JP3930620B2

JP3930620B2 - 測距モジュール

Info

Publication number: JP3930620B2
Application number: JP25101597A
Authority: JP
Inventors: 泉安達; 由孝寺田; 明倉橋; 俊彦富田; 倫男前田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JPH1194541A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物までの距離測定を行う測距モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体位置検出器（Position Sensitive Detector；ＰＳＤ）は、ホトダイオードを応用した入射スポット光の受光位置を検出するセンサである。
【０００３】
図８は従来のＰＳＤの基本構造を示す断面図である。このＰＳＤ１４２は、ｎ型半導体基板４０３上にｐ型半導体層４０２を有し、ｎ型半導体基板４０３のｐ型半導体層４０２の形成面と反対の面にｎ⁺型半導体層４０４を有し、ｐ型半導体層４０２上に、所定距離Ｃだけ離して電極１４２ｂ，１４２ｃが設けられている。ｎ型半導体基板４０３には、ｎ⁺型半導体層４０４及び電極１４２ｂ，１４２ｃを介して所定のバイアス電圧が印加されている。ｐ型半導体層４０２の受光面の一方の電極１４２ｃから所定距離Ｘ離れた位置に光ｈνが入射すると、ＰＳＤ内部で発生した光電流は、受光面上の電極間距離Ｃ間の抵抗Ｒ及び光入射位置までの抵抗Ｒｘに応じて分割され、両電極１４２ｂ，１４２ｃから電流Ｉ_A，Ｉ_Bとして取出される。取出された光電流の比は、およそ光の入射位置と、電極１４２ｂ，１４２ｃそれぞれとの距離の逆数の比となる。また、電流Ｉ_A、Ｉ_Bの和は、入射光の光量に比例している。したがって、各電流の比から光の入射位置を算出する事が出来る。ＰＳＤは、この位置検出特性を利用して光により物体との距離を検出する測距センサーに広く利用されている。
【０００４】
図９は、上記従来のＰＳＤを用いた測距センサーの基本原理を説明するための図である。発光素子１４１ａから投射された光は、投光レンズ１４３を介して、被測定物体１４５の表面に到達して反射され、反射光の一部が受光レンズ１４４を介してＰＳＤ１４２の受光面１４２ａの受光位置ＳＰに入射される。このとき、受光レンズ１４４と受光面１４２ａの距離をｆ、受光レンズ１４４と投光レンズ１４３の光軸の距離（基線長）をＢ、受光位置ＳＰの受光レンズ１４４の光軸中心からの距離Ｘ₁とすると、物体１４５表面と受光レンズ１４４の距離Ｌは、以下の式１で表わされる。
【０００５】
Ｌ＝Ｂｆ／Ｘ₁…（式１）
前述したように、ＰＳＤ１４２の両電極１４２ｂ，１４２ｃからの出力Ｉ_A，Ｉ_Bより、光の入射位置ＳＰ、すなわちＸ₁を求めることができ、式１から被測定物体１４５までの距離Ｌを求める事ができる。
【０００６】
しかしながら、この種の装置では近距離側の測定距離に限界があった。すなわち、図９より明らかなように、被測定物１４５とＰＳＤ１４２の距離が近い、つまりＬが短い場合は、Ｘ₁が大きくなり、Ｌが所定距離Ｌ_C以下になると、反射光は受光面１４２ａの領域からそれてしまうので検出できなくなる。所定距離Ｌ_Cは、以下の式２で表わされる。
【０００７】
Ｌ_C＝Ｂｆ／（Ｃ−Ｘ₀）…（式２）
ここで、Ｘ₀は受光レンズ１４４の光軸とＰＳＤ１４２の発光素子１４１ａ側の電極１４２_Cとの間の距離である。
【０００８】
したがって、被測定物が至近距離にある場合には電流出力が得られず、正確な距離計測ができなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、近距離の測距を可能にする技術は、特開昭６２−２３５５１８号及び特公平７−３８０４８号等に記載されている。前者の測距装置は、前述のＬ_Cより近い近接領域の検出を行うＰＳＤを遠距離用ＰＳＤに隣接させて配置したものである。後者は、遠距離用発光素子ＬＥＤと近距離用発光素子ＬＥＤの２種類の発光素子を基線長方向の異なる位置に配置して、それぞれを選択的に発光させ、ＰＳＤの出力をそれぞれに応じて補正する事により、近距離側の測定を可能としたものである。
【００１０】
しかしながら、前者の測距装置では、ＰＳＤの設置スペースやコストの面からＰＳＤの受光面積長さが制限されるので、近距離側を測定する事は困難である。また、近距離の測定物からの反射スポット光の光量が強すぎてＰＳＤの出力が飽和して正確な測距が行えないという問題があった。これを克服するためにＬＥＤの出力を低下させると、遠距離側の測距が出来なくなってしまう。
【００１１】
また、いずれの装置においても、近距離側の距離制限が短縮するだけであり、約２０ｃｍ以内の至近距離から距離ほぼゼロまでに被測定物体がある場合は、測距不能であり、被測定物の存在自体を認識する事が出来なかった。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、至近距離の被測定物までの距離をも測定可能な測距モジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る測距モジュールは、ハウジング内に配置され受光面上の入射光位置に応じて２つの電流を出力するＰＳＤと、ハウジングに設けられ被測定物に光を照射する第１発光素子と、ハウジングに設けられ第１発光素子から被測定物に照射される光よりも低い指向性の光を被測定物に照射する第２発光素子と、ＰＳＤの受光面に対向するとともに第１及び第２発光素子から出射され被測定物で反射された光を受光面に導く位置に設けられたレンズと、第１及び第２発光素子を異なる時刻に発光させるとともに、少なくとも第１発光素子発光時にＰＳＤから出力される電流の和及び第２発光素子発光時にＰＳＤから出力される電流の和に基づいて所定距離よりも近い被測定物までの距離が求められる信号を出力する制御回路とを備え、制御回路は、第 1 発光素子点灯時のＰＳＤの出力電流の和信号（ＰＳＤΣ）、及び、第２発光素子点灯時のＰＳＤの和信号（近接Σ）から発光素子非点灯時のリファレンス電圧を引いた信号を記憶し、ｎ回の測定において得られたこれらの平均値をそれぞれＰＳＤΣ ^＋、近接Σ ^＋とした場合、距離に対応する距離に対応する和Ｑ＝（近接Σ ^＋＋ＰＳＤΣ ^＋）、比Ｓ＝（ＰＳＤΣ ^＋／近接Σ ^＋）又は比Ｓ’＝（近接Σ ^＋／ＰＳＤΣ ^＋）を演算することを特徴とする。
【００１４】
本測距モジュールによれば、制御回路は、所定距離よりも近い位置に被測定物がある場合、すなわち、ＰＳＤ受光面からスポットが一部はみ出してしまう場合には、第１発光素子発光時のＰＳＤの出力電流の和、及び第２発光素子発光時のＰＳＤの出力電流の和に基づいて被測定物までの距離が求められる信号を出力する。
【００１５】
また、所定距離よりも遠い位置に被測定物があることによって、第１発光素子から出射され被測定物で反射された光がＰＳＤ受光面にスポットとして入射するときには、制御回路は第１発光素子発光時のＰＳＤの出力電流の和及び差に基づいて所定距離以上にある被測定物までの距離が求められる信号を出力することが好ましい。なお、この場合においても、制御回路は、上記所定距離よりも近い位置に被測定物がある場合と同様に、第１発光素子発光時のＰＳＤの出力電流の和、及び第２発光素子発光時のＰＳＤの出力電流の和に基づいて、所定距離以上にある被測定物までの距離が求められる信号を出力してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る測距モジュールについて説明する。同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、実施の形態に係る測距モジュールを示す。本モジュールは、ハウジングＨｓ内に配置された半導体位置検出器（ＰＳＤ）１を備える。ＰＳＤ１は、ｎ型Ｓｉからなる半導体基板１ｃと、半導体基板１ｃの長手方向に沿って半導体基板１ｃの表面に形成されたｐ型Ｓｉからなる高抵抗基幹導電層１ｆと、基幹導電層１ｆから半導体基板１ｃの幅方向に沿い基幹導電層１ｆを横切って延びたｐ型Ｓｉからなる複数の低抵抗分枝導電層１ｅと、半導体基板１ｃの表面の基幹導電層１ｆを覆うとともに分枝導電層１ｅを含む受光領域に光が入射可能なように半導体基板１ｃの長手方向に沿って延びた２つの開口を有する遮光膜１ｄと、半導体基板１ｃの裏面に高濃度ｎ型Ｓｉからなるコンタクト層１ｂを介して形成された裏面電極１ａと、基幹導電層１ｆの両端部に形成された一対の位置信号電極１Ｂ，１Ｃとを備える。
【００１８】
本モジュールは、ＰＳＤ１の長手方向に直交する線分に平行に隣接し、ハウジングＨｓ内に配置された遠距離測定用発光ダイオード（第１発光素子）２Ａ，２Ｃと、その近傍に配置された第１発光素子２Ａ，２Ｃの出力モニター用のホトダイオード（受光素子）２Ｂと、第１発光素子２Ａ，２Ｃから出力された光の通過経路上に配置されて通過光を平行光束とするようにハウジングＨｓに固定された投光レンズ５と、ＰＳＤ１の受光面に対向する位置に設けられハウジングＨｓに固定された受光レンズ４及び外乱光をカットする光学フィルタ６とを備える。また、受光レンズ４と投光レンズ５の光軸は平行であり、ＰＳＤ１と第１発光素子２Ａ，２Ｃの表面がこれらの光軸と垂直である。
【００１９】
本モジュールは、投光レンズ５を出射し被測定物に照射される光よりも指向性が低い拡散光を出射する発光ダイオード（第２発光素子）３Ａと、その近傍に配置された第２発光素子３Ａの出力モニター用のホトダイオード（受光素子）３Ｂとを備えている。ここで、第１発光素子２Ａ，２Ｃは小径のスポット光を、第２発光素子３Ａは広角度（例えば±４０°）の拡散光を被測定物にそれぞれ投影するが、それぞれの素子は別種のものでなくてもよい。また、本実施の形態では、第１発光素子を２個用いた例で説明している。これは、第１発光素子がスポット光の為、目的とする被測定物が人の場合、大人や子供の違いによって投光スポット光が反射して戻ってくる領域が異なる為、必要に応じて第１発光素子が複数個必要になる場合があるためで、もちろん第１発光素子は１個であってもかわなない。
【００２０】
本モジュールは、発光素子２Ａ，２Ｃ，３Ａを順次異なる時間に発光させてその発光タイミングを制御し、また、その強度を制御し、受光素子２Ｂ，３Ｂの出力をモニターし、入力されるＰＳＤ１の位置信号電極１Ｂ，１Ｃから出力される２つの電流Ｉ_A及びＩ_Bに応じてコンピュータ４２で被測定物までの距離を演算することができる信号を出力するアナログ制御回路１１を備える。
【００２１】
図２は、本装置による距離測定について説明するための説明図である。まず、遠距離側の距離測定について説明する。遠距離側の距離測定は、三角測量方式による。つまり、第１発光素子２Ａ又は２Ｃから出射した光は、投光レンズ５により小径のスポット光に集光されて、被測定物１５に照射される。このスポット光の径は、投光レンズ５から７０ｃｍの距離で約４ｃｍである。被測定物１５に照射された光は、表面で一般に乱反射され、その一部が集光レンズ４及び干渉フィルタ６を経由して、ＰＳＤ１の受光面１Ａに到達して、光電流を発生させ、ＰＳＤ１の両電極１Ｂ、１Ｃからその位置に応じた電流Ｉ_A及びＩ_Bが出力される。このとき、前述したように、受光レンズ４と受光面１Ａの距離をｆ、基線長をＢ、受光位置の受光レンズ４の光軸中心からの距離をｘ₁とすると、被測定物１５表面と受光レンズ４の距離Ｌは、再掲する以下の式で表される。
【００２２】
Ｌ＝Ｂｆ／ｘ₁
また、電極１Ｂ，１Ｃ間距離をＣとすると、（Ｉ_B−Ｉ_A）／（Ｉ_A＋Ｉ_B）＝２ｘ₁／Ｃ−１であるから、制御回路１１は両電極の電流出力Ｉ_A，Ｉ_BからＩ_B−Ｉ_A及びＩ_A＋Ｉ_Bを演算し、コンピュータ４２が演算結果に基づいて上式から受光面上の入射位置ｘ₁を演算し、上式に基づいて距離Ｌを演算して距離データを出力する。
【００２３】
しかし、この三角測量方式では、至近距離に被測定物体１５”が存在するときはｘ₁が大きくなり、第１発光素子２Ａ，２Ｃから受光面１Ａに入射するスポットがはみ出してしまう。距離測定の限界となる位置が被測定物１５’の位置はＬ_cは、本実施の形態では約２０ｃｍである。
【００２４】
発光素子２Ａ，２Ｃ，３ＡとＰＳＤ１を用いた距離Ｌ_c以内の至近距離の測定について説明する。以下、至近距離に被測定物１５”が存在する場合を例に説明する。第２発光素子３Ａは、広角度（例えば±４０°）で光を照射している。したがって、被測定物１５”の広い範囲に光が照射されている。被測定物１５”への第２発光素子３Ａの投射光の反射光には、前述の第１発光素子２Ａからの投射光の反射光に比べて受光レンズ４への入射角（いいかえれば、受光レンズ４の光軸となす角度）が小さい成分が含まれるため、その一部がＰＳＤ１の受光面１Ａに入射する。このとき、受光面１Ａの比較的広い位置に光が入射するため、受光素子１の両電極１Ｂ、１Ｃから発生する電流Ｉ_A、Ｉ_Bから一義的に受光位置ｘ₁を求めることは困難になるが、その和Ｉ_A＋Ｉ_Bは、受光面に入射した光の光量の総和に応じたものとなる。被測定物１５が近距離にあるほど、その反射特性が同一の場合は、受光面１Ａに入射する光量が多くなるので、出力電流の和も大きくなる。
【００２５】
一方、発光素子３Ａは、広角度で光を照射しているので、被測定物が遠距離にある場合には、その反射光のうち、受光レンズ４を経て、受光面１Ａに入射する光量は微弱なものとなり、出力電流の和も小さくなる。さらに、被測定物が所定の距離内に存在しない場合は、第２発光素子３Ａの光が被測定物に到達するまでに拡散してしまうので、反射光を検出することはできなくなる。これらの場合には、出力電流の総和Ｉ_A＋Ｉ_Bも発生しないか、微弱なものとなる。したがって、測定対象となる被測定物の反射特性をもとにして、被測定物が距離Ｌ_cにある時の反射光によって発生する電流強度以下の値をしきい値として、それ以上の電流を検出したときに物体が存在すると判定するように設定することにより、距離Ｌ_c以内の至近距離にある物体の存否を確実に判定することができる。
【００２６】
しかしながら、被測定物が至近距離にある場合には総和Ｉ_A＋Ｉ_Bは距離の２乗に反比例して増加するので、制御回路１１内の増幅器において出力が飽和し、距離Ｌ_c以内の至近距離にある物体の存否を確実に判定することができるものの、距離自体の測定は正確には行うことができない。そこで、制御回路１１内における増幅器の増幅率又は発光素子２Ａ，２Ｃ，３Ａへの供給電流量を制御し、ＰＳＤ１にてモニタされる受光強度が大きい場合にはコンピュータ４２からの信号によってこれらを低下させる。しかし、これらを低下させると、ＰＳＤ１における受光光量だけでは至近距離における正確な距離測定はできなくなり、また、被測定物の反射率によっても受光光量が大きく変化する。
【００２７】
例えば、モジュールから１ｍの位置における被測定物からの総入射光量の違いは、白紙（反射率９０％）：黒幕（反射率４％）＝２２：１であり、１０ｃｍの位置における被測定物からの総入射光量の違いは、白紙（反射率９０％）：黒幕（反射率４％）＝１００：１である。
【００２８】
そこで、本発明に係る測距モジュールにおいては、ＰＳＤ受光面上からスポットがはみ出した場合においても発光素子２Ａ，２Ｃ，３Ａから出力され受光面に入射した光を用いることにより至近距離の距離測定を行うこととした。
【００２９】
図３は、測距モジュールの制御回路１１及びコンピュータ４２を含むシステム構成図であり、図４は、この装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【００３０】
タイミング発生回路２１は、外部から供給されるパルスクロック信号ＣＬＫを分周することにより、３つの発光素子２Ａ、２Ｃ、３Ａのそれぞれの発光を制御するドライブパルス信号ＬＥＤ１〜３を生成する。本実施の形態では、図４に示されるように、ＣＬＫ信号パルス１６個ごとに発光素子２Ａ，２Ｃ、３Ａのそれぞれのパルス信号を切り換えて出力している。また、タイミング発生回路２１は、各発光素子信号のパルスの立ち上がり前にサンプルホールド制御用のＳ／Ｈ＿Ａ信号（図中ではＡ）をパルス出力し、各発光素子信号のパルス信号の終了前に同じくサンプルホールド制御用のＳ／Ｈ＿Ｂ信号（図中ではＢ）をパルス出力し、各発光素子信号終了後の所定時間後にサンプルホールド終了を示すＶＡＬＩＤ信号をサンプルホールド回路３０〜３３に出力している。また、信号ＬＥＤ１に対応したパルス信号をＳＹＮＣ信号として外部に出力している。
【００３１】
このドライブパルス信号ＬＥＤ１〜３によりドライブ回路２２は、発光素子２Ａ，２Ｃ，３Ａを時分割的にパルス点灯させる。各発光素子から発せられた光は、被測定物１５によって反射されて、遮光膜１ｄの開口によって規定されるＰＳＤ１の各領域ＰＳＤ１Ｄ，１Ｅに入射し、光電流を生成する。それぞれのＰＳＤで発生した光電流は、その２つの電極から分流されて出力されるが、それぞれのＰＳＤ１Ｄ，１Ｅが並列接続されているので、対応する電極の出力電流の合成電流が後続の回路に送られる。これらの合成後の光電流は、外乱光によるノイズを含むパルス電流である。
【００３２】
このノイズを含むパルス電流は、ＤＣフィードバックや容量結合を用いて（図示していない）外乱光によるノイズ成分を除去された後、電流−電圧変換器２４，２５により電圧信号に変換されて、利得調整可能な増幅器２６、２７で出力飽和がしないように増幅され、加算回路２８、減算回路２９にそれぞれ転送される。
【００３３】
こうして得られた加算出力信号と減算出力信号は、後続のサンプルホールド回路３０〜３３に送られる。それぞれのサンプルホールド回路のうち回路３０、３２では、発光素子のタイミング回路２１から送られてきたサンプルホールド制御信号Ｓ／Ｈ＿Ａに基づいて発光素子発光直前の信号レベルが、回路３１、３３では、サンプルホールド制御信号Ｓ／Ｈ＿Ｂに基づいて発光素子発光時の信号レベルがそれぞれ保持される。
【００３４】
こうしてサンプルホールドされた信号レベルは、ＶＡＬＩＤ信号がオンになると次段の減算回路３４、３５に送られて、発光素子発光時と発光素子発光直前との信号レベルの差がとられることにより、ノイズが除去された加算信号出力Σ_out（Ｉ_A＋Ｉ_Bに相当）と、減算信号出力Δ_out（Ｉ_B−Ｉ_Aに相当）が得られ、コンピュータ４２ではこれらの信号を基にして距離検出を行うことが可能である。
【００３５】
一方、モニター素子２Ｂ、３Ｂの出力は、電流−電圧変換器３８で電圧信号に変換された後、増幅器３９を介してサンプルホールド回路４０によりサンプルホールドされた後、一定値の信号ＬＥＤ_monとして出力される。Ｖref信号は発光素子非点灯時の基準信号である。両者の差が所定レベル以下であれば、発光素子が点灯していないとみなせるので、エラー出力を生成することにより、誤作動を防止することができる。
【００３６】
上記のようにして得られた出力信号をそのまま処理してもよいし、デジタル信号に変換して処理してもよい。また、１周期ごとの出力を直接処理しても複数周期の出力をもとにして演算処理してもよい。
【００３７】
コンピュータ４２は、デジタル出力（ｇａｉｎＸ，Ｙ）をデコーダ４１に出力する。デコーダ４１から出力されたアナログ制御信号は、ＰＳＤ１の出力の増幅率を制御する増幅器２６，２７，３６，３７及び発光素子に供給される駆動電流の供給電流を制御する切換器２３に入力され、それぞれの出力飽和が生じないようにされる。
【００３８】
すなわち、反射率の異なる被測定物に対して、ダイナミックレンジが飽和してしまうのを防ぐために、コンピュータ４２は、それぞれの発光素子２Ａ，２Ｃ，３Ａの発光時の制御回路１１の出力を１回測定して記憶し、出力飽和が起こらないように共通のダイナミックレンジを決定し、デコーダ４１の指定するゲイン切換の増幅率を固定する（例えば５Ｖ定電源を用いる場合、０．１Ｖ〜４Ｖにコントロールする）。ゲイン切換の増幅率が決まり、ダイナミックレンジが決まったら、ｎ回の測距を行い、第１発光素子２Ａ又は２Ｃ点灯時のＰＳＤ１の差信号（ＰＳＤΔ＝Ｉ_B−Ｉ_A）、第１発光素子２Ａ又は２Ｃ点灯時のＰＳＤ１の和信号（ＰＳＤΣ＝Ｉ_A＋Ｉ_B）、第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の和信号（近接Σ）から発光素子非点灯時の基準信号分のリファレンス電圧１Ｖを引いた信号出力をコンピュータ４２に記憶し、ｎ回の平均値を求めｎ回平均値を元に測距演算を行う。なお、この得られたｎ回の平均値の出力結果をそれぞれＰＳＤΔ⁺、ＰＳＤΣ⁺、近接Σ⁺とし、これら及びＰＳＤΔ⁺／ＰＳＤΣ⁺の距離依存性を図５に示す。
【００３９】
この様にする事で、反射率の異なる被測定物であっても、出力信号が飽和してしまい測距不能という事態を避ける事ができ、ＰＳＤの測距演算により無限遠からＰＳＤの受光面に入射するスポット光が欠けを生じない範囲で近距離（約２０ｃｍ）まで測距する事が可能となる。
【００４０】
本発明においては、上記に加え、ＰＳＤの受光面に入射するスポット光が欠けを生じる距離から距離ほぼ零の範囲においても測距が出来るように以下の工夫を行った。すなわち、コンピュータ４２は、以下の演算を行う。
【００４１】
近接Σ⁺に、ＰＳＤの和信号ＰＳＤΣ⁺を加算する。すなわち、近接Σ⁺＋ＰＳＤΣ⁺＝Ｑを演算する。ＰＳＤの受光面に入射するスポット光が欠けを生じる距離を示す時のＱの値をａとする。
【００４２】
Ｑ≦ａの時は、従来からの用いられる上記のＰＳＤの測距演算により、無限遠からＰＳＤの受光面に入射するスポット光が欠けを生じる距離までの測距を行う。
【００４３】
Ｑ＞ａの時は、Ｑ＝近接Σ⁺＋ＰＳＤΣ⁺を元に測距を行う。この式により得られる結果のグラフを図６に示す。このグラフから判るように、この式によって得られる結果は、左上がりの傾向を示し、このグラフを利用すれば、ＰＳＤの受光面に入射するスポット光が欠けを生じる距離（約２０ｃｍ）から距離ほぼ零の範囲において測距する事が可能となる。第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の出力は、被測定物がモジュールに近づくに従い距離の２乗に反比例して受光強度が増え、第１発光素子２Ａ，２Ｃ点灯時のＰＳＤ１の出力はＰＳＤ受光面に当たるスポット光が欠ける前まで被測定物がモジュールに近づくに従い増える。しかしながら、ＰＳＤの受光面に当たるスポット光が欠け始めると被測定物がモジュールに近づくに従い、受光強度が減少していく。このＰＳＤ受光強度の減少率が第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の出力の増加率に比べ小さいためにこの式のグラフは、左上がりの傾向を示すグラフとなる。従って、本式を用いる事により、ＰＳＤの受光面に入射するスポット光が欠けを生じる距離から距離ほぼ零の範囲において測距する事が可能となる。
【００４４】
また、ＰＳＤΣ⁺＝近接Σ⁺となる時の測距データをｂとすると、ＰＳＤΣ⁺＞近接Σ⁺の時、被測定物は距離ｂより離れており、ＰＳＤΣ⁺＝近接Σ⁺の時、被測定物は距離ｂにあり、ＰＳＤΣ⁺＜近接Σ⁺の時、被測定物は距離ｂよりも近くにあることが、図６のグラフから明らかである。そこで、コンピュータ４２は、ＰＳＤΣ⁺と近接Σ⁺との大小を比較することによって、被測定物の存在位置に応じた信号を出力することができる。
【００４５】
さらに、距離ａ又はｂよりも被測定物が測距モジュール側にあると判別された場合には、コンピュータ４２はＳ＝ＰＳＤΣ⁺／近接Σ⁺，Ｓ’＝近接Σ⁺／ＰＳＤΣ⁺を演算し、図７に示す被測定物の距離と出力比Ｓ又はＳ’との関係を示すグラフを用いて、距離ａ又はｂ以下の距離にある被測定物の距離を算出し、被測定物の距離データを出力する。
【００４６】
なお、上記の演算を行う上で注意すべき点が２つある。１つは、ＰＳＤに入射するスポット光はある大きさの径を持っているため、理想的にはＰＳＤの和出力と差出力の比が、０≦ＰＳＤ△／ＰＳＤΣ＜１の関係となる。ところが、極端な場合、０≦ＰＳＤ△／ＰＳＤΣ≦０．５となってしまう場合がある。
【００４７】
このような場合、上記所定距離以上の距離測定において一般的にＰＳＤ△の出力をＫ倍増幅するように増幅率を設定することにより演算を行い易くする。
【００４８】
また、Ａ／Ｄ変換器にＰＳＤ出力が入力した際、ＰＳＤ△出力がＡ／Ｄ変換器のノイズレベル程度だった場合、ＰＳＤ△出力がＡ／Ｄ変換器のノイズレベルに隠れてしまい分解能が低下してしまう。このような場合もＰＳＤ△出力がＫ倍増幅されていれば、ＰＳＤ△出力のＡ／Ｄ変換器内での分解能を上げることができる。
【００４９】
もう１つ注意しなければならない点がある。ＰＳＤ出力及び近接Σ⁺の出力が、全体として飽和してしまわないように増幅率を設定していても、被測定物の反射率や第２発光素子（３Ａ）の広角度の取り方やアセンブリの仕方により近接Σ⁺の出力がＰＳＤからの出力に対して大きくなったり小さくなったりしてしまう事がある。しかし、本法を適用する場合、近接Σ⁺の出力とＰＳＤΣ⁺の出力とが１Ｖの時ほぼ同じ位置出力が得られるように、近接Σ⁺の出力の増幅率設定がされていないと、ＱやＳ’の結果が左上がりの結果を得る事が出来ない（Ｓは右上がりの結果となる）。近接Σ⁺の出力をＮ倍増幅し、近接Σ⁺の出力とＰＳＤΣ⁺の出力とが１Ｖの時ほぼ同じ位置出力となるように調整し、ＱやＳ’の結果が左上がりとなるようにする（Ｓは右上がりの結果となる）。
【００５０】
上記のように距離ほぼ零まで測距が可能になったが、ＰＳＤからの出力が、スポット欠けのために出力しなかった領域まで出力するようになったため、至近距離なのか無限遠なのか判別がつかず誤動作の可能性がある。これを回避するために、無限遠の判定レベルを任意に設定し（例えば、ＰＳＤΣ⁺＝近接Σ⁺となる時の値をｂとし、ｂを基準に無限遠の判定レベルを１／５ｂとか１／１０ｂとかに設定する）、この判定レベルよりもＰＳＤΣ⁺および近接Σ⁺の値が共に小さくなった時、被測定物が無限遠にあると判定する。
【００５１】
以上のように、本測距モジュールは、ハウジングＨｓ内に配置され受光面上の入射光位置に応じて２つの電流を出力するＰＳＤ１と、ハウジングＨｓに設けられ被測定物１５に光を照射する第１発光素子２Ａと、ハウジングＨｓに設けられ第１発光素子２Ａから被測定物１５に照射される光よりも低い指向性の光を被測定物１５に照射する第２発光素子３Ａと、ＰＳＤ１の受光面１Ａに対向するとともに第１及び第２発光素子２Ａ，３Ａから出射され被測定物１５で反射された光を受光面１Ａに導く位置に設けられたレンズ４と、第１及び第２発光素子２Ａ，３Ａを異なる時刻に発光させるとともに、第１発光素子発光時にＰＳＤから出力される電流の和及び差に基づいて所定距離以上にある被測定物までの距離が求められ、和及び第２発光素子発光時にＰＳＤから出力される電流の和に基づいて所定距離よりも近い被測定物までの距離が求められる信号を出力する制御回路１１とを備える。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、第１及び第２発光素子を用いることにより、至近距離の被測定物までの距離をも測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測距モジュールの構成を示す構成図。
【図２】測距モジュールの測定原理を説明する図。
【図３】測距モジュールを含む測距装置のシステム構成図。
【図４】図３のシステム内におけるタイミングチャート。
【図５】距離（ｃｍ）と出力（Ｖ）との関係を示すグラフ。
【図６】距離（ｃｍ）と出力（Ｖ）との関係を示すグラフ。
【図７】距離（ｃｍ）と出力（Ｖ）との関係を示すグラフ。
【図８】従来のＰＳＤを示す断面図。
【図９】ＰＳＤの測定原理を説明する図。
【符号の説明】
ＨＳ…ハウジング、１…ＰＳＤ１、１５…被測定物、２Ａ…第１発光素子、３Ａ…第２発光素子、４…レンズ、１１…制御回路。

Claims

ハウジング内に配置され受光面上の入射光位置に応じて２つの電流を出力するＰＳＤと、
前記ハウジングに設けられ被測定物に光を照射する第１発光素子と、
前記ハウジングに設けられ前記第１発光素子から前記被測定物に照射される光よりも低い指向性の光を前記被測定物に照射する第２発光素子と、
前記ＰＳＤの前記受光面に対向するとともに前記第１及び第２発光素子から出射され前記被測定物で反射された光を前記受光面に導く位置に設けられたレンズと、
前記第１及び第２発光素子を異なる時刻に発光させるとともに、少なくとも前記第１発光素子発光時に前記ＰＳＤから出力される電流の和及び前記第２発光素子発光時に前記ＰＳＤから出力される電流の和に基づいて所定距離よりも近い被測定物までの距離が求められる信号を出力する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記第 1 発光素子点灯時の前記ＰＳＤの出力電流の和信号（ＰＳＤΣ）、及び、前記第２発光素子点灯時の前記ＰＳＤの和信号（近接Σ）から前記発光素子非点灯時のリファレンス電圧を引いた信号を記憶し、ｎ回の測定において得られたこれらの平均値をそれぞれＰＳＤΣ ^＋、近接Σ ^＋とした場合、距離に対応する和Ｑ＝（近接Σ ^＋＋ＰＳＤΣ ^＋）を演算することを特徴とする測距モジュール。
ハウジング内に配置され受光面上の入射光位置に応じて２つの電流を出力するＰＳＤと、
前記ハウジングに設けられ被測定物に光を照射する第１発光素子と、
前記ハウジングに設けられ前記第１発光素子から前記被測定物に照射される光よりも低い指向性の光を前記被測定物に照射する第２発光素子と、
前記ＰＳＤの前記受光面に対向するとともに前記第１及び第２発光素子から出射され前記被測定物で反射された光を前記受光面に導く位置に設けられたレンズと、
前記第１及び第２発光素子を異なる時刻に発光させるとともに、少なくとも前記第１発光素子発光時に前記ＰＳＤから出力される電流の和及び前記第２発光素子発光時に前記ＰＳＤから出力される電流の和に基づいて所定距離よりも近い被測定物までの距離が求められる信号を出力する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記第 1 発光素子点灯時の前記ＰＳＤの出力電流の和信号（ＰＳＤΣ）、及び、前記第２発光素子点灯時の前記ＰＳＤの和信号（近接Σ）から前記発光素子非点灯時のリファレンス電圧を引いた信号を記憶し、ｎ回の測定において得られたこれらの平均値をそれぞれＰＳＤΣ ^＋、近接Σ ^＋とした場合、距離に対応する比Ｓ＝（ＰＳＤΣ ^＋／近接Σ ^＋）を演算することを特徴とする測距モジュール。
ハウジング内に配置され受光面上の入射光位置に応じて２つの電流を出力するＰＳＤと、
前記ハウジングに設けられ被測定物に光を照射する第１発光素子と、
前記ハウジングに設けられ前記第１発光素子から前記被測定物に照射される光よりも低い指向性の光を前記被測定物に照射する第２発光素子と、
前記ＰＳＤの前記受光面に対向するとともに前記第１及び第２発光素子から出射され前記被測定物で反射された光を前記受光面に導く位置に設けられたレンズと、
前記第１及び第２発光素子を異なる時刻に発光させるとともに、少なくとも前記第１発光素子発光時に前記ＰＳＤから出力される電流の和及び前記第２発光素子発光時に前記ＰＳＤから出力される電流の和に基づいて所定距離よりも近い被測定物までの距離が求められる信号を出力する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記第 1 発光素子点灯時の前記ＰＳＤの出力電流の和信号（ＰＳＤΣ）、及び、前記第２発光素子点灯時の前記ＰＳＤの和信号（近接Σ）から前記発光素子非点灯時のリファレンス電圧を引いた信号を記憶し、ｎ回の測定において得られたこれらの平均値をそれぞれＰＳＤΣ ^＋、近接Σ ^＋とした場合、距離に対応する比Ｓ’＝（近接Σ ^＋／ＰＳＤΣ ^＋）を演算することを特徴とする測距モジュール。