JP2671004B2 - カメラの自動合焦装置 - Google Patents

カメラの自動合焦装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はカメラの自動合焦装置に関する。
(従来技術) カメラやビデオカメラに用いられる自動合焦装置とし
てはいくつかの方式のものが実用化されており、その1
つとして赤外LEDなどから被写体へ投光し、PSD(Positi
on Sensitive Device)などの光点位置検出素子により
反射光の位置を検出し、三角測量の原理から被写体まで
の距離を求める方式が知られている。
第7図はこの種の自動合焦装置の原理説明図であり、
赤外LED1から発されらた赤外光は投光レンズ2を通って
被写体3に反射し、受光レンズ4を通ってPSD5上の光点
Pに結像する。PSD5の両端からは光点Pの位置に応じて
変化する電流I1,I2が出力される。PSD5の中点から光点
Pまでの距離をdとすると、PSDの特性より次の式が導
かれる。
また被写体3までの距離をD、基線長をL、受光レン
ズ4の焦点距離をfとすると、三角測量の原理から 上記(1)(2)式から、被写体3までの距離Dは となる。ここで、(I1−I2/I1+I2)はPSD上の光点Pの
位置に応じて変化する値であり、いまこれを測距データ
xとすると、xは第8図のaに示すように被写体距離の
逆数1/Dと比例関係にある。従来のカメラではこの測距
データxを演算回路などにより求めて、被写体距離Dを
検出し、それに応じて合焦レンズを合焦位置まで移動さ
せている。
ところが測距データの特性線aは実際には以下のよう
なバラツキがあり、設計値どおりにはならない場合があ
る。すなわち、 (1) 測距光学系のメカ精度のバラツキや、PSDおよ
びPSDの信号処理回路に用いられるオペアンプのオフセ
ットなどによって第8図のbに示すような縦方向のバラ
ツキが発生する。
(2) PSDの取付角度のバラツキやPSDの各出力信号
(I1,I2)のゲインのバラツキによって第8図のcに示
すような特性線の傾きのバラツキが生じる。
(3) 赤外LEDの投光量の変化により、特性線が第8
図のeのようにリニアにならない場合がある。
以上のようなバラツキがあると正確な測距ができなく
なるが、従来の装置のように測距ゾーンが2〜10程度で
あれば、被写界深度によりカバーでき、とくに問題とは
ならなかった。ところがさらに高精度の測距を必要とす
る場合は上記のことが大きな問題となってくる。
(発明の目的および構成) 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、測距
データのバラツキを補正して正確な測距が行なえるよう
にすることを目的とする。
かかる以的を達成するため、合焦レンズの位置を検出
する位置検出手段を設け、測距データの特性を位置検出
手段の出力信号の被写体距離に対する特性を一致せるよ
うに構成した。
(実施例) 以下本発明を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明によるカメラの自動合焦装置をビデオ
カメラに用いた例を示すブロック線図であり、図中、第
7図と同じ構成部分には同じ参照番号を付して示してあ
る。
図において、6は赤外LED1の駆動パルスをコントロー
ルして赤外LED1の発光タイミングおよび発光量を制御す
る制御回路であり、この回路はマイコン7からの指令に
より作動する。赤外光は一定の間隔をおいて周期的に発
光される。8aはPSD5から出力される片方の電流I1を電圧
値に変換するための、たとえばオペアンプなどで構成さ
れるI−V変換器、9aはI−V変換器8aの出力信号を赤
外光の変調周波数に同期して検波する検波回路、10aは
検波された信号を積分する積分回路である。PSD5の出力
電流I1はこれらの回路を通って電圧信号Vaに変換され、
A/D変換器11へ出力される。一方、PSD5の出力電流I2
同様にI−V変換器8bで電圧値に変換され、検波回路9b
で検波され、積分回路10bで積分されて電圧信号Vbに変
換させた後、A/D変換器11へ出力される。
A/D変換器11は8ビットのA/D変換器であり、可変抵抗
12を介して与えられる基準電圧(たとえば2.5V)とOVと
の間を255分割するもので、電圧信号Va,VbはA/D変換器1
1でデジタル信号VA,VB(8ビットデータ)に変換されて
マイコン7へ出力される。マイコンではVA+VBの値を演
算し、その演算値が所定値に達したところで積分回路10
a,10bの積分を停止する。
13はビデオカメラのフォーカスレンズであり、フォー
カスレンズ13はヘリコイド機構によりギア14が回転する
ことによって光軸上を前後に移動する。ギア14はギア15
と噛合し、ギア15はモータ16により回転される。17はマ
イコン7からの指令によりモータ16を駆動するモータ駆
動回路である。
18はモータ16の回転からフォーカスレンズ13の位置を
検出するフォーカスセンサであり、ポテンショメータが
用いられている。モータ16が回転するとギア15およびそ
れと噛合するギア19を介してフォーカスセンサ18の抵抗
値が変化し、この抵抗値の変化は電圧信号に変換されて
A/D変換器11へ出力される。A/D変換器11では電圧信号を
8ビットデータに変換してフォーカスセンサ値Fとして
マイコン7へ出力する。被写体距離Dとフォーカスレン
ズ13の繰り出し量(無限遠のときの合焦位置からの移動
量)とは反比例関係にあるので、被写体距離Dに対する
フォーカスセンサ値Fの特性は第2図に示すようにな
る。図の横軸は無限遠(∞)から最至近(1.1m)までの
被写体距離の逆数(1/D)を示し、縦軸は合焦位置まで
のフォーカスレンズ13の繰り出し量を示すフォーカスセ
ンサ値Fである。
マイコン7はA/D変換器11からの出力信号VA,VBに基づ
いて、 (これは前述の(3)式におけるI1−I2/I1+I2と同値
である)を算出する。測距データxは0から1までの値
であり、被写体距離の逆数1/Dとの関係は第3図の直線
fに示すようになる。この測距データxの特性を変換さ
せて第2図に示すフォーカスセンサ値Fの特性と一致さ
せれば、変換された測距データとフォーカスセンサ値F
が常に一致するように、モータ16を制御することにより
フォーカスレンズ13のピントを合せることができる。
次に測距データxの変換の手順について説明する。
まず測距データxの傾き方向をフォーカスセンサ値F
の傾き方向(右下がり)と合わせるために 1−x ………(4) の値で演算する。これにより測距データは第3図の破線
gで示されるようになる。さらに1−xの値が最至近
(1.1m)で0になるように定数Aを減算する。
(1−x)−A ………(5) この(5)式を図に示すと第4図の破線hのようにな
る。最至近(1.1m)のときの測距データをx0とすると定
数Aは次のように表わせる。
A=1−x0 …………(6) 最後に測距データの変換値が無限遠のとき になるように(5)式に定数Nを掛ける。最終的は変換
値Yは次のようになる。
Y=N{(1−x)−A} ………(7) これをグラフで示すと第4図の鎖線Yのようになり、
測距データxとフォーカスセンサ値Fとは被写体距離D
に対して全く同じ出力値をもつようになる。したがっ
て、フォーカスセンサ値Fを変換データYに一致させる
ようにモータ16を駆動すればフォーカスレンズ13は常に
合焦位置にくるようになる。
たとえば、いま第5図に示すようにフォーカスレンズ
13がフォーカスセンサ値F0の位置にあるとする。変換デ
ータYがF0±αの範囲内にあれば(図のY0のとき)フォ
ーカスレンズ13は合焦位置にあるとみなせるから、レン
ズ13を移動させる必要はない。αはレンズの被写界深度
などを考慮して設定される値である。YがF+αより大
きいとき(Y1のとき)、レンズは後ピン状態にあるから
モータ13を正転させてF=Y1となるまでフォーカスレン
ズ13を繰り出せばよい。一方、YがF−αより小さいと
きは(Y2のとき)、レンズは前ピン状態にあり、モータ
16を逆転させてF=Y2となるまでフォーカスレンズ13を
繰り込むようにすればよい。
さて、(7)式の変換データYの定数A,Nは予め設定
しておいてもよいが、カメラごとに微調整できるように
してもよい。実施例では半固定抵抗21(第1図参照)に
かかる電圧をA/D変換して定数Aをマイコン7へ入力
し、同様に半固定抵抗22によって定数Nを入力してい
る。この半固定抵抗21,22抵抗の抵抗値を変化させて定
数A,Nの値を微調整することができる。調整は製造工程
において測距装置をビデオカメラに取り付けた後、最至
近(1.1m)の位置にテスト被写体をおいてモニタ画像を
見ながら行なう。画像が一番きれいに映えるように半固
定抵抗21で調整する。次にテスト被写体を所定の遠距離
に於て半固定抵抗22を回わして定数Nの微調整を行な
う。これもやはりモニタ画像を見ながら、画像が一番き
れいになるように調整する。好ましくはテスト被写体を
中間的距離に置て再度調整するようにするとよい。ビデ
オカメラにおいては、CCDなどの撮像用のイメージセン
サの取り付け位置のバラツキや光学系の取り付け位置の
バラツキにより撮影像ピントと外付けの測距装置のピン
トとの間に微かなずれが生じることがあるが、このよう
なピントのずれも半固定抵抗21,22により調整すること
ができる。
次に第6図のフローチャートにより実施例の動作を説
明する。
まず制御回路6を作動させ、赤外LED1を発光させて
(F−1)被写体3へ投光する。被写体3からの反射光
はPSD5に受光され、PSD5からの出力電流I1,I2は前述し
た処理が加えられた後、信号VA,VBとしてマイコン7へ
入力される(F−2)。マイコン7ではVA+VBが演算さ
れ(F−3)、その演算値に基づいて制御回路6のゲイ
ン調整を行なう(F−4)。すなわち、VA+VBが所定範
囲になるように、次回の赤外LED1の駆動パルスのパルス
数およびその電圧値を決定する。次にVA,VBの平均化を
行なう(F−5)。赤外線LED1の発光ごとに得られる信
号VA,VBは過去何回分かマイコン7内のメモリに記憶さ
れ、VA,VBが入力されると一番古いものと置き換えら
れ、常に直前の複数の信号の平均値▲▼,▲▼
が算出される。これは信号の揺ぎやノイズなどの影響を
取り除くためである。次いで測距データxが演算され
(F−6)、半固定抵抗21,22よりデータA,Nが入力され
る(F−7)。A,Nの値については前述したような調整
が既に行なわれている。以上のデータから測距データx
の変換値Yが求められる(F−8)。次いでフォーカス
センサ値Fが入力され(F−9)、デフォルト処理が行
なわれる(F−10)。デフォルト処理においては、被写
体3からの反射光が検出されなかったとき(測距データ
が所定値以下であったとき)、被写体3は遠方にあるも
のとして、フォーカスを無限遠に合わせる。一方、測距
データが所定値以上のときは被写体3が最至近距離より
近い位置にあるのでフォーカスを最至近の位置に合わせ
る。
次に、変換データYとフォーカスセンサ値Fとを比較
し(F−11)、YがF±αの範囲内にあればフォーカス
レンズ13は合焦位置にあると判断してモータ16を停止す
る(F−12)。YがF+αより大きいときは後ピン状態
であるからモータ16を正転させて(F−13)フォーカス
レンズを繰り出す。その後ステップ(F−1)に戻りY
=Fとなるまでモータ16を駆動させる。YがF−αより
小さいときは前ピン状態だからモータ16を逆転させて
(F−14)フォーカスレンズ13を繰り込み方向に移動さ
せる。その後ステップ(F−1)に戻りY=Fとなるま
でモータ16を駆動させる。
以上のように、本発明では測距データの特性をフォー
カスセンサの出力特性に合うように変換しているので、
前述した(1)〜(3)のバラツキ(明細書第3〜4頁
参照)を補正することができる。とくに測距データの特
性が第8図のb、cの場合のように直線性が保たれてい
れば、(1)および(2)のバラツキは確実になくすこ
とができる。
また本発明の実施例に示すように、実際の画面を見な
がら微調整きるようにすれば、個々のビデオカメラにつ
いて最適になるように補正することができ、高精度な自
動合焦装置が実現できる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、合焦レンズの
位置を検出する位置検出手段を設け、測距データの特性
を位置検出手段の出力信号の被写体距離に対する特性と
一致せるように構成したので測距データの特性のバラツ
キを補正して正確な測距ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるカメラの自動合焦装置の回路構成
を示すブロック線図、第2図はフォーカスセンサの出力
特性図、第3図および第4図は測距データの変換手順を
示す図、第5図は変換データの特性図、第6図は実施例
の動作を説明するフローチャート、第7図はアクティブ
測距方式の原理説明図、第8図は測距データの特性図で
ある。 1……赤外LED、3……被写体、5……PSD、7……マイ
クロコンピュータ、13……合焦レンズ、16……モータ、
18……フォーカスセンサ、21,22……半固定抵抗

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被写体に向けて投光した光の反射光を光点
    位置検出素子で受光し、この光点位置検出素子の出力信
    号に基づいて被写体距離に対応する測距データを演算
    し、この測距データに基づいて合焦レンズを駆動するカ
    メラの自動合焦装置において、合焦レンズの位置を検出
    する位置検出手段と、前記測距データの特性を、前記位
    置検出手段の出力信号の被写体距離に対する特性と一致
    させるように変換するデータ変換手段とを設けたことを
    特徴とするカメラの自動合焦装置。
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