JPH01118108A - 光投射式測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光投射式オートフォーカス装置、さらに詳し
くは、被写体に対して赤外光などの連続パルス光を投射
し、被写体からの反射光に基づいて被写体距離をＡｐｌ
定する光投射式オートフォーカス装置に関する。

［従来の技術］ スチルカメラやビデオカメラ等に適用されるオートフォ
ーカス（以下、ＡＦと略記する）装置には、大きく分け
て２つの方式がある。１つは被写体の輝度分布情報を利
用するパッシブ方式、他の１つは臼ら投光手段を有し、
その投光信号の反射光によって距離を測定するいわゆる
アクティブ方式である。アクティブ方式は構成が簡単で
廉価であるため普及率は高いが、最大の欠点は、反射光
の大きさが被写体距離が遠くなるにつれて小さくなり、
Ｓ／Ｎ比の劣化からＡＦ演算が不正確になるので、測距
可能なレンジが比較的近距離に限定されてしまうことで
ある。特に、反射光が全く返ってこない風景など、無限
遠といわれている被写体に対しては、回路内のノイズ成
分のみによってＡＦ演算が行われることとなるが、ノイ
ズというものは乱数的に発生するため、遠距離はど誤７
１１１１距を起こす可能性が高かった。

そこで従来、反射光の強度を、ある基準電圧と比較して
無限遠の判定を行うような手段が提案されている（特開
昭５９−２２８２１２号公報、特開昭６０−２４４８０
７号公報等参照）。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、従来の無限遠判定手段は、あるレベルとの比較
を行うものであるので、近くから距離を測定し始め、次
第に被写体距離を遠くするとき、ある距離で突然に無限
遠の判定がなされてしまう。

つまり、ＡＦ結果がある距離から不自然に飛んでしまう
ということがあった。このため、反射率の低い、例えば
黒い被写体等を測距するとき、やはり反射光レベルが低
下するために近距離であっても無限遠と判定されること
があり、いわゆるピンボケの写真になる虞れが多分にあ
った。

本発明は、このような点に鑑み、無限遠での誤測距をな
くし精度の高いＡＦ動作を行う光投射式オートフォーカ
ス装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明の光
投射式オートフォーカス装置は、投光手段により投射し
被写体で反射した光を受光手段に入射させ、同受光手段
への入射光位置に対応した電気信号を上記受光手段の光
電変換出力として得るようにした光投射式オートフォー
カス装置であって、上記電気信号に上記受光手段への入
射光位置とは無関係の補償信号を加算するようにしたも
ので、上記受光手段への入射光量が減ると次第に測距結
果を変化させて滑らかに無限遠を判定する。

［実　施　例］ 次に本発明の一実施例について説明する。

第２図は、本発明が適用されたＡＦ（オートフォーカス
）カメラの要部の構成を示すブロック図である。この第
２図に示すＡＦ左カメラおいて、ＩＲＥＤｌで発光した
光は、投光レンズ２で集光されて被写体３に向けて照射
され、その反射光は受光レンズ４により半導体素子から
なる周知の位置検出器（以下、ＰＳＤと略記する）５上
に結像される。このＰＳＤ５はその結像位置に応じて光
電流１１および１２が分流され、この分流する光電流■
１およびＩ２はＡＦ用ＩＣ６に供給される。

このＡＦ用ＩＣ６は、ＩＲＥＤ制御用トランジスタＩＡ
を介し上記ＩＲＥＤＩをパルス駆動すると共に、上記Ｐ
ＳＤ５からの光電流１１．Ｉ２に基づく測距データをＣ
ＰＵ７に供給する。

一方、被写体の明るさを電気信号に変換する露出制御（
以下、ＥＥと略記する）用受光素子８は、ＥＥ用ＩＣ９
と組み合わされて適正露出を制御する。また上記ＣＰＵ
７は、カメラ全体のシーケンスをつかさどりシャッタの
開口時間や、ピント調節用のレンズを駆動するための演
算等も行なうものである。ＣＰＵ７の出力は、ドライバ
１０によってシャッタやフィルム巻き上げおよびレンズ
繰り出しを行なう動力源となるモータ１１を駆動する。

ここで、上記ＰＳＤ５によって被写体距離を７１１ｊる
赤外光投射式三角測距の動作原理について述べる。受光
レンズ４の光軸をＰＳＤ５の中心線に一致させてこれを
原点としたとき、反射光の入射位置をＸ、投光レンズ２
と受光レンズ４との主点間距離、すなわち、基線長を８
１受光レンズ４の焦点距離をｆ　とすれば、被写体距離
Ωは、（１−ｓ１１ｆ／ｘ　　　・・・・・・・・・（
１）で与えられる。

ＩＲＥＤＩによる被写体の反射光によりＰＳＤ５で発生
する光電流１．．Ｉ２は、共に反射光強度に比例するが
、光電流比１１／　Ｉ　２は反射光強度には依存せず、
入射光位置Ｘのみで決定される。

ＰＳＤ５の全長をｔとすれば、 １１／Ｉ２−　（−ｚ＋ｘ）　／　（−Ｔ−Ｘ）となる
。上式に（１）式を代入すれば、・・・・・・・・・（
２） となるから、５ＰＤ５の光電流１　ｔ　／　Ｉ　２が求
まれば、被写体距離ｇが一義的に決定されることになる
。

ところで、上記（２）式より明らかなように、光電流１
１．Ｉ２は、常に、 １１〉工２ の関係にある。但し、ｇ−■のときのみ、１１／Ｉ２−
１ となるが、被写体距離ρが無限遠では、反射光そのもの
が返ってこないので、これは有り得ないことである。

また、上記（２）式を基にＡＦ演算を行うとき、演算結
果をＡＦＤＡＴＡとすると、 となる。つまり理論上は、被写体距離ｇが大きくなるほ
ど、ＡＦＤＡＴＡが小さくなるという関係にある。

しかし実際には、ノイズが存在するので、これをＩＮｌ
”Ｎ２とすると、 前述したように、ノイズＩＮｌ”Ｎ２はランダムに発生
するので、距離Ωか大きくなり光電流１１゜■　が小さ
くなると、ノイズＩＮｌ”Ｎ２の影響か支配的になる。

つまり、距離Ωが大きくなるほど、そのとき発生するノ
イズによっては、理論とは逆に、ＡＦＤＡＴＡが大きく
なるという逆転現象か起こりつる。

そこで、上記（４）式の右辺の分子と分母に、ＩＣ＞Ｉ
Ｎｌ・　’Ｎ２ の関係を満たす大きさの補償電流■　を加えると、次の
（５）式で示される演算結果ＡＦＤＡＴＡ’が得られこ
の（５）式では、１１．’Ｉ２→０のとき、演算結果Ａ
ＦＤＡＴＡ’　は確実に１以下となり、上記逆転現象を
防ぎ、無限遠補償を行うことができる。

また、近距離で、 Ｉｌ、Ｉ２＞０ のときは、略前記（３）式の関係と同じ理論値どおりの
関係を保つ。

したがって、このＡＦ左カメラは、以上の理論に基づき
上記補償電流Ｉ　が加えられることにより す、ＰＳＤ５を用いた光投射式ＡＦ装置の遠距離におけ
る測距精度が向上することになる。

第１図は、上記第２図に示すＡＦ左カメラお６ブるＡＦ
用ＩＣ６の電気回路のブロック図である。

第１図において、ＰＳＤ５からの光電流１１゜Ｉ２は、
それぞれ低人力インピーダンスの電流−電圧変換回路１
２．１３で電圧信号Ｖ１およびＶ２、即ちＰＳＤ５への
入射光の光量重心位置に応じた電圧に変換されたのち、
チャンネル切換スイッチ１４．１５にそれぞれ供給され
る。このチャンネル切換スイッチ１４．１５は、それぞ
れアナログスイッチ等で構成され、スイッチ１４は直接
に、スイッチ１５はインバータ２７を介して後記するチ
ャンネル切換回路２０からのチャンネル切換信号ｄで制
御されるようになっており、このチャンネル切換信号ｄ
の論理レベルに応じて時分割的に上記電圧信号Ｖ１．Ｖ
２の何れかをバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと略記
する）１６に供給する。このＢＰＦ１６は、ある周波数
成分のみを選択的に通過させるようになっている。この
周波数は発振器２５の発振周波数、即ち、ＩＲＥＤ駆動
回路２６を介し前記ＩＲＥＤＩを連続パルス発光させる
駆動パルス信号ａの周波数と同じになるように選んであ
る。従ってＢＰＦ１６は、ＰＳＤ５の光電流から背景光
を除去し被写体３からの反射光のみを光電変換した信号
成分が選択的に増幅通過されることになる。このＢＰＦ
１６には、可変抵抗からなるオフセット調整用抵抗３０
が設けられている。後述するように、このオフセット調
整用抵抗３０によってオフセット電圧が与えられること
により、前記補償電流ｌ　を与えたのと同等の効果が得
られるようになっている。積分スイッチ１７はアナログ
スイッチ等から構成され、ＢＰＦ１６のフィルタ出力す
を積分タイミングパルス回路２８からの信号に同期して
積分器１８に供給する。積分器１８の積分出力ｖ１は、
比較器１９の反転入力端子に供給される。この比較器１
９の非反転入力端子には基準電圧Ｖ　ｒｅｆ’が印加さ
れている。比較器１９の比較出力Ｃは、Ｄ型フリップフ
ロップ等で構成されるチャンネル切換回路２０に供給さ
れ、同回路２０から出力される≠ヤンネル切換信号ｄに
よって、上記チャンネル切換スイッチ１４．１５が制御
される。また、この切換信号ｄは正積分回数カウンタ２
２の入力パルスを制御するアンドゲート２１および積分
タイミングパルス回路２８にもそれぞれ供給される。上
記正積分回数カウンタ２２は、シフトレジスタを兼用し
ていて、チャンネル切換回路２０からのチャンネル切換
信号ｄが“Ｈ”レベルとなってゲート２１が開き、チャ
ンネル切換スイッチ１４がオンしているときの正積分時
の同期積分回数をカウントするもので、ＡＦ動作終了後
、内蔵シフトレジスタより第２図に示すＣＰＵ７にＡＦ
データを転送する。また、プリセットカウンタ等で構成
される全積分回数カウンタ２３は、同期積分の全回数、
即ち、積分タイミングパルス回路２８からのタイミング
パルスｅをカウントし、設定回数に達するとＡＦ処理を
終了する終了回路２４に、終了信号を供給する。

このように構成された本実施例の動作を第３図のタイム
チャートを用いて説明する。

第３図は上記ＡＦ用ＩＣ６の測距モードにおける信号波
形のタイムチャートで、ＡＦ動作はＡＦ用ＩＣ６がＣＰ
Ｕ７よりＡＦ開始信号および基本クロック信号を受ける
ことにより開始される。

ＩＲＥＤＩは、例えば１６ＫＨｚでデユーティ比５０％
のパルス信号ａで駆動されてパルス発光を開始する。被
写体光を受光したＰＳＤ５からの光電流１１．Ｉ２の供
給された電流−電圧変換回路１２．１３の出力電圧ｖ１
．ｖ２は第３図に示すような波形となり、この２つの電
圧波形Ｖｔ。

ｖ２のピーク値の比は、前述のＩ　ｔ　／　Ｉ　２に等
しい。また、ＡＦ開始信号を受けると、チャンネル切換
回路２０．正積分回数カウンタ２２および全積分回数カ
ウンタ２３はリセットされる。このとき、チャンネル切
換回路２０からのチャンネル切換信号ｄは′Ｌ”なので
、チャンネル切換スイッチ１４がオフとなり、スイッチ
１５がオンとなるから、光電流■２に比例した電圧ｖ２
がＢ　Ｐ　Ｆ　１Ｂに印加される。そこで、まず積分タ
イミングパルス回路２８よりタイミングパルスｅを、第
３図に示すように駆動パルス信号ａの“Ｈ”のほぼ中央
で“Ｈ′となるタイミングで送出すると、積分スイッチ
１７がオンし、このとき、ＢＰＦ１６の出力は光電流■
２に比例した電圧を積分器１８に供給する。したがって
、積分器１８の積分出力Ｖｒは、ＢＰＦ１６のフィルタ
出力信号すの正のピークｂ１で積分が行なわれるため、
負方向に積分、即ち逆積分したｖＩ−１のように変化し
、この積分動作は基準電圧Ｖｒｅｒより低下するまで繰
り返される。積分出力Ｖ＋が基準電圧Ｖ　ｒｅｒより低
下すると、比較器１９の比較出力Ｃが′Ｌ”か、ら“Ｈ
”となり、チャンネル切換回路２０からのチャンネル切
換信号ｄは、タイミングパルスｅｔの立下がりに同期し
てＬ’から“Ｈ＃となるので、今度はチャンネル切換ス
身ツチ１４がオンし、スイッチ１５がオフとなる。する
と、ＢＰＦ１６には光電流Ｉ　にかわって光電流■ｌに
よる電圧信号が入力されるが、このとき、積分タイミン
グパルス回路２８は、タイミングパルスｅとして、チャ
ンネル切換スイッチ１５のオンのときに比べ、ＩＲＥＤ
駆動パ駆動パルス信号波数を半周期遅らせたタイミング
パルスｅ２を出力する。従って、ＢＰＦ１６から出力さ
れるフィルタ出力信号すの負のピークｂ２で積分が行な
われるため、今度は、正方向に積分、即ち、正積分が行
なわれる。このように、積分出力ｖ１が基準電圧Ｖ　ｒ
ｅｆ’を超えるごとに、基準電圧Ｖｒｅｆ’に近づく方
向で光電流１１゜１２に比例した信号が互いに逆方向に
積分される。

今、全積分回数をＮ。とすると、正積分回数Ｎ８．逆積
分回数Ｎ。との関係は、 Ｎｏ−Ｎ５＋ＮＧ　・１旧・・（６） となる。また正積分回数Ｎ８と全積分回数Ｎ６との関係
は、 Ｎ８−　（１２／（１１＋１２））Ｎｏ−・・−・−Ｃ
’ｌ）となる。この（７）式に前記（２）式を代入する
と、Ｎ−（１１２−８−ｆｏ４．１）Ｎｏ・・・町・（
８）となる。従って、全積分回数カウンタ２３において
カウントされる全積分回数Ｎ。は、終了回路２４により
常に一定に保たれるから正積分回数カウンタ２２におい
てカウントされる正積分回数Ｎ８より被写体距離Ωが求
められる。

以上の動作は、ノイズも電気回路上の不整合も無視した
理想的な状況におけるＡＦ動作である。

実際には、前述したように、遠距離になるほどノイズに
よる測距値に誤差を生ずるので、以下、無限遠の補償に
ついて説明する。

すでに、補償電流Ｉ　という仮想の補償信号については
述べたが、実際には、ノイズ■Ｎｌ”　Ｎ２は、１００
ピコオーダーの微小電流であり、補償電流■　も、やは
り同様のオーダーで注入する必要がある。補償電流Ｉ　
は大きい方が補償効果が大きいが、近距離ではこれが誤
差となって効いてくるので、なるべくノイズ■Ｎｌ”Ｎ
２のオーダーに近い方がよい。ところが、現実に１００
ピコオーダーの微小電流を作るのは容易ではない。

そこで、ＡＦ倍信号増幅した後のＢＰＦ１６において、
オフセット調整用抵抗３０により、オフセット電圧とい
う形で補償信号を入れる。ＢＰＦ１６て１ｍＶ程度の補
償信号を入れるとすると、電流−電圧変換回路１２．１
３の入力換算の電流値にして１００ピコオーダーの値に
することも可能である。具体的には、例えば、電流−電
圧変換回路１２．１３の電流−電圧変換率を２ＭΩ、Ｂ
ＰＦ１６のゲインを５倍とすると、１ｍＶのオフセット
電圧Ｖ　を上記オフセット調整用抵抗３０を調整するこ
とにより作り出すとして、このオフセット電圧Ｖ　を電
流−電圧変換回路１２．１３の入力電流信号に換算すれ
ば、 １ｍＶ／　（２ＭΩＸ５）−１００ｐＡとなり、前記補
償電流Ｉ　を入力したのと同等の効果が得られることが
わかる。

次に、上記第１図中のＢＰＦ１６．積分スイッチ１７お
よび積分器１８の、より具体的な電気回路の構成を第４
図によって説明する。

ＢＰＦ１６はオペアンプ３１．上記オフセッ、ト調整用
抵抗３０．抵抗３２〜３４およびコンデンサ３５から構
成されている。すなわち、ＢＰＦ１６では、オフセット
調整用抵抗３０を有したオペアンプ３１の反転入力端子
には電流−電圧変換回路１２．１３の出力が抵抗３２．
コンデンサ３６を介して入力され、非反転入力端子には
基準電圧Ｖ　ｒｅｆが印加される。抵抗３２とコンデン
サ３６の接続点には抵抗３３を介して基準電圧Ｖ　ｒｅ
（’が印加される。またこの接続点はコンデンサ３５を
介し、オペアンプ３１の反転入力端子は抵抗３４を介し
てそれぞれオペアンプ３１の出力端子に接続されている
。積分器１８は、非反転入力端子に基準電圧Ｖ　ｒｅｆ
が印加されるオペアンプ３６と、その反転入力端子と上
記積分スイッチ１７との間に接続された積分用抵抗３７
と、オペアンプ３６の反転入力端子と出力端子との間に
接続された積分用コンデンサ３８とによって構成されて
いる。

ここで、各オペアンプ３１．３６の入力オフセット電圧
Ｖ。ｌ”　０２を無視すれば、積分器１８の出力電圧Ｖ
１は、ＢＰＦ１６のゲインを匂、積分スイッチ１７のオ
ン時間をτ、積分用抵抗３７の抵抗値をＲＩ、積分用コ
ンデンサ３８の容量をＣＩとすると、ＢＰＦ１６の入力
電圧Ｖｓにより、となる。

しかし、実際には、ＢＰＦ１６のオフセット電圧をＶ。

１、積分器１８のオフセット電圧をＶ。２とすると、 となる。正しいＡＦ演算を行うためには、ｖＯヒＶ０２
″″０ とする調整が必要である。これをＢＰＦ１６のオフセッ
ト調整用抵抗３０で行うが、このとき前述の補償信号を
Ｖ　として追加する形で調整すれば、無限遠の補償が同
時に可能となる。つまり、調整後のＶ＋とＶＢの関係か
次のようになるように調このようにすれば、ＢＰＦ１６
の入力電圧ＶＢが充分に大きいときにはＶ　は無視され
るが、彼写体距離が大きくなって次第にＶＢが小さくな
ってくると、■　が効き始める。そして、無限遠の測距
のとき、ＶＢは０になるがｖｃは残るので、Ｖｌは常に
負の値になる。このため、前述した動作によってロジッ
クが正方向に積分しようとしても負方向に積分しようと
してもいずれの場合もｖｌは負方向に積分されていく。

前述したように、この積分器１８の出力■Ｉが基準電圧
Ｖ　ｒｅｆ以下になると、ロジックは正方向に積分しよ
うとし、正積分回数ＮＳがカウントされていく。つまり
無限遠では確実に、 Ｎ　ｓ　＝　Ｎ　。

となる。

もしも、このような無限遠補償をしないと、無限遠にお
いて、補償信号Ｖ　より小さいがラングムに発生するノ
イズによって１回の積分による積分出力結果Ｖ＋が正方
向、負方向ともに一定せず、最終的なＡＦ倍信号ある正
方向積分回数もランダムとなり、誤測距となる可能性が
高かった。よって、前記（８）式に従えば、正積分回数
Ｎ８は、第５図に線Ｌ１で示すような変化をし、被写体
距離ｇが無限遠のとき、理論上は、 Ｎａ、　−（１／　２　）　Ｎ　。

となるが、補償信号Ｖ　を加えない場合、実際には、Ｎ
ｓはノイズの大小によって第７図に斜線で示す範囲を大
きくばらつき、無限遠で０からＮ。

までのいかなる値をもとり得ることとなり、遠距離で近
距離と判定される誤測距が起きることになる。

そこで、補償信号Ｖ　を加えたときの正積分回数Ｎｓの
理論式は、１ｍの距離でＰＳＤ５に入射する光信号を■
　とし、電流−電圧変換回路１２゜１３の電流電圧変換
率をＺとしたとき、次の（１２）・・・・・・・・・・
・・（１２） これをグラフにすると、第５図に線Ｌ２で示すようにな
る。したがって、実際にはノイズによってＮｓがばらつ
いても、そのばらつきの範囲は、第６図に斜線で示すよ
うに、近距離のばらつき範囲と同程度の許容できる範囲
である。

このように、本実施例では、ＢＰＦ１６のオフセット調
整用抵抗３０の調整により、ＢＰＦ１６のオフセットと
積分器１８のオフセットを：Ａ整し、同時に無限遠補償
信号も入力できて無限遠の補償。

を行うことができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、被写体距離が遠距
離になり反射光信号が小さくなってＳ／Ｎ比が劣化して
も、乱数的に発生するノイズによって遠距離を誤って近
距離と判定するような誤動作を起こすことはなく、また
、距離の変化によって補償信号の及ぼす影響が変化する
ため測距結果が不自然に飛ぶようなことはないので、遠
距離まで高精度の測距が可能なＡＦを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図に示すＡＦ左カメラ構成されたＡＦ用
ＩＣの電気回路のブロック図、第２図は、本発明が適用
されるＡＦ左カメラ要部の構成を示すブロック図、 第３図は、上記第１図に示すＡＦ用ＩＣの測距モードに
おける信号波形のタイムチャート、第４図は、上記第１
図中の要部電気回路の詳細構成を示す回路図、 第５図〜第７図は、距離に対する正積分回数を示した線
図である。 １・・・・・・・・・・・・ＩＲＥＤ（投光手段）５・
・・・・・・・・・・・ＰＳＤ　（受光手段）３０・・
・・・・・・・オフセット調整用抵抗（信号を加算する
手段） ３１・・・・・・・・・オペアンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光手段により投射し被写体で反射した光を受光
   手段に入射させ、同受光手段への入射光位置に対応した
   電気信号を上記受光手段の光電変換出力として得るよう
   にした光投射式オートフォーカス装置において、 上記電気信号に上記受光手段への入射光位置とは無関係
   の信号を加算するようにしたことを特徴とする光投射式
   オートフォーカス装置。
2. （２）上記電気信号に加算される信号は、上記電気信号
   を増幅した後で加算されるようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光投射式オートフォーカス
   装置。