JP2918738B2 - 測距装置用光電変換回路 - Google Patents

測距装置用光電変換回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、カメラなどにおける
光を用いた自動焦点装置,測距装置等に適用される光電
変換装置に関し、特に半導体位置検出器(以下PSD(P
osition Sensitive Device) と称す)を用いて特定の周
波数に変調された信号光だけを選択して検出できる測距
装置用光電変換回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の測距装置用光電変換回路の
ブロック構成を示す図であり、図において、20は第1
及び第2の電極201,202を有し、所定の周波数で
変調された信号光を含む光を受光して光電変換電流に変
換する半導体位置検出器(PSD)であり、10は該P
SD20に逆バイアス電圧をかける電源、600は第1
演算増幅器、601は第2演算増幅器、800,801
はそれぞれ第1,第2演算増幅器の反転入力端子、70
0,701はそれぞれ第1,第2演算増幅器の非反転入
力端子、900,901は第1,第2演算増幅器の出力
端子、1は第1演算増幅器600の出力端子900と反
転入力端子800との間に接続された、電流を電圧に変
換する抵抗、2は第2演算増幅器601の出力端子90
1と反転入力端子801との間に接続された、電流を電
圧に変換する抵抗である。また図6は上記PSD20を
示す図であり、図において、201は第1のアノード、
202は第2のアノード、203はカソードである。
【0003】このように構成された測距装置用光電変換
回路について基本的な動作について説明する。この装置
では、信号用光源として、所定周波数で振幅変調をかけ
たものが使用され、一定周波数の信号光が光源から発せ
られる。所定の周波数で変調された信号光を含む光がP
SD20に入射され、該PSD20で光電変換されて光
電変換電流となり、抵抗1,2により電流から電圧に変
換され、各差動増幅器600,601により増幅され電
圧値として出力される。
【0004】上記各抵抗1,2は差動増幅器600,6
01の反転入力端子800,801と出力900,90
1間にそれぞれ接続されており、負帰還がかかってい
る。このためスポット光が入射されない、即ちスタンバ
イ状態においては、反転入力端子700,701,非反
転入力端子800,801は同電位となり、差動増幅器
600,601はつりあいのとれた安定した状態といえ
る。
【0005】そして直流電源10によって逆バイアスさ
れたPSD20にスポット光が入射すると、該PSD2
0で光電変換されて光電変換電流となり、PSD20の
電気的中心位置から入射スポット光の重心位置までの距
離に応じた値の光電変換電流が第1のアノード201と
第2のアノード202とに分割して出力される。
【0006】このようにスポット光がPSD20に照射
されると、光電変換電流が、上記PSD20の第1アノ
ード201と第2アノード202とからそれぞれ出力さ
れるが、上記第1アノード201から出力された光電流
は、抵抗1で電流から電圧に変換され、出力端子900
に電圧値として得られる。同様に、第2アノード202
から出力された光電流は、抵抗2で電流から電圧に変換
され、出力端子901に電圧値として得られる。このよ
うにして得られた出力端子900,901の電圧値の比
をとることで、上記PSD20上の受光位置を確認する
ことにより測距や自動焦点をすることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の測距装置用光電
変換回路は以上のように構成されているので、PSDは
受光したすべての光エネルギーを電流に変換し、この光
電流を抵抗1または抵抗2によって電流・電圧変換して
いるため、太陽光や人工的な光などいろいろな周波数の
光を検出することになるという問題点があった。
【0008】一方、カメラ等の自動焦点装置や測距装置
などでは、光源から所定の変調を加えた特定周波数の信
号光を発し、対象物により反射されてくる信号光を受光
し検出することによって、自動焦点合わせや測距等を行
うが、従来の測距装置用光電変換回路は上記のように、
特定周波数の信号以外の不要な光も一緒に受光してしま
うため、所望の信号光成分だけを取り出すことができな
いという問題点があった。
【0009】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、特定の周波数に変調された信号
光だけを選択して検出できる測距装置用光電変換回路を
得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る測距装置
用光電変換回路は、第1及び第2の電極を有し、所定の
周波数で変調された信号光を含む光を受光して光電変換
電流に変換する半導体位置検出器と、非反転入力端子
と,反転入力端子とを有し、その出力が上記反転入力端
子に直接帰還されている差動増幅器と、上記半導体位置
検出器の第1電極を上記差動増幅器の非反転入力端子に
接続するか、第1,第2電極を接続した状態で上記差動
増幅器の非反転入力端子に接続するかを切換える切換手
段とを備え、かつ上記所定の周波数に対して電気的に共
振する共振器を上記差動増幅器の非反転入力端子と接地
間に設けたものである。
【0011】また、この発明に係る測距装置用光電変換
回路は、第1及び第2の電極を有し、所定の周波数で変
調された信号光を含む光を受光して光電変換電流に変換
する半導体位置検出器と、接地された非反転入力端子
と,反転入力端子とを有する差動増幅器と、上記半導体
位置検出器の第1電極を上記差動増幅器の反転入力端子
に接続するか、第1,第2電極を接続した状態で上記差
動増幅器の反転入力端子に接続するかを切換える切換手
段とを備え、かつ上記所定の周波数に対して電気的に共
振する共振器を上記差動増幅器の出力と反転入力端子間
に設けたものである。
【0012】
【作用】この発明においては、第1及び第2の電極を有
し、所定の周波数で変調された信号光を含む光を受光し
て光電変換電流に変換する半導体位置検出器と、非反転
入力端子と,反転入力端子とを有し、その出力が上記反
転入力端子に直接帰還されている差動増幅器と、上記半
導体位置検出器の第1電極を上記差動増幅器の非反転入
力端子に接続するか、第1,第2電極を接続した状態で
上記差動増幅器の非反転入力端子に接続するかを切換え
る切換手段とを備え、上記所定の周波数に対して電気的
に共振する共振器を上記差動増幅器の非反転入力端子と
接地間に設けたので、特定の周波数に変調された信号光
だけを選択して検出することができる。
【0013】また、この発明においては、第1及び第2
の電極を有し、所定の周波数で変調された信号光を含む
光を受光して光電変換電流に変換する半導体位置検出器
と、接地された非反転入力端子と,反転入力端子とを有
する差動増幅器と、上記半導体位置検出器の第1電極を
上記差動増幅器の反転入力端子に接続するか、第1,第
2電極を接続した状態で上記差動増幅器の反転入力端子
に接続するかを切換える切換手段とを備え、上記所定の
周波数に対して電気的に共振する共振器を上記差動増幅
器の出力と反転入力端子間に設けたので、差動増幅器の
遅延時間の影響を受けることなく特定の周波数に変調さ
れた信号光だけを選択した検出出力を得ることができ
る。
【0014】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1は本発明の一実施例による測距装置用光電変
換回路のブロック構成を示す図であり、図において、2
0は第1及び第2の電極201,202を有し、所定の
周波数で変調された信号光を含む光を受光して光電変換
電流に変換するPSD、10は該PSD20に逆バイア
スをかけるための電源、60は非反転入力端子70と,
反転入力端子80とを有し、その出力90が上記反転入
力端子80に直接帰還されている差動増幅器、30,4
0は上記PSD20の第1電極201を上記差動増幅器
60の非反転入力端子70に接続するか、第1,第2電
極201,202を接続した状態で上記差動増幅器60
の非反転入力端子70に接続するかを切換えるスイッ
チ、50は上記差動増幅器60の非反転入力端子70と
接地間に設けられ、上記所定の周波数に対して電気的に
共振し、この共振現象により共振した光電変換電流だけ
を電圧に変換する並列共振器である。100は上記スイ
ッチ30,40、並列共振器50、差動増幅器60を有
する測距検出手段である。
【0015】次に動作について説明する。PSD20の
第1アノード201と第2アノード202から出力され
る光電流を切り換えスイッチ30,40により、2つの
状態に切り換えて取り出す。先ず上記スイッチ30をO
N(閉),スイッチ40をOFF(開)として、第1ア
ノード201からの光電流を取り出し、並列共振器50
を介して第1アノード201からの信号電圧を取り出
す。
【0016】次に、上記スイッチ30をOFF(開),
スイッチ40をON(閉)にして、第1アノード201
と第2アノード202を接続した状態での光電流を取り
出し、並列共振器50を介して同じく差動増幅器60の
非反転入力端子70に入力することにより、第1アノー
ド201と第2アノード202とからの合計信号電圧を
取り出す。
【0017】ここで、第1アノード201からの信号電
圧をV1 ,第2アノード202からの信号電圧をV2
すると、次式で表すことができる。 V01=V1 ……(1) V02=V1 +V2 ……(2) V02−V01=V2 ……(3)
【0018】ここで、差動増幅器60の出力電圧をV01
とV02で表し、スイッチ30=ONかつスイッチ40=
OFFの時の出力電圧をV01とし、スイッチ30=OF
Fかつスイッチ40=ONの時の出力電圧をV02として
いる。上記(3) 式に示す処理を追加すれば、間接的にV
2 をもとめることができ、V1 とV2 の比から測距する
ことができる。
【0019】ここで、並列共振器50のインピーダンス
は、特定周波数の電流に対しては、高抵抗(数kΩ〜数
百kΩ)となり、電圧降下する。特定周波数以外の電流
に対しては、低抵抗(数十Ω〜数百Ω)となり、電圧降
下しない。このようにして、電流から電圧への変換が行
われ、信号電圧だけを取り出すことができる。
【0020】このように本実施例では、第1及び第2の
電極を有し、所定の周波数で変調された信号光を含む光
を受光して光電変換電流に変換する半導体位置検出器
と、非反転入力端子と,反転入力端子とを有し、その出
力が上記反転入力端子に直接帰還されている差動増幅器
と、上記半導体位置検出器の第1電極を上記差動増幅器
の非反転入力端子に接続するか、第1,第2電極を接続
した状態で上記差動増幅器の非反転入力端子に接続する
かを切換える切換手段とを備え、上記所定の周波数に対
して電気的に共振する共振器を上記差動増幅器の非反転
入力端子と接地間に接続したので、特定の周波数に変調
された信号光だけを選択して検出することができ、精度
の高い光電変換回路が得られる効果がある。また、1つ
の演算増幅器を用いて、PSDからの2つのアノード電
流をインピーダンス変換できるので、並列共振器のQ特
性を向上するとともに、従来の2つの演算増幅器を有す
るものと比較して演算増幅器での消費電力を低減でき
る。
【0021】なお、上記実施例ではPSD20の第1ア
ノード201とスイッチ40の他端(第2アノード20
2に接続されていない方の端子)との間に、並列共振器
50を挿入して構成した測距装置用光電変換回路を例に
とって説明したが、この場合、差動増幅器60は並列共
振器50のQ特性を向上するためにインピーダンス変換
器として用いられており、またその出力90が負帰還さ
れているので、入力に対して出力電圧は遅れて出力され
る。さらにPSD20の第1アノード201が非反転入
力端子70に接続されているので、該PSD20の第1
アノード201と第2のアノード202の両端の電圧は
同電位ではなく、このためPSD20の分流比は等しく
ない。
【0022】このため並列共振器50の挿入場所を、差
動増幅器60の反転入力端子80と出力90との間に挿
入した本発明の第2の実施例による測距装置用光電変換
回路を図2に示す。この装置における差動増幅器60の
非反転入力端子70は接地されており、常に接地電位で
ある。また反転入力端子80も常に接地電位である(イ
マジナリショートの特性)。即ち、差動増幅器60はP
SD20の第1アノード201と第2のアノード202
の両端の電圧を同電位にするためのもので、PSD20
の分流比も等しくなり精度は向上できる。またPSD2
0からの電流は差動増幅器60をとおらず並列共振器5
0のみを介して出力されるので、入力に対して出力の遅
れ時間を生じることはない。したがって応答性がよく、
高い周波数で変調された信号光に対して適している。
【0023】このように第2の実施例では、第1及び第
2の電極を有し、第1及び第2の電極を有し、所定の周
波数で変調された信号光を含む光を受光して光電変換電
流に変換する半導体位置検出器と、接地された非反転入
力端子と,反転入力端子とを有する差動増幅器と、上記
半導体位置検出器の第1電極を上記差動増幅器の反転入
力端子に接続するか、第1,第2電極を接続した状態で
上記差動増幅器の反転入力端子に接続するかを切換える
切換手段とを備え、上記所定の周波数に対して電気的に
共振する共振器を上記差動増幅器の出力と反転入力端子
間に設けたので、PSD20の精度を向上することがで
き、かつ差動増幅器の遅延時間の影響を受けることなく
検出出力を得ることができ、高い周波数で変調された信
号光に対して応答性のよい測距装置用光電変換回路を得
ることができる。
【0024】なお、上記各実施例では差動増幅器60の
出力90から反転入力80に負帰還をかけるように、構
成され、これにより反転入力80と非反転入力70のそ
れぞれの入力電圧が同一電位になるよう動作するので、
スタンバイ状態における差動増幅器60の精度を向上さ
せることができる。
【0025】また、上記実施例では差動増幅器の動作電
源として、図7に示すように一般にはプラス側の電源4
00とマイナス側の電源401の2つの電源を必要とす
るが、図3に示す第3の実施例のように、差動増幅器6
0の非反転入力端子70と反対側の共振器50の一端と
接地との間に電圧源300を接続し場合には、差動増
幅器60を単一電源で動作させることができる。
【0026】また図4に示す第4の実施例では、差動増
幅器60の非反転入力端子70と接地との間に電圧源3
00を接続しており、この場合においても差動増幅器6
0を単一電源で動作させることができる。
【0027】このように第3,第4の実施例では、上記
差動増幅器を単一電源で動作させるための電源を設けた
ので、差動増幅器の動作電源を削減することができる。
【0028】また上記各実施例における図1〜図4の各
スイッチ30,40を半導体スイッチ(例えばトランス
ミッションゲートやアナログスイッチ)で構成してもよ
い。
【0029】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る測距装置
用光電変換回路によれば、第1及び第2の電極を有し、
所定の周波数で変調された信号光を含む光を受光して光
電変換電流に変換する半導体位置検出器と、非反転入力
端子と,反転入力端子とを有し、その出力が上記反転入
力端子に直接帰還されている差動増幅器と、上記半導体
位置検出器の第1電極を上記差動増幅器の非反転入力端
子に接続するか、第1,第2電極を接続した状態で上記
差動増幅器の非反転入力端子に接続するかを切換える切
換手段とを備え、上記所定の周波数に対して電気的に共
振する共振器を上記差動増幅器の非反転入力端子と接地
間に設けたので、特定の周波数に変調された信号光だけ
を選択して検出することができ、精度の高い光電変換回
路が得られる効果がある。また、1つの演算増幅器を用
いて、PSDからの2つのアノード電流をインピーダン
ス変換できるので、並列共振器のQ特性を向上するとと
もに、演算増幅器での消費電力を低減できる効果があ
る。
【0030】また、この発明に係る測距装置用光電変換
回路によれば、第1及び第2の電極を有し、所定の周波
数で変調された信号光を含む光を受光して光電変換電流
に変換する半導体位置検出器と、接地された非反転入力
端子と,反転入力端子とを有する差動増幅器と、上記半
導体位置検出器の第1電極を上記差動増幅器の反転入力
端子に接続するか、第1,第2電極を接続した状態で
記差動増幅器の反転入力端子に接続するかを切換える切
換手段とを備え、上記所定の周波数に対して電気的に共
振する共振器を上記差動増幅器の出力と反転入力端子間
に設けたので、PSDの精度を向上することができ、差
動増幅器の遅延時間の影響を受けることなく出力を得る
ことができ、高い周波数で変調された信号光に対して応
答性のよい測距装置用光電変換回路を得ることができる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による測距装置用光電変換
回路のブロック構成を示すブロック回路図である。
【図2】この発明の他の実施例による測距装置用光電変
換回路のブロック構成を示すブロック回路図である。
【図3】図1に示す測距装置用光電変換回路を単一電源
で動作させる場合のバイアス電圧を設けたブロック回路
図である。
【図4】図2に示す測距装置用光電変換回路を単一電源
で動作させる場合のバイアス電圧を設けたブロック回路
図である。
【図5】従来の測距装置用光電変換回路光電変換回路の
ブロック構成を示すブロック回路図である。
【図6】PSDの電極側を示す回路図である。
【図7】差動増幅器の等価回路を示す等価回路図であ
る。
【符号の説明】
10 PSDの逆バイアス用電源 20 半導体位置検出器(PSD) 30 第1スイッチ 40 第2スイッチ 50 並列共振器 60 差動作増幅器 70 非反転入力端子 80 反転入力端子 90 出力 100,101 測距検出手段 201 PSDの第1アノード 202 PSDの第2アノード 203 PSDのカソード 300 差動作増幅器のレベルシフト用電源 400,401 差動作増幅器の動作電源

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の電極を有し、所定の周波
    数で変調された信号光を含む光を受光して光電変換電流
    に変換する半導体位置検出器と、 非反転入力端子と,反転入力端子とを有し、その出力が
    上記反転入力端子に直接帰還されている差動増幅器と、 上記半導体位置検出器の第1電極を上記差動増幅器の非
    反転入力端子に接続するか、第1,第2電極を接続した
    状態で上記差動増幅器の非反転入力端子に接続するかを
    切換える切換手段と、 上記差動増幅器の非反転入力端子と接地間に設けられ
    た、上記所定の周波数に対して電気的に共振する共振器
    とを備えたことを特徴とする測距装置用光電変換回路。
  2. 【請求項2】 上記差動増幅器を動作させるための単一
    電源を上記共振器の上記非反転入力端子と反対側の一端
    と接地間に設けたことを特徴とする請求項1記載の測距
    装置用光電変換回路。
  3. 【請求項3】 第1及び第2の電極を有し、所定の周波
    数で変調された信号光を含む光を受光して光電変換電流
    に変換する半導体位置検出器と、 接地された非反転入力端子と,反転入力端子とを有する
    差動増幅器と、 上記半導体位置検出器の第1電極を上記差動増幅器の反
    転入力端子に接続するか、第1,第2電極を接続した状
    態で上記差動増幅器の反転入力端子に接続するかを切換
    える切換手段と、 上記差動増幅器の出力端と反転入力端子間に設けられ
    た、上記所定の周波数に対して電気的に共振する共振器
    とを備えたことを特徴とする測距装置用光電変換回路。
  4. 【請求項4】 上記差動増幅器を動作させるための単一
    電源を上記差動増幅器の非反転入力端子と接地間に設け
    たことを特徴とする請求項3記載の測距装置用光電変換
    回路。
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