JP2000352511A

JP2000352511A - 測距センサ

Info

Publication number: JP2000352511A
Application number: JP11164072A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Araki; 宏明新木; Tomohiro Inage; 智広稲毛; Masafumi Arakawa; 雅史荒川; Yasuaki Koumae; 康章幸前
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】間欠発光により人体等の物体を検知する測距
センサであって、対数増幅回路を有するものにおいて、
対数増幅回路の立ち上りを遅滞のないものとすることが
でき、受光回路への通電時間を短かくして電力消費を著
しく減少させる。【解決手段】間欠作動される受光回路３０のＰＳＤ３
１からのＩａ，Ｉｂが対数増幅回路４０，５０にて増幅
される。演算増幅器４５，５５のフィードバックループ
にはダイオード４１，４２，５１，５２とコンデンサ４
３，５３とがそれぞれ並列に設けられている。対数増幅
用のダイオード４１，５１はアノードをＰＳＤ３１側と
し、カソードを演算増幅器の出力端子側としている。ダ
イオード４２，５２は回路４０，５０の立ち上りを早め
るためのものであり、ダイオード４１，５１とは逆の極
性として配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＰＳＤなどの受光素
子を用いて物体（例えば人体）までの距離を検出する測
距センサに係り、特に、受光素子の出力信号を対数増幅
する対数増幅回路を有した測距センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子と、物体までの距離に応じた１
対の出力信号を出力するＰＳＤなどの受光素子と、この
受光素子出力信号に基づいて物体までの距離を演算する
演算回路等を有した測距センサは、特開平５−２６６６
４号公報、特開平７−１９８６０号公報、特開平７−１
６７６４８号公報、特開平７−２０９４３５号公報、特
開平１０−１５３４２５号公報、特開平１０−２５９６
３２号公報などにみられる通り周知である。このうち、
特開平１０−１５３４２５号公報には、ＰＳＤ（半導体
位置検出素子）の１対の出力信号をそれぞれ対数増幅し
た後、これに基づいて物体までの距離を演算する回路を
有した測距センサが記載されている。このように増幅回
路を対数増幅回路とすることにより、受光光量が強過ぎ
ても増幅出力が飽和する現象が解消される。

【０００３】図７はこの特開平１０−１５３４２５号公
報記載の測距センサの回路図である。図７において、発
光素子２から照射された赤外線は、レンズ２ａにより集
光されて被測定物３の方向に照射される。被測定物３に
反射して戻った赤外線をレンズ２ｂで集光し、半導体位
置検出素子１で検出する。半導体位置検出素子１の２つ
の端子から得られる光電流値Ｉ₁，Ｉ₂を対数増幅回路
６，７で増幅する。各対数増幅回路６，７は演算増幅器
ＯＰ₁，ＯＰ₂と、各演算増幅器ＯＰ₁，ＯＰ₂のフィード
バックループに設けられたダイオードＤ₁，Ｄ₂とからな
る。

【０００４】図示の通り、この従来例にあっては、ダイ
オードＤ₁，Ｄ₂はアノードがＰＳＤ１側（演算増幅器
６，７の反転入力端子側）となりカソードが演算増幅器
６，７の出力側となるように設けられている。このよう
に出力電流Ｉ₁，Ｉ₂を対数増幅する場合、ＰＳＤ１の出
力電流Ｉ₁，Ｉ₂のいずれかが極端に大きい場合でも演算
増幅器６，７の出力が飽和することがない。ただし、こ
の対数増幅器６，７にあっては、ＰＳＤの出力電流
Ｉ₁，Ｉ₂が極端に小さいときには増幅率が極度に小さく
なる。この電流Ｉ₁，Ｉ₂の低い部分における増幅率の低
下を補償するために、対数増幅回路６，７の次段に増幅
率変更調節回路８，９を配置し、Ｉ₁，Ｉ₂の低い部分で
は、増幅率（大）を選択し、Ｉ₁，Ｉ₂が大きい場合に
は、増幅率（小）を選択することができるように構成し
ている。

【０００５】この増幅率変更調節回路８（９）は、各演
算増幅器のフィードバックループに並列に設けられた抵
抗１４（１５）と抵抗１６（１７）を有すると共に、さ
らに、該抵抗１６（１７）と直列に設けられたスイッチ
素子１２（１３）を有する。このスイッチ素子１２（１
３）はマイクロコンピュータ５によって制御される。

【０００６】演算増幅器ＯＰ₁，ＯＰ₂の出力電圧Ｖ₁，
Ｖ₂が電圧検出回路１１を介してマイクロコンピュータ
５に入力されており、Ｖ₁（Ｖ₂）がしきい値以上になっ
たときにはスイッチ素子１２（１３）をＯＮとして回路
８（９）の増幅率を小とし、Ｖ₁（Ｖ₂）がしきい値以下
のときにはＯＦＦとし回路８（９）の増幅率を大とす
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなＰＳＤ等の
素子を用いた測距センサにおいて、発光、受光を連続さ
せたのでは消費電力が多くなるので、発光及び受光を間
欠的に行わせることが上記特開平５−２６６６４号、同
１０−２５９６３２号等に記載されている。

【０００８】本発明は、このような間欠発光、受光方式
を特開平１０−１５３４２５号の如き対数増幅方式の測
距センサに適用した場合の一層の節電を実現することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の測距センサは、
被検知物体に向けて発光を行う発光素子と、該発光素子
を間欠的に発光させる発光駆動部と、物体からの反射光
を受けて物体との距離に応じた１対の位置信号を出力す
る受光素子と、該受光素子の出力信号を増幅する対数増
幅回路と、該増幅回路で増幅された信号に基づいて物体
までの距離を演算する回路とを有する測距センサにおい
て、該対数増幅回路は、演算増幅器と、該演算増幅器の
フィードバックループに並列に且つ極性を反対にして設
けられた１対のダイオード等の非線形素子とを有してい
ることを特徴とするものである。

【００１０】かかる本発明は、ＰＳＤ等の素子の出力を
対数増幅するものにおいて、間欠発生、受光方式を採用
することにより節電が図られている。また、この対数増
幅器の演算増幅器のフィードバックループに極性を逆に
して１対のダイオード等の非線形素子を並列に設けたこ
とにより、この対数増幅器に通電を開始してから安定状
態に達するまでの時間（立ち上り時間）が著しく短かく
なる。

【００１１】この結果、対数増幅器に対する通電時間が
短くて済むようになり、これによって一層の節電が実現
される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は実施の形態に係る測距セン
サの回路図（全体図）、図２〜４は図１の一部の詳細図
である。この測距センサは、水栓や便器などの使用者を
検知し、所定距離内に人体が存在すると判定されるとき
には制御回路２０からの信号によって電磁弁駆動回路２
６を駆動し、電磁弁２７を開弁させて水を流し出すよう
にしたものに関する。

【００１３】図１において、制御回路２０からのパルス
信号が発光素子駆動回路２１及び受光回路駆動回路２４
に与えられ、発光素子駆動回路２１及び受光回路駆動回
路２４が発光素子２２及び受光回路３０に対し間欠的に
通電を行い、該素子２２が間欠的に発光すると共に受光
回路３０が間欠的に駆動する。なお、この素子２２の発
光に先立って予め受光回路３０に通電が開始されてお
り、素子２２の発光時には受光回路３０は既に立ち上げ
られた状態となっている。

【００１４】この発光素子２２からの光が投光レンズ
（図示略）を通って投射され、物体、例えば人体に当っ
て反射する。この反射光が集光レンズ（図示略）を通っ
てＰＳＤ３１上にスポットを形成する。このＰＳＤ３１
は、周知の通り、ｐｉｎ構造を有した長手方向の両端に
出力電極を有する半導体受光素子であり、受光面に集光
スポットが照射されると、集光スポットの照射位置と各
出力電極との距離に逆比例して全電流Ｉを分割した出力
電流Ｉａ，Ｉｂが取り出される。各出力電極から出力さ
れる電流Ｉａ，Ｉｂは集光スポットの位置に対応するも
のであるから、このＩａ，Ｉｂと、ＰＳＤの両出力電極
間の距離と、ＰＳＤ３１・発光素子２２間の距離とに基
づいて測距センサから物体（人体）までの距離とが演算
される。

【００１５】ＰＳＤ３１からの出力信号（電流）Ｉａ，
Ｉｂはそれぞれ対数増幅回路４０，５０にて増幅され
る。対数増幅回路４０にあっては、電流Ｉａは抵抗３３
を介して演算増幅器４５の反転入力端子に入力される。
対数増幅回路５０にあっては、電流Ｉｂは抵抗３４を介
して演算増幅器５５の反転入力端子に入力される。これ
らの演算増幅器４５，５５の非反転入力端子には、図４
に示すように電源電圧を抵抗７８，７９で分圧して得ら
れる基準電圧Ａが入力される。

【００１６】演算増幅器４５，５５の出力端子と反転入
力端子とを結ぶフィードバックループには、非線形素子
としてのダイオード４１，４２，５１，５２と、コンデ
ンサ４３，５３とがそれぞれ並列に設けられている。

【００１７】対数増幅用のダイオード４１，５１はアノ
ードをＰＳＤ３１側（演算増幅器４５，５５の反転入力
端子側）とし、カソードを演算増幅器４５，５５の出力
端子側としている。ダイオード４２，５２は回路４０，
５０の立ち上りを早めるためのものであり、ダイオード
４１，５１とは逆の極性（即ち、カソードを演算増幅器
４５，５５の反転入力端子側、アノードを出力端子側）
として該ダイオード４１，５１とそれぞれ並列に配置さ
れている。

【００１８】各対数増幅回路４０，５０の出力は、それ
ぞれ結合コンデンサ４４，５４及び入力抵抗６５，７５
（図２，３）を介して増幅率調整回路（増幅率が調整可
能な増幅回路）６０，７０の演算増幅器６１，７１の反
転入力端子に入力される。

【００１９】図２，３の通り、増幅率調整回路６０，７
０の演算増幅器６１，７１のフィードバックループに抵
抗６２，７２と、抵抗６３，７３及びスイッチ素子６
４，７４とが設けられている。抵抗６３，７３とスイッ
チ素子６４，７４とは直列となっており、この直列接続
体に対し抵抗６２，７２が並列に設けられている。スイ
ッチ素子６４，７４は制御回路２０からの制御信号（電
圧Ｄ）によりＯＮ，ＯＦＦされる。スイッチ素子６４，
７４をＯＮとすることにより増幅率調整回路６０，７０
の増幅率が小となり、スイッチ６４，７４をＯＦＦとす
ることにより増幅率調整回路６０，７０の増幅率が大と
なる。

【００２０】各増幅率調節回路６０，７０の出力は、そ
れぞれ入力抵抗８１，８２を介して判定回路８０の演算
増幅器８３の非反転入力端子と反転入力端子とに入力さ
れて差動増幅される。この演算増幅器８３の出力は、抵
抗８４を介して電源電圧が重畳され、制御回路２０に入
力される。演算増幅器８３への入力信号は前記ＰＳＤ３
１の出力電流Ｉａ，Ｉｂを対数増幅して得られるもので
あり、演算増幅器８３の差動増幅信号は出力電流Ｉａ，
Ｉｂの差異に応じて増大するので、この演算増幅器８３
の出力に基づいて物体（人体）までの距離が判定され
る。制御回路２０にあっては、この検知距離に基づいて
電磁弁駆動回路２６に信号を与え、電磁弁２７を開閉し
て給水、止水を実行する。

【００２１】このように構成された測距センサにおいて
は、発光素子２２及び受光回路３０のいずれもが間欠駆
動される。この駆動に際しては、まず、受光回路３０を
その駆動回路２４によって立ち上げ、この受光回路３０
内の各回路４０，５０，６０，７０，８０を十分に立ち
上げた後、発光素子２２に通電してパルス光を発光させ
る。

【００２２】上記の通り、この発光素子２２からの投光
がＰＳＤ３１に受光され信号電流Ｉａ，Ｉｂが発生し、
この信号電流が処理されて物体（人体）の距離が判定さ
れ、この距離が所定以内であるときには電磁弁駆動回路
２６を介して電磁弁２７が開弁する。

【００２３】発光素子２２への通電は、受光回路３０が
定常状態にまで立ち上がってから行われるが、この実施
の形態にあっては、前記の通り、対数増幅回路４０，５
０の演算増幅器４５，５５のフィードバックループに極
性を逆にした１対のダイオード４１，４２，５１，５２
を並列に設けているので、この回路４０，５０の立ち上
り時に演算増幅器４５，５５の反転入力端子と非反転入
力端子との電位が等しくなるまでの時間が大幅に短縮さ
れる。種々の実験の結果、ダイオード４１，５１のみを
設けた場合（従来例）、この立ち上りには約５０ｍｓｅ
ｃ要していたものが、ダイオード４１，４２，５１，５
２を設けた場合（実施例）では立ち上り時間が０．８ｍ
ｓｅｃ程度にまで短縮された。この結果、受光回路３０
をＯＮとしておく時間が著しく短くて済むようになり、
省電力化が実現される。これにより、例えば、商用電源
を電源とする場合、電源回路を小型化することができ
る。また、電池式の場合では電池の長寿命化が実現され
る。さらに、給水配管に設けた水力発電機などの種々の
小容量の電源を採用することも可能となる。

【００２４】上記実施の形態では、対数増幅回路の非線
形素子としてダイオード４１，４２，５１，５２を用い
ているが、トランジスタなど他の非線形素子を用いても
よい。

【００２５】上記実施の形態ではＰＳＤが用いられてい
るが、２分割フォトダイオード等の他の素子を用いても
よい。

【００２６】

【発明の効果】以上の通り、本発明によると、間欠発光
により人体等の物体を検知する測距センサであって、対
数増幅回路を有するものにおいて、対数増幅回路の立ち
上りを遅滞のないものとすることができ、受光回路への
通電時間を短かくして電力消費を著しく減少させること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る測距センサの回路図である。

【図２】図１の回路の一部の詳細図である。

【図３】図１の回路の一部の詳細図である。

【図４】図１の回路の一部の詳細図である。

【図５】従来例の回路図である。

【符号の説明】

２０制御回路２２発光素子３０受光回路４０，５０対数増幅回路４１，４２，５１，５２ダイオード４５，５５演算増幅器６０，７０増幅率調整回路８０距離判定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒川雅史愛知県常滑市鯉江本町５丁目１番地株式会社イナックス内 (72)発明者幸前康章愛知県常滑市鯉江本町５丁目１番地株式会社イナックス内Ｆターム(参考） 2F112 AA06 BA04 CA12 DA26 DA28 DA32 EA03 FA00 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検知物体に向けて発光を行う発光素子
と、該発光素子を間欠的に発光させる発光駆動部と、物体からの反射光を受けて物体との距離に応じた１対の
位置信号を出力する受光素子と、該受光素子の出力信号を増幅する対数増幅回路と、該増幅回路で増幅された信号に基づいて物体までの距離
を演算する回路とを有する測距センサにおいて、該対数増幅回路は、演算増幅器と、該演算増幅器のフィ
ードバックループに並列に且つ極性を反対にして設けら
れた１対の非線形素子とを有していることを特徴とする
測距センサ。
【請求項２】請求項１において、前記非線形素子がダ
イオードであることを特徴とする測距センサ。