JPS6169011A - 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】 本発明は、自動焦点調節装置、特に被写体に向けて光線
を発射し、そ゛の反射光を領域分割焦点調節装置に関す
るものである。

従来、被写体の検出物体迄の距離を検出し、該検出結果
に基づいて、駆動モータ１１表示器等を駆動し、自動的
に物体迄の距離を検出し、同時に撮影レンズ又は撮影面
を可動して、物体像が自動的に合焦状態にｇＲ節する各
種提案が行なわれている。

その代表的なものとして、検出物体へ特定パターンの投
光を行い、物体からの反射光を２つの受光部で検知し、
両受光部の出力差に基づいて、物体距離を検出する所謂
上述差動型アクティブ方式の測距装置があり、簡易な構
成により、比較的高精度の測距動作が得られる反面、物
体の反射率の差即ちコントラストの如何によって、全く
誤測距動作を行ってしまう欠点があった。

以下、上記問題点について１図面を参照して説明する。

第１図および第２図は従来公知の差動型アクティブ測距
装置を備えた自動焦点調節装置（オートフォーカス装置
）付きカメラを示すもので、近赤外光を発するＩ　ＲＥ
Ｄ又は半導体レーザ等の投光素子４より発射した光線は
例えばモールド製非球面レンズである投光レンズ３によ
って被写体ｌ上に投光スポットをつくる。

この投光スポットが被写体１上で反射された光線は例え
ばモールド製非球面レンズである受光レンズ５により例
えばＳＰＣ等の領域６ａ。

６ｂに２分割された受光素子６上に結像される。

第１図に示すような合焦状態においては受光素子６上に
できた投光スポット像はその中心が領域６ａと６ｂの境
界線上にあり、したがって領域６ａの出力をＡ、領域６
ｂの出力をＢとすると、Ａ−Ｂ＝Ｏとなっている。

どのようにＡとＢの出力が同一の時（実際にはその差が
あるレベル以下の時）が合焦状態で、被写体ｌの像フィ
ルム面、撮像管、又は撮゛　　　像素子の結像面上に正
しく結ばれる。

ところで、第２図に示すように第１図の合焦状態から例
えば被写体１がカメラ側に瞬間的に移動した場合には、
受光素子６上の投光スポット像は領域６ｂ側寄りに結像
され、領域６ａ。

６ｂからの出力を信号処理回路７で増幅、積分した後に
その差を求め、Ａ−Ｂは負となり後ビンが検出される。

該信号処理回路７より得られた差信号の符号と大きさを
マイコン８で制御してモータ９が駆動され、合焦用撮影
レンズ群２、投光素子４および受光素子６が図示矢印方
向に移動する。この結果、Ａ−Ｂ＝０となると、モータ
９が停止し、新たな被写体距離に対して０合焦する。尚
、Ａ−Ｂは、実際の構成ではノイズ等を考慮してＩＡ−
Ｂｌ＜ｋで合焦となる不感帯ｋを有している。

第３図は、別の構成をとった公知の作動型アクティブ測
距装置を備えたカメラの他の例を示す図で、第１図、第
２図で示した様な投光系、受光系の光学要素を撮影レン
ズ系から完全に独立させるのではなく、投光光学系を形
作るレンズの一部を撮影系と兼用させた形態のもので。

第１図、第２図に示したものよりも一般にはコンパクト
性にすぐれる形態である。

投光素子４は、光学的に撮影レンズ系の撮影軸上焦点面
と等価な位置に配置されており、よって被写界で焦点調
節に関与するレンズ群２の停止位置によって決まる合焦
距離上で投光スポット像は正しくピントを結ぶものであ
る。

投光レンズ３を通過した投光光線は図では投光光線の波
長域の光だけを反射するグイクロイックミラー１３によ
って撮影光軸と一致し、焦点距離調節に関与するレンズ
群１２と前述のレンズ群２を通過して、被写界に発射さ
れるものである。即ち、第１図、第２図の従来例では投
光素子４、（場合によっては投光レンズ３でもよい）は
レンズ群２の動きと連動して移動したが第３図の従来例
ではその必要はない、尚１図中ＲＯで示した長さは三角
測距の基線長を示す。

第４図は更に別の構成をとった差動型アクティブ測距装
置を備えた、カメラ用レンズの他の変形例であり、この
場合投光素子４と受光素子６は共に撮影レンズの撮影光
軸上の焦点面と等価な位置に配置されている。尚、この
上述の様な各種差動型アクティブ測距装置に於いては。

共通して下記に述べる様に、検出物体の反射率の相違に
基づいて、誤測距動作が行われる欠点がある。以下、第
１図、第２図例を代表的に選んで詳述する。

差動型アクティブ測距装置においては受光素子上の投光
スポットの幾可学的な中心が、即ちパワーの中心である
という大前提のもとに設計が行なわれている。

しかし、この受光素子６からの出力は同一の距離に被写
体があっても、被写体の反射率の差によって違いを生ず
ることは明らかである。

したがって、被写体上での投光スポットが均一の反射率
の面に当っていれば特に問題はないが、投光スポットが
九っている範囲内で反射率に差があると、問題が生ずる
ことがある。この問題点について第５図および第６図に
もとづいて説明する。

第５図は被写体１０が上下に反射率の違いを有する場合
に前述した測距装置で測距したときの誤測距を説明する
図で、被写体１０は上側が高反射率、下側が低反射率よ
り成り、この被写体１０の距離に合焦した場合を示して
いる。

しかしながら、この状態で自動焦点調節装置を差動させ
ると、合焦信号が出ず、Ａ−Ｂ＜Ｏとなり、その結果、
モータ９は合焦撮影レンズ群２、投光素子４および受光
素子６を矢印方向に動かしてしまう、これは被写体１０
の上側の高反射率部分からの反射光は領域６ｂ側に、下
側の低反射率部分からの反射光は領域６ａ側に結像され
る。これにより受光素子６上に照射した投光スポット像
の幾可学的な中心は領域６ａと領域６ｂの境界線上にあ
るものの、出力差はＢＡＡとなり、自動焦点調節装置と
しては後ピンの判断をすることになる。

第６図はこの判断の後にモータ９が停止した状態を示し
、受光素子６上の投光スポットの幾可学的な中心は領域
６ａ側にあるもののＡ−Ｂ部０となっており、この時の
合焦距離はｙ２どなってしまう。

’　　　　　　Ｃ（７）よう、従来、）、動よアワケイ
プ測距装置はいわゆるコントラストパターン被写体に対
して測距ズレを起すという欠点を有していた。

この欠点は投光スポット像の大きさを小さくすると成る
程度は軽減されるが、原理的なのもので、零にすること
はできない、また、投光スポット像をあまり小さくする
と、数字的な測距精度は向上するものの実際のカメラに
組込んだ場合、距離環の動きが細かくなりすぎてしまう
と言う他の問題が生じることになる。

又上記欠点は１例えば三角測距の基線長即ち投光器と受
光素子との間隔を長くすることによっても軽減されるも
のの、この欠点が目立たなくなるまで基線長が長くなる
ように投受光系を配置することは操作性、デザイン等の
面からも困難であり、実用性に乏しい。

上記コントラストパターンに対する測距ズレ（コントラ
ストポケと称す）に関して、本発明の背景を更に詳述す
ると次の通りである。

第７図（ロ）に於いて、１０１はセンサー面上での赤外
スポット像であり、その半径を１とする。スポット像１
０１の左側、斜線を施した部分は赤外反射率１の被写体
から反射された部分で、右側の斜線のない部分は反射率
ｋ（１＜ｋ）である、（ここで云う反射率とは、投光光
線の波長の光に対する反射率を意味する）（イ）、（ロ
）の横軸見は、スポットの幾可学的中心Ｏを原点として
反射率境界の位置を示す（ロ）の状態でＧはスポット像
の信号強度中心であり、Ｇから左側の部分の信号と右側
の部分の信号がつり合っている。（ロ）の状態の丁てを
Ｅとし、反射率境界位置を横軸にしてＥを図示したのが
第７図（イ）であり、この例ではに＝８の場合を示して
いる。即ち、第７図（イ）のグラフより、反射率境界位
置文が約０、６の時、■すなわちＥが約０．７という最
大値をとる。当然のことながら見ニー１あるいは交；１
の時はスポットは均一反射率の被写体に投射されており
、Ｅ＝Ｏである。Ｅがコントラストポケに対応する量で
あるが、これについてさらに第８図を参考にして説明す
る。

まず、第８図（ロ）にて均一反射率の被写体上に投射さ
れた赤外スポットのセンサー面上の像が（ａ）→（ｂ）
→（ｅ）とセンサー上を相は受光素子Ａ部、Ｂ部の夫々
出力）をプロットすると第８図（イ）の実線のようにあ
られされる。

すなわち、スポット像１０１の幾可学的中心０がセンサ
ーＡ、Ｂの境界線上にきた時、なる、すなわち、コント
ラストポケを生じない０次に第８図（ロ）に図示したよ
うに、９．弁０．６．に＝８のコントラストパターンか
らなるスポット像が（ａ）−＝　（ｂ）→（Ｃ）と、セ
ンサー上を相対移動した場合のＡＦ倍信号プロットする
と第８図（イ）の点線のようにあられされ、零クロス位
置がΔＸずれている。零クロスした時のスポット像が第
８図（ロ）の（ｂ）に示されている。この時、信号強度
中心ＧがセンサーＡ、Ｈの境界線上にある。従って、第
７図のＥが第８図（イ）のΔＸに相当する。すなわち、
センサー上でΔＸだけスポット像がズした位置でＡＦ倍
信号零となる。三角測距の基線長をり、受光レンズの焦
点距離をｆ５、撮影レンズの焦点距離をｆ、ピント面で
のデフォーカスリ、ΔＸに比例したコントラストポケを
生じ、従って誤測距動作に基づいて、自動焦点調節は正
しく行われない。

コントラスト比ｋが大きくなると第７図（イ）の最大値
が右上方に移動し、第８図（イ）のΔＸも大きくなり、
コントラストポケも大きくなる。

本発明は上述の如き差動型アクティブ方式に必然的に生
じる欠点を軽減することを゛目的とするものである。

本発明の特徴とネる処は受光器として、上述差動型装置
に必要な２つの受光面の間に第３の１＋　　　　４　′
″Ｗ１“１“６１９０“０受光面出力とを演算すること
により、上記欠点を除去せんとするものである。

本発明の好ましい実施例に於いては受光器としてＳＰＣ
素子に３つの異る受光部を形成した例を示しているが、
素子自体具る素子を３つ用いその配置によって同様な３
つの受光面を形成するようにしてもよいことは勿論であ
る。以下１図面を参照して本発明の具体的実施例を説明
する。第９図は本発明の特徴となる受光器の具体的実施
例を示すもので、第８図示、従来装置に於ける受光器と
の構成上の相違は、センサーＡ、Ｈの境界を中心振分け
にして信号クロストークゾーンを設けた点にある。第９
図（ロ）に於いてこのゾーン幅をＶとし、セン、−■ サー上でのスポット像の直径りとの比を４−７５とする
と、８９図（ロ）に示す様にセンサーＡ、Ｂ上を輝点が
Ｘ方向に移動したときのなる。αで示す実線の特性は、
輝点がゾーン■内にあった時、輝点による信号がセンサ
ーＡと　　　　ｊセンサーＢに均等に、５０％ずつふり
わけられる場合である。この場合に第８図（イ）に示し
図（イ）のようになる、ここでｊ＝０−５としである。

第９図（イ）の実線は均一コントラストのスポット像の
場合であり、点線■は第８図（イ）と同じく見４０．６
．に＝８のコントラストパターンからなるスポット像の
場合を示している。クロストークゾーンがあるために、
この場合のΔＸは、クロストークゾーンがない場合の約
半分となっている。ｊを大きくする（すなわち１に近づ
ける）と第９図（イ）に示すよう零クロス時の傾きがな
だらかになってしまう。

すなわち、ＡＦの感度が落ちる。第９図（イ）のεは、
ＡＦ系の許容不感帯を示してあり、少なくとも零クロス
の傾きは、このεの範囲内では、クロストークゾーンが
ない場合とほぼ等しくなければならない、すなわち、ｊ
の許容最大値が存在する０次にｋが大きくなると、第９
図（イ）の点線■のような特性となる。すると。

不感帯εがゼロの場合は問題がないが、合焦点での安定
性確保のため、εは所定の大きさを有するものであり、
この場合、Ｘをマイナス側からスポット像が移動してき
た場合に、クロストークゾーンがない場合よりもかえっ
て大きなＡＦ誤差を生ずる（以下この効果を拡大効果と
よぶ）、この誤差はｊが大きい程大きいため、この面か
らもｊの最適値が存在するが、実際の被写体ではｊは差
程大きな値をとるものは少ないので、実際的にはこの誤
差の影響は少ないと言ってよい。

以上説明したごと〈従来の２領域よりなる受光素子を用
いるのではなく第９図（ロ）に示したように中心部分で
Ｖの巾の領域を更に設け。

ここからの出力をｌ／２にして、それぞれをＡ領域、Ｂ
領域からの出力に加算することによりコントラストズレ
は軽減される。ｊの決定は例えばＤのバラツキや撮影瀕
度や設計意図などから決められる実用上の最大コントラ
スト比。

ｋｍｏｘなどから行なわれる。

第１Ｏ図は、上記原理に基づく受光素子の受光面のパタ
ーン構成を示した図である。従来例で説明した２領域の
ものと異り、６ａ、６ｂ。

６ｃの３領域のそれぞれから出力を取り出すことが出来
る様に構成されている。１０２゜１０３はそれぞれの領
域境界線を示す。

第１１図は差動型アクティブ測距装置に本発明を適用し
た場合の実施例を示し受光素子６が６ａ〜６ｃの３つの
領域に分割されており、それぞれの出力をもとに信号処
理が行なわれるが、信号処理回路７．マイコン８につい
ては、従来例と同様のものが用いられるので、その説明
は省略する。

第１２図は第１１図示、信号処理回路７の具体例をブロ
ック回路にして示したものである。

上述のように、受光素子受光部６Ｃの領域Ｃか゛らの出
力は１／２づつ領域Ａからの出力ＶＡ及ｒ　　　び、領
域Ｂからの出力ＶＢに加算され、Ｖ　Ａ　＋ＶＣＶ（ −２−ＢＴＩ７）信号として演算出力するようとＶ　＋ 除算回路１０４、加算回路１０５．１０８が設けられて
いる。プリアンプ１０６と１０９は、この２つの信号を
増幅し同期アンプ１０７゜１１０で検波積分が行なわれ
る。これらの処置により受光素子（例えばＳＰＣ素子）
より得られる微弱な出力は交流ノイズ成分を取り除かれ
た形で増幅され、Ａ−Ｄ変換器１１１でデ・ジタル化さ
れる。Ａ−Ｄ変換器１１１は、ＡＦのシＣ ステム構成に応じては、Ｖ　Ａ　＋　−、Ｖ　Ｂ　＋　
”−’以外にこれらを演算した結果や設定されたいくつ
かの基準レベルとの比較がなされ、その結果がマイクロ
コンピュータ−に伝達されるように構成される。マイク
ロコンピュータ−８ではＡ−Ｄ変換器１１１からの演算
結果をもとにフォーカスの状態、前ビン、後ビン、合焦
などの判断が行なわれる。その結果は、モーター駆＃回
路１１２に伝わり、フォーカシングモータ９が駆動され
る。なはマイクロコンピュータ−の詳細は本発明とは直
接関係がないので説明を省略する。

第１３図は第１２図示、演算回路１０４゜１０５．１０
８の具体例を示すもので受光素子のＣ領域からの出力を
ｌ／２にして、Ａ領域。

Ｂ領域からの出力に加算する部分の回路構成を示してい
る。受光素子受光部６Ｃからの出力はオペアンプ１１５
にて電圧ＶＣに変換された後１／２され加算回路１１７
，１１８により、それぞれ受光部６ａからの出力ＶＡと
受光部６ｂからの出力ＶＢに加算されるものである。

尚、第１３図に示した回路は第１図示装置回路を実施す
るにあたっての実施例であり、他の実施例が考えられる
ことは言うまでもない。

以上説明したように本発明に於いては今までは２領域の
受光素子で構成されていた差動型アクティブ方式の自動
焦点調節装置において適当な巾の第３の領域を中心から
振り分けに設け。

この領域からの出力をその両側の領域からの出力に加算
して信号を作った後、公知の演算処理をすることによっ
て自動焦点調節装置を構成すれば差動型アクティブ方式
の原理的欠点であるコントラストズレを改善することが
可能となったもので、同方式の上述メリットと相伴って
、自動焦点装置としては極めて有効である。

上記実施例に於いては第３領域の出力を半分にして加算
する例について説明したが、必ずしもｌ／２にすること
は必要ではなく被写体の状態、撮影レンズの条件等各種
条件に基づいて適宜な値が設定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来知られている外部測距差動型アクティブ測
距装置の主要構成図、第２図は第１図示装置の非合焦状
態を示す図、第３図、第４図はそれぞれ第１図示装置の
他の変形例を示すは夫々コントラストズレの原理説明図
、第９図第１１図不信号処理回路の一実施例電気回路図
、第１３図は第１２図示演算回路の具体例回路図を夫々
示している。 ６ａ、６ｂ、６ｃ；受光素子受光部 １０４　　　　　；除算回路 １０５．１０８　　；加算回路 １１１　　　　　　　、　Ａ−Ｄ変換器８　　　　　　
　　；マイクロコンピュータ特許出願人　　　キャノン
株式会社 手続補正書印鋤 昭和６０年　８月２０日 昭和５９年特許願第１８７３１６号 ２、発明の名称 自動焦点調節装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３−３０−２名称　（１００
）　　キャノン株式会社代表者　賀　　来　　藩　三　
部 ４、代理人 居所　〒１４８東京都大田区下丸子３−３０−２５、補
正の対象 明細Ｊ′Ｉ 図　　面 ６、補正の内容 （１）明細書９頁１６行目乃至１７行を以下のように補
正する。 「ストポケに対応する量である。 ここで第７図ａのＥの線図の作図について述べる。第７
図Ｃにおいて円１０１は赤外スポット像を示し被写体反
射率の高い白い物体のみのスポット像を示す。 第７図Ｃの場合均一反射率の被写体り１らのスポット光
を示しているから反射信号の強度中心Ｇ１と光学的中心
Ｏ０とは一致しており、反射信号強度中心Ｇ１　と光学
的中心Ｏの距＃Ｅ１は零となる。 第９図ｄはスポット径のハツチングの部分即ち１反射率
境界位置の０．５（交＝０．５）が反射率の低い部分で
残りの白い部分が反射率の高い部分とする。この場合反
射信号強度中心Ｇ２と光学中心Ｏの距離はＥ２　となる
。 第７図ｅｌｆも同様に反射率の境界位置文をスポット径
の中心Ｃ１＝　０）と交ｆｆｉ＋ｏ　、　５の場合には
反射信号強度はそれぞれＧ３　・Ｇ４及び距ｇｌＥはそ
れぞれＥ３　・Ｅ４になる。 そして第７図ｇのようにスポット径の全体が反射率の低
反射面で覆われた場合には光学中心０と反射強度信号Ｇ
５は一致し距離Ｅ５は零になる。上記第７図ｃ−ｇに示
した距離Ｅ１〜Ｅ５を縦軸方向にプロットし、この各点
を線で結ぶと第７図ａの線図が得られる。 次に受光素子が２分割の場合のコントラストのポケＭ　
Ｈについて第８図を参考にして説明す（４）図面の第７
図ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを追加する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 検出物体へ投光し、その反射光を検出するために受光面
   が三つの領域を有する受光器を設けると共に、中央の領
   域から得られる信号成分を該領域をはさんで配置される
   外側領域のそれぞれ信号成分と演算し、焦点調節を行な
   う様に構成した事を特徴とする自動焦点調節装置。