JP3675039B2 - 焦点調節装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節装置に関し、特に、撮影光学系の焦点情報のゆらぎに適応して、撮影光学系の再駆動開始の閾値を決定する焦点調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラなどの光学機器には、撮影光学系の焦点を自動調節するために、焦点調節装置が搭載されている。
これらの焦点調節装置では、公知の焦点検出方式（位相差検出方式や外光パッシブ方式など）を使用して、デフォーカス量や測距値などの焦点情報が逐次検出される。
【０００３】
焦点調節装置は、このようなデフォーカス量などに基づいて、撮影光学系の目標駆動位置を逐次更新し、その目標駆動位置に到達するように、撮影光学系を駆動制御する。
理想的には、撮影光学系が目標駆動位置に到達した時点で、デフォーカス量はゼロとなり、その目標駆動位置に撮影光学系が静止する。
【０００４】
しかしながら、実際上は、焦点検出用ＣＣＤに発生するノイズなどのために、撮影光学系が目標駆動位置に到達しても、デフォーカス量の検出値はゼロとならず、軽微なゆらぎが生じる。そのため、目標駆動位置は小刻みに更新され、撮影光学系には小刻みな振動（ハンチング）が生じる。
このようなハンチング現象は、撮影者側において「焦点調節動作の迷い、ふらつき」と認識されるため、その抑制が強く望まれる。
【０００５】
そこで、この種の焦点調節装置では、図１２（ａ）に示すような合焦幅が予め設定される。
この設定では、デフォーカス量の大きさが１００μｍを下回った状態で、「合焦状態」と一律に判定する。焦点調節装置は、このような合焦状態の判定に伴って、目標駆動位置の更新を中止する。
【０００６】
したがって、合焦幅の範囲内でデフォーカス量が変動しても、目標駆動位置は一切更新されず、撮影光学系はその目標駆動位置に到達した時点で静止する。
このように、デフォーカス量のゆらぎが合焦幅内に限定されるような場合、撮影光学系にはハンチングが生じない。
一方、デフォーカス量が合焦幅を超えて変化すると、焦点調節装置は「非合焦状態」と一律に判定する。焦点調節装置は、このような非合焦状態の判定に伴って、目標駆動位置の更新を再び開始し、新しい目標駆動位置に向けて撮影光学系を駆動する。
【０００７】
また、図１２（ｂ）に示すように、合焦幅にヒステリシスを設けたものも知られている。
このような設定では、デフォーカス量が合焦幅の範囲内に一旦入ると、合焦幅が広がる。そのため、デフォーカス量のゆらぎが合焦幅の範囲外に出ることが少なくなり、撮影光学系のハンチングを強力に防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
通常、低輝度または低コントラストの被写体については、焦点検出の精度が低下し、焦点情報（デフォーカス量や測距値）のゆらぎが大きく生じる。
しかしながら、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示した従来例では、被写体の種類にかかわらず、合焦幅またはヒステリシス余裕が一律に設定される。
【０００９】
そのため、極端に低コントラストもしくは低輝度の被写体に対して焦点調節を行った場合、合焦幅の余裕を超えて焦点情報のゆらぎが生じ、ハンチングが発生してしまうという問題点があった。
【００１０】
このようなハンチングは、合焦幅またはヒステリシス余裕を極端に広げることにより改善される。
しかしながら、この状態では、合焦幅またはヒステリシス余裕を広げた分だけ、被写体の変更や移動に伴う撮影光学系の再駆動開始が遅れてしまうという問題点があった。
【００１１】
その結果、焦点調節の即応性および追従性が著しく損なわれ、撮影時の一瞬に貴重なシャッタチャンスを逃してしまうという問題点があった。
さらに、僅かに焦点がずれた被写体については、合焦幅またはヒステリシス余裕を超えて焦点情報が変化しないため、撮影光学系の再駆動が行われず、焦点調節が動作しないという問題点があった。
【００１２】
その結果、撮影者が僅かに焦点位置のずれた被写体を捉えても、焦点調節装置は感知せず、その被写体について精細かつ微妙な焦点調節を行うことができないという問題点があった。
以上のように、多様な被写体状況に応じて、「ハンチングの抑制」と「焦点調節の性能」とを両立させることは、非常に困難であった。
【００１３】
そこで、被写体の輝度やコントラスト量に応じて、合焦幅またはヒステリシス余裕を逐次変更する方策が考えられる。
しかしながら、焦点情報のゆらぎは、多種多様な被写体像の像パターンなどによって予測不可能に変化する。そのため、上述の方策では、焦点情報のゆらぎが正確に判断できず、合焦幅またはヒステリシス余裕を適正かつ柔軟に変更することが十分にできないという問題点があった。
【００１４】
請求項１，２に記載の発明では、このような問題点を解決するために、多種多様な被写体状況の変化に柔軟に適応して、「ハンチングの抑制」と「焦点調節の性能」との両立を的確に図ることができる焦点調節装置を提供することを目的とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項１の目的と併せて、「ハンチングの抑制」と「焦点調節の性能」との両立をより迅速かつ正確に図ることができる焦点調節装置を提供することを目的とする。
請求項４，５に記載の発明では、請求項１の目的と併せて、被写体状況の急変にも対応して、再駆動開始の閾値を即座に変更することができる焦点調節装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
図１は、請求項１〜３に記載の発明を説明するブロック図である。以下、図１に対応付けて、本発明の解決手段を説明する。
請求項１に記載の発明は、撮影光学系１の焦点情報を検出する焦点検出手段２と、焦点検出手段２により検出された焦点情報に基づいて、撮影光学系１を合焦状態まで駆動する焦点制御手段３と、複数時点の焦点情報について統計演算を行い、焦点情報の分散を算出する統計演算手段４とを備えてなり、焦点制御手段３は、「撮影光学系１の駆動停止中」もしくは「焦点制御手段３における目標駆動位置の更新停止中」に、上記の分散に対応する閾値を焦点情報が超えると、撮影光学系１の駆動を再開することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焦点調節装置において、統計演算手段４は、焦点情報の平均値を中心値として焦点情報の分散を算出することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の焦点調節装置において、統計演算手段４は、焦点情報の動向中心を中心値として焦点情報の分散を算出することを特徴とする。
【００１８】
図２は、請求項４，５に記載の発明を説明するブロック図である。以下、図２に対応づけて、本発明の解決手段を説明する。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の焦点調節装置において、焦点情報の信頼性にかかわる信頼性情報に応じて、上記の閾値を選択もしくは補正する信頼性対処手段５を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の焦点調節装置において、上記の信頼性情報とは、被写体像の明るさ，もしくは被写体像の空間周波数分布，もしくは被写体像のコントラスト，もしくは被写体の移動速度，もしくは被写体光束を分割結像させた一組の光像について相関演算を行った際の相関曲線の急峻度，もしくは最小相関量であることを特徴とする。
【００２０】
（作用）
請求項１にかかわる焦点調節装置では、焦点検出手段２を介して、デフォーカス量や測距値その他の焦点情報が検出される。
焦点制御手段３は、この焦点情報に基づいて、撮影光学系１を合焦状態まで駆動する。
【００２１】
統計演算手段４は、複数時点の焦点情報について統計演算を行い、焦点情報の分散を算出する。
焦点制御手段３は、この「焦点情報の分散の算出値」に対応して、予め定められる閾値を求める。
一般に、「撮影光学系１が合焦状態に到達した」と判定される段階で、焦点制御手段３は、撮影光学系１の駆動を停止するか、もしくは、目標駆動位置の更新を停止する。
【００２２】
このような停止状態において、焦点制御手段３は、焦点情報が上述の閾値を超えるか否かを判定し、超えた段階で撮影光学系１の駆動を再開する。
ここで、統計演算により算出された分散は、焦点情報のゆらぎ具合を示す値である。
【００２３】
特に、焦点情報のゆらぎ要因の一つに過ぎない被写体輝度やコントラスト量とは異なり、分散は焦点情報のゆらぎ具合を直接的に示す値であるので、現在の被写体状況における「ハンチングの発生余裕」をより正確に把握できる。
すなわち、焦点情報のゆらぎ具合を示す確率密度分布（例えば正規分布など）が予め判明しているので、分散の算出値から「焦点情報のゆらぎが収まる範囲」を確率的に特定することができる。このような範囲と相関して、再駆動開始の閾値が決定されることにより、「焦点情報の変化がゆらぎによるものか、あるいは、有意な変化であるか」を確率的に正確に判定し、再駆動するか否かを適正に判断することができる。
【００２４】
例えば、焦点情報の確率密度分布が正規分布であった場合、分散σ² に対して、焦点情報のゆらぎが、下記の閾値外に位置する確率は次のようになる。
閾値 閾値外のゆらぎ確率
±σ ３１．７４％
±２σ ４．５５％
±３σ ０．２７％
±４σ ０．００６％
したがって、上記のゆらぎ確率を超える頻度で閾値外の焦点情報が検出されたり、十分低いゆらぎ確率であるにもかかわらず閾値外の焦点情報が検出された場合には、「焦点情報の変化はゆらぎによるものではなく、有意な変化である」と正確に判定できる。このような正確な判定に基づいて、再駆動を的確に開始することができる。
【００２５】
そのため、従来例とは異なり、被写体状況の多様な変化を見込んで、閾値を余分に引き上げる必要が無くなるので、焦点調節の性能低下を最小限に抑えることができる。
【００２６】
以上のように、分散に基づいて再駆動開始の閾値を定めることにより、現在の被写体状況における「ハンチングの発生余裕」が、確率的な裏付けのもとに正確に把握され、「ハンチングの抑制効果」と「焦点調節の性能」との均衡を適正に図ることができる。
請求項２にかかわる焦点調節装置では、統計演算手段４が、焦点情報の平均値を中心値として焦点情報の分散を算出する。
【００２７】
通常、合焦状態と判定される直前は、撮影光学系１が目標駆動位置に接近しているため、撮影光学系１の移動速度が十分に減速されている。
このような状態では、撮影光学系１の移動により生じる「焦点情報の変化」は小さく、焦点情報の平均値をゆらぎ中心とみなすことができる。
したがって、合焦状態と判定される直前に標本区間が限定されるような場合には、焦点情報の平均値を中心値として分散を算出することにより、焦点情報のゆらぎ具合を簡便かつ的確に検出することができる。
【００２８】
また、合焦状態と判定された後は、撮影光学系１の駆動が停止されたり、目標駆動位置の更新が停止されるために、移動速度が更に減速される。
したがって、合焦状態の判定直前から判定後にかけて標本区間が設定されるような場合にも、焦点情報の平均値を中心値として分散を算出することにより、焦点情報のゆらぎ具合を簡便かつ的確に検出することができる。
【００２９】
一般に、平均値を求める演算処理は、動向中心を求める演算処理（移動平均や回帰分析など）に比べ、演算処理量が格段に小さく、高速処理が可能となる。
なお、焦点情報の標本区間を長く設定すると、標本数が増すために分散の精度が高くなる。その一方では、標本区間が長くなることにより、ゆらぎ中心の移動が顕著になり、分散の値が「焦点情報のゆらぎ具合」を示す以上に大きく算出される。
【００３０】
このような点に関しては、「ゆらぎ中心の移動」を見込んで、分散の算出値を低めに判断してもよい。また、標本区間を予め設定する際に、「分散の精度」と「ゆらぎ中心の移動」との２点を重み付け評価することにより、最適な標本区間を設定することもできる。
請求項３にかかわる焦点調節装置では、統計演算手段４は、例えば統計演算（移動平均や回帰分析など）を用いて、焦点情報の動向中心を求める。
【００３１】
この動向中心を中心値として、統計演算手段４は、焦点情報の分散を算出する。
このように、動向中心を中心値とすることにより、分散の算出値に含まれる「ゆらぎ中心の移動」の影響が確実に排除され、分散の値が正確に算出される。
したがって、焦点情報の標本区間を長く設定しても、「分散の値」と「焦点情報のゆらぎ具合」との相関が良好に保たれるので、「焦点情報のゆらぎ具合」をより正確に判断することができる。
【００３２】
また、合焦状態の判定前にさかのぼって分散を予め算出しておくことができるので、合焦状態の判定直後に、「再駆動開始の閾値判定」を即座に開始することが可能となる。
請求項４にかかわる焦点調節装置では、信頼性対処手段５が、焦点情報の信頼性にかかわる信頼性情報に応じて、再駆動開始の閾値を選択もしくは補正する。
【００３３】
したがって、再駆動開始の閾値は、「焦点情報の分散」および「焦点情報の信頼性情報」などの複数の値に基づいて設定される。
「焦点情報の分散」は、上述したように、焦点情報のゆらぎ具合を直接示す値であり、再駆動開始の閾値をより正確に設定することができる。
しかしながら、分散の変化には、焦点情報の数時点の変化が必要となるため、被写体状況が急変するようなケースでは、閾値の変更が若干遅れる。
【００３４】
一方、被写体輝度やコントラスト量その他の信頼性情報は、焦点情報のゆらぎ要因の１つに過ぎないため、閾値を正確に設定することができない。
しかしながら、これらの信頼性情報は、被写体状況の急変に即応して変化する値である。したがって、このような信頼性情報に応じて、再駆動開始の閾値を選択もしくは補正することにより、被写体状況の急変に即応して、閾値を即座に変更することが可能となる。
【００３５】
なお、上述したように、信頼性情報による閾値変更は、急場しのぎの変更であるから、時間の経過と共に閾値の変化が元に戻るようにしておいてもよい。このような構成により、時間の経過と共に、焦点情報の分散に基づいた「より正確な閾値設定」に円滑に移行することが可能となる。
また、信頼性情報から予想される分散と、実際の分散との間に大きなズレが生じる場合は、焦点情報のゆらぎの原因は、測定系にあるのではなく、被写体側に有ることが予想される。例えば、遠近競合被写体（近接した範囲内に遠近の撮影対象が併存する被写体）や周期被写体（像パターンに周期性を有するために、位相差検出の相関曲線に櫛歯特性を生じ、偽のデフォーカス量を誤検出してしまう被写体）などが予想される。
【００３６】
したがって、信頼性情報と分散との相関分析を行うことにより、両者の相関性が極端に下がった場合に、遠近競合被写体などの被写体であることを検出することができる。このような被写体の種類検出に適応して、カメラの撮影モード，焦点調節のパラメータなどを適宜に変更することもできる。
請求項５にかかわる焦点調節装置では、焦点情報の信頼性にかかわる信頼性情報として、下記の値の少なくとも１つを採用する。
【００３７】
（１）被写体像の明るさ
被写体像の明るさが低い場合は、焦点検出用受光素子のＳ／Ｎが低くなり、焦点情報のゆらぎが大きくなる。
例えば、このような明るさは、周辺光量の測光値，被写体の測光値，焦点検出用受光素子の蓄積時間などにより検出することができる。
【００３８】
（２）被写体像の空間周波数分布
空間周波数分布が低域中心に分布している場合は、例えば位相差検出方式の相関演算において、像パターンの残差が大きく変化しないため、空間上の位相差の検出精度が低くなる。その結果、焦点情報のゆらぎが大きくなる。
例えば、このような空間周波数分布は、トランスバーサルフィルタその他の空間フィルタの出力レベルから検出することができる。
【００３９】
（３）被写体像のコントラスト
また、被写体像のコントラストが低い場合は、像パターンに高域かつ大振幅の周波数成分が含まれていないため、像パターンの残差が大きく変化しない。その結果、空間上の位相差の検出精度が低くなり、焦点情報のゆらぎが大きくなる。
（４）被写体の移動速度
被写体像の移動速度が大きい場合は、被写体像の露出流れが大きくなり、像パターンに含まれる高域の空間周波数成分が欠落する。そのため、像パターンの残差が大きく変化せず、空間上の位相差の検出精度が低くなる。その結果、焦点情報のゆらぎが大きくなる。
【００４０】
（５）相関曲線の急峻度
相関曲線の急峻度（図３に示す）が低い場合は、空間上の位相差の検出精度が低くなり、焦点情報のゆらぎが大きくなる。
（６）相関曲線の最小相関量
最小相関量（図３に示す）が大きい場合は、分割結像された一組の光像について像パターンの相関性が低いケースである。このような場合は、空間上の位相差の検出精度が低くなり、焦点情報のゆらぎが大きくなる。
【００４１】
以上のような（１）〜（６）のいずれかの信頼性情報を調べることにより、被写体状況の急変に伴う「焦点情報のゆらぎ具合」を簡便に推測することができる。したがって、被写体状況の急変に遅れることなく、再駆動開始の閾値を即座に変更することが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明における実施の形態を説明する。
図４は、第１の実施形態（請求項１，２に対応する）の構成を説明する図である。
図４において、カメラ１１には撮影光学系１２が装着され、撮影光学系１２の光軸に沿ってクイックリターンミラー１３およびサブミラー１４が順に配置される。
【００４３】
このサブミラー１４の反射方向に焦点検出部１５が配置され、焦点検出部１５の出力は、マイクロプロセッサ１６に接続される。
マイクロプロセッサ１６の第２の入力にはレンズ情報記憶部１７が接続され、第３の入力には、モータ２０の駆動軸に配置されたエンコーダ１８が接続される。
一方、マイクロプロセッサ１６の出力は、駆動回路１９を介してモータ２０に接続され、モータ２０の動力は、カメラマウントを介して撮影光学系１２内のレンズ駆動機構２１に伝達される。
【００４４】
なお、図４では、マイクロプロセッサ１６の内部機能を、ブロック図として示している。
すなわち、上述した焦点検出部１５の出力は焦点演算部２３に与えられ、焦点演算部２３の演算結果は、目標位置更新部２４およびメモリ２５に取り込まれる。このメモリ２５の出力は統計演算部２６に与えられる。
【００４５】
統計演算部２６の演算結果は目標位置更新部２４に与えられ、目標位置更新部２４の更新結果はモータ操作量算出部２８に与えられる。モータ操作量算出部２８のＰＷＭ出力（パルス幅変調出力）は、上述の駆動回路１９を介してモータ２０に与えられる。
また、上述のレンズ情報記憶部１７のレンズ情報は目標位置更新部２４に与えられ、上述のエンコーダ１８のパルス出力は、目標位置更新部２４およびモータ操作量算出部２８に与えられる。
【００４６】
ここで、請求項１，２に記載の発明と第１の実施形態との対応関係については、焦点検出手段２が焦点検出部１５および焦点演算部２３に対応し、焦点制御手段３が駆動回路１９、目標位置更新部２４およびモータ操作量算出部２８に対応し、統計演算手段４が統計演算部２６に対応する。
図５は、第１の実施形態の動作を説明する流れ図である。
【００４７】
以下、これらの図を用いて第１の実施形態の動作を説明する。
まず、カメラ１１のレリーズ（図示せず）が半押しされると（図５Ｓ１）、焦点検出部１５において光電荷の蓄積が開始される（図５Ｓ２）。
焦点演算部２３は、焦点検出部１５の光電出力を取り込み、公知の位相差検出演算によりデフォーカス量を算出する（図５Ｓ３）。
【００４８】
目標位置更新部２４は、エンコーダ１８から求めたレンズ位置とデフォーカス量とに基づいて、撮影光学系１２が到達すべき目標駆動位置を算出する（図５Ｓ４）。
ここで、目標駆動位置の更新を前回行っていた場合（図５Ｓ５）、デフォーカス量の大きさが所定の合焦幅以下で（図５Ｓ６）、かつレンズ速度が所定値以下か否かを判定する（図５Ｓ７）。
【００４９】
目標位置更新部２４は、この判定結果が真ならば、合焦状態に到達したと判断し、目標駆動位置の更新を停止する（図５Ｓ８）。
このような場合、モータ操作量算出部２８は、更新の停止された目標駆動位置と現在のレンズ位置との位置偏差に基づいてモータ２０を駆動し、撮影光学系１２を目標駆動位置まで駆動して停止する。（図５Ｓ９）。
【００５０】
また、上述の判定結果が偽ならば、非合焦状態にあると判断し、目標駆動位置を最新値に更新する（図５Ｓ１２）。
このような場合、モータ操作量算出部２８は、最新の目標駆動位置と現在のレンズ位置との位置偏差などに基づいてモータ２０を駆動し、撮影光学系１２を最新の目標駆動位置に向けて漸次駆動する（図５Ｓ９）。
【００５１】
一方、目標駆動位置の更新を前回行っていないときは（図５Ｓ５）、下記の手順により、デフォーカス量の最新の変化がゆらぎによるものか、有意な変化によるものかを判定する。
まず、統計演算部２６は、過去Ｎ時点のデフォーカス量ｂｆをメモリ２５から取り込み、
【数１】

を用いて、Ｎ回分の平均値ｂｆave を算出する。
【００５２】
この平均値ｂｆave を中心値として各デフォーカス量ｂｆとの差分を求め、この差分について二乗平均を求めることにより、
【数２】

上式のように、デフォーカス量の分散σ² を算出する（図５Ｓ１０）。
このような演算結果に基づいて、目標位置更新部２４は、再駆動開始の閾値を３σ（標準偏差σの３倍）と定める。
【００５３】
次に、目標位置更新部２４は、最新のデフォーカス量の大きさが３σ以内に入るか否かを判定する（図５Ｓ１１）。
デフォーカス量のゆらぎが正規分布である場合、この３σを超えてデフォーカス量がゆらぐ確率は「０．２７％程度」である。
したがって、このように低い確率であるにもかかわらず、３σを超えてデフォーカス量が変化した場合は、ゆらぎによる変化ではなく、被写体に有意な変化（例えば、被写体の移動など）が生じたと判定できる。
【００５４】
この判定結果に基づいて、目標位置更新部２４は、目標駆動位置の更新を再開する（図５Ｓ１２）。その結果、撮影光学系１２の再駆動が開始し、新しい合焦点に向かって駆動が開始される。
また、最新のデフォーカス量の大きさが３σ以内である場合、目標位置更新部２４は、デフォーカス量のゆらぎによる変化であると判定し、前回の目標駆動位置をそのまま維持する（図５Ｓ８）。その結果、撮影光学系１２の駆動は再開されず、デフォーカス量のゆらぎに起因するハンチングが防止される。
【００５５】
これらの動作を、ステップＳ１に戻って繰り返す。
以上説明したような動作により、第１の実施形態では、デフォーカス量の分散に応じて、再駆動開始の閾値が適宜に設定される。
すなわち、図６（ａ）に示すように、デフォーカス量のゆらぎが小さい場合には、分散σ² が小さくなるため、再駆動開始の閾値３σが小さくなる。したがって、デフォーカス量の有意な変化（図中のＰ点）を敏感に捉え、目標駆動位置の更新（撮影光学系１２の再駆動）を迅速に再開することができる。
【００５６】
一方、図６（ｂ）に示すように、デフォーカス量のゆらぎが大きい場合には、分散σ² が大きくなるため、再駆動開始の閾値３σが大きくなる。したがって、デフォーカス量のゆらぎが閾値３σを超えることが滅多になく、ハンチングを強力に防止することができる。
以上のように、デフォーカス量の分散に基づいて再駆動開始の閾値が適宜に設定されるので、ハンチングの発生を必要十分かつ確実に防止しつつ、焦点調節の即応性および追従性の低下を最小限に抑えることができる。
【００５７】
また、焦点情報の平均値を中心値として、デフォーカス量の分散を算出するので、デフォーカス量の動向を求める演算処理（移動平均や回帰分析など）に比べ、演算処理量が格段に小さくなる。したがって、デフォーカス量の分散σ² を簡便かつ高速に算出することが可能となる。
以下、別の実施形態について説明する。
【００５８】
図７は、第２の実施形態（請求項１，３に対応する）の構成を示す図である。第２の実施形態における構成上の特徴点は、マイクロプロセッサ１６の内部機能として、統計演算部３２を備えた点である。
なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、同一の参照番号を付与して図７に示し、ここでの説明を省略する。
【００５９】
ここで、請求項１，３に記載の発明と第２の実施形態との対応関係については、焦点検出手段２が焦点検出部１５および焦点演算部２３に対応し、焦点制御手段３が駆動回路１９、目標位置更新部２４およびモータ操作量算出部２８に対応し、統計演算手段４が統計演算部３２に対応する。
図８は、第２の実施形態の動作を説明する流れ図である。
【００６０】
以下、これらの図を用いて、第２の実施形態の動作を説明する。
まず、カメラ１１のレリーズ（図示せず）が半押しされると（図８Ｓ１）、焦点検出部１５において光電荷の蓄積が開始される（図８Ｓ２）。
焦点演算部２３は、焦点検出部１５の光電出力を取り込み、公知の位相差検出演算によりデフォーカス量ｂｆを算出する（図８Ｓ３）。このデフォーカス量ｂｆは、「エンコーダ１８から求めたレンズ位置Ｙ」および「検出時刻ｔ」と共に、メモリ２５に順次記憶される。
【００６１】
目標位置更新部２４は、デフォーカス量ｂｆとレンズ位置Ｙとに基づいて、撮影光学系１２が到達すべき目標駆動位置を算出する（図８Ｓ４）。
ここで、統計演算部２６は、次の手順に従って、デフォーカス量ｂｆの動向中心を求める。
まず、統計演算部２６は、過去Ｎ時点のデフォーカス量ｂｆ，レンズ位置Ｙ（デフォーカス量ｂｆと同じ単位）および検出時刻ｔをメモリ２５から順次取り込み、
【数３】

【数４】

を用いて、平均像面位置Ｚave と平均検出時刻ｔave を算出する。
【００６２】
これらの平均値を用いて積和演算を行い、
【数５】

【数６】

積和Ｓzt，Ｓttを算出する。
これらの積和Ｓzt，Ｓttの値を用いて、
【数７】

【数８】

を算出し、一次回帰式の傾きａと切片ｂとを求める。
【００６３】
以上の統計演算（回帰分析）により、デフォーカス量ｂｆの動向中心Ｘ（ｔ）は、
Ｘ（ｔ）＝ａ・ｔ＋ｂ−Ｙ ・・・（９）
となる（図８Ｓ５）。
この動向中心Ｘ（ｔ）を中心値として各デフォーカス量ｂｆとの差分を求め、この差分について二乗平均を求めることにより、
【数９】

上式のように、デフォーカス量の分散σ² を算出する（図８Ｓ６）。
【００６４】
ここで、目標駆動位置の更新を前回行っていた場合（図８Ｓ７）、目標位置更新部２４は、デフォーカス量の大きさが所定の合焦幅以下で（図８Ｓ８）、かつレンズ速度が所定値以下か否かを判定する（図８Ｓ９）。
目標位置更新部２４は、この判定結果が真ならば、合焦状態に到達したと判断し、目標駆動位置の更新を停止する（図８Ｓ１０）。
【００６５】
このような場合、モータ操作量算出部２８は、更新の停止された目標駆動位置と現在のレンズ位置との位置偏差に基づいてモータ２０を駆動し、撮影光学系１２を目標駆動位置まで駆動して停止する。（図８Ｓ１１）。
また、上述の判定結果が偽ならば、非合焦状態にあると判断し、目標駆動位置を最新値に更新する（図８Ｓ１３）。
【００６６】
このような場合、モータ操作量算出部２８は、最新の目標駆動位置と現在のレンズ位置との位置偏差などに基づいてモータ２０を駆動し、撮影光学系１２を最新の目標駆動位置に向けて駆動する（図８Ｓ１１）。
一方、目標駆動位置の更新を前回行っていないときは（図８Ｓ７）、下記の手順により、デフォーカス量の最新値の変化がゆらぎによるものか、有意な変化によるものかを判定する。
【００６７】
まず、目標位置更新部２４は、デフォーカス量の分散σ² に基づいて、再駆動開始の閾値を３σ（標準偏差σの３倍）と定める。
次に、目標位置更新部２４は、最新のデフォーカス量の大きさが３σ以内に入るか否かを判定する（図８Ｓ１２）。
デフォーカス量のゆらぎが正規分布である場合、この３σを超えてデフォーカス量がゆらぐ確率は「０．２７％程度」である。
【００６８】
したがって、このように低い確率であるにもかかわらず、３σを超えてデフォーカス量が変化した場合は、ゆらぎによる変化ではなく、被写体に有意な変化（例えば、被写体の移動など）が生じたと判定できる。
この判定結果に基づいて、目標位置更新部２４は、目標駆動位置の更新を再開する（図８Ｓ１３）。その結果、撮影光学系１２の再駆動が開始し、新しい合焦点に向かって駆動される。
また、最新のデフォーカス量の大きさが３σ以内である場合、目標位置更新部２４は、デフォーカス量のゆらぎによる変化であると判定し、前回の目標駆動位置をそのまま維持する（図８Ｓ１０）。その結果、撮影光学系１２の駆動は再開されず、デフォーカス量のゆらぎに起因するハンチングが防止される。
【００６９】
これらの動作を、ステップＳ１に戻って繰り返す。
以上説明したような動作により、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
さらに、第２の実施形態に特有な効果としては、デフォーカス量の動向中心を中心値として、デフォーカス量の分散σ² を算出するので、「ゆらぎ中心の移動」の影響を一切排除することができる。
また、動向中心Ｘ（ｔ）を中心値として分散σ² を算出しているので、デフォーカス量の標本区間を長く設定するような場合においても、分散σ² と「デフォーカス量のゆらぎ具合」との相関が良好に保たれ、「デフォーカス量のゆらぎ具合」をより正確に判断することができる。その結果、再駆動開始の閾値３σをより正確に設定することができる。
【００７１】
すなわち、図９（ａ）に示すように、デフォーカス量のゆらぎが小さい場合には、動向中心Ｘ（ｔ）を中心とした分散σ² が小さくなるため、再駆動開始の閾値３σが小さくなる。したがって、デフォーカス量の有意な変化（図中のＲ点）を敏感に捉え、目標駆動位置の更新（撮影光学系１２の再駆動）を迅速に再開することができる。
【００７２】
一方、図９（ｂ）に示すように、デフォーカス量のゆらぎが大きい場合には、動向中心Ｘ（ｔ）を中心値とした分散σ² が大きくなるため、再駆動開始の閾値３σが大きくなる。したがって、デフォーカス量のゆらぎが閾値３σを超えることが滅多になく、ハンチングを強力に防止することができる。
また、合焦幅に入る以前から前もって分散σ² を算出しておくことができるので、合焦幅に入った直後に閾値３σを定め、「再駆動開始の閾値判定」を迅速に開始することができる。
【００７３】
次に、別の実施形態について説明する。
図１０は、第３の実施形態（請求項１，２，４，５に対応する）の構成を説明する図である。
第３の実施形態における構成上の特徴については、マイクロプロセッサ１６の内部機能において、焦点演算部２３から焦点検出時の信頼性情報（コントラスト量）を取り込み、再駆動開始の閾値を補正する信頼性対処部４２を備えた点である。
【００７４】
なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、同一の参照番号を付与して図１０に示し、ここでの説明を省略する。
ここで、請求項１，２に記載の発明と第３の実施形態との対応関係については、焦点検出手段２が焦点検出部１５および焦点演算部２３に対応し、焦点制御手段３が駆動回路１９、目標位置更新部２４およびモータ操作量算出部２８に対応し、統計演算手段４が統計演算部２６に対応する。
【００７５】
請求項４，５に記載の発明と第３の実施形態との対応関係については、信頼性対処手段５が信頼性対処部４２に対応する。
図１１は、第３の実施形態の動作を説明する流れ図である。
以下、第３の実施形態における動作上の特徴点を説明する。
まず、カメラ１１のレリーズ（図示せず）が半押しされると（図１１Ｓ１）、焦点検出部１５において光電荷の蓄積が開始される（図１１Ｓ２）。
【００７６】
焦点演算部２３は、焦点検出部１５の光電出力を取り込み、公知の相関演算によりデフォーカス量を算出する。
一方、信頼性対処部４２では、相関演算により求めた相関曲線（図３）の急峻度などに基づいて、被写体像のコントラスト量を算出する（図１１Ｓ３）。
目標位置更新部２４は、エンコーダ１８から求めたレンズ位置とデフォーカス量とに基づいて、撮影光学系１２が到達すべき目標駆動位置を算出する（図１１Ｓ４）。
【００７７】
ここで、目標駆動位置の更新を前回行っていた場合は（図１１Ｓ５）、第１の実施形態と同様の動作を行う（図１１Ｓ６〜７）。
一方、目標駆動位置の更新を前回行っていない場合は（図１１Ｓ５）、駆動停止してから所定回数以上を経過したか否かを判定する（図１１Ｓ１０）。
【００７８】
所定回数を経過していない場合、信頼性対処部４２は、コントラスト量に対応して閾値を求め、目標位置更新部２４に出力する。
一方、所定回数を経過している場合、統計演算部２６は、デフォーカス量の平均値を中心値として、デフォーカス量の分散σ² を算出する（図１１Ｓ１２）。この分散σ² とコントラスト量とに基づいて、テーブル処理により閾値を求める（図１１Ｓ１３）。
【００７９】
目標位置更新部２４は、最新のデフォーカス量の大きさが、上述の閾値を超えた場合（図１１Ｓ１４）、被写体に有意な変化（例えば、被写体の移動など）が生じたと判定して、目標駆動位置の更新を再開する（図１１Ｓ１５）。その結果、撮影光学系１２の駆動が再開され、新しい合焦点に向かって駆動される。
また、最新のデフォーカス量の大きさが閾値以内である場合、目標位置更新部２４は、ハンチングを防止するために、前回の目標駆動位置をそのまま維持する（図１１Ｓ８）。
【００８０】
これらの動作を、ステップＳ１に戻って繰り返す。
以上説明した動作により、第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第３の実施形態では、コントラスト量に応じて、再駆動開始の閾値を選択もしくは補正している。このコントラスト量は、被写体状況に即応して変化する値なので、焦点情報の数時点分をかけて徐々に変化する分散値の変化を待つことなく、被写体状況の急変に応じて閾値を即座に変更することが可能となる。
【００８１】
なお、上述した実施形態では、再駆動開始の閾値を３σ（標準偏差の３倍）として設定しているが、それに限定されるものではなく、焦点情報の分散に対応した閾値を適宜に設定すればよい。
また、上述した実施形態では、再駆動開始の閾値を常時３σとしているが、分散σ² が格段に小さい場合には、撮影光学系の光学性能という面から考えて、３σが無効な値をとる場合がある。そこで、再駆動開始の閾値に所定の下限値ｆｄを定めてもよい。
【００８２】
さらに、上述した実施形態では、焦点情報の分散σ² を求めているが、その構成に限定されるものではなく、焦点情報の分散に変換可能な数値を求めればよい。例えば、数時点の焦点情報を標本として、標準偏差σ，変動係数，度数分布などを求めてもよい。
また、上述した実施形態では、焦点情報としてデフォーカス量を使用しているが、その構成に限定されるものではなく、焦点状態を表す検出値もしくは算出値であれば、焦点情報として使用することができる。例えば、被写体までの測距値，被写体像面の位置，撮影光学系の合焦距離，外光パッシブ式の像間隔，撮影光学系の目標駆動位置，外光アクティブ式の受光角度または受光位置などを焦点情報として使用してもよい。
【００８３】
また、上述の実施形態では、回帰分析の予測関数として、時間ｔを入力変数とする関数Ｘ（ｔ）を採用しているが、それに限定されるものではない。一般に、焦点情報と相関を有する変数を入力変数とする予測関数を使用することができる。また、入力変数は２種類以上でもよく、その場合には、多重回帰分析の手法を使用することができる。
【００８４】
さらに、上述の実施形態では、回帰分析の予測関数として、一次関数を採用しているが、それに限定されるものではない。一般的に、所定の関数を仮定して、最小二乗誤差を得るパラメータを特定すればよいので、予測関数としては、二次関数，指数関数その他の多様な関数を採用することができる。
また、上述の実施形態では、回帰分析を使用して焦点情報の動向中心を求めているが、それに限定されるものではない。一般的には、数時点の焦点情報を標本データとして、焦点情報の動向を求めればよい。例えば、移動平均（moving average）や自己回帰（auto regressive）などの統計演算を使用してもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明では、統計演算により焦点情報の分散を算出するので、現在の被写体状況における「焦点情報のゆらぎ具合」を確率的に正確に検出することができる。
したがって、多様な被写体状況に適応して、焦点情報のゆらぎ発生が確率的に無視できる範囲に、再駆動開始の閾値を適正かつ正確に設定することができる。
【００８６】
その結果、多様な被写体状況のほぼすべてについて、ハンチングの発生を確実に防止することが可能となる。
また、焦点情報のゆらぎが閾値外に発生する確率を正確に把握できるので、多様な被写体状況にかかわらず、ハンチングの周期を綿密にコントロールすることができる。したがって、撮影者がハンチングを感知しない程度、もしくは不快に感じない程度に、ハンチングの周期を低く抑えることもできる。
【００８７】
さらに、ゆらぎの確率分布を超える頻度で閾値外の焦点情報が検出されたり、十分低い確率分布であるにもかかわらず閾値外の焦点情報が検出された場合には、「焦点情報の変化はゆらぎによるものではなく、有意な変化である」と適正に判定することができる。したがって、多様な被写体状況に適応して、再駆動開始の判定を正確かつ適正に行うことができる。
【００８８】
また、多様な被写体状況に応じて、焦点情報のゆらぎが確率的に超えない限度ぎりぎりに、再駆動開始の閾値を正確に設定することができる。
したがって、ハンチングを必要十分なレベルで抑制しつつ、焦点調節の即応性や追従性などの低下を最小限に抑えることができる。
その結果、焦点調節の動作遅れなどは解消され、撮影者は、貴重なシャッタチャンスを的確にとらえることができる。
【００８９】
特に、僅かに焦点がずれた被写体については、焦点調節の動作が敏感に開始されるため、精細かつ微妙な焦点調節を行うことが可能となる。
請求項２に記載の発明では、焦点情報の平均値を中心値として、焦点情報の分散を算出する。
一般に、平均値を求める演算処理は、動向中心などを求める演算処理（移動平均や回帰分析など）に比べ、演算処理量が格段に小さい。したがって、このような平均値を中心値とすることにより、焦点情報の分散を簡便かつ高速に算出することが可能となる。その結果、請求項１の構成を簡易に実現することができる。
【００９０】
請求項３に記載の発明では、動向中心を中心値として焦点情報の分散を算出するので、「ゆらぎ中心の移動」の影響を一切排除し、分散の値を正確に求めることができる。
したがって、焦点情報の標本区間を長く設定するような場合においても、「分散の値」と「焦点情報のゆらぎ具合」との相関が良好に保たれ、「焦点情報のゆらぎ具合」をより正確に判断することができる。その結果、再駆動開始の閾値をより正確に設定することが可能となる。
【００９１】
また、合焦状態の判定前から分散を予め算出しておくことができるので、合焦状態の判定直後においても「再駆動開始の閾値判定」を即座に開始することが可能となる。
請求項４に記載の発明では、信頼性情報に応じて、再駆動開始の閾値を選択もしくは補正する。信頼性情報は、被写体状況に即応して変化する値なので、焦点情報の数時点にわたって徐々に変化する分散値の変化を待つことなく、被写体状況の急変に応じて閾値を即座に変更することが可能となる。
【００９２】
また、信頼性情報と分散との相関分析などを行うことにより、信頼性情報から予想される分散と、実際の分散との間に大きなズレが生じるような場合に、焦点情報のゆらぎの原因は、測定系にあるのではなく、被写体側に有ると判定することができる。
すなわち、このような場合には、遠近競合被写体（近接した範囲に遠近の撮影対象が位置する被写体）や周期被写体（像パターンに周期性を有するために、位相差検出時の相関曲線に櫛歯特性を生じ、偽のデフォーカス量を誤検出してしまう被写体）などが予想される。したがって、このような被写体の種類検出に適応して、カメラの撮影モードまたは焦点調節のパラメータなどを適宜に変更することもできる。
【００９３】
請求項５に記載の発明では、焦点情報のゆらぎと相関が強く、かつ被写体状況の変化に即応して変化する値を選んで、信頼性情報として採用しているので、焦点情報のゆらぎ具合を簡便かつ即座に修正することができる。したがって、被写体状況の急変に応じて閾値を簡便かつ即座に変更することが可能となる。
以上説明したように、本発明を適用した焦点調節装置では、焦点情報のゆらぎ具合に柔軟に応じて、「再駆動開始の閾値」を確率的に適正な値に設定することができるので、「ハンチングの抑制」と「焦点調節の性能」とを適正に両立させた焦点調節装置を実現することができる。
【００９４】
特に、低輝度時または低コントラスト時においては、撮影光学系の動作が格段に安定し、非常に安定した操作感を与える焦点調節装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１〜３に記載の発明を説明するブロック図である。
【図２】請求項４，５に記載の発明を説明するブロック図である。
【図３】相関曲線を説明する図である。
【図４】第１の実施形態（請求項１，２に対応する）の構成を説明する図である。
【図５】第１の実施形態の動作を説明する流れ図である。
【図６】第１の実施形態におけるデフォーカス量を示す説明図である。
【図７】第２の実施形態（請求項１，３に対応する）の構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態の動作を説明する流れ図である。
【図９】第２の実施形態におけるデフォーカス量を示す説明図である。
【図１０】第３の実施形態（請求項１，２，４，５に対応する）の構成を説明する図である。
【図１１】第３の実施形態の動作を説明する流れ図である。
【図１２】従来例の合焦幅を示す図である。
【符号の説明】
１ 撮影光学系
２ 焦点検出手段
３ 焦点制御手段
４ 統計演算手段
５ 信頼性対処手段
１１ カメラ
１２ 撮影光学系
１３ クイックリターンミラー
１４ サブミラー
１５ 焦点検出部
１６ マイクロプロセッサ
１７ レンズ情報記憶部
１８ エンコーダ
１９ 駆動回路
２０ モータ
２１ レンズ駆動機構
２３ 焦点演算部
２４ 目標位置更新部
２５ メモリ
２６ 統計演算部
２８ モータ操作量算出部
３２ 統計演算部
４２ 信頼性対処部

Claims (5)

1. 撮影光学系の焦点情報を検出する焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段により検出された焦点情報に基づいて、前記撮影光学系を合焦状態まで駆動する焦点制御手段と、
   複数時点の焦点情報について統計演算を行い、前記焦点情報の分散を算出する統計演算手段とを備えてなり、
   前記焦点制御手段は、
   「前記撮影光学系の駆動停止中」もしくは「前記焦点制御手段における目標駆動位置の更新停止中」に、前記分散に対応して予め定められる閾値を前記焦点情報が超えると、前記撮影光学系の駆動を再開する
   ことを特徴とする焦点調節装置。
2. 請求項１に記載の焦点調節装置において、
   前記統計演算手段は、
   前記焦点情報の平均値を中心値として焦点情報の分散を算出する
   ことを特徴とする焦点調節装置。
3. 請求項１に記載の焦点調節装置において、
   前記統計演算手段は、
   前記焦点情報の動向中心を中心値として焦点情報の分散を算出する
   ことを特徴とする焦点調節装置。
4. 請求項１に記載の焦点調節装置において、
   前記焦点情報の信頼性にかかわる信頼性情報に応じて、前記閾値を選択もしくは補正する信頼性対処手段を備えた
   ことを特徴とする焦点調節装置。
5. 請求項４に記載の焦点調節装置において、
   前記信頼性情報とは、
   被写体像の明るさ，もしくは被写体像の空間周波数分布，もしくは被写体像のコントラスト，もしくは被写体の移動速度，もしくは被写体光束を分割結像させた一組の光像について相関演算を行った際の相関曲線の急峻度，もしくは最小相関量である
   ことを特徴とする焦点調節装置。

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