JPH09178473A - アクティブ方式測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投光レンズと２つの受光レンズの配置が比較
的自由で、しかも片抜けやコントラストの高い被写体に
対して正確に測距を行うことができる測距装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 ２つの受光レンズＬ１，Ｌ２の外側に投
光レンズＯを配設し、被写体Ｓで反射した光を受光レン
ズＬ１，Ｌ２を介して光電変換素子Ｋ１，Ｋ２で検出
し、受光レンズＬ１，Ｌ２の基線長Ｂ_A ，Ｂ_B と、光電
変換素子Ｋ１への入射検出位置Ｘ_A ′と光電変換素子Ｋ
２への入射検出位置Ｘ_B ′および受光レンズＬ１，Ｌ２
の焦点距離ｆとに基づいてＤ＝ｆ・（Ｂ_B −Ｂ_A ）／
（Ｘ_B ′−Ｘ_A′）から光重心移動を補償した距離Ｄを
計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ビームを照射して
被測定物までの距離を測定する測距装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】自動焦点装置の付いたコンパクトカメラ
では、カメラ側の投光レンズを介して赤外光ビームを被
写体に向けて照射し、被写体からの反射光をカメラ側の
受光レンズを介して光電変換素子で受光し、受光レンズ
と投光レンズとの間隔である基線長と受光レンズの焦点
距離との関係から三角測量の原理を用いて、被写体まで
の距離を測定している。この方式がアクティブ方式と呼
ばれている。

【０００３】しかしながら、前記の赤外光ビームは１〜
２°程度の広がりを持っており、下記のような場合に
は、赤外光ビームの反射重心位置が動いてしまい、正し
い測距結果が得られない場合がある。

【０００４】被写体が小さい場合、被写体との距離が遠
い場合、赤外光ビームの一部しか被写体に当たらない場
合（以下、“片抜け”と称す）、反射率の高い被写体と
反射率の低い被写体が並んでいる場合（以下、“高コン
トラスト”と称す）が上記に該当する。

【０００５】この反射重心移動を図６に基づいて説明す
る。図６は高コントラストの被写体Ｓまでの距離Ｄを測
距する場合を示している。赤外線発光ダイオードＬＥＤ
から出射した赤外光は、投光レンズＯで集光されて被写
体Ｓに照射される。被写体Ｓで反射する赤外光は、均一
な被写体が反射する光ｐｈ１に対して光ｐｈ２のように
“ ｄ ”だけの重心移動が生じる。このため、受光レ
ンズＬ１を介して光電変換素子の受光面Ｊに集光される
光の位置も正規の検出値Ｘから重心移動が生じて“
ｄ′ ”分だけ誤測距が生じる。

【０００６】この誤測距を防止するために、特開昭５５
−１１９００６号公報には、位置検出器を照射レンズの
両側対称に配置し、演算器は各検出器の出力の平均値を
求める構成の変位測定装置が開示されている。

【０００７】特開平１−２１７４２５号公報には、２分
割センサを用いた３眼式の測距装置が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５５−１１９０
０６号公報の場合には、２個の受光素子に対応する２つ
の演算器から構成される２つの位置検出器の出力の平均
値を求めているため、投光部に対して受光部を両側対称
に配置することが必要となり、機構設計上自由な配置を
妨げてしまったり、カメラの構成上基線長が短くなるた
め、測距分解能が低いという問題がある。さらに、２個
の受光素子に対応する２つの演算器を含む２つの位置検
出器をもつため、回路構成が複雑になる欠点を持つ。

【０００９】特開平１−２１７４２５号公報の場合に
は、２組の受光センサの出力を接続するため、受光セン
サから出力する信号はその和になって信号処理回路は信
号光出力が大きくなる利点がある一方、定常光も大きく
なってしまい、被写体および被写体周辺が非常に明るい
場合、定常光電流が２個の受光センサの和になるため、
信号処理回路が簡単に飽和してしまうことになり、換言
すれば信号処理回路が定常光電流レベルの低い信号光出
力しか処理できなくなる。

【００１０】また２つの受光素子の光電流出力の和を信
号処理回路に出力するため、受光素子の感度がアンバラ
ンスの場合、真の測距値が得られない欠点を持ってい
る。本発明は投光レンズと２つの受光レンズの配置が比
較的自由で、しかも片抜けやコントラストの高い被写体
に対して正確に測距を行うことができる測距装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブ方式
測距装置は、光ビームを照射して被測定物までの距離を
測定する測距装置であって、光源の光を被測定物に向け
て照射する投光レンズと、被測定物からの反射光を受光
するように前記投光レンズとは第１，第２の基線長Ｂ
_A ，Ｂ_B で配置された第１，第２の受光レンズと、第１
の受光レンズの焦点距離の位置に反射光の入射位置を検
出する第１の光電変換素子を設け、第２の受光レンズの
焦点距離の位置に反射光の入射位置を検出する第２の光
電変換素子を設け、第１，第２の基線長Ｂ_A ，Ｂ_B と、
第１の光電変換素子への入射検出位置Ｘ_A ′と第２の光
電変換素子への入射検出位置Ｘ_B ′および第１，第２の
受光レンズの焦点距離とに基づいて光重心移動を補償し
た前記距離を計算する演算部を設けたことを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を各実施の形態を図
１〜図５に基づいて説明する。 〔第１の実施の形態〕図１〜図４は〔第１の実施の形
態〕を示す。

【００１３】図１は本発明の測距装置を備えた自動焦点
カメラを示す。Ｏは投光レンズ、Ｌ１，Ｌ２は第１，第
２の受光レンズで、図３に示すように同一の基線ｂの上
に配置されており、投光レンズＯと第１の受光レンズＬ
１との基線長は“ Ｂ_A ”，投光レンズＯと第２の受
光レンズＬ２との基線長は“ Ｂ_B ”に配置されてい
る。ＬＥＤは光源用の赤外線発光ダイオードで、出射し
た赤外光が投光レンズＯを介して被写体Ｓに照射され
る。

【００１４】第１，第２の受光レンズＬ１，Ｌ２の焦点
距離はともに“ ｆ ”で、第１の受光レンズＬ１の焦
点位置には反射光の照射位置を検出する第１の光電変換
素子Ｋ１が配設されている。同様に、第２の受光レンズ
Ｌ２の焦点位置には反射光の照射位置を検出する第２の
光電変換素子Ｋ２が配設されている。

【００１５】Ｍは演算部で、第１の光電変換素子Ｋ１ま
たは第２の光電変換素子Ｋ２が検出した光電流を距離情
報Ｘ_A ′，Ｘ_B ′に変換する距離演算回路Ｎと、第１の
光電変換素子Ｋ１または第２の光電変換素子Ｋ２の光電
流を選択して距離演算回路Ｎに供給する切換回路ＳＷ
１，ＳＷ２と、距離演算回路Ｎが計算した距離情報
Ｘ_A′，Ｘ_B ′に基づいて光重心移動を補償した正確な
距離Ｄを計算して被写体Ｓに合焦するようにレンズ駆動
回路Ｒを介して撮影レンズ〔図示せず〕の電動モータＴ
を駆動するマイクロコンピュータＣＰＵとで構成されて
いる。図２にマイクロコンピュータＣＰＵの機能ブロッ
クを示す。

【００１６】なお、この実施の形態では赤外線発光ダイ
オードＬＥＤの駆動のタイミングも距離演算回路Ｎで管
理されている。次に、マイクロコンピュータＣＰＵでの
距離計算の内容と、その計算処理によって光重心移動を
補償できる原理を図３と図４に基づいて説明する。

【００１７】先ず基本原理を図３に基づいて説明する。
図３において、被写体Ｓにおける点Ｐは真の距離情報を
得ることができる光重心位置、Ｑ点は被写体Ｓにおける
片抜け時の光重心位置である。第１，第２の受光レンズ
Ｌ１，Ｌ２の中心をＡ，Ｂとする。

【００１８】投光レンズＯから出射して点Ｐで反射した
場合には、第１の受光レンズＬ１を通過して第１の光電
変換素子Ｋ１の位置Ｐ_a で検出され、第２の受光レンズ
Ｌ２を通過して第２の光電変換素子Ｋ２の位置Ｐ_b で検
出される。

【００１９】投光レンズＯから出射して点Ｑで反射した
場合には、第１の受光レンズＬ１を通過して第１の光電
変換素子Ｋ１の位置Ｑ_a で検出され、第２の受光レンズ
Ｌ２を通過して第２の光電変換素子Ｋ２の位置Ｑ_b で検
出される。

【００２０】この場合、“△ＡＰＱ”と“△ＡＰ_a Ｑ
_a ”“△ＢＰＱ”と“△ＢＰ_b Ｑ_b ”は相似形であっ
て、“ Ｄ：Ｂ_A ＝ｆ：Ｘ_A ”“ Ｄ：ｄ＝ｆ：ｄ_A ”
である。また、“ Ｄ：Ｂ_B ＝ｆ：Ｘ_B ”“ Ｄ：ｄ＝
ｆ：ｄ_B ”である。したがって、“ ｄ_A ＝ｄ_B ”であ
って、被写体Ｓの影響による投光スポットの片抜けなど
による光重心の移動量は、受光位置である第１，第２の
光電変換素子Ｋ１，Ｋ２の位置にかかわらず同じにな
る。本発明はこれを利用している。

【００２１】つまり、距離Ｄに対して第１，第２の光電
変換素子Ｋ１，Ｋ２に入射する各ビームの移動量は、第
１，第２の受光レンズＬ１，Ｌ２の焦点距離が同じ場合
には基線長に比例するので、両ビームの移動量の差も基
線長に比例するが、片抜けしたビームの反射光が入射し
た場合、被写体Ｓにおける重心移動量ｄに対して、第１
の光電変換素子Ｋ１での重心移動量ｄ_A と第２の光電変
換素子Ｋ２での重心移動量ｄ_B とが、基線長Ｂ_A ，Ｂ_B
が異なるにもかかわらず同一であることを利用してい
る。

【００２２】図４に示すように、被写体Ｓが高コントラ
ストのために光重心が点Ｐから点Ｑに移動し、この反射
光が第１の受光レンズＬ１の側の第１の光電変換素子Ｋ
１に戻った場合、無限遠の反射光に対して光重心の位置
は、下記のように表せる。

【００２３】 Ｘ_A ′＝ ｆ ・ Ｂ_A ÷ Ｄ ＋ ｄ ・ ｆ ÷ Ｄ ＝（ Ｂ_A ＋ ｄ ）・ｆ ÷ Ｄ ……… （１） また、この反射光が第２の受光レンズＬ２の側の第２の
光電変換素子Ｋ２に戻った場合、無限遠の反射光に対し
て光重心の位置は、下記のように表せる。

【００２４】 Ｘ_B ′＝ ｆ ・ Ｂ_B ÷ Ｄ ＋ ｄ ・ ｆ ÷ Ｄ ＝（ Ｂ_B ＋ ｄ ）・ｆ ÷ Ｄ ……… （２） それぞれの測距情報Ｘ_A ′，Ｘ_B ′を取り込んで差を求
めると、 Ｘ_B ′− Ｘ_A ′＝ （ Ｂ_B − Ｂ_A ）・ｆ ÷
Ｄ で、これより Ｄ ＝ ｆ・（ Ｂ_B − Ｂ_A ） ÷ （ Ｘ_B ′− Ｘ_A ′） ……… （３） となる。ここでＸ_B ′，Ｘ_A ′はそれぞれ重心移動量を
含んだ値で、差を求めることで重心移動量が消去されて
誤測距分がなくなる。ｆ，Ｂ_B ，Ｂ_A はカメラ設計上の
既知の値であるので、第３式の演算を行うことによって
光重心移動を補償した測距結果が得られる。

【００２５】したがって、この演算結果に基づきマイク
ロコンピュータＣＰＵが電動モータＴを駆動することに
よって、高コントラストの被写体Ｓであっても合焦す
る。また、第１，第２の光電変換素子Ｋ１，Ｋ２を切り
替えることにより、演算のために演算器に入力される定
常光電流は単一の光電変換素子の分だけで構成されるこ
とになるので、幅広いレベルの定常光電流に対して演算
処理できることになり、換言すれば定常光電流に対する
演算器のの飽和レベルが見かけ上高くなり、かつ、演算
器を２つ持つ必要がないため、回路構成が簡単になる利
点を持つ。

【００２６】また、第１，第２の光電変換素子Ｋ１，Ｋ
２の受光感度が均一でない場合でも、反射光信号の利得
を平均して信号処理をするものでなく、第１，第２の光
電変換素子Ｋ１，Ｋ２の信号から距離情報を個々に計算
し、信号処理後のそれぞれの距離データを演算するた
め、感度差に依存しない正確な測距が可能となる。

【００２７】〔第２の実施の形態〕〔第１の実施の形
態〕では被測定物に向かって投光レンズの右側（または
左側）に第１，第２の受光レンズを配置したが、この
〔第２の実施の形態〕では投光レンズを中央にその両側
に第１，第２の受光レンズを配置している。

【００２８】図５は〔第２の実施の形態〕の測距装置に
おけるマイクロコンピュータＣＰＵでの距離計算の内容
と、その計算処理によって光重心移動を補償できる原理
を示している。

【００２９】図５において、第１の受光レンズＬ１は被
写体Ｓに向かって投光レンズＯの左側に基線長Ｂ_A の位
置に配置されている。第２の受光レンズＬ２は被写体Ｓ
に向かって投光レンズＯの右側に基線長Ｂ_B の位置に配
置されている。第１，第２の受光レンズＬ１，Ｌ２の焦
点距離は共にｆである。

【００３０】被写体Ｓが高コントラストのために光重心
を表す点Ｐが点Ｑに移動した場合、この反射光が第１の
受光レンズＬ１の側の第１の光電変換素子Ｋ１に戻った
場合、無限遠の反射光に対して光重心の位置は、下記の
ように表せる。

【００３１】 Ｘ_A ′＝ ｆ ・ Ｂ_A ÷ Ｄ ＋（ −ｄ′・ ｆ ÷ Ｄ ） ＝（ Ｂ_A − ｄ′）・ｆ ÷ Ｄ ……… （４） また、この反射光が第２の受光レンズＬ２の側の第２の
光電変換素子Ｋ２に戻った場合、無限遠の反射光に対し
て光重心の位置は、下記のように表せる。

【００３２】 Ｘ_B ′＝ ｆ ・ Ｂ_B ÷ Ｄ ＋（ ｄ′・ ｆ ÷ Ｄ ） ＝（ Ｂ_B ＋ ｄ′）・ｆ ÷ Ｄ ……… （５） それぞれの測距情報Ｘ_A ′，Ｘ_B ′を取り込んで和を求
めると、 Ｘ_B ′＋ Ｘ_A ′＝ （ Ｂ_B ＋ Ｂ_A ）・ｆ ÷
Ｄ で、これより Ｄ ＝ ｆ・（ Ｂ_B ＋ Ｂ_A ） ÷ （ Ｘ_B ′＋ Ｘ_A ′） ……… （６） となり、光重心移動のない演算結果が得られる。

【００３３】特に、“ Ｂ_B ＝ Ｂ_A ＝ Ｂ ”の場合
には、 Ｄ ＝ ２Ｂ・ｆ ÷ （ Ｘ_B ′＋ Ｘ_A ′） ……… （７） となる。

【００３４】ここでＸ_B ′，Ｘ_A ′はそれぞれ重心移動
量を含んだ値で、和を求めることで重心移動量が消去さ
れて誤測距分がなくなる。ｆ，Ｂ_B ，Ｂ_A はカメラ設計
上の既知の値であるので、第７式の演算を行うことによ
って光重心移動を補償した測距結果が得られる。

【００３５】したがって、この演算結果に基づきマイク
ロコンピュータＣＰＵが電動モータＴを駆動することに
よって、高コントラストの被写体Ｓであっても合焦す
る。なお、上記の各実施の形態においては、単一の基線
長の延長線上に投光レンズＯと第１，第２の受光レンズ
Ｌ１，Ｌ２を配置したが、第１，第２の受光レンズＬ
１，Ｌ２が同一の基線長の延長線上にない場合であって
も、投光レンズに対して第１の受光レンズＬ１の基線長
と、投光レンズＯに対して第２の受光レンズＬ２の基線
長との交わる角度から、仮想の単一の基線長を求めるこ
とができ、これにより同一の演算が行えることは明白で
ある。第１，第２の受光レンズＬ１，Ｌ２の焦点距離が
異なる場合も単純な式の変換で同様の効果が得られるこ
とは明白であって、設計の自由度が高い。

【００３６】上記の各実施の形態の第１，第２の光電変
換素子Ｋ１，Ｋ２としては、２分割センサ，ＰＳＤなど
半導体位置検出センサが使える。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によると、光源の光
を被測定物に向けて照射する投光レンズと、被測定物か
らの反射光を受光するように前記投光レンズとは第１，
第２の基線長Ｂ_A ，Ｂ_B で配置された第１，第２の受光
レンズと、第１の受光レンズの焦点距離の位置に反射光
の入射位置を検出する第１の光電変換素子を設け、第２
の受光レンズの焦点距離の位置に反射光の入射位置を検
出する第２の光電変換素子を設け、第１，第２の基線長
Ｂ_A ，Ｂ_B と、第１の光電変換素子への入射検出位置Ｘ
_A ′と第２の光電変換素子への入射検出位置Ｘ_B ′およ
び第１，第２の受光レンズの焦点距離とに基づいて光重
心移動を補償した前記距離を計算する演算部を設けたた
め、片抜けや高コントラストの被測定物に対して正確に
測距を行うことができる。

【００３８】また、投光レンズと第１，第２のレンズと
の配置が比較的自由であり、２個の受光レンズの内側に
投光レンズを配置したり、２個の受光レンズの外側に投
光レンズを配置可能である。

【００３９】特に、２個の受光レンズの外側に投光レン
ズを配置した場合には、２個の受光レンズの内側に投光
レンズを配置した場合に対して、投光レンズと一方の受
光レンズの間の基線長を比較的大きくとることが可能で
あり、測距分解能を高くすることができる。

【００４０】また、第１，第２の光電変換素子の出力を
切り換えて単一の演算部に供給し、第１，第２の光電変
換素子の検出出力に基づいてそれぞれの光電変換素子に
おける距離データを計算し、この距離データを用いて光
重心移動を補償した前記距離を計算するよう構成した場
合には、各光電変換素子ごとに演算器を設ける場合に比
べて回路構成を簡潔にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】〔第１の実施の形態〕の測距装置を備えたカメ
ラの構成図

【図２】同実施の形態のマイクロコンピュータの機能ブ
ロック図

【図３】同実施の形態の測距装置の構成要素の配設位置
の説明図

【図４】同実施の形態の測距装置の演算処理内容の説明
図

【図５】〔第２の実施の形態〕の測距装置の構成図

【図６】従来の測距装置の構成図

【符号の説明】

Ｓ 被写体 〔被測定物〕 ＬＥＤ 赤外線発光ダイオード〔光源〕 Ｏ 投光レンズ Ｌ１ 第１の受光レンズ Ｌ２ 第２の受光レンズ Ｋ１ 第１の光電変換素子 Ｋ２ 第２の光電変換素子 Ｍ 演算部 Ｎ 距離演算回路 ＣＰＵ マイクロコンピュータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを照射して被測定物までの距離
   を測定する測距装置であって、 光源の光を被測定物に向けて照射する投光レンズと、 被測定物からの反射光を受光するように前記投光レンズ
   とは第１，第２の基線長Ｂ_A ，Ｂ_B で配置された第１，
   第２の受光レンズと、 第１の受光レンズの焦点距離の位置に反射光の入射位置
   を検出する第１の光電変換素子を設け、 第２の受光レンズの焦点距離の位置に反射光の入射位置
   を検出する第２の光電変換素子を設け、 第１，第２の基線長Ｂ_A ，Ｂ_B と、第１の光電変換素子
   への入射検出位置Ｘ_A′と第２の光電変換素子への入射
   検出位置Ｘ_B ′および第１，第２の受光レンズの焦点距
   離とに基づいて光重心移動を補償した前記距離を計算す
   る演算部を設けたアクティブ方式測距装置。
2. 【請求項２】 第１，第２の受光レンズの外側に投光レ
   ンズを配置した請求項１記載のアクティブ方式測距装
   置。
3. 【請求項３】 投光レンズを中央にその両側に第１，第
   ２の受光レンズを配置した請求項１記載のアクティブ方
   式測距装置。
4. 【請求項４】 演算部は、第１，第２の基線長Ｂ_A ，Ｂ
   _B と、第１の光電変換素子への入射検出位置Ｘ_A ′と第
   ２の光電変換素子への入射検出位置Ｘ_B ′および第１，
   第２の受光レンズの焦点距離ｆとに基づいて Ｄ ＝ ｆ・（ Ｂ_B − Ｂ_A ） ／ （ Ｘ_B ′−
   Ｘ_A ′ ） から光重心移動を補償した距離Ｄを計算する請求項２記
   載のアクティブ方式測距装置。
5. 【請求項５】 演算部は、第１，第２の基線長Ｂ_A ，Ｂ
   _B と、第１の光電変換素子への入射検出位置Ｘ_A ′と第
   ２の光電変換素子への入射検出位置Ｘ_B ′および第１，
   第２の受光レンズの焦点距離ｆとに基づいて Ｄ ＝ ｆ・（ Ｂ_B ＋ Ｂ_A ） ／ （ Ｘ_B ′＋
   Ｘ_A ′ ） から光重心移動を補償した距離Ｄを計算する請求項３記
   載のアクティブ方式測距装置。
6. 【請求項６】 演算部を、第１，第２の光電変換素子の
   出力を切り換えて単一の演算部に供給し、第１，第２の
   光電変換素子の検出出力に基づいてそれぞれの光電変換
   素子における距離データを計算し、この距離データを用
   いて光重心移動を補償した前記距離を計算するよう構成
   した請求項１記載のアクティブ方式測距装置。