WO2000075608A1 - Detecteur optique de position et telemetre - Google Patents

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WO2000075608A1
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light
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Seiichiro Mizuno
Akira Kurahashi
Izumi Adachi
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Definitions

  • the present invention provides an optical position detecting device using a semiconductor position detecting element, and a spot light or a slit light reflected on an object to be measured, which is reflected by the optical position detecting device.
  • the present invention relates to a distance measuring device for measuring a distance.
  • the semiconductor position detecting element photoelectrically converts incident light to generate a photocurrent, outputs a first current signal I, from a first output terminal according to an incident position of the light, and outputs a second output signal. outputting a second current signal 1 2 from the terminal.
  • the sum (1, +1 2 ) of the first current signal and the second current signal depends on the amount of incident light. If the sum (I i + l ⁇ ) of the first current signal and the second current signal is constant, the difference 1 2 ) between the first current signal and the second current signal is It depends on the position.
  • the light position detecting device detects a light incident position using such a semiconductor position detecting element.
  • the distance measuring device includes a light projecting unit and the like in addition to the light position detecting device, and reflects the reflected light of the spot light projected on the object to be measured by the light projecting unit in the light position detecting device.
  • the light is received by the semiconductor position detecting element, and the distance to the object to be measured is detected.
  • Conventional optical position detecting device includes a first voltage signal V based on the first current signal I i output from the semiconductor position detecting element, the second voltage signal V 2 based on the second current signal 1 2 Was calculated as the output indicating the light incident position.
  • the conventional light position detecting device calculates the ratio between the first voltage signal V and the second voltage signal V 2 . Sum (
  • the conventional light position detecting device requires a dividing means in order to output the light incident position in the semiconductor position detecting element.
  • the above publications disclose voltage signals to be used for the divisor and the dividend, respectively. A / D conversion after multiplying the signal by an appropriate multiplication factor, and then performing division to improve the resolution of the light incident position output as a digital value by dividing the result into an appropriate range Techniques are disclosed.
  • the division means in the above-mentioned conventional optical position detecting device can be realized by any of an analog circuit and a digital circuit.
  • the circuit scale is large, it is difficult to reduce the size and the hardware cost becomes high.
  • the time required for the division process is prolonged due to the large amount.
  • the one disclosed in the above publication requires a large number of amplifier circuits and A / D conversion circuits, so that miniaturization is difficult and hardware cost increases.
  • a processing circuit for obtaining a light incident position based on a current signal output from each semiconductor position detecting element current-voltage conversion circuit, division circuit, amplification circuit, A / A If only one set is included (including the D conversion circuit), the time required to determine the light incident position will be further increased. On the other hand, if the same number of processing circuits as the number of semiconductor position detecting elements are provided, the circuit scale is further increased and the hardware cost is further increased.
  • a conventional distance measuring device including such an optical position detecting device also has a problem that the circuit scale is large and the processing time is long.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, and has a small circuit scale, a short processing time, and an excellent light position detecting device having excellent resolution of a light incident position output as a digital value, and It is an object of the present invention to provide a distance measuring device using such an optical position detecting device.
  • the first optical position detecting device comprises: (1) photoelectrically converting incident light, outputting a first current signal from a first output terminal according to an incident position of the light, And (2) a first current signal output from the first output terminal of the semiconductor position detection element, and a first current signal output from the first output terminal of the semiconductor position detection element.
  • a first current-voltage converter that outputs a first voltage signal based on the signal; (3) a second current signal output from a second output terminal of the semiconductor position detection element;
  • a second current-to-voltage converter that outputs a second voltage signal based on the current signal of (1), and (4) a first voltage signal and a second current-to-voltage converter that are output from the first current-to-voltage converter.
  • the second voltage signal output from the first and second voltage signals is compared in magnitude, a comparison signal indicating the comparison result is output, and the larger one of the first and second voltage signals is regarded as the maximum signal (maximum).
  • Voltage signal the smaller value is the minimum signal (minimum voltage signal), and a selection circuit that selects and outputs each signal; and (5) an A / D conversion range based on the maximum signal output from the selection circuit.
  • Set the minimum signal voltage output from the selection circuit A / D conversion circuit that converts the signal into a signal and outputs the digital value.
  • (6) Based on the comparison signal (comparison result) output from the selection circuit and the digital output output from the A / D conversion circuit. And an incident position calculating unit for calculating an incident position of light in the semiconductor position detecting element.
  • the first optical position detection device of the present invention when light enters the semiconductor position detection element, the light is photoelectrically converted, and the first output terminal outputs the first light from the first output terminal according to the incident position of the light.
  • output current signal I i of the second current signal 1 2 is outputted from the second output terminal.
  • the first current signal I is input to a first current-to-voltage converter, and a first voltage signal V, is output based on the first current signal I ,.
  • the second current signal 1 2 is input to the second current-to-voltage converter, the second current signal 1 2 second voltage signals V 2 based on is outputted.
  • the A / D conversion circuit sets the A / D conversion range based on the maximum signal V nax output from the selection circuit. Preferably, by the A / D conversion range is set equal to the maximum signal V max voltage, the full range of the A / D conversion range is effectively interest Used.
  • the voltage of the minimum signal Vmin output from the selection circuit is converted into a digital signal, and the digital value is output. This digital value indicates the ratio ( Vmin / V).
  • the incident position of the light in the semiconductor position detecting element is obtained by the incident position calculation unit based on the comparison signal output from the selection circuit and the digital output output from the A / D conversion circuit. Therefore,
  • the first optical position detection device monitors the voltage of the maximum signal output from the selection circuit, and outputs a signal indicating that when the voltage is smaller than a threshold value. Is further provided. In this case, the voltage of the maximum signal output from the selection circuit is monitored by the limit detection unit, and when the voltage is smaller than the threshold, a signal indicating that is output. Therefore, it is determined whether the light to be detected has entered the light incident area of the semiconductor position detecting element, and erroneous detection is prevented.
  • the first optical position detection device includes a plurality of sets of a semiconductor position detection element, a first current-voltage conversion unit, a second current-voltage conversion unit, and a selection circuit, and the A / D conversion circuit is ,
  • the maximum signal (maximum voltage signal) and the minimum signal (minimum voltage signal) output from the selection circuits of each set are sequentially input, and the incident position calculation unit calculates the comparison result output from the selection circuits of each set. (Comparison signal) are sequentially input.
  • the limit detection section is characterized in that the maximum signals output from the selection circuits of each set are sequentially input.
  • the position where light is incident on the two-dimensional light incident area is detected.
  • the first and second current-voltage converters and the selection circuit are separately provided for each semiconductor position detection element, and the AZD conversion circuit, the incident position calculation section, and the limit detection section are common to each semiconductor position detection element.
  • the circuit scale is small and the processing time is short despite the multi-channel semiconductor photodetector. Note that the maximum and minimum signals are Required for each.
  • the second optical position detecting device comprises: (1) photoelectrically converting incident light, outputting a first current signal from a first output terminal according to an incident position of the light, And (2) a first current signal output from a first output terminal of the semiconductor position detection element, and a first current signal input to the first current signal.
  • a first current-to-voltage converter that outputs a first voltage signal based on a second current signal output from a second output terminal of the semiconductor position detecting element;
  • a second current-voltage converter that outputs a second voltage signal based on the current signal; and (4) a second current-voltage converter that outputs the first voltage signal and the second current-voltage converter output from the first current-voltage converter.
  • the second optical position detecting device of the present invention when light enters the semiconductor position detecting element, the light is photoelectrically converted, and the first output terminal outputs the first light from the first output terminal according to the incident position of the light. of the current signal I, it is output, the second current signal 1 2 is outputted from the second output terminal.
  • the first current signal is input to a first current / voltage converter, and a first voltage signal V, is output based on the first current signal.
  • the second current signal 1 2 is input to the second current-to-voltage converter, the second current signal 1 2 second voltage signals V 2 based on is outputted.
  • First and second voltage signal V ,, V 2 which it is added by the adding circuit, the sum signal V SUD V 1 + V 2 indicating the addition sum is output.
  • the first or second voltage signal V 1 5 V 2 is Ru is output after being selected by the selection circuit.
  • the A / D conversion circuit based on the output from the addition circuit sum signal V s A / D conversion range is set.
  • the A / D conversion range equal to the voltage of the sum signal V sim , the entire range of the A / D conversion range is effectively used.
  • the A / D converter circuit a first or output is selected by the selection circuit is converted into a second voltage signal V l 5 V 2 is a digital signal, the digital value is output.
  • This digital output indicates the ratio (V ly V or the ratio (V 2 / V sum ). Therefore, the A / D conversion circuit can perform the actual division operation simultaneously with the A / D conversion. , inexpensive small Haiti du air costs the circuit scale and the processing time is short in addition, the ratio ((V, - V 2) / V,).
  • Te semiconductor position sensor indicating the may also be determined incident position of light in the element, in this case, the selection circuit sequentially selects the V 2 have first and second voltage signals V, a / D conversion circuit ratio ([nu, / [nu ⁇ ) And a ratio (V 2 / V SU J) are output sequentially, and an incident position calculation unit is provided to input these digital signals, calculate the difference between them, and output the result. Is preferred.
  • the second optical position detecting device monitors the value of the sum signal output from the adder circuit, and outputs a signal indicating that when the value of the sum signal is smaller than the threshold value.
  • the limit detection unit monitors the value of the sum signal output from the calorie calculation circuit, and outputs a signal indicating that when the value is smaller than the threshold value. Therefore, it is determined whether or not the light to be detected has entered the light incident area of the semiconductor position detecting element, and erroneous detection is prevented.
  • a second optical position detecting device includes a plurality of sets of a semiconductor position detecting element, a first current-to-voltage converter, a second current-to-voltage converter, an adding circuit, and a selecting circuit,
  • the conversion circuit is characterized in that the sum signal output from each set of addition circuits and the first or second voltage signal selected and output by the selection circuit are sequentially input.
  • the limit detection unit is characterized in that the sum signals output from the respective addition circuits are sequentially input.
  • the 1st and 2nd current-voltage converters and the adder circuit are provided separately for each semiconductor position detection element, and the A / D conversion circuit, incident position calculation section, and limit detection section are shared by each semiconductor position detection element.
  • the circuit size is small and the processing time is short despite the multi-channel semiconductor photodetector. Note that the maximum signal and the minimum signal are obtained for each set.
  • the first or second light position detecting device is a light position detecting device used together with a light projecting unit for projecting a spot light or a slit light toward an object to be measured,
  • the first current-to-voltage converter includes: (la) a first integration circuit that accumulates electric charge according to the first current signal and outputs a voltage signal according to the amount of the accumulated electric charge; ) The voltage signal output from the first integrating circuit when the light is not projected on the object to be measured by the light emitting unit, and the first integration when the light is projected onto the object by the light emitting unit.
  • a first difference calculation circuit that obtains a difference from the voltage signal output from the circuit and outputs a first voltage signal in accordance with the difference
  • the second current-voltage conversion unit includes: (2a) a second circuit that accumulates charges according to the second current signal and outputs a voltage signal according to the amount of accumulated charges An integrating circuit; (2b) a voltage signal output from the second integrating circuit when the light is not projected on the object to be measured by the light projecting unit; And a second difference calculation circuit that calculates a difference between the voltage signal output from the second integration circuit and the second voltage signal in accordance with the difference.
  • the first (second) current-to-voltage converter accumulates electric charges in the first (second) integrator circuit in response to the first (second) current signal, and stores the electric charge.
  • a voltage signal corresponding to the amount of the charged charge is output from the first (second) integration circuit.
  • the voltage signal output from the first (second) integration circuit when the light is not projected onto the object to be measured by the light projecting unit, and the voltage signal output from the first integrating circuit is projected onto the object to be measured by the light projecting unit.
  • the difference from the voltage signal output from the first (second) integration circuit is obtained by the first (second) difference calculation circuit, and the first (second) voltage is calculated according to this difference.
  • a signal is output. Therefore, the background light component is removed, and the light to be detected by the semiconductor position detecting element is input. The shooting position is determined with high accuracy.
  • the first current-to-voltage conversion unit includes a first current signal output from a first output terminal of the semiconductor position detecting element.
  • a first average background light removing circuit for removing an average value of the contribution of the background light from the signal
  • the second current-to-voltage conversion unit outputs the signal from the second output terminal of the semiconductor position detecting element.
  • a second average background light removal circuit that removes an average value of the contribution of the background light from the second current signal to be removed.
  • the average value of the contribution of the background light from the first (second) current signal output from the first (second) output terminal of the semiconductor position detecting element is the first (second) average. Since the light is removed by the background light removing circuit, the light incident position on the semiconductor position detecting element can be obtained with higher accuracy.
  • the distance measuring device includes: (1) a light projecting unit for projecting a spot light or a slit light toward a distance measuring object; (3) the distance to the object to be measured based on the incident position of light on the semiconductor position detecting element obtained by the optical position detecting device; And a separation operation unit.
  • spot light or slit light is projected from the light projecting portion toward the object to be measured, and the reflected light is received by the light position detecting device.
  • the distance calculation unit calculates the distance to the object to be measured based on the incident position of the light on the semiconductor position detection element obtained by the optical position detection device.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical position detecting device and a distance measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the A / D conversion circuit.
  • FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the variable capacitance integration circuit in the A / D conversion circuit.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an optical position detecting device and a distance measuring device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of an integration circuit, an average background light removal circuit, and a difference calculation circuit.
  • 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G, and 7H illustrate the operation of the integration circuit, average background light removal circuit, and difference operation circuit. This is a timing chart.
  • 8A and 8B are other circuit diagrams of the difference operation circuit.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of an optical position detection device and a distance measurement device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an optical position detecting device and a distance measuring device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an optical position detecting device and a distance measuring device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of an optical position detecting device and a distance measuring device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical position detecting device and a distance measuring device according to the first embodiment.
  • the optical position detection device according to the present embodiment includes a semiconductor position detection element 10, a first current-voltage conversion unit 101, a second current-voltage conversion unit 102, a comparison circuit 200, a logic inversion circuit INV , Switch elements SW 2CU to SW 2 () 4 , an 8/0 conversion circuit 400, an incident position calculation unit 510, and a limit detection unit 7100.
  • the distance measuring device according to the present embodiment includes a light projecting unit 20 and a distance calculating unit 610 in addition to the optical position detecting device.
  • the optical position detection device and the distance measurement device according to the present embodiment further include a timing control circuit 810.
  • the semiconductor position detecting element 10 is, for example, a PSD (Position Sensitive Detector) or a wedge-shaped two-part photodiode, and has a first output terminal 11 and a second output terminal 12.
  • PSD Position Sensitive Detector
  • a photocurrent is generated at the incident position of the light by a photoelectric conversion effect.
  • the photoelectric current is distributed according to the distance from the light incident position to the first output terminal 11 and the distance from the second output terminal 12 to the first output terminal 11. 1 of the current signal I, is output, the second current signal from the second output terminal 1 2 1 2 are output.
  • the light projecting unit 20 is, for example, a light emitting diode or a semiconductor laser light source, and emits spot light or slit light toward the object to be measured based on a control signal output from the timing control circuit 8100. Light is emitted at a predetermined timing. The reflected light from the object to be measured enters a light incident area of the semiconductor position detecting element 10 via a lens (not shown) arranged in front of the semiconductor position detecting element 10. The light incident position on the semiconductor position detecting element 10 depends on the distance to the object to be measured. The distance to the object to be measured is obtained from the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 based on the principle of triangulation.
  • the current-voltage converter 101 receives the first current signal Ii output from the first output terminal 11 of the semiconductor position detection element 10 and receives the first current signal Ii based on the first current signal Ii. Outputs 1 voltage signal V.
  • the current-voltage converting unit 1 0 2 receives the second current signal 1 2 output from the second output terminal 1 second semiconductor position detecting element 1 0, the second current signal 1 2 And outputs a second voltage signal V2 based on.
  • Each of the current-voltage converters 101 and 102 operates at a predetermined timing based on a control signal output from the timing control circuit 8110.
  • Each of the current-voltage converters 101 and 102 may include, for example, an amplifier and a feedback resistance element, or may include an amplifier and an integration capacitance element.
  • Comparison circuit 2 0 the voltage signal outputted from the current-voltage converting unit 1 0 1 V, and inputs the voltage signal V 2 output from the current-voltage converting unit 1 0 2, the voltage signal V, and conductive the pressure signal V 2 that its value is the magnitude comparison, and outputs a comparison signal indicating the comparison result.
  • This comparison signal is a voltage signal V! Value becomes logic H when greater than the value of the voltage signal V 2, the logic L otherwise.
  • the logical inversion circuit INV logically inverts the comparison signal output from the comparison circuit 200 and outputs the logically inverted signal.
  • the switch element SW2Q1 is provided between the output terminal of the current-voltage converter 101 and the Vref input terminal of the A / D converter circuit 400.
  • the switch element SW 202 is provided between the output terminal of the current / voltage converter 101 and the A in input terminal of the A / D conversion circuit 400.
  • Reference numeral 3 is provided between the output terminal of the current / voltage converter 102 and the A in input terminal of the A / D conversion circuit 400.
  • the switch element SW2C4 is provided between the output terminal of the current-to-voltage converter 102 and the Vref input terminal of the A / D conversion circuit 400.
  • Each of the switch elements SW 2Q1 and SW 203 closes when the comparison signal output from the comparison circuit 200 is at logic H, and opens when the comparison signal is at logic L.
  • Each of the switch elements SW2 () 2 and SW2 () 4 closes when the logic inversion signal output from the logic inversion circuit INV is logic H, and opens when the logic inversion signal is logic L. That is, each of the switch elements SW 2 () 2 and SW 2 Q 4 closes when the comparison signal output from the comparison circuit 200 is at logic L, and opens when the comparison signal is at logic H. Then, the selection circuit including the comparison circuit 200 and the switch elements SW 2 () 1 to SW 204 generates the voltage signal output from the current-to-voltage converter 101 and the voltage output from the current-to-voltage converter 102.
  • the A / D converter circuit 400 has V ref input terminal, A in input terminal and D. ut output terminal are doing.
  • a / D conversion circuit 4 0 0, V ref set the A / D conversion range on the basis of the voltage of the maximum signal V max input to the input terminal, the minimum signal input to the A in the input terminal ( ⁇ analog signal ) Converts the voltage of V to a digital signal and converts the digital value to D.
  • the digital output output from the ut output terminal is the result of dividing the voltage of the minimum signal V MIN by the voltage of the maximum signal V MX ( It shows.
  • Incident position calculating unit 5 1 0 is input from the comparator circuit 2 0 0 a comparison result indicating the result of magnitude comparison of the voltage signal and the voltage signal V 2 respective voltage (value), also, A / D conversion circuitry 4 0 D for 0.
  • the digital signal output from the ut output terminal is also input, and the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 is determined based on the comparison result and the digital signal. That is, D of the A / D conversion circuit 40 °.
  • the digital output from the ut output terminal alone cannot determine which of the ratios (V ⁇ / V and the ratio (Vs / V,)) this digital output indicates.
  • the position calculation unit 5100 converts the digital output output from the AZD conversion circuit 400 into a ratio (V! / V ⁇ and a ratio (Vz / V! ) Is determined, and the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 is determined based on the result of the determination.
  • the distance calculation unit 610 calculates the distance to the object to be measured based on the principle of triangulation based on the light incident position on the semiconductor position detection element 10 obtained by the incident position calculation unit 510.
  • each of the incident position calculation unit 5110 and the distance calculation unit 6100 may be realized by a digital circuit, or may be realized by software processing in a CPU. Further, the incident position calculation unit 5100 and the distance calculation unit 6100 may be integrated, and the comparison signal output from the comparison circuit 200 and the comparison signal output from the A / D conversion circuit 400 may be integrated. The distance to the object to be measured may be immediately obtained based on the digital value.
  • the limit detector 7100 is the maximum input to the Vref input terminal of the A / D converter circuit 400. Monitors the voltage of the signal V X, and outputs a signal indicating when the value is smaller than the threshold value. That is, when the light to be detected does not enter the light incident area of the semiconductor position detecting element 10 and only the background light component enters, the voltage of the voltage signal output from the current-to-voltage converter 101 and the current voltage voltage converting unit 1 0 2 voltage signal V 2 output from both small substantially equal to each other, also, the voltage and the minimum signal V ⁇ of the voltage of the maximum signal V Fflax also both reduced substantially equal to each other.
  • the limit detection unit 7100 monitors the voltage of the maximum signal v ffiax and compares it with a threshold to determine whether or not the light to be detected has entered the light incident area of the semiconductor position detection element 10. This prevents erroneous detection.
  • the timing control circuit 810 includes a control signal for controlling the operation of each of the current-voltage converters 101 and 102, and a spot light or a slit to the object to be measured by the light projecting unit 20.
  • a control signal for controlling light projection is output.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the A / D conversion circuit 400.
  • the eight / 0 conversion circuit 400 includes a variable capacity integration circuit 410, a comparison circuit A4 () 2 , a capacity control unit 420, and a read unit 4330.
  • the variable capacitance integration circuit 410 includes a capacitance element C4Q1 , an amplifier A4Q1 , a variable capacitance section C4TO, and a switch element SW4 () 1 .
  • Amplifier A 401 is an A in the input voltage signal input terminal (analog signal) is input to the inverting input terminal via the capacitor C 4 () 1.
  • the non-inverting input terminal of the amplifier A 401 is grounded.
  • Variable capacitance section C 4Q Has a variable capacity and is controllable, is provided between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier A4Q1 , and stores an electric charge according to the input voltage signal.
  • Switch element SW 4Q1 is provided between the inverting input terminal of the amplifier A 4W and the output terminal, open the variable capacitance section C 4 when are (to perform the accumulation of electric load in ro, variable while closing capacitor portion C Reset charge accumulation at 4flQ Cut. Then, the variable capacitance integration circuit 410 inputs the voltage signal input to the A in input terminal, integrates the voltage signal according to the capacitance of the variable capacitance section C, and outputs an integrated signal as a result of the integration.
  • Comparison circuit A 4 . 2 inputs the integration signal output from the variable capacitance integration circuit 410 to the inverting input terminal, inputs the voltage signal input to the Vref input terminal to the non-inverting input terminal, The values are compared, and a comparison result signal that is the result of the comparison is output.
  • the capacitance control section 420 receives the comparison result signal output from the comparison circuit A 4Q2, and outputs a capacitance instruction signal C for controlling the capacitance of the variable capacitance section C 4QQ based on the comparison result signal. If it is determined based on the comparison result signal that the value of the integration signal and the value of the voltage signal input to the vref input terminal match with a predetermined resolution, the value of the variable capacitor C4M is determined. The first digital value (signal) is output.
  • the readout unit 430 inputs the first digital value output from the capacitance control unit 420, and outputs a second digital value corresponding to the first digital value.
  • the second digital value indicates a value obtained by removing the offset value of the variable capacitance integration circuit 410 from the value of the first digital value.
  • the read unit 430 is, for example, a storage element, inputs a first digital value as an address, and outputs data stored in the address of the storage element as a second digital value. This second digital value is A
  • FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the variable capacitance integration circuit 410 in the A / D conversion circuit 400.
  • variable capacitance section C 4M is composed of capacitance elements C 4U to C 414 , a switch element
  • Capacitance element C 411 and switch element SW 411 are connected in cascade with each other and provided between the inverting input terminal and output terminal of amplifier A.
  • Switch element SW 421 is connected to capacitance element C 411 and switch element SW 411 . It is provided between the connection point of the switch element sw 411 and the ground potential.
  • the capacitance element c 412 and the switch element SW 412 are cascaded with each other and provided between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier A 4Q1.
  • the switch element SW 422 is connected to the capacitance element C 412 and the switch element SW 412. It is provided between the connection point of the switch element SW 412 and the ground potential.
  • the capacitive element C 413 and the switch element SW 413 are cascade-connected to each other and provided between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier A 4Q1.
  • the switch element SW 423 includes the capacitive element C 413 and the switch element SW 413. It is provided between the connection point 413 and the ground potential.
  • the capacitor C 414 and the switch element SW 414 is connected in cascade to each other, the inverting input terminal and is provided between the output terminal, switch element SW 424 of the amplifier A 401 is capacitance element C 414 and It is provided between the connection point of switch element SW 414 and the ground potential.
  • Each of switch elements SW 411 and SW 414 opens and closes based on C 11 C 14 of capacity indication signal C output from capacity control section 420.
  • Each of the switch elements SW 421 SW 424 opens and closes based on C 21 C 24 of the capacitance instruction signal C output from the capacitance control section 420. Also, if represents the capacitance value of the capacitor C 411 C 414 with C 411 C 414, these,
  • the current signal I i is input to the current-voltage converter 101 Then, the voltage signal V, corresponding to the value of the current signal Ii after the current-voltage conversion, is output from the current-voltage converter 101.
  • the current signal 1 2 is input to the current-to-voltage converter 1 0 2
  • the voltage signal v 2 corresponding to the value of the current signal 1 2 is current-voltage conversion is output from the current-to-voltage converter 1 0 2.
  • the value of the voltage signal V 2 output from 2 is compared in magnitude by the comparison circuit 200, and a comparison signal indicating the comparison result is output from the comparison circuit 200.
  • the switch elements 32 () 1 to 3 ⁇ . 4 each of the opening and closing is controlled, the voltage signal V, and the voltage value is larger maximum signal of the signals V 2 (maximum voltage signal) is input to V ref input terminal of the A / D conversion circuit 4 0 0 ,
  • the minimum signal (minimum voltage signal) V nin of the voltage signal V and the voltage signal V 2 is input to the A in input terminal of the A / D conversion circuit 400.
  • the maximum signal V is compared in magnitude with a threshold value by the limit detection section 7 10 to detect whether or not the light to be detected has entered the light incident area of the semiconductor position detection element 10.
  • the switch element SW 401 of the variable capacitance integration circuit 410 is closed, and the variable capacitance integration circuit 410 is in a reset state.
  • each of the switch elements SW 411 to SW 414 of the variable capacitance integration circuit 410 is closed, and each of the switch elements SW 421 to SW 424 is opened, and the capacitance value of the variable capacitance section C 4QQ is C. Is set to.
  • the switch element SW 401 of the A / D conversion circuit 400 is opened.
  • the minimum signal VJ input to the A in input terminal is input to the variable capacitance integration circuit 410 of the A / D conversion circuit 400.
  • the minimum signal V nin is input to the capacitance element C 4Q1 of the variable capacitance integration circuit 4 10
  • the charge Q corresponding to the voltage of the minimum signal V ⁇ and the capacitance value C 0 of the variable capacitance section C is changed to the variable capacitance section C. It flows into willows (see Figure 4A).
  • the capacity control unit 420 sets the variable capacity unit C 4 . .
  • the switch elements SW 412 to SW 414 are opened, the switch elements SW 422 to SW 424 are closed (see FIG. 4B).
  • the capacitance value of the variable capacitance section C 4m becomes C 411
  • the voltage value V sb of the integration signal output from the variable capacitance integration circuit 410 becomes
  • V sb Q / C 411 ⁇ (4)
  • the voltage of the integration signal is input to the comparison circuit A 4Q2, are voltage and compares the maximum signal V X which is input to the V ref input terminal.
  • the capacitance control unit 420 further opens the switch element SW 422 of the variable capacitance unit C 4M and then closes the switch element SW 412 (FIG. 4). C).
  • the capacitance value of the variable capacitance section C is C 411 + C 412
  • the voltage of the integration signal output from the variable capacitance integration circuit 410 is
  • V SC Q / (C 411 + C 412 ) '
  • the capacitance control unit 420 further receives the result of this comparison, and after opening the switch elements SW 411 and SW 422 of the variable capacitance unit C 4M , further switches the switch elements SW 412 and SW 421 Close (see Figure 4D).
  • the capacitance value of the variable capacitance section C 4 (X) becomes C 412
  • variable capacitance integration circuit 410 a feedback loop consisting of comparator circuit A 4Q2 and capacity control section 420, the voltage of the integration signal (value) and the maximum signal V X voltage and (value) at a predetermined resolution If they match, the capacity control unit 420 Until interrupted, the setting of the capacitance value of the variable capacitance section C shelf and the magnitude comparison between the voltage of the integration signal and the voltage of the maximum signal v max are repeated.
  • the finally obtained capacitance value c x of the variable capacitance section C 4M is
  • the capacitance control section 420 completes the capacitance control for all the capacitance elements C 411 C 414 in the column C of the variable capacitance section in this manner, the digital value corresponding to the final capacitance value of the variable capacitance section C shelf ( Signal) is output to the readout section 4330.
  • the read section 43 0 inputs the digital value output from the capacity control section 420 as an address, and outputs the digital value stored at that address of the storage element. This digital value is D of the A / D conversion circuit 400.
  • the signal is output from the ut output terminal to the incident position calculator 5110 .
  • the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 is determined based on the digital value output from the A / D conversion circuit 400 and the comparison signal output from the comparison circuit 200. Desired.
  • the distance calculator 610 calculates the distance to the object to be measured based on the principle of triangulation based on the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 obtained by the incident position calculator 510. Can be
  • the voltage of the maximum signal V nax input from the V ref input terminal to the comparison circuit A 4Q2 is the voltage at which the A / D conversion circuit 400 can perform A / D conversion without saturation. It defines the maximum value of the signal, that is, the A / D conversion range. Moreover, since the voltage of the minimum signal V min input to the A in input terminal of the A / D conversion circuit 400 is always lower than the voltage of the maximum signal V max , the entire range of the above A / D conversion range is effectively enabled. It can be used. That is, the A / D conversion circuit 400 in the present embodiment does not saturate even when the amount of received light is large, and has excellent A / D conversion resolution even when the amount of received light is small. Further, in this embodiment, since the A / D conversion circuit 400 can realize the actual division operation at the same time as the A / D conversion without providing the division circuit, the circuit scale is small and the hardware is small. Low cost and processing time short.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an optical position detection device and a distance measurement device according to the second embodiment.
  • the optical position detecting device according to the present embodiment includes a semiconductor position detecting element 10, integrating circuits 11 1, 11 2, average background light removing circuits 12 1, 12 2, and difference calculating circuits 13 1, 13. 2, the comparator circuit 2 0 0, the logic inversion circuit INV, switch element SW 2Q1 to SW 2. 4. It has an A / D conversion circuit 400, an incident position calculation section 510, and a limit detection section 710.
  • the distance measuring device according to the present embodiment includes a light projecting unit 20 and a distance calculating unit 610 in addition to the optical position detecting device.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment further include a timing control circuit 820.
  • the second embodiment includes an integrating circuit 111, an average background light removing circuit 121, and a difference calculating circuit 131, instead of the current-voltage converter 101.
  • an integration circuit 112 an average background light removal circuit 122, and a difference calculation circuit 132 are provided in place of the current-voltage converter 102, and a timing control circuit 810 is provided.
  • the difference is that an evening imaging control circuit 820 is provided instead.
  • the integrating circuits 1 1 1 and 1 1 2 each have the same circuit configuration.
  • the integration circuit 111 accumulates electric charge according to the current signal output from the first output terminal 11 of the semiconductor position detecting element 10 and generates a voltage signal according to the amount of the accumulated electric charge. Output.
  • the integration circuit 1 1 2 accumulates charges according to the semiconductor position detecting element 1 current signal 1 2 output from the second output terminal 1 2 0, the amount of the accumulated charge A voltage signal is output in response.
  • Each of the average background light elimination circuits 122 and 122 has the same circuit configuration.
  • the average background light removing circuit 122 removes the average value of the contribution of the background light from the current signal I, output from the output terminal 11 of the semiconductor position detecting element 10.
  • the average background light removal circuit 1 2 2 is output from the output terminal 12 of the semiconductor position detection element 10. Removing the average value of the contribution of background light from a current signal 1 2 that.
  • the difference calculation circuit 13 1 outputs the voltage signal output from the integration circuit 11 1 when the light is not projected to the object to be measured by the light projecting unit 20 and the voltage signal output from the integrating circuit 11 to the object to be measured by the light projecting unit 20.
  • the difference between the voltage signal output from the integration circuit 111 and the voltage signal output during light emission is calculated, and a voltage signal is output according to the difference.
  • the difference calculation circuit 13 2 includes a voltage signal output from the integration circuit 11 2 when the light is not projected on the object to be measured by the light projecting unit 20, and a distance measurement by the light projecting unit 20.
  • FIG. 6 shows the integration circuit 1 1 1, the average background light removal circuit 1 2 1 and the difference calculation circuit 1 3
  • FIG. 1 is a circuit diagram of FIG. The same applies to the circuit diagrams of the integrating circuit 112, the average background light removing circuit 122, and the difference calculating circuit 132.
  • Integrating circuit 1 1 1 includes an amplifier A 1 capacitive element C ,, switch element SW “and Suitsu switch element SW 12.
  • Capacitive element and Suidzuchi element SW U is between the input and output terminals of the amplifier connected in cascade with one another
  • the switching element SW 12 is also provided between the input and output terminals of the amplifier
  • the switching element SW U is controlled to open and close by the ST signal output from the timing control circuit 820.
  • Suitsuchi element SW 12 is opened and closed is controlled by the RS 1 signal output from the timing control circuit 8 2 0.
  • the average background light removal circuit 121 includes a constant current source S 2 , a MOS transistor T 2 , a capacitance element C 2, and a switch element SW 2 .
  • Source one scan terminal of the MOS transistor T 2 are, connected to the output terminals 1 1 and a constant current source S 2 of the semiconductor position detecting element 1 0 Have been.
  • the gate terminal of the MOS transistor T 2 are connected to ground through the capacitor C 2, and is connected to the output terminal of the integrating circuit 1 1 1 via a switch element SW 2. Drain terminal of the MOS transistor T 2 is grounded directly.
  • the opening and closing of the switch element SW 2 is controlled by the RM signal output from the timing control circuit 820.
  • the average background light elimination circuit 1 2 1 stores the voltage signal output from the integration circuit 1 1 1 into the capacitor C 2 and stores the voltage signal in the MOS transistor T 2. is applied to the second gate terminal flows to best match the current to the gate voltage from the source terminal of the MOS transistor T 2 to the drain terminal.
  • the average background light elimination circuit 121 even after the switch element SW 2 opens, a voltage signal stored in the capacitor C 2 is applied to the gate terminal of the MO S transistor T 2, its gate one G Voltage Appropriate current flows from the source terminal to the drain terminal of MOS transistor # 2 .
  • Difference calculation circuit 13 1 includes amplifier Alpha 3, the capacitive element C 31, capacitive element C 32, and a Suitsuchi elements SW 31 and Suitsuchi element SW 32.
  • Sweep rate Tutsi element SW 31 in order from the input terminal to the output terminal, is connected to the capacitive element C 31 and the amplifier A 3, Suitsuchi elements SW 32 and the capacitor C 32 is connected in parallel between the input and output terminal of the amplifier A 3 ing.
  • Suitsuchi element SW 31 is opened and closed is controlled by the CSW signal output from the timing control circuit 820.
  • the opening and closing of the switch element SW 32 is controlled by the RS 2 signal output from the timing control circuit 820.
  • the difference calculation circuit 131 by closing the switch element SW 31 for a certain period of time while closing switch element SW 32, the integrating circuit 1 1 charge Q 1 only capacitive element according to the voltage No. signal output from the 1 to charge the C 31. Then, by closing the switch element sw 31 for a certain period of time while the switch element SW 32 is open, the integration circuit
  • the optical position detecting device and the distance measuring device When the spotlight or the slit light is projected from the light projecting unit 20 toward the object to be measured, the reflected light and the background light from the object to be measured are transmitted to the semiconductor position detecting element 10 via the lens. Light enters the light incident area. When light enters the light incident area of the semiconductor position detecting element 10, the photocurrent generated by the photoelectric conversion effect is distributed at a ratio corresponding to the light incident position and output as a current signal from the first output terminal 11 is, is outputted from the second output terminal 1 2 as a current signal 1 2.
  • the background light component enters the light incident area of the semiconductor position detecting element 10 and A current signal corresponding to the background light component is output from each of the output terminals 11 and 12 of the semiconductor position detecting element 10.
  • the background light component is removed from the current signal by the integration circuit 111, the average background light removal circuit 122, and the difference calculation circuit 131, and the voltage signal V! Is output.
  • the integration circuit 1 1 2, the average background light elimination circuit 1 2 2 and the difference calculating circuit 1 3 2 the background light component from the current signal 1 2 is removed, the voltage signal V 2 is output.
  • FIG. 7A, Figure 7B, Figure 7C, Figure 7D, Figure 7E, Figure 7F, Figure 7G, Figure 7H show the integrator 1 1 1, the average background light remover 1 2 1 and the difference operation 6 is a timing chart for explaining the operation of the circuit 13 1. The same applies to the operations of the integrating circuit 112, the average background light removing circuit 122, and the difference calculating circuit 132.
  • the light projecting unit 2 0 is also spot light is set in a state of not outputting the slit light.
  • Ri by that RM signal becomes logical H, Suitsuchi element SW 2 of the average background light elimination circuit 1 2 1 is closed.
  • the switch elements SW SW and SW 12 of the integration circuit 111 are opened, and the integration circuit 111 is set to the non-integration operation state. .
  • the input terminal of the integrating circuit 1 1 1 is caused by the supply current from the constant current source S 2 of the average background light removing circuit 12 1 and the background light incident on the semiconductor position detecting element 10.
  • the output voltage from the integrating circuit 111 in the non-integrating operation state is supplied to the gate terminal of the transistor 2 of the average background light removing circuit 121, so that all of the current ⁇ ⁇ becomes flat. It is removed by the flow from the source terminal of the equalizing background light elimination circuit 12 1 of the transistor T 2 to the drain terminal. In this state, the gate-source voltage V gs of the transistor ⁇ 2 is
  • V gs (x I T /?) 1/2 + V th ⁇ (8)
  • V th is the threshold of the transistor tau 2.
  • the switch element SW 2 of the average background light elimination circuit 12 1 is opened. Since then, it continues to flow through transistor T 2 of the circuit 12 1 subsequently only the current value switching element SW 2 was supplied to the input terminal of the integrating circuit 1 1 1 at the time it was opened divided average background light. That is holding transistor T 2 of gate Ichito-source voltage V gs is the capacitor C 2, the average and contribution of background light which is the main component of noisy's First-For subsequent measurements, the average background light removed a supply current from the constant current source S 2 of circuit 12 1 is removed.
  • the constant current source S 2 is, when subsequent measurement, are installed in order to ensure the current direction of the transistor T 2 also amount of background light is varied.
  • the time t 2 the by RS 1 signal becomes logical H, scan Itsuchi element SW 12 of the integrating circuit 1 1 1 is closed. Thereafter, when the ST signal becomes logic H, the switch element SWinneof the integration circuit 11 1 is closed, and the capacitance element of the integration circuit 11 is discharged.
  • the CSW signal becomes logic H, so that the switch element SW 31 of the difference calculation circuit 131 is closed.
  • the RS 2 signal is at logic L, and the switch element SW 32 of the difference calculation circuit 13 1 is open. Then, the time t 6 after, the difference calculation circuit 1 3 1 of the capacitive element C 31 and C 32 is the law of charge conservation,
  • the capacitance values of the capacitance elements C 1 and C 2 are equal to each other.
  • the integration circuit 112, the average background light removal circuit 122, and the difference calculation circuit 132 operate in the same manner. That is, the value of the voltage signal V 2 output from the output terminal of the difference computing circuit 1 32 is represented in the same manner as described above (12) or (13) below. In this way, the voltage signal V, and V 2 when each is obtained, thereafter, operates in a similar manner the present embodiment as in the first embodiment.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device have the same effects as the effects according to the first embodiment, and also have the following effects. That is, in the present embodiment, the difference calculation circuits 13 1 and 13 2 are provided, and when the light is not projected on the object to be measured by the light projecting unit 20, the integration circuits 1 1 1 and 1 1 2 are used. a voltage signal V u which is output, the integration times when it is projected on the measuring object by the light projecting unit 20 And it obtains the difference between the road 1 1 1, 1 1 2 voltage signal V 12 output from, since the output a voltage signal V 15 V 2 corresponding to the difference, the background light component is removed.
  • the distance from the light incident position to the distance measurement target in the semiconductor position detecting element 10 can be accurately obtained.
  • the stationary component of the background light is removed by the average background light removing circuits 12 1 and 12 2, and the fluctuation component of the background light is removed by the difference calculation circuits 13 1 and 13 2.
  • the distance from the light incident position in the semiconductor position detecting element 10 to the distance measurement target can be obtained with higher accuracy.
  • the difference operation circuits 13 1 and 13 2 may have other circuit configurations.
  • a capacitance element and a buffer circuit may be connected in cascade, and these connection points may be grounded via a switch element.
  • the switch element when the switch element is closed, the capacitor is charged only with the charge Q1, and when the switch element is open, the charge Q2 is discharged from the capacitor.
  • the difference from the charge Q2, that is, the charge (Q1-Q2) is accumulated in the capacitor, and a voltage signal corresponding to the accumulated charge (Q1-Q2) is output from the buffer circuit.
  • FIG. 8A a capacitance element and a buffer circuit may be connected in cascade, and these connection points may be grounded via a switch element.
  • the switch element when the switch element is closed, the capacitor is charged only with the charge Q1, and when the switch element is open, the charge Q2 is discharged from the capacitor.
  • the difference from the charge Q2, that is, the charge (Q1-Q2) is accumulated in the capacitor, and a voltage signal
  • the first switch element is closed, the voltage signal Vu is stored in the first capacitor element, and the second switch element is closed, and the voltage signal is stored in the second capacitor element.
  • storing the signal V 12 enter the respective voltage signals V u and V 12 to the differential circuit may be configured to output a difference between the differential circuit.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of an optical position detection device and a distance measurement device according to the third embodiment.
  • the optical position detecting device according to the present embodiment includes a semiconductor position detecting element 10, a first current-to-voltage converter 101, a second current-to-voltage converter 102, an adder circuit 300, a switch element SW 3Q1 ⁇ SW 3. 2 , an 8/0 conversion circuit 400, an incident position calculation section 530, and a limit detection section 730.
  • the distance measuring device according to the present embodiment is configured to detect the light position.
  • a light projection unit 20 and a distance calculation unit 630 are provided in addition to the device.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment further include a timing control circuit 830.
  • the third embodiment includes a comparison circuit 200 and a switch element SW 2 . 1 ⁇ SW 2.
  • Ete adder circuit 3 Glue 4 0 0 and Suitsuchi element SW 3ql to SW 3. 2 is provided, an incident position calculator 530 is provided in place of the incident position calculator 510, and a distance calculator 630 is provided in place of the distance calculator 610.
  • a limit detection unit 730 is provided in place of the limit detection unit 710, and a timing control circuit 830 is provided in place of the timing control circuit 810.
  • Adder circuit 3 0 the second voltage signal V 2 output from the first voltage signal and the second current-voltage converting unit 1 0 2 output from the first current-voltage converting unit 1 0 1
  • Switch element sw 301 the second voltage signal V 2 output from the first voltage signal and the second current-voltage converting unit 1 0 2 output from the first current-voltage converting unit 1 0 1
  • Switch element sw 301 the second voltage signal V 2 output from the first voltage signal and the second current-voltage converting unit 1 0 2 output from the first current-voltage converting unit 1 0 1
  • Input and voltage signal V!
  • opening and closing is controlled by the timing control circuit 8 3 0, by selecting any one of the voltage signal and the voltage signal V 2, A in the input of the selected voltage signal A / D conversion circuit 4 0 0 Input to terminal.
  • the A / D conversion circuit 400 has the same configuration as the configuration described in the first embodiment. However, in the present embodiment, the 8/0 conversion circuit 400 inputs the voltage signal V SUD output from the addition circuit 300 to the Vref input terminal, and the switch elements SW 3D1 to SW 3 () 2 a voltage signal or V 2 which is selected by entering the a in the input terminal.
  • the A / D conversion circuit 400 sets the A / D conversion range based on the voltage signal V sun input to the Vref input terminal, and sets the voltage signal V or V input to the A in input terminal. 2 is converted to a digital signal, and the digital value is converted to D. Output from the ut output terminal. Therefore, D.
  • the digital value output from the ut output terminal is the voltage signal V!
  • a / D conversion circuit 400 D Output from the ut output terminal The input digital value (digital signal) is input, and the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 is determined based on the digital value. Note that the A / D conversion circuit 400 outputs a digital value (digital signal) indicating the ratio (V, / V SUJ ), and the incident position calculation section 530 determines the light incident position based on this digital value.
  • the A / D converter circuit 400 outputs a digital value (digital signal) indicating the ratio (V 2 ZV sum ), and the incident position calculation section 530 outputs the digital value based on this digital value. it may be obtained light incident position.
  • each of the open and closed states Suitsuchi element SW 3ql to SW 3q2 may be fixed.
  • a / D conversion circuits 4 0 0 represents the ratio (V! Digital value and ratio showing the ZVsJ (v 2 / v SUB)
  • the digital position may be sequentially output, and the incident position calculating section 530 may calculate the light incident position based on the difference between these two digital values.
  • the distance calculator 630 obtains the distance to the object to be measured based on the principle of triangulation based on the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 obtained by the incident position calculator 530.
  • the incident position calculation section 530 and the distance calculation section 630 may be realized by digital circuits, or may be realized by software processing in a CPU. Further, the incident position calculation section 530 and the distance calculation section 630 may be integrated, and based on the digital output output from the A / D conversion circuit 400, the distance to the distance measurement target is immediately determined. The distance may be determined.
  • the limit detector 730 monitors the value of the voltage signal Vsul output from the adder circuit 300 and input to the Vref input terminal of the A / D converter circuit 400, and the value is smaller than the threshold value.
  • a signal indicating that fact is output. That is, when the light to be detected does not enter the light incident area of the semiconductor position detecting element 10 and only the background light component enters, the voltage of the voltage signal V, output from the current / voltage converter 101 and the current voltage voltage of the voltage signal V 2 to be output from the conversion unit 1 0 2 substantially equal to each other both small and the voltage of the voltage signal V s output from the addition circuit 3 0 0 is small.
  • the light to be detected Is not incident on the light incident area of the semiconductor position detecting element 10, but D of the AZD conversion circuit 400.
  • the digital signal output from the ut output terminal indicates that light has entered substantially the center of the light incident area of the semiconductor position detecting element 10.
  • the limit detector 730 monitors the voltage of the maximum signal V sum and compares it with a threshold to determine whether or not the light to be detected has entered the light incident area of the semiconductor position detecting element 10. Thus, erroneous detection is prevented.
  • the evening-imaging control circuit 830 is a control signal for controlling the operation of each of the current-voltage converters 101 and 102, and a spot light or a slit light to the object to be measured by the light projecting unit 20.
  • control signals for controlling the light projecting and Suitsuchi element SW 301 to SW 3. 2 Output a control signal for controlling the opening and closing of each.
  • the timing control circuit 830 outputs a control signal for controlling the difference calculation operation in the incident position calculation section 530.
  • the current signal I is input to the current-to-voltage converter 101, where the current-to-voltage conversion is performed, and a voltage signal corresponding to the value of the current signal ⁇ is output from the current-to-voltage converter 101.
  • the current signal 1 2 is input to the current-to-voltage converter 1 0 2
  • the voltage signal V 2 corresponding to the value of the current signal 1 2 is current-voltage conversion is output from the current-to-voltage converter 1 0 2.
  • the voltage signal V is output from the adder circuit 300. This addition times The voltage signal V S1M output from the path 300 is input to the V ref input terminal of the A / D conversion circuit 400.
  • the voltage signal V s is compared in magnitude with a threshold value by the limit detection section 7300 to detect whether or not the light to be detected has entered the light incident area of the semiconductor position detection element 10. Also, switch element SW 3Q1 or SW 3 . 2 is closed, and the voltage signal V or the voltage signal V 2 is input to the A in input terminal of the A / D conversion circuit 400.
  • a / D conversion circuit 4 0 the voltage signal V S1M outputted from the adding circuit 3 0 0 is input to the V ref input terminal, Suitsuchi elements SW ⁇ SW 3q2 voltage signal V selected by or V 2 is, The signal is input to the A in input terminal, and a substantial division operation is performed simultaneously with the A / D conversion by the same operation as in the first embodiment.
  • D of the A / D conversion circuit 400 ut from the output terminal, the voltage signal V, or the voltage of the V 2 voltage signal V sim voltage divide the result of ( Or, a digital signal indicating (v 2 / v S ) is output.
  • the incident position calculating section 530 the light incident position in the semiconductor position detecting element 10 is obtained based on the digital signal output from the A / D conversion circuit 400.
  • the distance calculator 630 calculates the distance to the object to be measured based on the principle of triangulation based on the light incident position on the semiconductor position detecting element 10 obtained by the incident position calculator 530.
  • voltage of the maximum signal V max input from V ref input to the comparison circuit A 4C) 2 can be A / D conversion circuit 4 0 0 A / D conversion without saturating It specifies the maximum value of the voltage signal, that is, the A / D conversion range.
  • the value of the V 2 is less sure the value of the voltage signal V SUB, it is possible to effectively utilize the full range of the A / D conversion range. That is, the A / D conversion circuit 400 in the present embodiment does not saturate even when the amount of received light is large, and has excellent A / D conversion resolution even when the amount of received light is small.
  • the A / D conversion circuit 400 can realize the actual division operation at the same time as the AZD conversion without providing a division circuit, so that the circuit scale is small and the hardware cost is low. Inexpensive and at the time of processing The time is short.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an optical position detecting device and a distance measuring device according to the fourth embodiment.
  • the optical position detecting device according to the present embodiment includes a semiconductor position detecting element 10, an integrating circuit 11 1, 11 2, an average background light removing circuit 12 1, 12 2, a difference calculating circuit 13 1, 1. 3 2, adder circuits 3 0 0, switch element SW 3ql to SW 3. 2 , an A / D conversion circuit 400, an incident position calculation section 530, and a limit detection section 730.
  • the distance measuring device according to the present embodiment includes a light projecting unit 20 and a distance calculating unit 630 in addition to the optical position detecting device.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment further include a timing control circuit 840.
  • the fourth embodiment includes an integrating circuit 111, an average background light removing circuit 121, and a difference calculating circuit 131, instead of the current-voltage converter 101.
  • it has an integration circuit 112, an average background light removal circuit 122, and a difference calculation circuit 132 instead of the current-voltage converter 102, and a timing control circuit 830.
  • the difference is that a timing control circuit 840 is provided instead.
  • the integration circuit 1 1 1, the average background light removal circuit 1 2 1, and the difference calculation circuit 1 3 1 have the same configuration as the configuration of the circuit diagram shown in FIG. 6 and are shown in FIGS. 7A to 7 H. It operates according to the same timing chart as the timing chart. The same applies to the integration circuit 112, the average background light removal circuit 122, and the difference calculation circuit 132.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an optical position detection device and a distance measurement device according to the fifth embodiment.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment are obtained by converting the device according to the first embodiment into a multi-channel.
  • the optical position detecting device includes a unit! ⁇ ⁇ ! ⁇ (N ⁇ 2), A / D conversion circuit 400, incident position calculator 5110, limit detector 710, and shift register 950 are provided.
  • the distance measuring device includes a light projecting unit 20 and a distance calculating unit 610 in addition to the optical position detecting device.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device further include a timing control circuit 8110.
  • Each unit 11 has the same circuit configuration as each other, the semiconductor position detection element 10, the current-voltage conversion section 101, the current-voltage conversion section 102, and the comparison circuit 2 0 0, the logic inversion circuit INV, switch element SW 2Q1 to SW 2. 4, and comprises a switch element SW 2U to SW 213.
  • the semiconductor position detecting element 1 0 of each Yunitto U n are arranged in an array.
  • switch element SW 211 is for controlling whether or not to output the maximum signal V nax outside unit U n. whether switch element SW 212 outputs a maximum signal V nin outside Interview knit U n is intended to control or.
  • switch element SW 213 is a comparison signal outputted from the comparator circuit 2 0 0 and controls whether to output to the outside of Yuni' U n.
  • switch element SW 213 is a comparison signal outputted from the comparator circuit 2 0 0 and controls whether to output to the outside of Yuni' U n.
  • one Yunitto Suidzuchi element SW 211 to SW 213 respectively open and close at the same timing with each other Between different units open and close at different timing from each other. Shift register evening 9 5 0, each Yunitto U n sequentially close the respective Suitsuchi elements SW 211 ⁇ SW 213.
  • the Suitsuchi element SW 2Q1 ⁇ SW 2 (34 up signal V nax and minimum signal V min is selected, operates in the same manner as in the first embodiment, also, together
  • the control signals output from the shift register 950 are used to control the switching elements SW 211 to S in the first unit! W 213 is closed, the maximum signal V max in the first unit is input to the limit detection unit 7100, and the maximum signal V max and the minimum signal V Bin in the first unit are converted to the A / D converter circuit 400.
  • the comparison signal output from the comparison circuit 200 in the first unit is input to the incident position calculation unit 5100, and operates in the same manner as in the first embodiment.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment have the same effect as the effect according to the first embodiment, and also have a plurality of semiconductor position detecting elements 10 arranged in an array. In addition, it is possible to detect the position where light is incident on the two-dimensional light incident area. Further, in the present embodiment, the current-voltage converters 101 and 102 and the comparator circuit 200 are separately provided for each unit, and the A / D converter circuit 400, the incident position calculator 51 0, by providing a common to the distance calculator 6 1 ⁇ and limitations detector 7 1 0 each Yunitto U n, the semiconductor photodetector 1 0 despite the Maruchichiyane Le of a small circuit scale , Processing time is short.
  • an integrating circuit 111, an average background light removing circuit 122, and a difference calculating circuit 131 are provided in place of the current-voltage converting unit 101, and the current-voltage converting unit 101 is provided.
  • an integrating circuit 1 1 2, an average background light removing circuit 1 2 2 and a difference calculating circuit 1 32 may be provided.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of an optical position detection device and a distance measurement device according to the sixth embodiment.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment are similar to those of the third embodiment. This is a multi-channel version of the embodiment.
  • the optical position detecting device includes a unit! ⁇ ⁇ ! ⁇ (N ⁇ 2), AZD conversion circuit 400, incident position calculation section 530, limit detection section 730, and shift register 960.
  • the distance measuring device includes a light projecting unit 20 and a distance calculating unit 630 in addition to the optical position detecting device.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment further include a timing control circuit 830.
  • Each unit U n (1 ⁇ n ⁇ N) It has the same circuit configuration as each other, the semiconductor position detecting element 10, the current-voltage converter 101, the current-voltage converter 102, and the adder 3 0, switch elements SW 3 () 1 to SW 3 Q 2 , and switch elements SW 311 to SW 312 .
  • the semiconductor position detecting element 1 0 of each Yunitto U n are arrayed.
  • the switch element SW 311 controls whether or not to output the voltage signal V slm output from the adder circuit 300 to the outside of the unit.
  • the switch element SW 312 is a switch element sw 3 and a switch element SW 3 . Voltage signal V selected by 2 !
  • Or v 2 a is configured to control whether to output to the outside of Yunitto.
  • a voltage signal V SUB is output by the adding circuit 3 0 0, switch elements SW 3C1 ⁇ SW 3 () 2 by a voltage signal V or the voltage until the signal V 2 is selected, the third The operation is performed in the same manner as in the first embodiment, and operates at the same timing as each other.
  • the switch elements SW 311 to SW 312 in the first unit are first closed by the control signal output from the shift register 960, and the voltage signal V sra in the first unit is changed.
  • the limit signal is input to the limit detector 730, and the voltage signal V sim and the voltage signal V, or V 2 at the first unit are input to the AZD conversion circuit 400, and the same as in the third embodiment. Operate.
  • the optical position detecting device and the distance measuring device according to the present embodiment have the same effects as those according to the third embodiment, and a plurality of semiconductor position detecting elements 10 are arranged in an array. Thus, the position at which light is incident on the two-dimensional light incident area can be detected.
  • the current-voltage conversion unit 101 is replaced with an integration circuit 111, an average background light removal circuit 121, and a difference calculation circuit 131.
  • an integrating circuit 1 1 2 an average background light removing circuit 1 2 2 and a difference calculating circuit 1 32 may be provided.
  • the first voltage signal output from the first current-voltage converter and the output from the second current-voltage converter are output.
  • Each of the second voltage signals is input to a selection circuit, the respective values are compared in magnitude, a comparison signal indicating a result of the comparison is output, and the voltage is larger among the first and second voltage signals.
  • Each signal is selected and output as the largest signal and the smaller voltage as the smallest signal.
  • the A / D conversion circuit sets the A / D conversion range based on the maximum signal output from the selection circuit, and converts the analog minimum signal voltage output from the selection circuit into a digital signal. The digital value is output.
  • the incident position of the light in the semiconductor position detecting element is obtained by the incident position calculating section based on the comparison signal output from the selection circuit and the digital output output from the A / D conversion circuit.
  • the first voltage signal output from the first current-to-voltage conversion unit and the second voltage signal output from the second current-to-voltage conversion unit The signals are added by an adding circuit, and a sum signal indicating the added sum is output. Further, the first and second voltage signals are selected and output by the selection circuit.
  • the A / D conversion circuit sets an A / D conversion range based on the sum signal output from the addition circuit, and digitizes the first or second voltage signal selected and output by the selection circuit. C is converted into an evening signal and its digital value is output. C The incident position of light on the semiconductor position detecting element is obtained based on the digitizing signal output from the A / D conversion circuit.
  • the A / D conversion circuit can realize the actual division operation simultaneously with the A / D conversion, the circuit scale is small, the hardware cost is low, and the processing time is short.
  • the light to be detected is a semiconductor position detection element. It is determined whether or not the light has entered the light incident area, and erroneous detection is prevented.
  • a plurality of sets of a semiconductor position detecting element, a first current-to-voltage converter, a second current-to-voltage converter, and the like are provided.
  • the circuit size is small and the processing time is small despite the multi-channel semiconductor photodetector. short.
  • first (second) current-to-voltage converter electric charges are accumulated in the first (second) integrator circuit in response to the first (second) current signal, and the amount of the accumulated electric charges is calculated.
  • Is output from the first (second) integration circuit and is output from the first (second) integration circuit when the light is not projected on the object to be measured by the light emitting unit.
  • the average value of the contribution of the background light from the first (second) current signal output from the first (second) output terminal of the semiconductor position detecting element is the first (second) average background light removal.
  • the distance measuring device of the present invention spot light or slit light is projected from the light projecting section toward the distance measuring object, and the reflected light is the first or second light position detecting device of the present invention. Is received by the Then, the distance calculation unit calculates the distance to the object to be measured based on the incident position of light on the semiconductor position detection element obtained by the optical position detection device. Therefore, in the distance measuring device according to the present invention, the A / D conversion circuit can realize a substantial division operation simultaneously with the A / D conversion, so that the circuit scale is small and the hardware cost is low, and , Processing time is short.
  • the present invention provides an optical position detecting device using a semiconductor position detecting element, and a spot light or a slit light reflected on an object to be measured, which is reflected by the optical position detecting device. It can be used for a distance measuring device for measuring a distance.

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Description

曰月糸田 β
光位置検出装置および距離測定装置
技術分野
本発明は、 半導体位置検出素子を用いた光位置検出装置、 および、 測距対象物 に投光したスポット光またはスリット光の反射光を光位置検出装置により検出し て該測距対象物までの距離を測定する距離測定装置に関するものである。
背景技術
半導体位置検出素子は、 入射した光を光電変換して光電流を発生し、 その光の 入射位置に応じて、 第 1の出力端子から第 1の電流信号 I ,を出力し、 第 2の出力 端子から第 2の電流信号 1 2を出力する。第 1の電流信号と第 2の電流信号との和 ( 1 , + 1 2) は、 入射した光の光量に応じたものである。 第 1の電流信号と第 2 の電流信号との和 （I i + l^) が一定であれば、 第 1の電流信号と第 2の電流信 号との差 1 2)は、 光の入射位置に応じたものである。光位置検出装置は、 このような半導体位置検出素子を用いて光入射位置を検出するものである。また、 距離測定装置は、 このような光位置検出装置に加えて投光部等を備えて、 投光部 により測距対象物に投光されたスポット光の反射光を光位置検出装置内の半導体 位置検出素子により受光して、その測距対象物までの距離を検出するものである。 従来の光位置検出装置は、 半導体位置検出素子から出力される第 1の電流信号 I iに基づく第 1の電圧信号 V と、 第 2の電流信号 1 2に基づく第 2の電圧信号 V2 との比（V!/V を求め、 光入射位置を示す出力とするものであった。或いは、 従来の光位置検出装置は、 第 1の電圧信号 V,と第 2の電圧信号 V2との和 （
V2) および差 （V,— V2) を求め、 差を和で除算して、 その除算結果 （ （V!— V
2) / ( V! + V^ ) を、 光入射位置を示す出力とするものであった （例えば特開 平 2— 2 4 7 5 0 4号公報を参照） 。 何れにしても、 従来の光位置検出装置は、 半導体位置検出素子における光入射位置を示す出力とする為には除算手段を必要 としていた。 また、 上記公報には、 除数および被除数それぞれとなるべき電圧信 号を適当な増倍率で増倍した後に A/D変換し、 その後に除算を行うことにより 除算結果を適切な範囲の値として、 デジタル値として出力される光入射位置の分 解能を改善する技術が開示されている。
発明の開示
上記従来の光位置検出装置における除算手段は、 アナログ回路およびデジタル 回路の何れによっても実現することができるが、 回路規模が大きいことから小型 化が困難でありハードウェアコストが高くなり、 或いは、 演算量が大きいことか ら除算処理に要する時間が長くなる。 また、 上記公報に開示されたものは、 多数 の増幅回路および A/D変換回路を備えることが必要であることから、 小型化が 困難でありハードウェアコストが高くなる。
さらに、 複数の半導体位置検出素子を備える場合に、 各半導体位置検出素子か ら出力される電流信号に基づいて光入射位置を求める処理回路 （電流電圧変換回 路、 除算回路、 増幅回路および A/D変換回路などを含む） を 1組だけ備えると すれば、 光入射位置を求めるのに要する時間が更に長くなる。 一方、 半導体位置 検出素子の数と同数の上記処理回路を備えるとすれば、 回路規模が更に大きくな り、 ハードウェアコストが更に高くなる。
このような光位置検出装置を含む従来の距離測定装置も、 同様に、 回路規模が 大きく、 処理時間が長いという問題点を有している。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、回路規模が小さく、 処理時間が短く、 デジタル値として出力される光入射位置の分解能が優れた光位 置検出装置、 および、 このような光位置検出装置を用いた距離測定装置を提供す ることを目的とする。
本発明に係る第 1の光位置検出装置は、 （1 ) 入射した光を光電変換し、 その光 の入射位置に応じて、 第 1の出力端子から第 1の電流信号を出力し、 第 2の出力 端子から第 2の電流信号を出力する半導体位置検出素子と、 （2) 半導体位置検出 素子の第 1の出力端子から出力された第 1の電流信号を入力し、 この第 1の電流 信号に基づいて第 1の電圧信号を出力する第 1の電流電圧変換部と、 （3) 半導体 位置検出素子の第 2の出力端子から出力された第 2の電流信号を入力し、 この第 2の電流信号に基づいて第 2の電圧信号を出力する第 2の電流電圧変換部と、（4) 第 1の電流電圧変換部から出力された第 1の電圧信号および第 2の電流電圧変換 部から出力された第 2の電圧信号それそれの値を大小比較して、 その比較結果を 示す比較信号を出力するとともに、 第 1および第 2の電圧信号のうち値が大きい 方を最大信号 （最大電圧信号） とし、 値が小さい方を最小信号 （最小電圧信号） とし、 それぞれを選択して出力する選択回路と、 （5) 選択回路から出力された最 大信号に基づいて A/D変換レンジを設定して、 選択回路から出力された最小信 号の電圧をデジタル信号に変換し、そのデジタル値を出力する A/ D変換回路と、 (6) 選択回路から出力された比較信号 （比較結果） および A/D変換回路から出 力されたデジタル出力に基づいて、 半導体位置検出素子における光の入射位置を 求める入射位置演算部と、 を備えることを特徴とする。
本発明に係る第 1の光位置検出装置によれば、 半導体位置検出素子に光が入射 すると、 その光は光電変換され、 その光の入射位置に応じて、 第 1の出力端子か ら第 1の電流信号 I iが出力され、 第 2の出力端子から第 2の電流信号 1 2が出力 される。第 1の電流信号 I ,は第 1の電流電圧変換部に入力され、 この第 1の電流 信号 I ,に基づいて第 1の電圧信号 V,が出力される。 同様に、 第 2の電流信号 1 2 は第 2の電流電圧変換部に入力され、 この第 2の電流信号 1 2に基づいて第 2の電 圧信号 V2が出力される。 第 1および第 2の電圧信号 V V2それぞれは選択回路 に入力して、 各々の値が大小比較され、 その比較結果を示す比較信号が出力され るとともに、 第 1および第 2の電圧信号 Vl 5 V2のうち、 電圧が大きい方を最大 信号 V とし、 電圧が小さい最小信号 V ^として、 それぞれが選択されて出力さ れる。 そして、 A/D変換回路では、 選択回路から出力された最大信号 Vnaxに基 づいて A/D変換レンジが設定される。 好適には、 A/D変換レンジが最大信号 Vmax電圧に等しく設定されることにより、 A/D変換レンジの全範囲が有効に利 用される。 また、 A/D変換回路では、 選択回路から出力された最小信号 Vminの 電圧がデジタル信号に変換され、 そのデジタル値が出力される。 このデジタル値 は、 比 （Vmin/V ） を示すものである。 半導体位置検出素子における光の入射 位置は、 入射位置演算部により、 選択回路から出力された比較信号および A/D 変換回路から出力されたデジタル出力に基づいて求められる。 したがって、
D変換回路では A/D変換と同時に実質的な除算演算を実現することができるの で、回路規模が小さくハードウェアコストが安価であり、且つ、処理時間が短い。 また、 本発明に係る第 1の光位置検出装置は、 選択回路から出力された最大信 号の電圧を監視して、 その電圧が閾値より小さいときにその旨を示す信号を出力 する限界検出部を更に備えることを特徴とする。 この場合には、 限界検出部によ り、 選択回路から出力された最大信号の電圧が監視されて、 その電圧が閾値より 小さいときに、 その旨を示す信号が出力される。 したがって、 検出すべき光が半 導体位置検出素子の光入射領域に入射したか否かが判断され、 誤検出が防止され る。
また、 本発明に係る第 1の光位置検出装置は、 半導体位置検出素子、 第 1の電 流電圧変換部、 第 2の電流電圧変換部および選択回路を複数組備え、 A/D変換 回路は、 各組の選択回路から出力された最大信号 （最大電圧信号） および最小信 号 （最小電圧信号） を順次に入力し、 入射位置演算部は、 各組の選択回路から出 力された比較結果 （比較信号） を順次に入力することを特徴とする。 また更に、 限界検出部は、 各組の選択回路から出力された最大信号を順次に入力することを 特徴とする。 複数個の半導体位置検出素子をアレイ状に配置した場合には、 2次 元の光入射領域に光が入射した位置が検出される。 また、 第 1および第 2の電流 電圧変換部ならびに選択回路を各半導体位置検出素子毎に個別に設け、 AZD変 換回路、 入射位置演算部および限界検出部を各半導体位置検出素子に共通のもの として設けたことにより、 半導体光検出素子をマルチチャネル化したにも拘わら ず、 回路規模が小さく、 処理時間が短い。 なお、 最大信号および最小信号は各組 ごとに求められる。
本発明に係る第 2の光位置検出装置は、 （1 ) 入射した光を光電変換し、 その光 の入射位置に応じて、 第 1の出力端子から第 1の電流信号を出力し、 第 2の出力 端子から第 2の電流信号を出力する半導体位置検出素子と、 （2) 半導体位置検出 素子の第 1の出力端子から出力された第 1の電流信号を入力し、 この第 1の電流 信号に基づいて第 1の電圧信号を出力する第 1の電流電圧変換部と、 （3) 半導体 位置検出素子の第 2の出力端子から出力された第 2の電流信号を入力し、 この第 2の電流信号に基づいて第 2の電圧信号を出力する第 2の電流電圧変換部と、 (4) 第 1の電流電圧変換部から出力された第 1の電圧信号および第 2の電流電圧変換 部から出力された第 2の電圧信号を加算し、 その加算された和を示す和信号 （第 3の電圧信号） を出力する加算回路と、 （5) 第 1の電流電圧変換部から出力され た第 1の電圧信号または第 2の電流電圧変換部から出力された第 2の電圧信号を 選択して出力する選択回路と、 （6) 加算回路から出力された和信号に基づいて A /D変換レンジを設定して、 選択回路により選択されて出力された第 1または第 2の電圧信号をデジタル信号に変換し、 そのデジタル値を出力する A/D変換回 路と、 を備えることを特徴とする。
本発明に係る第 2の光位置検出装置によれば、 半導体位置検出素子に光が入射 すると、 その光は光電変換され、 その光の入射位置に応じて、 第 1の出力端子か ら第 1の電流信号 I ,が出力され、 第 2の出力端子から第 2の電流信号 1 2が出力 される。第 1の電流信号 は第 1の電流電圧変換部に入力され、 この第 1の電流 信号 に基づいて第 1の電圧信号 V,が出力される。 同様に、 第 2の電流信号 1 2 は第 2の電流電圧変換部に入力され、 この第 2の電流信号 1 2に基づいて第 2の電 圧信号 V2が出力される。 第 1および第 2の電圧信号 V,， V2それそれは加算回路 により加算されて、 その加算された和を示す和信号 VSUD= V1 + V2が出力される。 また、 第 1または第 2の電圧信号 V1 5 V2は選択回路により選択されて出力され る。 そして、 A/D変換回路では、 加算回路から出力された和信号 Vs に基づい て A/D変換レンジが設定される。 好適には、 A/D変換レンジが和信号 Vsimの 電圧に等しく設定されることにより、 A/D変換レンジの全範囲が有効に利用さ れる。 また、 A/D変換回路では、 選択回路により選択されて出力された第 1ま たは第 2の電圧信号 Vl 5 V2がデジタル信号に変換され、 そのデジタル値が出力 される。 このデジタル出力は比 （Vly V または比 （V2/Vsum) を示すもので ある。 したがって、 A/D変換回路では A/D変換と同時に実質的な除算演算を 実現することができるので、回路規模が小さくハ一ドゥエアコストが安価であり、 且つ、 処理時間が短い。 なお、 比 （ （V,— V2) /V，） を示すデジタル値に基づ レ、て半導体位置検出素子における光の入射位置を求めてもよく、 この場合には、 選択回路は第 1および第 2の電圧信号 Vい V2を順次に選択し、 A/D変換回路 は比 （ν,/ν^) および比 （V2/VSUJ それぞれを示すデジタル信号を順次に出 力するようにして、 これらのデジタル信号を入力して両者の差分を演算して出力 する入射位置演算部を設けるのが好適である。
また、 本発明に係る第 2の光位置検出装置は、 加算回路から出力された和信号 の値を監視して、 その値が閾値より小さいときにその旨を示す信号を出力する限 界検出部を更に備えることを特徴とする。 この場合には、 限界検出部により、 カロ 算回路から出力された和信号の値が監視されて、 その値が閾値より小さいときに その旨を示す信号が出力される。 したがって、 検出すべき光が半導体位置検出素 子の光入射領域に入射したか否かが判断され、 誤検出が防止される。
また、 本発明に係る第 2の光位置検出装置は、 半導体位置検出素子、 第 1の電 流電圧変換部、 第 2の電流電圧変換部、 加算回路および選択回路を複数組備え、 A/D変換回路は、 各組の加算回路から出力された和信号、 および、 選択回路に より選択されて出力された第 1または第 2の電圧信号を順次に入力する、 ことを 特徴とする。 また更に、 限界検出部は、 各組の加算回路から出力された和信号を 順次に入力する、 ことを特徴とする。 複数個の半導体位置検出素子をアレイ配置 した場合には、 2次元の光入射領域に光が入射した位置が検出される。 また、 第 1および第 2の電流電圧変換部ならびに加算回路を各半導体位置検出素子毎に個 別に設け、 A/D変換回路、 入射位置演算部および限界検出部を各半導体位置検 出素子に共通のものとして設けたことにより、 半導体光検出素子をマルチチヤネ ル化したにも拘わらず、 回路規模が小さく、 処理時間が短い。 なお、 最大信号お よび最小信号は各組ごとに求められる。
本発明に係る第 1または第 2の光位置検出装置は、 測距対象物に向けてスポッ ト光またはスリット光を投光する投光部とともに用いられる光位置検出装置であ つて、 （1 ) 第 1の電流電圧変換部は、 （la)第 1の電流信号に応じて電荷を蓄積し て、その蓄積された電荷の量に応じて電圧信号を出力する第 1の積分回路と、（lb) 投光部により測距対象物に投光されていないときに第 1の積分回路から出力され た電圧信号と、 投光部により測距対象物に投光されているときに第 1の積分回路 から出力された電圧信号との差を求めて、 この差に応じて第 1の電圧信号を出力 する第 1の差分演算回路と、 を含み、 （2) 第 2の電流電圧変換部は、 （2a)第 2の 電流信号に応じて電荷を蓄積して、 その蓄積された電荷の量に応じて電圧信号を 出力する第 2の積分回路と、 （2b)投光部により測距対象物に投光されていないと きに第 2の積分回路から出力された電圧信号と、 投光部により測距対象物に投光 されているときに第 2の積分回路から出力された電圧信号との差を求めて、 この 差に応じて第 2の電圧信号を出力する第 2の差分演算回路と、 を含むことを特徴 とする。 この場合には、 第 1 (第 2 ) の電流電圧変換部では、 第 1 (第 2 ) の電 流信号に応じて第 1 (第 2 ) の積分回路に電荷が蓄積されて、 その蓄積された電 荷の量に応じた電圧信号が第 1 (第 2 ) の積分回路から出力される。 そして、 投 光部により測距対象物に投光されていないときに第 1 (第 2 ) の積分回路から出 力された電圧信号と、 投光部により測距対象物に投光されているときに第 1 (第 2 ) の積分回路から出力された電圧信号との差が、 第 1 (第 2 ) の差分演算回路 により求められて、 この差に応じて第 1 (第 2 ) の電圧信号が出力される。 した がって、 背景光成分が除去されて、 半導体位置検出素子により検出すべき光の入 射位置が精度よく求められる。
また、 本発明に係る第 1または第 2の光位置検出装置では、 （1 ) 第 1の電流電 圧変換部は、 半導体位置検出素子の第 1の出力端子から出力される第 1の電流信 号から背景光の寄与分の平均値を除去する第 1の平均背景光除去回路を更に含み、 (2) 第 2の電流電圧変換部は、 半導体位置検出素子の第 2の出力端子から出力さ れる第 2の電流信号から背景光の寄与分の平均値を除去する第 2の平均背景光除 去回路を更に含む、 ことを特徴とする。 この場合には、 半導体位置検出素子の第 1 (第 2 ) の出力端子から出力される第 1 (第 2 ) の電流信号から背景光の寄与 分の平均値が第 1 (第 2 ) の平均背景光除去回路により除去されるので、 半導体 位置検出素子における光入射位置が更に精度よく求められる。
本発明に係る距離測定装置は、 （1 ) 測距対象物に向けてスポット光またはスリ ット光を投光する投光部と、 （2) 投光部による測距対象物への投光の反射光を受 光する上記の光位置検出装置と、 （3) 光位置検出装置により求められた半導体位 置検出素子における光の入射位置に基づいて、 測距対象物までの距離を求める距 離演算部と、 を備えることを特徴とする。 本発明に係る距離測定装置によれば、 投光部より測距対象物に向けてスポット光またはスリット光が投光され、 その反 射光が光位置検出装置により受光される。 そして、 距離演算部により、 光位置検 出装置により求められた半導体位置検出素子における光の入射位置に基づいて、 測距対象物までの距離が求められる。
図面の簡単な説明
図 1は第 1の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成図であ る。
図 2は A/D変換回路の回路図である。
図 3は A/D変換回路中の可変容量積分回路の詳細な回路図である。
図 4 A、 図 4 B、 図 4 C、 図 4 Dは、 A/D変換回路の動作を説明する図であ 図 5は第 2の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成図であ る。
図 6は積分回路、 平均背景光除去回路および差分演算回路の回路図である。 図 7 A、 図 7 B、 図 7 C、 図 7 D、 図 7 E、 図 7 F、 図 7 G、 図 7 Hは、 積分 回路、 平均背景光除去回路および差分演算回路の動作を説明するためのタイミン グチャートである。
図 8 A、 図 8 Bは差分演算回路の他の回路図である。
図 9は第 3の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成図であ る。
図 1 0は第 4の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成図で ある。
図 1 1は第 5の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成図で める。
図 1 2は第 6の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成図で ある。
発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 なお、 図面 の説明において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。
(第 1の実施形態）
先ず、 第 1の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置について説明 する。 図 1は、 第 1の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成 図である。 本実施形態に係る光位置検出装置は、 半導体位置検出素子 1 0、 第 1 の電流電圧変換部 1 0 1、 第 2の電流電圧変換部 1 0 2、 比較回路 2 0 0、 論理 反転回路 I N V、 スィッチ素子S W2CU〜S W2()4、 八/0変換回路4 0 0、 入射位 置演算部 5 1 0および限界検出部 7 1 0を備える。 本実施形態に係る距離測定装 置は、上記光位置検出装置に加えて投光部 2 0および距離演算部 6 1 0を備える。 また、 本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置は更にタイミング制 御回路 8 1 0を備える。
半導体位置検出素子 1 0は、 例えば P S D (Position Sensitive Detector) や 楔型 2分割フォトダイオード等であり、 第 1の出力端子 1 1および第 2の出力端 子 1 2を有している。 この半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に光が入射する と、 その光の入射位置において光電変換効果により光電流が発生する。 その光電 流は、 光入射位置から第 1の出力端子 1 1までの間の距離と第 2の出力端子 1 2 までの間の距離とに応じて分配され、第 1の出力端子 1 1から第 1の電流信号 I , が出力され、 第 2の出力端子 1 2から第 2の電流信号 1 2が出力される。
投光部 2 0は、 例えば発光ダイオードや半導体レーザ光源等であり、 タイミン グ制御回路 8 1 0から出力される制御信号に基づいて、 測距対象物に向けてスポ ット光またはスリット光を所定のタイミングで投光する。 測距対象物からの反射 光は、半導体位置検出素子 1 0の前面に配置されたレンズ（図示せず）を介して、 半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射する。 半導体位置検出素子 1 0にお ける光入射位置は、 測距対象物までの距離に応じたものである。 測距対象物まで の距離は、 半導体位置検出素子 1 0における光入射位置から三角測量の原理に基 づいて求められる。
電流電圧変換部 1 0 1は、 半導体位置検出素子 1 0の第 1の出力端子 1 1から 出力された第 1の電流信号 I iを入力し、 この第 1の電流信号 I iに基づいて第 1 の電圧信号 V,を出力する。 同様に、 電流電圧変換部 1 0 2は、 半導体位置検出素 子 1 0の第 2の出力端子 1 2から出力された第 2の電流信号 1 2を入力し、この第 2の電流信号 1 2に基づいて第 2の電圧信号 V2を出力する。 電流電圧変換部 1 0 1および 1 0 2それぞれは、 タイミング制御回路 8 1 0から出力される制御信号 に基づいて所定のタイミングで動作する。 電流電圧変換部 1 0 1および 1 0 2そ れぞれは、 例えば、 増幅器と帰還抵抗素子とを備えるものであってもよいし、 ま た、 増幅器と積分容量素子とを備えるものであってもよい。 比較回路 2 0 0は、 電流電圧変換部 1 0 1から出力された電圧信号 V,と、 電流 電圧変換部 1 0 2から出力された電圧信号 V2とを入力し、 電圧信号 V,および電 圧信号 V2それそれの値を大小比較し、 その比較結果を示す比較信号を出力する。 この比較信号は、 電圧信号 V！の値が電圧信号 V2の値より大きいときに論理 Hと なり、 そうでないときに論理 Lとなる。 論理反転回路 I N Vは、 比較回路 2 0 0 から出力された比較信号を論理反転し、 その論理反転信号を出力する。 スィッチ 素子 S W2Q1は、 電流電圧変換部 1 0 1の出力端子と A/D変換回路 4 0 0の Vref 入力端子との間に設けられている。 スィッチ素子 S W202は、 電流電圧変換部 1 0 1の出力端子と A/D変換回路 4 0 0の Ain入力端子との間に設けられている。 スィツチ素子 S W2。3は、 電流電圧変換部 1 0 2の出力端子と A/D変換回路 4 0 0の Ain入力端子との間に設けられている。 また、 スィッチ素子 S W2C4は、 電流電 圧変換部 1 0 2の出力端子と A/D変換回路 4 0 0の Vref入力端子との間に設け られている。
スィツチ素子 S W2Q1および S W203それぞれは、 比較回路 2 0 0から出力された 比較信号が論理 Hであるときに閉じ、 この比較信号が論理 Lであるときに開く。 スィツチ素子 S W2()2および S W2()4それぞれは、 論理反転回路 I N Vから出力され た論理反転信号が論理 Hであるときに閉じ、 この論理反転信号が論理 Lであると きに開く。 すなわち、 スィッチ素子 S W2()2および S W2Q4それぞれは、 比較回路 2 0 0から出力された比較信号が論理 Lであるときに閉じ、 この比較信号が論理 H であるときに開く。 そして、 比較回路 2 0 0およびスイッチ素子 S W2()1〜S W204 を含む選択回路は、電流電圧変換部 1 0 1から出力された電圧信号 および電流 電圧変換部 1 0 2から出力された電圧信号 V2のうち、電圧が大きい方の電圧信号 を最大信号 Vmaxとして A/D変換回路 4 0 0の Vref入力端子に入力させ、 値が小 さい方の電圧信号を最小信号 Vainとして A/D変換回路 4 0 0の Ain入力端子に 入力させる。
A/D変換回路 4 0 0は、 Vref入力端子、 Ain入力端子および D。ut出力端子を有 している。 A/D変換回路 4 0 0は、 Vref入力端子に入力した最大信号 Vmaxの電 圧に基づいて A/D変換レンジを設定して、 Ain入力端子に入力した最小信号（ァ ナログ信号） V の電圧をデジタル信号に変換し、 そのデジタル値を D。ut出力端 子から出力する。 すなわち、 D。ut出力端子から出力されるデジタル出力は、 最小 信号 VMINの電圧を最大信号 VMXの電圧で除算した結果 （
Figure imgf000014_0001
を示すもの である。
入射位置演算部 5 1 0は、 電圧信号 および電圧信号 V2それぞれの電圧 （値） の大小比較の結果を示す比較結果を比較回路 2 0 0より入力し、 また、 A/D変 換回路 4 0 0の D。ut出力端子から出力されたデジタル信号をも入力し、 この比較 結果とデジタル信号とに基づいて、 半導体位置検出素子 1 0における光入射位置 を求める。 すなわち、 A/D変換回路 4 0◦の D。ut出力端子から出力されたデジ タル出力のみでは、 このデジタル出力が比 （V^/V 及び比 （Vs/V,) のうち 何れを示すものであるかを判定することができないことから、 入射位置演算部 5 1 0は、 比較回路 2 0 0から出力された比較結果に基づいて、 AZD変換回路 4 0◦から出力されたデジタル出力が比 （V!/V^ 及び比 （Vz/V!) のうち何れ を示すものであるかを判定し、 その判定結果に基づいて半導体位置検出素子 1 0 における光入射位置を求める。
距離演算部 6 1 0は、 入射位置演算部 5 1 0により求められた半導体位置検出 素子 1 0における光入射位置に基づいて、 測距対象物までの距離を三角測量の原 理により求める。 なお、 入射位置演算部 5 1 0および距離演算部 6 1 0それぞれ は、 デジタル回路により実現してもよいし、 また、 C P Uにおけるソフトウェア 処理により実現してもよい。 また、 入射位置演算部 5 1 0および距離演算部 6 1 0は、 一体のものであってよく、 比較回路 2 0 0から出力された比較信号および A/D変換回路 4 0 0から出力されたデジタル値に基づいて直ちに測距対象物ま での距離を求めてもよい。
限界検出部 7 1 0は、 A/D変換回路 4 0 0の Vref入力端子に入力される最大 信号 V Xの電圧を監視して、 その値が閾値より小さいときにその旨を示す信号を 出力する。 すなわち、 検出すべき光が半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入 射せず背景光成分のみが入射した場合、 電流電圧変換部 1 0 1から出力される電 圧信号 の電圧および電流電圧変換部 1 0 2から出力される電圧信号 V2の電圧 は共に小さく互いに略等しく、 また、 最大信号 Vfflaxの電圧および最小信号 V ^の 電圧も共に小さく互いに略等しい。 このようなとき、 検出すべき光が半導体位置 検出素子 1 0の光入射領域に入射していないにも拘わらず、 A/D変換回路 4 0 0の D。ut出力端子から出力されるデジタル信号は、 半導体位置検出素子 1 0の光 入射領域の略中央に光が入射したことを示すものとなる。 そこで、 限界検出部 7 1 0は、 最大信号 vffiaxの電圧を監視して閾値と比較することにより、 検出すべき 光が半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射したか否かを判断して、 誤検出 を防止するものである。
タイミング制御回路 8 1 0は、 電流電圧変換部 1 0 1および 1 0 2それぞれの 動作を制御するための制御信号、 および、 投光部 2 0による測距対象物へのスポ ット光またはスリット光の投光を制御するための制御信号を出力する。
図 2は、 A/D変換回路 4 0 0の回路図である。 八/0変換回路4 0 0は、 可 変容量積分回路 4 1 0、 比較回路 A4()2、 容量制御部 4 2 0および読み出し部 4 3 0を備える。
可変容量積分回路 4 1 0は、 容量素子 C4Q1、 アンプ A4Q1、 可変容量部 C4TOおよ びスィツチ素子 S W4()1を備える。アンプ A401は、 Ain入力端子に入力した電圧信号 (アナログ信号） を、 容量素子 C4()1を介して反転入力端子に入力する。 アンプ A 401の非反転入力端子は接地されている。 可変容量部 C4Q。は、 容量が可変であって 制御可能であり、 アンプ A4Q1の反転入力端子と出力端子との間に設けられ、 入力 した電圧信号に応じて電荷を蓄える。 スィッチ素子 S W4Q1は、 アンプ A4Wの反転 入力端子と出力端子との間に設けられ、 開いているときには可変容量部 C4(roに電 荷の蓄積を行わせ、 閉じているときには可変容量部 C4flQにおける電荷蓄積をリセ ットする。 そして、 可変容量積分回路 4 1 0は、 Ain入力端子に入力した電圧信 号を入力し、 可変容量部 C の容量に応じて積分し、 積分した結果である積分信 号を出力する。
比較回路 A4。2は、 可変容量積分回路 4 1 0から出力された積分信号を反転入力 端子に入力し、 Vref入力端子に入力した電圧信号を非反転入力端子に入力し、 こ れら 2つの入力信号の値を大小比較して、 その大小比較の結果である比較結果信 号を出力する。
容量制御部 4 2 0は、 比較回路 A4Q2から出力された比較結果信号を入力し、 こ の比較結果信号に基づいて可変容量部 C4QQの容量を制御する容量指示信号 Cを出 力するとともに、 この比較結果信号に基づいて積分信号の値と vref入力端子に入 力した電圧信号の値とが所定の分解能で一致していると判断した場合に可変容量 部 C4Mの容量値に応じた第 1のデジタル値 （信号） を出力する。
読み出し部 4 3 0は、 容量制御部 4 2 0から出力された第 1のデジタル値を入 力し、 この第 1のデジタル値に対応する第 2のデジタル値を出力する。 第 2のデ ジタル値は、 第 1のデジタル値の値から可変容量積分回路 4 1 0のオフセット値 を除去した値を示すものである。 読み出し部 4 3 0は、 例えば記憶素子であり、 第 1のデジタル値をァドレスとして入力し、 記憶素子のそのァドレスに記憶され ているデータを第 2のデジタル値として出力する。 この第 2のデジタル値は、 A
/D変換回路 4 0 0の D。ut出力端子から出力される。
図 3は、 A/D変換回路 4 0 0中の可変容量積分回路 4 1 0の詳細な回路図で ある。 この図では、 1 / 2 4= 1 / 1 6の分解能を有する A/D変換機能を備える 回路構成を示し、 以下、 この回路構成で説明する。
この図に示すように、 可変容量部 C4Mは、 容量素子 C4U〜C414、 スィッチ素子
S W411〜 S W414およびスィッチ素子 S W421〜 S W424を備える。容量素子 C 411および スィッチ素子 S W411は、 互いに縦続接続されて、 アンプ A の反転入力端子と出 力端子との間に設けられており、 スィッチ素子 S W421は、 容量素子 C411およびス ィツチ素子 sw411の接続点と接地電位との間に設けられている。 容量素子 c412お よびスィッチ素子 SW412は、 互いに縦続接続されて、 アンプ A4Q1の反転入力端子 と出力端子との間に設けられており、 スィッチ素子 SW422は、 容量素子 C412およ びスィツチ素子 SW412の接続点と接地電位との間に設けられている。 容量素子 C 413およびスィッチ素子 SW413は、 互いに縦続接続されて、 アンプ A4Q1の反転入力 端子と出力端子との間に設けられており、 スィッチ素子 SW423は、 容量素子 C413 およびスィツチ素子 SW413の接続点と接地電位との間に設けられている。 また、 容量素子 C414およびスィッチ素子 SW414は、 互いに縦続接続されて、 アンプ A401 の反転入力端子と出力端子との間に設けられており、 スィッチ素子 SW424は、 容 量素子 C414およびスィッチ素子 S W414の接続点と接地電位との間に設けられてい る。
スィツチ素子 SW411 SW414それぞれは、 容量制御部 420から出力された容 量指示信号 Cのうち C 1 1 C 14に基づいて開閉する。 スィツチ素子 SW421 SW424それぞれは、 容量制御部 420から出力された容量指示信号 Cのうち C 2 1 C 24に基づいて開閉する。また、容量素子 C411 C414の容量値を C411 C414 で表すとすれば、 これらは、
Figure imgf000017_0001
C411+し412 413+ 414=し 0 ·'·(2)
なる関係を満たす。
次に、 本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の動作について説 明する。 投光部 20から測距対象物に向けてスポット光またはスリット光が投光 されると、 その測距対象物からの反射光はレンズを介して半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射する。 半導体位置検出素子 10の光入射領域に光が入射す ると、 光電変換効果により発生した光電流は、 光入射位置に応じた割合で分配さ れて、 第 1の出力端子 1 1から電流信号 1!として出力され、 第 2の出力端子 12 から電流信号 12として出力される。 電流信号 I iは電流電圧変換部 101に入力 して、 電流電圧変換されて電流信号 I iの値に応じた電圧信号 V,が電流電圧変換 部 1 0 1から出力される。一方、電流信号 1 2は電流電圧変換部 1 0 2に入力して、 電流電圧変換されて電流信号 1 2の値に応じた電圧信号 v2が電流電圧変換部 1 0 2から出力される。
電流電圧変換部 1 0 1から出力された電圧信号 および電流電圧変換部 1 0
2から出力された電圧信号 V2それそれの値は、比較回路 2 0 0により大小比較さ れ、 その比較結果を示す比較信号が比較回路 2 0 0から出力される。 この比較信 号に基づいてスィッチ素子3 2()1〜3 ^。4それぞれの開閉が制御されて、 電圧信 号 V,および電圧信号 V2のうちの値が大きい最大信号（最大電圧信号） は、 A /D変換回路 4 0 0の Vref入力端子に入力し、電圧信号 V,および電圧信号 V2のう ちの値が小さい最小信号 （最小電圧信号） Vninは、 Aノ D変換回路 4 0 0の Ain 入力端子に入力する。 また、 最大信号 V は限界検出部 7 1 0により閾値と大小 比較されて、 検出すべき光が半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射したか 否かが検知される。
続いて、 図 4 A、 図 4 B、 図 4 C、 図 4 Dを用いて、 八/0変換回路4 0 0の 動作を説明する。 当初、 可変容量積分回路 4 1 0のスィッチ素子 S W401は閉じら れ、 可変容量積分回路 4 1 0はリセット状態とされている。 また、 可変容量積分 回路 4 1 0のスィツチ素子 S W411〜S W414それぞれが閉じられ、 スィツチ素子 S W421〜S W424それそれが開かれて、 可変容量部 C4QQの容量値が C。に設定されてい る。 そして、 その後の或る時刻に、 A/D変換回路 4 0 0のスィッチ素子 S W401 が開かれる。
Ain入力端子に入力した最小信号 VJま、 A/D変換回路 4 0 0の可変容量積分 回路 4 1 0に入力する。 可変容量積分回路 4 1 0の容量素子 C4Q1に最小信号 Vnin が入力すると、 その最小信号 V ^の電圧と可変容量部 C棚の容量値 C0とに応じた 電荷 Qが可変容量部 C柳に流入する （図 4 A参照） 。 このとき、 可変容量積分回 路 4 1 0から出力される積分信号の値 Vsaは、 Vsa=V13=Q/C。〜(3)
なる式で表される。
引き続き、 容量制御部 420は、 可変容量部 C4。。のスィッチ素子 SW412〜SW 414を開いた後、 スィッチ素子 SW422〜SW424を閉じる （図 4B参照）。 この結果、 可変容量部 C4mの容量値は C411となり、 可変容量積分回路 410から出力される 積分信号の電圧値 Vsbは、
Vsb=Q/C411〜(4)
となる。 この積分信号の電圧は、 比較回路 A4Q2に入力し、 Vref入力端子に入力し ている最大信号 V Xの電圧と大小比較される。
もし、 Vsb>VMXであれば、この比較結果を受けて容量制御部 420は、さらに、 可変容量部 C4Mのスィツチ素子 SW422を開いた後に、 スィツチ素子 SW412を閉じ る （図 4 C参照） 。 この結果、 可変容量部 C の容量値は C411+C412となり、 可 変容量積分回路 410から出力される積分信号の電圧 ま、
VSC=Q/ (C411+C412) '··(5)
となる。 この積分信号の電圧は、 比較回路 Α4()2に入力し、 最大信号 V の電圧と 大小比較される。
また、 Vsb<Vmaxであれば、この比較結果を受けて容量制御部 420は、さらに、 可変容量部 C4Mのスィツチ素子 SW411および SW422を開いた後に、 スィツチ素子 SW412および SW421を閉じる （図 4D参照） 。 この結果、 可変容量部 C4(X)の容量 値は C412となり、 可変容量積分回路 410から出力される積分信号 Vsdの電圧は、 Vsd=Q/C412〜(6)
となる。 この積分信号の電圧は、 比較回路 A4。2に入力し、 最大信号 Vnaxの電圧と 大小比較される。
以後、 同様にして、 可変容量積分回路 410、 比較回路 A4Q2および容量制御部 420からなるフィードバックループにより、 積分信号の電圧 （値） と最大信号 V Xの電圧 （値） とが所定の分解能で一致していると容量制御部 420により判 断されるまで、 可変容量部 C棚の容量値の設定、 および、 積分信号の電圧と最大 信号 vmaxの電圧との大小比較を繰り返す。 最終的に得られる可変容量部 C4Mの容 量値 cxは、
し。. Vnin— x. ef …(ァ)
なる関係式で表される。
容量制御部 4 2 0は、 このようにして可変容量部 C欄の容量素子 C411 C414の 全てについて容量制御を終了すると、 可変容量部 C棚の最終的な容量値に応じた デジタル値 （信号） を読み出し部 4 3 0へ向けて出力する。 読み出し部 4 3 0で は、 容量制御部 4 2 0から出力されたデジタル値をアドレスとして入力し、 記憶 素子のそのァドレスに記憶されているデジタル値を出力する。このデジタル値は、 A/D変換回路 4 0 0の D。ut出力端子から入射位置演算部 5 1 0へ出力される。 入射位置演算部 5 1 0では、 A/D変換回路 4 0 0から出力されたデジタル値 および比較回路 2 0 0から出力された比較信号に基づいて、 半導体位置検出素子 1 0における光入射位置が求められる。 また、 距離演算部 6 1 0では、 入射位置 演算部 5 1 0により求められた半導体位置検出素子 1 0における光入射位置に基 づいて、 測距対象物までの距離が三角測量の原理により求められる。
以上のように、 Vref入力端子から比較回路 A4Q2に入力される最大信号 Vnaxの電 圧は、 A/D変換回路 4 0 0が飽和することなく A/D変換することができる電 圧信号の最大値すなわち A/D変換レンジを規定している。 しかも、 A/D変換 回路 4 0 0の Ain入力端子に入力する最小信号 Vminの電圧は必ず最大信号 Vmaxの 電圧以下であるから、 上記 A/D変換レンジの全ての範囲を有効に活用すること ができる。 すなわち、 本実施形態における A/D変換回路 4 0 0は、 受光量が大 きくても飽和することなく、 且つ、 受光量が小さくても A/D変換の分解能が優 れたものとなる。 また、 本実施形態では、 除算回路を設けることなく、 A/D変 換回路 4 0 0により A/D変換と同時に実質的な除算演算を実現することができ るので、 回路規模が小さくハードウェアコストが安価であり、 且つ、 処理時間が 短い。
(第 2の実施形態）
次に、 第 2の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置について説明 する。 図 5は、 第 2の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成 図である。 本実施形態に係る光位置検出装置は、 半導体位置検出素子 1 0、 積分 回路 1 1 1， 1 1 2、平均背景光除去回路 1 2 1， 1 2 2、差分演算回路 1 3 1 , 1 3 2、 比較回路 2 0 0、 論理反転回路 I N V、 スィッチ素子S W2Q1〜S W2。4、 A/D変換回路 4 0 0、入射位置演算部 5 1 0および限界検出部 7 1 0を備える。 本実施形態に係る距離測定装置は、 上記光位置検出装置に加えて投光部 2 0およ び距離演算部 6 1 0を備える。 また、 本実施形態に係る光位置検出装置および距 離測定装置は更にタイミング制御回路 8 2 0を備える。
第 1の実施形態と比較すると、 第 2の実施形態は、 電流電圧変換部 1 0 1に替 えて積分回路 1 1 1、 平均背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3 1を備 えている点、 電流電圧変換部 1 0 2に替えて積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回 路 1 2 2および差分演算回路 1 3 2を備えている点、 ならびに、 タイミング制御 回路 8 1 0に替えて夕イミング制御回路 8 2 0を備えている点で異なる。
積分回路 1 1 1および 1 1 2それそれは、 互いに同一の回路構成である。 積分 回路 1 1 1は、 半導体位置検出素子 1 0の第 1の出力端子 1 1から出力された電 流信号 に応じて電荷を蓄積して、その蓄積された電荷の量に応じて電圧信号を 出力する。 同様に、 積分回路 1 1 2は、 半導体位置検出素子 1 0の第 2の出力端 子 1 2から出力された電流信号 1 2に応じて電荷を蓄積して、その蓄積された電荷 の量に応じて電圧信号を出力する。
平均背景光除去回路 1 2 1および 1 2 2それぞれは、 互いに同一の回路構成で ある。 平均背景光除去回路 1 2 1は、 半導体位置検出素子 1 0の出力端子 1 1か ら出力される電流信号 I ,から背景光の寄与分の平均値を除去する。 同様に、 平均 背景光除去回路 1 2 2は、 半導体位置検出素子 1 0の出力端子 1 2から出力され る電流信号 1 2から背景光の寄与分の平均値を除去する。
差分演算回路 1 3 1および 1 3 2それぞれは、 互いに同一の回路構成である。 差分演算回路 1 3 1は、 投光部 2 0により測距対象物に投光されていないときに 積分回路 1 1 1から出力された電圧信号と、 投光部 2 0により測距対象物に投光 されているときに積分回路 1 1 1から出力された電圧信号との差を求めて、 この 差に応じて電圧信号 を出力する。 同様に、 差分演算回路 1 3 2は、 投光部 2 0 により測距対象物に投光されていないときに積分回路 1 1 2から出力された電圧 信号と、 投光部 2 0により測距対象物に投光されているときに積分回路 1 1 2か ら出力された電圧信号との差を求めて、 この差に応じて電圧信号 V2を出力する。 図 6は、 積分回路 1 1 1、 平均背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3
1の回路図である。 積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回路 1 2 2および差分演算 回路 1 3 2の回路図も同様である。
積分回路 1 1 1は、 増幅器 A1 容量素子 C ,、 スィッチ素子 S W„およびスイツ チ素子 S W12を備えている。容量素子 およびスィヅチ素子 S WUは、互いに縦続 接続されて増幅器 の入出力端子間に設けられている。 スィッチ素子 S W12も増 幅器 の入出力端子間に設けられている。 スィッチ素子 S WUは、 タイミング制 御回路 8 2 0から出力される S T信号により開閉が制御される。 スィツチ素子 S W12は、 タイミング制御回路 8 2 0から出力される R S 1信号により開閉が制御 される。 この積分回路 1 1 1は、 スィツチ素子 S Wuが閉じてスィツチ素子 S W12 が開いているときに、 半導体位置検出素子 1 0の出力端子 1 1から出力された電 流信号 のうち増幅器 に入力した電流成分に応じて電荷を容量素子 に蓄積 し、 その蓄積された電荷の量に応じた電圧信号を平均背景光除去回路 1 2 1およ び差分演算回路 1 3 1それぞれへ出力する。
平均背景光除去回路 1 2 1は、 定電流発生源 S 2、 M O Sトランジスタ T2、 容 量素子 C2およびスィッチ素子 S W2を備えている。 M O Sトランジスタ T2のソ一 ス端子は、半導体位置検出素子 1 0の出力端子 1 1および定電流発生源 S 2に接続 されている。 MOSトランジスタ T2のゲート端子は、 容量素子 C2を介して接地 され、 スィッチ素子 SW2を介して積分回路 1 1 1の出力端子に接続されている。 MOSトランジスタ T2のドレイン端子は直接に接地されている。スィツチ素子 S W2は、 タイミング制御回路 820から出力される RM信号により開閉が制御され る。 この平均背景光除去回路 1 2 1は、 スィッチ素子 SW2が閉じているときに、 積分回路 1 1 1から出力された電圧信号を容量素子 C2に記憶するとともに、その 電圧信号を MOSトランジスタ T2のゲート端子に印加して、そのゲート電圧に応 じた電流を MOSトランジスタ Τ2のソース端子からドレイン端子へ流す。 また、 平均背景光除去回路 121は、 スィッチ素子 SW2が開いた後も、 容量素子 C2に 記憶された電圧信号を MO Sトランジスタ T2のゲート端子に印加して、そのゲ一 ト電圧に応じた電流を MO Sトランジスタ Τ2のソース端子からドレイン端子へ 流す。
差分演算回路 13 1は、 増幅器 Α3、 容量素子 C31、 容量素子 C32、 スィツチ素子 SW31およびスィツチ素子 SW32を備えている。入力端子から出力端子へ順にスィ ツチ素子 SW31、 容量素子 C31および増幅器 A3が接続されており、 増幅器 A3の入 出力端子間にスィツチ素子 SW32および容量素子 C32が互いに並列接続されてい る。 スィツチ素子 SW31は、 タイミング制御回路 820から出力される CSW信 号により開閉が制御される。 スィッチ素子 SW32は、 タイミング制御回路 820 から出力される RS 2信号により開閉が制御される。
この差分演算回路 131は、 スィッチ素子 SW32を閉じているときにスイッチ 素子 SW31を一定期間だけ閉じることで、 積分回路 1 1 1から出力された電圧信 号に応じた電荷 Q 1だけ容量素子 C31に充電する。 そして、 スィッチ素子 SW32 を開いているときにスィツチ素子 sw31を一定期間だけ閉じることで、 積分回路
1 1 1から出力される新たな電圧信号に応じた電荷 Q 2だけ容量素子 C31に充電 しょうとする。 このようにして、 電荷 Q 1と電荷 Q 2との差分すなわち電荷 （Q 1 -Q 2) を容量素子 C32に蓄積して、 その蓄積された電荷 （Q l— Q2) に応 じた電圧信号 V!をアンプ A3から出力する。
次に、 本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の動作について説 明する。 投光部 2 0から測距対象物に向けてスポット光またはスリット光が投光 されると、 その測距対象物からの反射光および背景光はレンズを介して半導体位 置検出素子 1 0の光入射領域に入射する。 半導体位置検出素子 1 0の光入射領域 に光が入射すると、 光電変換効果により発生した光電流は、 光入射位置に応じた 割合で分配されて、 第 1の出力端子 1 1から電流信号 として出力され、 第 2の 出力端子 1 2から電流信号 1 2として出力される。
また、 投光部 2 0から測距対象物に向けてスポット光またはスリット光が投光 されていないときにも、 半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に背景光成分が入 射し、 この背景光成分に応じた電流信号が半導体位置検出素子 1 0の出力端子 1 1および 1 2それぞれから出力される。 本実施形態では、 積分回路 1 1 1、 平均 背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3 1により、電流信号 から背景光 成分が除去され、 電圧信号 V！が出力される。 一方、 積分回路 1 1 2、 平均背景光 除去回路 1 2 2および差分演算回路 1 3 2により、電流信号 1 2から背景光成分が 除去され、 電圧信号 V2が出力される。
図 7 A、 図 7 B、 図 7 C、 図 7 D、 図 7 E、 図 7 F、 図 7 G、 図 7 Hは、 積分 回路 1 1 1、 平均背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3 1の動作を説明 するためのタイミングチャートである。 積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回路 1 2 2および差分演算回路 1 3 2の動作も同様である。
まず、 時刻 t ,から時刻 t 2までの期間 T 1では、 投光部 2 0はスポット光また はスリット光を出力しない状態に設定される。 R M信号が論理 Hとなることによ り、 平均背景光除去回路 1 2 1のスィツチ素子 S W2は閉じられる。 S T信号およ び R S 1信号それぞれが論理 Lとなることにより、 積分回路 1 1 1のスィツチ素 子 S W„および S W12それぞれは開かれ、積分回路 1 1 1は非積分動作状態に設定 される。 この期間 T 1では、 積分回路 1 1 1の入力端子には、 平均背景光除去回路 12 1の定電流発生源 S2からの供給電流と、半導体位置検出素子 10に入射する背景 光に起因する出力端子 1 1からの出力電流との和 Ιτが流入する。 そして、 非積分 動作状態にある積分回路 1 1 1からの出力電圧が平均背景光除去回路 12 1のト ランジス夕 Τ2のゲート端子に供給されることにより、 この電流 Ιτの全ては、 平 均背景光除去回路 12 1のトランジスタ Τ2のソース端子からドレイン端子へ流 れて除去される。 この状態でのトランジスタ Τ2のゲート 'ソース間電圧 Vgsは、
Vgs=( x IT/ ?)1/2+Vth 〜(8)
で表される。 ここで、 ?はトランジスタ T2のサイズで決まる定数であり、 Vthは トランジスタ τ2の閾値である。
時刻 t2に、 RM信号が論理 Lとなることにより、 平均背景光除去回路 12 1の スイッチ素子 SW2は開かれる。 その後も、 スイッチ素子 SW2が開かれた時点で 積分回路 1 1 1の入力端子に供給されていた電流値だけ引き続いて平均背景光除 去回路 12 1のトランジスタ T2を流れ続ける。 すなわち、 トランジスタ Τ2のゲ 一ト ·ソース間電圧 Vgsが容量素子 C2に保持され、 以後の計測にあたってのノィ ズの主成分である背景光の平均的な寄与分と、 平均背景光除去回路 12 1の定電 流発生源 S2からの供給電流とが除去される。 なお、 定電流発生源 S2は、 以後の 計測にあたって、背景光の光量が変動してもトランジスタ T2の電流方向を保証す るために設置されている。
また、 時刻 t2に、 RS 1信号が論理 Hとなることにより、 積分回路 1 1 1のス ィツチ素子 SW12は閉じられる。その後に、 ST信号が論理 Hとなることにより、 積分回路 1 1 1のスィッチ素子 SW„は閉じられ、 積分回路 1 1の容量素子 は 放電される。
時刻 t3から時刻 t4までの期間 T 2では、 RS 1信号が論理 Lとなることによ り、 積分回路 1 1 1のスィッチ素子 SW12は開かれ、 積分回路 1 1 1は積分動作 状態とされる。 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 111に流入し容量素子 に充電される。
この結果、 期間 T 2では、 背景光のみが入射し、 背景光の変動によって発生し た光電流の変動分が積分回路 1 11の容量素子 に充電されるので、積分回路 1
1 1から出力される積分信号の電圧が次第に上昇していく。 そして、 時刻 t 3から 時間て経過した時刻 t4における積分回路 111の積分信号の電圧を Vuとし、 背 景光の変動分によって半導体位置検出素子 10の出力端子 11から出力される電 流を とすれば、
Figure imgf000026_0001
るから、
Figure imgf000026_0002
' (9)
となる。
時刻 4直前から時刻 14までの期間、 C S W信号が論理 Hとなることにより、 差分演算回路 131のスィッチ素子 SW31は閉じられる。 また、 この間、 RS2 信号が論理 Hとなっており、 差分演算回路 131のスィツチ素子 SW32は閉じら れている。 そして、 スィッチ素子 SW31が開かれた時刻 14における積分回路 11 1からの出力電圧 V„は、時刻 t4以降も差分演算回路 131の容量素子 C32に保持 される。 また、 時刻 t4に、 RS 1信号が論理 Hとなることにより、 積分回路 1 1 1のスィッチ素子 SW12は閉じられ、積分回路 1 11の容量素子 は放電される。 次いで、 時刻 t5から時刻 t6までの期間 T 3では、 投光部 20より測距対象物 に向けてスポット光またはスリット光が投光される。 また、 この期間 T 3では、 RS 1信号が論理 Lとなることにより、 積分回路 111のスィッチ素子 SW12は 開かれ、 積分回路 111は積分動作状態とされる。 この状態が設定されると、 背 景光の変化分と反射光との和に相当する電流が積分回路 1 11に流入し容量素子 に充電される。 なお、 期間 T 2および T 3それぞれの時間ては互いに等しい。 そして、 時刻 t5から時間て経過した時刻 t6における積分回路 111の積分信 号の電圧を V12とし、 反射スポット光成分による電流を Ishとし、 背景光の変動分 の光強度は期間 T 2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、 I ld+Ishであるから、 V12=( Ish+ Id)'て /(V"(10)
となる。
時刻 6直前から時刻 6までの期間、 C S W信号が論理 Hとなることにより、 差分演算回路 13 1のスィッチ素子 SW31は閉じられる。 また、 この間、 RS 2 信号が論理 Lとなっており、 差分演算回路 1 3 1のスィッチ素子 SW32は開かれ ている。そして、時刻 t6以降、差分演算回路 1 3 1の容量素子 C31および C32には、 電荷保存の法則により、
(V12-V11).C31=V1-C32 〜(11)
に従った電荷が保持される。
そして、 この（11)式に（9)式および（10)式を代入すると、差分演算回路 1 3 1の 出力端子から出力される電圧信号 V,の値は、
V^ Ish 'て ·〇31/(0 θ32)〜(12)
で示される値となる。 また、 容量素子 C 1および C 2それぞれの容量値を互いに等 ^ 'て/〇 "(13)
となる。
積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回路 1 22および差分演算回路 1 32も同様 に動作する。 すなわち、 差分演算回路 1 32の出力端子から出力される電圧信号 V2の値は上記（12)式または上記（13)式と同様に表される。このようにして電圧信 号 V,および V2それぞれが得られると、 これ以降、 第 1の実施形態の場合と同様 にして本実施形態でも動作する。
本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置は、 第 1の実施形態に係 るものが奏する効果と同様の効果を奏する他、 以下のような効果をも奏する。 す なわち、 本実施形態では、 差分演算回路 1 3 1 , 1 32を設けて、 投光部 20に より測距対象物に投光されていないときに積分回路 1 1 1， 1 1 2から出力され た電圧信号 Vuと、 投光部 20により測距対象物に投光されているときに積分回 路 1 1 1， 1 1 2から出力された電圧信号 V12との差を求めて、 この差に応じた 電圧信号 V15 V2を出力するようにしたので、 背景光成分が除去される。 したが つて、 反射スポット光成分のみに基づいて、 半導体位置検出素子 1 0における光 入射位置ゃ測距対象物までの距離を精度よく求めることができる。 また、 本実施 形態では、平均背景光除去回路 1 2 1，1 2 2により背景光の定常成分を除去し、 差分演算回路 1 3 1 , 1 3 2により背景光の変動成分を除去することにより、 半 導体位置検出素子 1 0における光入射位置ゃ測距対象物までの距離を更に精度よ く求めることができる。
なお、 差分演算回路 1 3 1 , 1 3 2は他の回路構成も可能である。 例えば、 図 8 Aに示すように、 容量素子とバッファ回路とが縦続接続され、 これらの接続点 がスイッチ素子を介して接地されたものであってもよい。 この回路では、 スイツ チ素子が閉じているときに容量素子に電荷 Q 1だけ充電し、 スィツチ素子が開い ているときに容量素子から電荷 Q 2を放電し、 このようにして、 電荷 Q 1と電荷 Q 2との差分すなわち電荷 （Q 1—Q 2 ) を容量素子に蓄積して、 その蓄積され た電荷 （Q l— Q 2 ) に応じた電圧信号をバッファ回路から出力する。 また、 例 えば、 図 8 Bに示すように、 第 1のスィッチ素子を閉じて第 1の容量素子に電圧 信号 Vuを記憶し、 第 2のスィツチ素子を閉じて第 2の容量素子に電圧信号 V12 を記憶し、 電圧信号 Vuおよび V12それぞれを差動回路に入力して、 両者の差を差 動回路から出力するようにしてもよい。
(第 3の実施形態）
次に、 第 3の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置について説明 する。 図 9は、 第 3の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構成 図である。 本実施形態に係る光位置検出装置は、 半導体位置検出素子 1 0、 第 1 の電流電圧変換部 1 0 1、 第 2の電流電圧変換部 1 0 2、 加算回路 3 0 0、 スィ ツチ素子 S W3Q1〜S W3。2、 八/0変換回路4 0 0、 入射位置演算部 5 3 0および 限界検出部 7 3 0を備える。 本実施形態に係る距離測定装置は、 上記光位置検出 装置に加えて投光部 2 0および距離演算部 6 3 0を備える。 また、 本実施形態に 係る光位置検出装置および距離測定装置は更にタイミング制御回路 8 3 0を備え る o
第 1の実施形態と比較すると、 第 3の実施形態は、 比較回路 2 0 0およびスィ ッチ素子S W2。1〜S W2。4に替ぇて加算回路3 0 0およびスィツチ素子 S W3Q1〜S W3。2を備えている点、 入射位置演算部 5 1 0に替えて入射位置演算部 5 3 0を備 えている点、 距離演算部 6 1 0に替えて距離演算部 6 3 0を備えている点、 限界 検出部 7 1 0に替えて限界検出部 7 3 0を備えている点、 ならびに、 タイミング 制御回路 8 1 0に替えてタイミング制御回路 8 3 0を備えている点で異なる。 加算回路 3 0 0は、 第 1の電流電圧変換部 1 0 1から出力された第 1の電圧信 号 および第 2の電流電圧変換部 1 0 2から出力された第 2の電圧信号 V2を入 力し、 電圧信号 V！の電圧 （値） と電圧信号 V2の電圧 （値） とを加算して、 その 加算された和である和信号 vsim ( = yl + v2) を出力する。 スィッチ素子 s w301
〜S W3。2は、 タイミング制御回路 8 3 0により制御されて開閉し、 電圧信号 および電圧信号 V2のうち何れかを選択して、その選択した電圧信号を A/D変換 回路 4 0 0の Ain入力端子に入力させる。
A/D変換回路 4 0 0は、第 1の実施形態で説明した構成と同様の構成である。 ただし、 本実施形態では、 八/0変換回路4 0 0は、 加算回路 3 0 0から出力さ れた電圧信号 VSUDを Vref入力端子に入力し、 スィツチ素子 S W3D1〜S W3()2により 選択された電圧信号 または V2を Ain入力端子に入力する。 そして、 A/D変換 回路 4 0 0は、 Vref入力端子に入力した電圧信号 Vsunに基づいて A/D変換レン ジを設定して、 Ain入力端子に入力した電圧信号 V,または V2をデジタル信号に変 換し、 そのデジタル値を D。ut出力端子から出力する。 したがって、 D。ut出力端子 から出力されるデジタル値は、 電圧信号 V！または V2の電圧（値） を電圧信号 VSUB の電圧（値）で除算した結果（Vノ VSJまたは（V2/Vsum)を示すものである。 入射位置演算部 5 3 0は、 A/D変換回路 4 0 0の D。ut出力端子から出力され たデジタル値 （デジタル信号） を入力し、 このデジタル値に基づいて、 半導体位 置検出素子 1 0における光入射位置を求める。 なお、 A/D変換回路 4 0 0は比 ( V,/VSUJ を示すデジタル値 （デジタル信号） を出力して、 入射位置演算部 5 3 0はこのデジタル値に基づいて光入射位置を求めてもよいし、 A/D変換回路 4 0 0は比 （V2ZVsum) を示すデジタル値 （デジタル信号） を出力して、 入射位 置演算部 5 3 0はこのデジタル値に基づいて光入射位置を求めてもよい。 これら の場合には、 スィツチ素子 S W3Q1〜S W3Q2それぞれの開閉状態は固定されていて もよい。
また、 スィッチ素子 S W301〜S W3()2が順次に閉じることにより、 A/D変換回 路 4 0 0は、 比 （V!ZVsJ を示すデジタル値および比 （v2/vSUB) を示すデジ タル値を順次に出力して、 入射位置演算部 5 3 0は、 これら 2つのデジタル値の 差に基づいて光入射位置を求めてもよい。
距離演算部 6 3 0は、 入射位置演算部 5 3 0により求められた半導体位置検出 素子 1 0における光入射位置に基づいて、 測距対象物までの距離を三角測量の原 理により求める。 なお、 入射位置演算部 5 3 0および距離演算部 6 3 0それそれ は、 デジタル回路により実現してもよいし、 また、 C P Uにおけるソフトウェア 処理により実現してもよい。 また、 入射位置演算部 5 3 0および距離演算部 6 3 0は、 一体のものであってよく、 A/D変換回路 4 0 0から出力されたデジタル 出力に基づいて直ちに測距対象物までの距離を求めてもよい。
限界検出部 7 3 0は、 加算回路 3 0 0から出力され A/D変換回路 4 0 0の V ref入力端子に入力される電圧信号 Vsulの値を監視して、 その値が閾値より小さい ときにその旨を示す信号を出力する。 すなわち、 検出すべき光が半導体位置検出 素子 1 0の光入射領域に入射せず背景光成分のみが入射した場合、 電流電圧変換 部 1 0 1から出力される電圧信号 V,の電圧および電流電圧変換部 1 0 2から出 力される電圧信号 V2の電圧は共に小さくて互いに略等しく、 また、 加算回路 3 0 0から出力される電圧信号 Vs の電圧も小さい。 このようなとき、 検出すべき光 が半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射していないにも拘わらず、 AZD 変換回路 4 0 0の D。ut出力端子から出力されるデジタル信号は、 半導体位置検出 素子 1 0の光入射領域の略中央に光が入射したことを示すものとなる。 そこで、 限界検出部 7 3 0は、最大信号 Vsumの電圧を監視して閾値と比較することにより、 検出すべき光が半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射したか否かを判断し て、 誤検出を防止するものである。
夕イミング制御回路 8 3 0は、 電流電圧変換部 1 0 1および 1 0 2それぞれの 動作を制御するための制御信号、 投光部 2 0による測距対象物へのスポット光ま たはスリット光の投光を制御するための制御信号、 および、 スィツチ素子 S W301 〜s w3。2それぞれの開閉を制御するための制御信号を出力する。 また、 タイミン グ制御回路 8 3 0は、 入射位置演算部 5 3 0における差分演算動作を制御するた めの制御信号を出力する。
次に、 本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の動作について説 明する。 投光部 2 0から測距対象物に向けてスポット光またはスリット光が投光 されると、 その測距対象物からの反射光はレンズを介して半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射する。 半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に光が入射す ると、 光電変換効果により発生した光電流は、 光入射位置に応じた割合で分配さ れて、 第 1の出力端子 1 1から電流信号 I！として出力され、 第 2の出力端子 1 2 から電流信号 1 2として出力される。 電流信号 I ,は電流電圧変換部 1 0 1に入力 して、 電流電圧変換されて電流信号 ^の値に応じた電圧信号 が電流電圧変換 部 1 0 1から出力される。一方、電流信号 1 2は電流電圧変換部 1 0 2に入力して、 電流電圧変換されて電流信号 1 2の値に応じた電圧信号 V2が電流電圧変換部 1 0 2から出力される。
電流電圧変換部 1 0 1から出力された電圧信号 V,および電流電圧変換部 1 0 2から出力された電圧信号 V2それぞれの値は、 加算回路 3 0 0により加算され、 その加算結果である電圧信号 V が加算回路 3 0 0から出力される。 この加算回 路 3 0 0から出力された電圧信号 VS1Mは、 A/D変換回路 4 0 0の Vref入力端子 に入力する。 また、 この電圧信号 Vs は、 限界検出部 7 3 0により閾値と大小比 較されて、 検出すべき光が半導体位置検出素子 1 0の光入射領域に入射したか否 かが検知される。 また、 スィッチ素子 S W3Q1または S W3。2が閉じられて、 電圧信 号 V,または電圧信号 V2が A/D変換回路 4 0 0の Ain入力端子に入力する。
A/D変換回路 4 0 0では、 加算回路 3 0 0から出力された電圧信号 VS1Mが V ref入力端子に入力し、 スィツチ素子 S W 〜 S W3Q2により選択された電圧信号 V, または V2が Ain入力端子に入力して、 第 1の実施形態の場合と同様の動作により A/D変換と同時に実質的な除算演算が行われる。 そして、 A/D変換回路 4 0 0の D。ut出力端子からは、電圧信号 V,または V2の電圧を電圧信号 Vsimの電圧で除 算した結果 （
Figure imgf000032_0001
または （v2/vS ) を示すデジタル信号が出力される。 入射位置演算部 5 3 0では、 A/D変換回路 4 0 0から出力されたデジタル信 号に基づいて、半導体位置検出素子 1 0における光入射位置が求められる。また、 距離演算部 6 3 0では、 入射位置演算部 5 3 0により求められた半導体位置検出 素子 1 0における光入射位置に基づいて、 測距対象物までの距離が三角測量の原 理により求められる。
以上のように、 Vref入力端子から比較回路 A4C)2に入力される最大信号 Vmaxの電 圧は、 A/D変換回路 4 0 0が飽和することなく A/D変換することができる電 圧信号の最大値すなわち A/D変換レンジを規定している。 しかも、 AZD変換 回路 4 0 0の Ain入力端子に入力する電圧信号 V！または V2の値は必ず電圧信号 VSUBの値以下であるから、 上記 A/D変換レンジの全ての範囲を有効に活用する ことができる。 すなわち、 本実施形態における A/D変換回路 4 0 0は、 受光量 が大きくても飽和することなく、 且つ、 受光量が小さくても A/D変換の分解能 が優れたものとなる。 また、 本実施形態では、 除算回路を設けることなく、 A/ D変換回路 4 0 0により AZD変換と同時に実質的な除算演算を実現することが できるので、 回路規模が小さくハ一ドゥエアコストが安価であり、 且つ、 処理時 間が短い。
(第 4の実施形態）
次に、 第 4の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置につレ、て説明 する。 図 1 0は、 第 4の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構 成図である。 本実施形態に係る光位置検出装置は、 半導体位置検出素子 1 0、 積 分回路 1 1 1， 1 1 2、 平均背景光除去回路 1 2 1， 1 2 2、 差分演算回路 1 3 1， 1 3 2、 加算回路 3 0 0、 スィッチ素子 S W3Q1〜S W3。2、 A/D変換回路 4 0 0、 入射位置演算部 5 3 0および限界検出部 7 3 0を備える。 本実施形態に係 る距離測定装置は、 上記光位置検出装置に加えて投光部 2 0および距離演算部 6 3 0を備える。 また、 本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置は更 にタイミング制御回路 8 4 0を備える。
第 3の実施形態と比較すると、 第 4の実施形態は、 電流電圧変換部 1 0 1に替 えて積分回路 1 1 1、 平均背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3 1を備 えている点、 電流電圧変換部 1 0 2に替えて積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回 路 1 2 2および差分演算回路 1 3 2を備えている点、 ならびに、 タイミング制御 回路 8 3 0に替えてタイミング制御回路 8 4 0を備えている点で異なる。
なお、 積分回路 1 1 1、 平均背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3 1 は、 図 6に示した回路図の構成と同様の構成であり、 図 7 A乃至図 7 Hに示した タイミングチャートと同様のタイミングチャートで動作する。 積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回路 1 2 2および差分演算回路 1 3 2も同様である。
本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の動作は、 差分演算回路 1 3 1， 1 3 2から電圧信号 V,， V2が出力されるまでは第 2の実施形態の場合 と同様であり、 それ以降は第 3の実施形態の場合と同様である。 また、 本実施形 態に係る光位置検出装置および距離測定装置が奏する効果は、 第 2の実施形態に 係るものが奏する効果と同様であり、 第 3の実施形態に係るものが奏する効果と 同様である。 (第 5の実施形態）
次に、 第 5の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置について説明 する。 図 1 1は、 第 5の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構 成図である。 本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置は、 第 1の実 施形態に係るものをマルチチヤネル化したものである。
本実施形態に係る光位置検出装置は、 ユニット！^〜!^ ( N≥ 2 ) 、 A/D変 換回路 4 0 0、 入射位置演算部 5 1 0、 限界検出部 7 1 0およびシフトレジス夕 9 5 0を備える。 本実施形態に係る距離測定装置は、 上記光位置検出装置に加え て投光部 2 0および距離演算部 6 1 0を備える。 また、 本実施形態に係る光位置 検出装置および距離測定装置は更にタイミング制御回路 8 1 0を備える。
各ュニット11„ ( 1≤n≤N ) それぞれは、 互いに同一の回路構成であり、 半導 体位置検出素子 1 0、 電流電圧変換部 1 0 1、 電流電圧変換部 1 0 2、 比較回路 2 0 0、 論理反転回路 I N V、 スィッチ素子 S W2Q1〜S W2。4、 および、 スイッチ 素子 S W2U〜S W213を備える。 各ュニット Unの半導体位置検出素子 1 0はアレイ 状に配置されている。 スィッチ素子 S W211は、 最大信号 Vnaxをユニット Un外に出 力するか否かを制御するものである。 スィッチ素子 S W212は、 最大信号 Vninをュ ニット Un外に出力するか否かを制御するものである。 また、 スィッチ素子 S W213 は、比較回路 2 0 0から出力された比較信号をュニッ Un外に出力するか否かを 制御するものである。 1つのュニット中のスィヅチ素子 S W211〜S W213それぞれ は互いに同一タイミングで開閉し、 異なるユニット間では互いに異なるタイミン グで開閉する。 シフトレジス夕 9 5 0は、 各ュニット Unそれぞれのスィツチ素子 S W211〜 S W213を順次に閉じる。
各ュニッ b Unそれぞれでは、 スィツチ素子 S W2Q1〜S W2(34により最大信号 Vnax および最小信号 Vminが選択されるまでは、第 1の実施形態の場合と同様に動作し、 また、 互いに同一タイミングで動作する。 その後は、 シフトレジス夕 9 5 0から 出力される制御信号により、 先ず第 1のュニット！^中のスィツチ素子 S W211〜S W213が閉じられて、 第 1のュニット における最大信号 Vmaxが限界検出部 7 1 0 に入力し、 第 1のュニヅト における最大信号 Vmaxおよび最小信号 VBinが A/ D 変換回路 4 0 0に入力し、第 1のュニット における比較回路 2 0 0から出力さ れた比較信号が入射位置演算部 5 1 0に入力して、 第 1の実施形態の場合と同様 に動作する。 以降順次に、 第 nのユニット Un中のスィッチ素子 S W211〜S W213が 閉じられて、 第 nのュニット Unにおける最大信号 Vnaxが限界検出部 7 1 0に入力 し、 第 nのュニッ b Unにおける最大信号 Vmaxおよび最小信号 Vminが A/D変換回 路 4 0 0に入力し、第 nのュニット における比較回路 2 0 0から出力された比 較信号が入射位置演算部 5 1 0に入力して、 第 1の実施形態の場合と同様に動作 する。
本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置は、 第 1の実施形態に係 るものが奏する効果と同様の効果を奏する他、 複数の半導体位置検出素子 1 0が アレイ配置されているので、 2次元の光入射領域に光が入射した位置を検出する ことができる。 また、 本実施形態では、 電流電圧変換部 1 0 1および 1 0 2なら びに比較回路 2 0 0等を各ュニット 毎に個別に設け、 A/D変換回路 4 0 0、 入射位置演算部 5 1 0、 距離演算部 6 1◦および限界検出部 7 1 0を各ュニット Unに共通のものとして設けたことにより、半導体光検出素子 1 0をマルチチヤネ ル化したにも拘わらず、 回路規模が小さく、 処理時間が短い。
なお、 本実施形態において、 電流電圧変換部 1 0 1に替えて積分回路 1 1 1、 平均背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3 1を備え、 また、 電流電圧変 換部 1 0 2に替えて積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回路 1 2 2および差分演算 回路 1 3 2を備えてもよい。
(第 6の実施形態）
次に、 第 6の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置について説明 する。 図 1 2は、 第 6の実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置の構 成図である。 本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置は、 第 3の実 施形態に係るものをマルチチヤネル化したものである。
本実施形態に係る光位置検出装置は、 ユニット！^〜!^ ( N≥2 ) 、 AZD変 換回路 4 0 0、 入射位置演算部 5 3 0、 限界検出部 7 3 0およびシフトレジス夕 9 6 0を備える。 本実施形態に係る距離測定装置は、 上記光位置検出装置に加え て投光部 2 0および距離演算部 6 3 0を備える。 また、 本実施形態に係る光位置 検出装置および距離測定装置は更にタイミング制御回路 8 3 0を備える。
各ュニッ Un ( 1≤n≤N ) それそれは、 互いに同一の回路構成であり、 半導 体位置検出素子 1 0、 電流電圧変換部 1 0 1、 電流電圧変換部 1 0 2、 加算回路 3 0 0、 スィッチ素子 S W3()1〜S W3Q2、 および、 スィッチ素子 S W311〜S W312を 備える。各ュニット Unの半導体位置検出素子 1 0はアレイ配置されている。 スィ ツチ素子 S W311は、 加算回路 3 0 0から出力された電圧信号 Vslmをュニット 外 に出力するか否かを制御するものである。 また、 スィッチ素子 S W312は、 スイツ チ素子 s w3 および S W3。2により選択された電圧信号 V！または v2をュニット 外に出力するか否かを制御するものである。 1つのュニヅ ト中のスィツチ素子 S W3U〜S W312それぞれは互いに同一タイミングで開閉し、 異なるュニット間では 互いに異なるタイミングで閉じる。 シフトレジス夕 9 6 0は、 各ュニット Unそれ それのスィツチ素子 S W311〜S W312を順次に閉じる。
各ュニット Unそれぞれでは、 加算回路 3 0 0により電圧信号 VSUBが出力され、 スイツチ素子 S W3C1〜 S W3()2により電圧信号 V,または電圧信号 V2が選択される までは、 第 3の実施形態の場合と同様に動作し、 また、 互いに同一タイミングで 動作する。 その後は、 シフ トレジス夕 9 6 0から出力される制御信号により、 先 ず第 1のュニッ 中のスィツチ素子 S W311〜S W312が閉じられて、 第 1のュニ ット における電圧信号 Vsraが限界検出部 7 3 0に入力し、 第 1のュニット における電圧信号 Vsimおよび電圧信号 V,または V2が AZD変換回路 4 0 0に入 力して、 第 3の実施形態の場合と同様に動作する。 以降順次に、 第 nのユニット UD中のスィツチ素子 S W311〜S W312が閉じられて、第 nのュニヅト Unにおける電 圧信号 Vsm„が限界検出部 7 3 0に入力し、 第 nのュニッ Unにおける電圧信号 V sumおよび電圧信号 V,または V2が A/D変換回路 4 0 0に入力して、第 3の実施形 態の場合と同様に動作する。
本実施形態に係る光位置検出装置および距離測定装置は、 第 3の実施形態に係 るものが奏する効果と同様の効果を奏する他、 複数の半導体位置検出素子 1 0が アレイ配置されていることから、 2次元の光入射領域に光が入射した位置を検出 することができる。 また、 本実施形態では、 電流電圧変換部 1 0 1および 1 0 2 ならびに加算回路 3 0 0等を各ュニヅ h Un毎に個別に設ける一方、 A/D変換回 路 4 0 0、 入射位置演算部 5 3 0、 距離演算部 6 3 0および限界検出部 7 3 0を 各ュニッ Unに共通のものとして設けたことにより、半導体光検出素子 1 0をマ ルチチャネル化したにも拘わらず、 回路規模が小さく、 処理時間が短い。
なお、本実施形態においても、電流電圧変換部 1 0 1に替えて積分回路 1 1 1、 平均背景光除去回路 1 2 1および差分演算回路 1 3 1を備え、 また、 電流電圧変 換部 1 0 2に替えて積分回路 1 1 2、 平均背景光除去回路 1 2 2および差分演算 回路 1 3 2を備えてもよい。
以上、 詳細に説明したとおり、 本発明に係る第 1の光位置検出装置によれば、 第 1の電流電圧変換部から出力された第 1の電圧信号および第 2の電流電圧変換 部から出力された第 2の電圧信号それぞれは選択回路に入力して、 各々の値が大 小比較され、 その比較結果を示す比較信号が出力されるとともに、 第 1および第 2の電圧信号のうち電圧が大きい方を最大信号とし、 電圧が小さい方を最小信号 としてそれぞれが選択されて出力される。 そして、 A/D変換回路では、 選択回 路から出力された最大信号に基づいて A/D変換レンジが設定されて、 選択回路 から出力されたアナログの最小信号の電圧がデジタル信号に変換され、 そのデジ タル値が出力される。 半導体位置検出素子における光の入射位置は、 入射位置演 算部により、 選択回路から出力された比較信号および A/D変換回路から出力さ れた当該デジタル出力に基づいて求められる。 また、 本発明に係る第 2の光位置検出装置によれば、 第 1の電流電圧変換部か ら出力された第 1の電圧信号および第 2の電流電圧変換部から出力された第 2の 電圧信号それそれは加算回路により加算されて、 その加算された和を示す和信号 が出力される。 また、 第 1および第 2の電圧信号は選択回路により選択されて出 力される。 そして、 A/D変換回路では、 加算回路から出力された和信号に基づ いて A/D変換レンジが設定されて、 選択回路により選択されて出力された第 1 または第 2の電圧信号がデジ夕ル信号に変換され、そのデジタル値が出力される c 半導体位置検出素子における光の入射位置は、 A/D変換回路から出力されたデ ジ夕ル信号に基づいて求められる。
したがって、本発明に係る第 1および第 2の光位置検出装置それそれにおいて、
A/D変換回路では A/D変換と同時に実質的な除算演算を実現することができ るので、 回路規模が小さくハードウェアコストが安価であり、 且つ、 処理時間が 短い。
また、 最大信号または和信号の電圧を監視して、 その電圧が閾値より小さいと きにその旨を示す信号を出力する限界検出部を更に備える場合には、 検出すべき 光が半導体位置検出素子の光入射領域に入射したか否かが判断され、 誤検出が防 止される。
また、 半導体位置検出素子、 第 1の電流電圧変換部および第 2の電流電圧変換 部等を複数組備え、 A/D変換回路、 入射位置演算部および限界検出部を各半導 体位置検出素子に共通のものとして設ける場合には、 2次元の光入射領域に光が 入射した位置が検出され、 また、 半導体光検出素子をマルチチャネル化したにも 拘わらず、 回路規模が小さく、 処理時間が短い。
また、 第 1 (第 2 ) の電流電圧変換部では、 第 1 (第 2 ) の電流信号に応じて 第 1 (第 2 ) の積分回路に電荷が蓄積されて、 その蓄積された電荷の量に応じた 電圧信号が第 1 (第 2 ) の積分回路から出力され、 そして、 投光部により測距対 象物に投光されていないときに第 1 (第 2 ) の積分回路から出力された電圧信号 と、 投光部により測距対象物に投光されているときに第 1 (第 2 ) の積分回路か ら出力された電圧信号との差が第 1 (第 2 ) の差分演算回路により求められて、 この差に応じて第 1 (第 2 ) の電圧信号が出力される場合には、 背景光成分が除 去されて、 半導体位置検出素子により検出すべき光の入射位置が精度よく求めら れる。 また、 半導体位置検出素子の第 1 (第 2 ) の出力端子から出力される第 1 (第 2 ) の電流信号から背景光の寄与分の平均値が第 1 (第 2 ) の平均背景光除 去回路により除去される場合には、 半導体位置検出素子における光入射位置が更 に精度よく求められる。
本発明に係る距離測定装置によれば、 投光部より測距対象物に向けてスポット 光またはスリット光が投光され、 その反射光が本発明に係る第 1または第 2の光 位置検出装置により受光される。 そして、 距離演算部により、 光位置検出装置に より求められた半導体位置検出素子における光の入射位置に基づいて、 測距対象 物までの距離が求められる。 したがって、 本発明に係る距離測定装置において、 A/D変換回路では A/D変換と同時に実質的な除算演算を実現することができ るので、 回路規模が小さくハードウェアコストが安価であり、 且つ、 処理時間が 短い。
産業上の利用可能性
本発明は、 半導体位置検出素子を用いた光位置検出装置、 および、 測距対象物 に投光したスポット光またはスリット光の反射光を光位置検出装置により検出し て該測距対象物までの距離を測定する距離測定装置に利用することができる。

Claims

言青求の範固
1 . 入射した光を光電変換し、 その光の入射位置に応じて、 第 1の出力端子か ら第 1の電流信号を出力し、 第 2の出力端子から第 2の電流信号を出力する半導 体位置検出素子と、
前記半導体位置検出素子の前記第 1の出力端子から出力された前記第 1の電流 信号を入力し、 この第 1の電流信号に基づいて第 1の電圧信号を出力する第 1の 電流電圧変換部と、
前記半導体位置検出素子の前記第 2の出力端子から出力された前記第 2の電流 信号を入力し、 この第 2の電流信号に基づいて第 2の電圧信号を出力する第 2の 電流電圧変換部と、
前記第 1の電流電圧変換部から出力された前記第 1の電圧信号および前記第 2 の電流電圧変換部から出力された前記第 2の電圧信号それぞれの値を大小比較し て、 その比較結果を示す比較信号を出力するとともに、 前記第 1および前記第 2 の電圧信号のうち、 電圧が大きい最大信号および電圧が小さい最小信号それぞれ を選択して出力する選択回路と、
前記選択回路から出力された前記最大信号に基づいて A/D変換レンジを設定 して、 前記選択回路から出力された前記最小信号をデジタル信号に変換して出力 する A/D変換回路と、
前記選択回路から出力された前記比較信号および前記 A/D変換回路から出力 された前記デジタル信号に基づいて、 前記半導体位置検出素子における光の入射 位置を求める入射位置演算部と、
を備えることを特徴とする光位置検出装置。
2 . 前記選択回路から出力された前記最大信号の電圧を監視して、 その電圧が 閾値より小さいときにその旨を示す信号を出力する限界検出部を更に備えること を特徴とする請求の範囲第 1項記載の光位置検出装置。
3 . 前記半導体位置検出素子、 前記第 1の電流電圧変換部、 前記第 2の電流電 圧変換部および前記選択回路を複数組備え、
前記 A/D変換回路は、 各組の前記選択回路から出力された前記最大信号およ び前記最小信号を順次に入力し、
前記入射位置演算部は、 各組の前記選択回路から出力された前記比較信号を順 次に入力する、
ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の光位置検出装置。
4 . 前記半導体位置検出素子、 前記第 1の電流電圧変換部、 前記第 2の電流電 圧変換部および前記選択回路を複数組備え、
前記 A/D変換回路は、 各組の前記選択回路から出力された前記最大信号およ び前記最小信号を順次に入力し、
前記入射位置演算部は、 各組の前記選択回路から出力された前記比較信号を順 次に入力し、
前記限界検出部は、 各組の前記選択回路から出力された前記最大信号を順次に 入力する、
ことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光位置検出装置。
5 . 入射した光を光電変換し、 その光の入射位置に応じて、 第 1の出力端子か ら第 1の電流信号を出力し、 第 2の出力端子から第 2の電流信号を出力する半導 体位置検出素子と、
前記半導体位置検出素子の前記第 1の出力端子から出力された前記第 1の電流 信号を入力し、 この第 1の電流信号に基づいて第 1の電圧信号を出力する第 1の 電流電圧変換部と、
前記半導体位置検出素子の前記第 2の出力端子から出力された前記第 2の電流 信号を入力し、 この第 2の電流信号に基づいて第 2の電圧信号を出力する第 2の 電流電圧変換部と、
前記第 1の電流電圧変換部から出力された前記第 1の電圧信号および前記第 2 の電流電圧変換部から出力された前記第 2の電圧信号を加算し、 その加算された 和を示す和信号を出力する加算回路と、
前記第 1の電流電圧変換部から出力された前記第 1の電圧信号または前記第 2 の電流電圧変換部から出力された前記第 2の電圧信号を選択して出力する選択回 路と、
前記加算回路から出力された前記和信号に基づいて A/D変換レンジを設定し て、 前記選択回路により選択されて出力された前記第 1または前記第 2の電圧信 号をデジタル信号に変換して出力する A/D変換回路と、
前記 A/D変換回路から出力された前記デジタル信号に基づいて、 前記半導体 位置検出素子における光の入射位置を求める入射位置演算部と、
を備えることを特徴とする光位置検出装置。
6 . 前記加算回路から出力された前記和信号の電圧を監視して、 その電圧が閾 値より小さいときにその旨を示す信号を出力する限界検出部を更に備えることを 特徴とする請求の範囲第 5項記載の光位置検出装置。
7 . 前記半導体位置検出素子、 前記第 1の電流電圧変換部、 前記第 2の電流電 圧変換部、 前記加算回路および前記選択回路を複数組備え、
前記 A/D変換回路は、 各組の前記加算回路から出力された前記和信号、 およ び、 前記選択回路により選択されて出力された前記第 1または前記第 2の電圧信 号を順次に入力する、
ことを特徴とする請求の範囲第 5項記載の光位置検出装置。
8 . 前記半導体位置検出素子、 前記第 1の電流電圧変換部、 前記第 2の電流電 圧変換部、 前記加算回路および前記選択回路を複数組備え、
前記 A/D変換回路は、 各組の前記加算回路から出力された前記和信号、 およ び、 前記選択回路により選択されて出力された前記第 1または前記第 2の電圧信 号を順次に入力し、
前記限界検出部は、 各組の前記加算回路から出力された前記和信号を順次に入 力する、 ことを特徴とする請求の範囲第 6項記載の光位置検出装置。
9 . 測距対象物に向けてスポット光またはスリット光を投光する投光部ととも に用いられる光位置検出装置であって、
前記第 1の電流電圧変換部は、
前記第 1の電流信号に応じて電荷を蓄積して、 その蓄積された電荷の量に応じ て電圧信号を出力する第 1の積分回路と、
前記投光部により前記測距対象物に投光されていないときに前記第 1の積分回 路から出力された電圧信号と、 前記投光部により前記測距対象物に投光されてい るときに前記第 1の積分回路から出力された電圧信号との差を求めて、 この差に 応じて前記第 1の電圧信号を出力する第 1の差分演算回路と、 を含み、
前記第 2の電流電圧変換部は、
前記第 2の電流信号に応じて電荷を蓄積して、 その蓄積された電荷の量に応じ て電圧信号を出力する第 2の積分回路と、
前記投光部により前記測距対象物に投光されていないときに前記第 2の積分回 路から出力された電圧信号と、 前記投光部により前記測距対象物に投光されてい るときに前記第 2の積分回路から出力された電圧信号との差を求めて、 この差に 応じて前記第 2の電圧信号を出力する第 2の差分演算回路と、 を含む、
ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光位置検出装置。
1 0 . 前記第 1の電流電圧変換部は、 前記半導体位置検出素子の前記第 1の出 力端子から出力される前記第 1の電流信号から背景光の寄与分の平均値を除去す る第 1の平均背景光除去回路を更に含み、
前記第 2の電流電圧変換部は、 前記半導体位置検出素子の前記第 2の出力端子 から出力される前記第 2の電流信号から背景光の寄与分の平均値を除去する第 2 の平均背景光除去回路を更に含む、
ことを特徴とする請求の範囲第 9項記載の光位置検出装置。
1 1 . 測距対象物に向けてスポット光またはスリット光を投光する投光部とと もに用いられる光位置検出装置であって、
前記第 1の電流電圧変換部は、
前記第 1の電流信号に応じて電荷を蓄積して、 その蓄積された電荷の量に応じ て電圧信号を出力する第 1の積分回路と、
前記投光部により前記測距対象物に投光されていないときに前記第 1の積分回 路から出力された電圧信号と、 前記投光部により前記測距対象物に投光されてい るときに前記第 1の積分回路から出力された電圧信号との差を求めて、 この差に 応じて前記第 1の電圧信号を出力する第 1の差分演算回路と、 を含み、
前記第 2の電流電圧変換部は、
前記第 2の電流信号に応じて電荷を蓄積して、 その蓄積された電荷の量に応じ て電圧信号を出力する第 2の積分回路と、
前記投光部により前記測距対象物に投光されていないときに前記第 2の積分回 路から出力された電圧信号と、 前記投光部により前記測距対象物に投光されてい るときに前記第 2の積分回路から出力された電圧信号との差を求めて、 この差に 応じて前記第 2の電圧信号を出力する第 2の差分演算回路と、 を含む、
ことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の光位置検出装置。
1 2 . 前記第 1の電流電圧変換部は、 前記半導体位置検出素子の前記第 1の出 力端子から出力される前記第 1の電流信号から背景光の寄与分の平均値を除去す る第 1の平均背景光除去回路を更に含み、
前記第 2の電流電圧変換部は、 前記半導体位置検出素子の前記第 2の出力端子 から出力される前記第 2の電流信号から背景光の寄与分の平均値を除去する第 2 の平均背景光除去回路を更に含む、
ことを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の光位置検出装置。
1 3 . 測距対象物に向けてスポット光またはスリット光を投光する投光部と、 前記投光部による前記測距対象物への投光の反射光を受光する請求の範囲第 1項 に記載の光位置検出装置と、 前記光位置検出装置により求められた前記半導体位 置検出素子における光の入射位置に基づいて、 前記測距対象物までの距離を求め る距離演算部と、 を備えることを特徴とする距離測定装置。
1 4 . 測距対象物に向けてスポット光またはスリット光を投光する投光部と、 前記投光部による前記測距対象物への投光の反射光を受光する請求の範囲第 5項 に記載の光位置検出装置と、 前記光位置検出装置により求められた前記半導体位 置検出素子における光の入射位置に基づいて、 前記測距対象物までの距離を求め る距離演算部と、 を備えることを特徴とする距離測定装置。
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