JP3260958B2 - 測距装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は測距装置に関し、より
詳細には測距対象物に投光し、その反射光を半導体位置
検出素子にて受光し、測距対象物までの距離を求める測
距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１９は、ＰＳＤ（光位置検出素子）を
用いた従来の測距装置の一例を示したものである。この
測距装置は、測距対象物である被写体１にパルス光を投
射するＩＲＥＤ（赤外発光ダイオード）等の光源２と、
その光源２により被写体１に投光された投光スポットが
ＰＳＤ上に結像される位置を検出することにより、被写
体距離を求めるものである。

【０００３】同図に於いて、ＩＲＥＤ２から投光レンズ
３を介して投射された赤外光は、被写体１によって反射
され、受光レンズ４を介してＰＳＤ５に入射される。こ
こで、投光レンズ３と受光レンズ４の間隔をＳ、投光レ
ンズ３と被写体１との距離をＬ、受光レンズ４とＰＳＤ
５の距離をｆとし、赤外光の入射位置をｘとすると、図
示されるように、受光レンズ４の光軸とＰＳＤ５の交点
を原点として、次の関係式が成立する。

【０００４】 ｘ＝Ｓ・ｆ／Ｌ …（１） ＰＳＤ５は、その原理上、信号光電流ｉ_p を発生し、２
つの出力端から入射位置ｘに依存した信号電流ｉ_A 、ｉ
_B を出力する。

【０００５】そして、ＩＲＥＤ２側のＰＳＤ端から原点
までの距離をａとすると、次式が成立する。 ｉ_A ＝（（ａ＋ｘ）／ｔ）・ｉ_p …（２） ｔ：ＰＳＤ５の長さ また、ｉ_A ＋ｉ_B ＝ｉ_p であるから、 ｉ_A ／（ｉ_A ＋ｉ_B ）＝（ａ＋（Ｓ・ｆ）／Ｌｌ）・１／ｔ…（３） したがって、上式に基く比演算ｉ_A ／（ｉ_A ＋ｉ_B ）を
行うことにより、被写体距離Ｌを求めることができる。

【０００６】ところで、ＰＳＤ５には光源２からのパル
ス光以外に、外光も入射している。そのため、パルス光
の反射光による光電流成分ｉ_A 、ｉ_B は、外光による定
常光電流に重畳している。したがって、ＰＳＤ５の後段
の検出回路は、パルス光の反射光による光電流成分のみ
を分離抽出する機能を有していなければならない。この
ような定常光除去方法は、特開平１−２４０８１２号公
報に開示されており、定常光電流引抜き手法なるものが
存在する。

【０００７】以下、図１９に示された検出回路を用い
て、上記定常光電流引抜き手法及び被写体距離Ｌに依存
した出力が得られることについて説明する。先ず、ＰＳ
Ｄ５からの出力電流ｉ_A は、入力端子６Ａを介してプリ
アンプ７Ａ、増幅トランジスタ８Ａにより増幅される。
この増幅トランジスタ８Ａには、電流源９Ａ、１０Ａ、
圧縮ダイオード１１Ａ及びバッファ１２Ａが接続されて
いる。また、ホールドアンプ１３Ａは、その反転入力端
子に上記増幅トランジスタ８Ａが、非反転入力端子に圧
縮ダイオード１４Ａ及び電流源１５Ａが、更に出力端子
にホールドトランジスタ１６Ａ、ホールド抵抗１７Ａ及
びホールドコンデンサ１８Ａが、それぞれ図示の如く接
続される。

【０００８】また、電流源１９と共に比演算回路２０を
構成するトランジスタ２１、２２には、上記圧縮ダイオ
ード１１Ａの出力が、バッファ１２Ａを介して接続され
ている。上記圧縮ダイオード１１Ａ及び１４Ａは同一の
特性を有しており、また電流源９Ａ及び１５Ａは同一の
電流値に設定されている。更に、ホールドアンプ１３Ａ
は、圧縮ダイオード１１Ａ及び１４Ａの出力電圧、すな
わちホールドアンプ１３Ａの反転入力端子と非反転入力
端子の入力電圧が等しくなるよう、その出力電圧が決定
されている。

【０００９】尚、同図の検出回路に於いて、参照番号６
Ｂ〜１８Ｂで示される各構成要素は、上述した参照番号
６Ａ〜１８Ａで示される構成要素と同じで且つ同様の構
成であるので、同一構成要素の参照番号のＡをＢに置換
えることにし、その構成及び動作の説明は省略する。

【００１０】次に、このような構成の回路の動作につい
て説明する。初めに、定常光電流成分を記憶するための
定常光記憶動作が行われる。この時、ＰＳＤ５の出力電
流ｉ（ｉ_A ）は定常光電流Ｉ_c に等しく、これをホール
ドコンデンサ１８Ａに記憶するためにホールドアンプ１
３Ａが作動する。

【００１１】定常光電流Ｉ_c がオペアンプ７Ａで増幅さ
れると、圧縮ダイオード１１Ａはその電流により出力電
圧を下げ、ホールドアンプ１３Ａの反転入力の電位も下
がる。すると、ホールドアンプ１３Ａの出力電圧は上昇
するので、ホールドトランジスタ１６Ａのベース電位が
上昇し、定常光電流Ｉ_c はコレクタ電流としてホールド
抵抗１７Ａを介してグランドに流れる。このような帰還
作用によって、ホールドコンデンサ１８Ａには定常光成
分に相当する電荷が充電され、定常光電流は全てグラン
ドに引抜かれる。

【００１２】次に、発光信号Ｔ₂ によりＩＲＥＤ２が発
光すると同時に、ホールド信号Ｔ₁によりホールドアン
プ１３Ａはその機能を停止する。ここで、ホールドアン
プ１８Ａには定常光除去用の電荷が保持されており、し
たがって定常光成分はグランドに排出される。一方、信
号光電流ｉ_A は、プリアンプ７Ａ及び増幅トランジスタ
８Ａによって増幅され、圧縮ダイオード１１Ａに信号電
流が流れる。したがって、圧縮ダイオード１１Ａの出力
電圧Ｖは、

【００１３】

【数１】 となる。同様に、圧縮ダイオード１２Ａの出力電圧は、
（５）式のようになる。

【００１４】

【数２】 上記２つの圧縮電圧を比演算回路２０に入力すると、こ
の比演算回路２０の出力電流Ｉ_out は（６）式のように
なる。

【００１５】

【数３】 以上のように、Ｉ_out を測定すれば被写体距離Ｌに依存
した出力を得ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述したような原理に
より、被写体距離を測定することが可能であるが、通常
ｉ_A 、ｉ_B の最小値は１００ｐＡ程度で、引抜かれるべ
き定常光電流は最大値１０μＡを目途に設計される。し
たがって、定常光／信号光比は１０万倍にもなり、定常
光電流引抜き回路は細心の注意を払って設計されるべき
ものである。

【００１７】それ故、本件出願人は、特開平５−１４１
９６３号公報、特開平５−２６４２６６号公報等に於い
て、デジタル式の重み電流引抜き回路にて定常光電流を
引抜く技術を開示している。

【００１８】しかしながら、これら特開平５−１４１９
６３号公報、特開平５−２６４２６６号公報による手法
では、定常光電流を数１０ｐＡレベルまでしか引抜くこ
とができず、残りの数１０ｐＡレベルの定常光電流の引
抜き残し量が、測距のリニアリティーに影響を与えてし
まう可能性がある。

【００１９】加えて、上記ホールドコンデンサは、現状
０．４７〜１μＦ程度のタンタルコンデンサが使用され
ているが、これは実装上部品が大きく、またコストも高
価なものであった。

【００２０】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、ホールドコンデンサをＩＣ内蔵可能なレベルまで小
さくでき、且つデジタル式のみの引抜きに比べて十分な
引抜きを実現して測距性能を向上させ、更にコスト低
減、実装スペース縮小を実現することのできる測距装置
を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、測
距対象に向けて測距用光束を投光する投光手段と、上記
測距対象からの上記測距用光束の反射光を受光し、上記
測距対象までの距離に応じた光電流を出力する受光手段
と、上記光電流に基いて上記測距対象までの距離を演算
する演算手段とを具備する測距装置に於いて、上記投光
手段による上記測距用光束の投光前に、上記受光手段か
ら出力される光電流をデジタル変換して記憶するデジタ
ル値記憶手段と、このデジタル値記憶手段に記憶された
デジタル値に基いて上記測距用光束の投光時に上記光電
流から定常光電流成分を引抜く第１の定常光電流引抜き
手段と、定常光電流のうち、上記第１の定常光電流引抜
き手段によって引抜かれなかった残余の定常光電流成分
をアナログ的に引抜く第２の定常光電流引抜き手段とを
具備することを特徴とする。

【００２２】

【作用】この発明の測距装置にあっては、投光手段から
測距対象に向けて測距用光束が投光され、上記測距対象
からの上記測距用光束の反射光が受光手段で受光され、
上記測距対象までの距離に応じた光電流が出力される。
また、上記投光手段による上記測距用光束の投光前に、
上記受光手段から出力される光電流がデジタル変換され
てデジタル値記憶手段に記憶される。このデジタル値記
憶手段に記憶されたデジタル値に基いて、上記測距用光
束の投光時に、第１の定常光電流引抜き手段によって上
記光電流から定常光電流成分が引抜かれる。更に、定常
光電流のうち、上記第１の定常光電流引抜き手段によっ
て引抜かれなかった残余の定常光電流成分は、第２の定
常光電流引抜き手段によってアナログ的に引抜かれる。
そして、上記光電流に基いて上記測距対象までの距離
が、演算手段にて演算される。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１は、この発明の測距装置に係る第１の実施
例としての概念を示すブロック構成図である。同図に於
いて、投光部２５より投光されて図示されない測距対象
物で反射された光束は、受光部２６で受光される。受光
部２６の出力は、光電流検出部２７を経て、引抜きレベ
ル比較部２８及び演算部２９に供給され、更に制御部３
０に供給される。

【００２４】この制御部３０は、上記投光部２５を制御
すると共に、デジタル値記憶部３１を介して第１の定常
光電流引抜き部３２と、第２の定常光電流引抜き部３３
を制御する。そして、これら第１の定常光電流引抜き部
３２と第２の定常光電流引抜き部３３の出力は、光電流
検出部２７に供給される。

【００２５】このような構成に於いて、受光部２６によ
り受光された光束は、光電流検出部２７で検出された
後、引抜きレベル比較部２８で引抜き状態が比較検出さ
れる。ここで、制御部３０は、上記引抜き状態に応じて
デジタル値記憶部３１のデジタル値を変更する。する
と、このデジタル値に応じて、第１の定常光電流引抜き
部３２が、光電流検出部２７から定常光電流を引抜く。

【００２６】以上のサイクルが繰返されて、引抜きレベ
ルが所定レベルに達すると、第２の定常光電流引抜き部
３３により、上記第１の定常光電流引抜き部３２の引抜
き残量がアナログ的に引抜かれる。

【００２７】そして、このようにして定常光電流が引抜
かれた後、投光部２５によって測距対象物に光束が投光
される。すると、その反射光成分出力に基いて、受光部
２６で受光されて光電流検出部２７で検出された光電流
に基き、演算部２９にて測距演算が行われる。

【００２８】図２は、この発明の測距装置の第２の実施
例を示す電気回路である。この電気回路は、測距対象物
に光パルスを投光する投光回路部３４と、測距対象物か
らの反射光をＰＳＤ３５で受光して信号パルス光電流成
分を検出し増幅する光電流検出回路部３６Ａ、３６Ｂ
と、検出された信号パルス光電流にプログラムされたバ
イアス電流を重畳したものから被写体の距離情報を求め
る演算回路部３７と、この演算出力回路部３７の出力を
Ａ／Ｄ変換するカウント回路部３８と、上記各回路部を
制御する制御回路３９と、アナログ定常光電流引抜き回
路部４０Ａ、４０Ｂと、デジタル定常光電流引抜き回路
部４１Ａ、４１Ｂとで構成されている。

【００２９】尚、図２に示される各回路部及び回路素子
に於いて、同一の構成要素は、それぞれ参照番号のＡを
Ｂに置換えることにして、重ねての説明は省略する。図
２に於いて、投光回路部３４のＩＲＥＤ４３は、ＮＰＮ
トランジスタ４４、抵抗４５及びオペアンプ４６で構成
される定電流駆動回路により、定電流ドライブされる。
制御回路３９は、Ｄ／Ａ変換器４７に所定のデジタルコ
ードを出力し、一方Ｄ／Ａ変換器４７はオペアンプ４６
の非反転入力端子に所定電圧Ｖ_DAC を入力する。

【００３０】制御回路３９のＴ₉ 端子により電子スイッ
チＳＷ１がオンすると、オペアンプ４６、ＮＰＮトラン
ジスタ４４、抵抗４５（Ｒ_F ）による負帰還回路によ
り、ＮＰＮトランジスタ４４のコレクタ電流Ｉが、Ｉ＝
Ｖ_DAC ／Ｒ_F で決定される（ここで、Ｒ_F はプリント基
板の配線抵抗によって形成される値で、これにより外付
け部品の削減と実装面積の削減が達成される）。逆に、
電子スイッチＳＷ１がオフすると、ＮＰＮトランジスタ
４４のベース電流が供給されず、Ｉ＝０となる。

【００３１】ところで、上記Ｖ_DAC は、主として下記
（ｉ）〜（iv）の目的のために、一連の測距動作に応じ
て可変設定されるものである。 （ｉ）測距距離に応じて増減する（近距離は減、遠距離
は増）。

【００３２】（ii）アイセンサ出力またはメインスイッ
チに応答して測距を開始し、常時測距する場合にはＶ
_DAC 値を低く設定し、ファースト（１ｓｔ）レリーズに
応答する最終測距時にはＶ_DAC 値を高く設定する。

【００３３】（iii)配線抵抗Ｒ_F の値は±３０％程度の
ばらつきを有するもので、所定のＩＲＥＤ駆動電流Ｉを
得るためのデジタル値をＥＥＰＲＯＭに書込み、ＥＥＰ
ＲＯＭの値に基いてＶ_DAC を制御回路が設定するように
構成する。

【００３４】（iv）ＩＲＥＤ４３の発光光量は、定電流
ドライブをしてもＩＲＥＤ１つ１つの光電変換効率のば
らつきや温度によって変化するので、これらの補正値を
ＥＥＰＲＯＭに書込み、書込まれたＥＥＰＲＯＭの値に
基いてＶ_DAC を制御回路が設定する。

【００３５】上記制御回路３９のＴ₉ 端子は、ＩＲＥＤ
４３の倍電圧投光を制御する端子であり、Ｔ₁₀端子に同
期してトランジスタ４９のオン／オフ制御を行う。詳し
くは、Ｔ₁₀端子がオフである時にＴ₉ 端子はオンであ
り、トランジスタ４９がオンする。そして、このトラン
ジスタ４９がオンすると、抵抗５１を介してトランジス
タ５０がオンし、その結果、コンデンサ４８には電池５
４の電圧Ｖ_BAT に相等する電荷が蓄えられる。

【００３６】次に、Ｔ₁₀端子がオンする直前にＴ₉ 端子
はオフし、これによりトランジスタ４９、５０はオフす
る。Ｔ₉ 端子がオンするとトランジスタ４４がオンし、
一方トランジスタ４４がオンすると抵抗５３を介してト
ランジスタ５２がオンする。

【００３７】この一連の動作により、ＩＲＥＤ４３を２
Ｖ_BAT でドライブすることができる。そして、このよう
な倍電圧抵抗方式により、出力電圧の低い電池であって
も測距に必要十分な投光量を確保できる。

【００３８】光電流検出回路部３６Ａは、オペアンプ５
５Ａ、増幅トランジスタ５６Ａから成るプリアンプ回路
部と、バイアス電流源５７Ａ、５８Ａと、圧縮ダイオー
ド５９Ａとから構成されている。そして、ＰＳＤ３５の
アノード３５Ａから得られる信号パルス光電流ｉ_A が、
増幅トランジスタ５６Ａのベース電流として供給され
る。

【００３９】このトランジスタ５６Ａは、オペアンプ５
５Ａにより帰還がかけられるもので、トランジスタ５６
Ａのベース入力抵抗は、等価的に数百Ω程度に下げられ
ている。増幅トランジスタ５６Ａのコレクタ電流は、バ
イアス電流源５８Ａの電流値に等しい電流値２μＡ程度
が流れるように、プリアンプ部３６Ａ、定常光電流引抜
き回路部４０Ａ、４１Ａの負帰還によって定められる。
このバイアス電流によって、プリアンプの応答速度が確
保されている。

【００４０】この負帰還作用によって、バイアス電流源
５７Ａのほとんどの電流は定常光電流引抜き回路部４０
Ａ若しくは４１Ａによって引抜かれており、そしてこの
時圧縮ダイオード５９Ａには、ほとんど電流は流れてい
ない。この圧縮ダイオード５９Ａには、後に投光に同期
して信号パルス光電流成分のみが、流れることになる。
上記演算出力回路部３７は、バッファ回路６０、６１
と、トランジスタ６２、６３と、電子スイッチＳＷ３及
び定電流源６４とから構成されている。差動増幅器を構
成している上記トランジスタ６２、６３の各ベースは、
バッファ回路６０、６１、可変バイアス電流源７４Ａを
介してトランジスタ５６Ａのコレクタに接続され、各エ
ミッタは電子スイッチＳＷ３を介して定電流源６４に共
通に接続されている。

【００４１】また、上記カウント回路部３８は、オペア
ンプ６５と、積分コンデンサ６６と、定電流源６７と、
電子スイッチＳＷ４及びＳＷ５で構成される。アナログ
定常光電流引抜き回路部４０Ａは、デジタル定常光電流
引抜き回路部４１Ａが第１の定常光電流引抜き回路とす
るのに対し、第２の定常光電流引抜き回路として設けら
れたものである。

【００４２】すなわち、アナログ定常光電流引抜き回路
部４０Ａは、圧縮ダイオード６８Ａ、定電流源６９Ａが
オペアンプ７０Ａの非反転入力端子に接続されている。
このオペアンプ７０Ａの反転入力端子は可変バイアス電
流源７４Ａに、出力端子はホールドコンデンサ７１Ａ、
引抜き用トランジスタ７２Ａに接続されている。尚、７
３Ａは抵抗値Ｒ_HAのホールド抵抗、ＳＷ２Ａ及びＳＷ６
Ａは電子スイッチである。

【００４３】一方、第１の定常光電流引き抜き回路（デ
ジタル重み電流回路）４１Ａは、図３に示されるような
電流重み付け回路部と、各重み電流量に対応して各重み
をオン／オフするフリップフロップと、引抜きレベルを
検出するコンパレータと、このコンパレータ出力に基い
て上記フリップフロップの出力をオン／オフするデジタ
ル回路部から成っている。

【００４４】図３の電流重み付け回路部について説明す
る。先ず、電流源１００は、定電流５μＡを出力する電
流源である。そして、この電流源１００から、トランジ
スタ１０１〜１１０によって構成されるカレントミラー
回路により、トランジスタ１０３のコレクタ電流として
５μＡ、トランジスタ１０４のコレクタ電流として５／
２μＡ、トランジスタ１０５のコレクタ電流として５／
２² μＡ、そしてトランジスタ１０６〜１１０のコレク
タ電流として５／２³ μＡが、それぞれ流れる。

【００４５】これらのコレクタ電流は、スイッチングト
ランジスタ１１１、１１３、１１５、１１７、１１９、
１２２、１２５、１２８のベースがそれぞれＨ（ハイレ
ベル）であり、オンするとトランジスタ１０１〜１１０
のそれぞれのコレクタ電流は、全てスイッチングトラン
ジスタによって供給され、トランジスタ１１２、１１
４、１１６、１１８、１２０、１２１、１２３、１２
４、１２６、１２７、１２９、１３０のコレクタ電流は
０になる。逆に、スイッチングトランジスタのベースが
Ｌ（ローレベル）であり、オフすると、トランジスタ１
０１〜１１０のコレクタ電流はトランジスタ１１２〜１
３０のコレクタ電流によって供給される。

【００４６】このように、スイッチングトランジスタを
オン／オフ制御することにより、５μＡ／２ⁿ （ｎ＝０
〜１５までの整数）単位の重み電流の和の電流値をグラ
ンド（ＧＮＤ）に引抜くことができる。

【００４７】次に、図４のタイミングチャート及び図５
乃至図１０のフローチャートを参照して、同実施例の動
作を説明する。図５のフローチャートは、図４のタイミ
ングチャ―トの動作を発生する場合のものである。

【００４８】初めに、図５のステップＳ１にて、図６の
ステップＳ１０に示される内容でイニシャライズが行わ
れる。次いで、ステップＳ２にて第１の定常光電流引抜
き処理がなされる。

【００４９】そして、投光前にＰＳＤ３５のアノード３
５Ａから定常光電流Ｉ_c が流れ込み、バイアス電流源５
７Ａのバイアス電流Ｉ_B57Aに加算され、増幅トランジス
タ５６Ａにてβ_N 倍されて圧縮ダイオード５９Ａに流れ
る。この時、圧縮ダイオード５９Ａの電位は、

【００５０】

【数４】 となる。但し、この時点では制御回路３９のＴ₁ 端子に
より、アナログ定常光電流引抜き回路部４０Ａは端子Ｔ
₁₁及び端子Ｔ₁ により不作動になっており（ステップＳ
２１、Ｓ２２）、また８ビット可変バイアス電流源７４
ＡもＴＧ₃ による制御でオフ状態に設定されている。

【００５１】上記電位は、図３の第１の定常光電流引抜
き回路内のコンパレータ１３１に伝えられ、基準電圧Ｖ
ref2と比較される。ここでは、Ｖref2は電流源１３２と
圧縮ダイオード１３３によって作られており、Ｖcc3 −
０．４Ｖ程度に設定されている。

【００５２】先ず、制御回路３９は、端子Ｔ₃ よりリセ
ットパルスを出力し、フリップフロップＦＦ０〜ＦＦ７
及びＦ０〜Ｆ７をクリアする（ステップＳ２３）。これ
により電流重み付け回路部の各重みは全てオフとなる。

【００５３】次に、端子Ｔ₄ からクロックパルスが１つ
入力されると（ステップＳ２４〜Ｓ２６）、フリップフ
ロップＦＦ０のＱ出力がＨとなり、ノアゲ―トＮＯＲ０
の出力がＬとなる。これにより、電流重み付け回路の最
上位ビットがオンされ、５μＡの電流がトランジスタ１
１２からＧＮＤへ排出される。尚、上記ステップＳ２３
〜Ｓ２５にて、リセットパルスが出力される。このと
き、圧縮ダイオ―ド５９Ａへ流れ込む電流により、圧縮
ダイオ―ド５９Ａのカソ―ド電位は、

【００５４】

【数５】 となる。ここで、

【００５５】

【数６】 であれば、コンパレ―タ１３１の出力はＨ、

【００５６】

【数７】 であれば、出力はＬが出力される。この出力は、制御回
路３９の端子Ｔ₂ より出力されるクロックパルスによっ
て、フリップフロップＦ０にラッチ記憶される（ステッ
プＳ２７〜Ｓ３０）。

【００５７】このようにして、上記（９）式が成立する
ならば５μＡが引抜かれ続け、上記（１０）式が成立す
れば５μＡの引抜きは禁止される。以下、同様にして、 Ｉ_DGT ＝５μＡ・{(１／２⁰ ）・Ｆ０＋（１／２¹ ）・Ｆ１ ＋（１／２² ）・Ｆ２＋（１／２³ ）・Ｆ３ ＋（１／２⁴ ）・Ｆ４＋（１／２⁵ ）・Ｆ５ ＋（１／２⁶ ）・Ｆ６＋（１／２⁷ ）・Ｆ７｝ …（１１） Ｆ０〜Ｆ７；１または０ の電流が引抜かれ（ステップＳ３１、Ｓ３２）、圧縮ダ
イオ―ド５９Ａのカソ―ド電位は

【００５８】

【数８】 となる。

【００５９】このようにして、Ｉ_c ＋Ｉ_B57A−Ｉ_DGT −
Ｉ_B58A／β_N ≦（１／２⁷ ）・５μＡにまで定常光電流
及びバイアス電流Ｉ_B57Aがデジタル引抜き回路によって
ＧＮＤに引抜かれる。

【００６０】その後、定常光電流の引抜き回数のカウン
ト値に０を設定し（ステップＳ３）、電子スイッチＳＷ
４をオフする（ステップＳ４）。次に、第２の定常光電
流引抜き処理がなされる（ステップＳ５）。

【００６１】図７を参照すると、制御回路３９のＴ₁₁端
子及びＴ₁ 端子によって電子スイッチＳＷ６Ａ及びＳＷ
２Ａをオンする（ステップＳ１１、Ｓ１２）。すると、
第２の定常光電流引抜き回路４０Ａがオンする。オペア
ンプ７０Ａは、圧縮ダイオ―ド５９Ａのアノ―ド電位
を、ダイオ―ド６８Ａと定電流源６９Ａで作られた基準
電位と等しくなるよう、ホ―ルドコンデンサ７１Ａをチ
ャ―ジし、引抜き用トランジスタ７２Ａを介して第１の
定常光電流引抜き回路４１Ａで引抜き残した定常光電流
Ｉ_c ＋Ｉ_B57A−Ｉ_DGT −Ｉ_B58A／β_N を、ほとんど全て
ＧＮＤに引抜く（ステップＳ１３）。

【００６２】ホ―ルドコンデンサ７１Ａは、接合型のコ
ンデンサ若しくはシリコンナイトライド容量を用いて１
００ｐＦ程度に抑えるのが良い。これ以上大きい容量を
ＩＣに内蔵するためには、強誘電体薄膜を用いる方法が
良いと思われる。この薄膜を用いることで、上述した１
００ｐＦは５０００ｐＦ程度の容量とすることができ、
ホ―ルド時のスイッチングノイズに対して強くすること
ができる。

【００６３】尚、強誘電体膜としてはＢＳＴ膜等があ
り、これによれば従来のシリコン酸化膜やシリコン窒化
膜容量に比して５０〜１００倍の容量が得られる。この
ようにして、定常光電流が第１と第２の定常光電流引抜
き回路４１Ａ、４０Ａによってほとんど引抜かれると、
次に投光・積分の処理が行われる（ステップＳ６）。制
御回路３９は端子Ｔ₁ をオフにして電子スイッチＳＷ２
Ａをオフにする（図９のステップＳ４１）。これによっ
て、オペアンプ７０Ａは不作動となり、ホ―ルドされた
ホ―ルコンデンサ７１Ａの電荷にのみによって引抜き用
トランンジスタ７２Ａが定常光電流を引抜き続ける。

【００６４】上記電子スイッチＳＷ２Ａのオフに同期し
て、制御回路３９はＴ₈ 端子をオフに、Ｔ₉ の端子をオ
ンにしてＩＲＥＤ４３を倍電圧投光する（ステップＳ４
２、Ｓ４３）。この投光による信号光電流ｉ_A が、光電
流検出回路部３６Ａに入力される。これに同期して、更
に制御回路３９は、ＴＧ₃ 、ＴＧ₂ を通じて、可変バイ
アス電流源７４Ａ、７４Ｂの値をセットし、バイアス電
流Ｉ_B74A、Ｉ_B74Bを圧縮ダイオ―ド５９Ａ、５９Ｂに流
す。

【００６５】バイアス電流の設定値は、図示されないＥ
ＥＰＲＯＭに書込まれていた所定値であり、遠距離の測
距出力をより遠距離側になるようにシフトする値、若し
くは回路系のスイッチングノイズや実装上の結合ノイズ
をキャンセルする値である。以上のようにして、投光時
の圧縮ダイオ―ド５９Ａ、５９Ｂのカソ―ド電位は、

【００６６】

【数９】

【００６７】

【数１０】 となる。この電位は、バッファ回路６０Ａ、６０Ｂを介
して演算出力回路部３７に入力される。そして、その出
力Ｉ_out は、

【００６８】

【数１１】 ここで、上記Ｉ_B74A、Ｉ_B74Bが回路系のスイッチングノ
イズや実装上の結合ノイズのキャンセラ―として使われ
る場合は、

【００６９】

【数１２】 とし、遠距離の測距出力をより遠距離側にシフトさせる
ためには、 Ｉ_B74A＝−β_N ・ｉ_A ×０．１ Ｉ_B74B＝−β_N ・ｉ_B ×０．１ 程度にしてやれば良い。

【００７０】このようにして得られた測距出力は、制御
回路３９のＴ₅ 端子が投光に同期して電子スイッチＳＷ
３をオン／オフさせるので、投光に同期して出力される
（ステップＳ４２〜Ｓ４９）。上記したＩＲＥＤの倍電
圧投光は、ステップＳ４８及びＳ４９でオフされる。

【００７１】また、電子スイッチＳＷ４は投光前にＴ₇
端子によってオンしており、この時、積分コンデンサ６
６はオペアンプ６５により、Ｖref1にリセットされる。
投光直前に電子スイッチＳＷ４はオフされ、以後、積分
コンデンサ６６は投光毎にＩ_out でチャ―ジされてゆ
く。すなわち、定常光電流の引抜き回数のカウント値が
インクリメントされ（ステップＳ７）、所定回数（この
場合４回）の投光が終了したならば（ステップＳ８）、
次に逆積分が行われる（ステップＳ９）。

【００７２】上記所定回数の投光が終了すると、制御回
路３９はＴ₈ 端子によって電子スイッチＳＷ５をオンす
る（図１０のステップＳ５１）。そして、積分コンデン
サ６６を定電流源６７でディスチャ―ジすると同時にカ
ウントを開始し（ステップＳ５２）、Ｔ₆ 端子がＨ→Ｌ
になるまでカウントを続行する（ステップＳ５３、Ｓ５
４）。こうして、最終的に得られたこのカウント値が、
被写体距離に応じた出力となる。

【００７３】このように、測距用のパルス光を発光する
前に定常光電流の入力状態を比較判定し、第１の定常光
電流引抜き回路部の各重み毎のビット値を決定すること
によって、定常光電流の大部分をＧＮＤに排出し、次い
で第２の定常光電流引抜き回路部によってアナログ的に
残りの定常光電流を全てＧＮＤに排出するようにしたの
で、ホ―ルドコンデンサをＩＣ内蔵可能なレベルまで小
さくすることができる。

【００７４】図１１は、２回の投光毎にデジタル引抜き
値を再設定する場合の動作を説明するタイミングチャ―
トであり、図１２は、図１１のタイミングチャートに従
った場合の測距動作を説明するフローチャートである。

【００７５】この測距動作によれば、ステップＳ６１で
イニシャライズされ、ステップＳ６２にて投光サイクル
のカウント値Ｎ₁ に０が設定される。次いで、ステップ
Ｓ６３にて第１の定常光電流引抜き処理がなされる。そ
して、電子スイッチＳＷ４がオフされて（ステップＳ６
４）、定常光電流の引抜き回数のカウント値ＴＮに０が
設定される（ステップＳ６５）。

【００７６】次に、第２の定常光電流引抜き処理（ステ
ップＳ６６）、投光・積分の処理がなされる（ステップ
Ｓ６７）。次いで、カウント値ＴＮがインクリメントさ
れ（ステップＳ６８）、所定回数（この場合２回）の投
光が終了したならば（ステップＳ６９）、引続き投光サ
イクルのカウント値Ｎ₁ がインクリメントされる（ステ
ップＳ７０）。

【００７７】そして、カウント値Ｎ₁ が所定回数（この
場合２回）に達したならば（ステップＳ７１）、逆積分
が行われ（ステップＳ７２）、測距動作を終了する。こ
のように、できるだけ投光毎にデジタル引抜き値を再設
定することで、定常光の大きな変化に対しても追従する
ように構成することができる。追従性を上げるために
は、１回の投光と毎に再設定しても良い。

【００７８】尚、この発明のデジタル式の定常光電流引
抜き回路部は、同実施例に限定するものではない。例え
ば、それぞれのビットの設定をハードロジックにて行う
のではなく、ＣＰＵ等の制御回路にて、定常光電流引抜
きレベルを検知しながら通信手段にてセットするような
ソフトウエアを組んで達成しても良い。

【００７９】また、定常光電流引抜きレベルの検知は、
上述した第２の実施例では圧縮ダイオードのアノード電
位をモニタしているが、これに限られたものではなく、
例えばホールド抵抗のＲ_HA、Ｒ_HBの電位やホールコンデ
ンサ７１Ａ、７１Ｂの電位をモニタしても良い。但し、
この場合は、第２の定常光電流引抜き回路部４０Ａ、４
０Ｂは動作させておく必要があり、上記電位が０でない
所定の電圧範囲に入るように、第１の定常光電流引抜き
回路部の重みビットを設定する必要がある。更に、第２
の定常光電流引抜き回路部４０Ａ、４０Ｂが誤動作しな
いよう、オペアンプ７０Ａ、７０Ｂの出力電圧にリミッ
タをつける配慮が必要である。

【００８０】図１３及び図１４は、この発明の第３の実
施例を示すもので、上記ホールド抵抗電位をモニタする
例の測距装置の回路構成図及び第１の定常光電流引抜き
回路の電気回路図である。

【００８１】図１３に於いては、図２の装置のアナログ
定常光電流引抜き回路部４０Ａ、４０Ｂのホールドコン
デンサ７１Ａ、７１Ｂと並列に、それぞれダイオード列
７５Ａ及び７５Ｂが接続されている。また、図１４に於
いては、図３で第１の定常光電流引抜き回路内のコンパ
レータ１３１の反転入力端子に接続されていた電流源１
３２、ダイオード１３３を削除している。その他の部分
の構成は図２及び図３と同じであるので説明は省略す
る。

【００８２】図１５は、この第３の実施例の動作を説明
するタイミングチャートであり、図１６乃至図１８は図
１５のタイミングチャートによる動作を８回発生した場
合の処理を説明するフローチャートである。

【００８３】図１６のフローチャートに於けるステップ
Ｓ８１〜Ｓ９２の処理動作は、図１２のフローチャート
のステップＳ６１〜Ｓ７２に準ずるので、詳細な説明は
省略する。

【００８４】図１７は、図１６のフローチャートのステ
ップＳ８１のイニシャライズの動作を説明するサブルー
チンである。このステップＳ１００の動作により、イニ
シャライズがなされる。

【００８５】また、図１８は、図１６のフローチャート
のステップＳ８３の第１の定常光電流引抜き処理のサブ
ルーチンある。この処理のステップＳ１０１〜Ｓ１１２
は、図８のフローチャートのステップＳ２１〜Ｓ３２と
同様であるので説明は省略する。

【００８６】また、ホールドコンデンサ電位をモニタす
る例も、ほとんど上述した第３の実施例の反復となるの
で、説明を省略する。従来は、図１９に示される定常光
電流引抜き用ＧＮＤ２ＡはＩＣの内部に存在し、ホール
ドコンデンサ１８ＡのＧＮＤ１ＡはＩＣ外部にあったた
め、両ＧＮＤ間の微弱な電位差が発生する恐れがあっ
た。そのため、ＧＮＤ２Ａは測距用ＩＣのグランドＩＣ
ＧＮＤと共通にせずに、ＧＮＤ２Ａ用のＩＣリードを設
け、ＩＣの外部のホールドコンデンサ１８Ａ用のＧＮＤ
１Ａに共通に接地させる配慮が払われていた。このた
め、測距ＩＣには、ホールド系のＧＮＤのためのＩＣリ
ードが余分に必要であったが、これは測距用ＩＣの小型
化を阻害し、コストアップの要因及び実装上カメラの小
型化を阻むものとなっていた。

【００８７】更に、従来は、ホールドコンデンサはコン
デンサ特性の１つである誘電体吸収によるホールド誤差
をもつために、誘電体吸収による誤差電流ΔＩ_ERR が信
号光電流に重畳し、比演算に悪影響を及ぼしていた。誤
差電流ΔＩ_ERR は、ホールド誤差電圧ΔＩ_ERR とホール
ド抵抗Ｒ_H により決定される（ΔＩ_ERR ＝ΔＩ_ERR ／Ｒ
_H ）。また、ホールド誤差を小さくするためには、上記
抵抗Ｒ_H を大きくすれば良いが、これを大きくすると測
距ＩＣの低電圧動作を阻害することになり、電源に低電
圧出力の電池を用いるカメラ等には問題であった。

【００８８】加えて、ホールドコンデンサをＩＣチップ
に外付けするためには、ＩＣにそのためのピン（リー
ド）が必要となり、コスト、スペース上の問題が大きい
ものであった。

【００８９】しかしながら、上述したような実施例によ
れば、測距結果に悪影響を及ぼすことなく、ホールドコ
ンデンサ容量の極めて低容量化を行うことが可能とな
り、コスト、実装スペース的に問題のない測距用ＩＣを
提供することができる。

【００９０】尚、この発明の上記実施態様によれば、以
下の如き構成が得られる。 （１）測距対象に向けて測距用光束を投光する投光手段
と、上記測距対象からの上記測距用光束の反射光を受光
し、上記測距対象までの距離に応じた光電流を出力する
受光手段と、上記光電流に基いて上記測距対象までの距
離を演算する演算手段とを具備する測距装置に於いて、
上記投光手段による上記測距用光束の投光前に、上記受
光手段から出力される光電流をデジタル変換して記憶す
るデジタル値記憶手段と、このデジタル値記憶手段に記
憶されたデジタル値に基いて上記測距用光束の投光時に
上記光電流から定常光電流成分を引抜く第１の定常光電
流引抜き手段と、定常光電流のうち、上記第１の定常光
電流引抜き手段によって引抜かれなかった残余の定常光
電流成分をアナログ的に引抜く第２の定常光電流引抜き
手段とを具備することを特徴とする測距装置。

【００９１】（２）上記受光手段から出力された上記光
電流の引抜きレベルを比較する比較手段を有し、上記デ
ジタル値記憶手段は上記比較手段の結果に応じてデジタ
ル値を決定して記憶することを特徴とする上記（１）に
記載の測距装置。

【００９２】（３）上記受光手段から出力された上記光
電流の引抜きレベルを比較する比較手段を有し、上記第
２の定常光電流引抜き手段は上記測距用光束の投光前に
上記比較手段の結果をアナログ的に記憶するアナログ記
憶手段を有し、上記測距用光束の投光時には上記アナロ
グ記憶手段の記憶値に基いて上記残余の定常光電流成分
を引抜くことを特徴とする上記（１）若しくは（２）に
記載の測距装置。

【００９３】（４）上記第２の定常光電流引抜き手段
は、測距用光束の投光前に上記残余の光電流成分をアナ
ログ的に記憶するアナログ記憶手段を有する上記（３）
に記載の測距装置。

【００９４】（５）上記アナログ記憶手段はコンデンサ
である上記（４）に記載の測距装置。 （６）上記コンデンサは上記演算手段を含むチップ上に
形成されたことを特徴とする上記（５）に記載の測距装
置。

【００９５】（７）測距対象に光束を投光する投光手段
と、上記測距対象からの上記光束の反射光を受光し、受
光位置に応じた光電流を出力する位置検出手段と、この
位置検出手段の出力を基に、上記測距対象までの距離を
演算する距離演算手段とを具備する測距装置に於いて、
上記投光手段による上記光束の投光前に、上記位置検出
手段によって出力される定常光電流をデジタル変換して
記憶するデジタル値記憶手段と、上記デジタル値に基い
て定常光電流を引抜く第１の定常光電流引抜き手段と、
この第１の定常光電流引抜き手段によって引抜き残した
定常光電流成分を引抜く第２の定常光電流引抜き手段と
を具備することを特徴とする測距装置。

【００９６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ホール
ドコンデンサをＩＣ内蔵可能なレベルまで小さくでき、
且つデジタル式のみの引抜きに比べて十分な引抜きを実
現して測距性能を向上させ、更にコスト低減、実装スペ
ース縮小を実現することのできる測距装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の測距装置に係る第１の実施例として
の概念を示すブロック構成図である。

【図２】この発明の測距装置の第２の実施例を示す電気
回路図である。

【図３】図２の第１の定常光電流引抜き回路部の構成例
を示す電気回路図。

【図４】図２の制御回路から供給される信号の動作を説
明するタイミングチャートの一例である。

【図５】図４のタイミングチャ―トによる測距動作を４
回を発生する場合の処理を説明するフローチャートであ
る。

【図６】図５のフローチャートのステップＳ１のイニシ
ャライズの動作を説明するサブルーチンである。

【図７】図５のフローチャートのステップＳ５の第２の
定常光電流引抜き動作を説明するサブルーチンである。

【図８】図５のフローチャートのステップＳ２の第１の
定常光電流引抜き動作を説明するサブルーチンである。

【図９】図５のフローチャートのステップＳ６の投光・
積分の動作を説明するサブルーチンである。

【図１０】図５のフローチャートのステップＳ９の逆積
分動作を説明するサブルーチンである。

【図１１】２回の投光毎にデジタル引抜き値を再設定す
る場合の動作を説明するタイミングチャ―トである。

【図１２】図１１のタイミングチャートに従った場合の
測距動作を説明するフローチャートである。

【図１３】この発明の第３の実施例を示すもので、ホー
ルド抵抗電位をモニタする例の測距装置の回路構成図で
ある。

【図１４】図１３の第１の定常光電流引抜き回路の構成
例を示す電気回路図である。

【図１５】この第３の実施例の動作を説明するタイミン
グチャートである。

【図１６】図１５のタイミングチャートによる動作を８
回発生した場合の測距動作を説明するフローチャートで
ある。

【図１７】図１６のステップＳ８１のイニシャライズの
動作を説明するサブルーチンである。

【図１８】図１６のフローチャートのステップＳ８３の
第１の定常光電流引抜き動作を説明するサブルーチンで
ある。

【図１９】ＰＳＤを用いた従来の測距装置の一例を示し
た回路構成図。

【符号の説明】

２５…投光部、２６…受光部、２７…光電流検出部、２
８…引抜きレベル比較部、２９…演算部、３０…制御
部、３１…デジタル値記憶部、３２…第１の定常光電流
引抜き部、３３…第２の定常光電流引抜き部、３４…投
光回路部、３５…ＰＳＤ（光位置検出素子）、３６Ａ、
３６Ｂ…光電流検出回路部、３７…演算出力回路部、３
８…カウント回路部、３９…制御回路、４０Ａ、４０Ｂ
…アナログ定常光電流引抜き回路部（第２の定常光電流
引抜き回路部）、４１Ａ、４１Ｂ…デジタル定常光電流
引抜き回路部（第１の定常光電流引抜き回路部）。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/30 G02B 7/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測距対象に向けて測距用光束を投光する
   投光手段と、 上記測距対象からの上記測距用光束の反射光を受光し、
   上記測距対象までの距離に応じた光電流を出力する受光
   手段と、 上記光電流に基いて上記測距対象までの距離を演算する
   演算手段とを具備する測距装置に於いて、 上記投光手段による上記測距用光束の投光前に、上記受
   光手段から出力される光電流をデジタル変換して記憶す
   るデジタル値記憶手段と、 このデジタル値記憶手段に記憶されたデジタル値に基い
   て上記測距用光束の投光時に上記光電流から定常光電流
   成分を引抜く第１の定常光電流引抜き手段と、 定常光電流のうち、上記第１の定常光電流引抜き手段に
   よって引抜かれなかった残余の定常光電流成分をアナロ
   グ的に引抜く第２の定常光電流引抜き手段とを具備する
   ことを特徴とする測距装置。
2. 【請求項２】 上記デジタル値記憶手段は引き抜くべき
   電流量に応じてデジタル値を決定して記憶することを特
   徴とする請求項１に記載の測距装置。
3. 【請求項３】 上記第２の定常光電流引抜き手段は上記
   測距用光束の投光前に引き抜くべき電流量をアナログ的
   に記憶するアナログ記憶手段を有し、上記測距用光束の
   投光時には上記アナログ記憶手段の記憶値に基いて上記
   残余の定常光電流成分を引き抜くことを特徴とする請求
   項１若しくは２に記載の測距装置。