JPS6043623A - カメラの自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はカメラの焦点調１節をする際に、撮影すべき被
写体の像を最適な焦点位置に自動的にフォーカシングす
る焦点調節装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 カメラの自動焦点調節方式については、これまでに何種
類か提案・実施されている。その中で撮影すべき被写体
（以下、被写体と称す）に赤外光等を照射し、前記被写
体よりの反射光を用いて被写体までの距離又は被写体の
撮像素子相当面上での焦点状態全検出する所謂アクティ
ブ方式は低コントラストの被写体や暗所てても安定して
動作するので有力なものである。とくに撮影レンズを構
成するレンズ群の一部又は全部全焦点検出用投光部及び
受光部の収束レンズとして兼用した所謂Ｔ　Ｔ　Ｌ　（
Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ　）　アクティブ方
式は視差がなく、ズームレンズを常用レンズとするビデ
オカメラ等には−とくに効果的である。

第１図に従来のＴＴＬアクティブ方式の原理図を示す。

同図において、ピント面７とほぼ゛等価な位置に設置さ
れた投光部１より投射された焦点検出用光ビーム（以下
、光ビームと称す）は、全反射ミラー２で反射した後、
撮影レンズ３（同図では模式的に１枚の凸レンズで示し
たが、実際には多数の異なった曲率を有するレンズ群か
ら成ることは明らかである）の一方の端部全通って被写
体４に照射され、その反射光が再び撮影レンズ３の他力
の端部を通った後、全反射ミラー６に１９反射されピン
ト面とほぼ等価な位置に設置された受光素子６上に結像
する。撮影レンズ３とピント面７との距離又は撮影レン
ズ３と被写体４までの距離が変化し、ピント面上でのピ
ント状態が変化すると、それに伴って前記受光素子６上
での光ビー。

ムのスポット位置が一定方向に変化する。例えば前記ズ
ームレンズの距離環の位置は不変とし、被写体が遠方よ
り前記ズームレンズの方へ近づいてくる場合には、前記
光ビームのスポットは第２図にその輝度分布とその移動
方向を矢印で示した如く、その輝度中心（即ちスポット
位置）を移動する。従って第１図にて前記受光素子６の
表面上での前記光ビームのスポット位置が所定の位置に
くる様に撮影レンズ３を駆動すれば焦点調節が行なえる
。例えば、前記撮影レンズが合焦状態の時に前記スポッ
ト位置が前記受光素子の中心に一致する様に前記受光素
子を配置することができる。

上記の光ビームのスポット位置の移動の様子をさらに詳
細に説明する。第３図に標準的なカメラ用ズームレンズ
の構成を示す。第３図において、８はフォーカシングレ
ンズ群、９はバリエータレン：ｘ：ｇ、１０１”ｉコン
ベンセータレンズ群、１１は結像レンズ群ケ各々模式的
に示したものである。

いま、第２図の如く構成され、焦点距離ｆが９．２４ｍ
ｍ〜５２．９３ｍｍ％最犬口径比（Ｆ）（レンズの焦点
距離と口径との比）が１．４６なる一つのビデオカメラ
用ズームレンズ全例にとり、その結像レンズ群の後方（
撮像素子側）に前記投光部及び受光素子全第１図に示す
如く設置した場合を考える。この時、前記光ヒームのス
ポット位置の移動量全下記の如く定義する。即ち、まず
被写体が無限遠方にアリ、かつ前記ズームレンズのフォ
ーカシングレンズ群の距離環指標がＣＩ）（即ち前記フ
ォーカシングレンズ群は最も撮像素子側へ移動している
状態）である時に前記受光素子上に生ずる前記光ビーム
のスポット位置（Ｘｃｏとする）全基準とし、つぎに被
写体は依然として無限遠にあるが前記フォーカシングレ
ンズ群の距離環指標が１．２ｍ（即ち前記フォーカシン
グレンズ群は被写体側に移動でいる）である時に前記受
光素子表面上に生ずる前記光ビームのスポット位置（Ｘ
Ｉ　とする）とのずれ全前記スポット位置の移動量（Δ
Ｘ）とすると、ΔＸは次式で与えられる。

Δｘ−１ｘＮ　”Ｏｏｌ　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１）上記のズームレンズの場合、Ｆ：
１，４６にて最大焦点距離（ｆＴ　＝　ｓ　２，９３ｍ
ｍ　）での前記スポラ　上位置の移動量（ΔｘＴ）　請
求めると ΔＸＴ中１，５５ｍｍ となる。ところが、同じ＜Ｆ＝１．４５にて最小焦点距
離（ｆｗ＝　９．２４　ｍｍ　）での前記スポット位置
の移動量（Δｘｗ　）をめると、 ΔＸＷ中０．０６　ｍｍ となる。前記スポット位置の移動量は焦点距離の平方で
増加する関係にある。即ち、 従って、通常の場合前記受光素子表面上に生ずる光ビー
ムのスポット径は０．０６ｍｍ以上となることを考える
と、前記ズームレンズを短焦点距離側で用いると誤動作
の少ない焦点検出は困難になっていく。また前記投光部
及び受光素子を前記フォーカシングレンズ群の直後に配
置する第２の配置方法は周知である。この方法では前記
フォーカシングレンズ群全前記投光部及び受光素子用の
収束レンズとして用いており、このフォーカシングレン
ズ群の焦点距離は勿論ズームレンズの焦点距離により変
化せず一定であり上記の如き問題はない。

しかし通常前記フォーカシングレンズ群の焦点距離は長
く、又、前記受光素子はその収束レンズ（今の場合、フ
ォーカシングレンズ群）の焦点の近傍に設置されるため
、第２の配置方法では焦点調節装置ヲ含むズームレンズ
の形状が犬きくなってしまうとともに、前記投光部及び
受光素子の光路をおり曲げるために特殊な光学系が必要
となることもある。また、バリエータレンズ群、コンベ
ンセータレンズ群、結像レンズ群ヲ構成するレンズ群の
一部又は全部にプラスチック材料が用いられる場合には
、プラスチックの屈折率の温度変化がガラスに比して非
常に大きいため合焦検出精度が著しく低下する。

発明の目的 本発明は、上記の様な問題点を有する従来のカメラの自
動焦点調節装置を改善し、使用する撮影レンズの焦点距
離に依らず、又周囲温度等の影響を受けることなく、常
に視差のない良好なカメラの自動焦点調節装置′！ｉｌ
−実現することを目的とするものである。

発明の構成 本発明のカメラの自動焦点調節装置は、焦点検出用光ビ
ームを投射する投光部へ、前記投光部より投射された焦
点検出用光ビームの撮影すべき被写体表面よりの反射光
を受光し、その受光位置に応じた２つの光−電気変換さ
れた出力電流を出力する受光素子と、前記２つの光−電
気、変換された出力電流の比又は差より前記撮影すべき
被写体の撮像素子面上での焦点状態を演算する第１の焦
点演算器と、前記２つの光−電気変換された出力電流の
少なくとも一方の出力電流値より前記撮影すべき被写体
の撮像素子面上での焦点状態を演算する第２の焦点演算
器と、前記第１と第２の焦点演算器出力のいずれか一方
の出力を選択する選択器と、その選択器の出力全党けて
カメラの撮影レンズ全最適な焦点位置へ駆動する焦点調
節機構と全具備して成り、前記投光部と受光素子の少な
くとも一方が撮影すべき被写体との間に前記撮影レンズ
を構成するレンズ群の一部又は全部會介して設置されて
おり、前記選択器は前記撮影レンズの焦点距離が一定基
準値より犬なる時は前記第１の焦点演算器出力全選択し
、前記撮影レンズの焦点距離が一定基準値より小なる時
は前記第２の焦点演算器出力全選択する様に構成したも
のであり、これにより前記撮影レンズの焦点距離が一定
基準値より小なる時のみ、前記第１の焦点演算器出力に
よる焦点調節が不適当であると判定し、前記第２の焦点
演算器出力による焦点調節を行なうものである。

実施例の説明 以下、本発明６実施例について図面を参照しながら説明
する。第４図は本発明をズームレンズを備えたビデオカ
メラのＴＴＬアクティブ方式の自動焦点調節装置に応用
した場合の要部結線図である。第４図において、１２は
フォーカシングレンズ群１３、バリエータレンズ群１４
、コンベンセータレンズ群１６、結像レンズ群１６より
成るズームレンズ、１７は撮像素子、１８は映像信号処
理回路１９、撮像素子駆動回路２ｏ、同期信号発生回路
２１等より成るビデオカメラ回路、２２は赤外Ｉ！Ｄ等
の焦点検出用発光素子２３、及び発光素子駆動部２４よ
り成る発光部、２５は２分割された受光素子（例えば、
シリコンホトダイオード等）、２６は第１．第２の電流
−電圧変換回路２７−１　、２７−２、第１．第２の電
圧増幅器２８−１．２８−２、比較回路２９−１、比較
回路２９−２及び選択器３０より成る焦点演算部、３１
は焦点調節機構、３２はズームレンズ駆動部、３３は焦
点距離検出部である。

以上の様に構成された本実施例のビデオカメラの自動焦
点調節装置について以下その動作を説明する。まず、ビ
デオカメラ回路１８は、被写体３４の像がズームレンズ
１２により撮像素子１７上に結像し、ここで光−電気変
換された信号を受けて、これを映像信号Ｖｏに変換し端
子３６に出力する。

次に本実施例における自動焦点調節の仕組を説明する。

この自動焦点調節は既知のＴＴＬアクティブ方式を基本
としている。前記ビデオカメラ回路１８に具備される同
期信号発生回路２１により発生される一定の同期信号Ｔ
１を受けた時のみパルス的に動作する発光素子駆動部２
４により駆動され、かつ、撮像素子１７の表面と等価な
位置に設置された発光素子２３が赤外反射ミラー３６及
びズームレンズ１２を経て被写体３４にパルス状の焦点
検出用赤外光を投射すると、その反射光は再ヒズームレ
ンズ１２および赤外反射ミラー３７を経て撮像素子１７
の表面と等価な位置に設置された２分割された受光素子
２６上に到達する。この受光素子２６上の前記焦点検出
用赤外光のスポット（以下、赤外光スポットと略称）位
置は前記ズームレンズ１２のフォーカシング状態により
移動する。従って、第６図に示す如く、合焦状態の光ス
ポット３８の中心が２分割された受光素子２．５の中心
に一致する様に設定しておけば、前記ズームレンズ１２
が合焦状態よりも被写体側に繰り出された場合の光スポ
ット３９の中心は右方向にずれ、前記ズームレンズ１２
が合焦状態よりも。

撮像素子側に移動した場合の光スポット４０は左方向に
ずれることになる。この場合、前記２分割された受光素
子２５の右手分の受光素子４１−１及び左半分の受光素
子４１−２より各々出力される信号電流（受光量に比例
する）　１１　、　Ｉ２の間には次式で示す様な関係が
成立する。

１１＝Ｉ２（３８で示す光スポットの場合）・・・・・
・・・・（３） ”１）　”２　（３９で示す光スポットの場合）・・・
・・・・・（勺 １１＜１２（４０で示す光スポットの場合）・・・・・
・・・（５） 従って、上記２つの信号電流出力Ｉ、　、’Ｉ２の値を
比較し、その比較結果に基づき撮影レンズ全駆動すれば
焦点調節が遂行できる。・この過程は、第４図２７−１
．２７−２の電流−電圧変換回路、電圧増幅器２８−１
．２８−２および、比較回路２９−１とで実行される。

比較回路２９−１は、前記発光素子駆動用タイミングを
規定する同期信号Ｔ１と同期して、前記２つの電圧増幅
器２８−１゜２８−２の各々の出力値”　＋　”２’ｃ
比較し、その結果として、ズームレンズ１２のフォー力
シンダレンズ群１３の停止あるいは駆動方向を表わす信
号ｖＦ、全出力する。

また前記電圧増幅器２８−１．２８−２は発光素子２３
よりパルス的に発生する焦点検出用赤外光に基づき、パ
ルス状の出力電圧を発生する。ところが第６図（＆）　
、　（ｂ）に各々近距離の被写体及び遠距離の被写体に
対して電圧増幅器２８−２が発生する前記パルス状の出
力電圧波形を示すが、この図から分かる様に、前記パル
ス状の出力電圧の波高値ｖ２は被写体までの距離により
犬きく変化する。従って、被写体までの距離による前記
波高値ｖ２の変化に基づいても焦点調節が可能であるの
は明白である。この方法によると余ｖ高精度な焦点検出
は困難であるが、ズームレンズの使用する焦点距離が広
角側になり焦点深度が深い場合には光分な性能を発揮す
る。また焦点調節に用いる前記波高値として電圧増幅器
ｖ１　の出力する波高値Ｖ１−２用いても勿論よい。比
較回路２９−２は前記波高値Ｖ２　−２自身が内蔵して
いる複数個の基準電圧値（図示せず）と比較し、その結
果に基やきズームレンズ１２を所定の位置に駆動さぜる
ための信号ｖＦ２を出力する。選択回路３０は、ズーム
レンズ駆動部３２によりズームレンズ１２の焦・点距離
を変えるべく光軸に沿って移動されるバリエータレン、
（群１４の位ｆ！（すなわちズームレンズの焦点距離に
対応）を検出し、電圧に変換して出力する焦点距離検出
部３３の出力を受けて前記ズームレンズの焦点距離が前
記選択回路３０に内蔵される一定基準電圧値より犬なる
時は前記比較回路２９−１の出力ｖＦ１を焦点調節機構
３１へ伝え、前記ズームレンズの焦点距離が前記一定基
準電圧値より小なる時は前記比較回ｊＩ！８２９−１の
出力ｖＦ、に無視し、前記比較回路２９−２の出力■Ｆ
２を前記焦点検出機構へ伝える機能を果す。

上記の如き選択回路の具体的な構成例を第７図に示す。

これは抵抗４２．４３，４４．４６と、トランジスタ４
６．４７と、コンパレータ４８と、インバータ４９とバ
ッファ６０と、基準電圧電源６１とから構成されている
。この選択回路は、端子６４に入力される前記焦点距離
検出部３３の出力ＶＤ　と前記基準電圧電源６１の発生
する基準電圧ｖｒ、、−との大小によりトランジスタ４
６　、４８’ｉｚ交互にスイッチングし、端子６２に入
力される比較回路２９−１の出力ｖＦ１あるいは端子６
３に入力される比較回路２９−２０出゛力ｖＦ２のいず
れかを選択して、端子６６に焦点電圧ＶＦ　として出力
するものである。焦点検出機構３１は、前記選択回路３
０の出力する焦点信号ｖＦによりズームレンズ１２のフ
ォーカシング全調節すべくフォーカシングレンズ群１３
を適切な位置に駆動又は停止させ、焦点調節が完了する
。

なお、本実施例のアクティブＴＴＬ方式に用いられてい
る２分割された受光素子の代わりに、多数分割された受
光素子や、連続的に位置検出可能な素子として公知のＰ
　Ｓ　Ｄ　（Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅＤ
ｅｖｉｃｅ　）等を用いても勿論よい。

また本発明は、ズームレンズ全部えたカメラのみならず
一眼レフカメラの様に単一の焦点距離を有するレンズ全
交換して使用することが可能なカメラの焦点調節装置に
も勿論応用可能である。この場合、使用する撮影レンズ
の焦点距離を検出するには撮影レンズに焦点距離に応じ
た信号伝達用ピン又は接点等を予め設置しておき、撮影
レンズ全カメラ本体に接続することにより焦点距離の情
報をカメラ本体に伝達する方法等が有力である。

発明の効果 以上の説明から明らかな様に、本発明は撮影レンズの一
部又は全部を介して焦点検出用光ビーム含投受光するこ
とにより被写体の撮像素子面上での焦点状態を演算する
焦点調節装置であって、受光素子は前記焦点検出用光ビ
ームの受光素子上の位置に応じて２つの光電流全出力し
、撮影レンズの焦点距離が一定基準値よりも犬なる時は
前記２つの光電流出力の比又は差より前記被写体の撮像
素子面上での焦点状態を演算し、撮影レンズの焦点距離
が一定基準値よりも小なる時は前記２つの光電流出の少
なくとも一方の出力電流値より前記被写体の撮像素子面
上での焦点状態を演算する様に構成した焦点調節装置で
あり、このため使用する撮影レンズの焦点距離に依らず
、常に視差のない効率的な焦点調節ができるという憂れ
た効果が得られ、特に長焦点距離側で要求される高精度
な焦点調節が可能である。さらに撮影レンズとしてズー
ムレンズを用い、投光部及び受光素子が前記ズームレン
ズ全構成する全てのレンズの後方（ピント面側）に設置
される様な構成は、前記ズームレンズをグラスチックで
作成する場合に特に有効であり、周囲温度等の影響なく
焦点調節の良好で、かつ軽量でコンパクトなズームレン
ズ會実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴＴＬアクティブ方式の原理図、第２図は受光
素子面上での焦点検出用光ヒームの輝度分布を示す模式
図、第３図は一般的なズームレンズの構成図、第４図は
本発明の一実施例の要部結線図、第５図は本発明の実施
例に用いられる受光素子の形状と受光素子上での焦点検
出用光スポットの位置全示す図、第６図は本実施例中の
電圧増幅器の出力波形を示す図、第７図は本実施例に具
備される選択回路の具体例を示す回路図である。 １・・・・・投光部、６・・・・・・受光素子、８・・
・・・フォーカシングレンズ群、９・・・・・バリエー
タレンズ群、１ｏ・・・・・・コンペンセータレンズ群
、１１・・・・・・結像レンズ群、１２・・・・・・ズ
ームレンズ、１７・・・・・・撮像素子、１８・・・・
・ビデオカメラ回路、１９・・・・・映像信号処理回路
、２０・・・・・・撮像素子駆動回路、２１・−・・・
・同期信号発生回路、２２・川・・発光部、２３・・・
・・・発光素子、２４・・・・・発光素子駆動部、２６
・川・・２分割された受光素子、２６・・・・・・焦点
演算部、２７−１．２７−２・・・・・電流−電圧変換
回路、２８−１　、２８−２・・・・・電圧増幅器、２
９−１゜２９−２・・・・・比較回路、３０・・・・・
・選択回路、３１・・・・・・焦点調節機構、３２・・
・・・スームレンズ駆動部、３３・・・・・・焦点距離
検出部、４２　、４３　、４４．４６・・・・・抵抗、
４６．４７・川・・トランジスタ、４８・・・・・コン
パレータ、４９・・・・・インバータ、６ｏ・・印・バ
ッファ、６１・・・・・・基準電圧電源。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名フ 第５図 ｐｚ 第６図 Ｉｂ）−韻一一二一 ・図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦点検出用光ビームを投射する投光部と、前記投
   光部より投射された焦点検出用光ビームの撮影すべき被
   写体表面よりの反射光を受光し、その受光位置に応じた
   ２つの光−電気変換された出力電流を出力する受光素子
   と、前記２つの光−電気変換された出力電流の比又は差
   より前記撮影すべき被写体の撮像素子面上での焦点状態
   を演算する第１の焦点演算器と、前記２つの光−電気変
   換された出力電流の少なくとも一方の出力電流値より前
   記撮影すべき被写体の撮像素子面上での焦点状態を演算
   する第２の焦点演算器と、前記第１と第２の焦点演算器
   出力のいずれか一方の出力を選択する選択器と、その選
   択器の出力を受けてカメラの撮影レンズを最適な焦点位
   置へ駆動する焦点調節機構とを具備して成り、前記投光
   部と受光素子の少なくとも一方が撮影すべき被写体との
   間に前記撮影レンスを構成するレンズ群の一部又は全部
   を介して設置されており、前記選択器は前記撮影レンズ
   の焦点距離が一定基準値よｐ犬なる時は前記第１の焦点
   演算器出力を選択し、前記撮影レンズの焦点距離が一定
   基準値より小なる時は前記第２の焦点演算器出力全選択
   することを特徴とするカメラの自動焦点調節装置。
2. （２）　撮Ｗレンズと北てズームレンズを具備し、投光
   部及び受光素子が撮影すべき被写体との間にズームレン
   ズの焦点距離を変化させるバリエータレンズ群を介して
   設置されることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載のカメラの自動焦点調節装置。
3. （３）投光部及び受光素子が撮影すべき被写体との間に
   ズームレンズを構成する全てのレンズ群を介して設置さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１２）項記載の
   カメラの自動焦点調節装置。