JP3142731B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカメラから光を
投光し測定対象からの反射光を測光することにより距離
情報を得るアクティブ方式の距離測定装置（以下アクテ
ィブＡＦと略す）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、赤外発光素子（ＩＲＥＤ）とＰＳ
ＤもしくはＳＰＣを組み合わせてカメラから投光したＩ
ＲＥＤの被写体での反射光をＰＳＤ等の受光手段で受け
て距離を得る距離測定装置は良く知られている。

【０００３】ＰＳＤを用いた距離測定装置において、Ｐ
ＳＤの二つの出力ＦとＮの差信号（Ｆ−Ｎ）を二重積分
方式により和信号（Ｆ＋Ｎ）に対して正規化し、被写体
反射率又は被写体からの光の強さによらず精度の高い測
距を可能とする距離測定装置も良く知られている。この
時、Ｆ≒Ｎの場合（被写体が中距離に位置する場合）、
所定積分時間での積分はほとんど零（Ｆ−Ｎ≒０）とな
るため基準値を越えず無限と区別する必要が生じる。そ
こで、特開昭６１−９０００６号に開示の距離測定装置
には、中距離か無限かを区別するために、和信号（Ｆ＋
Ｎ）の積分を所定時間続けて、この積分値が基準値より
大きくなるかどうかで無限か中距離かを区別している。

【０００４】また、現在カメラの距離測定装置ではマイ
コンを用いたものがほとんどで、この場合マイコンに送
られる信号は、基準電圧と積分電圧とのコンパレータ信
号と積分電圧Ａ／Ｄ変換した信号しかない。そこで差信
号（Ｆ−Ｎ）の積分が終わった時点のコンパレータ信号
をマイコンがラッチしておき、和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分
でコンパレータ信号が反転するまでの時間を計測しこの
時間により距離を求めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、丁度Ｆ
＝Ｎとなった場合、差信号（Ｆ−Ｎ）の積分も零にな
り、基準電圧と積分電圧を比較するコンパレータの信号
が数ｍＶの範囲で不定となる。すると、ＡＦ制御回路が
ラッチしたコンパレータ信号と、マイコンがラッチした
コンパレータ信号が違ってしまう可能性がある。この時
差信号（Ｆ−Ｎ）の積分は小さく、和信号（Ｆ＋Ｎ）は
大きくなるので有限距離だと判定するが、コンパレータ
の反転（ゼロクロス）をマイコンが検知できなくなる。
これは本来コンパレータ信号と逆に積分しなければなら
ないのに、マイコンがラッチしたコンパレータ信号とＡ
Ｆ制御回路がラッチしたコンパレータ信号が反対の場
合、マイコンからみると信号と同じ方向に積分されてい
るようになり、結果としてコンパレータの反転を検知出
来ないので、和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分時間は最大とな
り、コンパレータの向きにより最至近かあるいは無限だ
と誤測距をすることがある。本発明の目的は、中距離で
コンパレータが不定となったときでもＡＦ制御回路に変
更を加えずマイコンで常に正確に距離を測定出来る距離
測定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の目的
を実現する構成は、請求項１に記載のように、測定対象
からの反射光を受けることにより、測定対象の距離に依
存して変化する第１の信号および第２の信号を出力する
受光手段と、該受光手段の第１および第２の信号の差を
所定時間積分する差積分動作を行うと共に、該差積分動
作の終了後に該第１の信号と第２の信号の和を逆積分す
る逆積分動作を行う積分手段と、該積分手段の出力レベ
ルが初期値に戻るまでの逆積分時間を検出して距離情報
を得る距離情報検出手段とを有する距離測定装置におい
て、該逆積分の開始時点から一定の無限判定時間経過後
における該積分手段の出力レベルに応じて無限判定を行
う無限判定手段と、該無限判定手段で無限と判定され
ず、逆積分時間を誤検知した場合に逆積分時間を最小と
し、この最小時間を該距離情報検出手段における逆積分
時間とする誤検知判断手段とを有することを特徴とする
距離測定装置にある。

【０００７】この構成では、第１の信号と第２の信号と
が略同じとなる中距離の場合に無限判定手段で有限と判
定されても、逆積分時間の誤検知が生じると、逆積分時
間を最小の時間に設定するので、逆積分時間が最大とな
る最至近あるいは最遠距離を判断することはなく、正確
に中距離を判断できる。

【０００８】また、誤検知判断手段としては、信号の差
を所定時間積分した後の積分手段の出力レベルと、信号
の和を一定の無限判定時間の間積分した後の積分手段の
出力レベルと、逆積分時間とから、逆積分時間の誤検知
を判定することができるので、従来のＡＦ制御回路に変
更を加えることなく、マイコン等で構成される距離情報
検出手段側での制御装置でのプログラミングでこのよう
な構成を実現することができる。

【０００９】

【実施例】図１ないし図８は本発明の一実施例を示す。

【００１０】図１（ａ）はアクティブＡＦの概念を示す
ブロック図である。

【００１１】１はＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓ
ｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）、２はＩＲＥＤで、３はＡＦ制
御回路、４はＩＮＴ出力をＡ／ＤするためのＡ／Ｄ変換
回路、５は積分時間を計測するためのタイマ、６はマイ
コン、７は被写体である。カメラからＩＲＥＤで投光さ
れたスポットが被写体７で反射してＰＳＤ１に返ってく
る。この時、ＰＳＤ１上のどこにＩＲＥＤ２の反射光
（スポット）が結像されているかによって被写体までの
距離が分かる。ちなみに、被写体が近いときはＰＳＤ１
のＮｅａｒよりにスポットが結像し、遠いときはＦａｒ
よりにスポットが結像するようになっている。ＰＳＤ１
の２つの信号出力ＦとＮを差信号（Ｆ−Ｎ）で所定時間
積分した後、和信号（Ｆ＋Ｎ）逆積分して基準電圧に戻
るまでの逆積分時間をタイマ回路５で求め、この時間か
らマイコン６により被写体までの距離を求める。また、
無限等の判定のためにＡ／Ｄ変換回路４で積分電圧ＩＮ
ＴをＡ／Ｄ変換してマイコン６で判定を加える。

【００１２】ここで、図１（ｂ）はＡＦ制御回路３の一
部で特に積分を行う回路を示している。

【００１３】８は和信号（Ｆ＋Ｎ）のアンプで、９は差
信号（Ｆ−Ｎ）のアンプである。差信号（Ｆ−Ｎ）を積
分をするときは、アナログＳＷ１１をオンして積分器１
２で積分を行う。和信号（Ｆ＋Ｎ）を積分するときは、
アナログＳＷ１０をオンして積分器１２で積分を行う。
この積分出力ＩＮＴをＡ／Ｄ変換回路４でＡ／Ｄ変換を
行いマイコン６に入力する。また、コンパレータ１３上
で積分が上昇積分か下降積分かを求め、コンパレータ信
号ＣＯＭＰもマイコン６に入力する。

【００１４】図３から図７は測距時の積分電圧ＩＮＴと
基準電圧ＫＶＣと積分電圧ＩＮＴとのコンパレータ信号
ＣＯＭＰの距離によるタイムチャートの違いを示したも
ので、図３は中距離（Ｆ＝Ｎ）の場合、図４は遠距離
（Ｆ＞Ｎ）の場合、図５は近距離（Ｆ＜Ｎ）の場合、図
６は中距離（Ｆ≒Ｎ）の場合、図７は無限（Ｆ≒０，Ｎ
≒０）の場合を示している。

【００１５】期間で積分電圧ＩＮＴを基準電圧ＫＶＣ
と同じに電圧になるように調節する。この時コンパレー
タ１３のコンパレータ信号ＣＯＭＰはＬｏｗ・Ｈｉのど
ちらにるかは不定である。また、ＰＳＤ１の出力を被写
体距離や反射率によらず一定にするため、アンプのゲイ
ンを調節する。これをＡＧＣといい、ゲインが下がった
場合をＡＧＣがかかったという。

【００１６】期間で所定のＴｒｅｆ時間、差信号（Ｆ
−Ｎ）の積分を行う。積分が開始されるとコンパレータ
信号ＣＯＭＰは安定する。

【００１７】期間でコンパレータ信号ＣＯＭＰをマイ
コン６がラッチして、無限判定を行うか行わないかを決
める。無限判定とは、和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分でコンパ
レータ信号ＣＯＭＰが反転した後も所定時間積分を続け
て被写体が中距離にいるのか無限にいるのかを判定する
ものであり、期間で信号が小さいためにＡＧＣがかか
らず、また期間での差信号（Ｆ−Ｎ）の積分値Ｖｓｍ
ａｌｌが所定の基準値Ｖｓｍｍより小さい場合に、この
無限判定を行うというフラグをセットする。ここで、Ｖ
ｓｍａｌｌは積分電圧のＩＮＴをマイコンでＡ／Ｄ変換
して求めたものである。

【００１８】期間で和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分を行い、
コンパレータ信号ＣＯＭＰが反転するまでの時間Ｔｉｎ
ｔを計測する。

【００１９】期間で無限判定を行う場合は、コンパレ
ータ信号ＣＯＭＰが反転した後もＴｒｅｆ時間積分を続
ける。

【００２０】期間で時間Ｔｉｎｔとコンパレータ信号
ＣＯＭＰから距離を求める。

【００２１】図８は時間Ｔｉｎｔ・ＣＯＭＰと距離の関
係のモデル図である。コンパレータ信号ＣＯＭＰ＝Ｌｏ
ｗで、時間Ｔｉｎｔが大きいときは被写体が遠く、被写
体が近くになるにつれ時間Ｔｉｎｔが小さくなる。中距
離の時、時間Ｔｉｎｔが一番小さくて、中距離から近く
なるとコンパレータ信号ＣＯＭＰ＝Ｈｉになり、時間Ｔ
ｉｎｔは大きくなってくる。このように時間Ｔｉｎｔと
コンパレータ信号ＣＯＭＰから図８の特性線図に従って
被写体距離を演算により一次的に求めることが可能であ
る。

【００２２】図４に示す被写体が遠距離（Ｆ＞Ｎ）の時
は、期間で積分出力ＩＮＴは基準電圧ＫＶＣより下側
に積分される。期間で積分を一時停止し、この時のＣ
ＯＭＰ信号をマイコンがラッチする。基準電圧ＫＶＣよ
り下側に積分されたので、マイコン６がラッチするＣＯ
ＭＰ信号はＬｏｗとなる。期間で和信号（Ｆ＋Ｎ）の
積分を行い、ＣＯＭＰ信号が反転（Ｈｉになる）したら
積分を止め、この時のＴｉｎｔの時間とラッチしたＣＯ
ＭＰ信号がＬｏｗでの特性線図に従って距離を求める。
図５に示す被写体が近距離（Ｆ＜Ｎ）の時は、期間で
基準電圧ＫＶＣより上側に積分され、ＣＯＭＰ信号はＨ
ｉとなり、期間でＣＯＭＰ信号が反転するまでの時間
ＴｉｎｔとＣＯＭＰの信号Ｈｉでの特性線図に従って距
離を求める。

【００２３】ところで、図６に示す被写体が中距離（Ｆ
≒Ｎ）の時は、期間での差信号（Ｆ−Ｎ）の積分値は
小さくなる。また、図７に示す被写体が無限（Ｆ≒０，
Ｎ≒０）の時も、期間での差信号（Ｆ−Ｎ）の積分値
が小さくなるので、中距離で積分値が小さいのか、無限
で信号が出ず積分値が小さいのかが期間が終わった時
点では判別できない。

【００２４】そこで、期間での差信号（Ｆ−Ｎ）の積
分値がＶｓｍｍを越えなかった場合、期間で和信号
（Ｆ＋Ｎ）の積分を行い、ＣＯＭＰ信号が反転するまで
の時間Ｔｉｎｔを求めた後も積分を続け、期間と同じ
時間のＴｒｅｆ間、積分を行ったときの積分値Ｖｓｍａ
ｌｌの大きさにより無限か中距離かを判別する。これを
「無限判定」とする。この時、図示はしていないが所定
の基準値ＶｉｎｆとＶｓｍａｌｌとを比較して、Ｖｓｍ
ａｌｌが大きい場合（図６の場合）は中距離と判断し、
ＣＯＭＰ信号が反転するまでの時間ＴｉｎｔとＣＯＭＰ
信号Ｈｉに従った特性線図から距離を求める。また、所
定の基準値Ｖｉｎｆの方が大きい場合（図７の場合）
は、Ｔｉｎｔの時間によらず距離を無限とする。無限の
場合ＰＳＤ１の信号はほとんど出ず、ノイズの方が大き
くなる。そのため、図７の例ではＣＯＭＰ信号が反転し
ているが状況によっては反転しないまま測距が終わる場
合もあり、Ｔｉｎｔは信頼性が悪くなる（Ｓ／Ｎが悪く
なる）。そこで積分値が小さいときは強制的に距離を無
限にしている。

【００２５】そして、図３のように被写体が中距離で特
にＦ＝Ｎとなった場合は、期間での差信号（Ｆ−Ｎ）
の積分が零となり、数ｍＶの範囲でＣＯＭＰ信号は不定
となる。期間でマイコン６はＣＯＭＰ信号が不定でも
Ｈｉ・Ｌｏｗどちらかにラッチする。この時ＡＦ制御回
路３もＣＯＭＰ信号をラッチしていて、期間でこのラ
ッチした方向と逆積分を行うようになっている。そのた
め、ＣＯＭＰが不定のときはマイコン６がラッチしたＣ
ＯＭＰ信号とＡＦ制御回路３がラッチしたＣＯＭＰ信号
が反対になり、マイコン６からみるとＡＦ制御回路３が
期間で期間と同じ方向に積分しているようになる。
マイコン６はＣＯＭＰ信号の反転を検知できないまま所
定のＴｒｅｆ時間の積分を終え、Ｔｉｎｔは最大のＴｒ
ｅｆとなる。また、積分値Ｖｓｍａｌｌも不図示の基準
値Ｖｉｎｆより大きくなるので、期間でラッチしたＣ
ＯＭＰ信号の方向により実際には中距離なのに最至近又
は最遠距離と判断されることになる。このような誤測距
を防ぐ上記の動作を図２に示すフローチャートで説明す
る。

【００２６】測距動作が開始されると（１００）、１０
１で被写体の距離や反射率に関係無く一定の信号がＰＳ
Ｄ１から出るようにアンプのゲインを調節する。この
時、ＩＲＥＤ２を点灯した時のＰＳＤ１の信号により適
性の信号量になるようにゲインを大きい方から順にゲイ
ンを下げてゆく。なお、ゲインが下がった場合を「ＡＧ
Ｃがかかった」という（期間）。

【００２７】１０２で差信号（Ｆ−Ｎ）の積分を開始
し、１０３でＴｒｅｆ時間積分を行ったら、１０４で一
旦積分を停止し（期間）、１０５で積分ＩＮＴが基準
電圧ＫＶＣより大きいか小さいかをＣＯＭＰ信号として
ラッチする。

【００２８】１０６と１０７でＡＧＣがかかっていなく
て、期間の積分値Ｖｓｍａｌｌが所定の基準値Ｖｓｍ
ｍより小さいときは、１０８で和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分
期間がゼロクロスしても積分を続ける「無限判定」を
行うというフラグをセットする（期間）。１０９でＣ
ＯＭＰ信号が反転するまでの時間を計測するためのタイ
マをスタートさせ、１１０で和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分を
開始し、１１１で１０５でラッチしたＣＯＭＰ信号が反
転したか否かを調べる。

【００２９】１１１において、ＣＯＭＰ信号が反転して
いないときは、続いて積分の時間がＴｒｅｆを越えたか
を調べ、積分時間を最大でもＴｒｅｆ時間とする。これ
は期間で差信号（Ｆ−Ｎ）をＴｒｅｆ時間積分したも
のを期間では和信号（Ｆ＋Ｎ）を積分するのだから、
当然和信号の方が大きくなり、ＣＯＭＰ信号が反転する
までにＴｒｅｆ時間以上かからないからである。また、
１１１でＣＯＭＰ信号が反転したら、１１３でタイマを
停止しそのときの時間をＴｉｎｔとする。

【００３０】１１４で１０８でのフラグがセットされて
いたら、積分を続け、１１５で和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分
時間がＴｒｅｆとなるようにする。１１６で１０８での
フラグがセットされていない場合は、１２０で１１３で
のＴｉｎｔと１０５でのＣＯＭＰ信号のラッチから図８
で示したように距離を求める。

【００３１】１１６でフラグがセットされていた場合
は、１１７で期間からの和信号（Ｆ＋Ｎ）の積分値
Ｖｓｍａｌｌと所定の積分値Ｖｉｎｆを比較して、Ｖｓ
ｍａｌｌが小さい場合は１２１で距離は無限であるとす
る。またＶｓｍａｌｌが大きい場合、１１８でＴｉｎｔ
が最大積分時間Ｔｒｅｆより小さい場合は（Ｔｉｎｔが
Ｔｒｅｆより大きくなることはない）、１２０で距離を
求める。そして、１１８でＴｉｎｔがＴｒｅｆと同じに
なった場合は、期間でＣＯＭＰ信号が不定でＣＯＭＰ
の反転をマイコンが検知できなかったということなの
で、１１９で強制的にＴｉｎｔを零としてから、１２０
で距離を求める。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、第１の
信号と第２の信号とが略同じとなる中距離の場合に無限
判定手段で有限と判定されても、逆積分時間の誤検知が
生じると、逆積分時間を最小の時間に設定するので、逆
積分時間が最大となる最至近あるいは最遠距離を判断す
ることはなく、正確に中距離を判断できる。

【００３３】請求項２に記載の発明によれば、従来のＡ
Ｆ制御回路に変更を加えることなく、マイコン等で構成
される距離情報検出手段側でのプログラミングでこのよ
うな構成を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示し、（ａ）はブロック
図、（ｂ）はＡＦ制御回路の一部を示す回路図。

【図２】 本発明の一実施例の動作を示すフローチャー
ト。

【図３】 積分出力ＩＮＴとＣＯＭＰ信号のタイムチャ
ートで、中距離（Ｆ＝Ｎ）の場合を示す。

【図４】 積分出力ＩＮＴとＣＯＭＰ信号のタイムチャ
ートで、遠距離（Ｆ＞Ｎ）の場合を示す。

【図５】 積分出力ＩＮＴとＣＯＭＰ信号のタイムチャ
ートで、近距離（Ｆ＜Ｎ）の場合を示す。

【図６】 積分出力ＩＮＴとＣＯＭＰ信号のタイムチャ
ートで、中距離（Ｆ≒Ｎ）の場合を示す。

【図７】 積分出力ＩＮＴとＣＯＭＰ信号のタイムチャ
ートで、無限（Ｆ≒０，Ｎ≒０）の場合を示す。

【図８】 Ｔｉｎｔ・ＣＯＭＰと距離の関係モデル図。

【符号の説明】

１…ＰＳＤセンサ ２…ＩＲＥＤ ３…ＡＦ制御回路 ４…Ａ／Ｄ変換回
路 ５…タイマ回路 ６…マイコン ７…被写体

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象からの反射光を受けることによ
   り、測定対象の距離に依存して変化する第１の信号およ
   び第２の信号を出力する受光手段と、該受光手段の第１
   および第２の信号の差を所定時間積分する差積分動作を
   行うと共に、該差積分動作の終了後に該第１の信号と第
   ２の信号の和を逆積分する逆積分動作を行う積分手段
   と、該積分手段の出力レベルが初期値に戻るまでの逆積
   分時間を検出して距離情報を得る距離情報検出手段とを
   有する距離測定装置において、 該逆積分の開始時点から一定の無限判定時間経過後にお
   ける該積分手段の出力レベルに応じて無限判定を行う無
   限判定手段と、該無限判定手段で無限と判定されず、逆
   積分時間を誤検知した場合に逆積分時間を最小とし、こ
   の最小時間を該距離情報検出手段における逆積分時間と
   する誤検知判断手段とを有することを特徴とする距離測
   定装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、誤検知判断手段は、
   信号の差を所定時間積分した後の積分手段の出力レベル
   と、信号の和を一定の無限判定時間の間積分した後の積
   分手段の出力レベルと、逆積分時間とから、逆積分時間
   の誤検知を判定することを特徴とする距離測定装置。