JP3794982B2

JP3794982B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP3794982B2
Application number: JP2002150969A
Authority: JP
Inventors: 修野中
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: JP2003035863A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラに搭載される多点測距装置に係り、特に前に検出された距離に従って、次の投光ポイント位置を決定する測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラで撮影する際に、撮影画面の中央部に被写体が位置していない場合でも、正確なピント合わせができるように、画面内の複数のポイントを測距するカメラがある。
【０００３】
例えば、特開昭６０−６０５１１号公報では、順次測定した複数の測距ポイントからの測距結果のうち、最至近の距離にピント合わせをすることにより、正確なピント合わせを実現する測距装置が提案されているが、完全にピントはずれをなくすためには、画面内の全域に渡って測距する必要がある。
【０００４】
また、Ｕ．Ｓ．Ｐ４９４３８２４においては、撮影画面内の全域に渡り、所定等間隔の測距ポイントを配置して測距する構成が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の測距装置において、画面内の全域に渡って測距した場合、主要被写体となる人物以外の背景等にピントが合ってしまう場合があり、適切に主要被写体を検出することができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、高速、且つ、高精度に測距を行うことができる測距装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、撮影光学系と、撮影画面内の複数のポイントを所定の間隔で順次、測距する測距手段と、上記撮影光学系の撮影時における焦点距離に応じて、前回の測距ポイントと次回の測距ポイントとの間隔を決定する間隔決定手段とを備え、上記間隔決定手段は、上記撮影光学系の焦点距離が望遠側である場合には、上記測距手段が前回測距したポイントの上記撮影画面内における位置に応じ、前回の測距結果に基づいて上記間隔を決定し、上記撮影光学系の焦点距離が広角側である場合には、上記前回の測距結果に基づいて上記間隔を決定する測距装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１には、本発明による測距装置の概念的な構成を示し説明する。
【００１１】
この測距装置において、全体を制御する演算制御部（ＣＰＵ）１が測距部２で得られた測距値に基づき、ピント合せ部３を駆動させて撮影レンズ９のピント合わせる。そのピントが合った時の焦点距離ｆがｆ入力部８を介して、演算制御部１に入力される。また、後述する図２（ｂ）に示すような測距ポイント１３の位置を図２（ｃ）に示すような測距ポイントの位置に変更する場合には、演算制御部１からスキャンピッチ変更部４に変更することを制御する信号が入力され、該スキャンピッチ変更部４はスキャン用アクチュエータ５によりスキャン機構部６を駆動させる。前記演算制御部１は、全体のシーケンスをつかさどるワンチップマイコン等で構成された回路である。
【００１２】
図２（ａ）は、前述した測距装置を搭載したカメラの外観を示す図である。このカメラ１０において、カメラ前面の撮影レンズ９の上方に、矢印の方向の被写体が測距できるように回動可能な測距部２と、ファインダ１１が配置されている。このカメラの上面には、レリーズボタン７が設けられている。
【００１３】
図２（ｂ）は、ファインダ１１の画面１２内に設けられた複数の測距ポイント１３の配置例を示す。図１に示したスキャン機構をスキャン用アクチュエータ５で２次元的に動かすことにより、図２（ｃ）に示すような測距ポイントの配置に移動可能となる。
【００１４】
次に図３に示すフローチャートを参照して、このように構成された測距装置の動作について説明する。
【００１５】
図２（ａ）の矢印に示すような測距方向を、θ方向に回動しながら測距する場合に、まず、その回動角（測距位置の角度）を変数θ＝０として初期化する（ステップＳ１）。次にスキャン機構部６が初期位置になっていることを、図示しない初期位置スイッチによって確認し（ステップＳ２）、測距を行う（ステップＳ３）。
【００１６】
次に求められた測距結果Ｌθと、前回の測距位置角度θから、次に測距すべき位置θを求める（ステップＳ４）。
【００１７】
そして、前記測距位置角度θが予め定めた所定の測距角度θ_１に達したか否か判定し（ステップＳ５）、測距角度θ_１に達していないと判定された時には（ＮＯ）、前記ステップＳ４で計算された次の測距位置角度θに測距部２がスキャンされ、新たな測距ポイントが設定され（ステップＳ６）、ステップＳ３に戻る。一方ステップＳ５の判定で、求められた測距位置角度θが所定の測距角度θ_１に達する時は（ＹＥＳ）、一連のスキャン、測距にて得られた測距結果から主要被写体と考えられる距離を選択し、Ｌ_ｘとする（ステップＳ７）。
【００１８】
次に選択された距離Ｌ_ｘに基づいて、ピント合せ部３により、撮影レンズ９のピント合せが行なわれ（ステップＳ８）、撮影される（ステップＳ９）。その撮影終了の後、スキャン機構部６を移動させ、スキャン位置を初期化して（ステップＳ１０）、シーケンスを終了する。以上のシーケンスは演算制御回路（ＣＰＵ）１が制御する。
【００１９】
ここで、前述したシーケンスにおいて、ステップＳ１０で測距位置を初期化しているのにも関わらず、ステップＳ２で初期化確認しているのは、例えばカメラを持ち運んでいる際に、初期化されている位置が振動等でずれた場合等を想定して再度確認を行っているものである。つまり、初期化された位置がずれて、ステップＳ２による初期化の確認できなかった時には、スキャン用アクチュエータ５を測距中とは、逆方向に駆動して、スキャン位置を初期化してから、次のステップＳ３に移行するようにする。
【００２０】
次に図４を参照して、図３に示したステップＳ７における主要被写体の距離Ｌ_ｘの選択について説明する。
【００２１】
図４（ａ）に示すように距離Ｌ_ｘの位置に存在する例えば人物１４に対して、測距を行う場合のファインダ１１内の画面を図４（ｂ）に示す。矢印の範囲を測距する時の測距ポイントを示す測距角θと得られる距離Ｌの関係を図４（ｃ）に示す。また背景の山までの距離Ｌ_１、木までの距離Ｌ_２の中で人物までの距離Ｌ_ｘは、角度θ_ｘの間で得られる。
【００２２】
一般的に、人物の肩幅Ｗには個人差があるものの、４０〜５０cmぐらいと想定される。従って、肩幅Ｗ、距離Ｌ_ｘ、角度θ_ｘとすると、
ｔａｎθ_ｘ＝Ｗ／Ｌ_ｘ …（１）
の関係にあり、距離Ｌ_ｘを示す測距角θの範囲θ_ｘが、
４０（cm）≦Ｌ_ｘｔａｎθ_ｘ≦５０（cm） …（２）
の関係にあれば、この距離Ｌ_ｘが人物、つまり主要被写体までの距離と判定することができる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態における測距装置の主要被写体までの距離の決定方式であるが、図４（ｃ）に示す測距角度θと距離Ｌの関係を得るには、図５（ａ）に示すように、細かいピッチで、測距角度θを変化させつつ、時間をかけて測距を行わなければならない。
【００２４】
しかし、（２）式のような関係を示すＬ_ｘとθ_ｘを特定するのに限定するならば、図５（ｂ）に示すように、ピッチをあらくして、測距時間の短縮を図ることができる。例えば、大体の肩幅Ｗを測定するには、目盛りが５cm程度のものさしでよく、mmオーダーのものさしは必要ない。従って、肩幅を５cmきざみで測定する場合、距離Ｌが得られると、次の測距ポイントは（１）式より、
θ＝ arcｔａｎ（５cm／Ｌ） …（３）
として得られるθだけ、測距の角度を振った位置とすればよい。この（３）式で明らかなように、得られたＬが近距離である程、θは大きくなり、粗い測定が可能となる。
【００２５】
つまり、θの測距ポイントで測距した結果がＬの時に、次の測距ポイントは、
θ＝θ＋ arcｔａｎ（５cm／Ｌ） …（４）
とすればよく、この式が図３のフローチャートのステップＳ４の式に相当する。
また、図６（ａ）に示すような距離の異なる２人の人物が同一画面内に存在する場合に、測距角θを変更していった時の距離データＬの変化は、図６（ｂ）のようになる。図６（ｃ）には、この場合のピント合せする距離を決定するフローチャートの一例を示す。但し、２人の人物の幅Ｗ_１、Ｗ_２共、４０cm〜５０cmとするが、カメラ撮影レンズの焦点距離ｆによって、優先度を変えるようにした。まず、カメラレンズの焦点距離ｆと予め定めた所定の焦点距離ｆ_Ｔとを比較し（ステップＳ１２）、所定の焦点距離ｆ_Ｔより焦点距離ｆが長焦点距離側、つまり望遠側にある時は（ＹＥＳ）、画面中央に近い方の人物を優先し（ステップＳ１４）、この距離Ｌ_ｘを選択する。
【００２６】
しかし、所定の焦点距離ｆ_Ｔより焦点距離ｆが近距離側にある時は（ＮＯ）、画面中央の人物と、周辺の人物が、同じぐらい重要な、被写体と想定し、より像倍率の大きい近距離側の被写体距離にピントを合わせるようにする（ステップＳ１３）。
【００２７】
一般に、望遠レンズを使用して撮影しようとする際には、撮影者の関心（撮影すべき被写体）は、画面中央部に存在する傾向にあるが、それ以外の時には、画面内に定める割合の大きい近距離の人物にピントが合っていれば、失敗写真とはなりにくいことから、以上のような切換を採用した。
【００２８】
また、このような撮影レンズ焦点距離を考慮した、測距ポイントの切り換えの構成例を図７に示す。
【００２９】
カメラを構成する際のスペース的な制約や機構上の制限から、カメラ撮影レンズ９が、その焦点距離の切り換えに応じて、図７（ａ）のように、θ_Ｔからθ_Ｗに可変しても、測距の範囲θ_１を画角以上に大きくとることは困難である。
【００３０】
しかし前述したように、撮影レンズ９が長焦点側にあるとき、画面中央部以外に、主要被写体が存在することは少ない。
【００３１】
従って、図７（ｂ）のように、画面中央部は最小のピッチを細かく測距し、画面周辺部は最小ピッチを粗く測距することにより、効率的にタイムラグを短くすることができる。
【００３２】
一方、撮影レンズが広角側にある時には、図７（ｃ）に示すように、全測距範囲θ_１の間で、最小のピッチを変更することなく測距部をスキャンするようにする。このような、撮影レンズ焦点距離による測距部のスキャンピッチの変更を、図３のフローチャートに適用させると、ステップＳ４の動作を図８のフローチャートのように変更すればよい。
【００３３】
図３のステップＳ３で得られた距離Ｌθに基づく撮影レンズ９の焦点距離の設定ｆが所定焦点距離ｆ_ｔより長いか短いかを判定する（ステップＳ４１）。
【００３４】
この判定で撮影レンズ９が長焦点側にある時（ＹＥＳ）、測距角度θが、画面中央部の角度θ_２〜θ_３の間（図７（ｂ）参照）にあるか否かを判定し（ステップＳ４２）、角度θ_２〜θ_３の間にない、つまり画面中央部以外では（ＮＯ）、（３）式で示した場合よりも、粗いピッチとなるような角度、
arcｔａｎ（２０cm／Ｌ）
を計算し、第１の所定の角度θ_０１と比較する（ステップＳ４４）。この判定で、得られた計算結果が、θ_０１よりも小さい時は（ＹＥＳ）、θ_０１のピッチでスキャンを行う（ステップＳ４５）。つまり、画面周辺部の最小ピッチを決定する。しかし前記計算結果がθ_０１よりも大きい時は（ＮＯ）、被写体上を２０cmの間隔で測距する（ステップＳ４６）。
【００３５】
また、ステップＳ４１で撮影レンズ９が長焦点側にない時（ＮＯ）、及びステップＳ４２で測距角θが画面中央部の角度θ_２〜θ_３の間にある時（ＹＥＳ）には、次式の角度、
arcｔａｎ（５cm／Ｌ）
を計算し、第２の所定角度θ_０２と比較する（ステップＳ４３）。この所定角度θ_０２は、前記所定角度θ_０１より、小さい値となっており、撮影レンズ９が広角側にある時と、望遠側の中央部での最小ピッチを決定する値となる。
【００３６】
この比較で、第２の所定角度θ_０２が計算結果よりも大きい時（ＹＥＳ）、最小ピッチでのスキャン測距が行われる（ステップＳ４８）。しかし第２の所定角度θ_０２が計算結果よりも小さい時（ＮＯ）、前記（４）式にて説明したのと同様のピッチでのスキャン測距が行われる（ステップＳ４７）。
【００３７】
従って、本実施形態では、焦点距離によるピッチ変更のほか、（４）式で算出されたピッチが細かすぎる場合の対策として、予め定めた所定角度θ_０１、θ_０２等による最小ピッチの制限が行われている。
【００３８】
図９には、前述したような測距装置の具体的な構成の一例を示す。
【００３９】
この測距装置において、ワンチップマイコン等からなる演算制御回路（ＣＰＵ）１´であり、図１に示した演算制御部１と、スキャンピッチ変更部４の働きをつかさどる。前記ＣＰＵ１´には測距開始用のスイッチ７及び測距装置の測距角度θの初期位置を検出するためのスイッチ３１が設けられる。
【００４０】
この測距装置は、投受光レンズ２０，２３、赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）２１、光位置検出素子（ＰＳＤ）２４、ＩＲＥＤ用ドライバ２２、及びＰＳＤ出力を演算するＡＦＩＣ２５等が一体として構成され、ユニット本体３０内に搭載されている。
【００４１】
前記ユニット本体３０は、ドライバ２７に制御されるモータ２６によって、軸３２を中心に回動するようにギヤで連結される。この回動による角度は、ユニット本体３０の外部に設けられたレバー部３０ａでオン／オフする前記スイッチ３１による信号と、ユニット本体３０の歯車部３０ｂに連結するギア２９による信号とによって、ＣＰＵ１´に入力される。
【００４２】
前記ギア２９の信号は、回転に従って黒白のパターンがギア２９に設けられており、回転に伴う反射率の違いを、フォトリフレクタ２８によって、非接触で光検出された信号である。このギア２９の回転に伴うフォトリフレクタ２８の電気信号の変化をＣＰＵ１´が検出することにより、ユニット本体３０の回転位置が検出される。
【００４３】
そして前記ＣＰＵ１´の命令によりドライバ２２が駆動され、ＩＲＥＤ２１から投光レンズ２０を通って、測距用光が図示しない被写体に向かって投光される。その被写体から反射された測距用光の反射信号光は、受光レンズ２３を通ってＰＳＤ２４で受光される。ここで、投，受光レンズ２０，２３の主点間距離（基線長）Ｓは、一定とし、三角測距の原理により被写体距離Ｌと、前記ＰＳＤ２４で受光された信号光入射位置ｘは、受光レンズ２０、ＰＳＤ２４間の距離ｆとの間に次の関係が成立する。
【００４４】
ｘ＝ｓ・ｆ／Ｌ …（５）
ここで、ｓ・ｆは、共に固定値であり、ＡＦＩＣ２５がＰＳＤ２４の出力より信号光入射位置ｘを検出すれば、前述した式の演算より被写体距離Ｌが求められる。前記ＰＳＤ２４は、この信号光入射位置ｘに依存した２つの電流信号ｉ_１、ｉ_２を出力する、より具体的には、ＡＦＩＣ２５はｉ_１、ｉ_２よりｘを演算する回路である。
【００４５】
以上のような構成により、ＣＰＵ１´は、ＩＲＥＤ２１の発光時のＡＦＩＣ２５の出力より被写体距離Ｌを演算しつつ、ドライバ２７を介してモータ２６を回転制御することにより、図３のフローチャートで説明した動作によって、カメラの測距、撮影シーケンスを行う。
【００４６】
図３のフローチャートにおけるステップＳ２の初期位置確認は、スイッチ３１の状態をチェックすることにより行い、ステップＳ６の測距角度θの位置へのスキャンは前記フォトリフレクタ２８により白黒パターンを持つギア２９の回転数を検出することによりユニット本体３０の角度をモニタしつつ行う。
【００４７】
次に図１０には、本発明による測距装置の具体的な構成の他の一例を示し説明する。
【００４８】
前述した図９の構成例では、投光部と受光部が一体として移動したが、本構成例では投光部のみ、すなわち、投光素子４１と投光レンズ４２の相対関係を送りネジ４５，４７で変更することにより、測距用光投射位置を変更する構成となっている。
【００４９】
前記送りネジ４５、４７は、ドライバ４８により駆動されるモータ４４，４６により回転する。前記ドライバ４８はＣＰＵ１´によって制御される。また、前記送りネジ４５、４７の回転数は、回転数モニタ回路４９によってカウントされ、ＣＰＵ１に入力される。
【００５０】
従って、この構成においては、ＣＰＵ１´の制御により、ＩＲＥＤ４１を、ｘ，ｙ方向に移動でき、図２（ｃ）に示すように、画面内で２次元的に測距ポイントが設定できるようになっている。
【００５１】
また、２次元的な方向に投光された測距用光の反射信号光を受けるために、受光素子（ＰＳＤ）５１は、図９に示した受光素子（ＰＳＤ）２４と比べ、面積が大きいものを利用している。
【００５２】
以上説明したように本実施形態の測距装置は、従来の多点測距装置（マルチＡＦ）よりも多数の測距ポイントを任意の位置に設定でき、測距に十分な精度を実現する。さらに測距ポイントを効率の良い位置に配置することにより、測距時間の短時間化（高速化）を図り、且つ高精度でピント合わせができる。
【００５３】
また本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高速、且つ、高精度に測距を行うことができる測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による測距装置の概念的な構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す測距装置を搭載したカメラの外観を示し、図２（ｂ），（ｃ）は、測距ポイントの配置例を示す図である。
【図３】図１及び図２に示す測距装置の動作について説明するためのフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートのステップＳ７における主要被写体の距離Ｌ_ｘの選択について説明するための図である。
【図５】測距ポイントの配置例を示す図である。
【図６】距離の異なる２人の人物が同一画面内に存在する場合の測距について説明するための図である。
【図７】望遠側及び広角側の撮影の際の測距ポイントについて説明するための図である。
【図８】撮影レンズ焦点距離による測距部のスキャンピッチの変更を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明による測距装置の具体的な構成の一例を示す図である。
【図１０】本発明による測距装置の具体的な構成の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…演算制御部（ＣＰＵ）
２…測距部
３…ピント合せ部
４…スキャンピッチ変更部
５…スキャン用アクチュエータ
６…スキャン機構部
７…レリーズボタン（スイッチ）
８…ｆ（焦点距離）入力部
９…撮影レンズ
１０…カメラ
１１…ファインダ
１２…ファインダの画面
１３…測距ポイント

Claims

撮影光学系と、
撮影画面内の複数のポイントを所定の間隔で順次、測距する測距手段と、
前回の測距ポイントと次回の測距ポイントとの間隔を決定する間隔決定手段と、
を具備し、
上記間隔決定手段は、上記撮影光学系の焦点距離が望遠側である場合には、上記測距手段が前回測距したポイントの上記撮影画面内における位置に応じ、前回の測距結果に基づいて上記間隔を決定し、上記撮影光学系の焦点距離が広角側である場合には、上記前回の測距結果に基づいて上記間隔を決定することを特徴とする測距装置。
上記間隔決定手段は、上記撮影光学系の焦点距離が望遠側にあり、かつ、上記測距手段が前回測距したポイントが上記撮影画面内の周辺領域にある場合には、上記測距手段の出力に基づいて決定される第１の間隔と予め定められた第２の間隔とを比較することにより、上記間隔を決定することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
上記間隔決定手段は、上記第１の間隔が上記第２の間隔よりも小さい場合には、上記第２の間隔を上記間隔として決定し、上記第１の間隔が上記第２の間隔よりも大きい場合には、上記第１の間隔を上記間隔として決定することを特徴とする請求項２に記載の測距装置。
上記間隔決定手段は、上記撮影光学系の焦点距離が広角側にあるか、又は、上記測距手段が前回測距したポイントが上記撮影画面内の中央領域にある場合には、上記測距手段の出力に基づいて決定されるものであって上記第１の間隔よりも小さい間隔である第３の間隔と、予め定められたものであって上記第２の間隔よりも小さい第４の間隔とを比較することにより、上記間隔を決定することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
上記間隔決定手段は、上記第３の間隔が上記第４の間隔よりも小さい場合には、上記第４の間隔を上記間隔として決定し、上記第３の間隔が上記第４の間隔よりも大きい場合には、上記第３の間隔を上記間隔として決定することを特徴とする請求項４に記載の測距装置。