JPH0560049B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

イ 産業上の利用分野 本発明は、広い可測レンジを有する光量測定装
置に関する。 ロ 従来の技術 光量測定装置は測定すべき光を受光する光電変
換素子の出力電流をコンデンサで積分する回路構
成になつている。この方式の光量測定装置では積
分用コンデンサが一種類だけであると測定可能な
光量範囲が限定されるから、広い測定レンジを得
たい場合従来は手動的なレンジ切換えスイツチに
よつて複数個のコンデンサを並列に接続できるよ
うにしておき測定対象によつて適当な測定レンジ
を設定できるようにしていた。この方式では測定
対象が予めどの測定レンジに適応するか判つてい
るときはよいが、そうでないときは過大な測定レ
ンジで測定してみた後適当な測定レンジに切換え
て再度測定を行うと云う二重手間を要し、或は測
定対象の発光量が予想されているときでも、それ
が或る測定レンジのリミツトに近い場合は当初の
予想として一段上（広い）の測定レンジに設定す
ることがあり、このような場合実際の光量がその
レンジに対しては過小であるため精度の良い測定
ができない。 さらに、アナログ信号（ここでは、積分された
光電変換素子の出力電流）をデイジタル信号に変
換するＡ−Ｄ変換器としては、精度良くＡ−Ｄ変
換できるといつた理由で二重積分型のＡ−Ｄ変換
器を用いたものが公知である。 ところが、従来からこの二重積分型のＡ−Ｄ変
換器は変換速度が遅く、更には例えば、０〜2¹⁶
のような範囲で入力信号が変動する場合、Ａ−Ｄ
変換に要する時間が大きく変動してしまうといつ
た問題点もあつた。 そこで、変換速度を速めるために、トリプルラ
ンプ（Triple Ramp）方式、縦続積分方式、ク
オードラハスイス （Quadraphasis）方式等の
方式が提案されている。これらの方式は１クロツ
クあたりの放電量を放電中に切換えることによ
り、精度を低下させずに速度を速めるものであ
る。これらは、最小分解能は一定でフル・レンジ
のＡ−Ｄ変換を行うものであるが、必ずしも最小
分解能を一定にしてフル・レンジのＡ−Ｄ変換を
行う必要はなく、例えば、16ビツトのＡ−Ｄ変換
であれば最小分解能を１，２，４，８，16，32，
64として10ビツトの変換値が欲しいといつた場合
もあり、このような場合には無駄な精度でのＡ−
Ｄ変換が行われることになる。さらには、カウン
タ用のクロツクと放電電流を切り換えるタイミン
グとの同期調整を行うのが難しいといつた問題点
もあつた。 ハ 発明が解決しようとする課題 本発明は、上記の問題点を解決する二重積分型
のＡ−Ｄ変換器を用いた自動測定レンジ切り換え
式の光量測定装置を提供することを目的とする。 ニ 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の光量測定
装置は、特に「積分出力が一定レベルに達したと
きに積分容量を小から大へ切換える切換え手段」
と、「切換え手段の切換え結果に基づいて積分容
量により異なつた電流で放電する放電手段」とを
備えている。 ホ 作用 小さい積分容量に対して始まつた積分動作によ
り積分出力が一定レベルに達すると、積分容量が
大きいものへ切換えられる。つまり、測定対象に
応じて自動的に最適な測定レンジへ切換えられ
る。また、二重積分型のＡ−Ｄ変換においては、
この切換えに連動して放電電流も切換えられる。 ヘ 実施例 第１図は本発明の第１の実施例装置を示す。第
２図は上記装置の動作を説明するタイムチヤート
である。光電変換出力の積分は一定の時間長さの
間行われる。その時間長は第２図でt0からt2或は
t4からt5の時間間隔で示される。光量測定装置の
光電変換素子に入射する光束は例えば第２図ホの
Ａ或はＢに示すような時間経過で変化する。これ
は閃光装置のようなものの発光を受光しているも
のであつて本発明装置はこのような光源からの受
光量を測定し表示するのに特に有効なものであ
る。 第１図で、SPDは光電変換素子のシリコンフ
オトダイオードで、演算増幅器OPAの２入力端
子間に接続され、Ｄは対数圧縮用ダイオードで演
算増幅器OPAの出力側には入射光束を対数圧縮
した信号Ｖ２が得られる。Ｖ２はスイツチSw２
を通して対数伸張用トランジスタTrのベースに
印加され、Trのコレクタには入射光束Ｌに比例
した電流Icが流れる。スイツチSw２は光量測定
に先立つて閉じられる。Ｃ１及びＣ２は上記した
トランジスタTrのコレクタ電流即ち光電変換出
力電流が充電されるコンデンサで、Ｃ１はトラン
ジスタTrのコレクタと直列に直結されており、
コンデンサＣ２はスイツチSw３を介してコンデ
ンサＣ１と並列に接続されており、通常積分動作
中はスイツチSw３は開かれており、Ｃ１だけが
積分用コンデンサとして作動するようになつてい
る。即ちＣ１単独の状態であり、この状態は測定
レンジ小の状態である。 スイツチSw１は積分回路のリセツト用スイツ
チで光量測定前に閉じられてコンデンサＣ１，Ｃ
２等の充電電荷を放電させ、スイツチSw１オフ
で積分動作が開始される。Vccは積分回路の電源
の正端子電圧であり、積分回路はアース電位０と
Vccとの間で動作し、積分出力はトランジスタ
Trのコレクタに表れ、Vccから出発しアース電
位に向かつて進行する。この積分出力はコンパレ
ータCOPの一端子に印加される。コンパレータ
COPの＋端子は積分回路の電源の正側電位より
一定電圧Vrだけ引下げた電位に設定されている。
積分出力がVccから出発して次第に０に近づき
Vcc−Vrを越すとコンパレータCOPの出力はロ
ーからハイに反転し、この反転出力によつて切換
え回路Ｘが作動せしめられ、それまで閉じていた
スイツチSw３を開く。このためコンデンサＣ１
に並列にコンデンサＣ２が接続されたことになり
積分回路のコンデンサの合成容量ＣはＣ１からＣ
１＋Ｃ２に拡大される。このときそれまでＣ１に
充電されていた電荷がＣ２に分配されるから積分
回路のそのときの出力電圧は当初からコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２の並列接続で光電変換出力を積分して
いたのと同じ電圧である。従つて、レンジ切換え
が行われたときは当初から広測定レンジとして光
量測定を行つて来たのと全く同じに光量測定が継
続される。積分出力即ちトランジスタTrのコレ
クタ電圧はＡ−Ｄ変換器ADでデイジタル信号に
変換されてデータ処理及び表示回路DSPに印加
される。尚、上記スイツチSw１，Sw２，Sw３
は夫々制御信号によつて開閉される半導体スイツ
チである。Ｋは制御回路で次のような動作を行
う。 制御回路Ｋの動作を第２図のタイムチヤートを
用いて説明する。装置全体のスイツチ（図外）投
入によりまずスイツチSw１，Sw２，Sw３を全
部閉にする。光量測定開始操作（時刻t0）に応じ
て第２図イ，ハに示すようにスイツチSw１，Sw
３を開く。これによつてコンデンサＣ１のみによ
る光量変換出力の積分が始まる。次に第２図ロに
示すように一定時間後の時刻t2においてスイツチ
Sw２を開く。そうするとトランジスタTrのベー
ス入力がなくなるから積分動作が停止される。時
刻t0からt2までの間（時刻t1）にコンパレータ
COPの出力がハイになると第２図ハに示すよう
にスイツチSw３を再び閉じる。これによつて前
述したようにレンジ切換えが行われる。時刻t2で
積分動作は停止されトランジスタTrのコレクタ
にはそのときの積分出力が保持され、この積分出
力がＡ−Ｄ変換器ADでデイジタル信号に変換さ
れるが時刻t2からt3までの時間はこのＡ−Ｄ変換
に要する時間を包含し得る長さに採つてあり、時
刻t3で第２図イ，ロ，ハに示すようにスイツチ
Sw１，スイツチSw２及びレンジ切換えがなされ
なかつたときは開になつたままであるスイツチ
Sw３を閉じ、次回の測定ができるように準備す
る。また時刻t2に測光終了信号をデータ処理表示
回路DSPに送つてＡ−Ｄ変換器ADの出力を取込
ませる。尚、データ処理表示回路DSPは、レン
ジの切換えに応じてトランジスタTrのコレクタ
からの出力に対する表示値も切換えられ、例え
ば、Ｃ２が入ることにより全容量が10倍になれば
表示も切換え前の同じ入力に対する表示値の10倍
になる。 更に第２図によつて第１図の実施例装置の動作
を説明する。第２図ホにＡで示すようにフオトダ
イオードSPDの入射光束が変化する場合の光量
測定で積分出力即ちトランジスタTrのコレクタ
電位を電源電圧Vccを基準線にとりアース電位を
上方に採つて画くと第２図ヘのようなカーブにな
り時刻t1に積分出力はVrに達し、コンパレータ
COPの出力はローからハイに転ずる。そうする
と前述した所によつて切換え回路Ｘが作動してス
イツチSw３が閉じられるから積分回路のコンデ
ンサ容量が増し積分出力は一旦当初から並列容量
Ｃ１＋Ｃ２で積分していたのと同じ出力まで低下
するから、コンパレータCOPの出力は再びハイ
に戻り、結局コンパレータCOPの出力は第２図
ニのようなパルス状になる。時刻t1以後の積分出
力は第２図ヘのように増加して行きt2で積分停止
以後そのときの積分出力が保持され、時刻t3で
Vcc（０）に戻る。t2からt3までの間に積分出力
はＡ−Ｄ変換され、データ処理表示回路DSPで
は切換え回路Ｘからレンジを切換えた信号が来て
いるので、上記Ａ−Ｄ変換された積分出力を広レ
ンジに対応する光量値に変換して表示する。この
表示の方式としては２通りある。例えば大レンジ
は小レンジの10倍のレンジを有する場合、表示回
路DSPの表示面には通常×１を示す表示を表す
ようにしておき、切換え回路Ｘからレンジを切換
えた信号が出たときは×１を表す表示の代わりに
×10を示す表示を表し、光量数値の表示にはレン
ジ切換えに関係なく積分出力をデイジタル化した
数値を表すものと、小レンジのままでレンジ切換
えがなかつたときは積分出力のデイジタル変換値
をそのまま光量表示面に表し、大レンジに切換つ
た場合は回路DSP内で切換え回路Ｘからのレン
ジ切換え信号によつて積分出力のデイジタル変換
値を10倍したものを算出して光量表示面に表示す
る方式とがある。これらの方式は回路的には優劣
がつけ難いものである。即ち前者は×１、×10を
示す表示素子とその駆動回路が必要であり、後者
の場合これらのものは不要であるが、光量値の表
示部が例えばレンジが10倍に切換えるなら１桁余
分に必要になるからである。他方使用者側から見
るときは後者の方がデータの読取りが簡単であ
る。フオトダイオードSPDの受光光束が第２図
ホＢのように弱いときは時刻t4からt5に至る積分
時間内の積分出力は第２図ヘにt4以後に部分に示
してあるようにVrを超過せず、従つてこの場合
レンジ切換えがなされずコンデンサＣ１のみによ
り小レンジでの光量測定が行われる。時刻t5から
t6までの間はt2からt3までの間と同じ内容の時間
である。 第３図は本発明の第２の実施例装置を示す。こ
の実施例では前記第１図に示した実施例における
光量変換素子の対数圧縮一対数伸張の構成を省き
フオトダイオードSPDの出力を演算増幅器OPA
と負帰還コンデンサＣ１，Ｃ２とよりなる積分回
路で直ちに積分するようにし、積分動作を停止さ
せる代わりに積分出力をメモリコンデンサＣ３に
記憶させスイツチSw２を開くことにより積分時
間満了時の積分出力をコンデンサＣ３にホールド
し、これをＡ−Ｄ変換してデータ処理表示回路
DSPにおいて表示させるようになつている。 積分回路のコンデンサＣ１は演算増幅器OPA
の反転端子と出力端子との間に直接接続され、コ
ンデンサＣ２はスイツチSw３を介してコンデン
サＣ１に並列に接続されている。スイツチSw１
はコンデンサＣ１，Ｃ２と並列のリセツト用スイ
ツチである。光量測定に先立つてスイツチSw１，
Sw２，Sw３は全部閉じられ、スイツチSw１，
Sw３を開くことにより光量測定がスタートする。
演算増幅器OPAの出力はスイツチSw２を通して
コンデンサＣ３に記憶せしめられると共にコンパ
レータCOPに印加される。コンパレータCOPに
は比較基準電圧Vrが与えてある。制御回路は光
量測定のスタートから一定時間後測定終了の信号
を出してスイツチSw２を開き、その時の演算増
幅器OPAの出力をコンデンサＣ３にホールドさ
せる。光量測定終了までに演算増幅器OPAの出
力が基準電圧Vrを越すとコンパレータCOPの出
力はローからハイに反転し切換え回路Ｘを作動さ
せスイツチSw３を閉じレンジ切換えがなされる。 第３図の実施例で第１図の例と機能上対応する
部分には第１図と同じ符号がつけてあり、第２図
のタイムチヤートは第３図の実施例の動作にも妥
当するものである。 第４図に本発明の更に他の実施例装置を示し、
第５図はその動作を説明するタイムチヤートであ
る。第４図においても第１図・第３図の実施例の
各部と機能上対応する部分には第１図・第３図と
同じ符号がつけてある。この実施例において、光
電変換出力の積分の方式及びレンジ切換えの方式
は第３図の実施例と同じである。他方第３図の実
施例におけるメモリコンデンサＣ３は用いず、積
分の終止は光電変換素子SPDと演算増幅器OPA
との間にスイツチSw２を挿入し、同スイツチを
開とすることによつて行つている。同スイツチを
開とすると演算増幅器OPAとコンデンサＣ１或
はＣ１とＣ２の並列接続よりなる積分回路の出力
はそのときの積分値をホールドする。 この実施例のもう一つの特徴は積分出力をＡ−
Ｄ変換する方式にある。スイツチSw２が開とな
ると上述したように積分回路はその時の積分出力
をホールドしている。ここでスイツチSw４或は
Sw５を閉にすると、演算増幅器OPAの一端子は
抵抗Ｒ２或はＲ１を介して定電圧源Vsに接続さ
れ、積分回路には電流ｉ＝Vs／（Ｒ２或はＲ１）
で定まる定電流が流入しコンデンサＣ１，Ｃ２等
を逆充電する。即ちコンデンサＣ１或はＣ１及び
Ｃ２に充電されている電荷を一定電流で放電し、
演算増幅器OPAの出力はスイツチSw２開時の値
から直線的に低下して行く。演算増幅器OPAの
出力が０になつたことをコンパレータCOP′で検
知し、スイツチSw４或はSw５閉の時点から演算
増幅器OPAの出力が０になるまでの時間の間ク
ロツクパルスをカウンタで計数することによつて
光量値をデイジタル化するようになつている。こ
こでスイツチSw４，Sw５の何れを閉じるかは光
量測定中にレンジ切換えがなされたか否かによつ
て決まるようになつている。 更に第４図に示す実施例について詳説する。ス
イツチSw１〜Sw５は全て半導体アナログスイツ
チである。第１図、第３図の実施例でもスイツチ
Sw１〜Sw３をアナログスイツチにできることは
云うまでもない。切換え回路Ｘはプリセツト端子
とクリヤ端子とクロツク入力端子を有し、プリセ
ツト入力の立上がりでＱ出力がハイとなり、クロ
ツク入力の立上がりでＱ出力が反転し、クリヤ入
力によりＱ出力がローとなるフリツプフロツプ
で、予めプリセツト入力が与えられてＱ出力はハ
イであり、コンパレータCOPがローからハイに
転ずるとＱ出力がローとなり、このローの信号に
よつてスイツチSw３が閉となる。光電変換素子
SPD、演算増幅器OPA、スイツチSw１，Sw３、
コンデンサＣ１，Ｃ２、コンパレータCOP、切
換え回路Ｘ及び制御回路Ｋの各部の接続及び動作
は第３図の実施例と全く同じである。まず光量が
大で測定中にレンジ切換えがなされる場合につい
て述べる。当初スイツチSw４，Sw５は共に開で
ある。この場合、積分動作の途中で演算増幅器
OPAの出力電圧がコンパレータCOPに設定して
ある比較基準電圧Vrを越えスイツチSw３が閉じ
られる（第５図t0からt1までの間）。その後コン
デンサＣ１，Ｃ２の並列接続によつて積分が継続
され、積分時間が経過すると制御回路Ｋからイン
ターフエイスIfを介してスイツチSw２及びSw４
に信号が送られスイツチSw２は開、Sw４は閉と
なる（第５図t2の時点）。このためコンデンサＣ
１，Ｃ２はＩ＝Vs／Ｒ２なる定電流で放電し、
演算増幅器OPAの出力電圧は第５図T1の時間を
要してt4の時点で０となる。OPAの出力が０に
なつたことはコンパレータCOP′により検知され、
検知信号が制御回路Ｋに送られ、Ｋからはスイツ
チSw１，Sw２，Sw３閉じ、Sw４，Sw５開の
信号が出力され、また切換え回路Ｘにプリセツト
信号が出力されて同回路のＱ出力端子がハイとな
つて光量測定装置全体が次回の測定に備えられ
る。次に光量が少なくてレンジ切換えが行われな
い場合について述べる。このときは第５図に時刻
t5からt7までの間に示されるようにスイツチSw
３は開のままであり、コンデンサＣ１のみによつ
て積分が行われ、この場合切換え回路Ｘの出力は
ハイのままなので制御回路Ｋは積分時間終了の時
点でスイツチSw２開、Sw５閉の信号を出力す
る。このためコンデンサＣ１は電流Ｉ＝Vs／Ｒ
１によつて放電されることになり、演算増幅器
OPAの出力は時間T2を要して出力電圧０に達す
る。その他の動作は第５図t0〜t4間の動作と同じ
である。 次に抵抗Ｒ１，Ｒ２の値の選定について述べ
る。光電変換電流をＩとし、一定時間Ｔの間の
積分を∫γI・dt＝Ｆとすると、同じＦに対しコ
ンデンサＣ１単独の場合の積分出力電圧はＦ／Ｃ
１であり、Ｃ１とＣ２との並列接続を用いたとき
の積分出力電圧はＦ／（Ｃ１＋Ｃ２）である。抵
抗Ｒ１とＲ２との比が、 R1／R2＝（C1＋C2）／Ｃ１ となるように各抵抗値が定めてあると、同一光量
に対してＣ１単独の場合とＣ１，Ｃ２並列接続の
場合の放電時間の比は、 Ｃ１単独／Ｃ１，Ｃ２並列 ＝（C1＋C2）／C1 となつてＣ１単独の方が放電時間が長くなる。即
ち同じ周期のクロツクパルスを計数しているので
同じ光量に対する計数値はＣ１単独の場合即ち小
レンジの場合の方が大となる。これは例えば小レ
ンジが光量０から１までであり、大レンジが光量
０から10までとすると、小レンジで光量１が大レ
ンジでは0.1と計数され、大レンジでは（計数）×
10が光量として表示されると云うことである。こ
の10倍する信号は、Ａ−Ｄ変換終了時に切換え回
路ＸのＱ出力がハイとなつているかどうかを制御
回路Ｋで判別することで検出され、この信号が検
出されると表示が切換えられたレンジに応じたも
のとなるようにするため上述の計算が制御回路Ｋ
で行われる。結局レンジ切換えを行つても積分出
力をＡ−Ｄ変換するためのクロツクパルスの周期
は一種類でよく、異なるレンジで積分出力が等し
いものに対しては放電所要時間即ち積分出力のＡ
−Ｄ変換所要時間がレンジに関係なく同じになる
のである。 ト 効果 本発明光量測定装置は上述したような構成で、
試し測定等をなくしても光量測定の経過中に下位
レンジを越えたことを検知して自動的にレンジ切
換えをするので、一回の測定で非常に広い範囲の
光量を測定することができることになる。 さらに、測定レンジの切換えに応じて二重積分
型のＡ−Ｄ変換の放電電流も切換えられるので、
測定レンジの切換えに関らずＡ−Ｄ変換に要する
時間を所望範囲内に納めることが可能となる。 なお上述実施例は何れも測定レンジが大小２段
切換えになつているが、３段以上の切換えでも上
述各実施例と同じ手段を付加的に重ねて実施可能
であることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の構成を示す回
路図、第２図は同実施例装置の動作を示すタイム
チヤート、第３図は本発明の他の実施例装置の回
路図、第４図は本発明の更に他の実施例装置の回
路図、第５図は同実施例の動作を示すタイムチヤ
ートである。 Ｃ１，Ｃ２……積分用コンデンサ、SPD……
光電変換素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光電変換手段と、 上記光電変換手段による光電変換出力を積分す
   る積分容量の切換え可能な積分回路と、 上記積分回路の出力を一定レベルと比較するコ
   ンパレータと、 上記積分回路の積分出力が上記一定レベルに達
   したとき上記コンパレータから出力される信号に
   より作動して上記積分容量を小から大へ切換える
   切換え手段と、 上記積分容量の小なる状態で上記積分回路の積
   分動作を開始させ所定時間経過後上記積分回路の
   積分動作を停止させる積分制御手段と、 上記積分手段の積分電荷を上記切換え手段の切
   換え結果に基づいて上記積分容量により異なつた
   電流で放電する放電手段と、 上記放電手段の放電動作開始から上記積分手段
   の出力が所定値に達するまでの時間をカウントす
   るカウント手段と、 上記切換え手段及び上記カウンタからのデータ
   を取り込む処理装置を備えたことを特徴とする光
   量測定装置。 ２ 上記切換え手段が上記積分回路の固定的コン
   デンサに並列に着脱可能なコンデンサを設けたも
   のである特許請求の範囲第１項記載の光量測定装
   置。