JPH0474648B2

JPH0474648B2 -

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Publication number: JPH0474648B2
Application number: JP58169567A
Authority: JP
Priority date: 1983-09-14
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1992-11-26
Also published as: US4983033A; JPS6060511A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、例えばカメラに用いられる半導体光
位置検出素子を使用した測距装置に関する。カメラにおけるオートフオーカス装置の１つと
して赤外光アクテイブ方式が従来知られている。
この方式は、小径の赤外光ビームを被写体に投射
し、その反射光を検出することによつて、その被
写体までの距離を測定するものであり、被写体の
明るさまたはコントラストには関係なく、正確な
測距を行なうことができるという利点がある。ま
た、上記方式は、画像の走査を行なう必要がな
く、測距光学系において厳密な焦点合せを行なう
必要がないので、半導体光位置検出素子（以下、
PSDという。）を多く使用している。このようにPSDを使用した従来の測距装置を、
第１図に示してある。投光レンズ１および集光レ
ンズ２はともに焦点距離がｆである。赤外発光光
源４の光ビームは、投光レンズ１によつて結像さ
れ、被写体３に照射されるようになつている。そ
して、投光レンズ１と集光レンズとは基線長Ｄだ
け離れており、その集光レンズ２の光軸は、
PSD５の中心に位置している。被写体３で反射したビーム光は、集光レンズ２
によつて集められ、PSD５の中心からΔLだけ離
れしかも赤外発光光源４から離れた点においてス
ポツト光となる。そのスポツト光が当つたことに
よつて、スポツト光の位置からそれぞれの電極ま
での抵抗値に逆比例した電流Ｉ１，Ｉ２が、
PSD５の各電極Ａ，Ｂに流れる。第２図は、位置検出回路６を示す図である。こ
の位置検出回路６において、差動アンプ７は、差
動電流ID（＝Ｉ１−Ｉ２）を求め、加算アンプ８
は、加算電流IA（＝Ｉ１＋Ｉ２）を求めるもので
ある。さらに、除算アンプ９は、除算電流Id（＝
ID／IA）を求めるものである。このように、電
流IDをIAで割ることによつて、常に一定の距離
信号が得られ、この距離信号は被写体の反射光の
強さとは無関係である。この位置検出回路６の信
号は、全て電流で処理しているが、電圧で処理す
ること、または電流と電圧とを組合わせてから処
理することも可能である。ところで、上記従来装置においては、赤外光ビ
ームは極めて細くしてあり、被写体におけるビー
ム径はせいぜい10cmである。したがつて、被写体
が画面の端にある場合には、そのビームが当らな
いので、誤測距してしまう。この誤測距を防止するためには、一般に、フオ
ーカスロツクを行なう。すなわち、画面の端に存
在する被写体が画面の中心に来るように、カメラ
を一旦、移動し、シヤツター釦を半押ししてその
被写体にビーム光を当てることによつて測距し、
その状態のままカメラを最初の位置に向けてシヤ
ツター切るようにする。この操作は実際には非常に煩雑であるという問
題があるとともに、特に、初心者にとつては、そ
のフオーカスロツク操作自体を知らないために、
ピンボケを起し易いという問題がある。また、ピンボケを起す被写体の構図は、主に、
人間が二人並んでいる場合が多い。これは、その
二人の間をビーム光がすり抜けて背景に焦点が合
うためである。被写体が三人の場合には、中央の
人間を画面の中心に配置するために、ビームのす
り抜けが生じないので、ピンボケも起らない。いずれにしても、従来の測距装置は、その測距
ゾーンが狭いために、画面の中心から外れた被写
体に対しては、フオーカスロツクという操作を実
行しなければならない。そして、そのフオーカス
ロツクが煩雑であるので、シヤツターチヤンスを
逃すという問題があり、また初心者にとつては、
フオーカスロツク自体を充分理解できないので、
写真がピンボケになるという問題がある。本発明は、上記従来の問題点に着目してなされ
たもので、被写体が画面の中心から外れた場合
に、迅速かつ確実にピントを合すことができ、し
かも初心者にとつても容易にピントを合すことで
きる測距装置を提供するものである。この目的を達成するために、本発明は、測距用
の赤外ビーム光を被写体に投射する複数の光源
と、これらの光源のビーム光を集光する投光レン
ズと、この投光レンズの光軸と一定基線長離して
配置し、しかも光軸を前記投光レンズの光軸と平
行に向けた集光レンズと、この集光レンズの光軸
と直角に受光面を配置した半導体位置検出素子
と、前記複数の光源を順次発光させる光源駆動回
路と、前記半導体位置検出素子が検出した、前記
複数の光源からの各ビーム光に対応する複数の距
離信号のうち、カメラから最短距離にある被写体
に対応する距離信号に基づいて、その被写体の位
置を検出する位置検出回路と、を備えたことに特
徴を有する。以下、添附図面に示す実施例に基づいて本発明
を詳述する。なお、第１，２図に示した従来例に
使用した部材と同じ部材については、同一の符号
を付してある。第３図は、本発明の一実施例を示す全体構成図
である。投光レンズ１と集光レンズ２とは基線長
Ｄだけ離れており、集光レンズ２の光軸はPSD
５における任意の点Ｐ２に位置している。赤外発
光光源１１，１２は、赤外発光光源１０に対して
それぞれ距離ｔだけ離れて取付けられ、その光ビ
ームは投光レンズ１によつて結像され、被写体３
に照射されるようになつている。被写体３で反射
した光ビームは、集光レンズ２によつて集めら
れ、PSD５の受光面でスポツト光となる。この
受光面は、集光レンズ２の光軸と直角に配置され
ている。赤外発光光源１０，１１，１２に対するスポツ
ト光の位置は、それぞれＰ５，Ｐ４，Ｐ６であ
り、被写体３が無限遠の位置にあるときのスポツ
ト光の位置Ｐ２，Ｐ１，Ｐ３からそれぞれΔLだ
け離れている。被写体３が無限遠の位置にあると
きは、赤外発光光源１０，１１，１２の光ビーム
は、被写体３で反射し、それぞれＳ１，Ｓ３，Ｓ
２の光路を通つてPSD５に入射し、それぞれＰ
２，Ｐ１，Ｐ３にスポツト光を作る。このＰ２，
Ｐ１，Ｐ３を赤外発光光源１０，１１，１２に対
する基準点と定義する。幾何学的な条件によつて、点Ｐ１とＰ２との間
隔、および点Ｐ２とＰ３との間隔はそれぞれｔで
ある。また、点Ｏ１，Ｑ２，Ｏ２を結ぶ三角形
と、点Ｐ２，Ｏ２，Ｐ５とを結ぶ三角形とが相似
であるので、ΔL＝Ｄ・ｆ／ｄとなり、同様にし
て点Ｏ１，Ｑ１，Ｏ２を結ぶ三角形と、点Ｐ３，
Ｏ２，Ｐ６を結ぶ三角形とが相似であり、点Ｏ
１，Ｑ３，Ｏ２を結ぶ三角形と、点Ｐ１，Ｏ２，
Ｐ４を結ぶ三角形とが相似であるために、点Ｐ１
とＰ４との間隔、点Ｐ３とＰ６との間隔は、とも
にΔLとなる。すなわち、各赤外発光光源に対し
て、被写体３の移動によるPSD５上のスポツト
光の移動量は等しくなり、その移動量は、各レン
ズから被写体３までの距離ｄ、基線長Ｄ、各レン
ズの焦点距離ｆによつて決まる。赤外発光光源駆動回路１３は、赤外発光光源１
０，１１，１２を順次発光させるものである。処
理回路１４は、Ａ／Ｄコンバータ、CPU等によ
つて構成されている。この処理回路１４は、Ａ／
ＤコンバータによつてPSD５の各出力電流をデ
ジタル値に変換し、CPUにおいてPSD５の各出
力電流Ｉ１，Ｉ２の和、差を求めた後に、距離信
号Ioを求める。すなわち、その距離信号Ioは、次
のように表される。 Io＝（I1−I2）／（I1＋I2）さらに、赤外発光光源１１が発光したことによ
る距離信号には所定の値を加え、赤外発光光源１
２が発光したことによる距離信号から所定値を引
く。これによつて、基準点が移動したことによる
距離信号のシフト量を補正している。基準点がPSD５の中心に存在する場合、すな
わち、集光レンズ２の光軸がPSD５の中心に存
在する場合において、被写体３が無限遠にあると
きには、電流Ｉ１とＩ２とが等しくなり、距離信
号Ioは０となる。そして、長さΔL（＝Ｄ・ｆ／
ｄ）が長さＬ／２と等しくなる場合、すなわちｄ
＝２・Ｄ・ｆ／Ｌの場合に、距離信号Ioの値は最
大となり、第４図に示す直線Toの特性を示すよ
うになる。ここで、基準点が、PSD５の中心からＩ２側
に移動した場合には、第４図の直線Ｔ１の特性を
示す。すなわち、上記の場合、距離信号Ioが０に
なるときの距離ｄの値は、無限遠から近距離側に
移動し、被写体３が無限遠に存在する場合に、距
離信号Ioは０よりも小さな値となる。また、逆に、基準点がPSD５の中心からＩ１
側に移動した場合には、第４図の直線Ｔ２の特性
を示す。すなわち、距離信号Ioは常に正の値とな
り、０にはならない。また、第４図における直線To，Ｔ１，Ｔ２は
互いは平行であり、そして被写体３までの距離が
特定されれば、そのときにおけるTo上の距離信
号と、そのときにおけるＴ１上の距離信号との差
はΔIoであり、また、そのときにおけるTo上の
距離信号と、そのときにおけるＴ２上の距離信号
との差はΔIoである。ここで、集光レンズ２の光軸がPSD５の中心
にあると仮定する。PSD５の抵抗をRL，PSD５
の電極のうち、電流Ｉ１が流れる電極から光入射
位置までの距離をｘ、その部分の抵抗をRxとす
ると、各電極の出力電流は、それぞれの電極まで
の抵抗値に逆比例するように分割されるので、そ
の入射光によつて生成される光電流をIpとする
と、 I1＝Ip・（RL−Rx）／RL I2＝Ip・Rx／RL となる。PSD５における抵抗層は均一であり、
PSD５の長さとその抵抗値とが比例するとすれ
ば、 I1＝Ip・（Ｌ−ｘ）／Ｌ I2＝Ip・ｘ／Ｌで表される。したがつて、距離信号Ioは、 Io＝（I1−I2）／（I1＋I2）＝｛（Ｌ−ｘ）／Ｌ−（ｘ／Ｌ）｝／｛（Ｌ−ｘ）／Ｌ（ｘ＋Ｌ）｝＝１−２・ｘ／Ｌとなる。ここで、ｘ＝Ｌ／２−ΔLであるから、 Io＝１−（２／Ｌ）｛（Ｌ／２）−ΔL｝＝（２／Ｌ）ΔL となる。次に、基準点が、電流Ｉ１側に距離ｔだけ移動
した場合には、ｘ＝（Ｌ／２）−ΔL−ｔであるか
ら、 Io＝１−（２／Ｌ）｛（Ｌ／２）−ΔL−ｔ｝＝（２／Ｌ）（ΔL＋２／Ｌ）・ｔとなり、距離信号Ioは、（２／Ｌ）・ｔだけ増加す
る。逆に、基準点が電流Ｉ２側に距離ｔだけ移動し
た場合には、ｘ＝（Ｌ／２）−ΔL＋ｔであるので、 Io＝１−（２／Ｌ）｛（Ｌ／２）−ΔL＋ｔ｝ −（２／Ｌ）ΔL−（２／Ｌ）・ｔとなり、距離信号Ioは、（２／Ｌ）・ｔだけ減少す
る。次に、集光レンズ２の光軸が、PSD５の中
心Poから電流Ｉ２側にｓだけ離れて位置してい
る第３図の場合について考えてみる。点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６から電流Ｉ１までの距離を
それぞれｘ２，ｘ１，ｘ３とすると、 x1＝（Ｌ／２）−ΔL＋ｓ x2＝（Ｌ／２）−ΔL＋ｓ＋ｔ x3＝（Ｌ／２）−ΔL＋ｓ−ｔであるから、それぞれの距離信号は、 Io（x1）＝１−（２／Ｌ）・ｘ１＝２（ΔL／Ｌ）−２（ｓ／Ｌ） Io（x2）＝１−（２／Ｌ）・ｘ２＝２（ΔL／Ｌ）−２（ｓ／Ｌ）−２（ｔ／Ｌ） Io（x3）＝１−（２／Ｌ）・ｘ３＝２（ΔL／Ｌ）−２（ｓ／Ｌ）＋２（ｔ／Ｌ）となり、Io（ｘ１）を基準にすると、 Io（ｘ２）はIo（ｘ１）よりも２（ｔ／Ｌ）だけ
減少し、Io（ｘ３）は２（ｔ／Ｌ）だけ増加する。このように、基準点が移動したことによる距離
信号のシフト量は、PSD５の長さＬと赤外発光
光源１０，１１，１２相互の間隔ｔによつてのみ
決まる。したがつて、そのシフト量を予め計算
し、そのシフト量に応じた距離補正信号を、得ら
れた距離信号に加えるか、または引くかすれば、
基準点を移動する前の距離信号と全く同等に考え
ることができる。すなわち、基準点が移動したこ
とによる距離信号の補正が行なわれる。また、上記３つの距離信号のうち、最も大きな
値を有する距離信号を使用して、距離測定する。
すなわち、複数の光源に対応する複数の距離信号
を第８図に示す位置検出回路が入力し、その位置
検出回路は、カメラから最短距離にある被写体に
対応する距離信号に基づいて、その被写体の位置
を検出する。このようにすれば、カメラに最も近
い被写体に対してピントが合う。被写界深度の考
え方により、最も近い被写体およびそれより遠い
被写体は全てピントが合つたことになる。第５図は、赤外発光光源駆動回路１３をデジタ
ル回路で構成した場合を示す具体的な回路図であ
る。発振回路１５は1KHzの矩形波を発生するもの
であり、Ｄフリツプフロツプ回路１６〜１９は、
シフトレジスタ構成となつている。Ｄフリツプフ
ロツプ１９の出力４がＤフリツプフロツプ１６
のＤ端子に接続されている。電源リセツト回路２
３は、各ＤフリツプフロツプのＲ端子に接続さ
れ、電源オンのときに各Ｑ端子をLoにするもの
である。 AND回路２０には端子Ｑ１，２が接続され、
AND回路２１には端子Ｑ２，３が接続され、
AND回路２２には端子Ｑ３，４が接続されて
いる。第６図は、上記実施例のタイムチヤートであ
り、そのイには、発振回路１５のパルス信号を示
し、ロ〜ホには、Ｄフリツプフロツプ１６〜１９
のＱ端子から出力される出力信号を示してある。
その図において、パルス信号の立上りでHiとな
る。Ｄフリツプフロツプ１９のＱ端子がHiにな
ると、Ｄフリツプフロツプ１６のＤ端子にはLo
の信号が入力するので、次のパルス信号の立上り
でＤフリツプフロツプ１６のＱ端子はLoになり、
Ｄフリツプフロツプ１７〜１９のＱ端子も順次
Loとなる。第６図のヘ、ト、チには、AND回路２０，２
１，２２の出力信号を示してあり、これらの信号
は、電源が投入されている限り、一回のみ発生す
るものである。第７図は、赤外発光光源駆動回路１３の具体例
を示す回路図である。この駆動回路１３は、
AND回路２０，２１，２２の出力信号を使用し
て赤外発光光源を駆動するものである。赤外発光
光源として赤外発光ダイオードを使用し、また、
トランジスタをダーリントン接続することによつ
て大電流を流せるようにしてある。AND回路２
０，２１，２２のそれぞれに第７図の駆動回路が
１つづつ接続され、その駆動回路がそれぞれ、赤
外発光光源１０，１１，１２を駆動している。第８図は、本発明に使用する位置検出回路の一
例を示す回路図である。電流−電圧変換用のOP
アンプＡ１，Ａ２の帰還抵抗をRfとすると、 V1＝−Rf・I1 V2＝−Rf・I2 となり、反転増幅器Ａ３，Ａ４の入力抵抗をＲ
１、帰還抵抗をＲ２とすると、 V3＝−（R2／R1）・V1 ＝（Rf・R2／R1）・I1 V3＝−（R2／R1）・V2 ＝（Rf・R2／R1）・I2 となる。つまり、OPアンプＡ１，Ａ２が電流信号から
電圧信号に変換し、その後、演算し易いレベルま
で増幅するために、反転増幅器Ａ３，Ａ４を使用
する。インバータ２６にパルス信号OSCが印加され、
このパルス信号OSCがHiのときに、電圧Ｖ４が
Ａ／Ｄコンバータに印加され、パルス信号OSC
がLoのときに、電圧Ｖ３がＡ／Ｄコンバータに
印加される。電圧Ｖ３，Ｖ４は、Ａ／Ｄコンバー
タによつてデジタル値に変換され、その後、バス
ラインBLを介してCPUに入力される。このCPU
は、中央集中制御回路であり、カメラにおける撮
影に必要な全ての動作、表示等が制御され、これ
からの指令に基づいてカメラの各部機構が作動す
る。なお、符号２４，２５はアナログスイツチで
ある。第６図に示した赤外発光光源駆動のパルスを発
生させる場合、前記CPUに対して所定のプログ
ラムを実行することによつて、そのパルスを発生
させるようにしてもよい。このようにすれば、第
５図に示した回路は必要なくなる。また、Ａ／Ｄ
コンバータによつてデジタル値に変換された電圧
Ｖ３，Ｖ４の加算値（Ｖ３＋Ｖ４）、減算値（Ｖ
３−Ｖ４）、除算値｛（Ｖ３−Ｖ４）／（Ｖ３＋Ｖ
４）｝を、前記CPUにおいてデジタル的に演算す
るようにしてもよい。さらに、どの赤外発光光源
が発光したかを示す信号を前記CPUに入力し、
予め設定された基準点の移動に伴う距離信号のシ
フト量（2t／Ｌ）に対応したデジタル値を加算し
たり差引いたりしてもよい。このようにして距離
信号の補正を行なうことも可能である。第９図は、上記実施例を使用して測距演算を実
行した場合のフローチヤートである。上記実施例においては、赤外発光光源を３つに
した場合を想定しているが、その数を増加するよ
うにしてもよい。赤外発光光源の数を増加すれ
ば、測距ゾーンを画面いつぱいまで広げることが
できる。しかし広げ過ぎた場合には、画面の中心
に撮影したい被写体が存在するにもかかわらず、
画面の端に不要な被写体があると、最短距離にあ
る被写体にピントが合う。したがつて、狙つた被
写体だけを撮影したい場合には、画面の60％程度
を測距ゾーンとしてカバーできるように、赤外発
光光源を配置することが好ましい。上記のように、本発明は、赤外発光光源を複数
個、配置することによつて、測距ゾーンを拡大で
きる。そして、本発明は、拡大された測距ゾーン
内において、最もカメラに近い被写体にピントを
合わせているので、確実にピントが合つた写真を
簡単に、しかも迅速に撮ることができるという効
果を有する。一方、測距ゾーンを拡大する従来の装置として
は、単一の赤外発光光源を画面のある方向に走査
する装置が存在するが、その装置と比較すると、
本発明は、安価であり、耐久性が高いという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の測距装置を示す図、第２図は従
来装置における位置検出回路を示す図、第３図は
本発明の一実施例を示す全体構成図、第４図は上
記実施例の動作を説明する特性図、第５図は上記
実施例におけるパルス発生回路、第６図は上記実
施例におけるタイムチヤート、第７図は上記実施
例における赤外発光光源駆動回路を示す図、第８
図は上記実施例における位置検出回路を示す図、
第９図は上記実施例のフローチヤートである。１……投光レンズ、２……集光レンズ、３……
被写体、５……PSD（半導体位置検出素子）、６
……位置検出回路、７……差動アンプ、８……加
算アンプ、１０，１１，１２……赤外発光光源、
１３……赤外発光光源駆動回路、１５……発振回
路、１６〜１９……Ｄフリツプフロツプ、２０〜
２２……AND回路、２３……電源リセツト回路、
Ｐ１〜Ｐ６……スポツト光の位置、Ｓ１〜Ｓ３…
…光路、Ｄ……基線長。

Claims

【特許請求の範囲】１測距用の赤外ビーム光を被写体に投射する複
数の光源と、これらの光源のビーム光を集光する投光レンズ
と、この投光レンズの光軸と一定基線長離して配置
し、しかも光軸を前記投光レンズの光軸と平行に
向けた集光レンズと、この集光レンズの光軸と直角に受光面を配置し
た半導体位置検出素子と、前記複数の光源を順次発光させる光源駆動回路
と、前記半導体位置検出素子が検出した、前記複数
の光源からの各ビーム光に対応する複数の距離信
号のうち、カメラから最短距離にある被写体に対
応する距離信号に基づいて、その被写体の位置を
検出する位置検出回路と、を有することを特徴とする測距装置。２特許請求の範囲第１項において、前記複数の
光源相互の間隔に応じて距離補正信号の値を決定
するとともに、その距離補正信号を前記距離信号
に加算または減算する手段を設けたことを特徴と
する測距装置。