JPS6215123B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パルス状の光を測距対象に照射し、
測距対象から受光される光の急峻な変化を検出
し、その検出出力に基づいて測距対象までの距離
を検出する測距装置に関する。

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変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
事態が生じる。

本発明は、受光される定常光の強さにかかわら
ず、これに重畳する急峻な受光強度の変化を充分
な大きさの情報として検出し、確実に測距を行う
ことができる測距装置を提供することを目的とす
る。

上記目的を達成するための本発明の構成はパル
ス状の光を発生する発光手段と、測距対象からの
光を受光する光電素子と、この光電素子の光電流
をベースへの入力とする第１のトランジスタと、
上記第１のトランジスタのベースにコレクタが接
続されている第２のトランジスタと、上記第２の
トランジスタのコレクタと上記第１のトランジス
タのベースとの接続点から上記第２のトランジス
タのベースに接続され、上記第１のトランジスタ
のベース電流がほぼ一定となるよう上記第２のト
ランジスタのコレクタ電流を制御する負帰還回路
と、上記第２のトランジスタのベースに接続され
たコンデンサと、上記第１のトランジスタのコレ
クタ電流に応答する出力回路とを有し、上記光電
素子に受光される測距対象からの光の急峻な変化
を上記第１のトランジスタのコレクタ電流として
増幅し、上記出力回路の出力に基づいて測距対象
までの距離を検出することを特徴とする測距装置
である。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
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９，１０，１
１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大陽光な
どによる定常光と区別するために信号と呼ぶ）。

したがつて、どの光電素子９，１０，１１，１
２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１７，１８，１９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２１，２
２，２３および２４の入力と接続されている。ま
た、これらの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２
６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２５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、柔
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130
μ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
０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
発光ダイオードを内いる場合、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。

以上のように従来提案されている測距装置にお
いて、原理的には、特定の距離にある被測距離
体、例えば第１図の６の位置のものに対する信号
光は特定の光電素子、例えば光電素子１０のみに
入射すべきところ、後述するように理想的な細い
光ビームを実現することが困難なことから、光電
素子１０以外の他の光電素子９，１１や１２にも
同時に入射してしまう。しかしながら、光ビーム
を出来る限り細いものに絞れば、複数個の光電素
子にわたつて入射する信号光の明るさが、各光電
素子面上において均一になることを避けて、入射
の中心部を最大とし周辺に向うに従つて低くなる
という状態をつくることが可能である。各光電素
子に入射する信号光の明るさの間に差異があれば
それぞれの中から有意義な信号を選出することが
可能となる。ところが、他方において、信号光の
明るさ自体は、被測距体までの距離やその反射率
によつて広い領域にわたつて変化する。検出可能
な信号光の最小の明るさと最大の明るさとの比は
2000倍以上にもなる。

本発明は、定常光に重畳された状態で光電素子
に入射する信号光を、定常光の明るさに関係のな
い、信号光の明るさのみに応じた電流信号として
分離検出し、この電流信号を対数圧縮された電圧
に変換するようにして、実用に供することがで
き、しかも低い電圧源の下で動作の可能な測距装
置を新規に提案するものである。

以下、第４図及至第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程度変化する。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，
５４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に増幅されてトラン
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。

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個の光電素子上で結ばれるとして
も、実際には他の光電素子によつても同時に“領
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３８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８
６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７９，８３
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υｃ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１
０５，１０６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。

本発明では、上記のごとく、光電素子３０の光
電流をベースへの入力とする第１のトランジスタ
３５のコレクタ電流に応答する出力回路３８，３
９，４０より出力を取り出す。そして、第１のト
ランジスタ３５のベースには第２のトランジスタ
３１のコレクタが接続されるとともに、この接続
点３２から第２のトランジスタ３１のベースに負
帰還がかけられている。従つて光電流が増加する
と第２のトランジスタ３１のコレクタ電流も増加
するごとく負帰還がかかり、第１のトランジスタ
３５のベース電流は光電流にかかわらずほぼ一定
になる。これにより定常光が変動しても第１のト
ランジスタ３５のコレクタ電流はほぼ一定に保た
れる。さらに、本発明では、第２のトランジスタ
３１のベースにコンデンサ３４が接続されてい
る。従つて発光手段から発生させられて測距対象
から反射された光が定常光に重畳して光電素子に
受光された結果、光電流に急峻な変化が生じた場
合、コンデンサ３４の作用で第１のトランジスタ
３１のベース電位が保持されるのでそのコレクタ
電流は変化せず、光電流の急峻な増加分は第１の
トランジスタ３５のベースに流れ込み、これが増
幅されて第１のトランジスタ３５のコレクタ電流
となる。

上記のようにして、本発明によれば、光電流の
急峻な変化が抽出されかつこれが増幅されるの
で、測距対象に照射したパルス光の反射光の情報
を定常光の大小や変化にかかわらず、充分な大き
さの情報として得ることができる。

なお、本発明の実施態様によれば、第１のトラ
ンジスタ３５のコレクタ電流に応答する出力回路
は、対数圧縮回路４８，４９，５０を含む。この
対数圧縮回路によつて対数圧縮される情報は、従
来のように、定常光の大小の情報に急峻な変化分
が重畳したものではなく、急峻な変化分の情報を
抽出しかつこれを増幅したものであつて、定常光
の大小を示す情報は含んでいない。

【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図は本発明に係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１
１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 パルス状の光を発生する発光手段と、 測距対象からの光を受光する光電素子と、 この光電素子の光電流をベースへの入力とする
   第１のトランジスタと、 上記第１のトランジスタのベースにコレクタが
   接続されている第２のトランジスタと、 上記第２のトランジスタのコレクタと上記第１
   のトランジスタのベースとの接続点から上記第２
   のトランジスタのベースに接続され、上記第１の
   トランジスタのベース電流がほぼ一定となるよう
   上記第２のトランジスタのコレクタ電流を制御す
   る負帰還回路と、 上記第２のトランジスタのベースに接続された
   コンデンサと、 上記第１のトランジスタのコレクタ電流に応答
   する出力回路とを有し、 上記光電素子に受光される測距対象からの光の
   急峻な変化を上記第１のトランジスタのコレクタ
   電流として増幅し、上記出力回路の出力に基づい
   て測距対象までの距離を検出することを特徴とす
   る測距装置。 ２ 上記出力回路が、対数圧縮回路を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の測距装
   置。