JP4384296B2 - 測距装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測距装置、より詳しくは、被写体像を複数のレンズにより結像して測距を行う測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等には、被写体までの距離を検出して、その検出結果に基づき撮影レンズを被写体に自動的に合焦させるオートフォーカス装置が搭載されている。
【０００３】
このようなオートフォーカス装置に用いられている測距装置の内、三角測距方式によるもの、特に位相差方式によるものは、予め設定した基線長に基づいて被写体までの距離を測定し、または被写体のデフォーカス量を測定するものとなっている。
【０００４】
図７，図８は、従来技術における測距装置の概要を示す図である。
【０００５】
図７は、被写体からの光線を一対のレンズ８１Ｌ，８１Ｒにより受光素子４Ｌ，４Ｒ上に各結像させ、この被写体像を該受光素子４Ｌ，４Ｒにより光電変換して出力される信号から左右の像の位相差を求めて、その位相差に基づき被写体距離を算出するものである。
【０００６】
このとき、上記一対のレンズ８１Ｌ，８１Ｒの間隔である基線長をＢ、該一対のレンズ８１Ｌ，８１Ｒの焦点距離をｆ、上記左右の像の位相差をｘとすると、被写体距離Ｌは次の数式１により表される。
【０００７】
【数１】
Ｌ＝（Ｂ・ｆ）／ｘ
【０００８】
次に、図８は、合焦状態にあるときの様子を示す図である。
【０００９】
撮影光学系９５の異なる瞳からの光線は、図示のコンデンサレンズ９３と、一対の孔が穿設されたセパレータ絞り９２および一対のレンズでなるセパレータレンズ９１を介して、受光素子４Ｌ，４Ｒ上に結像されるようになっている。
【００１０】
そして、この図８に示すような合焦状態にあるときには、撮影光学系９５を通過した光線は、フィルム面と光学的に等価な位置である一次結像面９４上に合焦するようになっている。
【００１１】
この合焦時における左側の受光素子４Ｌ上の像と右側の受光素子４Ｒ上の像との位相差ｙ0 を基準とすると、図示したような一次結像面９４に対して、いわゆる前ピンとなる場合には位相差は上記ｙ0 よりも大きくなり、後ピンとなる場合には位相差は上記ｙ0 よりも小さくなる。
【００１２】
こうして、合焦時の位相差をｙ0 、現状の位相差をｙ、撮影光学系９５等の光学的性質に起因するその他の定数をａ，ｂ，ｃとすると、現状のデフォーカス量ＤＦは次の数式２により表される。
【００１３】
【数２】
ＤＦ＝ａ・｛ｂ−（ｙ−ｙ0 ）｝−ｃ
【００１４】
上記図７，図８に示したような三角測距方式は、基線長に基づいて測距を行うものであるために、測距精度を良くするには基線長を正確に決めて、これが周囲環境の変化等の影響によって変動しないようにしておく必要がある。
【００１５】
このような基線長の変動をもたらす可能性のある要因としては、周囲環境の温度や湿度が例として挙げられ、何らの対策を施さないと、こうした温度や湿度の影響を受けて測距精度が低下することが考えられる。
【００１６】
このような点を改善するための一つのアプローチとして、例えば特開昭６０−２３５１１０号公報、特開昭６３−１７２２１６号公報などには、測温素子を用いて測距装置の温度を計測し、計測された温度に基づいて測距結果を補正する技術が記載されていて、これにより測距精度の向上を図るようにしたものとなっている。
【００１７】
また他のアプローチとしては、例えば特開平４−３０６６０７号公報、特開平５−３０３０３２号公報、特開平９−３１８８６７号公報などに、分離した２つのレンズの固定方法を工夫することにより、それぞれのレンズ自体の伸長／収縮と、レンズを受ける部材の伸長／収縮とをうまく組み合わせて相殺させ、基線長をほぼ一定に維持しようとする技術が記載されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測距結果を温度に基づき補正するタイプの従来技術では、レンズやレンズの固定部材そのものの温度を計測することが困難である点で、必ずしも十分な補正精度を確保することができるとはいえず、また、測温素子を必要とする分だけコスト的にも高価となってしまう。さらに、この技術では、湿度による補正を行うことはできなかった。
【００１９】
一方、基線長の変化をキャンセルするタイプの従来技術では、レンズを２つに分離したために基線長自体を正確に揃えるのが困難となり、測距装置毎の個体差が大きくなってしまう。さらに、要求される組立精度が高くなるために、組立コストが高くなるか、または、測距装置の測距精度が劣化することになる。そしてこの技術では、温度の影響をキャンセルすることと、湿度の影響をキャンセルすることとを両立させるのは困難である。
【００２０】
従って上述したような従来の測距装置では、周囲環境の変化による測距精度の劣化対策が十分とはいえず、測距精度が低いにも関わらず、部品コストや組立コストが高くなってしまっていた。さらに、周囲環境の中でも湿度については、温度よりも対策が一層不十分であるという課題があった。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、温度や湿度等の周囲環境の変動によることなく高い測距精度を維持することができる簡単で安価な測距装置を提供することを目的としている。
【００２２】
【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、第１の発明による測距装置は、所定の焦点距離を有し所定の基線長をもって配置された一対のレンズと、上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、上記レンズと上記受光素子との間の光路中に挿入され、一対のアパーチャーが設けられた板部材と、を有し、上記一対のアパーチャーを通過した光線が形成する像に対する上記受光素子の像信号より相関演算を行い、該像信号の位相差を検出し、この位相差と上記焦点距離と上記基線長に基づき被写体距離を測定する測距装置であって、上記板部材は更に一対のスリットが上記基線長と同じ間隔で設けられ、この一対のスリットを通過した光線が形成する像の距離を上記受光素子の像信号より求め、この像の距離に基づき上記基線長を補正するものである。
【００２３】
また、第２の発明による測距装置は、所定の焦点距離を有し所定の基線長をもって配置された一対のレンズと、上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、上記レンズと上記受光素子との間の光路中に挿入され、一対のアパーチャーが設けられた板部材と、を有し、上記一対のアパーチャーを通過した光線が形成する像に対する上記受光素子の像信号より相関演算を行い、該像信号の位相差を検出し、この位相差と上記焦点距離と上記基線長に基づき被写体距離を測定する測距装置であって、上記板部材は更に一対のスリットが上記基線長に対して所定の比の間隔で設けられ、この一対のスリットを通過した光線が形成する像の距離を上記受光素子の像信号より求め、この像の距離とこの比に基づき上記基線長を補正するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１から図５は本発明の第１の実施形態を示したものであり、図１は測距装置の構成を示す分解斜視図、図２は測距装置の構成を示す一部断面を含む側面図である。
【００３０】
この測距装置は、図１，図２に示すように、被写体からの光線を集光するための左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを一体に成型して構成されているレンズ１と、上記左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを各通過する光線の範囲を規制するための矩形孔でなる左側アパーチャー５Ｌおよび右側アパーチャ５Ｒが設けられている遮光部材たる板部材２と、この板部材２を通過した光線を受光して測距信号を出力する相関演算手段たるＡＦＩＣ３と、を有して左右対称となるように構成されている。
【００３１】
上記板部材２は、上記左側アパーチャー５Ｌおよび右側アパーチャ５Ｒの各両側にスリットが形成されていて、より詳しくは、左側アパーチャー５Ｌの左側にスリット６ＬＬが、該左側アパーチャー５Ｌの右側にスリット６ＬＲが、右側アパーチャー５Ｒの左側にスリット６ＲＬが、該右側アパーチャー５Ｒの右側にスリット６ＲＲが、それぞれ形成されている。これらのスリット６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲは、後述する受光素子４Ｌ，４Ｒのセンサ並び方向と直交する方向に細長のスリットとなっている。
【００３２】
なお、ここでは各アパーチャ５Ｌ，５Ｒについてそれぞれ２つずつのスリットを形成したが、後で他の例を説明するように、これに限るものではない。
【００３３】
上記ＡＦＩＣ３は、上記左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒにより集光され上記左側アパーチャー５Ｌおよび右側アパーチャ５Ｒを各通過する光線をそれぞれ受光して光電変換するラインセンサ等でなる受光素子４（左側受光素子４Ｌおよび右側受光素子４Ｒ）と、これらの受光素子４Ｌ，４Ｒを周辺回路と共にその上面側に配置している下側パッケージ３ａと、上記受光素子４Ｌ，４Ｒ等を上から透明な素材により覆うようにして形成されている上側パッケージ３ｂと、上記受光素子４Ｌ，４Ｒの出力信号を該パッケージ内の周辺回路で処理した後に測距信号として出力する端子３ｃとを有して構成されている。
【００３４】
そして、この板部材２は上記ＡＦＩＣ３の上側パッケージ３ｂの上面に近接して配置されていて、該板部材２の下面にはＡＦＩＣ３との間隔を規定するためのスペーサ９が突設されている。
【００３５】
また、この測距装置の基線長Ｂは、左側レンズ１Ｌの光軸と右側レンズ１Ｒの光軸とのなす間隔となっている。
【００３６】
そして、上記スリット６ＬＬとスリット６ＲＬとの間隔は、この基線長Ｂと一致するように構成され、同様に、スリット６ＬＲとスリット６ＲＲとの間隔も基線長Ｂに一致するように構成されている。
【００３７】
次に、図３は、上記図２に示したような構成において、異なる温度で受光素子４Ｌ，４Ｒから得られる各出力信号（像信号）の例を示す線図である。
【００３８】
図３（Ａ）は温度がＴ［℃］のときの受光素子４Ｌの像信号、図３（Ｂ）は温度がＴ［℃］のときの受光素子４Ｒの像信号、図３（Ｃ）は温度がＴ＋ΔＴ［℃］のときの受光素子４Ｌの像信号、図３（Ｄ）は温度がＴ＋ΔＴ［℃］のときの受光素子４Ｒの像信号である。
【００３９】
なお、この図３においては、受光素子４Ｒ，４Ｌから出力される像信号が、暗い部分はレベルが低く、明るい部分はレベルが高くなるような例について図示しているが、これは単なる一例を示したものであり、像信号を量子化する方法によっては、被写体の明暗とセンサデータのレベルの高低とが逆転する場合ももちろんあり得る。
【００４０】
図中の符号７ＬＣ，７ＬＣ’で示す部分は、アパーチャー５Ｌを通過した光線による像信号、符号７ＲＣ，７ＲＣ’で示す部分は、アパーチャー５Ｒを通過した光線による像信号をそれぞれ示している。
【００４１】
これらのアパーチャ５Ｌ，５Ｒによる像信号は、被写体に応じて各種のものが得られ、像信号７ＬＣと７ＲＣまたは像信号７ＬＣ’と７ＲＣ’の位相差は、被写体距離に関連している。
【００４２】
さらに図中の符号７ＬＬ，７ＬＬ’で示す部分は、スリット６ＬＬを通過した光線による像信号、符号７ＬＲ，７ＬＲ’で示す部分は、スリット６ＬＲを通過した光線による像信号、符号７ＲＬ，７ＲＬ’で示す部分は、スリット６ＲＬを通過した光線による像信号、符号７ＲＲ，７ＲＲ’で示す部分は、スリット６ＲＲを通過した光線による像信号をそれぞれ示している。
【００４３】
上記スリット６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲは、スリット幅を十分に細く形成することにより、これらを通過した光線の像信号が、被写体のコントラストの影響を受けることなく略一定の形状となるように構成されている。従って、像信号の形状の変化としては、その山の高さが被写体の輝度に応じて変化する程度である。こうして、スリット間隔を正確に計ることが可能となっている。
【００４４】
続いて、温度が＋ΔＴ［℃］上昇するという周囲環境の変化が生じて、基線長Ｂに伸長が生じた場合の像信号の変化について説明する。
【００４５】
温度変化が生じると、レンズ１、板部材２、ＡＦＩＣ３などを構成する物質に伸長／収縮が生じ、それぞれの位置関係が変化する。この例で説明する場合のように温度が上昇した場合には、物質に伸長が生じることが多いために、ここでは基線長Ｂが例えば伸長したものとする。
【００４６】
この基線長Ｂに伸長が生じたときには、図３（Ａ）に示す点Ｐa は、図３（Ｃ）に示すような点Ｐa'に移動し、矢印Ｖb に示す方向と長さだけ位置が変化する。このとき板部材２のアパーチャー５Ｌの位置も変化しているために、図３（Ａ）と図３（Ｃ）とを比較すると、被写体像信号のエッジ位置も移動している。
【００４７】
同様に、図３（Ｂ）に示す点Ｐb は、図３（Ｄ）に示すような点Ｐb'に移動し、矢印Ｖe に示す方向と長さだけ位置が変化する。そして、アパーチャー５Ｒの位置変化により、被写体像信号のエッジ位置も移動している。
【００４８】
また、スリット６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲを通過した光線の像信号は、スリット位置の変化に伴って、図示のように移動する。
【００４９】
すなわち、図３（Ａ）に示すスリット６ＬＬによる像信号７ＬＬは、矢印Ｖa に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｃ）に示すような像信号７ＬＬ’となり、図３（Ａ）に示すスリット６ＬＲによる像信号７ＬＲは、矢印Ｖc に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｃ）に示すような像信号７ＬＲ’となる。
【００５０】
同様に、図３（Ｂ）に示すスリット６ＲＬによる像信号７ＲＬは、矢印Ｖd に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｄ）に示すような像信号７ＲＬ’となり、図３（Ｂ）に示すスリット６ＲＲによる像信号７ＲＲは、矢印Ｖf に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｄ）に示すような像信号７ＲＲ’となる。
【００５１】
上記像信号の変化量は、上述したように測距装置が左右対称となるように構成されていることから、左右対称の移動量となっていて、ベクトル的な加算を行うと、Ｖa ＋Ｖf ＝０，Ｖb ＋Ｖe ＝０，Ｖc ＋Ｖd ＝０となる関係にある。
【００５２】
さらに、図示しない左右対称の中心線からの距離が遠くなるほど、その移動量が大きくなるようになっていて、ベクトルの長さを比較すると、|Ｖa |＞|Ｖb |＞|Ｖc |などとなっている。
【００５３】
上述したような＋ΔＴの温度変化による物質の伸長／収縮量Δｌは、物質の熱線膨張係数をα、物質の長さをｌとすると、一般的に、次の数式３に示すように表される。
【００５４】
【数３】
Δｌ＝α・ΔＴ・ｌ
【００５５】
本実施形態においては、レンズ１と板部材２とを同一の材質により形成したものとしてその熱線膨張係数をα1 とすると、温度Ｔ［℃］のときの像信号７ＬＣと像信号７ＲＣの位相差と、温度Ｔ＋ΔＴ［℃］のときの像信号７ＬＣ’と像信号７ＲＣ’の位相差との変化量は、|Ｖb −Ｖe |に相当し、これは上記数式３を用いれば、次の数式４に示すように表される。
【００５６】
【数４】
ΔＢ＝α1 ・ΔＴ・Ｂ
【００５７】
また、温度Ｔ［℃］のときのスリット６ＬＬ，６ＲＬの像信号７ＬＬ，７ＲＬの位相差と、温度Ｔ＋ΔＴ［℃］のときの像信号７ＬＬ’，７ＲＬ’の位相差との変化量は、|Ｖa −Ｖd |に相当するとともに、温度Ｔ［℃］のときの像信号７ＬＲ，７ＲＲの位相差と、温度Ｔ＋ΔＴ［℃］のときの像信号７ＬＲ’，７ＲＲ’の位相差との変化量は、|Ｖc −Ｖf |に相当し、これらは何れも等しい値であって、次の数式５に示すようになる。
【００５８】
【数５】
ΔＢ＝α1 ・ΔＴ・Ｂ
【００５９】
上記数式４と数式５は同一であるために、基線長Ｂと同一の間隔で配置されたスリットによる像同士の距離の変化量を検出することができれば、基線長Ｂの変化量を検出することも可能であることがわかる。
【００６０】
以上の説明は、スリット間隔を基線長Ｂに等しくなるように構成した場合のものであるが、等しくない場合でも、以下のようにして同様に基線長Ｂの変化量を検出することができる。
【００６１】
図示はしないが、スリット間隔をＳとし、基線長Ｂとスリット間隔Ｓの長さの比をＢ／Ｓ＝εとする。これは例えば、図２に示したスリット６ＬＲ，６ＲＬ、図３に示した像信号７ＬＲ，７ＲＬおよび７ＬＲ’，７ＲＬ’によって、基線長Ｂの変化量ΔＢを検出する場合に該当する。
【００６２】
このときの基線長Ｂの変化量ΔＢは、次の数式６に示すようになる。
【００６３】
【数６】
ΔＢ＝ε・（α1 ・ΔＴ・Ｓ）
【００６４】
さらに、レンズ１と板部材２の材質も異なるような、より一般的な場合には、板部材２の熱線膨張係数をα2 、レンズ１と板部材２の熱線膨張係数の比をα0 とすると、基線長Ｂの変化量ΔＢは、次の数式７に示すようになる。
【００６５】
【数７】
ΔＢ＝α0 ・ε・（α2 ・ΔＴ・Ｓ）
【００６６】
このように、何れの場合でも、スリット間隔の変化量を検出すれば、基線長の変化量を知ることが可能であり、この基線長の変化量に基づいて測距結果を補正することにより、測距精度の劣化を防ぐことも可能となる。
【００６７】
また、上述では温度に関する基線長の変化を検出する例について説明したが、湿度に関する基線長の変化を検出して、測距結果を補正する場合についても、原理的に同様に行うことが可能である。
【００６８】
湿度も含めて補正する場合は、少なくともレンズ１を形成する材質と板部材２を形成する材質とを同一のものとすれば、複雑な計算が不要となるために、望ましい手段である。
【００６９】
このように、基線長とスリット間隔の比例計算を行うのみで、温度や湿度による基線長の変化量を求めることができる。
【００７０】
次に、上述のような基本的な構成を具体的に適用した測距装置の例について、図面を参照して説明する。
【００７１】
まず、図４は、上記図２に示した構成をほぼそのまま採用してユニット化した測距装置の例を示す断面図である。
【００７２】
左側レンズ１Ｌにより集光される光線の光路と、右側レンズ１Ｒにより集光される光線の光路とは、互いに干渉し合うことのないように筐体によって分離される必要がある。そこで、この構成例においては、上述したような板部材２を、レンズ１を保持する筐体と一体に構成して、遮光部材たる筐体２Ａとしている。
【００７３】
すなわち、この筐体２Ａは、例えば略直方体形状をなす箱状部材でなり、その中央部に隔壁１２を形成して、内部を上記左側レンズ１Ｌの光線が通過する左室１１Ｌと上記右側レンズ１Ｒの光線が通過する右室１１Ｒとに分離している。
【００７４】
左室１１Ｌの底面には、上記アパーチャー５Ｌおよびスリット６ＬＬ，６ＬＲが穿設され、同様に右室１１Ｒの底面には、上記アパーチャー５Ｒおよびスリット６ＲＬ，６ＲＲが穿設されている。
【００７５】
また、筐体２Ａの上面側にはレンズ１を設置するための凹部１５が形成されていて、この凹部１５に突設されたスペーサ１６を介して上記レンズ１が取り付けられている。
【００７６】
そして、凹部１５の上記左側レンズ１Ｌと右側レンズ１Ｒに各対応する部分には、光線を上記左室１１Ｌと右室１１Ｒにそれぞれ導くためのものであって、不要な光線を除去する絞りも兼ねた光透過孔１４Ｌ，１４Ｒがそれぞれ穿設されている。
【００７７】
また、上記左室１１Ｌと右室１１Ｒの内壁面には、光線の内面反射等を防止するための構造部１３が形成されている。
【００７８】
この図４に示す例は、スリット６ＬＬとスリット６ＲＬのなす間隔、またはスリット６ＲＬとスリット６ＲＲのなす間隔が、基線長Ｂに一致するように構成された例である。
【００７９】
次に、図５は、折り返し光学系を用いて基線長を大きくとることにより、測距精度を高めるようにした高精度測距装置の例を示す断面図である。
【００８０】
この図５に示す測距装置の場合には、左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒは別体として構成されている。
【００８１】
そして、遮光部材たる筐体２Ｂには、レンズ設置用の凹部２７Ｌ，２７Ｒが、基線長Ｂを大きくとるように離して形成され、そこに上記左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒが各設置されている。
【００８２】
上記凹部２７Ｌ，２７Ｒの各底面には、上記左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒから各入射される光線を内部空間２２に導くとともに不要な光線を除去するための光透過孔２６Ｌ，２６Ｒがそれぞれ穿設されている。
【００８３】
また、筐体２Ｂの左右の傾斜面には窓孔２５Ｌ，２５Ｒを介してミラー２４Ｌ，２４Ｒが各固定されており、上記左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒから各入射された光線を中央側に向けて反射するようになっている。
【００８４】
この中央側に反射された光線の光路上には例えばプリズムでなる反射部材２３が配設されていて、左右からの光線を各反射面によりＡＦＩＣ３へ向けて反射するようになっている。
【００８５】
すなわち、この反射部材２３により反射された光線は、該筐体２Ｂの底面に穿設されたアパーチャ５Ｌ，５Ｒを各介して受光素子４Ｌ，４Ｒに入射するようになっている。
【００８６】
また、上記アパーチャ５Ｌの左側にはスリット６ＬＬが、上記アパーチャ５Ｒの右側にはスリット６ＲＲが穿設されており、この図５に示す例においては、スリット６ＬＲとスリット６ＲＬは省略されている。
【００８７】
こうしてこの図５に示す例は、基線長Ｂを折り返し光学系で大きくしているために、該基線長Ｂが、スリット６ＬＬとスリット６ＲＲのなす間隔Ｓよりも大きくなるように構成された例となっている。
【００８８】
なお、図示はしないが、上記図８に示したようなＴＴＬ型の測距装置に上述したような構成を適用することも勿論可能であり、上記セパレータレンズ９１と受光素子４Ｌ，４Ｒの間に、上述したようなアパーチャーとスリットを有する板部材を配設すれば良い。
【００８９】
また、上述したように、受光素子４によりスリット間隔を測定することが肝要であるために、スリットの幅を十分に細くすることが望ましい。スリットの幅を十分に細くすれば、被写体のコントラストの影響を取り除くことが可能となって、より正確な測定を行うことが可能となる。
【００９０】
このような第１の実施形態によれば、部品コストや組立コストの増加を招くことなく、温度や湿度等の周囲環境が変化しても高い測距精度を維持することができる簡単な構成の測距装置となる。
【００９１】
図６は本発明の第２の実施形態を示したものであり、測距装置の構成を示す分解斜視図である。この第２の実施形態において、上述の第１の実施形態と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
【００９２】
本実施形態は、被写体が暗い場合や、あるいはスリット幅を十分に細くすることができない場合でも、正確な測定を行うことができるようにした例を示すものである。
【００９３】
例えば、被写体が暗い場合については、通常は補助光を点灯させて被写体を照明することにより対処するようになっているが、例えば被写体までの距離が遠い場合などには、補助光の点灯を行っても、スリット像を検出するのが不可能になるほどの低いレベルの受光素子出力となる場合がある。本実施形態はこうした場合にも対応することができるように構成したものである。
【００９４】
すなわち、この測距装置は、図６に示すように、左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを一体に成型して構成されているレンズ１と、上記左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを各通過する光線の範囲を規制するためのやや細長の矩形孔でなる左側アパーチャー５Ｌ’および右側アパーチャ５Ｒ’が設けられている遮光部材たる板部材２と、この板部材２を通過した光線を受光して測距信号を出力する相関演算手段たるＡＦＩＣ３と、を有して構成されている。
【００９５】
上記板部材２は、上記左側アパーチャー５Ｌ’および右側アパーチャ５Ｒ’の例えば図６における左側にスリットが形成されていて、より詳しくは、左側アパーチャー５Ｌ’の左側にスリット６ＬＬが、右側アパーチャー５Ｒ’の左側にスリット６ＲＬが、それぞれ形成されている。
【００９６】
これらのスリット６ＬＬ，６ＲＬには、光を拡散させて被写体のコントラストの影響等を取り除くためのライトガイド手段たる拡散板３１Ｌ，３１Ｒがそれぞれ嵌入されている。
【００９７】
上記ＡＦＩＣ３は、上述したように、受光素子４を上側パッケージ３ｂと下側パッケージ３ａとで挟み込んでなり、この受光素子４は、例えば発光ＬＥＤ等でなる光源３２Ｌ，３２Ｒが、同一チップ上にさらに形成されたものとなっていて、モノリシック構造となっている。
【００９８】
より詳しくは、左側受光素子４Ｌの左寄りに近接する位置であって、上記板部材２のスリット６ＬＬに対応する位置に光源３２Ｌが設けられ、右側受光素子４Ｒの左寄りに近接する位置であって、上記板部材２のスリット６ＲＬに対応する位置に光源３２Ｒが設けられている。
【００９９】
続いて、このように構成された測距装置の作用について説明する。
【０１００】
まず、被写体が十分に明るい場合には、レンズ１を介して入射する光束に基づいてスリット間隔の変化量の計測を行う。このときには、該光束が、スリット６ＬＬに嵌合された拡散板３１Ｌを介して拡散された後に左側受光素子４Ｌに像を結ぶとともに、スリット６ＲＬに嵌合された拡散板３１Ｒを介して拡散されてから右側受光素子４Ｒに像を結ぶ。こうして、拡散板３１Ｌ，３１Ｒを介することにより、被写体によることなく、つまり被写体のコントラスト等の影響を受けることなく、スリット間隔の変化量を正確に計測して、基線長の変化量を正確に知ることができる。
【０１０１】
次に、被写体の輝度が低く、レンズ１を介して入射する光束に基づいてスリット間隔の変化量の計測を行うのが困難である場合には、入射光を光電変換して得られた電荷の積分値等に基づきその旨を検出して、図示しないＡＦ制御回路やシステムコントローラの指令により、上記光源３２Ｌ，３２Ｒが発光される。
【０１０２】
一方の光源３２Ｌにより発光された光は、上記拡散板３１Ｌに入射してその拡散面等で散乱された後に、一部が上記左側受光素子４Ｌに入射する。同様に、他方の光源３２Ｒにより発光された光も上記拡散板３１Ｒに入射して、散乱された後に上記右側受光素子４Ｒに入射する。
【０１０３】
こうして、光源３２Ｌ，３２Ｒにより発光された光が、ライトガイド手段として機能する上記拡散板３１Ｌ，３１Ｒを介して、受光素子４Ｌ，４Ｒに伝達されることにより、被写体の輝度に関わらずスリット間隔の変化量を正確に計測することが可能となる。
【０１０４】
なお、上述では、拡散板をスリットの内部に嵌入するようにしたが、これに限るものではなく、該スリットを通過する光を拡散することができるようなスリットの近傍位置に設置するようにしても構わない。
【０１０５】
このような第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、光源の光をライトガイド手段である拡散板を介してスリットに導いて、必ずスリット像を得ることができるように工夫したために、被写体のコントラストや輝度に依存することなく、常に正確な測距を行うことが可能となる。
【０１０６】
また、光源を受光素子と同一チップとして構成したために、測距装置が大型化することはない。
【０１０７】
なお、上述したような各実施形態において、被写体像信号とスリット像信号の信号レベルを比較すると、例えばレンズ１を介して入射する光束を用いる場合には、スリット像信号の光量の方が少なく信号レベルが低くなるのが一般的である。一方で、上述したような光源を用いてスリット像を得る場合には、この逆にスリット像から得られる信号レベルの方が高くなることもあり得る。こうした点を考慮して、被写体像を受光して像信号を生成する受光素子領域の積分と、スリット像を受光して像信号を生成する受光素子領域の積分とは、独立して行うようにすることが望ましい。
【０１０８】
また、温度や湿度による測距誤差を補正するためのデータ（スリット間隔に関するスリット像信号の位相差）の測定は、タイムラグを短縮するために、レリーズ動作中以外の部分で行われると考えられる。この場合には、所定の時間間隔毎に常時実行するようにして、レリーズ動作の際に、それらの内の最新データを用いるようにしたり、あるいは複数の最新データを平均して用いるようにすると良い。また、カメラのパワースイッチがオンされたときにのみ、この測距誤差補正データの測定を行うようにしても構わない。
【０１０９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【０１１０】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【０１１１】
（１） 被写体像を結像する一対のレンズと、
上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、
を有する測距装置であって、
一対のアパーチャーと少なくとも一対のスリットとが設けられた板部材を具備し、
上記板部材を上記一対のレンズと上記受光素子との間の光路中に挿入することを特徴とする測距装置。
【０１１２】
（２） 上記一対のスリット間の距離は、上記一対のアパーチャー間の距離と同一であることを特徴とする付記（１）に記載の測距装置。
【０１１３】
（３） 上記一対のスリット間の距離は、基線長と同一であることを特徴とする付記（１）または付記（２）に記載の測距装置。
【０１１４】
（４） 上記一対の像信号の相関演算を行い、一対の像信号の位相差を出力する相関演算手段をさらに具備し、
上記アパーチャーを通った光線による像信号が入力されたときの上記相関演算手段の出力を、上記スリットを通った光線による像信号が入力されたときの上記相関演算手段の出力で補正することを特徴とする付記（１）、付記（２）、または付記（３）に記載の測距装置。
【０１１５】
（５） 上記レンズと板部材は、同一の材質により形成されていることを特徴とする付記（１）に記載の測距装置。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度や湿度等の周囲環境の変動によることなく高い測距精度を維持することができる簡単で安価な測距装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の測距装置の構成を示す分解斜視図。
【図２】上記第１の実施形態の測距装置の構成を示す一部断面を含む側面図。
【図３】上記第１の実施形態において、異なる温度で左右の受光素子から得られる像信号の例を示す線図。
【図４】上記第１の実施形態において、上記図２に示した構成をほぼそのまま採用して
ユニット化した測距装置の例を示す断面図。
【図５】上記第１の実施形態において、折り返し光学系を用いて基線長を大きくとるこ
とにより、測距精度を高めるようにした高精度測距装置の例を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態の測距装置の構成を示す分解斜視図。
【図７】従来技術における測距装置の一例の概要を示す図。
【図８】従来技術における測距装置の他の例の概要を示す図。
【符号の説明】
１…レンズ
１Ｌ，２１Ｌ…左側レンズ
１Ｒ，２１Ｒ…右側レンズ
２…板部材（遮光部材）
２Ａ，２Ｂ…筐体（遮光部材、板部材）
３…ＡＦＩＣ（相関演算手段）
４，４Ｒ，４Ｌ…受光素子
５Ｒ，５Ｌ，５Ｒ’，５Ｌ’…アパーチャ
６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲ…スリット
３１Ｒ，３１Ｌ…拡散板（ライトガイド手段）
３２Ｒ，３２Ｌ…光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、測距装置、より詳しくは、被写体像を複数のレンズにより結像して測距を行う測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等には、被写体までの距離を検出して、その検出結果に基づき撮影レンズを被写体に自動的に合焦させるオートフォーカス装置が搭載されている。
【０００３】
このようなオートフォーカス装置に用いられている測距装置の内、三角測距方式によるもの、特に位相差方式によるものは、予め設定した基線長に基づいて被写体までの距離を測定し、または被写体のデフォーカス量を測定するものとなっている。
【０００４】
図７，図８は、従来技術における測距装置の概要を示す図である。
【０００５】
図７は、被写体からの光線を一対のレンズ８１Ｌ，８１Ｒにより受光素子４Ｌ，４Ｒ上に各結像させ、この被写体像を該受光素子４Ｌ，４Ｒにより光電変換して出力される信号から左右の像の位相差を求めて、その位相差に基づき被写体距離を算出するものである。
【０００６】
このとき、上記一対のレンズ８１Ｌ，８１Ｒの間隔である基線長をＢ、該一対のレンズ８１Ｌ，８１Ｒの焦点距離をｆ、上記左右の像の位相差をｘとすると、被写体距離Ｌは次の数式１により表される。
【０００７】
【数１】
Ｌ＝（Ｂ・ｆ）／ｘ
【０００８】
次に、図８は、合焦状態にあるときの様子を示す図である。
【０００９】
撮影光学系９５の異なる瞳からの光線は、図示のコンデンサレンズ９３と、一対の孔が穿設されたセパレータ絞り９２および一対のレンズでなるセパレータレンズ９１を介して、受光素子４Ｌ，４Ｒ上に結像されるようになっている。
【００１０】
そして、この図８に示すような合焦状態にあるときには、撮影光学系９５を通過した光線は、フィルム面と光学的に等価な位置である一次結像面９４上に合焦するようになっている。
【００１１】
この合焦時における左側の受光素子４Ｌ上の像と右側の受光素子４Ｒ上の像との位相差ｙ0 を基準とすると、図示したような一次結像面９４に対して、いわゆる前ピンとなる場合には位相差は上記ｙ0 よりも大きくなり、後ピンとなる場合には位相差は上記ｙ0 よりも小さくなる。
【００１２】
こうして、合焦時の位相差をｙ0 、現状の位相差をｙ、撮影光学系９５等の光学的性質に起因するその他の定数をａ，ｂ，ｃとすると、現状のデフォーカス量ＤＦは次の数式２により表される。
【００１３】
【数２】
ＤＦ＝ａ・｛ｂ−（ｙ−ｙ0 ）｝−ｃ
【００１４】
上記図７，図８に示したような三角測距方式は、基線長に基づいて測距を行うものであるために、測距精度を良くするには基線長を正確に決めて、これが周囲環境の変化等の影響によって変動しないようにしておく必要がある。
【００１５】
このような基線長の変動をもたらす可能性のある要因としては、周囲環境の温度や湿度が例として挙げられ、何らの対策を施さないと、こうした温度や湿度の影響を受けて測距精度が低下することが考えられる。
【００１６】
このような点を改善するための一つのアプローチとして、例えば特開昭６０−２３５１１０号公報、特開昭６３−１７２２１６号公報などには、測温素子を用いて測距装置の温度を計測し、計測された温度に基づいて測距結果を補正する技術が記載されていて、これにより測距精度の向上を図るようにしたものとなっている。
【００１７】
また他のアプローチとしては、例えば特開平４−３０６６０７号公報、特開平５−３０３０３２号公報、特開平９−３１８８６７号公報などに、分離した２つのレンズの固定方法を工夫することにより、それぞれのレンズ自体の伸長／収縮と、レンズを受ける部材の伸長／収縮とをうまく組み合わせて相殺させ、基線長をほぼ一定に維持しようとする技術が記載されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測距結果を温度に基づき補正するタイプの従来技術では、レンズやレンズの固定部材そのものの温度を計測することが困難である点で、必ずしも十分な補正精度を確保することができるとはいえず、また、測温素子を必要とする分だけコスト的にも高価となってしまう。さらに、この技術では、湿度による補正を行うことはできなかった。
【００１９】
一方、基線長の変化をキャンセルするタイプの従来技術では、レンズを２つに分離したために基線長自体を正確に揃えるのが困難となり、測距装置毎の個体差が大きくなってしまう。さらに、要求される組立精度が高くなるために、組立コストが高くなるか、または、測距装置の測距精度が劣化することになる。そしてこの技術では、温度の影響をキャンセルすることと、湿度の影響をキャンセルすることとを両立させるのは困難である。
【００２０】
従って上述したような従来の測距装置では、周囲環境の変化による測距精度の劣化対策が十分とはいえず、測距精度が低いにも関わらず、部品コストや組立コストが高くなってしまっていた。さらに、周囲環境の中でも湿度については、温度よりも対策が一層不十分であるという課題があった。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、温度や湿度等の周囲環境の変動によることなく高い測距精度を維持することができる簡単で安価な測距装置を提供することを目的としている。
【００２２】
【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、第１の発明による測距装置は、所定の焦点距離を有し所定の基線長をもって配置された一対のレンズと、上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、上記レンズと上記受光素子との間の光路中に挿入され、一対のアパーチャーが設けられた板部材と、を有し、上記一対のアパーチャーを通過した光線が形成する像に対する上記受光素子の像信号より相関演算を行い、該像信号の位相差を検出し、この位相差と上記焦点距離と上記基線長に基づき被写体距離を測定する測距装置であって、上記板部材は更に一対のスリットが上記基線長と同じ間隔で設けられ、この一対のスリットを通過した光線が形成する像の距離を上記受光素子の像信号より求め、この像の距離に基づき上記基線長を補正するものである。
【００２３】
また、第２の発明による測距装置は、所定の焦点距離を有し所定の基線長をもって配置された一対のレンズと、上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、上記レンズと上記受光素子との間の光路中に挿入され、一対のアパーチャーが設けられた板部材と、を有し、上記一対のアパーチャーを通過した光線が形成する像に対する上記受光素子の像信号より相関演算を行い、該像信号の位相差を検出し、この位相差と上記焦点距離と上記基線長に基づき被写体距離を測定する測距装置であって、上記板部材は更に一対のスリットが上記基線長に対して所定の比の間隔で設けられ、この一対のスリットを通過した光線が形成する像の距離を上記受光素子の像信号より求め、この像の距離とこの比に基づき上記基線長を補正するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１から図５は本発明の第１の実施形態を示したものであり、図１は測距装置の構成を示す分解斜視図、図２は測距装置の構成を示す一部断面を含む側面図である。
【００３０】
この測距装置は、図１，図２に示すように、被写体からの光線を集光するための左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを一体に成型して構成されているレンズ１と、上記左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを各通過する光線の範囲を規制するための矩形孔でなる左側アパーチャー５Ｌおよび右側アパーチャ５Ｒが設けられている遮光部材たる板部材２と、この板部材２を通過した光線を受光して測距信号を出力する相関演算手段たるＡＦＩＣ３と、を有して左右対称となるように構成されている。
【００３１】
上記板部材２は、上記左側アパーチャー５Ｌおよび右側アパーチャ５Ｒの各両側にスリットが形成されていて、より詳しくは、左側アパーチャー５Ｌの左側にスリット６ＬＬが、該左側アパーチャー５Ｌの右側にスリット６ＬＲが、右側アパーチャー５Ｒの左側にスリット６ＲＬが、該右側アパーチャー５Ｒの右側にスリット６ＲＲが、それぞれ形成されている。これらのスリット６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲは、後述する受光素子４Ｌ，４Ｒのセンサ並び方向と直交する方向に細長のスリットとなっている。
【００３２】
なお、ここでは各アパーチャ５Ｌ，５Ｒについてそれぞれ２つずつのスリットを形成したが、後で他の例を説明するように、これに限るものではない。
【００３３】
上記ＡＦＩＣ３は、上記左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒにより集光され上記左側アパーチャー５Ｌおよび右側アパーチャ５Ｒを各通過する光線をそれぞれ受光して光電変換するラインセンサ等でなる受光素子４（左側受光素子４Ｌおよび右側受光素子４Ｒ）と、これらの受光素子４Ｌ，４Ｒを周辺回路と共にその上面側に配置している下側パッケージ３ａと、上記受光素子４Ｌ，４Ｒ等を上から透明な素材により覆うようにして形成されている上側パッケージ３ｂと、上記受光素子４Ｌ，４Ｒの出力信号を該パッケージ内の周辺回路で処理した後に測距信号として出力する端子３ｃとを有して構成されている。
【００３４】
そして、この板部材２は上記ＡＦＩＣ３の上側パッケージ３ｂの上面に近接して配置されていて、該板部材２の下面にはＡＦＩＣ３との間隔を規定するためのスペーサ９が突設されている。
【００３５】
また、この測距装置の基線長Ｂは、左側レンズ１Ｌの光軸と右側レンズ１Ｒの光軸とのなす間隔となっている。
【００３６】
そして、上記スリット６ＬＬとスリット６ＲＬとの間隔は、この基線長Ｂと一致するように構成され、同様に、スリット６ＬＲとスリット６ＲＲとの間隔も基線長Ｂに一致するように構成されている。
【００３７】
次に、図３は、上記図２に示したような構成において、異なる温度で受光素子４Ｌ，４Ｒから得られる各出力信号（像信号）の例を示す線図である。
【００３８】
図３（Ａ）は温度がＴ［℃］のときの受光素子４Ｌの像信号、図３（Ｂ）は温度がＴ［℃］のときの受光素子４Ｒの像信号、図３（Ｃ）は温度がＴ＋ΔＴ［℃］のときの受光素子４Ｌの像信号、図３（Ｄ）は温度がＴ＋ΔＴ［℃］のときの受光素子４Ｒの像信号である。
【００３９】
なお、この図３においては、受光素子４Ｒ，４Ｌから出力される像信号が、暗い部分はレベルが低く、明るい部分はレベルが高くなるような例について図示しているが、これは単なる一例を示したものであり、像信号を量子化する方法によっては、被写体の明暗とセンサデータのレベルの高低とが逆転する場合ももちろんあり得る。
【００４０】
図中の符号７ＬＣ，７ＬＣ’で示す部分は、アパーチャー５Ｌを通過した光線による像信号、符号７ＲＣ，７ＲＣ’で示す部分は、アパーチャー５Ｒを通過した光線による像信号をそれぞれ示している。
【００４１】
これらのアパーチャ５Ｌ，５Ｒによる像信号は、被写体に応じて各種のものが得られ、像信号７ＬＣと７ＲＣまたは像信号７ＬＣ’と７ＲＣ’の位相差は、被写体距離に関連している。
【００４２】
さらに図中の符号７ＬＬ，７ＬＬ’で示す部分は、スリット６ＬＬを通過した光線による像信号、符号７ＬＲ，７ＬＲ’で示す部分は、スリット６ＬＲを通過した光線による像信号、符号７ＲＬ，７ＲＬ’で示す部分は、スリット６ＲＬを通過した光線による像信号、符号７ＲＲ，７ＲＲ’で示す部分は、スリット６ＲＲを通過した光線による像信号をそれぞれ示している。
【００４３】
上記スリット６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲは、スリット幅を十分に細く形成することにより、これらを通過した光線の像信号が、被写体のコントラストの影響を受けることなく略一定の形状となるように構成されている。従って、像信号の形状の変化としては、その山の高さが被写体の輝度に応じて変化する程度である。こうして、スリット間隔を正確に計ることが可能となっている。
【００４４】
続いて、温度が＋ΔＴ［℃］上昇するという周囲環境の変化が生じて、基線長Ｂに伸長が生じた場合の像信号の変化について説明する。
【００４５】
温度変化が生じると、レンズ１、板部材２、ＡＦＩＣ３などを構成する物質に伸長／収縮が生じ、それぞれの位置関係が変化する。この例で説明する場合のように温度が上昇した場合には、物質に伸長が生じることが多いために、ここでは基線長Ｂが例えば伸長したものとする。
【００４６】
この基線長Ｂに伸長が生じたときには、図３（Ａ）に示す点Ｐa は、図３（Ｃ）に示すような点Ｐa'に移動し、矢印Ｖb に示す方向と長さだけ位置が変化する。このとき板部材２のアパーチャー５Ｌの位置も変化しているために、図３（Ａ）と図３（Ｃ）とを比較すると、被写体像信号のエッジ位置も移動している。
【００４７】
同様に、図３（Ｂ）に示す点Ｐb は、図３（Ｄ）に示すような点Ｐb'に移動し、矢印Ｖe に示す方向と長さだけ位置が変化する。そして、アパーチャー５Ｒの位置変化により、被写体像信号のエッジ位置も移動している。
【００４８】
また、スリット６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲを通過した光線の像信号は、スリット位置の変化に伴って、図示のように移動する。
【００４９】
すなわち、図３（Ａ）に示すスリット６ＬＬによる像信号７ＬＬは、矢印Ｖa に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｃ）に示すような像信号７ＬＬ’となり、図３（Ａ）に示すスリット６ＬＲによる像信号７ＬＲは、矢印Ｖc に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｃ）に示すような像信号７ＬＲ’となる。
【００５０】
同様に、図３（Ｂ）に示すスリット６ＲＬによる像信号７ＲＬは、矢印Ｖd に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｄ）に示すような像信号７ＲＬ’となり、図３（Ｂ）に示すスリット６ＲＲによる像信号７ＲＲは、矢印Ｖf に示す方向と長さだけ位置が変化して、図３（Ｄ）に示すような像信号７ＲＲ’となる。
【００５１】
上記像信号の変化量は、上述したように測距装置が左右対称となるように構成されていることから、左右対称の移動量となっていて、ベクトル的な加算を行うと、Ｖa ＋Ｖf ＝０，Ｖb ＋Ｖe ＝０，Ｖc ＋Ｖd ＝０となる関係にある。
【００５２】
さらに、図示しない左右対称の中心線からの距離が遠くなるほど、その移動量が大きくなるようになっていて、ベクトルの長さを比較すると、|Ｖa |＞|Ｖb |＞|Ｖc |などとなっている。
【００５３】
上述したような＋ΔＴの温度変化による物質の伸長／収縮量Δｌは、物質の熱線膨張係数をα、物質の長さをｌとすると、一般的に、次の数式３に示すように表される。
【００５４】
【数３】
Δｌ＝α・ΔＴ・ｌ
【００５５】
本実施形態においては、レンズ１と板部材２とを同一の材質により形成したものとしてその熱線膨張係数をα1 とすると、温度Ｔ［℃］のときの像信号７ＬＣと像信号７ＲＣの位相差と、温度Ｔ＋ΔＴ［℃］のときの像信号７ＬＣ’と像信号７ＲＣ’の位相差との変化量は、|Ｖb −Ｖe |に相当し、これは上記数式３を用いれば、次の数式４に示すように表される。
【００５６】
【数４】
ΔＢ＝α1 ・ΔＴ・Ｂ
【００５７】
また、温度Ｔ［℃］のときのスリット６ＬＬ，６ＲＬの像信号７ＬＬ，７ＲＬの位相差と、温度Ｔ＋ΔＴ［℃］のときの像信号７ＬＬ’，７ＲＬ’の位相差との変化量は、|Ｖa −Ｖd |に相当するとともに、温度Ｔ［℃］のときの像信号７ＬＲ，７ＲＲの位相差と、温度Ｔ＋ΔＴ［℃］のときの像信号７ＬＲ’，７ＲＲ’の位相差との変化量は、|Ｖc −Ｖf |に相当し、これらは何れも等しい値であって、次の数式５に示すようになる。
【００５８】
【数５】
ΔＢ＝α1 ・ΔＴ・Ｂ
【００５９】
上記数式４と数式５は同一であるために、基線長Ｂと同一の間隔で配置されたスリットによる像同士の距離の変化量を検出することができれば、基線長Ｂの変化量を検出することも可能であることがわかる。
【００６０】
以上の説明は、スリット間隔を基線長Ｂに等しくなるように構成した場合のものであるが、等しくない場合でも、以下のようにして同様に基線長Ｂの変化量を検出することができる。
【００６１】
図示はしないが、スリット間隔をＳとし、基線長Ｂとスリット間隔Ｓの長さの比をＢ／Ｓ＝εとする。これは例えば、図２に示したスリット６ＬＲ，６ＲＬ、図３に示した像信号７ＬＲ，７ＲＬおよび７ＬＲ’，７ＲＬ’によって、基線長Ｂの変化量ΔＢを検出する場合に該当する。
【００６２】
このときの基線長Ｂの変化量ΔＢは、次の数式６に示すようになる。
【００６３】
【数６】
ΔＢ＝ε・（α1 ・ΔＴ・Ｓ）
【００６４】
さらに、レンズ１と板部材２の材質も異なるような、より一般的な場合には、板部材２の熱線膨張係数をα2 、レンズ１と板部材２の熱線膨張係数の比をα0 とすると、基線長Ｂの変化量ΔＢは、次の数式７に示すようになる。
【００６５】
【数７】
ΔＢ＝α0 ・ε・（α2 ・ΔＴ・Ｓ）
【００６６】
このように、何れの場合でも、スリット間隔の変化量を検出すれば、基線長の変化量を知ることが可能であり、この基線長の変化量に基づいて測距結果を補正することにより、測距精度の劣化を防ぐことも可能となる。
【００６７】
また、上述では温度に関する基線長の変化を検出する例について説明したが、湿度に関する基線長の変化を検出して、測距結果を補正する場合についても、原理的に同様に行うことが可能である。
【００６８】
湿度も含めて補正する場合は、少なくともレンズ１を形成する材質と板部材２を形成する材質とを同一のものとすれば、複雑な計算が不要となるために、望ましい手段である。
【００６９】
このように、基線長とスリット間隔の比例計算を行うのみで、温度や湿度による基線長の変化量を求めることができる。
【００７０】
次に、上述のような基本的な構成を具体的に適用した測距装置の例について、図面を参照して説明する。
【００７１】
まず、図４は、上記図２に示した構成をほぼそのまま採用してユニット化した測距装置の例を示す断面図である。
【００７２】
左側レンズ１Ｌにより集光される光線の光路と、右側レンズ１Ｒにより集光される光線の光路とは、互いに干渉し合うことのないように筐体によって分離される必要がある。そこで、この構成例においては、上述したような板部材２を、レンズ１を保持する筐体と一体に構成して、遮光部材たる筐体２Ａとしている。
【００７３】
すなわち、この筐体２Ａは、例えば略直方体形状をなす箱状部材でなり、その中央部に隔壁１２を形成して、内部を上記左側レンズ１Ｌの光線が通過する左室１１Ｌと上記右側レンズ１Ｒの光線が通過する右室１１Ｒとに分離している。
【００７４】
左室１１Ｌの底面には、上記アパーチャー５Ｌおよびスリット６ＬＬ，６ＬＲが穿設され、同様に右室１１Ｒの底面には、上記アパーチャー５Ｒおよびスリット６ＲＬ，６ＲＲが穿設されている。
【００７５】
また、筐体２Ａの上面側にはレンズ１を設置するための凹部１５が形成されていて、この凹部１５に突設されたスペーサ１６を介して上記レンズ１が取り付けられている。
【００７６】
そして、凹部１５の上記左側レンズ１Ｌと右側レンズ１Ｒに各対応する部分には、光線を上記左室１１Ｌと右室１１Ｒにそれぞれ導くためのものであって、不要な光線を除去する絞りも兼ねた光透過孔１４Ｌ，１４Ｒがそれぞれ穿設されている。
【００７７】
また、上記左室１１Ｌと右室１１Ｒの内壁面には、光線の内面反射等を防止するための構造部１３が形成されている。
【００７８】
この図４に示す例は、スリット６ＬＬとスリット６ＲＬのなす間隔、またはスリット６ＲＬとスリット６ＲＲのなす間隔が、基線長Ｂに一致するように構成された例である。
【００７９】
次に、図５は、折り返し光学系を用いて基線長を大きくとることにより、測距精度を高めるようにした高精度測距装置の例を示す断面図である。
【００８０】
この図５に示す測距装置の場合には、左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒは別体として構成されている。
【００８１】
そして、遮光部材たる筐体２Ｂには、レンズ設置用の凹部２７Ｌ，２７Ｒが、基線長Ｂを大きくとるように離して形成され、そこに上記左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒが各設置されている。
【００８２】
上記凹部２７Ｌ，２７Ｒの各底面には、上記左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒから各入射される光線を内部空間２２に導くとともに不要な光線を除去するための光透過孔２６Ｌ，２６Ｒがそれぞれ穿設されている。
【００８３】
また、筐体２Ｂの左右の傾斜面には窓孔２５Ｌ，２５Ｒを介してミラー２４Ｌ，２４Ｒが各固定されており、上記左側レンズ２１Ｌと右側レンズ２１Ｒから各入射された光線を中央側に向けて反射するようになっている。
【００８４】
この中央側に反射された光線の光路上には例えばプリズムでなる反射部材２３が配設されていて、左右からの光線を各反射面によりＡＦＩＣ３へ向けて反射するようになっている。
【００８５】
すなわち、この反射部材２３により反射された光線は、該筐体２Ｂの底面に穿設されたアパーチャ５Ｌ，５Ｒを各介して受光素子４Ｌ，４Ｒに入射するようになっている。
【００８６】
また、上記アパーチャ５Ｌの左側にはスリット６ＬＬが、上記アパーチャ５Ｒの右側にはスリット６ＲＲが穿設されており、この図５に示す例においては、スリット６ＬＲとスリット６ＲＬは省略されている。
【００８７】
こうしてこの図５に示す例は、基線長Ｂを折り返し光学系で大きくしているために、該基線長Ｂが、スリット６ＬＬとスリット６ＲＲのなす間隔Ｓよりも大きくなるように構成された例となっている。
【００８８】
なお、図示はしないが、上記図８に示したようなＴＴＬ型の測距装置に上述したような構成を適用することも勿論可能であり、上記セパレータレンズ９１と受光素子４Ｌ，４Ｒの間に、上述したようなアパーチャーとスリットを有する板部材を配設すれば良い。
【００８９】
また、上述したように、受光素子４によりスリット間隔を測定することが肝要であるために、スリットの幅を十分に細くすることが望ましい。スリットの幅を十分に細くすれば、被写体のコントラストの影響を取り除くことが可能となって、より正確な測定を行うことが可能となる。
【００９０】
このような第１の実施形態によれば、部品コストや組立コストの増加を招くことなく、温度や湿度等の周囲環境が変化しても高い測距精度を維持することができる簡単な構成の測距装置となる。
【００９１】
図６は本発明の第２の実施形態を示したものであり、測距装置の構成を示す分解斜視図である。この第２の実施形態において、上述の第１の実施形態と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
【００９２】
本実施形態は、被写体が暗い場合や、あるいはスリット幅を十分に細くすることができない場合でも、正確な測定を行うことができるようにした例を示すものである。
【００９３】
例えば、被写体が暗い場合については、通常は補助光を点灯させて被写体を照明することにより対処するようになっているが、例えば被写体までの距離が遠い場合などには、補助光の点灯を行っても、スリット像を検出するのが不可能になるほどの低いレベルの受光素子出力となる場合がある。本実施形態はこうした場合にも対応することができるように構成したものである。
【００９４】
すなわち、この測距装置は、図６に示すように、左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを一体に成型して構成されているレンズ１と、上記左側レンズ１Ｌおよび右側レンズ１Ｒを各通過する光線の範囲を規制するためのやや細長の矩形孔でなる左側アパーチャー５Ｌ’および右側アパーチャ５Ｒ’が設けられている遮光部材たる板部材２と、この板部材２を通過した光線を受光して測距信号を出力する相関演算手段たるＡＦＩＣ３と、を有して構成されている。
【００９５】
上記板部材２は、上記左側アパーチャー５Ｌ’および右側アパーチャ５Ｒ’の例えば図６における左側にスリットが形成されていて、より詳しくは、左側アパーチャー５Ｌ’の左側にスリット６ＬＬが、右側アパーチャー５Ｒ’の左側にスリット６ＲＬが、それぞれ形成されている。
【００９６】
これらのスリット６ＬＬ，６ＲＬには、光を拡散させて被写体のコントラストの影響等を取り除くためのライトガイド手段たる拡散板３１Ｌ，３１Ｒがそれぞれ嵌入されている。
【００９７】
上記ＡＦＩＣ３は、上述したように、受光素子４を上側パッケージ３ｂと下側パッケージ３ａとで挟み込んでなり、この受光素子４は、例えば発光ＬＥＤ等でなる光源３２Ｌ，３２Ｒが、同一チップ上にさらに形成されたものとなっていて、モノリシック構造となっている。
【００９８】
より詳しくは、左側受光素子４Ｌの左寄りに近接する位置であって、上記板部材２のスリット６ＬＬに対応する位置に光源３２Ｌが設けられ、右側受光素子４Ｒの左寄りに近接する位置であって、上記板部材２のスリット６ＲＬに対応する位置に光源３２Ｒが設けられている。
【００９９】
続いて、このように構成された測距装置の作用について説明する。
【０１００】
まず、被写体が十分に明るい場合には、レンズ１を介して入射する光束に基づいてスリット間隔の変化量の計測を行う。このときには、該光束が、スリット６ＬＬに嵌合された拡散板３１Ｌを介して拡散された後に左側受光素子４Ｌに像を結ぶとともに、スリット６ＲＬに嵌合された拡散板３１Ｒを介して拡散されてから右側受光素子４Ｒに像を結ぶ。こうして、拡散板３１Ｌ，３１Ｒを介することにより、被写体によることなく、つまり被写体のコントラスト等の影響を受けることなく、スリット間隔の変化量を正確に計測して、基線長の変化量を正確に知ることができる。
【０１０１】
次に、被写体の輝度が低く、レンズ１を介して入射する光束に基づいてスリット間隔の変化量の計測を行うのが困難である場合には、入射光を光電変換して得られた電荷の積分値等に基づきその旨を検出して、図示しないＡＦ制御回路やシステムコントローラの指令により、上記光源３２Ｌ，３２Ｒが発光される。
【０１０２】
一方の光源３２Ｌにより発光された光は、上記拡散板３１Ｌに入射してその拡散面等で散乱された後に、一部が上記左側受光素子４Ｌに入射する。同様に、他方の光源３２Ｒにより発光された光も上記拡散板３１Ｒに入射して、散乱された後に上記右側受光素子４Ｒに入射する。
【０１０３】
こうして、光源３２Ｌ，３２Ｒにより発光された光が、ライトガイド手段として機能する上記拡散板３１Ｌ，３１Ｒを介して、受光素子４Ｌ，４Ｒに伝達されることにより、被写体の輝度に関わらずスリット間隔の変化量を正確に計測することが可能となる。
【０１０４】
なお、上述では、拡散板をスリットの内部に嵌入するようにしたが、これに限るものではなく、該スリットを通過する光を拡散することができるようなスリットの近傍位置に設置するようにしても構わない。
【０１０５】
このような第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、光源の光をライトガイド手段である拡散板を介してスリットに導いて、必ずスリット像を得ることができるように工夫したために、被写体のコントラストや輝度に依存することなく、常に正確な測距を行うことが可能となる。
【０１０６】
また、光源を受光素子と同一チップとして構成したために、測距装置が大型化することはない。
【０１０７】
なお、上述したような各実施形態において、被写体像信号とスリット像信号の信号レベルを比較すると、例えばレンズ１を介して入射する光束を用いる場合には、スリット像信号の光量の方が少なく信号レベルが低くなるのが一般的である。一方で、上述したような光源を用いてスリット像を得る場合には、この逆にスリット像から得られる信号レベルの方が高くなることもあり得る。こうした点を考慮して、被写体像を受光して像信号を生成する受光素子領域の積分と、スリット像を受光して像信号を生成する受光素子領域の積分とは、独立して行うようにすることが望ましい。
【０１０８】
また、温度や湿度による測距誤差を補正するためのデータ（スリット間隔に関するスリット像信号の位相差）の測定は、タイムラグを短縮するために、レリーズ動作中以外の部分で行われると考えられる。この場合には、所定の時間間隔毎に常時実行するようにして、レリーズ動作の際に、それらの内の最新データを用いるようにしたり、あるいは複数の最新データを平均して用いるようにすると良い。また、カメラのパワースイッチがオンされたときにのみ、この測距誤差補正データの測定を行うようにしても構わない。
【０１０９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【０１１０】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【０１１１】
（１） 被写体像を結像する一対のレンズと、
上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、
を有する測距装置であって、
一対のアパーチャーと少なくとも一対のスリットとが設けられた板部材を具備し、
上記板部材を上記一対のレンズと上記受光素子との間の光路中に挿入することを特徴とする測距装置。
【０１１２】
（２） 上記一対のスリット間の距離は、上記一対のアパーチャー間の距離と同一であることを特徴とする付記（１）に記載の測距装置。
【０１１３】
（３） 上記一対のスリット間の距離は、基線長と同一であることを特徴とする付記（１）または付記（２）に記載の測距装置。
【０１１４】
（４） 上記一対の像信号の相関演算を行い、一対の像信号の位相差を出力する相関演算手段をさらに具備し、
上記アパーチャーを通った光線による像信号が入力されたときの上記相関演算手段の出力を、上記スリットを通った光線による像信号が入力されたときの上記相関演算手段の出力で補正することを特徴とする付記（１）、付記（２）、または付記（３）に記載の測距装置。
【０１１５】
（５） 上記レンズと板部材は、同一の材質により形成されていることを特徴とする付記（１）に記載の測距装置。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度や湿度等の周囲環境の変動によることなく高い測距精度を維持することができる簡単で安価な測距装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の測距装置の構成を示す分解斜視図。
【図２】上記第１の実施形態の測距装置の構成を示す一部断面を含む側面図。
【図３】上記第１の実施形態において、異なる温度で左右の受光素子から得られる像信号の例を示す線図。
【図４】上記第１の実施形態において、上記図２に示した構成をほぼそのまま採用して
ユニット化した測距装置の例を示す断面図。
【図５】上記第１の実施形態において、折り返し光学系を用いて基線長を大きくとるこ
とにより、測距精度を高めるようにした高精度測距装置の例を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態の測距装置の構成を示す分解斜視図。
【図７】従来技術における測距装置の一例の概要を示す図。
【図８】従来技術における測距装置の他の例の概要を示す図。
【符号の説明】
１…レンズ
１Ｌ，２１Ｌ…左側レンズ
１Ｒ，２１Ｒ…右側レンズ
２…板部材（遮光部材）
２Ａ，２Ｂ…筐体（遮光部材、板部材）
３…ＡＦＩＣ（相関演算手段）
４，４Ｒ，４Ｌ…受光素子
５Ｒ，５Ｌ，５Ｒ’，５Ｌ’…アパーチャ
６ＬＬ，６ＬＲ，６ＲＬ，６ＲＲ…スリット
３１Ｒ，３１Ｌ…拡散板（ライトガイド手段）
３２Ｒ，３２Ｌ…光源
Claims (2)
- 所定の焦点距離を有し所定の基線長をもって配置された一対のレンズと、
上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、
上記レンズと上記受光素子との間の光路中に挿入され、一対のアパーチャーが設けられた板部材と、
を有し、上記一対のアパーチャーを通過した光線が形成する像に対する上記受光素子の像信号より相関演算を行い、該像信号の位相差を検出し、この位相差と上記焦点距離と上記基線長に基づき被写体距離を測定する測距装置であって、
上記板部材は更に一対のスリットが上記基線長と同じ間隔で設けられ、この一対のスリットを通過した光線が形成する像の距離を上記受光素子の像信号より求め、この像の距離に基づき上記基線長を補正することを特徴とする測距装置。 - 所定の焦点距離を有し所定の基線長をもって配置された一対のレンズと、
上記一対のレンズの結像面に配置され、それぞれのレンズを通った光線を受光して像信号を生成する受光素子と、
上記レンズと上記受光素子との間の光路中に挿入され、一対のアパーチャーが設けられた板部材と、
を有し、上記一対のアパーチャーを通過した光線が形成する像に対する上記受光素子の像信号より相関演算を行い、該像信号の位相差を検出し、この位相差と上記焦点距離と上記基線長に基づき被写体距離を測定する測距装置であって、
上記板部材は更に一対のスリットが上記基線長に対して所定の比の間隔で設けられ、この一対のスリットを通過した光線が形成する像の距離を上記受光素子の像信号より求め、この像の距離とこの比に基づき上記基線長を補正することを特徴とする測距装置。
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