JPH06105328B2 - 自動合焦装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオカメラなどに用いて好適な自動合焦装
置に関する。

〔従来の技術〕

ビデオカメラにおいては、従来、各種調整機構の自動化
のための技術が種々提案され、また、実施もされて操作
性が急速に改善された。そのうちの被写体に焦点を合わ
せる調整機構についても、これを自動的に行なう自動合
焦装置が種々提案されており、その一例として赤外線を
用いた自動合焦装置が知られている（たとえば、特開昭
57-20708号公報）。

これは、発光素子で発光した赤外線を被写体に照射し、
その反射光を受光素子で受光し、この受光素子の受光状
態に応じてこの被写体に対する合焦状態からのずれを判
定するものである。この受光素子は２つの受光部からな
り、かつ撮像レンズの繰り出し動作に連動して移動す
る。かかる受光素子の各々の受光部に等量に反射光が照
射されれば（すなわち、２つの受光部の受光量が等しい
ときであつて、以下、これを受光量がバランスしている
という）、この受光素子の検出出力から合焦状態と判定
し、また、撮像レンズもこの被写体に合焦した位置にあ
るようにしている。受光素子の受光量がバランスしてい
ないときには、この受光素子はその受光量がバランスす
るように移動し、これとともに、撮像レンズも合焦する
ように移動する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、ビデオカメラ側の発光素子から被写体に赤外
線を照射すると、被写体によつてはもしくはビデオカメ
ラの視野内での被写体の位置によつては、赤外線の一部
がビデオカメラ側に反射されない場合がある。被写体に
赤外線が完全に照射された場合には、その照射領域（す
なわち、投射スポツト）は円形となり、この投射スポツ
ト内での反射率がほぼ均一であれば投射スポツト全体で
均一な量で反射が生ずる。しかし、白黒パターンなどの
ように異なる反射率の領域が組み合わさつてなる被写体
や反射率が不均一な被写体（以下、このような被写体を
コントラストを有する被写体という）に焦点を合わせる
場合には、被写体上の投射スポツトの一部では他の部分
よりも反射光量が小さくなり、受光素子で生ずる受光ス
ポツトは一部が欠けた円形状となる。また、被写体での
投射スポツトが被写体の境から一部はみ出すような場合
には、このはみ出した部分からの反射光はない。したが
つて、この場合にも、受光素子での円形での受光スポツ
トは一部が欠けたものとなる。

このように、受光素子での受光スポツトが一部欠けた形
状となると、合焦判定に誤差が生じて自動合焦装置の性
能を劣化させるという問題がある。以下、この点につい
て第10図を用いて説明する。

同図において、受光素子31は分離帯32によつて区分され
る２つの受光部31a,31bを有する２分割受光素子であ
る。被写体に赤外線で完全に照射され、この被写体上の
投射スポツト全域から均一に赤外線が反射されたときに
は、受光素子の受光スポツトは円形となり、合焦時に
は、第10図（ａ）に示すように、受光部31a,31bの受光
量が等しくなるように、すなわち、分離帯32に関して対
称となるように受光スポツト33が生ずる。この状態で
は、受光素子31は受光量がバランスした状態となる。

一方、受光スポツトの一部が欠けた場合には、第10図
（ｂ）に示すように、この受光スポツト33が破線で示す
部分（これが欠けた部分である）も含めた円形スポツト
が分離帯32に関して対称となるような位置に生じたとき
に合焦状態となるが、このような受光状態は受光部31a,
31bの受光量が異なるアンバランスな状態であり、この
ために、受光部31a,31bの受光量が等しくなる第10図
（ｃ）に示す状態となるように受光素子は移動し、これ
とともに撮像レンズのフオーカスレンズも移動する。こ
の第10図（ｃ）に示す状態は受光素子の受光量がバラン
スしている状態であるが、受光スポツト33はΔｘだけ受
光部31b側にずれており、この分だけフオーカスレンズ
は合焦位置からずれた位置にある 以上のように、被写体のコントラスト，被写体への赤外
スポツトの照射位置，被写体の形状などによつて、受光
素子での受光スポツトの一部が欠けると、測距誤差が生
じて合焦状態が得られないという問題があつた。基線長
を充分長くすることによつて測距誤差による画面上での
ボケ量を目立たないようにすることができるが、自動合
焦装置が大型になるという問題がある。

本発明の目的は、かかる問題点を解決し、受光素子での
受光スポツトが一部欠けても合焦判定の精度を高めるこ
とができるようにした自動合焦装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、受光素子と投射
レンズとからなる投光系を１組設けるのに対し、受光レ
ンズと受光素子とからなり、被写体からの反射光ビーム
を受光する受光系を２組設ける。

〔作用〕

先に説明したように、受光素子に生ずる受光スポツトの
重心位置は、被写体までの距離に応じて変化するから、
この重心位置を検出することによつて被写体までの距離
を測定できるが、受光スポツトの形状が一部欠けるとそ
の重心位置も変化し、測距精度に影響する。

これに対して、投射レンズの光軸を含む同一平面上に２
組の受光系を設けると、夫々の受光系における受光素子
上の受光スポツトの重心位置は、受光スポツトの形状が
一部欠けると、互いに等しい量だけ変移する。このこと
から、２つの受光素子の検出信号を用いることにより、
該重心位置のずれ量を相殺して被写体までの距離を求め
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によつて説明する。

第１図は本発明による自動合焦装置の一実施例を示す構
成図であつて、１は発光素子、２は投射レンズ、3,4は
受光レンズ、5,6は平行平面板、5a,6aは取付部材、6a,6
bはアーム、5c,6cはカムフオロア、7,8は弾性部材、9,1
0は受光素子、9a,9b,10a,10bは受光部、9c,10cは分離
帯、11はフオーカス環、11a,11bはカム、11cはウオーム
ホイール、12は自動合焦回路、13はモータ、14はホイー
ル、15は被写体である。

同図において、発光素子１の光軸に対し、一方側（上
方）に受光素子９が、他方側（下方）に受光素子10が夫
々設けられている。発光素子１の前方には、その発光中
心に光軸が一致するように、投射レンズ２が設けられて
いる。受光素子９の前方には、その光軸に沿つて平行平
面板５と受光レンズ３が設けられ、受光素子10の前方に
も、同様に平行平面板６と受光素子４とが設けられてい
る。以上の各部材はフオーカス環11を含む図示しない撮
像レンズの外側に設けられている。

フオーカス環11の被写体15とは反対側の端面に２つのカ
ム11a,11bが設けられている。また、ガラスなどの透明
は平行平面板５には、取付部材5aによつてアーム5bが一
体に取りつけられ、このアーム5bの先端にカムフオロア
5cが形成されている。平行平面板５は取付部材5aを通る
紙面に垂直な軸（図示せず）に関して回動可能であり、
また、カムフオロア5cは弾性部材７によつてカム11aに
圧接されている。したがつて、フオーカス環11が回転す
ると、カムフオロア5cのカム11aに対する圧接点が変わ
り、これにともなつて平行平面板５が回動する。平行平
面板６に対しても同様であり、取付部材6aによつてアー
ム6bが一体に取りつけられ、そのアーム6bの先端に形成
されているカムフオロア6cが弾性部材８によつてカム11
bに圧接されている。したがつて、フオーカス環11の回
転とともに、平行平面板６は取付部材6aを通る紙面に垂
直な軸（図示せず）に関して回動する。ここで、カム11
bはカム11aよりもくぼんでおり、フオーカス環11の端面
側からみると、第２図に示すように、カム11bがカム11a
の一部でフオーカス環11の外周側に形成された状態とな
つており、カムフオロア5cはカム11aに圧接し、カムフ
オロア6cはカムフオロア5cよりも短くてカム11bのみに
圧接している。

受光素子9,10は、第10図に示したように、たとえば２分
割PINフオトダイオードなどの２分割受光素子である。
受光素子９の分離帯9c（第10図の分離帯32に相当する）
で区分される一方の受光部9b（第10図の受光部31bに相
当する）は発光素子１側に、他方の受光部9a（第10図の
受光部31aに相当する）はそれとは反対側に配置され、
また、同様にして、受光素子の分離帯10cで区分される
受光部10aは発光素子１側に、他方の受光部10bはそれと
は反対側に配置されている。

かかる構成において、発光素子１で発光したスポツト形
状が円形の光ビームは、投射レンズ２を通して被写体15
に照射される。被写体15で反射，拡散された光ビームの
一部分は、受光レンズ3,平行平面板５を通して受光素子
９に入射される。これによつて受光素子９上に受光スポ
ツトが生ずる。また、被写体15からの光ビームの別の一
部分は、受光レンズ4,平行平面板６を通して受光素子10
に入射される。これによつて受光素子10上に受光スポツ
トが生ずる。

受光素子9,10からはそれらでの受光スポツト位置に応じ
た信号が得られ、これらによつて自動合焦回路12はフオ
ーカス制御信号を形成する。このフオーカス制御信号に
よつてモータ13は回転し、このモータ13の回転力がホイ
ール14,ウオームホイール11cを介してフオーカス環11に
伝達され、フオーカス環11が回転する。このフオーカス
環11の回転にともなつて平行平面板5,6が回動し、光ビ
ームが偏向されて受光素子9,10上の受光スポツト位置が
変化する。受光素子9,10上で受光スポツトが所期位置に
設定されたとき合焦状態となり、モータ13が停止して平
行平面板5,6は固定される。

次に、第３図により、この実施例における投射レンズ2,
受光レンズ3,4,受光素子9,10の配置関係と、動作原理に
ついてより詳細に説明する。なお、同図において、16,1
6′は被写体15上での投射スポツト、17〜20は被写体15
からの反射光ビームであり、第１図に対応する部分には
同一符号をつけている。

第３図において、受光レンズ3,4は投射レンズ２の光軸
に垂直な同一平面上に配置されており、これら受光レン
ズ3,4の焦点距離をｆとすると、受光素子9,10は夫々受
光レンズ3,4から距離ｆの位置に配置されている。ま
た、投射レンズ2,受光レンズ3,4の光軸は互いに平行で
あり、受光レンズ3,4の光軸上に受光素子9,10における
２つの受光部の分離帯9c,10cが位置づけられている。ま
た、発光素子１の発光中心は投射レンズ２の光軸上にあ
る。

いま、受光レンズ3,4から距離ｙにある被写体に発光素
子１からの光ビームを照射したものとする。被写体にコ
ントラストがなく、投射ビームのスポツト形状が円形と
すると、被写体上の投射スポツト16は円形となる。この
投射スポツト16からの一部の反射光ビーム17は受光レン
ズ３を通して受光素子９に照射され、他の一部の反射光
ビーム18は受光レンズ４を通して受光素子10に照射され
るが、受光素子9,10上の受光スポツトの形状は円形であ
る。この距離ｙに対し、これら受光スポツトの重心の分
離帯9c,10cからのずれ量をx₁,x₂とすると、次の関係式
が成りたつ。

但し、受光スポツトの重心とは、受光スポツトを受光素
子9,10の分離帯9c,10cに平行な線で分割したとき、この
分割線に対して一方側の受光量と他方側の受光量とが互
いに等しくなるような分割線上の点とする。たとえば、
第10図（ａ）に示すように、受光スポツト33が円形の場
合には、この受光スポツト33の中心であり、第10図
（ｃ）のように、一部が欠けた円形の場合には、分離帯
32に対して受光部31a,31bの受光量が等しいとき、この
受光スポツト32の重心は受光スポツト33内の分離帯32上
の中心である。

上記式（１），（２）を加算すると、 となり、これを変形することにより、 となつてずれ量x₁,x₂から被写体15までの距離ｙを得る
ことができる。

一方、被写体15でコントラストを有しており、このため
に、一部が欠けた円形の投射スポツト16′が得られたと
すると、被写体15までの距離が上記と等しくｙとする
と、投射スポツト16′からの一部の光反射ビーム19によ
る受光素子９上の受光スポツトは同じく一部が欠けた円
形となり、その重心は、受光スポツトが円形であるとき
よりも、Δx₁だけ分離帯9cに近ずく。これに対して、受
光素子10では、投射スポツト16′からの反射光ビーム20
により、受光スポツトの重心は、受光スポツトが円形で
あるときよりも、Δx₂だけ分離帯10cから遠ざかること
になる。したがつて、このときの距離ｙは、上記と同様
にして、 で表わされることになる。

ところで、いま、投影スポツト16,16′の重心のずれ量
をΔＨとし、Δx₁，Δx₂を幾何学的に求めると、次のよ
うに全く等しいものとなる。

式（６）を式（５）に代入することにより、距離ｙは次
のように表わされる。

この式（７）は円形の受光スポツトの場合の式（４）と
等しい。したがつて、受光素子9,10での受光スポツトの
重心の分離帯9c,10cからのずれ量を加算することによ
り、受光スポツトの形状に欠けが生じても、被写体まで
の距離ｙを正確に得ることができる。

さて、そこで、受光素子9,10上の受光スポツトの重心が
分離帯9c,10cに一致するように、受光素子9,10上で受光
スポツトを移動させれば、上記式（５）における(x₁−
Δx₁),(x₂＋Δx₂)が測定でき、式（５）すなわち式
（７）から被写体までの距離ｙを求めることができる。

第１図においては、平行平面板5,6の回動によつて受光
素子9,10上での受光スポツトを変位させ、それらの重心
を分離帯9c,10cに一致させる。この場合、平行平面板5,
6はフオーカス環11の回転によつて回動するが、フオー
カス環11の回転によつて図示しないフオーカスレンズも
光軸方向に変位する。そして、被写体15までの距離ｙが
いかなる値であつても、受光素子9,10での受光スポツト
の重心が分離帯9c,10c上にあるときに、フオーカスレン
ズが被写体15に合焦するように、フオーカス環11のカム
11a,11bが構成されている。換言すれば、カム11a,11bに
よる平行平面板5,6の回動によつて上記式（７）が演算
され、この演算結果にもとづいて距離ｙにある被写体15
に合焦するように、フオーカスレンズの位置が設定され
ることになる。

ここで、被写体15が無限遠（ｙ＝∞）にあるときに受光
素子9,10上の円形の受光スポツトの重心が分離帯9c,10c
に一致するように、平行平面板5,6および受光素子9,10
が配置されている。そして、上記のことから、平行平面
板5,6の被写体15が無限遠にあるときの状態からの回動
角が被写体15までの距離ｙと一対一に対応している。そ
こで、いま、フオーカスレンズ被写体15が無限遠にある
ときからの合焦のための移動量をＺ、受光スポツトの重
心を被写体15が無限遠にあるときの位置から受光素子9,
10の分離帯9c,10cに一致させるために、平行平面板5,6
を角度αだけ回動させるためのカムフオロア5c,6cの移
動量をZ₀とすると、カム11a,11bのリスト量L_fは、 L_f＝Z₀−Ｚ ……（８） となる。但し、Ｌをアーム5b,6bの長さ（すなわち、平
行平面板5,6の回転中心からカムフオロア5c,6cの中心ま
での距離）とすると、移動量Z₀は次のように表わされ
る。

Z₀＝Lsinα ……（９） また、平行平面板5,6の回動角αと受光スポツトの受光
素子9,10上での移動量ｘとの間には、次のような関係が
ある。

但し、ｔ＝平行平面板5,6の厚さ Ｎ＝平行平面板5,6の屈折率 θ＝受光レンズ3,4に対する反射光ビームの入射
角（受光レンズ３に対してはtan^-1(l₁/y)，受光レンズ
４に対しては(tan^-1(l₂/y)) そこで、被写体15までの距離ｙを種々に設定したとき
に、式（10）の移動量ｘが式（１）または式（２）に等
しくなるような回動角αを求め、この回動角αを用いた
式（９）によるカムフオロア5c,6cの移動量Z₀と合焦の
ためのフオーカスレンズの移動量Ｚとにより、式（８）
からカムのリフト量L_fが求まる。このようにして求めら
れたカムのリフト量L_fにより、フオーカス環11の夫々の
カム11a,11bの形状を設定することができる。

受光素子９の受光部9a,9bの受光量に応じたレベルの検
出信号と受光素子10の受光部10a,10bの受光量に応じた
レベルの検出信号とは自動合焦回路12に供給される。こ
の自動合焦回路12は、これら検出信号から受光素子9,10
で受光スポツトの重心が分離帯9c,10cからいずれの方向
にずれているかを検出し、このずれ方向に応じたフオー
カス制御信号を形成してモータ13に供給する。これによ
つてモータ13は回転し、受光スポツトの重心を受光素子
9,10の分離帯9c,10cに一致させるように、フオーカス環
11を回転させて平行平面板5,6を回動させる。

そこで、いま、受光素子９の受光部9a,9bからの検出信
号のレベルを夫々A,B,受光素子10の受光部10a,10bから
の検出信号のレベルを夫々C,Dとすると、受光スポツト
が円形で被写体15が無限遠にあるときに受光スポツトの
重心が受光素子9,10の分離帯9c,10cに一致し、かつ、式
（５）〜（７）によつて受光スポツトが一部欠けても、
受光スポツト9,10上でのこの欠けによる受光スポツトの
重心の変位は、受光素子9,10上の受光スポツトの重心の
分離帯9c,10cからの距離を加算することによつて相殺さ
れることから、 （Ａ−Ｂ）＋（Ｄ−Ｃ）＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） ＝０ ……（11） のとき、受光素子9,10上で受光スポツトの重心が分離帯
9c,10cに一致し、合焦状態にあることになる。

これに対し、被写体15が撮像レンズ側に移動すると、受
光素子9,10では、受光部9a,10bの受光量が受光部9b,10a
の受光量よりも多くなり、 （Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）＞０ ……（12） となつて、自動合焦回路12は式（10）を満足する状態と
なるようにフオーカス制御信号を出力する。また、被写
体15が撮像レンズとは反対側に移動したときには、 （Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）＜０ ……（13） となり、自動合焦回路12は式（12）のときとは逆方向に
モータ13を回転させるフオーカス制御信号を出力する。

以上のようにして、この実施例では、受光スポツトが一
部欠けていても、任意の距離にある被写体に正確にフオ
ーカスレンズを合焦させることができる。この実施例に
よれば、フオーカス環に２個のカムを設けたために、一
部品点数が少なく、また、部品の組み合わせによる誤差
を小さくできる。

第４図は本発明による自動合焦装置の他の実施例を示す
構成図であつて、21はスライダ板、21a,21b,21cは案内
溝、22はカムフオロア、23,24はピン、25は弾性部材で
あり、第１図に対応する部分には同一符号をつけてい
る。

第４図において、フオーカス環11の端面は１つのカム11
aを構成している。スライダ板21は受光レンズ3,4の交軸
に平行な２つの突出部と、これらにほぼ直交する２つの
突出部を有するほぼ十文字状をなしている。これら突出
部のうち、受光レンズ3,4の光軸に平行な突出部には夫
々案内溝21b,21cが設けられ、これら案内溝21b,21cに撮
像レンズ本体に固定されたピン23,24がガタツキなく挿
入されている。これにより、スライダ板21は受光レンズ
3,4の光軸方向に円滑に摺動できる。また、スライダ板2
1には、受光レンズ3,4の光軸とはほぼ垂直な方向の２つ
の突出部にわたつて１つの案内溝21aが設けられ、これ
に平行平面板５と一体となつたアーム5bの先端のカムフ
オロア5cと平行平面板６と一体となつたアーム6bの先端
のカムフオロア6cとがガタツキなくかつ摺動可能に挿入
されている。さらにまた、スライダ板21には、受光レン
ズ3,4の光軸に平行な突出部のうちのフオーカス環11側
の突出部の先端にはカムフオロア22が圧入され、このカ
ムフオロア22がフオーカス環11のカム11aに圧接される
ように、スライダ板21が弾性部材25によつて押圧されて
いる。

かかる構成において、モータ13によつてフオーカス環11
が回転すると、スライダ板21は受光レンズ3,4の光軸と
平行に移動し、これにより、カムフオロア5c,6cも案内
溝21a内を摺動しながら同方向に移動して平行平面板5,6
が回動する。したがつて、受光素子9,10上では受光スポ
ツトが変位する。この場合、受光素子9,10上で受光スポ
ツトの重心が分離帯9c,10cと一致したときに、フオーカ
スレンズ（図示せず）が被写体15に合焦するように、カ
ム11a,案内溝21a,アーム5b,6bなどの形状，長さが設定
されている。

この実施例によれば、２個の平行平面板を１個のスライ
ダ板の動きによつて回転させるために、フオーカス環に
１個のカムを設けるだけですむなど、構造が比較的簡単
になる。

第５図は先の実施例とは異なる方法による自動合焦装置
の例を示す構成図であつて、26,27は非走査型の半導体
位置検出素子（以下、PSDという）、28はポテンシオメ
ータであり、第１図に対応する部分には同一符号をつけ
ている。

この例では、第５図に示すように、発光素子１の一方側
に受光素子としてのPSD26,27を配置している。これらPS
D26,27は夫々受光スポツトの重心位置に応じた検出信号
を出力する。一方、ポテンシオメータ28はフオーカス環
28の回転と連動しており、フオーカスレンズ（図示せ
ず）の位置に応じた検出信号を出力する。自動合焦装置
12はPSD26,27の検出信号から被写体15に合焦するための
フオーカスレンズの位置を求め、この位置とポテンシオ
メータ28の検出信号によるフオーカスレンズの実際の位
置との差に応じたフオーカス制御信号を形成してモータ
13に出力する。

次に、この例の動作原理について、第６図でより詳細に
説明する。なお、同図において、第３図，第５図に対応
する部分には同一符号をつけている。

第６図において、投射レンズ2,受光レンズ3,4の光軸は
互いに平行であり、受光レンズ3,4はこれら光軸に垂直
な同一平面上に配置されている。受光レンズ3,4の焦点
距離をｆとすると、PSD26,27は夫々受光レンズ3,4から
距離ｆの位置に設けられている。ここで、被写体が無限
遠にあるときのPSD26,27上での受光スポツトの重心位置
を点26a,27aとすると、これら点26a,27aは受光レンズ3,
4の光軸上にある。また、発光素子１の発光中心は投射
レンズ２の光軸上にある。投射レンズ２と受光レンズ３
との間の距離をl₁、投射レンズ２と受光レンズ４との間
の距離をl₂とする。

いま、発光素子１からスポツト形状が円形の光ビームが
距離ｙにあるコントラストのない被写体に照射される
と、この被写体の投射スポツト16は円形である。この投
射スポツト16から一部の反射光ビーム17は受光レンズ３
を介してPSD26に照射され、このPSD26上に円形の受光ス
ポツトが生ずる。同様にして、投射スポツト16からの他
の一部の反射光ビーム18は受光レンズ４を介してPSD27
に照射され、このPSD27上に円形の受光スポツトが生ず
る。PSD26,27上の受光スポツトの重心位置の点26a,27a
からのずれ量を夫々x₁,x₂とすると、これらは、第３図
の場合と同様に、式（１），（２）で表わされる。そこ
で、これらx₁,x₂の差を求めると、 となり、これを変形することにより、 となつて被写体までの距離ｙが求められる。

一方、被写体がコントラストを有し、この被写体上の投
射スポツト16′が一部欠けた円形状をなしているとする
と、この投射スポツト16′からの反射光ビーム19,20がP
SD26,27に照射されて一部欠けた受光スポツトが生ず
る。被写体までの距離が上記の場合と同じｙであるとす
ると、これら受光スポツトの重心位置は受光スポツトが
円形である場合の重心位置から同一方向にずれる。PSD2
6,27でのこれら重心位置のずれ量を夫々Δx₁，Δx₂とす
ると、一部欠けた受光スポツトに対する上記式（15）は
次のようになる。

この場合にも、第３図で説明した式（６）が成立してΔ
x₁＝Δx₂であり、したがつて、式（16）は、 となつて式（15）と等しくなる。つまり、PSD26,27に生
ずる受光スポツトが一部欠けた円形状をなしていても、
これら重心位置の点26a,27aからのずれ量を減算するこ
とにより、受光スポツト形状の一部欠けたことによる影
響が相殺され、被写体までの距離を正確に求めることが
できる。そこで、第５図において、自動合焦回路12に
は、PSD26,27の検出信号の差とこの差に対する式（17）
の距離の被写体に合焦するためのフオーカスレンズの位
置を表わすポテンシオメータ28からの検出信号との対応
関係を表わすテーブルなどが設けられており、PSD26,27
の検出信号の差からテーブルによつて求めた検出信号と
ポテンシオメータ28の実際の検出信号とからフオーカス
制御信号を得、これでもつてモータ13を回転させてフオ
ーカス環11を回転させ、テーブルから得られる検出信号
とポテンシオメータ28から実際に得られる検出信号とが
互いに等しくなるようにする。これによつてフオーカス
レンズは被写体15に合焦する。

この例によれば、非走査形の受光素子を用いているため
に、可動部がなく、精度、耐久性がより向上する。

第７図は先の実施例とは異なる方法による自動合焦装置
の例を示す構成図であつて、29は発光素子ホルダ、30は
レンズホルダであり、前記図面に対応する部分には同一
符号をつけている。また、第８図は第１図における投射
レンズ2,受光レンズ3,4のレンズホルダ30への取付け状
態を示す正面図である。

第７図および第８図において、レンズホルダ30は角柱状
をなしており、その側面中央部に貫通孔が設けられてそ
こに投射レンズ２が嵌め込まれている。また、このレン
ズホルダ30の両端に受光レンズ3,4が取りつけられてい
る。受光レンズ3,4は単一のレンズの中心に対して対称
の部分を切り出して得られたのと同等の関係にある。し
たがつて、受光レンズ3,4は投射レンズ２の光軸に対称
に配置されている。このレンズホルダ30には、上記貫通
孔に対向して発光素子ホルダ29も固定されており、これ
に発光素子１が取りつけられている。この発光素子１
は、その発光中心が投射レンズ２の光軸上にあるように
配置されている。レンズホルダ30は非光透過性のもので
あり、たとえば黒色塗装されている。

PSD26,27は、受光レンズ3,4の焦点距離をｆとすると、
受光レンズ4,3から（ｆ＋ｐ）の距離に設定される。但
し、ｐは受光レンズ3,4の焦点位置を原点とする正また
は負の値の距離であり、５〜15mmに設定するのが望まし
い。また、これらPSD26,27は投射レンズ２の光軸に関し
て対称に設けられている。

いま、発光素子１から光ビームが発光されると、この光
ビームは投射レンズ２を介して被写体15に照射される。
被写体15からの一部の反射光ビームは受光レンズ３を通
してPSD26に照射され、他の一部の反射光ビームは受光
レンズ４を通してPSD27に照射される。これによつてPSD
26,27に受光スポツトが生じ、PSD26,27で得られるこれ
ら受光スポツトの重心位置を表わす検出信号が自動合焦
回路12に供給され、さらにポテンシオメータ28の検出信
号を取り込んで処理し、フオーカス制御信号を形成して
モータ13に出力する。

ここで、第９図により、この例の動作原理を詳細に説明
する。

いま、被写体がコントラストを有していないとき、ABの
投射スポツト16が被写体に生じたものとすると、これか
ら受光レンズ３を通つた反射光ビームにより、PSD26に
は、投射スポツト16と同形の受光スポツト が生じ、受光レンズ４を通つた反射光ビームにより、PS
D27には、同じく投射スポツト16と同形の受光スポツト が生ずる。ここで、受光スポツト の重心をＣ″,C′とし、これら重心Ｃ″,C′間の距離を
x₁とする。

また、同じ距離ｙの被写体がコントラストを有し、投射
スポツト16の一部が欠けて点Ａのみから反射光ビームが
生ずるものとすると、PSD26,27には夫々点Ａ″,A′を重
心とする受光スポツトが生ずる。ここで、重心Ａ″,A′
間の距離をx₂とすると、幾何学的にx₂＝x₁となる。すな
わち、被写体の距離ｙが変わらなければ、被写体がコン
トラストを有するか否かにかかわらず（すなわち、投射
スポツトの形状が一部欠けようが欠けまいが）、受光素
子26,27上の受光スポツト間の距離は一定である。

そこで、第７図において、PSD26,27の一方、たとえばPS
D26の受光スポツトの重心位置と投射レンズ２の光軸と
の間の距離をｘとすると、このｘは次式のように表わさ
れる。

但し、ｈ＝受光レンズ３での反射光ビームの入射高さ 式（18）を変形すると、 となり、ｘを求めることによつて被写体15までの距離ｙ
を得ることができる。

投射スポツトの一部欠けたことによる影響を除くために
は、PSD26,27上での受光スポツトの重心間の距離を求め
ればよいが、受光レンズ3,4が投射レンズ２の光軸に対
称に配置され、かつPSD26,27は受光レンズ4,3から等距
離に配置されているから、PSD26,27上での受光スポツト
の重心と投射レンズ２の光軸との間の距離は等しい。し
たがつて、PSD26,27上での受光スポツトの重心間の距離
をＸとすると、式（18）と同様にして被写体15までの距
離ｙは次のように表わされる。

自動合焦回路12には、第５図における自動合焦回路12と
同様に、PSD26,27の検出信号の和とこの和に対する式
（20）の距離の被写体に合焦するためのフオーカスレン
ズの位置を表わすポテンシオメータ28からの検出信号と
の対応関係を表わすテーブルが設けられており、PSD26,
27の検出信号の和からこのテーブルによつて検出信号を
得、これとポテンシオメータ28の実際の検出信号とを比
較してフオーカス制御信号を形成する。

このようにして、この例においても、被写体がコントラ
ストを有するか否かにかかわらず、正確に合焦状態を得
ることができる。なお、この実施例によれば、投射レン
ズと受光レンズとをホルダによつて一体としているた
め、全体の構成がコンパクト化できる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれら実
施例のみに限定されるものではない。たとえば、第１
図，第４図に示した実施例において、受光素子9,10を二
分割受光素子の代りにPSDを用いてもよい。この場合に
は、PSDに基準点を設け、この基準点に受光スポツトの
重心が一致するように平行平面板5,6を回動させればよ
い。また、第１図の実施例において、平行平面板5,6、
受光素子9,10、受光レンズ3,4を投射レンズ２の光軸の
同一側に配置してもよい。この場合、受光素子9,10の検
出信号の差を用いることはいうまでもない。また、第５
図の例において、PSD26,27を投射レンズ２の光軸に関し
て互いに反対側に設けてもよい。この場合には、PSD26,
27の検出信号が加算されて第５図と同様にフオーカス制
御信号を形成することはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被写体のコント
ラストによる反射光ビームのスポツト形状の一部が欠け
た場合も含めて、単に２つの受光素子の出力を演算する
だけで精度良く合焦状態を得ることができ、合焦性能を
大幅に向上させることができるし、また、かかる誤差が
生じなくなつたために、基線長を短縮できて構成を小形
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動合焦装置の一実施例を示す構
成図、第２図は第１図におけるフオーカス環のカムとこ
れに圧接するカムフオロアとを示す正面図、第３図は第
１図に示した実施例の動作原理図、第４図は本発明によ
る自動合焦装置の他の実施例を示す構成図、第５図は第
１図，第４図に示した実施例とは異なる方法による自動
合焦装置の例を示す構成図、第６図は第５図に示した例
の動作原理図、第７図は第１図，第４図に示した実施例
とは異なる方法による自動合焦装置の例を示す構成図、
第８図は第７図における投射レンズ，受光レンズのホル
ダへの取付け状態を示す正面図、第９図は第７図に示し
た例の動作原理図、第10図は従来の自動合焦装置の問題
点を説明するための図である。 １……発光素子、２……投射レンズ、3,4……受光レン
ズ、5,6……平行平面板、5b,6b……アーム、5c,6c……
カムフオロア、9,10……受光素子、9a,9b,10a,10b……
受光部、11……フオーカス環、11a,11b……カム、12…
…自動合焦回路、13……モータ、15……被写体、21……
スライダ板、21a,21b,21c……案内溝、22……カムフオ
ロア、23,24……ピン、26,27……受光素子、28……ポテ
ンシオメータ、29……発光素子ホルダ、30……レンズホ
ルダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 竹介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者 久田 隆紀 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所家電研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−256112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−251809（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−201009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202437（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−19391（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−17548（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投射レンズと発光素子とからなる投光系
   と、夫々が該投射レンズの光軸を含む平面内に該投射レ
   ンズの光軸と平行な光軸を有する受光レンズと受光素子
   とからなる２つの受光系とを備え、該投光系から被写体
   に光ビームを投射し、該被写体からの反射光を夫々の該
   受光系で受光し、該受光素子夫々での受光状態に応じて
   フォーカスレンズを移動させることにより、自動的に焦
   点調節を行なうようにした自動合焦装置において、 該受光素子夫々における該受光レンズの光軸が通る位置
   を該夫々の受光素子の中心点とし、 該受光系毎に、該反射光を受光したことによって生ずる
   該受光素子上での受光スポットの位置をフォーカスレン
   ズの移動とともに変化させる偏向手段を備えるととも
   に、 該受光系毎の受光素子の出力信号を演算し、その演算結
   果に応じて該フォーカスレンズを駆動し、該偏向手段に
   よって該夫々の受光素子での受光スポットの重心が該受
   光素子の中心点に一致するまで該フォーカスレンズを移
   動させる制御手段を備えたことを特徴とする自動合焦装
   置。