JPH0626815A - 距離センサ - Google Patents
距離センサInfo
- Publication number
- JPH0626815A JPH0626815A JP4184264A JP18426492A JPH0626815A JP H0626815 A JPH0626815 A JP H0626815A JP 4184264 A JP4184264 A JP 4184264A JP 18426492 A JP18426492 A JP 18426492A JP H0626815 A JPH0626815 A JP H0626815A
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- JP
- Japan
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- light
- face
- semiconductor laser
- distance
- distance measurement
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 検出感度の高い距離センサを提供する。
【構成】 距離センサが、測距対象５に向けて光を出射
する測距用の光出射端面１１の端面反射率が、前記測距
用の光出射端面１１と反対側の光出力モニター用の光出
射端面１２の端面反射率よりも低い半導体レーザ素子１
と、前記光出力モニター用の光出射端面１２からの光出
力を測定して測距情報を出力する光出力検出手段３と、
前記半導体レーザ素子の駆動電流を、前記測距用の光出
射端面１１に前記測距対象からの反射光が入射していな
い状態における前記半導体レーザ素子１の発振閾値電流
以下の範囲内で調整する駆動電流調整手段４とを備えて
いる。
する測距用の光出射端面１１の端面反射率が、前記測距
用の光出射端面１１と反対側の光出力モニター用の光出
射端面１２の端面反射率よりも低い半導体レーザ素子１
と、前記光出力モニター用の光出射端面１２からの光出
力を測定して測距情報を出力する光出力検出手段３と、
前記半導体レーザ素子の駆動電流を、前記測距用の光出
射端面１１に前記測距対象からの反射光が入射していな
い状態における前記半導体レーザ素子１の発振閾値電流
以下の範囲内で調整する駆動電流調整手段４とを備えて
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、距離センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】測距対象の変位量あるいは測距対象が検
知可能距離内に接近したことを検出する距離センサとし
て、半導体レーザ素子や発光ダイオード素子を光源とし
た光学式のものがよく用いられている。このような光学
式の距離センサでは、半導体レーザ素子や発光ダイオー
ド素子の光源から出射して測距対象で反射した光を受光
素子で検出して、反射光の戻って来た位置の検知情報に
基づいて測距対象の変位量を検出したり、あるいは、反
射光の有無の検知情報に基づいて測距対象が検知可能距
離内に接近したことを検出している。
知可能距離内に接近したことを検出する距離センサとし
て、半導体レーザ素子や発光ダイオード素子を光源とし
た光学式のものがよく用いられている。このような光学
式の距離センサでは、半導体レーザ素子や発光ダイオー
ド素子の光源から出射して測距対象で反射した光を受光
素子で検出して、反射光の戻って来た位置の検知情報に
基づいて測距対象の変位量を検出したり、あるいは、反
射光の有無の検知情報に基づいて測距対象が検知可能距
離内に接近したことを検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の距離センサでは、反射光の戻って来た位置の検出信
号の感度が低いために測距対象の変位に対して得られる
検出信号の感度が低く、又、反射光が有るときと無いと
きの反射光量の差が小さいために検出感度が低く、検出
精度の向上のために高精度の増幅器等が必要となり製造
コストが上昇してしまうと共に、高精度の増幅器等を用
いても検出精度の向上には限りがあるという不都合があ
った。本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、検出感度の高い距離センサを提供する
ことにある。
成の距離センサでは、反射光の戻って来た位置の検出信
号の感度が低いために測距対象の変位に対して得られる
検出信号の感度が低く、又、反射光が有るときと無いと
きの反射光量の差が小さいために検出感度が低く、検出
精度の向上のために高精度の増幅器等が必要となり製造
コストが上昇してしまうと共に、高精度の増幅器等を用
いても検出精度の向上には限りがあるという不都合があ
った。本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、検出感度の高い距離センサを提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の距離センサの特
徴構成は、測距対象に向けて光を出射する測距用の光出
射端面の端面反射率が、前記測距用の光出射端面と反対
側の光出力モニター用の光出射端面の端面反射率よりも
低い半導体レーザ素子と、前記光出力モニター用の光出
射端面からの光出力を測定して測距情報を出力する光出
力検出手段と、前記半導体レーザ素子の駆動電流を、前
記測距用の光出射端面に前記測距対象からの反射光が入
射していない状態における前記半導体レーザ素子の発振
閾値電流以下の範囲内で調整する駆動電流調整手段とを
備えている点にある。
徴構成は、測距対象に向けて光を出射する測距用の光出
射端面の端面反射率が、前記測距用の光出射端面と反対
側の光出力モニター用の光出射端面の端面反射率よりも
低い半導体レーザ素子と、前記光出力モニター用の光出
射端面からの光出力を測定して測距情報を出力する光出
力検出手段と、前記半導体レーザ素子の駆動電流を、前
記測距用の光出射端面に前記測距対象からの反射光が入
射していない状態における前記半導体レーザ素子の発振
閾値電流以下の範囲内で調整する駆動電流調整手段とを
備えている点にある。
【０００５】
【作用】上記特徴構成によれば、駆動電流調整手段によ
って半導体レーザ素子の駆動電流を、測距用の光出射端
面に前記測距対象からの反射光が入射していない状態に
おける半導体レーザ素子の発振閾値電流以下の値に設定
しておくと、半導体レーザ素子はレーザ発振せずに、測
距用の光出射端面及び光出力モニター用の光出射端面の
何れからも自然放出光を出射する。従って、光出力検出
手段は光出力モニター用の光出射端面から放出される自
然放出光を検出する。
って半導体レーザ素子の駆動電流を、測距用の光出射端
面に前記測距対象からの反射光が入射していない状態に
おける半導体レーザ素子の発振閾値電流以下の値に設定
しておくと、半導体レーザ素子はレーザ発振せずに、測
距用の光出射端面及び光出力モニター用の光出射端面の
何れからも自然放出光を出射する。従って、光出力検出
手段は光出力モニター用の光出射端面から放出される自
然放出光を検出する。
【０００６】そして、半導体レーザ素子から出射した光
が測距対象で反射して、その反射光が測距用の光出射端
面に戻ってくる状態になると、見かけ上測距用の光出射
端面の端面反射率が高くなったことになり、半導体レー
ザ素子の発振閾値電流の値が下がる。発振閾値電流の値
が、最初に設定してある半導体レーザ素子の駆動電流値
以下にまで下がると半導体レーザ素子はレーザ発振を開
始し、測距用の光出射端面及び光出力モニター用の光出
射端面の何れからもレーザ光を出射する。
が測距対象で反射して、その反射光が測距用の光出射端
面に戻ってくる状態になると、見かけ上測距用の光出射
端面の端面反射率が高くなったことになり、半導体レー
ザ素子の発振閾値電流の値が下がる。発振閾値電流の値
が、最初に設定してある半導体レーザ素子の駆動電流値
以下にまで下がると半導体レーザ素子はレーザ発振を開
始し、測距用の光出射端面及び光出力モニター用の光出
射端面の何れからもレーザ光を出射する。
【０００７】半導体レーザ素子がレーザ発振を起こした
際の光出力は自然放出光の光出力に比べて格段に大きい
ため、更には、測距用の光出射端面の端面反射率を光出
力モニター用の光出射端面の端面反射率よりも低くし
て、低い端面反射率としているため、距離センサに測距
対象が接近した場合と接近しない場合とでは、光出力モ
ニター用の光出射端面から放出される光出力を検出する
光出力検出手段の検出信号も差が大きくなり検出感度が
高いものとなる。
際の光出力は自然放出光の光出力に比べて格段に大きい
ため、更には、測距用の光出射端面の端面反射率を光出
力モニター用の光出射端面の端面反射率よりも低くし
て、低い端面反射率としているため、距離センサに測距
対象が接近した場合と接近しない場合とでは、光出力モ
ニター用の光出射端面から放出される光出力を検出する
光出力検出手段の検出信号も差が大きくなり検出感度が
高いものとなる。
【０００８】
【発明の効果】本発明の特徴構成によれば、上記の如
く、検出感度の高い距離センサが得られるため、必ずし
も高精度の増幅器等を必要とせず、低コストで且つ検出
精度の高い距離センサを提供することができる。
く、検出感度の高い距離センサが得られるため、必ずし
も高精度の増幅器等を必要とせず、低コストで且つ検出
精度の高い距離センサを提供することができる。
【０００９】
【実施例】本発明を適用した距離センサの実施例につい
て、図面に基づいて説明する。図１に示す概略構成図に
おいて、半導体レーザ素子１は放熱用ヒートシンクを兼
ねた金属ブロック２上に実装してあり、金属ブロック２
には、更に、半導体レーザ素子１の光出力モニター用の
光出射端面１２から出射される光の光出力を検出する光
出力検出手段としてのフォトダイオード３が実装してあ
る。半導体レーザ素子１の２つの光出射端面のうち、測
距対象としての壁面５に向けて光を出射する測距用の光
出射端面１１には、端面反射率が０．０１％程度になる
ようにＳｉ3 Ｎ4 膜あるいはＳｉＯ膜からなる無反射コ
ート１３を施し、光出力モニター用の光出射端面１２に
は、端面反射率が８０〜９５％程度になるようにＡｌ2
Ｏ3 膜とＳｉ膜との多層膜あるいはＳｉＯ2 膜とＳｉ膜
との多層膜からなる高反射コート１４を施してある。半
導体レーザ素子１は、駆動電流調整手段としての電流源
４からの供給電流により駆動され、矢印Ａ及びＢに示す
ように、測距用の光出射端面１１及び光出力モニター用
の光出射端面１２の両方から光を放射状に出射する。
て、図面に基づいて説明する。図１に示す概略構成図に
おいて、半導体レーザ素子１は放熱用ヒートシンクを兼
ねた金属ブロック２上に実装してあり、金属ブロック２
には、更に、半導体レーザ素子１の光出力モニター用の
光出射端面１２から出射される光の光出力を検出する光
出力検出手段としてのフォトダイオード３が実装してあ
る。半導体レーザ素子１の２つの光出射端面のうち、測
距対象としての壁面５に向けて光を出射する測距用の光
出射端面１１には、端面反射率が０．０１％程度になる
ようにＳｉ3 Ｎ4 膜あるいはＳｉＯ膜からなる無反射コ
ート１３を施し、光出力モニター用の光出射端面１２に
は、端面反射率が８０〜９５％程度になるようにＡｌ2
Ｏ3 膜とＳｉ膜との多層膜あるいはＳｉＯ2 膜とＳｉ膜
との多層膜からなる高反射コート１４を施してある。半
導体レーザ素子１は、駆動電流調整手段としての電流源
４からの供給電流により駆動され、矢印Ａ及びＢに示す
ように、測距用の光出射端面１１及び光出力モニター用
の光出射端面１２の両方から光を放射状に出射する。
【００１０】以下、本発明の距離センサにより測距を行
う際の作動について説明する。測距用の光出射端面１１
に壁面５からの反射光が入射していない状態における半
導体レーザ素子１の光出力対駆動電流特性（以下Ｐ−Ｉ
特性と略記する）は図２中に曲線Ｅで示す通りであり、
測距用の光出射端面１１に壁面５からの反射光が入射す
ると、その入射した光量が増加するにつれて、半導体レ
ーザ素子１のＰ−Ｉ特性は図２中に曲線Ｆで示すような
特性に変化して行く。つまり、半導体レーザ素子１は、
光出力モニター用の光出射端面１２の端面反射率は十分
高いものの測距用の光出射端面１１の端面反射率が極端
に低いために反射損失が大きくなって、図２中に点Ｇで
示す発振閾値電流の値が高くなっている。一方、測距用
の光出射端面１１に壁面５からの反射光が入射すると、
見かけ上測距用の光出射端面１１の端面反射率が高くな
り反射損失が小さくなる。従って、半導体レーザ素子１
の発振閾値電流の値は、図２中に点Ｈで示すように、点
Ｇで示す値よりも小さくなる。
う際の作動について説明する。測距用の光出射端面１１
に壁面５からの反射光が入射していない状態における半
導体レーザ素子１の光出力対駆動電流特性（以下Ｐ−Ｉ
特性と略記する）は図２中に曲線Ｅで示す通りであり、
測距用の光出射端面１１に壁面５からの反射光が入射す
ると、その入射した光量が増加するにつれて、半導体レ
ーザ素子１のＰ−Ｉ特性は図２中に曲線Ｆで示すような
特性に変化して行く。つまり、半導体レーザ素子１は、
光出力モニター用の光出射端面１２の端面反射率は十分
高いものの測距用の光出射端面１１の端面反射率が極端
に低いために反射損失が大きくなって、図２中に点Ｇで
示す発振閾値電流の値が高くなっている。一方、測距用
の光出射端面１１に壁面５からの反射光が入射すると、
見かけ上測距用の光出射端面１１の端面反射率が高くな
り反射損失が小さくなる。従って、半導体レーザ素子１
の発振閾値電流の値は、図２中に点Ｈで示すように、点
Ｇで示す値よりも小さくなる。
【００１１】測距を行う際に、例えば、半導体レーザ素
子１の駆動電流値を、点Ｇ以下の電流値となっている点
Ｉの一定電流値に設定すると、測距用の光出射端面１１
に壁面５からの反射光が入射していない状態では、半導
体レーザ素子１はレーザ発振には至らず、自然放出光の
みを出射する。従って、この状態でフォトダイオード３
が検出する半導体レーザ素子１の光出力も自然放出光の
微弱な光出力を検出するのみであり、フォトダイオード
３の出力信号も微弱なものとなっている。次に、測距用
の光出射端面１１に壁面５からの反射光が入射し、その
入射した光量が、例えば、図２中の曲線ＦのＰ−Ｉ特性
と同程度となった場合では、半導体レーザ素子１は、測
距用の光出射端面１１から、駆動電流Ｉ応じた点Ｊに相
当する光出力のレーザ光を出射する。このとき、光出力
モニター用の光出射端面１２からもその端面反射率に応
じた光出力のレーザ光が出射して、それをフォトダイオ
ード３が検出する。自然放出光よりもはるかに光出力の
大きいレーザ光を受光したフォトダイオード３の出力信
号は、壁面５からの反射光が測距用の光出射端面１１に
入射しない場合に比べてはるかに大きいものとなる。
子１の駆動電流値を、点Ｇ以下の電流値となっている点
Ｉの一定電流値に設定すると、測距用の光出射端面１１
に壁面５からの反射光が入射していない状態では、半導
体レーザ素子１はレーザ発振には至らず、自然放出光の
みを出射する。従って、この状態でフォトダイオード３
が検出する半導体レーザ素子１の光出力も自然放出光の
微弱な光出力を検出するのみであり、フォトダイオード
３の出力信号も微弱なものとなっている。次に、測距用
の光出射端面１１に壁面５からの反射光が入射し、その
入射した光量が、例えば、図２中の曲線ＦのＰ−Ｉ特性
と同程度となった場合では、半導体レーザ素子１は、測
距用の光出射端面１１から、駆動電流Ｉ応じた点Ｊに相
当する光出力のレーザ光を出射する。このとき、光出力
モニター用の光出射端面１２からもその端面反射率に応
じた光出力のレーザ光が出射して、それをフォトダイオ
ード３が検出する。自然放出光よりもはるかに光出力の
大きいレーザ光を受光したフォトダイオード３の出力信
号は、壁面５からの反射光が測距用の光出射端面１１に
入射しない場合に比べてはるかに大きいものとなる。
【００１２】又、壁面５と測距用の光出射端面１１とが
密着した状態から両者の距離が大きくなるにつれて、フ
ォトダイオード３がレーザ発振している半導体レーザ素
子１のレーザ光出力を検出している状態から、測距用の
光出射端面１１に入射する壁面５からの反射光の減少に
伴いレーザ光出力が低下して行き、レーザ発振が停止し
て自然放出光のみを検出する状態に移って行く時のフォ
トダイオード３の出力信号の変化は、図３に示すように
なっている。
密着した状態から両者の距離が大きくなるにつれて、フ
ォトダイオード３がレーザ発振している半導体レーザ素
子１のレーザ光出力を検出している状態から、測距用の
光出射端面１１に入射する壁面５からの反射光の減少に
伴いレーザ光出力が低下して行き、レーザ発振が停止し
て自然放出光のみを検出する状態に移って行く時のフォ
トダイオード３の出力信号の変化は、図３に示すように
なっている。
【００１３】つまり、壁面５と測距用の光出射端面１１
とが密着した状態から両者の距離が大きくなるにつれて
フォトダイオード３の出力信号が低下して行き、壁面５
と測距用の光出射端面１１との距離が点Ｌの距離まで離
れると、そのときに半導体レーザ素子１に供給している
駆動電流がその距離での発振閾値電流の値と等しくなり
レーザ発振停止の状態になる。点Ｌの距離から更に離れ
る側では、フォトダイオード３は半導体レーザ素子１に
供給している駆動電流に応じた自然放出光のみを検出す
る。点Ｌの距離は、電流源４から半導体レーザ素子１に
供給する駆動電流の増減により調整可能であり、駆動電
流を増加する程長くなるが、実用的には、数μｍから数
十μｍの程度である。
とが密着した状態から両者の距離が大きくなるにつれて
フォトダイオード３の出力信号が低下して行き、壁面５
と測距用の光出射端面１１との距離が点Ｌの距離まで離
れると、そのときに半導体レーザ素子１に供給している
駆動電流がその距離での発振閾値電流の値と等しくなり
レーザ発振停止の状態になる。点Ｌの距離から更に離れ
る側では、フォトダイオード３は半導体レーザ素子１に
供給している駆動電流に応じた自然放出光のみを検出す
る。点Ｌの距離は、電流源４から半導体レーザ素子１に
供給する駆動電流の増減により調整可能であり、駆動電
流を増加する程長くなるが、実用的には、数μｍから数
十μｍの程度である。
【００１４】上記のようにして得られるフォトダイオー
ド３の出力信号は、予め図３の特性を求めておき、その
特性に基づいて距離に換算されるが、非常に短い距離の
間にフォトダイオードの信号出力が大きく変化するの
で、本発明の距離センサは距離検出感度が非常に高いも
のとなっている。又、本発明の距離センサによって壁面
５が設定距離以上に接近したか否かを検知する場合も、
フォトダイオード３の出力信号が大きく変化するので、
検出感度の高いものとなっている。
ド３の出力信号は、予め図３の特性を求めておき、その
特性に基づいて距離に換算されるが、非常に短い距離の
間にフォトダイオードの信号出力が大きく変化するの
で、本発明の距離センサは距離検出感度が非常に高いも
のとなっている。又、本発明の距離センサによって壁面
５が設定距離以上に接近したか否かを検知する場合も、
フォトダイオード３の出力信号が大きく変化するので、
検出感度の高いものとなっている。
【００１５】〔別実施例〕以下、別実施例を列記する。 上記実施例では、半導体レーザ素子１の駆動電流値
を一定にして測距を行ったが、駆動電流を例えば正弦波
的に変調して測距を行っても良い。
を一定にして測距を行ったが、駆動電流を例えば正弦波
的に変調して測距を行っても良い。
【００１６】 上記実施例では、半導体レーザ素子１
を一個のみ用いているが、複数個の半導体レーザ素子を
用いて、夫々の半導体レーザ素子の駆動電流を各別の一
定値に設定しておき、距離センサと測距対象の距離を検
出するようにしても良い。
を一個のみ用いているが、複数個の半導体レーザ素子を
用いて、夫々の半導体レーザ素子の駆動電流を各別の一
定値に設定しておき、距離センサと測距対象の距離を検
出するようにしても良い。
【００１７】 上記実施例では、測距対象と距離セン
サとの間の距離を検出しているが、本発明の距離センサ
は、測距対象の接平面と距離センサの光軸が垂直状態に
ある時に測距用の光出射端面１１に入射する測距対象か
らの反射光が最大になることを利用して、距離センサを
他物に取り付け、その他物と測距対象の接平面との垂直
度の検出に用いても良い。
サとの間の距離を検出しているが、本発明の距離センサ
は、測距対象の接平面と距離センサの光軸が垂直状態に
ある時に測距用の光出射端面１１に入射する測距対象か
らの反射光が最大になることを利用して、距離センサを
他物に取り付け、その他物と測距対象の接平面との垂直
度の検出に用いても良い。
【００１８】 上記実施例では、測距センサの半導体
レーザ素子１が直接測距対象に相対しているが、図４に
示すように、半導体レーザ素子１の測距対象側にレンズ
１０を設けても良い。
レーザ素子１が直接測距対象に相対しているが、図４に
示すように、半導体レーザ素子１の測距対象側にレンズ
１０を設けても良い。
【００１９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
【図１】本発明を適用した距離センサの側面視による概
略構成図
略構成図
【図２】本発明を適用した距離センサの作動を説明する
説明図
説明図
【図３】本発明を適用した距離センサの出力信号特性を
示す特性図
示す特性図
【図４】本発明の別実施例にかかる距離センサの側面視
による概略構成図
による概略構成図
【符号の説明】 １ 半導体レーザ素子 ３ 光出力検出手段 ４ 駆動電流調整手段 ５ 測距対象 １１ 測距用の光出射端面 １２ 光出力モニター用に光出射端面
Claims (1)
- 【請求項１】 測距対象（５）に向けて光を出射する測
距用の光出射端面（１１）の端面反射率が、前記測距用
の光出射端面（１１）と反対側の光出力モニター用の光
出射端面（１２）の端面反射率よりも低い半導体レーザ
素子（１）と、 前記光出力モニター用の光出射端面（１２）からの光出
力を測定して測距情報を出力する光出力検出手段（３）
と、 前記半導体レーザ素子の駆動電流を、前記測距用の光出
射端面（１１）に前記測距対象からの反射光が入射して
いない状態における前記半導体レーザ素子（１）の発振
閾値電流以下の範囲内で調整する駆動電流調整手段
（４）とを備えている距離センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4184264A JPH0626815A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 距離センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4184264A JPH0626815A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 距離センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626815A true JPH0626815A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16150279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4184264A Pending JPH0626815A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 距離センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0626815A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7680172B2 (en) | 2005-09-15 | 2010-03-16 | Sony Corporation | Laser diode device |
-
1992
- 1992-07-13 JP JP4184264A patent/JPH0626815A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7680172B2 (en) | 2005-09-15 | 2010-03-16 | Sony Corporation | Laser diode device |
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