JPS5928884B2 - 距離検出方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は距離検出用装置に関し、更に詳しくは、夫々物
体の同一部分からの光束を含み、且つ、異なつた光学的
開口を通して視差を有する異なつた径路に従つた該物体
からの光束の夫々の照度分布の位置関係を検出する様に
した距離検出のための装置に関するものである。

上に述べた様な距離検出用装置については既に種々提案
されている。

例えば、所謂基線距離光学系の構成に依つて互いに異な
つた光学的開口を通した視差を有する径路から得られる
物体からの２光束の照度分布を夫々振動スリット板と光
電変換素子との組み合せから成る走査手段に依つて走査
し、この時に得られる走査信号の電気的な処理（例えば
比較処理）を通じて上記２光束の照度分布の相対位置関
係を検出する様にしたものが特公昭４０−９３８０号公
報、特公昭４７−６９８３号公報或いは***国特許第１
４２３６５５号公報等に於てカメラ等の自動焦点調節装
置の中で提案されている。又、この外に、同様に基線距
離光学系の構成に依つて互いに異なつた光学的開口を通
した視差を有する径路から得られる物体からの２光束の
照度分布を、光電変換物質に対する電極の配置構成に依
つて互いに実質的に独立して機能する様に為された複数
個の光電変換帯条を有する光電変換手段に依つて受け、
該光電変換手段からの上記２光束の各照度分布を表わす
光電出力の比較処理を通じて該２光束の照度分布の相対
位置関係を検出する様にしたものが***国特許第１２６
３３２５号公報等に於て、又、同様のものが特公昭４７
−３４３５２号公報等に於ていずれもカメラ等の自動焦
点調節装置或いは基線式距離計装置の中で提案されてい
る。

又、上記の２つの例はいずれも基線距離光学系の構成に
於て一方の光学系を固定とし、他方の光学系を可動と為
しているものであるが、この外に、該基線距離光学系の
構成に於て双方の光学系を固定とし、該基線距離光学系
の構成に依つて互いに異なつた光学的開口を通した視差
を有する径路から得られる物体からの２光束の照度分布
を互いに独立した複数個の光電変換帯条を有する固定配
置された光電変換手段に依つて受け、該光電変換手段か
らの上記２光束の各照度分布を表わす光電出力の比較処
理を通じて該２光束の照度分布の相対位置関係を検出す
る様にしたものが例えば米国特許第３２７４９１４号明
細書に於てカメラのフオーカシング装置の中で提案され
ている。

以上に例記した３つの従来例ぱ、いずれも２光束の照度
分布についての光電変換信号を得てその比較処理に依り
その相対位置関係を検出するものであり、そのために先
ず第１の例では、振動スリツト板と光電変換素子との組
み合せから成る走査手段に依る照度分布の走査と云う構
成を採るものであるが、斯かる構成に依ると、光電変換
素子とその光電変換信号を処理するための電気回路手段
との間の接続並びに回路構成が非常に簡素になると云う
利点が得られる反面、スリツト板の振動と云う機械的構
成が必須となるために特に装置の機械的構成が複雑化且
つ大型化すると云う不利があり、又、これと共に、スリ
ツト板の振動にむらがあるとこれが直ちに光電変換素子
からの光電変換信号中にノイズとなつて現われて来てし
まうと云つた不利がある。

一方、第２、第３の例では、複数個の光電変換帯条を設
置することに依り、照度分布の各微細部分を検出して照
度分布についての光電変換信号を得ると云う構成を採る
ものであるが、斯かる構成に依ると、前記第１の例に見
られた様な振動スリツト板と云う機械的な走査機構の構
成が全く不要になるため装置の機械的な構成に於て有利
になるものであるが、反面、各光電変換帯条の光電変換
信号を並列処理するものであるために光電変換手段の光
電変換信号を処理するための電気回路手段の回路構成が
非常に厖大化すると云う不利があり、又、その結果、光
電変換帯条の設置数に限りを生ずることになるために照
度分布の微細部分を捉えることが難しくなつて照度分布
についてのより精確な信号を得ることが困難になり、従
つて、その相対位置関係の正確な検出が難しくなると云
つた不利がある。更に、これら第２、第３の例では光電
変換手段の光電出力の比較処理の手法として、２組の光
電変換帯条の配列に於て互いに位置的に対応開係に在る
光電変換帯条間の光電変換信号の差について全体の総和
を求める様にしているが、これは言つてみれば、互いに
位置的に対応関係に在る光電変換帯条の総体が受ける２
照度分布についての信号波形間の相違部分の面積を求め
ようとしているものである。しかし乍ら、これに依ると
、得られる比較出力ぱその相対位置の外に、画像のコン
トラストやパターンに因つても大きく変動し、結局、コ
ントラストやパターンの如何に影響されることなく相対
位置関係を精度良く検出することは非常に困難となる。
本発明は以上に述べた様な事情に鑑みて為されたもので
、夫々物体の同一部分からの光束を含み、且つ、異なつ
た光学的開口を通して視差を有する異なつた径路に従つ
た該物体からの光束の夫々の照度分布の位置関係を検出
する距離検出用装置として、従来見られた機械的な走査
手段を用いなければならないことに因る機械的構成上の
不利或いは多数個の光電変換素子の光電変換信号を並列
処理しなければならないことに因る電気的構成上の不利
を一掃せしめて、特に多数個の光電変換素子を使用する
にも拘らずその直列的処理が可能で、従つて、光電変換
素子の設置数を大幅に増大させ得ることに依り光束の照
度分布の微細な部分を正確に捉えて該光束の照度分布に
ついてのより精確な光電変換信号を得ることが出来、又
、更には、画像のコントラストやパターンの如何に影響
されることが非常に少なく、且つ、外乱ノイズに因る照
度分布の位置関係についての精報とは無関係な成分の混
入をも防止出来、総じて、照度分布の位置関係の検出を
より正確に行ない得る新規な且つより優れた距離検出用
装置を提供することを目的とし、そして斯かる目的の下
で、本発明の距離検出用装置は、上記照度分布を夫々複
数個の光電変換素子の配列に受け、該受容した夫々の照
度分布についての光電変換信号を形成する様に構成され
た光電変換素子群と、該光電変換素子群により同じ時期
に受容せられた上記夫々の照度分布についての各光電変
換素子の光電変換信号をこれら光電変換素子の配列に沿
つて順次読み出すことにより夫々の照度分布を示す時系
列化信号を得、且つ、この読み出しを繰り返し行なうた
めの電子的読み出し回路と、該時系列化信号間の位相差
を検出するための位相検出回路とを備えたことを特徴と
するものである。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。

尚、以下に説明する実施例に於ては上記の位相差を検出
するための回路の出力に基づき上記光電変換素子群上で
の上記照度分布の位置関係が所定の関係となる様に自動
調整する様にしているが、勿論、この外に、周知の様に
、上記回路の出力を表示手段に附与して表示を行ない、
そして、この表示手段による表示をもとに上記照度分布
の位置関係が所定の関係とだる様に手動で調整する様に
しても良いものであり、要するに本発明の要旨は、夫々
物体の同一部分からの光束を含み、且つ、異なつた光学
的開口を通した視差を有する異なつた径路に従つた該物
体からの光束の夫々の照度分布の位置関係の検出のため
の、特許請求の範囲に記載された構成に存するものであ
る。

先ず第１図は本発明の一実施例を採用して成る自動距離
検出乃至自動焦点調節装置の一例を示すもので、図に於
て、１及び２は対物レンズで、夫夫物体の同一部分から
の光束を含み、且つ、視差を有する異な゛つた径路に従
つた該物体からの２光束を得るための光学的開口を定義
するもので、各各の対物レンズ１及び２を通過する物体
からの光束３及び４は夫々多数個の光電変換素子の線状
配列を有した光電変換素子群５及び６上に、このときの
物体距離に対する後述の必要調整量に応じた相対位置ず
れを有して入射する。

対物レンズ１及び２は互いに適当な基線距離を隔てて配
設され、所謂基線距離光学系を構成しており、その際、
対物レンズ１は固定であるが対物レンズ２は矢印ａで示
す方向に移動可能で、光電素子群５及び６上に結ばれる
像の相対位置関係（２光束の照度分布の位置関係）、即
ち、対物レンズ１によつて結ばれる物体像の照度分布の
光電素子群５上での位置を基準にしたときの、対物レン
ズ２によつて結ばれる物体像の照度分布の光電素子群６
上での相対位置のずれを調整することが出来る様に為さ
れている。光電素子群５及び６の光電出力は、信号線７
及び８に夫々導かれ、電気回路９で、後に詳述する信号
処理を受けて、対物レンズ１及び２によつて結ばれる物
体像の相対位置関係に対応した出力信号が生起され、２
像の相対位置調整手段としてのサーボ・モータ１０に供
給される。サーボ・モータ１０は図示しない機械的動力
伝達機構を介して、対物レンズ２を−、電気回路９から
の出力信号の符号に応じて右あるいは左へ、光電素子群
５及び６上での像の相対位置関係が所定の関係となるま
で、即ち、対物レンズ２によつて結ばれる物体像の光電
素子群６上での位置が、対物レンズ１に依つて結ばれる
物体像の光電素子群５上での位置に相対的に一致して、
２光束の照度分布の相対位置差が零になるまで、微動さ
せ調節する。又、１１は矢印ｂの方向に移動可能に為さ
れた撮影光学系であり、物体からの光束１２をフイルム
面１３上に結像可能で、更に、これを、モータ１０によ
つて、対物レンズ２と予じめ決められた対応関係で移動
させる様にすることにより、光電素子群５及び６上での
像の相対位置関係が上記の所定の関係に達したとき、フ
イルム面１３上に物体の像が最も鮮鋭に結ばれる様にす
ることが可能であり、この様にして第１図の構成により
自動距離検出装置乃至カメラ等の自動焦点調節装置が得
られる。次に第２図は本発明装置に適用可能な上記の多
数個の光電素子の線状配列を有した光電素子群の形態例
を示すもので、同図Ａ，ｂ及びＣは光電素子として夫々
光導電素子、フオト・ダイオード及び光起電力素子（太
陽電池）を用いる場合の各素子の電気的結線の様子を等
価回路図で示すものであり、これらは一方の極を共通に
結合され、他方の極は開放に為され、後述する信号時系
列化手段に適合できる様になつている。

言う迄もなく、これら光電素子は物体像の照度分布の各
微少部分の明暗を検出して、夫々に対応した光電変換信
号を発生するために微小面積を有して同一面上に線状に
配列されているものであるが、この作用が損なわれなけ
れば、各光電素子の形状は任意でよい。

次に第３図は上述の光電素子群を構成する各光電素子の
光電変換信号を各素子毎に順次読み出すことにより時系
列化するための、即ち、換言すれば走査するための本発
明装置に於ける電子的信号時系列化回路の構成例を示す
もので、これは、所定周波数のパルス信号を出力する発
振器０ＳＬの出力パルスをドライバＤに附与して該ドラ
イバＤからドライバ用電子パルスを出力させ、これを信
号時系列化のためのシフト・レジスタＳＲに附与するこ
とに依り該シフト・レジスタＳＲの動作に依つて２つの
光電素子群ＰＡａ，ＰＡｂを構成する各光電素子を順次
スイツチングしてその光電変換信号を遂次出力端子０Ｕ
Ｔ級び０ＵＴｂを通じて出力させる様にしたものである
。

この際、出力端子０ＵＴａ及び０ＵＴｂに同時に現われ
る光電出力は、２つの光電素子群ＰＡａ及びＰＡｂの配
列の中で夫々相対的に同じ位置に配置された素子から得
られるものである。第４図は第３図で説明した構成によ
つて得られる各光電素子の時系列化された光電変換信号
の波形を示すものである。

図の縦軸は信号のレベルを、横軸は時間を表わす。第４
図ａは各光電素子が理想的に限りなく微小である場合で
、光電変換信号の変化が殆ど連続した曲線で示される。
図中の曲線Ａと曲線Ｂは、第１図に示す光電素子群５及
び６に対して前述の走査を行つた場合に、２像の相対位
置のずれのために生じる光電出力波形の位相ずれを表わ
す。位相のずれの大きさ及び方向は２像の相対位置のず
れの大きさ及び方向に対応するので、これを利用して、
次に述べる様な回路構成乃至第１図示の構成により自動
距離検出乃至自動焦点調節装置を実現し得るものである
。実際の光電素子はその大きさを限りなく微細にするこ
とは不可能であり、従つて走査によつて得られる光電出
力は巾の狭いパルスの集まりとなる。

これを後の信号処理を容易ならしめるためにサンプル・
ホールド回路に供給して、連続的な階段状の信号波形に
変換したものが第４図ｂで示される波形である。図には
一方の光電素子群からの光電出力をサンプル・ホールド
した波形のみが示してある。次に第５図は以上に説明し
た構成によつて自動距離検出作用乃至自動焦点調節作用
を可能ならしめるための電気回路の構成例を示すもので
ある。

図中、０ＳＬ，Ｄ，ＳＲ及びＰＡａ，ＰＡｂは第３図に
示す構成と同一のものである。光電素子群ＰＡａ及びＰ
Ａｂからの光電出力はそれらの上に結像される像の相対
位置のずれの方向とその大きさに応じた、例えば、第４
図ａに示すのと同様の波形を有する。但し、光電素子群
ＰＡａ及びＰＡｂの走査は適当な時間間隔で繰り返し行
なわれるものであり、実際は上述の如き波形の光電出力
が繰り返し現われる。これらは夫々増幅器Ａａ及びＡｂ
で増幅された後、サンプル・ホールド回路Ｈａ及びＨｂ
に入力される。サンプル・ホールド回路Ｈａ及びＨｂの
出力は第４図ｂに示す様な波形の出力であるが、この出
力に含まれる階段状の細かい変動を除くために、夫々次
に低域通過フイルタ一ＬＰＦａ及びＬＰＦｂに通して比
較的滑らかな波形に整形し、これらの２出力を位相弁別
器ＰＤに入力する。位相弁別器ＰＤの入力は前述した様
に、光電素子群上に結像された物体の２像の相対位置ず
れの方向とその大きさに応じた位相ずれをもつ２信号で
あり、従つて、その出力はこの様な位相差に応じた符号
と大きさを有する直流信号となる。この出力を次に直流
増幅器Ａで増幅しサーボモータＭｌｔｃ供給する。ここ
で上記位相弁別器ＰＤは２つの入力信号間の位相関係を
検出するものであるが、これについては従来周知の位相
検出回路を利用して構成することが出来るものである。

例えば、雑誌「Ｅｌｅ−ＣｔｒＯｎｉｃｓ」１９６１年
９月２２日号の第５６頁で紹介されている様な回路の構
成を利用することが出来る。即ち、ここに示される回路
は、その位相差を測定するべき２つの入力信号をリミツ
タ回路を通じて微分及びクリツプ回路に附与して夫々の
位相に対応した負パルスを発生させると共に、その先行
するパルスでフリツプフロツプをオンさせた後、後行す
るパルスでこれをオフさせ、そして、このフリツプフロ
ツプがオン状態にある期間を積分回路により電圧信号に
変換して出力し得る様にしたものである。そして、ここ
に示される回路にあつては、第１入力に対して第２入力
が進相であるか遅相であるかに応じて積分回路の出力を
正又は負に切換えるためのスイツチが備えられており、
従つて、本発明の実施例への適用に当つては、上記低域
通過フイルタ一ＬＰＦａ及びＬＰＦｂの出力を上記の２
入力としてここに示される回路に附与し、その際、例え
ば夫々の微分パルスを利用してフイルノ一ＬＰＦａの出
力に対してフイルタ一ＬＰＦｂの出力が進相であるか遅
相であるかに応じて上記出力の正負切換えスイツチを匍
脚する様にすれば良い訳である。

以上の様に位相弁別器ＰＤは２つの入力信号間の位相関
係のみを弁別して、位相差の方向と量に対応した出力を
発生するものであり、従つて、その出力は、像のコント
ラストやパターンの如何に影響されることが殆どなく、
像の相対位置関係、即ち、２光束の照度分布の位置関係
に正確に対応したものとなる。

又、ここでは同じ時期に光電素子群に依り受容された２
像の照度分布についての走査信号が処理されるものであ
るから、各像の照度分布について全く同じ条件下でその
個々の情報が得られることに依り位置関係の検出の上で
問題になる外乱ノイズに因る位置関係の情報とは無関係
な成分の混入が阻止されて、より正確な位置関係の検出
が可能となり、従つて、像の相対位置の検出をより高精
度に行ない得ているものである。以上の様に、２つの光
電素子群を電気的に走査することにより得られる各光電
素子の時系列化された光電変換信号を増幅、サンプル・
ホールド及び波形整形した後、該２つの光電素子群上の
２像の相対位置ずれに応じた位相差を有する２信号間の
位相差検出を行ない、この位相差の大きさ、方向に応じ
た直流出力を得て、これを更に増幅して、サーボモータ
をこの出力で駆動することに依り、常に、この時のサー
ボ・モータの回転に依つて生じる対物レンズ２の移動が
２つの光電素子群上にそれぞれ結ばれる２像の相対位置
ずれが零になる如くに系を調整する様に為すことが可能
で、この結果、自動距離検出が行なわれるものである。
即ち、このとき検出された物体の距離は、ここでは図示
はしないが、例えば、第１図の構成に於て、対物レンズ
２の移動に連動する距離目盛を設けることにより容易に
読みとり得るもので、更にこの時、第１図に示す様に対
物レンズ２と撮影レンズ１１とを連動させておくことに
よつて、該撮影光学系１１を物体に対して正しく焦点合
わせさせることも勿論可能で、これに依つて所謂自動焦
点調節が為されるものである。以上詳述した様に、本発
明に依れば、夫々物体の同一部分からの光束を含み、且
つ、異なつた光学的開口を通した視差を有する異なつた
径路に従つた該物件からの光束の夫々の照度分布の位置
関係を検出する距離検出用装置として、従来見られた機
械的な走査手段を用いなければならないことに因る機械
的構成上の不利或いは多数個の光電変換素子の光電変換
信号を並例処理しなければならないことに因る電気的構
成上の不利が一掃されると共に、特に多数個の光電変換
素子を使用するにも拘らずその直列的処理が可能である
ため光電変換素子の設定数を大幅に増大させ得ることに
依り各光束の照度分布の微細な部分を正確に捉えて該光
束の照度分布についてのより精確な光電変換信号を得る
ことが出来、従つて、照度分布の位置関係の検出をより
正確に行ない得る様になると云う非常に有益な利点が得
られるものである。

又、本発明の装置に於ては、位相検出回路に依り、光束
の照度分布に対応した時系列化され７こ各光電変換素子
の光電変換信号間の位相差の検出が行なわれるもので、
これに依れば最終的に光束の入射位置の情報だけを問題
にするものであるために、画像のコントラストやパター
ンに影響されることが少なく、正確な検出が可能になる
ものであり、更に、本発明の装置に於ては、上記光電変
換素子を含む光電変換素子群に依り同じ時期に得られる
夫夫の照度分布についての時系列化された光電変換信号
間の位相差の検出が行なわれるもので、これに依れば、
各光束の照度分布について全く同じ条件下でその個々の
情報が得られることに依り位相差の検出の上で問題にな
る外乱ノイズに因る光束の入射位置の情報とは無開係な
成分の混入が阻止されて、より正確な検出が可能となり
、常に高精度の検出が可能になる等の利点も得られるも
のである。因みに、所謂機械式の走査にあつては、光束
の照度分布をスリツト等により走査する場合、たとえそ
れが微少であつたとしても１走査を完了する迄には時間
を要し、従つて、走査中の光束の照度分布の変化等に対
しては全く為すすべがなく、それが直ちにノイズ情報の
混入と云う結果をもたらしてしまうものであり、また、
必然的に起り得る走査スピードの変動等もノイズ混入の
大きな要因となるものである。

他方、１つの照度分布に付き複数個の光電変換素子を適
用させる場合でも個々の素子の信号を並列的に回路に入
力させる様なものでは回路構成上、用い得る素子数に自
ずと制約を生じて素子数を増やすことが出来ないため、
検出精度の向上などと云うことは到底覚束なかつたもの
である。この点、本発明にあつては、これらの欠点は悉
く解消し得ているものである。又、本発明に於ては、上
記光電変換素子の各光電変換信号を時系列化して各素子
毎に順次得るための信号時系列化手段として、特に、シ
フト・レジスタの様に電子パルスに応答して動作する電
子的読み出し回路を利用する様にしているが、これは動
作が確実で、しかも、装置の電子化を図る上で非常に有
利なものである。

尚、実施例としては、本発明を、所謂光学補正式２像合
致型のもの、即ち、２像形成用基線距離光学系の構成に
於てその一方の系を固定と為す一方、他方の系を可動と
為して、この可動の系を位相検出回路の出力に基づいて
調整することに依り２像の位置の相対的合致をもたらす
様な型式のものに適用した場合の例を示したが、本発明
の適用が斯かる実施例に示す様な構成型式のものだけに
限られるものではないことは勿論のことで、例えば、冒
頭に挙げた米国特許第３２７４９１４号明細書に於て提
案されている様な、双方の系を共に固定と為した基線距
離光学系の構成を採用している様な構成型式のものにも
十分適用し得るものである。

即ち、この場合には基線距離光学系に依つて形成される
２像の相対位置ずれ量がそのまま物体距離に対応する様
になり、従つて、位相検出回路の出力に依り物体距離を
求めることが出来ることになる訳である。更に、実施例
としては、異なつた光学的開口を定義するための対物レ
ンズ１及び２が、撮影光学系１１の外部に配置された所
謂非ＴＴＬ（ＴＴＬ：ＴｈｒＯｕｇｈＴｈｅＬｅｎｓ）
乃至外部検出方式の例を示したが、これをＴＴＬ乃至内
部検出方式とする場合には撮影光学系１１或いはこれに
相当する光学系の後方の適宜の位置に上記対物レンズ１
及び２又はこれに相当する適宜の光学手段を光電変換素
子群５及び６（ＰＡａ及びＰＡｂ）と共に配置する様に
すれば良い。

その際、上記の異なつた光学的開口は撮影光学系１１乃
至はこれに相当する光学系を通じて定義されることにな
る。そしてこの場合、明らかに、この撮影光学系１１乃
至はこれに相当する光学系の光軸方向の調整により上述
した照度分布間の相対位置差が自ずと解消される様に構
成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を採用して成る自動距離検出
乃至自動焦点調節装置の一例の概略構成を示す模式図、
第２図Ａ，ｂ，ｃは本発明装置に適用可能な多数個の光
電変換素子の線状配列を有する光電素子群の形態例とし
て、夫々光電素子が、光導電素子、フオト・ダイオード
及び光起電力素子（太陽電池）である場合の各素子の電
気的結線を示す等価回路図、第３図は本発明装置に於け
る電子的読み出し回路の例を示す模式図、第４図Ａ，ｂ
は第３図に示す構成によつて得られる光電素子群からの
時系列出力信号の波形を例示する図、第５図は第１図に
示す装置に適用可能な電気回路の一構成例を示すプロツ
クダイヤグラムである。 １，２・・・・・・異なつた光学的開口を定義するため
の光学系の構成要素（対物レンズ）、５，６；ＰＡａ，
ＰＡｂ・・・・・・複数個の光電変換素子の配列を有す
る光電変換素子群、０ＳＬ，Ｄ，ＳＲ・・・・・・電子
的読み出し回路の構成要素（発振器、ドライバシフト・
レジスタ）、ＰＤ・・・・・・位相検出回路（位相弁別
器→。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 夫々物体の同一部分からの光束を含み、且つ、異な
   つた光学的開口を通して視差を有する異なつた径路に従
   つた該物体からの光束の夫々の照度分布の位置関係を検
   出する距離検出用装置に於て、上記照度分布を夫々複数
   個の光電変換素子の配列に受け、該受容した夫々の照度
   分布についての光電変換信号を形成する様に構成された
   光電変換素子群と、該光電変換素子群により同じ時期に
   受容せられた上記夫々の照度分布についての各光電変換
   素子の光電変換信号をこれら光電変換素子の配列に沿つ
   て順次読み出すことにより夫々の照度分布を示す時系列
   化信号を得、且つこの読み出しを繰り返し行なうための
   電子的読み出し回路と、該時系列化信号間の位相差を検
   出するための位相検出回路とを備えたことを特徴とする
   距離検出用装置。