JPH0533846B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、受光装置に関し、特に被測距物体
から反射された信号光を受けて被測距物体までの
距離を測定する例えばカメラ等に使用される測距
装置における受光素子及び増幅回路を有する受光
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般にこの種の測距装置では、近接して配設さ
れた１対の受光素子が被測距物体から反射された
信号光を受け、この信号光により発生された受光
素子の光起電流の比を求めることにより、被測距
物体までの距離を求めている。

すなわち、第４図に示すこの種の測距装置では
第２図に示すようにLED等からなる発光素子１
からのパルス状の信号光が投光側収光レンズ２を
介して被測距物体３ａ又は３ｂに入射され、その
反射された信号光４ａまたは４ｂがレンズ５を介
して１対の受光素子７ａ，７ｂを有した光検出素
子（SPD）６に入射される。この光検出素子６
はカソードとなるＮ型の半導体基板６ｃとこの半
導体基板の一主面に形成されたアノードとなるＰ
型の半導体層６ａ，６ｂとから構成されているも
のである。

今、近距離にある被測距物体３ａから反射され
た信号光４ａがレンズ５を介して光検出素子６に
入射されたとすると、第３図に示すように受光素
子７ａには受光素子７ｂより多くの信号光４ａが
入射されるため、受光素子７ａには大きな光起電
流が流れ、受光素子７ｂには小さな光起電流が流
れる。また遠距離にある被測距物体３ｂから反射
された信号光４ｂがレンズ５を介して光検出素子
６に入射されたとすると、第３図に示すように受
光素子７ｂには受光素子７ａより多くの信号光４
ｂが入射されるため、受光素子７ｂには大きな光
起電流が流れ、受光素子７ａには小さな光起電流
が流れる。そして受光素子７ａに流れる光起電流
は受光装置８ａによりその光起電流に応じた電圧
値にされてバツフアアンプ１０及び抵抗１１を介
して演算増幅器１２の一方の入力端に入力され
る。一方、受光素子７ｂに流れる光起電流は受光
装置８ｂによりその光起電流に応じた電圧値にさ
れてバツフアアンプ１３及び抵抗１４を介して演
算増幅器１２の他方の入力端に入力される。この
演算増幅器１２の一方の入力端と出力端とは抵抗
１５を介して接続されるとともに他方の入力端に
は抵抗１７を介して基準電圧源１６が接続されて
いる。また演算増幅器１２及び抵抗１１，１４，
１５，１７は差動アンプを構成しているので、演
算増幅器１２の２つの入力端に入力された電圧の
差電圧に応じた出力が演算出力端１８に現われる
ことになる。この演算出力端１８に現われた出力
は、受光素子７ａ，７ｂの光起電流の比に応じた
値であり、結果として被測距物体３ａ又は３ｂま
での距離情報が得られることになる。

次にこの様に構成された測距装置における従来
の受光装置８ａ，８ｂについて第５図に基づいて
説明する。

受光装置８ａ，８ｂは両者とも同じ回路構成な
ので、第５図は１つの受光装置８を示している。
第５図において、７はカソードが電源電位点Vcc
に接続されるとともにアノードが負荷抵抗３３を
介して接地される受光素子、３４はこの受光素子
のアノードと電流増幅トランジスタ１９のベース
との間に接続される低周波減衰用コンデンサ、３
５はそのベースにバイアス電圧（基準電圧）が供
給され、電源電位点Vccと電流増幅トランジスタ
１９のベースとの間に接続されるベースバイアス
用npnトランジスタ、３６は１対のpnpトランジ
スタ２１，２２から構成される第１のカレントミ
ラー回路で、これは両pnpトランジスタのエミツ
タが電源電位点Vccに接続されるとともにベース
が共通接続され、一方のpnpトランジスタ２１の
ベース及びコレクタは電流増幅トランジスタ１９
のコレクタに接続され、他方のpnpトランジスタ
２２のコレクタは対数圧縮ダイオード２３のアノ
ードに接続されており、pnpトランジスタ２１，
２２のエミツタ面積比が１：ｎに構成されてpnp
トランジスタ２２に流れる電流値がpnpトランジ
スタ２１に流れる電流値のｎ倍となっている。

また３７は上記pnpトランジスタ２１に並列に
接続され、第２の定電流源２７の定電流I₂₇より
大きい電流I₃₇なる電流が流れる第１の定電流源
で、例えばトランジスタにより構成されている。
３８では対数圧縮ダイオード２４のベースにベー
スが接続されてカレントミラー回路を構成する
npnトランジスタで対数圧縮ダイオード２４と等
しい電流値が流れるように設定されている。３９
は１対のpnpトランジスタ４０，４１から構成さ
れる第２のカレントミラー回路で、両pnpトラン
ジスタのエミツタは電源電位点Vccに接続される
とともにベースが共通接続され、一方のpnpトラ
ンジスタ４０のベース及びコレクタが上記npnト
ランジスタ３８のコレクタに接続されている。４
２は１対のnpnトランジスタ４３，４４から構成
される第３のカレントミラー回路で、両トランジ
スタのエミツタは接地されるとともにベースが共
通接続され、一方のpnpトランジスタ４３のベー
ス及びコレクタが上記pnpトランジスタ４１のコ
レクタに接続されている。ここで上記各pnpトラ
ンジスタ４０，４１及びpnpトランジスタ４３，
４４のエミツタ面積比はnpnトランジスタ４４に
流れる電流値がpnpトランジスタ４０に流れる電
流値のｍ倍となるよう設定されている。

また、４６は１対のnpnトランジスタ４７，４
８から構成される第４のカレントミラー回路で、
両トランジスタのエミツタは接地されるとともに
ベースが共通接続され、一方のnpnトランジスタ
４７のベース及びコレクタは上記pnpトランジス
タ４４のコレクタに接地されるとともに第３の定
電流源４５を介して電流電位点Vccに接続され、
他方のトランジスタ４８のコレクタは電流増幅ト
ランジスタ１９のエミツタに接続されており、両
トランジスタ４７，４８には等しい電流が流れる
ようになっている。４９は上記対数圧縮ダイオー
ド２３のアノードと接地との間に接続される第４
の定電流源である。

次にこの様に構成された受光装置の動作につい
て説明する。

まず、受光素子７に被測距物体から反射された
パルス状の信号光４が入射されていない時、つま
り無信号時について説明する。今、対数圧縮ダイ
オード２３，２４に流れる初期電流をI₂₃とする
と、第１のカレントミラー回路３６のpnpトラン
ジスタ２２に流れる電流は、I₂₃＋I₄₉となりpnpト
ランジスタ２１に流れる電流は１／ｎ｛I₂₃＋I₄₉｝
となる。従つて電流増幅トランジスタ１９のコレ
クタにはI₃₇＋１／ｎ｛I₂₃＋I₄₉｝の電流が流れ込む
ことになる。また、トランジスタ３８には初期電
流と等しい電流I₂₃が流れ、第２及び第３のカレ
ントミラー回路３９，４２によりｍ倍にされるた
め、第３のカレントミラー回路４２のnpnトラン
ジスタ４４にはmI₂₃なる電流が流れることにな
る。そして、第４のカレントミラー回路４６の
npnトランジスタ４７にはI₄₅−mI₂₃なる電流が流
れるためnpnトランジスタ４８にもI₄₅−mI₂₃なる
電流が流れることになり、電流増幅トランジスタ
１９のエミツタから流れ出る電流はI₂₇＋I₄₅−
mI₂₃になる。

従つて、電流増幅トランジスタ１９において、
ベース電流はほとんど無視でき、コレクタ電流と
エミツタ電流は一致するため、 I₃₇＋１／ｎ｛I₂₃＋I₄₉｝＝I₂₇＋I₄₅−mI₂₃ を満足するようにカレントミラー回路の面積比
ｍ、ｎ、第１ないし第４の定電流源３７，２７，
４５，４９の定電流値I₃₇、I₂₇、I₄₅、I₄₉を設定す
れば良い。また、対数圧縮ダイオード２３，２４
の初期電流I₂₃は上記した定数により設定できる
ため、任意に設定でき設計裕度が大きい。

次に対数圧縮ダイオード２３，２４に初期電流
I₂₃が無信号時に流れるメカニズムについて説明
する。今、対数圧縮ダイオード２３，２４に電流
が流れていないとすると、トランジスタ３８は非
導通状態となるため、第３のカレントミラー回路
４２のnpnトランジスタ４４も非導通状態とな
り、第４のカレントミラー回路４６のnpnトラン
ジスタ４７，４８には第２の定電流源４５に流れ
る定電流I₄₅と等しい電流が流れることになる。
そして、第１のカレントミラー回路３６のpnpト
ランジスタ２１にはI₄₅＋I₂₇−I₃₇の電流が流れ、
pnpトランジスタ２２にはｎ｛I₄₅＋I₂₇−I₃₇｝の電
流が流れることになる。このｎ｛I₄₅＋I₂₇−I₃₇｝は
第４の定電流源４９に流れる定電流I₄₉より大き
いため、対数圧縮対数ダイオード２３，２４には
ｎ｛I₄₅＋I₂₇−I₃₇｝−I₄₉の電流が流れ込むことにな
り、初期電流I₂₃で安定することになる。

一方、圧縮ダイオード２３，２４に初期電流
I₂₃より大きな電流I′₂₃が流れたとすると、第３の
カレントミラー回路４２のnpnトランジスタ４４
に流れる電流は、mI′₂₃になる。このmI′₂₃が第３
の定電流源４５の定電流より大きければ第４のカ
レントミラー回路４６のnpnトランジスタ４７，
４８は非導通状態となる。そして、第１の定電流
源３７の定電流I₃₇が第２の定電流源I₂₇より大き
いため第１のカレントミラー回路３６のpnpトラ
ンジスタ２１，２２も非導通状態となって、対数
圧縮ダイオード２３，２４に流れ込む電流値は減
少され、初期電流I₂₃で安定することになる。

以上から明らかな如く、対数圧縮ダイオード２
３，２４に流れる初期電流I₂₃は第１ないし第４
のカレントミラー回路及び第１ないし第４の定電
流源により決定され、初期電流I₂₃は温度変化の
影響が少ない安定した一定電流が得られることに
なる。

また、受光素子７に外光、例えば太陽光等の一
定の強さの光や蛍光灯等の低周波の光が入射し
て、受光素子７で直流や低周波の起電流が発生し
ても低周波減衰用コンデンサ３４により電流増幅
トランジスタ１９のベースへの伝達が阻止される
ため、何ら影響を及ぼさないものである。

一方、受光素子７に被測距物体から反射された
パルス状の信号光４が入射されると、このパルス
状の信号光４により受光素子７にはパルス状の光
起電流I_L7が発生されることになる。このパルス
状の光起電流I_L7は、負荷抵抗３３及び低周波減
衰用コンデンサ３４を介して電流増幅トランジス
タ１９のベースに流れ込み、h_FE（トランジスタ１
９の電流増幅率）倍されてバイパスコンデンサ２
０に流れ込むことになる。この時、第１及び第２
の定電流源３７，２７の定電流が、電流増幅トラ
ンジスタ１９のベースに流れ込む起電流h_FE倍さ
れた値に対して充分大きく設定されているため、
電流増幅トランジスタ１９のベース・エミツタ間
電圧の電位変動は非常に小さく、負荷抵抗３３の
両端間電圧の変動も非常に小さいものとなり、受
光素子７におけるパルス状の光起電流I_L7はほと
んど全て電流増幅トランジスタ１９のベースに流
れることになる。そしてh_FE倍された上記光起電
流h_FEI_L7がバイパスコンデンサ２０に流れること
により、このh_FEI_L7に相当する電流が第１のカレ
ントミラー回路３６のpnpトランジスタ２１に流
れ、pnpトランジスタ２２にｎ・h_FE19I_L7が流れる
ことになる。その結果対数圧縮ダイオード２３，
２４にはI₂₃＋nh_FEI_L7なる電流が流れることにな
り、出力端子９には受光素子７のパルス状の光起
電流I_L7に応じた増分の対数圧縮電圧が現われる
ことになる。

上記の様に構成された受光装置においては、蛍
光灯等の低周波の外光に対して、低周波減衰用コ
ンデンサ３４により影響のほとんどない対数圧縮
ダイオード２３のアノード電位が得られ、しか
も、対数圧縮ダイオードに流れる初期電流I₂₃が
第１ないし第４のカレントミラー回路３６，３
９，４２，４６及び第１ないし第４の定電流源３
７，２７，４５，４９により決定されるため、対
数圧縮ダイオード２３のアノード電位が温度の変
動、外乱等の影響を受けにくく、精度の高いもの
が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の受光装置では、受光素子の負荷として抵
抗を用いていたため、外光の輝度レベルが上がる
につれて受光素子の直流起電流が増加し、これが
負荷抵抗を流れてノイズが増大することとなる
が、一般に、低輝度時に比較して高輝度時はＳ／
Ｎが劣化するものであるため、特に測距時には、
信号レベルの低い遠距離信号に対して誤判定が生
じやすいという欠点があった。

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、外光の輝度レベルが上がった
とき、受光素子の負荷インピーダンスが下がって
信号及びノイズのレベルが下がることにより、等
価的にそのゲインを下げることができる受光装置
を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る受光装置は、従来の受光装置に
おける受光素子の負荷抵抗を、抵抗とダイオー
ド、もしくはダイオードのみの負荷に変更したも
のである。

〔作用〕

この発明においては、受光素子の負荷をダイオ
ードを含んだ負荷にしたから、外光の輝度レベル
が上がったときはダイオードの負荷のインピーダ
ンスが低下して受光装置の増幅回路に入力される
信号及びノイズレベルが低下し、該増幅回路のゲ
インは等価的に下がることとなる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図はこの発明の一実施例による受光装置
を示し、本実施例においては、従来例の第５図の
受光素子７の負荷抵抗３３が抵抗３３とダイオー
ド５０の直列回路に変更されている。

次に動作について説明する。

このように構成された受光装置では、低輝度時
には負荷ダイオード５０のインピーダンスが高
く、従来回路と同様に動作する。

一方、高輝度時には受光素子７に直流起電流が
発生し、これが負荷の抵抗３３とダイオード５０
に流れ、ダイオード５０のインピーダンスが低下
する。このインピーダンスの低下は信号に対して
もノイズに対しても等価に働き、低周波減衰用コ
ンデンサ３４を通って受光装置に入力される信号
が減少し、見かけ上受光装置のゲインが下がるこ
とになる。これは従来の受光装置において高輝度
時にＳ／Ｎが劣化するのに対し、本実施例の受光
装置ではＳ／Ｎは劣化せずに、感度が低下し、従
って測距システムにおいては、小信号つまり遠距
離の測距性能が低下してくることを意味する。

一般に、カメラなどにおける被写体のピント合
わせについては、設定された距離に対するその前
後の被写界深度は絞りによって決まり（例えば具
体的な例を示すと、焦点距離が28mmのレンズにお
いて、ピントを２ｍに設定すると、絞りを開いた
場合としてＦ＝2.8では被写界深度は1.64ｍ〜2.56
ｍ、絞りを絞った場合としてＦ＝16では被写界深
度は0.918ｍ〜∞（無限遠）となる）、低輝度側で
は被写界深度は浅く、正確な距離情報が必要であ
り一方高輝度側では被写界深度は深く正確な距離
情報が不要であるが、上記実施例の測距システム
では、従来の受光装置のように高輝度時でも低輝
度時と同じゲインで動作し、ノイズの増大により
Ｓ／Ｎが劣化して誤測距を起こすよりむしろ、高
輝度時にはゲインを下げ、誤測距をなくし、その
ため特性が低下する遠距離判定性能については被
写界深度でカバーするようにすることができ、実
際の用途に適しているものである。

なお、上記実施例では負荷について抵抗３３と
ダイオード５０を用いたものを示したが、この負
荷のかわりに、ダイオードのみのものや、抵抗と
ダイオードを並列に接続したもの、あるいはその
他の素子の組合わせにより、直流電流が増加する
とともにインピーダンスが低下する回路ブロツク
を用いても良い。

また、上記実施例においては、受光装置８をカ
メラなどの被測距物体までの距離を測定するもの
に適用した場合について説明したが、入射光の比
による位置判定回路の誤動作防止用に応用しても
良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、従来の受光
装置の受光素子の負荷を、直流電流が増加すると
ともにインピーダンスが低下するように構成した
ので、外光の輝度レベルが上がったときは等価的
にそのゲインを低下でき、これにより高輝度時の
Ｓ／Ｎの劣化による出力の不安定性を改善した受
光装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による受光装置を
示す回路図、第２図及び第３図はパルス状の信号
光と受光素子７ａ，７ｂとの関係を示す概略図及
び受光素子平面図、第４図は測距装置を示す概略
回路図、第５図は従来の受光装置を示す回路図で
ある。 図において、７は受光素子、１９は電流増幅ト
ランジスタ、２０はバイパスコンデンサ、２３，
２４は対数圧縮ダイオード、３７，２７，４５，
４９は第１ないし第４の定電流源、３４は低周波
減衰用コンデンサ、３６，３９，４２，４６は第
１なしい第４のカレントミラー回路、５０はダイ
オードである。なお図中同一符号は同一又は相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パルス状の信号光を受けてパルス状の起電流
   を発生する受光素子と、 この受光素子の一端に一方の電極が接続される
   低周波減衰用コンデンサと、 この低周波減衰用コンデンサの他方の電極にベ
   ースが接続される電流増幅トランジスタと、 この電流増幅トランジスタのエミツタに接続さ
   れるバイパスコンデンサと、 上記電流増幅トランジスタのコレクタ電流を受
   けてこのコレクタ電流に応じた電流を出力する第
   １の電流変換回路と、 この第１の電流変換回路の出力電流を受ける対
   数圧縮ダイオード素子と、 この対数圧縮ダイオード素子に流れる電流を受
   けてこの電流に応じた値を上記電流増幅トランジ
   スタのエミツタ電流となす第２の電流変換回路と
   を備えた受光装置において、 上記受光素子の一端とGND間にダイオードあ
   るいはダイオードと抵抗を直列に接続し、外光の
   輝度レベルが上がるにつれて、信号及びノイズレ
   ベルが下がり、等価的にそのゲインが低下するよ
   うにしたことを特徴とする受光装置。 ２ 上記第１の電流変換回路は、一対のトランジ
   スタからなり、一方のトランジスタが上記電流増
   幅トランジスタのコレクタに接続され、他方のト
   ランジスタが対数圧縮ダイオードに接続され、他
   方のトランジスタに流れる電流値が一方のトラン
   ジスタに流れる電流値のｎ倍となる関係にある第
   １のカレントミラー回路と、この第１のカレント
   ミラー回路の一方のトランジスタに並列に接続さ
   れる第１の定電流源とを有するものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の受光素
   子。 ３ 上記第２の電流変換回路は、上記対数圧縮ダ
   イオード素子とカレントミラー回路を構成する第
   １のトランジスタと、１対のトランジスタからな
   り一方のトランジスタが上記第１のトランジスタ
   に接続された第２のカレントミラー回路と、１対
   のトランジスタからなり一方のトランジスタが上
   記第２のカレントミラー回路の他方のトランジス
   タに接続された第３のカレントミラー回路と、１
   対のトランジスタからなり一方のトランジスタが
   上記第３のカレントミラー回路の他方のトランジ
   スタに並列に接続されるとともに第２の定電流源
   に接続され他方のトランジスタが電流増幅トラン
   ジスタのエミツタに接続された第４のカレントミ
   ラー回路と、この第４のカレントミラー回路の他
   方のトランジスタに並列に接続された第３の定電
   流源とを有し、上記第４のカレントミラー回路の
   他方のトランジスタに流れる電流値が上記対数圧
   縮ダイオードに流れる電流値のｍ倍となる関係に
   なるように第１ないし第４のカレントミラー回路
   のトランジスタが設定されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の受光
   素子。