JPH0578767B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、距離検出装置、更に詳しくは、半導
***置検出素子を用いた光投射型の距離検出装置
に関する。

［従来の技術］ 被写体にパルス光を投光し、この被写体からの
反射光を、投光部より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測距を行なう光投
射型の測距方式は種々提案されている。

その方式としては、 (1) 受光部に複数の受光素子を設け、特定の距離
の被写体の反射光は特定の受光素子にのみ入射
するように構成し、反射光が入射した受光素子
を検出することにより距離情報を得る方式のも
のと、 (2) 半導***置検出素子（以下、PSDと記す）
等のような入射スポツト光の位置に対応した信
号を出力する受光素子を受光部に配置し、その
出力信号を演算、処理し距離情報とする方式の
ものとがある。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記(1)に示したものとしては、例えば特開昭56
−29110号公報に開示されているように、パルス
光による光電流の変化分を検出する検出回路を複
数の受光素子に対し夫々接続する必要があり、こ
れら各検出回路の整合をとるのが困難であるばか
りでなく、受光部が量子化されているので、被写
体までの距離の分割が限られてしまうという欠点
があつた。

また、上記(2)に示した方式のものは、距離情報
を得る手段がパルス光による変化分の絶対量であ
るので、回路ノイズの影響が大きく検出精度が低
いという欠点があつた。

［問題点を解決するための手段および作用］ この距離検出装置は、第１図に示すように、パ
ルス光投光手段１Ａから被写体３Ａに向けて連続
的にパルス光を投射し、この被写体３Ａで反射し
たパルス光を受光手段５Ａによつて受光すること
により、この受光手段５Ａの出力として被写体３
Ａまでの距離に相応した第１および第２の電気信
号を夫々第１および第２の積分手段１０１，１０
３に送出する。

上記第１の積分手段１０１の出力は、所定時間
Ｔが経過したらホールド手段１０２によつてホー
ルドされ、その後比較手段の一方の入力端に供給
される。一方、上記第２の積分手段１０３の出力
は、直ちに上記比較手段の他方の入力端に供給さ
れ、この比較手段で上記２つの出力の大小が比較
される。

そして、これら２つの出力が積分開始からの時
間ｔのときに等しくなつたなら、この時間ｔは、
上記第１と第２の電気信号の大きさと所定時間Ｔ
との関数として表わされ、しかもこの時間ｔは被
写体までの距離に対応した値となる。

一方、この時間ｔに対応した撮影レンズの移動
量をあらかじめ設定しておき、実測した時間ｔに
よつて、上記レンズが移動するようにすれば、オ
ートフオーカス装置を得ることができる。

［実施例］ 第２図は、本発明の距離検出装置に適用される
三角測距の原理を説明するための概略図であつ
て、赤外線発光ダイオード１でパルス光を発光
し、投光レンズ２より投射されたパルス光は被写
体３に照射されると同被写体３により反射され、
上記発光ダイオード１より基線長Ｓだけ隔てた位
置にある結像レンズ４により、半導***置検出素
子（以下、PSDと記す）５上に結像される。こ
のPSD５上の結像位置は、三角測距の原理によ
り被写体３の位置との相関関係を有する。

ここで上記PSD５は、周知のようにフオトダ
イオードと同じ原理で、PN接合の光電効果によ
つて発生した光電流を均一な抵抗層を通じてこの
抵抗層の両端から取り出すことによつて光の入射
位置を知ることができるものであり、上記両端の
光電流i₁，i₂の比を演算することにより反射光の
結像位置を知ることができる。即ち、第２，３図
に示すように、PSD５上の結像位置については、
結像レンズ４の光軸と一致する中心位置からの離
間距離をｘとすると、この距離ｘは、上記基線長
Ｓ、被写体３までの距離ｌおよび結像レンズ４と
PSD５間の距離ｆによつて次式(1)のように表わ
される。

ｘ＝Ｓ・ｆ／ｌ ……(1) また、PSD５の両端子５a₁，５a₂からは、上記
パルス光の受光のよつて夫々光電流の変化分i₁，
i₂が流出するようになつており、更に共通端子５
a₃からは（i₁＋i₂）の電流が流れるようになつて
いる。そして、この光電流の変化分i₁，i₂は、
PSD５の両端子５a₁，５a₂間の距離ｄおよび上記
距離ｘとの間で次のような関係を有する。

i₁：i₂＝（ｄ／２＋ｘ）：（ｄ／２−ｘ） ……(2) この式(2)を変形すると次式となる。

ｘ＝ｄ／２（i₁−i₂）／i₁＋i₂ ……(3) (1)式と(3)式より(4)式が導かれる。

i₁／i₁＋i₂＝Sf／ld＋１／２ ……(4) この(4)式から明らかなように、Ｓ，ｆ，ｄは全
て既知の値であるからi₁／（i₁＋i₂）信号は被写
体までの距離ｌによつて変化することになる。即
ち、このi₁／（i₁＋i₂）信号は、被写体の位置を
示しており、この信号の出力によつて撮影レンズ
の移動量を制御することによりオートフオーカス
装置が実現される。

第４図は、本発明の一実施例を示す距離検出装
置の電気回路図である。

第４図に示すように、赤外線発光ダイオード１
のカソードは接地され、アノードはPNP型のス
イツチング用トランジスタ４６のコレクタに接続
されると共に、オペアンプ４５の反転入力端に接
続されている。このオペアンプ４５の非反転入力
端には基準電圧Vref2が接続されており、同オペ
アンプ４５の出力端は上記トランジスタ４６のベ
ースに接続されている。そして、上記トランジス
タ４６のエミツタは動作電圧を供給する端子に接
続されている。上記オペアンプ４５の制御端子に
は、発振回路４４の出力が分周回路４３で分周さ
れて、この分周パルスが印加される。即ち、この
分周パルスに応じて上記トランジスタ４６がオ
ン・オフし、これに応じて赤外線発光ダイオード
１からパルス状の投射光が被写体へと投射され
る。

上記発光ダイオード１の反射光を受けるPSD
５の第１の出力端５a₁と第３の出力端５a₃とは、
夫々PSDの光電流を電圧に変換するヘツドアン
プ６と２２の反転入力端に接続されると共に、
夫々帰還用の抵抗７と２１を介してこれらヘツド
アンプ６と２２との夫々の出力端に接続されてい
る。上記PSD５の第２の出力端５a₂は基準電圧
Vrefを供給する端子に接続されると共に、上記
ヘツドアンプ６と２２との夫々の非反転入力端に
接続され、更にオペアンプ１５と３０との夫々の
非反転入力端、抵抗９と２４、抵抗１０と２５と
の夫々の一端に接続されている。

上記ヘツドアンプ６と２２との出力端は、夫々
コンデンサ８と２３とを介して上記抵抗９と２４
との夫々の他端に接続されると共に、非反転増幅
回路を形成するオペアンプ１２と２７との夫々の
非反転入力端に接続されている。これらオペアン
プ１２と２７との夫々の反転入力端は夫々上記抵
抗１０と２５との他端に接続されると共に、夫々
抵抗１１と２６とを介して自からの出力端に接続
されている。

上記オペアンプ１２と２７との夫々の出力端
は、夫々アナログスイツチ１６と３２との夫々の
入力端に接続されると共に、夫々抵抗１３と２８
とを介して上記オペアンプ１５と３０との夫々の
反転入力端に接続されている。上記オペアンプ１
５と３０との夫々の反転入力端は、夫々抵抗１４
と２９とを介して自らの出力端に接続されると共
に、夫々上記アナログスイツチ１７と３１との入
力端に接続されている。上記オペアンプ１５と３
０とは、夫々抵抗１３と１４および２８と２９と
によつてゲインが「−１」に制限されている。

アナログスイツチ１６と３２との夫々の出力端
は、夫々端子４８と４９および抵抗１８と３３と
を介して、夫々オペアンプ２０と３５との反転入
力端に接続されると共に、上記アナログスイツチ
１７と３１との夫々の出力端に接続されている。
上記オペアンプ２０と３５との反転入力端は、
夫々コンデンサ１９と３４とを介して自からの出
力端に接続されており、更にコンパレータ３６の
反転入力端と非反転入力端とに夫々接続されてい
る。ここで上記オペアンプ２０と３５とは夫々抵
抗１８とコンデンサ１９、抵抗３３とコンデンサ
３４とによつて積分回路を形成している。そし
て、これらオペアンプ２０と３５との非反転入力
端は基準電圧Vrefに接続されている。

上記コンパレータ３６の出力端は、カウンタ４
１のカウントをストツプする端子に接続されてお
り、同カウンタ４１はコンパレータ３６の出力の
立上りで動作してカウントをストツプするように
なつている。このカウンタ４１の第１の出力端４
７は、アンドゲート３９と４０との夫々の第１の
入力端に接続されていて、この第１の出力端４７
は、分周回路４３の出力パルスをカウントし、所
定時間後にＨレベルからＬレベルに変化するよう
になつている。

上記カウンタ４１の第２の出力端は、このカウ
ンタ４１のカウント開始から、上記コンパレータ
３６の立上がりでカウントがストツプするまでの
時間をいくつかの領域に分割して出力するエンコ
ーダ４２の入力端に接続されている。また、この
カウンタ４１の第２の入力端は、前記分周回路４
３の出力端に接続されると共に、インバータ３８
を介して上記アンドゲート３９の第２の入力端に
接続されている。このアンドゲート３９の出力端
は前記アナログスイツチ３１の制御端子に接続さ
れている。さらに、上記分周回路４３の出力端は
上記アンドゲート４０の第２の入力端に接続され
ると共に、上記アナログスイツチ１７の制御端子
に接続され、またインバータ３７を介して上記ア
ナログスイツチ１６の制御端子に接続されてい
る。そして、上記アンドゲート３９と４０とのそ
れぞれの出力端は夫々アナログスイツチ３１と３
２との制御端子に接続されている。

次に本実施例の動作を説明する。

初期状態で発振回路４４、分周回路４３、カウ
ンタ４１、エンコーダ４２はリセツトされてお
り、コンデンサ１９と３４とは図示されないアナ
ログスイツチによつてデイスチヤージされ、さら
にオペアンプ２０と３５との夫々の出力は基準電
圧Vrefと同電位になつている。この状態でシヤ
ツタレリーズ等により測距開始信号（図示され
ず）が入力すると、全てのリセツトが解除され、
上記コンデンサ１９と３４とのデイスチヤージ用
アナログスイツチもオフとなる。

同時に分周回路４３の出力パルスに同期して赤
外線発光ダイオード１からのパルス光が投光開始
され、被写体からの反射光によるPSD光電流が
端子５a₁からは電流i₁として、端子５a₃からは電
流（i₁＋i₂）として夫々ヘツドアンプ６と２２と
に供給され、これらヘツドアンプ６と２２とで電
圧変換されて電圧信号として出力される。夫々の
電圧信号はハイパスフイルタ（夫々コンデンサ８
と抵抗９、コンデンサ２３と抵抗２４で構成され
ている）を通り、非反転増幅器であるオペアンプ
１２と２７とで増幅される。これらオペアンプ１
２と２７との出力は、V₁＝Ａ（i₁）およびV₂＝Ａ
（i₁＋i₂）で表わされ（Ａは定数）、第５図Ａに示
すような出力波形となる。ここで上記赤外線発光
ダイオード１の点灯時が（−）側であり、消灯時
が（＋）側である。また、前述のようにオペアン
プ１５と３０とのゲインは「−１」であるので、
これらオペアンプ１５と３０との夫々の出力波形
は第５図Ａに示した波形の反転した波形となる
（第５図Ｂ参照）。

アナログスイツチ１６は、上記発光ダイオード
１の点灯時に導通状態となるように制御され、ア
ナログスイツチ１７は消灯時に導通状態となるよ
うに制御されるので（第５図Ｃ，Ｄ参照）、端子
４８の電圧波形は同期検波されて第５図Ｅに示す
ように、Vrefに対して（−）側のみの信号波形
となる。そして、端子４９の電圧波形も同様な波
形が得られるが、この方の信号系はPSD５の光
電流を共通電極５a₃から得ているのでオペアンプ
２７の出力は、上記オペアンプ１２の出力に対し
て位相が180度ズレている。従つて、アナログス
イツチ３２を上記発光ダイオード１の消灯時に導
通させ、アナログスイツチ３１を上記発光ダイオ
ード１の点灯時に導通させるように制御させ、前
記端子４８における出力信号と同相信号が得られ
るように構成されている。

端子４８と４９とで得られる信号は、抵抗１８
および３３により再び電流に変換され、夫々コン
デンサ１９と３４とに充電され、オペアンプ２０
と３５との出力は、第５図Ｆに示すような単調増
加となる。なお、オペアンプ２０の出力は電流i₁
によるので符号２０Ａで示すように傾斜が緩やか
になり、オペアンプ３５の出力は電流（i₁＋i₂）
によるので早く充電され、符号３５Ａで示すよう
に傾斜が急になる。

一方、カウンタ４１は赤外線発光ダイオード１
の投光開始から所定パルス数Ｔをカウントした後
に、同カウンタ４１の第１の出力端４７の出力レ
ベルはＬレベル信号となるように設定されている
ので、アンドゲート３９および４０を介してアナ
ログスイツチ３１と３２とはオフとなり、コンデ
ンサ３４への充電は停止される。よつて、オペア
ンプ３５の出力は、所定パルスＴの後、出力をホ
ールドする。この様子を第６図Ａ〜Ｄに示す。こ
こで、符号V_AおよびV_Bは、夫々オペアンプ３５
と２０との出力電圧を示し、第６図Ｂは分周回路
４３の出力パルスを示し、第６図Ｃは出力端子４
７の電圧を示し、第６図Ｄはコンパレータ３６の
出力波形を示す。

第６図Ｂに示すように、赤外線発光ダイオード
１の投光が分周回路４３の出力と同期して開始さ
れると、V_AおよびV_Bともに増加をはじめる。一
方、カウンタ４１が上記分周回路４３の出力パル
スを所定の数Ｔだけカウントするとカウンタ４１
の出力端子４７の出力信号はＨレベルからＬレベ
ルとなる（第６図Ｃ参照）のでアナログスイツチ
３１と３２とはいずれもオフとなり、コンデンサ
３４への充電はストプする。よつて、V_Aの電圧
の増加もストツプし、このV_Aはそれまでの状態
を保持する。その後もオペアンプ２０の出力電圧
V_Bは、積分が続けられているので増加を続け、
V_Aと同電位になるとコンパレータ３６の出力は
ＬレベルからＨレベルへと変化する（第６図Ｄ参
照）。するとカウンタ４１は、このＬからＨへの
変化のときの上記分周回路４３のパルス数ｔをラ
ツチし、エンコーダ４２にラツチしたパルス数ｔ
を出力する。

ここで、上記出力電圧V_A＝V_Bとなることから、
電流（i₁＋i₂）がパルス数Ｔ（時間に比例）だけコ
ンデンサ３４に流れ込んだ電荷と、電流i₁がパル
ス数ｔだけコンデンサ１９に流れ込んだ電荷とは
等しくなる。即ち、次式のようになる。

Ｔ（i₁＋i₂）＝ti₁ これを変形すると次式のようになる。

ｔ＝（i₁＋i₂）・Ｔ／i₁ ……(5) 一方、前記(4)式より、その逆数をとると次式に
なる。

i₁＋i₂／i₁＝１／Sf／ld＋１／２ ……(6) この(6)式を(5)式に代入すると次式となる。

ｔ＝１／Sf／ld＋１／２・Ｔ ……(7) この(7)式から明らかなように、パルス数ｔは被
写体までの距離ｌに対応したパルス数となる。

エンコーダ４２は、パルス数ｔを被写体までの
距離に応じてあらかじめ定められた複数のステツ
プに分割し、各ステツプに対応した信号を出力す
るようにしておく。例えば、各ステツプの境界値
をT₁，T₂，……，T_oとすると、ｔがＴ＜ｔ＜T₁
で「１」を出力し、T₁＜ｔ＜T₂で「２」を出力
し、T_o-1＜ｔ＜T_oで「ｎ」を出力するようにし
ておき、夫々の「１」〜「ｎ」に対応した位置に
撮影レンズを移動制御するレンズ制御装置を設け
ることによりオートフオーカス装置を得ることが
できる。

また、以上の実施例では、受光手段として
PSDを用いた場合について説明したが、この
PSDに限らず、例えば第７図Ａ，Ｂ、第８図Ａ，
Ｂに示すように２個のSPD（シリコンフオトダイ
オード）を配置した場合も同様に位置検出素子と
して用いることができる。

第７図Ａ，Ｂに示す位置検出素子６０は、受光
面形状が同一の三角形をした２個のSPD６１，
６２をその斜面が対向するように構成されてい
る。そして、被写体が無限大（∞）であつて、受
光スポツトが受光面の中央にあるときは、両
SPD６１，６２の端子６１ａ，６２ａに流れる
光電流がi₁＝i₂となり、被写体が至近位置で受光
スポツトが端子６１ａ側に移動すると、i₁＞i₂と
なる。そして、底面には共通電極６３が設けられ
ていて、この電極６３からは光電流（i₁＋i₂）が
流れるようになつている。

第８図Ａ，Ｂに示す位置検出素子７０は、受光
面形状が三角形をしたSPD７１と矩形状をした
SPD７２とを並設し、その底面に共通電極７３
を設けたものであつて、被写体が至近位置で受光
スポツトが端子７１ａ，７２ａ側にあるとき、両
光電流はi₁＝i₂となり、被写体が∞で受光スポツ
トが受光面の中央に位置すると、i₁＝i₂／２とな
る。

そして、前記第４図に示したPSD５の代わり
に、上記位置検出素子６０を用い、端子６１ａを
ヘツドアンプ６の反転入力端に接続し、共通電極
６３をヘツドアンプ２２の反転入力端に接続し、
さらに端子６２ａを基準電圧Vrefに接続すれば
よい。このようにすればヘツドアンプ６には光電
流i₁が供給され、ヘツドアンプ２２には光電流
（i₁＋i₂）が供給されるので、前記実施例（第４図
参照）と同様な距離信号を得ることができる。

また、上記PSD５の代わりに、上記位置検出
素子７０を用い、端子７１ａをヘツドアンプ６の
反転入力端に、端子７２ａをヘツドアンプ２０の
反転入力端に接続し、さらに共通電極７３を基準
電圧Vrefに接続すれば、上述と同様に距離信号
を得ることができる。但し、このように構成する
と信号は初めから同相であるのでアナログスイツ
チ３１と３２との制御を、前記実施例（第４図参
照）とは逆にしておく必要がある。

この場合は被写体までの距離が至近のときには
信号電流比が１：１となり、∞のときには１：２
となるように構成しているが、逆の構成、即ち至
近のときに１：２となり、∞のときに１：１とし
てもよく、比の設定に関してもこの限りではな
い。即ち、ヘツドアンプ２２に接続される信号
（第１の電気信号）を「１」とすると、ヘツドア
ンプ２２に接続される信号（第２の電気信号）
は、被写体までの距離の全ての範囲において「０
〜１」であれば実施可能となる。付け加えるなら
ば、上記第２の電気信号が「１」となる点に、前
述のステツプの境界点を設けるならば、上記第２
の電気信号が＞１のときのステツプを一つだけ設
定することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、光電流を積分して距離情報と
しているのでノイズの影響が小さく、精度の高い
距離検出を行なうことができ、且つ信号処理系が
簡単なために回路規模を小さくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概念を示すブロツク図、第
２図は、本発明に用いる三角測距の原理を説明す
る線図、第３図は、本発明に使用される半導***
置検出素子（PSD）の側面図、第４図は、本発
明の一実施例の距離検出装置を示す電気回路図、
第５，６図は、上記第４図に示した電気回路図の
動作を説明する線図、第７図Ａ，Ｂ、第８図Ａ，
Ｂは、上記第４図に示した半導***置検出素子
（PSD）の代わりに用いる位置検出素子（SPD）
を示す線図である。 １……赤外線発光ダイオード、１Ａ……パルス
光投光手段、５……半導***置検出素子
（PSD）、５Ａ……受光手段、１９，３４……コ
ンデンサ、３６……コンパレータ、３６Ａ……比
較手段、４１……カウンタ、１０１……第１の積
分手段、１０２……ホールド手段、１０３……第
２の積分手段、１０４……距離演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体に向けてパルス光を投射する投光手段
   と、 上記被写体からの反射光を受光し、この被写体
   までの距離に相応した第１および第２の電気信号
   を出力する受光手段と、 上記第１の電気信号を積分する第１の積分手段
   と、 上記第１の電気信号の積分と同時に、上記第２
   の電気信号の積分を開始する第２の積分手段と、 上記第１の積分手段によつて積分された第１の
   積分出力を所定時間Ｔ後にホールドするホールド
   手段と、 ホールドされた上記第１の電気信号の積分出力
   に対して上記第２の電気信号の積分出力が所定の
   関係になつたか否かを比較する比較手段と、 上記第１および第２の積分手段の積分開始か
   ら、上記ホールドされた第１の積分出力と上記第
   ２の積分出力が所定の関係になつたことを上記比
   較手段によつて検出されるまでの時間ｔに基づい
   て、被写体まで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。