JPH067216B2

JPH067216B2 - 自動焦点装置

Info

Publication number: JPH067216B2
Application number: JP59067203A
Authority: JP
Inventors: 博山本; 彰明石
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: US4705380A; JPS60211414A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自動焦点装置に関するものである。

従来より、焦点距離の変化に応じて同一物体に対するフ
ォーカスレンズの合焦位置が変化するズームレンズ、例
えばリアーフォーカスタイプのズームレンズは周知であ
る。ところで、このようなタイプのズームレンズでは、
設定焦点距離に応じて同一物体に対するフォーカスレン
ズの合焦位置が異なるので、ズーミング操作を行った場
合には同一物体に対してピント面が移動してしまうこと
になる。このことを第１図を用いて更に説明する。

第１図はリアーフォーカスタイプのズームレンズにおけ
る設定焦点距離とフォーカスレンズの繰り出し量の関係
を各物体距離ごとに示し、縦軸に焦点距離変化を、横軸
に無限遠に対する合焦位置を基準としてフォーカスレン
ズの繰り出し量を示している。この第１図に示されるよ
うに、リアーフォーカスタイプのズームレンズでは、物
体距離が無限遠でない場合には、同一物体距離に対して
も焦点距離の変化に応じて、フォーカスレンズの合焦位
置つまりフォーカスレンズの繰り出し量は２次曲線に沿
って変化する。換言すれば、フォーカスレンズを固定と
したままズーミング操作を行うとピント面が移動してし
まうことになるので、撮像面上の像はぼけてしまうこと
になる。また、このズーミング操作に応じたフォーカシ
ングレンズの繰り出し量の変化は、物体距離が至近側で
ある程大きくなる。例えば、第１図の特性を有するリア
ーフォーカスタイプのズームレンズでは、物体距離が約
２．５ｍの場合に広角側ではフォーカスレンズを約１．
７ｍｍ繰り出せば物体像のピント面をカメラの撮像面に
一致させることができるが、望遠側に設定された場合に
はフォーカスレンズを約１０ｍｍ繰り出さなければなら
ない。

ところで、このようなタイプのズームレンズのズーミン
グ操作に応じたピント面の移動を、ピント面の移動量を
検出することによりフォーカスレンズを合焦位置へ移動
する自動焦点装置の作用で補正することが、例えば特公
昭５６−４７５３３号公報で提案されている。しかし、
この方法は物体の輝度が高く焦点検出装置の応答が迅速
に行われる場合や、ズーミング操作の速度が遅い場合に
は、ズーミング操作に応じながらピント面の移動を補正
することが可能であるが、物体の輝度が低かったり、ズ
ーミング操作を急いで行った場合には、自動焦点装置に
よるピント面の補正が間に合わないという問題がある。

このような場合には、カメラの撮像面における物体像は
大ぼけ状態となり、焦点検出装置は正常な焦点検出が不
可能となってしまうので、自動焦点装置はフォーカスレ
ンズを何れかの方向に移動させる所謂サーチモードとな
る。ここで、サーチモードがフォーカスレンズを合焦位
置に近づける方向に働いた場合は良いが、合焦位置と反
対方向に働いてしまった場合には、フォーカスレンズが
合焦位置へ移動するまでに多くの時間を費やしてしまう
ので、ズーミング操作を行うことによってカメラのシャ
ッタチャンスを逃してしまうという虞れがある。

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、焦点距離の変化に応じて同一物体に
対するフォーカスレンズの合焦位置が変化するズームレ
ンズのズーミング操作に応じたピント面の移動を常に迅
速に補正することのできる自動焦点装置を提供すること
にある。

上述の目的を達成するための本発明の要旨は、焦点距離
の変化に応じて同一物体に対するフォーカスレンズの合
焦位置が変化するズームレンズの焦点状態を検出する焦
点状態検出手段と、前記ズームレンズの以前の焦点距離
と現在の焦点距離を比較して焦点距離の変化量を検出す
る第１検出手段と、前記ズームレンズの焦点距離の変化
方向を検出する第２検出手段と、前記焦点状態検出手段
が検出不能でかつ前記第１検出手段による変化量が所定
値以上であるときに前記第２検出手段による焦点距離の
変化方向に応じた方向へ前記フォーカスレンズを移動さ
せる制御手段とを具備することを特徴とする自動焦点装
置である。

第２図は本発明に適用されるズームレンズの一実施例の
レンズ中央断面図であり、この場合はリアーフォーカス
タイプのズームレンズを示している。また、第３図はフ
ォーカスレンズ駆動部の分解斜視図である。

ここで、１はレンズ鏡筒本体であり、その端部のマウン
ト部１ａの爪を介して図示しないカメラと結合する。マ
ウント部１ａには電気接点ピン１ｂが設けられ、カメラ
側からの電気信号を受け、レンズ駆動制御を行なうよう
になっている。鏡筒本体１には絞りユニット２が周知の
方法で固定されており、周知の方法でカメラからの制御
作用に基づき信号レバー３を介して絞りユニット２を駆
動している。鏡筒本体１にはズーム環４が回転自在に嵌
合され、ズームカム筒５が光軸を中心に回転自在に周設
されている。ズームカム筒５にはカム溝５ａ、５ｂが刻
設されており、バリエータ環６及びコンペンセータ環７
には突出されたコロ８、９が嵌挿されている。これらの
コロ８、９とカム溝５ａ、５ｂは外周方向に少なくとも
３個所でのレンズ保持をも兼ねている。更に、鏡筒本体
１には光軸と平行直進カム１ｃが設けられ、バリエータ
環６のキー部６ａ、コンペンセータ環７のキー部７ａが
それぞれ嵌合されている。バリエータ環６、コンペンセ
ータ環７には、それぞれ光学的なパワーを持つレンズG
2、G3が取り付けられている。なお、前玉レンズG1は鏡
筒本１に固定され、レンズG5はフォーカス用であって光
軸方向に移動すると共に回転するレンズ群であり、移動
筒１０に固定されている。移動筒１０の外周には雄ネジ
１０ａが刻設されており、鏡筒本１の内面に設けられた
雌ねじ１ｄと螺合している。移動筒１０には、光軸と平
行に少なくとも１本のキー溝１０ｂが設けられており、
フォーク１１が嵌挿されている。このフォーク１１とキ
ー溝１０ｂは光軸を中心に一体的に回転はするが、光軸
と平行方向には相対移動する。フォーク１１の軸受部に
はボールレイス１１ａ設けられ、ボール１２を介し鏡筒
本体１に対して光軸を中心に回転可能であり、更に延長
端部には歯車１１ｂが刻設されている。歯車１１ｂは二
段歯車１３と噛合し、この二段歯車１３の他方の歯はピ
ニオン１４と噛合している。二段歯車１３には電動機１
５の回転量に対応した図示しないパルス発生器が取り付
けられている。ピニオン１４は電動機１５の回転軸に固
着されており、電動機１５の回転力を伝達している。

移動筒１０の端部にはストッパ１０ｃが固定されてお
り、移動筒１０が回転して光軸に平行にマウントと反対
方向に移動したときのストッパの役目をなしている。こ
のストッパ１０ｃは鏡筒本体１にビス止めされたＬ字ス
トッパ１６と当接し、それ以上回転できないようになっ
ている。一方、移動筒１０の反対側端にも同様なストッ
パ１０ｄが構成されており、鏡筒本体１の一部に形成さ
れたストッパ１ｅと当接し、逆方向の回転止めの役割を
果している。

次にこの動作を説明すると、公知の測距システムにより
出力された電流によって電動機１５が回転され、その回
転軸に取り付けられたピニオン１４は二段歯車１３を回
転し、更に歯車１１ｂを回転させる。この動作により、
フォーク１１は光軸を中心として回転し、フォーク１１
の先端に嵌合している移動筒１０のキー溝１０ｂを外周
方向に押すことにより移動筒１０を回転させる。移動筒
１０と鏡筒本１とはねじ嵌合しているため、移動筒１０
が回転することによって、移動筒１０に固定しているレ
ンズG5が光軸方向へ平行移動することになる。このよう
な小口径フォーカス用レンズを動かすことは、レンズ駆
動を行う場合に極めて好都合である。測ち、負荷抵抗、
負荷の慣性力を小さくすることにより駆動系の機械的時
定数を小さくし、応答性の良い制御方法を可能にしてい
る。

一方、変倍光学系部には、ズームカム筒５の外周に周知
のアナログ情報抵抗１７が配置されており、この抵抗１
７の一端は電線１８により演算回路に接続されている。
また、この情報抵抗１７上にブラシ１９が接触しており
抵抗値を読み出している。つまり、現在の焦点距離情報
を抵抗値に変換して、電気的演算の情報入力にしている
わけである。

次に、第４図に示す実施例の電気回路の構成を説明す
る。２１は前述のズームレンズによって形成される像を
検出するための公知のイメージセンサ、２２は焦点検出
演算装置（以下ＡＦＰと略記する）であり、ＡＦＰ２２
はセンサ２１からの光電変換信号を演算処理することに
より、カメラの撮像面つまりフィルム面に対する像の結
像位置のずれ判別し、その判別状態に応じて合焦ならば
端子NF、FFを共に高電位（以下Ｈレベルと略記する）
と、前ピントならば端子FFをＨレベル、LFを低電位（以
下Ｌレベルと略記する）とし、後ピントならば端子FFを
Ｈレベル、NFをＬレベルとする。そして、所謂大ぼけ状
態や被写体のコントラストの低下等によって焦点検出の
不能な場合には端子NF、FFに共にＬレベルの信号を出力
する。端子NF、FFの出力はアナログスイッチ（以下ＡＳ
と略記する）２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、更にイ
ンバータゲート２５ａ、２５ｂ、オアゲート２６ａ、２
６ｂ、抵抗２７ａ〜２７ｄを介してトランジスタ２８ａ
〜２８ｄへ図示のように接続されている。後述するよう
に、ＡＳ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂは、通常の自
動焦点動作においてＡＳ２３ａ、２４ａが導通している
から、ＡＦＰ２２の端子NF、FFの出力状態によって、ト
ランジスタ２８ａ〜２８ｄのオン・オフ状態が決定され
る。測ち、合焦時の端子NF、FFの出力が共にＨレベルの
場合、トランジスタ２８ａ、２８ｂはオフ、２８ｃ、２
８ｄがオンし、レンズの焦点調節部材を駆動する電動機
１５は、その両端子が電気的に接地され制動効果が与え
られる。また、前ピント時に端子NFがＨレベル、FFがＬ
レベルの信号を出力すると、トランジスタ２８ｂ、２８
ｃがオン、２８ａ、２８ｄがオフし、電動機１５には第
４図の左側端子から右側端子に通電され、後ピント時で
端子FFがＨレベル、NFがＬレベルの信号を出力すると、
トランジスタ２８ａ、２８ｄがオン、２８ｂ、２８ｃが
オフして、電動機１５には右側端子から左側端子に通電
される。そして、焦点検出不能で端子NF、FFが共にＬレ
ベルの場合には、トランジスタ２８ａ〜２８ｄは全てオ
フし、電動機１５は電気的に解放される。

電動機１５の回転軸周辺には２つのスイッチ部材２９
ａ、２９ｂが取り付けられており、レンズの焦点調節部
材が至近端にきたときにはスイッチ部材２９ａがオン
し、無限端にきたときには２９ｂがオンする。これらの
両スイッチ２９ａ、２９ｂの一端が接地され、他方端は
抵抗３０ａ、３０ｂでプルアップされ、アンドゲート３
１ａ、３１ｂを介してナンドゲート３２ａ、３２ｂによ
るフリップフロップ回路へ入力されている。従って、レ
ンズが焦点調節領域の端部に達してスイッチ部材２９ａ
又は２９ｂの一方がオンした場合に、フリップフロップ
の出力はＨレベルからＬレベルへ、又はＬレベルからＨ
レベルへと反転する。

更に、電動機１５の回転軸には共通接地した櫛歯状の電
極３３が配設され、電動機１５の回転に応じてオン・オ
フのパルス信号をＡＦＰ２２の端子KCへ送出する。ＡＦ
Ｐ２２はこのオン・オフを計数することによって焦点調
節部材の相対的移動量を検出し、焦点位置に相当した相
当量の移動があると端子NF、FFの出力は共にＨレベルと
なり、電動機１５を停止させ次の焦点検出動作を行う。

また、ＡＦＰ２２は後述する動作のために、１回の焦点
検出演算が終了し、端子NF、FFに結果を出力した後に、
端子P0から１パルスのＨレベルの信号を出力する構成と
している。

次に、レンズを一定量移動させて焦点検出が可能となる
レンズ位置を探索する所謂サーチ動作を説明する。大ぼ
け等の原因によって焦点検出演算が不可能になると、Ａ
ＦＰ２２の端子NF、FFが共にＬレベルとなるので、この
とき、ノアゲート３４はＨレベルの信号を出力し、ＡＳ
２３ｂ、２４ｂを導通状態とする。また、このノアゲー
ト３４の出力のＨレベルへの立ち上がりによって、単安
定マルチバイブレート（以下ＯＳＭと略記する）３５は
所定時間だけ出力がＨレベルとなり、ナンドゲート３６
ａ、３６ｂを介して所定時間だけＬレベルとなる信号が
ＡＳ２３ｂ、２４ｂに送られる。２入力のナンドゲート
３６ａ、３６ｂの他方の入力には、それぞれナンドゲー
ト３２ａ、３２ｂの出力と、インバータ３７によるその
反転出力が入力されているから、ナンドゲート３２ａ、
３２ｂの出力状態によってＯＳＭ３５の所定時間だけＨ
レベルの信号の反転、即ち所定時間だけＬレベルの信号
がＡＳ２３ｂ或いは２４ｂに入力され、それによってＯ
ＳＭ３５が決定する所定時間だけ電動機１５を正転或い
は逆転するサーチ動作を行うことになる。このナンドゲ
ート３２ａ、３２ｂの出力状態がサーチの方向を決定す
るわけであるが、この状態は前述したレンズの至近端、
無限端のスイッチ部材２９ａ、２９ｂと、後述するズー
ム環４の変位量とその方向によって選択的に決定され
る。

１７は第２図において説明したようにズームカム筒５に
取り付けられた情報抵抗であり、ズーム環４の回転位置
に対応した電位を出力する。この電位は差動増幅器３
８、抵抗３９ａ〜３９ｄにより構成された差動増幅回路
の負入力と、公知のサンプルホールド回路（以下Ｓ／Ｈ
と略記する）４０に入力されている。Ｓ／Ｈ４０は端子
SHがＨレベルからＬレベルへの立ち下がり時の入力電位
を保持する構成とされ、端子SHはＡＦＰ２２の端子P0に
接続されている。従って、Ｓ／Ｈ４０は前回の焦点検出
演算出力後のズーム環４の回転位置に対応する電位を保
持することになる。Ｓ／Ｈ４０の出力は差動増幅器３８
の正入力へ抵抗３９ｃを介して接続されているから、差
動増幅器３８の出力は或る焦点検出演算が終了した時点
と、一回前の演算終了時点でのズーム環４の変位量に対
応する電位差Vzとなる。この出力は公知の絶対値回路４
１へ入力され、その絶対値出力｜Vz｜はコンパレータ４
２の負入力へ入力されている。このコンパレータ４２の
正入力には、可変抵抗４３によって作られた所定の参照
電位Vrが入力されており、コンパレータ４２の出力は｜
Vz｜＜VrならばＨレベル、｜Vz｜＞VrならばＬレベルと
なる。この出力はオアゲート４４ａ、４４ｂに入力され
ているから、｜Vz｜＜Vrのときにはオアゲート４４ａ、
４４ｂの出力は共にＨレベルとなり、コンパレータ４５
の出力を禁止する。差動増幅器３８の出力Vzはコンパレ
ータ４５の負入力にも入力され、正入力は接地されてい
るから、コンパレータ４５の出力はVz＜０ならばＨレベ
ル、Vz＞０ならばＬレベルとなる。更に、コンパレータ
４５の出力はオアゲート４４ａと、インバータ４６を介
してオアゲート４４ｂへ入力されている。従って、オア
ゲート４４ａ、４４ｂの出力はズーム環４の変位量に応
じて、その変位量が小さい場合にはオアゲート４４ａ、
４４ｂが共にＨレベルを出力し、変位量が大きい場合に
は変位の方向に対応してオアゲート４４ａ、或いは４４
ｂの何れかがＬレベルの信号を出力する。

オアゲート４４ａ、４４ｂの各出力は２入力アンドゲー
ト３１ａ、３１ｂの一方の入力に接続され、他方の入力
には前述したように焦点調節部材の端部のスイッチ部材
２９ａ、２９ｂに接続されているから、ズーム環４の変
位量が大きい場合、又はレンズの焦点調節部材が至近端
或いは無限端に至ったときに、サーチ動作の方向を強制
的に限定又は反転させるために、ナンドゲート３２ａ、
３２ｂの出力はＨレベルからＬレベルへ、或いはＬレベ
ルからＨレベルへと切り換わることになる。

上述の構成によるこの電気回路の動作を説明すると、先
ずセンサ２１、ＡＦＰ２２により焦点状態が合焦と判定
された場合に、端子NF、FFの出力は共にＨレベルとな
り、このときノアゲート３４はＬレベルとなるから、Ｏ
ＳＭ３５、ナンドゲート３６ａ、３６ｂの出力はＬレベ
ルであり、ＡＳ２３ａ、２４ａが導通、ＡＳ２３ｂ、２
４ｂが不導通で対となるＡＳ２３ａ、２３ｂ及び２４
ａ、２４ｂの共通出力は共にＨレベルとなり、電動機１
５は電気的に制動がかけられる。前ピントの場合に、端
子NFはＨレベル、FFはＬレベルであり、ＡＳ２３ａ、２
４ａが導通であるから、ＡＳ２３ａ、２３ｂの対はＨレ
ベルを、２４ａ、２４ｂの対はＬレベルを出力し、電動
機１５は第４図の左端子から右端子へ通電される。この
とき、ＡＦＰ２はレンズの移動に伴ったパルス信号を端
子KCから受けて計数し、レンズが所定量移動すれば端子
NF、FFは共にＨレベルを出力して電動機１５を制動し停
止させる。後ピントの場合には電動機１５へ右端子から
左端子へ導通し、以下は前ピントの場合と同様である。

いま被写体が変化したり、ズーム環４を急に回転したた
め、大ぼけ状態となって焦点検出が不能になった場合
は、端子NF、FFは共にＬレベルを出力する。ノアゲート
３４の出力はこのときＨレベルとなり、ＡＳ２３ｂ、２
４ｂが導通、２３ａ、２４ａが不導通になる。更に、こ
のノアゲート３４の出力のＨレベルへの立ち上がりに応
じて、ＯＳＭ３５は所定時間Ｈレベルで以後Ｌレベルと
なる信号を出力する。ナンドゲート３６ａ、３６ｂには
それぞれ、フリップフロップ回路を構成するナンドゲー
ト３２ａ、３２ｂによって記憶させている状態と、イン
バータ３７によるその反転信号が入力されており、ナン
ドゲート３２ａ、３２ｂの何れか一方が所定時間だけＬ
レベル、以後はＨレベルとなる信号を出力する。ナンド
ゲート３６ａ、３６ｂはそれぞれ現在導通しているＡＳ
２３ｂ、２４ｂに接続されているから、ＡＳ２３ａ、２
３ｂの対、２４ａ、２４ｂの対出力はナンドゲート３６
ａ、３６ｂの出力を伝達し、電動機１５はＯＳＭ３５に
よって決定された所定時間だけ正転又は逆転のサーチ動
作を行う。

このとき、ズーム環４の回転位置と前回の焦点検出演算
出力時の位置とを比較して、その偏位量が大きい場合に
は、ズーム環４の急激な変位によって焦点位置が移動し
た可能性が大きいと判断して、サーチの方向を予測され
る焦点の移動方向へ強制し、偏位量が小さければ被写体
の方が変化したと考えてサーチ方向の強制は実施しな
い。即ち、コンパレータ４２の出力がＬレベルとなった
とき、コンパレータ４５の出力に応じてサーチ方向を決
定することになる。そして、サーチ動作によって焦点調
節部材が至近端又は無限端に至ったときには、スイッチ
部材２９ａ、２９ｂによってサーチの方向を反転する。

以上説明したように、本発明に係る自動焦点装置によれ
ば、オートフォーカス用レンズとしてリアーフォーカス
タイプのズームレンズを使用した場合に起り得るズーム
環の急激な変化による焦点位置変化にも対応できると共
に、大ぼけ状態となった際にもやみくもに合焦位置を探
し廻るといった無駄な動作をなくした、迅速な焦点調節
を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はリアーフォーカスタイプのズームレンズにおけ
る被写体距離、焦点距離及びフォーカスレンズ位置の関
係を示す特性図、第２図は本発明に適用されるリアーフ
ォーカスタイプのズームレンズの断面図、第３図は第２
図のレンズの主要部の分解斜視図、第４図は本発明の自
動焦点装置の一実施例を示す回路図である。符号１は鏡筒本体、４はズーム環、１５は電動機、１７
は情報抵抗、１９はブラシ、３３は櫛歯電極、３８はオ
ペアンプ、４０はサンプルホールド回路、４２、４５は
コンパレータである。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭52−66445（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−168610（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−92127（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−186872（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−113（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−196219（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焦点距離の変化に応じて同一物体に対する
フォーカスレンズの合焦位置が変化するズームレンズの
焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、前記ズームレ
ンズの以前の焦点距離と現在の焦点距離を比較して焦点
距離の変化量を検出する第１検出手段と、前記ズームレ
ンズの焦点距離の変化方向を検出する第２検出手段と、
前記焦点状態検出手段が検出不能でかつ前記第１検出手
段による変化量が所定値以上であるときに前記第２検出
手段による焦点距離の変化方向に応じた方向へ前記フォ
ーカスレンズを移動させる制御手段とを具備することを
特徴とする自動焦点装置。