JPS62182613A - 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】 （技術分野） この発明は、イメージセンサ−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。

（従来技術） イメージセンサ−とは、映像を電気信号に変換する機能
と、その電気信号を映像に対応した電気信号列として取
り出す機能とを備えたものである。

例えば被写体のビデオ信号を半導体によるアナログメモ
リーによって順序よく直列に取り出すものであって、被
写体の映像を電気信号に変換する素子にはフォトトラン
ジスターあるいはフォトダイオードが使用され、アナロ
グメモリーにはＭＯ５技術を使ったＣＣＯ（チャージ・
カップル・デバイス）もしくはＢＢＤ　（パケット・ブ
リゲート・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　）−ラ
ンシスターと見ればよ＜、Ｗ積と転送の二つの機能をも
った素子で、通常多相のクロックパルスによって転送さ
れるシフト・レジスターである。また［３ＢＤは、ＭＯ
Ｓ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と同様である。

第１図は、上述のイメージセンサ−の原理を説明するた
めの模型図であって、このイメージセンサ−ＩＳは前述
したように、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がオンになると、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って、感光領
域１の一端から走査され、その他端まで順を追って出力
端子に取り出される。第２図は上記のイメージセンサ−
ＩＳ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。

このようなイメージセンサ−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装置は
従来より知られている。

いま、第３図に示すように、一対のイメージセンサ−Ａ
、Ｂを被写体○に対向させ、両イメージセンサ−Ａ、Ｂ
の感光領域に、結像レンズＬａ、Ｌｂによって被写体Ｏ
の映像をそれぞれ結像させると。

各イメージセンサ−Ａ、Ｂには被写体Ｏの位置が２組の
イメージセンサ−とレンズの中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−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−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−Ａのとらえた被写体○のビデオ信号
と、このイメージセンサ−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−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−Ａ、Ｂによっ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−までの距踵が
変化することによって異なる。これは、被写体Ｏの位置
が変化することによって、各イメージセンサ−上の被写
体○の結像位置が移動し、この被写体○の結像位置の移
動に伴って、各イメージセンサ−によって、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。従って、各イメージセンサ−Ａ、Ｂによって得られ
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−の走査タイ
ミングを他方のイメージセンサ−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−から得ら
れた各出力信号波のうちの同一信号波が、同面イメージ
センサ−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。例えば、第３図におい
て、イメージセンサ−Ｂを固定しておき、他方のイメー
ジセンサ−Ａを矢印ａの向きに漸次移動させると、イメ
ージセンサ−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ージセンサ−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−Ａの
位置が破線で示す位置であったとすれば、イメージセン
サ−Ａが破線の位置に達したとき、それのとらえた被写
体Ｏの信号波がイメージセンサ−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Ｏが第３図に示した位置よりも各メメ
ージセンサに対して後方、例えば鎖線で示す位置にあっ
たとすれば、この鎖線で示した被写体のイメージセンサ
−Ａ上での結像位置は、実線で示した被写体Ｏ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−Ａのとらえた被写体の信号波がイメージセンサ
−Ｂのそれと同一タイミングで取り出される時のイメー
ジセンサ−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−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−Ａの移動量を知ることに
よって、予め設定した所定位置、例えばイメージセンサ
−の位置から被写体Ｏまでの距離を検出することができ
る。

上述のようにイメージセンサ−を物理的に移動させずに
、ｆ／１気的な手段によって、イメージセンサ−を移動
させたのと同等の結果を得て距離検出を行なう装置は１
両イメージセンサ−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ことができ、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なる。こ
の装置を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。

この装置は、例えば被写体Ｏの結像された一対のイメー
ジセンサ−のうちの一方のイメージセンサ−の走査タイ
ミングを他方のイメージセンサ−の走査タイミングに対
して可変遅延させる。いま。

仮に被写体Ｏが点光源であるとし、その像が一対の結像
レンズＬａ、Ｌｂによって、一対のイメージセンサ−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−Ａ、Ｂにそ
れぞれ同時にゲートパルスを印加し、クロックパルスに
よって各イメージセンサ−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）、（ロ）に示すよ°うに、被写体Ｏのビデ
オ信号のみが立上ったものとして得られる。ここで、前
述の手法によってイメージセンサ−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−Ａが破
線Ａ１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−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−Ａに対するゲートパルスの印加時期を第６図
（ニ）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○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−Ａを定位置に固定したままでそ
の走査を行なっているので、被写体○のイメージセンサ
−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Ｏ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−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
によって、イメージセンサ−Ａのとらえた被写体Ｏのビ
デオ信号をイメージセンサ−Ｂの出力に対して時間軸上
で任意の位置に移動させることができる。そこで、第６
図（ホ）に示すように、イメージセンサ−Ａに対するゲ
ートパルスの印加時期を、イメージセンサ−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−Ａのとらえた被写体Ｏ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ｔ８はイメ
ージセンサ−Ａを第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を時間に置き換えたものとなる。従
って、上記の遅延時間ｔ。を知ることによって、被写体
０の位置を検出することができる。　第７図は上記の方
法によって被写体○の位置を検出する距離検出装置の一
例をブロッ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−Ａ。

Ｂ上には被写体０の映像が図示されない結像レンズによ
って結像されている。イメージセンサ−Ｂには、オツシ
レーターＣから発せられるクロッパルスと、このクロッ
クパルスをイメージセンサ−Ｂの走査ビット数に応じて
、その−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り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−Ａに
は上記のクロックパルスと、可変遅延回路Ｅによって遅
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によって遅延されるゲートパルスの遅延時
間は掃引回路Ｓでコントロールする。両イメージセンサ
−Ａ、Ｂのとらえた被写体Ｏ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。

なお、分周回路りは、ブロッキングオツシレーター、マ
ルチバイブレータ−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、ファン
タストロン回路またはワンショットマルチバイブレータ
−等を利用したものであって、例えば第９図に示すよう
に、分周回路りの出力パルスを微分回路Ｊで微分し、そ
の出力をトリガーして、ワンショットマルチバイブレー
タ−Ｋを動作させ、この出力波形を微分回路りで微分し
、ワンショットバイブレータ−にの出力波形に立下がり
部分の微分波形をトリガーとしてワンショットマルチバ
イブレータ−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バイ
ブレータ−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バイブレーターにのパルス
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バイブレータ−にの
時定数を可変させればよい。

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
とによってイメージセンサ−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−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イメージセンサ−か
ら被写体までの距離に対応するから、上記の掃引回路Ｓ
の出力信号のレベルを知ることによって、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、サンプルホー
ルド回路Ｔを用いて。

一致信号検出回路Ｇの出力によって、掃引回路Ｓの出力
レベルをホールドしておく。

従ってこのサンプルホールド回路Ｔから得られた信号の
出力レベルから被写体○の位置を割り出すことができる
。例えば第８図に示すように、サンプルホールド回路Ｔ
の出力信号を比較回路Ｘに印加しておき、この比較回路
Ｘに前記の距離表示ダイアルＦの回動に伴って出力レベ
ルの変化するポテンショメーターＶの出力信号を印加し
て、比較回路Ｘの出力信号をサーボパワーアンプＹで増
幅し、その出力信号で距離表示ダイアルＦを駆動するサ
ーボモータＺの回転方向および回転量を制御するように
すれば、距離表示ダイアルＦの指針Ｆａの指示値が所定
位置から被写体○までの距離となる。

すなわち比較回路Ｘ、アンプＹ、サーボモータ２、ダイ
アルＦ、ポテンショメータＶはサンプルホールド回路Ｔ
の出力信号によってイメージセンサ−から被写体までの
距離を検出することになる。

ここにサンプルホールド回路Ｔの出力レベルの方がポテ
ンショメーターＶ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ｌに取り出されるか
ら、この出力信号で、距離表示ダイアルＦがポテンショ
メーター■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Ｚを駆動し、また、ポテンショメーター
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Ｚを上記と反対の方向に駆動するように
してあり、距離表示ダイアルＦの指針Ｆａは、自動的に
被写体Ｏ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アルＦをそのまま
カメラの撮影レンズに研き換えれば、撮影の際の合焦操
作を半自動ないしは全自動によって行なうことができ、
オートフォー力シングカメラを実用に供することができ
る。

ところで、上述の距離検出装置においては、各イメージ
センサ−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、実際には被写
体は一般的に３次元であるため被写体○の近傍に第１０
図に示す０１．０２のような奥行きの違う他の被写体が
ある場合には、各イメージセンサ−が被写体０の背影の
ビデオ信号をも同時にとらえているため被写体は３次元
が一般的であり、Ａ列、Ｂ列の全ビット数で一致度を検
出しようとすると、両イメージセンサ−Ａ、Ｂからのビ
デオ信号の一致検出が困難になり距離検出に誤差が発生
する。その理由としては本測距システムにおける測距原
理としては被写体が近付けば被写体の像はＡ列上では図
示左端側に、Ｂ列上では右端側に作像されるし、被写体
が遠ければそれと逆の現象が発生するようになっている
。仮に○、○０，０２が白色で背景が黒色とすればＡ列
からの出力波形とＢ列からの出力波形が全く異なったも
のとなってしまい一致検出が困難となる。

（目　　的） 本発明は上記欠点を改善し、距離検出を簡単に行なうこ
とができる距離検出装置を提供することを目的とする。

（構　　成） 本発明は基準被写体像と参照被写体像をそれぞれビデオ
信号に変換する一次元のイメージセンサ−と、一定距離
を隔てて配置されそれぞれ被写体像を基準被写体像およ
び参照被写体像として上記イメージセンサ−に結像する
一対の結像光学系と、一致信号検出手段と、電気的ずら
し手段とを有する。一致信号検出手段は上記イメージセ
ンサ−により変換された基準被写体像および参照被写体
像の一方に対応するビデオ信号と他方の一部に対応する
ビデオ信号との一致を検出し、？１を気的ずらし手段が
上記一方に対応するビデオ信号と上記他方の一部に対応
するビデオ信号とを相対的にずらして前記一致信号検出
°手段の一致検出時における電気的ずらし手段によるビ
デオ信号ずらし量を求める。このずらし量は被写体距離
に対応するものである。

本発明の実施例では前述の距離検出装置において第１０
図に示すように一方のイメージセンサ−例えばイメージ
センサ−Ｂとその結像レンズＬｂとの間にハーフミラ−
ＨＭを設置し、イメージセンサ−Ｂを映像の例えば中央
部のみのビデオ信号を取り出すように調整しておく。こ
の場合結像レンズＬｂのとらえた被写体の映像を焦点板
ＦＰ上に結像させ、これを合焦レンズしＦを介して観察
できるようになっている。いま、検出すべき被写体Ｏの
近傍に奥行の違う他の物体Ｑ工、０２があったとする。

そこで、まず焦点板ＦＰ上に被写体○および他の物体○
□、０２をとらえ、目的とする被写体０の像が焦点板Ｆ
Ｐの中央に位置するようにこの距離検出装置を被写体に
対向させる。これによって、イメージセンサ−Ｂは焦点
板ＦＰの中央部に結像された映像、すなわち目的とする
被写体Ｏのビデオ信号のみを取り出すことになるから、
上述した距離検出装置によって他のイメージセンサ−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
Ｏのビデオ信号が、イメージセンサ−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−Ｂを焦点板ＦＰに結像された映
像の中央部のみビデオ信号を取り出すようにするには、
例えば第１０図に示すように、スリット板ＳＰをイメー
ジセンサ−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−Ｂ上に結像させ、
その他の映像をカットするようにしてもよく、または、
イメージセンサ−Ｂからとらえられたビデオ信号のうち
の不用な信号をカッ！〜するようにしてもよい。さらに
は、イメージセンサ−Ｂを走査ビット数の少ないものに
置き換えてもよい。このように必要なり列のビットエリ
アを電気的に任意に選択可能となる。

また、イメージセンサ−已に結像される映像の光量はハ
ーフミラ−ＩＢＭを透過することによって、一方のイメ
ージセンサ−Ａのそれより幾分低くなるが、これは、イ
メージセンサ−Ａの前面に減光フィルターを配設するか
、もしくはイメージセンサーＡの出力レベルを全体に低
くすることによって補正することができる。

本発明実施例の波及効果については、この実施例のＡＦ
システムは被写体の距離の変化（違い）により、Ａ、Ｂ
のイメージセンサ−上の被写体画像位置が変化すること
を利用しているのである。

仮に無限位置に第１１図のような光強度分布をもつ被写
体が有り、センサーのみている幅をＳ′とすると、Ａ、
Ｈのイメージセンサ−から出力される波形は両方とも同
じで第１２図のようになる。

次にこの被写体が近付いて来たことを考えてみる。する
と第１０図からも判るようにＡ列では左方向、Ｂ列では
右方向に像がずれ、Ａ列からは第１３図の鎖線、Ｂ列か
らは第１３図の点線のように出力される。イメージセン
サ−アドレスの１より前はイメージセンサ−の出力は無
いので仮に０とすると、Ａ列とＢ列の本来一致の波形は
第１４図のようになるが、一般的に行なう一致検出の手
段ΣＩＡ−Ｂｌでは、Ｓ、、Ｓ２が加算されてしまい、
一致検出が不可能となる。これが本実施例と特公昭５９
−２８１１１８４号公報との大きな相違である。すなわ
ち、上記特許は第１図からも判るようにレンズを　ａ　
方向に移動させることにより測距を行なっており、一致
した時には、Ａ列とＢ列との波形は同一となる。

本実施例はレンズを移動しないため、上述のような固有
の問題（Ｓ工、Ｓ２）が発生する。

第１５図のようにＢ列の基準エリアを限定し、Ａ列を走
査し一致度を検出するようにすると、この問題は解決で
きる。

（効　　果） 以上のように本発明によればイメージセンサ−により変
換された基準被写体像および参照被写体像の一方に対応
するビデオ信号と他方の一部に対応するビデオ信号との
一致を検出するので、距離検出を簡単に行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はイメージセンサ−の模型図、第２図は上記イメ
ージセンサ−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図は距離検出方法を説明するための図、第６
図は同方法を説明するための波形図、第７図は距離検出
装置のブロックダイアグラム、第８図は同装置の一致信
号検出器を示す図、第９図は上記装置の可変遅延回路を
示すブロックダイアグラムおよびその出力波形図、第１
０図は本発明の一実施例の光学系を示す図、第１１図な
いし第１５図は同実施例を説明するための図である。 Ｏ・・・被写体、Ａ、Ｂ・・・イメージセンサ−１Ｅ・
・・可変遅延回路、Ｇ・・・一致信号検出回路、Ｓ・・
・掃引回路、Ｌａ、Ｌｂ・・・結像レンズ、ＳＰ・・・
スリット板。 区 Ｑ 区　　　　　　　　　ｒ 最４４０　　　うメロ 婚４σ口　　　　形７４圀 ＩＰ）１０口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基準被写体像と参照被写体像を各々ビデオ信号に変
   換する一次元のイメージセンサーと、一定距離を隔てて
   配置されそれぞれ被写体像を基準被写体像および参照被
   写体像として前記イメージセンサーに結像する一対の結
   像光学系と、前記イメージセンサーにより変換された基
   準被写体像および参照被写体像の一方に対応するビデオ
   信号と他方の一部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、上記一方に対応するビデオ信
   号と上記他方の一部に対応するビデオ信号とを相対的に
   ずらす電気的ずらし手段とを備え、上記一致信号検出手
   段の一致検出時における上記電気的ずらし手段によるビ
   デオ信号ずらし量に基づいて距離検出を行なうことを特
   徴とする距離検出装置。 ２、基準被写体像と参照被写体像を各々ビデオ信号に変
   換する一次元のイメージセンサーと、一定距離隔てて配
   置されそれぞれ被写体像を基準被写体像および参照被写
   体像として前記イメージセンサーに結像する一対の結像
   光学系と、前記イメージセンサーより基準被写体像及び
   参照被写体像の一方の一部に対応するビデオ信号を電気
   的にとり出す手段と、この手段からのビデオ信号と前記
   イメージセンサーからの基準被写体像および参照被写体
   像の他方に対応するビデオ信号との一致を検出する一致
   検出手段と、上記手段からのビデオ信号と上記他方に対
   応するビデオ信号とを相対的にずらす電気的ずらし手段
   とを備え、上記一致信号検出手段の一致検出時における
   上記電気的ずらし手段によるビデオ信号ずらし量に基づ
   いて距離検出を行なうことを特徴とする距離検出装置。