JP2912682B2

JP2912682B2 - 被写体の移動速度検出装置

Info

Publication number: JP2912682B2
Application number: JP17704490A
Authority: JP
Inventors: 修野中
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-07-04
Filing date: 1990-07-04
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JPH0465626A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、たとえば被写体の移動速度検出装置、さ
らに詳しくは、焦点検出出力にもとづいて撮影レンズを
合焦位置に駆動するカメラの自動焦点撮影装置などに応
用され、前記撮影レンズの光軸方向への被写体移動にと
もなう焦点ずれを防ぐために被写体の移動速度を検出す
る被写体の移動速度検出装置に関する。

［従来の技術］従来、撮影レンズの光軸方向に移動する被写体を撮影
しようとした場合、そのレリーズタイムラグ中の被写体
移動にともなって焦点ずれが発生するという欠点があっ
た。

そこで、この焦点ずれを防ぐものとして、たとえば特
開昭63−159817号公報に、第１レリーズ信号に応答して
測距動作を複数回行い、露光開始時の被写体の位置を予
測して撮影レンズを駆動するようにしたものが開示され
ている。また、カメラ以外の分野では、たとえば特開昭
62−232571号公報に示されるように、赤外線を被測定物
に投射し、その反射信号にもとづいて被測定物の移動速
度を検出する方法が提案されている。

ここで、上記した特開昭63−159817号公報を例に、従
来の速度検出装置について説明する。

第５図において、１は被写体であり、２〜４はそれぞ
れ測距装置を構成する測距用光学系、発光素子駆動回
路、距離演算回路である。

すなわち、測距用光学系２に含まれる赤外発光ダイオ
ード（IRED）2aが発光素子駆動回路３によりドライブさ
れると、IRED2aからの光が投光用レンズ2bを介して被写
体１に投光される。この被写体１に投光された光はそこ
で反射された後、受光レンズ2cによって集光され、光位
置検出素子（PSD）2d上に結像される。すると、PSD2dか
らは、上記反射信号光の入射位置に応じた信号電流I₁,I
₂が出力される。そして、この信号電流I₁,I₂を距離演算
回路４によって処理することにより、被写体１までの距
離が求められる。

速度検出装置では、タイミング回路５にしたがって上
述のごとき測距動作が所定の時間間隔で繰り返えされ
る。そして、それぞれの測距結果を距離データ記憶回路
６に記憶した後、所定時間内に被写体１がどれだけ位置
を変位させたかを計算することにより、その移動速度が
検出される。

なお、この速度検出装置は、速度変化をも判定するた
めに、次数判定回路7aと１次関数決定回路7bと２次関数
決定回路7cとからなる専用の関数決定回路７を具備する
とともに、撮影時点（露光開始時）における被写体距離
を予測するための距離予測演算回路８、およびそれらを
制御する制御回路９などを含むものであった。

［発明が解決しようとする課題］上記した従来の速度検出装置においては、測距時間が
無視できるほど小さく、しかも測距結果にまったく誤差
がない場合には有効であった。

しかしながら、実際には、これらを考慮しなければな
らず、また以下のような欠点があった。すなわち、距離
データからその被写体１の運動速度の関数の次数を厳密
に求めるためには複雑な回路を必要とし、高価となる。
また、ワンチップマイコン（たとえば、CPU）などを用
いてソフト上の演算を行うようにした場合には、その演
算時間が無視できず、自動車のような高速度で移動する
物体の速度を検出することが不可能となる。

このような理由から、速度検出装置において求められ
るのは、測距誤差が極めて小さく、しかも高速度にて測
距動作が可能な測距装置である。ところが、電子回路に
は必ずノイズが存在し、簡単には理想的な測距装置を作
成することができない。

これに対し、本願出願人により、積分によるノイズ相
殺効果によって高精度のオートフォーカスを実現する提
案（たとえば、特開昭63−132110号公報参照）がすでに
なされている。しかし、この提案のように、IREDを何度
も発光させる測距方式では、やはりタイムラグが長くな
るため、速度検出装置には適さないものであった。

したがって、高精度で、しかもタイムラグを短くして
測距を行い、被写体の速度検出を従来と同様の考え方で
行うには大きな困難が予想された。

この発明は、上記した測距装置には必ず測距誤差とタ
イムラグとがあり、また測距結果の読み出しおよび演算
にも時間がかかるため、高精度で、かつ高速に被写体の
移動速度を検出することができないという点に鑑みなさ
れたもので、高精度で、かつ高速に被写体の移動速度を
検出することができ、しかも比較的に簡易な構成で実現
し得る被写体の移動速度検出装置を提供することを目的
としている。

［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、この発明の被写体の移
動速度検出装置にあっては、被写体に投光する投光手段
と、この投光手段の投光による上記被写体からの反射光
を受光し、上記被写体距離に依存した値を出力する測距
手段と、上記投光手段の投光を所定の時間間隔にて複数
回繰り返させる投光制御手段と、上記投光手段の投光が
行われるごとに、上記測距手段の出力を積分する積分手
段と、この積分手段による積分の結果と上記測距手段の
出力とから、上記投光手段の光軸方向に対する被写体の
移動速度を演算する速度演算手段とから構成されてい
る。

［作用］この発明は、上記した手段により、複数回の測距動作
にかかる積分結果と測距結果とから被写体の移動速度を
求めることができるようになるため、ノイズに強く、か
つ短い時間での処理が可能となるものである。

［実施例］以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。

第１図は、この発明にかかる被写体の移動速度検出装
置の概略構成を示すものである。

すなわち、CPU11はこの装置全体の制御を司るもので
あり、このCPU11には、ドライバ13、距離演算回路（AF
回路）14、および積分回路15が接続されている。

ドライバ13は、測距用光学系12に含まれる赤外発光ダ
イオード（IRED）12aを駆動するものであり、CPU11の制
御によりIRED12aを同一の時間間隔で複数回発光せしめ
るようになっている。

測距用光学系12は、上記IRED12aと、このIRED12aから
の光（赤外光信号）を被写体10に向けて投光する投光用
レンズ12bと、上記被写体10からの反射光を集光する受
光レンズ12cと、この受光レンズ12cで集光された反射信
号光の入射位置に応じた信号電流I₁,I₂を発生する光位
置検出素子（PSD）12dとから構成されている。

距離演算回路14は、上記IRED12aからの光の投光にも
とづくPSD12dの出力信号をアナログ的に演算することに
より、被写体10までの距離ｌを求めるものである。

積分回路15は、距離演算回路14における測距結果を順
次積分するものである。

CPU11は、ドライバ13や距離演算回路14の駆動タイミ
ングを制御するとともに、距離演算回路14における測距
結果（ln）と積分回路15における積分結果（V_OUT）とか
ら、被写体10の光軸方向に対する移動速度を算出するよ
うになっている。

第２図は、上記積分回路15における積分結果の一例を
示すものである。

ここでは、縦軸が被写体距離（ｌ）、横軸が時間
（ｔ）であり、直線（ｌ（ｔ））は被写体10が等速度で
運動する様子を示している。

第２図（ａ）においては、時間０、ｔ、2t、3t、4tに
おける各測距結果をそれぞれl₁、l₂、l₃、l₄、l₅として
表し、測距結果に誤差がない場合を例に示している。

この場合の積分結果は、図示斜線部の総面積、つまり
右上り斜線部S₁と右下がり斜線部S₀との和（S₁＋S₀）と
なる。

通常、速度ｖは、ｖ＝Δl/Δｔ …（１）として求めることができる。したがって、時間幅4tにお
いて等速度にて移動する被写体10の速度ｖは、ｖ∝S₁/4t …（２）という関係により算出できる。

このとき、S₁の値は、上記積分結果（S₁＋S₀）とS₀の
値とが求められなければ決定できないが、S₀の値は、 S₀＝l₅×4t …（３）という関係により求めることができる。

しかして、被写体10の移動速度ｖは、上記積分結果、
最後の測距結果、および測距の時間幅にしたがって求め
ることができる。

第２図（ｂ）は、時間０、ｔ、2t、3t、4tにおける各
測距結果ｌ′_１、ｌ′_２、ｌ′_３、ｌ′_４、ｌ′_５にバ
ラツキがある場合を例に示している。

このように、バラツキがランダムに発生すると考えら
れるような場合、積分効果によってその積分結果Ｓ′_１
＋Ｓ′_０は、第４図（ａ）のS₁＋S₀とほぼ等しいものと
なる。したがって、１回ごとの測距結果にバラツキがあ
る場合においても、上記（２）式の関係によれば、極め
て高精度の速度検出が可能である。

なお、ここでは、測距回数（l₅）が５回の場合を例に
説明したが、これに限らず、その回数が増えればそれだ
け効果が増すことは勿論である。

また、得られた速度ｖと最後の測距結果l_Bとにもとづ
いて所定の時間t_A後における被写体10の位置l_Aを予測す
るにはl_A＝l_B＋ｖ・t_Aの演算で求めるなど各種の方法が
すでに公知となっているため、ここでの説明は割愛す
る。

第３図は、上記測距用光学系12の構成の詳細を示すも
のである。

この測距用光学系12は、公知の一点用測距装置を構成
するものであり、被写体10にAF用光を投光する、いわゆ
るアクティブ方式となっている。

今、IRED12aが発光されると、その光はAF用光となっ
て投光用レンズ12dを介して被写体10に投光される。す
ると、このAF用光は被写体10によって反射され、受光レ
ンズ12cを介して集光されることによりPSD12d上に像と
なって結ばれる。

この場合、反射光の入射位置ｘは、三角測距の原理に
より、次式で示されるように、被写体距離ｌの関数とし
て表される。

ここで、Ｓは投光用レンズ12bと受光レンズ12cとの主
点間距離（基線長）であり、ｆは受光レンズ12cからの
距離で、この位置にPSD12dは配置されるようになってい
る。

PSD12dからは、入射位置ｘの関数である２つの電流信
号I₁,I₂が出力される。全信号光電流をIp₀とし、PSD12d
の長さをtpとすると、次式のようにｌを表わすことがで
きる。

ここで、ａは、IRED12aの発光中心と投光用レンズ12b
との主点を結んだ線と平行な線を受光レンズ12cの主点
から延ばしたときに、PSD12dとクロスする点からPSD12d
のIRED12a側の端までの長さである。

第４図は、PSD12dの出力信号I₁,I₂より、積分回路15
にて距離情報を積分するための具体的な回路構成を示す
ものである。

第４図において、21,22はIRED12aの発光に対応して発
生したPSD12dの出力信号I₁,I₂を低入力インピーダンス
で吸い取ってそれを増幅するプリアンプであり、23,24
はその増幅された電流I₁,I₂のみを圧縮するための圧縮
ダイオードである。

25,26はバッファであり、圧縮ダイオード23,24での圧
縮電圧を、NPNトランジスタ27,28および電流源29よりな
る差動演算回路30に導くためのものである。

ここで、差動演算回路27の動作を図中の記号を用いて
説明すると、という関係式が成り立つ。なお、Isはトランジスタ27,2
8およびダイオード23,24の逆方向飽和電流であり、V_Tは
サーマルボルテージである。

また、電流Iaと電流Ibとは、 Ia＋Ib＝I₀₁ …（10）という関係から、上記（８）、（９）、（10）式より、という関係が成り立つ。

したがって、上記（７）式および（11）式より、となり、被写体距離ｌの逆数に比例する信号電流Iaが得
られる。

また、図中の31は電流源であり、この電流源31により
流される電流Icは、の関係を有する。このため、圧縮ダイオード32に流れる
電流Ixは、となる。

一方、圧縮ダイオード33には電流源34により電流Idが
流されており、圧縮ダイオード32,33の圧縮電圧はおの
おのバッファ35,36を介して前述の差動演算回路30と同
形式の回路37,38にそれぞれ入力される。

したがって、このNPNトランジスタ39,40および電流源
41よりなる差動演算回路37の出力電流Ilは、今度は、圧
縮ダイオード32,33が電源側基準で電圧を発生している
ことに留意すると、となる。このため、上記（14）式より、電流Ilは、となり、被写体距離ｌに比例した電流信号として得られ
る。

すなわち、差動演算回路37は被写体距離ｌに応じた電
流信号を積分回路15に供給するための回路であり、IRED
12aが発光されるたびにタイミング信号によって電流源4
1がオンされることにより、その被写体距離ｌに依存す
る電流Ilが積分回路15の積分用コンデンサ45で積分され
る。

積分用コンデンサ45は、IRED12aの発光に先立ってリ
セット回路46によりリセットされるようになっている。
このため、一連の測距動作を終了した後には、出力端子
47に、前記第２図（ａ）にS₁＋S₀で示した積分出力に相
当する信号か、もしくは第２図（ｂ）にＳ′_１＋Ｓ′_０
で示した積分出力に相当する信号が現われる。

一方、NPNトランジスタ42,43および電流源44よりなる
差動演算回路38は、最後の測距結果、つまり第２図にお
ける測距結果l₅を求めるための回路であり、第２図に示
す4tのタイミングで電流源44がオンされと、抵抗48に電
流Il₂が流れる。

この電流Il₂は、上記（16）式と同様に、という、被写体距離ｌに依存する関係を満たすものであ
る。したがって、出力端子49に出力される電圧信号よ
り、最後の測距結果l₅のみを検出することができる。

上記出力端子47,49に現われる電圧信号は、前記した
第１図に示すCPU11の内蔵するA/D変換器（図示していな
い）によって取り込まれ、前述した方法により被写体10
の移動速度ｖが求められる。

すなわち、上記（16）式より、電流Ilは、 Il＝Ａ・ｌ …（18）ただし、Ａは定数。

また、被写体10の位置ｌ（ｔ）は、第２図より、ｌ（ｔ）＝l₅−ｖ（ｔ−t₅） …（19） ∴Il＝Ａ｛l₅−ｖ（ｔ−t₅）｝ …（20）これを積分するのに要する積分時間をＴとすると、上
記出力端子47に現われる出力電圧V_OUTは、ただし、Ｂは定数、Ｃは積分コンデンサ45の容量。

このように、出力端子47に現われる電圧V_OUT、つまり
測距結果を積分した積分出力と、出力端子49より得られ
る情報、つまり最後の測距結果l₅とにより、被写体10の
移動速度ｖを求めることができるとともに、当然、所定
時間後における被写体10の位置をも算出（予測）するこ
とが可能である。

上記したように、複数回の測距動作にかかる積分結果
と測距結果とを用いて被写体の移動速度を求めるように
している。

すなわち、IREDの発光と、この発光にもとづく測距結
果の積分とを複数回繰り返し、これにより得られる積分
結果と最後の測距結果とから被写体の移動速度を求める
ようにしている。また、この場合、測距および積分とい
う一連の動作は瞬時で終了するアナログ演算とし、比較
的時間のかかるA/D変換および速度検出演算などの動作
については、上記した一連の動作の終了後に一括して行
うようにしている。これにより、１回の測距動作におい
て必ず存在する測距誤差を相殺でき、しかも高速での処
理が可能となる。したがって、高精度で、かつ高速での
速度検出が簡単な構成により実現できるものである。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施
可能なことは勿論である。

［発明の効果］以上、詳述したようにこの発明によれば、１回の測距
動作において必ず存在する測距誤差を相殺でき、しかも
高速での処理が可能となるため、高精度で、かつ高速に
被写体の移動速度を検出することができ、しかも比較的
に簡易な構成で実現し得る被写体の移動速度検出装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の一実施例を示すもの
で、第１図は被写体の移動速度検出装置の構成を概略的
に示すブロック図、第２図は積分回路における積分結果
の一例を示す図、第３図は測距用光学系の詳細を示す構
成図、第４図は距離情報を積分するための具体的な回路
構成例を示す図であり、第５図は従来技術とその問題点
を説明するために示す速度検出装置のブロック図であ
る。 10……被写体、11……CPU、12……測距用光学系、12a…
…IRED、12d……PSD、13……ドライバ、14……距離演算
回路、15……積分回路、23,24,32,33……圧縮ダイオー
ド、29,31,34,41,44……電流源、30,37,38……差動演算
回路、45……積分用コンデンサ、46……リセット回路、
48……抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 G01P 3/36 G02B 7/28 - 7/38 G03B 13/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体に投光する投光手段と、この投光手段の投光による上記被写体からの反射光を受
光し、上記被写体距離に依存した値を出力する測距手段
と、上記投光手段の投光を所定の時間間隔にて複数回繰り返
させる投光制御手段と、上記投光手段の投光が行われるごとに、上記測距手段の
出力を積分する積分手段と、この積分手段による積分の結果と上記測距手段の出力と
から、上記投光手段の光軸方向に対する被写体の移動速
度を演算する速度演算手段とを具備したことを特徴とする被写体の移動速度検出装
置。