JPS6215122B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ビーム投射手段から測距対象に向け
て投射されたパルス状の光ビームの反射光を受光
する光電素子の光電流出力を解析して測距対象ま
での距離を検出するようにした測距装置に関し、
特に明るさが時間的に一定な光に重畳して存在す
るフラツシユ光の如き瞬間的なパルス光を、この
パルス光の明るさに応じた電気信号として分離し
て検出する瞬間光の検出回路を具備したものに係
る。

従来、明るさが時間的に一定な光、つまり定常
光に重畳して存在する瞬間的なパルス光のような
交流成分を分離検出する回路として、入射光をそ
の明るさに応じた光電流に交換する光電素子と直
列に負荷を接続し、さらにこの負荷にキヤパシタ
を接続し、このキヤパシタを介して負荷に現われ
る電圧変動成分のみを取り出すようにした回路が
一般的によく用いられている。

しかしながら、上記の負荷として抵抗を用いた
回路において、定常光の明るさの大巾な変化に応
じて飽和することなく抵抗負荷の端子間に電圧を
発生させるためには比較的大きな電圧を供給する
電源を必要とする。そこで抵抗負荷に代えてダイ
オードなどの対数圧縮素子を用いることが考えら
れるが、この場合は、キヤパシタを介して検出さ
れるパルス光に対応した信号の強度は定常光の強
度に依存したものとなつてしまい、特に定常光の
明るさが大きい場合は、負荷に現われるパルス光
に対する電圧変化はさらに小さくなつて、時には
変化そのものの検出すら困難になつてしまうとい
う事態が生ずる。

本発明は、低電圧源で動作可能であり、定常光
の影響を受けることなく定常光に重畳して存在す
るパルス光の強度に応じた信号を検出することの
出来る瞬間光検出回路を具備した測距装置を提供
するものである。

以下、図面に示す自動焦点調節カメラのための
測距装置に具備された瞬間光検出回路の実施例に
ついて詳細に説明する。

第１図および第２図は従来から知られているカ
メラの自動焦点調節装置に適する、三角測距の原
理を応用した光ビーム投射方式の測距装置の原理
構成を示す。第１図において、光源１から発され
る光が集光レンズ２によつてビーム状に絞られ、
光軸３上の物体に向けて照射される。集光レンズ
２からその光軸３に対して基線長ｄだけ隔てた位
置に、結像レンズ４が配されてその結像面には複
数個の光電素子９，１０，１１および１２が配列
されている。今、図面において光軸３上の各点
５，６，７および８は、光電素子９，１０，１１
および１２の各受光面上にそれぞれ結像されるよ
うな構成とすると、例えば点５または６，７，８
の位置に物体があれば、光源１から発射された光
は、その物体によつて反射されて夫々対応する光
電素子９または１０，１１，１２に入射して来る
（このような光電素子への入射光を太陽光などに
よる定常光と区別するために信号光と呼ぶ）。し
たがつて、どの光電素子９，１０，１１，１２に
信号光が入射するかを検知すれば、物体までの距
離を知ることができるのである。第２図は、光電
素子の出力信号を扱う回路で、各光電素子は、こ
れらが発生する光電流を電圧信号に変換する光電
変換回路１３，１４，１５および１６に接続され
ている。各光電変換回路の出力は電圧比較回路１
７，１８，１９および２０の入力の一方にそれぞ
れ接続されている。各電圧比較回路のもう一方の
入力は一定の基準電圧源２５に接続され、比較の
ための基準電圧が与えられている。各電圧比較回
路の出力はレジスタ２１，２２，２３および２４
の入力と接続されている。また、これらレジスタ
のクロツク入力はワンシヨツト２７の出力と接続
されている。２８はワンシヨツト２７の出力パル
スに応答して光源１を一定時間点灯駆動する光源
駆動回路である。ここで、測距指令に基いてワン
シヨツト２７のスイツチ２６が閉じられると、ワ
ンシヨツト２７から一定時間“高”レベルのパル
スが出力され、これに応答して被測距対象の物体
に光ビームが投射される。かくして、その反射に
よる信号光の到来があつた光電素子と接続されて
いる光電変換回路からは信号光の強度に応じた電
圧信号が出力され、この信号のレベルが電圧源２
５の電圧レベルを越えているときに該信号系列下
の電圧比較回路から“高”レベルの電圧信号が出
力されてこれをレジスタが記憶する。以上に見る
ように、この種光ビーム投射方式の測距装置は原
理的には簡単な構成よりなり、単純な動作をする
ものであるが、しかし今日まで未だカメラに組み
込まれた商品としては実用化されるに至つていな
い。この実用化を妨げている原因の一つは、各光
電素子に入射する信号光の強度が微弱なものにな
らざるを得ず、加えて光電素子には太陽光などに
よる定常光が同時に入射することから、信号光の
成分を効果的に分離して検出することが容易なこ
とではなかつたことにあると考えられる。

本発明は、従来困難視されて来た、定常光と混
在する微弱な信号光成分を効果的に分離して検出
するという課題を新しい回路技術を導入すること
により解決し、上記のタイプの測距装置を実用化
に導くことにある。すなわちこの種の測距装置を
実用化するにあたつては、次のこと柄が考慮され
なければならない。光ビーム投射方式の測距装置
は、形状、消費電力がともに小さく、さらには製
造コストが低くなければならないということであ
る。このような要求を満足させようとすれば、矛
盾する問題が多く発生する。例えば、信号光の検
出を容易にするために光源の発光強度を高くすれ
ばよいが、こうすると装置の消費電力が大きくな
り、また形状も大きくなる。逆に形状を小さくす
べく基線長ｄをも短くすれば、光学系の精度はよ
り高くしなければならなくなるからその製造コス
トの増大を招く。

他方この種装置の幾何光学的な面からの必然的
に定められる制約がある。簡単な計算から明らか
になることであるが、例えば第１図の構成におい
て、レンズ２から点５および８までの距離をそれ
ぞれ１ｍおよび５ｍとし、基線長ｄを25mm、レン
ズ４の焦点距離を20mmとすると、光電素子９と１
２の距離は400μとなる。したがつて各光電素子
の配列ピツチは、それぞれを等間隔にとると約
130μとなる。ところでレンズ４の結像面で130μ
の大きさの像は、例えば１ｍの距離の点５の位置
における約７mmの大きさの光源に相当する。この
ことは、物体に向けて投射される光ビームの断面
の幅が点５の位置では７mm以下とならねばならな
いことを意味する。もし光ビームの断面幅がこれ
より大きくなれば、不要であるのにもかかわらず
隣りの光電素子にも信号光が入射してしまう。こ
のようなことから、この測距システムにおいて
は、極めて細い光ビームを形成することが要求さ
れる。

今、第３図に示すように、一定の発光面を持つ
た光源１の像を集光レンズ２を用いて有限の距離
に結像せしめるようにして光ビームを形成すると
しよう。光源１とレンズ２の距離を20mm、レンズ
２から結像点までの距離を２ｍとすれば、この点
における光源１に対する像は100倍に拡大された
大きさとなる。この点での光ビームの断面幅を10
mm以下にするには光源１の発光面の幅は100μ以
下にしなければならないことになる。

また、第３図から分るようにレンズ２の結像点
１０を過ぎると光ビームは広がつて行き、その断
面積は次第に大きくなつて行く。したがつて、細
い光ビームを集光レンズ２を用いて形成する場
合、光源１の発光面積は点光源に迫るような小さ
なものにしなければならないことになる。このよ
うな極めて小さな発光面積の光源という制約条件
に適うものとしては、通常発光ダイオードを最有
力候補に挙げることができる。しかしながら光源
１に発光ダイオードを用いる場合、発光ダイオー
ドの構造上においてその発光強度を定常光に比べ
てそんなに大きくすることは無理であり、したが
つて、明るい信号光を期待するわけには行かな
い。

本発明は、光源１に発光ダイオードを用いる場
合のように、定常光に比べてもその強度が極めて
小さい信号光を検出するにあたり、光電素子を含
む光電変換回路において、時間的変化が比較的に
緩慢な定常光に応じた光電流のみを通過せしめる
電流制御回路と時間的変化がかなり急峻な光電流
の増加に際しては、増加した光電流分を受け入れ
る電流回路を設け、定常光の強度に影響を受ける
ことなく信号光の明るさに応じた信号を取り出す
ようにした瞬間光検出回路を設けることを第１の
特徴とするものである。

本発明はその一実施態様として光電素子と、該
光電素子と直列に接続された電流制御素子と、前
記光電素子と電流制御素子との接続点に入力が接
続され、出力が前記電流制御素子の制御電極と接
続されたバツフア回路と、前記電流制御素子の制
御電極へ与えられる制御電圧を保持するように前
記バツフア回路に接続された第１のコンデンサ
と、前記接続点と接続されたベースに、前記光電
素子に定常的な光に加えて入射する瞬間的なパル
ス光に応じて発生される光電流を流し込み、この
光電流に応じた電流がコレクタから出力される入
力トランジスタとを含むことを特徴とする瞬間光
強度検出回路を提供するものである。

以下、第４図乃至第１３図について本発明を詳
細に説明する。なお図面中、同一数字は類似部分
を示すものである。

第４図は、本発明による光電変換回路の原理的
構成を示す図である。第４図において、第１の電
流回路はコレクタが光電素子３０のアノードと接
続されたトランジスタ３１と、これら両素子によ
る接続点３２に入力が接続される一方出力がトラ
ンジスタ３１のベースと接続されたバツフア回路
３３と、トランジスタ３１のベース・エミツタ間
に接続された遅延用のキヤパシタとより構成され
る。トランジスタ３１は、光電素子３０に定常的
に入射する光に応じた光電流をコレクタ電流とし
て流すように制御される。第２の電流回路を構成
するものとしての接続点３２からトランジスタ３
５のベース・エミツタを介する回路は、定常光に
加えて光電素子３０へインパルス状に入射する光
に応じた光電流を受け入れる。定電流源３６は、
光電素子３０へ定常光のみが入射している場合
に、その定常光による光電流の大きさに関係なく
トランジスタ３５のコレクタ電流を該定電流の値
に保つために設けられている。定電流源３６と並
列に接続されたキヤパシタ３７はトランジスタ３
５のエミツタ電位の急激な変動を抑える。トラン
ジスタ３８および３９は電流ミラー回路をなして
おり、トランジスタ３５のコレクタ電流と相似す
る電流がトランジスタ３９のコレクタから出力さ
れる。トランジスタ３９のコレクタには光電変換
された信号を取り出すための負荷４０が接続され
ている。トランジスタ３５のベースと接続された
定電流源４１は、光電素子３０への入射光が存在
しない場合において、特定強度の定常光に応じた
光電流の役割を演ずるダミー電流を供給する。い
いかえると定電流源４１は直接的に信号光の検知
動作に掛り合うものではなく、定常光が存在しな
い場合においてもトランジスタ３１や３５を定常
な状態に保持するよう回路の動作を補助するもの
である。

以上のように構成された回路において、まず、
トランジスタ３１を含む第１の電流回路の動作を
トランジスタ３１のコレクタとトランジスタ３５
のベースとを切り離すとともに定電流源４１を除
外して考える。今、時間的に変動しない一定強度
の光のみが光電素子３０に入射しているものとす
る。このときの入射光に応じた光電流はトランジ
スタ３１のコレクタ電流となつて流れる。これ
は、トランジスタ３１のコレクタがバツフア回路
３３を介して負帰還が掛けられた状態にあり、こ
の負帰還の動作によつてトランジスタ３１のベー
スがちようど光電流をコレクタ電流とするに必要
な電圧でバイアスされるようになるからである。
一方、定常光のみが光電素子３０に入射している
場合は、キヤパシタ３４は単に上記のバイアス電
圧に充電されているだけで回路動作には関与しな
い。ここで、定常光に加えてインパルス状の光が
光電素子３０に入射する場合を考える。このイン
パルス光の立ち上りは、バツフア回路３３の出力
抵抗と信号遅延機能が利用されるキヤパシタ３４
とで構成される時定数回路の時定数に比べて十分
に速いものとする。このようなインパルス光の入
射に対しては、その時定数より短い時間領域にお
いて、トランジスタ３１のベースはインパルス光
が入射する以前の定常光による光電流に対応する
バイアス電圧に維持される。したがつて、この間
においては、トランジスタ３１は依然として定常
光による光電流のみを流し得る状態にあるから、
インパルス光の入射によつて増加する光電流分に
対しては、該トランジスタ３１は、そのコレクタ
特性により極めて高い抵抗を示すことになる。こ
のようなトランジスタ３１を含む第１の電流回路
の振舞いは、定常光の広範囲な強度領域において
繰り広げられる。

次に、第４図の回路でインパルス光に応じた光
電流の検出動作について説明すると、光電素子３
０に定常光のみが入射している定常状態において
は、トランジスタ３５および３８には定電流源３
６による定電流が流される。もち論、トランジス
タ３５はベース電流を必要とするが、このベース
電流には光電流の一部が充てられる。定常光がな
くて光電流がつくられない場合でも、定電流源４
１によるダミー電流によつてトランジスタ３５の
ベース電流は保証される。定常状態においては、
定常光の強度に関係なくトランジスタ３５は定電
流源３６が求める一定の電流を流している。次
に、光電素子３０にインパルス光が入射し、この
インパルス光に応じた光電流が発生すると、前述
したようにトランジスタ３１はこの電流増加分に
対して極めて高い抵抗を示し、その通過を妨げ
る。かくして、トランジスタ３１のコレクタの電
位は上昇することになり、光電流の増加分はトラ
ンジスタ３５のベースに流れ込んで行く。この増
加分に相当するベース電流はトランジスタ３５に
よつて増幅され、そのコレクタ電流となつて現わ
れる。以上のように、インパルス光に応じた光電
流は、定常状態時は定常光の強度とは無関係に一
定のコレクタ電流を流しているトランジスタ３５
における増幅されたコレクタ電流として取り出さ
れるのである。尚、以上の動作において、キヤパ
シタ３７はキヤパシタ３４と同様に端子間電圧を
一定に保つように作用する。この作用によつて、
増加した光電流がベース電流としてトランジスタ
３５のベースに流入することが許される。さて、
増幅された光電流は、トランジスタ３５のコレク
タに負荷を接続することにより電圧信号に変換す
ることができる。尚、電流制御素子としてのトラ
ンジスタ３１を電界効果型トランジスタに代えて
も同様な効果を得ることができる。また定電流源
３６を省略することもできる。

次に上記電圧信号の変換回路の具体的な一実施
例を第５図において説明する。

第５図は、第４図に示す光電変換回路を半導体
集積回路に適した回路に構成したものである。第
５図において、第４図におけるバツフア回路３３
およびキヤパシタ３４は、第２の電流回路を構成
するトランジスタ３５およびキヤパシタ３７がそ
れぞれ兼用される。すなわち、トランジスタ３５
のベースがトランジスタ３１を介して負帰還が掛
けられた状態にあり、この負帰還の動作によつて
トランジスタ３１のベースがちようど光電流をコ
レクタ電流とするに必要な電圧でバイアスされる
ようになる。光電素子３０のカソードは、定電流
源４２、トランジスタ４３，４４および４５で構
成される定電圧回路の出力であるトランジスタ４
４のベースと接続されている。トランジスタ４４
のベースと接地との間からは、２個のトランジス
タ４４と４５の各ベース・エミツタ間電圧の和の
電圧が定電圧として出力される。他方、光電素子
３０のアノードと接地間には、２個のトランジス
タ３１と３５の各ベース・エミツタ間の和の電圧
が現われる。これら両電圧は大略において等し
く、したがつて光電素子３０の両端子間には電位
差が存在するとしてもその値は小さいので、光電
素子３０からは短絡電流が出力されると考えてよ
いことになる。トランジスタ３８のベースとコレ
クタはトランジスタ４６のエミツタ・ベースを介
して接続されている。トランジスタ３９のコレク
タには負荷として、第１の負荷をなすトランジス
タ４７と、対数圧縮回路を構成するようにダイオ
ード接続された３個のトランジスタ４８，４９お
よび５０による第２の負荷をなす直列回路が接続
されている。

また、信号出力端子をなすトランジスタ３９の
コレクタは演算増幅器５５の反転入力端子５６と
接続されている。この演算増幅器５５のもう一方
の入力端子５７は、基準電圧源をなす定電流源５
２とトランジスタ５３のコレクタとの接続点に接
続されている。該接続点には定電流源５２と２個
のダイオード接続されたトランジスタ５３，５４
とよりトランジスタのベース・エミツタ間電圧Ｖ
_BEの二つ分の定電圧2V_BEがつくられている。演
算増幅器５５の出力５８はトランジスタ５９のベ
ースが接続され、該トランジスタ５９のコレクタ
と接地間にはダイオード接続されたトランジスタ
６０が接続されている。また、トランジスタ６０
と並列にキヤパシタ６１が接続されている。そし
て、トランジスタ６０のベースはトランジスタ４
７のベースと接続されている。かくして信号出力
端子５１は、演算増幅器５５、トランジスタ５
９，６０および４７を介して負帰還が掛けられ
る。

以上の如く構成された第５図の回路において、
まず、光電素子３０に定常光のみが入射している
場合について考察する。この場合、光電素子３０
が発生する光電流と電流源４１によるダミー電流
とがトランジスタ３５のベース電流となる分を除
いてトランジスタ３１をそのコレクタ電流となつ
て流れる。トランジスタ３５のコレクタには電流
源３６による定電流が流されている。キヤパシタ
３７は、トランジスタ３１のコレクタ電流に対応
したベース・エミツタ間電圧に充電されている。
かかる定常状態においては、トランジスタ３９の
コレクタ電流は一定で、トランジスタ３８と３９
の形状・特性が等しい場合は、トランジスタ３５
のコレクタ電流と等しく、また両トランジスタの
エミツタ面積に差をつけておくとその面積比に応
じた電流となる。トランジスタ３９のコレクタ電
流が一定の場合、信号出力端子５１と接地間の電
圧は、演算増幅器５５の負帰還作用により非反転
入力端子５７と接地間の電圧つまり２個直列に接
続されたトランジスタ５３，５４による２個分の
ベース・エミツタ間電圧2V_BEつまり基準電圧に
等しくなつている。この場合、トランジスタ３９
からの一定のコレクタ電流のほとんどは次に述べ
る理由によつてトランジスタ４７のコレクタ電流
となつて流れる。今、出力端子５１と接地間は
2V_BEの電圧に保たれている。したがつて、３個
のトランジスタ４８，４９，５０による直列回路
にはこの2V_BEの電圧が印加されていることにな
る。すなわち、各１個のトランジスタのベース・
エミツタ間には2/3Ｖ_BEの電圧が印加されてい
る。ここで、例えばＶ_BE＝540ｍＶとすれば、ト
ランジスタ４８，４９，５０の各々に加えられて
いる電圧は360ｍＶとなり、Ｖ_BEより180ｍＶだけ
小さい。トランジスタのコレクタ電流は、その対
数特性によりベース・エミツタ電圧の180ｍＶの
変化に対して1000程変化する。このようであるか
ら、定常状態においては第２の負荷であるトラン
ジスタ４８，４９，５０の直列回路にはトランジ
スタ５３，５４の直列回路に流れる電流の1000分
の１程度しか流れない。例えば直列回路５３，５
４に流れる電流とトランジスタ４７のコレクタ電
流がともに４μＡであれば第２の負荷であるトラ
ンジスタ４８，４９，５０に流れる電流は4nA程
になる。

さて次に光電素子３０へ定常光に加えて信号光
が入射する場合の動作について説明する。トラン
ジスタ３１は定常光に対する一定のコレクタ電流
のみを流すようにベースがバイアスされている。
そこで光電素子３０への信号光の入射に対する光
電流の増加分は、第４図の場合と同様にトランジ
スタ３５のベースに流れ込む。このベースに流れ
込んだ信号光に対応した光電流は、トランジスタ
３５によつて増巾され、トランジスタ３９のコレ
クタ電流に変換される。トランジスタ３９のコレ
クタ電流の急激な増加分に対して、トランジスタ
４７は、トランジスタ３１の場合と同様に、極め
て高い抵抗を示す。これは、トランジスタ４７の
ベース・エミツタがキヤパシタ６１の遅延作用に
よつている。そこでコレクタ電流の増加分は、第
２の負荷であるトランジスタ４８，４９，５０の
直列回路に流れ込む。この第２の負荷はダイオー
ド負荷であるから、供給される電流の対数に比例
する。つまり対数圧縮された電圧が負荷の端子間
から発生される。ここで信号光の入射に対して第
２の負荷によつてどのくらいの電圧信号がつくら
れるか数量的に考察しよう。今、定電流源３６の
電流値を0.4μＡ、トランジスタ３５の電流増幅
率ｈ_FEを100とする。トランジスタ３９のエミツ
タ面積はトランジスタ３８より10倍だけ大きいも
のとする。このようであれば定常状態では、トラ
ンジスタ３９のコレクタ電流はトランジスタ３８
のコレクタ電流（0.4μＡ）の10倍の４μＡとな
る。また、トランジスタ３８のベース電流は4nA
となる。尚、定電流源４１の電流値は4nAより大
きく設定しておけばよい。他方、第２の負荷をな
すトランジスタ４８，４９，５０と、定電圧源を
なすトランジスタ５３，５４のそれぞれは互いに
等しい形状・特性を有するものとし、定電圧源か
らは540ｍＶの電圧がつくられるものとする。こ
の場合、前述したように第２の負荷には4nAの電
流が流れることになる。さて、光電素子３０へ信
号光が入射し、これに応じて100PAの光電流が発
生されたとする。この光電流は、前述した如く、
トランジスタ３５のベースに流れ込み、トランジ
スタ３５により100倍そしてトランジスタ３９に
よりさらに10倍され、100nAに繊幅されてトラン
ジスタ３９のコレクタに現われる。この100nAの
コレクタ電流は、第２の負荷に流される。信号光
の入射前の状態においては、第２の負荷には4nA
の電流が流れていたから、該第２の負荷の電流増
加は25倍である。一般に、トランジスタのコレク
タ電流の２倍の増加に対しベース・エミツタ電圧
は18ｍＶだけ増加する（ただし、周囲温度25℃の
とき）から、25倍のコレクタ電流の増加に対して
は、１個のトランジスタ当り、約83ｍＶ増加す
る。したがつて第２の負荷全体では250ｍＶ程増
加する。かくして100PAの光電流に相当する信号
光は250ｍＶの電圧に変換された。次に信号光に
よる光電流が100nA（上述の場合の1000倍）の場
合について考えると、第２の負荷に流れ込む電流
は100μＡとなり、これは2500倍の増加に相当す
る。したがつて、第２の負荷からは610ｍＶ程増
加した電圧信号が出力される。

以上が信号光をその強度に応じた電圧信号に変
換する動作である。尚、端子５１から出力される
電圧信号は、例えば信号光が階段状のものであつ
ても、インパルス状の波形になることは明らかで
あろう。したがつて、信号光は、光源のエネルギ
ー節約のためにもインパルス状の単発光であれば
よい。

以上詳述した如く第５図の光電変換回路を用い
れば、定常光の広範囲な輝度領域において、信号
光を定常光から分離検出できる。なお、第５図の
実施例においてトランジスタ４８，４９，５０に
よる第２の負荷の機能を、これらの替りに第１０
図に示す如くトランジスタ３９と５３の両コレク
タ間にダイオード４８′を接続することによつて
このダイオードに受け持たせることができる。た
だし、この場合、定電流源５２の定電流値をトラ
ンジスタ３９から出力される信号光に応じた電流
値よりも十分大きく設定しておいてトランジスタ
５３のコレクタ電位が一定に保たれるようにす
る。またPNPトランジスタ３９のコレクタにその
負荷の一つとなるNPNトランジスタ４７のコレ
クタが接続された回路構成が設けられているが、
この部分を２個のトランジスタ３９′，４７′を追
加することにより第１１図に示すような回路に構
成することもできる。いずれの場合も、第１の負
荷となつているトランジスタのコレクタ特性を利
用している。

更には、トランジスタ３５のエミツタを直接に
はトランジスタ３１のベースに接続せず、第１４
図に示すようにトランジスタ３５′と定電流源３
７′とによる回路を介して間接的に接続するよう
にしてもよい。この場合定電流源３７′と並列に
今一つのコンデンサを接続すれば遅延効果は尚一
層確かなものとなる。このように、入力トランジ
スタ３５のエミツタは電流制御素子であるところ
のトランジスタ３１のベースに直接接続される必
要はなく、第１４図のように機能的に接続されて
いればよい。なお第１４図におけるダイオード接
続されたトランジスタ４５′はトランジスタ３
５′の追加とバランスをとるために追加されてい
るものである。

さて、第５図の光電変換回路を第２図における
ブロツク１３，１４，１５，１６に適用すれば、
原理的には距離検出を行うことができるのである
が、実用化のためにはまだ解決しなければならな
い問題がある。今、仮りに、発射される光ビーム
は十分に細く理想的なもので、このビームによつ
て照射された物体上の“明領域”に対する像が第
６図に示す如く幾何光学的には物体までの距離に
応じた特定の１個の光電素子上に結ばれるとして
も、実際には他の光電素子によつても同時に“明
領域”からの光成分が受光されてしまうという問
題が起るのである。これは結像すべく特定の光電
素子に向つて入射した信号光が、その光電素子の
受光面上で反射し、さらにその反射光が結像レン
ズ面で反射するというようにして、光電素子が設
けられているハウジングの中において内部反射が
起るからである。さらには、実際の光ビームは、
第３図に示す如く、距離に応じて断面積が変化
し、かつ光の分布状態も変化し、さらに、投光レ
ンズ２の収差による成分が加わつて理想的なもの
からかなり外れたものになつてしまう。その上
に、結像レンズ４は特定の距離の物体しかシヤー
プな像を結ばない。以上のようなことから、信号
光は、物体までの距離に応じた特定の光電素子の
みばかりではなく、他の光電素子にもどうしても
入射してしまうことになる。光電素子の配列面上
における入射光の強度分布は例えば第６図に示す
如く光電素子P₃に向けて信号光が入射しているの
であるが、残る３個の光電素子にも入射してい
る。したがつて、各光電素子に信号光が入射した
か否かを検出するのみでは距離の検出はできない
ことがわかる。そこで、第６図において光電素子
P₃に向けて信号光が入射したのであるということ
を検出するために、光電素子P₃を含む光電変換回
路の出力信号と他の光電変換回路の出力信号とを
判別すべく、例えば第２図における電圧比較のた
めの基準電圧源２５のレベルを定めればよいこと
になる。しかしながら、信号光の強度は物体まで
の距離やその反射率によつて種々に変化するか
ら、基準電圧源２５のレベルを固定したのでは適
切な判別は行えない。そこで、目的とする距離信
号の検出のために信号光の強度に応じて基準電圧
レベルを変化させることが考えられる。

以下、信号光の強度に応じて基準電圧レベルを
変化させるようにした基準電圧変化回路およびこ
の回路を適用した測距装置について説明する。

まず、第７図を用いて光電変換回路の出力信号
と基準電圧との関係を説明すると、波形A₁は最
も明るい信号光を受けた光電変換回路の出力信号
を示し、波形A₂は他の光電変換回路の出力信号
の一つを示す。電圧レベルS₁は、第５図の回路に
おけるトランジスタ５３のコレクタ電位に相当
し、また、定常状態における各光電変換回路の出
力レベルに相当する。電圧レベルS₂は、定常状態
において各光電変換回路の出力に含まれるノイズ
の振幅分を電圧レベルS₁に加えたよりも高いレベ
ルに設定してある一定の基準レベルである。電圧
信号S₃が、ここで目的としている信号光に応じて
変化される基準電圧である。この基準電圧S₃は、
以下に述べるように、各光電変換回路の出力のう
ち最初に電圧レベルS₂に到達する出力信号A₁を
用いてつくり出される。

以下、基準電圧S₃を発生する基準電圧変化回路
の一実施例を自動焦点調節装置の全体的な構成を
示す第８図の回路においてその構成および動作を
説明する。第８図において、点線７０で囲まれる
回路部分が上記の基準電圧変化回路を構成してい
る。この基準電圧変化回路において、演算増幅器
７１，７２，７３，７４の各非反転入力は、光電
変換回路１３，１４，１５，１６の出力とそれぞ
れ接続されている。なお、これら光電変換回路に
は第５図で示した回路が用いられる。演算増幅器
７１，７２，７３，７４の出力は、コレクタが電
源の正端子と接続されたトランジスタ７５，７
６，７７，７８のベースとそれぞれ接続されてい
る。また、これらトランジスタの各エミツタは演
算増幅器７１，７２，７３，７４の反転入力とそ
れぞれ接続されるとともに、抵抗７９の一端８５
と共通に接続されている。この抵抗７９の他端は
トランジスタ８２のエミツタと抵抗８３との接続
点８６と接続され、該接続点８６は電圧比較回路
１７，１８，１９，２０の各反転入力と接続され
ている。抵抗８３の他端は定電流源８４と接続さ
れるとともに演算増幅器８１の反転入力と接続さ
れている。この演算増幅器８１の非反転入力は定
電圧源８０と接続され、出力はトランジスタ８２
のベースと接続されている。ここで、定電圧源８
０として、第５図の光電変換回路における定電流
源５２とトランジスタ５３，５４とによつて構成
されている定電圧源が兼用される。したがつて、
定電圧源８０が演算増巾器８１の非反転入力に与
えている電圧レベルは、第７図のグラフにおける
レベルS₁と等しい。なお、抵抗７９は分割して第
１３図に示す如く電圧比較回路１７，１８，１
９，２０の各反転入力と接続して夫々のレベルを
変えてもよい。

以上の構成よりなる基準電圧変化回路の動作と
して第２図の回路においては、電圧比較回路１
７，１８，１９，２０の比較基準電圧として、定
電圧源２５による一定電圧が与えられたのである
が、第８図の回路においては、基準電圧変化回路
により、最も強度の大きい信号光が入射する光電
変換回路の出力信号に応じた時間的に変化する電
圧が与えられる。

さて、第８図において、定常光のみが入射して
いる場合についてまず考察しよう。この場合、光
電変換回路は、第７図のグラフにおけるレベルS₁
の電圧を出力している。他方、演算増幅器８１の
非反転入力にもレベルS₁の電圧が入力されている
から、該演算増幅器８１の反転入力のレベルもト
ランジスタ８２、抵抗８３を介する負帰還の作用
でレベルS₁に保たれている。したがつて接続点８
６は、定電流源８４の電流による抵抗８３におけ
る降下電圧分だけレベルS₁より高いレベルS₂の電
圧が現われ、このレベルS₂の電圧が演算増幅器７
１，７２，７３，７４および電圧比較回路１７，
１８，１９，２０の各反転入力に与えられてい
る。したがつて、これらは演算増巾器と電圧比較
回路の各出力は、みな“低”レベルの電圧を出力
しており、トランジスタ７５，７６，７７，７８
は遮断状態となつている。このようであるから、
抵抗７９には電流は流れておらず、接続点８５と
８６は同電位S₂となつている。

次に、光電変換回路から信号光に応じた電圧信
号が出力される場合の動作の説明に移る。今、例
えば、光電変換回路１４から第７図のグラフにお
ける波形A₁のような最初にレベルS₂に達する電
圧信号が出力されるとする。この波形A₁は、当
初、レベルS₁にあり、信号光の入射とともに立上
つて行く。さて、この波形A₁がレベルS₂に達す
ると、これまで“低”レベルの状態にあつた演算
回路７２の出力は“高”レベルに向い始め、トラ
ンジスタ７６はそのベースが順バイアスされるよ
うになる。こうして、演算増幅器７２はトランジ
スタ７６を介する負帰還動作が可能となり、その
反転入力の電圧レベルは非反転入力つまりは光電
変換回路１４の出力電圧A₁に等しく追従するよ
うに変化する。演算増巾器７１，７２，７３，７
４の反転入力は互いに共通の電位にあるから、今
の状態では演算増巾器７２を除いては、依然とし
て反転入力の方が非反転入力より電圧レベルは高
い状態にあり、トランジスタ７５，７７，７８は
遮断状態に置かれている。かくして、接続点８５
の電圧レベルは、光電変換回路１４の出力電圧が
レベルS₂より高い間t₁〜t₂においてその出力電圧
波形（A₁）を辿るように動いて行く。波形A₁がレ
ベルS₂を越えるようになると、順バイアスされる
トランジスタ７６のエミツタ電流が抵抗７９，８
３を介して定電流源８４に流れ込むようになる。
すると、演算増幅器８１の反転入力はレベルS₁よ
り高い電圧レベルに引き上げられるようになり、
演算増巾器８１は、“低”レベルの電圧を出力す
るようになる。かくて、トランジスタ８２は遮断
状態に置かれ、接続点８６からは抵抗７９の抵抗
値と定電流源８４の定電流値との積に相当する一
定電圧νｃだけ接続点８５の電圧レベルより低い
電圧信号S₃が出力される。この電圧信号S₃が比較
基準電圧として電圧比較回路１７，１８，１９，
２０の反転入力に与えられ、この電圧を基準にし
て光電変換回路の各出力信号の大小が比較・検出
される。

このようにして、t₁からt₂の間において、上述
の例の場合は、電圧比較回路１８から“高”レベ
ル（“１”）の電圧が出力される。光電変換回路１
４以外のものからの出力信号が第７図の波形A₂
で示されるようなものか、またはそれより低いレ
ベルのものであれば、電圧比較回路１７，１９，
２０からは“低”レベル（“０”）の電圧が出力さ
れる。以上は、光電変換回路１４の出力が他に比
べて比較的に大きい場合の動作についてであつた
が、同様な動作はいずれの光電変換回路の出力に
対してもあてはまる。なお、信号光の主要部が隣
り合う２個の光電変換素子の中間部に向けて入射
するような場合は、これらの光電素子に対応する
光電変換回路の出力は、同時に二つとも選別電圧
S₃のレベルより高くなるであろう。また、光電素
子の配列面における信号光の強度分布の状態によ
つては、同時に光電変換回路の三つの出力が判別
レベルを上まわるような場合も生じ得るであろ
う。以上が基準電圧変化回路の動作である。

ここで、第８図の回路装置の全体的な動作を述
べておく。今、回路装置は動作準備完了状態にあ
り、回路の各部には電源が供給されているとす
る。発光ダイオード１の発光エネルギーを貯える
キヤパシタ１０８は抵抗を介して電源電圧に電荷
が充電されている。撮影を行うべく被写体に投光
レンズ２の光軸を向けておいて、スイツチ２６を
閉じる。これに応答して、ワンシヨツト回路２７
から一定時間だけ“高”レベル（“１”）の電圧信
号が発される。この電圧信号によりトランジスタ
１０５，１０６が導通し、キヤパシタ１０８の充
電電荷がトランジスタ１０６および発光ダイオー
ド１を介して一気に放電される。こうしてインパ
ルス状の光ビームが被写体に向けて発射される。
同時にワンシヨツト回路２７からの“１”の信号
はレジスタ２１，２２，２３，２４，８７の入力
cpおよびレジスタ８７の入力Ｄに与えられる。
尚、８８はこれらレジスタをリセツトするリセツ
トパルスを、不図示の電源スイツチ投入時などで
発生するリセツトパルス発生回路である。レジス
タはリセツトされると出力は“０”の状態にな
る。光ビームが発せられ、前述したようにして、
電圧比較回路１７，１８，１９，２０のいずれか
１個または隣り合う２個あるいは３個から“１”
の信号が出力される。ただし、被写体によつては
全く“１”の信号が出力されない場合もある。レ
ジスタ２１，２２，２３，２４，８７は、二つの
入力Ｄとcpに同時に“１”が入力されると出力
は“１”にセツトされ、その後に入力が“０”に
なつても、リセツトされるか電源が切られるまで
出力“１”の状態は保持される。尚、各レジスタ
は第１２図のようにANDゲートとＲ−Ｓフリツ
プフロツプを用いて構成してある。今、電圧比較
回路１８から“１”の信号が出力されると、この
信号とともにワンシヨツト回路２７からの“１”
の信号によつてレジスタ２２の出力が“１”の状
態にセツトされる。このとき、同時にレジスタ８
７も“１”にセツトされ、光ビームが発射された
ことが記録される。レジスタ群からの信号はデコ
ーダ８９により例えば第９図に示すような近距離
と遠距離に応じた出力信号に変換される。撮影レ
ンズ１００は、レジスタ群に距離情報が採取され
た後に適当な駆動手段により例えば最近接位置か
ら無限遠の位置に向けて繰り込まれ、この動作に
連動してブラシ９９が例えば８個の接片端子９０
〜９７および９８上を摺動される。“１”が出力
されている接片端子、例えば９２に、ブラシ９９
が位置すると、ブラシ９９および接片９８を介し
て流れるベース電流によりトランジスタ１０１が
導通される。この導通によりトランジスタ１０２
は遮断され、電磁石１０３の励磁が断たれて、係
止レバー１０４が作動してレンズ１００の繰り込
み動作に係止を掛ける。このようにして検出され
た距離情報に応じた位置に自動的に撮影レンズの
距離調節が行われる。以上、詳述したように基準
電圧変化回路の導入により光ビーム投射方式の測
距装置の実用化が可能となり、その効果は極めて
大きい。

上記実施例に詳記した如く、本発明は光ビーム
光ビーム投射手段から測距対象に向けて投射され
たパルス状の光ビームの反射光を受光する光電素
子の光電流出力を解析して測距対象までの距離を
検出するようにした測距装置において、前記光電
素子と直列に接続された電流制御素子と、前記光
電素子と電流制御素子との接続点にベースが接続
されると共に、前記電流制御素子の制御電極にエ
ミツタが機能的に接続された入力トランジスタ
と、前記入力トランジスタのエミツタ回路に接続
され、前記入力トランジスタのエミツタ電位の急
激な変動を抑えるコンデンサとを具備し、前記光
電素子に定常的な光に加えて入射する光ビーム投
射手段からのパルス光の強度に応じて、光電素子
が発生する光電流を前記入力トランジスタのベー
スに流し込み、この光電流に応じた電流を前記入
力トランジスタのコレクタに取り出すようにした
ことを特徴とする測距装置を新規に提供したもの
で、簡単な回路構成で確実に瞬間光を検出し得る
実用的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は三角測距の原理を示す説明図、第２図
は従来の用いられた第１図の光電素子の出力信号
を処理する回路図、第３図は集光レンズの説明
図、第４図は本発明にかかる測距装置に具備する
光電変換の回路図、第５図は第４図の他の実施例
を示す回路図、第６図は光電素子の入射光の強度
分布図、第７図は光電変換回路の出力信号と基準
電圧の関係線図、第８図は光電変換回路を自動焦
点調節装置に組み込んだ回路図、第９図は第８図
のデコーダの出力信号説明図、第１０図および第
１１図は夫々第５図の一部の変形例を示す回路
図、第１２図および第１３図は夫々第８図の一部
の変形例を示す回路図、第１４図は第５図の変形
例を示す回路図である。 ３０……光電素子、３１，３５……トランジス
タ、３３……バツフア回路、３４，３７……コン
デンサ、３６，４１……定電流源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光ビーム投射手段から測距対象に向けて投射
   されたパルス状の光ビームの反射光を受光する光
   電素子の光電流出力を解析して測距対象までの距
   離を検出するようにした測距装置において、 前記光電素子と直列に接続された電流制御素子
   と、前記光電素子と電流制御素子との接続点にベ
   ースが接続されると共に、前記電流制御素子の制
   御電極にエミツタが機能的に接続された入力トラ
   ジスタと、 前記入力トランジスタのエミツタ回路に接続さ
   れ、前記入力トランジスタのエミツタ電位の急激
   な変動を抑えるコンデンサとを具備し、前記光電
   素子に定常的な光に加えて入射する光ビーム投射
   手段からのパルス光の強度に応じて、光電素子が
   発生する光電流を前記入力トランジスタのベース
   に流し込み、この光電流に応じた電流を前記入力
   トランジスタのコレクタに取り出すようにしたこ
   とを特徴とする測距装置。 ２ 上記特許請求の範囲第１項に記載した測距装
   置において、前記光電素子はフオトダイオードで
   あり、かつ前記電流制御素子は前記フオトダイオ
   ードのアノードにコレクタが接続されたトランジ
   スタであるとともに、前記入力トランジスタのエ
   ミツタを前記トランジスタのベースに接続したこ
   とを特徴とするもの。