JP2671004C

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Publication number: JP2671004C
Authority: JP
Publication date: 1999-10-18

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（
Position 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。ｃ：処理回路による定数ｌ：ＰＳＤの全長また被写体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。かかる目的を達成するため、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
測距データの被写体距離に対する特性を、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、前記測距データを変換するデータ変換手
段とを設け、前記データ変換手段により変換された測距データに基づいて合焦レ
ンズを駆動するように構成した。（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PS
D5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も同様に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11でデジタル信号V_A,V_B（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V_A＋V_B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10a,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V_A,V_Bに基づいて、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（１／Ｄ＝０）２５５になるように
（５）式に定数Ｎを掛ける。最終的には変換値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V_A,V_Bとしてマイコン７へ入力される(Ｆ−２)
。マイコン７ではV_A＋V_B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、V_A＋V_B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V_A,V_B
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V_A,V_Bは過去
何回分かマイコン７内のメモリに記憶され、V_A,V_B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V_A,V_B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、1
3……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

【特許請求の範囲】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、前記測距データの被写体距離に対
する特性を、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、前記測距データを変換するデータ変換手段とを設け、前記データ変換
手段により変換された測距データに基づいて合焦レンズを駆動することを特徴と
するカメラの自動合焦装置。