JPH07294248A - 測距装置 - Google Patents
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- JPH07294248A JPH07294248A JP6091558A JP9155894A JPH07294248A JP H07294248 A JPH07294248 A JP H07294248A JP 6091558 A JP6091558 A JP 6091558A JP 9155894 A JP9155894 A JP 9155894A JP H07294248 A JPH07294248 A JP H07294248A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 素子間バラツキに起因する測定精度の低下や
温度依存性を改善すると共に簡素な構成の測距装置を提
供する。 【構成】 受光素子２００の出力端子で平均背景光の寄
与分の電流を除去した後、積分回路３１０、３２０と容
量素子による電荷結合によって背景光の変化分等の成分
をキャンセルすることで、特定対象の光成分のみを得る
ので、積分器を一個ですませ、さらに複雑な加算、減算
等の演算回路を全く同じであるが、さらに複雑な加算、
減算等の演算回路を全く必要とせずに、高精度の測距が
可能となる。
温度依存性を改善すると共に簡素な構成の測距装置を提
供する。 【構成】 受光素子２００の出力端子で平均背景光の寄
与分の電流を除去した後、積分回路３１０、３２０と容
量素子による電荷結合によって背景光の変化分等の成分
をキャンセルすることで、特定対象の光成分のみを得る
ので、積分器を一個ですませ、さらに複雑な加算、減算
等の演算回路を全く同じであるが、さらに複雑な加算、
減算等の演算回路を全く必要とせずに、高精度の測距が
可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、対象物に光を投射し、
対象物からに反射光を検出して対象物までの距離を測定
する測距装置に関するものである。
対象物からに反射光を検出して対象物までの距離を測定
する測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】投射した光を半導体位置検出素子（以
下、ＰＳＤと呼ぶ）で検出する測距装置が、カメラのオ
ートフォーカスシステムなどに適用され、普及してい
る。図６は、こうした測距装置の概要構成図である。
下、ＰＳＤと呼ぶ）で検出する測距装置が、カメラのオ
ートフォーカスシステムなどに適用され、普及してい
る。図６は、こうした測距装置の概要構成図である。
【０００３】この装置のＰＳＤは、図６に示すように、
Ｐ層とＩ層及びＮ層から成る３層構造のシリコン半導体
から成る感光部９１０と、感光部９１０に発生した光電
変換信号から雑音等の不要成分を除去して必要な信号成
分のみを抽出する信号抽出回路９２０と、抽出された信
号に基づいて被写体までの距離を演算する測距演算回路
９３０を備えている。
Ｐ層とＩ層及びＮ層から成る３層構造のシリコン半導体
から成る感光部９１０と、感光部９１０に発生した光電
変換信号から雑音等の不要成分を除去して必要な信号成
分のみを抽出する信号抽出回路９２０と、抽出された信
号に基づいて被写体までの距離を演算する測距演算回路
９３０を備えている。
【０００４】ここで、感光部９１０のＰ層の両端には一
対の出力電極９１１，９１２が形成され、Ｎ層には出力
電極９１１，９１２から等距離の部分に所定バイアス電
圧ＶB が印加され、Ｐ層の表面が光入射面となってい
る。そして、Ｐ層に光が入射すると光電変換効果によっ
て光電流が発生し、光の入射位置から出力電極９１１ま
での距離Ｌ１と出力電極９１２までの距離Ｌ２との比に
応じて分割された光電流Ｉ１，Ｉ２が各出力電極９１
１，９１２を介して信号抽出回路９２０に入力される。
対の出力電極９１１，９１２が形成され、Ｎ層には出力
電極９１１，９１２から等距離の部分に所定バイアス電
圧ＶB が印加され、Ｐ層の表面が光入射面となってい
る。そして、Ｐ層に光が入射すると光電変換効果によっ
て光電流が発生し、光の入射位置から出力電極９１１ま
での距離Ｌ１と出力電極９１２までの距離Ｌ２との比に
応じて分割された光電流Ｉ１，Ｉ２が各出力電極９１
１，９１２を介して信号抽出回路９２０に入力される。
【０００５】更に、測距装置本体の一端には、被写体９
９０に対してスポット光を放射する発光ダイオードＬＥ
Ｄが感光部９１０から所定の距離だけ放して設けられて
おり、被写体Ｇで反射されたスポット光（以下、反射ス
ポット光という）を感光部９１０のＰ層が受光すること
で、三角測距の原理が適用される構成となっている。即
ち、発光ダイオードＬＥＤから被写体９９０までの距離
とＰ層に入射する反射スポット光の位置（即ち、Ｌ１と
Ｌ２）とが所定の比例関係にあるので、測距演算回路９
３０が光電流Ｉ１，Ｉ２の電流比について所定の測距演
算を行うことにより、被写体Ｇまでの距離を逆算する。
９０に対してスポット光を放射する発光ダイオードＬＥ
Ｄが感光部９１０から所定の距離だけ放して設けられて
おり、被写体Ｇで反射されたスポット光（以下、反射ス
ポット光という）を感光部９１０のＰ層が受光すること
で、三角測距の原理が適用される構成となっている。即
ち、発光ダイオードＬＥＤから被写体９９０までの距離
とＰ層に入射する反射スポット光の位置（即ち、Ｌ１と
Ｌ２）とが所定の比例関係にあるので、測距演算回路９
３０が光電流Ｉ１，Ｉ２の電流比について所定の測距演
算を行うことにより、被写体Ｇまでの距離を逆算する。
【０００６】しかし、Ｐ層は反射スポット光の入射面よ
り広い面積を有するので、光電流Ｉ１，Ｉ２は反射スポ
ット光だけでなく背景光及びその他の雑音成分を含んで
しまい、単に測距演算を行ったのでは、これらの背景光
及び雑音成分のために測距精度が低下することになる。
そこで、図７に示すような雑音除去回路が信号抽出回路
９２０に内蔵されていた。尚、この雑音除去回路は、出
力電極９１１，９１２に夫々設けられている。
り広い面積を有するので、光電流Ｉ１，Ｉ２は反射スポ
ット光だけでなく背景光及びその他の雑音成分を含んで
しまい、単に測距演算を行ったのでは、これらの背景光
及び雑音成分のために測距精度が低下することになる。
そこで、図７に示すような雑音除去回路が信号抽出回路
９２０に内蔵されていた。尚、この雑音除去回路は、出
力電極９１１，９１２に夫々設けられている。
【０００７】出力電極９１１に接続される雑音除去回路
を代表して説明すると、バイアス電源ＶR1で直流バイア
スされたオペアンプＡ１とＰＭＯＳＦＥＴ Ｑ１からな
るバッファ回路を備え、このバッファ回路は出力電極４
をバイアス電源ＶR1の電圧に直流バイアスすると共に、
光電流Ｉ１を増幅して接点ｘへ出力する。
を代表して説明すると、バイアス電源ＶR1で直流バイア
スされたオペアンプＡ１とＰＭＯＳＦＥＴ Ｑ１からな
るバッファ回路を備え、このバッファ回路は出力電極４
をバイアス電源ＶR1の電圧に直流バイアスすると共に、
光電流Ｉ１を増幅して接点ｘへ出力する。
【０００８】接点ｘは、図示するように、ｎｐｎトラン
ジスタＱ２のコレクタとｎｐｎトランジスタＱ３のベー
ス及びオペアンプＡ２の非反転入力接点に接続され、ｎ
ｐｎトランジスタＱ３のコレクタには、ｐｎｐトランジ
スタＱ４，Ｑ５で構成されるカレントミラー回路が接続
され、更に、ｐｎｐトランジスタＱ５のコレクタにダイ
オードＤ１，Ｄ２が接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２の
両端電圧Ｖo1が測距演算回路９３０への信号となる。
ジスタＱ２のコレクタとｎｐｎトランジスタＱ３のベー
ス及びオペアンプＡ２の非反転入力接点に接続され、ｎ
ｐｎトランジスタＱ３のコレクタには、ｐｎｐトランジ
スタＱ４，Ｑ５で構成されるカレントミラー回路が接続
され、更に、ｐｎｐトランジスタＱ５のコレクタにダイ
オードＤ１，Ｄ２が接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２の
両端電圧Ｖo1が測距演算回路９３０への信号となる。
【０００９】オペアンプＡ２の反転入力接点には参照電
圧ＶR2が印加され、その出力接点はスイッチ素子ＳＷを
介してｎｐｎトランジスタＱ２のベースに接続されると
共に、ｎｐｎトランジスタＱ２のベースとアース間に容
量素子Ｃが接続されている。
圧ＶR2が印加され、その出力接点はスイッチ素子ＳＷを
介してｎｐｎトランジスタＱ２のベースに接続されると
共に、ｎｐｎトランジスタＱ２のベースとアース間に容
量素子Ｃが接続されている。
【００１０】このような構成において、測距処理は次の
手順で行われる。まず所定時間τの間、発光ダイオード
ＬＥＤがスポット光を放射しない状態に設定されると同
時に、スイッチ素子ＳＷをオンにして背景光を受光す
る。この状態では、接点ｘが背景光の光強度に相当する
電圧Ｖx となり、オペアンプＡ２がその電圧と参照電圧
ＶR2の差を演算処理するので、容量素子Ｃは背景光の光
強度に相当する電圧Ｖhに充電される。尚、参照電圧Ｖ
R2は、感光部９１０自身が発生する雑音成分等を接点ｘ
の電圧Ｖx から除くために設定されている。
手順で行われる。まず所定時間τの間、発光ダイオード
ＬＥＤがスポット光を放射しない状態に設定されると同
時に、スイッチ素子ＳＷをオンにして背景光を受光す
る。この状態では、接点ｘが背景光の光強度に相当する
電圧Ｖx となり、オペアンプＡ２がその電圧と参照電圧
ＶR2の差を演算処理するので、容量素子Ｃは背景光の光
強度に相当する電圧Ｖhに充電される。尚、参照電圧Ｖ
R2は、感光部９１０自身が発生する雑音成分等を接点ｘ
の電圧Ｖx から除くために設定されている。
【００１１】次に、所定時間τ後にスイッチＳＷをオフ
に切換え、発光ダイオードＬＥＤにスポット光を放射さ
せ、再び所定時間τと同じ時間だけ受光処理をする。し
たがって、感光部１は被写体Ｇで反射された反射スポッ
ト光と背景光を入射することとなるので、光電流Ｉ１は
背景光と反射スポット光の和に相当する値となる。ここ
で、容量素子Ｃには背景光に相当する電圧Ｖh が保持さ
れていることから、出力電流Ｉ１中の背景光に対応する
分の電流がｎｐｎトランジスタＱ２を介してアースへ流
れ、接点ｘの電圧Ｖx は反射スポット光に相当する分の
電圧だけ上昇する。この結果、カレントミラー回路の出
力側のｐｎｐトランジスタＱ５を流れる電流もその電圧
の上昇に応じて増加し、ダイオードＤ１，Ｄ２の両端電
圧Ｖo1がスポット光の光強度に相当する電圧となる。
に切換え、発光ダイオードＬＥＤにスポット光を放射さ
せ、再び所定時間τと同じ時間だけ受光処理をする。し
たがって、感光部１は被写体Ｇで反射された反射スポッ
ト光と背景光を入射することとなるので、光電流Ｉ１は
背景光と反射スポット光の和に相当する値となる。ここ
で、容量素子Ｃには背景光に相当する電圧Ｖh が保持さ
れていることから、出力電流Ｉ１中の背景光に対応する
分の電流がｎｐｎトランジスタＱ２を介してアースへ流
れ、接点ｘの電圧Ｖx は反射スポット光に相当する分の
電圧だけ上昇する。この結果、カレントミラー回路の出
力側のｐｎｐトランジスタＱ５を流れる電流もその電圧
の上昇に応じて増加し、ダイオードＤ１，Ｄ２の両端電
圧Ｖo1がスポット光の光強度に相当する電圧となる。
【００１２】このように、背景光のみに相当する電圧Ｖ
h を容量素子Ｃに予め保持しておき、反射されてきたス
ポット光を受光したときにこの電圧Ｖh によって背景光
の分を除去することにより、真の反射スポット光の成分
のみの電圧Ｖo1を得るようにしている。尚、出力電極９
１２にも同じ雑音除去回路が接続されているので、出力
電極５から出力される光電流Ｉ２からも背景光成分が除
去され、真の反射スポット光の成分のみの電圧Ｖo2が得
られる。そして、電圧Ｖo1とＶo2は、反射スポット光の
入射位置（即ち、Ｌ１とＬ２）と比例関係にあるので、
測距演算回路９３０がこれらの電圧Ｖo1とＶo2に基づい
て所定の測距演算を行うことで、被写体９９０までの距
離を求める。
h を容量素子Ｃに予め保持しておき、反射されてきたス
ポット光を受光したときにこの電圧Ｖh によって背景光
の分を除去することにより、真の反射スポット光の成分
のみの電圧Ｖo1を得るようにしている。尚、出力電極９
１２にも同じ雑音除去回路が接続されているので、出力
電極５から出力される光電流Ｉ２からも背景光成分が除
去され、真の反射スポット光の成分のみの電圧Ｖo2が得
られる。そして、電圧Ｖo1とＶo2は、反射スポット光の
入射位置（即ち、Ｌ１とＬ２）と比例関係にあるので、
測距演算回路９３０がこれらの電圧Ｖo1とＶo2に基づい
て所定の測距演算を行うことで、被写体９９０までの距
離を求める。
【００１３】以上で、反射スポット光に対応する電圧Ｖ
o1は、 Ｖo1＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（（ｈfe1 ・ΔＩL1＋ＩL1）／ＩS ） …（１） ここで、 ｑ ：電子電荷 ｋ ：ボルツマン定数 Ｔ ：絶対温度 ＩL1：背景光のみを受光する状態でのトランジスタＱ２
のコレクタ電流 ΔＩL1：反射スポット光を入射したときにトランジスタ
Ｑ３のベースに流れる電流 ｈfe1 ：トランジスタＱ３の電流増幅率 ＩS ：ダイオードＤ２，Ｄ３の飽和電流 となる。更に、出力電極５に接続される雑音除去回路か
ら生じる電圧Ｖo2は、上記の電圧Ｖo1と同様にして、 Ｖo2＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（（ｈfe2 ・ΔＩL2＋ＩL2）／ＩS ） …（２） となる。
o1は、 Ｖo1＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（（ｈfe1 ・ΔＩL1＋ＩL1）／ＩS ） …（１） ここで、 ｑ ：電子電荷 ｋ ：ボルツマン定数 Ｔ ：絶対温度 ＩL1：背景光のみを受光する状態でのトランジスタＱ２
のコレクタ電流 ΔＩL1：反射スポット光を入射したときにトランジスタ
Ｑ３のベースに流れる電流 ｈfe1 ：トランジスタＱ３の電流増幅率 ＩS ：ダイオードＤ２，Ｄ３の飽和電流 となる。更に、出力電極５に接続される雑音除去回路か
ら生じる電圧Ｖo2は、上記の電圧Ｖo1と同様にして、 Ｖo2＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（（ｈfe2 ・ΔＩL2＋ＩL2）／ＩS ） …（２） となる。
【００１４】したがって、これらの電圧の差Ｖod（＝Ｖ
o1−Ｖo2）は、 Ｖod＝（２ｋＴ／ｑ） ×ｌｎ（（ｈfe2 ・ΔＩL2＋ＩL2） ／（ｈfe1 ・ΔＩL1＋ＩL1）） …（３） となる。通常、ｈfei ・ΔＩLi》ＩLiであり、さらに、
ｈfe1 〜ｈfe2 とすると、 Ｖod〜（２ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ΔＩL2／ΔＩL1） …（４） となり、反射スポット光の入射位置に対応する光電流の
対数比となるので、測距演算回路９３０がこの電圧差Ｖ
odを逆対数演算することによって、被写体９９０までの
距離を示す値を求める。
o1−Ｖo2）は、 Ｖod＝（２ｋＴ／ｑ） ×ｌｎ（（ｈfe2 ・ΔＩL2＋ＩL2） ／（ｈfe1 ・ΔＩL1＋ＩL1）） …（３） となる。通常、ｈfei ・ΔＩLi》ＩLiであり、さらに、
ｈfe1 〜ｈfe2 とすると、 Ｖod〜（２ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ΔＩL2／ΔＩL1） …（４） となり、反射スポット光の入射位置に対応する光電流の
対数比となるので、測距演算回路９３０がこの電圧差Ｖ
odを逆対数演算することによって、被写体９９０までの
距離を示す値を求める。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来技術にあっては、上記式（１）〜（４）に示す原理
に基づいてスポット光を精度良く検出しようとするもの
であるが、現実には次に述べるような問題に起因して、
実効が上がらなかった。
従来技術にあっては、上記式（１）〜（４）に示す原理
に基づいてスポット光を精度良く検出しようとするもの
であるが、現実には次に述べるような問題に起因して、
実効が上がらなかった。
【００１６】〔容量素子による保持電圧精度の問題〕図
７に示す容量素子Ｃに背景光やオフセット成分その他の
雑音成分を予め保持するためには、スイッチ素子ＳＷが
オフ状態において完全に遮断状態となる必要があるが、
実際には完全な遮断状態にはならないので、放電現象に
より容量素子Ｃの充電電圧Ｖh が降下してしまい背景光
やオフセット成分を正確に反映しなくなる。
７に示す容量素子Ｃに背景光やオフセット成分その他の
雑音成分を予め保持するためには、スイッチ素子ＳＷが
オフ状態において完全に遮断状態となる必要があるが、
実際には完全な遮断状態にはならないので、放電現象に
より容量素子Ｃの充電電圧Ｖh が降下してしまい背景光
やオフセット成分を正確に反映しなくなる。
【００１７】かかる問題点を解決するために、図８に示
すように、ｎｐｎトランジスタＱ５，Ｑ６及びｐｎｐト
ランジスタＱ７，Ｑ８から成るカレントミラー回路を設
けることによって容量素子Ｃの電荷放電を補償しようと
する雑音除去回路（特開昭５９−１４２４１２号）も提
案されているが、この雑音除去回路にあっても、ｎｐｎ
トランジスタＱ２とＱ５の電流増幅率ｈfeが均一である
場合には有効であるが、実際にはこれらのトランジスタ
Ｑ２とＱ５の電流増幅率ｈfeを均一にすることは極めて
困難であることから、十分な実効が得られなかった。ま
た、投光時に背景光の変化がおきた場合、その変動分を
除去する機能が全く無いという更に大きな問題もある。
すように、ｎｐｎトランジスタＱ５，Ｑ６及びｐｎｐト
ランジスタＱ７，Ｑ８から成るカレントミラー回路を設
けることによって容量素子Ｃの電荷放電を補償しようと
する雑音除去回路（特開昭５９−１４２４１２号）も提
案されているが、この雑音除去回路にあっても、ｎｐｎ
トランジスタＱ２とＱ５の電流増幅率ｈfeが均一である
場合には有効であるが、実際にはこれらのトランジスタ
Ｑ２とＱ５の電流増幅率ｈfeを均一にすることは極めて
困難であることから、十分な実効が得られなかった。ま
た、投光時に背景光の変化がおきた場合、その変動分を
除去する機能が全く無いという更に大きな問題もある。
【００１８】〔素子の不均一性に起因する問題〕雑音除
去回路を構成するトランジスタの電流増幅率等を均一化
することは極めて困難であり、この結果、理想的なカレ
ントミラー回路が実現できない等の理由から精度の良い
雑音除去回路を実現することができなかった。又、素子
のバラツキによりオペアンプＡ２は必ずオフセット電圧
を発生するので、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース電位
を等しく保つことができない。従って、トランジスタＱ
４，Ｑ５を流れる電流がカレントミラーの状態からずれ
てしまい、精度低下の原因となっていた。
去回路を構成するトランジスタの電流増幅率等を均一化
することは極めて困難であり、この結果、理想的なカレ
ントミラー回路が実現できない等の理由から精度の良い
雑音除去回路を実現することができなかった。又、素子
のバラツキによりオペアンプＡ２は必ずオフセット電圧
を発生するので、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース電位
を等しく保つことができない。従って、トランジスタＱ
４，Ｑ５を流れる電流がカレントミラーの状態からずれ
てしまい、精度低下の原因となっていた。
【００１９】尚、かかる素子間バラツキの問題を解決す
る技術として、特公平４−３４０８７号に開示されたも
のがある。これは、複数個の感光部と夫々の感光部に対
応する複数個の検出回路を備えておき、数回のスポット
光の放射と受光処理を繰り返す毎に、感光部と検出器を
切換え接続することによって、素子間バラツキを平均化
した検出結果を得るようにしたものである。しかし、こ
の技術は、回路規模が大きく且つ制御タイミングが複雑
となる問題がある。
る技術として、特公平４−３４０８７号に開示されたも
のがある。これは、複数個の感光部と夫々の感光部に対
応する複数個の検出回路を備えておき、数回のスポット
光の放射と受光処理を繰り返す毎に、感光部と検出器を
切換え接続することによって、素子間バラツキを平均化
した検出結果を得るようにしたものである。しかし、こ
の技術は、回路規模が大きく且つ制御タイミングが複雑
となる問題がある。
【００２０】〔温度変動の問題〕上記の（４）式に示し
たように、従来の装置では、結果には（ｋＴ／ｑ）とい
う定数が必ず乗算されるため、温度Ｔの影響を大きく受
けることになる。こうした温度の影響を補正するために
は、別途同一チップ内、もしくはチップ外に温度モニタ
ー回路を設置し、この温度情報を基に、ＣＰＵ内などで
結果を補正する必要がある。
たように、従来の装置では、結果には（ｋＴ／ｑ）とい
う定数が必ず乗算されるため、温度Ｔの影響を大きく受
けることになる。こうした温度の影響を補正するために
は、別途同一チップ内、もしくはチップ外に温度モニタ
ー回路を設置し、この温度情報を基に、ＣＰＵ内などで
結果を補正する必要がある。
【００２１】以上の問題点を解決すべくなされた従来の
装置の例として、積分器の原理を応用した装置（特開平
５−２３２３７５）がある。図９は、この装置の構成図
である。この装置の作用は、定常光除去回路９５２によ
り背景光を除去するところまでは前述の装置と同様であ
るが、さらに２個の積分器９５６、９５７を設ける。タ
イミング回路９５３の発生する指示信号に従って、投光
時の前半には積分器９５６を使用し、投光時の後半には
積分器９５７を使用して別個に積分を実行し、その結果
を保持する。そして、双方の積分結果の和を加算回路９
５８で、差を減算回路９５９で求め、減算結果を１／２
倍回路９６０で演算した後、加算回路９５８の出力と１
／２倍増幅器９６０の出力との和を加算回路９６１で演
算する。この加算回路９６１の演算結果は、投光時に背
景光が変化した場合においても、背景光の変化の影響を
受けず、忠実に真のスポット光成分の強度を反映する。
装置の例として、積分器の原理を応用した装置（特開平
５−２３２３７５）がある。図９は、この装置の構成図
である。この装置の作用は、定常光除去回路９５２によ
り背景光を除去するところまでは前述の装置と同様であ
るが、さらに２個の積分器９５６、９５７を設ける。タ
イミング回路９５３の発生する指示信号に従って、投光
時の前半には積分器９５６を使用し、投光時の後半には
積分器９５７を使用して別個に積分を実行し、その結果
を保持する。そして、双方の積分結果の和を加算回路９
５８で、差を減算回路９５９で求め、減算結果を１／２
倍回路９６０で演算した後、加算回路９５８の出力と１
／２倍増幅器９６０の出力との和を加算回路９６１で演
算する。この加算回路９６１の演算結果は、投光時に背
景光が変化した場合においても、背景光の変化の影響を
受けず、忠実に真のスポット光成分の強度を反映する。
【００２２】しかしながら、この装置においても次の問
題点が存在する。
題点が存在する。
【００２３】〔積分器特性のばらつきによる問題〕この
装置の採用する方式では、あくまでも２つの積分器の特
性が全く同一であることを前提としているが、実際に複
数の積分器を一つのチップに作り込む場合、積分容量の
ばらつき、オペアンプオフセットのばらつき、等によ
り、均一な特性に揃えることは容易ではない。このた
め、良い精度を得ることは実際上困難である。
装置の採用する方式では、あくまでも２つの積分器の特
性が全く同一であることを前提としているが、実際に複
数の積分器を一つのチップに作り込む場合、積分容量の
ばらつき、オペアンプオフセットのばらつき、等によ
り、均一な特性に揃えることは容易ではない。このた
め、良い精度を得ることは実際上困難である。
【００２４】〔回路規模の問題〕この装置が採用する方
式では、２つの積分回路９５６、９５７、減算回路９５
９、１／２倍回路９６０、加算回路９６１が必須である
ので、回路規模が非常に大きい。したがって、ワンチッ
プＩＣにて構成しようとする場合に、消費電力、レイア
ウトサイズ等の問題が生じる。また、これをＰＳＤ，Ｌ
ＥＤも含めさらに複数のアレイにしようとしても、回路
規模が大きすぎるため、実現が困難であった。
式では、２つの積分回路９５６、９５７、減算回路９５
９、１／２倍回路９６０、加算回路９６１が必須である
ので、回路規模が非常に大きい。したがって、ワンチッ
プＩＣにて構成しようとする場合に、消費電力、レイア
ウトサイズ等の問題が生じる。また、これをＰＳＤ，Ｌ
ＥＤも含めさらに複数のアレイにしようとしても、回路
規模が大きすぎるため、実現が困難であった。
【００２５】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、素子間バラツキに起因する測定精度の低下や温度依
存性を改善すると共に簡素な構成の測距装置を提供する
ことを目的とする。
り、素子間バラツキに起因する測定精度の低下や温度依
存性を改善すると共に簡素な構成の測距装置を提供する
ことを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）測距対
象物に投光する光束を発生する発光器と、（ｂ）測距対
象物からの反射光を受光して光電変換し、反射光の受光
位置に応じて、第１の端子から第１の電流信号を、第２
の端子から第２の電流信号を出力する受光素子と、
（ｃ）外部からの積分指示により、発光器から投光前の
所定時間および発光器から投光後の所定時間に亘って受
光素子の第１の端子から出力された電流信号を入力し、
入出力端子間に接続された第１の容量素子に積分する第
１の積分回路と、（ｄ）外部からの除去指示により、受
光素子の第１の端子から出力される電流信号から背景光
の寄与分の平均値を除去する第１の除去回路と、（ｅ）
外部からの減算指示により、第１の積分回路から出力さ
れた投光前の第１の積分結果を入力して保持するととも
に、第１の積分回路から出力された投光後の積分結果と
保持した第１の積分結果との差を演算する第１の差分演
算回路と、（ｆ）外部からの積分指示により、発光器か
ら投光前の所定時間および発光器から投光後の所定時間
に亘って第２の端子から出力された電流信号を入力し、
入出力端子間に接続された第２の容量素子に積分する第
２の積分回路と、（ｇ）外部からの除去指示により、受
光素子の第２の端子から出力される電流信号から背景光
の寄与分の平均値を除去する第２の除去回路と、（ｈ）
外部からの減算指示により、第２の積分回路から出力さ
れた投光前の第２の積分結果を入力して保持するととも
に、第２の積分回路から出力された投光後の積分結果と
保持した第２の積分結果との差を演算する第２の差分演
算回路と、（ｉ）第１の差分演算回路からの出力信号と
第２の差分演算回路からの出力信号とを入力し、測距演
算を行う測距演算回路と、（ｊ）発光器に対しては発光
指示を、第１の積分回路と第２の積分回路とに対して積
分演算動作を指定する積分指示の信号を、第１の背景光
除去回路と第２の背景光除去回路とに対して平均背景光
分の電流を除去を指示する除去指示の信号を、および第
１の差分演算回路と第２の差分演算回路とに対して減算
演算動作を指定する減算指示の信号を発行するタイミン
グ発生回路と、を備えることを特徴とする。
象物に投光する光束を発生する発光器と、（ｂ）測距対
象物からの反射光を受光して光電変換し、反射光の受光
位置に応じて、第１の端子から第１の電流信号を、第２
の端子から第２の電流信号を出力する受光素子と、
（ｃ）外部からの積分指示により、発光器から投光前の
所定時間および発光器から投光後の所定時間に亘って受
光素子の第１の端子から出力された電流信号を入力し、
入出力端子間に接続された第１の容量素子に積分する第
１の積分回路と、（ｄ）外部からの除去指示により、受
光素子の第１の端子から出力される電流信号から背景光
の寄与分の平均値を除去する第１の除去回路と、（ｅ）
外部からの減算指示により、第１の積分回路から出力さ
れた投光前の第１の積分結果を入力して保持するととも
に、第１の積分回路から出力された投光後の積分結果と
保持した第１の積分結果との差を演算する第１の差分演
算回路と、（ｆ）外部からの積分指示により、発光器か
ら投光前の所定時間および発光器から投光後の所定時間
に亘って第２の端子から出力された電流信号を入力し、
入出力端子間に接続された第２の容量素子に積分する第
２の積分回路と、（ｇ）外部からの除去指示により、受
光素子の第２の端子から出力される電流信号から背景光
の寄与分の平均値を除去する第２の除去回路と、（ｈ）
外部からの減算指示により、第２の積分回路から出力さ
れた投光前の第２の積分結果を入力して保持するととも
に、第２の積分回路から出力された投光後の積分結果と
保持した第２の積分結果との差を演算する第２の差分演
算回路と、（ｉ）第１の差分演算回路からの出力信号と
第２の差分演算回路からの出力信号とを入力し、測距演
算を行う測距演算回路と、（ｊ）発光器に対しては発光
指示を、第１の積分回路と第２の積分回路とに対して積
分演算動作を指定する積分指示の信号を、第１の背景光
除去回路と第２の背景光除去回路とに対して平均背景光
分の電流を除去を指示する除去指示の信号を、および第
１の差分演算回路と第２の差分演算回路とに対して減算
演算動作を指定する減算指示の信号を発行するタイミン
グ発生回路と、を備えることを特徴とする。
【００２７】ここで、受光素子として、半導体位置検出
素子を好適に用いることができる。
素子を好適に用いることができる。
【００２８】また、第１の除去回路は、ソース端子が
受光素子の受光素子の第１の端子と接続され、ドレイン
端子が接地された第１のＭＯＳトランジスタと、一方
の端子が第１のＭＯＳトランジスタのゲート端子と接続
され、他方の端子が接地された第３の容量素子と、一
方の端子が第１のＭＯＳトランジスタのゲート端子と接
続され、他方の端子が第１の積分回路の出力と接続され
た第１のスイッチ素子と、第１のＭＯＳトランジスタ
のソース端子に一定値の電流を供給する第１の定電流源
と、を備え、第２の除去回路は、ソース端子が受光素
子の第２の端子と接続され、ドレイン端子が接地された
第２のＭＯＳトランジスタと、一方の端子が第２のＭ
ＯＳトランジスタのゲート端子と接続され、他方の端子
が接地された第４の容量素子と、一方の端子が第２の
ＭＯＳトランジスタのゲート端子と接続され、他方の端
子が第２の積分回路の出力と接続された第２のスイッチ
素子と、第２のＭＯＳトランジスタのソース端子に一
定値の電流を供給する第２の定電流源と、を備えること
を特徴としてもよい。
受光素子の受光素子の第１の端子と接続され、ドレイン
端子が接地された第１のＭＯＳトランジスタと、一方
の端子が第１のＭＯＳトランジスタのゲート端子と接続
され、他方の端子が接地された第３の容量素子と、一
方の端子が第１のＭＯＳトランジスタのゲート端子と接
続され、他方の端子が第１の積分回路の出力と接続され
た第１のスイッチ素子と、第１のＭＯＳトランジスタ
のソース端子に一定値の電流を供給する第１の定電流源
と、を備え、第２の除去回路は、ソース端子が受光素
子の第２の端子と接続され、ドレイン端子が接地された
第２のＭＯＳトランジスタと、一方の端子が第２のＭ
ＯＳトランジスタのゲート端子と接続され、他方の端子
が接地された第４の容量素子と、一方の端子が第２の
ＭＯＳトランジスタのゲート端子と接続され、他方の端
子が第２の積分回路の出力と接続された第２のスイッチ
素子と、第２のＭＯＳトランジスタのソース端子に一
定値の電流を供給する第２の定電流源と、を備えること
を特徴としてもよい。
【００２９】また、第１の容量素子は第１の差分演算回
路の出力値に応じて変化する第１の可変容量素子であ
り、第２の容量素子は第２の差分演算回路の出力値に応
じて変化する第２の可変容量素子である、ことを特徴と
してもよい。
路の出力値に応じて変化する第１の可変容量素子であ
り、第２の容量素子は第２の差分演算回路の出力値に応
じて変化する第２の可変容量素子である、ことを特徴と
してもよい。
【００３０】
【作用】本発明の測距装置では、まず、発光器から光束
を出力しない状態、すなわち背景光のみの受光状態で、
タイミング発生回路が、積分動作や差分演算動作を実行
せずに、受光素子で発生した電流信号を受光素子の夫々
の端子側ごとに計測することを指示する。この計測値を
夫々の端子側における背景光寄与分の平均値みなし、夫
々の端子ごとに配置された除去回路による除去電流量が
設定される。
を出力しない状態、すなわち背景光のみの受光状態で、
タイミング発生回路が、積分動作や差分演算動作を実行
せずに、受光素子で発生した電流信号を受光素子の夫々
の端子側ごとに計測することを指示する。この計測値を
夫々の端子側における背景光寄与分の平均値みなし、夫
々の端子ごとに配置された除去回路による除去電流量が
設定される。
【００３１】夫々の除去回路に除去電流値が設定された
後、やはり発光器から光束を出力しない状態で、タイミ
ング発生回路が積分回路に所定時間の積分動作を指示す
る。積分回路には背景光の平均寄与分が除去された電
流、すなわち積分動作時間における背景光の変動分の電
流が入力する。積分動作が終了（所定時間が経過）する
と、積分結果は夫々の積分回路から出力される。タイミ
ング発生回路はこの積分結果の差分演算回路への伝達
と、差分演算回路での積分結果の保持を指示する。差分
演算回路は、入力した発光器の発光前の積分結果を保持
する。
後、やはり発光器から光束を出力しない状態で、タイミ
ング発生回路が積分回路に所定時間の積分動作を指示す
る。積分回路には背景光の平均寄与分が除去された電
流、すなわち積分動作時間における背景光の変動分の電
流が入力する。積分動作が終了（所定時間が経過）する
と、積分結果は夫々の積分回路から出力される。タイミ
ング発生回路はこの積分結果の差分演算回路への伝達
と、差分演算回路での積分結果の保持を指示する。差分
演算回路は、入力した発光器の発光前の積分結果を保持
する。
【００３２】次に、タイミング発生回路は、発光器に光
束の出力を指示する。この結果、受光器に入力する光量
は、背景光に測距対象物からの反射光（スポット光）を
加えたものになる。引き続き、タイミング発生回路が積
分回路に所定時間の積分動作を指示し、積分回路にはや
はり背景光の平均寄与分が除去された電流が入力する。
すなわち、積分回路には積分期間における背景光の変動
分とスポット光成分である。積分動作が終了（所定時間
が経過）すると、積分結果は積分回路から出力され、タ
イミング発生回路の指示により差分演算回路へ伝達され
る。差分演算回路は、発光器の発光後の積分結果を入力
すると、発光器の発光後の積分結果と保持している発光
器の発光前の積分結果との差分を演算して出力する。こ
の差分演算結果はスポット光成分に応じた値となってい
る。こうして、スポット光の受光に伴って受光素子の端
子ごとに出力された電流値に応じた値の信号がＳＮ比良
く抽出される。
束の出力を指示する。この結果、受光器に入力する光量
は、背景光に測距対象物からの反射光（スポット光）を
加えたものになる。引き続き、タイミング発生回路が積
分回路に所定時間の積分動作を指示し、積分回路にはや
はり背景光の平均寄与分が除去された電流が入力する。
すなわち、積分回路には積分期間における背景光の変動
分とスポット光成分である。積分動作が終了（所定時間
が経過）すると、積分結果は積分回路から出力され、タ
イミング発生回路の指示により差分演算回路へ伝達され
る。差分演算回路は、発光器の発光後の積分結果を入力
すると、発光器の発光後の積分結果と保持している発光
器の発光前の積分結果との差分を演算して出力する。こ
の差分演算結果はスポット光成分に応じた値となってい
る。こうして、スポット光の受光に伴って受光素子の端
子ごとに出力された電流値に応じた値の信号がＳＮ比良
く抽出される。
【００３３】第１および第２の差分演算回路から出力さ
れた電圧信号は、測距演算回路に入力する。測距演算回
路はこれらの電圧の電圧差を逆対数演算することによっ
て、被写体までの距離を示す値を求める。
れた電圧信号は、測距演算回路に入力する。測距演算回
路はこれらの電圧の電圧差を逆対数演算することによっ
て、被写体までの距離を示す値を求める。
【００３４】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明による測
距装置の一実施例を説明する。なお、図面の説明にあた
っては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説
明を省略する。
距装置の一実施例を説明する。なお、図面の説明にあた
っては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説
明を省略する。
【００３５】図１は、本発明の一実施例に係る測距装置
の全体構成図である。図１に示すように、（ａ）測距対
象物９００に投光する光束を発生する発光器（以下、Ｌ
ＥＤとも呼ぶ）１００と、（ｂ）測距対象物からの反射
光を受光して光電変換し、反射光の受光位置に応じた２
つの電流信号を２つの端子電極２０１，２０２から出力
する半導体位置検出素子２００と、（ｃ）外部からの積
分指示により、ＬＥＤ１００から投光前の所定時間
（τ）およびＬＥＤ１００から投光後の所定時間（τ）
に亘って半導体位置検出素子２００の端子２０１から出
力された電流信号を入力して積分する積分回路３１０
と、（ｄ）外部からの除去指示により、半導体位置検出
素子２００の端子２０１から出力される電流信号から背
景光の寄与分の平均値を除去する除去回路４１０と、
（ｅ）外部からの減算指示により、積分回路３１０から
出力された投光前の積分結果を入力して保持するととも
に、投光後の積分結果から、保持した積分回路３１０か
ら出力された投光前の積分結果の差を演算する差分演算
回路５１０と、（ｆ）外部からの積分指示により、ＬＥ
Ｄ１００から投光前の所定時間（τ）およびＬＥＤ１０
０から投光後の所定時間（τ）に亘って半導体位置検出
素子２００の端子２０２から出力された電流信号を入力
して積分する積分回路３２０と、（ｇ）外部からの除去
指示により、半導体位置検出素子２００の端子２０２か
ら出力される電流信号から背景光の寄与分の平均値を除
去する除去回路４２０と、（ｈ）外部からの指示によ
り、積分回路３２０から出力された投光前の積分結果を
入力して保持するとともに、投光後の積分結果から、保
持した積分回路３２０から出力された投光前の積分結果
の差を演算する差分演算回路５２０と、（ｉ）差分演算
回路５１０からの出力信号と差分演算回路５２０からの
出力信号とを入力し、測距演算を行う測距演算回路６０
０と、（ｊ）除去回路４１０と除去回路４２０とに対し
て除去指示信号を、積分回路３１０と積分回路３２０と
に対して積分演算指示信号を、および差分演算回路５１
０と差分演算回路５２０とに対して減算指示信号を発行
するタイミング発生回路７００と、を備える。
の全体構成図である。図１に示すように、（ａ）測距対
象物９００に投光する光束を発生する発光器（以下、Ｌ
ＥＤとも呼ぶ）１００と、（ｂ）測距対象物からの反射
光を受光して光電変換し、反射光の受光位置に応じた２
つの電流信号を２つの端子電極２０１，２０２から出力
する半導体位置検出素子２００と、（ｃ）外部からの積
分指示により、ＬＥＤ１００から投光前の所定時間
（τ）およびＬＥＤ１００から投光後の所定時間（τ）
に亘って半導体位置検出素子２００の端子２０１から出
力された電流信号を入力して積分する積分回路３１０
と、（ｄ）外部からの除去指示により、半導体位置検出
素子２００の端子２０１から出力される電流信号から背
景光の寄与分の平均値を除去する除去回路４１０と、
（ｅ）外部からの減算指示により、積分回路３１０から
出力された投光前の積分結果を入力して保持するととも
に、投光後の積分結果から、保持した積分回路３１０か
ら出力された投光前の積分結果の差を演算する差分演算
回路５１０と、（ｆ）外部からの積分指示により、ＬＥ
Ｄ１００から投光前の所定時間（τ）およびＬＥＤ１０
０から投光後の所定時間（τ）に亘って半導体位置検出
素子２００の端子２０２から出力された電流信号を入力
して積分する積分回路３２０と、（ｇ）外部からの除去
指示により、半導体位置検出素子２００の端子２０２か
ら出力される電流信号から背景光の寄与分の平均値を除
去する除去回路４２０と、（ｈ）外部からの指示によ
り、積分回路３２０から出力された投光前の積分結果を
入力して保持するとともに、投光後の積分結果から、保
持した積分回路３２０から出力された投光前の積分結果
の差を演算する差分演算回路５２０と、（ｉ）差分演算
回路５１０からの出力信号と差分演算回路５２０からの
出力信号とを入力し、測距演算を行う測距演算回路６０
０と、（ｊ）除去回路４１０と除去回路４２０とに対し
て除去指示信号を、積分回路３１０と積分回路３２０と
に対して積分演算指示信号を、および差分演算回路５１
０と差分演算回路５２０とに対して減算指示信号を発行
するタイミング発生回路７００と、を備える。
【００３６】ここで、積分器３１０と積分器３２０、除
去回路４１０と除去回路４２０、定電流源５１０と定電
流源５２０、および差分演算回路６１０と差分演算回路
６２０とは同様に構成される。すなわち、端子電極２０
１から出力された電流信号と端子電極２０２から出力さ
れた電流信号とは全く同様に処理されて、測距演算回路
７００に入力する。
去回路４１０と除去回路４２０、定電流源５１０と定電
流源５２０、および差分演算回路６１０と差分演算回路
６２０とは同様に構成される。すなわち、端子電極２０
１から出力された電流信号と端子電極２０２から出力さ
れた電流信号とは全く同様に処理されて、測距演算回路
７００に入力する。
【００３７】以下、図２に基づいて、出力電極２０１か
ら出力された電流信号の雑音成分除去回路を代表して説
明する。出力電極２０１には積分回路３１０が接続さ
れ、積分回路３１０は出力電極２０１を介して半導体受
光素子２００から入力される光電流Ｉ１を増幅するアン
プＡ１１と、アンプＡ１１の入出力接点間に並列接続さ
れた容量素子Ｃ１１と第１のスイッチ素子ＳＷ１１で構
成されている。よって、リセット信号ＲＳによってスイ
ッチ素子ＳＷ１１がオフ状態となるときは、光電流Ｉ１
が容量素子Ｃ１１に充電され、リセット信号ＲＳ１によ
ってスイッチ素子ＳＷ１１がオン状態となるときは、容
量素子Ｃ１１の電荷が放電される。ここで、積分回路３
１０の積分動作時間を数μｓｅｃに設定するために、容
量素子Ｃ１１は数ｐＦに設定されている。なお、ＳＷ１
２の「オン／オフ」信号（ＳＴ）により、アンプＡ１１
の入出力端子間への容量素子Ｃ１１の接続を制御する。
ら出力された電流信号の雑音成分除去回路を代表して説
明する。出力電極２０１には積分回路３１０が接続さ
れ、積分回路３１０は出力電極２０１を介して半導体受
光素子２００から入力される光電流Ｉ１を増幅するアン
プＡ１１と、アンプＡ１１の入出力接点間に並列接続さ
れた容量素子Ｃ１１と第１のスイッチ素子ＳＷ１１で構
成されている。よって、リセット信号ＲＳによってスイ
ッチ素子ＳＷ１１がオフ状態となるときは、光電流Ｉ１
が容量素子Ｃ１１に充電され、リセット信号ＲＳ１によ
ってスイッチ素子ＳＷ１１がオン状態となるときは、容
量素子Ｃ１１の電荷が放電される。ここで、積分回路３
１０の積分動作時間を数μｓｅｃに設定するために、容
量素子Ｃ１１は数ｐＦに設定されている。なお、ＳＷ１
２の「オン／オフ」信号（ＳＴ）により、アンプＡ１１
の入出力端子間への容量素子Ｃ１１の接続を制御する。
【００３８】積分回路３１０の入力端子（すなわち、出
力電極２０１）には、一定値の電流を供給する電流発生
源４１２と背景光の平均寄与分の電流成分および電流発
生源４１２から供給される電流を抜き取る平均背景光除
去回路４１１とが接続される。電流発生源４１２は、ソ
ース端子が電源Ｖｄｄに、ゲート端子がＶｒｅｆに接続
され、積分回路３１０の入力端子に接続されたドレイン
端子から一定値の電流を供給するＭＯＳトランジスタＭ
Ｑ１２から構成される。また、平均背景光除去回路４１
１は、ソース端子が積分回路３１０の入力端子に、ドレ
イン端子がＧＮＤ（接地レベル）に接続されたＭＯＳト
ランジスタＭＱ１１を備え、ＭＯＳトランジスタＭＱ１
１のゲート端子が容量素子Ｃ１５を介して接地される。
そして、ＭＯＳトランジスタＭＱ１１のゲート端子に
は、タイミング発生回路６００から発行されるＲＭ信号
により「オン／オフ」が制御されるスイッチ素子ＳＷ１
５を介して積分回路３１０の出力が接続される。
力電極２０１）には、一定値の電流を供給する電流発生
源４１２と背景光の平均寄与分の電流成分および電流発
生源４１２から供給される電流を抜き取る平均背景光除
去回路４１１とが接続される。電流発生源４１２は、ソ
ース端子が電源Ｖｄｄに、ゲート端子がＶｒｅｆに接続
され、積分回路３１０の入力端子に接続されたドレイン
端子から一定値の電流を供給するＭＯＳトランジスタＭ
Ｑ１２から構成される。また、平均背景光除去回路４１
１は、ソース端子が積分回路３１０の入力端子に、ドレ
イン端子がＧＮＤ（接地レベル）に接続されたＭＯＳト
ランジスタＭＱ１１を備え、ＭＯＳトランジスタＭＱ１
１のゲート端子が容量素子Ｃ１５を介して接地される。
そして、ＭＯＳトランジスタＭＱ１１のゲート端子に
は、タイミング発生回路６００から発行されるＲＭ信号
により「オン／オフ」が制御されるスイッチ素子ＳＷ１
５を介して積分回路３１０の出力が接続される。
【００３９】積分回路３１０の出力接点（即ち、アンプ
Ａ１１の出力接点）は、差分演算回路５１０に接続さ
れ、差分演算回路５１０は、スイッチ素子ＳＷ１３及び
容量素子Ｃ１２、アンプＡ１２とその入出力接点間に並
列接続された容量素子Ｃ１３及びスイッチ素子ＳＷ１４
で構成されている。そして、アンプＡ１２の出力接点が
出力端子に接続されている。尚、容量素子Ｃ１２と容量
素子Ｃ１３は、回路全体の動作速度マージンとノイズマ
ージンとの兼ね合いから、共に１ｐＦ程度の等しい容量
値のものが適用されている。更に、スイッチ素子ＳＷ１
３は、切換え信号ＣＳＷによってオン状態とオフ状態と
が切換わる。又、差分演算回路６１０は、リセット信号
ＲＳ２によってスイッチ素子ＳＷ１４がオフ状態となる
ときは蓄積動作し、逆に、リセット信号ＲＳ２によって
スイッチ素子ＳＷ１４がオン状態となるときは蓄積動作
を停止する。
Ａ１１の出力接点）は、差分演算回路５１０に接続さ
れ、差分演算回路５１０は、スイッチ素子ＳＷ１３及び
容量素子Ｃ１２、アンプＡ１２とその入出力接点間に並
列接続された容量素子Ｃ１３及びスイッチ素子ＳＷ１４
で構成されている。そして、アンプＡ１２の出力接点が
出力端子に接続されている。尚、容量素子Ｃ１２と容量
素子Ｃ１３は、回路全体の動作速度マージンとノイズマ
ージンとの兼ね合いから、共に１ｐＦ程度の等しい容量
値のものが適用されている。更に、スイッチ素子ＳＷ１
３は、切換え信号ＣＳＷによってオン状態とオフ状態と
が切換わる。又、差分演算回路６１０は、リセット信号
ＲＳ２によってスイッチ素子ＳＷ１４がオフ状態となる
ときは蓄積動作し、逆に、リセット信号ＲＳ２によって
スイッチ素子ＳＷ１４がオン状態となるときは蓄積動作
を停止する。
【００４０】なお、本実施例では、差分演算回路は、積
分器の原理を応用したクランプホールド回路で構成した
が、例えば図３（ａ）に示すような形式のクランプホー
ルド回路であっても良いし、また、図３（ｂ）に示すよ
うに２つのホールド回路の結果の差を取る形式の回路と
することが可能である。
分器の原理を応用したクランプホールド回路で構成した
が、例えば図３（ａ）に示すような形式のクランプホー
ルド回路であっても良いし、また、図３（ｂ）に示すよ
うに２つのホールド回路の結果の差を取る形式の回路と
することが可能である。
【００４１】次に、この構成の雑音除去回路の動作を図
４のタイミングチャートに基づいて説明する。
４のタイミングチャートに基づいて説明する。
【００４２】まず、定常背景光成分検出期間Ｔにおい
て、ＬＥＤ１００がスポット光を出力しない状態に設定
されると同時に、スイッチ素子ＳＷ１５をオンにして、
測距すべき対象を含む背景光を受光する。この時、同時
に積分回路３１０は、タイミング発生回路の指示により
ＳＷ１１を「オン」でＳＷ１２を「オフ」に設定され、
非積分動作状態に設定される。この状態では、出力電極
２０１と接続される積分回路３１０の入力端子には、電
流発生源４１２からの供給電流と半導体位置検出器２０
０に照射される背景光に起因する出力電極２０１からの
出力電流との和が流入する。そして、非積分動作時の積
分回路３１０の出力電圧がＭＱ１１のゲート端子に供給
されることにより、この電流の全ては平均背景光除去回
路４１１のＭＱ１１で除去される。この状態でのＭＱ１
１のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは、 Ｖｇｓ＝（２×ＩT ／β）1/2 ＋Ｖｔｈ ここで、ＩT ：電流値 β：ＭＱ１１のサイズで決まる定数 Ｖｔｈ：ＭＱ１１の閾値 と表される。
て、ＬＥＤ１００がスポット光を出力しない状態に設定
されると同時に、スイッチ素子ＳＷ１５をオンにして、
測距すべき対象を含む背景光を受光する。この時、同時
に積分回路３１０は、タイミング発生回路の指示により
ＳＷ１１を「オン」でＳＷ１２を「オフ」に設定され、
非積分動作状態に設定される。この状態では、出力電極
２０１と接続される積分回路３１０の入力端子には、電
流発生源４１２からの供給電流と半導体位置検出器２０
０に照射される背景光に起因する出力電極２０１からの
出力電流との和が流入する。そして、非積分動作時の積
分回路３１０の出力電圧がＭＱ１１のゲート端子に供給
されることにより、この電流の全ては平均背景光除去回
路４１１のＭＱ１１で除去される。この状態でのＭＱ１
１のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは、 Ｖｇｓ＝（２×ＩT ／β）1/2 ＋Ｖｔｈ ここで、ＩT ：電流値 β：ＭＱ１１のサイズで決まる定数 Ｖｔｈ：ＭＱ１１の閾値 と表される。
【００４３】時間Ｔが経過すると、ＳＷ１５を「オフ」
とする。この結果、ＳＷ１５の「オフ」時点で積分回路
３１０の入力端子に供給されていた電流値だけ、引き続
いてＭＱ１１を流れ続ける。すなわち、Ｖｇｓが保持さ
れ、以後の計測にあたってのノイズの主成分である、背
景光の平均的な寄与分と電流発生源４１２からの供給電
流とが除去される。なお、電流発生源４１２は、以後の
計測にあたって、背景光の光量が変動してもＭＱ１１の
電流方向を保証するために設置されている。
とする。この結果、ＳＷ１５の「オフ」時点で積分回路
３１０の入力端子に供給されていた電流値だけ、引き続
いてＭＱ１１を流れ続ける。すなわち、Ｖｇｓが保持さ
れ、以後の計測にあたってのノイズの主成分である、背
景光の平均的な寄与分と電流発生源４１２からの供給電
流とが除去される。なお、電流発生源４１２は、以後の
計測にあたって、背景光の光量が変動してもＭＱ１１の
電流方向を保証するために設置されている。
【００４４】次に、ＳＷ１２を「オン」に切り換え、積
分回路３１０を積分動作状態にした後、背景光変化分検
出期間Ｔ１（時間幅：τ）の間、ＳＷ１１を「オフ」と
する。この状態が設定されると、背景光の変化分に相当
する電流が積分回路３１０に流入し、容量素子Ｃ１１に
充電される。
分回路３１０を積分動作状態にした後、背景光変化分検
出期間Ｔ１（時間幅：τ）の間、ＳＷ１１を「オフ」と
する。この状態が設定されると、背景光の変化分に相当
する電流が積分回路３１０に流入し、容量素子Ｃ１１に
充電される。
【００４５】この結果、期間Ｔ１では、背景光のみを入
射し、背景光の変動によって発生した光電流の変動分Ｉ
１を積分回路３１０が容量素子Ｃ１１に充電するので、
積分信号Ｖ１が次第に上昇していく。そして、この時間
τ経過時おける積分回路３１０の積分信号の電圧をＶ１
１、背景光の変動分によって出力電極２０１から入力さ
れる電流をＩd とすれば、Ｉ１＝Ｉd から、 Ｖ１１＝Ｉd ・τ／Ｃ１１ …（５） となる。
射し、背景光の変動によって発生した光電流の変動分Ｉ
１を積分回路３１０が容量素子Ｃ１１に充電するので、
積分信号Ｖ１が次第に上昇していく。そして、この時間
τ経過時おける積分回路３１０の積分信号の電圧をＶ１
１、背景光の変動分によって出力電極２０１から入力さ
れる電流をＩd とすれば、Ｉ１＝Ｉd から、 Ｖ１１＝Ｉd ・τ／Ｃ１１ …（５） となる。
【００４６】時間τが経過すると、ＳＷ１３が一瞬「オ
ン」となり、差分演算回路５１０に伝達され、その電圧
Ｖ１１が容量素子Ｃ１２に保持される。また、時間τが
経過すると、ＳＷ１１は「オン」に切り換えられ、積分
回路３１０はリセットされる。
ン」となり、差分演算回路５１０に伝達され、その電圧
Ｖ１１が容量素子Ｃ１２に保持される。また、時間τが
経過すると、ＳＷ１１は「オン」に切り換えられ、積分
回路３１０はリセットされる。
【００４７】次いで、（スポット光＋背景光変化分）検
出期間Ｔ２（時間幅：τ）の間、ＬＥＤ１００が点灯さ
れる。この点灯時、同時にＳＷ１１とＳＷ１４とが「オ
フ」に設定される。そして、このような切換え動作の結
果、積分回路３１０は背景光の変化分と反射スポット光
との和に相当する光電流Ｉ１を容量素子Ｃ１１に充電し
ていく。
出期間Ｔ２（時間幅：τ）の間、ＬＥＤ１００が点灯さ
れる。この点灯時、同時にＳＷ１１とＳＷ１４とが「オ
フ」に設定される。そして、このような切換え動作の結
果、積分回路３１０は背景光の変化分と反射スポット光
との和に相当する光電流Ｉ１を容量素子Ｃ１１に充電し
ていく。
【００４８】ここで、時間τ経過時点での積分回路３１
０の積分信号の電圧をＶ１２、反射スポット光成分によ
る電流をＩsh、背景光の変動分の光強度は期間Ｔ１のと
きと変わらないので背景光変動分の電流をＩd とする
と、Ｉ１＝Ｉd ＋Ｉshから、 Ｖ１２＝（Ｉsh＋Ｉd ）・τ／Ｃ１１ …（６） の関係となる。
０の積分信号の電圧をＶ１２、反射スポット光成分によ
る電流をＩsh、背景光の変動分の光強度は期間Ｔ１のと
きと変わらないので背景光変動分の電流をＩd とする
と、Ｉ１＝Ｉd ＋Ｉshから、 Ｖ１２＝（Ｉsh＋Ｉd ）・τ／Ｃ１１ …（６） の関係となる。
【００４９】期間Ｔ２の経過時にＳＷ１３を一瞬「オ
ン」にし、Ｖ１２を差分演算回路５１０に伝達する。
又、差分演算回路５１０は、期間Ｔ１ではリセット状態
であり、期間Ｔ２では減算動作を行うので、電荷保存の
法則により、 （Ｖ１２−Ｖ１１）・Ｃ１２＝Ｖo1・Ｃ１３ …（７） に従った電荷が、容量素子Ｃ１２，Ｃ１３に保持され
る。
ン」にし、Ｖ１２を差分演算回路５１０に伝達する。
又、差分演算回路５１０は、期間Ｔ１ではリセット状態
であり、期間Ｔ２では減算動作を行うので、電荷保存の
法則により、 （Ｖ１２−Ｖ１１）・Ｃ１２＝Ｖo1・Ｃ１３ …（７） に従った電荷が、容量素子Ｃ１２，Ｃ１３に保持され
る。
【００５０】そして、上記式（７）に式（５）と（６）
を代入とすると差分演算回路５１０の出力端子に発生す
る出力信号Ｖo1の電圧は、 Ｖo1＝Ｉsh・τ・Ｃ１２／Ｃ１１・Ｃ１３ …（８） で示される値となる。又、容量素子Ｃ１２と容量素子Ｃ
１３の値を等しくすると、 Ｖo1＝Ｉsh・τ／Ｃ１ …（９） となる。
を代入とすると差分演算回路５１０の出力端子に発生す
る出力信号Ｖo1の電圧は、 Ｖo1＝Ｉsh・τ・Ｃ１２／Ｃ１１・Ｃ１３ …（８） で示される値となる。又、容量素子Ｃ１２と容量素子Ｃ
１３の値を等しくすると、 Ｖo1＝Ｉsh・τ／Ｃ１ …（９） となる。
【００５１】そして、測距演算回路６００が、出力電極
２０１に接続される雑音除去回路から出力される電圧Ｖ
o1により上記式（９）の関係から光電流Ｉsh1 を算出
し、出力電極２０２に接続される雑音除去回路から出力
される電圧Ｖo2により上記式（９）の関係から光電流Ｉ
sh2 を算出する。ここで、光電流Ｉsh1 とＩsh2 は、反
射スポット光の入射位置に比例する関係にあるので、こ
の光電流Ｉsh1 とＩsh2 に基づいて測距演算を行うこと
により、測距対象物９００までの距離を求めることがで
きる。
２０１に接続される雑音除去回路から出力される電圧Ｖ
o1により上記式（９）の関係から光電流Ｉsh1 を算出
し、出力電極２０２に接続される雑音除去回路から出力
される電圧Ｖo2により上記式（９）の関係から光電流Ｉ
sh2 を算出する。ここで、光電流Ｉsh1 とＩsh2 は、反
射スポット光の入射位置に比例する関係にあるので、こ
の光電流Ｉsh1 とＩsh2 に基づいて測距演算を行うこと
により、測距対象物９００までの距離を求めることがで
きる。
【００５２】このように、この実施例によれば、上記式
（５）〜（９）に示すように、反射スポット光の入射位
置を、従来技術のような逆対数演算をすることなく、か
つ、温度依存性無く求めることができるので、簡単な演
算処理によって測距対象物９００までの距離を求めるこ
とができる。又、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１３を用いるもの
の、従来技術（図７参照）のような大容量の容量素子を
必要とせず、これらの容量素子Ｃ１〜Ｃ３は１ｐＦ程度
でよいので、集積回路装置化に適している。又、回路を
構成する構成要素間のバラツキに依存しないので、高精
度の測距を実現すると共に、集積回路装置化にも適して
いる。
（５）〜（９）に示すように、反射スポット光の入射位
置を、従来技術のような逆対数演算をすることなく、か
つ、温度依存性無く求めることができるので、簡単な演
算処理によって測距対象物９００までの距離を求めるこ
とができる。又、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１３を用いるもの
の、従来技術（図７参照）のような大容量の容量素子を
必要とせず、これらの容量素子Ｃ１〜Ｃ３は１ｐＦ程度
でよいので、集積回路装置化に適している。又、回路を
構成する構成要素間のバラツキに依存しないので、高精
度の測距を実現すると共に、集積回路装置化にも適して
いる。
【００５３】尚、スポット光成分にともなう積分回路の
出力信号電圧が小さい場合、すなわち、入射光が微弱で
ある場合、測定精度の確保が困難となる。そこで、加
算、減算を行う際に、予め、差分演算回路の出力信号レ
ベル判別をコンパレータなどによって実行し、加算、減
算の結果を増幅した形で得ることが望ましい。この手段
については、例えば、図５に示したように帰還容量を選
択できるようすることが可能である。このようにすれ
ば、正規化の精度を向上できる。
出力信号電圧が小さい場合、すなわち、入射光が微弱で
ある場合、測定精度の確保が困難となる。そこで、加
算、減算を行う際に、予め、差分演算回路の出力信号レ
ベル判別をコンパレータなどによって実行し、加算、減
算の結果を増幅した形で得ることが望ましい。この手段
については、例えば、図５に示したように帰還容量を選
択できるようすることが可能である。このようにすれ
ば、正規化の精度を向上できる。
【００５４】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の測
距装置によれば、受光素子の出力端子で平均背景光の寄
与分の電流を除去した後、積分回路と容量素子による電
荷結合によって背景光の変化分等の成分をキャンセルす
ることで、特定対象の光成分のみを得るので、積分器を
一個ですませ、さらに複雑な加算、減算等の演算回路を
全く同じであるが、さらに複雑な加算、減算等の演算回
路を全く必要とせずに、高精度の測距が可能となる。
距装置によれば、受光素子の出力端子で平均背景光の寄
与分の電流を除去した後、積分回路と容量素子による電
荷結合によって背景光の変化分等の成分をキャンセルす
ることで、特定対象の光成分のみを得るので、積分器を
一個ですませ、さらに複雑な加算、減算等の演算回路を
全く同じであるが、さらに複雑な加算、減算等の演算回
路を全く必要とせずに、高精度の測距が可能となる。
【００５５】また、従来、基本的にベース電位をスポッ
ト光を照射時も一定に保つ事が難しいことや、また、対
となるトランジスタの特性を均等に保つ事も困難である
ため、正確に背景光成分を引き抜くことは至難の業であ
ったが、本発明によれば、一度定常な背景光成分を引き
抜いた上で、さらに積分回路にり投光直前に変化した背
景光成分を正確に引き抜くため、高い精度を確保でき
る。
ト光を照射時も一定に保つ事が難しいことや、また、対
となるトランジスタの特性を均等に保つ事も困難である
ため、正確に背景光成分を引き抜くことは至難の業であ
ったが、本発明によれば、一度定常な背景光成分を引き
抜いた上で、さらに積分回路にり投光直前に変化した背
景光成分を正確に引き抜くため、高い精度を確保でき
る。
【００５６】更に、今までは、高速に位置検出の演算を
行う場合には、それぞれアナログのＬＯＧ変換器に入力
した上で、両者の差を取る方式が一般的であり、この方
式では温度の影響からは絶対に逃げられないという宿命
を背負っていたが、本発明によれば、温度に依存する成
分が皆無であるので、このような問題は発生しない。
行う場合には、それぞれアナログのＬＯＧ変換器に入力
した上で、両者の差を取る方式が一般的であり、この方
式では温度の影響からは絶対に逃げられないという宿命
を背負っていたが、本発明によれば、温度に依存する成
分が皆無であるので、このような問題は発生しない。
【００５７】また、本発明によれば、バイポーラ回路の
性質を使った従来方式とは異なり、全てＭＯＳにより実
現する事が可能であり、アレイ化の支障となるような大
きな容量は全く不要であるので、非常にコンパクトなサ
イズに収めることができるので、大規模なアレイ化も十
分に可能となる。
性質を使った従来方式とは異なり、全てＭＯＳにより実
現する事が可能であり、アレイ化の支障となるような大
きな容量は全く不要であるので、非常にコンパクトなサ
イズに収めることができるので、大規模なアレイ化も十
分に可能となる。
【図１】本発明の測距装置の実施例の全体構成図であ
る。
る。
【図２】実施例の装置の要部の回路構成図である。
【図３】差分演算回路の変形例の回路図である。
【図４】実施例の装置の動作のタイミングチャートであ
る。
る。
【図５】実施例の装置の微小信号対応の変形例の回路構
成図である。
成図である。
【図６】従来例の測距装置の全体構成図である。
【図７】従来例の装置の要部の回路構成図である。
【図８】従来例の装置の要部の回路構成図である。
【図９】他の従来例の測距装置の全体構成図である。
１００…ＬＥＤ、２００…半導体位置検出素子、２０
１，２０２…出力電極、３１０，３２０…積分回路、４
１０，４２０…除去回路、５１０，５２０…差分演算回
路、６００…測距演算回路、７００…タイミング発生回
路。
１，２０２…出力電極、３１０，３２０…積分回路、４
１０，４２０…除去回路、５１０，５２０…差分演算回
路、６００…測距演算回路、７００…タイミング発生回
路。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 7/32 Ｇ０３Ｂ 13/36
Claims (4)
- 【請求項１】 測距対象物に投光する光束を発生する発
光器と、 前記測距対象物からの反射光を受光して光電変換し、反
射光の受光位置に応じて、第１の端子から第１の電流信
号を、第２の端子から第２の電流信号を出力する受光素
子と、 外部からの積分指示により、前記発光器から投光前の所
定時間および前記発光器から投光後の前記所定時間に亘
って前記受光素子の前記第１の端子から出力された電流
信号を入力し、入出力端子間に接続された第１の容量素
子に積分する第１の積分回路と、 外部からの除去指示により、前記受光素子の前記第１の
端子から出力される電流信号から背景光の寄与分の平均
値を除去する第１の除去回路と、 外部からの減算指示により、前記第１の積分回路から出
力された投光前の第１の積分結果を入力して保持すると
ともに、前記第１の積分回路から出力された投光後の積
分結果と保持した前記第１の積分結果との差を演算する
第１の差分演算回路と、 外部からの前記積分指示により、前記発光器から投光前
の前記所定時間および前記発光器から投光後の前記所定
時間に亘って前記第２の端子から出力された電流信号を
入力し、入出力端子間に接続された第２の容量素子に積
分する第２の積分回路と、 外部からの前記除去指示により、前記受光素子の第２の
端子から出力される電流信号から背景光の寄与分の平均
値を除去する第２の除去回路と、 外部からの前記減算指示により、前記第２の積分回路か
ら出力された投光前の第２の積分結果を入力して保持す
るとともに、前記第２の積分回路から出力された投光後
の積分結果と保持した前記第２の積分結果との差を演算
する第２の差分演算回路と、 前記第１の差分演算回路からの出力信号と前記第２の差
分演算回路からの出力信号とを入力し、測距演算を行う
測距演算回路と、 前記発光器に対しては発光指示を、前記第１の積分回路
と前記第２の積分回路とに対して積分演算動作を指定す
る前記積分指示の信号を、前記第１の背景光除去回路と
前記第２の背景光除去回路とに対して平均背景光分の電
流を除去を指示する前記除去指示の信号を、および前記
第１の差分演算回路と前記第２の差分演算回路とに対し
て減算演算動作を指定する前記減算指示の信号を発行す
るタイミング発生回路と、 を備えることを特徴とする測距装置。 - 【請求項２】 前記受光素子は半導体位置検出素子であ
ることを特徴とする請求項１記載の測距装置。 - 【請求項３】 前記第１の除去回路は、 ソース端子が前記受光素子の前記第１の端子と接続さ
れ、ドレイン端子が接地された第１のＭＯＳトランジス
タと、 一方の端子が前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート端
子と接続され、他方の端子が接地された第３の容量素子
と、 一方の端子が前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート端
子と接続され、他方の端子が前記第１の積分回路の出力
と接続された第１のスイッチ素子と、 前記第１のＭＯＳトランジスタのソース端子に一定値の
電流を供給する第１の定電流源と、を備え、 前記第２の除去回路は、 ソース端子が前記受光素子の前記第２の端子と接続さ
れ、ドレイン端子が接地された第２のＭＯＳトランジス
タと、 一方の端子が前記第２のＭＯＳトランジスタのゲート端
子と接続され、他方の端子が接地された第４の容量素子
と、 一方の端子が前記第２のＭＯＳトランジスタのゲート端
子と接続され、他方の端子が前記第２の積分回路の出力
と接続された第２のスイッチ素子と、 前記第２のＭＯＳトランジスタのソース端子に一定値の
電流を供給する第２の定電流源と、を備えることを特徴
とする請求項１記載の測距装置。 - 【請求項４】 前記第１の容量素子は前記第１の差分演
算回路の出力値に応じて変化する第１の可変容量素子で
あり、前記第２の容量素子は前記第２の差分演算回路の
出力値に応じて変化する第２の可変容量素子である、こ
とを特徴とする請求項１記載の測距装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6091558A JPH07294248A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 測距装置 |
| EP95302861A EP0679869B1 (en) | 1994-04-28 | 1995-04-27 | Distance measuring device |
| DE69521830T DE69521830T2 (de) | 1994-04-28 | 1995-04-27 | Distanzmessvorrichtung |
| US08/429,618 US5644385A (en) | 1994-04-28 | 1995-04-28 | Distance measuring device using position sensitive light detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6091558A JPH07294248A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 測距装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07294248A true JPH07294248A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=14029846
Family Applications (1)
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