JPS59131114A - アクテイブ型距離検出装置 - 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】 本発明はカメラ等の焦点調節に用いられるアクティブ型
の距離検出装置、特に赤外光などを投１ 射して測距する照射光式のアクティブ型距離検出装置に
関する。

小型で比較的強い赤外光を出す赤外発光ダイオードの出
現により、光ビームを被写体に照射し、被写体からの反
射光を光源から所定間隔だけ離れた位置に設けられた受
光素子により受光して測距を行う自動焦点調節カメラが
市販されている。この焦点調節に使用される照射光式の
アクティブ型距離検出装置においては、従来、赤外光ビ
ームを照射する投光部の光源を回動し、近点から無限遠
側に走査して光ビームを被写体に投射し、その反射光を
受光部の受光素子にてとらえたときの光ビームの偏角角
度により距離情報を得る構造のものと、例えば特開昭５
４−１２８３６３号の公開特許公報に開示されているよ
うに、カメラに固定された光源から光ビームを被写体に
照射し、被写体からの反射光が固定された複数の受光素
子のどの位置に受光されたかを検知して被写体までの距
離を求める構造のものとが知られている。しかしながら
、前者は機械的な運動部分を有するので、構造が複軸（
２） であり、測距精度を上げるためには基線長（投光部と受
光部との間隔）を大きくしなければならず、カメラが大
型化する恐れが有る。、また、後者にあっては、光ビー
ムの細さや受光素子の感度を考慮すると、受光素子のサ
イズを極端に小さくすることができず、また複数の受光
素子の配列に基づいて所定量の反射光のズレを生じさせ
るように基線長、受光素子列のピッチを決めるため測距
装置のコンパクト化にまだ問題がある。

ところで、被写体の距離に応じた受光素子上のスポット
状の光斑のズレを有効に検出する為には、スポットの拡
がりを狭くすれば良いが、発光ダイオードの発光面積の
大きさ、発光した光を有効に前方に送り出す照射効率、
レンズの収差やボケの影響等を考慮すると、ある程度以
下に光ビームの拡がりを絞ることは難しい。従って、拡
がりを持つ照射スポットの位置を検出するに十分な受光
素子上での像ズレ量を生じさせるためには、基線長を長
くとらねばならず、測距装置のコンパクト化が難しい。

（３） さらに、上記のいずれの装置においても、被写体の光斑
の当る領域内の一部が低反射率部または奥行きのある立
体であった場合には測距誤差を生じる欠点がある。

本発明は、上記のような従来装置の欠点を解決し、短い
基線長でも精度良く検出が可能で、しかも、被写体側の
低反射率部や奥行きにはあまり影響されずに測距を行う
ことが可能で、しかもコンパクトなアクティブ型距離検
出装置を提供することを目的とする。

その目的を達成するために、本発明においては、所定の
基線長をもって固設された投光部と反射光を受ける受光
部とを有するアクティブ型距離検出装置において、投光
部の光源と投影光学系との間の光路上に縞状の明部と暗
部とをもって形成されたコントラストパターンを設ける
と共に、そのコントラストパターンの明部と暗部とにそ
れぞれ対応する複数の光電変換素子を配列した受光素子
列を前記受光部の結像光学系の結像位置に設け、前記投
影光学系によって測距対象物体上に投影され（４） たコントラストパターンの反射光の受光素子列上でのズ
レ量を検知して測距対象物体までの距離を検出するよう
に構成したことを特徴とするものである。

以下、添付の図面に基づいて本発明の実施例を詳しく説
明する。

第１図は、投光部と受光部とが共に固定された三角測量
方式の距離検出装置における従来から既に公知の測距原
理図である。

本発明は、この第１図の測距原理とは異なる原理に基づ
くものであるが、その構成が第１図の距離検出装置と一
部類似するので、先ず、第１図の三角測量方式の距離検
出装置について説明する。

第１図において、赤外発光ダイオード（丁ＲＥＤ）の如
き点光源１から発する赤外光は、投影レンズ２によりほ
ぼ平行ビームとなって、物体（測距対象）ＡまたはＢに
投射される。この投射された物体ＡｉたＦｉＢ上の照射
スポットからの反射光は、その投射された光ビームＴ、
から所定距離（基線長ＢＬ）だけ隔てて設けられた結像
レンズ３を介して（５） 受光素子列４の上に反射スポット像を形成する。

三角測量は、この場合の光ビームＬと反射光とのなす角
θＡまたはθＢと基線長ＢＬとから物体ＡまたはＢまで
の距離を求める方法で、第１図の焦点検出装置において
は、角θＡまたはθＢを求める代りに、受光素子列４上
に結像される反射スポットの位置を求めて測距する方法
がとられている。

この第１図の装置では、投影レンズ２を介して物体Ａま
たはＢに投射される照射スポットのズレを結像レンズ３
を通して受光素子列４で検出している。そのため、一般
には結像レンズ３によって形成される反射スポット像の
大きさに応じて、受光素子列４を構成する光電変換素子
のピッチが設定される。今もし、そのピッチを反射スポ
ット像の直径にほぼ等しく設定したとすると、互いに隣
接する２個の光電変換素子の中間位置にその反射スポッ
ト像が在る場合には２個の光電変換素子の出力が等しく
なり、また光電変換素子の中間位置からずれている場合
にはどちらの光電変換素子に投影されたスポット像の光
量（一般には面積に比（６） 例する量）が大きいか、すなわちどちらの光電変換素子
の出力（光電流）が太きいかによって距離が判定される
。従って、一方の光電変換素子中心からの反射スポット
像のズレ量が１ピツチの少なくとも２分の１程度無いと
距離測定がむずかしい。

ところが、投光部から投射される照射スポットの最小径
には限界が有るので、その照射スポットの反射光を受け
て形成される受光素子列４上の反射スポット像の最小径
にも限界が有るため、受光素子列４の大きさ、ピッチは
基線長ＢＬと反射スポットの大きさで決まり、コンパク
ト化することが困難である。また従来の照射光式のアク
ティブ型距離検出装置においては、第２図に示す如く、
物体の反射率が異なる部分または奥行きのある立体の稜
線に投影レンズ２によって発光ダイオード１の照射スポ
ットＳが投射されることがある。この場合、照射スポッ
トＳの中心点Ｃに対しては測距が行われず、照射スポッ
トＳの一部の低反射域を除く部分または実行きの無い部
分の中心点Ｋにあたかも照射スポット中心があるかの如
く△θだけ（７） 角度がずれて検知され、測距誤差を生じることも、この
従来装置の欠点である。

第３図は、上述の如き問題を解決する本発明の実施例の
斜視図で、ＩＲ，ＥＤのような発行ダイオード１１と投
影レンズ１２との間に集光レンズ１５と、後で詳しく述
べられるコントラストパターン１６とが設けられ、発行
ダイオード１１からの光は、そのコントラストパターン
１６を均一に照明するために、発光ダイオード１１の直
前に位置する集光レンズ１５によりほぼ平行光束に変え
られる。また、その平行光束により照明されたコントラ
ストパターン１６は、投影レンズ１２により所定の距離
（例えば２ｍ）にそのパターンの光像を結ぶように配置
される。

一方、そのパターンの光像を投影された物体（測距対象
）ＡｔたはＢからの反射光は、結像レンズ１３により後
で詳しく述べられる受光素子列】４上に結像され、ここ
にコントラストパターン１６と相似形の像が形成される
。

第４図はコントラストパターン１６の拡大平面図、第５
図は受光素子列１４の拡大平面図である。コン（８） トラストパターン１６は、光の透過する複数の互いに平
行なスリン）　１６ａの明部とその間の暗部１６ｂとに
より縞状パターンに形成されている。また、この縞状パ
ターンのピッチＳｐはスリット１６ａの幅ｓｂの２倍に
等しく構成されている。つまり、光の透過する明部１６
ａと非透過の暗部１６ｂとは、同一の幅に形成されてい
る。一方、受光素子列１４は、結像レンズ１３によって
形成されるコントラストノ（ターン１６の明部と暗部の
ピッチ５４８ｐに対応してアレイ状に配列された等しい
ピッチの複数の光電変換素子１４Ａから成る。その光電
変換素子１４Ａは、その数がコントラストパターン１６
のスリット１６ａの数の２倍に等しく、第５図の如く１
つ置きに互いに結線されて一対のグループ１４Ａ＋、　
１４Ａ＋に構成されている。

さて、第３図に示された本発明の実施例装置において、
発光ダイオード１１から出た赤外光がコントラストパタ
ーン１６を通り投影レンズ１２から投射され、投影光路
り上の物体（測距対象）にあたると、その物体上にはコ
ントラストパターン１６による明暗の縞が投影される。

第１図に示されているように、物体の距離がＡからＢに
移動すると、結像レンズ１３によって受光素子列１４上
に結像されたコントラストパターン１６の縞状の反射像
は、第３図の受光素子列１４上において右方（矢印）方
向にズレを生じる。

いま、第１図において基線長ＢＬをｔ１結像レンズ３の
焦点距離をｆ１物体までの距離をｄとすると、反射像の
受光素子列４上でのズレ量△は、Δ＝ｔｆ／ｄ　　とな
る。

第６図は、受光素子列１４上に結像されたコントラスト
パターン１５の反射像の明暗模様が物体の距離により光
電変換素子１４Ａ上をずれていく様子を示す説明図であ
る、第６図において、符号Ｌａ。

Ｌｂ、　Ｌｃはそれぞれ異なる物体距離における反射像
の明暗模様を示し、高い部分がスリン）　１６ａに相当
して明るく、低い部分は光の非透過部に相当して暗いこ
とを表わし、その高さは絶対量に関係ないものとする、
また、受光素子列１４の光電変換素子１４Ａは１つ置き
に接続されて一対のグループ１４Ａ、　、　１４Ａ、に
分けられ、第１グループ１４Ａ、の出力（光電流）をＩ
ｌ、第２グループ１４Ａ、の出力（光電流）を■、とす
る。

その受光素子列１４上に形成される反射像の明暗模様は
、あらかじめ所定の距離（例えば６０ｃｒｎ）に対して
符号Ｌａで示す模様のように、そのピッチおよび配列を
受光素子列１４の光電変換素子１４Ａのそれと一致する
如く調整される。この場合には、明暗模様が符号Ｌａで
示されているように、暗部は受光素子列１４の第１グル
ープ１４Ａ、と一致し、明部が第２グループ１４Ａ、と
一致しているので、第１グループ１４Ａ＋の光電流しけ
最小となり、第２グループ１４Ａ、の光電流■、は最大
となる。また、物体までの距離が遠くなるにつれて、反
射像の明暗模様は符号Ｌｈさらに符号Ｌｃのようにずれ
て、Ｌは増大し、■、は城少する。

第７図は、物体までの距離に対する受光素子列１４の２
つのグループの出力１．　、１．の変化の一例を示すも
ので、実線にて示きれたしと■、の和と差の比でも、ま
た破線にて示された■１と■、の和に対する■、の比を
とっても、物体距離に対応した出力が得られる。なお、
第６図における明暗模様Ｌａは第７図中で物体距離０．
６ｍ、Ｌｃは物体距離無限遠の場合を示している。勿論
、コントラストパターン１６および受光素子列１４のピ
ッチ、基線長１１結像レンズ１３の焦点距離ｆ等のパラ
メーターを変えることにより、第７図に示された実線お
よび破線の勾配は任意に変え得ることは言うまでも無い
。

第８図は、第３図の実施例において、コントラストパタ
ーン１６の縞模様１６ａ、　１６ｂのパターンカ物体の
低反射率部の境界部または奥行きのある立体の稜線部に
投影された場合の状態を示す説明図である。例えば、第
８図の如くパターンの半分が反射部■、ｔに、残りの半
分が無反射部Ｄｋに投影され、その反射部Ｌｔと無反射
部Ｄｋとの境界がパターンの暗部１６ｂに位置している
ものとすると、受光素子列１４の第１グループの光電変
換素子に受光される全光量と第２グループの光電変換素
子に受光される全光量とは共に半分となる。すなわち、
第１グループの出力（光電流）■、と第２グループの出
力りとは共に、物体の反射部のみにパターンが投影され
る場合の出力のそれぞれ２分の１となる。従って、両出
力の和と差の比（Ｉ、　−１，）／（１，十Ｉ、　）の
値、つ壕りズレ量として検出される値は変化しない。ま
た、パターンが第８図中で左方または右方に移動して、
境界Ｂが他の暗部に位置しても、それぞれの出力Ｔ、　
、　Ｔ、が共に３Ａまたは％に変化するだけであるから
、物体距離が変化しない限り（Ｉ、−１，３／（１，＋
１．）の値は不変である。従って、第２図において示し
た従来装置のよう々測距誤差が生じることは殆んど無い
。

しかしながら、パターンの明部に反射率の大きく異なる
境界が位置するときは、物体までの距離および投影され
たパターンとその境界との関係位置とによって、測距出
力に若干の誤差を生じる。

この誤差は、反射率の大きく異々る境界の無い部分の出
力には生じないので全体の測距出力への彰響は小さくな
る。

第９Ａ図乃至第１１Ａ図および第９Ｂ図乃至第１１Ｂ図
は、反射率の大きく異なる物体に対する前述（１３） の測距誤差をより少なくするように構成されたコントラ
ストパターンと、そのコントラストパターンに対する受
光素子列とを示す平面図である。第９Ａ図は光透過スリ
ッ目６’ａを斜め縞状に形成したコントラストパターン
１６′を示し、また第９Ｂ図は各光電変換素子１４′Ａ
がそのコントラストパターン１６′に対応して斜めに並
設された受光素子列１４′を示している。

一般に、カメラの被写体などのような測距対象は、垂直
な縦線と水平の横線とで構成されている場合が比較的多
い。従って、コントラストパターンのスリン）１６’ａ
および受光素子列１４′の光電変換素子１４′Ａの配列
方向を第９Ｂ図の如く約４５°傾けることは、測距誤差
の発生防止に有効である。

なお、第９Ｂ図の各光電変換素子１４７Ａの形状は、第
９Ａ図のスリン）　１６’ａと同形に形成されているが
、第１０Ｂ図に示されているように、形状、大きさが等
しい２個１対の光電変換素子１４”Ａ＋、　１４“Ａｌ
。

・・・・・・１４“Ａ、が第１グループと第２グループ
とにそれぞれ分割配置される場合には、第１０Ａ図のコ
ン（１４） トラストパターン１６″のスリット１６”ａと異なる形
状に形成しても差支え無い。また、第１１Ａ図および第
１１Ｂ図に示されているように、コントラストパターン
１６／／／のスリット１６／／／ａおよび受光素子列１
４″′の光電変換素子１４″′Ａの傾斜方向をその中央
部で反対方向に変えて形成することによって、物体上の
反射率の大きく異なる境界線が左右いずれに傾斜してい
る場合であっても、実用上端んど測距誤差を生じないよ
うにすることができる。

これまでに述べたコントラストパターン１６〜１６″′
の複数の明部（スリット部）とその間の暗部に対しては
、それぞれ１個づつの光電変換素子が対応するように構
成されていた。しかし、さらに光電変換素子を細分して
、第１２図の如く複数の光電変換素子２４Ａがコントラ
ストパターン１６〜１６′〃の一つの明部あるいは一つ
の暗部にそれぞれ対応するように、受光素子列２４を構
成することができる。

第１２図の実施例においては１つの明部および１つの暗
部に対して、それぞれ２個の光電変換素子２４Ａが対応
し、合計１６個の光電変換素子をもって受光素子列２４
が構成されている。符号Ｌａ、　Ｌｂ、　Ｌｃ、　Ｌｄ
はそれぞれ異なる物体短離における反射像の明暗模様を
示し、その高い部分はコントラストパターンのスリット
部に相当して明るく、低い部分はコントラストパターン
の非透過部に相当して暗いことを表わす。なお、その高
さは絶対量に関係ないものとする。また受光素子列２４
を構成する各光電変換素子２４Ａは第１２図に示される
如く周期的に結線されて２４ん、２４Ａヨ２４Ａ、　、
　２４んの４グループに形成され、各グループ毎の出力
（光電流）をそれぞれｉ、、ｉ、、ｊ、、ｉ、とする。

さて、第１２図の本発明の実施例において、コントラス
トパターンの反射像は第６図に示された明暗模様と同様
に、物体の距離によって受光素子２４の面で横ズレを生
じる。その結果、コントラストパターンの反射像の１周
期に対して順にπ／２づつ位相がずれた。第１４図に示
されているよりなｉ、。

ｊ’　＋　Ｉｍ　、’　１４の４つの出力が得られる。

このうち出力ｉ、と；、との和（１１＋ｉ、）は第６図
における第１グループの出力Ｉ、に相当し、出力ｉ、と
ｉ４との和（ｉ。

十ｉ４）は第６図における第２グループの出力■、に相
当する。従って、そのｉ、＋ｉ、とｉ、＋ｉ、とを比較
すると第７図と同じ線図が得られる。

コントラストパターンの複数の明部および暗部に対して
それぞれ１個づつの光電変換素子（２個１組で実質的に
１個とみなし得る場合を含む）が対応している場合には
、コントラストパターンの反射像と光電変換素子との相
対的ズレ量が大きくなると、明部が暗部に変るまでのズ
レに対応する半周期中の測距出力と等しい出力が次の暗
部から明部に変るまでのズレに対応する半周期中にも現
われ、その同じ出力値の判別ができない。そのため、い
ずれか一方の半周期しか測距出力が得られない。しかし
、複数の明部および暗部に対してそれぞれ２個づつの光
電変換素子を対応させ、第１２図ノ如く、コントラスト
パターンの反射像の１周期に対して順にπ／２づつ位相
がずれるように光電変換素子を結線して４グループとし
、各グループの出力１ｔ−ｔａについて、ｉ、とｉ、と
の差（ｉ、　−ｉ、　）と、ｉ、とｉ４との差（ｉ、−
ｉ、）とを比較すると、第Ｃ１７） １３図に示すように互いにπ／２だけ位相のずれた出力
が得られる。それ故、−周期中で第１３図の実線で示す
ように（ｉ、−ｉ、）が同じ値（例えば点ｐとｑ）にな
っても、（ｉ、−ｉ、）を用いれば、コントラストパタ
ーン１周期に相当する横ズレ分まで判別できる。つまり
、同じパラメーター（結像レンズの焦点距離ｆ１基線長
ｔ１物体距＃ｄ）の測定系ならば、受光素子列中の光電
変換素子をコントラストパターンのそれぞれの明部およ
び暗部に対して細分し、それ等を周期的に結線するとと
により、より広範囲の測距を精度よく行うことが可能と
なる。

上記の如く本発明によれば、受光素子列上に結像される
反射像のズレ量が従来装置のものより小さいにも拘らず
高い測距精度を維持し得るので、短い基線長で測距でき
、装置のコンパクト化が可能である。さらに、光ビーム
の投射によって測距する従来装置においては、測距誤差
を生じるような低反射率部または奥行きのある測距対象
物体に対しても、殆んど影響されることなく精度の高い
（１８） 距離検出を行うどとができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の三角測量方式のアクティブ型焦点検出装
置の測距原理説明図、第２図は第１図の従来装置におけ
る低反射軍部照射の際の反射光中心のズレを示す説明図
、第３図は本発明の実施例を示す斜視図、第４図は第３
図におけるコントラストパターンの拡大平面図、第５図
は第３図における受光素子列の平面図、第６図は第３図
の実施例におけるコントラ・ストパターンのズレの状態
を示す説明図、第７図は第３図の実施例における受光素
子の出力と物体距離との関係を示す線図、第８図は第３
図の実施例におけるコントラストパターンの投影像の一
部が物体の低反射率部にかかった状態を示す平面図、第
９Ａ図、第１０Ａ図および第１１Ａ図は本発明の要部を
なすコントラストパターンのそれぞれ異なる実施例を示
す平面図、第９Ｂ図、第１０Ｂ図および第１１Ｂ図はそ
れぞれ第９Ａ図、第１０Ａ図、第１１Ａ図に対応するそ
れぞれ異なる形状の受光素子列を示す平面図、第１２図
は第６図の光電変換素子を２倍に増加した受光素子列と
コントラストパターン像との横ズレ関係を示す説明図、
第１３図は第１Ｊ図における受光素子列のグループ出力
の関係を示す線図、第１４図は第１３図における受光素
子列中の各グループの出力を示す線図である。 主要部分の符号の説明 １．１１・・・・・・光源、２．１２・・・・・・投影
光学系３．１３・・・・・・結像光学系 ４．１４．１４’、　１４“、　１４”、　２４・・自
・・受光素子列１６．１６’、　１６“、１６“′・旧
・・コントラストパターンＢＬ・・・・・・基線長 出　願　人　日本光学工業株式会社 代理人　渡辺隆男 ８２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の基線長をもって固設された投光部と反射光を受け
   る受光部とを有する距離検出装置において、前記投光部
   の光源と投影光学系との間の光路上に縞状の明部と暗部
   とをもって形成されたコントラストパターンを設けると
   共に、該コントラストパターンの明部と暗部とにそれぞ
   れ対応する複数の光電変換素子を配列した受光素子列を
   前記受光部の結像光学系の結像位置に設け、前記投影光
   学系により測距対象物体上に投影された前記コントラス
   トパターンの反射光の前記受光素子列上でのズレ量を検
   知して前記測距対象物体までの距離を検出する如く構成
   したことを特徴とす為アクティブ型距離検出装置。