JP2001289951A - 距離測定装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 部品点数や回路調整作業を大幅に削減し、装
置の小型化、低コスト化、及び低消費電力化することを
可能とした距離測定装置を提供すること。 【解決手段】 光源からの光が変調されて対象物に放射
された送信光と、対象物で反射した反射光が変調された
受信光との位相差を検出することにより対象物までの距
離を測定する距離測定装置において、変調されたバイア
ス電圧が印加され、送信光と受信光とを受信して位相差
に関連した電流信号を発生し指数関数特性に基づいて増
倍して出力するアバランシェホトダイオードと、アバラ
ンシェホトダイオードの出力信号を対数変換して線形な
電圧信号を出力するＭＯＳトランジスタと、ＭＯＳトラ
ンジスタの出力信号に基づいて位相差を検出する位相差
検出器、とを具備することを特徴とする距離測定装置。
置の小型化、低コスト化、及び低消費電力化することを
可能とした距離測定装置を提供すること。 【解決手段】 光源からの光が変調されて対象物に放射
された送信光と、対象物で反射した反射光が変調された
受信光との位相差を検出することにより対象物までの距
離を測定する距離測定装置において、変調されたバイア
ス電圧が印加され、送信光と受信光とを受信して位相差
に関連した電流信号を発生し指数関数特性に基づいて増
倍して出力するアバランシェホトダイオードと、アバラ
ンシェホトダイオードの出力信号を対数変換して線形な
電圧信号を出力するＭＯＳトランジスタと、ＭＯＳトラ
ンジスタの出力信号に基づいて位相差を検出する位相差
検出器、とを具備することを特徴とする距離測定装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの参照光
と目標物で反射した反射光との位相差を検出することに
より目標物までの距離を測定する距離測定装置に関する
ものである。
と目標物で反射した反射光との位相差を検出することに
より目標物までの距離を測定する距離測定装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、所定の周波数で強度変調され
た光を送信光として目標物に向かって放射し、その目標
物から反射された光の変調光を受信光として受信し、送
信光と受信光の位相差を検出することにより目標物まで
の距離を測定する距離測定装置がある。
た光を送信光として目標物に向かって放射し、その目標
物から反射された光の変調光を受信光として受信し、送
信光と受信光の位相差を検出することにより目標物まで
の距離を測定する距離測定装置がある。
【０００３】まず、距離測定の原理について説明する。
光源から対象物までの距離Ｌは、送信光と受信光の位相
差をΦとすると、次式（１）で示される。 Ｌ＝（Ｎ＋Φ／２π）×λ／２ （１） この場合、Ｎは距離２Ｌでの波数（正の整数）であり、
λは光の波長である。
光源から対象物までの距離Ｌは、送信光と受信光の位相
差をΦとすると、次式（１）で示される。 Ｌ＝（Ｎ＋Φ／２π）×λ／２ （１） この場合、Ｎは距離２Ｌでの波数（正の整数）であり、
λは光の波長である。
【０００４】従って、Ｎを求めることができれば、Φを
測定することによって距離Ｌを求めることができる。そ
して、Ｎは周波数の異なる複数の変調波を用いることに
より求められる。即ち、周波数ｆ1及びｆ2で光源を変調
したときの送信光の波長をそれぞれλ1，λ2、受信光と
の位相差をそれぞれΦ1，Φ2とすると、２Ｌ＜λ2の範
囲内における距離Ｌは次式（２）、（３）で示される。 Ｌ＝（Ｎ＋Φ1／２π）×λ1／２ （２） Ｌ＝（Φ2／２π）×λ2／２ （３）
測定することによって距離Ｌを求めることができる。そ
して、Ｎは周波数の異なる複数の変調波を用いることに
より求められる。即ち、周波数ｆ1及びｆ2で光源を変調
したときの送信光の波長をそれぞれλ1，λ2、受信光と
の位相差をそれぞれΦ1，Φ2とすると、２Ｌ＜λ2の範
囲内における距離Ｌは次式（２）、（３）で示される。 Ｌ＝（Ｎ＋Φ1／２π）×λ1／２ （２） Ｌ＝（Φ2／２π）×λ2／２ （３）
【０００５】従って、式（２），（３）よりＮは次式
（４）で示されることとなり、Φ1、Φ2を測定すること
によりＮを求めることができる。 Ｎ＝（１／２π）×（λ2／λ1×（Φ2−Φ1）） （４） 例えば、距離測定の範囲を７．５ｍから５００ｍとした
場合、ｆ1は約２０ＭＨｚ、ｆ2は約３０ｋＨｚ程度の２
周波が必要となる。
（４）で示されることとなり、Φ1、Φ2を測定すること
によりＮを求めることができる。 Ｎ＝（１／２π）×（λ2／λ1×（Φ2−Φ1）） （４） 例えば、距離測定の範囲を７．５ｍから５００ｍとした
場合、ｆ1は約２０ＭＨｚ、ｆ2は約３０ｋＨｚ程度の２
周波が必要となる。
【０００６】次に、図２を用いて従来の距離測定装置に
ついて説明する。図２において、距離測定装置は、アバ
ランシェホトダイオード（以下、ＡＰＤと記す）１、バ
イアス回路２、参照波重畳回路３、抵抗４、トランスイ
ンピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡと記す）５、自動ゲ
インコントロール回路（以下、ＡＧＣと記す）６、バン
ドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと記す）７、整流回路
８、位相測定器９、及びシステムコントロール１０から
なっている。
ついて説明する。図２において、距離測定装置は、アバ
ランシェホトダイオード（以下、ＡＰＤと記す）１、バ
イアス回路２、参照波重畳回路３、抵抗４、トランスイ
ンピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡと記す）５、自動ゲ
インコントロール回路（以下、ＡＧＣと記す）６、バン
ドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと記す）７、整流回路
８、位相測定器９、及びシステムコントロール１０から
なっている。
【０００７】ＡＰＤ１は、例えば周波数ｆ1で変調され
た送信光と受信光を受信して、その光の強度に応じた電
流信号を発生させると共に、ＡＰＤ１にはバイアス回路
２で発生された電圧がカソードに逆バイアスとして印加
され、発生した電流信号を印加された逆バイアスに対し
て指数関数特性に応じて増倍して出力する。
た送信光と受信光を受信して、その光の強度に応じた電
流信号を発生させると共に、ＡＰＤ１にはバイアス回路
２で発生された電圧がカソードに逆バイアスとして印加
され、発生した電流信号を印加された逆バイアスに対し
て指数関数特性に応じて増倍して出力する。
【０００８】また、参照波重畳回路３は送信光の周波数
ｆ1よりも少しずれた周波数ｆ1’の参照波を出力し、バ
イアス回路２の出力は、参照波が重畳されることにより
変調されてＡＰＤ１に入力される。
ｆ1よりも少しずれた周波数ｆ1’の参照波を出力し、バ
イアス回路２の出力は、参照波が重畳されることにより
変調されてＡＰＤ１に入力される。
【０００９】従って、ＡＰＤ１には周波数ｆ1’で変調
されたバイアス回路２の出力が逆バイアスとして入力さ
れ、これによりＡＰＤ１は送信光及び受信光のヘテロダ
イン検波を行い、送信光と受信光との位相差Φ1が保存
された信号の（ｆ1−ｆ1’）の差周波数成分が所謂ヘテ
ロダイン検波信号として出力される。
されたバイアス回路２の出力が逆バイアスとして入力さ
れ、これによりＡＰＤ１は送信光及び受信光のヘテロダ
イン検波を行い、送信光と受信光との位相差Φ1が保存
された信号の（ｆ1−ｆ1’）の差周波数成分が所謂ヘテ
ロダイン検波信号として出力される。
【００１０】ヘテロダイン検波は、位相差を保存した状
態で、高周波の送信光と受信光を低周波数の信号に変換
するものであり、この低周波に変換された信号に基づい
て容易にかつ高精度に位相差を検出することを可能にす
る。
態で、高周波の送信光と受信光を低周波数の信号に変換
するものであり、この低周波に変換された信号に基づい
て容易にかつ高精度に位相差を検出することを可能にす
る。
【００１１】ところで、距離測定範囲の長短（信号強度
の大小）、あるいは気象条件により受信信号の光強度は
広いダイナミックレンジを持ち、さらにＡＰＤ１で指数
増倍される。
の大小）、あるいは気象条件により受信信号の光強度は
広いダイナミックレンジを持ち、さらにＡＰＤ１で指数
増倍される。
【００１２】従って、システムコントローラ１０は、距
離測定装置の測定範囲を示す信号をＴＩＡ５に出力し、
ＴＩＡ５は、ＡＰＤ１の出力信号が抵抗４により電圧に
変換された信号を入力するとともに、システムコントロ
ーラ１０からの出力に基づいて、出力が飽和することを
回避するために測定範囲の大小に応じてゲインを切り変
え、信号レベル（信号の振幅）を最適化して出力する。
離測定装置の測定範囲を示す信号をＴＩＡ５に出力し、
ＴＩＡ５は、ＡＰＤ１の出力信号が抵抗４により電圧に
変換された信号を入力するとともに、システムコントロ
ーラ１０からの出力に基づいて、出力が飽和することを
回避するために測定範囲の大小に応じてゲインを切り変
え、信号レベル（信号の振幅）を最適化して出力する。
【００１３】ＡＧＣ６には、入力した信号を対数変換す
る対数変換回路（アッテネータ）が内蔵されており、対
数変換回路は、指数関数特性を持ったＴＩＡ５からの出
力信号を入力して対数変換し、線形に戻した電圧信号を
出力する。
る対数変換回路（アッテネータ）が内蔵されており、対
数変換回路は、指数関数特性を持ったＴＩＡ５からの出
力信号を入力して対数変換し、線形に戻した電圧信号を
出力する。
【００１４】そして、ＢＰＦ７は、ＡＧＣ６の出力信号
から直流成分やノイズ等を除去すると共に、位相差測定
用周波数成分の信号（ヘテロダイン検波信号）のみを取
り出して出力し、位相測定器９は、ＢＰＦ７の出力信号
を入力して、送信光と受信光との位相差Φ1を検出して
出力する。
から直流成分やノイズ等を除去すると共に、位相差測定
用周波数成分の信号（ヘテロダイン検波信号）のみを取
り出して出力し、位相測定器９は、ＢＰＦ７の出力信号
を入力して、送信光と受信光との位相差Φ1を検出して
出力する。
【００１５】また、整流回路８は、ＢＰＦ７の出力信号
の実効値（強度レベル）を検出してＡＧＣ６の対数変換
回路にフィードバックし、対数変換回路は、この検出さ
れた実効値に基づいてＴＩＡ５の出力信号を対数変換す
る。
の実効値（強度レベル）を検出してＡＧＣ６の対数変換
回路にフィードバックし、対数変換回路は、この検出さ
れた実効値に基づいてＴＩＡ５の出力信号を対数変換す
る。
【００１６】そして、周波数ｆ1の場合と同様に周波数
ｆ2で光源を変調した場合の位相差Φ 2を検出し、検出さ
れた位相差Φ1，Φ2に基づいて、上記の式（４）の波数
Ｎを算出し、距離Ｌを測定する。
ｆ2で光源を変調した場合の位相差Φ 2を検出し、検出さ
れた位相差Φ1，Φ2に基づいて、上記の式（４）の波数
Ｎを算出し、距離Ｌを測定する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来の距離測定装置においては、次のような問題点があ
った。ＡＧＣ６に内蔵される対数変換回路はフィードバ
ックを含むアナログ回路で構成され、ＴＩＡ５もアナロ
グ回路で構成されているため多くの回路部品が必要であ
り、距離測定装置を携帯機器として小型化させることが
困難である。また、部品点数が多いため、ＡＰＤ１の出
力特性や抵抗のばらつき等、個々の部品の特性のばらつ
きを総合的に除去してアナログ回路を正常に動作させる
ためには、その製造時において、オペアンプを内蔵する
部品のオフセット調整、ゲイン調整、位相補正等の部品
毎の調整を可変抵抗の調整等により行う必要があり、そ
の調整作業が多くなることから製造コストが高くなる。
（３）また、従来のアナログ回路を装置の小型化のため
にＩＣ化した場合、回路を構成する抵抗やコンデンサの
絶対値が大きいため、フィルタ定数の関係からそれらを
ＩＣに取り込むことができず、ＩＣ化の利点が少なかっ
た。
従来の距離測定装置においては、次のような問題点があ
った。ＡＧＣ６に内蔵される対数変換回路はフィードバ
ックを含むアナログ回路で構成され、ＴＩＡ５もアナロ
グ回路で構成されているため多くの回路部品が必要であ
り、距離測定装置を携帯機器として小型化させることが
困難である。また、部品点数が多いため、ＡＰＤ１の出
力特性や抵抗のばらつき等、個々の部品の特性のばらつ
きを総合的に除去してアナログ回路を正常に動作させる
ためには、その製造時において、オペアンプを内蔵する
部品のオフセット調整、ゲイン調整、位相補正等の部品
毎の調整を可変抵抗の調整等により行う必要があり、そ
の調整作業が多くなることから製造コストが高くなる。
（３）また、従来のアナログ回路を装置の小型化のため
にＩＣ化した場合、回路を構成する抵抗やコンデンサの
絶対値が大きいため、フィルタ定数の関係からそれらを
ＩＣに取り込むことができず、ＩＣ化の利点が少なかっ
た。
【００１８】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、ＭＯＳトランジスタを対数変換器
として使用して回路構成を単純化することにより、部品
点数や回路調整作業を大幅に削減し、装置の小型化、低
コスト化、及び低消費電力化することを可能とした距離
測定装置を提供することを目的とする。
なされたものであり、ＭＯＳトランジスタを対数変換器
として使用して回路構成を単純化することにより、部品
点数や回路調整作業を大幅に削減し、装置の小型化、低
コスト化、及び低消費電力化することを可能とした距離
測定装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１におい
ては、光源からの光が変調されて対象物に放射された送
信光と、前記対象物で反射した反射光が変調された受信
光との位相差を検出することにより前記対象物までの距
離を測定する距離測定装置において、変調されたバイア
ス電圧が印加され、前記送信光と前記受信光とを受信し
て前記位相差に関連した電流信号を発生し指数関数特性
に基づいて増倍して出力するアバランシェホトダイオー
ドと、前記アバランシェホトダイオードの出力信号を対
数変換して線形な電圧信号を出力するＭＯＳトランジス
タと、前記ＭＯＳトランジスタの出力信号に基づいて前
記位相差を検出する位相測定器、とを具備することを特
徴とする距離測定装置である。
ては、光源からの光が変調されて対象物に放射された送
信光と、前記対象物で反射した反射光が変調された受信
光との位相差を検出することにより前記対象物までの距
離を測定する距離測定装置において、変調されたバイア
ス電圧が印加され、前記送信光と前記受信光とを受信し
て前記位相差に関連した電流信号を発生し指数関数特性
に基づいて増倍して出力するアバランシェホトダイオー
ドと、前記アバランシェホトダイオードの出力信号を対
数変換して線形な電圧信号を出力するＭＯＳトランジス
タと、前記ＭＯＳトランジスタの出力信号に基づいて前
記位相差を検出する位相測定器、とを具備することを特
徴とする距離測定装置である。
【００２０】本発明の請求項２においては、前記ＭＯＳ
トランジスタは、ゲート電圧が閾値電圧以下の領域を動
作領域とすることを特徴とする請求項１記載の距離測定
装置である。
トランジスタは、ゲート電圧が閾値電圧以下の領域を動
作領域とすることを特徴とする請求項１記載の距離測定
装置である。
【００２１】本発明の請求項３においては、前記アバラ
ンシェホトダイオード及び前記ＭＯＳトランジスタは、
同一の半導体基板上に設けられることを特徴とする請求
項１記載の距離測定装置である。
ンシェホトダイオード及び前記ＭＯＳトランジスタは、
同一の半導体基板上に設けられることを特徴とする請求
項１記載の距離測定装置である。
【００２２】本発明の請求項４においては、光源からの
光が変調されて対象物に放射された送信光と、前記対象
物で反射した反射光が変調された受信光との位相差を検
出することにより前記対象物までの距離を測定する距離
測定装置において、変調されたバイアス電圧が印加さ
れ、前記送信光と前記受信光とを受信して前記位相差に
関連した電流信号を発生し指数関数特性に基づいて増倍
して出力するアバランシェホトダイオードと、前記アバ
ランシェホトダイオードの出力信号を対数変換して線形
な電圧信号を出力するＭＯＳトランジスタと、前記ＭＯ
Ｓトランジスタの出力インピーダンスを低インピーダン
スに変換するバッファ回路と、前記バッファ回路の出力
に基づいて前記位相差を検出する位相測定器、とを具備
することを特徴とする距離測定装置である。
光が変調されて対象物に放射された送信光と、前記対象
物で反射した反射光が変調された受信光との位相差を検
出することにより前記対象物までの距離を測定する距離
測定装置において、変調されたバイアス電圧が印加さ
れ、前記送信光と前記受信光とを受信して前記位相差に
関連した電流信号を発生し指数関数特性に基づいて増倍
して出力するアバランシェホトダイオードと、前記アバ
ランシェホトダイオードの出力信号を対数変換して線形
な電圧信号を出力するＭＯＳトランジスタと、前記ＭＯ
Ｓトランジスタの出力インピーダンスを低インピーダン
スに変換するバッファ回路と、前記バッファ回路の出力
に基づいて前記位相差を検出する位相測定器、とを具備
することを特徴とする距離測定装置である。
【００２３】本発明の請求項５においては、前記バッフ
ァ回路は、ソースに定電流が供給されてドレインが基準
電位に接続され、ゲートに前記ＭＯＳトランジスタの出
力が入力されて、前記ソースから前記ＭＯＳトランジス
タの出力に対応した出力を取り出すソースフォロアを有
することを特徴とする請求項４記載の距離測定装置であ
る。
ァ回路は、ソースに定電流が供給されてドレインが基準
電位に接続され、ゲートに前記ＭＯＳトランジスタの出
力が入力されて、前記ソースから前記ＭＯＳトランジス
タの出力に対応した出力を取り出すソースフォロアを有
することを特徴とする請求項４記載の距離測定装置であ
る。
【００２４】本発明の請求項６においては、前記ＭＯＳ
トランジスタは、ゲート電圧が閾値電圧以下の領域を動
作領域とすることを特徴とする請求項４記載の距離測定
装置である。
トランジスタは、ゲート電圧が閾値電圧以下の領域を動
作領域とすることを特徴とする請求項４記載の距離測定
装置である。
【００２５】本発明の請求項７においては、前記アバラ
ンシェホトダイオード、前記ＭＯＳトランジスタ、及び
前記バッファ回路は、同一の半導体基板上に設けられる
ことを特徴とする請求項４記載の距離測定装置である
ンシェホトダイオード、前記ＭＯＳトランジスタ、及び
前記バッファ回路は、同一の半導体基板上に設けられる
ことを特徴とする請求項４記載の距離測定装置である
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図２と
重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略
する。図１は本発明の実施例の構成概略図である。
面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図２と
重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略
する。図１は本発明の実施例の構成概略図である。
【００２７】図１において、１１は対数変換器としての
Ｐチャンネル型のＭＯＳトランジスタであり、１２はバ
ッファ回路である。ＭＯＳトランジスタ１１のソースは
ＡＰＤ１のアノードに接続され、ゲートとドレインは短
絡されて基準電位ＶＳＳに接続されている。
Ｐチャンネル型のＭＯＳトランジスタであり、１２はバ
ッファ回路である。ＭＯＳトランジスタ１１のソースは
ＡＰＤ１のアノードに接続され、ゲートとドレインは短
絡されて基準電位ＶＳＳに接続されている。
【００２８】バッファ回路１２は、ソースフォロアとし
てのＰチャンネル型のＭＯＳトランジスタ１２ａと、こ
のＭＯＳトランジスタ１２ａに電流を供給するＭＯＳト
ランジスタ１２ｂとからなっている。
てのＰチャンネル型のＭＯＳトランジスタ１２ａと、こ
のＭＯＳトランジスタ１２ａに電流を供給するＭＯＳト
ランジスタ１２ｂとからなっている。
【００２９】ＭＯＳトランジスタ１２ａのゲートはＭＯ
Ｓトランジスタ１１のソースに接続され、ドレインは基
準電位ＶＳＳに接続され、ソースはＢＰＦ７の入力に接
続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ１２ｂのド
レインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ゲートとソース
は短絡されてＭＯＳトランジスタ１２ａのソースに接続
されている。
Ｓトランジスタ１１のソースに接続され、ドレインは基
準電位ＶＳＳに接続され、ソースはＢＰＦ７の入力に接
続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ１２ｂのド
レインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ゲートとソース
は短絡されてＭＯＳトランジスタ１２ａのソースに接続
されている。
【００３０】尚、ＡＰＤ１及びＭＯＳトランジスタ１
１，１２ａ，１２ｂは半導体製造プロセスにより、同一
半導体基板上に形成されるが、それぞれ個別の半導体基
板に形成しても良い。
１，１２ａ，１２ｂは半導体製造プロセスにより、同一
半導体基板上に形成されるが、それぞれ個別の半導体基
板に形成しても良い。
【００３１】次に、図１に示した距離測定装置の動作を
説明する。一般にＭＯＳトランジスタは、ゲート電圧が
閾値電圧以下の電圧の場合、即ち通常動作の領域外にお
いても、サブシュレッショルド電流と呼ばれる微小電流
が流れることが知られている。
説明する。一般にＭＯＳトランジスタは、ゲート電圧が
閾値電圧以下の電圧の場合、即ち通常動作の領域外にお
いても、サブシュレッショルド電流と呼ばれる微小電流
が流れることが知られている。
【００３２】そして、サブシュレッショルド電流ＩSは
次式（５）で示される。 ＩS＝ＩSO×ｅｘｐ[ｑ／ｎｋＴ（ＶG−ＶD−ＶTH）] （５） 但し、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：素電荷 ｎ＝（Ｃ0＋ＣD）／Ｃ0、Ｃ0：ゲート絶縁膜容量、
ＣD：空乏層容量 ＶG：ゲート電位、ＶD：ドレイン電位、ＶTH：閾値 ＩSO＝（Ｗ／Ｌ）×μｎＣ0×（１／Ｔ）×[ｎｋＴ／
ｑ]2ｅｘｐ（−１） Ｗ：チャネル幅、Ｌ：チャネル長、μｎ：電子の移動度 式（５）に示されているように、ＭＯＳトランジスタの
サブシュレッショルド領域においては、電流は電圧に対
して指数関数特性を持っている。
次式（５）で示される。 ＩS＝ＩSO×ｅｘｐ[ｑ／ｎｋＴ（ＶG−ＶD−ＶTH）] （５） 但し、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：素電荷 ｎ＝（Ｃ0＋ＣD）／Ｃ0、Ｃ0：ゲート絶縁膜容量、
ＣD：空乏層容量 ＶG：ゲート電位、ＶD：ドレイン電位、ＶTH：閾値 ＩSO＝（Ｗ／Ｌ）×μｎＣ0×（１／Ｔ）×[ｎｋＴ／
ｑ]2ｅｘｐ（−１） Ｗ：チャネル幅、Ｌ：チャネル長、μｎ：電子の移動度 式（５）に示されているように、ＭＯＳトランジスタの
サブシュレッショルド領域においては、電流は電圧に対
して指数関数特性を持っている。
【００３３】従って、図１において、ＡＰＤ１に光が入
射すると、光の強度と変調波の積に比例した指数関数特
性を持った光電流が流れ、この光電流は、ＭＯＳトラン
ジスタ１１のサブシュレッショルド電流と整合するよう
にＭＯＳトランジスタ１１のソースに供給されて、ソー
スとドレインの間に流される。
射すると、光の強度と変調波の積に比例した指数関数特
性を持った光電流が流れ、この光電流は、ＭＯＳトラン
ジスタ１１のサブシュレッショルド電流と整合するよう
にＭＯＳトランジスタ１１のソースに供給されて、ソー
スとドレインの間に流される。
【００３４】そして、ＭＯＳトランジスタ１１は光電流
に対して可変抵抗の役割を担うこととなり、ＭＯＳトラ
ンジスタ１１のソース電位は光電流が対数変換されて線
形な特性を持った電圧信号に変換されてソースから出力
される。
に対して可変抵抗の役割を担うこととなり、ＭＯＳトラ
ンジスタ１１のソース電位は光電流が対数変換されて線
形な特性を持った電圧信号に変換されてソースから出力
される。
【００３５】そして、ＭＯＳトランジスタ１１のソース
から出力された電圧は、ソースフォロアとしてのＭＯＳ
トランジスタ１２ａのゲートに入力され、このゲート端
子の電位の変化（ＡＰＤ１の出力の変化）が、ＭＯＳト
ランジスタ１２ａのソースとドレイン間の抵抗の変化に
変換される。そして、ＭＯＳトランジスタ１２ｂから供
給される定電流とＭＯＳトランジスタ１２ａのソースと
ドレイン間の抵抗に基づいた電圧が、ＭＯＳトランジス
タ１２ａのソースから出力される。
から出力された電圧は、ソースフォロアとしてのＭＯＳ
トランジスタ１２ａのゲートに入力され、このゲート端
子の電位の変化（ＡＰＤ１の出力の変化）が、ＭＯＳト
ランジスタ１２ａのソースとドレイン間の抵抗の変化に
変換される。そして、ＭＯＳトランジスタ１２ｂから供
給される定電流とＭＯＳトランジスタ１２ａのソースと
ドレイン間の抵抗に基づいた電圧が、ＭＯＳトランジス
タ１２ａのソースから出力される。
【００３６】即ち、ＭＯＳトランジスタ１１のソースか
らの出力はソースフォロアとしてのＭＯＳトランジスタ
１２ａのゲートにより絶縁され、出力インピーダンスが
低インピーダンスに変換されてＢＰＦ７に入力されの
で、ＢＰＦ７以降の回路がＭＯＳトランジスタ１１の動
作に影響を与えることを防止することができる。そし
て、ＢＰＦ７以降の位相差測定動作は、図２における距
離測定装置の動作と同様である。
らの出力はソースフォロアとしてのＭＯＳトランジスタ
１２ａのゲートにより絶縁され、出力インピーダンスが
低インピーダンスに変換されてＢＰＦ７に入力されの
で、ＢＰＦ７以降の回路がＭＯＳトランジスタ１１の動
作に影響を与えることを防止することができる。そし
て、ＢＰＦ７以降の位相差測定動作は、図２における距
離測定装置の動作と同様である。
【００３７】次に、ＭＯＳトランジスタ１１の設計につ
いて説明する。ＭＯＳトランジスタ１１はＡＰＤ１から
の光電流に対して可変抵抗として機能し、微小電流では
高抵抗、大電流では小抵抗となる。
いて説明する。ＭＯＳトランジスタ１１はＡＰＤ１から
の光電流に対して可変抵抗として機能し、微小電流では
高抵抗、大電流では小抵抗となる。
【００３８】従って、微弱光、即ちＡＰＤ１から出力さ
れる光電流が微小な場合、バッファ回路１２を構成する
ＭＯＳトランジスタ１２ａのゲート容量とＡＰＤ１のＰ
Ｎダイオードの空乏層容量との並列容量と、ＭＯＳトラ
ンジスタ１１の抵抗との積に比例する時定数Ｔが大きく
なり、周波数特性（１／Ｔ）がヘテロダイン検波用の参
照波の周波数に接近した場合、位相回りを生じる場合が
あるので、参照波の周波数を容易に設定でき、位相回り
を回避することができるようにＭＯＳトランジスタ１１
を設計する。
れる光電流が微小な場合、バッファ回路１２を構成する
ＭＯＳトランジスタ１２ａのゲート容量とＡＰＤ１のＰ
Ｎダイオードの空乏層容量との並列容量と、ＭＯＳトラ
ンジスタ１１の抵抗との積に比例する時定数Ｔが大きく
なり、周波数特性（１／Ｔ）がヘテロダイン検波用の参
照波の周波数に接近した場合、位相回りを生じる場合が
あるので、参照波の周波数を容易に設定でき、位相回り
を回避することができるようにＭＯＳトランジスタ１１
を設計する。
【００３９】例えば、ＡＰＤ１として、波長感度８００
ｎｍ、直径３ｍｍ、受光感度２０Ａ／Ｗ、遮断周波数２
５ＭＨｚ、増倍率５０のデバイスを使用し、光検出のダ
イナミックレンジを１ｌｘ（ルクス）から１００００ｌ
ｘまで８０ｄＢの範囲に設定した場合、１ｌｘの光に対
してＡＰＤ１は０．２０７μＡ、１００００ｌｘの光に
対しては２．０７ｍＡの光電流を発生する。
ｎｍ、直径３ｍｍ、受光感度２０Ａ／Ｗ、遮断周波数２
５ＭＨｚ、増倍率５０のデバイスを使用し、光検出のダ
イナミックレンジを１ｌｘ（ルクス）から１００００ｌ
ｘまで８０ｄＢの範囲に設定した場合、１ｌｘの光に対
してＡＰＤ１は０．２０７μＡ、１００００ｌｘの光に
対しては２．０７ｍＡの光電流を発生する。
【００４０】この場合、ＭＯＳトランジスタ１１は、サ
ブスレッショルド電圧より少し低い電圧において２．０
７ｍＡの電流が流れ、１ｌｘの光に対して出力電圧が
０．２Ｖ、１００００ｌｘの光に対して出力電圧が０．
７Ｖ程度となるようにその構造を設計する。
ブスレッショルド電圧より少し低い電圧において２．０
７ｍＡの電流が流れ、１ｌｘの光に対して出力電圧が
０．２Ｖ、１００００ｌｘの光に対して出力電圧が０．
７Ｖ程度となるようにその構造を設計する。
【００４１】この場合、ＭＯＳトランジスタ１２ａのゲ
ート容量が約１ｐＦ、光強度が約１ｌｘの微弱光の場
合、その周波数特性（１／Ｔ）は約１３ｋＨｚとなり、
位相回りを発生させないように、参照波の周波数を５ｋ
Ｈｚないし、それ以下に余裕を持って設定することがで
きる。
ート容量が約１ｐＦ、光強度が約１ｌｘの微弱光の場
合、その周波数特性（１／Ｔ）は約１３ｋＨｚとなり、
位相回りを発生させないように、参照波の周波数を５ｋ
Ｈｚないし、それ以下に余裕を持って設定することがで
きる。
【００４２】尚、距離測定の精度を向上させるために、
仕様に適合するように光強度のレベルを最適値に設定し
たり、位相回りの補正を行う補正手段を設けるようにし
ても良い。
仕様に適合するように光強度のレベルを最適値に設定し
たり、位相回りの補正を行う補正手段を設けるようにし
ても良い。
【００４３】このように、例えば、１ｌｘ（ルクス）か
ら１００００ｌｘまでの広いＡＰＤ１の受信信号レンジ
を、０．２Ｖから０．７Ｖの狭いレンジに変換すること
ができるので、図２におけるＴＩＡ５のゲインを距離測
定の範囲（光の強度レベル）に応じて設定する必要がな
くなる。
ら１００００ｌｘまでの広いＡＰＤ１の受信信号レンジ
を、０．２Ｖから０．７Ｖの狭いレンジに変換すること
ができるので、図２におけるＴＩＡ５のゲインを距離測
定の範囲（光の強度レベル）に応じて設定する必要がな
くなる。
【００４４】従って、図２における、ＴＩＡ５、ＡＧＣ
６、整流回路８及びシステムコントローラ１０が不要と
なり、回路構成を単純化し、部品点数を大幅に削減し、
また回路調整作業を不要とすることできるので、装置の
コストを下げることができる。
６、整流回路８及びシステムコントローラ１０が不要と
なり、回路構成を単純化し、部品点数を大幅に削減し、
また回路調整作業を不要とすることできるので、装置の
コストを下げることができる。
【００４５】また、アナログ回路を単純化したので、後
段のＢＰＦ７や位相測定回路９をディジタル化すること
ができ、装置全体をＩＣ化することが可能となる。この
場合、距離測定装置の大幅な小型化、低コスト化、低消
費電力化を実現することができる。
段のＢＰＦ７や位相測定回路９をディジタル化すること
ができ、装置全体をＩＣ化することが可能となる。この
場合、距離測定装置の大幅な小型化、低コスト化、低消
費電力化を実現することができる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
及び請求項２によれば、ＭＯＳトランジスタを対数変換
器として使用したので、部品点数や回路調整作業を大幅
に削減し、装置の小型化、低コスト化、及び低消費電力
化することを可能とした距離測定装置を提供することが
できる。
及び請求項２によれば、ＭＯＳトランジスタを対数変換
器として使用したので、部品点数や回路調整作業を大幅
に削減し、装置の小型化、低コスト化、及び低消費電力
化することを可能とした距離測定装置を提供することが
できる。
【００４７】また、本発明の請求項３によれば、アバラ
ンシェホトダイオード及びＭＯＳトランジスタを同一半
導体基板上に設けたので、装置の小型化、低コスト化、
及び低消費電力化することを可能とした距離測定装置を
提供することができる。
ンシェホトダイオード及びＭＯＳトランジスタを同一半
導体基板上に設けたので、装置の小型化、低コスト化、
及び低消費電力化することを可能とした距離測定装置を
提供することができる。
【００４８】また、本発明の請求項４から請求項６によ
れば、ＭＯＳトランジスタを対数変換器として使用し、
ＭＯＳトランジスタの出力インピーダンスを低インピー
ダンスに変換するバッファ回路を設けたので、ＭＯＳト
ランジスタの後段に接続した回路部品からの影響をＭＯ
Ｓトランジスタに与えず、部品点数や回路調整作業を大
幅に削減し、装置の小型化、低コスト化、及び低消費電
力化することを可能とした距離測定装置を提供すること
ができる。
れば、ＭＯＳトランジスタを対数変換器として使用し、
ＭＯＳトランジスタの出力インピーダンスを低インピー
ダンスに変換するバッファ回路を設けたので、ＭＯＳト
ランジスタの後段に接続した回路部品からの影響をＭＯ
Ｓトランジスタに与えず、部品点数や回路調整作業を大
幅に削減し、装置の小型化、低コスト化、及び低消費電
力化することを可能とした距離測定装置を提供すること
ができる。
【００４９】また、本発明の請求項７によれば、アバラ
ンシェホトダイオード、ＭＯＳトランジスタ及びバッフ
ァ回路を同一半導体基板上に設けたので、装置の小型
化、低コスト化、及び低消費電力化することを可能とし
た距離測定装置を提供することができる。
ンシェホトダイオード、ＭＯＳトランジスタ及びバッフ
ァ回路を同一半導体基板上に設けたので、装置の小型
化、低コスト化、及び低消費電力化することを可能とし
た距離測定装置を提供することができる。
【００５０】
【図１】本発明の実施例の構成概略図である。
【図２】従来の距離測定装置の構成概略図である。
１ アバランシェホトダイオード ２ バイアス回路 ３ 参照波重畳回路 ７ バンドパスフィルタ ９ 位相測定器 １１ ＭＯＳトランジスタ １２ バッファ回路 １２ａ，１２ｂ ＭＯＳトランジスタ
Claims (7)
- 【請求項１】 光源からの光が変調されて対象物に放射
された送信光と、前記対象物で反射した反射光が変調さ
れた受信光との位相差を検出することにより前記対象物
までの距離を測定する距離測定装置において、 変調されたバイアス電圧が印加され、前記送信光と前記
受信光とを受信して前記位相差に関連した電流信号を発
生し指数関数特性に基づいて増倍して出力するアバラン
シェホトダイオードと、 前記アバランシェホトダイオードの出力信号を対数変換
して線形な電圧信号を出力するＭＯＳトランジスタと、 前記ＭＯＳトランジスタの出力信号に基づいて前記位相
差を検出する位相測定器、とを具備することを特徴とす
る距離測定装置。 - 【請求項２】 前記ＭＯＳトランジスタは、ゲート電圧
が閾値電圧以下の領域を動作領域とすることを特徴とす
る請求項１記載の距離測定装置。 - 【請求項３】 前記アバランシェホトダイオード及び前
記ＭＯＳトランジスタは、同一の半導体基板上に設けら
れることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。 - 【請求項４】 光源からの光が変調されて対象物に放射
された送信光と、前記対象物で反射した反射光が変調さ
れた受信光との位相差を検出することにより前記対象物
までの距離を測定する距離測定装置において、 変調されたバイアス電圧が印加され、前記送信光と前記
受信光とを受信して前記位相差に関連した電流信号を発
生し指数関数特性に基づいて増倍して出力するアバラン
シェホトダイオードと、 前記アバランシェホトダイオードの出力信号を対数変換
して線形な電圧信号を出力するＭＯＳトランジスタと、 前記ＭＯＳトランジスタの出力インピーダンスを低イン
ピーダンスに変換するバッファ回路と、 前記バッファ回路の出力に基づいて前記位相差を検出す
る位相測定器、とを具備することを特徴とする距離測定
装置。 - 【請求項５】 前記バッファ回路は、ソースに定電流が
供給されてドレインが基準電位に接続され、ゲートに前
記ＭＯＳトランジスタの出力が入力されて、前記ソース
から前記ＭＯＳトランジスタの出力に対応した出力を取
り出すソースフォロアを有することを特徴とする請求項
４記載の距離測定装置。 - 【請求項６】 前記ＭＯＳトランジスタは、ゲート電圧
が閾値電圧以下の領域を動作領域とすることを特徴とす
る請求項４記載の距離測定装置。 - 【請求項７】 前記アバランシェホトダイオード、前記
ＭＯＳトランジスタ、及び前記バッファ回路は、同一の
半導体基板上に設けられることを特徴とする請求項４記
載の距離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000109581A JP2001289951A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000109581A JP2001289951A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 距離測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001289951A true JP2001289951A (ja) | 2001-10-19 |
Family
ID=18622254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000109581A Pending JP2001289951A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001289951A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004525351A (ja) * | 2000-12-11 | 2004-08-19 | カネスタ インコーポレイテッド | 量子効率変調を用いたｃｍｏｓコンパチブルの三次元イメージセンシングのためのシステム |
| JP2013011558A (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-17 | Topcon Corp | 光波距離測定方法及び光波距離装置 |
| WO2013076769A1 (ja) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | 三菱電機株式会社 | 光測距装置 |
| WO2021145134A1 (ja) * | 2020-01-17 | 2021-07-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 受光装置及び受光装置の信号処理方法、並びに、測距装置 |
| US11785347B2 (en) | 2019-02-04 | 2023-10-10 | Anduril Industries, Inc. | Systems and methods for digital imaging using computational pixel imagers with multiple in-pixel counters |
-
2000
- 2000-04-11 JP JP2000109581A patent/JP2001289951A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004525351A (ja) * | 2000-12-11 | 2004-08-19 | カネスタ インコーポレイテッド | 量子効率変調を用いたｃｍｏｓコンパチブルの三次元イメージセンシングのためのシステム |
| JP2013011558A (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-17 | Topcon Corp | 光波距離測定方法及び光波距離装置 |
| WO2013076769A1 (ja) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | 三菱電機株式会社 | 光測距装置 |
| US11785347B2 (en) | 2019-02-04 | 2023-10-10 | Anduril Industries, Inc. | Systems and methods for digital imaging using computational pixel imagers with multiple in-pixel counters |
| US11856302B2 (en) | 2019-02-04 | 2023-12-26 | Anduril Industries, Inc. | Systems and methods for digital imaging using computational pixel imagers with multiple in-pixel counters |
| US11856303B2 (en) | 2019-02-04 | 2023-12-26 | Anduril Industries, Inc. | Systems and methods for digital imaging using computational pixel imagers with multiple in-pixel counters |
| US11863876B2 (en) | 2019-02-04 | 2024-01-02 | Anduril Industries Inc. | Event-based computational pixel imagers |
| US11871122B2 (en) | 2019-02-04 | 2024-01-09 | Anduril Industries, Inc. | Computational pixel imager with in-pixel histogram acquisition |
| US11877068B2 (en) | 2019-02-04 | 2024-01-16 | Anduril Industries, Inc. | Advanced computational pixel imagers with multiple in-pixel counters |
| US11974049B2 (en) | 2019-02-04 | 2024-04-30 | Anduril Industries, Inc. | Advanced computational pixel imagers with multiple in-pixel counters |
| WO2021145134A1 (ja) * | 2020-01-17 | 2021-07-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 受光装置及び受光装置の信号処理方法、並びに、測距装置 |
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