JPS6248202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカメラの自動焦点合せ等に用いる自動
焦点制御装置に関する。

多くの自動焦点制御装置が提案され実施されて
いる。本件出願人もそれらの多くを既に出願して
いる。

第１図は従来の自動焦点制御装置の構成例を示
したもので本装置は一対の固定ミラー２と可動ミ
ラー１で形成される測距用光学系とそれに対応す
る複数の受光素子を配列した一対の検出装置５と
比較演算回路６ならびに撮影レンズ８を焦点合せ
する駆動回路９から成つている。

この装置は光電的三角測量的に被写体までの距
離を検出する方法として可動ミラー１を揺動させ
検出装置５の受光素子に入射する光量が最大にな
つた可動ミラー１の回転角を比較演算回路６で算
出し、前記回転角を距離情報としてカム７等の機
構的手段により取出し撮影レンス８の位置を決定
している。

このような構成のため従来装置ではコンパクト
なカメラ（例えば35mmレンジフアインダカメラ）
の外形寸法は可動ミラー等の光学系や可動ミラー
とレンズとの連結機構等によつて制約を受けてい
た。

本発明の目的は可動ミラーの光学系等を削除す
ることによりカメラを小形化でき、かつ、電気的
処理回路も簡単化することにより安価なカメラに
利用できる自動焦点制御装置を提供することにあ
る。

前記目的を達成するために、本発明による自動
焦点制御装置は、被写体に光ビームを投射する投
射光学系と、前記被写体からの反射光の光学通路
を規定する前記投射光学系から基線長だけ離れた
位置に設置された第１受光光学系と、無限遠から
の光の光学通路を規定する第２受光光学系と、前
記第１受光光学系を通過した被写体からの反射光
を受光する前記基線長方向に配列された複数個の
受光素子と、前記第２受光光学系を通過して光を
受光する基準受光光学素子と、前記光ビームに照
射された被写体からの反射光による複数個の各受
光素子の出力を対数増幅したものと前記基準受光
素子出力を対数増幅したものとの差の絶対値を同
時に求め前記複数個の各受光素子対応の出力を決
定する絶対値決定回路と、前記絶対値決定回路出
力を比較しどの受光素子に対応する絶対値決定回
路の出力が最大値であるかを判定する比較判定回
路と、前記判定結果により撮影レンズの繰出し量
を決める回路から構成されている。

以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。

第２図は本発明による装置の構成を示す概略図
である。本装置の大旨の構成は投射すべき光を発
生する光源１１、被写体に向けて前記光源１１の
光をビームにするレンズ１２（以上投射光学
系）、被写体１３上で反射した光ビームパターン
を受けるために前記投射光学系から一定距離（基
線長に相当）で配置したレンズ１４（第１受光光
学系）、無限遠からの光を受けるレンズ１４′（第
２受光光学系）、基準光量を検出する基準受光素
子１５、被写体の距離に対応して光パターンの配
置分布の移動を検出する複数個の受光素子１６、
この出力信号を対数圧縮し受光素子間の光量のズ
レを検出し受光素子間の光量ズレの一番少ない受
光素子（基準受光素子出力に一番近い）を判定す
ることによつて被写体の距離を判定し撮影レンズ
の繰出し量を制御する電気処理回路１７（絶対値
決定回路、比較回路等含まれる）から成る。

本実施例は至近、中間、遠距離の３ゾーンを検
出する装置について述べる。したがつて、複数個
の受光素子１６はそれぞれ至近、中間、遠距離に
対応して配列させられた単位受光素子Ｓ_N，Ｓ_C，
Ｓ_Fから構成される。

一般にゾーン数はレンズ性能により決定される
べきであるが、本実施例のようにシステム全体か
らみて空間的な場所における価格形態を考慮して
決定する必要がある。

本発明はゾーン数をさらに増加することは原理
的に可能である。

光源１１はランプ、特にＳ／Ｎ比を良くするた
め太陽光の影響を受けない高出力赤外線発光ダイ
オードが適当である。光源１１の点消灯シーケン
スについては光源のシーケンスを制御する回路部
が電気処理回路の動作と関連している関係で第３
図説明の後段で述べる。

第２図に示す投射光学系であるビームパターン
発生装置から生ずる光は被写体上で一つの円形の
明るい部分を形成する。遠距離になると被写体上
のビームパターンの明るさは急激に減衰する。そ
こで本発明のシステムでは近距離においてこのビ
ームパターンを積極的に活用する。遠距離におい
ては被写体から反射されるビームパターンおよび
遠景のコントラストが低下し、検出素子の判別が
困難になる。この場合には電気処理回路は自動的
にレンズを無限遠にセツトするように制御を行な
う。

被写体１３上に生ずるビームパターンはレンズ
対１４，１４′によつてそれぞれの受光素子１
６，１５上に結像される。すなわち無限遠を望む
レンズ１４′は被写体のビームパターンを受光素
子１５（Ｓ_R）に結ぶ。

一方レンズ１４は被写体の距離の遠近によつて
結像位置を変位させる。すなわち、近距離におい
ては受光素子Ｓ_N上に像を結ぶ。一方遠距離にお
いては受光素子Ｓ_F上に像を結ぶ。被写体の距離
によつて受光素子Ｓ_N，Ｓ_C，Ｓ_F上のいずれかに
ビームパターンが結ぶことになる。これらの受光
素子が受けた光量は電気処理回路１７、一方の基
準用受光素子１５（Ｓ_R）の光量と比較される。

第３図は第２図の電気処理回路１７の実施例を
示す回路図である。各受光素子Ｓ_N，Ｓ_C，Ｓ_F，
Ｓ_Rは対数圧縮用増幅器A₁，A₂，A₃，A₄に接続
されている。これらの増幅器から各受光素子の光
電流に対応した出力が求められる。例えば増幅器
A₁においては受光素子Ｓ_Nに入射する光の強さに
対応する光電流ｉ_NがログダイオードD₁に流れる
ので増幅器A₁出力電圧Vout_Nは Vout_N＝Ｖ_REF＋Ｖ_SN＝Ｖ_REF ＋Ｖ_T・ln（ｉ_Ｎ／ｉ_Ｓ） − ただし、Ｖ_T＝（2n_KT）／ｑ、is；飽和電流いま
それぞれの受光素子に生ずる光電流をｉ_N，ｉ_C，
ｉ_Fとすれば各ログ増幅器の出力電圧は以下同様
に Vout_C＝Ｖ_REF＋Ｖ_SC＝Ｖ_REF ＋Ｖ_T・ln（ｉ_Ｃ／ｉ_Ｓ） − Vout_F＝Ｖ_REF＋Ｖ_SF＝Ｖ_REF ＋Ｖ_T・ln（ｉ_Ｆ／ｉ_Ｓ） − Vout_S＝Ｖ_REF＋Ｖ_SR＝Ｖ_REF ＋Ｖ_T・ln（ｉ_Ｒ／ｉ_Ｓ） − これらの出力信号のうちVout_N，Vout_C，Vout_Fが
絶対値決定回路A₅，A₆，A₇それぞれの一方入力
端子にVout_Sが絶対値決定回路A₅，A₆，A₇の他
方入力端子に供給される。これらの絶対値決定回
路の出力電圧は Vout_N′＝Ｖ_REF−Ｋ｜Ｖ_SN−Ｖ_SR｜ − Vout_C′＝Ｖ_REF−Ｋ｜Ｖ_SC−Ｖ_SR｜ − Vout_F′＝Ｖ_REF−Ｋ｜Ｖ_SF−Ｖ_SR｜ − ただし、Ｋ；定数で表わされる。具体例を挙げ
て説明すれば基準受光素子Ｓ_Rと至近側検出用受
光素子Ｓ_Nに受ける光の強さが等しい場合、Ｖ_SN
＝Ｖ_SRとなり絶対値決定回路A₅の出力電圧は Vout_N′＝Ｖ_REF−Ｋ｜Ｖ_SN−Ｖ_SR｜＝Ｖ_REF となる。その電圧は最大の電圧Ｖ_REFになる。結
局、基準受光素子Ｓ_Rと等しい強さの光が入る受
光素子との出力に接続されている絶対値決定回路
の出力信号は最大になる。また、例えば被写体の
距離によつて受光素子Ｓ_NとＳ_Cとの間にビームパ
ターンが結像した場合は、そのビームパターンの
明るい部分ａが第１図ｂに示すように、Ｓ_Nの受
光素子側よりＳ_Cの受光素子側に多く当れば、 ｜Ｖ_SC−Ｖ_SR｜＜｜Ｖ_SN−Ｖ_SR｜ の関係が成立するので、Vout_C′＞Vout_N′になる。
この絶対値決定回路はVout_N′，Vout_C′，Vout_F′の
出力電圧の大小関係を定めている。したがつて｜
Ｖ_SN−Ｖ_SR｜＝０になる必要はない。これにより
次の比較回路A₉，A₁₀，A₁₁によつてどの出力信
号が一番高いレベルにあるか、すなわち結像され
る被写体が３つのゾーンの内でどのゾーンに近い
かを判定することができる。以下このことについ
てのべる。

絶対値決定回路A₅，A₆，A₇の各出力電圧は電
圧比較回路A₉，A₁₀，A₁₁の各入力に供給され
る。各電圧比較回路の一方の入力端子はバツフア
回路A₈に接続されている。このバツフア回路A₈
の入力部はコンデンサC₁と直列に接続された定
電流回路C.Cと、コンデンサC₁に並列にトランジ
スタTR₁が接続されている。このトランジスタ
TR₁の入力はレリーズチエツクSWがオフのと
き、すなわち撮影開始前ではローレベルであるの
で、トランジスタTR₁はオンの状態に保持され
る。よつてコンデンサC₁の両端間電圧はほぼゼ
ロである。いまレリーズチエツクSWを押してオ
ンにするとトランジスタTR₁の入力はハイレベル
になり、トランジスタTR₁はオフの状態になる。
よつてコンデンサC₁の両端間電圧は定電流回路
C.Cによつて充電されるので大きくなる。したが
つて、バツフア回路A₈の入力電圧はVccから次第
に下るので、その出力電圧Vthは第４図に示すよ
うに降下する。第４図は各回路出力の関係を示す
波形図である。以下、第４図も併せて参照しなが
ら説明する。

基準電圧Ｖ_REFはVccより低い電圧に設定され
ている。絶対値判定回路A₅，A₆，A₇の各出力電
圧がスレツシユホルド電圧Vthより低い場合に
は、比較回路の各出力電圧Ｖ_ON，Ｖ_OC，Ｖ_OFはロ
ーレベルになる。スレツシユホルド電圧Vthが下
つてくると、絶対値決定回路の出力電圧が一番高
い回路に接続する比較回路の出力がローレベルか
らハイレベルに反転する。_OCの出力電圧が一番最
初（t₁）にハイレベルになる。したがつて、
Vout_N′，Vout_C′，Vout_F′が第４図のレベルの関係
にあると次いでt₂でＶ_ONが、さらにt₃でＶ_OFがハ
イレベルになる。

絶対値決定回路A₉，A₁₀，A₁₁の出力端子に
は、それぞれＤ形ポジテイブエツジトリガフリツ
プフロツプ回路が接続されている。

前記最初のＶ_OCの出力電圧の立上り信号はオア
回路Q₄に加わる。この信号はCRの遅延回路（時
定数Ｔ＝Ｒ_DＣ_D）で数μｓ程度遅延させられ、コ
ンバータQ₅により波形整形されこの信号Ｖ_Tは各
フリツプフロツプQ₁，Q₂，Q₃のクロツク入力に
加わる。

一方、フリツプフロツプQ₂のデータ入力端子
にはクロツク信号がハイに立ち上る以前にハイレ
ベルに保持されているので、フリツプフロツプ
Q₂の出力端子Ｑ_Cはハイレベルになり、この信号
はリセツト信号がハイになるまで（レリーズチエ
ツクSWがオフになるまで）記憶されている。

一方、他方のフリツプフロツプQ₁，Q₂の入力
はクロツクの立ち上り時点でローレベルであるの
でその出力端子Ｑ_N，Ｑ_Fはローレベルに保持され
る。

このように絶対値決定回路の出力電圧が一番高
い回路に対応するフリツプフロツプ回路のＱ出力
がハイに記憶させる。どの回路が最大値になつた
か、すなわちどの受光素子にビームパターンが結
像されているか判定できるわけである。

このフリツプフロツプQ₂の出力によりトラン
ジスタTR₂がオンになり抵抗Rcとプランジヤコ
イルの内部抵抗L₁で定まる電流Icが流れる。

第５図はプランジヤの構造と、プランジヤと撮
影レンズの関連を示した図である。

図中の参照数字１８は撮影レンズ、１９はプラ
ンジヤ、２０はヨーク、２１は駆動コイル、２２
はレンズの移動方向に対する可動鉄片ストツパ、
２３は可動鉄片の吸引方向のストツパ、２４は可
動鉄片がスプリングにより押し付けられる方向の
ストツパ、２５はスプリング、２６は可動鉄片を
それぞれ示している。

プランジヤ１９の可動鉄片２６はコイル２１に
電流が流れていない場合スプリング２５の反発力
で左側に押さえられストツパ２４の壁に当接して
いる。この状態ではプランジヤ全体を振つ（カメ
ラを振つた場合）でも可動鉄片２６がスプリング
２５の反発力によつてストツパ２４の壁に押えつ
けられている。可動鉄片２６の左側端部は段状に
成形されている。ａ部分は遠距離、ｂ部分は中
間、ｃ部分は至近に対応する。この可動鉄片２６
が左側方向へ移動することによつてレンズ１８の
停止する位置が変わる。すなわち、コイル２５に
電流が流れないときには可動鉄片２６は一番左側
にセツトされる。よつてレンズを至近から無限方
向に移動させるとレンズ１８は可動鉄片２６の段
状平面のＣ面で止まり３ゾーンのうちの至近側の
ゾーン位置に相当する位置にセツトされる。ここ
で壁２２はレンズが鉄片２６を押した場合、鉄片
２６のストツプの働きをする。

第３図のTR₃がオンすれば、コイル電流Ｉ_F
（＝Ｖｃｃ／Ｒ_Ｌ＋Ｒ_Ｆ、Ｒ_Lコイルの内部抵抗）が流
れる。

この電流では可動鉄片２６はスプリング７のカム
対抗して右側に強く吸引される。このときにはレ
ンズ１８の突端ｄは可動鉄片のａ面で停止しレン
ズ１８は無限遠側のゾーンに対応する位置に設定
される。

３ゾーンのうち中間ゾーンの場合トランジスタ
TR₂がオンになり、コイル電流Ic（＝Ｖｃｃ／Ｒ_Ｌ＋Ｒ
_Ｃ） が流れる。このときコイル電流Icによつて生ずる
吸引力はスプリング力と平衡状態を保つ。レンズ
１８の突端部ｄは可動鉄片２６のｂ面で停止され
る。

ところでスプリング力および吸引力バラツキや
カメラの姿勢等により可動鉄片２６の平衡位置が
左右に移動することが考えられる。この移動に対
しては、前述の条件を配慮した上でｂ面の長さｌ
を適切に選ぶことによつてレンズ１８は正確な位
置に再現性良く設定することができる。

レンズの種類で測距精度を要求される場合、す
なわちゾーン数が４〜５と必要な場合、回路の増
幅器のチヤンネルを増加させること、プランジヤ
の可動鉄片の段状部分を増すことは可能である。

フアインダ内にゾーン位置を表示するためには
データ記憶用のフリツプフロツプの出力端子に第
２図に示すようにインバータを接続し、その出力
にLEDをつければ良い。測距位置が至近側、中
間、遠距離のうちどれであるか簡単に表示でき
る。また人形等で形成したマークをランプで照明
することも容易にできる。

一般に遠方の景色では受光素子単体のみこむ角
度に対して、家、山とかが沢山含まれるのでこれ
らの影像の平均光量を検出することになる。ま
た、一般的に景色のコントラストも低くなる。こ
のため受光素子間の光量差が少なくなる。このこ
とは絶対値決定回路A₅，A₆，A₇の出力電圧間の
電圧差がなくなる。したがつて第４図で示すＶ_O
Ｃ，Ｖ_ON，Ｖ_OFの立ち上りのタイミングt₁，t₂，
t₃が極めて接近する。

本実施例回路ではＶ_OC，Ｖ_ON，Ｖ_OFが同時に立
ち上つた場合にはフリツプフロツプQ₂のＱ_C、フ
リツプフロツプQ₃のＱ_FがハイレベルになりＩ
_C，Ｉ_Lの電流が流れる。よつてプランジヤは強く
吸引されてストツパ２３の壁に押される。

このような遠距離の低コントラストの検出が困
難な場合でも必らず無限域に安定してセツトでき
る。

次に前述した光源１１の点消灯のシーケンスに
ついて説明する。光源１１の点滅を制御する回路
部は第３図破線で囲むＡ部分である。レリーズチ
エツクSWがオンになると、Vtr信号はCRで微分
されて負のトリガ信号が生ずる。この信号がイン
バータで正トリガ信号にされフリツプフロツプ回
路Q₆の出力Ｖ_Lはローからハイレベルになる。こ
の信号がインバータでローレベルに保持される結
果、光源１１が点灯する（第３図参照）。

最大値の電圧が判定されるとフリツプフロツプ
Q₁，Q₂，Q₃の出力Ｑ_N，Ｑ_C，Ｑ_Fのうちのどれか
の信号がハイレベルになるのでフリツプフロツプ
Q₆のＶ_Lはローレベルに下る。これによつて光源
１１は消灯する。光源は測距期間中のみ点灯する
のでムダな電力の消費を抑えることができる。

以上説明したような構成と動作から本発明によ
る装置は次のような種々の利点を有する。

まず従来例では、被写体までの距離を固定ミラ
ー、可動ミラーの光学系を用いて検出していた
が、本発明によれば上記のようなカメラ外形寸法
を制約する可動ミラー等を削除できる。また、可
動ミラー削除により可動ミラーに連絡するスキヤ
ンリンク、カム等の機構が不要となる。

次に被写体距離に対応する最大電圧を検出する
ための信号を作り出し、その信号を電源電圧から
０レベル近辺まで直線的に電圧降下させＤ形フリ
ツプフロツプを用いて最大値を判別する回路構成
を採つているので最大電圧を安定して検出でき
る。

さらにプランジヤ駆動による耐振性等の機械的
強度動作の安定性も得ることができる。

以上前者２つからカメラのコンパクト化が可能
になり、後者２つの利点を有する簡易化した電気
処理回路により、安価な自動焦点カメラを実現で
きる。

また、本発明による自動焦点制御装置は、前記
複数個の各受光素子（SN、SC、SF）出力と前記
基準受光素子（SR）出力との差の絶対値を求め
前記複数個の各受光素子対応の出力を決定する絶
対値決定回路A₅，A₆，A₇を用いているから、従
来の装置よりも高い感度で距離を検出できる。

その理由を受光素子SCの出力処理を例にし、
式を用いて簡単に説明する。

対数圧縮用増幅器A₂の出力Vout_Cは先に式で
示したように次のように現される。

Vout_C＝VREF＋VSC＝VREF ＋VT・ln（iC／iS） 絶対値決定回路A₆の出力Vout_C′は先に式で
示したように次のように現される。

Vout_C′＝VREF−Ｋ｜VSC−VSR｜ 前記式の絶対値の中の電圧VSC，VSRは次の
式で与えられる。

VSC＝VT・ln（iC／iS） VSR＝VT・ln（iR／iS） したがつて、絶対値決定回路A₆の出力
Vout_C′の出力を次の′のように書き改めること
ができる。

Vout_C′＝VREF−Ｋ｜VT・ln（iC／iR）｜
−′ ′式から明らかなように絶対値決定回路A₆の
出力Vout_C′には、飽和電流iSの成分が消去されて
含まれていない。

本発明において、各受光素子（SN，SC，SF）
出力と前記基準受光素子（SR）出力との差の絶
対値を求めるのは、飽和電流iSの影響を無くする
という意味がある。

飽和電流iSは周囲温度により大きく変化する成
分である。

したがつて、Vout_C′は飽和電流iSの影響を受け
ず、温度依存性が少なく精度の良い距離検出が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点制御システムの一例を
示す略図、第２図は本発明による自動焦点制御装
置の実施例を示す概略図、第３図は電気処理回路
の実施例を示す回路図、第４図は第３図の回路を
説明するための波形図、第５図はプランジヤの構
造例およびプランジヤと撮影レンズの関係を示す
図である。 １：可動ミラー、２：固定ミラー、４：受光素
子、５：検出装置、６：比較演算回路、８：撮影
レンズ、９：駆動回路、１１：光源、１２，１
４，１４′：レンズ、１３：被写体、１５：基準
受光素子、１６：受光素子、１７：電気処理回
路、１８：撮影レンズ、１９：プランジヤ、２
０：ヨーク、２１：駆動コイル、２２：レンズの
移動方向に対する可動鉄片ストツパ、２３：可動
鉄片の吸引方向のストツパ、２４：可動鉄片のス
プリングに押え付けられる方向のストツパ、２
５：スプリング、２６：可動鉄片、A₁〜A₄：対
数圧縮用増幅器、A₅〜A₇：絶対値決定回路、
A₈：バツフア増幅器、A₉〜A₁₁：比較回路、Q₁，
Q₂，Q₃：Ｄ形ポジテイブエツジトリガフリツプ
フロツプ、TR_1〜3：トランジスタ、C₁，Ｃ_D，
Ｃ：コンデンサ、Ｒ，Ｒ_D：抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被写体に光ビームを投射する投射光学系と、
   前記被写体からの反射光の光学通路を規定する前
   記投射光学系から基線長だけ離れた位置に設置さ
   れた第１受光光学系と、無限遠からの光の光学通
   路を規定する第２受光光学系と、前記第１受光光
   学系を通過した被写体からの反射光を受光する前
   記基線長方向に配列された複数個の受光素子と、
   前記第２受光光学系を通過した光を受光する基準
   受光光学素子と、前記光ビームに照射された被写
   体からの反射光による複数個の各受光素子の出力
   を対数増幅したものと前記基準受光素子出力を対
   数増幅したものとの差の絶対値を同時に求め前記
   複数個の各受光素子対応の出力を決定する絶対値
   決定回路と、前記絶対値決定回路出力を比較しど
   の受光素子に対応する絶対値決定回路の出力が最
   大値であるかを判定する比較判定回路と、前記判
   定結果により撮影レンズの繰出し量を決める回路
   から構成した自動焦点制御回路。