JPH04324807A - 距離測定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、距離測定装置、詳し
くは、通常のカメラやビデオカメラ等における広視野の
被写体距離を測定する距離測定装置に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】近年、カメラの自動化が進む中でピント
合わせの技術も、測距（距離測定）しにくい被写体を克
服する方向で発達して来ているが、未だ満足するには至
っておらず、次のようなケースに対する対応が迫られて
いる。即ち、◎ （１）被写体に対して測距用光を投射し、その反射光の
受光信号により測距を行う、いわゆるアクティブ式のオ
ートフォーカス（以下、ＡＦという）で遠距離の被写体
を測距すること◎ （２）撮影画面の中央部以外に存在する被写体を測距す
ること、つまり中抜け防止の測距をすること◎である。

【０００３】このような要求に対して本出願人も、既に
画面内の複数のポイントに対して測距用光を投射し、測
距を行う際に、受光手段を共用化する技術（マルチＡＦ
）を提案（特開平２ー１８６３１３号公報参照）してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術には、次のような問題点がある。まず、撮影画面内を
くまなく測距しようとすると、測距用光の投光手段の数
が多くなり、スペースをとるためにカメラのコンパクト
な設計ができなくなり、かつコスト高を招く結果になる
。また、ズームレンズ付のカメラのように画角が変化す
るカメラでは投射する測距用光の数を増加してもカバー
することができなくなる領域が出てくる。そして、これ
に伴い受光手段もコスト高になる等の問題がある。

【０００５】次に、上記ズームレンズ付カメラにおける
問題を、少し詳しく、図８、９を用いて説明すると、例
えば、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、画面３３内の
３点を測距する場合、図９に示す如く、投光レンズ３２
を介して３つのビーム３１ａ〜３１ｃを被写体に向けて
投光するが、そのビームとビームの間は測距できない。 また、図８（Ａ）に示すように撮影レンズのテレ端にお
いて適切な間隔でビーム３１ａ〜３１ｃを投光したとす
ると、図８（Ｂ）に示す如くワイド端においてはビーム
位置は中央に集中してしまう結果となってしまう。この
問題点を解決しょうとすると、画面内にたくさんの測距
用光を投射する等の手段が考えられるが、投受光素子の
面積や個数の増加を伴い、上述のようにコスト高になっ
てしまうことになる。

【０００６】そこで、特公平１−５９７１号公報に開示
の測距装置は、測距部を主被写体の近傍で回動走査し、
測距部から得られる最短距離情報に基づいてピント調整
を行うようにして上記の問題を解決したものであった。

【０００７】しかし、このような回動部を用いる場合、
余り大型化すると駆動が困難になり、カメラへの組み込
みにも制約が生じる。そこで、その回動部を小型化する
必要があるが、小型化するには投受光レンズも小さくす
る必要があり、また、投受光部の間隔、即ち、基線長も
短くする必要がある。従って、距離検出の範囲が狭くな
ってしまう。この理由を更に詳しく説明すると以下のよ
うになる。図１０は、投受光部を有する三角測距方式の
光路図であって、本図に示すように発光体であるＩＲＥ
Ｄ（赤外発光ダイオード）３５から射出された測距用赤
外光は投光レンズ３４を介して距離Ｌにある被写体３８
ａに投射される。その反射光は受光レンズ３６を介して
ＰＳＤ（半導体位置検出素子）３７の上に結像する。受
光レンズ３６の光軸位置を基準としたＰＳＤ３７上の反
射光による入射位置ｘは、その焦点距離をｆとし、投受
光レンズ３４、３６間の基線長をｓとしたとき、　　　
　　　　　　　ｘ＝ｓ・ｆ／Ｌ　　………………………
……………………（１）の関係式を満たす。つまり、ｘ
によって被写体距離Ｌが求められる。

【０００８】また、ＰＳＤ３７の光電流Ｉ１　、Ｉ２　
は、　　　　　　　　　　Ｉ１　＝｛（ａ＋ｘ）／ｔ）
｝・ｉ０　　　　　　　　　………………（２）　　　
　　　　　　　Ｉ２　＝｛｛ｔ−（ａ＋ｘ）｝／ｔ｝・
ｉ０　………………（３）となる。但し、ａはＰＳＤ３
７端部から受光レンズ３６の光軸位置までの長さ、ｔは
ＰＳＤ３７の全長、ｉ０　は総信号光電流をそれぞれ示
す。

【０００９】従って、次式が成立し、 　　　　　　Ｉ１　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）＝（ａ＋ｘ）
／ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　＝ａ／ｔ＋｛（ｓ・ｆ）／ｔ｝／Ｌ　　……（４）こ
のより関係からＩＲＥＤ３５のパワ−や被写体の反射率
に依存するｉ０　を含まぬ形で距離の逆数１／Ｌの値を
求めることができる。即ち、（４）式より、　　１／Ｌ
＝｛ｔ／（ｓ・ｆ）｝・｛Ｉ１　／（　Ｉ１　＋Ｉ２　
）−ａ／ｔ｝…（５）また、（４）式で１／Ｌが微小に
変化した場合を考えると、ｓ・ｆが大きく、ｔが小さい
ほど、Ｉ１　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）の変化が大きく、距
離分解能の良いＡＦ装置を提供できることが解る。

【００１０】一方、被写体が図１２の３８ｂの位置にあ
った場合、反射信号光は同図に示されるようにＰＳＤ３
７から外れてしまい測距ができなくなってしまう。つま
り、ＰＳＤ３７で検出できる最至近距離Ｌｍｉｎ　は、
投光スポットが点であると考えた場合、（１）式より、
　　　　　　　　　　　　　　　　Ｌｍｉｎ　＝ｓ・ｆ
／（ｔ−ａ）　　………………………（６）従って、ｓ
・ｆが小さく、ｔが大きいほど、近くの被写体までの測
距が可能となる。

【００１１】以上述べたように、ｓ・ｆを小さくするこ
とは近距離には有効であるが距離分解能の劣化をきたし
、特に、反射信号光が微弱となる遠距離の被写体に対し
ては十分な性能が得られない虞があった。

【００１２】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、コンパクト、且つ、広い距離レンジに亘って高
精度の測距ができ、中抜け防止機能をも有する距離測定
装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による距離測定装
置は、被写体に向けて測距用光を投射する可動投光手段
、および、固定投光手段と、上記測距用光の被写体から
の反射光を受光し、この反射光の入射位置に応じた出力
を発する受光素子と、上記可動投光手段と受光素子とを
一体的に保持し、測距光が被写体を走査できるようにこ
れらを回動させる回動部材と、上記可動投光手段の回動
位置を検出する角度検出手段と、上記可動投光手段によ
る測距用光の走査に応じて、受光手段の出力より被写体
距離を算出する第１の演算手段と、上記固定投光手段に
よる測距用光の入射に応じた受光手段の出力と上記角度
検出手段の出力により被写体距離を算出する第２の演算
手段と、上記第１の演算手段の出力と上記第２の演算手
段の出力とのいずれか一方を確定距離値として出力させ
る判別手段とを具備することを特徴とする。

【００１４】

【作用】回動部材を回動し可動投光手段の測距用光を走
査して測距を行い、更に、固定投光手段の測距光によっ
ても測距を行い、そのいずれかの測距出力を選択して確
定測距値とする。

【００１５】

【実施例】以下、図示の実施例によって本発明を説明す
る。図１、２は、本発明の一実施例を示す距離測定装置
を内蔵したカメラの外観図であり、本図に示すように、
その光軸がＯ１である撮影レンズ１７を有するカメラ本
体１６の前面上方部には、ファインダ１８を挟んで本距
離測定装置の検出部である投受光レンズ１、２を持つ回
動保持枠６と投光レンズ３が左右に配設されている。ま
た、図３、４は、上記距離測定装置の検出部の構成、お
よび、所定の動作状態を示す図であり、同図に示すよう
に、上記検出部は、回動部と固定部で構成されている。

【００１６】その回動部は、カメラ本体１６に水平方向
（図４のθ方向）回動自在に支持される回動部材の上記
保持枠６と、その保持枠６に一体的に保持される可動投
光手段であってその前面に保持される上記投光レンズ１
およびＩＲＥＤ４と、同様に保持枠６に一体的に保持さ
れ、該可動投光手段に併設される受光部の受光レンズ２
および受光素子であるＰＳＤ５とで構成されている。こ
れらは、実質的には被写体が後述する所定の遠近判別距
離Ｌ０　より近距離にあるときの走査検出部となる。但
し、上記受光部は遠距離測定時の検出部にも使用される
。なお、上記保持枠６は、その外周部にギヤ−部を有し
ておりそれと噛合する駆動ギヤ−８により図４のθ方向
に駆動される。そして、保持枠６の回動角は、角度検出
手段である角度検出センサを含む角度検出回路１３（図
６参照）で検出される。

【００１７】一方、固定部は、回動部に対して所定の間
隔をもって配設され、その光軸が前記撮影レンズ光軸Ｏ
１と平行である固定の投光手段の上記投光レンズ３と、
その投光レンズ３に対向して配設されされるＩＲＥＤ７
とで構成されており、実質的には被写体が所定の遠近判
別距離Ｌ０　より遠距離にあるときの測距用光の発光部
となる。

【００１８】上記の検出部の検出動作は、可動保持枠６
が回動して投受光レンズ１、２と、ＩＲＥＤ４、および
、ＰＳＤ５は相対的位置関係を固定したままの状態で上
記投射光が撮影画面内の被写体を水平方向に走査し、近
距離にある被写体９ａ（図３参照）に対して、ＩＲＥＤ
４からの測距用光の反射光が上記ＰＳＤ５に入射し、そ
の出力により各方向の測距データを得る。また、遠距離
にある被写体９ｂ（図４参照）に対しては、固定の投光
手段のＩＲＥＤ７からの測距光が投光レンズ３を介して
射出され、被写体９ｂで反射されて、上記保持枠６のあ
る回動角において受光レンズ２を介してＰＳＤ５上に入
射する。そのとき、その反射光が受光レンズ２の光軸Ｏ
２　を通るときの上記保持枠６のある回動角をθと被写
体までの距離Ｌの関係は、 ｔａｎθ＝ｓ２　／Ｌ　　………………………………（
７）であるから上記距離Ｌは、 Ｌ＝ｓ２　／ｔａｎθ　　………………………………（
８）として求められる。ここで、ｓ２　は投光レンズ２
と受光レンズ２との間隔を示す基線長である（図５参照
）。上記反射光が受光レンズ３の光軸Ｏ２　を通るとき
のＰＳＤ５の光電流出力Ｉ１、Ｉ２　は、前記（１）式
のｘ＝０を満足する場合の出力であって、（４）式より
求められる次式を満足する必要がある。即ち、 　　　　　　　　　　　　Ｉ１　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）
＝ａ／ｔ　　……………………（９）となる必要がある
。

【００１９】図６は、本距離測定装置の電気制御回路の
主要ブロック構成図であり、本図に示すように上記制御
回路において、ＣＰＵ１０は、アクチュエ−タ１５を介
して可動保持枠６を各回動角の位置まで正方向（図３で
時計回り）に駆動する。この回動角θは可変抵抗器等で
構成される角度検出回路１３で検出される。また、各回
動角θにおいて、ドライバ１２を介してＩＲＥＤ４を断
続的にパルス状で点灯させる。その点灯に伴う被写体の
反射光により、ＰＳＤ５は前記（２）、（３）式の光電
流Ｉ１　、Ｉ２　を比演算回路１１に入力し、（４）式
に基づく演算を行う。その比演算回路１１の出力をＣＰ
Ｕ１０に内蔵する第１の演算手段により前記（５）式に
基づいて各走査ポイントの被写体距離を演算し、ＣＰＵ
１０のメモリ部に記憶する。

【００２０】次に、アクチュエ−タ１５を介して保持枠
６を負方向に回動させながらドライバ１４を介してＩＲ
ＥＤ７を断続的にパルス状で点灯させる。その点灯に伴
う被写体の反射光によりＰＳＤ５の前記（２）、（３）
式に基づいた光電出力電流Ｉ１　、Ｉ２　を比演算回路
１１に入力し、その比演算回路１１の出力により、ＣＰ
Ｕ１０は、前記（９）式を満足する被写体反射光が受光
レンズ２の光軸Ｏ２　を通るときの上記保持枠６の回動
位置を角度検出回路１３で検出する。該検出回動位置に
おいてＣＰＵ１０に内蔵される第２の演算手段で前記（
８）式に基づいて被写体距離が演算され、ＣＰＵ１０の
メモリ部に該被写体距離が記憶される。そして、上記第
１の演算手段による各測距値のいずれかが遠近判別距離
Ｌ０　より近距離であるときは、該各測距値のうち最至
近の値を選択し、また、すべてが遠近判別距離Ｌ０　よ
り遠距離であったときは、第２の演算手段による各測距
値の中から最至近の値を選択して確定距離値として出力
させる判別手段がＣＰＵ１０に内蔵されている。

【００２１】以上のように構成された本実施例の距離測
定装置の測距動作を図７のタイムチャ−トによって具体
的に説明する。なお、ここではＩＲＥＤ４の発光に基づ
く保持枠６の回動に伴う画面内測距ポイントは５点とす
る。まず、保持枠６を図２の回動角θ１　の位置からＩ
ＲＥＤ４を発光させ、続いて、回動角θ２　、θ３　、
θ４　、θ５　と全測距視野を順次正方向（図３におい
て時計回り）に回動し、同時にＩＲＥＤ４を断続的に発
光させる。それらの発光に基づいたＰＳＤ５の出力値か
ら各被写体走査ポイントの測距値が第１の演算手段で演
算され、ＣＰＵ１０のメモリに取り込まれる。

【００２２】続いて、保持枠６を小刻みに負方向に回動
させ、例えば、図７のように回動角θ６　、θ７　、θ
８　と駆動し、同時に、固定発光手段のＩＲＥＤ７を断
続的に発光させる。そして、（９）式を満足する回動位
置、即ち、被写体の反射光が受光レンズ２の光軸Ｏ２　
を通る回動位置を検出する。その位置においてＩＲＥＤ
７の測距用光によるＰＳＤ５の出力に基づく測距値が第
２の演算手段で演算され、ＣＰＵ１０のメモリに取り込
まれる。 そして、ＣＰＵ１０の判別手段により上述した判別処理
が実行される。そして、上記第１、２の演算手段の演算
出力のいずれかが確定距離値として出力され、その値に
基づいてピント合わせが実行される。

【００２３】ここで、上記２つの受光手段の検出部によ
る測距可能範囲と測距精度の関係につき、カメラとして
可能な寸法を具体的に考慮して説明する。即ち、上記受
光手段の検出部である回動部（受光レンズ２とＰＳＤ５
）に対して合焦検出の最至近距離をＬｍｉｎ　を３０ｃ
ｍとする。そして、上記回動部の保持枠６は、カメラの
コンパクト化、あるいは、制御の容易化のため小さくし
た方がよいので、投受光レンズ１、２の間隔である基線
長ｓを１０ｍｍ、および、受光レンズ２の焦点距離ｆを
１０ｍｍとすると、（６）式により、 ｔ−ａ＝０．３３ｍｍ が求められる。受光スポットの「ぼけ」等を考慮しても
ＰＳＤ５の全長ｔは１ｍｍあればよい。

【００２４】一方、カメラの一般的に遠距離側の測距範
囲としてはＬｍａｘ　＝１０ｍ程度が要求される。この
場合、前記（４）式のｓ・ｆ／ｔ　　の値は通常３５０
ｍｍ程度必要とされている。しかしながら、上記の基線
長ｓ　を１０ｍｍ、受光レンズ２の焦点距離ｆを１０ｍ
ｍ、ＰＳＤの全長ｔを１ｍｍとすると、 ｓ・ｆ／ｔ＝１０・１０／１＝１００ｍｍに過ぎず、　
　一般的なＰＳＤによる測距に比べて精度が１／３．５
に低下する。上記Ｌｍａｘ　＝１０ｍを満足させるため
には、さらに、３．５倍の精度アップが要求される。そ
こで、本実施例のものでは受光レンズ２に対して、基線
長ｓ２　＝３５ｍｍの位置に固定部の固定投光手段の投
光レンズ３を設ける。このときのｓ２　・ｆ／ｔの値を
計算すると、ｔ＝１として、 ｓ２　・ｆ／ｔ＝３５・１０／１＝３５０ｍｍとなり、
所定の分解能を満足することができる。

【００２５】また一方、上記回動部に配設される投光レ
ンズ１は、コンパクトにまとめる必要からレンズ径を大
きくとれず、また、焦点距離ｆも受光レンズ２と同様に
１０ｍｍ程度しか採れず、この影響の一つに投光スポッ
ト径の問題がある。即ち、ＩＲＥＤ４の発光部径を仮に
０．４すると、遠距離であるＬ＝１０ｍの被写体に対し
て、このままでは投光レンズ１の焦点距離ｆ＝１０ｍｍ
であるから、そのスポット径Ｄは、 Ｄ＝０．４・１００００／１０ ＝４００ｍｍ となり、４０ｃｍものスポットサイズになる。これでは
、人の顔等を狙って測距用光を投光しても大部分の光が
外れてしまい正しい測距がでない。しかし、本実施例の
もののように遠距離用の固定部の投光レンズ３を設ける
ことにより、従来のカメラ用と同様に焦点距離ｆ＝１６
ｍｍ程度に採ることができ、その投光スポット径Ｄを、
Ｄ＝０．４・１００００／１６ ＝２５０ｍｍ つまり、２５ｃｍまで絞ることができる。また、固定支
持される投光レンズ３はその口径を大きくすることも可
能であり、従って、より多くの測距用光を投射すること
も可能となる。このことは、Ｓ／Ｎ比の向上につながり
、測距精度が向上する。

【００２６】しかし、可動投光手段を持つ回動部の測距
光学系（投受光レンズ１、２とＩＲＥＤ４、ＰＳＤ５）
は前述のように固定部の投光部（投光レンズ３、ＩＲＥ
Ｄ７）を用いたときより精度が１／３．５になるが、こ
の上記遠距離用の固定部の距離Ｌｍａｘ　＝１０ｍ　に
おける精度と同程度の精度を上記回動部の測距光学系で
得るための距離の限界Ｌｔは、 Ｌｔ＝１０ｍ・（１／３．５）１／２ ＝５．３ｍ となり、回動部の測距光学系で５．３ｍまで同程度の精
度で測距することができ、通常の被写体に対しては十分
な測距が広視野にわたって可能となる。従って、本実施
例のものにおいては、この値Ｌｔを遠近判別距離Ｌ０　
として用い、値Ｌ０より近距離の被写体は上記可動投光
手段を持つ回動部の測距光学系で測距し、遠距離の被写
体に対して固定投光部の測距用光を用いて測距を実行す
るようにした。以上のように本実施例のものは、距離Ｌ
０　＝５．３ｍ以遠の測距に対しては中央の一点のみの
測距を行うが、図８のような構図の頻度は少なく、合焦
率を遠近の総合でみれば、その精度は従来のカメラを上
回るものとなる。そして、上記遠距離では中央の一点が
鋭いスポットで投光でき、また、通常の撮影領域では回
動部の測距光学系により連続的なスキャンが可能となり
、従来の測距装置による図８に示すような中抜けの防止
対策の効果も高いものである。更に、図９のように多く
の投光素子を必要としないので、より廉価な距離測定装
置を提供できる。このように本実施例のものは近距離の
被写体に対しては、上記回動部の測距光学系により測距
を行い、遠距離の被写体に対しては、固定部の投光手段
と上記受光部の回動機能を有効に利用して遠近距離とも
に測距精度のアップを計った距離測定装置である。

【００２７】なお、回動保持枠の回動による画面内スキ
ャンは常に一定の連続したポイント数で行わせているが
、これはズームレンズ付きカメラの場合、望遠側では３
ポイント、また、広角側では９ポイントというように焦
点距離に応じてポイント数を切り換えてもよい。また、
スキャン範囲を撮影レンズの焦点距離に合わせて変化さ
せてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の距離測定装
置は、可動投光手段と受光素子を回動部材に一体的に保
持し、該回動部材に対応して固定投光手段を配設し、該
回動部材を回動させて被写体を走査して得た測距値と、
更に、固定投光手段からの測距用光と回動部材の受光素
子とによる測距値とを得てそれらの値を判別して確定距
離値を得るようにしたので、本発明のものは、画面内の
測距範囲をくまなく測距でき、中抜け防止効果が高く、
しかも、遠距離の測距も高精度で行うことができ、その
構成も簡単であるなど数多くの顕著な効果を有している
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す距離測定装置を内蔵す
るカメラの正面図。

【図２】上記図１のカメラの平面図。

【図３】上記図１の距離測定装置の光学系の主要構成図
。

【図４】上記図１の距離測定装置の光学系の保持枠回動
状態を示す図。

【図５】上記図１の距離測定装置の光学系の遠距離測定
時の光路図。

【図６】上記図１の距離測定装置の電気制御回路の主要
ブロック構成図。

【図７】上記図１の距離測定装置の測距動作のタイムチ
ャート。

【図８】従来の距離測定装置の画面内各測距ポイントを
示す図。

【図９】図８の従来の距離測定装置の測距ビームを示す
図。

【図１０】上記図８の従来の距離測定装置の三角測距式
光学系の光路図。

【符号の説明】

１………………投光レンズ（可動投光手段）３…………
……投光レンズ（固定投光手段）４………………ＩＲＥ
Ｄ（可動投光手段）５………………ＰＳＤ（受光素子） ６………………回動保持枠（回動部材）７………………
ＩＲＥＤ（固定投光手段）１０………………ＣＰＵ（第
１、２演算手段、および、判別手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体に向けて測距用光を投射する可動投
   光手段、および、固定投光手段と、上記測距用光の被写
   体からの反射光を受光し、この反射光の入射位置に応じ
   た出力を発する受光素子と、上記可動投光手段と受光素
   子とを一体的に保持し、測距光が被写体を走査できるよ
   うにこれらを回動させる回動部材と、上記可動投光手段
   の回動位置を検出する角度検出手段と、上記可動投光手
   段による測距用光の走査に応じて、受光手段の出力より
   被写体距離を算出する第１の演算手段と、上記固定投光
   手段による測距用光の入射に応じた受光手段の出力と上
   記角度検出手段の出力により被写体距離を算出する第２
   の演算手段と、上記第１の演算手段の出力と上記第２の
   演算手段の出力とのいずれか一方を確定距離値として出
   力させる判別手段と、を具備することを特徴とする距離
   測定装置。