JP3595580B2 - Active ranging device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、一つの投光光学系と複数の受光光学系より成るアクティブ測距装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のカメラにおいて、投光手段から被写体に投射し、その被写体からの反射光を受光してその受光量または受光位置から被写体の距離を測定する所謂アクティブ測距装置は、広く知られている。
【0003】
この測距装置はパッシブ測距装置に比べ、低コントラスト被写体にも強く、又暗中でも補助光なしで測距できるなどの長所があるが、逆にコントラストを持つ被写体や投光ビームが被写体全域に当らない場合に、誤測距するという欠点を持っている。つまり、この場合は投光ビームの反射光の光重心位置が変化してしまうためである。
【0004】
上記の欠点を解決するために、特開昭63−235909号において、更にもう一つの受光素子を投光手段を中心に基線長方向に対称な位置に配置し、二つの受光素子の出力からコントラスト被写体による光重心位置の変化をキャンセルする方式が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記方式は、原理的にコントラストに依存しないアクティブ測距装置を提供するものであり、その効果は大であるが、二つの受光手段を投光手段を対称中心にして同一基線長隔てて配置しているので、該装置そのものが大型化し、近年のコンパクトなカメラには不向きであった。
【0006】
(発明の目的)本発明の目的は、当該装置の小型化を達成しつつ、コントラストを持つ測距対象物に対しても高精度の測距を行うことのできるアクティブ測距装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、投光素子と投光レンズを含む投光光学系と、該投光光学系と所定の基線長隔てて配置される、受光素子としての第1の半導体位置検出素子と第1の受光レンズを含む測距用の第1の受光光学系と、前記基線長方向に対して垂直な方向に配置される、前記第1の半導体位置検出素子よりも基線長方向の長さが小さい受光素子としての第2の半導体位置検出素子と前記第1の受光レンズよりも開口量が小さい第2の受光レンズを含むコントラスト補正用の第2の受光光学系とを備え、前記第1の受光レンズの開口量と前記第1の半導体位置検出素子の基線長方向の長さの比率と、前記第2の受光レンズの開口量と前記第2の半導体位置検出素子の基線長方向の長さの比率とを、同一にすると共に、前記第1及び第2の半導体位置検出素子の互いに内側の端子F1,F2からの出力信号の和と、前記第1及び第2の半導体位置検出素子の互いに外側の端子N1,N2からの出力信号の和とによって、コントラストに依存しない信号を出力するようにしたアクティブ測距装置とするものである。
【0010】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【0011】
図1は本発明の一実施例であるアクティブ測距装置に具備される投光レンズ及び受光レンズの配置を示すものであり、この図はカメラの正面から見た正位置での配置図である。
【0012】
同図において、10は投光レンズ、12は測距用の受光レンズで、その直径はD1 である。14はコントラスト補正用の受光レンズで、その直径はD2 である。そして、これら直径D1 ,D2 を
D1 >D2 ……………(1)
の関係を成立させて装置の小型化を図っている。
【0013】
このようにコントラスト補正用の受光レンズ14は、基線長L1の方向と垂直な方向の、投光レンズ10の近傍に配置されている。
【0014】
図2は、前記投光レンズ10の焦点面に配置された投光素子であるIRED(赤外発光ダイオード)及び受光素子であるPSD(半導体位置検出素子)を示している。
【0015】
同図において、16は発光素子であるところのIRED(の発光部)である。18は受光素子であるところの測距用のPSD、20はコントラスト補正用のPSDである。そして、前記PSD18の長さをX1 ,幅をY1 とし、前記PSD20の長さをX2 ,幅をY2 とする。
【0016】
同図から明かな様に、IRED16と測距用のPSD18は基線長L1だけ隔てて配置されているので、PSD18上のIRED16の反射スポット像は被写体距離に対応して基線長方向に移動する。したがって、PSD18の長さX1 はその移動量をカバーするに充分である必要がある。
【0017】
一方、コントラスト補正用のPSD20とIRED16の基線長方向の距離は、実質的にゼロなので、PSD20上のIRED16の反射スポット像は被写体距離に対応して基線長方向には移動しない。したがって、PSD20の長さX2 は反射スポット像の最大幅以上を確保していれば充分である。つまり、
X1 >X2 ……………(2)
の関係を満たすことができる。
【0018】
ところが、コントラスト補正用のPSD20はIRED16と基線長方向に対して垂直な方向に距離L2(図1参照)だけ隔てて配置されているので、PSD20上のIRED16の反射スポット像は被写体距離に対応して基線長方向と垂直な方向に移動する。したがって、PSD20の幅Y2 はその移動量をカバーするに充分である必要がある。
【0019】
一方、測距用のPSD18とIRED16の基線長と垂直な方向での距離は、実質的にゼロなので、反射スポット像は基線長と垂直な方向には移動しない。したがって、PSD18の幅Y1 は反射スポット像の最大幅以上を確保していれば充分である。つまり、
Y1 <Y2 ……………(3)
の関係を満たすことができる。
【0020】
上記(3)式の関係を満足するY2 の最小値は、反射スポット像の、距離に対応する移動量をカバーする最低値で良い。投光レンズ10と受光レンズ14間の距離L2は基線長L1より充分小さく設定されているので、Y2 はX1 より充分小さい。
【0021】
よって、コントラスト補正用のPSD20は測距用のPSD18より充分小さくなり、受光レンズ14の小型化とも相まって、測距装置自体の小型化を可能にしている。
【0022】
次に、図3を用いて、被写体コントラストがキャンセルされる原理について説明する。なお、図2と同一符号の構成要素は説明を省略する。
【0023】
同図において、22はコントラスト補正用のPSD20上の受光スポット像、24は測距用のPSD18上の受光スポット像である。各PSDの両端子名を図示の様に、F1 ,N1 及びF2 ,N2 と規定する。また、受光スポット像24の中心点の端子F1 からの変移量をS1 、受光スポット像22の中心点の端子F2 からの変移量をS2 とする。
【0024】
今、被写体にコントラストがなく、受光スポット像も均一な輝度の場合を考える。PSD18の両端子F1 及びN1 からの出力電流を、各々IF1及びIN1とすると、
IF1=IT1×(X1 −S1 )/X1 ……………(4)
IN1=I T1 ×S1 /X1 ……………(5)
と表せる。ここで、IT1はトータルの信号電流で
IT1=IF1+IN1 ……………(6)
である。
【0025】
次に、PSD20の両端子F2 及びN2 からの出力電流を、各々IF2及びIN2とすると、同様に
IF2=IT2×(X2 −S2 )/X2 ……………(7)
IN2=I T2 ×S2 /X2 ……………(8)
と表せる。ここで、IT2はトータルの信号電流で
IT2=IF2+IN2
である。
【0026】
ここで、トータルの信号電流と各PSDのセンサ長との比が下の関係を満たすように設計されているとする。
【0027】
IT1/X1 =IT2/X2 =k …………(9)
各PSDのF1 端子とF2 端子の出力電流の和を取り、それをIF とすると、前述の式(4),(7)及び上記の式(9)より
となり、又各PSDのN1 端子とN2 端子の出力電流の和を取り、それをIN とすると、前述の式(5),(8)及び上記式(10)より
と表せる。
【0028】
次に、被写体にコントラストがある場合を考える。この場合は図3に示すように、各PSDの受光スポット像の光重心位置はaだけ同一方向へ変移する。したがって、各PSDからの出力電流は以下の様になる。
【0029】
IF1=k×(X1 −S1 −a) ……………(12)
IN1=k×(S1 +a) ……………(13)
IF2=k×(X2 −S2 +a) ……………(14)
IN2=k×(S2 −a) ……………(15)
これより、和電流は以下の様に表せる。
【0030】
以上から明らかな様に、上記の式(10)と(16)及び上記の式(11)と(17)は同じであるので、本構成をとると、コントラスト被写体の場合も均一被写体と同じ出力電流が得られる。つまり、コントラストに依存しない信号が得られるものである。
【0031】
この出力電流IF とIN は公知の信号処理回路で処理されて、測距情報が得られる。
【0032】
尚、前記の式(9)を成立させるためにはトータル信号電流は受光レンズ12,14の開口量に比例するので、
√(D1 )/X1 =√(D2 )/X2 =k …………(18)
が成立つように、受光レンズ12及びPSD18,20を設計すればよい。
【0033】
図4は本実施例における測距装置の回路構成を示すブロック図である。
【0034】
同図において、30及び32は電流・電圧変換回路を構成するOPアンプ、34及び36はその負帰還路に接続されたフィードバック抵抗であり、前記OPアンプ30には前記信号電流IF が、又OPアンプ32には信号電流IN が各々入力する。38は二重積分を行う信号処理回路であり、前記OPアンプ30及び32の出力が入力する。40は二重積分用のコンデンサである。42はワンチップマイクロコンピュータで、前記信号処理回路38を制御するとともに、該回路の出力を入力して測距情報を演算する。
【0035】
なお、二重積分を行う信号処理回路38の構成及び動作は既に公知の技術なので、その説明は省略する。
【0036】
(変形例)
本発明は、一眼レフカメラ,レンズシャッタカメラ,ビデオカメラ等のカメラに具備された場合を例にしているが、これに限定されるものではなく、双眼鏡等の光学機器であっても同様に適用することが出来るものである。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、当該装置の小型化を達成しつつ、コントラストを持つ測距対象物に対しても高精度の測距を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるアクティブ測距装置に具備される投光レンズ及び受光レンズの配置を示す図である。
【図2】図1の投光レンズの焦点面に配置されたIRED及び各PSDを示す図である。
【図3】図2の各PSDの構造並びに被写体コントラストがキャンセルされる原理について説明する為の図である。
【図4】本発明の一実施例におけるアクティブ方式の測距装置の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 投光レンズ
12,14 受光レンズ
16 IRED
18,20 PSD[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an improvement in an active distance measuring device including one light projecting optical system and a plurality of light receiving optical systems.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a conventional camera, a so-called active distance measuring device that projects light from a light projecting device onto a subject, receives reflected light from the subject, and measures the distance of the subject from the amount of received light or the light receiving position is widely known.
[0003]
Compared to passive rangefinders, this rangefinder has the advantage of being more resistant to low-contrast subjects, and has the advantage of being able to measure distance in the dark without auxiliary light. It has the disadvantage of erroneous ranging if not hit. That is, in this case, the position of the center of gravity of the reflected light of the projection beam changes.
[0004]
In order to solve the above-mentioned drawbacks, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-235909 discloses that another light receiving element is arranged at a position symmetrical in the base line length direction around the light projecting means, and a contrast is obtained from the outputs of the two light receiving elements. A method for canceling a change in the position of the center of gravity of light due to a subject has been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above method provides an active distance measuring apparatus that does not depend on contrast in principle, and its effect is great, but the two light receiving means are arranged at the same base line length with the light emitting means as the center of symmetry. Therefore, the size of the device itself has increased, and it has been unsuitable for recent compact cameras.
[0006]
Object of the INVENTION An object of the present invention, while achieving the miniaturization of the device, to provide an active distance measuring device capable of measuring a distance is also highly accurate distance measurement object having a contrast It is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a light projecting optical system including a light projecting element and a light projecting lens, and a first light receiving element as a light receiving element which is arranged at a predetermined base line distance from the light projecting optical system. A first light receiving optical system for distance measurement including a semiconductor position detecting element and a first light receiving lens, and a base line which is disposed in a direction perpendicular to the base line length direction and which is closer to the base than the first semiconductor position detecting element A second semiconductor position detecting element as a light receiving element having a small length in the long direction and a second light receiving optical system for contrast correction including a second light receiving lens having an aperture smaller than that of the first light receiving lens. The ratio of the opening amount of the first light receiving lens to the length of the first semiconductor position detecting element in the base line length direction; the opening amount of the second light receiving lens; and the ratio of the second semiconductor position detecting element. The length ratio in the base line length direction is made the same, and the first The sum of the inner output signal from the terminal F 1, F 2 each other beauty second semiconductor position detecting elements, each other output from the outside of the terminal N 1, N 2 of the first and second semiconductor position detecting element According to the present invention, there is provided an active distance measuring apparatus which outputs a signal which does not depend on the contrast according to the sum of the signals.
[0010]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
[0011]
FIG. 1 shows an arrangement of a light projecting lens and a light receiving lens provided in an active distance measuring apparatus according to one embodiment of the present invention, and this figure is an arrangement view at a normal position as viewed from the front of a camera. .
[0012]
In the figure, 10 is the projection lens, 12 is a light receiving lens for distance measurement, a diameter of
Is established to reduce the size of the device.
[0013]
As described above, the
[0014]
FIG. 2 shows an IRED (infrared light emitting diode) as a light projecting element and a PSD (semiconductor position detecting element) as a light receiving element arranged on the focal plane of the
[0015]
In the figure,
[0016]
As is clear from the figure, since the IRED 16 and the
[0017]
On the other hand, since the distance between the
X 1 > X 2 ............ (2)
Can satisfy the relationship.
[0018]
However, since the
[0019]
On the other hand, the distance between the
Y 1 <Y 2 ... (3)
Can satisfy the relationship.
[0020]
The minimum value of Y 2 satisfying the relation of the equation (3), the reflective spot image may be a minimum value that covers the movement amount corresponding to the distance. The distance L2 between the
[0021]
Therefore, the
[0022]
Next, the principle of canceling the subject contrast will be described with reference to FIG. The description of the components having the same reference numerals as those in FIG. 2 will be omitted.
[0023]
In the figure,
[0024]
Now, consider a case where the subject has no contrast and the received light spot image has uniform luminance. The output current from the terminals F 1 and N 1 of the
I F1 = I T1 × (X 1 -S 1) / X 1 ............... (4)
I N1 = I T1 × S 1 / X 1 (5)
Can be expressed as Here, I T1 is the total of the signal current I T1 = I F1 + I N1 ............... (6)
It is.
[0025]
Then, the output current from the terminals F 2 and N 2 of PSD20, as each and I F2 and I N2, similarly I F2 = I T2 × (X 2 -S 2) / X 2 ............... (7)
I N2 = I T2 × S 2 / X 2 (8)
Can be expressed as Here, IT2 is a total signal current, and IT2 = IF2 + IN2.
It is.
[0026]
Here, it is assumed that the ratio between the total signal current and the sensor length of each PSD is designed to satisfy the following relationship.
[0027]
I T1 / X 1 = I T2 / X 2 = k (9)
It takes the sum of the output currents of the F 1 terminal and F 2 terminals of the PSD, when it and I F, the foregoing equation (4) and (7) and the equation (9)
Next, also takes the sum of the output currents of the N 1 terminal and N 2 terminals of the PSD, when it with I N, the above-mentioned formula (5), (8) and the formula (10)
Can be expressed as
[0028]
Next, consider the case where the subject has contrast. In this case, as shown in FIG. 3, the position of the center of gravity of the light receiving spot image of each PSD shifts by a in the same direction. Therefore, the output current from each PSD is as follows.
[0029]
I F1 = k × (X 1 -S 1 -a) ............... (12)
I N1 = k × (S 1 + a) (13)
I F2 = k × (X 2 −S 2 + a) (14)
I N2 = k × (S 2 −a) (15)
Thus, the sum current can be expressed as follows.
[0030]
As is clear from the above, since the above equations (10) and (16) and the above equations (11) and (17) are the same, this configuration provides the same output as a uniform subject even in the case of a contrast subject. A current is obtained. That is, a signal independent of contrast can be obtained.
[0031]
The output currents IF and IN are processed by a known signal processing circuit to obtain distance measurement information.
[0032]
In order to satisfy the above equation (9), the total signal current is proportional to the opening amount of the
√ (D 1 ) / X 1 = √ (D 2 ) / X 2 = k (18)
What is necessary is just to design the
[0033]
FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of the distance measuring apparatus in the present embodiment.
[0034]
In the figure,
[0035]
Note that the configuration and operation of the
[0036]
(Modification)
The present invention exemplifies a case in which the present invention is provided in a camera such as a single-lens reflex camera, a lens shutter camera, and a video camera. However, the present invention is not limited to this. It is something you can do.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, high-precision distance measurement can be performed on a distance measurement target having contrast while achieving downsizing of the device .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement of a light projecting lens and a light receiving lens provided in an active distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an IRED and respective PSDs arranged on a focal plane of the light projecting lens of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining a structure of each PSD in FIG. 2 and a principle of canceling a subject contrast.
FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of an active distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10
18,20 PSD
Claims (1)
前記第1の受光レンズの開口量と前記第1の半導体位置検出素子の基線長方向の長さの比率と、前記第2の受光レンズの開口量と前記第2の半導体位置検出素子の基線長方向の長さの比率とを、同一にすると共に、
前記第1及び第2の半導体位置検出素子の互いに内側の端子F1,F2からの出力信号の和と、前記第1及び第2の半導体位置検出素子の互いに外側の端子N1,N2からの出力信号の和とによって、コントラストに依存しない信号を出力するようにしたことを特徴とするアクティブ測距装置。Includes a light projecting optical system including a light projecting element and a light projecting lens, a first semiconductor position detecting element as a light receiving element, and a first light receiving lens arranged at a predetermined base line distance from the light projecting optical system. A first light receiving optical system for distance measurement, and a second light receiving element disposed in a direction perpendicular to the base line length direction and having a length in the base line length direction smaller than that of the first semiconductor position detecting element. And a second light receiving optical system for contrast correction including a second light receiving lens having an aperture smaller than that of the first light receiving lens .
The ratio of the opening amount of the first light receiving lens to the length of the first semiconductor position detecting element in the base line length direction, the opening amount of the second light receiving lens, and the base line length of the second semiconductor position detecting element The ratio of the length in the direction is the same,
The sum of output signals from terminals F 1 and F 2 inside the first and second semiconductor position detecting elements and terminals N 1 and N 2 outside the first and second semiconductor position detecting elements. An active distance measuring apparatus characterized in that a signal independent of contrast is output according to a sum of output signals from the distance measuring apparatus.
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