JPH0576605B2

JPH0576605B2 -

Info

Publication number: JPH0576605B2
Application number: JP59195011A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomi Nagaoka; Yoshiteru Matsuda; Yoshiaki Hirao; Ryuichiro Kuga; Hiroyuki Asakura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-09-18
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1993-10-25
Also published as: JPS6173118A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、赤外線光を投射し三角測距原理に基
ずくビデオカメラの自動焦点調整装置に関するも
のである。

従来例の構成とその問題点第１図に赤外線光を用いた三角測距原理に基ず
くビデオカメラの自動焦点調整装置（以下アクテ
イブ式焦点調整装置と称する。）の原理図を示す。
同図において、投光手段１より投光された測距用
赤外光は投光レンズ２を経て測距対象物３に到達
した後、反射して収束レンズ４を経て受光素子５
に入射する。この際、投光手段１および受光素子
５と測距対象物３との距離が変化すれば、反射光
の受光素子５への入射角度あるいは反射光の受光
素子表面における入射位置が変化する。この反射
光の入射角度あるいは、上記入射位置に基ずき演
算器６は所定の演算を行なう。レンズ駆動装置７
は演算器６の演算結果に基ずき、複数枚のレンズ
から成る撮影レンズを適切なフオーカシング位置
に駆動し焦点調整が完了する。

次に、従来例として、上記受光素子５として
PSD（Position Sensitive Device）等の周知の光
位置検出器を用い、光位置検出器より取り出され
る２つの光電流の比を演算することにより、被写
体と上記投光手段間の距離に対応する信号を得
て、この信号に基ずいて、ビデオカメラのピント
調整を行なう方法について説明する。

第２図は、上記従来例の投受光部の幾何学的配
置と測距原理を示したものである。第３図は、上
記従来例における演算器等の構成要素を示すブロ
ツク図である。

赤外発光ダイオード９（以下、赤外LEDと称
す）から放射された赤外線光は投光レンズ１０に
より収束された被写体１１に投射される。被写体
よりの反射光は収束レンズ１２により収束され、
光位置検出器１３の受光面上にスポツト像を結
ぶ。光位置検出器の有効な受光面の長さをl₀、投
光レンズ受光レンズの光軸は平行となるように配
置されており、光軸間の距離ｄ、受光レンズの焦
点距離、被写体と投光レンズ間の距離Ｌとす
る。Ｌが無限遠方の時、スポツト像がPSDの中
心に結像し、光位置検出器より取り出される電流
I₁，I₂が等しくなるように光位置検出器の中心位
置が調整されている。光位置検出器の中心位置よ
り、距離Ｌの時のスポツト像の結像位置の位置量
をｘする。この時、変位量ｘは、次式で表わされ
る。

ｘ＝ｄ・／Ｌ ……(1) また、光位置検出器１３から出力される２つの光
電流I₁，I₂は、それぞれの出力端電極１４，１５
とスポツト像の結像位置までの距離に反比例す
る。即ち、 I₁＝l₀／２−ｘ／l₀・I₀ ……(2) I₂＝l₀／２＋ｘ／l₀・I₀ ……(3) 上式のI₀は、スポツト像の光量により生じる全
電流量を表わす。次に(1)，(2)，(3)式を変形する
と、 I₁−I₂／I₁＋I₂＝−2d・／l₀・１／Ｌ ……(4) となる。(4)式によれば、被写体までの距離の逆数
（１／Ｌ）と（I₁−I₂／I₁＋I₂）なる量が比例すること
がわかる。通常の撮影レンズの焦点調整機構であるヘ
リコイドの回転角度と被写体までの距離Ｌの逆数
とは、ほぼ比例するから、（I₁−I₂／I₁＋I₂）なる量と
、撮影レンズのヘリコイドの回転角とを検知すれば
自動焦点調整が可能である。

次に、第３図を用いて従来より知られている演
算処理方法について説明を行なう。

LED駆動回路１６により駆動された赤外LED
１７より発生した赤外線光は投光レンズ１８によ
り被写体へ投射される。被写体よりの反射光は収
束レンズ１９により収束され光位置検出器２０の
受光面にスポツト像を結像する。一般に光位置検
出器２０よりの出力信号は、上記赤外LED１７
による成分と、太陽光、螢光灯光などの背景光に
応答した成分も含まれているので、それを区別す
るため、赤外LED１７をある所定の周波数_cでパ
ルス駆動し、光位置検出器２０より上記所定の周
波数_cに相当する交流成分を取り出すことにより
所要の信号成分を検出する手法が用いられる。光
位置検出器２０よりの出力電流I₁，I₂は、各々、
第１、第２の電流電圧変換器２１，２２により電
流電圧変換され、次いで第１、第２のコンデンサ
２３，２４を経て第１、第２の増幅器２５，２６
へ供給され、交流成分である信号成分のみ所定の
倍率で増幅される。次に、第１、第２の増幅器２
５，２６の出力信号は、各々、第１、第２の中間
周波数通過フイルタ２７，２８（以下BPFと称
する）へ供給される。BPFは、その中心周波数
が赤外LED１７の駆動周波数_cと一致するよう構
成されており、信号成分に対する雑音成分の比を
大きく改善する機能をもつている。第１、第
2BPF２７，２８の出力信号は各々、第１、第２
の整流器２９，３０を経て、第１、第2BPFの出
力の交流信号振幅値に比例した直流電圧V₁，V₂
を出力する。加算器３１は、上記V₁，V₂を加算
し、｛V₁＋V₂｝に比例した信号V₊を出力し、減
算器３２は、上記V₁，V₂を減算し｛V₁−V₂｝に
比例した値V_-を出力する。

V₊＝α・｛V₁＋V₂｝ ……(5) V_-＝β・｛V₁＋V₂｝ ……(6) α，βは定数第１の積分器３３は、加算器３１の出力する直
流電圧値に応じた電圧電流変換を行ない定電流で
コンデンサに充電を行ない時間の経過につれて、
ほぼ直線状に増加するような波形の積分値V₊ ^*を
出力するように構成する。第２の積分器３４は、
減算器３２の出力する直流電圧値に応じた電圧電
流変換を行ない定電流でコンデンサに充電を行な
い時間の経過につれて、ほぼ直線状に増加するよ
うな波形の積分値V^* _-を出力するように構成する。
上記一連の演算処理は線形性を保持した処理であ
るので、第１積分器３３の出力値V₊ ^*は、｛I₁＋
I₂｝に比例し、第２積分器３４の出力値V_- ^*は、
｛I₁−I₂｝に比例したものとなる。以下第４図も
併用して説明をつづける。第４図波形ａは、赤外
LEDの発光を示す波形図である。ある一定周期
で断続的に発光させると共に、発光期間は駆動周
波数_cでパルス発生させている。波形ｂ，ｃは、
各々、加算器３１および減算器３２の出力波形例
を示したものである。波形ｄ，ｅは、各々、第１
積分器３３、第２積分器３４の出力例を示したも
のである。第１積分器の出力V₊ ^*は比較器３５へ
供給され、基準電圧V_R３６との比較を行なう。
第４図ｄに示すように、基準電圧値V_RとV₊ ^*波
形の交点で比較器３５の出力は極性が反転してパ
ルス信号を発生する。波形V₊ ^*，V_- ^*ｅは、共に
同一時刻で積分を開始しており、かつ、V₊ ^*、
V_- ^*はI₁，I₂と次式の関係にある。

V₊ ^*＝Ａ・｛I₁＋I₂｝・ｔ ……(7) V_- ^*＝Ｂ・｛I₁−I₂｝・ｔ ……(8) ｔ：積分時間、Ａ，Ｂは定数従つてV₊ ^*＝V_Rとなる時間における第２積分器
の出力レベルV_Fを検出すれば、実質的に
（I₁−I₂／I₁＋I₂）に応答した信号を得ることができ、
この値は、既に説明しているように被写体までの距
離Ｌの逆数（１／Ｌ）に比例した信号となる。上記 V_Fなる第２積分器出力信号は、アナログ−デジ
タル変換器３７へ供給され、デジタル信号に変換
される。一方、撮影レンズ３８のピント位置は、
レンズ・エンコーダ３９により検出され、撮影至
近距離から無限遠までの範囲（ヘリコイドの角度
等）を64分割した６ビツトの位置信号として出力
される。レンズ・エンコーダは、撮影レンズのフ
オーカシングレンズ部に通常設けられるヘリコイ
ド等の焦点調整機構と機械的に接触を保ち、その
焦点調整のために移動して位置検出信号を出力す
るようなものが使用される。デジタルコンパレー
タ４０は、上記アナログデジタル変換器３７の出
力信号ａと上記レンズエンコーダ３９の出力信号
ｂとの各対応する桁のビツトを比較する。レンズ
駆動部４１は、デジタルコンパレータ４０の出力
を受けａ＝ｂとなるように撮影レンズ３８の焦点
調整を行ない、最適なピント位置にて停止させ自
動調整が完了する。

ここでビデオカメラ用オートフオーカス装置に
必要な所要性能について考えてみると、一般に家
庭用ビデオカメラは６倍ズームレンズが標準装備
となつており、至近１ｍ程度から20ｍまでの範囲
に渡つて十分にピント精度が要求されている。次
に、アクテイブ式焦点調整装置において、取り扱
うべき信号のダイナミツクレンジについて考え
る。一般に受光素子に入射する光量は、赤外
LEDの発光量に比例し、被写体の赤外反射率に
比例し、かつ被写体までの距離Ｌの２乗に反比例
する。仮に反射率10％〜100％、距離１ｍ〜20ｍ
を測距の対象とするならば、１：4000という非常
にダイナミツクレンジの広い信号を扱かうことに
なる。従つて、アクテイブ式焦点調整装置の性能
を決める要因としては、受光素子および初段増幅
器での信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）と、上記のごとく
広いダイナミツクレンジにわたり、回路素子のバ
ラツキ、温度変化、直流オフセツト等の要因に対
し、十分線形性の良い信号演算処理が可能である
のか否かが問題となつて来る。上記の観点から第
３図の従来例について考えて見ると次のような問
題点を有している。第１点としては、光位置検出
器２０よりの出力信号I₁，I₂を、各々、電流電圧
変換器、増幅器、BPF、整流器を経てV₁，V₂な
る信号を得るのであるが、この時、I₁−V₁系の利
得g₁とI₂−V₂系の利得g₂とすると、測距信号V_F
（第４図に示したもの）は、実質的に、 V_F∝g₁I₁−g₂I₂／g₁I₁＋g₂I₂ ……(9) となる。従つてg₁＝g₂であれば、測距距離の変化
に対応するI₁，I₂の相対的な変化に対し、本来の
線形性が保たれているので測距精度上の誤差は発
生しない。しかし、従来例の構成のままでは、
g₁，g₂の整合性を確保することは非常に困難であ
る。たとえば、BPFでのバラツキ、温特補償を
行なうことは不可能に近いことである。

第２点としては、所要の信号ダイナミツクレン
ジに対してV_Fを精度よく発生させることが非常
に困難であるという問題点がある。第１積分器３
３、第２積分器３４に要求される機能を実現する
回路構成を第５図に示す。加算器３１の出力信号
V₊は、入力端子４２より入力され、反転増幅器
４３により信号の極性が反転される。スイツチ４
４は赤外LED１７の発光期間以外は閉じられて
おり、出力端子４５には演算増幅器４６の非反転
入力端子に加えられる基準電圧４７がそのまま出
力される。次に発光期間においては、スイツチ４
４は開放となり、反転増幅器４３の出力電圧と上
記基準電圧４７との電位差を抵抗器４８で割算し
た値によつて決まる一定電流値でコンデンサ４９
へ充電を行ない、出力端子４５には、時間に対し
直線状に増加する三角形状の電圧波形が出力され
る。上記構成で、受光素子での受光量が零の時に
は、入力端子４２は信号成分が現われず一定の直
流電圧値となるので、この時スイツチの開閉に対
し上記三角形状の電圧波形が出力端子に発生しな
いように初期調整を行なつておく。しかし温度変
化、電源変動に対し本来無信号であるにもかかわ
らず、積分波形が出力端子４５に生じる場合があ
る。これは、入力端子での直流電圧値の変動や、
反転増幅器４３のオフセツト電圧や演算増幅器の
オフセツト電圧の変動等が存在するためである。
このオフセツト電圧に対する積分出力値は直接測
距誤差となるので、上記電源変動・温度変化に対
するオフセツト変動量は、ある許容値以内に制限
しておく必要がある。

一般にビデオカメラは低消費電力化が強く要望
されており、第５図に示した回路も5V程度の電
源電圧で動作させる必要がある。所要の信号ダイ
ナミツクレンジを仮に１：400（距離１ｍ〜20ｍ、
反射率100％）に制限して考えた時、上記反射増
幅器４３の出力での最大信号レベルは1V程度に
設計し、最小信号レベルを2.5mVに設計するのが
最も妥当である。積分時定数（第５図の抵抗器の
値とコンデンサの容量値の積）および、最大積分
時間T_naxは、所要の最小信号レベルにおいて測
距が実行されるような値に設定する。ここで測距
が実行されるという事は、第１積分器出力V₊ ^*が
最大積分時間T_nax以内に、基準電圧値V_Rに達し、
比較器出力の極性が反転しアナログ−デジタル変
換器へV_Fの値の読み込み動作が生じることを意
味する。従つて最小信号レベル2.5mVで測距が実
行されるように積分時定数、最大積分時間T_nax
を設定すれば、最大信号レベル1Vについては
T_nax／400の時間で測距が実行されることにな
る。以上は、第３図、第５図に示した回路構成が
理想的に働らく場合であるが、電源電圧変動や温
度変動等に対し、数mV程度のオフセツト電圧の
発生は避けられない。従つて、信号レベルが小さ
い時については、信号とオフセツト量との区別が
できないので精度の良い測距動作を保証すること
は不可能である。

以上の説明より明らかなように、上記従来例の
構成のままでは、実用上ビデオカメラの自動焦点
調整機能に要求される所要性能を実現することは
不可能である。

発明の目的本発明の目的は、高精度な測距性能を有し、ビ
デオカメラの撮影レンズの機構設計に大きな障害
を与えることなく測距用投受光器を設置可能なビ
デオカメラの自動焦点調整装置を実現することで
ある。

発明の構成本発明のビデオカメラの自動焦点調整装置は、
測距用赤外光を発光する発光源と上記発光源を駆
動する発光源駆動部と、上記測距用赤外光の測距
すべき被写体よりの反射光を集光する収束レンズ
と、その収束レンズの焦点位置に設置され上記反
射光の結像スポツト位置に応じて一定の割合で第
１、第２の光電流を出力する光位置検出器と、上
記第１、第２の光電流を電流電圧変換する第１、
第２の電流電圧変換器と、上記第１、第２の電流
電圧変換器の各々の出力信号の加算を行なう加算
器と、同じく上記第１、第２の電流電圧変換器の
各々の出力信号の減算を行なう減算器と、上記加
算器の出力信号と第１の制御信号が供給される第
１の可変利得増幅器と、上記減算器の出力信号と
上記第１の制御信号が供給される第２の可変利得
増幅器と、上記第１、第２の可変利得増幅器の
各々の出力信号が供給される第１、第２の帯域増
幅器と、上記第１、第２の帯域増幅器の各々の出
力信号が供給される第１、第２の検波器と、上記
第１、第２の検波器の各々の出力信号が供給さ
れ、上記検波器の出力信号に応答した大きさの定
電流にてコンデンサを充電し、ほぼ直線的に増加
もしくは減少する電圧値を出力する第１、第２の
積分器と、上記第１積分器の出力信号と基準電圧
信号が供給され両信号のレベル比較を行なうレベ
ル判定器と、撮影レンズのピント調整を行なうフ
オーカシングレンズ群のヘリコイドの回転角を機
械的に検出し電気信号に変換して出力するレンズ
エンコーダと、上記第２積分器の出力信号と上記
レンズエンコーダ出力信号の比較を行なう比較器
と、上記比較器の出力信号に応答して上記撮影レ
ンズのフオーカシングレンズ群の位置を前方また
は後方へ駆動させるレンズ駆動部と、上記レンズ
エンコーダ出力信号と上記第１検出器出力信号が
供給され、上記発光源駆動部を制御する第２の制
御信号と、上記第１、第２可変利得増幅器の利得
を制御する前記第１の制御信号を発生させる誤差
検出器を具備し、上記レンズエンコーダの出力値
が、上記第１積分器の出力信号と上記基準電圧信
号とが一致した時刻における上記第２積分器の出
力信号に対応する値に到達するまで上記レンズ駆
動部により撮影レンズのフオーカシングレンズ群
を駆動し最適なピント位置にて停止するように構
成したものであり高精度な測距性能を有するビデ
オカメラの自動焦点調整装置を実現するものであ
る。

実施例の説明以下、本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。本発明の基本構成は赤外線投射
三角測距原理に基ずくものであり第１図に示した
構成と全く同一である。また、投受光部の幾何学
的配置や測距原理についても第２図に示したもの
と全く同一である。従つて以下本発明の要点であ
るところの演算器の構成について、第６図を用い
て説明を行なう。

投光器５０は、ある一定の周期で間欠的に発光
すると共に発光期間内では、ある周波数_sでもつ
てパルス駆動されている発光源５１と発光源駆動
部５２より構成されている。以下、発光源５１と
して赤外LEDを使用する場合について説明を行
なう。赤外LED５１よりの赤外光は投光レンズ
５３により被写体へ投射される。被写体よりの反
射光は収束レンズ５４を介して光位置検出器５５
の受光面上にスポツト像を結ぶ。ここで、光位置
検出器は、前記従来例の説明において用いたもの
と同様の素子を使用するものとする。光位置検出
器５５よりの第１、第２の出力電流I₁，I₂は、
各々、第１、第２の電流電圧変換器５６，５７へ
供給され電圧信号に変換される。なお、出力電流
I₁，I₂は、一般に赤外LED５１の駆動周波数_sの
成分以外にも不要な成分として太陽光や人工照射
光に対応する直流成分から60Hz、120Hz等の低周
波成分等を含んでおり、上記第１、第２電流電圧
変換器の出力には、上記の不要な成分が出力され
ないように構成する。第１、第２電流電圧変換器
５６，５７の出力信号は、加算器５８および減算
器５９へ供給され、各々、I₁＋I₂，I₁−I₂に対応
した信号を出力する。加算器５８および減算器５
９の出力信号は、各々、第１、第２の可変利得増
幅器６０，６１へ供給され、第１制御信号６２に
より利得が調整される。上記第１、第２の可変利
得増幅器の出力信号は、各々、第１、第２の帯域
増幅器６３，６４を経て第１、第２の検波器６
５，６６へ供給される。上記帯域増幅器は、上記
赤外LEDの駆動周波数_sを中心周波数とする狭帯
域の周波数成分のみを増幅し通過させるように構
成し、信号対雑音比を向上させる機能を有してい
る。上記第１、第２検波器６５，６６は、各々、
第１、第２帯域増幅器の出力信号振幅値に応答し
た直流信号U₊，U_-を出力する。第１検波器６５
の出力信号U₊は、誤差検出器６７へ供給され、
上記第１、第２可変利得増幅器の利得を可変させ
る第１制御信号６２と、前記発光源駆動部５２を
制御する第２制御信号６８を出力する。赤外
LED５１の発光量は、実質的に第２制御信号６
８により調整されることになる。第１積分器６９
は、第１検波器６５の出力信号U₊が供給され、
U₊の直流電圧値に応じた電圧電流変換を行ない、
定電流にてコンデンサに充電を行ない、時間の経
過につれてほぼ直線状に増加もしくは減少するよ
うな波形の積分値U₊ ^*を出力するように構成す
る。第２積分器７０は、第２検波器６６の出力信
号U_-が供給され、U_-の直流電圧に応じて電圧電
流変換を行ない定電流にてコンデンサに充電を行
ない、時間の経過につれてほぼ直線状に増加もし
くは減少するような波形の積分値U_- ^*を出力する
よう構成する。第７図は、各部の信号波形例を示
したものである。波形ａは、赤外LED５１の駆
動波形、波形ｂ，ｃは、各々、第１、第２電流電
圧変換器５６，５７の出力信号波形例、波形ｄ，
ｅは、各々、第１、第２検波器６５，６６の出力
信号U₊，U_-の波形例を示したものである。第１
積分器６９の出力信号U₊ ^*はレベル判定器７１へ
供給され基準電圧信号V_P７２との比較を行ない
U₊ ^*＝V_Pとなる時刻でパルス信号を発生させる。
第７図波形ｇは、上記パルス信号を示したもので
ある。

以上の信号処理において、 U₊ ^*＝C₁・｛I₁＋I₂｝・ｔ ……(10) U_- ^*＝C₁・｛I₁−I₂｝・ｔ ……(11) C₁，C₂は定数、ｔは積分時間上式の関係が成り立つのでU₊ ^*＝V_Pとなる時
刻でU_- ^*の値（以下U_Fと称す）を常に検出する
ようにすれば、U_Fは｛I₁−I₂／I₁＋I₂｝の値に比例した信号となる。｛I₁−I₂／I₁＋I₂｝の値は既に説明したよ
うに光位置検出器の性質上、距離Ｌの逆数に比例す
るので、U_F∝１／Ｌとなり、U_Fの値を用いてビデオカメラのフオーカス調整を行なうことができる。
第７図の波形ｈはU_- ^*の波形を示したものであ
る。U_Fは、レベル判定器７１の出力パルス波形
ｇの立ち上り時点での、U_- ^*の振幅値となる。第
８図は、第１、第２積分器６９，７０の具体的な
回路構成について示したものであり、第１検波器
６５の出力信号U₊は、入力端子７３より供給さ
れる。スイツチ７４は、赤外LEDが発光しない
期間については閉じられており、演算増幅器７６
の非反転入力端子へ加えられている基準電圧７５
がそのまま出力端子７７へ現われる。逆に発光期
間では、スイツチ７４は開放となり、入力端子７
３に加わる電圧と基準電圧７５の電位差を抵抗器
７８で割り算した定電流値でコンデンサ７９へ充
電を行なう。ここで、スイツチ７４を閉から開に
するタイミングとしては、第７図波形ｆに示した
ように、一定時間｛τ｝だけ遅くする必要があ
る。これは、U₊，U_-の立ち上り部分の過渡応答
時間を避けるためである。上記U_Fなる第２積分
器７０の出力信号は比較器８０へ供給される。一
方、撮影レンズのピント位置はレンズエンコーダ
８１により検出され、撮影至近距離から無限遠ま
での範囲（実際には、ヘリコイドの角度等）を64
分割した６ビツトの位置信号b′として出力され、
比較器８０へ供給される。比較器８０は、アナロ
グ−デジタル変換器８２と、デジタルコンパレー
タ８３より構成されており、上記U_Fなる信号は、
アナログ−デジタル変換器８２で６ビツトのデジ
タル信号a′に変換される。デジタルコンパレータ
８３は、上記デジタル信号a′と、上記位置信号
b′との比較を行なう。レンズ駆動部８４は、デジ
タルコンパレータ８３の出力を受け、a′＝b′とな
るように撮影レンズ８５の焦点調整を行ない最適
なピント位置にて停止させ自動調整が完了する。

第９図は、誤差検出器６７の詳細な構成を示し
たものである。誤差検出器６７は第１、第２の切
替回路８６，８７と差動増幅器８３を含んで構成
されている。第１切替回路８６は、高レベル、低
レベルの２状態を有する切替信号８９の状態に応
じて第１基準電圧信号９０を出力するか、あるい
は第１検波器６５の出力信号U₊９１を出力する
かの切替えを行なう。第１切替回路の出力信号は
前記第１制御信号６２である。第１制御信号６２
が一定の基準電圧信号の時は、第１、第２可変利
得増幅器６０，６１は一定利得で働らくことにな
る。また第１制御信号６２が第１検波器６５の出
力信号U₊を出力する時には、第１可変利得増幅
器６０、第１帯域増幅器６３、第１検波器６５、
誤差検出器６７で閉ループを構成し、第１可変利
得増幅器６０の入力信号が変化しても、第１検波
器６５の出力信号U₊の値が常に一定値となるよ
うに第１可変利得増幅器６０の利得を自動調整す
るように負帰還ループ構成となる。この時第２可
変利得増幅器６１も同様に第１制御信号により利
得調整されているので、U₊の振幅値に追従して
第２検波器６６の出力信号U_-もレベル調整され
ることになる。一方、第２切替回路８７は、上記
切替信号８９により、第２基準電圧信号９２を出
力するか、差動増幅器８８の出力信号を出力する
かの切替えを行なう。差動増幅器８８は、第１検
波器６５の出力信号U₊９１と第３基準電圧信号
９３との差を増幅する機能をもつ。第２切替回路
８７の出力信号は第２制御信号となる。第２制御
信号６８として差動増幅器８８の出力が現われて
いる時には、発光源駆動部５２、赤外LED５１、
光位置検出器５５、第１、第２電流電圧変換器５
６，５７、加算器５８、第１可変利得増幅器６
０、第１帯域増幅器６３、第１検波器６５、誤差
検出器６７による閉ループが構成され、第１検波
器６５の出力信号U₊に応じて赤外LED５１の発
光量を可変させ、U₊の値が一定となるような自
動光量調整機能が働らくような負帰還ループ構成
とする。第２制御信号６８が一定電圧値である時
には、赤外LED５１の発光量は、常にあらかじ
め設定された最大発光量で発光するように構成す
る。

以上、本発明の一実施例の構成方法について詳
細に説明した。次に、本発明の特徴である高精度
な測距性能を得るための要点について説明する。
第１点は、I₁，I₂の和差演算を初期の段階で行な
い、I₁系、I₂系の利得のバラツキに対し有利な信
号処理構成にしている点である。すなわち、従来
構成では、和差演算を行なうまでに、交流信号分
の増幅器、BPF、整流器等を介することになる
ので、各ブロツクでの利得バラツキが重畳し、総
合的に、I₁系とI₂系の利得比が大きくなり測距精
度を大きく劣化させる要因であつたが、本発明に
よる構成では、I₁系とI₂系の利得比の不整合要因
は、初段の電流電圧変換器のみに限定されるの
で、上記問題点を大きく改善することができる。
また、従来例では、整流された後の直流信号レベ
ルでの和差演算であるため、必然的にオフセツト
電圧成分の重量による直流動作点の変動が生じ、
これが直接測距精度を劣化させていたが、本発明
では、交流信号段階での和差演算を行なうので、
上記の問題は一切生じない。

第２点は、第１、第２積分器へ入る信号のダイ
ナミツクレンジを圧縮することにより、上記積分
器の入力段でのオフセツト電圧量に対するマージ
ン大きく改善された点である。前記従来例の説明
において、信号ダイナミツクレンジを仮に１：
400（距離１ｍ〜20ｍ、被写体反射率100％）とし
た時に、積分器入力では実用的な回路構成上、お
およそ2.5mV〜1Vの信号を積分することになる
のに対し、電源電圧変動・温度変化により数mV
以上もの直流オフセツト電圧の発生が見込まれ、
積分器入力での信号レベルが小さい時には、上記
オフセツト電圧量と信号電圧量の区別がつかず誤
動作を生じると説明した。従つて、信号レベルを
１／１０に圧縮して、25mV〜1Vとすれば、オフセ
ツトに対するマージンを10倍改善することができ
る。同じく、信号レベルを1/100に圧縮して
250mV〜1Vとすれば、オフセツトに対するマー
ジンを100倍改善することになり、上記直流オフ
セツト電圧の影響はほとんど無視できるようにな
る。信号レベルの圧縮の方法としては、可変利得
増幅器６０，６１の利得を変化させる方法が考え
られる。信号レベルを1/100に圧縮するためには、
可変利得増幅器６０，６１で、40dBの利得変化
をもたせる必要があるが、しかし、この場合、可
変利得増幅器６０，６１は共に第１制御信号６２
により制御されているため、測距精度を劣化させ
ないためには、２つの可変利得増幅器６０，６１
の第１制御信号に対する利得特性の整合性が十分
に確保されている必要がある。もし上記整合性が
とれていないと、たとえば、光位置検出器５５の
出力電流I₁，I₂として、I₁−I₂／I₁＋I₂の比が同一であ
るにもかかわらず、光量値の大小（I₁＋I₂の絶対
量）により、可変利得増幅器６０，６１以後のI₁
−I₂系とI₁＋I₂系の利得比にアンバランスが生じ、
最終的な測距信号U_Fの値が異なることになる。
実用的な回路構成において、40dBもの範囲で制
御電圧に対し利得整合性の良好な可変利得増幅器
６０，６１を実現することは非常に困難である。
従つて、可変利得増幅器６０，６１の利得変化幅
を20dB程度に制限する必要がある。

以上の問題点から、本発明では単に可変利得増
幅器を用いる自動利得調整機能だけでなく、赤外
発光ダイオードの発光量自動調整機能を併用する
ことにより、信号レンジの圧縮を行ない、積分器
でのオフセツトに対するマージンの向上を図つて
いる。発光量の自動調整は、近距離では一般に受
光量が大きくＳ／Ｎも十分であると考えられるの
で、発光量を減少させても実質的に測距性能上は
ほとんど問題が発生しないという理由で基ずくも
のである。信号ダイナミツクレンジ圧縮の方法と
して、言い換えれば、受光量の変動に対し検波器
６５の出力信号U₊の値が常に一定になるように
自動調整する方法として、上記自動利得調整と発
光量自動調整を併用するのであるが、上記２つの
自動調整機能をビデオカメラの実操作を考えて不
自然さが生じないような条件で、かつ、回路動作
が不安定とならないような条件で動作させる必要
がある。第７図波形ｉは、切替信号の波形を示し
たものである。赤外LEDの発光期間Ｔ（波形ｂに
図示）において、初期の期間T₁においては、主
として発光量自動調整を働らかせ、自動利得調整
が働らかないように誤差検出器６７の状態を切替
える。次に発光期間T₂においては、赤外LEDは
期間T₁での発光量自動調整で定まる、ある一定
光量で発光を続け、さらに自動利得調整が働ら
き、第１検波器６５の出力信号U₊がある一定値
になるように振幅調整が行なわれる。ここで既に
説明したように積分器６９，７０の積分開始時刻
は、上記発光量自動調整期間、自動利得調整期間
での過度応答時間を避けるため、時間τだけ遅延
させる必要がある。本方式は一回の発光で測距が
完了し撮影レンズのピント調整を行なうことがで
きるので、基本的な発光の繰り返し周期を比較的
自由に設計できる。操作性の点から数Hzで測距を
繰り返すとすれば実用回路構成上、十分に安定し
た自動調整および切替が実現可能である。なお、
発光量自動調整は、Ｓ／Ｎの点で測距精度を劣化
させることのないよう、主として近距離で受光量
が十分と考えられる場合にのみ発光量を低下させ
るように構成し、受光量が少くなる遠距離や低反
射率の被写体の場合には、赤外LEDの信頼性を
保証し得る範囲内で最大発光量が得られるよう構
成する。上記の構成により、信号ダイナミツクレ
ンジの圧縮という点からは、発光量自動調整は主
として受光量の大きい場合の圧縮を行ない、自動
利得調整は主として受光量の小さい場合の圧縮を
行なうことになる。以上説明したように、２つの
自動調整機能を併用することにより、実用上
40dB以上の信号のダイナミツクレンジの圧縮が
容易に実現でき、従つて、積分器への許容オフセ
ツト量に対するマージンを大幅に改善することが
できる。

なお、第６図に示した本発明の実施例におい
て、可変利得増幅器６０，６１と帯域増幅器６
３，６４の前後位置を入れ替えても実用上、同一
の機能が実現できる。また、上記説明では、レン
ズエンコーダ８１、アナログ−デジタル変換器８
２等で６ビツトのデジタル信号を扱う場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく必
要に応じビツト数を増減してもよい。また、上記
説明では、測距用赤外光を投光レンズ５３を用い
て投射する場合について説明したが、撮影レン
ズ、あるいは撮影レンズを構成するレンズ群の一
部と赤外光を反射あるいは屈折させる光学系を用
いて投射を行なつても、同様の自動焦点調整を実
現できる。

発明の効果以上詳細に説明したように本発明は、光位置検
出器の２つの出力電流の加算値による積分値と、
同じく２つの出力電流の減算値による積分値とを
演算し、加算値による積分値がある一定値に達し
た時刻における減算値による積分値の値と、レン
ズエンコーダの出力値が一致するように撮影レン
ズのフオーカシングレンズ群を駆動することによ
り撮影レンズのピント調整を行なう装置におい
て、上記２つの出力電流の和差演算を初期の段階
で実施することにより回路素子のバラツキに起因
する測距誤差を大きく改善すると共に、発光量自
動調整および自動利得調整により信号のダイナミ
ツクレンジ圧縮を行なうことにより、上記積分値
の信頼性を大きく向上させ、高精度な測距信号を
得ると共に、これを用いて精度のよいビデオカメ
ラのフオーカシング機能を実現することを可能と
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤外線投射三角測距原理に基ずく自動
焦点調整装置の原理図、第２図は従来例および本
発明で用いる光位置検出器の動作原理を示す模式
図、第３図は従来例のシステム構成を示すブロツ
ク図、第４図は従来例における各部の応答を示す
信号波形図、第５図は積分器の構成を示すブロツ
ク図、第６図は本発明のシステム構成を示すブロ
ツク図、第７図は本発明における各部の応答を示
す信号波形図、第８図は積分器の構成を示す回路
図、第９図は誤差検出器の構成を示すブロツク図
である。５１……赤外LED、５２……発光源駆動部、
５４……収束レンズ、５５……光位置検出器、５
６，５７……電流電圧変換器、５８……加算器、
５９……減算器、６０，６１……可変利得増幅
器、６３，６４……帯域増幅器、６５，６６……
検波器、６７……誤差検出器、６９，７０……積
分器、７１……レベル判定器、８１……レンズエ
ンコーダ、８２……アナログ−デジタル変換器、
８３……デジタルコンパレータ、８４……レンズ
駆動部、８５……撮影レンズ、８６，８７……切
替回路、８８……差動増幅器。

Claims

【特許請求の範囲】１測距用赤外光を発光する発光源と、上記発光
源を駆動する発光源駆動部と、上記測距用赤外光
の測距すべき被写体よりの反射光を集光する収束
レンズと、その収束レンズの焦点位置に設置され
上記反射光の結像スポツト位置に応じて一定の割
合で第１、第２の光電流を出力する光位置検出器
と、上記第１、第２の光電流を電流電圧変換する
第１、第２の電流電圧変換器と、上記第１、第２
の電流電圧変換器の各々の出力信号の加算を行な
う加算器と、同じく上記第１、第２の電流電圧変
換器の各々の出力信号の減算を行なう減算器と、
上記加算器の出力信号と第１の制御信号が供給さ
れる第１の可変利得増幅器と、上記減算器の出力
信号と上記第１の制御信号が供給される第２の可
変利得増幅器と、上記第１、第２の可変利得増幅
器の各々の出力信号が供給される第１、第２の帯
域増幅器と、上記第１、第２の帯域増幅器の各々
の出力信号が供給される第１、第２の検波器と、
上記第１、第２検波器の各々の出力信号が供給さ
れ、上記検波器の出力信号に応答した大きさの定
電流にてコンデンサを充電し、ほぼ直線的に増加
もしくは減少する電圧値を出力する第１、第２の
積分器と、上記第１積分器の出力信号と基準電圧
信号が供給され両信号のレベル比較を行なうレベ
ル判定器と、撮影レンズのピント調整を行なうフ
オーカシングレンズ群のヘリコイドの回転角を機
械的に検出し電気信号に変換して出力するレンズ
エンコーダと、上記第２積分器の出力信号と上記
レンズエンコーダ出力信号の比較を行なう比較器
と、上記比較器の出力信号に応答して上記撮影レ
ンズのフオーカシングレンズ群の位置を前方また
は後方へ駆動するレンズ駆動部と、切替信号およ
び上記第１検波器出力信号が供給され、上記発光
源駆動部を制御する第２制御信号と、上記第１、
第２可変利得増幅器の利得を制御する前記第１の
制御信号を発生させる誤差検出器を具備し、上記
レンズエンコーダの出力値が、上記第１積分器の
出力信号と上記基準電圧信号とが一致した時刻に
おける上記第２積分器の出力信号に対応する値に
到達するまで、上記レンズ駆動部により撮影レン
ズのフオーカシング群の駆動し最適なピント位置
にて停止するように構成したことを特徴とするビ
デオカメラの自動焦点調整装置。２レンズエンコーダはフオーカシングレンズ群
のヘリコイドの至近距離から無限遠までの撮影距
離に対応する回転角を予め設定された複数個の分
割数に等分し、その分割に応じて決定されるビツ
ト数を有するデジタル信号として出力し、比較器
は第２の積分器の出力する信号電圧範囲を上記レ
ンズエンコーダと同一の分割数に（同一のビツト
数に）分割するアナログ−デジタル変換器と、上
記アナログ−デジタル変換器の出力値と上記レン
ズエンコーダ出力値とを対応する各ビツトごとに
デジタル的に比較するデジタルコンパレータとを
含めて構成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のビデオカメラの自動焦点調整
装置。３第１検波器の出力信号と第１の基準電圧信号
が供給され、切替信号を用いて両信号の切替えを
行ない、いずれか一方もしくは両信号をある一定
比率で加算した信号を第１の制御信号として出力
する第１切替回路と、上記第１検波器の出力信号
と第２の基準電圧信号が供給され、両信号の差を
増幅する差動増幅器と、上記差動増幅器の出力信
号と第３の基準電圧信号が供給され、上記切替信
号を用いて両信号の切替えを行ない、いずれか一
方の信号を第２の制御信号として出力する第２切
替回路を用いて誤差検出器を構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のビデオカメラ
の自動焦点調整装置。