JPH1010416A

JPH1010416A - 焦点調節装置

Info

Publication number: JPH1010416A
Application number: JP8165981A
Authority: JP
Inventors: Toru Iwane; 透岩根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1998-01-16
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: JP3675039B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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、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」
との両立を適正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。【解決手段】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、分散に対応して予め定められる閾
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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ＣＣ
Ｄ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１
２（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１
２（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２
５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５
Ｓ９）。

【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５Ｓ１
２）。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１
５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ｂ
ｆ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２
５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８Ｓ
９）。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８Ｓ
１１）。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８Ｓ１
１）。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２
４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１１
Ｓ１３）。

【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１１Ｓ１
４）、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１１Ｓ
８）。

【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 avera
ge）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

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。