JP2021018174A - 距離検出装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測距動作時にユーザが触れる外装部分の温度上昇を抑制することが可能な距離検出装置を提供する。【解決手段】距離検出装置３００はカメラ１００のレンズ装置２００を取り囲むように配置され、その中心軸がレンズ装置２００の中心軸と略一致するように取り付けられる。距離検出装置３００は、対象領域を照射するための発光素子３０９と、対象物３５６による、照射光３５４の反射光３５５を受光する受光素子３１０を備える。走査デバイス４００は発光素子３０９からの照射光３５４を対象領域上で２次元的に走査する。距離演算部（ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０）は、照射光３５４を発してから受光素子３１０が反射光３５５を受光するまでの時間に基づいて、対象物までの距離情報を演算してカメラ１００に送信する。距離検出装置３００内にて、発光素子３０９はレンズ装置２００に接する側に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、被写体の距離情報を取得する距離検出装置に関するものである。

スマートフォン等が普及し、撮影の機会や写真撮影枚数が大幅に増加しており、周辺技術の進歩により撮像画像の画質や解像感が向上している。更に画質や解像感を高めるために、撮像装置から被写体までの距離情報（画像の奥行情報）を画素ごとに取得する技術がある。撮影前に距離情報を取得して、ＡＦ（自動焦点調節）の高速化、白とびや黒つぶれ等の発生箇所を補完する等の撮影補助、２次元画像に対する３次元的な画像表現が可能となる。撮影時の距離情報を用いて、背景と主被写体の画像にコントラスト差を設定したり、主被写体の輪郭を強調したり、主被写体に向けられている外光により発生する陰影を調整することができる。撮影時に保持した距離情報を用いて撮影後に、主被写体へ照射される外光の向きを変更する画像処理や前記補完が可能となる。また多視点撮影、拡張現実、仮想現実等の分野では３次元空間のマッピングに距離情報が活用される。画像や映像から距離情報を取得するための距離画像は、画素ごとに被写体の距離情報を表す画像である。

ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式は、撮像装置から被写体に向けて測距光を照射し、その反射光を距離画像取得用の撮像素子が受光するまでにかかる時間から距離を算出する方法である。例えば、所定の照射パターンにより強度変調された赤外光が被写体に照射される。被写体により反射された赤外光は撮像素子で受光され、照射パターンの照射時点と受光時点との時間差が検出されて距離値が算出される。距離値は画素ごとにビットマップ状に集められ、距離画像データとして保存される。特許文献１に開示された装置は、撮像装置本体に配置された測距光照射器の照射方向をアクチュエータにより変化させて、全撮影範囲への測距光の照射を行う。ユーザがどのような撮影画角で撮影を行っても、撮影画像全域での距離画像を正しく取得できる。

特開２０１４−１５７０４４号公報 特開２０１４−１４２５４７号公報

しかしながら、特許文献１には測距光照射器（照射手段）の詳細について記載がない。距離検出装置の照射手段は、数メートルから数十メートル先の被写体に向けて測距光を照射する必要があるので、特に高出力の赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）または赤外レーザが使用される。これらの光源は、その駆動時の発熱量が大きいので高温になる。そのため、光源が距離検出装置の外装部近傍に配置される場合、外装部表面への伝熱によって局所的に高温となる。この外装部表面にユーザの手等が接触し続けると低温やけどを発症する可能性が考えられる。
本発明の目的は、測距動作時にユーザが触れる外装部分の温度上昇を抑制することが可能な距離検出装置を提供することである。

本発明の一実施形態の距離検出装置は、対象領域を照射光で照射する発光手段と、前記照射光を走査する走査手段と、前記対象領域上の対象物による、前記照射光の反射光を受光する受光手段と、前記発光手段が前記照射光を照射してから前記受光手段が前記反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離情報の演算を行う距離演算手段と、を備える距離検出装置であって、前記距離検出装置は撮像装置が備えるレンズ装置を取り囲む位置にあって、前記発光手段は前記距離検出装置の内部で前記レンズ装置と接する側に配置される。

本発明の距離検出装置によれば、測距動作時にユーザが触れる外装部分の温度上昇を抑制することが可能である。

実施形態のカメラシステムの外観斜視図である。 第１実施形態の距離検出装置を説明する分解斜視図である。 第１および第２実施形態のカメラシステムの回路構成を説明する図である。 走査デバイスの概略図である。 ＴＯＦカメラシステムを説明する図である。 実施形態における取得画像を説明する図である。 発光素子をすべて用いた照射により撮影する場合を説明する図である。 第１実施形態の距離検出装置における発光素子の配置を説明する図である。 ユーザがカメラシステムを使用する様子を説明する図である。 第１実施形態における照射光路を説明する図である。 比較例における照射光路を説明する図である。 第１実施形態における固定ミラーホルダの構成を説明する図である。 第１実施形態の変形例における発光素子の配置を説明する図である。 第２実施形態における発光素子の配置を説明する図である。 第３実施形態の距離検出装置を説明する分解斜視図である。 第３実施形態のカメラシステムの回路構成を説明する図である。 撮影画角と発光素子と走査デバイスの反射ミラーの関係を説明する模式図である。 取得画像を説明する図である。 各照射範囲が互いにオーバーラップ部をもつ状態を示す図である。 被写体面と発光素子と走査デバイスの反射ミラーの関係を説明する模式図である。 第４実施形態における照射範囲を説明する図である。 第４実施形態における距離画像の取得方法を説明する図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。各実施形態では、撮像装置（以下、カメラとも称す）１００が備えるレンズ装置２００に距離検出装置３００が装着されたカメラシステム１の例を示す。

［第１実施形態］
図１から図１３を参照して、本実施形態について説明する。図１はカメラシステム１の外観斜視図である。説明の便宜上、カメラ１００の底面には、互いに直交するＸ軸およびＺ軸を定義し、Ｘ軸およびＺ軸のそれぞれに対して直交する軸をＹ軸と定義する。カメラ１００の光軸Ｏの方向はＺ軸に平行な方向とし、被写体側を前側と定義する。またレンズ装置２００の光軸を中心とする半径方向において光軸に近い側を内周側とし、光軸から離れる側を外周側と定義する。

カメラ１００の本体部はグリップ部１１７を有する。グリップ部１１７はユーザがカメラ１００を把持する把持部である。カメラ１００の正面には、レンズ装置２００が設けられている。距離検出装置３００は対象物に対向するように、レンズ装置２００の前端部にて取付け機構（不図示）によりレンズ装置２００の外周を囲むように取り付けられている。取付け機構の構成については、例えば特許文献２に開示されており、レンズ装置への装着用のロック機構が採用される。その詳しい説明は省略する。なお、レンズ装置２００については、カメラ１００の本体部に対して着脱可能でもよく、また両者が一体的に構成されていてもよい。

距離検出装置３００は、レンズ装置２００に対して着脱可能であるか、またはレンズ装置２００と一体的に構成される。例えば、距離検出装置３００は、その中心軸がレンズ装置２００の中心軸と略一致するように取り付けられる。距離検出装置３００は、レンズ装置２００の光軸Ｏを中心とした円環形状を成し、発光部３０１および受光部３０２を備える。レンズ装置２００の前面レンズは距離検出装置３００の開口部から前側に露出した状態である。距離検出装置３００はカメラ１００に対してケーブル２を介して電気的に接続されており、各種情報の通信や給電が行われる。

距離検出装置３００はレンズ装置２００の前端部の周囲を取り囲むように配置されるので、距離検出装置３００の照射光（測距光）に対し、レンズ装置２００等の障害物によるケラレは発生しない。撮像装置の画角領域内への照射を行い、測距光を距離画像取得用の撮像部で受光して、距離画像を取得することができる。

図２は、距離検出装置３００の分解斜視図である。距離検出装置３００は、フロントカバー３０４、発光部３０１、受光部３０２、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと略称する）３０６、接続端子３０７、リアカバー３０５を備える。

発光部３０１は対象領域を照射光で照射する。発光部３０１は、発光素子３０９ａ〜３０９ｄ、ＭＥＭＳ方式の走査デバイス４００を備える。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）方式は微小電気−機械システム方式であり、微小な電子回路と機械要素を基板上に組み込んだシステムを構築することができる。発光部３０１はさらに、固定ミラー７０５ａ，７０５ｂと固定ミラーホルダ７０６ａ，７０６ｂを備える。なお、走査デバイス４００の詳細に関しては、図４を用いて後述する。

受光部３０２は、受光素子（ＴＯＦセンサ）３１０と、レンズユニット３０８を備える。レンズユニット３０８は、受光素子３１０の前面側、つまり対象領域上の対象物である被写体の側に配置される結像レンズを含む。

発光素子３０９ａ〜３０９ｄと受光素子３１０はＦＰＣ３０６を介して、それらの制御部（図３：ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０）と電気的に接続されている。距離検出装置３００が備える接続端子３０７は、ＦＰＣ３０６に実装されている。フロントカバー３０４とリアカバー３０５がビス（不図示）等により締結固定された状態において、接続端子３０７はフロントカバー３０４とリアカバー３０５の境界部で外部に露出する。

図３は、本実施形態のカメラシステム１の主要な電気的構成を示すブロック図である。まず、カメラ１００およびレンズ装置２００の構成について説明する。カメラ１００の本体部に内蔵されたマイクロコンピュータ（以下、「ＭＰＵ」と称する）１０１は、カメラ１００の動作制御を司る。ＭＰＵ１０１は各構成要素に対して様々な処理や指示を実行する。ＭＰＵ１０１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、入出力制御回路（Ｉ／Ｏ ＣＯＮＴＲＯＬ）、マルチプレクサ、タイマ回路等を含むマイコン内蔵のワンチップＩＣ回路構成である。ＭＰＵ１０１はカメラシステム１の制御をソフトウエアにより行うことができる。電池１０２はカメラ１００の電源であり、電源回路１０３に接続される。電源回路１０３は、出力電圧を後述する各回路に供給する。

スイッチ群１０６は、例えばレリーズボタン１１８（図１）の半押し操作でオンになるスイッチ（ＳＷ１）、レリーズボタン１１８の全押し操作でオンになるスイッチ（ＳＷ２）を含む。またスイッチ群１０６は、露出を設定するためのスイッチ（絞り、シャッタ速度設定ＳＷ）等の各種操作スイッチを含む。スイッチ群１０６による信号はＭＰＵ１０１が取得する。

測距回路１０８は被写体距離の測定を行い、測定データをＭＰＵ１０１に出力する。被写体距離の測定方法に関して、例えばアクティブ方式では、カメラ１００側から光を照射して、被写体からの反射光を受光することにより被写体距離情報を取得可能である。パッシブ方式では、画面に対応して設けられたラインセンサ等の撮像センサの像信号を読みとることにより、被写体像に対応する焦点位置から位相差検出方式での演算を行い、被写体距離情報を検出可能である。また、測距回路１０８は被写体が人物である場合に顔検知や瞳検知等の、特徴領域の検出を行うことが可能である。

ＭＰＵ１０１は、カメラ側接点１１６とレンズ側接点２０７を介してレンズ装置２００と通信を行う。レンズ装置２００が備えるレンズ制御回路２０１は、ＭＰＵ１０１との間で通信を行い、ＡＦ（オートフォーカス）駆動回路２０３を介して撮影レンズ２０５を駆動し、焦点調節の制御を行う。図３では便宜上、１枚の撮影レンズ２０５のみを図示しているが、実際はフォーカスレンズ等、多数のレンズ群によって撮像光学系が構成される。ＡＦ駆動回路２０３は、例えばステッピングモータ等により、レンズ制御回路２０１の制御指令にしたがってフォーカスレンズの位置を変化させ、焦点合わせを行う。またレンズ制御回路２０１は、絞り駆動回路２０４を介して絞り装置２０６を駆動し、露出制御を行う。絞り駆動回路２０４は、例えばオートアイリス等を備え、レンズ制御回路２０１の制御指令にしたがって絞り装置２０６の開口径を変化させ、光学的に絞り値を調整する。

カメラ１００の本体部が備える焦点距離検出回路１０９は、撮影レンズ２０５の焦点距離情報をＭＰＵ１０１に出力する。例えば、撮影レンズ２０５が単焦点レンズである場合、固定の焦点距離を示すデータがＭＰＵ１０１に送られる。また撮影レンズ２０５がズームレンズである場合、ズームエンコーダ（不図示）により検出される撮影レンズ２０５のズーム停止位置に応じた焦点距離を示すデータがＭＰＵ１０１に送られる。

表示部１１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶ビューファインダ（ＥＶＦ）、有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスを備え、撮影に関する情報や画像情報等を表示する。

シャッタ１１４は、撮像素子１１３の前面側に設けられていて、撮像素子１１３を遮光状態にする位置と撮像素子１１３を露光状態にする位置とに亘って移動可能である。撮像素子１１３には、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）によるイメージセンサが使用され、露光時に受光した光束に応じた画像信号を光電変換により出力する。

ケーブル２は、カメラ本体部側の接続端子１１５と距離検出装置３００側の接続端子３０７とを繋ぐ接続部材である。ケーブル２を介して、ＭＰＵ１０１とＴＯＦ−ＣＰＵ３５０が相互通信を行い、またカメラ本体部から距離検出装置３００へ電力供給を行うことができる。本実施形態ではカメラ本体部が電池１０２を備えるが、距離検出装置３００にも電池を備える構成でもよい。

次に、距離検出装置３００の回路構成について説明する。距離検出装置３００はその制御部であるＴＯＦ−ＣＰＵ３５０を備える。発光部３０１は光源駆動部３５１と電気的に接続されており、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０からの制御信号により、光源駆動部３５１が発光素子３０９ａ〜３０９ｄを発光させる。

発光素子３０９ａ〜３０９ｄには一般的に、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）等が用いられ、使用される光の波長域は近赤外線等の不可視光域である。発光部３０１は走査デバイス４００を備え、走査デバイス４００の反射ミラー（図４：４０２）により光を反射させることで被写体を照射する。反射ミラーについては図４にて後述する。ＳＵＢ−ＴＯＦ−ＣＰＵ４０１はＴＯＦ−ＣＰＵ３５０に接続され、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０から制御信号を受信して走査デバイス４００を駆動させる。なお、ＳＵＢ−ＴＯＦ−ＣＰＵ４０１を設けなくても、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０が直接、走査デバイス４００を制御することで同様に照射を行うことも可能である。

本実施形態の構成では、発光素子３０９ａ〜３０９ｄからの照射光３５４ａ、３５４Ｂ〜３５４Ｄを走査せずに照射範囲を固定する場合と比べて、照射範囲を広げることができる。照射範囲を広げる方法については、後で図６、図７を用いて詳細に説明する。

被写体３５６は照射対象領域上の対象物である。照射光３５４は被写体３５６によって反射され、その反射光３５５を受光部３０２が受光する。受光部３０２は、レンズユニット３０８と受光素子３１０を備える。被写体３５６からの反射光３５５はレンズユニット３０８で結像された後、受光素子３１０が受光して光電変換を行い、距離画像生成用のアナログ信号を出力する。受光素子３１０が出力するアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３５２が取得してデジタル信号に変換する。デジタル信号はＴＯＦ−ＣＰＵ３５０に送信される。姿勢検出部３５３は角速度センサや加速度センサ等を備え、距離検出装置３００の姿勢を検出して検出信号をＴＯＦ−ＣＰＵ３５０に出力する。

発光部３０１と受光部３０２を用いた距離検出は、カメラ１００のＭＰＵ１０１からの指令に従ってＴＯＦ−ＣＰＵ３５０が各部に制御信号を送信することで行われる。例えば、スイッチ群１０６に含まれる電源スイッチのオンが検出された場合、表示部１１０は画面上に、カメラ１００の撮像素子１１３による第１のライビュー表示と、距離検出装置３００の受光素子３１０による第２のライブビュー表示を行う。距離検出装置３００によるライブビュー表示については、発光素子３０９ａ〜３０９ｄから被写体への照射の中止や、照射光３５４ａ〜３５４ｄの照射量の調整を行うことで表示状態や表示内容を変更することができる。表示部１１０における画像の表示方法としては、第１のライブビュー表示と、第２のライブビュー表示を、分割した２画面で表示する方法と、各表示画像を重畳して表示する方法がある。あるいは、第１または第２のライブビュー表示を任意に選択して表示する方法等がある。

カメラシステム１において、レリーズボタン１１８が全押し操作されてスイッチ（ＳＷ２）がオンすると、カメラ１００の撮影動作と距離検出装置３００の撮影動作が開始する。あるいは、レリーズボタン１１８が半押し操作されてスイッチ（ＳＷ１）がオンすると、発光部３０１の照射準備の指示が行われ、電力供給が行われる。必要に応じてスイッチ（ＳＷ１）とスイッチ（ＳＷ２）とで機能を分けることができる。例えばスイッチ（ＳＷ１）のオン操作で距離検出装置３００の撮影動作を開始させ、スイッチ（ＳＷ２）のオン操作でカメラ１００の撮影動作を開始させることができる。

ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０は、Ａ／Ｄコンバータ３５２から取得したデジタル信号、つまり距離画像データに対応する信号を、距離検出装置側の接続端子３０７、ケーブル２、カメラ側の接続端子１１５を介してＭＰＵ１０１に送信する。

ＭＰＵ１０１は、カメラ１００で撮影された撮像画像と距離検出装置３００で撮影した距離画像を取得して画像処理を行う。ＭＰＵ１０１は、撮像画像と距離画像との合成処理を行うことで３次元画像のデータを生成して記録装置（不図示）に保存する。保存方法には、合成後の３次元画像データを保存する方法と、撮像画像に対して距離画像情報を付与してデータを保存する方法と、撮像画像と距離画像の各データを別々に保存する方法等がある。

図４は、本実施形態における走査デバイス４００の概略図である。走査デバイス４００の構成と、走査デバイス４００によって走査された照射光３５４ａと３５４Ｂ〜３５４Ｄによる照射範囲４０５が２次元的に形成される様子を示している。走査デバイス４００の中央には、反射ミラー４０２が形成されている。

走査デバイス４００は、反射ミラー４０２を垂直軸（Ｂ軸）回りで揺動させるためのトーションバー４０３と、水平軸（Ａ軸）回りで揺動させるためのトーションバー４０４とを備え、いわゆるジンバル構造を有する。この走査デバイス４００は、半導体プロセスを用いて製作されるＭＥＭＳにより構成されている。

走査デバイス４００は、反射ミラー４０２を垂直軸（Ｂ軸）回りで駆動する電磁力または静電気力等を用いたアクチュエータ（不図示）を有する。反射ミラー４０２は共振作用によって高速に揺動可能である。また、走査デバイス４００は、反射ミラー４０２を垂直軸（Ｂ軸）回りでの揺動に同期して水平軸（Ａ軸）回りにおいて揺動させる電磁力または静電気力等を用いたアクチュエータ（不図示）を有する。

図４において、線４０７は反射ミラー４０２の垂直軸（Ｂ軸）回りでの揺動によって水平方向（Ｈ方向）に走査される光束（走査線）の往路を示し、線４０８は復路を示している。実際には、走査線の本数は、図４に示した本数よりも多いが、説明をわかりやすくするために少ない本数で示している。さらに、反射ミラー４０２の垂直軸（Ｂ軸）回りでの揺動に同期して、水平軸（Ａ軸）回りで反射ミラー４０２を揺動させることで、走査線は垂直方向（Ｖ方向）にも走査される。走査線が垂直方向の走査端４０９に到達すると、走査開始点４１０まで戻って走査が繰り返される。このように、走査デバイス４００は、反射ミラー４０２を連続的に揺動させることによって、照射範囲４０５を２次元的に形成することが可能である。

図５および図６を参照して、本実施形態におけるＴＯＦシステムについて説明する。図５は発光素子３０９ａ〜３０９ｄ、走査デバイス４００、被写体３５６、レンズユニット３０８、受光素子３１０の関係を示す模式図である。発光素子３０９ａ〜３０９ｄは、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０の制御信号により、例えば、１０ＭＨｚで変調された照射光３５４ａ、３５４Ｂ〜３５４Ｄを発生させて被写体３５６を照射する。

被写体３５６からの反射光３５５は、レンズユニット３０８により結像され、その距離に応じた遅れ時間をもって受光素子３１０に到達する。この遅れ時間から、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０は距離検出装置３００から被写体３５６までの距離を算出する（ＴＯＦ方式）。例えば、遅れ時間が１０ナノ秒である場合、光速度は３０万ｋｍ／秒であるため、被写体距離３５７は、３ｍ（＝１０ナノ（０．０００００００１）秒×３０万ｋｍ／秒）となる。

図６（Ａ）は、カメラ１００で撮影された撮像画像３５８を示す。図６（Ｂ）は、距離検出装置３００が、発光素子３０９ａ〜３０９ｄのいずれか１つだけを用いた照射を行って撮影された距離画像３６３を示している。例えば、発光素子３０９ａだけから光が照射され、その照射範囲を照射範囲４０５ａとする。図６（Ａ）に示す照射範囲４０５ａは、走査デバイス４００が反射ミラー４０２を連続的に揺動させることによって形成される。

距離検出装置３００は、照射範囲４０５ａへの照射によって、被写体３５６である人物の顔部分に対応した画角中央付近において、精度よく被写体距離情報を取得する。このように、発光素子３０９ａだけの照射を行って被写体距離情報を取得した領域を、被写体距離マップ３６４と称す。画角中央付近の周辺部は発光素子３０９ａの照射範囲外であるため、被写体距離情報が得られない。これは、発光素子３０９ａの照射範囲と被写体３５６との距離に起因している。

図６（Ｂ）では、一例として、ＴＯＦシステムにより取得された被写体距離を白黒の濃淡で表している。被写体距離情報に基づいて、図６（Ｂ）に示す距離画像３６３が得られる。

本実施形態のカメラシステム１では、距離検出装置３００がレンズ装置２００の先端（前端）に配置されている。よって、発光部３０１からの照射光３５４が被写体３５６に到達するまでの過程で、カメラ１００やレンズ装置２００により光が遮られる、いわゆるケラレがない。同様に、被写体３５６からの反射光３５５が受光部３０２に到達するまでの過程で、カメラ１００やレンズ装置２００により光が遮られる、いわゆるケラレがない。

カメラシステム１は、撮像画像３５８と距離画像３６３とを合成することで、立体感のある３次元画像の出力が可能である。例えば、図６（Ａ）に示す撮像画像３５８と図６（Ｂ）に示す距離画像３６３とを合成した場合、距離画像が取得できた人物の顔部分（被写体距離マップ３６４）について３次元（凹凸感等）を表現した画像の取得が可能となる。

一般的に被写体距離マップ３６４の取得範囲は、発光素子３０９ａ〜３０９ｄの種類、配置、走査デバイス４００の走査範囲によって定まる。本実施形態のように、複数の発光素子３０９ａ〜３０９ｄと走査デバイス４００を含む発光部３０１を用いることで、照射範囲を広げることが可能である。

図７（Ａ）は、発光素子３０９ａ〜３０９ｄをすべて用いた照射により撮影する場合の照射範囲を示す。図７（Ｂ）は、距離検出装置３００にて発光素子３０９ａ〜３０９ｄをすべて用いた照射により撮影された距離画像３６６を示す。発光素子３０９ａ〜３０９ｄの照射範囲４０５ａ〜４０５ｄを示している。照射範囲４０５ａ〜４０５ｄは、走査デバイス４００が反射ミラー４０２を連続的に揺動させることによって形成される。

距離検出装置３００は、照射範囲４０５ａへの照射によって、図７（Ａ）における被写体である人物の左上部分に対応した画角に対して、精度よく被写体距離を取得する。照射範囲４０５ａと同様に、照射範囲４０５ｂ〜４０５ｄへの各照射によって、人物の右上、左下、右下の部分にそれぞれ対応した画角に対して、精度よく被写体距離を取得することができる。このようにして距離検出装置３００は、発光素子３０９ａ〜３０９ｄを同時に発光させ、照射範囲４０５ａ〜４０５ｄへの同時照射を行うことによって、被写体である人物全体に対応した画角において、精度よく被写体距離を取得する。但し、発光素子３０９ａ〜３０９ｄからの照射光３５４ａ、３５４Ｂ〜３５４Ｄを同時に被写体へ照射すると、照射光３５４ａ、３５４Ｂ〜３５４Ｄ同士が重なる場合に、距離情報の検出精度が低下する可能性がある。そのような場合には、発光素子３０９ａ〜３０９ｄによる同時照射を行わず、順番に照射してもよい。

発光素子３０９ａ〜３０９ｄをすべて用いた照射を行って被写体距離を取得した領域を、被写体距離マップ３６７と称す。図７（Ｂ）は、被写体距離を取得した結果としての距離画像３６６を示す。被写体距離マップ３６７は、図６（Ｂ）の被写体距離マップ３６４に比べて、距離情報の取得範囲が広い。

走査デバイス４００の駆動範囲によっては、発光素子３０９が１つの場合でも、撮影画角内の任意の範囲を照射する照射方法が可能である。例えば、照射範囲４０５ａ〜４０５ｄの内、１つの照射範囲を任意に選択して被写体へ照射することも可能である。一般的には、発光素子３０９ａだけを用いた照射に比べて、発光素子３０９ａ〜３０９ｄをすべて用いて照射を行う場合には、照射角度の小さいレーザ等の発光素子を用いることが可能となる。そのため、数メートルから数十メートル先の被写体まで照射することが可能である。

次に図８、図９を参照して、距離検出装置３００の発光素子３０９ａ〜３０９ｄの配置について説明する。図８（Ａ）は、距離検出装置３００の上面図であり、図８（Ａ）の紙面に垂直な方向がＹ方向であり、紙面内にＸ方向およびＺ方向の各軸が設定されている。＋Ｚ方向が前面側（被写体側）であり、−Ｚ方向が背面側（カメラ１００側）である。図８（Ｂ）は、距離検出装置３００の発光素子３０９ａ〜３０９ｄの配置を説明する図である。図８（Ｂ）の紙面に垂直な方向がＺ方向であり、紙面内にＸ方向およびＹ方向の各軸が設定されている。図８（Ｂ）は距離検出装置３００の背面図であり、リアカバー３０５を省略して図示している。

図８（Ｂ）に示すように、光軸Ｏに対して、＋Ｙ方向（上方向）に走査デバイス４００が配置され、−Ｙ方向（下方向）に受光部３０２が配置されている。走査デバイス４００は、走査デバイスホルダ７０４によって保持されており、走査デバイスホルダ７０４と一体となって、ビス（不図示）等によりフロントカバー３０４に締結固定されている。

発光素子３０９ａ〜３０９ｄは、光軸Ｏに対して＋Ｘ側（左側）にて、フロントカバー３０４の内周部７０１に沿うように分散して配置される。内周部７０１上には、光軸Ｏに対して＋Ｘ側に複数の台座部７０２ｂ〜７０２ｄが設けられている。発光素子３０９ｂ〜３０９ｄはそれぞれ、ＦＰＣ３０６に実装されており、ＦＰＣ３０６を接着剤等により接着することで台座部７０２ｂ〜７０２ｄに固定されている。

フロントカバー３０４の光軸Ｏに対して＋Ｘ側であって、且つ、レンズ装置２００の光軸Ｏと直交する平面部７０３上には、台座部７０２ａが設けられている。発光素子３０９ａはＦＰＣ３０６に実装されており、ＦＰＣ３０６を接着剤等により接着することで台座部７０２ａに固定されている。

図９は、ユーザがカメラシステム１を使用している様子を示す図である。図９（Ａ）を参照して、発光素子３０９ａ〜３０９ｄを内周部７０１に沿うように配置する理由について説明する。ユーザは、カメラシステム１を使用して３次元画像の撮影を行う場合、右手でカメラ１００のグリップ部１１７を把持し、左手でレンズ装置２００を支持する。このとき、ユーザの左手が距離検出装置３００の外装領域に接触する可能性がある。外装領域とは、光軸Ｏを挟んで＋Ｘ側のリアカバー３０５の表面、および、フロントカバー３０４の側面を含む領域であり、図９（Ａ）では、点Ｑで示す領域である。この外装領域を左外装部８０１と称する。

ＴＯＦ方式によって距離検出を行うために搭載される発光素子３０９ａ〜３０９ｄは、数メートルから数十メートル先の被写体３５６まで照射光３５４を到達させるために、高出力の素子が使用される。高出力の発光素子は駆動時の発熱量が大きいため、高温になる可能性がある。そのため、発光素子３０９ａ〜３０９ｄを、仮に左外装部８０１の近傍に配置した場合、左外装部８０１が局所的に高温となる。左外装部８０１は、ユーザが撮影中に触れる可能性がある。ユーザの手指等が高温部分に触れ続けることで、低温やけどを発症する等の不利益を被ることを回避する必要がある。

本実施形態の距離検出装置３００では、発光素子３０９ａ〜３０９ｄがフロントカバー３０４の内周部７０１に沿うように配置されている。これによって、左外装部８０１は、発光素子３０９ａ〜３０９ｄからの熱に対して、距離検出装置３００内部の空気層によって断熱されるため、温度上昇が抑えられる。一方で、内周部７０１は、距離検出装置３００をレンズ装置２００に取り付けた状態では、レンズ装置２００と対向して接しているため、ユーザが触れることはない。以上により、距離検出装置３００においてユーザが撮影中に触れる部分が高温とならないので、ユーザへの不利益は生じない。

固定ミラー７０５ａ、７０５ｂおよび固定ミラーホルダ７０６ａ、７０６ｂは、照射光３５４ｂ〜３５４ｄおよび３５４Ｂ〜３５４Ｄ（図１０、図１２参照）の光路を形成するための部品である。固定ミラーホルダ７０６ａは固定ミラー７０５ａの保持部材であり、固定ミラーホルダ７０６ｂは固定ミラー７０５ｂの保持部材である。

固定ミラー７０５ａは図８（Ｂ）に示すように、固定ミラーホルダ７０６ａに保持されており、発光素子３０９ｂ、３０９ｃからの各照射光３５４ｂ、３５４ｃの光路上に配置される。固定ミラーホルダ７０６ａは、フロントカバー３０４の外周部７０７に沿うように配置される。外周部７０７上には、光軸Ｏに対して＋Ｘ側に台座部７０２ｅが設けられている。固定ミラーホルダ７０６ａは、台座部７０２ｅにおいて、ビス（不図示）等によりフロントカバー３０４に締結固定されている。

固定ミラー７０５ｂは図８（Ｂ）に示すように、固定ミラーホルダ７０６ｂに保持されており、発光素子３０９ｄからの照射光３５４ｄの光路上に配置される。固定ミラーホルダ７０６ｂは、フロントカバー３０４の外周部７０７に沿うように配置される。外周部７０７上には、光軸Ｏに対して＋Ｘ側に台座部７０２ｆが設けられている。固定ミラーホルダ７０６ｂは、台座部７０２ｆにおいて、ビス（不図示）等によりフロントカバー３０４に締結固定されている。

次に図１０、図１２を参照して、発光素子３０９ａ〜３０９ｄからの各照射光３５４ａ〜３５４ｄ、および、３５４Ｂ〜３５４Ｄの光路について説明する。図１０は、距離検出装置３００の発光素子３０９ａ〜３０９ｄからの照射光３５４ａ〜３５４ｄ、および、３５４Ｂ〜３５４Ｄの光路を示す図である。図１０には、照射光３５４ａ〜３５４ｄの光路に関わらない部品を省略して図示している。図１２は、距離検出装置３００の固定ミラーホルダ７０６ａ、７０６ｂの構成を説明するための断面図であり、図８（Ａ）におけるＳ−Ｓ線での断面図である。

図１０に示すように、発光素子３０９ａからの照射光３５４ａは、走査デバイス４００内の照射点Ｐへ向けて直接照射される。また、発光素子３０９ｂからの照射光３５４ｂは、まず、固定ミラー７０５ａへ向けて照射され、固定ミラー７０５ａで反射された照射光３５４Ｂが照射点Ｐへ照射される。発光素子３０９ｃからの照射光３５４ｃは、照射光３５４ｂと同様に、まず、固定ミラー７０５ａへ向けて照射され、固定ミラー７０５ａで反射された照射光３５４Ｃが照射点Ｐへ照射される。発光素子３０９ｄからの照射光３５４ｄは、まず、固定ミラー７０５ｂへ向けて照射され、固定ミラー７０５ｂで反射された照射光３５４Ｄが照射点Ｐへ照射される。

ここで、照射光３５４ｂ〜３５４ｄが、それぞれ固定ミラー７０５ａ、７０５ｂを介して、照射点Ｐへ照射されるように構成した理由を説明する。図１０に示すように、発光素子３０９ｂと照射点Ｐとを結ぶ線分Ｌ１上には、台座部７０２ａが配置されている。そのため、照射光３５４ｂを照射点Ｐへ直接照射する発光素子３０９ｂの配置では、照射光３５４ｂが光路上の台座部７０２ａよって遮光されてしまい、照射点Ｐへ照射することができない。また、発光素子３０９ｃと照射点Ｐとを結ぶ線分Ｌ２上、および、発光素子３０９ｄと照射点Ｐとを結ぶ線分Ｌ３上には、フロントカバー３０４の内周部７０１（外装部）が配置されている。そのため、照射光３５４ｃ、３５４ｄを照射点Ｐへ直接照射するようにそれぞれ、発光素子３０９ｃ、３０９ｄを配置した場合には、照射光３５４ｃ、３５４ｄが光路上の内周部７０１よって遮光されてしまい、照射点Ｐへ照射することができない。

照射光３５４ｂ〜３５４ｄを照射点Ｐへ直接照射するための方法には、図１１（Ａ）および（Ｂ）に示す方法がある。図１１（Ａ）には、発光素子３０９ｂ〜３０９ｄを走査デバイス４００の近傍に配置する方法を示す。図１１（Ｂ）は、線分Ｌ１〜Ｌ３が距離検出装置３００の部品と干渉しないように、発光素子３０９ｂ〜３０９ｄを外周部７０７の内面部に近接して配置する方法を示す。図１１（Ａ）では、熱源である発光素子３０９ａ〜３０９ｄが一箇所に集中して配置される。また図１１（Ｂ）では、左外装部８０１の近傍に発光素子３０９ｂ〜３０９ｄが配置される。そのため、どちらの場合にも左外装部８０１の温度上昇をもたらす可能性がある。

図１１に示す比較例に対して、本実施形態の発光素子は外周部７０７の近傍に配置されず、距離検出装置３００にてレンズ装置２００に接する側に配置される。これにより、測距動作時にユーザが触れる部分の温度上昇を抑制することができる。

図１２を参照して、固定ミラーホルダ７０６ａ，７０６ｂの役割を説明する。図１２（Ａ）は固定ミラーホルダ７０６ａとその周辺部を示し、図１２（Ｂ）は固定ミラーホルダ７０６ｂとその周辺部を示す。各図の紙面に垂直な方向がＺ方向であり、紙面内にＸ方向およびＹ方向の各軸が設定されている。

固定ミラーホルダ７０６ａと台座部７０２ｅとの間、固定ミラーホルダ７０６ｂと台座部７０２ｆとの間には、位置調整部材であるワッシャ７０８がそれぞれ設置されている。ワッシャ７０８は、固定ミラー７０５ａと固定ミラーホルダ７０６ａ、および、固定ミラー７０５ｂと固定ミラーホルダ７０６ｂを一体としてそれぞれ、固定ミラー７０５ａ、７０５ｂの面に垂直な方向に位置調整を行うために使用される。例えば、固定ミラーホルダ７０６ｂをフロントカバー３０４に固定した際、照射光３５４Ｄの照射点が照射点Ｐからずれている場合には、照射点のずれ量に応じて、厚みの異なるワッシャ７０８を設置して調整することができる。つまり照射光３５４Ｄが照射点Ｐへ正確に照射されるように、固定ミラーホルダ７０６ｂの位置を調整することができる。固定ミラーホルダ７０６ａの位置調整についても、固定ミラーホルダ７０６ｂと同様に、ワッシャ７０８が使用される。

固定ミラーホルダ７０６ａ、７０６ｂは、固定ミラー７０５ａ、７０５ｂをそれぞれ保持するとともに、照射光３５４Ｂ〜Ｄ以外の光が走査デバイス４００へ照射されることを防ぐ役目をもつ。図１２（Ａ）に示すように、固定ミラーホルダ７０６ａには、開口部７０９Ｂ、７０９Ｃが形成されている。開口部７０９Ｂ、７０９Ｃはそれぞれ照射光３５４Ｂ、３５４Ｃの光路上に配置されており、照射光３５４Ｂ、３５４Ｃのみを通過させて、その他の光を遮断する。例えば、フロントカバー３０４とリアカバー３０５との境目から侵入した太陽光等の外乱光を遮断することができる。仮に、外乱光が走査デバイス４００へ照射された後に被写体３５６へ照射された場合、被写体３５６から受光素子３１０までの距離に対して、光量が大きい反射光３５５が受光素子３１０に到達する。その結果、距離検出装置３００が撮影する距離画像の精度が低下する可能性がある。

本実施形態では、固定ミラーホルダ７０６ａが照射光３５４Ｂ、３５４Ｃ以外の光を遮断するので、精度を低下させることなく、距離画像を取得することができる。また、図１２（Ｂ）に示すように、固定ミラーホルダ７０６ｂも同様に、開口部７０９Ｄが形成されているので、照射光３５４Ｄ以外の光を遮断する。その結果、精度を低下させることなく、距離画像を取得することができる。

本実施形態では、距離検出装置３００が複数の発光素子３０９ａ〜３０９ｄを備える例を説明したが、発光素子３０９が１つの場合でも、測距動作時にユーザが触れる可能性のある部分の温度上昇を抑制する効果を奏する。

［第１実施形態の変形例］
図１３を参照して第１実施形態の変形例を説明する。図１３は、発光素子３０９ａ〜３０９ｄを内周部７０１に沿って配置し、カメラ１００のグリップ部１１７と対向する範囲、すなわち、光軸Ｏに対して−Ｘ側に配置した例を示す。図１３では、発光素子３０９ａ〜３０９ｄの配置および照射光３５４ａ〜３５４ｄの光路に関わらない部品の図示を省略している。

図１３に示す発光素子３０９ａ〜３０９ｄの配置では、図８（Ｂ）に比べて発光素子３０９ａ〜３０９ｄが、左外装部８０１に対してさらに離れて位置することになる。そのため、左外装部８０１の温度上昇をさらに抑えることができる。

一方で、光軸Ｏを挟んで−Ｘ側（右側）のリアカバー３０５の表面およびフロントカバー３０４の側面を含む、距離検出装置３００の外装領域が、図８（Ｂ）に比べて高温となる。この外装領域を右外装部８０２（図９（Ｂ）に図示）と称す。右外装部８０２は、左外装部８０１と同様に、発光素子３０９ａ〜３０９ｄからの熱に対して、距離検出装置３００内部の空気層によって断熱されるため、温度上昇を抑える効果がある。

［第２実施形態］
次に図１４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図１４は、本実施形態における距離検出装置３００の発光素子３０９ａ〜３０９ｄの配置を説明する図である。以下では第１実施形態との相違点を主に説明し、第１実施形態で説明した距離検出装置と同様の部分については、既に使用した符号や記号を流用することで、それらの詳細な説明を省略する。このような説明の省略方法は後述する実施形態でも同じである。

図１４に示すように、発光素子３０９ａ〜３０９ｄはフロントカバー３０４の内周部７０１に配置される。光軸Ｏに対して＋Ｘ側（左側）に発光素子３０９ａ、３０９ｂが配置され、−Ｘ側（右側）に発光素子３０９ｃ、３０９ｄが配置される。図１４の紙面に垂直な方向がＺ方向であり、紙面内にＸ方向およびＹ方向の各軸が設定されている。

本実施形態の距離検出装置３００は、複数の走査デバイス４００ａ、４００ｂを備える。ＳＵＢ−ＴＯＦ−ＣＰＵ４０１は、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０からの制御信号を受信して走査デバイス４００ａ、４００ｂをそれぞれ駆動する。

フロントカバー３０４の内周部７０１上には、台座部７０２ｂ、７０２ｄが設けられている。発光素子３０９ｂ、３０９ｄはＦＰＣ３０６に実装されており、ＦＰＣ３０６を接着剤（不図示）等で接着することで、それぞれ台座部７０２ｂ、７０２ｄに固定される。

さらに、レンズ装置２００の光軸Ｏと直交するフロントカバー３０４の平面部７０３上には、台座部７０２ａ、７０２ｃが設けられている。発光素子３０９ａ、３０９ｃはＦＰＣ３０６に実装されており、ＦＰＣ３０６を接着剤（不図示）等で接着することで、それぞれ台座部７０２ａ、７０２ｃに接着固定されている。

固定ミラー７０５ａは固定ミラーホルダ７０６ａに保持されており、発光素子３０９ｂからの照射光３５４ｂの光路上に配置される。固定ミラーホルダ７０６ａは、フロントカバー３０４の外周部７０７に沿うように配置される。外周部７０７上には、光軸Ｏに対して＋Ｘ側に台座部７０２ｅが設けられている。固定ミラーホルダ７０６ａは、台座部７０２ｅにおいて、ビス（不図示）等によりフロントカバー３０４に締結固定されている。

固定ミラー７０５ｂは固定ミラーホルダ７０６ｂに保持されており、発光素子３０９ｄからの照射光３５４ｄの光路上に配置される。固定ミラーホルダ７０６ｂは、フロントカバー３０４の外周部７０７に沿うように配置される。外周部７０７上には、光軸Ｏに対して−Ｘ側に台座部７０２ｆが設けられており、固定ミラーホルダ７０６ｂは、台座部７０２ｆにおいて、ビス（不図示）等によりフロントカバー３０４に締結固定されている。

発光素子３０９ａからの照射光３５４ａは、走査デバイス４００ａ内の照射点Ｐ１へ直接照射される。また発光素子３０９ｃからの照射光３５４ｃは、走査デバイス４００ｂ内の照射点Ｐ２へ直接照射される。

一方で、発光素子３０９ｂからの照射光３５４ｂは、まず、固定ミラー７０５ａへ向けて照射され、固定ミラー７０５ａで反射された照射光３５４Ｂが照射点Ｐ１へ照射される。発光素子３０９ｄからの照射光３５４ｄは、まず、固定ミラー７０５ｂへ向けて照射され、固定ミラー７０５ｂで反射された照射光３５４Ｄが照射点Ｐ２へ照射される。

ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０の制御信号にしたがって、走査デバイス４００ａは、照射点Ｐ１への照射光３５４ａおよび照射光３５４Ｂを走査して、被写体３５６への照射を行う。走査デバイス４００ｂは、照射点Ｐ２への照射光３５４ｃおよび照射光３５４Ｄを走査して、被写体３５６への照射を行う。

本実施形態にて、左外装部８０１は、発光素子３０９ａ、３０９ｂからの熱に対して、距離検出装置３００内部の空気層によって断熱されるので、温度上昇が抑えられる。また、内周部７０１は、距離検出装置３００をレンズ装置２００に取り付けた状態では、レンズ装置２００と対向して接しているため、ユーザが触れることがない。また右外装部８０２は、左外装部８０１と同様に、発光素子３０９ｃ、３０９ｄからの熱に対して、距離検出装置３００内部の空気層によって断熱されるので、温度上昇が抑えられる。

本実施形態によれば、ユーザが撮影中に触れる部分が高温とならないため、ユーザへの不利益を生じることがない。すなわち、測距動作時にユーザが触れる部分の温度上昇を抑える効果が得られる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態を説明する。図１５は、本実施形態の距離検出装置３００の分解斜視図である。距離検出装置３００は、フロントカバー３０４、発光部３０１、受光部３０２、ＦＰＣ３０６、接続端子３０７、リアカバー３０５により構成されている。

発光部３０１は、複数の発光素子３０９ａ〜３０９ｄ、ＭＥＭＳ方式の走査デバイス４００を備える。受光部３０２は、レンズユニット３０８と受光素子（ＴＯＦセンサ）３１０を備える。発光素子３０９ａ〜３０９ｄと受光素子３１０、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０（図１６に図示）は、ＦＰＣ３０６と電気的に接続されている。

距離検出装置３００を被写体側から見ると、発光素子３０９ａ〜３０９ｄは、光軸Ｏを基準としたとき、走査デバイス４００よりも距離が短い位置に配置されている（図１５参照）。これにより、光軸Ｏを中心とした円環形状のサイズを小さくすることができるので、距離検出装置３００をより小型化することが可能となる。発光素子３０９ａ〜３０９ｄは距離検出装置３００内にてレンズ装置２００に接する側（内径側）に配置されているので、測距動作時にユーザが触れる部分の温度上昇を抑制することができる。

図１６は本実施形態のカメラシステムの回路構成を示す。図２に示す構成との相違点は、発光部３０１内にて固定ミラー７０５が削除されている点である。つまり、発光素子３０９ａ〜３０９ｄから走査デバイス４００に向けて直射光が照射される。

次に図７、図１６、図１７を参照して、本実施形態に係るＴＯＦシステムについて説明する。発光素子３０９ａ〜３０９ｄは、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０の制御信号に従い、照射光３５４Ａ〜３５４Ｄによって被写体３５６を照射する。被写体３５６からの反射光３５５は、レンズユニット３０８で結像され、距離に応じた遅れ時間で受光素子３１０に到達する。ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０は遅れ時間に基づき、カメラシステム１から被写体３５６までの距離を算出する。

図７（Ａ）に示す照射範囲４０５ａ〜４０５ｄは、走査デバイス４００が反射ミラー４０２を連続的に揺動させることによって形成される。距離検出装置３００は、照射範囲４０５ａ〜４０５ｄへの照射によって、人物の左上、右上、左下、右下の部分にそれぞれ対応した画角に対して、精度よく被写体距離を取得する。各照射範囲４０５ａ〜４０５ｄは、互いに間隙を有することなく、連続して形成されている。具体的には、照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｂは第１連続部４５１を介して形成され、照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｃは第２連続部４５２を介して形成されている。照射範囲４０５ｄと照射範囲４０５ｃは第３連続部４５３を介して形成され、照射範囲４０５ｄと照射範囲４０５ｂは第４連続部４５４を介して形成されている。各照射範囲４０５ａ〜４０５ｄは互いに異なる第１連続部４５１、第２連続部４５２、第３連続部４５３、第４連続部４５４で連続して形成されるので隙間がない。よって、照射範囲を効率的に広げることが可能である。更に、第１連続部４５１と第３連続部４５３を、対応した撮影画角の水平方向の中心に合わせ、第２連続部４５２と第４連続部４５４を、垂直方向の中心に合わせることで、連続した照射範囲４０５ａ〜４０５ｄを撮影画角の中心に合わせることができる。撮影画角に対する連続部の位置設定については、各発光素子の位置関係によって決定される。図１７を参照して、各発光素子の位置関係ついて説明する。

図１７は、撮影画角５００と発光素子と走査デバイス４００の反射ミラー４０２の関係を模式的に示す図である。図１７には、照射範囲４０５ａ，４０５ｂと、発光素子３０９ａ，３０９ｂと、照射光３５４ａ，３５４ｂと、反射光３５４Ａ，３５４Ｂが図示されている。発光素子３０９ａからの照射光３５４ａと、発光素子３０９ｂからの照射光３５４ｂは、反射ミラー４０２の照射点Ｐへ直接照射される。照射点Ｐへ照射された照射光３５４ａは、反射ミラー４０２によって反射される。照射点Ｐを中心とする反射ミラー４０２の揺動によって反射光３５４Ａが走査されることで照射範囲４０５ａが形成される。同様に、照射点Ｐへ照射された照射光３５４ｂは、反射ミラー４０２によって反射される。反射ミラー４０２の揺動によって反射光３５４Ｂが走査されることで照射範囲４０５ｂが形成される。

図１７に示すように、反射ミラー４０２の照射点Ｐを起点とする法線Ｎを対称軸として設定し、照射光３５４ａと照射光３５４ｂがなす角度をβと表記する。角度βを２等分した線分をＬ４と表記し、法線Ｎに関して線Ｌ４と線対称な線分をＬ５と表記する。線分Ｌ５は、撮影画角５００の水平方向の中心Ｈｓと略一致するように配置されている。つまり複数の光（３５４ａ，３５４ｂおよび３５４Ａ，３５４Ｂ）が照射点Ｐにてなす角度を２等分する線は対象領域の水平方向の中心を通る。このような関係になる位置を基準として反射ミラー４０２を揺動させることで、照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｂとの間の第１連続部４５１を、対応した撮影画角の水平方向の中心に合わせて照射範囲を形成することが可能となる。尚、対応した撮影画角の垂直方向の中心に合わせて照射範囲を形成する場合も同様である。

上述のように距離検出装置３００は、発光素子３０９ａ〜３０９ｄから光を同時に照射し、照射範囲４０５ａ〜４０５ｄへの同時照射によって、被写体である人物全体に対応した画角において、精度よく被写体距離情報を取得する。但し、同時に発光素子３０９ａ〜３０９ｄから照射光３５４Ａ〜３５４Ｄの照射を行うと、照射光３５４Ａ〜３５４Ｄ同士が重なった場合に、距離情報の検出精度が低下する可能性がある。そのため、発光素子３０９ａ〜３０９ｄの照射タイミングをずらして、順番に照射してもよい。

発光素子３０９ａ〜３０９ｄをすべて用いて照射を行って被写体距離を取得した領域の情報が被写体距離マップ３６７（図７（Ｂ）参照）である。被写体距離を取得した結果、図７（Ｂ）に示す距離画像３６６を得ることができる。図７（Ｂ）に示す被写体距離マップ３６７は、図６（Ｂ）の被写体距離マップ３６４に比べて、距離情報の取得範囲が広い。

走査デバイス４００の駆動範囲によっては、発光素子３０９が１つの場合でも、撮影画角内の任意の範囲を照射する照射方法が可能である。例えば、照射範囲４０５ａ〜４０５ｄの内、１つの照射範囲を任意に選択して照射することも可能である。

一方、複数の発光素子を使用する場合、距離検出装置３００内における組立誤差や部品公差等のバラツキにより各発光素子の位置が所望の位置からずれると、照射範囲同士が連続せずに形成されることが懸念される。例えば、図１８（Ａ）に示すように、発光素子３０９ａと発光素子３０９ｂとの位置関係が所望の位置関係からずれてしまった場合を想定する。照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｂが、互いに間隔４７０を有して形成されてしまう。その結果、図１８（Ｂ）に示すように、距離検出装置３００によって撮影された距離画像３７６の被写体距離マップ３７７に欠落部４７５が生じる。その回避対策について図１９を用いて説明する。

図１９では、各照射範囲４０５ａ〜４０５ｄが互いにオーバーラップ部をもつように形成されている。具体的には、照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｂは第１オーバーラップ部４６１を有して形成されている。この時のオーバーラップ量としては、距離検出装置３００内における組立誤差や部品公差等のバラツキを吸収可能な量に設定される。つまり、想定される最大の組立誤差や公差等のバラツキが発生した場合でも、必ず照射範囲同士がオーバーラップする量に設定することが好ましい。なお、オーバーラップ量の設定は、各発光素子の位置関係に基づいて決定される。ここで、各発光素子の位置関係について、図２０を参照して説明する。

図２０は、被写体面と発光素子３０９ａ，３０９ｂと走査デバイス４００の反射ミラー４０２の関係を模式的に示す図である。図２０には、照射範囲４０５ａ，４０５ｂと、発光素子３０９ａ，３０９ｂと、照射光３５４ａ，３５４ｂと、反射光３５４Ａ，３５４Ｂと、反射ミラーの揺動角α、角度βが図示されている。角度βは照射光３５４ａと照射光３５４ｂがなす角度を表す。発光素子３０９ａからの照射光３５４ａと、発光素子３０９ｂからの照射光３５４ｂは、反射ミラー４０２の照射点Ｐへ直接照射される。照射点Ｐへ照射された照射光３５４ａは、反射ミラー４０２によって反射される。反射ミラー４０２の揺動によって、反射光３５４Ａは走査端Ｔ１から走査端Ｔ２まで走査され、照射範囲４０５ａの水平方向の走査線が形成される。同様に、照射点Ｐへ照射された照射光３５４ｂは、反射ミラー４０２によって反射される。反射ミラー４０２の揺動によって、反射光３５４Ｂは走査端Ｔ３から走査端Ｔ４まで走査され、照射範囲４０５ｂの水平方向の走査線が形成される。この時、反射ミラー４０２の揺動角をαとすると、照射光３５４ａと反射光３５４Ａがなす光学的振れ角と、照射光３５４ｂと反射光３５４Ｂがなす光学的振れ角はαの２倍である。ここで、反射ミラーの揺動角αと、照射光３５４ａと照射光３５４ｂがなす角βに着目すると、「２α＞β」が成り立つ配置となっている。こうすることで、照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｂとの間で第１オーバーラップ部４６１を形成することが可能となる。

上述のように、各発光素子の配置を調整して照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｂとの間に第１オーバーラップ部４６１を設けることで、図１８（Ｂ）に示す被写体距離マップ３７７の欠落部４７５の発生を防止できる。同様に、照射範囲４０５ａと照射範囲４０５ｃとの間には第２オーバーラップ部４６２を、照射範囲４０５ｄと照射範囲４０５ｃとの間には第３オーバーラップ部４６３を形成することができる。照射範囲４０５ｄと照射範囲４０５ｂとの間には第４オーバーラップ部４６４を形成することができる。

各照射範囲４０５ａ〜４０５ｄの間にオーバーラップ部を形成し、欠落のない被写体距離マップを取得可能となるが、オーバーラップ部は、複数の発光素子からの照射光を受けることが可能となる。受光部３０２に到達する反射光が増えるので、被写体の距離検出の信頼度を向上させることができる。その一方で、オーバーラップ部では同じ範囲を複数の発光素子で照射されることになるので、被写体距離の取得時間が長くなる。これらの事情を考慮して、以下のようにオーバーラップ部を使い分けることが好ましい。

例えば、炎天下での撮影のように、太陽光等の外乱光が強い場合には、ＴＯＦシステムの特性上不利な状況になる。そこで各オーバーラップ部を利用して被写体の距離検出の分解能を向上させることができる。また、被写体の凹凸を比較的詳細に取得したい場合（例、被写体の顔等）、被写体検知情報（例、顔検知情報等）に基づいて被写体の検知処理が行われる。当該被写体が所定のオーバーラップ範囲に入っている場合にはオーバーラップ部を利用して被写体の距離検出の分解能を向上させることができる。その他の撮影時には、各照射範囲４０５ａ〜４０５ｄが互いに重ならないように形成することで、被写体距離の取得時間を短縮可能である。

本実施形態の距離演算部（ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０）は被写体を判別して、照射範囲が互いに重なる領域（オーバーラップ部）に対して、距離情報の演算を行うか否かを決定する。また、互いに重ならないように照射範囲を形成する場合、ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０はＳＵＢ−ＴＯＦ−ＣＰＵ４０１を介して走査デバイス４００の反射ミラー４０２の角度を制御する。ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０は撮影条件や被写体の判別結果に応じて照射範囲を制御し、取得した距離情報をカメラ１００に送信する。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。本実施形態では、走査デバイス４００の駆動範囲を制御する場合の距離画像の取得方法について説明する。図２１（Ａ）は、レンズ装置２００の焦点距離に応じて、走査デバイス４００の駆動範囲を制御する例を示す。ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０はカメラ１００からレンズ装置２００の焦点距離情報を取得し、ＳＵＢ−ＴＯＦ−ＣＰＵ４０１を介して走査デバイス４００の反射ミラー４０２の揺動角度を制御する。

距離検出装置３００は、カメラ１００およびレンズ装置２００とケーブル２を介して通信可能である。レンズ装置２００はズーム可能であり、ズーム操作により焦点距離が長く設定された場合を想定する。このときの画角３６０は、図７（Ａ）の撮像画像３５８の画角に対して狭くなる。距離検出装置３００はレンズ装置２００の焦点距離情報に基づき、走査デバイス４００の揺動角度を制御して照射範囲を狭める。具体的には、図７（Ａ）で示した照射範囲４０５ａ〜４０５ｄを、図２１（Ａ）の画角３６０において適用すると、画角外の不要な部分まで測距光が照射されてしまう。そのため、走査デバイス４００の揺動角度を小さくすることで、画角に応じて照射範囲４０６ａ〜４０６ｄのように照射範囲を狭める制御が行われる。その結果、必要十分な照射範囲で被写体距離マップを取得可能である。

次に図２１（Ｂ）を参照して、画角内の被写体距離情報を簡易走査した後、被写体画像内の着目画素と周辺画素との距離情報の差分が所定の量以上であることを判定し、その領域を詳細走査した場合の距離画像の取得方法を説明する。本実施形態のＴＯＦ−ＣＰＵ３５０は前記距離情報の差分を算出して、ＳＵＢ−ＴＯＦ−ＣＰＵ４０１を介して走査デバイス４００が有する反射ミラー４０２の角度、および揺動ピッチ（走査ピッチともいう）を制御する。

被写体３５６の距離情報を取得する際、照射範囲４０５ａ〜４０５ｄ全体に亘って走査ピッチを粗くして照射が行われ、全体の簡易的な距離マップが取得される。簡易的な距離マップにおいて、例えば被写体人物の顎部領域４１５や耳部領域４１６等のように、着目画素と周辺画素との距離情報の差分があらかじめ設定した所定の量（閾値）よりも大きい領域が判定される。そのような領域に対して再度、走査ピッチを密にして照射が行われる。なお、肩部領域４１８のように、被写体と背景との距離情報の差が極端に大きくなるような領域については、被写体の距離マップの取得に関して必要性に乏しいと判断され、走査ピッチを密にした再走査は行われない。このように、走査ピッチを密にして再走査を行うときの距離情報の差分量は任意に設定可能である。

最初に簡易的な距離マップを取得し、着目画素と周辺画素との距離情報の差分に応じて部分的に詳細な距離マップを取得する処理が実行される。これにより、着目画素と周辺画素との距離情報の差分が極端に大きい領域に対して走査ピッチを密にする必要がないので、被写体の距離マップの取得時間を短縮可能である。

図２２（Ａ）および（Ｂ）を参照して、被写体が人物である場合に、顔検知や瞳検知による特徴領域の検出結果に応じて、走査デバイス４００の駆動範囲を制御する場合の距離画像の取得方法を説明する。撮像画像３５８を取得する際、カメラ１００の測距回路１０８により、撮像画像における被写体３５６の顔検知領域４１９や瞳検知領域４２０の情報が取得される。つまり測距回路１０８は被写体の特徴領域を検出する検出手段を構成する。距離検出装置３００のＴＯＦ−ＣＰＵ３５０はカメラ１００から被写体の特徴領域（図２２（Ａ）の４１９，４２０参照）の情報を取得する。ＴＯＦ−ＣＰＵ３５０はＳＵＢ−ＴＯＦ−ＣＰＵ４０１を介して、走査デバイス４００が有する反射ミラー４０２の角度を制御する。

本実施形態では撮像画像における被写体の特徴領域の情報に基づいて、顔周辺や瞳周辺等の対象領域を照射し、局所的な被写体距離マップを取得することができる。図２２（Ｂ）は、顔検知領域４１９の特徴領域の検出結果に応じて、顔検知領域４１９に対する局所的な走査により取得された被写体距離マップ３７８を示す。撮像装置による撮像画像３５８の特徴領域の検出結果に応じた照射範囲を設定することで、被写体距離マップの取得時間を短縮可能である。走査デバイス４００の駆動範囲を制御することで、照射時間および被写体距離マップの取得時間を短縮することができる。また、発光素子３０９ａ〜３０９ｄの照射時間を短縮できるため、発光素子３０９ａ〜３０９ｄの発熱量および消費電力の削減が可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００ 撮像装置
２００ レンズ装置
３００ 距離検出装置
３０９ａ〜ｄ 発光素子
３１０ 受光素子
３５０ ＴＯＦ−ＣＰＵ
４００ 走査デバイス
４０２ 反射ミラー
７０５ 固定ミラー

Claims (26)

1. 対象領域を照射光で照射する発光手段と、
   前記照射光を走査する走査手段と、
   前記対象領域上の対象物による、前記照射光の反射光を受光する受光手段と、
   前記発光手段が前記照射光を照射してから前記受光手段が前記反射光を受光するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離情報の演算を行う距離演算手段と、を備える距離検出装置であって、
   前記距離検出装置は撮像装置が備えるレンズ装置を取り囲む位置にあって、前記発光手段は前記距離検出装置の内部で前記レンズ装置と接する側に配置される
   ことを特徴とする距離検出装置。
2. 前記レンズ装置における被写体側の端部に着脱可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の距離検出装置。
3. 前記対象物の側に配置される固定ミラーを有し、
   前記発光手段からの照射光は、前記固定ミラーを介して前記走査手段へ照射される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離検出装置。
4. 前記受光手段は、前記反射光を受光して距離画像の生成用の信号に光電変換する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の距離検出装置。
5. 第１および第２の前記発光手段を備え、前記第１の発光手段は前記走査手段へ光を直接照射し、前記第２の発光手段は、前記固定ミラーを介して前記走査手段へ光を照射する
   ことを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
6. 前記第２の発光手段は、前記第１の発光手段に比べて前記走査手段から離れた位置にある
   ことを特徴とする請求項５に記載の距離検出装置。
7. 前記第２の発光手段と前記走査手段とを結ぶ線分の上に、前記距離検出装置の外装部が位置する
   ことを特徴とする請求項５に記載の距離検出装置。
8. 前記距離検出装置の外装部は、前記対象物と対向する第１の部材と、前記撮像装置と対向する第２の部材とで構成され、
   前記発光手段は前記第１の部材に配置される
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の距離検出装置。
9. 前記発光手段は、前記距離検出装置の内部において、前記撮像装置の把持部と対向する領域内に配置される
   ことを特徴とする請求項８に記載の距離検出装置。
10. 前記固定ミラーは、前記距離検出装置の中心軸に対して径方向の外周側に配置される
    ことを特徴とする請求項３または請求項５に記載の距離検出装置。
11. 前記固定ミラーを保持する保持部材を備え、
    前記保持部材は、前記照射光が前記固定ミラーを介して前記走査手段へ照射される光路上に開口部を有する
    ことを特徴とする請求項３、５、６、７、１０のいずれか１項に記載の距離検出装置。
12. 前記照射光が前記固定ミラーを介して前記走査手段へ照射される光路上の位置を調整する調整部材を有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の距離検出装置。
13. 複数の照射光が前記走査手段により走査されることで前記対象領域上に形成されるそれぞれの照射範囲は互いに連続する連続部を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の距離検出装置。
14. 複数の前記発光手段は、複数の前記照射範囲が互いに異なる前記連続部で連続するように配置されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載の距離検出装置。
15. 前記走査手段は、揺動可能な反射ミラーを有し、
    複数の前記発光手段の照射光は前記反射ミラーにおける照射点に照射される
    ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の距離検出装置。
16. 前記反射ミラーの前記照射点を起点とする法線を対称軸として、前記照射点にて前記複数の照射光がなす角度を２等分する線が、前記対象領域の水平方向または垂直方向の中心を通り、前記反射ミラーは前記照射点を中心に揺動する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の距離検出装置。
17. 前記発光手段は、前記レンズ装置の光軸に沿う方向から見た場合、前記走査手段よりも前記光軸からの距離が短い位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の距離検出装置。
18. 前記走査手段が複数の照射光を走査することによって、前記対象領域上に形成されるそれぞれの照射範囲は互いに重なる領域を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の距離検出装置。
19. 前記複数の照射光は前記走査手段が有する反射ミラーにおける照射点に照射され、前記反射ミラーは前記照射点を中心に揺動し、
    前記照射点にて前記複数の照射光がなす角度は、前記反射ミラーの揺動角の２倍よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１８に記載の距離検出装置。
20. 前記距離演算手段は、前記照射範囲が互いに重なる領域に対して前記距離情報の演算を行うか否かを決定する
    ことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の距離検出装置。
21. 前記距離演算手段は、複数の照射光が前記走査手段により走査されることで前記対象領域上に形成されるそれぞれの照射範囲が互いに重ならない制御を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の距離検出装置。
22. 前記走査手段は、微小電気−機械システム方式の走査デバイスを有する
    ことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の距離検出装置。
23. 被写体の画像内の領域における着目画素と周辺画素との距離情報の差分を算出し、前記差分を用いて前記走査手段が有する反射ミラーの角度および揺動ピッチを制御する制御手段を備える
    ことを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の距離検出装置。
24. 請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の距離検出装置と、
    前記レンズ装置を介して被写体を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段による画像情報および前記距離情報を用いて画像処理を行う画像処理手段と、を備える
    ことを特徴とする撮像装置。
25. 前記距離検出装置が備える制御手段は、前記レンズ装置の焦点距離情報によって前記走査手段が有する反射ミラーの角度を制御する
    ことを特徴とする請求項２４に記載の撮像装置。
26. 撮像画像における被写体の特徴領域を検出する検出手段を備え、
    前記距離検出装置は、前記特徴領域の情報を用いて前記走査手段が有する反射ミラーの角度を制御する
    ことを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の撮像装置。
    
    
    

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