JPH0868934A

JPH0868934A - 自動合焦装置

Info

Publication number: JPH0868934A
Application number: JP6206982A
Authority: JP
Inventors: Toru Iwane; 透岩根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-03-12
Also published as: US5625434A

Abstract

(57)【要約】【目的】実際の被写体結像面の移動に沿うように合焦
レンズを駆動する。【構成】撮影レンズ１とカメラボディ２を有する自動
合焦装置に適用され、カメラボディ内部のメインＣＰＵ
２４は所定時間ごとに焦点検出を行なってデフォーカス
量を演算し、また、撮影レンズ内部の駆動モニタ部１４
が検出したレンズ繰り出し量をレンズ接点を介して読み
込む。そして、これらデフォーカス量とレンズ繰り出し
量を用いて所定時間ごとに像面速度を演算する。次に、
演算した像面速度が予測演算をするのに適しているか否
かを判断し、適していると判断された場合には、前回の
像面速度演算時に対応する仮想時刻ｔ_n-1を求める。次
に、露光予定時刻ｔｒを露光仮想時刻ｔｘに変換した
後、この露光仮想時刻ｔｘを双曲線関数に代入して露光
予定時刻における像面速度ｖ_imを求め、この像面速度に
基づいて合焦レンズ１１を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮影レンズに組み込ま
れた合焦レンズを移動被写体に対して遅れなく追従させ
る自動合焦装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動被写体に対して撮影レンズに組み込
まれた合焦レンズを遅れなく駆動して焦点調節を行なう
自動合焦装置が従来から知られている（例えば特開昭６
３−１４２１８号公報）。この種の従来の自動合焦装置
では、撮影レンズを透過した焦点検出光束の結像面（以
下、被写体結像面と呼ぶ）の移動速度とデフォーカス量
を繰り返し演算し、その演算結果に基づいて合焦レンズ
を駆動制御する。なお、デフォーカス量とは、被写体結
像面とフィルム共役面（予定焦点面）との相対的なずれ
量およびずれ方向をいう。

【０００３】ところが、被写体が一定速度で移動してい
ない場合には、前回の演算結果に基づいて合焦レンズを
駆動しても、合焦レンズを合焦位置に正しく駆動するこ
とはできない。また、たとえ被写体が一定速度で移動し
ている場合でも、よく知られているように、被写体結像
面は一定速度で移動するとは限らず、一般には、被写体
が自動合焦装置に近づくほど被写体結像面の移動速度
（以下、像面速度と呼ぶ）は速くなり、逆に被写体が自
動合焦装置から遠ざかるほど像面速度は遅くなる。した
がって、単に前回の演算結果に基づいて被写体位置を予
測しても、正確な予測はできない。

【０００４】今、被写体が自動合焦装置に一定速度ｖで
接近するとし、最も接近する距離（以下、最接近位置と
呼ぶ）をｈとする。このとき、撮影レンズの焦点距離を
ｆ、時刻をｔとすると、被写体結像面の位置（以下、像
面位置と呼ぶ）ｙは一般に（１）式で示される。

【数１】

【０００５】図２は横軸を時刻ｔ［ｓｅｃ］とし、縦軸
を像面位置ｙ［ｍｍ］として、（１）式の関係を図示し
たものである。なお、図２の曲線は、撮影レンズの焦点
距離ｆを４００ｍｍ、被写体の移動速度ｖを８０ｋｍ／
ｈ、最接近位置ｈを１０ｍとした例を示し、撮影レンズ
の焦点距離ｆ、被写体の移動速度ｖまたは最接近位置ｈ
の値が異なれば、図示の曲線の山の高さや曲線の勾配は
変化する。

【０００６】図２に示すように、（１）式の曲線は時刻
ｔ＝０のときにピーク点に達し、また、時刻ｔに対する
像面位置ｙの関係は非線形になる。特に、図示のピーク
点付近では、時刻ｔに対する像面位置ｙの変化が大き
い。ところが、従来の自動合焦装置は図２の曲線の局所
局所をそれぞれ線形に近似して被写体位置を予測するた
め、図２の曲線の勾配変化の大きいピーク点付近で被写
体位置を予測すると、実際の被写体位置とのずれ量が大
きくなってしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、過去の像
面速度または像面位置に基づいて線形近似によって将来
の像面位置を予測しても精度の高い予測はできない。こ
のため、被写体像面の移動加速度（以下、像面加速度と
呼ぶ）に基づいて被写体位置を予測する自動合焦装置が
提案されている。この種の装置では、現在を含めて過去
３回にわたって検出した像面位置とその検出時刻とに基
づいて（２）式に示す２次関数の係数ａ，ｂ，ｃを決定
し、この（２）式に基づいて将来の被写体位置を予測す
る。

【数２】ｙ＝ａ・ｔ²＋ｂ・ｔ＋ｃ・・・（２）

【０００８】（２）式では、異なる３つの時点での像面
位置を考慮に入れているため、像面加速度に基づいて被
写体位置を予測することと等価になる。なぜなら、像面
加速度を時刻ｔによって積分すると像面速度が求めら
れ、さらに時刻ｔによって積分すると像面位置が求めら
れるため、結局、像面加速度と像面位置との関係は
（２）式のように２次関数になるからである。

【０００９】（２）式に基づいて像面位置を予測すれ
ば、単に像面速度を線形近似して被写体位置を予測する
よりも精度の高い予測が可能となる。ところが、時刻ｔ
と像面位置との関係は本来図２のような曲線を描くのに
対し、（２）式は放物線を描くため、以下の理由によっ
て誤差が大きくなる。

【００１０】前述したように、時刻ｔと像面位置ｙとの
関係は（１）式で示されるが、（１）式中の分母の焦点
距離ｆは他の項に比べて小さいため無視でき、（１）式
は（３）式のように置き換えられる。

【数３】

【００１１】また、（３）式を時刻ｔによって微分する
と、像面速度および像面加速度はそれぞれ（４），
（５）式のようになる。

【数４】

【数５】

【００１２】（４），（５）式に示すように、像面速度
は像面位置よりも高次の関数となり、それよりもさらに
像面加速度は高次の関数になる。また、時刻ｔが０に近
づくほど、すなわち図２の曲線のピーク点に近いほど、
像面加速度は非線形に大きく変化する。したがって、こ
のような曲線を（２）式による放物線によって近似して
も精度の高い近似はできない。なぜなら、放物線は加速
度が不変で速度が一定の割合で変化することを前提とし
ており、特に図２の曲線のピーク点付近で誤差が大きく
なるからである。

【００１３】このように、将来の被写体位置を精度よく
予測するためには、像面加速度に基づいて予測演算を行
うのが望ましいが、前述した放物線近似では精度の高い
予測はできない。すなわち、被写体位置を精度よく予測
するためには、図２の曲線に近似する曲線、例えば双曲
線によって近似する必要がある。

【００１４】本発明の目的は、時刻をパラメータとし被
写体結像面の移動加速度を考慮に入れた双曲線関数に基
づいて被写体結像面の移動速度を予測することで、実際
の被写体結像面の位置変化に沿うように合焦レンズを駆
動するようにした自動合焦装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】実施例を示す図１に対応
づけて本発明を説明すると、本発明は、撮影光学系１に
よる被写体結像面と、フィルム面に共役な予定結像面と
のずれに対応するデフォーカス量を検出する焦点検出手
段２２，２３と、この焦点検出手段２２，２３によって
検出されたデフォーカス量に基づいて、被写体結像面の
移動速度を算出する像面速度算出手段２４と、焦点検出
手段２２，２３により検出されたデフォーカス量と像面
速度算出手段２４により算出された被写体結像面の移動
速度とに基づいて、撮影光学系１を合焦位置に向かって
駆動制御するレンズ駆動制御手段３とを備えた自動合焦
装置に適用され、時刻をパラメータとし被写体結像面の
移動加速度を考慮に入れた双曲線関数に基づいて、被写
体結像面の移動速度を予測する像面速度予測手段を備
え、予測された被写体結像面の移動速度に基づいて、被
写体結像面が予定結像面に一致するように撮影光学系１
を駆動制御するようにレンズ駆動制御手段３を構成する
ことにより、上記目的は達成される。請求項２に記載の
発明は、露光時における被写体結像面の移動速度を予測
するように像面速度予測手段を構成し、露光時に被写体
結像面が予定結像面に一致するように撮影光学系１を駆
動制御するレンズ駆動制御手段３を設けるものである。
請求項３に記載の発明は、露光を行なう予定時刻を、双
曲線関数の時刻パラメータに代入可能な仮想時刻値に変
換する時刻変換手段を備え、仮想時刻値を双曲線関数の
時刻パラメータに代入して被写体結像面の移動速度を予
測するように像面速度予測手段を構成するものである。
請求項４に記載の発明は、像面速度算出手段２４によっ
て算出された移動速度と、像面速度算出手段２４によっ
て移動速度を算出する時間間隔とに基づいて第１の仮想
時刻を算出する第１仮想時刻演算手段と、算出された第
１の仮想時刻と、像面速度算出手段２４によって移動速
度を算出した時点から露光を行う予定時刻までの実時間
とを加算して仮想時刻値を算出する加算手段とによって
時刻変換手段を構成するものである。請求項５に記載の
発明は、仮想時刻値をパラメータとする線形関数に基づ
いて第２の仮想時刻を算出する第２仮想時刻演算手段を
像面速度予測手段の内部に設け、第２の仮想時刻を双曲
線関数の時刻パラメータに代入して被写体結像面の移動
速度を予測するように像面速度予測手段を構成するもの
である。請求項６に記載の発明は、自動合焦装置と被写
体との最接近距離をゼロに近似する双曲線関数に基づい
て被写体結像面の移動速度を予測するように像面速度予
測手段を構成するものである。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の発明では、時刻をパラメータ
とし被写体結像面の移動加速度を考慮に入れた双曲線関
数に基づいて、像面速度予測手段は被写体結像面の移動
速度を予測する。そして、レンズ駆動制御手段３は、予
測された被写体結像面の移動速度に基づいて、被写体結
像面が予定結像面に一致するように撮影光学系１を駆動
制御する。請求項２に記載の発明の像面速度予測手段
は、露光時における被写体結像面の移動速度を予測し、
また、レンズ駆動制御手段３は、露光時に被写体結像面
が予定結像面に一致するように撮影光学系１を駆動制御
する。請求項３に記載の発明では、時刻変換手段によっ
て、露光を行なう予定時刻を双曲線関数の時刻パラメー
タに代入可能な仮想時刻値に変換する。そして、像面速
度予測手段は、仮想時刻値を双曲線関数の時刻パラメー
タに代入して被写体結像面の移動速度を予測する。請求
項４に記載の発明の時刻変換手段は第１仮想時刻演算手
段と加算手段とを備え、第１仮想時刻演算手段は、記像
面速度算出手段２４によって算出された移動速度と、像
面速度算出手段２４によって移動速度を算出する時間間
隔とに基づいて第１の仮想時刻を算出する。また、加算
手段は、算出された第１の仮想時刻と、像面速度算出手
段２４によって移動速度を算出した時点から露光を行う
予定時刻までの実時間とを加算して仮想時刻値を算出す
る。請求項５に記載の発明の像面速度予測手段は、仮想
時刻値をパラメータとする線形関数に基づいて第２の仮
想時刻を算出する第２仮想時刻演算手段を備え、第２の
仮想時刻を双曲線関数の時刻パラメータに代入して被写
体結像面の移動速度を予測する。請求項６に記載の発明
の像面速度予測手段は、該自動合焦装置と被写体との最
接近距離をゼロに近似する双曲線関数に基づいて被写体
結像面の移動速度を予測する。

【００１７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１８】

【実施例】

−第１の実施例− 図１は本発明による自動合焦装置の第１の実施例のブロ
ック図であり、本実施例では、自動合焦装置をカメラに
適用する場合について説明する。図１の１は撮影レンズ
であり、その内部には、合焦レンズ１１、レンズＣＰＵ
１２、合焦レンズ駆動部１３、駆動モニタ部１４、駆動
伝達部１５およびレンズ接点１６が設けられている。こ
のうち、合焦レンズ１１は撮影レンズ１の光軸上を移動
可能とされている。合焦レンズ駆動部１２は不図示のモ
ータ等から構成され、合焦レンズ１１の駆動方向、駆動
速度および駆動量を制御する。駆動モニタ部１４は、合
焦レンズ１１のレンズ繰り出し量を検出し、その検出結
果をレンズ接点１６を介してカメラボディ２に送出す
る。なお、駆動モニタ部１４はレンズ繰り出し量の絶対
値を検出しても、あるいはエンコーダ等から出力される
パルス数等によってレンズ繰り出し量の相対値を検出し
てもよい。

【００１９】一方、カメラボディ２の内部には、被写体
光束を反射または透過するクイックリターンミラー２１
と、焦点検出光学系およびイメージセンサ等からなる焦
点検出部２２と、焦点検出部２２による検出結果に基づ
いてデフォーカス量を演算するＡＦ演算部２３と、後述
する図３の処理を行うメインＣＰＵ２４と、撮影レンズ
１との通信を行うレンズ接点２５と、メインＣＰＵ２４
による演算結果等を格納する記憶部２６とが設けられて
いる。この記憶部２６には、焦点検出時刻、デフォーカ
ス量、レンズ繰り出し量もしくはそれに対応する相対
値、像面位置の演算結果等がセットとして格納される。

【００２０】図１のように構成された自動合焦装置にお
いて、メインＣＰＵ２４は以下の手法によって露光時に
おける像面速度を予測する。前述した（１）式におい
て、被写体距離に比べて撮影レンズ１の焦点距離ｆは短
いため、（１）式の分母の焦点距離ｆは無視できる。ま
た、実際に移動被写体を追尾する場合、図２の曲線の山
のピーク点付近まで追尾する必要はなく、山の中腹まで
追尾すれば実用上問題ないため、被写体とカメラとの最
接近距離ｈをゼロに近似できる。また、最接近距離ｈが
ゼロより大きい場合には、図２に示す山は低くなり、曲
線のカーブもなだらかになるため、わざわざ像面加速度
を考慮に入れなくても、前述した放物線近似等によって
精度よく像面位置を予測できる。このことからも、最接
近距離ｈをゼロとして演算するのが望ましいことがわか
る。

【００２１】以上の近似を行なうと、（１）式は（６）
式にように置き換えられる。

【数６】（１）式を１回微分すると（７）式に示すように像面速
度が求められ、２回微分すると（８）式に示すように像
面加速度が求められる。

【数７】

【数８】

【００２２】ここで、ｎ回目の測定時の像面速度を
ｖ_n、像面加速度をα、測定時間間隔をτとすると、像
面速度ｖ_nは（９）式のようになる。

【数９】（９）式を変形すると、時刻ｔ_nは（１０）式のように
なる。

【数１０】（１０）式によって求められる時刻ｔ_nは仮想的な時刻
であり、実際の時刻とは異なる。以下、（１０）式によ
って求められる時刻ｔ_nを仮想時刻と呼ぶ。

【００２３】次に、（１０）式による仮想時刻ｔ_nより
も１回前の仮想時刻ｔ_n-1を求めると、（１１）式のよ
うになる。

【数１１】（１１）式は、測定時間間隔τを用いると（１２）式の
ようになる。この（１２）式は、現在の時刻に対応する
仮想時刻ｔ_nを、１回前および２回前の像面速度ｖ_n-1、
ｖ_n-2を用いて演算できることを示している。

【数１２】

【００２４】（１２）式を（９）式に代入すると、仮想
時刻ｔ_nにおける像面速度を予測でき、これにより、１
回前の像面速度から１回後の像面速度を予測できること
になる。

【００２５】ここで、実際に像面位置を予測する場合、
予測すべき時刻は必ずしも次回の焦点検出時刻とは限ら
ない。連続的に予測、駆動のサイクルを繰り返す場合等
には、現在時刻での像面位置を予測したり、次回のレン
ズ駆動開始時刻での像面位置を予測したり、あるいはそ
の中間時刻での像面位置を予測したりとさまざまであ
る。なお、現在時刻での像面位置を予測する必要がある
のは、主に以下の２つの理由による。焦点検出を行なってから像面位置の演算が終了するま
でに多少の時間を要するため、その間に被写体は移動し
てしまい、演算終了時点での実際の像面位置がわからな
い。像面速度の演算結果に基づいて像面位置を予測する場
合、一般には、今回（現在）と前回の中間時刻での像面
速度を基準とするため、現在時点の像面速度とは相当量
異なる。

【００２６】このように、像面位置または像面速度を予
測する時刻は場合によって異なるため、像面速度の予測
時刻ｔ_nを現在時刻からの経過時刻τ’で示すと、（１
３）式のようになる。

【数１３】（１３）式を用いて像面速度ｖ_imを求めると、（１４）
式のようになる。

【数１４】

【００２７】ところが、実際に像面速度を予測する場
合、予測時刻における像面速度を予測するよりも、予測
時刻までの平均速度または予想時刻に至る中間位置での
像面速度を予測する方が望ましい。そこで、（１４）式
を平均化すると、（１５）式のようになる。

【数１５】

【００２８】メインＣＰＵ２４は、（１５）式に基づい
て現測定時刻から露光時刻まで合焦レンズ１１を駆動す
ることにより、露光時刻での像面位置を精度よく予測で
きるようになる。

【００２９】なお、（１３）式に基づいて仮想時刻ｔ_n
を演算する際、１回前と２回前の像面速度ｖ_n-1，ｖ_n-2
は、レンズ接点２５を介して撮影レンズ１から送信さ
れ、記憶部２６に格納されているデフォーカス量デー
タ、レンズ繰り出し量データおよび時刻データに基づい
て演算する。例えば、デフォーカス量データを新しいも
のから古いものに向かって順にｂｆ０，ｂｆ１，ｂｆ２
・・・とし、レンズ繰り出し量データをｄ０，ｄ１，ｄ
２・・・とし、測定基準時刻をｔａｇ０，ｔａｇ１，ｔ
ａｇ２・・・とし、また便宜上、レンズ繰り出し量デー
タとデフォーカス量データを同一のディメンジョンとす
ると、今回の像面速度ｖ₀および前回の像面速度ｖ₁はそ
れぞれ（１６），（１７）式のようになる。

【数１６】

【数１７】

【００３０】また、（１６），（１７）式の代わりに、
デフォーカス量データとレンズ繰り出し量をオーバーラ
ップするようにして求めてもよい。すなわち、像面速度
ｖ₀をデフォーカス量ｂｆ０とｂｆ２により、像面速度
ｖ₁をデフォーカス量ｂｆ１とｂｆ３によりそれぞれ求
めてもよい。

【００３１】図３はカメラボディ２内部のメインＣＰＵ
２４の動作を示すフローチャートであり、このフローチ
ャートに基づいて第１の実施例の動作を説明する。この
フローチャートは、連写撮影を行なう場合を前提として
いるが、シングル撮影を行なう場合にも、メインＣＰＵ
２４は同様の処理を行なう。なお、被写体の像面位置を
連続的に予測する場合も、露光時刻での像面位置を予測
する場合も、予測時刻が異なるだけでほぼ同一の手法に
よって予測できるため、ここでは露光時における像面位
置を予測する例について説明する。なお、メインＣＰＵ
２４は不図示のレリーズボタンが半押しされたときに図
３のフローチャートの処理を開始する。

【００３２】一方、図４は時間とともに像面位置がどの
ように変化するかを示す図である。図４の実線で示した
横軸は実時間を示し、破線で示した横軸は演算に用いる
仮想時刻を示し、図示の曲線Ａは被写体の実際の像面位
置の変化を示す。また、図４のｔａｇ０，ｔａｇ１，ｔ
ａｇ２はそれぞれ今回、前回、前々回の測定基準時刻を
示し、各回のデフォーカス量をそれぞれｂｆ０，ｂｆ
１，ｂｆ２としている。また、各測定基準時刻の時間間
隔をｔａ０とし、時刻ｔａｇ０とｔａｇ１の間の平均像
面速度をｖ₀とし、時刻ｔａｇ１とｔａｇ２の間の平均
像面速度をｖ₁としている。さらに、現在時刻をｔｔ
０、露光予測時刻をｔｒとしている。

【００３３】以下、図４を参照しながら図３のフローチ
ャートの処理を説明する。図３のステップＳ１では、前
述した（１６）式によって求めた最新（今回）の像面速
度ｖ₀と（１７）式によって求めた前回の像面速度ｖ
₁が、本発明による予測演算に適しているか否かを判定
する。具体的には、像面速度ｖ₀とｖ₁の差分の絶対値が
所定値ｅよりも小さければ、予測演算に適さないと判断
する。なぜなら、像面速度ｖ₀とｖ₁の差分が小さい場合
には像面加速度が小さいと考えられ、わざわざ像面加速
度を考慮に入れて予測演算をする必要がないからであ
る。また、このような場合に、像面加速度を考慮に入れ
て像面位置を予測すると、演算誤差のためにかえって精
度が悪くなるおそれがあるからである。

【００３４】このステップＳ１では、像面速度ｖ₀とｖ₁
の差分を求めているが、像面速度ｖ₀とｖ₁の比を求める
ことによってデータの信頼性を推測し、信頼性が高い場
合のみ、本発明による予測演算を行なうようにしてもよ
い。具体的には、像面速度ｖ₀とｖ₁の比が１または１に
近い場合のみ信頼性が高いものと判断すればよい。

【００３５】ステップＳ１の判定が否定されると、すな
わち像面速度ｖ₀とｖ₁が予測演算に適していると判断さ
れるとステップＳ２に進み、（１８）式に基づいて仮想
時刻ｔ_n-1を求める。この仮想時刻ｔ_n-1は、図４に示す
ように、実時間ｔａｇ１に対応するものである。

【数１８】なお、（１８）式は、（１１）式のｖ_n-1をｖ₀に、ｖ
_n-2をｖ₁に、τをｔａ０に置き換えたものである。

【００３６】ステップＳ３では、（１９）式に示すよう
に、前回の測定基準時刻ｔａｇ１から露光予定時刻ｔｒ
までの実時間間隔ｔａｘを求める。

【数１９】ｔａｘ＝ｔａ０＋（ｔｔ０−ｔａｇ０）＋（ｔｒ−ｔｔ０）・・・（１９）この時間間隔ｔａｘは、前回と今回との間の測定時間間
隔ｔａ０と、現在時刻ｔｔ０と今回の測定時刻との間の
時間間隔（ｔｔ０−ｔａｇ０）と、露光予定時刻ｔｒと
現在時刻ｔｔ０との間の時間間隔（ｔｒ−ｔｔ０）とを
加算したものである。なお、露光予定時刻ｔｒは、クイ
ックリターンミラー２１をアップさせるのに要する時間
等を考慮に入れて予め設定される時間である。

【００３７】ステップＳ４では、（２０）式に示すよう
に、ステップＳ２で求めた仮想時刻ｔ_n-1にステップＳ
３で求めた時間間隔ｔａｘを加算し、露光時刻ｔｒに対
応する仮想時刻ｔｘ（以下、露光仮想時刻と呼ぶ）を求
める。

【数２０】ｔｘ＝ｔ_n-1＋ｔａｘ・・・（２０）

【００３８】ステップＳ５では、（２１）式に示すよう
に、（１５）式の右辺のかっこ内の値Ｈを演算する。

【数２１】像面位置が突発的に変動したり、何らかの原因によって
演算結果に大きな誤差が生じた場合には、値Ｈが１より
も大きな値となるため、値Ｈに上限を設け、値Ｈが上限
値を越えた場合には、値Ｈを所定値、例えば５に強制的
に設定する。なお、ステップＳ６では、値Ｈの上限値を
５としているが、これは一例であり、５以外の値を上限
値としてもよい。

【００３９】ステップＳ６の判定が肯定された場合、す
なわち値Ｈが５を越えた場合にはステップＳ７によって
値Ｈを５に設定してステップＳ８に進み、一方、ステッ
プＳ６の判定が否定された場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、（２２）式に基づいて、露光時刻ｔ
ｒにおける像面速度ｖ_imを求める。

【数２２】ｖ_im＝ｖ₀・Ｈ・・・（２２）

【００４０】ステップＳ９では、予測した像面速度ｖ_im
と検出されたデフォーカス量に基づいてレンズ繰り出し
量を演算し、レンズ接点１６，２５を介してレンズＣＰ
Ｕ１２に送信する。レンズＣＰＵ１２は、受信したレン
ズ繰り出し量に応じた信号を合焦レンズ駆動部３に送出
し、合焦レンズ１１を駆動する。

【００４１】一方、ステップＳ１の判定が肯定された場
合、すなわち（１６）式および（１７）式によって求め
た像面速度が予測演算に適していないと判定された場合
には、ステップＳ１０に進んで値Ｈを１に設定してステ
ップＳ８に進む。これにより、この場合には加速度を考
慮することなく、今回の像面速度ｖ₀を露光時の像面速
度ｖ_imとする。

【００４２】以上、第１の実施例の動作をまとめると、
カメラボディ２内部のメインＣＰＵ２４は所定時間ごと
に焦点検出を行なってデフォーカス量を演算し、また、
撮影レンズ１内部の駆動モニタ部１４が検出したレンズ
繰り出し量をレンズ接点１６，２５を介して読み込む。
そして、これらデフォーカス量とレンズ繰り出し量に基
づいて所定時間ごとに像面速度を演算する。次に、演算
した像面速度が予測演算をするのに適しているか否かを
判断し、適していると判断された場合には、前回の像面
速度演算時に対応する仮想時刻ｔ_n-1を求める。次に、
露光予定時刻ｔｒを露光仮想時刻ｔｘに変換した後、こ
の露光仮想時刻ｔｘを（１５）式の双曲線関数に代入し
て、露光時における像面速度ｖ_imを求め、その値に基づ
いて合焦レンズ１１を駆動する。

【００４３】このように、第１の実施例では、被写体の
像面加速度を考慮に入れた（１５）式の双曲線関数に基
づいて露光時における像面速度を予測するため、合焦レ
ンズ１１の移動を実際の像面位置の変化を示す図２の曲
線にフィッティングするように移動させることができ
る。これにより、従来は、図４の破線Ｂのように、露光
時刻ｔｒの手前で急速に合焦レンズ１１を駆動していた
のに対し、本発明では図４の破線Ｃのように実際の像面
位置の変化に近い速度で合焦レンズ１１を駆動するた
め、露光時刻の近くでは、実際の像面位置の変化を示す
曲線Ａの傾きと破線Ｃの傾きとの差を小さくできる。し
たがって、露光時刻ｔｒが多少ずれても、像面位置のず
れ量は従来に比べて格段に少なくなる。

【００４４】−第２の実施例− 第２の実施例は、合焦レンズ１１を駆動する合焦レンズ
駆動部１３をカメラボディ２の内部に備えたものであ
る。図５は第２の実施例の自動合焦装置のブロック図で
ある。図５では、図１と共通する構成部分には同一符号
を付しており、以下では相違点を中心に説明する。図５
に示すように、第２の実施例の合焦レンズ駆動部１３と
駆動モニタ部１４はカメラボディ２の内部に設けられ
る。また、撮影レンズ１とカメラボディ２の双方には、
合焦レンズ１１の駆動情報をカメラボディ２から撮影レ
ンズ１に伝送するためのカップリング１７，２７が設け
られている。

【００４５】第２の実施例のメインＣＰＵ２４は図３と
同様の処理を行なうため、ここでは説明を省略する。

【００４６】一方、上記第１の実施例および第２の実施
例において、露光時における像面速度を予測する代わり
に、直接像面位置を予測してもよい。間欠的に合焦レン
ズ１１を駆動して焦点検出を行なうカメラの場合、この
ような方法が望ましい場合もありうる。特に、レンズ繰
り出し量を絶対値として求めることができる場合には、
直接像面位置を予測するのが望ましい。

【００４７】今、前回測定時に対応する仮想時刻ｔ_n-1
における像面位置をｂ１とすると、露光仮想時刻ｔｘで
の像面位置は、（２３）式によって求められる。

【数２３】なお、（２３）式は、仮想時刻ｔ_n-1における像面位置
を比例補間して求めたものである。一方、現在時刻ｔｔ
０における像面位置ｂｎは、（２４）式によって求めら
れる。

【数２４】この（２４）式から、駆動モニタ部１４によって求めら
れるレンズ繰り出し量データを減算すれば、現在のデフ
ォーカス量を求めることができる。

【００４８】一方、エンコーダを用いてレンズ繰り出し
量を検出している場合には、レンズ繰り出し量の絶対値
を算出できないため、エンコーダから出力されるレンズ
繰り出し量の相対値と絶対値との差を示すオフセット量
ｃを（２５）式によって求め、エンコーダ出力値からこ
のオフセット量ｃを減算することによって、レンズ繰り
出し量の絶対値を求めればよい。

【数２５】

【００４９】このように、露光時における像面速度を予
測することなく像面位置を直接予測すれば、予測演算時
間をより短くできるため、連写撮影のように高速に合焦
レンズ１１を駆動する必要がある場合等に特に都合がよ
い。

【００５０】−第３の実施例− 第３の実施例は、予測演算をする際に用いる仮想時刻の
補正を行なうものである。この第３の実施例は、第１ま
たは第２の実施例と同様の構成を有し、またメインＣＰ
Ｕ２４の処理もほぼ共通するため、以下では相違点のみ
を説明する。

【００５１】前述した第１の実施例では、図４に示すよ
うに、所定時間ごとに焦点検出を行なって像面位置を演
算している。すなわち、第１の実施例は、（１５）式に
示す連続関数である双曲線関数に基づいて像面速度を予
測するにもかかわらず、実際には、離散的に検出したデ
ータに基づいて演算を行なっている。したがって、演算
結果にも幾分かの誤差が含まれる。この誤差は図２の曲
線の山の裾野付近ではあまり大きくないが、像面位置の
時間的変化が大きい山のピーク点付近では非常に大きく
なる。

【００５２】このため、一つの手段として、（２０）式
によって求められる露光仮想時刻ｔｘを線形補正するこ
とが考えられる。すなわち、露光仮想時刻ｔｘを（２
６）式に基づいて補正すればよい。

【数２６】ｔｘ’＝ａ（ｔｘ＋ｂ）・・・（２６）（２６）式中の係数ａ，ｂは、焦点検出を行なう時間間
隔や使用する撮影レンズ１の焦点距離等のさまざまな条
件を考慮に入れて、実験によって定めるのが望ましい。
例えば、本出願人による実験によると、係数ａを０．
８、係数ｂを１８０ｍｓ、サイクルタイムを１００ｍｓ
とした場合、撮影レンズ１の焦点距離が３０ｍｍ以上の
ときに非常に良好な結果が得られた。

【００５３】このように、第３の実施例では、露光仮想
時刻ｔｘを線形補正するようにしたため、焦点検出を離
散的に行なうことによって生じる誤差を軽減できる。し
たがって、第１または第２の実施例に第３の実施例を組
み合わせることで、より精度よく被写体位置を予測でき
る。

【００５４】上記各実施例では、（１５）式の双曲線関
数に基づいて露光時の像面速度を予測しているが、像面
速度を予測するための双曲線関数は必ずしも（１５）式
と同一でなくてもよい。すなわち、図２の曲線に近似す
るような双曲線であればよい。あるいは、使用する撮影
レンズの焦点距離等により、最も適した双曲線関数を切
り替えるようにしてもよい。また、上記各実施例では、
露光時の像面速度を予測しているが、予測する時刻は露
光時に限定されない。上記各実施例では、カメラボディ
２内部のメインＣＰＵ２４によって予測演算を行なった
が、レンズＣＰＵ１２によって行なってもよい。上記実
施例では、本発明による自動合焦装置をカメラに適用す
る例を説明したが、カメラ以外のシステムに適用しても
よい。

【００５５】このように構成した実施例にあっては、焦
点検出部２２とＡＦ演算部２３が焦点検出手段に、メイ
ンＣＰＵ２４が像面速度算出手段に、合焦レンズ駆動部
３がレンズ駆動制御手段に、図３のフローチャートが像
面速度予測手段に、図３のステップＳ２〜Ｓ４が時刻変
換手段に、図３のステップＳ２が第１仮想時刻演算手段
に、図３のステップＳ３，Ｓ４が加算手段に、それぞれ
対応する。

【００５６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、時刻をパラメータとし被写体結像面の移動加速度
を考慮に入れた双曲線関数に基づいて被写体結像面の移
動速度を予測するため、実際の被写体の移動に一致する
ように合焦レンズを駆動することができる。これによ
り、焦点距離の長い望遠レンズ等によって、高速に移動
する自動車等の被写体を撮影する場合、従来は被写体結
像面の移動加速度を十分に考慮に入れずに撮影を行なっ
ていたため、被写体が自動合焦装置に近づくと正しく合
焦できなかったが、本発明によればこのような場合にも
精度よく合焦させることができる。請求項２に記載の発
明によれば、露光時における被写体結像面の移動速度を
予測し、露光時に被写体結像面が予定結像面に一致する
ように撮影光学系を駆動制御するため、被写体の移動に
かかわらず、常にピントの合った撮影が可能となる。請
求項３，４に記載の発明によれば、露光を行なう予定時
刻を双曲線関数の時刻パラメータに代入可能な仮想時間
値に変換するようにしたため、双曲線関数の時刻パラメ
ータと実時間とが一致しなくても、双曲線関数に基づい
て被写体結像面の移動速度を演算できる。請求項５に記
載の発明によれば、仮想時間を線形関数を用いて補正す
るようしたため、焦点検出演算を離散的に行なうことに
よって生じる誤差を軽減できる。請求項６に記載の発明
によれば、自動合焦装置と被写体との最接近距離をゼロ
に近似する双曲線関数に基づいて被写体結像面の移動速
度を予測するため、被写体結像面の移動加速度を十分に
考慮に入れて演算できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動合焦装置の第１の実施例のブ
ロック図。

【図２】被写体の実際の像面位置の変化を示す図。

【図３】第１の実施例のメインＣＰＵの動作を示すフロ
ーチャート。

【図４】被写体の実際の像面位置の変化と、合焦レンズ
の駆動状態を示す図。

【図５】本発明による自動合焦装置の第２の実施例のブ
ロック図。

【符号の説明】

１撮影レンズ２カメラボディ１１合焦レンズ１２レンズＣＰＵ１３合焦レンズ駆動部１４駆動モニタ部１５駆動伝達部１６，２５レンズ接点１７，２７カップリング２１クイックリターンミラー２２焦点検出部２３ＡＦ演算部２４メインＣＰＵ２６記憶部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影光学系による被写体結像面と、フィ
ルム面に共役な予定結像面とのずれに対応するデフォー
カス量を検出する焦点検出手段と、この焦点検出手段によって検出された前記デフォーカス
量に基づいて、前記被写体結像面の移動速度を算出する
像面速度算出手段と、前記焦点検出手段により検出された前記デフォーカス量
と前記像面速度算出手段により算出された前記被写体結
像面の移動速度とに基づいて、前記撮影光学系を合焦位
置に向かって駆動制御するレンズ駆動制御手段とを備え
た自動合焦装置において、時刻をパラメータとし前記被写体結像面の移動加速度を
考慮に入れた双曲線関数に基づいて、前記被写体結像面
の移動速度を予測する像面速度予測手段を備え、前記レンズ駆動制御手段は、前記予測された被写体結像
面の移動速度に基づいて、前記被写体結像面が前記予定
結像面に一致するように前記撮影光学系を駆動制御する
ことを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】請求項１に記載された自動合焦装置にお
いて、前記像面速度予測手段は、露光時における前記被写体結
像面の移動速度を予測し、前記レンズ駆動制御手段は、露光時に前記被写体結像面
が前記予定結像面に一致するように前記撮影光学系を駆
動制御することを特徴とする自動合焦装置。
【請求項３】請求項２に記載された自動合焦装置にお
いて、露光を行なう予定時刻を、前記双曲線関数の時刻パラメ
ータに代入可能な仮想時刻値に変換する時刻変換手段を
備え、前記像面速度予測手段は、前記仮想時刻値を前記双曲線
関数の時刻パラメータに代入して前記被写体結像面の移
動速度を予測することを特徴とする自動合焦装置。
【請求項４】請求項３に記載された自動合焦装置にお
いて、前記時刻変換手段は、前記像面速度算出手段によって算出された移動速度と、
前記像面速度算出手段によって移動速度を算出する時間
間隔とに基づいて第１の仮想時刻を算出する第１仮想時
刻演算手段と、前記算出された第１の仮想時刻と、前記像面速度算出手
段によって移動速度を算出した時点から露光を行う予定
時刻までの実時間とを加算して前記仮想時刻値を算出す
る加算手段とを備えることを特徴とする自動合焦装置。
【請求項５】請求項３または４に記載された自動合焦
装置において、前記像面速度予測手段は、前記仮想時刻値をパラメータ
とする線形関数に基づいて第２の仮想時刻を算出する第
２仮想時刻演算手段を備え、前記第２の仮想時刻を前記
双曲線関数の時刻パラメータに代入して前記被写体結像
面の移動速度を予測することを特徴とする自動合焦装
置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載された自
動合焦装置において、前記像面速度予測手段は、該自動合焦装置と被写体との
最接近距離をゼロに近似する双曲線関数に基づいて前記
被写体結像面の移動速度を予測することを特徴とする自
動合焦装置。