JP3177013B2

JP3177013B2 - 自動合焦装置

Info

Publication number: JP3177013B2
Application number: JP26817292A
Authority: JP
Inventors: 裕人大川原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 2001-06-18
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JPH0698236A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像信号を利用して合
焦動作を行う自動合焦装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来から知られているインナー
フォーカス型のレンズシステムの構成図である。図８に
示したように、インナーフォーカス型のレンズシステム
１は、同図の左側の被写体側から右側に向かって順次光
軸に沿って配設された第１固定レンズ２と、光軸と平行
に移動して変倍を行う変倍レンズ３と、絞り４と、第２
固定レンズ５と、光軸と平行に移動して焦点調節を行う
と共に、変倍が行われて焦点面が移動した場合の補正を
行ういわゆるコンペ機能を兼ね備えたフォーカスコンペ
レンズ６とを有している。そして、このレンズシステム
１による光学的被写体像は、撮像素子７の撮像面７ａに
結像され、光電変換されて映像信号として出力される。

【０００３】このようなインナーフォーカス型のレンズ
システム１では、上記のようにフォーカスコンペレンズ
６がコンペ機能と焦点調節機能とを兼ね備えているた
め、焦点距離が等しくても、撮像面７ａに合焦するため
のフォーカスコンペレンズ６の位置は、被写体距離によ
って異なってしまう。

【０００４】すなわち、各焦点距離において被写体距離
を変化させたとき、撮像面７ａに合焦させるためのフォ
ーカスコンペレンズ６の位置を連続してプロットする
と、図９のようになる。従って、ボケのないズーミング
を行うためには、ズーミング中は、被写体距離に応じて
図８に示された合焦レンズ軌跡を選択し、選択した合焦
レンズ軌跡どおりにフォーカスコンペレンズ６を移動さ
せる必要がある。

【０００５】なお、前玉フォーカス型のレンズシステム
では、変倍レンズに対して独立したコンペレンズが設け
られており、さらに変倍レンズとコンペレンズが機械的
なカム環で結合されている。従って、たとえばカム環に
マニュアルズーム用のツマミを設け、手動で焦点距離を
変えようとした場合、ツマミをいくら速く動かしても、
カム環はこれに追従して回転し、変倍レンズとコンペレ
ンズはカム環のカム溝に沿って移動するので、フォーカ
スレンズのピントが合っていれば、上記動作によってボ
ケを生じることはない。

【０００６】一方、インナーフォーカス型のレンズシス
テム１では、上記のように、ボケのないズーミングを行
うためには図９に示された軌跡どおりにフォーカスコン
ペレンズ６を移動させる必要がある。このため、図９の
ような被写体距離に対応する複数の合焦レンズ軌跡情報
を何らかの形（軌跡そのものでも、レンズ位置を変数と
した関数でも良い）でレンズ制御用マイコンに記憶させ
ておき、フォーカスレンズ６と変倍レンズ３との位置に
よって合焦レンズ軌跡を選択して、この選択した合焦レ
ンズ軌跡上を辿りながらズーミングを行う軌跡追従方式
が一般に採用されている。なお、軌跡追従方式の詳細は
後述する。

【０００７】この際、フォーカスコンペレンズ６による
合焦制御を正確にしてボケを完全に無くすには、変倍レ
ンズ３、およびフォーカスコンペレンズ６の位置をある
程度正確に検知する必要がある。特に、図９からも明ら
かなように、変倍レンズ３が等速度またはそれに近い速
度で移動する場合、焦点距離の変化によって刻々とフォ
ーカスコンペレンズ６が辿るべき合焦レンズ軌跡の傾き
が変化している。これは、フォーカスコンペレンズ６の
移動速度と移動の向きが刻々と変化することを示してお
り、換言すれば、フォーカスコンペレンズ６用のアクチ
ュエータは、１Ｈｚ〜数１００Ｈｚまでの精度良い速度
応答をしなければならないことになる。

【０００８】このような要求を満たすため、フォーカス
コンペレンズ６用のアクチュエータとしては、ステッピ
ングモータを用いるのが一般的になりつつある。ステッ
ピングモータは、レンズ制御用のマイコン等から出力さ
れる歩進パルスに完全に同期しながら回転し、１パルス
当たりの歩進角度が一定なので、高い速度応答性と停止
精度、位置精度が得られるからである。さらに、ステッ
ピングモータを用いる場合、歩進パルス数に対する歩進
角度が一定であるから、歩進パルスをそのままインクリ
メント型の位置エンコーダとして用いることができ、特
別な位置エンコーダを追加しなくても良いという利点も
ある。

【０００９】次に、インナーフォーカス型のレンズシス
テム１において合焦を保ちながら変倍動作を行うための
上記の軌跡追従方式の従来例を、図１０に基づいて説明
する。

【００１０】図１０において、縦軸はフォーカスコンペ
レンズ６の位置、横軸は変倍レンズ３の位置を示してい
る。また、ｚ0、ｚ1、ｚ2、…ｚ11は変倍レンズ３の位
置を示しており、ａ0、ａ1、ａ2、…ａ11と、ｂ0、ｂ
1、ｂ2、…ｂ11とは、異なる２つの被写体距離に対応し
ており、変倍レンズ３の移動に追従してフォーカスコン
ペレンズ６が辿るべき代表的な合焦レンズ軌跡を示して
いる。これら合焦レンズ軌跡情報は、合焦レンズ軌跡テ
ーブルとして制御用マイコンに記憶されている。

【００１１】図１０に示したように、合焦レンズ軌跡テ
ーブルには、離散的な被写体距離に対応する代表的な合
焦レンズ軌跡しか記憶されていないため、記憶されてい
ない被写体距離の場合には、記憶された合焦レンズ軌跡
をそのまま辿ったのでは、合焦を保ちながら変倍動作を
行うことができなくなる。そこで、記憶されていない被
写体距離の場合には、記憶された合焦レンズ軌跡に基づ
いて、記憶されていない被写体距離に対応する合焦レン
ズ軌跡を算出している。図１０のｐ0、ｐ1、ｐ2、…ｐ1
1は、算出された合焦レンズ軌跡である。このｐ0、ｐ
1、ｐ2、…ｐ11のような合焦レンズ軌跡は、次式

【００１２】

【数１】ｐ（ｎ＋１）＝ｂ（ｎ＋１）−ａ（ｎ＋１） × ｐ（ｎ）−ａ（ｎ）／ｂ（ｎ）−ａ（ｎ）＋ａ（ｎ＋１）により算出される。

【００１３】数式１によれば、例えば図１０において、
フォーカスコンペレンズ６がｐ0の位置に在る場合、ｐ0
が線分「ｂ0−ａ0」を内分する比を求め、この内分比に
従って「ｂ1−ａ1」を内分する点をｐ1としている。こ
の点ｐ1と点ｐ0との位置差と、変倍レンズ３がｚ0から
ｚ1まで移動するのに要する時間から、合焦を保つため
のフォーカスコンペレンズ６の移動速度が求められる。

【００１４】ところで、変倍レンズ３がテレからワイド
方向に移動する場合には、図９から明らかなように、バ
ラけている合焦レンズ軌跡が収束する方向なので、上述
した軌跡追従方式でも合焦は維持できる。しかし、ワイ
ドからテレ方向では、収束点にいたフォーカスコンペレ
ンズ６がどの合焦レンズ軌跡を辿るべきかが判らないの
で、同様な軌跡追従方式では合焦を維持できない。

【００１５】そこで、撮像素子７から出力される映像信
号の高周波成分（鮮鋭度信号）を利用したコントラスト
方式（山登り方式）の自動焦点調節動作（ＡＦ）時に得
られる前ピン、後ピン情報（ボケ情報）が最も小さくな
るような合焦レンズ軌跡を選択し、その合焦レンズ軌跡
に基づいてフォーカスコンペレンズ６を追従させながら
ズーミングする方式が提案されている。

【００１６】しかし、この方式ではＡＦ機能オフ時には
合焦レンズ軌跡を選択できないため、ＡＦ機能をオフし
た状態でズーミングを行った場合には、次のようにして
合焦を維持している。

【００１７】すなわち、ＡＦ機能がオフ状態では、合焦
を維持できるテレからワイド方向のズーミングを行う度
に、図１０の変倍レンズ３のｚ0、ｚ1、ｚ2、…ｚ11の
位置毎のフォーカスコンペレンズ６の位置ｐ0、ｐ1、ｐ
2、…ｐ11…（合焦レンズ軌跡）を演算してマイコン内
のメモリに順次記憶していき、次に、ワイドからテレ方
向のズーミングの際には、記憶したフォーカスコンペレ
ンズ６の位置を読出しながら、テレからワイド方向のズ
ーミングの際に辿った軌跡を逆方向に辿るようにしてい
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
では、スローシャッター時にズーミングを行なうと、シ
ャッター速度が遅くなり単位時間当たりの映像信号情報
量が減少し、映像信号の高周波成分（鮮鋭度信号）の抽
出が遅れたり欠落するため、鮮鋭度信号から前ピン、後
ピン情報が正しく得られなくなり、追従すべき合焦レン
ズ軌跡を正しく選択できず、大ボケ状態となっていた。

【００１９】また、前ピン、後ピン情報を正しく得るた
めには、シャッター速度が遅くなる割合に応じて、ズー
ミング時間を長くしなければならず、高速ズームが行な
えなくなっていた。

【００２０】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
で、撮像信号に基づいて合焦動作を行う自動合焦装置に
おいて、撮像手段の電荷蓄積時間が変更された場合であ
っても不適切な動作をすることのない自動合焦装置を提
供しようとするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による自動合焦装置は、変倍機能及び合焦機
能を有する撮像光学系を介して被写体光を撮像する撮像
手段と、前記撮像手段の電荷蓄積時間を変更する電荷蓄
積時間変更手段と、前記撮像光学系の変倍駆動を行う変
倍駆動手段と、前記変倍駆動手段の変倍駆動に伴って前
記撮像手段から出力される画像信号に基づき前記撮像光
学系の合焦駆動を行う合焦駆動手段と、前記電荷蓄積時
間変更手段により変更された電荷蓄積時間に応じて前記
変倍駆動手段の変倍駆動中に前記撮像手段から出力され
る画像信号に基づいて前記合焦駆動手段の動作を行うか
否かを決定する決定手段とを有している。

【００２２】

【００２３】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２４】図１は本発明の一実施例によるカメラの概
要を示すブロック図である。

【００２５】図１において、１０はインナーフォーカス
型のレンズシステムであり、上述した従来例と同様に、
図において左側の被写体側から右側に向かって順次光軸
に沿って配設された第１固定レンズ１１、光軸と平行に
移動して変倍を行う変倍レンズ１２、絞り（機能を備え
た絞り兼シャッター）１３、第２固定レンズ１４、光軸
と平行に移動して焦点調節を行うと共に、変倍が行われ
て焦点面が移動した場合の補正を行ういわゆるコンペ機
能を兼ね備えたフォーカスコンペレンズ１５を有してい
る。

【００２６】そして、このレンズシステム１０による光
学的被写体像は、ＣＣＤ等により構成された撮像素子１
６の撮像面１６ａに結像され、光電変換されて映像信号
として出力される。この映像信号（電気信号）は、第１
増幅器（またはインピーダンス変換器）１７により増幅
され、ＡＧＣ（自動利得制御）回路１８により出力の振
幅が一定に保持され、フィルタ１９により高周波成分の
みが抽出される。そして、ゲート回路３９は、レンズ制
御用マイコン２１の制御の下に、フィルタ１９からの高
周波成分に基づいてＡＦ（オートフォーカス）処理を行
うための測距枠を作り、信号処理回路２０は、ＡＦ処理
を行うために、フィルタ１９により抽出された高周波成
分のうち、ゲート回路３９にて作られた測距枠の範囲内
の高周波成分について、強度、或いはボケ幅検出強度を
求めるなどの信号処理を行い、レンズ制御用マイコン２
１に出力する。この際、撮像素子１６の電荷蓄積時間
は、レンズ制御用マイコン２１の指令の下に電子シャッ
タ４０により制御される。

【００２７】変倍レンズ１２、フォーカスコンペレンズ
１５は、それぞれレンズ移動手段２２、２３により移動
される。レンズ移動手段２２、２３は、ステッピングモ
ータ２２ａ、２３ａと、ドライバ２２ｂ，２３ｂとを有
している（以下、変倍レンズ１２移動用のステッピンク
モータをズームモータ、フォーカスコンペレンズ１５）
駆動用のステッピンクモータをフォーカスモータとい
う）。これらズームモータ２２ａ、フォーカスモータ２
３ａに各々直結された出力軸２２ｃ、２３ｃには、それ
ぞれラック２２ｄ、２３ｄが噛合され、これらラック２
２ｄ、２３ｄは、それぞれ変倍レンズ１２、フォーカス
コンペレンズ１５に固定されている。

【００２８】そして、レンズ制御用マイコン２１から出
力される移動命令信号（方向信号ｓ1、ｓ2、速度信号ｓ
3、ｓ4）に従ってドライバ２２ｂ、２３ｂから駆動エネ
ルギーが出力され、ズームモータ２２ａ、フォーカスモ
ータ２３ａにそれぞれ供給されて出力軸２２ｃ、２３ｃ
が回転することにより、ラック２２ｄ、２３ｄと一体に
変倍レンズ１２、フォーカスコンペレンズ１５が、光軸
と平行（図中、矢印Ａ、Ｂ方向）に移動する。

【００２９】変倍レンズ１２、フォーカスコンペレンズ
１５の位置は、それぞれレンズ位置検出手段２４、２５
により検出される。レンズ位置検出手段２４、２５は、
フォトセンサ２４ａ、２５ａと、遮光板２４ｂ、２５ｂ
とを有しており、フォトセンサ２４ａ、２５ａは、発光
部と受光部（図示省略）とに構成され、遮光板２４ｂ、
２５ｂは、それぞれ変倍レンズ１２、フォーカスコンペ
レンズ１５に固定されている。

【００３０】そして、変倍レンズ１２、フォーカスコン
ペレンズ１５が光軸と平行に移動すると、それと一体に
遮光板２４ｂ、２５ｂが移動し、フォトセンサ２４ａ、
２５ａの発光部と受光部との間の光路を遮ったとき、受
光部の出力信号はロー（Ｌｏｗ）レベルになり、遮らな
いときはハイ（Ｈｉｇｈ）レベルになる。

【００３１】従って、受光部の出力信号が変化する位置
を基準位置として、変倍レンズ１２、フォーカスコンペ
レンズ１５が基準位置に存在するか否かを検知すること
ができる。そして、レンズ制御用マイコン２１は、この
基準位置と、レンズ移動速度、レンズ移動方向などによ
り、各レンズの位置を認識することができる。

【００３２】絞り１３は、適性露光量を維持するように
ドライバ２６により駆動される。すなわち、絞り制御回
路２７は、ＡＧＣ回路１８の出力信号のレベルを検出
し、このレベルが一定レベル（適性露光量）でないとき
は、一定レベルにするための絞り量制御信号を発生す
る。この絞り量制御信号は、第２増幅器２８により増幅
されてドライバ２６に出力され、ドライバ２６により適
性露光量となるように絞り１３が駆動される。

【００３３】絞り１３の絞り状態は、エンコーダ２９に
より検出され、その検出信号は、第３増幅器３０により
増幅され、信号変換回路３１によりレンズ制御用マイコ
ン２１が読取可能な信号に変換された後、該レンズ制御
用マイコン２１に出力される。

【００３４】レンズ制御用マイコン２１には、変倍レン
ズ１２をワイド方向、テレ方向にそれぞれ移動させるた
めのワイドスイッチ３２、テレスイッチ３３、フォーカ
スコンペレンズ１５を無限遠方向、至近方向にそれぞれ
移動させるための無限スイッチ３４、至近スイッチ３
５、ＡＦモードを設定するＡＦスイッチ３６が接続され
ている。これら各スイッチとレンズ制御用マイコン２１
との接続ラインには、プルアップ抵抗３７を介して電源
３８が接続されている。

【００３５】レンズ制御用マイコン２１には、図９の合
焦レンズ軌跡内容をテーブル化した図２のような合焦レ
ンズ軌跡テーブルＴがプリセットされている。すなわ
ち、図２の合焦レンズ軌跡テーブルＴは、変倍レンズ１
２の離散的な位置に対応するフォーカスコンペレンズ１
５の合焦位置を被写体距離別に記録したテーブルであ
り、列方向（図の横方向）のｎ（０、１、…、ｋ，…
ｍ）は離散的な被写体距離を示し、行方向（図の縦方
向）のｚ（０、１、…、ｋ，…ｌ）は離散的な変倍レン
ズ１２の位置を示し、列と行との交点位置には、離散的
な変倍レンズ１２の位置、および被写体距離に対応する
フォーカスコンペレンズ１５の合焦位置が記録されてい
る。なお、被写体距離は、図中右方向に進むにしたがっ
て短くなり、「０」は無限遠を示し、「ｍ」は最至近の
１ｃｍを示している。また、変倍レンズ位置は、図中下
方向に進むにしたがってズーム領域が広くなり、「０」
はテレ端を示し、「ｌ」はワイド端を示している。そし
て、フォーカスコンペレンズ１５の合焦位置、例えばＡ
0kは、被写体距離「０」で変倍レンズ１２の位置が
「ｋ」の場合のフォーカスコンペレンズ１５の合焦位置
を示している。

【００３６】レンズ制御用マイコン２１は、スローシャ
ター以外のＡＦモード時のワイドからテレ方向のズーミ
ングを行う場合は、前ピン、後ピン情報を利用して合焦
レンズ軌跡テーブルＴ内の合焦レンズ軌跡を順次選択し
ながら（被写体距離、軌跡パラメータを更新しなが
ら）、或いは上記合焦レンズ軌跡に基づいて合焦レンズ
位置を演算しながら、フォーカスコンペレンズ１５を追
従させる。ズーミングを行う。一方、スローシャター時
にワイドからテレ方向のズーミングを行う場合は、ズー
ミング前にマニュアルで合焦操作が行われた際に特定し
た被写体距離、軌跡パラメータに基づいて、フォーカス
コンペレンズ１５を追従させる。

【００３７】次に、ズーミングを行う場合のレンズ制御
を図３、図４のフローチャートに基づいて説明する。な
お、図３、図４のフローはサブルーチン化されており、
このフローが実行される前に焦点電圧（映像信号の鮮鋭
度）に応じて自動焦点調節の制御を行うコントラスト方
式（山登り方式）によるＡＦモード処理が実行されてい
る。また、図３、図４のフローは、変倍レンズ１２は、
図２の合焦レンズ軌跡テーブルＴに記録された離散的な
位置にのみ停止することを前提としている。

【００３８】レンズ制御用マイコン２１は、まず、ワイ
ドスイッチ３２、テレスイッチ３３のオン／オフを判別
することにより、ズーミング中であるか否かを判断する
（ステップＳ１）。その結果、ワイドスイッチ３２、テ
レスイッチ３３のいずかがオンされ、ズーミング中であ
れば、後述のステップＳ６に進む。一方、ワイドスイッ
チ３２、テレスイッチ３３のいずれもオンされておら
ず、ズーミング中でなければ、カウンタＣに「３」をセ
ットし（ステップＳ２）、ＡＦスイッチ３６のオン／オ
フを判別することにより、ＡＦモードが設定されている
か否かを判断する（ステップＳ３）。その結果、ＡＦス
イッチ３６がオンされＡＦモードが設定されておれば、
後述のステップＳ１０に進む。なお、このようにＡＦモ
ードが設定されている場合には、図示省略したＡＦモー
ド処理ルーチンにより合焦制御が行われる。一方、ＡＦ
スイッチ３６がオフされＡＦモードが設定されていなけ
れば、現在、マニュアル合焦モードが設定されているこ
とを意味し、そのマニュアル合焦モードがＡＦモードか
ら切換えられて設定されたのか、或いは以前からずっと
マニュアル合焦モードが設定されていたのかを判断する
（ステップＳ４）。その結果、以前からずっとマニュア
ル合焦モードが設定されていたのであれば、無限スイッ
チ３４、至近スイッチ３５のオン／オフを判別すること
により、パワーフォーカス状態か否かを判断する（ステ
ップＳ５）。その結果、無限スイッチ３４、至近スイッ
チ３５のいずれかがオンされ、パワーフォーカス状態で
あれば、マニュアルで合焦制御されていることを意味
し、この場合はステップＳ１０に進む。一方、無限スイ
ッチ３４、至近スイッチ３５のいずれもオンされておら
ず、パワーフォーカス状態でなければ、マニュアルで合
焦制御された後にステップＳ１０以降の処理を行うた
め、メインフローにリターンする。

【００３９】ステップＳ４にてＡＦモードからマニュア
ル合焦モードに切換えられたのであれば、切換えられる
前のＡＦモードにて既に自動的に合焦制御されているこ
とを意味するので、ステップＳ５をスキップしてステッ
プＳ１０に進む。

【００４０】ステップＳ１にてズーミング中であると判
断されたときは、図示省略したスイッチにより選択され
たシャッタースピードが所定値Ｓより大きいか否か、換
言すれば、電子シャッター４０にて制御されるべき撮像
素子１６の電荷蓄積時間が所定値Ｓより長いか否かを判
断する（ステップＳ６）。この場合、例えば、図２に示
したようなシャッタースピードを選択できるときは、１
／３０（ｓｅｃ）のシャッタースピードを所定値Ｓとす
る。

【００４１】ステップＳ６にて、シャッタースピードが
所定値Ｓ＝１／３０（ｓｅｃ）より大きいと判断された
とき、すなわちスローシャッターで撮像素子１６の電荷
蓄積時間が１／３０（ｓｅｃ）より長いときは、ワイド
スイッチ３２がオンされており、テレからワイド方向へ
のズーミングが指示されているか否かを判断する（ステ
ップＳ７）。その結果、テレからワイド方向へのズーミ
ングが指示されておれば、カウンタＣのカウント値が
「０」になったか否かを判断する（ステップＳ８）。そ
の結果、カウンタＣのカウント値が「０」になっていな
ければ、カウンタＣのカウント値を１だけデクリメンシ
して（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進む。

【００４２】ステップＳ１０〜Ｓ１９では、ズーム時の
変倍レンズ１２の移動に追従してフォーカスコンペレン
ズ１５が移動すべき合焦レンズ軌跡を記憶するために、
被写体距離と、数式１における内分比を特定するルーチ
ンである。このルーチンを通るのは、上記の説明から明
らかなように、ズーミング停止時におけるＡＦモード、
ＡＦモードから切り替わった場合のマニュアル合焦モー
ド、パワーフォーカスが成された場合である。また、後
述するように、シャッタースピードが所定値Ｓ＝１／３
０（ｓｅｃ）より小さく、撮像素子１６の電荷蓄積時間
が１／３０（ｓｅｃ）より短いときは、ＡＦ時にワイド
からテレ方向にズーミングしている最中にもステップＳ
１０〜Ｓ１９のルーチンを通る。さらに、シャッタース
ピードが所定値Ｓ＝１／３０（ｓｅｃ）より大きく、撮
像素子１６の電荷蓄積時間が１／３０（ｓｅｃ）より長
いときは、テレからワイド方向へズーミングされる直前
にも、カウンタＣにより３カウントされる間、ステップ
Ｓ１０〜Ｓ１９のルーチンを通る。つまり、スローシャ
ッター時には、テレからワイド方向のズーミングで辿っ
た合焦レンズ軌跡を、ワイドからテレ方向のズーミング
で逆に辿ることになり、その合焦レンズ軌跡は、次のテ
レからワイド方向のズーミングの前には更新される。

【００４３】すなわち、ステップＳ１０では、被写体距
離用の変数ｎに初期値「０」をセットする。次に、Ａ
（ｎ、ｋ）、Ａ（ｎ＋1、ｋ）、すなわち被写体距離ｎ
と現在の変倍レンズ位置ｋ、および被写体距離ｎ＋1と
現在の変倍レンズ位置ｋに対応するフォーカスコンペレ
ンズ位置を、それぞれ合焦レンズ軌跡テーブルＴから読
出す（ステップＳ１１）。

【００４４】そして、現在のフォーカスコンペレンズ位
置ｆがＡ（ｎ、ｋ）以上であるか否かを判断する（ステ
ップＳ１２）。ここで、図９に示したように、所定の変
倍レンズ位置において、フォーカスコンペレンズ位置ｆ
は、被写体距離が至近に近付くにしたがって大きくなっ
ているので、ステップＳ１２は、現在のフォーカスコン
ペレンズ位置ｆが被写体距離ｎより至近側に在るか否か
を判断していることを意味している。ステップＳ１２に
て現在のフォーカスコンペレンズ位置ｆが被写体距離ｎ
より至近側に在ると判断されたときは、現在のフォーカ
スコンペレンズ位置ｆがＡ（ｎ＋1、ｋ）より小さいか
否か、すなわち、現在のフォーカスコンペレンズ位置ｆ
が被写体距離ｎ＋1より無限遠側に在るか否かを判断す
る（ステップＳ１３）。その結果、現在のフォーカスコ
ンペレンズ位置ｆが被写体距離ｎ＋1より無限遠側に在
ると判断されたときは、現在のフォーカスコンペレンズ
位置ｆは、被写体距離ｎとｎ＋1との間に存在すること
を意味し、この場合は、ｆ−Ａ（ｎ、ｋ）を演算し、そ
の演算結果を定数αとして記憶する（ステップＳ１
４）。そして、Ａ（ｎ＋1、ｋ）−Ａ（ｎ、ｋ）を演算
し、その演算結果を定数βとして記憶する（ステップＳ
１５）。次に、現在の変数ｎの内容（被写体距離）を定
数γとして記憶して（ステップＳ１６）、メインフロー
にリターンする。

【００４５】ステップＳ１２にて、現在のフォーカスコ
ンペレンズ位置ｆが被写体距離ｎより無限遠側に在ると
判断されたときは、現在のフォーカスコンペレンズ位置
ｆが超無限遠の被写体距離に在ることを意味し、この場
合は、被写体距離用の定数αとして「０」を記憶して
（ステップＳ１７）、ステップＳ１５に進む。

【００４６】ステップＳ１３にて、現在のフォーカスコ
ンペレンズ位置ｆが被写体距離ｎ＋1より至近側に在る
と判断されたときは、被写体距離用の変数ｎの内容が、
合焦レンズ軌跡テーブルＴ上での最至近であるｍ以上で
あるか否かを判断する（ステップＳ１８）。その結果、
ｍ以上でなければ、変数ｎの内容を１だけインクリメン
トして（ステップＳ１９）、ステップＳ１１に戻ること
により、上記のように現在のフォーカスコンペレンズ位
置ｆがどの被写体距離間に存在するかを調べる。

【００４７】一方、被写体距離用の変数ｎの内容がｍ以
上であれば、現在のフォーカスコンペレンズ位置ｆが超
至近の被写体距離に在ることを意味し、この場合は、超
無限遠の被写体距離に在る場合と同様に、被写体距離用
の定数αとして「０」を記憶して（ステップＳ１７）、
ステップＳ１５に進む。これら定数α、β、γは、後述
するように、軌跡追従パラメータとして活用されるもの
である。

【００４８】以上のようにして、ズーミングが行われる
前に、フォーカスコンペレンズ１５が辿るべき合焦レン
ズ軌跡に対応する被写体距離の特定、および軌跡追従パ
ラメータの特定が行われる。

【００４９】被写体距離と軌跡追従パラメータとを特定
した後は、フォーカスモータ２３ａをフォーカス速度Ｖ
fで駆動させて（ステップＳ３１）、メインフローにリ
ターンする。なお、このフォーカス速度Ｖfは、別のＡ
Ｆモード処理ルーチンにより、ＡＦ時およびマニュアル
時のフォーカス速度が算出され、定数Ｖfとして記憶さ
れたものである。また、このＡＦモード処理ルーチンで
は、ＡＦ時のワイドからテレ方向のズーミング時に、前
ピン、後ピン情報からピント面のズレを補正する補正速
度ＶAFも算出しており、スローシャッター時のテレから
ワイド方向のズーミング開始前、すなわちカウントＣが
「３」から「０」までカウントダウンする間には、フォ
ーカス速度Ｖf＝０とし、フォーカスコンペレンズ１５
の移動を停止している。

【００５０】ズーミング中において、ステップＳ６にて
シャッタースピードが所定値Ｓ＝１／３０（ｓｅｃ）よ
り大きいと判断されたとき、およびステップＳ７にてワ
イドからテレ方向のズーミングであると判断されたと
き、およびステップＳ８にてカウンタＣが３カウントし
終えたと判断されたときは、ステップＳ２０に進む。

【００５１】このステップＳ２０では、現在の変倍レン
ズ位置ｚ＝ｋが合焦レンズ軌跡テーブルＴに記録された
離散的な位置（境界位置）であるか否かを判断する。こ
のフローでは、前述のように、変倍レンズ１２は境界位
置にのみ停止することを前提としているので、ズーミン
グ開始時には変倍レンズ１２は境界位置に在ることにな
り、ステップＳ２１に進み、ワイドからテレ方向のズー
ミング中であるか否かを判断する。その結果、ワイドか
らテレ方向のズーミング中であれば、被写体距離γ、お
よび変倍レンズ位置ｋ＋1に対応するフォーカスコンペ
レンズ位置Ａ（γ，ｋ＋1）を合焦レンズ軌跡テーブル
Ｔから読出して定数ａとして記憶し、被写体距離γ＋
1、および変倍レンズ位置ｋ＋1に対応するフォーカスコ
ンペレンズ位置Ａ（γ＋1，ｋ＋1）を合焦レンズ軌跡テ
ーブルＴから読出して定数ｂとして記憶する（ステップ
Ｓ２２）。すなわち、合焦レンズ軌跡テーブルＴ上の、
被写体距離γの合焦レンズ軌跡データと、その被写体距
離γより１つ至近側の合焦レンズ軌跡データとから、そ
れぞれ現在の変倍レンズ位置ｋより１つテレ側のフォー
カスコンペレンズ位置データを読出し、定数ａ、ｂとし
て記憶する。一方、テレからワイド方向へのズーミング
中であれば、被写体距離γ、および変倍レンズ位置ｋ−
1に対応するフォーカスコンペレンズ位置Ａ（γ，ｋ−
1）を合焦レンズ軌跡テーブルＴから読出して定数ａと
して記憶し、被写体距離γ＋1、および変倍レンズ位置
ｋ−1に対応するフォーカスコンペレンズ位置Ａ（γ＋
1，ｋ−1）を合焦レンズ軌跡テーブルＴから読出して定
数ｂとして記憶する（ステップＳ２３）。すなわち、合
焦レンズ軌跡テーブルＴ上の、被写体距離γの合焦レン
ズ軌跡データと、その被写体距離γより１つ至近側の合
焦レンズ軌跡データとから、それぞれ現在の変倍レンズ
位置ｋより１つワイド側のフォーカスコンペレンズ位置
データを読出し、定数ａ、ｂとして記憶する。

【００５２】次に、変倍レンズ位置ｚ＝ｋ＋１、または
ｚ＝ｋ−１に対応するフォーカスコンペレンズ１５の合
焦位置（合焦のために追従して移動すべき位置）ｙを、
数式１に相当する式である、

【００５３】

【数２】ｙ＝（ｂ−ａ）α／β＋ａにより求め、追従先のフォーカスコンペレンズ位置ｙと
現在のフォーカスコンペレンズ位置ｆとの差分値（ｙ−
ｆ）、すなわち、フォーカスコンペレンズ１５の移動距
離と、ｚ＝ｋとｚ＝ｋ＋１、またはｚ＝ｋ−１の変倍レ
ンズ位置間を変倍レンズ１２が移動するのに要する時間
とにより、ズーミング時の変倍レンズ１２の移動に追従
してフォーカスコンペレンズ１５が移動する際の速度
（フォーカスコンペ速度）Ｖcpを算出する（ステップＳ
２４）。なお、定数α，βは前述のようにズーミング開
始前に決定されているので、追従する合焦レンズ軌跡は
一意に決まっている。

【００５４】次に、シャッタースピードが所定値Ｓ＝１
／３０（ｓｅｃ）より大きいか否かを判断する（ステッ
プＳ２５）。その結果、所定値Ｓ＝１／３０（ｓｅｃ）
より小さいときは、ＡＦモード下でワイドからテレ方向
のズーミング中であるか否かを判断する（ステップＳ２
６）。その結果、ＡＦモード下でワイドからテレ方向の
ズーミング中であれば、すなわち、シャッタースピード
が所定値Ｓ＝１／３０（ｓｅｃ）以下のスローシャッタ
ー以外のＡＦモード下でワイドからテレ方向のズーミン
グを行う際には、撮像素子１６の電荷蓄積時間が１／３
０（ｓｅｃ）より短く、鮮鋭度信号の遅れや欠落がな
く、鮮鋭度信号から前ピン、後ピン情報が正しく得られ
るため、追従すべき合焦レンズ軌跡をズーミング中に選
択しながら追従を行うべく、ステップＳ２８、Ｓ２９を
通ってステップＳ３０に進む。

【００５５】すなわち、ステップＳ２８では、鮮鋭度信
号の変化をもとに判断された前ピン、後ピン情報から求
められた前述の補正速度ＶAFを読出し、フォーカス速度
Ｖｆ＝Ｖcp＋ＶAFとする。そして、上記ステップＳ１１
〜１９のルーチンを実行することにより、現在の変倍レ
ンズ位置、フォーカスコンペレンズ位置から再度、定数
α、β、γを求める（ステップＳ２９）。定数α、β、
γを求め直した後は、ズームモータ２２ａを駆動した後
（ステップＳ３０）、フォーカスモータ２３ａを駆動し
て（ステップＳ３１）、メインフローにリターンする。

【００５６】ステップＳ２５にて、シャッタースピード
が所定値Ｓ＝１／３０（ｓｅｃ）より大きいスローシャ
ッターであると判断されたときは、ステップＳ２８、Ｓ
２９の処理を行うことなく、すなわち、ズーミング中に
合焦レンズ軌跡を選択しながら追従を行わずに、ズーミ
ング開始前に特定した被写体距離に対応する合焦レンズ
軌跡のみに基づいて追従すべく、ステップＳ２４にて算
出したフォーカスコンペ速度Ｖcpをフォーカス速度Ｖf
として（ステップＳ２７）、ステップＳ３０以降に進
む。

【００５７】このように、撮像素子１６の電荷蓄積時間
が長く、単位時間当たりの映像信号量が減少するなどし
て鮮鋭度信号の遅れや欠落が発生し、鮮鋭度信号から前
ピン、後ピン情報が正しく得られないスローシャッター
時には、鮮鋭度信号を利用せず、ズーミング開始前に特
定した被写体距離に対応する合焦レンズ軌跡のみに基づ
いてフォーカスコンペレンズ１５を追従させることによ
り、大ボケ状態を回避することができる。また、シャッ
タースピートが遅くなる割合に応じてズーミング時間を
長くする必要もないので、高速ズーミングを行うことも
できる。

【００５８】ステップＳ２０５にて、変倍レンズ位置が
合焦レンズ軌跡テーブルＴに記録された離散的な位置
（境界位置）でないと判断されたときは、ステップＳ２
１〜Ｓ２９をスキップしてステップＳ３０以降に進む。
すなわち、ズーミング中のフォーカス速度Ｖｆの更新
は、変倍レンズ１２が境界位置に存在する場合にのみ行
われ、フォーカスコンペレンズ１５は、それ以外の位置
では前回決定されたフォーカス速度Ｖｆで移動してい
る。

【００５９】ここで、ステップＳ２２、２３にて行われ
るフォーカスモータ２３ａ、ズームモータ２２ａの駆動
方法について説明する。

【００６０】ズームモータ２２ａ、フォーカスモータ２
３ａを駆動するためのドライバ２２ｂ、２３ｂは、レン
ズ制御用マイコン２１から出力されるＨ／Ｌの方向信号
Ｓ１、Ｓ２と、クロック波形の回転周波数信号としての
速度信号Ｓ３、Ｓ４により制御される。ズームモータ２
２ａに対する方向信号Ｓ１は、ワイドスイッチ３２、テ
レスイッチ３３のいずれがオンされているかによってＨ
／Ｌが決定される。また、フォーカスモータ２３ａに対
する方向信号Ｓ２は、フォーカス速度Ｖｆが正／負のい
ずれであるかにかによってＨ／Ｌが決定される。

【００６１】ドライバ２２ｂ、２３ｂは、方向信号Ｓ
１、Ｓ２に応じて４相のモータ励磁相の位相を順回転、
或いは逆回転に設定し、かつ速度信号Ｓ３、Ｓ４に応じ
て４相のモータ励磁相の印加電圧（または電流）を変化
させながら出力することにより、モータの回転方向と回
転周波数とを制御している。

【００６２】次に、上記のフローチャートでは、変倍レ
ンズ１２は境界位置だけに停止するものとして説明した
が、変倍レンズ１２が境界位置だけでなく任意の位置に
停止し得る場合について説明する。

【００６３】この場合、図４のステップＳ１１におい
て、図７に示したような内挿法によりフォーカスコンペ
レンズ位置を補間すればよい。

【００６４】すなわち、図７において、縦軸はフォーカ
スコンペレンズ位置、横軸は変倍レンズ位置をそれぞれ
示しており、合焦レンズ軌跡テーブルＴに記憶された合
焦レンズ軌跡位置（変倍レンズ位置に対するフォーカス
コンペレンズ位置）を、変倍レンズ位置は、ｚ0，…，
ｚk，ｚk＋１，…，ｚｎとし、その時のフォーカスコン
ペレンズ位置は、被写体距離に応じて、ａ0，…，ａk，
ａk＋１，…，ａｎ、またはｂ0，…，ｂk，ｂk＋１，
…，ｂｎ、またはｃ0，…，ｃk，ｃk＋１，…，ｃｎと
している。

【００６５】今、変倍レンズ位置が合焦レンズ軌跡テー
ブルＴに記憶されていない位置ｚｘに在り、フォーカス
コンペレンズ位置がｐｘに在る場合、その変倍レンズ位
置ｚｘに対する２つの合焦レンズ軌跡上のフォーカスコ
ンペレンズ位置ａｘ、ｂｘは、以下の式により求められ
る。

【００６６】

【数３】ａｘ＝（ｚｘ−ｚｋ）×（ａｋ＋１−ａｋ）／（ｚｋ＋１−ｚｋ）＋ａｋｂｘ＝（ｚｘ−ｚｋ）×（ｂｋ＋１−ｂｋ）／（ｚｋ＋１−ｚｋ）＋ｂｋすなわち、記憶されていない変倍レンズ位置とそれを挾
む２つの記憶された変倍レンズ位置（例えば図７のｚ＝
ｋとｚ＝ｋ＋１）とから内分比を求め、その内分比に基
づいて、記憶されていない変倍レンズ位置を挾む２つの
記憶されたフォーカスコンペレンズ位置の差分値を内分
することにより、記憶されていない変倍レンズ位置に対
する２つの合焦レンズ軌跡上のフォーカスコンペレンズ
位置ａｘ、ｂｘを求めて、図４のステップＳ１２以降の
処理を行えばよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
撮像信号に基づいて合焦動作を行う自動合焦装置におい
て、撮像手段の電荷蓄積時間が変更された場合であって
も不適切な動作をすることがない自動合焦装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるカメラの概要を示すブ
ロック構成図である。

【図２】合焦レンズ軌跡テーブルのデータ内容を示す図
である。

【図３】ズーミングを行う場合のレンズ制御を示すフロ
ーチャートである。

【図４】図３の続きのフローチャートである。

【図５】図４の続きのフローチャートである。

【図６】選択可能なシャッタースピードの例を示す図で
ある。

【図７】変倍レンズ位置方向の内挿方法を説明するため
の図である。

【図８】インナーフォーカス型のレンズシステムを示す
図である。

【図９】合焦を維持するための変倍レンズ位置とフォー
カスコンペレンズ位置との関係を被写体距離別に示した
図である。

【図１０】合焦レンズ軌跡追従方法を説明するための図
である。

【符号の説明】

１２変倍レンズ１５フォーカスコンペレンズ１６撮像素子１９フィルタ２０信号処理回路２１レンズ制御用マイコン２２レンズ移動手段２３レンズ移動手段２２ａズームモータ２３ａフォーカスモータ３２ワイドスイッチ３３テレスイッチ３４無限スイッチ３５至近スイッチ３６ＡＦスイッチ３９ゲート回路４０電子シャッタＴ合焦レンズ軌跡テーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/232 G02B 7/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】変倍機能及び合焦機能を有する撮像光学
系を介して被写体光を撮像する撮像手段と、前記撮像手
段の電荷蓄積時間を変更する電荷蓄積時間変更手段と、
前記撮像光学系の変倍駆動を行う変倍駆動手段と、前記
変倍駆動手段の変倍駆動に伴って前記撮像手段から出力
される画像信号に基づき前記撮像光学系の合焦駆動を行
う合焦駆動手段と、前記電荷蓄積時間変更手段により変
更された電荷蓄積時間に応じて前記変倍駆動手段の変倍
駆動中に前記撮像手段から出力される画像信号に基づい
て前記合焦駆動手段の動作を行うか否かを決定する決定
手段とを有することを特徴とする自動合焦装置。