JPS6234082B2 - - Google Patents
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、カメラ等に用いる距離検出装置に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a distance detection device used in a camera or the like.
いわゆるコンパクトカメラ等におけるオートフ
オーカス(自動焦点調整)の測距方式としては外
光を利用するパツシブ方式による二重像合致方式
が主流となつている。しかしながら、このパツシ
プ方式による二重像合致方式は、一方の像の他方
の像に対する相対位置を変化させるための可動ミ
ラーを用いることが不可欠な要素となつており、
この可動ミラーを用いることによる耐久性の悪
さ、および二重像合致方式であるため被写体(測
距対象)のコントラスト情報により測距を行なつ
ているので被写体依存性が強く、コントラストの
悪い被写体の測距や暗いときの測距能力の低さと
いつた問題点があつた。また、このような可動部
をもつ方式は調整が複雑化し調整に多くの手間を
要する。 As a distance measuring method for autofocus (automatic focus adjustment) in so-called compact cameras, a passive double image matching method using external light has become mainstream. However, the essential element of this double image matching method using the passive method is the use of a movable mirror to change the relative position of one image with respect to the other image.
The use of this movable mirror has poor durability, and since it uses a double image matching method, distance measurement is performed based on contrast information of the subject (distance measurement target), so it is highly dependent on the subject, and it is difficult to capture objects with poor contrast. There were problems with the distance measurement and poor distance measurement ability in dark conditions. Further, in a system having such a movable part, adjustment becomes complicated and requires a lot of effort.
また、測距側装置自体から光等を発するアクテ
イブ方式による三角測量方式を用いたものは、上
述した被写体依存性については改善されるもの
の、赤外光等の発光部または受光部を回動させる
などの可動部を有するものはやはり上述の耐久性
の悪さ、調整の複雑化等の問題は避けられない。 In addition, although the triangulation method using an active method in which light is emitted from the ranging device itself improves the subject dependence described above, Those having movable parts such as the above cannot avoid problems such as poor durability and complicated adjustment as described above.
これに対して、アクテイブ方式による三角測量
方式を用いたもので、可動部のないものとして第
1図に示すようなものがある。これは、発光部1
から投射した赤外光等の光を測距対象2(2a,
2b,2c,2d等)で反射させこの反射光が複
数個例えば4個の受光素子3a,3b,3c,3
dからなる受光部3のどの受光素子で受光された
かによつて測距対象の距離を知るものである。 On the other hand, there is a device as shown in FIG. 1 that uses an active triangulation method and has no moving parts. This is the light emitting part 1
Light such as infrared light projected from the distance measuring target 2 (2a,
2b, 2c, 2d, etc.), and this reflected light is transmitted to a plurality of light receiving elements, for example, four light receiving elements 3a, 3b, 3c, 3.
The distance of the object to be measured is determined by which light receiving element of the light receiving section 3 consisting of d receives the light.
この方式は可動部もなく、耐久性、調整等の点
でもほとんど問題がないといえる。しかしなが
ら、この場合は受光部3が量子化されているため
距離分解能がそれで制限されてしまうという致命
的な問題がある。例えば、第1図のように4個の
受光素子3a〜3dからなる受光部3とした場
合、仮に各受光素子3a〜3dの中間位置を含め
ても7個のゾーンしかとることができず、誤差を
考慮すればこれよりもさらに悪くなると予想され
る。 This method has no moving parts, so it can be said that there are almost no problems in terms of durability, adjustment, etc. However, in this case, there is a fatal problem that the distance resolution is limited because the light receiving section 3 is quantized. For example, if the light receiving section 3 is made up of four light receiving elements 3a to 3d as shown in FIG. 1, only seven zones can be formed even if the intermediate positions of each of the light receiving elements 3a to 3d are included. If errors are taken into account, it is expected to be even worse than this.
一方、アクテイブ方式の一種として超音波を発
射し測距対象による反射波を受信し送受に要する
時間から測距対象の距離を測定する超音波方式が
あり、これは純電気的な処理のみによつて測定す
るため処理は容易であるが、高出力の発信が必要
で大きな電源を必要とし、例えばコンパクトカメ
ラ等に用いられる電源では有効な超音波の発信が
困難である。また、超音波が測距対象以外の物体
にあたつて測距精度が低下するのを防止するため
には指向性をよくする必要があるが、そのために
は超音波の送受信面の面積を大きくしなければな
らず、この点もコンパクトカメラ等には大きな問
題となる。 On the other hand, as a type of active method, there is an ultrasonic method that measures the distance of the object by emitting ultrasonic waves, receiving reflected waves from the distance measurement object, and measuring the time required for transmission and reception. Although it is easy to process because it measures ultrasonic waves, it requires high-output transmission and a large power source. For example, it is difficult to effectively transmit ultrasonic waves using a power source used in a compact camera or the like. In addition, in order to prevent the ultrasonic waves from hitting objects other than the distance measurement target and reducing the distance measurement accuracy, it is necessary to improve the directivity. This is also a big problem for compact cameras and the like.
これに対して、さほど大きな電力を要せず調整
も容易、耐久性も良好でしかも高い距離分解能が
得られるものとして、次に述べるような距離検出
装置が考えられる。 On the other hand, the following distance detection device can be considered as one that does not require much power, is easy to adjust, has good durability, and can provide high distance resolution.
すなわち、この距離検出装置は、測距対象にパ
ルス光を投射する光源と、前記測距対象による前
記パルス光の反射光スポツトが結像される個所に
設けられ前記光源との視差に基づく前記測距対象
の距離に応じた入射スポツトの位置を前記距離の
変化による位置変化方向について連続的に検出し
検出位置に応じた相互電流比を有する第1および
第2の電流出力を得る半導体光位置検出器(以下
「PSD」と略称する)と、このPSDの前記第1の
電流出力を受け前記パルス光による前記第1の電
流出力の変動分を対数変換して出力する第1の検
出回路と、前記PSDの前記第2の電流出力を受け
前記パルス光による前記第2の電流出力の変動分
を対数変換して出力する第2の検出回路と、これ
ら第1および第2の検出回路から出力された対数
変換された前記第1および第2の電流出力の変動
分の差をとつて距離検出信号を得る差分検出回路
とを具備したものである。 That is, this distance detection device is provided at a location where a light source that projects pulsed light onto a distance measurement target and a spot of reflected light of the pulsed light by the distance measurement target is imaged, and performs the measurement based on the parallax between the light source and the light source. Semiconductor optical position detection that continuously detects the position of an incident spot according to the distance of a target in the direction of position change due to the change in distance, and obtains first and second current outputs having a mutual current ratio according to the detected position. a first detection circuit that receives the first current output of the PSD and logarithmically converts and outputs a variation in the first current output due to the pulsed light; a second detection circuit that receives the second current output of the PSD and logarithmically transforms and outputs a variation in the second current output due to the pulsed light; and a difference detection circuit that obtains a distance detection signal by calculating the difference between the logarithmically converted fluctuations of the first and second current outputs.
この距離検出装置について第2図〜第6図を参
照して詳細に説明する。 This distance detection device will be explained in detail with reference to FIGS. 2 to 6.
第2図において、4はパルス発光器である。こ
のパルス発光器4としては眼に見えないことと
PSD5の感度の点から赤外光を発生するものが望
ましい。パルス発光器4から発したパルス光は投
光レンズ6を通して測距対象である被写体7(7
a,7b,7c等)に投射される。被写体7で反
射されたパルス光すなわち反射光は受光レンズ8
を介して前記PSD5に入射結像される。このPSD
5はイオン注入技術を用いて製造された一次元の
連続的な位置分解能を有するプレナー型のPINフ
オトダイオードであり“position sensitive
detectors”と称されるものである。この種の素
子としては一次元タイプと二次元タイプとがある
が、要は一次元の位置検出を行なえばよいのでい
ずれのタイプでもよい。図示のように被写体7の
位置7aに対してPSD5の5a,7bに対して5
b,…無限遠に対して5dの位置にそれぞれ反射
光スポツトが結像される。このPSD5は光スポツ
トの入射位置を2つの電流出力の割合から知るこ
とができるものであり、例えば第3図aのように
PSD5の受光面の中央位置S1に光スポツトが入射
した場合2つの電流出力IL1とIL2の割合はIL
1/IL2=1となり、同図bのような位置S2に入
射した場合はIL1/IL2=1/2、同図cのような
位置S3に入射した場合IL1/IL2=2となる。 In FIG. 2, 4 is a pulse light emitter. This pulse light emitter 4 is invisible to the eye.
From the viewpoint of the sensitivity of PSD5, it is desirable to use one that generates infrared light. The pulsed light emitted from the pulsed light emitter 4 passes through the projection lens 6 to the object 7 (7) to be measured.
a, 7b, 7c, etc.). The pulsed light reflected by the subject 7, that is, the reflected light, is sent to the light receiving lens 8.
The incident image is formed on the PSD 5 via. This PSD
5 is a planar-type PIN photodiode manufactured using ion implantation technology that has one-dimensional continuous position resolution, and is ``position sensitive''.
There are two types of elements: one-dimensional type and two-dimensional type, but either type can be used as it is sufficient to perform one-dimensional position detection.As shown in the figure, 5 for position 7a of subject 7 and 5a for PSD 5 and 7b for PSD 5
b, . . . reflected light spots are imaged at positions 5d relative to infinity. This PSD 5 can determine the incident position of a light spot from the ratio of two current outputs, for example, as shown in Figure 3a.
When a light spot enters the center position S1 of the light receiving surface of PSD5, the ratio of the two current outputs I L1 and I L2 is I L
1 /I L2 = 1, and if it is incident on position S 2 as shown in b in the figure, I L1 /I L2 = 1/2, and if it is incident on position S 3 as in c in the same figure, I L1 /I L2 =2.
今第2図において、投光レンズ6と受光レンズ
8との間の距離つまり基線長をlとし、受光レン
ズ8からPSD5までの距離をf、投光レンズ6か
ら被写体7までの距離をT、それに対するPSD5
上の光スポツトの無限遠に対応する位置5dから
の距離をPとすれば
T=f・l/P ……(1)
が成立する。PSD5に結像された光スポツトの位
置がPSD5から得られる2つの電流出力の割合に
対応していることから、これら2つの電流出力か
ら被写体距離Tの情報を得ることができる。 In FIG. 2, the distance between the light emitting lens 6 and the light receiving lens 8, that is, the base line length, is l, the distance from the light receiving lens 8 to the PSD 5 is f, the distance from the light emitting lens 6 to the subject 7 is T, PSD5 for that
If the distance from the position 5d corresponding to infinity of the upper light spot is P, then T=f·l/P (1) holds true. Since the position of the light spot imaged on the PSD 5 corresponds to the ratio of the two current outputs obtained from the PSD 5, information on the subject distance T can be obtained from these two current outputs.
ここで、被写体距離TとPSD5の検出電流比I
L1/IL2との関係を求めてみると、PSD5の全長
を単位長(つまり1)とすれば、
T・IL1/IL1+IL2=f・l ……(2)
より、
となり、第4図に示すようなy=1/x+Kの関係で
あることがわかる。 Here, the detection current ratio I of subject distance T and PSD5 is
When looking for the relationship with L1 /I L2 , if the total length of PSD5 is a unit length (that is, 1), then T・I L1 /I L1 +I L2 = f・l ...(2), It can be seen that the relationship y=1/x+K is as shown in FIG.
ところで、真暗な場所における測距であれば問
題ないが、一般の写真撮影時等にはパルス発光器
4によるパルス光よりもはるかに高い光量の定常
光が存在するため前記パルス光の反射光の抽出が
できなくなつてしまう。そこでこの場合PSD5の
第1の電流出力を受ける第1の検出回路9および
PSD5の第2の電流出力を受ける第2の検出回路
10により定常光の影響を除去し、パルス光の反
射光のみによる光電流の変動分をそれぞれ対数変
換して抽出し差分検出回路11でこれらの差を取
つてPSD5の第1と第2の電流出力の電流比に対
応する距離検出信号を出力するようにしている。 By the way, there is no problem when measuring distance in a pitch-dark place, but during general photography, etc., there is a steady light with a much higher light intensity than the pulsed light from the pulsed light emitter 4, so the reflected light of the pulsed light is Extraction becomes impossible. Therefore, in this case, the first detection circuit 9 receiving the first current output of the PSD 5 and
A second detection circuit 10 receiving the second current output of the PSD 5 removes the influence of stationary light, and logarithmically transforms and extracts the fluctuations in the photocurrent due only to the reflected light of the pulsed light. A distance detection signal corresponding to the current ratio of the first and second current outputs of the PSD 5 is output by taking the difference.
第5図にPSD5と第1、第2の検出回路10,
11の検出ヘツド部を示す。 FIG. 5 shows the PSD 5 and the first and second detection circuits 10,
11 shows the detection head section of No. 11.
第5図ではPSD5を等価回路で示しており、5
―1は表面抵抗、5―2は並列抵抗、5―3は接
合容量、5―4は理想ダイオード、5―5は電流
源である。PSD5から発生した光電流IL1および
IL2はそれぞれ対数変換トランジスタTr1と演算
増幅器OA1および対数変換トランジスタTr2と演
算増幅器OA2からなる対数変換部LA1およびLA2
で対数変換され次のような出力VL1およびVL2と
して出力される。 Figure 5 shows PSD5 as an equivalent circuit.
-1 is a surface resistance, 5-2 is a parallel resistance, 5-3 is a junction capacitance, 5-4 is an ideal diode, and 5-5 is a current source. The photocurrents I L1 and I L2 generated from the PSD 5 are transferred to logarithmic conversion units LA 1 and LA 2, each consisting of a logarithmic conversion transistor Tr 1 and an operational amplifier OA 1 , and a logarithmic conversion transistor Tr 2 and an operational amplifier OA 2 .
is logarithmically transformed and output as the following outputs V L1 and V L2 .
VL1=−kT/q・lnIL1/IS ……(4)
VL2=−kT/q・lnIL2/IS ……(5)
(但し、k:ボルツマン定数、T:絶対温度、
q:電子の電荷、IS:トランジスタTr1,Tr2の
エミツタ飽和電流である。)
このように対数変換を行なう理由は、ダイナミ
ツクレンジを広くとれるようにするためと、単に
差をとることによつて容易に両出力の割合を算出
できるようにするためである。 V L1 =-kT/q・lnI L1 /I S ...(4) V L2 =-kT/q・lnI L2 /I S ...(5) (where, k: Boltzmann's constant, T: absolute temperature,
q: electron charge, IS : emitter saturation current of transistors Tr 1 and Tr 2 . ) The reason for performing logarithmic transformation in this way is to enable a wide dynamic range and to easily calculate the ratio of both outputs by simply taking the difference.
次に、このようにして得られた対数変換出力V
L1,VL2から定常光による影響を除去するための
回路を含む検出回路の構成を第6図に示す。 Next, the logarithmic conversion output V obtained in this way
FIG. 6 shows the configuration of a detection circuit including a circuit for removing the influence of stationary light from L1 and V L2 .
第6図はPSD5の第1の電流出力IL1および第
2の電流出力IL2のいずれに対しても設けられる
が、ここでは一方のIL1側の第1の検出回路9の
みを示す。IL2側についてもこれと全く同様の構
成を有する第2の検出回路10が設けられる。第
6図において、定常状態において定常光電流IL1
rがトランジスタTr1に流れるがトランジスタ
Tr3にもトランジスタTr4を介して同じ電流が流
れる。このとき、スイツチSW1は閉じており、演
算増幅器OA3にはボルテージフオロワを構成する
演算増幅器OA4、トランジスタTr5,Tr4を介し
てフイードバツクがかかつているから図示A点の
電位はVbなる電圧の与えられている図示B点の
電位に固定されている。 Although FIG. 6 is provided for both the first current output I L1 and the second current output I L2 of the PSD 5, only the first detection circuit 9 on one I L1 side is shown here. A second detection circuit 10 having exactly the same configuration is provided on the I L2 side as well. In Fig. 6, in the steady state, the steady photocurrent I L1
r flows into transistor Tr 1 , but the transistor
The same current also flows through Tr 3 via transistor Tr 4 . At this time, the switch SW 1 is closed, and feedback is applied to the operational amplifier OA 3 via the operational amplifier OA 4 and transistors Tr 5 and Tr 4 that constitute a voltage follower, so the potential at point A in the figure is Vb. The voltage is fixed at the potential at point B in the diagram.
次にパルス発光器4によりパルス光を発生させ
ると同時にスイツチSW1を開く。このとき、トラ
ンジスタTr4のベース電位はコンデンサC1により
上記定常状態のときと等しい値に保持されてお
り、定常光電流IL1rが依然としてトランジスタ
Tr4からトランジスタTr3に供給されたままとな
る。そして、パルス光の反射光をとらえた光電流
IL1の変動分ΔIL1はダイオードD1を介してB点
からトランジスタTr3に供給される。よつて、A
点の電位Va1は、
Va1=Vb−kT/qlnΔIL1/IS ……(6)
(但し、この場合のISはダイオードD1の逆方
向電流である。)
となる。こうして、光電流IL1の変動分ΔIL1の
みを抽出することができる。このVa1と同様の光
電流IL2の変動分ΔIL2に対応するVa2がPSD5
の第2の光電流出力IL2側の第2の検出回路10
で求められるから、差分検出回路11でこれらの
差をとることによつて
Va1−Va2=kT/qlnΔIL1/IS
−kT/qlnΔIL2/IS=kT/qlnΔIL
1/ΔIL2……(7)
となり、パルス光の反射光による光電流の割合の
みが求められる。 Next, the pulse light emitter 4 generates pulse light and at the same time the switch SW 1 is opened. At this time, the base potential of the transistor Tr 4 is held by the capacitor C 1 at a value equal to that in the steady state, and the steady photocurrent I L1r is still applied to the transistor Tr 4 .
The signal continues to be supplied from Tr 4 to transistor Tr 3 . Then, a variation ΔI L1 of the photocurrent I L1 that captures the reflected light of the pulsed light is supplied from point B to the transistor Tr 3 via the diode D 1 . By the way, A
The potential Va 1 at the point is Va 1 =Vb-kT/qlnΔI L1 /I S (6) (However, I S in this case is the reverse current of the diode D 1. ). In this way, only the variation ΔI L1 of the photocurrent I L1 can be extracted. Va 2 corresponding to the variation ΔI L2 of the photocurrent I L2 similar to this Va 1 is PSD5.
The second photocurrent output I L2 side second detection circuit 10
Therefore, by calculating these differences in the difference detection circuit 11, Va 1 −Va 2 =kT/qlnΔI L1 /I S −kT/qlnΔI L2 /I S =kT/qlnΔI L
1 /ΔI L2 (7), and only the ratio of the photocurrent due to the reflected light of the pulsed light is determined.
このような構成とすれば、パルス光による光電
流の変動分のみを検出して測距を行なうことがで
きる。 With such a configuration, distance measurement can be performed by detecting only the variation in photocurrent caused by pulsed light.
しかしながら上述の第6図に示した構成の第1
の検出回路は、理想的な状態では特に問題はない
が、トランジスタTr4として用いているPNPトラ
ンジスタのコレクタ―エミツタ間電圧VCE―コレ
クタ電流Ic特性は第7図に示すようにVCEがΔV
だけ変化するとIcも図示ΔIのようにわずかなが
ら変化する。したがつて、例えば定常状態でVb
の電位をOVとしパルス発光時に前記PNPトラン
ジスタTr4のコレクタ電圧Vcが―2Vまで下つた
とすれば、VCEの変化分は2Vとなり、Icの変動
は相当大きな値となる。この現象は定常光の光量
が多ければ多いほど問題が大きくなる。 However, the first configuration shown in FIG.
There is no particular problem with the detection circuit under ideal conditions, but the collector-emitter voltage V CE - collector current Ic characteristic of the PNP transistor used as transistor Tr 4 is as shown in Figure 7, where V CE is ΔV.
When ΔI changes, Ic also changes slightly as shown in the figure ΔI. Therefore, for example in steady state Vb
If the potential of is set to OV and the collector voltage Vc of the PNP transistor Tr 4 drops to -2V during pulse emission, the variation in V CE will be 2V, and the variation in Ic will be a considerably large value. This phenomenon becomes more problematic as the amount of constant light increases.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、PSD出力からパルス光による変動分のみを
対数変換する第1および第2の検出回路部分につ
いて、上述したトランジスタの特性に絡む不具合
を除去し、安定化を図つた距離検出装置を提供す
ることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and eliminates the above-mentioned problems related to the characteristics of the transistor in the first and second detection circuit parts that logarithmically convert only the variation due to pulsed light from the PSD output. The object of the present invention is to provide a distance detection device that is stable.
すなわち、本発明の特徴とするところから、第
1および第2の検出回路を、それぞれ、入力電流
信号がコレクタに供給される対数圧縮用の第1の
トランジスタと、この第1のトランジスタのコレ
クタが反転入力端に接続されエミツタが出力端に
接続された第1の演算増幅器と、この第1の演算
増幅器の出力端にエミツタが接続された第2のト
ランジスタと、この第2のトランジスタのコレク
タが反転入力端に接続された第2の演算増幅器
と、この第2の演算増幅器の出力電圧を制御電圧
としこの電圧に応じて前記第2のトランジスタの
コレクタに電流供給を行なう電流供給回路と、こ
の電流供給回路に対する前記制御電圧をホールド
するコンデンサと、前記光源のパルス光受光時に
のみ前記第2の演算増幅器の出力から前記入力電
流信号の変動分に対応する電流を前記第2のトラ
ンジスタのコレクタに供給しその電流値の対数に
対応する電圧降下を生ずるダイオードまたは第3
のトランジスタとを備え、前記第2の演算増幅器
の出力端から検出出力をとり出す構成とすること
にある。 That is, from the feature of the present invention, the first and second detection circuits each include a first transistor for logarithmic compression whose collector is supplied with an input current signal, and a collector of the first transistor. a first operational amplifier connected to its inverting input terminal and its emitter connected to its output terminal; a second transistor whose emitter is connected to the output terminal of this first operational amplifier; and a collector of this second transistor. a second operational amplifier connected to an inverting input terminal; a current supply circuit that uses the output voltage of the second operational amplifier as a control voltage and supplies current to the collector of the second transistor in accordance with this voltage; a capacitor that holds the control voltage for the current supply circuit, and a current corresponding to the fluctuation of the input current signal from the output of the second operational amplifier to the collector of the second transistor only when pulsed light from the light source is received. A diode or a third
transistor, and the detection output is taken out from the output terminal of the second operational amplifier.
以下このような本発明の実施例について図面を
参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第8図に本発明の第1の実施例における要部で
ある第1および第2の検出回路の構成を示す。な
お、第1および第2の検出回路9,10は全く同
様に構成されるため、ここでは第1の検出回路9
の構成のみを示している。 FIG. 8 shows the configuration of the first and second detection circuits which are the main parts in the first embodiment of the present invention. Note that since the first and second detection circuits 9 and 10 are configured in exactly the same way, the first detection circuit 9 is
Only the configuration is shown.
第8図に示すように、PSD5の第1の電流出力
IL1は対数圧縮トランジスタTr1と演算増幅器
OA1からなる対数変換部LA1の対数圧縮トランジ
スタTr1を通して対数変換され(4)式に示したVL1
=−kT/q・lnIL1/ISなる出力となる。前記電
流IL1と
同じ電流はN―MOS FET(N―MOS電界効果
型トランジスタ)FT1を通して電源+Vccから流
れ、伸長トランジスタTr3によつて伸長される。
このとき、トランジスタTr3のベース電位をトラ
ンジスタTr1のベース電位よりも約60mV高くす
れば10倍の伸長電流が得られ、また、トランジス
タTr3のエミツタ面積をトランジスタTr1の2倍
にすれば2倍の伸長電流が得られることになる。
ここでは、特に伸長していない(1倍伸長)もの
として説明する。 As shown in FIG. 8, the first current output I L1 of the PSD 5 is connected to the logarithmic compression transistor Tr 1 and the operational amplifier
V L1 is logarithmically converted through the logarithmic compression transistor Tr 1 of the logarithmic conversion unit LA 1 consisting of OA 1 and is expressed in equation (4).
The output becomes =-kT/q·lnI L1 / IS . The same current as the current I L1 flows from the power supply +Vcc through an N-MOS FET (N-MOS field effect transistor) FT 1 and is expanded by an expansion transistor Tr 3 .
At this time, if the base potential of transistor Tr 3 is made approximately 60 mV higher than the base potential of transistor Tr 1 , a 10 times expansion current can be obtained, and if the emitter area of transistor Tr 3 is made twice that of transistor Tr 1 , This results in twice the extension current.
Here, the explanation will be made assuming that the image is not particularly expanded (1 times expanded).
そして、定常状態ではスイツチSW2は閉じ、ス
イツチSW3は開いている。したがつてN―MOS
FET FT1のソース電位は、演算増幅器OA5に帰
還がかかつているため該演算増幅器OA5の非反転
入力端の電位Vcに固定されている。 In a steady state, switch SW 2 is closed and switch SW 3 is open. Therefore, N-MOS
The source potential of the FET FT 1 is fixed to the potential Vc of the non-inverting input terminal of the operational amplifier OA 5 because feedback is applied to the operational amplifier OA 5 .
次にパルス光が射出されると同時にスイツチ
SW2を開き、スイツチSW3を閉じる。定常光入射
時にコンデンサC2に蓄積された電荷によつてN
―MOS FET FT1のゲート電位が固定されてい
るため、定常光電流IL1r分はこのFET FT1に
よつてトランジスタTr3に供給される。パルス光
による電流変化分ΔIL1はダイオードD2を通して
演算増幅器OA5から供給される。このとき演算増
幅器OA5はダイオードD2を介してのループで帰還
がかかつているためFET FT1のゲート―ソース
間電圧VGSは変化しない。この状態を演算増幅器
OA5の出力端から導出した出力Voについて検討
すれば第9図のように変化することがわかる。つ
まり定常状態では
Vo1=Vc+VGS(ID=ILS) ……(8)
であり、パルス光が送受されると、
Vo1=Vc+kT/qln(ΔLL1/IS) ……(9)
(但し、ISはダイオードD2の逆方向電流であ
る。)
になることがわかる。 Next, the switch is activated at the same time as the pulsed light is emitted.
Open SW 2 and close switch SW 3 . Due to the charge accumulated in the capacitor C2 when steady light is incident, N
- Since the gate potential of the MOS FET FT 1 is fixed, the steady-state photocurrent I L1 r is supplied to the transistor Tr 3 by this FET FT 1 . The current change amount ΔI L1 due to the pulsed light is supplied from the operational amplifier OA 5 through the diode D 2 . At this time, since feedback is applied to the operational amplifier OA 5 in a loop via the diode D 2 , the gate-source voltage V GS of the FET FT 1 does not change. This state is expressed as an operational amplifier.
If we consider the output Vo derived from the output end of OA 5 , we will see that it changes as shown in Figure 9. In other words, in the steady state, Vo 1 = Vc + V GS ( ID = I LS ) ... (8), and when pulsed light is transmitted and received, Vo 1 = Vc + kT / qln (ΔL L1 / I S ) ... (9) (However, I S is the reverse current of the diode D 2. ) It can be seen that the following is true.
PSD5の第2の電流出力IL2側にも全く同様に
構成された第2の検出回路10がありその出力を
Vo2とする。 There is a second detection circuit 10 configured in exactly the same way on the second current output I L2 side of the PSD5, and its output is
Set it to Vo 2 .
このようにして得られた出力Vo1とVo2は第1
0図に示す差分検出回路11に与えられる。第1
0図において信号Vo1とVo2は差動増幅器として
構成された演算増幅器OA6に導かれて次のような
電圧信号VDOを得る。 The outputs Vo 1 and Vo 2 obtained in this way are the first
0 is applied to the difference detection circuit 11 shown in FIG. 1st
In FIG. 0, the signals Vo 1 and Vo 2 are led to an operational amplifier OA 6 configured as a differential amplifier to obtain the following voltage signal V DO .
VDO=Vo1−Vo2
=Vc+kT/qlnΔIL1/IS−(Vc+kT/qln
ΔIL2/IS)
=kT/qln(ΔIL1/ΔIL2) ……(10)
こうして距離に対応する電流比が電圧値VDOと
して得られることになる。この電圧VDOは例えば
第10図に示したサンプルスイツチSW4、ホール
デイングコンデンサC3およびバツフアとしての
ボルテージフオロワを構成する演算増幅器OA7か
らなるサンプルーホールド回路部SHによつてパ
ルス光の発光期間中にサンプルアンドホールドす
ればよいが、例えば発光素子として発光ダイオー
ド等を用いる場合には接合部の温度上昇により発
光効率が大幅に低下するため発光直後にサンプリ
ングする方がよい結果が得られる。この発光直後
にサンプリングする方式は周囲光源に電源の周期
成分(脈動光成分)がのるような場合にも有効で
ある。 V DO =Vo 1 −Vo 2 =Vc+kT/qlnΔI L1 /I S −(Vc+kT/qln
ΔI L2 /I S ) =kT/qln (ΔI L1 /ΔI L2 ) (10) In this way, the current ratio corresponding to the distance is obtained as the voltage value V DO . This voltage V DO is generated by a sample-hold circuit section SH shown in FIG. 10, which includes a sample switch SW 4 , a holding capacitor C 3 , and an operational amplifier OA 7 that constitutes a voltage follower as a buffer. It is sufficient to sample and hold during the light emission period, but if a light emitting diode or the like is used as the light emitting element, the light emitting efficiency will drop significantly due to a rise in the temperature of the junction, so it is better to sample immediately after light emission to obtain better results. . This method of sampling immediately after light emission is also effective when a periodic component (pulsating light component) of the power source is present in the ambient light source.
サンプリングされた出力は距離に比例した電圧
を有しているので、そのまま距離信号として利用
して自動焦点調整制御や表示等に用いてもよく、
またコンパレータ等を用い適宜なるレベル毎に複
数の距離ゾーンに分割した信号に変換して用いて
もよい。 Since the sampled output has a voltage proportional to the distance, it can be used as a distance signal for automatic focus adjustment control, display, etc.
Alternatively, a comparator or the like may be used to convert the signal into a signal divided into a plurality of distance zones for each appropriate level.
以上のようにして、定常光の影響を効果的にし
かも安定に除去することができ、高精度の測距が
可能となる。また、第1、第2の検出回路に用い
た構成ではIC化に適さない接合型FETに等を用
いておらず、MOSFET、バイポーラトランジス
タ、演算増幅器、ダイオード等で構成しているの
でIC化も容易である。 In the manner described above, the influence of stationary light can be effectively and stably removed, and highly accurate distance measurement becomes possible. In addition, the configurations used for the first and second detection circuits do not use junction FETs, which are not suitable for IC implementation, but are composed of MOSFETs, bipolar transistors, operational amplifiers, diodes, etc., so IC implementation is also possible. It's easy.
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、各種の変形実施が可能である。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made.
例えば本発明の第2の実施例として、第11図
に示すように第8図のN―MOS FET FT1に代
えボルテージフオロワとして構成した演算増幅器
OA8とNPNトランジスタTr6との組合せ構成を用
いてもよい。このような構成では、IC化する場
合はバイポーラプロセスでよいことになり、IC
化が容易になる。 For example, as a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11, an operational amplifier configured as a voltage follower in place of the N-MOS FET FT 1 in FIG.
A combination configuration of OA 8 and NPN transistor Tr 6 may also be used. In such a configuration, a bipolar process is sufficient when converting to an IC.
It becomes easier to
本発明の第3の実施例として、第12図に示す
ようにやはり第8図のN―MOS FET FT1に代
えてNPNトランジスタTr7,Tr8のダーリントン
接続による構成を用いてもよい。この場合も上記
第2の実施例とほぼ同様の利点がある。 As a third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, a Darlington connection configuration of NPN transistors Tr 7 and Tr 8 may be used instead of the N-MOS FET FT 1 of FIG. 8. This case also has almost the same advantages as the second embodiment.
さらに第4の実施例として第8図における演算
増幅器OA5の機能を第13図に示すように2個の
演算増幅器OA9,OA10で分担する構成とするこ
とが考えられる。 Furthermore, as a fourth embodiment, it is conceivable that the function of the operational amplifier OA 5 in FIG. 8 is shared by two operational amplifiers OA 9 and OA 10 as shown in FIG. 13.
第13図において、定常状態ではスイツチSW2
を閉じておき、また演算増幅器OA9の非反転入力
端への入力電圧Vxは演算増幅器OA10の非反転入
力端への入力電圧Vrefより低く設定し、出力電
圧Vo′を“L”(ローレベル)としておく。こう
すれば対数圧縮ダイオードD3を通して電流が流
れることはなく、N―MOS FET FT1を通して
トランジスタTr3に電流が流れている。そして、
パルス光を投射すると同時にスイツチSW2を開き
VxをVrefに等しい値とする。このようにするこ
とによつてパルス光による電流はダイオードD3
を通して流れ出力Vo′としては
Vo′=Vref+kT/qlnΔIL1/IS ……(11)
(但し、ISはダイオードD3の逆方向電流であ
る。)なる電圧が得られる。 In Fig. 13, in the steady state, switch SW 2
is closed, and the input voltage Vx to the non-inverting input terminal of operational amplifier OA 9 is set lower than the input voltage Vref to the non-inverting input terminal of operational amplifier OA 10 , and the output voltage Vo' is set to "L" (low). level). In this way, no current flows through the logarithmic compression diode D3 , but current flows through the N-MOS FET FT1 to the transistor Tr3 . and,
Open switch SW 2 at the same time as projecting the pulsed light.
Let Vx be equal to Vref. By doing this, the current due to the pulsed light is transferred to the diode D 3
As a flow output Vo', a voltage of Vo'=Vref+kT/qlnΔI L1 /I S (11) (where I S is the reverse current of the diode D 3 ) is obtained.
なお、この第13図の構成において、スイツチ
SW2はパルス発光が極めて短時間である場合は、
系の時定数を大きくとることで省略できるから、
高抵抗におきかえることが可能である。 In addition, in the configuration shown in Fig. 13, the switch
For SW 2 , if the pulse emission is extremely short,
It can be omitted by increasing the time constant of the system, so
It is possible to replace it with high resistance.
また、第8図の構成において、ダイオードD2
をそのまま用いると演算増幅器OA5のオフセツト
電圧が出力にあらわれる。つまりオフセツト量を
VofとしダイオードD2の電圧降下をVDとすれ
ば、
Vo=Vc+Vof+VD ……(12)
となる。このときPSD5の両側の第1、第2の検
出回路でオフセツト電圧に相違があると、差分処
理後の出力が誤差が大きくなる。そこで本発明の
第5の実施例として、第14図に示すように第8
図のダイオードD2に代えてPNPトランジスタTr9
を用いる構成とすれば上述の問題は解決され
Vo=VBE=kT/qlnΔIL1/IS……(13)
(但し、VBEはトランジスタTr9のベースーエ
ミツタ間電圧である。)
なる出力が得られる。なお、このときスイツチ
SW5はパルス発光時のみ閉じるようにする。その
理由は、トランジスタTr9のベースを常に接地し
たままにしておくとトランジスタTr9のコレクタ
ーベース間に定常状態で電流が流れることになる
からである。 In addition, in the configuration of FIG. 8, the diode D 2
If used as is, the offset voltage of operational amplifier OA5 will appear at the output. In other words, the amount of offset
If Vof and the voltage drop across diode D2 are VD , then Vo=Vc+Vof+ VD (12). At this time, if there is a difference in offset voltage between the first and second detection circuits on both sides of the PSD 5, the error in the output after differential processing will become large. Therefore, as a fifth embodiment of the present invention, as shown in FIG.
PNP transistor Tr 9 replaces diode D 2 in the diagram
If the configuration uses _ It will be done. In addition, at this time, the switch
SW 5 should be closed only when pulsed light is emitted. The reason is that if the base of the transistor Tr 9 is always grounded, a current will flow between the collector and base of the transistor Tr 9 in a steady state.
以上詳述したように本発明によれば、PSD出力
からパルス光による変動分のみを対数変換する第
1および第2の検出回路部分についてトランジス
タの特性に絡む不具合を除去し、安定化を図つた
距離検出装置を提供することができる。 As described in detail above, according to the present invention, it is possible to eliminate defects related to transistor characteristics and to stabilize the first and second detection circuit portions that logarithmically transform only the variation due to pulsed light from the PSD output. A distance detection device can be provided.
第1図〜第7図は従来技術およびその問題点を
説明するための図、第8図は本発明の第1の実施
例の要部構成を示す回路図、第9図は同実施例の
動作を説明するための動作波形図、第10図は同
実施例の他の要部構成を示す回路図、第11図、
第12図、第13図および第14図はそれぞれ本
発明の第2、第3、第4および第5図の実施例の
要部構成を示す回路図である。
OA1,OA5〜OA10……演算増幅器、Tr1,
Tr3,Tr6〜Tr9……トランジスタ、FT1……MOS
FET、SW2〜SW5……スイツチ、D2,D3……ダ
イオード、C2,C3……コンデンサ。
1 to 7 are diagrams for explaining the prior art and its problems, FIG. 8 is a circuit diagram showing the main part configuration of the first embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram of the same embodiment. An operation waveform diagram for explaining the operation, FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of other main parts of the same embodiment, and FIG.
FIG. 12, FIG. 13, and FIG. 14 are circuit diagrams showing the main part configurations of the second, third, fourth, and fifth embodiments of the present invention, respectively. OA 1 , OA 5 ~ OA 10 ... operational amplifier, Tr 1 ,
Tr3 , Tr6 to Tr9 ...transistor, FT1 ...MOS
FET, SW 2 to SW 5 ... switch, D 2 , D 3 ... diode, C 2 , C 3 ... capacitor.
Claims (1)
測距対象による前記パルス光の反射光スポツトが
結像される個所に設けられ前記光源との視差に基
づく前記測距対象の距離に応じた入射スポツトの
位置を前記距離の変化による位置変化方向につい
て連続的に検出し検出位置に応じた相互電流比を
有する第1および第2の電流出力を得る半導体光
位置検出器と、この半導体光位置検出器の前記第
1の電流出力を受け前記パルス光による前記第1
の電流出力の変動分を対数変換して出力する第1
の検出回路と、前記半導体光位置検出器の前記第
2の電流出力を受け前記パルス光による前記第2
の電流出力の変動分を対数変換して出力する第2
の検出回路と、これら第1および第2の検出回路
から出力された対数変換された前記第1および第
2の電流出力の変動分の差をとつて距離検出信号
を得る差分検出回路とを具備した距離検出回路に
おいて、前記第1および第2の検出回路をそれぞ
れ、入力電流信号がコレクタに供給される対数圧
縮用の第1のトランジスタと、この第1のトラン
ジスタのコレクタが反転入力端に接続されエミツ
タが出力端に接続された第1の演算増幅器と、こ
の第1の演算増幅器の出力端にエミツタが接続さ
れた第2のトランジスタと、この第2のトランジ
スタのコレクタが反転入力端に接続された第2の
演算増幅器と、この第2の演算増幅器の出力電圧
を制御電圧としこの電圧に応じて前記第2のトラ
ンジスタのコレクタに電流供給を行なう電流供給
回路と、この電流供給回路に対する前記制御電圧
をホールドするコンデンサと、前記光源のパルス
光受光時にのみ前記第2の演算増幅器の出力から
前記入力電流信号の変動分に対応する電流を前記
第2のトランジスタのコレクタに供給しその電流
値の対数に対応する電圧降下を生ずるダイオード
または第3のトランジスタとを備え、前記第2の
演算増幅器の出力端から出力をとり出す構成とし
たことを特徴とする距離検出装置。1. A light source that projects pulsed light onto a distance measurement target, and a light source that is provided at a location where a reflected light spot of the pulsed light from the distance measurement target is imaged, and that corresponds to the distance of the distance measurement target based on the parallax with the light source. a semiconductor optical position detector that continuously detects the position of the incident spot in the direction of position change due to the change in distance and obtains first and second current outputs having a mutual current ratio according to the detected position; receiving the first current output of the detector and receiving the first current output by the pulsed light;
The first step is to logarithmically transform and output the variation in the current output of
a detection circuit that receives the second current output of the semiconductor optical position detector and detects the second current output by the pulsed light.
A second circuit that logarithmically transforms and outputs the variation in the current output of
and a difference detection circuit that obtains a distance detection signal by calculating the difference between the logarithmically converted fluctuations in the first and second current outputs output from the first and second detection circuits. In the distance detection circuit, each of the first and second detection circuits includes a first transistor for logarithmic compression whose collector is supplied with an input current signal, and a collector of the first transistor connected to an inverting input terminal. a first operational amplifier whose emitter is connected to the output terminal; a second transistor whose emitter is connected to the output terminal of the first operational amplifier; and a collector of the second transistor connected to the inverting input terminal. a second operational amplifier, a current supply circuit that uses the output voltage of the second operational amplifier as a control voltage and supplies current to the collector of the second transistor in accordance with this voltage; a capacitor that holds a control voltage, and a current that corresponds to a variation in the input current signal is supplied from the output of the second operational amplifier to the collector of the second transistor only when pulsed light from the light source is received, and the current value is supplied to the collector of the second transistor. A distance detection device comprising: a diode or a third transistor that produces a voltage drop corresponding to the logarithm of , and an output is taken out from an output terminal of the second operational amplifier.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6999581A JPS57192815A (en) | 1981-05-09 | 1981-05-09 | Distance detecting device |
| DE19823216246 DE3216246A1 (en) | 1981-05-01 | 1982-04-30 | DISTANCE MEASURING DEVICE |
| US06/717,604 US4601574A (en) | 1981-05-01 | 1985-04-01 | Distance measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6999581A JPS57192815A (en) | 1981-05-09 | 1981-05-09 | Distance detecting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57192815A JPS57192815A (en) | 1982-11-27 |
| JPS6234082B2 true JPS6234082B2 (en) | 1987-07-24 |
Family
ID=13418760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6999581A Granted JPS57192815A (en) | 1981-05-01 | 1981-05-09 | Distance detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57192815A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4645634A (en) * | 1983-12-19 | 1987-02-24 | The Babcock & Wilcox Company | Apparatus for measuring the pitch between adjacent rods in a nuclear fuel assembly |
-
1981
- 1981-05-09 JP JP6999581A patent/JPS57192815A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57192815A (en) | 1982-11-27 |
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