JPS62151815A - 自動焦点検出装置 - 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、ビデオカメラ、スチルカメラ等の撮影装置に
用いられ、特に赤外光等によるスポット光を被写体に投
光し、その反射光を一対の受光素子により受光して焦点
検出信号を得る所謂アクティブ方式の自動焦点検出装置
に関するものである。

［従来の技術］ このようなアクティブ方式の自動焦点調節方式において
、一対の受光素子からの出力の差に基づき焦点調節を行
う従来例を、先ず第４図、第５図により説明する。

第４図において、パルス発振器１によりパルス駆動され
る発光素子２からスポット光が被写体Ｓに投光され、被
写体Ｓにより反射された反射光が集光レンズ３を介して
一対の受光素子４ａ、４ｂに入射する。この場合に、受
光素子４ａ、４ｂは図示しない撮影レンズの移動と共に
、矢印のように可動するようになっている。受光素子４
ａ、４ｂからの各出力は、それぞれ増幅器５ａ、５ｂを
介し、パルス発振器１と同期する同期検波回路６ａ、６
ｂにより不要な外光成分が除去され、次段の積分器７ａ
、７ｂに入力される。

この積分器７ａ、７ｂの出力Ｓａ、　Ｓｂは、第５図（
ａ）に示すように時間りの経過と共に次第に上昇する。

この場合に、図示のように例えばＳａ＜Ｓｂで受光素子
４ｂに入射されるスポット光の光強度が、受光素子４ａ
に入射されるスポット光のそれよりも極めて大きな状態
であれば非合焦である。

また、合焦状態であれば出力Ｓａ、　Ｓｂとの差は殆ど
なく、Ｓａ血Ｓｂとなる。積分器７ａ、７ｂからの出力
Ｓａ、　Ｓｂは、更に両方を加算する加算器８１両出力
Ｓａ、　Ｓｂの絶対値の差を求める減算器９に入力され
、これらの加算器８、減算器９の出力はそれぞれ所定の
閾値Ｖ１．Ｖ２　（Ｖｌ＞Ｖ２）を持つコンパレータ１
０．１１に入力され、これらのコンパレータ１０．１１
の出力はそれぞれ演算処理回路１２に接続されている。

第５図（ｂ）は加算器８の出力を示し、その加算出力Ｓ
ａ＋Ｓｂは時間ｔと共に次第に増加してゆき、閾値ｖ１
に達する時間ｔ１でコンパレータ１０はＨレベルを出力
する。（Ｃ）は減算″ｘ９の出力であり、試算出力の絶
対（ｉｆｉ　ｌ　Ｓａ　−Ｓｂ　ｌが時間ｔと共に次第
に増加し、閾値ｖ２に達する時間ｔ２でコンパレータ１
１はＨレベルを出力する。これらのＨレベル出力は、演
算処理回路１２において何れの時間が早く入力又はどれ
だけ早く入力されるかの判定に用いられる。

例えば、ｌ　５ａ−Ｓｂｌ　＝Ｖ２となる時間ｔ２の方
が時間Ｔ１よりも早く入力される場合には、５ａ＝Ｓｂ
の関係が崩れているとき、即ち非合焦状態である。また
、Ｉ　５ａ−ｓｂｌ　＝ｖ２となる前に、　Ｓａ＋　Ｓ
ｂ＝　Ｖｌとなる時間ｔ、ｌの方が早い場合には、５ａ
−４；Ｓｂに近い状態であり合焦状態に近いと判断でき
る。

このような従来のアクティブ方式の２素子による差動型
の合焦検出方式には１次のような大きな欠点がある。即
ち、（Ｓａ　＋Ｓｂ）と１ｓａ−９ｂｌのレベルを常時
判定し続ける必要があり、換言すれば、出力Ｓａ、　Ｓ
ｂのレベルを積分開始時点ｔｏから常に監視し続けなけ
ればならない。そして、積分開始時点の出力Ｓａ、　Ｓ
ｂが比較的に低いレベルの状態で外部からノイズ等が混
入した場合に、出力Ｓａ、ｓｂの何れか又は双方がそれ
ぞれ大きな変動を起こし、その結果ノイズのために不用
意にｌ５ａ−Ｓｂｌが閾値ｖ２を、またＳａ＋Ｓｂが閾
値ｖ１を越え、合焦・非合焦の判定が不安定になる虞れ
がある。このような欠点の大きな原因は、前述したよう
に出力Ｓａ、　Ｓｂのレベルを積分開始時点から常時監
視し、判定していることに起因している。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の欠点を解消し、動作を複数の期
間に区分し、更に積分終了時における積分量を検知する
ことにより、常時積分出力を監視する必要もなく、積分
動作の前に回路の安定化のための期間を設けて、ノイズ
の混入に対して安定で精度の良い合焦検出を行い得る自
動焦点検出装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、被写体に
向けてスポット光を投光する投光子役と、被写体からの
スポット光の反射光を受光して電気信号に変換する受光
手段と、該受光手段の出力を増幅する増幅手段と、該増
幅手段の出力信号を積分する積分手段とを有し、該積分
手段の出カイ８号を用いて焦点検出を行う装置において
、動作を複数の期間に区分し、前記増幅手段及び積分手
段の安定化を図る第１の期間の次に、前記積分手段を作
動させる第２の期間を設けたことを特徴とする自動焦点
検出装置である。

〔発明の実施例〕

本発明を第１図〜第３図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図において、２１は光電検出器であり、２分割の受
光素子２１ａ、２１ｂで構成され、赤外発光ダイオード
２２の発光波長に対し必要な感度を持っている。受光素
子２１ａ、２１ｂで得られる光電流は、それぞれ第１、
第２の信号処理回路２３．２４に加えられる。信号処理
回路２３゜２４は全く同一の回路なので、第１図では第
１の信号処理回路２３のみ示し、第２の信号処理回路２
４は点線で表している。受光素子２１ａの出力はセンサ
アンプ２５に入力され、受光素子２１ａからの光電流を
電圧に変換する。このセンサアンプ２５の位置はノイズ
の影響を受は易いので、できるだけ光電検出器２１の近
傍に配置することが望ましい。また、光電検出器２１へ
の光入力は、目的とする赤外信号成分の他に不要な外光
成分も多く含まれているので、この成分によってセンサ
アンプ２５の出力が飽和しないようにバイパスの周波数
特性を持たせたり、外光成分による光電流を除去する回
路等の工夫が必要に応じてなされている。このセンサア
ンプ２５の電圧出力はコンデンサ２６で直流成分がカッ
トされ、プリアンプ２７に加えられる。このプリアンプ
２７はゲインが例えば１倍、８倍、６４倍の３段階程度
に切換えられ、入力信号に対し十分なダイナミックレン
ジが確保されている。プリアンプ２７の出力は再度コン
デンサ２８によって直流成分がカットされ、同期検波回
路２９に加えられる。この同期検波回路２９には、発光
ダイオード２２からの発光パルスと同期したパルス信号
５ＹＮＣが加えられており、非発光時と発光時との電位
差が次没の積分回路３０に出力される。積分回路３０で
は検波出力電圧を積分しコンデンサ３１に蓄積する。積
分回路３０にはオフセット自動調整回路３２からの出力
が接続され、積分回路３０に用いられている差動アンプ
の入力オフセット電圧をコンデンサ３３に記憶し、ゼロ
入力に対してゼロ積分出力となるように機能している。

なお、第２の信号処理回路２４についても、上述の説明
は全く同じなので省略する。

第１、第２の信号処理回路２３．２４の２つの積分回路
３０の出力Ｖａ、　Ｖｂは加算器４０に与えられ、出力
Ｖａ、　Ｖｂノ平均値（Ｖａ＋Ｖｂ）／２が得られる。

平均値（Ｖａ＋Ｖｂ）／２はコンパレータ４１．４２の
マイナス入力端及び充電回路４３に加えられる。一方、
コンパレータ４１．４２のプラス入力端には定電圧ＶＬ
及びＶＨが加えられており、これらの電圧ＶＬ、　ＶＨ
が積分完了の判定を行う閾値電圧となる。コンパレータ
４４には、積分出力Ｖａ、　Ｖｂがそれぞれマイナス入
力端、プラス入力端に加えられ、出力Ｖａ、　Ｖｂの大
小関係が比較される。平均値（Ｖａ＋Ｖｂ）／２が入力
する充電回路４３には論理回路４５からのステップ信号
ＳＴも加えられ、入力電圧（Ｖａ＋Ｖｂ）／２に階段的
に電圧を加算し、この電圧はコンパレータ４６のマイナ
ス入力端に与えられる。一方、コンパレータ４６はプラ
ス入力端を２゛個有し、それぞれに積分出力Ｖａ、　Ｖ
ｂが加えられている。このコンパレータ４６により、出
力Ｖａ又はｖｂト、（Ｖａ＋Ｖｂ）／２−階段電圧との
比較ができ、階段の段数とコンパレータ４６の反転のタ
イミングにより所定の時点における積分出力Ｖａ、　Ｖ
ｂの電位差が測定できる。

論理回路４５には４つのコンパレータ４１．４２．４４
．４６からの信号が入力され、論理回路４５から充電回
路４３．積分回路３０、同期検波回路２９、赤外光駆動
回路４７、モータ駆動回路４８への信号を出力している
。また、論理回路４５は５木のデジタル信号の入出力線
によって、マイクロコンピュータ４９と結ばれている。

赤外光駆動回路４７は発光ダイオード２２を駆動し、モ
ータ駆動回路４８は撮影レンズを動かすモータ５０を駆
動する。

この自動焦点検出装置を例えばビデオカメラに用いた場
合には、被写体距離が時々刻々変化するために、合焦検
出を常吟行いながら、撮影レンズを合焦状態に調整し続
ける必要がある。そのために、合焦検出はＩＤＬＥ、Ｉ
ＮＴＥＧ　、　ＨＯＬＤ、　ＣＬＥＡＲ（７）　４つの
モードの遷移を順次に繰り返しながら行っている。

マイクロコンピュータ４９からクロックパルス信号ＣＬ
Ｋ　、モード信号ＭＯ［］Ｅ、ゲイン信号ＧＡＩＮが論
理回路４５に送られ、論理回路４５においてこれらの信
号の組合わせによって、信号ＩＲＥＤ、　ＣＬＲやゲイ
ン切換信号を造っている。信号ＣＬＫは赤外光駆動信号
ＩＲＥＤ、同期信号５ＹＮＣ１充電回路４３へのステッ
プ信号ＳＴの発生に用いられる。また、信号ＭＯＤＥは
１回の測距期間中で前述したように４つのモードＩＤＬ
Ｅ→ＩＮＴＥＧ　−＋ＨＯＬＤ−ＣＬＥＡＲの遷移を行
う。また、論理回路４５内のフリップフ口ップＦＬＬ　
、ＦＨＨの出力が信号線ＬＬ、ＨＨを介してマイクロコ
ンピュータ４９に入力されている。

第２図は第１図に示した構成図の各制御信号を示してい
る。先ず、信号ＣＬＫ　、ＭＯＤＥがＨレベルとなると
、信号処理回路２３．２４はリセットされＩＩＩＬＥモ
ードとなる。このＩＤＬＥモードでは、同期検波回路２
９．積分回路３０とも無出力となる。赤外光駆動回路４
７は信号ＣＬＫのパルスに同期した信号ＩＲＥＤに従っ
て作動する。このモードを必要時間続けている中で、信
号ＧＡＩＮはプリアンプ２７のゲイン切換えを行い、信
号処理回路２３．２４がリセットされたときに最高ゲイ
ンを設定し、信号ＧＡＩＨのパルスが加わるごとにプリ
アンプ２７のゲインを６４倍→８倍→１倍とダウンをし
てゆく。

このゲイン切換は後述するＩＮＴＥＧモードにおける積
分量に応じて、適切なゲインを選択することになる。ま
た、積分回路３０のオフセット自動調整回路３２による
自動オフセット調整、つまり零入力に対して零出力とな
るように調整し、更に赤外光の点灯による光量の安定化
が図られる。

第４図に示す従来装置における同期検波回路６及び積分
器７においては、外光のノイズ成分がそのまま出力され
てしまい、オフセットを取り除くために調整要素を必要
としたが、本実施例においては、第３図に示すような同
期検波回路２９、積分回路３０、オフセット自動調整回
路による構成としてこの欠点が改良されている。

即ち、同期検波回路２９は２９ａ〜２９ｆによって構成
され、抵抗２９ａ、２９ｂは等しく、１倍の反転アンプ
と見做すことができる。信号５ＹＮＣがＬレベルでスイ
ッチ２９ｄがオンし、トランスコンダクタンスの演算増
幅器２９ｃの出力は差動増幅器２９ｅのプラス入力端に
加えられ、Ｈレベルでオフつまり差動増幅器２９ｅのプ
ラス入力端が高インピーダンスになる。信号ＩＲＥＤが
非発光のときに信号５ＹＮＣはＬレベルであり、差動増
幅器２９ｅの出力はＶｏ、コンデンサ２９ｆの電位はそ
のときの入力電圧とｖＯとの中間になる。また、信号Ｉ
ＲＥＤが発光のときに信号５ＹＮＣはＨレベルであり、
スイッチ２９ｄにより演算増幅器２９ｃの出力はカット
されるから、差動増幅器２９ｅの出力はコンデンサ２９
ｆのホールド電圧を中心としたそのときの入力電圧の反
転値となる。結果として、差動増幅器２９ｅの出力には
信号５ＹＮＣに同期した信号のみが、その振幅に比例し
て出力される。

一方、積分回路３０は３０ａ〜３０ｃによって構成され
ている。抵抗３０ａ、コンデンサ３０ｂ、差動増幅器３
０ｃは一般的なミラー積分回路であり、差動増幅器３０
ｃの増幅作用を利用して大きな出力を得ることができる
。なお、コンデンサ３０ｂは第１図に示すコンデンサ３
１に相当している。

３２ａ、３２ｂはオフセット自動調整回路であり、スイ
ッチ３２ａはＩＮＴＥＧ及びＨＯＬＤモードにおいての
みＨレベルとなる信号ＣＬＲでオンとなり、トランスコ
ンダクタンスの演算増幅器３２ｂの出力が差動増幅器３
０ｃのプラス入力端に加えられ、Ｌレベルの信号ＣＬＲ
でスイッチ３２ａはオフし差動増幅器３０ｃのプラス入
力端が高インピーダンスになる。積分開始直前の一定時
間につまりＩＤＬＥモードにおいて信号ＣＬＲをＨレベ
ルにすることにより、差動増幅器３０ｃの出力はｖＯに
なり、コンデンサ３３には差動増幅器３０ｃのオフセッ
ト電圧が蓄積される。信号ＣＬＲがＬレベルとなると演
算増幅器３２ｂの出力がカットされ、積分回路３０は一
般的なミラー積分回路として機能する。コンデンサ３３
にはオフセット電圧がホールドされているため、差動増
幅器３０ｃのオフセット電圧は相殺されて零入力に対し
ては積分結果を零とすることになる。

次に、信号ＭＯＤＥのパルスが出力されるとモードはＩ
ＮＴＥＧに遷移する。このモードでは、積分回路３０が
零から積分を開始し、赤外光駆動信号Ｉ　ＲＥＱに同期
した信号５ＹＮＣによって同期検波回路２９が受光素子
２１ａからの受光信号の同期検波を行う。積分回路３０
では信号５ＹＮＣに同期した同期検波回路２９からの入
力があった場合に積分し、その信号強度に比例した降下
速度で積分出力Ｖａ及びｖｂが降下する。

加算器４０からの出力である第１、第２の信号処理回路
２３．２４の積分出力の平均値（Ｖａ＋Ｖｂ）／２は、
２つの閾値ＶＬ、　ＶＨト：Ｉ７パレータ４１．４２に
おいてそれぞれ比較されており、（Ｖａ＋Ｖｂ）／２が
この閾値ＶＬ、　Ｖｌ（に達すると次のような変化が生
ずる。即ち、論理回路４５内のフリップフロップＦＬＬ
及びＦＨＨはリセットによりＨレベルにセットされてい
るが、（Ｖａ＋Ｖｂ）／２が閾値ＶＬ及びＶＨとクロス
するときにコンパレータ４１及び４２の出力によりそれ
ぞれＬレベルに変化する。

フリップフロップＦＨＨの出力は常に出力５ｆＡＨＨに
、フリップフロップＦＬＬはＩＮＴＥＧモードのときの
み出力線ＬＬに出力されている。これらのフリップフロ
ップＦＨＨ、ＦＬＬからのデジタル信号を確認すること
により、マイクロコンピュータ４９は積分量を２つの閾
値ｖし、ＶＨでチェックすることができる。閾値ＶＨは
積分動作つまりＩＮＴＥＧモードの終了を決定するもの
であり、フリップフロップＦＬＬがＬレベルに変化する
と１強制的に赤外光駆動と同期検波の動作を停止する。

なお、フリップフロップＦＨＨは（Ｖａ＋Ｖｂ）／２が
閾値ＶＨに達しなくても。

ＨＯＬＤモードに遷１多するときに自動的にＬレベルに
変化する。

続いて、ＭＯ［ｌＥのパルスによりモードは）ＩＯＬＤ
に６移する。このモードでは積分回路３０は積分可能な
状態を続けるが、同期検波回路２９．赤外光駆動回路４
７は非動作となる。この期間においては、信号処理回路
２３．２４の積分出力Ｖａ、　Ｖｂは各電圧値を保持し
、その一方の出力と平均値（Ｖａ−Ｖｂ）／２の差が検
出され、信号ＣＬＫは周波数が変化しこのモードではス
テップ信号ＳＴの生成に寄与する。充電回路４３の出力
は前のモードのＩＮＴＥＧモードでは、加算器４０の出
力がそのまま出力サレ、積分出力Ｖａ、　Ｖｂｃ７）平
均値（Ｖａ＋Ｖｂ）／２　ニ等しいが、ＨＯＬＤモード
では信号ＣＬＫに従って出力される一定電力量を持つ一
定周期のステップ信号ＳＴにより充電され一定速度で降
下し、信号Ｖｃに示すようになる。そして、やがて積分
出力Ｖａ、　Ｖｂの何れかの電圧の低い方のレベルとク
ロスし、このときフリップフロップＦＨＨは再びＨレベ
ルに戻る。この変化は出力線ＨＨに出力されるので、フ
リップフロップＦＨＨがＬレベルにあった時間間隔を計
測することにより積分出力Ｖａ、　Ｖｂ同志の電位差を
知ることができる。この積分出力Ｖａ、　Ｖｂの電位差
から焦点状態を判定することができ、この電位差が小さ
いほど合焦に近いことになる。また、この場合の充電回
路４３における充電は符号の選択によっては放電と考え
ることもできる。

更に、　ＭＯＤＥのパルスによりモードはＣＬＥＡＲに
遷移する。このモードではＩＤＬＥモードと同様に同期
検波回路２９、積分回路３０は共に無出力となって初期
化され、赤外光駆動もなされない、積分出力Ｖａとｖｂ
との大小関係は、再びＭＯＬＤモードに遷移するまでラ
ッチされ、モータ駆動回路４日を介してモータ５０が駆
動され、撮影レンズを合焦方向に近付けることになる。

なお、この合焦方向はコンパレータ４４の出力の正負に
より得ることができる。

［発明の効果］ このように本発明に係る自動焦点検出装置は、動作を複
数の期間に区分し、積分動作の前に回路の安定化を図る
期間を設けたので、ノイズの混入に対してより安定にな
り、精度の良い合焦判定を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図〜第２図は本発明に係る自動焦点検出袋との
一実施例を示し、第１図はそのブロック回路構成図、第
２図は信号波形図、第３図は同期検波回路、積分回路、
オフセット自動調整回路であり、第４図は従来の信号処
理回路のブロック回路構成図、第５図はその作動説明図
である。 符号２１は光電検出器、２１ａ、２１ｂは受光素子、２
２は赤外発光ダイオード、２３．２４は信号処理回路、
２５はセンサアンプ、２７はプリアンプ、２９は同期検
波回路、３０は積分回路。 ３１．３３はコンデンサ、３２はオフセット自動調整回
路、４０は加算器、４１．４２．４４．４６はコンパレ
ータ、４３は充電回路、４５は論理回路、４７は赤外光
駆動回路、４８はモータ駆動回路、４９はマイクロコン
ピュータ、５０はモータである。 特許出願人　　　キャノン株式会社 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被写体に向けてスポット光を投光する投光手段と、
   被写体からのスポット光の反射光を受光して電気信号に
   変換する受光手段と、該受光手段の出力を増幅する増幅
   手段と、該増幅手段の出力信号を積分する積分手段とを
   有し、該積分手段の出力信号を用いて焦点検出を行う装
   置において、動作を複数の期間に区分し、前記増幅手段
   及び積分手段の安定化を図る第１の期間の次に、前記積
   分手段を作動させる第２の期間を設けたことを特徴とす
   る自動焦点検出装置。 ２、前記第１の期間では、前記増幅手段のゲインの設定
   を行うと共に、前記積分手段のオフセットの補正を行う
   ようにした特許請求の範囲第１項に記載の自動焦点検出
   装置。