JP2960271B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換素子を使用
し、三角測量の原理により被測距物体までの距離を測定
する測距装置に関し、特に光電変換素子の出力する光電
流より信号光以外のいわゆる定常光に対応する定常光電
流を除去する電流除去回路に特徴を有し、かつ得られた
距離情報に応じて撮影光学系の位置を制御するいわゆる
自動焦点調節装置への適用に極めて有効な測距装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光源から赤外光を被測距物体に向けて照
射し、その反射光を二分割センサ、多分割センサあるい
は半導体位置検出素子（Position Sensitive Device，
以下、ＰＳＤと記す）等のいわゆる光電変換素子を用い
て検出し、三角測量の原理により上記被測距物体までの
距離を測定する測距装置は、例えばカメラの自動焦点調
節装置用等において周知であり、種々のものが提案、実
用化されている。

【０００３】図２は、光電変換素子としてＰＳＤ６を用
いた従来より周知の測距装置の基本構成を示す略構成図
である。

【０００４】図２からも明らかなように、ＰＳＤ６を用
いた従来より周知の測距装置は、赤外光を投光する例え
ば赤外発光ダイオードである投光光源２およびこの投光
光源２から射出される赤外光を集光して被測距物体４に
向けて照射させる投光レンズ３からなる投光手段１と、
受光面における入射位置、入射光量に対応した２種の光
電流を出力するＰＳＤ６およびこのＰＳＤ６の受光面上
に被測距物体４からの反射光を集光する受光レンズ７か
らなる受光手段５とから構成されている。

【０００５】また、上記のような測距装置においてＰＳ
Ｄ６の出力する２種の光電流より太陽光等の背景光に基
づく光、いわゆる投光手段１より照射した赤外光に基づ
く信号光以外の定常光に対応する定常光電流を除去する
回路構成についても周知であり、例えば、図３は実開平
１−１４０１１６号公報の第３図に開示された電流除去
回路８を含むＰＳＤ６の信号処理回路Ａを示す電気回路
図である。

【０００６】なお、電流除去回路８はスイッチ素子であ
るＮＰＮトランジスタ９と抵抗１０とを直列接続した直
列体から形成され、また、図３に示した電流除去回路８
を含む信号処理回路ＡはＰＳＤ６の一方の電極６ａに接
続されているが、他方の電極６ｂにも同一構成の電流除
去回路を含む信号処理回路Ａが接続されている。

【０００７】図３に示した信号処理回路Ａにおいて、図
示していない投光手段を動作させない時、スイッチ１５
はオン状態に設定され、ＮＰＮトランジスタ１１、バッ
ファ１３、演算増幅器１４、スイッチ１５およびＮＰＮ
トランジスタ９によって閉ループが形成される。なお、
演算増幅器１２は、一方の端子に入力されている基準電
圧Ｖｒ１およびトランジスタ９のコレクタ電圧に基づい
てトランジスタ１１のエミッタ電位を制御し、このトラ
ンジスタ１１のコレクタ電流が一定値以上になることを
防止するためのものである。

【０００８】したがって、ＰＳＤ６に信号光以外の定常
光が入射した場合、該定常光に基づきＰＳＤ６の両端電
極６ａ，６ｂから取り出される定常光電流の大部分が電
流除去回路８によって除去されると共に、除去されない
電流がトランジスタ１１にて増幅され、コレクタ電圧に
変換された後、バッファ１３を介して電圧Ｖｃとして演
算増幅器１４および図示していない距離信号発生手段に
供給される。

【０００９】演算増幅器１４は、電圧Ｖｃと基準電圧Ｖ
ｒ２との差分に基づきその出力電圧を変化し、一方、か
かる演算増幅器１４の出力電圧はトランジスタ９のベー
スに供給される。

【００１０】したがって、電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒ２以
下に降下するとトランジスタ９のコレクタ電流が増大せ
しめられてその降下が抑制され、逆に電圧Ｖｃが基準電
圧Ｖｒ２以上に上昇するとトランジスタ９のコレクタ電
流が減少せしめられてその上昇が抑制されることにな
る。すなわち、電圧Ｖｃは基準電圧Ｖｒ２に基づいて負
帰還制御され、よって電圧Ｖｃは一定に保たれ、換言す
ると電流除去回路８を介して除去される電流量が一定に
保たれることになる。

【００１１】なお、この時、ホールドコンデンサ１６に
は演算増幅器１４からトランジスタ９のベースに供給さ
れる出力電圧が充電され、すなわちホールドコンデンサ
１６は定常光のレベルに応じた電圧値に充電されてい
る。

【００１２】ここで、スイッチ１５を開いて図示してい
ない投光手段を動作させると、抵抗１０を介して流れる
トランジスタ９のコレクタ電流はホールドコンデンサ１
６によりホールドされているので変化なく、トランジス
タ１１のコレクタ電流、すなわち定常光電流が除去され
たＰＳＤ６の出力する光電流の内の増加分である信号光
電流は電圧変換され、バッファ１３を介して図示してい
ない距離信号発生手段に供給されることになる。

【００１３】上記動作はＰＳＤ６の両端電極６ａ，６ｂ
から出力される光電流に対して行われ、よって距離信号
発生手段はバッファ１３を介して供給された２種の電圧
信号のレベル比に基づき被測距物体までの距離信号を演
算、出力することになる。

【００１４】なお、実開平１−１４０１１６号公報に開
示された測距装置は、上述したような電流除去回路８
は、トランジスタ９のエミッタ側に接続されている抵抗
１０の値を大きくするとＰＳＤ６より出力される光電流
から除去できる電流分が小さくなり、よって被測距物体
の輝度が高輝度の場合には定常光電流を充分に除去でき
なくなり測距精度が悪くなってしまう問題点を有し、逆
に上記抵抗１０の値を小さくすると通電電流が同じ場合
でも抵抗値が大きい場合に比してその端子間電圧ひいて
はトランジスタ９のベースにかかるバイアスが低くなる
ためノイズの影響を強く受け、やはり測距精度が悪くな
る問題点を有していることを考慮して形成され、具体的
には被測距物体の輝度に応答して除去できる電流値を切
換えることにより、すなわち高輝度時においてはトラン
ジスタ９のエミッタ側の抵抗値を小さく設定して定常光
電流を充分に除去すると共に、低輝度時においてはトラ
ンジスタ９のエミッタ側の抵抗値を大きく設定してノイ
ズの影響を受けにくくし、距離測定動作の精度を向上さ
せるものである。

【００１５】また、他に、上述したような電流除去回路
８にあってはスイッチ１５の開放後にホールドコンデン
サ１６の充電電荷が放電されることは明らかであり、す
るとトランジスタ９のベース電位が下降し、同時にコレ
クタ電流も変動することになり、しかもその電流変動量
は定常光電流が大きいほど多く、かかる変動量が信号光
電流に重畳され、以降の演算処理に使用されてしまうこ
とになり、換言すればトランジスタ９によって除去され
る定常光電流が、ホールドコンデンサ１６の充電電荷の
放電によるトランジスタ９のベース電位の下降により減
少し、一方その減少分が上記電流変動量に該当すること
は明らかであり、よってトランジスタ９にて除去できな
くなった電流は信号光電流に重畳され、出力されてしま
うことになり、被測距物体が無限遠距離にあり信号光電
流がなく、かつ定常光電流の値が大きい場合、正確に無
限遠距離を判別できない問題点を考慮してなした測距回
路も、特開平４−１９１６１１号公報にて知られてい
る。該公報に開示の測距回路は、具体的にはＰＳＤ６の
中心と受光光軸とをＰＳＤ６の投光源側の電極から

【００１６】

【数２】

【００１７】の位置に上記受光光軸が位置するようにず
らせて配置すると共に、投光源側の電極に接続される定
電流除去回路８のホールドコンデンサ１６の容量値をＣ
１、トランジスタ９のエミッタ側に接続された抵抗１０
の抵抗値Ｒ１、他方の電極に接続される定電流除去回路
８のホールドコンデンサ１６の容量値をＣ２、トランジ
スタ９のエミッタ側に接続された抵抗１０の抵抗値Ｒ２
とした時、

【００１８】

【数３】

【００１９】なる条件を満足するように設定したもので
ある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】以上、光電変換素子を
用いた三角測量方式の測距装置における定常光電流の除
去構成等について述べたが、光電変換素子に入射する光
の輝度についてさらに詳細に見てみると、依然として以
下のような不都合を生じる恐れを有している。

【００２１】前述した２つの従来例も光電変換素子に入
射する光の輝度を考慮したものであるが、高輝度の場合
に関してみれば、いずれもその絶対値は、夫々における
具体的な構成により、夫々が解決しようとする問題点を
解決できる値であることを前提としていることは詳述す
るまでもない。

【００２２】しかしながら、光電変換素子に入射する光
の輝度が、例えば先の従来例において考慮されている輝
度よりも高くなった場合を想定すると、定常光電流を含
む光電変換素子の出力する光電流が極めて大きくなるた
め、図３に示したようなトランジスタ９と抵抗１０から
なる電流除去回路８を用いる場合、定常光電流を充分に
除去できない状態を生じる恐れを依然として有してい
る。

【００２３】例えば電源として電池を使用する写真用カ
メラ等の電気機器の場合、数Ｖ程度の電源電圧にて回路
を使用しなければならず、このため図３に示したような
電流除去回路８を用いる場合、前述した基準電圧Ｖｒ２
を高電圧にできず、よって高輝度の光が入射して光電変
換素子の出力する光電流が多くなると電流除去回路８内
の抵抗１０でトランジスタ９のエミッタ電位が上昇する
ことになり、上記光電流の値がある電流値を越えるとト
ランジスタ９、抵抗１０からなる電流除去回路８がある
値以上の電流を除去できなくなる、いわゆる飽和状態と
なることは回路構成上明らかである。

【００２４】すなわち、図３に示した電流除去回路８
は、光電変換素子に入射する光の輝度が高輝度になり定
常光電流が大きくなると、トランジスタ９のエミッタ電
位が上昇し、このためホールドコンデンサ１６の充電電
圧を上昇するべく負帰還動作して、より多くの電流を除
去しようとするが、電源が電池の場合、上記充電電圧を
適宜の値以上の高電圧とすることはできず、この結果、
ホールドコンデンサ１６の最大充電電圧にて除去できる
電流以上の電流を光電変換素子が出力する光電流から除
去することはできなくなる。

【００２５】なお、かかる現象は、先の実開平１−１４
０１１６号公報に開示された装置における被測距物体の
輝度に応答して除去できる電流値を切換える構成であっ
ても生じる恐れのある現象であることは詳述するまでも
なく、一方、電流除去回路が前述した定常光電流を十分
に除去できなくなる飽和状態になると、光電変換素子の
両端電極から出力される光電流出力中に定常光電流が重
畳されてしまい、この結果、正確な距離情報を出力でき
なくなる問題点を生じることになる。

【００２６】具体的に述べると、前述したような測距装
置、測距回路は、光電変換素子の両端電極の内、投光手
段側の電極である遠点側電極に接続された電流除去回路
のみが飽和状態になると被測距物体が無限遠距離にある
と判定し、逆に投光手段から離反した側の電極である近
点側電極に接続された電流除去回路のみが飽和状態にな
ると被測距物体が最近点距離にあると判定し、さらに両
電極に接続された電流除去回路が両方とも飽和状態にな
ると例えばＰＳＤである光電変換素子の中点に信号光が
入射した場合と同一の距離信号を、被測距物体の位置に
関係なく出力することになる不都合点を有している。

【００２７】本発明は電流除去回路の飽和状態を生じる
ような高輝度の光が光電変換素子に入射する場合を考慮
してなしたもので、光電変換素子の両端電極の内、遠点
側電極に接続された電流除去回路を近点側電極に接続さ
れた電流除去回路に比して飽和状態になりやすいように
構成した測距装置を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明による測距装置
は、投光手段と、受光手段と、信号処理回路と、距離信
号発生手段とを含む測距装置であって、投光手段は投光
光源、投光レンズを含み被測距物体に向けて赤外光を射
出するものであり、受光手段は受光レンズ、光電変換素
子を含み被測距物体からの反射光を受光してその入射位
置、入射光量に対応した２種の光電流を出力するもので
あり、信号処理回路は光電変換素子の両端電極に接続さ
れるスイッチ素子と抵抗との直列体からなる電流除去回
路を含み光電変換素子の両端電極から出力される光電流
から定常光に対応する定常光電流を除去した光電流を出
力するものであり、距離信号発生手段は信号処理回路か
ら出力される光電流に基づいて被測距物体までの距離信
号を出力するものであり、光電変換素子の両端電極の
内、投光手段側の電極である遠点側電極と接続された電
流除去回路のスイッチ素子と直列接続される抵抗の抵抗
値をＲ１、光電変換素子の両端電極の内、投光手段から
離反した側の電極である近点側電極と接続された電流除
去回路のスイッチ素子と直列接続される抵抗の抵抗値を
Ｒ２とした時、

【００２９】

【数４】

【００３０】なる条件を満足するように設定することに
より構成される。

【００３１】

【作用】本発明による測距装置は、光電変換素子の両端
電極に接続される信号処理回路の電流除去回路が上記の
ように構成されることから、光電変換素子から出力され
る光電流から除去できる電流分が、遠点側電極と接続さ
れた電流除去回路より近点側電極と接続された電流除去
回路のほうが多くなる。

【００３２】したがって、光電変換素子に入射する光の
輝度が高輝度になり定常光電流が多くなった場合、近点
側電極と接続された電流除去回路が輝度に対応した電流
除去動作を行える状態であっても遠点側電極と接続され
た電流除去回路は輝度に対応した電流除去動作を行えな
い状態が生じることになる。

【００３３】すなわち、遠点側電極と接続された電流除
去回路はある程度の値の電流まで除去するとそれ以上の
値の電流に対しては除去動作を行うことができず、前述
した飽和状態になされることになる。

【００３４】換言すれば、本発明による測距装置は、光
電変換素子の遠点側電極に接続された電流除去回路が、
近点側電極に接続された電流除去回路に比して飽和状態
になりやすいように構成されている。

【００３５】一方、遠点側電極と接続された電流除去回
路が飽和状態になると、光電変換素子の両端電極より出
力される２種の光電流から電流除去回路により定常光電
流が除去された光電流が供給されることにより被測距物
体までの距離信号を出力する距離信号発生手段は、無限
遠距離信号を距離信号として出力することになる。

【００３６】よって、本発明の測距装置においては、光
電変換素子に高輝度の光が入射すると、その入射光が光
電変換素子の近点側電極近傍にのみ入射するような極め
て特殊な場合や、あるいは光電変換素子の両端電極に接
続される電流除去回路が両方とも飽和状態になされるよ
うな高輝度の場合を除き、遠点側電極と接続された電流
除去回路が近点側電極と接続された電流除去回路よりも
先に飽和状態となり、距離信号として無限遠距離信号を
出力することになる。

【００３７】

【実施例】図１は本発明による測距装置の一実施例を示
す電気回路図であり、図中において、図２、図３と同符
号のものは同一機能部材を示している。

【００３８】図１からも明らかなように本実施例は、図
２で述べた基本構成に加え図３で述べた電流除去回路８
を含む信号処理回路Ａと光電変換素子であるＰＳＤ６の
両端電極６ａ，６ｂから出力された光電流から定常光電
流を除去した後の光電流に基づき被測距物体４までの距
離信号を出力する距離信号発生手段１７とを備えて構成
されている。

【００３９】加えて、光電変換素子であるＰＳＤ６の両
端電極６ａ，６ｂの内、投光手段１側の電極である遠点
側電極６ａと接続された信号処理回路Ａにおける電流除
去回路８のスイッチ素子であるトランジスタ９と直列接
続される抵抗１０の抵抗値をＲ１、光電変換素子である
ＰＳＤ６の両端電極６ａ，６ｂの内、投光手段１から離
反した側の電極である近点側電極６ｂと接続された信号
処理回路Ａにおける電流除去回路８のスイッチ素子であ
るトランジスタ９と直列接続される抵抗１０の抵抗値を
Ｒ２とした時、

【００４０】

【数５】

【００４１】なる条件を満足するように設定している。
このため、スイッチ１５をオンしている非測距時、ある
いはスイッチ１５をオフした測距時における光電変換素
子であるＰＳＤ６の出力する２種の光電流の基本的な処
理動作は、従来より周知の図３に示した信号処理回路Ａ
における動作と同様の動作となる。

【００４２】すなわち、先に述べたようにスイッチ１５
が閉じている非測距時、ＰＳＤ６の両端電極６ａ，６ｂ
から取り出される光電流に基づくトランジスタ１１のコ
レクタ電圧は基準電圧Ｖｒ２に基づいて負帰還制御され
て一定に保たれ、すなわち電流除去回路８を介して除去
される電流量は一定に保たれることになる。

【００４３】一方、スイッチ１５を開いて投光手段１を
動作させた測距時、抵抗１０を介して流れるトランジス
タ９のコレクタ電流は、ホールドコンデンサ１６により
ホールドされ変化なく、トランジスタ１１のコレクタ電
流、すなわち定常光電流が除去されたＰＳＤ６の出力電
流の内の増加分である信号光電流は電圧変換され、距離
信号発生手段１７に供給されることになる。

【００４４】しかしながら、図１に示した本発明による
測距装置の一実施例は、ＰＳＤ６の遠点側電極６ａと接
続された電流除去回路８内の抵抗１０の抵抗値Ｒ１を他
方の近点側電極６ｂと接続された電流除去回路８内の抵
抗１０の抵抗値Ｒ２より高抵抗値に設定し、遠点側電極
６ａに接続された電流除去構成を近点側電極６ｂに接続
された電流除去構成に比して飽和状態になりやすいよう
に構成したことから、ＰＳＤ６に高輝度の光が入射する
と、該入射光がＰＳＤ６の近点側電極近傍にのみ入射す
るような特殊な場合あるいはＰＳＤ６の両端電極６ａ，
６ｂに接続される電流除去回路８が両方とも飽和状態に
なされるような高輝度の場合を除き、遠点側電極６ａと
接続された電流除去回路８が近点側電極６ｂと接続され
た電流除去回路８よりも先に飽和状態になされることに
なる。

【００４５】換言すると、ＰＳＤ６の両端電極６ａ，６
ｂに接続される夫々の電流除去回路８の抵抗１０の抵抗
値Ｒ１，Ｒ２の関係を上記のように設定したことから、
ＰＳＤ６から出力される光電流から除去できる電流分
が、遠点側電極６ａと接続された電流除去回路８より近
点側電極６ｂと接続された電流除去回路８のほうが多く
なり、したがって、ＰＳＤ６に入射する光の輝度が高輝
度になり定常光電流が多くなっていった場合、遠点側電
極６ａと接続された電流除去回路８はある程度の値の電
流まで除去するとそれ以上の値の電流に対しては除去動
作を行うことができず、前述した飽和状態になされるこ
とになる。

【００４６】遠点側電極６ａと接続された電流除去回路
８が飽和状態になされると、距離信号発生手段１７は、
被測距物体４までの距離信号として無限遠距離信号を出
力することになる。

【００４７】このため、図１に示した一実施例を例えば
写真用カメラの自動焦点調節装置に適用した場合、被写
体を含む周辺輝度が高輝度になると、ＰＳＤ６に入射す
る光がＰＳＤ６の近点側電極近傍にのみ入射するような
特殊な場合あるいはＰＳＤ６の両端電極６ａ，６ｂに接
続される電流除去回路８が両方とも飽和状態になされる
ような高輝度の場合を除き、撮影レンズは、距離信号発
生手段１７の出力する無限遠距離信号に応答して無限遠
撮影状態に設定されることになる。

【００４８】すなわち、撮影レンズは不用意に最近点撮
影状態に制御されることなく無限遠撮影状態に設定さ
れ、したがって撮影できる距離範囲が拡大した状態での
写真撮影を実施できることになる。

【００４９】なお、被写体を含む周辺輝度が高輝度とな
る撮影状態は、通常日中の屋外での遠距離撮影であると
考えられ、上述した撮影できる距離範囲を拡大できる撮
影レンズの制御は、例えば写真用カメラにとっては極め
て実用的、かつ有効な制御となることは明らかである。

【００５０】また、高輝度時であるため絞り値も小径の
絞り値に設定されることは明白であり、かかる点も合わ
せて考えると、上記写真用カメラにおける撮影レンズの
制御は、より被写界深度の深い撮影状態での写真撮影を
実現できることになる。

【００５１】

【発明の効果】本発明による測距装置は、遠点側電極に
接続された信号処理回路における電流除去回路を近点側
電極に接続された信号処理回路における電流除去回路に
比して飽和状態になりやすいように構成したことから、
光電変換素子に高輝度の光が入射すると、入射光が光電
変換素子の近点側電極近傍にのみ入射するような特殊な
場合および光電変換素子の両端電極に接続される電流除
去回路が両方とも飽和状態になされるような高輝度の場
合を除き、距離信号として無限遠距離信号を出力できる
効果を有している。

【００５２】換言すれば、本発明による測距回路は、光
電変換素子に高輝度の光が入射した場合、光電変換素子
の近点側電極に接続された電流除去回路のみが容易に飽
和することはなく、よって、最近点距離信号が容易に出
力されることのない効果を有している。

【００５３】このため、本発明による測距装置は、例え
ばカメラの自動焦点調節装置に適用した場合、光電変換
素子に入射する光の輝度が高輝度になると、撮影レンズ
が本発明による測距装置から出力される無限遠距離信号
に応答して無限遠撮影状態に設定され、すなわち不用意
に最近点撮影状態に制御されることはなく、高輝度時に
おける写真撮影を、最近点撮影状態に比して撮影できる
距離範囲の広い、よってピンボケ写真を生じにくい、写
真撮影状態として極めて実用的、かつ有効な撮影状態で
行うことができる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測距装置の一実施例を示す電気回
路図

【図２】光電変換素子としてＰＳＤを用いた従来より周
知の測距装置の基本構成を示す略構成図

【図３】従来より周知の電流除去回路を含む信号処理回
路を示す電気回路図

【符号の説明】

１ 投光手段 ２ 投光光源 ３ 投光レンズ ４ 被測距物体 ５ 受光手段 ６ 半導体位置検出素子（ＰＳＤ） ７ 受光レンズ ８ 電流除去回路 ９ ＮＰＮトランジスタ １０ 抵抗 １１ ＮＰＮトランジスタ １２ 演算増幅器 １３ バッファ １４ 演算増幅器 １５ スイッチ １６ ホールドコンデンサ １７ 距離信号発生手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投光手段と、受光手段と、信号処理回路
   と、距離信号発生手段とを含む測距装置であって、投光
   手段は投光光源、投光レンズを含み被測距物体に向けて
   赤外光を射出するものであり、受光手段は受光レンズ、
   光電変換素子を含み被測距物体からの反射光を受光して
   その入射位置、入射光量に対応した２種の光電流を出力
   するものであり、信号処理回路は光電変換素子の両端電
   極に接続されるスイッチ素子と抵抗との直列体からなる
   電流除去回路を含み光電変換素子の両端電極から出力さ
   れる光電流から定常光に対応する定常光電流を除去した
   光電流を出力するものであり、距離信号発生手段は信号
   処理回路から出力される光電流に基づいて被測距物体ま
   での距離信号を出力するものであり、光電変換素子の両
   端電極の内、投光手段側の電極である遠点側電極と接続
   された電流除去回路のスイッチ素子と直列接続される抵
   抗の抵抗値をＲ１、光電変換素子の両端電極の内、投光
   手段から離反した側の電極である近点側電極と接続され
   た電流除去回路のスイッチ素子と直列接続される抵抗の
   抵抗値をＲ２とした時、 【数１】 なる条件を満足するように設定した測距装置。