JP3015099B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、被写体で反射した投光部から発した信号光
を受光部により検出し焦点調節する情報を得る測距装置
に関する。

（従来の技術） 一般に、この種の測距装置では、信号光としては赤外
光が利用され、投光部と受光部とにより三角測量の原理
を利用して、被写体までの距離と撮影レンズを連動させ
ている。すなわち三角測量の原理により距離値を算出し
撮影レンズを対応した位置に駆動したり、距離値を求め
ずに撮影レンズのピント合致方向を検出しサーボループ
内の撮影レンズを駆動している。

そして、この種の測距装置では、外乱光から信号光を
抽出する処理回路が必要であり、この処理回路としては
たとえば特公昭59−809号公報記載の構成が知られてい
る。この特公昭59−809号公報に記載の構成は、同期検
波器と積分器を用いた同期積分の技術が用いられ、ピン
ト合致方向を検出するため一対の受光素子が利用されて
いる。そして、信号回路が２系統必要になるのを避ける
ために、マルチプレクサによって時分割処理している。

また、他のものとしてたとえば特開昭59−101611号公
報に記載の構成が知られており、この特開昭59−101611
号公報記載の構成は、２系統の信号を和信号と差信号に
変換した後に同期積分するものである。

さらに、特開昭63−148214号公報に記載の構成も知ら
れており、この特開昭63−148214号公報に記載の構成
は、積分器を含む２系統の信号処理回路にそのオフセッ
ト電圧を相殺するためのサンプルホールド回路を設ける
ものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この種の測距装置では、投光部の赤外
光源としては低消費電力の素子として発光ダイオードが
利用されパルス点灯されているが、ピーク時にはかなり
の電流が消費され電源が変動する。このため信号処理回
路に以下のような各種不具合が発生し、正確な距離情報
を得られない。

すなわち比較の基準電源やグランドレベルが変動し、
受光素子の出力信号は極めて微弱であるのにその信号ラ
インに輻射または誘導ノイズとして混入するので、被写
体からの信号光による本当の電流との区別がしにくい。
また、電源の変動やこのようなノイズが同期信号と同一
周波数であるので、同期検波しても正確に信号成分を抽
出できない。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、受光部
に入射した距離情報に対応した信号光電流を、たとえ電
源の変動やノイズの飛び込みがあっても正確に抽出でき
る測距装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の測距装置は、発光素子を有する投光部と、受
光素子を有する受光部と、前記発光素子の発光タイミン
グに同期して受光信号を検波する同期検波回路と、この
同期検波回路のオフセット電流を可変するためのオフセ
ット調整回路とを備え、被写体で反射された投光部から
の信号光を検出することにより被写体までの距離に応じ
た信号を得る測距装置において、無発光時に前記発光素
子に流れる電流に相当する電流をバイパスするバイパス
素子を備え、前記オフセット調整回路は、前記投光部か
らの信号光が前記同期検波回路の入力信号となることを
実質的に禁止した状態で、オフセット調整値をサンプル
ホールドするものである。

（作用） 本発明は、オフセット調整回路は同期検波回路のオフ
セット電流値を制御するが、無発光時には発光素子に流
れる電流に相当する電流をバイパス素子に流して流れる
電流値を発光素子の発光時と同一にし、本来の測距動作
に先立つサンプリング期間に測距装置全体を動作させ、
信号光のみを等価的に遮光した状態で測距装置全体のシ
ステムとしてのオフセット補正値を保持し、本来の測距
動作では保持された補正値でオフセット補正が加わるの
で、距離に依存した信号光のみが同期検波により抽出さ
れるため、正確な距離情報が得られる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例のたとえばカメラなどの撮影
光学系を焦点調節する測距装置を図面を参照して説明す
る。

第１図に示すように、１は投光部の発光素子としての
赤外発光ダイオードで、この赤外発光ダイオード１は投
光レンズを介して被写体方向に赤外光を投射し、定電流
駆動回路２で発光を制御され、動作タイミングはマイク
ロコンピュータ17で制御される。また、赤外発光ダイオ
ード１で被写体に投射され、被写体からの反射光を受光
レンズを介して受光部の一対の受光素子3,4で受光し、
これらの部材により三角測量の光学系が構成される。

そして、図示しない撮影レンズの繰り出し量を、一対
の受光素子3,4の基線長方向の変位に連動させること
で、撮影レンズの自動焦点調節システムが構成される。
すなわち、合焦状態のときは受光素子3,4に均等に反射
光が入射し、被写体より手前にピント位置がある、いわ
ゆる前ピンのときは、赤外発光ダイオード１に近い方の
受光素子４に反射光の大部分が入射し、逆の状態の被写
体より後ろにピント位置がある、いわゆる後ピンのとき
は、赤外発光ダイオード１から遠い方の受光素子３に反
射光の大部分が入射する。

また、この赤外発光ダイオード１と並列に、電流バイ
パス用のバイパス素子としてのトランジスタ29のエミッ
タ・コレクタを接続し、マイクロコンピュータ17からの
信号でこのトランジスタ29がオンしたときは、赤外発光
ダイオード１の発光タイミングでトランジスタ29に発光
に相当するコレクタ電流がバイパスされて流れるので、
赤外発光ダイオード１は発光しない。

さらに、受光素子3,4の出力は各々のプリアンプ5,6を
経て加算回路７と減算回路８に入力される。この加算回
路７と減算回路８とは、マイクロコンピュータ17からの
切り替え信号により作動するスイッチング回路９を経て
和信号Ａ＋Ｂまたは差信号Ａ−Ｂを出力する。

そして、マイクロコンピュータ17からの同期信号によ
り検波動作する同期検波回路としての同期検波アンプ10
は、差動入力の一方が所定の電圧源11に接続され、差動
入力のもう一方がスイッチング回路９に接続される。ま
た、同期検波アンプ10の出力部は電圧電流変換回路が構
成されており、積分コンデンサ16に接続されその端子電
圧Vcを変化させる。この同期検波アンプ10は、内部には
形成された差動アンプのオフセット電流を増減させるた
めの一対のオフセット調節端子を有し、各々の端子は定
電流駆動されたペアトランジスタ28のコレクタに接続さ
れる。すなわち、この端子電流の増減つまりペアトラン
ジスタ28の一方のベース電圧の増減で、積分コンデンサ
16への充電電流のオフセット量を可変できる。

また、積分コンデンサ16は、マイクロコンピュータ17
からのリセット信号により作動するスイッチング回路13
を介して基準電圧Vrefに接続され初期充電される。この
積分コンデンサ16の電圧は、比較回路14に入力され比較
電圧発生回路15の電圧と比較され、その出力がマイクロ
コンピュータ17に入力される。なお、比較電圧発生回路
15の電圧は、基準電圧Vrefおよびこの基準電圧Vrefの上
下各２つの電圧値すなわちVref±V2,Vref±V3の５つの
値をマイクロコンピュータ17からの信号により切り替え
る。このマイクロコンピュータ17は、各種のタイミング
で必要な信号を発生させるとともに、測距動作プログラ
ムに従い、比較電圧発生回路15の電圧値と積分コンデン
サ16の電圧とを比較することで距離情報を得る。そし
て、マイクロコンピュータ17からの距離情報により、モ
ータ駆動回路18を経由してレンズ駆動モータ19が制御さ
れる。

次に、オフセット調整のためのサンプルホールド回路
30について説明する。

このサンプルホールド回路30は、Ａ＋ＢおよびＡ−Ｂ
の２系統のオフセット調整のため２つのホールドコンデ
ンサ25,26を有している。そして、マイクロコンピュー
タ17からの信号で制御されるスイッチング素子21,22,2
3,24により、ホールド電圧を切り替えることでオフセッ
ト調整のための信号とする。すなわち、積分コンデンサ
16の電圧と基準電圧Vrefとの差電圧により動作する電圧
電流変換器20の出力をスイッチング素子21,23を介して
ホールドコンデンサ25,26に充放電させる回路と、スイ
ッチング素子22,24を経てバッファアンプ27から出力す
る回路とである。このようにして、ペアトランジスタ28
のベース電圧が制御され、２系統のオフセット調整のた
めのループが形成される。

次に、この実施例の動作を第２図ないし第４図のフロ
ーチャートおよび第５図のタイミングチャートを参照し
て説明する。

第２図は全体の動作を示すフローチャートであり、始
めに各種の動作要素を初期設定し（ステップ１）、始動
時には状態が不明のため時間をかけてオフセット調節動
作（ステップ３〜ステップ６）するために、始動時のみ
３回繰り返す設定をし（ステップ２）、オフセット調節
動作を設定された回数だけ行い（ステップ３〜ステップ
６）、測距・合焦動作し（ステップ７）、何回かの測距
・合焦動作を繰り返して所定の時間の１サイクル分が経
過したら（ステップ８）、オフセット調節動作（ステッ
プ３〜ステップ６）を１回するための設定（ステップ
９）をし、オフセット調節動作（ステップ３〜ステップ
６）に復帰することで、以上の動作が繰り返される。

第３図はオフセット調節の動作を示すフローチャート
であり、始めにトランジスタ29をオンし（ステップ4
a）、積分コンデンサ16の電圧Vcをスイッチング回路13
を介して基準電圧Vrefまで充電させる（ステップ4b）。
次に、Ａ＋Ｂ信号のオフセット調整するループのサンプ
ルホールド回路を形成するため、スイッチング素子21,2
2をオンし（ステップ4c）、同期検波を50回する（ステ
ップ4d）。この状態での検波信号は、等価的に無限遠方
∞の反射信号光量ゼロの状態である。この検波信号が積
分されて積分コンデンサ16の電圧Vcは基準電圧Vrefより
増加する。なお、状況により低下することもある。しか
しこの変化は一時的であり、このオフセット調整するル
ープは閉ループのため、積分コンデンサ16の電圧Vcは最
終的には基準電圧Vrefに収束し、その時点でホールドコ
ンデンサ25に残留した電圧がＡ＋Ｂ信号のオフセット調
整電圧になる。この後スイッチング素子21,22をオフし
（ステップ4e）、再度積分コンデンサ16の電圧Vcをスイ
ッチング回路13を介して基準電圧Vrefまで充電させる
（ステップ4f）。次に、Ａ−Ｂ信号のオフセット調整す
るループのサンプルホールド回路を形成するため、スイ
ッチング素子23,24をオンし（ステップ4g）、同期検波
を50回する（ステップ4h）が、この場合のホールドコン
デンサ26に残留した電圧は、Ａ−Ｂ信号のオフセット調
整電圧になる。この後スイッチング素子23,24をオフし
（ステップ4i）、トランジスタ29をオフし（ステップ4
j）、オフセット調節の動作を完了する。なお、Ａ−Ｂ
信号は受光素子3,4からの信号A,Bの差信号であるので、
合焦状態においては本来ゼロになるべき信号である。

第４図は本実施例における測距動作を示すフローチャ
ートで、始めに積分コンデンサ16の電圧Vcをスイッチン
グ回路13を介して基準電圧Vrefまで充電させる（ステッ
プ7a）。次に、ステップ４のオフセット調節動作で得ら
れたＡ＋Ｂ信号のオフセット調整電圧を利用するためス
イッチング素子22をオンする（ステップ7b）。さらに、
積分コンデンサ16の電圧Vcが、基準電圧Vrefより所定の
電圧V1だけ低下するまでｎ回にわたり同期検波積分動作
する（ステップ7c〜ステップ7f）。そして、スイッチン
グ素子22をオフし（ステップ7g）、同期検波積分動作の
回数ｎの値を記憶する（ステップ7h）。次に、Ａ−Ｂ信
号についての処理をする。始めに積分コンデンサ16の電
圧Vcをスイッチング回路13を介して基準電圧Vrefまで充
電させ（ステップ7i）、オフセット調節動作（ステップ
４）で得られたＡ−Ｂ信号のオフセット調整電圧を利用
するためスイッチング素子24をオンする（ステップ7
j）。そして、ステップ7hの記憶値Ｃの回数になるまで
同期検波積分動作し（ステップ7k〜ステップ7p）、スイ
ッチング素子24をオフする（ステップ7q）。この時点の
積分コンデンサ16の電圧Vcを被検電圧ＶcHとして（ステ
ップ7r）、比較回路14と比較電圧発生回路15とによるレ
ベルを比較する。すなわち基準電圧Vrefに対して微小電
圧V2の範囲内のレベル（Vref±V2）にあれば合焦と判定
し（ステップ7s）、レンズ駆動モータ19を停止する（ス
テップ7w）。また、同期検波アンプ10で信号が反転して
いるので、積分コンデンサ16の電圧Vcないし被検電圧Ｖ
cHは、前ピン（Ａ＞Ｂ）のときは基準電圧Vrefより低
く、後ピン（Ａ＜Ｂ）のときは基準電圧Vrefより高い。
このためこれら両者を比較し（ステップ7t）、被検電圧
ＶcHの方が大きければ後ピン（Ａ＜Ｂ）と判断する（ス
テップ7u）。さらに、被検電圧ＶcHが基準電圧Vrefに対
して所定の電圧V3の範囲内のレベル（Vref±V3）にない
場合は、ピントずれ量が大きいと判定しレンズ駆動モー
タ19を高速駆動し、範囲内のレベル（Vref±V3）に含ま
れる場合はピントずれ量が小さいと判定してレンズ駆動
モータ19を低速駆動（ステップ7w）する。

以上の動作を繰り返すことにより、連続的に自動焦点
調節が可能になる。

なお、赤外発光ダイオード１と並列にトランジスタ29
のエミッタ・コレクタを接続する代わりに受光素子3,4
と並列に受光信号電流を短絡するためのトランジスタを
設けてもよい。

また、物理的な遮光部材を投光部または受光部に設
け、オフセット調節の動作が完了するまで信号光を遮光
させてもよい。

さらに、制御のためのプログラムも各種応用が可能で
あり、たとえば第２図のステップ２で、始動時には状態
が不明のため時間をかけてオフセット調節動作（ステッ
プ３〜ステップ６）するために始動時のみ３回繰り返す
ための設定をしているが、始動時のみ特別長い同期検波
期間を設け、50回とした同期検波を始動時のみ500回と
してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の測距装置によれば、発光素子の発光時も無発
光時も流れる電流値を同一の状態とし、測距システムと
して全体をオフセット補正することができるので、環境
変化に自動的に対応でき、この種の測距装置の問題点で
ある遠距離測距が可能になり、すなわち検出感度が高ま
り微弱の信号光成分を抽出できるので投光部の光量を増
加させずに遠方の物体までの距離を検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測距装置の一実施例を示すブロック
図、第２図ないし第４図はその動作を示すフローチャー
ト、第５図は主要部の信号の変化を示すタイミングチャ
ートである。 １……発光素子としての赤外発光ダイオード、3,4……
受光素子、10……同期検波回路としての同期検波アン
プ、29……バイパス素子としてのトランジスタ。

フロントページの続き (72)発明者 山口 和夫 長野県諏訪市高島１丁目21番17号 チノ ン株式会社内 (72)発明者 田中 善貴 長野県諏訪市高島１丁目21番17号 チノ ン株式会社内 (72)発明者 片瀬 英治 長野県諏訪市高島１丁目21番17号 チノ ン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−237411（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G02B 7/28 - 7/32 G03B 3/00 - 3/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子を有する投光部と、受光素子を有
   する受光部と、前記発光素子の発光タイミングに同期し
   て受光信号を検波する同期検波回路と、この同期検波回
   路のオフセット電流を可変するためのオフセット調整回
   路とを備え、被写体で反射された投光部からの信号光を
   検出することにより被写体までの距離に応じた信号を得
   る測距装置において、 無発光時に前記発光素子に流れる電流に相当する電流を
   バイパスするバイパス素子を備え、 前記オフセット調整回路は、前記投光部からの信号光が
   前記同期検波回路の入力信号となることを実質的に禁止
   した状態で、オフセット調整値をサンプルホールドする ことを特徴とする測距装置。