JP3012581B2 - カメラの多点測距装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカメラの多点測距装
置、更に詳しくは、複数の投光素子より測距用光を被写
体に向けて投射し、その被写体からの反射光を受光する
ことにより被写体距離を自動的に測距する、所謂、アク
ティブ方式のカメラの多点測距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、アクティブ方式のオート
フォーカス（以下、ＡＦと略記する）装置は、一般に普
及しており、多くのレンズシャッタカメラがこの種のＡ
Ｆ装置を搭載している。

【０００３】ところが、これまでのこの種、多くのＡＦ
カメラでは、１個の赤外光ダイオ―ド（以下、ＩＲＥＤ
と略記する）によってＡＦ動作を行なうため、同ダイオ
―ドからの投射光が照射されたある一点までの距離しか
測距できなかった。そのため、撮影をしようとする構図
中、測距用の光信号が投射される位置に、主要被写体が
存在しない場合、ＡＦ装置は他の被写体あるいは背景、
つまり、∞に合焦してしまい、主要被写体に対してはピ
ンボケ写真となってしまう（以下、これを中抜けとい
う）。

【０００４】そこで、この問題を除去するために撮影を
しようとする画面中の３点に、上記赤外光を投射し、こ
れによって中抜け防止を行なうようにしたＡＦ装置が、
特開昭５８−９０１３号公報や特開昭５８−９３０４０
号公報によって提案されている。

【０００５】上記の提案されている多点測距装置は、図
６（Ａ），（Ｂ）に示すように、複数のＩＲＥＤから発
光された赤外光を、半導体からなる周知の位置検出受光
素子（以下、ＰＳＤと略記する）等の受光素子で受光す
るようにしたものであって、図６（Ａ）のものでは、３
個のＩＲＥＤ３１ａ，３１ｂ，３１ｃで発光した赤外光
は、投光レンズ３５で集光され被写体３７に向けて投射
される。そして、この被写体３７で反射した反射光は、
受光レンズ３６によりＰＳＤ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ上
にそれぞれ分離して結像され、これにより多点測距され
るようになっている。また、図６（Ｂ）に示すものは、
上記３個のＰＳＤ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの代わりに１
個の大きなＰＳＤ３４上に結像されるようにしたもので
ある。

【０００６】このように投光素子および受光素子を配置
すれば、図７に示すように、投光素子である各ＬＥＤ
（発光ダイオ―ド）３８ａ，３８ｂ，３８ｃから発光さ
れた光は、投光レンズ３５で集光され、被写体に向けそ
れぞれ投射されるから、被写体上の３点を測距できる。
従って、図８に示すような構図の被写体４０を撮影しよ
うとする際、中央部の測距枠３９のみで一点測距する通
常のＡＦ装置では中抜けとなってしまうが、上記図７に
示す３点測距のＡＦ装置によれば、この中抜けが防止で
き正確に測距することができる。

【０００７】ここで、１個のＰＳＤを用いた三角測距式
アクティブ方式の測距装置の基本原理を図９によって説
明する。図９において、受光レンズ４２の光軸をＰＳＤ
４４の中心線に一致させて配設し、これを原点としたと
き、ＩＲＥＤ４３から投光レンズ４１を介して被写体距
離Ｄの被写体４５に投射され、同被写体４５によって反
射された反射光の入射位置をｘ、投光レンズ４１と受光
レンズ４２間の距離、つまり基線長をＳ、受光レンズ４
２の焦点距離をｆ、ＰＳＤ４４の長さをｔとすると、 ｘ＝Ｓ・ｆ／Ｄ………（１） という関係となる。

【０００８】従って、反射光入射位置ｘを求めることに
より、被写体距離Ｄが求められる。ＰＳＤ４４は、この
反射光入射位置ｘに従った２つの信号電流Ｉ1 ，Ｉ2 を
出力するので、同電流Ｉ1 ，Ｉ2 は全光電流をＩ0 とす
ると、それぞれ、 Ｉ1 ＝｛（ｔ／２）＋ｘ｝・Ｉ0 ／ｔ Ｉ2 ＝｛（ｔ／２）−ｘ｝・Ｉ0 ／ｔ となる。そこで、信号電流Ｉ1 ，Ｉ2 の比をとれば、被
写体反射率の函数である全光電流Ｉ0 が消え、 Ｉ1 ／Ｉ2 ＝（ｔ＋２ｘ）／（ｔ−２ｘ） となる。従って、 ｘ＝ｔ・｛（１／２）−Ｉ2 ／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）｝ となる。

【０００９】上式に（１）式を代入すれば Ｄ＝（Ｓ・ｆ／ｔ）／｛（１／２）−Ｉ2 ／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）｝…（２ ） となるから、上記（２）式より光電流比Ｉ2 ／（Ｉ1 ＋
Ｉ2 ）が求まれば、被写体距離Ｄが求められることにな
る。そこで、図９のような構成のＰＳＤとＩＲＥＤを、
それぞれ３個ずつ対として用意したのが上記図６（Ａ）
の方式である。

【００１０】また、図１０に示すような配置の多点測距
装置も考えられている。この多点測距装置においては、
３個のＩＲＥＤ５３ａ，５３ｂ，５３ｃでそれぞれ発光
した赤外光は、投光レンズ５１で集光されて被写体５５
の測距対象点５５ａ，５５ｂ，５５ｃにそれぞれ投射さ
れる。そして、同測距対象点５５ａ，５５ｂ，５５ｃで
反射された反射光５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、受光レン
ズ５２によりＰＳＤ５４上の一側方にそれぞれ結像され
るようになっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した各技
術においては、いずれも必要に応じた測距精度を得ると
の観点から、複数の投光素子とＰＳＤとの位置関係をど
のようにすれば良いかということは考慮されていなかっ
た。すなわち、一般的には画面中央部にある被写体は重
要との認識から精度の高い測距を行うことが望ましい。
一方、近距離側での撮影可能範囲も出来るだけ広くした
いが、これはＰＳＤの長さを十分にとらねばならないと
いう問題を生ずる。

【００１２】そこで、本発明は、上述の事情に鑑みなさ
れたものであって、カメラの多点測距装置において、中
央被写体に対しては近距離側の測距可能範囲よりも測距
精度を重視し、周辺被写体に対しては測距精度よりも近
距離側の測距可能範囲を重視した構成とすることによ
り、測距精度と測距範囲との最適な組み合せのカメラの
多点測距装置を得ることができるようにしたものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によるカメラの多
点測距装置は、撮影レンズの光軸方向にスポット光を投
光する投光体を有した第１投光手段と、この第１投光手
段から基線長離れて配置された光電変換手段と、上記第
１投光手段と光電変換手段との間に配置され、土記光軸
以外の複数方向に投光する複数の発光部から成る灯交体
を有した第２投光手段と、上記第１投光手段と第２投光
手段とを順次投光させ、この投光による被写体からの反
射光を上記光電変換手段により受光することで被写体距
離を決定する距離決定手段とを具備したことを特徴とす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を具
体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すカ
メラの多点測距装置の光学配置を示す図である。この多
点測距装置は、投光レンズ１ｂとＩＲＥＤ３ｂとからな
り、撮影レンズの光軸方向に投光する中央測距用の第１
の測距手段を構成する第１投光手段４７と、投光レンズ
１ａとＩＲＥＤ３ａ，３ｃからなり、上記光軸以外の方
向に投光する左右測距用の第２の測距手段を構成する第
２投光手段４８と、受光レンズ２とＰＳＤ４からなり被
写体からの反射光の受光位置に応じた出力電流Ｉ1，Ｉ2
を発生する手段であって、測距手段を構成する光電変
換手段４９と、この光電変換手段からの出力電流Ｉ1 ，
Ｉ2 に基づいて被写体距離Ｄを演算する手段であって、
測距手段を構成する演算手段１１とで、その主要部が構
成されている。

【００１５】上記光電変換手段４９の受光レンズ２の光
軸を、同レンズ２の後方であって同レンズ２の焦点距離
ｆだけ離れた位置に配置されたＰＳＤ４の中心線に一致
させてこれを原点としたとき、上記第１投光手段４７か
らの投射光は、被写体の測距対象点１０ｂで反射されて
反射光２９ｂとなり、ＰＳＤ４上の位置ｘb に結像され
る。同様に、第２投光手段４８の投光レンズ１ａの後方
であって同レンズ１ａの光軸から左右に距離Δａ，Δｂ
だけシフトして配置されたＩＲＥＤ３ｃ，３ａからの投
射光は、被写体の測距対象点１０ｃ，１０ａで反射され
て反射光２９ｃ，２９ａとなり、ＰＳＤ４上の位置ｘc
，ｘa にそれぞれ結像される。

【００１６】図２は、上記演算手段１１の構成の一例を
示した図である。ＰＳＤ４から出力された信号電流Ｉ1
，Ｉ2 は、同信号電流を距離信号に変換するＡＦ用Ｉ
Ｃ６に供給される。このＡＦ用ＩＣ６は、上記距離信号
と共にタイミングパルスをＣＰＵ５に送出する。

【００１７】上記ＣＰＵ５は、カメラ全体のシーケンス
を司る。また、距離決定手段を内蔵しており、３点測距
時は、主要被写体が存在する可能性の高い３個の測距デ
ータを演算し、そのうちから最も至近のデータを選択す
る。上記測距データに基づいて、ＣＰＵ５は、ドライバ
８を介して撮影レンズを繰り出すためのモータ９を駆動
する。

【００１８】次に、ＡＦ用ＩＣ６の作動について、図３
に示すＡＦ用ＩＣ回路のブロック図、および図４に示す
ＡＦ動作のタイミングチャートに従って説明する。これ
を基本動作としてＣＰＵ５が各ＩＲＥＤ３ａ，３ｂ，３
ｃを選択しながら、この基本動作を３回繰り返すことに
より、３個のＡＦデータが時分割でＣＰＵ５に取り込ま
れる。

【００１９】基本ＡＦ動作は、ＡＦ用ＩＣ６がＣＰＵ５
よりＡＦ開始信号および基本クロック信号を受けること
により開始される。各ＩＲＥＤ３ａ，３ｂ，３ｃは、発
振器２５で発振し、ＩＲＥＤタイミング回路２６に従っ
て、例えば１６ＫＨｚでデュ―ティ比５０％のパルス信
号ａで駆動されてパルス発光を開始する。すると、被写
体光を受光したＰＳＤ４からの光電流Ｉ1 ，Ｉ2 の供給
された電流−電圧変換回路１２，１３の出力電圧Ｖ1 ，
Ｖ2 は図４に示すような波形となる。

【００２０】この２つの電圧波形Ｖ1 ，Ｖ2 のピ―ク値
の比は、前述の光電流比Ｉ1 ／Ｉ2に等しい。また、Ａ
Ｆ開始信号を受けると、チャンネル切換回路２０，正積
分回数カウンタ２２および全積分回数カウンタ２３はリ
セットされる。従って、チャンネル切換回路２０からの
チャンネル切換信号ｄは“Ｌ”レベルなので、チャンネ
ル切換スイッチ１４がオフとなり、スイッチ１５がイン
バータ２７で位相反転されて“Ｈ”レベルとなった切換
信号ｄによりオンとなるから、光電流Ｉ2 に比例した電
圧Ｖ2 がＢ・Ｐ・Ｆ１６に印加される。

【００２１】そこで、まず、積分タイミングパルス回路
３０よりタイミングパルスｅを、図４に示すように駆動
パルス信号ａの“Ｈ”レベルの略中央で“Ｈ”レベルと
なるタイミングで送出すると、積分スイッチ１７がオン
し、このとき、Ｂ・Ｐ・Ｆ１６の出力はスイッチ１５が
オンしているので光電流Ｉ2 に比例した電圧を出力す
る。

【００２２】従って、積分器１８の積分出力ＶI は、Ｂ
・Ｐ・Ｆ１６のフィルタ出力信号ｂの正のピ―クｂ1 で
積分が行なわれるために、負方向に積分、即ち、逆積分
したＶI-1 のように変化し、この積分動作は基準電圧Ｖ
ref より低下するまで繰り返される。積分出力ＶI が基
準電圧Ｖref より低下すると、コンパレ―タ１９の比較
出力ｃが“Ｌ”レベル→“Ｈ”レベルとなり、チャンネ
ル切換回路２０からのチャンネル切換信号ｄは、タイミ
ングパルスｅの立下がりｅ1 に同期して“Ｌ”レベル→
“Ｈ”レベルとなるので、今度はチャンネル切換スイッ
チ１４がオンし、スイッチ１５がオフとなる。 そし
て、Ｂ・Ｐ・Ｆ１６には光電流Ｉ2 にかわって光電流Ｉ
1 による電圧信号が入力されるが、このとき、積分タイ
ミングパルス回路３０は、タイミングパルスｅとして、
チャンネル切換スイッチ１５のオンのときに比べ、ＩＲ
ＥＤ駆動パルス信号ａの周波数の半周期遅らせたタイミ
ングパルスｅ2 を出力する。

【００２３】従って、Ｂ・Ｐ・Ｆ１６から出力されるフ
ィルタ出力信号ｂの負のピ―クｂ2で積分が行なわれる
ため、今度は、正方向に積分、即ち、正積分が行なわれ
る。このように、積分出力ＶI が基準電圧Ｖref を超え
るごとに、 この基準電圧Ｖref に近づく方向で光電流
Ｉ1 ，Ｉ2 に比例した信号が互いに逆方向に積分され
る。

【００２４】今、全積分回数をＮ0 とすると、正積分回
数 ＮS ，逆積分回数ＮG との関係は、 Ｎ0 ＝ＮS ＋ＮG ……（３） となる。また正積分回数ＮS と全積分回数Ｎ0 との関係
は ＮS ＝｛Ｉ2 ／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）｝・Ｎ0 ……（４） となる。（４）式に前記（２） 式を代入すると ＮS ＝｛（１／２）−Ｓ・ｆ／Ｄ・ｔ｝・Ｎ0 ……（５） となる。

【００２５】従って、全積分回数カウンタ２３におい
て、カウントされる全積分回数Ｎ0 は、終了回路２４に
より常に一定に保たれるから、アンドゲート２１を介
し、正積分回数カウンタ２２において、カウントされる
正積分回数ＮS より被写体距離Ｄが求められる。

【００２６】このように構成された多点測距装置におい
て、ＰＳＤ４の全長をｔ、第１投光手段４７と光電変換
手段４９との間の基線長をＳ、受光レンズ２の焦点距離
をｆとし、ＰＳＤ４の長さ方向の中心を受光レンズの光
軸に一致させたとき、第１投光手段によって測距可能な
至近側の被写体距離の限界値（以下、至近限界と略記す
る）Ｄminbは Ｄminb＝２・Ｓ・ｆ／ｔ となる。つまり、基線長Ｓを小さくすれば、至近限界Ｄ
minbが小さくなるから、より至近側まで測距できること
になる。

【００２７】そこで、図１のように、中央測距用ＩＲＥ
Ｄ３ｂからの投射光を集光する投光レンズ１ｂと、左右
測距用ＩＲＥＤ３ａ，３ｃからの投射光を集光する投光
レンズ１ａとをそれぞれ分けると共に、受光レンズ２と
の基線長をそれぞれ Ｓ1 ，Ｓ2 として、基線長Ｓ1 を
従来例の基線長Ｓに等しく設定し、Ｓ1 ＞Ｓ2 となるよ
うに左右測距用の第２投光手段を配置する。これにより
中央測距用の第１投光手段による測距精度は従来どおり
実現される。

【００２８】一方、第２投光手段４８によるＡＦ精度
は、第１投光手段４７によるＡＦ精度に劣るが、近距離
においては、信号光が十分強いので、実用上問題となる
レベルではない。なお、図から明らかなように左側測距
用ＩＲＥＤ３ｃから投射され、被写体１０ｃで反射され
た反射光２９ｃによるＰＳＤ４上の結像点ｘc は、第１
投光手段４７による結像点ｘb より早くＰＳＤ４上から
外れることになる。

【００２９】ＰＳＤ４上の反射光２９ｃの入射位置ｘc
は、投光レンズ１ａの光軸からＩＲＥＤ３ｃがΔａだけ
シフトして配置されているので、投受光のレンズの焦点
距離が等しいとき ｘc ＝（Ｓ2 ・ｆ／Ｄ）＋Δａ となる。従って、至近限界Ｄmincは、 Ｄminc＝Ｓ2 ・ｆ／｛（ｔ／２）−Δａ）｝ となる。

【００３０】上式に実際的な数値として、 ｆ ＝１６ｍｍ Ｓ2 ＝３１ｍｍ ｔ ＝２ｍｍ Δａ＝０．５ｍｍ を代入すると、至近限界Ｄmincは、略１ｍとなり、実用
上支障のない近距離まで同一のＰＳＤ４を用いて、全て
のＩＲＥＤ３ａ，３ｂ，３ｃによって測距できることが
わかる。

【００３１】また、図１の第２投光手段のＩＲＥＤ３ｃ
から投射される左側測距光線と第１投光手段のＩＲＥＤ
３ｂから投射される中央測距光線がクロスする点Ｐc
は、上記数値によると３８．４ｃｍとなるので、カメラ
の実用上の使用範囲では、必ず３点を測距することがで
きる。

【００３２】このような多点測距装置によって得られる
測距データＮS と被写体距離Ｄの逆数との関係をグラフ
にすると、図５のようになる。中央測距用のＩＲＥＤ３
ｂは、投光レンズ１ｂの光軸上に位置しているため、信
号が十分大きいとき、上記ＩＲＥＤ３ｂによる測距デー
タＮS は（５）式に従って至近端がＤminbの直線Ａ1と
なる。

【００３３】また、左右測距用のＩＲＥＤ３ａ，３ｃ
は、投光レンズ１ａの光軸よりΔｂ，Δａだけそれぞれ
左右にシフトした位置に配設され、また基線長Ｓ2 がＳ
1 より短いから、上記ＩＲＥＤ３ａ，３ｃによる測距デ
ータＮS は、傾斜が緩く、なお且つ、中央測距の理論よ
り上下にシフトし、至近端がそれぞれＤmina，Ｄmincの
直線Ａ2 ，Ａ3 となる。また、受光信号が弱くなる被写
体距離Ｄx より以遠では、図３に示す積分器１８が、そ
の調整されたオフセット電圧の働きにより、強制的に、
全積分回数Ｎ0 となるように設計されているので、図５
に示すように、被写体距離Ｄx 以遠では、ノンリニアに
測距データＮS が上昇して全積分回数Ｎ0に収斂する。

【００３４】従って、この多点測距装置で、多点測距が
行なわれるのは、被写体距離がＤmincからＤx までの間
のみに限定されるが、被写体距離Ｄx は５ｍ以遠であ
り、被写体距離Ｄmincは、前述のように１ｍ付近である
ので、実用上支障なく使用できる。

【００３５】被写体距離Ｄmincより至近側の近距離領域
は、所謂マクロ領域となるが、この領域では、ある角度
を持って左右測距用のＩＲＥＤ３ａ，３ｃを投光して
も、その被写体上の測距対象点の間隔が小さいから、多
点測距効果が得られなくても使用上、問題にならない。
換言すれば、ＩＲＥＤ３ａ，３ｂ，３ｃの何れのＩＲＥ
Ｄを発光させても、その投射光が被写体に適中する可能
性が高いということである。従って、最も至近まで測距
可能な右側測距用ＩＲＥＤ３ａのデータを読み込むこと
により機械的な切換なしに連続してマクロＡＦを実現で
きる。

【００３６】一般に、ポートレート撮影が行なわれるの
は、２〜３ｍの間であり、それ以遠の被写体は風景であ
る可能性が高い。従って、中央測距用のＩＲＥＤ３ｂの
基線長Ｓ1 が左右測距用ＩＲＥＤ３ａ，３ｃの基線長Ｓ
2 より大きくとってあるので、遠距離の測距精度が高く
なり、風景の描写力に優れたＡＦカメラが実現できる。

【００３７】以上述べたように本発明の上記実施形態に
よれば、右側測距用ＩＲＥＤ３ａにより、被写体距離が
約５０ｃｍの至近まで測距でき、１ｍから２〜３ｍの間
では、多点測距されるから、ポートレート撮影時には、
中抜けのないＡＦとなる。更に、４〜５ｍ以遠では、中
央測距用ＩＲＥＤ３ｂのデータにより、風景などの遠距
離被写体も正確に測距できる。つまり、測距レンジが広
く、測距精度が高いＡＦが実現可能となる。

【００３８】

【発明の効果】本発明に記載のカメラの多点測距装置に
よれば、測距精度と測距範囲との最適な組み合せのカメ
ラの多点測距装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す多点測距装置におけ
る光学系，投光手段および光電変換手段の配置図。

【図２】上記図１の多点測距装置における演算手段の構
成の一例を示すブロック図。

【図３】上記図２におけるＡＦ用ＩＣのブロック回路
図。

【図４】上記図３における各部の波形を示すタイミング
チャート。

【図５】上記実施形態によって得られる測距データＮS
の被写体距離Ｄの逆数に対する関係を示す線図。

【図６】従来の多点測距装置における測距光学系の配置
図で、図６（Ａ）は受光素子に３個のＰＳＤを使用した
場合を、図６（Ｂ）は１個のＰＳＤを使用した場合をそ
れぞれ示す図。

【図７】従来の多点測距装置における投光手段の一例を
示す線図。

【図８】撮影画枠の一例を示す正面図。

【図９】従来のアクティブ方式の三角測距を説明する測
距光学系の配置図。

【図１０】従来の多点測距装置における測距光学系の配
置図。

【符号の説明】

５……ＣＰＵ（距離決定手段） １１……演算手段（第１，第２の測距手段） ４７……第１投光手段（第１の測距手段） ４８……第２投光手段（第２の測距手段） ４９……光電変換手段（第１，第２の測距手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズの光軸方向にスポット光を投
   光する投光体を有した第１投光手段と、 この第１投光手段から基線長離れて配置された光電変換
   手段と、 上記第１投光手段と光電変換手段との間に配置され、上
   記光軸以外の複数方向に投光する複数の発光部から成る
   投光体を有した第２投光手段と、 上記第１投光手段と第２投光手段とを順次投光させ、こ
   の投光による被写体からの反射光を上記光電変換手段に
   より受光することで被写体距離を決定する距離決定手段
   と、 を具備したことを特徴とするカメラの多点測距装置。