JP3594816B2

JP3594816B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP3594816B2
Application number: JP29990998A
Authority: JP
Inventors: 秀夫吉田
Original assignee: 富士写真光機株式会社
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-10-21
Also published as: US6192199B1; JP2000131057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測距対象物までの距離を測定する測距装置に関し、特にカメラ等に用いられるアクティブ型の測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等に用いられるアクティブ型の測距装置は、赤外線発光ダイオード（以下、「ＩＲＥＤ」という。）から測距対象物に向けて光束を投光し、その投光された光束の反射光を位置検出素子（以下、「ＰＳＤ」という。）により受光し、このＰＳＤから出力される信号を信号処理回路及び演算回路により演算処理して距離情報として出力し測距対象物までの距離を検出する。即ち、基準電圧Ｖ_ＲＥＦに充電された積分コンデンサを距離情報信号の値に応じた電圧値だけ放電する。これにより積分コンデンサの電圧は、ＩＲＥＤの発光毎に距離情報信号が入力され（図４のＩＮＴ信号Ｈ）階段状に減少する（図４のＣ_ＩＮＴ：第１積分）。その後、積分コンデンサを定電流源の定格により定まる一定の速さで充電する（図４のＣ_ＩＮＴ：第２積分）。そして、この第２積分に要する時間を計測し、この計測時間に基づいて測距対象物までの距離を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の測距装置においては、この第２積分の期間中に、コンパレータにより積分コンデンサの電圧と基準電圧Ｖ_ＲＥＦとを比較し、両者が一致したと判定したときに、コンパレータはＳ_ＯＵＴ信号を出力し（Ｓ_ＯＵＴ信号Ｈ）、積分コンデンサの充電を停止させると共に第２積分に要する時間の計測を終了する。
【０００４】
しかしながら、チャタリング等により誤ったＳ_ＯＵＴ信号が出力された場合には、積分コンデンサの電圧が基準電圧Ｖ_ＲＥＦまで充電される前に、即ちΔＶだけ低い電圧までしか充電されず、これに伴い第２積分に要する時間が短く計測されるため、測距対象物までの距離の検出に誤差が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、測距誤差を減少させることができる測距装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の測距装置は、測距対象物に向けて光束を投光する投光手段と、前記測距対象物に投光された前記光束の反射光を前記測距対象物までの距離に応じた位置検出素子上の受光位置で受光し、その受光位置に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段から出力された前記出力信号に基づいて演算を行い前記測距対象物までの距離に応じた距離信号を出力する演算手段と、積分コンデンサを有し、前記演算手段から出力された前記距離信号に応じて前記積分コンデンサを放電又は充電して前記演算手段から出力された前記距離信号を積分する第１積分を行い、その後に一定電流で前記積分コンデンサを充電又は放電して第２積分を行い、この第２積分の際に前記積分コンデンサの電圧と基準電圧とを比較して、その結果に応じた比較結果信号を出力する積分手段と、前記積分手段から出力された比較結果信号に基づいて前記第２積分の時間を計測し、この計測結果に基づいて前記測距対象物までの距離を検出する検出手段とを備える測距装置において、前記積分手段より前記比較結果信号が出力された場合に、その第２積分の期間内であってその比較結果信号の出力から所定時間経過後に前記比較結果信号の出力の有無を検出する比較結果信号検出手段と、前記比較結果信号検出手段により前記第２積分の期間内の前記所定時間経過後に前記比較結果信号が出力されていないと判別された場合に前記第２積分の時間の計測を継続し、前記比較結果信号検出手段により前記第２積分の期間内の前記所定時間経過後に比較結果信号が出力されていると判別された場合に前記第２積分の時間の計測を終了する計測終了手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
この請求項１記載の測距装置によれば、積分手段による比較結果信号の出力から所定時間経過後に、比較結果信号検出手段により比較結果信号の出力の有無を検出して比較結果信号が出力されていると判別された場合に、計測終了手段による第２積分の時間の計測を終了するため、チャタリング等により比較結果信号の出力が発生した場合においても、正確に第２積分の時間の計測を行うことができ測距誤差の発生を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の説明を行う。なお、以下の説明においては、アクティブ型の測距装置が自動焦点式カメラの測距装置として適用される場合について説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態にかかる測距装置の構成図である。ＣＰＵ１は、この測距装置を備えるカメラ全体を制御するものであり、ＥＥＰＲＯＭ２に予め記憶されているプログラム及びパラメータに基づいて、この測距装置を含むカメラ全体を制御する。この測距装置においては、ＣＰＵ１は、ドライバ３を制御してＩＲＥＤ（赤外線発光ダイオード）４からの赤外光の出射を制御する。また、ＣＰＵ１は、自動焦点用ＩＣ（以下「ＡＦＩＣ」という。）１０の動作を制御すると共にＡＦＩＣ１０から出力されるＡＦ信号の入力を受ける。
【００１０】
ＩＲＥＤ４から出射された赤外光は、ＩＲＥＤ４の前面に配置された投光レンズ（図示せず）を介して測距対象物に投光され、その一部が反射されて反射光はＰＳＤ（位置検出素子）５の前面に配置された受光レンズ（図示せず）を介してＰＳＤ５の受光面上の何れかの位置で受光される。この受光位置は、測距対象物までの距離に応じたものである。
【００１１】
ＰＳＤ５は、その受光位置に応じた２つの信号Ｉ_１及びＩ_２を出力する。信号Ｉ_１は、受光光量が一定であれば距離が近いほど大きな値となる近側信号であり、信号Ｉ_２は、受光光量が一定であれば距離が遠いほど大きな値となる遠側信号である。信号Ｉ_１及びＩ_２の和は、ＰＳＤ５が受光した反射光の光量を表す。近側信号Ｉ_１はＡＦＩＣ１０のＰＳＤＮ端子に入力され、遠側信号Ｉ_２はＡＦＩＣ１０のＰＳＤＦ端子に入力される。ただし、実際には外界条件により近側信号Ｉ_１及び遠側信号Ｉ_２それぞれに定常光成分Ｉ_０が付加された信号がＡＦＩＣ１０に入力される。
【００１２】
ＡＦＩＣ１０は、集積回路（ＩＣ）であって、第１信号処理回路１１、第２信号処理回路１２、演算回路１４及び積分回路１５から構成される。第１信号処理回路１１は、ＰＳＤ５から出力された信号Ｉ_１＋Ｉ_０の入力を受け、その信号に含まれる定常光成分Ｉ_０を除去して近側信号Ｉ_１を出力する。また、第２信号処理回路１２は、ＰＳＤ５から出力された信号Ｉ_２＋Ｉ_０の入力を受け、その信号に含まれる定常光成分Ｉ_０を除去して遠側信号Ｉ_２を出力する。
【００１３】
演算回路１４は、第１信号処理回路１１から出力された近側信号Ｉ_１と、第２信号処理回路１２から出力された遠側信号Ｉ_２との入力を受け、出力比（Ｉ_１／（Ｉ_１＋Ｉ_２））を演算し、その結果を表す出力比信号を出力する。なお、この出力比（Ｉ_１／（Ｉ_１＋Ｉ_２））は、ＰＳＤ５の受光面上の受光位置、即ち測距対象物までの距離を表す。
【００１４】
積分回路１５は、この出力比信号の入力を受け、ＡＦＩＣ１０のＣ_ＩＮＴ端子に接続された積分コンデンサ６とともにその出力比を多数回積算し、これによりＳ／Ｎ比の改善を図る。そして、その積算された出力比は、ＡＦ信号としてＡＦＩＣ１０のＳ_ＯＵＴ端子から出力される。ＣＰＵ１は、ＡＦＩＣ１０から出力されたＡＦ信号の入力を受け、所定の演算を行ってＡＦ信号を距離信号に変換し、その距離信号をレンズ駆動回路７に送出する。レンズ駆動回路７は、その距離信号に基づいて撮影レンズ８を合焦動作させる。
【００１５】
次に、ＡＦＩＣ１０の第１信号処理回路１１及び積分回路１５について、より具体的な回路構成について説明する。図２は、第１信号処理回路１１及び積分回路１５の回路図である。なお、第２信号処理回路１２も、第１信号処理回路１１と同様の回路構成である。
【００１６】
上述のように第１信号処理回路１１は、ＰＳＤ５から出力された定常光成分Ｉ_０を含む近側信号Ｉ_１の入力を受け、これに含まれる定常光成分Ｉ_０を除去して近側信号Ｉ_１を出力する回路である。即ち、ＰＳＤ５の近距離側端子は、ＡＦＩＣ１０のＰＳＤＮ端子を経て、第１信号処理回路１１のオペアンプ２０の−入力端子に接続されている。オペアンプ２０の出力端子はトランジスタ２１のベース端子に接続されており、トランジスタ２１のコレクタ端子は、トランジスタ２２のベース端子に接続されている。また、トランジスタ２２のコレクタ端子は、オペアンプ２３の−入力端子が接続されると共に演算回路１４に接続されている。更に、トランジスタ２２のコレクタ端子には圧縮ダイオード２４のカソード端子が、オペアンプ２３の＋入力端子には圧縮ダイオード２５のカソード端子がそれぞれ接続されており、これら圧縮ダイオード２４及び２５それぞれのアノード端子には第１基準電源２６が接続されている。
【００１７】
また、ＡＦＩＣ１０のＣＨＦ端子には定常光除去用コンデンサ２７が外付けされており、この定常光除去用コンデンサ２７は、第１信号処理回路１１内の定常光除去用トランジスタ２８のベース端子に接続されている。定常光除去用コンデンサ２７とオペアンプ２３とはスイッチ２９を介して接続されており、このスイッチ２９のオン／オフはＣＰＵ１により制御される。定常光除去用トランジスタ２８のコレクタ端子はオペアンプ２０の−入力端子に接続されており、トランジスタ２８のエミッタ端子は抵抗器３０を介して接地されている。
【００１８】
積分回路１５は以下のような構成である。ＡＦＩＣ１０のＣ_ＩＮＴ端子に外付けされた積分コンデンサ６は、スイッチ６０を介して演算回路１４の出力端子に接続されると共にスイッチ６２を介して定電流源６３に接続されている。またスイッチ６５を介してオペアンプ６４の出力端子に接続されると共に直接にオペアンプ６４の−入力端子に接続されている。更に、積分コンデンサ６は、コンパレータ６７の−入力端子に接続されている。また、コンパレータ６７の＋入力端子及びオペアンプ６４の＋入力端子には、第２基準電源Ｖ_ＲＥＦ２が接続されている。
【００１９】
ＡＮＤ回路６８の一方の入力端子には、インバータを介してＨＯＬＤ信号が入力され、他方の入力端子にはＩＮＴ信号が入力される。またＡＮＤ回路６８の出力端子は、ＡＮＤ回路６９の一方の入力端子に接続され、ＡＮＤ回路６８の他方の入力端子にコンパレータ６７の出力端子が接続されており、ＡＮＤ回路６９の出力によりスイッチ６２の制御が行なわれる。
【００２０】
また、コンパレータ６７の出力端子はＮＡＮＤ回路７０の一方の入力端子に接続され、ＡＮＤ回路６８の出力端子がＮＡＮＤ回路７０の他方の入力端子に接続され、ＮＡＮＤ回路７０の出力端子からＳ_ＯＵＴ信号が出力される。
【００２１】
なお、スイッチ６０及び６５は、ＣＰＵ１からの制御信号により制御される。
【００２２】
次に、このＡＦＩＣ１０の作用の概略について、図１及び図２を参照して説明する。ＣＰＵ１は、ＩＲＥＤ４を発光させていないときには、第１信号処理回路１１のスイッチ２９をオン状態にする。このときにＰＳＤ５から出力される定常光成分Ｉ_０は、第１信号処理回路１１に入力され、オペアンプ２０、トランジスタ２１及び２２から構成される電流増幅器により電流増幅され、圧縮ダイオード２４により対数圧縮されて電圧信号に変換され、この電圧信号がオペアンプ２３の−入力端子に入力される。オペアンプ２０に入力される信号が大きいと、圧縮ダイオード２４のカソード電位が大きくなるので、オペアンプ２３から出力される信号が大きくなり定常光除去用コンデンサ２７が充電される。すると、トランジスタ２８にベース電流が供給されることになるので、トランジスタ２８にコレクタ電流が流れ、第１信号処理回路１１に入力された信号Ｉ_０のうちオペアンプ２０に入力される信号は小さくなる。そして、この閉ループの動作が安定した状態では、第１信号処理回路１１に入力された信号Ｉ_０の全てがトランジスタ２８に流れ、定常光除去用コンデンサ２７には、そのときのベース電流に対応した電荷が蓄えられる。
【００２３】
ＣＰＵ１がＩＲＥＤ４を発光させると共にスイッチ２９をオフ状態にすると、このときにＰＳＤ５から出力される信号Ｉ_１＋Ｉ_０のうち定常光成分Ｉ_０は、定常光除去用コンデンサ２７に蓄えられた電荷によりベース電位が印加されているトランジスタ２８にコレクタ電流として流れ、近側信号Ｉ_１は、オペアンプ２０ならびにトランジスタ２１及び２２から構成される電流増幅器により電流増幅され、圧縮ダイオード２４により対数圧縮され電圧信号に変換されて出力される。即ち、第１信号処理回路１１からは、定常光成分Ｉ_０が除去されて近側信号Ｉ_１のみが出力され、その近側信号Ｉ_１は演算回路１４に入力される。一方、第２信号処理回路１２も、第１信号処理回路１１と同様に、定常光成分Ｉ_０が除去されて遠側信号Ｉ_２のみが出力され、その遠側信号Ｉ_２は演算回路１４に入力される。
【００２４】
第１信号処理回路１１から出力された近側信号Ｉ_１及び第２信号処理回路１２から出力された遠側信号Ｉ_２は、演算回路１４に入力され、演算回路１４により出力比（Ｉ_１／（Ｉ_１＋Ｉ_２））が演算されて出力され、その出力比は、積分回路１５に入力される。ＩＲＥＤ４が所定回数だけパルス発光している時には、積分回路１５のスイッチ６０はオン状態とされ、スイッチ６２及び６５はオフ状態とされて、演算回路１４から出力された出力比信号は積分コンデンサ６に蓄えられる。そして、所定回数のパルス発光が終了するとスイッチ６０はオフ状態とされ、スイッチ６５はオン状態とされて、積分コンデンサ６に蓄えられた電荷はオペアンプ６４の出力端子から供給される逆電位の電荷によって減少していく。
【００２５】
ＣＰＵ１は、積分コンデンサ６の電位をモニタして、元の電位に復帰するのに要する時間を測定し、その時間に基づいてＡＦ信号を求め、更に、測距対象物までの距離を求める。
【００２６】
次に、この測距装置の動作について説明する。カメラのレリーズボタンが半押しされて測距状態に入ると、ＡＦＩＣ１０は電源電圧供給が再開され、スイッチ６２はオン状態とされて、積分コンデンサ６は基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２となるまで予充電される（図３Ｃ_ＩＮＴ信号参照）。そして、予充電が完了後、スイッチ６５はオフ状態とされる。予充電の後に、ＩＲＥＤ４は、ＣＰＵ１からドライバ３に出力されたデューティ比の発光タイミング信号で駆動され赤外光をパルス発光する。このＩＲＥＤ４から発光された赤外光は、測距対象物により反射された後、ＰＳＤ５により受光される。
【００２７】
即ち、ＩＲＥＤ４による発光と同時に、第１信号処理回路１１のスイッチ２９をオフ状態にすると、定常光成分Ｉ_０が除去された近側信号Ｉ_１が演算回路１４に入力される。一方、第２信号処理回路１２から定常光成分Ｉ_０が除去された遠側信号Ｉ_２が演算回路１４に入力される。演算回路１４は、この近側信号Ｉ_１及び遠側信号Ｉ_２に基づいて出力比Ｉ_１／（Ｉ_１＋Ｉ_２）のデータを出力する。この出力が安定した時点で積分回路１５のスイッチ６０をオン状態にして（ＩＮＴ信号Ｈ）、演算回路１４から出力された出力比に対応した負の電圧を積分コンデンサ６に入力する。
【００２８】
積分回路１５の積分コンデンサ６は、演算回路１４から出力された出力比、即ち距離情報信号を入力し、その距離情報信号の値に応じた電圧値だけ放電する。即ち、積分コンデンサ６の電圧は、図３のＣ_ＩＮＴ信号で示すように、ＩＲＥＤ４の発光毎に距離情報信号が入力され階段状に減少する（第１積分）。一段一段の電圧降下量は、それ自体、測距対象物までの距離に対応した距離情報であるが、本実施形態では、ＩＲＥＤ４の各パルス発光により得られる電圧降下量の総和をもって距離情報としている。
【００２９】
積分コンデンサ６に対して所定の発光回数だけの入力が終了すると、スイッチ６０はオフ状態のまま保持される。ここで、ＣＰＵ１の信号（ＨＯＬＤ信号Ｌ，ＩＮＴ信号Ｈ）が入力されると、ＡＮＤ回路６８がＨとなり、コンパレータ６７の比較出力Ｈ（充電未達時Ｈ）によりＡＮＤ回路６９出力がＨとなり、スイッチ６２がオン状態になり、積分コンデンサ６は、定電流源６３の定格により定まる一定の速さで充電される。（第２積分）
この第２積分の期間中に、コンパレータ６７により積分コンデンサ６の電圧と基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２とを比較し、両者が一致したと判定したときに、コンパレータ６７はＬ信号を出力しＡＮＤ回路６９の出力がＬとなることにより、スイッチ６２をオフとして積分コンデンサ６の充電を停止させる。
【００３０】
ここで、第２積分時間計測出力Ｓ_ＯＵＴは、ＮＡＮＤ回路７０により、ＡＮＤ回路６８の出力Ｈかつ、コンパレータ６７出力Ｌの場合に、Ｓ_ＯＵＴ信号Ｈを出力する。
【００３１】
定電流源４による充電速度は一定であるので、第２積分に要した時間から、１回の測距により積分コンデンサ６に入力された距離情報信号の総和、即ち、測距対象物までの距離を求めることができる。
【００３２】
この後、レリーズボタンが全押しされると、ＣＰＵ１は、求められた距離に基づいてレンズ駆動回路７を制御して、撮影レンズ８に適切な合焦動作を行わせ、シャッタ（図示せず）を開いて露光を行う。以上のようにして、レリーズ操作に伴い、予充電、測距（第１積分及び第２積分）、合焦ならびに露光という一連の撮影動作が行われる。
【００３３】
本実施形態にかかる測距装置では、チャタリング等により誤ったＳ_ＯＵＴ信号が発生した場合においても（図３のＳ_ＯＵＴ２参照）、ＣＰＵ１は、Ｓ_ＯＵＴ信号の入力を受けた場合には、所定時間（１００ｕＳ）後に、Ｓ_ＯＵＴ信号の入力がある（Ｓ_ＯＵＴ信号Ｈ）ことを確認した後、ＩＮＴ信号をＬとして、ＡＮＤ回路６８、ＡＮＤ回路６９を共にＬとさせ、コンパレータ６７の出力を受け付けない状態に変化させ第２積分の時間の計測を終了するため、チャタリング等が発生していない場合（図３のＳ_ＯＵＴ１参照）と同様に積分コンデンサの電圧を基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２まで確実に充電することができる。これに伴い第２積分に要する時間が短く計測されることがなく測距対象物までの距離の検出に誤差が生じることを防止することができる。
【００３４】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、積分回路の充電・放電が上述の実施形態とは逆の場合、即ち第１積分で積分コンデンサの電圧が階段状に増加するように充電を複数回行った後、第２積分で放電を１回だけ行うような積分回路においても、本発明を適用することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、積分手段による比較結果信号の出力から所定時間経過後に、比較結果信号検出手段により比較結果信号の出力の有無を検出して比較結果信号が出力されていると判別された場合に、計測終了手段による第２積分の時間の計測を終了するため、チャタリング等により比較結果信号の出力が発生した場合においても、正確に第２積分の時間の計測を行うことができ測距誤差を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる測距装置の構成図である。
【図２】本実施形態にかかる測距装置における第１信号処理回路及び積分回路の回路図である。
【図３】本実施形態にかかる測距装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】従来の測距装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…ＣＰＵ、２…ＥＥＰＲＯＭ、３…ドライバ、４…ＩＲＥＤ（発光ダイオード）、５…ＰＳＤ（位置検出素子）、６…積分コンデンサ、７…レンズ駆動回路、８…撮影レンズ、１０…ＡＦＩＣ（自動焦点用ＩＣ）、１１…第１信号処理回路、１２…第２信号処理回路、１４…演算回路、１５…積分回路。

Claims

測距対象物に向けて光束を投光する投光手段と、
前記測距対象物に投光された前記光束の反射光を前記測距対象物までの距離に応じた位置検出素子上の受光位置で受光し、その受光位置に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段から出力された出力信号に基づいて演算を行い前記測距対象物までの距離に応じた距離信号を出力する演算手段と、
積分コンデンサを有し、前記演算手段から出力された前記距離信号に応じて前記積分コンデンサを放電又は充電して前記演算手段から出力された前記距離信号を積分する第１積分を行い、その後に一定電流で前記積分コンデンサを充電又は放電して第２積分を行い、この第２積分の際に前記積分コンデンサの電圧と基準電圧とを比較して、その結果に応じた比較結果信号を出力する積分手段と、
前記積分手段から出力された比較結果信号に基づいて前記第２積分の時間を計測し、この計測結果に基づいて前記測距対象物までの距離を検出する検出手段とを備える測距装置において、
前記積分手段より前記比較結果信号が出力された場合に、その第２積分の期間内であってその比較結果信号の出力から所定時間経過後に、前記比較結果信号の出力の有無を検出する比較結果信号検出手段と、
前記比較結果信号検出手段により前記第２積分の期間内の前記所定時間経過後に前記比較結果信号が出力されていないと判別された場合に前記第２積分の時間の計測を継続し、前記比較結果信号検出手段により前記第２積分の期間内の前記所定時間経過後に比較結果信号が出力されていると判別された場合に前記第２積分の時間の計測を終了する計測終了手段と、
を備えることを特徴とする測距装置。