(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
視差を有する一対の受光素子列により被写体像を受光して、一対の被写体像信号を出力する受光手段と、
前記一対の被写体像信号につきそれぞれ所定サイズに分割された複数のエリアの中から１つを選択する選択手段と、
前記選択したエリア内の両端の受光素子のセンサ信号レベルと、この両端の受光素子のそれぞれに隣接する受光素子のセンサ信号レベルとの差を求め、この差の計算結果が所定条件を満たすように当該選択されたエリアのサイズ、又は位置を変更する変更手段と、
上記変更手段で変更されたエリアのセンサ信号を用いて相関演算及び補間演算を行う相関手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラやビデオ等に使われる測距装置に係わり、より正確な距離測定とピント合せが可能な装置を提供するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、カメラ等に採用される測距装置は光を利用するものが多く、装置側から信号光を投射する方式の「アクティブタイプ」と、対象物の輝度分布像を利用する方式の「パッシブタイプ」に大別される。これらは共に三角測距を基本原理としており、アクティブタイプでは投光と受光の位置間隔を基本の長さ（基線長）とし、パッシブタイプでは２つの受光位置を基準としその視差による対象物の像の相対位置差にしたがって対象物までの距離を求めている。この対象物の像を観察するためには受光位置ごとの光量を測定する必要があることから、複数の光センサを並べて成るラインセンサを利用している。
【０００３】
まず、このパッシブタイプの測距装置の測距方法について図１を用いて説明する。２つの受光レンズ１ａ，１ｂが基線長Ｂだけ離間して配置され、被写体６からこれらのレンズを介して入射した光はそれぞれラインセンサ２ａ，２ｂ上に曲線パターン３ａ，３ｂのような光パターンを形成するが、これらパターンは被写体６上の輝度分布と両方の受光レンズの相対位置関係に依存し、得られる両パターン３ａ，３ｂの相対位置差ｘは、上記基線長Ｂとレンズ、センサ間距離ｆおよび被写体距離Ｌに依存する。つまり次の関係が成立する。
ｘ  ＝  Ｂ×ｆ／Ｌ      …（式ａ）
このようなラインセンサの出力から演算によって相対位置差を算出する方法（以下、相関演算と称す）については、特公平７−５４３７１号公報に開示されている。
【０００４】
また、この光パターンのどの部分を利用して測距するのかも重要な技術であり、例えば図５に示すように人物６ａを測距しようとしても、もし、センサアレイ２ａのＲn2の部分に入射した光を加味してしまうと、背景の山６ｂの輝度が混入し（以下、遠近混在と称す）、正しい測距ができなくなる。つまり図中Ｒ1 〜Ｒn1までのセンサに入射する光だけは利用しても、Ｒn2のセンサ信号は利用しないようにする例えば特公平５−８８４４５号公報に開の技術が正確な測距には必要となる。
【０００５】
さらに、特開平２−１３５３１１号公報に開示された焦点検出装置によれば、ラインセンサの各データのデータ変化を調べて、その中の変化率の小さい所に該当する信号を測距に利用している。
さらにまた、カメラの撮影レンズの焦点距離に従って測距枠を切り替える技術は古くから広く知られており、例えば特開昭５３−９９９３５号公報に開示された自動焦点調節を行うカメラの測距範囲表示装置などがあり、撮影シーンの画面内における測距エリアを一定に設定することで、上記誤差の発生を防止するような技術もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、まず特公平７−５４３７１号公報に開示の技術は上記「遠近混在」の問題には触れておらず、他方の特公平５−８８４４５号公報に開示の技術では、相関演算後はこの結果が不適当の場合にセンサのエリアを切り替えるというものであり、その判定や切替え制御の分、よけいな時間を要しかつデータを何度も加工し直す関係からマイコン等を利用して判定や演算をするのにもメモリ容量やプログラムの容量が増加する等の不具合があった。つまり、これらの従来技術を単に組み合わせたとしても、高速かつ高精度の測距装置は提供することは困難である。
【０００７】
また、従来の装置の運用上においては、測距する被写体の明暗の分布によっても誤差を生じ、この誤差を対策しなければ同じ距離であっても被写体によって測距の誤差を生じるだけでなく、あるいは被写体の部分によって測距の誤差を生じることが有り得る。また一般に、測距装置でも採用する構成部品やそれらの組立ての「ばらつき」によっても、必ずしも設計どおりの測距結果が出力できないことが多く、したがって製造時にこの問題を対策するための調整工程が必要である。しかし、この調整工程においても、調整用チャートと測距装置の位置関係の微妙なズレに起因して正確な安定した出力が得られないことがある。なぜならば、この出力が安定しない限り正しい調整は困難であり、結果として正確な測距装置の提供も不可能となっているが、この問題に関しても上述の従来技術には考慮されていなかった。
【０００８】
そこで本発明は上記の問題点に鑑みてなされ、どのような対象物に対しても常に正しい測距ができるような測距装置を提供するものであり、そのためには、パッシブタイプの測距装置の対象物の持つ固有なパターン（例えばチャート）に対する依存性（即ち被写体に基づく固有な「クセ」）を取り除くための対策を施した測距装置を提供することを目的とするものである。また本発明では上記遠近混在の誤差にも強い測距装置を提案し、カメラやビデオのピント合わせ用に応用する際に、対象物に正確なピント合わせができるような測距装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、測距装置であって、視差を有する一対の受光素子列により被写体像を受光して、一対の被写体像信号を出力する受光手段と、前記一対の被写体像信号につきそれぞれ所定サイズに分割された複数のエリアの中から１つを選択する選択手段と、前記選択したエリア内の両端の受光素子のセンサ信号レベルと、この両端の受光素子のそれぞれに隣接する受光素子のセンサ信号レベルとの差を求め、この差の計算結果が所定条件を満たすように当該選択されたエリアのサイズ、又は位置を変更する変更手段と、上記変更手段で変更されたエリアのセンサ信号を用いて相関演算及び補間演算を行う相関手段と、を具備する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明に係わる複数の実施形態について説明する。
まずその前提として、図１に、前述したパッシブタイプの測距装置における光パターンの相対位置差算出方法について説明する。
図１において、両受光レンズ１ａ、１ｂの位置の差Ｂ（基線長）により、センサアレイ２ａ、２ｂ上に入射する光分布の相対位置差ｘは、被写体距離Ｌに依存して変化する。各受光レンズの焦点距離をｆとすると、被写体距離Ｌは次式で求められる。
Ｌ  ＝  Ｂ×ｆ／ｘ          …（式ｂ）
センサアレイの各センサは光の入射量にしたがって電流信号を出力するので、これらをＡ／Ｄ変換器４によりディジタル信号に変換すれば、像ずれ量を算出する演算手段５による相関演算によって上記相対位置差ｘが検出できる。この結果をワンチップマイコン等からなる演算制御手段（ＣＰＵ）１０に入力して上記式ｂに基づき演算することで被写体距離Ｌが求められる。以上がパッシブタイプの三角測距方式の基本原理と一般的な装置構成である。
【００１１】
上記のずれ量演算機能は、一般的に後述のように２つのプロセスから成るが、これらはＣＵＰ１０内に制御プログラムとして内蔵していてもよい。このような技術を用いてカメラのピント合わせを行う場合、このＣＰＵ１０がカメラの動作を制御し、撮影用ピント合わせ用レンズ等をモータなどのアクチュエータを介して適宜制御すれば自動焦点( ＡＦ) 機能付きカメラが提供できる。
【００１２】
像ずれ量の演算のためには、両方のラインセンサにおけるセンサピッチの単位でどれだけ像がずれているかを調べる演算ステップ（即ち相関演算）を必要とする。そして、これより細かい分解能でさらに正確にずれ量を算出する演算ステップ（以下、補間演算と称す）を必要とする。
【００１３】
センサアレイ２ａ上に図１が示す波形３ａのようなパターンで光が入射した場合は、各センサＲ１〜Ｒ６の出力の大きさは、図２（ｂ）に棒グラフで示したような分布３ａとなる。なおここでは、‘Ｒ’は右側(Right)のセンサを示し、‘Ｌ’は左側（Left）のセンサを示して、これらに付された添え字の１〜６は、例えば受光レンズ光軸基準でのセンサの位置の絶対位置を示していると仮定する。左側センサの出力Ｌ１〜Ｌ６から出力Ｒ１〜Ｒ６と同じ信号が出力される場合には、上記相対位置差ｘは０となるので、求める被写体距離Ｌは「無限遠」となる。
【００１４】
また、被写体が「有限距離」に存在すると、上記ｘとセンサピッチＳＰから決るセンサの数Ｓだけシフトしたところの左側センサＬには、図２（ｃ）に示すような上記出力Ｒ1 〜Ｒ6 に類似する値の出力信号が得られる。
図２（ａ）のグラフにおける縦軸の値ＦＦ(i) は次式に従って求められる。
【００１５】
ＦＦ(i)   ＝  Σ｜Ｒ(i) −Ｌ(i) ｜      …（式ｃ）
すなわち、あるＲのセンサの出力から対応するＬのセンサの出力を引き算し、その絶対値を各センサごとに加算した結果ＦＦを用いればよい。すなわち、まずＲi からＬi を引き算してその絶対値をとり、所定の幅でｉを変化させてこれらを加算する。
次に、Ｒi またはＬi の一方のセンサを１単位だけずらし、先に差をとった隣接するセンサと同様に差をとると、次式のようなにＦＦ(i+1) が表せる。
【００１６】
ＦＦ(i+1) ＝  Σ｜Ｒ(i+1) −Ｌ(i) ｜    …（式ｄ）
このように順次、ずらし量（以下、ＳＩＦＴ量と称す）を変更しながらＦＦが得られるが、ＲとＬとの差の和であるＦＦが最小値（Ｆmin ）となるＳＩＦＴ量の所が最もよく対応がとれている位置と考えられるため、この場合のＳＩＦＴ量が上記Ｓとして求められる。以上が相関演算に関するプロセスの概略手順である。
【００１７】
また、上記Ｓを加味して両センサアレイの出力分布を図示すると、図２（ｂ）のように、Ｌ側のＳだけずれた各センサから対応する添え字の付いたＲ側各センサと同様の出力が得られる。
【００１８】
続いて、図２（ｂ）〜（ｄ）を用いて「補間演算」プロセスについて詳しく説明する。実際の２つのセンサアレイ上の像のズレ量はぴったりとセンサのピッチでずれるわけではなく、また正確な測距にはピッチより細かい精度にて像ズレ量を検出しなければならない。そこで補間演算を行う。図２（ｂ），（ｃ）中のＲとＬは各々図１中のセンサアレイ２ａ，２ｂを構成する一部のセンサ出力を表わしている。
また、図２（ｄ）には、すでに「相関演算」が終了した上記Ｓだけシフトさせた後で比較しやすい状態に直したグラフを示してある。すなわち、Ｌ0 〜Ｌ4 は正確にはＬs 〜Ｌs+4 と記述するべきであるが、記載上繁雑になるのを避けてこのＳは省略して記してある。
ここで、Ｌのセンサには上記Ｓだけシフトした後もＲ基準でまだｘだけずれた光が入射しているとする。このとき例えば、Ｌ1 のセンサにはＲ0 とＲ1 に入射する光が混じり合って入射し、同様に、各ＬのセンサにもＲ基準でｘだけずれた光が順次に入射するので、各Ｌの出力（Ｌ1 〜Ｌ3 ）は、図１６の［式１］に示したように表現されることがわかる。
【００１９】
上記Ｆmin とＦmin から上記シフト量をプラス方向とマイナス方向にずらしたＦＦの値Ｆ-1とＦ+1は、この各Ｒn ，Ｌn の出力を用いて表現すると、図１７の［式２］のように表される。さらに、［式１］を用いて［式２］を展開すると、値Ｆmin ，Ｆ-1，Ｆ+1のそれぞれは図１８の［式３］のように表される。
また、この［式３］中の｛｜Ｒ0 −Ｒ1 ｜＋｜Ｒ1 −Ｒ2 ｜＋｜Ｒ2 −Ｒ3 ｜｝を（ΣΔＲ）として表現すると、この（ΣΔＲ）に依存せず、先のズレ量ｘが図１９の［式４］に示す演算によって求められる。以上が「補間演算」である。
【００２０】
なお、これらの演算は、図１中の演算部５にて行われるが、ワンチップマイコン等の演算制御手段（ＣＰＵ）１０において所定のプログラムに従って行ってもよい。
【００２１】
図３には、本発明の主な実施形態に係わるカメラの構成の概念図を示す。このカメラには前述したレンズ１ａ，１ｂやセンサアレイ２ａ，２ｂ等から成る基本構成の測距ユニット１００が測距装置として搭載されている。ユニット内蔵の相関手段５は高速のハードロジック回路（不図示）で構成されている。
Ａ／Ｄ変換回路４は、センサアレイのアナログ出力をディジタルデータに変換する回路であり、ここでは変換データを記憶する機能も有するものとする。出力回路７はシリアル通信で、この記憶データをＣＰＵ１０に対して出力する。このＣＰＵ１０は、図示のように上記シリアル通信用の各ポート要素やカメラの各機能を制御する端子等から成るポート１９と、これを制御する演算用レジスタ１４，や汎用のレジスタ１８と、演算部１７と、データの一時記憶用のＲＡＭ１５と、所定アルゴリズムでこれらを制御するためのプログラムが格納したＲＯＭ１６等から構成されている。
【００２２】
このＣＰＵ１０からポート１９を介し、所定の制御によって繰出し制御を行う繰出し手段１２によりピント合わせ用のレンズ１３が繰り出されると共に、シャッタ８などが駆動制御される。
また、上記ポート１９を介しＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）９が設けられており、後述する一実施形態例のように、このＥＥＰＲＯＭ９はカメラの部品のばらつきや、組立て精度のばらつきによって生じる誤差を補正するための固有な補正係数を記憶するなどに利用する電気的に書込み可能なＲＯＭであり、製造ラインの調整工程（図１４）にて、補正値の検出およびＥＥＰＲＯＭへの書込み記憶が行われる。
このように、ＣＰＵ１０はこの補正データを参照しながら撮影時の測距制御等をはじめとするカメラの統括的制御を行う。
【００２３】
（第１実施形態）
まず図４には、本発明の実施形態に係わる演算処理等の概略的処理手順をフローチャートで示している。本発明の測距装置においてはおよそ次のような手順で処理が実行される。すなわち、最初にセンサアレイの入射光に基づくデータや、センサピッチ単位の相関値等を読み込む（Ｓ１０１）。続いて、左右のセンサから所定エリアでの測距するためのデータを本発明の１つの特徴的な後述する手法によって読み込む。概略的には、一定のエリアからやみくもに左右のデータを読み込んでそれぞれに補間演算するのではなく、例えばｎ＝０〜３の中でエリア端部の右側センサのデータ｜Ｒ1 −Ｒ0 ｜と｜Ｒn+1 −Ｒn ｜（即ち｜Ｒ4 −Ｒ3 ｜）の大きさを比較し（Ｓ１０２）、その差が所定条件を満たすエリアまでシフトすることでエリア変更を行いながら（Ｓ１０３）、もう一方の左側センサのデータ出力も求め、その後、相関演算および補間演算とを行う（Ｓ１０４）。そして、この結果から被写体までの正しい距離を得て、ピント合わせ等に使用することができる。
【００２４】
図７のフローチャートには、前述のような構成のカメラの測距装置の処理動作について本発明の第１実施形態として詳しく例示している。
まず、相関エリアを指定する。例えばここでは、Ｒ1 〜Ｒ3 （図１（ｄ）参照）として示したような相関エリアを指定してセンサアレイに入射する光パターンに基づくデータをＡ／Ｄ変換手段４でＡ／Ｄ変換する（Ｓ１）。
【００２５】
相関部５により、演算されたセンサピッチ単位の相関結果Ｓを読み込み（Ｓ２）、Ｒ側のセンサから所定のエリアで測距するためのデータを読み込む（Ｓ３）。前述したように本発明の特徴の１つともなる手法として、先に指定したエリアをやみくもに補間演算せず、エリア端部のセンサデータ｜Ｒ1 −Ｒ0 ｜（図７では｜Ｒn −Ｒn-1 ｜）及び｜Ｒn+1 −Ｒn ｜（図７では｜Ｒ4+n −Ｒ3+n ｜）の大きさを比較して（Ｓ４〜Ｓ７）、これらの差が所定値Ｒco以下になる領域までＳ１２，Ｓ１３でシフトしてから演算を行うと、この処理手法により、図１８の［式３］に示すＦ+1は、常に近似を成立させるので正しい測距が可能となる。  上記ステップＳ６において、エリアの末尾側のデータ差が大きいことを判定された場合は、データ差の小さい方のエリアの数字の若い方にシフトする（Ｓ１２）。
【００２６】
また、上記ステップＳ７にてエリアの最初側のデータ差が大きいことを判定された場合は、データ差の小さい方のエリアの数字の大きい方にシフトする（Ｓ１３）。これらのシフトによってステップＳ３に戻り同様な処理を繰り返すことにより、図５（ｃ）で説明したような作用効果を得ることができる。
続いて、前述のようにして、選択された領域に対するＬ側センサの出力も求め（Ｓ８）、図１７の［式２］に基づく演算を行い（Ｓ９）、図１９の［式４］に基づき補間演算を行って（Ｓ１０）、ｘを求めて、この結果とＳを用いて距離Ｌを求め、ピント合わせを行う（Ｓ１１）。
なお、このフローチャートに従う測距制御は、カメラのシャッタ動作に先立って瞬時に行われる。
【００２７】
（作用効果１）
以上に説明のように、本実施形態の測距装置によれば、［式３］で示した式に基づく演算手法を用いて近似誤差を最小限に抑え、誤測距の無い結果値から算出された値に基づいて正確なピント合わせが可能となる。また、測距ユニット中のハードロジック回路によって構成された相関演算手段を利用してシフト量Ｓを求めるので、演算の高速化も可能となる。
【００２８】
（作用効果１' ）
その他にも、従来の課題であった「遠近混在」の誤差は、本発明の特徴でもある上記｜Ｒ1 −Ｒ0 ｜及び｜Ｒn+1 −Ｒn ｜（図１では｜Ｒ4 −Ｒ3 ｜）を判定し、先に述べた近似が成り立つエリアを選択し直すようにする技術によっても軽減することができる。例えば、図５（ｂ）のようなシーンで、測距ユニット１００で人物６ａを測距するとき、背景の明るい木６ｂが、センサアレイに入ってしまうと、図５（ａ）の２つのグラフに示したようなデータが左右２つのセンサアレイ（右側( Ｒ) 、左側( Ｌ) ）から得られる。ここで、横軸はセンサアレイを構成する各センサの位置ｎを示し、縦軸は各センサの出力値Ｌn ，Ｒn を表わし、幅Ｋは人物６ａの顔の幅に対応する。このようなシーンでは、顔と背景の混ざり合ったセンサ出力が生じ得るが、例えば図５（ｃ）に示すようなエリアＥにて測距を行うと、このような混在出力を演算に加味して誤測距となり得る。
しかし、本発明の手法を用いれば、エリア最初のセンサ１と、その前のセンサ０の出力の差と、エリア最後のセンサＥとその隣のセンサＥ＋１の出力差を比較するので、同じエリア幅Ｅであっても、「エリア変更」にて図５（ｄ）に示すような、最初のセンサ１と、その前のセンサ０の出力の差と、エリア最後のセンサＥとその隣のセンサＥ＋１の出力差の小さいエリアを選択して、遠近混在の効き難いところで補間演算を行うので、正しい測距が可能となることがわかる。
【００２９】
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、相関演算手段等の利用により確かに高速演算が実現できたが、その後の処理においてエリア端部のデータ差の近似判別を行い上記「エリア変更」が行われていくうちに、当該被写体像の測距しているポイントが変化して、既に求めたシフト量Ｓが変化してしまう恐れが生じ得る。
そこで、図８のフローチャートに示す第２実施形態では、上述の問題点を対策すべく、相関演算前にエリア端部のデータ差の近似判別を行って、相関演算時と補間演算時の使用エリアの「変化」を無くするようにしている。なお、ここでは、相関演算もＣＰＵが図１１に示すようなアルゴリズムに従って実行されるものとし、図８中のステップＳ２７にサブルーチン「相関演算」として設けている。また、説明を簡単にするために、相関は図１や［式３］に合わせて３つのセンサを合わせたエリアで行うものとする。
【００３０】
まず最初に、センサアレイ（ラインセンサ）の中のどの部分を用いて測距を行うかを選択する為のステップであり、ここではｎ0 番目のセンサの次から３つ、また、判定にはその両端のｎ0 とｎ4 を利用するため、読み込み開始ポイントとしてはｎ0 を入力している（Ｓ２０）。
そして、Ｒ側のデータの読込みを行い（Ｓ２１）、続くステップＳ２２〜Ｓ２５，およびステップＳ３５，Ｓ３６では、前述した第１実施形態の図７と同様に、エリア端部の近似適当性の判定及びエリアシフトを行い、この結果に従って、続くステップＳ２１〜Ｓ２６において左右ＲおよびＬのセンサアレイの選択されたエリアの実質的なデータ読込みを行う。
この後、前述の相関演算を行い（Ｓ２７）、続いて、図７のステップＳ９と同様にしてＦmin ，Ｆ-1，Ｆ+1の算出を行い（Ｓ２８〜Ｓ３０）、補間演算を行いｘを算出し（Ｓ３１）、こうして得られた値Ｓ，ｘに基づいて距離Ｌを算出し（Ｓ３２）、この測距値に従って最適なピント合わせを行う（Ｓ３３）。
【００３１】
（作用効果２）
このように本実施形態では補間処理時のみならず、相関処理時においても上記エリア端部の近似誤差を低減する為の判定を行っており、その結果を考慮したエリアを用いているので、エリアを切り替える際には相関誤差が発生しない。したがって本実施形態によれば、補間時の近似誤差の無い正確なピント合わせの可能なＡＦカメラを提供できる。
【００３２】
（第３実施形態）
以上の実施形態は比較的単純なものであったが１つ問題もある。つまり上記実施形態では、近似が成立する所までセンサのエリアを変更移動していくため、計測したい領域を計れなくなってしまうと言う副作用が心配される。そこでこの問題を対策する例として第３実施形態のフローチャートを図９に例示する。必要最小限度のエリアだけを測定対象にでき、かつ誤差の少ない測距を図ったものである。
【００３３】
例えば本実施形態では、次に詳しく説明する図９のフローチャートに従って測距の際に所定の領域内でエリアを適宜シフトして、近似誤差の最も少ないエリアのデータだけを用いた測距手法を行っている。すなわち、
まず、前述した図８のステップＳ２０と同様にエリアの先頭の１つ前のセンサ番号ｎ0 をｎとして指定し、さらに近似誤差比較用の定数Ｒc4を１００にセットする（Ｓ４０）。こうして選択されたＲ側のセンサのデータを読み込んでＣＰＵに入力し（Ｓ４１）、次のステップＳ４２，Ｓ４３，Ｓ４４では、エリア両端部のデータ差の差Ｒc3を算出する（Ｓ４１〜Ｓ４４）。
【００３４】
このようにして得られたＲc3を比較定数Ｒc4と比較し（Ｓ４５）、もしもＲc3の方が小さければ、この場合のｎをｎ1 とし（Ｓ４６）、このときのＲc3を新たな比較定数Ｒc4とし（Ｓ４７）、ｎをインクリメントした後（Ｓ４８）、ｎがｎ0 から５センサ単位分以上は大きくならないように判定して（Ｓ４９）、この範囲内なら再度上記ステップＳ４１に戻ってループし端部誤差Ｒc3が最小となるｎを求める。このループを回った後は、ｎがｎ0 〜ｎ0+5 の間で誤差が最小値となる場合のｎがｎ1 として求められる。よって、本実施形態では最初に指定したエリアの近傍にて最低の誤差エリアを求めるので、狙った通りのポイントが正しく測距できる。
なお、ステップＳ５０以降の対応するＬのセンサデータの読込みから補間演算、ピント合わせまでのステップＳ５０〜Ｓ５３は、図８のステップＳ２６以降と同様である。
【００３５】
（作用効果３）
このように本実施形態では、定められた領域内でエリアをシフトして、最も近似誤差の少ないエリアのデータを用いて測距を行うことにより、測定したい領域以外の箇所を計測してしまうことなく、なお且つエリア端部の近似誤差を最小限に抑えた測距の高精度化を可能としている。
【００３６】
（第４実施形態）
次に、図１０および図１１を用いて本発明の第４実施形態を説明する。この実施形態はまず、図１０（ｂ）に示すような測距エリアの一部が人物６からはずれた状態を検出する場合に、そのはずれたセンサを除いて測距演算を行うことによって、先に説明した「遠近混在誤差」（図６参照）を対策する実施形態である。この例は、撮影する場合に応じて測距に用いるエリアを狭くできるので、より遠近混在誤差には強い。また、このような誤差が生じない場合はエリアを小さくすることはないので、遠距離であっても人の顔よりも大きな被写体などに対してはより高精度の距離測定が可能とすることができる。
【００３７】
また、図１０（ｂ）のような撮影シーンでは、被写体から外れたセンサは、相関が悪くなるので、図１０（ａ）にグラフで示すように差分｜Ｒn −Ｌn+s ｜の結果が、被写体に当たったセンサに比べ異なった値となる。この原理を利用して図１０の例でいえば中央のセンサＲ2 ，Ｌs+2 の差分Ｆc 以上のセンサ出力は除去して補間演算を行う。
【００３８】
上述の機能をＣＰＵにおいて実現するには、図１１のフローチャートのようなアルゴリズムをプログラムとして採用すればよい。なお、このフローチャートでは説明の簡易化のためにエリアの最大幅はＲ0 〜Ｒ4 までの４センサとし、上記遠近混在誤差が、エリアの両端のいずれかのセンサを省略して演算するようにしている。したがって、通常は４センサ、あるいは誤差が生じそうな場合は３センサを対象とした演算処理を行う。なお、実際の設計では、ノイズ成分を相殺し、量子化誤差も軽減するために最も沢山のセンサを用いてより広いエリアで演算を行うが、この場合においても前述の要旨を拡張して応用することができる。
【００３９】
ステップＳ１〜Ｓ３は、既に説明した図７の同番号ステップと等価な処理である。これに続くステップＳ６０からは、対応したＬ側のセンサデータ読み込みを行い（Ｓ６０）、先に説明したエリアの最初のセンサ０を指定する（Ｓ６１）。図１０に示したＲとＬの差分Ｆi を計算し（Ｓ６２）、指定センサのインクリメントし（Ｓ６５）、これをセンサ４になるまでの判定（Ｓ６６）に従ってステップ６２に戻り繰り返す。なお、センサ２は、丁度中心のセンサなのでステップＳ６３でステップＳ６４に分岐し、このときの差分Ｆ2 を図１０のように判定用の閾値Ｆc とする。
【００４０】
続くステップＳ６７，Ｓ６８，Ｓ６９は、本発明の１つの特徴であるエリア端部の判定ステップ群であり、それぞれセンサ０〜４までと、０〜３までと、１〜４までの三通りの場合について端部の近似判定を行う（Ｓ６７〜Ｓ６９）。この場合、エリアは広い方が精度の点でより好ましく、まず最も広いエリアについて判定するが、本実施形態では更に図１０で説明した差分Ｆの判定も行うために、ステップＳ７０，Ｓ７１，Ｓ７２へと分岐して、Ｆc と差異の少ない領域を選択してさらにエリアを絞り込む。つまり、これらの判定によりＲi ，Ｌi の差分Ｆi が基準値Ｆc を大きく外れたものは除去するように制御している。
そして、このようなプロセスで選択されたエリアを用いて続くステップＳ７３，Ｓ７４，Ｓ７５にてそれぞれ補間演算を行う。なお、補間演算用のＦmin ，Ｆ-1，Ｆ+1を算出する演算アルゴリズムは図８等と同様に行う。
【００４１】
（作用効果４）
このように本実施形態では、エリアの大きさを変更して遠近混在誤差を対策し、対象物が人物の場合はエリアを狭くして遠距離の影響をなくし、なおかつ人物以外の被写体の場合は測距エリアを広くとることができ、被写体に最適な測距センサを選択して、より高精度のピント合わせを可能としている。
【００４２】
（第５実施形態）。
また同様の手法に基づき第５実施形態として、図１３のようなフローチャートも例示する。
ステップＳ８０では、図１１のステップＳ６６までの流れのように、エリア中央のセンサについて、左右Ｌ，Ｒの差分Ｆを求め、基準の差分値Ｆc とする。  次に、このように求めたＦc から大きく外れないエリアを検出し（Ｓ８１）、その両端のセンサ番号を求め、これらをｉ1 ，ｉ2 とする（但しｉ1 ＜ｉ2 ）。続くステップＳ８２は、本発明の特徴の１つであるエリア端部の近似誤差判定の処理を行うステップであり、Ｒ側のセンサについてｉ1 とその前のセンサの差異を基準として、前記ｉ2 までの間のセンサの中で｜Ｒi1−１−Ｒi1｜とほぼ同じ出力差をもつ｜Ｒi+1 −Ｒi ｜の値を示すものを検出して、その番号ｉをｉ3 とする（Ｓ８２）。そして、上記のようにして求められたｉ3 とｉ1 の番号の間のセンサを用いて、相関演算、補間演算の像位置差の検出を行うことで、パッシブタイプの測距の原理に従う距離測定ができる。
【００４３】
（作用効果５）
このように本実施形態によっても、エリアの大きさを適宜変更して遠近混在誤差に対する対策を講じ、被写体にとって最適な測距センサの部分を適宜に選択してピント合わせの高精度化を実現している。
【００４４】
（第６実施形態）
本発明の手法は、例えばカメラの撮影時に生じる測距誤差以外の誤差低減にも役立つ。そこで次に第６実施形態として、カメラの組立て工程において本発明の主旨を応用した例を詳しく説明する。
前述のようにＥＥＰＲＯＭ９（図３）はカメラの部品のばらつきや、組立て精度のばらつきによって生じる誤差を補正するため、固有な補正係数を記憶する等のために設けられているが、図１４（ａ）に示すような製造ラインの調整工程において補正値の検出が行われ、ＥＥＰＲＯＭへの記憶が行われ、この補正データを参照しながらＣＰＵが所定の制御を行う。詳しくは、この調整工程の作業者２１によって、ベルトコンベア２２で搬送されて来る製造途中のカメラ測距機能を調整されるカメラ２３が順次、固定台２４に保持され、パソコン２０と通信可能に接続され、所定のチャート２５，２６を測距することによりそのカメラの部品や組立て上の「ばらつき」によって生じている測距誤差に関し、設計値からのずれが検出される。パソコン２０はこの測距誤差のずれを補正するための補正データを逐次算出し、当該カメラ内蔵のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ９）にこの補正データを書き込む。
【００４５】
なお、通常の組立工程では例えば受光レンズのわずかな取り付け誤差等が生じ、これに起因して、図１５（ａ）に示す像位置差（Ｓ＋ｘ）とピント合わせレンズの繰出し量の関係を表すグラフ中の直線は、所定の傾きの設計値の破線との間にＨの傾き誤差を発生することが多い。そこで、本発明を適用した製造工程において、二点の測距結果よりこの傾き誤差を検出してこの値を当該カメラのメモリ中に記憶させて出荷する。このカメラは、この記憶された固有な誤差の値を用いて撮影時に本来の設計値通りの許容範囲内の精度で正しく補正を行うことができる。
【００４６】
なお、使用する２つのチャートの一方は、距離Ｌ1 に、もう一方は距離Ｌ2 に置かれており、Ｌ1 の方のチャートはパソコンの制御によって上下に可能となっており、これが測距エリアから対比するとＬ2 の距離のチャートが測距可能となる。各チャート上には図に示したように白黒のパターンがあって、この明暗の分布にて像位置検出を行って測距を行う。
【００４７】
この明暗分布により得られるセンサデータは図１４（ｂ）の波形になるが、得られたデータのどの領域を使って補間処理を行うかによって測距データが異なってしまう。同じ測距エリアを用いたとしても、図１４（ｂ）の幅Ｅ１を選んだ場合は、前述の端部の近似が成立し難く、一方、図１４（ｃ）の幅Ｅ２を選んだ場合は、前述の端部の近似が成立し易い。つまり、Ｅ１よりもＥ２のほうを用いるほうが正しく測距が可能といえるが、調整時に正しい測距データが得られなければ正しい補正係数の算出もできず、正しくない補正係数を用いて測距するカメラだと正確なピント合わせができなくなる。そこで本実施形態はこのように調整工程上で生じる誤差に対策するため、図１５（ｂ）に示すようなフローチャートに従って、パソコン２０がカメラ２３の測距装置の調整を次の手順で行う。
【００４８】
まず、Ｌ1 の距離のチャートを測距視野内に入れて（Ｓ２０１）、測距ユニットからのデータを読み込む（Ｓ２０２）。
ステップＳ２０３において、本発明のエリア端部の近似誤差を図示の式に基づく条件判定を行い（Ｓ２０３）、もし条件を満たしていればステップＳ２０５に分岐する。一方、上記式を満たしていなければ、エリアを変更し（Ｓ２０４）、上記ステップＳ２０３に戻って同様な条件判定を繰り返しながらこの条件を満たすエリアを捜し出す。
これによって、図１４（ｂ）のようなエリアでの誤差は改善されて図１４（ｃ）のようなエリアにシフトされ、誤差の少ない像の位置差計算がステップＳ２０５にて行われる。
【００４９】
続いて、Ｌ1 のチャートを測距視野からのチャートを測距できるようにＬ2 チャートをセットし（Ｓ２０６）、ステップＳ２０７〜Ｓ２１０までで、上述したステップＳ２０２〜Ｓ２０５で行ったと同様なプロセスにより適切なエリアを選択し、誤差の少ない像位置差計算を行う。こうして得られたＬ1 とＬ2 の像位置差の差に基づいて当該測距装置の完成度を検査し、この結果と設計値とを比較して前述のグラフ直線の傾き誤差に代表される補正係数Ｈを算出し（Ｓ２１１）、この値をカメラのＥＥＰＲＯＭに記憶させ（Ｓ２１２）、この調整工程を終了する。
【００５０】
（作用効果６）
本実施形態によれば、調整時に生じるチャートとカメラの微妙な位置関係の誤差によって図１３（ｂ），（ｃ）のように測距エリアが変化して測距誤差が変動したりすることはなく、常に正しい補正係数の算出が可能となり、正確な調整が行える。このように調整されたカメラは、カメラ内蔵のＣＰＵのＲＯＭ容量やタイムラグの関係で測距シーケンス中にエリア端部の近似補正のアルゴリズムを有さななくても正確なピント合わせが可能となる。
（変形例）
以上に例示した実施形態ではすべてセンサピッチ単位の相関量Ｓを求める手段として、本発明の測距装置（図３）を構成するユニット１００に内蔵の相関手段５は、高速なハードロジック回路で構成されていることを示したが、この構成には限らずＣＰＵ１０に等価なこの機能を担当させて、図１２に示すフローチャートのような演算制御手順をソフトウエアによって実現し、シフト量Ｓを算出してもよい。ここでの処理手順は相関量Ｓを求めるためのプロセスであり、前述の図２で説明したＦＦの最小値を" ＦＦ１" とし、グラフの横軸であるシフト量を" ＳＦＴ" として表わし、またｎはセンサ番号を表す整数であるとして説明する。
【００５１】
まずＦＦ１を１００に初期設定し（Ｓ２５１）、ＳＦＴ，ｎ，ＦＦを０に初期設定する（Ｓ２５２）。続くステップＳ２５３〜Ｓ２５６までは、差分の算出処理ループである。すなわち、差分ＦＦ１をとり（Ｓ２５３）、このとった差分をＦＦに加算する（Ｓ２５４）。センサ番号ｎを１つインクリメントした後（Ｓ２５５）、所定の限度数ｎc （即ち対象エリア数）との比較によりこの処理ループの繰り返しを判定する（Ｓ２５６）。
【００５２】
上記処理ループにより差分の各センサごとの和がＦＦとして求まると、次にＦＦとＦＦ１との大小比較を行い（Ｓ２５７）、ＦＦ１の方が大きい場合はＦＦをＦＦ１に代入する（Ｓ２５８）と共に、ＳＦＴをＳに代入する（Ｓ２５９）。  ＳＦＴを１つインクリメントした後（Ｓ６０）、所定の限度値Ｓmax になるまではステップＳ５３に戻って上述のステップを繰り返す。Ｓmax になれば図７中のステップＳ３に移行する。
【００５３】
（作用効果７）
このように、相関量を求める手段は上記ステップＳ２５１〜Ｓ２６１のプログラムでソフトウエア的にも可能で、これから明らかなように相関の加算をとる為の対象エリア数ｎc が小さければ、上記処理ループの繰返し回数も減少して高速化できる。またピッチ単位の相関演算は多少荒くても正確なＳ値が求められるので、エリア切替えの無い演算処理より更に高速処理が可能となる。
【００５４】
（その他の変形例）
なお、本発明の実施形態にはこの他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００５５】
以上、本明細書中には次の発明が含まれる。
［１］  視差を有する一対の受光素子列により被写体像を受光して、一対の被写体像信号を出力する受光手段と、
前記一対の被写体像信号につきそれぞれ所定サイズに分割されたブロックの中から１つずつのブロックを順次選択するブロック選択手段と、
前記選択したブロック内の両端のセンサ信号レベルと、隣接するそれぞれに隣接するセンサ信号レベルとの差を求め、この差の計算結果に従って当該選択されたブロックに関する所定の演算手順を変更する変更手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
［２］  前記演算手順の変更は、ブロックのサイズ、又はブロックの位置を変更することにより行うことを特徴とする［１］に記載の測距装置。
［３］  視差を有する異なる視野から観測した被写体像の輝度分布に従った２つの光パターン信号を出力する２つのラインセンサと、前記ラインセンサの出力からブロックを選択する選択手段と、前記比較されたブロックの信号同士を比較して、視差に基づく前記被写体像の相対位置差を算出する手段と、調整用データを記憶する記憶手段とを有する測距装置を調整するために用いる調整器であって、
前記調整器が、前記選択手段によって選択されたブロックの両端に位置するセンサと、これに隣接するセンサとの信号差を計算し、この計算結果に応じて選択されたブロックを変更することを特徴とする調整器を有する測距装置。
【００５６】
また、そのほかに次のような発明も含まれる。
（１）  視差を有する異なる視野から観測した被写体像に対応する２つの光パターン信号を出力する２つのラインセンサと、上記ラインセンサの出力からブロックを選択する選択手段と、上記比較されたブロックの信号同士を比較して、視差に基づく上記被写体像の相対位置差を算出する手段とを有する測距装置において、
上記選択手段は、選択されたブロックの両端に位置するセンサと、それに隣接するセンサとの信号レベル差を求め、その結果に応じて上記選択されたブロックを変更することを特徴とする測距装置。
（２）  上記選択手段は、上記選択されたブロックの最初のセンサとその前のブロックの最後のセンサとの出力差の絶対値と、選択されたブロックの最後のセンサとその次のブロックの最初のセンサの出力差の絶対値とを比較することを特徴とする（１）に記載の測距装置。
（３）  上記選択手段は、上記選択されたブロックに隣接する複数のブロックについて上記比較を行い、その結果に応じて上記算出手段が上記相対位置差算出を行うことを特徴とする（２）に記載の測距装置。
（４）  上記選択手段は、上記選択されたブロックについて上記比較を行い、その比較結果が所定の関係を満たさない場合、このブロックを分割した第２のブロックについて再度上記比較を行い、その結果に応じて上記算出手段は上記相対位置差算出を行うことを特徴とする（２）に記載の測距装置。
（５）  視差を有する一対の受光素子列により観測した被写体像に対応する一対の被写体像信号を出力し、
前記被写体像信号を所定サイズのブロックに分割して１つずつ順次選択し、
前記選択したブロック内の両端のセンサ像信号レベルと、これらに隣接するそれぞれの隣接位置の信号レベルとの差を求め、この結果に応じて前記選択したブロックに関する所定の演算手順を変更し、次のブロックを選択することにより、視差に基づく前記被写体像の相対位置差を算出することを特徴とする測距装置。
【００５７】
さらに、本明細書にはほかにも次の発明が含まれている。
（１' ）  視差を有する異なる視野から観測した被写体像の輝度分布に従った２つの光パターン信号を出力する２つのラインセンサと、
上記ラインセンサの出力の１エリア部分を選択する選択手段と、
上記比較された部分からの２つの光パターン信号を比較して上記被写体像の視差に基づく相対位置差を、算出する算出手段と、
を有する測距装置において、
上記選択手段が、選択されたエリア部分の両端に位置するセンサと、その隣接するセンサとの差を計算、比較し、上記選択された部分を変更する機能を有することを特徴とする。
（２' ）  （１' ）において、上記選択手段は、上記選択されたエリア部分の最初のセンサとその前のセンサの出力差の絶対値と、最後のセンサとその次のセンサの出力差の絶対値を比較する機能を有する。
（３' ）  （２' ）において、上記選択手段は、上記選択されたエリア部分に隣接する複数のエリア部分について上記比較を行い、その結果に従って上記算出手段は上記相対位置差算出を行うことを特徴とする。
（４' ）  （２' ）において、上記選択手段は、上記選択されたエリア部分について上記比較を行い、これが所定の関係を満たさない場合、このエリア部分を分割した第２のエリア部分について上記比較を行い、その結果に従って上記算出手段は上記相対位置差算出を行うことを特徴とする。
（５' ）  視差を有する異なる視野から観測した被写体像の輝度分布に従った２つの光パターン信号を出力する２つのラインセンサと、
上記ラインセンサの出力の１エリア部分を選択する選択手段と、
上記比較された部分からの２つの光パターン信号を比較して上記被写体像の視差に基づく相対位置差を、算出する算出手段と、
調整用データを記憶する記憶手段と、
を有する測距装置を調整するための調整機において、
上記調整機が、上記選択手段によって選択されたエリア部分の両端に位置するセンサと、その隣接するセンサとの差を計算、比較し、上記選択された部分を変更するように、上記選択手段を制御する切換え機能を有することを特徴とする。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の技術によれば、パッシブタイプの測距装置の測距範囲を被写体に対して適切に切り替えて、補間演算の近似誤差を最小限におさえ、より正確な距離測定を可能としている。従ってこの技術の応用によって、正確なピント合わせが可能なカメラおよびビデオカメラ等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の実施形態に係わる測距装置の基本構造を示す構成図。
【図２】  図２（ａ）〜（ｄ）は本発明に係わる測距の演算原理を示し、
（ａ）は、焦点とずらし量との関係を示すグラフ、
（ｂ）は、右側センサＲのセンサ部分ごとの信号出力を示すグラフ、
（ｃ）は、左側センサＬのセンサ部分ごとの信号出力を示すグラフ、
（ｄ）は、左右のセンサ出力と隣接するセンサ部分の出力の関係を示すグラフ。
【図３】  図３は、本発明の測距装置の構成を詳しく示すブロック構成図。
【図４】  図４は、本発明の実施形態に係わる演算処理の概要処理フローチャート。
【図５】  図５（ａ）〜（ｄ）はセンサ出力と被写体の幅との関係を示し、（ａ）は、左右のセンサアレイの出力を示す２つのグラフ、
（ｂ）は、カメラと被写体および背景の位置関係を示す概念図、
（ｃ）は、エリアＥで測距したときの出力波形、
（ｄ）は、エリア変更後の出力波形。
【図６】  図６は、ラインセンサと被写体との位置関係を示す概念図。
【図７】  図７は、本測距装置の第１実施形態の演算処理手順を示すフローチャート。
【図８】  図８は、本測距装置の第２実施形態の演算処理手順を示すフローチャート。
【図９】  図９は、本測距装置の第３実施形態の演算処理手順を示すフローチャート。
【図１０】  図１０（ａ），（ｂ）はセンサ出力と、被写体とセンサの位置関係を示し、
（ａ）は、左右のセンサ信号を示すグラフ、
（ｂ）は、撮影シーンにおける被写体と右センサエリアの対応位置を示す図。
【図１１】  図１１は、本測距装置の第４実施形態の演算処理手順を示すフローチャート。
【図１２】  図１２は、本測距装置の相関手段に相当する制御手順を示すフローチャート。
【図１３】  図１３は、本測距装置の第５実施形態の演算処理手順を示すフローチャート。
【図１４】  図１４（ａ）〜（ｃ）は本測距装置の第６実施形態を適用する応用例を示し、
（ａ）は、カメラの製造・検査ラインを示す説明図、
（ｂ）は、幅Ｅ１のときのセンサデータ出力の波形図、
（ｃ）は、幅Ｅ２のときのセンサデータ出力の波形図。
【図１５】  図１５は本測距装置の第６実施形態を示し、
（ａ）は、ピント調整の為の繰出し量の設計値との関係を示すグラフ、
（ｂ）は、第６実施形態としての演算処理手順を示すフローチャート。
【図１６】  図１６は、右センサＲを基準としずれ量ｘの光がＬセンサに入射する場合の各Ｌセンサ部分の出力を表す［式１］を示す図。
【図１７】  図１７は、左右のセンサにおける差分による［式２］を示す図。
【図１８】  図１８は、［式２］をさらに展開して表した［式３］を示す図。
【図１９】  図１９は、補間演算で求まるＦの最小値とシフト量の関係を表す［式４］を示す図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…レンズ（センサ用）、
２ａ，２ｂ…ラインセンサ、
３ａ，３ｂ…信号出力波形、
４…Ａ／Ｄ変換部、
５…演算部（相関手段）、
６…被写体、
７…出力部、
８…シャッタ、
９…ＥＥＰＲＯＭ、
１０…制御手段（ＣＰＵ）、
１２…繰り出し手段、
１３…ズームレンズ、
１４…演算用レジスタ、
１５…ＲＡＭ、
１６…ＲＯＭ、
１７…演算手段、
１８…レジスタ（汎用）、
１９…ポート。
Ｓ１〜Ｓ１３…本発明の第１実施形態としての処理ステップ、
Ｓ２０〜Ｓ３６…本発明の第２実施形態としての処理ステップ、
Ｓ４０〜Ｓ５３…本発明の第３実施形態としての処理ステップ、
Ｓ６０〜Ｓ７５…本発明の第４実施形態としての処理ステップ、
Ｓ８０〜Ｓ８３…本発明の第５実施形態としての処理ステップ、
Ｓ１０１〜Ｓ１０４…本発明の実施形態の概略的な処理ステップ、
Ｓ２０１〜Ｓ２１２…本発明の第６実施形態としての処理ステップ、
Ｓ２５１〜Ｓ２６１…本発明の１つの変形例としての処理ステップ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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