JP2882813B2

JP2882813B2 - 測距装置

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Publication number: JP2882813B2
Application number: JP1200761A
Authority: JP
Inventors: 修野中
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1999-04-12
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JPH0364715A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、たとえばスチルカメラやビデオカメラな
どに用いられる距離検出装置などの測距装置に関する。

［従来の技術］周知のように、測距装置としては、アクティブ方式の
三角測距型の距離検出装置、三角測距型の位相差検出法
による距離検出装置、あるいはTTL（Through The Len
s）型の位相差検出法による距離検出装置などが実用化
されている。

上記アクティブ方式の三角測距型の距離検出装置は、
被写体に向けてパルス光を投射し、その反射光を投光部
から所定の基礎長だけ離れた位置に配置された受光素子
にて検出することにより、上記被写体までの距離を検出
するものである。また、三角測距型の位相差検出法によ
る距離検出装置は、被写体像を２つの異なる光学系にて
相対的にずれた像として受光素子上に結像させ、上記ず
れの量を検出することによって被写体距離を算出するも
のである。さらに、TTL型の位相差検出法による距離検
出装置は、撮影レンズの異なる瞳を通った光束により再
結像された像の相対的なずれ量を検出するものである。

これらの距離検出装置は、一般に、第11図に示すよう
に、距離ｌの逆数1/lに比例した出力信号Ｖを出力する
理論によるものである。したがって、上記出力信号Ｖを
もとにして撮影レンズを適切な位置に制御することによ
って、カメラのオートフォーカス装置（以下、AF装置と
略記する）が実現される。しかし、距離検出装置におけ
る実際の測距特性は、投・受光素子の位置関係、回路お
よび使用光学系などの精度（できばえ）によって理論値
どおりの直線とはなり得ず、傾きや直線性、理論値から
のずれ量に誤差を生じ易い。

そこで、理論値と実際の出力（実測値）とを一致させ
るための補正計算を演算制御回路（CPU）に行わせ、個
々の製品のばらつきに応じた補正係数を、電気的に書き
込み可能な記憶素子に入力するようにしてなる距離検出
装置がすでに提案されている（たとえば、特開昭63−19
8818号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］上記したような従来の距離検出装置では、実際の測距
特性が、その方式によって、１本の直線関係で近似され
ない場合がある。すなわち、第12図に示すように、破線
で示される実測値が距離l_CHを境に２本の直線L₁，L₂に
よって近似されるもの、または第13図に示すように、破
線で示される実測値がある距離l_CHを越えると直線L₁関
係を満たさないものなどがある。

このように、従来の距離検出装置においては、１つの
関数のみで補正演算を行うだけでは不十分な場合が多
い。このため、至近から無限大（∞）まで、よりワイド
レンジの測距装置を実現できないという欠点があった。

この発明は、よりワイドレンジで、しかも高精度な測
距装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために、この発明の測距装置に
あっては、被写体までの距離に対応した信号を出力する
測距手段と、この測距手段の出力にもとづいて合焦用レ
ンズの移動量を所定の関係にしたがって決定する演算制
御手段と、前記測距手段の出力の全範囲を複数の領域に
分割し、前記測距手段の出力と合焦用レンズの移動量と
の関係が所定の関係に近付くように各領域ごとに補正演
算する補正演算手段と、この補正演算手段における補正
演算のための、前記各領域に対する補正係数と前記複数
の領域の境界となる出力値とを記憶する記憶手段とから
構成されている。

［作用］この発明は、上記した手段により、複数の関数を用い
て部分的に補正演算することになるため、補正演算の誤
差を小さくできるようになるものである。

［実施例］以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。

第１図は、この発明の測距装置、たとえばスチルカメ
ラに用いられる距離検出手段の概念を示すものである。

すなわち、101は被写体までの距離に対応した信号を
出力する測距手段、102は上記測距手段101からの距離信
号にもとづいて合焦用レンズ（図示しない）の移動量を
所定の関係にしたがって決定する演算制御手段、103は
前記測距手段101の出力の全範囲を複数の領域に分割
し、前記測距手段101の出力と合焦用レンズの移動量と
の関係が所定の関係に近付くように各領域ごとに補正演
算する補正演算手段、104は上記補正演算手段103におけ
る補正演算のための補正係数と前記複数の領域の境界と
なる出力値とを記憶する記憶手段である。

第２図は、この実施例における技術手段の構成を概略
的に示すものであり、上記演算制御手段102および上記
補正演算手段103としての演算制御回路（以下、CPUと略
記する）１と、上記測距手段101としての測距部２と、
上記記憶手段104としての記憶部３とにより、スチルカ
メラ10の距離検出装置100が構成されている。

上記測距部２は、CPU1からの測距命令によって制御さ
れ、被写体距離に応じた出力信号（距離信号）Ｖを出力
するものである。

上記記憶部３は、切換えポイントデータ（測距部２の
出力の全範囲を複数の領域に分割した際の各領域の境界
となる出力値）と、補正データ（各領域に対する補正係
数）とを記憶するものであり、上記データが書き込み可
能な構成とされている。

上記CPU1は測距部２に測距命令を供給するとともに、
この測距命令に対して上記測距部２より出力される出力
信号Ｖと、記憶部３に記憶されている補正データおよび
切換えポイントデータとをもとに、正確な距離情報ｌを
算出するものである。また、CPU1は、この距離情報ｌに
よってドライバ７を制御してモータ８を駆動することに
より、図示していない撮影レンズを移動させてその距離
にある被写体にピントが合うように制御するものであ
る。

一方、200は、スチルカメラ10のできばえに合わせて
上記補正データなどを調整するための調整装置である。
この調整装置200は、スチルカメラ10のできばえをCPU1
の出力によって調べながら上記補正データおよび切換え
ポイントデータを算出する調整演算回路４と、この調整
演算回路４により制御される駆動回路５と、この駆動回
路５により移動される測距用チャート６とから構成され
ている。

ここで、上記測距部２が、たとえば第12図に破線で示
すような測距特性を持っている場合、近距離側では、測
距結果はほぼ第１の理論線L₁に沿って変化する。しか
し、距離l_CHより遠い遠距離側では、測距結果は第１の
理論線L₁から離れていく。そこで、距離l_CHより遠距離
側では、第１の理論線L₁とは異なる第２の理論線L₂を想
定し、これに実際の測距特性を近似補正して距離に変換
させるようにする。これにより、第１の理論線L₁のみに
よる補正よりも誤差を小さくできる。

すなわち、第12図に示すような測距特性を持つ測距部
２においては、距離l_CH（出力信号V_CH）を境とする近距
離側と遠距離側とで異なる関数により距離を求める必要
がある。

なお、前記の補正データとは、これらの関数が１次の
場合、「1/l＝ａ×Ｖ＋ｂ」として現されるときの、a,b
に相当するものである。

また、すでに述べたように、上記補正データばかりで
なく、スチルカメラ10のできばえによって切換えポイン
トデータ（距離l_CH、つまり出力信号V_CH）も、個々のカ
メラ10によって異なったものとなる。

次に、第３図を参照して、上記切換えポイントデータ
を求める際の動作について説明する。

まず、調整演算回路４により駆動回路５が動作され
る。すると、苦労回路５のたとえばピニオン5bが回転さ
れることにより、ラック5aが移動される。これにより、
上記ラック5aの移動に応じて、測距用チャート６が図示
矢印方向に移動される。

また、この状態において、スチルカメラ10により上記
測距用チャート６を被写体とする測距動作が行われる。
そして、そのときに得られる測距結果がCPU1より上記調
整演算回路４に供給されることにより、切換えポイント
データとしての出力信号V_CHが算出される。

すなわち、測距用チャート６を移動させながら、それ
をスチルカメラ10により測距して、そのときの測距結果
より切換えポイントデータV_CHが求められる。この場
合、測距用チャート６までの距離ｌをΔｌずつ変化させ
たときの出力信号Ｖが、たとえばΔＶずつ変化されてい
る領域については第１の理論線L₁で良いため、ΔＶ以上
変化し始めたときの出力信号Ｖが切換えポイントデータ
V_CHとされる。

第４図は、上記のようにして求めた切換えポイントデ
ータを用いた、CPU1における演算動作を示すものであ
る。

まず、測距部２からの出力信号Ｖは、切換えポイント
データV_CHと比較されて被写体までの距離ｌを求めるた
めの式が決定される（ステップST1）。

この比較により、出力信号Ｖが遠近切換えポイントV
_CHより近距離側と判断された（Ｖ＞V_CH）場合には、式a
₁×Ｖ＋b₁により距離情報ｌが求められる（ステップST
2）。また、遠距離側と判断された（Ｖ＜V_CH）場合に
は、式a₂×Ｖ＋b₂により距離情報ｌが求められる（ステ
ップST3）。

こうして距離情報ｌが求められると、撮影レンズの繰
り出し量（移動量）が決定される（ステップST4）。

そして、上記したドライバ７が制御され、モータ８が
駆動されることにより、その繰り出し量だけ上記撮影レ
ンズが移動される（ステップST5）。

この後、通常の撮影シーケンスが実行されることによ
り、被写体の撮影が行われる（ステップST6）。

なお、ステップST2におけるa₁，b₁は、近距離側の補
正データであり、第12図に示した第１の理論線L₁を現わ
す式の逆関数の係数に対応するものである。同様に、ス
テップST3におけるa₂，b₂は、遠距離側の補正データで
あり、第12図に示した第２の理論線L₂を現わす式の逆関
数の係数に対応するものである。

ここで、測距部２からの出力信号Ｖが、被写体までの
距離ｌの逆数1/lに比例する理論について説明する。

第５図は、アクティブ方式の三角測距型の距離検出装
置を概略的に示すものである。

この距離検出装置では、赤外発光ダイオード（IRED）
11からの光を投光レンズ12を介して被写体16に投射し、
その反射光を受光レンズ13を介して受光素子14で受光す
ることによって測距を行うようになっている。この場
合、両レンズ12、13の主点間距離をｓ、受光レンズ13の
焦点距離をｆとしたとき、被写体16までの距離ｌは、により求められる。

ここで、ｘは上記反射光の受光素子14上の入射位置で
あり、たとえばこの入射位置を電気信号に変換する機能
を有する半導体位置検出素子（以下、PSDと略記する）
が上記受光素子14として用いられている。このPSD14
は、反射光の入射位置に応じて２つの電流信号Ia,Ibを
出力する。この電流信号Ia,Ibは、となる。ただし、ａはPSD14上の受光レンズ13の光軸の
位置とPSD14のIRED11側の端部との間の距離、ｔはPSD14
の基線長方向の長さである。

この電流信号Ia,Ibは、被写体16までの距離ｌを求め
るためのAF（オートフォーカス）回路15に供給される。

第６図は、AF回路15の一般的な構成を示すものであ
る。

第６図において、22,23は定常光をカットするための
トランジスタ、24,25は上記トランジスタ22,23のベース
電位を固定するためのコンデンサ、29,30はシーケンス
コントローラ31により制御されるオペアンプであり、こ
れらによって上記PSD14の出力電流からIRED11の発光に
よる電流信号Ia,Ibの成分を分離するための回路が構成
されている。すなわち、PSD14は、上記IRED11の発光に
よる信号のみを受光することが望ましい。したがって、
PSD14は、一般に、IRED11の発光波長以外をカットす
る、たとえば樹脂により形成された光学フィルタを有し
ている。しかし、外光成分にはIRED11と同じ波長の成分
も含まれている。このため、PSD14からは、IRED11の発
生による電流信号Ia,Ibのほかに、外光成分による電流
も出力される。そこで、PSD14から出力される電流よ
り、外光成分による電流を除去する必要がある。

この場合、上記オペアンプ29,30は、IRED11の発光タ
イミング以前においてシーケンスコントローラ31により
動作され、IRED11の発光タイミングにおいて動作が禁止
される。オペアンプ29,30のそれぞれの正側端子は圧縮
ダイオード26,27の電圧に設定され、それぞれの負側端
子は基準電圧Vrefに固定されている。そして、オペアン
プ29,30の出力で、それぞれの定常光カット用トランジ
スタ22,23のベース電圧を制御することにより、不必要
な光電流（外光成分による電流）がプリアンプ20,21で
増幅されるのを防いでいる。すなわち、上記電流信号I
a,Ib以外の電流はプリアンプ20,21で増幅されることな
く、グランド（GND）に捨てられる。

しかして、IRED11が発光されると、オペアンプ29,30
はオフされる。このとき、トランジスタ22,23のベース
電位は、それぞれのコンデンサ24,25により固定されて
いる。したがって、IRED11の発光による電流信号Ia,Ib
のみがプリアンプ20,21によってそれぞれ増幅され、そ
して圧縮ダイオード26,27にそれぞれ流し込まれる。こ
の後、上記圧縮ダイオード26,27からの圧縮信号は差動
演算回路28に供給され、ここで差動演算されることによ
りAF出力に変換される。

なお、上記IRED11は、ドライバ33によってオン／オフ
されるようになっている。また、上記ドライバ33を駆動
するプリドライバ32は、上記シーケンスコントローラ31
からの発光信号によってその発光タイミングが制御され
るようになっている。

第７図は、差動演算回路28の構成を概略的に示すもの
である。

第７図において、34,35はバッファ、36,37はNPNトラ
ンジスタ、38は定電流源、39は抵抗である。

上記バッファ34,35は、前記プリアンプ20,21によりそ
れぞれ増幅され、圧縮ダイオード26,27にそれぞれ流し
込まれる電流Ix,Iyによってそれぞれのアノードに生じ
る圧縮信号V_A，V_BをNPNトランジスタ36,37のベースにそ
れぞれ供給するものである。

上記NPNトランジスタ36,37は、それぞれのエミッタ端
子が共通に接続され、定電流源38を介して接地されてい
る。この場合、定電流源38の両端電圧V_Zとし、NPNトラ
ンジスタ36,37のベース・エミッタ間電圧力V_BEとコレク
タ電流I₁，I₂とを考慮したとき、上記圧縮信号V_A，V_Bに
ついて次の関係が成り立つものとする。すなわち、ただし、V_Tはサーマルボルテージ、I_Sはトランジスタ
36,37の逆方向飽和電流である。またV_Oは圧縮ダイオー
ド26,27のアノード側の定電圧である。

上記２式（４），（５）より、第８図は、圧縮ダイオード26,27の構成を示すもので
ある。

圧縮ダイオード26,27は、ダイオード接続されたトラ
ンジスタによって構成されている。この場合、NPNトラ
ンジスタ36,37とのペア性が重視され、その特性が揃え
られている。これにより、上記コレクタ電流I₁，I₂はい
ずれも定電流源38側に流れ込むため、 I₁＋I₂＝I_O …（９）となる。したがって、となる。ただし、I_Oは定電流源38の電流である。

上記式（10）は、電流I_X，I_YがSPD14の各出力である
電流信号Ia,Ibを同じように増幅したものであることか
ら、次のように書き直すことができる。

したがって、前記式（２），（３）より、上記式（1
1）は、となる。このことから、上記コレクタ電流I₁は、 I₁∝ｘ …（13）となる。

また、前記式（１）より、 I₁∝1/l …（14）となる。

したがって、この電流信号I₁が抵抗39に流れることに
より、測距により出力信号Ｖは、Ｖ＝RI₁∝1/l …（15）となる。ただし、Ｒは抵抗39の抵抗値である。

しかし、これらの関係は、回路にノイズがなく、各素
子などにまったくばらつきがないときにのみ成立するも
のである。

また、アクティブ方式の三角測距型の距離検出装置の
場合、被写体16までの距離が大きくなるほど、SPD14で
受ける反射光は小さくなる。このため、たとえば遠距離
側では、上記電流信号Ia,Ibへのノイズ成分I_Nによる影
響が無視できない。

このノイズ成分I_Nを考慮すると、前記した式（11）は
第９図に示すようになる。すなわち、近距離側では、上
記電流信号Ia,Ibが十分に大きいため、 Ia≫I_N,Ib≫I_N となり、第１の理論線L₁の関係を満足する。

ところが、上記電流信号Ia,Ibが小さくなる遠距離側
では、となり、これに一点鎖線L₄のような曲線で近付く。

また、被写体16までの距離が無限大となると、上記電
流信号Ia＝Ibのときと同じような出力信号Ｖを信号Ｖを
出力する。

ここで、上記式（２），（３）より、上記電流信号Ia
＝Ibとなる距離lxを求めると、となり、この結果、上記距離lxは、前記式（１）より、となる。この場合、たとえば両レンズ12,13の主点間距
離ｓを50mm、受光レンズ13の焦点距離ｆを14mm、PSD14
の基線長方向の長さｔを2mm、およびPSD14のIRED11側の
端部との間の距離ａを0.5mmとすると、距離lxは、上記
式（18）より、 lx＝1.4m となる。

しかし、このままでは被写体16までの距離が無限大の
場合と1.4mの場合との区別がつかない。

そこで、距離l_CH2以遠の領域では、PSD14に入射され
る反射光の光量を判定することにより、一点鎖線L₄で示
すような測距特性にならないようにするための回路（図
示していない）が設けられている。これにより、距離l
_CH2以遠の領域では、第３の理論線L₃に近似できるよう
な測距特性を示すことになる。

また、距離l_CH1から距離l_CH2までの間は、ノイズ成分
I_Nの影響がしだいに現れてくる領域である。このため、
第１の理論線L₁で近似するより、第２の理論線L₂で近似
したほうが誤差が小さくなる。

このように、AF回路15の測距特性を最大限に利用する
ためには、第９図に破線で示す実際の出力を、３つの直
線L₁，L₂，L₃で近似しながら補正演算を行うことが好ま
しい。しかも、これらの直線L₁，L₂，L₃の切換えのポイ
ント、つまり距離l_CH1，l_CH2（出力信号V_CH1，V_CH2）に
より示される切換えポイントデータは、前述したよう
に、回路のS/Nに大きく依存している。特に、投光源と
してのIRED11の光量のばらつきは部品による差が大き
く、これに影響し易いものとなっている。

また、光学系の両レンズ12,13の主点間距離ｓ、受光
レンズ13の焦点距離ｆ、およびPSD14のIRED11側の端部
との間の距離ａなどのばらつきにより、測距特性の傾き
やシフト量が変化される。このため、スチルカメラ10ご
とに切換えポイントデータV_CH1，V_CH2は異なったものと
なる。

次に、上記した切換えポイントを検出する方法につい
て、第10図に示す調整装置200を例に説明する。

この場合、スチルカメラ10（ｌ＝０）から距離l₁，
l₂，l₃，l₄をそれぞれ隔てたところに、測距部２より投
光されるIRED11の光を標準反射板で反射する測距用チャ
ートc₁，c₂，c₃，c₄がそれぞれ配置されている。これら
の各チャートc₁，c₂，c₃，c₄は、いずれも独立して可動
でき、上記IRED11からの光の光軸より退避できるように
なっている。すなわち、チャートc₁が退避されると、ス
チルカメラ10によってチャートc₂が被写体として測距さ
れ、距離l₂における被写体までの距離に対する出力信号
Ｖを得ることができるようになっている。

ところで、上記切換えポイントl_CH1は、この場合、距
離l₂と距離l₃との間にあるものと考える。すなわち、設
計上において、いくら部品や取り付けの精度のばらつき
を考慮しても、切換えポイントl_CH1は距離l₂よりも近く
はならず、また距離l₃よりも遠くならないよう、距離が
選ばれている。したがって、距離l₁は距離l₂よりも近い
距離、距離l₄は距離l₃よりも遠い距離で、切換えポイン
トl_CH2よりは近い距離に設定されている。

このような構成において、スチルカメラ10でチャート
c₁，c₂，c₃，c₄を順に測距したとき、出力信号V₁，V₂，
V₃，V₄がそれぞれ得られたとする。すると、第１の理論
線L₁、第２の理論線L₂を現わす式はおのおの次のように
なる。すなわち、このとき、第１の理論線L₁と第２の理論線L₂との交点
は切換えポイントV_CH1である。したがって、となり、これより切換えポイントV_CH1は、として求められる。

このようにして、調整演算回路４にて切換えポイント
V_CH1が算出され、この切換えポイントV_CH1はスチルカメ
ラ10のCPU1により記憶部３に書き込まれる。

また、この調整装置200では、前述した近距離側の補
正データa₁，b₁、および遠距離側の補正データa₂，b₂を
同時に求めることができるようになっている。すなわ
ち、これらの補正データa₁，b₁，a₂，b₂も、同様にして記
憶部３に記憶させるようにすることにより、部品のばら
つき誤差などに起因する測距特性のばらつきを簡単に補
正できるようになる。

なお、第９図に示した、もう１つの切換えポイントl
_CH2についても、上記同様にして求められ、記憶部３に
書き込まれる。

上記したように、実際の出力を複数の直線で近似しな
がら補正演算するようにしているため、誤差を小さくす
ることができる。したがって、各部品のできばえにかか
わらず、高精度で、かつワイドレンジの距離検出装置を
実現できるものである。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、発明の要旨を変えない範囲において、種々変型実施
可能なことは勿論である。

［発明の効果］以上、詳述したようにこの発明によれば、よりワイド
レンジで、しかも高精度な測距装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す距離検出装置の概念
図、第２図は全体の構成を示すブロック図、第３図は調
整装置の一例を示す構成図、第４図は測距演算動作を説
明するために示すフローチャート、第５図はアクティブ
方式の三角測距型の距離検出装置を示す構成図、第６図
はAF回路の一例を示す構成図、第７図は差動演算回路を
示す構成図、第８図は圧縮ダイオードの構成を示す図、
第９図は測距特性を説明するために示す図、第10図は切
換ポイントを検出する方法について説明するために示す
構成図、第11図乃至第13図は従来技術とその問題点を説
明するために示すもので、第11図は距離検出装置の動作
理論を説明するために示す図、第12図は２本の直線によ
って近似される場合を例に測距特性を説明するために示
す図、第13図はある距離を越えると直線関係を満たさな
くなる場合を例に測距特性を説明するために示す図であ
る。１…CPU、２…測距部、３…記憶部、４…調整演算回
路、10…スチルカメラ、11…IRED、14…PSD、15…AF回
路、16…被写体、26,27…圧縮ダイオード、28…差動演
算回路、100…距離検出装置、101…測距手段、102…演
算制御手段、103…補正演算手段、104…記憶手段、200
…調整装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体までの距離に対応した信号を出力す
る測距手段と、この測距手段の出力にもとづいて合焦用レンズの移動量
を所定の関係にしたがって決定する演算制御手段と、前記測距手段の出力の全範囲を複数の領域に分割し、前
記測距手段の出力と合焦用レンズの移動量との関係が所
定の関係に近付くように各領域ごとに補正演算する補正
演算手段と、この補正演算手段における補正演算のための、前記各領
域に対する補正係数と前記複数の領域の境界となる出力
値とを記憶する記憶手段とを具備したことを特徴とする測距装置。