JPS6017414A - 焦点検出装置 - Google Patents

焦点検出装置

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Publication number
JPS6017414A
JPS6017414A JP12523083A JP12523083A JPS6017414A JP S6017414 A JPS6017414 A JP S6017414A JP 12523083 A JP12523083 A JP 12523083A JP 12523083 A JP12523083 A JP 12523083A JP S6017414 A JPS6017414 A JP S6017414A
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JP
Japan
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focus
receiving element
cell
circuit
light
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JP12523083A
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English (en)
Inventor
Harunori Sato
里 治則
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS6017414A publication Critical patent/JPS6017414A/ja
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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
    • G02B7/36Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

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】 本発明は、受光素子アレイを用いたカメラ用等の焦点検
出装置に関するものである。
近年、各種の産業用、民生用機器において、対象物(被
写体等)の距離(または、ピント)等を、自動的に測定
する(または回答する)システムが要求されている。例
えば、カメラ用として期待されるオートフォーカスシス
テムは、自動的にピントを合わせる(又は、被写体まで
の距離を測る)代表的なものである。
従来の受光素子(CCD、SPD等)を用いた位置検出
用の代表的なシステムとして、三角測量タイプ(一対象
合致式)が実用化されている。しかるに、これらのシス
テムの一部は、ピント合わせ精度の問題や、前ピン−後
ピン等の判定機能に不十分な点があった。そこで本件発
明者はこのような従来のものの問題点に対策を講じた焦
点検出装置を既に開発しており、以下この焦点検出装置
について説明する。
上記本件発明者が既に開発した焦点検出装置は、被写体
から入射する入射光が、空間的に隔てられた第1および
第2の通路を通って、第1および第2の結像光学系を通
過し、結像光学系の固定焦点面に位置する第1および第
2の一対の受光素子アレイ上に、各々結像が生ずるよう
になっている。
この時、各受光素子アレイは、N個(長さ方向に、受光
素子をN等分したもので、分割数NとしてはN−4,N
=8.N=16等任意に選べる。)に等間隔に分割して
作られており、前記入射光が前記第1および第2の受光
素子アレイに到達、結像する時、入射する光の強度に依
存した照度分布信号が、上記第1および第2の受光素子
アレイから得られ、以下に説明する重み付は回路、積分
回路、除算回路、比較回路等で上記信号が演算処理され
、合焦、前ピン、後ピンの検出及び判定が可能となるも
のである。
上記装置をより詳細に説明する。
第1図において、1は光源となる被写体Sであり、この
被写体Sからの光は空間的に隔てられた第1の通路2お
よび第2の通路3を通って、第1および第2のレンズ(
結像光学系)4,5を通過し、その固定焦点面に第1.
第2の受光素子アレイ(CCD等)6,7が位置してい
るので、該被写体Sの像は受光素子アレイ6.7の上に
結像する。
また、第1.第2のレンズ4,5の近傍に対物レンズ9
が位置しており、被写体Sからの光は光路8を経て対物
レンズ9を通過し、その固定焦点面に、フィルム面10
が位置している。ここで第1゜Φ 第2レンズ4,5を介して、第1.第2の受光素子アレ
イ6.7の面で焦点が合った時、上記フィルム面10で
焦点が合う様、上記4〜10の結像光学系はあらかじめ
設定しである。
また、第1.第2のレンズ4.5は全く同じレンズ(焦
点距離、ガラスの材質、口径等)で、被写体Sからほと
んど光学的に等価な関係で同じ位置にあり、双方のレン
ズは全く同じ動き(2つのレンズが同じ板面上に一体に
作られ、同期して動く場合も含む)をするものとし、同
様に上記第1゜第2の受光素子アレイ6.7も、被写体
Sからほとんど光学的に等価な関係で同じ位置(2つの
受光素子アレイが同じ板面上に一体に作られ、上記第1
.第2のレンズの固定焦点の位置に置かれる場合も含む
)に置かれている。
つぎに−上記第1.第2の受光素子アレイ6゜7から得
られた照度分布信号は−重み付は機能。
積分機能、除算機能、比較機能、極性判定機能等を有す
る信号処理回路(演算処理回路)11に入り、演算処理
され、合焦信号、前ピン、後ビン信号を発生し、これら
の信号は出力制御回路121こ入る。この出力制御回路
12にはモータ駆動出力部があり、前ピンの時はプラス
信号が出てす/<−シブルモータ13を正転させ(負帰
還させ)、徐々にピントのズレ量を減じ、合焦時はモー
タ駆動出力がOになり、その時モータ13はストップし
、ピントが合った状態となる。
また、後ピンの時はマイナス信号が出てモータMを逆転
させ(負帰還させ)、同様にピントの合った時にモータ
13はストップし一焦点検出機能が得られる。
第2図は、合焦時、非合焦時(前ピン、後ピン)の物体
(光源S)と、結像光学系の動作状態を示す概略図であ
る。
第3図は、第2図の各動作状態(合焦、前ピン。
後ピン)時における一同一の第1.第2の受光素子アレ
イ6.7に、物体からの光束が結像した様子を示してい
る。
次に第2図、第3図を用いて一合焦時、非合焦時に、同
一の第1.第2の受光素子アレイ6.7に物体からの光
束が結像する過程と、受光素子アレイ上での結像の動き
を説明する。
第2図において、第1の受光素子アレイ6が上から下方
向に、阻−1から隘−16の順に配列しであるとき、第
2の受光素子アレイ7はその逆になる様一つまり下から
上方向に、阻−1からm、−16の順に配列する。
この様な構成において、第2e71(a)の如く、合焦
の状態にあるとき、第1.第2の受光素子アレイ6.7
上の中央部に、物体からの光束が結像され一第3図(a
)に示す状態となる。
次に第2図(b)の如く、合焦状態から徐々に物体が後
退(前ピン)すると、第1.第2の受光素子アレイ6.
7上でその結像は下方向に移動し、第3図(b)の如く
、第1の受光索子アレイ6上でその結像はIIkl−9
からI!1−16の方向に移動し、同様に第2の受光素
子アレイ7上でその結像は階−9から阻−1の方向に移
動する。
次に第2図(C)の如く、合焦状態から徐々に物体が前
方に移動する(後ピン)と、第1.第2の受光素子アレ
イ6.7上で、その結像は上方向に移動し、第3図(C
)の如く、第1の受光素子アレイ6上でその結像はNQ
−9から隘−1の方向に移動し一同様に第2の受光素子
アレイ7上でその結像は隘−9から隘−16の方向に移
動する。
上記説明より、物体の前後移動と、第1.第2の受光素
子アレイ6.7上の結像との移動の相互関係を第1の受
光素子アレイ6を例にとり説明する。
物体が前方から後方に移動すると、その結像は受光索子
アレイ6上を、階−1のセルからl!1L−16のセル
の方向に向って移動し、逆に物体が後方から前方に移動
すると、受光素子アレイ6上を1k−16のセルから阻
−1のセルの方向に向って移動する。以上と同様の動作
原理で一第2の受光素子アレイ7上での物体の移動に対
し、結像の移動は第1の受光素子アレイ6上の結像の移
動と全く反対方向に移動し、合焦時には、その結像は第
1.第2の受光素子アレイ6.7上の同じセル番地(f
fi−1がらN11−16の任意のセル番号)に位置す
る。
以上の説明をまとめると、最も単純な被写体として単一
な物体(点光源または線光線で、第1゜第2の受光素子
アレイ6.7上での結像が各々、各セル中より細い場合
で一第3図(a) 、 (b) 、 (C)に描いた結
像等に相当する)を例にとると、該物体が第1.第2の
受光素子アレイ6.7の各々に結像するとき、その結像
する各々のセル番地番号と、合焦、前ピン、後ピンとの
関係は、 ■合焦時・・・結像した第1.第2の受光素子アレイ6
.7の各セル番号は等しい。
、°、第1の受光素子のセル番号=第2の受光素子のセ
ル番号 ■前ピン時・・・第1の受光素子のセル番号〉第2の受
光素子のセル番号 ■後ピン時・・・第1の受光素子のセル番号〈第2の受
光素子のセル番号 となり一結像する各々の受光素子のセル番号を比較する
ことで、合焦、前ピン、後ピン状態を検出できる。
しかし、被写体として光源が1個より多い場合、例えば
上述したような単一な物体(点光源)に相当するものが
、少し離れて2個有り、その物体(被写体)が第1.第
2の受光素子アレイ6.7上に各々2つずつ結像すると
き、どちらの結像したセル番号を比較して良いか判断で
きず、非合焦時の前ピン、後ピン状態を検出できなくな
ってしまう。従って合焦時の前後(ピントのズレの度合
)状態が判断できる様以下の処理がなされる。
即ち、第4図は、上記処理を行うための信号処理回路の
一実施例を示し、該回路は第1図中の信号処理回路11
に相当するものである。この第4図を用いて上記処理を
行うための演算操作の概要を説明し、その後、第4図、
第5図を用いて、合焦、前ピン、後ピン状態を検出する
動作説明を詳細に行う。
第4図において、走査回路14で作成したccD駆動ク
ロック(ここでは16列のパルス列と補正用パルスが繰
り返し発生する)が、出力線15を介して、@X、X2
O3光素子アレイ(ここでは−次元CCDで一16等分
に分割され、16個のセルより構成される)6,7に供
給され一第1の受光素子アレイ6上に物体からの光束が
結像し、その照度分布信号が時系列で出力端子16から
送り出され、2つの出力線17.18を介して第1゜第
2の重み付は回路19.20に加えられ一各々恵み付は
演算(詳細は後述)され、A(L) 、 Bit) (
ここでは(=口〜口6)なる時系列信号となる。
各々の信号A(t) 、 B(t)は、第1.第2の積
分回路21.22によって各々積分され、その出力Vl
■2は v1= f A(t) dt −(1)V 2 = f
 B(tl d t −−−(21(但し1〜16は受
光素子アレイのセル番地1に−1〜16に対応する。) となる。これらの各出力VI、 V2は、第1の除算回
路23に加えられ、その出力Cは となる。
同様に一第2の受光素子アレイ7上にも物体がらの光束
が結像し、その照度分布信号が時系列で出力端子24か
ら送り出され、2つの出方線25゜26を介して第3.
第4の重み付は回路27.28に加えられ、そこで重み
付は演算され、A(t) 、 B’(1)なる時系列信
号出方となり、更に第3.第4の積分回路29.30に
各々加えられ、その出力■8+v4は、 VB−f 、A(t) dt −−14)v4−ハ B
(t) dt −リ(51となる。これらの各出力V8
.%’4は、第2の除算回路31に加えられ、その出方
C′は となる。上記+31 、 (61式は、後述する空間位
置情報トナリ、第1.第2の受光素子アレイ6.7(7
)*ル番地1!l−1〜階−16のいずれかに対応する
ことになる。
第1.第2の除算回路23.31の出力c、c、’は比
較回路32に加えられ− 合焦時・・・C=C・・・・(7) 非合焦時・・c>d ・・・・(8) 非合焦時・・・c<c’ ・・(9) なる出力が得られ、合焦時は(7)式の出力として取り
出される。また非合焦時は、前ピン、後ピンを判定する
ため、(1) 、 +21 、 +41 、 +51 
、 +81 、 (9)式の各出力が極性判定回路33
に加えられる。そして次の011〜αり式が成立すると
きは前ピン状態と判定され、■Vs>0 、v4)0且
ツVI <o + ■2>0−− (10)■va <
 0 、 v 4< 0且ツV1> OI V2 < 
O−、、、圓■c > c’ ・・・・・・(12)次
のU□□□〜(15+式が成立するときは後ピン状態と
判定される。
■ ■l>0IV2>0 目一つ v8〈0 、v4〉
0 ・ ・ (I3)■■l〈0.v2〈0且ツvB 
>o 、 V4 <0 −= (141■c < c’
 ・・・・(151 (但し後述する様にv 1== A 、 v 2−B 
、 v B == A 。
v4=Bに相当する) 上記において前ピン状態の判定は10) 、 (111
式が優先するよう設定し、その他の時(QO) 、09
式が成立しないとき)は、一式の条件で判定する(詳細
は後述)。同様に、後ピン状態の判定はα31 、 (
141式を優先させ、その他の時((13、αを式が成
立しないとき)は、051式の条件で判定する(詳細は
後述)。
次に第5図を用いて、一般的な被写体の単純な例として
、単一な物体(点光源または線光源で、第1.第2の受
光素子アレイ6.7上での結像が各々、各セル巾より細
い場合で、第3図(a) 、 (b) 。
(C)に相当する)が少し離れて2個あり、第1.第2
の受光素子アレイ6.7に、各々2組ずつ結像するとき
の種々なケースを仮定し、合焦、前ピン。
後ピン状態の判定動作を詳細に説明する。
まず、第1.第2の受光素子アレイ6.7のうち、第1
の受光素子6を例にとり説明する。同図(a)は受光素
子アレイ6を駆動するためのCCD駆動クロック信号を
示しており、横軸に時間t(【1〜【16)および空間
位置番地(セル番地阻−1〜16)をとっている。この
クロック信号は、時間t1で上記CCDの空間位置番地
であるセル番地陽−1の光゛電変換出力を、時間t2で
空間位置番地であるセル番地階−2の出力を、以下順次
同様に時間116で空間位置番地であるセル番地陽−1
6の出力を対応(同期)して取り出せる様割り当てられ
ており、時間t1から116の順に空間位置番地(セル
lhl〜16)より第1の受光素子アレイ6の出力端子
16を介して時系列出力信号として取り出され、次の第
1の重み付は回路19に送られることになる。同図(b
)は上記出力端子16からの時系列出力信号を第1の重
み付は回路19で重み付けるプロフィールの一例を示し
ており、セル番地1に−1(1番目)の光電変換出力は
100%(得られた出力のそのまま)に重み付けし、セ
ル番地1に−5(5番目)の光′電変換出力を0%とし
−その間である第1のセル空間工を、その包絡線が直線
となる関数(一般的にはその間微分可能で、その導関数
か負となる関数)で重み付けし、セル番地11kl−9
(9番目)の光り 電変換出力を一100%とし、セル慮−5とセル番地l
!1L−9の間である第2のセル空間■を一同様にその
包絡線が直線となる関数(一般的にはその間微分可能で
−その導関数が負となる)で重み付けし、セル番地階−
13(13番目)の光電変換出力を0%とし、セル番地
N1−9とセル番地隊−13の間である第3のセル空間
■を、同様にその包絡線が直線となる関数(一般的には
その間微分可能で−その導関数が正となる)で重み付け
し、セル番地階〜16(16番目)の光電変換出力を7
5%とし、セル番地1に−13とセル番地階−16の間
である第4のセル空間■を、同様にその包絡線が直線と
なる関数(一般的にはその間微分可能で、その関数が正
となる)で重み付けする様子を示している。
第5図(C)は、上記出力端子16からの時系列出力信
号を第2の重み付は回路20で重み付けるプロフィール
の一例を示しており、セル番地階−1の光電変換出力を
096に重み付けし、セル番地Ni1−5の光電変換出
力を100%に重み付けし、その間である第1のセル空
間Iをその包絡線が直線となる関数(一般的にはその間
微分可能で、その導関数が正となる関数)で重み付けし
、セル番地11kL−9の光電変換出力を096に重み
付けし、第2のセル空間■であるセル番地階−5とセル
番地階−9の間をその包絡線が直線となる関数(一般的
には、そのに重み付けし、第3のセル空間■であるセル
番地階−9とセル番地階−13の間をその包絡線が直線
となる関数(一般的には、その間微分可能で、その導関
数が負となる関数)で重み付けし、セル番地階−16の
光′電変換出力を一25%に重み付けし、第4のセル空
間■であるセル番地階−13とセル番地階−16の間を
その包絡線が直線となる関数(一般的には−その間微分
可能で、その導関数が正となる関数)で重み付けする様
子を示している。
第5図(dlは、受光素子アレイ6の各セル番地(階−
1からff1−.16)に対応した、第1.第2の重み
付は回路19.20の重み付は量Ai(i=1〜16)
、Bi(i=1〜16)を除算した値を示すもので−こ
れをCiとすると− Ci−二 ・・・・・00 i (但しi = 1〜16であり、極性を含んだ値となる
。) と定義される。Ciの値は、受光素子アレイ6の各セル
番号の空間的位置(座S)に対応して設定した空間位置
変換値であり、具体的には下表の如くなる。な右下表中
Ciの値のうち土鈴はダイナミックレンジの上限、下限
で決まる値でクランプされる。
また、第5図(d)の曲線は表中のCiの値をプロット
したものであり、その横軸に受光素子アレイ6のセル番
地階に相当する空間位置番地(セル番地&−1〜16)
をとっている。第4図で示した信号処理回路αDで処理
された除算回路23の出力である空間位置情報値(前記
第(3)式の値)Cは、上記表の空間位置変換値Ciの
範囲のいずれかに相当することになるから−これにより
空間位置番地がまり、後述する様に、合焦、前ピン、後
ピンを検出する機能を得ることができる。
第5図、および前記表で示す重み付は演算を第1、第2
の重み付は回路19.20および第1.第2の積分回路
21.22で行った結果は一前記(1)。
(2)式に従って演算すると、下記(17) 、 (1
81式となる。
v、=:A−ハ A(t)dt 3 2 1 =(Kl+ −に2+−に8+−に4+ 0・K5−!
−Ks4 4 4 4 2 3 3 一−KV −−に8−に9−−KIO−”Kl+−2−
Kl。
44 444 1 2 3 +0−に18+7に+4+HK+5+7に+6)−・・
−(lηv2=B =f B(t) dL 1 2 3 =b(OK++−に2+−K11+−に4+に5+3−
に6+名に7444 44 −1−−に8+ 0−に9−′−KIO−4に++ 一
旦Ky+2−に+g4 4 4 4 但しbは、受光素子アレイ6の出力ダイナミックレンジ
Y内の中央付近の光電変換出力を標準化するためのもの
であり、また、Kl−に+a (Ki )は空間位置番
地である受光素子アレイ6のセル番地階1〜16へ物体
(光源S)からの光束が達して結像した時の照度分布に
比例して変調する係数で、該Kiは− −Z、<Ki乙Z ・・・(+9) つきに、除算回路23の出力である空間位置情報Cは、
前記(3] 、 11η、α印式より、下記C!■式の
如くなる。
上記Cの値は極性を有する値であり、前記αη。
Q8)式の値A、Bで条件付けすれば(前記第(10)
〜(151式の論理)、第5図(d)の空間位置変換値
Ci内のいずれかの1一点」の値をとる。
このように、上記信号処理回路11では、上記@)式よ
り、一般的に複数個の単一物体の集合体からなる任意の
被写体を、単一の物体(点光源)と等価な物理量である
空間位置情報Cに変換して扱うことができ、且つ表現で
きる。
第2の受光素子アレイ7に関しても、上記説明と同様に
、第3.第4の重み付は回路27.28の重み付は量を
、第5図(b) 、 (C)で示すようなプロフィール
に設定し−その空間位置変換値を同図(d)で示すよう
に設定すれば、同様の論理により、複数個の単一物体の
集合体からなる任意の被写体を単一の物体と等価な物理
量として、空間位置情報dを得ることができる。
上記説明より、前述した一般的な被写体の単純な例とし
ての2組の被写体は一第1.第2の受光素子アレイ6.
7上では、単一の物体(点光源)が結像した時と等価に
信号処理して扱うことができ、これにより、第1.第2
の受光素子アレイ6゜7のセル番号(l!lL1〜16
)に対応する空間位置番地Ciか、上記の空間位置情報
C9Cよりまるので、各々の空間位置情報C9Cを比較
することで、合焦、前ピン、後ピンの検出ができる。
さらに、3組の物体(黒光−源)の場合は一2組の物体
と1組の物体との組み合わせてあり、そのうち2組は、
上述のように一つの物体と等価に置きかえできるので、
実質的には2組の物体に置き換えることができ、この2
組の物体は、最終的に単一の1組の物体(点光源)に置
き換えることができ、これを帰納的に展開すれば、一般
に−N組(Nはlより大きい正数)の物体の場合でも、
合焦、前ピン、後ピン検出が可能である。
次に、複数個の単一物体の集合体の中の単純な例として
、前述した2組の物体(点光源)が、第1、+32の受
光素子アレイ6.7に各々2つの結像として生ずるとき
、2つの結像を合成(光″電変換出力を一前記07)〜
(20)式の信号処理をする)して、単一の物体に相当
する単一の結像と等価な物理量として一空間位置情報c
、c’に変換できる動作機能を、第6図〜第18図を用
いて説明する。
第6図および第7図は、2つの物体が、第1の受光素子
アレイ6上で−2つの結像として生ずる場合の図で、第
6図(a)〜(d)は−それぞれ第1.第2.第3.第
4のセル空間I〜■の内に、各々上記2つの結像が生ず
る一例を示しており、第7図(a)〜(e)は、それぞ
れ第1.第2.第3.第4のセル空間工〜■の各々にま
たがって、上記2つの結像が生ずる一例を示している。
第8図から第12図は、第6図(a)〜(d)の状態に
おける動作説明用図面であり、第13図から第18図は
、第7図(a)〜(e)の状態における動作説明用図面
である。
第8図は、第6図(a)に示す様に、受光素子アレイ6
の第1のセル空間1内に2つの結像を生じた時に対応す
る説明図で、その結像の空間位置情報と大きさく明るさ
)を実線A2.A4およびB2 、 B4で示しており
、各々の光電変換出力を、第1の重み付は回路19、第
1の積分回路21で信号処理をした時の出力をAOtと
すると、AOtは、前記09式よりに2.に4 以外は
Oであるので、下記at+式となり、 AOt−且に2+ −に4 ・・・・・・(2114 結像の明るさが同・じでに2二に4:KOのとき−An
 + = Ko −= C2’lJとなる。同様に、第
2の重み付は回路20、第一2の積分回路22で信号処
理をした時の出力をBatとすると、BOIは前記18
1式より、下記囚)式となり、Bo r : −に2 
+ −に4 ・・・・・シ14 4 に2=に4==Koのとき、 Bo + = Ko −= (241 となる。この時、空間位置情報Go+は、前記(20)
式より− C01−w1=1・・・C5) となる。
上記(支))式より、空間位置番地軸上で−Ci=lの
空間位置はAOt >0 、 Bat > Oよりセル
隘−3相当の位置になり、この時のAOt 、 Bat
の位置情報と、極性を含めた大きさを第8図(b) 、
 (C)に破線で示しており、同様にCotは第8図(
d)に一点鎖線で示している。
これより、2つの結像が2つの光電変換出力にした後、
前記07)〜■式の信号処理をすることにより、単一の
物体(点光源)の結像時に得られる信号と等価な物理量
、AOt 、 Bat 、 Cotに変換できているこ
とが分かる。
第9図は、第8図と全く同じ位置に結像した時で、結像
の明るさがA’2よりA’4が2倍明るい場合であり(
その他は第8図と全く同じ条件の時)、この場合は2に
2=に4==Kgとして、これを前記(21)。
(ハ)式に代入して、 A′ol=互Ko ・・・・・・(ホ)BO1=−Z−
KO・・・・・・(4)となる。この時空間位置情報C
’OIは、となる。
第8図と同様に、第9図にも、上記(26+ 、(2)
、(28)式でめた、A′or 、 B’o+ 、 C
’o+なる値を示しており一2つの物体(結像)の明る
さが異なった場合にも一同様に、単一の物体(点光源)
の結像時に得られる信号と等価な物理量、AOt 、 
B’o+ 、 C’o+に変換できることが分かる。
この時、前記(支)、 (24+ 、 (251式と、
(イ)、@、(ハ)式とを比較すると、C721、(2
4+ 、 (25+式より、2つの物体の結像の明るさ
く大きさ)が等い4時は、(25)式で示される空間位
置情報Go+に対応する空間位置番地は、第8図からも
、2つの結像A2.A4の中央番と位置することが分か
る。
また(支))、(4)、□□□式より−2つの結像の明
るさ力S異なる時は、□□□式で示される空間位置情報
C’o+4こ対応する空間位置番地は、第9図からも、
明るさの相対比に略比例して、明るい結像(ここでCま
、セルl!1L4)側に寄る(セル番地値約3.3)こ
と力5分かる。
さらに、2つの結像の明るさか、K2:に4=1:10
0と極端な差があるときも−100K2 =に4 =K
Oとして−これを前記211 、 n 、 (25)式
に代入すると、Go+=2.92 01 となり、この時の空間位置情報C”01に対応する空間
位置番地は、殆んど−セル番地4上での結像で代表され
る値になる。(、°、ナセル地4上の空間位置情報C’
o4= 3.0となり、上記2.92 と非常に近い値
である。) またーセル番地2と4上での、結像の明るさが上記説明
と逆の場合、つまりに2 :2 L4= Koまたはに
2”100L4=Koの時も、上記説明と同様、セル番
地2と4上の結像の明るさの相対値に略比例し、明るい
結像側(ここでは、セル番地2)に寄った空間位置情報
と、それに対応したセル番地値が得られる。
以上の説明から、前記0η、 (181、■式より、信
号処理(演算)して得られる空間位置情報およびそれに
対応する空間位置番地は、2つの結像の位置情報(2つ
の結像の間隔距離)と、2つの結像の明るさの相対値の
関数として関連付けできる。このため、前記(2)、(
財)式で代表される空間位置情報Co+ 、 C’o1
(およびそれに対応する空間位置番地)は、2つの結像
の位置情報とその大きさく明るさ)情報を含めて、合焦
、前ビン、後ビンの判定信号として用いることができる
第10図、第11図、第12図は、それぞれ第6図(b
) 、 (C) 、 (d)に示す様に、受光素子アレ
イ6の第2.第3および第4のセル空間n 、 10.
 、 IV内に、2つの結像を生じた時に対応する説明
図で、先ず第1O図は第8図の説明と同様に、K6.に
8以外は0であり、2つの結像の明るさが同じでに6:
に8=Ko(y)とき、AO2、B’02 、 CO2
は、前記(17+ 、 (181、(20+式より、下
記器、廁、 (311式となり、An 2 = −’に
6−uKg = −K。
4 4 ・・・・29) Bo 2 =3!−Ks +−!−Ka = K。
4 4 ・・・・・O■ 02 CO2:〜=−1・−Gll O2 第10図に示す通りである。
次に第11図では、第8図の説明と同様に−に+o 、
’ K12以外は0であり、2つの結像の明るさが同じ
テKl O:KI 2 =Ko (7)時、Aoa 、
 Bog 、 Cosは、前記0η、α811(イ)式
より、 Ao s = −−に+ o −−!−Kl 2 = 
−KO44°“°°゛C21 Bo3= −一に+o−’!−に+2= −K。
1 ・・・・(財) 4 4 となり、第11図に示す通りである。
次に第12図では、第8図の説明と同様に、KI4.K
I6以外はOであり、2つの結像の明るさが同じテKI
4 =KI6 =Ko ノ時、An4 、 BO4、C
O4は、前記αη、 (181、(201式より AO4ニー!−Kl 4 +−!−に+ s =K。
4 4 ・・・・・・(351 Bo 4= −一に+ 4−!−Kl 6=−K。
4 4 ・・・・・・(至) となり、第12図に示す通りである。
すなわち、第8図の説明の時と同様に、2つの結像が第
1θ図、第11図、第12図で示すように、単一の物体
の結像時に得られる信号と等価な物理量、AO2、BO
2、CG2 、 、Aoa 、 Bog 、 Canお
よびAO4゜BO4,CO4に変換できることが分かる
。また、第10図、第11図、第12図において、2つ
の物体(または結像)の明るさが異なる時も、第8図に
対する第9図の説明したのと同様に変換できることが分
かる。
第13図は、第7図(a)に示す様に、受光素子アレイ
6の第1および第2のセル空間■、■内にまたがって各
々−個ずつ計2つの結像を生じた時に対応する説明図で
、その結像の位置情報と大きさく明るさ)を実線A3 
、 AsおよびBg、Bgで示しており、各々の光電変
換出力を、第1.第2の重み付は回路19.20−第1
.第2の積分回路21.22で信号処理した時の出力を
Aos、Bosとすると一該出力AO5,BO5は前記
αη、α印式より、下記−+ 、 (39)式となる。
但し、K8.に8以外は0であり、また、2つの結像の
明るさが等しく Ka=Ks=Koのときの値を示して
いる。
3 Ao 5 ニーに8−−に8 : −−!−KO・・・
 □□□)4 4 4 B05=スKg +−!−Ka =−LKo ・・・・
G9)4 4 4 この時、空間位置情報CO5は、前記シロ)式より、下
記(40)式となる。
上記038) 、田、 +40)式より、 Aos <
Q 、 Bos >O、Cニー3の空間位置は、セル階
−6相当の位置になり、この時のAO5,Boaの位置
情報と、極性を含めた大きさを破線で示しており、同様
にCosは一点鎖線で示している。
これより2つの結像が、2つの光電変換出力をした後、
前記0η〜(イ)式の信号処理を行うことにより、単一
の物体(点光源)の結像時に得られる信号と等価な物理
量、Aos 、Bos 、CO5に変換できていること
が分かる。
第14図は第13図と全く同じ位置に結像した時で、結
像の明るさがA′8よりA’aが2倍明るいときの説明
図で、その他は第13図と全く同じ条件とする時、2K
a =Ka =Koとして、これを前記(支)。
(至)式に代入して、 A′os−zK8−’Ka =−!−0K。
4 4 8 ・・・・・・(41) B’05=旦に8 +−!−に8 =旦KO1,・・・
・(47J4 4 8 となり、この時空間位置情報C′05は、′ ”” ’
 、、1.、− (43)CO3−−了−−=5 O6 となる。
第13図と同様に、第14図にも、上記(41) 、 
ta 。
(43)式でめたA’o6) O、B’05 ) 0 
、 に’06なる値を示しており、2つの物体(結像)
の明るさが異なった場合にも、同様に単一の物体(点光
源)の結像時に得られる信号と等価な物理量、A′05
 、B’05 、 C’05に変換できることが分かる
この場合も、第8図、第9図について説明した場合と同
じ論理で、前記aη、 QB+ 、 (20+式より、
信号処理(演算)して得られる空間位置情報およびそれ
に対応する空間位置番地は、2つの結像の位置情報(2
つの結像の間隔距離)と、2つの結像の明るさの相対値
の関数として関連付けてきる。このため前記+40+ 
、 +421式で代表される空間位置情報CQ5 、c
’os (およびそれに対応する空間位置番地)は、2
つの結像の位置情報とその大きさく明るさ)情報を含め
て合焦7前ピン、後ピンの判定信号として用いることが
できる。
第15図、第16図、第17図、第18図は、第7図(
b) 、 (C) 、 (d) 、 (e)に示す様に
、第1および第3のセル空間I、I[内、第1および第
4のセル空間I、IV内、第2および第3のセル空間■
、■内−第3および第4のセル空間■、■内に、それぞ
れまたがって各々1個ずつ計2つの結像を生じた時に対
応する説明図である。
先ず第15図は、第13図の説明と同様に、K8゜KI
2以外は0であり、2つの結像の明るさが同じで、Ks
=に+2=Ko )とき、Ao6. ’Bo6. Co
s は前記Q?) 、 O8) 、 (20)式より、
AO6−7Kg −−!−Kl 2 =−!−KO44
4・・・・・・(4(イ) 3 Bo 6=−に8−−Kl 2 =−!−K。
4 4 4 ・・・・・(451 となり、Aos )Q 、 Bog (Q 、 C06
=−1より、第15図に示す通りである。
次に第16図は、第13図の説明と同様に、K4゜K’
6以外はOであり、2つの結像の明るさが同じテに4=
KI6=KO(7) トキ−AO? 、BO7、CO7
ハ、前m己un +(181、(20+式より、 Ao 7−−!−に4 + −!−Kl 6 : Ko
 ・・・(4714 BO7一旦に4− !−Kl’ a =ス1(0・・・
・(4母4 4 4 07 CO7= −= 0.5 ・・・(49)O7 となり、Aoy’)O、BO7>0 、CO7:0.5
より第16図に示す通りである。
次に第17図は、第13図の説明と同様に、K6゜K1
1以外は0であり、2つの結像の明るさ力5同じで、K
a =に+ + =Koのとき、Aos 、Bog 、
Co8Iま、前記α7+ 、 (1B+ 、 +201
式ヨリAos=−圭に6−スKu= −’−Ko ・・
・・・・艶4 4 4 BQll=−に6−盈に++=−!−Ko ・・・・・
・(51)4 4 4 Boa1 ・・・・(521 Co s = −= −− O083 となり、Aos <O、Bo8 >0 、 Co8=−
’より、第17図に示す通りである。
次に第18図は、第13図の説明と同様に、K+o 、
KI4以外は0であり、2つの結像の明かるさが同じで
、KIO==K14=KOのとき、AO9、BO9、C
O9は、前記0η、α印、■式より、 Ao9=−、に+o−)−7に+4==−rKo 山°
°鰻Bo9= −−KIO−一に+4 =−KO=−(
5414 となり、AO9<O、Bo9(0、C09=2 ヨリ、
第18図に示す通りである。
このように第15図〜第18図にふいても、前記第13
図の説明の時と同様に、単一の物体(点光源)の結像時
に得られる信号と等価な物理量、Ao6.BO5、GO
5〜Aos 、 BO9、CO9に変換できる事が分か
り、また、第15図、第16図、第17図。
第18図において、2つの物体(又は結像)の明察るさ
が異なる時も、第13図に対する第14図の説明した時
と同様に変換できる事が分がる。
以上の第6図から第18図までの図面を用いて2組の物
体(光源)に起因する2つの結像が、単一の物体に相当
する単一の結像と等価な物理量に変換して扱えることの
説明を、あらゆる組合せ(2つの空間セル内にまたがる
場合も含む)に関して行なった。これから、一般的に任
意の2つの物体(点光源)に対しても、その2つの結像
の空間位置情報と2つの結像の明るさの相対値の関数と
して関連付けた各信号情報を一上記変換ができる事は明
白であり、従って上記変換により一つの物体(点光源)
から得られる空間位置情報(およびそれに対応する空間
位置番地)と等価な出力が得られる。さらに−一般にN
組の物体に対しても一前述の説明と同様に上記変換が可
能であり−N組の結像から、一つの物体(点光源)から
得られる空間位置情報(およびそれに対応する空間位置
番地)と等価な出力が得られる。
電変換、信号処理(任意のN個の結像を一つの結像と等
価な信号出力への変換)をすることにより、任意の被写
体(N組の単一の物体の集合体)の、合焦、前ピン、後
ピンの検出が容易に実現できるものである。
また、上記装置では、重み付は回路の重み付はプロフィ
ールの一例として、第5図に示した様に、第1.第2の
重み付は回路19.20のタイミング日からの始まりを
、各々100%、0%としているが、セルl’kl〜1
6の間で、第1の重み付は回路(入信畳糸)と、第2の
重み付は回路CB倍信号)の相対関係が維持できれは、
第19図に示す様に、セル!!11〜16の間で重み付
は係数がずれる(シフト)ことは特に問題な゛く、第5
図での演算と同様の結果(出方)が得られる。
同様に第1.第2の重み付は回路19.20の重み付は
係数を、第20図に示すように一第5図と比べてA信号
系の重み付けとB信号系の重み付けとを逆にした場合で
も、第5図での演算と同様の効果が得られる。但し、空
間位置変換値Ciは第20図と第5図とでは逆数の関係
となり、図示の通りである。
さらに、上記装置では、重み付は回路の一例として第5
図に示した様に、第1.第2の重み付は回路19.20
のタイミング(1〜【5(セル階l〜5)の間、【5〜
【9(セルNIIL5〜9)の間−(9〜+g(セル隘
9〜13)の間および113〜【1ら(セル階13〜1
G)の間を直線なる関数で得られる包絡線で重み付けし
ているが、第21図、第22図に示す様に一正弦波関数
一折れ線関数等を用いても一第5図での演算と同様の結
果(出力)が得られる。
また上記装置では、重み付は回路の一例として、第5図
に示した様に、受光索子アレイのセル隘1〜16を4組
のセル空間工〜■に一分割(変曲点を持たせる)する様
設定しているか、第23図に示す様に、8組のセル空間
に分割(変曲点を持たせる)する様設定しても、第5図
での演算と同様の結果(出力)が得られる。
また、上記焦点検出装置の光学系は一節1図に示す様に
、物体Sからの光束を2つに分離し、2つの結像レンズ
を通過して後−第1および第2の受光素子アレイ6.7
上に結像する構成になっているが、第24図、第25図
に示す如く、一つの結像レンズ9の透過光をミラーM+
 、M2または結像用レンズLl、L2を通して第1.
第2の受光索子アレイ6.7上に結像させる構成として
も第1図の光学系と同様、前記諸説明による焦点検出機
能を得ることができる。
また光学系および信号処理の動作概要説明の一例として
、第1.第2の受光素子アレイにCCDを用いた直列信
号処理による演算方式に関して説明したが、第26図の
光学系に示す様に、第1゜第2の受光索子アレイとして
、SPDやCdsを用いて、光電変換出力を並列に一度
にまとめて16本とり出し、第4図に示すブロック図の
演算を並列に置きかえてhasの信号処理をすることも
可能≠4寺であり、この場合には演算速度を向上させ得
る等、長所がある反面、素子数が増える等の問題点も有
しているが一目的に応じて第1図に示す直列信号処理方
式と、第26図に示す並列信号処理とを選ぶことができ
る。
本件発明者の開発した焦点検出装置は上記の如く構成さ
れているが、第1.第2の受光素子アレイ6.7を構成
する各セルは〜第4図に示す様な形状(長方形、平行四
辺形、正方形−等)であるので、重み付は回路、積分回
路か必要となり一回路構成が複雑になってしまう。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので一受光Z子r
レイを構成するセルに、被写体力)ラノ光を受けたとき
重み付けされた光′電流が発生されるような形状を与え
、重み付けおよび積分機能までを受光素子アレイ自体に
持たせることにより一信号処理回路中の重み付は回路お
よび積分回路を省くことができ、演算処理回路の構成を
簡単にすることができる焦点検出装置を提供することを
目的としている。
以下、本発明の一実施例を図について説明する。
第27図は本発明の一実施例による無点検IJ3装置の
信号処理回路を示し、図におし)で、6’、7’Gま重
み付けされた受光素子アレイ(ここでは5PD)であり
御名々5a、5b、5C,5d、6e−及び73゜7 
b+ 7 C+ 7 ’ + 7 e にスプリットさ
れても)る。34〜37は受光索子アレイ6′からの光
電流を増巾するバッファ段、38〜41も同様受光素子
アレイゲからの光電流を増巾するバッファ段であり、4
3゜44.45.46はバッファ34〜41からの出力
を減算するための引き算回路S1〜S4 である。
次に第27図と第5図〜第18図とを用いて、本実施例
の動作を説明する。第27図の受光素子アレイ6′ニ関
し、該受光素子アレイ6′は、63〜6eの5つの重み
付けされたセルに分割されており、セル6b、6d→−
の光電流は第5図中の第1の重へし み付け(A信号系)に相当し、同様にセル6c、6eの
光゛電流は第2の重み付け(B信号系)に相当し、それ
らは各々等価であり御名光電流が入力されるバッファ3
4〜37−及び該バッファ34〜37の出力VBl〜v
B4 が入力される引き算回路43.44から得られる
信号vI + v2は− v 、 = vB、 −vB2・−’ t5B)v2 
” vB8 ’B4 ””” ”ηとなる。ここで、第
27図の受光索子アレイ6′。
デの重み付けと、第5図の各々の重み付けとが等価であ
り、さらに上記受光素子アレイ6′、デから取り出され
る光電流は第4図の回路によって積分処理されたものと
等価であることから、(561、(571式は、各々前
記0η、081式と等価である。こうして得られた艶、
69式からまるVII■2は、前記(支))〜間伐に同
様に代入することができ、従来と同じ原理で焦点検出機
能が達成できる。
また−第28〜第31図は、受光索子アレイ6′。
ゲの重み付けする他の方法を示す。
第28図、第29図は、重み付はパターンをN層(N:
2以」二の整数、図ではへ−4)にMjねており、被写
体が点光源に近く小さくなっても、第1の重み付け(入
信畳糸)−第2の重み付け(B信号系)を与えた双方の
受光素子セルに平等に当たりやすくなり、演算精度が向
上する。また第28図に示す受光素子アレイによれは、
B信号系の/<ソファは1つでよく−引き算回路を省く
こともできる。
また第31図は、第30図に示す重み付はパターン4周
期を一層とし、該パターンを同心円上に重ねる方式で、
被写体の指向特性が無くなる等、演算精度が向上する。
この様に、受光素子アレイの重み付は形状に特徴を持た
せれば、更に、本発明による焦点検出装置の長所を引き
出すことができる。
なお、本発明による焦点検出装置は民生用としては、ス
チールカメラ、ビデオカメラ、顕微鏡等−産業用として
も測距機能応用装置、衝突防止装置。
検索装置等に巾広く応用することができる。
以上のように、本発明によれば一受光累子アレイを構成
するセルの形状を、該アレイが被写体がらの光を受けた
とき重み付けされた光電流が発生されるようにしたので
、上記受光素子アレイが重み付は及び積分機能を有する
こととなり、該アレイからの光電流が入方される演算処
理回路の構成を非常に簡素化でき、しかも精度の高い焦
点検出装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本件発明者か既に開発した焦点検出装置におけ
る光学系の一実施例を示すブロック図、第2図は合焦、
非合焦時の物体と結像光学系の動作状態を示す概略図、
第3図は第2図の合焦、非合焦時における第1.第2の
受光素子アレイ上の結像の様子を示した説明図、第4図
は上記装置の信号処理回路のブロック図、第5図は第4
図中の第1.第2の重み付は回路の係数および空間位置
変換値から空間位置情報の検出までを説明するための図
、第6図および第7図は2つの物体(点光源)が第1の
受光素子アレイ上で2つの結像として生ずる場合の動作
説明図、第8図〜第12図は第6図の(a)〜(d)の
状態における動作説明図−第13〜第18図は第7図の
(2)〜(e)の状態における動作説明図、第19図は
第5図中での第1.第2の重み付は回路の重み付は係数
がずれた(シフト)時の動作説明図、第20図は第5図
での第1.第2の重み付は回路の重み付は係数を逆(入
れ替えた)にした時の動作説明図、第21図、第22図
は第5図中での第1.第2の重み付は回路の重み付は係
数が三角(正弦波)関数、折れ線関数で得られる包絡線
で重み付けした時の動作説明図−第23図は受光素子ア
レイのセルl!11〜16を8組のセル空間に分割した
時の動作説明図、第24図、第25図は一つの結像レン
ズの透過光を第1詔よび第2の受光素子アレイ上に結像
させる光学系ブロック図、第26図は第1図の装置にお
いて並列信号処理方式を用いた場合の該装置のブロック
図−第27図は本発明の一実施例による焦点検出装置の
演算処理回路の一構成例を示すブロック図、第28図〜
第31図はそれぞれ該装置に使用される受光素子アレイ
の実施例を示す図である。 1・・・被写体、4,5・・・第1.第2の結像光学系
、6′、テ・・第1.第2の受光素子アレイ−11・・
・信号処理回路(演算処理回路)。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第1図 n 第2図 第31 図 第6図 n 第7図 第28図 第29図 第30図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被写体から2つの異なる光路を経て入射する光に
    対して設けられた第1.第2の結像光学系と、それぞれ
    この第1.第2の結像光学系の固定焦点面に配置され上
    記被写体からの光を受けたときアレイ全体で見て重み付
    けされた光電流を発生するような形状に形成された複数
    のセルからなる第1.第2の受光素子アレイと、この第
    1.第2の受光素子アレイの各セルからの光電流に対し
    演算処理を行ない合焦、非合焦状態を判定する演算処理
    回路とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
JP12523083A 1983-07-08 1983-07-08 焦点検出装置 Pending JPS6017414A (ja)

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