JPH04339208A - 距離検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラなどに用いられ
る距離検出装置、特に投光部より測距対象物に向けて光
を照射し、その反射光を投光部から所定の基線長だけ離
れて配置された受光部により受光して検出を行なう光照
射型三角測距方式の距離検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記光照射型の三角測距方式の距離検出
装置は既に周知であり、従来から種々提供されている。 例えば、特開昭５７−１０４８０９号公報記載の測距装
置は、図１２（Ａ）に示すように、発光素子８０から投
光レンズ８３を介して測距対象物８６に向けて投光パタ
ーン８５の光を照射し、同測距対象物８６からの反射光
を受光レンズ８４により受光素子８１，８２に入射させ
、受光素子８１，８２の出力状態により、測距をするよ
うにしている。そして、上記発光素子８０と受光素子８
１，８２とは、図１２（Ｂ）に示すように、単一の基板
８７上の所定位置にそれぞれ配置されている。即ち、同
基板８７の一側縁寄りには、発光素子８０が、また他側
縁寄りには２つの受光素子８１，８２がその受光素子間
の境界線が基線長方向８８に対して垂直になるように近
接して、それぞれ固定されている。

【０００３】このように構成された上記測距装置では、
受光面の基線長方向８８上に形成される反射光像８９の
位置は、三角測距の原理から測距対象物までの距離に応
じて変化し、反射光像８９の位置により受光素子８１が
受光する面積と、受光素子８２が受光する面積に差異が
あるので、両受光素子８１，８２の出力差により測距対
象物までの距離を検出することができる。

【０００４】図１３は、上記図１２（Ａ），（Ｂ）に示
した測距装置における測距光学系の配置を示したもので
、チップサイズがｔの発光素子８０は、投光レンズ８３
からその焦点距離ｆＴ　だけ離れた位置に配置されてい
る。同投光レンズ８３より基線長Ｌ離して配置された受
光レンズ８４の焦点距離ｆＪだけ離れた位置に配置され
た受光素子８１，８２から出力される光電流Ｉ１　，Ｉ
２　によって測距対象物８６までの被写体距離ａを求め
るものである。また、図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、反射光
像が測距対象物までの距離に応じて移動する様子を示し
たもので、外径ｔＪ　の反射光像８９が測距対象物まで
の距離に応じて受光素子８１，８２上を移動すると、こ
の受光素子８１，８２から出力される光電流Ｉ１　，Ｉ
２　を演算処理して得られた測距演算出力Ｉ２　／（Ｉ
１　＋Ｉ２　）は、図１４（Ｅ）に示すように、被写体
距離に応じて１から０まで変化することになる。この１
から０まで変化する範囲は、丁度反射光像８９の径ｔＪ
　の間である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されている従来の距離検出装置においては、基本的
に測距精度の向上と、測距範囲の拡大という互いに相反
する問題が生ずる。以下、これについて説明する。

【０００６】上述のような距離検出装置においては、被
写体までの距離ａの逆数と測距演算出力Ｉ２　／（Ｉ１
　＋Ｉ２　）の間には、図１５（Ａ）に示すような関係
がある。即ち、この図１５（Ａ）の実線ｌ１　，ｌ２　
は、それぞれ投光チップサイズがｔ１　，ｔ２　（ｔ１
　＜ｔ２　）の場合で、被写体距離ａの逆数に対する測
距演算出力Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）の関係を表わし
ている。

【０００７】一般に、被写体から受光素子に入射する信
号光量は非常に微弱なので、信号電流の比Ｉ２　／（Ｉ
１　＋Ｉ２　）は、回路ノイズ等により影響されてしま
う。回路ノイズによって生じる出力信号のバラツキ、つ
まりノイズ幅は、図１５（Ｂ）に示すように、特性線ｌ
３　，ｌ４　の何れの場合も同一距離ａ１　では同じノ
イズ幅Δｌ３　，Δｌ４　であり、ノイズ成分を付加し
た測距演算出力Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）は斜線部分
で示される。

【０００８】そこで、被写体距離ａ１　を判定するため
に特性線ｌ３　では判定レベルＶａを用い、特性線ｌ４
　では判定レベルＶｂを用いることになる。

【０００９】すると、ノイズ成分のために、距離判定の
不確定幅が特性線ｌ３　ではα、特性線ｌ４　ではβだ
け生ずることになる。つまり、特性線ｌ４　を用いて測
距すると、特性線ｌ３　の場合に比べて距離判定の不確
定幅が広くなってしまい測距精度が劣ることになる。

【００１０】従って、距離検出装置の測距精度を表わす
指標としては、（ノイズ幅）／（測距演算出力の傾斜）
で評価することができる。つまり、測距範囲Ｓは、投光
レンズと発光素子間の距離をｆＴ　、基線長をＬ、発光
素子のチップサイズをｔとすれば、 Ｓ＝∞〜ｆＴ　・Ｌ／ｔ となる。また、測距精度Ｒは、測距演算出力ノイズをＮ
とすれば Ｒ＝Ｎ・ｆＴ　・Ｌ／ｔ となる。上式から解るように、測距範囲Ｓは投光レンズ
の焦点距離ｆＴ　、基線長Ｌが小さくなる程大きくなり
、また発光素子のチップサイズｔがｔ２　のように大き
くなると、図１５（Ａ）の特性線ｌ２　に示したように
、至近側がｆＴ　・Ｌ／ｔ２　まで伸びるので測距範囲
Ｓは大きくなるが、測距精度Ｒは逆に悪くなる。反対に
、ｆＴ　，Ｌが大きくなる程、また、ｔが小さくなる程
、測距精度Ｒは良くなるが測距範囲Ｓは小さくなる。換
言すれば、このような測距装置においては、測距精度の
向上と測距範囲の拡大は互いに相反するものとなる。

【００１１】また、測距精度の向上と測距範囲の拡大を
両立させるために、投射光量を大きくして、測距演算出
力のノイズ幅を小さくする手段もあるが、カメラ等の小
型機器に組込まれる場合には、電源や投・受光部のため
のスペースが限られており、測距装置に供給可能な電力
も限定されるので、投射光量を増加させて解決する手段
はコストやスペースの点から問題があって採用できない
。

【００１２】また、測距範囲を拡大するために、投光素
子のチップサイズｔを大きくしたり投光レンズの焦点距
離ｆＴ　を小さくしたりする手段を採用すると、通常は
測距対象物が人物等の大きさの限られた物であるので、
投光パターンが測距対象物よりも大きくなってしまい測
距が正確に行なわれにくいことがある。

【００１３】本発明の距離検出装置は、このような課題
に着目してなされたもので、その目的とするところは、
測距精度を向上させつつ測距範囲を拡大することのでき
る距離検出装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の距離検出装置は、基線長方向にスポット径
の異なる少なくとも２つの測距用光を、測距対象物に向
けて投光する投光手段と、この投光手段に基線長離れて
配置され、少なくとも２つの受光素子を有し、上記測距
用光の測距対象物からの反射光を受光し、上記受光素子
ごとに光電変換信号を出力する受光手段と、この受光手
段の上記光電変換信号に基づいて上記測距対象物の距離
を演算する演算手段とを具備する。

【００１５】

【作用】すなわち、本発明においては、基線長方向にス
ポット径の異なる少なくとも２つの測距用光を測距対象
物に向けて投光するとともに、上記測距用光の測距対象
物からの反射光を受光してそれぞれ光電変換して得られ
た光電変換信号に基づいて上記測距対象物の距離を演算
するものである。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を具体的に説明
する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例を示す距離検出
装置の測距光学系の配置を示す図で、ここでは受光素子
として２つのＳＰＤ（シリコン・フォト・ダイオード）
１Ａ，１Ｂが設けられている。また、投光部には２つの
投光チップ（ＩＲＥＤチップ）が設けられている図３は
、これを正面方向Ｙから見た場合の配置図である。本実
施例においては、基線長方向に投光チップの発光面の長
さが基線長方向に異なり、ｔ１　＞ｔ２　となっている
。

【００１８】図１において、投光レンズ２６の焦点距離
ｆＴ　だけ離れた位置に配設された、チップサイズがｔ
１　，ｔ２　の発光素子２０，２０Ａは、同素子２０，
２０Ａで発光された光束が、投光レンズ２６で集光され
て測距対象物２８に向け投射される。同測距対象物２８
で反射された光は、投光レンズ２６から基線長Ｌ離れて
配置された受光レンズ２７で集光されて、同レンズ２７
からその焦点距離ｆＪ　だけ離れた位置に配設されたＳ
ＰＤ１Ａ，１Ｂに入射する。すると、各ＳＰＤ１Ａ，１
Ｂには、それぞれ光電流Ｉ１　，Ｉ２　が発生し、これ
が演算手段２９に供給され、同手段２９で測距演算され
るようになっている。

【００１９】図５，６，７は本実施例の距離検出装置の
電気回路図であり、図８は、図７中の制御回路部２５か
ら供給される信号のタイミングチャートである。

【００２０】この距離検出装置は、図に示すように測距
対象物に光パルスを投射する投光回路部２１，２１Ａと
、測距対象物からの反射光を受光して信号パルス光電流
成分を検出し、増幅する光電流検出回路部２２，２２Ａ
と、バイアス電流に重畳された光電流から被写体の距離
情報を求める演算出力回路部２３と、この演算出力回路
部２３の出力をＡ／Ｄ変換するカウント回路部２４と、
上記各回路部に制御信号を送出する制御回路部２５とか
ら構成されている。

【００２１】上記光電流検出回路部２２，２２Ａは、そ
れぞれ同一構成部材を用い、且つ同様の構成をとってい
るので、回路部２２についてのみ説明し、２２Ａの回路
の構成部材には同一部材にＡを付すに止め、重ねての説
明は省略する。

【００２２】図５において、投光回路部２１のＩＲＥＤ
（赤外発光ダイオード）６８は、トランジスタ６７、抵
抗６６，６９およびオペアンプ６５で構成されている定
電流駆動回路により定電流ドライブされる。この定電流
駆動回路のオン・オフを制御するトランジスタ７０のベ
ースが抵抗７１を介して制御回路部２５の端子Ｔ１　に
接続されており、このＩＲＥＤ６８から図８に示される
パルス波形で投射される赤外光のオン・オフ制御はＴ７
　＝Ｌのとき、制御回路部２５の端子Ｔ１　の出力信号
（図８参照）により行なわれる。２１ＡにおいてもＴ６
　＝Ｌのとき同様に制御される。

【００２３】図６の光電流検出回路部２２は、オペアン
プ３、トランジスタ２からなるプリアンプ回路部とオペ
アンプ５、トランジスタ４とその周辺回路からなる背景
光除去回路部と、トランジスタ８，９からなるカレント
ミラー回路とで構成されている。

【００２４】ＳＰＤ１Ａのアノードから得られる信号パ
ルス光電流Ｉ１　は、プリアンプ回路部を構成するオペ
アンプ３に供給される。このオペアンプ３は、トランジ
スタ２によって帰還がかけられるように、その出力端を
トランジスタ２のエミッタに、反転入力端をベースに、
非反転入力端を基準電源Ｖｒｅｆ　に、それぞれ接続さ
れているので、トランジスタ２のベース入力抵抗は等価
的に数１０ｋΩ程度に下げられている。

【００２５】背景光除去回路部を構成するオペアンプ５
は、非投光時に制御回路部２５の端子Ｔ１　の出力信号
の“Ｈ”レベルが抵抗７３を通じてトランジスタ６のベ
ースに与えられることによりオンするとアクティブとな
り、その出力端に接続されたコンデンサ７に、この背景
光の明るさに応じた電荷を蓄積すると共に、同じコンデ
ンサ７とトランジスタ４とで構成されたフィードバック
ループによってＳＰＤ１Ａの背景光による光電流成分と
、オペアンプ３のバイアス電流成分をトランジスタ４の
コレクタ電流としてグランドラインに排出する。その結
果として、トランジスタ２のコレクタ電流は、背景光の
大きさによらず、略パルス信号光電流に応じた値となる
。投光時には、トランジスタ６がオフするからオペアン
プ５がノンアクティブとなるが、コンデンサ７に蓄積さ
れた電荷によりトランジスタ４が背景光による光電流を
グランドラインに排出し続けるので、ＳＰＤ１Ａのアノ
ードから得られる光電流から背景光による光電流を除い
たパルス光成分はトランジスタ２でβＮ　倍されてカレ
ントミラー回路８，９によって折り返され、演算出力回
路部２３の圧縮ダイオード４７に信号パルス光電流βＮ
　Ｉ１　として注入される。

【００２６】また、他のＳＰＤ１Ｂのアノードから得ら
れた光電流Ｉ２　も、上記回路部２２と同様の動作をす
る光電流検出回路部２２Ａでそれぞれ処理されて信号パ
ルス光電流βＮ　Ｉ２　として演算出力回路部２３の圧
縮ダイオ−ド４６に供給される。

【００２７】図６の演算出力回路部２３は、トランジス
タ４１，４２，４４，４５と圧縮ダイオード４６，４７
と、定電流源４３と、バッファ回路ＢＵＦ１，ＢＵＦ２
　とからなり、測距演算出力を得るための対数伸長回路
を構成している。

【００２８】差動増幅器を形成しているトランジスタ４
１，４２の各ベースは、上記圧縮ダイオード４６と４７
の各アノードにバッファ回路ＢＵＦ１　，ＢＵＦ２　を
介して接続され、各エミッタは定電流源４３に共通に接
続されている。トランジスタ４２のコレクタは、カレン
トミラー回路を形成しているトランジスタ４４，４５の
各ベースとトランジスタ４４のコレクタとに接続されて
いる。

【００２９】ところで、上記ダイオード４６，４７にそ
れぞれ流れる電流Ｉ１ｂ，Ｉ２ｂは、光電流検出回路部
２２から出力された信号パルス光電流が流れるように回
路接続されている。従って、演算出力回路部２３では上
記した電流Ｉ１ｂは光電流検出回路部２２Ａからの信号
パルス光電流βＮ　Ｉ２　であり、電流Ｉ２ｂは光電流
検出回路部２２からの信号パルス光電流βＮ　Ｉ１　で
あるから、　　　　Ｉ１ｂ＝βＮ　Ｉ２　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　…（１）　　　　Ｉ２ｂ＝βＮ
　Ｉ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
′である。

【００３０】従って、トランジスタ４２のコレクタ電流
ＩＣ　は、定電流源４３の定電流をＩＥ　とすると、　
　　　ＩＣ　＝Ｉ２ｂ・ＩＥ　／（Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
２）となる。よって、演算出力回路部２３の出力である
トランジスタ４５のコレクタ電流Ｉ１　′は上記（１）
、（１）′式を（２）式に代入して 　　　　Ｉ１　′＝Ｉ１　・ＩＥ　／（Ｉ１　＋Ｉ２　
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
３）となる。

【００３１】上記演算出力回路部２３の出力電流Ｉ１　
′は、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように被写体距離ａ
の逆数に応じて無限遠から至近までの測距範囲を分担し
て測距することになる。

【００３２】本発明においては、被写体距離ａの逆数に
応じて無限遠から至近までの測距範囲を分担して測距す
るものである。すなわち、遠距離側では、図１０（Ｂ）
に示すように、径の小さい投光スポットが得られるチッ
プサイズｔ２の発光素子２０Ａを用いて出力電流Ｉ１　
′を求める。同様に、近距離側では、図１０（Ａ）に示
すように、径の大きい投光スポットが得られるチップサ
イズｔ１　の発光素子２０を用いて出力電流Ｉ１　′を
求めるものである。

【００３３】なお、得られた両測定値において、通常は
測距精度の良い発光素子２０Ａを使用して測距し、この
とき、近距離連動範囲外を示した場合のみ２０による測
距値を採用するようにすれば良い。

【００３４】さらに、発光素子２０，２０Ａの両方につ
いてＩ１　′を求める必要はなく、図１０（Ａ）又は図
１０（Ｂ）の測距において連動内にあることが判明した
場合はいずれかの測距は省略できる。

【００３５】また、１／ａに対する測距出力の傾き補正
、シフト補正等は、補正値をＥ２　−ＰＲＯＭに書き込
んでおいて、それによっておのおの補正演算を行う。

【００３６】一方、図７の上記カウント回路部２４は、
上記演算出力回路部２３のトランジスタ４５のコレクタ
電流Ｉ１　′の積分値を計測して制御回路部２５に内蔵
されているカウンタ機構（図示せず）でディジタル計測
するものである。

【００３７】上記演算出力回路部２３の出力電流Ｉ１　
′は次のようにして求められる。すなわち、投光に同期
して４３がアクティブになりコンデンサ５２には、投光
ごとに演算出力回路部２３の出力電流が流れて電荷が蓄
積されていくことになる。オペアンプ５３は上記コンデ
ンサ５２のリセットをするためのもので、その制御用の
トランジスタ５４のベースは抵抗７６を介して制御回路
部２５の端子Ｔ３　に接続されている。従って、この端
子Ｔ３　の出力信号（図８参照）により、トランジスタ
５４がオンしてコンデンサ５２の電位を基準電位Ｖｒｅ
ｆ　にセットし、投光開始の直前にオフしてオペアンプ
５３を動作不能とする。その後はコンデンサ５２の電位
は、同コンデンサ５２への注入電流によって増加してい
く。

【００３８】所定回数の投光が終ると、図８のタイミン
グチャートに示すように、その端子Ｔ４　がＨ→Ｌとな
るので抵抗７７を介してトランジスタ６３がオフし、ト
ランジスタ５５でコンデンサ５２を放電していく。同時
に制御回路部２５に内蔵されたカウンタが働き、コンパ
レータ６２の出力がＨになるまでカウントを続ける。コ
ンパレータ６２は、コンデンサ５２の両端電圧が基準電
圧Ｖｒｅｆ　より小さくなると、ＬからＨに変化する。 コンデンサ５２の放電速度は、定電流源６１とこれに直
列に接続されたトランジスタ５６，５５からなるカレン
トミラー回路によって決定される。このようにして被写
体距離に応じた出力を制御回路２５内のカウンタのカウ
ント値として得ることができる。

【００３９】演算出力回路部２３は上記の構成に限定さ
れず、他の回路構成及びその演算の詳細な説明は、例え
ば、本出願人による特開平１−１５０８０９号公報に開
示されているので省略する。

【００４０】図２は、異なる投光スポット径を得る他の
方法を示したものである。ここでは、投光レンズの２つ
の焦点距離をｆＴ１＞ｆＴ２なる関係に設定して異なる
スポット径を得ているが、いずれの場合であっても、投
光スポット径が異なる限り本発明は成立する。

【００４１】また、図４（Ａ）に示すように、１Ａで投
光スポット径の小さいものを得るとともに、１Ａ，１Ｂ
を同時に光らせることによって、投光スポットの大きい
ものを得てもよい。また、図４（Ｂ）に示すように、１
Ａで投光スポットの小さいものを得るとともに、１Ａ，
１Ｂ，１Ｃを同時に光らせることによって投光スポット
の大きいものを得てもよい。さらに、投光スポットの数
も２個に限定されない。

【００４２】図９は、逆積分を１回にして、測距に要す
る時間を短縮するシ−ケンスであるが、この場合は、図
１０の演算出力は合成されて、図１１のようになる。測
距出力の非線形性はＥ２　−ＰＲＯＭに書き込まれたデ
−タによって、シフト並びに傾き補正をかけて距離を算
出すればよい。なお、この詳細は公知であるのでその説
明は省略する。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように本発明では、基線長方
向に投光スポット径の異なる複数の投光スポットを測定
対象物に向けて時系列に投光し、投光スポットの大きな
ものでは精度は悪いが広範囲な測距を、小さいものは、
精度は良いが狭範囲の測距を行い、近距離側では先の、
遠距離側では後の測距演算結果を採用することにより、
精度良く広範囲な測定を可能とするものである。そして
、このように構成することによって、構造が簡単である
ばかりでなく、大型の電源電池などを用いて発光素子の
発光エネルギを大きくしなくとも、コンパクトな構成で
、カメラ等の小型機器への組み込みに適し、カメラの測
距精度を落とすことなく向上させ、かつ測距範囲を拡大
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す距離検出装置における
測距光学系の配置図。

【図２】他の方法によって異なる投光スポット径を得る
ための測距光学系の配置図。

【図３】図１の投光チップを正面方向Ｙから見た場合の
配置図である。

【図４】図４（Ａ）および（Ｂ）は異なる投光スポット
径を得る他の実施例を示す図。

【図５】本発明の距離検出装置の電気回路図の一部。

【図６】本発明の距離検出装置の電気回路図の一部。

【図７】本発明の距離検出装置の電気回路図の一部。

【図８】図７における制御回路図の信号のタイミングチ
ャ−ト。

【図９】測距に要する時間を短縮するシ−ケンスを示す
タイミングチャ−ト。

【図１０】図１０（Ａ），（Ｂ）は、被写体距離ａの逆
数に基づく無限遠から至近までの測距範囲と出力電流と
の関係を示す図。

【図１１】図１０（Ａ），（Ｂ）の演算出力を合成して
得られる特性図。

【図１２】図１２（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ従来の距
離検出装置の測距光学系の配置を示す斜視図と正面図。

【図１３】従来の距離検出装置の測距光学系の配置を示
す平面図。

【図１４】図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、
被写体距離に対応して測距対象物からの反射像が受光素
子群上に結像される様子を示す説明図であり、図１４（
Ｅ）は受光反射像の中心位置が図１４（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）に対応する位置にある場合の演算出力Ｉ
２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）の特性線図。

【図１５】図１５（Ａ）は従来の距離検出装置における
被写体距離の逆数に対する測距演算出力Ｉ２　／（Ｉ１
　＋Ｉ２　）の関係を示す特性線図であり、図１５（Ｂ
）は図１５（Ａ）に示す線図においてノイズを重畳させ
た場合の特性線図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…ＳＰＤ（受光素子）、２０，２０Ａ…発光
素子、２６…投光レンズ（投光手段）、２７…受光レン
ズ（受光手段）、２８…測距対象物、２９…演算手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基線長方向にスポット径の異なる少な
   くとも２つの測距用光を、測距対象物に向けて投光する
   投光手段と、この投光手段に基線長離れて配置され、少
   なくとも２つの受光素子を有し、上記測距用光の測距対
   象物からの反射光を受光し、上記受光素子ごとに光電変
   換信号を出力する受光手段と、この受光手段の上記光電
   変換信号に基づいて上記測距対象物の距離を演算する演
   算手段とを具備したことを特徴とする距離検出装置。