JP2648491B2

JP2648491B2 - 距離検出装置

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Publication number: JP2648491B2
Application number: JP63052416A
Authority: JP
Inventors: 恵二国重
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: US5005970A; JPH01224618A

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、投光素子から
被写体に向けて投光した光の被写体による反射光を、一
定基線長だけ離れた受光素子により検出して、被写体ま
での距離を測定する、所謂アクティブタイプの距離検出
装置に関する。

［従来の技術］被写体に向けて光を投射し、その反射光を受光するこ
とにより被写体までの距離を検出するアクティブタイプ
の距離検装置は、特開昭59−99420号公報等によって既
に周知である。このアクティブタイプの距離検出装置
は、近年、より長焦点レンズによる望遠撮影や接写によ
る近接撮影に対応すべく、性能の向上が迫られている。
即ち、より遠距離までピントよく望遠撮影ができるよう
に、測距精度の向上と、より近くまで撮影できるように
測距範囲の拡大が要求されている。

このような要求に対応するために従来の距離検出装置
においてはどのような問題をもつかについて、以下順次
詳述する。

従来のアクティブタイプの距離検出装置は、第６図に
示されるように、投光素子39で発光されたパルス光が投
光レンズ26により集光されて被写体28に照射され、その
反射光が受光レンズ27により半導体位置検出装置（以
下、PSDと略記する）１上に結像される。PSD1は、受光
レンズ27の光軸に中心を合わせて配設されている。つま
り、∞の被写体からの反射光による結像点の重心とPSD
の中心が一致している場合、基線長をＬ、結像点の光軸
からのズレをｘ、受光レンズ27の焦点距離をf_J、被写体
距離をａとすると、ｘ＝f_J・L/a ……（１）となる。全光電流をＩ_φ、PSD1の全長を2tとすると反射
光による光電流I₁,I₂は、 I₁＋I₂＝Ｉ_φ ……（４）となる。上式（２），（３）から分かるように光電流
I₁,I₂には、距離情報1/aが含まれているので光電流I₁,I
₂を使って測距演算を行ない、その演算結果から距離情
報ａを求めることができる。

さて、測距演算には従来から種々のタイプがあるが、
その代表例を2,3挙げると、次のものがある。

これは、第７図に示す距離演算回路を用いてI₂/（I₁
＋I₂）の演算を行なう。このときの演算出力I₀は、となる。この（５）式に上記（２）式および（３）式を
代入すると、となるから、被写体距離ａの逆数と上記演算出力I₀の関
係は、第８図のグラフに示すように被写体距離ａの逆数
について、傾斜がの直線l₁となる。

これは、第９図に示すような演算回路を用いて（I₂−
I₁）／（I₁＋I₂）の演算を行なう。このときの演算出力
I₀はとなる。この（７）式に上記（２）式および（３）式を
代入するととなるから、被写体距離ａの逆数と上記演算出力I₀の関
係は、第10図に示すグラフのようになり、被写体距離ａ
の逆数について傾斜がの直線l₄となる。

V_Tln（I₂/I₁）これは、第11図に示すような演算回路を用いてV_Tln
（I₂/I₁）の演算を行なう。このときの演算出力V₀は、 V₀＝V_Tln（I₂/I₁） ……（９）となる。この（９）式に上記（２）式および（３）式を
代入すればとなる。そこで、演算出力V₀を被写体距離の逆数（1/
a）で微分すると、となる。即ち、（t/f_JL）^２＞（1/a）^２ ……（12）となる距離条件のもとでは、傾斜が2f_JL/tの直線に等し
く、それ以外の距離条件のもとでは傾斜はもっと大きく
なる。通常の測距範囲においては、上記（12）式の条件
の当て嵌まる領域が設定されるので、被写体距離ａの逆
数と上記演算出力V₀の関係を示すグラフは第12図のよう
になる。

なお、上記第７図，第９図および第11図の回路および
その演算の詳しい説明は、本出願人が先に提出した特願
昭62−310689号（特開昭号公報参照）に
開示されているので、上記出願の添付図の第１図，第７
図，第８図で説明した構成部材の番号と同じ符号を付す
に止め、その説明は省略する。

このように、被写体距離の逆数に対する測距演算出力
は、１本の特性線で表わされるわけであるが、被写体か
らの信号光量は、数10pAから数10nA程度の非常に微弱な
光電流なので、実際には、光電流検出回路等の所謂、ラ
ンダムに発生する回路ノイズに影響されても、ある不確
定さを有する。例えば、第８図に示す直線l₁は、第13図
に示す曲線l₂とl₃で囲まれたノイズ幅A₁の斜線を施され
た帯状の領域となるから、演算出力は確率的にある幅の
中に入る値となり、その距離の逆数との対応関係は１対
１に決定されずグラフは一本の線にはならない。このた
め、第13図に示すように、被写体距離a₁とa₂とは同一の
演算出力を出力し得る場合があり得るので完全に弁別す
ることができない。そこで測距精度は、被写体距離a₁と
a₂が完全に弁別可能な限界にあるときの1/a₁,−1/a₂な
る量で、その測距装置の測距精度を表わすことができ
る。この値が小さければ小さい程、その測距装置の距離
検出能力は高く、僅かに離れた被写体距離の差異も識別
可能となる。

第14図は、被写体距離ａの逆数に対する測距演算出力
直線（以下、演算直線と略記する）の傾斜を変えた場合
のグラフである。第13図と第14図とを比べると明白なよ
うに、同一の光電流検出回路を用いるならば、それによ
り発生するノイズ幅A₁は等しいため、傾斜の大きさに比
例して測距精度が良くなることが分かる。そして、演算
直線の傾斜を大きくするには、前記（６）式より分かる
ように基線長L,受光レンズの焦点距離f_Jを大きくする
か、PSDの全長2tを小さくすれば良い。

第15図（Ａ）〜（Ｅ）は、基線長L,受光レンズの焦点
距離f_JおよびPSDの全長2tの関係を示すもので、従来の
装置における関係を示した第15図（Ａ）に比し、第15図
（Ｂ）では基線長Ｌを大きくすることによって、第15図
（Ｃ）では受光レンズ27の焦点距離f_Jを大きくすること
によって、また、第15図（Ｄ）ではPSD1の全長2tを小さ
くすることによって、それぞれ演算直線の傾斜を大きく
している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このようにして演算直線の傾斜を大き
くすることにより、測距精度を向上させようとすると、
第15図（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）を見ても解るように、測距可
能至近限界が遠くなるという不具合が発生する。この種
の測距装置においては、被写体からの反射光が全てPSD
の受光部上に結像する必要があるので、測距可能至近限
界距離a_minは、 a_min＝f_J・L/t ……（13）となり、前記（６）式と比較すれば、これは演算直線の
傾きを示す量である。よって傾きを大きくすることはa
_min至近限界を大きくすることになるのである。即ち、
測距精度を向上させることと測距可能至近限界を短くす
ることとは、二律背反になってしまう。

そこで、上記問題を解決するために、第15図（Ｄ）の
構成を第15図（Ｅ）に示すように、∞の被写体からの反
射光による結像点の重心位置からPSD1の中心を基線長方
向に沿って投光素子39のある位置と反対方向へシフトす
ることが考えられる。このシフト量をΔｘとすると、測
距可能至近限界は、 a_min＝f_J・L/（ｔ＋Δｘ） ……（14）となり、Δｘによるシフト量だけ至近限界を短くするこ
とができる。

今、PSD1の全長を2tからｔ′＝2t/k（ｋは定数）に短
くすると、演算直線の傾斜はｋ倍になり測距精度はｋ倍
に向上する。更に、f_J・L/（ｔ′＋Δｘ）＝f_J・L/tな
る関係式を満足するようにシフト量Δｘを決定すれば、
測距可能至近限界を遠くすることなく、測距範囲を拡大
できる。受光レンズの焦点距離f_Jおよび基線長Ｌを変え
る場合も同様に考えることができる。

また、一般に、カメラ内はスペースが非常に狭く限ら
れていることからすると、PSD1の全長を小さくする方
が、スペース的に有利であり、また、小さいサイズのPS
D1を使用することは、歩留りの良いPSDを使用すること
になりコスト面でのメリットも引き出すことができる。
更に、PSDの受光面積の減少により背景光によるノイズ
も低減できる。従って、PSDの中心位置を∞の被写体か
らの反射光による結像点の重心位置から投光素子と反対
方向へシフトした位置に配置することによって上述の二
律背反する問題を解決することができる。

ところが、実際には、シフトすると信号検出回路の特
性と相俟って別の不具合を引き起こすことになる。次に
これを詳細に説明する。

第16図に示すように、PSD1で発生した信号光電流I_p1,
I_p2は、オペアンプ3,3Aおよびトランジスタ2,2Aからな
るプリアンプで構成された信号検出回路によって検出さ
れるのであるが、この時信号光電流I_p1,I_p2は、バイア
ス電流I_B1,I_B2に重畳して検出されることになるので、
バイアス電流を考慮した光電流I_1b,I_2bは I_1b＝I_p1＋I_B1 ……（15） I_2b＝I_p2＋I_B2 ……（16）となる。上記光電流I_1b,I_2bを前記第７図の距離演算回
路に入力して例えば前記の式（５）式で示されるような
距離演算を行なうと、その演算出力I₀は、となる。ここで、光電流I_p1,I_p2は前記の（２），
（３）式で示されるように I_p1＋I_p2＝Ｉ_φ ……（20）で表わされる。上記の（20）式で与えられるＩ_φは、距
離の２乗に従って小さくなってゆき∞で０となる反射光
の全受光光量を光電変換して得られた全光電流である。
よって、距離演算出力I₀は、となる。そこで、被写体が近距離で被写体が遠距離でＩ_φ＜I_B1,I_B2のときとなる。上記（22），（23）式から、測距演算出力I₀は
被写体が比較的近距離では、距離の逆数に比例した直線
関係をもち、被写体が∞では、信号光電流I_p1,I_p2に重
畳したバイアス電流I_B1,I_B2によって決まる値に収束す
ることになる。第17図はこの様子をグラフにしたもの
で、バイアス電流I_B1,I_B2が重畳されていないで信号光
電流I_p1,I_p2のみのときは、∞の被写体距離では演算出
力I₀はに収束する筈だが、実際には、バイアス電流のために収束する。つまり、被写体距離ａの逆数と測距演算出
力I₀がリニアな関係にならず、１個の測距演算出力値が
２個の被写体距離に対応する領域A₂ができてしまい、測
距不可能となる不具合が発生する。

そこで、本発明は前記の事情に鑑みてなされたもの
で、従来より測距範囲を拡大し、また測距精度を向上さ
せた距離検出装置を提供することを目的とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］本発明では上記課題を解決するために、被写体に光束を投射する投光手段と、この投光手段か
ら基線長だけ離れた位置に配置され、上記被写体からの
反射光を受光し、受光位置に応じて１対の光電流を発生
する光電変換素子を有する受光手段とを具備する距離検
出装置において、上記光電変換素子が発生する上記１対の光電流を検出
する検出回路と、上記１対の光電流をそれぞれ流す１対
の対数圧縮ダイオードと、上記１対の圧縮ダイオード
に、上記１対の光電流に加えて１対のバイアス電流を流
すバイアス電流加算手段と、上記１対の対数圧縮ダイオ
ード電圧出力から被写体距離情報を演算して出力する演
算出力回路とを具備し、上記バイアス電流加算手段は、
上記演算出力回路が無限遠被写体の反射光の受光位置よ
り求められる演算出力よりも遠距離側の出力値を出力す
るように、上記バイアス電流を加算することを特徴と
し、また、被写体に光束を投射する投光手段と、この投
光手段から基線長だけ離れた位置に配置され、上記被写
体からの反射光を受光し、受光位置に応じて１対の光電
流を発生する光電変換素子を有する受光手段とを具備す
る距離検出装置において、上記光電変換素子が発生する
上記１対の光電流を検出する検出回路と、上記１対の光
電流をそれぞれ流す１対の対数圧縮ダイオードと、上記
１対の圧縮ダイオードに、上記１対の光電流に加えて１
対のバイアス電流を流すバイアス電流加算手段と、上記
１対の対数圧縮ダイオード電圧出力から被写体距離情報
を演算して出力する演算出力回路とを具備し、上記バイ
アス電流加算手段は、上記演算出力回路が無限遠被写体
の反射光の受光位置より求められる演算出力と略等しい
出力値を出力するように、上記バイアス電流を加算する
ことを特徴とするものであって、更に、上記バイアス電
流加算手段における上記バイアス電流を変更するバイア
ス電流値変更手段を有していることを特徴とし、このバ
イアス電流値変更手段は、上記１対のバイアス電流値の
比を変更することを特徴とするものである。

［作用］本発明の距離検出装置のPSDで代表される光電変換素
子は、第３図（Ａ），（Ｂ）に示すように、無限遠被写
体からの反射光により結像される光点の重心位置が上記
光電変換素子の中心よりも上記投光手段側に配置されて
いるから、第６図に示す従来の距離検出装置のPSDで代
表される光電変換素子が全長2tの半分しか測距に寄与し
ていないのに比し、略全長2t′を有効に使用している。
前述のように、被写体距離の逆数を横軸にとった測距演
算出力の傾きは、それぞれf_J・L/2t,f_J・L/2t′である
から、PSDの測距に寄与する有効長を同一にとれば、本
発明に係る第３図のPSDの全長は、従来例の第６図のPSD
の全長の半分となる。従って、本発明の測距精度は従来
例の測距精度の２倍となる。

次に、上記第３図に示した本発明の距離検出装置の測
距光学系の光学配置の場合のノイズレベルを、第６図に
示す従来の測距光学系の光学配置の場合のノイズレベル
と比較しながら、以下に考察する。

第６図の従来の測距光学系の距離演算出力I₀は、前記
（17）式のノイズ成分の電流I_N1,I_N2を加味すると、となる。ノイズ成分I_N1,I_N2は、その絶対値の最大をI_N
とすると、−I_N〜I_Nまでの間の値をとる。よって、ノイ
ズ成分によって測距演算出力I₀はMax（I₀）〜Min（I₀）
の間の値をとると考えられる。

ここで、光電流I_p1,I_p2はとなる。

そして、第３図に示す本発明の測距光学系の距離演算
出力I₀′は、PSDの第１と第２のアノードから得られる
光電流をI_p1′,I_p2′とし、またその全長を2t′とすれ
ば、ノイズ成分I_Nを加味することによりMax（I₀′）〜M
in（I₀′）の間の値をとることになる。

ここで、I_p1′,I_p2′は、となる。

ここで、上記（25）〜（28）式に、１例として下記の
ような具体的数値ａ＝10m,f_J＝18mm,L＝42mm, Δｘ＝0.5mm,t＝3mm,t′＝1.5mm, I_B1＝100pA,I_B2＝100pA, Ｉ_φ＝600pA,I_N＝100pA を代入すると、 I_p1＝292pA I_p2＝307pA Max（I₀）＝0.634 Min（I₀）＝0.384 となり、ノイズによる不確定幅は Max（I₀）−Min（I₀）＝0.25 となる。そして、本発明に係る（29）式〜（32）式に上
記の従来例と全く同じ具体的数値を代入すると、 I_p1′＝385pA I_p2′＝215pA Max（I₀′）＝0.519 Min（I₀′）＝0.269 となるから、ノイズによる不確定幅は Max（I₀′）−Min（I₀′）＝0.25 となる。つまり、ノイズによる不確定幅はどちらの場合
も同じとなる。しかし、測距精度は前述のように本発明
によれば２倍となる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

本発明の距離検出装置における測距光学系の配置は、
上記第３図（Ａ），（Ｂ）に示す配置が採られる。即
ち、投光素子にはIRED39を、受光素子にはPSD1をそれぞ
れ使用しており、投光レンズ26によって投光素子39から
被写体に向かって投射された投光光軸に平行に、受光レ
ンズ27の主点を通って入射する光線が受光素子１に交わ
る点P₁が、∞の被写体の反射光による結像点の重心位置
である。そして、投光素子39と受光素子１の位置関係
は、第３図（Ａ），（Ｂ）に示されるように、必ず受光
素子１（PSD）の中心P₂が、上記点P₁に対して基線長方
向に沿って投光素子39の反対方向へ距離Δｘだけシフト
しているものとする。光学系をこのように配置すること
によって従来のものよりも測距範囲を拡大し、また測距
精度を向上させることができる。

第１図は、本発明の一実施例を示す距離検出装置の測
距回路の要部の原理的な回路図である。この第１図にお
いては、説明を簡略化するために背景光除去回路等の、
アクティブ型AFに必要な機能を有する部分は、公知であ
るのでこれを省略してある。また測距演算出力電流Icの
ディジタルコード化等のための測距演算出力に通常付加
される回路も公知の技術で様々な組み立てが可能である
ので省略してある。

この実施例は、光電変換素子としてのPSD1と、このPS
D1からの信号光電流を検出する検出回路19と、信号光電
流が重畳されるバイアス電流値を設定するバイアス電流
比設定回路20と、測距演算処理をする演算出力回路29と
で構成されている。

上記検出回路19は、PSD1から出力される第１と第２の
信号光電流I_p1,I_p2をそれぞれ増幅するオペアンプ3,3A
と、このオペアンプ3,3Aに帰還がかけられるように、そ
の出力端がベースに、その反転入力端がエミッタにそれ
ぞれ接続されたトランジスタ2,2Aとから構成されてい
る。そして、上記バイアス電流比設定回路20は、カレン
トミラー回路を形成するトランジスタ30,31,32と、これ
らトランジスタ30,31,32の各エミッタと電源電圧Vccを
供給する電源ラインとの間に接続され、バイアス電流値
を設定する可変抵抗40および抵抗33,34と、上記カレン
トミラー回路を構成するトランジスタ30,31,32に定電流
を供給する定電流源38とから構成されている。また上記
演算出力回路29は、測距演算を行なうためにトランジスタ41,42,44,46および定電流
源43からなる前記第７図に示された距離演算回路と、上
記トランジスタ41,42の各ベースに上記検出回路19の出
力を対数圧縮して供給する圧縮ダイオード11,11Aと、こ
れら圧縮ダイオード11,11Aと上記トランジスタ41,42の
各ベースとの間にそれぞれ接続されたバッファー回路B
_uf5,B_uf6とで構成されている。

このように構成された本実施例の回路では、PSD1の一
方のアノードから出力された第１の光電流I_p1および他
方のアノードから出力された第２の光電流I_p2は、検出
回路19で検出され、圧縮ダイオード11,11Aにそれぞれ注
入される。一方、バイアス電流I_B1,I_B2は、バイアス電
流比設定回路20のトランジスタ31,30のコレクタ電流と
して出力され上記圧縮ダイオード11,11Aに注入される。
従って、圧縮ダイオード11,11Aには、バイアス電流I_B1,
I_B2に重畳した信号光電流I_p1,I_p2がI_p1＋I_B1,I_p2＋I_B2
の形でそれぞれ流れることになる。ここでバイアス電流
I_B1,I_B2の値は抵抗33,40,34の抵抗値の設定によって制
御でき、バイアス電流比I_B2/（I_B1＋I_B2）の値を任意に
設定できる。即ち、本実施例は前述した式（21）〜（2
3）の関係を成立させるものである。バイアス電流I_B1,I
_B2の値は、前記第17図の実線l₀で示された測距演算出力
特性のように、１つの測距演算出力値に２つの被写体距
離が対応することのないように決定される必要があり、
バイアス電流比I_B2/（I_B1＋I_B2）を第２図（Ａ），
（Ｂ）に示すように、演算出力I₀がなる値の近傍またはそれ以下の値をとるように抵抗40,3
3,34の値を設定して決定される。

第４図は、本発明の距離検出装置における測距回路の
具体的な回路例で、上記実施例における検出回路等も含
めて説明する。なお、第５図は、上記第４図中の制御回
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。この距離検出装置は、測距対象に光パルスを投射す
る投光回路部21と、測距対象からの反射光を受光して光
電流を検出、この光電流をバイアス電流に重畳する光電
流検出回路部22と、バイアス電流に重畳された光電流を
流した圧縮ダイオード電圧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。

第４図において、投光回路部21の投光素子である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71,7
4を介して制御回路25の端子T₁に接続されており、このI
RED68から第５図に示される“投光波形”で投射される
赤外光のオン・オフ制御は、制御回路部25の端子T₁の出
力信号（第５図参照）により行なわれる。

光電流検出回路部22はプリアンプ回路部，背景光除去
回路およびバイアス電流比設定回路部から構成されてい
る。PSD1の一方のアノードから得られる第１の光電流I₁
は、光電流検出回路部22のトランジスタ2,8,9,4、オペ
アンプ3,5で構成される回路により前置増幅され、背景
光を除去された後、トランジスタ12,15,18、ダイオード
13,14によって構成されるバイアス電流比設定回路によ
り形成されるバイアス電流に重畳して、対数圧縮ダイオ
ード11に流入される。

PSD1の一方のアノードから得られる第１の光電流I₁を
増幅するオペアンプ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、反転入力端子をベースにそれぞれ接続されて
おり、トランジスタ２のベースの入力インピーダンスは
等価的に数百Ω程度に下げられるため、PSDの光電流比I
₁:I₂に影響を与えることなく上記信号I₁はすべてベース
電流としてベースに入力される。トランジスタ２の電流
増幅率β倍に増幅された信号は、第１のカレントミラー
回路を形成する次段のトランジスタ8,9に供給されるよ
うになっている。そして、トアンジスタ９のコレクタ
は、電流をシンクする定電流源10と背景光除去回路部の
オペアンプ５の非反転入力端子に接続されている。

このオペアンプ５は、非投光時にトランジスタ６が制
御回路部25の端子T₁の出力信号の“H"レベルが抵抗74,7
3を通じて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PSD1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定電流源10の定電流値に応じた一
定値となる。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、PSD1の
一方のアノードから得られる第１の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β
倍されて第１のカレントミラー回路8,9によって折り返
され圧縮ダイオード11に注入される。

トランジスタ12とダイオード11,13,14とは、第２のカ
レントミラー回路を構成し、圧縮ダイオードを兼ねるダ
イオード11のアノードは、上記第１のカレントミラー回
路を構成するトランジスタ９のコレクタに接続されてい
る。カレントミラー回路の性質から、トランジスタ12と
ダイオード11を流れる電流はダイオード13,14を流れる
電流に等しく、またダイオード13,14とトランジスタ15
とはそれぞれ直列に接続されているので、ダイオード11
に流れる電流はトランジスタ15を流れる電流I_B1に等し
い。従って、圧縮ダイオード11に注入される投光時のパ
ルス光電流成分は、トランジスタ15のコレクタ電流I_B1
に相当するバイアス電流に重畳して検出されることにな
る上述の説明と同様に、PSD1の他方のアノードから得ら
れた第２の光電流I₂は、トランジスタ2A,8A,9A,4A、オ
ペアンプ3A,5Aからなる同様の回路で処理され、トラン
ジスタ15Aのコレクタ電流I_B2に相当するバイアス電流に
重畳して圧縮ダイオード11Aのアノードから検出され
る。

トランジスタ15,18およびトランジスタ15A,18Aはそれ
ぞれ第３のカレントミラー回路を形成している。これら
第３のカレントミラー回路の定電流は、トランジスタ3
5,36,37および定電流源38で構成されている第４のカレ
ントミラー回路によって与えられるようになっている。
定電流源38の電流値をI_Bとすれば、カレントミラー回路
の性質から、トランジスタ35,36,37の各コレクタ電流は
何れもI_Bとなる。

トランジスタ36はトランジスタ18と直列に接続されて
いるから、トランジスタ18を流れる電流は上記定電流I_B
である。ところで、一方の第３のカレントミラー回路を
形成しているトランジスタ15と18のエミッタにそれぞれ
抵抗16と可変抵抗17が接続されているので、可変抵抗17
と抵抗16とが等しい抵抗値であれば、トランジスタ15を
流れるバイアス電流I_B1も、上記定電流源38の電流値I_B
に等しくなるが、後述するように、可変抵抗17は被写体
距離に応じた演算出力を補正する目的で可変調整される
ものであるので、一般にはI_B1≠I_Bである。トランジス
タ18Aはトランジスタ35に直列なので、他方の第３のカ
レントミラー回路を構成するトランジスタ15A,18Aを流
れる電流I_B2はI_Bに等しいから、結局、一般的には、I_B1
≠I_B2となる。

即ち、上記可変抵抗17を可変することによりバイアス
電流I_B1を増減することができるので、これによってバ
イアス電流比を任意に設定できることになる。

このようにして、圧縮ダイオード11あるいは11Aのア
ノードに得られた信号電圧は、演算出力回路部23のトラ
ンジスタ41と42のベースに供給される。

演算出力回路部23は、トランジスタ41,42,44〜46と定
電流源43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。差動増幅器を形成しているトラン
ジスタ41,42の各ベースは、上記圧縮ダイオード11と11A
の各アノードに直接、あるいは図示しない緩衝増幅器を
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44〜46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。

ところで、上記ダイオード11,11Aにそれぞれ流れる電
流は、前記PSD1の各アノードから得られた光電流I₁,I₂
と、上記バイアス電流I_B1,I_B2との和である。そこで、
トランジスタ41,42のベースに流入する電流をそれぞれI
_1b,I_2bとすれば、である。

従って、今、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I_Eとすると、となる。この（34）式で示される電流Icは前記（21）式
で示された演算出力に係数I_Eが掛けられたものに相当し
ている。

この（34）式に上記（33）式を代入すれば、となる。

従って、トランジスタ42のコレクタ電流Icを測定すれ
ば被写体までの距離を求めることができることになる。
この電流Icはカレントミラー回路の性質から、トランジ
スタ46のコレクタにも流れ、このトランジスタ46のコレ
クタ電流Icが演算出力となる。この演算出力回路部23で
は、トランジスタ41を流れるコレクタ電流をI_c1とする
と、が成立するように作動する。

ここで、上記バイアス電流I_B1,I_B2は、前述したよう
に、第１の光電流I₁,第２の光電流I₂に重畳してそれぞ
れ圧縮ダイオード11,11Aを流れることになるので、ここ
で電子の電荷をq,絶対温度をT,ボルツマン定数をk,逆方
向飽和電流をIsとすると、サーマルボルテージをV_Tとお
き、簡単のため背景光がないと考えると、被写体距離が
充分に遠くて光電流I₁,I₂が充分に小さいとき、ダイオ
ード11,11Aのアノード電位V₁,V₂は、となる。

つまり、この場合、圧縮ダイオード11,11Aのアノード
の電位はバイアス電流I_B1,I_B2のみによって定まること
になる。従って、このときの演算出力Icは上記（35）式
からとなる。

次に、被写体が充分に近くて、PSD1からの光電流I₁,I
₂がバイアス電流I_B1,I_B2に比して大きな場合には、圧縮
ダイオード11,11Aのアノードの電位V₁,V₂は、となるので、この場合、上記（35）式からとなる。

従来の測距回路においては、I_B1≒I_B2としていたので
演算出力Icはとなるものであったが、この実施例では、バイアス電流
I_B2を定電流源38のI_Bに等しく一定とし、バイアス電流I
_B1についてはトランジスタ15,18と抵抗値R₁の抵抗16お
よび抵抗値R₂の可変抵抗17によって、なる関係式を満足するように可変抵抗17を調整してい
る。こうすることにより、バイアス電流比を任意に設定して、演算出力が被写体距離の逆数に、測
距範囲の全域に亘って比例するものとしている。なお、
本実施例では可変抵抗を用いて調整しているが、必ずし
も調整することが必要なのではなく、予め決められたバ
イアス電流比に固定されるよう固定抵抗としても良い。

カウント回路部24は、上記トランジスタ46のコレクタ
電流から測距演算出力のバックグランド成分を除去した
成分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。

測距演算出力のバックグラウンド成分を記憶し保持す
る回路を制御するトランジスタ48は、ベースが抵抗75を
介して制御回路部25の端子T₂に接続されており、制御回
路部25の端子T₂の出力信号（第５図参照）によりオン，
オフ制御される。つまり、非投光時に上記トランジスタ
48がオンするようになっている。トランジスタ48がオン
のときは、オペアンプ47,トランジスタ50およびコンデ
ンサ49よりなるフィードバックループにより、トランジ
スタ50には上記（35）式で与えられるコレクタ電流Icが
流れ、トランジスタ50とトランジスタ51はカレントミラ
ー回路を形成しているので、このときトランジスタ51に
も電流Icが流れる。そして、このときコンデンサ49には
背景光に相当する電荷が蓄えられるが、非投光時の電流
IcはI₁＝I₂＝０であるので、このとき前述したように前
記（35）式より、コンデンサ49に蓄えられる電荷は、ト
ランジスタ50,51が下記の電流量をグランドに排出する
だけのものが貯えられることとなる。

つまり、トランジスタ51は被写体距離∞時の演算出力
をグランドに排出する役割を果す。投光時には、トラン
ジスタ48がオフしてオペアンプ47が不動作となるからコ
ンデンサ49の保持電荷によってトランジスタ51の排出電
流量は保持されることになる。

このようにして、コンデンサ52には、投光ごとに有限
被写体距離時の演算出力から∞被写体距離時の出力を引
いた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（第５図参照）により、トラ
ンジスタ54は、オンしてコンデンサ52の電位を基準電圧
Vref1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。

所定回数の投光が終ると、第５図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、つまり、第５図に示す端
子T₅がが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Vref1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と抵抗58,59とトランジスタ57,60に
よって決定される。抵抗59は可変抵抗であって、これを
変化させることによって任意のディスチャージ速度を設
定できる。このようにして被写体距離に応じた出力を制
御回路部25内のカウンタのカウント値として得ることが
できる。

ところで、上記距離検出装置において、可変抵抗17の
調整は、次のような手順で行なわれる。

（イ）比較的近距離の２箇所を測距して、被写体距離が
a₁のときのカウント値をc₁とし、a₂のときのカウント値
をc₂とする。

（ロ）∞カウント値の演算を行ない、∞カウント値ｃ_∞
をにより求める。この（41）式は、２箇所の測距値（1/
a₁,c₁）、（1/a₂,c₂）から第２図（Ａ）に示すような直
線l₅を求め、∞の測距値、つまり縦軸との交点P₁の座標
を計算するための計算式である。

（ハ）受光部を遮光してカウント値がｃ_∞に略等しくな
るように可変抵抗17を調整する。

以上が、この距離検出装置における可変抵抗17の調整
法である。

また、上記実施例では、説明の都合上、受光素子とし
てPSDを用いて説明したが、この受光素子はこれに限ら
れるものではなく、例えばSPD（シリコン・フォト・ダ
イオード）を２分割してSPD₁,SPD₂としたもの等を使用
してもよい。即ち、この場合には２分割されたSPD₁,SPD
₂にわたる受光スポット像の光量が半々になる位置が、P
SDの中心位置に相当することになる。このことを考慮し
て光学配置を行なえばよい。

更にまた、上記実施例では、演算式を用いた例で説明したが、前記第９図を用いて演算式で測距する場合には、バイアス電流比付近になるように調整すれば良いこと勿論である。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、検出回路のバイア
ス電流と受光素子と投光素子間のシフト量Δｘにより引
き起こされる測距演算出力の歪みにより測距不能となる
欠点が解決されるため、従来のものよりも測距精度およ
び測距レンジが大幅に改善されるという顕著な効果が発
揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す距離検出装置の測距
回路の要部の回路図、第２図（Ａ），（Ｂ）は、上記第１図における被写体距
離の逆数に対する演算出力の関係を示す線図で、（Ａ）
はバイアス電流比を被写体距離ａが∞のときの測距演算出力I₀の理論値より上方に、（Ｂ）は下方にそれぞれ選定した場合の線
図、第３図（Ａ），（Ｂ）は、本発明の距離検出装置におけ
る測距光学系の配置図、第４図は、本発明の距離検出装置における測距回路の具
体的な回路図、第５図は、上記第４図における制御回路部から出力され
る各信号のタイミングチャート、第６図は、本発明に用いられる三角測距の原理を説明す
るための概略図、第７図は、従来の距離検出装置における距離演算回路の
一例を示す回路図、第８図は、上記第７図における演算出力−被写体距離の
関係を示す特性線図、第９図は、従来の距離検出装置における距離演算回路の
他の例を示す回路図、第10図は、上記第９図における演算出力−被写体距離の
関係を示す特性線図、第11図は、従来の距離検出装置における距離演算回路の
更に他の例を示す回路図、第12図は、上記第11図における演算出力−被写体距離の
関係を示す特性線図、第13図，第14図は、従来の距離検出装置における光電流
検出回路にランダムノイズが重畳された場合の演算出力
−被写体距離の関係を示す特性線図で、第13図は傾斜の
小さい場合、第14図は大きい場合をそれぞれ示す線図、第15図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は、三
角測距の原理を説明するもので、（Ａ）は従来例、
（Ｂ）は基線長を２倍にした場合、（Ｃ）は受光レンズ
の焦点距離を２倍にした場合、（Ｄ）はPSDの全長を半
分にした場合、（Ｅ）はPSDの中心を投光手段から遠ざ
かる方向にシフトした場合、をそれぞれ示す説明図、第16図は、PSDを上記第15図（Ｅ）のように配置した場
合に生じる問題点を説明するための信号光検出および測
距演算回路の要部の回路図、第17図は、上記第16図における被写体距離が∞に近い場
合の演算出力−被写体距離の関係を示す特性線図であ
る。１……PSD（受光手段） 19……検出回路 20……バイアス電流比設定回路 26……投光レンズ（投光手段） 27……受光レンズ（受光手段） 28……被写体 29……演算出力回路 39……投光素子（投光手段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体に光束を投射する投光手段と、この
投光手段から基線長だけ離れた位置に配置され、上記被
写体からの反射光を受光し、受光位置に応じて１対の光
電流を発生する光電変換素子を有する受光手段とを具備
する距離検出装置において、上記光電変換素子が発生する上記１対の光電流を検出す
る検出回路と、上記１対の光電流をそれぞれ流す１対の対数圧縮ダイオ
ードと、上記１対の圧縮ダイオードに、上記１対の光電流に加え
て１対のバイアス電流を流すバイアス電流加算手段と、上記１対の対数圧縮ダイオード電圧出力から被写体距離
情報を演算して出力する演算出力回路と、を具備し、上記バイアス電流加算手段は、上記演算出力回路が無限
遠被写体の反射光の受光位置より求められる演算出力よ
りも遠距離側の出力値を出力するように、上記バイアス
電流を加算することを特徴とする距離検出装置。
【請求項２】被写体に光束を投射する投光手段と、この
投光手段から基線長だけ離れた位置に配置され、上記被
写体からの反射光を受光し、受光位置に応じて１対の光
電流を発生する光電変換素子を有する受光手段とを具備
する距離検出装置において、上記光電変換素子が発生する上記１対の光電流を検出す
る検出回路と、上記１対の光電流をそれぞれ流す１対の対数圧縮ダイオ
ードと、上記１対の圧縮ダイオードに、上記１対の光電流に加え
て１対のバイアス電流を流すバイアス電流加算手段と、上記１対の対数圧縮ダイオード電圧出力から被写体距離
情報を演算して出力する演算出力回路と、を具備し、上記バイアス電流加算手段は、上記演算出力回路が無限
遠被写体の反射光の受光位置より求められる演算出力と
略等しい出力値を出力するように、上記バイアス電流を
加算することを特徴とする距離検出装置。
【請求項３】上記バイアス電流加算手段における上記バ
イアス電流を変更するバイアス電流値変更手段を有して
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載の距離検出装置。
【請求項４】上記バイアス電流値変更手段は、上記１対
のバイアス電流値の比を変更することを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の距離検出装置。