JPH0453361B2

JPH0453361B2 -

Info

Publication number: JPH0453361B2
Application number: JP3419586A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Myake
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1992-08-26
Also published as: JPS62191702A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は演算回路に関し、特にはカメラに用い
られる自動合焦点用測距回路の演算回路に関す
る。

＜従来の技術＞近年のカメラでは、位置検出素子としてPSD
（Position Sensitive Diode）を使用する自動合
焦点回路が主流となりつつあるが、この方式は、
三角測量の原理に基くアクテイブタイプの測距方
式である。

すなわち、撮影に際してIRED（赤外発光ダイ
オード）を一瞬発光させて指向性の強いレンズで
被写体を照射し、反射光をIREDより一定の基線
長だけ光軸と直角方向に離れた場所に設置された
PSDにレンズによつて投影し、その投影位置に
よつてPSDの２つの電極間に流れる出力電流の
比が変わることを利用し、その比率を検出するこ
とで距離を測定する。

上記測距方式では被写体の反射率により反射光
の強度は変化するので比の値を検出せねばならな
いが、これにはまず各電流を対数圧縮した電圧を
得てそれを演算した電圧を作り、これを複数のコ
ンパレータで同時比較し、弁別することで、距離
信号を得ている。

このような２つの入力信号から距離信号を作り
出すために従来から用いられている回路を第２図
に示す。

I₁，I₂はPSDの各電極から取り出されるIRED
反射光の信号電流である。上記信号電流I₁，I₂
は、夫々対数圧縮用ダイオードD₁，D₂に流れ込
むと共に第１、第２演算増幅器１，２の非反転入
力に与えられる。第１演算増幅器１の反転入力に
は基準電圧Vref₁に接続された抵抗R₁、また出力
との間に抵抗R₂が接続されている。また第２演
算増幅器２の反転入力には第１演算増幅器１の出
力との間に抵抗R₃が、更に出力との間に抵抗R₄
が接続されている。第２演算増幅器２の出力は複
数の比較器C₁〜C₄の一方の入力に与えられてい
る。比較器C₁〜C₄の他方の入力には、距離分割
に応じた比較のための基準電圧が与えられてい
る。

上記回路において、入力電流I₁，I₂が与えられ
たときダイオードD₁，D₂の順方向電圧はそれぞ
れ次のようになる。

D₁：V_F（D₁）＝（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ln（I₁／I₀） D₂：V_F（D₂）＝（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ln（I₂／I₀）ここで、Ｋはボルツマン定数、ｑは電子の電
荷、Ｔは絶対温度、I₀は逆方向飽和電流である。

今各抵抗の値が、R₁＝R₂＝R₃＝R₄とすると、
第２演算増幅器２の出力Vout（OP2）は次のよう
になる。

Vout（OP2）＝２（V_F（D₂）−V_F（D₁））＋Vref₁＝２・
（Ｋ・Ｔ／ｑ）・｛ln（I₂／I₀）−ln（I₁／I₀）｝＋V_r
ef1 ＝２・（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ln（I₂／I₁）＋V_ref1……(1) これから信号電流I₁，I₂の絶対値には、無関係
に比率だけで決まる出力が得られることがわか
る。

次に信号電流I₁，I₂の比が距離によつてどのよ
うな値となるかを考えてみる。

ゾーン方式によるオートフオーカスにおいて
は、各ゾーンの幅は、各ゾーン内で、フオーカス
点は一定であるにもかかわらず、ゾーンに幅があ
ることから生じる最大錯乱円の大きさが、各ゾー
ンにおいて等しくなるよう決定されるのが理想的
である。このような場合無限遠側から第１、第
２、……、第ｎゾーンとしたとき、各ゾーンのレ
ンズ繰り出し量の差は一定に近い値になるため、
設計の容易さから繰り出し量を各ゾーンごとに一
定にして行うのが通例である。

撮影レンズ焦点距離をf₁とすると、繰り出し量
ｎ・ａ（ｎ＝１、２……）とフオーカス位置Ｌと
の関係は次のようになる。

１／Ｌ＋１／f₁＋na＝１／f₁ １／Ｌ＝１／f₁−１／f₁＋na ＝na／f₁（f₁＋na） f₁〓naと近似とすると上記Ｌは、Ｌ＝f₁ ²／naとなる。

これから例えば、f₁＝40mm、ａ＝0.4mmのときＬ＝4000／ｎmm すなわち無限遠の位置から、0.4mmずつレンズ
を繰り出すにつれて４ｍ、２ｍ、1.33ｍ、１ｍと
いうようにフオーカス位置の変わることがわか
る。

一方PSD上のIREDの反射像の結像位置ｘは、
被写体距離をＬ、基線長（IREDの発光部とPSD
部のそれぞれのレンズの光軸距離）をｌとし、
PSDの結像レンズの焦点距離をf₂とすると、無限
遠の結像位置を原点として次のように表わすこと
ができる。

ｌ／Ｌ＝ｘ／f₂から、ｘ＝ｌ・f₂／ＬここでＬ＝f₁ ²／naとおくと、ｘ＝ｎ・ａ／f₁ ²・ｌ・f₂ 故に例えば、f₁＝40mm、f₂＝20mm、ａ＝0.4mm、
ｌ＝40mmという条件の時、結像位置ｘは次の値に
なる。

ｘ＝0.2n・mm PSDの有効受光部の全長を２mmとし、無限遠
の時中央に結像するよう光学系をセツトすると、
４ｍでは中央から0.2mm、２ｍでは0.4mm、1.333ｍ
では0.6mm、１ｍでは0.8mmというようにフオーカ
ス位置４ｍ／ｎのとき、PSD上の結像位置は0.2・ｎ・mmとなる。このときPSDの２つの電極から
とり出される電流I₁：I₂の比は無限遠で１：１、
４ｍでは1.2：0.8、２ｍでは1.4：0.6というよう
に、１＋0.2n：１−0.2nの比率となる。

上記電流I₁，I₂の比率をＫ・Ｔ／ｑ＝26mVとして (1)式に代入すると出力Vout（OP2）はｎの値によ
つて次のようになる。

Vout（OP2）＝26×２×ln（１＋0.2n）／（１−0.2n）
＋V_ref1 ｎ＝１ 21.08（mV）＋V_ref1 ｎ＝２ 44.06（mV）＋V_ref1 ｎ＝３ 72.09（mV）＋V_ref1 ｎ＝４ 114.26（mV）＋V_ref1 それ故第２図の回路における各コンパレータ
C₁〜C₄の比較電圧を、コンパレータC₁は
21.08mV、コンパレータC₂は44.06mV、コンパレ
ータC₃は72.09mV、コンパレータC₄は114.26mV
だけそれぞれ、基準電圧V_ref1より高くなるよう
に基準電圧V_ref2、基準電圧V_ref3，分割抵抗値R₅，
R₆，R₇を決めておくと、被測定距離∞〜４ｍに
対してはコンパレータC₁〜C₄出力は全部″低″、
４〜２ｍに対してはコンパレータC₁が″高″、２
〜1.33ｍに対してはコンパレータC₁，C₂が″高″、
1.33〜１ｍに対してはコンパレータC₁，C₂，C₃
が″高″、１ｍ以下に対してはコンパレータC₁〜
C₄がすべて″高″となつて測距できる。

＜発明が解決しようとする問題点＞上記従来の測距回路では、１抵抗の比によつて演算しているので、高い精
度の抵抗（R₁〜R₄）が必要。

２演算にOPアンプが２コ必要なため回路が複
雑。

３比較電圧の差が不均一なため分割抵抗R₅〜
R₇として中途半端な値に設定しなければなら
ず、精度を上げることが難しい。

４光学系がずれると、比も変わるので光学系の
合せ込みに精度が必要である。

等の欠点があつた。

＜問題点を解決するための手段＞本発明は上記従来回路の欠点を解消し、簡単で
調整も容易な測距用演算回路を得ることを目的と
してなされたものである。

被写体からの反射光を検出するPSDに対して、
該PSDからの２の検出電流を夫々トランジスタ
またはダイオードの対数圧縮特性を利用して対数
圧縮し、対数圧縮された２つの出力が夫々ベース
に直接或いはホロワアンプを介して１組のトラン
ジスタを含んでなる差動増幅回路に入力して演算
回路を構成し、上記差動増幅回路の出力を距離分
割に応じて複数個設けられた比較回路に与えて測
距による信号を形成する。

＜作用＞ PSDからの信号電流は夫々トランジスタのベ
ースに入力され、２つの検出電流の演算結果は差
動増幅器の出力として得られる。

＜実施例＞第１図において、位置検出のための受光素子
（PSD、図示せず）から出力された２つの検出電
流I₃，I₄は夫々対数圧縮用のダイオードD₃，D₄に
与えられると共に、ホロワアンプ４，５を介して
NPNトランジスタTR₁，TR₂の各ベースに与え
られる。尚上記対数圧縮用ダイオードD₃，D₄の
カソード側は基準電圧V_Oに接続されている。

上記両トランジスタTR₁，TR₂のエミツタは共
通に定電流源I₅に接続されている。トランジスタ
TR₁のコレクタは電源＋V_CCに、トランジスタ
TR₂のコレクタは抵抗R₈を介して電源＋V_CCに接
続されている。トランジスタTR₂のコレクタに導
出された出力は、複数のコンパレータC₅〜C₈の
一方の各入力端子に与えられる。該コンパレータ
C₅〜C₈の他方の入力端子には、電源＋V_CCと定電
流源I₆間を分割抵抗R₉〜R₁₂で夫々分割して得ら
れる比較のための電圧が与えられ、上記一方の入
力端子に与えられる電圧レベルと比較されて距離
信号が形成される。

上記構成の回路において、ダイオードD₃，D₄
には、前述の如く従来回路と同様にPSDにより
１＋0.2n：１−0.2nの比となる検出電流が流れて
いる。従つて両ダイオードD₃，D₄の電圧差V_Fは
次のように表わすことができる。

V_F（D₄）−V_F（D₃）＝（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ln｛（１−0.2n
）／（１＋0.2n）｝またトランジスタTR₁のコレクタ電流をI_C
（TR₁）、トランジスタTR₂のコレクタ電流をI_C
（TR₂）とすると、両トランジスタTR₁，TR₂の
ベース電圧V_BE（TR₁），V_BE（TR₂）の関係は、 V_BE（TR₂）−V_BE（TR₁）＝（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ln｛Ic
（TR₂）／Ic（TR₁）｝となる。

ダイオードD₃の電圧は、ホロワアンプ４を介
してトランジスタTR₁のベースに与えられ、同様
にダイオードD₄の電圧もトランジスタTR₂のベ
ースに与えられているので、結局（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ln｛（１−0.2n）／（１＋
0.2n）｝＝（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ln｛（Ic（TR₂）／Ic（TR₁）｝より Ic（TR₂）／Ic（TR₁）＝１−0.2n／１＋0.2n となる。

ここで定電流I₅との間にI_C（TR₂）＋I_C（TR₁）＝
α・I₅の関係があるのでα≒１とみなすと、上式より次の関係が得られる。

I_C（TR₂）＝I₅×（１−0.2n）／（１−0.2n）＋（１＋0
.2n）＝I₅×１−0.2n／２故に＋電源電圧をV_CCとすると、コンパレータ
の正入力はR₈・I₅・１−0.2n／２となる。

この時、例えば、I₅＝２・I₆ R₉＝R₁₀＝R₁₁＝
R₁₂＝0.2・R₈と選ぶと、従来の回路のように無限
遠〜４ｍのときはコンパレータ出力は全部“低”
４ｍ〜２ｍではコンパレータC₅だけ“高”、２〜
1.333ｍではコンパレータC₅，C₆が“高″1.333〜
１ｍではコンパレータC₅，C₆，C₇が“高″１ｍ以
下ではコンパレータC₅〜C₈が“高″となり、コン
パレータC₅〜C₈の出力として測距結果が得られ
る。

ここで上記構成の回路では、光学系の微少なず
れがあつたとしても、これは２つの出力電流１−
0.2n：１＋0.2nにシフトを与えない。すなわち、
１−0.2n＋Ｋ：１＋0.2n−Ｋという形で現われる
ので出力電圧、R₈・I₅１−0.2n／２は結局R₈・I₅ １−0.2n＋Ｋ／２という形となり、これは結局R₈・ I₅１−0.2n／２＋K′と表わせるので単なるシフトであり、例えば、抵抗R₉の値を動かす等の方法で
調整が可能となる。

また分割抵抗R₁₀〜R₁₂は、同一の値となるの
で構成も容易で精度も出し易い。

＜発明の効果＞以上本発明によれば、調整容易な抵抗値を用い
て回路を構成することができ、設計に対する負担
が軽減されると共に、演算精度の向上をも図るこ
とができる。また回路全体としての構成が簡単に
なり、集積回路化し易く、実用性にすぐれた演算
回路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例のカメラ測距用
の演算回路図、第２図は従来の測距回路図であ
る。 I₃，I₄……PSD出力電流、D₃，D₄……対数圧縮
用ダイオード、４，５……ホロワアンプ、TR₁，
TR₂……トランジスタ、C₅〜C₈……コンパレー
タ、R₈〜R₁₂……抵抗、I₅，I₆……定電流源。

Claims

【特許請求の範囲】１入射光に基づき、その二つの出力端子に、上
記入射光位置に応じた比を有する二つの検出電流
を出力する位置検出素子と、該位置検出素子よりの上記二つの検出電流をそ
れぞれ対数圧縮する一段のダイオードまたはトラ
ンジスタから成る対数圧縮手段と、該対数圧縮手段により対数圧縮された二つの出
力電圧が、それぞれ直接またはホロアアンプを介
して、そのベースに印加される一対のトランジス
タ、及び上記一対のトランジスタに共通の定電流
源を含んで成り、何れか一方の上記トランジスタ
のコレクタ電流に基づく電圧を出力する差動増幅
器とを備えて成り、上記位置検出素子の二つの検出電流の演算結果
を上記差動増幅器の出力電圧として取り出すこと
を特徴とする測距用演算回路。