JPS587112A - オ−トフオ−カス装置 - 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】 本発明は方貞カメラ、テレビカメラ等の光学機器に用い
らｔするオー　トフ」−カス装置に関Ｊるものである。

従来から名種の」−トフ側−カス装宵が提案さ′ｉ１で
おり、その１つにスポット状の赤外光を物体に照射し、
その反射光全受光部で検知することに、Ｌつで物体−ま
での距離を測定するようにしたものがある。この赤外光
投光式のオートフォーカス装置は、三角測量法を用いる
ものであるから、測距精度を上げるためには、赤外光発
光部と受光部との距離（基線長）を大きくとる必要があ
り、このだめ装置が大きくなるという欠点がある。

このような欠点を解決するために、結像レンズを通して
物体に赤外光を照射し、この物体表面で反射された赤外
光を再び結像レンズを通して受光部に導くようにしたオ
ートフォーカス装置が提案されている（例えば特開昭５
４−１５５８８２号）。

この装置では、結像レンズの周辺を通る光束を取り出し
て受光部で受光しているから、ピントが合っているとき
には、受光部の中心と光束の中心とが一致し、合ってい
ない場合には光束の中心が受光部の中心からずれてくる
。

しかし、この装置では、光束のずれを受光部の出力のピ
ーク値から検出しているため、受光部の出力を処理して
ピーク値を求めるだめの信号処理回路の構成が複雑にな
るという欠点がある。

本発明は上記欠点に鑑み、光束のずれを簡単に検出する
ことができるようにしたオートフォーカス装置を提供す
ることを目的とするものである。

本発明の別の目的は、光束のずれの方向も簡単に検出す
ることが可能であり、それによシ結像レンズを移動する
ことなく、任意の位置で前ピン。

合ビン、後ピンのいずれであるかを知ることができるよ
うにしたオートフォーカス装置を提供することを目的と
するものである。

本発明は光入射位置に応じた信号を出力する光位置検出
器（特に非走査形ポジションセンサー）を用い、この光
位置検出器によって、結像レンズを通り、物体から反射
されてきた赤外光のうち異ガつた２点を通る光束の照射
位置を測定し、この２つの光束による光位置検出器の出
力を交互に取シ出すことにより交流信号を形成し、この
交流信号の位相と光束との関係から結像レンズのピント
状態を検出するようにしたことを特徴とするものである
。

２つの光束を交互に測定するには、光位置検出器を２個
用い、これを結像レンズの光軸に関して対称な位置に配
置し、２つの光位置検出器の出力をチョッパ回路で交互
に取り出せばよい。別の方法としては、結像レンズの光
軸上に１個の光位置検出器を配置し、その前方に回転自
在なセクターを設け、このセクターによって結像レンズ
の上方を通る光束と下方を通る光束とを交互に光位置検
出器上に結像させればよい。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図において、赤外光発光素子１としては、赤外光も
しくは近赤外光を発光する発光ダイオードが用いられ、
この赤外光発光素子１から放出された赤外光はミラー２
に入射する。このミラー２は、結像レンズ（撮影レンズ
）８０光軸り上に４５度の角度で傾斜して配されている
。このミラー２で反射された赤外光は、光軸りに沿って
直進し、物点Ｏをスポット状に照明する。

この物点０で反射された赤外光は、結像レンズ８を通っ
てピント面（写真カメラにあってはフィルム面）Ｐに結
像する。物点Ｏからの反射光のうち結像レンズ８の上方
の周辺部を通った光束は、ミラー４で取シ出され、ピン
ト面Ｐと共役な位置に配した第１の光位置検出器５上の
一部に結像される。ここで、写真フィルムには可視光に
よる物体像が結像され、第１の光位置検出器５では、赤
外光が結像される。この赤外光と、可視光とは屈折率が
異なっているから、赤外光の色収差を考慮した位置に第
１の光位置検出器５を配置する必要がある。

また、結像レンズ８の下方の周辺部を通った光束は、ミ
ラー６で取シ出され、第２の光位置検出器７にスポット
状に結像される。これらの第１及び第２光位置検出器５
，７は、結像レンズ８のピントが合ったときに、その中
央に反射光が結像されるように配されている。なお、実
線は結像レンズ８のピントが合っている状態を示し、点
線は前ピンの状態を示している。

物点Ｏからの反射光には、照明光源等から放出された赤
外光が含まれていることがあるから、これらのノイズ成
分を除去するために、赤外光発光素子１を所定の周期で
点滅し７、かつ光位置検出器５，７の出力を点滅の周期
に同期して取り出すようにするのが望ましい。

第２図囚は光位置検出器特に非走査形ポジションセンサ
＝−（以下ＰＳＤと称する）の断面構成を示すものであ
る。Ｎ型高抵抗シリコン基板５ａにＰ型抵抗層５ｂが形
成されており、とのＰ−Ｎ接合によってホトダイオード
が構成される。このホトダイオードの上には赤外光が透
過する長波長フィルタ５ｃが形成されている。なお、Ｐ
型抵抗層５ｂの拡散深さを調節して長波長側に感度を有
するようにすれば、長波長フィルタ５ｃを省略すること
ができる。

ここでＰＳＤの電極ＸおよびＹの間の距離をＬ１抵抗を
ＲＬとし、電極Ｘより光入射位置１での距離を１１抵抗
をＲａとする。光入射位置で発生した光生成電荷は、光
の入射エネルギーに比例する光電流とし・て抵抗層に到
達し、それぞれの電極までの抵抗値に逆比例するように
分割され、電極ＸおよびＹより取り出される。入射光に
より生成された光電流をＩｏとし電極ＸおよびＹに取り
出される電流をＩｘ、Ｉｙとすると ＲＴ。

となる。抵抗層は均一であり、長さど抵抗値が比例する
とすれば上記式は Ｌ　　　　　　　　　　Ｌ で表わされ、工ＸおよびＩｙＯ比を求めるととなり、入
射エネルギーに無関係に光の入射位置を知ることができ
る。

第２図（Ｂ）はＰ　Ｓ　Ｉ）の等価回路を示し、ホトダ
イオードＤ、浮遊容量Ｃ１シャント抵抗Ｒｓの組合わせ
による無限に小さな素子が抵抗層によるＲを経て一次元
的に分布し結合しているものと見なされる。ある素子に
光が入射したとき、そのエネルギーに比例した定電流起
電力Ｐがその素子に接続されたことと等価になり、電流
Ｉｏが発生して各電極ＸおよびＹに分流するのである。

第８図において、ＰＳＤ５．７の共通電極に電源９が接
続されており、物体から反射された赤外光の照射位置に
応じて分流された電流が出力される。ここで実線はピン
トが合った状態の光束を示し、このときには両ＰＳＤ５
，７の出力は同じ値になる。点線は前ピン状態の光束を
示し、ＰＳＤ５側からは高い電圧が出力され、そしてＰ
ＳＤ　７側の回路からは低い電圧が出力される。

ＰＳＤ５の両出力電極からの電流は、オペアンプ１２お
よび１８ならびに負帰還ループに接続された対数変換ダ
イオードＤ３およびＤ４から構成された電流−電圧（対
数圧縮された電圧）変換回路を介してオペアンプ１５に
よって構成された加減算回路に入力され、光入射位置に
対応した出力電圧が調整される。

同様にＰＳＤ　７の両出力電極からの電流はオペアンプ
１０および１１ならびに負帰還ループに接続された対数
変換ダイオードＤＩおよびＤ２から構成された電流−電
圧変換回路を介してオペアンプ１４によって構成された
加減算回路に入力される。

前記ＰＳＤ５．７のそれぞれの出力は、チョッパ回路１
６によって交互に取り出され、反転増幅器１７に送られ
る。このチョッパ回路１６は、発振器１８のクロックパ
ルスによって作動する。前記反転増幅器１７の非反転入
力端子にはポテンショメータ１９が接続されており、反
転増幅器１７のオフセット調整に用いられる。

反転増幅器１７の出力端子は、コンパレータ２１の非反
転入力端子と、コンパレータ２２の反転入力端子にそれ
ぞれ接続されている。これらのコンパレータ２１，２２
の他方の入力端子にはポテンショメータ２８．２４で設
定された診照電圧がそれぞれ入力されている。

前記コンパレータ２１の出力は、ＮＡＮＤ回路２６．２
７にそれぞれ送られ、またコンパレータ２２の出力はＮ
ＡＮＤＮ路２８．２９にそれぞれ送られる。このＮＡＮ
Ｄ回路２６と２８には、発振器１８のクロックパルスが
入力され、ここでコンパレータ２１の出力との論理積が
求まる。捷だＮＡＮＤ回路２７と２９は、インバータ８
ｏで反転されたクロックパルスが入力され、ここでコン
パレータ２２の出力との論理積が求まる。

前記ＮＡＮＤ回路２７＆２８の出力は、ＮＡＮＤ回路８
１に入力され、またＮ　Ａ、Ｎ　Ｄ回路２６と２９の出
力はＮＡＮＤ回路８２に入力される。このＮＡＮＤ回路
８１の出力端子にはバッファ８４とインバータ３５とが
接続され、甘だＮＡＮＤ回路８２にはバッファ８６とイ
ンバータ８７とが接続されている。

前記インバータ８５と８７の出力端子は、抵抗８８．８
９，４０．４１を介して接続されている。

この抵抗３８と８９の接続点には、トランジスタ４２０
ベースが接続されており、抵抗４０と４１の接続点には
トランジスタ４３のベースが接続されている。

前記バッファ８４と８６は抵抗４４，４５，４６゜４７
を介して接続されている３、これらの抵抗４４と４５の
接続点にはトランジスタ４８のベースが接続されており
、抵抗４６と４７の接続点にはトランジスタ４９のベー
スが接続されている。

これらのトランジスタ４２．４８，４８．４９のブリッ
ジ回路にモータ５０が接続されており、とのモータ５０
が回転することによって第１図に示す結像レンズ３が光
軸りに沿って移動し、ピントが合った位置でモータ５０
の回転が停止する。

次に上記構成を有する本発明の作用について説明する。

結像レンズ８のピントが合っている場合は、物点Ｏから
の反射光がＰＳＤ５，７の中央に結像するから、このＰ
ＳＤ５．７からは同一の電圧が出力される。壕だ結像レ
ンズ３のビン）・が合っていない場合には、そのいずれ
に応じてＰＳＤ５．７の電圧に差が生じる。

とのＰＳＤ５，７の出力はチョッパ回路１６で交互に取
り出されるから、第４図に示すように結像レンズ８のピ
ント状態に応じた交流信号が得られる。ここで１−■」
はチョッパ回路１６がＰＳＤ７の出力を取り出している
区間を示し、「■」はＰＳＤ５の出力を取り出している
区間を示す。

チョッパ回路１６で取シ出された交流信号は、反転増幅
器１７で増幅されてからコンパレータ２１゜２２に送ら
れ、ここで参照電圧と比較される。このコンパレータ２
１，２２の出力は、ＮＡＮＤ回路２６〜２９．８１〜８
２に送られ、チョッパ回路１６の状態の関係からピント
状態について判断される。このＮＡＮＤ回路８１．８２
の出力によシ、トランジスタ４２．４８，４８．４９の
ＯＮ・ＯＦＦが制御され、ピントが合う位置までモータ
５０を駆動する。

第１表は前ピン、後ビン、合ビンの場合について、各回
路の出力をそれぞれ示したものである。

なお、チョッパ回路がｒＩＪの場合には、発振器１８か
ら出力されるクロックパルスは「Ｈ」とし、ｒｌｌＪの
場合にはｒＬｌとする。

第５図は１個のＰＳＤを用いた実施例を示すものである
３、この実施例では、結像レンズ８の光軸りと直交１・
るようにＰＳＤ５２が配されており、その前方にセクタ
−５３が回転自在に設けられでいる。このセクター　５
８は１枚の円板に１２０度の切欠きが形成さｉｔでおり
、結像ｌ・・ンズ３の上半分を通った反射光と、下半分
を通った反射光とを交互にＰＳＤ５２に入射させる。。

第６図は第５図の実施例に用いる回路を示すものである
。セクター５８けモータ５４によって駆動され、このセ
クター５３が結像レンズ３の下半分を遮蔽し７た位置■
にあるときは、結像レンズ８の上半分を通った光がＰ　
Ｓ　ｌ）　５２に入射する。そしてセクター５３が位置
Ｈにあるときには、結像レンズ８のトー半分を通った光
がＰＳＤ５２に入射する。

なお実線はピントが合つた一光束を示し、点線は前ビン
となつ／こ光束を示し、２点鎖線は後ピンとなった光束
を示す。

ＰＳＤ５２の基板に参照電圧源ｉ５５が接続されており
、抵抗１−の両端の電極が演泗増幅器５６．５７１４− の−力の入力端子にそれぞれ接続されている。、さらに
共通電極に参照電圧ｖ）ＬＥＦが印加され、光入射位置
から電極の一端一走での抵抗値に応じた電流が演算増幅
器５６．５７にそれぞれ入力される。

これらの演算増幅器５６．５７の出力は、差動増幅器５
８の入力端イにそれぞれ入力され、ここでその差が遊出
される。この差動増幅器５８からは、前述したＥ）　Ｓ
　１．）を２個用い／ζ実施例と同様に、第４図に示す
交流信弓が出力される。

前記セクター５８の位置は、位置検出器６０で検出され
、結像レンズ３０斗半分を通る光束を遮蔽Ｆ−でいると
き、すなわち−ヒフター５３が点線位置Ｉにあるときに
、位置検出器６０から１−１（ｊの信号が出力される。

、そしてセクター　５８が実線位置Ｈにあるときに、位
１に検出器６０からｒＬＪの信号が出力され、２つの光
束のいずれがＰＳＤ５２で受光されでいるかについて検
出される。

前記差動増幅器５８の出力と、位置検出器６０の出力は
、第３図に示すＮＡＮＤ回路２６〜２９に送られ、前記
と同様にモータ５０の回転を制御する。

上記構成を有する本発明は、ＰＳＤを用いたから、光束
のずれを簡単に知ることができ、したがってそのだめの
特別な回路が不要になる。まだ光束のずれの方向も検出
することができるから、結像レンズを移動することなく
、任意の位置でピント状態を検出することができる。こ
れによシ、結像レンズを迅速にピントが合った位置に移
動させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰＳＤを２個用いた実施例の光学的構成を示す
光路図、第２図（ＮはＰＳＤの断面図、（Ｂ）は電気的
に等価な回路を示す説明図、第３図は本発明の電気的構
成を示す回路図、第４図は反転増幅器の出力を示す波形
図、第５図はＰＳＤを１個用いた実施例の光学的構成を
示す光路図、第６図は１個のＰＳＤから交流信号を取シ
出すための回路図である。 １・・・赤外光発光素子 ２．４．６・　・　−ζツー ３・・拳結像レンズ ５．７・・−ＰＳＤ　　　　Ｏ・・Φ物点Ｌ・・・光軸
　　　　　Ｐ・・・結像面１６−−−チョッパ回路 １７・・・反転増幅器　　１８・・・発振器２１、２２
Φ・・コンパレータ ５２・・・ＰＳＤ　　　　　５Ｂ　−−・セクター６０
・・・位置検出器 特許出願人 富士写真光機株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）結像レンズを通ｉ〜で物体にスポット状の赤外光
   を照射１７、との物体からの反射光のうち結像レンズの
   光軸とはＨ゛対称２（句を通Ｚ）光束を光位置検出器で
   受光してその受光位置に応じた信号をｔｔ＋力させ、前
   記２つの光束による光位置検出器の出力を交互に取り出
   し２で交流信号を形成シー２、こ、の交流信号の位相と
   光束との関係から、結像レンズのピント状態を検出１−
   ２で結像レンズを移動するように１−たことを特徴とす
   る］−トフ〕−カス装置１、 （２）前記光位置検出器は１個だし１用いられ、その中
   心が結像レンズの光軸と一致するように配置されており
   、この先位（行検出器の前方に光路の一部を開閉する回
   転自在な−１，＝　、７ターが設けられていることを特
   徴と−１る％薊゛請求の範囲第１項記載のオー　１＝フ
   オーカス装情６、 （３）　　前記光位置検出器＆、ｌｌ、２個用いられ、
   結像１．・ンズの光軸に関し７てほぼ対称な位置に配さ
   れており、両光位置検出器の出力はチョッパ回路によっ
   て交互に取り出されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のＪ−−）フォーカス装置。 （４）　　前記光位置検出器は１８０度煎れた位１ｋに
   ２個設けられていることを％徴とする％約゛請求の範囲
   第３項記載のオー；・フォーカス装＃。 （５）　　前記光位置検出器とし２″′Ｃ非走査形ポジ
   シヨンセンヤ−を用いたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項いずれか記載の］−トフォーカス
   装置。