(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距対象物に向けて光束を投光する投光手段と、
前記測距対象物に投光された前記光束の反射光を受光し前記測距対象物までの距離に応じた出力信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の前記出力信号に応じて積分コンデンサに対し充電又は放電を行う積分手段と、
前記投光手段による投光、前記受光手段による受光及び前記積分手段による積分を一定回数繰り返す測距動作の終了後、前記積分コンデンサの電圧をＡ／Ｄ変換する変換手段と、
を備えて構成され、
前記測距動作の繰り返し回数を異ならせて前記測距動作を複数回繰り返して行い、前記各測距動作の終了後の前記Ａ／Ｄ変換にて得られた各Ａ／Ｄ変換値の平均値に基づいて前記距離を検出すること、
を特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記各測距動作における前記投光手段による投光、前記受光手段による受光及び前記積分手段による積分の繰り返し回数は、前記Ａ／Ｄ変換値が異なる値となるように設定されていること、
を特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記各測距動作における前記投光手段による投光、前記受光手段による受光及び前記積分手段による積分の繰り返し回数は、前記Ａ／Ｄ変換値における変換誤差が異なる値となるように設定されていること、
を特徴とする請求項１又は２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、測距対象物までの距離を測定する測距装置に関し、特に、カメラ等に用いられるアクティブ型の測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラ等に用いられるアクティブ型の測距装置としては、特開平１０−２７４５２４号公報に記載されるように、測距対象物での反射光を受けてその測距対象物までの距離に応じた近側信号及び遠側信号を出力する受光手段を有し、その遠側信号と予め設定されるクランプ信号とを大小比較し、その比較により大きい信号と近側信号との比から出力比信号を算出し、その出力比信号の値に基づいて異なる変換式により出力比信号を距離信号に変換するものが知られている。
【０００３】
この測距装置は、回路規模を大きくすることなく、かつ、短時間に従来の光量測距併用方式と同程度の測距結果を得て、測距対象物までの距離が大きくても一意的かつ安定に距離を求めようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の測距装置において、複数回の発光動作により出力比信号を繰り返し算出し、それらの出力比信号に応じて積分コンデンサに充電することが考えられる。この場合、この積分コンデンサの充電電圧をＣＰＵにより処理するためにＡ／Ｄ変換を行い、そのＡ／Ｄ変換値に基づいて測距対象物までの距離を算出することができる。
【０００５】
しかしながら、Ａ／Ｄ変換の際にＡ／Ｄ分割数のあらさによる変換誤差が生ずるおそれがある。また、測距動作を複数回行い、その平均をとって測距結果とする測距装置では、Ａ／Ｄ変換の際の変換誤差が重畳されて大きな誤差となるおそれがある。
【０００６】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、Ａ／Ｄ変換の変換誤差の低減を図り測距精度の向上が図れる測距装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る測距装置は、測距対象物に向けて光束を投光する投光手段と、測距対象物に投光された光束の反射光を受光し測距対象物までの距離に応じた出力信号を出力する受光手段と、受光手段の出力信号に応じて積分コンデンサに対し充電又は放電を行う積分手段と、投光手段による投光、受光手段による受光及び積分手段による積分を一定回数繰り返してなる測距動作の終了後、積分コンデンサの電圧をＡ／Ｄ変換する変換手段とを備えて構成され、測距動作の繰り返し回数を異ならせて測距動作を複数回繰り返して行い、各測距動作の終了後のＡ／Ｄ変換にて得られた各Ａ／Ｄ変換値の平均値に基づいて距離を検出することを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る測距装置は、各測距動作における投光手段による投光、受光手段による受光及び積分手段による積分の繰り返し回数が、Ａ／Ｄ変換値が異なる値となるように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
更に本発明に係る測距装置は、各測距動作における投光手段による投光、受光手段による受光及び積分手段による積分の繰り返し回数は、Ａ／Ｄ変換値における変換誤差が異なる値となるように設定されていることを特徴とする。
【００１０】
これらの発明によれば、各測距動作における繰り返し回数を異ならせることにより、Ａ／Ｄ変換の際に生ずる変換誤差がばらつくため、変換誤差が大きくなることを防止できる。従って、測距精度の向上が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の種々の実施形態について説明する。尚、各図において同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１２】
図１に本実施形態に係る測距装置の構成図を示す。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る測距装置１００には、ＣＰＵ１が設けられている。ＣＰＵ１は、測距装置１００を備えるカメラ全体の制御を行うものであり、ＥＥＰＲＯＭ２に予め記憶されているプログラム及びパラメータに基づいて測距装置１００を含むカメラ全体の制御を行う。
【００１４】
測距装置１００には、ＩＲＥＤ（赤外線発光ダイオード）４が設けられている。ＩＲＥＤ４は、発光により測距対象物へ投光ビームを投光する投光手段として機能する。このＩＲＥＤ４は、ドライバ３を介してそれぞれＣＰＵ１に接続されており、ＣＰＵ１に発光制御されている。
【００１５】
ドライバ３は、カメラに内蔵されるバッテリ（図示なし）の電源供給を受けＣＰＵ１の制御信号に従って、ＩＲＥＤ４のほか、ＡＦＩＣ１０などのカメラの構成部品に電源供給を行うものであり、例えばドライバＩＣなどが用いられる。
【００１６】
また、測距装置１００には、ＰＳＤ（位置検出素子）５が設けられている。ＰＳＤ５は、各ＩＲＥＤ４から測距対象物に投光された投光ビームの各反射ビームを受光する受光手段として機能するものである。
【００１７】
更に、測距装置１００には、自動焦点用ＩＣ（以下「ＡＦＩＣ」という。）１０が設けられている。ＡＦＩＣ１０は、ＰＳＤ５の出力信号を処理する信号処理手段として機能するものであり、このＡＦＩＣ１０の動作はＣＰＵ１により制御され、ＡＦＩＣ１０から出力されるＡＦ信号（積分信号）はＣＰＵ１に入力される。
【００１８】
ＩＲＥＤ４から赤外光である投光ビームが出射されると、その投光ビームはＩＲＥＤ４の前面に配置された投光レンズ（図示せず）を介して測距対象物に投光される。その投光ビームの一部が反射され、ＰＳＤ５の前面に配置された受光レンズ（図示せず）を介してＰＳＤ５の受光面上の何れかの位置で受光される。この受光位置は、測距対象物までの距離に応じたものである。そして、ＰＳＤ５は、その受光位置に応じた２つの信号Ｉ1及びＩ2を出力する。
【００１９】
信号Ｉ1は、受光光量が一定であれば距離が近いほど大きな値となる近側信号であり、信号Ｉ2は、受光光量が一定であれば距離が遠いほど大きな値となる遠側信号である。信号Ｉ1及びＩ2の和は、ＰＳＤ５が受光した反射光の光量を表す。近側信号Ｉ1はＡＦＩＣ１０のＰＳＤＮ端子に入力され、遠側信号Ｉ2はＡＦＩＣ１０のＰＳＤＦ端子に入力される。ただし、実際には外界条件により近側信号Ｉ1 及び遠側信号Ｉ2それぞれに定常光成分Ｉ0が付加された信号がＡＦＩＣ１０に入力される。
【００２０】
ＡＦＩＣ１０は、集積回路（ＩＣ）であって、第１信号処理回路１１、第２信号処理回路１２、演算回路１４及び出力回路１５を備えて構成されている。
【００２１】
第１信号処理回路１１は、ＰＳＤ５から出力された信号Ｉ1＋Ｉ0の入力を受け、その信号に含まれる定常光成分Ｉ0を除去して近側信号Ｉ1を出力する。また、第２信号処理回路１２は、ＰＳＤ５から出力された信号Ｉ2＋Ｉ0の入力を受け、その信号に含まれる定常光成分Ｉ0を除去して遠側信号Ｉ2を出力する。
【００２２】
演算回路１４は、第１信号処理回路１１から出力された近側信号Ｉ1と、第２信号処理回路１２から出力された遠側信号Ｉ2との入力を受け、出力比（Ｉ1／（Ｉ1＋Ｉ2））を演算し、その結果を表す出力比信号を出力する。なお、この出力比（Ｉ1／（Ｉ1＋Ｉ2））は、ＰＳＤ５の受光面上の受光位置、即ち測距対象物までの距離を表す。
【００２３】
出力回路１５は、この出力比信号の入力を受け、ＡＦＩＣ１０のＣＩＮＴ端子に接続された積分コンデンサ６とともにその出力比を多数回積算する積分手段であり、これによりＳ／Ｎ比の改善が図られる。このとき、積分コンデンサ６への出力比の積算は、放電した状態の積分コンデンサ６に出力比信号に応じて徐々に充電していくことにより行われる。
【００２４】
そして、その積算された出力比は、ＡＦ信号（積分信号）としてＡＦＩＣ１０のＳＯＵＴ端子から出力される。ＣＰＵ１は、ＡＦＩＣ１０から出力されたＡＦ信号の入力を受け、所定の演算を行ってＡＦ信号を距離信号に変換し、その距離信号をレンズ駆動回路７に送出する。レンズ駆動回路７は、その距離信号に基づいて撮影レンズ８を合焦動作させる。
【００２５】
図２にＡＦＩＣ１０の第１信号処理回路１１、出力回路１５の具体的な構成図を示す。なお、第２信号処理回路１２も、第１信号処理回路１１と同様な回路構成を有している。
【００２６】
図２に示すように、第１信号処理回路１１は、ＰＳＤ５から出力された定常光成分Ｉ0を含む近側信号Ｉ1を入力し、定常光成分Ｉ0を除去して、近側信号Ｉ1を出力するものである。ＰＳＤ５の近距離側端子から出力される電流（Ｉ1＋Ｉ0）は、ＡＦＩＣ１０のＰＳＤＮ端子を経て、第１信号処理回路１１のオペアンプ２０の−入力端子に入力される。オペアンプ２０の出力端子はトランジスタ２１のベース端子に接続されており、トランジスタ２１のコレクタ端子は、トランジスタ２２のベース端子に接続されている。トランジスタ２２のコレクタ端子には、オペアンプ２３の−入力端子が接続され、このコレクタ端子には圧縮ダイオード２４のカソード端子が接続されている。また、オペアンプ２３の＋入力端子には圧縮ダイオード２５のカソード端子が接続されており、圧縮ダイオード２４及び２５のそれぞれのアノード端子には第１基準電源２６が接続されている。
【００２７】
また、ＡＦＩＣ１０のＣＨＦ端子には、定常光除去コンデンサ２７が外付けされている。この定常光除去コンデンサ２７は、第１信号処理回路１１内の定常光除去用トランジスタ２８のベース端子に接続されている。定常光除去コンデンサ２７とオペアンプ２３は、スイッチ２９を介して接続されており、このスイッチ２９のオンオフはＣＰＵ１により制御される。定常光除去用トランジスタ２８のコレクタ端子はオペアンプ２０の−入力端子に接続されており、トランジスタ２８のエミッタ端子は他端が接地された抵抗３０に接続されている。
【００２８】
一方、図２において、出力回路１５は、ＡＦＩＣ１０のＣINT端子に外付けされた積分コンデンサ６を備えている。積分コンデンサ６は、スイッチ６０を介して演算回路１４の出力端子に接続され、スイッチ６２を介して定電流源６３に接続され、スイッチ６４を介して接地されている。これらのスイッチ６０、６２及び６４は、ＣＰＵ１からの制御信号により制御される。スイッチ６２がオンすることにより、定電流源６３から積分コンデンサ６に充電が行える。一方、スイッチ６４をオンすることにより、積分コンデンサ６を放電することができる。
【００２９】
次に、本実施形態に係る測距装置の動作について説明する。
【００３０】
図３に測距装置の動作に係るタイミングチャートを示し、図４に測距装置の動作時における積分コンデンサの充電電圧を示す。
【００３１】
シャッタレリーズなどのカメラ操作により、測距ルーチンの制御処理が開始され、コントロール信号に従って制御処理が順次行われる。コントロール信号は、ＣＰＵ１からＡＦＩＣ１０のＣＯＮＴ端子に入力される制御信号であり、図３のＣＯＮＴに示すように、先行する六つのパルス（Ｐ１〜Ｐ６）と、それに次いで入力される積分動作のためのパルス（Ｐ１０、Ｐ２０）とによりなる信号である。
【００３２】
ＡＦＩＣ１０にドライバ３から電源供給が開始されると、その電源供給を受けて積分コンデンサ６の急速充電が行われる。そして、コントロール信号のパルスＰ１の立ち下がり時に積分コンデンサ６の急速充電を終了し、積分コンデンサ６の放電が行われる。
【００３３】
そして、コントロール信号のパルスＰ３の立ち下がり時に補正積分が行われる。補正積分は、積分コンデンサ６に一定時間に一定電流を流すことにより行われる。
この補正積分は、コントロール信号のパルスＰ４の立ち下がりにより終了する。
【００３４】
そして、積分コンデンサ６の充電電圧がＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ１に読み込まれる。ＣＰＵ１では、Ａ／Ｄ変換された電圧値から積分コンデンサ６の容量を算出する。この実測の容量に基づいて測距演算結果に補正を行うことにより、測距精度の向上が図られる。そして、パルスＰ５の入力により積分コンデンサ６が放電される。
【００３５】
そして、コントロール信号のパルスＰ１０の立ち上がり時からパルスＰ２０の立ち上がり時までの期間では定常光除去コンデンサ２７の充放電がホールドされ、パルスＰ１０の立ち下がり時からパルスＰ２０の立ち上がり時までの期間ではスイッチ６０がオンされ積分コンデンサ６へ出力比信号に応じた充電が行われる。
【００３６】
このコントロール信号のパルスＰ１０、Ｐ２０の入力により、ＩＲＥＤ４による投光が一回行われ、それに従い積分コンデンサ６に充電が行われる。そして、コントロール信号のパルスＰ１０、Ｐ２０が繰り返し入力されることにより、積分コンデンサ電圧が上昇していく。
【００３７】
そして、図４に示すように、一定回数のＩＲＥＤ４の投光が行われると、積分コンデンサ６が一度Ｖｃｃまで充電され、その後、放電された後、再度測距動作が行われる。ここでいう「測距動作」とは、ＩＲＥＤ４の投光、ＰＳＤ５の受光、積分コンデンサ６への充電の各工程を一定回数繰り返す動作をいう。この測距動作は、一回の測距ルーチンにおいて複数回行われ、例えば、３回行われる。
【００３８】
このとき、各測距動作におけるＩＲＥＤ４の投光、ＰＳＤ５の受光、積分コンデンサ６への充電の各工程の繰り返し回数は、異なる回数とされる。一回目の繰り返し回数をＮ１、二回目の繰り返し回数をＮ２、三回目の繰り返し回数をＮ３とすると、例えば、Ｎ１が１０７回、Ｎ２が１１０回、Ｎ３が１１３回に設定される。
【００３９】
また、この繰り返し回数は、測距動作の終了後における積分コンデンサ６の充電電圧をＡ／Ｄ変換（アナログ・デジタル変換）して得られたＡ／Ｄ変換値が異なる値となるように設定するのが望ましい。
【００４０】
更に、より望ましくは、繰り返し回数が、Ａ／Ｄ変換値における変換誤差が異なる値となるように設定される。
【００４１】
そして、各測距動作の終了ごとに、積分コンデンサ６の充電電圧がＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ１に読み込まれる。全ての測距動作を終了したら、各測距動作における積分コンデンサ６の充電電圧のＡ／Ｄ変換値に基づいて測距対象物までの距離が算出される。なお、測距動作において、積分コンデンサ６の積分工程は、積分コンデンサ６に一定の電圧を予め充電しておき、出力比信号に応じた電圧を繰り返し放電するものであってもよい。
【００４２】
次に、本実施形態に係る測距装置により実際に測距を行った測距結果について説明する。
【００４３】
図５に本実施形態に係る測距装置の測距結果を示す。図６に各測距動作における繰り返し回数（発光回数）を同じとした場合の測距結果を示す。なお、図５、図６の測距は、測距装置から測距対象物までの距離を９０７ｍｍとし、Ａ／Ｄ分割数を２５６分割としてＡ／Ｄ変換を行った結果を示してある。なお、Ａ／Ｄ変換結果（Ａ／Ｄ変換値）は、積分コンデンサ６の電圧値が連続的な値をとるのに対し、離散的な値をとるものである。
【００４４】
図５に示すように、本実施形態に係る測距装置では、１回目の測距動作の繰り返し回数を１０７回、２回目の測距動作の繰り返し回数を１１０回、３回目の測距動作の繰り返し回数を１１３回とし、各測距動作の繰り返し回数を異ならせて測距を行っている。
【００４５】
このため、各測距動作の終了後における積分コンデンサ（積分Ｃ）の電圧値は、１回目が１４６９．５４ｍＶ、２回目が１５１０．７４ｍＶ、３回目が１５５１．９４ｍＶとなり、それぞれ異なる電圧値となっており、これら１〜３回目の電圧平均値は１５１０．７４ｍＶである。また、その電圧値のＡ／Ｄ変換値（Ａ／Ｄ変換結果）も１回目〜３回目の各カウント値が異なるものとなっている。しかしながら、Ａ／Ｄ変換値の平均値から逆算した積分コンデンサ６の電圧平均値は１５１０．８１ｍＶであり、実際の積分コンデンサの電圧平均値とほとんど誤差が生じていない。
【００４６】
一方、図６に示すように、１回目から３回目までの測距動作の繰り返し回数を１１０回として測距した場合には、各測距動作の終了後における積分コンデンサ（積分Ｃ）の電圧値は、１回目から３回目まで全て１５１０．７４ｍＶである。また、その電圧値のＡ／Ｄ変換値（Ａ／Ｄ変換結果）も１回目〜３回目の各カウント値が全て９４となっている。このＡ／Ｄ変換値から逆算した積分コンデンサ６の電圧平均値は１５０５．４７ｍＶであり、実際の積分コンデンサの電圧平均値である１５０５．４７ｍＶと５．５ｍＶの誤差を生じている。
【００４７】
この誤差の原因は、図７に示すように、各測距動作における繰り返し回数（発光回数）を同じにした場合には、測距動作を繰り返してもＡ／Ｄ変換による誤差を低減できず、誤差がそのまま測距結果に上乗せされてしまうからである。
【００４８】
一方、図８に本実施形態に係る測距装置のように、各測距動作における繰り返し回数を異ならせる場合には、Ａ／Ｄ変換による誤差が適当にばらついて相殺され、その誤差が重畳して大きな誤差が生ずることが防止される。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る測距装置によれば、各測距動作における繰り返し回数を異ならせることにより、Ａ／Ｄ変換の際に生ずる変換誤差がばらつくため、変換誤差が大きくなることを防止できる。従って、測距精度の向上が図れる。
【００５０】
なお、本実施形態において、測距動作を複数回行う場合、図９に示すように、一回目の測距動作における積分コンデンサ６の充電時間ｔａ１に対し、二回目以降の測距動作における積分コンデンサ６の充電時間ｔａ２、ｔａ３を短くすることが望ましい。
【００５１】
また、一回目の測距動作における補正積分の時間ｔｂ１に対し、二回目以降の測距動作における補正積分の時間ｔｂ２、ｔｂ３を短くすることが望ましい。
【００５２】
このように、二回目以降の測距動作における積分コンデンサ６の充電時間及び補正積分の時間を短くすることにより、測距時間を短くしてタイムパララックスを低減させることができる。
【００５３】
また、複数回連続して測距動作を行う場合には、補正積分は一回目の結果を共通して用いることができる。このため、二回目以降の測距動作における補正積分を省略してもよい。本実施形態に係る測距装置では、コントロール信号のパルス入力に従って制御処理が進行するため、二回目以降の測距動作では補正積分の時間を短くしている。
【００５４】
また、一回目の測距動作における急速充電（図９中の時間ｔａ１の充電）により、積分コンデンサ６の誘電体吸収は除去されている。このため、二回目以降の測距動作における急速充電を省略してもよい。本実施形態に係る測距装置では、コントロール信号のパルスに従ってシーケンスが進行するため、二回目以降の測距動作では急速充電の時間（ｔａ２、ｔａ３）を短くしている。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各測距動作における繰り返し回数を異ならせることにより、Ａ／Ｄ変換の際に生ずる変換誤差がばらつくため、変換誤差が大きくなることを防止できる。従って、測距精度の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る測距装置の構成図である。
【図２】図１の測距装置における信号処理回路等の説明図である。
【図３】図１の測距装置の動作に係るタイミングチャートである。
【図４】測距装置の動作時における積分コンデンサの電圧の説明図である。
【図５】本実施形態に係る測距装置における測距結果の説明図である。
【図６】各測距動作の繰り返し回数を同じにした場合の測距結果の説明図である。
【図７】各測距動作の繰り返し回数を同じにした場合の測距誤差の説明図である。
【図８】本実施形態に係る測距装置における測距誤差の説明図である。
【図９】本実施形態に係る測距装置の変形例の説明図である。
【符号の説明】
１…ＣＰＵ（変換手段）、２…ＥＥＰＲＯＭ、４…ＩＲＥＤ（投光手段）、５…ＰＳＤ（受光手段）、６…積分コンデンサ、１０…ＡＦＩＣ、１５…出力回路（積分手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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