JPS62206506A - 自動合焦装置 - 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、赤外線等の光を用いて被写体との距離を検出
する被写体距離検出装置を備えた自動合焦装置に関する
６ 〔従来の技術〕 ビデオカメラ等の自動合焦装置において、光とくに赤外
線を用いて被写体との距離を検出する被写体検出装置と
しては、例えば特公昭４６−２８５００号公報や特公昭
４５−３２７４７号公報に記載のように、赤外先発光源
からレンズ系を通して赤外光束を投射しく投射袋Ｔａ）
　、被写体で反射した赤外光を上記投射装置から所定距
＃１（基線長）だけ離して設置した赤外光検出装置（光
学系を含む）で受光して、受光光束の位置や角度を検出
することにより、いわゆる三角測量によって被写体まで
の距離を検出するものがある。

このような測距装置における前記受光光束の位置検出方
法としては、２分割されたセンサーを走査して２つの部
分からの出力が等しくなる位置を測定しで検出する方法
、複数の受光素子を並べ出力が得られる素子の番号から
位置を検出する方法。

微小面積のセンサーを走査しその出力が最大となる位置
を検出する方法、発光源を走査し上記受光光束がセンサ
ーをよぎる位置を検出する等種々の方法が示されている
。

いずれにしても、上記のような赤外光を用いた能動型の
距離検出装置では、実際の被写体距離に対して検出した
距離がどの程度の精度を持つか（以後これを測距精度と
呼ぶ）は、投射された光束の被写体上での大きさと上記
基線長に大きく左右される。測距精度は、検出した距離
に応じて合焦操作を行なって正しくピントが合うか、す
なわち自動合焦装置の性能を決めるものである。

基線長が短くなった場合、被写体距離の移動に対して受
光光束位置の移動量が小さくなるため。

センサーの検出出力が低下し測距精度が低下する。

また、投射光束が大きくなると受光光束が大きくなり光
束全エネルギーに対する光束移動によるエネルギー変化
量の比が小さくなってセンサー検出出力が低下し測距精
度が低下する。このように。

測距精度は通常、基線長が短くなるほど、また投射光束
の径が大きくなるほど低下する。

また一方、上記のような赤外光を用いた能動型の距離検
出装置では、被写体距離の２剰に逆比例して受光光束の
エネルギーが低下し、センサーの検出出力が低下して、
ついには被写体距離が検出できなくなる。このように測
距が不能になる直前の被写体距離を以後、測距限界距離
と呼ぶ。

ビデオカメラ等の自動合焦装置では赤外光の発光源とし
て高効率の発光ダイオードを用いているが、それでも、
上記測距限界距離は通常２０ｍ前後である（被写体反射
率９０％）。被写体が上記測距限界距離より遠方にある
場合合焦装置は通常実際の被写体距離にかかわらずほぼ
無限遠方に等しいとみなし、無限遠合焦状態にすること
が多い。

しかし、ビデオカメラ等の場合、近年は撮影用レンズの
ズーム比が高くなり６倍ズームが標準になりつつある。

このように撮影ズームレンズが高倍率化し、望遠側の焦
点距離が長くなると、上記測距限界距離である２０ｍ近
傍と無限遠にある被写体とでは結像位置が大きくズレ、
２０ｍの距離にある被写体を上記自動合焦装置で撮影す
ると無限遠合焦状態になりピントが合わないというよう
な不都合が起こる。

たとえば、２７３インチサイズの撮像素子を用いたビデ
オカメラの場合、６倍ズームレンズの望遠側焦点距離は
７２＋ｕｅ程度になり、被写体距離が無限遠と２０ｍの
場合では、結像位置は２６０μｍ程度ずれ、これはレン
ズの焦点深度より大きく、２０ｍの距離の被写体にはピ
ントが合わないことになる。

測距限界距離は投射される光束の全エネルギー量でほぼ
決まり、大略投射される光束のエネルギーの平方根に比
例する。

測距限界距離を長くするため投射される光のエネルギー
を増す方法としては、光源の輝度を上げることが、まず
考えられる。しかし、光源のエネルギー密度は、素子の
電流値で決まり、消費電力や素子の寿命等を考え最適に
通常設定するもので、これを簡単に増すことは困難であ
る。

これについて、Ｆ値の小さい投射用光学系を用いること
で１ｌｌｌｌ距限界距離を長くできると考えられる。

赤外光の光源として用いられる前記発光ダイオードの光
束発散角は通常１２０度以上にも広がっているが、投射
用光学系を通り被写体に投射される光束はこの１／３程
度以下である。より多くの光束を利用するために、単に
光学系のＦ値を小さくして明かるくした場合、有効径が
大きくなり、これによって投射光束の径が大きくなるた
め、前述のように測距精度の低下を来たす。またレンズ
径の増大は装置を大型化することにもなる。

一般にビデオカメラ等の自動合焦装置では、投射用光学
系としてＦｌ、０程度の単レンズが用いられる場合が多
く、これ以上光学系のＦ値を小さくすることはレンズ枚
数の増大等系を複雑にすることになる。

このように、単に光学系のＦ値を小さくしても測距精度
の低下等の問題が生じ、光源から発散する光束を右動に
被写体に投射できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来技術の距離検出装置では、測距限異距離が
比較的短かく、その近傍にある被写体はピントがボケる
という問題があり、また測距限界距離を長くしようとす
ると測距精度が劣化するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決し、消費電力の増大や測距
精度の低下等の問題を生じることなく投射光量を増大す
る光学系を実現し、測距限界距離の長い自動合焦装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、光源から発散する光束のうち、従来は投
射用レンズの有効径の外に放射されて被写体に投射され
なかった光を、平面鏡により反射してレンズを通過させ
、被写体への投写光量を増大させて測距限界距離を長く
することによって解決される。

〔作用〕

発光源の発散角は１２０°以上にも広がっており、該光
源から発散する光束の円錐の軸近傍に該軸と平行に平面
鏡を置くことによって、該光束の半分は反射されて重ね
合わさって放射されるため。

約１／２の立体角の中に全光束を放射できるため、従来
と同じレンズで２倍の光猜を被写体に投写することがで
き、　？ｌ１ｌｌ距限界距離を長くして測距精度を向上
できる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明による自動合焦装置の一実施
例を説明する。

第１図は本発明による自動合焦装置の一実施例を示す全
体構成図であって１発光源１は赤外光の発光ダイオード
で、投射用レンズ２の光軸上に。

被写体５上にしかるべきスポット６．７を形成するよう
レンズから適切な距離に配置される。その下方に受光用
レンズ３が投射用レンズ２に対して光軸間距離がしかる
べき基線長に等しくなるよう配置される。受光センサー
４は、受光用レンズ３によって被写体５上のスポット６
．７が結像される位置にセンサー面をレンズ側に向けて
配置されている。上記投射用レンズ２の側には平面鏡８
がその反射面をレンズ２及び光源１側に向けて置がれる
。この配置の詳細については、第２図により後述する。

受光センサー４は、投射用レンズ２の光軸から受光用レ
ンズ３の光軸に下した垂！＠（以後これをｙ軸方向と呼
ぶ）の方向に２つに分かれた光電変換面から成り、これ
ら両光電変換面からの出力は制御用回路１２に伝えられ
る。また、その下に、撮影光学系が配置され、撮影用レ
ンズ１３の結像位置に撮像センサ１５を置く。

撮影レンズの距離環１６にはツバ１１が取付けられ一体
に回転する。ツバ１１の一端にはクランク１７の先端が
接触し、距離環１６の回動に従って矢印へ方向に回転す
る。クランク１７の他端はセンサー４の下端に接触し、
クランク１７の回転によって矢印Ｂ方向に上下する。一
方、モータ１４はギヤを介して距離環１６の回動を行な
い、その回転は制御回路１２により制御される。

次に１本実施例の機能及び動作について説明する。

発光源１より射出された赤外光は、投射用レンズ２を通
して被写体５上に投射されスポット７となる。また発光
源１より出た光の一部は平面鏡８により反射された後投
射用レンズ２を通って被写体５上に投射されスポット６
となる。スポット６と７は、後述するように平面鏡８の
反射面が上記ｙ軸方向と平行に配置されるため、被写体
５上で上記ｙ軸方向と垂直な方向に並ぶ。

被写体５上のスポット６．７は、受光用レンズ３を介し
て受光センサー４上にスポット９，１０として結像され
る。

被写体距離は、被写体距離に応じて受光センサー４上の
スポット９，１０が、上記ｙ軸方向に動くことを利用し
、受光センサー４をｙ軸方向に動かしてスポット９，１
０をとらえる位置により検出できる。

受光センサー４は上記ｙ軸方向に２つの光電面に分かれ
、その境界の線はスポット９，１０の並び方向と平行に
なっている。

前記し九ように、受光センサー４はクランク１７の回転
によってｙ軸方向に移動し、クランク１７は撮影レンズ
１３の距離環１６に取付けたツバ１１に押されて回転す
る。

センサー４のｙ軸方向の位置はクランク１７、ツバ１１
を介して撮影レンズの距離環１６の回動位置と１対１に
対応している。さらにはセンサー４の位置は、これに対
応する距＃ｉ環１６の回動位置で合焦する被写体距離に
被写体がある時、上記２つの光電面からの出力が等しく
なるよう（すなわち、受光スポット９，１０の中央に上
記境界線が来るよう）設定されている。

モータ１４により撮影レンズ１３の距離環１６が回転す
ると、上記クランク１７等を介してセンサー４がｙ軸方
向に沿って移動する。センサー４の移動に伴い上記セン
サー４の境界線が受光スポット９，１０を横切る時、そ
の中央でセンサー４の２つの光電面からの出力が等しく
なった時、制御用回路１２はこれを検出してモータ１４
の駆動を停止する。この時、距離環１６は被写体に合焦
した位置で止まっていることになる。

以上のようにして、被写体距離の検出および被写体に対
する合焦を行なう。

２つの受光スポット９と１０は上記センサーの境界線と
平行に並んでいるため、上記境界線が一方のスポットの
中央に来て、そのスポットの寄与による２つの光電変換
面からの出力が等しくなった時、他方のスポットについ
ても全く同じ状態となる。センサ４の移動方向に見ると
受光スポットの幅は、スポットが単一の場合と同一であ
るため、単一のスポットの場合に比べ本実施例の測距精
度が低下することはない。

次に１本発明の実施例である、投射用レンズ２と平面鏡
８および発光源１で構成される系（以後投射光学系と呼
ぶ）について説明する。

第２図は、第１図における投射光学系を上記ｙ軸に垂直
な断面で見た携成図である。

以後、光源から発散する光束の中央軸を光源１の光軸と
呼ぶことにする。

同図において１発光源１は、投射用レンズ２の光軸上で
、レンズから適当な距離に、その光軸を投射用レンズ２
の光軸に対し頃け、平面［８の反射面に平行になるよう
配置する。

平面鏡８は、その反射面が上記ｙ軸と平行になると同時
に、一方の端がレンズの端面に接近し、他方が発光源１
に密着するように構成する。

以上のように構成することにより５発光源１から放射さ
れる光束の約１／２は平面ｊ１８により反射され、反射
されない光束と同じ方向に向かい投射用レンズ２を通り
被写体に投射される。従って。

投射用レンズ２からは平面！！８がない場合の２倍の光
量を被写体に投射することができる。第２図に示す光線
１９は反射されずにレンズに向かう光線で、光１Ｉａ２
０は平面鏡８に反射後、上記光線１９と同じ方向に向か
う光線を示す。

第３図は、光線反射の状況を説明するための光源１の近
傍の拡大図である。

同図にも示すように、上記光線２０は１発光源１の光軸
に対して光線１９とは対称な方向に放射された光線であ
ることがわかる。他の角度で放射される光線も同様であ
る。また１反射された光線は、同図に示すように、平面
鏡８による発光源１の虚像１８から放射された光線と等
価である。従って、この平面［８は、光源１と同じ明か
るさの光源をもう１つ並べたと同じ効果を持つ。

前述の被写体５上のスポット６は、発光源１の虚像１８
の投射レンズ２による像であり、実際の発光源１による
スポット７と同じ明かるさで同じ大きさとなる。このよ
うなスポットの状況では。

受光センサー４の出力は、スポットが１つの場合に比べ
て２倍となる一方、前述のように測距精度が低下するこ
とはない。

すなわち１本実施例によって、従来レンズを用いながら
、ａ’ａ距精度を劣化させることなく投射光量を２倍に
することができ、測距限界距離を長くすることができる
。

ちなみに、本実施例の寸法等は次の通りである。

投射用レンズ２の焦点距離：２０１ 投射用レンズ２のＦ値　　：１．０ 発光源１の光束発散角　　：１２０’以上発光源１の直
径　　　　　：φＱ、４ｍｍ第４図は投射用レンズとし
てＦ２．０のものを使用した本発明の他の実施例を説明
するための光源近傍の拡大図である。

本実施例の場合も前記実施例と全く同様で、投射用レン
ズ２２の光軸上に発光源１を置き、平面ｆｉ２１の反射
面と発光源１の光軸とを平行にして配置するものである
。このような構成によって、投射レンズ２２のみの場合
に比べて２倍の光を投射できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、測距精度の低下
等を来たすことなく発光光量を従来の２倍とすることが
でき、上記従来技術の欠点を除いて優れた機能の測距限
界距離の長い自動合焦装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
第１図における投射光学系の構成図、第３図は第１図に
おける光源近傍の拡大図、第４図は本発明の他の実施例
を説明するための光源近傍の拡大図である。 １・・・発光源、２・・・投射レンズ、３・・・受光用
レンズ。 ４・・・受光センサー、５・・・被写体、６，７・・ス
ポット、８・・・平面鏡、１２・・・制御用回路、１３
・・・撮影用レンズ、１６・・・距離環。 Ｉ＋−１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、発光源からの光を投射用光学系を通して被写体に投
   射し、該被写体からの反射光を受光用光学系を通して受
   光素子で受光することにより被写体との距離検出を行な
   うようにした自動合焦装置において、前記投射用光学系
   が少なくとも１枚以上の投射用レンズと１枚の平面鏡と
   から成り、前記平面鏡の反射面は前記投写用レンズの光
   軸から前記受光用光学系の光軸上から下ろした垂線に平
   行で、かつその一方の端は前記発光源に密着すると共に
   、前記発光源は前記投写用レンズの光軸上にあって、そ
   の放射光束の中央軸が前記平面鏡の反射面と平行になる
   よう設置されていることを特徴とする自動合焦装置。