JPS6346363B2 - - Google Patents

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。

（従来技術） イメージセンサーとは、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つて順序よく直列に取り出す
ものであつて、被写体の映像を電気信号に変換す
る素子にはフオトトランジスターあるいはフオト
ダイオードが使用され、アナログメモリーには
MOS技術を使つたCCD（チヤージ・カツプル・デ
バイス）もしくはBBD（バケツト・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、通常多相のクロツクパルスによ
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
同様である。

第１図は、上述のイメージセンサーの原理を説
明するための模型図であつて、このイメージセン
サーISは前述したように、複数個のフオトトラン
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、ゲートスイツチ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ツクパルスによつて、
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
ンサーＡ，Ｂを被写体Ｏに対向させ、両イメージ
センサーＡ，Ｂの感光領域に、結像レンズLa，
Lbによつて被写体Ｏの映像をそれぞれ結像させ
ると、各イメージセンサーＡ，Ｂには被写体Ｏの
位置が２組のイメージセンサーとレンズの中心軸
の交点以外にあるとき、被写体Ｏの各イメージセ
ンサー上の結線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Ｏ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Ｏ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Ｏ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Ｏの結像位置が移動し、こ
の被写体Ｏ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Ｏ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。従つ
て、各イメージセンサーＡ，Ｂによつて得られた
被写体Ｏのビデオ信号の時間的なずれ量は、被写
体Ｏ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Ｏ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の向きに漸次移動さ
せると、イメージセンサーＡ上の被写体Ｏの結像
位置が次第に移動し、その位置が一方のイメージ
センサー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
Ｏ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Ｏが第３図に示した位置よ
りも各イメージセンサに対して後方、例えば鎖線
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時のイメ
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Ｏ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、例えばイメージセンサーの位置から
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ーを物理的に移動
させずに、電気的な手段によつて、イメージセン
サーを移動させたのと同等の結果を得て距離検出
を行なう装置は、両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。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，ロに示すように、被写体Ｏ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Ｏ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Ｏ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、イメージセンサーＡのとら
えた被写体Ｏ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に位置に移動させ
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t₀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t₀はイメージセンサー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。従つて、上記の遅延時
間t₀を知ることによつて、被写体Ｏ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つて
被写体Ｏの位置を検出する距離検出装置の一例を
ブ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上には被写体の映像が図示されない結像レンズ
によつて結像されている。イメージセンサーＢに
は、オツシレーター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Ｅによつ
て遅延されたゲーナ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掃引回路Ｓでコントロール
する。両イメージセンサー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Ｄは、ブロツキングオツシレー
ター、マルチバイブレータ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
シヨツトマルチバイブレーター等を利用したもの
であつて、例えば第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
をトリガーとして、ワンシヨツトマルタバイブレ
ーターＫを動作させ、この出力波形を微分回路Ｌ
で微分し、ワンシヨツトバイブレーターＫ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
ワンシヨツトマルチバイブレーター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。このようなワンシヨツトマルチバイブレータ
ーを利用した可変遅延回路においては、第９図に
おけるワンシヨツトバルチバイブレーター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、ワンシヨツトマルチバ
イブレーターＫ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イメージセンサーから被写
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、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。

従つ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Ｏ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に距離表示ダイア
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Ｏまでの距離とな
る。

すなわち比較回路Ｘ、アンプＹ、サーブモータ
Ｚ、ダイアルＦ、ポテンシヨメータＶはサンプル
ホールド回路Ｔの出力信号によつてイメージセン
サー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
の方がポテンシヨメーター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１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がポテンシヨメーター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Ｚを駆動し、また、ポテンシヨメーター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、カメラを組み込むか
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置き換えれ
ば、撮影の際の合焦操作を半自動ないし全自動に
よつて行なうことができ、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、上述の距離検出装置においては、各
イメージセンサーＡ，Ｂが検出すべき被写体Ｏ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Ｏの近傍に第１０図に示すO₁，O₂の
ような奥行きの違う他の被写体がある場合には、
各イメージセンサーが被写体Ｏの背景のビデオ信
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列の全ビツト数で一致度
を検出しようとすると、両イメージセンサー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つている。仮
にＯ，O₁，O₂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
つたものとなつ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
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上記
イメージセンサーに結像する一対の結像光学系
と、ビデオ信号選択手段と、一致信号検出手段
と、電気的ずらし手段とを有する。ビデオ信号選
択手段は、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
オ信号を得る。このビデオ信号選択手段は、前記
イメージセンサーに基準被写体像及び参照被写体
像の一方の一部を結像させてこの一方の他の部分
を結像させないようにすることにより前記一部に
対応するビデオ信号を選択するようにしてもよ
く、また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
信号を電気的に選択するようにしてもよい。一致
検出信号手段はビデオ信号選択手段により選択さ
れた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し、電気的ずらし手段
は上記ビデオ信号選択手段で選択されたビデオ信
号と上記他方に対応するビデオ信号とを相対的に
ずらし、距離検出は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行う。

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ー
例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、イメージセ
ンサーＢ上に投影される映像の一部、例えばハー
フミラーMHの中央部を通して投影される映像の
みをスリツト板SPにより選択してイメージセン
サーＢ上に投影させてそれ以外の映像がイメージ
センサーＢに投影されないようにすることによ
り、イメージセンサーＢからハーフミラーHMの
中央部を通して投影される映像のビデオ信号のみ
がとり出されるようにしておく。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LFを介して観察で
きるようになつている。いま、検出すべき被写体
Ｏの近傍に奥行の違う他の物体O₁，O₂があつた
とする。そこで、まず焦点板FP上に被写体Ｏお
よび他の物体O₁，O₂をとらえ、目的とする被写
体Ｏの像が焦点板FPの中央に位置するように、
つまり目的とする被写体Ｏの像がハーフミラー
HMの中央部及びスリツト板SPを通してイメー
ジセンサーＢ上に投影され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、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
Ｏ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Ｏ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、
スリツト板SPを設けずにイメージセンサーＢか
らとらえられたビデオ信号のうちの不用な信号を
電気回路で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
ものに置き換えてもよい。このように目的とする
被写体に対するビデオ信号のみを電気的に選択す
ることは可能である。

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
よつ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のイメージセンサー上の被写体画
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，Ｂのイメージセンサーから出力され
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。イメージセンサーアドレスの１よ
り前はイメージセンサー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Σ｜Ａ―Ｂ｜では、S₁，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―28884号公報との大きな相違である。
すなわち、この公報のものは第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
距を行なつており、一致した時には、Ａ列とＢ列
との波形は同一となるが、上述のように一致検出
が不可能となる。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が発生しない。

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、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得るビデオ信号選択
手段と、このビデオ信号選択手段により得たビデ
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信号手段と、上記
ビデオ信号選択手段で得たビデオ信号と上記他方
に対応するビデオ信号とを対相的にずらす電気的
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ツ
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
示すブロツクダイアグラムおよびその出力波形
図、第１０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…イメージセンサー、Ｅ…
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…スリツト板。

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、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
   を得るビデオ信号選択手段と、このビデオ信号選
   択手段により得た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
   検出信号手段と、上記ビデオ信号選択手段で得た
   ビデオ信号と上記他方に対応するビデオ信号とを
   対相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 前記ビデオ信号選択手段は前記イメージセン
   サーに基準被写体像及び参照被写体像の一方の一
   部を結像させてこの一方の他の部分を結像させな
   いようにすることにより前記一部に対応するビデ
   オ信号を選択することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の距離検出装置。 ３ 前記ビデオ信号選択手段は前記イメージセン
   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選択するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の距離
   検出装置。