JPS5949525B2 - 距離検出方法および装置 - Google Patents

距離検出方法および装置

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JPS5949525B2
JPS5949525B2 JP49119691A JP11969174A JPS5949525B2 JP S5949525 B2 JPS5949525 B2 JP S5949525B2 JP 49119691 A JP49119691 A JP 49119691A JP 11969174 A JP11969174 A JP 11969174A JP S5949525 B2 JPS5949525 B2 JP S5949525B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、イメージセンサーを用いて、被写体までの
距離を検出する距離検出装置に関するものである。
従来、距離検出装置は特開昭49−90529号公報の
ように1対の結像光学系による被写体像をイメージセン
サーでビデオ信号に変換して位相弁別器に入力し、その
出力信号によりサーボモータで上記結像光学系の一方を
調定することによつて結像光学系による像の結像状態を
最適化する方式が知られている。しかしこの方式では結
像光学系をサーボモータで動かしながら距離検出を行う
ので、精度が低いだけでなく信頼性及び耐久性が低く、
しかも騒音や電気ノイズが発生する。本発明の目的は精
度、信頼性及び耐久性が優れているばかりでなく騒音や
電気ノイズを発生しない距離検出装置を提供することに
ある。
以下図面を参照しながら本発明について詳細に説明する
イメージセンサーは一般にCCD(チャージ・カップル
・デバイス)もしくはBBD(バケツトブリゲード・デ
バイス)が使われており、CCDはソースとドレインの
間に多くのゲートが付いたMOSトランジスターと見れ
ばよく、蓄積と転送の二つの機能をもつた素子で、通常
多相のクロックパルスによつて転送されるシフト・レジ
スターである。
またBBDは、MOSトランジスターをカスケード接続
したシフト・レジスターで、動作機能はCCDと略同様
である。第1図は、上述のイメージセンサーの一例を説
明するための模型図であつて、このイメージセンサー1
5は複数個のフォトトランジスターなどで構成された感
光領域1と、この感光領域1で得られた被写体のビデオ
信号を転送する電荷転送領域2とで構成されている。
いま、ゲートパルスが印加されて、ゲートスイッチ3が
ONになると、感光領域1で得られた被写体の映像に相
当する電荷が電荷転送領域2に転送される。この転送さ
れた電荷はクロックパルスによつて、感光領域1の一端
から走査され、その他端まで順を追つて出力端子に取り
出される。第2図は上記のイメージセンサー15に一定
光量の光を入射させたときに得られる出力波形の一例を
示すものである。この発明は、このようなイメージセン
サーを用いて、所定位置から任意の位置に置かれた被写
体までの距離を検出するものである。
いま第3図に示すように、一対のイメージセンサーAB
を被写体0に対向させ、両イメージセンサーA,Bの感
光領域に、一定距離を隔てて配置された結像レンズLA
,LBによつて被写体0の映像をそれぞれ参照被写体像
及び基準被写体像として結像させると、各イメージセス
サ一A,Bには被写体0の位置が2組のイメージセンサ
ーとレンズの中心心軸の交点以外にあるとき、被写体0
の各イメージセンサー上の結像位置は両者で異なり、そ
のため両者からは異なる二種のビデオ信号が得られる。
つまり、各イメージセンサーA,Bの出力をそれぞれの
左端部から順に取り出したとすると第4図に示すように
、イメージセンサーAのとらえた被写体0のビデオ信号
と、このイメージセンサーAのとらえたビデオ信号より
も一定時間だけ前後したイメージセンサーBのとらえた
ビデオ信号とが得られる。
ところで、この各イメージセンサーA,Bによつて得ら
れたビデオ信号の時間的なずれ量は、被写体0から両イ
メージセンサーまでの距離が変化することによつて異な
る。これは、被写体0の位置が変化することによつて、
各イメージセンサー上の被写体0の結像位置が移動し、
この被写体0の結像位置の移動に伴つて、各イメージセ
ンサーによつて、被写体0のビデオ信号が取り出される
タイミングがずれることによる。したがつて、各イメー
ジセンサーA,Bによつて得られた被写体0のビデオ信
号の時間的なずれ量は、被写体0の位置の変化量に比例
することになる。この関係によれば、一方のイメージセ
ンサーの走査タイミングを他方のイメージセンサーの走
査タイミングに対して可変遅延せしめ、上記両イメージ
センサーから得られた各出力信号波のうちの同一信号波
が、同両イメージセンサーから同時に得られたときの上
記両イメージセンサー間の走査開始タイミングのずれ量
は被写体0の位置の変化量に比例することになる。たと
えば、第3図において、イメージセンサーBを固定して
おき、他方のイメージセンサーAを矢印aの向きに漸欠
移動させると、イメージセンサーA上の被写体0の結像
位置が次第に移動し、その位置が、一方のイメノージセ
ンサ一Bのそれと全く一致する時点がある。
仮にこの時のイメージセンサーAの位置が破線で示す位
置であつたとすれば、イメージセンサーAが破線の位置
に達したとき、それのとらえた被写体0の信号波がイメ
ージセンサーBのとらえたそれと全く同一タイミングで
取り出されることになる。ここで、仮に物体0が第3図
に示した位置よりも各イメージセンサーに対して後方、
たとえば鎖線で示す位置にあつたとすれば、この鎖線で
示した被写体のイメージセンサーA上での結像位置は、
実線で示した被写体0の結像位置よりも第3図において
右方寄りになるから、イメージセンサーAのとらえた被
写体の信号波がイメージセンサーBのそれと同一タイミ
ングで取り出されるときのイメージセンサーAの位置は
先の破線で示した位置よりも右方になる。このように、
イメージセンサーAの位置の変化と被写体0の位置の変
化との間には一定の比例関係が成立するから、イメージ
センサーAの移動量を知ることによつて、予め設定した
所定位置、たとえばイメージセンサの位置から被写体0
までの距離を検出することができる。
・この発明は、上述
のようにイメージセンサーを物理的に移動させずに、電
気的なずらし手段によつて、イメージセンサーを移動さ
せたのと同等の結果を得ようとするものである。この発
明による距離検出装置は、イメージセンサーを固定した
ままの状態で、所定位置から被写体までの距離を検出す
るものであつてその特徴はメカニカルな動作によらずに
距離検出が行なえることにある。従つて可動部がなくて
低コストにでき、検出速度及び検出精度の向上を計るこ
とができる。この発明をたとえばカメラに適用すれば、
後述するような自動合焦カメラを提供することができる
。この方法は、後述の実施例では被写体0の結像された
一対のイメージセンサーのうちの一方のイメージセンサ
ーの走査タイミングを他方のイメージセンサーの走査タ
イミングに対して可変遅延させる手段を上記電気的なず
らし手段として用い前述したように、一方のイメージセ
ンサーを移動させて行わずに、一方のイメージセンサー
に対するゲートパルスの印加時期を漸次可変させて遅延
せしめることによつて行う。
いま、仮に被写体0が点光源であるとし、その像が一対
の結像レンズLA,LBによつて、一対のイメージセン
サーA,B上に、第5図に示すように結像されているも
のとする。この状態において、各イメージセンサーA,
Bにそれぞれ同時にゲートパルスを印加し、クロツクパ
ルスによつて各イメージセンサーA,Bの第5図におい
て左端部よりからそれぞれの出力を取り出すとその出力
信号は第6図イ,口に示すように、被写体0のビデオ信
号のみが立上つたものとして得られる。ここで、前述の
手法によつてイメージセンサーAを第5図において矢印
aの向きに移動させ、このイメージセンサーAが破線A
1で示す位置に達したとき、その出力信号が第6図ハに
示すように、イメージセンサーBの出力信号と略一致し
たとする。そこで、後述の方法により、イメージセンサ
ーAに対するゲートパルスの印加時期を第6図二に示す
ように漸次可変させて遅延させると、第6図ホに示すよ
うに、被写体Oのビデオ信号が時間軸上を第6図におい
て右方に移動する。この被写体0の移動は、イメージセ
ンサーAを定位置に固定したままでその走査を行なつて
いるので、被写体0のイメージセンサーA上における結
像位置が常に一定であるために、それにゲートパルスが
印加されると、このゲートパルスが印加された時点から
一定時間経過後に周期的に被写体0のビデオ信号が得ら
れるも、この方法においては、ゲートパルスの印加時期
が各走査周期毎に変化しているために生じるものである
。このように、イメージセンサーAに印加するゲートパ
ルスの印加時期を可変遅延させることによつて、イメー
ジセンサAのとらえた被写体0のビデオ信号をイメージ
センサーBの出力に対して時間軸上で任意の位置に移動
させて両ビデオ信号を相対的にずらせることができる。
そこで、第6図二に示すように、イメージセンサーAに
対するゲートパルスの印加時期を、イメージセンサーB
に対するゲートパルスの印加時期に対してT。時間だけ
遅延させたとき、イメージセンサーAのとらえた被写体
0のビデオ信号が他のイメージセンサーBのとらえたそ
れと全く一致したとすると、このときの上記遅延時間T
。はイメージセンサーAが第5図において破線の位置に
移動させたときのその移動量(両ビデオ信号の相対的な
ずらし量)を時間に置き換えたものとなる。したがつて
、上記の遅延時間T。を知ることによつて、被写体0の
位置を検出することができる。第7図は上記後述の方法
によつて被写体0の位置を検出する距離検出装置の一例
をプロツクダイアグラムで示したものである。
第7図において、一対のイメージセンサーA,B上には
被写体0の映像が結像レンズLA,LB(第3図参照)
によつて参照被写体像及び基準被写体像として結像され
ている。
イメージセンサーBには、オツシレータ一Cから発せら
れるクロツクパルスと、このクロツクパルスをイメージ
センサーBの走査ビツト数に応じて、その一走査周期完
了ごとに一個のパルスを発するように設定された分周回
路Dの発するゲートパルスとがそれぞれ印加されている
。また、他のイメージセンサーAには上記のクロツクパ
ルスと、可変遅延回路(前述の電気的なずらし手段を構
成している)Eによつて遅延されたゲートパルスとがそ
れぞれ印加されている。可変遅延回路Eによつて遅延さ
れるゲートパルスの遅延時間は距離表示ダイヤルFの回
動量に応じて変化するコントロール信号によつて可変さ
れる。なお、距離表示ダイヤルFの指針Faの示す数値
は被写体0の位置から予め設定した所定位置たとえばイ
メージセンサの結像面までの距離に対応するように、各
イメージセンサーの位置、距離表示ダイヤルFの回動量
、コントロール信号の変化量および可変遅延回路Eの時
定数等が一定の比例関係のもとに設定されている。両イ
メージセンサーA,Bのとらえた被写体0のビデオ信号
は一致信号検出器Gにそれぞれ印加される。この一致信
号検出器Gはたとえば第8図に示すように、差動増巾器
Hと表示ランプIとを直列に接続したものであつて、各
イメージセンサーA,Bのとらえた被写体0のビデオ信
号の差出力を差動増巾器Hで取り出し、この差動増巾器
Hの出力で表示ランプIを点灯させるようにしたもので
ある。いま、各イメージセンサーA,Bのとらえた被写
体0のビデオ信号波が第4図に示すように、それぞれず
れた位置に生じていたとすると、差動増巾器Gの出力端
には各イメージセンサーの差信号が取り出され、表示ラ
ンプIが点灯する。そこで、距離表示ダイヤルFをまず
その指針Faの表示する表示値が(1)を指すようにし
、この状態から第7図において反時計方向に回動させる
と、これによつてコントロール信号が変化し、可変遅延
回路Eの時定数が変化して、イメージセンサーAに対す
るゲートパルスの印加時期が可変して遅延される。この
ゲートパルスの遅延に伴つて、イメージセンサーAの得
たビデオ信号波が時間軸上で第4図において右方に移動
し、差動増巾器Hの出力レベルが変化して、表示ランプ
Iの明度が変化する。そして、両イメージセンサA,B
のとらえた被写体0のビデオ信号が先に述べたようにそ
れぞれ同一タイミングで取り出されると、差動増巾器H
の出力レベルが零もしくは、これに近いレベルになつて
、表示ランプIの明度が最も低くなる。即ち、この状態
において、距離表示ダイヤルFの指針Faの示している
数値から、各イメージセンサーから被写体0までの距離
を知ることができる。なお、上記装置の分周回路Dは、
プロツキングオシレータ一、マルチパイプレーダーまた
は階段波発生回路等によるものである。また、可変遅延
回路Eは分布定数回路、フアンタストロン回路またはワ
ンショットマルチパイプレーダー等を利用したものであ
つて、たとえば第9図に示すように、分周回路Dの出力
パルスを微分回路Jで微分し、その出力をトリガとして
、ワンショットマルチパイプレーダーKを動作させ、こ
の出力波形を微分回路Lで微分し、ワンショットマルチ
パイプレーダーKの出力波形の立下り部分の微分波形を
トリガとしてワンショットマルチパイプレーダーMを動
作させ、遅延した出力波を得るようにしたものである。
このようなワンショットマルチパイプレーダーを利用し
た可変遅延回路においては、第9図におけるワンショッ
トマルチパイプレーダーKのパルス幅が遅延時間を決定
するから、その遅延時間をコントロールするには、ワン
ショットマルチパイプレーダーKの時定数を可変させれ
ばよい。可変遅延回路Eに印加するコントロール信号は
たとえばダイヤルFと連動するポテンシヨメータ一の出
力信号であつてもよいが、イメージセンサーBの多数の
走査周期を一周期とするような鋸歯状波を発生する掃引
回路の出力信号を用いてもよい。第11図は上記掃引回
路を使用した距離検出装置の一例を示すものである。つ
まり、両イメージセンサーA,Bから、前述したように
オツシレータ一C、分周回路Dおよび可変遅延回路Eを
用いて、被写体0のビデオ信号をそれぞれ取り出し、そ
れぞれのビデオ信号が同一タイミングで得られたとき一
致信号検出回路Gによつて一致信号を得るようにした検
出装置において、可変遅延回路Eの遅延時間を掃引回路
Sでコントロールする。
この掃引回路Sの発するコントロール信号が漸次変化す
ることによつてイメージセンサーAのとらえたビデオ信
号の位置が時間軸上を移動し、イメージセンサーBのそ
れと同期すると、一致信号検出回路Gから一致信号が発
せられる。ところで、この一致信号が発せられた時点に
おける掃引回路Sの出力信号のレベルが第7図における
コントロール信号の出力レベルに相当するから、上記の
掃引回路Sの出力信号のレベルを知ることによつて、被
写体の位置を割り出すことができる。つまり、掃引回路
Sの出力レベルは時間とともに変化しているので、上記
一致信号が出たときのそのレベルを保持するために、第
11図に示すように、サンプルホールド回路Tを用いて
、一致信号検出回路Gの出力によつて、掃引回路Sの出
力レベルをホールドしておく。したがつてこのサンプル
ホールド回路Tが得られた信号の出力レベルから被写体
0の位置を割出すことができる。
たとえば第12図に示すように、サンプルホールド回路
Tの出力信号を比較器Uに印加しておき、この比較器U
に前記の距離表示ダイヤルFの回動に伴つて出力レベル
の変化するポテンシヨメータ一Vの出力信号を印加して
、比較器Uによつてサンプルホールド回路Tとポテンシ
ヨメータ一Vのそれぞれの出力信号のレベルを比較し、
それぞれの出力レベルが一致した時点で比較器Uを作動
させ、この比較器Uの出力信号で一致表示ランプWを点
灯させるようにすれば一致表示ランプWが点灯したとき
の距離表示ダイヤルFの指針Faの指示値が所定位置か
ら被写体0までの距離となる。なお、上記装置における
一致信号検出器Gは第10図に示すように、差動増巾器
Hで両イメージセンサーA,Bの得たビデオ信号の差信
号を増巾し、この出力を両波整流回路Nで整流して、こ
の出力波を復調回路Pで復調し、この出力波の最小値を
最小値保持回路Qで保持して、この保持された信号と、
復調回路Pの出力信号とを比較器Rで比較し、上記両信
号の出力レベルが一致したとき、一致信号を得るように
したものであつてもよい。
即ち、第10図bの波形図から明らかなように、各イメ
ージセンサーA,Bのから被写体0のビデオ信号が同一
タイミングで得られたとき、復調回路Pの出力レベルが
最も低い値を示し、最小値保持回路Qはこのときの出力
レベルを保持することになる。したがつて、可変遅延回
路Eに印加される掃引信号の各周期ごとに最小レベルの
信号が出てくるので、そのたびごとに比較器Rから一致
信号が発せられる。なお、上述のように、比較器Uの出
力で一致表示ランプWの点減によつて、距離表示ダイヤ
ルFの回動量を調整するようにしてもよいが、比較器U
の出力信号で、距離表示ダイヤルFをクランプする装置
、たとえば、電磁クラツチまたは、係止杆をもつたプラ
ンシャー等を作動させて、距離表示ダイヤルFの回動量
が整合したときそれをクランプするようにしてもよい。
また、上記の検出装置は第13図に示すように、前記の
サンプルホールド回路Tおよびポテンシヨメータ一の各
出力信号を比較回路Xに、第13図に示すような極性で
印加しておくと、サンプルホールド回路Tの出力レベル
がポテンシヨメータ一Fのそれよりも高い場合には、比
較回路Xの出力レベルは高レベルになるので、ランプW
,が点燈し、ポテンシヨメータ一Fの出力レベルの方が
高い場合には、比較回路Xの出力レベルは低レベルにな
るので、ランプW,が点燈する。
この各表示ランプWl,W2で距離表示ダイヤルFの指
針Faの指示値の高低を表示するようにしておけば、距
離表示ダイヤルFの回動すべき方向を知ることができ、
更に、両ランプとも消燈したときのダイヤルFの指示値
が被写体までの距離となる。さらに、この発明による距
離検出装置は、第14図に示すように、上記の比較回路
Xの各出力信号をサーボパワーアンプYで増巾し、この
出力信号で、距離表示ダイヤルFを1駆動するサーボモ
ーターの回転方向および回動量を制御するようにしたも
のであつてもよい。
即ち、この装置において、サンプルホールド回路Tの出
力レベルの方がポテンシヨメータ一の出力レベルより高
い場合には、それらの差出力が比較回路Xの出力端子1
に取り出されるから、この出力信号で、距離表示ダイヤ
ルFがポテンシヨメータ一Vの出力レベルを高める向き
に回動するように、サーボモーターZを駆動し、また、
ポテンシヨメータ一Vの出力レベルの方が高い場合には
、それらの差出力で、サーボモーターZを上記と反対の
方向に駆動するようにしておけば、距離表示ダイヤルF
の指針Faは、自動的に被写体0の位置を表示する。な
お、上述の検出装置を、カメラに組み込むかもしくはカ
メラと併用し、上記の距離表示ダイヤルFをそのままカ
メラの撮影レンズに置き換えれば、撮影の際の合焦操作
を半自動ないしは全自動によつて行うことができ、オー
トフオーカシングカメラを実用に供することができる。
ところで、これまでの説明においては、各イメージセン
サーA,Bが検出すべき被写体0の映像のみをとらえて
いる場合を前提としたものであるが、実際には各イメー
ジセンサーが被写体0の背影のビデオ信号をも同時にと
らえており、被写体0の近傍に被写体となりうる他の物
体がある場合には、目的とする被写体のみを選択する必
要がある。
以下に、上記の目的とする被写体のみを撰択する手段の
一例を図によつて説明する。
たとえば第15図に示すように、一方のイメージセンサ
ーたとえばイメージセンサーBとその結像レンズLBと
の間にハーフミラーHMを設置し、結像レンズLBのと
らえた被写体の映像を合焦レンズLFを介して焦点板F
P上に結像させておき、一方、イメージセンサーBを、
焦点板FPに結像された映像の中央部のみのビデオ信号
を取り出すように調整しておく。
いま、第15図に示すように、検出すべき被写体0の近
傍に他の物体01,02があつたとする。そこで、まず
焦点板FP上に被写体0および他の物体01,02をと
らえ、目的とする被写体0の像が焦点FPの中央に位置
するように検出装置を被写体に対向させる。これによつ
て、イメージセンサーBは焦点板FPの中央部に結像さ
れた映像、即ち目的とする被写体0のビデオ信号のみを
取り出すことになるから、上述した検出装置によつて他
のイメージセンサーAから取り出されたビデオ信号のう
ちの目的とする被写体0のビデオ信号が、イメージセン
サーBのとらえたビデオ信号と一致する時期を検出する
ことができ、目的とする被写体0までの距離を知ること
ができる。なお、イメージセンサーBを焦点板FPに結
像された映像の中央部のみのビデオ信号を取り出すよう
にするには、たとえば第15図に示すように、スリツト
板SPをイメージセンサーBの前面に配置して、焦点板
FPの中央部に対応する映像のみをイメージセンサーB
上に結像させ、その他の映像をカツトするようにしても
よく、または、イメージセンサーBからえられたビデオ
信号のうちの不用な信号をカツトするようにしてもよい
。さらには、イメージセンサーBを走査ビツト数の少な
いものに置き換えて、これを焦点板FPの中央部の映像
に対応する位置に設置してもよい。また、イメージセン
サーBに結像される映像の光量はハーフミラーHMを透
過することによつて、一方のイメージセンサーAのそれ
より幾分低くなるが、これは、イメージセンサーAの前
面に減光フイルタ一を配設するか、もしくはイメージセ
ンサーAの出力レベルを全体に低くすることによつて補
正することができる。以上のように本発明によれば電気
的なずらし手段により参照複写体像に対応するビデオ信
号を基準被写体像に対応するビデオ信号に対して相対的
にずらせて両ビデオ信号の一致時におけるずらし量によ
り距離検出を行うようにしたので、精度、信頼性及び耐
久性を上げることができ、騒音や電気ノイズの発生を防
止することも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はイメージセンサーの模型図、第2図は上記イメ
ージセンサーの出力波形図、第3図は距離検出方法の原
理説明図、第4図は上記方法の原理を説明するための波
形図、第5図は、この発明の距離検出装置を説明するた
めの図、第6図はこの発明を説明するための波形図、第
7図はこの発明による装置の一実施例のプロツクダイア
グラム、第8図は上記装置の一致信号検出器の一実施例
を示す図、第9図は、上記装置の可変遅延回路の一実施
例を示すプロツクダイアグラムおよびその出力波形図、
第10図は、上記一致信号検出器のさらに他の実施例を
示すプロツクダイアグラムおよびその出力波形図、第1
1図は上記装置の他の実施例のプロツクダイアグラム、
第12図は上記装置のさらに他の実施例の略図、第13
図は上記装置のさらに他の実施例の略図、第14図は上
記装置のさらに他の実施例の略図、第15図は目的の被
写体のみを選択して検出するための手段の一例を示す説
明図である。 0・・・・・・被写体、A,B・・・・・・イメージセ
ンサーE・・・・・・可変遅延回路、F・・・・・・距
離表示ダイヤル、G・・・・・・一致信号検出器、S・
・・・・・掃引回路、・・・・・・ポテンシヨメータ一
、Z・・・・・・サーボモーター。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基準被写体像と参照被写体像を各々ビデオ信号に変
    換するイメージセンサーと、一定距離を隔てて配置され
    各々被写体像を基準被写体像及び参照被写体像として前
    記イメージセンサーに結像する1対の結像光学系と、前
    記イメージセンサーにより変換された基準被写体像に対
    応するビデオ信号と参照被写体像に対応するビデオ信号
    との一致を検出する一致信号検出手段と、前記参照被写
    体像に対応するビデオ信号を前記基準被写体像に対応す
    るビデオ信号に対してずらす電気的ずらし手段と、前記
    一致信号検出手段の一致検出時における前記電気的ずら
    し手段によるビデオ信号ずれ量によつて所定位置から被
    写体までの距離を検出する手段とを備えたことを特徴と
    する距離検出装置。
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