JPH06273230A - 光検出装置 - Google Patents
光検出装置Info
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- JPH06273230A JPH06273230A JP6023693A JP6023693A JPH06273230A JP H06273230 A JPH06273230 A JP H06273230A JP 6023693 A JP6023693 A JP 6023693A JP 6023693 A JP6023693 A JP 6023693A JP H06273230 A JPH06273230 A JP H06273230A
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- Japan
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- integrator
- photocurrent
- capacitance
- background light
- switch
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 精度の良い検出出力が得られ、よりコンパク
ト化を可能にする。 【構成】 本発明の光検出装置は、入射光を光電流に変
換する光検出器と、光電流を積分する積分器と、光電流
のうち入射光の背景光の成分を積分器の容量に蓄積させ
た後、積分器の容量の接続を逆にすることにより、光電
流を積分器の容量に蓄積させるとともに前記積分器の容
量に蓄積された前記背景光の成分を減ずるスイッチ手段
とを備える。
ト化を可能にする。 【構成】 本発明の光検出装置は、入射光を光電流に変
換する光検出器と、光電流を積分する積分器と、光電流
のうち入射光の背景光の成分を積分器の容量に蓄積させ
た後、積分器の容量の接続を逆にすることにより、光電
流を積分器の容量に蓄積させるとともに前記積分器の容
量に蓄積された前記背景光の成分を減ずるスイッチ手段
とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光検出器の出力から背
景光の成分を除去してより正確に光検出をおこなう光検
出技術に関する。
景光の成分を除去してより正確に光検出をおこなう光検
出技術に関する。
【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位置検出素子は、
近年、カメラのオートフォーカスシステムに適用されて
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位置検出素子は、
近年、カメラのオートフォーカスシステムに適用されて
いる。
【０００３】図４はその一般的な原理を示したものであ
る。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くるスポット光をカメラの光
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、丁度中央であれば両端か
ら検出される電流ＩL1とＩL2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、ＩL1とＩL2の比もそ
の位置に応じて変化していく。この作用により、三角測
距の原理を応用して、被写体までの距離情報を得ること
ができるのである。
る。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くるスポット光をカメラの光
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、丁度中央であれば両端か
ら検出される電流ＩL1とＩL2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、ＩL1とＩL2の比もそ
の位置に応じて変化していく。この作用により、三角測
距の原理を応用して、被写体までの距離情報を得ること
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。図５は、この点について改良を行った従来方式の
一例である。図ではＰＳＤの一方の側を示したもので、
もう一方は図では省略してある。
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。図５は、この点について改良を行った従来方式の
一例である。図ではＰＳＤの一方の側を示したもので、
もう一方は図では省略してある。
【０００５】投光手段が発光しない状態においては、Ｐ
ＳＤから背景光のみの光電流成分ＩL1がトランジスタＱ
１を通じてトランジスタＱ２に流入している。オペアン
プＡ１はＰＳＤからの電流の大小に関わらず、ＰＳＤの
端子電圧を一定に保つべく作用する。この間、スイッチ
ＳＷはオンであり、トランジスタＱ２のベースにはＩL1
をコレクタ電流として流すためのベース電圧に保持され
ている。この図の場合は約０．５Ｖであり、ダイオード
Ｄ１、トランジスタＱ４を用いて構成したカレントミラ
ー回路の作用によりダイオードＤ２、Ｄ３にもＩL1だけ
の電流が流れる。これがスポット光の無い場合の定常状
態である。
ＳＤから背景光のみの光電流成分ＩL1がトランジスタＱ
１を通じてトランジスタＱ２に流入している。オペアン
プＡ１はＰＳＤからの電流の大小に関わらず、ＰＳＤの
端子電圧を一定に保つべく作用する。この間、スイッチ
ＳＷはオンであり、トランジスタＱ２のベースにはＩL1
をコレクタ電流として流すためのベース電圧に保持され
ている。この図の場合は約０．５Ｖであり、ダイオード
Ｄ１、トランジスタＱ４を用いて構成したカレントミラ
ー回路の作用によりダイオードＤ２、Ｄ３にもＩL1だけ
の電流が流れる。これがスポット光の無い場合の定常状
態である。
【０００６】次に、パルス発光器が点灯した時に、スイ
ッチＳＷはオフとなり、トランジスタＱ２のベース電圧
がコンデンサＣに蓄えられた状態でホールドされる。そ
のため、トランジスタＱ２には定常光成分ＩL1のみが引
き続き流れ続ける。そこでスポット光成分による電流増
加分△ＩL1がトランジスタＱ３のベースに流れ込み、ｈ
fe倍されてダイオードＤ２、Ｄ３に流れる。この時の最
終電圧出力Ｖo1はつぎの式（１）で示される。
ッチＳＷはオフとなり、トランジスタＱ２のベース電圧
がコンデンサＣに蓄えられた状態でホールドされる。そ
のため、トランジスタＱ２には定常光成分ＩL1のみが引
き続き流れ続ける。そこでスポット光成分による電流増
加分△ＩL1がトランジスタＱ３のベースに流れ込み、ｈ
fe倍されてダイオードＤ２、Ｄ３に流れる。この時の最
終電圧出力Ｖo1はつぎの式（１）で示される。
【０００７】 Ｖo1＝ｋＴ／ｑ・Ｉｎ（ｈfe・△ＩL1＋ＩL1／Ｉｓ） …（１） ここで、ｑ：電子電荷 ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 Ｉｓ：ダイオードＤ２、Ｄ３の飽和電流 通常、ＰＳＤの他端に接続された第２の検出回路も同様
の回路にて構成されるので、両チャンネルの電圧差Ｖod
を取ると距離に比例した電圧が対数の形で得られる（式
（２））。
の回路にて構成されるので、両チャンネルの電圧差Ｖod
を取ると距離に比例した電圧が対数の形で得られる（式
（２））。
【０００８】 Ｖod＝２ｋＴ／ｑ×Ｉｎ（（ｈfe2 ・△ＩL2＋ＩL2）／（ｈfe1 ・△ＩL1＋ ＩL1）） …（２） 通常ｈfe1 ・ＩL1>>ＩL1，ｈfe2 ・ＩL2>>ＩL2であり、
さらに、ｈfe1 とｈfe2 がほぼ等しいものとすると、電
圧差Ｖodは式（３）で示される。
さらに、ｈfe1 とｈfe2 がほぼ等しいものとすると、電
圧差Ｖodは式（３）で示される。
【０００９】 Ｖod＝２ｋＴ／ｑ・Ｉｎ（△ＩL2／△ＩL1） …（３） これをＡ／Ｄ変換した後にＣＰＵによって、もしくは、
Ａ／Ｄ変換前に逆対数回路によって逆対数変換を行なう
ことにより比（△ＩL2／△ＩL1）が求められる。これを
用いて距離の測定が行われる。
Ａ／Ｄ変換前に逆対数回路によって逆対数変換を行なう
ことにより比（△ＩL2／△ＩL1）が求められる。これを
用いて距離の測定が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述の回路では、蓄積
容量の電圧が理想的に保持された場合に式（３）が成り
立つものである。しかし、実際はＱ２のベース電流成分
がＳＷオフ後も流れるので、Ｑ２のコレクタ電流もどん
どん減少してしまい、精度も極めて悪くなる。これを解
決しようとしたものとして、例えば、「特開昭５９−１
４２４１２」に記載されているものがある。図６はこれ
を示したものであり、原理的にはトランジスタＱ５〜Ｑ
８でカレントミラー回路を構成し、これによって蓄積容
量の電荷保持を保証しようというものである。ところ
が、この回路原理が理想的に成り立つのは、トランジス
タＱ２とＱ５のｈfeの特性が揃った場合であり、実際に
はこのｈfeの合わせ込みはかなり困難であるので、最終
出力電圧の精度を保つのは困難なものになっている。
容量の電圧が理想的に保持された場合に式（３）が成り
立つものである。しかし、実際はＱ２のベース電流成分
がＳＷオフ後も流れるので、Ｑ２のコレクタ電流もどん
どん減少してしまい、精度も極めて悪くなる。これを解
決しようとしたものとして、例えば、「特開昭５９−１
４２４１２」に記載されているものがある。図６はこれ
を示したものであり、原理的にはトランジスタＱ５〜Ｑ
８でカレントミラー回路を構成し、これによって蓄積容
量の電荷保持を保証しようというものである。ところ
が、この回路原理が理想的に成り立つのは、トランジス
タＱ２とＱ５のｈfeの特性が揃った場合であり、実際に
はこのｈfeの合わせ込みはかなり困難であるので、最終
出力電圧の精度を保つのは困難なものになっている。
【００１１】また、トランジスタのｈfeのばらつきは、
バイポーラ回路の泣き所であり、回路全体に渡って、こ
れを一定に保つのは至難の技である。さらに、図５に示
したように、蓄積容量Ｃの端子電圧を決めるオペアンプ
Ａ２は、これは必ずオフセット電圧を発生するので、ト
ランジスタＱ２とＱ３のベース電圧を等しく保てない。
従ってダイオードＤ１とトランジスタＱ３を流れる電流
値は理想的なカレントミラー状態から外れるわけで、こ
れも精度を悪化させる原因となりやすい。
バイポーラ回路の泣き所であり、回路全体に渡って、こ
れを一定に保つのは至難の技である。さらに、図５に示
したように、蓄積容量Ｃの端子電圧を決めるオペアンプ
Ａ２は、これは必ずオフセット電圧を発生するので、ト
ランジスタＱ２とＱ３のベース電圧を等しく保てない。
従ってダイオードＤ１とトランジスタＱ３を流れる電流
値は理想的なカレントミラー状態から外れるわけで、こ
れも精度を悪化させる原因となりやすい。
【００１２】上述の例とは少し回路形式が異なるが、特
公平４−３４０８７において、やはりＰＳＤなどの位置
検出の際に、これらの回路ばらつきの影響を抑える方式
が紹介されている。この方式は、一度の測距のために数
回投光・検出サイクルを繰返し、毎回左右のＰＳＤに接
続された検出回路を交互に入れ換えてその平均を取り、
ばらつきを抑えようというものである。しかしながら、
この方式では回路構造が大がかりになってしまい、タイ
ミング切り換え等の操作もかなり繁雑になってしまうと
いう欠点があった。
公平４−３４０８７において、やはりＰＳＤなどの位置
検出の際に、これらの回路ばらつきの影響を抑える方式
が紹介されている。この方式は、一度の測距のために数
回投光・検出サイクルを繰返し、毎回左右のＰＳＤに接
続された検出回路を交互に入れ換えてその平均を取り、
ばらつきを抑えようというものである。しかしながら、
この方式では回路構造が大がかりになってしまい、タイ
ミング切り換え等の操作もかなり繁雑になってしまうと
いう欠点があった。
【００１３】上記従来の方式では、アナログ出力である
ので、必ず外付けのＡ／Ｄ変換器を必要とする。このた
め、コストアップにつながることは必至であり、また、
このＡ／Ｄ変換に要する時間もシステム全体の動作を速
くしようとする場合にボトルネックとなる。
ので、必ず外付けのＡ／Ｄ変換器を必要とする。このた
め、コストアップにつながることは必至であり、また、
このＡ／Ｄ変換に要する時間もシステム全体の動作を速
くしようとする場合にボトルネックとなる。
【００１４】また、蓄積容量Ｃとして精度の確保するた
めに一般的に数μＦのオーダーで使用するのが通例であ
り、この部分のワンチップ化が困難であるので、やむな
く外付の容量素子を使ってきた。全部品をコンパクトに
納めなければならないカメラなどの用途では、この点が
大きな問題であった。
めに一般的に数μＦのオーダーで使用するのが通例であ
り、この部分のワンチップ化が困難であるので、やむな
く外付の容量素子を使ってきた。全部品をコンパクトに
納めなければならないカメラなどの用途では、この点が
大きな問題であった。
【００１５】本発明は、上述の問題点に鑑み、精度の良
い検出出力が得られる光検出装置を提供するのを第１の
目的とし、よりコンパクト化を可能にすることを第２の
目的とする。
い検出出力が得られる光検出装置を提供するのを第１の
目的とし、よりコンパクト化を可能にすることを第２の
目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光検出装置は、入射光を光電流に変換する
光検出器と、光電流を積分する積分器と、光電流のうち
入射光の背景光の成分を積分器の容量に蓄積させた後、
光電流を積分器の容量に蓄積させるとともに光電流のう
ち前記背景光の成分を減算するスイッチ手段とを備え
る。
に、本発明の光検出装置は、入射光を光電流に変換する
光検出器と、光電流を積分する積分器と、光電流のうち
入射光の背景光の成分を積分器の容量に蓄積させた後、
光電流を積分器の容量に蓄積させるとともに光電流のう
ち前記背景光の成分を減算するスイッチ手段とを備え
る。
【００１７】積分器が光電流を積分した後に放電させる
ための放電手段（例えば、積分器の容量に並列な抵抗と
この抵抗をオンオフするためのスイッチ）と、積分器の
出力を所定の電圧と比較する比較器と、積分器の放電開
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
をさらに有するものとしても良い。
ための放電手段（例えば、積分器の容量に並列な抵抗と
この抵抗をオンオフするためのスイッチ）と、積分器の
出力を所定の電圧と比較する比較器と、積分器の放電開
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
をさらに有するものとしても良い。
【００１８】積分器の容量は、第１及び第２の容量で構
成され、スイッチ手段は、光電流のうち背景光の成分を
第１の容量に蓄積させ、光電流を第２の容量に蓄積させ
た後、第１の容量を逆にして第２の容量に並列に接続し
て光電流のうち背景光の成分の減算をするようにしても
良い。
成され、スイッチ手段は、光電流のうち背景光の成分を
第１の容量に蓄積させ、光電流を第２の容量に蓄積させ
た後、第１の容量を逆にして第２の容量に並列に接続し
て光電流のうち背景光の成分の減算をするようにしても
良い。
【００１９】積分器及びスイッチ手段は、光検出器の出
力に対して複数系統設けられているようにしても良い。
力に対して複数系統設けられているようにしても良い。
【００２０】
【作用】本発明の光検出装置では、入射光が光検出器で
光電流に変換され、光電流が積分器で積分される。ここ
で、スイッチ手段によって積分器の容量には、光電流の
うち入射光の背景光の成分が蓄積される。そして、積分
器の容量の接続を逆にすることにより、この保持された
背景光の成分を用いて光電流から背景光の成分を除去す
る。こうして、光電流のうち背景光の成分が除去された
真の信号成分が得られることになる。
光電流に変換され、光電流が積分器で積分される。ここ
で、スイッチ手段によって積分器の容量には、光電流の
うち入射光の背景光の成分が蓄積される。そして、積分
器の容量の接続を逆にすることにより、この保持された
背景光の成分を用いて光電流から背景光の成分を除去す
る。こうして、光電流のうち背景光の成分が除去された
真の信号成分が得られることになる。
【００２１】比較器，カウンタなどを持つ構成とする
と、積分器は放電開始からその放電時定数で出力が変化
する。所定の電圧になって比較器の出力が変化するまで
の時間は、積分器の蓄積された電荷（背景光の成分が除
去された光電流の成分）の対数に比例することになる。
そのため、この時間を計数することによりカウンタから
背景光の成分が除去された光電流の成分が対数圧縮され
てディジタル値として得られる。
と、積分器は放電開始からその放電時定数で出力が変化
する。所定の電圧になって比較器の出力が変化するまで
の時間は、積分器の蓄積された電荷（背景光の成分が除
去された光電流の成分）の対数に比例することになる。
そのため、この時間を計数することによりカウンタから
背景光の成分が除去された光電流の成分が対数圧縮され
てディジタル値として得られる。
【００２２】光検出器の出力に対して複数系統設ける
と、それぞれに対して背景光の成分が除去された光電流
の成分が得られる。
と、それぞれに対して背景光の成分が除去された光電流
の成分が得られる。
【００２３】
【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、最も基本的な実施例の回路構成を示したもの
で、半導体基板上にモノリシックに形成される。
図１は、最も基本的な実施例の回路構成を示したもの
で、半導体基板上にモノリシックに形成される。
【００２４】この光検出装置は、光検出器Ｄ１、アンプ
Ａ１、積分容量Ｃ１，Ｃ２、スイッチＳ11，Ｓ12，Ｓ21
〜24，Ｓ31，Ｓ41で構成したものである。
Ａ１、積分容量Ｃ１，Ｃ２、スイッチＳ11，Ｓ12，Ｓ21
〜24，Ｓ31，Ｓ41で構成したものである。
【００２５】光検出器Ｄ１は、入射光を受光し光電流に
変換するもので、例えば、フォトダイオード，ＰＳＤな
ど半導体光検出素子が用いられる。アンプＡ１及び積分
容量Ｃ１，Ｃ２は積分器を構成し、光検出器Ｄ１からの
光電流を蓄積するためのものである。この容量Ｃ１，Ｃ
２は、一方が増幅器Ａ１の入力に、他方が出力にスイッ
チＳＳ12，Ｓ21〜24を介して接続される。図の符号
「十」または「一」は、動作を分かり易くするために増
幅器Ａ１の入力へ電流が流れ込む場合の電荷の極性を示
したものであり、容量自体の極性を示すものではない。
この回路では積分動作時間が数μｓｅｃオーダーである
ことから、容量Ｃ１，Ｃ２は、その値が数ｐＦの非常に
小さな値に設定されるものであり、基板上にモノリシッ
クに形成される。
変換するもので、例えば、フォトダイオード，ＰＳＤな
ど半導体光検出素子が用いられる。アンプＡ１及び積分
容量Ｃ１，Ｃ２は積分器を構成し、光検出器Ｄ１からの
光電流を蓄積するためのものである。この容量Ｃ１，Ｃ
２は、一方が増幅器Ａ１の入力に、他方が出力にスイッ
チＳＳ12，Ｓ21〜24を介して接続される。図の符号
「十」または「一」は、動作を分かり易くするために増
幅器Ａ１の入力へ電流が流れ込む場合の電荷の極性を示
したものであり、容量自体の極性を示すものではない。
この回路では積分動作時間が数μｓｅｃオーダーである
ことから、容量Ｃ１，Ｃ２は、その値が数ｐＦの非常に
小さな値に設定されるものであり、基板上にモノリシッ
クに形成される。
【００２６】スイッチＳ11，Ｓ12，Ｓ21〜24，Ｓ31，Ｓ
41は、ＭＯＳトランジスタによるスイッチであり、図示
せぬ制御回路からのパルスによりその両端のオンオフを
行う。スイッチＳ11，Ｓ12は積分容量Ｃ１の接続を制御
するためのものであり、スイッチＳ21〜24は積分容量Ｃ
２の接続を制御するためのものであり、スイッチＳ41は
積分容量Ｃ１，Ｃ２の放電即ちリセット用であり、スイ
ッチＳ31は増幅器Ａ１の入力のオンオフのためのもので
ある。
41は、ＭＯＳトランジスタによるスイッチであり、図示
せぬ制御回路からのパルスによりその両端のオンオフを
行う。スイッチＳ11，Ｓ12は積分容量Ｃ１の接続を制御
するためのものであり、スイッチＳ21〜24は積分容量Ｃ
２の接続を制御するためのものであり、スイッチＳ41は
積分容量Ｃ１，Ｃ２の放電即ちリセット用であり、スイ
ッチＳ31は増幅器Ａ１の入力のオンオフのためのもので
ある。
【００２７】図２は、光検出器Ｄ１に２次元のＰＳＤを
用い、ＰＳＤの各出力に上記の回路をもうけたものであ
る。ここでは、増幅器Ａ１の出力に比較器Ａ２，カウン
タＱ11，レジスタＱ12をさらに設けてディジタル値で出
力が得られる回路１１０1 ，１１０2 とし、これらの回
路１１０1 ，１１０2 の出力を加減算回路Ｑ13で減算す
ることで、前述の比（△ＩL2／△ＩL1）を求めるように
している。
用い、ＰＳＤの各出力に上記の回路をもうけたものであ
る。ここでは、増幅器Ａ１の出力に比較器Ａ２，カウン
タＱ11，レジスタＱ12をさらに設けてディジタル値で出
力が得られる回路１１０1 ，１１０2 とし、これらの回
路１１０1 ，１１０2 の出力を加減算回路Ｑ13で減算す
ることで、前述の比（△ＩL2／△ＩL1）を求めるように
している。
【００２８】また、スイッチＳ41に直列に抵抗Ｒ１が設
けられており、容量を放電しリセットするのを一定の時
定数で行うようにしている。この抵抗Ｒ１は、ＭＯＳス
イッチにて代用することも可能である。
けられており、容量を放電しリセットするのを一定の時
定数で行うようにしている。この抵抗Ｒ１は、ＭＯＳス
イッチにて代用することも可能である。
【００２９】比較器Ａ２は、増幅器Ａ１の出力電圧を基
準電圧Ｖref と比較するものである。カウンタＱ11は、
前記増幅器の積分開始後、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し、積分器のリセ
ット時間を計測して光情報の真値の対数変換情報を検出
する。レジスタＱ12はカウンタＱ11の計数値を保持する
ためのものである。
準電圧Ｖref と比較するものである。カウンタＱ11は、
前記増幅器の積分開始後、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し、積分器のリセ
ット時間を計測して光情報の真値の対数変換情報を検出
する。レジスタＱ12はカウンタＱ11の計数値を保持する
ためのものである。
【００３０】なお、図では被写体にスポット光を投射す
るＬＥＤなどの投光手段は略してある。このＬＥＤは図
３のｔ3 〜ｔ4 の間でパルス状のスポット光を投射す
る。
るＬＥＤなどの投光手段は略してある。このＬＥＤは図
３のｔ3 〜ｔ4 の間でパルス状のスポット光を投射す
る。
【００３１】図３（ａ）〜（ｈ）は、上記各スイッチへ
の制御信号を示したものであり、ハイのときスイッチが
オン、ローのときオフである。（ｉ），（ｊ）は増幅器
Ａ１，コンパレータＡ２の出力を示したものである。こ
のタイミングチャートを使って上記の回路の動作例を説
明する。
の制御信号を示したものであり、ハイのときスイッチが
オン、ローのときオフである。（ｉ），（ｊ）は増幅器
Ａ１，コンパレータＡ２の出力を示したものである。こ
のタイミングチャートを使って上記の回路の動作例を説
明する。
【００３２】最初の状態では、スイッチＳ31、積分器の
リセットスイッチＳ41がともにオンであり、リセット状
態に固定されている。また、スイッチＳ11はオン、スイ
ッチＳ12はオフ、スイッチＳ21、スイッチＳ24はオン、
スイッチＳ22、スイッチＳ23はオフである。測定被対象
物に特定のＬＥＤなどの光源からなにも光が当たらず、
自然光のみが照射されている状態では、増幅器Ａ１のリ
セットスイッチＳ41がオフにされる。この時点ｔ1 から
所定の期間Ｔ１に背景光取込みを行う。この状態で時点
ｔ2 までの時間Ｔ１では、光検出器Ｄ１の光電流のうち
背景光成分に相当する電流が容量Ｃ２に蓄積される。期
間Ｔ１経過後、スイッチＳ31がオフとなり、容量Ｃ２へ
の蓄積作用が終了する。同時にスイッチＳ21、スイッチ
Ｓ24もオフとなる（図のｔ2 ）。
リセットスイッチＳ41がともにオンであり、リセット状
態に固定されている。また、スイッチＳ11はオン、スイ
ッチＳ12はオフ、スイッチＳ21、スイッチＳ24はオン、
スイッチＳ22、スイッチＳ23はオフである。測定被対象
物に特定のＬＥＤなどの光源からなにも光が当たらず、
自然光のみが照射されている状態では、増幅器Ａ１のリ
セットスイッチＳ41がオフにされる。この時点ｔ1 から
所定の期間Ｔ１に背景光取込みを行う。この状態で時点
ｔ2 までの時間Ｔ１では、光検出器Ｄ１の光電流のうち
背景光成分に相当する電流が容量Ｃ２に蓄積される。期
間Ｔ１経過後、スイッチＳ31がオフとなり、容量Ｃ２へ
の蓄積作用が終了する。同時にスイッチＳ21、スイッチ
Ｓ24もオフとなる（図のｔ2 ）。
【００３３】さらに、スイッチＳ11がオフ、スイッチＳ
12がオンとなり、さらにスイッチＳ41が短時間オンとな
ることによって積分容量Ｃ１をリセットして次の動作に
備える（図のｔ2 〜ｔ3 ）。
12がオンとなり、さらにスイッチＳ41が短時間オンとな
ることによって積分容量Ｃ１をリセットして次の動作に
備える（図のｔ2 〜ｔ3 ）。
【００３４】ＬＥＤより測定被対象物に向かってスポッ
ト光が照射されると同時に、今度はスイッチＳ31がオン
となる（図のｔ3 ）。この後、蓄積容量Ｃ１にスポット
光の成分と背景光の成分との和に相当する光電流が時間
Ｔ２の間蓄積される。期間Ｔ２経過後、スイッチＳ31が
再びオフとなることによって、蓄積作用が停止する（図
のｔ4 ）。
ト光が照射されると同時に、今度はスイッチＳ31がオン
となる（図のｔ3 ）。この後、蓄積容量Ｃ１にスポット
光の成分と背景光の成分との和に相当する光電流が時間
Ｔ２の間蓄積される。期間Ｔ２経過後、スイッチＳ31が
再びオフとなることによって、蓄積作用が停止する（図
のｔ4 ）。
【００３５】次にスイッチＳ22がオンとなって容量Ｃ２
の−側の端子が増幅器Ａ１の入力に接続されると同時
に、＋側の端子もスイッチＳ23がオンとなり基準電源Ｖ
ref に接続され、それまで容量Ｃ２に蓄積されていた電
荷が全て容量Ｃ１に向って流れ出す（図のｔ5 ）。この
時、容量Ｃ１，Ｃ２は並列につながれ、これらに蓄積さ
れるトータル電荷量Ｑｔは次式で表される。
の−側の端子が増幅器Ａ１の入力に接続されると同時
に、＋側の端子もスイッチＳ23がオンとなり基準電源Ｖ
ref に接続され、それまで容量Ｃ２に蓄積されていた電
荷が全て容量Ｃ１に向って流れ出す（図のｔ5 ）。この
時、容量Ｃ１，Ｃ２は並列につながれ、これらに蓄積さ
れるトータル電荷量Ｑｔは次式で表される。
【００３６】 Ｑｔ＝−（Ｖref ＋（Ｉd ×Ｔ１／Ｃ２）−Ｖref ）×Ｃ２＋（Ｖref ＋（ （ｌsh＋ｌd ）×Ｔ２／Ｃ１）−Ｖｒｅｆ）×Ｃ１ ＝−（Ｉd ×Ｔ１）＋（（ｌsh＋ｌd ）×Ｔ２） …（４） ここで Ｖref ：基準リファレンス電圧 Ｉsh：スポット光成分光電流 Ｉd ：背景光成分 Ｔ１，Ｔ２：積分時間 であり、（Ｉsh＋Ｉd ）は図のｔ3 〜ｔ4 での光検出器
Ｄ１の光電流である。もし、Ｔ１＝Ｔ２にすると Ｑｔ＝Ｉsh×Ｔ１ …（５） となり、容量Ｃ１，Ｃ２には、スポット光成分の電荷量
のみが保存される。この時の増幅器Ａ１の出力電圧「Ｉ
sh×Ｔ１／（Ｃ１＋Ｃ２）」がスポット光成分の真値で
あり、図のｔ4 以降でこれをＡ／Ｄ変換器などで検出す
ることでこの値がディジタル値で得られる。増幅器Ａ１
のオフセットについては式では示していないが容量Ｃ
１，Ｃ２の値に応じて減少する。
Ｄ１の光電流である。もし、Ｔ１＝Ｔ２にすると Ｑｔ＝Ｉsh×Ｔ１ …（５） となり、容量Ｃ１，Ｃ２には、スポット光成分の電荷量
のみが保存される。この時の増幅器Ａ１の出力電圧「Ｉ
sh×Ｔ１／（Ｃ１＋Ｃ２）」がスポット光成分の真値で
あり、図のｔ4 以降でこれをＡ／Ｄ変換器などで検出す
ることでこの値がディジタル値で得られる。増幅器Ａ１
のオフセットについては式では示していないが容量Ｃ
１，Ｃ２の値に応じて減少する。
【００３７】ここまでは、図１及び図２の回路は同じ動
作をし、図のｔ5 以降で増幅器Ａ１からスポット光成分
の真値がえられる。ここから後、図２の回路ではつぎの
ようにしてディジタル値に変換する。
作をし、図のｔ5 以降で増幅器Ａ１からスポット光成分
の真値がえられる。ここから後、図２の回路ではつぎの
ようにしてディジタル値に変換する。
【００３８】図のｔ5 では、リセットスイッチＳ41をオ
ンにするととともに、このパルスでカウンタＱ11の計数
動作を開始させる。増幅器Ａ１の出力が基準リファレン
ス電圧Ｖref までに戻る時間Ｔr は次式で表される。
ンにするととともに、このパルスでカウンタＱ11の計数
動作を開始させる。増幅器Ａ１の出力が基準リファレン
ス電圧Ｖref までに戻る時間Ｔr は次式で表される。
【００３９】 Ｔr ＝Ｒ１×（Ｃ１＋Ｃ２）×ｌｎ（Ｖo ／Ｖref ） …（６） ここでＶo ：リセット直前の増幅器Ａ１の出力である。
【００４０】すなわち、リセット時間Ｔrst は、入射ス
ポット光量に比例する電圧Ｖo をＶref で割った値の対
数変換値に定数を掛けた値となる。そして、増幅器Ａ１
の出力がＶref になると比較器Ａ２が信号を発生しカウ
ンタＱ11の動作を停止させる。この時のカウンタＱ11の
データがレジスタ回路Ｑ12にセーブされる。
ポット光量に比例する電圧Ｖo をＶref で割った値の対
数変換値に定数を掛けた値となる。そして、増幅器Ａ１
の出力がＶref になると比較器Ａ２が信号を発生しカウ
ンタＱ11の動作を停止させる。この時のカウンタＱ11の
データがレジスタ回路Ｑ12にセーブされる。
【００４１】すなわち、この時セーブされたカウンタ値
Ｎは、カウンタ基本クロック時間Ｔｏをもちいて Ｎ＝Ｔr ／Ｔｏ ＝Ｒ１×（Ｃ１＋Ｃ２）×ｌｎ（Ｖo ／Ｖref ）／Ｔｏ …（７） で示される。
Ｎは、カウンタ基本クロック時間Ｔｏをもちいて Ｎ＝Ｔr ／Ｔｏ ＝Ｒ１×（Ｃ１＋Ｃ２）×ｌｎ（Ｖo ／Ｖref ）／Ｔｏ …（７） で示される。
【００４２】こうして、図２の回路１１０1 ，１１０2
では、特殊な対数変換器などを使うことなく、スポット
光成分の真値の対数変換値を得られる。加減算器Ｑ13で
はこの両方の回路ブロック１１０1 ，１１０2 のカウン
ト結果Ｎ1 、Ｎ2 の差をとる（次式）。
では、特殊な対数変換器などを使うことなく、スポット
光成分の真値の対数変換値を得られる。加減算器Ｑ13で
はこの両方の回路ブロック１１０1 ，１１０2 のカウン
ト結果Ｎ1 、Ｎ2 の差をとる（次式）。
【００４３】 Ｎ1 −Ｎ2 ＝Ｒ１×（Ｃ１＋Ｃ２）×ｌｎ（Ｖo1／Ｖref ）／Ｔｏ−Ｒ１× （Ｃ１＋Ｃ２）×ｌｎ（Ｖo2／Ｖref ）／Ｔｏ ＝Ｒ１×Ｃ１×ｌｎ（Ｖo1／Ｖo2）／Ｔｏ …（８） こうして、ＰＳＤ上のスポット光の位置に比例する値、
すなわちＶo1とＶo2の比を対数の形で得られる。すでに
これはデジタル値であるので、ただちに外部のＣＰＵに
取り込んでデータ処理を行なうことができる。
すなわちＶo1とＶo2の比を対数の形で得られる。すでに
これはデジタル値であるので、ただちに外部のＣＰＵに
取り込んでデータ処理を行なうことができる。
【００４４】尚、式（８）で得られた値を定数項に考慮
して逆対数変換してＶo1／Ｖo2の真値を外部ＣＰＵに取
り出してもよいし、また、あるいは、この回路が設けら
れた固体撮像素子にオンチップにＲＯＭテーブルを用意
してリアルタイムに逆対数変換してＶo1／Ｖo2の真値を
得るようにしても良い。
して逆対数変換してＶo1／Ｖo2の真値を外部ＣＰＵに取
り出してもよいし、また、あるいは、この回路が設けら
れた固体撮像素子にオンチップにＲＯＭテーブルを用意
してリアルタイムに逆対数変換してＶo1／Ｖo2の真値を
得るようにしても良い。
【００４５】このように本発明では、スポット光および
背景光の成分を含んだ光電流を積分し、それから減算値
を求める構成となっているので、積分器の能力で精度が
決まることになる。一般的に、積分器を構成するアンプ
について所定のゲインを確保できれば、その積分容量値
で積分器の精度が左右される。オンチップに形成する容
量値のバラツキは小さく抑えることは容易であるので、
積分容量Ｃ１、Ｃ２のバラツキも小さく抑えることがで
きる。そのため、背景光成分を差し引いて真のスポット
光成分を高精度に求めることができる。
背景光の成分を含んだ光電流を積分し、それから減算値
を求める構成となっているので、積分器の能力で精度が
決まることになる。一般的に、積分器を構成するアンプ
について所定のゲインを確保できれば、その積分容量値
で積分器の精度が左右される。オンチップに形成する容
量値のバラツキは小さく抑えることは容易であるので、
積分容量Ｃ１、Ｃ２のバラツキも小さく抑えることがで
きる。そのため、背景光成分を差し引いて真のスポット
光成分を高精度に求めることができる。
【００４６】通常上記回路が使用されるような用途にお
いては積分時間は数μｓｅｃオーダーである。そのた
め、積分電荷量が極端に大きくなることはないので、ア
ンプＡ１の帰還容量Ｃ１、Ｃ２については数ｐＦオーダ
ーで十分である。従来では数μＦのような大きな値の容
量素子を使うことを要し内蔵が不可能であったが、本発
明では、数ｐＦ程度の小さな値の容量素子を内蔵して機
能を構成することが可能であるので、ワンチップ化する
ことができ、回路全体をコンパクトなサイズにできる。
いては積分時間は数μｓｅｃオーダーである。そのた
め、積分電荷量が極端に大きくなることはないので、ア
ンプＡ１の帰還容量Ｃ１、Ｃ２については数ｐＦオーダ
ーで十分である。従来では数μＦのような大きな値の容
量素子を使うことを要し内蔵が不可能であったが、本発
明では、数ｐＦ程度の小さな値の容量素子を内蔵して機
能を構成することが可能であるので、ワンチップ化する
ことができ、回路全体をコンパクトなサイズにできる。
【００４７】さらに、図２の回路では、容量Ｃ１、Ｃ２
の放電によって積分器の出力が所定になる時間が対数に
比例することを利用し、検出出力をディジタルの対数値
で得ているので、アナログもしくはデジタルの割算器を
必要とせず、回路全体の規模を比較的小さくできる。ま
た、デジタル値で得ているので、まったく外付けのＡ／
Ｄ変換器を必要としない。従って、この回路を使ってシ
ステム構成を行なえば、全体のコストを著しく下げるこ
とができる。
の放電によって積分器の出力が所定になる時間が対数に
比例することを利用し、検出出力をディジタルの対数値
で得ているので、アナログもしくはデジタルの割算器を
必要とせず、回路全体の規模を比較的小さくできる。ま
た、デジタル値で得ているので、まったく外付けのＡ／
Ｄ変換器を必要としない。従って、この回路を使ってシ
ステム構成を行なえば、全体のコストを著しく下げるこ
とができる。
【００４８】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。
【００４９】前述の実施例では、容量Ｃ１に光電流を蓄
積した後に図のｔ5 で容量Ｃ２に蓄積された背景光の成
分を除去するようにしたが、図のｔ3 でスイッチＳ22及
びスイッチＳ23をオンとし、予め背景光の成分を除去し
て容量Ｃ１、Ｃ２に図のｔ４以降光電流を蓄積するよう
にしても良い。この場合、スイッチＳ２２及びスイッチ
Ｓ23は図のｔ3 以降オン状態になる（図３（ｆ）、
（ｇ））。
積した後に図のｔ5 で容量Ｃ２に蓄積された背景光の成
分を除去するようにしたが、図のｔ3 でスイッチＳ22及
びスイッチＳ23をオンとし、予め背景光の成分を除去し
て容量Ｃ１、Ｃ２に図のｔ４以降光電流を蓄積するよう
にしても良い。この場合、スイッチＳ２２及びスイッチ
Ｓ23は図のｔ3 以降オン状態になる（図３（ｆ）、
（ｇ））。
【００５０】また、積分容量は、背景光の蓄積用と光電
流の蓄積用の２種類設けたが、複数種類設けても構わな
い。この場合、背景光の大きさで積分容量を切り替え可
能にすることで、積分器の飽和を抑えることができる。
さらに、積分器の出力が飽和しないならば、容量Ｃ１を
省略することも可能である。この場合、上述したように
スイッチＳ22及びスイッチＳ23は図のｔ3 以降オン状態
として容量Ｃ２で光電流を蓄積を行う。こうするとスイ
ッチＳ11，Ｓ12が省略できるだけでなく、アンプＡ１の
オフセットもほぼ完全に補償される。
流の蓄積用の２種類設けたが、複数種類設けても構わな
い。この場合、背景光の大きさで積分容量を切り替え可
能にすることで、積分器の飽和を抑えることができる。
さらに、積分器の出力が飽和しないならば、容量Ｃ１を
省略することも可能である。この場合、上述したように
スイッチＳ22及びスイッチＳ23は図のｔ3 以降オン状態
として容量Ｃ２で光電流を蓄積を行う。こうするとスイ
ッチＳ11，Ｓ12が省略できるだけでなく、アンプＡ１の
オフセットもほぼ完全に補償される。
【００５１】また、上記の構成をＰＳＤなどの位置検出
素子の両端に１ブロックずつ接続してその出力比から位
置を検出するようにしても良いし、さらに図２の回路１
１０n （ｎ＝１，２…）をアレイ状に複数組ならべても
構わない。
素子の両端に１ブロックずつ接続してその出力比から位
置を検出するようにしても良いし、さらに図２の回路１
１０n （ｎ＝１，２…）をアレイ状に複数組ならべても
構わない。
【００５２】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、光電流のう
ち入射光の背景光の成分が積分して保持され、この保持
された背景光の成分を光電流から減算して背景光の成分
が除去された光電流の成分が得られるため、入射光から
真の光情報を得ることができ、より精度良い光を用いた
各種計測を行うことができる。
ち入射光の背景光の成分が積分して保持され、この保持
された背景光の成分を光電流から減算して背景光の成分
が除去された光電流の成分が得られるため、入射光から
真の光情報を得ることができ、より精度良い光を用いた
各種計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成図を示す図である。
【図２】ディジタル値の出力を得る場合の実施例の構成
図を示す図である。
図を示す図である。
【図３】実施例のタイミングチャートを示す図である
【図４】従来例の説明図を示す図である。
【図５】従来例の構成例を示す図である。
【図６】従来例の構成例を示す図である。
Ｄ１…光検出器、Ａ１…アンプ、Ｃ１，Ｃ２…積分容
量、Ｓ11，Ｓ12，Ｓ21〜24，Ｓ31，Ｓ41…スイッチ、Ａ
２…比較器，Ｑ11…カウンタ，Ｑ12…レジスタ、Ｑ13…
加減算回路。
量、Ｓ11，Ｓ12，Ｓ21〜24，Ｓ31，Ｓ41…スイッチ、Ａ
２…比較器，Ｑ11…カウンタ，Ｑ12…レジスタ、Ｑ13…
加減算回路。
Claims (4)
- 【請求項１】 入射光を光電流に変換する光検出器と、 前記光電流を積分する積分器と、 前記光電流のうち前記入射光の背景光の成分を前記積分
器の容量に蓄積させた後、前記光電流を前記積分器の容
量に蓄積させるとともに前記光電流のうち前記背景光の
成分を減算するスイッチ手段とを備えた光検出装置。 - 【請求項２】 前記積分器が前記光電流を積分した後に
放電させるための放電手段と、 前記積分器の出力を所定の電圧と比較する比較器と、 前記積分器の放電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さらに有する請求項１記載の
光検出装置。 - 【請求項３】 前記積分器の容量は、第１及び第２の容
量で構成され、 前記スイッチ手段は、前記光電流のうち前記背景光の成
分を前記第１の容量に蓄積させ、前記光電流を前記第２
の容量に蓄積させた後、前記第１の容量を逆にして前記
第２の容量に並列に接続して前記光電流のうち前記背景
光の成分の減算をする請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項４】 前記積分器及び前記スイッチ手段は、前
記光検出器の出力に対して複数系統設けられている請求
項１記載の光検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023693A JP2719086B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 光検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023693A JP2719086B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 光検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273230A true JPH06273230A (ja) | 1994-09-30 |
| JP2719086B2 JP2719086B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=13136339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6023693A Expired - Fee Related JP2719086B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 光検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2719086B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000065317A1 (fr) * | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetecteur |
| JP2001108521A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置 |
| FR2813000A1 (fr) * | 2000-11-23 | 2002-02-15 | Commissariat Energie Atomique | Circuit de detection de rayonnement electromagnetique et procede de detection de rayonnement electromagnetique |
| JP2002281387A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-27 | Hamamatsu Photonics Kk | ロックイン撮像装置 |
| WO2002103308A1 (fr) * | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetecteur |
| JP2010040981A (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置、及び当該光電変換装置を具備する電子機器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59195133A (ja) * | 1983-04-21 | 1984-11-06 | Canon Inc | 差動型センサの差信号検出方式 |
| JPS6137567A (ja) * | 1984-07-31 | 1986-02-22 | Nissan Motor Co Ltd | ブレ−キ液圧制御装置 |
| JPH04160325A (ja) * | 1990-10-23 | 1992-06-03 | Mitsubishi Electric Corp | 光電流変換回路 |
| JPH04324328A (ja) * | 1991-04-24 | 1992-11-13 | Nikko Kyodo Co Ltd | 測光装置 |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP6023693A patent/JP2719086B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59195133A (ja) * | 1983-04-21 | 1984-11-06 | Canon Inc | 差動型センサの差信号検出方式 |
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| JPH04160325A (ja) * | 1990-10-23 | 1992-06-03 | Mitsubishi Electric Corp | 光電流変換回路 |
| JPH04324328A (ja) * | 1991-04-24 | 1992-11-13 | Nikko Kyodo Co Ltd | 測光装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000065317A1 (fr) * | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetecteur |
| US6757627B2 (en) | 1999-04-27 | 2004-06-29 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photo-detecting apparatus |
| JP2001108521A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置 |
| FR2813000A1 (fr) * | 2000-11-23 | 2002-02-15 | Commissariat Energie Atomique | Circuit de detection de rayonnement electromagnetique et procede de detection de rayonnement electromagnetique |
| JP2002281387A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-27 | Hamamatsu Photonics Kk | ロックイン撮像装置 |
| JP4545334B2 (ja) * | 2001-03-15 | 2010-09-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | ロックイン撮像装置 |
| WO2002103308A1 (fr) * | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetecteur |
| US7075050B2 (en) | 2001-06-18 | 2006-07-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector including integration capacitance section and A/D converter circuit |
| JP2010040981A (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置、及び当該光電変換装置を具備する電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2719086B2 (ja) | 1998-02-25 |
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