JPH0578766B2

JPH0578766B2 -

Info

Publication number: JPH0578766B2
Application number: JP60161274A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakazawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-07-23
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1993-10-29
Also published as: JPS6222016A

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、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つて
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
検知することによつ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PSDと称する半導体位置検出素子（以下
PSDとする）を用い、このPSDの入射スポツト
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
ので困難であつた。

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によつ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V_ref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つ
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、三角測距の原理
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はフオトダイオードと同じ原理
でPN接合の光電効果によつ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
とによつ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i₁，i₂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ｌおよび結像レンズ１３とPSD１４間の
距離ｆによつて表わされ、ｘ＝ｓ・ｆ／ｌ ……(1) となる。また、中央の端子１４a₀に基準電圧V_ref
が印加されるPSD１４は両端子１４a₁，１４a₂
に、上記パルス光の受光によつてそれぞれ光電流
の変化分i₁，i₂が流れるようになつていて、この
光電流の変化分i₁，i₂は、PSD１４の両端子１４
a₁，１４a₂間の距離ｔおよび上記距離ｘとの間で
次のような関係を有する。

i₁：i₂＝（ｔ／２＋ｘ）：（ｔ／２−ｘ） ……(2) 従つて、測距演算回路１５において、i₁／i₂を
求めることにより、このi₁／i₂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ｌ
に応じた値となり、測距演算回路１５の出力によ
つ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
リーズスイツチ等の測距開始信号発生スイツチ２
２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ツチ２
２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２４，２５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１４a₀に
接続されるとともに基準電圧V_refが印加されてい
る端子２８に接続され、非反転入力端はPSD１
４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２
７の出力端およびNPNトランジスタ３０のベー
スに接続されている。トランジスタ２９，３０の
エミツタはアースされている。トランジスタ３０
のコレクタはPNPトランジスタ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のエミツタは電源電
圧＋Ｖの端子に接続されている。トランジスタ３
２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２８に接続されている。オペアンプ３
３の出力端は上記タイミング発生回路２１によつ
て制御されるアナログスイツチ３４を介して
NPNトランジスタ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、エミツタは
アースされている。このトランジスタ３５のベー
スとエミツタ間には外光記憶用コンデンサ３６が
接続され、また、コレクタとエミツタ間には、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、PSD１４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３７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V_ref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４１〜４４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つ
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１４a₁，
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
３０のコレクタにも流れ、さらにトランジスタ３
１，３２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
イツチ３４はオンになつていて、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２４Ａの電位が基準電
圧V_ref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３５のコレクタ−エミツタ間インピーダンスよ
り充分大きく設定されている。従つて、PSD１
４の光電流ｉの値が外光によつて大きく変化して
も、その光電流ｉはトランジスタ３５のコレクタ
−エミツタ間を流れ、光電変換回路２４の出力端
２４Ａの電位はほぼ基準電圧V_refを保つ。同様
に、第２の光電変換回路２５の出力端２５Ａもほ
ぼ基準電圧V_refとなる。このため、オペアンプ４
５を含む差動増幅回路の出力端４６の電位はほぼ
基準電圧V_ref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ツチ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
によつてアナログスイツチ３４がオフになる。こ
のため、トランジスタ３５のベース−エミツタ間
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３
５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によつ
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i₁とすると、トランジスタ３２
のコレクタにはｉ＋i₁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ｉしか流れ
ていないので、その差の電流i₁は対数圧縮ダイオ
ード３７と３８に流れ、光電変換回路２４の出力
端２４Ａにその変化分に相当する電圧が生じる。
この電圧値はほぼkT／ｑl_oi₁（ｑ；電子の電荷，ｋ；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
i₂とすると、光電変換回路２５の出力端２５Ａに
はkT／ｑl_oi₂の電圧が生じる。従つて、差動増幅回路のオペアンプ４５の出力端４６には（V_ref＋
kT／ｑl_oi₁／i₂）の電圧が発生し、この変化分kT／ｑl_oi₁／i₂ が距離情報となる。

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は一種のハイパスフ
イルタを形成しており、そのカツトオフ周波数が
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つてい
る。従つて、パルス光を投射する以前の、アナロ
グスイツチ３４がオンになつている状態では、第
５図Ａに示すPSD１４の光電流波形R₁に対して、
光電変換回路２４の出力端２４Ａの電圧波形は第
５図Ｂに示すように上記PSD１４の光電流波形
R₁を微分した波形R₂となり、基準電圧V_ref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_refと交叉する点がコン
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ツチ２２がオ
ンになつていれば、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１１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
イツチ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３
５からなる回路はハイパスフイルタを形成せず、
コンデンサ３６はアナログスイツチ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２４Ａの電圧を基準電圧V_ref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P₀となる。こ
の点線で示すパルス波形P₀はパルス光の受光に
よるトランジスタ３２のコレクタ電流の変化分i₁
に相応した電圧kT／ｑl_oi₁の波形である。このパルス波形P₀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
２４Ａがほぼ基準電圧V_refとなつた時点である。
また、上記第２の光電変換回路２５の出力端２５
Ａも脈流光による微分波形が基準電圧V_refとなつ
た時点でパルス光の受光による電圧kT／ｑl_oi₂が得られる。このため、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V_ref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
響を受けることなく距離情報の電圧（kT／ｑl_oi₁／i₂）を得ることができる。

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５
４，５５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PSD１４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とはハイパスフイルタを形成してい
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によつて制御されるアナログスイ
ツチ６１が接続されていて、同アナログスイツチ
６１がオンのとき上記ハイパスフイルタは第７図
に実線で示す特性となり、アナログスイツチ６
１がオフのとき上記ハイパスフイルタは第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２
８、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６７，６８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、PSD
１４によつて検出される光電流はオペアンプ５６
と抵抗５７からなる回路によつて電圧に変換され
るが、パルス光の投射前では、アナログスイツチ
６１がオンであるので、コンデンサ５８、抵抗５
９，６０からなるハイパスフイルタは特性とな
り、そのCR時定数によつ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ツトオフ
周波数cが決定されている。従つて、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V_refに
一致したとき発光ダイオード１１によつてパルス
光が投射され、これに同期してアナログスイツチ
６１がオフとなる。すると、このとき、ハイパス
フイルタはコンデンサ５８と抵抗６０のCR時定
数で決定される特性に切換わるので、このとき
のカツトオフ周波数′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
なるハイパスフイ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（シリコンフオトダイオード）を配置し
た場合も同様に半導体位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SPD６１，６２を突き合わせ
て形成されていて、被写体が∞で受光スポツトが
中央にあるとき両SPD６１，６２の端子６１ａ，
６２ａに流れる光電流はi₁＝i₂となり、被写体が
至近位置で受光スポツトが端子６１ａに移動する
と、i₁＞i₂となる。また、第９図に示す位置検出
素子７０は、三角形状のSPD７１と矩形状の
SPD７２とを並設してなり、被写体が至近位置
で受光スポツトが端子７１ａ，７２ａ側にあると
き両光電流はi₁＝i₂となり、被写体が∞で受光ス
ポツトが中央に位置すると、i₁＝i₂／２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
を示すブロツク図、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
できる半導体位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ハイパルスフイルタの特性
図、第８，９図は、本発明装置に用いることので
きる半導体位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
（半導体位置検出素子、受光手段）、２１……タイ
ミング発生回路（パルス光投射手段）、２４，５
４……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）、
６０，７０……半導体位置検出素子（受光手段）、
６１，６２，７１，７２……SPD。

Claims

【特許請求の範囲】１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、上記パルス光の投射以前には、カツトオフ周波
数が蛍光灯などの脈流光周波数に対してよりも高
く入力信号に対して微分回路として作用し、上記
パルス光の投射と同時にカツトオフ周波数が上記
脈流光周波数よりも低くなるハイパスフイルタを
含み、上記パルス光の投射時に上記第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所定の
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。２上記第１、第２の信号変化分検出回路中のハ
イパスフイルタは、上記パルス光の投射以前に受
光手段より出力される上記第１、第２の信号に応
じた電流を流すためのトランジスタと、上記電流
のレベルを記憶するためのコンデンサを設けた負
帰還回路と、上記負帰還回路の負帰還経路を遮断
するためのスイツチング素子とから構成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
距離検出装置。３上記第１、第２の信号変化分検出回路中のハ
イパスフイルタは、コンデンサと、このコンデン
サに並列に接続された第１および第２の抵抗と、
該第１の抵抗に接続されたスイツチング素子とか
ら構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の距離検出装置。