JP2007248182A

JP2007248182A - 物体検出装置および物体検出方法

Info

Publication number: JP2007248182A
Application number: JP2006070401A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yoshida; 雄一吉田; Hiroyuki Matsumoto; 啓之松本
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】発光ダイオードの光が遮られたか否かをフォトダイオードで検出することで物体の有無を検出するような物体検出装置において、低温から高温まで幅広い範囲で検出感度の低下が無いような物体検出装置および物体検出方法を提供する。
【解決手段】発光ダイオードＬＥＤに所定の順電流を流すときに発光ダイオードＬＥＤの温度をサーミスタ６で検出し、検出された温度と予めマイクロコントローラ５に記憶した発光ダイオードＬＥＤの順電流−デューティ比特性のデータから所定の順電流を流すことのできるデューティ比をマイクロコントローラ５で算出し、算出したデューティ比でトランジスタＴｒのオン／オフを行うことで発光ダイオードＬＥＤに算出したデューティ比で順電流が流れる。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光素子から光を照射し、その光を受光素子で検出することにより、物体の有無を検出する物体検出装置および物体検出方法に関する。

従来、例えば光ディスク再生装置における光ディスクの挿排などの検出には、図１に示すような物体検出装置１００を用いていた。図１に示した物体検出装置１００は、電源ライン１２、１３と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と、発光ダイオードＬＥＤと、フォトダイオードＰＤと、検出部１４とを備えている。

電源ライン１２は所定の電源電圧値Ｖ１が与えられており、発光ダイオードＬＥＤに流す順電流を供給する。電源ライン１３は所定の電源電圧値Ｖ２が与えられており、フォトダイオードＰＤに流れる受光した光に応じた光電流を供給する。

抵抗Ｒ１１は発光ダイオードＬＥＤに流す順電流値を所定の値にするために設けられており、電源ライン１２と発光ダイオードＬＥＤとの間に接続されている。抵抗Ｒ１１は発光ダイオードＬＥＤに流す順電流値に合った抵抗値が選択される。抵抗Ｒ１２はフォトダイオードＰＤに流れる光電流値を所定の値以下にするために設けられており、電源ライン１３とフォトダイオードＰＤとの間に接続されている。抵抗Ｒ１２は発光ダイオードＬＥＤに流す最大電流値に合った抵抗値が選択される。

発光ダイオードＬＥＤは、電源ライン１２から抵抗Ｒ１１経由で流れる順電流値に基づいた強さの光を発生する。フォトダイオードＰＤは、受光した光の強さに基づいた光電流が流れる。

検出部１４は、フォトダイオードＰＤに流れる光電流の有無によって光ディスク１７の挿排を検出する。

光ディスク１７の挿排を検出するために図１に示す物体検出装置１００を使用する場合は、光ディスク再生装置などの挿入口に発光ダイオードＬＥＤとフォトダイオードＰＤとが互いに向い合うように取りつける。発光ダイオードＬＥＤには常時順電流が流れているので常時発光している。挿排時に光ディスク１７が光ディスクが発光ダイオードＬＥＤとフォトダイオードＰＤの間を通ると発光ダイオードＬＥＤからの光が光ディスク１７に遮られ、フォトダイオードＰＤが光を受光できなくなりフォトダイオードＰＤに光電流が流れなくなる。検出部１４はフォトダイオードＰＤからの光電流が流れないことを検出して光ディスクの挿排が行われていることを検出する。

上述したような移動物体検出装置１００では、発光ダイオードＬＥＤとフォトダイオードＰＤの温度特性によっては、検出感度が低下することがあった。例えば、図２に発光ダイオードＬＥＤの発光強度−周囲温度特性を、図３にフォトダイオードの光電流−周囲温度特性を示す。図２は横軸に周囲温度、縦軸に一定の順電流を流したときに発する光の強さを示し、図３は横軸に周囲温度、縦軸に一定の光を受光したときの光電流を示している。図２の発光ダイオードＬＥＤは温度が低くなるに従って光が強くなるような特性になっている。図３のフォトダイオードＰＤは温度が低くなるに従って光電流が減少するような特性になっている。このとき温度の低下によって発光ダイオードＬＥＤの強くなる光量よりも、フォトダイオードＰＤに流れる電流の減少量の方が大きい場合はフォトダイオードＰＤの感度が低下し、結果として低温では物体検出装置１００の感度が低下してしまう、すなわち光ディスク１７の挿排の検知がしにくくなるという問題があった。

また、より多くの順電流を発光ダイオードＬＥＤに流して低温下でもフォトダイオードＰＤが充分に受光できるような光量を得ようとしても、発光ダイオードＬＥＤは温度が高くなると流せる電流が少なくなるような特性を持つので高温時に定格電流を超えてしまう。特に車載機器等は温度変化が大きいため、そのような用途に用いるときにはより広い範囲の温度で動作することが求められる。

そこで、本発明は、例えば広い範囲の温度で感度の低下無く動作する物体検出装置および物体検出方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、電流を流すことによって光を発することができる発光手段と、光を受光すると受光する光の強度によって流れる電流が変化する受光手段と、前記発光手段からの光を前記受光手段で受光したか否かを検出する検出手段と、を備えた物体検出装置において、前記発光手段の温度を検出する温度検出手段と、前記発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータを予め記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶した前記データと前記温度検出手段が検出した温度から前記発光手段に流す電流のデューティ比を算出する算出手段と、算出されたデューティ比で前記発光手段に電流を流させる電流制御手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項４記載の発明は、電流を流すことによって光を発することができる発光手段からの光を受光すると受光する光の強度に従って流れる電流が変化する受光手段において受光したか否かを検出することで物体の有無を検出する物体検出方法において、前記発光手段の温度を検出し、前記温度と前記発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータを予め記憶し、前記データと前記検出した温度から前記発光手段に流す電流のデューティ比を算出し、算出されたデューティ比で前記発光手段に電流を流すことを特徴としている。

以下、本発明の一実施形態にかかる物体検出装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる物体検出装置は、発光手段の温度を温度検出手段で検出し、その温度と予め記憶した発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータから発光手段に流す電流のデューティ比を算出手段で算出し、電流制御手段が算出されたデューティ比で発光手段に電流を流すように制御する。このようにすることにより、発光手段が温度によって流すことのできる電流が異なり、さらに、デューティ比を変更することで流すことのできる電流を大きくすることができる場合に、温度に応じたデューティ比を設定することで発光手段に一定の電流を流すことができる。したがって、低温から高温まで広い範囲で感度の低下が無く検出動作を行うことができる。

また、算出手段は、温度検出手段が検出する温度が高くなるにしたがってデューティ比を小さくするようにしてもよい。このようにすることにより、発光手段が温度が高くなるにしたがって流せる電流を少なくしなければならないような特性を持つときに、デューティ比を小さくすることで電流を少なくせずに流すことができる。

また、検出手段は、受光手段の電流が所定期間、所定値以下の電流値となった場合に物体を検出したと判断してもよい。このようにすることにより、物体が受光手段と発光手段の間を通ったことで発光手段からの光が遮られたことを検出することができる。

また、本発明の一実施形態にかかる物体検出方法は、発光手段の温度を検出し、その温度と予め記憶した発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータから発光手段に流す電流のデューティ比を算出し、算出されたデューティ比で発光手段に電流を流すようにする。このようにすることにより、発光手段が温度によって流すことのできる電流が異なり、さらに、デューティ比を変更することで流すことのできる電流を大きくすることができる場合に、温度に応じたデューティ比を設定することで発光手段に一定の電流を流すことができる。したがって、低温から高温まで広い範囲で感度の低下が無く検出動作を行うことができる。

本発明の一実施例にかかる移動物体検出装置１を図４ないし図６を参照して説明する。物体検出装置１は、図示しない光ディスク再生装置に備えられ、光ディスクの挿入口における光ディスク７の挿排を検出する装置である。物体検出装置１は図４に示すように電源ライン２、３と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、発光ダイオードＬＥＤと、フォトダイオードＰＤと、検出部４と、マイクロコントローラ５と、サーミスタ６と、トランジスタＴｒとを備えている。

電源ライン２は所定の電源電圧値Ｖ１が与えられており、発光ダイオードＬＥＤに流す順電流を供給する。電源ライン３は所定の電源電圧値Ｖ２が与えられており、フォトダイオードＰＤに流れる光電流を供給する。なお、電源ライン２と３に与える電圧値Ｖ１とＶ２は同じ電圧値でもよいし、異なってもよい。

抵抗Ｒ１は発光ダイオードＬＥＤに流す順電流値を所定の値にするために設けられており、電源ライン２と発光ダイオードＬＥＤとの間に接続されている。抵抗Ｒ１は発光ダイオードＬＥＤに流す順電流値に合った抵抗値が選択される。抵抗Ｒ２はフォトダイオードＰＤに流れる光電流値を所定の値以下にするために設けられており、電源ライン３とフォトダイオードＰＤとの間に接続されている。抵抗Ｒ２は発光ダイオードＬＥＤに流れる最大光電流値に合った抵抗値が選択される。抵抗Ｒ３は、トランジスタＴｒのベースに流す電流を所定の値にするために設けられており、トランジスタＴｒとマイクロコントローラ５との間に接続されている。抵抗Ｒ３はトランジスタＴｒの定格に合ったベース電流値になるような抵抗値が選択される。

発光手段としての発光ダイオードＬＥＤは、電源ライン２から抵抗Ｒ１経由で流れる順電流値に応じた強さの光を発生する。受光手段としてのフォトダイオードＰＤは、受光した光の強さに応じた光電流が流れる。物体検出装置１を図示しない光ディスク再生装置に使用する場合は、光ディスク再生装置の光ディスク挿入口に発光ダイオードＬＥＤとフォトダイオードＰＤとが互いに向い合うように取りつける。

検出手段としての検出部４は、フォトダイオードＰＤに流れる光電流値が所定値以下か否かによって光ディスク７の挿排を検出する。

記憶手段、算出手段、電流制御手段としてのマイクロコントローラ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、サーミスタ６の抵抗の変化から温度を検出し、その温度からＲＯＭに記憶した発光ダイオードＬＥＤの周囲温度毎の順電流−デューティ比特性のデータを基に抵抗Ｒ３経由でトランジスタＴｒのベースに流す電流のデューティ比を決定し、決定したデューティ比で電流を流す。ここで、サーミスタ６の検出する温度は発光ダイオードＬＥＤの周囲温度と同程度の温度である。

温度検出手段としてのサーミスタ６は、温度によって抵抗値が変化する素子であり、マイクロコントローラ５に接続されている。

トランジスタＴｒは、発光ダイオードＬＥＤとグランドＧＮＤとの間に接続されており、マイクロコントローラ５からの制御によってオン／オフが切り替わるスイッチとして機能する。

以上のような構成からなる物体検出装置１において、光ディスク７の挿排の検出を行う際の動作を説明する。まず、デューティ比１００％のときの発光ダイオードＬＥＤの順電流−周囲温度特性は図５に示すような特性となる。図５は縦軸に順電流を、横軸に周囲温度を示している。例えば、電流値Ｘアンペアを発光ダイオードＬＥＤに流せるように抵抗Ｒ１を設定したとき、Ａ℃まではマイクロコントローラ５は抵抗Ｒ３経由で流すトランジスタＴｒのベース電流を常時流し続けられる（デューティ比１００％）のでトランジスタＴｒは常時オン状態となる。したがって発光ダイオードＬＥＤにはＸアンペアが常時流れることで常時発光している。一方フォトダイオードＰＤは発光ダイオードＬＥＤからの光を常時受光しているので、フォトダイオードＰＤには所定値より大きい光電流が流れている。検出部４は、フォトトランジスタＰＤからの光電流を検出して、所定値よりも大きいことから光ディスク７が検出されていない、すなわち光ディスク再生装置が挿排状態にないと判断する。そして、光ディスク７が挿入はたは排出されると、光ディスク７が発光ダイオードＬＥＤとフォトダイオードＰＤとの間を通るため、その間発光ダイオードＬＥＤの光が光ディスク７に遮られフォトダイオードＰＤで受光できなくなる。フォトダイオードＰＤが光ディスク７に遮られると、フォトダイオードＰＤには所定時間の間所定値以下の光電流しか流れなくなるので、検出部４では、その光電流値に基づいて光ディスク７の検出、すなわち挿排が行われていると判断する。なお、所定時間とは光ディスク７により発光ダイオードＬＥＤの光が遮られていると検出できる時間であり、所定値以下の電流とは光ディスク７により発光ダイオードＬＥＤの光が遮られていると検出できる光電流値である。

しかし、図５によると発光ダイオードＬＥＤはデューティ比１００％でＡ℃まではＸアンペア流すことができるが、Ａ℃より高温になると定格を超えてしまいＸアンペア流すことができない。例えば、図５において周囲温度がＢ℃であるときは発光ダイオードＬＥＤにはＸアンペアよりも小さいＹアンペアしか流すことができない。

ここで、図６に発光ダイオードＬＥＤの順電流−デューティ比特性の一例を示す。図６は縦軸に順電流を、横軸にデューティ比を示し、周囲温度は一定である。図６によると発光ダイオードＬＥＤに流す順電流のデューティ比を小さくすることで発光ダイオードＬＥＤに流すことのできる順電流を大きくすることができる。したがって、温度変化に応じてデューティ比を変化させることで高温時でもＸアンペア流すことができるようになる。例えば、図６がＡ℃よりも高温の周囲温度であるＢ℃での順電流−デューティ比特性であった場合、Ｘアンペアが図６に図示した点だった場合は、デューティ比を１００％から約６０％にすることで、発光ダイオードＬＥＤにＹアンペアしか流せなかった順電流がＸアンペア流せるようになる。

すなわち、発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータとして図６のような特性図を周囲温度に応じて複数用意し（周囲温度によってその特性は異なる）、検出した周囲温度に合った特性図からＸアンペア流すことのできるデューティ比を算出することで低温から高温まで感度の低下が起こらないような順電流を流すことができる。なお、本実施例における低温から高温の範囲は発光ダイオードとフォトダイオードの動作温度の下限から上限の範囲を指すものとする。

上述したような動作を行う際のマイクロコントローラ５の動作を図７に示す。

まず、ステップＳ１において、サーミスタ６の抵抗値から現在の温度を検出し、ステップＳ２に進む。

次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で検出した温度から、その温度対応の順電流−デューティ比特性のデータをＲＯＭから読み出し、Ｘアンペア流すことのできるデューティ比を算出する。

次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で算出したデューティ比でトランジスタＴｒのベース電流を流し、ステップＳ１に戻る。トランジスタＴｒはステップＳ３で算出したデューティ比でオン／オフを繰り返すので、発光ダイオードＬＥＤに流れる順電流もステップＳ２で算出したデューティ比で流れる。すなわち、マイクロコントローラ５のＲＯＭに記憶した順電流とデューティ比の関係を示すデータとサーミスタ６で検出した温度から発光ダイオードＬＥＤに流す順電流のデューティ比を算出して、算出されたデューティ比でトランジスタＴｒをオン／オフすることで発光ダイオードＬＥＤに算出したデューティ比の電流を流させている。

なお、デューティ比を１００％未満に変化させると発光ダイオードＬＥＤは短時間に点滅動作を行うようになるが、その周波数は、検出手段４が光ディスク７により発光ダイオードＬＥＤの光が遮られていると検出する所定時間よりも短い周期となるような周波数とする必要がある。

本実施例によれば、光ディスク再生装置の光ディスク挿排の検出のために備えられた物体検出装置１において、発光ダイオードＬＥＤの周囲温度が変化しても、発光ダイオードＬＥＤに一定の順電流を流すために予め温度ごとの発光ダイオードＬＥＤの定格電流とデューティ比との関係を示すデータをマイクロコントローラ５のＲＯＭに記憶し、サーミスタ６から検出した温度に対応した発光ダイオードＬＥＤの定格電流とデューティ比との関係から一定の順電流を流せるデューティ比を算出し、マイクロコントローラ５から発光ダイオードＬＥＤと直列に接続したトランジスタＴｒを算出したデューティ比でオン／オフさせることで、発光ダイオードＬＥＤに算出したデューティ比で一定の順電流値を流すことができる。よって、低温に合わせた順電流値を設定した場合は、低温ではデューティ比を１００％にし、温度が上がるにしたがって、定格電流を超えないように、デューティ比を下げるようにできる。したがって、低温から高温までの広い範囲に渡って感度良く光ディスク７の挿排を検出することができる。

なお、上述した実施例においては、受光手段としてフォトダイオードを用いていたが、フォトトランジスタなど、受光した光に応じて電流または電圧が変化するような素子であればよい。

また、温度検出手段として、サーミスタを用いたが、熱電対など他の温度センサを用いてもよい。

前述した実施例によれば、以下の物体検出装置および物体検出方法が得られる。

（付記１）電流を流すことによって光を発することができる発光ダイオードＬＥＤと、光を受光すると受光する光の強度に従って流れる電流が変化するフォトダイオードＰＤと、発光ダイオードＬＥＤからの光をフォトダイオードＰＤで受光したか否かを検出する検出部４とを備えた物体検出装置１において、発光ダイオードＬＥＤの温度を検出するサーミスタ６と、発光ダイオードＬＥＤに流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータを予め記憶するマイクロコントローラ５と、マイクロコントローラ５に記憶したデータとサーミスタ６が検出した温度から発光ダイオードＬＥＤに流す電流のデューティ比を算出するマイクロコントローラ５と、算出されたデューティ比で発光ダイオードＬＥＤに電流を流させるマイクロコントローラ５と、を備えたことを特徴とする物体検出装置１。

この物体検出装置１によれば、発光ダイオードＬＥＤが温度によって流すことのできる電流が異なり、さらに、デューティ比を変更することで流すことのできる電流を大きくすることができる場合に、温度に応じたデューティ比を設定することで発光ダイオードＬＥＤに一定の電流を流すことができる。したがって、低温から高温まで広い範囲で感度の低下が無く検出動作を行うことができる。

（付記２）電流を流すことによって光を発することができる発光ダイオードＬＥＤからの光を受光すると受光する光の強度に従って流れる電流が変化するフォトダイオードＰＤが受光したか否かを検出することで物体の有無を検出する物体検出方法において、発光ダイオードＬＥＤの温度を検出し、温度と発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータを予め記憶し、データと検出した温度から発光ダイオードＬＥＤに流す電流のデューティ比を算出し、算出されたデューティ比で発光ダイオードＬＥＤに電流を流すことを特徴とする物体検出方法。

この物体検出方法によれば、発光ダイオードＬＥＤが温度によって流すことのできる電流が異なり、さらに、デューティ比を変更することで流すことのできる電流を大きくすることができる場合に、温度に応じたデューティ比を設定することで発光ダイオードＬＥＤに一定の電流を流すことができる。したがって、低温から高温まで広い範囲で感度の低下が無く検出動作を行うことができる。

なお、前述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

従来技術における物体検出装置のブロック図である。図１に示された物体検出装置の発光ダイオードの発光強度−周囲温度特性図である。図１に示された物体検出装置のフォトダイオードの光電流−周囲温度特性図である。本発明の一実施例にかかる物体検出装置のブロック図である。図４に示された物体検出装置の発光ダイオードの順電流−周囲温度特性図である。図４に示された物体検出装置の発光ダイオードの順電流−デューティ比特性図である。図４に示された物体検出装置のマイクロコントローラの温度検出からデューティ比を変更するまでの動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１物体検出装置
４検出部（検出手段）
５マイクロコントローラ（記憶手段、算出手段、電流制御手段）
６サーミスタ（温度検出手段）
ＬＥＤ発光ダイオード（発光手段）
ＰＤフォトダイオード（受光手段）

Claims

電流を流すことによって光を発することができる発光手段と、光を受光すると受光する光の強度によって流れる電流が変化する受光手段と、前記発光手段からの光を前記受光手段で受光したか否かを検出する検出手段と、を備えた物体検出装置において、
前記発光手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータを予め記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶した前記データと前記温度検出手段が検出した温度から前記発光手段に流す電流のデューティ比を算出する算出手段と、
算出されたデューティ比で前記発光手段に電流を流させる電流制御手段と、
を備えたことを特徴とする物体検出装置。
前記算出手段は、前記温度検出手段が検出する温度が高くなるにしたがって前記デューティ比を小さくすることを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
前記検出手段が、前記受光手段の電流が所定期間、所定値以下の電流値となった場合に物体を検出したと判断することを特徴とする請求項１または２に記載の物体検出装置。
電流を流すことによって光を発することができる発光手段からの光を受光すると受光する光の強度に従って流れる電流が変化する受光手段が受光したか否かを検出することで物体の有無を検出する物体検出方法において、
前記発光手段の温度を検出し、前記温度と前記発光手段に流すことのできる電流とデューティ比との関係を示すデータを予め記憶し、前記データと前記検出した温度から前記発光手段に流す電流のデューティ比を算出し、算出されたデューティ比で前記発光手段に電流を流すことを特徴とする物体検出方法。