JPS63282622A - 光測定装置 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、光測定装置、特に複数の光情報をディジタル
データで取り込む装置に関する。

口、従来の技術 通常、光情報をディジタルデータで取り込むとき、光情
報によるアナログ信号をディジタルデータに変換するＡ
−Ｄ変換器としては、精度良くＡ−り変換ができるとい
った理由でデュアルスロープのＡ−Ｄ変換器を用いたも
のが公知である。

ところが、従来からこのデュアルスロープのＡ−り変換
器はＡ−Ｄ変換の速度が遅く、さらには一度に複数のア
ナログ信号をＡ−Ｄ変換できないといった欠点があり、
更には例えば、０〜コロのような範囲で入力信号が変動
する場合、Ａ−Ｄ２換に要する時間が大きく変動してい
まうといった問題点もあった。

そこで、Ａ−Ｄ変換の速度を速めるためのトリプルラン
プ（Ｔｒｉｐｌｅ　　Ｒａｍｐ）方式、縦続積分方式、
フォードラハスイス（Ｑｕａｄｒａｐｈａｓｉｓ）方式
等の方式が提案されているが、これらの方式はｌクロッ
クあたりの放電量を、放電中に切換えることで精度を低
下させず、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１．２４．８，１６．３
２．６４としてｌＯビットの変換値が欲しいといった場
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。さらには上述のＡ−Ｄ変換方
式であれば、放電時間中に放電電流を切り換えるもので
あるが、カウント用のクロックと放電電流を切り換える
タイミングとの同期をとるように調整するのが難しいと
いった問題点がある。

ハ　発明が解決しようとする問題点 本発明は、上記の問題点を解決した二重積分型のＡ−Ｄ
変換器を用いた光測定装置を提案することを目的とする
。

二１問題点解決のための手段 光測定装置において、受光量に対応した信号を出力する
測光手段と、この測光手段の出力がどの範囲にはいって
いるかを判別する判別回路と、上記測光手段からの信号
を一定時間積分する積分手段と、上記積分手段の積分電
荷を上記判別回路の判別結果に対応した電流で放電する
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
カウンタと、上記判別回路及び上記カウンタからのデー
タを取り込む処理装置とを備えた。

ホ、１１：用 本発明は、測光出力にもとづいて、Ａ−Ｄ変換の最小分
解能をいくらにするかを判別して、判別結果に基づいて
放電電流を切り換えるようにしたことを特徴とするもの
である。

本発明は受光量に対応した信号を測光手段から出力さゼ
、この出力信号の強度を判別回路で判別させると同時に
積分手段において一定時間積分させる。積分手段に積分
された積分電荷を上記判別回路の判別結果に対応した電
流で放電させ、放電動作開始から上記積分手段の積分電
荷が所定値に達するまでの時間をクロックパルスで計数
し、この計数値をディジタル信号とする。上記判別結果
により受光量が成るレンジ以上のときは、放電電流を大
なる方に切換えることで、積分回路の放電ベースを速め
ることにより、何れの測光レンジにおいても、そのレン
ジの最高受光量に対するＡ−り変換所要時間を略同じに
することができる。

なお、ここで積分手段の積分、放電の言葉は、例えば積
分手段にコンデンサを用いた場合、コンデンサを短絡状
態から測光信号の時間積分値に応じた電位まで充電し、
その後、その充電電荷を放電してコンデンサの電圧を下
げる場合のみに限らず、逆に、コンデンサを予め所定レ
ベル（例えば、電源電圧）まで予備充電し、それを前記
時間積分値に応じたレベルまで放電しくこれが積分に相
当）次いでこのコンデンサを予備充電方向に電位が変化
するように充電（これが上記発明の要旨に云う放電に相
当する）しても良く、更には、上記充電又は放電による
積分動作に引続く放電動作は、積分値レベルまで電圧が
高められるように充電されたコンデンサに、更に電荷を
送り込んで。所定レベルまでコンデンサの電位を高めた
り、積分値レベルまで電圧が下げられるよう放電された
コンデンサから、更に電荷を放出させ所定レベルまでコ
ンデンサの電位を下げるようにしても良い。

これ等コンデンサの電位変化はあくまで相対的なもので
あり、要は、はじめの一定時間内の変化が測光値に対応
し、次の一定電流での充電又は放電により所定レベルま
で変化する時間がカウントされれば良い、もっとも、放
電動作時、積分時と逆向きに積分手段のレベルを変える
（これが所謂ダブルスロープの考え方である）方が往復
時に誤差が補償されるので望ましい。

へ、実施例 第１図に本発明の一実施例装置を示し、第２図はその動
作を説明するタイムチャートである。この実施例におい
て、ＳＰＤはフォトダイオード等の光電子変換素子で光
を測光し測光量を電気信号に変換する。ＯＰＡは演算増
幅器である。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
はレンジ切換え用スイッチＳＷ３を介してコンデンサＣ
１に並列に接続されている。演算増幅器ＯＰＡと負帰還
コンデンサＣＩ、Ｃ２とより積分回路を楕成しており、
スイッチＳＷＩはコンデンサＣ１゜Ｃ２と並列に接続し
たリセット用スイッチである。スイッチＳ　ｗ　２はフ
ォトダイオードＳＰＤと演算増幅器ＯＰＡの反転端子と
の間に接続した積分スタート及び終了用スイッチである
。ＣＯＰはコンパレータで演算増幅器ＯＰＡの積分出力
を子端子に基準電圧Ｖｒを一端子に接続し、演算増幅器
ＯＰＡの積分出力と基準電圧Ｖｒを比較し、演算増幅器
ＯＰＡの積分出力が基準電圧Ｖｒを越えた場合に３ｗ３
の閉信号を切換え回路Ｘに出力し、積分コンデンサをＣ
Ｉ、Ｃ２の並列接続として、レンジをローからハイに切
換える。切換え回路ＸはコンパレータＣＯＰからのレン
ジ信号によりスイッチＳｗ３を開閉およびマイクロコン
ピュータＫにレンジ信号を出力する。Ｒ１，Ｒ２は逆充
電電流調整用の抵抗で演算増幅器ＯＰＡの反転端子とス
イッチＳ　ｗ　４又は３ｗ５を介して定電圧源ＶＳに接
続され、スイッチＳ　ｗ　４又は３ｗ５の閉により定電
流でＣ１，Ｃ２を逆充電する。ｃｏｐ’はコンパレータ
でこの逆充電により演算増幅器ＯＰＡの積分出力が０に
なるのを検知し、この検知信号をマイクロコンピュータ
Ｋに出力する。マイクロコンピュータには各入力信号に
より各スイッチの開閉制御を行うと共に、積分回路への
逆充電時間をクロックパルスにより計数し、計数値によ
り測光値を算出する。ＤＳＰは表示回路で算出した測光
値等の測定データを表示する。

光量測定に先立ってスイッチＳＷ１．ＳＷ２゜ＳＷ３は
全部閉じられ、ＳＷ４．ＳＷ５は開かれ、コンデンサＣ
１，Ｃ２の残留電荷が放電されて、その後スイッチＳＷ
１．ＳＷ３を開くことにより光量測定がスタートする。

光量測定スタートと同時にマイクロコンピュータには積
分時間の計時を開始する。フォトダイオードＳＰＤで検
出された測光信号を、演算増幅器ＯＰ’Ａと負帰還コン
デンサＣ１とより構成された積分回路で直ちに積分し、
演算増幅器ＯＰＡの積分出力をコンパレータＣＯＰにお
いて基準電圧Ｖｒと比較し、演算増幅器ＯＰＡの積分出
力が基準電圧Ｖｒを越えたら、コンパレータＣＯＰより
ハイ信号を切換え回路Ｘに出力し、測定レンジをハイ状
態にする。このハイ信号により、ＳＷ３を閉じ、所定の
積分時間の経過により、マイクロコンピュータＫにより
積分動１ヤが終了され、スイッチＳＷ４或はＳＷ５が閉
じられ、逆充電回路が動作状態となると共に表示をハイ
状態とするようにセットする。３ｗ３が閉じられること
により積分回路にコンデンサＣ２がＣ１と並列に接続さ
れることになり、積分電荷が０１とＣ２により保持され
る。即ち測定レンジをハイに切換えされたことになる。

積分の終了はスイッチＳＷ２を開とすることにより行っ
ている。

Ｓ　Ｗ　２が開かれると、演算増幅器ＯＰＡとコンデン
サＣ１或はＣ１と０２の並列接続よりなる積分回路の出
力はそのときの積分出力をホールドする。ホールドされ
た積分出力は、Ｓ　ｗ　４又は３ｗ５の閉によりコンデ
ンサＣ１，Ｃ２の定電流による逆充電で減少させられる
。マイクロコンピュータにはこの時の逆充電で積分電荷
がＯになるまでの時間をクロックパルスで計数し、その
計数値を測定値とする。この計数値を測定レンジで補正
を行い測光値をマイクロコンピュータにで算出する。

スイッチ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。

ここでスイッチ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１＝Ｖｓ／（Ｒ２
或はＲ１）で定まる定電流が流入しコンデンサＣＩ、Ｃ
２等を逆充電する。即ちコンデンサＣ１或はＣ１及びＣ
２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の出力はスイッチＳ　Ｗ　２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になっ
たことをコンパレータｃｏｐ’で検知し、スイッチＳＷ
４或はＳＷ５閉の時点から演算増幅器ＯＰＡの出力がＯ
になるまでの時間の間クロックパルスをマイクロコンピ
ュータにで計数することによって光量値をディジタル化
するようになっている、ここでスイッチＳＷ４．ＳＷ５
の何れを閉じるかは光量積分中のレンジ切換えがなされ
たか否かによって決まるようになっている。

更に第１図に示す実施例について詳説する。スイッチＳ
Ｗ１〜ＳＷ５は全て半導体アナログスイッチである。切
換え回路Ｘはプリセット端子とクリヤ端子とクロック入
力端子を有し、プリセット入力の立上がりで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ップフ
ロップで、予めプリセッ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する
とＱ出力がローとなり、このローの信号によってスイッ
チＳＷ３が閉となる。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、当初スイッチＳＷ
４．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に設定しである比較基準電圧Ｖ
ｒを越えスイッチＳＷ３が閉じられる（第２図ｔｏから
ｔｉｔでの間）、その後コンデンサＣ１，Ｃ２の並列接
続によって積分が継続され、積分時間が経過すると制御
回路ＫからインターフェイスＩｆを介してスイッチＳＷ
２及びＳＷ４に信号が送られスイッチＳＷ２は開、Ｓ　
Ｗ　４は閉となる（第２図ｔ２の時点）、このためコン
デンサＣ１，Ｃ２はＩ　＝　Ｖ　ｓ　／　Ｒ２ナル定電
流テ放電し、演算増幅器ＯＰＡの出力電圧は第２図Ｔ１
の時間を要してｔ４の時点でＯとなる。ＯＰＡの出力が
０になっ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からはスイッチＳ
Ｗ１．ＳＷ２．ＳＷ３閉、ＳＷ４．ＳＷ５開の信号が出
力され、また切換え回路Ｘにプリセット信号が出力され
て同回路のＱ出力端子がハイとなって光量測定装置全体
が次回の測定に備えられる０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
２図に時刻ｔ５からｔ７までの間に示されるようにスイ
ッチＳＷ３は開のままであり、コンデンサＣ１のみによ
って積分が行われ、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には積分時間終了の時点でスイッ
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　＝　Ｖ　ｓ　／　Ｒ１によって放
電されることになり、演算増幅器ＯＰＡの出力は時間Ｔ
２を要して出力電圧０に達する。その他の動作は第２図
ｔＯ〜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
換を流を１．！Ｑとし、一定時間Ｔの間の積分をｆｆｔ
ＩΩ・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／Ｃ１であり、Ｃ１とＣ
２との並列接続を用いたときの積分出力電圧はＦ／（Ｃ
１＋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であると、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 となってＣ１単独の方が放電時間が長くなる。即ち同じ
周期のクロッ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ｊ１１が大レンジでは０．１と計数され、大レン
ジではく計数）×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χのＱ出力がハイになっているかどうかを制
御回路に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にで行われる。結局
レンジ切換えを行っても積分出力をＡ−Ｄ変換するため
のクロッ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 本発明は、上述した如く、測光信号を一定時間積分した
積分手段を、一定電流で放電するものにおいて、その放
を電流を積分手段の積分電荷量或は積分時の容量や積分
レベルに応じて切換え、放電時間即ちカウントに要する
時間を制御できるようにしたので、積分信号をＡ−Ｄ変
換するための時間を、積分値にかかわらず、所望範囲内
に納めることができる。

このことは、測光装置が複数あり、その出力信号を順次
Ａ−Ｄ変換してマイクロコンピュータで処理し、所望の
結果を得る場合、各Ａ−Ｄ変換の時間を所定範囲を抑え
ることにより、各Ａ−Ｄ変換開始のタイミングがつくり
易く、マイクロコンピュータの一定時間内の処理能力も
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は上記実施
例のタイムチャートである。 ＳＰＤ・・・光電子変換素子、ＯＰＡ・・・演算増幅器
、ｃｏｐ、ｃｏｐ’・・・コンパレータ、Ｘ・・・切換
え回路、Ｉｆ・・・入出力インターフェイス、Ｋ・　マ
イクロコンピュータ、ＤＳＰ・・・表示回路、Ｓｗｌ・
・リセットスイッチ、Ｓ　ｗ　２・・・測光開始及び終
了スイッチ、Ｓ　ｗ　３・・・レンジ切換えスイッチ、
３ｗ４゜Ｓｗ５・・・逆充電用スイッチ、ＣＩ、Ｃ２・
・・積分回路用コンデンサ、Ｒ１，Ｒ２・・逆充電電流
調整用抵抗、Ｖｒ・・・レンジ切換え基準電圧、Ｖｓ・
・・逆充電用定電圧源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光量に対応した信号を出力する測光手段と、上記測光
   手段の出力がどの範囲にはいっているかを判別する判別
   回路と、上記測光手段からの信号を一定時間積分する積
   分手段と、上記積分手段の積分電荷を上記判別回路の判
   別結果に対応し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タと、上記判別
   回路及び上記カウンタからのデータを取り込む処理装置
   とを備えたことを特徴とする光測定装置。