JPH02112717A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は対象物（測定対象物）にビーム光を投射し、そ
の反射光を検出することにより２１１Ｊ定対象物までの
距離を求める測距装置に関するものである。

〔従来の技術〕

測距装置には各種のものが知られているが、その−例と
して第６図に示すものがある。同図において、発光素子
１は駆動回路２によって点灯駆動され、これによる射出
ビーム光ＢＬｏは投光レンズ３を介して対象物４の表面
に投射される。ここで、駆動回路２には電源電圧Ｖ　と
駆動パルスＶ　がＳ 入力されており、この駆動パルスＶ　に応じてトランジ
スタがＯＮ、ＯＦＦされる。従って、発光素子１はこの
駆動パルスＶ　に応じて点灯、消灯されることになる。

対象物４からの反射ビーム光ＢＬ１は受光レンズ５によ
って集光され、スポット光として半導体装置検出素子（
ＰＳＤ）６の受光面に結像される。すると、ＰＳＤ６か
らは電気信号として光電流ΔＩ　、ΔＩ２が出力され、
これがＩ／Ｖ変換回路７．７゜によって電圧信号ΔＶ　
、ΔＶ２に変換されて図示しない信号処理用の回路に与
えられる。

第６図の測距装置において、基線長（投光レンズ３と受
光レンズ５の光軸間の距離）を８１受光レンズ５の焦点
距離（受光レンズ５とＰＳＤ６の間の距離）をｆ１対象
物４までの距離をＬとすると、受光レンズ５の光軸から
反射ビーム光ＢＬ１のＰＳＤ６上でのスポット位置まで
の距離Ｘは、ｘｍＢ−ｆ／Ｌ　　　　　　　　　　　・
・・（１）として求まる。また、ＰＳＤ６上の図示しな
い一対の信号電極からの光電流ΔＩ　１ΔＩ２は、■ Δ　Ｉ　　−Δ　Ｉ　　　　　（１／　２−　ｘ　／　
Ｃ）Ｏ ΔＩ　−ΔＩ　　　　（１／　２＋　ｘ　／　Ｃ）・・
・（２）として求まる。但し、ΔＩ　−ΔＩ　＋Δ２で
あす、ＣはＰＳＤ６の受光面の長さである。

従って、このような信号出力に対し、Ｉ／Ｖ変換の後に
下記の（３）式の演算処理を行なうと、対象物４までの
距離りを求めることができる。

（ΔＶ２−ΔＶ１）／（Δｖ２＋Δｖ１）−２ｘ　／　
Ｃ −（２／Ｃ）　　　　（Ｂ−ｆ／Ｌ）　　・・・　（３
）これをレンズシャッタ型のカメラのオートフォーカス
回路に応用する場合には、（３）式の出力があらかじめ
定められた数〜数１０のゾーンのどのゾーンの電圧に該
当するかを判断し、撮像レンズ位置を制御することにな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようなカメラへの応用を考えたときには、通常は
ある距離範囲（例えば１ｍ〜無限遠）をあるゾーン数（
例えば２０ゾーン）に分割する。すると、例えば基線長
Ｂを３０關、焦点距離ｆを１７龍、ＰＳＤ６の受光面長
さＣを２　ｍｍとすると、（１）式より距離Ｌ＝１ｍで
の出力は、（２／２）　　　（３０Ｘ１７／１０００）
−０，５１［Ｖ］ となり、１ゾーン当り０．０２５５　［Ｖ］で分割する
と、２０ゾーンになる。

これをマクロ撮影まで対応させるため、距離りの範囲を
５０ＣＩ！１〜無限遠までにすると、ゾーン数は２倍の
４０ゾーンが必要になる。また、距離Ｌ−５０ｃ＋ｎに
おいてもＰＳＤ６上にスポットを得るためには、基線長
Ｂ１焦点距離ｆ１受光面長さＣを変える必要がある。例
えば受光面長さＣ−３ｍｍにすると、距離Ｌ＝１ｍでの
出力は（１）式より（２／３）　　　（３０ｘ１８／１
０００）−０，３４［Ｖ］ となり、１ゾーン当りで０．０１７　［Ｖ］　となって
しまう。これでは、測定精度の低下は避けられない。

また、第７図に示すように、投光手段を３個の発光索子
１ａ、ｌｂ、ｌｃで構成した場合にも、下記のような問
題が生じる。この場合に、発光素子１ａ〜ＩＣは時分割
点灯する。その光軌跡は第７図のようになるが、同一の
対象物４での反射光の結像位置は各ビームで異なるため
、１個のＰＳＤ６でｆｉｌ定することは困難である。そ
こで、複数個のＰＳＤを用いることが必要になるが、発
光素子１ａ〜ＩＣの間隔が１．０〜１．５ｍｍ程度であ
るときは、各ＰＳＤが重なって配置されることになるの
で現実的ではない。

そこで本発明は、広い距離範囲にわたって高精度に測定
対象物までの距離を測定することが可能な測距装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る測距装置は、測定対象物にビーム光を投射
する投光手段と、測定対象物からのビーム光の反射光を
集光して光スポットとして結像させる結像手段と、光ス
ポットの位置に応じた電気信号を出力する半導体装置検
出素子と、この半導体装置検出素子からの電気信号にも
とづき測定対象物までの距離に応じた距離情報を演算し
て出力する信号処理回路とを備える測距装置において、
半導体装置検出素子は光スポットの位置に応じた電気信
号を取り出す複数対の信号電極を有し、半導体装置検出
素子と信号処理回路の間には、つの信号電極対と信号処
理回路の接続を、他の信号電極対と信号処理回路の接続
に切替える切替手段を備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、信号電極対と信号処理回路の接続を８
１１距範囲に応じて切替えるようにしているので、単一
のＰＳＤと単一の信号処理回路を用いることにより、測
距の距離範囲の拡大と視野範囲の拡大を同時に達成する
ことが可能になる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は実施例に用いるＰＳＤ６の平面図である。同図
において、シリコンからなる半導体基板１０には１本の
基幹導電層１１が形成され、この基幹導電層１１からは
基板とは反対導電型の不純物を含む複数の分枝導電層１
２が受光面に延びるように形成されている。基幹導電層
１１には一対の信号電極１３ａ、１３ｂが基幹導電層１
１とオーミック接触して設けられ、また別に一対の信号
電極１４ａ、１４ｂが基幹導電層１１にオーミック接触
して設けられている。ここで、信号電極１３ａと１４ａ
の間の距離および信号電極１３ｂと１４ｂの間の距離は
共にｇとなっており、例えばＣｏ　−２、５１＋ａｍの
ときにはｌｌ−０，５１ｍｍに設定される。

このようなＰＳＤ６にスポット光が入射されると、受光
面の半導体基板１ｏ中で電子／正孔対が生成され、一方
のキャリアは半導体基板１ｏの裏面に形成された電極（
図示せず）に流れ込む。ところが、他方のキャリアはそ
の近傍の分枝導電層１２に集められ、基幹導電層１１に
流れて信号電極１３ａ、　　１３ｔ）および信号電極１
４ａ、　　１４ｂから光電流として取り出することがで
きる。このため、この光電流から入射光のスポット位置
を知ることができる。

本発明の第１の実施例では、第１図のようなＰＳＤ６が
第２図（ａ）のように信号処理回路に接続される。すな
わち、信号電極１３ａと、１４ａをそれぞれスイッチ（
例えばＭＯＳスイッチ）ＳＷ、ＳＷ、。を介して信号処
理回路２ｏの一方の入力端子に接続し、信号電極１３ｂ
と１４ｂをそれぞれｓｗ　　、　　５ｗ１４を介して信
号処理回路２０の他方の入力端子に接続する。ここで、
ｓｗ、ｓｗ　　を共にＯＮとし、ｓｗ、５ｗ１１　　　
　ｉ３　　　　　　　　　　１２　　　１４を共にＯＦ
Ｆにすると、信号電極１３ａと１３ｂが信号取出し用の
電極として選択されることになり、Ｓ　Ｗ　　−Ｓ　Ｗ
　１４のＯＮ、ＯＦＦを全て上記の場合と逆にすると、
信号電極１４ａと１４ｂが選択されることになる。

上記の実施例において、距離Ｌ＝５０ｃｓ〜無限遠とし
、Ｃｏ　−２−５１＋＊ｍとし、ｆＩ−０，５１ｍ＋ｉ
として、基線長Ｂ＝３０ｍｍ、焦点距離ｆ−１７■■の
装置で使用した場合を考える。まず、距ＭＬ−１ｍ〜無
限遠のときには、ｓｗ　　、　　５ｗ１３のみをＯＮに
して信号電極１３ａと１３ｂを選択する。

すると、距Ｉｌｌ　Ｌ　−１ｍで０．５１［ｖ］の出力
が得られ、１ゾーン（ゾーン数は２０）当り０．０２５
　［Ｖ］となる。一方、距離Ｌ−５０ｃｓ〜１ｍのとき
には、ｓｗ　　　５ｗ１４のみをＯＮに１２’ して信号電極１４ａと１４ｂを選択する。すると、スポ
ット位置と信号電極１３ｂ１信号電極１４ａの位置関係
が上記の場合と同様になるため、同一の出力−０，５１
［Ｖ］が得られる。従って、分割単位の変更が必要にな
らず、距離分割精度の低下も生じない。

切替えのためのスイッチ構成は、ｍ２図（ｂ）のように
なっていてもよい。この場合においては、ＳＷ２□をＯ
Ｎにすることで信号電極１４ａと１４ｂが選択され、Ｓ
Ｗ２□をＯＮにすることで信号電極１３ａと１３ｂが選
択される。そして、使用している範囲外の基幹導電層１
１の部分は、短絡されることで実質的に無効化される。

この例によれば、スイッチの数を少なくすることが可能
になる効果がある。

次に、第３図を参照して、第２の実施例を説明する。

電極を切替えたとき、スポット位置と電極の関係が理論
的には切替前と同一であっても、出力が一致しないこと
がある。これは、ＰＳＤ６の位置検出誤差がスポット位
置により異なるため、およびスポットの結像状態（ピン
トボケの状！りが異なるためである。この問題点を解決
するためには、例えばゾーンの分割の仕方を異ならせれ
ばよいが、第２の実施例では第３図のように可変抵抗ｖ
Ｒ１、。

ＶＲ１２を接続することでこの問題点を解決している。

可変抵抗ＶＲ，ＶＲ１□を設けてこの値を調整すれば、
ゾーンの分割方法を変えることなく対応することができ
る。すなわち、可変抵抗Ｖ　Ｒｔ　ｉ　。

ｖＲ１２はＰＳＤ６から発生した全ての光電流を、その
発生位置から２つの電位の低い位置に向って、抵抗値の
逆比で流し出す素子の一部分として作用する。このため
、信号処理回路２０の２つの入力端子に向ってスポット
位置からこれら入力端子までの抵抗値の逆比に従って光
電流が流れ出すので、可変抵抗ＶＲ，ＶＲ１゜の値を調
整することによす、電流比を調整して信号処理回路２０
の出力を：Ａ整することが可能になる。

但し、第２の実施例においては、ＰＳＤ６の電極間抵抗
ＲＩｅは温度係数αを持っているため、可変抵抗ＶＲ，
ＶＲ１□の温度係数βと異なることがあるので、これへ
の対応が必要である。具体的には、温度係数αが最大で
０．００３／’Ｃであるとしたときに、 （ＶＲ−ＶＲ）　＊Ｃ／　（２Ｒ） １１　　　１２　　　　　　１ｅ （（α−β）ｔｌ　／　（１＋αｔ）・・・（４）で求
められる値が、１ゾーン当りのスポット位置の変化に比
べて十分に小さくなるようにしなければならない。但し
、（４）式においてｔは基準温度よりの温度変化である
。

次に、第４図を参照して、第３の実施例を説明する。

この実施例は、複数の発光素子を時分割点灯し、各々の
発光素子からのビーム光の軌跡上の対象物までの距離を
測定しようとするものである。第４図に示す通り、ＰＳ
Ｄ６に一対の信号電極１３ａ。

１３ｂの他に、二対の信号電極１４ａ１４ｂ。

１５ａ、１５ｂを形成する。そして、信号電極１３ａを
可変抵抗Ｖ　Ｒ２□を介して信号処理回路２０の一方の
入力端子に、信号電極１３ｂを可変抵抗ＶＲと５Ｗ３４
を介して信号処理回路２０の他方の入力端子に接続する
。また、信号電極１４ａ、１４ｂをそれぞれＳＷ　、５
Ｗ３２を介して信号処理回路２０の入力端子のそれぞれ
に接続し、信号電極１５ａ、１５ｂをそれぞれ可変抵抗
ＶＲおよびＳＷ　１可変抵抗ＶＲ２□を介して信号処理
回路２０の入力端子のそれぞれに接続する。

この第４図の回路は、第７図のような３個の発光索子１
ａ〜１ｃを有するシステムに用いる。すなわち、発光素
子１ａを用いるとき（点灯するとき）には、５Ｗ３４を
ＯＮにして信号電極１３ａと１３ｂを信号取出し用に使
う。発光素子１ｂを点灯するときには、ｓｗ、ｓｗ３゜
をＯＮにして信号電極１４ａ、１４ｂを信号取出し用に
使う。そして、発光素子１ｃを点灯させるときには、Ｓ
　Ｗ　ｓ　ａをＯＮにして信号電極１５ａと１５ｂを信
号取出し用に使う。このようにすれば、同一の距ｉ！ｉ
ｔＬの対象物４に対して、同一の演算出力を得ることが
可能になる。ここで、第４図において、信号電極１３ａ
および信号電極１４ｄの間、信号電極１４ａおよび１４
ｂの間、信号電極１５ａおよび１５ｂの間の距離は同一
であって例えば２１１ＩＩに設定され、信号電極１３ａ
および信号電極１４ａの間、信号電極１４ｂおよび信号
電極１５ｂの間の距離は同一であってｆ−ｔａｎθに設
定されている。また、第４図のＰＳＤ６には可変抵抗Ｖ
Ｒ２１−ＶＲ２４が設けられているので、発光素子１ａ
〜ＩＣの間隔のバラツキ（θの値のバラツキ）による演
算出力の誤差を調整することが可能である。従って、発
光素子１ａ〜１ｃの間隔に対する厳しい精度は必要でな
くなっている。

一方、発光素子１が複数（５個）あって、これらが面状
に配置されたときには、そのビーム光の軌跡は第５図の
ようになる。この場合も、発光素子１ａ、ｌｂ、ｌｄか
らのビーム光によるＰＳＤ６上でのスポットの位置間隔
はｆｅｔａｎθとなるので、ＰＳＤ６については第４図
のものを幅方向に拡大すればよいことがわかる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、信号電極と信号
処理回路の接続を、測定対象物までの距離に応じて切替
えるようにしているので、単一のＰＳＤと単一の信号処
理回路を用いることにより、測距の距離範囲の拡大と視
野範囲の拡大を同時に達成し、しかも高精度に測定する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に用いられるＰＳＤの平面図
、第２図ないし第４図は、本発明の第１ないし第３の実
施例の要部構成を示す図、第５図、発光素子を面状に配
設したときの光軌跡を示す斜視図、第６図は、従来の装
置の全体構成を示す図、第７図は、発光素子を複数配置
したときの光軌跡を示す平面図である。 １８〜１ｅ・・・発光素子、３・・・投光レンズ、４・
・・対象物、５・・・受光レンズ、６・・・ＰＳＤ、１
３ａ〜１３ｂ、１４ａ　〜１４ｄ、１５ａ　〜１５ｂ−
・・信号電極。 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹ヌク。２１亥凭ケ１１の乎郁１
岨広 第 図 板氷の表１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定対象物にビーム光を投射する投光手段と、前記
   測定対象物からの前記ビーム光の反射光を集光して光ス
   ポットとして結像させる結像手段と、前記光スポットの
   位置に応じた電気信号を出力する半導体装置検出素子と
   、この半導体装置検出素子からの電気信号にもとづき前
   記測定対象物までの距離に応じた距離情報を演算して出
   力する信号処理回路とを備える測距装置において、前記
   半導体装置検出素子は前記光スポットの位置に応じた電
   気信号を取り出す複数対の信号電極を有し、 前記半導体装置検出素子と前記信号処理回路の間には、
   １つの前記信号電極対と前記信号処理回路への接続を、
   他の前記信号電極対と前記信号処理回路の接続に切替え
   る切替手段を備えることを特徴とする測距装置。 ２、前記信号電極対は測距範囲に対応して前記半導体装
   置検出素子の所定の位置に配設されていることを特徴と
   する請求項１記載の測距装置。 ３、前記投光手段は複数の発光素子を含み、前記信号電
   極対は前記複数の発光素子の位置に対応して前記半導体
   装置検出素子の所定の位置に配設されていることを特徴
   とする請求項１記載の測距装置。 ４、前記切替手段は、前記信号電極対の一方と前記他の
   信号電極対の一方の間および前記信号電極対の他方と前
   記他の信号電極対の他方の間にそれぞれ設けられたスイ
   ッチを含むことを特徴とする請求項１記載の測距装置。 ５、前記信号電極と前記信号処理回路の間には、可変抵
   抗体が設けられていることを特徴とする請求項１記載の
   測距装置。