JP2008014821A - 測距装置及び撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測距対象物までの距離を精度よく測定でき、且つ、装置の小型化を実現した測距装置及び該測距装置を備えた撮影装置を提供する。
【解決手段】 距離演算部３２は、投光素子１６からパルス光（投光信号）が投光されて測距対象物により反射された反射光の強度を測距対象物までの距離の関数として表した式を解いて、測距対象物までの距離を演算する。そして、アクチュエータ２０により投光素子１６を移動させて、投光素子１６から投光され、測距対象物に反射されて戻ってくる光の光路長を変更し、上記式を解くために必要な回数だけ、反射光の強度を求めて、測距対象物までの距離を演算する。
【選択図】 図１

Description

本発明は測距装置及び撮影装置に係り、特に測距対象物までの距離を測定する技術に関する。

従来、いわゆるアクティブ方式の測距装置において、第１、第２の２つの受光手段を備えており、第２の受光手段から直接測距対象物のコントラスト情報を得、このコントラスト情報に基づいて第１の受光手段から得られる距離情報を補正することが提案されている（特許文献１）。また、特許文献２には、測距対象物へ光を投射する光源と、測距対象物からの反射光を受光する受光手段と、受光手段の受光出力に基づいて測距情報を算出する演算手段とを備える測距装置において、光源の非駆動時の受光出力により測距情報を補正して、測距対象物の反射率に起因する誤差分を除去することが開示されている。
特開平８−２１９７７０号公報 特開平８−３２７３５４号公報

特許文献１に記載の技術では、距離情報の取得用と、コントラスト情報の取得用の２つの受光手段を必要とするため、測距装置の大型化、コストアップを招くという問題があった。また、特許文献２では、測距対象物の反射率の測定時に投光を行わないため、受光光量が少なく、正確な反射率を得るのが困難であるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測距対象物までの距離を精度よく測定でき、且つ、装置の小型化を実現した測距装置及び該測距装置を備えた撮影装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る測距装置は、測距対象物に投光する投光手段と、前記投光手段から投光されて前記測距対象物により反射された反射光を受光する受光手段と、前記反射光が通過する光路の光路長を変更する光路長変更手段と、前記光路長変更手段により前記反射光の光路長を変更して、前記受光手段により前記反射光を少なくとも２回受光させる測距制御手段と、前記受光した反射光の強度に基づいて、前記測距対象物までの距離を演算する距離演算手段とを備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、光路長を変更して複数回反射光の強度を測定することにより、測距対象物の反射率や外光による影響を補正して、測距精度を高めることができる。また、投光手段と受光手段を１つずつ備えるのみなので、測距装置の小型化とコストダウンを実現することができる。

請求項２に示すように、請求項１の測距装置において、前記距離演算手段は、前記距離演算手段は、前記反射光の強度を前記測距対象物までの距離の関数として表した式を解いて前記測距対象物までの距離を演算し、前記測距制御手段は、前記反射光の強度を前記測距対象物までの距離の関数として表した式を解くために必要な回数、前記光路長を変更して反射光を測定する。

請求項３に示すように、前記光路長変更手段としては、前記投光手段又は受光手段の少なくとも一方を移動させる手段を用いることができる。また、請求項４に示すように、前記光路長変更手段としては、前記反射光の光路を形成するミラーと、前記ミラーを移動させて前記光路長を変更するミラー移動手段とを用いることができる。

請求項５に係る撮影装置は、請求項１から４の測距装置と、画像を撮影するための撮影手段とを備え、前記撮影手段と前記受光手段とを兼用することを特徴とする。

請求項５に係る発明によれば、本発明の測距装置を備えたことにより、被写体の画像を撮影する際に、被写体までの距離を高精度で取得することができる。また、撮影装置の小型化とコストダウンを実現することができる。

本発明によれば、光路長を変更して複数回反射光の強度を測定することにより、測距対象物の反射率や外光による影響を補正して、測距精度を高めることができる。また、投光手段と受光手段を１つずつ備えるのみなので、測距装置の小型化とコストダウンを実現することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る測距装置及び撮影装置の好ましい実施の形態について説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測距装置の主要構成を示すブロック図である。図１に示す測距装置１０は、撮影装置（電子カメラ、スチルカメラ）やカメラ用交換レンズ等に備えられるものであり、測距装置１０全体の動作は中央処理装置（ＣＰＵ）１２によって統括制御される。ＣＰＵ１２は、所定のプログラムに従って測距装置１０を制御する制御手段として機能する。メモリ１４は、ＣＰＵ１２が処理するプログラム及び制御に必要な各種データ等を格納するＲＯＭと、ＣＰＵ１２が各種の演算処理等を行うための作業用領域を有するＲＡＭとを備えている。

図１に示すように、本実施形態の測距装置１０は、投光素子１６、ドライバ１８及びアクチュエータ２０を含む投光部と、レンズ２２、シャッタ２４、光学フィルタ２６、受光素子２８及びＡ／Ｄ変換部３０を含む受光部とを備えている。

投光素子１６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）により構成され、測距対象物に対して可視光又は赤外光のパルス光を投光する。ＣＰＵ１２は、ドライバ１８を介して発光制御信号を投光素子１６に出力し、投光素子１６の発光時間や発光強度を制御する。アクチュエータ２０は、例えば、モータ、ピエゾ方式等の動力装置により構成され、投光素子１６をその光路方向（Ｌ１方向）に移動させる。

受光素子２８は、例えば、ＣＣＤ固体撮像素子やＣＭＯＳにより構成される。受光素子２８は、シャッタ２４の開放時に、レンズ２２及び光学フィルタ２６を介して入射した光を受光する。光学フィルタ２６は、入射光のうち、投光素子１６から投光された波長帯の光を選択的に透過させる。光学フィルタ２６を透過した光は、受光素子２８により光電変換されて、受光した光（測距対象物からの反射光と外光の和）の強度を示す電気信号に変換される。この電気信号は、Ａ／Ｄ変換部３０によりデジタルの受光信号に変換されてメモリ１４に入力される。ＣＰＵ１２は、距離演算部３２を備えており、メモリ１４に蓄積された受光信号に基づいて測距対象物までの距離を演算する。

なお、投光素子１６は、測距専用のものを設けてもよいし、測距装置１０が撮影装置等に搭載される場合にはストロボ発光手段（例えば、放電管又はＬＥＤ）と兼用してもよい。また、受光素子２８は、測距専用のものを設けてもよいし、測距装置１０が電子カメラに搭載される場合には画像撮影用の撮像素子と兼用してもよい。

以下、被写体までの距離の算出方法について説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）はそれぞれ投光信号及び受光信号の強度の時間変化を示すグラフであり、図２（ｃ）はシャッタの開放時間を示すグラフである。図２（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、投光素子１６からパルス光（投光信号、強度：I₀）が投光され、シャッタ２４が開放されると、受光素子２８により測距対象物からの反射光が受光される。図２（ｂ）に示すように、受光信号（強度：I）は、測距対象物からのパルス状の反射光と、測距対象物が置かれた環境における外光（強度：I_r）の和である。反射光（強度：I-I_r）は、投光信号より減衰しており、反射光の減衰分は、投光素子１６から測距対象物に達し受光素子２８に戻るまでの往復の距離と、測距対象物の光の反射率により決まる。受光信号の強度Iは、次式（ａ）に示すように、測距対象物までの距離dの２次式で表すことができる。ここで、ωは測距対象物の反射率であり、a_i（i = 0, 1, 2）は定数である。
I = I₀*ω*1/(a₀+a₁d¹+a₂d²) + I_r ・・・（ａ）

従って、投光素子１６を光路方向に距離Δd₁動かした場合の受光信号の強度I₁は次式（ｂ）により表される。
I₁ = I₀*ω*1/{a₀+a₁(d+Δd₁)¹+a₂(d+Δd₁)²} + I_r ・・・（ｂ）

式（ｂ）を変形すると、次式（１）を得る。
(I-I_r)/(I₁-I_r) = {a₀+a₁(d+Δd₁)¹+a₂(d+Δd₁)²} / (a₀+a₁d¹+a₂d²)
{(I-I_r)/(I₁-I_r)-1}a₀+ {(I-I_r)/(I₁-I_r)-1}a₁d - a₁Δd₁+ {(I-I_r)/(I₁-I_r)-1}a₂d²- 2a₂dΔd₁ + a₂Δd₁ ² = 0 ・・・（１）

同様に、投光素子１６を光路方向にΔd₂、Δd₃及びΔd₄移動させた場合の受光信号の強度をそれぞれI₂、I₃及びI₄とすると、次式（２）から式（４）を得る。
{(I-I_r)/(I₂-I_r)-1}a₀+ {(I-I_r)/(I₂-I_r)-1}a₁d - a₁Δd₂+ {(I-I_r)/(I₂-I_r)-1}a₂d²- 2a₂dΔd₂ + a₂Δd₂ ² = 0 ・・・（２）
{(I-I_r)/(I₃-I_r)-1}a₀+ {(I-I_r)/(I₃-I_r)-1}a₁d - a₁Δd₃+ {(I-I_r)/(I₃-I_r)-1}a₂d²- 2a₂dΔd₃ + a₂Δd₃ ² = 0 ・・・（３）
{(I-I_r)/(I₄-I_r)-1}a₀+ {(I-I_r)/(I₄-I_r)-1}a₁d - a₁Δd₄+ {(I-I_r)/(I₄-I_r)-1}a₂d²- 2a₂dΔd₄ + a₂Δd₄ ² = 0 ・・・（４）

従って、反射光の強度Iを測定した後、投光素子１６をアクチュエータ２０によりΔd₁、Δd₂、Δd₃及びΔd₄移動させて、受光信号の強度I₁、I₂、I₃、I₄及び外光の強度I_rを更に４回測定する。そして、測定した受光信号の強度I₁、I₂、I₃、I₄及び外光の強度I_rの値を上記式（１）から式（４）に代入することにより、未知数a₀、a₁、a₂及びdが算出される。

次に、測距処理の流れについて、図３のフローチャートを参照して説明する。まず、投光素子１６からパルス光（投光信号）が投光されるとともに（ステップＳ１０）、シャッタ２４が開放される（ステップＳ１２）。そして、測距対象物からの反射光及び外光が受光素子２８により受光されて光電変換され、受光した光（測距対象物からの反射光と外光の和）の強度を示す電気信号に変換される（ステップＳ１４）。受光素子２８により光電変換されて得られた電気信号は、Ａ／Ｄ変換部３０によりデジタルの受光信号（強度：I）に変換されてメモリ１４に記憶される（ステップＳ１６）。

次に、アクチュエータ２０により投光素子１６を移動させて、投光素子１６から投光され、測距対象物に反射されて戻ってくる光の光路長を変更し（ステップＳ１８のＮｏ、ステップＳ２０）、ステップＳ１０からＳ２０のルーティンを測距対象物までの距離dの算出に必要な回数繰り返して、受光信号の強度I、I₁、I₂、I₃、I₄及び外光の強度I_rを測定する。そして、測定値I、I₁、I₂、I₃、I₄及びI_rを式（１）から（４）に代入することにより、測距対象物までの距離dを算出する（ステップＳ２２）。

本実施形態によれば、光路長を変更して複数回反射光の強度を測定することにより、測距対象物の反射率や外光による影響を補正して、測距精度を高めることができる。また、本実施形態の測距装置１０は、投光素子１６と受光素子２８を１つずつ備えるのみなので、測距装の小型化とコストダウンを実現することができる。

なお、本実施形態では、反射光の強度Iを測距対象物までの距離dの２次式で表したが、測距速度を速めたい場合には反射光の強度Iを距離dの１次式で表して測定のための駆動位置を減らしたり、測距の精度を高めたい場合にはより高次の式（例えば、４次式）とすることも可能である。例えば、反射光の強度Iを距離dの１次式で表した場合には、未知数が０次項と１次項の係数２つと距離dの３つであるため、最初のIの測定の後投光素子１６の移動と反射光の測定の工程を更に３回繰り返せばよい。また、４次式の場合には、未知数が０次項から４次項の係数５つと距離dの６つであるため、投光素子１６の移動と反射光の測定の工程の繰り返し回数は６回となる。同様に、Ｎ次式の場合には、投光素子１６の移動と反射光の測定の工程の繰り返し回数は（Ｎ＋２）回となる。

図４は、測距を連続的に実行する例を模式的に示す図である。例えば、距離dを算出するのに４点の受光信号が必要な場合、前の（第１フレームの）距離算出に用いた１から３点の受光信号を次の（第２フレームの）距離算出で利用することにより、測距対象物までの距離を連続的に算出できる。これにより、算出ごとに４点の情報を得るよりも距離算出の速度が速くなる。なお、測距装置１０の姿勢の変化を検知するための角速度センサ等を設けて、測距装置の姿勢が変化するまでは、図４に示すように、前の距離算出に用いた受光信号を次の距離算出に用いるようにしてもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る測距装置の主要構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の測距装置１０−２は、受光部側にアクチュエータ５０を備えている。アクチュエータ５０は、例えば、モータ、ピエゾ方式等の動力装置により構成され、受光素子２８をその入射光の光路方向（Ｌ２方向）に移動させる。本実施形態によれば、受光素子２８を光路方向に移動させて反射光を測定することにより、上記第１の実施形態と同様の演算により、測距対象物までの距離dを算出することができる。

なお、投光素子１６と受光素子２８を両方ともそれぞれの光路方向に移動させるようにしてもよい。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る測距装置の主要構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の測距装置１０−３は、投光部側にミラーユニット６０と、ミラーユニット６０の駆動用のアクチュエータ６２を備えている。また、ＣＰＵ１２には、反射補正部６４が設けられている。ミラーユニット６０は、光路Ｌ３に対して略垂直に移動可能な２枚の可動ミラー６０Ａと、固定ミラー６０Ｂにより構成されている。アクチュエータ６２は、例えば、モータ、ピエゾ方式等の動力装置により構成され、可動ミラー６０Ａを投光素子１６から投稿される光の光路Ｌ３に対して略垂直に移動させる。反射補正部６４は、ミラーユニット６０を構成するミラーの反射率に基づいて、ミラーユニット６０を経由することによる投光信号の強度の減衰分を算出し、受光素子２８により受光した受光信号から求められた反射光の強度I、I₁、I₂、I₃及びI₄に加算する。

次に、本実施形態の測距処理の流れについて、図７のフローチャートを参照して説明する。まず、投光素子１６からパルス光（投光信号）が投光されるとともに（ステップＳ３０）、シャッタ２４が開放される（ステップＳ３２）。そして、測距対象物からの反射光及び外光が受光素子２８により受光されて光電変換され、受光した光（測距対象物からの反射光と外光の和）の強度を示す電気信号に変換される（ステップＳ３４）。受光素子２８により光電変換されて得られた電気信号は、Ａ／Ｄ変換部３０によりデジタルの受光信号（強度：I）に変換されてメモリ１４に記憶される（ステップＳ３６）。

次に、アクチュエータ６２により可動ミラー６０Ａを移動させて、投光素子１６から投光され、測距対象物に反射されて戻ってくる光の光路長を変更し（ステップＳ３８のＮｏ、ステップＳ４０）、ステップＳ３０からＳ４０のルーティンを測距対象物までの距離dの算出に必要な回数繰り返して、受光信号の強度I、I₁、I₂、I₃、I₄及び外光の強度I_rを測定する。そして、ミラーユニット６０を経由することによる減衰分を測定値I、I₁、I₂、I₃、I₄及びI_rに加算・補正し（ステップＳ４２）、補正された測定値I、I₁、I₂、I₃、I₄及びI_rを式（１）から（４）に代入することにより、測距対象物までの距離dを算出する（ステップＳ４４）。

本実施形態によれば、可動ミラー６０Ａを移動させて反射光を測定することにより、上記第１の実施形態と同様の演算により、測距対象物までの距離dを算出することができる。

なお、ミラーユニット６０は、受光部側に設けてもよいし、投光部側と受光部側の両方に設けてもよい。

また、上記の各実施形態では、投光素子１６や受光素子２８、ミラーユニット６０を用いて測距対象物からの反射光の光路長を変更するようにしたが、例えば、光路上に屈折率の高い物質を出し入れすることにより光路長を変更するようにしてもよい。

［撮影装置の構成］
次に、本発明の測距装置を備えた撮影装置について説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る撮影装置の主要構成を示すブロック図である。図８に示す撮影装置１００は、電子カメラであり、撮影装置１００全体の動作は中央処理装置（ＣＰＵ）１０２によって統括制御される。ＣＰＵ１２は、操作部１０４からの操作入力により撮影装置１００を制御する制御手段として機能するとともに、自動露出（ＡＥ）演算、自動焦点調節（ＡＦ）演算、ホワイトバランス（ＷＢ）調整演算等、各種演算を実施する演算手段として機能する。メモリ１０６は、ＣＰＵ１０２が処理するプログラム及び制御に必要な各種データ等が格納されるＲＯＭや、画像処理を行うための画像処理領域のほか、ＣＰＵ１０２が各種の演算処理等を行う作業用領域及び画像処理領域となるＳＤＲＡＭ等を有している。

操作部１０４は、ユーザからの操作入力を受け付ける操作部材であり、電源スイッチやレリーズボタン、動作モード切替スイッチ、メニュー／ＯＫキー、十字キー、キャンセルキー等を含んでいる。電源スイッチは、撮影装置１００の電源のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのスイッチである。レリーズボタンは２段階式に構成されており、レリーズボタンを軽く押して止める「半押し（Ｓ１＝ＯＮ）」の状態で自動ピント合わせ（ＡＦ）及び自動露出制御（ＡＥ）が作動してＡＦとＡＥをロックし、「半押し」から更に押し込む「全押し（Ｓ２＝ＯＮ）」の状態で撮影が実行される。動作モード切替スイッチは、画像を撮影するための撮影モードと、撮影した画像を表示、再生するための再生モードとを切り替えるための操作手段である。メニュー／ＯＫキーは、表示部１０８の画面上にメニュー画面を表示させる指令を行うためのメニューボタンとしての機能と、選択内容の確定及び実行等を指令するＯＫボタンとしての機能とを兼備した操作キーである。十字キーは、上下左右の４方向の指示を入力する操作部であり、メニュー画面から項目を選択したり、各メニューから各種設定項目の選択を指示したりするボタン（カーソル移動操作手段）として機能する。また、十字キーの上／下キーは撮像時のズームスイッチあるいは再生時の再生ズームスイッチとして機能し、左／右キーは再生モード時のコマ送り（順方向／逆方向送り）ボタンとして機能する。キャンセルキーは、選択項目等所望の対象の消去や指示内容の取消し、あるいは１つ前の操作状態に戻らせる時等に使用される。

表示部１０８は、カラー表示可能な液晶モニタで構成されている。表示部１０８（以下の説明では、液晶モニタ１０８と記載する）は、画像の撮影時に画角確認用の電子ファインダとして使用できるとともに、記録済み画像を再生表示する手段として利用される。また、液晶モニタ１０８は、ユーザインターフェース用の表示画面としても利用され、必要に応じてメニュー情報や選択項目、設定内容等の情報が表示される。液晶モニタに代えて、有機ＥＬ（electro-luminescence）等の他の方式の表示装置を用いることも可能である。

撮影装置１００は、記録メディア装着部を有し、記録メディア１１０を装着することができる。なお、記録メディア１１０の形態は特に限定されず、ｘＤピクチャカード（登録商標）、スマートメディア（登録商標）に代表される半導体メモリカード、可搬型小型ハードディスク、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等、種々の媒体を用いることができる。メディアコントローラ１１２は、記録メディア１１０に適した入出力信号の受渡しを行うために所要の信号変換を行う。

次に、撮影装置１００の撮影機能について説明する。動作モード切替スイッチにより撮影モードが選択されると、撮像素子１１８を含む撮像部に電源が供給され、撮影可能な状態（撮影スタンバイ状態）になる。

撮像素子１１８は、レンズ１１４を介して入射した光を受け止めて電気信号に変換する素子であり、例えば、ＣＣＤ固体撮像素子やＣＭＯＳである。この電気信号は、図示せぬプリアンプによって増幅され、Ａ／Ｄ変換部１２０によってデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ１０２に入力される。

撮像素子１１８から出力された電気信号は、ＣＰＵ１０２により処理されて画角確認用の画像データ（スルー画）が作成される。この画像データ（スルー画）は、画像信号として液晶モニタ１０８に出力される。これにより、液晶モニタ１０８にスルー画が表示される。レリーズボタンが操作されてシャッタ１１６の開閉が行われ、画像が撮影されると、撮像素子１１８から出力された電気信号がＣＰＵ１０２により処理されて記憶用の画像ファイルが作成される。この記憶用の画像ファイルは、記録メディア１１０に所定のファイル形式で記憶される。例えば、静止画についてはＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）形式の画像ファイルとして記録され、動画についてはＡＶＩ（Audio Video Interleaving）形式の画像ファイルとして記録される。

動作モード切替スイッチにより再生モードが選択されると、記録メディア１１０に記録されている画像ファイル（例えば、最後に記録された画像ファイル）が読み出されて表示用の画像データが作成される。この表示用の画像データは、液晶モニタ１０８に出力される。これにより、液晶モニタ１０８に記録メディア１１０内の画像が表示される。

［撮影装置１００の測距機能］
次に、撮影装置１００の測距機能について説明する。図８に示すように、本実施形態の撮影装置１００は、投光素子１２２、ドライバ１２４及びアクチュエータ１２６を含む投光部を備えている。また、測距時には、レンズ１１４、シャッタ１１６、撮像素子１１８及びＡ／Ｄ変換部１２０は受光部として機能する。撮像素子１１８の光の受光面側には光学フィルタ１２８が配置されており、光学フィルタ１２８を駆動するためのドライバ１３０及びアクチュエータ１３２が設けられている。

投光素子１２２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）により構成され、測距対象物に対して可視光又は赤外光のパルス光を投光する。ＣＰＵ１０２は、ドライバ１２４を介して発光制御信号を投光素子１２２に出力し、投光素子１２２の発光時間や発光強度を制御する。アクチュエータ１２６は、例えば、モータ、ピエゾ方式等の動力装置により構成され、投光素子１２２をその光路方向（Ｌ１０方向）に移動させる。

撮像素子１１８は、シャッタ１１６の開放時に、レンズ１１４及び光学フィルタ１２８を介して入射した光を受光する受光素子として機能する。光学フィルタ１２８は、レンズ１１４を介して入射した光のうち、投光素子１２２から投光された波長帯の光を選択的に透過させる。光学フィルタ１２８は、ドライバ１３０及びアクチュエータ１３２により駆動制御される。ＣＰＵ１０２は、ドライバ１３０及びアクチュエータ１３２に制御信号を出力して、測距時に撮像素子１１８への入射光の光路Ｌ１２上に進出させる一方、撮影時に光路Ｌ１２上から退避させる。

光学フィルタ１２８を透過した光は、撮像素子１１８により光電変換されて、受光した光（測距対象物からの反射光と外光の和）の強度を示す電気信号に変換される。この電気信号は、Ａ／Ｄ変換部１２０によりデジタルの受光信号に変換されてメモリ１０６に入力される。ＣＰＵ１０２は、距離演算部１３４を備えており、メモリ１０６に蓄積された受光信号に基づいて測距対象物までの距離を演算する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）はそれぞれ投光信号及び受光信号の強度の時間変化を示すグラフであり、図９（ｃ）はシャッタの開放時間を示すグラフである。また、図９（ｄ）は、光学フィルタの退避時間を示すグラフである。撮影時には、図９（ｄ）に示すように、光学フィルタ１２８を光路Ｌ１２外に退避させる。そして、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、シャッタ２４が開閉されて、撮像素子１１８により入射光が受光されて撮影、画像の記録が行われる。

一方、測距時には、図９（ｄ）に示すように、光学フィルタ１２８を光路Ｌ１２上に進出させる。次に、図９（ａ）及び図９（ｃ）に示すように、投光素子１２２からパルス光（投光信号、強度：I₀）が投光され、シャッタ２４が開放されると、撮像素子１１８により測距対象物からの反射光が受光される。図９（ｂ）に示すように、受光信号（強度：I）は、測距対象物からのパルス状の反射光と、測距対象物が置かれた環境における外光（強度：I_r）の和である。そして、反射光の強度Iを測定した後、投光素子１２２をアクチュエータ１２６により距離Δd₁、Δd₂、Δd₃及びΔd₄移動させて、受光信号の強度I₁、I₂、I₃、I₄及び外光の強度I_rを更に４回測定する。そして、測定した受光信号の強度I₁、I₂、I₃、I₄及び外光の強度I_rの値を上記式（１）から式（４）に代入することにより、未知数a₀、a₁、a₂及びdが算出される。なお、測距対象物までの光路長を変更するためには、撮像素子１１８を移動させてもよいし、投光素子１２２と撮像素子１１８の両方を移動させるようにしてもよい。また、投光素子１２２から投光される光の経路上又は撮像素子１１８へ入射する光の経路上に上記第３の実施形態に示したようなミラーユニットを設けるようにしてもよい。

［撮影時の処理］
次に、本実施形態の撮影処理及び測距処理の流れについて、図１０のフローチャートを参照して説明する。画像の撮影時には、まず、光学フィルタ１２８を入射光の光路Ｌ１２上から退避させる（ステップＳ５０）。そして、レリーズスイッチの半押し（Ｓ１＝ＯＮ）」に応じて自動ピント合わせ（ＡＦ）及び自動露出制御（ＡＥ）が作動してＡＦとＡＥをロックされ、全押し（Ｓ２＝ＯＮ）に応じて撮影が行われると、撮像素子１１８により入射光が受光され（ステップＳ５２）、所定の形式の画像ファイルとして記録メディア１１０に記録される（ステップＳ５４）。

［測距時の処理］
測距時には、まず、光学フィルタ１２８を入射光の光路Ｌ１２上に進出させる（ステップＳ５６）。次に、投光素子１２２からパルス光（投光信号）が投光されるとともに（ステップＳ５８）、シャッタ２４が開放される（ステップＳ６０）。そして、測距対象物からの反射光及び外光が撮像素子１１８により受光されて光電変換され、受光した光（測距対象物からの反射光と外光の和）の強度を示す電気信号に変換される（ステップＳ６２）。撮像素子１１８により光電変換されて得られた電気信号は、Ａ／Ｄ変換部１２０によりデジタルの受光信号（強度：I）に変換されてメモリ１０６に記憶される（ステップＳ６４）。

次に、アクチュエータ１２６により投光素子１２２を移動させて、投光素子１２２から投光され、測距対象物に反射されて戻ってくる光の光路長を変更し（ステップＳ６６のＮｏ、ステップＳ６８）、ステップＳ５８からＳ６８のルーティンを測距対象物までの距離dの算出に必要な回数繰り返して、受光信号の強度I、I₁、I₂、I₃、I₄及び外光の強度I_rを測定する。そして、測定値I、I₁、I₂、I₃、I₄及びI_rを式（１）から（４）に代入することにより、測距対象物までの距離dを算出する（ステップＳ７０）。

本実施形態によれば、本発明の測距装置を備えたことにより、被写体の画像を撮影する際に、被写体までの距離を高精度で取得することができる。また、撮影装置の小型化とコストダウンを実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る測距装置の主要構成を示すブロック図 図２（ａ）…投光信号の強度の時間変化を示すグラフ、図２（ｂ）は受光信号の強度の時間変化を示すグラフ、図２（ｃ）…シャッタの開放時間を示すグラフ 本発明の第１の実施形態に係る測距処理の流れを示すフローチャート 測距を連続的に実行する例を模式的に示す図 本発明の第２の実施形態に係る測距装置の主要構成を示すブロック図 本発明の第３の実施形態に係る測距装置の主要構成を示すブロック図 本発明の第３の実施形態に係る測距処理の流れを示すフローチャート 本発明の一実施形態に係る撮影装置の主要構成を示すブロック図 図９（ａ）…それぞれ投光信号及び受光信号の強度の時間変化を示すグラフ、図９（ｂ）…それぞれ投光信号及び受光信号の強度の時間変化を示すグラフ、図９（ｃ）…シャッタの開放時間を示すグラフ、図９（ｄ）…光学フィルタの退避時間を示すグラフ 撮影装置１００の測距処理の流れを示すフローチャート

符号の説明

１０…測距装置、１２…ＣＰＵ、１４…メモリ、１６…投光素子、１８…ドライバ、２０…アクチュエータ、２２…レンズ、２４…シャッタ、２６…光学フィルタ、２８…受光素子、３０…Ａ／Ｄ変換部、３２…距離演算部、５０…アクチュエータ、６０…ミラーユニット、６２…アクチュエータ、６４…反射補正部、１００…撮影装置

Claims (5)

1. 測距対象物に投光する投光手段と、
   前記投光手段から投光されて前記測距対象物により反射された反射光を受光する受光手段と、
   前記反射光が通過する光路の光路長を変更する光路長変更手段と、
   前記光路長変更手段により前記反射光の光路長を変更して、前記受光手段により前記反射光を少なくとも２回受光させる測距制御手段と、
   前記受光した反射光の強度に基づいて、前記測距対象物までの距離を演算する距離演算手段と、
   を備えることを特徴とする測距装置。
2. 前記距離演算手段は、前記反射光の強度を前記測距対象物までの距離の関数として表した式を解いて前記測距対象物までの距離を演算し、
   前記測距制御手段は、前記反射光の強度を前記測距対象物までの距離の関数として表した式を解くために必要な回数、前記光路長を変更して反射光を測定することを特徴とする請求項１記載の測距装置。
3. 前記光路長変更手段は、前記投光手段又は受光手段の少なくとも一方を移動させることを特徴とする請求項１又は２記載の測距装置。
4. 前記光路長変更手段は、前記反射光の光路を形成するミラーと、前記ミラーを移動させて前記光路長を変更するミラー移動手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の測距装置。
5. 請求項１から４記載の測距装置と、
   画像を撮影するための撮影手段とを備え、
   前記撮影手段と前記受光手段とを兼用することを特徴とする撮影装置。

Images