JPH01240812A - 距離測定装置 - 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、カメラなどに用いられる距離測定装置、更に
詳しくは投光部より測距対象物に向けて光を照射し、そ
の反射光を透光部から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ａｌｌｌ距を行なう光照射型三
角測距方式の距離測定装置に関する。

［従来の技術］ 上記光照射型の三角０＋距方式の距離測定装置は既に周
知であり、従来から種々提供されている。

例えば、特開昭５７−１０４８０９号公報記載の測距装
置は、第６図（Ａ）に示すように、発光素子８０から投
光レンズ８３を介して測距対象物８６に向けて投光パタ
ーン８５の光を照射し、同測距対象物８６からの反射光
を受光レンズ８４により受光素子８１．８２に入射させ
、受光索子８１゜８２の出力状態により、測距をするよ
うにしている。そして、上記発光素子８０と受光索子８
１゜８２とは、第６図（Ｂ）にすように、Ｌｌｌ−の基
板８７上の所定位置にそれぞれ配置されている。即ち、
同基板８７の一側縁寄りには、電極部８０ａで囲まれた
発光素子８０か、また他側縁寄りには２つの受光素子８
１．８２かその受光素子間の境界線が基線長方向８８に
対して垂直になるように近接して、それぞれ固定されて
いる。

このように構成された上記Ａ１１ｌ距装置では、受光面
の基線長方向８８上に形成される反射光像８つの位置は
、三角測距の原理から測距対象物までの距離に応じて変
化し、反射光像８９あ位置により受光素子８１か受光す
る面積と、受光索子８２が受光する面積に差異かあるの
で、両受光素子８１゜８２の出力差により４１す距対象
物までの距離を検出することができる。

第７図（Ａ）は、上記第６図（Ａ）　、　（Ｂ）に示し
た４１り距装置における。’１１１１距光学系の配置を
示したものて、チップサイズがｔの発光素′Ｔ−８０は
、投光レンズ８３からその焦点距、４ｆ工たけ離れた位
置に配置されている。同投光レンズ８３より基線長し離
して配置された受光レンズ８４の焦点距離ｆ、たけ離れ
た位置に配置された受光素子８１．８２から出力される
光電流１．Ｉ　　によって測距対象物８６までの彼写体
距４ａを求めるものである。また、第７図（Ｂ）〜（Ｅ
）は、反射光像か測距対象物までの距離に応じて移動す
る様子を示したもので、外径ｔＪの反射光像８つが、１
１１１１距対象物までの距離に応して受光素子８１．８
２上を移動すると、この受光索子８１．８２から出力さ
れる光電流１１．Ｉ２を演算処理して得られた測距演算
出力■２／（■１＋１２）は、第７図（Ｆ）に示すよう
に、被写体距離に応じて１から０まで変化することにな
る。この１から０まて変化する範囲は、丁度反射光像８
つの径ｔ、の間である。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このように構成されている従来の距離４１す
定装置においては、基本的に７１１１１距精度の向上と
、Ａｌ１１距範囲の拡大という互いに相反する問題が生
ずる。以下、これについて説明する。

上述のような距離測定装置においては、被写体までの距
離ａの逆数と測距演算出力 Ｉ２／（１１＋■２）の間には、第８図（Ａ）に示すよ
うな関係がある。即ち、この第８図（Ａ）の実線Ω１．
ρ２は、それぞれ投光チップサイズかｔ、、ｔ２　（ｔ
ｔ　＜　ｔ２）の場合で、被写体距離ａの逆数に対する
測距演算出力■２／（１１＋１２）の関係を表わしてい
る。

一般に、被写体から受光素子に入射する信号光量は非常
に微弱なので、信号電流の比 Ｉ２／（１１＋１２）は、回路ノイズ等により影ツされ
てしまう。回路ノイズによって生じる出力信号のバラツ
キ、つまりノイズ幅は、第８図（Ｂ）に示すように、特
性線ｆＩ３２ｇ４の何れの場合も同−距４ａ１では同じ
ノイズ幅Δρ３．Δｇ４であり、ノイズ成分を付加した
測距演算出力！２　／　（Ｉｔ　＋　１２　）は斜線部
分で示される。

そこで、被写体距離ａ１を判定するために特性線Ω３で
は判定レベルＶａを用い、特性線Ω４では判定レベルｖ
ｂを用いることになる。

すると、ノイズ成分のために、距離判定の不確定幅が特
性線Ω３ではα、特性線Ω４ではβたけ生ずることにな
る。つまり、特性線ｇ４を用いて測距すると、特性線ｇ
３の場合に比べて距離判定の不確定幅か広くなってしま
いｆｌｌ１１距精度か劣ることになる。

従って、距離測定装置の測距精度を表わす指標としては
、（ノイズ幅）／（測距演算出力の傾斜）で評価するこ
とができる。つまり、測距範囲Ｓは、投光レンズと発光
素子間の距離をｆ。、基線長をり１発光素子のチップサ
イズをｔとすれば、−Ｌ Ｓ−■　〜　□ となる。また、測距精度Ｒは、測距演算出力ノイズをＮ
とすれば となる。上式から解るように、Ａｌ１１距範囲Ｓは投光
レンズの焦点距離ｆＴ＋　基線長しが小さくなる程大き
くなり、また、発光素子のチップサイズｔがｔ２のよう
に大きくなると、第８図（Ａ）の特性線Ω２に示したよ
うに、至近側がｆＴ−Ｌ／１２まて伸びるので測距範囲
Ｓは大きくなるが、ｆｌｌｌｌ距精度Ｒは逆に悪くなる
。反対に、ｆ、、Ｌか大きくなる程、また、ｔが小さく
なる程、測距精度Ｒは良くなるか測距範囲Ｓは小さくな
る。換言すれば、このような測距装置においては、測距
精度の向上と測距範囲の拡大は互いに相反するものとな
る。

また、測距精度の向上と測距範囲の拡大を両立させるた
めに、投射光量を大きくして、測距演算出力のノイズ幅
を小さくする手段もあるか、カメラ等の小型機器に組込
まれる場合には、電源や投・受光部のためのスペースが
限られており、測距装置に供給可能な電力も限定される
ので、投射光量を増加させて解決する手段はコストやス
ペースの点から問題かあって採用できない。

また、測距範囲を拡大するために、投光素子のチップサ
イズｔを大きくしたり投光レンズの焦点距離ｆＴを小さ
くしたりする手段を採用すると、通常は測距対象物が人
物等の大きさの限られた物であるので、投光パターンが
測距対象物よりも大きくなってしまい測距が正確に行な
われにくいことがある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、測距精
度を落とすことなく、更には向上させつつ、測距範囲を
拡大することのできる距離測定装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段および作用コ本発明の距離
測定装置は、 発光素子から発せられた光を、測距対象物に向けて投射
する投光手段と、該投光手段における投光部から所定の
基線長蛇れて配置され、測距対象物からの反射光を受光
し、互いに隣接した少なくとも３つ以上の受光素子を有
し、上記各受光素子間の境界線は基線長方向と垂直にな
るように配置されている受光手段と、上記境界線の１つ
によって分けられる２つの受光領域の片側の受光量と全
受光量の比、および上記境界線の１つとは異なる境界線
によって分けられる２つの受光領域の片側の受光量と全
受光量の比とに基づいて測距対象物までの距離を演算す
る演算手段と、を具偏したことを特徴とするものであっ
て、前記境界線によって分けられる２つの受光領域の受
光量を、それぞれ複数の境界線について求め、それから
測距対象物までの距離を検出するようにしたものである
。

［実　施　例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す距離測定装置の測距
光学系の配置を示す図で、ここでは受光素子として４つ
の５ＰＤ（シリコン・フォト・ダイオード）ＩＡ、ＩＢ
、ＩＣ，ＩＤが設けられている。そして、それぞれの５
ＰＤＩＡ〜ＩＤの境界線は基線長方向に対して垂直な方
向に設定されている。この境界線が２つ以上あることが
本発明の特徴である。本実施例の場合、ＳＰＤを４個用
いているが、３個以上なら何個でもよい。第１図におい
て、投光レンズ２６の焦点距ｐ４ｆ　Ｔたけ離れた位置
に配設された、チップサイズがｔの発光素子２０は、同
素子２０で発光された光束が、投光レンズ２６で集光さ
れて７１１１１距対象物２８に向は投射される。同ｌ１
ｌｌｌ距対象物２８で反射された光は、投光レンズ２６
から基線長し離れて配置された受光レンズ２７で集光さ
れて、同レンズ２７からその焦点距離ｆ、たけ離れた位
置に配設された５ＰＤＩＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＩＤに入射す
る。すると、各５ＰＤＩＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＩＤには、そ
れぞれ光電流１１．Ｉ２．Ｉ３．Ｉ４が発生し、これか
演算手段２９に供給され、同手段２９で測距演算される
ようになっている。

第２図は、本実施例の距離測定装置の電気回路図であり
、第３図は、この第２図中の制御回路部２５から供給さ
れる信号のタイミングチャートである。

この距離測定装置は、第２図に示すようにＡ＋＋＋距対
象物に先パルスを投射する投光回路部２１と、測距対象
物からの反射光を受光して信号パルス光電流成分を検出
し、増幅する光電流検出回路部２２〜２２Ｃと、バイア
ス電流に重畳された光電流から彼写体の距離情報を求め
る演算出力回路部２３〜２３Ｂと、この演算出力回路部
２３〜２３Ｂの出力をＡ／Ｄ変換するカウント回路部２
４と、上記各回路部に制御信号を送出する制御回路部２
５とから構成されている。

上記光電流検出回路部２２．２２Ａ、２２Ｂ。

２２Ｃは、それぞれ同一構成部材を用い、且つ同様の構
成をとっているので、回路部２２についてのみ説明し、
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの回路の構成部ｔオには同一部
材にＡ、Ｂ、Ｃをそれぞれ付すに止め、重ねての説明は
省略する。また、演算出力回路部２３．２３Ａ、２３Ｂ
についても同様とする。

第２図において、投光回路部２１のＩＲＥＤ（赤外発光
ダイオード）６８は、トランジスタ６７゜抵抗６６．６
９およびオペアンプ６５で構成されている定電流駆動回
路により定電流ドライブされる。この定電流駆動回路の
オン・オフを制御するトランジスタ７０のベースが抵抗
７１を介して制御回路部２５の端子Ｔ１に接続されてお
り、このＩ　ＲＥＤ６８から第３図に示されるパルス波
形で投射される赤外光のオン・オフ制御は制御回路部２
５の端子Ｔ１の出力信号（第３図参照）により行なわれ
る。

光電流検出回路部２２は、オペアンプ３．トランジスタ
２からなるプリアンプ回路部とオペアンプ５．トランジ
スタ４とその周辺回路からなる背景光除去回路部と、ト
ランジスタ８，９，１０゜１２からなるカレントミラー
回路とで構成されている。５ＰＤＩＡのアノードから得
られる信号パルス光電流■１は、プリアンプ回路部を構
成するオペアンプ３に供給される。このオペアンプ３は
、トランジスタ２によって帰還がかけられるように、そ
の出力端をトランジスタ２のエミッタに、反転入力端を
ベースに、非反転入力端を基準電源Ｖ　ｒｅｆに、それ
ぞれ接続されているので、トランジスタ２のベース入力
抵抗は等測的に数１ＯＫΩ程度に下げられている。

背景光除去回路部を構成するオペアンプ５は、非投光時
に制御回路部２５の端子Ｔ１の出力信号の“Ｈ”レベル
が抵抗７３を通じてトランジスタ６のベースに与えられ
ることによりオンするとアクティブとなり、その出力端
に接続されたコンデンサ７に、この背景光の明るさに応
じた電荷を蓄積すると共に、同コンデンサ７とトランジ
スタ４とで構成されたフィードバックループによって５
ＰＤＩＡの背景光による充電流成分と、オペアンプ３の
バイアス電流成分をトランジスタ４のコレクタ電流とし
てグランドラインに排出する。その結果として、トラン
ジスタ２のコレクタ電流は、背景光の大きさによらず、
略パルス信号光電流に応じた値となる。投光時には、ト
ランジスタ６がオフするからオペアンプ５がノンアクテ
ィブとなるが、コンデンサ７に蓄積された電荷によりト
ランジスタ４が背景光による光電流をグランドラインに
排出し続けるので、５ＰＤＩＡのアノードから得られる
光電流から背景光による光電流を除いたパルス光成分は
トランジスタ２でβ、倍されてカレントミラー回路８．
　９．　１０．　１２によって折り返され、演算出力回
路部２３の圧縮ダイオード４６に信号パルス光電流βＮ
Ｉ、として注入される。

また、他の５ＰＤＩＢ、ＩＣ，ＩＤの各アノードから得
られた光電流１１．Ｉ　　も、上記２″　３４ 回路部２２と同様の動作をする光電流検出回路部２２Ａ
、２２Ｂ、２２Ｃでそれぞれ処理されて信号パルス光電
流βＮＩ　　／３Ｎ■３．β２．Ｉ４と２　′ して演算出力回路部２３．２３Ａ、２３Ｂに供給される
。

演算出力回路部２３は、トランジスタ４１゜４２．４４
．４５と圧縮ダイオード４６．４７と、定電流源４３と
、バッファー回路ＢＵＦ、、ＢＵＦ２とからなり、ｌｐ
１距演算演算出力るための対数伸長回路を構成している
。差動増幅器を形成しているトランジスタ４１．４２の
各ベースは、上記圧縮ダイオード４６と４７の各アノー
ドに緩衝増幅器ＢＵＦ　　、ＢＵＦ２を介して接続され
、各エミッタは定電流源４３に共通に接続されている。

トランジスタ４２のコレクタは、カレントミラー回路を
形成しているトランジスタ４４．４５の各ベースとトラ
ンジスタ４４のコレクタとに接続されている。

ところで、上記ダイオード４６．４７にそれぞれ流れる
電流ＩＩ　　は、光電流検出回路部ｌｂ’　　２ｂ ２２から出力された信号パルス光電流が組み合わされて
、その総和が流れるように回路接続されている。従って
、演算出力回路部２３では上記した電流１１ｂは光電流
検出回路部２２からの信号パルス光電流βＮＩ　のみだ
が、電流’２ｂは光電流険出回路部２２Ａ、２２Ｂ、２
２Ｃからの信号パルス光電流βＮｌ　　＋　　βＮＩ　
、β、Ｉ４の総和となるから、 である。

従って、トランジスタ４２のコレクタ電流Ｉｃは、定電
流源４３の定電流をＩやとすると、となる。よって、演
算出力回路部２３の出力であるトランジスタ４５のコレ
クタ電流１１′は上記（１）式を（２）式に代入して となる。同様に、演算出力回路部２３Ａでは、電流ｌ１
ｂＡは光電流検出回路部２２．２２Ａからの信号パルス
光電流βＮＩ　とβＮＩ２の和であり、電流ｌ２ｂＡは
光電流検出回路部２２Ｂ、２２Ｃからの信号パルス光電
流βＮｌ　　とβＮＩ４の和であるから、 となる。また、演算出力回路部２３Ｂでは、電流’ｌｂ
Ｂは光電流検出回路部２２．２２Ａ、２２Ｂからの信号
パルス光電流βＮｌ　　＋　βＮＩ２゜βＮＩ　　の和
で、電流ｌ２ｂｒ３は光電流検出回路部２２Ｃからの信
号パルス光電流βＮＩ４のみたから、 となる。従って、第２の演算出力回路部２３Ａからの出
力電流１２’　は、上記（４）式を（２）式に代入して
、 となる。また、第３の演算出力回路部２３Ｂからの出力
電流工３′は上記（５）式を（２）式に代入しで、 となる。

上記第１．第２．第３の演算出力回路部２３゜２３Ａ、
　２３Ｂの各出力電流Ｉ　　’、Ｉ２’、Ｉ３’■ は、第４図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）に示すよう
に被写体距離ａの逆数に応じて無限遠から至近までの７
１１１１距範囲を分担して測距することになり、これを
合成すると、第４図（Ｄ）に示すように総合した測距の
特性線図が得られる。この第４図（Ｄ）において、接続
点Ｊ、、Ｊ２で段差が生じる可能性があるが、これは、
受光スポット像と、ＳＰＤの大きさを適当に選ぶことに
よって余り大きな段差がでないようにすることができる
。回路的には、接続点Ｐ１て３つの演算出力回路部２３
．２３Ａ、２３Ｂの各出力端のワイアードオア−をとっ
ている。

以上のようにして、３つの演算出力回路部の出力電流の
合成和から被写体までの距離を求めることができる。

一方、上記カウント回路部２４は、上記演算出力回路部
２３．２３Ａ、２３Ｂのトランジスタ４５．４５Ａ、４
５Ｂのコレクタ電流の総和Ｉ　　’　＋　Ｉ　　”＋　
Ｉａ’　を計測して制御回路部２５に内蔵されているカ
ウンタ機構（図示せす）でディジタル計測するものであ
る。

上記演算出力回路部２３，２３Ａ、２３Ｂの出力電流和
工　′十■２′十■３′は次のようにして求められる。

コンデンサ５２には、投光ごとに演算出力回路部の出力
電流が流れて電荷か蓄積されていくことになる。オペア
ンプ５３は上記コンデンサ５２のリセットをするための
もので、その制御用のトランジスタ５４のベースは抵抗
７６を介して制御回路部２５の端子Ｔ３に接続されてい
る。従って、この端子Ｔ３の出力信号（第３図参照）に
より、トランジスタ５４かオンしてコンデンサ５２の電
位を基準電圧Ｖ　ｒｃｆにセットし、投光開始の直前に
オフしてオペアンプ５３を動作不能とする。その後はコ
ンデンサ５２の電位は、同コンデンサ５２への注入電流
によって増加していく。

所定回数の投光が終ると、第３図のタイミングチャート
に示すように、その端子Ｔ４かＨ−Ｌとなるので抵抗７
７を介してトランジスタ６３がオフし、トランジスタ５
５でコンデンサ５２を放電していく。同時に制御回路部
２５に内蔵されたカウンタが働き、コンパレータ６２の
出力がＨになるまでカウントを続ける。コンパレータ６
２は、コンデンサ５２の両端電圧が基準電圧Ｖ　ｒｅｌ
’より小さくなると、ＬからＨに変化する。コンデンサ
５２の放電速度は、定電流源６１とこれに直列に接続さ
れたトランジスタ５６．５５からなるカレントミラー回
路によって決定される。このようにして被写体距離に応
じた出力を制御回路２５内のカウンタのカウント値とし
て得ることができる。

第５図は、／７Ａ算出力回路部２３の別の回路例である
。この回路例によれば、被写体距離は２つの受光領域の
受光”Ｉｂ”　２ｂの差と全受光量との比（Ｉ　　−１
）　／　（１１ｂ＋ｌ２ｂ）によって求めｌｂ　　　　
２ｂ ることができる。

なお、上記第５図の回路およびその演算の詳しい説明は
、本出願人が先に提出した特願昭６２−３１０６８９号
（特開昭　　　　　　号公報参照）に開示されているの
で、簡単に説明する。

第５図において、トランジスタ１２１〜１２４と定電流
源１２９とから構成される差動増幅器のトランジスタ１
２２．１２４のベースに前記した第１の電流Ｉ　と第２
の電流Ｉ２ｂがそれぞれ供給■ｂ される。トランジスタ１２１と１２５はカレントミラー
回路を構成し、同様に、トランジスタ１２３と１２７も
カレントミラー回路を構成しているから、トランジスタ
１２５，１２６を流れる電流はトランジスタ１２２に流
れる電流に等しく、トランジスタ１２７，１２８を流れ
る電流はトランジスタ１２４に流れる電流に等しい。こ
のため、トランジスタ１２５〜１２８で構成される差動
増幅器のトランジスタ１２８のコレクタからの演算出力
は （１−１）　／　（Ｉ、ｂ＋１２５） ｌｂ　　　２ｂ となる。なお、１１．ＩＩＡは圧縮ダイオード、ＢＵＦ
　　、ＢＵＦ４は緩衝増幅器である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、少なくとも３個以上
の受光素子を隣接して配置し、境界を境にして対向する
２個の受光領域から演算される２組以上の測距演算出力
により測距範囲を分担して測距し、回路的に合成してい
るので、第８図（Ａ）に示す被写体距離の逆数に対する
測距演算出力特性ｇ１の傾斜、つまり測距精度を保ちな
がら、特性線Ω２の４１１距範囲を持つことができる。

そして、このように構成することによって、構造が簡単
であるばかりでなく、大型の電源電池などを用いて発光
素子の発光エネルギーを大きくしなくとも、コンパクト
な構成で、カメラ等の小型機器への組み込みに適し、カ
メラの測距精度を落とす。ことなく向上させ、且つｌｔ
’ｌｌ距範囲を拡大することができる。特に測距対象物
が比較的遠距離にあって人のように小さい場合には、投
射光像が部分的にしか７Ｉｌす距対象物に当たらず、ｄ
ｌす粗精度が大きく悪化することがあるが、本発明にお
いては、投射光像を大きくする必要はないので、上述の
ような＃１ｐｊ距精度０悪化は生じず、常に充分な測距
精度を維持できるという効果を有する。

【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測定装置におけ
る測距光学系の配置図、 第２図は、上記第１図の距離測定装置の電気回路図、 第３図は、上記第２図における制御回路部の信号のタイ
ミングチャート、 第４図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は、演算出力回
路部から出力される信号パルス光電流の被写体距離に対
する特性線図で、第４図（Ｄ）は、これら（Ａ）　、　
（Ｂ）　、　（Ｃ）を加算して１つの特性線とした場合
の線図、第５図は、上記第２図における演算出力回路部
の別の回路例を示す電気回路図、 第６図（Ａ）　、　（Ｂ）は、従来の距離測定装置の測
距光学系の配置を示す斜視図と正面図、 第７図（Ａ）は、従来の距離測定装置の測距光学系の配
置を示す平面図で、第７図（Ｂ）　、　（Ｃ）　、　（
Ｄ）　。 （Ｅ）は、被写体距離に対応して、測距対象物からの反
射像が受光素子群上に結像される様子を示す説明図で、
第７図（Ｆ）は受光反射像の中心位置が上記（Ｂ）　、
　（Ｃ）　、　（Ｄ）　、　（Ｅ）に対応する位置にあ
る場合の演算出力Ｉ　　／（Ｉ、＋１．、）の特性線図
、第８図（＾）は、従来の距離測定装置における被写体
距離の逆数に対する測距演算出力 ■２／（■１＋１２）の関係を示す特性線図、第８図（
Ｂ）は上記第８図（Ａ）に示す線図においてノイズを重
畳させた場合の特性線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光素子から発せられた光を、測距対象物に向け
   て投射する投光手段と、 この投光手段の投光部から所定の基線長離れて配置され
   、測距対象物からの反射光を受光し、互いに隣接した少
   なくとも３つ以上の受光素子を有し、上記各受光素子間
   の境界線は基線長方向と垂直になるように配置されてい
   る受光手段と、上記境界線の１つによって分けられる２
   つの受光領域の片側の受光量と全受光量の比、および上
   記境界線の１つとは異なる境界線によって分けられる２
   つの受光領域の片側の受光量と全受光量の比とに基づい
   て測距対象物までの距離を演算する演算手段と、 を具備したことを特徴とする距離測定装置。