JP3014891B2 - 光位置検出装置 - Google Patents
光位置検出装置Info
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- JP3014891B2 JP3014891B2 JP6190393A JP6190393A JP3014891B2 JP 3014891 B2 JP3014891 B2 JP 3014891B2 JP 6190393 A JP6190393 A JP 6190393A JP 6190393 A JP6190393 A JP 6190393A JP 3014891 B2 JP3014891 B2 JP 3014891B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体位置検出器にお
ける信号処理技術に関する。
ける信号処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンフォトダイオードなどの受光素
子は様々な民生品に利用され、例えば、ＰＳＤなどのシ
リコンフォトダイオードなどを用いた半導体位置検出器
は、近年、自動車に搭載される凹凸センサなどに使用さ
れている。
子は様々な民生品に利用され、例えば、ＰＳＤなどのシ
リコンフォトダイオードなどを用いた半導体位置検出器
は、近年、自動車に搭載される凹凸センサなどに使用さ
れている。
【０００３】半導体位置検出器で位置検出を行う場合、
一般的に、ＬＥＤ等の投光手段を使って被写体にパルス
光を投射し、そこから反射されているスポット光を光学
手段を通じてこのＰＳＤに投射する。このＰＳＤ上での
スポット光の位置について、丁度中央であれば検出器の
両出力端から検出される電流Ｉpa，Ｉpbの比は１：１で
あり、これが左右どちらかに移動するにつれ、電流Ｉp
a，Ｉpbの比もその位置に応じて変化して行く。この作
用により、三角測距の原理を応用して、被写体の凹凸情
報を得ることができるのである。
一般的に、ＬＥＤ等の投光手段を使って被写体にパルス
光を投射し、そこから反射されているスポット光を光学
手段を通じてこのＰＳＤに投射する。このＰＳＤ上での
スポット光の位置について、丁度中央であれば検出器の
両出力端から検出される電流Ｉpa，Ｉpbの比は１：１で
あり、これが左右どちらかに移動するにつれ、電流Ｉp
a，Ｉpbの比もその位置に応じて変化して行く。この作
用により、三角測距の原理を応用して、被写体の凹凸情
報を得ることができるのである。
【０００４】この検出方式では、スポット光の情報をそ
の回りの背景光からいかに正確に識別し読み出すかとい
うのが正確な距離を測定する上での技術的なポイントで
ある。この例として、例えば、「特願昭６２−２５４０
０６」に記載されているものがあり、図４はそのブロッ
ク図を示したものである。この従来方式を説明する。
の回りの背景光からいかに正確に識別し読み出すかとい
うのが正確な距離を測定する上での技術的なポイントで
ある。この例として、例えば、「特願昭６２−２５４０
０６」に記載されているものがあり、図４はそのブロッ
ク図を示したものである。この従来方式を説明する。
【０００５】まず最初にＬＥＤを点灯せずに、背景光の
みの状態で積分器１８ａ、１８ｂにより電流電圧変換を
行ない、その電圧、すなわち「背景光成分」のみをＳＷ
１，３にて電流電圧変換用のアンプ１９ａ，１９ｂの入
力容量にホールドする。その次に、ＬＥＤを点灯した状
態において、今度はＳＷ２，４にてアンプ２０ａ、２０
ｂの入力容量に「スポット光十背景光」の成分をホール
ドする。アナログ減算器２１ａ，ｂは、それぞれ、アン
プ２０ａ，ｂからアンプ１９ａ，ｂのホールド出力の差
を取りスポット光成分を取り出す。このＰＳＤ６の両端
の出力Ｉpa、Ｉpbに比例する電圧がバッファ２２ａ，ｂ
から減算器２３，加算器２４へ入力される。加算器２４
からの「−（Ｉpa＋Ｉpb）」に比例する電圧は反転バッ
ファによって反転され、この電圧と、減算器２３の出力
からの（Ｉpa−Ｉpb）に比例する電圧とが、割り算器２
５で演算され、その演算結果「（Ｉpa＋Ｉpb）／（Ｉpa
−Ｉpb）」を得る。こうして、ＰＳＤ上のスポット光の
位置を正確に求めようというものである。
みの状態で積分器１８ａ、１８ｂにより電流電圧変換を
行ない、その電圧、すなわち「背景光成分」のみをＳＷ
１，３にて電流電圧変換用のアンプ１９ａ，１９ｂの入
力容量にホールドする。その次に、ＬＥＤを点灯した状
態において、今度はＳＷ２，４にてアンプ２０ａ、２０
ｂの入力容量に「スポット光十背景光」の成分をホール
ドする。アナログ減算器２１ａ，ｂは、それぞれ、アン
プ２０ａ，ｂからアンプ１９ａ，ｂのホールド出力の差
を取りスポット光成分を取り出す。このＰＳＤ６の両端
の出力Ｉpa、Ｉpbに比例する電圧がバッファ２２ａ，ｂ
から減算器２３，加算器２４へ入力される。加算器２４
からの「−（Ｉpa＋Ｉpb）」に比例する電圧は反転バッ
ファによって反転され、この電圧と、減算器２３の出力
からの（Ｉpa−Ｉpb）に比例する電圧とが、割り算器２
５で演算され、その演算結果「（Ｉpa＋Ｉpb）／（Ｉpa
−Ｉpb）」を得る。こうして、ＰＳＤ上のスポット光の
位置を正確に求めようというものである。
【０００６】尚、ここで述べられている、背景光情報の
抜き取りについては、この従来案よりも以前から、例え
ば、「特開昭５９−１４２４１２」のカメラ用オートフ
ォーカス回路などに記載されており、この従来案独自の
発想ではないものと考えられる。
抜き取りについては、この従来案よりも以前から、例え
ば、「特開昭５９−１４２４１２」のカメラ用オートフ
ォーカス回路などに記載されており、この従来案独自の
発想ではないものと考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では回路１
９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂの出力については、特許
明細書に出力電圧の式が記載されていないが、一般に、
光電流Ｉshに対して出力電流Ｖｏは次の式（１）で示さ
れる。
９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂの出力については、特許
明細書に出力電圧の式が記載されていないが、一般に、
光電流Ｉshに対して出力電流Ｖｏは次の式（１）で示さ
れる。
【０００８】 Ｖｏ＝Ｉsh×α×（ exp（θ-t／π1 ）− exp（θ-t／π2 ））…（１） ここで、αは定数項である。π1 、π2 は、電流電圧変
換器に使用しているＣ，Ｒの値Ｒｆ，Ｃｆとフォトダイ
オード寄生容量Ｃｄ，電流電圧変換器出力容量Ｃｌ，電
流電圧変換器アンプのコンダクタンスｇｍとを用いて次
式で示される。
換器に使用しているＣ，Ｒの値Ｒｆ，Ｃｆとフォトダイ
オード寄生容量Ｃｄ，電流電圧変換器出力容量Ｃｌ，電
流電圧変換器アンプのコンダクタンスｇｍとを用いて次
式で示される。
【０００９】π1 ＝Ｒｆ×Ｃｆ…（２ａ） π2 ＝Ｃｄ×（Ｃｌ＋Ｃｆ）／ｇｍ×Ｃｆ…（２ｂ） このことから、回路１９ａ、１９ｂの出力はエキスポネ
シャルカーブで表現され、これは一般に図５に示すよう
に（特にスポット光などの瞬時に変化する光の場合）三
角波状の波形となる。
シャルカーブで表現され、これは一般に図５に示すよう
に（特にスポット光などの瞬時に変化する光の場合）三
角波状の波形となる。
【００１０】上記従来例では、これをスイッチＳＷ１〜
４でアンプ２０ａ、２０ｂなどの容量にホールドするの
であるが、三角波のピークは時間成分のエクスポネンシ
ャルに比例するので、必ずしも光電流Ｉshにリニアに比
例しないという問題がある。また、三角波は一般に瞬時
に立ち上がるので、これをホールドするためのタイミン
グも非常に厳密に発生しないと、ますます光電流に対し
てリニアリティを失うことになる。上記従来例では、回
路１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂの出力が正確にＩsh
に比例することを前提としているので、精度があまり良
いものにならないのである。
４でアンプ２０ａ、２０ｂなどの容量にホールドするの
であるが、三角波のピークは時間成分のエクスポネンシ
ャルに比例するので、必ずしも光電流Ｉshにリニアに比
例しないという問題がある。また、三角波は一般に瞬時
に立ち上がるので、これをホールドするためのタイミン
グも非常に厳密に発生しないと、ますます光電流に対し
てリニアリティを失うことになる。上記従来例では、回
路１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂの出力が正確にＩsh
に比例することを前提としているので、精度があまり良
いものにならないのである。
【００１１】また、アナログ減算器２１ａ，ｂおよび減
算器２３，加算器２４を差動アンプで構成しており、ア
ンプのゲインが十分大きければ、これらの出力の精度は
全て使用する抵抗の精度に大きく依存する。しかしなが
ら、温度保証型の抵抗を使っても全てを均一に高精度を
保つ事は非常に困難である。そのため、このバラツキに
よっても精度があまり良いものにならないのである。
算器２３，加算器２４を差動アンプで構成しており、ア
ンプのゲインが十分大きければ、これらの出力の精度は
全て使用する抵抗の精度に大きく依存する。しかしなが
ら、温度保証型の抵抗を使っても全てを均一に高精度を
保つ事は非常に困難である。そのため、このバラツキに
よっても精度があまり良いものにならないのである。
【００１２】さらに、最低でも１３個のオペアンプ及び
割り算器が必要である。しかしながら、これを一つのＩ
Ｃで実現しようとしたときに、非常に大きなスペースが
必要になるという問題がある。加えて、精度を上げよう
とすればするほどアンプの裸ゲインを大きく取らねばな
らないので、その分消費電力もますます大きくなる。ま
た、加減算の精度を抵抗に依存するので、このような高
精度の抵抗をＩＣで実現するために、より大きなスペー
スが必要となる。
割り算器が必要である。しかしながら、これを一つのＩ
Ｃで実現しようとしたときに、非常に大きなスペースが
必要になるという問題がある。加えて、精度を上げよう
とすればするほどアンプの裸ゲインを大きく取らねばな
らないので、その分消費電力もますます大きくなる。ま
た、加減算の精度を抵抗に依存するので、このような高
精度の抵抗をＩＣで実現するために、より大きなスペー
スが必要となる。
【００１３】また、最終結果である割り算器出力もアナ
ログ信号であるが、このような用途においては、これら
結果をコンピュータ演算に用いるのが通常になっている
ので、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換されなければな
らない。しかしながら、Ａ／Ｄ変換器を同じチップ内に
収めようとすると、その回路規模が大きくなり、非常に
コストがアップし、また、消費電力の増大などさらに問
題が多い。このようにＩＣ化についても不利になる。
ログ信号であるが、このような用途においては、これら
結果をコンピュータ演算に用いるのが通常になっている
ので、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換されなければな
らない。しかしながら、Ａ／Ｄ変換器を同じチップ内に
収めようとすると、その回路規模が大きくなり、非常に
コストがアップし、また、消費電力の増大などさらに問
題が多い。このようにＩＣ化についても不利になる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光位置検出装置は、入射光をその入射位置
に対応した光電流に変換する光検出器（フォトダイオー
ドやいわゆるＰＳＤ、１次元だけでなく２次元のものを
含む）と、光検出器の出力それぞれに対応し光検出器に
接続されて設けられ、光検出器から入力された光電流を
積分する積分器と、積分器の出力それぞれに対応して設
けられ、積分器の出力を所定の電圧と比較する比較器
と、比較器の出力それぞれに対応して設けられ、積分器
の積分開始から比較器の出力が変化するまで計数するカ
ウンタとを有する。
に、本発明の光位置検出装置は、入射光をその入射位置
に対応した光電流に変換する光検出器（フォトダイオー
ドやいわゆるＰＳＤ、１次元だけでなく２次元のものを
含む）と、光検出器の出力それぞれに対応し光検出器に
接続されて設けられ、光検出器から入力された光電流を
積分する積分器と、積分器の出力それぞれに対応して設
けられ、積分器の出力を所定の電圧と比較する比較器
と、比較器の出力それぞれに対応して設けられ、積分器
の積分開始から比較器の出力が変化するまで計数するカ
ウンタとを有する。
【００１５】また、光検出器の出力それぞれに対し得ら
れたカウンタの計数値について加算及び減算を行い、こ
の減算値及び加算値を除算して入射位置に対応した値を
求める演算手段をさらに有するものとしてもよい。
れたカウンタの計数値について加算及び減算を行い、こ
の減算値及び加算値を除算して入射位置に対応した値を
求める演算手段をさらに有するものとしてもよい。
【００１６】ここで、演算手段は、カウンタの計数値を
加算する加算器と、前記カウンタの計数値を減算する減
算器と、減算器で得られた減算値を前記加算器で得られ
た加算値で除算する除算器とを含んで構成されたものと
しても良い。
加算する加算器と、前記カウンタの計数値を減算する減
算器と、減算器で得られた減算値を前記加算器で得られ
た加算値で除算する除算器とを含んで構成されたものと
しても良い。
【００１７】また、演算手段は、光電流のうち背景光の
成分についてのカウンタの計数値を保持するためのレジ
スタと、このレジスタに保持された計数値を光電流の全
成分についての前記カウンタの計数値から減算する減算
器とを有し、この減算器の出力を用いて加算及び減算を
行い、この減算値及び加算値を除算して入射位置に対応
した値を求めることを特徴としても良い。
成分についてのカウンタの計数値を保持するためのレジ
スタと、このレジスタに保持された計数値を光電流の全
成分についての前記カウンタの計数値から減算する減算
器とを有し、この減算器の出力を用いて加算及び減算を
行い、この減算値及び加算値を除算して入射位置に対応
した値を求めることを特徴としても良い。
【００１８】
【作用】本発明の光位置検出装置では、入射光は、光検
出器でその入射位置に対応した光電流に変換されてその
出力からそれぞれ出力される。そして、積分器では入射
光の照射時から光電流が積分され、積分器の出力はその
積分時定数に応じて変化する。一方、カウンタは計数を
開始し、積分器の出力が所定の電圧となるまで計数す
る。これによって、カウンタの計数値として光電流に対
するディジタル値が得られる。
出器でその入射位置に対応した光電流に変換されてその
出力からそれぞれ出力される。そして、積分器では入射
光の照射時から光電流が積分され、積分器の出力はその
積分時定数に応じて変化する。一方、カウンタは計数を
開始し、積分器の出力が所定の電圧となるまで計数す
る。これによって、カウンタの計数値として光電流に対
するディジタル値が得られる。
【００１９】演算手段によって、光検出器の出力それぞ
れに対し得られたカウンタの計数値について加算及び減
算が行われ、減算値及び加算値を除算して入射位置に対
応した値を求められる。
れに対し得られたカウンタの計数値について加算及び減
算が行われ、減算値及び加算値を除算して入射位置に対
応した値を求められる。
【００２０】入射光のうち背景光の成分を一時レジスタ
で保持し、カウンタの計数値から減算することで、背景
光の成分を光電流に対するディジタル値から除去できる
ので、より正確な位置検出が可能になる。
で保持し、カウンタの計数値から減算することで、背景
光の成分を光電流に対するディジタル値から除去できる
ので、より正確な位置検出が可能になる。
【００２１】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明による光位置検出装置の構成例を示した
ものである。この光位置検出装置は、光検出器Ｄ１とし
て１次元のＰＳＤを用い、このＰＳＤの受光部からの光
電流Ｉsh1 ，Ｉsh2 それぞれに対し光電流をディジタル
値に変換する回路１１０1 ，１１０2 を設けたものであ
る。回路１１０1 ，１１０2 は同じ構成をもち、回路１
１０1 は、積分器（アンプＡ１1 ，積分容量Ｃ１1 ）、
スイッチＳ１1 、比較器Ａ２1 、カウンタＱ１1 、レジ
スタＱ２1 で構成される（回路１１０2 については添字
「２」で区別している）。これらの出力には、ディジタ
ル加算器Ｑ１１，ディジタル減算器Ｑ１２，ディジタル
割算器Ｑ１３が設けられている。なお、測定対象に投光
するためのＬＥＤからＰＳＤまでの光学系は、従来のも
のと同じものを用いており、図では省略してある。
図１は、本発明による光位置検出装置の構成例を示した
ものである。この光位置検出装置は、光検出器Ｄ１とし
て１次元のＰＳＤを用い、このＰＳＤの受光部からの光
電流Ｉsh1 ，Ｉsh2 それぞれに対し光電流をディジタル
値に変換する回路１１０1 ，１１０2 を設けたものであ
る。回路１１０1 ，１１０2 は同じ構成をもち、回路１
１０1 は、積分器（アンプＡ１1 ，積分容量Ｃ１1 ）、
スイッチＳ１1 、比較器Ａ２1 、カウンタＱ１1 、レジ
スタＱ２1 で構成される（回路１１０2 については添字
「２」で区別している）。これらの出力には、ディジタ
ル加算器Ｑ１１，ディジタル減算器Ｑ１２，ディジタル
割算器Ｑ１３が設けられている。なお、測定対象に投光
するためのＬＥＤからＰＳＤまでの光学系は、従来のも
のと同じものを用いており、図では省略してある。
【００２２】積分器は、ＰＳＤからの電流を積分容量Ｃ
１1 に蓄積し電圧として出力するもので、この積分動作
時間が数μｓｅｃオーダーであることから、容量Ｃ
１1 ，Ｃ１2 の容量値は数ｐＦの非常に小さな同じ値Ｃ
１に設定される。スイッチＳ１1は、積分容量Ｃ１1 を
ショートしてリセットするためのもので、ＭＯＳスイッ
チで構成している。スイッチＳ１1 は、リセット信号re
set がハイの時オン状態であり、ローの時オフ状態であ
る。比較器Ａ２1 は積分器の出力を所定の基準電圧Ｖ
ref と比較するためのものであり、カウンタＱ１1 は、
積分器の積分開始後、比較器の出力信号が変化するまで
の時間を基準クロックにより計測する。カウンタＱ１1
には、リセット信号reset が与えられており、ハイの時
リセットされ初期状態になる。レジスタＱ２1 は、この
カウンタの計数値を保持しておくためのものである。
１1 に蓄積し電圧として出力するもので、この積分動作
時間が数μｓｅｃオーダーであることから、容量Ｃ
１1 ，Ｃ１2 の容量値は数ｐＦの非常に小さな同じ値Ｃ
１に設定される。スイッチＳ１1は、積分容量Ｃ１1 を
ショートしてリセットするためのもので、ＭＯＳスイッ
チで構成している。スイッチＳ１1 は、リセット信号re
set がハイの時オン状態であり、ローの時オフ状態であ
る。比較器Ａ２1 は積分器の出力を所定の基準電圧Ｖ
ref と比較するためのものであり、カウンタＱ１1 は、
積分器の積分開始後、比較器の出力信号が変化するまで
の時間を基準クロックにより計測する。カウンタＱ１1
には、リセット信号reset が与えられており、ハイの時
リセットされ初期状態になる。レジスタＱ２1 は、この
カウンタの計数値を保持しておくためのものである。
【００２３】加算器Ｑ１１，減算器Ｑ１２はそれぞれ、
レジスタＱ２1 ，Ｑ２2 に保持されたディジタル値を加
算，減算をするためのものであり、割算器Ｑ１３は加
算，減算の結果を割り算してその結果を図示せぬ外部の
ＣＰＵに出力する。
レジスタＱ２1 ，Ｑ２2 に保持されたディジタル値を加
算，減算をするためのものであり、割算器Ｑ１３は加
算，減算の結果を割り算してその結果を図示せぬ外部の
ＣＰＵに出力する。
【００２４】次に、この装置の動作を図２のタイミング
チャートを用いて説明する。
チャートを用いて説明する。
【００２５】まず、最初の状態ｔ0 では、リセット信号
reset （図の（ａ））はハイの状態であり、積分器のリ
セットスイッチＳ１1 ，Ｓ１2 がオンであり、リセット
状態に固定されている。また、カウンタＱ１1 ，Ｑ１2
もリセット状態である。
reset （図の（ａ））はハイの状態であり、積分器のリ
セットスイッチＳ１1 ，Ｓ１2 がオンであり、リセット
状態に固定されている。また、カウンタＱ１1 ，Ｑ１2
もリセット状態である。
【００２６】次に時刻ｔ1 において、ＬＥＤより測定対
象に向ってスポット光が照射すると同時にリセット信号
reset がローとなる。ＰＳＤの受光部では、背景光およ
び測定対象上のスポット光の位置に応じた光電流Ｉsh1
，Ｉsh2 が出力される。スイッチＳ１1 ，Ｓ１2 がオ
フになり、蓄積容量Ｃ１1 ，Ｃ１2 に向って光電流が蓄
積される。また、カウンタも動作（図の（ｄ）、ハイの
時に動作していることを示す）を開始し基準クロックの
計数を開始する。
象に向ってスポット光が照射すると同時にリセット信号
reset がローとなる。ＰＳＤの受光部では、背景光およ
び測定対象上のスポット光の位置に応じた光電流Ｉsh1
，Ｉsh2 が出力される。スイッチＳ１1 ，Ｓ１2 がオ
フになり、蓄積容量Ｃ１1 ，Ｃ１2 に向って光電流が蓄
積される。また、カウンタも動作（図の（ｄ）、ハイの
時に動作していることを示す）を開始し基準クロックの
計数を開始する。
【００２７】蓄積時間が経過するに応じてアンプＡ１の
出力（図の（ｂ））は低下し、比較器の基準電圧Ｖref
になりそして最終的にはこれを下回る。アンプＡ１の出
力が基準電圧Ｖref になると、比較器の出力（図の
（ｃ））は反転し（図のｔ2 でローになる）、カウンタ
は動作を停止する。この時のカウント数Ｎ1 は、ｔ1 か
らｔ2 までの基準クロックを計数したものであり、アン
プＡ１飽和電圧Ｖｏ、カウンタの基準クロックＴｂ、フ
ォトダイオード光電流Ｉsh1 をもちいてつぎの式（３）
であらわされる。
出力（図の（ｂ））は低下し、比較器の基準電圧Ｖref
になりそして最終的にはこれを下回る。アンプＡ１の出
力が基準電圧Ｖref になると、比較器の出力（図の
（ｃ））は反転し（図のｔ2 でローになる）、カウンタ
は動作を停止する。この時のカウント数Ｎ1 は、ｔ1 か
らｔ2 までの基準クロックを計数したものであり、アン
プＡ１飽和電圧Ｖｏ、カウンタの基準クロックＴｂ、フ
ォトダイオード光電流Ｉsh1 をもちいてつぎの式（３）
であらわされる。
【００２８】 Ｎ1 ＝Ｔ１／Ｔｂ＝（Ｃ１・Ｖｏ／Ｉsh1 ）／Ｔｂ…（３） すなわち、カウンタ数Ｎ１は、光の強度の逆数に比例す
ることになる。この各カウンタＱ１1 ，Ｑ１2 の出力は
レジスタＱ２1 ，Ｑ２2 に保持された後、加算器Ｑ１１
及び減算器Ｑ１２で演算され、加算器Ｑ１１の演算結果
Add は式（４）、減算器Ｑ１２の演算結果Sub は式
（５）であらわされる。
ることになる。この各カウンタＱ１1 ，Ｑ１2 の出力は
レジスタＱ２1 ，Ｑ２2 に保持された後、加算器Ｑ１１
及び減算器Ｑ１２で演算され、加算器Ｑ１１の演算結果
Add は式（４）、減算器Ｑ１２の演算結果Sub は式
（５）であらわされる。
【００２９】 Add ＝（（Ｉsh1 ＋Ｉsh2 ）／Ｉsh1 ・Ｉsh2 ）×Ｃ１・Ｖｏ／Ｔｂ…（４） Sub ＝（（Ｉsh1 −Ｉsh2 ）／Ｉsh1 ・Ｉsh2 ）×Ｃ１・Ｖｏ／Ｔｂ…（５） 割り算器Ｑ１３により加算器出力を減算器出力で割ると
いう演算がなされ、割り算器Ｑ１３の演算結果resultは
次の式（６）で示される。
いう演算がなされ、割り算器Ｑ１３の演算結果resultは
次の式（６）で示される。
【００３０】 result＝（Ｉsh1 −Ｉsh2 ）／（Ｉsh1 ＋Ｉsh2 ）…（６） この値は、ＰＳＤ上のどの位置にスポット光が当たった
かを示すものである。このようにして非常に正確に位置
の検出を行うことができるのである。
かを示すものである。このようにして非常に正確に位置
の検出を行うことができるのである。
【００３１】一般にアナログで演算回路を構成した場
合、ＰＳＤを読み出す際に、両側に接続された検出回路
それぞれの特性が高い精度で一致していなければ、正確
な位置検出は不可能である。
合、ＰＳＤを読み出す際に、両側に接続された検出回路
それぞれの特性が高い精度で一致していなければ、正確
な位置検出は不可能である。
【００３２】これに対し、本発明においては、精度を大
きく左右するのはアナログ構成の初段の積分器であり、
他はディジタル構成なので高精度の演算がなされる。そ
して、積分器はそれを構成するオペアンプ回路のオープ
ンループゲインが十分におおきければ、精度を支配する
要素は積分容量のみである。通常のＩＣプロセスにおい
て（例えば、容量を、ポリシリコンなどの電極で絶縁物
を挾み込む構造にするなど）、容量のばらつきは小さい
ものになる。そのため、ＰＳＤの両出力の信号処理にお
いて、そのバラツキは、前述の従来例のようにアナログ
で演算回路を構成した場合よりも、はるかに小さいもの
になる。
きく左右するのはアナログ構成の初段の積分器であり、
他はディジタル構成なので高精度の演算がなされる。そ
して、積分器はそれを構成するオペアンプ回路のオープ
ンループゲインが十分におおきければ、精度を支配する
要素は積分容量のみである。通常のＩＣプロセスにおい
て（例えば、容量を、ポリシリコンなどの電極で絶縁物
を挾み込む構造にするなど）、容量のばらつきは小さい
ものになる。そのため、ＰＳＤの両出力の信号処理にお
いて、そのバラツキは、前述の従来例のようにアナログ
で演算回路を構成した場合よりも、はるかに小さいもの
になる。
【００３３】また、回路１１０1 ，１１０2 の出力或い
は最終出力である割り算器Ｑ１３の出力はディジタル信
号となっている。このため、精度良く演算が可能であ
り、従来、非常にコストのかかったＡ／Ｄ変換器を全く
用いる必要がない。
は最終出力である割り算器Ｑ１３の出力はディジタル信
号となっている。このため、精度良く演算が可能であ
り、従来、非常にコストのかかったＡ／Ｄ変換器を全く
用いる必要がない。
【００３４】さらに、Ａ／Ｄ変換器が不用である上に積
分器２つ、コンパレータ２つ（オペアンプ回路で組めば
計４つ）であり、デジタル回路部も加算器、減算器、割
算器がわずかに一個ずつ必要となるのみである。そのた
め、非常に小さな回路構成で、従来よりも高い位置検出
精度を確保でき、ワンチップ化が容易である。
分器２つ、コンパレータ２つ（オペアンプ回路で組めば
計４つ）であり、デジタル回路部も加算器、減算器、割
算器がわずかに一個ずつ必要となるのみである。そのた
め、非常に小さな回路構成で、従来よりも高い位置検出
精度を確保でき、ワンチップ化が容易である。
【００３５】また、積分時間が短いので、従来のものと
比較すると高速の動作が可能である。これにくわえて、
積分動作の間に照射されるスポット光成分に較べ背景光
成分が小さい場合、その影響は非常に小さい。背景光は
通常ＰＳＤにほぼ均質に照射されるので、ＰＳＤの光電
流Ｉsh1 ，Ｉsh2 の背景光成分は同じ大きさになる。式
（６）の分子即ち減算器の出力sub は純然たるスポット
光成分であり、式（６）の分母はスポット光成分の合計
に背景光成分が加算されたものである。そのため、背景
光成分はスポット光成分の合計よりも非常に小さいので
通常無視できる程度であるので、高速で正確な位置検出
がなされる。
比較すると高速の動作が可能である。これにくわえて、
積分動作の間に照射されるスポット光成分に較べ背景光
成分が小さい場合、その影響は非常に小さい。背景光は
通常ＰＳＤにほぼ均質に照射されるので、ＰＳＤの光電
流Ｉsh1 ，Ｉsh2 の背景光成分は同じ大きさになる。式
（６）の分子即ち減算器の出力sub は純然たるスポット
光成分であり、式（６）の分母はスポット光成分の合計
に背景光成分が加算されたものである。そのため、背景
光成分はスポット光成分の合計よりも非常に小さいので
通常無視できる程度であるので、高速で正確な位置検出
がなされる。
【００３６】ここで、背景光成分が無視できなくなるほ
ど大きい場合、図３に示すように、回路１１０のカウン
タＱ１、レジスタＱ２の間に、背景光を除去するための
回路などを設けても良い（添字略）。この回路では、割
り算器Ｑ３でカウンタＱ１の計数値の逆数が採られ、Ｐ
ＳＤの光電流Ｉsh1 ，Ｉsh2 に比例した値を求める（式
（３））。そして、予め図２のｔ0 以前の時点で背景光
成分をレジスタＱ４に保持し、図２のｔ2 で得たスポッ
ト光成分から、レジスタＱ４に保持した背景光成分を減
算器Ｑ５で除去して真の信号成分を得ている。この後の
処理は図１と同じである。こうしてより正確な位置検出
を行うことができる。
ど大きい場合、図３に示すように、回路１１０のカウン
タＱ１、レジスタＱ２の間に、背景光を除去するための
回路などを設けても良い（添字略）。この回路では、割
り算器Ｑ３でカウンタＱ１の計数値の逆数が採られ、Ｐ
ＳＤの光電流Ｉsh1 ，Ｉsh2 に比例した値を求める（式
（３））。そして、予め図２のｔ0 以前の時点で背景光
成分をレジスタＱ４に保持し、図２のｔ2 で得たスポッ
ト光成分から、レジスタＱ４に保持した背景光成分を減
算器Ｑ５で除去して真の信号成分を得ている。この後の
処理は図１と同じである。こうしてより正確な位置検出
を行うことができる。
【００３７】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
が可能である。
【００３８】例えば、演算をおこなうためにこれをディ
ジタル回路で構成する例を示したが、図１の回路１１０
は出力がディジタル信号なので、これを直接マイクロプ
ロセッサに入力させ、ソフトウェアにて上述の演算を行
っても良い。背景光を除去する演算もソフトウェアで行
えるのはいうまでもない。
ジタル回路で構成する例を示したが、図１の回路１１０
は出力がディジタル信号なので、これを直接マイクロプ
ロセッサに入力させ、ソフトウェアにて上述の演算を行
っても良い。背景光を除去する演算もソフトウェアで行
えるのはいうまでもない。
【００３９】また、前記積分器の積分容量を複数種類設
けても構わない。この場合、光電流Ｉsh1 ，Ｉsh2 の大
きさに応じて切り替えることで積分器の飽和を抑えるこ
とができ、広いレンジでの計測を行うことができる。
けても構わない。この場合、光電流Ｉsh1 ，Ｉsh2 の大
きさに応じて切り替えることで積分器の飽和を抑えるこ
とができ、広いレンジでの計測を行うことができる。
【００４０】さらに、上記実施例では、検出器に１次元
ＰＳＤを用いたが、フォトダイオードやフォトダイオー
ドアレイでも良く、２次元ＰＳＤでも良い。回路１１０
（積分器、コンパレータ、カウンタ）や割算器などの回
路を、検出器の出力に対応してアレイ状に複数組みなら
べても良い。
ＰＳＤを用いたが、フォトダイオードやフォトダイオー
ドアレイでも良く、２次元ＰＳＤでも良い。回路１１０
（積分器、コンパレータ、カウンタ）や割算器などの回
路を、検出器の出力に対応してアレイ状に複数組みなら
べても良い。
【００４１】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、簡単な構成
で光検出出力をディジタル値で得られ、アナログ構成の
部分が少ないので精度の良い光検出を行うことができ
る。また、ＰＳＤなどの位置検出をディジタル演算で行
えかつその結果をディジタル値で得ることができ、正確
な演算を行うことができる。
で光検出出力をディジタル値で得られ、アナログ構成の
部分が少ないので精度の良い光検出を行うことができ
る。また、ＰＳＤなどの位置検出をディジタル演算で行
えかつその結果をディジタル値で得ることができ、正確
な演算を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成図。
【図２】実施例のタイミングチャート。
【図３】他の実施例の構成図。
【図４】従来例の構成図。
【図５】パルス光を受光した時の従来例の動作を示す
図。
図。
Ｄ１…ＰＳＤ、Ａ１…アンプ，Ｃ１…積分容量、Ｓ１1
…スイッチ、Ｓ１2 …スイッチ、Ａ２…比較器、Ｑ１…
カウンタ、Ｑ２…レジスタ、Ｑ１１…加算器、Ｑ１２…
減算器、Ｑ１３…割算器。
…スイッチ、Ｓ１2 …スイッチ、Ａ２…比較器、Ｑ１…
カウンタ、Ｑ２…レジスタ、Ｑ１１…加算器、Ｑ１２…
減算器、Ｑ１３…割算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/00 - 3/32 H01L 31/16
Claims (4)
- 【請求項１】 入射光をその入射位置に対応した光電流
に変換する光検出器と、 前記光検出器の出力それぞれに対応し前記光検出器に接
続されて設けられ、前記光検出器から入力された前記光
電流を積分する積分器と、 前記積分器の出力それぞれに対応して設けられ、前記積
分器の出力を所定の電圧と比較する比較器と、 前記比較器の出力それぞれに対応して設けられ、前記積
分器の積分開始から前記比較器の出力が変化するまで計
数するカウンタとを有する光位置検出装置。 - 【請求項２】 前記光検出器の出力それぞれに対し得ら
れた前記カウンタの計数値について加算及び減算を行
い、この減算値及び加算値を除算して前記入射位置に対
応した値を求める演算手段をさらに有する請求項１記載
の光位置検出装置。 - 【請求項３】 前記演算手段は、前記カウンタの計数値
を加算する加算器と、前記カウンタの計数値を減算する
減算器と、前記減算器で得られた減算値を前記加算器で
得られた加算値で除算する除算器とを含んで構成されて
いることを特徴とする請求項２記載の光位置検出装置。 - 【請求項４】 前記演算手段は、前記光電流のうち背景
光の成分についての前記カウンタの計数値を保持するた
めのレジスタと、このレジスタに保持された計数値を前
記光電流についての前記カウンタの計数値から減算する
減算器とを有し、この減算器の出力を用いて前記加算及
び減算を行い、この減算値及び加算値を除算して前記入
射位置に対応した値を求めることを特徴とする請求項２
記載の光位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6190393A JP3014891B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 光位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6190393A JP3014891B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 光位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273167A JPH06273167A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3014891B2 true JP3014891B2 (ja) | 2000-02-28 |
Family
ID=13184579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6190393A Expired - Fee Related JP3014891B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 光位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3014891B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP6190393A patent/JP3014891B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06273167A (ja) | 1994-09-30 |
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