JPH0827425B2

JPH0827425B2 - 自動焦点調節装置

Info

Publication number: JPH0827425B2
Application number: JP60268015A
Authority: JP
Inventors: 正隆浜田; 徳治石田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPS62125311A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はカメラの撮影レンズを通過した被写体光を受
光することにより撮影レンズのピント状態を検出して焦
点調節を行なう自動焦点調節装置に関する。

従来技術とその問題点光軸に対して互いに対称な関係にある撮影レンズの第
１と第２の領域のそれぞれを通過した被写体光束をそれ
ぞれ再結像させて二つの像をつくり、この二つの像の相
互位置関係を求めて、結像位置の予定焦点位置からのず
れ量およびその方向（結像位置が予定焦点位置の前側か
後側か、即ち前ピンか後ピンか）を得るようにした焦点
検出装置が既に提案されている。このような焦点検出装
置の光学系は、第17図に示すような構成となっており、
この光学系は撮影レンズ（２）の後方の予定焦点面
（４）あるいはこの面からさらに後方の位置にコンデン
サレンズ（６）を有し、さらにその後方に再結像レンズ
（８），（10）を有し、各再結像レンズ（８），（10）
の結像面には、例えばCCDを受光素子として有するイメ
ージセンサ（12），（14）を配してある。各イメージセ
ンサ（12），（14）上の像は、第18図に示すように、ピ
ントを合わすべき物体の像が予定焦点面より前方に結像
するいわゆる前ピンの場合、光軸（18）に近くなって互
いに近づき、反対に後ピンの場合、夫々光軸（18）から
遠くなる。ピントが合った場合、２つの像の互いに対応
し合う二点の間の間隔は、ピント検出装置の光学系の構
成によって規定される特定の距離となる。したがって、
原理的には２つの像の互いに対応し合う二点の間の間隔
を検出すればピント状態が分かることになる。

この種の焦点検出光学系を内蔵したカメラの自動焦点
調節装置においては、CCDイメージセンサによる被写体
光量の積分,CCDイメージセンサ出力を用いたピント状態
検出演算（デフォーカス量演算），デフォーカス量に応
じたレンズ駆動，合焦位置での停止（シャッターレリー
ズ…シャッタ釦が押された場合）というシーケンスをマ
イクロコンピュータよりなる制御回路によってプログラ
ムコントロールしている。

そして、この自動焦点調節装置は、被写体像が合焦近
傍にきた場合にも、連続的に上記のシーケンシャルな自
動焦点調節コントロールを行ない、合焦位置を最終的に
正確に設定することができるように連続的なAF（自動焦
点調節）を実行する。

ところで、上記のような自動焦点調節装置で、被写体
がカメラに向かって接近してくる場合や遠ざかっていく
場合等、１回の測距によってデフォーカス量を検出し、
このデフォーカス量に基づいて撮影レンズを合焦位置に
移動させたときには、その間に被写体が動いているた
め、実際には被写体のピントがあった状態ではなくなっ
ている。

第19図にその様子を示す。

横軸を時間軸とし、縦軸上にはフィルム面上でのデフ
ォーカス量をとってある。

図中、曲線ｌは被写体が接近してきたときにフィルム
面上でデフォーカス量が増加する度合を示し、直線ｍは
撮影レンズが像を結ぼうとしている位置を追跡していっ
たものである。

被写体データの取り込み時点は、積分時間の中央で代
表させておく。第19図でt₀を最初の積分中央点とする。
この時のデフォーカス量をD₀としておく。t₀〜t₁は、積
分時間の中央から終了までと、測距演算の時間である。
t₁〜t₂はレンズ駆動時間、レンズ駆動が終わればレンズ
を停止させ、再び次の積分（t₂〜t₃），演算（t₃〜t₄）
に入る。レンズ停止時点ではすでに被写体像はＡ点に来
ており、Ｏ点と比較すると既に（D₀−D₁）のデフォーカ
ス量が生じている。次の被写体のデータを取り込んだの
はt₃で、このデフォーカス量（D₂−D₀）を求めレンズを
駆動し終えるのはt₅である。この時はすでに被写体像は
Ｂ点に来ており、レンズを駆動し終えてもさらにデフォ
ーカス量が生じ（D₃−D₂）となる。Ａ点に較べてさらに
デフォーカス量が大きくなる。以下同様に、Ｃ点（D₅−
D₄）,D点（D₇−D₆）と合焦状態に近づくどころか逆に広
がり、AFしているにもかかわらずどんどん遅れが生じ、
ピントが合っている状態でのレリーズはできなくなる。

このようなAF制御に伴う追随おくれは、望遠レンズ等
の交換レンズを用いた場合に特に問題となる。

発明の目的本発明の目的は、動く被写体に対してその動きを予測
し、その予測に基づいて被写体を合焦状態で撮影するこ
とができるシステムを備えた自動焦点調節装置を提供す
ることである。

問題点を解決するための手段このため、本発明は、被写体像を受光し、電気信号に
変換する撮像手段と、撮像手段の出力に基づいて撮影レ
ンズのデフォーカス量を求め、合焦位置までの撮影レン
ズの駆動量を演算する演算手段と、撮影レンズを駆動す
る駆動手段と、上記演算手段の演算動作に引き続いてレ
ンズ駆動を行ない、出力されたレンズ駆動量に基づいて
合焦位置まで撮影レンズを駆動する駆動制御手段と、を
有する自動焦点調節装置において、上記演算手段は、繰
り返し焦点検出動作を行なうことにより得られる複数の
デフォーカス量に基づいて、被写体の光軸方向の動きを
検出する移動検出手段と、移動検出手段によって検出さ
れた被写体の動きに基づいて、露光開始のタイミングま
でに被写体の光軸方向の移動によって生じるであろうデ
フォーカス量の変化量を、レンズ駆動開始前の時点で予
測演算する予測演算手段と、撮像手段の出力に基づいて
演算されたデフォーカス量と、上記予測演算されたデフ
ォーカス量の変化量とを加算する加算手段と、を備える
ことにより、演算動作に引き続いて行なわれるレンズ駆
動開始前に、露光開始をタイミングまでに被写体の移動
によって生じるであろうデフォーカス量の変化量が加算
されたレンズ駆動量を出力し、上記駆動制御手段は、上
記変化量が加算されたレンズ駆動量に基づいてレンズ駆
動を行ない、露光開始のタイミングに合焦状態を得るよ
うにしたことを特徴とする。

作用演算手段が、露光開始のタイミングまでに被写体の光
軸方向の移動によって生じるであろうデフォーカス量の
変化量をレンズ駆動開始前の時点で予測演算する予測演
算手段と、撮像手段の出力に基づいて演算されたデフォ
ーカス量と上記予測演算されたデフォーカス量の変化量
とを加算する加算手段とを備えている。これにより、演
算手段はレンズ駆動開始前に上記変化量が加算されたレ
ンズ駆動量を出力する。そして駆動制御手段は、この変
化量が加算されたレンズ駆動量に基づいてレンズ駆動を
行なう。

実施例以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しながら具
体的に説明する。

I.自動焦点調節装置のシステム構成第15図において、一点鎖線の左側は交換レンズ（L
Z）、右側はカメラ本体（BD）であり、両者はそれぞれ
クラッチ（106），（107）を介して機構的に、接続端子
（JL1）〜（JL5），（JB1）〜（JB5）を介して電気的に
接続される。このカメラシステムでは、交換レンズ（L
Z）のレンズ系を通過した被写体光が、カメラ本体（B
D）の反射ミラー（108）の中央の半透光部を透過し、サ
ブミラー（109）によって反射されCCDイメージセンサ
（FLM）に受光されるように、その光学系が構成されて
いる。

インターフェイス回路（112）は合焦検出モジュール
（AFM）内のCCDイメージセンサ（FLM）を駆動したり、C
CDイメージセンサ（FLM）から被写体データを取り込ん
だり、またこのデータをAFコントローラ（113）へ送り
出したりする。AFコントローラ（113）はCCDイメージセ
ンサ（FLM）からの信号に基づいて、合焦位置からのズ
レ量を示すデフォーカス量｜ΔL|とデフォーカス方向
（前ピン，後ピン）との信号を算出する。モータ（MO
1）はこれら信号に基づいて駆動され、その回転はスリ
ップ機構（SLP）、駆動機構（LDR）、カメラ本体側クラ
ッチ（107）を介して交換レンズ（LZ）に伝達される。
尚、スリップ機構（SLP）は交換レンズ（LZ）の被動部
に所定以上のトルクがかかったときにすべってモータ
（MO1）にその負荷がかからないようにするものであ
る。

レンズ側クラッチ（106）には伝達機構（105）が接続
され、この伝達機構（105）を介してレンズ系を光軸方
向に移動させて焦点調節が行なわれる。また、交換レン
ズ（LZ）を駆動するモータ（MO1）の駆動量をモニター
するためのエンコーダ（ENC）がカメラ本体（BD）の駆
動機構（LDR）に連結されており、このエンコーダ（EN
C）から交換レンズ（LZ）を駆動するモータ（MO1）の駆
動量に対応した数のパルスが出力される。

ここで、モータ（MO1）の回転数をNM（rot）、エンコ
ーダ（ENC）からのパルス数をＮ、エンコーダ（ENC）の
分解能をρ（1/rot）、モータ（MO1）の回転軸からエン
コーダ（ENC）の取付軸までの機械伝達系の減速比をμ
Ｐ、モータ（MO1）の回転軸からカメラ本体側クラッチ
（107）までの機械伝達系の減速比をμＢ、レンズ側ク
ラッチ（106）からレンズ系までの機械伝達系の減速比
をμＬ、焦点調節部材（102）のヘリコイドリードをLH
（mm/rot）、フォーカス用レンズ（FL）の移動量をΔｄ
（mm）とすると、Ｎ＝ρ・μＰ・NM Δｄ＝NM・μＢ・μＬ・LH 即ち、 Δｄ＝Ｎ・μＢ・μＬ・LH/（Ｐ・μＰ） ……（１）の関係式が得られる。

また、レンズをΔｄ（mm）だけ移動させたときの結像
面の移動量ΔＬ（mm）と上記のΔｄとの比を Kop＝Δd/ΔＬ ……（２）で表すと、式（１），（２）よりＮ＝Kop・ΔＬ・ρ・μP/（μＢ・μＬ・LH） ……
（３）の関係式が得られる。ここで、 KL＝Kop/（μＬ・LH） ……（４） KB＝ρ・μP/μＢ ……（５）とすると、Ｎ＝KB・KL・ΔＬ ……（６）の関係式が得られる。

尚、（６）式において、ΔＬはAFコントローラ（11
3）からデフォーカス量｜ΔL|とデフォーカス方向の信
号として得られる。

また、（５）式のKBはカメラ本体（BD）での前記減速
比μＢに応じて固定的に定められるデータであり、この
データKBはカメラコントローラ（111）が持っている。

ここで、カメラ本体（BD）側の読取回路（LDC）から
レンズ側のレンズ回路（LEC）へは、端子（JB1），（JL
1）を介して電源が、端子（JB2），（JL2）を介して同
期用クロックパルスが、端子（JB3），（JL3）を介して
読込開始信号がそれぞれ送られる。また、レンズ回路
（LEC）から読取回路（LDC）へは、端子（JL4），（JB
4）を介してデータKLが直列で出力される。尚、端子（J
B5），（JL5）は共通のアース端子である。

レンズ回路（LEC）は、端子（JB3），（JL3）を介し
て読込開始信号が入力すると、KLのデータを、カメラ本
体（BD）から端子（JB2），（JL2）を介して入力される
クロックパルスに同期して、直列に読取回路（LDC）へ
出力する。そして、読取回路（LDC）は端子（JB2）へ出
力するクロックパルスと同じクロックパルスに基づい
て、端子（JB4）からの直列データを読み取って並列デ
ータに変換する。

カメラコントローラ（111）は、読取回路（LDC）から
のデータKLとその内部のデータKBとに基づいて、KL・KB
＝Ｋの演算を行なう。AFコントローラ（113）は、イン
ターフェイス回路（112）からの被写体像のデータを使
ってデフォーカス量｜ΔL|を求め、このデフォーカス量
｜ΔL|と、カメラコントローラ（111）からのデータＫ
とに基づいてＫ・｜ΔL|＝Ｎの演算を行い、エンコーダ（ENC）で検出すべきパルス
数を算出する。AFコントローラ（113）は、被写体像の
データを使って求めたデフォーカス方向の信号に応じて
モータドライバ回路（114）を通してモータ（MO1）を時
計方向或いは反時計方向に回転させ、エンコーダ（EN
C）からAFコントローラ（113）での算出値Ｎに等しい数
のパルスが入力した時点で、交換レンズ（LZ）が合焦位
置までの移動量Δｄだけ移動したと判断して、モータ
（MO1）の回転を停止させる。以上の説明では、カメラ
本体（BD）側にデータKBを固定記憶させ、このデータKB
に交換レンズ（LZ）からのデータKLを掛けることによりＫ＝KL・KB の値を算出させていたが、Ｋ値の算出は上述の方法に限
定されるものではない。例えば、KB値が互いに異なる複
数種類のカメラ本体のいずれに対しても交換レンズが装
着可能な場合、交換レンズ（LZ）のレンズ回路（LEC）
から特定のKB値を有するカメラ本体に対応した K1＝KL・KB1 のデータを設定焦点距離に応じて出力するようにする。
一方、この特定機種のカメラ本体では、カメラコントロ
ーラ（111）内のデータKBと、KL・KBの演算は不要とし
て読取回路（LDC）からのデータK1をAFコントローラ（1
13）へ入力しておくようにし、上記特定のKB値とは異な
る値KB2（≠KB1）を有する他のカメラ本体に上記レンズ
が装着されるときは、カメラコントローラ（111）内に KB2/KB1 のデータを持たせ、そして K2＝K1・KB2/KB1＝KL・KB2 の演算を行ってKL・KB2の値を得るようにしてもよい。

特に、フォーカス用レンズが前述のようにズーム用レ
ンズよりも前方に配置されている前群繰出型のズームレ
ンズの場合には、Kopの値は、 Kop＝（f1/f）^２ ……（７） f1:フォーカス用レンズの焦点距離となり、１つのズームレンズについてのKL値またはＫ値
が非常に広範囲に変化する。この場合、レンズに記憶す
るデータKL或いはＫを、指数部のデータと有効数字のデ
ータ（例えば、８ビットのデータであれば、上位４ビッ
トを指数部、下位４ビットを有効数字部とする）に分
け、カメラ本体の読取回路（LDC）で読取ったデータの
うち下位４ビットのデータを指数部のデータだけシフト
させてカメラコントローラ（111）へ入力するようにす
れば、KLまたはＫの値が大幅に変化しても充分に対応で
きる。

尚、上記第15図についての説明では、本発明の全体的
な機能および作用を理解しやすくするために本発明の装
置が回路ブロックの組合せによって構成されるように示
したが、実際には、それらの回路ブロックの機能のほと
んどは、以下に述べるように、マイクロコンピュータに
より達成される。

次に、本発明に係る焦点検出制御回路全体のブロック
図を第16図に示す。

第16図において、マイクロコンピュータにより構成さ
れる制御回路（31）は、焦点検出モードスイッチ（図示
せず）がオンのとき、図示しないシャッタレリーズボタ
ンの一段押しで焦点検出の動作を開始する。

まず、制御回路（31）から光電変換回路（20）に設け
られた第１および第２の光電変換素子アレイとしてのCC
Dイメージセンサにパルス状の積分クリア信号ICGSが出
力され、これにより光電変換回路（20）のCCDイメージ
センサの各画素が初期状態にリセットされると共に、CC
Dイメージセンサに内蔵された輝度モニタ回路（図示せ
ず）の出力AGCOSが電源電圧レベルにセットされる。ま
た、制御回路（31）はこれと同時に“High"レベルのシ
フトパルス発生許可信号SHENを出力する。そして、積分
クリア信号ICGSが消えると同時に、光電変換回路（20）
のCCDイメージセンサ内の各画素では光電流の積分が開
始され、同時に光電変換回路（20）の輝度モニタ回路の
出力AGCOSが被写体輝度に応じた速度で低下し始める
が、光電変換回路（20）に内蔵された基準信号発生回路
からの基準信号出力DOSは一定の基準レベルに保たれ
る。利得制御回路（32）はAGCOSをDOSと比較し、所定時
間（焦点検出時には100msec）内にAGCOSがDOSに対して
どの程度低下するかによって、利得可変の差動アンプ
（26）の利得を制御する。又、利得制御回路（32）は、
積分クリア信号ICGSの消滅後、所定時間内にAGCOSがDOS
に対して所定レベル以上低下したことを検出すると、そ
の時“High"レベルのTINT信号を出力する。このTINT信
号は、アンド回路（AN）及びオア回路（OR）を通ってシ
フトパルス発生回路（34）に入力され、これに応答して
この回路（34）からシフトパルスSHが出力される。この
シフトパルスSHが光電変換回路（20）に入力されると、
CCDイメージセンサの各画素による光電流積分が終わ
り、この積分値に応じた電荷がCCDイメージセンサから
光電変換回路20内のシフトレジスタの対応するセルに並
列的に転送される。一方、制御回路（31）からのクロッ
クパルスCLに基づいて、転送パルス発生回路（36）から
は位相が180゜ずれた２つのセンサー駆動パルスφ1,φ
２が出力され、光電変換回路（20）に入力される。光電
変換回路（20）のCCDイメージセンサは、これらのセン
サ駆動パルスφ1,φ２のうち、φ１の立上りと同期して
CCDシフトレジスタの各画素の電荷を１つずつ端から直
列的に排出し、画素信号を形成するOS信号が順次出力さ
れる。このOS信号は対応する画素への入射強度が低い程
高い電圧となっており、減算回路（22）がこれを上述の
基準信号DOSから差し引いて、（DOS−OS）を画素信号と
して出力する。尚、積分クリア信号ICGの消滅後TINT信
号が出力されずに所定時間が経過すると、制御回路（3
1）は“High"レベルのシフトパルス発生指令信号SHMを
出力する。したがって、積分クリア信号ICGの消滅後所
定時間経過しても利得制御回路（32）から“High"レベ
ルのTINT信号が出力されない場合は、このシフトパルス
発生指令信号SHMに応答して、シフトパルス発生回路（3
4）がシフトパルスSHを発生する。

一方、上述の動作において、制御回路（31）は光電変
換回路（20）のCCDイメージセンサの第７番目から第10
番目までの画素に対応する画素信号が出力されるとき
に、サンプルホールド信号S/Hを出力する。CCDイメージ
センサのこの部分は暗出力成分を除去する目的でアルミ
マスクが施され、CCDイメージセンサの受光画素として
は遮光状態になっている部分である。一方、サンプルホ
ールド信号によって、ピークホールド回路（24）は光電
変換回路（20）のCCDイメージセンサのアルミマスク部
に対応する出力OSとDOSとの差を保持し、以降この差出
力VPと画素信号DOS′とが利得可変アンプ（26）に入力
される。そして、利得可変アンプ（26）は、画素信号と
その差出力の差を利得制御回路（32）により、制御され
た利得でもって増幅し、その増幅出力DOS"がA/D変換器
（28）によってA/D変換された後、画素信号データとし
て制御回路（31）に取込まれる。

A/D変換回路（28）のA/D変換は８ビットで行なわれる
が、制御回路（31）へは上位，下位の４ビットずつ転送
される。

この後、制御回路（31）は、この画素信号データを内
部のメモリに順次保存するが、CCDイメージセンサの全
画素に対応するデータの保存が完了すると、そのデータ
を所定のプログラムに従って処理して、デフォーカス量
及びその方向を算出し、表示回路（38）にそれらを表示
させると共に、一方ではレンズ駆動装置（40）をデフォ
ーカス量及びその方向に応じて駆動し、撮影レンズ（L
Z）の自動焦点調節を行う。

II.自動焦点調整方式＜II−１＞全体の自動焦点調整フロー全体の自動焦点調整のメインルーチンのフローを第１
図に示す。

以下第１図にしたがって、全体フローを説明する。

ステップ＃１でCCDイメージセンサ（FLM）の積分を行
い、被写体のデータをCCDイメージセンサにためこむ。
＃２（以下「ステップ」は略）では、CCDイメージセン
サから各画素データをA/D変換しながら取り込む。＃３
でデフォーカス量を演算する。デフォーカス量の演算の
方法は後に例示する。＃４では、デフォーカス量の検出
が可能かどうかを判定する。被写体が大ぼけか又はロー
コントラストであれば検出不能として＃５へ進む。＃5,
＃6,＃７はローコントラスト時処理で、ローコントラス
ト用のレンズスキャンが未だならレンズをスキャンし、
測距離を繰返しながらコントラストのある部分を捜す
（ローコントラストスキャン、以下ローコンスキャンと
いう）。

このローコンスキャンが終わってもなおローコントラ
ストであれば、＃７で焦点検出不能である旨を示す点滅
表示を行う。＃３でのデフォーカス量演算結果からデフ
ォーカス量の検出が可能であると判定されれば＃８へ進
み、レンズ駆動量を計算する。＃９ではレンズが停止中
かどうかの判別をし、停止中であれば＃10で合焦判断を
し、合焦であれば＃11へ進み合焦表示をし、再び＃１へ
戻る。＃10で非合焦であれば、＃12で前回のAFでのレン
ズ駆動方向と今回のAFで求めたデフォーカス方向（レン
ズ駆動方向）とが異方向である、即ち、反転していれば
＃13へ進んで、反転時の誤差要因となるレンズ駆動系の
バックラッシュ量を補正する。レンズ駆動方向が反転し
ていなければ＃14へ進む。この＃14では、後に詳述する
ように、追随補正をするAF駆動のモード、すなわち追随
モードが必要なAF状態かどうかを判定する。追随モード
が必要であれば、＃15で追随補正を行う条件もしくは時
期の判定をし（この判定については、後に詳述する）、
条件が満たされれば＃16でレンズ駆動量を補正する。こ
の駆動量補正については、後に詳述する。

レンズを駆動している最中の場合は＃９から＃21へ進
み、被写体データ取り込み時点から演算終了までのレン
ズ行きすぎ量を求め（特開昭56−78823号公報参照）、
＃22でこのレンズの移動分の補正を行う。ここでは、レ
ンズの移動分だけの補正を行っているが、被写体の移動
分も補正することが可能である。＃23では、これまでの
レンズ駆動方向と今回求めたデフォーカス方向（これに
は＃22での補正分も含まれる）とを比較し、方向が反転
していると判断されれば＃24に進み、レンズを停止さ
せ、＃１へもどって次の測距に入る。ここでレンズを停
止するのは、レンズを移動させながら測距演算すると測
距結果の信頼度が低いからである。反転していなければ
＃17へ進み、レンズ停止時と同じフローに回帰する。＃
17では、求まっているデフォーカス量が合焦近傍にある
かどうかの判別をし、近傍であればニアゾーンというこ
とで＃19へ進み、レンズをロースピード駆動するようセ
ットし、合焦近傍でなければニアゾーン外であるので、
＃18でレンズをハイスピード駆動するようにセットす
る。そして、＃20ではレンズ駆動を始める。レンズ駆動
中であれば継続してレンズを駆動させる。

そして再び＃１に戻り、デフォーカス量を所定のタイ
ミングで演算し（＃３）、これに対応する今回のレンズ
駆動量を演算し（＃８）、以下前述したフローを再度実
行する。

＜II−２＞デフォーカス量演算第１図の＃３で行うデフォーカス量演算を第２図に示
す。

なお、ここで行うデフォーカス量演算の原理は、本出
願人と同一の出願人が特開昭59−126517号公報や同60−
4914号公報において詳細に開示しているので、以下では
具体的処理について述べる。

具体的フローの説明に移る前に、CCDイメージセンサ
の構成を説明する。

第３図に示すように、CCDイメージセンサは、中間の
分離帯を間にして、画素l₁〜l₄₀からなる基準部Ｌと画
素r₁〜r₄₈からなる参照部Ｒとに区分し、基準部Ｌは、
画素l₁〜L₂₀までの第１ブロックI,画素l₁₁〜l₃₀までの
第２ブロックII,画素l₂₁〜l₄₀までの第３ブロックIIIと
いうように互いにオーバーラップさせてブロック分け
し、相関演算は、基準部Ｌの中央にある第２ブロックII
についてまず行い、第２ブロックIIについての相関演算
の結果、有効な最小値が見出せない場合には、第１ブロ
ックI,第３ブロックIIIの順で相関演算を実行する。こ
の場合、第４図および第５図に示すように、各ブロック
について検出する像間隔ずれ量は、一部でオーバーラッ
プして求められるようになっている。

次に、第２図に示すフローチャートにしたがってデフ
ォーカス量の演算方式を説明する。第２図に示すよう
に、まずステップ＃25,＃26では被写体画素データの前
処理を行う。それぞれ基準部L,参照部Ｒの画素データか
ら夫々、３つおきの画素差分データlS_k,rS_kを作る。こ
のデータ加工は、一種のローパスフィルタ効果を狙った
もので、焦点検出光学系の製造誤差による２つの像のア
ンバランスを原因とする焦点検出誤差の除去に有効であ
る。＃27では、まず第２ブロックIIで基準部L,参照部Ｒ
の相関を計算する。この範囲は合焦から±８画素ピッチ
である。参照部画素位置（rS_k+l）で言うとｌ＝６〜22
である（第５図参照）。

＃28では、＃27で求まる相関関数H₂（ｌ）から最も相
関の高い関数値H₂（lM₂）を演算する。＃29では、今求
めた相関計算が信頼性が高く、デフォーカス量を求める
ことが可能かどうかの判定をして、検出可能であると判
定されれば＃30に進み、＃30のブロック内に示したよう
な式で補間計算を行い、最大相関位置XM₂を求める。こ
れによって精度よく求まった最大相関位置XM₂を用いて
＃31で像間隔ずれ量Ｐを求め、＃32で像間隔ずれ量Ｐを
用いてデフォーカス量DFを算出する。

＃29で検出不能と判断されている場合には＃33に進み
第１ブロックＩでの相関計算を行う。この第１ブロック
Ｉの範囲は、−４から＋14ピッチであり、参照部画素位
置で言うとｌ＝０〜18である（第５図参照）。第２ブロ
ックIIと同様に、＃34で最大相関位置lM₁を求め＃35で
検出不能かどうかの判定をする。検出可能であれば＃36
へ進み、＃30と同様の補間計算を行う。ただし＃30の式
でlM₂はlM₁に、XM₂はXM₁に、H₂はH₁に置きかわる。そし
て＃37で最大相関位置XM₁を用いて像間隔ずれ量Ｐを求
め、＃32へ進んでデフォーカス量DFを求める。＃35で検
出不能であれば＃38へ進み、第３ブロックIIIでの相関
計算を行う。第３ブロックIIIの範囲は、−14ピッチか
ら＋４ピッチまでで、第５図に示すように、参照部画素
位置でｌ＝10〜28である。以下、第2,第１ブロックII,I
と同様に最大相関位置XM₃、像間隔ずれ量Ｐ、デフォー
カス量DFを求める（＃38,＃39,＃40,＃41,＃42）。ここ
で＃40で検出不能であるとなれば、どのブロックによっ
てもデフォーカス量の算出ができないということになる
ので、＃43で検出不能フラグをたてて第１図の＃３にも
どる。このフラグは第１図の＃４で用い、検出不能フラ
グがたっていれば、＃５からのローコントラスト処理に
入るわけである。

＜II−３＞追随モード，追随条件等第６図は第１図の＃８から＃16までのレンズ停止中の
フローを詳しく説明したフローチャートである。本実施
例では、追随モードの設定は被写体が近づいてきた場合
を想定している。第１図の＃４で検出可能と判定される
と、第６図の＃44へ移り求まっているデフォーカス量DF
に変換係数Ｋ（Ｋ＝KL・KB）を積算して、レンズ駆動量
に対応したエンコーダ（ENC）の駆動パルス数ERR（以
下、単にレンズ駆動ERRという）を求める（ERR＝Ｎ）。
＃45でレンズが停止中であるかどうか判断して、停止中
でなければ第１図の＃21へ、停止中であれば＃46へ進
む。＃46ではレンズ駆動量ERRと予め設定した合焦領域F
ZCと比較し、ERR＜FZCとなり、合焦と判断されれば＃47
へ進んで、合焦を示すGREENのLED表示をし、＃48で今回
の演算結果であるレンズ駆動量ERRと今回のデフォーカ
ス方向をそれぞれLAST、前回方向として次の測距ループ
に備えて保存しておく。＃46で合焦でないと判断される
と＃50へ進み、これまでのレンズ駆動方向と今回のデフ
ォーカス方向とが反転しているかどうかを判断し、反転
していれば＃51へ進み、今回のレンズ駆動量ERRに対し
レンズ駆動系のバックラッシュ量CNVを補正する。そし
て、＃52では＃48と同様に、補正済レンズ駆動量ERRと
そのデフォーカス方向を保存しておき、第１図の＃17へ
進んでいく。＃50で方向反転していなければ＃53へ進
む。

＃53以降＃55までは追随モードが必要かどうかの判定
し、次いで＃56から＃59までで被写体が近づいてきてお
り、かつ追随おくれが生じてきているかどうかという２
つの追随条件について判定を行う。

（イ）追随モード要否の判定ここで追随モードとは以下に具体的に述べることから
明らかなように、被写体の動きに追随させて、AF演算に
よって求まるデフォーカス量（合焦位置）を補正するモ
ードをいい、以下の３条件によってその要否を判断す
る。

（イ）−１今回求まったデフォーカス量DFがニアゾー
ン内にあるか否か（第１図＃17参照）。

具体的には、＃53でDFが400μｍより小さいときに
は、ニアゾーン内であるとする。この条件は、合焦付近
でなければ、被写体を追いかけて補正する意味がないか
らである。

（イ）−２レンズ駆動量への変換係数KLの大小この変換係数KLは、前述したように求まったデフォー
カス量に対し、撮影レンズをどれだけ駆動すればよいか
を与えるものであって、例えば広角レンズのように、変
換係数KLが大きく、予め設定した判定基準値Koより大き
い場合（KL≧Ko）には、合焦位置まで早く移動するの
で、追随補正の必要はないと判定する（＃54）。一方、
例えば、望遠レンズの場合のように、変換係数KLが小さ
く、合焦位置まで動く間の時間が長くなるものは、その
間の追随補正が必要であると判断する。

なお、この判定条件は、上記の変換係数KLに限定され
るものではなく、使用する交換レンズの焦点距離ｆを判
定基準とし、例えばｆ＞100mmを追随補正の条件として
もよい。

（イ）−３被写体輝度判定 CCDイメージセンサの必要積分時間が、例えば50msec
より短い高輝度時には追随補正を有効に行うことができ
るが、50msec以上では、積分時間が長くて補正演算を有
効に行うことはできないものとする（＃55）。この被写
体の明るさは、積分時間の長短のほか、CCDイメージセ
ンサの出力に対して設定する制御利得値（ゲイン）を判
断基準とし、例えばゲインAGCが４倍以上であれば被写
体が暗いとして以後の追随補正を行わないとすることも
できる。

以上（イ）−１〜３までで、追随補正の要否を判定す
る。ここでは、＃53から＃55までの計３つの条件を全て
クリアしたときに、はじめて追随補正を行うモードが必
要であると判断する。

しかしながら、追随モードの要否の判定は、上記の例
に限定されるものではなく、＃53から＃55までの３つの
条件のうち、いずれか１又は２つの組み合わせで判定し
てもよい。なお、＃53から＃55までの３つの条件内に使
用範囲を制限する場合は、これらのステップでの判定は
一切不要となることは勿論である。

（ロ）追随条件追随条件は追随補正を行う、つまり追随モードを実行
する際の条件を与えるもので、具体的には以下の展開で
理解されるように、２回連続して追随おくれが確認され
るが、或いは、連続はしていないが追随フラグがセット
された状態で追随おくれが確認されるという条件として
設定する。次の＃56ではAFループが１回目かどうかの判
別をする。１回目であれば＃66へ進み、追随フラグをク
リアしていく。今回、AFスタートボタンが押される前の
AF時に追随モードに入っていたかもしれないので、ま
ず、追随フラグをクリアしておくのである。従って、い
きなり追随モードに入ることはない。＃59では前回のレ
ンズ駆動方向をチェックし、前ピンであれば＃66へ、後
ピンであれば、すなわちレンズを近距離側へ向けて動か
そうとしていれば＃58へ進む。＃58では今回のデフォー
カス方向もチェックし、やはり後ピンであれば＃59へ進
む。すなわち後ピン方向が２回続いて始めて追随フラグ
をチェックすることになる。最初のループは＃56から直
接に＃66へ進む。２回目以後のループで＃56から＃59へ
進み、＃59で追随フラグがたっていない場合には＃63へ
来ることになる。ここでは今回求まっているレンズ駆動
量ERRから前回の求まったレンズ駆動量LASTを引き算
し、いったんWRへ保存し（WR←ERR−LAST）、＃64で今
回のERRが前回のLASTより大きければ、即ちWR＞０であ
れば、追随おくれが生じてきたということで＃65に進ん
で追随フラグをセットする。追随おくれが生じていなけ
ればWR≦０となるので、＃66に進んで追随フラグをクリ
アしておく。追随おくれが生じてきている場合は＃65か
ら、次のループでは＃56を通って＃59に至ると、今度は
追随フラグがたっているので＃60に進み、＃63と同様に
ERR−LASTを計算し、WRに入れておく。WRが正ならば、
２回連続して追随おくれが生じているとして、この場合
に初めて＃62で追随補正をする。すなわち追随モードに
入るわけである。＃61でWR≦０なら追随補正はしない
が、追随フラグは残したまま進む。これは、次にWR＞０
になったときには、すぐに追随おくれを補正することが
できるようにするためである。＃52では今回の結果を保
存して第１図の＃17へ進んでいくわけである。

＜II−４＞追随補正の原理（イ）通常の撮影モードここで、追随補正について第７図、第８図を用いても
うすこし詳しく説明する。第７図はCCD積分I,測距演算
C,レンズ駆動Ｌを繰り返し、これらを時間順に数直線上
に並べたものである。時間A,C,E,G,I,Kは、被写体デー
タの代表入力時点（各積分の中央時点）とする。時間B,
D,F,H,J,Lは被写体データを使ってレンズ駆動量a,b,c,
d,e,fが求まる時点とする。本実施例の、追随おくれの
検知方式はa,b,cが同方向であり、しかもａ＜ｂ＜ｃと
なっている場合とする。まず、１回目のレンズ駆動量ａ
を演算後保存しておき、２回目のレンズ駆動量ｂが求ま
った時点で１回目のレンズ駆動量ａと比較し、ａ＜ｂを
判定し、追随フラグをたてておく。そして、ｂを保存
し、次のレンズ駆動量ｃが求まった時点でｂとｃとを比
較し、ｂ＜ｃであれば追随補正に入る。ＤとＦの間の時
間t₁での追随おくれは（ｃ−ｂ）で求まる。この時間差
t₁は、実は、各データ入力時点ＣとＥの時間差t₀にほか
ならない（但し、積分時間、演算時間一定として）。一
方、時間Ｅで入力したデータによって求まったレンズ駆
動量ｃは、データ入力から演算結果が求まるまでに要し
た時間t₂だけ時間的に先のデータに基づいて求まったも
のであるから、このレンズの駆動量ｃは、時間t₂分の追
随おくれを既にもっている。このレンズ駆動量ｃを用い
てレンズ駆動（L₃）を行うと、このレンズ駆動に要する
時間t₃分だけさらに追随おくれが生ずる。なお、上記時
間t₃は、追随補正量が加算されたうえでのレンズ駆動な
ので、第７図に明らかなように、追随補正なしのレンズ
駆動時間L₃より長くなる。

このレンズ駆動の後、レリーズされるとすると、露光
までのレリーズタイムラグt₄がさらに追随おくれとして
重畳されることになる。つまり、レンズ駆動量ｃに対し
て、正確には、追随おくれ（t₂＋t₃＋t₄）分の追随補正
を行う必要がある。

この追随補正を厳密に行うことは実際上仲々に困難で
あるが、よりシンプルな方法として、以下の近似方法が
考えられる。

フィルム面上での被写体のデフォーカス量DFは、一定
速度で変化するものと仮定する。なお、実際には、被写
体が一定速度で接近してきた場合に、フィルム面上での
デフォーカス量の変化は一定速度ではなく、近距離側で
急激に増大する。

時間的には、上記実際の追随おくれ（t₂＋t₃＋t₄）を
前回の演算終了から今回の演算終了までの時間t₁（＝
t₀）で近似する。

以上、、の近似条件を用いると、追随補正後のレ
ンズ駆動量は｛ｃ＋（ｃ−ｂ）｝＝（2c−ｂ）となり、
このレンズ駆動量に応じてレンズが駆動されることにな
る。

（ロ）連写時の追随補正次に第８図は連写時のもので、積分I,演算C,レンズ駆
動L,レリーズＲ（レリーズ釦の押下げからミラー安定後
の測距可能な時点まで）の繰り返し数直線を示す。第７
図と同様に考えて（ｃ−ｂ）が追随おくれとする。これ
はＣとＥの時間間隔で生じたものである。これを積分中
央点Ｅと演算終了点Ｆ間で生じた時間おくれt₂とレンズ
駆動時間中のおくれt₃と、露光までのレリーズタイムラ
グt₄との和の間に生じる追随おくれにフィードバックと
するわけである。今度の場合、明らかにt₀＞t₂＋t₃＋t₄
である。即ち、積分時間I₂/2＝I₃/2（≒5msec）と仮定
し、演算時間C₂＝C₃（≒50msec）、レンズ駆動時間L₂≒
t₃（≒50msec）とすると、あとレリーズ時間R₂（≒200m
sec）と積分時間I₃/2との和はレリーズタイムラグt
₄（≒R₂/2）よりも大きい。そこで、連写時の追随おく
れの補正量として（ｃ−ｂ）を用いると過剰補正となる
ことが予想され、第７図の一回だけの撮影の場合と違っ
て、（ｃ−ｂ）に１より小さいある係数をかけたものを
用いて修正することが望ましい。

III.追随補正方式次に、第６図の＃62で示す追随補正の方式を種々説明
する。

III−１そのＩ第９図に示すように、追随補正に際して、まず、＃67
でレリーズ後ループするか否か、即ち連写中か否かを判
別する。この判別には、後述の連写レリーズ後フラグCR
Fを用いる。

いま、第１図に示すAFフローをループしているときに
シャッターレリーズが行なわれると、第10図に示すレリ
ーズ割込ルーチンがスタートされ、レンズが駆動中であ
っても＃70で停止させる。＃71ではカメラに備えた連写
モード選択手段（図示せず）からの信号により連写モー
ドか否かを判別し、連写モードであれば、再び測距に入
るため第１図の＃１に進むが、連写モードでなければ、
ここでAFフローは終了する。＃71で連写モードであると
判別されたときに、上記連写レリーズ後フラグ（CRF）
をセットしておけば、第９図の＃67における判別が行え
る。なお、このフラグCRFは、AFスタートスイッチがオ
ンされた時点で＃１（第１図）の手前でクリアしておけ
ばよい。

再び第９図において、＃67でレリーズ後ループでな
い、即ち連写モードでなければ、＃69にスキップして、
ここで第６図の＃60で説明した追随補正量WR（＝ｃ−
ｂ）を用いて、演算で求まったレンズ駆動量ERRを補正
する（ERR←ERR＋WR）。一方、連写中であれば、＃68で
第８図に関連して説明したように、追随おくれ量WRを2/
3倍しておき＃69で補正するわけである。そして第６図
の＃52へ進んでいく。

通常の撮影モードでの追随補正を図式化して効果を示
したものが第11図である。横軸は時間ｔで積分演算，レ
ンズ駆動が繰り返しならぶ。縦軸はフィルム面でのデフ
ォーカス量である。Ａ点で積分代表点として被写体デー
タを取り込む。そして演算し最初は合焦領域内と判断
し、すぐ次の積分に入る。Ｂ点での測定結果DFBは非合
焦となりL₂でレンズ駆動をした。次にＣ点で被写体デー
タを入力するとDFCのデフォーカスになったとする。そ
して、DFB＜DFCとする。さらにＤ点での結果がDFDでDFC
＜DFDとなったとすると、ここで追随モードに入り、追
随補正をするわけである。通常なら、Ｄ点で測定したDF
D分をレンズ駆動L₄でDFD分駆動するだけだと、被写体が
動いているために依然としてｘだけデフォーカスが生じ
ることになる。ところが第９図の方式によって追随補正
すると、DFD−DFC＝ｚ分をL₄の駆動時に上のせして動か
す。すなわち、DFD＋ｚを動かし、最終的にはデフォー
カス量としてはｙということになる。この場合、明らか
にｙ＜ｘとなり被写体に対し追随性が上がるわけであ
る。

III−２追随補正方式そのII 第12図に示す追随補正方式は、被写体の明るさが変動
する場合や、暗い所でも有効な追随補正が行えるよう考
慮したものである。

かかる観点から、第６図の＃55で規定した追随モード
要否の被写体輝度に関する条件は削除する。＃55で積分
時間50msec以下という条件を設定しなければ、被写体の
明暗分布状態で、近づく時に測距エリアがかわることも
あり、これに応じて積分時間が変わることもある。これ
を追随補正に組み入れたのがこの実施例である。＃72
で、今回の積分時間I₃と前回の積分時間I₂の比Ｖをと
る。

そして＃73では、この積分時間比Ｖを用いて、これを
補正係数として追随おくれ量WR（＝（ｃ−ｂ））を修正
する。（WR←WR×Ｖ）。この修正は、被写体側の明るさ
が変動した場合にその変動に応じて積分時間が変更され
るため、第７図の説明に準ずれば、時間t₀と時間_１とが
等しくなることを考慮したものである。

これは、第７図を用いて厳密に考えれば、とすることが理想であるので、t₃≒L₂とし、C₃＝C₂と
し、t₄を定数としてV₀を求めるようにしてもよい。＃7
2,＃73での修正は上記の厳密解を簡単化したものであ
る。＃74でレリーズ後のループかどうか（連写モードで
あるか否か）の判別をして、レリーズ後のループでなけ
れば＃76へ進み、レンズ駆動量ERRにWRの追随補正量を
加えて新しいERRを求める。この場合、レリーズ後のル
ープであれば、第８図から求められる厳密解において、C₃＝C₂,t₃≒L₂,t₄を定数としてその値を求
め、WR×V₀を補正値としてERRに対する補正をしてもよ
い。

しかしながら、第12図の実施例では、＃73でWRに係数
Ｖをかけておき、＃74でレリーズ後ループの場合は＃75
でさらに2/3倍の修正係数を掛け合わせるだけに簡単化
し、＃76でERRに補正をかけている。なお、修正係数
は、積分時間，演算時間，レンズ駆動速度及びレリーズ
時間等に応じて2/3以外の他の値を用いることができ
る。

III−３追随補正方式そのIII 第13図に示す追随補正方式は、第７図と第８図の説明
で明らかなように、追随おくれに関与する時間おくれが
連写できない通常の撮影モードと連写モードとでは相違
することに着目し、追随補正量に対する修正係数Ｚを各
モードごとに設定したものである。＃77でまず連写レリ
ーズ後かどうかの判断をし、レリーズ後なら＃79、連写
レリーズ後でなければ＃78へ進み、それぞれ追随補正量
の修正係数Ｚを求める。これらは前記III−２項で示し
た理想修正係数V₀,U₀を基にして求めたものである。こ
れらはAF動作中に求まる値を使って計算している。Ｉ
（今回）は今回測距演算時の積分時間、Ｉ（前回）は同
様に前回の積分時間、Ｃはデフォーカス量計算の時間、
Ｌは前回のレンズ駆動時間、Ｒはカメラ固有のレリーズ
タイムラグ時間とする。そして、＃78では、式V₀のC₃＝
C₂＝C,t₄＝R,L₂＝L,t₃＝1.2L,I₃＝I₂（今回）,I₂＝Ｉ
（前回）と置いたものである。Ｌは前回のレンズ駆動時
間を測定しておいて使う。今回駆動のt₃は、本システム
での追随性はレンズ駆動量にして、1.2倍程度までと見
積もって設定したものである。よって他の係数も考えら
れる。

一方、＃79では＃78の項以外に分母にレリーズの項が
入る。これはレリーズ釦が押されてミラーが上がり露光
までの時間と、次にカメラのミラーがダウンし振動がお
さまって次の測距へ入れるまでの時間とを同じと見積
り、レリーズ全体の時間で言うとR₂を2R、すなわち露光
までの時間t₄＝Ｒの２倍と設定しているわけである。こ
のようにして係数Ｚを求め、以下同様に＃80で補正量WR
を求め、＃81で補正し、リターンしていくことになる。

IV.変形例上記第６図に示した追随補正制御フローは被写体が接
近してくる場合についてのものであったが、被写体が遠
ざかる場合でも追随補正を行うことができる。

その場合の制御フローを第14図に示す。第14図におい
て、第６図に対応するステップには全てダッシュを付し
ている。第６図と異なるところは、＃82であり、＃57′
で前回方向が“1"、即ち前ピンであり、被写体が後方に
ある場合には＃82に進み、今回方向も“1"であれば＃5
9′に進み、追随フラグのチエックに入る。以下の演算
については絶対値で行い、方向だけを別に考えれば、被
写体が近づいてくる場合と同様、遠ざかっていく場合に
ついても全く同様のフローにしたがって演算を実行する
ことができる。

また、第14図において、＃55′では被写体の明るさを
積分時間に代え、第16図の利得可変差動アンプ（26）の
ゲイン係数、つまりAGCデータに基づいて判断してお
り、AGC＜４というのは、例えば積分時間が50msecより
短い場合に相当する。

発明の効果本発明によれば、被写体が接近したり遠ざかったりす
る場合でも、その被写体の動きに追随してデフォーカス
量を予測し、露光開始のタイミングで合焦状態となるよ
うに撮影レンズを駆動制御するようにしたので、動く被
写体を合焦状態で撮影することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる自動焦点調節制御プログラムの
メインルーチンを示すフローチャート、第２図は第１図
の＃１の内容を示すフローチャート、第３図はCCDイメ
ージセンサの構成を示す構成図、第４図は第３図のCCD
イメージセンサの画素エリア、差分データ等の構成を示
す図表、第５図は第４図の内容をグラフ化して示す説明
図、第６図は第１図の＃８〜＃17までの内容を具体的に
示すフローチャート、第７図，第８図は夫々通常撮影モ
ード、連写モードのAF動作のタイムシーケンスを示す各
説明図、第９図は追随補正の第１の方式を示すフローチ
ャート、第10図はシャッタレリーズ時の割込みルーチン
を示すフローチャート、第11図は本発明に従った追随補
正の効果を示すグラフ、第12図は第２の追随補正方式を
示すフローチャート、第13図は第３図の追随補正方式を
示すフローチャート、第14図は被写体が遠ざかる場合の
AF制御のメインルーチンを示すフローチャート、第15図
は本発明にかかる自動焦点調節装置を内蔵したカメラの
システム構成図、第16図はAF制御回路のブロック図、第
17図は焦点検出光学系の基本構成を示す説明図、第18図
は17図の光学系による焦点検出原理を示す説明図、第19
図は自動焦点調節における追随おくれを図式的に示すグ
ラフである。２……撮影レンズ、8,10……再結像レンズ、12,14……
イメージセンサ、113……AFコントローラ、114……モー
タドライバ回路、LDR……駆動機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体像を受光し、電気信号に変換する撮
像手段と、撮像手段の出力に基づいて撮影レンズのデフォーカス量
を求め、合焦位置までの撮影レンズの駆動量を演算する
演算手段と、撮影レンズを駆動する駆動手段と、上記演算手段の演算動作に引き続いてレンズ駆動を行な
い、出力されたレンズ駆動量に基づいて合焦位置まで撮
影レンズを駆動する駆動制御手段と、を有する自動焦点調節装置において、上記演算手段は、繰り返し焦点検出動作を行なうことにより得られる複数
のデフォーカス量に基づいて、被写体の光軸方向の動き
を検出する移動検出手段と、移動検出手段によって検出された被写体の動きに基づい
て、露光開始のタイミングまでに被写体の光軸方向の移
動によって生じるであろうデフォーカス量の変化量を、
レンズ駆動開始前の時点で予測演算する予測演算手段
と、撮像手段の出力に基づいて演算されたデフォーカス量
と、上記予測演算されたデフォーカス量の変化量とを加
算する加算手段と、を備えることにより、演算動作に引き続いて行なわれる
レンズ駆動開始前に、露光開始のタイミングまでに被写
体の移動によって生じるであろうデフォーカス量の変化
量が加算されたレンズ駆動量を出力し、上記駆動制御手段は、上記変化量が加算されたレンズ駆
動量に基づいてレンズ駆動を行ない、露光開始のタイミングに合焦状態を得るようにしたこと
を特徴とする自動焦点調節装置。