JPH04190209A - 光学器械の合焦対象の映像検出装置 - Google Patents

光学器械の合焦対象の映像検出装置

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JPH04190209A
JPH04190209A JP31870090A JP31870090A JPH04190209A JP H04190209 A JPH04190209 A JP H04190209A JP 31870090 A JP31870090 A JP 31870090A JP 31870090 A JP31870090 A JP 31870090A JP H04190209 A JPH04190209 A JP H04190209A
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Akio Izumi
晶雄 泉
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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〕 本発明はカメラ等の光学器械を合焦させるべき対象の映
像を検出する装置、より正確には互いに異なる光路を経
て結像される対象の1対の映像の相対的な位置ずれに基
づいて対象までの距離あるいは対象への合焦状態を検出
し、検出結果に応じ光学器械を対象に合焦させる自動焦
点方式の光学器械に用いる映像検出装置に関する。
〔従来の技術〕
周知のように、カメラ等の光学器械の自動焦点方式には
、撮像レンズを通らない外光を利用する外光三角測距方
式と、撮像レンズを通った内光を利用するTTL方式と
があるが、いずれの場合にも光学器械を合焦させるべき
対象ないし被写体の映像を互いに異なる光路を介して1
対のイメージセンサ上にそれぞれ結像させ、これら1対
の映像の相対的な位置ずれをまず検出する。この相対的
位置ずれに基づいて光学器械を合焦させる手段は方式に
より異なるが、ここでは位置ずれから対象までの距離を
検出する外光三角測距方式の方について、よく知られた
ことであるが従来の代表例を第4図を参照して簡単に説
明する。
図示のように、集積回路装置lO内に共通線上に並べて
作り込まれた1対のイメージセンサ11と12に対応し
て1対の小レンズ21と22を相互間隔すを隔てて設け
、対象1の映像を空間上互いに異なる光路LlとL2を
介しそれぞれ結像させる。イメージセンサ11と12上
のこれら映像の位置は、無限遠の対象1に対する基準位
置からそれぞれSlと32ずつずれる。従って、それら
の和を5=sl+s2とし、小レンズ21.22の焦点
距離つまりイメージセンサ11、12からの距離をfと
すると、対象1の距fluidは簡単な三角測置の原理
から、 d = b f / s         (1)で与
えられ、両イメージセンサ11と12上の映像のずれs
lと32の和である相対的な位置ずれSを検出すれば、
対象1までの距離dを測定できることになる。このため
、集積回路装置10内に例えばAD変換回路13と計算
回路14が組み込まれる。
AD変換回路13は、イメージセンサ11と12内の各
光センサから得られるアナログ検出信号を例えば4〜8
ビツトのディジタルな映像データに変換して、1対の映
像データ群101と102として計算回路14に与える
。これを受ける計算回路14は、両映像データ群!DI
と102を相互に少しずつシフトさせながら相関を検定
して行き、最大相関を示したシフト四を相対的位置ずれ
Sとする。光学器械の合焦化には上述の距11dを計算
するまでもなくふつうはこの相対的位置ずれSをそのま
ま使えるので、例えばそれをシフトレジスタ等のバッフ
ァ14aに一旦記憶して置いて、随時シリアルに読み出
せるようにする。なお、計算回路14以降の機能は光学
器械にふつう組み込まれる制御用マイクロプロセッサに
受は持たせることもできる。
TTL方式の場合は、イメージセンサ11と12に映像
を結像させるまでの光路L1とL2が撮像レンズを通過
する点が異なるだけで、集積回路装置ioは第4図と同
じものでよく、それにより検出される相対的位置ずれS
はふつう位相差と呼ばれ、撮像レンズの合焦状態からの
前ピントか後ピントかのずれの方向をその正負の符号で
5合焦状態からのずれの程度をその数値でそれぞれ示す
本発明は上述のように、互いに異なる光路L1とL2を
介してイメージセンサ11と12上に結像される対象1
の1対の映像の相対的位置ずれSに基づいて光学器械を
対象1に合焦させるためのイメージセンサ11.12や
レンズ21.22を含む映像検出装置に関するものであ
る。
なお、第4図の小レンズ21と22はプラスチックの一
体成形品で構成するのが有利であるが、集積回路装置1
0のイメージセンサ11と12をこれに対し正確に位置
決めする必要があるので、このレンズ成形品を収納した
ケースに対し集積回路装置lOをその図の上下方同位f
xと1前後方向位置yと。
2軸まわりの角度θの3方向座標について正確に位置決
めした上、例えば紫外線硬化樹脂を用いる接着により固
定する。
しかし、遠距離用撮像レンズを用いる光学器械において
、外光三角測距方式で遠方の対象1までの距離dを正確
に検出する必要がある場合、前述の(1)式かられかる
ように、右辺中の積brとくにレンズ21と22の間隔
である三角測量上の基線長すを大きくする必要があるの
で、両イメージセンサ11と12の間隔をこれに合わせ
て広げると集積回路装置10のチップサイズが著しく大
きくなってしまう、このため、レンズ21と22を組み
込んだ第5図に示す光学モジュール40が用いられる。
図示のように光学モジュール40は、基線長すを隔てた
1対のレンズ21.22と1対のミラー41.42と直
角プリズム43とをケース44に取り付け、対象の映像
を図のように屈曲した光路L1とL2を介して集積回路
装置10の互いに近接配列されたイメージセンサ11.
12上に結像させるものである。なお、集積回路装置1
0は例えば図のような透明な、116とリード17を備
えるセラミックパッケージ15に収納されているので、
光学モジュール40に対し前述のように位置決めした上
でパンケージ15を樹脂19で接着して固定する。この
ような光学モジュール40を用いれば、基線長すをイメ
ージセンサ11と12間の相互間隔の数〜10倍に拡大
できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、光学器械が交換ないし切換レンズ。
ズームレンズ等を用いて多焦点化されるに伴い、上述の
ような従来の映像検出装置だけでは不都合が生じて来た
一つの問題点は、ズームレンズや望遠レンズの利用によ
り光学器械の撮像レンズ系が遠距離撮影用の場合に前述
の基線長すが著しく不足して来ることである。以下、こ
れを前述の(1)式を参照して説明する。
まず、(1)式から次式が成立する。
b f = d s              (2
)この(2)式の左辺、つまり第4図のレンズ21と2
2の基線長すと焦点距Hrとの積を便宜上P−bfとす
る。遠距離撮影の場合は、映像検出装置は撮像レンズが
無限遠と区別可能な遠距離にある対象の距離を正確に検
出する必要があり、この最大距離をD waxとすると
、撮像レンズ側から次式が成立することが知られている
Daax  =F”  / εFn ただし、Fは撮像レンズの焦点距離、Fnは撮像レンズ
の明るさであるF値、εは撮像レンズによる像のぼけ円
の直径である。なお、上式で与えられる最大圧111D
maxはふつう過焦点距離と呼ばれているものである。
さて、この最大距離Dmaxは第4図かられかるように
映像の位置ずれslやs2.つまり相対的位置ずれSの
半分の最小値により検出されることになるが、この最小
値はイメージセンサ中の光センサの配列ピッチpより小
さくはできないから、(2)式の左辺の積Pにこの最大
圧i11Dmaxの時に持たせるべき最小価P man
は、 Pa1n =Dmax 2 p =(F’/εFn)2P となる、しかし、第4図の集積回路装置10の計算回路
14には光センサのピッチpをN個に分割した補間法に
より最大相関点を計算する機能を持たせることができ、
この場合には上式中のピッチPをp/Nで1き換えれば
よいから、 Pa1n −(F’ / gin) 2 p/N   
(3)が成立する。これかられかるようにP sinは
撮像レンズ系の焦点距!1ilFの2乗に比例し、焦点
距離が長くなるとP winが著しく大きくなる。
さて、第4図かられかるようにレンズ21と22との間
の基線長すは集積回路装置10のサイズの半分程度1例
えば5−鵬に決まるが、これが(3)式で必要になる最
小基線長P+*In/fに対し例えば2倍の余裕がある
ようレンズ21と22の焦点距Hrを設定したとする。
しかし、光学器械の撮像系がズームレンズでそのズーム
率が1〜3.焦点距離にして35〜105■の場合、最
大ズーム率3の時に必要な最小基線長はズーム率1の時
の9倍になるので、最大ズーム率では基線長すが必要な
最小基線長の4.5分の1しかないことになり、第5図
のような光学モジュール40を用いる必要が生じる。
なお、この場合の光学モジュール40の基線長すは22
.5ms+あればよいのでまだ比較的小形のもので済む
が、撮像系のズーム率がさらに大きい場合や焦点距離が
数百amの望遠レンズの場合、基線長が大きくなり過ぎ
て、光学モジュール40のサイズが光学器械に不釣り合
いな程度にまでに大形化してしまう、このように映像検
出装置に必要な基線長を持たせることが困難なので、撮
像系がもつ性能を充分生かし切れないのが現状である。
もう一つの間脛は光学モジュール40のイメージセンサ
11と12に対する位置決めや調整が困難なことである
。すなわち、第5図の光学モジュール40では基線長す
を大きくとる必要があるので、そのレンズ21と22を
第4図の場合のように一体成形化するには不向きで、個
別にイメージセンサ11と12に対し位置合わせしなが
らケース44に取り付ける必要があり、そのミラー41
.42や直角プリズム43も取り付は角度に狂いがある
とイメージセンサ11と12が受ける光量に差が出るの
で精密な&110立てを要する。このため、光学モジュ
ールの内部調整とイメージセンサとの位置合わせに非常
に手間が掛かり、かつ組み立て精度を充分上げるのが困
難なのが現状である。
さらにもう一つの問題は、光学器械の撮像系の焦点距離
の変化範囲が広くなると、レンズ21と22によりイメ
ージセンサ11と12上に結像される映像にぼけが生じ
やすくなることである。光学器械に組み込む映像検出装
置には簡単化と小形化が要求されるのでレンズ21と2
2は固定焦点距離とされ、対象の距離が変化し得る範囲
内のある基準距離にピント合わせされる。この基準距離
は結像レンズの被写界深度が対象の距離の逆数に対して
線形である関係から、撮像対象の最近距離のふつう2倍
に選定される。しかし、光学器械の撮像系の焦点距離が
変わるとピント合わせすべきこの基準距離自体が変わる
ので、多焦点化された光学器械ではレンズ21と22に
より結像される映像にぼけが住じゃすく、従ってイメー
ジセンサ11と12上の1対の映像の前述の相対的位置
ずれSを検出する精度が低下しやすくなって来る。
かかる問題点の所在に鑑みて本発明の目的は、多焦点形
の光学器械に適し、光学的な位置合わせが容品で、かつ
小形化された映像検出装置を捉供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的は本発明によれば、冒頭記載のように互いに
異なる光路を経て結像される対象の1対の映像の相対的
な位置ずれに基づいて光学器械を対象に合焦させるため
の映像検出装置を、共通線上に配列された1対のイメー
ジセンサと、各イメージセンサ上に対象の映像をそれぞ
れ結像させる結像光学手段と、結像光学手段と対象の間
に配設され対象を拡大する変倍レンズとにより構成する
ことによって達成される。
上記構成中の結像光学手段は従来どおりプラスチックで
一体成形された1対の小レンズとすることでよく、これ
に対応して変倍レンズを長方形状のレンズを組み合わせ
て構成するのがよい、またこの組み合わせ用レンズはプ
ラスチック成形品とするのが有利である。
なお、撮像レンズが交換ないし切り換えられる光学器械
に対しては、上記構成中の変倍レンズを固定倍率として
結像光学手段に対して着脱自在に設けるのがよく、これ
を光学器械の撮像レンズの焦点距離の切り換えに連動さ
せて結像光学手段に着脱するのがとくに望ましい。
また、撮像系にズームレンズを用いる光学器械に対して
は、変倍レンズを可変倍率ズームレンズとして、光学器
械の撮像系と連動してその倍率を調整するのが有利であ
る。
〔作用〕
本発明は、前項の構成にいう変倍レンズを対象と結像光
学手段の間に配設することにより、その倍率をMとする
と、結像光学手段である第4図のレンズ21と22がも
つ基線長すをM倍に拡大でき、しかもその焦点距Mrも
M倍になるので、前述の(2)式のbfの積PがM!倍
に増加する点に着目したものである。すなわち、変倍レ
ンズのサイズを基線長すの拡大率Mに応じて結像光学手
段のM倍にするだけで積PがM!倍に拡大するので、映
像検出装置を小形化できる。また、この変倍レンズはい
わゆるアフォーカル性で対象から受けるほぼ平行な光束
を平行性を保ったまま結像光学手段に与えるので、光軸
等の位置合わせを厳密に行なうことなく結像光学手段と
容易に組み合わせることができ、とくに結像光学手段に
対して着脱自在に構成する際に有利である。
また、上述の変倍レンズの倍率Mは、もちろん光学器械
の撮像系用の交換レンズ、切換レンズ。
ズームレンズ等の付加レンズ類がもつ倍率とほぼ合わせ
るのが望ましい。この場合の映像検出装置と光学器械の
撮像系の関係を考えるため撮像系が付加レンズなしの標
準状態で距Ndに合焦されているものとする。この状態
で撮像系に付加レンズを用いるとそのままで光学器械は
M” dの距離に合焦した状態になる。また前々項で述
べた過焦点距@Dmaxも付加レンズありの場合は付加
レンズなしの標準状態の場合のM!倍になる。
一方、映像検出装置の方では付加レンズと倍率が同じ変
倍レンズを用いると前述のように積Pが変倍レンズなし
の場合のM!倍になるから、撮像系側の合焦距離M’ 
dや過焦点距let M ” D waxと同じ係数M
tが掛かることになる。従って、描像系の焦点距離が変
化した場合にも前々項で述べたようにイメージセンサ上
の映像にぼけが生じることがなくなり、相対的位置ずれ
Sを常に高精度で検出することができる。
〔実施例〕
以下、第1図〜第3図を参照しながら本発明の詳細な説
明する。これらの実施例では第4図で説明した外光三角
測距方式の自動焦点光学器械に本発明の映像結像装置が
適用されるものとする。
第1図は固定倍率の変倍レンズを結像光学手段に対し着
脱自在に設けた実施例を示す。
第1図において、1対のイメージセンサ11と12は集
積回路装N10内に一線に揃えて作り込まれ、従来どお
り透明な窓16を備えるパッケージ15内に収納される
。集積回路装置10は数xlo■−角程度のチップサイ
ズをもち、各イメージセンサは数十個のフォトダイオー
ド等の光センサを2〜3■長に集積化したものである。
このイメージセンサ11と12上に対象の映像をそれぞ
れ結像させる映像結像手段20は、1対の小さな平凸レ
ンズ21と22を備える例えばプラスチックの一体成形
品で、第2図に示すような長方形状をもつペアレンズ体
である。
この映像結像手段20は方形筒状の不透明なプラスチッ
クのケース23内に固定され、このケース23が光学器
械に対し取り付けられる。
なお、イメージセンサ11と12への迷光の侵入を防止
するために、映像結像手段20の例えば左側のケース2
3の端面部に各イメージセンサに相応した形状のアパー
チャーを1対備えるアパーチャー板がふつう取り付けら
れるが、図では簡略化のため省略されている。
また、イメージセンサ11.12と結像光学手段20と
は従来と同じ要領で正確に位置合わせした上、集積回路
装置lOのパッケージ15をケース23に対し樹脂19
による接着等の手段で固定する。
この実施例における変倍レンズ30は例えば凸なレンズ
31と凹なレンズ32とを方形筒状の不透明なプラスチ
ックのケース33内に固定した固定倍率のもので、対象
の拡大像を作るため結像光学手段20と対象の間にこの
例では着脱自在に配設される。
レンズ31と32には第2図の斜視図に示す長方形状の
プラスチック成形品を用いるのがコスト上有利である。
この変倍レンズ30の倍率は前述のように撮像系の交換
レンズや切換レンズの倍率と合わせるのが有利である。
この倍率をMとすると、前述のように結像光学手段20
の基線長すがbm=Mbに拡大され、その焦点距1rが
fm−Mfに拡大されて、bfの積PがM!倍に増加す
る。
撮像系が交換レンズの場合は、変倍レンズ30を映像結
像手段用のケース23に例えば差し込み式で着脱自在と
するのがよいが、撮像系が切換レンズの場合は、その切
り換え動作に連動して第1図のように変倍レンズ30を
その待機位置30aから映像結像手段20の前面に矢印
Sの方向にシフトさせるのがよい、このため、図示の例
では変倍レンズ30の位置決め用のストッパ23aが映
像結像手段20のケース23から突設されている。変倍
レンズは前述のようにアフォーカルレンズなので、位置
決めにはあまり厳密性を要しない。
第3図は変倍レンズに可変倍率のズームレンズを用いて
結像光学手段に取り付け、撮像系のズームレンズと連動
させる実施例を示す。
イメージセンサ11と12が作り込まれた集積回路装置
IOはこの例では透明な樹脂パッケージ18内に封入さ
れ、映像結像手段20に対し位置決めされた後そのケー
ス23に接着によって固定される。この実施例での変倍
レンズ30は、レンズ31を保持する可動ケース34を
レンズ32を保持する固定ケース35に慴動自在に嵌め
込んだごく簡単な構造のズームレンズで、両レンズ31
.32間の距離を変えることによりアフォーカル性を維
持しながらその倍率を調整できる。変倍レンズ30はそ
の固定ケース35をケース23に取り付けることにより
映像結像手段20に対し固定されるが、この際に厳密な
位置合わせをする必要はない。
図の下部に撮像系の構成がごく簡略に示されている。対
象1の像をフィルム2に結像させる撮像レンズ3の前に
ズームレンズ4を配設した系構成である。映像検出装置
の変倍レンズ30はこの内のズームレンズ4と操作系5
0により連動されて常にそれと同倍率に置かれる。この
ため変倍レンズ3゜の可動ケース34は例えば外周に設
けたラック34aとビニオン51との保合を介し操作系
50のアクチュエータ52と結合される。
この実施例では映像検出装置の変倍レンズ3oの倍率M
が常に撮像系のズームレンズ4の同倍率に置かれるので
、前項で述べたように撮像系の合焦距離や過焦点距離の
Mtに比例する変化に合わせて映像検出装置側の基線長
すと焦点距離fの積もM8に比例して自動調整され、倍
率Mがどのように大きく変わっても対象1のイメージセ
ンサ11と12上の映像がぼけることがなく、集積回路
袋WIOによって両イメージセンサ上の映像の相対的位
置ずれを精度よく検出できる。
以上の実施例では映像検出装置を外光三角測距方式の光
学器械に適用した場合について説明したが、もちろん本
発明はTTL方式の光学器械にも同様に適用できる。こ
の場合にも、変倍レンズの倍率を撮像系と合わせるのが
有利であり、これを可変倍率とする場合には撮像系側の
ズームレンズと共用することも可能である。このように
本発明は上述の実施例に限らずその要旨内で種々の態様
で実施することができる。
〔発明の効果〕
以上のとおり本発明では、互いに異なる光路を経て結像
される対象の1対の映像の相対的な位置ずれに基づいて
光学器械を対象に合焦させるための映像検出装置を、共
通線上に配列された1対のイメージセンサと、各イメー
ジセンサ上に対象の映像をそれぞれ結像させる結像光学
手段と、結像光学手段と対象の間に配設された対象を拡
大する変倍レンズとから構成することにより、次の効果
を得ることができる。
(a)変倍レンズに拡大倍率Mを持たせることにより結
像光学手段の基線長と焦点距離をともにM倍に拡大して
両者の積をM!倍に増加させることができるので、変倍
レンズのサイズをM倍にするだけでMt倍にしたと同じ
効果が得られ、光学器械の多焦点化に際して映像検出装
置を小形化することができる。
伽)変倍レンズのアフォーカル性を利用して対象から受
けるほぼ平行な光束を平行性を保ったままで結像光学手
段に与えるので、光軸等の位置合わせに厳密性を要せず
映像検出装置を容易に組み立てることができ、この特質
を生かして撮像系が交換レンズの場合は変倍レンズを着
脱自在にし、切換レンズの場合は変倍レンズを切り換え
と連動させることができる。
(C)変倍レンズの倍率Mを撮像系側の付加レンズの倍
率とほぼ合わせることにより、撮像系側の合焦距離や過
焦点距離のM8に比例する変化に合わせて映像検出装置
側の基線長と焦点距離の積がMtに比例して調整される
ので、倍率Mがどのように大きく変わっても対象のイメ
ージセンサ上の映像がぼけることがなく、その上に結像
される映像の相対的位置ずれを常に精度よく検出できる
これらの特質を備える本発明は、交換レンズ。
切換レンズ、ズームレンズ等を備える多焦点形の光学器
械用の従来の映像検出装置の難点を解消して実用性と経
済性を高めることにより、光学器械用自動焦点装置の適
用範囲の拡大と普及に多大の貢献をなし得るものである
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図までが本発明に関し、第1図は本発明
の映像検出装どの固定倍率の変倍レンズを用いる実施例
の断面図、第2図は結像光学系と変倍レンズ用レンズの
形状を示す斜視図、第3図は可変倍率の変倍レンズを用
いる実施例を撮像系の概要構成とともに示す断面図、第
4図は本発明の適用例としての外光三角測距方式の概要
を示す原理構成図である。第5図は従来技術による光学
モジュールの断面図である0図において、に対象ないし
被写体、2:フィルム、3:撮像レンズ、4:撮像用ズ
ームレンズ、lO:集積回路装置、11,12:イメー
ジセンサ、20:結像光学手段、21,22 :結像用
レンズ、30:変倍レンズ、31.32 :変倍レンズ
を構成するレンズ、b:結像光学手段の基線長、b−:
変倍レンズにより拡大された基線長、f:結像光学手段
の焦点距離、f―二変倍レンズにより拡大された焦点距
離、Ll、Ll光路、S:映像の相対的位置ずれ、であ
る。 第1図 初 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)互いに異なる光路を経て結像される対象の1対の映
    像の相対的な位置ずれに基づいて光学器械を対象に合焦
    させるための映像検出装置であって、共通線上に配列さ
    れた1対のイメージセンサと、各イメージセンサ上に対
    象の映像をそれぞれ結像させる結像光学手段と、結像光
    学手段と対象の間に配設され対象を拡大する変倍レンズ
    とを備えてなる光学器械の合焦対象の映像検出装置。 2)請求項1に記載の装置において、変倍レンズが固定
    倍率であり、結像光学手段に対し着脱自在に設けられる
    ことを特徴とする光学器械の合焦対象の映像検出装置。 3)請求項2に記載の装置において、変倍レンズが光学
    器械の撮像レンズの焦点距離の切換えに連動して結像光
    学手段に着脱されることを特徴とする光学器械の合焦対
    象の映像検出装置。 4)請求項1に記載の装置において、変倍レンズが可変
    倍率のズームレンズであり、光学器械の撮像用のズーム
    レンズ系と連動して倍率が調整されることを特徴とする
    光学器械の合焦対象の映像検出装置。 5)請求項1に記載の装置において、変倍レンズが長方
    形状のレンズから構成されることを特徴とする光学器械
    の合焦対象の映像検出装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003057028A (ja) * 2001-08-20 2003-02-26 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 距離センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003057028A (ja) * 2001-08-20 2003-02-26 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 距離センサ

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