフォーカス量ＤｆＶと、これらを得る際に用いたフィルター処理演算の種類とに基づいて、焦点検出信号決定回路５により最終的デフォーカス量ＤｆＬを決定する。この詳細は後述する。
なお、図２の動作で水平方向デフォーカス量ＤｆＨを垂直方向デフォーカス量ＤｆＶよりも先に算出しているが、特に意味はないので順番を逆にしてもかまわない。
【００２６】
図３により、図２のステップＳ１における水平方向デフォーカス量ＤｆＨの算出動作を説明する。
ステップＳ３０１において出力信号列ａ［ｉ］、ｂ［ｉ］を入力し、続くステップＳ３０２で数式７によりフィルター処理データＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］を算出する。ステップＳ３０３で数式８のｓの値に２を設定してステップＳ３０４へ進み、数式８のフィルター処理演算を実行して高周波数成分を含むフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を抽出する。ステップＳ３０５では、算出したフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を実行する。次に、ステップＳ３０６で信頼性のあるデフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合にはステップＳ３１６へ進み、得られなかった場合にはステップＳ３０７へ進む。ステップＳ３０７で数式８のｓの値に４を設定してステップＳ３０８へ進み、数式８のフィルター処理演算を実行して中周波数成分を含むフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を抽出する。ステップＳ３０９では、算出したフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を実行する。
【００２７】
ステップＳ３１０において、信頼性のあるデフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合にはステップＳ３１７へ進み、得られなかった場合にはステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３１１で数式８のｓの値に８を設定してステップＳ３１２へ進み、数式８のフィルター処理演算を実行して低周波数成分を含むフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を抽出する。ステップＳ３１３では、算出したフィルター処理データＦａ［ｉ］、Ｆｂ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を実行する。そして、ステップＳ３１４で信頼性のあるデフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合にはステップＳ３１８へ進み、得られなかった場合にはステップＳ３１５へ進む。ステップＳ３１５で数値Ｈｓに９９を設定して処理を終了する。Ｈｓは設定された数値によって信頼性のあるデフォーカス量が得られたときのフィルター処理演算の種類を示すものであって、９９が設定されているときは水平方向デフォーカス量ＤｆＨが得られなかったということを表す。
【００２８】
一方、ステップＳ３１６ではＨｓを１として処理を終了する。Ｈｓが１であるということは、高周波数成分を抽出したフィルター処理データに基づいて水平方向デフォーカス量ＤｆＨが得られたことを表す。また、ステップＳ３１７では、Ｈｓを２として処理を終了する。Ｈｓが２であるということは、中周波数成分を抽出したフィルター処理データに基づいて水平方向デフォーカス量ＤｆＨが得られたことを表す。さらに、ステップＳ３１８では、Ｈｓを３として処理を終了する。Ｈｓが３であるということは、低周波数成分を抽出したフィルター処理データに基づいて水平方向デフォーカス量ＤｆＨが得られたことを表す。
【００２９】
以上の水平方向デフォーカス量ＤｆＨ算出動作において、ステップＳ３０１〜Ｓ３０４、Ｓ３０７、Ｓ３０８、Ｓ３１１、Ｓ３１２はフィルター処理回路３の動作であり、他のステップは焦点検出演算回路４の動作である。
【００３０】
図４により、図２のステップＳ２における垂直方向デフォーカス量ＤｆＶ算出の詳細な動作を説明する。
ステップＳ４０１において出力信号列ｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］を入力し、続くステップＳ４０２で、数式７におけるａ［ｉ］、ｂ［ｉ］の代わりにｃ［ｉ］、ｄ［ｉ］を用いることによって、フィルター処理データＰｃ［ｉ］、Ｐｄ［ｉ］を算出する。ステップＳ４０３で数式８のｓの値に２を設定してステップＳ４０４へ進み、数式８のＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］の代わりにＰｃ［ｉ］、Ｐｄ［ｉ］を用いてフィルター処理演算を実行し、高周波数成分を含むフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を抽出する。ステップＳ４０５では、算出したフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を実行する。
【００３１】
ステップＳ４０６において、信頼性のあるデフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合にはステップＳ４１６へ進み、得られなかった場合にはステップＳ４０７へ進む。ステップＳ４０７で数式８のｓの値に４を設定してステップＳ４０８へ進み、数式８におけるＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］の代わりにＰｃ［ｉ］、Ｐｄ［ｉ］を用いてフィルター処理演算を実行し、中周波数成分を含むフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を抽出する。ステップＳ４０９では、算出したフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を実行する。そして、ステップＳ４１０で信頼性のあるデフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合にはステップＳ４１７へ進み、得られなかった場合にはステップＳ４１１へ進む。ステップＳ４１１で数式８のｓの値に８を設定してステップＳ４１２へ進み、数式８のＰａ［ｉ］、Ｐｂ［ｉ］の代わりにＰｃ［ｉ］、Ｐｄ［ｉ］を用いてフィルター処理演算を実行し、低周波数成分を含むフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を抽出する。ステップＳ４１３では、算出したフィルター処理データＦｃ［ｉ］、Ｆｄ［ｉ］を用いて数式１から数式６までの焦点検出演算を実行する。
【００３２】
ステップＳ４１４において、信頼性のあるデフォーカス量が得られたか否かを判別し、得られた場合にはステップＳ４１８へ進み、得られなかった場合にはステップＳ４１５へ進む。ステップＳ４１５で数値Ｖｓに９９を設定して処理を終了する。Ｖｓは設定された数値によって信頼性のあるデフォーカス量が得られたときのフィルター処理演算の種類を示すものであって、９９が設定されている時は垂直方向デフォーカス量ＤｆＶが得られ無かったということを表す。
一方、ステップＳ４１６ではＶｓを１として処理を終了する。Ｖｓが１であるということは、高周波数成分を抽出したフィルター処理データに基づいて垂直方向デフォーカス量ＤｆＶが得られたことを表す。また、ステップＳ４１７ではＶｓを２として処理を終了する。Ｖｓが２であるということは、中周波数成分を抽出したフィルター処理データに基づいて垂直方向デフォーカス量ＤｆＶが得られたことを表す。さらに、ステップＳ４１８ではＶｓを３として処理を終了する。Ｖｓが３であるということは、低周波数成分を抽出したフィルター処理データに基づいて垂直方向デフォーカス量ＤｆＶが得られたことを表す。
【００３３】
以上の垂直方向デフォーカス量ＤｆＶ算出動作において、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４、Ｓ４０７、Ｓ４０８、Ｓ４１１、Ｓ４１２はフィルター処理回路３の動作であり、他のステップは焦点検出演算回路４の動作である。
【００３４】
次に、図５により、図２のステップＳ３における最終デフォーカス量ＤｆＬ決定動作を説明する。
ステップＳ５０１において、水平方向デフォーカス量ＤｆＨの算出処理において設定されたＨｓと、垂直方向デフォーカス量ＤｆＶ算出処理において設定されたＶｓとを比較し、両者が等しい場合にはステップＳ５０２へ進み、両者が異なる場合にはステップＳ５０５へ進む。ステップＳ５０２でＨｓが９９であるか否か、つまり水平方向デフォーカス量ＤｆＨが得られなかったか否かを判別する。ステップＳ５０１においてＨｓとＶｓは等しいと判別されているので、Ｈｓが９９である場合にはＶｓも９９であり、ＤｆＨ、ＤｆＶ共に得られなかったことになり、この場合はステップＳ５０３へ進む。Ｈｓが９９ではない場合にはＤｆＨ、ＤｆＶ共に得られたことになり、この場合はステップＳ５０４へ進む。ステップＳ５０３では、ＤｆＨ、ＤｆＶ共に得られなかったので焦点検出不能として処理を終了する。
【００３５】
ステップＳ５０１でＨｓとＶｓは等しいと判定され、且つステップＳ５０２でＤｆＨ、ＤｆＶ共に得られたと判定された時はステップＳ５０４へ進む。ＨｓとＶｓが等しいということは、ＤｆＨ、ＤｆＶは共に同じ周波数成分を抽出したフィルター処理データによって得られたことになる。そこで、従来の方法で最終デフォーカス量ＤｆＬを決定すればよく、ここではＤｆＨとＤｆＶの内のより至近を示す方を最終デフォーカス量ＤｆＬとして処理を終了する。
一方、ステップＳ５０１においてＨｓとＶｓは等しくないと判別された時はステップＳ５０５へ進み、少なくともＤｆＨ、ＤｆＶの一方は得られており、両方とも得られている場合にはフィルター処理データの抽出した周波数成分が異なっていることになる。そこでＨｓとＶｓを比較し、Ｖｓの方が小さい場合にはＤｆＶを得たフィルター処理データはＤｆＨを得たフィルター処理データに対してより高周波数成分を抽出したものであり、ＤｆＶの方がより高周波数成分を含んだ被写体によって得られたものということになる。そこで、この場合にはＤｆＶを最終デフォーカス量ＤｆＬとすべくステップＳ５０７へ進む。逆にＨｓの方が小さい場合にはＤｆＨの方がより高周波数成分を含んだ被写体によって得られたものということになり、この場合にはＤｆＨを最終デフォーカス量ＤｆＬとすべくステップＳ５０６へ進む。ステップＳ５０６では、水平方向デフォーカス量ＤｆＨを最終デフォーカス量ＤｆＬとして処理を終了する。一方、ステップＳ５０７では垂直方向デフォーカス量ＤｆＶを最終デフォーカス量ＤｆＬとして処理を終了する。
【００３６】
以上の動作は全て焦点検出信号決定回路５の動作である。ステップＳ５０４においてフィルター処理演算の種類が同じ場合にはより至近を示す方を選択しているが、この選択方法に限定されず、数値Ｅの大なる方を選択したり、ほとんど同じ距離を示す場合には両者を平均して最終デフォーカス量ＤｆＬとしたり、一方を優先して選択するようにしてもよい。
【００３７】
以上で説明した実施例では高周波数成分抽出、中周波数成分抽出、低周波数成分抽出のフィルター処理演算として数式８のｓの値をそれぞれ２、４、８としたが、ｓの値は上記実施例に限定されない。また、上記実施例ではフィルターの種類は３種類としたが、２種類または４種類以上でもよい。さらに、水平方向のデフォーカス量算出と垂直方向のデフォーカス量算出とでフィルター処理演算の種類の数を同一としたが、異なる種類の数としてもよい。
【００３８】
上記実施例では水平方向、垂直方向とで縮小倍率、光電変換素子のピッチ幅を同一としたが、少なくとも一方が異なる場合には数式８のｓの値が同じであっても抽出する周波数成分が異なる場合がある。このような場合は高周波数成分抽出、中周波数成分抽出、低周波数成分抽出フィルター処理演算などで、それぞれが抽出する周波数成分が水平方向と垂直方向とでほぼ等しくなるように、数式８のｓの値を水平方向と垂直方向とで異なるようにすればよい。
【００３９】
また、上記実施例では図１０（ａ）に示すように撮影画面内で交差する水平方向と、垂直方向の２つの焦点検出領域を有する焦点検出装置を例に上げて説明したが、図１０（ｂ）に示すように撮影画面内に複数の焦点検出領域を備えた焦点検出装置にも本発明を適用することができる。
【００４０】
以上の実施例の構成において、被写体像検出回路２が光電変換手段を、フィルター処理回路３がフィルター処理手段を、焦点検出演算回路４が演算手段を、焦点検出信号決定回路５が最終状態決定手段をそれぞれ構成する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の焦点検出領域で検出される複数の焦点調節状態から焦点検出精度の高い最終的な焦点調節状態が得られ、焦点検出の信頼性が向上する。さらに、高い周波数成分に基づく焦点調節状態の演算結果に所定の信頼性が得られたらそれよりも低い周波数に基づく焦点調節状態の演算を省略でき、演算手段の負担が低減して焦点検出時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の構成を表す機能ブロック図。
【図２】一実施例の動作を示すフローチャート。
【図３】一実施例の水平方向デフォーカス量ＤｆＨの算出動作を示すフローチャート。
【図４】一実施例の垂直方向デフォーカス量ＤｆＶの算出動作を示すフローチャート。
【図５】一実施例の最終デフォーカス量ＤｆＬの決定動作を示すフローチャート。
【図６】低周波数成分のみからなる被写体パターンの例を示す図。
【図７】高周波数成分のみからなる被写体パターンの例を示す図。
【図８】高周波数成分、低周波数成分を共に含む被写体パターンの例を示す図。
【図９】水平方向、垂直方向それぞれについて焦点検出を行う焦点検出装置の焦点検出光学系を示す図。
【図１０】撮影画面と焦点検出領域との位置関係を表す図。
【図１１】従来の焦点検出光学系の概要を示す図。
【図１２】従来の焦点検出演算を説明する図。
【図１３】従来の焦点検出演算を説明する図。
【図１４】従来の相関演算を説明する図。
【図１５】従来の撮影画面と焦点検出領域との位置関係を示す図。
【符号の説明】
１焦点検出光学系
２被写体像検出回路
３フィルター処理回路
４焦点検出演算回路
５焦点検出信号決定回路
１００撮影レンズ

Claims

撮影レンズの予定焦点面に設定された撮影画面内に複数の焦点検出領域を有する焦点検出装置であって、
前記各焦点検出領域に対応して設けられ、被写体像の光強度分布に応じた信号を出力する複数の光電変換手段と、
前記撮影レンズを通過した被写体からの光を前記各光電変換手段へ導き、前記各光電変換手段上に被写体像を結像する焦点検出光学系と、
前記各光電変換手段の出力信号から任意の周波数成分の信号を抽出するフィルター処理手段と、
このフィルター処理手段により抽出された任意の周波数成分の信号に基づいて、前記撮影レンズの焦点調節状態を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された焦点調節状態の信頼性の有無を判定する信頼性判定手段と、
前記各焦点検出領域ごとの前記フィルター処理手段により抽出された信号成分の周波数と、前記各焦点検出領域ごとの前記演算手段により算出され、かつ、前記信頼性判定手段により信頼性有りと判定された焦点調節状態とに基づいて、前記撮影レンズの最終的な焦点調節状態を決定する最終状態決定手段とを備え、
前記各焦点検出領域ごとに、前記フィルター処理手段によりまず高い周波数の成分を抽出して前記演算手段により焦点調節状態を算出し、算出結果の焦点調節状態に対して前記信頼性判定手段により信頼性有りの判定が得られるまで、前記フィルター処理手段による抽出信号成分の周波数を低減して前記演算手段による焦点調節状態の演算と前記信頼性判定手段による信頼性判定とを繰り返す焦点検出動作を行い、
すべての前記焦点検出領域で前記焦点検出動作を行った後に、前記最終状態決定手段は、前記各焦点検出領域の信頼性有りと判定された焦点調節状態の内、周波数の高い信号成分に基づいて算出された焦点調節状態を優先して最終的な焦点調節状態を決定することを特徴とする焦点検出装置。