JP4074828B2

JP4074828B2 - 測距センサ

Info

Publication number: JP4074828B2
Application number: JP2003110617A
Authority: JP
Inventors: 隆志高岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2023-04-15
Also published as: JP2004317253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三角測距方式の測距センサの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三角測距方式の測距センサは、発光素子（たとえば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode））から、測距対象物に対して、投光したときの測距対象物から拡散反射した光線の一部を受光素子（たとえば、ＰＳＤ（Position Sensitive Device））にて受光することにより、対象物までの距離を検出する。測距センサは、検出された距離に応じて、出力を行なう。たとえば、測距センサは、測距対象物までの距離に応じたアナログ信号を出力するためのアナログ出力を行なう。または、測距センサは、予め設定される設定距離となるに応じて、ディジタル信号を出力するためのディジタル出力を行なう。
【０００３】
測距センサの従来例としては、撮影光学系の光軸またはファインダ光学系の光軸と、ＡＦ光学系の光軸とが一致していないカメラにおいて、被写体距離および焦点距離にもかかわらず、撮影画面またはファインダ視野における測距ゾーンの位置および範囲と実際の測距位置および測距範囲をできる限り一致させることができる自動焦点検出装置を備えたカメラについて以下のような構成が公知である（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、この従来例では、撮影光学系と、撮影光学系の光軸とは異なる光軸を有し、一対の被写体像をそれぞれラインセンサの異なる領域に投影する焦点検出光学系と、２つの受光領域からの出力に基づいて被写体の距離を検出するＣＰＵとを備えた自動焦点検出装置であって、上記ラインセンサを２列以上設け、上記撮影光学系の撮影条件に応じて使用するラインセンサを選択する切替え回路を備えるカメラの構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２５８０９３号公報明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測距センサの出力は、アナログ出力およびディジタル出力のうちいずれか一方の出力しか行なえないため、アナログ出力とディジタル出力との組み合わせなどが自在に行なうことができないという問題があった。
【０００７】
また、測距センサは、それぞれの用途に応じたセンサを別々に設置する必要がある。そのため、価格・設置場所の制約などが発生していた。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、三角測距方式の測距センサにおいて、アナログ出力とディジタル出力とを出力することにより、出力の組み合わせ、出力の使い分けおよび用途に応じた対応を可能とする測距センサの提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明のある局面に従うと、測距対象物との距離を測定するための測距センサであって、測距対象物に対して、投光を行なうための第１の発光素子と、投光に対する測距対象物からの反射光を受光するための受光素子と、受光素子上の反射光を受光する受光位置に基づいて、測距対象物との測定距離に応じたレベルを有する信号に換算するための信号処理手段と、測距センサの動作を制御するための制御手段とを備え、制御手段は、信号処理手段により換算された換算信号を、外部に出力する信号レベルを有するアナログ信号として出力するためのアナログ出力手段と、アナログ信号の信号レベルと、予め設定された設定信号レベルとの比較を行なうための比較手段と、比較手段による比較結果を表わすディジタル信号を出力するためのディジタル出力手段とを含む。
【００１０】
好ましくは、受光素子から第１の発光素子の位置までの直線距離を第１の基線長とし、第１の基線長と同一直線上であって、受光素子に対して第１の基線長とは異なる第２の基線長を有する位置に設けられ、測距対象物に対して、投光を行なうための第２の発光素子と、外部からの切替え信号に応じて、第１の発光素子および第２の発光素子のうちのいずれか一方を選択するための切替え手段とをさらに備え、信号処理手段は、切替え信号に応じて、第１の基線長と第２の基線長とのうちのいずれか一方に対応する換算信号の換算方法を選択する。
【００１１】
好ましくは、アナログ出力手段は、第１の発光素子および第２の発光素子のうちのいずれか一方に対応する測距出力を行ない、ディジタル出力手段は、他方に対応する測距出力を行なう。
【００１２】
好ましくは、アナログ出力手段は、第１の発光素子および第２の発光素子がそれぞれ有する測距範囲に対応する測距出力を行なう。
【００１３】
好ましくは、ディジタル出力手段は、第１の発光素子および第２の発光素子のそれぞれに対して、予め設定される設定信号レベルに基づいて、測距出力を行なう。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、測距対象物との距離を測定するための測距センサであって、測距対象物に対して、投光を行なうための複数の発光素子と、複数の発光素子からのそれぞれの投光に対する測距対象物からの反射光を受光するための受光素子と、外部からの切替え信号に応じて、複数の発光素子のうちのいずれか一つを選択するための切替え手段と、複数の発光素子のそれぞれに対応し、受光素子上の反射光を受光する受光位置に基づいて、測距対象物との測定距離に応じたレベルを有する信号に換算するための信号処理手段とを備え、信号処理手段は、受光素子と複数の発光素子との間の直線距離に対応する複数の基線長に基づいて換算される換算信号の複数の換算方法のうち、切替え信号に応じて選択される発光素子に対応する換算方法を選択し、測距センサの動作を制御するための制御手段をさらに備え、制御手段は、換算信号を外部に出力する信号レベルを有するアナログ信号として出力するためのアナログ出力手段と、アナログ信号の信号レベルと、予め設定された設定信号レベルとの比較を行なうための比較手段と、比較手段による比較結果を表わすディジタル信号を出力するためのディジタル出力手段と、切替え信号に応じて選択される発光素子に応じて、アナログ出力手段とディジタル出力手段とのうちいずれか一方を選択するための出力選択手段とをさらに含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の説明では、同一の構成部分には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについて詳細な説明は繰り返さない。
【００１６】
［実施の形態１］
まず、本発明の測距センサを説明する前提として、測距センサの距離測定の原理を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は、測距センサ１００の距離測定の原理を説明するための図である。
図１を参照して、測距センサ１００は、光を投光するための発光素子２と、発光素子２から投光された光を集束させるための発光レンズ４と、測距対象物６から拡散反射した光線の一部を集束させるための受光レンズ８と、受光レンズ８において集束された光を受けるための受光素子１０とを備える。
【００１８】
発光素子２は、特に限定されないが、たとえば、ＬＥＤである。一方、受光素子１０は、特に限定されないが、たとえば、ＰＳＤである。
【００１９】
発光素子２から投光された光は、発光レンズ４において、集束される。集束された光は、測距対象物６において反射する。測距対象物６から拡散反射した光線の一部は、受光レンズ８において、集束される。そして、集束された光は、受光素子１０において、受光する。このとき、発光レンズ４および受光レンズ８から測距対象物６までの距離は、受光素子１０上における光量ピーク位置を検出することにより求めることができる。すなわち、発光素子２と受光素子１０との間の基線長と焦点距離と光量ピーク位置とにより、測距対象物６までの距離を求めることが可能となる。受光素子１０により検出される光量ピーク位置および基線長および焦点距離に基づいて、信号処理回路（図示せず）は、距離に応じたレベルを有する信号を出力する。「距離に応じたレベルを有する信号」とは、たとえば、距離に比例する電圧である。
【００２０】
図５は、三角測距方式の測距センサ５００の構成を例にとって説明するための概略図である。
【００２１】
図５を参照して、三角測距方式の測距センサ５００は、図１を用いて説明したとおり、センサ部５０２に含まれるＬＥＤ（図示せず）から、測距対象物に対し投光する。投光された光は、測距対象物において反射する。そして、測距対象物から拡散反射した光線の一部を、センサ部５０２に含まれるＰＳＤ（図示せず）にて受光することにより、測距対象物までの距離の検出を可能とする。
【００２２】
センサ部５０２に含まれる信号処理回路（図示せず）は、受光したＰＳＤ上の光量ピーク位置、ＬＥＤとＰＳＤとの基線長および焦点距離に基づいて、距離に応じたレベルを有する信号に換算する。そして、センサ部５０２からの測距出力として、換算された信号は、アナログ信号としてアナログ出力される。あるいは、センサ部５０２からの測距出力として、換算された信号は、ディジタル信号としてディジタル出力される。「アナログ信号」は、たとえば、距離に応じて変化する出力電圧である。また、「デジタル信号」は、たとえば、測定距離が予め設定された距離となるに応じて、切替わる２つの異なる出力電圧である。
【００２３】
しかしながら、測距センサ５００は、１個の測距センサ５００に対して、出力をアナログ出力とディジタル出力とのうちいずれか一方しか選択できない。
【００２４】
そこで、本発明の実施の形態１において、測距センサは、１個の測距センサにより、アナログ出力とディジタル出力とを出力できることとした。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態１における測距センサ２００の構成を示す概略図である。
【００２６】
図２を参照して、測距センサ２００は、測距対象物に対して投光するためのＬＥＤ１６．１と、ＬＥＤ１６．１を発光させるためのＬＥＤ駆動部１８と、測距対象物から拡散反射した光線の一部を受光するためのＰＳＤ１２と、ＰＳＤ１２において受光された光の受光位置に基づいて、測距センサ２００から測距対象物までの距離に対応する電圧に換算するための信号処理部１４と、外部にアナログ信号を出力するための出力端子２２と、外部にディジタル信号を出力するための出力端子２４と、外部の電源電圧Ｖｃｃと接続される電源部２６と、測距センサ２００の動作を制御するための制御部２０とを備える。
【００２７】
また、制御部２０は、信号処理部１４により換算された測定距離に対応する電圧を増幅等により外部に出力する電圧に変換するための変換部３０と、予め設定される設定電圧と変換部３０により変換された電圧とを比較するための比較部２８とを含む。
【００２８】
また、測距センサ２００は、グラウンドＧＮＤに接続されている。
電源部２６は、ＬＥＤ駆動部１８と、信号処理部１４と、制御部２０とに電力を供給する。
【００２９】
制御部２０は、測距動作を行なうときに、ＬＥＤ駆動部１８により、ＬＥＤ１６．１を発光させる。発光により投光された光は、測距対象物において、反射する。そして、測距対象物から拡散反射した光線の一部は、ＰＳＤ１２において受光される。受光した反射光は、ＰＳＤ１２上に光スポットを作る。ＰＳＤ１２において、光スポット全体の光量分布における光量重心位置の情報が得られる。そして、光量重心位置を光量ピーク位置として、信号処理部１４は、ＰＳＤ１２上の光量ピーク位置に基づいて、測距センサ２００から対象物までの距離に対応した電圧に換算する。制御部２０は、変換部３０により、換算された換算電圧を外部に出力する出力電圧に変換させる。そして、出力端子２２により、外部にアナログ信号が出力される。また、比較部２８は、変換部３０により変換された出力電圧と、内部に予め設定される設定電圧との比較を行なう。そして、出力端子２４により、比較結果を表わすデジタル信号が出力される。ここで、デジタル信号は、特に限定されないが、たとえば、比較部２８により、比較結果に応じて、２つの異なる出力電圧のうちいずれか一方が選択されて、出力端子２４により選択された出力電圧である。
【００３０】
本発明の実施の形態１における測距センサ２００は、１個の測距センサ２００に含まれる信号処理部１４において、一回の測距動作で、アナログ出力と、ディジタル出力とを出力することが可能である。
【００３１】
なお、本発明の実施の形態１における測距センサ２００に備わる発光素子としては、ＬＥＤ１６．１に特に限定されない。たとえば、発光素子として、レーザを用いてもよい。
【００３２】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態１における測距センサ２００は、アナログ出力と、ディジタル出力とを出力させることが可能となる。
【００３３】
そのため、たとえば、本発明の実施の形態１における測距センサ２００は、以下のような測距動作が可能となる。すなわち、測距センサ２００は、測定距離に応じた出力をするアナログ出力により、測距対象物の移動状況を確認できる。このとき、測距センサ２００は、測距対象物との測定距離が予め設定される設定距離となるに応じて、ディジタル信号を出力するディジタル出力により、設定距離における測距対象物の有無を確認することができる。
【００３４】
そのため、アナログ出力とディジタル出力を行なうための測距センサをそれぞれ別々に用意する必要がないため、価格的にも有効である。
【００３５】
［実施の形態２］
次に、１個の受光素子（たとえば、ＰＳＤ）に対して、２個の発光素子（たとえば、ＬＥＤ）を備える測距センサの構成および動作について説明する。
【００３６】
図３は、本発明の実施の形態２における測距センサ３００の構成を示す概略図である。
【００３７】
図３を参照して、本発明の実施の形態２における測距センサ３００は、実施の形態１において説明した測距センサ２００と以下の点で異なる。
【００３８】
本発明の実施の形態２における測距センサ３００は、ＬＥＤ１６．１と基線長の異なる位置に設置されたＬＥＤ１６．２と、切替え信号に応じて、ＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２のうちいずれかを選択して発光させるためのＬＥＤ切替え部３４と、ＬＥＤ切替え部３４および信号処理部１４に切替え信号を送信するための入力端子３６とをさらに備える。
【００３９】
測距センサ３００は、１個のＰＳＤ１２に対して、基線長の異なる位置に設置された２個のＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２を備える。そして、ＬＥＤ切替え部３４は、切替え信号に応じて、ＬＥＤを選択的に切替える。このとき、切替え信号は、入力端子３６から入力される。また、測距センサ３００は、ＬＥＤ同士の干渉を防ぐために、ＬＥＤ切替え部３４により、切替え信号に基づいて、ＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２を交互に発光させることにより、１個のＰＳＤ１２に対して、ＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２のそれぞれに対応する測距出力を同時に得ることができる。
【００４０】
また、信号処理部１４は、入力される切替え信号に応じて、ＬＥＤ１６．１とＰＳＤ１２との間の基線長およびＬＥＤ１６．２とＰＳＤとの間の基線長にそれぞれ対応する測定距離の換算方法を切替える。
【００４１】
本発明の実施の形態２における測距センサ３００は、ＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２のうち一方のＬＥＤに対応する測距出力をアナログ出力とし、他方のＬＥＤに対応する測距出力をディジタル出力とすることが可能である。
【００４２】
たとえば、測距センサ３００において、長距離の測距および短距離の測距の２種類の測距範囲を設ける場合、長距離の測距は、物体が近づいたり遠ざかったりの移動状況を確認するためにアナログ出力とする。また、短距離の測距は、予め設定される設定距離に物体があるか否かを判断するためのディジタル出力とする。その結果、長距離、短距離によって異なる状況判断が測距センサ３００を用いることにより、可能となる。
【００４３】
また、測距センサ３００は、それぞれのＬＥＤに対応する出力をアナログ出力とディジタル出力とを同時に出力することも可能である。
【００４４】
または、本発明の実施の形態２における測距センサ３００は、ＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２にそれぞれ対応する出力をアナログ出力とディジタル出力とのうちのいずれかに固定することも可能である。
【００４５】
たとえば、本発明の実施の形態２における測距センサ３００は、２個のＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２のそれぞれに対応する測距出力をアナログ出力とし、測定距離の範囲が異なるＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２を備えることにより、測定可能な距離の範囲を広げることができる。すなわち、測距対象物が近づいたか遠ざかっているかが区別できる領域の拡大ができる。あるいは、本発明の実施の形態２における測距センサ３００は、２個のＬＥＤ１６．１およびＬＥＤ１６．２のそれぞれに対応する測距出力をディジタル出力とすることにより、設定距離を２種類設定できる。すなわち、２種類の設定距離によって決まる範囲内に測距対象物があるか否かを簡単に判定できる。
【００４６】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態２における測距センサ３００は、２個のＬＥＤを備えることにより、実施の形態１において説明した測距センサ２００の効果の他、以下のような効果を示す。
【００４７】
すなわち、基線長の異なる位置に２個のＬＥＤを設置することにより、測距センサ３００は、各基線長位置における２個のＬＥＤに対応する測距出力をそれぞれアナログ出力とディジタル出力とを出力することが可能となる。そのため、測距対象物の検出状態に合わせた出力が可能となる。そのため、測距センサとしての用途が拡大する。
【００４８】
または、測距センサ３００は、２個の測定距離の範囲の異なるＬＥＤを備えることにより、測定可能な距離の範囲を広げることができる。
【００４９】
あるいは、測距センサ３００は、２個のＬＥＤに対応する測距出力をディジタル出力とすることにより、設定距離を２種類設定できる。
【００５０】
［実施の形態３］
次に、１個の受光素子（たとえば、ＰＳＤ）と複数の発光素子（たとえば、ＬＥＤ）とを備える測距センサの構成および動作について説明する。
【００５１】
図４は、本発明の実施の形態３における測距センサ４００の構成を示す概略図である。
【００５２】
図４を参照して、本発明の実施の形態３における測距センサ４００は、実施の形態２において説明した測距センサ３００と以下の点で異なる。
【００５３】
測距センサ４００は、複数のＬＥＤ１６．１〜１６．ｎをさらに備える。また、制御部２０は、切替え信号に応じて選択されるＬＥＤに応じて、アナログ出力とディジタル出力とのうちいずれか一方を選択するための出力選択部３８をさらに含む。
【００５４】
測距センサ４００は、１個のＰＳＤ１２に対して、それぞれ基線長の異なる位置に設置された複数のＬＥＤ１６．１〜１６．ｎを備える。そして、ＬＥＤ切替え部３４は、切替え信号に応じて、ＬＥＤを選択的に切替える。そのため、１個のＰＳＤ１２に対してＬＥＤ１６．１〜１６．ｎのそれぞれに対応する測距出力を同時に得ることができる。また、複数のＬＥＤは、それぞれ基線長が異なる。そのため、信号処理部１４は、入力される切替え信号に応じて、複数のＬＥＤのそれぞれに対応する測定距離の換算方法を切替える。
【００５５】
出力選択部３８において、複数のＬＥＤ１６．１〜１６．ｎのそれぞれに対応する測距出力が割り当てられる。すなわち、選択されるＬＥＤに応じて、アナログ出力およびディジタル出力のうちのいずれか一方を選択して出力することが可能となる。そのため、複数のＬＥＤ１６．１〜１６．ｎに対して、自在に測距出力を割り当てることができる。
【００５６】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態３における測距センサ４００は、複数のＬＥＤを備えることにより、実施の形態２において説明した測距センサ３００の効果の他、以下のような効果を示す。
【００５７】
すなわち、基線長の異なる位置に複数のＬＥＤを設置することにより、測距センサ４００は、各基線長位置における複数のＬＥＤに対応する測距出力をそれぞれアナログ出力とディジタル出力とを自由に割り当てて出力することが可能となる。そのため、測距対象物の検出状態に合わせた出力の組み合わせも可能となり、測距センサとしての用途が拡大する。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５９】
【発明の効果】
測距センサは、発光素子からの投光に対する測距対象物からの反射光の受光位置に基づいて、信号処理手段により換算された測定距離に応じたレベルを有する換算信号を、外部にアナログ信号として出力するためのアナログ出力手段と、アナログ信号の信号レベルと、予め設定された設定信号レベルとの比較結果を表わすディジタル信号を出力するためのディジタル出力手段とを含むことにより、測定距離に比例したアナログ信号の出力と、測定距離が予め設定された距離となるに応じてディジタル信号の出力とを用途に応じて組み合わせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測距センサ１００の距離測定の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１における測距センサ２００の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２における測距センサ３００の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態３における測距センサ４００の構成を示す概略図である。
【図５】三角測距方式の測距センサ５００の構成を例にとって説明するための概略図である。
【符号の説明】
２発光素子、４発光レンズ、６測距対象物、８受光レンズ、１０受光素子、１２ＰＳＤ、１４信号処理部、１６．１〜１６．ｎＬＥＤ、１８ＬＥＤ駆動部、２０制御部、２２、２４出力端子、２６電源部、２８比較部、３０変換部、３４ＬＥＤ切替え部、３６入力端子、３８出力選択部、１００、２００、３００、４００、５００測距センサ、５０２センサ部。

Claims

測距対象物との距離を測定するための測距センサであって、
前記測距対象物に対して、投光を行なうための第１の発光素子と、
前記投光に対する前記測距対象物からの反射光を受光するための受光素子と、
前記受光素子上の前記反射光を受光する受光位置に基づいて、前記測距対象物との測定距離に応じたレベルを有する信号に換算するための信号処理手段と、
前記測距センサの動作を制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記信号処理手段により換算された換算信号を、外部に出力する信号レベルを有するアナログ信号に変換するための変換手段と、
前記変換されたアナログ信号を外部に出力するアナログ出力端子と、
前記アナログ信号の前記信号レベルと、予め設定された設定信号レベルとの比較を行なうための比較手段と、
前記比較手段による比較結果を表わすディジタル信号を外部に出力するディジタル出力端子とを含み、
前記受光素子から前記第１の発光素子の位置までの直線距離を第１の基線長とし、
前記第１の基線長と同一直線上であって、前記受光素子に対して前記第１の基線長とは異なる第２の基線長を有する位置に設けられ、前記測距対象物に対して、投光を行なうための第２の発光素子と、
外部からの切替え信号に応じて、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子のうちのいずれか一方を選択するための切替え手段とをさらに備え、
前記第１の発光素子による測定距離の範囲は、前記第２の発光素子による測定距離の範囲と異なり、
前記信号処理手段は、前記切替え信号に応じて、前記第１の基線長と前記第２の基線長とのうちのいずれか一方に対応する前記換算信号の換算方法を選択し、
前記制御手段は、前記切替え信号に応じて、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子のうちのいずれか測定距離の範囲の長い一方が選択されると、前記変換されたアナログ信号を前記アナログ出力端子を経由して外部に出力し、他方が選択されると、前記変換されたアナログ信号を前記比較手段に出力するための出力選択手段をさらに含む、測距センサ。
前記変換手段は、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子のうちのいずれかが有する測距範囲に対応する測距出力を前記アナログ出力端子を経由して行なう、請求項１に記載の測距センサ。
前記比較手段は、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子のうちのいずれかに対して予め設定される前記設定信号レベルに基づいて、測距出力を前記ディジタル出力端子を経由して行なう、請求項１記載の測距センサ。