JP3834874B2 - Camera autofocus device - Google Patents

Description

（数式１において、ｆはレンズの焦点距離、ｖは被写体速度、ｈは最接近した時の距離、ｔは時間、ｔ＝０で最接近である。）
で変化するため、像面速度の変化があるという事実から、像面加速度を２次式で評価することによって正解に至ろうとするものである。
しかし、実際には、焦点はずれ量の測定値に相当量のゆらぎがあり、このゆらぎの影響は微分係数が高次になればなるほど大きくなる。これは、離散的なデータセットを使用している以上宿命であり、このことからこの方法が正しく速度変化を捉えられるかどうかは非常に疑問である。
【０００４】
これらの方法の欠点を解決するために、昨今の演算装置の進歩から数値処理を増やして信頼性の高いデータを得ようとする動きがある。
第３の追尾方法は、統計的な手法で像面の位置を予測する方法である。すなわち、像面位置−測定時刻の組を過去数世代にわたって格納しておき、これらのデータ群から一次回帰式を導く。この一次回帰式の傾きは像面位置の時間変化になるから、データ群を代表する像面速度を表すことになる。この方式は、測定データのゆらぎにも強く、信頼度の高いデータが得られるが、ある程度の時間間隔を持つデータ群の変化量を代表するために、急速に変化する被写体の対応はむずかしい。
【０００５】
上記第３の方法を改善した第４方法として、像面の位置と像面速度の平方根の空間で回帰式を求め、この回帰式から逆算して像面速度と像面加速度を求める方法がある。この方法は、非線形な像面の動きを基本的に数式で捉えているため、ゆらぎの影響の少ない像面加速度を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゆらぎをキャンセルさせる統計的な手法にも現実に適応しようとする際には、先に少し触れたように多少の問題点がある。
被写体の像面位置と時刻の一次回帰式を用いて、自動焦点調節を行う場合の像面速度やレンズ位置などのデータを算出した場合、ゆらぎのない落ち着いたデータが得られるものの、平均化のため基準時刻がかなり過去へ遡ってしまう。一方、被写体が等速で運動していたとしても、レンズの特性から像面は等速では移動せず、ある特性の加速度を持つ。このため、予想される像面は実際の像面より遅れてしまう傾向がある。とりわけ、一眼レフレックスカメラにおいては、ミラーアップ後、露光が開始されるまでにタイムラグがあり、この間の像面の加速が基準時刻の遅れに加えて焦点の遅れとなってしまう。
【０００７】
統計演算をせずに、これらのデータを計算で求めることは可能である。そうした場合には基準時刻を多少は前に持ってくることはできるが、像面速度を求めるには複数の像面位置の差をその間の時間で除して求めるしかない。そうすると、基準時刻はその間の時間の中点となるはずで、この時間を短くすれば当然像面速度差は小さくなり、その差分値が不安定なものとなるのは不可避である。
【０００８】
第３の追尾方法で求められた像面位置と像面速度から像面位置−像面速度の平方根の関係で回帰式を求め、これから所定時刻の像面速度、像面位置を算出する第４の追尾方法を使用することは、像面の変化が大きい場合、こうした問題を根本的に解決することになる。しかし、この方法は回帰式の要素として像面位置、像面速度を使用するため、像面変化の小さい被写体に対しては回帰式を求めるための変数群が動かず、回帰式の意味を持たないという欠点がある。この領域では計算の誤差が、そのまま回帰式の答えとなってしまう可能性すらある。
【０００９】
こうした問題を解決するために、第３の方法と第４の方法を被写体の状況に応じて使い分けるというやり方が最善のものとして考えられてくるが、被写体の速度、レンズの焦点距離などによって、像面の変化のふるまいが大きく異なるために正確な使い分けが非常に難しい。例えば、焦点距離が短く、被写体の速度が早い場合には、ほとんど止まっているかのように思われる像面が急速に加速していくため、統計的に像面の様子を見ながら使い分けを判断していこうという、のんびりしたやりかたでは急変化にはついていけない可能性がある。使い分けを行なう前後の像面の動きのグレーゾーンに対して、何らかの方策を立てておいてやる必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、移動被写体に対する追尾性能を向上して露光時に正確に合焦させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１） 請求項１の発明は、撮影レンズを通過した被写体からの光束により撮影レンズの焦点はずれ量を検出する焦点はずれ量検出手段と、撮影レンズの合焦用レンズの位置を検出するレンズ位置検出手段と、焦点はずれ量検出手段による焦点はずれ量の検出時刻を計時する計時手段と、焦点はずれ量検出手段により検出された焦点はずれ量と、計時手段により計時された検出時刻と、検出時刻にレンズ位置検出手段により検出された合焦用レンズの位置とに基づいて、平均検出時刻と撮影レンズの像面位置と像面速度とを統計演算する第１の統計演算手段と、第１の統計演算手段により演算された複数の平均検出時刻における像面位置と像面速度とに基づいて、所定時刻の像面速度と像面位置を統計演算する第２の統計演算手段と、第２の統計演算手段による演算結果にしたがって合焦用レンズを駆動制御するレンズ駆動制御手段とを備える。
検出された焦点はずれ量と、その検出時刻と、検出時刻の合焦用レンズの位置とに基づいて平均検出時刻と撮影レンズの像面位置と像面速度とを統計演算し、さらに、演算された複数の平均検出時刻における像面位置と像面速度とに基づいて所定時刻の像面速度と像面位置を統計演算する。そして、演算結果の所定時刻の像面速度と像面位置にしたがって合焦用レンズを駆動制御する
（２） 請求項２のカメラの自動焦点調節装置は、第２の統計演算手段によって、露光時に合焦用レンズが合焦位置を移動被写体と略同速で通過するような合焦用レンズの駆動速度とオフセット移動量を演算するようにしたものである。
（３） 請求項３のカメラの自動焦点調節装置は、第２の統計演算手段によって、連続撮影モードにおける露光時ごとに合焦用レンズが合焦位置を移動被写体と略同速で通過するような合焦用レンズの駆動速度とオフセット移動量を演算するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を説明する。
図１は一実施形態の構成を示す図である。１は撮影レンズであり、被写体像を予定像面に結像させるとともに、合焦していない時には、撮影レンズの全部乃至一部を前後に駆動して予定像面に被写体像を結ばせることができるようになっている。駆動源のモータはレンズ筐体内にあってもよいし、ボディ側のレンズマウントから駆動結合体を介して合焦用レンズなどを直接駆動してもよい。また、レンズの位置を測定するために、位置検出装置２としてのエンコーダーがレンズ可動部でレンズの移動量を測定するか、あるいはレンズを駆動するモータの軸回転を検出する形で設置されており、レンズの相対的あるいは絶対的位置をモニターできるようになっている。
【００１３】
このレンズを通して被写体の像が予定像面近辺に結ばれ、この像と予定結像面との差、すなわち焦点はずれ量を測定する焦点はずれ量検出装置３がメインミラーの下にサブミラーの反射光を受ける形で配置される。この焦点はずれ量検出装置３は、撮影レンズ１を通過した被写体からの光束を受光素子（不図示）上へ導き、被写体像を再結像させる焦点検出光学系（不図示）と、被写体像の光強度分布に対応する信号を出力する受光素子とから構成され、装置の実質な演算や焦点はずれ量検出装置３の受光素子の制御は、高機能な演算装置（ＣＰＵ）４に委ねられている。ちなみに、この演算装置４はこの実施形態では統一的に他の演算制御も含め、ひとつの高速ＣＰＵが全てを代表している。さらに、これも実態はＣＰＵのクロックで代替することになる、測定時刻あるいは露光に至る時間を測定するためのクロック５と、焦点はずれ量検出装置３から出力されるデータの組を格納しておく第１の記憶装置６（メモリ１）と、こうして貯えられたデータを加工したパラメータを貯蔵しておく第２の記憶装置７（メモリ２）が装備される。また、演算された駆動に関するデータにしたがってレンズを駆動する駆動制御装置８が装備され、駆動ギア９を介してレンズを駆動する。なお、レンズ筐体内に駆動モータを装備する形式のカメラでは、レンズ筐体へ駆動に関するデータを送信するための通信装置が装備される。
【００１４】
次に、図２のフローチャートによりこの実施形態の全体動作を説明する。
まず、被写体の像がどのくらい予定像面から離れているかが焦点はずれ量検出装置３から出力され、その焦点はずれ量を入力する（Ｓ１）とともに、同時にその時のレンズの位置と時刻をそれぞれ位置検出装置２とクロック５から入力する（Ｓ２）。こうして得られたデータは第１の記憶装置６に貯えられ（Ｓ３）、以下に示す計算に使用される。第１の記憶装置６に、このようにして繰り返し貯えられたデータが、統計演算を行なえる程度にたまったならば（Ｓ４）、第一回目の統計演算を行なう（Ｓ５）。この統計演算については後述する。
【００１５】
統計演算を行なうことを決定する基準のデータ数は、どの程度の信頼性を確保するのかと、自動焦点調節の１サイクルの速さとによって決定することができる。それらをさほど気にしないのなら、最低のデータ数はもちろん２である。統計演算を行なうデータの選択に際しては、実用上、計算を行なっている現在時刻もしくは最新のデータが入手された時刻から、一定時間過去に遡った時に、その中に含まれるデータ数を採用されるデータ数とするのが最もよい。例えば、現時点から３００ｍｓ過去までのデータを俯瞰し、その中に含まれる仮に１０個のデータの組を採用するというようにデータを選ぶ。この統計演算によって、像面速度と統計の中心時刻が出てくるから、これを先と同様に組にして第２の記憶装置７に貯える（Ｓ６）。
【００１６】
第２の記憶装置７に格納されいるデータ数が所定数を越えるか、あるいは一定時間のデータ数が所定数を越えたら（Ｓ７）、これらのデータを用いて第２の統計演算、すなわち回帰演算を行なう（Ｓ８）。この演算から像面速度の単位時間当たりの変化として位置回帰式の傾きが出てくる。切片も含めて計算すると、ある時間の像面速度が予想されることになる。露光を目標時刻とした時、第２の統計演算と数式１とにより露光時刻で合焦を得るために最も適当な像面速度と現在時点での焦点はずれ量（オフセット量）が算出されるから、この２つのデータをレンズ駆動装置もしくは駆動能力のあるレンズに送信して（Ｓ９）、駆動制御の開始を待てば露光時に合焦が得られる。
【００１７】
なお、ステップ４でデータの格納数が第１の統計演算を行なうのに不十分であった場合はステップ１０へ進み、第１の統計演算を行なわず、焦点はずれ量ｄｅｆに基づいて撮影レンズの駆動量を演算し、駆動制御装置８に駆動データを出力して撮影レンズ１を駆動制御する。
同様に、ステップ７でデータの格納数が第２の統計演算を行なうのに不十分であった場合はステップ１１へ進み、第２の統計演算を行なわず、第１の統計演算の結果のみにより駆動データを演算し、駆動制御装置８により撮影レンズ１を駆動制御する。
【００１８】
ここで、図２のステップ５とステップ８で行なわれる第１および第２の統計演算について、図３のフローチャートにより説明する。
焦点はずれ量検出装置３からは、通常、ミリメートルあるいはミクロン単位で焦点のはずれた量が出力されてくる。これをｄｅｆとする。一方、測定時刻のレンズ位置は、エンコーダーで測定されるためにエンコーダのパルス数ｌｐで得られる。被写体の像面位置は、この２つのデータの和であるから、どちらかのデータのディメンジョンを変換して、同じディメンジョンに直してから計算しなければならない。ここではデータをパルス数次元に変換して像面位置ｙを求めるものとする。焦点はずれ量ｄｅｆ、レンズ位置ｌｐおよび時刻ｔを入力し（Ｓ２１）、焦点はずれ量ｄｅｆを次式によりパルスベースの焦点はずれ量ｂｆに変換する（Ｓ２２）。焦点はずれ量は変換係数γによって変換され、
【数２】

と表わされる。γはレンズもしくはレンズ位置、場合によっては焦点はずれ量にかかる関数である。
像面位置は、これから容易に算出されて、
【数３】

となる（Ｓ２３）。この像面位置Ｙｉ（ｉはｉ番目という意味）と測定を行なった時刻Ｔｉを組として第１の記憶装置６（メモリ１）に貯えておく（Ｓ２４）。
【００１９】
以上のデータの入力および演算処理を何度か繰返し、第１の統計演算を行なうのに足りると考えられるだけデータがたまったならば第１の統計演算を開始する（Ｓ２５）。最初に、統計演算を行なうデータ数をＮとしてデータの平均値を求める。
【数４】

【数５】

この平均値との差を積和演算しＳｘｙ，Ｓｘｘを算出する。
【数６】

【数７】

この２つの積和演算の結果より、像面速度を表現する一次回帰直線の傾きＳｌが求まり、
【数８】

となる。一次回帰直線は、データ平均の組を通るから、当然、次のようになってくる。
【数９】

これから一次式の切片ｋは、
【数１０】

である。中心位置は平均位置のことであるからＰｃにはＹａｖｅが、同様に中心時刻ＴｃにはＴａｖｅが対応することになる。また、Ｓｌ＝Ｖはいうまでもなく像面速度を表現している。参考までに、Ｎ＝２の時、Ｓｌの答えは２つのデータの差分で像面速度を求める式と同じになる。これらのデータは第２の記憶装置７（メモリ２）に格納する（Ｓ２７）。
【００２０】
こうして第１の統計演算の結果がメモリ上に格納され、それらが第２の統計演算をするのに足りる世代数だけ格納されたならば、第２の統計演算を開始する（Ｓ２８）。求められたデータの平均をとるのは上記数式４，５と同様である。
【数１１】

【数１２】

さらに同様に、積和演算をおこなって、
【数１３】

【数１４】

と結果が得られるから、この比をとって、一次回帰直線の傾きＳｌｘを求める（Ｓ２９）。
【数１５】

この傾きは、像面速度の時間変化、すなわち像面加速度を表わしており、位置回帰式時間を代入することによってその時刻の像面速度を計算することができる。
【数１６】

切片ｋｘは同様に次のようにに表わされる（Ｓ２９）。
【数１７】

【００２１】
このようにして、各種データが算出される式が決定されたならば、この式を用いて所定時刻に合焦するためのパラメータを算出することにする。現在時刻をＴｒ、露光時刻をＴｘとすると（Ｓ３０）、焦点はずれ量検出後、各種演算を終わらした現在の像面位置Ｙｔは第１の回帰式から容易に求まって、
【数１８】

であり（Ｓ３１）、現在の焦点はずれ量ｂｆｔは、これから現時刻のレンズ位置を引いて、
【数１９】

となる。
像面速度について考えると、現在の像面速度ｖｉｍｎは第２の相関式から次のごとく表わされる（Ｓ３２）。
【数２０】

露光時の像面速度Ｖｉｍｄは同様にして、
【数２１】

で表すことができる（Ｓ３２）。
【００２２】
出力すべき像面速度ｖｉｍｏはニュートン的に言ってこの中間値が適当であるから、この２つの像面速度の相加平均値をとって、
【数２２】

とすることができる（Ｓ３３）。レンズを駆動しなければならない量は、現在時刻の焦点はずれ量（オフセット量）ｂｆｔと駆動速度、すなわち像面速度ｖｉｍｏであるから、現在の焦点はずれ量ｂｆｔをＹｔより算出し（Ｓ３４）、ｂｆｔとｖｉｍｏを駆動装置８へ出力すればよいことになる（Ｓ３５）。
【００２３】
図４は、データを出力した時点以降の、破線で示す駆動データすなわち指示駆動直線に対する実際のレンズの動きを実線で示す。
指示駆動直線の傾きは像面速度ｖｉｍｏであり、データ出力時点におけるオフセットはｂｆｔである。駆動制御装置８は、この指示駆動直線にしたがって撮影レンズ１を駆動制御する。撮影レンズ１の位置は、データ出力直後は指示駆動直線に対して遅れるが、しばらくすると指示駆動直線に追従する。
【００２４】
なお、速度駆動ではなく、その合焦する地点で露光を待とうというのであれば、
【数２３】

で示される量だけレンズを予め駆動しておけばよい。
また、連続撮影モードでは、露光時ごとに撮影レンズが合焦位置を移動被写体と略同速で通過するような撮影レンズの駆動速度とオフセット移動量を演算すればよい。
【００２５】
以上の発明の実施の形態の構成において、焦点はずれ量検出装置３が焦点はずれ量検出手段を、位置検出装置２がレンズ位置検出手段を、クロック５が計時手段を、演算装置４が第１の統計演算手段および第２の統計演算手段をそれぞれ構成する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、検出された撮影レンズの焦点はずれ量と、その検出時刻と、検出時刻の合焦用レンズの位置とに基づいて平均検出時刻と撮影レンズの像面位置と像面速度とを統計演算し、さらに、演算された複数の平均検出時刻における像面位置と像面速度とに基づいて所定時刻の像面速度と像面位置を統計演算する。そして、演算結果の所定時刻の像面速度と像面位置にしたがって合焦用レンズを駆動制御する。
なお、演算された複数の平均検出時刻における像面位置と像面速度とに基づいて、露光時に合焦用レンズが合焦位置を移動被写体と略同速で通過するような合焦用レンズの駆動速度とオフセット移動量を演算するようにしてもよい。
あるいはまた、演算された複数の平均検出時刻における像面位置と像面速度とに基づいて、連続撮影モードにおける露光時ごとに合焦用レンズが合焦位置を移動被写体と略同速で通過するような合焦用レンズの駆動速度とオフセット移動量を演算するようにしてもよい。
これにより、被写体像面位置と時刻の関係の一次相関をとることによって得られる、測定ゆらぎの影響の減殺を保持したまま、この方法の欠点である速度変化への追従の困難さを緩和することができる。つまり、測定データのゆらぎを排除した上で、像面速度や高次の微分係数である像面加速度を導くことができる。その結果、移動被写体への追尾性能が、向上し、高速で移動する被写体に対しても焦点のあった写真を撮ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施形態の構成を示す図である。
【図２】 一実施形態の全体動作を示すフローチャートである。
【図３】 第１および第２の統計演算を示すフローチャートである。
【図４】 像面速度と焦点外れ量のオフセットとにより駆動データを出力して撮影レンズを駆動制御した時のレンズの動きを示す図である。
【符号の説明】
１ 撮影レンズ
２ 位置検出装置
３ 焦点はずれ量検出装置
４ 演算装置
５ クロック
６ 第１の記憶装置（メモリ１）
７ 第２の記憶装置（メモリ２）
８ 駆動制御装置
９ 駆動ギア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic focus adjustment device for a camera that detects a focus adjustment state of a photographing lens and performs focusing driving.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A tracking method is known in which an automatic focusing device of a camera performs exposure at a certain time after tracking a moving subject and takes a photograph in focus.
The first tracking method is the simplest method, and many cameras still use this method. In this tracking method, the difference between the image plane positions of a plurality of subjects obtained in the past and their detection times is taken to determine the amount of change in the image plane position, that is, the image plane speed, and the position is extended by the inclination of the image plane speed. In this way, the image plane position at a predetermined time is predicted. This method can be said to be a Newtonian first-order approximation method with respect to position, in which the first derivative is obtained as an alternative to the difference.
[0003]
The second tracking method is a secondary correction applied to the image plane position by further deepening the first method. Specifically, a set of three generation image plane positions and time data is taken, a parabola in the image plane position-time space passing through these three points is determined, and this is extended to determine the image plane position at a predetermined time. It is to be predicted. This tracking method is a constant function that is not linear on the planned image plane, even if the subject moves at a constant speed.
[Expression 1]

(In Equation 1, f is the focal length of the lens, v is the subject speed, h is the distance when closest, t is time, and is closest when t = 0.)
From the fact that there is a change in the image plane speed, an attempt is made to arrive at a correct answer by evaluating the image plane acceleration with a quadratic expression.
However, in practice, there is a considerable amount of fluctuation in the measurement value of the defocus amount, and the influence of this fluctuation becomes larger as the differential coefficient becomes higher. This is fateful as long as discrete data sets are used, and it is very questionable whether this method can correctly capture speed changes.
[0004]
In order to solve the drawbacks of these methods, there has been a movement to obtain highly reliable data by increasing numerical processing due to recent advances in arithmetic devices.
The third tracking method is a method of predicting the position of the image plane by a statistical method. That is, a set of image plane position-measurement time is stored over the past several generations, and a linear regression equation is derived from these data groups. Since the slope of the linear regression equation is a time change of the image plane position, it represents the image plane velocity representing the data group. This method is resistant to fluctuations in measurement data and can provide highly reliable data. However, in order to represent the amount of change in a data group having a certain time interval, it is difficult to deal with a rapidly changing subject.
[0005]
As a fourth method improved from the third method, there is a method in which a regression equation is obtained in the space of the square root of the position of the image plane and the image plane velocity, and the image plane velocity and the image plane acceleration are obtained by calculating backward from this regression equation. . Since this method basically captures nonlinear motion of the image plane by a mathematical expression, it is possible to obtain an image plane acceleration with little influence of fluctuation.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when trying to adapt to a statistical method for canceling fluctuations, there are some problems as mentioned earlier.
Using the linear regression equation of the image plane position and time of the subject, when calculating data such as the image plane speed and lens position for automatic focus adjustment, although calm data without fluctuations is obtained, averaging Therefore, the reference time goes back considerably to the past. On the other hand, even if the subject moves at a constant speed, the image plane does not move at a constant speed because of the characteristics of the lens, and has an acceleration with a certain characteristic. For this reason, the expected image plane tends to be delayed from the actual image plane. In particular, in a single-lens reflex camera, there is a time lag after the mirror is raised until exposure is started, and the acceleration of the image plane during this time causes a delay in focus in addition to a delay in reference time.
[0007]
It is possible to obtain these data by calculation without performing statistical calculations. In such a case, the reference time can be brought forward a little, but the only way to find the image plane speed is to divide the difference between a plurality of image plane positions by the time between them. Then, the reference time should be the midpoint of the time between them, and if this time is shortened, the difference in image plane speed naturally becomes small, and it is inevitable that the difference value becomes unstable.
[0008]
A regression equation is obtained from the relationship between the image plane position and the image plane velocity from the image plane position and the image plane velocity obtained by the third tracking method, and the image plane velocity and image plane position at a predetermined time are calculated therefrom. Using this tracking method will fundamentally solve these problems when the image plane changes greatly. However, since this method uses the image plane position and image plane velocity as the elements of the regression equation, the variable group for obtaining the regression equation does not move for subjects with small image plane changes, and it has the meaning of the regression equation. There is a disadvantage of not. In this region, calculation errors may even be the answer to regression equations.
[0009]
In order to solve these problems, the third method and the fourth method are considered to be the best depending on the subject's situation. However, depending on the speed of the subject, the focal length of the lens, etc. Because the behavior of the surface changes greatly, it is very difficult to use it correctly. For example, when the focal length is short and the subject's speed is high, the image plane that seems to be almost stopped accelerates rapidly. There is a possibility that you cannot keep up with a sudden change in a leisurely manner. It is necessary to make some measure for the gray zone of the image plane movement before and after the proper use.
[0010]
An object of the present invention is to improve the tracking performance with respect to a moving subject so as to accurately focus at the time of exposure.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
(1) According to the first aspect of the present invention, the defocus amount detecting means for detecting the defocus amount of the photographing lens by the light flux from the subject that has passed through the photographing lens, and the lens position for detecting the position of the focusing lens of the photographing lens. Detection means, timing means for timing the detection time of the defocus amount by the defocus amount detection means, defocus amount detected by the defocus amount detection means, detection time timed by the time measurement means, and detection time A first statistical calculation unit that statistically calculates an average detection time, an image plane position of the photographing lens, and an image plane speed based on the position of the focusing lens detected by the lens position detection unit; A second statistical calculation means for statistically calculating the image plane speed and the image plane position at a predetermined time based on the image plane position and the image plane speed at a plurality of average detection times calculated by the calculation means; Lens driving control means for driving and controlling the focusing lens according to the calculation result by the meter calculating means.
Based on the detected defocus amount, its detection time, and the position of the focusing lens at the detection time, the average detection time, the image plane position and the image plane speed of the photographing lens are statistically calculated, and further calculated. The image plane speed and the image plane position at a predetermined time are statistically calculated based on the image plane position and the image plane speed at a plurality of average detection times. Then, the focusing lens is driven and controlled in accordance with the image plane speed and the image plane position at a predetermined time as the calculation result. (2) The automatic focusing device for a camera according to claim 2 is configured such that the second statistical calculation means The focusing lens drive speed and offset movement amount are calculated so that the focusing lens passes through the in-focus position at substantially the same speed as the moving subject.
(3) In the automatic focusing device for a camera according to claim 3, the focusing lens passes through the focusing position at substantially the same speed as the moving subject at every exposure in the continuous shooting mode by the second statistical calculation means. The driving speed and offset movement amount of the focusing lens are calculated.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment. Reference numeral 1 denotes a photographic lens that forms a subject image on a planned image plane, and when not in focus, drives all or part of the photographic lens back and forth to tie the subject image on the planned image plane. It can be done. The motor of the drive source may be in the lens housing, or the focusing lens may be directly driven from the lens mount on the body side via the drive coupling body. In addition, in order to measure the position of the lens, an encoder as the position detecting device 2 is installed so as to measure the amount of movement of the lens by the lens movable part or to detect the shaft rotation of the motor that drives the lens. The relative or absolute position of the lens can be monitored.
[0013]
The subject image is connected to the vicinity of the planned image plane through this lens, and the defocus amount detection device 3 for measuring the difference between this image and the planned image plane, that is, the defocus amount, reflects the reflected light of the sub mirror under the main mirror. Arranged to receive. The defocus amount detection device 3 guides a light beam from a subject that has passed through the photographing lens 1 onto a light receiving element (not shown) and re-forms the subject image, and a focus detection optical system (not shown). It is composed of a light receiving element that outputs a signal corresponding to the light intensity distribution, and substantial operation of the apparatus and control of the light receiving element of the defocus amount detection device 3 are entrusted to a highly functional arithmetic unit (CPU) 4. . Incidentally, in the present embodiment, one high-speed CPU represents all of the arithmetic device 4 including other arithmetic control in a unified manner in this embodiment. In addition, the clock 5 for measuring the measurement time or the time to exposure, which is actually replaced with the CPU clock, and the data set output from the defocus amount detection device 3 are stored. A first storage device 6 (memory 1) and a second storage device 7 (memory 2) for storing parameters obtained by processing the stored data are provided. In addition, a drive control device 8 that drives the lens according to the calculated drive data is provided, and the lens is driven via the drive gear 9. Note that a camera of a type equipped with a drive motor in a lens housing is equipped with a communication device for transmitting data related to driving to the lens housing.
[0014]
Next, the overall operation of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, how far the subject image is from the planned image plane is output from the defocus amount detection device 3, and the defocus amount is input (S1), and at the same time, the position and time of the lens at that time are respectively detected by the position detection device. 2 and the clock 5 (S2). The data thus obtained is stored in the first storage device 6 (S3) and used for the calculation shown below. If the data repeatedly stored in this manner in the first storage device 6 is sufficient to perform statistical calculation (S4), the first statistical calculation is performed (S5). This statistical calculation will be described later.
[0015]
The number of reference data for determining the statistical calculation can be determined by how much reliability is ensured and the speed of one cycle of automatic focusing. If you don't care much about them, the minimum number of data is of course two. When selecting data for statistical calculation, the number of data included in the calculation is used when the current time of calculation or the time when the latest data is obtained is traced back a certain time in the past. The number of data is best. For example, the data from the present time to 300 ms in the past is looked down on, and the data is selected such that a set of 10 data included therein is adopted. As a result of this statistical calculation, the image plane speed and the central time of the statistics come out, and these are stored in the second storage device 7 as a set in the same manner as before (S6).
[0016]
When the number of data stored in the second storage device 7 exceeds a predetermined number or the number of data for a certain time exceeds a predetermined number (S7), the second statistical calculation, that is, the regression calculation is performed using these data. (S8). From this calculation, the slope of the position regression equation appears as a change per unit time of the image plane speed. If the calculation including the intercept is performed, the image plane speed for a certain time is expected. When exposure is set as the target time, the most appropriate image plane speed and the defocus amount (offset amount) at the current time point are calculated to obtain the focus at the exposure time by the second statistical calculation and Formula 1. The two data are transmitted to the lens driving device or a lens having driving ability (S9), and when the start of driving control is waited, the focus can be obtained at the time of exposure.
[0017]
If it is determined in step 4 that the number of stored data is insufficient to perform the first statistical calculation, the process proceeds to step 10 where the first statistical calculation is not performed and the photographic lens of the photographing lens is determined based on the defocus amount def. The drive amount is calculated, drive data is output to the drive control device 8, and the photographing lens 1 is driven and controlled.
Similarly, if the number of data stored in step 7 is insufficient to perform the second statistical calculation, the process proceeds to step 11 and the second statistical calculation is not performed, and only the result of the first statistical calculation is used. The drive data is calculated, and the drive lens 8 is driven and controlled by the drive control device 8.
[0018]
Here, the first and second statistical calculations performed in step 5 and step 8 of FIG. 2 will be described with reference to the flowchart of FIG.
The out-of-focus amount detection device 3 usually outputs an out-of-focus amount in units of millimeters or microns. This is defined as def. On the other hand, the lens position at the measurement time is obtained by the number of pulses lp of the encoder because it is measured by the encoder. Since the image plane position of the subject is the sum of these two data, it must be calculated after converting the dimension of one of the data to restore the same dimension. Here, it is assumed that the image plane position y is obtained by converting the data into a pulse number dimension. The defocus amount def, the lens position lp, and the time t are input (S21), and the defocus amount def is converted into a pulse-based defocus amount bf by the following equation (S22). The defocus amount is converted by the conversion coefficient γ,
[Expression 2]

It is expressed as γ is a function related to the lens or lens position, and in some cases, the amount of defocus.
The image plane position is easily calculated from this,
[Equation 3]

(S23). This image plane position Yi (i means i-th) and time Ti at which the measurement was performed are stored in the first storage device 6 (memory 1) as a set (S24).
[0019]
The above-described data input and calculation process is repeated several times, and the first statistical calculation is started when there is enough data to be sufficient to perform the first statistical calculation (S25). First, an average value of data is obtained by setting the number of data to be subjected to statistical calculation to N.
[Expression 4]

[Equation 5]

A product-sum operation is performed on the difference from the average value to calculate Sxy and Sxx.
[Formula 6]

[Expression 7]

From the result of these two product-sum operations, the slope Sl of the linear regression line expressing the image plane velocity is obtained,
[Equation 8]

It becomes. Since the linear regression line passes through the set of data averages, it naturally becomes as follows.
[Equation 9]

From now on, the intercept k of the primary equation is
[Expression 10]

It is. Since the center position is an average position, Pave corresponds to Yave, and similarly, the center time Tc corresponds to Tave. Needless to say, Sl = V expresses the image plane speed. For reference, when N = 2, the answer to S1 is the same as the equation for obtaining the image plane speed by the difference between the two data. These data are stored in the second storage device 7 (memory 2) (S27).
[0020]
When the results of the first statistical calculation are stored in the memory in this way and the number of generations sufficient to perform the second statistical calculation are stored, the second statistical calculation is started (S28). The average of the obtained data is the same as in the above formulas 4 and 5.
[Expression 11]

[Expression 12]

Similarly, multiply-and-accumulate,
[Formula 13]

[Expression 14]

As a result, the ratio is taken to determine the slope Slx of the linear regression line (S29).
[Expression 15]

This inclination represents the time change of the image plane speed, that is, the image plane acceleration, and the image plane speed at that time can be calculated by substituting the position regression equation time.
[Expression 16]

Similarly, the intercept kx is expressed as follows (S29).
[Expression 17]

[0021]
In this way, when an expression for calculating various data is determined, a parameter for focusing at a predetermined time is calculated using this expression. Assuming that the current time is Tr and the exposure time is Tx (S30), after detecting the defocus amount, the current image plane position Yt after completing various calculations can be easily obtained from the first regression equation,
[Formula 18]

(S31), the current defocus amount bft is obtained by subtracting the lens position at the current time from
[Equation 19]

It becomes.
Considering the image plane speed, the current image plane speed vimn is expressed as follows from the second correlation equation (S32).
[Expression 20]

Similarly, the image plane speed Vimd at the time of exposure is
[Expression 21]

(S32).
[0022]
Since the intermediate value of the image plane velocity vimo to be output is appropriate in Newton's sense, the arithmetic average value of these two image plane velocities is taken,
[Expression 22]

(S33). The amount that the lens must be driven is the defocus amount (offset amount) bft at the current time and the drive speed, that is, the image plane speed vimo. Therefore, the current defocus amount bft is calculated from Yt (S34), and bft. And vimo may be output to the driving device 8 (S35).
[0023]
FIG. 4 shows the actual movement of the lens with respect to the drive data indicated by the broken line, that is, the instruction drive straight line after the data is output.
The inclination of the instruction drive straight line is the image plane speed vimo, and the offset at the time of data output is bft. The drive control device 8 drives and controls the photographing lens 1 in accordance with the instruction drive straight line. The position of the photographic lens 1 is delayed with respect to the instruction drive line immediately after data output, but follows the instruction drive line after a while.
[0024]
If you want to wait for exposure at the point of focus, not speed drive,
[Expression 23]

It is sufficient to drive the lens in advance by the amount indicated by.
In the continuous shooting mode, it is only necessary to calculate the driving speed and offset movement amount of the photographing lens so that the photographing lens passes through the in-focus position at the same speed as the moving subject at every exposure.
[0025]
In the configuration of the above-described embodiment, the defocus amount detection device 3 is the defocus amount detection means, the position detection device 2 is the lens position detection means, the clock 5 is the timing means, and the arithmetic device 4 is the first. Each of the statistical calculation means and the second statistical calculation means is configured.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the average detection time and the image plane position of the photographing lens based on the detected defocus amount of the photographing lens, its detection time, and the position of the focusing lens at the detection time. And the image plane speed, and the image plane speed and the image plane position at a predetermined time are statistically calculated based on the calculated image plane position and image plane speed at the plurality of average detection times. Then, the focusing lens is driven and controlled according to the image plane speed and the image plane position at a predetermined time of the calculation result.
Based on the calculated image plane position and image plane speed at a plurality of average detection times, the focusing lens is such that the focusing lens passes through the focusing position at approximately the same speed as the moving subject during exposure. The drive speed and the offset movement amount may be calculated.
Alternatively, based on the calculated image plane position and image plane speed at a plurality of average detection times, the focusing lens passes through the focus position at the same speed as the moving subject for each exposure in the continuous shooting mode. The driving speed of the focusing lens and the offset movement amount may be calculated.
This alleviates the difficulty of following the speed change, which is a drawback of this method, while maintaining the attenuation of the influence of measurement fluctuations obtained by taking the first-order correlation between the subject image plane position and time. Can do. That is, it is possible to derive the image plane speed and the image plane acceleration, which is a high-order differential coefficient, after eliminating the fluctuation of the measurement data. As a result, the tracking performance for a moving subject is improved, and a focused photograph can be taken even for a subject moving at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing the overall operation of one embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing first and second statistical calculations.
FIG. 4 is a diagram illustrating the movement of a lens when driving data is output and driving control is performed based on an image plane speed and an off-focus amount offset.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shooting lens 2 Position detection apparatus 3 Out-of-focus amount detection apparatus 4 Arithmetic apparatus 5 Clock 6 1st memory | storage device (memory 1)
7 Second storage device (memory 2)
8 Drive control device 9 Drive gear

Claims (3)

A defocus amount detecting means for detecting a defocus amount of the photographing lens by a light flux from a subject that has passed through the photographing lens;
Lens position detecting means for detecting the position of the focusing lens of the photographing lens;
Timing means for timing the detection time of the defocus amount by the defocus amount detection means;
Based on the defocus amount detected by the defocus amount detection means, the detection time measured by the time measurement means, and the position of the focusing lens detected by the lens position detection means at the detection time. First statistical calculation means for statistically calculating an average detection time, an image plane position of the photographing lens, and an image plane speed;
Second statistical calculation means for statistically calculating the image plane speed and the image plane position at a predetermined time based on the image plane position and the image plane speed at the plurality of average detection times calculated by the first statistical calculation means. When,
An automatic focus adjustment apparatus for a camera, comprising: lens drive control means for driving and controlling the focusing lens according to a calculation result by the second statistical calculation means. The automatic focusing device for a camera according to claim 1,
The second statistical calculation means calculates a driving speed and an offset movement amount of the focusing lens such that the focusing lens passes through a focusing position at a substantially same speed as a moving subject during exposure. The camera's automatic focusing device. The automatic focusing device for a camera according to claim 1 or 2,
The second statistical calculation means includes a driving speed and an offset movement amount of the focusing lens so that the focusing lens passes through the focusing position at a substantially same speed as the moving subject at every exposure in the continuous shooting mode. An automatic focusing device for a camera, characterized in that

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