JPH04338904A - 距離検出装置 - 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、カメラ等に用いられる
距離検出装置に係り、特に、投光部より測距対象物に向
けて光を照射し、その反射光を投光部から所定の基線長
だけ離れて配置された受光部により受光して測距を行な
う光照射型三角測距方式の距離検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記光照射型の三角測距方式の距離検出
装置は既に周知であり、従来から種々提供されている。 例えば、特開昭５７−１０４８０９号公報記載の測距装
置は、図１５の（Ａ）に示すように、発光素子８０から
投光レンズ８３を介して測距対象物８６に向けて投光パ
ターン８５の光を照射し、同測距対象物８６からの反射
光を受光レンズ８４により受光素子８１，８２に入射さ
せ、受光素子８１，８２の出力状態により、測距をする
ようにしている。そして、上記発光素子８０と受光素子
８１，８２とは、図１５の（Ｂ）に示すように、単一の
基板８７上の所定位置にそれぞれ配置されている。即ち
、同基板８７の一側縁寄りには、電極部８０ａで囲まれ
た発光素子８０が、また他側縁寄りには２つの受光素子
８１，８２がその受光素子間の境界線が基線長方向８８
に対して垂直になるように近接して、それぞれ固定され
ている。

【０００３】このように構成された上記測距装置では、
受光面の基線長方向８８上に形成される反射光像８９の
位置は、三角測距の原理から測距対象物までの距離に応
じて変化し、反射光像８９の位置により受光素子８１が
受光する面積と、受光素子８２が受光する面積に差異が
あるので、両受光素子８１，８２の出力差により測距対
象物までの距離を検出することができる。

【０００４】図１６は、上記図１５の（Ａ），（Ｂ）に
示した測距装置に於ける測距光学系の配置を示したもの
で、チップサイズがｔの発光素子８０は、投光レンズ８
３からその焦点距離ｆＴ　だけ離れた位置に配置されて
いる。同投光レンズ８３より基線長Ｌ離して配置された
受光レンズ８４の焦点距離ｆＪ　だけ離れた位置に配置
された受光素子８１，８２から出力される光電流Ｉ１　
，Ｉ２　によって測距対象物８６までの被写体距離ａを
求めるものである。また、図１７の（Ａ）〜（Ｄ）は、
反射光像が測距対象物までの距離に応じて移動する様子
を示したもので、外径ｔＪ　の反射光像８９が測距対象
物までの距離に応じて受光素子８１，８２上を移動する
と、この受光素子８１，８２から出力される光電流Ｉ１
　，Ｉ２　を演算処理して得られた測距演算出力Ｉ２　
／（Ｉ１　＋Ｉ２）は、図１７の（Ｅ）に示すように、
被写体距離に応じて１から０まで変化することになる。 この１から０まで変化する範囲は、丁度反射光像８９の
径ｔＪ　の間である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されている従来の距離検出装置に於いては、基本的
に測距精度の向上と、測距範囲の拡大という互いに相反
する問題が生ずる。以下、これについて説明する。

【０００６】上述のような距離検出装置に於いては、被
写体までの距離ａの逆数と測距演算出力Ｉ２　／（Ｉ１
　＋Ｉ２　）の間には、図１８の（Ａ）に示すような関
係がある。即ち、この図１８の（Ａ）の実線ｌ１　，ｌ
２　は、それぞれ投光チップサイズがｔ１　，ｔ２　（
ｔ１　＜ｔ２　）の場合で、被写体距離ａの逆数に対す
る測距演算出力Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）の関係を表
わしている。

【０００７】一般に、被写体から受光素子に入射する信
号光量は非常に微弱なので、信号電流の比Ｉ２　／（Ｉ
１　＋Ｉ２　）は、回路ノイズ等により影響されてしま
う。回路ノイズによって生じる出力信号のバラツキ、つ
まりノイズ幅は、図１８の（Ｂ）に示すように、特性線
ｌ３　，ｌ４　の何れの場合も同一距離ａ１　では同じ
ノイズ幅Δｌ３　，Δｌ４　であり、ノイズ成分を付加
した測距演算出力Ｉ２　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）は斜線部
分で示される。

【０００８】そこで、被写体距離ａ１　を判定するため
に特性線ｌ３　では判定レベルＶａ　を用い、特性線ｌ
４　では判定レベルＶｂ　を用いることになる。

【０００９】すると、ノイズ成分のために、距離判定の
不確定幅が特性線ｌ３　ではα、特性線ｌ４　ではβだ
け生ずることになる。つまり、特性線ｌ４　を用いて測
距すると、特性線ｌ３　の場合に比べて距離判定の不確
定幅が広くなってしまい測距精度が劣ることになる。

【００１０】従って、距離検出装置の測距精度を表わす
指標としては、（ノイズ幅）／（測距演算出力の傾斜）
で評価することができる。つまり、測距範囲Ｓは、投光
レンズと発光素子間の距離をｆＴ　、基線長をＬ、発光
素子のチップサイズをｔとすれば、 Ｓ＝∞　　〜　　（ｆＴ　・Ｌ）／ｔ となる。また、測距精度Ｒは、測距演算出力ノイズをＮ
とすれば Ｒ＝Ｎ・｛（ｆＴ　・Ｌ）／ｔ｝ となる。上式から解るように、測距範囲Ｓは投光レンズ
の焦点距離ｆＴ　、基線長Ｌが小さくなる程大きくなり
、また発光素子のチップサイズｔがｔ２　のように大き
くなると、図１８の（Ａ）の特性線ｌ２　に示したよう
に、至近側がｆＴ　・Ｌ／ｔ２　まで伸びるので測距範
囲Ｓは大きくなるが、測距精度Ｒは逆に悪くなる。反対
に、ｆＴ　，Ｌが大きくなる程、また、ｔが小さくなる
程、測距精度Ｒは良くなるが測距範囲Ｓは小さくなる。 換言すれば、このような測距装置に於いては、測距精度
の向上と測距範囲の拡大は互いに相反するものとなる。

【００１１】また、測距精度の向上と測距範囲の拡大を
両立させるために、投射光量を大きくして、測距演算出
力のノイズ幅を小さくする手段もあるが、カメラ等の小
型機器に組込まれる場合には、電源や投・受光部のため
のスペースが限られており、測距装置に供給可能な電力
も限定されるので、投射光量を増加させて解決する手段
はコストやスペースの点から問題があって採用できない
。

【００１２】また、測距範囲を拡大するために、投光素
子のチップサイズｔを大きくしたり投光レンズの焦点距
離ｆＴ　を小さくしたりする手段を採用すると、通常は
測距対象物が人物等の大きさの限られた物であるので、
投光パターンが測距対象物よりも大きくなってしまい測
距が正確に行なわれにくいことがある。

【００１３】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
ので、測距精度落とすことなく、さらには向上させつつ
、測距範囲を拡大することのできる距離検出装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の距離検出装置は、少なくとも２つの測距用
光源を基線長方向並べて配置し、この測距用光源を時系
列的に測距対象物に向けて投光する投光手段と、この投
光手段に基線長離れて配置され、少なくとも２つの受光
素子を有し、上記測距用光の測距対象物からの反射光を
受光し、上記受光素子毎に光電変換信号を出力する受光
手段と、この受光手段の上記光電変換信号に基づいて上
記測距対象物までの距離を演算する演算手段とを備えて
いる。

【００１５】

【作用】即ち、本発明の距離検出装置は、測距用光源を
隣接して配置し、これらの測距用光源から測距用光を時
系列的に測距対象物に向けて投光して、精度は良いが狭
範囲な測距を複数行なうことにより、精度良く広範囲を
測定可能とするものである。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施例を示す距離
検出装置の測距光学系の配置を示す図で、ここでは受光
素子として２つのＳＰＤ（シリコン・フォト・ダイオー
ド）１Ａ，１Ｂが設けられている。また、投光部には、
２つのＩＲＥＤ（赤外発光ダイオード）チップで成る発
光素子２０，２０Ａが設けられている。

【００１８】図２は、これらを正面方向Ｙから見た場合
の配置図である。本実施例では、簡単のために、基線長
方向に投光チップを２つ併設している。

【００１９】図１に於いて、投光レンズ２６の焦点距離
ｆＴ　だけ離れた位置に配設されたチップサイズがｔ１
　の発光素子２０，２０Ａで発光された光束は、投光レ
ンズ２６で集光されて、測距対象物２８に向け投射され
る。 同測距対象物２８で反射された光は、投光レンズ２６か
ら基線長Ｌ離れて配置された受光レンズ２７で集光され
て、同レンズ２７からその焦点距離ｆＪだけ離れた位置
に配設されたＳＰＤ１Ａ，１Ｂに入射する。すると、各
ＳＰＤ１Ａ，１Ｂには、それぞれ光電流Ｉ１　，Ｉ２　
が発生し、これが演算手段２９に供給され、同手段２９
で測距演算されるようになっている。

【００２０】図３乃至図５は、本実施例の距離検出装置
の電気回路図であり、図６はこの図５中の制御回路部２
５から供給される信号のタイミングチャートである。

【００２１】この距離検出装置は、図３に示すような測
距対象物に光パルスを投射する投光回路部２１，２１Ａ
と、図４に示すような測距対象物からの反射光を受光し
て信号パルス光電流成分を検出し、増幅する光電流検出
回路部２２，２２Ａ、及びバイアス電流に重畳された光
電流から被写体の距離情報を求める演算出力回路部２３
と、図５に示すような上記演算出力回路部２３の出力を
Ａ／Ｄ変換するカウント回路部２４、及び上記各回路部
に制御信号を送出する制御回路部２５とから構成されて
いる。

【００２２】上記投光回路部２１と２１Ａ、また光電流
検出回路部２２と２２Ａは、それぞれ同一構成部材を用
い、且つ同様の構成をとっているので、回路部２１及び
２２についてのみ説明し、２１Ａ，２２Ａの回路の構成
部材には同一部材にＡを付すに止め、重ねての説明は省
略する。

【００２３】図３に於いて、投光回路部２１のＩＲＥＤ
６８は、トランジスタ６７、抵抗６６，６９及びオペア
ンプ６５で構成されている定電流駆動回路により定電流
ドライブされる。この定電流駆動回路のオン・オフを制
御するトランジスタ７０のベースが抵抗７１を介して図
５中の制御回路部２５の端子Ｔ１　に接続されており、
このＩＲＥＤ６８から図６に示されるパルス波形で投射
される赤外光のオン・オフ制御は、制御回路部２５の端
子Ｔ７　の出力信号が“Ｌ”レベルの時、この制御回路
部２５の端子Ｔ１　の出力信号（図６参照）により行な
われる。投光回路２１Ａに於いても、制御回路部２５の
端子Ｔ６　の出力信号が“Ｌ”レベルの時、同様に制御
される。

【００２４】図４中の光電流検出回路部２２は、オペア
ンプ３及びトランジスタ２からなるプリアンプ回路部と
、オペアンプ５，トランジスタ４とその周辺回路からな
る背景光除去回路部と、トランジスタ８，９からなるカ
レントミラー回路とで構成されている。

【００２５】ＳＰＤ１Ａのアノードから得られる信号パ
ルス光電流Ｉ１　は、プリアンプ回路部を構成するオペ
アンプ３に供給される。このオペアンプ３は、トランジ
スタ２によって帰還がかけられるように、その出力端を
トランジスタ２のエミッタに、反転入力端をベースに、
非反転入力端を基準電源Ｖｒｅｆ　に、それぞれ接続さ
れているので、トランジスタ２のベース入力抵抗は等価
的に数１０ｋΩ程度に下げられている。

【００２６】背景光除去回路部を構成するオペアンプ５
は、非投光時に制御回路部２５の端子Ｔ１　の出力信号
の“Ｈ”レベルが抵抗７３を通じてトランジスタ６のベ
ースに与えられることによりオンするとアクティブとな
り、その出力端に接続されたコンデンサ７に、この背景
光の明るさに応じた電荷を蓄積すると共に、同じコンデ
ンサ７とトランジスタ４とで構成されたフィードバック
ループによってＳＰＤ１Ａの背景光による光電流成分と
、オペアンプ３のバイアス電流成分をトランジスタ４の
コレクタ電流としてグランドラインに排出する。その結
果として、トランジスタ２のコレクタ電流は、背景光の
大きさによらず、略パルス信号光電流に応じた値となる
。投光時には、トランジスタ６がオフするからオペアン
プ５がノンアクティブとなるが、コンデンサ７に蓄積さ
れた電荷によりトランジスタ４が背景光による光電流を
グランドラインに排出し続けるので、ＳＰＤ１Ａのアノ
ードから得られる光電流から背景光による光電流を除い
たパルス光成分はトランジスタ２でβＮ　倍されてカレ
ントミラー回路８，９によって折り返され、演算出力回
路部２３の圧縮ダイオード４７に信号パルス光電流βＮ
　Ｉ１　として注入される。

【００２７】また、他のＳＰＤ１Ｂのアノードから得ら
れた光電流Ｉ２　も、上記回路部２２と同様の動作をす
る光電流検出回路部２２Ａでそれぞれ処理されて信号パ
ルス光電流βＮ　Ｉ２　として演算出力回路部２３に供
給される。

【００２８】また、図４中の演算出力回路部２３は、ト
ランジスタ４１，４２，４４，４５と圧縮ダイオード４
６，４７と、定電流源４３と、バッファ回路ＢＵＦ１　
，ＢＵＦ２　とからなり、測距演算出力を得るための対
数伸長回路を構成している。差動増幅器を形成している
トランジスタ４１，４２の各ベースは、上記圧縮ダイオ
ード４６と４７の各アノードにバッファ回路ＢＵＦ１　
，ＢＵＦ２　を介して接続され、各エミッタは定電流源
４３に共通に接続されている。トランジスタ４２のコレ
クタは、カレントミラー回路を形成しているトランジス
タ４４，４５の各ベースとトランジスタ４４のコレクタ
とに接続されている。

【００２９】ところで、上記ダイオード４６，４７にそ
れぞれ流れる電流Ｉ１ｂ，Ｉ２ｂは、光電流検出回路部
２２，２２Ａから出力された信号パルス光電流が流れる
ように回路接続されている。従って、演算出力回路部２
３では上記した電流Ｉ１ｂは光電流検出回路部２２Ａか
らの信号パルス光電流βＮ　Ｉ２　、電流Ｉ２ｂは光電
流検出回路部２２からの信号パルス光電流βＮ　Ｉ１　
となるから、　　　　Ｉ１ｂ＝βＮ　Ｉ２　，　　Ｉ２
ｂ＝βＮ　Ｉ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　…（１）である。

【００３０】従って、トランジスタ４２のコレクタ電流
ＩＣ　は、定電流源４３の定電流をＩＥ　とすると、　
　　　ＩＣ　＝｛Ｉ２ｂ／（Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ）｝・ＩＥ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（２）となる。よって、演算出力回路部２３の出力で
あるトランジスタ４５のコレクタ電流Ｉ１　’は上記（
１）式を（２）式に代入して 　　　　Ｉ１　’＝｛Ｉ１　／（Ｉ１　＋Ｉ２　）｝・
ＩＥ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（３）となる。

【００３１】この演算出力回路部２３の出力電流Ｉ１　
’は、図７に示すように被写体距離ａの逆数に応じて無
限遠から至近までの測距範囲を分担して測距することに
なる。

【００３２】１／ａに対する測距出力の傾き補正，シフ
ト補正，等は、補正値を不図示のＥＥＰＲＯＭに書き込
んでおいて、それによって各々補正演算を行えば問題は
ない。

【００３３】測距値としては、測距連動内の投光スポッ
トによって決定する。その手続はいささか複雑であるが
、それぞれの測距値や不図示の投光強度測定手段等から
総合的に決定することが必要である。最も簡単な方法は
、所定測距値以上，以下は、すべて連動範囲外とするも
のである。

【００３４】一方、図５に示すカウント回路部２４は、
上記演算出力回路部２３のトランジスタ４５のコレクタ
電流の積分値Ｉ１　’を計測して制御回路部２５に内蔵
されているカウンタ機構（図示せず）でディジタル計測
するものである。

【００３５】上記演算出力回路部２３の出力電流Ｉ１　
’は次のようにして求められる。即ち、投光に同期して
、定電流源４３（図４）がアクティブになり、コンデン
サ５２には、投光ごとに演算出力回路部２３の出力電流
が流れて電荷が蓄積されていくことになる。オペアンプ
５３は上記コンデンサ５２のリセットをするためのもの
で、その制御用のトランジスタ５４のベースは抵抗７６
を介して制御回路部２５の端子Ｔ３　に接続されている
。 従って、この端子Ｔ３　の出力信号（図６参照）により
、トランジスタ５４がオンしてコンデンサ５２の電位を
基準電位Ｖｒｅｆ　にセットし、投光開始の直前にオフ
してオペアンプ５３を動作不能とする。その後はコンデ
ンサ５２の電位は、同コンデンサ５２への注入電流によ
って増加していく。

【００３６】所定回数の投光が終ると、図６のタイミン
グチャートに示すように、制御回路部２５は、その端子
Ｔ４　の出力信号を“Ｈ”→“Ｌ”とするので、抵抗７
７を介してトランジスタ６３がオフし、トランジスタ５
５でコンデンサ５２を放電していく。同時に制御回路部
２５に内蔵されたカウンタが働き、コンパレータ６２の
出力が“Ｈ”になるまでカウントを続ける。コンパレー
タ６２は、コンデンサ５２の両端電圧が基準電圧Ｖｒｅ
ｆ　より小さくなると、その出力を“Ｌ”から“Ｈ”に
変化する。コンデンサ５２の放電速度は、定電流源６１
とこれに直列に接続されたトランジスタ５６，５５から
なるカレントミラー回路によって決定される。このよう
にして被写体距離に応じた出力を制御回路部２５内のカ
ウンタのカウント値として得ることができる。

【００３７】なお、演算出力回路部２３は、上記構成に
限定されるものではなく、他の回路構成及びその演算の
詳しい説明は、本出願人による特開平１−１５０８０９
号公報に開示されているので、ここでは省略する。

【００３８】図８は、本発明の第２の実施例に係わる距
離検出装置に於ける発光素子と受光素子の配置を図２に
対応させて示す図である。本実施例では、発光素子２０
と２０Ａとを一部オーバーラップするように上下に配設
している。このような配置とすることにより、図９に示
すように、それぞれの測距連動範囲をオーバーラップさ
せることができ、前述の第１の実施例で生ずる可能性の
あるどちらも連動外という危険を回避することができる
。

【００３９】また、上記危険は、上記第２の実施例のよ
うに発光素子の一部をオーバーラップさせる代わりに、
図１０及び図１１に示すように、発光素子２０，２０Ａ
に加え、さらに発光素子２０Ｂを基線長方向に併設し、
上記第１及び第２の実施例に於ける発光素子２０の発光
タイミングで本第３の実施例に於ける発光素子２０と２
０Ａを同時発光させ、上記第１及び第２の実施例に於け
る発光素子２０Ａの発光タイミングで本第３の実施例に
於ける発光素子２０Ａと２０Ｂを同時発光させるという
ようにすることによっても、回避可能である。このよう
な発光制御は、図３に示した投光回路部２１，２１Ａを
、図１２に示すように変更するという簡単な電気回路の
修正で対応可能である。

【００４０】図１３は、本発明の第４の実施例に係わる
距離検出装置に於ける制御回路部の各信号タイミングを
図６に対応させて示す図である。本実施例では、逆積分
を１回にして、測距に要する時間を短縮したものである
。このようなシーケンスとした場合、図７及び図９の演
算出力は合成されて、それぞれ図１４の（Ａ）及び（Ｂ
）に示すようになる。こうして得られる測距出力の非線
形性は、図示しないＥＥＰＲＯＭに書き込まれたデータ
によってシフト並びに傾き補正をかけて、距離を算出す
るようにすれば良い。これらの補正並びに距離算出方式
は公知であるので、説明は省略する。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、隣接し
て配置された投光素子により、基線長方向に複数の投光
スポットを測定対象物に向けて時系列的に投光し、複数
の精度は良いが狭範囲な測距を行なうことによって、精
度良く広範囲を測定可能とするものである。

【００４２】そして、このように構成することによって
、構造が簡単であるばかりでなく、大型の電源電池等を
用いて発光素子の発光エネルギーを大きくしなくとも、
コンパクトな構成で、カメラ等の小型機器への組み込み
に適し、カメラの測距精度を落とすことなく向上させ、
且つ測距範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる距離検出装置に
於ける測距光学系の配置図である。

【図２】図１中の矢印Ｙ方向に受光素子と発光素子を見
た場合の素子配置を示す図である。

【図３】第１の実施例の距離検出装置の電気回路図の一
部として投光回路部を示す図である。

【図４】第１の実施例の距離検出装置の電気回路図の一
部として光電流検出回路部及び演算出力回路部を示す図
である。

【図５】第１の実施例の距離検出装置の電気回路図の一
部としてカウント回路部及び制御回路部を示す図である
。

【図６】図５中の制御回路部に於ける各信号のタイミン
グチャ−トである。

【図７】演算出力回路部から出力される信号電流の被写
体距離に対する特性線図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係わる距離検出装置に
於ける発光素子と受光素子の配置を図２に対応させて示
す図である。

【図９】第２の実施例に於ける演算出力回路部から出力
される信号電流の被写体距離に対する特性線図である。

【図１０】本発明の第３の実施例に係わる距離検出装置
に於ける測距光学系の配置図である。

【図１１】図１０中の矢印Ｙ方向に受光素子と発光素子
を見た場合の素子配置を示す図である。

【図１２】第３の実施例の距離検出装置の電気回路図の
一部として投光回路部を示す図である。

【図１３】本発明の第４の実施例に係わる距離検出装置
の制御回路部に於ける各信号のタイミングチャ−トであ
る。

【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、第４の実施例
に於ける演算出力回路部から出力される信号電流の被写
体距離に対する特性線図を図７及び図９に対応させて示
している。

【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、従来の距離検
出装置に於ける発光素子と受光素子の配置を示す斜視図
及び正面図である。

【図１６】従来の距離検出装置の測距光学系の配置を示
す平面図。

【図１７】（Ａ）乃至（Ｄ）はそれぞれ、被写体距離に
対応して測距対象物からの反射像が受光素子群上に結像
される様子を示す説明図であり、（Ｅ）は受光反射像の
中心位置が（Ａ）乃至（Ｄ）に対応する位置にある場合
の測距演算出力の特性線図である。

【図１８】（Ａ）は従来の距離検出装置に於ける被写体
距離の逆数に対する測距演算出力の関係を示す特性線図
であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す線図に於いてノイズを重
畳させた場合の特性線図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…受光素子、２０，２０Ａ，２０Ｂ…発光素
子、２６…投光レンズ、２７…受光レンズ、２８…測距
対象物、２９…演算手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも２つの測距用光源を基線長
   方向並べて配置し、この測距用光源を時系列的に測距対
   象物に向けて投光する投光手段と、この投光手段に基線
   長離れて配置され、少なくとも２つの受光素子を有し、
   上記測距用光の測距対象物からの反射光を受光し、上記
   受光素子毎に光電変換信号を出力する受光手段と、この
   受光手段の上記光電変換信号に基づいて上記測距対象物
   までの距離を演算する演算手段とを具備したことを特徴
   とする距離検出装置。