JPS6222016A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発ｉは、距離検出装置、詳しくは、カメラの自動焦点
調節装置において、三角測距の原理を応用した光ビーム
投射方式の距離検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来、被写体にパルス光を投射してその反射光を投光素
子より基線長離れた受光素子にて受光して測距を行なう
光ビーム投射方式の距離検出装置が種々提案されている
が、この距離検出装置の実用化に際して解決しなければ
ならない大きな技術課題として螢光灯等から生ずる雑音
の処理の問題がある。これは、蛍光燈等による脈流光成
分と、パルス光による信号成分の周波数の間に大差がな
く、パルス光による信号成分のみを検出することが困難
であることによる。これを解決する従来の一例として、
特開昭５６−１４９０６号公報に開示された距離検出装
置では、脈流光の変化率が最小になる時点を検出し、こ
の検出信号に応動してパルス光を投射する方法が示され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、この距離検出装置は、複数の受光素子群を有
し、特定の距離の被写体の反射光が特定の受光素子に主
として入力するように構成したもので、反射光が入射し
た受光素子を検知することにより距離情報を得ることが
できるようになっている。この場合、第１０図に示すよ
うに、パルス光を投射したときの受光素子の出力を光電
変換した値は、パルス光成分Ｐと脈流光成分Ｒのピーク
値との和、或い、はパルス光成分Ｐから脈流光成分Ｒの
ピーク値を引いたものとなるの°で、基準電圧に対して
脈流光成分Ｒのピーク値を見込んである判定電圧を設定
しておくことにより複数の受光素子群の出力のうち、判
定電圧を越えた受光素子を検知することによって距離情
報が得られる。

一方、距離検出装置には、受光素子としていわゆるＰＳ
Ｄと称する半導体装置検出素子（以下ＰＳＤとする）を
用い、このＰＳＤの入射スポット光の位置に対応した出
力信号を演算、処理して距離情報を得るものがあり、こ
のような距離検出装置では、ＰＳＤで検出されたパルス
光成分そのものの大きさが被写体までの距離に相応する
ものとなるが、パルス光成分そのものの大きさを求める
ことが、上述した従来例からも明らかなように（脈流光
による出力＋パルス光成分出力）となるので困難であっ
た。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので
、外光に脈流光成分が含まれていても距離情報に関与す
るパルス光による信号成分のみを容易に分離抽出して正
確に距離検出できるようにした距離検出装置を提供する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］この距離検
出装置は、第１図に示すように、パルス光投射手段２か
ら被写体１に向けてパルス光　　　　　　　　［を投射
し、被写体１で反射したパルス光を受光手段３によって
受光することにより、この受光手段３の出力として被写
体１までの距離に相応した第１、第２の信号をそれぞれ
第１の信号変化分検出回路４．第２の信号変化分検出回
路５に送出する。

この第１．第２の信号変化分検出回路４．５は通常状態
では商用周波数に基づく脈流光周波数に対して上記第１
．第２の信号をほぼ９０″位相をずらし、パルス光の投
射時には上記位相のずれをほぼなくすか、或いは通常状
態での受光手段３の出力を保持する機能を有している。

この第１の信号変化分検出回路４の出力は比較手段６に
おいて基準電圧ｖｒｅｆと比較され両者が一致した時点
で比較手段６の出力によりパルス光投射手段２がパルス
光を発光するよう制御されるとともに、上記第１、第２
の信号変化分検出回路４．５の出力は距離演算手段７に
導かれて距離情報信号が検出される。

［実　施　例］ 第２図は、本発明の距離検出装置に適用される三角測距
の原理を説明するための概略図であって、赤外光発光ダ
イオード１１で発光し投光レンズ１２より投射されたパ
ルス光は被写体１に照射されると、同被写体１により反
射され、発光ダイオード１１より基線長Ｓだけ隔てた位
置にある結像レンズ１３によりＰＳＤ１４上に結像され
る。このＰＳＤ１４上の結像位置は、三角ａｌ距の原理
により被写体１の位置と相関関係を有する。周知のよう
に、ＰＳＤはフォトダイオードと同じ原理でＰＮ接合の
光電効果によって発生した光電流を均一な抵抗層を通じ
て同層の両端から取り出すことによって光の入射位置を
知ることができるもので、それぞれ両端の光電流１１．
１２の比を演算することにより反射光の結像位置を知る
ことができる。

即ち、第２．３図に示すように、ＰＳＤ１４上の　。

結像位置については、結像レンズ１３の光軸と一致する
中心位置からの離間距離をＸとすると、この距離Ｘは、
上記基線長Ｓ、被写体１までの距離ｇおよび結像レンズ
１３とＰＳＤ１４間の距離ｆによって表わされ、 ｘｍｓ−ｆ／１　　・・・・・・・・・（１）となる。

また、中央の端子１４ａｏに基準電圧■　　が印加され
るＰＳＤ１４は両端子１４ａｔ。

ｒｅｆ’ １４ａ２に、上記パルス光の受光によってそれぞれ光電
流の変化分’１”２が流れるようになっていて、この光
電流の変化分１１，１２は、ＰＳＤ１４の両端子１４ａ
　　　１４ａ２間の距離ｔお１　′ よび上゛記距離Ｘとの間で次のような関係を有する。

ｉｌ：　ｉ２＝　（ｔ／２＋ｘ）　：　（ｔ／２−ｘ）
・・・・・・・・・（２） 従って、測距演算回路１５において、１１／１２を求め
ることにより、このｌ　１　／　１２は上記（１）。

（２）式より被写体１の位置、即ち、被写体１までの距
離ｇに応じた値となり、測距演算回路１５の出力によっ
てカメラの撮影レンズ（図示せず）の移動量を制御する
ようにすれば自動焦点調節装置が実現される。

第４図は、本発明の一実施例を示す距離検出装置の電気
回路図である。第４図において、赤外光発光ダイオード
１１は、タイミング発生回路２１に接続されている。タ
イミング発生回路２１はレリーズスイッチ等の測距開始
信号発生スイッチ２２をオンにしたときパルス発生回路
２３からのパルスにより或いは、測距開始信号発生スイ
ッチ２２をオンにした時点から一定時間後に上記発光ダ
イオード１１を発光させるものである。上記発光ダイオ
ード１１と基線長離れた位置に設けられたＰＳＤ１４の
出力側には、第１．第２の信号変化分検出回路４，５（
第１図参照）である第１．第２の光電変換回路２４．２
５が設けられている。第１の光電変換回路２４において
は、オペアンプ２７の反転入力端はＰＳＤ１４の中央端
子１４ａ、に接続されるとともに基準電圧ｖｒｅｆが印
加されている端子２８に接続され、非反転入力端はＰＳ
Ｄ１４の一方の入力端子１４ａ１に接続されるとともに
ＮＰＮ　トランジスタ２９のコレクタに接続されている
。トランジスタ２９のベースはオペアンプ２７の出力端
およびＮＰＮ）ランジスタ３０のベースに接続されてい
る。トランジスタ２９．３０の　　　　　　　アエミッ
タはアースされている。トランジスタ３０のコレクタは
ＰＮＰ　）ランジスタ３１．３２のベースおよびトラン
ジスタ３１のコレクタに接続され、トランジスタ３１．
３２のエミッタは電源電圧＋Ｖの端子に接続されている
。トランジスタ３２のコレクタはオペアンプ３３の非反
転入力端に接続され、オペアンプ３３の反転入力端は上
記基準電圧端子２Ｂに接続されている。オペアンプ３３
の出力端は上記タイミング発生回路２１によって制御さ
れるアナログスイッチ３４を介してＮＰＮ）ランジスタ
３５のベースに接続されているこのトランジスタ３５の
コレクタは上記トランジスタ３２のコレクタに接続され
、エミッタはアースされている。このトランジスタ３５
のベースとエミッタ間には外光記憶用コンデンサ３６が
接続され、また、コレクタとエミッタ間には、２個の対
数圧縮ダイオード３７．３８が順方向に直列に接続され
ている。第２の光電変換回路２５についても、ＰＳＤ１
４の他方の端子１４ａ２に関して上記第１の光電変換回
路２４と全く同様の回路構成とされているため図示を省
略する。

上記第１の光電変換回路２４の、対数圧縮ダイオード３
７のアノード側の出力端２４Ａはコンパレータ４０の非
反転入力端に接続され、コンパレータ４０の反転入力端
は基準電圧端子２８に接続されている。このコンパレー
タ４０は上記第１の光電変換回路２４の出力端２４Ａの
電圧が上記基準電圧ｖｒｅｆに一致したときパルス発生
回路２３に駆動出力を送るものである。第１の光電変換
回路２４の出力端２４Ａは抵抗４１を介してオペアンプ
４５の反転入力端に接続され、第２の光電変換回路２５
の出力端２５Ａは抵抗４４を介してオペアンプ４５の非
反転入力端に接続されている。

オペアンプ４５の反転入力端と出力端間に抵抗４２が接
続され、オペアンプ４５の非反転入力端と上記基準電圧
端子２８間に抵抗４３が接続されている。これら抵抗４
１〜４４およびオペアンプ４５は距離演算手段７（第１
図参照）である差動増幅回路を構成し、その出力端４６
に上記両光電変換回路２４．２５の出力差を生じさせる
ものとなっている。

次に、上記距離検出装置の動作を説明する。パルス光を
投射しない状態でも、ＰＳＤ１４は外光を受光しており
、この外光に応じて端子１４　ａｌ。

１４ａ２に光電流ｉが流れる。光電変換回路２４゜２５
は同様であるので、今、光電変換回路２４について考え
ると、光電流ｉがトランジスタ２９のコレクタに流れる
と、同じ電流ｉがトランジスタ３０ｄコレクタにも流れ
、さらにトランジスタ３１．３２はカレントミラー回路
を形成しているのでトランジスタ３２のコレクタにも電
流ｉが流れる。

パルス光を投射しない平常状態ではアナログスイッチ３
４はオンになっていて、このため、オペアンプ３３の非
反転入力端の電位と反転入力端の電位とが同電位となる
ように作動する。つまり、光電変換回路２４の出力端２
４Ａの電位が基準電圧Ｖ、。ｆにほぼ一致するように作
動する。このとき、トランジスタ３２のコレクタ電流が
ほぼそのままトランジスタ３５に流れるように、圧縮ダ
イオード３７と３８のインピーダンスはトランジスタ３
５のコレクターエミッタ間インピーダンスより充分大き
く設定されている。従って、ＰＳＤ１４の光電流ｉの値
が外光によって大きく変化しても、その光電流ｉはトラ
ンジスタ３５のコレクターエミッタ間を流れ、光電変換
回路２４の出力端２４Ａの電位はほぼ基準電圧Ｖｒｅｆ
’を保つ。同様に、第２の光電変換回路２５の出力端２
５Ａもほぼ基準電圧ｖｒ８ｒとなる。このため、オペア
ンプ４５を含む差動増幅回路の出力端４６の電位はほぼ
基準電圧ｖｒｅｒに一致する。

次にパルス光を投射して測距を行なう場合には、測距開
始信号発生スイッチ２２をオンにすると、一定時間後に
タイミング発生回路２１により発光ダイオード１１が発
光し、その赤外パルス光は被写体に向けて投射される。

このとき、パルス光の投射と同時に、上記タイミング発
生回路２１によってアナログスイッチ３４がオフになる
。二のため、トランジスタ３５のベース−エミッタ間電
圧はコンデンサ３６にパルス光の投射直前で保持さ　　
　　　　　　［れた電圧となり、その結果、トランジス
タ３５のコレクタ電流はパルス光の投射直前の電流ｉを
一時的に保持する。

被写体で反射したパルス光はＰＳＤ１４によって受光さ
れる。パルス光の受光後のＰＳＤ１４の光電流の変化分
を１１とすると、トランジスタ３２のコレクタにはＬ　
＋　Ｌ　＋なる電流が流れるが、トランジスタ３５のコ
レクタには上記電流ｌしか流れていないので、その差の
電流ｉｌは対数圧縮ダイオード３７と３８に流れ、光電
変換回路２４の出に；ボルツマン定数、Ｔ；絶対温度）
となる。同様に、ＰＳＤ１４にパルス光を受光したとき
の第２の光電変換回路２５に流れ込む光電流の変化分を
差動増幅回路のオペアンプ４５の出力端４６にはここで
、背景光として螢光灯等の、商用周波数の２倍の周波数
の脈流光成分が含まれている場合について述べると、オ
ペアンプ３３．コンデンサ３６およびトランジスタ３５
は一種のバイパスフィルタを形成しており、そのカット
オフ周波数が上記脈流光成分の周波数よりも充分に高い
値になるように設定されているとともに、脈流光成分に
対して微分回路として作用するようになっている。

従って、パルス光を投射する以前の、アナログスイッチ
３４がオンになっている状態では、第５図（Ａ）に示す
ＰＳＤ１４の充電流波形Ｒ１に対して、光電変換回路２
４の出力端２４Ａの電圧波形は第５図（Ｂ）に示すよう
に上記ＰＳＤ１４の充電流波形Ｒを微分した波形Ｒ２と
なり、基準電圧ｖｒｏｆを基準にしたサイン波形が得ら
れる。この光電変換回路２４の出力が基準電圧Ｖ、。、
とＡ叉する点がコンパレータ４０により検出されると、
パルス発生回路２３はタイミング回路２１にパルスを送
出する。このとき測距開始信号発生スイッチ２２がオン
になっていれば、タイミグ発生回路２１は上記パルス発
生回路２３からパルスを受けた時点で発光ダイオード１
１を発光させてパルス光の投射を行なう。このパルス光
の投射と同時にアナログスイッチ３４がオフになるので
、このとき、オペアンプ３３．コンデンサ３６およびト
ランジスタ３５からなる回路はバイパスフィルタを形成
せず、コンデンサ３６はアナログスイッチ３４がオフに
なる直前のオペアンプ３３の出力を保持し上記出力端２
４Ａの電圧を基準電圧ｖｒｅｆにする。そして、パルス
光がＰＳＤ１４に受光されると、このパルス光の受光に
よる光電流の変化分が圧縮ダイオード３７．３８を流れ
るので、上記第１の光電変換回路２４の出力端２４Ａの
電圧波形は第５図（Ｂ）に点線で示すようなパルス波形
Ｐｏとなる。この点線で示すパルス波形Ｐｏはパルス光
の受光によるトランジスタ３２のコレツの波形である。

このパルス波形Ｐｏのタイミングは、脈流光の波形Ｒ１
の変化が最も少ない時点であるとともに、上記出力端２
４Ａがほぼ基準電圧Ｖ、。ｒとなった時点である。また
、上記第２の光電変換回路２５の出力端２５Ａも脈流光
による微のため、パルス光の投射時の背景光として脈流
光を含んでいても、差動増幅回路の出力端４６には、常
に、上記基準電圧ｖｒｅｒを基準にしたパルス光の受光
による電圧波形から脈流光の影響を受ける得ることがで
きる。

第６図は、本発明の他の実施例を示す距離検出装置の電
気回路図である。この第６図に示す距離検出装置におい
て、第１．第２の光電変換回路５４．５５は次のように
構成されている。第１の光電変換回路５４では、反転入
力端をＰＳＤ１４の一端子に接続し、非反転入力端をＰ
ＳＤ１４の中央端子と共に基準電圧端子２８に接続した
オペアンプ５６と同オペアンプ５６の反転入力端と出力
端間に接続された抵抗５７とはＰＳＤ１４の光電　　　
　　　　「流を電圧に変換するために電流−電圧変換回
路を形成し、オペアンプ５６の出力端に接続されたコン
デンサ５８とこのコンデンサ５８の他端と基準電圧端子
２８との間に並列に接続された２つの抵抗５９．６０と
はバイパスフィルタを形成している。そして、このうち
抵抗５９と直列にタイミング発生回路２１によって制御
されるアナログスイッチ６１が接続されていて、同アナ
ログスイッチ６１がオンのとき上記バイパスフィルタは
第７図に実線で示す特性Ｉとなり、アナログスイッチ６
１がオフのとき上記バイパスフィルタは第７図に点線で
示す特性■となる。上記抵抗６０の一端に非反転入力端
が接続されたオペアンプ６２と、このオペアンプ６２の
反転入力端と基準電圧端子２８、反転入力端と出力端に
それぞれ接続された抵抗６３と６４とは非反転増幅回路
を形成し、また上記オペアンプ６２の出力端に接続され
た電圧−電流変換用抵抗６５と、この抵抗６５に反転入
力端が接続し、非反転入力端が基準電圧端２８に接続さ
れたオペアンプ６６と、このオペアンプ６６の反転入力
端と出力端間に直列に接続された対数圧縮ダイオード６
７．６８により対数変換回路が形成されている。この対
数変換回路の出力端は第１の光電変換回路５４の出力端
５４Ａとして前記実施例と同様にコンパレータ４０の非
反転入力端に接続されているとともに、差動増幅回路の
抵抗４１に接続されている。第２の光電変換回路５５も
上記第１の光電変換回路５４と同様の構成とされ、その
出力端５５Ａは差動増幅回路の抵抗４４に接続されてい
る。

この距離検出装置の動作を説明すると、ＰＳＤ１４によ
って検出される光電流はオペアンプ５６と抵抗５７から
なる回路によって電圧に変換されるが、パルス光の投射
前では、アナログスイッチ６１がオンであるので、コン
デンサ５８．抵抗５９゜６０からなるバイパスフィルタ
は特性Ｉとなり、そのＣＲ時定数によって脈流光の周波
数に対して微分作用をなす領域に入るようにカットオフ
周波数ｆｃが決定されている。従って、この場合も、背
景光に脈流光成分が存在するとき、この脈流光を微分し
て９０″位相のずれた電圧波形が出力端子５４Ａに得ら
れ、この電圧が基準電圧ｖｒｅｆ’に一致したとき発光
ダイオード１１によってパルス光が投射され、これに同
期してアナログスイッチ６１がオフとなる。すると、こ
のとき、バイパスフィルタはコンデンサ５８と抵抗６０
のＣＲ時定数で決定される特性Ｈに切換わるので、この
ときのカットオフ周波数ｆ’ｃは脈流光の周波数よりも
低域側に移る。このため、パルス光の受光による電圧変
化分が上記コンデンサ５８と抵抗６０からなるバイパス
フィルタを位相ずれを生ずることなく通過し、出力端子
５４Ａには、前記実施例と同様の第５図（Ｂ）に示す電
圧波形が得られる。

そして、前記実施例と同様に、上記出力端子５４Ａの電
圧と第２の光電変換回路５５の出力端子５５Ａの電圧と
が抵抗４１〜４４およびオペアンプ４５からなる差動増
幅回路に導かれることによりその出力端子４６に距離情
報電圧が得られる。

なお、以上の実施例装置では、受光手段３（第１図参照
）として、いわゆるＰＳＤを用いた場合について説明し
たが、このようなＰＳＤと称するものに限らず、例えば
、第８．９図に示すように２個のＳＰＤ　（シリコンフ
ォトダイオード）を配置した場合も同様に半導体装置検
出素子として用いることができる。第８図に示す位置検
出素子６０は三角形状の２個の５ＰＤ６１．６２を突き
合わせて形成されていて、被写体が■で受光スポットが
中央にあるとき両５ＰＤ６１．６２の端子６１ａ、６２
ａに流れる光電流はｌ　１””　ｌ　２となり、被写体
が至近位置で受光スポットが端子６１ａに移動すると”
　ｌ　”２となる。また、第９図に示す位置検出素子７
０は、三角形状の５ＰＤ７１と矩形状のＳＰＤ？２とを
並設してなり、被写体が至近位置で受光スポットが端子
７１ａ。

７２ａ側にあるとき両光電流は１１　”　ｌ　２となり
、被写体が■で受光スポットが中央に位置すると、１１
−１２／２となる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、外光に螢光灯等による脈
流光が含まれていても、距離情報に関与　　　　　　　
　「するパルス光による信号成分のみを確実かつ容易に
分離抽出して誤差の少ない距離情報信号を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の距離検出装置の基本的構成を示すブ
ロック図、 第２図は、本発明の距離検出装置に適用される三角測距
の原理を説明するための概略図、第３図は、本発明装置
に用いることのできる半導体装置検出素子の一例を説明
するための概略側面図、 第４図は、本発明の一実施例を示す距離検出装置の電気
回路図、 第５図（Ａ）　、　（Ｂ）は、上記第４図に示す装置の
動作を説明するための信号波形図、 第６図は、本発明の他の実施例を示す距離検出装置の電
気回路図、 第７図は、上記第６図に示す装置におけるバイパルスフ
ィルタの特性図、 第８，９図は、本発明装置に用いることのできる半導体
装置検出素子の他の例を示す平面図、第１０図は、従来
の距離検出装置の動作を説明するための信号波形図であ
る。 １・・・・・・・・・・・・被写体 ２・・・・・・・・・・・・パルス光投射手段３・・・
・・・・・・・・・受光手段 ４・・・・・・・・・・・・第１の信号変化分検出回路
５・・・・・・・・・・・・第２の信号変化分検出回路
６・・・・・・・・・・・・比較手段 ７・・・・・・・・・・・・距離演算手段１１・・・・
・・・・・赤外光発光ダイオード（パルス光投射手段） １４・・・・・・・・・ＰＳＤ　（半導体装置検出素子
。 受光手段） ２１・・・・・・・・・タイミング発生回路（パルス光
投射手段） ２４．５４・・・・・・・・・第１の光電変換回路（第
１の信号変化分検出回路） ２５．５５・・・・・・・・・第２の光電変換回路（第
２の信号変化分検出回路） ４０・・・・・・・・・コンパレータ（比較手段）４１
〜４４・・・・・・・・・抵抗（距離演算手段）４５・
・・・・・・・・オペアンプ（距離演算手段）８０、７
０・・・・・・・・・半導体装置検出素子（受光手段）
８１．８２．７１．７２・・・・・・・・・ＳＰＤ易　
１　区 ＄２区 ％３図 Ｔ：）４　区 ＋Ｖ Ｌ６区 ＋Ｖ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被写体に向けてパルス光を投射するパルス光投射手段と
   、 上記パルス光が投射された被写体からの反射光を受光し
   、被写体までの距離に相応した第１、第２の信号を出力
   する受光手段と、 通常状態では螢光灯などの脈流光周波数に対して上記第
   １、第２の信号をほぼ９０°位相をずらし、パルス光の
   投射時には上記位相のずれをほぼなくすか、或いは通常
   状態での受光手段の出力を保持する機能を有した、上記
   第１、第２の信号の変化分を検出する第１、第２の信号
   変化分検出回路と、 この第１の信号変化分検出回路の出力が基準電圧と一致
   する時点で信号を発生し上記パルス光投射手段を制御す
   る比較手段と、 上記第１、第２の信号変化分検出回路の出力に基づいて
   被写体までの距離を演算し、距離信号を出力する距離演
   算手段と、 を具備したことを特徴とする距離検出装置。