JPH0448209A - 被写体距離検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、被写体距離検出装置、詳しくは被写体に対
して赤外光等のパルス光を投射し、被写体からの反射光
に基づいて被写体距離を検出するアクティブ式の被写体
距離検出装置に関するものである。

［従来の技術］ スチルカメラやビデオカメラ等に適用されるオートフォ
ーカス（以下、ＡＦと略記する）装置には、大きく分け
て２つの方式がある。１つは被写体の輝度分布情報を利
用するパッシブ方式、他の１つは自ら投光手段を有し、
その投光信号の反射光によって距離を測定するいわゆる
アクティブ方式である。アクティブ方式は、例えば特開
平１−２９１１１１号公報に開示されているように、構
成が簡単で廉価であるため普及率は高い。次にその一例
を第５図および第６図に示す。

第５図は、−殻内に知られているアクティブ式ＡＦ左カ
メラ要部の構成を示すブロック図で赤外発光ダイオード
ＩＲＥＤＩで発光した光は、投光レンズ２で集光されて
被写体３に向けて照射され、その反射光は受光レンズ４
により半導体素子からなる周知の位置検出素子（以下、
ＰＳＤと略記する）５上に結像される。このＰＳＤ５は
その結像位置に応じて光電流Ｉ　およびＩ２が分流され
、この分流する光電流Ｉ　および工２はＡＦ用ＩＣ６に
供給される。このＡＦ用ＩＣ６は、Ｉ　ＲＥＤ駆動用ト
ランジスターＡを介し上記ＩＲＥＤＩをパルス駆動する
と共に、上記ＰＳＤ５からの光電流１１．Ｉ２に基づ（
測距データをＣＰＵ７に供給する。

一方、被写体の明るさを電気信号に変換する露出制御（
以下、ＥＥと略記する）用受光素子８は、ＥＥ用ＩＣ９
と組み合わされて適正露出を制御する。また上記ＣＰＵ
７は、カメラ全体のシーケンスをつかさどりシャッタの
開口時間や、ピント調節用のレンズを駆動するための演
算等も行なうものである。ＣＰＵ７の出力は、ドライバ
ー０によってシャッタやフィルム巻き上げおよびレンズ
繰り出しを行なう動力源となるモータ１１を駆動する。

第６図は、上記ＡＦ用ＩＣ６の構成を示すブロック図で
ある。即ち、ＰＳＤ５からの光電流１１゜Ｉ２を低入力
インピーダンスのアンプ１２．１３にそれぞれ入力し、
光電流１１．Ｉ。から定常光に基づ（ＤＣ電流成分を分
離した後、増幅する。

そして、その各出力を演算回路１５．加算回路１６にそ
れぞれ入力する。加算回路１６は光電流ＩＩ　　を加算
し、その出力１１＋１２は比較１　°　　　２ 器１８の一方の入力端子に供給される。比較器１８の他
方の入力端子には比較信号発生回路１７の出力Ｉｒｅｆ
が供給される。

路ＩＢの出力と比較信号Ｉｒｅｒは減算回路２３にも供
給され、減算回路２３は遠距離の測距のために反射光の
強度に応じた信号ｒ　　　−（１１＋Ｉ２）ｅｒ を演算する。減算回路２３の出力がスイッチ２２を介し
て積分回路２０に人力される。そして、積分回路２０の
出力がＡＦデータとして取り出される。なお、積分開始
時に積分回路２０にはリセット回路２１によって所定の
積分開始電圧が与えられる。

上記スイッチ１９は比較器１８の出力により制御され、
スイッチ２２は比較器１８の反転出力により制御される
。このため、１１＋Ｉ２とＩｒｅｆとの大小関係に応じ
て積分回路２０は演算回路１５の出力、または減算回路
２３の出力の何れかに基づいた積分演算を行う。

ここでＩ、＋１２がＩｒｅｆより大きい場合は被写体が
近距離であり、光電流Ｉｔ、Ｉ２のＳ／Ｎ比が良いと判
定でき、逆に、Ｉｌ十Ｉ２がＩｒｅｒより小さい場合は
被写体が遠距離であり、演算回路１５の精度の確保が困
難であると判定し、このときにはスイッチ１９をオフし
スイッチ２２をオンして減算回路２３の出力Ｉ　　　−
（１１＋１２）ｒｅｆ’ を積分回路２０に入力する。

ここで、上記ＰＳＤ５によって被写体距離を測る赤外光
投射式三角測距の動作原理について述べる。受光レンズ
４の光軸をＰＳＤ５の中心線に一致させてこれを原点と
したとき、反射光の入射位置をＸ、投光レンズ２と受光
レンズ４との主点間距離、すなわち、基線長を５１受光
レンズ４の焦点距離をｆ　とすれば、被写体距離ｇは、
１）−ｓ−ｆ／ｘ　　　・・・・・・・・・（１）で与
えられる。

ＩＲＥＤＩによる被写体の反射光によりＰＳＤ５で発生
する光電流１１．Ｉ２は、共に反射光強度に比例するが
、光電流比Ｉ　１／　Ｉ　２は反射光強度には依存せず
、入射光位置Ｘのみて決定される。

ＰＳＤ５の全長をｔとすれば、 １１／　Ｉ　２−（７＋　ｘ　）　／　（ｚ　　ｘ　）
となる。上式に（１）式を代入すれば、・・・・・・・
・・（２） となるから、ＰＳＤ５の光電流比１１／Ｉ２が求まれば
、被写体距離ｇが一義的に決定されることになる。

上記（２）式を変形すると、 ■１＋■２ ｔ となり、光電流Ｉ　および１２が十分大きい近距離にお
いては、この（３）式より高精度で距離情報ｇを求める
ことができる。即ち、 ・・・・・・・・・（４） ［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来の技術手段においては、反射光の大
きさは被写体距離が遠くなるにつれて小さくなり、Ｓ／
Ｎ比の劣化からＡＦ演算が不正確になるので、測距可能
なレンジが比較的近距離に限定されてしまうという不具
合がある。特に、反射光が全く返ってこない風景など、
無限遠といわれている被写体に対しては、回路内のノイ
ズ成分のみによってＡＦ演算が行われることとなるが、
ノイズというものは乱数的に発生するため、遠距離はど
誤測距を起す可能性が高かった。

即ち、遠距離になると、ＰＳＤ５の光電流１１゜■　が
小さくなり、相対的にノイズ成分ＩＮｌ’■Ｎ２が増加
するため、上記（４）式は次の（５）式のように書き換
える必要がある。

・・・・・・・・・（５） （４）式を理論値としたとき、（５）式で求められる１
７ｐの誤差Δ−は、 ！ ・・・・・・・・・（６） となる。

上記ノイズ成分■Ｎｌ”Ｎ２はランダムノイズであるが
、上記（６）式の如く、Δ工という比演算！ を行った後では、これをいくら積分してもゼロに近づく
ということはない、しかし、上記比演算を行わせる以前
であれば、ランダムノイズは積分すればする程、ゼロに
近づいていく。

一方、上記光電流Ｉ、Ｉ　　といった信号電流の大きさ
についてみると、例えば６０ｃｍ〜１０ｍまで測距させ
ようとした場合、扱う光電流の比は１〜２７７倍とダイ
ナミックレンジを非常に大きくとる必要があり、単純に
ＩＲＥＤの発光と受光光量の積分動作を繰返していくと
、近距離でレンジオーバとなってしまう可能性がある。

また、このことは逆にみれば無駄な発光と積分動作が行
われることにもなる。

本発明の目的は、上記従来の距離検出装置における上述
の不具合を除去し、比演算方式の測距装置において、測
距精度の向上を図ると共に、信号値のダイナミックレン
ジオーバの防止と節電を行うことができる被写体距離検
出装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、 被写体に向けてパルス光を投射する投光手段と、このパ
ルス光の被写体からの反射光を受光し、被写体距離に応
じた割合で第１電流値と第２電流値とを出力する位置検
出素子とを有した被写体距離検出装置において、 上記第１電流値に応じた積分動作を行う第１積分手段お
よび上記第２電流値に応じた積分動作を行う第２積分手
段と、 上記第１積分手段の出力および第２積分手段の出力を各
々基準電圧と比較する第１比較手段および第２比較手段
と、 上記第１電流値と第２電流値との割合に応じて被写体距
離を算出する演算手段と、 を具備し、上記第１比較手段もしくは第２比較手段に応
じて、少なくとも上記第１積分手段、第２積分手段の動
作を停止させるようにしたことを特徴とする。

［作　用コ 被写体からの反射光を受けて出力された電流値によって
被写体距離を演算する前に、電流値を積分してノイズを
低減させ、その積分値により比演算を行い距離を算出す
ると共に、積分値を検知していて演算するのに充分な電
流が得られたら投光手段および積分動作を終了させる。

［実　施　例］ 以下、図示の実施例により本発明を説明する。

第１図は、本発明の基本概念を示す被写体距離検出装置
の構成ブロック図である。この第１図において、ＩＲＥ
Ｄｌ、ＩＲＥＤドライバＩＡ、ＰＳＤ５．投光レンズ２
．受光レンズ４．ＣＰＵ７およびアンプ１２．１３等は
、前記第５図、第６図に示した従来のものと同様に構成
されている。

上記ＰＳＤ５の光電流出力１．．Ｉ２は、低入力インピ
ーダンスのアンプ１２．１３によって定常光によるＤＣ
電流成分を分離されると共にそれぞれ増幅され、第１．
第２の積分回路３０．３１により第１基準電圧Ｖｒｅｆ
’ｌを基準にそれぞれ積分する。この積分動作によって
、被写体に向けて工ＲＥＤＩが複数回発光し、その反射
光を受けて出力された光電流ＩＩ　　に含まれているラ
ング１′２ ムノイズは、そのたびに相殺され積分効果が発揮される
。

この積分によりＳ／Ｎを向上させた光電流信号を、比演
算回路３４に入力し、前記（４）式と同様の演算をする
。

また、この積分電圧を常にコンパレータ３５゜３６によ
って監視し、積分電圧が充分なレベルに達した時点で積
分動作を禁止するようにしである。

即ち、上記第１．第２の積分回路３０．３１の出力を第
１コンパレータ３５．第２コンパレータ３６の＋側入力
端にそれぞれ入力すると共に、各コンパレータ３５，３
６の一側入力端には第２基準電圧ｖｒｅｆ２が印加され
ていて、積分入力電圧が許容レベルｖｒｅｆ２を越えよ
うとすると、コンパレータ３５，３６の各出力を入力さ
れたノア回路３９の出力が“Ｌ＃レベルとなり、ナント
ゲート３７、インバータ３８はオフするため、積分信号
ＩＮＴは出力されず、積分動作は終了する。

また、この距離検出装置では、積分禁止後のＩＲＥＤＩ
の発光は無意味であるということがらＩＲＥＤの発光も
積分動作と同時に禁止するようにしたために積分信号Ｉ
ＮＴ信号をＩＲＥＤドライバＩＡにも人力させている。

このように構成された距離検出装置においては、近距離
の被写体に対しては、ＩＲＥＤＩの１回の発光の途中で
も十分に信号光量が積分されてＥＮＤ信号がインバータ
１４を介して出力される。また、遠距離の被写体に対し
ては反射される信号光量が十分でないため、発光回数が
増加しランダムノイズも増える傾向となるが、積分回数
も増加するので、遠距離になる程、積分によるノイズ相
殺効果はより効果的になり、従来、アクティブ式ＡＦに
おいて苦手とされていた遠距離領域の測距も高精度で行
われることになる。

そして、上記ＥＮＤ信号が出力されると、ＣＰＵ７がそ
れを検知して、出力回路３２を介して比演算回路３４の
演算結果を読みとり距離を計算する。

第２図は、上記′１ｓ１図に示した本発明の基本概念に
従って、より具体的に構成した本発明の距離検出装置の
実施例を示したものである。この実施例におけるＰＳＤ
５、アンプ１２．１３、コンパレータ３５，３６、イン
バータ３８、ノアゲート３９等は、上記第１図のものと
同一の機能を持つ。

また、ＰＳＤ５で発生した光電流１．１　　の２つの信
号を、それぞれ増幅し積分し、また第２基準電圧ｖｒｅ
ｆ２と比較する回路系は、各々全く同様に形成されるの
で、ここでは一方の光電流１１の回路系のみについて説
明する。

被写体にカメラを向けた場合、一般に被写体は太陽光や
人口照明光によって定常的に光を照射されているため、
ＰＳＤ５には信号光以外にもそれらによる定常光が入射
しており、ＰＳＤ５はこれらによる定常光電流ＩＯを出
力している。ＡＦの演算においては、この定常光電流Ｉ
。を除去してＩＲＥＤＩ　（第１図参照）による信号光
電流１１゜Ｉ２のみを弁別して取り出す必要がある。

従って、先ずこの定常光電流の除去動作について説明す
る。この定常光電流ｌ。と信号光電流Ｉ、、Ｉ２の弁別
は、基本的にはＩＲＥＤが発光していない状態と発光し
た状態とで定常光電流１ｏの成分は変化しないから変化
分は信号光電流Ｉ、、Ｉ２であると判断することにより
行われる。

ＩＲＥＤＩの発光前、定常光電流Ｉ。がアンプ１２（１
３）に低入力インピーダンスにより吸い込まれ、定電流
源４１　（５５）により定電流ＩＴＢを流されているト
ランジスタ４０　（５４）で増幅されようとすると、圧
縮ダイオード４２　（５６）に流れる電流が増加する。

しかし、圧縮ダイオード４２　（５６）は予め定電流源
４３　（５８）の定電流ＩＤＢでバイアスされていて、
この電圧レベルはホールドアンプ５１（６５）の−側入
力によって観測されている。一方、ホールドアンプ５１
（６５）の＋側入力は、同じく定電流■ＤＢを流す定電
流源５０　（６４）でバイアスされた圧縮ダイオード４
９　（６３）の電圧レベルと等しくなっている。このた
めホールドアンプ５１（６５）は上記圧縮ダイオード４
２　（５６）に定常光電流！。

に基づく電流が流れようとすると、イマジナリショート
を保とうとする帰還動作によってトランジスタ５３　（
６７）のコレクタ電流を制御し、定常光電流Ｉ。をトラ
ンジスタ４０　（５４）に入力させず、トランジスタ５
３　（６７）によりＧＮＤに捨てる働きをする。このよ
うにトランジスタ５３（６７）のベース電位によって定
常光電流Ｉ、の除去が行われる。

次に、ＩＲＥＤＩが発光し、信号光電流１１（Ｉ２）が
ＰＳＤ５より出力されると、タイミング回路３３からＢ
ｃＵＴ信号（バイアスカット信号）が出力され、ホール
ドアンプ５１　（６５）が機能を停止、定電流源４３　
（５８）もオフする。このとき、定常光電流！。を除去
するために制御された上記トランジスタ５３　（６７）
のベース電位は、ホールドコンデンサ５２　（６６）に
よって保持されているので、信号光電流Ｉ。（Ｉ２）は
定常光電流■。から弁別されて圧縮ダイオード４２（５
６）に流れる。

この圧縮ダイオード４２　（５６）はトランジスタ４４
　（５７）とカレントミラー回路を構成していて、同ト
ランジスタ４４　（５７）には増幅された信号光電流１
１　（Ｉ２）と同じ電流がコレクタ電流として流れる。

またこのとき、同じタイミングでタイミング回路３３か
らＢＣＵＴ信号がスイッチ４５　（５９）　、４６　（
６０）　、定電流源４３（５８）に加えられるので、こ
のＢＣＵＴ信号かインバータ４７　（６１）を介して加
えられたスイッチ４５（５９）はオフ、直接加えられた
スイッチ４６　（６０）はオンする。

従って、このスイッチ４６　（６０）に接続された積分
コンデンサ４８　（６２）には増幅された信号光電流１
１　（Ｉ２）が流れ込み積分される。この積分コンデン
サ４８　（６２）は、Ｉ　ＲＥＤの発光に先立ってリセ
ット回路６８によって初期化されており、積分開始電圧
はｖｒｅｆ’ｌとなる。

このようにしてＩＲＥＤＩが発光し、信号光電流１１が
入力される度に、積分コンデンサ４８には上記信号光電
流Ｉ　に比例した電圧ＶＩＮＴ工が積分されて行く。ま
た同様にして積分コンデンサ６２には信号光電施工、に
比例した電圧ｖＩＮＴ。が積分されていく。そして、こ
の積分電圧はそれぞれコンパレータ３５，３６の＋側に
入力され、どちらかの積分電圧がコンパレータ３５，３
６の一側に印加されている基準電圧ｖｒｅｒ２のレベル
よりも上昇すると、コンパレータ３５または３６が働い
て積分動作を中止する。

次いで、これを電流信号に変換し、前記（３）式に基づ
いて比の演算を比演算回路３４で行う。この比演算回路
３４はアンプ６９，８０、ダイオード７０．７８、トラ
ンジスタ７１．７Ｂ、７４゜７７、抵抗７２，７９、バ
ッファ８１．８２および定電流源７６等が図示のように
接続されて構成されている。

そして、この比演算回路３４の上記抵抗７２（７９）の
両端に上記光電流１１　（Ｉ２）に比例した電圧が印加
されると、トランジスタ７１（７７）には光電流Ｉ、（
Ｉ２）に比例した電流が流れる。

ここで、これはただ単に光電流！、（Ｉ２）を増幅した
電流ではなく、積分コンデンサ４８　（６２）によって
ノイズを相殺し、Ｓ／Ｎを高めた電流となっていること
が重要である。

従って、圧縮ダイオード７０にも光電流１１に比例した
電流が流れて圧縮される。この電圧信号はバッファ８１
を介してトランジスタ７３のベースに入力される。同様
にトランジスタ７４のベースには光電流Ｉ２に比例した
電流の、圧縮ダイオード７８によって圧縮された電圧信
号がバッファ８２を介して入力される。

この比演算回路３４では、光電流Ｉｆ、Ｉ２を同様に増
幅しているので、圧縮ダイオード７０に流れる電流をＩ
ＩＱ’圧縮ダイオード７８に流れる電流を１２０とする
と、トランジスタ７３のベース一方、定電流源７６に流
れる電流は■φなので、Ｉａ＋Ｉｂ−Ｉφ　　　・−−
−−−−−−（１１）が成立し、上記（１０）（１１）
式よりという式が導かれる。

つまり、 前記（４） 式と上記 Ｉａ ＝　Ｖｚ　＋　ＶＴ−ｇ　　−・・・・・・・・・（８
）”　　Ｉｓ の２式が成り立つ。ただし、Ｖｒｅｆ’３は基準電圧、
Ｉｇはトランジスタ７４に流れる電流、Ｉｂはトランジ
スタ７３に流れる電流である。これによりという式が成
立し、Ｉａの大きさによって距離情報ｇが得られること
になる。

そして、本実施例では上記電流１ａをトランジスタ７４
のコレクタに接続した出力抵抗７５（ＲｏＵ丁）によっ
て電圧に変換し、ＣＰＵ７（第１図参照）の持つＡ／Ｄ
変換器により読み取り易いようにしている。即ち、 Ｖ　　　−Ｒ◆Ｉａ ＯＵＴ　　　００丁 より ・・・・・・（１４） このＶｏＵＴを得るまでのタイミングチャートを、第３
図および第４図に示す。

第３図は、被写体距離が近くて積分電圧ｖＩＮＴ□が２
回目の発光でＶｒｅｆ２に達した場合である。この場合
には光量は充分であるので、多数回の積分によるノイズ
相殺効果を当にしなくても良好な精度で測距結果Ｖ。８
．が得られる。

１４図のタイミングチャートは、被写体距離が遠く、Ｉ
ＲＥＤを例えば、３２回発光させても、積分電圧ｖＩＮ
ＴＩ　　”　ＩＮＴ２共ニＶ、ｅｆ２ニ達しない場合を
示している。この場合、本実施例では測距時間が徒に長
くなるのを防ぐために、リミッタ信号ＥＮＤ２　（第２
図参照）をＩＲＥＤが３２回の発光を終了した時点で出
力し、測距動作を強制的に終了させるようにしている。

そして、オアゲート８３にＥＮＤ信号が出力されると、
定電流源７６がオンしてＶｏＵＴが出力される形式とし
ている。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ＡＦ用信号光電流に
含まれるランダムノイズを多数回積分によって相殺する
ようにしたので、極めて精度の高い被写体距離検出装置
を提供することができる。

そして、また本発明では信号光電流の積分電圧が、ある
レベルに達すると十分にＳ／Ｎの良い測距が行えるので
、その時点で測距動作を終了するようにした。従って、
近距離の被写体において十分に信号光の光量が期待でき
る領域では、タイムラグも少なくすることができ、この
点でも従来の測距装置より使用し易く、同時に信号光積
分による積分電圧のダイナミックレンジの対策も行って
いるので、オートゲインコントロール回路やオートパワ
ーコントロール回路等の複雑な機能を必要とせず、回路
的にも簡単に実現可能であるという顕著な効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本概念を示す被写体距離検出装置
の構成ブロック図、 第２図は、本発明の具体的な実施例を示す被写体距離検
出装置の電気回路図、 第３図および第４図は、上記第２図の被写体距離検出装
置の動作を説明するためのタイミングチャート、 第５図は、アクティブ式ＡＦカメラにおける要部の構成
ブロック図、 第６図は、従来のアクティブ式ＡＦカメラにおける被写
体距離検出装置の構成を示すブロック図である。 １・・・・・・・・・ＩＲＥＤ（投光手段）３・・・・
・・・・・被写体 ５・・・・・・・・・ＰＳＤ　（位置検出素子）３０・
・・・・・第１積分回路（第１積分手段）３１・・・・
・・第２積分回路（第２積分手段）Ｖ　　　　、Ｖ　　
　　・・・・・・基準電圧ｒｅｆｔ　　　　ｒｅｆ’２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体に向けてパルス光を投射する投光手段と、
   このパルス光の被写体からの反射光を受光し、被写体距
   離に応じた割合で第１電流値と第２電流値とを出力する
   位置検出素子とを有した被写体距離検出装置において、 上記第１電流値に応じた積分動作を行う第１積分手段お
   よび上記第２電流値に応じた積分動作を行う第２積分手
   段と、 上記第１積分手段の出力および第２積分手段の出力を各
   々基準電圧と比較する第１比較手段および第２比較手段
   と、 上記第１電流値と第２電流値との割合に応じて被写体距
   離を算出する演算手段と、 を具備し、上記第１比較手段もしくは第２比較手段に応
   じて、少なくとも上記第１積分手段、第２積分手段の動
   作を停止させるようにしたことを特徴とする被写体距離
   検出装置。