JPS61210980A - パルス信号抜き取り回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体入射位置検出器（Ｐ　Ｓ　Ｄ）を用い
た距％！ｌ検出回路等に利用されるパルス信号抜き取り
回路に関する。

（従来の技術） 光源より赤外線をパルス光の形で被測定物に照射し、反
射光を半導体装置検出器ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５
ｅｎｓｉｔｉｖｅ　　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用い検出し
、三角測量の原理により被測定物までの距離を測定する
距離検出装置が知られている。

第３図はＰＳＤを用いた距離検出装置の光学系を示す略
図である。

投光用のＬＥＤから放出されたパルス光は投光レンズＬ
１により前方の被測定物ｏｂに投射され、その反射光は
受光レンズＬ２を介してＰＳＤに入射する。

ＰＳＤは背景光または外来光とパルス光を背景光または
外来光のレベルとパルス光の入射位置情報を含む電流に
変換して出力する。したがって、ＰＳＤから前記背景光
または外来光に原因する電流（以下外来光電流）に重畳
された必要なパルス信号電流のみを抜き取り、距離演算
を実行する必要がある。

第４図は前記距離検出装置の信号処理回路のブロック図
である。

ＰＳＤの出力端子はそれぞれ同一の構成のパルス信号抜
き取り回路■、■に接続されている。

パルス信号抜き取り回路■、■により、パルス光電流が
対数圧縮して取り出され、差動回路により距離情報が取
り出される。

第５図は、前記従来のパルス信号抜き取り回路の回路図
である。

第５図に示す回路で、ＰＳＤからの一方の出力端子から
流出する外来光電流を■１とする。

１１はトランジスタＴｒ１にコレクタ電流として流れ、
Ｔｒｌのベース電位ＶＢＥ、はコレクタ電流に対して次
の（１）式で与えられる。

ＶＢＥｌ−（ｋＴ／ｑ）ｉｎ　（Ｉｔ　／Ｉｓ）・・・
・・・・・・・・・（１１ ここで　　ｋ；ボルツマン定数 Ｔ；絶対温度 ｑ；電子の電荷 ■ｓ；ダイオードとしての逆方向飽和 電流（２，３Ｘ　１０”６　　（Ａ）　”）電源スィッ
チＳＷ１が閉じる時、トランジスタＴｒ、のベース電位
を保持するホールドスイッチＳＷ２はオフとなっており
、メモリコンデンサＣには増幅器Ａにより前記ＶＢＥ、
に相当する電荷が蓄積されている。

この状態でベース電位を保持するホールドスイッチＳＷ
２を開くと前記メモリコンデンサＣには、前記ＶＢＥ、
に相当する電荷が保持されることになる。

この状態で前記被測定物Ｏｂを照射するために投光用Ｌ
ＥＤ　（赤外光）をパルス的に発光させる。

被測定物ｏｂで反射して戻って来て得られるパルス信号
電流をΔ■１とする。

このパルス信号電流Δ■１は前記外来光電流■１に重畳
されることになる。

トランジスタＴｒｌのベース電圧ＶＢＥＩはメモリコン
デンサＣによって固定されているため、１１以上の電流
を流すことができないので、パルス電流Δ！ｌはトラン
ジスタＴｒ２のベースに流れ込む。

つまり、パルス電流へ！１が（１１＋Δ１１）から抜き
出され、分離されることになる。

この抜き取られたパルス電流Δ１１はトランジスタＴ　
ｒ　２によりｈｆｅ−Δ１１　（ただしｈｆｅはトラン
ジスタＴ　ｒ　２の電流増幅率）に増幅される。

この電流はトランジスタＴｒ３　、Ｔｒ４　、Ｔｒ５か
らなるカレントミラー回路を介して、対数変換ダイオー
ドＤＬに接続される。

２つのダイオードを直列接続した対数変換ダイオードＤ
Ｌは前記ｈｆａ・Δ■１を対数圧縮した電圧ｖ１を出力
する。

電圧ｖ１は（２）式で与えられる。

ｖｌ”　（２ｋＴ／ｑ） ・ｊ！ｎ（ｈｆｅ−ΔＩ　ｓ　／　Ｉ　ｓ　）　・・・
（２）前述した回路において、スイッチＳＷ２がオフの
ときトランジスタＴｒ１が外来光電流■１を流し続ける
ために、トランジスタＴｒｌにベース電流を供給する必
要がある。

またメモリコンデンサＣを増幅器Ａで充電する時間が長
くかかるようでは実用上問題である。

そのため実用化されている回路では、メモリコンデンサ
Ｃを短時間に充電するためのチャージアップ回路とトラ
ンジスタ’ｌ’ｒ１のベース電流を補償する回路が付加
されている。

第６図にすでに実用に供されているパルス信号電流抜き
取り回路の回路図を示す。

図において、電源スィッチＳＷ１をオンした後、メモリ
コンデンサチャージアップ回路■に印加されるチャージ
アップ信号がロー状態の間、メモリコンデンサＣは、ト
ランジスタＴｒ１１に流れるコレクタ電流Ｉｃによって
充電される。

ベース電流補償回路■に用いられているトランジスタＴ
ｒ６．Ｔｒ７は、トランジスタＴｒ１と同一特性のトラ
ンジスタ、’ｒｒ、、ＴｒｇはＴｒｌ。

と同一特性のトランジスタである。

トランジスタＴｒ１のコレクタ電流１１と等しい電流が
トランジスタＴｒ６．およびトランジスタＴ　ｒ　７に
も流れ、トランジスタ’ｌ’ｒ７のベース電流（Ｉｂ）
の大きさはトランジスタＴｒ１の千れと等しくなる。

トランジスタＴｒ７のベース電流（Ｉｂ）はトランジス
タＴｒＢを通じて流れ、同じ大きさの電流Ｎｂ）がトラ
ンジスタＴ　ｒ　ｇおよびトランジスタＴｒｌ　Ｏから
それぞれ流れて、トランジスタＴｒ、およびトランジス
タＴｒｅのベースに流れ込み、そのベース電流を補償し
ている。

第６図に示すパルス信号抜き取り回路を用いた距離検出
装置をレンズシャッタカメラのオートフォーカスシステ
ムに応用する場合、電源スィッチＳＷ、を閉じてから、
投光用ＬＥＤを発光させるまでの時間は３９ｍ５ｅｃ以
内であることが好ましい。

この方式で現在実用化されているものは、電源スィッチ
ＳＷ、をオンにしてから、投光用ＬＥＤを発光させるま
での時間が２３ｍ５ｅｃ程度に設定されている。

メモリコンデンサＣとしては、０．４７μＦのタンタル
コンデンサが使用されている。

コンデンサの一般的な特性として、コンデンサ“の両端
に直流電圧が印加されると、分極が速やかに行われ、す
ぐ安定するというものではなく、時間的なずれが生じる
。

この間に流れる電流１　　（１）を第７図に示す。

この電流は次の１３）式で与えられる。

ｉ　　（ｔ）　　＝ （Ｖ／Ｒｓ）　　ｅｘｐ　　（−ｔ／ＣＲｓ）＋ｉａ　
　（ｔ）　　＋Ｉｅ・・・・・・・・・・・・（３）こ
こで　ｉ　　（ｔ）　　：コンデンサに流れる電流Ｒ３
；、直列抵抗 ｉａ　（ｔ）ｉ誘電吸収電流 ■ｅ　　；漏れ電流 タンタルコンデンサの誘電吸収電流は次の（４）式で表
せる。

ｉａ　　（ｔ）＝ＣＶψ（１）・・・・・・・・・・・
・・・・（４）ここで　Ｃ；静電容量 Ｖ；印加電圧 ψ（ｔ）；余効関数（誘電体の物理的性質のみで規定） 固体誘電体の場合、ψ（１）は実験的に（５）式で表せ
ることが確かめられている。

ψ　（ｔ）−Ａｔ−”　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（５）（３）式において、直流電圧　Ｖ
＝０．５　（Ｖ）、Ｃ＝０．４７（μＦ）、Ｒ３−３（
Ω）（現在市販されているタンタルコンデンサの中で　
ｔａｎδが良いものを選んだ時の値に相当する）とする
と、充電電流の項（Ｖ／Ｒｓ）ｅｘｐ　（−ｔ／ＣＲｓ
）はｔ＝ｌｏｏｕｓｅｃで電流値は２．６　ｘ　１０−
３２（Ａ）となる。

そのため第６図に示す回路においてチャージアップ回路
が動作すれば投光用ＬＥＤが発光する以前に充電は充分
に完了する。

これに対して、誘電吸収電流ｉａ　　（ｔ）の方は（５
）式を（４）式に代入して、（６）式の形で表せる。

ｉａ　（ｔ）−ｃｖＡｔ′″ｎ・・・・・・・・・・・
・・・・（６）市販のタンタルコンデンサについて、実
験的に求めた係数の値を発明の詳細な説明の末尾の別表
１に示す。

別表１によれば電源スィッチＳＷＩをオンしてから２３
ｍ５ｅｃ後では誘電吸収電流が無視できない値を持って
しまう。

実用化回路において、ベース電位ホールドスイッチＳＷ
２がオフしている時間はｔ　＝　５００　ｔｔ　ｓｅｃ
になっている。

実測により、このオフ期間に降下するトランジスタＴｒ
、のベース電位ＶＢ　（ｔ＝５００，１Ｊｓｅｃ）と誘
電吸収電流ｔａ　（ｔ＝２３ｍ　　５ｅｃ）の間には（
７）式の関係が成り立つ。

ＶＢ　（ｔ＝５００μ５ｅｃ） ＝Ａｏ−ｔｏ−ｉａ　　（ｔ＝２３ｍ　　５ｅｃ）　／
Ｃ・・・・・・（７） ここで　Ａｏ　；係数（Ａｏ＝１．４７）ｔｏ　；単位
時間（ｔｏ＝５００μ５ｅｃ）Ｃ；静電容量 ベース電位ホールドスイッチＳＷ２がオフの期間中にト
ランジスタＴｒｌのベース電位降下ＶＢ　（ｔ＝５００
ｕｓｅｃ）は（７）式より、ＶＢ　　＜ｔ＝５００μ５
ｅｃ）＃５０μＶ〜１５０μＶになる。

これによりトランジスタＴ　ｒ　１で外来光電流！１を
完全に流すことができなくなり、誤差分として抜き取ら
れたパルス信号電流に重畳される。

（１）式を（８）式のように書き換えることができる。

Ｉ　１＝　Ｉ　ｓ　−ｅ　ｘｐ　（ＱＶＢＥＩ　／ｋＴ
）　−（８１またベース電位がＶＢ　（ｔ＝５００＃５
ｅｃ）下降した時、トランジスタＴｒ１で流せる電ｆｉ
Ｉｔ’は（９）式で与えられる。

１１　　’＝Ｉｓ−ｅｘｐ　　（（ｑ／ｋＴ）＋　　（
ＶＢＥ＋−ＶＢ　（ｔ＝５００μ５ｅｃ））　）−・・
・（９）今、外来光電流　■１＝４μＡとすると＋１）
式よりＶＢＥｌ　＝０．６０５９８６　（Ｖ）　、誘電
吸収電流の小さいタンタルコンデンサを使用しても、Ｖ
Ｂ　（ｔ　＝５００　ｕｓｅｃ）　−５０ｕＶｔ”ある
から、これらの数値を（９）式に代入すると、α〔式が
得られる。

１、’＝３．９９２　　（μＡ）・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・α〔すなわち、１．−１．’＝
８　（ｎＡ）がパルス信号電流に重畳される。

第８図は、外来光電流■１と前記コンデンサに原因して
パルス光電流に重畳される疑似信号電流の関係を示すグ
ラフである。

一方、この方式をレンズシャッタカメラのオートフォー
カスシステムに用いた時に得られるパルス光電流△■１
は△１１−５０〜ｌ　（ｎＡ）程度であるから、外来光
電流が大きいと前記疑似信号電流（Ｉｔ’−１１′）の
影響が無視できなくなる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上述べたように、従来のＰＳＤを用いた距離検出回路
等に利用されるパルス信号抜き取り回路において、前記
コンデンサに原因してパルス光電流に重畳される疑似信
号電流の存在により正確な距離測定が妨げられる。

特にカメラのオートフォーカスシステムに用いる際には
、シャッタチャンスを逃さないために安定に十分な時間
を確保することができない。

本発明の目的は、前記コンデンサに固有の誘電吸収電流
により生じる疑似信号電流がパルス光電流に重畳される
のを防止することができるパルス信号抜き取り回路を提
供することにある。

（問題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明によるパルス信号抜
き取り回路は、外来光とパルス光を外来光のレベルとパ
ルス光の入射位置情報を含む電流に変換して出力する半
導体入射位置検出器と、前記半導体入射位置検出器にコ
レクタが接続されているトランジスタと、前記トランジ
スタのベース電圧を固定するメモリコンデンサと、前記
パルス信号光の入射前に前記外来光電流レベルに対応す
る電圧に固定する回路と、その後のパルス的な入射位置
情報を含む電流の増加を信号電流とし復き取り対数圧縮
して出力する対数圧縮回路とからなるパルス信号抜き取
り回路において、前記パルス信号抜き取り回路および前
記パルス信号源を電源に接続する手段と、前記パルス信
号抜き取り回路を電源に投入する前に前記メモリコンデ
ンサを充電し、前記パルス信号抜き取り回路と前記パル
ス信号源を電源に接続する手段の動作により前記充電を
停止する初期充電回路を設け、前記メモリコンデンサに
固有の誘電吸収電流によるベース電位降下を防止して構
成されている。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第１図は本発明のパルス信号抜き取り回路の実施例を示
す回路図である。

パルス信号抜き取り回路および距離検出回路（第４図に
示す差動回路に相当する回路）の動作電圧はスイッチＳ
Ｗ１を介して電源Ｂから供給される。

本発明では、メモリコンデンサＣの誘電吸収電流をなく
すために、電源スィッチＳＷＩがオンする以前にメモリ
コンデンサＣを充電する回路を設けである。

スイッチＳＷｏはメモリコンデンサ初期充電回路Ｉを電
源に接続するためのスイッチである。

まず最初にスイッチＳＷ、をオンにしてメモリコンデン
サ初期充電回路■でメモリコンデンサＣを充電し、電源
スィッチＳＷ１がオンになると、その動作が停止させら
れる。

こうして、ホールドスイッチＳＷ２がオフした後のトラ
ンジスタＴｒ、のベース電流分をベース電流補償回路■
により供給すれば、ベース電位の降下が起こらず、外来
光電流■１が大きくなってもパルス光電流のみを抜き取
ることができる。

次に第２図を参照して本発明のパルス信号抜き取り回路
の各部の構成をさらに説明する。

第２図は本発明のパルス信号抜き取り回路の詳細な回路
構成を示す回路図である。

メモリコンデンサチャージアンプ回路■、およびベース
電流補償回路■の構成は先に説明した構成と異ならない
。

メモリコンデンサ初期充電回路■は電源ＢにスイッチＳ
Ｗｏを介して接続されており、このスイッチＳＷｏは前
記スイッチＳＷ１のオンに先立ってオンされる。

メモリコンデンサ初期充電回路■は前記スイッチＳＷｏ
と前記メモリコンデンサＣ間に接続されている抵抗Ｒ１
とダイオードＤ１の直列回路を持っている。

この抵抗Ｒ１とダイオードＤ１の接続点はトランジスタ
Ｔｒ１５により接地点に接続されており、トランジスタ
Ｔｒｌ　５のベースは抵抗Ｒ２を介して接地点に接続さ
れている。

またトランジスタＴｒｌ　５のベースは抵抗Ｒ３を介し
て前記スイッチＳＷ１に接続されており、スイッチＳＷ
１がオンしているときに導通し、オフ時に不導通とされ
る。

同図においてスイッチＳＷ、がオン、ＳＷｌがオフの時
充電電流Ｉｃｏは抵抗Ｒ１およびダイオードＤ１を通っ
てメモリコンデンサＣに流れ込む。そして充電が完了し
、誘電吸収電流がゼロになるとトランジスタＴｒ１およ
びＴｒ２のベース電流として流れ込む。

この状態になって電源スィッチＳＷ１がオンすると、初
期充電電流ＩｃｏはトランジスタＴｒ１５を通して接地
点に流れ込み、メモリコンデンサＣへの初期充電は停止
させられる。

また、初期充電電流Ｉｃｏは数μＡあれば充分その機能
を果たすことができる。

ダイオードＤ１は電源スィッチＳＷ１がオンし、Ｉｃｏ
をＴ”ｒ１５で流す時、充電されているメモリコンデン
サＣからの逆流を防ぐ役割を果している。

電源スィッチＳＷｌをオンにしてからの動作は先に従来
例として説明した動作と異ならない。

なお、前記回路をオートフォーカスカメラに応用すると
き、前記スイッチＳＷ、のオン動作をオートフォーカス
カメラのレンズキャップの開動作に連動させることによ
り簡単に実現することができる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明による信号抜き取り
回路はメモリコンデンサの初期充電回路を設けである。

したがって、外来光電流が大きいと、パルス信号電流よ
りも大きな疑僚信号電流が重畳されてしまうため、測距
演算出力が大きく変化してしまうという問題は完全に解
決できる。

本発明によるパルス信号抜取回路によれば、外来光電流
が大きくても、正確にパルス信号電流のみを抜き取るこ
とができる。

本発明によるパルス信号抜取回路をカメラのオートフォ
ーカスシステムの自動距離検出装置に応用することによ
り、距離検出精度を向上させることができる。

（以下余白） 別表１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパルス信号抜き取り回路の実施例
を示す回路図である。 第２図は本発明のパルス信号抜き取り回路のより詳細な
実施例を示す回路図である。 第３図はＰＳＤを用いた距離検出装置の光学系を示す略
図である。 第４図は前記距離検出装置の信号処理回路のブロック図
である。 第５図は、前記従来の信号処理回路のパルス信号抜き取
り回路の回路図である。 第６図は、すでに実用に供されているパルス信号電流抜
き取り回路の回路図である。 第７図は、コンデンサに直流電圧が印加されたときの各
電流成分の時間的変化を示すグラフである。 第８図は、外来光電流と擬似信号の関係を示すグラフで
ある。 Ｃ・・・メモリコンデンサ ＴｒＩ〜ＴｒＩ５・・・トランジスタ ＤＬ・・・対数圧縮ダイオード Ｄ！・・・ダイオード Ｒ１＋　Ｒ２、Ｒ３・・・抵抗 ＳＷｏ・・・メモリコンデンサ初期充電回路スイッチＳ
Ｗ、・・・抜き取り回路スイッチ ＳＷ２・・・ホールドスイッチ Ａ・・・増幅器 ■・・・メモリコンデンサ初期充電回路■・・・メモリ
チャージアップ回路 ■・・・ベース電流補償回路 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 チ　ノ　ン　　株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　毒 牙３図 ４１１ｉ 才５図 オフ図 ＦｔｙｆＩ’

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外来光とパルス信号光を外来光のレベルとパルス
   信号光の入射位置情報を含む電流に変換して出力する半
   導体入射位置検出器と、前記半導体入射位置検出器にコ
   レクタが接続されているトランジスタと、前記トランジ
   スタのベース電圧を固定するメモリコンデンサと、前記
   パルス信号光の入射前に前記外来光電流レベルに対応す
   る電圧に固定する回路と、その後のパルス的な入射位置
   情報を含む電流の増加を信号電流とし抜き取り対数圧縮
   して出力する対数圧縮回路とからなるパルス信号抜き取
   り回路において、前記パルス信号抜き取り回路および前
   記パルス信号源を電源に接続する手段と、前記パルス信
   号抜き取り回路を電源に投入する前に前記メモリコンデ
   ンサを充電し、前記パルス信号抜き取り回路と前記パル
   ス信号源を電源に接続する手段の動作により前記充電を
   停止する初期充電回路を設け、前記メモリコンデンサに
   固有の誘電吸収電流によるベース電位降下を防止して構
   成したパルス信号抜き取り回路。
2. （２）前記パルス信号抜き取り回路はカメラのオートフ
   ォーカスシステムの距離検出装置で被測定物体からのパ
   ルス反射光によるパルス信号の抜き取りに用いられる特
   許請求の範囲第１項記載のパルス信号抜き取り回路。
3. （３）前記初期充電回路は、オートフォーカスカメラの
   レンズキャップの開動作に連動させられて動作する特許
   請求の範囲第２項記載のパルス信号抜き取り回路。