JP2704958B2

JP2704958B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP2704958B2
Application number: JP63045349A
Authority: JP
Inventors: 潔生田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-02-27
Filing date: 1988-02-27
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH01219512A; US5107449A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の利用分野）本発明は、対象物に向けて光を投射し、その反射光を
受光することにより前記対象物までの距離を測定する測
距装置の改良に関するものである。

（発明の背景）従来のこの種の装置において、被写体距離に依存して
変化する二種類の測距信号の比より、被写体までの距離
を算出する方式は種々提案されている。例えば二種類の
信号を各々対数圧縮して減算するものなどがある。この
中で特開昭60−19116号などに示されている二重積分を
用いた方式は積分回路が一つで済み、回路規模が小さく
なることや、１つの回路を時分割で共用することにより
回路定数のマッチングの問題もなくなる等のメリットが
ある。以下簡単に該二重積分を利用した測距方式につい
て説明する。

第８図において、51は半導体位置検出器（以下PSDと
記す）であり、51a,51bは電極、52はスポット光を表
す。PSD51はスポット光52の重心の位置を示す光電流を
各々の電極51a,51bより出力する。今、PSD51の電極間の
長さをL,電極51bからスポット光52の重心までの距離を
ｘ、電極51a,51bから出力される光電流をIa,Ibとすると Ia/（Ia＋Ib）＝x/L …………（１）となる。すなわちIa/（Ia＋Ib）はスポット光52の重心
の位置ｘと比例関係にあり、Ia/（Ia＋Ib）を求めるこ
とは、スポット光52の重心を求めることに等しく、スポ
ット光52の位置は被写体距離に対応しているから、Ia/
（Ia＋Ib）は結局被写体距離に対応した値となる。

第９図は前記（１）式の演算を行う積分器であり、53
は積分キャパシタ、54は前記積分キャパシタ53と共にミ
ラー積分回路を成すアンプ、55はスイッチで、不図示の
回路より光電流Ia,Ia＋Ibを逆向きにした出力を選択す
るものである。今、積分キャパシタ53に電荷が全くない
状態で、スイッチ55をａ側にし、光電流Iaを時間Ｔ積分
し（以下第１の積分と記す）、次にスイッチ55をｂ側に
し、Ia＋Ibを逆向きに積分し（以下第２の積分と記
す）、積分キャパシタ53の電荷が零に戻るまでの時間を
「ts」とした時、アンプ54の出力Voは第10図に示す様に
なる。ここで、積分キャパシタ53の容量を「Ｃ」とする
と、第10図より明らかに以下の方程式が成り立つ。

Vos＝Ｃ・Ia・Ｔ＝Ｃ（Ia＋Ib）ts ……（２）これを変形すれば ts＝Ia/（Ia＋Ib）・Ｔ …………（３）となり、Ia/（Ia＋Ib）は前記（１）式よりスポット光5
2の重心の位置ｘに対応しているから、前記（１）
（３）式より ts＝x/L・Ｔ …………（４）となる。すなわち第２の積分時間tsはスポット光の位置
ｘ、したがって被写体までの距離に対応した値となる。

なお、上記の説明では、PSD51からの光電流を直接積
分しているかの如く書いたが、実際には何段かのアンプ
で増幅してから積分を行う。また、投光手段、例えば赤
外発光ダイオード（以下iREDと記す）は外光との判別を
行う為、数KHz〜十数KHzの周波数で変調されており、一
方積分器においても、iREDの変調同期に同期して積分さ
れているのが一般的である。

ところで、上記二重積分を用いた方式には以下のよう
な問題点を有していた。

つまり時分割で積分を行っているため、第１の積分時
間中の信号、すなわち被写体からの反射光強度と第２の
積分時間中の信号が等しくなければ、測距誤差を生じる
ということである。即ち測距中は信号が一定でなくては
ならないということである。従って、例えば手振れ等に
より投光スポットがコントラストのある被写体上を移動
したような場合は、測距誤差を生じてしまう。積分時間
を短くすればこの問題は改善できるが、逆にS/N比の悪
化を招くことになる。これは同期積分することにより、
信号の周波数成分の増幅率とその他の周波数成分の増幅
率の比、すなわちS/N比は積分時間の平方根に比例して
良くなるからである。

また、iRED駆動中の温度上昇による発光効率の低下も
問題となる。これはiREDに流す電流により、iREDの温度
が上昇し、発熱効率が低下していくため、同じ電流値で
あっても、点灯開始時とある時間経過した時の投光パワ
ーは変化しており、したがって被写体からの反射光強
度、すなわち信号も積分中に変化してしまうということ
である。この様子を示したものが第11図である。

（発明の目的）本発明は、以上の事情に鑑みなされたもので、測距誤
差をなくし、測距精度を向上させることのできる測距装
置を提供しようとするものである。

（発明の特徴）上記目的を達成するために、本発明は、対象物に向け
て光を投射する投光手段と、該投光手段により投射され
た光の反射光を受光することにより、前記対象物までの
距離に相応して相対関係の変化する第１の信号及び第２
の信号を出力する受光手段と、該受光手段より出力され
る前記第１の信号及び第２の信号に関する積分と逆積分
のサイクルを１回行う毎に前記対象物までの距離に相応
した信号を得る信号形成動作を行う信号形成手段と、該
信号形成手段の前記信号形成動作を既定回数繰り返し行
い、該既定回数繰り返し行われた信号形成動作により得
られた信号により前記対象物までの距離を判定する判定
手段とを有する測距装置とするものである。

（発明の実施例）以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
該図において、１はスポット光の重心位置に対応した光
電流Ia,Ibをを出力する電極1a,1b及び電圧COMが印加さ
れた共通電極を有したPSD、２は、フィードバック抵抗
３と共に前記PSD1よりの光電流を電圧に変換するアン
プ、４はカップリング用のキャパシタ、５は「R5」なる
抵抗値をもつ抵抗、６は「R6」なる抵抗値をもつ抵抗、
７は（−R6/R5）の増幅率をもつアンプ、8,9は同一の抵
抗値をもつ抵抗で、アンプ10と共にインバータを構成し
ている。11は積分キャパシタで、積分アンプ12と共にミ
ラー積分回路を構成しており、iNTなる出力が送出され
る。13は参照電圧Vtと前記積分アンプ12の出力iNTとを
比較するコンパレータ、14は参照電圧Vcと前記アンプ12
の出力iNTとを比較するコンパレータ、15はトランジシ
タ17,抵抗18と共にiRED16の駆動回路を成すアンプで、
該アンプ15には参照電圧Vrが印加されているため前記iR
ED16には定電流Vr/R18が流れる（尚R18は抵抗18の抵抗
値）。19はキャパシタ、20は抵抗、21は、前記コンパレ
ータ13,14よりの出力Pt,Pzが入力すると共にアナログス
イッチS1〜S5等のオンオフ制御を行う出力A1,A2,iRON,S
PL1,SPL2,ATZを送出するマイクロコンピュータ（以下マ
イコンと記す）であり、内部カウンタ21Aを有してい
る。

次に、第２図のフローチャートを用いて説明する。

カメラのシャッタボタンが押されると、不図示の回路
が動作して各回路に電源が投入される。マイコン21は先
ず積分回路系を初期化するため、出力SPL1,SPL2及びATZ
を“H"にする。すなわちアナログスイッチS1,S2及びS5
をオンとする。これは積分回路系のオフセットを自動的
にキャパシタ19に記憶させ、第１及び第２の積分中は信
号分以外により積分アンプ12の出力iNTが変化しないよ
うにするためである。これは二重積分タイプのA/Dコン
バータで通常用いられるオフセットキャンセルと同様で
ある。

次に上記オフセットキャンセルを所定時間行い、該回
路系が安定したところで、前記出力ATZを“L"すなわち
アナログスイッチS5をオフし、第１の積分を開始する。
この第１の積分時等の各回路の動作のタイミングチャー
トを第３図に示している。第１の積分はPSD1の電極1aよ
り出力される光電流Iaを積分するもので、この時出力A1
は“L"すなわちアナログスイッチS1はオフ、出力A2は
“H"すなわちアナログスイッチS2はオンとなっている。
又出力iRONの“H"“L"、すなわちiRED16の点滅の位相と
アンプ７の出力振幅の位相は同位相で、アンプ10の出力
振幅の位相は逆位相であるので、出力iRONが“H"すなわ
ちiRED16が点灯している時、出力SPL2を“H"すなわちア
ナログスイッチS4をオンとして、アンプ10の出力を積分
し、出力iRONが“L"すなわちiRED16が消灯している時、
出力SPL1を“H"すなわちアナログスイッチS3をオンと
し、アンプ７の出力を積分する。この結果積分アンプ12
の出力iNTは第３図に示すように上昇していく。

第１の積分を開始して所定時間Ｔが経過した時点で、
マイコン21は第１の積分を停止し、コンパレータ13の出
力Ptを調べる。ここで前記出力Ptが“H"ということは積
分アンプ12の出力iNTが参照電圧Vt以上になっているこ
とであり、出力Ptが“L"ということは前記出力（積分出
力）iNTが参照電圧Vtに達していないということであ
る。出力Ptが“L"の時、マイコン21は被写体が所定距離
以遠にあると判断し、測距動作をそこで中止する。何故
なら積分出力iNTが参照電圧Vtに達していないというこ
とは、信号が零、または非常に弱いことを意味してお
り、これは被写体が遠い場合であるに他ならない。尚以
上のことから分かるように前記参照電圧Vtは、上記した
条件を満たす値に予め設定されているものである。一
方、出力Ptが“H"の時すなわち積分出力iNTが参照電圧V
tを超えた時、マイコン21は第２の積分を行うべく出力A
1を“H"すなわちアナログスイッチS1をオン、出力A2を
“L"すなわちアナログスイッチS2をオフとする。これは
第２の積分はPSD1の出力の和の光電流を積分するためで
ある。前述のようにアナログスイッチS1,S2を切り換え
ると一時的に回路が不安定となるので、インターバルタ
イムとして一定の時間おいてから第２の積分時間を開始
する。第２の積分時の各回路の動作のタイムチャートも
同じく第３図に示してある。第２の積分ではPSD1の出力
の両方の和（Ia＋Ib）を、第１の積分時とは逆方向に積
分する。従って同期積分のタイミングは第３図に示す様
に第１の積分時とは逆に、出力iRONが“H"すなわちiRED
16が点灯している時、出力SPL1を“H"すなわちアナログ
スイッチS3をオンとして、アンプ７の出力を積分し、出
力iRONが“L"すなわちiRED16が消灯している時、出力SP
L2を“H"すなわちアナログスイッチS4をオンとし、アン
プ10の出力を積分する。この結果積分アンプ12の出力iN
Tは第３図に示すように下降していく。この時マイコン2
1は内部カウンタ21aにて第２の積分時間をカウントして
いく。

コンパレータ14では積分アンプ12の出力iNTの監視が
行われており、該積分出力iNTが参照電圧Vcを下回った
ら、“H"の出力Pzがマイコン21へ出力する。マイコン21
は出力Pzが“H"となるまで第２の積分を続行させ、出力
Pzが“H"となったら第２の積分を停止し、第２の積分時
間をカウントしている内部カウンタ21aの内容を第２の
積分時間として記憶する。ここで出力Pzが“H"となり第
２の積分を停止するタイミングを第５図に示す。

該第５図は積分アンプ12の出力iNT、コンパレータ145
の出力Pz及び第２の積分時間をカウントする内部カウン
タのクロックを表している。マイコン21は出力Pzが“H"
すなわち積分アンプ12の出力iNTが参照電圧Vcを下回っ
てから、最初に発生した内部カウンタ21aのクロックの
立ち上がり時に第２の積分を停止する。この時のカウン
ト数は「ｎ＋１」となる。これは第６図のように、出力
Pzが“H"となって直ちに第２の積分を停止すると、実際
の積分時間と積分時間をカウントする内部カウンタ21a
から求められる積分時間は一致せず、誤差時間Ｅが発生
してしまうためである。クロックの周期をTckとする
と、Ｅは最大でTckとなり、第１及び第２の積分を複数
回繰り返すと、その分誤差時間が増えてしまう。

上述のようなタイミングで第２の積分が終了すると、
再び第１の積分を行う。この時も先に述べたように、PS
D1の出力の切り換えに伴う回路の不安定をさけるために
インターバルタイムをおく。

以上のように第１及び第２の積分を行い、このような
積分動作が所定回数に達したら一連の積分動作を止め、
第２の積分時間のトータル時間に基づいて公知の方法に
より被写体までの距離を演算する。第４図に積分動作を
４回行い、測距結果を求める場合における、上述した積
分動作中の積分出力iNT及びコンパレータ13,14の出力P
t,Pzのそれぞれの波形を示す。

なお、最後の第２の積分時間のカウント値は、出力Pz
が“H"となった時点で中止するため、ここでは最大Tck
の誤差は生じる。

第７図は本発明の他の実施例の主要部分を示すブロッ
ク図であり、第１図実施例と同じ部分は同一符号を付し
てある。前記実施例と異なるのは、構成的には積分アン
プ12の出力iNTと前記参照電圧Vtよりも高い値に設定さ
れている参照電圧Vhとを比較し、出力Phをマイコン21へ
送出するコンパレータ22,及びマイコン21内に回数設定
部21bを新たに付加している点であり、動作の上では、
第１の積分動作終了後、積分アンプ12の出力iNTのレベ
ルに応じて積分回数を変化させようとするものである。

最初の第１の積分終了時の積分アンプ12の出力iNTの
レベルが参照電圧Vh以上の時、すなわちコンパレータ22
の出力Phが“H"の時は信号が充分に強いので、積分時間
を短くしても、S/N比は悪くならないため、回数設定部2
1bは積分回数を少なくさせる。積分アンプ12の出力iNT
が参照電圧Vh以下で且つ参照電圧Vt以上の時、すなわち
出力Phが“L"で且つ出力Ptが“H"の時は、回数設定部21
bは先に述べた所定回数の積分を行わせる。又積分出力i
NTが参照電圧Vt以下の時、すなわち出力Ptが“L"の時は
先に述べたのと同様、マイコン21は被写体無限と判断
し、測距動作を直ちに中止する。

本実施例によれば、第１及び第２の積分時間を短く
し、これを複数回繰り返すようにしているので、１回当
りの積分時間が短くなり、手振れやiRED16の温度上昇に
伴う発光パワーの低下等の積分中の信号変化による測距
誤差の影響を減少させ得、又トータルの積分時間は長く
なるので、S/N比の向上が期待でき、以上のことからよ
り精度の高い測距が実現可能となる。

また、前記積分動作の回数は第１回目の第１の積分出
力が所定電圧よりも高いか否かで変えるようにしている
ので、第１回目の第１の積分出力が高いような場合には
測距時間を短縮することが可能となる。更に、第２の積
分動作の終了時期を、第２の積分時間をカウントするク
ロックに同期させて行っているので、クロックを速くし
て時間に対する分解能を上げなくても、時間カウントに
伴う誤差が減少する。このことは第２の積分時間をカウ
ントする内部カウンタの桁数、或はマイコン21のプログ
ラム上でカウントを行う場合には、データビット数が少
なくて済むという効果を生む。

（発明と実施例の対応）以上の実施例において、iRED16が本発明の投光手段
に、PSD1が本発明の受光手段に、抵抗８から積分アンプ
12まで、コンパレータ14及びマイクロコンピュータ21が
本発明の信号形成手段に、マイクロコンピュータ21が本
発明の判定手段に、それぞれ相当する。

（変形例）本実施例では、第１及び第２の積分時間を短くし、こ
れを複数回繰り返すようにしているが、これに限定され
るものでなく、第１及び第２の積分時間を通常の長さと
し、これを複数回繰り返す様にしても、第１及び第２の
積分時間を短くした場合程の効果は期待できないが、少
なくとも従来のものよりも精度の良い測距を行うことが
できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、測距誤差をな
くし、測距精度を向上させることのできる測距装置を提
供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
その動作を示すフローチャート、第３図は同じくそのタ
イミングチャート、第４図は同じくその積分出力を示す
波形図、第５図は第１図実施例における第２の積分時間
終了時期の設定の仕方を説明する図、第６図は第５図の
説明を助けるための図、第７図は本発明の他の実施例を
示すブロック図、第８図はこの種の装置に一般的に用い
られるPSDについて説明する図、第９図は同じく積分回
路の構成を示すブロック図、第10図は同じく第１及び第
２の積分動作を説明する図、第11図は同じくiREDの発光
出力と時間の関係を示す図である。１……PSD、11……積分キャパシタ、12……積分アン
プ、13,14……コンパレータ、16……iRED、21……マイ
コン、22……コンパレータ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に向けて光を投射する投光手段と、
該投光手段により投射された光の反射光を受光すること
により、前記対象物までの距離に相応して相対関係の変
化する第１の信号及び第２の信号を出力する受光手段
と、該受光手段より出力される前記第１の信号及び第２
の信号に関する積分と逆積分のサイクルを１回行う毎に
前記対象物までの距離に相応した信号を得る信号形成動
作を行う信号形成手段と、該信号形成手段の前記信号形
成動作を既定回数繰り返し行い、該既定回数繰り返し行
われた信号形成動作により得られた信号により前記対象
物までの距離を判定する判定手段とを有することを特徴
とする測距装置。