JPH0721578B2

JPH0721578B2 - 自動合焦装置

Info

Publication number: JPH0721578B2
Application number: JP61070526A
Authority: JP
Inventors: 昭小笠原
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPS62227109A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、自動合焦装置による撮影レンズの駆動制御に
関する。

（発明の背景）従来の自動合焦装置は、撮影レンズの合焦位置までのズ
レ量及びそのズレ方向に対応するデフォーカス量に基づ
いて、撮影レンズをモータにより駆動し、その駆動を終
了すると次の焦点検出を行い、あるいはその駆動中に次
の焦点検出を行い得られたデフォーカス量に基づき再び
駆動を行うということ繰り返し、デフォーカス量がほぼ
合焦状態であるとみなせる所定値内にあるときに、撮影
レンズの駆動を停止して合焦信号を露出制御部や合焦表
示部等に出力していた。例えば、カメラの撮影モードの
一つとして、自動合焦装置が合焦信号を出力した後に初
めて、シャッタレリーズを受け付ける所謂ワンショット
AFモードがあるが、前述のような合焦検出方法をとる
と、合焦信号を出力する直前の検出は単に合焦状態を確
認するために費やされることになり、CCD等の電荷蓄積
型素子を受光素子として用いた自動合焦装置では撮影レ
ンズが駆動停止してから受光素子の電荷蓄積時間とAFア
ルゴリズムの通過時間とがシャッタレリーズを受け付け
るまでの間の遅延時間として撮影者に感じられ、応答性
が悪いという欠点があった。

（発明の目的）本発明は、撮影レンズの駆動制御に対して応答性の優れ
た自動合焦装置を提供することを目的とする。

（発明の概要）本発明は、合焦状態とほぼみなせる第一ゾーンと自動合
焦装置の検出精度を充分保証しうる第二ゾーンを設定し
て、デフォーカス量がこの第一ゾーンと第二ゾーンとの
間の値である時にはこのデフォーカス量に基づき撮影レ
ンズを駆動し、その駆動後にただちに合焦信号を出力す
ることにより、撮影レンズの駆動終了から合焦信号が出
力されるまでの遅延時間がないようにしたことを技術的
要点としている。

（実施例）第１図〜第５図は本発明の実施例である。第１図は撮影
レンズをモータにより駆動して合焦状態に自動サポート
する自動合焦装置の一般的なブロック図である。自動合
焦装置に応答する撮影レンズ１を通過した光束は、カメ
ラ本体内の自動合焦装置の受光部２（例えば、CCD等の
電荷蓄積型受光素子）に結像し、この光像の信号はイン
ターフェイス３を介して中央制御部CPU4に送信される。
この光像のパターンは、インターフェイス３でAD変換さ
れてCPU4に送信されるかまたは、CPU4に内蔵されたAD変
換器により直接AD変換される。このAD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でデータ処
理され合焦状態にするために必要な撮影レンズの移動量
予測値（以下、デフォーカス量と呼ぶ）が算出される。
具体的な光学的検出系やアルゴリズムについては既に公
知であるので説明を省略する。

第２図は、自動合焦装置が検出するデフォーカス量につ
いて説明したものである。第２図においてデフォーカス
量は撮影レンズ１を通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（像面ズレ量）ΔＺが対応す
る。撮影レンズ１の結像面がフィルム面f₀にある場合が
合焦状態、ｆαにあれば前ピン状態、そしてｆβにあれ
ば後ピン状態を示すことになる。自動合焦装置の受光部
２は、フィルム面とほぼ等価な位置にあり、受光部２の
光像をインターフェイス３を介して中央制御部CPU4に送
り、焦点検出の為の演算処理をすることによりデフォー
カス量ΔＺが算出される。光像をフィルム面上に結像
（合焦）させる為には、前ピン状態の時のデフォーカス
量ΔＺα、あるいは後ピン状態の時のデフォーカスΔＺ
βに対応する量だけ撮影レンズ１を前後に駆動すれば良
い。

この撮影レンズ１の移動量は駆動サーボ系に設けられた
エンコーダ６（サーボモータ７の出力軸に設けられたフ
ォトインタラプター）によりフィードバックパルスによ
ってモニターされ、そしてCPU4は撮影レンズ１の実際の
移動量をモニターしながらAF駆動回路５によってサーボ
モータ７を駆動させて撮影レンズ１を合焦位置まで駆動
する。従って、CPU4によって算出されたデフォーカス量
ΔＺは、実際にはこのフィードバックパルスのカウント
数に換算されて撮影レンズ１の駆動制御が行われる。

第３図は、第１図のAF駆動回路５の具体的な回路例であ
り、以下にこれを説明する。

第３図において、２つの制御端子T2とT3にＨレベル信号
とＬレベル信号のデジタル信号が制御信号として印加さ
れ、モータ７への通電電流を流すブリッチ構成のトラン
ジスタQ3〜Q6の各々を選択的にオン／オフしている。制
御信号のＬレベル信号はグランド端子GNDの電圧、Ｈレ
ベル信号は電源端子V_CC以上の電圧に対応するものとす
る。

第３図の回路の制御モードを制御端子T2,T3に印加され
る制御信号の各種状態について説明する。

（１）端子T2,T3に共にＨレベル信号が印加された場
合（待機状態） PNPトランジスタQ1,Q2とQ7,Q8は、それらのベースに抵
抗R1〜抵抗R3と抵抗R6〜抵抗R8を介してＨレベル電圧が
印加されるので、全てオフ状態となる。従って、ブリッ
チを構成するPNPトランジスタQ3,Q5そしてNPNトランジ
スタQ4,Q6もオフとなり、モータ７には給電されず静止
している。この場合、回路のトランジスタの全てはオフ
であり、回路の消費電流は０であり、サーボ待機状態で
ある。

（２）端子T2にＬレベル信号そして端子T3にＨレベル
信号の制御信号が印加された場合（正方向回転駆動状
態）抵抗R3を介してトランジスタQ2のベースに電流が供給さ
れ、トランジスタQ2はオンになる。それによりトランジ
スタQ3とQ6はオンになるので矢印Ａの方向に電流がモー
タ７に流れ、モータ７を駆動する。一方、トランジスタ
Q7はオフであるのでトランジスタQ4、Q5及びQ8はオフし
ている。また、このときトランジスタQ1はオンするがト
ランジスタQ5とQ7がオフしているので回路動作上の影響
はない。

（３）端子T2にＨレベル信号そして端子T3にＬレベル
信号の制御信号が印加された場合（逆方向回転駆動状
態）回路動作は（２）の場合と逆であり、矢印Ｂの方向即ち
（２）の場合とは逆方向にモータ駆動電流が流れ、モー
タ７が（２）の場合と逆回転に駆動される。

（４）端子T2とT3に共にＬレベル信号の制御信号が印
加された場合（ブレーキ動作状態）トランジスタQ2とQ7はオンするが、同時にトランジスタ
Q1とQ8もオンするので、トランジスタQ7のエミッタ電流
はトランジスタQ1からそしてトランジスタQ2のエミッタ
電流はトランジスタQ8から全て供給される。また、トラ
ンジスタQ1とQ8のV_CE飽和電圧はトランジスタQ5とQ3を
オンさせるのに必要なV_BEより小さいのでトランジスタQ
3とQ5はオフし、トランジスタQ4とQ6のみオンする。ト
ランジスタQ4とQ6そしてモータ７とからなるループは駆
動中のモータ７にブレーキをかけ制動する作用をなす。
これはモータ駆動電流が遮断された後に慣性で回転して
いるモータ７が一次的に発電機となって短絡ループに電
流を流し、回転エネルギーが熱エネルギーとして放出さ
れモータ７の回転にブレーキがかかるのである。このと
き、モータ７の回転によってトランジスタQ4、Q6のうち
の一方は逆トランジスタ・モード（エミッタとコレクタ
の役割が逆になり、NPNトランジスタならエミッタから
コレクタに電流が流れる状態をいう）で作動している。

また、第１図のエンコーダ６は、発光ダイオードLED1と
フォトトランジスタQ10とからなるフォトインタラプタ
から構成され、このエンコーダ６により撮影レンズ１の
実際の移動量がモニターされ、フィードバックパルスと
してCPU4に端子T1から出力される。このエンコーダ６に
より、撮影レンズ１の移動量（回転量）はパルス信号に
変換され、端子T1から出力されている。

以上は静的な制御モードの説明であるが、サーボ目標
（合焦位置）の近傍ではモータの回転速度を落としサー
ボ目標に達したときの制動をよくするため、次のように
動的に制御される。

第４図（Ａ）〜（Ｃ）はサーボ目標へ達するまでの制御
信号の様子を表すタイムチャートの一例である。第４図
（Ａ）は制御端子T2に入力される制御信号を示すチャー
ト図であり、第４図（Ｂ）は制御端子T3に入力される制
御信号を示すチャート図であり、第４図（Ｃ）は端子T1
から出力されるフィードバックパルスを示すチャート図
である。

第４図（Ａ）及び（Ｂ）において、駆動回路５がCPU4に
より作動させられると、制御端子T2には駆動用の制御信
号が入力され、制御端子T3にはモータ７の駆動中、Ｌレ
ベル信号が入力されていることが分かる。この駆動回路
５は、時点t0から撮影レンズ１をサーボモータ７により
サーボ目標へ駆動するにつれ、サーボモータ７への通電
時間のデューティを段階的に落として制御し、制動特性
を向上させている。駆動回路５では間欠駆動時には、駆
動とブレーキとを交互に行って駆動トルクを制御してい
るが、ブレーキの代わりに通電オフとする方法もある。
この駆動回路５では、駆動時間のデューティを100％
（時点t0からt1）、50％（時点t1からt2）、25％（時点
t2からt3）、12.5％（時点t3からt4）の４段階で変化さ
せ、サーボ目標位置までの減速を滑らかに行うと共にサ
ーボ時間をできるだけ短くしている。

駆動回路５により撮影レンズ１が駆動制御されると、そ
の際の撮影レンズ１の実際の移動量がエンコーダ６によ
りモニターされており、第４図（Ｃ）において、このエ
ンコーダ６により検出されるフィードバックパルスが表
されている。第４図（Ｃ）から分かるように、駆動回路
５の制御端子T2に入力される制御信号のデューティが下
がるにつれて撮影レンズ１の駆動速度も低下して、端子
T1より出力されるフィードバックパルス信号の出力間隔
が長くなる。そして、サーボ中の撮影レンズ１の移動量
はこのフィードバックパルスのモニターによって行わ
れ、サーボ目標に近づくにつれてこのパルス信号に基づ
き駆動速度を制御しデューティの切換えを行っている。

次に、サーボ目標に撮影レンズ１が到達したときの駆動
制御の方法を第５図及び別表１を用いて説明する。自動
合焦装置で算出されたデフォーカス量ΔＺが、大きくな
ればなる程、受光部２の能力及び撮影レンズ１を含めた
検出光学系の光学的能力からその精度が劣化する性質が
ある。そこで、実施例では第５図において、自動合焦装
置は、デフォーカス量が充分小さく撮影レンズがほぼ合
焦状態であると判定できる範囲すなわち合焦位置Φを中
心に形成される第一ゾーンＸと、その第一ゾーンＸより
大きく、自動合焦装置の検出精度が期待できる第二ゾー
ンＹとを設定している。詳しくのべると、自動合焦装置
で算出されたデフォーカス量ΔＺがこの第二ゾーンＹよ
り小さい時にはこれに基づいてサーボを行えばほぼ撮影
レンズ１が合焦位置にあると推定できるように成ってい
る。このように設定された第一ゾーンＸ及び第二ゾーン
Ｙに基づきいて撮影レンズ１が駆動制御されることにな
る。

（１）デフォーカス量Ｚが第一ゾーンＸ内にあった時
（ΔＺ＜Ｘ）には、撮影レンズ１の駆動は行われず、合
焦信号が出力される。

（２）デフォーカス量ΔＺが第一ゾーンＸより大きく
第二ゾーンＹより小さい値の時（Ｘ≦ΔＺ≦Ｙ）には、
このデフォーカス量ΔＺに基づいて撮影レンズ１の駆動
を行い、この駆動が終了した後は直ちに合焦信号を出力
する。

この合焦信号は、通常、撮影レンズ１の停止と共にCPU4
から出力され、シャッタレリーズ動作等の露出制御を可
能とする信号として使われる。このように２つの合焦判
定ゾーンを設けることにより、（初めから合焦状態にな
る場合（１）を除いて）合焦状態の確認のための再焦点
検出やAFアルゴリズムの通過時間による合焦動作のレス
ポンスの遅延をなくすことができる。具体的には、前述
した（２）の場合には、デフォーカス量ΔＺに基づいて
撮影レンズ１を駆動した後は再び焦点検出動作を行うこ
とがないので、撮影レンズ１が停止したあと直ぐに合焦
信号が出力されることになる。

別表１はカメラのCPU4が行う撮影レリーズの駆動制御を
フローチャートに基づき説明する。

ステップS1からステップS4までは、一般的な電荷蓄積型
素子を用いたデフォーカス量（フィルム面での像画移動
量）の算出までのフローである。ステップS5において、
算出されたデフォーカス量ΔＺが第二ゾーンＹより小さ
い場合はフラグFLGをFLG＝１にセットし（ステップS
6）、大きい場合はFLG＝０にセット（ステップS7）す
る。このフラグにより撮影レンズのレンズ駆動終了後、
その駆動が第二ゾーンＹ内から行われたものか、あるい
は第二ゾーンＹ外から行われたものかを区別できる。ス
テップS8においてはデフォーカス量ΔＺが第一ゾーンＸ
以内にあるかを調べる。デフォーカス量ΔＺが第一ゾー
ンＸ内（ΔＺ＜Ｘ）ならステップS12に進み、そしてこ
の時にはFLG＝１であるから直ちにステップS13で合焦信
号を出力する。また、ステップS8でデフォーカス量ΔＺ
が第一ゾーンＸより大きい時には、ステップS9に進み、
フィードバックパルスと比較できるように、デフォーカ
ス量ΔＺを撮影レンズ１固有の像画移動係数によりパル
ス数に換算する。なお、この係数は撮影レンズ内に設け
られた記憶手段（ROM等）から、撮影レンズ１の駆動制
御に先立ってカメラ内のCPU4に出力される。ステップS1
0においてモータ７により撮影レンズ１の駆動制御を開
始する。ステップS11において第４図で説明した駆動制
御が行われる。

ステップS12において、フラグFLGの判定が行われ、FLG
＝１であるときには、デフォーカス量ΔＺが第一ゾーン
Ｘと第二ゾーンＹとの間に位置している（Ｘ≦ΔＺ≦
Ｙ）時であるので、直ちに合焦信号が出力される（ステ
ップS13）。また、ステップS12にてFLG＝０であるとき
には、デフォーカス量ΔＺが第二ゾーンＹより大きい
（ΔＺ＞Ｙ）の時であるので、合焦信号は出力されず、
再びステップS1に戻り焦点検出動作が行われることにな
る。

ステップS14にて、カメラのAFモードがワンショットAF
モード（１度合焦状態を検出するとそれ以降焦点検出動
作を行わず、シャッタレリーズ動作を可能とするAFモー
ド）である否か判別し、ワンショットAFモードであれ
ば、直ちにシャッタレリーズ動作を可能とする（ステッ
プS15）。また、ワンショットAFモードでなければ、即
ちコンテニュアスAFモード（合焦検出後も繰り返し焦点
検出造作を行い、動体である被写体に対しても連続的に
追従するAFモード）等であれば、ステップS1に戻り焦点
検出動作を続けて行う。

従って、実施例では、デフォーカス量ΔＺの大きさを考
慮しており、デフォーカス量ΔＺが第一ゾーンと第二ゾ
ーンとの間にある場合には、充分にそのデフォーカス量
ΔＺに信頼性があると判断して、そのデフォーカス量Δ
Ｚに基づき撮影レンズを駆動制御し、その駆動制御完了
と同時に合焦信号を出力している。そのために、合焦確
認の為の焦点検出時間を排除でき、応答性の良い自動合
焦装置とすることができる。

（発明の効果）以下のように本発明によれば、自動合焦装置で検出され
るデフォーカス量の大きさを考慮して撮影レンズを駆動
制御する為に、撮影レンズの駆動終了から合焦信号出力
までの間を短くでき、遅延時間のない良好な応答性が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の実施例であり、第１図は撮影
レンズをモータにより駆動して合焦状態に自動サーボす
る自動合焦装置のブロック図、第２図は撮影レンズの結
像状態を示す説明図、第３図は撮影レンズの駆動回路
図、第４図は端子T1〜T3の信号のタイミングチャート
図、第５図はデフォーカス量と第一ゾーン，第二ゾーン
との関係を示す説明図である。（主要部分の符号の説明）１……撮影レンズ、４……CPU、５……駆動回路、７……モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズの合焦位置までのズレ量に対応
するデフォーカス量及びそのズレ方向を算出するデフォ
ーカス算出手段を有する自動合焦装置において、該合焦
位置を中心にほぼ合焦状態を示す第一ゾーンと、該第一
ゾーンより大きい第二ゾーンとを設定し、該デフォーカ
ス量が該第一ゾーンより大きく第二ゾーンより小さい時
にはこのデフォーカス量に基づき該撮影レンズを駆動制
御し、その駆動制御完了後、直ちに該合焦状態を示す合
焦信号を出力するようにしたことを特徴とする自動合焦
装置。