JP2001021794A

JP2001021794A - 自動焦点調節装置および光学機器

Info

Publication number: JP2001021794A
Application number: JP11197185A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Yoshida; 智一吉田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】移動する被写体に対する追従性能を向上させ
る。【解決手段】デフォーカス量検出手段により検出され
たデフォーカス量と撮影レンズの結像位置から求められ
る像面位置と前記デフォーカス量の検出時刻とを過去複
数回記憶する記憶手段と、該記憶手段により記憶された
過去複数回の像面位置とその検出時刻の変化から将来の
像面位置を予測するのに最も適した関数を選択し、該選
択した関数によって将来の像面位置の変化を予測する予
測手段とを有し、前記予測手段は、前記撮影レンズの焦
点距離、被写体距離、被写体速度、被写体加速度、像面
距離、像面速度、像面加速度のうちのいずれか一つ、ま
たは複数を組み合わせた評価結果に基づいて、前記将来
の像面位置を予測する最も適した関数を選択する（＃２
０２〜＃２１０）ようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過去複数回の像面
位置とその検出時刻の変化から将来の像面位置を予測す
る機能を有する自動焦点調節装置および光学機器の改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラの自動焦点調節装置におい
て、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体か
らの光束を、一対のラインセンサ上に結合させ、被写体
像を光電変換して得られた一対の像信号の相対位置変位
量である像ずれ量を求めることにより、被写体のデフォ
ーカス量を検出して、これに基づいて撮影レンズの駆動
を行う自動焦点調節方法が広く知られている。

【０００３】またその多くは、静止する被写体のみなら
ず、移動する被写体にレンズ駆動を追従させるサーボモ
ードを備えている。その追従方法としては、第１に、過
去に得た２点の被写体の像面位置とその検出時刻の差分
をとり、像面位置の変化量、つまり像面速度を求めるこ
とによって、検出点から所定時間後の像面位置を予測す
る方法がある。現在でも、被写体がカメラから遠く、像
面速度が比較的に遅い場合にこの方法を用いるカメラは
多い。

【０００４】しかしながら、この方法では過去に得た２
点の被写体の像面位置を通る１次直線を将来の時間に渡
って外延して、検出点から所定時間後の像面位置を直線
補間によって求める方法であるから、実際の像面位置の
変化が直線でないと予測する時刻が検出点から離れれば
離れるほど理論的な誤差が増大することになる。事実、
被写体からレンズまでの距離である被写体距離をａ、レ
ンズからフィルム面上までの距離である像面距離をｂと
すると、合焦状態にあるとき、 1/a ＋ 1/b = 1/f の式が成り立つから、カメラに等速ｖでまっすぐ向かう
被写体だとしても、t=0での被写体距離をa0とすれば、
像面距離ｂは b(t) = 1/｛ 1/f− 1/(a0−vt) ｝と変化し、被写体がカメラに接近するにつれて像面距離
は非線形に増加する。つまり、被写体がカメラに近づく
につれて１次直線では、予測量が足りなくなる。逆に被
写体がカメラから遠く像面速度が比較的に遅い場合に
は、この曲線はほぼ直線とみなしてよい。被写体がカメ
ラから遠く、像面速度が比較的に遅い場合にこの方法が
有効なのはそのためである。

【０００５】第２の追従方法としては、上記第１の追従
方法である一次直線の代わりに、２次曲線によって、検
出点から所定時間後の像面位置を予測する方法がある。
具体的には、過去に得た３点の被写体の像面位置とその
検出時間から、像面速度とさらに像面速度の変化量、つ
まり像面加速度を求めることによって、検出点から所定
時間後の像面位置を予測する方法である。像面速度があ
る程度速くなった時点で第１の追従方法からこの方法に
切り換えるカメラも多い。

【０００６】しかしながら、この方法は過去に得た３点
の被写体の像面位置を通る放物線を決定し、これを将来
の時間に渡って外延して、検出点から所定時間後の像面
位置を２次補間によって求める方法であるから、実際の
像面位置の変化が２次曲線でないと予測する時刻が検出
点から離れれば離れるほど理論的な誤差が増大すること
は第１の追従方法と何ら変わりない。先ほど述べたよう
に、実際の像面距離は非線形に増加する。つまり、被写
体がカメラに近づくにつれて、２次曲線でも予測量は足
りなくなる。１次直線よりは理論的な誤差であるところ
の予測の不足量は確かに減少するのだが、カメラに高速
に接近する被写体では、その不足量は実用上無視できな
くなる。

【０００７】さらに３次，４次と次数を増やした多項式
で補間し、予測を行う方法も提案されている。理論的に
は、任意の１価関数ｆ(x) はｘ＝ａ付近で級数展開ｆ(x)=Σ1/n! f⁽ⁿ⁾(a)(x−a)ⁿ とできるので、これらの多項式補間よる予測方法は次数
を増やせば増やすほど、理論的な誤差を減少させること
ができる。

【０００８】しかしながら、次数をいたずらに増やせ
ば、それぞれの項に係る係数を決定するために必要な過
去の像面位置のデータ数を増加させる。つまり、予測可
能となるまでに必要なデータ数が増加する。また一方
で、焦点検出で得られるデフォーカス量には、無視でき
ない相当量の検出誤差が含まれる。多項式補間による検
出誤差の影響は、決定しなければならない係数が増えれ
ば増えるほど顕著に、つまり誤差に対して敏感になる。
現在の焦点検出光学系やセンサの精度では、多項式補間
による予測方法はせいぜい２次程度が限界である。

【０００９】第３の追従方法としては、非線形な像面の
動きを本質的に捉える方法がある。例えば、先ほど述べ
た通りカメラに等速ｖでまっすぐ向かう被写体は、像面
距離が b(t)= 1 /｛ 1/f−1/(a0 − vt ) ｝と変化するので、t=0 での像面距離b0が正確に測れるの
であれば、 1/a ＋ 1/b = 1/f から b(t) = 1 /｛１／f − 1/(１／(1/f− 1/b0)− vt)｝と式を変形できるので、容易に将来の像面位置を予測す
ることができる。

【００１０】しかしながら、この方法は非線形な像面の
動きを本質的に捉えているためがゆえに、像面距離b0の
測定精度が予測精度に大きく影響を与える。像面距離を
正確に測定するためには、撮影レンズの絶対的な繰り出
し量を正確に測定しなければならないが、要求される予
測精度を満たすためには撮影レンズにより多くのコスト
を払わなければならない。

【００１１】第４の追従方法としては、統計演算を行う
方法がある。この方法は、過去に得た複数回の被写体の
像面位置とその検出時間のデータに対して、単回帰直線
y(t)=α＋βt や２次の重回帰曲線y(t) =α＋βt ＋γt
²の各係数を最も良くフィットするように最小２乗法な
どの統計演算によって求め、最終検出点から所定時間後
の像面位置を予測する方法である。この目的は、デフォ
ーカス量の検出誤差の影響を最小限に押さえるためであ
り、単回帰直線や２次の重回帰曲線の係数βは複数のデ
ータを代表する像面速度を、２次の重回帰曲線の係数γ
は像面加速度を、それぞれ表している。これら多項式近
似による予測方法において重要なのは、過去にどのよう
な点を通ったではなく、将来どのような点を通るかに着
目している点であり、検出誤差に対して頑健な予測値を
出すことが可能である。

【００１２】しかしながら、これら統計演算は過去のあ
る程度の時間の複数のデータを代表しているために、急
速に変化する被写体への対応が難しくなる。

【００１３】これに対しては、だいぶ前に得られたデー
タより、最近得られたデータの、データとしての重みを
より重くする重み付けによってある程度改善することが
できるが、今度は最近得られたデータに対する誤差の影
響が顕著に現れることになる。また、これら多項式近似
による予測方法も、実際の像面位置の変化が１次直線や
２次曲線にフィットしないと、予測する時刻が最終検出
点から離れれば離れるほど理論的な誤差が増大すること
は先ほど述べた多項式補間による追従方法と何ら変わり
ない。しかも、多項式近似の最初から最終までの検出デ
ータの時間間隔が多項式補間に比べより長くなればなる
ほど、デフォーカス量の検出誤差の影響は小さくなる
が、理論的な誤差は増すばかりである。一方で、理論的
な誤差を減少させるために多項式近似の次数をいたずら
増やしても、今度は却ってデフォーカス量の検出誤差の
影響を顕著に受けることになるのは多項式補間による予
測方法と全く同じである。

【００１４】上記第４の追従方法を改善した第５の追従
方法として、特開平８−７５９８９号では、像面位置と
像面速度の平方根の空間で単回帰直線を求め、この回帰
式から逆算して像面速度と像面加速度を求める方法が開
示されている。前記第３の追従方法で説明した通り、非
線形な像面の動きを本質的に捉えるには像面距離b0を正
確に測定する必要があるが、この方法においては、被写
体はカメラに向かってまっすぐ等速度接近すると仮定す
ることによって、像面位置と像面速度の平方根がなす空
間が直線になることに着目し、像面距離b0の値を直接求
めずとも正確に将来の像面位置を求めることを可能にし
ている。また、単回帰直線によって、像面速度と像面加
速度を求めているので、デフォーカス量の検出誤差の影
響を最小限に押さえることができる。この方法は確か
に、被写体がカメラに向かってまっすぐ等速度で接近す
る場合には非常に有効なのだが、このような撮影状況は
希有である。なぜなら、もしこのように被写体がカメラ
に向かって移動したとすると、最終的に被写体はカメラ
とぶつかってしまうことになる。このような撮影状況の
実際は、被写体がカメラに向かってまっすぐ接近してい
るようでも、正確にはカメラの真横をすり抜けるように
被写体を通過していくのが常である。このような撮影状
況で、被写体はカメラに向かってまっすぐ等速度接近す
ると仮定して、つまり像面速度は単調に増加すると仮定
して、将来の像面位置を求めると、被写体がカメラに接
近するにつれて理論的な誤差が生じることになる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述の通り、一般的に
追従方法の理論的な誤差とデフォーカス量の検出誤差が
像面位置の予測に及ぼす影響は相反する関係にある。す
なわち、片方の誤差を小さくしようとすると、もう片方
の誤差が予測に及ぼす影響が大きくなる。また、統計演
算は確かにデフォーカス量の検出誤差の影響を小さくす
ることができるのだが、そのためには統計演算にかける
データ数を増やさなければならず、結果的に統計演算を
行う最初のデータと最終のデータの時間間隔が長くなる
ために、急速に変化する被写体への対応が難しくなる。
つまりこれも相反する関係にある。とりわけ、一眼レフ
カメラにおいては、レリーズボタンが押されてもミラー
アップや撮影レンズの絞り込みが終了するまで露光が開
始されないレリーズタイムラグがある。モータスポーツ
などの移動する被写体を撮影する場合には、被写界深度
の浅い超望遠レンズを用いることが一般的なので、この
レリーズタイムラグを見越してレンズ駆動を行い、露光
時には正確に合焦させる必要がある。そのためには、予
測精度が高く、かつデフォーカス量の検出誤差に対して
も頑健で、かつ運動が急速に変化する被写体への対応が
できる追従方法が不可欠である。

【００１６】（発明の目的）本発明の第１の目的は、移
動する被写体に対する追従性能を向上させることのでき
る自動焦点調節装置および光学機器を提供しようとする
ものである。

【００１７】本発明の第２の目的は、移動する被写体の
観察をし易いものとすることのできる自動焦点調節装置
および光学機器を提供しようとするものである。

【００１８】本発明の第３の目的は、露光時に正確に合
焦をさせることのできる自動焦点調節装置および光学機
器を提供しようとするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１，９に記載の発明は、撮影レンズの
結像位置と撮影動作を行うべき撮影レンズの像面位置と
の差を検出するデフォーカス量検出手段と、該デフォー
カス量検出手段により検出されたデフォーカス量と撮影
レンズの結像位置から求められる像面位置と前記デフォ
ーカス量の検出時刻とを過去複数回記憶する記憶手段
と、該記憶手段により記憶された過去複数回の像面位置
とその検出時刻の変化から将来の像面位置を予測するの
に最も適した関数を選択し、該選択した関数によって将
来の像面位置の変化を予測する予測手段とを有し、前記
予測手段は、前記撮影レンズの焦点距離、被写体距離、
被写体速度、被写体加速度、像面距離、像面速度、像面
加速度のうちのいずれか一つ、または複数を組み合わせ
た評価結果に基づいて、前記将来の像面位置を予測する
最も適した関数を選択する自動焦点調節装置および光学
機器とするものである。

【００２０】上記構成においては、焦点距離、被写体距
離、被写体速度、被写体加速度、像面距離、像面速度、
像面加速度のうちのいずれか一つ、または複数を組み合
わせた評価結果に基づいて将来の像面位置を予測する最
も適した関数を選択し、この選択した関数によって、移
動する被写体に対して正確に将来の像面位置の変化を予
測するようにしている。

【００２１】同じく上記第１の目的を達成するために、
請求項２，９に記載の発明は、撮影レンズの結像位置と
撮影動作を行うべき撮影レンズの像面位置との差を検出
するデフォーカス量検出手段と、該デフォーカス量検出
手段により検出されたデフォーカス量と撮影レンズの結
像位置から求められる像面位置と前記デフォーカス量の
検出時刻とを過去複数回記憶する記憶手段と、該記憶手
段により記憶された過去複数回の像面位置とその検出時
刻の変化から将来の像面位置を予測するのに最も適した
関数を選択し、該選択した関数によって将来の像面位置
の変化を予測する予測手段とを有し、該予測手段は、前
記撮影レンズの焦点距離、被写体距離、被写体速度、被
写体加速度、像面距離、像面速度、像面加速度のうちの
いずれか一つと、過去複数回の前記像面位置とに基づい
て、前記将来の像面位置を予測する最も適した関数を選
択する自動焦点調節装置および光学機器とするものであ
る。

【００２２】上記構成においては、焦点距離、被写体距
離、被写体速度、被写体加速度、像面距離、像面速度、
像面加速度のうちのいずれか一つと、過去複数回の前記
像面位置とに基づいて将来の像面位置を予測する最も適
した関数を選択し、この選択した関数によって、移動す
る被写体に対して正確に将来の像面位置の変化を予測す
るようにしている。

【００２３】同じく上記第１の目的を達成するために、
請求項３，９に記載の発明は、撮影レンズの結像位置と
撮影動作を行うべき撮影レンズの像面位置との差を検出
するデフォーカス量検出手段と、該デフォーカス量検出
手段により検出されたデフォーカス量と撮影レンズの結
像位置から求められる像面位置と前記デフォーカス量の
検出時刻とを過去複数回記憶する記憶手段と、該記憶手
段により記憶された過去複数回の像面位置とその検出時
刻の変化から将来の像面位置を予測するのに最も適した
関数を選択し、該選択した関数によって将来の像面位置
の変化を予測する予測手段とを有し、該予測手段は、前
記記憶手段により記憶された過去複数回の像面位置とそ
の検出時刻とを統計的に所定の複数の関数に適合させ、
その分散が最も小さい関数を前記将来の像面位置を予測
する関数として選択する自動焦点調節装置および光学機
器とするものである。

【００２４】上記構成においては、過去複数回の像面位
置とその検出時刻とを統計的に所定の複数の関数に適合
させ、その分散が最も小さい関数を将来の像面位置を予
測する関数として選択し、この選択した関数によって、
移動する被写体に対して正確に将来の像面位置の変化を
予測するようにしている。

【００２５】同じく上記第１の目的を達成するために、
請求項４，９に記載の発明は、撮影レンズの結像位置と
撮影動作を行うべき撮影レンズの像面位置との差を検出
するデフォーカス量検出手段と、該デフォーカス量検出
手段により検出されたデフォーカス量と撮影レンズの結
像位置から求められる像面位置と前記デフォーカス量の
検出時刻とを過去複数回記憶する記憶手段と、該記憶手
段により記憶された過去複数回の像面位置とその検出時
刻の変化から将来の像面位置を予測するのに最も適した
関数を選択し、該選択した関数によって将来の像面位置
の変化を予測する予測手段とを有し、該予測手段は、前
記将来の像面位置を予測する関数を y(t) = α＋βtⁿ の如き多項式近似の最高次の項以外の項を１つ以上省い
た式とする自動焦点調節装置および光学機器とするもの
である。

【００２６】上記構成においては、多項式近似の最高次
の項以外の項を１つ以上省いた予測関数式によって、移
動する被写体に対して正確に将来の像面位置の変化を予
測するようにしている。

【００２７】また、上記第２の目的を達成するために、
請求項７，９に記載の発明は、移動する被写体に対して
撮影レンズを追従させる際、像面位置の変化の予測に従
って前記撮影レンズの駆動を行う請求項１〜６の何れか
に記載の自動焦点調節装置および光学機器とするもので
ある。

【００２８】上記構成においては、像面位置の変化の予
測に従って撮影レンズの駆動を行い、移動する被写体に
対して正確に追従できるようにしている。

【００２９】また、上記第３の目的を達成するために、
請求項８，９に記載の発明は、移動する被写体に対して
連続して露光を行う際、の像面位置の変化の予測によっ
て、次回の露光時における像面位置を予測して、露光時
にその像面位置に前記撮影レンズがくるようにレンズ駆
動を行う請求項１〜７の何れかに記載の自動焦点調節装
置および光学機器とするものである。

【００３０】上記構成においては、次回の露光時におけ
る像面位置を予測して、露光時にその像面位置に撮影レ
ンズがくるようにレンズの駆動を行い、レリーズタイム
ラグを見越して正確に合焦を行えるようにしている。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。

【００３２】図１は本発明の実施の第１の形態に係る光
学機器の一例である自動焦点調節装置付き一眼レフカメ
ラの構成を示すブロック図である。

【００３３】図１において、１は撮影レンズ、２はレン
ズ駆動ユニット、３は結像位置検出ユニットである。

【００３４】上記結像位置検出ユニット３は、現在の撮
影レンズの結像位置での相対的な繰り出し量、もしくは
絶対的な繰り出し量を測定することができるものであ
る。先述した通り、撮影レンズの絶対的な繰り出し量を
正確に測定するには多くのコストがかかるので、レンズ
の距離環を電気的に８から３２程度の等間隔に分割し
て、大体の繰り出し量を得るものが一般的である。ま
た、廉価な撮影レンズの中には絶対的な繰り出し量を得
ることができないものも多い。この場合には、過去複数
回の像面位置とその検出時刻の変化から、計算によって
直接求めてもよい。この撮影レンズの絶対的な繰り出し
量とデフォーカス量から被写体の絶対距離を求めること
もできる。一方で、撮影レンズの相対的な繰り出し量の
検出として、レンズの駆動パルスを電気的にカウントし
たり、エンコーダーがレンズ可動部を光学的にカウント
したり様々な検出方法が提案されているが、数１０〜数
１００μｍの単位で細かく測定できるものが一般的であ
る。また、撮影レンズの相対的な繰り出し量とデフォー
カス量から被写体の像面位置を求めることもできる。

【００３５】４はクロック供給ユニット、５は絞り、６
は絞り駆動ユニット、７はＭＰＵ（マイクロプロセッシ
ングユニット）、８はメモリである。前記クロック供給
ユニット４からクロック供給を受けたＭＰＵ７が、本実
施の形態に係る全ての演算，制御を行う。また、ＭＰＵ
７にはタイマが内蔵されており、クロック供給ユニット
４のクロックを基準に時間の測定も行う。

【００３６】９は焦点検出ユニット、１０はシャッタ駆
動ユニット、１１はフィルム給送ユニットである。

【００３７】撮影レンズの結像位置と撮影動作を行うべ
き撮影レンズの像面位置との差であるデフォーカス量
は、撮影レンズの光軸を挟んだ異なる２領域を通過する
被写体光束から形成される２つの像の像ずれ量から計算
される。具体的には、これら２像の光束はハーフミラー
となっているメインミラーを通過し、その後ろにあるサ
ブミラーによって反射され、不図示の焦点検出光学系に
よって焦点検出ユニット９に導かれる。該焦点検出ユニ
ット９は光電変換素子を有しており、ＭＰＵ７はこれら
２像の信号を前記光電変換素子より読み出して相関演算
を施すことにより像ずれ量を計算し、デフォーカス量を
求める。

【００３８】ＳＷ１はレリーズボタンの第１ストローク
操作（半押し）によりオンするスイッチ、ＳＷ２はレリ
ーズボタンの第２ストローク操作（全押し）によりオン
するスイッチである。なお、この実施の形態では、撮影
レンズとカメラボディが一体型の一眼レフカメラを用い
て説明しているが、レンズマウントを介して撮影レンズ
を交換できるタイプのカメラにおいても、本実施の形態
は同様に適用できるものである。その際、レンズ駆動ユ
ニット２の駆動源となるモータはレンズ筐体内にあって
もよいし、カメラボディ側にあってレンズマウントから
駆動結合体を介して撮影レンズを直接駆動してもよい。
また、本実施の形態では説明を簡略化するために、撮影
レンズは単焦点で焦点距離は既知であるとするが、可変
焦点( ズーム) でも何らかまわず、その場合はそのズー
ム位置での焦点距離を検出することができればよい。こ
れは、撮影レンズを交換できるタイプのカメラにおいて
も同様である。

【００３９】次に、本発明の実施の第１の形態に係るカ
メラの動作について、図２のフローチャートを用いて説
明する。

【００４０】ステップ＃００１においてスイッチＳＷ１
がオンされるとステップ＃００２へ進み、測光を行う。
そして、ステップ＃００３へ進み、焦点検出制御を行う
ルーチンを実行する。このルーチンについての詳細は図
４のフローチャートを用いて後述する。焦点検出制御の
ルーチンが終了すると自動焦点調節に必要なレンズ駆動
量が後述するようにメモリ８に設定されているので、次
のステップ＃００４にて、レンズ駆動ユニット２を介し
て撮影レンズ１を合焦させるためのレンズ駆動を開始す
る。

【００４１】次のステップ＃００５にてレンズ駆動の完
了を判定するとステップ＃００６へ進み、今回のレンズ
駆動に要した時間を測定する。これはＭＰＵ７がレンズ
駆動開始時と終了時の内蔵タイマの値の差分をとること
によって求められる。レンズ駆動時間の測定が終了する
とステップ＃００７へ進み、スイッチＳＷ２がオンされ
ているかを判定する。この判定の結果、スイッチＳＷ２
がオンされていればステップ＃００８へ進み、以下の撮
影のための一連の動作を行う。

【００４２】まず、ステップ＃００８にてメインミラー
のアップ（ミラーアップ）を、次のステップ＃００９に
て絞り駆動ユニット６を介して絞り５の絞り込みを、そ
れぞれ開始する。上記ステップ＃００９での絞り込み量
は、前述のステップ＃００２で得られた測光値を基に自
動的にＭＰＵ７によって決定されるが、本発明には関係
ないのでその説明は省略する。次のステップ＃０１０に
てミラーアップと絞り込みの双方の完了を判定するとス
テップ＃０１１へ進み、今回のミラーアップと絞り込み
の双方の完了に要した時間を、上記ステップ＃１０５の
レンズ駆動時間の測定と同様の方法で測定する。その
後、ステップ＃０１２へ進み、周知のレリーズ動作を行
い、続くステップ＃０１３にて連写２駒目以降の撮影動
作を行うルーチンを実行する。このルーチンについての
詳細は図３のフローチャートを用いて後述する。

【００４３】上記ステップ＃０１３のルーチンを終了す
るか、もしくはステップ＃００７にてスイッチＳＷ２が
オンされていないと判定した場合はステップ＃０１４へ
進み、スイッチＳＷ１がオンされているか判定し、該ス
イッチＳＷ１がオンされていればステップ＃００２へ戻
り、以下スイッチＳＷ１がオフされるまで、前述と同様
の動作を繰り返す。

【００４４】次に、図３のフローチャートを用いて、図
２のステップ＃０１３にて実行される「連写２駒目以
降」の撮影動作を行うルーチンについて説明する。この
ルーチンは、図２のステップ＃０１２で１駒目のレリー
ズ動作が行われた後にすぐにステップ＃１０１を介して
実行される。

【００４５】まず、ステップ＃１０２にてスイッチＳＷ
２がオンされているか判定する。この判定の結果、スイ
ッチＳＷ２がオンされていなければ、今回のレリーズ動
作は単写と判定してこのルーチンを終了して図２のフロ
ーへ戻る。一方、スイッチＳＷ２がオンされていればス
テップ＃１０３へ進み、連写撮影のための一連の動作を
行う。具体的には、ステップ＃１０３にて測光を行い、
次のステップ＃１０４にて焦点検出制御を行うルーチン
を実行する。このルーチンは、図２のステップ＃００３
のルーチンと同じであり、詳細は図４のフローチャート
を用いて後述する。この焦点検出制御のルーチンを終了
すると、自動焦点調節に必要なレンズ駆動量が後述する
ようにメモリ８に設定されているので、続いてステップ
＃１０５にてミラーアップを、ステップ＃１０６にてレ
ンズ駆動を、さらにステップ＃１０７にて絞り５の絞り
込みを、それぞれ開始する。

【００４６】そして、ステップ＃１０８において、上記
のミラーアップ，レンズ駆動，絞り込みの３つ全ての動
作完了を判定するとステップ＃１０９へ進み、今回のミ
ラーアップ，レンズ駆動，絞り込みの３つ全ての動作完
了までに要した時間であるレリーズタイムラグを測定す
る。その後、ステップ＃１１０へ進んでレリーズ動作を
行い、再び図２のステップ＃１０２へ戻り、以下スイッ
チＳＷ２がオフされるまで、連写撮影のフローを繰り返
す。

【００４７】次に、図４のフローチャートを用いて、図
２のステップ＃００３と図３のステップ＃１０４におい
て共通して呼ばれる焦点検出制御のルーチンについて説
明する。

【００４８】ステップ＃２０１よりステップ＃２０２へ
進み、ここではデフォーカス量を検出する。そして、次
のステップ＃２０３にて像面位置とその検出時刻の算出
を行う。一般的に、焦点検出ユニット９に含まれる光電
変換素子は、像信号が得られるまでにある程度の電荷の
蓄積時間を必要とするので、蓄積開始時刻と終了時刻の
中点をデフォーカス量検出時刻とし、撮影レンズの相対
的な繰り出し量にこのデフォーカス量を加えることによ
って、被写体の像面位置を算出する。

【００４９】デフォーカス量検出時刻はそのまま像面位
置の検出時刻となるので、像面位置とその検出時刻の組
のデータを次のステップ＃２０４にて、メモリ８に格納
する。格納するメモリのデータ構造はキューとなってお
り、予め定められたデータの個数までは順に格納するが
それ以降のデータは、最も古いデータの上に最新のデー
タを上書きする。この実施の形態では、最大７組までの
データを格納するものとしている。

【００５０】その後、ステップ＃２０５へ進み、メモリ
８に格納されたデータ数が統計演算可能かどうか判定す
る。この実施の形態では、将来の像面位置を予測する関
数をy(t) =α＋βt ＋γtⁿ としている。ｎは後述する
像面距離や像面速度や像面加速度などによって決定され
る変数なので、決定しなければならない未知の係数は
α，β，γの３つである。よって、最低３組のデータが
あればよいのだが、先述した通りデータ数が少ないとデ
フォーカス量の検出誤差の影響を受け易くなるので、最
低５組のデータが揃わないと統計演算のフローへは入ら
ないようにしている。この判定の結果、統計演算に必要
なデータ数が十分であればステップ＃２０６へ進み、統
計演算による予測のための一連の動作を行う。

【００５１】まず、ステップ＃２０６において、像面距
離の算出を行う。これは、結像位置検出ユニット３から
絶対的な撮影レンズの繰り出し量を読み出して、現在の
デフォーカス量を加算すればよい。また、絶対的な繰り
出し量の測定の出来ないレンズにおいても、過去複数回
の像面位置とその検出時刻の変化から、計算によって直
接像面距離を求めてもよい。その計算方法については、
既に様々な方法が提案されており、本発明には直接関係
ないので詳細な説明は省略する。

【００５２】像面距離の算出に続いて、次のステップ＃
２０７では像面速度を、続くステップ＃２０８では像面
加速度を、それぞれ求める。この実施の形態では、最近
に得られた過去３点の被写体の像面位置とその検出時間
から、像面速度と像面加速度を求めるているが、被写体
の移動に撮影レンズが追従している場合においては、レ
ンズ駆動ユニット２の駆動源となるモータの回転数を直
接読み取ることによって求めてもよい。

【００５３】続いてステップ＃２０９へ進み、統計演算
に用いる予測式を決定する。ここで、将来の像面位置を
予測するのに最も適した関数が選択される。この実施の
形態ではこれを、予測関数y(t) =α＋βt ＋γtⁿのｎ
を、メモリ８に格納されたデータで像面位置を予測する
場合に、誤差が最も小さくなるように設定することで実
現している。具体的には、予め分かっている撮影レンズ
の焦点距離をf(mm) 、先ほど求めた像面距離をb(mm) 、
像面速度をv(mm/s) 、像面加速度をa(mm/s²)とすると、 n = 13.71−0.56f ＋ 0.53b＋ 0.13v− 0.14a なる式で決定している。この式は、ｎを目的変数、f ，
ｂ，ｖ，ａを説明変数として線形回帰モデルを作り、複
数の代表的な動体予測撮影シーンのサンプルに対して予
測を行ったとき、その予測誤差が最小となるｎの値か
ら、重回帰分析によって各係数を統計的に決定してい
る。一般的に、被写体距離が近く、被写体速度が大きい
ほど、被写体の像面位置を正確に予測するために必要な
前記予測式のｎの値は大きくなる。これは先述した通
り、被写体がカメラに接近するにつれて像面距離は非線
形に増加するためである。

【００５４】ところで、被写体距離が近く（小さく）な
ると、像面距離は遠く（大きく）なる。また、被写体速
度が大きくなるにつれて、像面速度も大きくなる。よっ
て、この式の意味するところは、被写体がカメラに近づ
くほど、また被写体速度が大きくほど、ｎが大きくなる
ことを示している。従って、従来の１次直線や２次曲線
などの多項式補間による予測方法のように、被写体がカ
メラに近づくにつれて予測量が足りなくなることはな
く、必要なレンズ駆動量を正確に予測することができ
る。

【００５５】上記の予測式を決定した後はステップ＃２
１０に進み、次回の露光時における被写体の像面位置を
予測し、露光時に撮影レンズがその像面位置に来るため
に必要なレンズ駆動量を算出する。

【００５６】具体的には、まず、ステップ＃２０９にて
決定した予測式y(t) =α＋βt ＋γtⁿ を、ｙを目的変
数、ｔ，ｔⁿ を説明変数とした線形回帰モデルとみな
し、これを重回帰分析によって、メモリ８に格納された
過去複数回の像面位置とその検出時刻の組に対して予測
式が最もよくフィット（適合）するようにα，β，γの
各係数を統計的に決定する。続いて、次回露光が行われ
る推定時刻tnext におけるy(tnext ) を求め、これを予
測値としている。なお、tnext は、初回のレリーズ時に
は、図２のステップ＃００６にて測定した前回のレンズ
駆動時間に、予めデフォルトで設定されている絞り込
み、およびシャッタ幕のチャージ時間を加味した時刻を
設定する。

【００５７】また、連写２駒目では、前回のレンズ駆動
時間に図２のステップ＃０１１にて初回レリーズ時に測
定したミラーアップおよび絞り込み時間を加味した時刻
を設定する。さらに、連写３駒目以降では、図３のステ
ップ＃１０９にて測定したレリーズタイムラグを加味し
た時刻を設定する。そして、前記予測値から現在のレン
ズの像面位置を引いたものが最終的に必要なレンズ駆動
量としてメモリ８に記憶する。

【００５８】一方、ステップ＃２０５において、メモリ
８に格納されたデータ数が統計演算を行うには不十分と
判定した場合はステップ＃２１１へ進み、統計演算を用
いずに将来の像面位置を予測し、その予測値から必要な
レンズ駆動量を算出してメモリ８に記憶する。その予測
方法として様々な手法が提案されている。この実施の形
態では、最も最近得た過去２点の被写体の像面位置から
像面速度を求め、将来の像面位置を予測しているのが、
本発明には関係ないので詳細な説明は省略する。

【００５９】以上の実施の第１の形態によれば、予測式
を、焦点距離，像面距離，像面速度，像面加速度を組み
合わせた評価結果に基づいてを決定すると共に、これら
評価結果によって予測式を動的に変化させているので、
移動する被写体に対して正確に将来の像面位置の変化を
予測でき、正確に撮影レンズを追従させ（ファインダよ
りピントの合った動体被写体を観察させることができ
る）、正確に合焦させることが可能になる。また、従来
の統計演算による予測のように予測式が常に固定ではな
く、前述のように被写体の状況に応じて予測式を動的に
変化させているので、被写体がカメラに向かってまっす
ぐ向かって来ない場合や、運動が急速に変化する場合に
も対応できるものである。

【００６０】また、予測関数をy(t) =α＋βt ＋γtⁿ
とし、被写体がカメラに近づくにつれ、また被写体速度
が大きくなるにつれて、ｎを大きくしているので、従来
の１次直線や２次曲線などの多項式補間による予測方法
のように、被写体がカメラに近づくにつれて予測量が足
りなくなるといったことはない。

【００６１】またこの予測式は、多項式近似のうち、定
数項α，１次の項βt ，最高次の項γtⁿ 以外の項を省
いている。先述した通り、多項式近似による予測は、決
定しなければならない係数が増えれば増えるほど、誤差
に対して敏感になる。この実施の形態では、多項式近似
において決定しなければならない係数をα，β，γの３
つに減らしているので、デフォーカス量の検出誤差に対
しても頑健な自動焦点調節を行うことができる。

【００６２】なお、この実施の第１の形態では、将来の
像面位置を、焦点距離，像面距離，像面速度、像面加速
度を組み合わせた評価結果に基づいてを予測している
が、先述した通り、被写体からレンズまでの距離である
被写体距離をａ、レンズからフィルム面上までの距離で
ある像面距離をｂとすると、合焦状態にあるとき、1/a
＋1/b = 1/f の式が成り立つから、被写体距離，被写体
速度、被写体加速度を用いても本実施の形態は同様に適
用できるものである。この場合、被写体距離が小さい
（近い）、被写体速度が速いほど、前記ｎの値を大きく
することになる。

【００６３】また、これらの中から、いずれか一つ又は
任意の複数を組み合わせた評価結果に基づいて予測を行
っても、様々の撮影シーンにおける総合的な予測精度に
影響を与えるだけであって、本実施の形態は同様に適用
できるものである。

【００６４】（実施の第２の形態）本発明の実施の第２
の形態は、上記実施の第１の形態とほぼ同様の構成であ
り、撮影レンズの絶対的な繰り出し量の測定が不可能な
レンズに対しても、将来の像面位置を予測するのに最も
適した関数を選択できるように構成したものである。

【００６５】図２のステップ＃００３と図３のステップ
＃１０４において共通して呼ばれる焦点検出制御のルー
チンを、図４から図５のルーチンに変更することによっ
て本発明の実施の第２の形態は実現できる。

【００６６】以下、図５のフローチャートを用いて、本
発明の実施の第２の形態における焦点検出制御について
説明を行う。

【００６７】ステップ＃３０１を介してステップ＃３０
２へ進み、ここではスイッチＳＷ１がオンされてから初
めての焦点検出制御かを判定する。この判定の結果、初
回の焦点検出制御の場合にのみステップ＃３０３へ進
み、メモリ８に記憶される予測式を制御する変数ｍを１
に初期化する。次に、ステップ＃３０４にてデフォーカ
ス量の検出を、次のステップ＃３０５にて像面位置とそ
の検出時刻の算出を、それぞれ行い、続くステップ＃３
０６にて上記得られた像面位置とその検出時時刻をメモ
リ８に格納する。これらは、前述の実施の第１の形態と
同じであるので説明を省略する。また、この実施の第２
の形態においては、メモリ８への最大格納データ数は４
としている。

【００６８】続いて、ステップ＃３０７へ進み、メモリ
８に格納されたデータ数が統計演算可能かどうか判定す
る。この実施の第２の形態では、将来の像面位置を予測
する関数をy(t) =α＋βtⁿ としている。ｎは先述した
予測式を制御する変数ｍによって決定される変数なの
で、決定しなければならない未知の係数はα，βの２つ
である。よって、最低２組のデータがあればよいのだ
が、先述した通り、データ数が少ないとデフォーカス量
の検出誤差の影響を受け易くなるので、この実施の第２
の形態では、メモリ８への最大格納データ数である４組
のデータが全て揃わないと統計演算のフローへは入らな
いようにしている。

【００６９】この判定の結果、統計演算に必要なデータ
数が十分であればステップ＃３０８へ進み、統計演算に
よる予測のための一連の動作を行う。

【００７０】まず、ステップ＃３０８にて、変数ｍが１
であるかを判定する。ここで、ｍ＝１の場合、ｎ＝ｍ−
１＝０となり、 y(t) =α＋βtⁿ = α＋βt⁰ = α＋β となり、予測式が時刻変化に対し定数値を返してしまう
ので、ステップ＃３１３へ進み、この処理を飛ばす。

【００７１】一方そうでない場合は、ステップ＃３０９
へ進み、統計演算に用いる予測式を決定する。ここで
は、将来の像面位置を予測する関数y(t) =α＋βtⁿのｎ
を先ほど述べたｎ＝ｍ−１にしている。そして、ステッ
プ＃３１０にて、ｎ＝ｍ−１としたとき、次回の露光時
における被写体の像面位置を予測し、露光時に撮影レン
ズがその像面位置に来るために必要なレンズ駆動量を算
出する。すなわち、上記ステップ＃３０９にて決定され
た予測式 y(t) = α＋βtⁿ を、y が目的変数，tⁿが説
明変数とした単回帰モデルとして、メモリ８に格納され
た過去複数回の像面位置とその検出時刻の組に対して予
測式が最もよくフィットするようにα，βの各係数を統
計的に決定する。続いて、次回露光が行われる推定時刻
tnext におけるy(tnext ) を求め、これをｎ＝ｍ−１で
の予測値とする。この予測値から現在のレンズの像面位
置を引いたものが必要なレンズ駆動量となる。

【００７２】続いて、ステップ＃３１１にて、ｎ =ｍ−
１としたとき、先ほどの予測式 y(t) = α＋βtⁿが過去
複数回の像面位置とその検出時刻の組に対してどれだけ
よくフィットしているかを定量的に示す分散を求める。

【００７３】以下同様に、ステップ＃３１３から＃３１
５までにおいて、ｎ＝ｍとしたときのレンズ駆動量とそ
の分散を、ステップ＃３１６から＃３１８までにおい
て、ｎ＝ｍ＋１としたときのレンズ駆動量をその分散
を、それぞれ求める。

【００７４】そして、ステップ＃３１９にて、前記３つ
の予測式の中から最も分散の小さい予測式によって、算
出されたレンズ駆動量を最終的なレンズ駆動量としてメ
モリ８に記憶する。その後、ステップ＃３２０にて、前
記３つの予測式の中から最も分散の小さい予測式のｎの
値でｍの値を更新する。先ほど述べた通り、ｍはメモリ
８に記憶されており、スイッチＳＷ２がオンされ続け、
再びこの焦点検出制御を行うルーチンが呼ばれたときに
は、このｍを基準にｎ＝ｍ−１，ｎ＝ｍ，ｎ＝ｍ＋１で
統計演算が行われる。上記実施の第１の形態で述べた通
り、被写体距離が近く、被写体速度が大きいほど、被写
体の像面位置を正確に予測するために必要な前記予測式
のｎの値は大きくなる。

【００７５】本実施の第２の形態では、前回の予測に用
いたｍを基準に今回の予測式を決定している。よって、
このような被写体に対し、予測初期のｎの値が小さくて
も、焦点検出のルーチンが呼ばれる度にｎは次第に大き
くなり、最終的に被写体がカメラに近づいたときに予測
で用いるｎの値は十分大きくなっている。つまり、従来
の１次直線や２次曲線などの多項式補間による予測方法
のように、被写体がカメラに近づくにつれて予測量が足
りなくなることはなく、必要なレンズ駆動量を正確に予
測することができる。

【００７６】一方、ステップ＃３０７にてメモリ８に格
納されたデータ数が統計演算を行うには不十分と判定し
た場合はステップ＃３１２へ進み、上記実施の第１の形
態と同様に統計演算を用いずに将来の像面位置を予測
し、その予測値から必要なレンズ駆動量を算出する。

【００７７】以上の実施の第２の形態によれば、過去複
数回の像面位置とその検出時刻とを統計的に所定の関数
にフィットさせ、その分散が最も小さい関数を将来の像
面位置を予測するのに最も適した関数として選択してい
る。また、予測関数をy(t) =α＋βtⁿとし、多項式近似
において決定しなければならない係数をα，βの２つに
減らしたうえで統計演算を行っている。従って、移動す
る被写体に対して正確に将来の像面位置の変化を予測で
き、正確に撮影レンズを追従させ、正確に合焦させるこ
とが可能となる。

【００７８】また、運動が急速に変化する被写体にも対
応でき、かつ多項式近似において決定しなければならな
い係数をα，βの２つに減らしているので、デフォーカ
ス量の検出誤差に対しても頑健な自動焦点調節を行うこ
とができる。

【００７９】（変形例）上記の実施の各形態では、一眼
レフカメラについて説明したが、本発明はビデオカメラ
や電子スチルカメラ等の他の光学機器にも適用可能であ
る。

【００８０】（発明と実施の形態の対応）上記実施の各
形態において、ＭＰＵ７，メモリ８および焦点検出ユニ
ット９が本発明のデフォーカス量検出手段に相当し、Ｍ
ＰＵ７，メモリ８が本発明の記憶手段に相当し、ＭＰＵ
７の図４と図５の動作を実行する部分が予測手段の中の
関数選択を行う部分に相当する。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜４，９
の何れかに記載の発明によれば、移動する被写体に対す
る追従性能を向上させることができる自動焦点調節装置
又は光学機器を提供できるものである。

【００８２】また、請求項７又は９に記載の発明によれ
ば、移動する被写体の観察をし易いものとすることがで
きる自動焦点調節装置又は光学機器を提供できるもので
ある。

【００８３】また、請求項８又は９に記載の発明によれ
ば、露光時に正確に合焦をさせることができる自動焦点
調節装置又は光学機器を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の各形態に係る自動焦点調節装置
付きカメラのブロック図である。

【図２】同じく本発明の実施の各形態に係る自動焦点調
節装置付きカメラの一連の動作を示すフローチャートで
ある。

【図３】図２のステップ＃０１３で実行される連写２駒
目以降の動作を示すフローチャートである。

【図４】図２のステップ＃００３および図３のステップ
＃１０４で実行される本発明の実施の第１の形態におけ
る焦点検出制御の動作を示すフローチャートである。

【図５】図２のステップ＃００３および図３のステップ
＃１０４で実行される本発明の実施の第２の形態におけ
る焦点検出制御の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１撮影レンズ２レンズ駆動ユニット３結像位置検出ユニット４クロック供給ユニット７ＭＰＵ８メモリ９焦点検出ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズの結像位置と撮影動作を行う
べき撮影レンズの像面位置との差を検出するデフォーカ
ス量検出手段と、該デフォーカス量検出手段により検出
されたデフォーカス量と撮影レンズの結像位置から求め
られる像面位置と前記デフォーカス量の検出時刻とを過
去複数回記憶する記憶手段と、該記憶手段により記憶さ
れた過去複数回の像面位置とその検出時刻の変化から将
来の像面位置を予測するのに最も適した関数を選択し、
該選択した関数によって将来の像面位置の変化を予測す
る予測手段とを有し、前記予測手段は、前記撮影レンズの焦点距離、被写体距
離、被写体速度、被写体加速度、像面距離、像面速度、
像面加速度のうちのいずれか一つ、または複数を組み合
わせた評価結果に基づいて、前記将来の像面位置を予測
する最も適した関数を選択することを特徴とする自動焦
点調節装置。
【請求項２】撮影レンズの結像位置と撮影動作を行う
べき撮影レンズの像面位置との差を検出するデフォーカ
ス量検出手段と、該デフォーカス量検出手段により検出
されたデフォーカス量と撮影レンズの結像位置から求め
られる像面位置と前記デフォーカス量の検出時刻とを過
去複数回記憶する記憶手段と、該記憶手段により記憶さ
れた過去複数回の像面位置とその検出時刻の変化から将
来の像面位置を予測するのに最も適した関数を選択し、
該選択した関数によって将来の像面位置の変化を予測す
る予測手段とを有し、前記予測手段は、前記撮影レンズの焦点距離、被写体距
離、被写体速度、被写体加速度、像面距離、像面速度、
像面加速度のうちのいずれか一つと、過去複数回の前記
像面位置とに基づいて、前記将来の像面位置を予測する
最も適した関数を選択することを特徴とする自動焦点調
節装置。
【請求項３】撮影レンズの結像位置と撮影動作を行う
べき撮影レンズの像面位置との差を検出するデフォーカ
ス量検出手段と、該デフォーカス量検出手段により検出
されたデフォーカス量と撮影レンズの結像位置から求め
られる像面位置と前記デフォーカス量の検出時刻とを過
去複数回記憶する記憶手段と、該記憶手段により記憶さ
れた過去複数回の像面位置とその検出時刻の変化から将
来の像面位置を予測するのに最も適した関数を選択し、
該選択した関数によって将来の像面位置の変化を予測す
る予測手段とを有し、前記予測手段は、前記記憶手段により記憶された過去複
数回の像面位置とその検出時刻とを統計的に所定の複数
の関数に適合させ、その分散が最も小さい関数を前記将
来の像面位置を予測する関数として選択することを特徴
とする自動焦点調節装置。
【請求項４】撮影レンズの結像位置と撮影動作を行う
べき撮影レンズの像面位置との差を検出するデフォーカ
ス量検出手段と、該デフォーカス量検出手段により検出
されたデフォーカス量と撮影レンズの結像位置から求め
られる像面位置と前記デフォーカス量の検出時刻とを過
去複数回記憶する記憶手段と、該記憶手段により記憶さ
れた過去複数回の像面位置とその検出時刻の変化から将
来の像面位置を予測するのに最も適した関数を選択し、
該選択した関数によって将来の像面位置の変化を予測す
る予測手段とを有し、前記予測手段は、前記将来の像面位置を予測する関数を y(t) = α＋βtⁿ の如き多項式近似の最高次の項以外の項を１つ以上省い
た式とすることを特徴とする自動焦点調節装置。
【請求項５】前記予測手段は、前記撮影レンズの焦点
距離、被写体距離、被写体速度、被写体加速度、像面位
置、像面距離、像面速度、像面加速度のうちのいずれか
一つ、または複数を組み合わせた評価結果に基づいて、
前記予測関数式のｎの値を設定することを特徴とする請
求項４に記載の自動焦点調節装置。
【請求項６】前記予測手段は、被写体距離が近いほ
ど、被写体速度が速いほど、像面位置が遠いほど、像面
距離が大きいほど、像面速度が速いほど、前記予測関数
式のｎを大きな値に設定することを特徴とする請求項５
に記載の自動焦点調節装置。
【請求項７】移動する被写体に対して前記撮影レンズ
を追従させる際、前記像面位置の変化の予測に従って前
記撮影レンズの駆動を行うことを特徴とする請求項１〜
６の何れかに記載の自動焦点調節装置。
【請求項８】移動する被写体に対して連続して露光を
行う際、前記の像面位置の変化の予測によって、次回の
露光時における像面位置を予測して、露光時にその像面
位置に前記撮影レンズがくるようにレンズ駆動を行うこ
とを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の自動焦点
調節装置。
【請求項９】請求項１〜８の何れかに記載の自動焦点
調節装置を備えたことを特徴とする光学機器。