JPH02154108A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はカメラ等に用いられる測距装置に関し、特に
受光素子の構成と距離判定方式に関するものである。

〔従来の技術〕

第１図は従来の測距装置を構成する３角測量の原理図を
示し、図において、１は投光素子、２は受光素子、３ａ
、３ｂはそれぞれ投光レンズと受光レンズ、４は被測距
物体、５は距離Ｉ１．６は基線長１．７は焦点能ｌｆを
示す。第９図は受光素子としてＰＳＤを用いた従来例を
示すもので、図において、８ａは遠距離側の信号光のス
ポット８ｂは近距離の信号光のスポットを示す、第１０
図はＳＰＤを用いた従来の構成回路図を示し、図におい
て、２３ａ、２３ｂはそれぞれ遠距離と近距離側の帰還
１１Ｅ抗、２４ａ、２４ｂはそれぞれ遠距離と近距離側
電流電圧変換を構成する演算増幅器、２５ａ、２５ｂは
それぞれ遠距離側と近距離側出力端子、２６は基準電圧
、５０はＰＳＤのカソード端子の逆バイアス電圧を示す
。

次に動作について説明する。今、スポット８ａの位置に
信号光が入射しているとすると、ここで発生した光起電
流は遠距離側電圧変換回路（２４ａ）と近距離側電２Ｉ
ｔ電圧変換回路（２４ｂ）へ流れ込む電流１１と１２へ
分流する。この時、電流１１とＩ２の比は、スポット８
ａ、８ｂから各ＰＳＤ端までの距離の比、つまり抵抗比
に逆比例している。

従って、スポットが８ａ、８ｂに移動すると電流Ｉ２が
大きくなり電流１１が小さくなる方向で光起電流が変化
する。

例えば、第１図において受光素子ＰＳＤ２の長さをｙと
して、また■方向がＰＳＤの中央の場合を考えると、光
起電流１１．１２と距ＨＬの関係は、 ＋２＋１１　　　　　　　　　ｙ　　　　　　　　Ｌと
なる。

この演算を行えば、光電流の絶対値の変化は分母と分子
でキャンセルされるため被測距物体の反射率に依存せず
距離が求められる。

第１０図ではＰＳＤの光起電流を電流電圧変換した部分
のみを記載しているが、実際には信号光は一定の周波数
の交流で送られる場合が多く、電流電圧変換出力端子２
５ａと２５ｂの後には図示してない交流増幅回路やＡＧ
Ｃ回路、検波回路、演算回路等が付加され、上（１）式
に対応した演算を行い距離を求めていた。

〔発明が解決しようとする課題］ 従来の測距装置は以上のように構成されていたので、遠
距離になるほど反射して帰ってくる信号光が小さくなり
、ノイズによるばらつきが大きくなるのに対し、信号ス
ポットの移動量は小さくなり、演算後の変化量は小さく
なり、結果として遠距離の精度は極端に悪くなるという
問題点があった。

また、遠方向と辺方向光電流の２ｃｈの演算を行うため
、信号処理系は２ｃｈが必要となり、コンデンサなどの
外付は部品を含めた回路規模が大きくなるというという
問題点もあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、遠距離での精度を向上すると共に、外付は部
品を含めた回路規模を小さくできる測距装置の構成を得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る測距装置は多分割の受光素子とこれに対
応したアナログスイッチを設け、信号光スポットの位置
をディジタル的に検出するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における多分割の受光素子は３角測量の原理に
基づいてアナログスイッチで切り替えて信月光スポット
の位置を検出する。

〔実砲例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は測距装置を構成する三角測置の原理図で、従来例と
同一である。

第２図、第３図はこの発明の一実施例である多分割受光
素子の１素子の断面図及び等価回路図を示す。図におい
て、１１はＰ−基板、１２はＰ゛分離層、１３はＮ−エ
ピタキシャル層、工４はＮ゛拡散層、１５はＰ゛　拡散
層、１６はアノード端子、１７はＰ−基板とＮ−エピタ
キシャル層からなるＳＰＤ、１８は拡散層とＮ−エピタ
キシャル層からなるＳＰＤ。

１９はカソード端子を示す。

ここで、一般に測距装置に用いられる投光素子は発光効
率の良い赤外ＬＥＤが多く用いられ、光の波長は長波長
である。従って、受光素子とじて長波長の感度が高く信
号光以外の外乱光の影響を少なくするためには、短波長
側の感度が低いことが望ましい。また、受光素子で入射
光が光起電流に変換される部分は、長波長の光は深い位
置で短波長の光は浅い位置で行われるため、長波長の信
号光の光起電流を大きく取るためには受光素子のＰＮ接
合は深い位置が望ましい。

この発明の受光素子は第２図に示すように、バイポーラ
プロセスにおけるＰ−基板１１とＮ−エピタキシャル層
１３のＰＮ接合を信号検出用受光素子（ＳＰＤ１７）と
しており、一方、表面のＰ°拡散１５とＮ−エピタキシ
ャル層１３のＰＮ接合は短波長の感度が高い受光素子（
ＳＰＤｌＢ＞で、このアノードとカソードを短絡するこ
とにより短波長での感度を低下させている。

第４図はこの発明の測距装置の第１の実施例の回路図で
、第５図は第２の実施例の回路図を示す。

図において、２１はアナログスイッチを示し、２１ａ。

２１ｂ　　２１ｃ、２１ｄのようにそれぞれ近距離側よ
り１番目、（ｎ−２）番目、（ｎ−１）番目、ｎ番目に
配置されＳ　ＰＤ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄに対
応する。抵抗２２ａ　、　２２ｂ　、　２２ｃ、２２ｄ
、２２ｅも同様に１番目から（ｎ＋１）番目まで配置さ
れ、２３は帰還抵抗、２３ａ、２３ｂはそれぞれ遠距離
と近距離側を示し、２４は電流電圧変換回路を構成する
演算増幅器、２４ａ、２４ｂはそれぞれ遠距離と近距離
側を示し、２５は出力端子で、２５ａ　、　２５ｂ　、
　２５ｃはそれぞれ遠距離側と近距離側、差増幅出力側
を示し、２６は基準電圧、２７ａ　、　２７ｂ　、　２
７ｃ　、　２７ｄは差動回路を構成する抵抗、２８ａ、
２８ｂはＳＰＤのプルアップ用抵抗、２９ａ、２９ｂは
直流電流力／ト用コンデンサ、３０はＶｃｃを示す。な
お、従来例と同様に図示しない交流増幅回路、ＡＧＣ回
路、検波回路、演算回路等の後段信号処理回路について
は説明を省略する。

次に、第４図に示す第１の実施例の動作について説明す
る。ここでは、１〜ｎ番目のセンサー（１７ａ〜１７ｄ
）は同一の抵抗値を持つ１ｍ抗２２ａ〜２２ｅによって
接続されており、抵抗群の両端は近距離側が基準電圧２
６、遠距離側が演算増幅器２４に接続されている。アナ
ログスイッチ２１ａ〜２１ｄはセンサーに対応して配置
されており、各センサーのカーノドを基準電圧２６に接
続することができる。

初期状態においては各スイッチはオフしており、センサ
ーに信号光が入射されると光起電流が発生し、この電流
は抵抗群２２ａ〜２２ｅにより分流した後演算増幅器２
４を経て、出力端子２５に信号電圧を発生する。この時
、出力端子２５に発生した信号電圧が一定値以下であれ
ば閃として判定する。出力ｔ；子２５に発生した信号電
圧が一定値以上であると、アナログスイッチ２１ａ〜２
１ｄを順にオンしていく。

こうして、信号光が入射しているセンサーを基準電圧２
６に接続すると、その時点で出力端子２５の信号電圧は
ゼロとなり信号スポットの位置が検出できる。

なお、この実施例では近距暉側のセンサーが基準電圧２
６、遠距離側が演算増幅器２４に近く配置されているが
、これは遠側では信号光電流が微小となるため、ＳＮ比
を改善するため信号電流のほとんどを演算増幅器に取り
込むような抵抗分流配置とし、一方近側では信号を流が
非常に大きいが、分流によりグイナミンクレンジを小さ
くできる効果がある。このため、演算増幅器の後の信号
処理回路が容易に構成できる。

次に、第５図に示す第２の実施例の動作について説明す
る。ここでは、第１の実施例とは異なり、各アナログス
イッチは切替スイッチとなっており、それぞれ各受光セ
ルを遠距離側演算増幅器２４ａの入力ラインと近距離側
演算増幅器２４ｂ人カラインに接続変更が可能になって
いる。

初期状態において、例えば各受光セルの出力端子はすべ
て遠距離側演算増幅器２４ａの入力ラインへ接続されて
おり、遠距離側演算増幅器の出力端子２５ａで信号の有
無、つまり閃の判定を行う。信号レベルがある一定以上
ある場合は、この例では信号電流はＳＰＤのカソードか
らアノードへ流れるため、遠距離側演算増幅器の出力端
子２５ａ電圧は基Ｙ＄電圧２６に対し正の電圧が発生ず
る。一方、近距諦側演算増幅器２４ｂの入力端子にはＳ
ＰＤは接続されていないため、その出力端子２５ｂ電圧
は基中電圧２６に等しい。従って、初期状態においては
差動増幅器２４ｃの出力端子２５ｃ電圧は基準電圧に対
して負の電圧を示す。

なお、−１Ｑに信号光は交流で送られており、この例で
も交流結合（ＤＣカット）コンデンサー２９ａ、２９ｂ
を用いているため、上述した各出力端子の電圧について
は、信号光に同期した瞬間で作動している。

次に、近距離側に配置した５ＰＤ１７ａがら順に近距シ
■側演算増幅器の人力に接続するようにアナログスイッ
チを切り替えていくと、信号光スポットの当たっている
ＳＰＤの位置で、差動増幅器の出力２５ｃは基！ｌ！電
圧に対し負から正に変化する。

なお、信号光スポットがセルの境界でちょうど２分別さ
れる場合は、近側と遠側の信号は等しくなり、差動増幅
器（２４ｃ）の出力は基準電圧と等しくなる。この状態
では、距離に対し予め配置した受光素子セル数のゾーン
分割で、ディジタル的に距離を検出できる。

さらにゾーン分割数を増加させる必要がある場合は、差
動増幅器の出力２５ｃが負から正に変化する前後で、そ
のアナログ値を記憶し、信号光スポットの移動量とアナ
ログ値の相関より２つのセル間を細分することができる
。

第６図と第７図については、第２の実施例で用いた切り
替え用アナログスイッチの具体例の回路図で、第６図が
トランスミッションゲートを用いた図で、第７図がバイ
ポーラトランジスタを用いた図である。なお、いずれも
コントロールスイッチ端子３３にＨ及び（５レヘルの電
圧を入力し切り替えを行う。

第８図は多分割の受光素子上の信号光スボ７）が１多動
した場合の図を示し、従来例の第９図に示ずＰＳＤの場
合に比較し、同一の移動量に対し検出感度が向上してい
ることを示している。つまり、ＰＳＤでスポットが８３
から８ｂに移動しても抵抗分割で連′ｉｆｔ量の変化で
あるのに対し、第８図では遠距離側スボッ）８ａの位置
では受光セルは１７Ｃと１７ｄであるのにたいし、スポ
ット８ｂの位置では受光セルは１７ｂと１７０となる。

この様に、スポットの移動量に対し距〜１判別比を大き
く取ることができるため、遠距離でＳＮが劣化した場合
でもノイズによるばらつきの影響を小さくすることがで
き測距精度を向上することができる。

なお、上記実施例では受光素子の構成としてＰ基板とＮ
−エピタキシャル層を用いた場合について述べたが、拡
散を用いて構成してもよく同様の効果が得られる。また
、第２の実施例で２つの演算増幅器（２４ａ）　（２４
ｂ）を用いて差を取る場合について述べたが、第１の実
施例のように１つの演算項１１４器（２４）を用い、信
号光のピーク値を検出する場合も同様の効果がある。

（発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、測距装置における受光
素子の構成を多分割として、この受光素子セルに対応し
たアナログスイッチを設け、これを切り替えることによ
ってディジタルの測距情報を得るようにしたため、ノイ
ズによる誤測距やばらつきが小さくなり精度が向上する
という効果があり、また、第１の実施例、第２の実施例
の測距装置において、４３号処理系はｌ系統で交流増幅
、ＡＧＣ１検波、判定回路を構成することが可能であり
、外付は部品も含めた回路規模を小さくできるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１圓は測距装置を構成するこの発明および従来共通の
３角測量の原理図、第２図、第３図はこの発明の一実施
例における受光素子の１素子の断面図及び等価回路図、
第４図はこの発明における測距装置の第１の実施例を示
す回路図、第５Ｍは同しく第２の実施例を示す回路図、
第６図、第７図は第５図に示す切り替え用アナログスイ
ッチの回路図、第８図、第９図は、それぞれこの発明及
び従来の信号光スポットと受光素子の位置関係を示す説
明図、第１０図は従来の測距装置の回路図を示す。 図において、１は投光素子、２は受光素子、３ａ、３ｂ
はそれぞれ投光レンズと受光レンズ、４は被測距物体、
５は距離し、６は基線長１．７は焦点距離ｆ、８ａ、８
ｂはそれぞれ遠距離側の信号光のスポットと近距離側の
信号光のスポット、１１はＰ−基板、１２はＰ゛　分離
層、１３はＮ−エピタキシャル層、１４はＮ゛拡散層、
【５はＰ゛拡散層、１６はアノード端子、１７はＰ−基
板とＮ−エピタキシャル層からなるＳＰＤ、１８はＰ′
拡散とＮ−エピタキシャル層からなるＳＰＤ、１９はカ
ソード端子、２Ｉはアナログスイッチで、アナログスイ
ッチ２＋　ａ　、　２１　ｂ　、　２１　ｃ　、　２１
　ｄはそれぞれ近距離側より１番目、（ｎ−２）番目、
（ｎ−１）番目、ｎ番目に配置されＳ　Ｐ　Ｄｌ、７ａ
　、　１７ｂ　、　１７ｃ　、　Ｌ７ｄに対応し、また
抵抗２２ａ　、　２２ｂ　、　２２ｃ　、　２２ｄ　、
　２２ｅも同様に一番目から（ｎ＋１）番目まで配置さ
れている。２３は帰還抵抗、２３ａ、２３ｂはそれぞれ
遠距離側と近距離側の帰還抵抗、２４は電流電圧変換回
路を構成する演算増幅器で、２４ａ、２４ｂはそれぞれ
遠距離側と近距離側演算増幅器２５は出力端子で、２５
ａ　、　２５ｂ　、　２５ｃはそれぞれ遠距離側と近距
離側出力端子、および差増幅出力端子、２６は基準電圧
、２１　ａ　、　２７　ｂ　、　２７　ｃ　、　２７　
ｄは差動回路を構成する抵抗、２８ａ、２８ｂはＳＰＤ
のプルアンプ用抵抗、２９ａ、２９ｂは直流電流カット
用コンデンサ、３０はＶｃｃ、３１はアナログスイッチ
の入力端子、３２ａ、３２ｂはそれぞれ遠距離側と近距
＃側の出力端子、３３はアナログスイッチを切り替える
コントロールスイッチ、３４はＰｃｈとＮｃｈ）ランジ
スタからなるトランスミッションゲート、３５はインバ
ータ、４１ａ。 ４２ｂはＮＰＮ）ランジスタからなる差動スイッチ、４
２ａ、４２ｂは基準電圧を設定する定電流源、４３ａ４
３ｂはそれぞれ基準電圧を設定するダイオード、４４は
スイッチ切り替え用のトランジスタ、４５は電流制限用
の抵抗、５０はＳＰＤの逆バイアス用電圧諒を示す。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　　　　大　　岩　　増　　雄 第１図 第２図 ノ４．Ｎ”ｊＬ版層 第４図 第５図 １番１！５ＰＤ ｎ−２４＠ＳＰＤ ガーＩ目ＳＰ［） ガ＃ｒ−巨ＳＰＤ ＋１！アナログ又イ、、＋ ｙｉ−ｚ令ｇアナログスイッチ ７Ｉ−１番目アナログ又イフ千 ７ＬＩｌ！アｔロク゛スイツ千 ｊ裔ｌ包杭 π＋１番１８九 ５”ル還抵バ ；賀〕［戸を幅書シ エ　Ｖ端子 、Ｉ導電瓜 ５６一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測光束を発生する信号源と、被測距物体からの上
   記測光束の反射光を受信する上記信号源の周波数と同調
   した受信手段を持つ距離検出装置において、受信用の受
   光素子の構造が反射信号光の移動方向に多数のセルに分
   割されて、その各々のセルにアナログスイッチが接続さ
   れ、このスイッチのオン・オフを切り替えることにより
   反射信号光の位置を検出することを特徴とする測距装置
   。