KR100552608B1 - 거리 측정 방법 - Google Patents

Abstract

연산 회로 등의 하드웨어의 변경을 수반하지 않고, 근거리에 있는 피사체까지의 거리 측정을 가능하게 한다.

거리 측정 대상물인 피사체의 화상을 한쌍의 결상 렌즈(100, 200)를 통해 제1, 제2 센서 어레이(10, 20) 위에 각각 결상시키고, 이들 센서 어레이(10, 20)의 출력을 양자화한 디지털값에 기초하여 센서 어레이상의 기준 위치로부터의 피사체화상의 변위량을 검출하고, 이 변위량과 결상 렌즈(100, 200)의 초점 거리 및 광축간 거리로부터 삼각 측량의 원리에 의해 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 측정 방법에 관한 것이다. 센서 어레이(10, 20) 상에 복수의 영역을 설정하고, 상기 변위량의 검출에 사용하는 영역을, 피사체가 근거리에 있을수록 상기 기준 위치보다도 외측 영역으로 이동시킨다.

Description

거리 측정 방법{A METHOD FOR MEASURING A DISTANCE}

도 1은 본 발명의 실시 형태가 적용되는 거리 측정 장치의 주요부의 단면도.

도 2a 및 도 2b는 실시 형태의 작용을 설명하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 형태가 적용되는 거리 측정 장치의 회로 구성도.

도 4는 실시 형태에서의 센서 어레이를 구성하는 센서의 기본 회로를 도시한 도면.

도 5는 도 4에서의 각 부의 동작 타이밍을 도시한 도면.

도 6은 도 3에서의 양자화부의 주요부의 구성을 도시한 블록도.

도 7은 실시 형태에서 거리 측정에 사용하는 영역의 분할 상태를 설명하는 도면.

도 8은 실시 형태에서의 평가 함수의 천이 그래프.

도 9는 실시 형태에서의 평가 함수의 천이 그래프.

도 10은 종래의 거리 측정 장치의 작용을 설명하는 도면.

도 11은 거리 측정각과 센서 어레이상의 거리와의 관계를 설명하는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 좌측 센서 어레이

20: 우측 센서 어레이

10a, 10b, 10c, 20a, 20b, 20c, 10₁, 10₂, 10_m, 20₁, 20₂ ,20_m: 영역

50: IC칩

60: 칩 유지부

70: 렌즈 유지부

100, 200: 결상 렌즈

301, 302, 311, 312: 삼각형

501, 502: 양자화부

503, 504: 센서 어드레스 발생부

505: 감도 선택 회로

506: 센서 데이터 출력 제어 회로

6: 거리 검출 회로

61: 평가 함수 계산 회로

62: 최소치 검출 회로

63: 보간 계산 회로

64: 신뢰도 계산 회로

601: 디폴트 검출 회로

701: 멀티플렉서

800: 자동 초점 IC

900: MPU

901: 근거리 대상물 검출 수단

M: 피사체

M1,M2: 피사체 화상

L: 거리

B: 광축간 거리

F: 초점 거리

X1, X2: 변위량

PD: 광다이오드

TR: 리셋 트랜지스터

C: 콘덴서

CP: 비교기

INV: 인버터

본 발명은 카메라 등의 자동 초점 장치에 적용 가능한 수동 방식의 거리 측정 장치에서의 거리 측정 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 수동 방식의 거리 측정 방법은 우선 거리 측정 대상물인 피사체의 상을 좌우 한쌍의 결상 렌즈를 통해 제1, 제2 센서 어레이상에 각각 결상시키고, 이들 센서 어레이의 출력을 양자화하여 디지털값으로 변환하고 있다.

그리고, 연산 회로가 상기 디지털값에 기초하여 센서 어레이상의 기준 위치 로부터의 피사체 화상의 변위량을 검출하고, 삼각 측량의 원리를 응용하여 피사체까지의 거리를 산출한다.

도 10은 이러한 종류의 거리 측정 장치의 작용을 도시한 것으로, 도면에 있어서 10은 좌측 센서 어레이, 20은 우측 센서 어레이이고, 각 센서 어레이(10, 20)는 각각 n개의 센서(광센서)(L₁∼L_n, R₁∼R_n)을 갖고 있다.

상기 변위량을 검출하는 경우에는, 피사체의 거리 측정 방향에 따라서 n개의 센서로부터 W개의 센서를 선택하고(이 W를 윈도우 폭으로 정의함), 좌우의 데이터의 일치도를 비교하고 있다. 그 다음, 출력 데이터를 얻기 위한 좌우의 센서를 교대로 1개씩 외측으로 이동해서, 항상 동일한 윈도우 폭으로 좌우의 센서 데이터의 일치도를 비교하여 변위량을 검출한다.

도 10에 있어서, 도면 부호 30은 1 윈도우분의 센서 데이터(30₀, 30₁, 30₂, ……, 30_S)로 이루어지는 좌측 센서 어레이(10)의 센서 데이터군이고, 도면 부호 40은 1 윈도우분의 센서 데이터(40₀, 40₁, 40₂, ……, 40_S)로 이루어지는 우측 센서 어레이(20)의 센서 데이터군이다. 이들 중, 예컨대 센서 데이터(30₀)는 윈도우 폭 W에 상당하는 W개의 데이터(L_K, ……, L_K+W-1)로 이루어지고, 센서 데이터(40₀)는 동일하게 윈도우 폭 W에 상당하는 W개의 데이터(R_j,……, R_j+W-1)로 이루어져 있다. 여기서, k는 좌측 센서 어레이(10) 중의 선두 어드레스이고, j는 우측 센서 어레이(20)의 선두 어드레스이다.

그리고, 당초의 상태에서는, 좌우의 센서 데이터(30₀, 40₀)의 일치도를 비교한다. 다음에, 1개 이동하여 좌측 센서 어레이(10)의 센서 데이터(30₀)의 어드레스를 1개 외측으로 어긋나게 함으로써 센서 데이터(30₁)로 하고, 우측 센서 어레이(20)의 센서 데이터(40_O)의 어드레스는 그대로 센서 데이터(40₁)로 하여 좌우의 센서 데이터(30₁, 40₁)의 일치도를 비교한다.

그 다음, 1개 더 이동하여 좌측 센서 어레이(10)의 센서 데이터(30₁)의 어드레스는 그대로 센서 데이터(30₂)로 하는 한편, 우측 센서 어레이(20)의 센서 데이터(40₁)의 어드레스를 1개 외측으로 이동시킴으로써 센서 데이터(40₂)로 하여, 좌우의 센서 데이터(30₂, 40₂)의 일치도를 비교한다.

이와 같이, 이동할 때마다, 출력 데이터를 얻기 위한 좌우 센서 데이터의 한쪽의 어드레스를 교대로 외측으로 이동시키면서, 좌우 센서 데이터의 일치도를 비교하면서, 최종적으로 센서 어레이(10, 20)상의 기준 위치로부터의 변위량을 구하고 있다.

이러한 종류의 거리 측정 방법에서는 피사체가 원거리에 있을 때보다도 근거리에 있는 쪽이, 피사체가 센서 어레이상의 외측의 어드레스에 결상한다. 따라서, 근거리에 있는 피사체를 거리 측정하기 위해서, 상술과 같이 이동할 때마다 기준 어드레스로부터 1개씩 어드레스를 외측에 옮겨 가는 경우에는 이동량 S를 증가시킬 필요가 발생한다.

그런데, 이동량 S는 연산 회로의 IC 등과 같은 하드웨어에 의해서 결정되는 고정치이어서, 변경이 용이하지 않다. 또한, 가령 하드웨어의 변경이 가능하다고 하여도, 변위량을 검출하기 위한 데이터의 처리량이 많아지고, 그 결과 연산 시간이 길어지거나, IC의 책무가 증가하여 연산 능력의 증대에 의한 비용의 상승을 초래하는 등의 문제가 있었다.

한편, 일본 특허 공개 공보 소64-19314호에 개시된 바와 같이, 윈도우 중의 센서개수(윈도우 폭) W와 이동량 S는 다음의 관계를 충족시킬 필요가 있다.

(W+S/2)/W＜1.5 또는 S＜W

즉, 하드웨어(주로 그 비용의 문제) 뿐만아니라, 원리적으로도 이동량 S의 증대에 대해서는 부적합함이 발생한다.

여기서, 센서 개수 W를 증가시키지 않고서 이동량 S를 크게하기 위해서는 개개의 센서 사이의 피치 p를 크게 하는 것을 생각할 수 있지만, 이것에는 다음과 같은 문제가 있어 현실적이지 않다.

ⅰ) 거리 측정에 있어서 정밀도를 발휘하기 위해서는, 센서 개수 W를 어느 정도 다량으로 할 필요가 있다. 그 경우, 센서 피치 p가 크면, 도 11에 도시하는 바와 같이, 거리 pW와 결상 렌즈(예컨대, 좌측 센서 어레이(10)에 대응하는 결상 렌즈) (100)의 중심으로 이루어지는 삼각형에 의해서 결정되는 거리 측정 시야각 θ=2 tan^-1(PW/2f)가 지나치게 커진다. 또, f는 결상 렌즈(100)의 초점 거리이다. 이와 같이 거리 측정 시야각 θ가 지나치게 커지면, 시야각 내에 원근 양방의 피사 체 M_N, M_F가 혼재하게 되어 핀트를 맞추기 어렵게 된다고 하는 문제가 생긴다.

ii) 처음부터, 위상차(기준 위치로부터의 변위량)의 검출 정밀도는 센서 피치 p에 의존하고 있어, p를 크게 하는 것은 그대로 정밀도 저하에 직결된다.

또한, 센서 피치 p를 크게 하는 것은 일본 특허 공고 공보 평3-67203호 등에 개시된, 정면 이외의 경사 방향에 있는 피사체의 거리 측정도 가능한 방법, 소위 다점 거리 측정 방법과 공존시킬 수 없다. 즉, 센서 피치 p가 지나치게 크면, 피사체가 정면에 있을 때와 경사 방향에 있을 때의 어떤 경우도 동일한 센서상에 피사체 화상이 결상하는 사태도 발생할 수 있으므로, 변위량이 정확한 검출이 불가능하게 된다.

이와 같이 종래의 거리 측정 방법은 보다 근거리에 있는 피사체를 거리 측정하기에 부적합함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 연산 회로 등의 하드웨어를 변경하지 않고, 더구나 원리적인 부적합함을 발생되게 하는 일 없이 근거리에 있는 피사체의 거리 측정도 가능하게 한 거리 측정 방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 피사체의 원근에 따라서 센서 어레이상의 사용 영역을 단계적으로 바꾸는 것만으로 원거리에서 근거리까지의 피사체의 거리 측정을 행할 수 있는 거리 측정 방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 다점 거리 측정 방법과의 조합을 가능하게 한 거리 측정 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1 기재의 발명은 거리 측정 대상물인 피사체의 화상을 한쌍의 결상 렌즈를 통하여 제2 센서 어레이상에 각각 결상시키고, 이들 센서 어레이의 출력을 양자화한 디지털값에 기초하여 센서 어레이상의 기준 위치로부터의 피사체 화상의 변위량을 검출하고, 이 변위량과 결상 렌즈의 초점 거리 및 광축간 거리로부터 삼각 측량의 원리에 의해 피사체까지의 거리를 산출하는 거리 측정 방법에 관한 것이다. 그리고, 본 발명은 상기 변위량의 검출에 사용하는 센서 어레이상의 영역을 피사체가 근거리에 있을수록 상기 기준 위치보다도 외측의 영역에 설정하는 것이다.

실제의 거리 측정에서는 청구항 2 기재의 상기 변위량의 검출에 사용하는 센서 어레이상의 영역 사이의 거리를 오프셋량으로 하고, 이 오프셋량을 상기 영역내에서의 변위량에 가산하여 피사체가 근거리에 있을 때의 변위량을 산출한다. 그리고, 이 변위량을 사용하여, 삼각 측량의 원리에 의해 피사체까지의 거리를 산출한다.

청구항 3 기재의 발명은 상술한 청구항 1 또는 2 기재의 거리 측정 방법을 구체화한 것이다. 즉, 센서 어레이상에 설정되는 복수의 영역에 관해서, 어떤 영역의 종단의 어드레스와 그 외측의 별도의 영역의 선단의 어드레스가 연속하도록 영역을 설정하여 놓고, 피사체가 근거리에 있는 경우에, 사용 영역을 보다 외측의 영역으로 이동시키는 것이다.

이하, 도면에 따라 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은 본 실시 형태의 거리 측정 방법이 적용되는 수동 방식의 거리 측정 장치의 주요부를 도시한 단면도이다.

도 1에 있어서, 상기와 동일하게 도면 부호 10은 좌측 센서 어레이이고, 도면 부호 20은 우측 센서 어레이이며, 이들 센서 어레이(10, 20)는 IC칩(50)상에 형성되어 있다. 또, 도면 부호 60은 칩 유지부이다. 또한, 이 칩 유지부(60)의 윗쪽에는 렌즈 유지부(70)에 의해 유지된 좌우의 결상 렌즈(100, 200)가 배치되어 있다.

도 2는 본 실시 형태의 작용을 설명하기 위한 도면이고, 이해를 쉽게 하기 위해서 개념적으로 도시되어 있다.

도 2a에 있어서, M은 거리 측정 대상물인 피사체이고, L은 거리 측정 장치로부터 피사체 M까지의 거리이며, F는 결상 렌즈(100, 200)의 초점 거리(정수)이고, M1은 좌측 센서 어레이(10)상에 결상된 피사체 화상이며, M2는 우측 센서 어레이(20)상에 결상된 피사체 화상이고, B는 결상 렌즈(100, 200)의 광축간 거리(정수)이며, X1는 피사체 M이 무한 거리에 있다고 가정하였을 때의 센서 어레이(10)상의 화상 중심 위치와 실제의 화상 중심 위치와의 변위량(위상차)이고, X2는 마찬가지로 센서 어레이(20)상의 변위량이다.

도 2a로부터 명백하듯이, 삼각형(301, 311), 삼각형(302, 312)는 서로 유사하므로, 피사체 M까지의 거리 L은,

L= B·F/(X1+X2)

에 의해 산출할 수 있다.

가령, 도 2a와 같이 피사체 M이 비교적 원거리에 있는 경우에 비교해서, 도 2b와 같이 피사체 M이 근거리에 있는 경우에는 각 센서 어레이(10, 20) 상의 외측 부근에 피사체 화상(M1, M2)이 결상되어 각 기준 위치로부터의 변위량(X1', X2') 도 커진다.

따라서, 먼저 설명한 도 1에 있어서, 피사체 M이 원거리에 있는 경우와 동일한 표준 상태에서는, 각 센서 어레이(10, 20)상에서 결상 렌즈(100, 200)의 광축에 직교하는 위치 근방의 영역(10a, 20a)을 각각 변위량의 검출에 사용하여, 거리 측정 장치의 하드웨어에 의해서 결정되는 이동량으로부터 산출되는 근거리보다도 피사체 M이 가까이에 있는 경우에는, 변위량의 검출에 사용하는 영역을 기준 위치보다도 외측의 영역(10b, 20b)으로 이동한다. 이 때의 원래의 영역(10a, 20a)을 기준으로 한 오프셋량을 b로 한다.

동일하게 하여, 피사체 M이 더욱 가까이 있는 경우에는, 변위량의 검출에 사용하는 영역을 더욱 외측의 영역(10c, 20c)으로 이동한다. 이 때의 원래의 영역(10a, 20a)을 기준으로 한 오프셋량을 c로 한다.

이상과 같이 하여, 촬영자가 피사체 M이 가까이에 있다고 판단한 경우에는, 변위량의 검출에 사용하는 센서 어레이상의 영역을 외측으로 이동시키기 위한 조작을 행한다.

다음에, 이 거리 측정 방법을 실현하기 위한 거리 측정 장치의 구체적인 구성을 도 3∼도 6에 따라 설명한다.

도 3은 근거리에 있는 피사체의 거리 측정이 가능한 거리 측정 장치의 회로 구성도이다.

도면에 있어서, 도면 부호 800은 수동 방식의 거리 측정 장치 본체로서의 자동 초점 IC이고, 도면 부호 900은 자동 초점 IC(800)의 출력 신호로부터 근거리에 있는 대상물의 존재를 판별하는 MPU(마이크로 프로세싱 유닛)이며, 도면 부호 901은 MPU(900)내의 근거리 대상물 검출 수단이다.

자동 초점 IC(800)의 내부에 있어서, 도면 부호 10, 20은 전술한 좌측 센서 어레이 및 우측 센서 어레이이고, 도면 부호 501는 좌측 센서 어레이(10)에 대응하는 양자화부이며, 도면 부호 502는 우측 센서 어레이(20)에 대응하는 양자화부이다. 이들 양자화부(501, 502)는 모두 A/D 변환기 및 기억 장치(도시하지 않음)를 구비하고 있다.

도면 부호 503, 504는 후술하는 센서 데이터 출력 제어 회로(506)로부터의 센서 어드레스 신호를 디코드하여 양자화부(501, 502)에 대해 센서 마다의 어드레스를 부여하는 센서 어드레스 발생부이다.

또한, 도면 부호 505는 MPU(900)로부터의 직렬의 어드레스 신호 AD 중의 감도 선택 신호에 기초하여, 센서 어레이(10, 20)내의 증폭기의 이득을 전환하여 센서의 응답성을 바꾸는 기능을 가지는 감도 선택 회로이다.

센서 데이터 출력 제어 회로(506)는 MPU(900)로부터의 직렬의 어드레스 신호 AD 중의 동작 모드 신호(이 동작 모드에는 AF(자동 초점) 데이터 출력 모드와 센서 데이터 출력 모드의 두개의 모드가 있음)에 따라서, 어드레스 신호 AD에 포함되는 센서 어드레스 신호를, MPU(900)로부터의 독출 클록 RD·CLK에 동기시켜 센서 어드레스 발생부(503, 504)에 배분하고, 양자화부(501, 502)로부터의 양자화 데이터(센 서 데이터 즉, 상(像) 데이터)(31A, 41A)의 출력을 제어한다.

또한, 도면 부호 6은 거리 검출 회로이고, 평가 함수 계산 회로(61), 최소치 검출 회로(62), 보간 계산 회로(63)로 이루어진다. 도면 부호 64는 최소치 검출 회로(62)의 출력이 추가되는 신뢰도 계산 회로이고, 이 신뢰도 계산 회로(64)의 출력은 보간 계산 회로(63)로부터 출력되는 거리 데이터(9)와 함께 멀티플렉서(701)에 입력되고 있다. 또한, 상기 각 회로(61∼64)의 기능, 동작에 대해서는 후술한다.

또한, 도면 부호 601은 양자화부(501, 502)로부터 출력되는 센서별 화소 데이터(양자화 데이터 및 거리 검출 회로(6)의 연산 결과[거리 데이터(9)]로부터, 화상의 저 콘트라스트(contrast)라든가 평가 함수의 최소치가 발견되지 않는 등의 소정의 이상 상태를 검출하여, 이상 상태의 내용을 나타내는 디폴트 데이터(601a)를 출력하는 디폴트 검출 회로이다.

멀티플렉서(701)는 두개의 동작 모드, 즉 AF 데이터 출력 모드와 센서 데이터 출력 모드에 대응하여 자동 초점 IC(800)로부터 MPU(900)에 보내는 데이터 신호 DATA의 내용을 전환한다.

다음에, 도 4는 센서 어레이(10, 20)를 구성하는 센서의 기본 회로를 나타내고, 도 5는 이 기본 회로의 각 부의 동작 타이밍을 나타내고 있다.

도 4에 있어서, PD는 광전 변환 소자로서의 광다이오드이고, TR는 리셋 트랜지스터이며, CP는 용량 C의 전위 V와 소정의 기준 전위 Vref를 비교하는 비교기이다. 여기서, 용량 C는 광다이오드 PD의 접합 용량, 비교기 CP의 입력 용량 등으로 이루어진다. 또한, 먼저 감도 선택 회로(505)에 대하여 설명한 증폭기는 전위 (V-V_O)(단, V는 용량 C의 전위, V_O는 다음에 설명하는 전위 V의 초기화 전위)를 증폭하는 것으로 도시되어 있지 않다.

도 4의 기본 회로의 동작을 도 5을 참조하면서 설명한다.

광다이오드 PD에는 이 광다이오드가 수광하는 광 신호 P의 강도(즉 피사체 화상의 광다이오드 부분에서의 화소 농도)에 비례한 광전류 i가 흐른다. 동작의 초기에 MPU(900)는 센서 어레이(10, 20)의 모든 센서에 일제히 리셋 신호 Rs를 부여하고 리셋 트랜지스터 TR를 일시적으로 온시키고, 용량 C의 전위 V를 V_O로 초기화한다. 그 다음, 광전류 i는 용량 C로 축적(적분)되고, 전위 V가 상승하여 기준 전위 Vref에 도달하고, 비교기 CP의 출력을 반전한 인버터 INV의 출력으로서의 센서 응답 신호 τ는 「High」에서 「Low」로 전환된다.

또한, 리셋 신호 Rs가 해제된 시점으로부터 용량 C의 전위 V가 Vref에 복귀하기까지의 시간 ts는 이하의 수학식 1로 제공되고, 이것을 센서의 응답 시간으로 정의한다.

수학식 1

ts= C·(Vref-Vo)/i

각 센서의 용량 C의 전위 V가 Vref에 도달하는(즉, 각 센서가 응답하는) 타이밍을 나타내는(바꾸어 말하면, 센서의 응답이 있음을 나타내는) 센서 응답 신호 τ은 각각 다음단의 대응하는 양자화부(501, 502)로 스트로브 신호로서 제공된다. 또, 양자화부(501, 502)에서는, 도 6에서 후술하는 바와 같이, 모든 센서의 센서 응답 신호 τ중에 가장 빨리 발생하는 신호(바꾸어 말하면, 전 센서에 대해서의 비교기 CP의 출력의 논리합 신호에 해당하는 신호)로서의 센서 응답 최단 신호 τmin을 검출하지만, 이 신호 τmin은 별도로 MPU(900)에 보내어진다.

도 6은 양자화부(501, 502)의 주요부의 구성을 도시한 블록도이다.

도면에 있어서, S1∼Sn (도 10에 있어서의 L₁∼L_n, R₁∼R_n에 상당)은 각각 센서 어레이(10, 20)내의 n개의 센서를 도시하고, τ₁∼τ_n는 각 센서(S₁∼S _n)로부터 양자화부(501, 502)에 제공되는 상기 센서 응답 신호로서의 스트로브 신호이다.

이어서, 양자화부(501, 502)내에서, CG는 클록 발생기, CNT는 클록 발생기 CG가 출력하는 클록 Φ을 계수하는 카운터이다. 또한, LT1∼LTn은 각 센서(S₁∼S_n)에 대응하여 설치된 6∼8비트의 래치 회로(일종의 메모리)이고, 각각 자신에게 제공되는 상기 스트로브 신호의 타이밍에서의 카운터 CNT의 계수치를 래치한다.

클록 발생기 CG에서는 전술한 센서 응답 최단 신호 τmin의 발생의 타이밍으로부터 센서의 응답 시간 ts 중의 최단의 응답 시간 Ts를 측정하여, 우선 Ts/N (예컨대 N=128)의 주기를 가지는 기본 클록을 발생한다.

그리고, 더욱 이 기본 클록으로부터, 도시되어 있지 않은 ROM을 통해 예컨대 시간의 경과와 동시에 소정의 간격에 따라서 간격이 증가하는 클록 Φ을 생성한다.

이렇게하여 각 래치 회로(LT1∼LTn)에 래치된 카운터 CNT의 계수치는 각각 해당 래치 회로에 대응하는 센서의 응답시간 ts와 최단 응답 시간 Ts와의 차(ts- Ts)를 클록 Φ에서 계수한 것으로, 이 센서마다의 계수치가 각 센서(S1∼Sn)가 수광하는 광 신호 P의 강도에 대응한 디지털 데이터(양자화 데이터)가 된다. 이들 데이터가 도 3에서의 센서 데이터(상 데이터)(31A, 41A)에 해당한다.

이들 각 센서마다의 양자화 데이터(31A, 41A)는 AF 데이터 출력 모드에서는 MPU(900)로부터의 그 취지를 나타내는 어드레스 신호 AD와 독출 클록 RD·CLK에 기초하여 양자화부(501, 502)로부터 독출되어 도 3의 거리 검출 회로(6) 및 디폴트 검출 회로(601)에 보내어진다.

거리 검출 회로(6)에서는, 평가 함수 계산 회로(61)에 있어서 좌우의 센서 어레이(10, 20)중에 설정된 윈도우내의 대응하는 좌표에 위치하는 센서끼리의 화소데이터(양자화 데이터)에 기초한 평가 함수치를 윈도우를 이동시키면서 구한다.

상기 평가 함수는 좌우의 센서 데이터(상 데이터)의 일치도를 판정하기 위해 사용된다.

즉, 이 평가 함수는 좌우의 센서 어레이(10, 20) 중에 각각 설정된 윈도우내의 대응하는 좌표(어드레스)에 위치하는 센서끼리의 화소 데이터(양자화 데이터)의 차의 절대치를 윈도우내의 전화소에 대하여 가산한 것으로, 좌우의 윈도우를 순차 이동, 즉 좌측 윈도우는 좌측으로 이동시키고(따라서, 좌측의 상 데이터는 등가적으로 우측으로 이동되게 된다), 우측의 윈도우는 우측으로 이동(따라서, 우측의 상 데이터는 등가적으로 좌측으로 이동되게 된다)시키면서 평가 함수의 값을 조사하여, 그 값이 최소가 되었을 때에 좌우의 센서 데이터(상 데이터)가 일치하였다고 판정하고, 그 때의 기준 위치로부터의 변위량을 피사체까지의 거리 측정에 사용하 는 것이다.

이어서, 도 3의 최소치 검출 회로(62)에서는, 상기 평가 함수의 최소치를 구하고, 다음단의 보간 계산 회로(63)에서 평가 함수치가 최소가 될 때의 좌우의 윈도우에서의 기준 위치로부터의 변위량(X1, X2)(도 2a 참조)으로서의 거리 데이터(9)를 보간 계산을 가하여 구한다.

이렇게하여, AF 데이터 출력 모드에서는, 자동 초점 IC(800)로부터 MPU(900)에 대하여, 멀티플렉서(701)를 통해 독출 클록 RDㆍCLK에 동기하여, AF 데이터 즉 거리 검출 회로(6)로부터 출력되는 거리 데이터(9) 및 평가 함수치와, 디폴트 검출 회로(601)로부터 출력되는 전술한 디폴트 데이터(60la)로 이루어지는 데이터가 데이터 신호 DATA로서 전송된다.

대상물로의 보조광이 없을 때 센서 데이터 출력 모드에서는 MPU(900)로부터 출력된 어드레스 신호 AD에 기초하여 양자화부(501, 502)로부터 독출된 양자화 데이터(31A, 41A)가 직접, 멀티플렉서(701)를 통하여 데이터 신호 DATA로서 MPU(900)에 전송된다.

MPU(900)내의 근거리 대상물 검출 수단(901)은 자동 초점 IC(800)로부터 송신된 AF 데이터중의 거리 데이터가 적어도 소정 거리 이상에 대상물(피사체)이 존재하는 것을 나타내지 않고, 또한 센서 응답 최단 신호 τmin에서 구한 광센서의 최단 응답 시간 Ts가 소정 시간을 상회할 때에는 근거리에 대상물이 존재한다고 판별한다. 그리고, 좌우의 센서 어레이(10, 20)에서의 외측의 영역을 사용하여 거리 측정을 행하도록, 센서의 어드레스를 지정한다.

또한 대상물로의 보조광이 있는 경우, 상기 최단 응답 시간 Ts 이 별도로 정해진 다음의 소정 시간보다 낮으면 근거리에 대상물이 있는 것으로 판별한다.

또한, 도 1에서는, 피사체의 원근에 따라서 센서 어레이(10, 20)상의 사용 영역을 10a, 10b, 10c, 20a, 20b, 20c 와 같이 이산적으로 설정하고 있지만, 도 7에 도시한 영역 10₁, 10₂, …… 10_m, 20₁, 20₂, …… 20_m(m은 영역의 분할수)과 같이 각 영역의 어드레스가 연속하도록 분할하는 것이 바람직하다. 여기서, 편의상 영역 10₂, 20₂ 의 조합은 표준적인 조합이고, 각각 결상 렌즈(100, 200)의 광축과 직교하거나, 영역 10₂, 20₂ 사이의 물리적 거리(길이)가 2개의 결상 렌즈(100, 200)의 광축간 거리와 거의 동일한 것으로 되어 있다. 무한 거리의 피사체는 이 조합으로 검출된다.

다음에, 피사체까지의 거리를 측정할 때의 전제가 되는 좌우의 센서 데이터(상 데이터)의 일치도를 판정하기 위한 처리, 구체적으로는 평가 함수의 취급에 대하여 여러가지 예를 설명한다.

(1) 제1의 예로서, 도 7에서의 영역(10₂, 20₂)의 조합으로 이 때의 평가 함수 f(i)를 구한다. 다음에 외측의 영역(10₃, 20₃), 더욱 외측의 영역(10₄, 20₄) 등의 조합으로 f(i)의 최소치가 검출될 때까지 동일한 처리를 순차적으로 되풀이하여 간다.

지금, 가령 영역(10_j, 20_j)의 조합으로 평가 함수 f(i)가 최소치라고 하면, 이 때의 기준 위치로부터의 변위량(X1, X2)에 기초하여 피사체까지의 거리를 산출할 수 있다.

또한, 가장 외측의 영역(10_m, 20_m)까지 처리를 종료하더라도 f(i)의 최소치가 검출되지 않은 경우(평가 함수치가 어느 쪽이든 동일한 단조 증가나 단조 감소, 극치를 갖지 않는 경우)는 이상 종료하였다는 취지의 신호를 외부에 출력한다.

(2) 제2의 예로서, 어떤 영역(10_k, 20_k)의 조합에 있어서 평가 함수 f(k)의 최소치가 검출된 경우에, 나아가서 피사체까지의 거리 데이터의 신뢰도를 검증하는 방법을 생각할 수 있다.

즉, 피사체가 저 콘트라스트이거나, 좌우의 센서 어레이의 수광 광량에 불균형이 있으면, 평가 함수가 최소라도 거리 데이터의 신뢰도가 낮아지는 경우가 있는 것이 실측정으로부터 판명되어 있기 때문에, 신뢰도를 검증하는 것이 유효하다.

신뢰도의 검증 방법으로는,

(a) 최소치를 취하는 평가 함수와 해당 평가 함수에 인접한 2개의 평가 함수로부터, 천이 그래프의 밸리값(골짜기 값)과 천이 그래프의 경사의 비를 구하고, 해당 비의 값을 소정치와 비교하여 거리 데이터의 신뢰도를 검증하는 방법,

(b) 최소치를 취하는 평가 함수와, 해당 평가 함수에 인접한 2개의 평가 함수와, 또한 상기 2개의 평가 함수 중 어느 하나에 인접한 1개의 평가 함수로부터, 천이 그래프의 밸리값과 천이 그래프의 경사의 비를 구하여, 해당 비의 값을 소정치와 비교하여 거리 데이터의 신뢰도를 검증하는 방법이 있다.

이들 신뢰도의 검증은 도 3에서의 신뢰도 계산 회로(64)에 의해서 실행된다.

이하, 상기 (a), (b)의 신뢰도 검증 방법을 설명한다.

도 8 및 도 9는 출력 데이터를 얻는 센서(화소)를 1개씩 어긋나게 한 특정 범위에 있어서 평가 함수를 구한 결과를 도시한 도면(이하, 평가 함수의 천이 그래프라고 칭함)이다. 여기서, q는 평가 함수가 몇번째인가를 나타내는 정수치이다.

y₁은 평가 함수의 최소치를 나타내고, y_-1, y₀, y₂, y₃은 y₁를 갖는 특정 범위에 인접한 특정 범위에서의 평가 함수치를 나타내고 있다.

도 8은 y₀> y₂인 경우, 도 9는 y₀≤y₂인 경우이다.

상기 (a)의 방법에서는, y₁와 그것에 인접하는 y₀, y₂를 사용하여, 평가 함수의 천이 그래프의 밸리값(골짜기 값)과 그 경사와의 비 A를 이하의 수학식 2에 의해 구한다.

수학식 2

ㆍ y₀>y₂ 인 경우

A=(2y₁+y₂-y₀)/(y₀-y₁)

ㆍ y₀≤y₂ 인 경우

A=(2y₁+y₀-y₂)/(y₂-y₁)

여기서, 평가 함수의 천이 그래프의 밸리값이란 예컨대 도 8에 있어서 점(q-1, y₀)와 점(q, y₁)을 연결한 직선과, 이 직선과 y축에 대하여 대칭인 경사를 갖는 점(q+1, y₂)을 지나는 직선과의 교점이다.

상기 (a) 방법에서는, 예컨대 도 8에 있어서 점(q-1, y₀)와 점(q, y₁)을 연결한 직선의 경사의 절대치와, 점(q+1, y₂)과 점(q+2, y₃)을 연결한 직선의 경사의 절대치는 거의 동일한 것으로 근사한다.

이렇게하여 구한 비 A의 값이 1이상인 경우에는, y₁에 인접하는 평가 함수의 값에 관계 없이, 거리 데이터의 신뢰성은 낮아지는 것이 실험적으로 얻어졌다. 이 때문에, 해당 영역(10_k, 20_k)의 조합에서의 평가 함수 f(k)의 최소치를 기각하고, 다음 영역(10_k+1, 20_k+1)의 조합으로 진행하여 동일한 처리를 한다.

또한, 비 A의 값이 1미만인 경우에는 거리 데이터의 신뢰성이 높다고 판단하고, 그 때의 평가 함수의 최소치를 기초로 좌우의 센서 데이터의 일치도가 높다고 판단하여, 도 2a의 변위량(X1, X2)에 기초하여 피사체까지의 거리를 구한다.

또한, 상기 (b)의 방법에서는, y₁, y₀, y₂와, 추가로 y_-1 또는 y₃를 사용하여, 평가 함수의 천이 그래프의 밸리값과 그 경사의 비 A'를 이하의 수학식 3에 의해 구한다.

수학식 3

·y₀>y₂ 인 경우

A'=2×(y_o×y₃-y₁×y₂)/(y₃-y₂-y₁+y₀)²

·y₀≤y₂ 인 경우

A'=2×(y_-1×y₂-y₀×y₁)/(y₂-y₁-y₀+y_-1)²

(b)의 방법은 (a)의 방법과 다르고, 예컨대 도 8에 있어서 점(q-1, y₀)과 점(q, y₁)을 연결한 직선의 경사의 절대치와, 점(q+1, y₂)과 점(q+2, y ₃)을 연결한 직선의 경사의 절대치와는 다른 것으로서, 천이 그래프의 밸리값을 구한다. 또한, A'을 구할 때의 천이 그래프의 경사는 상기 쌍방의 직선의 경사의 절대치의 평균으로 한다.

상기 수학식 3에 있어서, A'의 값이 1이상인 경우에는 y₁에 인접하는 평가 함수의 값에 관계 없이 거리 데이터의 신뢰성이 낮은 것이 실험적으로 얻어졌다. 이 때문에, 해당 영역(10_k, 20_k)의 조합에서의 평가 함수 f(k)의 최소치를 기각하고, 다음 영역(10_k+1, 20_k+l)의 조합으로 진행하여 동일한 처리를 행한다.

비 A의 값이 1미만인 경우에는 (a)의 방법과 동일하게 거리 데이터의 신뢰성이 높다고 판단하고, 그 때의 평가 함수의 최소치를 기초로 좌우의 센서 데이터의 일치도가 높다고 판단하고, 도 2a의 변위량 X1, X2에 기초하여 피사체까지의 거리를 구한다.

(3) 제3의 예는, 영역(10₁, 20₁)의 조합, 영역(10₂, 20₂)의 조합, ……, 영역(10n, 20n)의 조합과 같이, 모든 조합에 관하여 그 때마다, 전술한 방법 (2)의 (a) 또는 (2)의 (b)에 의한 신뢰도 검증을 행하여, 가장 신뢰도가 높을 때의 변위량(X1, X2)에 기초하여 피사체까지의 거리를 구하는 것이다.

이와 같이, 평가 함수에만 착안하여 좌우의 센서 데이터의 일치도를 판정할 뿐만 아니라, 추가로 거리 데이터의 신뢰도를 가미함으로써 거리 측정 정밀도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명은 센서 피치를 크게 하여 근거리의 피사체를 거리 측정하는 방법이 아니기 때문에, 일본 특허 공고 공보 평3-67203호에 기재된 거리 측정 장치와 같이 정면 이외의 경사 방향에 있는 피사체까지의 거리를 측정하는 다점 거리 측정 방법과 조합하는 것이 가능하고, 그 경우에는 본 발명에 의해 정면의 피사체를 거리 측정하는 방법과 경사 방향에 있는 피사체를 거리 측정 하는 방법을 바꿔 사용하면 좋다.

이상의 본 발명에 따르면, 카메라 등의 거리 측정 장치에 적용되는 수동 방식의 거리 측정 방법에 있어서, 하드웨어의 변경을 수반하는 일없이 원거리에서 근거리까지의 거리 측정을 간단히 행할 수 있다.

즉, 센서 어레이상의 유효 영역을 기준 위치로부터 외측으로 이동시키는 동작은 소프트 웨어에 의해 용이하게 실현가능하기 때문에, 본 발명은 큰 비용의 증가를 수반하는 일 없이 광범위한 거리 측정이 가능하다.

또한, 거리 데이터의 신뢰도를 검증하는 기능을 부가하면, 거리 측정 정밀도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 거리 측정 대상물인 피사체의 화상을 한쌍의 결상 렌즈를 통하여 제1 및 제2 센서 어레이상에 각각 결상시키는 단계와, 이들 센서 어레이의 출력을 양자화한 디지털값에 기초하여 센서 어레이상의 기준 위치로부터의 피사체 화상의 변위량을 검출하는 단계와, 이 변위량과 결상 렌즈의 초점 거리 및 광축간 거리로부터의 삼각 측량의 원리에 의해 피사체까지의 거리를 산출하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법에 있어서,

   센서 어레이상에 복수의 영역을 설정하고, 상기 변위량의 검출에 사용하는 영역을 피사체가 근거리에 있을수록 상기 기준 위치보다도 외측에 있는 영역으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 변위량의 검출에 사용하는 영역 사이의 거리를 오프셋량으로 하고, 이 오프셋량을 상기 영역내에서의 변위량에 가산하여 피사체가 근거리에 있을 때의 변위량을 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변위량의 검출에 사용하는 영역을 각 영역 사이에서 어드레스가 연속하도록 센서 어레이상에 설정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.

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