JPS6082914A

JPS6082914A - 能動型測距装置

Info

Publication number: JPS6082914A
Application number: JP19208283A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kanbe; 高志神戸; Yoshihiro Harunari; 春成　嘉弘; Ryuji Tokuda; 徳田　隆二
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1985-05-11

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、例えばカメラにおいて、光束を物体等に投射
しその反射光によりその物体等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。

従来の光束を用いた所謂能動型測距装置では、単数の投
光素子及び単数の受光素子を用いて機械的な走査を行い
、投受光像の重なりのピークにより距離をめる方法や、
単に受光された光量の絶対量により距離を判断する方法
があるが、前者は機械的な運動を利用するために装置の
規模が大きくなると共に、何らかの力学的エネルギを必
要とする。また、後者は被測距物の反射率に測距精度が
依存してしまうという欠点がある。

一方、単数の投光素子及び複数の受光素子を用いて、被
測距物の反射光が受光素子のどの点に位置するかにより
、各受光素子におけるその比率を検出したり、絶対量を
検出することにより、測距を行う方法が種々提案されて
いる。しかし、複数の受光素子の信号処理を行うに当り
、複数の処理回路を必要とし回路規模が大きくなるとい
う欠点を有する。

本発明の目的は、上述の欠点を除去し、複数の受光素子
を用いるにも拘らず、その信号処理の回路規模を縮少す
ると共に、処理回路の特性のばらつきを考慮する必要を
なくした能動型測距装置を提供することにあり、その要
旨は、投光部及び受光部により形成される基線方向に、
３個以上の受光素子による受光素子列を構成して成る能
動型測距装置において、隣り合う受光素子は極性が互い
に逆になるように配置し、隣り合う受光素子の信号受光
量の差に基づいて距離情報を得ることを特徴とするもの
である。

第１図（ａ）　、　（ｂ）は本発明における測距原理を
示す概略図、第２図は同期検波回路のブロック回路構成
図、第３図は同回路の論理信号のタイミングチャート図
、第４図は信号処理回路の回路構成図、第５図は信号波
形図、第６図は第３図の各信号を実現するための回路構
成図である。

第１図（ａ）において、発光素子１がら投光レンズ２を
通して投射された光束は、被測距物Ｓで反射されその一
部が受光レンズ３を介して受光素子列４ａ、４ｂ、・串
争、４ｅの何れかに照射される。長破線はその経路を示
し、他の短破線は各受光素子４が受光レンズ３を通して
臨んでいる視野の中心を示している。投光レンズ２の中
心をａ、受光レンズ３の中心をＣ１被測距物Ｓの点をｂ
、受光素子列４ａ、ｅ命命の受光面を含む面と、点Ｃを
通り基線ａＣと直交する直線との交点をｄ、被測距物Ｓ
からの反射信号が受光レンズ３を通して受光素子列４ａ
、φ・・上に結像する点をｅとする。ここで、三角形ａ
ｂｃと三角形ｄｃｅは相似であり、基線ａｃ及び直線ｃ
ｄの長さは既知であるから、ｅの点の受光面方向の位置
を知れば、点ａから被測距物Ｓまでの距離を知ることが
できる。

第１図（ｂ）は斜線を施した部分に結像Ｓ′が存在する
例であり、ａｂ間の距離つまり被測距物Ｓまでの距離を
測定している。このような三角測量方式において、本実
施例は例えば像Ｓ′により、受光素子４ｄ及び４ｅに所
定の差の信号量を得たときにその位置を検出する。同様
にして、受光素子４ａ及び４ｂ、４ｂ及び４Ｃ５４Ｃ及
び４ｄにより、４点の距離を判別することができる。従
って、何れの受光素子４ａ、・・−間に像Ｓ′が結像さ
れるかによって、５つのゾーンに分割した測Ｒ巨が可能
となる。

単に何れの受光素子列４ａ、・・會上に像Ｓ′力く存在
するかを検出しても測距はなし得るが、受光素子列４ａ
、・・・」二の像Ｓ゛の移動量が小さｌ／）ときに精度
を上げるためには、基線ａＣ方向に幅の狭い受光素子及
び受光像が必要となる。また、受光素子の幅よりも狭い
受光像を得て、その像カζ１個の受光素子上にある場合
と、２つの受光素干しとかかる場合とを検出し、３つの
受光素子により５点の測距ゾーンを設ける方法も知られ
てｌ、％るカニ、オｈ痩自〈測距するには発光幅の狭い
投光素子を必要とする。

本発明では複数の受光素子列４ａ、・・・上に像Ｓ′が
あり、その像Ｓ′のかかり具合いが所定値の場合のみを
ゾーンの切換点とすることにより、受光素子列４ａ、・
φ・上の像Ｓ″は３つの受光素子４ａ、争・・にかかつ
ていても測距できる。また、その受光信号の絶対値の記
憶を必要とせずに、被測距物Ｓが何れの測距ゾーンにあ
るかを測定することが可能となり、投光素子１の発光幅
選択の許容範囲の自由度が増すことになる。更に、２つ
の受光素子４ａ、φ・・の信号量が等量になる点をめれ
ば、受光素子列４ａ、・・・上に存在する像Ｓ′の光量
的重心をめることになり、投光素子１の発光分布にむら
があっても極めて精度の高い測距をすることができる。

また、単に受光量を検出するのではなく、隣り合う受光
素子との総受光量の例えば２分の１の点をめるという比
率的処理をすることにより、投光量は一定であっても、
測距すべき被測距物Ｓの反射率に対する依存性をなくす
ことができる。

上述の原理を基にした本実施例における回路の説明に入
る前に、この回路で用いる同期検波回路１０の説明を行
う。この同期検波回路１０は第２図に一例を示すように
、例えば発光ダイオードから成る投光素子１を用いた近
赤外光を被測距物Ｓに変調して投射し、被測距物Ｓから
の反射光を電気信号に変換及び増幅した信号が入力端子
１１より入力される。この信号から前記変調分を含む交
流成分を取り出すために、バイパスフィルタ１２で直流
分等の低周波成分を減衰させる。以下のこの回路の動作
は、別に入力される基準電圧ｖ２に基づいてなされるこ
とになるが、バイパスフィルタ１２の出力を増幅器１３
によって増幅した信号から、前記変調周波数に同期させ
て、その変調のオンΦオフ位相にサンプルホールド回路
１４及び１５で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１５の出力をバッファ１６を通し
た後に、インバータ１７により演算基準レベルに対して
反転した出力と、もう一方のサンプルホールド回路１４
の出力をバッファ１８を通した出力とを、反転増幅器か
ら成る加算増幅器１９に入力しここで加算及び増幅をす
る。加算増幅器１９の出力をローパスフィルタ２ｏを通
して高周波分を減衰させ出力端子２１に出力信号を得る
。

第３図のタイミングチャート図に示される信号Ｂが発光
素子１の制御信号であり、旧レベル信号（以下Ｈと称す
る）のとき発光素子１はオン、Ｌｏｗレベル信号（以下
りと称する）のときオフとする。信号Ｃ及びＤはそれぞ
れサンプルホールド回路１５及び１４のサンプリング制
御信号であり、何れもＨのときにサンプリングを行う。

従って、同期検波回路１ｏへの入力信号は、発光素子ｌ
がオンのときつまり信号ＢがＨのときに、基準電圧ｖ２
に対しプラス位相であり、発光素子１がオフつまり信号
ＢがＬのときにマイマス位相であれば、同期検波回路１
ｏの出力は基準電圧ｖ２に対してプラスとなる。同期検
波回路０の入力信号が逆の位相であれば、その出力は基
準電圧ｖ２に対してマイナスとなる。

次に、第４図に示す本実施例の回路を第３図のタイミン
グチャート図と共に説明する。信号Ａは初期条件設定用
信号であり、ＲＳフリップフロップ３０〜３３のＲ入力
に所定の時間Ｈを入力し、各Ｑ出力をＬに、各Ｑ出力を
Ｈに設定する。後で詳細に説明するが、各フリップフロ
ップ３０〜３３のＱ出力である信号に１〜に４が各測距
ゾーンの切換点である。信号に１〜に４の１つでもＨに
なれば、つまり各フリップフロップ３０〜３３の１つで
もぐ出力がＬになれば、アンドゲート３４の出力はＬと
なり、信号Ｂの如何に拘らず発光素子１は消灯のままと
なり、測距が終了したことを意味する。

ここで説明の都合上、この回路の構成及び動作を第３図
の■〜■に応じた４つの期間に分けて説明する。

［期間■］第３図の論理信号Ｅ１、Ｅ２及びＦ３〜Ｆ５
がＨであり、アナログスイッチ３５〜３９が閉状態であ
る。これらを含めたアナログスイッチは矢印で示す論理
信号により制御され、論理信号がＨのときに閉、Ｌのと
きに開となる。ここでアナログスイッチ３５．３６を閉
状態にするのは、受光素子４ａ、４ｂをオペアンプ４ｏ
を非反転・反転するプラス・マイナス入力間にほぼ電圧
零バイアスで接続するためである。また、アナログスイ
ッチ３７〜３９を閉状態にするのは、本来この状態では
接続することが好ましくない受光素子４０〜４ｅから、
受光素子４ａ又は４ｂにリーク電流等が流れる等の各受
光素子間の相互干渉現像を防止するために、閉状態のア
ナログスイッチ３７〜３９により受光素子４０〜４ｅに
短絡のための閉ループを形成するためである。

信号Ａによりフリップフロップ３０〜３３のリセットが
終了し、信号Ｂで発光素子１が駆動回路４１により点滅
されると同時に、信号Ｃ及びＤで同期検波回路１０によ
り同期検波が行われる。オペアンプ４０と抵抗４２〜４
４及びコンデンサ４５による帰還インピーダンスによっ
て、受光素子４ａ、４ｂを流れる第４図中の矢印方向の
光電流の差が、基準電圧ｖ１に加えられた電圧として出
力される。受光素子４ａ及び４ｂを流れる電圧の差によ
り、受光素子４ａに流れる光電流が多ければ出力は基準
電圧ｖ１よりもプラス方向に現れるので、この場合は前
述のように同期検波回路１０の出力信号は基準電圧ｖ２
に対しプラスに現れ、逆に受光素子４ｂに流れる電流が
多ければマイナスに現れる。

なお、オペアンプ４０に施されている帰還インピーダン
スには周波数特性を持たせ、直射光等の外光に対する光
電流・出力電圧の変換率を抑制し、発光素子１の点滅の
変調周波数での変換率を大きくとり、出力電圧が外光に
より飽和することを防止している。

次に、同期検波回路１０の出力が安定する期間を置き、
信号ＧがＨだげになりアナログスイッチ４６を閉状態に
すると共に、オアゲート４７の出力もＨになるのでアナ
ログスイッチ２２も閉状態になり、同期検波回路３８の
出力と基準電圧ｖ３とをコンパレータ４８において比較
する。アナログスイッチ４９及び４６が開から閉へ移行
する際の不安定期間を経過した後に、信号Ｊ１が所定の
期間だけＨとなり、このとき同期検波回路１０の出力が
基準電圧ｖ３を越えていればコンパレータ４８の出力は
Ｈとなり、アンドゲート５０の出力もＨとなる。フリッ
プフロップ３０のＳ入力がＨ，Ｒ入力がＬなので、Ｑ出
力はＨ，Ｑ出力はＬとなり、測距信号に１はＨになると
共にアンドゲート３４の出力はＬとなり、発光素子１が
消灯し測距が完了する。

このような場合は、第１図（ｂ）で云えば、受光素子列
の受光素子４ａ及び４ｂに像Ｓ″ができ、かつ受光素子
４ａの側に像が寄っているか、受光素子４ａ上にのみ像
ができている状況のときである。ところで例えば第１図
で示したように、各受光素子列４ａ、・・・のうち受光
素子４ｄと４ｅとの間に像Ｓ″が形成されていれば、受
光素子４ａ及び４ｂには信号電流が流れないので、この
時点では同期検波回路１０の出力は無信号相当、即ち理
想的には基準電圧ｖ２である。実際には、同期検波回路
１０でのオフセット電圧や、ノイズによる誤判定を避け
るために、第５図に示すようにｖ３をｖ２＋αに設定し
ておけば、信号Ｇ及びＪｌによる判定期間にもコンパレ
ータ４８の出力はＬであり、信号に１はＬのまま次の測
距動作へ移行する。受光素子４ａ及び４ｂに像Ｓ′がで
き、かつ受光素子４ｂの側、つまり遠側に像Ｓ゛が寄っ
ているか同量の場合にも、同様に信号に１はＬのままで
次の測距動作に移行する。

Ｅ期間■］期間■において、受光素子４ａ及び４ｂによ
る信号の検出をした場合と同様に、受光素子４ｂ及び４
ｃによる信号の検出を行う。ただし、期間■の状態と異
なり、受光素子４ａ、４、ｂの接続は陽極、陰極で逆に
なっている。従って、例えば第１図（ｂ）において受光
素子４ｂと４０とに像Ｓ°があり、受光素子４ｂ側、即
ち近側に寄っていれは、同期検波回路１０の出力は基準
電圧ｖ２よりもマイナス側へ出力され、受光素子４Ｃ側
につまり遠側に寄っていればプラス側に出力される。

信号Ｅ１及びＦ３をＬにする一方で信号Ｅ３及びＦｌを
Ｈにし、アナログスイッチ３６．５１．５２．３８及び
３９を閉状態、アナログスイッチ３５．５３．５４．５
５．３７を開状態にし、受光素子４ｂ及び４Ｃをオペア
ンプ４０のプラス９マイナス入力にそれぞれ接続する。

同期検波回路１０の出力が安定する期間をおき、信号工
がＨになりオアゲート４７の出力もＨになるので、アナ
ログスイッチ４９及び５６が閉状態となり、コンパレー
タ４８により同期検波回路１０の出力と基準電圧ｖ４と
を比較する。アナログスイッチ４９及び５６が開から閉
へ移行する際の不安定期間を経過した後に、信号Ｊ２が
所定の期間だけＨとなり、このとき同期検波回路１０の
出力が基準電圧ｖ４を下廻っていれば、コンパレータ４
８の出力はＬであり、インバータ５７の出力はＨであり
、アンドゲート５８の出力はＨになる。従って、フリッ
プフロップ３１のＳ入力がＨ，Ｒ入力がＬとなるので、
Ｑ出力はＨ，Ｑ出力はＬとなり、測距信号に２はＨにな
ると共に、アンドゲート３４の出力はＬとなり発光素子
１は消灯し測距が完了する。

このような場合は、第１図（ｂ）で云えば受光素子４ｂ
及び４ｃ上に像Ｓ′が形成され、かつ受光素子４ｂの方
に像が寄っているか、受光素子４ｂ上にのみ像ができて
いる状況のときか、或いは受光素子４ｂ及び４Ｃ上に像
Ｓ′があり、この像Ｓ′が受光素子４ｂ即ち遠側に寄っ
ている場合である。受光素子４ｂ及び４Ｃ上に像Ｓ′が
存在しないか又は等量の像Ｓ′が存在する場合には、同
期検波回路１０の出力は無信号相当となり、理想的には
基準電圧ｖ２の筈であるが、期間■の場合と同様に、誤
判定を避けるために、第５図に示すようにｖ４をｖ２−
βに設定しておき、コンパレータ４８の出力にＨが出力
するようにする。従って、インへ−タ５７の出力はＨで
あり、信号Ｊ２がＨとなってもフリップフロップ３１の
Ｓ入力はＬのままでに２もＬのままであり、次の測距動
作へ移行する。受光素子４ｂ及び４Ｃ上に像Ｓ′があり
、この像Ｓ°が受光素子４ｃ側つまり第１図で遠側に寄
っている場合も、コンパレータ４８の出力はＨなので次
の測距動作へと移行する。

［期間■］受光素子４ｃ及び４ｄによる信号の検出を行
い、信号Ｅ２及びＦ４をＬにする一方、信号Ｅ４及びＦ
２をＨにして、アナログスイッチ５１．５３．５２．５
５、及び３９を閉状態、３５．３６．５４．３７．３８
を開状態にし、受光素子４Ｃ及び４ｄをオペアンプ４０
のプラス番マイナス入力にそれぞれ接続する。前述の場
合と同様にして、信号Ｇ及びＪ３がＨの所定の判定期間
に、同期検波回路１０の出力が基準電圧ｖ３を越えるか
否かを検出する。出力が電圧ｖ３を越えていれば、例え
ば第１図（ｂ）において受光素子４Ｃ及び４ｄ上に像Ｓ
′があり、受光素子４Ｃ側即ち近側に像Ｓ′が寄るか、
或いは受光素子４ｂ及び４Ｃ上に像Ｓ′があり、受光素
子４Ｃ側つまり遠側に像Ｓ′が寄っているか、或いは受
光素子４Ｃ上にのみ像Ｓ′が存在する場合は、アンドゲ
ート５９からＨが出力されフリップフロップ３２により
信号に３はＨにラッチされると共に、フリップフロップ
３２のＱ出力はＬになるので、アンドゲート３４の出力
はＬとなり発光素子１（よ消灯される。更に、上述の場
合に該当しない場合には次の測距動作へと移行する。

［期間■］受光素子４ｄ及び４ｅによる信号の検出を行
い、信号Ｅ３及びＦ５をＬにする一方で信号Ｅ５及びＦ
３をＨにし、アナログスイッチ５３．５４．５２．５５
．３７を閉状態に、３５．５１．３８、及び３９を開状
態にし、受光素子４ｄ及び４ｅをオペアンプ４０のプラ
ス・マイナス入力にそれぞれ接続する。前記の場合と同
様にして信号工及びＪ４がＨの所定の判定期間に、同期
検波回路１０の出力が基準電圧ｖ４を下廻るか否かを検
出する。出力が電圧ｖ４を下廻っていれば、例えば第１
図（ｂ）において受光素子４ｄ及び４ｅ上に像Ｓ′があ
り、受光素子４ｄ側つまり近側に像Ｓ゛が寄るか、或い
は受光素子４ｄ及び４ｅ上に像Ｓ″があり、受光素子４
ｄ側即ち遠側に像Ｓ°が寄っているか、或いは受光素子
４ｄ上にのみ像Ｓ゛がある場合は、コンパレータ４８か
らはＬ、インバータ６０からＨの出力によってアンドゲ
ート６１からＨが出力され、フリップフロップ３３によ
り信号に４はＨにラッチされる。これで、測距動作は終
了することになるが、信号に１〜に４が全てＬの場合に
は、第１図（ａ）の例では最遠点を測距したものと判定
する。

以上で信号に１〜に４の何れかにＨが出力された場合４
通りと、何れもＬの場合を含めた５通りの測距、つまり
５点のゾーンに分割した測距が可能となる。本実施例は
５点であるが、同様の方法をもって受光素子の数によっ
てより少ないゾーンにも、より多いゾーンにも分解する
ことが可能であることは云うまでもない。特に、２点の
場合には受光素子の接続切換の必要がなく、３点の場合
には１つの受光素子については接続切換をする必要がな
い。また本実施例では、差信号を正負それぞれ１つの基
準電圧により比較検出したが、それぞれ隣り合った受光
素子での検出に対応して基準電源を設け、かつ調整でき
るようにしておけば、各測距ゾーンの切換点を調節する
場合に有効である。

第６図は第４図で用いた論理信号を生成するための回路
図である。ここで６１は前記測距動作を行うときに閉状
態から開状態へと移行するためのスイッチ手段、６２は
抵抗器、６３はコンデンサ、６４はその入力に電圧的ス
レッシュホールドを有するイン／へ−タであり、その出
力はスイッチ手段６１の開閉と共に抵抗６２及びコンデ
ンサ６３により定まる時間、だけＨを出力した後にＬに
移行する信号Ａを出力する。６５はインバータ、６６〜
７５は２人カアンドゲート、７６．７７は３人カアンド
ゲート、７８〜８０は２人力オアゲート、８１〜８６は
Ｔフリップフロップ、８７〜９１はＤフリップフロップ
、９２はクロック発振器、９３は所定の段数入力を分周
してＱに反転出力する分周器であり、各フリップ２０ツ
ブ８１〜９１及び分周器９３はＬからＨへの立ち上がり
のエツジでトリガされる型式とし、クリア入力Ｈにより
そのＱ出力をり、その反転出力であるＱ出力をＨに設定
する。

また、信号Ｂはアンドゲート７５の出力、信号Ｃはアン
ドゲート７６の出力、信号りはアンドゲート７７の出力
、信号Ｅ１はインバータ６５の出力、信号Ｅ２及びＦ４
はＤフリップフロップ８９のＱ出力、信号Ｅ３はＴフリ
ップフロップ８６のＱ出力、信号Ｅ４及びＦ２はＤフリ
ップフロップ８９のＱ出力、信号Ｅ５はＤフリップフロ
ップ９ｏのＱ出力、信号Ｆ１はオアゲート８００出カ、
信号Ｆ３はＴフリップフロップ８６のＱ出力、信号Ｆ５
はＤフリップフロップ９０のＱ出力、信号Ｇはオアゲー
ト７８の出力、信号Ｉはオアゲート７９の出力、信号ｊ
１〜Ｊ４はそれぞれ順にアンドゲート６８．７２．６９
．７３の出力である。

なお、本発明は上述の実施例のみに限定されるものでは
なく、特許請求の範囲内において幾多のが形が可能であ
ることは勿論である。

以上説明したように本発明に係る能動型測距装置は、信
号処理回路の初段、即ち受光素子の接続方法の切換えに
よって信号演算を行うために、その後段の処理回路の規
模が縮少できると共に、同じ特性を有する処理回路によ
り時系列的に信号処理ができるために、後段の処理回路
の特性のばらつき等を考慮する必要がなくなる。また、
受光素子の組合わせを用い、その信号の有無及び差分を
判別することにより、単に受光素子の信号の有無を検出
する場合よりも精度の高い測距装置が得られる。更には
、逆接続の２つの受光素子の組合わせによって検出して
いくことにより、外光の影響を成る程度除去できるとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は本発明における測距原理を
示す概念図、第２図は同期検波回路のブロック回路構成
図、第３図は論理信号のタイミングチャート図、第４図
は信号処理回路、第５図は信号波形図、第６図は論理信
号を実現するための回路図である。符号１は投光素子、２は投光レンズ、３は受光レンズ、
４ａ、４ｂ、・・・、４ｅは受光素子列、１０は同期検
波回路、４０はオペアンプ、４１は駆動回路、４８はコ
ンパレータである。

Claims

【特許請求の範囲】１、投光部及び受光部により形成される基線方向に、３
個以上の受光素子による受光素子列を構成して成る能動
型測距装置において、隣り合う受光素子は極性が互いに
逆になるように配置し、隣り合う受光素子の信号受光量
の差に基づいて距離情報を得ることを特徴とする能動型
測距装置。２、前記隣り合う各受光素子の信号受光量の差は、時系
列的に順次に切換操作してめるようにした特許請求の範
囲第１項に記載の能動型測距装置。３、前記距離情報は複数の距離ゾーンの何れに被測距物
が存在するかをめるようにした特許請求の範囲第１項に
記載の能動型測距装置。４、前記複数の距離ゾーンは、隣り合う受光素子間の受
光位置に相当する距離の切換点とし、これらの切換点を
基に距離を複数ゾーンに分割した特許請求の範囲第３項
に記載の能動型測距装置。