JP4659197B2 - 自動焦点調節装置およびカメラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動焦点調節装置や該装置を具備したカメラ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相関演算によって求めることにより、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、移動する被写体においても撮影レンズを駆動させ追従させるサーボ制御機能をもっている。具体的には、連続してデフォーカス量の検出を行いレンズ駆動量の更新をする。さらには、過去複数回の検出デフォーカス量と撮影レンズの駆動量から求められる像面位置の変化を、時刻による所定の関数とみなし、その関数を統計的手法により求めることで撮影レンズの予測駆動を行っている。ミラー可動式の一眼レフカメラの構成上、ミラーがダウンしていないとデフォーカス量検出を行うことができない。一方で、ミラーがアップしていないと露光はできない。すなわち、最後の焦点検出から露光が開始されるまでにはある一定量以上のレリーズタイムラグがある。
【０００４】
予測駆動では、最後の焦点検出時のデフォーカス量に動体予測補正量を加えたレンズ駆動を露光前までに完了することで、最後の焦点検出から露光が開始されるまでのレリーズタイムラグ間の被写体の移動を見越して合焦させることができる。
【０００５】
この方法は既に公知であり、本出願人において、特開平１１−１９７１８５号にて開示され、また実際に広く実施されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
サーボ制御はこのようにして行われるのであるが、実際に被写体が常に移動しているとは限らない。すなわち、静止している被写体を撮影する場合も当然あるのだが、デフォーカス量の検出には無視できない相当量の誤差があり、静止している被写体に対して焦点検出を行ったからといってデフォーカス量が常に一定とはならない。
【０００７】
誤差の要因は様々あるが、光電変換素子の電気的なノイズやラインセンサーを構成している画素の隣接領域での出力感度が弱くなるために発生するフェーズインフェーズアウト等がある。このような誤差の含まれているデフォーカス量に応じてサーボ制御を行うと、被写体が静止しているにも関わらず撮影レンズが常に微少駆動することになり、電池の消耗が早まるばかりか、撮影者の精神衛生上好ましくない。
【０００８】
これを抑止するために、許容錯乱円から被写界深度を算出し、写真としては実用上ボケては見えないボケ量に相当するレンズ駆動量（被写界深度内レンズ駆動量）を合焦幅として設定し、この合焦幅より小さい撮影レンズの駆動を禁止することで、不必要なレンズ駆動を抑止している。しかしながら、図５に示すように、撮影する被写体の像や輝度によっては、検出デフォーカスのばらつきがこの合焦幅を越え、撮影レンズがいつまで経っても合焦点付近を行ったり来たりするハンチングと呼ばれる現象が起こる。
【０００９】
また、撮影レンズをデフォーカス量に相当する量だけ駆動したつもりでも、撮影レンズが行き過ぎてしまい、ハンチングすることがある。この原因は様々であるが、デフォーカス量とそれに相当する撮影レンズの駆動量には非線形の関係があり、デフォーカス量に正確に対応したレンズ駆動量は理論的に求めることができないことや、カメラ本体とレンズのモータ間の通信遅れなど、撮影レンズの停止精度に起因するものである。
【００１０】
実際のサーボ制御では、この二つの現象が組み合わさって発生するので、被写体が静止しているにも関わらず、合焦幅を超える微少駆動が発生することが多々ある。一般的には、合焦幅を広げたり、撮影レンズの駆動量を量減らすことで、この撮影にとって不快なレンズ駆動を抑止している。
【００１１】
しかしながら、合焦幅を広げる方法では、実用上ボケて見えるレンズ駆動量以上でも撮影レンズの駆動を禁止しているので、ピントが甘くなる可能性がある。一方、撮影レンズの駆動量を減らす方法では、デフォーカス量が０の位置へ撮影レンズをもってくるために複数回の駆動を行わなければならず、被写体が移動し始めたときの追従性が悪くなる可能性がある。
【００１２】
（発明の目的）
本発明の第１の目的は、十分な合焦性能を保持しつつ、撮影レンズのハンチングを防止することのできる自動焦点調節装置およびカメラを提供しようとするものである。
【００１３】
本発明の第２の目的は、十分な合焦性能を保持しつつ、撮影レンズのハンチングを防止すると共に、移動被写体に対しての追従性を損なうことのない自動焦点調節装置およびカメラを提供しようとするものである。
【００１４】
【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、本願発明は、デフォーカス量に基づいて焦点調節する自動焦点調節装置において、デフォーカス量に応じて撮影レンズを駆動制御するレンズ駆動手段と、前記撮影レンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、前記撮影レンズの位置とデフォーカス量とから求められる像面位置が振動しているかを判定する判定手段と、前記像面位置が振動していると判定された場合、前記レンズ駆動手段による光学無限遠方向へ駆動するときには、デフォーカス量に対する撮影レンズの駆動量を、光学至近方向へ駆動するときよりも減らす駆動制御手段とを有するものである。
【００２０】
【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。
【００２１】
図１は本発明の実施の一形態に係る光学機器の一例である交換レンズ式一眼レフカメラの構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１において、１は撮影レンズに係る全ての演算、制御を行うレンズＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）、２は撮影レンズを駆動するためのレンズ駆動ユニット、３はレンズ位置検出ユニット、４は繰り出し位置検出ユニット、５は自動焦点調節に必要な光学情報を記憶するための光学情報テーブルである。また、実際の撮影レンズにおいては、絞りを駆動するための絞り駆動ユニット等が必要であるが、本実施の形態では直接関係ないので説明を省略する。前記ＭＰＵ１から光学情報テーブル５までによって撮影レンズは構成される。
【００２３】
撮影レンズは、図１の中央の点線で示されるマウントを介して、カメラ本体と接続される。６はカメラ本体に係る全ての演算、制御を行うカメラＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）であり、マウントの信号線を介してレンズＭＰＵ１と接続され、レンズＭＰＵ１に対してレンズ位置の取得やレンズ駆動および交換レンズごとに固有の光学情報の取得等を行うことができる。
【００２４】
７はデフォーカス量検出ユニット、８はシャッタ駆動ユニット、９はフィルム給送ユニットであり、１０はカメラの諸設定（シャッタ速度、絞り値、撮影モード等）を行うためのダイヤルユニットである。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。
【００２５】
ダイヤルユニット１０を操作することで種々撮影モードを設定することができるが、本実施の形態では、移動被写体での撮影に適したサーボ制御が設定されているとし、この場合におけるサーボ制御について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
まず、ステップ＃１０１において、スイッチＳＷ１がオンされるとステップ＃１０２の自動焦点調節へ進む。自動焦点調節の詳細については後述する。次のステップ＃１０３においては、自動焦点調節後も引き続きスイッチＳＷ１がオンされているか否かを判定し、オンされていなければ本ルーチンから抜け、再びスイッチＳＷ１がオンされるまで待機する。また、ステップ＃１０３にてスイッチＳＷ１がオンされていればステップ＃１０４へ進み、ここではスイッチＳＷ２の状態を調べ、オンされていればステップ＃１０２へ戻り、オンされていなければステップ＃１０５へ進み、レリーズ動作を行った後、ステップ＃１０２へ戻る。
【００２７】
次に、上記ステップ＃１０２にて行われる自動焦点調節の詳細について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２８】
まず、ステップ＃２０１からステップ＃２０２へ進み、レンズ位置検出ユニット３からレンズ位置の取得を行う。これはカメラＭＰＵ６からレンズＭＰＵ１へ通信することによって行われる。
【００２９】
自動焦点調節に必要となるデフォーカス量（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）は、撮影レンズの光軸を挟んだ異なる２領域通過する被写体光束から形成される二つの像の像ずれ量（プレディクション量）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デフォーカス量検出ユニット７に導かれる。デフォーカス量検出ユニット７は光電変換素子を有しており、カメラＭＰＵ６はステップ＃２０３において、これら２像の信号を読み出す。
【００３０】
次のステップ＃２０４においては、撮影レンズから自動焦点調節に必要な敏感度、ベストピント補正値、１パルスあたりのデフォーカス量等の光学情報の取得を行う。これは、カメラＭＰＵ６からレンズＭＰＵ１へ通信することによって行われる。具体的には、撮影レンズの距離環は電気的に等間隔に分割され、繰り出し位置検出ユニット４へ接続されている。レンズＭＰＵ１は繰り出し位置検出ユニット４から現在の繰り出し位置を取得し、繰り出し位置に応じたテーブルになっている光学情報テーブル５を参照することで自動焦点調節に必要な情報をカメラＭＰＵ６へ送信する。
【００３１】
続くステップ＃２０５においては、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Ｄを求める。デフォーカス量と実際のレンズ駆動量は非線形の関係にあり、デフォーカス量に応じた関数で近似するのが一般的である。また実際の繰り出しで扱う量は、長さではなく撮影レンズへの駆動波形であるところのフォーカスパルス数Ｐである。
【００３２】
カメラＭＰＵ６は、上記ステップ＃２０４にてフォーカスパルス数Ｐへの変換に必要な光学情報を取得しているので、ステップ＃２０５にてデフォーカス量Ｄの演算を行い、続くステップ＃２０６において、レンズ駆動量であるフォーカスパルスＰへの変換を行う。このステップ＃２０６では、レンズ駆動量を求める際に、さらに撮影レンズの像面位置の変化を予測し、撮影時に撮影レンズが被写体予測像面位置に来るようにレリーズタイムラグ間の被写体の移動を見越したレンズ駆動量の補正も合わせて行うようにしてもよい。前述したとおり、この方法は本出願人において、特開平１１−１９７１８５号にて開示されているのでこれ以上の詳細は省略する。合焦に必要なレンズ駆動量（Ｐ）はこのようにして求められるが、次のステップ＃２０７においては、レンズ駆動量に上記ステップ＃２０２において取得したレンズ位置を足すことにより求められる像面位置をカメラＭＰＵ６のメモリへ記憶する。カメラＭＰＵ６には過去複数回の像面位置が記憶されており、この像面位置が単調に増加もしくは減少している場合には、被写体は移動しているとみなす。逆に、そうでない場合には、像面位置は振動しており、被写体は静止しているみなす。
【００３３】
次のステップ＃２０８においては、像面位置が振動しているか否かを判定し、振動している場合にはステップ＃２０９へ進み、光学無限方向へのレンズ駆動量を半分に減らしてステップ＃２１０へ進む。一方、振動していない場合（像面位置が単調に増加もしくは減少している）には、そのままステップ＃２１０へ進む。
【００３４】
ステップ＃２１０においては、レンズ駆動量が合焦幅を超える否かを判定し、合焦幅を超えていた場合にはステップ＃２１１へ進み、レンズ駆動を行い、ステップ＃２１２へ進んで自動焦点調節を終了する。一方、レンズ駆動量が合焦幅を超えない場合には、そのままステップ＃２１２へ進んで自動焦点調節を終了する。
【００３５】
上記実施の形態によれば、レンズ位置とデフォーカス量より求められる像面位置が振動しているとき判定したときは、光学無限方向へのレンズ駆動量を半分に減らしている。公知のとおり、ある焦点距離において実用上用いられる撮影距離では、後側被写界深度は前側被写界深度のおよそ２倍になることが知られている。本実施の形態はこの点に着目しており、図４に示すとおり、光学無限方向へのレンズ駆動を半分に減らすことによって、撮影レンズが被写界深度内に入るようにしているので、ハンチングを抑止することができる。また、合焦幅を広げているわけではないので、ピントが甘くなることはない。
【００３６】
また、光学無限方向のレンズの駆動量を減らしているので、光学無限方向へデフォーカス量が０の位置へ撮影レンズをもってくるためには複数回の駆動を行わなければならないが、先ほど述べたとおり後側被写界深度は深いので、被写体が移動し始めたとしても見かけ上追従性が悪くならない。
【００３７】
なお合焦幅は、装着されている撮影レンズの開放絞り値によって予め決められており、Ｆ2.0 以下なら３５μｍ、Ｆ2.8 以下なら５０μｍ、それ以上は８０μｍに相当するフォーカスパルス数として設定されている。公知のとおり被写界深度は、絞り値によって変化する。すなわち本実施の形態では、被写界深度に応じて合焦幅を決定しているので、サーボ制御中の不快なレンズ駆動を抑止しつつ、十分な合焦性能を発揮させている。
【００３８】
なお、被写界深度は、絞り以外にも、撮影レンズの焦点距離、撮影距離によって変化するので、それらに応じて合焦幅を設定してもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、“像面位置”が振動しているときに光学無限方向へのレンズ駆動量を半分に減らしているが、簡素化して、撮影レンズの駆動方向が交互に異なった方向であるとき、詳しくは、撮影レンズが一方から他方へ、他方から一方へ、行ったり来たりしている状態時には、光学無限方向へのレンズ駆動量を半分に減らすようにしてもよい。
【００４０】
さらには、本実施の形態では、レンズ駆動量は一律半分に減らしているが、先ほど述べたとおり、被写界深度は、撮影レンズの絞り値、焦点距離、撮影距離によって変化するので、それらに応じてレンズ駆動量を減らしても同様に適用できる。この場合には、先ほど述べた、ある焦点距離における実用上用いられる撮影距離以外でも、十分な合焦性能を発揮できるものである。
【００４１】
（変形例）
本実施形態では、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カメラやその他の光学機器にも適用可能である。
【００４２】
（発明と実施の形態の対応）
上記実施の形態において、カメラＭＰＵ６、デフォーカス量検出ユニット７が本発明のデフォーカス量検出手段に相当し、レンズＭＰＵ１、レンズ駆動ユニット２が本発明のレンズ駆動手段に相当し、レンズＭＰＵ１、レンズ位置検出ユニット３が本発明のレンズ位置検出手段に相当し、カメラＭＰＵ６が本発明の判定手段、駆動制御手段に相当する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、十分な合焦性能を保持しつつ、撮影レンズのハンチングを防止することができる自動焦点調節装置又はカメラを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るカメラのブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の一形態に係る自動焦点調節の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の一形態に係る自動焦点調節装置の撮影レンズの駆動を示す図である。
【図５】従来の自動焦点調節の撮影レンズの駆動を示す図である。
【符号の説明】
１ レンズＭＰＵ
２ レンズ駆動ユニット
３ レンズ位置検出ユニット
４ 繰り出し位置検出ユニット
５ 光学情報テーブル
６ カメラＭＰＵ
７ デフォーカス量検出ユニット
８ シャッタ駆動ユニット
９ フィルム給送ユニット
１０ ダイヤルユニット

Claims (8)

1. デフォーカス量に基づいて焦点調節する自動焦点調節装置において、
   デフォーカス量に応じて撮影レンズを駆動制御するレンズ駆動手段と、
   前記撮影レンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、
   前記撮影レンズの位置とデフォーカス量とから求められる像面位置が振動しているかを判定する判定手段と、
   前記像面位置が振動していると判定された場合、前記レンズ駆動手段による光学無限遠方向へ駆動するときには、デフォーカス量に対する撮影レンズの駆動量を、光学至近方向へ駆動するときよりも減らす駆動制御手段と
   を有することを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 前記駆動制御手段は、前記像面位置が振動していると判定されたときには、前記レンズ駆動手段による光学無限遠方向へ被写界深度に応じたレンズ駆動量を減らすことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
3. デフォーカス量に基づいて焦点調節する自動焦点調節装置において、
   デフォーカス量に応じて撮影レンズを駆動制御するレンズ駆動手段と、前記撮影レンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、
   前記撮影レンズの駆動方向が交互に異なった方向であるかを判定する判定手段と、
   前記撮影レンズの駆動方向が交互に異なった方向であると判定された場合、前記レンズ駆動手段による光学無限遠方向へ駆動するときには、デフォーカス量に対する撮影レンズの駆動量を、光学至近方向へ駆動するときよりも減らす駆動制御手段とを有することを特徴とする自動焦点調節装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記撮影レンズの駆動方向が交互に異なった方向であると判定されたときには、前記レンズ駆動手段による光学無限遠方向へ被写界深度に応じたレンズ駆動量を減らすことを特徴とする請求項３に記載の自動焦点調節装置。
5. デフォーカス量が所定値以下の場合には、前記レンズ駆動手段による前記撮影レンズの駆動を禁止することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の自動焦点調節装置。
6. 前記所定値は、被写界深度に応じて設定されることを特徴する請求項５に記載の自動焦点調節装置。
7. 移動被写体に対して撮影を行う際には、撮影動作を行うべき前記撮影レンズの像面位置を予測し、撮影時に前記撮影レンズが被写体予測像面位置に来るように前記撮影レンズを駆動する機能を有する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。
8. 請求項１〜６の何れかに記載の自動焦点調節装置を有することを特徴とするカメラ。

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