JPH0326408Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (a) 技術分野 本考案は、カメラ等に用いる距離検出装置に関
するものである。

(b) 従来技術 いわゆるコンパクトカメラ等におけるオートフ
オーカス（焦点自動調整）の測距方式としては、
外光を利用するパツシブ方式による二重像合致方
式が主流となつている。しかしながら、このパツ
シブ方式による二重像合致方式は、一方の像の他
方の像に対する相対位置を変化させるための可動
ミラーを用いることが不可欠な要素となつてお
り、この可動ミラーを用いることによる耐久性の
低さが問題となつていた。加えて、二重像合致方
式であるため被写体（測距対象）のコントラスト
情報により測距を行つているので被写体依存性が
強く、コントラストの低い被写体に対する測距や
暗いときの測距における測距能力の低さも大きな
問題であつた。更に、このように可動部を有する
方式は、調整が複雑化し、調整作業に多くの手間
を要するという欠点を持つている。

また、測距側の装置自体から光等を発するアク
テイブ方式による三角測量方式を用いたものは、
上述した被写体依存性については改善されるもの
の、赤外光等の発光部または受光部を回動させる
方式など、可動部を必要とするものはやはり上述
と同様の耐久性の低下、調整の複雑化等の問題は
避けられない。

そこで、このアクテイブ方式による三角測量方
式を採用し、その上可動部をなくし、さほど大き
な電力を要することもなく調整も容易、耐久性も
良好でしかも高い距離分解能が得られるものとし
て、次のような距離検出装置が考えられている。

すなわち、この距離検出装置は、測距対象にパ
ルス光を投射する光源と、上記測距対象による上
記パルス光の反射光スポツトが結像される個所に
設けられ上記光源との視差に基づく上記測距対象
の距離に応じた入射スポツトの位置を上記距離の
変化による位置変化方向について連続的に検出し
検出位置に応じた相互電流比を有する第１および
第２の電流出力を得る半導体光位置検出器（以
下、「PSD」と略称する）と、このPSDの上記第
１の電流出力を受け上記パルス光による上記第１
の電流出力の変動分を対数変換して出力する第１
の検出回路と、上記PSDの上記第２の電流出力
を受け上記パルス光による上記第２の電流出力の
変動分を対数変換して出力する第２の検出回路
と、これら第１および第２の検出回路から出力さ
れる対数変換された上記第１および第２の電流出
力の変動分の差をとつて距離検出信号を得る差分
検出回路とを具備したものである。

このような距離検出回路の一例について第２
図、第３図を参照してその概略を説明する。

第２図において、１は例えば、発光ダイオード
等を用いて構成したパルス発光器である。このパ
ルス発光器１としては、PSDの感度の点と発光
が目に見えないことから赤外光を発生するものが
望ましい。パルス発光器１から射出されたパルス
光は、投光レンズ３を通して測距対象である被写
体４，４ａ，４ｂ，４ｃ等に投射される。被写体
４で反射されたパルス光すなわち反射光は受光レ
ンズ５を介して上記PSD２に入射結像される。
このPSD２は一次元の連続的な位置分解能を有
するPINフオトダイオードであり“Position
Sensitive Device”等と称されるものである。こ
の場合、図示のように被写体４の位置４ａに対し
てPSD２の２ａ，４ｂに対して２ｂ，……，無
限遠に対して２ｄの位置にそれぞれ反射光スポツ
トが結像される。このPSD２は、光スポツトの
入射位置を２つの電流出力の割合から知ることが
できるものであり、例えば第３図ａのように
PSD２の受光面の中央位置Ｓ１に光スポツトが
入射した場合２つの電流出力I_L1／I_L2の割合は
I_L1／I_L2＝１となり、同図ｂのような位置Ｓ２に
入射した場合はI_L1／I_L2＝１／２、同図ｃのよう
な位置Ｓ３に入射した場合I_L1／I_L2＝２となる。
このようにPSD２に結像された光スポツトの位
置がPSD２から得られる２つの電流出力の割合
に対応していることから、これら２つの電流出力
により被写体距離の情報を得ることができる。こ
の場合真つ暗な場所における測距であれば問題は
ないが、一般の写真撮影時等にはパルス発光器１
によるパルス光よりもはるかに高い光量の定常光
が存在するため上記パルス光の反射光の抽出がで
きなくなつてしまう。そこでこの場合PSD２の
第１の電流出力を受ける第１の検出回路６および
PSD２の第２の電流出力を受ける第２の検出回
路７により定常光の影響を除去し、パルス光の反
射光による光電流の変動分のみをそれぞれ対数変
換して抽出し差分検出回路８でこれらの差をとつ
てPSD２の第１と第２の電流出力の電流比に対
応する距離検出信号を出力するようにしている。
この出力が例えばＡ／Ｄ変換されるなどして表
示、焦点調整等に供される。

第４図は、第２図に示した第１の検出回路６を
詳細に示すものである。赤外発光ダイオード等を
用いたパルス発光器１のビーム光は、例えば数
ms以下の時間幅でパルス状に発射されるので、
定常光を記憶し微弱な反射光によるPSD２のパ
ルス電流のみを増幅し取り出すのがこの第１の検
出回路６である。

定常光によるPSDの光電流I_L1はFET（電界効果
型トランジスタ）Ｑ１を通してトランジスタＱ２
に流れる。演算増幅器Ａ１はPSD２の端子電圧
を一定に保つヘツドアンプとして機能する。この
状態では演算増幅器Ａ２の出力側のスイツチSW
は閉じており、トランジスタＱ３のベース電位は
0.5Vに保持されている。この結果トランジスタ
Ｑ３に60nAの電流が流れ、ダイオードＤ１、ト
ランジスタＱ４を用いて構成したカレントミラー
回路によりダイオードＤ２，Ｄ３にも60nAの電
流が流れる。これが定常状態である。

次に、パルス発光器１が点灯したときは、それ
に同期してスイツチSWがオフとなり、直前の光
電流I_L1の値に対応するトランジスタＱ２のベー
ス電位がメモリコンデンサＣによりホールドされ
る。反射光による光電流I_L1の増加成分ΔI_L1はト
ランジスタQ3のベースに流れ込みh_FE（電流増幅
率）倍されてダイオードＤ２，Ｄ３に流れる。

したがつて、このときの出力電圧V_O1は次式で
あらわされる。

V_O1＝２kT／ｑln｛h_FE・ΔI_L1＋60〔nA〕／Is｝
〔Ｖ〕…(1) （但し、ｑ：電子電荷、ｋ＝ボルツマン定数、
Ｔ：絶対温度、Is：ダイオードＤ２，Ｄ３の飽和
電流） PSDの他方の端子に接続された第２の検出回
路７もこの第１の検出回路６と全く同様に構成さ
れ、これら両検出回路６，７によりPSD２の各
端子から出力される光電流を処理している。

差分検出回路８で両チヤンネルの検出回路６，
７の出力の差をとると距離に対応した電圧が得ら
れる。この電圧は次式であらわされる。

V_OD＝２kT／ｑlnh_FE・ΔI_L2＋60〔nA〕／h_FE・Δ
I_L1＋60〔nA〕〔Ｖ〕…(2) 通常、h_FE・ΔI_L≫60nAであるので、 V_OD≒２kT／ｑlnΔI_L2／ΔI_L1〔Ｖ〕 …(3) が成り立つ。

第５図に示すように被写体距離をｌ、受光レン
ズ５からPSD２までの距離（受光レンズ５の焦
点距離）をｆ、PSD２の全長をｃ、基線長をｓ
とし、PSD２の中央位置が受光レンズ５の光軸
に対応しているとすると、ΔL_L1，Δi_L2と距離ｌ
の関係は次のようになる。

ΔI_L1Hzｃ／２−ｆ・ｓ／ｌ ΔI_L2Hzｃ／２＋ｆ・ｓ／ｌ｝ …(4) したがつて、電圧V_ODは次式であらわすことが
できる。

V_OD＝２kT／ｑln（ｃ／２）＋（ｆ・ｓ／ｌ）／（ｃ
／２）−（ｆ・ｓ／ｌ）…(5) この電圧V_ODは、例えばサンプルホールド回路
を通してリニア出力端子に導かれ、あるいは同時
にＡ／Ｄ変換回路に入力されてデイジタル出力に
変換されラツチ回路でホールドされるなどして距
離表示等に供される。

ところで、第４図に示された回路において、電
源投入時にはメモリコンデンサＣの端子電圧が、
定常光の光電流に対応する値に上昇するまで正常
な測距動作を行わない。しかしながら、メモリコ
ンデンサＣの端子電圧は、メモリコンンサＣが充
電されることによつて上昇するのであまり速くな
い。

そこで、第６図に示すような構成のチヤージア
ツプ回路を用いて、電源投入時にメモリコンデン
サＣを充電することが考えられる。なお、第７図
ａ〜ｄは、第６図の動作を説明するための波形図
である。

すなわち、電源Vcc投入時に与えられるチヤー
ジアツプパルスによつてトランジスタＱ５をオフ
とすると、トランジスタＱ６のエミツタ電位がダ
イオードＤ４のカソード電位、すなわちダイオー
ドＤ４，Ｄ５の接続点電位となるまでメモリコン
デンサＣを充電する。このときの充電電流はh_FE
（Ｑ６）×Ｉである。

ところが、定常光光電流I_Lは、０〜数10μAと
なるため、適切な充電電流Ｉとチヤージアツプパ
ルス幅twを定めようとしても、トランジスタＱ
２のベース−エミツタ間電圧V_BEが、第７図に示
すように、定常光が明るいときと暗いときとで大
きな差があるため、両者に都合よくチヤージアツ
プすることができなかつた。

このため、電源投入後測距可能となるまでの測
距待機時間td〔第７図ｄ参照〕を長くとる必要が
あり、電源投入後速やかに使用することができな
いという問題を生ずる。

このような問題に対処すべく簡単な構成で電源
投入時の適切なチヤージアツプを可能とし、電源
投入後速やかに測距可能とすることのできる方式
として第８図に示すような構成を用いるものが考
えられている。

第８図に示すように、PSD２の出力光電流I_L1
が流れる回路に定電流源CCを接続し、この定電
流源CCより一定のダミー電流を流し、定常光に
よる光電流をバイアスする。このバイアス電流を
流すことにより、定常光が明るいときと暗いとき
の光電流の差を定常光が明るいとき、すなわち光
電流が大きい時に対して小さな比率とすることが
でき、トランジスタＱ２のV_BEについても同様と
なる。このようにして、チヤージアツプ電流Ｉや
チヤージアツプパルス幅twを定常光が明るいと
き（I_Lが大なるとき）に合わせるようにしておけ
ば、定常光が明るいときも暗いときも第７図ｅに
示すように速やかに安定させることが可能とな
る。

なお、このとき、ダミー（バイアス）電流は回
路上は定常光光電流の形でメモリコンデンサＣに
記憶されることになるので、その大きさが特に動
作上問題となることはない。

このように、ダミー電流によるチヤージアツプ
を行うことにより、外部定常光による定常光電流
が少ないときでも、電源投入時における速やかな
安定化が一応可能となる。

しかしながら、この場合、ダミー電流は、定電
流源CCより供給しており、実際の外部定常光と
は何ら関係がない。したがつて、このダミー電流
によるメモリコンデンサＣのチヤージアツプは、
結果的にオーバーチヤージになつたりアンダーチ
ヤージになつたりすることは避けられず、このた
め回路が不安定になるという問題が生ずる。

すなわち、第８図に示した方式では、チヤージ
アツプ回路によるパルス幅twのチヤージアツプ
で、例えば、充電量が足りないとき、つまり、外
部定常光が明るく定常光電流が大きくなるとき
は、td−twの時間において、演算増幅器Ａ２の
出力電流でメモリコンデンサＣのチヤージアツプ
の不足分を補完することになる。ここで、上記充
電量の不足分に対して、td−twの時間が短いか、
あるいは演算増幅器Ａ２の出力電流が小さい場合
には、測距のための実際の投光動作が始まるまで
に、上記チヤージアツプの不足分の補完を完了さ
せることができず、この系を安定させることがで
きない。このように、メモリコンデンサＣに対す
る充電が未完了であると、実際の外部定常光に基
づく定常光電流I_Lのうち、吸収しきれない電流
（すなわち、上記メモリコンデンサＣの充電の不
足分に対応する電流）は、誤差電流としてトラン
ジスタＱ３に流れ込んでしまう。この誤差電流、
測距パルス光電流に比べて無視できないほど大き
い場合には、最終出力に大きな誤差を生じること
になる。

(c) 目的 本考案は、上記事情に鑑みなされたもので、そ
の目的は、電源投入時の適切なチヤージアツプを
可能とし、電源投入後速やかに正確で且つ安定な
測距を可能とし得る距離検出装置を提供すること
にある。

(d) 構成 本考案は、上記目的を達成させるため、測距対
象に光源からパルス光を投射しこの反射光スポツ
トの上記光源との視差に基づく上記測距対象の距
離に応じた結像位置の相違を光検出器で検出して
測距を行う際に定常光による光電流をコンデンサ
で記憶しこの値と上記パルス光の反射光スポツト
入射時の光電流との差により上記反射光スポツト
の検出を行う距離検出装置において、上記検出器
の外部定常光による光電流を検知する検知手段
と、この検知手段の検知に応じ電源投入時に上記
コンデンサを上記定常光の光電流に対応する値ま
で充電するチヤージアツプ回路とを具備したこと
を特徴としたものである。

以下、本考案の構成について一実施例に基づい
て説明する。

第６図と同様の部分には同符号を付した第１図
に示すように、PSD２へのバイアス電流は、ベ
ースが基準電位に保持されたトランジスタＱ７で
構成したエミツタフオロワにより供給される。こ
のトランジスタＱ７からなるエミツタフオロワの
負荷のバイアス電流をI_Aとする。このトランジス
タＱ７のコレクタにダイオードＤ６を図示極性で
接続する。ダイオードＤ６に流れる電流は（I_A−
2I_L）となる。このダイオードＤ６のアノードに
トランジスタＱ８のベースを接続する。このと
き、ダイオードＤ６のアノードサイズ（トランジ
スタを用いた場合はエミツタサイズ）とトランジ
スタＱ８のエミツタサイズの比は２：１となるよ
うにしておく。トランジスタＱ８のコレクタに
は、I_A／２のバイアス電流源および第６図に示し
た直列ダイオードＤ４−Ｄ５のＤ４アノード側を
接続する。このようにすると、トランジスタＱ８
のコレクタに実際に流れる電流は（I_A−2I_L）／
２となり、コレクタ−エミツタ間が直列ダイオー
ドＤ４−Ｄ５に並列に接続されたトランジスタＱ
５がオフとなつているときには、電流（光電流）
I_LはダイオードＤ４，Ｄ５（すなわち、Ｑ６のベ
ース）に流れ込み、これがトランジスタＱ６のベ
ース電流となつてメモリコンデンサＣのチヤージ
が行われる。こうして、メモリコンデンサＣは、
トランジスタＱ２のベース電位が外部定常光電流
I_Lに匹敵する電圧V_BEとなるように正確にチヤー
ジアツプされることになる。

したがつて、トランジスタＱ５のベースに与え
られるチヤージアツプパルス幅twさえ適切であ
れば、測距待機時間tdも短くて済み、しかも、ト
ランジスタＱ３に誤差電流が流れ込まないので、
パルス光検出の誤差が極めて少なくなる。

なお、本考案は上述し且つ図面に示す実施例に
のみ限定されることなくその要旨を変更しない範
囲で種々の変形実施が可能である。

(e) 効果 以上詳述したように、本考案によれば、電源投
入時、外部定常光に応じた適切なチヤージアツプ
による速やかで且つ確実な安定化が可能な距離検
出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、本考案の一実施例の構成を示す要部
回路構成図、第２図〜第５図は、本考案の一実施
例の適用される距離検出装置の一例を説明するた
めの図、第６図および第８図は、従来のチヤージ
アツプ回路部のそれぞれ異なる例の構成を示す要
部回路構成図、第７図は、第６図および第８図の
動作を説明するための波形図である。 Ｑ１〜Ｑ８……トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６……
ダイオード、Ｃ……メモリコンデンサ、Ａ１，Ａ
２……演算増幅器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 測距対象に光源からパルス光を投射しこの反射
   光スポツトの上記光源との視差に基づく上記測距
   対象の距離に応じた結像位置の相違を光検出器で
   検出して測距を行う際に定常光による光電流をコ
   ンデンサで記憶しこの値と上記パルス光の反射光
   スポツト入射時の光電流との差により上記反射光
   スポツトの検出を行う距離検出装置において、上
   記検出器の外部定常光による光電流を検知する検
   知手段と、この検知手段の検知に応じ電源投入時
   に上記コンデンサを上記定常光の光電流に対応す
   る値まで充電するチヤージアツプ回路とを具備し
   たことを特徴とする距離検出装置。