(57)【要約】【課題】汎用性が高く、廉価で高精度の測距装置を提供すること。【解決手段】被写体に向けて測距用光を投射するＩＲＥＤ１から測距用光を被写体に向けて投射した際の被写体からの反射光を受光して、その反射光の受光位置に応じた光電流を出力する一対の出力電極を備えた受光素子４と、この受光素子４が有する一対の出力電極のうち、一方の出力電極と接続された入力端子と所定電圧Ｖｒｅｆに固定された入力端子とを有する増幅回路と、受光素子４が有するもう一方の出力電極をオープン状態又は所定電圧Ｖｒｅｆに切り換えるスイッチ１３とを備える。【選択図】    図１
2004245780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に向けて測距用光を投射する投光手段と、
上記投光手段により上記測距用光を被写体に向けて投射した際の被写体からの反射光を受光して、その反射光の受光位置に応じた光電流を出力する一対の出力電極を備える光位置検出手段と、
上記光位置検出手段が有する一対の出力電極のうち、一方の出力電極と接続された入力端子と所定電圧に固定された入力端子とを有する増幅回路と、
上記光位置検出手段が有するもう一方の出力電極をオープン状態又は上記所定電圧と同じ大きさの電圧に固定された状態に切り換えるスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
被写体に向けて測距用光を投射する投光手段と、
上記投光手段により上記測距用光を被写体に向けて投射した際の被写体からの反射光を受光して、その反射光の受光位置に応じた光電流を出力する一対の出力電極を備える光位置検出手段と、
上記光位置検出手段が有する一対の出力電極のうち、一方の出力電極と接続された第１の入力端子と所定電圧に固定された第２の入力端子とを有する第１の増幅器と、
上記光位置検出手段が有するもう一方の出力電極と接続された第１の入力端子と上記所定電圧と同じ大きさの電圧に固定された第２の入力端子とを有する第２の増幅器と、
上記第２の増幅器が有する第１の入力端子をオープン状態又は上記所定電圧と同じ大きさの電圧に固定された状態に切り換えるスイッチ手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項３】
被写体に投射した光の反射信号光と背景光とが入射したときに、その入射位置に応じた一対の光電流信号を出力する光位置検出手段と、
上記光位置検出手段から出力される光電流信号を積分する積分回路と、
上記一対の光電流信号の和を上記積分回路によって積分した積分値と、上記一対の光電流信号の一方のみを上記積分回路によって積分した積分値との比を演算する演算手段と、
を具備することを特徴とする測距装置。
【請求項４】
上記演算手段は、上記一対の光電流信号の和の積分結果が所定量よりも大きい場合に上記比を演算することを特徴とする請求項３に記載の測距装置。
【請求項５】
上記積分回路は測距時に３セットの積分を行う回路であり、１セット目及び２セット目の積分においては所定の積分回数で積分を行い、３セット目の積分においては上記２セット目の積分の結果に応じた積分回数の積分を行うことを特徴とする請求項３に記載の測距装置。
【請求項６】
上記積分回路は測距時に３セットの積分を行う回路であり、上記積分回路によって３セット目の積分が開始される前に、上記積分回路による１セット目の積分結果と２セット目の積分結果の差に基づいて、上記被写体が遠距離に存在しているか否かを判定する遠距離判定手段を更に具備することを特徴とする請求項３に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測距装置、より詳しくはアクティブ方式の測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、測距装置における測距方式には、人間の両眼と同様な一対の像検出手段を用いて被写体の像信号を検出しこの検出した像信号に基づいて測距を行う、所謂、「パッシブ方式」と、被写体に赤外光などの信号光を投射したときの被写体からの反射信号光を受光素子によって受光したときの反射信号光の強さや光の入射位置から被写体の距離を算出する、所謂、「アクティブ方式」とがある。
【０００３】
このうち、パッシブ方式においては、被写体にコントラストがない場合には正しい測距を行うことが困難である。また、測距専用の半導体センサが必要であるので測距装置のコストが高くなってしまう。
【０００４】
一方、アクティブ方式の場合には、測距専用でない汎用的な部品のみでも装置を構成できるので、パッシブ方式に比べて低コストで製造することができる。そこで、本出願人は特許文献１において、アクティブ方式を用いた測距装置の更なる低コスト化についての提案を行っている。これは、マイクロコンピュータ等のチップ内にアクティブ方式の測距回路を内蔵させるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３５２５１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロコンピュータ等の技術進歩のスピードはアナログ回路部品の技術進歩のスピードに比べて速いので、せっかくプロセス上の工夫を凝らして測距回路のワンチップ化を推し進めても、マイクロコンピュータに用いられているコアやＲＡＭ、ＲＯＭ等がすぐに時代遅れのものとなってしまう。このため、特許文献１において提案されているようなマイクロコンピュータは数多くの製品に利用することが困難な汎用性の低いものであった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、汎用性が高く、廉価で高精度の測距装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による測距装置は、被写体に向けて測距用光を投射する投光手段と、上記投光手段により上記測距用光を被写体に向けて投射した際の被写体からの反射光を受光して、その反射光の受光位置に応じた光電流を出力する一対の出力電極を備える光位置検出手段と、上記光位置検出手段が有する一対の出力電極のうち、一方の出力電極と接続された入力端子と所定電圧に固定された入力端子とを有する増幅回路と、上記光位置検出手段が有するもう一方の出力電極をオープン状態又は上記所定電圧と同じ大きさの電圧に固定された状態に切り換えるスイッチ手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、上記の目的を達成するために、本発明による測距装置は、被写体に向けて測距用光を投射する投光手段と、上記投光手段により上記測距用光を被写体に向けて投射した際の被写体からの反射光を受光して、その反射光の受光位置に応じた光電流を出力する一対の出力電極を備える光位置検出手段と、上記光位置検出手段が有する一対の出力電極のうち、一方の出力電極と接続された第１の入力端子と所定電圧に固定された第２の入力端子とを有する第１の増幅器と、上記光位置検出手段が有するもう一方の出力電極と接続された第１の入力端子と上記所定電圧と同じ大きさの電圧に固定された第２の入力端子とを有する第２の増幅器と、上記第２の増幅器が有する第１の入力端子をオープン状態又は上記所定電圧と同じ大きさの電圧に固定された状態に切り換えるスイッチ手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、上記の目的を達成するために、本発明による測距装置は、被写体に投射した光の反射信号光と背景光とが入射したときに、その入射位置に応じた一対の光電流信号を出力する光位置検出手段と、上記光位置検出手段から出力される光電流信号を積分する積分回路と、上記一対の光電流信号の和を上記積分回路によって積分した積分値と、上記一対の光電流信号の一方のみを上記積分回路によって積分した積分値との比を演算する演算手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。それに先立って、まず、本発明で用いるアクティブ方式の測距装置の原理について説明する。
【００１２】
アクティブ方式の測距には、被写体から反射してきた反射信号光の光量が測距装置から遠い距離の被写体では減少し、近い距離の被写体では増加するという、光量測距の原理に基づいて被写体の遠近の判断を行うものと、投受光レンズ間距離、所謂、基線長だけ隔てて配置された投受光素子を用いて三角測距の原理によって、より正確な遠近の判断を行うものの２種類がよく知られている。なお、アクティブ方式の測距には他にも、投射した光が反射してくるスピードによって被写体の距離を求めるレーダー方式などもある。しかし、このレーダー方式は回路が複雑なので、特別な用途では用いられるが、カメラのような携帯用機器で用いられることは少ない。
【００１３】
図３（Ａ）は、光投射型の三角測距の原理を説明するための測距装置の構成図である。測距時においては、赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）１からの赤外光が、投光レンズ２によって集光された後、対象物（被写体）３０に投射される。この後、対象物３０からの反射光が受光レンズ３を介して受光素子４で受光される。なお、この受光素子４には入射した光の光量及び光の入射位置に応じた光電流を出力する光位置検出素子（ＰＳＤ）を用いる。なお、ＰＳＤは、基線長方向に対して配置されており、その両端に２つの出力電極を有する。そして、ＰＳＤの両電極が同一の電位であるとき、各々の出力電極からは、光の入射位置と各々の電極との距離に応じた光電流が分流されて出力される。つまり、ＰＳＤの中央に光が入射したときには、１：１で分流されるので、ＰＳＤのそれぞれの電極からは等しい大きさの光電流が出力される。
【００１４】
ここで、ＰＳＤへの光の入射位置は被写体距離Ｌによって変化するので、入射位置ｘが検出できれば被写体距離Ｌを算出することができる。つまり、図に示すように、投光レンズ２と受光レンズ３との間の距離を基線長Ｂ、受光レンズの焦点距離をｆとし、受光レンズ３の光軸を原点としたときの反射光の入射位置をｘとすると、被写体距離Ｌに対して
ｘ＝Ｂ・ｆ／Ｌ                                        （式１）
の関係を持つ。Ｂ・ｆは設計時に決定される一定の値であるのでｘを検出することにより、被写体距離Ｌは、
Ｌ＝Ｂ・ｆ／ｘ                                        （式２）
となる。
【００１５】
ここで、ＰＳＤの何れか一方の出力電極が受光レンズ３の光軸上に存在するものとする。このとき、ＰＳＤの両電極間の長さをｔとし、ＰＳＤの両電極から出力される光電流の和をｉＰ０とすると、各電極から出力される光電流ｉＰ１及びｉＰ２は、それぞれ（式３）及び（式４）で表される。
ｉＰ１＝ｉＰ０・（ｘ／ｔ）                                （式３）
ｉＰ２＝ｉＰ０−ｉＰ１                                    （式４）
ここで、（式３）から、
ｘ＝（ｉＰ１／ｉＰ０）・ｔ                                （式５）
となる。つまり、ｘは光電流ｉＰ０及びｉＰ１を検出することによって求めることができる。なお、ｉＰ０は被写体距離Ｌの二乗に対して逆比例の関係を持つが、この関係は投光素子（ここではＩＲＥＤ）からの投光量が一定であり、かつ、被写体の反射率が一定のときにのみ成り立つ。
【００１６】
［第１の実施の形態］
次に本発明の第１の実施の形態について図１を参照して説明する。図１はアクティブ方式の光量測距と三角測距とを併用した測距装置である。ただし、ここでは光量測距の測距装置として三角測距の測距装置を利用している。
【００１７】
光量測距には、測距結果が電源に電池を使用した場合の電圧変化や被写体の反射率に依存してしまうという欠点がある。しかし、このような欠点は三角測距を用いて克服することができる。このことは前述の（式２）から明らかである。つまり、三角測距においては、（式２）のように被写体距離ＬがＢ、ｆ、及びｘのみで決まるので、正しいｘを求めることができれば正しい距離を算出することが可能である。しかし、被写体が遠距離に存在している場合には、受光素子への入射光量が減少するので正しいｘを求めることができない。このような場合には、単純な光量測距を用いて測距を行ったほうが、測距精度が向上する。
【００１８】
本実施の形態では、これらの２つの測距方式を適切に切り換えるために、トランジスタをスイッチとして用いて（以下、このトランジスタを含むスイッチ回路をスイッチ１３と称する）、演算増幅器（オペアンプ）６ｂの帰還ループのＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、受光素子（ＰＳＤ）４が出力する光電流を制御する。ここで、スイッチ１３は特許請求の範囲に記載の「スイッチ手段」に対応し、ＰＳＤ４は特許請求の範囲に記載の「光位置検出手段」に対応する。また、オペアンプ６ｂは特許請求の範囲に記載の「第２の増幅器」に対応する。
【００１９】
つまり、スイッチ１３のトランジスタのベース電流を低下させるとオペアンプ６ｂが「オープン状態」となる。このため、ＰＳＤ４からの光電流ｉｐは全てオペアンプ６ａ側に流れる。
【００２０】
図１において抵抗７、及びコンデンサ５ａ，５ｂはハイパスフィルタを構成している。このハイパスフィルタはＰＳＤ４からの出力光電流のうち、定常的に変化する成分（低周波成分）をカットして、交流的に変動する成分のみをオペアンプ６ａ側に通過させる。
【００２１】
つまり、スイッチ１４を連続的にＯＮ／ＯＦＦさせて、パルス的な赤外光をＩＲＥＤ１から被写体３０に投射した場合には、ＰＳＤ４で受光した被写体３０からの反射信号光のうち、パルス的に変調された成分のみがハイパスフィルタを通過する。以下、この変調成分の光電流をｉＰとする。一方、ＰＳＤ４に反射信号光と共に入射してくる太陽光や人工照明などの定常的な光成分はハイパスフィルタでカットされ、抵抗７を介してＧＮＤに流れる。ここで、ＩＲＥＤ１は特許請求の範囲に記載の「投光手段」に対応する。
【００２２】
ハイパスフィルタを通過した光電流ｉＰはトランジスタ８の増幅作用によって電流増幅率β倍に増幅された後、抵抗１１ａ，１１ｂ及びペアのｐｎｐトランジスタ９によって構成されたカレントミラー回路を介して積分コンデンサ１２に流入し、積分コンデンサ１２を充電する。ここで、ハイパスフィルタ、オペアンプ６ａ、及びトランジスタ８を含む回路が特許請求の範囲に記載の「増幅回路」に対応する。また、オペアンプ６ａは特許請求の範囲に記載の「第１の増幅器」に対応する。
【００２３】
なお、積分コンデンサ１２の充電、つまり、積分動作はカレントミラー回路をＯＦＦすることにより停止させることができるが、これはＣＰＵ１０のオープンドレイン出力端子１７（以下、ＩＮＴ端子１７と称する）をＯＮして抵抗１１ｂの電位を低下させればよい。更に、積分コンデンサ１２に蓄積された電荷を初期化する場合には、ＣＰＵ１０のオープンドレイン出力端子１８（以下、ＲＳＴ端子１８と称する）をＯＮして積分コンデンサ１２の両端を接地すればよい。ここで、積分コンデンサ１２及びこの積分コンデンサ１２の積分制御を行うＣＰＵ１０などを含む回路が特許請求の範囲に記載の「積分回路」に対応する。
【００２４】
また、前述したスイッチ１３やＩＲＥＤ１のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ１４も、それぞれＣＰＵ１０のオープンドレイン出力端子１９，２０（それぞれ、ＣＨ端子１９及びＩＲＥＤ端子２０と称する）を利用してＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能である。
【００２５】
ここで、ＣＰＵ１０にはワンチップマイクロコンピュータ等を用いる。近年のマイクロコンピュータは前述したオープンドレイン端子や、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路が内蔵されていることが多い。これらはＣＰＵ１０に内蔵されたＲＯＭに記録されたプログラムなどに従って、ＣＰＵ１０内部の制御部１６によって制御される。
【００２６】
また、オペアンプはその入力端子が内部のトランジスタのベース端子である。つまり、図１において、トランジスタ８のベースは光電流ｉＰ＝０の状態であっても、オペアンプ６ａの入力端子のベース電流ｉｂによって常にバイアスされた状態になっている。したがって、このときのトランジスタ８のコレクタ電流はβｉｂとなる。一方、ＩＲＥＤ１を発光させた場合には、トランジスタ８のベース電流がｉｂ＋ｉｐとなるので、トランジスタ８のコレクタ電流はβ（ｉｂ＋ｉＰ）となる。
【００２７】
また、本実施の形態において、オペアンプ６ａ，６ｂの＋側入力は所定電圧Ｖｒｅｆに固定されている。スイッチ１３がＯＮ、つまり、オペアンプ６ｂの帰還ループがＯＮしている間は、コンデンサ５ａ，５ｂのオペアンプ側の電位は何れも、オペアンプのイマジナリショート（仮想短絡）効果により同電位Ｖｒｅｆである。したがって、ＰＳＤ４で発生した光電流は、ＰＳＤ４に入射した反射信号光の入射位置に応じてｉＰ１とｉＰ２に分流し、その後、ハイパスフィルタ、オペアンプ６ａ、及びトランジスタ８で構成される増幅回路には光電流ｉＰ１が流れる。
【００２８】
一方、スイッチ１３がＯＦＦしてオペアンプ６ｂの帰還ループがＯＦＦすると、図３（Ｂ）のような等価回路となる。このとき、オペアンプ６ｂの−側端子はオープン状態となる。このため、ＰＳＤ４で発生した光電流は分流せずに、全てオペアンプ６ａ側に流れる。つまり、この場合には光電流の和ｉＰ０＝ｉＰ１＋ｉＰ２が増幅回路に流れる。
【００２９】
したがって、スイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦすることにより光電流ｉＰ０及びｉＰ１を検出すれば、前述の（式５）に従ってｘを求めることが可能である。なお、これらの電流値ｉＰ０及びｉＰ１は前述の積分コンデンサ１２の積分電圧ＶＩＮＴをＡ／Ｄ変換回路１５を介して読み込むことにより検出する。
【００３０】
つまり、図２に示すようなタイミングチャートに従ってＣＰＵ１０の各端子のｎチャネルトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御すれば、ＰＳＤ４からの出力光電流ｉＰの大きさに応じて積分電圧ＶＩＮＴがＶＩＮＴ０からＶＩＮＴ１まで増加する。なお、ＶＩＮＴ０はＩＲＥＤ１を発光させないで積分を行った場合の積分コンデンサ１２の積分電圧であり、ＶＩＮＴ１はＩＲＥＤ１を発光させて積分を行った場合の積分コンデンサ１２の積分電圧である。ここで、積分コンデンサ１２の容量をＣＩＮＴ、ＩＮＴ端子１７のオープン時間をｔＩＮＴ、積分回数をｐ回とすると、
ＶＩＮＴ０＝ｐ・βｉｂ・ｔＩＮＴ／ＣＩＮＴ                （式６）
ＶＩＮＴ１＝ｐ・β（ｉＰ＋ｉｂ）・ｔＩＮＴ／ＣＩＮＴ      （式７）
が成立する。これら（式６）、（式７）から、
ＶＩＮＴ１−ＶＩＮＴ０＝ｐ・βｉＰ・ｔＩＮＴ／ＣＩＮＴ    （式８）
となるので、ｐ、β、ｔＩＮＴ、及びＣＩＮＴを一定にしておけば、ＶＩＮＴ１−ＶＩＮＴ０を求めることにより光電流ｉＰを算出することができる。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、ＩＲＥＤ１の発光の有無、及び、ＣＨ端子１９のＯＮ／ＯＦＦ制御を切り換えて、図４に示すような、各々ｐ回の積分動作を１セットとする３セットの積分を行う。その後、ＣＰＵ１０に内蔵されているＡ／Ｄ変換回路１５を介して積分電圧Ｖ０、Ｖ１、及びＶ２を読み込む。次にこれらの積分電圧の値からＶ１−Ｖ０を求めることによりｉＰ０を、また、Ｖ２−Ｖ０を求めることによりｉＰ１を求める。これらを（式５）に代入してｘを求め、（式２）から被写体距離Ｌを算出する。
【００３２】
図５は、以上のような考え方に基づいた測距時の制御手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１〜Ｓ１３まではＣＨ端子１９を“Ｈ”レベル（ＯＦＦ）とした状態での積分である。ここでは、まずＣＨ端子１９を“Ｈ”レベルとした後（ステップＳ１）、ＲＳＴ端子１８を“Ｈ”レベルにしてＲＳＴ端子１８のリセット状態を解除し（ステップＳ２）、積分を開始させる（ステップＳ３）。次にＣＰＵ１０は所定時間ｔＩＮＴ経過後に、基準となる所定回数ｐ回の積分が行われたか否かを判定する（ステップＳ４）。まだ、所定回数ｐの積分が行われていないと判定した場合には、ステップＳ３に戻り積分を継続させる。一方、所定回数ｐの積分が行われたと判定したときには、そのときの積分コンデンサ１２の積分電圧Ｖ０をＡ／Ｄ変換回路１５を介して読み込む（ステップＳ５）。
【００３３】
積分電圧Ｖ０の読み込みが終了した後、ＲＳＴ端子１８を一旦、“Ｌ”レベルにして、積分コンデンサ１２に蓄積された電荷を初期化する。そして、再び、ＲＳＴ端子１８を“Ｈ”レベルに戻す（ステップＳ６）。同時に、ＩＲＥＤ１を発光させて積分を開始させる（ステップＳ７）。なお、ここでの積分は図４に示すように、ＩＲＥＤ１の発光タイミングと同期させて行う。所定時間ｔＩＮＴ経過後、ＣＰＵ１０は、所定回数ｐの積分が行われたか否かを判定する（ステップＳ８）。まだ、所定回数ｐの積分が行われていないと判定した場合には、ステップＳ７に戻り積分を継続させる。一方、所定回数ｐの積分が行われたと判定したときには、そのときの積分コンデンサ１２の積分電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換回路１５を介して読み込む（ステップＳ９）。
【００３４】
次のステップＳ１０〜Ｓ１４まではＣＨ端子１９を“Ｌ”レベル（ＯＮ）とした状態での積分である。ここでは、まずＣＨ端子１９を“Ｌ”レベルとした後（ステップＳ１０）、ＲＳＴ端子１８を一旦、“Ｌ”レベルにして、積分コンデンサ１２に蓄積された電荷を初期化する。そして、再び、ＲＳＴ端子１８を“Ｈ”レベルに戻す（ステップＳ１１）。同時に、ＩＲＥＤ１を発光させて積分を開始させる（ステップＳ１２）。なお、ここでの積分もＩＲＥＤ１の発光タイミングと同期させて行う。所定時間ｔＩＮＴ経過後、ＣＰＵ１０は、所定回数ｐの積分が行われたか否かを判定する（ステップＳ１３）。まだ、所定回数ｐの積分が行われていないと判定した場合には、ステップＳ１２に戻り積分を継続させる。一方、ステップＳ１３の判定において所定回数ｐの積分が行われたと判定したときには、そのときの積分コンデンサ１２の積分電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換回路１５を介して読み込む（ステップＳ１４）。
【００３５】
積分電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２を検出した後はこれらの値を利用して被写体の遠近を判定し、被写体距離Ｌを求める。以後の説明では、被写体までの距離が近い場合を近距離Ｌ０、被写体までの距離が遠い場合を遠距離Ｌ２、その間の距離を中距離Ｌ１とする。これらは、Ｌ０＜Ｌ１＜Ｌ２の関係を有する。
【００３６】
まず、Ｖ１−Ｖ０、つまり、ｉＰ０を計算する。そして、この計算値が所定値ΔＶ（特許請求の範囲に記載の所定量）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１５）。Ｖ１−Ｖ０が所定値ΔＶよりも小さいと判定した場合には、被写体距離Ｌが遠距離Ｌ２であると判定して（ステップＳ１６）、本フローチャートの制御を終了する。この場合には、光量測距によって被写体距離を求めることになる。
【００３７】
一方、ステップＳ１５の判定において、Ｖ１−Ｖ０が所定値ΔＶ以上であると判定した場合には、三角測距により被写体距離を求めることができる。この場合には、更にＶ２−Ｖ０を計算する。そして、Ｖ２−Ｖ０とＶ１−Ｖ０の比、即ち、ｉＰ１／ｉＰ０を求める。次に、この比が所定の判定値Ｒ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１７）。この比を求める演算が特許請求の範囲に記載の「演算手段」に対応する。このステップＳ１７の判定の結果、ｉＰ１／ｉＰ０が判定値Ｒ１よりも小さいと判定した場合には、中距離Ｌ１であると判定して（ステップＳ１８）、本フローチャートの制御を終了する。一方、ステップＳ１７の判定において、ｉＰ１／ｉＰ０が判定値Ｒ１以上であると判定した場合には、近距離Ｌ０と判定して（ステップＳ１９）、本フローチャートの制御を終了する。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＰＵ１０に一般的に内蔵されている機能と、単純な汎用部品のみで、被写体の反射率や電池電圧の変化の影響を受けにくい、三角測距方式を用いた測距装置を提供することができる。汎用のオペアンプは２個を１パッケージとして構成されたものが多い。また、抵抗を含むトランジスタ回路（スイッチ１３やスイッチ１４）や２個で１セットとなった複合トランジスタ（トランジスタ９等）も廉価、かつ、小型のものが種々提案されている。このため、測距装置を低コストで製造でき、省スペース化にも繋がる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態では、カレントミラー回路を省略して、代わりにアナログスイッチ１２ａを用いて積分のＯＮ／ＯＦＦを行うものである。また、抵抗１２ｂには高抵抗を用いている。この抵抗１２ｂは時間の経過に従って積分コンデンサ１２から電荷を放電させるための放置リセット用の抵抗である。
【００４０】
この図６の回路においては、アナログスイッチ１２ａをＩＲＥＤ１の発光に同期させてＯＮすることにより、積分コンデンサ１２には光電流に応じた電圧が発生する。この電圧をＣＰＵ１０に内蔵の図示しないＡ／Ｄ変換回路を介して読み込んで光電流の検出を行う。
【００４１】
なお、本実施の形態では、２個で１パッケージとなったアナログスイッチを有効に利用するために、ＰＳＤ４から出力される光電流の分流用にアナログスイッチ１３ａを用いている。このアナログスイッチ１３ａは前述のスイッチ１３に対応するものであり、アナログスイッチ１３ａをＯＮすることによりＰＳＤ４の出力光電流はｉＰ１とｉＰ２とに分流する。一方、アナログスイッチ１３ａをＯＦＦすれば、ＰＳＤ４の出力光電流は分流せず、光電流の和ｉＰ０（＝ｉＰ１＋ｉＰ２）が増幅回路に流れ込む。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態では、カレントミラー回路を用いずに前述の第１の実施の形態と同様の動作を行わせることができる。
【００４３】
［第３の実施の形態］
次に本発明の第３の実施の形態について図７を用いて説明する。この第３の実施の形態は、オペアンプを用いずに、トランジスタ（トランジスタ３０，トランジスタ３２）及び抵抗（抵抗３１，抵抗３３）のみで回路を構成した例である。前述のオペアンプを用いた例では、＋側端子を基準の所定電圧Ｖｒｅｆに固定したオペアンプのイマジナリショート効果により、光電流が入力されるオペアンプ６ａの−側の端子も所定電圧Ｖｒｅｆに固定していた。しかし、本実施の形態ではＶＣＣとＶＢＥの電位に対してＰＳＤ４からの光電流が流れることになる。
【００４４】
ＣＰＵ１０は接地スイッチ３４をＯＮ／ＯＦＦ制御することによりＰＳＤ４の出力光電流を制御する。つまり、接地スイッチ３４を接地状態としない場合には、トランジスタ３０ｂ及び３２ｂがＯＦＦする。これにより、ＰＳＤ４からの出力光電流は全てトランジスタ３０ａ側に流入する。一方、接地スイッチ３４を接地状態とした場合には、トランジスタ３０ａ及び３２ｂのベース電位が等しくなり、ＰＳＤ４からの出力光電流はｉＰ１とｉＰ２とに分流する。その結果、光電流ｉＰ１のみが増幅回路で増幅される。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態では、オペアンプを用いずに前述の第１及び第２の実施の形態と同様の動作を行わせることができる。
【００４６】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本第４の実施の形態は、その構成は第１の実施の形態と同様であるが、ＣＰＵ１０による測距時、特に積分制御の制御手順が異なっている。
【００４７】
前述した制御手順では１セット目から３セット目まで、全て同じ積分回数ｐで積分制御を行うようになっているので、反射率の高い被写体の場合、つまり、反射信号光の光量が大きい場合であっても積分電圧が飽和しないような積分回数を設定する必要がある。しかし、この場合、被写体の反射率が低いときには積分電圧が低くなってしまう。このときには、低いＳ／Ｎ比で測距を行うことになり測距精度の劣化が危惧される。
【００４８】
そこで、本実施の形態では図８のようなタイミングチャートに従った制御を行う。図８において、まず、ＣＨ端子１９を“Ｈ”とした状態で１セット目と２セット目の積分を行う。この１セット目と２セット目の積分における積分回数は、投光光量のばらつきや増幅率のばらつきによる誤差を考慮して、積分電圧が確実に飽和しないような所定の積分回数ｑに設定しておく。そして、１セット目のＩＲＥＤ１の発光無しの積分と２セット目のＩＲＥＤ１の発光有りの積分を行う。その後、２セット目の積分で得られた積分電圧Ｖ１の大きさに応じて次の３セット目の積分回数ｒを決定し、３セット目の積分を行う。この３セット目の積分回数ｒの決定方法については後に述べる。
【００４９】
このようにして３セット目の積分制御を行うようにすることで、反射率が高い被写体であっても積分電圧を飽和させずに積分を行うことができ、かつ、反射率が低い被写体であっても十分なＳ／Ｎ比を確保して測距を行うことが可能となる。図９は、本実施の形態における測距時の制御手順を示すフローチャートである。
【００５０】
図９において、積分電圧Ｖ０及びＶ１を取得するステップＳ４０〜Ｓ４８までは前述の図５と同様であるが、簡単に説明する。まず、ＣＨ端子１９を“Ｈ”とした状態で、ＩＲＥＤ１を発光させずに積分回数ｑ回の積分を行って積分電圧Ｖ０を取得する。次に、ＩＲＥＤ１を発光させて積分回数ｑ回の積分を行い、積分電圧Ｖ１を取得する。
【００５１】
積分電圧Ｖ１を取得した後、ＣＨ端子１９を“Ｌ”に切り替える（ステップＳ４９）。次に３セット目の積分回数ｒを算出する（ステップＳ５０）。ここで、３セット目の積分回数ｒを求める方法を図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）を用いて説明する。
【００５２】
図１０（Ａ）は３セット目の積分回数ｒを演算によって求める方法である。つまり、積分コンデンサ１２の飽和電圧をＶｓａｔとすると、図８に示すように積分電圧Ｖ１とＶ２はその傾きが等しいので、積分コンデンサ１２が飽和しない積分回数ｒは次式で求めることができる。
ｒ＝ＩＮＴ（Ｖｓａｔ・ｑ・α・／Ｖ１）                    （式９）
ここで、ＩＮＴは括弧の中の整数部を取り出すという意味である。また、αはＶｓａｔに対する余裕率であり１以下の値を用いる。例えば、積分電圧Ｖ２を飽和電圧Ｖｓａｔの８０％にする場合には、α＝０．８となる。（式９）により積分回数ｒが設定された後は図１０（Ａ）のフローチャートを抜けて、図９のステップＳ５１以後の制御を行う。
【００５３】
一方、図１０（Ｂ）はＶ１の値を所定の判定値ＶＲと比較し、この比較結果に基づいて、予め設定された積分回数ｒ１及びｒ２のうちの何れかを３セット目の積分回数として選択するものである。ここで、積分回数ｒ１及びｒ２はｒ１＞ｒ２の関係を持つものとする。
【００５４】
つまり、Ｖ１が得られた後、このＶ１が所定の判定値ＶＲよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７０）。このステップＳ７０の判定の結果、Ｖ１がＶＲよりも小さいと判定した場合には、積分回数をより多く設定できるｒ１を積分回数ｒとした後（ステップＳ７１）、このフローチャートを抜けて、図９のステップＳ５１以後の制御を行う。一方、ステップＳ７０の判定の結果、Ｖ１がＶＲ以上であると判定した場合にはｒ２を積分回数ｒとした後（ステップＳ７２）、このフローチャートを抜けて、図９のステップＳ５１以後の制御を行う。
【００５５】
ここで、再び図９の説明に戻る。ステップＳ５０において積分回数ｒが設定された後、ＲＳＴ端子１８を一旦、“Ｌ”レベルにして、積分コンデンサ１２に蓄積された電荷を初期化する。そして、再び、ＲＳＴ端子１８を“Ｈ”レベルに戻す（ステップＳ５１）。同時に、ＩＲＥＤ１を発光させて積分を開始させる（Ｓステップ５２）。所定時間ｔＩＮＴ経過後、ＣＰＵ１０は、所定回数ｒ回の積分が行われたか否かを判定する（ステップＳ５３）。まだ、所定回数ｒの積分が行われていないと判定した場合には、ステップＳ５２に戻り積分を継続させる。一方、所定回数ｒの積分が行われたと判定したときには、そのときの積分コンデンサ１２の積分電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換回路１５を介して読み込む（ステップＳ５４）。
【００５６】
積分電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２を求めた後はこれらの値を利用して被写体距離Ｌを算出する。まず、Ｖ１−Ｖ０を計算して、この計算値が所定値ΔＶよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５５）。Ｖ１−Ｖ０が所定値ΔＶよりも小さいと判定した場合には、被写体距離Ｌが遠距離Ｌ２であると判定して（ステップＳ５６）、本フローチャートの制御を終了する。
【００５７】
一方、ステップＳ５５の判定において、Ｖ１−Ｖ０が所定値ΔＶ以上であると判定した場合には、三角測距により被写体距離を求めることができる。ただし、Ｖ０及びＶ１は積分回数がｑ回でのＡ／Ｄ値である。そこで、積分回数をｒ回とした場合の値に換算するためにＶ０及びＶ１の値にｒ／ｑを乗じたＶ０´（＝Ｖ０・ｒ／ｑ）及びＶ１´（＝Ｖ１・ｒ／ｑ）を以後の演算に用いる。なお、Ｖ２はそのままである。また、図５の所定の判定値Ｒ１は比を示す値であるので、積分回数の影響はない。そこで、ここでは、第１の実施の形態と同じ判定値Ｒ１を用いている。
【００５８】
そして、Ｖ２−Ｖ０´を計算する。次に、Ｖ２−Ｖ０´とＶ１´−Ｖ０´との比を求める。次に、この比がＲ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５７）。このステップＳ５７の判定の結果、Ｖ２−Ｖ０´とＶ１´−Ｖ０´との比がＲ１よりも小さいと判定した場合には、中距離Ｌ１であると判定して（ステップＳ５８）、本フローチャートの制御を終了する。一方、ステップＳ５７の判定において、Ｖ２−Ｖ０´とＶ１´−Ｖ０´との比がＲ１以上であると判定した場合には、近距離Ｌ０と判定して（ステップＳ５９）、本フローチャートの制御を終了する。
【００５９】
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施形態における測距時の制御手順を図１１のフローチャートに示す。
【００６０】
この図１１のフローチャートは、図９のステップＳ５５に相当する遠距離の判定を行う処理を、積分電圧Ｖ１を読み込んだ後すぐに行うものである。つまり、図１１において、積分電圧Ｖ１のＡ／Ｄ読み込みが終了した後（ステップＳ８８）、Ｖ１−Ｖ０を計算して、この計算値が所定値ΔＶよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ８９）。このステップＳ８９の処理が特許請求の範囲に記載の「遠距離判定手段」の機能に対応するものである。
【００６１】
Ｖ１−Ｖ０が所定値ΔＶよりも小さいと判定した場合には、被写体距離Ｌが遠距離Ｌ２であると判定して（ステップＳ９０）、本フローチャートの制御を終了する。
【００６２】
一方、ステップＳ８９の判定の結果、Ｖ１−Ｖ０が所定値ΔＶ以上であると判定した場合には、ＣＨ端子１９を“Ｌ”に切り換えた後（ステップＳ９１）、３セット目の積分を開始する。なお、この３セット目の積分制御は図９のステップＳ５９〜Ｓ５４及びステップＳ５７〜Ｓ５９と同様であるので説明を省略する。
【００６３】
以上説明した図１１のフローチャートに従って制御を行えば、被写体が遠距離に存在する場合にはステップＳ８９からステップＳ９０に分岐する。この場合には図９のステップＳ４９〜Ｓ５４に相当するステップＳ９１〜Ｓ９６までの動作が行われないので、測距時間を短縮することができるだけでなく、余計なＩＲＥＤ発光をする必要がなく省エネルギー化にも繋がる。
【００６４】
なお、図１１のフローチャートは図９のフローチャートにおけるステップＳ５５をステップＳ４９の前に移動させたものであるが、第１の実施の形態に本第５の実施の形態を適用する、つまり、図５のフローチャートにおけるステップＳ１５をステップＳ１０の前に移動させても第５の実施の形態の効果が得られることは勿論である。
【００６５】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、汎用性が高く、廉価で高精度の測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る測距装置の回路構成図である。
【図２】積分電圧から光電流を算出する方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】三角測距方式による測距装置の回路構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における測距時のタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態における測距時の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る測距装置の回路構成図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る測距装置の回路構成図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における測距時のタイミングチャートである。
【図９】本発明の第４の実施の形態における測距時の制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】３セット目の積分回数を求める手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第５の実施の形態における測距時の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】１…赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）、２…投光レンズ、３…受光レンズ、４…受光素子（ＰＳＤ）、５ａ，５ｂ…コンデンサ、６ａ，６ｂ…演算増幅器（オペアンプ）、７，１１ａ，１１ｂ，１２ｂ…抵抗、８，９，３０ａ，３０ｂ…トランジスタ、１０…ＣＰＵ、１２…積分コンデンサ、１３，１４…スイッチ、１２ａ，１３ａ…アナログスイッチ、１５…アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、１６…制御部、１７…ＩＮＴ端子、１８…ＲＳＴ端子、１９…ＣＨ端子、２０…ＩＲＥＤ端子、３４…接地スイッチ
【図１】
2004245780.tif 000003
【図２】
2004245780.tif 000004
【図３】
2004245780.tif 000005
【図４】
2004245780.tif 000006
【図５】
2004245780.tif 000007
【図６】
2004245780.tif 000008
【図７】
2004245780.tif 000009
【図８】
2004245780.tif 000010
【図９】
2004245780.tif 000011
【図１０】
2004245780.tif 000012
【図１１】
2004245780.tif 000013