JPH06100716B2

JPH06100716B2 - 自動合焦装置

Info

Publication number: JPH06100716B2
Application number: JP62240702A
Authority: JP
Inventors: 裕信佐藤; 賢治佐野; 隆史安積
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-09-28
Filing date: 1987-09-28
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS6484211A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はビデオカメラなどに用いて好適な自動合焦装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、ビデオカメラには、操作性を高めるために、焦点
を自動的に調節する手段が設けられている。かかる手段
は種々提案されているが、その一例として、たとえば、
特開昭57−20708号公報に記載されているように、発光
手段と受光手段を備え、発光手段から発した光ビームを
被写体に投射し、これからの反射光を受光手段で受光
し、受光手段における受光素子での被写体反射光の入射
位置を検出して焦点を調整するようにした技術が知られ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来技術では、被写体のコントラン
スや形状によって、被写体で反射された赤外スポットに
欠けが生じて測距誤差が生じたり、距離の異なる２つの
物体に光ビームが同時に照射して投射スポットがこれら
２つの物体にまたがり、このために、どちらにも合焦し
ないという問題があった。

本発明の目的は、かかる問題点を解消し、被写体の測距
誤差を低減することができるようにした自動合焦装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的達成のため、本発明では、投射レンズと発光素
子からなる投光部と、受光レンズと受光素子からなる受
光部と、前記投光部から投射した光ビームを被写体に投
射し、該被写体からの反射光を前記受光部で受光し、該
受光部での該反射光の受光状態に応じて撮影レンズを移
動させて焦点調節を行う焦点調節部と、から成る自動焦
合装置において、前記投光部及び受光部を一体に取付けられた投受光ベー
ス部材を、該投光部及び受光部を共通に取付けた該ベー
ス部材の取付け面に垂直な軸に関して、回動可能とする
回動手段と、前記投受光ベース部材を、前記撮影レンズのズーム位置
検出手段により検出されたズーム位置により定まる回動
角の範囲で、前記回路手段により回動させて前記受光部
での受光量が最大となる位置を検出する手段と、を具備
し、その最大となる位置を検出した後、その位置で前記焦点
調節部により前記撮影レンズの焦点調節を行うようにし
た。

〔作用〕

被写体からのスポットに欠けがあると、この欠けのある
反射スポットの光量分布の重心位置により測距動作を行
なうので、測距結果に誤差が生ずる、また、反射スポッ
トに欠けがあると、受光部の受光量は少ない。投光部と
受光部とを上記のように回動させると、被写体に対する
投射スポットの位置が変化し、投射スポットの被写体に
当たる範囲が多くなればなる程受光部の受光量は多くな
る。したがって、受光部の受光量が最大となると、投射
スポット全体が被写体に当たることになり、あるいはま
た、投射スポットが少なくとも最良の状態で被写体に当
たることになり、反射スポットの欠けがなくなるか、も
しくはこの欠けが最小となる。したがって、高精度で測
距が行なえることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。第１図
は本発明による自動合焦装置の一実施例を示す構成図で
あって、１は投射レンズ、２は受光レンズ、３は発光素
子、４は受光素子、５はモータ、６はウォーム、７はウ
ォームホイール、８はポテンショメータ、９はモータ、
10は処理回路、11はフォーカス環、12はギア、13は投受
光部ベースである。

同図において、投射レンズ１、受光レンズ２、発光素子
３、受光素子４およびウォームホイール７が投受光部ベ
ース13に一体的に取りつけられている。このウォームホ
イール７にウォーム６が噛合し、ウォーム６はモータ５
の回転軸に一体に取りつけられている。ウォーム６がモ
ータ５によって回転すると、ウォームホイール７が回転
し、投受光部ベース13がウォームホイール７の回転軸を
中心に回動する。これにより、投射レンズ１、受光レン
ズ２、発光素子３、受光素子４がウォームホイール７の
回転軸を中心とする円状の軌跡上を移動するようになっ
ている。

なお、発光素子３は赤外発光ダイオードや半導体レーザ
などがあり、受光素子４は半導体位置検出素子である。
また、フォーカス環11にはギア12が結合しており、これ
により、モータ９が回転すると、フォーカス環11が回転
して焦点調整が行なわれ、ポテンショメータ８によって
フォーカス環11の回動角（したがって、図示しないフォ
ーカスレンズの位置）が検出される。

第２図は第１図における処理回路10の一具体例を示すブ
ロック図であって、15,16は受光素子４の出力電流を電
圧に変化するプリアンプ、17,18はプリアンプ出力より
信号成分の振幅を直流電圧に変換する検波器、19は検波
器17,18の出力電圧の最大値およびこれら出力電圧の差
と和の比を求める演算器、20はマイクロコンピュータ
（以下、マイコンという）、21は発光素子３の駆動回
路、22はモータ５を駆動するためのモータ駆動回路、23
はポテンショメータ８の基準電圧源、24はモータ９を駆
動するためのモータ駆動回路、25は撮影レンズのズーム
位置を検出するためのポテンショメータ、26はポテンシ
ョメータ25の基準電圧源である。なお、演算器19、駆動
回路21、モータ駆動回路22、ポテンショメータ８、モー
タ駆動回路24、ポテンショメータ25はマイコン20によっ
て制御される。

次に、この実施例の動作を説明する。

第１図および第２図において、投受光部ベース13はある
回動角の状態にあり、この状態でマイコン20は駆動回路
21に制御信号を送って発光素子３を発光させる。発光素
子３により投射された赤外発光ビームは、投射レンズ１
を経て被写体（図示せず）に投射される。被写体で反射
した赤外ビームは、受光レンズ２を経て、受光素子４上
に結像する。受光素子４は２分割センサであって、結像
した受光スポットより、受光素子４の夫々の受光部から
電流i_A，i_Bが発生する。これら電流i_A，i_Bはプリアンプ
15,16で電圧に変換され、検波器17,18で検波されて直流
電圧V_A，V_Bが得られる。これら直流電圧V_A，V_Bは演算器
19に供給される。演算器19では、V_A＋V_Bと（V_A−V_B）／
（V_A＋V_B）の演算処理が行なわれ、これらの演算結果は
夫々マイコン20に記憶される。この一連の動作が合焦動
作の１サイクルの動作である。

次に、マイコン20はモータ駆動回路22に制御信号を送
り、モータ５を回転させて投受光部ベース13を所定角度
だけ回動させる。マイコン20からのこの制御信号は、ズ
ーム用のポテンショメータ25で検出されるズーム位置信
号より決定される。投受光部ベース13が所定角度だけ回
動すると、上記の１サイクルの合焦動作を行なう。この
とき、マイコン20は、光の演算処理によって得られたV_A
＋V_Bと今回の演算処理によって得られたV_A＋V_Bの大小を
比較して大きい方を採用し、これに対する（V_A−V_B）／
（V_A＋V_B）とともに記憶する。

投受光部ベース13の１回当りの回動角は約１度であっ
て、ズーム位置望遠端での回動角は±２度、広角端で回
動角は±９度程度としている。

このように所定の角度ずつ投受光部ベース13を回動させ
て（V_A＋V_B）を判定し、（V_A＋V_B）の最大値が得られる
と、このデータを用いてフォーカス環11の位置決めを行
ない、全動作が終了する。

このような演算処理過程で（V_A＋V_B）が最大となってい
ないということは、被写体で反射された赤外スポットに
欠けがあることを示している。第３図において、いま、
投射レンズ１、受光レンズ２が夫々実線で示す1a,2aの
位置にあり、この投光レンズ１の光軸26に沿って赤外発
光ビームを被写体27に照射ところ、この赤外発光ビーム
のスポット28の斜線でハッチングして示す一部のみが被
写体27に投射されたとすると、このときには、被写体27
からは赤外発光ビームの一部しか反射されず、したがっ
て、演算器19（第２図）で演算される（V_A＋V_B）は小さ
い。

これに対して、投受光部ベース13（第１図）をウォーム
ホイール（第１図）の回転軸7aを中心に矢印Ｐ方向に回
動させたところ、赤外発光ビームのスポット28の被写体
27に投射される部分が増大していったとすると、演算器
19による（V_A＋V_B）は大きくなっていく。。そして、投
受光部ベース13がθだけ回動したときに、赤外発光ビー
ムは光軸26′に沿って進み、スポット28が、符号28′と
して示すように、全体として被写体27が投射されている
とすると、（V_A＋V_B）は最大となる。すなわち、この場
合には（V_A＋V_B）が最大となっているときには、赤外発
光ビームのスポット全体が被写体に投射されていること
になり、このスポットに欠けが生じない。

また、このことは、スポットが距離が異なる２つの物体
にまたがって投射されることを防止していることにもな
るし、被写体にコントラストがあっても、これによる影
響が最大限除かれる。

次に、（V_A＋V_B）が最大となったことによるフォーカス
環11の位置決めについて説明する。

受光素子４の夫々の受光部に得られる電流i_A，i_Bは次式
で表わされる。

i_A＝ｉ・（Ｌ−ｘ）/L ……（１） i_B＝ｉ・x/L ……（２）但し、ｉ＝i_A＋i_Bであって、ｉは入射光による全光電流Ｌ＝受光素子４の全長ｘ＝ｉが最大のときの受光素子４上のスポットの位置また、三角測量の原理から次式が成立する。

ｘ＝（f₁・ｌ）/y ……（３）但し、f₁＝受光レンズ２の焦点距離ｌ＝投射レンズ１の光軸と受光レンズ２の光軸との間の
距離（基線長）Ｙ＝被写体までの距離電圧V_A，V_Bは、電流i_A，i_Bに比例するから、式（１），
（２）で表わされ、したがって、（１），（２），
（３）式により、被写体距離ｙは次式で表わされる。

即ち、電圧V_A，V_Bの比を求めることで被写体距離ｙが決
定される。

また、撮影レンズのフォーカス環11の繰り出し量Ｚと被
写体距離ｙの間には次式が成立する。

Ｚ＝▲ｆ² ₁▼／（ｙ−f₁） ……（５）但し、f₀＝フォーカスレンズの焦点距離ここで、フォーカス環11は、ネジ構造により、フォーカ
スレンズを前後に移動するようになっており、フォーカ
ス環11の回転角と繰り出し量は比例関係がある。また、
フォーカス環用のポテンショメータ８はフォーカス環11
の回転に伴って回転し、抵抗値が変化するようになって
いる。従って、ポテンショメータ８の抵抗値とフォーカ
ス環11の繰り出し量は比例関係にあり、しかも、式
（５）により、被写体距離ｙとの対応関係もある。即
ち、ポテンショメータ８の抵抗値が式（４）で求められ
た被写体距離ｙに対応する値となるように、モータ９を
マイコン20によって回転させ、フォーカス環11を回転さ
せながら繰り出し動作することにより、合焦動作をさせ
ることができる。

この実施例によれば、投受光部ベースを回転させる機構
に、モータ，ウォーム，ウォームホイールだけを用いる
ため、簡単な機構を付加することにより、測距誤差を低
減できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、反射光量の最大
値をもって、測距動作を行なうため、投射スポットが被
写体によって欠けが生じたときの測距誤差が低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動合焦装置の一実施例を示す構
成図、第２図は第１図における処理回路の一具体例を示
すブロック図、第３図はこの実施例の動作説明図であ
る。１…投射レンズ２…受光レンズ３…発光素子４…受光素子５…モータ６…ウォーム７…ウォームホイール８…ポテンショメータ９…モータ 10…処理回路 11…フォーカス環 12…ギア 13…投受光部ベース。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投射レンズと発光素子からなる投光部と、
受光レンズと受光素子からなる受光部と、前記投光部か
ら投射した光ビームを被写体に投射し、該被写体からの
反射光を前記受光部で受光し、該受光部での該反射光の
受光状態に応じて撮影レンズを移動させて焦点調節を行
う焦点調節部と、から成る自動焦合装置において、前記投光部及び受光部を一体に取付けられた投受光ベー
ス部材を、該投光部及び受光部を共通に取付けた該ベー
ス部材の取付け面に垂直な軸に関して、回動可能とする
回動手段と、前記投受光ベース部材を、前記撮影レンズのズーム位置
検出手段により検出されたズーム位置により定まる回動
角の範囲で、前記回動手段により回動させて前記受光部
での受光量が最大となる位置を検出する手段と、を具備
し、その最大となる位置を検出した後、その位置で前記焦点
調節部により前記撮影レンズの焦点調節を行うようにし
たことを特徴とする自動焦合装置。