JPH0829162A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射率の大きな差のある測距対象物の測距時
や、照射スポットの一部が測距対象より外れるような状
況下での測距時であっても、精度の高い測距データを算
出する。 【構成】 投光手段１と第１の受光手段２を結ぶ基線長
軸上の、前記第１の受光手段に隣接して、これとは異な
る基線長距離ｎＬを持つ位置に配置される第２の受光手
段４１と、前記第１と第２の受光手段の出力によって得
られるそれぞれの測距データの差情報に基づいて最終的
な測距データを算出する演算手段を備え、第１と第２の
受光手段の測距データの差情報を求め、この差情報によ
り測定された測距データに補正を加えて最終的な測距デ
ータを得るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラ等に配置される
アクティブ方式の測距装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクティブオートフォーカスの測
距方式は、図５に示すような三角測距の方式が一般的で
ある。

【０００３】簡単に構成を説明すれば、１は不図示の投
光素子であるＩＲＥＤからの赤外線ビームを投光するた
めの投光レンズ、２は被写体上のビーム光の反射を受光
するための受光レンズ、３は投光ビームの投光方向を示
す。４ａないし４ｂは被写体で反射されて受光レンズ２
へ入射する光ビームの受光方向を示す。

【０００４】５は受光レンズ２から位置検出素子、いわ
ゆるＰＳＤ等の不図示の素子のセンサ面迄の距離で、ほ
ぼ受光レンズ２の焦点距離に対応している。６は投，受
光レンズ中心間の距離で、三角測距法での基線長を示
し、距離をＬで示している。７及び８は投光レンズ１か
ら被写体迄の距離で、それぞれの距離をＤｉｓ₁ ，Ｄｉ
ｓ₂ とする。９，１０は被写体距離Ｄｉｓ₁ ，Ｄｉｓ₂
に対応する投光ビーム３の反射光のセンサ面上での像位
置を示し、受光レンズ２のレンズ光軸よりそれぞれｘ
₁ ，ｘ₂ の記号で示している。

【０００５】以上の様な光学系に於て、距離７（Ｄｉｓ
₁ ）に於けるセンサ面上のスポット位置ｘ₁ は Ｄｉｓ₁ ：Ｌ＝ｆ_R ：ｘ₁ ｘ₁ ＝（１／Ｄｉｓ₁ ）・Ｌ・ｆ_R 同様に ｘ₂ ＝（１／Ｄｉｓ₂ ）・Ｌ・ｆ_R の関係が有り、センサ面上のスポットの位置を知ること
により、距離との関係を求めることが可能となる。

【０００６】図６はセンサ面上の光ビームに関しての受
光像を示す図である。

【０００７】図６において、２１はＰＳＤ、２２ａ，２
２ｂは図２の受光レンズ２を介して結像される投光ビー
ムの反射光像、２３ａ，２３ｂはＰＳＤ２１の電極を示
している。

【０００８】投光ビームの受光レンズ２を介して結像さ
れる像２２ａは、受光レンズ２のレンズ光軸上のＰＳＤ
センサ２１の面上に結像する。すなわち、∞位置からの
仮想結像で、この像の重心位置を説明の簡単のため基準
点としている。投光スポットが被写体に照射され、その
反射光がセンサ面上に結像すると、センサの電極２３
ａ，２３ｂには結像した像の重心位置を基準とした電流
が振分けられ、Ｉａ，Ｉｂの電流が流れる。

【０００９】ここで、２２ｂの位置にスポット像が結像
した場合 Ｉ_a ＝〔｛Ｌ−（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）｝／Ｌ〕・Ｑ Ｉ_b ＝｛（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｌ｝・Ｑ の電流がそれぞれの電極振分けられる。なお、Ｑ：セン
サに発生した光電流はである。

【００１０】従って Ｉ_b ／（Ｉ_a ＋Ｉ_b ）＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｌ となり、 Ｉ_b ／（Ｉ_a ＋Ｉ_b ） を求めることで、センサの有効長及び∞位置での重心位
置、ｘ₀ が既知であることより、ｘ₁ が求められ、距離
に対応するデータとなる。

【００１１】以上、説明した測距系は、特公平５−３８
８８４号等にて公知であるが、図７にてＰＳＤを使用し
た初段の増幅器に関して説明を行う。

【００１２】図７の構成を説明すると、１０１はＰＳ
Ｄ、１０２，１０３はスイッチング素子である。１０４
はオペアンプ１０５の帰還抵抗で、該オペアンプ１０５
の出力と反転入力間に接続されている。Ｖ_REF は測距回
路の仮想接地電圧としての基準電圧、ＫＶＣはＶ_REF よ
りも高い第２の基準電圧を示し、Ｇ１，Ｇ２はそれぞれ
スイッチング素子１０２，１０３の導通を制御するため
の制御端子である。

【００１３】以上の構成に於て、簡単に動作の説明を行
う。

【００１４】全体のアナログ処理に関しては、前記特公
平５−３８８８４号に従うものである。不図示の投光ビ
ームを発する赤外発光ダイオードにより被写体に投光さ
れたビームの反射光が位置検出素子であるＰＳＤ１０１
に入射する。この投光ビームは所定の周波数で点滅状態
にて投光されている。ＰＳＤ１０１の入射光は受光レン
ズにて集光され、ＰＳＤ受光面上にスポット像を結像す
る。このスポット像によりＰＳＤ１０１内に電流が流
れ、位置に対応し変換された電流が図中７のＩ_a，Ｉ_b
として流れる。

【００１５】ここで、まずスイッチング素子１０３はゲ
ート信号Ｇ２がロウレベルに設定されることで非導通状
態、又、ゲート信号Ｇ１がハイレベルに設定され、スイ
ッチング素子１０２が導通状態となっている。従って、
Ｉ_a の電流はＶ_REF の基準電圧にバイパスする。一方、
Ｉ_b はオペアンプ１０５の反転入力側に流れ、抵抗１０
４によりＩ_b の電流が電圧に変換され、オペアンプ１０
５の出力側へ送出される。

【００１６】この電流Ｉ_b は図示しない積分回路にて所
定の時間積分される。図８は図示しない積分回路の出力
を示しており、所定の時間ＴだけＩ_b が積分されてい
る。所定時間Ｔの積分が終了すると、制御端子Ｇ１はロ
ウレベル、Ｇ２はハイレベルとなり、スイッチング素子
１０２は非導通状態に、スイッチング素子１０３は導通
状態となり、オペアンプ１０５の非反転入力端子側に
「Ｉ_a ＋Ｉ_b 」の電流が流れ、抵抗１０４の抵抗値に応
じた電圧値がオペアンプ１０５の出力側に送出される。
そして、図示しない積分回路にて積分されるが、この時
オペアンプ１０５の出力は前回の積分時の極性と反転す
るよう、反転アンプを介して前記積分値に加えられる。
この際、図８に示す様に極性反転が行われ、回路が安定
する迄ｔ₀ 時間の休止時間経過後に、今度は「Ｉ_a ＋Ｉ
_b 」の積分、すなわち逆積分が開始される。「Ｉ_a ＋Ｉ
_b 」の積分が開始し、積分値がＩ_b の積分開始前の基準
レベルとなるまでの時間ｔ₁ を検出することで、 Ｉ_b ／（Ｉ_a ＋Ｉ_b ）＝ｔ₁ ／Ｔ の関係を求め、スポット位置を時間データに変換し、距
離情報を得ている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
説明の通り従来の方式では、被写体へ照射してセンサ面
上の反射光像の重心位置を距離情報に変換する構成であ
るために、反射率の大きな差があるコントラスト被写体
や照射スポットの一部が被写体より外れるような、照射
スポットの一部抜けが発生する場合には、測距データに
ズレが発生する不都合があった。

【００１８】（発明の目的）本発明の目的は、反射率の
大きな差のある測距対象物の測距時や、照射スポットの
一部が測距対象より外れるような状況下での測距時であ
っても、精度の高い測距データを算出することのできる
測距装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、投光手段と第１の受光手段を結ぶ基線長
軸上の、前記第１の受光手段に隣接して、これとは異な
る基線長距離を持つ位置に配置される第２の受光手段
と、前記第１と第２の受光手段の出力によって得られる
それぞれの測距データの差情報に基づいて最終的な測距
データを算出する演算手段を備え、第１と第２の受光手
段の測距データの差情報を求め、この差情報により測定
された測距データに補正を加えて最終的な測距データを
得るようにしている。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

【００２１】図１は本発明の第１の実施例における測距
装置の光学系の配置関係を示す図であり、図５と同じ部
分は同一符号を付してある。

【００２２】図１において、１は不図示の投光素子であ
るＩＲＥＤからの赤外線ビームを投光するための投光レ
ンズ、２は被写体上の赤外線ビームの反射光を受光する
ための受光レンズ、３は投光ビームの投光方向を示す。
４は受光レンズ２への赤外線ビームからの反射光を受光
する光線方向を示す。５は受光レンズ２からＰＳＤ等の
位置検出素子迄の距離で、ほぼ受光レンズ２の焦点距離
に対応している。６は投光レンズ１と受光レンズ２のレ
ンズ中心間の距離で、三角測距での基線長で距離をＬで
示している。７は被写体迄の距離を示し、該距離をＤｉ
ｓとする。９は距離Ｄｉｓに対応する投光ビーム３の反
射光のセンサ面上での像位置を示し、受光レンズ２のレ
ンズ光軸より距離ｘ₁ の記号で示した。

【００２３】４１は受光レンズ２と投光レンズ１の基線
軸上に設けられた別の受光レンズで、受光レンズ２，投
光レンズ１間の距離に対しｎ倍の基線長であり、これを
４２、つまり距離ｎ，Ｌで示している。４３は受光レン
ズ４１で受ける光の光線方向を示している。受光レンズ
４１の焦点距離はここでは受光レンズ２と同様に、焦点
距離５（距離をｆ_R ）としている。４４はセンサ面上の
赤外線ビームの受光レンズ４１による像位置を示し、受
光レンズ４１のレンズ中心より距離ｘ_n として示した。

【００２４】以上の様な光学系の構成に於て、受光され
る赤外線ビームの反射光４及び４３がそれぞれ受光レン
ズ２及び４１により、位置検出センサ面上に結像された
様子を図２に示す。

【００２５】図２（Ａ）において、赤外線ビームの像は
それぞれ図１の受光レンズ２及び４１を介して、それぞ
れ５３及び５４として結像する。５１及び５２はそれぞ
れの位置検出素子、例えばＰＳＤ等を示しており、前述
の受光像５３及び５４を受光レンズ側から見ている仮想
図で示した。５５，５６は距離Ｄｉｓが無限にある場合
の位置で、それぞれ位置検出素子５１，５２のセンサ端
より距離ｘ₀ とｎｘ₀で示した。これは基線長がｎ倍に
なったことに対応して、ｘ₀ のｎ倍に簡単のため設定し
ている。

【００２６】従って、 Ｄｉｓ：Ｌ＝ｆ_R ：ｘ₁ ∴ ｘ₁ ＝（１／Ｄｉｓ）・Ｌ・ｆ_R 同様に ｘ_n ＝（１／Ｄｉｓ）・ｎＬ・ｆ_R ＝ｎ・ｘ₁ となり、移動量ｘ₁ ，ｘ_n で示せる。

【００２７】又、従来例と同様にセンサ電流で示せば、
位置検出素子５１では Ｉ_b ／（Ｉ_a ＋Ｉ_b ）＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ となり、同様に位置検出素子５２では Ｉ_D ／（Ｉ_c ＋Ｉ_D ）＝（ｎｘ₀ ＋ｘ_n ）／ｎＳ ＝（ｎｘ₀ ＋ｎｘ₁ ）／ｎＳ ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ となる。ここで、Ｉ_c ，Ｉ_D はセンサ端子２３ａ´及び
２３ｂ´に流れる電流を示している。

【００２８】以上の様に位置検出素子５１，５２での出
力は Ｉ_b ／（Ｉ_a ＋Ｉ_b ）＝Ｉ_D ／（Ｉ_c ＋Ｉ_D ） として同一結果が得られる。

【００２９】図２（Ｂ）は、受光像５３，５４にスポッ
ト抜けが発生した場合を示している。

【００３０】投光レンズにより発射した赤外線ビームが
被写体で一部が抜けてしまった場合、受光像５３，５４
は５３´，５４´に示す様になる。ここでは、約半分破
線の部分が被写体から外れた状態を示しており、この
為、５３，５４の受光像の重心が５９，６０で示すよう
に△ｘだけズレが発生する。スポット形状は距離Ｄｉｓ
から考えて受光レンズ２及び４１での光路長の差は無視
出来るために受光像の形状は同等と考えられる。

【００３１】従って、 Ｉ_b ／（Ｉ_a ＋Ｉ_b ）＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ −△ｘ）／Ｓ ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ−△ｘ／Ｓ Ｉ_D ／（Ｉ_c ＋Ｉ_D ）＝（ｎｘ₀ ＋ｘ_n −△ｘ）／ｎＳ ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ−△ｘ／ｎＳ となり、各々の測距データの差をＫとすれば Ｋ＝｛Ｉ_b ／（Ｉ_a ＋Ｉ_b ）｝−｛Ｉ_D ／（Ｉ_c ＋Ｉ_D ）｝ ＝−△ｘ／Ｓ＋△ｘ／ｎＳ ＝（−ｎ△ｘ＋△ｘ）／ｎＳ ∴Ｋ＝−（ｎ−１）／ｎ・△ｘ／Ｓ となる。このＫの係数により、不図示の演算回路によっ
て位置検出素子５２によるデータを補正することで、ス
ポットの欠けや強いコントラスト等の影響を補正が可能
である。

【００３２】すなわち、ここでは「−｛１／（ｎ−
１）｝・Ｋ」を加えることで、 （Ｉ_D ／Ｉ_c ＋Ｉ_D ）−Ｋ／（ｎ−１） ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ−（△ｘ／ｎＳ）＋｛（ｎ−１）／（ｎ−１）｝ ・（△ｘ／ｎＳ） ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ として、受光像が欠けた場合や強いコントラストを受け
て測距データにズレが発生した場合に於ても、各々の測
距データの差に対応するデータにより補正を加えること
で、正確な測距データを得る事が可能となる。

【００３３】（第２の実施例）図３は本発明の第２の実
施例に係る位置検出素子面上の受光像の位置関係を示す
図であり、図２と同じ部分は同一符号を付してある。

【００３４】５１，５２は位置検出素子、８０，８１は
それぞれの位置検出素子５１，５２に結像された赤外線
投光ビームの反射光を受光した受光像を示す。７０，７
４は位置検出素子５１，５２上に於て、被写体が無限と
なる場合の仮想受光像位置を示し、それぞれｘ₀ ，ｘ₀
´で示している。７１，７５はある被写体より反射した
ある受光像の位置で、前記無限受光像位置よりｘ₁ 及び
ｘ₁ ´で示している。７３，７７は測距系の位置検出素
子の全長を示しており、それぞれＳ，ｎＳにて示してい
る。ここで、ｎは前記実施例のように基線長比である。

【００３５】７２，７６は被写体の強いコントラスト又
は投光ビームのはみ出しにより、重心が適正に当たらな
かった場合のズレを示しており、それぞれ△ｘ，△ｘ´
で示している。

【００３６】図４はこの第２の実施例における測距装置
の光学系の配置関係を示しており、図１の光学系に対し
て、受光レンズ４１の焦点距離７０を、受光レンズ２の
焦点距離５（ｆ_R ）と別にｆ_R ´で示している。

【００３７】この様な構成のもとに、各々の基線長比を
ｎとすれば ｘ₀ ´＝ｎｘ₀ ｘ₁ ´＝ｎｘ₁ の関係となり、又受光像８０は「ｆ_R ／ｆ_T 」倍とな
り、受光像８１は「ｆ_R ´／ｆ_T 」倍となることから、
受光像８１は受光像８０に対して、「ｆ_R ´／ｆ_R」倍
となる。

【００３８】従って、強いコントラストや被写体上での
投光像のはみ出し等でズレる量としては、 △ｘ´＝（ｆ_R ´／ｆ_R ）・△ｘ の関係となる。

【００３９】測距データは位置検出素子５１に於て （ｘ₀ ＋ｘ₁ −△ｘ）／Ｓ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ−△ｘ／Ｓ となり、又検出素子５２では測距データは下記の様にな
る。

【００４０】 （ｘ₀ ´＋ｘ₁ ´−△ｘ´）／ｎＳ ＝｛ｎｘ₀ ＋ｎｘ₁ −（ｆ_R ´／ｆ_R ）・△ｘ｝／ｎＳ ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ ）／Ｓ−（ｆ_R ´／ｆ_R ）・（１／ｎＳ）・△ｘ 上記測距データの差をＫとすれば Ｋ＝（ｘ₀ ＋ｘ₁ −△ｘ）／Ｓ−（ｘ₀ ´＋ｘ₁ ´−△ｘ´）／ｎＳ ＝−（△ｘ／Ｓ）＋（ｆ_R ´／ｆ_R ）・（△ｘ／ｎＳ） ＝−（△ｘ／ｎＳ）・｛ｎ−（ｆ_R ´／ｆ_R ）｝ となる。

【００４１】従って、この差のデータＫに対して係数を
掛け合せ加えることで、測距データから、強いコントラ
ストや被写体上での投光像のはみ出し等によるズレや補
正することが可能である。

【００４２】すなわち、位置検出素子５２のデータの誤
差分 −（ｆ_R ´／ｆ_R ）・（１／ｎＳ）・△ｘ を補正するためには、αＫとして、 −（ｆ_R ´／ｆ_R ）・（△ｘ／ｎＳ）＝αＫ ∴α＝（１／Ｋ）・（−ｆ_R ´／ｆ_R ）・（△ｘ／ｎＳ） ＝−（ｎＳ／△ｘ）・〔１／｛ｎ−（ｆ_R ´／ｆ_R ）｝〕 ・（−ｆ_R ´／ｆ_R ）・（△ｘ／ｎＳ） ＝〔１／｛ｎ−（ｆ_R ´／ｆ_R ）｝〕・（ｆ_R ´／ｆ_R ） となり、測距データの差と上記αを掛け、位置検出素子
５２の測距データから差引くことで、補正が可能とな
る。

【００４３】以上の様に受光レンズの焦点距離等が異な
っていても、適正な係数を差のデータに加味すること
で、光学系を特に固定する必要もない。

【００４４】以上の各実施例によれば、複数の同一基線
長上にある異なる光学系により得られた複数の測距デー
タをもとに、それぞれの測距データの差のデータを得、
測定された測距データに対し、この差のデータを基に補
正を加えるようにしているため、被写体でのスポットの
欠けや、強いコントラストによる影響を簡単に補正する
ことが可能となる。

【００４５】（発明と実施例の対応）本実施例におい
て、受光レンズと不図示のＩＲＥＤが本発明の投光手段
に相当し、受光レンズ２と位置検出素子５１が本発明の
第１の受光手段に相当し、受光レンズ４１と位置検出素
子５２が本発明の第２の受光手段に相当し、測距データ
の差情報であるＫにより最終的な測距データを算出する
不図示の演算回路が本発明の演算手段に相当する。

【００４６】以上が実施例の各構成と本発明の各構成の
対応関係であるが、本発明は、これら実施例の構成に限
定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施
例がもつ機能が達成できる構成であればどのようなもの
であってもよいことは言うまでもない。

【００４７】（変形例）本実施例では、同一基線長上に
新たに１個の受光手段を具備した例を示しているが、２
個以上であっても良い。

【００４８】また、本実施例では、アクティブ方式の測
距装置を具備したカメラを例にして説明しているが、そ
の他の光学機器や他の装置、更には構成ユニットとして
も適用することができるものである。

【００４９】更に、本発明は、以上の各実施例、又はそ
れらの技術を適当に組み合わせた構成にしてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
投光手段と第１の受光手段を結ぶ基線長軸上の、前記第
１の受光手段に隣接して、これとは異なる基線長距離を
持つ位置に配置される第２の受光手段と、前記第１と第
２の受光手段の出力によって得られるそれぞれの測距デ
ータの差情報に基づいて最終的な測距データを算出する
演算手段を備え、第１と第２の受光手段の測距データの
差情報を求め、この差情報により測定された測距データ
に補正を加えて最終的な測距データを得るようにしてい
る。

【００５１】よって、反射率の大きな差のある測距対象
物の測距時や、照射スポットの一部が測距対象より外れ
るような状況下での測距時であっても、精度の高い測距
データを算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるアクティブ方式
の測距装置の光学系の配置関係を示す図である。

【図２】図１のセンサ面上の異なる被写体条件下におけ
る受光像の位置関係を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例においてセンサ面上の異
なる被写体条件下における受光像の位置関係を示す図で
ある。

【図４】本発明の第２の実施例におけるアクティブ方式
の測距装置の光学系の配置関係を示す図である。

【図５】従来のアクティブ方式の測距装置の光学系の配
置関係を示す図である。

【図６】図５のセンサ面上の光ビームに関しての受光像
を示す図である。

【図７】図６のセンサの後段に設けられる初段の増幅器
の構成を示す回路図である。

【図８】図７の増幅器の出力を積分して測距データを算
出する際について説明する為の図である。

【符号の説明】

１ 投光レンズ ２，４１ 受光レンズ ５１，５２ 位置検出素子 ｆ_R ，ｆ_R ′ 焦点距離 Ｌ，ｎＬ 基線長距離

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測距対象物へ光を照射する投光手段と、
   前記照射光の測距対象物での反射光を受光する第１の受
   光手段と、前記投光手段と第１の受光手段を結ぶ基線長
   軸上の、前記第１の受光手段に隣接して、これとは異な
   る基線長距離を持つ位置に配置される第２の受光手段
   と、前記第１と第２の受光手段の出力によって得られる
   それぞれの測距データの差情報に基づいて最終的な測距
   データを算出する演算手段とを備えた測距装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記第１と第２の受光
   手段の何れか一方の出力によって得られた測距データ
   を、前記差情報によって補正することにより最終的な測
   距データを算出する手段であることを特徴とする請求項
   １記載の測距装置。
3. 【請求項３】 前記第２の受光手段は、少なくとも１つ
   の受光手段から構成される事を特徴とする請求項１記載
   の測距装置。