CN1170197C - 多点测距装置 - Google Patents

Abstract

多点测距装置具有用于进行多点测距的多个测距点。传感器阵列检测画面内的各测距点的像图形。控制电路根据上述传感器阵列的输出信号决定对各个上述测距点的测距方式。

Description

多点测距装置

技术领域

本发明涉及例如照相机等的测距装置。

背景技术

测距装置可以分为向被摄体投射测距用光并利用其反射信号光进行测距的主动方式和利用被摄体的像图形的被动方式2种。但是，由于主动方式利用反射信号光，所以，对于反射率低的被摄体或远距离的被摄体，反射信号光弱，存在不能进行正确的测距的缺点，而被动方式对于难于得到像图形的暗的场景或浓淡反差少的平板状的被摄体，也存在不能进行正确的测距的缺点。

因此，在特开昭55-35399号公报和特开平7-167646号公报等中，公开了同时  用上述2个方式进行与被摄体所处的环境相应的测距。

迄今，已提案了如上所述那样通过根据被摄体所处的环境切换主动方式和被动方式，对仅用一种方式很棘手的场景也可以正确地合焦的照相机，同时也有了产品化的例子。

但是，现有的测距装置仅仅是将2个方式简单地组合，对于用某一测距方式不能正确地进行测距的被摄体，仅变更为另一种测距方式对该被摄体进行测距，而对应对画面内的哪一部分进行测距并未进行充分的研究。

另外，最近，可以对画面内的多点进行测距的所谓的可以多点测距的照相机已增多了，但是，在这样的照相机中，测距点越增加，测距时间也越增加，从而误测距的概率也提高了。

发明内容

因此，本发明的目的旨在提供可以高速而正确地合焦的测距装置。

为了达到上述目的，本发明的第1方面提供一种具有多个测距点的照相机的多点测距装置，其特征在于：包括向被摄体投射测距用光的光源；检测画面内的各测距点的像图形的传感器阵列；和根据该传感器阵列的输出信号决定是否利用上述光源向各个上述测距点投射测距用光的控制电路，上述光源向上述画面内的多个测距点中的有限的点投射测距用光，上述控制电路根据与上述有限的测距点对应的上述传感器阵列的指定部位的输出信号决定是否利用上述光源投射测距用光。阵列的输出信号决定是否利用上述光源向各个上述测距点投射测距用光的控制电路。

另外，本发明的第2方面的可以对画面内的多个点进行测距的多点测距装置的特征在于：包括向被摄体投射测距用光的光源、对上述多个点进行利用被摄体像的测距是否可能的判断的第1判断单元、对上述多个点进行利用上述光源的光照射的测距是否可能的判断的第2判断单元和在上述第1判断单元的判断结果为不能测距并且上述第2判断单元的判断结果为利用光照射不能测距时就控制使判定为该不能测距并且不能利用光照射测距的点的测距数据无效的控制电路。

另外，本发明的第3方面的可以对多个块进行测距的测距装置的特征在于：包括向被摄体投射光的光源、分别接收为了测定到被摄体的距离而分割的2个像的2个行传感器和根据有选择地切换根据从上述2个行传感器输出的像图形进行测距的被动测距模式和根据从被摄体反射的上述光源投射的光的反射光在上述行传感器上的受光位置进行测距的主动测距模式的控制电路。，上述控制电路根据由上述行传感器得到的像图形的形态对上述各块切换上述被动测距模式和主动测距模式。

另外，本发明第4方面的照相机的测距装置的特征在于：包括检测画面内的像数据的传感器阵列、将该传感器阵列的输出积分的积分单元、判断由上述传感器阵列得到的像图形与该像图形在画面内的位置的关系的判断单元、根据与上述画面内的指定的多个点对应的像图形的变化判断上述多个点中作为主要被摄体位置的候补的判断电源和根据该判断单元的判断结果决定测距使用的传感器区域的决定单元。

附图说明

图1是用于说明本发明实施例1的基本概念的图。

图2A～图2F是表示与摄影的各场景对应的反差的分布状态的图。

图3A和图3B是用于说明本发明实施例2的合焦方法的流程图。

图4A和图4B是表示块化的传感器阵列6a的结构的图。

图5A和图5B是用于说明本发明实施例3的合焦方法的流程图。

图6A和图6B是用于说明以被动AF为主体的多点AF测距的原理的图。

图7是用于说明使用被动方式用传感器阵列6a的主动AF的图。

图8是表示图7所示的结构的动作的时间图。

具体实施方式

下面，先说明本实施例的概况。本实施例是以例如人物为主要被摄体的概率高和人物的像图形的反差特别是脸部等不太高的情况为前提的。即，认为反差变化非常大的被摄体不是主要被摄体。此外，在反差低的人物的像与反差大的像混合存在的状态下，将像图形作为测距用信号利用时，考虑到有时不能得到正确的测距结果，将反差变化大的测距点排除在外。但是，作为反差低的被摄体，除了人物外，还有天空和地面等，所以，本实施例也考虑这一点。

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。

(实施例1)

首先，主要参照图6A和图6B说明以作为本实施例的基础的被动AF为主体的多点AF测距的原理。

如图6A所示，测距对象物的信号光通过测距用的受光透镜2a、2b后，由传感器阵列6a、6b接收。

在该传感器阵列6a接收的信号光的亮度分布(像图形)中以位于受光透镜2a的光轴上的亮度分布为基准，考虑由传感器阵列6b中离受光透镜2b的光轴的距离为x的部分检测作为该基准的亮度分布的情况。这里，设2个受光透镜2a、2b的主点间距离(基线长)为B、这些受光透镜2a、2b的焦距为f，根据三角测距的原理可知，测距对象物的距离L为

         L＝B×f/x

利用这样的方法，可以进行光轴方向的测距。

另外，传感器阵列6a、6b在透镜的基线长方向非常长时，如图6B所示，考虑作为基准的亮度分布的位置从受光透镜2a的光轴偏离距离x1时，根据同样的亮度分布在传感器阵列6b上发生的距离x2，可以求出测距对象物的距离L为

         L＝B×f/(x1+x2)

这时，从受光透镜2a的光轴偏离θ＝arctan(x1/f)的角度内是可以测距的。

这样，通过使作为基准的求出分布的位置偏离，将测距装置的基线长配置为与照相机的横方向一致，就可以使照相机的摄影画面的横方向的多个点成为可以测距的多点测距。

由这样的测距原理可知，被动AF具有仅仅单纯地改变基准的传感器位置便可进行多点测距的优点，但是，由于是使用被摄体的亮度分布(像图形)的测距，所以，对于低反差的被摄体，就难于合焦。特别是在图2A那样的场景中，在背景上有高反差的被摄体时，由于人物的反差比较低，所以，受背景的亮度差的影响，不是与作为主要被摄体的人物而是与背景合焦的误测距的可能性就提高了。此外，即使是被动AF，如果测距点增加，与其成正比地测距时间将延长。

另一方面，在下面所述的主动AF中，是从照相机侧向被摄体投射测距用光，利用从被摄体反射的反射信号光进行测距的，所以，即使主要被摄体是低反差的景物，也基本上可以进行正确的测距。但是，如果想实施地点测距，就必须向每个测距点投射光，从而结构将很复杂。另外，如后面所述，由于主动方式的AF只取出反射信号光，所以，必须除去反射信号光以外的光成分(恒定光)。这将发生时间延迟，不理想。

根据以上所述可知，不论是被动AF还是主动AF的测距方式，如果不设法减少测距点或者不对同一点进行多次测距，就不能有效地实现主动方式和被动方式同时使用的多点AF装置。

下面，参照图7说明使用被动方式使用的传感器阵列6a、6b中的传感器阵列6a的主动AF。主动AF是使用从照相机侧投射的光的测距，这里，设置了追加恒定光除去功能的2个恒定光除去电路。这样，便可实现S/N更高的高精度的主动AF。即，第1除去电路23利用频率特性将作为从照相机侧投射的脉冲光的反射信号光与恒定光分离，为了将由该第1除去电路23除去了某种程度的恒定光的传感器输出进而分2次进行积分，设置了具有第1、第2这样2个积分电路20和25的第2除去电路27。第1积分电路20与IRED3的发光同步地进行积分，第2积分电路25仅在IRED3不发光时进行与第1积分相同时间tINT的积分。

即，在2个积分电路20和25的输出中，1个包含IRED3的反射信号光，而另一个则不包含IRED3的反射信号光。因此，求二者之差的差分电路26的输出就仅表示反射信号光成分。

利用这样的结构，即使第1除去电路23由于其电路形式的限制而不能充分除去恒定光，通过同时用由第1、第2积分电路20、25和差分电路26构成的第2除去电路27，便可可靠地取出反射信号光成分。另外，在使第1、第2除去电路23、27都不动作时，就是被动AF的功能。

图8是表示图7所示的结构的动作的时间图。图中，根据第1除去电路23的通/断动作，分为前半部的主动模式和后半部的被动模式，前半部进而根据有无IRED发光，又可以分为2个部分。

在前半部的主动模式中，表示出了伴随IRED发光时的积分电压V1和IRED不发光时的积分电压V2，在V1大、V2小时，如前所述，即使不求差分也可以检测反射信号光。这时，就使用该信号直接进行测距(图中，测距结束1)。

但是，在明亮的场景中，未充分除去恒定光时，不能得到反射信号光的点形状时，就进行非投射光的积分(积分量V2)，由差分电路26求与投射光时的积分结果之差(V1-V2)。并且，将该差值(V1-V2)输入CPU10，如果能得到点形状，就可以根据该点形状按主动AF的原理进行测距。这样，只要可以测距，在该时刻测距即告结束(图中，测距结束2)。

另一方面，在不能由此而得到点形状时，就是主动AF的棘手的场景，所以，可以切换为被动AF模式进行测距。例如，反射率非常低的被摄体或从远距离的被摄体反射不回来反射信号光。在这样的场景中，可以切断第1除去电路23和第2除去电路27的动作，而用被动AF模式进行像图形的测距(图中，测距结束3)。

下面，说明利用具有以上说明的主动AF和被动AF两种功能的多点测距电路的本发明的实施例。

图1是由于说明本实施例的基本概念的图。这里，将在图7中分为2个的传感器输出的积分电路等简单化为积分电路8，为了便于说明，也将用于除去恒定光的图8的复杂的时间图简单化，如果恒定光除去电路5成为动作状态，就成为可以进行使用由红外发光二极管(IRED)等构成的发光元件3的测距用光的主动AF的模式。另一方面，在恒定光除去电路5不动作时，就是被动AF的功能。

10是由控制照相机全体的程序的微电脑等构成的运算控制电路(CPU)。

进行测距时，由投射光电路(驱动器)4驱动由红外发光二极管(IRED)等构成的发光元件3，通过投光透镜1向作为主要被摄体的人物20投射光。从主要被摄体20反射的反射光通过受光透镜2a、2b入射到传感器阵列6a、6b上。由这些传感器阵列6a、6b将被摄体像作为像图形变换为电信号，输入积分电路8进行积分动作。这时，由恒定光除去电路5将恒定光成分除去。

CPU10按照顺序控制上述测距用电路，根据得到的像炱及测距信号决定合焦距离，通过合焦单元9控制变焦镜头11的合焦位置。这时的变焦镜头11的位置，由使用光电遮断器等的编码器构成的变焦位置检测单元14进行检测，并输入CPU10。

如图所示，CPU10具有反差判断部7、区域决定单元12和画面位置换算单元13的功能。

画面位置换算单元13根据由变焦位置检测单元14检测的当前的变焦位置和由传感器阵列6a及6b检测的像图形，将得到像炱的传感器部分换算为画面内的对应的位置，并进行判断。反差判断部7检测从传感器阵列6a、6b得到的像图形的反差或浓淡的分布，根据与画面内的指定的多个点对应的像图形的变化判断主要被摄体位置候补。区域决定单元12根据该反差判断部7的输出和画面位置换算单元13的输出，决定测距应使用的适当的传感器区域。21是表示位于作为主要被摄体的人物20的背景处的树。

(实施例2)

下面，说明实施例2。在本实施例中，作为摄影的场景，考虑图2A所示的场景。图2A是表示拍照或取景器画面22内的构图，例如，是人物20站立在树林中的场景。人物20在树影中，即使树木21是暗的，其后面明亮时，在传感器阵列6a上产生的被摄体像如图2B所示的那样，与人物20对应的传感器部分20a的反差小，而与背景的树木21对应的传感器部分21a的反差大。

图2A表示变焦镜头11位于广角端的情况，图2C表示变焦镜头11位于望远端的情况。在图2A所示的场景中，如图2C所示的那样，即使人物20的脸占传感器阵列6a的检测部的大部分时，如图2D所示，由于背景的树木21的反差大，所以，容易发生误测距。在人物20的脸上，虽然眼睛有黑、白等部分，但是，通常，也只有鼻子的高低引起的阴影或面颊的立体形状引起的像的浓淡的程度，多半都不能得到背景的树木21及柱子或窗框等阴影那样的反差。

图3A、图3B是用于说明即使是这样的场景也可以对人物20进行正确地合焦的方法的流程图。这里，假定传感器阵列6a由100个传感器构成，在实施例中，将它们各10个作为1组，分为10部分(块)。

设各传感器的输出为Sn，如图4A所示，n表示传感器阵列6a的第n个块。另外，流程图中的San表示第n个块内的像图形的反差。

首先，在S1，控制入射到传感器阵列6a上的光的积分，进行形成适当的像图形的积分控制。这已有各种已知的技术，有利用入射最明亮的光的传感器的输出进行控制、或仅利用传感器阵列6a的特定的部分的输出进行控制、或者利用明亮部分的输出与黑暗的部分的输出之差进行控制的等各种方法。在本实施例中，可以使用众所周知的任意的方式。

S2是CPU10读出各传感器的输出的处理步骤，与各传感器对应地得到称为Sm(m表示第m个传感器)的数据。

其次，将全部块的反差值的平均值SAAV进行初始化处理(S3)，同时也将表示传感器的块的变量n进行初始化处理(S4)，然后，为了检测各块的反差，进入由S5～S8构成的处理环。

在S5，计算由n表示的块中输出MAX(最大)的光量的传感器的数据与输出MIN(最小)的光量的传感器的数据之差，通过计算该块的传感器数据的MAX-MIN，求各块的反差值(SAn)。S6、S7是为了计算各块的MAX-MIN的平均值而将SAn与前面在S3进行初始化处理后的SAAV顺序相加的处理步骤。在通过环形处理将n＝0～9的全部块的MAX-MIN相加之后，S8的判断结果为YES时，就进入S9。在S9，将SAAV除以块数10。这时的值就是表示全部块的反差值的平均值的数值(SAAV)。

根据该平均值检测各块的反差是大还是小，如果判定了各块的有效性，则拍摄图2A或图2C所示的场景时，就可以提供不会受反差大的背景的影响而进行误测距的测距装置。

在S10，将表示块的变量n初始化，在S11，将求出的反差平均值SAAV与各块的反差值(10个传感器中的MAX输出与MIN输出之差)顺序进行比较。这样，就将反差值比平均值高的全部从测距的候补中除外了，并分支进入S22的处理。但是，由于中央的块的数据是重要的，所以，在S22判断是否为n＝5，在n＝5时，就分支进入S24。在S22不是n＝5时，就进入S23，将距离Ln固定为100m。这就是在S15的处理中，最后选择全部测距点的数据中最近的距离，所以，在该时刻，通过预先设定大的值，使其无效化，用以不选择该测距区域。另外，即使全部数据相同，都是100m，这也就是按照被摄体景深选择了与风景拍摄正确地合焦的距离。通过用这种方法减少测距对象，可以提高测距速度。在S24，根据中央的块的反差值对于被动AF的像图形的位置比较是否具有足够的大小判断是否可以测距。

另一方面，在S11，对于判定为是适当的反差的块，就分支进入S13，和上述S24一样，根据反差对于被动AF的像图形的位置比较是否具有足够的大小判断是否可以测距。

这里，在判定可以测距时，就按照用图6A、图6B所述的三角测距的原理进行距离计算(S14)。另外，在反差太小、获取不到图6A、图6B的行传感器6a、6b上的2个像图形的相关关系从而被动AF的测距不适当时，就从S13分支进入S19，判断该块是否为辅助光位置。

下面，说明该辅助光位置。作为辅助光，使用红外发光二极管(IRED)时，IRED的发光面积小，不适宜照射宽范围。因此，这里仅照射被摄体存在的概率高的有限的点。

例如，如图4B所示的那样，可以设计为IRED的光可以只照射与画面内的各位置相当的传感器块中的0、5、9的块。因此，可以将具有3个发光部的IRED芯片组装到图1的IRED3的组件内，由投光电路4有选择地向各发光部供给能量。这时，块0、5、9就是辅助光位置。

在S19，块不是辅助光位置时，就判定是主要被摄体的概率低，就将S19分支进入N，在S23，通过将距离Ln固定为100m，从测距对象中除外。这样，通过减少测距对象，便可提高测距速度。

另外，在S19，判定块是辅助光位置时，就进入S20，进行辅助光投射后，进行再积分处理。这时，如果用图1的恒定光除去电路5预先除去信号光以外的光的成分，则反射信号光像就可以与被摄体的反差无关地按照主动AF的原理结像到传感器阵列6a上。在下面的S21，和S2一样，读出传感器输出，便可得到像图形。并且，在S14，通过根据2个像的位置按照图6A、图6B的原理进行测距，便可得到测距结果Ln。如果从这样得到的各点的距离测定结果中选择最近的距离，便可得到主要被摄体距离Lp(S15)。在S16，将n增加1，在S17，判断n是否大于9，在n达到9之前，反复进行S11以后的处理，在n大于9时，就返回。

按照上述实施例2，使用作为被动AF传感器而使用的像检测单元，判断被摄体像的浓淡变化等的像图形是否与主要被摄体符合，并根据该判断结果选择测距位置或测距方式，所以，即使是图2A、图2C那样的场景，也可以不受高反差的背景的影响而实现高速并且正确的合焦。

换言之，在本实施例中，考虑由被动AF用的传感器阵列得到的像图形，推测使用状况，决定正确的被摄体位置，即决定测距点，同时得到适当的测距结果，所以，可以提供可以高速而正确的合焦的AF照相机。另外，根据像图形的判断选择最佳的测距方法，所以，可以进行正确的测距。

(实施例3)

下面，参照图5A、图5B说明本发明的实施例3。在实施例2中，是将各块的反差值与全部块的反差值的平均值进行比较，但是，在本实施例中，是设定指定的反差值，在S34考虑树影透镜的画角，进行画面中央与周边的反差值的比较，从而可以对各种树影条件进行处置。

即，在用图3A、图3B说明的流程图中，如图2E所示的那样，在背景为天空50等反差小的场景中，人物20的脸的反差比平均反差大，在S11，就分支进入N，从测距候补中除外了，所以，除了S22、S24的处理步骤外，还必须省略了说明的补充的处理流程。例如，在S9之后，将全体的平均反差SAAV与指定的值进行比较，仅在大于指定的值时才执行S10以后的处理步骤，其他情况时，可以采用仅对可以投射辅助光的3点进行测距的流程。下面，对此进行说明。

首先，和实施例2一样，在进行积分控制(S30)后，进行传感器输出的读出(S31)等处理，并进入S32。这里，在实施例3中，为了个别地检测周边与中心的平均反差，设置了中心用变量SAAV0和周边用变量SAAV1中央2个数据存储场所。在该处理步骤中，将这2个变量进行初始化处理，在S33，将表示传感器的块的变量n进行初始化处理。

从S35到S43，是根据镜头的变焦状态切换周边判断用的块从而求周边的平均反差SAAV1的处理流程。

即，将图2A与图2C进行变焦可知，在画面内，测距用传感器阵列监视像检测用的位置，在望远状态下宽，而在广角状态下窄。这是因为，测距用光学系统一般不变焦，而只是摄影光学系统改变视野。即，在望远状态下，周边区域宽，在广角状态下，周边区域窄。因此，在S39，根据S34的结果判断画角是望远还是广角，并根据该结果切换对反差判断进行考虑的块数。

即，在S39的判断为望远状态时，就根据S42、S43和S38的判断结果判定块0～3、7～9是周边区域。是广角状态时，就根据S40、S41和S38的判断结果判定块0～2、8～9是周边区域。并且，这些块的反差值的平均，在S51、S52作为SAAV1进行计算。

并且，在S53，将该值(SAAV1)与指定的反差值SAAVref进行比较，认反差小，就一律对全部点(中央、周边)进行测距(S54)，并选择近的距离(S55)。按照这样的方法，即使应摄影的场景是图2E那样的场景，如图2F所示，由于主要被摄体的反差大，所以，可以进行正确的合焦。

另一方面，在S53，分支进入Y时，就可以判定是图2A、图2C那样的场景，所以，在S60～S65，就求中央部(块4、5、6)的平均反差SAAV0，并将其与指定的反差进行比较(S66)。这时的比较结果为YES即中央也是不亚于周边的反差大的情况时，就分支进入S54，平等地评价各点。另一方面，在S66的判断为NO即中央的反差小时，就是图2A、图2C所示的场景，所以，就进入S70，照射辅助光，再次进行积分，在提高中央测距的精度后，将中央的测距结果作为合焦距离Lp(S71)。

按照上述实施例3，是考虑画角，将周边和中央的反差与指定的反差进行比较而决定主要被摄体位置的，所以，即使反差小的人物的脸处于复杂的背景中，也不会发生误测距，从而可以进行正确的合焦。

按照本发明，根据像图形的变化判断是否适宜作为主要被摄体，并以此选择测距装置或测距方式，所以，可以提供了可以高速而正确的合焦的测距装置。

另外，按照本发明，由于可以减少测距对象，所以，可以提高测距速度。

Claims (9)

1.一种具有多个测距点的照相机的多点测距装置，其特征在于：包括

向被摄体投射测距用光的光源；

检测画面内的各测距点的像图形的传感器阵列；和

根据该传感器阵列的输出信号决定是否利用上述光源向各个上述测距点投射测距用光的控制电路，

上述光源向上述画面内的多个测距点中的有限的点投射测距用光，上述控制电路根据与上述有限的测距点对应的上述传感器阵列的指定部位的输出信号决定是否利用上述光源投射测距用光。

2.按权利要求1所述的照相机的多点测距装置，其特征在于：上述有限的测距点是上述画面内的中央部。

3.按权利要求1所述的照相机的多点测距装置，其特征在于：上述有限的测距点是上述画面内的中央部和周边部。

4.按权利要求1所述的照相机的多点测距装置，其特征在于：上述控制电路在判定为不投射上述测距用光而仅按由上述传感器阵列得到的像图形不能进行测距时，就决定利用上述光源投射上述测距用光。

5.按权利要求1所述的照相机的多点测距装置，其特征在于：上述控制电路在判定为不投射上述测距用光而仅用由上述传感器阵列得到的像图形可以进行测距时，就禁止利用上述光源投射测距用光。

6.一种可以对画面内的多个点进行测距的多点测距装置，其特征在于：包括

向被摄体投射测距用光的光源；

对上述多个点判断利用被摄体像的测距是否可能的第1判断单元；

对上述多个点判断伴随利用上述光源的光照射的测距是否可能的判断的第2判断单元，和

在上述第1判断单元的判断结果为不能测距并且上述第2判断单元的判断结果为利用光照射不能测距时，控制使判定为该不能测距并且不能利用光照射测距的点的测距数据无效的控制电路。

7.一种可以对多个块进行测距的测距装置，其特征在于：包括

向被摄体投射光的光源；

分别接收为了测定到被摄体的距离而分割的2个像的2个行传感器；和

有选择地切换根据从上述2个行传感器输出的像图形进行测距的被动测距模式和根据从被摄体反射的上述光源投射的光的反射光在上述行传感器上的受光位置进行测距的主动测距模式的控制电路，

上述控制电路根据由上述行传感器得到的像图形的形态对上述各块切换上述被动测距模式和主动测距模式。

8.按权利要求7所述的多点测距装置，其特征在于：上述控制电路将上述传感器阵列的输出分为块，将各块的反差值与全部块的反差值的平均值进行比较，判断该块是否可以进行测距，并根据该判断结果对上述各块切换上述被动测距模式和主动测距模式。

9.按权利要求8所述的多点测距装置，其特征在于：上述控制电路根据上述各块的上述传感器阵列的输出值判断主要被摄体。

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