JPS5922017A - 被写体の距離を決定する装置 - 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】 本発明は、光線を反射する被写体までの距離を決定する
ための装置に関し、特に光線が被写体に対して発射され
光電検出装置に対して反射される有効な装置および方法
だ関する。

種々の公知の装置において距離を決定する装置が使用さ
れている。例えば、このような装置は、カメラにおいて
レンズに対する適正な焦点位置を決定するため例えばレ
ンジファインダの如き焦点制御装置において使用するこ
とができる。

広範囲の距離決定装置の内特に有効なものを構成する有
効な電気光学的な距離決定装置は、発光装置と、発光し
た光を検出すべき被写体に向けて指向させるための光学
装置（例えば、レンズ）と、反射された光を検出するた
めの光電式検出装置と、反射光を検出装置に対して指向
する光学的装置とを用いるのが典型的である。米国特許
第３．４４３，５０２号、同第６，７２０，１４８号お
よび同第４，０６５，７７８号は有効な距離英定のため
の三角法の事例であり、発光装置および検出装置が三角
形のある辺に沿っである既知の距離だけ離間され、これ
らの装置は発射さ）１．た反射軸と被写体から反射され
た光線軸間の角度の測定に基いて被写体の距離な訓算す
る。

米国特許第３，６１７，１２８号に開示された装置は、
光が被写体に対して指向されまた略々共通の軸心に沿っ
て前記検出装置に向けて再び反射される三角法の距離検
出装置とは異なる。この装置は、被写体の距離が被写体
の反射光の「錯乱円」の大きさに基ずく複数の離散した
距離区間の１つ（即ち、被写体で反射した光により本装
置の受光レンズの光学軸に対して略々直角の検出面に形
成された焦点から外れた光点）以内にだけあるものとし
て決定される。錯乱円の大きさは、検出面内の異なる位
置に置かれた複数の検出装置の異なイ】ものに対して延
長する（もしくはこれまで延長しない）ものとしてのみ
決定される。

本発明の目的は前述の短所を除去することである。

本発明の目的は、距離を測定すべき被写体に対して映像
を投射する装置と、レンズ装置と、該レンズ装置の光学
軸から異なる距離にある前記レンズ装置の焦点面内の少
なくとも２つの光検出装置と、該光検出装置からの信号
を処理して検出装置に対して入射する発光装置から発し
被写体で反射した光線の振幅の比率を表わす出力信号を
生じる装置とを設け、該比率は被写体の距離を表わすこ
とを特徴とすることにより達成される。

第１図は、当技術において公知の陣類のスチール・カメ
ラ１０において使用される、ハウジング１１と、絞り１
２と、対物レンズ１３と、ファインダ１４と、シャッタ
・レリーズ１５と、他の従来のスチール・カメラ機構（
図示せず）を含む本発明の一実施例を示している。図示
のスチール・カメラにおいては、本発明による全体的に
番号２０で示された距離検出装置がカメラの対物レンズ
１３の位置を制御するためレンジファインダとして具体
化される。

距離検出装置２０は、支持装置２３により発光および検
出パネル２２と予め定めた離間された位置関係に取付け
られたレンズ装置２１を含んでいる。距離検出装置２０
σ）詳細は第２図および第３図において更に明らかにす
ることができる。発光および検出パネル２２は、１つの
発光装置２４とそれぞれ発光装置２４から異なる距離即
ち半径の距離に配置された２つの同心状の環状光検出素
子２５．２６を含んでいる。この検出装置が発光装置か
ら異なる距離にあることから、これらの検出装置はまた
レンズ装置の光学軸から異なる距離にある。発光装置２
４および検出装置２５．２６はそれぞれ発光および検出
区域を有し、こ」１．ら区域は共通の発光および検出面
１９に実質的に存在し、レンズ装置２１の光学軸２８と
略々同心状に取付けられ、共通の発光および検出面１９
は前記光学軸２８に対して略々直角をなす。本例におい
ては、発光装置２４は可視光線その他の光線を発光する
ための発光ダイオード（ＬＥＤ）である。この発光装置
とレンズ装置は、発光装置の映像である映像をその距離
を測定すべき被写体に対して投射するための装置を構成
する。本文において用語「光」とは、可視光範囲ならび
に電磁波の通常の可視光範囲の外側にある他の光線を含
む。検出装置２５゜２６は、フォトセル即ち半導体光セ
ンサの如き種々の光電トランスジューサのどんなもので
゛もよい。

レンズ装置２１は、図示の如き単一の凸レンズ要素もし
くは更に複雑な多重要素構造からなるものでよい。この
レンズは、発光装置により発光される光の波長における
作動するよう最適化され（例えば、反射防止コーティン
グに関して）、色収差について補正される必要はない。

本例においては、映像投射装置のレンズおよびそれを介
して前記検出装置に戻るレンズとは同一のものである。

しかし、これらレンズが異なるものであるように事例を
構成することもできる。

レンズ２１と、パネル２２の共通の発光および検出面１
９の面間の距離が重要である。このことは第４図に関し
て更に容易に説明することができるが、これにおいては
反射する被写体Ｏ２の面、レンズ装置２１および発光兼
検出面１９が１つの実施例として示される。図示の如く
、この発光兼検出面１９はレンズ装置２１の焦点面もし
くはその付近に配置されることが望ましい。このような
構成により、発行装置２４から発射された光は、装置２
０の検出領域に沿って被写体０１　　に対して延長する
光学軸２８に対して略々平行にレンズ装置２１によって
（実績方向）に指向される。被写体０．　（点鎖線）か
ら反射された光は、専ら検出装置からの被写体の距離に
依存ずろようにレンズ装置２１を経て面１９を通るよう
に逆方向に指向される。特に、反射された光の映像の焦
点、例えば而１９における点から外れる状態の程度はレ
ンズ装置２１からの被写体Ｏ０の距離に反比例する。

面１９が正確にレンズ装置２１の焦点にある時、面１９
における「錯乱円」の直径Ｉ〕は下式により定義さ）ｔ
ろ。即ち、 Ｄ　　＝　　２ｆｄ／Ｚ 但し、ｆはレンズの焦点距離、ｄはレンズの直径、Ｚは
被写体の距離である。レンズ装置２１の焦点に近い面１
９の他の位置においても、前記の錯乱円の大きさはまた
光を反射する被写体の距離に関する単調減少関数である
。

錯乱円の大きさの被写体の距離に対する前述の関係の故
に、発光装置２４からの異なる距離における錯乱円内の
相対的な光の強さは、被写体の距離Ｚを一義的に表わす
ように変化する（一般に、発光装置からの距離に関して
線形的に）。本発明は、発光装置からの異なる距離にお
いて測定される光の振幅の比率は予測的に被写体の距離
と共に変化してそれぞれ異なる被写体までの距離を表わ
す出力を生じる。第５図は、面１９において反射された
光の振幅対発光装置２４からの振幅の測定位置の距離の
関係により本発明による特定の距離検出装置の基礎とな
る原理を示すグラフである。

第５図においては、被写体ＯＩ　　から反射される光に
おけろ振幅対発光装置からの距離の関係を表わすカーブ
Ｓ、は、更に近い被写体０２　　から反射された光にお
ける振幅対発光装置からの距離の関係を表わす同様なカ
ーブＳ２　　とは著しく異なっている。

少なくとも２つの検出装置２５．２６を発光装置２４か
らの異なる距離ｌ、および１２　　に配置し、各検出装
置は入射する光の振幅に比ｆｌＪする振幅を有する電気
信号を生じる。従って、このカーブに対する一般化され
た勾配の値Ｉｓ、Ｊは、下記の関係により簡単なアナロ
グ信号処理回路によって決定することができる。即ち、 ｓ　　−（Ａ、　−Ａ、、　）／　（乙−１２）　・１
／Ａ。

但し、Ａ１　　およびＡ２　はそれぞれ検出装置２５゜
２６からの電気信号の振幅である。上記の式においては
、勾配の値は因数１／Ａ、により一般化さ」しるが、こ
れはある被写体から反射された（およびレンズ装置２１
により補集された）光の量が被写体の距離と反比例して
変化するためである。また、異なる被写体が異なる反射
率を有するため一般化は重要である。Ａ、以外の検出さ
れた値を一般化のため使用することができることが判る
が、［酊１９において発光装置２４に対してできるだけ
近い位置において反射された光の振幅に対する値を得る
ことが望ましい。

前記カーブの勾配が２つの検出装置における光の振幅の
比率を表わすことが判る。もし、２つ以上の検出装置が
使用される場合は、得られるカーブの勾配は光の振幅の
比率として捕えられる。

第６図に示された事例による信号処理回路３０について
説明しよう。図示の如く、光検出素子２５゜２６からの
出力電流が電圧変換回路６１．６２（例えば、演算増幅
器）に対ずろ各電流に対して加えられ、その出力が差の
増幅回路６４に対して加えられる。差の増幅回路６３は
、前人の（Ａ１−Ａ２）の演算を行ない、その結果のア
ナログ差信号を当技術において周知の種々の形式のもの
の１つでよい（例えば、整合したＭＯＳトランジスタま
たは演算増幅器を有する）アナログ除算回路６４に対し
て加える。この回路６４は、変換回路６１により与えら
れる量Ａ、で（Ａ、−Ａ２）を除すことによって一般化
を行なう。その結果得たアナログ信号は一義的にある特
定の被写体の距離を表わすものである。

第１図に示されたカメラにおいては、このような信号処
理回路３０の出力（被写体の距離に依存する変化する大
きさの制御電圧）がバイモルフ曲り要素３７．３８の撓
み状態を制御し、この状態がカメラの結像光学軸１８に
沿って対物レンズ１３の位置を制御する、第１図に示さ
れるレンジファインダにおいては、距離検出装置２０の
光学軸２８が結像光学軸１８に対して略々平行であるこ
とが望ましい。適当なバイモルフ曲り素子の構造および
電気的制御装置の更に詳細な記述については、専門誌ｒ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅｊ　　の１９
８１年３月版における第２０３４０号テキストにおいて
記載されている。レンズの焦点の変位を更に大きくする
ためには、処理回路の出力が検出された被写体を撮影す
るため適正な位置までレンズ１３を運動させるようにレ
ンズ駆動モータな（例えば、読出し専用メモリーまたは
ポテンショメータ回路により）制御することができる。

前述の如く、発光および検出面はレンズ装置２１の焦点
面１９もしくはその付近に配置されることが望ましい。

このような設定の望ましい精度は、レンズの焦点距離お
よびある特定の用途において必要とされる距離の検出の
精度に依存する。例えば、焦点距離ｆ＝５０ｍｍを有す
るレンズにおいては、レンズの焦点面の後方０．０８ｍ
ｍの発光面の間隙は３ｍ以下の被写体の距離における出
力信号において１０チより小さな差を生じる（前記面１
９がレンズ焦点面に正確に配置される時に生じる信号と
比較して）。ある用途においては、発光装置をレンズの
焦点面の僅か後方に配置して発射された光を問題の被写
体距離を越える地点に向けて合焦することが望ましい。

このような用途の一例としては、本発明による装置があ
る特定の距離範囲において光学的に作用するよう構成さ
れるものであり、従って光学的に比較的狭し・範囲内で
使用することが望ましい。このような状況においては、
もし発光装置が焦点から僅かに変移される場合に優れた
結果が達成することができることが判った。

前記発光および検出装置はその中心が略々レンズ装置２
１の光学軸２８上でくることが望まし℃・。

しかし、この装置はこのような中心に関して許容度が非
常に広い。例えば、前述のレンズにおいては、光学軸か
ら中心が７ｍｍずれると約１％の信号の変化のみを生じ
る（レンズの光学軸上に正確に中心がくる形状からの信
号に比較して）のである。

第７図および第８図は、発光および検出パネルに対する
代替的な形態を示している。第７図においては、パネル
７０は検出バー７３．７３’、　７４．７４および７５
．７５’から素子７２（例えば、炭素を充填したプラス
チック・チップ）により遮光される発光バー７１を有す
る。この構成においては、別の検出装置７５．７５’が
検出バー７１から更に隔てられて接近距離における精度
を増加する（この場合、カーブＳの勾配は更に緩やかに
なる）。第８図の事例においては、発光および検出装置
の形態は発光装置８１が同心状の環状検出装置８３．８
４に対して半径方向外側で同心的な位置となる如きもの
である。

第９図は、発光装置および検出装置がソリッドステー１
［子のモノリシック集積アレーとして形成された発光お
よび検出パネル２２を示す。第９図に示されたパネル２
２′は、金属層９２（例えば、金とゲルマニウムの合金
）−」二に重合しかつその」二にガリウムヒ化・リン化
物層９３　（ｎ−Ｇａ　Ａｓ１−ｙＰｙ　の階調エピタ
キシャル層）および９４（エピタキシャル層状ｎ−Ｇａ
　Ａｓ１−ｘ　Ｐｘ　）　　をその」二に形成されたガ
リウムヒ化物基板９１　（ｎ−Ｇａ　Ａｓ）材料からな
っている。発光および検出装置のｐ領域９５．９６はそ
れぞれ標準的な写真平版手法および亜鉛拡散法によりｐ
−Ｇａ　Ａｓ１−ｘ材料を含むように形成される。窒化
シリコンの誘電層９７が電気的に発光および検出領域を
隔離Ｌ、光学的に密な材料例えば炭素な充填したプラス
チックが切込まれた溝９８に形成されて領域９５．９６
を光学的に分離する。電極９９はアルミニウムにより形
成され、標準的な金属化手法により形成され、・反射防
止コーティング１００が図示の如ぐ発光および検出領域
上に形成される。

本発明の事例は光学的（単一レンズ素子を使用するため
）および電気的（アナログ信号を便用ずろため）に簡単
である。しかし、必要に応じてディジタル処理回路（例
えば、読出し専用メモＩＪ−回路」−のマイクロプロセ
ッサ回路）を使用することができることが判イ）。発ハ
ニ装置および検出装置な一体に形成（７、また単一レン
ズが反射［象を常に発光装置に中心がくるようにさせる
故にこの単一レンズを使用するフエらば、整合操作が容
易となる。

検１１０り能な距離の範囲数は使用される検出装置の数
の関数ではない。即し、本発明による装置６および方法
の距離感度は、一般に、検出装置の数によｌ）のではな
く信号対ノイズの関係によって制限される。更に、本発
明による装置は、センサの出力が予め定めた閾値ではな
く相仏に比較されるため、その距離が検出さ、１１．つ
つある被写体の反射率における変化に対し非當に敏感で
はあり得ない。

ある用途においては、周囲光による如き背景のノイズを
控除する信号処理回路と関連して本発明による装置角を
使用」ることが望まＬＬ・。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明（））第２の実施例である距離検出装置
を使用するカメラを示す斜視図、第２図は本発明による
距離検出装置の第１の実施例を示す軸方向断面図、第３
図は第２図に示された距離検出装置の発光および検出装
置部分を示す正面図、第４図は本発明による装置により
被写体に対して発射されかつこれから反射された光線に
より示される図、第５図は２つの異なる距離の被写体に
対する反射光の振幅対検出装置からの距離の関係を示す
グラフ、第６図は本発明による一実施例において使用さ
れる信号処理回路を示す回路図、第７図および第８図は
発光および検出装置の第２および第３の形態を示す第３
図と類似の図、および第９図は本発明による装置におい
゛Ｃ使用６丁能な発光兼検出パネルの望ましい一集積回
路態様を示す断面図である。 １９・・焦点面、　　　　　　２１・・・レンズ装置、
２４．２］；７１；８１；９５・・・映像投射装置、２
５．２６；７３．７４，７５；８３，８４；９６・・・
光線検出装置、２８・・・光学軸、　　　　　　３０・
・・信号処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　放射エネルギを反射する被写体の距離を決定する
   装置において、前記被写体に対して映像を投射する装置
   と、レンズ装置と、該レンズ装置の光学軸から異なる距
   離において前記レンズ装置の焦点面内の少なくとも２つ
   の光検出装置と、該光検出装置からの信号を処理して検
   出装置に対して入射する放射エネルギ照射装置から発し
   被写体で反射した放射エネルギの振幅の比率を表わす出
   力信号を生じる装置とを設け、その比率により被写体の
   距離を表わすことを特徴とする装置。 ２、前記レンズ装置が投射装置のレンズ装置にもなって
   おり、該投射装置は更に前記映像を形成するための放射
   エネルギを生じるための照射装置を含み、該照射装置は
   前記レンズ装置の焦点面もしくはその付近に照射区域を
   有し、前記検出装置は前記レンズ装置の光学軸と実質的
   に直角の面内における前記照射区域と同一面の検出区域
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   装置。