JPH0245703A - Optical position detecting device - Google Patents

Optical position detecting device

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JPH0245703A
JPH0245703A JP63196815A JP19681588A JPH0245703A JP H0245703 A JPH0245703 A JP H0245703A JP 63196815 A JP63196815 A JP 63196815A JP 19681588 A JP19681588 A JP 19681588A JP H0245703 A JPH0245703 A JP H0245703A
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sum
difference
signal
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amplifier
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Giichi Kakigi
柿木 義一
Masahito Nakajima
雅人 中島
Tetsuo Hizuka
哲男 肥塚
Noriyuki Hiraoka
平岡 規之
Hiroyuki Tsukahara
博之 塚原
Yoshinori Sudo
嘉規 須藤
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To detect a high-accuracy light position signal by providing specific stages of amplifiers which amplify the sum of and the difference between output signals of optical position detecting elements with a specific gain and selecting the best stage of an amplifier according to respective signals which are given the gain. CONSTITUTION:Analog switches 62-66 are connected to the output sides of the N states of the amplifiers 46-49 which amplify the signal of a difference from a differential amplifier 39 and the input signal of the front stage with the gain A. Further, the respective outputs of N stage of amplifiers 42-45 which amplify the signal of a sum inputted from an adding circuit 38 and the input signal of the front stage are compared by comparators 50-54 with a slice level SL. Then the comparison results of the comparators 50-54 are inputted to a priority encoder 55 with priority level and converted into digital values according to the predetermined priority level and a demultiplexer 56 turns on only corresponding signals, thereby turning on the best pair of the signals of the sum and difference among the analog switches 57-66.

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明の一実施例 発明の効果 (第5.6図) (第1〜4図) 〔概要〕 光位置検出装置に関し、 高速かつ広ダイナミツクレンジで高精度な光位置信号を
検出することのできる光位置検出装置を提供することを
目的とし、 入射した光を光電変換し、所定の抵抗層を分流す−る光
電流を所定の電極より分割出力する光検出手段と、該電
極から取り出された各出力信号の和および差を演算する
演算手段と、該演算手段により演算された和および差の
比に基づいて光の入射位置を検出する光位置検出手段と
を備えた光位置検出装置において、前記演算手段の出力
側に、前記和および差を所定のゲインで増幅する所定段
の増幅器と、該和を増幅する該増幅器の各段毎の出力に
基づいて該和および差に最適なゲインを与える該増幅器
を選択する選択手段と、該選択手段の出力に基づいて該
和および差の双方に同一のゲインを与えるように該増幅
器を切り換える切換え手段と、を備えて構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Table of Contents] Overview Industrial Application Fields Conventional Technology Problems to be Solved by the Invention Means for Solving the Problems Action Embodiment One Embodiment of the Present Invention Effects of the Invention (Chapter 5.6) (Figures 1 to 4) [Summary] Regarding optical position detection devices, the purpose of this invention is to provide optical position detection devices that can detect highly accurate optical position signals at high speed and a wide dynamic range. a photodetecting means for photoelectrically converting the light and dividing and outputting the photocurrent from a predetermined electrode, which is shunted through a predetermined resistance layer; and an arithmetic means for calculating the sum and difference of each output signal taken out from the electrode. , and a light position detection means for detecting the incident position of light based on the ratio of the sum and difference calculated by the calculation means, wherein the sum and the difference are connected to the output side of the calculation means. a predetermined stage of amplifiers that amplify the sum with a predetermined gain; a selection means that selects the amplifier that provides the optimum gain for the sum and the difference based on the output of each stage of the amplifier that amplifies the sum; and the selection means switching means for switching the amplifier so as to give the same gain to both the sum and the difference based on the output of the amplifier.

1′産業上の利用分野〕 本発明は光位置検出装置に係り、詳しくは光位置検出素
子(P S D : Po5ition 5ensit
ive Detector、以下適宜PSDと略す)の
信号処理回路の改良に関する。
1' Industrial Application Field] The present invention relates to an optical position detection device, and more specifically, to an optical position detection device (PSD: Po5ition 5ensit).
ive Detector (hereinafter abbreviated as PSD).

PSDは、半導体中を流れる光電流が表面抵抗層を分流
するという効果を利用したpin構造のデバイスであり
、ビジコン、CODなどの固体撮像デバイスと異なり非
分割型の素子であることから、連続した電気信号(X 
−Y座標信号)が得られ、位置分解能や応答性に優れて
いる。そのためカメラなどの自動焦点合わせ装置や種々
の測距装置、位置合わせ装置などへの応用が可能となっ
ている。
A PSD is a device with a pin structure that utilizes the effect that photocurrent flowing through a semiconductor is shunted through a surface resistance layer. Electrical signal (X
-Y coordinate signal) and has excellent positional resolution and responsiveness. Therefore, it can be applied to automatic focusing devices such as cameras, various distance measuring devices, positioning devices, etc.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は1次元PSDの構造を示す断面図である。この
図において、1はPSDであり、PSDIは平板状シリ
コンの表面にp形抵抗N2、裏面にn゛層3中間に1−
3i層403層から構成され、P形抵抗層2の両側には
出力端子5.6が、n゛層3は共通端子7がそれぞれ形
成されている。出力端子5.6と、共通端子7との間に
は所定のバイアス電圧が印加され、X点に光スポットが
照射されるものとする。試料の中点を座標の原点にとり
、試料の長を2Lとする。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a one-dimensional PSD. In this figure, 1 is PSD, PSDI has a p-type resistor N2 on the surface of the silicon plate, and 1-
It is composed of 3i layers and 403 layers, and output terminals 5 and 6 are formed on both sides of the P-type resistance layer 2, and a common terminal 7 is formed on the n' layer 3, respectively. It is assumed that a predetermined bias voltage is applied between the output terminal 5.6 and the common terminal 7, and a light spot is irradiated to the X point. The midpoint of the sample is taken as the origin of the coordinates, and the length of the sample is 2L.

PSDIに光スポットが入射すると、入射位置には光エ
ネルギーに比例した電荷が発生し、発生した電荷は光電
流として抵抗層(この場合はP層)を通り、電極より出
力される。抵抗層は全面に均一な抵抗値を持つように形
成されており、光電流は電極までの距離(抵抗値)に逆
比例して分割され、取り出される。ここで、電極間の距
離を2L、光電流を■。とすると、出力端子5.6から
取り出される電流1..1.は次式■により示され、光
位置と光位置はそれぞれ次式■、■により示される。
When a light spot is incident on the PSDI, a charge proportional to the light energy is generated at the incident position, and the generated charge passes through the resistance layer (P layer in this case) as a photocurrent and is output from the electrode. The resistance layer is formed to have a uniform resistance value over the entire surface, and the photocurrent is divided and extracted in inverse proportion to the distance (resistance value) to the electrode. Here, the distance between the electrodes is 2L, and the photocurrent is ■. Then, the current taken out from the output terminal 5.6 is 1. .. 1. is expressed by the following equation (2), and the light position and light position are expressed by the following equations (2) and (2), respectively.

光強度−II +x、  ・・・・・・■第6図はPS
DIの出力電流Il、■2を信号処理し、光位置信号を
求めるための信号処理回路を示す図である。この図にお
いて、11は信号処理回路であり、OPアンプ12〜1
6、コンデンサC1、C2、抵抗Rf + 、Rf z
 、R+−Rqおよびアナログ割算器17により構成さ
れる。OPアンプ12.13、コンデンサC8、Ctお
よび抵抗Rf。
Light intensity -II +x, ......■Figure 6 is PS
2 is a diagram showing a signal processing circuit for signal processing the output current Il, 2 of the DI to obtain an optical position signal. FIG. In this figure, 11 is a signal processing circuit, and OP amplifiers 12 to 1
6, capacitors C1, C2, resistors Rf +, Rf z
, R+-Rq and an analog divider 17. OP amplifier 12.13, capacitor C8, Ct and resistor Rf.

、Rf、は電流−電圧変換回路18を構成し、OPアン
プ14および抵抗R,、R,、R5は加算回路19を構
成する。また、OPアンプ15および抵抗R3、R4、
R6、Rfは差動回路20を構成し、OPアンプ16お
よび抵抗Rs、Rqは反転回路21を構成している。し
たがって、従来の信号処理回路11゛はPSDIの二つ
の電流出力1.、I、を電流−電圧変換回路18により
電圧に変換し、加算回路19および差動回路20により
和と差を作り、アナログ割算器17で位置信号を得てい
る。
, Rf constitute a current-voltage conversion circuit 18, and the OP amplifier 14 and resistors R, , R, , R5 constitute an adder circuit 19. In addition, the OP amplifier 15 and resistors R3, R4,
R6 and Rf constitute a differential circuit 20, and the OP amplifier 16 and resistors Rs and Rq constitute an inverting circuit 21. Therefore, the conventional signal processing circuit 11' has two PSDI current outputs 1. , I are converted into voltages by a current-voltage conversion circuit 18, a sum and a difference are created by an adder circuit 19 and a differential circuit 20, and a position signal is obtained by an analog divider 17.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、このような従来の光位置検出装置にあっ
ては、次のような問題点があった。
However, such conventional optical position detection devices have the following problems.

■ 光強度のダイナミックレンジが小さい。■ The dynamic range of light intensity is small.

光の明るさ自体が変わる場合、対応できる最大値と最小
値の比をダイナミックレンジと呼ぶとき、これが約10
倍である。これは後述するようにPSDそのものという
よりも信号処理回路の問題である。
When the brightness of light itself changes, the ratio of the maximum value to the minimum value that can be handled is called the dynamic range, and this is approximately 10
It's double. As will be described later, this is a problem with the signal processing circuit rather than with the PSD itself.

■ 動作速度が遅く、約IMHzである。■ The operating speed is slow, approximately IMHz.

■ 精度が悪い。場合によっては誤差が10%以上にな
る。
■ Poor accuracy. In some cases, the error is 10% or more.

これらの欠点の要因はPSD自体にあるのではなく、光
位置信号として取り出すときの除算に際し、アナログ除
算回路(第6図に示すアナログ割算器17参照)を用い
ていることにある。一般に、アナログ除算回路は動作速
度が遅く、ダイナミックレンジが小さく、精度も悪いも
のであるが、IC1個で簡単に割算ができる(IC1個
で割算ができるものは他にない)のでPSDには広く用
いられている。
The cause of these shortcomings is not in the PSD itself, but in the fact that an analog division circuit (see analog divider 17 shown in FIG. 6) is used during division when extracting as an optical position signal. In general, analog division circuits have slow operating speed, small dynamic range, and poor accuracy, but because they can easily perform division with a single IC (no other circuit can perform division with a single IC), they are suitable for PSD. is widely used.

上記のような不具合を解消するために、アナログ信号で
ある和と差をA/Dコンバータによりディジタルに変換
してディジタルの割算回路で行うようにしたものがある
(特願昭61−301718号参照)、シかし、この場
合はA/Dコンバータがネックになる。A/Dコンバー
タとして分解能が高く・スピードの速いものを用いれば
それだけ精度もあがるが、A/Dコンバータは速度と分
解能が逆の関係にあるから、現状では例えば12bit
分解能でI MHz、 10bitで20MHz程度が
限界となっている。このときに問題となるのは光ダイナ
ミックレンジであり、ディジタルで割算するとしてもダ
イナミックレンジは大きくとれない。すなわち、分母電
圧が小さくなったとき、A/D変換後のデータの有効b
it数が少なくなり、演算精度が悪くなる0例えば、分
母が12bitあるとし、IMHzのスピードが必要と
すると、最高精度を上げようとしても12bit位が限
度となる。 12bit分解能とし′た(分子も12b
itにできる)ときに、例えば明るさが10倍変わると
すると、分解能は12bitフルから8 bit相当に
低下してしまう。さらに、16倍の大きさが変化すると
すれば最悪8bitの精度しか得られず、12bitの
A/Dコンバータを用いたとしても8 bit / 8
 bitでせいぜい8bit弱の精度しか得られないこ
とになる。
In order to eliminate the above-mentioned problems, there is a system in which the sum and difference, which are analog signals, are converted into digital signals using an A/D converter and the digital division circuit is used to perform the conversion (Japanese Patent Application No. 61-301718). However, in this case, the A/D converter becomes the bottleneck. If you use an A/D converter with high resolution and high speed, the accuracy will increase accordingly, but since the speed and resolution of an A/D converter have an inverse relationship, the current A/D converter is, for example, 12 bits.
The resolution is I MHz, and the limit is about 20 MHz with 10 bits. At this time, the problem is the optical dynamic range, and even if the division is done digitally, the dynamic range cannot be large. In other words, when the denominator voltage becomes small, the effective b of the data after A/D conversion
For example, if the denominator is 12 bits and a speed of IMHz is required, the maximum accuracy is limited to about 12 bits. The resolution was set to 12 bits (the molecule is also 12 bits).
For example, if the brightness changes by a factor of 10, the resolution will drop from a full 12 bits to the equivalent of 8 bits. Furthermore, if the magnitude changes by 16 times, in the worst case, only 8 bits of accuracy can be obtained, and even if a 12-bit A/D converter is used, the accuracy will be 8 bits/8.
This means that an accuracy of a little less than 8 bits can be obtained at most.

このように、分子(差)/分母(和)として示される光
位置のうち、分母の大きさ自体が大きく変わるものでは
精度を向上させることができない。
In this way, among the light positions expressed as numerator (difference)/denominator (sum), accuracy cannot be improved if the size of the denominator itself changes significantly.

PSDは光の位置を見つけるものであるが、対象によっ
ては位置とともに明るさが変わるものを測定することが
あり、分母は明るさ(光の光力)に比例するため、光量
も変わりつつ、光位置も変わる場合、光量に依存せずに
光位置を検出するものが望まれている。
PSD is used to find the position of light, but depending on the object, it may measure things whose brightness changes with the position, and since the denominator is proportional to the brightness (light power of the light), the amount of light changes as well. When the position also changes, there is a desire for something that can detect the light position without depending on the amount of light.

なお、カメラのオートフォーカス等ではこのようなMH
!オーダーの精度は必要とされないが、非常に高精度で
かつ高性能な計測装置に適用しようとすると現行のもの
では不十分となる。
In addition, in camera autofocus, etc., such MH
! Although precision on the order of magnitude is not required, current methods are insufficient when applied to very high precision and high performance measurement equipment.

そこで本発明は、高速かつ広ダイナミツクレンジで高精
度な光位置信号を検出することのできる光位置検出装置
を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical position detection device capable of detecting highly accurate optical position signals at high speed and over a wide dynamic range.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明による光位置検出装置は上記目的達成のため、入
射した光を光電変換し、所定の抵抗層を分流する光電流
を所定の電極より分割出力する光検出手段と、該電極か
ら取り出された各出力信号の和および差を演算する演算
手段と、該演算手段により演算された和および差の比に
基づいて光の入射位置を検出する光位置検出手段とを備
えた光位置検出装置にお゛いて、前記演算手段の出力側
に、前記和および差を所定のゲインで増幅する所定段の
増幅器と、該和を増幅する該増幅器の各段毎の出力に基
づいて該和および差に最適なゲインを与える該増幅器を
選択する選択手段と、該選択手段の出力に基づいて該和
および差の双方に同一のゲインを与えるように該増幅器
を切り換える切換え手段と、を備えている。
In order to achieve the above object, the optical position detection device according to the present invention includes a photodetecting means that photoelectrically converts incident light and divides and outputs a photocurrent to be shunted through a predetermined resistance layer from a predetermined electrode, An optical position detection device comprising a calculation means for calculating the sum and difference of each output signal, and an optical position detection means for detecting the incident position of light based on the ratio of the sum and difference calculated by the calculation means. Then, on the output side of the arithmetic means, there is provided a predetermined stage of amplifier that amplifies the sum and difference with a predetermined gain, and an amplifier that is optimal for the sum and difference based on the output of each stage of the amplifier that amplifies the sum. and a switching means for switching the amplifier so as to give the same gain to both the sum and the difference based on the output of the selection means.

〔作用〕[Effect]

本発明では、PSDの二つの出力信号の和および差を所
定のゲインで増幅する所定段の増幅器が設けられ、ゲイ
ンを与えた各信号に基づいて最適な段の増幅器が選択さ
れる。このとき、該和および差の双方に同一のゲインを
与えるように該増幅器は選択される。
In the present invention, predetermined stages of amplifiers are provided to amplify the sum and difference of two output signals of the PSD with a predetermined gain, and an optimal stage of amplifier is selected based on each gain-applied signal. The amplifier is then selected to provide the same gain for both the sum and difference.

したがって、分母、分子として示される和および差の双
方に同一のゲインが与えられているため除算の結果に影
響することなく、分母(光強度)のダイナミックレンジ
を大幅に向上させることができる、高精度な光位置信号
が得られる。
Therefore, since the same gain is given to both the sum and difference represented as the denominator and numerator, the dynamic range of the denominator (light intensity) can be greatly improved without affecting the result of division. Accurate optical position signals can be obtained.

(実施例〕 以下、本発明を図面に基づいて説明する。(Example〕 Hereinafter, the present invention will be explained based on the drawings.

第1〜4図は本発明に係る光位置検出装置の一実施例を
示す図である。まず、構成を説明する。
1 to 4 are diagrams showing an embodiment of the optical position detection device according to the present invention. First, the configuration will be explained.

第1図はPSDの二つの出力信号の和と差を演算する演
算回路であり、第6図に示した従来例のものと同様の機
能を有しており、同一構成部分には同一番号を付してい
る。第1図において、31は演算回路(演算手段)、3
2はA/Dコンバータであり、演算回路31はOPアン
プ33〜36および抵抗R8〜R19により構成される
。OPアンプ33.34およびRo、RtzはPSD 
1の出力電流1.、I。
Figure 1 shows an arithmetic circuit that calculates the sum and difference between two output signals of a PSD, and has the same function as the conventional example shown in Figure 6, and the same components are designated by the same numbers. It is attached. In FIG. 1, 31 is an arithmetic circuit (arithmetic means);
2 is an A/D converter, and the arithmetic circuit 31 is composed of OP amplifiers 33 to 36 and resistors R8 to R19. OP amp 33.34 and Ro, Rtz are PSD
1 output current 1. ,I.

を電圧に変換する電流−電圧変換回路37を構成し、O
Pアンプ35および抵抗R13〜RISは加算回路38
を、OPアンプ36および抵抗R16〜RI9は差動回
路39を構成し、加算回路38および差動回路39の出
力はそれぞれ和(v+ +V2) 、差(V+  Vz
)として第2図に示す信号処理回路41に出力されてい
る。また、本実施例ではディジタル化した光強度信号を
得るためにA/Dコンバータ32により和信号をA/D
変換している。
A current-voltage conversion circuit 37 is configured to convert O into a voltage.
P amplifier 35 and resistors R13 to RIS are added to adder circuit 38
The OP amplifier 36 and the resistors R16 to RI9 constitute a differential circuit 39, and the outputs of the adder circuit 38 and the differential circuit 39 are the sum (v+ +V2) and the difference (V+ Vz), respectively.
) is output to the signal processing circuit 41 shown in FIG. In addition, in this embodiment, the sum signal is converted into an A/D converter 32 to obtain a digitalized light intensity signal.
is converting.

第2図において、41は信号処理回路であり、信号処理
回路41は以下に述べる各素子により構成される。すな
わち、信号処理回路41は加算回路38から入力された
和(原信号)および前段の入力信号をゲインAで増幅す
るN段のアンプ42〜45と、差(V+   Vz)が
入力され、アンプ42〜45と同様に差(原信号)およ
び前段の入力信号をゲインAで増幅するN段のアンプ4
6〜49と、和およびアンプ42〜45の各出力が人力
され、この和および各出力を所定のスライスレベルSL
と比較するコンパレータ50〜54と、コンパレータ5
0〜54の各出力0〜Nが入力され、二〇〇〜Nのデー
タ人力のうち最上位の入力“L”を検出し、その値を3
bitのコードにエンコードするプライオリティエンコ
ーダ55と、優先順位がつけられたプライオリティエン
コーダ55のデータをO−Hのデータに再配分するデマ
ルチプレクサ56と、和およびアンプ42〜45の各出
力側に接続され、デマルチプレクサ56からの選択信号
により最適な一つをONにしてレベル変換後の和として
出力するアナログスイッチ57〜61と、差およびアン
プ46〜49の各出力側に接続され、デマルチプレクサ
56の選択信号により最適な一つをONにしてレベル変
換後の差として出力するアナログスイッチ62〜66と
、により構成される。
In FIG. 2, numeral 41 denotes a signal processing circuit, and the signal processing circuit 41 is composed of each element described below. That is, the signal processing circuit 41 has N stages of amplifiers 42 to 45 that amplify the sum (original signal) inputted from the adder circuit 38 and the previous stage input signal with a gain A, and the difference (V+Vz) is inputted to the amplifier 42. - N-stage amplifier 4 that amplifies the difference (original signal) and the previous stage input signal with gain A as in 45.
6 to 49, the sum and each output of the amplifiers 42 to 45 are manually input, and the sum and each output are set to a predetermined slice level SL.
Comparators 50 to 54 and comparator 5
0 to 54 outputs 0 to N are input, the highest input "L" among the 200 to N data is detected, and the value is set to 3.
A priority encoder 55 that encodes the data into a bit code, a demultiplexer 56 that redistributes the prioritized data of the priority encoder 55 to O-H data, and is connected to each output side of the sum and amplifiers 42 to 45. , analog switches 57 to 61 which turn on the optimum one according to the selection signal from the demultiplexer 56 and output it as a sum after level conversion, and analog switches 57 to 61 which are connected to the output sides of the difference and amplifiers 46 to 49 and which are connected to the output sides of the difference and amplifiers 46 to 49, It is constituted by analog switches 62 to 66 that turn on the optimum one according to a selection signal and output it as a difference after level conversion.

したがって、和の信号(分母)にゲインAのアンプN段
(例えば、ゲイン10倍のアンプ4段)を接続したとき
には、差に信号(分子)にも和信号と同一のゲイン10
倍のアンプ4段を接続し、アナログスイッチ57〜66
を切り変えることにより、分母と分子同一のゲインを持
つ一対のアンプ42〜49を同時に選択する。
Therefore, when N stages of amplifiers with a gain of A (for example, 4 stages of amplifiers with a gain of 10 times) are connected to the sum signal (denominator), the difference signal (numerator) also has the same gain of 10 as the sum signal.
Connect 4 stages of double amplifier and analog switch 57 to 66
By switching , a pair of amplifiers 42 to 49 having the same gain in the denominator and numerator are simultaneously selected.

上記アンプ42〜49は増幅器67を構成し、コンパレ
ータ50〜54、プライオリティエンコーダ55および
デマルチプレクサ56は全体として選択回路(選択手段
)6Bを構成し、アナログスイッチ57〜66は切換え
手段69を構成している。
The amplifiers 42 to 49 constitute an amplifier 67, the comparators 50 to 54, the priority encoder 55 and the demultiplexer 56 collectively constitute a selection circuit (selection means) 6B, and the analog switches 57 to 66 constitute a switching means 69. ing.

レベル変換後の和および差は第3図に示すA/Dコンバ
ータ70.71にそれぞれ人力されており、ADコンバ
ータ70.71は和および差のアナログ信号をディジタ
ルに変換した後、ディジタル信号としてディジタル除算
回路(光位置検出手段)72に出力する。ディジタル除
算回路72は差(分子)を和(分母)で除算位置(高さ
)信号として外部に出力する。
The sum and difference after level conversion are manually input to the A/D converters 70 and 71 shown in Fig. 3, and the A/D converters 70 and 71 convert the sum and difference analog signals into digital signals and then convert them into digital signals. It is output to the division circuit (optical position detection means) 72. The digital division circuit 72 outputs the difference (numerator) divided by the sum (denominator) as a position (height) signal to the outside.

次に作用を説明する。Next, the effect will be explained.

第4図に示すように、アンプ42〜49のゲインAを1
0倍、アンプ42〜49の段数Nを4段、スライスレベ
ルSLを1■とし、また、アンプ42〜49の飽和電圧
を15V、A/Dコンバータ70.71の入力電圧範囲
を±IOVとする。
As shown in FIG. 4, the gain A of amplifiers 42 to 49 is set to 1.
0 times, the number of stages N of amplifiers 42 to 49 is 4 stages, the slice level SL is 1■, the saturation voltage of amplifiers 42 to 49 is 15V, and the input voltage range of A/D converter 70.71 is ±IOV. .

いま、和信号(分母電圧)として5■の入力信号があっ
たとすると、コンパレータ50〜54では×1のコンパ
レータ(コンパレータ50)ヲハじめとして全てのコン
パレータで入力信号が基準電圧(スライスレベル5L)
IVより大きいからブライオリティンコーダ55には全
て“H“が出力される。また、和信号が0.5■ではコ
ンパレータ5oのみが“L°゛、残りのコンパレータ5
1〜54は“H”となり、さらに、和信号が0.05V
ではコンパレータ50.51が“Lパ、残りのコンパレ
ータ52〜54が“H11となる(表参照)。
Now, assuming that there is an input signal of 5■ as a sum signal (denominator voltage), the input signal of all comparators including the ×1 comparator (comparator 50) in comparators 50 to 54 is the reference voltage (slice level 5L)
Since it is larger than IV, all "H" is output to the bryotin coder 55. Also, when the sum signal is 0.5■, only the comparator 5o is "L°", and the remaining comparators 5o
1 to 54 are “H” and the sum signal is 0.05V.
Then, the comparators 50 and 51 become "L", and the remaining comparators 52 to 54 become "H11" (see table).

(本頁、以下余白)。(This page, margins below).

コンパレータ50〜54の比較結果は優先順位付きのプ
ライオリティエンコーダ55に入力され、表に示すよう
に予め決定されている優先順位に従って0.1.2・・
・・・・というディジタル値に変換し、デマルチプレク
サ56でその対応したところの信号のみをONにしてア
ナログスイッチ57〜66の分母と分子同時に最適なも
の1つをペアでONにする。
The comparison results of the comparators 50 to 54 are inputted to a priority encoder 55 with priorities, and are 0.1.2, . . . according to predetermined priorities as shown in the table.
. . ., the demultiplexer 56 turns on only the corresponding signal, and the denominator and numerator of the analog switches 57 to 66 are turned on in pairs.

すなわち、選択回路68では分母電圧の値が一定の範囲
内となるような最適なゲインを持つアンプ42〜46の
対を選択するようにしている。
That is, the selection circuit 68 selects the pair of amplifiers 42 to 46 that have the optimum gain so that the value of the denominator voltage falls within a certain range.

したがって、分母と分子の双方にAIのゲインを与えた
信号がA/D変換されることになり、分母と分子のゲイ
ンは等しいから除算の結果は正しい。また、分母(光強
度)のダイナミックレンジはANl (本実施例ではl
04)となり、第6図に示した従来の回路よりはるかに
大きいものとなる。
Therefore, a signal with AI gain applied to both the denominator and numerator is A/D converted, and since the gains of the denominator and numerator are equal, the result of division is correct. In addition, the dynamic range of the denominator (light intensity) is ANl (l in this example).
04), which is much larger than the conventional circuit shown in FIG.

その結果、PSDに対して高速(1MHz)かつ広ダイ
ナミツクレンジ(10’ )で高精度な光位置信号を得
ることができる。
As a result, it is possible to obtain a highly accurate optical position signal at high speed (1 MHz) and wide dynamic range (10') relative to the PSD.

なお、本実施例では1段あたりのゲインを10倍にして
いるが、それは 欲しい精度により適当に設定されるも
のであり、例えば8bitの精度が欲しいときA/Dコ
ンバータが12bitでIMのスピードが欲しいとする
と、16倍程度(実際にはマージンを考慮して10倍程
度)のゲインを有するアンプが選択される。
In this example, the gain per stage is set to 10 times, but it is set appropriately depending on the desired accuracy. For example, if 8-bit accuracy is desired, the A/D converter is 12 bits and the IM speed is set to 10 times. If desired, an amplifier with a gain of about 16 times (actually about 10 times taking margin into consideration) is selected.

〔効果〕〔effect〕

本発明によれば、高速かつ広ダイナミツクレンジで高精
度な光位置信号を検出することができる。
According to the present invention, a highly accurate optical position signal can be detected at high speed and over a wide dynamic range.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1〜4図は本発明に係る光位置検出装置の一実施例を
示す図であり、 第1〜3図はその全体構成図、 第4図はその和信号の原信号と選択出力との関係を示す
図、 第5.6図は従来の光位置検出装置を示す図であり、 第5図はそのPSDの構造を示す断面図、第6図はその
信号処理回路を示す図である。 1・・・・・・PSD (光検出手段)、5.6・・・
・・・出力端子(電極)、31・・・・・・演算回路(
演算手段)、32.70.71・・・・・・A/Dコン
バータ、37・・・・・・電流−電圧変換回路、38・
・・・・・加算回路、 39・・・・・・差動回路、 41・・・・・・信号処理回路、 42〜49・・・・・・アンプ、 50〜54・・・・・・コンパレータ、55・・・・・
・プライオリティエンコーダ、56・・・・・・デマル
チプレクサ、 57〜66・・・・・・アナログスイ・ソチ、67・・
・・・・増幅器、 68・・・・・・選択回路(選択手段)、69・・・・
・・切換手段、 72・・・・・・ディジタル除算回路。 代 理 人 弁理士  井 桁 \′ \ 一災施例■全体構成゛図 第3図 第 図
Figures 1 to 4 are diagrams showing an embodiment of the optical position detection device according to the present invention, Figures 1 to 3 are its overall configuration diagram, and Figure 4 shows the original signal of the sum signal and the selected output. 5.6 is a diagram showing the conventional optical position detection device, FIG. 5 is a sectional view showing the structure of the PSD, and FIG. 6 is a diagram showing the signal processing circuit. 1...PSD (photodetection means), 5.6...
...Output terminal (electrode), 31... Arithmetic circuit (
calculation means), 32.70.71...A/D converter, 37...current-voltage conversion circuit, 38.
...Addition circuit, 39...Differential circuit, 41...Signal processing circuit, 42-49...Amplifier, 50-54... Comparator, 55...
・Priority encoder, 56...Demultiplexer, 57-66...Analog switch Sochi, 67...
...Amplifier, 68...Selection circuit (selection means), 69...
...Switching means, 72...Digital division circuit. Agent Patent Attorney Igata \′ \ Disaster Case ■Overall Structure゛Figure 3Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 入射した光を光電変換し、所定の抵抗層を分流する光電
流を所定の電極より分割出力する光検出手段と、 該電極から取り出された各出力信号の和および差を演算
する演算手段と、 該演算手段により演算された和および差の比に基づいて
光の入射位置を検出する光位置検出手段とを備えた光位
置検出装置において、 前記演算手段の出力側に、前記和および差を所定のゲイ
ンで増幅する所定段の増幅器と、該和を増幅する該増幅
器の各段毎の出力に基づいて該和および差に最適なゲイ
ンを与える該増幅器を選択する選択手段と、 該選択手段の出力に基づいて該和および差の双方に同一
のゲインを与えるように該増幅器を切り換える切換え手
段と、 を備えたことを特徴とする光位置検出装置。
[Scope of Claims] Photodetection means that photoelectrically converts incident light and divides and outputs photocurrent from predetermined electrodes to shunt through predetermined resistance layers, and detects the sum and difference of each output signal taken out from the electrodes. In an optical position detection device comprising a calculating means for calculating, and a light position detecting means for detecting a light incident position based on a ratio of a sum and a difference calculated by the calculating means, on the output side of the calculating means, A selection means for selecting a predetermined stage of amplifiers that amplify the sum and difference with a predetermined gain, and an amplifier that provides an optimal gain for the sum and difference based on the output of each stage of the amplifier that amplifies the sum. An optical position detection device comprising: a switching means for switching the amplifier so as to give the same gain to both the sum and the difference based on the output of the selection means.
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US8740773B2 (en) 2004-01-29 2014-06-03 Cannuflow, Inc. Atraumatic arthroscopic instrument sheath
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