JP3581609B2

JP3581609B2 - 視準望遠鏡の自動焦点調節機構

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Publication number: JP3581609B2
Application number: JP29220799A
Authority: JP
Inventors: 信一鈴木
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: JP2000187154A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、例えばオートレベル、トランシット、セオドライト等の測量機に備わった視準望遠鏡に適した自動焦点調節機構に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
オートレベル、トランシット、セオドライト等の測量機は、基本的に、視準望遠鏡と、水準器、回転角、俯仰角等を計測するスケール等を備えている。この種の測量機を用いるときは、先ず視準望遠鏡を水平にセットし、水平調整及び垂直調整を行なった後に視準点、あるいは視準物体を視準する。
【０００３】
たとえば、オートレベルの視準望遠鏡は、物体側から順に、対物レンズ、焦点調整レンズ及び接眼レンズを有しており、焦点調整レンズは、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され、レチクルと重なった像が接眼レンズを介して観察される。
【０００４】
自動焦点調節機構（ＡＦ機構）を備えた従来の視準望遠鏡では、操作者によりＡＦ開始スイッチが押されると、焦点調節レンズを現在位置から移動させながら焦点検出を行なう。位相差計算による焦点位置検出では最初に検出されたピント位置を合焦位置とみなし、その位置へ焦点調節レンズを移動させて停止させる。
【０００５】
視準望遠鏡は、通常の観察用望遠鏡やカメラに用いる望遠レンズとは異なり、その焦点検出範囲が、無限遠から最近距離側が数１０ｃｍと非常に広く、ピント位置の移動量に換算して１００〜２００ｍｍ以上に達する。位相差検出方式の焦点検出ユニットによる焦点検出範囲は、焦点検出ユニットの想定ピント位置の±１５ｍｍ程度であり、焦点調節レンズのある位置における焦点検出範囲は全検出範囲の数分の１にしかならず、よって焦点検出範囲外に本来のピント位置（目標のピント位置）がある確率が高い。このため、特に位相差検出方式の焦点検出ユニットを採用した自動焦点調節機構を備えた従来の視準望遠鏡では、最初に検出されたピント位置で焦点調節レンズが停止したときに、他の物体（目標でない物体）に合焦している可能性がある。しかも、一旦合焦すると、この合焦状態で再度自動焦点調節機構を作動させても、焦点調節レンズがこの合焦位置から移動しない、という問題がある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、以上のような従来の視準望遠鏡の自動焦点調節機構における問題点に鑑みてなされたもので、簡便な操作によって目標視準物体に対して素早く合焦させることを可能とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明を適用した視準望遠鏡の自動焦点調節機構は、光軸に沿って移動可能に案内された焦点調節レンズを有する望遠光学系と；この望遠光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と；外部操作を受ける外部操作手段と、この外部操作手段が外部操作を受けたときに上記焦点検出手段による検出結果に基づいて上記焦点調節レンズを合焦位置に移動させる第１の制御態様で動作し、この第１の制御態様で動作した後に、上記外部操作手段が上記外部操作とは異なる外部操作を受けたときに、制御開始時における上記焦点調節レンズの位置とは異なる第２の合焦位置を、上記レンズ駆動手段による上記焦点調節レンズの移動および上記焦点検出手段による焦点検出を繰り返して検出し、上記焦点調節レンズを検出した第２の合焦位置に移動させる第２の制御態様で動作する制御手段と；を備えたことを特徴としている。
この構成によれば、ＡＦ開始操作部の操作を受けて自動焦点調節処理により目標でない物体に一旦は合焦しても、ＡＦ開始操作部が所定時間内に複数回操作されれば最初に合焦した位置以外の合焦位置をサーチするので、目標視準物体に対する合焦位置を素早くサーチすることができる。
【０００８】
【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機構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、物体側から順に、正の視準用対物レンズ１１、負の焦点調節レンズ１２、水平補償光学系１３、第１焦点板１４ａと第２焦点板１４ｂからなる焦点板（焦点面）１４、及び正の接眼レンズ１５を含む望遠光学系を備えている。
【０００９】
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１３ａ、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１１と焦点調節レンズ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１３ｃで反射して射出する光束は、実質的に水平となる。
【００１０】
焦点調節レンズ１２にはラック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１２を光軸に沿って移動させることにより、対物レンズ１１と焦点調節レンズ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上に描いた視準線等と一緒に接眼レンズ１５によって観察する。
【００１１】
対物レンズ１１から焦点板１４に至る光路中における、第２コンペプリズム１３ｃの射出面と焦点板１４の間に、該光路を分岐させる分岐光学素子（ハーフミラー）１８が配置されている。この分岐光学素子１８によって形成された分岐光学系中には、焦点板１４と光学的に等価な等価面１４Ａが形成される。オートレベル１０には、さらに焦点検出系２０及び焦点調節レンズ駆動系（レンズ駆動手段）３０が設けられている。
【００１２】
焦点検出系２０は、等価面１４Ａの近傍に配置したＡＦセンサ２１を介して等価面１４Ａにおける焦点状態（結像状態）を検出し、焦点調節レンズ駆動系３０は、この焦点検出系２０の出力に基づいて焦点調節レンズ１２を駆動する。焦点調節レンズ１２の光軸上の位置（レンズ位置）は、レンズ移動量検出器４０によって検出される。レンズ移動量検出器４０は、ラック１２ａの位置を検出し、この検出結果を焦点検出系２０の演算・制御回路２３に出力する。
【００１３】
焦点検出系２０は、プリアンプ２２、演算・制御回路２３、ＲＡＭ２４、及びＡＦモータ駆動回路２５を有しており、焦点調節レンズ駆動系３０は、ＡＦモータ３１、クラッチ内蔵減速機構３２、及びエンコーダ３３を有している。焦点検出系２０は、ＡＦセンサ２１の出力に基づいて、合焦、非合焦、前ピン、後ピン、デフォーカスを検出するもので、具体的構成は種々知られている。本実施形態のＡＦセンサ２１は位相検出方式のもので、等価面１４Ａの物体像を、集光レンズ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）によって分割して一対のＣＣＤラインセンサ上に再結像する。
【００１４】
ＣＣＤラインセンサは多数の光電変換素子を有し、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出力し、プリアンプ２２で増幅して演算・制御回路２３に入力する。焦点検出系２０内に設けた演算・制御回路２３は、一対のＣＣＤラインセンサから得たＡＦセンサデータに基づいて、所定の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になる合焦位置まで焦点調節レンズ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。このＡＦパルス数は、演算・制御回路２３が内蔵するＡＦパルスカウンタ２３ａにセットされる。
【００１５】
演算・制御回路２３には、オートレベル１０のボディ上に配設されたＡＦ開始スイッチ（ＡＦ開始操作部）２７が接続されている。また演算・制御回路２３には、オートレベル１０のボディ上に配設されたＡＦ／ＭＦ選択スイッチ（ＡＦスイッチ）２９が接続されている。ＡＦ／ＭＦ選択スイッチ２９は、ＡＦモードが選択されているときはオン状態となり、ＭＦモードが選択されているときはオフ状態となる。ＡＦ開始スイッチ２７は自己復帰型のプッシュ式で、ＡＦモードが選択されてＡＦ／ＭＦ選択スイッチ２９がオン状態にあるときに使用者の操作により押下（オフからオン）されると自動焦点調節処理が実行される。この処理で演算・制御回路２３は、演算したＡＦモータ３１の回転方向およびＡＦパルスカウンタ２３ａにセットした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１２を移動する。ＡＦモータ３１の回転はエンコーダ３３により検知され、エンコーダ３３の出力は演算・制御回路２３がカウントし、カウント値と、先に演算した回転量に基づいて速度制御、停止制御などを行う。
【００１６】
演算・制御回路２３は、この焦点検出系２０と焦点調節レンズ駆動系３０によって、対象物体に対する焦点検出を行い、焦点調節レンズ１２を光軸に沿って移動してその対象物体に対して自動合焦する。
【００１７】
焦点検出系２０は、レンズ移動量検出器４０によって検出された焦点調節レンズ１２の光軸上の位置を記憶するＲＡＭ２４を備えている。ＡＦ開始スイッチ２７が一度押下されると、そのときの焦点レンズ群１２の光軸上の位置（レンズ位置）を、一時記憶レンズ位置としてＲＡＭ２４に記憶し、焦点状態を検出しながら焦点調節レンズ１２を合焦位置に移動する第１の制御態様でのＡＦ処理が実行される。
合焦した後に、ＡＦ開始スイッチ２７が所定時間内（例えば約０．５秒〜１秒以内）に二回以上押下されると、二回目のＡＦ開始スイッチ２７が押下されたときに、一回目にＡＦ開始スイッチ２７が押下されたときに一時記憶した一時記憶レンズ位置を排除レンズ位置としてＲＡＭ２４に記憶し、この排除レンズ位置以外の合焦位置を検出するまで焦点調節レンズ１２の移動および焦点検出が繰り返され、排除レンズ位置以外で合焦するレンズ位置（合焦位置）に焦点調節レンズ１２を移動する第２の制御態様でのＡＦ処理が実行される。
つまり、ＡＦ開始スイッチ２７が所定時間内に連続操作されずに一回のみ押下されたときは、ＲＡＭ２４に焦点調節レンズ１２の排除レンズ位置が記憶されることはない。しかし、ＡＦ開始スイッチ２７が所定時間内に再度押下される度に、所定時間内において最初のＡＦ開始スイッチ２７押下時の焦点調節レンズ１２の位置が排除レンズ位置としてＲＡＭ２４に記憶され、この記憶された各排除レンズ位置以外のレンズ位置で合焦するレンズ位置をサーチし、合焦位置を検出したらその合焦位置（第３の位置）へ焦点調節レンズ１２を移動させて他の物体に合焦させる焦点調節が行なわれる。
【００１８】
つまり、ＡＦ開始スイッチ２７を一度押下し、所定時間内に再びＡＦ開始スイッチ２７を押下する操作を合焦する毎に繰り替えすと、操作の度に焦点調節レンズ１２を異なる位置へ移動させて焦点調節を行なうことになる。この第２の制御態様によれば、使用者は、ＡＦ開始スイッチ２７を一度押下して自動焦点調節処理を実行させてある物体に合焦させたが、接眼レンズ１５を覗いて目視によりこれは誤合焦であると判断したときに、ＡＦ開始スイッチ２７を所定時間内に二度押下すれば、誤合焦した物体以外の物体に対して合焦し、焦点調節レンズ１２が再び誤合焦の物体に合焦することはないので、無駄な焦点調節動作が繰り替えされることがない。
また、その後、ＡＦ開始スイッチ２７が所定時間内に一回だけしか押下されないと、所定時間以上経過したときに、それまでにＲＡＭ２４に記憶していた排除レンズ位置データを全て消去する。
【００１９】
本実施形態のオートレベル１０の自動焦点調節処理の一実施例について、図２から図５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。
【００２０】
バッテリーが装着されると、演算・制御回路２３は、まず、ステップ（以下「Ｓ」と略する）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、バッテリーを再装着しない限り、Ｓ１０１は実行しない。
【００２１】
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、電源（パワー）をオンして自動焦点調節処理を実行する。
【００２２】
パワーダウン処理では、まず、ＡＦ動作（自動焦点調節処理）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及びオーバーラップ中フラグ、及びレンズ位置が記憶済みであることを識別する記憶済みフラグを有する。
【００２３】
ＡＦ動作に関する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（ＯＦＦ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（Ｓ１１９）、初期状態では各回路に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。
【００２４】
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、ＯＦＦのとき（１回目はＯＦＦ）は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／ＭＦ選択スイッチ２９の状態を入力して、ＡＦ／ＭＦ選択スイッチ２９がオンしていればＡＦモードなので、パワーをＯＮして各回路に電力を供給し、ＶＤＤループ処理（図３）を実行する（Ｓ１２５、Ｓ１２７、Ｓ１２９）。ＡＦ／ＭＦ選択スイッチ２９がオフしていればマニュアルフォーカスなので、パワーダウン処理に戻る（Ｓ１２７）。
【００２５】
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、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。
【００２６】
ＶＤＤループ処理は、自動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、合焦したとき、または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、先ず演算・制御回路２３内のタイマー（スイッチ検出期限タイマー）をスタートさせ、そして現在の焦点調節レンズ１２の位置を一時記憶レンズ位置として一時的に記憶する（Ｓ２０１）。続いて、ＡＦ／ＭＦ選択スイッチ２９の状態を再度入力して、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（Ｓ２０１、Ｓ２０３、Ｓ２０５）。以下、ＡＦ／ＭＦ選択スイッチ２９がオンしているものとして説明する。なお、Ｓ２０１でＲＡＭ２４に一時的に記憶させる一時記憶レンズ位置は、Ｓ２０１の処理に入る度に書き換えられる。
【００２７】
ＡＦ／ＭＦ選択スイッチ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１２を合焦位置まで移動するＡＦ処理を実行し（Ｓ２０７）、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（Ｓ２０９）。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（Ｓ２１３、Ｓ２１５、Ｓ２１７）。ＡＦ処理途中で、合焦とも、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されているので、Ｓ２０３に戻る。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Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０９、Ｓ２１３、Ｓ２１５、Ｓ２１７の処理を繰り返す。ここで、ＡＦ開始スイッチ２７がオフされると、Ｓ２０９からＳ２１１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、合焦フラグチェック（Ｓ２１５）、ＡＦＮＧフラグチェック（Ｓ２１７）からＳ２０３に戻る。
【００２８】
Ｓ２０７のＡＦ処理で焦点調節レンズ１２が合焦位置（第１の光軸上の位置）まで移動されると合焦フラグに１がセットされるので、Ｓ２１５からＳ２２７に進む。Ｓ２２７では、Ｓ２０１でのタイマースタート時から所定時間（本実施例では０．５秒）経過したか否かをチェックし、未だ経過していなければＳ２０９に戻り、既に経過していれば記憶済みフラグ（Ｓ２２５でセットされるフラグ）がセットされているかチェックする（Ｓ２２７、Ｓ２２９）。記憶済みフラグがセットされていない場合はＲＡＭ２４に記憶したレンズ位置データを全て消去し（Ｓ２２９、Ｓ２３１）、セットされている場合にはそのままパワーダウン処理に戻ってＡＦ動作を終了する（Ｓ２２９）。
【００２９】
また、視準物体が静止していなかった場合、あるいは暗すぎた、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も、ＡＦＮＧフラグに１がセットされるので、Ｓ２１７からＳ２２７に進む。
【００３０】
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、Ｓ２０９からＳ２１３に進むが、最初はＡＦ開始スイッチメモリがＯＦＦなのでＳ２１３からＳ２１９に進んでＡＦ開始スイッチメモリにＯＮを書き込む。その後Ｓ２０１でのタイマースタート時から所定時間（０．５秒）経過したか否かをチェックし（Ｓ２２１）、未だ経過していなければＳ２２３に進んで記憶済みフラグがセットされているかどうかをチェックする。記憶済みフラグがセットされていないときは、Ｓ２２５に進んで、ＲＡＭ２４に記憶した一時記憶レンズ位置を排除レンズ位置としてＲＡＭ２４の別のアドレスに記憶し、記憶済みフラグをセットしてＳ２０３に戻り、Ｓ２０３以降の処理を再び実行する（Ｓ２２３、Ｓ２２５）。つまり、Ｓ２０１でのタイマースタート時から所定時間内に、Ｓ２０９、Ｓ２１１を通った後にＳ２０９、Ｓ２１３を通ったとき、つまり所定時間内にＡＦ開始スイッチ２７が一度ＯＦＦされて再びＯＮになったときは、Ｓ２０１で一時的に記憶した焦点調節レンズ１２の一時記憶レンズ位置を排除レンズ位置として記憶してからＳ２０７のＡＦ処理に入る（Ｓ２１３、Ｓ２２１、Ｓ２２３、Ｓ２２５、Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０７）。
なお、Ｓ２１３からＳ２１９に分岐しても、Ｓ２２１において既に所定時間（０．５秒）経過していると判断したとき、または所定時間経過していなくても、Ｓ２２３において既にＳ２２５で記憶済みフラグがセットされていると判断したときはＳ２２５に進まずに、Ｓ２１５に進む。
【００３１】
次に、Ｓ２０７のＡＦ処理の詳細について、図４から図６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２１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。
【００３２】
そして、この演算結果が有効かどうかをチェックする（Ｓ３０９）。視準物体の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。
【００３３】
Ｓ３０９で演算結果が有効かチェックし、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（Ｓ３２５）。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。
【００３４】
続いて合焦フラグをチェックし、０（非合焦）であればパルス計算処理（図５）に進み、１（合焦）であれば、焦点調節レンズ１２の位置がＲＡＭ２４に記憶されている排除レンズ位置のいずれかと一致しているか否かチェックする（Ｓ３２７、Ｓ３２９）。このチェックの結果、一致していれば合焦フラグに０をセットしてサーチ積分処理に入り、いずれにも一致していなければＶＤＤループ処理にリターンする。なお、ＲＡＭ２４に排除レンズ位置が記憶されていないときも、いずれにも一致していないと判断する。
【００３５】
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まで、および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。
【００３６】
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。
【００３７】
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パルス数を演算し、このパルス数駆動後の焦点調節レンズ位置を演算する（Ｓ４０１）。続いて演算で求まった焦点調節レンズ１２の停止位置がＲＡＭ２４に記憶されている排除レンズ位置のいずれかと一致しているか否かチェックし、いずれかに一致していればサーチ積分処理（図４）に進み、一致していなければＳ４０１で演算した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（Ｓ４０３、Ｓ４０５、Ｓ４０７）。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、カウンタ値の方が大きい間はＳ４１３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（Ｓ４０９、Ｓ４１１、Ｓ４１３、Ｓ４１５）。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（図６）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（Ｓ４１７）。
【００４０】
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、ＡＦパルスカウンタ２３ａ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の両極をショートさせて回転を停止させる処理である。
【００４１】
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１２の前回と今回の駆動方向を、演算結果から比較する（Ｓ５０１、Ｓ５０３）。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ＡＦパルスカウンタ２３ａにセットしてリターンする（Ｓ５０５、Ｓ５０７）。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（Ｓ５０５、Ｓ５０９、Ｓ５１１、Ｓ５１３）。
【００４２】
ＶＤＤループ処理にリターンするとＳ２０９以降の処理を実行し、再びＳ２０７の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、Ｓ４０９からＳ４１７、駆動方向チェック処理のＳ５０１からＳ５０７を経てＳ２０９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。
【００４３】
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Ｓ４１１からＳ４１９に進む。
【００４４】
Ｓ４１９からＳ４２７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。Ｓ４１９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（Ｓ４１９、Ｓ４２１、Ｓ４２３、Ｓ４２５）。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（Ｓ４２７）。
【００４５】
ＶＤＤループ処理に戻り、次にＳ２０７のＡＦ処理に入ったときは、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。Ｓ５０５のチェックで駆動方向が変わっていた場合も、同様に再積分処理に入る。
【００４６】
再積分処理は、一度有効なデフォーカス量が得られレンズ駆動したが、駆動途中に駆動方向が変わった場合、または駆動終了した後に再度デフォーカス演算を実行させ、この演算結果が有効か否かをチェックする処理である。この処理に入ると、ＡＦセンサ２１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（Ｓ３４３）。続くＳ３４５で演算結果が有効かチェックし、演算結果が有効のときはＳ３２５以降の合焦チェック処理に進み、有効でないときは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、Ｓ２１７からＳ２２７に進んでＳ２２７以降の処理を実行する（Ｓ３４５、Ｓ３４７）。そしてＳ２２７でＳ２０１でのタイマースタート時から所定時間（０．５秒）経過していればＳ２２９以降の処理を経てパワーダウン処理に戻ってＡＦ動作を終了する。
【００４７】
以上は合焦した場合の処理であるが、サーチ積分を実行したが合焦困難または合焦不能であった場合は、Ｓ３４７でＡＦＮＧフラグをセットするので、これによりＶＤＤループ処理を抜けてパワーダウン処理に戻る。
【００４８】
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Ｓ３０１、Ｓ３０３及びＳ３０５を経てＳ３０７の積分スタート、ＡＦセンサーデータ入力、デフォーカス演算処理を実行する。ここで、物体のコントラストが低すぎた、輝度が低すぎた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。
【００４９】
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、Ｓ２１７からＳ２２７に進んで再びＳ２２７以降の処理を実行する。そしてＳ２２７でＳ２０１でのタイマースタート時から所定時間（０．５秒）経過していると判断すればＳ２２９以降の処理を経てパワーダウン処理に戻ってＡＦ動作を終了する。
【００５０】
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（先ずは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、このデフォーカス量に基づいた量だけＡＦモータ３１を駆動した後の焦点調節レンズ１２の停止位置を計算し、その計算によるレンズ位置がＲＡＭ２４に記憶してある排除レンズ位置のいずれかと一致しているか否かチェックし、このチェックの結果いずれとも一致していなければ駆動方向チェック処理に抜ける（Ｓ３１７、Ｓ３１９、Ｓ３２１）。しかし、このＳ３２１でのチェックの結果、いずれかと一致していれば、焦点調節レンズ１２が無限遠側移動端点にあるか否かチェックし、無限遠側移動端点以外にあればＶＤＤループ処理にリターンしてＳ２０９以降の処理を実行し（Ｓ３２１、Ｓ３２３）、無限遠側移動端点にあれば、ＡＦＮＧ処理に入ってＡＦＮＧフラグに１をセットしてからＶＤＤループ処理にリターンしてＳ２０９以降の処理を実行する（Ｓ３２１、Ｓ３２３、Ｓ３４７）。なおＳ３１１におけるＡＦモータ３１のサーチ駆動とは、ＡＦモータ３１をまず近距離合焦位置方向に駆動して積分、デフォーカス演算処理を実行しても有効な演算結果が得られずに焦点調節レンズ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て無限遠合焦位置方向に駆動して積分、デフォーカス演算処理を実行し、それでも有効な演算結果が得られずに焦点調節レンズ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を停止し、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処理である。
【００５１】
ＶＤＤループ処理に戻って再びＳ２０７のＡＦ処理に入ったときは、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、Ｓ３１１からのサーチ積分処理を実行する。そして、焦点調節レンズ１２が有効な演算結果が得られずに無限遠合焦位置（無限遠側移動端点）に達していたときは、ＡＦＮＧ処理に入ってＡＦＮＧフラグに１をセットしてＶＤＤループ処理にリターンし、Ｓ２１７からＳ２２７に進んで再びＳ２２７以降の処理を実行する。そしてＳ２２７のチェックで、Ｓ２０１でのタイマースタート時から所定時間（０．５秒）経過していると判断したときは、Ｓ２２９以降の処理を経てパワーダウン処理に戻ってＡＦ動作を終了する。
【００５２】
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、合焦位置まで駆動したが、再積分処理で有効な演算結果が得られなかったときは、Ｓ３４５からＡＦＮＧ処理に入り、Ｓ３４７でＡＦＮＧフラグに１をセットしてＶＤＤループ処理にリターンし、Ｓ２１７からＳ２２７に進んで再びＳ２２７以降の処理を実行する。
【００５３】
以上の通り図示した本発明の実施の形態によれば、ＡＦ開始スイッチ２７が第１の操作態様で操作（一度押下）されて第１の制御態様によるＡＦ処理（第１のＡＦ処理）が実行され、ＡＦ動作が終了して一旦は焦点調節レンズ１２がある光軸上の位置（第１の光軸上の位置）で停止されても、その後（所定時間経過後）、再度ＡＦ開始スイッチ２７をオンした後、Ｓ２０１でタイマースタートしてから所定時間が経過する前にＡＦ開始スイッチ２７が再々度押下すれば、次に入るＳ２０７のＡＦ処理では、焦点調節レンズ１２を上記第１の光軸上の位置以外の光軸上の位置に移動させる第２の制御態様によるＡＦ処理（第２のＡＦ処理）が実行されるので、目標視準物体以外の物体に合焦しても、目標視準物体に対する合焦位置を素早くサーチすることができる。このようなＡＦ制御は、測量機のようにＡＦセンサの１回の映像情報により求めることが可能な焦点検出範囲に対して焦点調節レンズの移動量が非常に大きい場合に最も有効であり、一旦誤合焦しても、簡単な操作によって別の合焦位置を素早くサーチすることができる。
なお、図示実施の形態では、ＡＦ開始スイッチ２７を第１の操作態様で操作していなくても、合焦状態またはＳ２０７の処理が所定時間内に終了する程度のデフォーカス量の状態においてＡＦ開始スイッチ２７を第２の操作態様で操作（所定時間内に２回オン操作）すれば、最初のオン時の焦点調節レンズ１２の位置を第１の光軸上の位置として、この第１の光軸上の位置以外の位置に移動させる第２の制御態様によるＡＦ処理が実行される。
【００５４】
以上のオートレベル１０の自動焦点調節処理の一実施例では、Ｓ２０１でのタイマースタート時から所定時間を０．５秒に設定したが、この設定時間にのみ限定されず、上述したように約０．５秒〜１秒以内の範囲内で設定すればよい。
【００５５】
また、本発明の実施の形態では、上記第１の制御態様および第２の制御態様によるＡＦ処理を、１個のＡＦ開始スイッチ２７の異なる操作態様で実行させる構成としたが、ＡＦ開始操作手段として２個の操作スイッチを２個設けて、第１のＡＦ開始スイッチが操作されたときに第１の制御態様で実行し、第２のＡＦ開始スイッチが１回操作されたときまたは所定時間内に２回以上操作されたときに第２の制御態様によるＡＦ処理を実行する構成としてもよい。この場合は、例えば、Ｓ１１３のＡＦ開始スイッチチェックを第１および第２の操作スイッチのチェックとし、Ｓ２０９のＡＦ開始スイッチチェックを第２の操作スイッチチェックとするなどによって構成できる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態では、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、トータルステーション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。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明を適用した視準望遠鏡の自動焦点調節機構によれば、制御手段が、第１の制御態様では、焦点検出手段による検出結果に基づいてレンズ駆動手段を制御して焦点調節レンズを光軸上の合焦位置に移動させ、第２の制御態様では、第１の制御態様でのレンズ駆動手段の制御完了後、焦点調節レンズが合焦位置以外の第２の合焦位置に移動するまでレンズ駆動手段を制御して焦点調節レンズを移動させて焦点調節を行なうので、簡便な操作によって目標視準物体に対して素早く合焦させることができる。
【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】同オートレベルの自動焦点調節処理に関するフローチャートの一部（スタート）を示す図である。
【図３】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（ＶＤＤループ処理）を示す図である。
【図４】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（ＡＦ処理）を示す図である。
【図５】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（パルス計算処理）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（駆動方向チェック処理）の一部を示す図である。
【符号の説明】
１０オートレベル
１２焦点調節レンズ
２０焦点検出系
２１ＡＦセンサ（焦点検出手段）
２３演算・制御回路（制御手段）
２４ＲＡＭ
２７ＡＦ開始スイッチ
２９ＡＦ／ＭＦ選択スイッチ
３０焦点調節レンズ駆動系
３１ＡＦモータ
３２クラッチ内蔵減速機構

Claims

光軸に沿って移動可能に案内された焦点調節レンズを有する望遠光学系と；
この望遠光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と；
上記焦点調節レンズを光軸に沿って移動させるレンズ駆動手段と；
外部操作を受ける外部操作手段と、
この外部操作手段が外部操作を受けたときに上記焦点検出手段による検出結果に基づいて上記焦点調節レンズを合焦位置に移動させる第１の制御態様で動作し、この第１の制御態様で動作した後に、上記外部操作手段が上記外部操作とは異なる外部操作を受けたときに、制御開始時における上記焦点調節レンズの位置とは異なる第２の合焦位置を上記レンズ駆動手段による上記焦点調節レンズの移動および上記焦点検出手段による焦点検出を繰り返して検出し、上記焦点調節レンズを検出した第２の合焦位置に移動させる第２の制御態様で動作する制御手段と；を備えたことを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項１に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構はさらに、上記外部操作手段として手動で操作されるＡＦ開始操作部を備え、
上記第１の制御態様は、このＡＦ開始操作部が所定の第１の操作態様で操作される度に実行されることを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項２に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構において、上記第２の制御態様は、上記ＡＦ開始操作部が上記第１の操作態様とは異なる第２の操作態様で操作されたときに実行されることを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項１に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構はさらに、上記ＡＦ開始操作部として手動で操作される第１、第２のＡＦ開始操作部を備え、
上記第１の制御態様は、上記第１のＡＦ開始操作部が操作される度に実行されることを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項４に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構において、上記第２の制御態様は、上記第２のＡＦ開始操作部が操作されたときに実行されることを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項３に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構において、上記第２の操作態様とは、上記ＡＦ開始操作部が所定時間内に２回操作されることであり、
上記焦点調節レンズを上記第２の合焦位置に移動させる上記制御は、上記ＡＦ開始操作部の上記２回の操作のうちの２回目の操作を受けて実行されることを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項５または６に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構はさらに、上記ＡＦ開始操作部が操作される度に、移動された後の焦点調節レンズの位置を記憶するレンズ位置記憶手段を備え、
上記制御手段は、上記第２の制御態様では、上記レンズ駆動手段を制御して、焦点調節レンズを上記レンズ位置記憶手段に記憶されている上記位置以外の位置へ移動させることを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項６に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構は、上記ＡＦ開始操作部が操作される度に、移動された後の焦点調節レンズの位置を記憶するレンズ位置記憶手段を備え、上記制御手段は、上記ＡＦ開始操作部が上記所定時間内に２回操作されないときは、上記レンズ位置記憶手段に記憶された焦点調節レンズの位置を全て消去することを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の視準望遠鏡の自動焦点調節機構は、測量機に搭載されていることを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
光軸に沿って移動可能に案内された焦点調節レンズを有する望遠光学系と；
この望遠光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と；
上記焦点調節レンズを光軸に沿って移動させるレンズ駆動手段と；
手動で操作されるＡＦ開始操作部と；
このＡＦ開始操作部が操作される度に、上記焦点検出手段による検出結果に基づいて上記レンズ駆動手段を制御して上記焦点調節レンズを光軸上の合焦位置に移動させる第１のＡＦ動作を実行する制御手段と；
を備え、
この制御手段は、上記第１の制御態様での上記レンズ駆動手段の制御完了後、上記ＡＦ開始操作部が所定時間内に複数回操作されたときに第２のＡＦ動作を実行し、
上記第２のＡＦ動作では、上記ＡＦ開始操作部の上記複数回の操作のうちの最後の操作の直後、上記焦点調節レンズが上記合焦位置以外の第２の合焦位置へ移動されるまで上記レンズ駆動手段を制御して上記焦点調節レンズを移動させ、
上記第２の合焦位置を、上記焦点調節レンズの移動中に繰り返し作動される上記焦点検出手段による検出結果に基づいて決定することを特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。
光軸に沿って移動可能に案内された焦点調節レンズを有する望遠光学系と；
この望遠光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と；
上記焦点調節レンズを光軸に沿って移動させるレンズ駆動手段と；
手動で操作されるＡＦ開始操作部と；
このＡＦ開始操作部が操作される度に、操作されたときの焦点調節レンズ群の光軸上のレンズ位置を記憶し、上記焦点検出手段による検出結果に基づいて上記レンズ駆動手段を制御して上記焦点調節レンズを光軸上の合焦位置に移動させる制御手段と；を備え、
この制御手段は、上記焦点調節レンズが合焦位置に位置しているときに上記ＡＦ開始操作部が所定時間内に二回以上操作されたときは、二回目以降の上記ＡＦ開始操作部が操作されたときに、最初のＡＦ開始操作部が操作されたときに記憶した上記合焦レンズ位置を排除レンズ位置として記憶し、上記焦点調節レンズを上記排除レンズ位置以外の合焦位置に移動するまで、上記焦点検出手段による合焦位置検出を繰り返しながら上記レンズ駆動手段を制御して上記焦点調節レンズを移動させること、を特徴とする視準望遠鏡の自動焦点調節機構。