JP2003121728A - カメラの測距用センサ - Google Patents

カメラの測距用センサ

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JP2003121728A
JP2003121728A JP2001312961A JP2001312961A JP2003121728A JP 2003121728 A JP2003121728 A JP 2003121728A JP 2001312961 A JP2001312961 A JP 2001312961A JP 2001312961 A JP2001312961 A JP 2001312961A JP 2003121728 A JP2003121728 A JP 2003121728A
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distance measuring
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JP2001312961A
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Takashi Kindaichi
剛史 金田一
Koichi Nakada
康一 中田
Osamu Nonaka
修 野中
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/30Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
    • G02B7/32Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using active means, e.g. light emitter

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】測距用センサにおいて、汎用性を損なうことな
く、かつ、記憶手段の大記憶容量化とデータ転送時間の
増大とをさせずに測距装置システムの構築を可能とす
る。 【解決手段】測距用センサ1の内部に測距演算における
位相差演算の中間データである相関値を求める演算を行
う演算部13を設ける。そして、測距演算の際にはこの
中間データをCPU8に演算させるようにすることで、
記憶部6の記憶容量の節約及びデータ転送の時間の短縮
が行える。また、中間データ算出の際に、通常の被写体
用の領域指定である、受光部9の有効領域9aと遮光領
域9bにおいて領域を指定する領域指定と、ローコント
ラスト被写体用の領域指定である、受光部9の有効領域
9aのみにおいて領域を指定する領域指定とを切り換え
ることでローコントラストの被写体にも強い測距用セン
サとなり汎用性を損なうことがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ等に用いら
れる測距用センサに関する。更に詳しくは、三角測量に
おける位相差方式を利用する測距装置の測距用センサに
関する。
【0002】
【従来の技術】近年の測距装置に用いられるセンサは、
半導体製造技術と回路設計技術の躍進の恩恵を受けて、
微細化やエリア化(ラインセンサからエリアセンサへの
移行)が進み、測距に用いる光電変換素子の数は増加す
る傾向にある。このことにより測距装置は被写体の複数
箇所を測距することが可能になる(多点測距装置)等の
高性能化が進み、カメラユーザは写真のピントについて
は何ら意識する必要が無く、構図に専念できるようにな
ってきている。無論、ピンボケ写真が撮れてしまう確率
も減少してきている。つまり、測距領域数の増加により
被写界を隈なく分析し、被写体を検出するといったこと
までが可能になってきているのである。
【0003】ところが、光電変換素子の画素数の増加
は、測距装置の高性能化に貢献する一方で、画素毎の出
力データ(以下、被写体像信号と記す。)を記憶保存す
るための記憶手段の容量の大記憶容量化や、被写体像信
号を記憶手段へ転送するための転送時間の増大といった
弊害を発生させてしまう。
【0004】そこで、従来の測距装置では、測距用セン
サに測距装置で行う全ての測距演算を行わせることで、
被写体像信号のような初期データを記憶手段に記憶せず
に、測距演算結果のような最終データのみを取得して、
その最終データを記憶手段に記憶することで、記憶容量
の節約と出力データの転送時間の短縮とを図ったものが
知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の測
距装置では、前述した光電変換素子の高画素化の副作用
である記憶手段の大記憶容量化やデータ転送時間の増大
といった課題は解決できるが、測距用センサに全ての処
理を実行させるために汎用性が低くなってしまうという
新たな課題が発生してしまう。
【0006】例えば、位相差方式の測距においては、位
相差を求めるための位相差演算の性質に起因して、ロー
コントラストの被写体を苦手とする等の測距方式の原理
的課題を抱えている。そこで、位相差方式を用いてロー
コントラストの被写体の測距を行う場合には、被写体像
信号に微分処理(例えば隣接する被写体像信号の差分を
求める。)を施した後に位相差演算を行う等の手法で対
策を図っている。
【0007】つまり、被写体像信号に対して被写体に応
じた処理を施すことにより測距精度の向上が望めるので
あり、通常の被写体に対する位相差演算のみが行えるよ
うな簡略化された構成の測距用センサでは、このような
苦手被写体に対する微分処理が施せなくなってしまい、
測距精度の向上が望めず汎用性の低いものとなってしま
う。逆にこれらの処理も含めて全ての処理を測距用セン
サに実行させようとすると、測距用センサ内の回路が複
雑になり、測距用センサのコストを跳ね上げることにつ
ながり、やはり汎用性の低いものとなってしまう。
【0008】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、汎用性を損なうことなく、かつ、記憶手段の大記
憶容量化とデータ転送におけるデータ転送時間の増大と
をさせずに測距装置システムの構築を可能とする測距用
センサを提供することを目的とする。
【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、本発明によるカメラの測距用センサは、測距対象
からの光をその光の強さに応じた電流に変換する複数の
光電変換素子と光学的に遮光された複数の光電変換素子
とからなる受光手段と、上記受光手段の複数の光電変換
素子毎に発生する光電流をそれぞれ個別に積分して電流
−電圧変換する積分手段と、外部からの制御信号に基づ
き上記積分手段の積分制御を行う積分制御手段と、外部
からの制御信号に基づき任意のアドレスと任意の個数を
指定することにより、ライン状の4つの領域を上記受光
手段上に任意に指定する領域指定手段と、上記領域指定
手段が指定する上記受光手段上の4つの領域に対応す
る、上記積分手段が出力する複数の積分出力をアナログ
−デジタル変換する信号変換手段と、上記信号変換手段
で変換されたデータが入力されて所定の演算を施す演算
手段と、上記演算手段の出力を外部に出力する出力手段
と、上記積分手段、上記領域指定手段、上記演算手段及
び上記出力手段の各動作タイミングを制御するタイミン
グ制御手段と、を具備することを特徴とする。
【0010】即ち、本発明の測距用センサによれば、被
写体像信号のような初期データを出力するのではなく、
位相差演算の中間データを出力し、測距用センサ外部で
位相差演算の結果となる最終データを求めることによ
り、上記中間データを記憶保存する記憶手段の記憶容量
の節約と、データ転送時におけるデータ転送時間の短縮
とが可能となる。
【0011】また、被写体像信号の領域を4つ指定する
ときの指定方法により、被写体に応じて位相差演算を行
う領域を変化させることができ、汎用性を損なうことも
ない。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の一実
施の形態を説明する。
【0013】図1は本発明の一実施の形態に係る測距用
センサを用いたカメラの構成の一部分、特に測距装置部
分の構成を示した図である。
【0014】即ち、本一実施の形態に係る測距用センサ
を用いた測距装置は、測距用センサ1と、光学部2と、
CPU8と、で構成されている。
【0015】上記測距用センサ1は、光学部2を介して
受光した被写体3からの光を電気信号に変換した後、そ
の電気信号を積分し、測距演算を行うための位相差演算
の途中結果である中間データを算出してCPU8に出力
する手段である。なお、図1において、測距用センサの
受光面は一つの面で描かれているが、一対の二つの受光
面であっても良い。
【0016】上記光学部2は、被写体3からの光を測距
用センサ1に導くための一対の光学手段である。また、
一対の光学部2と一対の測距用センサ1との間は、光学
的に一対のそれぞれ独立した光路であり、互いに遮光さ
れた構成とする必要がある。
【0017】上記CPU8は、測距用センサ1の出力結
果に基づいて被写体3の測距を実行する手段である。ま
た、CPU8の内部には以下の手段がハードウェア及び
ソフトウェアにより構成されている。
【0018】外部領域指定部4は、測距用センサ1内部
の受光部9(図2を参照して後述する。)において、測
距演算に使用する領域を指定する手段である。
【0019】駆動部5は、測距用センサ1の駆動を主機
能としたインターフェイス手段である。
【0020】記憶部6は、測距用センサ1からの出力デ
ータを記憶保存するための手段である。なお、この出力
データとは被写体像信号等の初期データではなく、測距
用センサ1内部で演算された位相差演算の途中結果であ
る中間データである。
【0021】位相差演算部7は、記憶部6に記憶保存さ
れている位相差演算の、複数の中間データに基づいて位
相差演算が完了するところまでを実行するための手段で
ある。この位相差演算自体は公知であるので、特に説明
しない。また、演算結果は位相差に留まる必要はなく、
被写体距離までを演算しても良いし、図示しないカメラ
の焦点調節用の光学系の駆動量に相当するデータまでの
演算を実行しても良い。
【0022】次に、図2を用いて本発明の一実施の形態
に係る測距用センサ1の内部の構成を説明する。
【0023】即ち、測距用センサ1は、受光部9と、積
分制御部10と、領域指定部11と、信号変換部12
と、演算部13と、出力部14と、タイミング制御部1
5と、で構成されている。
【0024】上記受光部9は、上記光学部2を介して被
写体3の像を受光するための手段であり、有効領域9a
の部分と遮光領域9bの部分とで構成されている。な
お、本一実施の形態における測距用センサの受光部9に
は、CMOSイメージャと呼ばれるものを用いている。
このため受光部9のそれぞれの画素は、被写体3の像を
受光するための受光手段にもなり、受光した被写体像を
積分するための積分手段にもなる。これは積分に用いる
ための容量(コンデンサ)に各画素の接合容量を用いる
ことができるためである。また、受光部9として、これ
ら受光手段と積分手段とを分けた構成としても良いこと
は勿論である。
【0025】上記積分制御部10は、上記受光部9によ
る積分のリセット、積分開始及び積分終了を司る手段で
ある。
【0026】上記領域指定部11は、上記受光部9の受
光面上において複数画素で構成される領域を指定するた
めの手段である。そして、その指定された領域からは上
記受光部9の積分結果である積分電圧が信号変換部12
に出力されることになる。また、領域指定部11には指
定した領域内において個別の画素を指定する役割もあ
り、受光部9の積分結果を出力するときに、単一の積分
手段(受光部9の画素)による積分結果を出力するよう
に指定することもできる。
【0027】上記信号変換部12は、上記受光部9から
出力された積分電圧をアナログ−デジタル変換する手段
であり、上記領域指定部11により指定された領域にお
ける積分電圧を信号変換して演算部13に出力する。
【0028】上記演算部13は、信号変換部12から入
力される信号データに基づいて下記の式1の演算を実行
するように構成された演算回路である。
【0029】
【数2】
【0030】ここで、Fは演算出力であり、CPU8で
演算される位相差演算の中間データである。なお、この
Fは一般的には相関値などと呼ばれている。L
,R,rは画素毎の画素データであり、画素毎
の積分電圧をアナログ−デジタル変換したデジタルデー
タである。また、iは画素列の順番を示す要素である。
またLとlは光学的に一対で構成された受光部9の
左側の受光面における画素の画素データとし、Rとr
は右側の受光面における画素の画素データであるとす
る。
【0031】上記出力部14は、上記演算部13の出力
であるFを測距用センサ1の外部に出力するための手段
である。また、この出力部14には、受光部9の全画素
または指定された領域内の画素における最大積分量を検
出して、外部へアナログデータのまま出力する機能もあ
る。なお、この最大積分量は、CPU8による積分制御
時のフィードバック信号として用いられる。また、この
フィードバック信号として出力するのは最大積分量に限
定されずに、最小積分量や平均積分量等であっても構わ
ない。
【0032】上記タイミング制御部15は、上記した各
部分に様々なタイミング信号を供給するための手段であ
る。
【0033】ここで、上記タイミング信号について説明
する。初めに、積分制御部10に供給するタイミング信
号は、積分のリセット、積分開始及び積分の終了のタイ
ミングとなるトリガ信号である。
【0034】領域指定部11に供給するタイミング信号
は、信号変換部12に積分出力を順次出力する際に、積
分手段(受光部9の画素)の切り換えを行うためのクロ
ック信号である。また、同様のクロック信号は信号変換
部12と演算部13にも入力され、積分出力に同期し
て、信号変換と中間データFの演算が実行される。
【0035】出力部14に供給するタイミング信号は、
演算部13による演算結果を外部(CPU8)に出力す
る際の同期信号となるクロック信号である。演算結果を
外部にシリアル通信出力するときなどに、このクロック
信号が同期信号として用いられる。
【0036】次に、このような構成における測距用セン
サの全体の動作を図3のフローチャートを用いて説明す
る。
【0037】まず、本一実施の形態の測距用センサ1に
電源が投入されると、積分制御部10は、外部(CPU
8)からタイミング制御部15を介して積分値のリセッ
トコマンド(上記積分のリセットのタイミングとなるト
リガ信号)が入力されたか否かを判断する(ステップS
1)。積分制御部10にリセットコマンドが入力された
場合には、積分制御部10は受光部9の各画素の積分値
をリセットする(ステップS2)。具体的には、積分用
の容量(コンデンサ)に蓄積(充電)された電荷のディ
スチャージを行う。一方、リセットコマンドが積分制御
部10に入力されていない場合には、積分制御部10は
リセットコマンドが入力されるまで待機する。
【0038】次に、積分制御部10はCPU8からタイ
ミング制御部15を介して積分開始コマンド(上記積分
開始のタイミングとなるトリガ信号)が入力されたか否
かを判断する(ステップS3)。積分制御部10に積分
開始コマンドが入力されていない場合には、積分制御部
10は積分開始コマンドが入力されるまで待機する。一
方、積分制御部10に積分開始コマンドが入力された場
合には、積分制御部10は受光部9の各画素の積分を開
始する(ステップS4)。同時に、出力部14から外部
(CPU8)に向けてモニタ信号を出力する(ステップ
S5)。ここで、上記モニタ信号とは、前述した積分制
御用のフィードバック信号である。一般的には、受光部
9の全画素または指定された領域における画素を対象と
して、積分が最も進んだ画素の積分量(積分量の最大
値)をアナログデータのまま外部へ出力する。勿論、積
分量の平均値や最も積分の遅い画素の積分量を出力して
も構わない。なお、この積分制御は、モニタ信号に基づ
いて測距用センサ1外部のCPU8(またはシーケンス
コントローラ)によって行われるものである。
【0039】次に、積分制御部10は、外部のCPU8
からタイミング制御部15を介して積分終了コマンド
(上記積分終了のタイミングとなるトリガ信号)が入力
されたか否かを判断する(ステップS6)。積分制御部
10に積分終了コマンドが入力された場合には、積分制
御部10は受光部9の積分を終了する(ステップS
7)。積分終了コマンドが入力されていない場合には、
積分制御部10は積分終了コマンドが入力されるまで積
分を続ける。
【0040】以下のシーケンスは、被写体像信号に基づ
くFの演算と、演算結果の出力を補うステップである。
【0041】まず、領域指定部11は、CPU8内の外
部領域指定部4からの領域指定コマンドと領域を指定す
るためのデータの入力を待つ(ステップS8)。これら
の入力があったならば、領域指定用のデータに基づき領
域指定を行う(ステップS9)。なお、指定する領域は
ライン状の領域を合計4箇所指定するものとする。
【0042】ここで、上記ステップS9の領域の指定方
法について図4を用いて説明する。
【0043】初めに、通常の被写体測距に用いられる生
の被写体像信号から位相差演算を行う場合の領域の指定
方法を説明する。つまり、図4(a)に示すように、受
光部9の有効領域9a内に2領域(L,L,…,L
とR,R,…,R)、遮光領域9b内に2領域
(l,l,…,lとr,r,…,r)を指
定する。このように4領域を指定して上記式1の演算を
実行すると、生の被写体像信号に基づいて位相差演算を
実施することになる。即ち、(L−l)及び(R
−r)は、被写体像信号からノイズ成分(暗電流成
分)をキャンセルする意味でしかなく、生の被写体像信
号を用いたことに相当する。
【0044】次に、ローコントラスト被写体などの位相
差方式が苦手とする被写体を測距する場合に実施する微
分処理後の被写体像信号を用いた位相差演算を説明す
る。つまり、図4(b)に示すように、4領域を全て受
光部9の有効領域9a内に指定する。このとき、L
,…,Lの領域と、l,l,…,lの領域
とが互いに1画素分ずれるように指定し、同様にR
,…,Rの領域とr,r,…,rの領域と
が互いに1画素分ずれるように指定する。このように4
領域を指定することにより、上記式1の演算を実行する
と被写体像信号は微分処理(差分処理)が施されたこと
になる。勿論、差分をとることによるノイズ成分(暗電
流成分)のキャンセルもしたことになる。
【0045】以上説明したような領域の指定を行うこと
で、被写体に応じて生の被写体から位相差演算を行うの
と微分処理した被写体像信号から位相差演算を行うのと
を簡単に切り換えることが可能である。これによって、
ローコントラストの被写体であっても測距を行うことが
できる。なお、前述の領域指定の切り替えは、例えば、
図示しない測光装置によって被写体のコントラストを測
定し、CPU8において測定したコントラストを判定
し、コントラストが低いと判定した場合にローコントラ
スト用の領域指定に切り替えることで行う。
【0046】上記ステップS9の領域指定が終了した後
は、指定した領域において各画素から積分結果を出力し
て、信号変換部12により信号変換を行い(ステップS
10)、信号変換した積分結果を演算部13に入力し
(ステップS11)、上記式1の演算を行う。また、積
分結果の出力順序は以下のとおりである。L,l
,r,L,l,R,r,…,L
,R ,r次に、演算部13は上記ステップS9
において指定した領域における全てのデータが演算され
たか否かを判断し(ステップS12)、まだ演算されて
いないデータが残っている場合には上記ステップS10
に戻り、演算を続ける。一方、全てのデータが演算され
た場合にはステップS10乃至S12のループ処理を抜
ける。そして、上記式1に基づいた演算結果を出力部1
4から測距用センサ1の外部に出力する(ステップS1
3)。そして、CPU8に入力された位相差演算の中間
データ(相関値)Fに基づいて、CPU8内の位相差演
算部7は位相差演算の続きを行う。
【0047】なお、上記式1の演算結果であるFは、位
相差演算の中間データであり、一般的には相関値等と呼
ばれている。公知の位相差演算は、一対の被写体像信号
の領域を互いにずらしながら相関値を求めて、得られた
複数の相関値の中から最小値を検出するものである。相
関値の最小値は一対の被写体像信号が最も一致すること
を表し、この相関値の最小値が現れる領域のずれ量が一
対の被写体像信号の位相差となる。従って、位相差演算
を完了させるためには、CPU8での相関値の最小値を
求める演算が終了するまで、上記ステップS8におい
て、指定する領域の位置を変えながら(但し、前述した
ように被写体に応じて、指定できる領域は限定されるも
のとする。)、上記ステップS11の相関値を求める演
算を繰り返し行うことになる。
【0048】つまり、CPU8では、位相差演算が終了
したか否かを判断し、位相差演算が終了したと判断した
場合には測距用センサ1に、相関値を求める演算の終了
及び測距用センサ1の動作停止を指示する測距終了コマ
ンドを入力する。測距用センサ1では、外部のCPU8
から測距終了コマンドが入力されたか否かを判断し(ス
テップS14)、測距終了コマンドが入力されるまで
は、相関値を求める演算を繰り返し行う。測距終了コマ
ンドが入力された場合には、測距用センサ1をhalt
状態(動作停止で消費電流を抑えた状態)とする。この
halt状態からはハードウェア割り込み等で抜け、上
記ステップS1に戻ることができる。また、消費電流を
完全に無くすために、halt状態で測距用センサ1の
電源を切るようにしても良い。
【0049】このように、記憶部6に被写体像信号のよ
うな初期データを記憶するのでなく、測距演算における
中間データを記憶するようにすれば、記憶部6の記憶容
量の節約と出力データの転送時間の短縮を図ることがで
きる。更に、前述したような領域の指定をして中間デー
タを算出するようにすれば、ローコントラストの被写体
にも強い汎用性の高いカメラの測距装置となる。
【0050】以上一実施の形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は前述した一実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用
が可能なことは勿論である。
【0051】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
汎用性を損なうことなく、かつ、記憶手段の大記憶容量
化とデータ転送時間の増大とを防止することができる測
距装置システムの構築が可能な測距用センサを提供する
ことができる。つまり、高精度で、低コスト、かつ、高
速な高性能測距装置の提供が可能となるのである。
【0052】即ち、本発明の測距用センサのように測距
用センサ自体にある程度の演算(位相差演算の相関値を
求める演算)を行うことができる演算回路を設けること
で記憶手段の記憶容量の節約や出力データの転送時間の
短縮を行うことができ、しかも、被写体像信号に応じて
位相差演算に使用するデータを変化させることでローコ
ントラストの被写体も測距することができ、汎用性を損
なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る測距用センサを用
いたカメラの、測距装置部分におけるブロック構成図で
ある。
【図2】本発明の一実施の形態に係る測距用センサの内
部構成を示すブロック構成図である。
【図3】本発明の一実施の形態に係る測距用センサの動
作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図4】本発明の一実施の形態に係る測距用センサの位
相差演算時における領域指定を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1 測距用センサ 2 光学部 4 外部領域指定部 5 駆動部 6 記憶部 7 位相差演算部 8 CPU 9 受光部 10 積分制御部 11 領域指定部 12 信号変換部 13 演算部 14 出力部 15 タイミング制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野中 修 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 2F112 AC03 AC06 BA05 BA11 CA02 FA03 FA07 FA09 FA27 FA29 FA33 2H011 AA01 BA01 BB02 BB04 BB05 2H051 AA01 BB01 CA12 CB20 CB22 CB25 CE02 CE06 CE08 CE16 DA03 DA05 DA07 DA10 GB12

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測距対象からの光をその光の強さに応じ
    た電流に変換する複数の光電変換素子と光学的に遮光さ
    れた複数の光電変換素子とからなる受光手段と、 上記受光手段の複数の光電変換素子毎に発生する光電流
    をそれぞれ個別に積分して電流−電圧変換する積分手段
    と、 外部からの制御信号に基づき上記積分手段の積分制御を
    行う積分制御手段と、 外部からの制御信号に基づき任意のアドレスと任意の個
    数を指定することにより、ライン状の4つの領域を上記
    受光手段上に任意に指定する領域指定手段と、 上記領域指定手段が指定する上記受光手段上の4つの領
    域に対応する、上記積分手段が出力する複数の積分出力
    をアナログ−デジタル変換する信号変換手段と、 上記信号変換手段で変換されたデータが入力されて所定
    の演算を施す演算手段と、 上記演算手段の出力を外部に出力する出力手段と、 上記積分手段、上記領域指定手段、上記演算手段及び上
    記出力手段の各動作タイミングを制御するタイミング制
    御手段と、 を具備することを特徴とするカメラの測距用センサ。
  2. 【請求項2】 上記演算手段は、 上記演算手段に入力される上記4つの領域に対応した信
    号をそれぞれL,L ,…,Lとl,l,…,
    及びR,R,…,Rとr,r,…,r
    とし、 上記演算手段の出力をFとしたときに、 【数1】 の演算をすることを特徴とする請求項1に記載のカメラ
    の測距用センサ。
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