JPS6082913A - 能動型測距装置 - 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】 本発明は、例えばカメラに使用され、光束を物体に投射
しその反射光により物体までの距離を測定する能動型測
距装置に関するものである。

従来の所謂能動型測距装置においては、被測距物に光線
を投射しその反射光の絶対量の判別により測距を行う方
法が、特開昭５６−１２１０１９号公報や特開昭５６−
１３０６０８号公報等に提案されている。この方法によ
ると、基本的に反射光量値が被測距物の反射率に依存す
るために、基線効果等によりこの反射率依存性を軽減す
るような工夫を加えても、所定、の距離１点を設定し、
それよりも近側か遠側かというような極めて簡易な形式
の測距装置を実現できる。しかし、この方法は反射光の
絶対量判別の閾値を複数個設けて、より多点の距離分解
能力を得ようとすると、基線効果発揮のための工夫、例
えば投光手段と受光手段の角度設定等の反射率依存性の
軽減対策が十分に行えず、各切換設定点の反射率依存性
により、成る反射率以下では前述の１点の判別をする場
合からさほどの向」二が得られないという結果となる。

ところで、複数の臨む視野の異なる受光素子を用いて、
それらで得られる信号の比を判別し測距する方法や、投
光側或いは受光側に距離に対応した機械的或いは電気的
な運動をさせ、投光像と受光像との重なり具合を判別し
測距する方法も種々提案されている。しかし、これらの
方法によると大規模な回路を必要としたり、空間を占有
することにより撮影レンズの焦点距離が短いか、或いは
Ｆナンバーが大きいような、比較的簡易な少数ゾーン分
解での測距でも満足できる光学系においては、前述の絶
対量を判別する方法に比べて測距精度は良好であっても
、格段に高価になったり大型になるという不具合がある
。

本発明の目的は、上述のような欠点に鑑みて、比較的簡
易な例えば３つの距離ゾーンを判別する等の測距能力を
満足し、全体として小規模かつ安価に得られる能動型測
距装置を提供することにある。

上記１的を達成するための本発明の要旨とするところは
、所定の基線長を隔てて投光部及び受光部を配置し、該
投光部からの投射光の被測距物上での反射光を信号光と
して該受光部で検知する測距装置において、前記該受光
部は基線方向に第１及び第２の受光手段を有し、該第１
の受光手段のみに入射する信号光量が一定の閾値以上で
あるか否かを判別すると共に、該第１の受光手段と該第
２の受光手段の信号光量の差の極性を判別することによ
り該被測距物までの距離情報を得ることを特徴とする能
動型測距装置である。

本発明において、第１、第２の受光手段はシワコンフォ
トダイオード等の受光素子であって、それぞれ入射する
信号光量に対応する出力信号を出力する。いま、第１の
受光手段に入射する信号光量は、被測距物の位置により
基線上を移動する反射光束によるものであるが、その光
量を測定することにより被測距物の位置を測距できるこ
とになる。ここで、距離切換点に対応する閾値を設けて
おけは、入射する信号光量がこの値より大であるか否か
を検知することにより、この距離から被測距物が遠点に
あるか近点にあるか、即ち被測距物が存在する距離ゾー
ンを知ることができる。なお、この閾値と被測距物の位
置との対応は被測距物の反射率により若干変化すること
になるが、これはで許容できる範囲内にすることができ
る。

次に、この反射光束が基線上り配された第１の受光手段
と第２の受光手段に重複して投影されたとき、その信号
光量が第１と第２の受光手段に均等になるときの被測距
物の位置は１点であって。

反射率に影響されることなく極めて正確である。

従って、第１と第２の受光手段が受ける信号光量の差の
極性を判別することにより、被測距物の位置がこの１点
より遠いか近いかを知ることができる。

いま、受光手段が第１と第２の２つのみからなる場合と
すれば、第１の受光手段の受ける信号光量で、第１の距
離切換点、第１と第２の受光手段の受ける信号光量の差
の極性により第２の距離切換点が定まるので、近点、中
点、遠点の３つの距離ゾーンの判別ができることになる
。

以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

“第１図及び第２図は原理説明図、第３図はブロック回
路構成図、第４図は第３図の回路より出力される信号の
タイミングチャート図、第５図は第３図の回路図中の信
号波形図、第６図は第３図に含まれる同期検波回路の具
体的なブロック回路構成図である。

第１９（ａ）において、１．２はシリコンフォトダイオ
ード等から成る受光素子であり、３は受光素子１．２と
所定間隔に配置され近赤外光を発光する発光素子である
。発光素子３から出射された光束は投光用レンズ４を介
して被測距物Ｓに投光され、その反射光は受光用レンズ
５を介して受光素子Ｊ、２に入射するようになっている
。

ここで、投光用レンズ４の中心位置をａ、投光された光
束の中心が被測距物Ｓ上で結像される点をｂ、受光用レ
ンズ５の中心位置をＣ１このＣを通り直線ａｂと平行な
直線が受光素子１．２の受光面を含む平面に交わる点を
ｄ、被測距物Ｓからの反射光の一部が受光用レンズ５の
中心Ｃを通り受光素子１．２の受光面上で結像する点を
ｅとすると、三角形ａｂｃと三角形ｄｃｅが相似となる
ため、線分ａＣとｃｄの長さが既知であれば、ｅの位置
により直線ａｂの長さ、即ち被測距物Ｓまでの距離を知
ることができる。

次に、第１図（ｂ）は発光素子３により投光された光束
が、投光用レンズ４を通り被測距物Ｓ上で反射し、その
一部が工〜■の各破線に示された経路で受光素子１．２
上に結像されたときの受光素子１及び２と、斜線を施さ
れた結像Ｓ′の関係をモデル的に示したものである。■
の状態は受光素子１及び２に等量の像が生じたときを表
し、本発明ではこの状態を検知することで、先ず１点の
切換距離を判別する。この方法によれば、受光素子１．
２が受ける全体の１／２を一方の素子が受けるという比
の概念によるため、被測距物Ｓの反射率の変化のよる誤
差は原理上化ずることはない。

更に、もう１点の切換距離の判別をするために、一方の
受光素子のみでその信号量の絶対値を検出し、所定の値
以上であるか否かを判別し測距を行う。ただし、この方
法は前述したように、切換距離が被測距物Ｓの反射率に
依存し易いので、許容できる測距精度になるように、切
換点の設定及び光学系のｍ節を公知の種々の方法で行う
ことが望ましい。これら種々の方法の具体例としては、
投光素子３或いは（及び）受光素子１．２のピント調節
を切換点の前方で鮮明な結像を得られるようにすること
により、遠方被測距物からの反射光量を距離の２乗に反
比例して減衰するばかりでなく、ぼけの効果による減衰
をも併せる方法、或いは基線長に比してできるだけ小さ
な投光素子を用いる方法、或いは特開昭５７−５９１１
２号公報に見られるように投光軸と受光軸の交差点の設
定を工夫する等が挙げられる。これらを単独或いは組合
わせて用いることにより、１つの切換距離の被測距物の
反射率依存性を許容範囲内に納めることは必ずしも困難
ではない。

第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は従来例及び本
発明において、近点、中点、遠点の３ゾーンの識別を行
った場合の被測距物の距離と反射率との関係を示した図
である。第２図゛（ａ）ではその２つの境界が反射率依
存性を有する従来例の延長の場合であり、（ｂ）では近
点と中点の境界には反射率依存性か無く、中点と遠点の
境界はなるべく反射率依存性が少なくなるように留意し
た場合である。（ｃ）では中点と遠点の境界が反射率依
存性が無く、近点と遠点の境界の反射率依存性が少なく
なるように留意した場合を示している。即ち、一方の境
界線の反射率依存性を無くす方式を導入することにより
、３つの最良合焦点の設定の余裕度が大きくなり、第２
図（ａ）の場合に比べて格段に良好な測距分解能を得る
ことができることになる。

次に第３図のブロック回路において、発光素子３の駆動
回路１０は公知の手段により定電圧或いは定電流等の信
号Ｂにより変調駆動を成し得るのでその詳細の説明は省
略する。先ず測距の開始と共に、スイッチング部材１１
が閉から開状態へと移行し、抵抗器１２とコンデンサ１
３とによる時定数で決定される所定の時間に、インバー
タ１４の出力である信号Ａは旧ｇｈレベル信号（以下Ｈ
と云う）からＬｏｗレベル信号（以下りと云う）に移行
する。なお、ＲＳフリップフロップ１５〜１７のＳ、Ｒ
端子はＨによりそれぞれ出力Ｑ及びその反転出力ＱをＨ
にし、Ｔフリップフロップ１８．１９、Ｄフリップフロ
ップ２０．２１、分周器２２は、それぞれクリア人力Ｃ
ＬをＨにすることでリセットし、Ｑ出力をし、その反転
出力ＱをＨに設定し、クロック入力のＬからＨの立上り
エツジでトリガされるものとする。信号ＡがＨの間、各
フリップフロップ１５〜２１及び分周器２２はそのＱ出
力をＬに、（出力をＨに初期設定される。

その間、アンドゲート２９を除く各アンドゲート２３〜
３５の出力は少なくとも１つの入力がＬなのでその出力
はＬである。

信号ＡがＬになると、各フリップフロップ１５〜２１及
び分周器２２はそのリセット状態を解除され、Ｔフリッ
プフロップ１９のＱ出力は発振器３６のクロックを１／
４に分周した信号Ｂを出力し、信号ＢがＨのときに点灯
、Ｌのときに非点灯となる駆動回路１０により発光素子
３は点滅を開始する。同時に、８４図のタイミングチャ
ート図に示すように、アンドゲート２７及び２８の出力
である信号Ｃ及びＤが、後に詳細に説明する同期検波回
路３７にサンプリング制御信号を送り同期検波を開始す
る。このとき、分周器２２のＱ出力は米だＬであり、Ｄ
フリップフロップ２０のＱ出力である信号ＥはＬであり
、同じくＤフリップフロップ２０のＱ出力である信号Ｆ
はＨなので、アナログスイッチ３８は開状態、スイッチ
３９は閉状態である。これらのアナログスイッチ３８．
３９はそのゲートを論理信号Ｅ及びＦによりＨにするこ
とにより閉状８（導通状ｉ）、ｌにすることにより開状
態（非導通状態）にするものである。

オペアンプ４０の非反転、反転入力間には受光素子１が
接続されており、アナログスイッチ３９を閉状態にしで
あるのは受光素子２による光電流が受光素子１側へリー
クするなどの相互干渉を防止するために受光素子２に閉
ループを形成するためである。分周器２２の段数で決定
される所定の時間を経過すると、分周器２２のＱ出力は
Ｈ，Ｑ出力はＬとなり、更に信号Ｂの一周期分遅れてＤ
フリップフロップ２０のＱ出力である信号ＥがＨ，Ｑ出
力である信号ＦがＬとなる。このため第４図に示すタイ
ミングで、アンドゲート３４の出力である信号Ｇが所定
の時間だけＨになる。

一方、同期検波回路３７の出力は受光素子１で受光する
信号量に応じて、基準電位ｖ２からプラス方向にその電
位が上昇する。受光素子ｌにより信号が検出されないと
き、即ち第１図（ｂ）で例えばＩの状態のときには、理
論的には同期検波回路３７の出力にはＶ２が出力される
筈であるが、実際には同期検波回路３７のオフセット分
や雑音が含まれた信号となる。同期検波回路３７の出力
が安定するまで、つまり分周器２２の段数で決定される
所定の時間を待ち、信号ＧがＨになったときに、同期検
波回路３７の出力により受光素子１が無信号状態である
か否か及びどの程度の信号があるかを検出する。このた
め、コンパレータ４１で第５図に示すようなり２＋αの
電位であるｖ３と比較すると同時に、コンパレータ４２
によりｖ３よりも高いＶ２＋βの電位であるｖ４との比
較を行う。同期検波回路３７の出力がｖ４を越えれば、
コンパレーク４２の出力はＨであり、信号ＧがＨのとき
にアンドゲート２３の信号がＨとなり、ＲＳフリップフ
ロップ１５のＱ出力はＨにラッチされる。同期検波回路
３７の出力がｖ３を越えれば、コンパレータ４１の出力
はＨであり、信号ＧがＨのときにアンドゲート２４の出
力がＨとなり、ＲＳフリップフロップ１６のＱ出力はＨ
にラッチされる。

次に、信号ＥがＬからＨ１信号ＦがＨからＬへと移行す
ると、アナログスイッチ３８は閉状態、アナログスイッ
チ３９は開状態となり、オペアンプ４０のプラスやマイ
ナス入力間に受光素子１及び２が接続される。ただし、
受光素子１．２のアノード・カソード方向は相互に逆向
きとなっている。オペアンプ４０と抵抗４３〜４５、コ
ンデンサ４６による帰還インピーダンスによって、受光
素子１．２を流れる光電流の差が、基準電圧ｖ１に加え
られた電圧としてオペアンプ４０から出力される。従っ
て、第１図（ａ）の■及びＨの場合には、同期検波回路
３７の出力は基準電圧Ｖ２よりもマイナス側に、■の場
合には変化せず、■及び■の場合にはプラス側に出力さ
れる。即ち、信号量が受光素子２の方が１に比べて多い
ときにはマイナス電位、逆の場合はプラス電位、同量の
場合は零電位が基準電圧Ｖ２に加えられる。

同期検波回路３７の出力が安定するまで所定の時間を待
ち、第４図のタイミングチャート図に示すように信号Ｉ
がＨになったときに、同期検波回路３７の出力と基準電
位ｖ３とをコンパレータ４１で比較し、出力がＶ３を越
えると、つまり受光素子２よりも王の信号が大きければ
コンパレータ４１の出力はＨであり、アンドゲート２５
の出力はＨとなり、ＲＳフリップフロップ１７のＱ出力
はＨにラッチされ、Ｑ出力はＬにラッチされる。同期検
波回路３７の出力が基準電圧ｖ３よりも低いとき、即ち
受光素子１の信号よりも２の信号が大きいか等しいとき
には、コンパレータ４１の出力はＬであり、アンドゲー
ト２５の出力はＬであり、ＲＳフリップフロップ１７の
Ｑ出力はＬのまま、Ｑ出力はＨのままである。

次に、Ｄフリップフロップ２１のＱ出力つまり信号Ｊが
Ｈになると、ＲＳフリップフロップ１５．１６の出力に
より、アンドゲート３２．３３及び２６の出力、即ち信
号に１〜に３に測距情報が出力される。また、フリップ
フロップ２１のＱ出力がＬに転じ、アンドゲート３１の
出力はＬのままになり信号ＪはＨにラッチされ、オアゲ
ート４７の出力もＨとなるので、フリップフロップ１８
〜２０及び分周器２２はリセットされ、信号Ｂ−Ｅ及び
Ｇ、■はＬのまま、信号ＦはＨのままとなる。測距を行
うにはスイッチング部材１１を閉状態にし、各回路をリ
セットした後に再び開状態にすれば前記の動作を繰り返
すことになる。

第６図は同期検波回路３７のブロック回路図であり、前
述したように例えば第４図に示す信号Ｂを用いてＨのと
き点灯で、Ｌのとき消灯というように、第３図の投光素
子駆動回路１０により発光素子３から被測距物Ｓに近赤
外光を変調投射する。その反射光を受光素子１或いは２
で受光し、その光電流をオペアンプ４０及び抵抗４３〜
４５とコンデンサ４６により形成される帰還回路により
電圧信号に変換するわけであるが、ここでこの帰還回路
には周波数特性を持たせ、低周波では電流・電圧変換効
率を低くし、信号Ｂ等の周波数領域では効率を高くし、
直射光等の外光の測距への影響やオペアンプ４０の出力
の飽和を防止している。

オペアンプ４０の出力信号から、バイパスフィルタ５１
によりこの変調周波数を含む高周波成分を通過させると
共に、低周波成分を減衰させた後に増幅器５１により増
幅する。その出力信号から信号Ｂの周波数に同期した第
３図に示す信号Ｃ７Ｄにより、つまりそのＨのときに発
光素子３の点灯時を信号Ｃ１消灯時を信号りでサンプル
ホールド回路５２及び５３においてサンプリング及びホ
ールディングを行う。サンプルホールド回路５３の出力
、即ち発光素子３の点灯時の信号をバッファ回路５４を
通した後にインバータ回路５５により、演算基準電位ｖ
２に対して反転した出力と、更に一方のサンプルホール
ド回路５２の出力、即ち消灯時信号であるバッファ回路
５６の信号とを加算増幅器５７において加算及び増幅す
る。これにより、発光素子３の点灯時と消灯時の受光素
子ｌ、２への入力の差が得られることになる。ただし、
加算増幅器５７は反転増幅器とし、その出力はローパス
フィルタ５８により高周波分を減衰させ、同期検波回路
３７の出力としている。

さて、ＲＳフリップフロップ１５〜１７にラッチされた
情報と測距ゾーンの関係は、例えば第２図（Ｃ）の状態
において、アンドゲート３２の出力に１がＨのとき近点
、アンドゲート３２の出力に２がＨのとき中点、アンド
ゲート２６の出力に３がＨのとき遠点である。つまり、
次のような組合わせとなる。

近点：受光素子ｌによる信号が所定値ｖ４より大きく、
かつ受光素子２による信号よりも大きい場合。

中点：受光素子１による信号が所定値Ｖ４より小さいが
無信号レベルｖ３より大きく、かつ受光素子２による信
号よりも大きい場合。

遠点：受光素子２による信号が受光素子１による信号よ
りも大きいか、受光素子工、２共に無信号の場合。

第１図、第３図の例で示したように、受光素子１を近側
、受光素子２を遠側とそれぞれ臨み、近点と中点の境界
を受光素子１が得る信号の絶対量で判別する、つまり第
２図の（ｃ）の状態の例を示したが、受光素子１を遠側
、受光素子２を近側とそれぞれ臨み、近点と中点の境界
を受光素子１．２が等量の信号を得ることを判別し、中
点と遠点との境界を受光素子１が得る信号の絶対量で判
別するような、第２図（ｂ）の状態で測距することも容
易に成し得る。

また、本実施例では一方の受光素子の絶対量と２つの受
光素子の差を時系列的に信号処理したが、各受光素子１
．２にそれぞれ信号処理回路を設け、前記絶対量と差と
を同時に判別してもよく、本発明の範囲は本実施例にの
みに限定されるものではない。更に、時系列処理の順番
も最初に２つの受光素子の差を見て、後に単独の受光素
子への入射信号量を見るようにすることも容易である。

以上説明したように本発明に係る能動型測距装置は、受
光素子の得る信号の絶対量の判別と共に、それらの得る
信号の２分の１の量という比率の概念を加えるごとによ
り、比較的簡易な測距装置を小規模に構成することを可
能にすると同時に、受光素子の接続切換による差演算と
時系列的処理により、後段処理回路を１系統にすること
ができ、複数系統の処理回路の各出力を演算する際に問
題となる各処理回路の特性のばらつき等を考慮しないで
済むという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は本発明で用いる測距原理の
説明図、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発
明における実施例と従来例との測距特性を比較した説明
図、第３図は本発明に係る能動型測距装置の実施例の回
路構成図、第４図は第３図に示す回路より出力される信
号のタイミングチャート図、第５図は第３図の回路図中
の信号波形図、第６図は第３図中の同期検波回路のブロ
ック回路構成図である。 符号１．２は受光素子、３は発光素子、４は投光レンズ
、５は受光レンズ、１０は発光素子駆動回路、１１はス
イッチング部材、１５〜２１はフリップフロップ、２２
は分周器、２３〜３５はアンドゲート、３７は同期検波
回路、３８．３９はアナログスイッチ、４０はオペアン
プ、４１゜４２はコンパレータ、４７はオアゲートであ
る。 特許出願人　キャノン株式会社 第１図 Ｖ口重−５′ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の基線長を隔てて投光部及び受光部を配置し、
   該投光部からの投射光の被測距物上での反射光を信号光
   として該受光部で検知する測距装置において、前記該受
   光部は基線方向に第１及び第２の受光手段を有し、該第
   １の受光手段のみに入射する信号光量が一定の閾値以上
   であるか否かを判別すると共に、該第１の受光手段と該
   第２の受光手段の信号光量の差の極性を判別することに
   より該被測距物までの距離情報を得ることを特徴とする
   能動型測距装置。 ２、　前記第１の受光手段のみに入射する信号光量の判
   別と、第１及び第２の受光手段の信号光量の差の極性判
   別を時系列的に行う特許請求の範囲第１項に記載の能動
   型測距装置。 ３、前記時系列的判別は、それぞれに割当てられた所定
   時間のうちの所定のタイミングで行われる手段と、その
   結果をラッチする手段とを有する特許請求の範囲第２項
   に記載の能動型測距装置。 ４、　前記第１及び第２の受光手段の信号光量の差の極
   性の判別は、第１の受光手段と第２の受光手段を逆並列
   に接続することによりなし得るようにした特許請求の範
   囲第２項に記載の能動型測距装置。