JPH07104177A - アクティブ三角測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 受光量差演算方式のアクティブ三角測距装置
で遠近判別に先行する無限遠判別を不要とする。 【構成】 発光部１のパルス光は被写体で反射されて受
光セルＳ１・Ｓ２に入射する。各セルＳ１・Ｓ２には入
射光量対応電流Ｉ１・Ｉ２が流れ，オペアンプ３３の出
力電圧Ｖｄは距離に依存する双方のセルの受光量差を示
すが，無限遠領域では光減衰によりアンプ３３の出力は
基準動作点電圧Ｖref1に収束する。コンパレータ３６の
基準電圧Ｖref2は基準動作点電圧Ｖref1に対してオフセ
ットされ，無限遠時のアンプ３３の収束点とコンパレー
タ３６の基準電圧が異なり，無限遠判別が不要になる。
更に，基準動作点電圧Ｖref1や基準電圧Ｖref2は電源電
圧依存性や温度依存性を有するので，温度変動や電源変
動に起因する受光セルの特性変動が相殺され，温度変動
や電源変動による判別精度の低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブ三角測距装置
の改良に関し，より詳細には少なくとも２分割された受
光手段の出力差信号を基準電圧と比較することにより，
被写体が基準距離よりも近いか遠いかを判別する様にし
た差演算方式のアクティブ三角測距装置を前提として，
無限遠判別を行う回路手段を別途設ける必要を除去した
三角測距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず，図３はアクティブ三角測距方式の
基本原理を示すものであり，１は例えば近赤外光を発生
する投光手段，２は投光レンズ，３は被写体，４は受光
レンズ，５は２分割された受光セルＳ１，Ｓ２を有する
受光手段を各々示す。投光手段１の出力光は投光レンズ
２で被写体３に向けて照射され，被写体３で反射された
光は受光レンズ４を介して受光手段５に入射する。この
時，被写体３までの距離に対応して受光手段５に対する
入射角が変動するので，受光手段５を構成する各々の受
光セルＳ１，Ｓ１に対する入射光量の成分比が変動す
る。そこで，各々の受光セルＳ１，Ｓ１に対する入射光
量を比較演算することにより，被写体３迄の距離を判別
することができる。アクティブ三角測距装置は，この時
の演算方式によって，受光セルの出力比を演算する比演
算方式と受光セルの出力差を演算する差演算方式とに大
別され両方式には一長一短がある。比演算方式は被写体
反射率に関する因子が比演算の過程で分子と分母間で相
殺されるので，被写体反射率の影響を受けることなく多
段階の距離判別を行うことができるという長所を有する
反面，比演算を行うためには対数アンプと差動アンプの
組み合わせ回路が必要になり，回路構成が複雑で高価に
なってしまう。一方，差演算方式は対数アンプが不要と
なるので，回路構成が簡潔で廉価なもので済むという長
所を有する反面，差演算の結果中には被写体反射率に関
する因子が残存するので，差演算結果の正負により，被
写体が所定の基準距離よりも近いか遠いかの２段階の距
離判別しか行えない。このため，一般的に比演算方式は
比較的に高価格なカメラに採用され，差演算方式は比較
的に低価格なカメラに採用されており，本発明は上述の
内の比較的に低価格なカメラに採用される比演算方式の
三角測距装置を前提としている。

【０００３】図４は差演算方式の三角測距装置の基本原
理を示すブロック図であり，１は既述の投光手段，Ｓ
１．Ｓ２は既述の受光セルを各々示し，投光手段１によ
って照射された光は図３に示す経路で受光セルＳ１．Ｓ
２に入射する。従って，この時受光セルＳ１．Ｓ２の各
々に対する入射光量は被写体距離に対応した差が生じて
いる。受光セルＳ１．Ｓ２には受光量に対応した光電流
が流れ，各々電流整形回路６，７で整形されて減算回路
８に入力され，減算回路８は入力電流差に対応した電圧
信号を発生する。この減算回路８の出力電圧は比較回路
９によって基準被写体距離を示す基準電圧１０と比較さ
れ，被写体が基準距離よりも近いか遠いかが判別され
て，判別結果が制御部１１に与えられる。そして，制御
部１１は距離の判別結果によって例えば図外の焦点調整
機構の制御や図外のストロボ装置の同調タイミングの制
御などを行う。

【０００４】図５は従来の差演算方式をより具体化した
回路構成例を示すものであり，１は赤外発光ダイオード
を使用した既述の投光部，１１は既述の制御部，Ｓ１・
Ｓ２はフォトダイオードを使用した既述の受光セルを各
々示す。受光セルＳ１は抵抗２０及びベース／コレクタ
間が短絡されたトランジスタ２１の直列回路に直列接続
されており，受光セルＳ１に光が入射すると，この直列
回路には入射光量に対応した光電流Ｉ１が流れる。トラ
ンジスタ２１はベースを共有するトランジスタ２２とカ
レントミラー回路を構成しており，トランジスタ２２に
はトランジスタ２１に流れる電流と等しい電流Ｉ１が流
れる。

【０００５】受光セルＳ２は抵抗２３及びベース／コレ
クタ間が短絡されたトランジスタ２４の直列回路に直列
接続されており，受光セルＳ２に光が入射すると，この
直列回路には入射光量に対応した光電流Ｉ２が流れる。
トランジスタ２４はベースを共有するトランジスタ２５
とカレントミラー回路を構成しており，トランジスタ２
５とトランジスタ２６の直列回路にはトランジスタ２４
に流れる電流と等しい電流Ｉ２が流れる。尚，トランジ
スタ２６のベース／コレクタ間にはトランジスタ２７が
接続されているが，このトランジスタ２７は，ＰＮＰ構
成のトランジスタ２６の場合は，そのベース電流が実質
的に無視できない値であるので，トランジスタ２６のベ
ース電流分を補償する為に設けられたものである。そし
て，トランジスタ２６はトランジスタ２８とカレントミ
ラー回路を構成しており，トランジスタ２８にも同一の
電流Ｉ２が流れる。

【０００６】トランジスタ２２に流れる電流Ｉ１はオペ
アンプ２９の逆相入力点に減算電流として流れ，トラン
ジスタ２８に流れる電流Ｉ２はオペアンプ２９の逆相入
力点に加算電流として流れる。オペアンプ２９の逆相入
力点に流れる電流は全てオペアンプ２９の帰還抵抗３０
を流れるので，帰還抵抗３０に流れる電流をＩａと定義
した場合，電流Ｉａは（式１）で示される。又，オペア
ンプ２９の正相入力点には電源３１から基準動作点電圧
Ｖref が印加されているので，抵抗３０の抵抗値をＲ３
０と定義し，オペアンプ２９の出力電圧をＶａと定義し
た場合，オペアンプ２９の出力電圧Ｖａは（式２）で示
される。 Ｉａ＝Ｉ２−Ｉ１…（式１） Ｖａ＝Ｖref −Ｒ３０×Ｉａ＝Ｖref −Ｒ３０×（Ｉ２−Ｉ１）…（式２）

【０００７】このオペアンプ２９の出力電圧は光電流中
の定常光成分（発光ダイオード１の発光とは無関係に被
写界光に依存して流れる光電流成分）を除去するための
コンデンサ３２で除去された後にオペアンプ３３の逆相
入力抵抗３４に加えられる。オペアンプ３３の正相入力
点には電源３１から基準動作点電圧Ｖref が印加されて
おり，オペアンプ３３の両入力間のイマジナルショート
によってオペアンプ３３の逆相入力レベルもＶref と考
えられるので，抵抗Ｒ３４の両端に発生する電圧Ｖ３４
は（式３）で示され，抵抗Ｒ３４に流れる電流Ｉ３４は
（式４）で示される。 Ｖ３４＝｛Ｖref −Ｒ３０×（Ｉ２−Ｉ１）｝−Ｖref ＝Ｒ３０×（Ｉ１−Ｉ２）…（式３） Ｉ３４＝Ｒ３０×（Ｉ１−Ｉ２）／Ｒ３４…（式４）

【０００８】上記（式４）に示される電流Ｉ３４は全て
抵抗３５を介して流れ，オペアンプ３３の基準動作点電
圧はＶref であるので，オペアンプ３３の出力電圧Ｖｂ
は（式５）で示される値になる。 Ｖｂ＝Ｖref −Ｒ３５×Ｒ３０×（Ｉ１−Ｉ２）／Ｒ３４ ＝Ｖref −ｋ×（Ｉ１−Ｉ２）…（式５） 但し，ｋはＲ３５×Ｒ３０／Ｒ３４

【０００９】さて，オペアンプ３３の出力Ｖｂはコンパ
レータ３６の正相入力に加えられており，コンパレータ
３６の逆相入力には電源３１から基準電圧Ｖref が加え
られている。そしてコンパレータ３６はオペアンプ３３
の出力電圧Ｖｂが基準電圧Ｖref よりも低下した時にＬ
パルスを発生する。従って，コンパレータ３６がＬパル
スを発生する条件は（式６）で示され，（式６）におけ
る右辺左辺のＶref 及び定数ｋを整理するとコンパレー
タ３６がＬパルスを発生する条件は（式７）で示され
る。 Ｖref ＞Ｖｂ＝Ｖref −ｋ×（Ｉ１−Ｉ２）…（式６） Ｉ１＞Ｉ２…（式７）

【００１０】さて，図３からも明らかな様に，被写体距
離が遠くなるほど受光セルＳ１に対する入射光量が相対
的に増大し，所定の距離（例えば３ｍ）よりも被写体距
離が長くなると（式７）の条件を満足し，コンパレータ
３６はＬパルスを発生する。そして，制御部１１は投光
部１が近赤外パルスを発生した時にコンパレータ３６が
Ｌパルスを発生すると被写体が３ｍ以上の遠距離領域に
あり，コンパレータ３６がＬパルスを発生しないと被写
体が３ｍ以内の近距離領域にあると判断する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】さて，上述の様に，従
来の該種回路では，オペアンプ２９や３３を中心とした
減算回路と，コンパレータ３６を使用した比較回路で共
通の基準電源３１を使用している為，無限遠判別を行う
為の回路要素を別途設ける必要があり，又，この無限遠
判別を行う為の処理ステップが加わる為に測距動作に要
する時間が全体として長くなってしまうという問題があ
った。

【００１２】より詳細に説明すると，図６は投光部１が
近赤外パルスを発生した時のオペアンプ３３の出力電圧
Ｖｂを示したものであり，図３から明らかな様，被写体
が近いほど受光セルＳ２の光電流Ｉ２が相対的に大きく
なり，従って，（式５）に示すオペアンプ３３の出力電
圧Ｖｂも大きくなる。従って，被写体が十分に近い場合
には，図６におけるカーブａの様なオペアンプ３３の出
力電圧Ｖｂが得られることになる。そして，被写体距離
が遠くなるほどオペアンプ３３の出力電圧Ｖｂは図６の
カーブｂ・ｃと低下してゆき。オペアンプ３３の出力電
圧Ｖｂが基準電圧Ｖref を下回った時にコンパレータ３
６はＬパルスを発生する。そして，制御部１１はこのＬ
パルスの有無によって被写体が遠距離領域か近接領域か
を判別する。さて，被写体距離が更に遠くなるほどオペ
アンプ３３の出力電圧Ｖｂはカーブｄ・ｅ・ｆと変化す
るが，距離の増大に伴って光電流Ｉ１・Ｉ２の絶対値が
減少するので，（式５）における（Ｉ１−Ｉ２）の絶対
値が減少し，無限遠領域ではオペアンプ３３の出力電圧
Ｖｂの値は最終的にＶref に収束してしまう。従って，
近距離領域と遠距離領域との分岐点の近傍では，被写体
距離が近距離領域と遠距離領域の分岐点の辺りにあるの
か，或いは，被写体距離が実質的に無限遠であるのかの
区別ができず，このため図５に示す従来の回路例では，
被写体距離の遠近判別に先行して，無限遠判別を行う必
要性が生じてくる。

【００１３】そこで，図５に示す従来の回路では無限遠
判別を行うためにトランジスタ３７及びダイオード３８
が組み込まれている。即ち，距離判別に先立って，トラ
ンジスタ３７を導通させれば，トランジスタ２８に流れ
る光電流Ｉ２はトランジスタ３７を介してグランドに流
入し，オペアンプ２９以降の出力には一方の光電流Ｉ１
のみが反映される。そして，この一方の光電流Ｉ２の絶
対値があるレベルを下回った時に被写体は無限遠である
と判断することができる。しかしながら，このような手
法による場合，距離判別に先行して無限遠判別を行わな
ければならず，この無限遠判別のための回路要素が必要
になるばかりでなく，無限遠判別を行うための時間が必
要になるため，測距時間が全体として長くなってしまう
という問題が生じる。又，受光セルＳ１・Ｓ２に流れる
光電流は電源電圧の変動や，周囲温度の影響を受けるの
で，これに起因して判別精度も低下し易いという問題も
生じる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みてなされたものであり，無限遠判別を行うこと
無く，直ちに遠距離領域と近距離領域の判別を行うこと
ができる様にしたアクティブ三角測距装置を提供するこ
とを第１の目的とし，更に，電源電圧の変動や周囲温度
の変動による判別精度の低下を防止し得るアクティブ三
角測距装置を提供することを第２の目的とする。要約す
れば，本発明のアクティブ三角測距装置は；被写体に向
けて光を照射する投光手段と，該投光手段により照射さ
れ，被写体で反射された光が入射する少なくとも２分割
された受光手段と，該受光手段への入射光量に対応して
変化する該受光手段の出力信号の差を電圧信号として算
出する減算手段と，該減算手段の出力信号を基準距離に
対応した基準電圧と比較することにより前記被写体が前
記基準距離よりも近いか遠いかを判別する比較手段とを
備えるアクティブ三角測距装置を前提として；前記比較
手段の基準電圧を前記減算手段の基準動作点電圧に対し
てオフセットしたことにより，距離判別に先行する無限
遠判別を不要とし，又，基準電圧や基準動作点電圧を温
度及び電源電圧に依存して変動させることにより，電源
変動や温度変動の影響を除去する様にしたことを特徴と
するものである。

【００１５】

【作用】即ち，本発明のアクティブ三角測距装置の場合
も，被写体距離が無限遠になると，減算手段の出力電圧
は減算手段の基準動作点電圧に収束するが，減算手段の
後段に設けられた比較手段の基準電圧は減算手段の基準
動作点電圧に対してオフセットされた値になっているの
で，減算手段の出力信号は比較手段の基準電圧には収束
しなくなり，従って，距離判別に先行して無限遠判別を
行う必要が無くなる。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の１実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の１実施例にかかるアクティ
ブ三角測距装置の回路図であり，図５に示した従来の回
路と同一の回路要素に関しては，図５と同一の符号を付
して重複した説明は省略するが，本発明では抵抗４０，
４１及びダイオード４２の直列回路に電流を流した時の
抵抗４１の端子電圧を基準動作点電圧Ｖref1としてオペ
アンプ２９及び３３の正相入力に加え，抵抗４０の端子
電圧を基準電圧Ｖref2としてコンパレータ３６の逆相入
力に加えることにより，コンパレータ３６の基準電圧を
オペアンプ２９，３３の基準動作点電圧に対してオフセ
ットするとともに，電源依存性を有する電流源として作
用するトランジスタ４３及び温度依存性を有する電流源
として作用するトランジスタ４４から抵抗４０，４１及
びダイオード４２の直列回路に電流を供給することによ
り，基準動作点電圧Ｖref1及び基準電圧Ｖref2に電源依
存性及び温度依存性を持たせる様になされている。

【００１７】先ず，ＶＢはカメラ用のバッテリから直接
得られる電源であり，当然電源依存性を有する。電源Ｖ
Ｂから抵抗４５，４６の直列回路に電流が供給されてお
り，抵抗４５，４６の分圧点のレベルは電源電圧ＶＢに
依存して変動する。この抵抗４５，４６の分圧点はトラ
ンジスタ４７のベース入力と接続されており，トランジ
スタ４７のベースレベルが電源電圧ＶＢに依存して変動
するので，トランジスタ４８，４７及び抵抗４９の直列
回路には電源電圧ＶＢに依存した電流が流れることにな
る。

【００１８】トランジスタ４８はベースを共有するトラ
ンジスタ４３とカレントミラー回路を構成しており，ト
ランジスタ４３にはトランジスタ４８に流れる電流と等
しい（或いはベース−エミッタ間接合面積によっては比
例した）電流が流れるので，トランジスタ４３は抵抗４
０，４１及びダイオード４２からなる直列回路に対して
電源電圧ＶＢに対する依存性を有する電流源として作用
する。

【００１９】次に，５０は電源電圧に依存しない定電圧
源であり，定電圧源５０はトランジスタ５１のベース入
力と接続されている。トランジスタ５１のコレクタはト
ランジスタ５２と接続され，トランジスタ５１のエミッ
タは温度依存性の高い（温度変化による抵抗値の変動が
大きい）抵抗５３が接続されている。従って，定電圧源
５０からトランジスタ５１にベース電流が供給されてト
ランジスタ５２，５１及び抵抗５３の直列回路に電流が
流れる時，温度に依存して変化する抵抗５３の抵抗値に
対応してトランジスタ５１のベース／エミッタ間電圧が
変動するため，この直列回路に流れる電流値は温度依存
性を有して変動することになる。

【００２０】そして，トランジスタ５２はベースを共有
するトランジスタ４４とカレントミラー回路を構成して
おり，トランジスタ４４にはトランジスタ５２に流れる
電流と等しい（或いは比例した）電流が流れるので，ト
ランジスタ４４は抵抗４０，４１及びダイオード４２か
らなる直列回路に対して温度依存性を有する電流源とし
て作用する。

【００２１】次に，上記事項を参照して上記実施例の動
作を説明する。先ず，測距動作が開始されると，制御部
１１は投光部１にパルス電流を供給し，投光部１１は近
赤外パルスを発生する。この近赤外パルスは投光レンズ
２によって被写体３に照射され，被写体３からの反射光
が受光レンズ４を介して受光セルＳ１・Ｓ２に入射す
る。この時受光セルＳ１・Ｓ２に対する入射光量は被写
体距離に依存して定まり，図５を参照した従来回路と同
様にして，受光セルＳ１に対する入射光量に対応した光
電流Ｉ１がトランジスタ２２に流れ，受光セルＳ２に対
する入射光量に対応した光電流Ｉ２がトランジスタ２８
に流れるので，抵抗３０には（式１）に示す電流Ｉａが
流れる。

【００２２】さて，本実施例では，オペアンプ２９，３
３の正相入力には抵抗４０，４１の分圧点から電源電圧
及び温度に依存した基準動作点電圧Ｖref1が印加されて
いるので，オペアンプ２９の出力電圧Ｖｃは（式８）で
示される値になり，オペアンプ３３の出力電圧Ｖｄは
（式９）で示される値になる。 Ｖｃ＝Ｖref1−Ｒ３０×（Ｉ２−Ｉ１）…（式８） Ｖｄ＝Ｖref1−ｋ×（Ｉ１−Ｉ２）…（式９） 但し，ｋはＲ３５×Ｒ３０／Ｒ３４

【００２３】オペアンプ３３の出力Ｖｄはコンパレータ
３６の正相入力に加えられるが，コンパレータ３６の逆
相入力には抵抗４０とトランジスタ４３の接続点から電
源電圧及び温度に依存した基準電圧Ｖref2が加えられて
いるので，コンパレータ３６がＬパルスを発生する条件
は（式１０）で示される。 Ｖref2＞Ｖｄ＝Ｖref1−ｋ×（Ｉ１−Ｉ２）…（式１０）

【００２４】さて，図２は投光部１が近赤外パルスを発
生した時のオペアンプ３３の出力電圧Ｖｄを示したもの
であり，図３から明らかな様，被写体３が近いほど受光
セルＳ２の光電流Ｉ２が大きくなり，従って，（式９）
に示すオペアンプ３３の出力電圧Ｖｄも大きくなる。従
って，被写体が十分に近い場合には，図２におけるカー
ブａの様なオペアンプ３３の出力電圧Ｖｄが得られる。
そして，被写体距離が遠くなるほどオペアンプ３３の出
力電圧Ｖｄは図６のカーブｂ・ｃ・ｄ・ｅ・ｆと低下し
てゆき。オペアンプ３３の出力電圧Ｖｄがコンパレータ
３６の逆相入力に加えられた基準電圧Ｖref2を下回った
時にコンパレータ３６はＬパルスを発生する。そして，
制御部１１はこのＬパルスの有無によって被写体が遠距
離領域か近接領域かを判別する。さて，被写体距離が更
に遠くなると，距離の増大に伴って光電流Ｉ１・Ｉ２の
絶対値が減少するので，（式１０）における（Ｉ１−Ｉ
２）の絶対値が減少し，無限遠領域ではオペアンプ３３
の出力電圧Ｖｄの値は最終的にオペアンプ３３の基準動
作点電圧であるＶref1に収束してしまう。しかしなが
ら，本発明においては，コンパレータ３６の基準動作点
電圧Ｖref2はオペアンプ３３の出力電圧Ｖｄの収束点で
あるＶref1に対してオフセットされており，無限遠時に
おけるオペアンプ３３の出力電圧Ｖｄの収束点であるＶ
ref1は図２に示す様に，コンパレータ３６の基準電圧Ｖ
ref2よりも低いレベル（即ち，遠距離撮影領域）である
ので，遠距離領域か近距離領域かの判別に先行して無限
遠判別を行う必要が全くなくなる。尚，コンパレータ３
６の基準電圧Ｖref2のオフセットの方向やオフセットの
量は回路要素の正負の極性や各種特性に応じて適宜決定
されるものであることは言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上，説明したように，本発明によれ
ば，双方の受光セルの光電流の差を演算する減算手段の
基準動作点電圧に対して，比較手段の基準電圧をオフセ
ットしているので，無限遠領域での減算手段の出力電圧
の収束点と比較手段の基準電圧とが異なったものとな
り，遠距離領域と近距離領域の判別に先行して無限遠判
別を行う必要性が全くなくなる。更に，減算手段の基準
動作点電圧や比較手段の基準電圧に対して温度依存性や
電源電圧依存性を与えているので，電源電圧変動や温度
変動に起因する受光セルの特性変動が相殺され，温度変
化や電源電圧変動に起因する判別精度の低下も有効に防
止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す回路図。

【図２】図１に示す実施例において，投光手段をパルス
発光させた時の減算手段の出力電圧の変化を示す図。

【図３】アクティブ三角測距装置の基本原理を示す説明
図。

【図４】差演算方式のアクティブ三角測距装置の原理を
示すブロック図

【図５】従来のアクティブ三角測距装置の回路図。

【図６】図５に示す従来例において，投光手段をパルス
発光させた時の減算手段の出力電圧の変化を示す図。

【符号の説明】

１ 投光手段 ５ 受光手段 Ｓ１，Ｓ２ 受光セル ２９，３３ オペアンプ ３６ コンパレータ Ｖref1 基準動作点電圧 Ｖref2 基準電圧 ４３ 電圧依存電流源たるトランジスタ ４４ 温度依存電流源たるトランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｂ 13/36

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体に向けて光を照射する投光手段
   と，該投光手段により照射され，被写体で反射された光
   が入射する少なくとも２分割された受光手段と，該受光
   手段への入射光量に対応して変化する該受光手段の出力
   信号の差を電圧信号として算出する減算手段と，該減算
   手段の出力信号を基準距離に対応した基準電圧と比較す
   ることにより前記被写体が前記基準距離よりも近いか遠
   いかを判別する比較手段とを備えるアクティブ三角測距
   装置において，前記比較手段の基準電圧を前記減算手段
   の基準動作点電圧に対してオフセットしたことを特徴と
   するアクティブ三角測距装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアクティブ三角測距装置
   において，前記基準電圧及び基準動作点電圧を温度及び
   電源電圧に依存して変動させる様にしたことを特徴とす
   るアクティブ三角測距装置。