JP2001116981A

JP2001116981A - 測距装置

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Publication number: JP2001116981A
Application number: JP29616899A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Taniguchi; 英則谷口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】測距手段の実測値と理論値とのずれを算出す
る為の測距データの測定数を極力減らして調整時間を短
くすると共に、少ない測定数の測距データを基に理論値
に近い測距データを補正演算により求める。【解決手段】対象物に光を投射しその反射光を受光す
ることで、対象物までの距離に応じた測距データを測定
する測距手段と、該測距手段にて得られる測距データの
補正を行う為の補正データを調整工程において予め記憶
しているメモリ手段と、前記測距手段にて得られた測距
データと前記メモリ手段に記憶された補正データとを基
に、２次以上の高次の補間式を用いて補間演算（太い点
線で示す１５の二次曲線補間演算）を行って最終的な測
距データを算出する演算手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物までの距離
に応じた測距データを算出する測距装置の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のカメラの測距装置としては、投光
レンズにより赤外光を集光して被写体に向けて投光し、
その被写体からの反射光を所定の基線長だけ離れた位置
にある集光レンズにより位置検出素子上に集光し、その
集光された受光像の位置を検出するいわゆるアクティブ
方式の測距装置や、被写体の像を異なる光軸を持つ受光
レンズで、一対の受光素子上に結像して、その像のずれ
量を検出するいわゆるパッシブ方式の測距装置が広く用
いられている。

【０００３】これらの測距装置においては、被写体まで
の距離Ｌの逆数に比例した値を測距データとして出力す
る。

【０００４】しかしながら、測距装置から得られる測距
データは、投光素子，受光素子の位置ずれ（基線長方向
へのずれ、あるいは、傾き）、受光素子のリニアリテ
ィ、また、測距光学系の焦点距離などのずれ等により、
理論値からずれが発生する。このようなずれは、測距出
力のレベルシフト、および、傾きの変化となって現れ
る。測距出力のレベルシフトや、傾きの変化に対して
は、特開昭６２−３６０９号に示すように、測距出力の
各実測点を通るように補間処理を施して、補正カーブを
作成し、この補正カーブに基づいて、物体位置と実測値
の関係を全測距範囲にわたって所定の間隔毎に調べ、こ
の結果を基に補正テーブルを作成し、この補正テーブル
にしたがって測距データの補正を行うものが開示されて
いる。

【０００５】また、特開平１−２０１６３３号に示すよ
うに、インナーフォーカスレンズの焦点距離調節に関し
て、所定のレンズ焦点距離におけるレンズの繰り出しカ
ーブ、レンズ組立時のばらつき等による移動量の差を記
憶し、被写体距離とレンズの焦点距離から焦点調節のた
めの移動量を演算するものにおいて、繰り出しカーブが
記憶されていないレンズの焦点距離に関しては、補間演
算を行うことにより、レンズ移動量を演算することが開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６２−３６０９号に開示の従来例では、測距出力の
各実測点を通るように補間処理を施して補正カーブを作
成し、この補正カーブに基づいて、物体位置と実測値の
関係を全測距範囲にわたって所定の間隔毎に調べ、この
結果を基に補正テーブルを作成する方式のため、必然的
に実測するポイントが多くなり、また、記憶すべき補正
テーブルのデータ量も大きくなる。したがって、調整に
要する時間が長く、また、補正テーブルを記憶する記憶
装置のコスト等も高くなるという欠点があった。

【０００７】また、前記のような素子の位置調整ずれ
や、レンズの焦点距離のずれといった製造工程上のずれ
とは別に、図３の実線１３に示すように被写体距離が近
距離になるにしたがって、受光される像の移動量が大き
くなり、受光素子上からはみ出してしまうことにより、
近距離側で測距データの直線性（以下、リニアリティと
も記す）が変化するという現象が発生する。また、いわ
ゆる非ＴＴＬのいわゆる外測式の測距装置においては、
測距光学系のレンズの焦点調節が固定のため近距離側で
は、像のはみ出しに加えて像のぼけ量も変化するため、
測距データのリニアリティは段階的に変化する。したが
って、特開平１−２０１６３３号に開示されるように、
記憶されたデータを基に補間演算により補正するものに
おいては、直線により記憶されたデータ間を補うため、
前述のような段階的にリニアリティの変化する曲線のデ
ータに関しては、図３の細い破線１４で示すように補正
結果と実際に得られるべき測距データ（図３の実線１
３）に補正誤差が生じるという欠点があった（本例で
は、３点（Ｏ１，Ｏ２’，Ｏ２）での測距データを用い
て補正している）。また、誤差を少なくしようとすれ
ば、記憶するデータを増やして補間演算する領域を少な
くする必要があり、その場合、調整時間の増加，記憶容
量の増加等の欠点が生じる。

【０００８】（発明の目的）本発明の目的は、測距手段
の実測値と理論値とのずれを算出する為の測距データの
測定数を極力減らして調整時間を短くすると共に、少な
い測定数の測距データを基に理論値に近い測距データを
補正演算により求めることのできる測距装置を提供しよ
うとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、対象物までの距離に応じ
た測距データを測定する測距手段と、該測距手段にて得
られる測距データの補正を行う為の補正データを調整工
程において予め記憶している記憶手段と、前記測距手段
にて得られた測距データと前記メモリ手段に記憶された
補正データとを基に、２次以上の高次の補間式を用いて
補間演算を行って最終的な測距データを算出する演算手
段とを有する測距装置とするものである。

【００１０】同じく上記目的を達成するために、請求項
２に記載の発明は、対象物までの距離に応じた測距デー
タを測定する測距手段と、該測距手段にて得られる測距
データの補正を行う為の補正データを調整工程において
予め記憶している記憶手段と、所定の距離範囲において
は、前記測距手段にて得られた測距データと前記記憶手
段に記憶された補正データとを基に、２次以上の高次の
補間式を用いて補間演算を行って最終的な測距データを
算出する演算手段とを有する測距装置とするものであ
る。

【００１１】同じく上記目的を達成するために、請求項
９に記載の発明は、対象物までの距離に応じた測距デー
タを測定する測距手段と、調整工程において前記測距手
段にて測定された所定の近距離範囲におけるＮ個（Ｎは
３以上の整数）以上の距離に対してのＮ個以上の測距デ
ータから求められるＮ−１次の補間式の係数を補正デー
タとして記憶する記憶手段と、前記近距離範囲において
前記測距手段から出力される測距データと前記記憶手段
の補正データにより前記補間式を用いて補間演算を行
い、対象物までの距離を演算する演算手段とを有する測
距装置とするものである。

【００１２】同じく上記目的を達成するために、請求項
１０に記載の発明は、対象物までの距離に応じた測距デ
ータを測定する測距手段と、調整工程において前記測距
手段にて測定された所定の近距離範囲におけるＮ個（Ｎ
は３以上の整数）以上の距離に対してのＮ個以上の測距
データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された
Ｎ個以上の距離データから求められるＮ−１次の補間式
の係数を求め、前記近距離範囲において前記測距手段か
ら出力される測距データと前記補間式を用いて補間演算
を行い、対象物までの距離を演算する演算手段とを有す
る測距装置とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の実施の一形態に係るカメラ
の外測式の測距装置の回路構成を示すブロック図であ
り、同図において、１は後述の発光素子からの光を被写
体に向けて集光して投光する投光レンズ、２は赤外光を
放射する公知の発光素子（以下、ＩＲＥＤと記す）、３
は前記ＩＲＥＤ２を駆動するためのＩＲＥＤ駆動回路、
４は図示しない被写体上で反射された前記投光レンズ１
により集光して投光された光を集光して結像する受光レ
ンズである。

【００１５】５は前記受光レンズ４の結像位置に配置さ
れ、反射光の結像位置に応じた信号を第一の電極および
第二の電極から出力する公知の半導体位置検出素子、６
および７は前記半導体位置検出素子５の第一および第二
の電極から出力される光電流を電圧に変換して増幅する
公知の電流−電圧変換増幅器、８は前記電流−電圧変換
増幅器６，７からの出力をアナログ演算する信号処理回
路である。９はカメラの制御を行うマイクロコンピュー
タ（以下、ＣＰＵと記す）であり、図示しないＲＯＭ，
ＲＡＭ，タイマ，Ａ／Ｄ変換部，Ｄ／Ａ変換部をもち、
不図示の測光回路，シャッタ装置，給送装置，ストロボ
装置、および、撮影レンズの焦点調節などの制御を行
う。１０は前記ＣＰＵ９の外部に設けられた電気的に書
き換え可能な不揮発性メモリであり、カメラの測距，測
光，シャッタなどの調整用データ等を記憶するものであ
る。

【００１６】図２は、上記半導体位置検出素子５上に結
像する反射光の受光像を示した図であり、同図におい
て、１１は図１の距離Ｘ１の被写体からの反射光の結像
された受光像の大きさを示しており、１２は距離Ｘ２の
被写体からの反射光の結像された像である。

【００１７】図２に示すように、被写体距離が近距離に
なると、結像された像は半導体位置検出素子５の受光面
からはみ出し、かつ真の焦点位置もセンサ面よりも後ろ
になるため、受光像は、ぼけて大きくなる。

【００１８】図３は、図１の測距装置の出力を示した図
であり、実線で示す１３は測距装置の補正前のデータで
あり、細い点線で示す１４はＯ０’，Ｏ１，Ｏ２’およ
びＯ２を用いて各ポイントの間を直線補間により補正し
たデータである。また、太い点線で示す１５は本発明の
実施の一形態により測距データを補正したデータであ
り、Ｏ０’，Ｏ１の間を直線により補間し、Ｏ１、Ｏ
２’およびＯ２の各ポイントを通る２次の曲線により補
間したものである。ここで、Ｏ０’は本測距装置で測距
可能な最遠距離のポイントである。（無限遠００では、
反射光が実際は反射して来ないため）次に、図１から図３を用いて、本発明の実施の一形態に
ついて詳述する。

【００１９】図１は３角測距を用いた公知のアクティブ
方式の測距装置であり、無限遠の被写体からの反射光の
受光位置をＯ０とすると、距離Ｘ１，Ｘ２の被写体から
の反射光は、半導体位置検出素子５のセンサ面上Ｏ１，
Ｏ２の位置にそれぞれ結像する。無限遠からの反射光の
結像位置をＯ０を基準位置とすると、そのセンサ面上Ｏ
１，Ｏ２に結像した受光像の基準位置からの移動量ｙ
１，ｙ２は、それぞれ以下の式で表される。

【００２０】ｙ１＝Ｋ×ｆ／Ｘ１ …………（１）ｙ２＝Ｋ×ｆ／Ｘ２ …………（２）Ｋ：基線長ｆ：受光レンズ焦点距離すなわち、被写体距離Ｘとセンサ面上の移動量ｙの関係
は、上記（１），（２）式から明らかなように、以下の
式で表せる。

【００２１】ｙ＝Ｋ×ｆ／Ｘ …………（３）したがって、センサ面での像の移動量は、Ｋおよびｆが
固定値なので、被写体距離の逆数に比例する。また、こ
こでいう結像の位置はすべて結像された受光像の重心位
置を表している。

【００２２】また、よく知られているように、半導体位
置検出素子５の第一および第二の電極からの出力電流Ｉ
１，Ｉ２は、結像された像の重心の位置ｙに応じてＩ１＝（ｙ／Ｌ）×Ｉ０ …………（４）Ｉ２＝｛（Ｌ−ｙ）／Ｌ｝×Ｉ０ …………（５）Ｌ：半導体位置検出素子５の電極間距離ｙ：電極から受光像の重心までの距離Ｉ０＝総センサ電流と表される。また、（４）式および（５）式より、Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）＝ｙ／Ｌ …………（６）となるので、上記（３）および（６）式より、以下の
（７）式が求められ、Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）＝Ｋ×ｆ／（Ｌ×Ｘ） …………（７）半導体位置検出素子５の両電極の電流の比から被写体ま
での距離を測定できる。

【００２３】図１のアナログ演算部８により、電流−電
圧変換増幅器６および７の出力から上記（７）式のアナ
ログ演算を行い、その結果をＣＰＵ９に出力する。ＣＰ
Ｕ９はこのアナログ出力をＡ／Ｄ変換部等によりデジタ
ルデータに変換し、不揮発性メモリ１０に記憶された補
正データに基づいて補正計算を行い、その結果に基づい
て撮影レンズを所望の位置に制御する。

【００２４】ここで、半導体位置検出素子５に結像され
る受光像は、図２に示すように、被写体の距離により結
像位置および受光像の大きさが変化する。被写体の距離
が比較的遠い、Ｘ１の距離にある場合、図２の１１に示
すように、半導体位置検出素子５のセンサ面のＯ１位置
に結像し、その受光像の大きさは、該半導体位置検出素
子５のセンサ面よりも小さく、受光像はすべてセンサ面
上に結像する。

【００２５】一方、被写体距離がＸ２の近距離にある場
合、半導体位置検出素子５のセンサ面のＯ２の位置に結
像するが、その受光像はぼけにより大きくなり、センサ
面からはみ出してしまう。したがって、センサ面からは
み出した部分の光は光電流に変換されず、センサ面上に
結像した部分の受光像の重心位置に応じた出力電流が半
導体位置検出素子５の第一と第二の電極から出力され
る。したがって、図３の１４に示すように、半導体位置
検出素子５から得られる出力は、あたかも受光像の重心
の移動量が少なくなったように変化が少なくなり、セン
サ出力のリニアリティが変化し、被写体距離の逆数に比
例しなくなる。

【００２６】また、受光像の大きさが一定であれば、像
がはみ出してからの半導体位置検出素子５の出力はある
点を境に傾きは減少した直線に変化するだけであり、し
たがって、従来例で示されるように直線による補間で補
正の精度が十分に得られる。しかしながら、近距離にな
ればなるほど受光像のぼけは大きくなるので、図３に示
すように、距離Ｏ１から近距離Ｏ２へ被写体距離が近く
なるにしたがって、出力の変化は曲線的になるため、少
ない補正点で十分な精度を得るためには、Ｏ１からＯ２
の距離の補正演算は、２次以上の高次の式を用いて補間
する必要がある。

【００２７】被写体距離が、図３のＯ０’からＯ１まで
の領域では、既知の距離Ｏ０’，Ｏ１のそれぞれの測距
データをｘ（Ｏ０’），ｘ（Ｏ１）を用いて、直線補間
を行う。よって、不揮発性メモリ１０には、既知の距離
の測距データｘ（Ｏ０’），ｘ（Ｏ１）をメモリすれば
よい。この場合、直線補間に関しては、よく知られた技
術なので詳述しない。

【００２８】次に、距離Ｏ１，Ｏ２’，Ｏ２の測距デー
タを用いて、近距離側の補間を２次式で行う場合、以下
の式が成り立つ。

【００２９】ｆ(O1)＝ａ×ｘ（Ｏ１）² ＋ｂ×ｘ（Ｏ１）＋ｃ …………（８）ｆ(O2'）＝ａ×ｘ（Ｏ２’）² ＋ｂ×ｘ（Ｏ２’）＋ｃ …………（９）ｆ(O2)＝ａ×ｘ（Ｏ２）² ＋ｂ×ｘ（Ｏ２）＋ｃ ………（１０）ここで、ｆ(x）は測距被写体距離の逆数、ｘは既知の距
離の測距データである。上記（８）から（１０）式まで
を用いて、工具を用いて係数ａ，ｂ，ｃを求め、不揮発
性メモリ１０にメモリし、この係数と実際の測距データ
を使用して、補間演算して被写体までの距離を算出すれ
ばよい。

【００３０】また、高性能なＣＰＵ９を用いることがで
きる場合には、不揮発性メモリ１０内に、測距データｘ
（Ｏ１），ｘ（Ｏ２’），ｘ（Ｏ２）をメモリしてお
き、これを基に該ＣＰＵ９で係数ａ，ｂ，ｃを計算して
補間演算しても良い。

【００３１】また、さらに高精度の補間をする場合は、
３次，４次等、さらに高次の式を用いて補間演算すれば
よい。この場合、調整工程にて測定する既知の測距デー
タＸは、次数以上の数が必要になることは言うまでもな
い。又この様に高次の補間式を用いることにより、図３
ではＯ１〜Ｏ２の所定の距離範囲のみならず、それ以上
の範囲においても上記効果を得ることが可能である。

【００３２】以上の実施の形態によれば、調整工程にお
いて３点の既知の測距データを用いて補間演算に用いる
２次の補間式の係数を求め、不揮発性メモリ１０にメモ
リして、実際の測距時に得られる測距データと前記不揮
発性メモリ１０にメモリされた前記係数を用いて補間演
算を行うことにより、少ない調整点で高精度な補正演算
を行うことができる。また、調整工程においては最少で
３点（２次の補間演算の場合）の既知の測距データを得
れば良いので、調整時間を短くできる。

【００３３】なお、上記実施の形態においては、アクテ
ィブ方式の測距装置を例にしているが、パッシブ方式の
測距装置においても、所定の近距離範囲においては受光
像のぼけにより受光出力にリニアリティが無くなるの
で、この種のパッシブ方式の測距装置にも有効に適用で
きるものである。

【００３４】また、カメラの測距装置に適用した例を示
しているが、その他の光学装置に具備される測距装置に
ついても同様に適用できるものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測距手段の実測値と理論値とのずれを算出する為の測距
データの測定数を極力減らして調整時間を短くすると共
に、少ない測定数の測距データを基に理論値に近い測距
データを補正演算により求め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】本発明の実施の一形態に係る測距装置の回路構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の一形態において半導体位置検出
素子のセンサ面上での各被写体距離における受光像の位
置及び大きさを示す図である。

【図３】本発明の実施の一形態と従来の補正データ等に
ついて説明する為の図である。

【符号の説明】

１投光レンズ２ＩＲＥＤ３ＩＲＥＤ駆動回路４受光レンズ５半導体位置検出素子８アナログ演算回路９ＣＰＵ１０不揮発性メモリ１１受光像（遠距離）１２受光像（近距離）１３測距データ１４従来の直線補間による補正後の測距データ１５本発明の実施の一形態の二次曲線補間による補
正後の測距データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物までの距離に応じた測距データを
測定する測距手段と、該測距手段にて得られる測距デー
タの補正を行う為の補正データを調整工程において予め
記憶している記憶手段と、前記測距手段にて得られた測
距データと前記記憶手段に記憶された補正データとを基
に、２次以上の高次の補間式を用いて補間演算を行って
最終的な測距データを算出する演算手段とを有すること
を特徴とする測距装置。
【請求項２】対象物までの距離に応じた測距データを
測定する測距手段と、該測距手段にて得られる測距デー
タの補正を行う為の補正データを調整工程において予め
記憶している記憶手段と、所定の距離範囲においては、
前記測距手段にて得られた測距データと前記記憶手段に
記憶された補正データとを基に、２次以上の高次の補間
式を用いて補間演算を行って最終的な測距データを算出
する演算手段とを有することを特徴とする測距装置。
【請求項３】前記測距手段は、対象物に光を投射する
投光素子と、前記投射光による前記測距対象物での反射
光を受光する受光手段とを有し、前記受光手段の出力を
基に前記対象物までの距離に応じた測距データを測定す
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項４】前記記憶手段に記憶された補正データ
は、前記補間式の次数以上の、調整工程において得られ
た点の測距データに基づいて算出される、前記補間式の
係数部分のデータであることを特徴とする請求項１〜３
の何れかに記載の測距装置。
【請求項５】前記記憶手段に記憶された前記補正デー
タは、前記補間式の次数以上の、調整工程において得ら
れた点の測距データであることを特徴とする請求項１〜
３の何れかに記載の測距装置。
【請求項６】前記記憶手段は、電気的に書き換え可能
な不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１〜５
の何れかに記載の測距装置。
【請求項７】前記所定の距離範囲とは、前記測距手段
にて得られるべき理論値と前記測距手段の実測値に一定
値以上のずれを生じる距離範囲であることを特徴とする
請求項２に記載の測距装置。
【請求項８】前記測距手段にて得られるべき理論値と
前記測距手段の実測値に一定値以上のずれを生じる距離
範囲とは、前記測距手段の出力に直線線が無くなる近距
離範囲であることを特徴とする請求項７に記載の測距装
置。
【請求項９】対象物までの距離に応じた測距データを
測定する測距手段と、調整工程において前記測距手段に
て測定された所定の近距離範囲におけるＮ個（Ｎは３以
上の整数）以上の距離に対してのＮ個以上の測距データ
から求められるＮ−１次の補間式の係数を補正データと
して記憶する記憶手段と、前記近距離範囲において前記
測距手段から出力される測距データと前記記憶手段の補
正データにより前記補間式を用いて補間演算を行い、対
象物までの距離を演算する演算手段とを有することを特
徴とする測距装置。
【請求項１０】対象物までの距離に応じた測距データ
を測定する測距手段と、調整工程において前記測距手段
にて測定された所定の近距離範囲におけるＮ個（Ｎは３
以上の整数）以上の距離に対してのＮ個以上の測距デー
タを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されたＮ個
以上の距離データから求められるＮ−１次の補間式の係
数を求め、前記近距離範囲において前記測距手段から出
力される測距データと前記補間式を用いて補間演算を行
い、対象物までの距離を演算する演算手段とを有するこ
とを特徴とする測距装置。