JPH11211462A - 信号生成装置、測距装置および光学機器 - Google Patents

信号生成装置、測距装置および光学機器

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JPH11211462A
JPH11211462A JP10017142A JP1714298A JPH11211462A JP H11211462 A JPH11211462 A JP H11211462A JP 10017142 A JP10017142 A JP 10017142A JP 1714298 A JP1714298 A JP 1714298A JP H11211462 A JPH11211462 A JP H11211462A
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 距離に関連した信号を全体的にバランス良く
形成できる測距装置を提供しようとするものである。 【解決手段】 5か所の測距点に対応した投光素子より
測距対象にパルス光を投射し、その反射光を夫々一対の
受光レンズにより集光して夫々一対のセンサアレイに結
像し、前記一対のセンサアレイの受光像の相関により前
記測距対象までの距離を三角測距法により演算する測距
装置において、中央の投光素子の投光部を3本バーの形
状に、その両側の投光素子の受光部を2本バーの形状、
その外側の各投光素子の投光部を1本バーの形状とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号生成装置、測
距装置および光学機器に係り、例えば測距対象との距離
を測定する測距装置、あるいは被写体から反射した補助
光のデフォーカス量により合焦状態の検出を行う合焦装
置等に適用できる信号生成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、距離を測定したい測定対象にスポ
ット投光し、その反射光を受光して三角測距を行う測距
装置として、図4に示すものがよく知られている。即
ち、発光ダイオード(IRED)41から投光レンズ4
2を介して測距対象43にスポット投光し、その反射光
を受光レンズ44を介して位置検出素子(PSD)45
により受光する。PSD45は、その受光位置に応じた
信号A、Bを両端子から出力するので、その信号A、B
を夫々測定することによって、PSD45の受光位置を
検出することができ、測距対象43までの距離をその受
光位置から知ることができる。なお、IRED41はド
ーム状に形成されたカバー部材としてのドーム内に格納
されている。
【0003】しかし、この図4に示した従来の測距装置
には、次のような問題点があった。即ち、S/N比を考
えると、微弱な信号に対して不図示の信号処理回路のア
ンプ及びPSD45の抵抗から発生するノイズが毎回の
同期積分にのるため、信号成分を大きくするには、投光
レンズ42、受光レンズ44等からなる測距ブロックを
大きくしたり、IRED41のパワーを大きくする必要
があり、測距装置の小型化が困難であった。
【0004】また、測距距離範囲を広くするためにはP
SD45を長くする必要があるが、PSD45が長くな
ると、得られるA、B信号の距離に対する変化率が小さ
くなり、位置を検出する精度が低下するという問題もあ
った。
【0005】また、測定したい測定対象にスポットパル
ス光を投光し、その反射光を受光して三角測距する測距
装置に、受光素子として一対のセンサアレイを用い、投
光したIRED光の測距対象による反射光の像を受光レ
ンズによって各センサアレイ上にそれぞれ形成し、それ
ら一対の受光像の位相差を相関演算により求めること
で、測距対象までの距離を算出する測距装置があり、例
えば、本出願人により提案されている特公平5−228
43号公報、特開平9−42955号公報等の測距装置
などがこれに該当する。このような位相差検知型のアク
ティブAFでは、多分割センサを用いることでPSDを
用いたアクティブAFよりも受光位置を検出する分解能
が向上し、またPSDを用いたアクティブAFの場合に
支配的な雑音源となる出力部の抵抗による熱雑音につい
ても、CCD等を用いる位相差検知型アクティブAFで
はほとんど影響を受けないため、S/Nも向上する。
【0006】ところで、前記PSDを用いたアクティブ
AFは受光像の重心を検知して距離を算出するタイプの
AFであるため、用いるIREDの発光部は1 つの測距
点に対し1つの発光部があればよく、発光部がパターン
を持つ必要は無かった。図5にPSDを用いたアクティ
ブAFで用いる、多点測距対応のIREDの発光パター
ンの例を示す。
【0007】図5のIREDは、3つの発光部を有し、
3方向の測距点に対応するものである。
【0008】一方、前記位相差検知型アクティブAFに
おいては、IREDの発光部を複数に分割し、センサア
レイの出力信号に、センサアレイの画素列の方向に対し
て垂直方向のエッジが多いほど測距精度が増すことが知
られている。これを図6及び図7を用いて説明する。図
6(a)及び図7(a)は、5方向の測距点に対応する
IREDの発光パターンの例である。図6(a)は1つ
の測距点に対し、1つの縦長バー形状の発光部(図中黒
く塗りつぶしている)を有し、図7(a)は1つの測距
点に対し、2つの縦長バー形状の発光部(図中黒く塗り
つぶしている)を有するものである。
【0009】それぞれのIREDにおいて、1測距点の
センサ上のIRED像を図6(b)及び図7(b)に示
す。また、図6(c)、図7(c)はセンサアレイの出
力値を並べた相関演算に用いられる像で、隣の画素(セ
ンサアレイにおける画素)との差が大きくなる部分が、
図6(c)の像では2ヶ所であるのに対して、図7
(c)の像では4ヶ所ある。位相差を検知するための相
関演算を行う際、隣の画素との差が大きくなる部分が多
いほど、反射光の状態や外来ノイズ等の影響を受け難く
なり、測距精度がよくなる。よって、発光面積やIRE
Dの駆動電流など、他の条件が同じであれば、図7
(a)の発光パターンを持つIREDを用いた測距装置
の方が、図6(a)の発光パターンを持つIREDを用
いた測距装置よりも、よりよい測距精度を得ることがで
きる。ゆえに、上記位相差検知型のアクティブAFにお
いては、1つの測距点に対し複数の発光部をもつ投光素
子か、もしくは画素列方向と垂直な方向に多くのエッジ
を有する発光パターンをもつ投光素子が用いられること
が多い。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の位相差検知型アクティブAFの測距装置には、以下
のような問題点がある。
【0011】先に説明したとおり、IREDの発光部の
バーの本数は多ければ多いほど良いのだが、実際にはさ
まざまな制約により、バーの本数は決定される。
【0012】例えば、1つの測距点に対する発光部毎に
パッケージ(発光素子をドーム内に格納したもの)を用
意するのは、測距装置自体の大きさが大きくなること等
から適当ではなく、測距装置の小型化を考えても、すべ
ての測距点に対応する発光部を1つのパッケージの中に
収めるのが普通である。その際、IREDのパッケージ
のサイズ(ドームのサイズ)により、チップ(IRED
が形成されているチップ)の全体幅の制約を受けてしま
う。
【0013】また、IRED発光部を形成する際のパタ
ーン精度により、1本のバーの幅を狭くするのにも限界
があり、これと、上述したチップ全体幅は制約より、バ
ーの総本数は限られてしまう。
【0014】ところで、広視野を測距するAFにおいて
は、より測距対象が存在する頻度の高いセンター(中
央)の測距能力を、他の測距点よりも高くすべきである
という考え方がある。このような中央の測距能力を周辺
に比べて高くするという考え方は、特許第257418
9号公報、特開昭62−280726号公報等で提案さ
れている。
【0015】特許第2574189号公報は、中央の投
光手段の最大発光回数を、他の測距点よりも大きくする
というものである。特開昭62−280726号公報
は、基線長と垂直となるスリット光を測距対象に向け照
射する測距装置において、スリット光束の中央部分の光
量を両端の光量よりも高くするというものである。
【0016】また、ズーム機能付きカメラのAFにおい
ては、視野中心から離れた測距点ほど、撮影レンズの焦
点距離が短いところで使われるようになっているが、こ
の場合は被写界深度も深く、過焦点距離も短いため、中
央の測距点や、撮影レンズの焦点距離が長いところで用
いられる測距点と比べて、要求測距精度が甘くてよいと
いう考え方もある。
【0017】しかしながら、従来のIRED発光部の形
状は、図7(a)で示したような、各測距点で一律に同
じ本数の発光部を持つようになっており、パッケージの
ドームによる投光像の歪みなどの影響を除けば、中央部
も最広視野部も同じ測距能力を与えていることになる。
【0018】この場合、最広視野の測距点の測距能力が
適当となるように発光部の本数を決めてしまうと、その
他の測距点は、中央に近い測距点ほど測距能力が足りな
くなってしまう。
【0019】よって、中央の測距点の測距能力を満たす
ように発光部の本数を決定しなければならないが、この
場合、中央以外の測距点は広視野の測距点ほど、必要以
上の測距能力を有していることになり、無駄にチップサ
イズを大きくしているといえる。
【0020】更に、前記のようにチップ全体幅が決まっ
ている場合には、発光部の本数を各測距点で一律に同じ
数にしてしまうと、中央の測距点は測距能力が足らず、
広視野角の測距点は必要以上の測距能力を有するよう
な、バランスの悪い測距システムになってしまう虞があ
る。
【0021】本出願に係る第1の発明の目的は、このよ
うな事情に鑑みてなされたもので、距離に関連した信号
をバランス良く形成することができる信号生成装置を提
供しようとするものである。
【0022】本出願に係る第2の発明の目的は、このよ
うな事情に鑑みてなされたもので、距離の遠近に応じて
バランス良く測距を行える測距装置を提供しようとする
ものである。
【0023】本出願に係る第3の発明の目的は、このよ
うな事情に鑑みてなされたもので、測距あるいは合焦の
ための小型化した装置を有するカメラ等の光学機器を提
供しようとするものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】本出願に係る第1の発明
の目的を実現する第1の構成は、複数方向の目標に対し
て複数の投光素子よりパルス光を投射するための投光光
学素子と、前記複数の目標からの反射光を集光するの少
なくとも2以上の受光光学素子と、前記少なくとも2以
上の受光光学素子により集光された前記複数方向の目標
からの反射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくと
も2以上のセンサアレイと、前記少なくとも2以上のセ
ンサアレイの受光像の相関により距離に関連した信号を
出力する演算手段とを有する信号生成装置において、前
記複数の投光素子は、発光部の投光パターンの形状を異
ならせるようにしたものである。
【0025】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第2の構成は、前記複数の投光素子のうち、中央方向に
対応する投光素子の発光部の投光パターンの形状は、前
記センサアレイの長手方向に対して垂直な方向に形成さ
れるエッジの本数を、他の方向に対応する前記他の投光
素子の発光部のエッジの本数より多くするようにしたも
のである。
【0026】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第3の構成は、前記複数の投光素子のうち、より角度の
ある方向に対応する投光素子ほど、発光部の前記センサ
アレイの長手方向に対して垂直な方向に形成されるエッ
ジの本数を少なくするようにしたものである。
【0027】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第4の構成は、前記複数の投光素子のうち、より中央に
近い測距方向に対応する前記投光素子ほど、発光部の総
面積を大きくするようにしたものである。
【0028】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第5の構成は、前記投光素子は、素子の電極により投光
部を形成するようにしたものである。
【0029】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第6の構成は、前記複数の目標方向により前記投光素子
への駆動電流を異ならせるようにしたものである。
【0030】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第7の構成は、前記複数の投光素子のうち、より中央に
近い目標方向に対応する前記投光素子ほど駆動電流を大
きくするようにしたものである。
【0031】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第8の構成は、前記投光素子は、遮光マスクにより投光
部を形成するようにしたものである。
【0032】本出願に係る第2の発明の目的を実現する
測距装置の構成は、上記したいずれか一つの信号生成装
置を三角測距方式に適用して距離を測定したい対象の測
距を行うようにしたものである。
【0033】本出願に係る第3の発明の目的を実現する
光学機器の構成は、上記した測距装置を有し、測距結果
に基づいてフォーカスレンズを駆動するようにしたもの
である。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づき説明する。
【0035】図1〜図3は本発明の実施の形態を示す。
【0036】本実施の形態による測距装置の基本構成を
図2を参照して説明する。
【0037】図2において、コントロール回路29は、
転送クロック信号IRCLKを出力し、ドーム内に5つ
の発光部を有する投光素子(IRED)21を格納した
投光パッケージの該IRED21を点灯させる。このと
き前記IRED21からの投射光は、投光レンズ22を
通して測距対象23に当たって反射され、受光レンズ2
4R及び24Lを通って受光部25R、25L上に受光
像が形成される。
【0038】即ちIREDの点灯時には、受光部25
R、25L上に受光像が現れ、この信号と外光が光電変
換素子によって電荷に変換される。またIRED21の
消灯時には受光部25R及び25Lには外光のみ当た
り、光電変換素子によって外光が電荷に変換される。
【0039】電荷は受光部25R及び25LのCCDが
リング状に繋げられている部分を廻り蓄積される。不図
示のコンパレータによってリングCCD部に溜まった電
荷量が測距演算を行うのに十分な所定レベルに達したと
判断されると、蓄積された電荷は、出力アンプ部フロー
ティングゲート26R及び26Lより出力アンプ27
R、27Lを介してCPU28に伝えられる。
【0040】CPU28は、転送されてきた信号電荷の
IRED21点灯時と消灯時の電荷量の差分を演算する
ことで、受光部25R、25Lの各センサに当たったI
RED21による投光の反射光による電荷量を得る。こ
の得られた像データから相関演算を実施し(IREDの
反射光と外光との光量と、外光のみとの差をとる)、2
つの受光像の相対的な位置関係(一方の受光像に対して
他方の受光像を画素数としてどれだけ移動させると像が
一致するかの関係)を得、その結果より三角測量の原理
を利用して、測距対象23までの距離を算出することが
できる。そして、この演算結果に基づいてフォーカスレ
ンズを駆動する。
【0041】次に本実施の形態による測距装置の投光素
子の発光部形状、センサ上に形成されるIRED像及び
センサの出力をならべた像を、図1を参照して説明す
る。
【0042】図1(a)は、本実施の形態による測距装
置に用いる投光素子の発光部を表す図で、図1の(d)
はその断面図である。IRED(LED)は、PN接合
を持つ結晶体で、(d)に示すように電圧を印加する
と、P領域から正孔がPN接合に移動して、電子と正孔
が再結合し、その際自由になったエネルギーが光とな
り、電極部の隙間を通って放射され、該電極部の隙間の
部分が発光しているように見える。本実施の形態では、
この電極部の隙間を図1の(a)で黒く塗りつぶして示
すように縦長のバー形状としたもので、チップサイズは
図7(a)で示した従来のもの(測距点5点とも2本バ
ー)とほぼ同じで、中央測距点Cを3本バー、撮影レン
ズの焦点距離が長いときに用いる中央の隣の測距点(R
1,L1)を2本バー、撮影レンズの焦点距離が短いと
きに用いる最も端の測距点(R2,L2)を1本バーと
している。
【0043】IREDの駆動電流は、発光輝度を各測距
点でほぼ同じになるように、中央が大きく、脇が小さく
なるように設定されている。図1(b)は、図1(a)
の発光部形状の投光素子を持つ本実施の形態の測距装置
の中央測距点Cのセンサ面上での受光像である。これが
センサアレイで光電変換され、図1の(c)に示す出力
像を形成する。
【0044】測距点(C)の出力像は、隣の画素の出力
値との差が大きくなる箇所が6ヶ所あり、4ヶ所の測距
点(R1,L1)より測距能力が高くなる。
【0045】一方、測距点(R1,L1)の出力像は隣
の画素の出力値との差が大きくなる箇所が2ヶ所しかな
く、測距点(R2,L2)に比べて測距能力が低くなる
が、測距点(R2,L2)は、撮影レンズの焦点距離が
短い時に用いられる測距点なので、過焦点距離が近いこ
となどを考慮すると、他の測距点ほどの測距能力を必要
とせず、また、バーを1本とすることで、測距点(C)
を3本としたことによるチップサイズの拡大を相殺して
いる。
【0046】次に、本実施の形態によるズーム付きカメ
ラの測距装置のおおまかな動作を図3のフローチャート
に基づいて説明する。
【0047】まず始めに、中央の測距点(C)の測距を
行う(ステップS1)。次に本実施の形態の測距装置が
搭載されているズームカメラのズームポジションを調べ
(ステップS2)、テレ側であったら続けて測距点(R
1)、測距点(L1)の順に測距を行う(ステップS3
及びS4)。ワイド側であったら続けて測距点(R
2)、測距点(L2)の順に測距を行う(ステップS5
及びS6)。
【0048】最後に測距した3点のうちどの測距点の測
距結果が信頼のおけるものかを所定の処理に従って判断
し(なおこの判断処理については本発明と直接の関係が
ないのでその説明は省略する)、採用された測距点の測
距結果をもって本実施の形態の測距装置の測距結果とす
る(ステップS7)。
【0049】本実施の形態を説明する図3のフローチャ
ートでは、必ず3点の測距点について測距を行っている
が、始めに行う中央の測距結果が信頼のおける結果であ
ると判断した場合には、他の測距点は測距を行わず、中
央の測距点の結果を測距結果とするような測距装置も可
能である。また測距を行う順番も中央を先に行う順番に
は限定されない。
【0050】以上説明したように、本実施の形態では、
中央の測距点の測距能力を高めるためにセンターの投光
発光部を3本バーにし、その分大きくなるチップサイズ
を元のサイズに抑えるために、比較的小さな測距能力を
要求される最広視野の測距点の投光発光部を1本バーに
することで、投光素子の全体のチップサイズを大きくす
ることなく、総合的な測距能力を向上させている。
【0051】本発明は以上説明した実施の形態に限定さ
れるものではなく、以下のようなものであっても良い。
【0052】:中央の投光発光部を2本バー、その両
隣の投光発光部を2本バー、外側の投光発光部を1本バ
ーとしたり、投光部を3か所とし、中央の投光発光部を
2本バー、その両隣の発光部を1本バーとするようにし
ても良い。
【0053】:上記した実施の形態では、中央部を重
視していることから、測距点の中央における測距精度を
高めるために、発光部を3本バーとしているが、重視す
る点は中央に限らず、他のポイントであっても良い。
【0054】:発光部の形状はバー形状に限らず他の
形状であっても良い。その際、受光素子を上記の実施の
形態のように、基線長方向に複数の画素を並列に配置し
た1次元ラインセンサでなく、2次元ラインセンサを使
用すれば発光部の形状の自由度が増す。
【0055】:本発明はカメラのみでなく、双眼鏡等
の他の光学機器に適用することも可能である。
【0056】:本発明は、パッシブAFの補助光に適
用することも可能である。
【0057】:本発明の投光手段として、IREDの
電極部の隙間を投光部としているが、これに限定される
ことはなく、投光素子の上面に投光部としてのスリット
等を形成したマスクを配置するようにしても良い。
【0058】(発明と実施の形態との対応)上記した実
施の形態において、IRED21が本発明の投光素子
に、AF投光レンズ22が本発明の投光光学素子に、A
F受光レンズ24,受光部25R,Lが本発明のセンサ
アレイに、CPU28が本発明の演算手段にそれぞれ相
当する。
【0059】
【発明の効果】請求項1〜10に係る発明によれば、複
数の投光素子の投光パターンの形状を一律にせずに異な
らせたので、全体の複数の投光素子を組み込んだチップ
サイズを大きくすることなく、総合的な能力バランスの
向上を図ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示し、(a)は測距装置
の投光素子の発光部の形状、(b)はセンサ面上に結像
される受光像、(c)はセンサの出力像、(d)は発光
部の断面図。
【図2】本発明の実施の形態による測距装置の概略図。
【図3】本発明の実施の形態の動作を説明するフローチ
ャート。
【図4】PSDを用いた従来の測距装置の測定の原理を
示す概略図。
【図5】図4の投光素子の発光部の形状を示す図。
【図6】従来例を示し、(a)は投光素子の発光部の形
状、(b)はセンサ面上に結像される受光像、(c)は
センサの出力像を示す。
【図7】従来の他の例を示し(a)は投光素子の発光部
の形状、(b)はセンサ面上に結像される受光像、
(c)はセンサの出力像を示す。
【符号の説明】
21…IRED(投光素子) 22…AF投光レンズ 23…測距対象物 24…AF受光レンズ 25…受光部 26…出力アンプ部フローティングゲート 27…出力アンプ 28…CPU 29…コントロール回路 41…IRED 42…投光レンズ 43…測距対象物 44…受光レンズ 45…PSD

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数方向の目標に対して複数の投光素子
    よりパルス光を投射するための投光光学素子と、前記複
    数の目標からの反射光を集光する少なくとも2以上の受
    光光学素子と、前記少なくとも2以上の受光光学素子に
    より集光された前記複数方向の目標からの反射光をそれ
    ぞれ受光して光電変換する少なくとも2以上のセンサア
    レイと、前記少なくとも2以上のセンサアレイの受光像
    の相関により距離に関連した信号を出力する演算手段と
    を有する信号生成装置において、 前記複数の投光素子は、発光部の投光パターンの形状を
    異ならせることを特徴とする信号生成装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の投光素子のうち、中央方向に
    対応する投光素子の発光部の投光パターンの形状は、前
    記センサアレイの長手方向に対して垂直な方向に形成さ
    れるエッジの本数を、他の方向に対応する前記他の投光
    素子の発光部のエッジの本数より多くすることを特徴と
    する請求項1記載の信号生成装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の投光素子のうち、より角度の
    ある方向に対応する投光素子ほど、発光部の前記センサ
    アレイの長手方向に対して垂直な方向に形成されるエッ
    ジの本数を少なくすることを特徴とする請求項1または
    2記載の信号生成装置。
  4. 【請求項4】 前記複数の投光素子のうち、より中央に
    近い測距方向に対応する前記投光素子ほど、発光部の総
    面積を大きくすることを特徴とする請求項1、2または
    3記載の信号生成装置。
  5. 【請求項5】 前記投光素子は、素子の電極により投光
    部を形成することを特徴とする請求項1、2、3または
    4記載の信号生成装置。
  6. 【請求項6】 前記複数の目標方向により前記投光素子
    への駆動電流を異ならせることを特徴とする請求項5記
    載の信号生成装置。
  7. 【請求項7】 前記複数の投光素子のうち、より中央に
    近い目標方向に対応する前記投光素子ほど駆動電流を大
    きくすることを特徴とする請求項6記載の信号生成装
    置。
  8. 【請求項8】 前記投光素子は、遮光マスクにより投光
    部を形成することを特徴とする請求項1、2、3または
    4記載の信号生成装置。
  9. 【請求項9】 請求項1ないし8のいずれか一つに記載
    の信号生成装置を三角測距方式に適用して距離を測定し
    たい対象の測距を行うことを特徴とする測距装置。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載の測距装置を有し、測
    距結果に基づいてフォーカスレンズを駆動することを特
    徴とする光学機器。
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