JP2934706B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、撮影レンズの合焦位置への駆動中に、電荷
蓄積センサーの蓄積動作に基づいて次々と新たな合焦位
置を演算しながら合焦制御する自動焦点調節装置に関す
る。

［従来の技術］ 第３図は撮影レンズをモータにより駆動して合焦状態
にサーボする自動焦点調節（オートフォーカス）装置の
一般的なブロック図である。

第３図において、自動焦点装置に応答する撮影レンズ
１を透過した被写体からの光束は、カメラ本体内に設け
た合焦状態検出手段としての受光センサー２に結像し、
受光センサー２からの光像信号はインタフェース３を介
してシステム全体の制御を行なうコントローラ４に送ら
れる。受光センサー２はCCDなどの電荷蓄積型の受光素
子を用い、コントローラ４ はマイクロプロセッサを使用するのが一般的である。

マイクロプロセッサはマイクロコンピュータなどとも
いわれるが、以後簡単のためCPUと呼ぶ。

受光センサー２上の受像のパターンは、インタフェー
ス３でAD変換されてCPU4に出力されるか、またはインタ
フェース３で適当な信号レベルに増幅され、CPU4に内蔵
されたAD変換器により直接AD変換される。

こうしてディジタル信号に変換された光像パターン
は、所定のAFアルゴリズムによりCPU4がデータ処理し
て、合焦状態にするために必要な撮影レンズの移動量を
算出する。以後、これをデフォーカス量と呼ぶ。ここで
は、具体的なデフォーカス量検出のための光学的な原理
やアルゴリズムについては既に多くの公知な例があるた
め、説明を省略する。

撮影レンズ１にはその移動をモニタするためにエンコ
ーダ６を設けており、撮影レンズ１が光軸に沿って一定
量移動する毎にエンコーダ６はパルス（以後「フィード
バックパルス」と呼ぶこともある）を発生する。CPU4は
算出されたデフォーカス量（レンズ移動量）をモータド
ライバ５に指示してサーボモータ７を駆動し、撮影レン
ズ１を合焦方向に駆動する。撮影レンズ１の動きはエン
コーダ６からのフィードバックパルスによりCPU4がモニ
タしており、デフォーカス量に相当するパルス数だけエ
ンコーダ６からのパルスをカウントすると駆動を停止す
る。

通常、エンコーダ６は撮影レンズ駆動用のサーボモー
タ７の回転を検出するように、フォトインタラプラなど
をモータの回転軸や低速ギアの一部に付設する。

第４図は自動焦点調節装置が検出するデフォーカス量
の説明図である。

第４図において、デフォーカス量とは、レンズ１を透
過した光束が結像する位置と、フィルム面との相対的な
量、即ち像面ズレ量ΔＺと定義される。

即ち、撮影レンズ１の結像面がフィルム面foにある場
合が合焦状態、ｆαにあれば所謂前ピン状態、ｆβにあ
れば所謂後ピン状態を示す。

また第４図から明らかなように、被写体が比較的遠方
にあれば、デフォーカス量ΔＺと、合焦させるのに必要
なレンズ移動量とはほぼ等しい。従って、光像をフィル
ム面上に結像（合焦）させるためには、前ピン状態の時
のデフォーカス量Ｚα、あるいは後ピン状態の時のデフ
ォーカスΔＺβだけ撮影レンズ１を前後に駆動すればよ
い。

この意味で、第３図によるAFサーボの説明では、合焦
状態にするために必要な撮影レンズの移動量もデフォー
カス量としている。正確にはデフォーカス量ΔＺとレン
ズ駆動量は一致しないが、以後の説明では両者は等しい
ものとして考える。

一般に自動焦点調節装置には、撮影光学系の合焦状態
を検出する「測距」と、測距結果に基づいて撮影レンズ
を駆動する「レンズ駆動」の２つの作業がある。合焦動
作が「測距」と「レンズ駆動」の１サイクルで終了する
場合には問題ないが、実際にはデフォーカス量がある程
度の大きさになると測距精度が十分ではなくなるため、
１回のレンズ駆動を終了した後、再び「測距」と「レン
ズ駆動」を繰り返す必要がある。また、被写体が連続し
て動く場合にも、被写体に追従して自動焦点させて行く
には、やはり「測距」と「レンズ駆動」を繰り返す必要
がある。

このような場合に、測距とレンズ駆動を時間的にオー
バラップさせることができれば、系の応答をよくできる
点で好ましいが、CCD等の電荷蓄積型センサーを使った
自動焦点装置では、センサー上の光像を光電子に変換
し、適当なS/N比をもつ映像信号を得るためには、光量
の強さに応じた蓄積時間がかかるために、撮影レンズの
駆動中に測距するとセンサー上の光像が蓄積時間中に変
化し、蓄積終了後にセンサー出力をデータ処理して得ら
れるデフォーカス量が、撮影レンズがどの位置にあった
時のものと等価であるかを充分な精度で推定することが
できなかった。

このため自動焦点調節のために撮影レンズをサーボ駆
動させるシーケンスとしては、前述のように、撮影レン
ズを静止させて測距を行ない、測距結果に基づいて撮影
レンズを駆動するというサイクルを繰り返すか、あるい
は敢えて蓄積中にレンズ駆動を行なう場合には、センサ
ー蓄積中は少なくとも撮影レンズは等速度で移動してい
ると仮定し、得られたデフォーカス量は、蓄積の開始時
刻と終了時刻の撮影レンズの位置で中央で測距したもの
と同じであると推測して補正し、次回のサーボ駆動を行
なっていた。

第５図は、第３図に示したようなオートフォーカスサ
ーボ系で測距とレンズ駆動を交互に繰り返す従来方法を
示し、縦軸はレンズ位置Ｚ、横軸は時間ｔに取り、レン
ズが合焦位置に駆動される様子を示している。また図
中、斜線部で示した時間にセンサーの蓄積が行なわれて
デフォーカス量が算出される。

また第６図は、第５図の測距とレンズ駆動を交互に繰
り返すシーケンスを示したフロー図である。

更に第７図はセンサー蓄積中のレンズの移動速度が一
定となるような条件で測距とレンズ駆動をオーバラップ
させた時のレンズ駆動の説明図である。

第７図のようにレンズの移動速度が斜線で示すセンサ
蓄積時間（測距時間）T1,T2,T3のあいだ一定であれば、
蓄積時間T1,T2,T3で得られる測距結果（デフォーカス
量）に対応する測距位置はP1,P2,P3であり、これらは蓄
積時間T1,T2,T3の中点に当たる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、自動焦点調節制御の応答を向上するた
めに、従来のようにセンサー蓄積中の撮影レンズの速度
を一定としてレンズ駆動中にデフォーカス量の新たに演
算して補正しても、実際にはレンズの速度は駆動モータ
の起動時や制御時、あるいは駆動速度の変更時にも変化
するし、また、レンズを定常駆動している間であって
も、機械設計がうまくできていないと、モータ負荷がレ
ンズの位置によってかなり異なり、モータ速度を一定と
する仮定は成り立たないことが多く、デフォーカス量の
補正にあまり精度を期待することはできなかった。

第８図は撮影レンズの駆動中に斜線部に示すようにセ
ンサ蓄積動作（測距動作）を行なった時のレンズ駆動速
度が一定とならない場合を示したもので、第７図の場合
と違い、一般には第８図のようにレンズは加速と減速を
伴って移動するため、レンズ速度を一定と仮定したデフ
ォーカス量の補正方法では不十分である。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、レンズ駆動中のデフォーカス量を正確に演算し
て高い合焦精度が得られる自動焦点調節装置の制御方法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明は、電荷蓄積型セン
サーを用いた合焦状態検定手段と、 前記合焦状態手段の出力データを処理して撮影レンズ
の合焦位置までのデフォーカス量を算出する演算手段
と、 前記演算手段のデフォーカス量に従って駆動された前
記撮影レンズの移動量を検出するレンズ移動量検出手段
と、を備え、 前記撮影レンズの合焦位置への駆動中に前記合焦状態
検出手段で所定蓄積時間の蓄積動作を行い、該蓄積動作
終了後に前記演算手段により新たなデフォーカス量を算
出する自動焦点調節装置において、 前記蓄積動作開始から前記撮影レンズの単位移動量毎
の前記撮影レンズの位置と、前記単位移動量に要する時
間と全蓄積時間との比とに基づいて、前記所定蓄積時間
の全蓄積光量に対する平均的レンズ位置を求め、 前記演算手段は、前記平均的レンズ位置と前記レンズ
移動量検出手段により検出された前記移動量とに基づい
て前記新たなデフォーカス量を算出するようにした。

［作用］ このような本発明による自動焦点調節装置にあって
は、演算手段が、新たなデフォーカス量を、センサーの
所定蓄積時間の全積分光量についての平均的レンズ位置
とレンズ移動量検出手段により検出されたレンズ移動量
とに基づき算出し、平均的レンズ位置が、センサーの蓄
積動作開始から所定周期毎における撮影レンズの位置と
（その周期の積分時間／全積分時間）の比とをもって算
出されるようにしたので、撮影レンズの駆動速度がセン
サー蓄積中に変化しても、例えば撮影レンズが停止した
り、再起動したりして変化する場合でも、正確にデフォ
ーカス量の演算が行え、高精度な自動焦点調節が可能で
ある。

［実施例］ まず第１図を参照して本発明の制御方法におけるレン
ズ駆動中に測距を行ない、測距結果から求められたデフ
ォーカス量に対応する代表測距位置、即ち等価的撮影レ
ンズ位置を求める方法を説明する。

第１図は撮影レンズが被写体に合焦すべく駆動モータ
によりサーボ駆動されていく様子を示しており、左の縦
軸は光軸方向の撮影レンズの位置Ｚを示し、横軸は時間
ｔを示し、更に曲線Ｓが撮影レンズの運動軌跡を示して
いる。また、撮影レンズの駆動中に撮影レンズの動きを
モニタして発生するフィードバックパルスを時間軸ｔの
下端に示す。

今、第１図において、撮影レンズ駆動中における電荷
蓄積型センサー（以下「AFセンサー」という）の蓄積開
始時刻をＡとし、蓄積終了時刻をＢとすると、AFセンサ
ーは時刻Ａから時刻Ｂまで連続して蓄積時間Ｔに亘って
センサー受光面上の光像を蓄積する。このAFセンサーに
おける蓄積中にセンサー受光面上の光像は撮影レンズの
移動に応じて連続的に変化していくことになるが、本発
明にあっては、AFセンサーがフィードバックパルスが出
力される各ポジションで各パルスの期間だけ静止してセ
ンサー受光面上の光像を蓄積し、最終的に各パルス期間
における静止光像の蓄積量の総和がAFセンサーの出力に
なるものと近似して考える。即ち、フィードバックパル
スの１パルス当りの光像の変化は微少であるため、この
ように近似しても問題はない。

更に、各フィードバックパルスの発生位置でのサーボ
回路、即ち第３図に示したCPU4側でのパルスカウント値
を各々T1,T2,T3,・・・Pnとすると、これらのパルスカ
ウント値P1〜Pnはパルスカウント値＝０に対応するレン
ズ位置を基準としたレンズの位置を相対的に示してお
り、そこで第１図にあっては、右の縦軸にパルスカウン
ト値Ｐ（Ｐ軸座標値）を示す。

通常、新しい測距データによるデフォーカス量を算出
してサーボ目標パルス数を更新するときには、レンズ駆
動量のモニタを行なっているパルスカウンターを一旦零
にクリアし、新たな駆動目標量をセットしてサーボ駆動
を続けることから、P1,P2,・・・といったサーボ中のパ
ルスカウント値は、直前のサーボ開始位置を基準位置と
してサーボ方向（移動方向）に計測した撮影レンズの位
置（レンズ座標位置）を示す。従って、以下の説明にあ
っては、パルスカウント値Pnを（相対的な）位置Pnと呼
ぶ。

更に第１図に示すようにAFセンサーの電荷蓄積開始Ａ
からのパルス周期を図示のように、順にt1,t2,t3,・・
・,tn,・・・tNとする。これらのパルス周期は、フィー
ドバックパルスが出力される毎にその時刻を記憶し、記
憶時刻から前回のパルス時刻を差し引けば得られる。

この結果、フィードバックパルスが得られる毎に撮影
レンズの（相対的な）位置Pnと、前回のパルスからの経
過時間tn、即ちパルス周期がわかる。

従って、AFセンサーの全蓄積光量に対する位置Pnでの
蓄積光量の比が蓄積時間の比（tn/T）であると考える
と、（Pn・tn/T）は、位置Pnでの蓄積光量の全蓄積光量
に対する比を重みとして位置Pnに乗じたものであり、 Pm＝ΣPn・tn/T で与えられる位置PmはAFセンサーの全受光量についての
平均的レンズ位置を示し、本発明にあっては等価的撮影
レンズ位置と定義される。

この等価的撮影レンズ位置Pmを得る式の直接的な意味
としては、時間を重みとした、つまり時間的なレンズの
平均位置を表わすが、AFセンサーの受光量が蓄積時間に
比例すると考えると、Pnは受光量を重みとするレンズの
平均位置居、つまり閉き的受光位置をパルスカウントと
して表わすことにもなる。

このようにして計算される等価的撮影レンズ位置Pm
は、AFセンサーの全受光出力から、デフォーカス量を計
算するためのアルゴリズムを通して得られ、最終的なデ
フォーカス量に対応したレンズ位置とは厳密には一致し
ないが、実用上は略等しいと考えて良い。

これはレンズの各位置での受光量の大きさが、そのレ
ンズ位置でのデフォーカス状態の最終のデフォーカスの
算出結果に対する寄与の大きさを決めるという一般的性
質から、前述のようにして求めた平均的受光位置が最終
のデフォーカスの算出結果に対応したレンズ位置に略等
しいと考えることと同じである。

ここでAFセンサーからデフォーカス量及び等価的撮影
レンズ位置Pnが算出されるまでは所定の処理時間が必要
であり、従って、所定の処理時間が終了した時点Ｃ、即
ち次のサーボ開始直前でフィードバックパルスPcを読み
出し、算出された等価的撮影レンズ位置でのパルスカウ
ントPmを差し引けば等価的撮影レンズ位置からのレンズ
移動量を計算することができる。

第１図の場合には、等価的撮影レンズ位置Ｍからデフ
ォーカス量の計算終了時刻Ｃまでの間のパルス数（Pc−
Pm）がこれに相当する。従って、算出されたデフォーカ
ス量をパルス数に換算した値をPs1、Ps2に対し等価的撮
影レンズ位置Ｍからのレンズ移動量を補正した次のサー
ボ目標パルス数をPs2とすると、Ps2は、 Ps2＝Ps1−（Pc−Pm） として求めることができる。但し、フィードバックパル
ス計数用のカウンタは、パルスが入力されると計数値が
増加していくアップカウントタイプのものどしてPs2を
求めるための符号を決めている。

第２図は本発明による自動焦点調節装置の制御方向、
即ちAFセンサーの蓄積とレンズ駆動とをオーバーラップ
させて行なう制御方法を示したフローチャートである。
このフローチャートは第２図（ａ）のメインルーチン
と、同図（ｂ）に示すフィードバックパルスが出力あれ
る毎に実行される割込ルーチンの２つに分けられる。

今、第２図（ａ）においてステップでバッファＳを
クリアした後、ステップでAFセンサーの蓄積を開始す
る。続いて、ステップで受光量の強さに応じて適当な
所定時間に亘る蓄積を行なう。ステップにおける蓄積
の終了検出はAFセンサー上に光量モニタ用の別のセンサ
ーを設け、このモニタ用センサーの出力を検出するか、
あるいは前回のAFセンサーの出力レベルから推定した妥
当な蓄積時間となるようにタイマをセットして検出す
る。前者はハードAGC、後者はソフトAGCと呼ばれる。

従って、ステップでハードAGC又はソフトAGCのいず
れかにより蓄積終了を検出するとAFセンサーの読出操作
が行なわれ、AFセンサーの出力はADコンバータによりAD
変換されてCPUのRAMに格納される。

続いてステップに進み、CPUのRAMに格納されたAFセ
ンサーのAD変換データを使用し、所定のAFアルゴリズム
に従ってデフォーカス量を計算し、算出されたデフォー
カス量をステップで対応するパルス数Ps1に変換す
る。

一方、ステップの蓄積時間中にあっては、撮影レン
ズの移動に伴って出力されるフィードバックパルスが得
られる毎に第２図（ｂ）の割込ルーチンが実行される。

第２図（ｂ）の割込ルーチンにあっては、ステップ
で蓄積中を判定するとステップに進んで前回のパルス
からの経過時間tnを計算する。このため前回のパルスか
らの経過時間tnを計算した後は次の割込のために現時点
のパルス発生時刻を記憶する。

続いてステップに進み、このとき得られているフィ
ードバックパルスのカウント値Pnにステップで得られ
た経過時間tnを乗じ、爺２図（ａ）のステップでクリ
アしたバッファＳに加算していく。従って、AFセンサー
の蓄積が終了したときにバッファＳには（ΣPn・tn）が
蓄えられていることになる。

再び第２図（ａ）を参照するに、ステップにあって
は、同図（ｂ）の割込ルーチンで得られたバッファＳの
値、即ちＳ＝ΣPn・tnを蓄積時間Ｔで割り、等価的撮影
レンズ位置Pmを算出する。続いてステップに進み、ス
テップで等価的撮影レンズ位置Pmを算出した時刻（第
１図にあっては、時刻Ｃ）におけるフィードバックパル
スのカウント値Pcを読み取る。

続いてステップに進み、ステップで算出されたデ
フォーカス量を変換したパルス数Ps1、ステップで読
み出されたカウント値Pc、及びステップで算出された
等価的撮影レンズ位置Pnに基づき、 Ps2＝Ps1−（Pc−Pm） を計算し、次のサーボ目標パルス数Ps2を求め、最終的
にステップで算出されたサーボ目標パルス数Ps2に基
づくサーボ駆動を開始する。

勿論、撮影レンズの合焦位置への駆動中にステップ
〜までの１回の処理が終了すると再びステップに戻
り、撮影レンズが合焦位置に駆動するまで同様なサーボ
サイクルが繰り返し行なわれる。

このような本発明の制御方法をオートフォーカスのサ
ーボ制御に適用すると、被写体までのデフォーカス量が
大きいとき、あるいは被写体画面が明るくて短い場合
は、レンズを合焦状態に駆動するまでに２回あるいはそ
れ以上の回数に亘る測距が可能となり、高精度の合焦制
御が高速で実現できる。

即ち、第８図に示したような撮影レンズが加速と減速
をもって移動する場合に本発明の制御方法を適用する
と、レンズ移動中の測距データに精密に補正を加えるこ
とが可能となる。勿論、第７図に示したようなレンズ移
動速度が略一定の場合にも本発明の制御方法は適用で
き、同様に正しい補正結果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、演算手段
が、新たなデフォーカス量を、センサーの所定蓄積時間
の全積分光量についての平均的レンズ位置とレンズ移動
量検出手段により検出されたレンズ移動量とに基づき算
出し、平均的レンズ位置が、センサーの蓄積動作開始か
ら所定周期毎における撮影レンズの位置と（その周期の
積分時間／全積分時間）の比とをもって算出されるよう
にしたので、撮影レンズの駆動速度がセンサー蓄積中に
変化しても、例えば撮影レンズが停止したり、再起動し
たりして変化する場合でも、正確にデフォーカス量の演
算が行え、高精度な自動焦点調節が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法における等価的撮影レンズ位
置の算出原理を説明するための合焦位置へのレンズ駆動
を示した説明図； 第２図は本発明の制御方法の一実施例を示したフローチ
ャート； 第３図は一般的な自動焦点調節装置のブロック図； 第４図はデフォーカス量の説明図； 第５図は従来の測距とレンズ駆動を示した説明図； 第６図は従来方法を示したフローチャート； 第７図はレンズ移動速度を一定として測距とレンズ駆動
をオーバーラップさせたサーボ制御の説明図； 第８図はレンズ移動速度が加速、減速する場合に測距と
レンズ駆動をオーバーラップさせたサーボ制御の説明図
である。 1:撮影レンズ 2:電荷蓄積型センサー（AFセンサー） 4:CPU 5:ドライバー 6:エンコーダ 7:駆動モータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電荷蓄積型センサーを用いた合焦状態検出
   手段と、 前記合焦状態検出手段の出力データを処理して撮影レン
   ズの合焦位置までのデフォーカス量を算出する演算手段
   と、 前記演算手段のデフォーカス量に従って駆動された前記
   撮影レンズの移動量を検出するレンズ移動量検出手段
   と、を備え、 前記撮影レンズの合焦位置への駆動中に前記合焦状態検
   出手段で所定蓄積時間の蓄積動作を行い、該蓄積動作終
   了後に前記演算手段により新たなデフォーカス量を算出
   する自動焦点調節装置において、 前記蓄積動作開始から前記撮影レンズの単位移動量毎の
   前記撮影レンズの位置と、前記単位移動量に要する時間
   と全蓄積時間との比とに基づいて、前記所定蓄積時間の
   全蓄積光量に対する平均的レンズ位置を求め、 前記演算手段は、前記平均的レンズ位置と前記レンズ移
   動量検出手段により検出された前記移動量とに基づいて
   前記新たなデフォーカス量を算出する ことを特徴とする自動焦点調節装置。