JP2684574B2

JP2684574B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP2684574B2
Application number: JP1257164A
Authority: JP
Inventors: 秀夫高
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1989-10-03
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JPH03119307A; US5148011A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の利用分野）本発明は、対象物に測距信号を投射し、その反射信号
を受信することにより対象物までの距離を測定するいわ
ゆるアクティブ方式の測距装置の改良に関するものであ
る。

（発明の背景）従来のこの種の装置の回路構成を第10図に示す。尚、
ここでは該測距装置がカメラに配置された場合を想定し
ている。

第10図において、101は後述するタイミングパルスを
出力し、コンパレータの出力を入力することにより測距
演算を行う制御回路、102は制御回路101から出力される
タイミングパルスを入力し、後述の投光手段を駆動する
駆動回路、103は赤外発光ダイオード等の投光手段であ
る。104は前記投光手段103より投光された光束の被写体
での反射光を受光する半導体位置検出装置等の受光手段
であり、被写体距離に応じて変化する信号電流I_A,I_Bを
出力する。105は、前記受光手段104よりの信号電流I_A,I
_Bを入力し、制御回路101からの信号に応じて、まずI
_Aを、次いで（I_A＋I_B）を選択出力する切換手段であ
る。106は切換手段105よりの信号を増幅する増幅器、10
7は制御回路101より出力される投光タイミングに同期し
たタイミングパルスに応じて前記増幅器106よりの信号
を積分する同期積分回路である。108は前記同期積分回
路107よりの信号電圧V₀と定電圧V₁とを比較するコンパ
レータ、109は前記信号電圧V₀と定電圧V₂とを比較する
コンパレータであり、これらコンパレータ108,109の各
出力は制御回路101に入力される。

上記構成において、同期積分回路107は第11図に示す
ように、まず所定時間Ｔの間、切換手段105によって選
択された信号電流I_Aを積分する。この結果、所定時間Ｔ
経過後の信号電圧V₀は（V₁＋ｋ・I_A・Ｔ）となる。ここ
で、V₁は積分開始時の基準電圧であるところの定電圧、
ｋは積分定数である。次に、前記積分値を切換手段105
によって選択される和の信号電流（I_A＋I_B）により、信
号電圧V₀が定電圧V₁と同じ電圧になるまで逆積分する。
この逆積分に要する時間をｔとすれば、ｋ・I_A・Ｔ＝ｋ（I_A＋I_B）ｔが成り立つので、時間ｔは被写体距離により決まる時間
となる。制御回路101はコンパレータ108の出力を監視し
ながら、この時間ｔを計測することで、、被写体距離を
算出する。

又、被写体が無限遠の風景等の場合には、投光手段10
3の投射光の反射光は受光手段104に入力されないので、
第12図のように、所定時間Ｔ経過後の同期積分回路107
よりの信号電圧V₀は定電圧V₁と等しい。図示の通り定電
圧V₂は、V₂＞V₁のように設定されており、所定時間Ｔ経
過後、コンパレータ109の出力は“H"レベルとなり、こ
れにより制御回路101は被写体が無限遠であると判断す
る。

上記説明ではノイズの影響を無視していたが、実際に
は受光手段104の素子ノイズや増幅器106で発生するノイ
ズ等が有る為に、所定時間Ｔ経過後の同期積分回路107
よりの信号電圧V₀は第13図或は第14図のように、V₁＋
（ｋ・I_A・Ｔ）−V_NからV₁＋（ｋ・I_A・Ｔ）＋V_Nまでの
範囲でランダムにバラついてしまう。従って、逆積分に
より、V₀＝V₁となる時間ｔもt₁からt₂までの間でバラつ
いてしまう。このことは正確な測距結果が得られないこ
とを意味する。被写体が近い場合や被写体の反射率が高
い場合は、第13図のように（ｋ・I_A・Ｔ）に対してV_Nが
小さく、時間ｔに対するt₁,t₂の差が少ないので、測距
結果が異なっても撮影レンズの被写界深度でカバーする
ことが可能であるが、被写体が遠い場合や被写体の反射
率が低い場合には、第14図のように（ｋ・I_A・Ｔ）に対
してV_Nが大きくなり、時間ｔに対するt₁,t₂の差も大き
くなるので、被写界深度ではカバーできなくなり、その
結果ピントボケとなる。そこで、このピントボケを防ぐ
為に定電圧V₂を定電圧V₁に対してより高い電圧に設定す
ることが必要になる。つまり、定電圧V₂を越えるような
信号電圧V₀であれば、（ｋ・I_A・Ｔ）に対してV_Nはある
程度以下である事が期待されるので、被写界深度内に収
めることができる。

しかしながら、定電圧V₂を定電圧V₁に対してより高く
設定することは、反面測距可能な被写体距離がより近距
離までとなるので、近年の長焦点距離を含むズームカメ
ラや２焦点カメラなどでは、（ｋ・I_A・Ｔ）に対するV_N
を小さくし、より遠距離まで測距することを可能にする
ことが必要となっている。この為には（ｋ・I_A・Ｔ）を
大きくする事が考えられるが、これでは高出力の赤外発
光ダイオードを使ったり、大きな投光レンズを使ったり
する必要があることから、カメラのコストアップや大型
化を招くことになる。又、V_Nをより小さな値とすること
が考えられるが、これはカメラとして必要な回路定数が
決まると物性的に必ず発生するノイズなので、極端な減
少は望めない。

（発明の目的）本発明は、以上の事情に鑑み為されたもので、装置の
大型化を招くこと無く、測距可能な距離範囲を拡大する
ことのできる測距装置を提供しようとするものである。

（発明の特徴）上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明
は、所定周期でオンオフする投射手段から投射された測
距信号の反射信号を受信し、前記オンに同期した前記反
射信号の受信信号と前記オフに同期した前記反射信号の
受信信号を合成して測距対象までの距離を検出する測距
装置において、前記反射信号の受信結果が所定範囲内の
場合に該反射信号の受信位置に従って前記測距対象まで
の距離を判定する第１の判定手段と、前記反射信号の受
信結果が前記所定範囲内に無い場合に該反射信号の受信
信号レベルの大小に基づいて前記測距対象までの距離を
判定する第２の判定手段とを有することを特徴とするも
のである。

また、上記目的を達成するために、請求項２記載の本
発明は、投射された測距信号の反射信号を受信し、該受
信信号を積分及び逆積分して測距対象までの距離を検出
する測距装置において、前記反射信号の受信結果が所定
範囲内の場合に該反射信号の受信位置に従って前記測距
対象までの距離を判定する第１の判定手段と、前記反射
信号の受信結果が前記所定範囲内に無い場合に該反射信
号の受信信号レベルの大小に基づいて前記測距対象まで
の距離を判定する第２の判定手段とを有することを特徴
とするものである。

（発明の実施例）第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図であり、
第２図はその動作を示すフローチャートである。

第１図において、１は受光手段であるところの半導体
位置検出装置（以下PSDと記す）、２は制御回路28から
の信号を入力とするインバータ、３は同じく信号を
入力とするスイッチ、４はインバータ２の出力を入力と
するスイッチであり、前記信号が“H"レベルの時、ス
イッチ３はオン、スイッチ４はオフとなり、PSD1により
出力される信号電流I_Aは後述する増幅器に入力され、信
号電流I_Bは定電圧源V_Cに接続される。又、前記信号が
“L"レベルの時、スイッチ３はオフ、スイッチ４はオン
となり、PSD1より出力される信号電流I_A、I_Bは共に後述
の増幅器に入力される。つまり、前記インバータ２とス
イッチ3,4は切換手段を構成している。又５はオペアン
プ、６は抵抗であり、これらにより前記切換手段よりの
信号電流を電圧に変換する増幅器を構成している。

７はコンデンサ、８はオペアンプ、9,10,11は抵抗で
あり、不図示の赤外発光ダイオードの点滅により変化す
るオペアンプ５の出力を増幅する交流増幅器を構成す
る。12はオペアンプ、13,14,15は抵抗で、抵抗13及び抵
抗14の抵抗値は等しく設定されており、これらで反転増
幅器を構成する。16,17は抵抗、18,19はスイッチであ
り、これらは赤外発光ダイオードの点滅周期に同期して
“H"“L"となる信号又は信号の入力によりオンオフ
する。20はオペアンプ、21はコンデンサであり、前記ス
イッチ18又は19がオンすることにより抵抗16又は17を介
して入力されるオペアンプ８又はオペアンプ12の出力を
積分する同期積分器を構成している。22,23,24はコンパ
レータであり、定電圧V_C、分圧抵抗25〜27により生成さ
れる定電圧V₂′,V₂と前記オペアンプ20よりの信号電圧V
₀をそれぞれ比較してマイクロコンピュータ等で構成さ
れる制御回路28に信号，，として出力する。

次に、上記構成の動作について第２図のフローチャー
トを用いて説明する。

定電圧KVC−V_Cで逆バイアスされたPSD1上に被写体の
反射光が入射することにより、信号電流I_A及びI_Bが出力
される。始めは信号が“H"レベルであり、よって信号
電流I_Aのみが抵抗６に流れ、オペアンプ５の出力側にこ
れを電圧に変換した信号が発生する。該オペアンプ５よ
りの信号は交流増幅器で増幅され、反転増幅器で反転さ
れる。

ここで、赤外発光ダイオードが点灯すると、オペアン
プ５の出力は下降し、オペアンプ８の出力は上昇し、オ
ペアンプ12の出力は下降する。逆に赤外発光ダイオード
が消灯すると、オペアンプ５の出力は上昇し、オペアン
プ８の出力は下降し、オペアンプ12の出力は上昇する。
従って、赤外発光ダイオードが消灯した時に信号が
“H"レベルになり、点灯時に信号“H"レベルになる
と、抵抗16,17を介してコンデンサ21は上昇方向に積分
され続ける（第２図ステップ１）。これを所定時間Ｔ続
けた後に（ステップ2,3）、コンパレータ23及び24より
の信号，から制御回路28は被写体が無限か否かの判
定を行う（詳細は後述する）。その結果、無限でない場
合は、赤外発光ダイオードが点灯時に信号が“H"レベ
ルになり、消灯時に信号が“H"レベルになるので、コ
ンデンサ21は逆方向に積分される（ステップ８）。制御
回路28は、該逆積分開始から信号電圧V₀が基準の定電圧
V_Cに達するまでの時間ｔをコンパレータ22よりの信号
を監視しながら計測することにより、測距演算を行う
（ステップ９〜11）。

次に、前述したコンパレータ23及び24よりの信号，
による無限の判定に関しての詳細を説明する。

従来例の説明で述べたノイズの影響を考慮した無限判
定用の電圧（第14図のV₂−V₁）が第１図における分圧抵
抗26及び27の接続点の電圧V₂−V_Cに相当する。つまり、
所定時間Ｔの上昇積分終了後、コンパレータ24の出力で
あるところの信号が“L"レベルの場合には、ノイズV_N
の影響により下降積分時間ｔがバラついても被写界深度
でカバーできる測距誤差に収まる。

しかし、上記信号“H"レベルの場合には測距誤差が
大きくなるので、制御回路28は次にコンパレータ23の出
力を確認する。被写体が風景のような本当の無限の場合
（これを無限遠と記す）は、第３図のように信号電圧V₀
は所定時間Ｔ経過後で（V₁±V_N）なので、コンパレータ
23の定電圧（分圧抵抗25及び26の接続点電圧）を、V_Nを
カバーするV₂′に設定しておけば、該コンパレータ23よ
りの信号は“H"レベルとなる。又、被写体が測距誤差
が大きくなる程遠いが本当の無限でない場合（これを遠
距離と記す）は、信号が“L"レベルとなる。

このことにより、コンパレータ23及び24よりの信号
，から無限側の撮影レンズの制御位置を本当の無限
遠と測距精度を保証できない遠距離との２ポイントにす
ることが可能となり、これにしたがって制御回路28はピ
ント制御を行うことになる。

このことを第２図を用いて更に詳述すると、制御回路
28は、まずステップ４において信号が“H"か否かを判
断し、“H"すなわち無限であればステップへと分岐し、
ここで信号が“H"か否かを判断する。その結果、信号
が“L"であれば、測距精度を保証出来ない遠距離と判
定し、信号も“H"であった場合には、本当の無限遠と
判定する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す回路図であり、
第５図はその動作を示すフローチャートである。

第４図において、第１図と同じもの又は同様なもの
は、同じ番号又は′を付記している。

30はオペアンプ、31,32,33,34は抵抗であり、これら
で加算器を構成している。35はオペアンプ、36,37,38,3
9は抵抗であり、これらで減算器を構成している。従っ
て、オペアンプ20は和の信号電流（I_A＋I_B）に関する積
分を行い、オペアンプ20′は差の信号電流（I_A−I_B）に
関する積分を行う。40はA/Dコンバータであり、オペア
ンプ20よりの信号電圧又はオペアンプ20′よりの信号電
圧をA/D変換する。

次に、上記構成の動作について第５図のフローチャー
トを用いて説明する。

通常の測距は、（I_A＋I_B）及び（I_A−I_B）に関する積
分を行いながら、オペアンプ20よりの信号電圧V₀をA/D
変換する（ステップ21）。このA/D変換値が所定の値Ｎ
になった時のオペアンプ20′よりの信号電圧V₀′のA/D
変換値により、制御回路28は距離を演算する。

しかし、被写体が遠い場合は、オペアンプ20よりの信
号電圧V₀がなかなか所定値Ｎに達しない。所定時間Ｔを
経過しても所定値Ｎに達しない時は（ステップ22,2
3）、その時点でのオペアンプ20よりの信号電圧のA/D値
を制御回路28が所定値Ｎより小さいＭと比較する事によ
り（ステップ24）、被写体が測距誤差を生じる程遠いが
無限遠ではない場合か、風景のような無限遠かを区別す
ることが可能となる。つまり、ステップ24において、信
号電圧V₀のA/D値が所定値Ｎより小さいと判断した場合
は、ステップ25において無限遠と判定し、所定値Ｎより
大きいと判断した場合は、ステップ26において遠距離と
判定する。

第６図は本発明の第３の実施例を示すブロック図であ
り、第７図はその動作を示すフローチャートである。

第６図において第１図と同じもの、又は同様なものは
同じ番号を付記している。

1_A,1_Bは２分割されたフォトダイオードであり、各々
に流れる信号電流I_A,I_Bは第１図のPSDと同様の関係で、
被写体距離によって変わる。

次に、上記構成の動作を第７図のフローチャートを用
いて説明する。

通常の測距は第１図実施例の説明で述べたものと同様
に行われる。

しかし、被写体が風景のような無限遠の場合、つまり
ステップ34にて信号が“H"であると判断されるような
場合には、第８図に示すように、所定時間Ｔ経過後の上
昇積分出力（V₀）は定電圧V₂以下なので、制御回路41は
その後さらに所定時間Ｔ′の期間、上昇積分を続ける
（ステップ35,36）。しかし、該所定時間Ｔ′経過後も
該積分出力は定電圧V₂以下（信号は“H"）なので、制
御回路41はステップ38からステップ39へ分岐し、ここで
本当の無限遠だけと判断する。

一方、被写体が測距誤差を生じる程遠いが、無限遠で
はない場合には第９図に示すように、所定時間Ｔ経過後
の上昇積分出力（V₀）は定電圧V₂以下だが、その後さら
に所定時間Ｔ′の上昇積分を続けた後には定電圧V₂以上
（信号が“L"）となるので、制御回路41はステップ38
からステップ40へ分岐し、ここで本当の無限遠ではな
く、測距精度が保証できない遠距離だと判断する。

本実施例によれば、測距精度を保証できない距離を複
数に、つまり従来では無限と判断していた距離範囲を、
反射光の強弱により、測距精度を全く期待できない本当
の無限遠と、測距精度をある程度は期待できる遠距離と
に分割する手段を設け、これによりピント制御を行うよ
うにしている為、コストの高い高出力の赤外発光ダイオ
ードを使ったり、大きな投光レンズを使うことによる装
置の大型化を招くこと無く、測距可能な距離範囲をより
遠距離まで拡大することができる。

（発明と実施例の対応）以上の実施例において、ステップ１〜4,8〜11、ステ
ップ21〜23,27,28及びステップ31〜34,41〜45の動作を
行う回路部分が請求項１記載の本発明の第１の判定手段
に、ステップ５〜７、ステップ24〜26及びステップ35〜
40の動作を行う回路部分が請求項１記載の本発明の第２
の判定手段に、それぞれ相当する。また、ステップ１〜
4,8〜11及びステップ31〜34,41〜45の動作を行う回路部
分が請求項２記載の本発明の第１の判定手段に、ステッ
プ５〜７及びステップ35〜40の動作を行う回路部分が請
求項２記載の本発明の第２の判定手段に、それぞれ相当
する。

（変形例）第１〜３の本実施例では、測距精度が保証できなくな
る距離を２つの距離に分割したが、コンパレータの比較
レベルを３つ以上、A/D結果の比較値を３つ以上、上昇
積分の継続時間を３種以上持つことにより分割数を３つ
以上にすることも可能である。

また、第１の実施例では、コンパレータを３つ設けて
いるが、１つのコンパレータで比較の基準電圧をスイッ
チを用いて３つに切換えても同様の効果が得られる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、装置の大型化
を招くこと無く、測距可能な距離範囲を拡大することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図は
その動作を示すフローチャート、第３図は第１の実施例
における本当の無限遠と判定する場合の出力波形を示す
図、第４図は本発明の第２の実施例を示す回路図、第５
図はその動作を示すフローチャート、第６図は本発明の
第３の実施例を示す回路、第７図はその動作を示すフロ
ーチャート、第８図は第３の実施例における本当の無限
遠と判定する場合の出力波形を示す図、第９図は第３の
実施例における測距精度を保証できない遠距離での出力
波形を示す図、第10図は従来装置の構成を示すブロック
図、第11図は同じく従来装置における測距可能距離での
理想的な出力波形を示す図、第12図は同じく従来装置に
おける測距不可能距離での出力波形を示す図、第13図は
同じく従来装置における測距精度を保証できる距離或は
反射率での出力波形を示す図、第14図は同じく従来装置
における測距精度を保証できない距離或は反射率での出
力波形を示す図である。１……PSD、22〜24……コンパレータ、25〜27……分圧
抵抗、28……制御回路、40……A/Dコンバータ、41……
制御回路、108,109……コンパレータ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定周期でオンオフする投射手段から投射
された測距信号の反射信号を受信し、前記オンに同期し
た前記反射信号の受信信号と前記オフに同期した前記反
射信号の受信信号を合成して測距対象までの距離を検出
する測距装置において、前記反射信号の受信結果が所定
範囲内の場合に該反射信号の受信位置に従って前記測距
対象までの距離を判定する第１の判定手段と、前記反射
信号の受信結果が前記所定範囲内に無い場合に該反射信
号の受信信号レベルの大小に基づいて前記測距対象まで
の距離を判定する第２の判定手段とを有することを特徴
とする測距装置。
【請求項２】投射された測距信号の反射信号を受信し、
該受信信号を積分及び逆積分して測距対象までの距離を
検出する測距装置において、前記反射信号の受信結果が
所定範囲内の場合に該反射信号の受信位置に従って前記
測距対象までの距離を判定する第１の判定手段と、前記
反射信号の受信結果が前記所定範囲内に無い場合に該反
射信号の受信信号レベルの大小に基づいて前記測距対象
までの距離を判定する第２の判定手段とを有することを
特徴とする測距装置。