JPH05172565A - 光学的測距センサー - Google Patents
光学的測距センサーInfo
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- JPH05172565A JPH05172565A JP34489291A JP34489291A JPH05172565A JP H05172565 A JPH05172565 A JP H05172565A JP 34489291 A JP34489291 A JP 34489291A JP 34489291 A JP34489291 A JP 34489291A JP H05172565 A JPH05172565 A JP H05172565A
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＰＳＤを使用して遠距離まで測定する。
【構成】 半導体位置検出素子（ＰＳＤ）５での受光量
を検出回路２１で検出し、その検出結果により、制御回
路２２で発光部の発光量を制御する。
を検出回路２１で検出し、その検出結果により、制御回
路２２で発光部の発光量を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＰＳＤ等の光学的測距
センサーに関する。
センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ＝半導体位置検
出素子）は、ホトダイオード（ＰＤ）を応用した光スポ
ツト位置検出用センサーである。
ｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ＝半導体位置検
出素子）は、ホトダイオード（ＰＤ）を応用した光スポ
ツト位置検出用センサーである。
【０００３】このＰＳＤは、入射する光スポツトの位置
により、取出される信号電流Ｉ1とＩ2のバランスが変化
する。図２に、ＰＳＤを用いた測距センサーの検出原理
図を示す。
により、取出される信号電流Ｉ1とＩ2のバランスが変化
する。図２に、ＰＳＤを用いた測距センサーの検出原理
図を示す。
【０００４】図２に示すように、赤外発光ダイオード１
（ＬＥＤ）にて発光された光は、レンズ２を通して反射
物（一例として人物）３にて反射し、レンズ４を通して
ＰＳＤ５に入射する。この反射光ＭがＰＳＤ５に入射す
る位置（光のスポツト位置）は、人物３とセンサーとの
距離Ｄによつて変化し、反射物３が遠くなると（Ｄが長
くなると）、反射光Ｍ１は図２中の点線のようになり、
ＰＳＤ５に入射する光のスポツト位置も変化する。ＰＳ
Ｄ５に入射する光のスポツト位置が変化すると、これに
応じてＰＳＤ５の両端から取出される信号電流Ｉ1とＩ2
のバランスが変化する。
（ＬＥＤ）にて発光された光は、レンズ２を通して反射
物（一例として人物）３にて反射し、レンズ４を通して
ＰＳＤ５に入射する。この反射光ＭがＰＳＤ５に入射す
る位置（光のスポツト位置）は、人物３とセンサーとの
距離Ｄによつて変化し、反射物３が遠くなると（Ｄが長
くなると）、反射光Ｍ１は図２中の点線のようになり、
ＰＳＤ５に入射する光のスポツト位置も変化する。ＰＳ
Ｄ５に入射する光のスポツト位置が変化すると、これに
応じてＰＳＤ５の両端から取出される信号電流Ｉ1とＩ2
のバランスが変化する。
【０００５】この信号電流Ｉ1とＩ2のバランスを信号処
理回路にて検出することにより、反射物３とセンサーの
距離を検出することができ、ＰＳＤ５を用いた測距セン
サーとして使用することができる。図５にＰＳＤを用い
た従来の測距センサーの機能ブロックを示す。図５にお
いて、８は信号処理回路部、９はＬＥＤ駆動回路部であ
る。
理回路にて検出することにより、反射物３とセンサーの
距離を検出することができ、ＰＳＤ５を用いた測距セン
サーとして使用することができる。図５にＰＳＤを用い
た従来の測距センサーの機能ブロックを示す。図５にお
いて、８は信号処理回路部、９はＬＥＤ駆動回路部であ
る。
【０００６】ここで、ＰＳＤの動作原理を図４に基づい
て説明する。ＰＳＤ５は、図４の（Ａ）に示すように、
シリコンチップの表面にｐ-層、裏面にＮ+層、そしてそ
の中間にあるＩ層の３層から構成され、ＰＳＤ５の表面
に光スポットφを照射したとき、生成された電荷（キャ
リアー）は抵抗層（ｐ-層）で光の入射位置と取り出し
電極Ａ，Ｂまでの距離に逆比例して分割され、各々の電
極Ａ，Ｂから電流Ｉ1，Ｉ2として取り出される。
て説明する。ＰＳＤ５は、図４の（Ａ）に示すように、
シリコンチップの表面にｐ-層、裏面にＮ+層、そしてそ
の中間にあるＩ層の３層から構成され、ＰＳＤ５の表面
に光スポットφを照射したとき、生成された電荷（キャ
リアー）は抵抗層（ｐ-層）で光の入射位置と取り出し
電極Ａ，Ｂまでの距離に逆比例して分割され、各々の電
極Ａ，Ｂから電流Ｉ1，Ｉ2として取り出される。
【０００７】今、図４の（Ａ）のように、光電流Ｉ0、
電極Ａ，Ｂの中点から光入射位置Ｐ点までの距離をｘ、
入射位置Ｐ点から電極Ａまでの抵抗値をＲ1、入射位置
Ｐ点から電極Ｂまでの抵抗値をＲ2、電極Ａ，Ｂ間の距
離をＬ、電極Ａ，Ｂ間の抵抗値をＲT、電極Ａ，Ｂから
取り出される電流をそれぞれＩ1，Ｉ2とすると、電流Ｉ
1，Ｉ2は以下の（１）（２）式で表される。
電極Ａ，Ｂの中点から光入射位置Ｐ点までの距離をｘ、
入射位置Ｐ点から電極Ａまでの抵抗値をＲ1、入射位置
Ｐ点から電極Ｂまでの抵抗値をＲ2、電極Ａ，Ｂ間の距
離をＬ、電極Ａ，Ｂ間の抵抗値をＲT、電極Ａ，Ｂから
取り出される電流をそれぞれＩ1，Ｉ2とすると、電流Ｉ
1，Ｉ2は以下の（１）（２）式で表される。
【０００８】
【数１】
【０００９】表面抵抗層（ｐ-層）の比抵抗Ｒiの分布が
図４の（Ｂ）のように一様であるので、抵抗Ｒ1，Ｒ2は
入射位置Ｐ点から電極Ａ，Ｂまでの距離に比例し、次式
で表される。
図４の（Ｂ）のように一様であるので、抵抗Ｒ1，Ｒ2は
入射位置Ｐ点から電極Ａ，Ｂまでの距離に比例し、次式
で表される。
【００１０】
【数２】
【００１１】これを（１）（２）式に代入すると、電極
Ａ，Ｂから取り出される電流Ｉ1，Ｉ2は次式となる。
Ａ，Ｂから取り出される電流Ｉ1，Ｉ2は次式となる。
【００１２】
【数３】
【００１３】ここで、電流Ｉ1，Ｉ2の和と差の比をとる
と次式となる。
と次式となる。
【００１４】
【数４】
【００１５】このように、受光素子としてＰＳＤを用い
ると、直接位置情報を出力として得られる。
ると、直接位置情報を出力として得られる。
【００１６】このＰＳＤ５の信号電流Ｉ1とＩ2を処理す
る信号処理回路８の一例を図６に示す。図６において、
Ｒ１〜Ｒ７は抵抗、Ｐ1〜Ｐ5は増幅器を示す。ＰＳＤ５
の信号電流Ｉ1，Ｉ2は、電流電圧変換回路部１１にて、
電圧Ｖ01，Ｖ02に変換する。Ｖ01はＶ01＝Ｒ1×Ｉ1、Ｖ
02はＶ02＝Ｒ1×Ｉ2となる。次に、減算回路部１２にて
Ｖ02とＶ01の引算を行い、Ｉ2−Ｉ1に対応した出力電圧
ＶOAを得る。Ｖ0Aは次式で表わされる。
る信号処理回路８の一例を図６に示す。図６において、
Ｒ１〜Ｒ７は抵抗、Ｐ1〜Ｐ5は増幅器を示す。ＰＳＤ５
の信号電流Ｉ1，Ｉ2は、電流電圧変換回路部１１にて、
電圧Ｖ01，Ｖ02に変換する。Ｖ01はＶ01＝Ｒ1×Ｉ1、Ｖ
02はＶ02＝Ｒ1×Ｉ2となる。次に、減算回路部１２にて
Ｖ02とＶ01の引算を行い、Ｉ2−Ｉ1に対応した出力電圧
ＶOAを得る。Ｖ0Aは次式で表わされる。
【００１７】
【数５】
【００１８】また、加算回路部１３にて、Ｖ01とＶ02の
足し算を行う。図６において、Ｖ03は次式で表わされ
る。
足し算を行う。図６において、Ｖ03は次式で表わされ
る。
【００１９】
【数６】
【００２０】そして、Ｉ1＋Ｉ2に対応した出力ＶOBを得
ることができる。Ｖ0Bは次式で表わされる。
ることができる。Ｖ0Bは次式で表わされる。
【００２１】
【数７】
【００２２】このＶOAとＶOBをマイコン等で演算処理す
ることにより、ＶOA／ＶOBを求める。 Ｖ0A／Ｖ0Bは次
式で表わされる。
ることにより、ＶOA／ＶOBを求める。 Ｖ0A／Ｖ0Bは次
式で表わされる。
【００２３】
【数８】
【００２４】したがつて、（Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ1＋Ｉ2）
は、上述の如く、ＰＳＤ５に入射する光の位置に対応し
ており、（Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ1＋Ｉ2）により、ＰＳＤ５
に入射する光のスポツト位置がわかる。
は、上述の如く、ＰＳＤ５に入射する光の位置に対応し
ており、（Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ1＋Ｉ2）により、ＰＳＤ５
に入射する光のスポツト位置がわかる。
【００２５】ＰＳＤ５に入射する光のスポツト位置がわ
かると、前述のように、センサーと反射物３との距離が
わかる。
かると、前述のように、センサーと反射物３との距離が
わかる。
【００２６】このようにして、ＰＳＤ５の信号電流Ｉ1
とＩ2を信号処理回路８にて処理することにより、セン
サーと反射物３の距離を検出することができる。
とＩ2を信号処理回路８にて処理することにより、セン
サーと反射物３の距離を検出することができる。
【００２７】また、ＰＳＤ５の他の信号処理回路８の例
を図７に示す。図７の回路において、１５は対数変換回
路部、１６は差動増幅回路部、１７，１８はｌｏｇダイ
オードで、その出力Ｖ01，Ｖ02は次式で表される。な
お、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度（°Ｋ）、ｑは
電子の電荷量である。
を図７に示す。図７の回路において、１５は対数変換回
路部、１６は差動増幅回路部、１７，１８はｌｏｇダイ
オードで、その出力Ｖ01，Ｖ02は次式で表される。な
お、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度（°Ｋ）、ｑは
電子の電荷量である。
【００２８】
【数９】
【００２９】そして、増幅回路部１６内からの出力Ｖ0
は次式で表わされる。
は次式で表わされる。
【００３０】
【数１０】
【００３１】この回路により、ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ2）に対
応した出力を得ることができる。Ｉ1／Ｉ2は、前述の如
く、ＰＳＤに入射する光のスポツト位置に対応してお
り、ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ2）により、ＰＳＤに入射する光の
スポツト位置がわかる。ＰＳＤ５に入射する光のスポツ
ト位置がわかると、前述のように、センサーと反射物と
の距離を検出することができる。
応した出力を得ることができる。Ｉ1／Ｉ2は、前述の如
く、ＰＳＤに入射する光のスポツト位置に対応してお
り、ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ2）により、ＰＳＤに入射する光の
スポツト位置がわかる。ＰＳＤ５に入射する光のスポツ
ト位置がわかると、前述のように、センサーと反射物と
の距離を検出することができる。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、図
５の如く、ＬＥＤ１は、駆動回路部９のみにより駆動制
御されているので、発光量の制御は測距物体までの距離
によらず一定であつた。そのため、例えば、図２の如
く、ＰＳＤ５を使用した場合、遠距離まで測定しようと
すると、受光量を大きくする必要がある。
５の如く、ＬＥＤ１は、駆動回路部９のみにより駆動制
御されているので、発光量の制御は測距物体までの距離
によらず一定であつた。そのため、例えば、図２の如
く、ＰＳＤ５を使用した場合、遠距離まで測定しようと
すると、受光量を大きくする必要がある。
【００３３】しかし、そうすると、近距離側でＰＳＤ５
の許容光電流（図３）を越えるようになり、測距範囲が
制限されるようになる。
の許容光電流（図３）を越えるようになり、測距範囲が
制限されるようになる。
【００３４】なお、図３において（Ａ）はＰＳＤ５の等
価回路を示し、（Ｂ）は逆バイアスＶRでの等価回路を
示す。この回路における許容光電流Iは次式で表わされ
る。
価回路を示し、（Ｂ）は逆バイアスＶRでの等価回路を
示す。この回路における許容光電流Iは次式で表わされ
る。
【００３５】
【数１１】
【００３６】但し、ＶDFはダイオードの順方向電圧であ
る。
る。
【００３７】本発明は、上記に鑑み、ＰＳＤを使用して
も、遠距離までの測定も可能とする測距センサーの提供
を目的とする。
も、遠距離までの測定も可能とする測距センサーの提供
を目的とする。
【００３８】
【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、ＰＳＤの入射光量をモニターし、そのＰＳＤ光出
力電流により発光量を制御することにより、遠距離、近
距離の測距範囲を拡大しようとするものである。
うに、ＰＳＤの入射光量をモニターし、そのＰＳＤ光出
力電流により発光量を制御することにより、遠距離、近
距離の測距範囲を拡大しようとするものである。
【００３９】
【作用】上記課題解決手段において、ＰＳＤ５の光出力
電流が大きくなれば、発光量を小さくし、ＰＳＤ５の許
容光電流を越えないようにする。
電流が大きくなれば、発光量を小さくし、ＰＳＤ５の許
容光電流を越えないようにする。
【００４０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。
明する。
【００４１】図１において、１は発光素子としてのＬＥ
Ｄ、５は受光部としてのＰＳＤ、８は信号処理回路であ
り、これらの構成部品は従来と同一機能であるため、そ
の説明を省略する。
Ｄ、５は受光部としてのＰＳＤ、８は信号処理回路であ
り、これらの構成部品は従来と同一機能であるため、そ
の説明を省略する。
【００４２】そして、本実施例では、ＰＳＤ５の受光量
を検出する受光量検出回路２１が設けられる。この検出
回路２１は、ＰＳＤ５に流れる光電流を検出するもので
ある。
を検出する受光量検出回路２１が設けられる。この検出
回路２１は、ＰＳＤ５に流れる光電流を検出するもので
ある。
【００４３】この検出回路２１からの信号は、ＬＥＤ１
からの発光量を制御する制御回路２２に入力される。制
御回路２２では、ＰＳＤ５の許容光電流を越えないよう
に、ＬＥＤ１の発光量を制御する。すなわち、ＰＳＤ５
の光出力電流が大きくなれば発光量を小さくし、ＰＳＤ
５の許容光電流を越えないようにする。
からの発光量を制御する制御回路２２に入力される。制
御回路２２では、ＰＳＤ５の許容光電流を越えないよう
に、ＬＥＤ１の発光量を制御する。すなわち、ＰＳＤ５
の光出力電流が大きくなれば発光量を小さくし、ＰＳＤ
５の許容光電流を越えないようにする。
【００４４】上記構成において、遠距離まで測定すると
きは、発光量を大きくするよう制御する。この場合、反
射物からの受光量は、さほど大きくないため、ＰＳＤ５
は許容光電流を越えることはない。
きは、発光量を大きくするよう制御する。この場合、反
射物からの受光量は、さほど大きくないため、ＰＳＤ５
は許容光電流を越えることはない。
【００４５】また、近距離を測定する場合、発光量を小
さくして、ＰＳＤ５の許容光電流を越えないようにす
る。
さくして、ＰＳＤ５の許容光電流を越えないようにす
る。
【００４６】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、測定距離に応じて発光部からの発光量
を制御しているので、近距離のみならず遠距離まで測定
できる。
求項１によると、測定距離に応じて発光部からの発光量
を制御しているので、近距離のみならず遠距離まで測定
できる。
【００４８】請求項２によると、受光部として、半導体
位置検出素子（ＰＳＤ）を使用しても、その許容光電流
を越えないように発光量を制御しているので、近距離、
遠距離の測定範囲が拡大されるといった優れた効果があ
る。
位置検出素子（ＰＳＤ）を使用しても、その許容光電流
を越えないように発光量を制御しているので、近距離、
遠距離の測定範囲が拡大されるといった優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測距センサーの機能ブロツク図
【図２】測距センサーの検出原理図
【図３】（Ａ）はＰＳＤの等価回路図、（Ｂ）はＰＳＤ
の逆バイアスでの等価回路図
の逆バイアスでの等価回路図
【図４】（Ａ）はＰＳＤの動作原理図、（Ｂ）は表面抵
抗層の比抵抗Ｒiの分布図
抗層の比抵抗Ｒiの分布図
【図５】従来の測距センサーの機能ブロック図
【図６】従来のＰＳＤの信号電流Ｉ1，Ｉ2の信号処理回
路図
路図
【図７】従来のＰＳＤの信号電流Ｉ1，Ｉ2の別の信号処
理回路図
理回路図
１ 赤外発光ダイオード ２ レンズ ３ 反射物 ４ レンズ ５ ＰＳＤ ８ 信号処理回路 ２１ 受光量検出回路 ２２ 発光量制御回路
Claims (2)
- 【請求項１】 発光部からの光を検出物体に当て、その
反射した光を受光部で受け、その受光位置に応じて検出
物体までの距離を測定する光学的測距センサーにおい
て、前記受光部での受光量を検出する受光量検出回路が
設けられ、該検出回路からの検出結果に基いて、前記発
光部からの発光量を制御する制御回路が設けられたこと
を特徴とする光学的測距センサー。 - 【請求項２】 請求項１記載の受光部には、半導体位置
検出素子が用いられたことを特徴とする光学的測距セン
サー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34489291A JP2942046B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 光学的測距センサー |
| US07/994,970 US5488468A (en) | 1991-12-26 | 1992-12-22 | Optical distance measuring apparatus having semiconductor position sensitive photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34489291A JP2942046B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 光学的測距センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172565A true JPH05172565A (ja) | 1993-07-09 |
| JP2942046B2 JP2942046B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=18372804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34489291A Expired - Fee Related JP2942046B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 光学的測距センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2942046B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0623829A1 (de) * | 1993-04-14 | 1994-11-09 | Erwin Sick GmbH Optik-Elektronik | Verfahren und Vorrichtung zur Sendestromregelung bei Sensoranordnungen |
| JP2016218064A (ja) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 日本精工株式会社 | 近接覚センサ |
| WO2020026920A1 (ja) * | 2018-08-01 | 2020-02-06 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61226607A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 測距装置 |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP34489291A patent/JP2942046B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61226607A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 測距装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0623829A1 (de) * | 1993-04-14 | 1994-11-09 | Erwin Sick GmbH Optik-Elektronik | Verfahren und Vorrichtung zur Sendestromregelung bei Sensoranordnungen |
| JP2016218064A (ja) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 日本精工株式会社 | 近接覚センサ |
| WO2020026920A1 (ja) * | 2018-08-01 | 2020-02-06 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
| JPWO2020026920A1 (ja) * | 2018-08-01 | 2020-10-22 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2942046B2 (ja) | 1999-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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