DE3743954A1

DE3743954A1 - Lichtintensitaetsmessgeraet

Info

Publication number: DE3743954A1
Application number: DE19873743954
Authority: DE
Inventors: Takashi Nishibe; Shotaro Yokoyama
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1988-07-14
Anticipated expiration: 2007-12-24
Also published as: JPS63163119A; JPH055290B2; US4847483A; DE3743954C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der von einem Photosensor empfangenen Lichtintensität, welches als Belich tungsmeßgerät, Luminanzmeßgerät oder als Bildsensor verwendet werden kann.

Ein Beispiel für ein bekanntes Gerät zur Messung der Inten sität des empfangenen Lichts dieser Art ist in Fig. 3 dar gestellt. Ein Photosensor 1 (der bei diesem Beispiel aus einer Photodiode besteht) stellt ein Wandlerelement dar, welches einen photoelektrischen Strom i abgibt, der der em pfangenen Lichtintensität L entspricht. Ein parallel zum Photosensor 1 angeschlossener Kondensator 2 wird entladen, wenn in dem Photosensor 1 der photoelektrische Strom i fließt. Ein durch Integration des photoelektrischen Stroms erhaltenes Signal V ₁ wird an den positven Eingangsanschluß (+) eines Komparators 3 angelegt. Vor dem Meßvorgang wird ein Transistor 4 zeitweilig durch einen Rücksetzeingang leitend gemacht, so daß der Kondensator 2 auf einen Pegel V _DD aufgeladen wird. Die an dem Komparator 3 angelegte Spannung V ₁ kann durch die nachstehende Gleichung (1) beschrieben werden:

V ₁ = 1/C ∫ i dt (1)

wobei C die Kapazität des Kondensators 2 darstellt.

Die Betriebsweise der in Fig. 3 dargestellten Schaltung wird nachstehend unter Bezug auf ein in Fig. 4 gezeigtes Zeitdiagramm beschrieben. Ein in Fig. 4 dargestelltes Rück setzsignal wird an den Transistor 4 angelegt, so daß der Kondensator 2 geladen und V ₁ auf Null gesetzt wird, (V ₁ = 0). Dies veranlaßt den Ausgang des Komparators 3, auf "0" gesetzt zu werden. Unter dieser Bedingung wird das Zeitintervall t _S, welches von dem Zeitpunkt, in dem die Eintladung des Kondensators 2 beginnt, bis zu dem Zeitpunkt vergeht, an welchem der Ausgang des Komparators 3 auf "1" gesetzt wird, also bis der Eingang V ₁ des Komparators 3 einen Referenzpegel V _ref erreicht, gemessen. Das derart bestimmte Zeitintervall t _S repräsentiert die Intensi tät L des empfangenen Lichts.

Unter der Annahme, daß der Strom i im wesentlichen proportional der Intensität L ist, also i = A L, kann die Eingangsspannung V ₁ des Komparators 3 durch die folgende Gleichung (2) dar gestellt werden:

V ₁ = ALt/C (2)

Die Zeitdauer t _S, die erforderlich war, damit V ₁ den Wert V _ref annimmt, ist voranstehend angegeben. Daher kann die Zeitdauer t _S aus der folgenden Gleichung (3) erhalten werden:

t _S = C V _ref/A L (3)

In dem voranstehend beschriebenen Fall ändert sich die Inten sität L des empfangenen Lichts im allgemeinen in einem weiten Bereich. Wenn der Maximalwert der empfangenen Lichtintensität 10⁶mal so groß ist wie der Minimalwert, dann ist der Maximal wert der Umwandlungszeit t _S 10⁶mal länger als der Minimalwert. Das bedeutet, daß bei einer minimalen Wandlerzeit von einer Mikrosekunde die maximale Wandlerzeit eine Sekunde beträgt. Dies ist unpraktisch.

Wenn es erforderlich ist, bei geringer Intensität L des empfan genen Lichts die Wandlerzeit t _S zu verkürzen, sollte der Wert V _ref verringert werden. Da jedoch der Komparator bei Eingangsspannungen in der Nähe der Versorgungsspannung V ⁺ und V ^-) wegen seiner grundsätzlichen Eigenschaften nicht arbeitet, wenn die Referenzspannung V _ref extrem nahe am Grund pegel des Komparators liegt, wird die in Fig. 3 dargestellte Schaltung nicht arbeiten. Diese Schwierigkeit kann durch ein Verfahren ausgeräumt werden, bei welchem zusätzlich eine Stromquelle nur für den Komparator zur Verfügung gestellt wird und der Wert V ^- auf negatives Potential gelegt wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht in solchen Fällen anwendbar, in welchen die gesamte Schaltung einen gemeinsamen Masse anschluß haben soll. Weiterhin wird in dem Fall, in welchem es möglich ist, den Referenzwert V _ref auf einen recht kleinen Wert zu setzen, und wenn der Wert V _ref fest ist, im Falle einer hoher Intensität L des empfangenen Lichts die Antwortzeit t _S soweit verringert, daß andere Schaltkreise unmöglich ord nungsgemäß arbeiten können.

Vorteilhafterweise wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Lichtintensitätsmeßgerät zur Verfügung gestellt, welches einen breiten Dynamikbereich aufweist.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Lichtintensitätsmeßgeräts, welches eine genaue Anzeige der Intensitäts empfangenen Lichts ge stattet.

Diese und weitere Vorteile werden erzielt durch ein Gerät zur Messung der Intensität von einem Photosensor empfangenen Lichts, welches einen Photosensor zum Empfang von Licht und Erzeugung eines Ausgangsstroms aufweist, welcher der empfan genen Lichtintensität entspricht, und eine Integriereinrichtung zur Integration des Ausgangsstroms des Photosensors aufweist, um die Intensität des empfangenen Lichts als Zeitdauer anzu zeigen, welche dafür benötigt wird, damit der Integrationswert der Integriereinrichtung einen vorher festlegbaren Wert nach dem Beginn des Integriervorgangs annimmt, wobei die Integrier einrichtung eine Einrichtung zur Feststellung aufweist, ob die Intensität des vom Photosensor empfangenen Lichts in einem ersten oder in einem zweiten Bereich liegt, und eine Setzeinrichtung, um für den Fall, daß festgestellt wird, daß die Lichtintensität in dem ersten Bereich liegt, den Integrationswert zu Beginn des Integriervorgangs auf einen ersten festlegbaren Wert zu setzen, und um, wenn festgestellt wird, daß die Lichtintensität in dem zweiten Bereich liegt, den Integrationswert auf einen zweiten vorher festlegbaren Wert zu setzen, welcher höher ist als der erste vorher festleg bare Wert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung hervorgehen. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm mit einem Beispiel für ein Lichtintensitätsmeßgerät gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Beschreibung der Betriebsweise des in Fig. 1 dargestellten Meßgeräts;

Fig. 3 ein Schaltkreisdiagramm mit einem Beispiel für ein konventionelles Lichtintensitätsmeßgerät; und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Beschreibung der Betriebsweise des in Fig. 3 dargestellten Geräts.

In Fig. 1 ist ein Photosensor 1, beispielsweise eine Photo diode, parallel an einen Kondensator 2 angeschlossen. Ein Komparator 3 weist einen positiven (+) Eingangsanschluß auf, welcher mit Rücksetztransistoren 4 A und 4 B verbunden ist.

Ein Zeitgeberschaltkreis 5 mißt eine Wandlerzeit t _S, und ein Steuerschaltkreis 6 steuert die Rücksetzzeiten der Rück setztransistoren 4 A und 4 B. Eine Konstantspannungsquelle 7 für eine konstante Spannung V ₀ ist an den Rücksetztransistor 4 A angeschlossen.

Die Steuerschaltung 6 gibt ein Signal R ₁ ab, wie in Fig. 2 dargestellt ist, um den Transistor 4 A leitend zu machen. Dies führt dazu, daß eine Spannung V ₁ an den positiven (+) Eingangsanschluß des Komparators 3 mit einem Pegel angelegt wird, der gleich dem Potential V ₀ der Konstantspannungsquelle 7 ist. Auf diese Weise wird der Integrationsbetrieb des Konden sators 2 begonnen mit dem Anfangswert V ₀. Wenn der Wert V ₀ so gesetzt wird, daß er in einem Eingangsbereich liegt, in welchem der Komparator 3 normal arbeitet, so kann der Referenz wert V _ref, welcher an den negativen (-) Eingangsanschluß des Komparators 3 angelegt wird, so gewählt werden, daß er genügend nahe dem Wert V ₀ liegt. Daher kann, selbst wenn die empfangene Lichtintensität L relativ gering ist, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die Wandlerzeit t _s ₁, die erforder lich ist, damit der Eingangswert V ₁ des Komparators 3 den Referenzwert V _ref erreicht, genügend kurz gemacht werden. Die Wandlerzeit wird durch die Zeitgeberschaltung 5 gemessen, welche beispielsweise einen Zähler aufweist, und wird an die Steuerschaltung 6 angelegt.

Wenn andererseits die empfangene Lichtintensität L größer als ein bestimmter Wert ist, so ist die Wandlerzeit t _S so kurz, daß die nicht mehr durch die Meßgenauigkeit der Zeit geberschaltung 5 bestimmt werden kann. In diesem Fall wird ein in Fig. 2 dargestelltes Rücksetzsignal R ₂ an den Rücksetz transistor 4 B angelegt, um den Transistor 4 B leitend zu machen, und dies führt dazu, daß das Signal V ₁ auf Massepotential gesetzt wird.

Die Bestimmung der empfangenen Lichtintensität L, also die Festlegung, ob der Rücksetztransistor 4 B angeschaltet werden soll oder nicht, wird wie nachstehend beschrieben ausgeführt. In der Steuerschaltung 6 wird die durch die Zeitgeberschaltung 5 gemessene Wandlerzeit t _s ₁ mit einem vorher festlegbaren Wert t ₀ verglichen. Wenn t _s ₁ kleiner als t ₀ ist (oder t _s ₁ kleiner oder gleich t ₀ ist), so wird der Rücksetztransistor 4 B leitend gemacht. Wenn das Signal V ₁ durch den Rücksetztransistor 4 B auf den Nullpotential (0) gesetzt wird, so ist es in ge wisser Weise von dem Referenzwert V _ref verschieden, und daher kann, selbst wenn die empfangene Lichtintensität L groß ist, die Wandlerzeit mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Wandlerzeit zweimal gemessen, es werden also zwei Wandlerzeiten t _s ₁ und t _s ₂ gemessen. Da jedoch die Messung der Wandlerzeit nur dann wiederholt wird, wenn die Wandlerzeit t _s kurz ist, besteht nicht die Schwierigkeit, daß die Summe der beiden gemessenen Wandlerzeiten übertrieben lang ist.

Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Betrieb mit dem großen Integrationswert begonnen; selbstver ständlich kann aber auch mit einem kleinen Integrationswert begonnen werden.

Falls mehrere Photosensoren in einem Feld angeordnet sind, so kann eine typische Wandlerzeit wie der Durchschnitt der kürzesten und längsten Wandlerzeiten verwendet werden, um festzulegen, ob der Rücksetztransistor 4 B betrieben werden soll oder nicht.

Anstelle eines Photosensorfeldes kann eine Einrichtung zur vorherigen Bestimmung der durchschnittlich empfangenen Licht intensität auf eine solche Weise verwendet werden, daß die Rücksetztransistoren 4 A und 4 B auswählbar leitend gemacht werden (der Transistor 4 A wird leitend gemacht, wenn die empfangene Lichtintensität klein ist), entsprechend dem Aus gangssignal der Bestimmungseinrichtung. In diesem Fall muß, anders als im Falle der Fig. 1 und 2, bei welchem die Wandlerzeit zweimal gemessen wird, die Messung der Wandlerzeit nur einmal durchgeführt werden.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung hervorgeht, wird bei dem erfindungsgemäßen Gerät zur Messung der Intensität des von einem Photosensor empfangenen Lichts zu Beginn des Integrationsvorgangs der Anfangswert entsprechend der empfangenen Lichtintensität geändert. Wenn die empfangene Lichtintensität gering ist, so kann die Integrationszeit für den photoelektrischen Strom, also dessen Wandlerzeit, klein gemacht werden. Falls die empfangene Lichtintensität hoch ist, so kann die Wandlerzeit lang sein. Daher weist das erfindungsgemäße Meßgerät für empfangene Lichtintensität einen weiten Dynamikbereich auf.

Claims

1. Einrichtung zur Messung der Intensität des von einem Photosensor empfangenen Lichts, gekennzeich net durch einen Photosensor (1) zum Empfang des Lichts und zur Erzeugung eines der Intensität (L) des empfangenen Lichts korrespondierenden Ausgangstroms, eine Integriereinrichtung (2) zum Integrieren des Ausgangs stroms des Photosensors (1), um die Intensität (L) des empfangenen Lichts als einen Zeitraum (t _S) anzuzeigen, welcher erforderlich ist, damit der Integrationswert (V ₁) der Integriereinrichtung (2) einen vorher festleg baren Wert (V _ref) nach dem Beginn des Integriervorgangs annimmt, wobei die Integriereinrichtung (2) versehen ist mit einer Einrichtung (5) zur Festlegung, ob die Intensität (L) des vom Photosensor (1) empfangenen Lichts in einem ersten oder in einem zweiten Bereich liegt, mit einer Einrichtung (6, 4 B) zum Setzen des Integrations werts (V ₁) auf einen vorher festlegbaren Wert (0) zu Beginn des Integriervorgangs, wenn die Lichtintensität (L) in dem ersten Bereich liegt, und mit einer Einrichtung (6, 4 A) zum Setzen des Integrationswerts (V ₁) auf einen zweiten vorher festlegbaren Wert (V ₀), welcher größer als der erste vorher festlegbare Wert (0) ist, wenn die Lichtintensität (L) in dem zweiten Bereich liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß weiterhin eine Einrichtung (6) vor gesehen ist, um den zweiten vorher festlegbaren Wert (V ₀) als den Integrationswert zu Beginn des Integrier vorgangs auszuwählen, um eine Zeitdauer (t _S) zu messen, welche erforderlich ist, damit der Integrationswert (V ₁) einen vorher festlegbaren Wert (V _ref) annimmt, und zur Auswahl, wenn die gemessene Zeitdauer (t _S) kleiner ist als ein vorher festlegbarer Wert (t ₀), des ersten Wertes (0) der beiden vorher festlegbaren Werte als Integrations wert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (5) einen Zähler zur Anzeige der Zeitdauer (t _S) aufweist, und daß der Zählwert des Zählers, zu dem Zeitpunkt, an welchem der Integrationswert (V ₁) gleich dem vorher fest legbaren Wert (V _ref) ist, der Intensität (L) des empfangenen Lichts entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswähleinrichtung eine Steuerschaltung (6) zur Abgabe eines ersten Signals (R 2), wenn die Lichtintensität (L) in dem ersten Bereich liegt, und eines zweiten Signals (R 1), wenn die Licht intensität (L) in dem zweiten Bereich liegt, umfaßt sowie einen ersten Transistor (4 B) zur Verbindung der Integrier einrichtung (2) mit einer ersten Quelle eines Anfangs- Eingangspotentials in Reaktion auf das erste Signal (R 2) und einen zweiten Transistor (4 A) zur Verbindung der Integriereinrichtung (2) mit einer zweiten Quelle (7) eines Anfangs-Eingangspotentials (V ₀) in Reaktion auf das zweite Signal (R 1).