JPH02272313A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばカメラ等において、被写体までの距
離を測定する測距装置に関する。

〔従来の技術〕

カメラにおけるオートフォーカス装置の１つとして、赤
外光アクティブ方式が知られている。この方式において
は、被写体に対して小径の赤外光ビームが投射され、そ
の反射光が半導体装置検出素子（Ｐ　Ｓ　Ｄ）等により
受光される。そしてＰｓＤの検出出力から被写体までの
距離を演算し、その演算結果に対応して撮影レンズを所
定位置まで駆動し、撮影を行うものである。

従来斯かる装置においては１例えば人物が２人立ってい
る場面を撮影するようなとき、測距用の光ビームが２人
に投射されず、その間を通過してしまうことがある。そ
の結果本来の被写体としての人物までの距離ではなく、
その後方の背景までの距離が測定されてしまい、人物の
像は所謂ピンボケの状態になってしまう。

斯かる誤検出を防止するため、例えば特開昭５９−１９
３４０６号公報には、赤外光ビームを水平に（直線的に
）３本のビームに分割する方式が提案されている。この
ようにすれば測距範囲が広がリ、左又は右の光ビームが
２人の人物に投射されるので、背景までの距離が誤って
測定されるおそれは少なくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記公報に記載された方式は、例えばカメ
ラを水平に構えて撮影する場合はよいが、縦に構えて撮
影する場合は、以前として従来の欠点を除去することが
できなかった。

この発明は斯かる状況に鑑みなされたもので。

カメラの構え方や被写体の配置に影響されずに、本来の
被写体までの距離を正確に測定できるようにするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の測距装置は、測距用の光ビームを発生する光
源と、光源より発生された光ビームを被写体に投射する
投光レンズと、被写体に投射する光ビームを、測距点が
平面的に分布するように、複数に分割する第１の光学素
子と、被写体により反射された光ビームを集光する集光
レンズと、被写体により反射された複数の光ビームを集
光レンズに入射させる第２の光学素子と、集光レンズに
より集光された光ビームを検出する検出素子とを備える
。

〔作用〕

例えばＬＥＤ等の光源より発生された光ビームは、４角
錐台形状のプリズムよりなる第１の光学素子により、測
距点が平面的に分布するように、５本の光ビームに分割
される。すなわちこの５本の光ビームによる被写体上の
スポット（？ＲＩＩ距点）は。

カメラ側から見て１本の直線上に配置されるのではなく
、平面を構成するように配置される。被写体からの反射
光がやはり４角錐台形状のプリズムよりなる第２の光学
素子により集光され、半導体装置検出素子（Ｐ　Ｓ　Ｄ
）等よりなる検出素子により検出される。

従って被写体の配置やカメラの構え方の如何に拘らず、
本来の被写体までの距離を正確に測定することができる
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の謂距装置の構成を表わしている。同
図において１は測距用の光ビームを発生する、例えば赤
外発光ＬＥＤ等よりなる光源、２は光＠１より放射され
た光ビームを被写体４に投光する投光レンズ、３は光学
素子としてのプリズムである。

第２図にその詳細を示すように、プリズム３は水平な面
３Ａと、面３Ａに対して所定の角度で傾斜した面３Ｂ乃
至３Ｅからなる略４角錐台の形状をしている。５も光学
素子としてのプリズムであり、プリズム３と同様、水平
な面５Ａと、傾斜面５Ｂ乃至５Ｅよりなる略４角錐台の
形状をしている。プリズム５はプリズム３と同一のもの
を用いることができる。６は被写体４からの反射光を集
光し、半導体装置検出素子（Ｐ　Ｓ　Ｄ）７に収束する
集光レンズである。

第３図はこの発明における測距の原理を表わしている。

光ｇ１より発生された光ビームは投光レンズ２とプリズ
ム３を介して被写体４に投光される。被写体４により反
射された光ビームはプリズム５と集光レンズ６を介して
ＰＳＤ７の所定の位置に入射される。

集光レンズ６の光軸がＰＳＤ７の中央に位置されている
とすると、被写体４がカメラのフォーカス調整上無限大
の距離に位置しているとき、光ビームはＰＳＤ７の中央
の位［Ｍに入射する。被写体４と投光レンズ２との距離
ｄが小さくなるにつれ、ＰＳＤＴ上における光ビームの
スポットの位置Ｓは、図中右側に移動する。

ＰＳＤ７の右側端部Ａと位置Ｓとの距離をＸ、位置Ｍと
位置Ｓとの距離をΔＬ、ＰＳＤ７の左側端部Ｂと右側端
部Ａまでの長さをＬとすると、ＰＳＤ７の右側端部Ａか
らの出力電流Ｉ□と、左側端部Ｂからの出力電流Ｉ２は
、次のようになる。

Ｉ、＝Ｉ　ｐ（Ｌ−ｘ）／Ｌ　　　　　　　・・（１）
Ｉ２＝Ｉｐｘ／Ｌ　　　　　　　　　・・・（２）ここ
でＩＰは定数である。

上式より次式が得られる。

■。＝（Ｉ、−Ｌ）／（Ｉ□＋Ｌ） ＝（Ｉｐ（Ｌ−ｘ）／Ｌ−Ｉｐｘ／Ｌ）／（Ｉ　ｐ（Ｌ
−ｘ）／Ｌ＋Ｉ　ｐ　ｘ／Ｌ）＝　１−２　ｘ　／　Ｌ
　　　　　　　　　　・　・　・（３）また次の（４）
式が成立するから、 ｘ　＝　Ｌ　／　２−ΔＬ　　　　　　　　・・・（４
）この（４）式を（３）式に代入して（５）式が得られ
る。

Ｉｏ＝１−２ｘ／Ｌ ＝１−２（Ｌ／２−ΔＬ）／Ｌ ＝２ΔＬ／Ｌ　　　　　　　　　　　　・　・　・（５
）投光レンズ２の中心ｏ２、被写体４の反射点Ｒ及び集
光レンズ６の中心０６を結んでできる３角形と、位置Ｍ
、中心ＯＧ及び位置Ｓを結んでできる３角形は相似であ
るから、（６）式が成立する。

ΔＬ＝Ｄ　ｆ／ｄ　　　　　　　　　　　・・・（６）
ここでｆは集光レンズ６の焦点距離（集光レンズ６とＰ
ＳＤ７との距離）、Ｄは基線長（投光レンズ２の光軸と
集光レンズ６の光軸との距離）である。

従って（６）式を（５）式に代入して、次の（７）式が
得られる。

■。＝２Ｄｆ／（ｄＬ）　　　　　　　　　　・　・　
・（７）（７）式を書き換えて（８）式が得られる。

ｄ＝２Ｄｆ／（ＬＩ。）　　　　　　　・・・（８）（
８）式において値り、ｆ、Ｌは既知であり、値工。は（
３）式に対応してＰＳＤ７の出力電流Ｉ工。

工２から演算できるので、結局（８）式より被写体まで
の距離を演算することができる。

第４図はこの発明の測距装置のブロック図である。同図
において２１は例えばマイクロコンピュータ等よりなる
制御回路であり、測距動作を含む撮影動作を制御する。

２２は図示せぬシャッタのレリーズボタンに連動して動
作されるスイッチである。２３は光源１を駆動する駆動
回路、２４はＰＳＤ７の出力をＡ／Ｄ変換して制御回路
２１に供給するＡ／Ｄ変換回路である。２５は図示せぬ
撮影レンズを駆動するレンズ駆動系である。

しかしてスイッチ２２を押圧すると、制御回路２１は駆
動回路２３を介して光源１を駆動し、光ビームを発生さ
せる。この光ビームは投光レンズ２とプリズム３を介し
て被写体４に投射される。

被写体４で反射された光ビームはプリズム５と集光レン
ズ６を介してＰＳＤ７に入射される。ＰＳＤ７の出力電
流Ｉい　工２はＡ／Ｄ変換回路２４によりＡ／Ｄ変換さ
れ、制御回路２１に入力される。

制御回路２１は上述した（３）式と（８）式に対応して
距離ｄを演算する。商値り、ｆ、Ｌ等は制御回路２１に
内蔵されているメモリ（図示せず）に、予め記憶されて
いる。

制御回路２１は演算結果に対応してレンズ駆動系２５を
介して撮影レンズを駆動し、撮影レンズが所定位置に移
動されたとき、シャッタを動作させる。

ところでこの発明においてはプリズム３が配置されてい
るので、光源１より放射された１本の光ビームは、プリ
ズム３の面３Ａ乃至３Ｅに対応して、測距点が２次元的
（平面的）に分布するように、５本に分割される。すな
わちこの５本の光ビームによる測距点は第５図に示すよ
うに分布する。撮影範囲１０の略中夫には測距点Ｐａが
、その上下には測距点ｐｂとＰｄが、またその左右には
測距点ＰｃとＰａが、各々配置される。この測距点Ｐａ
乃至Ｐｅは、プリズム３の面３Ａ乃至３Ｅに、各々対応
している。

このように測距点Ｐａ乃至Ｐｅが水平方向（例えば基線
長方向）のみならず、それに対して垂直な方向（基線長
方向に垂直な方向）にも各々複数個づつ（３個づつ）配
置されている。従って本来の被写体が中央に位置する場
合はもとより、中央から左側又は右側、あるいは上方又
は下方に若干寄ったところに位置する場合においても、
そこが正しく測距される 例えば第６図に示すように、撮影範囲１０の中央よりや
や右側に人物１１が、左側に木１３が、そして中央に背
景の山１２が、各々配置されているとすると、測距点Ｐ
ｅにより人物１１が、測距点Ｐｃにより木１３が、そし
て測距点Ｐｂ（Ｐａ、Ｐｄ）により山１２が、各々測距
される。

測距点Ｐａ乃至Ｐｅからの反射光はプリズム５の面５Ａ
乃至５Ｅから各々入力され、集光レンズ６に入射される
。そして集光レンズ６からの光ビームがさらにＰＳＤ７
に入射される。

いま人物１１がカメラに最も近く、山１２が最も遠く、
そして木１３が両者の中間の距離に、各々位置している
ものとすると、第７図に示すように、ＰＳＤＶ上におい
て、測距点Ｐａに対応するスポットＳｅの位置Ｍからの
距離ΔＬｅは、測距点Ｐｃに対応するスポットＳｃの位
置Ｍからの距離ΔＬｃより大きくなる。また測距点Ｐｂ
（Ｐａ、Ｐｄ）に対応するスポット５ｂ（Ｓａ、Ｓｄ）
は、理論的には位置Ｍに配置されることになる。しかし
ながらこの測距点Ｐｂ（Ｐａ、Ｐｄ）とカメラの距離は
非常に長いので、光が途中で減衰され、実質的にはスポ
ット５ｂ（Ｓａ、Ｓｄ）は形成されない。

スポットＳｃとＳｅの持つ光エネルギーを各々Ｅｃ、Ｅ
ｅ、カメラから測距点Ｐｃ、Ｐｅまでの距離をｄｃ、ｄ
ｅ、測距点Ｐｃ、Ｐｅにおける反射率をＲｃ、Ｒｅとす
ると、次の（９）式が成立する。

Ｅ　ｃ：Ｅ　ｓ　＝Ｒｃ／（ｄｃ）”：Ｒｅ／（ｄｅ）
”　・　・　・（９）（９）式より（１０）式が成立す
る。

Ｅｃ／Ｅｅ＝　Ｒｅ（ｄｅ）”／（Ｒｅ・（ｄＣ）”）
　・　・（１０）スポットＳｃとＳｅの各々の重心位置
をＣＬ、ｅ工とすると１両スポットの光エネルギーの重
心位［ｇ□は、線分ｃ１．ｅ□を光エネルギーの比Ｒｅ
対Ｅｃで内分した点となる。従って重心位置ｇ１の位置
Ｍからの距離ΔＬｇは、次の（１１）式より求められる
。

ΔＬｇ＝ΔＬｅ−（ΔＬｅ−ΔＬｃ）／（１＋Ｅｅ／Ｅ
ｅ）　＃　Ｉ　＊　（１１）ＰＳＤ７はこの（１１）式
に対応する電流■□、Ｉ２を出力するので、測距範囲内
に２つ以上の被写体がある場合、それらの光学的な重心
位置が測距されることになる。

そして一般的に、近距離側の被写体からの反射光（実施
例の場合スポットＳｅ）の方が、遠距離側の被写体から
の反射光（実施例の場合スポットＳＣ）より、光エネル
ギーが強いから、遠距離側の被写体の距離に拘らず、略
近距離側の被写体に近いピントが得られることになる。

さらに一般的に。

撮影範囲の中央付近における最近距離の被写体が主被写
体であることが多いから、これにより主被写体が所謂ピ
ンボケになるようなことが防止される。

第８図はこの発明のプリズムの他の実施例を表わしてい
る。このプリズム３１は１つの水平な面３１Ａと、それ
に対して所定角度傾斜した２つの面３１Ｂ、３１Ｇとを
有しているので、１本の光ビームを直線的に配列された
３本の光ビームに分割することができる。従ってこのプ
リズム３１を２個、方向を９０度ずらして重ねて配置す
ることにより、前述した場合と同様に、平面的に分布し
た光ビームを得ることができる。

この他、測距点の数は、プリズムを種々の形状に形成し
たり、同−形状又は異なった形状のものを複数個組合わ
せる等して、調整することができる。

さらにプリズムの他、回折格子その他の光学素子を用い
ることもできる。

また以上においては検出素子としてＰＳＤを用いたが、
ＣＯＤ等を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上の如くこの発明によれば、プリズム、回折格子等の
光学素子により、複数個の測距点を平面的に（２次元的
）に分布させるようにしたので、カメラの構え方や被写
体の配置に影響されずに、正確な測距が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の測距装置の斜視図、第２図（ａ）、
（ｂ）及び（ｃ）は、この発明のプリズムの各々正面図
、底面図及び側面図、第３図はこの発明の測距装置の原
理図、第４図はこの発明の測距装置のブロック図、第５
図及び第６図はこの発明の測距装置の測距点の説明図、 第７図はこの発明の半導体装置検出素子の説明図、 第８図（ａ）及び（ｂ）はこの発明のプリズムの他の実
施例の正面図及び側面図である。 １・・・光源 ２・・・投光レンズ ３・・・プリズム ４　・　・ ５　・　・ ６　・　・ ７　・　・ １０　・ １１　・ １２　・ １３　・ ２１　・ ２３　・ ２４　・ ２５　・ ３１　・ 被写体 プリズム 集光レンズ 半導体装置検出素子 ・測距範囲 ・人物 ・山 ・木 ・制御回路 ・駆動回路 ・Ａ／Ｄ変換回路 ・レンズ駆動系 ・プリズム 以上 特許出願人　旭光学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測距用の光ビームを発生する光源と、 前記光源より発生された光ビームを被写体に投射する投
   光レンズと、 前記被写体に投射する光ビームを、測距点が平面的に分
   布するように、複数に分割する第１の光学素子と、 前記被写体により反射された光ビームを集光する集光レ
   ンズと、 前記被写体により反射された複数の光ビームを前記集光
   レンズに入射させる第２の光学素子と、前記集光レンズ
   により集光された光ビームを検出する検出素子とを備え
   る測距装置。