JPH02146010A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

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】 ［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の制御方
法に関する。

［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ＣＯＤ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２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上の光像のパターンは、インタフェース
３でＡＤ変換されてＣＰＬＪ４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、ＣＰ
Ｕ４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ｌｌＲ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か光軸に沿って一定匿
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、フォトインタラプタなどを
モータの回転軸や減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母
、即ち像面ズレ出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ｆ。

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、実際にはデフオース量がある程度以
上の大きさになると測距精度が充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、ＣＯＤ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、眼影レンズの
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、陽形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眼彰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、陽形レンズ
を静止させて測距を行ない、測距結果に基づいて顕彰レ
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陽形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′ｖＲ１ルンズの位置の中央で測距したも
のと同じであると推定して補正し、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ザー
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（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、
斜線部で示した時量にセンサーの蓄積が行なわれてデフ
ォーカス量が専用される。

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
となるにうな条件で測距とレンズ駆動をオーバラップさ
せた晴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Ｐ］、Ｐ２．Ｐ
３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元影レンズの速度を
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
起動時や制動時、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＠影し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８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本発明にあっては、まず電荷蓄
積型センサーを用いた合焦状態検出手段と：該合焦状態
検出手段の出力データを処理してＶａ影レンズの合焦位
置までのズレ８とズレ方向でなるデフォーカス情報を算
出する演算手段と；該演算手段のデフォーカス量に従っ
て＠影しンズを合焦位置にサーボ駆動する駆動手段と；
陽形レンズの実際の移！ｊｊＩｆｆｉを実時間で検出す
るレンズ移動量検出手段と：を備えた自動焦点調節装置
を対象とする。

このような自動焦点調節装置につき本発明の制御方法に
あっては次のステップからなる制御処理を行なう。

［ステップ１］ 陽形レンズの合焦位置への駆動中に、前記合焦状態検出
手段で所定時量の蓄積動作を行なって該蓄積終了後に前
記演算手段で新たなデフｌ−カス量を演算する。

［ステップ２］ ステップ１によるデフォーカス算出位置に相当する蓄積
時間内Ｓの等価的レンズの位置（Ｐｍ）を、前記撮影レ
ンズの単位移動量当りの移動時間（ｔｎ）と全て蓄積時
間（Ｔ＞との時間比（ｔｎ／Ｔ＞に単位移動量毎のレン
ズ位置（Ｐｎ　）を乗じた値（Ｐｎ　−ｔｎ／Ｔ）の総
和として締出する。

［ステップ３］ ステップ１で求めた新たなデフォーカス量から、蓄積終
了後のアノ４出力点ｆｆ１Ｆｉ出時点のＲ影しンズ位置
から前記等価的撮影レンズ位置を差し引いた値をステッ
プ１で求めたデフ４−カス吊から差し引いて次回のデフ
ォーカス量を求める。

［ステップ４］ 新たに求めたデフォーカス量を駆動手段に設定して合焦
位置に撮影レンズをサーボ駆動する。

［作用］ このような本発明による自動焦点調節装置の制御方法に
あっては、［測距Ｊとルンズ駆動」を時間的にオーバラ
ップさせて行ないながら、従来のように撮影レンズが等
速度で移動していると仮定することなく、所定の蓄積時
量に渡るセンリーデータから求めたデフォーカス量の算
出位置を、光量的に見て光像を平均的に受光した等価的
撮影レンズの位置に当たるとし、精密に′＠影レンズの
動きをモニタして等価的！ａ影しンズ位置を計律するよ
うになり、レンズ駆動にオーバラップして測距した結果
（デフ４−カス最）に対応するレンズの位置を正確に求
め、従来に比べ高い精度で測シ゛１結果を補正すること
ができる。

［実施例］ まず第１図を参照して本発明の制１ｄ１１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７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ＶｉＬ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ｒＡＦセンサー　」という）の＠積
開始時刻を八とし、蓄積終了時刻をＢとすると、八「セ
ンサーは時刻へから時刻Ｂまで連続して蓄積時間Ｔに口
ってセンサー受光面上の光像を蓄積する。このＡＦｔ？
ンサーにおける蓄積中にセンサー。受光面上の光像は暗
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′りては、ＡＦセンナ−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
に各パルス期量における静止光像の蓄積量の総和がＡＦ
センザ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ＣＰＵＪ側でのパルスカウント
値を各々Ｐ１．Ｐ２．Ｐ３．　　・・・ｐｎとすると、
これらのパルスカウント１直Ｐ１〜Ｐｎはパルスカウン
ト値−〇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ぎには、レンズ駆動
足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、新たな駆動目標口をセットしてサーボ駆動を
続けることから、Ｐｌ、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く移動方向）に計測した誼影レ
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ＰｒＩ　（相対内な
）位置Ｐｎと呼ぶ。

更に第１図に示すようにΔＦセンザーの電荷蓄積開始へ
からのパルス周期を図示のように、順にｔｌ、ｔ２．ｔ
３．−−−　　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ｊｑ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ｔｎ１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
の蓄積光重の比が蓄積時量の比（ｔｎ／丁）であると考
えると、（ｐｎ−ｔｎ／Ｔ＞は、位置Ｐｎての蓄積光重
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−↑ｎ／ｌ 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。

この等価的比影レンズ位置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量
に比例すると考えると、Ｐｎは受光量を屯みとするレン
ズの平均位置、つまり平均的受光位置をパルスカラン］
・とじ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比影レンズ位置Ｐｍは
、ＡＩ−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ぎさが、そのレン
ズ位置でのデフｔ−ｔＪ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ざ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Ｒ柊
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。

ここで八［セン１ノーからデフォーカス量及び等価的撮
影レンズ位置ｐｎか口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
１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
スカランｈＰｍを差し引けば等測的１ルンズ位置からの
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、等測的ｒ影しンズ位置Ｍからデフォ
ーカス量の計算終了時刻Ｃまでの量のパルス数（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ＰＳｌ、Ｐｓｌに対し
等測的１８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＝　ＰＳｌ　−（Ｐ　ｃ　−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として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、！
？＋１ちＡＦセンサーの蓄積とレンズ駆動とをオーバー
ラツ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
される毎に実行されるυ１込ルーヂンの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
所定時量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センナ−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ＡＧＣ１後者はソフトＡＧＣと呼ば
れる。

従って、ステップ■でハードＡＧＣ又はンフトＡＧＣの
いずれかにより蓄積終了を検出するとＡＦセンサーの続
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Ｐｓ
ｌ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ｖｊ込シル−チン実行される。

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を訓算する。このため前回のパルスか
らの経過時間ｔｎを剖算した１多は次の割込みのために
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（直Ｐｎにステップ■で１ｑ
られた経過時間ｔｎを乗じ、第２図（ａ）のステップ■
でクリアしたバッファＳに加締していく。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（Σｐ
ｎ−ｉｎ）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１ｑられたバッファＳの
値、即らＳ＝Σｐｎ−ｔｎ＠蓄積蓄積時間割り、等測的
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■で等測的ｉ影しンズ位置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■で咋出されたデフ
ォーカス量を変換したパルス数ｐｓｌ、ステップ■で読
み出されたカウント（直Ｐｃ、及びステップ■で算出さ
れた等測的＠影レンズ位置ｐｎに基づき、 Ｐｓ２＝　Ｐｓｉ　−（Ｐ　ｃ　−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、Ｒ影し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ザーボザ
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■１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、測距とレンズ
駆動のオーバーラツプによる自動焦点調節装置の合焦制
御を高精度で且つ高速に行なうことができる。

即ち、従来の自動焦点調節装置がデフォーカス量が大き
いと合焦するまでに何回かレンズ駆動と停止を繰り返し
ていたのに対し、本発明の制６＋１方法にあっては、レ
ンズの駆動中に再測距する時間、即ち充分な電荷蓄積時
間がある場合には、撮影レンズがより合焦点近傍に近づ
いた位置で再測距できるため測距精度が向上し、再測距
に基づいたサーボが終了して静止した後に測距してもデ
フォーカス量は略合焦と見做せる間である場合が多く、
聞びレンズ駆動をする必要は少なく、この結果、合焦ま
でに必要な時間が短縮されるばかりでなく、スムースな
使用感を使用者に与えることができる。

【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測的撮影レンズ位
置の埠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
図はデフォーカス最の説明図： 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ツ
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ツプさせたサーボ制御の説明図
である。 １：ｉａ彰レンズ ２：電荷蓄積型センサー（ＡＦセンサー）４　：　ＣＰ
Ｕ ５、ドライバー ６：エンコーダ ７：駆動モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電荷蓄積型センサーを用いた合焦状態検出手段と
   ； 該合焦状態検出手段の出力データを処理して撮影レンズ
   の合焦位置までのズレ量とズレ方向でなるデフォーカス
   量を算出する演算手段と； 該演算手段のデフォーカス量に従つて撮影レンズを合焦
   位置にサーボ駆動する駆動手段と；撮影レンズの実際の
   移動量を検出するレンズ移動量検出手段と； を備えた自動焦点調節装置に於いて、 撮影レンズの合焦位置への駆動中に、前記合焦状態検出
   手段で所定時間（Ｔ）の蓄積動作を行って該蓄積終了後
   に前記演算手段で新たなデフォーカス量を演算し； 該デフォーカス量の算出位置に相当する蓄積時間内での
   等価的撮影レンズの位置（Ｐｍ）を、前記撮影レンズの
   単位移動量当りの移動時間（ｔｎ）と全蓄積時間（Ｔ）
   の時間比（ｔｎ／Ｔ）に単位移動量毎のレンズ位置（Ｐ
   ｎ）を乗じた値（Ｐｎ・ｔｎ／Ｔ）の総和として算出し
   ； 前記蓄積終了後のデフォーカス量算出時点の撮影レンズ
   位置から前記等価的撮影レンズの位置を差し引いた値を
   前記新たに算出されたデフォーカス量から差し引いてか
   ら次回のデフォーカス量を求め； 該デフォーカス量を前記駆動手段に設定して新たに得ら
   れた合焦位置に撮影レンズをサーボ駆動することを特徴
   とする自動焦点調節装置の制御方法。