JP3486316B2 - 測量機の自動焦点装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、望遠光学系を備えた、例えばオ
ートレベル、セオドライト、トランシットなどの測量機
器に適した自動焦点装置に関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】オートレベル、トランシッ
ト、セオドライトなどの測量機器は、基本的に、視準望
遠鏡と、水準器、回転角、俯仰角などを計測するスケー
ルなどを備えている。そして、測量機器を水平にセット
し、視準望遠鏡で視準点、あるいは視準物体を視準す
る。

【０００３】一般的な測量機器の視準望遠鏡は、物体側
から順に、対物レンズ、焦点調節レンズ及び接眼レンズ
を備え、この焦点調節レンズが、物体距離に応じて該物
体像をレチクル（焦点板）上に結像させるべく位置調節
（焦点調節）される。使用者は、レチクルと重なった像
を接眼レンズを介して観察する。

【０００４】測量機器の視準望遠鏡は、物体距離範囲が
１ｍ〜∞と一般の望遠鏡と比較して非常に広く、焦点調
節レンズが凹レンズのものは、焦点調節レンズの移動距
離は30mm前後となる。焦点調節レンズは、通常回転ノブ
の回転操作によって駆動されるが、回転ノブの回転角に
対して物体像の移動量（つまり焦点調節レンズの移動
量）を小さく設定すると、回転角に比して物体像の移動
量が小さい代わりにレンズの移動に時間がかかる。逆に
回転ノブの回転角に比して物体像の移動量を大きくする
と、回転角に比して物体像の移動量が大き過ぎて、物体
像をレチクル上で停止させるのが困難になる。また物体
が遠距離にあるときには、回転ノブを僅かに回転させる
だけ物体像が大きく前後動するのに対し、物体が比較的
近距離にあるときには、回転ノブの回転量の割に物体像
の移動量が小さくなり、物体像をレチクル上に移動させ
るのに要する回転ノブの回転量が多くなり過ぎる。さら
に、視準物体が前ピンなのか後ピンなのかの判断ができ
ないため、合焦方向と逆方向に回転ノブを回転させてし
まうこともある。いずれにしても、従来の測量機器は、
焦点調節に長時間を要するという問題があった。

【０００５】そこで、測距装置に、いわゆるパッシブ型
の自動焦点装置を搭載することが考えられる。公知の位
相差式の自動焦点装置は、視準望遠光学系の光路を分岐
させて、分岐光路中において、物体光束を二分割し、そ
れぞれを再結像レンズで結像させ、その物体像を、結像
点板と等価な位置に配置されたＣＣＤラインセンサで受
光するＡＦセンサを有している。そして、一対のＣＣＤ
ラインセンサが出力する像データから、ＣＣＤラインセ
ンサ上に形成された物体像の位相差（間隔）に基づいて
デフォーカス量を検知し、焦点調節している。

【０００６】しかし、従来のＡＦセンサは、組立時の誤
差、あるいは湿度、温度などによって、設計値から光学
距離が変わったり、レンズの焦点位置が変わることがあ
る。このような場合には、ＣＣＤラインセンサ上に形成
される視準物体の位相が、本来の位相からずれてしま
い、デフォーカス量にプラスまたはマイナスの誤差を生
じてしまう。そのため、この誤差を含むデフォーカス量
に基づいて焦点調節を行なう焦点調節を行なって、その
視準物体には合焦しない、という問題を生じる。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、このような従来の測量機器の
問題意識に基づきなされたもので、機械的、光学的誤差
を使用者が簡単に補正できる自動焦点装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【発明の概要】この目的を達成する本発明は、測量機の
自動焦点装置であって、対物レンズ群と、焦点調節レン
ズ群とを備えた望遠光学系と、前記焦点調節レンズ群の
後方に配置された光束分割光学系と、前記光束分割光学
系によって分割された分割光路中に配置された、前記望
遠光学系の光軸を中心とした横長の領域から入射する光
束を二分割して形成される一対の物体像を受光する受光
手段と、該受光手段が受光した一対の物体像の位相差に
基づいてデフォーカス量を演算する演算手段と、該デフ
ォーカス量に基づいて前記焦点調節レンズ群を合焦位置
まで移動する電動駆動手段と、前記演算手段および電動
駆動手段を動作させるＡＦ開始操作部材と、該ＡＦ開始
操作部材が操作され、前記演算手段および前記電動駆動
手段が動作して前記焦点調節レンズ群を合焦位置に移動
した後に、前記受光手段が受光した一対の物体像に基づ
いて前記演算手段が演算するデフォーカス量を補正する
補正値を、使用者が手動で設定可能な補正手段とを備
え、該補正手段によって前記補正値が設定された後に前
記ＡＦ開始操作部材が再び操作されたときは、前記演算
手段は前記補正手段によって設定された該補正値を加味
して、前記受光手段が受光した一対の物体像に基づいて
デフォーカス量を演算することに特徴を有する。この構
成によれば、自動焦点装置になんらかの誤差が発生して
も、その誤差を使用者自身が簡単に補正できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明を説明
する。図１は、本発明の自動焦点調節装置を適用したオ
ートレベルの一実施の形態を示す図である。オートレベ
ル１０は、物体側から、正の視準用対物レンズ群１１、
負の焦点調節レンズ群１２、水平補償光学系１３、焦点
板（焦点面）１４、及び正の接眼レンズ群１５を備えて
いる。

【００１０】水平補償光学系１３は、周知のもので、第
１コンペプリズム１３ａ、コンペミラー１３ｂ及び第２
コンペプリズム１３ｃとを有する左右対称形状をしてい
て、図示しないが、紐体を介して軸に吊り下げられてい
る。コンペミラー１３ｂと第１、第２コンペプリズム１
３ａ、１３ｃとの角度は、絶対値が等しく符号が反対の
例えば３０゜をなしている。この角度は、紐体の長さ等
の要素によって異なる。この水平補償光学系１３は、対
物レンズ群１１と焦点調節レンズ群１２の光軸を略水平
（例えば水平から１０〜１５分程度傾斜した状態）にセ
ットすると、第１コンペプリズム１３ａへの入射光束は
同じズレ量だけ水平からズレるが、第１コンペプリズム
１３ａ、コンペミラー１３ｂ及び第２コンペプリズム１
３ｃで反射して射出する光束は、実質的に水平となる。

【００１１】焦点調節レンズ群１２には、レンズ移動手
段として、ラック１２ａが固定されており、このラック
１２ａにピニオン１２ｂが噛み合っている。このピニオ
ン１２ｂを回転させて焦点調節レンズ群１２を光軸に沿
って移動させることにより、対物レンズ群１１と焦点調
節レンズ群１２によって形成される物体９の像の位置を
光軸に沿って平行移動させることができる。作業者は、
焦点板１４上に結像された物体像を、焦点板１４上に描
いたレチクル等と一緒に接眼レンズ１５によって観察す
る。

【００１２】対物レンズ群１１から焦点板１４に至る光
路中に、該光路を分岐させる分岐光学素子（ハーフミラ
ー）１８を配置し、分岐光路中に、焦点板１４の等価面
１４Ａにおける焦点状態（結像状態）を検出する焦点検
出系２０を設け、さらにこの焦点検出系２０の出力に基
づいて焦点調節レンズ群１２を駆動する焦点調節レンズ
群駆動系３０を設けている。焦点検出系２０および焦点
調節レンズ群駆動系３０の主要部は、基盤部１７に収納
されている。

【００１３】等価面１４Ａの焦点状態を検出する焦点検
出系２０は、等価面１４Ａの近傍に配置したＡＦセンサ
２１を有し、このＡＦセンサ２１の出力に基づいてデフ
ォーカス量を検出するものである。本実施の形態のＡＦ
センサ２１は位相差法タイプのもので、図２に示したよ
うに、等価面１４Ａの物体像を、集光レンズ２１ａおよ
び基線長だけ離して配置した一対のセパレータレンズ
（結像レンズ）２１ｂによって分割して一対のＣＣＤラ
インセンサ２１ｃ上に再結像する。この一対のラインセ
ンサ２１ｃに対する物体像の入射位置は、物体９の像が
共役面１４Ａ上に正確に結像しているとき（合焦）、共
役面１４Ａより前方に結像しているとき（前ピン）、及
び共役面１４Ａより後方に結像しているとき（後ピン）
とでそれぞれ異なり、かつ、合焦位置からのずれ量（デ
フォーカス量）も、一対のラインセンサ２１ｃ上への物
体像の結像位置によって判断できる。

【００１４】ＣＣＤラインセンサ２１ｃは、基準部を図
３に概要を示すように、多数の光電変換素子（受光素
子）を有し、各光電変換素子が、受光した物体像を光電
変換して光電変換した電荷を積分（蓄積）し、積分した
電荷を、ＡＦセンサデータとして順番に出力する。

【００１５】このラインセンサ２１ｃは、焦点板１４に
設けられたレチクルに対して、レチクルの視準軸が中央
（設計中心）に位置し、横線と平行かつその横線が中心
に位置するように配置してある。

【００１６】しかし、組立誤差、あるいは、湿度、温度
変化などによって、ＡＦセンサ２１の光路が設計長から
伸縮してしまうことがある。このような場合は、一対の
視準物体の像が一対のＣＣＤラインセンサ２１ｃ上にお
いて、設計上の位置よりも接近した位置に、あるいは離
反した位置に形成されてしまうので、実際のデフォーカ
ス量とはことなるデフォーカス量が算出されてしまう。
そのため、実際の視準物体の前後位置に合焦してしま
い、使用者はぼけた視準物体像しか観察できなくなる。

【００１７】そこで本実施の形態では、デフォーカス量
を補正する補正手段を設けた。本実施の形態では、図４
に示すように、オフセットダイヤル３５によってオフセ
ット（デフォーカス）値を選択する。選択されたオフセ
ット値が、演算によって算出されたデフォーカス値に加
減算される。オフセット値の設定は、使用者がこのオー
トレベル１０を視準物体に向けて、ＡＦ開始スイッチ２
７をオン操作して自動焦点調節させる。このとき、使用
者は、接眼レンズ群１５を介して観察した視準物体像が
ぼけて見えたときは、オフセットダイヤル３５を回転さ
せて、ＡＦ開始スイッチ２７をオン操作して自動焦点調
節させる。この操作を、視準物体像が鮮明に見えるま
で、つまり合焦するまで繰り返す。この操作によって、
視準物体に正確に自動合焦するようになる。

【００１８】また、ＣＣＤラインセンサ２１ｃに隣接し
て、物体像の明るさに応じて積分時間（受光時間）をコ
ントロールするモニターセンサ２１ｄを備えている。こ
のモニターセンサ２１ｄは、３個のモニターセンサＭ
１、Ｍ２、Ｍ３を備えている。ＡＦセンサ２１は、この
モニターセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３の出力を検知して、Ｃ
ＣＤラインセンサ２１ｃの積分時間、つまり、積分終了
をコントロールする。また、演算・制御回路２３は、使
用するモニターセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３を選択できる。

【００１９】一対のＣＣＤラインセンサ２１ｃが出力し
たＡＦセンサデータは、プリアンプ２２で増幅して演算
・制御回路２３に入力する。演算・制御回路２３は、一
対のＡＦセンサデータに基づいて、デフォーカス演算に
よってデフォーカス量を算出する。本実施の形態ではさ
らに、デフォーカス量に基づいて、デフォーカス量が０
になる位置まで焦点調節レンズ群１２を移動するのに必
要なＡＦモータ３１の駆動方向および駆動量（エンコー
ダ３３の出力パルス（以下「ＡＦパルス」）数）を算出
する。

【００２０】演算・制御回路２３は、演算したＡＦモー
タ３１の回転方向およびＡＦパルス数に基づいてＡＦモ
ータ駆動回路２５を介してＡＦモータ３１を駆動する。
ＡＦモータ３１の回転は、クラッチ内蔵減速機構３２を
介してピニオン１２ｂに伝達され、焦点調節レンズ群１
２を移動する。

【００２１】ＡＦモータ３１の回転は、エンコーダ３３
が出力するパルスによって演算・制御回路２３が検知お
よびカウントし、そのカウント値と、先に演算によって
求めたパルス数に基づいて速度制御、停止制御などを行
う。この焦点検出系２０と焦点調節レンズ群駆動系３０
により、物体距離に応じて焦点調節レンズ群１２が光軸
に沿って駆動され、自動合焦される。

【００２２】焦点検出系２０は、スイッチとして、自動
焦点調節処理を開始するＡＦ開始スイッチ２７、ＡＦモ
ードであること（マニュアルフォーカスモードではない
こと）を検知するＡＦスイッチ２９、及びオフセットダ
イヤル３５を備えている。ＡＦ開始スイッチ２７は、使
用者などによって押されるとオンし、押圧力が除かれる
と自動復帰（オフ）する押し釦スイッチである。

【００２３】ＡＦスイッチ２９は、フォーカス操作ノブ
１６の軸方向移動に連動し、フォーカス操作ノブ１６が
押し込まれて自動焦点調節モードになったときにオンす
るスイッチである。オフセットダイヤル３５は、湿度、
温度変化などによってＡＦセンサ２１のレンズ系の焦点
位置が変化したり、光路長が変化してデフォーカス量に
誤差を生じるようになったときに、その誤差を補正する
ために使用者が操作可能なロータリースイッチ（図４参
照）である。

【００２４】また、ピニオン１２ｂは、フォーカス操作
ノブ１６による手動焦点調節と、焦点検出系２０および
焦点調節レンズ群駆動系３０による自動焦点調節のいず
れか一方による駆動が可能である。つまり、オートレベ
ル１０は、焦点検出系２０の出力により焦点調節レンズ
群１２を駆動するオートフォーカスモード（自動焦点調
節）と、焦点検出系２０の出力によることなく手動でフ
ォーカス操作ノブ１６を回転駆動して焦点調節レンズ群
１２を移動するマニュアルモード（手動焦点調節）とに
切替可能に構成されている。

【００２５】これらオートフォーカスモードとマニュア
ルモードとを切替える手段として、例えばマニュアルフ
ォーカス操作ノブ１６を軸方向のいずれか一方に移動さ
せたときマニュアルモードに切替わり、他方に移動させ
たときオートフォーカス（ＡＦ）モードに切替わるよう
に構成してある。また、演算・制御回路２３は、フォー
カス操作ノブ１６がオートフォーカスモードに切り換わ
ったことを、ＡＦスイッチ２９がオンしていることによ
り知る。

【００２６】このオートレベル１０の自動焦点調節処理
について、図６から図１３に示したフローチャートを参
照してより詳細に説明する。この処理は、オートレベル
１０に不図示のバッテリが装着されている状態で、演算
・制御回路２３によって実行される。

【００２７】不図示のバッテリが装着されると、まず、
ステップ（以下「Ｓ」と省略する）１０１において、内
部ＲＡＭ、各入出力ポートなどをイニシャライズしてか
らパワーダウン処理に進む。以後、バッテリが外され、
再装着されない限り、Ｓ１０１は実行しない。

【００２８】パワーダウン処理は、いわゆる待機処理で
あって、ＡＦ開始スイッチ２７がオン操作されない間は
演算・制御回路２３を除く各回路の電源をオフしてＡＦ
開始スイッチ２７が操作されるのを待ち、ＡＦ開始スイ
ッチ２７がオン操作されると、各回路の電源（パワー）
をオンしてＡＦ処理（焦点調節処理）を実行する。

【００２９】パワーダウン処理では、まず、ＡＦ動作
（焦点調節処理）に関するフラグをクリア（０をセッ
ト）し、動作を終了する（Ｓ１１１）。フラグとして本
実施例では、合焦したことを識別する合焦フラグ、自動
焦点調節ができなかったことを識別するＡＦＮＧフラ
グ、一度合焦した後の積分処理であることを識別する再
積分フラグ、焦点調節レンズ群１２を移動しながらの積
分処理であることを識別するサーチ中およびオーバーラ
ップ中フラグ、有効なデフォーカス量が得られことを識
別するデフォーカスOKフラグを有する。

【００３０】ＡＦ動作に関するリセット処理が終了する
と、ＡＦ開始スイッチ２７がオンかどうかをチェックす
る（Ｓ１１３）。使用者が操作しない初期状態ではオフ
なので、ＡＦ開始スイッチメモリをＯＦＦにする（ＯＦ
Ｆを書き込む）（Ｓ１１３、Ｓ１１５）。そして、パワ
ーオンかどうかをチェックするが、初期状態では各回路
に各回路の電源を供給していないパワーオフ状態なの
で、Ｓ１１３に戻って、Ｓ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１１９
の処理を繰り返す。

【００３１】ＡＦ開始スイッチ２７がオンされたとき
は、次の処理を実行する。ＡＦ開始スイッチ２７がオン
になったので、Ｓ１１３からＳ１１７に進み、ＡＦ開始
スイッチメモリがＯＮかどうかをチェックするが、１回
目はＯＦＦなので、Ｓ１２３に進んで、ＡＦ開始スイッ
チメモリをＯＮにする（ＯＮを書込む）（Ｓ１２３）。
そして、ＡＦスイッチ２９の状態を入力するが、ＡＦス
イッチ２９がオフしているときはマニュアル焦点調節モ
ードなのでパワーダウン処理に戻る（Ｓ１２５、Ｓ１１
１）。ＡＦスイッチ２９がオンしているとき、つまり自
動焦点調節モードのときには、パワーをオンしてＶＤＤ
ループ処理に進む（Ｓ１２５）。

【００３２】パワーダウン処理に戻ったときは、ＡＦ開
始スイッチメモリはＯＮなので、ＡＦ開始スイッチ２７
がオンしているときは、Ｓ１１３、Ｓ１１７、Ｓ１１９
からＳ１２１に進んでパワーをＯＦＦして、ＡＦ開始ス
イッチ２７がオフし、オンするのを待つ。ＡＦ開始スイ
ッチ２７がオフしているときは、Ｓ１１３からＳ１１５
に進んでＡＦ開始スイッチメモリにＯＦＦを書込み、Ｓ
１１９からＳ１２１に進んでパワーをＯＦＦし、ＡＦ開
始スイッチ２７がオンするのを待つ。

【００３３】ＶＤＤループ処理は、焦点調節処理を実行
し、ＡＦ開始スイッチ２７の状態を検知しながら、合焦
するか、合焦不能であると判断されたらパワーダウン処
理に戻る処理である。ＶＤＤループ処理に入ると、再度
ＡＦスイッチ２９の状態を入力して、オンしていること
を条件に処理を進めるが、オフしているときはマニュア
ルフォーカスなのでパワーダウン処理に戻る（Ｓ２０
１、Ｓ２０３）。以下、ＡＦスイッチ２９がオンしてい
るものとして説明する。

【００３４】ＡＦスイッチ２９がオンしているときは、
デフォーカスを検出して焦点調節レンズ群１２を合焦位
置まで移動するＡＦ処理（焦点調節処理）を実行し（Ｓ
２０５）、処理途中で定期的にＡＦ開始スイッチ２７が
オンしているかどうかをチェックする（Ｓ２０７）。１
回目のチェックでは、通常ＡＦ開始スイッチ２７はオン
のままなので、ＡＦ開始スイッチメモリがＯＮかどうか
をチェックするが、Ｓ１２３でＯＮにされているので、
合焦フラグ、ＡＦＮＧフラグのチェックを行う（Ｓ２１
１、Ｓ２１３、Ｓ２１５）。ＡＦ処理途中で、合焦とも
ＡＦ合焦不能とも判定できていない場合は、合焦フラ
グ、ＡＦＮＧフラグともにクリア状態なので、Ｓ２０１
に戻る。

【００３５】そして、合焦して合焦フラグに１がセット
されるか、合焦不能でＡＦＮＧフラグに１がセットされ
るまでＳ２０１、Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２
１１、Ｓ２１３、Ｓ２１５の処理を繰り返す。この処理
中にＡＦ開始スイッチ２７がオフすると、Ｓ２０７から
Ｓ２０９に進んでＡＦ開始スイッチメモリにＯＦＦを書
込む処理を経て、合焦フラグ、ＡＦＮＧフラグチェック
処理（Ｓ２１３、Ｓ２１５）からＳ２０１に戻る処理を
繰り返す。

【００３６】通常は、Ｓ２０５のＡＦ処理によって焦点
調節レンズ群１２が合焦位置まで移動されるので合焦フ
ラグに１がセットされて、Ｓ２１３からパワーダウン処
理に戻り（Ｓ２１３）、ＡＦ動作を終了する（Ｓ１１
１）。また、視準物体が静止していなかったとか、暗す
ぎた、コントラストが低すぎた場合など、何らかの事情
で合焦できなかったときは、ＡＦＮＧフラグに１をセッ
トしてパワー処理に戻り（Ｓ２１５）、ＡＦ動作を終了
する（Ｓ１１１）。

【００３７】パワーダウン処理に戻ると、ＡＦ開始スイ
ッチ２７がオンしているときはＡＦ開始スイッチメモリ
がＯＮなので、Ｓ１１３、Ｓ１１７、Ｓ１１９からＳ１
２１に進んでパワーをＯＦＦし、ＡＦ開始スイッチ２７
がＯＦＦしているときは、Ｓ１１３からＳ１１５に進ん
でＡＦ開始スイッチメモリにＯＦＦを書込み、Ｓ１１９
からＳ１２１に進んでパワーをＯＦＦし、ＡＦ開始スイ
ッチ２７がオンするのを待つ。

【００３８】いずれの場合もパワーダウン処理に戻る
と、パワーをＯＦＦをＯＦＦして演算・制御回路２３以
外の周辺回路への電力供給を断つ。

【００３９】また、ＶＤＤループ処理中に、ＡＦ開始ス
イッチ２７がオフされてから再びオンされると、Ｓ２０
７からＳ２１１に進むが、最初はＡＦ開始スイッチメモ
リがＯＦＦなのでＳ２１１からＳ２１７に進んでＡＦ開
始スイッチメモリにＯＮを書き込み、Ｓ２０１に戻る。

【００４０】そして、ＡＦ開始スイッチチェック時にＡ
Ｆ開始スイッチ２７がオンしていれば、ＡＦ開始スイッ
チメモリがＯＮであるかどうかをチェックし、ＯＮなの
で合焦フラグチェック処理、ＡＦＮＧフラグチェック処
理を実行してＳ２０１に戻る（Ｓ２０９、Ｓ２１３、Ｓ
２１５）。ＡＦ開始スイッチチェック時にＡＦ開始スイ
ッチ２７がオフしていれば、Ｓ２０７からＳ２０９に進
んでＡＦ開始スイッチメモリにＯＦＦを書込み、合焦フ
ラグチェック処理、ＡＦＮＧフラグチェック処理を実行
してＳ２０１に戻る（Ｓ２１１、Ｓ２１３、Ｓ２１
５）。

【００４１】このように、一旦ＡＦ開始スイッチ２７が
オンされると、合焦するまで、あるいは合焦不能である
ことが検知されるまで焦点調節処理を繰り返すので、使
用者は焦点調節処理に煩わされず、測量作業を実行でき
る。

【００４２】また、ＶＤＤループ処理中にＡＦスイッチ
２９がオフすると、つまり、フォーカス操作ノブ１６が
マニュアルフォーカス位置に移動されると、Ｓ２０３か
らパワーダウン処理に戻り、ＡＦ処理を終了する。

【００４３】次に、Ｓ２０５のＡＦ処理の詳細につい
て、図８から図１３に示したフローチャートを参照して
説明する。ＡＦ処理に入ると、オーバラップ中フラグ、
サーチ中フラグ、再積分フラグのチェック処理を行うが
（Ｓ３０１、Ｓ３０３、Ｓ３０５）、１回目のときは全
てＳ１１１でクリアされたままなので、ＡＦセンサに積
分を開始させ、積分結果をＡＦセンサデータとして入力
し、デフォーカス演算を実行する（Ｓ３０７）。なお、
デフォーカス演算では、公知の通り、一対のＡＦセンサ
データから相関度を求め、相関度からデフォーカス方向
（前ピンか後ピンか）、およびデフォーカス量を算出す
る。

【００４４】そして、この演算結果が有効かどうかをチ
ェックする。視準物体が、コントラストが低すぎる場
合、繰り返し模様の場合、被写体輝度が低すぎる場合な
どに、演算結果が無効になる場合がある。通常は有効な
演算結果が得られるので、演算結果が有効である場合に
ついて最初に説明する。

【００４５】演算結果が有効のときは、合焦チェック処
理を行い、合焦していれば合焦フラグに１をセットし、
非合焦であれば合焦フラグに０をセットする（Ｓ３２
１）。この実施の形態で合焦と判断するのは、デフォー
カス量が所定量以下のときである。合焦していればＶＤ
Ｄループ処理にリターンしてＳ２０７以降の処理を実行
し、非合焦のときはパルス計算処理に進む（Ｓ３２
３）。

【００４６】パルス計算処理は、有効なデフォーカス量
に基づいてＡＦパルス数、つまり、デフォーカス量が０
になる位置まで焦点調節レンズ群１２を移動させるのに
必要なＡＦモータ３１の駆動量（エンコーダ３３が出力
するＡＦパルス数）を演算する処理である。

【００４７】パルス計算処理に入ると、デフォーカス量
からＡＦモータ３１の駆動方向およびＡＦパルス数を演
算する（Ｓ３３１）。このＡＦパルス数を演算・制御回
路２３のＡＦパルスカウンタ２３ａにセットし、ＡＦモ
ータ３１をＤＣ起動してパルスチェック処理を実行する
（Ｓ３３３、Ｓ３３５）。ＡＦパルスカウンタ２３ａの
値は、エンコーダ３３からＡＦパルスが１個出力される
ごとに１減算する。

【００４８】パルスチェック処理は、ＡＦパルスカウン
タ２３ａの値に応じて、ＡＦモータ３１の駆動速度を制
御する処理である。つまり、オーバーラップ積分禁止パ
ルス数よりも大きいときにはＡＦモータ３１を高速駆動
して焦点調節レンズ群１２をより短時間で合焦位置に近
づけ、かつオーバラップ積分も実行し、オーバーラップ
積分禁止パルス数未満になったら高速駆動しつつもオー
バラップ積分を停止し、さらに一定速度制御開始パルス
数未満になったら、行き過ぎを防止するためにＡＦモー
タ３１を低速のＰＷＭ制御しつつ、カウンタ値が０にな
ったらＡＦモータ３１を停止させる処理である。

【００４９】パルスチェック処理に入ると、ＡＦパルス
カウンタ２３ａの値とオーバラップ積分禁止パルス数を
比較し（Ｓ３４１）、カウンタ値の方が大きい間はＳ３
４３に進んで、オーバラップ中フラグに１をセットし、
オーバーラップ積分をスタートさせて、ＡＦセンサ２１
からＡＦセンサデータを入力し、デフォーカス演算を実
行する（Ｓ３４５）。そして、有効な演算結果が得られ
たら、駆動方向チェック処理に進み、有効な演算結果が
得られなかったら、リターンする（Ｓ３４７）。

【００５０】駆動方向チェック処理は、ＡＦモータ３１
駆動中の積分によって得られたＡＦセンサデータに基づ
いてＡＦパルス数を算出し、カウンタにセットするが、
駆動方向が変わった場合には、ＡＦモータ３１にブレー
キをかけて停止させる処理である。本実施例のブレーキ
は、ＡＦモータ３１の両極をショートして回転を停止さ
せる処理である。

【００５１】駆動方向チェック処理に入ると、オーバラ
ップ中フラグに１をセットし、サーチ中フラグに０をセ
ットして、焦点調節レンズ群１２の前回と今回の駆動方
向を、演算結果から比較する（Ｓ３６１、Ｓ３６３）。
通常は同方向なので、積分中間点におけるＡＦパルス数
を算出して、算出した値をカウンタにセットしてリター
ンする（Ｓ３６３、Ｓ３６５）。駆動方向が変わったと
きは、ＡＦモータ３１にブレーキをかけて停止し、オー
バーラップ中フラグに０をセットし、再積分フラグに１
をセットしてＶＤＤループ処理にリターンする（Ｓ３６
３、Ｓ３６７、Ｓ３６９、Ｓ３７１）。

【００５２】ＶＤＤループ処理にリターンするとＳ２０
７以降の処理を実行し、再びＡＦ処理に入る。駆動方向
が変わっていないときは、オーバーラップ中フラグに１
がセットされているので、Ｓ３０１からパルスチェック
処理に入り、カウンタ値がオーバラップ禁止パルス数よ
りも少なくなるまで、Ｓ３４１からＳ３４７、駆動方向
チェック処理のＳ３６１からＳ３６５を経てＶＤＤルー
プ処理にリターンして、パルスチェック処理に戻る処理
を繰り返す。

【００５３】そして、以上の処理中に通常は、合焦位置
まで駆動するためのＡＦパルス数が減少し、オーバラッ
プ積分禁止パルス数よりも少なくなって、パルスチェッ
ク処理のＳ３４１からＳ３４９に進む。

【００５４】Ｓ３４９からＳ３５５の処理は、算出した
ＡＦパルス数分の駆動を終了してＡＦモータ３１を停止
させる処理である。Ｓ３４９に進むと、ＡＦパルス数が
一定速度制御開始パルス数未満になるのを待ち、未満に
なったら、残りのＡＦパルス数に応じてＡＦモータ３１
を低速制御して、ＡＦパルス数が０でＡＦモータ３１を
停止するように制御する（Ｓ３４９、Ｓ３５１、Ｓ３５
３）。そして、ＡＦモータ３１を停止したら、オーバー
ラップ中フラグに０をセットし、再積分フラグに１をセ
ットしてＶＤＤループ処理にリターンする（Ｓ３５３、
Ｓ３５５）。

【００５５】ＶＤＤループ処理に戻り、次にＳ２０５に
入ったときは、オーバーラップ中フラグおよびサーチ中
フラグには０がセットされ、再積分中フラグには１がセ
ットされているので、Ｓ３０５から再積分処理に入る。
Ｓ３６３で駆動方向が変わった場合も同じである。

【００５６】再積分処理は、デフォーカス量を求めて合
焦状態にあるかどうかをチェックし、合焦しているとき
には合焦フラグに１をセットし、合焦していないときは
再度ＡＦパルスを計算し、焦点調節レンズ１２を駆動す
る処理である。ここで合焦フラグに１がセットされ、Ｖ
ＤＤループ処理にリターンすると、Ｓ２１３からパワー
ダウン処理に抜けてＡＦ処理を終了し、ＡＦ開始スイッ
チ２７がオンするのを待つ待機状態になる。

【００５７】以上は、正常に合焦した場合の処理である
が、合焦が困難な場合、及び合焦不能の場合も、合焦不
能な状態でＶＤＤループ処理を抜けてパワーダウン処理
に戻り、ＡＦ動作を終了する。

【００５８】合焦が困難な場合および合焦不能な場合の
ＡＦ処理について説明する。ＡＦ処理に入ると、１回目
はＳ３０７の積分スタート、ＡＦセンサデータ入力、デ
フォーカス演算処理を実行する（Ｓ３０１、Ｓ３０３、
Ｓ３０５）。ここで、物体のコントラストが低すぎるな
どの理由で有効なデフォーカス量を求めることができな
かったときは、Ｓ３０９からサーチ積分処理に入る。

【００５９】サーチ積分処理は、有効なデフォーカス量
が得られるように、ＡＦモータ３１を至近距離合焦位置
から無限遠合焦位置まで駆動しながら積分、デフォーカ
ス演算を実行する処理である。このサーチ積分処理によ
っても有効なデフォーカス量が得られなかったときは、
ＡＦＮＧフラグに１をセットしてリターンし、Ｓ２１５
からパワーダウン処理に戻る。

【００６０】サーチ積分処理（サーチ処理）に入ると、
まず、ＡＦモータ３１を、サーチ駆動（まず、近距離合
焦方向に駆動）し、サーチ中フラグに１をセットして、
ＡＦセンサ２１に積分をスタートさせ、積分が終了した
ら積分値をＡＦセンサデータとして取り込み、デフォー
カス演算によってデフォーカス量を求める（Ｓ３１１、
Ｓ３１３、Ｓ３１５）。ここで有効なデフォーカス量が
求まれば駆動方向チェックに抜けるが（Ｓ３１７）、求
められなかったときは、ＶＤＤループ処理にリターンし
てＳ２０７からの処理を実行する（Ｓ３１７、Ｓ３１
９）。

【００６１】ＡＦモータサーチ駆動とは、ＡＦモータ３
１をまず近距離合焦位置方向に駆動し、焦点調節レンズ
群１２が近距離側移動端点に到達して停止したら、ＡＦ
モータ３１を無限遠合焦位置方向に反転し、焦点調節レ
ンズ群１２が無限遠側移動端点に到達して停止したら、
ＡＦモータ３１を停止する処理である。このサーチ駆動
途中に有効な演算結果が得られたら、そのデフォーカス
に基づく駆動に戻る。

【００６２】ＶＤＤループ処理に戻って再びＳ２０５に
入ると、オーバーラップフラグはクリアされ、サーチ中
フラグには１がセットされているので、Ｓ３０３からサ
ーチ積分処理に入り、Ｓ３１３からのサーチ積分処理を
実行する。そして、焦焦点調節レンズ群１２が無限遠合
焦位置に達しても有効な演算結果が得られなかったとき
は、ＡＦＮＧ処理に入り、ＡＦＮＧフラグに１をセット
してＶＤＤループ処理にリターンし、Ｓ２１５からパワ
ーダウン処理に抜ける（Ｓ３１７、Ｓ３１９、Ｓ３９
１）。

【００６３】以上は、最初から有効な演算結果が得られ
なかった場合の処理であるが、一度有効な演算結果が得
られ、合焦でなくレンズ駆動した後、再積分処理で有効
な演算結果が得られなかったときは、Ｓ３８５からＡＦ
ＮＧ処理に入り、ＡＦＮＧフラグに１をセットしてＶＤ
Ｄループ処理にリターンし、Ｓ２１５からパワーダウン
処理に抜ける（Ｓ３８５、Ｓ３９１）。

【００６４】つぎに、Ｓ３０７、Ｓ３１５、Ｓ３４５、
Ｓ３８３で実行されるデフォーカス演算処理の詳細につ
いて、図１１を参照して説明する。

【００６５】このデフォーカス演算処理に入ると、ま
ず、焦点検出領域からのＡＦデータに基づいてコントラ
スト計算を実行する（Ｓ４０１）。コントラスト計算
は、例えば、基準ラインセンサーにおいて、使用する領
域の隣り合う光電変換素子の積分値の差の絶対値の和を
利用する。

【数式１】 なお、式１において、ｓは焦点検出領域の最初の画素の
ビットナンバー、Ｎは焦点検出領域の最後の画素のビッ
トナンバーである。つまり、この和が所定値よりも大き
ければ十分なコントラスト有りと判定され、所定値より
も小さければコントラストなしと判定される。コントラ
ストなしと判定されたときは、デフォーカスＯＫフラグ
に０をセットしてリターンする（Ｓ４０３、Ｓ４５
３）。デフォーカスＯＫフラグは、有効なデフォーカス
が得られたかどうかを識別するフラグである。

【００６６】所定値以上のコントラストがあれば、焦点
検出領域からのＡＦデータを使用して相関演算を行い、
位相差を計算する（Ｓ４０３、Ｓ４０７）。そして、位
相差が計算できなかったら、Ｓ４５３のフラグクリア処
理を実行してからリターンする（Ｓ４０９）。焦点検出
領域に形成された像が大ボケ状態であった場合など、一
対の焦点検出領域に形成された像の一致点を検出できな
かったときに、位相差の計算ができない。

【００６７】有効な位相差が得られたときは、補間計算
処理に進んでデフォーカス量を計算する（Ｓ４０９、Ｓ
４１３）。そして、オフセットダイヤル３５によって設
定されたオフセット値による補正を実行し、デフォーカ
スＯＫフラグに１をセットしてリターンする（Ｓ４１
３、Ｓ４１５、Ｓ４１７）。

【００６８】Ｓ３０７、Ｓ３１５、Ｓ３４５、Ｓ３８３
において実行される積分スタート処理について、図１２
を参照してより詳細に説明する。

【００６９】この積分スタート処理に入ると、まず、全
モニターセンサを有効にして積分をスタートする（Ｓ６
０３、Ｓ６１１）。

【００７０】積分をスタートすると、モニターセンサの
出力がＡＧＣレベルを下回った時か、最大積分時間が経
過した時かいずれか早い時に積分を終了してＣＣＤデー
タ（ＡＦセンサデータ）を入力し、デフォーカス演算処
理を実行し、リターンする（Ｓ６１１、Ｓ６１３、Ｓ６
１５、Ｓ６１７、Ｓ６１９）。

【００７１】オフセット補正処理について、図１３に示
したフローチャートを参照して説明する。この処理は、
オフセットダイヤル３５で設定されたオフセット量分、
演算したデフォーカス量を補正する処理である。この処
理に入ると、オフセットダイヤル３５の回転位置データ
をスイッチデータ（ＳＷデータ）として入力し、オフセ
ットダイヤル３５の位置に応じたオフセット値を演算し
てデフォーカス量に加減算して補正する。オフセット値
は、使用者がオフセットダイヤル３５を回転操作して調
整する。例えば、ある距離に立てた標尺をオートレベル
１０で視準し、ＡＦ開始スイッチ２７をオンして自動焦
点調節させてその標尺に対して合焦しているかどうかを
観察する。合焦していなかったときは、オフセットダイ
ヤル３５を回転させてオフセット量を調整してＡＦ開始
スイッチ２７をオンして自動合焦させる。この処理を、
使用者がその標尺の像を観察して合焦するまで繰り返
す。

【００７２】オフセットダイヤル３５としては、ディジ
タルスイッチを使用できる。例えば４ビットディジタル
スイッチであれば、１６個のスイッチ位置に０から１５
のスイッチデータを割り振り、スイッチデータが０〜７
のときにはプラス補正、８〜１５のときにはマイナス補
正とする。そして、これらのスイッチデータに、所定の
ステップ値をかけた値を、オフセット量とする。これら
の関係を、図５の（Ａ）に示した。

【００７３】同様に、８ビットディジタルスイッチであ
れば、２５６個のスイッチ位置に０から２５５の数値
（スイッチデータ）を割り振り、スイッチデータが０〜
１２７のときにはプラス補正、１２８〜２５５のときに
はマイナス補正とする。そして、これらのスイッチデー
タに、所定のステップ値をかけた値を、オフセット量と
する。これらの関係を、図５の（Ｂ）に示した。

【００７４】以上の所定のステップ値は、予めEEPROM６
に書き込んでおく。なお、本実施例ではステップ値は１
０μｍであるが、ステップ値、ステップ数は任意に設定
できる。また、ディジタルスイッチではなく、いわゆる
アップ／ダウンスイッチとして、設定された値をEEPROM
６に書込む構成でもよい。

【００７５】オフセットダイヤル３５は、初期位置でオ
フセット量０、初期位置から一方向に回転させるとオフ
セット量が０から増加し、初期位置から他方向に回転さ
せるとオフセット量が０から減少するように設定する。
つまり、オフセットダイヤル３５を一方向に回転させる
と、徐々に前ピンになり、他方向に回転させると、徐々
に後ピンになる。

【００７６】オフセット処理に入ると、まず、オフセッ
トダイヤル３５のスイッチデータを入力する（Ｓ７０
１）。本実施例では、オフセットダイヤル３５は、４ビ
ットのディジタルスイッチとする。したがって、スイッ
チデータの最大値は１５である。スイッチデータが（最
大値＋１）／２未満（０〜７）のときは、オフセット量
を式、 （スイッチデータ）×（所定のステップ量） によって求め、このオフセット量をデフォーカス量に加
算してリターンする（Ｓ７０３、Ｓ７０７、Ｓ７０
９）。スイッチデータが（最大値＋１）／２以上（８〜
１５）のときは、式 （スイッチデータ）＝（スイッチデータ）−（最大値＋
１） によって負のスイッチデータを設定し、オフセット量を
（スイッチデータ）×（所定のステップ量）により求
め、デフォーカス量からオフセット量を減算してリター
ンする（Ｓ７０３、Ｓ７０５、Ｓ７０７、Ｓ７０９）。

【００７７】以上のオフセット補正処理によって、湿
度、温度変化などによってＡＦセンサ２１が誤差を生じ
ても、使用者がこの誤差を補正することが可能になり、
使用者は鮮明な視準物体像を観察できる。しかも本実施
の形態では、補正値（オフセット値）をデフォーカス量
に加算または減算するだけなでの、演算処理が非常に簡
単である。

【００７８】なお、本発明は、ディジタルスイッチでは
なく、いわゆるアップ／ダウンスイッチによってオフセ
ット値を変更し、変更されたオフセット値をEEPROM６に
書込む構成でもよい。

【００７９】以上、図示実施の形態では焦点検出手段と
してＣＣＤラインセンサを使用したが、MOS 型のライン
センサを使用することもできる。また、本実施の形態で
は、本発明をオートレベルの一つに適用したが、本発明
はこれに限定されず、トランシットなど他の測量機器に
も適用でき、さらに望遠鏡、双眼鏡などの望遠光学系に
も適用できる。

【００８０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明によ
れば、自動焦点調節装置による焦点調節に誤差を生じて
も、使用者が望遠光学系を介して物体を観察しながら合
焦するように補正値を設定できるので、組み立て時の誤
差、および湿度、温度などの影響によって焦点誤差を生
じても、使用者自身によって簡単に調節ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したオートレベルの一実施の形態
の主要構成を示す図である。

【図２】同オートレベルのＡＦセンサの一実施例の概要
を示す図である。

【図３】同ＡＦセンサの基準ＣＣＤセンサの概要を示す
図である。

【図４】オフセットダイヤルの一実施例の概要を示す平
面図である。

【図５】ディジタルスイッチとオフセット補正値との関
係を表で示す図であって、（Ａ）は４bit ディジタルス
イッチ、（Ｂ）は８bit ディジタルスイッチの場合を示
す図である。

【図６】同オートレベルの自動焦点調節処理に関するフ
ローチャートの一部を示す図である。

【図７】同オートレベルの自動焦点調節処理に関するフ
ローチャートの一部を示す図である。

【図８】同オートレベルの自動焦点調節処理に関するフ
ローチャートの一部を示す図である。

【図９】同オートレベルの自動焦点調節処理に関するフ
ローチャートの一部を示す図である。

【図１０】同オートレベルの自動焦点調節処理に関する
フローチャートの一部を示す図である。

【図１１】同オートレベルの自動焦点調節処理における
デフォーカス演算処理に関するフローチャートを示す図
である。

【図１２】同オートレベルの自動焦点調節処理における
積分スタート処理に関するフローチャートを示す図であ
る。

【図１３】同オートレベルの自動焦点調節処理における
offset補正処理に関するフローチャートを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ オートレベル １２ 焦点調節レンズ群 ２０ 焦点検出系（焦点検出手段） ２１ ＡＦセンサ ２１ａ 集光レンズ ２１ｂ セパレータレンズ ２１ｃ ＣＣＤラインセンサ ２３ 演算・制御回路（制御手段） ２７ ＡＦ開始スイッチ ２９ ＡＦスイッチ ３０ 焦点調節レンズ群駆動系 ３１ ＡＦモータ ３５ オフセットダイヤル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 13/36 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ (56)参考文献 特開 平６−194163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−191550（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−245122（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−227108（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測量機の自動焦点装置であって、 対物レンズ群と、焦点調節レンズ群とを備えた望遠光学
   系と、 前記焦点調節レンズ群の後方に配置された光束分割光学
   系と、 前記光束分割光学系によって分割された分割光路中に配
   置された、前記望遠光学系の光軸を中心とした横長の領
   域から入射する光束を二分割して形成される一対の物体
   像を受光する受光手段と、 該受光手段が受光した一対の物体像の位相差に基づいて
   デフォーカス量を演算する演算手段と、 該デフォーカス量に基づいて前記焦点調節レンズ群を合
   焦位置まで移動する電動駆動手段と、前記演算手段および電動駆動手段を動作させるＡＦ開始
   操作部材と、 該ＡＦ開始操作部材が操作され、前記演算手段および前
   記電動駆動手段が動作して前記焦点調節レンズ群を合焦
   位置に移動した後に、 前記受光手段が受光した一対の物
   体像に基づいて前記演算手段が演算するデフォーカス量
   を補正する補正値を、使用者が手動で設定可能な補正手
   段とを備え、該補正手段によって前記補正値が設定された後に前記Ａ
   Ｆ開始操作部材が再び 操作されたときは、前記演算手段
   は前記補正手段によって設定された該補正値を加味し
   て、前記受光手段が受光した一対の物体像に基づいてデ
   フォーカス量を演算することを特徴とする測量機の自動
   焦点装置。
2. 【請求項２】 前記補正手段は、前記補正値を変更す
   る、外部操作可能なダイヤルを含み、該ダイヤルは、使
   用者が、前記対物レンズ群および前記焦点調節レンズ群
   の焦点面上に形成された視準物体像の合焦状態を観察し
   ながら操作可能に形成されている請求項１記載の測量機
   の自動焦点装置。
3. 【請求項３】 前記ダイヤルは、初期位置で補正値ゼ
   ロ、該初期位置から一方向に回転させると該補正値がゼ
   ロから前記焦点調節レンズ群の一方向移動量として増加
   し、該初期値から他方向に回転させると該補正値がゼロ
   から前記焦点調節レンズ群の他方向移動量として増加す
   るように設定されている請求項２記載の測量機の自動焦
   点装置。
4. 【請求項４】 前記ダイヤルは、ディジタルスイッチで
   構成され、該ディジタルスイッチから入力されるスイッ
   チデータはディジタルデータであって、該ディジタルデ
   ータが、（最大値＋１）／２ 未満のときは、補正値
   を、式 （スイッチデータ）×（所定のステップ量） によって求めてこの補正値をデフォーカス量に加算し、 前記ディジタルデータが、（最大値＋１）／２ 以上の
   ときは式 （スイッチデータ）＝（スイッチデータ）−（最大値＋
   １） によって負のスイッチデータを設定し、この負のスイッ
   チデータを、式 （スイッチデータ）×（所定のステップ量） に代入して補正値を求め、この補正値をデフォーカス量
   から減算する請求項３記載の測量機の自動焦点装置。
5. 【請求項５】 前記補正手段は、操作される毎に前記補
   正値を初期値のゼロから所定値加算し、または所定値減
   算する、外部操作可能なアップ／ダウンスイッチを含む
   請求項１記載の測量機の自動焦点装置。
6. 【請求項６】 前記望遠光学系は、前記対物レンズ群お
   よび焦点調節レンズ群の焦点面に配置された、レチクル
   を有する焦点板と、前記対物レンズ群および焦点調節レ
   ンズ群によって該焦点板上に形成された像を観察する接
   眼光学系を備えている請求項１から５のいずれか一項記
   載の測量機の自動焦点装置。