JPH01262410A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、半導体装置検出素子を用いた能動型測距装置
に関する。

Ｂ、従来の技術 従来から半導体位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅ
ｎｓ−ｉｔｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　：以降、ＰＳＤと呼
ぶ）を用いた能動型の測距装置が知られており、そのＰ
　Ｓ　Ｄは、第７図に示すように、高抵抗シリコン払板
である真性半導体１層と、この表面にＰ型不純物をドー
プし高抵抗分割膜を形成したＰＪｉと、シリコン払抜の
裏面にＮ型不純物をドープしたＮ層の３層から構成され
、Ｎ層に共通電極１が、Ｐ層の上面両端に一対の電極２
，３がそれぞれ配設されている。

第８図は、ＰＳＤの等価回路を示したものである。Ｐ！
！Ｉは上述のように均一分布する電流分割抵抗層として
も働き、電極間抵抗はＲｉｅである。Ｇは電流源、Ｄは
理想的ダイオード、Ｃｊは接合容量、Ｒｓｈは並列抵抗
である。

このようなＰＳＤのＰ層表面に入射した光は、入射光の
強さに応じて光電変換され、光電流としてＰ層上の両端
に設けられた２つの電極２，３からその入射位置に応じ
た分割比で出力される。

すなわち、第７図において、ｐＢ層表面両端に取付けら
れた電極２、電極３間の距離を２ｒ、電極間抵抗をＲｉ
ｅ、ＰＳＤの２つの電極２，３から出力される光電流の
大きさが等しくなる電気的中心位置Ｏから入射スポット
光の重心位置までの距離をＸ、入射光により生成された
光電流をＩ。、電極２および電極３より得られる光電流
をそれぞれＩ８．Ｉ、とすると、Ｉ、、Ｉ２は次のよう
になる。

■、＝２ｒ■。　　　　　　　　　（１）ここで、Ｉｏ
に対する■、とＩ２の差を求めると、（１）式、　（２
）式より、 ことができる。

第７図に示したＰＳＤを用いたカメラ等の測距装置の一
例を第９図に示す。図中、５は赤外光等を発光する投光
素子であり、投光素子５より投光レンズ６によって測距
物体７へ向けて投光されたスポット光束１０は、測距物
体７で反射されて受光レンズ８を通して受光素子である
ＰＳＤ９の受光面上に入射する。このとき、ＰＳＤ９の
電極間距離は、設計上測距可能な最短距離にある物体（
測距物体７−１）と、設計上測距可能な最遠距離にある
物体（測距物体７−２）からの反射スポット光束がそれ
ぞれ入射可能に定められる。

今、第９図において、Ｒの距離にある測距物体からの反
射スポット光束が、ＰＳＤ９の電気的中心位［０からＸ
の距離に入射するものとし、投光レンズ６と受光レンズ
８との間の軸間距離をＤ、受光レンズ８からＰＳＤ９ま
での距離をｆ、受光レンズ８の光軸からＰＳＤ９の電気
的中心位置までの距離をｔとすれば、被写体までの距離
Ｒは、のように表される。従って、（３）式により入射
位置ｘが求められると、（４）式により測距物体までの
距離が求められる。

ところで、最近ではこの様な測距装置を用いるカメラの
測距範囲が、マクロ撮影や撮影レンズの長焦点化などに
よって広がる傾向にあり１例えば第１０図に示す如く最
短測距距離７−２′を同７−２へ、最遠測距距離７−３
′を同７−３へ広げる必要がある。かかる測距範囲の長
大化に対処する方式として、 １）素子長２ｒを２ｒ’　に延長し、測距範囲が拡大し
ても、入射スポット光がケラレないようにする。

２）素子長をそのままに、ＰＳＤ９から受光レンズ８ま
での距離をｆからｆ′へ短くすることにより測距距離の
変化ΔＲに対する入射スポット光の移動量ΔＸを小さく
する。

等が考えられる。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の技術においては、測距範囲の拡大
などによりＰＳＤ９の素子長が長くなったり、測距距離
の変化に対するＸの変化量が小さくなると、以下のよう
な問題点があった。

すなわち、第９図に示す如く、Ｒという距離にある被写
体がΔＲだけ移動したとき、ＰＳＤＱ上の入射点ＸがΔ
Ｘだけ移動したものとすると、こ式より、 と表わすことができる。（５）式において、ΔＸをその
ままにｒを大きくしたり、ｒをそのままにる。

すなわち、同じ被写体の変化量ΔＲに対して、電極間距
離２ｒに対する入射点の変化量ΔＸが小高信号の変化量
が小さくなり、それだけ測距精度が低下したことになる
。更に、素子長が長くなる原因であるマクロレンズや長
焦点距離レンズの場合には、被写界深度が浅いために、
従来の測距精度よりも精度を上げる必要があるにもかか
わらず、上述したｉｔｌ’ｌ距範囲の拡大方式を採用す
ると測距精度が益々不足するという問題点があった。

本発明の目的は、測距範囲の拡大などに対処して素を長
を長くしたり、被写体の移動量ΔＲに対する人）１光の
変化量ΔＸを小さくした場合においても、高い測距精度
を得ることができる半導体装置検出素ｆ−を用いた測距
装置を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明に係る半導体装置検出素子を用いた測距装置は、
クレーム対応図である第１図に示すとおり、スポット光
束２０２の光軸と直交する方向に存在する物体２０１の
複数の領域例えばＲ１，Ｒ２、Ｒ３に向けて測距用スポ
ット光束２０２を投射する投光手段２０３と１位置検出
範囲を規定する一対の両端電極２０４，２０５と該一対
の両端電極の間に設けられた中間電極２０６Ａ、２０６
Ｂとを備え、スポット光束２０２の物体２０１からの反
射光を受光し、受光位置に応じた分割比でいずれか２つ
の電極から一対の光電流Ｉ□＋　ＩＺを出力可能な半導
体装置検出素子２０７を有する受光手段２０８と、投光
手段２０３による物体２０１への投射領域に応じ複数の
電極の中からいずれか２つの電極を選択する選択手段２
０９と。

選択された２つの電極からそれぞれ光電流Ｉ　ＸＩ■２
が取り出されるように電極を切り換える電極切換手段２
１０と、選択された２つの電極から取り出される一対の
光電流Ｉ□ｐ　■、に基づいて物体２０１までの距離を
演算する演算手段２１１とを具備することにより、上述
の問題点が解決される。

Ｅ０作用 投光手段２０３が、物体２０１の例えば３つの領域Ｒ１
〜Ｒ３を照射し、各領域からの反射光を半導体装置検出
装置２０７に入射させる。そこで、照射される領域に応
じて、光電流Ｉ０．　Ｉ、を取り出す一対の電極を選択
する６例えば、領域Ｒ１に対しては左側の２つの電極を
、領域Ｒ２に対しては中央の２つの電極を、領域Ｒ３に
対しては右側の２つの電極を用いるように一対の電極を
選択する。

したがって、測距範囲が広がったことによって１３　Ｓ
　Ｄの素子長２ｒが長くなったり、被写体の移動量ΔＲ
に対するＰＳＤ」二での入射光の移動量ΔＸが小さくな
ったことによって、従来では測距物が小さくなり、測距
精度が低下するような場合でも、少なくとも一方の光電
流を中間ｆｆｉ極１０６゜２０６ＡあるいはＢから得る
ことにより、測距物でき、従来と同様またはそれ以上の
分解能が得られ、その結果、ＰＳＤ上に入射した物体か
らの反射スポット光束の位置を従来よりも高い精度で検
出でき、測距精度を向上できる。

なお、本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
１本発明を分かり易くするために中間電極を１本の場合
および２本の場合について説明したが、これにより本発
明がそれに限定されるものではない。

Ｆ、実施例 第２図〜第４図を用いて本発明一実施例について説明す
る。

第２図は本発明に係るＰＳＤの断面図であり、上述と同
様に、Ｐ層、Ｉｌ、Ｎ層の３磨構造であり、そのＮ層に
共通電極１が設けられ、Ｐ層の表面両端、すなわち位置
検出範囲の両端に電極２および３が、電極２および電極
３の任意の中間部分、すなわち位置検出範囲内に所定間
隔で一対の中間ｆｆ１ｔ！４−１および４−２が設けら
れる。かかるＰＳＤにおいて、中間電極４−１とｆ！ｉ
ｔ！ｉ２、中間電極４−２と電極３を短絡して電極４−
１および電極４−２から出力電流を取り出せば、電極４
−１から電極４−２までの長さを素子長２ｒとするＰＳ
Ｄ９と等価に使用することができる。また、中間電極４
−１と電極２を短絡して、電極４−１および電極３から
出力電流を取り出せば、中間電極４−１から電極３まで
の長さを素子長２ｒとするＰＳＤ９と等価に使用するこ
とができる。この様に、電極２，３．４−１．４−２の
うちの任意の２つの電極から出力電流を取り出すことに
より、その電極間の長さを素子長２ｒとするＰＳＤ９と
して用いることができる。

なお、第２図では中間電極を２本としたが、１本以上あ
るいは３本以上でもよい。

次に、第２図に示したＰＳＤ９を用いた測距装置の一例
を第３図及び第４図により説明する。なお、第２図およ
び第７図と同様な箇所には同一の符号を付して説明する
。

第３図において、赤外光等を発光する投光素子Ｓから射
出された光は、投光レンズ６により被写体上にスポット
光束１０を照射する。７−２は、設計上測距可能な最短
距離に位置する被写体であり、７−３は、設計上測距可
能な最遠距離に位置する被写体であり、７−４−１．７
−４−２は、それぞれマクロ撮影、遠距離撮影領域への
測距切り換え点に位置する被写体である。

投光素子５から投射されたスポット光束１０の被写体で
の反射光は、被写体が７−２にある場合には、受光レン
ズ８を介してｒ’ＳＤＱ上のに点へ入射し、被写体が７
−４−１の位置にある場合にはＭ点へ入射し、被写体が
７−４−２の位置にある場合にはＮ点へ入射し、被写体
が７−３の位置にある場合にはＬ点へ入射する。Ｋ−Ｌ
点には電極があるので、電極上の部分は入射光に対して
不感帯となるが、電極はスポット光の大きさに対して極
めて小さいので問題とはならない。

また、ＰＳＤ９の電極２．４−１．４−２．３はそれぞ
れ電極切換部３１に接続され、いずれか２つの電極が短
絡され、残余の一対の電極の出力電流が選択されて制御
部４０内の測距演算回路４１に入力される。測距演算回
路４１は、入力される光電流に基づいて被写体までの測
距値を演算し。

ＣＰＵ４２に入力する。ＣＰＵ４２は、測距値に従って
電極切換制御回路４３を通して電極切換部３１を制御す
る。またＣＰＵ４２は、投光素子駆動制御回路４４を介
して投光素子５を駆動制御する。ＣＰＵ４２にはレリー
ズ半押しスイッチ４５も接続され、スイッチ４５がオン
すると第４図に示す手順で測距処理が開始される。

すなわち第４図において、先ずステップＳ１において、
電極２および電極３からＰＳＤ９に生ずる光電流を取り
出せるように、′上極切換制御回路４３を介して電極切
換部３１を駆動する１次いでステップＳ２において、投
光素子駆動制御回路４４を介して投光素子５を発光させ
る。このときの測距値は、電極２，３から出力され電極
切換部３１を介して入力される光電流に基づき電極２゜
３間を素子長２ｒとして測距演算回路４１で演算される
。そしてステップＳ３において、測距値が７−４−１か
ら７−４−２の範囲内にあるか否かを判定し、肯定され
ると、このときの測距値を以後の撮影情報として所定の
領域に記憶し測距処理を終了する。

ステップＳ３が否定されるとステップＳ４に進む。ステ
ップＳ４においては、測距値が７−４−１よりも至近に
あるか否かを判定し、７−４−１の距離よりも至近であ
った場合には、ステップＳ５において、電極２および電
極４−１から光電流が取り出せるように電極切換部３１
により使用電極を切換える。また測距値が７−４−２の
距離よりも遠方であった場合には、ステップＳ６におい
て、電極４−２および電極３から光電流が取り出せるよ
うに使用電極を切り換える。次にステップＳ７において
、発光素子５を発光させ、そのときの光電流を測距演算
回路４１に取り込んでｉｌｌ’ｌ距値を演算し、この測
距値を以後の撮影情報として用いるために所定の記憶領
域に記憶して測距処理を終了する。なお、ステップＳ７
における至近時の測距演算に当っては、電極２．４−１
間距離を素子長２ｒとし、また遠方時の測距演算に当っ
ては、電極４−２．３間距離を素子長２ｒとしてそれぞ
れ演算される。

この様な動作により、測距範囲が広がっても測距範囲に
最適な電極から出力電流を取り出すことにより、従来よ
りも出力電流比エト」」の分解能１１＋　Ｉ２ を大きく取ることが可能となり、高い精度の測距装置を
得ることができる なお、以上の実施例では、いったん一対の電極２．３を
選択して測距値を演算したが、マクロレンズあるいは長
焦点レンズが装着されたことを判別して一対の電極を選
択するようにしてもよい。

また中間１ｔｉを２本設けたが、１本の中間電極により
Ｉ）　Ｓ　Ｄ　９上の領域を２分し、被写体までの距離
が遠いときは左側の一対の電極を、近いときは右側の一
対の電極を用いるようにしてもよい。

第５図は１本発明を多点測距装置に適用した第２の実施
例である。５−１．５−２．５−３は。

赤外光などを発光する投光素子で、５−２は撮影画面の
中央部にスポット光束を投射し、５−１は撮影画面中央
部よりも右側にスポット光束を投射し、５−３は、撮影
画面中央部よりも左側にスポット光束を投射するように
設けられている。投射されるスポット光束は、同一直線
上に並んでいても、並んでいなくても良い。被写体で反
射されたスポット光束は、受光レンズ８によりＰＳＤ９
で受光される。ＰＳＤ９には電極２．３および中間電極
４．−３．４−４．４−５．４−６が取り付けられてい
る。７−２は、設計上測距可能な最短距離に位置する被
写体であり、７−３は設計上測距可能な最遠距離に位置
する被写体である。

投光素子５−１から照射されたスポット光束１０の被写
体での反射光は、被写体が７−２の位置にある場合には
ＰＳＤＱ上のに点へ入射する。

また、被写体が７−３の位置にある場合にはＰ点へ入射
する。従って、被写体が最短距離７−２から最遠距離７
−３へ連続的に移動すると、入射点はに点からＰ点へ連
続的に移動する。この場合。

測距値を得るための光電流を、ＰＳＤ９の？！！Ｉ’＆
２および電極４−４から取り出すことによって、電極２
，３を使用して光電流を取り出すよりも、電極間距離に
対するスポット光束の入射移動距離を大きく取ることが
でき、検出精度を上げることができる。同様にして、投
光素子５−２からの投射光は、０点から８点へ移動し、
このときは光電流を電極４−３および電極４−６から取
り出し、また投光素子５−３からの投射光は、Ｑ点から
Ｌ点へ移動し、このときは光電流を電極４−５およびＮ
　ＩＩ　３から取り出せば良い。これら使用電極の切換
えと投光素子５−１．５−２．５−３の駆動切換えは、
上述した制御部４０と同様に次のように制御できる。

投光素子５−１．５−２．５−３を、ＣＰＵ４２の制御
により投光素子駆動制御回路４４を介して時系列的に発
光させ、また、各素子の発光に同期して電極切換部３１
が上述のような最適な電極から光電流を取り出すように
し１選択された電極間距離を泰子長２ｒとして測距演算
回路４１で測距値を演算する。測距演算回路４１は、各
々の測距値を記憶することができ、上記３箇所の測距が
終了すると、それらの測距値から予め用意されたプログ
ラムによって適切な測距値を求め、以後の撮影情報とし
て所定の記憶領域に記憶される。

例えば３箇所の測距値の中で至近距離が選択され　る。

また、上記各測距時において、１回の測距に必要なＰＳ
Ｄ９の出力電極の数は２本あるので、他の電極は電気的
に浮いている状態にある。これが測距値に悪影響を及ぼ
す場合は、１！極切換部３１によりＰＳＤ９上の測距に
使用する電極以外で。

測距に用いる電極よりも外側にある電極を、内側の電極
に短絡すれば良い。

すなわち第６図において、符号Ａを光電流Ｉ工が入力さ
れる測距演算回路４１の端子として、符号Ｂを光電流工
２が入力される測距演算回路４１の端子として説明する
６投光素子５−１が発光し、撮影画面右側を測距した場
合には、光電流はＰＳＤ９の出力電極２および４−４か
ら出力されるので、第６図に示す如く測距演算回路４１
の入力端子Ａには、ＰＳＤ９の出力電極２を接続し、端
子Ｂには出力電極４−４．４−５．４−６および３を接
続する。同様にして、投光素子５−２が発光する場合に
は、端子Ａに出力ｆｆｉ極２および４−３を、端子Ｂに
出力電極４−６および３を接続し、投光素子５−３が発
光する場合には、端子Ａに出力電極２．４−３．４−４
および４−５を。

端子Ｂに出力電極３を接続すれば良い。なお、この場合
、第４図で説明したと同様に、上記電極の切り換えは投
光素子の切り換えと同期して行われるので、誤測距の心
配はない。なお、電極の切り換えと投光素子の切り換え
を機械的に同期させることもできる。

また、第５図では各投光素子に対する被写体からの反射
光のＰＳＤ上での入射範囲がそれぞれ重なる場合につい
て示しであるが、上記入射範囲が重ならない場合におい
ても本発明を適用することができる。この場合、電極４
−３．４−４および４−５．４−６はそれぞれどちらか
一方あれば良いので、中間電極を２本に減らすことがで
きる。

またこの多点測距装置では、３つの投光素子を用いて被
写体の３つの領域を照射せしめたが、１つの投光素子を
被写体上で光軸と直交する左右方向に走査して各領域を
照射してもよい。

Ｇ０発明の効果 本発明によれば、ＰＳＤの入射位置検出範囲内に中間電
極を設け、物体の照射領域に応じて、光電流を取り出す
一対の電極を選択するようにしたので、測距範囲が広が
って素子長が長くなる場合においても高い精度で測距値
を得ることができる。

また、第１の実施例において、本発明を測距範囲が従来
と同じである測距装置に応用した場合には、従来の測距
精度を更に高めることができる。

また、第２の実施例の多点測距においては、従来のＰＳ
Ｄを用いた場合のように各入射光の入射範囲を全てカバ
ーできる長いＰＳＤを使用するた・め精度が低下してし
まうということがなく、精度の高い距離検出が可能な測
距装置が得られる。更に、第２の実施例において各反射
光の入射範囲が重ならない場合には、本実施例のＰＳＤ
を用いることにより、従来のＰＳＤを各入射範囲毎に設
ける必要がなく、各ＰＳＤ間の取り付は位置調整が不用
となり、低コストでしかも高精度の測距装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図である。 第２図は本発明に係るＰＳＤの一実施例を示す断面図で
ある。 第３図は第２図に示したＰＳＤを用いた測距装置の一例
を示す図である。 第４図はその測距手順例を示すフローチャートである。 第５図は第２図に示したＰＳＤを用いた多点測距装置の
一例を示す図である。 第６図は第５図に示す多点測距装置における使用電極を
説明する図である。 第７図は従来のＰＳＤの断面図である。 第８図は従来のＰＳＤの等価回路を示す図である。 第９図は三角測距による能動型測距装置の原理図である
。 第１０図は測距範囲が広がった場合のＰＳＤの対応を示
す図である。 １：共通電極 ２〜４：出力電流検出用電極 ５：投光素子　　　　６：投光レンズ ７：測距物体　　　　８：受光レンズ ９：ＰＳＤ　　　　　１０ニスポツト光束３１：電極切
換部　　４ｏ：制御部 ４１：測距演算回路　４２：ＣＰＵ ４３：電極切換制御回路 ４４：投光素子駆動制御回路 ２０１：物体　　　　２０２ニスポット光束２０３：投
光手段 １０５．２０４，２０５：電極 ２０６：中間電極 ２０７：半導体装置検出素子 ２０８：受光手段 ２０９：選択手段 ２１ｏ：電極切換手段 ２１１：演算手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測距用スポット光束を該スポット光束の光軸と直交する
   方向に存在する物体の複数の領域に向けて投射する投光
   手段と、 位置検出範囲を規定する一対の両端電極と該一対の両端
   電極の間に設けられた中間電極とを備え、前記スポット
   光束の前記物体からの反射光を受光し、受光位置に応じ
   た分割比でいずれか２つの電極から一対の光電流を出力
   可能な半導体装置検出素子を有する受光手段と、 前記投光手段による前記物体への投射領域に応じ前記複
   数の電極の中からいずれか２つの電極を選択する選択手
   段と、 該選択された２つの電極から光電流が取り出されるよう
   に前記電極を切り換える電極切換手段と、 前記選択された２つの電極から取り出される一対の光電
   流に基づいて前記物体までの距離を演算する演算手段と
   を具備することを特徴とする半導体装置検出素子を用い
   た測距装置。