JP2709486B2 - 像面移動速度予測装置および自動焦点調節装置 - Google Patents

像面移動速度予測装置および自動焦点調節装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、カメラの自動焦点調節装置等に利用される
像面移動速度予測装置およびこの予測により得られる像
面の移動速度を利用する自動焦点調節装置に関する。
(従来の技術と解決しようとする課題) より正確な焦点調節をするためには、被写体が移動す
ることを考慮する必要がある。
例えば、特開昭63−2010号に示される発明は、移動す
る被写体に対する焦点調節方法を提案している。
この提案に係る自動焦点調節方法は、フィルム面上で
の像移動量を等速直線運動と仮定し、前回と今回のデフ
ォーカス量より被写体速度を一義的に求め、測距演算終
了時点でのデフォーカス量を算出し、被写体とレンズと
の相対速度により合焦位置を予測している。
なお、デフォーカス量とは対物レンズの被写体の像面
位置とフィルム面位置の差(ピント位置ずれ)に相当す
る量を言う。
この手法では、フィルム面上での像移動量を等速直線
運動と仮定しているので、フィルム面上での像移動量が
等速直線運動でない場合、正確な位置の予測は不可能で
あった。
一般的な被写体の移動は、等速直線運動に近い場合、
またはゆるやかな変化を伴う運動であることが多い。
今、被写体が等速直線運動の場合、像面上での移動は
次の式で与えられる。
S=〔(v・t+h)×f〕/(v・t+h−f) S:像面位置 v:被写体速度 h:被写体の初期位置 f:焦点距離 t:時間 第4図は被写体が等速度運動をしたときの像面での移
動状態を示すグラフである。
第4図からわかるように、像面移動は等速直線運動で
表されない。
本発明の第1の目的は、焦点面上での像移動が加速あ
るいは減速運動する物体に対しても像面移動速度の変化
を検出して次回の速度を予測する像面移動速度予測装置
を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は前記像面移動速度予測装置
の予測結果に基づいて撮影レンズを駆動する自動焦点調
節装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 前記第1の目的を達成するために本発明による像面移
動速度予測装置は、距離センサを用いデフォーカス量を
検出して焦点検出をする自動焦点検出装置において、第
1のデフォーカス量検出時点から第2のデフォーカス量
検出時点までの被写体の像面移動量を前記時点間の時間
で除して得られる被写体の像面移動速度を連続して求め
次の式により像面移動速度を予測する。
V Hn′=(V Hn-12/(V Hn-2) V Hn′:被写体の予測像面移動速度 V Hn-1:今回の被写体の像面移動速度 V Hn-2:前回の被写体の像面移動速度 また本発明による自動焦点調節装置は、前記像面移動
速度予測装置により予測された像面移動速度とレンズ駆
動速度との相対速度から撮影レンズ駆動時間を決定して
撮影レンズを駆動して焦点調節をするように構成されて
いる。
(作用) 前記被写体の像面移動速度予測のアルゴリズムは、V
Hn′:V Hn-1=V Hn-1:V Hn-2によっており、極めて自然
な予測が可能となる。
前記被写体の予測像面移動速度とレンズ駆動速度との
相対側度からレンズ駆動時間を求めて合焦位置を設定す
ることができる。
(実施例) 以下、図面等を参照して、本発明をさらに詳しく説明
する。
第1図は、本発明による像面移動速度予測装置を利用
した自動焦点調節カメラの基本構成を示す略図である。
第2図は、前記カメラの自動焦点調節に関連する回路
の実施例を示すブロック図であり、像面移動速度予測演
算はこの回路のマイクロコンピュータにより実行され
る。
一眼レフ形式のカメラの撮影レンズ1を透過した被写
体からの光は、メインミラー2で反射され、フォーカシ
ングスクリーン3に導かれる。
メインミラー2の中心部を透過した光はサブミラー4
により反射されAF光学系5により反射されて、良く知ら
れている位相差方式の距離センサを形成するCCDセンサ
6に入射させられる。
後述するようにして得られた像面移動速度等に基づい
て焦点調節が行われメインミラー2が上昇させられると
フィルム面7に撮影レンズ1を透過した被写体からの光
の像が形成され、露出される。第2図に示されているよ
うに、前述したCCDセンサ6から出力はインターフェー
ス回路12を介して、マイクロコンピュータ13に入力され
る。マイクロコンピュータ13は前記CCDセンサ6からの
データに基づいてデフォーカス量の演算を行う。モータ
駆動回路15は前記マイクロコンピュータ13からの出力に
基づいて、レンズ駆動モータ14を駆動する。
この駆動量や駆動速度のデータは、エンコーダ16を介
してマイクロコンピュータ13に取り込まれる。
レンズ回路17はレンズ側に設けられており、レンズと
カメラボディ間に形成されるハードウエアのインターフ
ェースを介して、カメラに装着されたレンズのデータ
(F値等)をカメラ側の読み取り回路18に送り出し、マ
イクロコンピュータ13に伝達する。
表示回路19は、カメラ動作の種々の状態を表示するた
めの表示回路である。
マイクロコンピュータ13は後述するデフォーカス量,
蓄積演算時間を求め、被写体の予測像面移動速度を算出
し、これらのデータに基づき、一義的にレンズ駆動速度
を設定する。
そして、このレンズ駆動速度より現在のレンズ位置か
ら合焦までに必要なレンズ駆動時間を算出し、そのレン
ズ駆動時間モータ駆動回路15を作動させ、また、エンコ
ーダ16の出力からレンズ駆動速度をモニタするとともに
レンズ駆動量もモニタする。
第3図は本発明による自動焦点調節装置の像面移動速
度予測装置の動作を説明するためのグラフである。
本発明は積分または蓄積の中間時点のデフォーカス量
DFiとそれぞれのデフォーカス量検出の時間間隔Tsiと、
レンズ駆動量から一義的に求めた被写体の像面移動速度
を求める。この演算は蓄積期間の次の演算の期間に行わ
れる。
なおデフォーカス量DFiの測定データはレンズが静止
しているとき、およびレンズが等速度で運動していると
きに可能であり、蓄積期間の中間時点のデフォーカス量
が得られる。
このようにして逐次得られたデフォーカス量等から逐
次被写体の速度を演算し、その後の被写体像面移動速度
を予測する。
その予測速度とレンズ駆動速度は、合焦位置の算出に
利用される。
デフォーカス量算出方法,デフォーカス量に応じたレ
ンズ駆動量算出方法については従来の方式と基本的に異
ならないので説明を簡単にして、被写体の速度の予測演
算について説明する。
説明を容易にするために、レンズはデフォーカス量を
検出可能な範囲内に停止しており、レンズ駆動速度はデ
フォーカス量に応じて一義的に決定することにする。
まず、最初のレンズ駆動はレンズ停止中に得られたデ
フォーカス量(DF1)に基づきレンズ駆動を行う。(第
3図参照) また、次のレンズ駆動も次に得られるデフォーカス量
(DF2)に基づき駆動を行う。
前回と今回のデフォーカス量から一義的にフィルム面
上での被写体速度(V H1)を求めておく。
同じく次のデフォーカス量(DF3)および前記デフォ
ーカス量(DF2)からも被写体の像面移動速度(VH2)を
求める。
被写体の移動速度と,像面の移動速度の関係は以下の
ようになっている。
第5図(a)に示すように被写体が速度vHでAから
A′へ動き、その像がSからS′へ移動する場合を考え
る。
被写体の移動距離をΔa像の移動量をΔsとすると、 AA′=Δa,SS′=Δs ここで縦倍率をα,横倍率をβとすると α=Δs/Δa=βなる関係が成り立つ。 …(1) vH=Δa/Δt,VH=Δs/Δt,および(1)より VH/vH=(Δs/Δt)/(Δa/Δt) =Δs/Δa=β …(2) ∴VH=β2vH …(3) 横倍率βは,物側焦点位置から,被写体までの距離をZ
とすると、 β=f/Z なる関係が成り立つ。 …(4) (4)を(3)に代入して VH=(f/Z)2vH …(5) vH=const,f=const が得られる。これは像面移動速度VHが被写体までの距離
Zの2乗に反比例することを示している。
以後のレンズ駆動は前回と今回に求めた被写体の像面
移動速度から今後の被写体の像面移動速度を予測する。
その速度から求められる被写体の軌跡に応じてレンズ
の停止位置を決定する。
次に、フィルム面上での被写体速度と予測被写体速度
を求める一般式を示す。
被写体速度= (デフォーカス量検出時点から次のデフォーカス 量検出時点間の被写体の像面移動量)/ (デフォーカス量検出時点から次のデフォーカス 量検出時点までの時間) V Hn-1=(DFn+K DLn-1−DFn-1)/T Sn-1 (mm/sec) ここにおいて、 V Hn-1:一義的に求めた被写体移動による像面移動速度
〔mm/sec〕 DFn:デフォーカス量 〔mm〕 K DLn-1:デフォーカス量検出時点から次のデフォーカス
量検出時点間のレンズ駆動量 〔mm〕 T Sn-1:デフォーカス量検出時点から次のデフォーカス
量検出時点までの時間 〔sec〕 以上のようにして求められた2つの速度から、予測被
写体速度を求める。
予測被写体速度= (今回の被写体速度)2/(前回の被写体速度) V Hn′=(V Hn-12/(V Hn-2) 〔mm/sec〕 V Hn′:予測被写体速度 なお、被写体の予測像面移動速度は、次の演算式によ
っても求めることができる。
今,被写体が等速度で移動する場合を考える。そのと
きの位置aは a=vHt+h h:被写体初期位置 …(6) で表わされる。
(6)を(5)に代入すると、 VH=f2vH/(vHt+h) …(7) となる。
(7)よりVHはt2に反比例する動きとなり、加速度を
持つ動きとなる。
ここで(n−2)回目のVH(n-2)および(n−1)回
目のVH(n-1)が求められた場合、像面移動速度の予測
は、 VH(n)″=VH(n-1)+αt(n) …(8) α:加速度,t(n):次回の蓄積演算時間 加速度αは実際に得られた速度と時間の関係から求める
ことになるため、 α=(VH(n-1)−VH(n-2)/t(n-1) …(9) 次回の蓄積演算時間を今回の蓄積演算時間に等しいと仮
定して(9)を(8)に代入すると VH(n)″ =VH(n-1)+ {(VH(n-1)−VH(n-2)/t(n-1)×t(n-1) =2VH(n-1)−VH(n-2) …(10) (10)式が求められる。これは、蓄積演算時間が像面変
化に対して短い場合は十分成り立つ。
また、(7)式よりVHは2次の関数で表せることがわ
かるため、蓄積・演算時間が,変化量に対して短い場合
は、今回の像面速度VH(n-1)と前回の速度VH(n-2)の比を
求めることにより、像面速度の変化の割合を知ることが
できる。この変化が次回も同様に続くと考えると、 上に示したように VH(n)′ =(VH(n-1)/VH(n-2))×VH(n-1) …(11) となる。
(11)−(10)を計算すると、 VH(n)′−VH(n)″ =(VH(n-1) 2/VH(n-2))−2VH(n-1)+VH(n-2) =(VH(n-1) 2−2VH(n-1)VH(n-2)+VH(n-2) 2) /VH(n-2) =(VH(n-1)-VH(n-2)2/VH(n-2) ∴VH(n)′≧VH(n)″ …(12) (12)式より,(11)式の予測速度の方が、(10)式の
予測速度より大きくなる。
AFセンサによりVHを求める場合、蓄積時間の中間点で
の速度VH(n)は第5図(b)のように、{tc(n)/2
+tt(n)+te(n)}遅れて求まる。またレンズ駆動周期
は,tc(n)/2+tt(n)+te(n)を一周期として、t
e(n-1)終了時点で求められた予測速度VH(n)′に基づい
て得られた、像面軌跡に従ってレンズを駆動する。
このため,レンズ駆動周期とVH(n+1)′の予測が開始
される点(tc(n)/2)との間に遅れが生じる。
このため,蓄積時間に対する像面移動量の変化の大き
い場合は(10)式に対して大きめの補正が必要となり
(11)式が有利となる。
また、蓄積時間に対して像面移動の変化の少ない場合
は、(10)式も(11)式も,VH(n+1)′VH(n)となり同
程度の性能が得られる。
前述のようにして予測した被写体速度を用いて被写体
との合焦位置を決定する。
デフォーカス量検出位置を基準とし、そこからレンズ
駆動時間Tn(加減速時間は除く)は レンズ駆動時間= (デフォーカス量+レンズ停止中の被写体移動量) /レンズと被写体の相対速度 ここでのデフォーカス量は加減速時の相対移動量も含
む。
Tn=〔DFn−(K TACn+K TBKn)+(T ACn +T BKn)V Hn′+V Hn′×T Dn〕 /(V Ln−V Hn′) 〔sec〕 K TACn:レンズ駆動加速時の駆動量 〔mm〕 K TBKn:レンズ駆動減速時の駆動量 〔mm〕 V Ln:レンズ駆動速度(焦点位置移動速度) 〔mm/se
c〕 T ACn:レンズ駆動の加速時間(V Lnによって異なる。)
〔sec〕 T BKn:レンズ駆動の減速時間(V Lnによって異なる。)
〔sec〕 T Dn:デフォーカス量検出時点から次のデフォーカス検
出時点までの間にレンズが停止していた時間 〔sec〕 上式のV Hn′×T Dnはレンズが停止していた時間の補
正分である。
したがって、基準位置からの駆動すべき量K Tnは以下
となる。
レンズ駆動量=レンズ駆動速度×レンズ駆動時間 +レンズ駆動加減速時の駆動量 K Tn=V Ln×Tn+K TACn+K TBKn〔mm〕 … 前記のレンズ駆動量は蓄積演算の度に得られるデフォ
ーカス量をもとにして、求められるレンズ駆動量へと更
新し、それを繰り返す。
前記データにさらにレリーズラグタイムを考慮して合
焦位置補正をすることができる。
ここでの基本的な考えとしてはデフォーカス量検出位
置のデフォーカス量、予測被写体速度に基づいて一旦合
焦させてから補正を行う。
レリーズスイッチオンからシャッタが駆動し始めるま
での時間をT Rとすると、デフォーカス量検出位置か
ら、レンズ駆動速度一定の駆動時間T Rnは次の式で与え
られる。
レンズ駆動速度一定の駆動時間= 〔(デフォーカス量+レンズ停止中の被写体 移動量)/レンズと被写体の相対速度〕 +(ラグタイム中の被写体移動量/レンズ駆動速度) なお、ここでのデフォーカス量は加減速時の相対移動
量も含む。
T Rn= 〔DFn−(K TACn+K TBKn)+(T ACn+T BKn) ×V Hn′+V Hn′×T Dn〕/(V Ln−V Hn′)+ (V Hn′×T R)/V Ln 〔sec〕 この時間から上式にしたがいレンズ駆動量へ変換す
る。
この場合は、一旦、合焦点までレンズ駆動を行うた
め、その時間分だけシャッタ動作時間が長くなるが、シ
ャッタ開の時点では必ず合焦している。
(発明の効果) 以上詳しく説明したように、デフォーカス量と,デフ
ォーカス量検出の時間間隔により被写体の像面移動速度
を予測し、その予測速度を基にしてレンズ駆動速度から
被写体との合焦位置を算出しレンズ駆動を行っている。
したがって、従来のデフォーカス量だけでレンズ駆動
を行う方法に比べ正確にフォーカシングができる。
また、被写体の像面移動速度から合焦位置を算出する
方法に比べ被写体の速度変化が大きい場合や蓄積時間が
長くなる低輝度時には、よりスムーズかつ正確にフォー
カシングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による自動焦点調節装置の像面移動速
度予測装置を利用した自動焦点調節カメラの基本構成を
示す略図である。 第2図は、前記カメラの自動焦点調節に関連する回路の
実施例を示すブロック図であり、像面移動速度予測はこ
の回路のマイクロコンピュータにより実行される。 第3図は、本発明による自動焦点調節装置の像面移動速
度予測装置の動作を説明するためのグラフである。 第4図は、被写体が等速度運動をしたときの像面での移
動状態を示すグラフである。 第5図(a)は被写体の移動速度と像面の移動速度の関
係を説明するための光学系を示す図,第5図(b)は求
められる像面移動速度VH(n)の遅延時間を説明するため
の図である。 1……撮影レンズ 2……メインミラー 3……フォーカシングスクリーン 4……サブミラー 5……AF光学系 6……CCDセンサ 7……フィルム面 12……インターフェース回路 13……マイクロコンピュータ 14……レンズ駆動モータ 15……モータ駆動回路 16……エンコーダ 17……レンズ回路 18……読み取り回路 19……表示回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−285907(JP,A) 特開 平2−96708(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】距離センサを用いデフォーカス量を検出し
    て焦点検出をするマイクロコンピュータをもつ自動焦点
    検出装置において、第1のデフォーカス量検出時点から
    第2のデフォーカス量検出時点までの被写体の像面移動
    量を前記時点間の時間で除して得られる被写体の像面移
    動速度を連続して求め次の式により像面移動速度を演算
    予測することを特徴とする像面移動速度予測装置。 V Hn′=(V Hn-12/(V Hn-2) V Hn′:被写体の予測像面移動速度 V Hn-1:今回の被写体の像面移動速度 V Hn-2:前回の被写体の像面移動速度
  2. 【請求項2】前記請求項1の像面移動速度予測装置によ
    り予測された像面移動速度とレンズ駆動速度との相対速
    度から撮影レンズ駆動時間を決定して撮影レンズを駆動
    して焦点調節をする自動焦点調節装置。
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