(57)【要約】【課題】赤外線や超音波の受・発信装置が不要で、フォーカスレンズ群の微振動機構を使用せず瞬時に被写体までの距離情報を出力可能な自動測距カメラ装置を提供する。【解決手段】フォーカス駆動手段及び被写体までの距離情報出力手段を備えた撮像レンズで撮像した光学像を３方向へ分岐する分光光学系の出射面に、一つが撮像レンズの焦点位置にあるとき他の２つは前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された撮像デバイスで光電変換された１フレーム画面内の任意に設定された合焦検出領域から得られる映像信号の高域周波数成分を抽出する高域成分抽出部と、前記２つの撮像デバイスの合焦検出領域から得られる高域周波数成分のレベル差を演算し該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段駆動電圧を前記レベル差が零もしくは予め設定した閾値になるまで繰り返し実行するレベル差処理部とを備えている。【選択図】  図１
2005114858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段及び被写体までの距離情報出力手段を備えた撮像レンズと、該撮像レンズで撮像した光学像を少なくとも３方向へ分岐する分光光学系と、該分光光学系の３つの光学像出射面に各々装着された撮像デバイスであって、その一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の２つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計３個の撮像デバイスと、該撮像デバイスで光電変換された被写体信号を映像信号に形成する３組のカメラ回路と、前記カメラ回路から出力された映像信号による１フレーム画面内の任意に設定された合焦検出領域から得られる被写体画像の高域周波数成分を抽出する高域成分抽出部と、該高域成分抽出部で抽出された前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスの前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部とを備え、
前記被写体までの距離情報出力手段が、常に被写体までの距離情報を出力すると同時に、前記レベル差処理部によって前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下となった時点で合焦したことを示す合焦信号を出力してなることを特徴とする測距カメラ装置。
【請求項２】
前記レベル差処理部が、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値になるまで繰り返し演算することを特徴とする請求項１に記載の測距カメラ装置。
【請求項３】
前記合焦検出領域が、前記１フレーム画面中央近辺に設定されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の測距カメラ装置。
【請求項４】
前記測距カメラ装置において、１フレーム画面内に、前記合焦検出領域を取り囲むように該合焦検出領域と同面積を有する複数の動き検出領域を設定し、かつ前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域のそれぞれ中心に位置する画素の前フィールドと現フィールドの画像データのレベル差を演算して前記合焦検出領域内の撮像対象被写体の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、該動きベクトル検出手段により検出された前記撮像対象被写体の動きベクトルに応じて前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域を移動させるゲート領域制御手段とを備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項５】
前記ゲート領域制御手段が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記３組のカメラ回路のいずれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路に入力し、そのカメラ回路の出力映像信号に輪郭信号を重畳し出力することにより、前記合焦検出領域の現時点での位置を表示可能にしてなることを特徴とする請求項４に記載の測距カメラ装置。
【請求項６】
前記測距カメラ装置において、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスを光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記撮像レンズの絞り機構を駆動する絞り駆動手段と、前記絞り機構の絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段とを備え、
前記絞り機構を前記絞り駆動手段を介して手動若しくは自動によって駆動し、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値が、最大開放値とその近くに任意に設定された絞り値までの間、及び最大絞り込み値とその近くに任意に設定された絞り値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項７】
前記測距カメラ装置において、前記撮像レンズがズーム機構と、該ズーム機構を駆動するズーム駆動手段と、前記ズーム機構の焦点距離値情報を出力するズーム値情報出力手段とを備え、
前記ズーム機構を前記ズーム駆動手段を介して駆動し、前記ズーム値情報出力手段から得られる前記ズーム機構のズーム値が、広角端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間、及び望遠端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項８】
前記撮像デバイス移動手段が、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り機構の絞り値情報と、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報のいずれかによって作動している状態にあって、更に残りのもう一つの情報が前記撮像デバイス移動手段を駆動する値となった場合、２つの情報に対応して前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項９】
前記測距カメラ装置において、さらに前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスを、光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値情報、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報及び前記距離情報出力手段から得られる被写体までの距離情報に基づいて被写界深度情報を演算・検出する被写界深度検出手段を備え、
前記被写界深度検出手段が、前記絞り値情報と、前記ズーム値情報及び被写体までの距離情報とから算出した被写界深度情報が、前記被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項１０】
前記測距カメラ装置において、さらに前記フォーカス駆動手段に代えて、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着された撮像デバイスも光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、該撮像デバイス移動手段によって前後に移動する撮像デバイスの移動距離に基づいて被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段とを備えてなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項１１】
前記撮像デバイスが、全てモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項１２】
前記撮像デバイスが、全てカラー用撮像デバイスであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項１３】
前記撮像デバイスが、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着される１つがカラー用撮像デバイスであり、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着される２つがモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項１４】
前記撮像デバイスが、エリアセンサであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【請求項１５】
前記撮像デバイスが、リニアセンサであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット等に使用される自動距離測定装置に係わり、特に１台のカメラ装置で被写体までの距離が求められる測距カメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ロボット等に使用される自動距離測定装置としては、三角測量方式のもの、超音波又は赤外線利用方式のもの等があるほか、簡易なものとして、現在市販されている家庭用小型テレビカメラに主として使用されているオートフォーカス（以後、ＡＦと記述）機能を利用してピントを結んだレンズの焦点距離から被写体までの距離を求める方式のものも考えられる。
【０００３】
前記三角測量方式では、一定間隔（基線長）隔てて配設された基準視野レンズと参照視野レンズとの２つのレンズを介して得られる２つの像が重なり合うように前記２つのレンズの光軸の向きを変化させ、前記２つの光学像が重なり合ったときの基準視野レンズの光軸と参照視野レンズの光軸が基線（２つのレンズの中心点間を結ぶ線）となす角度から被写体までの距離を求めるものである。
【０００４】
また、超音波又は赤外線利用方式は、超音波又は赤外線送信機から被写体に向けて発射された超音波又は赤外線が、被写体で反射して戻ってくるのを受信機で受信し、送信機から発射され受信機に戻ってくるまでの時間を計測して被写体までの距離を求めるものである。
【０００５】
ＡＦ機能を利用する方式は、テレビカメラのＣＣＤ等の撮像デバイスで光電変換して得られた映像信号の中の高域周波数成分を抽出し、この高域周波数成分が最大となるように撮像レンズのフォーカスレンズ群を駆動する、いわゆる「山登りサーボ方式」により焦点調節を行い、その焦点距離から被写体までの距離を求めるものである。この方式は、被写体に撮像レンズの焦点が合ったとき、結像面に結像される光学像の高域周波数成分が最大となり、またそれに伴ってコントラストも最大になるという現象を利用していることから「コントラスト方式」とも呼ばれている。
【０００６】
図６に「山登りサーボ方式」の測距方式の従来例ブロック図を示した。
図６に見られるように、本例の測距方式では、駆動装置制御器１０９を介して駆動装置１１０のモータを駆動して撮像レンズ１０１のフォーカスレンズ群１０２を光軸に沿って前後に移動することによって焦点合わせを行っている。
【０００７】
撮像レンズ１０１で撮像した光学像は、撮像デバイス１０３の光電面に結像し光電変換されて映像信号として出力される。この映像信号は、カメラ回路１０４で２重相関サンプリング／ガンマ補正等の処理が行われて標準テレビジョン信号として出力端子１０５へ出力されるとともに、ハイパスフィルタ１０６に加えられ、高域周波数成分だけが抽出され、検波器１０７で検波された後、映像信号の高域周波数成分に対応する焦点制御用電圧（以後、焦点電圧と記述）として出力される。前記焦点電圧は撮像レンズ１０１で撮像した光学像の精細度に対応しているので、被写体に撮像レンズの焦点が合ったとき最大となり、焦点が被写体の前後にはずれるに従って前記焦点電圧は減少し図７に示すような傾向を示す。つまりフォーカスレンズ群１０２の位置が被写体に撮像レンズの焦点が合った状態の位置、すなわち図７のＰ点にあるとき前記焦点電圧は最大となり、フォーカスレンズ群１０２位置がＰ点からはずれるに従って減少することになる。
【０００８】
図６の差分ホールド回路１０８は、図７の差分ホールド回路出力電圧の曲線に示すように、図６に示す検波器１０７から出力される焦点電圧を一定時間ごとサンプルホールドし、焦点電圧が時間経過に対して増加方向であれば正の電圧を、焦点電圧が時間経過に対して減少方向であれば負の電圧を発生する回路であり、駆動装置制御器１０９は、差分ホールド回路１０８の出力電圧が正であれば、駆動装置１１０のモータを例えば正転してフォーカスレンズ群１０２の位置を前方に移動し、同出力電圧が負であれば駆動装置１１０を例えば逆転してフォーカスレンズ群１０２の位置を後方に移動させるように制御する装置である。
【０００９】
上述した「山登りサーボ方式」のＡＦ機能を利用した測距装置では、被写体が移動したり、測距装置の位置を変えたりして測距装置から被写体までの距離が変化した場合、フォーカスレンズ群１０２が前後に細かく振動（ウオブリング）するように駆動装置制御器１０９によって駆動装置１１０が制御され、フォーカスレンズ群１０２が振動の前端と後端に位置したときの映像信号の高域周波数成分を検波器１０７により検波して焦点電圧として出力し、差分ホールド回路１０８により前記前端及び後端に達したときの焦点電圧をサンプルホールドし、前記前端及び後端位置の焦点電圧のレベル差が零になるまで正又は負の出力電圧を出力してフォーカスレンズ群１０２位置を順方向又は逆方向へ移動する。前記焦点電圧のレベル差が零になった位置が合焦位置Ｐ（図７参照）となる。
【００１０】
さてフォーカスレンズ群１０２が、撮像レンズの焦点を至近距離から無限大（∞）に変化する方向に位置を変えている場合、すなわち焦点電圧が山登り動作を開始したときは、フォーカスレンズ群１０２のたどる軌跡はそのまま山を登って、一旦合焦点位置Ｐ（図７参照）に達し、その後合焦点位置Ｐを通り過ぎてしまうので差分ホールド回路１０８の出力電圧が反転してフォーカスレンズ群１０２を逆方向へ移動し、再び合焦点位置Ｐを通り越してもう一度逆方向へ移動する。この動作を数回繰り返すことによってフォーカスレンズ群１０２を合焦位置Ｐに停止する。
【００１１】
以上、前記差分ホールド回路１０８の出力電圧はフォーカスレンズ群１０２を至近距離方向から無限大（∞）方向へ移動している場合について示したが、フォーカスレンズ群１０２を無限大方向から至近距離方向へ移動している場合についても同様であることは容易に理解される。これが山登りサーボ方式によるテレビカメラのＡＦ方式の１例である。
【００１２】
この山登りサーボ方式によれば、赤外線や超音波の受・発信装置や特殊な光学部材が不要なＡＦ方式とすることができ、また被写体像の鮮鋭度によって焦点検出を行っているので、被写体の遠・近距離によらずにほぼ正確にピントを合わせることができる等の長所を有する。
【００１３】
しかし、現在主として用いられているフォーカスレンズ群の移動によるＡＦ方式、即ち、被写体に近い位置に配設されたフォーカスレンズ群の位置を移動して焦点合わせをするＡＦ方式では、焦点合わせのために駆動機構によりフォーカスレンズ群を振動すると、レンズの合焦距離と共に、レンズの焦点距離そのものが若干変化してしまう。
【００１４】
すなわち、山登りサーボ方式は焦点電圧の増加、減少をフィードバックすることにより山の頂上（合焦点）に振動しながら止まる方式であるため、合焦中にもフォーカスレンズ群は山の頂上を中心として前後に常に振動しており、従って撮像レンズの焦点距離も前述の理由により若干ではあるが変化している。レンズの焦点距離の振動は、そのままレンズの撮像の角度、すなわち画角が変わることによる撮像像の倍率の変化を意味するから、山登りサーボ方式のＡＦ方式で撮像された画像は、常にその画像の大きさも微妙に変化していることになる。
【００１５】
この画像の大きさの微妙な変化は、例えば絞り値が小さく、かつズーム倍率が高い（望遠側）などのようにレンズの被写界深度が浅い場合の撮像では、僅かなフォーカス変化によって前記焦点電圧が大きく変化する、すなわちフォーカスレンズ群の振動振幅も小さく、合焦点に合致していることが多いが、レンズの絞り値が大きく、かつズーム倍率が低い（広角側）場合などのように被写界深度が深い場合には焦点電圧の変化が少ないので、フォーカスレンズ群の振動振幅も大きくなり、撮像画像の大きさがフォーカスレンズ群の位置振動に伴って数パーセント以上も変化するが、被写界深度が深いのでフォーカスレンズ群が適当な所を合焦ポイントとして認識してしまうため、一定の大きさの画像を得ることは難しい。
【００１６】
また、上記のようにフォーカスレンズ群を微振動させて行う山登りサーボ方式でレンズフォーカスを駆動するほか、撮像デバイスをピエゾデバイス等で微振動させたり、２つのくさび型プリズムの一方を固定し、他方を移動して光軸方向のガラス厚みを微振動させるなどしてレンズのフォーカスレンズ群を駆動するいくつかの方法が提案されているが、いずれも機械的な移動機構があるため合焦点に達するまでの時間が瞬時には行えない。さらに高速で振動しているとはいえ、時間的に異なった画面を比較するために動体やフリッカなど、状態が高速で変化する被写体に対しては正確に動作しないおそれがある。一方測距と同時に画像としても利用する場合には、民生用ＶＧＡ、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ放送方式等には使用できるが、高画質が要求されるＨＤＴＶ（ハイディフィニッションテレビジョン）や、高速合焦時間と正確な合焦位置及び一定の大きさの画像が必要となるＦＡ（ファクトリオートメーション）の用途には使用できない。
【００１７】
【非特許文献１】放送技術２００３ＶＯＬ．５６ＮＯ．４（兼六館出版株式会社）      ＨＤズームレンズ「プレシジョンフォーカスシステム」の開発  和田正夫
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上説明した現状に鑑み、赤外線や超音波の受・発信装置や特殊な光学部材が不要で、先に説明した山登りサーボ方式のようにフォーカスレンズ群を微振動（ウオブリング）させるような機械的な振動機構を使用することなく、瞬時に、かつ正確な測距値情報出力と高画質な画像を使用できる自動測距カメラ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者は，上記に鑑み鋭意研究の結果，次の手段によりこの課題を解決した。（１）フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段及び被写体までの距離情報出力手段を備えた撮像レンズと、該撮像レンズで撮像した光学像を少なくとも３方向へ分岐する分光光学系と、該分光光学系の３つの光学像出射面に各々装着された撮像デバイスであって、その一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の２つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計３個の撮像デバイスと、該撮像デバイスで光電変換された被写体信号を映像信号に形成する３組のカメラ回路と、前記カメラ回路から出力された映像信号による１フレーム画面内の任意に設定された合焦検出領域から得られる被写体画像の高域周波数成分を抽出する高域成分抽出部と、該高域成分抽出部で抽出された前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスの前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部とを備え、
前記被写体までの距離情報出力手段が、常に被写体までの距離情報を出力すると同時に、前記レベル差処理部によって前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下となった時点で合焦したことを示す合焦信号を出力してなることを特徴とする測距カメラ装置。
【００２０】
（２）前記レベル差処理部が、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値になるまで繰り返し演算することを特徴とする前項（１）に記載の測距カメラ装置。
（３）前記合焦検出領域が、前記１フレーム画面中央近辺に設定されてなることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の測距カメラ装置。
【００２１】
（４）前記測距カメラ装置において、１フレーム画面内に、前記合焦検出領域を取り囲むように該合焦検出領域と同面積を有する複数の動き検出領域を設定し、かつ前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域のそれぞれ中心に位置する画素の前フィールドと現フィールドの画像データのレベル差を演算して前記合焦検出領域内の撮像対象被写体の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、該動きベクトル検出手段により検出された前記撮像対象被写体の動きベクトルに応じて前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域を移動させるゲート領域制御手段とを備えてなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００２２】
（５）前記ゲート領域制御手段が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記３組のカメラ回路のいずれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路に入力し、そのカメラ回路の出力映像信号に輪郭信号を重畳し出力することにより、前記合焦検出領域の現時点での位置を表示可能にしてなることを特徴とする前項（４）に記載の測距カメラ装置。
【００２３】
（６）前記測距カメラ装置において、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスを光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記撮像レンズの絞り機構を駆動する絞り駆動手段と、前記絞り機構の絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段とを備え、
前記絞り機構を前記絞り駆動手段を介して手動若しくは自動によって駆動し、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値が、最大開放値とその近くに任意に設定された絞り値までの間、及び最大絞り込み値とその近くに任意に設定された絞り値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００２４】
（７）前記測距カメラ装置において、前記撮像レンズがズーム機構と、該ズーム機構を駆動するズーム駆動手段と、前記ズーム機構の焦点距離値情報を出力するズーム値情報出力手段とを備え、
前記ズーム機構を前記ズーム駆動手段を介して駆動し、前記ズーム値情報出力手段から得られる前記ズーム機構のズーム値が、広角端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間、及び望遠端とその近くに任意に設定されたズーム値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項（１）〜（６）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００２５】
（８）前記撮像デバイス移動手段が、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り機構の絞り値情報と、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報のいずれかによって作動している状態にあって、更に残りのもう一つの情報が前記撮像デバイス移動手段を駆動する値となった場合、２つの情報に対応して前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項（１）〜（７）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００２６】
（９）前記測距カメラ装置において、さらに前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスを、光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り値情報、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報及び前記距離情報出力手段から得られる被写体までの距離情報に基づいて被写界深度情報を演算・検出する被写界深度検出手段を備え、
前記被写界深度検出手段が、前記絞り値情報と、前記ズーム値情報及び被写体までの距離情報とから算出した被写界深度情報が、前記被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動してなることを特徴とする前項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００２７】
（１０）前記測距カメラ装置において、さらに前記フォーカス駆動手段に代えて、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着された撮像デバイスを光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、該撮像デバイス移動手段によって前後に移動する撮像デバイスの移動距離に基づいて被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段とを備えてなることを特徴とする前項（１）〜（９）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００２８】
（１１）前記撮像デバイスが、全てモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする前項（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００２９】
（１２）前記撮像デバイスが、全てカラー用撮像デバイスであることを特徴とする前項（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００３０】
（１３）前記撮像デバイスが、前記撮像レンズの焦点位置になるように装着される１つがカラー用撮像デバイスであり、前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着される２つがモノクローム用撮像デバイスであることを特徴とする前項（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００３１】
（１４）前記撮像デバイスが、エリアセンサであることを特徴とする前項（１）〜（１３）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【００３２】
（１５）前記撮像デバイスが、リニアセンサであることを特徴とする前項（１）〜（１３）のいずれか１項に記載の測距カメラ装置。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、次のような効果が発揮される。
１．本願発明の請求項１の発明によれば、
一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の２つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計３個の撮像デバイスによる瞬時高速演算処理による被写体までの距離情報出力方式で、従来の山登りサーボ方式のように常にフォーカスレンズ群又は撮像デバイス等を機械的に焦点移動しながら微振動（ウオブリング）する機構は無いので、フォーカスレンズ群のジャストピントに至るまでの往復運動が無く、このため高速度で正確な合焦位置となり、かつウオブリングによるボケやフリッカの発生はなく、ＨＤＴＶなど高精細画像方式などに適した測距カメラ装置を提供できる。
【００３４】
また、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部を備えているので、前記高域周波数成分に雑音信号が含まれていても、誤作動することなく、かつ正確に合焦位置を検出し、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる。
【００３５】
２．本願発明の請求項２の発明によれば、
１項の効果に加えて、前記レベル差処理部が、前記合焦検出領域から得られる各映像信号の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値になるまで繰り返し演算し、予め設定した閾値が雑音レベルに近い値であっても予め設定した時間に達した時のレベル差値を合焦位置と判断しているので、前記高域周波数成分に雑音信号が含まれていても、誤作動することなく、かつ迅速に正確な合焦位置となり、合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる。
【００３６】
３．本願発明の請求項３の発明によれば、
前記合焦検出領域が、前記１フレーム画面中央近辺に設定されているので、例えば、ロボットの目として本願測距カメラ装置を装着すれば、常に被写体を画面中央に位置するようロボットを追従させて被写体までの距離を測定し、被写体までの距離を距離情報出力手段から距離情報出力信号として出力できる。
【００３７】
４．本願発明の請求項４の発明によれば、
上記の効果に加えて、撮像対象被写体像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、該動きベクトル検出手段により検出された前記撮像対象被写体像の動きベクトルに応じて前記合焦検出領域及び複数の動き検出領域を移動させるゲート領域制御手段とを備えているので、被写体が動いても自動的に追従しながら正確に測距できる。
【００３８】
５．本願発明の請求項５の発明によれば、
前記ゲート領域制御手段が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記３組のカメラ回路のいづれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路に入力し、そのカメラ回路の出力映像信号に輪郭信号を重畳し出力できるので、測距対象被写体像を常に画面上で把握可能である。
【００３９】
６．本願発明の請求項６の発明によれば、
撮像レンズの最大絞り値近傍又は最小絞り値近傍における深い被写界深度、又は浅い被写界深度の状態でも、絞り値に基づいて前記撮像デバイス移動手段を駆動して前記２つの撮像デバイスの結像位置を制御・移動でき、前記焦点電圧による山の傾斜が測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として、被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。      
【００４０】
７．本願発明の請求項７の発明によれば、
前記ズーム値が広角端近傍又は望遠端近傍における深い被写界深度、又は浅い被写界深度の状態でも、ズーム値に基づいて前記撮像デバイス移動手段を駆動して前記２つの撮像デバイスの結像位置を制御・移動でき、前記焦点電圧による山の傾斜が測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として、被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。
【００４１】
８．本願発明の請求項８の発明によれば、
前記撮像デバイス移動手段が、前記絞り値情報出力手段から得られる絞り機構の絞り値情報と、前記ズーム値情報出力手段から得られるズーム値情報のいずれかによって作動している状態にあって、更に残りのもう一つの情報が前記撮像デバイス移動手段を駆動する値となった場合、２つの情報に対応して前記撮像デバイス移動手段が作動し、前記２つの撮像デバイスの位置を制御・移動できるので、前記焦点電圧による山の傾斜が更に測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として極端に深い被写界深度又は極端に浅い被写界深度の状態でも被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。
【００４２】
９．本願発明の請求項９の発明によれば、
前記絞り値情報出力信号及び前記ズーム位置情報出力信号のみならず、さらに被写体までの距離情報出力信号も加えて算出した被写界深度情報と、該被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段を駆動して前記２つの撮像デバイスの結像位置を制御・移動できるので、前記焦点電圧による山の傾斜が被写体までの距離の遠近による被写界深度の変化にも対応でき、更に測定に適した傾斜に近づくので、前記レベル差処理部による瞬時高速合焦演算処理が容易となり、結果として、極端に深い被写界深度、又は極端に浅い被写界深度の状態でも、被写体までの距離を迅速、かつ正確に測定し、距離情報出力手段から被写体までの距離情報出力信号として出力できる。
【００４３】
１０．本願発明の請求項１０の発明によれば、
さらに前記撮像レンズの焦点位置になるように装着された撮像デバイスも光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段と、該撮像デバイス移動手段によって前後に移動する撮像デバイスの移動距離に基づいて被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段とを備えているので、撮像レンズが大型レンズの場合、大型のフォーカスレンズ群を駆動して合焦し距離情報を得る方式に代えて、軽量で  移動容易な３つの撮像デバイスを移動する事による、極めて高速なＡＦ作用と合焦作用を同時に行い、かつ正確に合焦位置を検出し、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる。
【００４４】
１１．本願発明の請求項１１の発明によれば、
前記撮像デバイスが、全てモノクローム用撮像デバイスで構成されている場合は、超高画素数の撮像デバイスを使用できるので、高精細画像方式の場合でも、ＡＦ方式に機械的な振動機構を使用していないため、瞬時高速演算処理が出来るので、瞬時に被写体までの距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるので、正確な位置情報出力の自動測距カメラ装置を提供できる。
【００４５】
１２．本願発明の請求項１２の発明によれば、
前記撮像デバイスが、全てカラー用撮像デバイスで構成されている場合は、高画素数の単板カラー撮像デバイスを使用でき、カラーのＨＤＴＶ放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、ＡＦ機構に機械的な振動機構を使用しないため、瞬時に被写体までの距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるので、正確な位置情報出力のカラー方式自動測距カメラ装置を提供できる。
【００４６】
１３．本願発明の請求項１３の発明によれば、
前記撮像デバイスが、前記ジャストピント位置に装着された高画素数の単板カラー用撮像デバイスと、前記前ピント位置及び後ピント位置に装着された超高画素数のモノクローム用撮像デバイスとで構成されている場合は、カラーのＨＤＴＶ放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、ＡＦ機構に機械的な振動機構を使用しないため、瞬時に被写体までの距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるので、正確な位置情報出力のカラー方式自動測距カメラ装置を提供できる。
【００４７】
１４．本願発明の請求項１４の発明によれば、
前記撮像デバイスにエリアセンサを使用すれば、被写体を面で捕らえ走査することによって、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ放送方式、さらには高画質が要求されるＨＤＴＶや高精細度画像方式に容易に対応できるので、周辺機器を含め小型で、低コストでシステムを構築可能になる。さらにまた、応用例として、高速合焦時間が必要となるＦＡ（ファクトリオートメーション）用途にも、ウオブリングによるボケやフリッカの無い、瞬時高速合焦演算処理する最適機器として提供できる。
【００４８】
１５．本願発明の請求項１５の発明によれば、
前記撮像デバイスにリニアセンサを使用すれば、撮像デバイスの走査方向と直交する副走査手段及びメモリ等が必要となるが、水平、垂直走査方向共に高画素数の画像が得られるので、精密な画像データに基づく高速合焦演算処理を行い、極めて正確な距離情報出力の自動測距カメラ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本願発明実施例について図に基づき詳細に説明する。
図１は本発明実施例１の測距カメラ装置のブロック図、図２は同実施例のオートフォーカス方式の説明図、図３は同実施例２の測距カメラ装置のブロック図、図４は同実施例２の後方及び前方被写界深度の説明図、図５は同実施例３の測距カメラ装置のブロック図、である。
図において、１はフォーカス駆動手段、２、２２は距離情報出力手段、３は撮像レンズ、４はレンズ絞り機構、５はズーム機構、６はフォーカスレンズ群、７は絞り駆動手段、８は絞り値情報出力手段、９はズーム駆動手段、１０はズーム値情報出力手段、１１は３Ｐプリズム、１２は撮像デバイス移動手段、１３は高域成分抽出部、１４はレベル差処理部、５は動きベクトル検出手段、１６はゲート領域制御手段、１７は輪郭信号重畳回路、１８は本線出力、１９はモニタ出力、２０、２３は出力端子、２１：被写界深度検出手段、である。
【実施例１】
【００５０】
本実施例は、図１に示すように、フォーカスレンズ群６を駆動するフォーカス駆動手段１及び被写体までの距離情報出力手段２と、絞り駆動手段７及び絞り値情報出力手段８と、ズーム駆動手段９及びズーム値情報出力手段１０とを備えた撮像レンズ３と、該撮像レンズ３で撮像した光学像を少なくとも３方向へ分岐する分光光学系である３個のプリズムで構成された３Ｐプリズム１１と、該３Ｐプリズム１１の３つの光学像出射面に各々装着された撮像デバイスであって、その一つが前記撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の２つはそれぞれ前ピント位置と後ピント位置になるよう装着された合計３個の撮像デバイスＡ，Ｂ，Ｃと、該撮像デバイスＡ，Ｂ，Ｃで光電変換された被写体信号を映像信号に形成するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路を含む３組のカメラ回路と、前記カメラ回路から出力された映像信号による１フレーム画面内の任意に設定された合焦検出領域から得られる被写体画像の高域周波数成分を抽出するハイパスフィルタＨＰＦ（以後、ＨＰＦと記述）と前記合焦検出領域を設定するゲート（ＧＡＴＥ）回路と前記高域周波数成分を検波する検波器とで構成する高域成分抽出部１３と、該高域成分抽出部１３で抽出された前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスＢ，Ｃの前記合焦検出領域から得られる各被写体画像の高域周波数成分を検波した焦点制御用電圧（以後、焦点電圧と記述）のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段１を駆動する駆動電圧の増減を、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行するレベル差処理部１４とで構成されている。
【００５１】
被写体を撮像する撮像レンズ３は、フォーカスレンズ群６を駆動するフォーカス駆動手段１及びフォーカスレンズ群６の移動に合わせて常に∞〜至近距離情報を出力すると同時に、前記レベル差処理部１４によって前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下となった時点で合焦したことを示す合焦信号（例えば、パルス信号）を出力する距離情報出力手段２と、レンズ絞り機構４を駆動する絞り駆動手段７及びレンズ絞り機構４の絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段８と、ズーム機構５を駆動するズーム駆動手段９及びズーム機構５の望遠端から広角端までの焦点距離位置情報を出力するズーム値情報出力手段１０とを備えたズームレンズである。ここで上記の各情報出力手段は位置検出センサ（例えば、ポテンシオメータ又は光学式ロータリエンコーダ等）からの電圧値（アナログ又はデジタル信号）をそれぞれの情報出力としている。
【００５２】
前記撮像レンズ３が撮像した被写体の光学像は、放送用、工業用テレビカメラに一般的に使用されている３個のプリズムで構成する分光光学系３Ｐプリズム１１を介して、その各出射面に装着された３個の固体撮像デバイスＡ，Ｂ，Ｃに分光・結像される。
【００５３】
前記３Ｐプリズム１１の光学像出射面に装着された撮像デバイスＡが撮像レンズの焦点位置にあるとき、他の２つの撮像デバイスＢは前ピント位置、撮像デバ
イスＣは後ピント位置になるようにそれぞれ装着されている。前記２つの撮像デバイスＢ，Ｃは、後述する絞り値情報出力手段８及びズーム値情報出力手段１０からの出力信号によりそれぞれの光軸に沿って前後に移動可能な撮像デバイス移動手段１２を駆動して結像位置を移動している。
【００５４】
それぞれの固体撮像デバイスで光電変換され、Ａ／Ｄ変換回路でアナログ信号からデジタル信号へ変換された映像信号は、カメラ回路でガンマ補正、ブランキング処理、同期信号付加等の画像処理が行われて出力されている。
【００５５】
図１及び図２において、カメラ回路から出力された映像信号の高域周波数成分だけがＨＰＦで抽出され、ゲート回路により画面中央近辺に設定された合焦検出領域内の高域周波数成分を検波器で検波し、映像信号の高域周波数成分を検波した焦点電圧として検波器から出力される。前記焦点電圧は撮像レンズ３で撮像された光学像の精細度に対応しているので、検波器出力に現れる焦点電圧値と撮像レンズ３の被写体までの光路長Ｄは、撮像レンズ３のフォーカスレンズ群６が被写体像を撮像デバイスＡ上に焦点を結ぶ位置にある状態では、撮像デバイスＡの焦点電圧が最大値Ｖａであり、相当する光路長ＤはＡ位置となり、前ピント位置に装着された撮像デバイスＢの焦点電圧がＶｂであり、相当する光路長ＤはＢ位置、後ピント位置に装着された撮像デバイスＣの焦点電圧はＶｃであり、相当する光路長ＤはＣ位置となる。
【００５６】
図１のレベル差処理部１４は、上記検波器出力の焦点電圧を一定時間毎にサンプルホールドし、焦点電圧が時間経過に対して増加方向であれば正の電圧を、焦点電圧が時間経過に対して減少方向であれば負の電圧を発生する回路であり、レベル差処理部１４から出力されたフォーカス駆動電圧は、Ｄ／Ａ変換回路でデジタル信号からアナログ信号へ変換されフォーカス駆動手段１へ入力される。フォーカス駆動手段１はレベル差処理部１４のフォーカス駆動電圧が正であれば、例えば駆動用モータを正転してフォーカスレンズ群６の位置を前方（又は後方）へ移動し、同フォーカス駆動電圧が負であれば、例えば駆動用モータを逆転してフォーカスレンズ群６の位置を後方（又は前方）へ移動する。
【００５７】
すなわち、前記高域成分抽出部１３から出力された前ピント位置及び後ピント位置に装着された撮像デバイスＢ，Ｃによる映像信号から抽出された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段１を制御するフォーカス駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下になるまで繰り返し実行することにより合焦位置を判断する。
ここで、前記高域周波数成分には雑音信号が含まれている場合が一般的であり、ランダムに発生している雑音信号によって前記レベル差を零になるまで演算することが困難な場合もある。その場合は、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達した時点で合焦位置と判断することが好ましい。
【００５８】
図２において、本発明のＡＦ方式は、３Ｐプリズム１１の出射面に装着された、前ピント位置の撮像デバイスＢの焦点電圧Ｖｂと、後ピント位置の撮像デバイスＣの焦点電圧Ｖｃを比較し、撮像デバイスＡの焦点電圧が最大となるようにフォーカスレンズ群６を制御し、その時の被写体までの距離情報出力手段２（図１）から、合焦したことを示す合焦信号と、被写体までの距離情報出力信号を出力端子２０からカメラ外部に出力し、例えば、ロボットの目などに装着された本願発明の測距カメラ装置と被写体までの距離情報信号として利用される。
【００５９】
前記焦点電圧が最大かどうかは、図２の横軸で示した光路長Ｄの至近、又は∞のどちらに移動すれば撮像デバイスＡの焦点電圧Ｖａが最大になるかは、各撮像デバイスの焦点電圧（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）を前記レベル差処理部１４（図１）で比較することで瞬時に判断できる。
すなわち、
合焦時・・・・Ｖａ＞Ｖｂ＝Ｖｃ
非合焦時・・・Ｖｂ＜Ｖｃ又はＶｂ＞Ｖｃ
となり、不等号の向きでフォーカスレンズ群６の移動方向を判別しながら、Ｖａ＞Ｖｂ＝Ｖｃになるように制御する。このように焦点電圧の比較を従来例のようにフォーカスレンズ群６等を微振動（ウオブリング）させながら行う方式と異なるため、フォーカスレンズ群６は合焦位置を通過することなく合焦位置に到達し、停止することができる。
【００６０】
上記説明において、高域周波数成分を抽出する合焦検出領域を画面中央近辺の領域としたが、動きのある被写体を追跡し測距するため、抽出する領域を広くすれば、撮像対象物に対する合焦状態の検出範囲を広げることになり、検出精度を確保できず、適正な合焦状態を得ることは極めて困難になる。このため前記任意領域を極めて小面積に限定し、かつ被写体の動きに合わせて移動する必要がある。      
【００６１】
このため、動きベクトル検出方法として、動きベクトル検出手段１５は、カメラ回路を介して撮像デバイスＡから出力された前記映像信号中の合焦検出領域と、該合焦検出領域を取り囲むように設けた８つの領域とで画面（ブロックと称する）を９つに分割し、各ブロックの中心に位置する前フィールドの各代表点画素と、現フィールドのブロック内の各代表点画素の画像データとのフィールド間のレベル差を演算して前記合焦検出領域内の撮像対象被写体像の動きベクトルの検出を行うブロックマッチング法等の公知技術を用いてもよい。
【００６２】
前記動きベクトル検出手段１５によって画面分割された映像信号中の前記合焦検出領域の大きさを示す領域ゲート信号は、合焦検出領域内の撮像対象被写体像の動きに応じて合焦検出領域を制御し移動させるゲート領域制御手段１６に入力され、該ゲート領域制御手段１６によって形成された合焦検出領域ゲート信号はゲート回路のそれぞれに加えられ、各ＨＰＦから出力された高域周波数成分の内前記合焦検出領域のみの高域周波数成分を検波した焦点をレベル差処理部１４へ入力する。
【００６３】
前記ゲート領域制御手段１６が、前記合焦検出領域の輪郭を示す輪郭信号を発生し、該輪郭信号を前記３組のカメラ回路のいづれか一つの出力端に設けられた輪郭信号重畳回路１７に入力し、モニタ出力１９の出力映像信号に輪郭信号を重畳することにより、前記合焦検出領域が前記合焦検出領域ゲート信号で輪郭表示されるので合焦検出領域の視認性を容易にして、常に合焦検出領域内の撮像対象被写体像の動きを監視できる。
【００６４】
レンズは、理想的には光軸に対して垂直な平面上の被写体を結像面に結像するものであるが、しかし実際には、奥行きのある被写体でも被写界深度が深ければピントを合わせた位置の前後のある範囲内は、ピントが合っているように見える。  被写界深度には、
ａ）絞りは絞るほど深度は深くなる。
ｂ）ズームレンズの焦点距離は短い（広角端）ほど深度は深くなる。
ｃ）被写体距離が遠いほど深度は深くなる。
ｄ）前方の深度より、後方の深度は深くなる。という性質がある。
【００６５】
ここで前述の通り、山登りサーボ方式（又はコントラスト方式）のＡＦ方式では、例えば絞り値が小さく、かつズーム倍率が高い（望遠側）などのようにレンズの被写界深度が浅い場合の撮像では、前記焦点電圧による山の傾斜が急峻なので、前記高域成分抽出部１３から出力された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段１を制御する駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行するレベル差処理部１４の演算は、高域周波数成分に雑音信号があっても、容易に、かつ正確に行われる。
【００６６】
しかし、レンズの絞り値が大きく、かつズーム倍率が低い（広角側）場合などのように被写界深度が深い場合には焦点電圧による山の傾斜が非常になだらかになり、そのため前記レベル差値がごく僅かとなるためレベル差処理部１４のレベル差演算が不安定で、不正確になりやすく、このためフォーカスレンズ群６が適当な合焦ポイントで停止状態となってしまう恐れが生じやすい。
【００６７】
そこで被写界深度が深い場合、又は被写界深度が浅く極端なボケ像になる、いわゆるバカボケ状態に対応できるように、前記３Ｐプリズム１１の前ピント位置及び後ピント位置に装着された２つの撮像デバイスＢ，Ｃを光軸に沿って前後に移動させる撮像デバイス移動手段１２と、前記撮像レンズ３の絞り機構を駆動するための絞り駆動手段７と、絞り値情報を出力する絞り値情報出力手段８と、さらに前記撮像レンズ３のズーム機構５を駆動するズーム駆動手段９と、ズーム機構５の焦点距離値を出力するズーム値情報出力手段１０とを備え、前記絞り値情報出力手段８又は前記ズーム値情報出力手段１０、あるいはその双方の情報出力手段から出力された、絞り値情報出力信号又はズーム位置情報出力信号により、前記撮像デバイス移動手段１２を駆動して前記２つの撮像デバイスＢ，Ｃの結像位置を制御している。
【００６８】
すなわち、被写界深度を考慮して、実使用時の絞り値情報又は実使用時のズーム位置情報が、最大絞り値又は最小絞り値とその近くの一つ〜二つ手前に任意に設定された絞り値情報設定値間、又は、ズーム焦点距離の広角端又は望遠端とその若干手前に任意に設定されたズーム位置情報設定値までの間に存在するようになったとき、被写界深度が深い場合は、前記絞り値情報出力手段８又は前記ズーム値情報出力手段１０の各情報出力信号により、前ピント位置の撮像デバイスＢは更に前ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動し、後ピント位置の撮像デバイスＣは更に後ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動する。
【００６９】
また、被写界深度が極端に浅い、ピンボケ状態の場合は、実使用時の絞り値情報又は実使用時のズーム位置情報が、最小絞り値とその一つ〜二つ手前に任意に設定された絞り値情報設定値間、又は、ズーム焦点距離の望遠端とその若干手前に任意に設定されたズーム位置情報設定値までの間に存在するようになったとき、前記前ピント位置の撮像デバイスＢ及び後ピント位置の撮像デバイスＣは、それぞれジャストピント方向に光軸に沿って制御・移動する。
【００７０】
さらに、前記撮像デバイス移動手段１２が、絞り値情報出力手段８から出力された絞り値情報出力信号と、前記ズーム値情報出力手段１０から出力されたズーム位置情報出力信号のいずれかが予め設定した前記設定値に達し作動している状態で、更に残りもう一つの前記情報出力信号が予め設定した前記設定値に達したときに、被写界深度が深い場合は、前ピント位置の撮像デバイスＢは更により前ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動し、後ピント位置の撮像デバイスＣも更により後ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動する。
【００７１】
上記のように、レンズの被写界深度が深い場合の撮像では、実使用時の絞り値情報出力信号、実使用時のズーム位置情報出力信号に基づいて前記２つの撮像デバイスＢ，Ｃの結像位置を制御しているので、被写界深度はその都度より浅くなり、前記焦点電圧による山の傾斜が測定に適した程度の傾斜に近づくので、前記高域成分抽出部１３から出力された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段１を制御する駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行するレベル差処理部１４の演算は、高域周波数成分に雑音信号があっても、結果としてより容易で、迅速、かつ正確に行われる。
【００７２】
さらにまた、被写界深度が極端に浅いピンボケ状態の場合は、前記撮像デバイス移動手段１２が、絞り値情報出力手段８から出力された絞り値情報出力信号と、前記ズーム値情報出力手段１０から出力されたズーム位置情報出力信号のいずれかが予め設定した前記設定値に達し作動している状態で、更に残りもう一つの前記情報出力信号が予め設定した前記設定値に達したときに、前記前ピント位置の撮像デバイスＢ及び後ピント位置の撮像デバイスＣは、それぞれ更によりジャストピント方向へ光軸に沿って制御・移動する。
【００７３】
また上記のように、被写界深度が極端に浅い場合のピンボケ状態の撮像では、実使用時の絞り値情報出力信号、実使用時のズーム位置情報出力信号に基づいて前記２つの撮像デバイスＢ，Ｃの結像位置を制御しているので、被写界深度はその都度より深い方向になり、前記焦点電圧による極端な山の傾斜が測定に適した程度の傾斜に近づくので、前記高域成分抽出部１３から出力された高域周波数成分を検波した焦点のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記フォーカス駆動手段１を制御する駆動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が予め前記雑音レベルより若干多めに設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行するレベル差処理部１４の演算は、結果としてより容易で、迅速、かつ正確に行われる。
【実施例２】
【００７４】
本実施例では、実施例１の絞り値情報出力信号及びズーム位置情報出力信号と、さらに撮像レンズ３から被写体までの距離情報出力信号もパラメータの一つとして加え、前記３つの情報出力信号から算出した被写界深度情報に基づいて前記撮像デバイス移動手段１２を駆動して前記２つの撮像デバイスＢ，Ｃの結像位置を制御・移動する手段について図３に基づき説明する。
【００７５】
図３の前記測距カメラ装置において、さらに前記前ピント位置と後ピント位置になるように装着された２つの撮像デバイスＢ，Ｃを、光軸に沿って前後に移動可能にする撮像デバイス移動手段１２と、前記絞り値情報出力手段８から得られる絞り値情報、前記ズーム値情報出力手段１０から得られるズーム値情報及び前記距離情報出力手段２から得られる被写体までの距離情報に基づいて被写界深度情報を演算・検出する被写界深度検出手段２１を備え、前記被写界深度検出手段が、前記絞り値情報と、前記ズーム値情報及び被写体までの距離情報とから算出した被写界深度情報が、該被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段１２が作動し、前記２つの撮像デバイスＢ，Ｃの位置を制御・移動している。
【００７６】
図４において、一般に被写体までの距離ｌにフォーカスを合わせた場合、距離ｌより遠方でピントの合う距離ｄ1を後方被写界深度、手前側でピントの合う距離ｄ2を前方被写界深度という。ここでレンズの被写界深度は両者を併せた範囲ｄ1＋ｄ2である。
【００７７】
レンズの焦点距離をｆ、Ｆナンバー（絞り値）をＦNO、許容錯乱円をδとすれば、前記ｄ1，ｄ2は次の式が成り立つ。
後方被写界深度ｄ1＝δ・ＦNO・ｌ2／（ｆ2−δ・ＦNO・ｌ）
前方被写界深度ｄ2＝δ・ＦNO・ｌ2／（ｆ2＋δ・ＦNO・ｌ）
【００７８】
本発明実施例では、前記被写界深度検出手段２１に、上記式から最大絞り値又は最小絞り値とその一つ〜二つ手前の絞り値と、前記ズーム焦点距離の広角端又は望遠端とその若干手前のズーム位置及び撮像レンズ３から被写体までの∞距離端及び至近距離端とその若干手前の距離とから算出した被写界深度情報を予め被写界深度情報設定値として設定しておき、実使用時において、前記絞り値情報出力信号と、前記ズーム位置情報出力信号及び被写体までの距離情報出力信号とから算出した被写界深度情報が、被写界深度情報の最も深い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間、及び最も浅い値とその近くに任意に設定された被写界深度値までの間に存在するようになったとき、前記撮像デバイス移動手段１２を駆動して前記２つの撮像デバイスＢ，Ｃの結像位置を制御・移動している。
【００７９】
すなわち、、被写界深度が深い場合は、実使用時の大きな絞り値情報と、実使用時の広角側ズーム位置情報及び被写体までの∞側距離情報出力信号とから算出した被写界深度情報と、前記複数の被写界深度情報設定値とを比較し、前記算出した被写界深度情報が被写界深度情報設定値間に達したときに、前ピント位置の撮像デバイスＢは更に前ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動し、後ピント位置の撮像デバイスＣは更に後ピント位置になるように光軸に沿って制御・移動する。
【００８０】
また、被写界深度が浅い場合は、実使用時の小さな絞り値情と、実使用時の望遠側ズーム位置情報及び被写体までの至近側距離情報出力信号とから算出した被写界深度情報と、前記複数の被写界深度情報設定値とを比較し、前記算出した被写界深度情報が被写界深度情報設定値間に達した時に、前記前ピント位置の撮像デバイスＢ及び後ピント位置の撮像デバイスＣは、それぞれジャストピント方向に光軸に沿って制御・移動する。
【００８１】
さらに、被写界深度が極端に浅い、いわゆるピンボケ状態の場合は、例えば、開放絞り値情報出力信号か、望遠端のズーム位置情報出力信号か、被写体までの最至近距離情報出力信号のいずれかか、又は二つの組み合わせた信号に基づいて算出した被写界深度情報が予め設定した前記被写界深度情報設定値間に達し、すでに作動している状態で、更に残りもう一つの情報出力信号のいずれかに基づいて算出した前記被写界深度情報出力信号が予め設定した前記設定値間に達したときに、前記前ピント位置の撮像デバイスＢ及び後ピント位置の撮像デバイスＣは、それぞれ更によりジャストピント方向へ光軸に沿って制御・移動する。
【００８２】
前記被写界深度検出手段２１に予め設定する被写界深度情報設定値は、絞りを優先し焦点距離を変化させるか、焦点距離を優先し照明条件に基づき絞りを変化させるか、絞り、焦点距離のいずれも変化させるかなど、照明条件、撮像面積及び撮像距離を考慮して設定することが好ましい。
なを、上記以外の構成及び作用は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００８３】
本実施例は、撮像レンズ３が大型レンズの場合、大型のフォーカスレンズ群６を駆動して合焦し距離情報を得る方式に代えて、軽量で  移動容易な３つの撮像デバイスを移動する方式を採用し、極めて高速なＡＦ作用と合焦作用を同時に行い、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力することができる測距カメラ装置である。本実施例を図に基づき説明する。
【００８４】
図５において、本実施例３では、実施例１の測距カメラ装置に加え、さらに前記フォーカス駆動手段１に代えて、前記３Ｐプリズム１１の光学像出射面のジャストピント位置に装着された撮像デバイスＡも光軸に沿って前後に移動可能な撮像デバイス移動手段１２と、該前後に移動する撮像デバイスＡの移動距離に基づいて、合焦したことを示す合焦信号と被写体までの距離情報を出力する距離情報出力手段２２を備えている。
【００８５】
実施例１と同様に、それぞれの固体撮像デバイスで光電変換され、Ａ／Ｄ変換回路でアナログ信号からデジタル信号へ変換され、カメラ回路から出力された映像信号の高域周波数成分だけがＨＰＦで抽出され、ゲート回路により画面中央近辺に設定された合焦検出領域内の高域周波数成分を検波器で検波し、映像信号の高域周波数成分に対応する焦点電圧として検波器から出力される。
【００８６】
前記焦点電圧は撮像レンズ３で撮像された光学像の精細度に対応しているので、検波器出力に現れる焦点電圧値は、前記撮像デバイスＡの位置が被写体までの距離に合致している状態では、図２に示すように、撮像デバイスＡの焦点電圧は最大値Ｖａを示すＡ位置となり、前ピント位置に装着された撮像デバイスＢの焦点電圧はＶｂを示すＢ位置で、後ピント位置に装着された撮像デバイスＣの焦点電圧はＶｃを示すＣ位置となる。
【００８７】
レベル差処理部１４は、上記検波器出力の焦点電圧を一定時間毎にサンプルホールドし、焦点電圧が時間経過に対して増加方向であれば正の電圧を、焦点電圧が時間経過に対して減少方向であれば負の電圧を発生する回路であり、レベル差処理部１４から出力された撮像デバイス移動電圧は、Ｄ／Ａ変換回路でデジタル信号からアナログ信号へ変換され撮像デバイス移動手段１２へ入力される。撮像デバイス移動手段１２はレベル差処理部１４の撮像デバイス移動電圧が正であれば、例えば正転して撮像デバイスＡの位置を３Ｐプリズム側へと撮像デバイス移動手段１２により制御・移動し、同撮像デバイス移動電圧が負であれば撮像デバイス移動手段１２により撮像デバイスＡ位置を逆方向へと制御・移動する。
【００８８】
すなわち、前記高域成分抽出部１３から出力された前ピント位置及び後ピント位置に装着された撮像デバイスＢ，Ｃによる映像信号から抽出された高域周波数成分を検波した焦点電圧のレベル差を演算し、該レベル差に基づいて前記撮像デバイス移動手段１２を制御する撮像デバイス移動電圧を増減させる処理を前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下に達した時点、又は、前記レベル差が零もしくは、予め設定した閾値以下で、かつ予め設定した時間内に得られる最小値に達するまで繰り返し実行することにより撮像デバイスＡの合焦位置を決定する。同時に撮像デバイスＢ，Ｃは、それぞれ前ピント位置及び後ピント位置の相対的な位置を保持しながら、撮像デバイスＡに連動して制御・移動される。
以上により合焦位置が決定し撮像デバイスＡの位置検出センサ（例えば、ポテンシオメータ又は光学式ロータリエンコーダ等）からの電圧値（アナログ又はデジタル信号）を距離情報出力手段２２にフィードバックし、該距離情報出力手段２２から距離情報として出力端子２３から出力する。
なを、上記以外の構成及び作用は実施例１及び実施例２と同様である。
【００８９】
その他の応用例として、前記合焦領域内の遠近方向へ動いている撮像対象被写体像の高域周波数成分をフレーム単位で追跡検出することにより、連続して被写体までの距離情報が得られることから、被写体が近づいてくるのか、遠ざかるのかを判断できる距離情報を出力することができる。
【００９０】
前記撮像デバイスＡ，Ｂ，Ｃが、全てモノクローム用撮像デバイスで構成されている場合は、超高画素数の撮像デバイスを使用できるので、高精細画像方式の場合でも、ＡＦ方式に機械的な振動機構を使用していないため、瞬時高速演算処理が出来るので、瞬時に被写体までの正確な距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できる自動測距カメラ装置を提供できる。
【００９１】
前記撮像デバイスＡ，Ｂ，Ｃが、全てカラー用撮像デバイスで構成されている場合は、高画素数のカラー用撮像デバイスを使用でき、カラーのＨＤＴＶ放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、ＡＦ方式に機械的な振動機構を使用していないので、瞬時高速演算処理が可能なため、瞬時に被写体までの正確な距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるカラー方式自動測距カメラ装置を提供できる。
【００９２】
前記撮像デバイスが、前記ジャストピント位置に装着された高画素数のカラー用撮像デバイスＡと、前記前ピント位置及び後ピント位置に装着された超高画素数のモノクローム用撮像デバイスＢ，Ｃとで構成されている場合は、カラーのＨＤＴＶ放送方式など高精細画像方式に対応できると共に、ＡＦ方式に機械的な振動機構を使用していないので、瞬時高速演算処理が可能なため、瞬時に被写体までの正確な距離情報が出力可能で、かつ高画質な画像でジャストピント位置に制御できるカラー画像出力が得られる自動測距カメラ装置を提供できる。
【００９３】
以上の説明において、前記３個のプリズムで構成する３Ｐプリズム１１分光光学系を介して、その各出射面に装着された３個の撮像デバイスＡ，Ｂ，Ｃに分光・結像されているが、その分光配分量は、等量又はジャストピント位置の撮像デバイスＡに７０％、その他の２つの撮像デバイスＢ，Ｃにそれぞれ１５％の配分でも良い。
【００９４】
また、赤外線領域又は紫外線領域に感度を有する撮像デバイスを使用すれば、それぞれの光線領域においての正確な距離情報出力の自動測距カメラ装置を提供できる。
【００９５】
前記撮像デバイスにエリアセンサを使用すれば、被写体を面で捕らえ走査することによって、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ放送方式、さらには高画質が要求されるＨＤＴＶや高精細度画像方式に容易に対応できるので、周辺機器を含め小型で、低コストでシステムを構築可能になる。さらにまた、応用例として、高速合焦時間が必要となるＦＡ（ファクトリオートメーション）用途にも、ウオブリングによるボケやフリッカの無い、瞬時高速合焦演算処理する最適機器として使用できる。
【００９６】
また、前記撮像デバイスにリニアセンサを使用すれば、撮像デバイスの走査方向と直交する副走査手段及びメモリ等が必要となるが、水平、垂直走査方向共に高画素数の画像が得られるので、精密な画像データに基づく高速合焦演算処理を行い、極めて正確な距離情報出力の自動測距カメラ装置として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明実施例１の測距カメラ装置のブロック図。
【図２】同実施例のオートフォーカス方式の説明図。
【図３】同実施例２の測距カメラ装置のブロック図。
【図４】同実施例２の後方及び前方被写界深度の説明図。
【図５】同実施例３の測距カメラ装置のブロック図。
【図６】「山登りサーボ方式」の測距方式の従来例ブロック図。
【図７】従来例の山登りサーボ方式によるオートフォーカス方式の焦点電圧及び差分ホールド回路出力電圧曲線図。
【符号の説明】
【００９８】
１：フォーカス駆動手段              ２、２２：距離情報出力手段
３：撮像レンズ                      ４：レンズ絞り機構
５：ズーム機構                      ６：フォーカスレンズ群
７：絞り駆動手段                    ８：絞り値情報出力手段
９：ズーム駆動手段                  １０：ズーム値情報出力手段
１１：３Ｐプリズム                  １２：撮像デバイス移動手段
１３：高域成分抽出部                １４：レベル差処理部
１５：動きベクトル検出手段          １６：ゲート領域制御手段
１７：輪郭信号重畳回路              １８：本線出力
１９：モニタ出力                    ２０、２３：出力端子
２１：被写界深度検出手段
１０１：撮像レンズ                  １０２：フォーカスレンズ群
１０３：撮像デバイス                １０４：カメラ回路
１０５：出力端子                    １０６：ハイパスフィルタ
１０７：検波器                      １０８：差分ホールド回路
１０９：駆動装置制御器              １１０：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】
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