JPH0644095B2 - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動焦点調節装置、詳しくは、フィルムカメ
ラ，ＴＶカメラ等の光学装置に用いられる自動焦点調節
装置に関する。

［従来の技術］ 自動焦点調節装置の一つに、アクティブ方式と称される
方式を採用したものがある。このアクティブ方式とは、
カメラから被写体に発した光のうち、被写体で反射され
て戻る光を受光し、測距を行なうものである。この場合
の測距手段としては三角測量の原理を用いるのが一般的
である。第２図は三角測量の原理を用いたアクティブ方
式自動焦点調節装置の光学系の構成の一例を示す原理図
である。

発光素子１から発した赤外光等の光束が集束レンズ２に
よってたとえば撮影レンズ５の光軸方向と平行に被写体
３に向けて照射されると、被写体３からの反射光が撮影
レンズ５の光軸外に設置した２分割された受光素子４
ａ，４ｂ上に受光レンズ６によって結像される。上記２
分割の受光素子４ａ，４ｂの出力の差はたとえば作動増
幅器で検出され、その差出力により撮影レンズ５の繰出
方向および量が決定され、レンズ駆動用モータを正逆回
転させる。このモータの回転により撮影レンズ５は光軸
方向へ移動する。上記２分割の受光素子４ａ，４ｂは撮
影レンズ５の移動に連動して矢印Ｘで示す左右方向の位
置が変化するようになっていて、上記受光素子4a,4b の
差出力が零となる方向に移動する。そして、上記２つの
受光素子４ａ，４ｂの差出力が零になったとき合焦状態
になる。合焦状態では、上記上記受光素子４ａ，４ｂへ
の入射光の傾き角θと、基線長Ｄと、撮影レンズ５から
被写体３までの距離Ｓとの間には、 θ＝tan^-1（Ｓ／Ｄ） なる式が満足される。また、上記２つの受光素子４ａ，
４ｂの差出力が求められると、焦点の合非のみならず、
非合焦時の焦点外れの方向性、即ち、前ピン，後ピンの
各状態をも判別することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、一般に、上記のような自動焦点調節装置にお
いて、自動焦点調節動作の応答速度を高めようとした場
合、合焦点位置でレンズ駆動用モータへの給電を停止し
てもモータや撮影レンズ等は慣性モーメント等を有する
ために直ちには停止せず合焦位置をオーバーランしてし
まう。そこで、撮影レンズが慣性によって移動すること
を見込んで上記両受光素子４ａ，４ｂの出力差が０とな
る合焦点を挟んで不感帯域を設け、上記出力差がこの不
感帯域に入ったときモータへの給電を停止するようにし
た装置が周知である。ところが、被写体距離が異なった
り、或いは被写体の反射率が異なるようなときには、上
記発光素子１から発せられて受光素子４ａ，４ｂに入射
する赤外光ビームの光量が大きく変動することになるの
で、受光素子４ａ，４ｂへの入射光量が多いときと少な
いときとで不感帯域に入るときの撮影レンズの位置が異
なり、従って、たえば受光素子４ａ，４ｂへの入射光量
が少ないとき撮影レンズが合焦位置に達しないで停止し
てしまう等の問題点がある。このため、上記の不感帯域
を可変抵抗によって調整自在に設定するようにした装置
も提案されている（特公昭５６−４１９７０号公報）
が、この従来装置では上記不感帯域を手動で設定するも
のであるので、上記入射光量の変化に対して正確に対応
させることが不可能であり、精度の高い自動焦点調節動
作を行なうことができなかった。

また、一方、自動焦点調節装置の各種制御動作を行なわ
せるために、上記２つの受光素子４ａ，４ｂの和出力を
用いるようにした装置も提案されている（特公昭５５−
１３０１２号公報。しかし、このような従来装置の場
合、非合焦時に一方の受光素子の出力が低下すると、結
局、上記和出力のレベルも低下してしまい、暗電流に対
する光電流が低くなり、受光面における単位面当たりの
Ｓ／Ｎが劣化することになるので、上記和出力を自動焦
点調節のための制御信号として使用することは極めて精
度の高い自動焦点調節動作を行なわせるうえで好ましく
なかった。

本発明は、このような問題点に着眼してなされたもの
で、上記２つの受光素子４ａ，４ｂの出力のうち、大き
い方の出力を優先検出回路によって検出すると共に、こ
の優先検出回路の出力に応じて上記不感帯域を可変設定
することによって、精度の高い自動焦点調節動作を行な
わせることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この自動焦点調節装置は、第１図に示すように、被写体
１０に対して光ビームを投射する光投射手段１１と、被
写体１０からの反射ビームを２つの受光部12ａ，12ｂに
よって受光する受光手段１２と、この受光部12ａ，12ｂ
への入射光量の差に基づいて自動焦点調節信号を得る調
節回路１３と、上記２つの受光部12ａ，12ｂの出力を受
けて両出力のうち大きい方の出力を選択的に出力する優
先検出回路１４と、この優先検出回路１４の出力に応じ
て上記調節回路１３における自動焦点調節信号に関して
その不感帯域を設定する不感帯域設定回路１５とを備え
て構成されている。

［作 用］ この自動焦点調節装置では、光投射手段１１の投射した
光ビームが被写体１０で反射して受光手段１２の２つの
受光部12ａ，12ｂに入射すると、２つの受光部12ａ，12
ｂの入射光量差に基づく出力信号により調節回路１３か
ら自動焦点調節信号が検出される。この自動焦点調節信
号は撮影レンズを合焦位置へ駆動するレンズ駆動用モー
タの給電のためなどに用いられる。そして、２つの受光
部12ａ，12ｂの出力信号のうち大きい方の出力信号が優
先検出回路１４より検出され、この検出信号が不感帯域
設定回路１５に導かれると、この不感帯域設定回路１５
の出力が調節回路１３における自動焦点調節信号に関し
ての不感帯域を上記優先検出回路１４の出力に応じて可
変設定する。

［実施例］ 以下、本発明を更に実施例に基づき説明する。

第３図は本発明の一実施例を示す自動焦点調節装置の電
気回路である。前記光投射手段１１である赤外光発光ダ
イオード２４は発振器（以下ＯＳＣとする）21からの一
定周波数の発振パルス出力を間欠的に通過させる変調器
22の出力端と接地間に接続され、消費電力の節約のため
に間欠的に赤外光を発光するようになっている。

前記受光手段12の２つの受光部12ａ，12ｂである２つの
受光素子25ａ，25ｂはそれぞれ前段増幅器26と27の入力
端と接地間に接続され、上記発光ダイオード２４から発
せられ被写体で反射した赤外光を受光するとき、それぞ
れの光電流Ia，Ibに応じた増幅出力信号が前段増幅器２
６，２７よりそれぞれ出力される。前段増幅器２６と２
７の出力は差出力検出器２９に導かれることにより、同
検出器２９から両前段増幅器２６と２７の出力差に応じ
た信号が同期検波器３０に導かれる。同期検波器３０は
差出力検出器２９の出力を上記ＯＳＣ２１の発する一定
周波数のパルスでサンプリングしてホールドし自動焦点
調節信号とする。従って、受光素子25ａの光電流Ｉａと
光電流Ｉｂとの関係がＩａ＞Ｉｂとなるときは同期検波
器３０の出力レベルは正となり、また、Ｉａ＜Ｉｂとな
るときは同期検波器３０の出力レベルは負になり、さら
に、Ｉａ＝Ｉｂとなるとき同期検波器３０の出力レベル
は０、即ち、接地レベルに等しくなる。

上記同期検波器３０の出力は２つの比較器３１，３２の
非反転入力端に接続されている。

一方、上記前段増幅器２６，２７の出力は、また、優先
検出回路３４に導かれるようになっていて、この優先検
出回路３４は前段増幅器26，27の出力のうち、レベルの
大きい出力のみを選択してバンドパスフィルタ（以下、
ＢＰＦとする）３５に送出する。ＢＰＦ３５は優先検出
回路３４から検出された前段増幅器２６又は２７の出力
の変調波成分のみを通過させて同期検波器３６に導く。
同期検波器３６はＢＰＦ３５の出力を上記ＯＳＣ２１の
発する一定周波数のパルスでサンプリングしてホールド
する。従って、この同期検波器３６の出力は前段増幅器
２６，２７の出力のうち、レベルの大きい出力に応じた
直流電圧信号であり、受光素子25ａ，25ｂへの入射光量
が増大するほど電圧が高く、逆に入射光量が減少すると
電圧が低下する。そして、この同期検波器３６の出力で
ある直流電圧は不感帯域設定用の制御信号として直流反
転器３７の一端に接続されている。そして、直流反転器
３７の両端間に不感帯域設定用の抵抗３８，３９，４０
が直列に接続されている。抵抗３８と３９との接続点が
比較器３１の反転入力端に接続され、抵抗３９と抵抗４
０との接続点が接地され、抵抗４０が接続されている直
流反転器37の負極端が比較器３２の反転入力端に接続さ
れている。比較器31の出力端にはダイオード41のアノー
ドが接続され、比較器３２の出力端にはダイオード４２
のカソードが接続され、ダイオード41のカソードとダイ
オード４２のアノードとは共通に、抵抗４３を介して接
地されていると共に、電流増幅器４４の入力端に接続さ
れている。電流増幅器４４の出力端と接地間には撮影レ
ンズを駆動するレンズ駆動用モータ４５が接続されてい
る。

上記優先検出回路３４は例えば第４図に示すように構成
される。即ち、第４図に示す優先検出回路においては、
前段増幅器２６，２７の出力端にそれぞれコンデンサ４
９，５０を介してＮＰＮトランジスタ５１，５２のベー
スがそれぞれ接続され、電源電圧＋Ｖｃｃの印加端子と
接地間に直列に接続された分圧抵抗５３と５４の接続点
が、トランジスタ５１，５２の両ベース間に直列に接続
された抵抗５５と５６の接続点に接続され、トランジス
タ５１，５２のコレクタが電源電圧＋Ｖccの印加端子
に、エミッタが共通の抵抗５７を介して接地されて構成
されている。このトラジスタ５１，５２のエミッタがこ
の優先検出回路３４の出力端としてＢＰＦ３５の入力端
に接続されている。この優先検出回路３４において、前
段増幅器２６，２７の両出力の直流電圧のばらつきによ
る影響はコンデンサ４９，５０により除去され、両出力
の変調成分のみがトランジスタ５１，５２のベースにそ
れぞれ導かれる。トランジスタ５１，５２のベースには
抵抗５３〜５６によりバイアス電圧が与えられている。

今、非合焦状態である場合、受光素子２５ａ，２５ｂの
光電流Ia,Ib がアンバランスとなる。例えば、Ia＞Ibで
あるとすると、コンデンサ４９，５０を通じてトランジ
スタ５１，５２のベースに導かれる前段増幅器２６，２
７の出力Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂは第５図に示すように、電圧Ｅｂを
基準に変調成分電圧がそれぞれＥ_Ａ，Ｅ_Ｂ（Ｅ_Ａ＞
Ｅ_Ｂ）の信号であるので、この大きい方の変調成分電圧
Ｅ_Ａによってトランジスア５１のベースエミッタおよび
抵抗５７に電流が流れる。間欠発光の非発光時を受光す
るときの基準電圧Ｅｂは上記抵抗５３，５４によって決
定され、かつ抵抗５５，５６によってトランジスタ５
１，５２のベースに印加されていてトランジスタ５１，
５２のベース電位は同一となる。そして、このとき、変
調成分電圧Ｅ_Ｂに関しては、トランジスタ５２のベース
−エミッタ間が逆電圧状態となるのでトランジスタ５２
のエミッタには、電流が流れない。その結果、トランジ
スタ５１，５２のエミッタ側には、この優先検出回路３
４の出力Ｓｃとして、第５図に示すように大きい方の変
調成分電圧Ｅ_Ａの信号Ｓ_Ａが優先的に検出される。同様
に、Ｉａ＜Ｉｂであるときは、優先検出回路３４からは
変調成分電圧Ｅ_Ｂの信号Ｓ_Ｂが検出されることになる。
またＩａ＝Ｉｂであるときは、信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂのいずれ
か一方が検出される。

このように、上記優先検出回路３４において、上記２つ
の受光素子25ａ，25ｂの出力のうち、小さい方の出力に
ついてはカットされてしまい、大きい方の出力について
のみ選択的に検出されることによって、受光素子25ａ，
25ｂの暗電流の影響が極力低く抑えられ、このため優先
検出回路３４の出力Ｓｃとしては、Ｓ／Ｎの良好な信号
が得られることになる。

上記優先検出回路３４で優先的に検出された信号Ｓｃは
このあと、ＢＰＦ３５を通過することによってほぼ正弦
波形に整形され、同期検波器３６によって前述したよう
に、直流電圧信号に変換されるので、これが直流反転器
３７で反転されると、入射光量に応じて変化する不感帯
域設定用の電圧が抵抗３８〜４０によって作られる。即
ち、比較器３１，３２の反転入力端の電圧が不感帯域設
定用電圧として同期検波器３６の出力の変化に応じて変
化する。この比較器３１，３２の反転入力端の不感帯域
設定用電圧をそれぞれＶ_１，−Ｖ_１とし、非反転入力端
の電圧をＶ_２として第６図によって不感帯域設定のため
の動作を説明すると、非合焦時には比較器３１，３２の
非反転入力端の電圧Ｖ_２が不感帯域設定用電圧Ｖ_１，−
Ｖ_１に対して、Ｖ_１＜Ｖ_２又はＶ_２＜−Ｖ_１の範囲にあ
るとき比較器３１又は３２の出力によりモータ４５が駆
動される。そして、このモータ４５の駆動によって電圧
Ｖ_２は入射光量に応じた傾きの直線（例えば直線ｌ_１，
ｌ_２など）に従って合焦位置に向って変化していき、−
Ｖ_１＜Ｖ_２＜Ｖ_１の範囲に入ったときモータ４５の駆動
が解除される。

即ち、第３図の示す回路では、前段増幅器２６と２７の
出力差が大きくＶ_１＜Ｖ_２の場合には比較器31および３
２の出力は正レベルになるので、この比較器31の正の出
力がダイオード41を通じて電流増幅器４４に導かれ、モ
ータ４５がレンズの合焦位置に向けて正回転を行なう。
同じくＶ_２＜−Ｖ_１の場合には比較器３１および３２の
出力は負レベルになるので、この比較器３２の負の出力
がダイオード４２を通じて電流増幅器４４に導かれモー
タ４５はレンズの合焦位置に向けて逆回転を行なう。ま
た、前段増幅器２６と２７の出力差が小さく−Ｖ_１＜Ｖ
_２＜Ｖ_１となる場合には、比較器３１の出力が負，比較
器３２の出力が正となるので、このとき電流増幅器４４
の入力端は接地レベルになりモータ４５は駆動力を与え
られなくなる。

ところで、受光素子25ａ，25ｂへの入射光量が多い場合
には、受光素子25ａと25ｂとの出力差、即ち、比較器３
１，３２の非反転入力端に印加される同期検波器３０の
出力電圧Ｖ_２も、第６図に実線の直線ｌ_１で示す急峻な
傾きに従い、モータ４５の回転によるレンズ移動量に対
する電圧変化が大きくなるが、逆に、受光素子25ａ，25
ｂへの入射光量が少ない場合には、上記電圧Ｖ_２も、例
えば第６図に点線の直線ｌ_２で示す緩やかな傾きに従
い、レンズ移動量に対する電圧変化が小さくなる。従っ
て、今、仮に不感帯域設定用電圧Ｖ_１，−Ｖ_１が入射光
量に応じて変化しない固定的なものであるとすると入射
光量が多い場合、直線ｌ_１に従って電圧Ｖ_２が変化して
いき、Ｖ_２＝Ｖ_１又は−Ｖ_１となるレンズ位置はＰ_Ａ又
はＰ_Ａ′であるが、入射光量が少ない場合、直線ｌ_２に
従って電圧Ｖ_２が変化していきＶ_２＝Ｖ_１又は−Ｖ_１と
なるレンズ位置はＰ_Ｂ又はＰ_Ｂ′である。つまり、入射
光量が多いときとすくないときとで、不感帯域に入ると
きのレンズ位置が異なるので、例えば、位置Ｐ_Ａで不感
帯域に入り、モータ４５への給電が停止され、このあと
慣性により回転を続けてレンズ位置が丁度合焦位置Ｐｏ
に至った状態でモータ４５の回転が停止するように設定
されているとすれば、上記直線ｌ_１に従って電圧Ｖ_２が
変化するような入射光量が多いときには問題がないが、
入射光量が少なく電圧Ｖ_２が直線ｌ_２に従って変化する
ような場合には、位置Ｐ_Ｂで不感帯域に入ってモータ４
５の給電が停止されるので、このあと慣性によって回転
してもレンズの位置が合焦位置Ｐｏに至らないうちにモ
ータ４５が停止してしまい、精度の高い合焦状態が得ら
れなくなる。

そこで、上記第３図に示した自動焦点調節装置において
は、上述した不具合が生じないようにするために、不感
帯域設定用電圧Ｖ_１，−Ｖ_１が入射光量に応じて変化す
るようになっている、即ち、これを第６図によって説明
すると、入射光量が多いときは同期検波器３６の出力レ
ベルが上昇するので、これに応じて比較器３１，３２の
反転入力端の不感帯域設定用電圧Ｖ_１，−Ｖ_１が第６図
に実線で示すように比較的高いレベルに設定される。そ
して、このときは同期検波器３０の出力電圧Ｖ_２が直線
ｌ_１に従って変化していくので、Ｖ_２＝Ｖ_１又は−Ｖ_１
になったとき不感帯域に入り、モータ４５はレンズ位置
Ｐ_ＡあるいはＰ_Ａ′で駆動を解除され合焦位置Ｐｏで完
全に回転を停止する。入射光量が少なくなると同期検波
器３６の出力レベルも低下していくので、これに応じて
上記不感帯域設定用電圧Ｖ_１，−Ｖ_１も低下していく。
そして、同期検波器３０の出力電圧Ｖ_２が例えば、直線
ｌ_２に変化していくような入射光量となる場合、この入
射光量に応じて上記不感帯域設定用電圧Ｖ_１，−Ｖ
_１は、第６図に点線で示すような低いレベルの電圧
Ｖ_１′，−Ｖ_１′に設定される。従って、この場合、同
期検破器３０の出力電圧電圧Ｖ_２が直線ｌ_２に従って変
化していき、Ｖ_２＝Ｖ_１′又は−Ｖ_１′になったとき不
感帯域に入るので、このときモータ４５は上記入射光量
が多い場合と同様に、レンズ位置Ｐ_ＡあるいはＰ_Ａ′で
駆動を解除され、合焦位置Ｐｏで回転を停止する。この
ように、入射光量の変化に応じて不感帯域設定用電圧Ｖ
_１，−Ｖ_１が変化するようになっているので、レンズ駆
動用モータ４５は常に合焦位置Ｐｏで停止することにな
り応答速度を高めることができる。

なお、上記自動焦点調節装置における優先検出回路３４
のほか、例えば第７図に示すように構成された優先検出
回路３４Ａを用いることができる。この優先検出回路３
４Ａは、電子スイッチ６５の接点端子65ａ，65ｂおよび
比較器６６の各入力端は前段増幅器２６，２７の出力端
にそれぞれ接続され、比較器６６の出力端はＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）６７のドレイン側に接続されてい
る。このＥＦＴ６７のゲートは抵抗６８を解してＯＳＣ
２１の出力端に接続され、ＦＥＴ６７のソース側と接地
間にはサンプリングホールド用コンデンサ６９が接続さ
れている。このコンデンサ６９の、ＦＥＴ６７のソース
側に接続した一端は上記電子スイッチ６５の制御端に接
続され、電子スイッチ６５の可動接片はこの優先検出回
路３４Ａの出力端としてＢＰＦ３５に接続される。

この優先検出回路３４Ａを有した自動焦点調節装置にお
いては、非合焦時に、受光素子25ａ，25ｂへの入射光量
がアンバランスになって例えば光電流Ｉａ，ＩｂがＩａ
＞Ｉｂの関係になると、前段増幅器２６，２７の出力信
号Ｓ_１，Ｓ_２もＳ_１＞Ｓ_２の関係になり、このため、比
較器６６の出力Ｓ_３は第８図に示すように上記信号
Ｓ_１，Ｓ_２と同相で“１”，“０”に変化する信号とな
る。この比較器６６の出力信号Ｓ_３はＯＳＣ２１の出力
Ｓ_４でＦＥＴ６７がオンになることによりサンプリング
される。ＯＳＣ２１の出力Ｓ_４は前段増幅器２６，２７
の出力信号Ｓ_１，Ｓ_２の変調波形に同期しているので、
上記ＦＥＴ６７によって上記信号Ｓ_３がサンプリングさ
れると、“１”の信号がコンデン６９にホールドされ
る。従って、このとき電子スイッチ６５の可動接片は接
点端子65ａの側に接続して、前段増幅器２６の出力信号
Ｓ_１がこの優先検出回路３４Ａの出力信号Ｓ_５としてＢ
ＰＦ３５へ導かれる。

光電流Ｉａ＜Ｉｂとなり、前段増幅器２６，２７の出力
信号Ｓ_１，Ｓ_２がＳ_１＜Ｓ_２の関係になった場合には、
比較器６６の出力信号としては第８図に示すように上記
信号Ｓ_３の位相を反転した信号Ｓ_３′となるので、この
ときサンプリングによって“０”の信号がコンデンサ６
９にホールドされることになり、電子スイッチ６５は接
点端子65ｂ側に接続を切換え、このため前段増幅器２７
の出力信号Ｓ_２が優先検出回路３４Ａの出力信号Ｓ_５と
してＢＰＦ３５へ導かれる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、２つの受光部の出力
のうちの大きい方の出力を選択的に優先検出回路を有し
ているので、暗電流に対する光電流の比が大きくなって
Ｓ／Ｎが良好な状態で被写体からの反射光量レベルを検
出することができ、また、この優先検出回路の出力を用
いて自動焦点調節信号を得る調節回路における不感帯域
を可変設定しているので、入射光量の変動に影響される
ことなく高精度で応答の速度早い自動焦点調節動作を行
なわせることができる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の自動焦点調節装置の基本的回路構成
を示すブロック図、 第２図は、本発明の自動焦点調節装置が採用される光学
系の一例を示す原理構成図、 第３図は、本発明の一実施例を示す自動焦点調節装置の
電気回路図、 第４図は、上記第３図中の優先検出回路の一例を示す電
気回路図、 第５図は、上記第４図に示す優先検出回路の入出力信号
の波形を示すタイムチャート、 第６図は、優先検出回路の出力で制御される不感帯域を
説明するための線図、 第７図は、優先検出回路の他の例を示す電気回路図、 第８図は、上記第７図に示す優先検出回路の入出力信号
の波形を示すタイムチャートである。 １……発光素子（光投射手段） ３，10……被写体 4a,4b,25ａ，25ｂ……２分割の受光素子（２つの受光
部） ５……撮影レンズ １１……光投射手段 １２……受光手段 12ａ，12ｂ……２つの受光部 １３……調節回路 14,34,34Ａ……優先検出回路 １５……不感帯域回路 31,32……比較器（不感帯域設定回路） ３６……同期検波器（不感帯域設定回路） ３７……直流反転器（不感帯域設定回路） 38〜40……抵抗（不感帯域設定回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大井上 建一 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−228213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−182410（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−41970（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを投射する光投射手段と、 上記光ビームの被写体による反射ビームを受光するため
   の２つの受光部を有してなる受光手段と、 上記２つの受光部への入射光量の差に基づいて自動焦点
   調節信号を得る調節回路と、 上記２つの受光部の出力を受けて両出力のうち大きい方
   の出力を選択的に出力する優先検出回路と、 この優先検出回路の出力に応じて、上記調節回路におけ
   る自動焦点調節信号に関してその不感帯域を設定する不
   感帯域設定回路と、 を具備してなることを特徴とする自動焦点調節装置。