JPS6232314A - 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］ 本発明は、距離検出装置、更に詳しくは、半導体装置検
出素子を用いた光投射型の三角測距方式の距離検出装置
に関する。

［従来の技術］ 被写体にパルス光を投光し、この被写体からの反射光を
、投光部より所定の基線長だけ離れて配置された受光部
により受光して距離を検出するようにした光投射型の三
角測距方式の距離検出装置において、太陽光等の背景光
を除去し、本来の上記反射光だけを取り出して正確な距
離検出を行なうようにする方式としては種々の形式のも
のが提案されている。

そのうち一般的なものは、第６図に示すようなものであ
る。即ち、受光素子である半導体装置険出素子（以下、
ＰＳＤと記す）５から流出する２系統の光電流を、夫々
オペアンプ６と抵抗６１゜オペアンプ６Ａと抵抗６１Ａ
とからなる電流−電圧変換回路で電圧に変換し、これを
夫々コンデンサ６２と抵抗６３．コンデンサ６２Ａと抵
抗６３ＡとからなるＣＲマフイル回路によって電圧の変
化分のみを検出した後、夫々オペアンプ７と対数変換用
ダイオード６４．オペアンプ７Ａと対数変、換用ダイオ
ード６４Ａとからなる対数変換回路で、上記電圧の変化
分の対数圧縮を行ない、２系統の電圧の変化分を出力す
る。そして、この２系統の電圧の変化分を差動回路９に
印加し、その出力に基づいて後に述べる三角測距の原理
を用いて被写体との距離を算出するようにしたものであ
る。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、上述のような方式では、パルス光を投光
する以前の状態において、対数変換用ダイオード６４と
６４Ａとをそれぞれバイアスする電流は、オペアンプ７
と７Ａとの夫々の入力バイアス電流のみであるので、こ
れらオペアンプ７と７Ａとの入力段トランジスタのｈｒ
８の温度変化、電源電圧変化の影響を受けやすく、その
結果パルス光を投光した以後の出力もこれらの変化に伴
って変動してしまい、正確な距離検出をすることができ
ない。又、仮にオペアンプの入力バイアス電流以外の例
えば定電流回路等により供給される電流で、対数変換用
ダイオードをバイアスし、更にオペアンプの入力段に電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて上記オペアンプ
の人力バイアス電流を殆ど無視できるようにしても、集
積回路の特性」二、温度による変化を押さえることはで
きなかった。

また、上記のようにＣＲマフイル回路を用いて背景光を
除去しようとした場合には、太陽光等の時間的に安定な
成分（即ち、直流的な背景光）に関しては充分有効では
あるものの、白熱ランプのように商用周波数の２倍の周
波数成分をもつ脈流光（即ち、交流的な背景光）に対し
ては、投光用のパルス光の周波数とは大差がなく、特に
受光素子としてＰＳＤ等の位置検出素子を用いた場合に
は、距離を検出するために必要とするのは、パルス光に
よる変動分の絶対量であるため、上記ＣＲマフイル回路
は充分低周波までパスすることが要求され、上記交流的
な背景光を除去することが困難であった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、 電源電圧、周囲温度等の外部環境の変化があっても、安
定した信号を出力し、また背景光に白熱ランプ等による
脈流光が存在しても、誤差の少ない距離信号を出力する
距離検出装置を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明は、
上記目的を達成するために、被写体からの反射光を受光
し、光電流を発生ずる受光手段と、上記光電流のうち低
周波成分をカットするフィルタ手段と、このフィルタ手
段の出力端に接続され、光電流を対数圧縮する対数変換
回路と、この対数変換回路の出力を一定電位に保持すべ
く同対数変換回路をその帰還ループ中に有していて、負
帰還がかけられる演算増幅器と、上記フィルタ手段の出
力端に接続され、上記光電流をバイパスさせるバイパス
路と、このバイパス路の電流を記憶するために上記演算
増幅器の出力端に接続されたコンデンサと、上記パルス
光の投光と同時に上記演算増幅器を不作動にするか、も
しくはその負帰還ループを断つ制御手段と、を具備し、
パルス光の投光前においては上記演算増幅器によって光
電流の交流成分を上記バイパス路に流【７て上記対数変
換回路の出力を一定電位に保ち、パルス光の投光開始と
同時に制御手段により演算増幅器を不作動にさせるか、
若しくは負帰還ループを断つことで上記バイパス路には
記憶コンデンサに記憶された電流を流し、残りの交流成
分は対数変換回路に導出するようにすることによって、
外部環境の変動、あるいｌす背景光の影響を受けずに距
離検出を行なうようにしたものである。

［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ハ１
距の原理を説明するための概略図であって、赤外線発光
ダイオード１でパルス光を発光し、投光レンズ２より照
射されたパルス光は被写体３に照射されると同被写体３
により反射され、上記発光ダイオード１より基線長Ｓた
け隔てた位置にある結像レンズ４により、半導体装置検
出素子５上に結像される。このＰＳＤＳ上の結像位置は
、三角測距の原理により被写体３の位置と相関関係を有
する。

ここで上記ＰＳＤ５は、周知のようにフォー・グイオー
トと同じ原理で、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この抵抗層の両端から取
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
のであり、」二足両端の光電流の変化分Δｉ　、Δ１２
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図に示すうに、Ｐ　Ｓ　Ｄ　５」二の結
像位置については、結像レンズ４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３までの距離ｇおよび結像レンズ４と
ＰＳＤＳ間の距１１ｉｉｆによって次式（１）のように
表わされる。

ｘ−３すｆ／Ω　　・・・・・・・・・（１）また、Ｐ
ＳＤ５の両出力端子５ａ、５ａ２からは、上記パルス光
の受光によって夫々光電流の変化分Δｌｔ＋　Δ１２が
流出するようになっており、共通端子５　ａ　ａには基
準電圧Ｖｒｅｆ’ｌが印加されるようになっている。そ
して、この光電流の変化分Δｌｉｔ　Δ１２は、ＰＳＤ
５の両端子５ａ１゜５ａ２間の距離ｄおよび上記圧、ｌ
ｌｘとの間で次のような関係を有する。

この（２）式に上式（１）を代入すると次のようになる
。

この（３）式から明らかなように、Ｓ、ｆ、ｄは全て既
知の値であるからΔｉ　／Δ１２信号は被写体までの距
離ｇによって変化することになる。

即ち、この１　／Δ１２信号は、被写体の位置を■ 示しており、この信号の出力によって撮影ｌメンズの移
動量を制御することによりオートフォーカス装置が実現
される。

第１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。なお、この距離検出装置は、図示のよう
にＰＳＤ５、オペアンプ２５、電流−電圧変換回路２６
．２６Ａ等により構成されているが、この電流−電圧変
換回路２６と２６Ａとは、同一構成部材を用い、且つ同
一構成をとりているので、一方の回路のみについて説明
し、他方の回路の構成部材にはｒＡＪを付し、重ねての
説明は省略する。

第１図に示すように、受光手段であるＰＳＤ５の第１の
出力端子５　ａ　ｌはオペアンプ１０の反転入力端に接
続されると共に、ＰＮ、Ｐ型トランジスタ１１のエミッ
タに接続されている。このオペアンプ１０の非反転入力
端は基準電圧Ｖｒｅｆｌを供給する端子に接続されてお
り、同オペアンプ１０の出力端は上記トランジスター１
のベースに接続されている。このトランジスタ１１のコ
レクタは抵抗１２を介して接地されると共に、コンデン
サ１３を介して端子２８と２９とに接続されている。

この端子２９はダイオード１６のアノードに接続され、
カソードはＰＮＰ型トランジスタ１７のエミッタに接続
されている。同トランジスタ１７のコレクタは接地され
、またベースはコンデンサ１８を介して接地されると共
に、オペアンプ１９の出力端に接続されている。このオ
ペアンプ１９の反転入力端は基準電圧Ｖｒｅｆ２を供給
する端子に接続されており、非反転入力端はオペアンプ
１４、の出力端とＮＰＮ型トランジスタ１５のエミッタ
と抵抗２１の一端に接続されている。上記オペアンプ１
９の電源端子はスイッチ２０を介して動作電圧ＶＣＣを
供給する端子に接続されている。

上記端子２８は、上記オペアンプ１４の反転入力端とト
ランジスタ１５のベースとに接続されており、このトラ
ンジスタ１５のコレクタ１ヨ動作電圧Ｖｃｃを供給する
端子に接続されている。上記オペアンプ１４の非反転入
力端は基準電圧Ｖｒｅｒ３を供給する端子に接続されて
いる。

上記抵抗２１の他端はオペアンプ２５の反転入力端に接
続されると共に、抵抗２２を介して同オペアンプ２５の
出力端に接続されている。

前記ＰＳＤ５の共通端子５　ａ　ｓは基準電圧Ｖｒｅｆ
’ｌを供給する端子に接続され、第２の出力端子５　ａ
　２は電流−電圧変換回路２６Ａを構成するオペアンプ
ＩＯＡの反転入力端とトランジスタ１１Ａのエミッタと
に接続されている。

上記電流−電圧変換回路２６Ａを構成するオペアンプ１
４Ａの出力端とオペアンプ１９Ａの非反転入力端とトラ
ンジスタ１５Ａのエミッタとは、夫々が抵抗２３の一端
に接続され、この抵抗２３の他端は上記オペアンプ２５
の非反転入力端と抵抗２４を介して基準電圧Ｖｒｅｆ’
２を供給する端子に接続されている。

次に、このように構成されている距離検出装置の動作を
説明する。

先ず、定常状態ではオペアンプ１０の反転入力端子の電
位は、トランジスタ１１により帰還がかけられているの
で非反転入力端子に印加されている基準電圧Ｖｒｅｆｌ
と同電位になり、ＰＳＤ５の出力端子の電圧を一定にす
るように作用し、トランジスター１のコレクタからはＰ
ＳＤ５の出力端子５ａ　の出力電流１１がそのまま出力
される。まま た、この時、スイッチ２０は閉じられているのでオペア
ンプ１９は作動状態にあり、トランジスター７、ダイオ
ード１６およびオペアンプ１４を介して上記オペアンプ
１９の非反転入力端子に負帰還がかけられ、この非反転
入力端子の電位は、このオペアンプ１９の反転入力端子
と同じく基準電圧Ｖｒｅｒ２となる。即ち、電流−電圧
変換回路２６の定常状態における出力は、オペアンプ１
９のバッファとしての出力となる。そして、オペアンプ
１４はトランジスター５によって帰ぷがかけられている
対数変換回路を構成していて、同オペアンプ１４の反転
入力端子には基準電圧Ｖｒｅｒ３が印加されている。

この状態で上記トランジスター５は、ベースを基準電圧
Ｖ　ｒｅｒ３に固定され、エミッタを基準電圧Ｖｒｅｌ
’２に固定されているので、同トランジスタ１５のコレ
クタ電流ｉ。は、次式のようになる。

但し、１８　：ベースーエミッタ間の逆飽和電流ｑ：電
子の電荷 に：ボルツマン定数 Ｔ二絶対温度 また、この時ダイオード１６を流れ、トランジスタ１７
をバイアスするバイアス電流ＩＤは、トランジスタ１１
とはコンデンサ１３によりカットされているのモ、オペ
アンプ１４の入力バイアス電流からトランジスタ１５の
ベース電流を差し引いたものだけとなる°。即ち、上記
トランジスタ１５の電流増幅率βとするとバイアス電流
ＩＤは次式のようになる。

Ｉｎ　−１Ｂ　　１０　／β　　・・・・・・・・・（
５）なお、このように構成したときは、上述のようにト
ランジスタ１５で帰還されたときのオペアンプ１４の入
力インピーダンスは、抵抗１２のインピーダンスＲｏに
比較して充分小さくなるようにしておく。

次にパルス光の投光時の動作について述べる。

パルス光が図示しない例えば赤外線発光ダイオードから
被写体に照射されると同時に、スイッチ２０が開かれ、
オペアンプ１９は不作動状態となる。従って、オペアン
プ１９へのバイアス電流の供給は停止されるので、トラ
ンジスタ１７のベース電位はそれまでの電位に保持され
る。

この時、端子２９からダイオード１６側をみたインピー
ダンスＲ２は、ダイオード１６およびトランジスタ１７
のエミッタ・コレクタ間を流れる電流ＩＤより次式で表
わされる。

Ｔ また、端子２８からトランジスタ１５とオペアンプ１４
とを見た入力インピーダンスＲ１は、オペアンプ１４に
帰還がかかつている時の人力インピーダンスと同一であ
る。

以上に述べたことにより、パルス光の投光時におけるト
ランジスター１のコレクタからフィルタ手段を構成する
抵抗１２とコンデンサー３側をみた等価回路は、第４図
に示すように、インピーダンスＲとＲと抵抗１２（イン
ピーダンスＲ８という）とが並列に接続された状態とな
る。

パルス光が照射され被写体（図示せず）からの反射光が
ＰＳＤＳ上に結像されると、このＰＳＤ５からの出力電
流ｉ　に変動分Δ１１が生じる。

■ この電流はトランジスター１を通して、コレクタからそ
のまま出力される。周波数の高いパルス光に対してはコ
ンデンサー３はインピーダンスが低く且つ上述のように
Ｒｏ＞　Ｒ，であるから、Ｒ２〉Ｒとなるように設定す
れば、上記変動分Δ１１はほぼインピーダンスＲ１に流
れることになる。

即ち、この変動分Δｉｌはトランジスター５のベースに
流れ、８倍された電流がこのトランジスター５のコレク
タ電流の変動分となり、オペアンプ１４の出力端子の電
圧変動分Δ１１は次式のよう電流−電圧変換回路２６Ａ
についても一上述と同様に、パルス光の照射によるＰＳ
Ｄ５の出力電流の変動分をΔ１２とすると、上記回路２
６Ａの出力の電圧変動分Δ■２は次式のようになる。

従って、抵抗２１〜２４とオペアンプ２５とで構成され
ている差動増幅回路で上記変動分ΔＶ１とΔＶ２との差
が出力し、その出力は次式で与えられる。

しかるに、β争Δｉ　〉ｉ　　β・Δｉ　２＞　ｉ。

１　　　０’ であるから この（１０）式はΔｉ　／Δ１２信号と定数との積で表
わされ、前記（３）式と同様に距離信号を得ることがで
きる。

次に、背景光に白熱ランプ等のように商用電源の２倍の
周波数を有する脈流光が含まれている場合について述べ
る。

前述のように、特に位置検出素子としてＰＳＤ等を用い
た距離検出回路においては、パルス光が被写体に反射す
ることによって得られるＰＳＤ光電光電変動分を、あま
りなまらせずに得る必要があるので、ＣＲラフイル回路
はかなり低周波まで通過するように設定されている。本
実施例においてもコンデンサ１３と抵抗１２とで決定さ
れるカットオフ周波数は、白熱ランプ等の脈流光の周波
数と同程度であって、上記コンデンサ１３は脈流光成分
の殆んｇを通過させる。

しかしながら、オペアンプ１９はスイッチ２０が閉じて
いる定常状態において、その帰還回路を含めて１つのバ
ッファ回路を形成しているので、バッファ回路としての
出力を一定に保てるようにコンデンサ１８の定数を設定
すれば、脈流光の周波数では同コンデンサ１８の影響に
よる応答遅れが生じたとしても脈流光成分を充分に吸収
できる。

そして上記コンデンサ１３を通過した脈流光成分をダイ
オード１６およびトランジスター７に流すことによって
トランジスター５のベース電流を安定させ、オペアンプ
１４の出力電圧を一定に保つことができる。

この状態でパルス光を照射した場合と前述の例との違い
は、端子２９からダイオード１６側をみたインピーダン
スＲが脈流光成分ＩＲを含んだ電流（ＩＤ　＋　ＩＲ）
により得られることで、そのインピーダンスＲ′は次式
のようになる。

ｒ Ｒ’＝２−−ニー　　・・・・・・・・・（１１）＋Ｄ
＋ｉＨ この場合でも、Ｒ’＞Ｒ１の条件が満たされていれば前
述と同様にオペアンプ１４の出力端の電圧変動分Δｖ１
１は次のようになる。但し、パルス光照射後の脈流光の
変化は無視している。

即ち、コンデンサー３を通過する電流は、変動分Δｉ　
と脈流光成分ｉ　との和（Δ１１＋ｉＲ）Ｒ であっても、脈流光成分ＩＲが、パルス光照射の直前ま
でダイオード１６およびトランジスタ１７に流れていて
照射と同時に保持される形となるので、オペアンプ１４
の電圧変動には脈流光の影響が表われることがない。

以」二に述べた実施例には受光素子と１７てＰＳＤを用
いたが、受光素子はＰＳＤに限られたわけではなく、第
５図に示すような受光素子３０を用いてもよい。即ち、
この受光索子３０は、受光面が細長い三角形をした５Ｐ
Ｄ（シリコンフォトダイオード）３１と、この５ＰＤ３
１の鋭端部が挿入されたような組合わせとなっている５
ＰＤ３２とから構成されていて、上記５ＰＤ３１と３２
とには夫々端子３１ａと３２ａとが取り付けられている
。そして、上記受光素子３０の受光面に光スポットを当
てると、その位置に応じて光電流が相対的に変化するよ
うになっている。

また、方式については本実施例のように２つの出力を演
算する方式ではなく、複数の受光素子を配列し、スポッ
ト光が入射した受光素子を検出するようにした方式の場
合にも本発明を適用することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、対数変換回路を含む電流−電圧変換回
路の出力は、オペアンプのバッファ出力として制御され
るので電源電圧、温度等の影響による変動が殆んどなく
、また背景光に脈流光成分が含まれていても、誤差の少
ない距離検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１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２図は、本発明に用いる三角測距の原理を説明する線
図、 第３図は、本発明に用いる半導体装置検出素子の側面図
、 第４図は、上記第１図に示す実施例の要部の等価回路図
、 第５図は、上記第３図に示す半導体装置検出素子（ＰＳ
Ｄ）の代わりに用いる位置検出素子（ＳＰＤ）の平面図
、 第６図は、従来の距離検出装置を示す電気回路図である
。 ５・・・・・・・・・半導体装置検出素子（ＰＳＤ）（
受光手段） １２・・・・・・抵　　　抗（フィルタ手段）１３・・
・・・・コンデンサ（〃） １４・・・・・・オペアンプ　（対数変換回路）１５・
・・・・・トランジスタ（〃） １８・・・・・・コンデンサ １９・・・・・・オペアンプ（演算増幅器）２０・・・
・・・スイッチ（制御手段）′兄２０ ｆ 策３図 ｒｅｆ　ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被写体に向けてパルス光を投光し、この被写体からの反
   射光を受光して被写体までの距離を測距する距離検出装
   置において、 被写体からの反射光を受光し、光電流を発生する受光手
   段と、 上記光電流のうち低周波成分をカットするフィルタ手段
   と、 このフィルタ手段の出力端に接続され、光電流を対数圧
   縮する対数変換回路と、 この対数変換回路の出力を一定電位に保持すべく同対数
   変換回路をその帰還ループ中に有していて、負帰還がか
   けられる演算増幅器と、 上記フィルタ手段の出力端に接続され、上記光電流をバ
   イパスさせるバイパス路と、 このバイパス路の電流を記憶するために上記演算増幅器
   の出力端に接続されたコンデンサと、上記パルス光の投
   光と同時に上記演算増幅器を不作動にするか、もしくは
   その負帰還ループを断つ制御手段と、 を具備したことを特徴とする距離検出装置。