JP2020020688A - Distance measuring device and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測距装置および撮像装置に関し、特に被写体距離を取得する測距装置、及びその測距装置を画像を取得する撮影光学系とは別に備える撮像装置に関する。 The present invention relates to a ranging device and an imaging device, and more particularly to a ranging device that obtains a subject distance, and an imaging device that includes the ranging device separately from an imaging optical system that obtains an image.
従来から、デジタルカメラにおいて、撮像光学系のフォーカス位置を変化させながら画像を取得し、取得した画像のコントラストが最大となるフォーカス位置を合焦位置とするコントラストAF方式によるオートフォーカスが用いられることが知られている。コントラストAF方式によるオートフォーカスは、合焦精度が高いが、画像を取得する撮影光学系(以下、「主たる撮像光学系」という)のフォーカス位置を変化させる必要があるため処理が低速である。また、主たる撮像光学系の被写界深度範囲から大きく外れた被写体に対しては、合焦を適切に行うことができない場合がある。これらの課題は、被写界深度が比較的浅い望遠レンズの場合において、特に顕著である。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a digital camera, an image is acquired while changing a focus position of an imaging optical system, and an autofocus by a contrast AF method is used in which a focus position at which the contrast of the acquired image is maximized is set as a focus position. Are known. The autofocus by the contrast AF method has a high focusing accuracy, but the processing is slow because the focus position of a photographing optical system for acquiring an image (hereinafter, referred to as a “main imaging optical system”) needs to be changed. In addition, it may not be possible to properly perform focusing on a subject that is largely out of the depth of field range of the main imaging optical system. These problems are particularly remarkable in the case of a telephoto lens having a relatively shallow depth of field.
かかる課題を解決すべく、内部に設けられる測距装置で取得した被写体距離に従って合焦位置となる撮像光学系のフォーカス位置を算出する位相差AF方式によるオートフォーカスが用いられる撮像装置が知られている。ここで測距装置とは、主たる撮像光学系とは異なる2つの撮像光学系(以下、「従たる2つの撮像光学系」という)を有する装置であり、従たる2つの撮像光学系を用いて三角測量の原理から被写体距離を算出する。また、従たる2つの撮像光学系が光軸を屈曲させる反射部材(例えばプリズム)を備え、夫々で形成した被写体像を単一の撮像素子ユニットに導くようにすることで測距装置を小型化及び低コスト化させる技術が知られている。 In order to solve such a problem, there is known an image pickup apparatus using autofocus by a phase difference AF method for calculating a focus position of an image pickup optical system to be a focus position according to a subject distance acquired by a distance measuring device provided therein. I have. Here, the distance measuring device is a device having two image pickup optical systems different from the main image pickup optical system (hereinafter, referred to as “second two image pickup optical systems”). The subject distance is calculated from the principle of triangulation. Further, the two subordinate imaging optical systems include a reflecting member (for example, a prism) that bends the optical axis, and guides the subject image formed by each to a single imaging device unit, thereby reducing the size of the distance measuring device. Also, a technique for reducing the cost is known.
特許文献1には、レンジファインダと測距装置(オートフォーカスユニット)とを組み合わせ、夫々の入射窓を一体としたファインダ装置が開示されている。特許文献2には、主たる撮像光学系と、測距装置(測距光学系)を備え、測距光学系を用いて距離マップ画像を取得する撮像装置が開示されている。 Patent Literature 1 discloses a finder device in which a range finder and a distance measuring device (autofocus unit) are combined, and respective entrance windows are integrated. Patent Literature 2 discloses an imaging device that includes a main imaging optical system and a distance measurement device (distance measurement optical system) and acquires a distance map image using the distance measurement optical system.
しかしながら、位相差AF方式によるオートフォーカスでは、従たる2つの撮像光学系を用いて被写体距離を取得する際に、夫々の被写界深度の範囲外に存在する被写体に対しては、被写体距離の算出精度が低下する。この観点から考えると、被写界深度を深くするため、従たる2つの撮像光学系の夫々の焦点距離は短いことが望ましい。しかし、高い分解能で被写体距離を算出するには、従たる2つの撮像光学系の夫々の入射瞳中心を結ぶ直線の長さ(以下、「基線長」という。)、または夫々の焦点距離を長くする必要がある。すなわち、従たる2つの撮像光学系の夫々の被写界深度を深くするためには、夫々の焦点距離を短くした場合、代わりに基線長を長くすることが好ましい。 However, in the autofocus by the phase difference AF method, when the subject distance is acquired using the two subordinate imaging optical systems, the subject located outside the range of the respective depths of field is not subject to the subject distance. Calculation accuracy decreases. From this viewpoint, it is desirable that the focal lengths of the two subordinate imaging optical systems be short in order to increase the depth of field. However, in order to calculate the subject distance with high resolution, the length of a straight line (hereinafter, referred to as “baseline length”) connecting the centers of the entrance pupils of the two subordinate imaging optical systems or the focal length of each of them must be increased. There is a need to. That is, in order to increase the depth of field of each of the two subordinate imaging optical systems, it is preferable to increase the base line length instead of shortening the respective focal lengths.
また、外部からの衝撃や環境変化によって従たる2つの撮像光学系の位置関係が変化すると被写体距離の算出精度、ひいては合焦精度が大きく低下することが一般的に知られている。しかし、外部からの衝撃や環境変化に対する対策については特許文献1,2のいずれにも言及されていない。この対策は、従たる2つの撮像光学系の夫々の被写界深度を深くすべくその基線長を長くした場合、特に重要となる。 It is generally known that when the positional relationship between two subordinate imaging optical systems changes due to an external impact or environmental change, the calculation accuracy of the subject distance and, consequently, the focusing accuracy greatly decrease. However, there is no mention in Patent Documents 1 and 2 about measures against external impacts and environmental changes. This measure is particularly important when the base line length is increased in order to increase the depth of field of each of the two subordinate imaging optical systems.
すなわち、特許文献1のオートフォーカスユニットは、従たる2つの撮像光学系の夫々が反射部材及び対物レンズを備え、2つの対物レンズが形成する被写体像を単一の撮像素子ユニットに導く構成を有する。また、かかる構成のオートフォーカスユニットの基線長とレンジファインダの基線長は等しくさせるため、夫々の対物レンズの焦点距離の和を実質的に基線長としている。よって、夫々の対物レンズの焦点距離を短くしても、その基線長を特許文献1のオートフォーカスユニットでは長くできないため、外部からの衝撃や環境変化による合焦精度の低下は特許文献1では考慮されていない。 That is, the autofocus unit of Patent Document 1 has a configuration in which each of the two subordinate imaging optical systems includes a reflecting member and an objective lens, and guides a subject image formed by the two objective lenses to a single imaging element unit. . In addition, in order to make the base line length of the autofocus unit having such a configuration equal to the base line length of the range finder, the sum of the focal lengths of the respective objective lenses is substantially set to the base line length. Therefore, even if the focal length of each objective lens is shortened, the base line length cannot be lengthened by the autofocus unit of Patent Literature 1, and a reduction in focusing accuracy due to an external impact or environmental change is considered in Patent Literature 1. It has not been.
一方、特許文献2には、測距装置の従たる2つの撮像光学系を用いて距離マップ画像を取得することが開示されているが、従たる2つの撮像光学系の具体的な構成や夫々の焦点距離を短くしながら基線長を大きくする方法はそもそも言及されていない。 On the other hand, Patent Literature 2 discloses that a distance map image is acquired by using two subordinate imaging optical systems of a distance measuring device. However, the specific configuration of each of the two subordinate imaging optical systems and each of them is described. There is no mention of a method of increasing the base line length while shortening the focal length of the lens.
そこで本発明は、温度・湿度などの環境変化や外力が加わっても合焦精度を維持できる測距装置および撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a distance measuring device and an imaging device that can maintain focusing accuracy even when environmental changes such as temperature and humidity or external forces are applied.
本発明の請求項1に係る測距装置は、2つの反射部材を夫々備える第1及び第2の撮像光学系を用いて異なる視点から被写体を撮像素子の第1及び第2の画像読み出し領域の夫々で撮像し、被写体距離を取得する測距装置において、前記第1及び第2の撮像光学系の夫々が備える前記反射部材のうち夫々の前記被写体の側に配置される第1の反射部材を一体的に保持する第1の保持枠と、前記第1及び第2の撮像光学系の夫々が備える前記反射部材のうち夫々の前記撮像素子の側に配置される第2の反射部材を一体的に保持する第2の保持枠と、前記第1の保持枠を前記第2の保持枠に対してこれらの中立線において結合する結合部とを備えることを特徴とする。 A distance measuring apparatus according to a first aspect of the present invention uses a first and a second imaging optical system each including two reflecting members to convert a subject from different viewpoints into a first and a second image reading area of an imaging element. In the distance measuring apparatus that captures an image and obtains a subject distance, the first and second imaging optical systems each include a first reflection member that is disposed on a side of the subject among the reflection members that are included in the first and second imaging optical systems. A first holding frame for integrally holding, and a second reflecting member arranged on the side of the image sensor among the reflecting members included in each of the first and second imaging optical systems are integrally formed. And a connecting portion for connecting the first holding frame to the second holding frame at a neutral line of the second holding frame.
本発明の請求項10に係る撮像装置は、前記測距装置が組み込まれた撮像装置であって、前記測距装置で取得された前記被写体距離に基づき、第3の撮像光学系を用いて前記被写体を前記撮像素子より高解像度の撮像素子で撮像する際の焦点調節を行うことを特徴とする。 The imaging device according to claim 10 of the present invention is an imaging device in which the distance measuring device is incorporated, and the third imaging optical system uses the third imaging optical system based on the subject distance acquired by the distance measuring device. It is characterized in that a focus is adjusted when an object is imaged by an image sensor having a higher resolution than the image sensor.
本発明によれば、温度・湿度などの環境変化や外力が加わっても合焦精度を維持できる。 According to the present invention, focusing accuracy can be maintained even when environmental changes such as temperature and humidity or external forces are applied.
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1を参照して、2つの撮像光学系を用いて被写体距離を取得する方法について説明する。 With reference to FIG. 1, a method for acquiring a subject distance using two imaging optical systems will be described.
図1は、本発明の実施形態に係る測距装置における被写体距離の算出方法を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a method of calculating a subject distance in a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1において、測距装置は、同一構造の2つの撮像光学系CA,CBと、これらにより形成される光学像を夫々画像読み出し領域SA,SBにおいて被写体像として撮像する1つの撮像素子を有する。 In FIG. 1, the distance measuring apparatus has two imaging optical systems CA and CB having the same structure, and one imaging element that captures an optical image formed by these as an object image in image reading areas SA and SB, respectively.
以下、2つの撮像光学系CA,CBを用いて撮影シーンのうちの1点に存在する被写体Objを画像読み出し領域SA,SBで撮像する場合の被写体距離を取得する場合について説明する。尚、x軸は撮像光学系CA,CBの入射瞳が位置する平面上にあって、夫々の入射瞳中心を通り、且つ夫々の入射瞳中心からの距離がいずれもD/2である点を原点とする。一方、z軸は、その原点を通り、且つその伸びる方向が撮像光学系CA,CBの光軸と平行である軸である。すなわち、撮像光学系CA,CBの夫々の入射瞳中心は(−D/2,0)、(D/2,0)に存在する。ここで、撮像光学系CA,CBの夫々の焦点距離をf、1つの撮像素子の画像読み出し領域SA,SBの夫々における(x,z)に存在する被写体Objからの光を記録した対応画素P1,P2のx座標の値を−D/2−a,D/2+bとする。この場合、以下の式(1)が成立する。 Hereinafter, a case will be described in which the subject distance in the case where the subject Obj existing at one point in the shooting scene is imaged in the image readout areas SA and SB using the two imaging optical systems CA and CB. Note that the x-axis is on a plane where the entrance pupils of the imaging optical systems CA and CB are located, passes through the centers of the respective entrance pupils, and the distance from each of the entrance pupil centers is D / 2. Use the origin. On the other hand, the z-axis is an axis that passes through the origin and extends in a direction parallel to the optical axes of the imaging optical systems CA and CB. That is, the center of the entrance pupil of each of the imaging optical systems CA and CB exists at (−D / 2, 0) and (D / 2, 0). Here, the focal length of each of the imaging optical systems CA and CB is set to f, and the corresponding pixel P1 that records light from the subject Obj existing at (x, z) in each of the image readout areas SA and SB of one image sensor. , P2 are -D / 2-a and D / 2 + b. In this case, the following equation (1) holds.
式(1)において、b−aは、互いに異なる視点から同一の被写体を撮像した際の撮像面上での位置ずれ、すなわち視差の量(視差量)である。この視差量b−aを取得することができれば、視差量b−a、撮像光学系CA,CBの夫々の焦点距離f、および基線長Dを式(1)に代入することにより、被写体距離zを算出することができる。 In Expression (1), ba is a displacement on the imaging surface when the same subject is imaged from different viewpoints, that is, an amount of parallax (amount of parallax). If the parallax amount ba can be obtained, the object distance z can be obtained by substituting the parallax amount ba, the focal length f of each of the imaging optical systems CA and CB, and the base line length D into Expression (1). Can be calculated.
続いて、図2を参照して、図1の2つの撮像光学系CA,CBを用いて撮像された2つの被写体像IMG1,IMG2から視差量を取得するための対応画素の座標の取得方法について説明する。 Next, referring to FIG. 2, a method of acquiring coordinates of corresponding pixels for acquiring a parallax amount from two subject images IMG1 and IMG2 captured using two imaging optical systems CA and CB in FIG. explain.
図2において、被写体像IMG1,IMG2は、2つの撮像光学系CA,CBを用いて異なる視点から被写体が、1つの撮像素子の画像読み出し領域SA,SBの夫々で撮像された画像である。 In FIG. 2, subject images IMG1 and IMG2 are images obtained by capturing a subject from different viewpoints using the two imaging optical systems CA and CB in the image readout areas SA and SB of one imaging device.
以下、画像読み出し領域SA,SBを含む撮像素子上であって、その中心(不図示)を原点、図2の水平方向をX軸、垂直方向をY軸とし、また、被写体像IMG1の画素値をF1(X,Y)、被写体像IMG2の画素値をF2(X,Y)として説明する。 Hereinafter, on the image sensor including the image readout areas SA and SB, the center (not shown) is the origin, the horizontal direction in FIG. 2 is the X axis, the vertical direction is the Y axis, and the pixel value of the subject image IMG1 is Is described as F1 (X, Y) and the pixel value of the subject image IMG2 is F2 (X, Y).
被写体像IMG1における図1の対応画素P1の座標(X1,Y1)に対応する、被写体像IMG2における図1の対応画素P2の座標(X2,Y2)は以下のように取得できる。まず、被写体像IMG1における画素値F1(X1,Y1)を検出する。次に、その検出された画素値F1(X1,Y1)と最も類似する画素値F2(X2,Y2)を被写体像IMG2から探索する。その後、その探索された画素値F2(X2,Y2)から対応画素P2の座標(X2,Y2)を取得する。 The coordinates (X2, Y2) of the corresponding pixel P2 of FIG. 1 in the subject image IMG2 corresponding to the coordinates (X1, Y1) of the corresponding pixel P1 of FIG. 1 in the subject image IMG1 can be obtained as follows. First, a pixel value F1 (X1, Y1) in the subject image IMG1 is detected. Next, a pixel value F2 (X2, Y2) most similar to the detected pixel value F1 (X1, Y1) is searched from the subject image IMG2. Thereafter, the coordinates (X2, Y2) of the corresponding pixel P2 are obtained from the searched pixel value F2 (X2, Y2).
なお、以降の説明において、被写体像IMG1,IMG2上の対応点と対応画素とは同一の意味である。ただし、一の画像における一般的に任意の画素の画素値と最も類似する画素値を他の画像から探索することは難しい。このため、かかる探索には、任意の対応画素P1の画素値だけでなくその近傍の画素の画素値も用いるブロックマッチング法と呼ばれる手法を用いるにようにしてもよい。これにより、2つの被写体像IMG1,IMG2の対応画素の座標を確実に取得することができ、視差量を算出することができる。 In the following description, the corresponding point and the corresponding pixel on the subject images IMG1 and IMG2 have the same meaning. However, it is generally difficult to search a pixel value most similar to a pixel value of an arbitrary pixel in one image from another image. For this reason, in such a search, a method called a block matching method using not only the pixel value of an arbitrary corresponding pixel P1 but also the pixel values of neighboring pixels may be used. Thus, the coordinates of the corresponding pixels of the two subject images IMG1 and IMG2 can be reliably obtained, and the amount of parallax can be calculated.
以上説明したように、2つの撮像光学系を用いて撮像した2つの被写体像の対応画素の座標を取得し、その取得した座標から視差量を算出し、この視差量に基づいて被写体距離を算出することができる。 As described above, the coordinates of the corresponding pixels of the two subject images captured using the two imaging optical systems are obtained, the parallax amount is calculated from the obtained coordinates, and the subject distance is calculated based on the parallax amounts. can do.
対応画素の座標を取得する際、用いる2つの被写体像は合焦した鮮鋭な画像であることが好ましい。すなわち、これらの2つの被写体像を撮像する際には被写体が2つの撮像光学系の夫々の被写界深度内に収まっていることが好ましい。これは、被写体がぼけている場合、真の対応画素とは異なる、誤った画素の画素値が対応画素の画素値として探索され、結果として誤った被写体距離が算出される可能性があるためである。 When acquiring the coordinates of the corresponding pixel, it is preferable that the two subject images used are sharp images that are in focus. That is, when capturing these two subject images, it is preferable that the subject be within the respective depths of field of the two imaging optical systems. This is because when the subject is blurred, a pixel value of an erroneous pixel different from the true corresponding pixel may be searched for as a pixel value of the corresponding pixel, and as a result, an erroneous subject distance may be calculated. is there.
続いて、図3〜図7を参照して、本発明における測距装置の詳細な構成について説明する。 Subsequently, a detailed configuration of the distance measuring device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図3は、図1の被写体距離の算出に用いられる測距装置のハードウェア構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a hardware configuration of a distance measuring device used for calculating the subject distance in FIG.
図3(a)は、測距装置の全体構成図である。 FIG. 3A is an overall configuration diagram of the distance measuring device.
図3(a)に示されるように、測距装置は、2つの撮像光学系CA,CB、及び撮像素子18を備える。
As shown in FIG. 3A, the distance measuring device includes two imaging optical systems CA and CB, and an
撮像光学系CAは、1つのプリズム11a、3つのレンズ12a〜14a、及び三角ミラー反射面15aを備える。同様に、撮像光学系CBは、1つのプリズム11b、3つのレンズ12b〜14b、及び三角ミラー反射面15bを備える。図3のように、三角ミラー反射面15a,15bは、レンズ14a,14bの間に配置される三角ミラー15の、レンズ14a,14bの夫々と面する面を指す。三角ミラー15は、三角ミラー反射面15a,15bがアクリルのような合成樹脂でミラー蒸着された三角形の部品である。尚、2つの撮像光学系CA,CBは単焦点光学系である。本発明の実施形態における測距装置は35mm換算焦点距離400mmで設計されている。このため、プリズム11a,11b、三角ミラー15の光学的敏感度が高く、わずかな倒れで2つの撮像光学系CA,CBを用いて撮像される2つの被写体像IMG1,IMG2がずれる恐れがある。図3(a)において、撮像光学系CA,CBの光軸OA,OBが夫々一点鎖線で示されている。このとき、光軸OAとプリズム11aの交わる点と、光軸OBとプリズム11bの交わる点との距離が測距装置の基線長Dに相当する。
The imaging optical system CA includes one
撮像光学系CAの光軸OAは、図1におけるXZ平面においてプリズム11aで90度、三角ミラー反射面15aで90度折り曲げられ、撮像素子18の画像読み出し領域SAに入射する。すなわちプリズム11a、三角ミラー15は夫々、撮像光学系CAの光軸OAを90度屈曲させる。同様に、プリズム11b、三角ミラー反射面15bは夫々、撮像光学系CBの光軸OBを90度屈曲させ、撮像素子18の画像読み出し領域SBに入射させる。撮像光学系CA,CBは互いに同一の構成を有し、撮像素子18の中心を通り、Z軸に平行な直線に対して回転対象になるように配置されている。
The optical axis OA of the imaging optical system CA is bent 90 degrees by the
このように光軸OA,OBを2回折り曲げる反射部材を2つ組み合わせることで、2つの撮像光学系CA,CBで形成される被写体像IMG1,IMG2が1つの撮像素子18により撮像される場合においても長い基線長を実現することができる。これは、基線長は2つの撮像光学系CA,CBの入射瞳中心を結ぶ線分に最も近いレンズの中心間の距離に相当するためである。すなわち、撮像光学系CA,CBの夫々の撮像素子18側の反射部材は、夫々を構成する部分がミラー蒸着される、一体的に構成される部品であれば、その形状は三角ミラー15のような三角形でなくてもよい。
By combining two reflecting members that bend the optical axes OA and OB twice as described above, when the subject images IMG1 and IMG2 formed by the two imaging optical systems CA and CB are captured by one
図3(b)は、測距装置の2つの撮像光学系CA,CBにより被写体の光が導かれる撮像素子18を三角ミラー15から見たときの正面図である。
FIG. 3B is a front view of the
図3(b)において、基線長Dを一点鎖線で示している。また図3(b)では、撮像光学系CAのイメージサークルICa、光軸OAと撮像素子18との交点OCa、及び撮像素子18の画像読み出し領域SAが示される。同様に、図3(b)では、撮像光学系CBのイメージサークルICb、光軸OBと撮像素子18との交点OCb、及び画像読み出し領域SBが示される。このように撮像光学系CA,CBは、交点OCa,OCbを結ぶ直線と、基線長Dとが互いに略水平となるように配置されている。また、撮像素子18は、その長辺が基線長Dと略平行になり、その短辺が基線長Dと略垂直となるように配置されている。
In FIG. 3B, the base line length D is indicated by a dashed line. FIG. 3B shows an image circle ICa of the imaging optical system CA, an intersection OCa between the optical axis OA and the
画像読み出し領域SA,SBは、撮像素子18における、撮像光学系CA,CBにより形成される被写体像IMG1,IMG2が夫々撮像される画素領域である。撮像素子18の画素のうち画素読み出し領域SA,SB以外の画素は使用しないため、撮像素子18は、画素読み出し領域SA,SBのみに画素が存在するように構成してもよい。また、撮像素子18は、1つの回路基板に画像読み出し領域SA,SBに対応する2つの画素群が形成される構成であってもよい。このように基線長Dに対して2つの画像読み出し領域SA,SB間の距離が小さければよく、撮像素子18の形態は任意に変更することができる。
The image readout areas SA and SB are pixel areas in the
図4〜図6は本発明における測距装置のメカ構成の詳細を示した図である。 4 to 6 are views showing details of the mechanical configuration of the distance measuring apparatus according to the present invention.
図4は本発明における測距装置の断面図、図5は展開斜視図である。図6は、撮像素子18を含む撮像素子ユニット600の展開斜視図である。
FIG. 4 is a sectional view of the distance measuring apparatus according to the present invention, and FIG. 5 is an exploded perspective view. FIG. 6 is an exploded perspective view of the
図4および図5に示されるように、2つのプリズム11a,11bはプリズム保持枠101(第1の保持枠)によって一体的に保持されている。2つのプリズム11a,11bは図示されていないがUV接着によってプリズム保持枠101に対して固定される。レンズ12aは第1レンズ保持枠103aに保持されており、プリズム11aと同様にUV接着によって固定されている。レンズ12bも同様に第1レンズ保持枠103bに対してUV接着によって固定されている。レンズ13a,13b,14a,14b、及び三角ミラー15は、三角ミラー反射面15a,15bを構成する面以外の面(取付け面)において第2レンズ保持枠102(第2の保持枠)に保持されている。また、第2レンズ保持枠102に対して取付け面はプリズム11a,11bと同様にUV接着によって固定されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the two
次に、撮像素子ユニット600について図6を用いて説明する。
Next, the
図6のように撮像素子ユニット600は、撮像素子ホルダ104と、撮像素子マスク106と、赤外光をカットするコーティングが施されたガラス板17と、撮像素子18を保持する撮像素子保持板105で構成される。ここで、撮像素子マスク106は、2つの撮像光学系CA,CBにより形成される被写体像IMG1,IMG2がお互いに干渉しないように仕切りをする部品である。
As shown in FIG. 6, the
撮像素子18は、撮像素子保持板105に対してUV接着によって固定されている。撮像素子18を一体的に保持する撮像素子保持板105は撮像素子マスク106、ガラス板17を挟んで撮像素子ホルダ104に対してビスで締結される。
The
図4,5に示すように、第1レンズ保持枠103a,103bは第2レンズ保持枠102と別体構成であって、第1レンズ保持枠103a,103bのねじ部203a,203bと第2レンズ保持枠102のねじ部102a,102bとが螺合して結合する。2つの撮像光学系CA,CBにより形成される被写体像IMG1,IMG2は、撮像素子18で撮像される際、レンズ12a,12b,13a,13b,14a,14b及び三角ミラー15の取り付け誤差によって合焦具合に差が出ることがある。すなわち、被写体像IMG1,IMG2の一方は鮮明な画像が撮像されたとしても、他方の画像がぼけていて、正確な被写体距離を算出できない可能性がある。そのため、第1レンズ保持枠103a,103bの位置をねじ部203a,203bで調整し、2つの撮像光学系CA,CBによって撮像される画像のピントを揃える役割を果たしている。第1レンズ保持枠103a,103bの第2レンズ保持枠102に対する位置調整後、ねじ部203a,203b及びねじ部102a,102bはUV接着によって固定される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the first
図4および図5のように第2レンズ保持枠102に対して、プリズム保持枠101と撮像素子ユニット600が締結される。撮像素子ユニット600は第2レンズ保持枠102の図示しない2つの軸部に対して、位置決め穴部104aと回転止め穴部104bが嵌合し、4つの穴部104cから図示しないねじで締結することにより、第2レンズ保持枠102に対して固定される。また、プリズム保持枠101も同様に第2レンズ保持枠102に対して不図示のねじで締結される。プリズム保持枠101と第2レンズ保持枠102は、図4、図5に示す2つの撮像光学系CA,CBの中立線OC上でお互いが3つのねじ部101a(結合部)で締結される。尚、本実施例ではねじ101aの数は3つとしたが、中立線OC上にでプリズム保持枠101と第2レンズ保持枠102を締結できればその数は3つでなくてもよい。ここで中立線OCとは、図1のz軸と一致する線を意味する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
プリズム保持枠101は2つのプリズム11a,11bを保持しているが、2つのプリズム11a,11bの光学的敏感度が高いためわずかに相対倒れが変わると被写体距離算出精度が悪化する。そのため、プリズム保持枠101は外部環境の変化の影響を受けにくいように線膨張係数の小さい材料を使用している。例えば金属部品やガラス部品を使用している。また、外部環境の影響を受けた時でも2つのプリズム11a,11bの位置変化の量が同じ量になるように、プリズム保持枠101を構成する部品の肉厚は均一で、プリズム保持枠101の形状は図4、図5の中立線OCに対して線対称形状で形成されている。ここで、肉厚が均一とは肉厚の誤差が5%未満であることを意味し、また、中立線OCに対して線対称形状であるとは、中立線OCからの線対称位置からの誤差が5%未満であることを意味する。
The
また、第2レンズ保持枠102は三角ミラー15を保持している。このため、外部環境の影響を受けて三角ミラー15が傾くと、2つの撮像光学系CA,CBから撮像素子18に撮像される2つの被写体像IMG1,IMG2の位置もずれる。但し、三角ミラー反射面15a,15bは一体的に傾くため、撮像素子18における2つの被写体像IMG1,IMG2の撮像位置は変わるが、その相対的な位置関係は変わることはない。また、第2レンズ保持枠102に保持されているレンズ部材12〜14はそれほど光学的敏感度が高くないため、多少の位置ずれは許容できる。そのため、第2レンズ保持枠102は一般的に使用されているポリカーボネイトのような樹脂部品で形成されていても構わない。よって、本発明の実施例における測距装置においては、プリズム保持枠101は第2レンズ保持枠102よりも線膨張係数が小さい材質が用いられている。
The second
ここで、2つのプリズム11a,11bは光学的な敏感度が高く2つのプリズム11a,11bが偏心すると2つの被写体像IMG1,IMG2が画像読み出し領域外にはみ出ることで画像読み出しができなくなる恐れがある。また、かかる偏心により2つの被写体像IMG1,IMG2の位置が初期位置からずれ、精度の高い被写体距離算出ができなくなる恐れがある。
Here, the two
本発明の測距装置の構成において、温度や湿度などの環境変化によってプリズム保持枠101を構成する材料が膨張したとしても、プリズム保持枠101は測距装置の中立線OC上にあるねじ101aで締結されているため、ねじ部101aを起点に膨張する。そのため、プリズム保持枠101の2つのプリズム11a,11bは同じ移動量だけ変位する。また、プリズム保持枠101、第2レンズ保持枠102、撮像素子ユニット600のいずれかが外力によって位置ずれが発生する場合がある。かかる場合も、プリズム保持枠101、第2レンズ保持枠102、及び撮像素子ユニット600は一体的に締結されているため外力に対して一体的に位置ずれが起きる。このように、本発明の測距装置では、その内部の部品の位置ずれが発生した場合に、撮像光学系CA,CBを用いて撮像素子18に形成される2つの被写体像IMG1,IMG2の相対位置関係がずれることをなくす。これにより、高い被写体距離算出精度を維持することができる。
In the configuration of the distance measuring apparatus according to the present invention, even if the material forming the
以上、測距装置を例にして説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、図7に示すように、第3の光学系10cを用いて被写体を撮像素子18より高解像度の撮像素子(不図示)で撮像する撮像装置700に、本発明の撮像光学系CA,CBを有する測距装置を組み込むようにしてもよい。これにより、測距装置で取得された被写体距離に基づき、被写体の撮像時の焦点調節を高速かつ精度よく行うことができる。
The range finder has been described above as an example, but the present invention is not limited to these embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. For example, as shown in FIG. 7, the imaging optical system CA, CB of the present invention is applied to an
また、本発明においてはUV接着によってレンズやプリズムを固定しているが、板バネなどで付勢して固定する方法でもよく、本発明の方法に限らない。また、本発明における2つの撮像光学系は35mm換算で400mm相当の単焦点光学系であったが、変倍光学系であってもいいし、焦点距離も400mmに限らなくてよい。本発明における2つの撮像光学系CA,CBのピントを揃えるためにレンズ位置をねじで調整する構成をとったが、フォーカシング用のレンズを配置して、ピント調整するようなメカ構成にしてもよい。 Further, in the present invention, the lens and the prism are fixed by UV bonding. However, a method of urging and fixing with a leaf spring or the like may be used, and is not limited to the method of the present invention. Further, the two imaging optical systems in the present invention are single focal length optical systems equivalent to 400 mm in 35 mm conversion, but may be variable magnification optical systems and the focal length is not limited to 400 mm. In the present invention, the lens position is adjusted with a screw in order to align the focus of the two imaging optical systems CA and CB. However, a mechanical configuration may be adopted in which a focusing lens is arranged to adjust the focus. .
さらに、本実施形態においては、2つの撮像光学系CA,CBは同一構造を有したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、プリズム保持枠101、第2レンズ保持枠102、及び撮像素子ユニット600が一体的に締結され、外力に対して一体的に位置ずれが起きる構成であれば、2つの撮像光学系CA,CBの構造は異なるものであってもよい。
Further, in the present embodiment, the two imaging optical systems CA and CB have the same structure, but the present invention is not limited to this. In other words, if the
CA,CB 撮像光学系
11a,11b プリズム
15a,15b 三角ミラー反射面
SA,SB 画像読み出し領域
18 撮像素子
101 プリズム保持枠
101a ねじ部
102 第2レンズ保持枠
OC 中立線
CA, CB Image pickup
Claims (10)
前記第1及び第2の撮像光学系の夫々が備える前記反射部材のうち夫々の前記被写体の側に配置される第1の反射部材を一体的に保持する第1の保持枠と、
前記第1及び第2の撮像光学系の夫々が備える前記反射部材のうち夫々の前記撮像素子の側に配置される第2の反射部材を一体的に保持する第2の保持枠と、
前記第1の保持枠を前記第2の保持枠に対してこれらの中立線において結合する結合部とを備えることを特徴とする測距装置。 A distance measuring apparatus that captures an image of a subject from different viewpoints in respective first and second image readout areas of an image sensor using first and second imaging optical systems each including two reflecting members, and acquires a subject distance. At
A first holding frame that integrally holds a first reflecting member disposed on the subject side among the reflecting members included in each of the first and second imaging optical systems;
A second holding frame that integrally holds a second reflecting member disposed on the image sensor side of each of the reflecting members included in each of the first and second imaging optical systems;
A coupling portion for coupling the first holding frame to the second holding frame at these neutral lines.
An imaging device incorporating the distance measuring device according to any one of claims 1 to 9, using a third imaging optical system based on the subject distance acquired by the distance measuring device. An imaging apparatus for performing focus adjustment when imaging the subject with an imaging device having a higher resolution than the imaging device.
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