JPH1144532A

JPH1144532A - 測距装置

Info

Publication number: JPH1144532A
Application number: JP20156297A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nonaka; 修野中
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】より高精度を確保しながら、より小型化、単純
化を達成した測距装置を提供する。【解決手段】測距対象物に対して光束を投光するＩＲＥ
Ｄ３と、光束の測距対象物からの反射光を受光し、その
受光位置に応じた電気信号に変換するＰＳＤ４と、電気
信号を増幅するアンプ６ａ、６ｂと、このアンプ６ａ、
６ｂから出力される信号を所定のタイミングで複数回Ａ
／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段９と、複数回のＡ／Ｄ変換
結果を用いて測距対象物までの距離信号を演算するＣＰ
Ｕ１１とを有する測距装置において、Ａ／Ｄ変換手段９
とＣＰＵ１１とを形成配置した第１の半導体チップ１０
と、ＰＳＤ４とアンプ６ａ、６ｂとを形成配置した第２
の半導体チップ４ａとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は測距装置に関し、特
に装置から測定対象物としての被写体に測距用信号光を
投射し、その反射信号光を受光することによって、上記
対象物までの距離を測定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】測距装置は従来より知られており、特に
カメラのピント合わせ等に用いられ、小型、廉価のカメ
ラを提供するために、小型、廉価に、精度よく、測距を
行う装置の考案は古くからなされている。本出願人も、
特開平５−１７３０５９号公報において、ワンチップマ
イコンのポートを有効に利用して、単純な構成で測距装
置を提供する提案を行っている。また、特開平４−１５
８２１１号公報は、受光手段の出力を単純な構成の回路
で処理して、低コスト化を行なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平５−１７３０５９号公報では、測距を行なうに
あたって積分用のコンデンサを必要とするので装置が大
型になってしまう。また、上記した特開平４−１５８２
１１号公報は、受光センサの出力にスイッチを設けて切
り替えているので、スイッチングノイズの発生によって
測距精度が低下してしまうという欠点がある。

【０００４】本発明の測距装置はこのような課題に着目
してなされたものであり、その目的とするところは、よ
り高精度を確保しながら、より小型化、単純化を達成し
た測距装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明に係る測距装置は、測距対象物に対し
て光束を投光する投光手段と、上記光束の上記測距対象
物からの反射光を受光し、その受光位置に応じた電気信
号に変換する光電変換素子と、上記電気信号を増幅する
増幅素子と、上記増幅素子から出力される信号を所定の
タイミングで複数回Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
上記複数回のＡ／Ｄ変換結果を用いて上記測距対象物ま
での距離信号を演算する演算制御手段とを有する測距装
置において、上記Ａ／Ｄ変換手段と上記演算制御手段と
を形成配置した第１の半導体チップと、上記光電変換素
子と上記増幅素子とを形成配置した第２の半導体チップ
とを具備する。

【０００６】また、第２の発明に係る測距装置は、測距
対象物に対して連続パルス的に光束を投光する投光手段
と、上記光束の上記測距対象物からの反射光を受光し、
その受光位置に応じた電気信号に変換する光電変換素子
と、上記光電変換素子から出力される電気信号を所定作
動周期時間のタイミングで複数回Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換手段と、上記複数回のＡ／Ｄ変換結果を用いて上記
測距対象物までの距離信号を演算する演算制御手段とを
有する測距装置において、上記投光手段の駆動周波数
を、上記Ａ／Ｄ変換手段における作動周期時間の逆数の
半分以下とする。

【０００７】また、第３の発明に係る測距装置は、測距
対象物に対して連続パルス的に光束を投光する投光手段
と、上記光束の上記測距対象物からの反射光を受光し、
その受光位置に応じた２つの電気信号に変換すると共に
増幅して出力する受光手段と、上記受光手段による上記
電気信号の増幅率を変更制御するゲインコントロール手
段と、上記ゲインコントロール手段からの増幅出力され
た電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、１度の
測距中において、上記ゲインコントロール手段により増
幅率を切換えて変更制御し、上記ゲインコントロール手
段に応じた上記Ａ／Ｄ変換手段の出力値を用いて上記測
距対象物までの距離信号を演算する演算制御手段とを具
備する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の第１実
施形態の構成を示す図である。図１（ａ）において、投
光手段としての赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）３の光
は投光レンズ１を介して、測距用光として図示せぬ被写
体に投射される。受光レンズ２によって受光された被写
体からの反射信号光は、半導体光位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）４に入射し、その２つの出力信号はアンプ６ａ，６
ｂによって各々増幅される。アンプ６ａ，６ｂによって
増幅された各信号はワンチップマイコン（Ｏ．Ｃ．Ｍ）
１０に入力されてその大きさが判定される。

【０００９】図１（ａ）に示すように、本実施形態で
は、光電変換素子としてのＰＳＤ４と増幅素子としての
アンプ６ａ、６ｂとを同一の半導体チップ４ａ上に構成
している。これによってＰＳＤ４からの２つの出力信号
は直ちに増幅されることになるのでノイズが乗りにくく
なり検出精度が向上する。

【００１０】また、ワンチップマイコン１０には、マル
チプレクサ（以下ＭＰＸと呼ぶ）７と、サンプルホール
ド回路（以下Ｓ／Ｈと呼ぶ）８と、Ａ／Ｄ変換手段（以
下Ａ／Ｄと呼ぶ）９と、演算制御手段としてのＣＰＵ１
１とが内蔵されている。ＭＰＸ７は、アンプ６ａ，６ｂ
からの２つの信号を受けてＳ／Ｈ８に順次入力する。こ
のＳ／Ｈ８によって順次サンプルホールドされた信号
は、Ａ／Ｄ９によって、順次ディジタル値に変換され
る。

【００１１】このようなプロセスでディジタル値になっ
たＰＳＤ４の２つの出力信号は、演算制御手段としての
ＣＰＵ１１に入力されて所定の演算が施され、その結果
として、距離情報がＣＰＵ１１から出力される。このＣ
ＰＵ１１は、上記ＩＲＥＤ３の発光制御をドライバ１２
を介して行なうとともに、上記ＭＰＸ７及びＳ／Ｈ８の
制御や、アンプ６ａ，６ｂの電源制御を行なうといっ
た、シーケンスコントローラーとしての機能をも有す
る。

【００１２】図１（ｂ）は、上記ＩＲＥＤ３から出た信
号光が被写体５にて反射され、ＰＳＤ４に入射するまで
の様子を示している。投受光レンズ１，２の主点間距離
を基線長（Ｓ）と呼び、受光レンズ２の焦点距離ｆの位
置にＰＳＤ４を置いたとすると、距離Ｌにある被写体５
から反射した光はＰＳＤ４の図中ｘの位置に入射する。
ＰＳＤ４は、光電変換機能と、表面抵抗部における電流
分割の作用によって、全長ｔと信号光入射位置ｘに基づ
いて、２つの微弱な電流信号ｉ_a 、ｉ_b を出力する。こ
れらの電流信号ｉ_a 、ｉ_b は、

【００１３】

【数１】の関係を成立させる。従って、ｉ_a 、ｉ_b に比例した信
号、Ｖ₁ 、Ｖ₂ を

【００１４】

【数２】という関係が導ける。ここで、全長ｔは既知なので、信
号光入射位置ｘが求められる。三角測距の原理より、上
記した基線長Ｓ、焦点距離ｆ、信号光入射位置ｘ、距離
Ｌの関係は

【００１５】

【数３】となるため、ＣＰＵ１１は、（３）、（４）式の演算よ
り、ＰＳＤ４の出力から、被写体５の距離Ｌを求めるこ
とができる。ＰＳＤ４からの出力電流ｉ_a ，ｉ_bをアン
プ６ａ、６ｂにおいて電圧に変換した結果をＶ₁ ，Ｖ₂
とすると、ＩＲＥＤ３を連続的にパルス発光させた時に
得られるアンプ６ａ，６ｂの出力Ｖ₁ ，Ｖ₂ は、図２に
示すような形となる。

【００１６】図３はＰＳＤ４に接続されたアンプ６ａ、
６ｂの詳細な回路構成を示す図である。図３においてＰ
ＳＤ４からの一方の電流出力信号が入力されるアンプ６
ａは、抵抗２９ａとコンデンサ３０ａとアンプ３１ａと
からなり、ＰＳＤ４からの他方の電流出力信号が入力さ
れるアンプ６ｂは、抵抗２９ｂとコンデンサ３０ｂとア
ンプ３１ｂとからなる。これらの構成により、アンプ６
ａ、６ｂは電流／電圧変換機能付フィルタとして機能す
る。交流信号以外の光電流はコンデンサ３０ａ，３０ｂ
でカットされ、増幅されることはないので、パルス投光
による交流信号のみがアンプ３１ａ，３１ｂにて増幅さ
れる。

【００１７】ところで、アンプ６ａ、６ｂを常時、電源
投入状態にしておくと、電源に電池などを利用した場合
にすぐに電池切れになってしまうので、測距のときのみ
電源投入されるように制御する。また、アンプ６ａ、６
ｂを正しく増幅動作させるには電源投入直後、コンデン
サ３０ａ、３０ｂの両端の電位が所定の値に安定するま
での時間が必要となり、図２に示すように、所定の安定
時間を待ってサンプルホールドやＡ／Ｄ変換を行うこと
が好ましい。

【００１８】図４は上記した第１実施形態の動作を説明
するためのフローチャートである。ステップＳ１はＩＲ
ＥＤ３の連続的なパルス発振を開始させるステップであ
り、ステップＳ２は、上記安定時間が経過するまで待機
するための計時のステップである。

【００１９】図１（ａ）の構成では、Ｓ／Ｈ８は１系列
しかないのでＭＰＸ７の入力を順次切りかえて、図２に
示すＰＳＤ４の増幅電圧信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ を各々ステップ
Ｓ３，ステップＳ４でサンプルホールドした後、Ａ／Ｄ
変換する。

【００２０】ステップＳ５では、前述の式（３）、
（４）で説明した演算を行い、被写体５の距離Ｌを算出
する。図５は図１（ａ）に示すＭＰＸ７、Ｓ／Ｈ８、Ａ
／Ｄ９の内部構成を示す図である。

【００２１】図５において、ＭＰＸ７は、複数のスイッ
チＳＷ₁〜ＳＷ_n（２１）をデコーダ２０の出力によって
順次切り換える構成となっており、各スイッチの出力は
Ｓ／Ｈ８に入力されるが、このＳ／Ｈ８は、スイッチ２
２を介して入力された電圧を電荷保持用コンデンサＣ２
３に記憶させるとともに、出力としてバッファ手段２４
を有するため、スイッチ２２がオフした後は、記憶され
た電荷を保持したまま、同じ電圧を次段のコンパレータ
２５に対して出力できる。

【００２２】コンパレータ２５は、２つの電圧を比較す
るものであり、一方の入力には上記バッファ手段２４の
出力を入力し、もう一方には比較電圧Ｖ_compを入力す
る。この比較電圧Ｖ_compは、ＣＰＵ１１に接続された逐
次比較レジスタ２６による切換動作によってスイッチ２
８を切り替えることによって抵抗アレイ２７の抵抗値を
変更して得られるものであり、Ｖ_ref1を抵抗分割した形
の電圧である。

【００２３】ＣＰＵ１１は上記した逐次比較レジスタ２
６の出力を順次切り替えるが、この切り替えた状態と、
コンパレータ２５が反転したタイミングによって、ＣＰ
Ｕ１１はＳ／Ｈ８の出力をディジタル的に判定すること
ができる。

【００２４】上記した第１実施形態によれば、受光素子
とアンプとを同一半導体チップ上に形成したので微弱な
反射信号光に基づく微弱信号は直ちに増幅される。これ
によって、ノイズの混入を押さえることができ、測距の
高精度化を達成できる。また、ワンチップマイコン内に
マルチプレクサやサンプルホールド回路、Ａ／Ｄ変換回
路を内蔵させて有効に利用しているため、単純な構成で
かつ低コストで測距装置を提供することができる。

【００２５】以下に本発明の第２実施形態を説明する。
図６（ａ）は本発明の第２実施形態の構成を示す図であ
る。この実施形態では、高速のＡ／Ｄ変換機能を有する
ワンチップマイコンを利用して、図６（ｂ）に示すよう
に、ＩＲＥＤ３の１回のパルス発光間隔Ａの間に抵抗ア
レイ２７の出力としての比較電圧Ｖ_compを変化させて、
Ａ／Ｄ変換動作を終了するようにする。このためには、
ＩＲＥＤ３の駆動周波数を、Ａ／Ｄ９における作動周期
時間の逆数の半分以下とすればよい。

【００２６】このような構成によれば、第１実施形態の
ようにサンプルホールド動作で電圧を記憶しなくても、
出力電圧のピーク値をＡ／Ｄ変換できるため、Ｓ／Ｈ８
は不要となり、特に図６（ｂ）に示すようにパルス発光
時の波形が大きくなるに従って、比較電圧Ｖ_compを同様
に大きくしていけば、測定誤差を最小に押さえることが
できる。

【００２７】すなわち、第２実施形態では、増幅された
信号波形の変化の方向に合わせて、Ａ／Ｄ９の比較電圧
Ｖ_compの変化の方向を変えながらＡ／Ｄ変換を行なうよ
うにしたので、Ｓ／Ｈ８がなくとも正確なＡ／Ｄ変換が
可能となる。このためＳ／Ｈ８の削除が可能となり、構
成をより単純化することができる。

【００２８】また、ＰＳＤ４、アンプ６ａ、６ｂについ
ては第１実施形態と同様の構成なので、第１実施形態と
同様にノイズに強いという効果が得られる。この場合、
アンプ６ａ、６ｂのフィルタとしてのコンデンサ３０
ａ，３０ｂは、Ａ／Ｄ変換時間の２倍以下の周波数によ
るパルス発光に対応した設計にする必要がある。

【００２９】以下に本発明の第３実施形態を説明する。
図７は本発明の第３実施形態を説明するための図であ
る。図３に示すアンプ３１ａ，３１ｂの出力Ｖ₁ ，Ｖ₂
は、アンプ３１ａ，３１ｂの＋側入力端子に印加された
Ｖ_ref2を基準に変化している。そこで、先の実施形態ま
では、図８に示すように、出力Ｖ₁ ，Ｖ₂ の波形のピー
クＶ₁₁、Ｖ₂₁でその大きさを入力し、一律にＶ_ref2を減
算してその正確な値を得ていた。

【００３０】しかしながら、この方法では、図７に示す
ように、変化するＶ₁ ，Ｖ₂ の波形の半分しか利用して
いないことになるので情報量が半減してしまう。そこ
で、第３実施形態では、ＩＲＥＤ発光のＯＮ／ＯＦＦ時
の波形変化の差を用いて、すなわち、Ｖ₁ ，Ｖ₂ の波形
の各ＭＡＸ値、ＭＩＮ値をサンプルホールドし、その差
によって前述の演算を行ない測距値を求めるようにして
いる。

【００３１】出力Ｖ₁ ，Ｖ₂ は図７に示すように変動す
るが、図５に示す構成において、ＭＰＸ７のＳＷ₁〜Ｓ
Ｗ_nを順次切換え、Ｖ₁ ，Ｖ₂ の波形のＭＡＸ，ＭＩＮ
のタイミングでＳ／Ｈ８を作動させると、Ｓ／Ｈ８のバ
ッファ２４の出力は図７のＢで示すように変化するた
め、この出力が安定している期間（出力がＶ₁₁、Ｖ₁₂、
Ｖ₂₁、Ｖ₂₂のとき）でＡ／Ｄ９を動作させればよい。

【００３２】図９は上記した第３実施形態の動作を示す
フローチャートである。まず、ステップＳ１１でＩＲＥ
Ｄの発振を開始させる。次に、Ｖ₁ ，Ｖ₂ の波形のＭＡ
Ｘ値（Ｖ₁₁）、ＭＩＮ値（Ｖ₁₂）をサンプルホールド
後、出力が安定している間にＡ／Ｄ変換する（ステップ
Ｓ１２、Ｓ１３）。次に、ステップＳ１４でＶ₁₁とＶ₁₂
との差を求めてＶ₁ とする。同様にして、Ｖ₁ ，Ｖ₂ の
波形の次のＭＡＸ値（Ｖ₂₁）、ＭＩＮ値（Ｖ₂₂）をサン
プルホールド後、出力が安定している間にＡ／Ｄ変換す
る（ステップＳ１５、Ｓ１６）。次に、ステップＳ１７
でＶ₂₁とＶ₂₂との差を求めてＶ₂ とする。最後に、Ｖ
₁ ，Ｖ₂ に基づいて前記した式（３）、（４）での演算
を行なって被写体５の距離Ｌ₁ を求める（ステップＳ１
８）。

【００３３】ところで、高輝度下で大きな光電流が流れ
たりすると、いわゆるショットノイズなどがパルス状に
発生し、図１０に示すようにアンプ出力波形が変動する
事がある。しかし、第３実施形態では上記したように、
発光のＯＮ／ＯＦＦ時の波形変化の差を用いて測距を行
うため、一瞬のパルス状ノイズ４０が印加されて、Ｖ
_ref2のレベルからＶ_OFF だけの変動があっても、信号の
大きさを正しく判定することができる。

【００３４】上記した第３実施形態によれば、高輝度下
やノイズの乗りやすい環境でも、正確に距離測定ができ
る。また、ノイズがなくとも、交流的に変動する信号の
ＭＡＸ値とＭＩＮ値の差から信号の振幅を求めるため、
第１、第２実施形態よりも情報量が多く、正確な測距が
可能となる。

【００３５】以下に本発明の第４実施形態を説明する。
図１２は本発明の第４実施形態の構成を示す図である。
図１２に示すように、ＰＳＤ４の出力を増幅する時に、
ゲインコントロールがかけられる構成としている。

【００３６】すなわち、ＰＳＤ４の出力をアンプ６ａ，
６ｂで増幅した後、帰還抵抗４１ａ，４１ｂの値をデコ
ーダ４２の出力によって切換可能なアンプ４０ａ，４０
ｂでさらにアンプ６ａ，６ｂからの信号を増幅する構成
にすればＣＰＵ１１による制御によってデコーダ４２を
切り替えながら、ＰＳＤ４の出力信号の増幅率を可変制
御することができる。

【００３７】図１１はこの時の信号の変化の様子を示し
ている。これはＩＲＥＤ３による連続パルスの発光後、
途中からゲインを１倍から２倍に切り変えたときの信号
の変化を示したもので、Ｖ₁ の出力Ｖ₁₁からＶ₁₂に、Ｖ
₂ の出力Ｖ₂₁からＶ₂₂に変化して、各々２倍の大きさに
なる様子を示している。

【００３８】この時、Ｖ₁₁とＶ₁₂の関係及び、Ｖ₂₁とＶ
₂₁のＶ₂₂の関係は次のようになる。Ｖ₁₂＝２×Ｖ₁₁ …（５）Ｖ₂₂＝２×Ｖ₂₁ …（６）ここで、仮にＶ₁₁とＶ₂₁の関係を、Ｖ₂₁＝０．６Ｖ₁₁ …（７）とすると、Ｖ₂₁＜Ｖ₁₁ …（８）という関係と、Ｖ₂₂＝２×Ｖ₂₁＝１．２Ｖ₁₁＞Ｖ₁₁ …（９）という関係が成立する。しかし、Ｖ₂₁＝０．４Ｖ₁₁ …（10）の時には、（８）式は成立するが、（９）式は成立しな
い。

【００３９】つまり、図１１のようにゲインを切り替え
ながら得られたＶ₁₁，Ｖ₁₂，Ｖ₂₁，Ｖ₂₂の４つの出力を
ＣＰＵ１１が記憶しておき、各々比較すれば、図１３の
フローチャートに示すように４通りの大小関係の比較が
できる。

【００４０】すなわち、ステップＳ２０でＩＲＥＤの発
光を開始し、ステップＳ２１，Ｓ２２で順次Ｖ₁₁，Ｖ₂₁
をＡ／Ｄ変換し（このプロセスは、前記した実施形態で
説明したものと同じ）、ステップＳ２３にてゲインを２
倍に切り替え、ステップＳ２４，Ｓ２５にて、Ｖ₁₂，Ｖ
₂₂をＡ／Ｄ変換する。これらのデータを記憶しておき、
このあと、ステップＳ２６，Ｓ２７，Ｓ２８にて、順次
大きさを比較していくが、ステップＳ２８において増幅
前のＶ₁₁が増幅後のＶ₂₂よりも大きい時は、Ｖ₁₁はＶ₂₁
に比較して、非常に大きい事を意味する。これは、図１
（ａ）のような配置の場合、ＰＳＤ４の一番端に信号光
が入射していることを意味するので、図１（ｂ）で説明
した三角測距の原理から、被写体５の距離Ｌは非常に近
い場合と言える。従ってこの場合はステップＳ３３に分
岐し、装置は「近」距離に相当する出力を行う。また、
ステップＳ２８においてＶ₁₁がＶ₂₂よりも小さいときは
「中近」距離に相当する出力を行なう。

【００４１】逆に、ステップＳ２７において増幅した後
のＶ₁₂より増幅前のＶ₂₁の方が大きい場合は、ＰＳＤ４
の反対側の一番端部に信号光が入射したことを意味し、
被写体が遠距離にあることを示している。従って、この
場合はステップＳ３０に分岐して、「遠」距離に相当す
る出力を行う。また、ステップＳ２７においてＶ₁₂がＶ
₂₁より大きいときは「中遠」距離に相当する出力を行な
う。

【００４２】このように、第４実施形態ではゲインコン
トロール手段を具備し、ゲイン切換前後の信号出力の大
小関係の判定だけで、４段階の距離判別を行うことがで
きる。従って、ＣＰＵ１１に計算能力は必要なく、ま
た、高速での処理が可能となる。

【００４３】なお、ＰＳＤ４の配置位置のバラツキによ
って、図１３の「遠」（ステップＳ３０）、「近」（ス
テップＳ３３）の距離は変化するので、そのバラツキの
程度を装置製造時に把握しておき、この結果を書きこみ
可能なメモリ（Ｅ² ＰＲＯＭ）４３に入力しておくこと
によって、最後に決定する「遠」、「近」のレベルを切
り替えられるようにしておけば、さらに正確な測距を行
なうことができる。

【００４４】また、この第４実施形態のゲインコントロ
ール機能を利用して、さらに遠距離の判定も可能とな
る。被写体が非常に遠距離にいると、反射信号光は戻っ
てこず、値はゼロであり増幅してもしなくてもデータが
変化しなくなってしまう。これを解決するためには図１
４に示すような処理を行なう。すなわち、ステップＳ２
７の判断がＹＥＳとなった後、まず、Ｖ₂₁を入力し（ス
テップＳ４１）、次にゲインを切り替えて増幅したＶ₂₂
を入力する（ステップＳ４２、Ｓ４３）。次に入力され
たＶ₂₁とＶ₂₂とを比較し（ステップＳ４４）、差がある
場合には遠距離にあると判断し（ステップＳ４６）、差
がなければ、被写体距離は無限遠であるとする（ステッ
プＳ４５）。

【００４５】このような判断を行なう測距装置は、カメ
ラで風景の写真をとる時などに適用することができる。
従って、ゲインコントロール切換前後の出力変化に従っ
て被写体が非常に遠いか、そうでないかの判断ができ
る。

【００４６】上記したように第４実施形態では、信号増
幅のゲインを切換えながらＰＳＤ４の出力にもとづく信
号をＡ／Ｄ変換して判定前後の値を判定している。した
がって、光投射型の測距装置が不得意とする遠距離の測
距性能についてもすぐれた装置を提供できる。特にＡＦ
カメラに応用した場合、美しい風景写真を撮影できるカ
メラを提供できる。

【００４７】なお、ゲインコントロールを行いつつ、第
１〜第３実施形態で説明したようなＡ／Ｄ変換、及びＣ
ＰＵの演算による測距を行ってもよい。この場合、ゲイ
ンコントロールの値は、図１５のステップに示すよう
に、まず中間（Ｖ₀ ）に設定しておいて発光開始（ステ
ップＳ５１）、Ｖ₁ のＡ／Ｄ変換を行ない（ステップＳ
５２）、得られたデータＶ₁ とＶ₀ を比較する（ステッ
プＳ５３）。ここで得られたデータＶ₁ がＶ₀ よりも小
さいときはゲインを大きくし（ステップＳ５５）、得ら
れたデータＶ₁ がＶ₀ よりも大きい時はゲインを小さく
するようにする（ステップＳ５４）。

【００４８】上記した第３実施形態において、変動する
アンプ出力信号のＭＡＸ及びＭＩＮの値から信号量を求
めたが、ゲインコントロール時にも、図１６に示すよう
に、信号のＭＡＸとＭＩＮの差に応じてゲインの設定を
行なうようにすれば、より信頼性の高い、ゲイン設定、
及び距離測定が可能となる。

【００４９】なお、このゲインコントロール部分は、Ｐ
ＳＤ４と同じチップ上に形成しても、ワンチップマイコ
ン１０と同じプロセスで同一チップ上に形成しても良
い。なお、上記した具体的実施形態には以下のような構
成の発明が含まれている。（付記１）測距対象物に対して測距用光を投光する投光
手段と、上記測距対象物から反射した上記測距用光の反
射信号光を受光し、その受光位置に応じた２つの電気信
号を増幅して出力する受光手段と、上記受光手段の出力
信号を所定のタイミングで複数回Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換手段と、上記複数回のＡ／Ｄ変換結果を用いて距離
演算する演算制御手段とを有する測距装置において、上
記Ａ／Ｄ変換手段と上記演算制御手段とは、同一の半導
体チップ上に形成されていることを特徴とする測距装
置。（付記２）付記１において、上記演算制御手段は、上記
投光手段のオン／オフ動作の各状態において複数回のＡ
／Ｄ変換動作を行なわせ、オン及びオフ状態の各タイミ
ングで得られるＡ／Ｄ変換結果の出力値により、上記距
離信号を演算することを特徴とする測距装置。（付記３）付記２において、上記受光手段は上記演算制
御手段によって上記電気信号の増幅率が制御されるゲイ
ンコントロール手段を有していて、上記演算制御手段は
上記各タイミングにて得られるＡ／Ｄ変換結果の差に従
って、上記ゲインコントロール手段を制御することを特
徴とする測距装置。（付記４）付記１において、上記演算制御手段によって
上記電気信号の増幅率が制御されるゲインコントロール
手段を具備し、上記２つの電気信号の一方に対して、上
記Ａ／Ｄ変換動作を行なった後に、上記ゲインコントロ
ール手段を制御し、また上記２つの電気信号の他方に対
して、上記Ａ／Ｄ変換動作を行なって、上記増幅率と上
記２つの信号のＡ／Ｄ変換値とを比較することによって
上記対象物までの距離を決定することを特徴とする測距
装置。（付記５）付記１において、上記受光手段は上記投射光
を受光する受光センサと電気信号を増幅する増幅素子と
を有していて、これらは同一の半導体チップ上に形成さ
れていることを特徴とする測距装置。（付記６）測距対象物に対して光束を投光する投光手段
と、上記光束の上記測距対象物からの反射光を受光し、
その受光位置に応じた２つの電気信号に変換すると共に
増幅して出力する受光手段と、上記受光手段から増幅出
力される電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
所定時間間隔の連続パルスで測距対象物に対する上記投
光手段の光束を投光制御し、さらに上記投光手段による
上記測距対象物からの反射光に応じて、上記受光手段か
ら出力されるパルス波形の電気信号を所定タイミングで
Ａ／Ｄ変換動作を行なわせ、複数回のＡ／Ｄ変換結果の
出力値を用いて上記測距対象物までの距離信号を演算す
る演算制御手段と、を具備することを特徴とする測距装
置。（付記７）付記６において、上記Ａ／Ｄ変換手段と上記
演算制御手段とを、１つの半導体チップ上に形成する。（付記８）付記６において、上記半導体チップは、ワン
チップマイコンである。（付記９）付記６、７において、上記受光手段は、上記
光電変換素子と上記増幅素子とを有し、該両素子は１つ
の半導体チップ上に形成されている。（付記１０）付記６において、上記投光手段は所定時間
間隔で測距対象物に対して光束を投光するようにオン／
オフ動作を行ない、上記演算制御手段は、上記投光手段
のオン／オフ動作の各状態に基づいて複数回のＡ／Ｄ変
換動作を行なわせ、このオン／オフ状態の各タイミング
で得られるＡ／Ｄ変換結果の出力値により上記距離信号
を演算する。（付記１１）付記６において、パルス波形の電気信号に
対してＡ／Ｄ変換動作を行なわせる所定タイミングは、
パルス波形の最大値及び最小値に基づいて決定される。（付記１２）測距対象物に対して光束を投光する投光手
段と、上記光束の上記測距対象物からの反射光を受光
し、その受光位置に応じた２つの電気信号に変換すると
共に増幅して出力する受光手段と、上記受光手段による
上記電気信号の増幅率を変更制御するゲインコントロー
ル手段と、上記受光手段から増幅出力される電気信号を
Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、所定時間間隔の連続
パルスで測距対象物に対する上記投光手段の光束を投光
制御し、さらに上記投光手段による上記測距対象物から
の反射光に応じて上記受光手段から出力されるパルス波
形の電気信号に対して所定タイミングでＡ／Ｄ変換動作
を行なわせ、複数回のＡ／Ｄ変換結果の出力値を用いて
上記測距対象物までの距離信号を演算する演算制御手段
と、を具備することを特徴とする測距装置。（付記１３）付記１２において、上記演算制御手段は上
記タイミングにて得られるＡ／Ｄ変換結果の差に従っ
て、上記ゲインコントロール手段を制御するようにす
る。（付記１４）付記１２において、上記２つの電気信号の
うち一方の信号に対して、上記ゲインコントロール手段
により第１のゲインで上記Ａ／Ｄ変換動作を行なって得
られる第１出力値と、上記ゲインコントロール手段によ
り第２のゲインで上記Ａ／Ｄ変換動作を行なって得られ
る第２出力値と、上記２つの電気信号のうち他方の電気
信号に対して、上記ゲインコントロール手段により上記
第１のゲインで上記Ａ／Ｄ変換動作を行なって得られる
第３出力値と、上記ゲインコントロール手段により上記
第２ゲインで上記Ａ／Ｄ変換動作を行なって得られる第
４出力値とを少なくとも有し、上記２つの信号に関し
て、Ａ／Ｄ変換値の第１乃至第４の出力値を比較するこ
とによって、上記対象物までの距離判別を行なう。（付記１５）付記１２において、上記２つの電気信号の
うち一方の信号について、上記ゲインコントロール手段
により第１のゲインで上記Ａ／Ｄ変換動作を行なって得
られる第１出力値と、上記ゲインコントロール手段によ
り第２のゲインで上記Ａ／Ｄ変換動作を行なって得られ
る第２出力値とを有し、このＡ／Ｄ変換値の第１及び第
２の出力値を比較し、その変化量に従って上記対象物ま
での距離判定を行なう。（付記１６）付記１５において、Ａ／Ｄ変換値の第１及
び第２の出力値を比較した結果、変化量が所定より小さ
ければ対象物までの距離は無限遠であると判定する。（付記１７）測距対象物に対して連続パルス的に光束を
投光する投光手段と、上記光束の上記測距対象物からの
反射光を受光し、その受光位置に応じた２つの電気信号
に変換すると共に増幅して出力する受光手段と、上記受
光手段による上記電気信号の増幅率を変更制御するゲイ
ンコントロール手段と、上記ゲインコントロール手段か
らの増幅出力された電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変
換手段と、１回の測距中において、上記ゲインコントロ
ール手段を切換え制御し、複数回の異なるゲインコント
ロール手段の変更制御結果とＡ／Ｄ変換手段の出力値を
用いて、上記測距対象物までの距離信号を演算する演算
制御手段と、を具備することを特徴とする測距装置。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば単純な構成で測距装置を
提供することができる。また、構成が単純なために、部
品コスト、組立コストを低減することができ、なおかつ
小型化が可能になるために、例えばオートフォーカスカ
メラ等を廉価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態の構成を示す図
であり、（ｂ）はＩＲＥＤから出た信号光が被写体にて
反射され、ＰＳＤに入射するまでの様子を示す図であ
る。

【図２】ＩＲＥＤを連続的にパルス発光させた時に得ら
れるアンプの出力を示す図である。

【図３】ＰＳＤに接続されたアンプの詳細な回路構成を
示す図である。

【図４】本発明の第１実施形態の動作を説明するための
フローチャートである。

【図５】図１に示すマルチプレクサ、サンプルホールド
回路、Ａ／Ｄ変換手段の内部構成を示す図である。

【図６】（ａ）は本発明の第２実施形態の構成を示す図
であり、（ｂ）は（ａ）の作用を説明するための図であ
る。

【図７】本発明の第３実施形態を説明するための図であ
る。

【図８】本発明の第１及び第２実施形態の測距方法を第
３実施形態に対比させて説明するための図である。

【図９】本発明の第３実施形態の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１０】本発明の第３実施形態の効果を説明するため
の図である。

【図１１】本発明の第４実施形態を実施したときの信号
の変化の様子を示す図である。

【図１２】本発明の第４実施形態の構成を示す図であ
る。

【図１３】本発明の第４実施形態の方法を用いて対象物
の距離を測定する方法を説明するためのフローチャート
である。

【図１４】図１３に示す測定方法の改善例を説明するた
めの図である。

【図１５】第４実施形態のゲインコントロールを行いつ
つ、第１〜第３実施形態による測距を行なう場合のゲイ
ンの設定方法を説明するための図である。

【図１６】本発明の第４実施形態の方法を第３実施形態
に適用した実施形態を説明するための図である。

【符号の説明】

１…投光レンズ、２…受光レンズ、３…赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）、４…半導体光位置検出素子（ＰＳＤ）、４ａ…半導体チップ、５…被写体、６ａ、６ｂ…アンプ、７…マルチプレクサ（ＭＰＸ）、８…サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、９…Ａ／Ｄ変換手段（Ａ／Ｄ）、１０…ワンチップマイコン、１１…ＣＰＵ、１２…ドライバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｂ 13/36 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測距対象物に対して光束を投光する投光
手段と、上記光束の上記測距対象物からの反射光を受光
し、その受光位置に応じた電気信号に変換する光電変換
素子と、上記電気信号を増幅する増幅素子と、上記増幅
素子から出力される信号を所定のタイミングで複数回Ａ
／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、上記複数回のＡ／Ｄ変
換結果を用いて上記測距対象物までの距離信号を演算す
る演算制御手段とを有する測距装置において、上記Ａ／Ｄ変換手段と上記演算制御手段とを形成配置し
た第１の半導体チップと、上記光電変換素子と上記増幅素子とを形成配置した第２
の半導体チップと、を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項２】測距対象物に対して連続パルス的に光束
を投光する投光手段と、上記光束の上記測距対象物から
の反射光を受光し、その受光位置に応じた電気信号に変
換する光電変換素子と、上記光電変換素子から出力され
る電気信号を所定作動周期時間のタイミングで複数回Ａ
／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、上記複数回のＡ／Ｄ変
換結果を用いて上記測距対象物までの距離信号を演算す
る演算制御手段とを有する測距装置において、上記投光手段の駆動周波数を、上記Ａ／Ｄ変換手段にお
ける作動周期時間の逆数の半分以下としたことを特徴と
する測距装置。
【請求項３】測距対象物に対して連続パルス的に光束
を投光する投光手段と、上記光束の上記測距対象物からの反射光を受光し、その
受光位置に応じた２つの電気信号に変換すると共に増幅
して出力する受光手段と、上記受光手段による上記電気信号の増幅率を変更制御す
るゲインコントロール手段と、上記ゲインコントロール手段からの増幅出力された電気
信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、１度の測距中において、上記ゲインコントロール手段に
より増幅率を切換えて変更制御し、上記ゲインコントロ
ール手段に応じた上記Ａ／Ｄ変換手段の出力値を用いて
上記測距対象物までの距離信号を演算する演算制御手段
と、を具備することを特徴とする測距装置。