(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に対し測定光を投光する投光手段と、
前記投光手段の光軸と直交する同一平面上にあり前記投光手段と第１の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する第１の受光手段と、
前記平面上にあり前記第１の受光手段と前記投光手段に対して垂直な位置であって当該投光手段を中心に９０°ずれた位置に前記第１の基線長よりも短い第２の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する第２の受光手段と、
前記基線長に基づき前記第１の受光手段の出力から被写体までの距離を演算する演算手段と、
前記演算手段の出力から撮影レンズの繰り出し量を制御する撮影レンズ制御手段とを備え、
前記演算手段は前記第１および第２の受光手段の出力が共に所定レベル以上の場合にはこれらから被写体距離を演算する手段と、かつ前記第２の受光手段の出力のみが所定レベル以上の場合には被写体が至近にあるものと判断する手段と、かつ前記第１の受光手段の出力のみが所定レベル以上の場合にはエラーと判断する手段と、かつ前記第１および第２の受光手段の出力が共に所定レベル以下の場合には被写体が無限遠にあるものと判断する手段とからなることを特徴とするカメラ用測距装置。
【請求項２】
前記演算手段がエラーと判断した場合に撮影者に対して警告を発する警告手段を有することを特徴とする請求項１のカメラ用測距装置。
【請求項３】
被写体に対し測定光を投光する投光手段と、
前記投光手段の光軸と直交する同一平面上にあり前記投光手段と第１の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する第１の受光手段と、
前記平面上にあり前記第１の受光手段と前記投光手段に対して垂直な位置であって当該投光手段を中心に９０°ずれた位置に前記第１の基線長よりも短い第２の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する２次元受光素子である第２の受光手段と、
前記基線長に基づき前記第１の受光手段の出力から被写体までの距離を演算する演算手段と、
前記演算手段の出力から撮影レンズの繰り出し量を制御する撮影レンズ制御手段とを備え、
前記演算手段は前記第２の受光手段の前記第１の基線長方向における出力のみが所定レベル以上の場合には当該第２の受光手段の前記第２の基線長方向における出力から被写体距離を演算することを特徴とするカメラ用測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、カメラなどの測距装置、さらに詳しくは被写体にスポット状の光束を投射し、被写体からの反射光を位置検出素子で受光して被写体までの距離情報を得るいわゆるアクティブ式のカメラ用測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図９のような一組の投光素子と受光素子の組み合わせを用いたいわゆるアクティブ式のさまざまな測距装置が提案されている。とりわけ、近赤外投光素子（以下ＩＲＥＤと略す）と半導体位置検出素子（以下ＰＳＤと略す）を使用した測距装置は広く利用されている。ところが、ＩＲＥＤによって投射された投光ビームの一部しか被写体によって反射されなかった場合（以下このような状態を「ビーム欠け」と略す）、ＰＳＤ上に結像するビーム像の光重心が移動して、正しい距離情報を得られないことがあった。
【０００３】
この「ビーム欠け」を解決するために、本出願人は特開平６−１３７８６１号公報において、投光素子１つと受光素子２つからなる３眼方式のビーム欠け検出が可能なカメラ用測距装置を提案した。このカメラ用測距装置においては、ビーム欠けを検出する第２の受光素子を、測距用の受光素子である第１の受光素子と投光素子に関して直交する位置に配置することにより、ビーム欠けの影響を排除するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−１３７８６１号公報に開示されたカメラ用測距装置においては、被写体が非常に至近距離にある場合には、ビームが受光素子上から外れてしまう。通常の制御では、受光素子出力が得られない場合には、被写体は無限遠位置にあると判断し、撮影レンズを無限遠位置に駆動するため、至近距離の被写体にはピントが大きく外れた写真になってしまう。
【０００５】
このような状態を回避するためには、基線長方向により長いＰＳＤを使用すればよいが、このような特殊な状態を回避するために、測距装置が大型化し、コストアップするのは問題である。
【０００６】
本発明は、簡単な構成でビーム欠けを検出し、かつ至近距離にある被写体に対してピントが大きくはずれることのないカメラ用測距装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明のカメラ用測距装置では、被写体に対し測定光を投光する投光手段と、前記投光手段の光軸と直交する同一平面上にあり前記投光手段と第１の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する第１の受光手段と、前記平面上にあり第１の受光手段と前記投光手段に対して垂直な位置であって当該投光手段を中心に９０°ずれた位置に前記第１の基線長よりも短い第２の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する第２の受光手段と、前記基線長に基づき前記第１の受光手段の出力から被写体までの距離を演算する演算手段と、前記演算手段の出力から撮影レンズの繰り出し量を制御する撮影レンズ制御手段とを備え、前記演算手段は前記第１および第２の受光手段の出力が共に所定レベル以上の場合にはこれらから被写体距離を演算する手段と、かつ前記第２の受光手段の出力のみが所定レベル以上の場合には被写体が至近にあるものと判断する手段と、かつ前記第１の受光手段の出力のみが所定レベル以上の場合にはエラーと判断する手段と、かつ前記第１および第２の受光手段の出力が共に所定レベル以下の場合には被写体が無限遠にあるものと判断する手段とからなっている。
【０００８】
また、前記演算手段がエラーと判断した場合に撮影者に対して警告を発する警告手段を備えている。
【０００９】
また、被写体に対し測定光を投光する投光手段と、前記投光手段の光軸と直交する同一平面上にあり前記投光手段と第１の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する第１の受光手段と、前記平面上にあり第１の受光手段と前記投光手段に対して垂直な位置であって当該投光手段を中心に９０°ずれた位置に前記第１の基線長よりも短い第２の基線長を隔てて配置され前記被写体からの前記測定光の反射光を受光する２次元受光素子である第２の受光手段と、前記基線長に基づき前記第１の受光手段の出力から被写体までの距離を演算する演算手段と、前記演算手段の出力から撮影レンズの繰り出し量を制御する撮影レンズ制御手段とを備え、前記演算手段は前記第２の受光手段の前記第１の基線長方向における出力のみが所定レベル以上の場合には当該第２の受光手段の前記第２の基線長方向における出力から被写体距離を演算するものとしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の構成を図１、図２、図３にしたがって説明する。図１は本発明の回路ブロック図、図２は本発明の光学系を立体的に示した図、図３は本発明の光学系の位置関係を表した図である。
【００１１】
図１において、１０は演算回路（以下ＣＰＵと略す）であり、リード・オンリ・メモリ（以下ＲＯＭと略す）１０ａ、ランダム・アクセス・メモリ（以下ＲＡＭと略す）１０ｂを内蔵している。
【００１２】
投光回路２０はＩＲＥＤ駆動回路２１とそれにより駆動されるＩＲＥＤ２２、ＩＲＥＤ２２から出た光を集光する投光レンズ２３からなる。
【００１３】
距離検出回路３０は外部からの光を集光する受光レンズ３１と、それにより集光された光を受光するＰＳＤ３２、ＰＳＤ３２の２つの出力端子から出力される電流をそれぞれ増幅する一対のアンプ３３および３６、それらのゲインをコントロールする一対のＡＧＣ３４および３７、それらのアンプの出力を電流電圧変換するＩ−Ｖ変換器３５および３８からなる。
【００１４】
ビーム欠け検出回路４０は外部からの光を集光する受光レンズ４１と、それにより集光された光を受光するＰＳＤ４２、ＰＳＤ４２の２つの出力端子から出力される電流をそれぞれ増幅する一対のアンプ４３および４６、それらのゲインをコントロールする一対のＡＧＣ４４および４７、それらのアンプの出力を電流電圧変換するＩ−Ｖ変換器４５および４８からなる。
【００１５】
マルチプレクサ５０はＩ−Ｖ変換器３５に接続された接点５１、Ｉ−Ｖ変換器３８に接続された接点５２、Ｉ−Ｖ変換器４５に接続された接点５３、Ｉ−Ｖ変換器４８に接続された接点５４のうちの１つを選択し、Ａ／Ｄ変換器６０に出力する。Ａ／Ｄ変換器６０はマルチプレクサ５０が選択したＩ−Ｖ変換器の出力電圧をデジタル値に変換してＣＰＵ１０に出力する。鏡筒駆動装置７０は鏡筒７１を駆動する。ＬＥＤ８０はＣＰＵ１０によって駆動され、測距結果が異常であることを撮影者に知らせる。
【００１６】
次に、図１の動作を説明する。測距が始まるとＣＰＵ１０はＩＲＥＤ駆動回路２１に投光パルス信号を出力し、ＩＲＥＤ２２はその信号にしたがって駆動され発光する。ＩＲＥＤ２２を出た光は投光レンズ２３で集光され、被写体ＯＢＪに向かって投光される。
【００１７】
この実施例の光学系は図２のような構成になっており、従来の測距装置である図９に対して受光レンズ４１とＰＳＤ４２が付加されている。投光レンズ２３、受光レンズ３１、受光レンズ４１の３つのレンズはＩＲＥＤ２２の投光の光軸に対して垂直な同一平面上にあり、それらの位置関係は図３（ａ）のようになっている。図３（ａ）を説明すると、受光レンズ３１と受光レンズ４１とは投光レンズ２３を中心に９０゜ずれた位置に配置してあり、受光レンズ３１と投光レンズ２３との間の距離は受光レンズ４１と投光レンズ２３との間の距離よりも長くしてある。投光レンズ２３の光軸上後方にはＩＲＥＤ２２が、受光レンズ３１の光軸上後方にはＰＳＤ３２が、受光レンズ４１の光軸上後方にはＰＳＤ４２がそれぞれ図３（ｂ）のように位置している。
【００１８】
被写体ＯＢＪによって反射された光の一部は受光レンズ３１によって再び集光され距離検出回路３０のＰＳＤ３２に入射する。ＰＳＤ３２は２つの出力を持ち、一方の出力はアンプ３３、ＡＧＣ３４、Ｉ−Ｖ変換器３５を経てマルチプレクサ５０の接点５１に出力され、他方の出力はアンプ３６、ＡＧＣ３７、Ｉ−Ｖ変換器３８を経て同じくマルチプレクサ５０の接点５２に出力される。また被写体ＯＢＪによって反射された光の別の一部は受光レンズ４１によって再び集光されビーム欠け検出回路４０のＰＳＤ４２に入射する。ＰＳＤ４２は２つの出力を持ち、一方の出力はアンプ４３、ＡＧＣ４４、Ｉ−Ｖ変換器４５を経てマルチプレクサ５０の接点５３に出力され、他方の出力はアンプ４６、ＡＧＣ４７、Ｉ−Ｖ変換器４８を経て同じくマルチプレクサ５０の接点５４に出力される。マルチプレクサ５０は以上の４つの接点のうちの１つをＣＰＵ１０からの信号によって選択しＡ／Ｄ変換器６０に出力する。Ａ／Ｄ変換器６０は入力されたアナログ電圧をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１０に出力する。ＣＰＵ１０はマルチプレクサ５０の接点を切り替えることでマルチプレクサ５０への４つの入力信号を時系列的に処理し、それぞれの入力信号をＡ／Ｄ変換して距離情報としてそれぞれＲＡＭ１０ｂに記憶する。被写体までの距離を算出するときはＲＡＭ１０ｂ中の距離情報を読み出して被写体までの距離に１対１対応する値Ｘを算出し、これとＲＯＭ１０ａ中のテーブルを比較参照して距離を算出し、その値にしたがって鏡筒駆動装置７０に駆動信号を出力し、鏡筒７１を駆動する。
【００１９】
次に、この回路の動作について説明する。すべての操作に先だってＣＰＵ１０はマルチプレクサ５０の中のアナログ・スイッチを接点５１に切り替える。次に投光回路２０に投光信号（たとえば５００Ｈｚ、デューティ比５％で１６回のパルス信号）を出力し、ＩＲＥＤ２２をそれにしたがって駆動する。ＩＲＥＤ２２を出た投射光は被写体ＯＢＪで反射され、その反射光の一部は受光レンズ３１によって集光され、ＰＳＤ３２に入射する。ＰＳＤ３２から出た光電流はアンプ３３とＡＧＣ３４とＩ−Ｖ変換器３５によって電圧に変換され増幅される。電圧に変換された光信号はマルチプレクサ５０を通ってＡ／Ｄ変換器６０に入力され、電圧Ｖ１に変換されてＣＰＵ１０に出力する。ＣＰＵ１０は電圧Ｖ１をＲＡＭ１０ｂに格納する。このとき、電圧Ｖ１はＰＳＤの性質から、長さＬ１をＰＳＤ３２の長辺の長さ、αを比例定数として式（１）のように表わされる。
【００２０】
Ｖ１＝α・（Ｌ＋ΔＬ）／Ｌ１ （１）
その次にＣＰＵ１０はマルチプレクサ５０の中のアナログ・スイッチを接点５２に切り替え、同様の投光動作を行い、受光信号に応じた電圧Ｖ２に変換しＣＰＵ１０に出力し、ＣＰＵ１０は電圧Ｖ２をＲＡＭ１０ｂに格納する。このとき電圧Ｖ２は電圧Ｖ１と同様にして式（２）のように表わされる。
【００２１】
Ｖ２＝α・［Ｌ１−（Ｌ＋ΔＬ）］／Ｌ１ （２）
さらにその次にＣＰＵ１０はマルチプレクサ５０の中のアナログ・スイッチを接点５３に切り替え、同様の投光動作を行い、受光信号に応じた電圧ｖ１に変換しＣＰＵ１０に出力し、ＣＰＵ１０は電圧ｖ１をＲＡＭ１０ｂに格納する。このとき、電圧ｖ１はＰＳＤの性質から、長さＬ２をＰＳＤ４２の長辺の長さ、比例定数βを比例定数として式（３）のように表わされる。
【００２２】
ｖ１＝β・（Ｌ２／２＋ΔＬ）／Ｌ２ （３）
最後にＣＰＵ１０はマルチプレクサ５０の中のアナログ・スイッチを接点５４に切り替え、同様の投光動作を行い、受光信号に応じた電圧ｖ２に変換しＣＰＵ１０に出力し、ＣＰＵ１０は電圧ｖ２をＲＡＭ１０ｂに格納する。このとき、電圧ｖ２は電圧ｖ１と同様にして式（４）のように表わされる。
【００２３】
ｖ２＝β・［Ｌ２−（Ｌ２／２＋ΔＬ）］／Ｌ２ （４）
以上４回の投光動作によって被写体までの距離を算出するに必要な２つの電圧Ｖ１およびＶ２、それにビーム欠けに関する電圧ｖ１およびｖ２が得られたことになる。
【００２４】
ここでＩＲＥＤ２２からの投射光がすべて被写体ＯＢＪに照射されている場合はＰＳＤ３２上に結像する被写体ＯＢＪからの反射光は略円形となり、誤測距の起こる心配は極めて少ないが、図４の（ａ）のように被写体ＯＢＪが画面の中央からやや右にずれた場合にはすでに述べたようにＰＳＤ３２上に結像する被写体ＯＢＪからの反射光は円の一部だけとなる。光ビームの円の中心はＰＳＤ３２のＩＲＥＤ２２側の端点から値Ｌだけ離れた位置にあるが、光重心が円の中心から長さΔＬだけよけいにＩＲＥＤ２２と離れた方向に変位しているためこの信号をそのまま処理すると実際よりも測距結果が遠距離になってしまう。しかしこのとき、ＰＳＤ４２上には被写体からの反射光が図４の（ｃ）のように結像しているため、前述の２つの電圧ｖ１およびｖ２を使って長さΔＬを算出することができる。ＣＰＵ１０は２つの電圧ｖ１およびｖ２をＲＡＭ１０ｂから読み出し、比例定数βを消去し長さΔＬを式（５）のように求める。
【００２５】
ΔＬ＝（ｖ１−ｖ２）／（ｖ１＋ｖ２）・Ｌ２／２ （５）
この長さΔＬを所定の長さΔＬｍｉｎと比較し、長さΔＬｍｉｎ未満の場合はビーム欠けが生じていないか、あってもごくわずかなため、長さΔＬを考慮するとかえってノイズなどの影響でデータの信頼性が損なわれる恐れがある。したがってこの場合にＣＰＵ１０は２つの電圧Ｖ１・Ｖ２をＲＡＭ１０ｂから読み出し、値Ｘを式（６）のように算出する。
【００２６】
Ｘ＝（Ｌ＋ΔＬ）／Ｌ１＝Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２） （６）
ここで値Ｘが一定値Ｘｎｅａｒ以上の場合、つまり被写体までの距離が所定の距離Ｌｎｅａｒよりも近い場合は、ビーム径が主被写体に対して十分に小さい場合が多いため補正を行わずに値Ｘを算出する。
【００２７】
また長さΔＬが長さΔＬｍｉｎ以上の場合はビーム欠けが生じているものと判断し、ＣＰＵ１０は２つの電圧Ｖ１・Ｖ２をＲＡＭ１０ｂから読み出し、長さΔＬの項を消去して、式（７）のような値Ｘを算出する。
【００２８】
Ｘ＝Ｌ／Ｌ１ ＝Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）−Ｌ２・（ｖ１−ｖ２）／｛２・Ｌ１・（ｖ１＋ｖ２）｝ （７）
もしＰＳＤ３２とＰＳＤ４２が同一形状ならば長さＬ１と長さＬ２が等しいので、式（７）はさらに簡単になり、式（８）のようになる。
【００２９】
Ｘ＝Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）−（ｖ１−ｖ２）／｛２・（ｖ１＋ｖ２）｝ （８）
以上のようにして得られた値Ｘから、ＣＰＵ１０はＲＯＭ１０ａ上にあらかじめ与えられているテーブル（図５）を参照し、被写体までの距離を得ることができる。
【００３０】
ところで、被写体からの反射光は、被写体の位置によってはＰＳＤ３２、４２に結像しなくなることがある。この現象は、被写体がきわめて近距離に位置する場合に、反射光の光ビームがＰＳＤ３２、４２の受光面から外れてしまうために起こる。通常、被写体からの反射光がきわめて弱い場合には、被写体が遠距離にあるため反射光が微弱なものと判断し、撮影レンズを無限遠位置に駆動するが、上のような場合に無限遠位置に駆動すると、近距離にある被写体は完全にピンボケになってしまい、写真として失敗である。
【００３１】
そこで、このような失敗を回避するため、測距に先立って被写体ＯＢＪに投光を行う。その反射光を距離検出回路３０、４０で処理しＡ／Ｄ変換器６０で変換するが、このときの接点５１と接点５２の電圧の和をＰＳＤ３２の出力、接点５３と接点５４の電圧の和をＰＳＤ４２の出力とし、これらの出力を所定レベルと比較することによりレンズの駆動方法を図６に示す以下の４通りに場合分けする。
【００３２】
まず、図６の（ａ）のようにＰＳＤ３２、４２の出力が共に所定レベル以上の場合は、被写体からの反射光がいずれのＰＳＤにも当たっているものと判断し、演算を行なって被写体位置を算出しレンズ駆動を行う。次に、図６の（ｂ）のようにＰＳＤ３２の出力が所定レベル以下でＰＳＤ４２の出力が所定レベル以上の場合には、被写体が近距離にあり光ビームがＰＳＤ３２の受光面から外れていると判断し、撮影レンズを直ちに至近位置に駆動する。さらに、図６の（ｃ）のようにＰＳＤ３２の出力が所定レベル以上でＰＳＤ４２の出力が所定レベル以下の場合には、被写体が近距離にありかつビーム欠けの検出ができない状態なので、ＬＥＤ８０を点灯して撮影者に対し警告を行う。最後に、図６の（ｄ）のようにＰＳＤ３２、４２の出力が共に所定レベル以下の場合は、被写体が遠距離にあり反射光が微弱なものと判断し、撮影レンズを無限遠位置に駆動する。このように場合分けすることにより、より的確なレンズ駆動を行うことができる。
【００３３】
本発明の第２の実施例として、図７のようにビーム欠け検出に２次元ＰＳＤ４２ａ、その出力を決定するスイッチ４２ｂを使用することも考えられる。この素子を使用すると、図６の（ｂ）のような結果が得られた場合に、ＩＲＥＤ２２とＰＳＤ４２を投受光系として使うことができる。つまり、通常はスイッチ４２ｂを端子Ｔｘ１と端子Ｔｘ２の側に切り換え、ＩＲＥＤ２２とＰＳＤ３２を使って測距するが、測距に先立って図６の（ｂ）のような結果が得られた場合に、ＣＰＵ１０によってスイッチ４２ｂを端子Ｔｙ１と端子Ｔｙ２の側に切り換え、ＩＲＥＤ２２とＰＳＤ４２を使って簡易に測距するものである。ＩＲＥＤ２２とＰＳＤ４２による測距は、ＩＲＥＤ２２とＰＳＤ３２よりも基線長が短いため多少精度は落ちるものの、およその被写体位置がわかるため、無条件に至近位置に撮影レンズを駆動するよりも、撮影レンズの位置精度が改善される。具体的な測距動作については前述したものとほぼ同様なので省略する。ＩＲＥＤ２２とＰＳＤ４２により測距し、式（７）あるいは式（８）のような演算からＸを求め、図８に示したテーブルに基づいて被写体までの距離を求める。このテーブルによれば理論上は無限遠から０．１９ｍの至近距離までの被写体の距離を求めることができ、近接撮影の測距距離として十分である。
【００３４】
また本実施例では受光素子として位置検出素子（ＰＳＤ）を使用したが、分割ＳＰＤ、ＣＣＤなどの他の受光素子を用いてもよい。
【００３５】
また本実施例では撮影者に受光素子出力の異常を警告するのにＬＥＤ８０を使用したが、他にも音声などを使って警告するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、２つの受光素子の出力が正しく得られない場合においても適正なレンズ駆動を行え、ピンぼけの少ない写真を提供することができる。
【００３７】
また、演算手段がエラーと判断した場合に撮影者に対して警告を発する警告手段を備えているため、受光素子出力に問題が生じたことを撮影者が察知できる。
【００３８】
また、非常に至近の距離に位置する被写体に対しても測距を行うことができ、マクロ撮影時などに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による回路図である。
【図２】本発明の実施例による構成図である。
【図３】本発明の実施例による光学系の配置を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例においてビーム欠けが生じたときの状態を示す状態図である。
【図５】値Ｘから被写体ＯＢＪまでの距離を算出するためのＲＯＭ１０ａ上のテーブルを示す図である。
【図６】本発明の受光素子出力とレンズ駆動位置を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施例による構成図である。
【図８】本発明の他の実施例における値Ｘから被写体ＯＢＪまでの距離を算出するためのＲＯＭ１０ａ上のテーブルを示す図である。
【図９】従来の測距装置の光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
２０ 投光回路
３０ 距離検出回路
４０ ビーム欠け検出回路
１０ ＣＰＵ（演算手段）
７０ 鏡筒駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003584087.tif 000008
【図８】
0003584087.tif 000009
【図９】
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