JP3035370B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号光を投射し、か
つ、その反射信号光を受光することにより、被写体まで
の距離を測定する、自動焦点カメラなどに好適なアクテ
ィブ方式の測距装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動焦点カメラなどにおいて、被写体に
信号光を投射し、かつ、被写体により反射されるその信
号光を受光して、三角測量の原理により被写体までの距
離を測定する、いわゆるアクティブ方式の測距装置は、
従来から広く使用されている。

【０００３】また、たとえば特公昭５４−３９７３１号
公報、特開昭６０−１９１１６号公報などに示されるよ
うに、受光手段として２分割された１対のシリコン・フ
ォトセル（ＳＰＣ）などを用いて、可動部なしに測距可
能な測距装置も広く実用化されるようになっている。

【０００４】従来のアクティブ測距装置を図９に示す。
発光素子２１からの信号光は、絞り２２により所定の光
量に絞られた後、投光レンズ２３により距離Ｌ２点に集
束されるようになっている。被写体２４がＬ２点に存在
する場合は、発光素子２１からの信号光は、被写体２４
によって反射され、受光レンズ２５、絞り２６を介して
受光センサ２７上のスポット位置ｃに結像される。

【０００５】同様に、被写体２４がＬ１（近距離）の位
置に存在する場合は受光センサ２７上のスポット位置ｎ
に、更に、被写体２４がＬ３（遠距離）の位置に存在す
る場合は受光センサ２７上のスポット位置ｆに結像され
る。

【０００６】この受光センサ２７上のスポット位置ｎ，
ｃ，ｆを検出し、これを演算することによって被写体ま
での距離を求める。なお、受光レンズ２５の焦点位置
（受光センサ２７上でシャープに結像する距離）はＬ２
に調整してあるものとする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
測距装置において、受光センサ２７上に結像するスポッ
ト像を図１０に示す。同図に示すように、受光レンズ２
５の焦点距離が被写体距離Ｌ２の位置においてスポット
像Ｃとしてシャープに結像するように構成されているた
めに、被写体がＬ１あるいはＬ３に存在する場合には、
Ｌ１，Ｌ３がＬ２から離れるに従って、受光センサ２７
上のスポット像がＮあるいはＦのようにボケて大きくな
ってしまう。この時の受光センサ２７上のスポット像の
重心位置に対する測距データは、図１１の従来の被写体
までの距離と測距データとの関係を示す図に示すよう
に、本来なら点線のように直線性を保っていればよい
が、スポット像がボケて受光センサ２７から外れてくる
と、距離の変化に対して重心位置が動かなくなり、実線
で示すように直線性が失われるようになる。

【０００８】撮影レンズの焦点距離が望遠側にも伸びて
くると、測距装置の測距能力もより広範囲に必要となる
が、遠距離側の曲がりにより必要な測距精度が得られ
ず、従って、測距能力が満足できなくなっていた。ま
た、近距離側の測距精度も、近距離側の曲がりのために
不適正なものとなり、撮影してもボケた写真になった
り、あるいは、ボケを防止するためには、至近警告範囲
を遠くせざるを得なくなっていた。

【０００９】また、特開昭５９−１９５６３１号公報に
おいて、通常撮影モードと近接撮影モードを測距結果に
基づいて自動的に切り換える技術が開示されている。

【００１０】しかし、この場合受光レンズは、通常撮影
時に測距するための主レンズ部と、マクロ撮影時の補助
レンズ部とに分けられ、測距距離に基づいて、マスクが
２つの受光レンズの内のいずれかの受光レンズを覆うと
いう方式を採用しているために、１つの受光センサの同
一信号時においても、通常撮影時とマクロ撮影時で別々
の被写体距離となるので、撮影レンズに別のマクロレン
ズを挿入しなければならず、構造が複雑でカメラ本体も
大きくなるなど、煩わしいものであった。その上、各々
の光学系による受光センサ上のスポット位置と被写体距
離との関係を別々に設定し、かつ、調整補正を行わなけ
ればならず、量産性を損なうものとなっていた。更に、
マクロ撮影時の受光レンズにおいては、その範囲内でス
ポット像のボケや大きさについて考慮されておらず、同
様に近距離側曲がりの問題が発生していた。

【００１１】 本発明は、以上の事情に鑑みなされたも
ので、測距能力・測距精度を向上させると共に、所定の
測距特性に保たれる第１の距離から該第１の距離とは異
なる第２の距離までの所定の範囲では無用なスポット像
可変の為の動作は行わず、測距動作時間を短縮させるこ
とのできる測距装置を提供できるものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
めに、本発明は、投光スポット像を対象物に向けて投光
する投光手段と、該投光手段から投光された前記投光ス
ポット像の対象物による反射光を受光スポット像として
受光する受光手段とを備え、該受光手段からの受光信号
により対象物までの距離を検出する測距装置において、
対象物までの距離に応じて、前記投光手段が投光する投
光スポット像と前記受光手段が受光する受光スポット像
の少なくともいずれか一方の大きさを変化させるスポッ
ト像可変手段と、対象物までの距離が所定の測距特性に
保たれる第１の距離から該第１の距離とは異なる第２の
距離までの所定の範囲内にある場合には、前記スポット
像可変手段を作用させない不作用手段とを有し、対象物
までの距離が所定の測距特性に保たれる第１の距離から
該第１の距離とは異なる第２の距離までの所定の範囲内
にある場合は、無用となるスポット像可変動作は行わず
に測距動作時間の短縮化を図り、対象物までの距離が前
記所定の範囲外の場合、換言すれば、前記受光手段から
受光スポット像の一部が外れるような場合は、前記受光
手段から受光スポット像が外れないようにする為にスポ
ット像可変の為の動作を行い、前記所定の測距特性を保
てるようにしている。

【００１３】

【００１４】

【発明の実施例】図１は、本発明の前提となる構成の測
距装置を示すブロック図である。

【００１５】マイクロコンピュータ１は、投光回路２に
制御信号を発出し、また、測距演算回路３より制御信号
を受信して被写体距離に換算し、この測距データを基
に、本発明のスポット像調節手段に相当する投光光学系
駆動手段４及び受光光学系駆動手段５に制御信号を発出
して、投光像及び受光像の大きさとボケ量を変化させ
る。

【００１６】投光回路２は、マイクロコンピュータ１よ
り制御信号を受け、発光素子６により被写体７に所定光
量で所定波長の信号光を投射する。投光光学系８は、発
光素子６からの信号光を集束させる。投光光学系駆動手
段４は投光光学系８の焦点距離や絞りなどを変化させ
て、発光素子６からの信号光の集束距離を変化させる。

【００１７】受光光学系９は、被写体７からの反射光を
２分割シリコン・フォトセル（ＳＰＣ）或いは半導体位
置検出素子（ＰＳＤ）などの受光センサ１０上に結像さ
せる。測距演算回路３は受光センサ１０からの出力を演
算し、被写体距離としてマイクロコンピュータ１に伝達
する。受光光学系駆動手段５は受光光学系９の焦点距離
や絞りを変化させて、所定距離の被写体７からの反射光
を受光センサ１０上に結像させる。

【００１８】図２（ａ）は、図１の測距装置において、
受光光学系９の制御により受光像のスポット光の大きさ
を変化させるスポット像調節手段の一例を示す図であ
り、図２（ａ）では、受光レンズ１１を光軸方向に前後
に移動させることによって、被写体７からの反射光を受
光センサ１０上に結像させる集束距離を変化させる。結
像する所定距離を遠くしようとする場合は、モータ１２
に通電してギア１３を回転させ、受光レンズ１１と一体
化された支持部１４を左側に移動させる。なお、この時
の初期位置及びモータ１２の回転量は、不図示の受光レ
ンズ位置検出回路により検出される。

【００１９】また、結像する所定距離を近くしようとす
る場合には、モータ１２に逆方向の電流を通電し、受光
レンズ１１を右側に移動させる。

【００２０】図２（ｂ）は、測距装置において、受光レ
ンズ１１の代わりに受光センサ１０を光軸方向に前後に
移動させることにより、被写体７からの反射光を受光セ
ンサ１０上に結像させる集束距離を変化させ、受光像の
スポット光の大きさを変化させるスポット像調節手段の
他の例を示す図である。この場合には、図２（ａ）に示
す例とは移動させる受光センサ１０の駆動方向は逆とな
り、結像する所定距離を遠くしようとする時は受光セン
サ１０を右側に移動させ、また、近くしようとする時に
は受光センサ１０を左側に移動させる。

【００２１】図２（ｃ）は、図１の測距装置において、
受光レンズ１１と受光センサ１０との間に、受光光学系
９の一部として固定絞り１５を挿入し、その位置を前後
に移動させることで擬似的に絞り口径を変化させて、ス
ポット光のボケ量を変えるようにした、受光光学系９の
制御により受光像のスポット光を変化させるスポット像
調節手段の他の例を示す図である。この場合は、結像す
る所定距離を遠距離側に合わせておき、被写体が近距離
側に近づくにつれて絞り１５を左側に移動させれば、絞
り口径は実効的に小さくなり、ボケ量は減少する。な
お、近距離側では反射光の力（光量）が遠距離側より大
きいので、多少絞っても測距精度にそれ程影響を生じな
い。

【００２２】図３（ａ）は、図２（ｃ）の例と同様に、
図１の測距装置において、受光レンズ１１と受光センサ
１０との間に、受光光学系９の一部として可変絞り１６
を挿入し、その絞り口径を直接変化させることによって
ボケ量を変えるようにした、受光光学系９の制御により
受光像のスポット光の大きさを変化させるスポット像調
節手段の他の例を示す図である。この場合も結像する所
定距離を遠距離側に合わせておき、被写体が近づくにつ
れて可変絞り１６の絞り口径を小さくすることでボケ量
を減少させる。

【００２３】図３（ｂ）は、図１の測距装置において、
受光レンズ１１の光軸に垂直方向に均一に力を加えて、
受光レンズ１１の焦点距離を変化させることで、受光セ
ンサ１０上のスポット像のボケ量を変えるようにした、
受光光学系９の制御により受光像のスポット光の大きさ
を変化させるスポット像調節手段の他の例を示す図であ
る。結像する所定距離を長くしようとする場合には、受
光レンズ１１の遠心方向に力を加え、球面をなだらかに
してスポット像のボケ量を小さくする。また、逆に結像
する所定距離を短くしようとする場合には、受光レンズ
１１の求心方向に力を加え、球面をきつくしてスポット
像のボケ量を小さくする。

【００２４】図３（ｃ）は、図３（ｂ）の例と同様に、
図１の測距装置において、受光レンズ１１の焦点距離を
変化させ、受光センサ１０上のスポット像のボケ量を小
さくするようにした、受光光学系９の制御により受光像
のスポット光の大きさを変化させるスポット像調節手段
の他の例を示す図であり、受光レンズ１１に電圧を加
え、それにより受光レンズ１１の屈折率を変化させて焦
点距離を変えようとするものである。

【００２５】図２および図３は、受光スポット像のボケ
量を減少させる例であるが、図４および図５に示すよう
に、図２および図３における受光センサ１０を発光素子
６に、また、受光レンズ１１を投光レンズ１６にそれぞ
れ置き換えることにより、そのまま、測距装置において
投光光学系８あるいは発光素子６の制御により投光像の
スポット光の大きさを変化させるスポット像調節手段の
各例とすることができる。

【００２６】 図６は、図１の測距装置において、受光
光学系９の制御により受光像のスポット光の大きさを変
化させる例の測距動作を説明するフローチャートであ
る。ここでは、投光光学系８は固定し、図２（ａ）に示
す、受光光学系９の受光レンズ１１を光軸方向に動かす
ことによって被写体７からの反射光を受光センサ１０上
に結像させる集束距離を変化させて、スポット像のボケ
量を減少させるスポット像調節手段を有する例について
説明する。

【００２７】先ず、ステップ１で、不図示の受光レンズ
位置検出手段により受光レンズ１１が初期位置にあるか
が検出判断され、もし受光レンズ１１が初期位置にない
場合には、ステップ２で、それを初期位置に戻すように
モータ１２を回転させる。

【００２８】ステップ３で、マイクロコンピュータ１は
投光回路２に所定光量、所定波長での点灯開始を指示
し、発光素子６が投光を開始する。この投射光は投光光
学系８を介して被写体７に投射され、ステップ４で、そ
の反射光が受光光学系９を介して受光センサ１０上にス
ポット像を結像される。

【００２９】受光センサ１０はスポット位置に応じて信
号を出力し、ステップ５で、その信号を測距演算回路３
により被写体距離に相当する信号に変換してマイクロコ
ンピュータ１に伝達し、測距演算を行う。

【００３０】ステップ６では、ピントを合わせてある受
光レンズ１１の初期位置と測距データによる位置とを減
算し、どちらの方向にどれだけ受光レンズ１１を移動さ
せれば、スポット像のボケ量が最小になるかを演算す
る。

【００３１】ステップ７では、この量が実際に受光レン
ズ１１を移動させられる範囲の移動量かを判定し、最大
移動量を超えている場合には、ステップ８で、最大移動
量に再設定し、ステップ９で、受光レンズ１１を所定方
向に所定量動かして、スポット像のボケ量を小さくす
る。

【００３２】ステップ１０で、再び投光を開始し、ステ
ップ１１で、被写体からの反射光を受光し、ステップ１
２で測距演算を行い、被写体７までの距離を求める。

【００３３】ステップ１３で、この値を正規の被写体距
離として確定し、マイクロコンピュータ１内の所定のラ
ンダム・アクセス・メモリ領域１ａに格納する。そし
て、ステップ１４で、受光レンズ１１を初期位置に戻し
て、一連の測距動作を終了する。

【００３４】 図７は、図１の測距装置において、受光
光学系９の制御により受光像のスポット光の大きさを変
化させる例の、被写体までの距離と測距データとの関係
を示す図である。スポット像のボケを考慮していない従
来の測距装置において被写体７の距離を変えていくと、
スポット像は図７のＡ−Ｂ間では受光センサ１０内に乗
ることから、この範囲ではほぼ直線性が保たれるが、被
写体７がそれよりも近い時と遠い時には、スポット像の
一部が受光センサ１０から外れ、像の重心がズレてしま
う（点線で表示）。

【００３５】しかるに、図１の測距装置によれば、近距
離側及び遠距離側ともスポット像がシャープに受光セン
サ１０上に結像されることから、物理的に可能な領域で
あるＡ′−Ｂ′間まで直線性が保たれる（実線で表
示）。

【００３６】 図８は、本発明の一実施例の動作を示す
フローチャートであり、測距装置としての構成は図１に
示されるものと同様である。本実施例は図１の測距装置
において、受光光学系９の制御により受光像のスポット
光の大きさを変化させるものである。図７に示すよう
に、スポット像のボケを考慮していない従来の測距装置
であっても、Ａ−Ｂ間ではほぼ直線性が保たれるので、
撮影時のシャッターのレリーズ・タイムラグ短縮のため
に、図８のフローチャートにより説明する動作では、測
距した結果が図７のＡ点より近い場合及びＢ点より遠い
場合にのみ受光レンズ１１を移動させ、測距した結果が
Ａ点〜Ｂ点にある場合には受光レンズ１１は移動させな
いようにする。

【００３７】まず、ステップ２１で、受光レンズ１１が
初期位置にあるかを判断し、もし、初期位置にない場合
には、ステップ２２で、それを初期位置に戻すようモー
タ１２を回転させ、ステップ２３で投光を開始し、ステ
ップ２４で被写体７からの反射光を受光し、ステップ２
５で測距演算を行う。そして、演算結果が所定距離Ｂよ
り遠い場合（ステップ２６）か、あるいは、所定距離Ａ
より近い場合（ステップ２７）には、ステップ２８で、
その距離データと受光レンズ１１の初期位置との差をと
って、受光レンズ１１をどちらの方向にどれだけ移動さ
せればよいかを演算する。ステップ２９で、その移動量
が移動可能範囲を超えているかどうかを判断し、移動可
能範囲を超えている場合には、ステップ３０で、最大移
動量に再設定し、ステップ３１で受光レンズ１１を移動
させる。

【００３８】次に、再び、ステップ３２で投光し、ステ
ップ３３で反射光を受光し、ステップ３４で測距演算し
て被写体距離を求め、ステップ３５で、これを真の測距
データとしてマイクロコンピュータ１のランダム・アク
セス・メモリ領域１ａに記憶させる。そして、ステップ
３６で受光レンズ１１を初期位置に戻して、測距動作を
終了する。

【００３９】ステップ２５で最初に測距した結果が所定
距離Ｂより近く、かつ、所定距離Ａより遠い場合（ステ
ップ２７）には、スポット像は受光センサ１０の端面か
ら外れずに直線性が保たれ、従って測距精度に問題はな
いので再測距は行わず、ステップ３５で、最初の測距デ
ータをそのまま真の測距データとしてマイクロコンピュ
ータ１のランダム・アクセス・メモリ領域１ａに記憶す
る。

【００４０】以上、図６及び図８のフローチャートによ
り、受光レンズ１１のボケ量を減少させる測距動作につ
いて説明したが、これらの場合の受光レンズ１１を投光
レンズ１６に、受光センサ１０を発光素子６にそれぞれ
置き換えることで、図４または図５に示すように、投光
光学系８あるいは発光素子６における同様の制御によ
り、被写体７に投光するスポット像の大きさを小さくし
て、これによっても同様の効果が得られる。更に、これ
らを併用し、被写体の距離に応じて、投光するスポット
像を小さくすると共に、受光センサ１０上のボケ量を減
少させる相乗効果により、測距装置の近距離側及び遠距
離側の測距精度をより一層改善することができる。

【００４１】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、測距能力・測距精度を向上させると共に、所定の測
距特性に保たれる第１の距離から該第１の距離とは異な
る第２の距離までの所定の範囲では無用なスポット像可
変の為の動作は行わず、測距動作時間を短縮させること
ができる測距装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となる構成のものであると共に、
本発明の一実施例である測距装置を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の測距装置における受光スポット像調節手
段の例を示す図である。

【図３】同じく測距装置における受光スポット像調節手
段の他の例を示す図である。

【図４】同じく測距装置における投光スポット像調節手
段の他の例を示す図である。

【図５】同じく測距装置における投光スポット像調節手
段の他の例を示す図である。

【図６】同じく測距装置において、受光光学系の制御に
より受光スポット像の大きさを変化させる実施例の測距
動作を示するフローチャートである。

【図７】同じく測距装置において、受光光学系の制御に
より受光スポット像の大きさを変化させる実施例の、被
写体までの距離と測距データとの関係を示す図である。

【図８】本発明による測距装置において、受光光学系の
制御により受光スポット像の大きさを変化させる本発明
の一実施例の測距動作を説明するフローチャートであ
る。

【図９】従来のアクティブ測距装置の一例を示す図であ
る。

【図１０】従来の測距装置の受光センサ上のスポット像
を示す図である。

【図１１】従来の測距装置の被写体までの距離と測距デ
ータとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１ マイクロコンピュータ ２ 投光回路 ３ 測距演算回路 ４ 投光光学系駆動手段 ５ 受光光学系駆動手段 ６ 発光素子 ７ 被写体 ８ 投光光学系 ９ 受光光学系 １０ 受光センサ １１ 受光レンズ １２ モータ １３ ギア １４ 支持部 １５ 固定絞り １６ 可動絞り １７ 投光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/00 - 3/32 G02B 7/11

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光スポット像を対象物に向けて投光す
   る投光手段と、該投光手段から投光された前記投光スポ
   ット像の対象物による反射光を受光スポット像として受
   光する受光手段とを備え、該受光手段からの受光信号に
   より対象物までの距離を検出する測距装置において、対
   象物までの距離に応じて、前記投光手段が投光する投光
   スポット像と前記受光手段が受光する受光スポット像の
   少なくともいずれか一方の大きさを変化させるスポット
   像可変手段と、対象物までの距離が所定の測距特性に保
   たれる第１の距離から該第１の距離とは異なる第２の距
   離までの所定の範囲内にある場合には、前記スポット像
   可変手段を作用させない不作用手段とを有することを特
   徴とする測距装置。