JPH04240511A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測距装置、詳しくは被写
体に対して赤外光等のパルス光を投射し、被写体からの
反射光に基づいて被写体距離を検出するアクティブ式の
測距装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブ式の測距装置は既に周知であ
り、例えば特開平１−２５０８１３号を始めとして種々
提供されている。この種測距装置の基本原理を図１１〜
１４により説明すると、図１１において、符号１は投光
用ＬＥＤ、２は全長がｔの光電変換素子としてのＰＳＤ
（半導体位置検出素子）、３，４は投光レンズおよび受
光レンズである。この投受光レンズ３，４は、それぞれ
焦点距離がｆで光軸が並行であり、基線長Ｓを隔てて配
置されている。

【０００３】投光用ＬＥＤ１はその中心が光軸に、また
ＰＳＤ２はその一端が受光レンズ４の光軸に、それぞれ
一致している。投光用ＬＥＤ１から発せられた光は、距
離■の所にある被写体５で反射されてＰＳＤ２上に結像
される。

【０００４】このときの反射光スポット位置の受光レン
ズ光軸からの距離（以下、入射位置と呼称する）をｘと
すると、 １／ｌ＝ｘ／（Ｓ×ｆ）　　　　　　　　……（１）と
いう関係が成立するので入射位置ｘを求めることにより
、被写体距離ｌを算出することができる。

【０００５】図１２はＰＳＤ２の構造を示す断面図で、
ＰＳＤは平板状シリコンの表面にＰ層２ｂ、裏面にＮ層
２ｃ、そして中間にあるＩ層２ａの３層から構成されて
いる。そして、ＰＳＤ２に入射した光は光電変換され、
光電流Ｉ１　，Ｉ２　としてＰ層２ｂに設けられた第１
，第２の電極２ｄ，２ｅから分割して出力される。なお
、２ｆはコモン電極である。

【０００６】上記ＰＳＤ２に光スポットが入射すると、
入射位置には光エネルギーに比例した電荷が発生する。 この発生した電荷は光電流として抵抗層（この場合Ｐ層
）を通り各電極より出力される。そして、上記抵抗層は
全面に亘り均一な抵抗値を持つように作られているので
、光電流は電極までの距離（抵抗値）に逆比例して分割
され取り出される。

【０００７】ここで、電極間の距離をｔ、反射光スポッ
ト位置をｘ、Ｐ層全体の抵抗値をＲ０　、光スポット位
置ｘから電極２ｄまでのＰ層の抵抗値をＲ１　、電極２
ｅまでの抵抗値をＲ２　とする（よって、Ｒ０　＝Ｒ１
　＋Ｒ２　）。また、このとき発生する全光電流をＩ０
　、電極２ｄ，２ｅから取り出される光電流をそれぞれ
Ｉ１　，Ｉ２　とすると（よって、Ｉ０　＝Ｉ１　＋Ｉ
２　）、Ｉ１　，Ｉ２　，Ｒ１　，Ｒ２　の間には以下
のような関係式が成立する。

【０００８】

【０００９】そこで、Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）を求
めれば、入射エネルギーに関係なく入射位置ｘを求める
ことができる。

【００１０】上記（１），（３）式より

【００１１】

【００１２】となる。ここで、Ｓ，ｆ，ｔは固定値なの
でＩ２　／（Ｉ１＋Ｉ２　）を求めれば、被写体距離ｌ
の逆数を求めることができる。

【００１３】図１３は上記過程を実現するためのブロッ
ク図で、ＬＥＤ駆動回路６によってＬＥＤ１が発光し、
被写体で反射した光スポットがＰＳＤ２上に入射される
。電極２ｄ，２ｅの電流Ｉ１　，Ｉ２　はそれぞれアン
プ７，８によって増幅された後、演算回路９によってＩ
２　／（Ｉ１　＋Ｉ２）が求められる。その結果をＡ／
Ｄ変換回路１０によってＡ／Ｄ変換してＡ／Ｄ変換出力
を得た後、被写体距離演算回路１１に入力し、上記（４
）式に基づいて１／ｌを算出する。

【００１４】図１４は１／ｌとＡ／Ｄ変換出力の関係を
示す線図で、上記（４）式からわかるようにＩ２　／（
Ｉ１　＋Ｉ２　）と１／ｌは比例関係にある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記（４）
式より明らかなように、Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）と
１／ｌの関係は線形で、その傾きはｔ／（Ｓ×ｆ）によ
って決定される。そこで、基線長Ｓ、焦点距離ｆ、ＰＳ
Ｄの長さｔの設定の仕方により、例えば図１５に示すよ
うな２種類の特性直線Ｌ１　，Ｌ２　を得ることができ
る。この場合、演算回路９の出力には通常ノイズ成分を
含むから、演算出力Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）にΔｙ
だけのバラツキを生じることになる。

【００１６】一般に、反射光スポットの光量は、被写体
距離の２乗に反比例して減少するから、このバラツキΔ
ｙは被写体距離ｌの２乗に比例して大きくなる。そこで
、同じ被写体距離において、特性直線Ｌ１　もＬ２　も
それぞれの出力にΔｙのバラツキを持っていたとすると
、１／ｌの認識誤差は、図１５から明らかなように、傾
きが大きい直線Ｌ１　の方が小さい。

【００１７】即ち、傾きｔ／（Ｓ×ｆ）の値が小さい方
が測距性能がよいことになる。従って、基線長Ｓまたは
焦点距離ｆを大きくすればよいが、カメラを小型化する
ことが難しくなる。そこで、分子のＰＳＤの全長ｔの値
を小さくすると測距性能は向上するが、測距可能な至近
距離が遠くなるという欠点を有している。

【００１８】そこで本発明の目的は、上記問題点を解消
し、ＰＳＤを用いたアクティブ方式の測距装置において
、測距光学系やＰＳＤセンサを大型化したり最短撮影距
離を犠牲にすることなく、つまりｔ／（Ｓ×ｆ）の値を
変えずに、遠距離側の測距精度を向上させた測距装置を
提供するにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の測距装置は、目
標物に光を投射する投光手段と、この投光手段より所定
距離隔てて配置され、目標物からの反射光の入射位置に
応じた出力を発生する光電変換手段と、この光電変換手
段の出力により目標物迄の距離を演算する距離演算手段
とを有する測距装置において、上記光電変換手段の、入
射位置と出力とは非線形の関係を有し、遠距離側の入射
位置の変化に応じた出力の変化率を、近距離側に比べ高
くしたことを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】この測距装置では、ＰＳＤの抵抗層の幅もしく
は深さ、または抵抗層の比抵抗の値を反射光スポット位
置ｘ方向に変化させ、光電流比Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２
　）、被写体距離の逆数１／ｌの関係を非線形にするこ
とにより、図１６の曲線Ｌ３に示すように、Ｉ２　／（
Ｉ１　＋Ｉ２　）のバラツキが大きい遠距離で傾きを大
に、バラツキが小さく傾きが多少小さくなっても構わな
い近距離で小さくして、これによって測距性能を総合的
に改良している。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を具体的に説明
する。

【００２２】図２は、本発明の一実施例を示す測距装置
におけるＰＳＤの抵抗層の断面図で、この図２の場合抵
抗層の深さを反射光スポット位置ｘの方向に沿って変化
させた、全長ｔの非線形ＰＳＤである。そして、第１の
電極２ｄが∞側で、第２の電極２ｅが至近側である。

【００２３】入射位置ｘに於る面積抵抗をｒ（ｘ）［Ω
／ｍ］とすると、第１，第２の電極２ｄ，２ｅ間の全抵
抗Ｒ（ｔ）と、第１の電極２ｄから入射位置ｘまでの抵
抗Ｒ（ｘ）とは、それぞれ

【００２４】

【００２５】となる。

【００２６】図３は、上記図２に示した非線形ＰＳＤを
使用したときの入射位置ｘとＡ／Ｄ変換出力の関係を表
わす線図である。最短撮影距離ｌｍｉｎ　（入射位置ｔ
）におけるＡ／Ｄ変換出力をＤＭ（ＤＡＩＡ　ＭＡＸ）
とすると、任意の入射位置ｘにおけるＡ／Ｄ変換出力ｙ
は

【００２７】

【００２８】となる。この（６）式を被写体距離の逆数
１／ｌの関係で表わすと、 ｘ＝Ｓ×ｆ／ｌ だから

【００２９】

【００３０】となる。

【００３１】図４は、被写体距離の逆数１／ｌとＡ／Ｄ
変換出力の関係を示す線図である。一般に、測距装置の
性能を表わすパラメータとしてセンサ誤差Δ（１／ｌ）
つまりｄ（１／ｌ）が用いられる。

【００３２】即ち、Ａ／Ｄ変換出力には常に出力バラツ
キｄｙが付随するから、センサ誤差Δ（１／ｌ）は、こ
のｄｙ変化に対応するｄ（１／ｌ）のことである。ここ
に、出力バラツキｄｙは、バラツキが正規分布のときの
標準偏差をσとすると、同じ被写体距離ｌにおけるＡ／
Ｄ変換出力のバラツキの ３×σ 値をとったものを用いることにする。

【００３３】従って上記（７）式を、ｄ（１／ｌ）を表
わす形に変形するために両辺をｄ（１／ｌ）で微分する
と、

【００３４】

【００３５】となる。このような構成の非線形ＰＳＤを
、従来の線形ＰＳＤと比較しながら、より具体的な形状
、例えば台形タイプとＬ形タイプに適用した例で以下に
説明する。

【００３６】［１］　　まず、従来の線形ＰＳＤの場合
を図５により説明すると、全長ｔ、幅ａ、抵抗層の深さ
ｂ、抵抗層の比抵抗ρ［Ω・ｍ］とすると、線形ＰＳＤ
の面積抵抗ｒ（ｘ）は、 ｒ（ｘ）＝ρ／（ａ×ｂ）　　　　［Ω／ｍ］　　　　
……（１０）となる。そこで、センサ誤差ｄ（１／ｌ）
は上記（９）式より

【００３７】

【００３８】となる。

【００３９】［２］　　次に非線形ＰＳＤの一例として
台形タイプの場合を図６により説明する。全長ｔ、抵抗
層の深さｂ、比抵抗ρ、∞側の幅ａ１　、至近側の幅ａ
２　の台形タイプの非線形ＰＳＤの面積抵抗ｒ（ｘ）は
、

【００４０】

【００４１】となる。そこで、センサ誤差ｄ（１／ｌ）
は、

【００４２】

【００４３】となる。ここで、 α＝ａ２　／ａ１　 である。上記（１２）式において、ｔ・ｄｙ／ＤＭ・Ｓ
・ｆの部分は線形ＰＳＤと同じである。つま後半の

【０
０４４】

【００４５】が線形ＰＳＤのｄ（１／ｌ）に対する比率
となる。これをセンサ誤差補正係数βと定義する。つま
り、線形ＰＳＤは非線形ＰＳＤの一例で、センサ誤差補
正係数βが β＝１ の場合であると考えることができる。この補正係数βは
、ａ２　／ａ１　をαとおいて、

【００４６】

【００４７】となる。

【００４８】この図６に示すような台形タイプの非線形
ＰＳＤにおいて ｄ＝ａ２　／ａ１　 をパラメータとしてｘ／ｔとβの関係を示すと、図７の
ような線図が得られる。［３］　　更に、非線形ＰＳＤ
の別の一例としてＬ形タイプの場合を図８，９を用いて
説明する。まず、形状寸法が図８に示すようなＬ形ＰＳ
Ｄの面積抵抗ｒ（ｘ）は、ｘがｔ／２を超えるか否かに
応じ

【００４９】

【００５０】となる。従って、このＬ形タイプの場合の
センサ誤差ｄ（１／ｌ）は、ａ２　／ａ１　をαとすれ
ば、

【００５１】

【００５２】となる。そこで、センサ補正係数βは、

【
００５３】

【００５４】になるから、αの値によって補正係数βは
表１のようになる。

【００５５】

【００５６】次に、形状寸法が図９に示すようなＬ形Ｐ
ＳＤのセンサ補正係数βは、ａ２　／ａ１　をαとすれ
ば下記（１６）式のようになるから、αの値により表２
のようになる。

【００５７】

【００５８】上述したように、ＰＳＤの幅ａを入射位置
ｘの関数とすることにより、遠距離側でのΔ（１／ｌ）
が線形ＰＳＤのそれに比べて小さいく、つまりβ＜１ となる。一方、近距離側では逆にΔ（１／ｌ）が線形Ｐ
ＳＤのそれに比べて大きくなる。しかし、出力のノイズ
によるバラツキ△ｙまたはｄｙの値は、通常被写体距離
ｌの２乗に比例して大きくなるため、近距離ではΔ（１
／ｌ）が大きく、つまり β＞１ になっても、その絶対値が小さいから問題にならない。

【００５９】また、上記実施例では、ＰＳＤの幅ａを入
射位置ｘの関数としたが、抵抗層の深さｂもしくは抵抗
層の比抵抗ρをｘの関数にしてもよいこと勿論である。 即ち、図１は第１の電極２ｄ側と第２の電極２ｅ側とで
抵抗層の深さｂがそれぞれｂ１，ｂ２と異なる場合を、
また図１０は第１の電極側と第２の電極側とで抵抗層の
比抵抗ρが入射位置ｘの値に応じてρ１，ρ２と変化す
る場合を、それぞれ示す図である。

【００６０】このように抵抗層の比抵抗ρを変化させる
ためには、例えばＰＳＤの製作時に、Ｐ層に混入する不
純物の量を、ｘ方向に段階的もしくは連続的に変化させ
れば良い。

【００６１】上記実施例によれば、測距光学系の基線長
Ｓ、受光レンズの焦点距離ｆを大きくすることなく、ま
た最短撮影距離を長くすることなく、遠距離における測
距性能を向上させることが可能になる。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、光電
変換素子の被写体光の入射位置とその出力との関係を非
線形とし、遠距離側の入射位置の変化に応じた出力の変
化率を、近距離側のそれに比べて高くしたので、測距光
学系や光電変換素子を大型化したり最短撮影距離を犠牲
にすることなく、遠距離側の測距精度を向上させること
ができるという顕著な効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す測距装置における抵抗
層の深さを変えた非線形ＰＳＤの斜視図。

【図２】本発明の一実施例を示す測距装置における非線
形ＰＳＤの断面図。

【図３】上記図２における入射位置とＡ／Ｄ変換出力の
関係を示す線図。

【図４】上記図２における被写体距離とＡ／Ｄ変換出力
の関係を示す線図。

【図５】従来の線形ＰＳＤの斜視図。

【図６】幅を変えた台形タイプの非線形ＰＳＤの平面図
。

【図７】上記図６における幅の比を変えたときのセンサ
誤差補正係数の線図。

【図８】幅を変えたＬ形タイプの非線形ＰＳＤの平面図
。

【図９】Ｌ形タイプの別の例を示す非線形ＰＳＤの平面
図。

【図１０】抵抗層の比抵抗を変えた非線形ＰＳＤの比抵
抗の線図。

【図１１】アクティブ式の測距装置の光学配置図。

【図１２】ＰＳＤの構造を示す断面図。

【図１３】アクティブ式の測距装置のブロック構成図。

【図１４】従来のＰＳＤを用いた測距装置における被写
体距離の逆数とＡ／Ｄ変換出力の関係を示す線図。

【図１５】上記図１４における特性直線上にバラツキを
付記した線図。

【図１６】非線形ＰＳＤを用いた測距装置における被写
体距離の逆数とＡ／Ｄ変換出力との関係を示す線図。

【符号の説明】

１………ＩＲＥＤ（投光手段） ２………ＰＳＤ（光電変換手段） ３………投光レンズ（投光手段） ９………演算回路（距離演算手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】目標物に光を投射する投光手段と、この投
   光手段より所定距離隔てて配置され、目標物からの反射
   光の入射位置に応じた出力を発生する光電変換手段と、
   この光電変換手段の出力により目標物迄の距離を演算す
   る距離演算手段と、を有する測距装置において、上記光
   電変換手段の、入射位置と出力とは非線形の関係を有し
   、遠距離側の入射位置の変化に応じた出力の変化率を、
   近距離側に比べ高くしたことを特徴とする測距装置。