JP2014169921A - Distance sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出物体との間の距離を測定する距離センサに関するものである。 The present invention relates to a distance sensor that measures a distance to a detected object.
従来、距離センサにおいて、一定の周波数でパルス光を出射する発光源と、発光源の出射光のうち被検出物体で反射される反射光を受光する受光素子とを備え、測定回路が、発光源から出射光を出射するタイミングと受光素子で反射光が受光されるタイミングとの間の位相差φを求め、この位相差φ、周波数などによって距離センサおよび被検出物体の間の距離を算出するものである（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a distance sensor includes a light emitting source that emits pulsed light at a constant frequency, and a light receiving element that receives reflected light reflected by a detection object out of the light emitted from the light emitting source. Finds the phase difference φ between the timing of emitting the emitted light from the light and the timing of receiving the reflected light by the light receiving element, and calculates the distance between the distance sensor and the object to be detected by this phase difference φ, frequency, etc. (For example, see Patent Document 1).
本発明者は、測定可能な最大距離を長くするために、上記特許文献１の距離センサについて検討した。
The inventor examined the distance sensor of
まず、測定回路において、発光源がパルス光の出射する発光周期を例えば４等分に分割して第１、第２、第３、第４の分割期間を設定する。第１の分割期間にて受光素子の受光に伴って受光素子から移動される負電荷を蓄える第１のコンデンサと、第１の分割期間の後の第２の分割期間にて受光素子の受光に伴って受光素子から移動される負電荷を蓄える第２のコンデンサとを設ける。第２の分割期間の後の第３の分割期間にて受光素子の受光に伴って受光素子から移動される負電荷を蓄える第３のコンデンサと、第３の分割期間の後の第４の分割期間にて受光素子の受光に伴って受光素子から移動される負電荷を蓄える第４のコンデンサとを設ける。 First, in the measurement circuit, the first, second, third, and fourth divided periods are set by dividing the light emission cycle in which the light source emits the pulsed light into, for example, four equal parts. A first capacitor that stores a negative charge moved from the light receiving element as the light receiving element receives light in the first divided period, and a light receiving element that receives light in the second divided period after the first divided period. Accordingly, a second capacitor for storing a negative charge moved from the light receiving element is provided. A third capacitor for storing a negative charge moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in a third divided period after the second divided period, and a fourth divided part after the third divided period A fourth capacitor is provided for storing a negative charge moved from the light receiving element as the light receiving element receives light during the period.
さらに、測定回路は、第１〜第４のコンデンサのそれぞれに蓄積される負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を求めるとともに、この求められる負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に基づいて位相差φを算出する。 Further, the measurement circuit obtains negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4 accumulated in the first to fourth capacitors, and based on the obtained negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4. The phase difference φ is calculated.
ここで、距離センサの測定可能である最大距離は、発光源がパルス光の出射する発光周期（＝１／周波数）によって決まる。つまり、位相差φが発光周期よりも短いことが必要であって、位相差φが発光周期よりも長くなると、距離を検出することができなくなる。 Here, the maximum distance that can be measured by the distance sensor is determined by the light emission period (= 1 / frequency) at which the light source emits the pulsed light. That is, it is necessary that the phase difference φ is shorter than the light emission period, and if the phase difference φ is longer than the light emission period, the distance cannot be detected.
例えば、発光周期を長くすれば、第１、第２、第３、第４の分割期間がそれぞれ長くなる。このため、第１〜第４のコンデンサに蓄積する負電荷がオーバーフローして、コンデンサ毎に蓄積した負電荷量を正確に検出することができなくなり、位相差φを算出することができない。 For example, if the light emission period is lengthened, the first, second, third, and fourth divided periods are lengthened. For this reason, the negative charge accumulated in the first to fourth capacitors overflows, and the amount of negative charge accumulated for each capacitor cannot be detected accurately, and the phase difference φ cannot be calculated.
また、発光周期を長くして、発光周期を等分割する分割数を増やせば、第１〜第４のコンデンサにおいて負電荷がオーバーフローすることを避けることができるものの、分割数の増加に伴ってコンデンサの個数を増加することが必要になる。このため、測定回路の回路規模が増加する。 Further, if the light emission period is lengthened and the number of divisions for equally dividing the light emission period is increased, it is possible to avoid the negative charge from overflowing in the first to fourth capacitors. However, as the number of divisions increases, the capacitor It is necessary to increase the number of. For this reason, the circuit scale of the measurement circuit increases.
本発明は上記点に鑑みて、回路規模の増加を抑えつつ、測定可能である最大距離を長くすることを可能にする距離センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a distance sensor that makes it possible to increase the maximum distance that can be measured while suppressing an increase in circuit scale.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発光源（１２）から光を出射させる発光期間と前記発光源の光の出射を停止する停止期間とを足した期間を一周期として前記発光期間と前記停止期間とを周期的に交互に繰り返すように前記発光源を制御する発光源制御手段（１１）と、
前記発光源の出射光のうち被検出体によって反射される反射光を受光する受光素子（３０）と、を備え、
時間軸上で前記一周期をＮ（≧５）等分に分割したＮ個の分割期間が設定されており、
前記Ｎ個の分割期間のうち第１の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第１のコンデンサ（Ｃ１）と、
前記Ｎ個の分割期間のうち前記第１の分割期間後の第２の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第２のコンデンサ（Ｃ２）と、
前記Ｎ個の分割期間のうち前記第２の分割期間後の第３の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第３のコンデンサ（Ｃ３）と、
前記Ｎ個の分割期間のうち前記第３の分割期間後の第４の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第４のコンデンサ（Ｃ４）と、
前記第１、第２、第３、第４のコンデンサのそれぞれに蓄積される負電荷量に基づいて、当該距離センサと前記被検出体との間の距離を算出する距離演算手段（１５）と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a period obtained by adding a light emission period in which light is emitted from the light source (12) and a stop period in which light emission from the light source is stopped is defined as one cycle. A light source control means (11) for controlling the light source so as to periodically and alternately repeat the light emission period and the stop period;
A light receiving element (30) for receiving the reflected light reflected by the detection object out of the light emitted from the light emitting source,
N divided periods obtained by dividing the one period into N (≧ 5) equal parts on the time axis are set,
A first capacitor (C1) for accumulating negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in the first divided period among the N divided periods;
A second capacitor (C2) for accumulating negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in a second divided period after the first divided period among the N divided periods. When,
A third capacitor (C3) for accumulating negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in a third divided period after the second divided period among the N divided periods. When,
A fourth capacitor (C4) that accumulates negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in a fourth divided period after the third divided period among the N divided periods. When,
Distance calculating means (15) for calculating the distance between the distance sensor and the detected object based on the amount of negative charge accumulated in each of the first, second, third and fourth capacitors; It is characterized by providing.
請求項１に記載の発明によれば、周期を長くして、かつ一周期を等分割する分割数を増やしても、負電荷を蓄積するために用いるコンデンサの個数を増やす必要がない。このため、回路規模の増加を抑えつつ、分割数を増やすことが可能になる。したがって、周期を長くして、分割数を増やしても、回路規模の増加を抑えつつ、第１〜第４のコンデンサにおいて負電荷がオーバーフローすることを避けることができる。よって、回路規模の増加を抑えつつ、測定可能である最大距離を長くすることを可能にする距離センサを提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, it is not necessary to increase the number of capacitors used for accumulating negative charges even if the period is lengthened and the number of divisions for equally dividing one period is increased. For this reason, it is possible to increase the number of divisions while suppressing an increase in circuit scale. Therefore, even if the period is lengthened and the number of divisions is increased, it is possible to prevent the negative charge from overflowing in the first to fourth capacitors while suppressing an increase in circuit scale. Therefore, it is possible to provide a distance sensor that can increase the maximum distance that can be measured while suppressing an increase in circuit scale.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
（第１実施形態）
図１に本発明の距離センサ１の第１実施形態の構成を示す。図１の距離センサ１は、発振回路１０、発光源制御回路１１、発光源１２、画素１３、画素制御回路１４、および距離演算回路１５から構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of a
発振回路１０は、一定周波数で発振して振幅を一定の周波数で変化させる発振信号を出力する。発光源制御回路１１は、発振回路１０から出力される発振信号に基づいて発光源１２を制御する。発光源１２は、被検出体２０に対して光を出射する発源である。本実施形態の発光源１２としては、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。
The
画素１３は、発光源１２から出射される出射光のうち被検出体２０によって反射される反射光を受光ダイオード３０（図２参照）で受光し、この受光ダイオード３０における反射光の受光量に応じた負電荷をコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で蓄積する。なお、画素１３の回路構成の詳細は、後述する。
The
画素制御回路１４は、発振回路１０から出力される発振信号に基づいて画素１３を制御する。距離演算回路１５は、画素１３の出力電圧に基づいて距離センサ１と被検出体２０との間の距離を算出する。
The
次に、本実施形態の画素１３の回路構成について図２を参照して説明する。図２は、画素１３の回路構成の詳細を示す回路図である。
Next, the circuit configuration of the
画素１３は、受光ダイオード３０、および蓄電回路３１、３２、３３、３４、を備える。
The
受光ダイオード３０およびリセットトランジスタ３５は、電源ＶＢとグランドとの間に直列に接続されている。受光ダイオード３０は、グランド側に配置されている。リセットトランジスタ３５は、電源ＶＢ側に配置されている。リセットトランジスタ３５は、コンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄積される負電荷量をリセットするために用いられる。
The
蓄電回路３１は、コンデンサＣ１、転送トランジスタ４０ａ、増幅トランジスタ４１ａ、および選択トランジスタ４２ａから構成されている。
The
コンデンサＣ１および転送トランジスタ４０ａは、共通接続端子５０とグランドとの間に直列接続されている。共通接続端子５０は、受光ダイオード３０およびリセットトランジスタ３５の間の共通接続端子である。コンデンサＣ１はグランド側に配置されている。転送トランジスタ４０ａは、共通接続端子５０側に配置されている。
The capacitor C1 and the
増幅トランジスタ４１ａおよび選択トランジスタ４２ａは、電源ＶＢと距離演算回路１５との間に直列接続されている。増幅トランジスタ４１ａは、電源ＶＢ側に配置されている。選択トランジスタ４２ａは距離演算回路１５側に配置されている。増幅トランジスタ４１ａは、コンデンサＣ１および転送トランジスタ４０ａの間の共通接続端子５１ａの出力電圧に応じて、作動する。選択トランジスタ４２ａは、距離演算回路１５によって制御されて、オン、オフする。
The
蓄電回路３２は、コンデンサＣ２、転送トランジスタ４０ｂ、増幅トランジスタ４１ｂ、および選択トランジスタ４２ｂから構成されている。
The
コンデンサＣ２および転送トランジスタ４０ｂは、共通接続端子５０とグランドとの間に直接接続されている。コンデンサＣ２はグランド側に配置されている。転送トランジスタ４０ｂは、共通接続端子５０側に配置されている。
The capacitor C2 and the
増幅トランジスタ４１ｂおよび選択トランジスタ４２ｂは、電源ＶＢと距離演算回路１５との間に直列に接続されている。増幅トランジスタ４１ｂは、電源ＶＢ側に配置されている。選択トランジスタ４２ｂは、距離演算回路１５側に配置されている。増幅トランジスタ４１ｂは、コンデンサＣ２および転送トランジスタ４０ｂの間の共通接続端子５１ｂの出力電圧に応じて、作動する。選択トランジスタ４２ｂは、距離演算回路１５によって制御されて、オン、オフする。
The
蓄電回路３３は、コンデンサＣ３、転送トランジスタ４０ｃ、増幅トランジスタ４１ｃ、および選択トランジスタ４２ｃから構成されている。
The
コンデンサＣ３および転送トランジスタ４０ｃは、共通接続端子５０とグランドとの間に直列接続されている。コンデンサＣ３はグランド側に配置されている。転送トランジスタ４０ｃは、共通接続端子５０側に配置されている。
The capacitor C3 and the
増幅トランジスタ４１ｃおよび選択トランジスタ４２ｃは、電源ＶＢと距離演算回路１５との間に直列に接続されている。増幅トランジスタ４１ｃは、電源ＶＢ側に配置されている。選択トランジスタ４２ｃは、距離演算回路１５側に配置されている。増幅トランジスタ４１ｃは、コンデンサＣ３および転送トランジスタ４０ｃの間の共通接続端子５１ｃの出力電圧に応じて、作動する。選択トランジスタ４２ｃは、距離演算回路１５によって制御されて、オン、オフする。
The
蓄電回路３４は、コンデンサＣ４、転送トランジスタ４０ｄ、増幅トランジスタ４１ｄ、および選択トランジスタ４２ｄから構成されている。
The
コンデンサＣ４および転送トランジスタ４０ｄは、共通接続端子５０とグランドとの間に直列接続されている。コンデンサＣ４はグランド側に配置されている。転送トランジスタ４０ｄは、共通接続端子５０側に配置されている。
The capacitor C4 and the
増幅トランジスタ４１ｄおよび選択トランジスタ４２ｄは、電源ＶＢと距離演算回路１５との間に直列接続されている。増幅トランジスタ４１ｄは、電源ＶＢ側に配置されている。選択トランジスタ４２ｄは、距離演算回路１５側に配置されている。増幅トランジスタ４１ｄは、コンデンサＣ４および転送トランジスタ４０ｄの間の共通接続端子５１ｄの出力電圧に応じて、作動する。選択トランジスタ４２ｄは、距離演算回路１５によって制御されて、オン、オフする。
The
本実施形態では、リセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、増幅トランジスタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、それぞれｎＭＯＳトランジスタから構成されている。
In the present embodiment, the
なお、転送トランジスタ４０ａが第１のスイッチに対応し、転送トランジスタ４０ｂが第２のスイッチに対応し、転送トランジスタ４０ｃが第３のスイッチに対応する。転送トランジスタ４０ｄが第４のスイッチに対応する。リセットトランジスタ３５が第５のスイッチに対応する。
The
次に、本実施形態の距離センサ１の作動について図３を用いて説明する。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はタイミングチャートである。（ａ）は発光源１２から出射光を出射されるタイミングを示し、（ｂ）は受光ダイオード３０に反射光が受光されるタイミングを示す。（ｃ）は転送トランジスタ４０ａ（図中転送ＴＲ４０ａ）がオン（ＯＮ）するタイミングを示し、（ｄ）は転送トランジスタ４０ｂ（図中転送ＴＲ４０ｂ）がオン（ＯＮ）するタイミングを示す。（ｅ）は転送トランジスタ４０ｃ（図中転送ＴＲ４０ｃ）がオン（ＯＮ）するタイミングを示し、（ｆ）は転送トランジスタ４０ｄ（図中転送ＴＲ４０ｄ）がオン（ＯＮ）するタイミングを示す。
Next, the operation of the
発光源制御回路１１は、発光源１２を一定周期にて点滅制御する。具体的には、発光源制御回路１１は、発光源１２から光を出射させる発光期間ｔａを一定時間（例えば、７５ｎｓｅｃ）とし、発光源１２の光の出射を停止する停止期間ｔｂを一定時間（例えば、１２５ｎｓｅｃ）とする。そして、発光源制御回路１１は、発光期間ｔａと停止期間ｔｂとを足した一定期間（例えば、２００ｎｓｅｃ）を発光周期Ｔ（＝ｔａ＋ｔｂ）として、発光期間ｔａと停止期間ｔｂとを周期的に交互に繰り返すように発光源１２を点滅制御する。このような発光源１２の点滅制御は、Ｍ周期（Ｍは２以上の整数）に亘って発光源制御回路１１によって繰り返される。
The light
このため、発光期間ｔａ毎に発光源１２から出射される出射光のうち被検出体２０で反射される反射光の一部は、画素１３に受光される。図３中符号ｔｓは、画素１３に反射光が受光される受光期間を示している。
For this reason, a part of the reflected light reflected by the
本実施形態では、時間軸上で発光周期Ｔを８（＝Ｎ≧５）等分に分割した８個の分割期間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８）が設定されている。 In the present embodiment, eight divided periods (t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8) are set by dividing the light emission cycle T into 8 (= N ≧ 5) equally on the time axis. ing.
まず、画素制御回路１４は、画素１３を制御して、分割期間ｔ１〜ｔ８のうち１番目の分割期間ｔ１にて受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を蓄電回路３１のコンデンサＣ１に蓄積させる。
First, the
具体的には、画素制御回路１４は、分割期間ｔ１にて、転送トランジスタ４０ａをオンし、かつリセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。このため、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷が転送トランジスタ４０ａを通してコンデンサＣ１に蓄積されることになる。
Specifically, the
次に、分割期間ｔ２にて、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５をオンし、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄおよび選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。したがって、分割期間ｔ２にて、コンデンサＣ１で蓄積される電荷量を維持しつつ、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷がリセットトランジスタ３５を通して電源ＶＢに破棄される。
Next, in the divided period t2, the
次に、分割期間ｔ３にて、画素制御回路１４は、転送トランジスタ４０ｂをオンし、かつリセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｃ、４０ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。このため、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷が転送トランジスタ４０ｂを通してコンデンサＣ２に蓄積されることになる。
Next, in the division period t3, the
次に、分割期間ｔ４にて、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５をオンし、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄおよび選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。したがって、分割期間ｔ４にて、コンデンサＣ１、Ｃ２で蓄積される電荷量を維持しつつ、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷がリセットトランジスタ３５を通して電源ＶＢに破棄される。
Next, in the divided period t4, the
次に、分割期間ｔ５にて、画素制御回路１４は、転送トランジスタ４０ｃをオンし、かつリセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。このため、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷が転送トランジスタ４０ｃを通してコンデンサＣ３に蓄積されることになる。
Next, in the division period t5, the
次に、分割期間ｔ６にて、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５をオンし、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄおよび選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。したがって、分割期間ｔ６にて、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３で蓄積される電荷量を維持しつつ、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷がリセットトランジスタ３５を通して電源ＶＢに破棄される。
Next, in the divided period t6, the
次に、分割期間ｔ７にて、画素制御回路１４は、転送トランジスタ４０ｄをオンし、かつリセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。このため、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷が転送トランジスタ４０ｄを通してコンデンサＣ４に蓄積されることになる。
Next, in the divided period t7, the
次に、分割期間ｔ８にて、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５をオンし、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄおよび選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフする。したがって、分割期間ｔ８にて、コンデンサＣ１〜Ｃ４で蓄積される電荷量を維持しつつ、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷がリセットトランジスタ３５を通して電源ＶＢに破棄される。
Next, in the divided period t8, the
このように、画素制御回路１４は、コンデンサＣ１〜Ｃ４における負電荷の蓄積と負電荷の電源ＶＢへの破棄とを含む作動をＭ周期に亘って繰り返し実施する。
As described above, the
分割期間ｔ１において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ１が一周期毎に蓄積する。分割期間ｔ３において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ２が一周期毎に蓄積する。分割期間ｔ５において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ３が一周期毎に蓄積する。分割期間ｔ７において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ４が一周期毎に蓄積する。分割期間ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷は電源ＶＢに周期毎に破棄される。
In the divided period t1, the capacitor C1 accumulates the negative charge moved from the
その後、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、および選択トランジスタ４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフして、選択トランジスタ４２ａをオンする。
Thereafter, the
増幅トランジスタ４１ａは、共通接続端子５１ａの出力電圧に応じて電源ＶＢから選択トランジスタ４２ａを通して距離演算回路１５に電流を出力する。
The
共通接続端子５１ａの出力電圧は、コンデンサＣ１に蓄積される負電荷量が多くなるほど、低くなる。このため、コンデンサＣ１に蓄積される負電荷量が多くなるほど、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ａおよび選択トランジスタ４２ａを通して距離演算回路１５に流れる電流が小さくなる。このことにより、距離演算回路１５は、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ａおよび選択トランジスタ４２ａを通して流れる電流によって、コンデンサＣ１に蓄積される負電荷量Ｑ１を検出することができる。
The output voltage of the
次に、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｃ、４２ｄをそれぞれオフして、選択トランジスタ４２ｂをオンする。増幅トランジスタ４１ｂは、共通接続端子５１ｂの出力電圧に応じて電源ＶＢから選択トランジスタ４２ｂを通して距離演算回路１５に電流を出力する。
Next, the
共通接続端子５１ｂの出力電圧は、コンデンサＣ２に蓄積される負電荷量が多くなるほど、小さくなる。このため、コンデンサＣ２に蓄積される負電荷量が多くなるほど、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ｂおよび選択トランジスタ４２ｂを通して距離演算回路１５に流れる電流が小さくなる。このことにより、距離演算回路１５は、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ｂおよび選択トランジスタ４２ｂを通して流れる電流によって、コンデンサＣ２に蓄積される負電荷量Ｑ２を検出することができる。
The output voltage of the
次に、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｄをそれぞれオフして、選択トランジスタ４２ｃをオンする。増幅トランジスタ４１ｃは、共通接続端子５１ｃの出力電圧に応じて電源ＶＢから選択トランジスタ４２ｃを通して距離演算回路１５に電流を出力する。
Next, the
共通接続端子５１ｃの出力電圧は、コンデンサＣ３に蓄積される負電荷量が多くなるほど、小さくなる。このため、コンデンサＣ３に蓄積される負電荷量が多くなるほど、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ｃおよび選択トランジスタ４２ｃを通して距離演算回路１５に流れる電流が小さくなる。このことにより、距離演算回路１５は、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ｃおよび選択トランジスタ４２ｃを通して流れる電流によって、コンデンサＣ３に蓄積される負電荷量Ｑ３を検出することができる。
The output voltage of the
次に、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５、転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃをそれぞれオフして、選択トランジスタ４２ｄをオンする。増幅トランジスタ４１ｄは、共通接続端子５１ｃの出力電圧に応じて電源ＶＢから選択トランジスタ４２ｄを通して距離演算回路１５に電流を出力する。
Next, the
共通接続端子５１ｄの出力電圧は、コンデンサＣ４に蓄積される負電荷量が多くなるほど、小さくなる。このため、コンデンサＣ４に蓄積される負電荷量が多くなるほど、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ｄおよび選択トランジスタ４２ｄを通して距離演算回路１５に流れる電流が小さくなる。このことにより、距離演算回路１５は、電源ＶＢから増幅トランジスタ４１ｄおよび選択トランジスタ４２ｄを通して流れる電流によって、コンデンサＣ４に蓄積される負電荷量Ｑ４を検出することができる。
The output voltage of the
その後、画素制御回路１４は、リセットトランジスタ３５および転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄをそれぞれオンする。
Thereafter, the
このとき、受光ダイオード３０および電源ＶＢの間がリセットトランジスタ３５を通して接続される。これにより、受光ダイオード３０の電位がリセットされる。
At this time, the
これに加えて、コンデンサＣ１と電源ＶＢとの間がリセットトランジスタ３５および転送トランジスタ４０ａを通して接続される。コンデンサＣ２と電源ＶＢとの間がリセットトランジスタ３５および転送トランジスタ４０ｂを通して接続される。コンデンサＣ３と電源ＶＢとの間がリセットトランジスタ３５および転送トランジスタ４０ｃを通して接続される。そして、コンデンサＣ４と電源ＶＢとの間がリセットトランジスタ３５および転送トランジスタ４０ｄを通して接続される。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の電位がそれぞれリセットされる。
In addition, the capacitor C1 and the power supply VB are connected through the
また、距離演算回路１５は、上述の如く、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に蓄積される負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を検出する。すると、距離演算回路１５は、次のように、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に基づいて、発光源１２から出射光を出射されるタイミングと受光ダイオード３０で反射光を受光されるタイミングとの間の位相差φを求め、この位相差φによって距離センサ１と被検出体２０との間の距離を算出する。
Further, as described above, the
具体的には、距離演算回路１５は、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を次の数１に代入して、角度θを求める。
Specifically, the
このように求められる角度θと位相差φとの間の関係は、図５中のグラフＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃのようになる。グラフＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃは縦軸を角度θとし、横軸を位相差φとするグラフである。 The relationship between the angle θ and the phase difference φ thus obtained is as shown by graphs G2a, G2b, and G2c in FIG. Graphs G2a, G2b, and G2c are graphs in which the vertical axis represents the angle θ and the horizontal axis represents the phase difference φ.
そこで、本実施形態では、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４によってグラフＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃのうち１つのグラフを選択する。 Therefore, in this embodiment, one graph is selected from the graphs G2a, G2b, and G2c according to the negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4.
−４５≦θ≦９０で、かつＱ２＞Ｑ４であるときには、グラフＧ２ａを選択する。−９０≦θ≦９０で、かつＱ２＜Ｑ４であるときには、グラフＧ２ｂを選択する。−９０≦θ≦−４５で、かつＱ２＞Ｑ４であるときには、グラフＧ２ｃを選択する。 When −45 ≦ θ ≦ 90 and Q2> Q4, the graph G2a is selected. When −90 ≦ θ ≦ 90 and Q2 <Q4, the graph G2b is selected. When −90 ≦ θ ≦ −45 and Q2> Q4, the graph G2c is selected.
このように選択したグラフと角度θとによって位相差φを求める。これに伴い、位相差φおよび変調周波数ｆｍを数２の式に代入して距離ｄを求める。 The phase difference φ is obtained from the graph thus selected and the angle θ. Accordingly, the distance d is obtained by substituting the phase difference φ and the modulation frequency fm into the equation (2).
以上説明した本実施形態によれば、発光源制御回路１１は、発光期間ｔａと停止期間ｔｂとを足した期間を一発光周期Ｔとして、発光期間ｔａと停止期間ｔｂとを周期的に交互に繰り返すように発光源１２を点滅制御する。そして、受光ダイオード３０は、発光源１２の出射光のうち被検出体２０によって反射される反射光を受光する。時間軸上で一発光周期Ｔを８等分に分割した分割期間ｔ１〜ｔ８が設定されている。
According to the present embodiment described above, the light emission
コンデンサＣ１は、分割期間ｔ１〜ｔ８のうち分割期間ｔ１にて受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を蓄積する。コンデンサＣ２は、分割期間ｔ１〜ｔ８のうち分割期間ｔ３にて受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を蓄積する。コンデンサＣ３は、分割期間ｔ１〜ｔ８のうち分割期間ｔ５にて受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を蓄積する。コンデンサＣ４は、分割期間ｔ１〜ｔ８のうち分割期間ｔ７にて受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を蓄積する。距離演算回路１５は、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のそれぞれに蓄積される負電荷量に基づいて、距離センサ１と被検出体２０との間の距離ｄを算出する。
The capacitor C1 accumulates negative charges that are moved from the
以上により、発光周期Ｔを長くして、発光周期Ｔを等分割する分割数Ｎ（＝８）を増やしても、負電荷を蓄積するための用いるコンデンサ（Ｃ１〜Ｃ４）の個数は４つのまま一定である。このため、回路規模の増加を抑えつつ、分割数を増やすことが可能になる。したがって、発光周期Ｔを長くして、分割数Ｎを増やしても、回路規模の増加を抑えつつ、コンデンサ（Ｃ１〜Ｃ４）において負電荷がオーバーフローすることを避けることができる。よって、回路規模の増加を抑えつつ、測定可能である最大距離を長くすることを可能にする距離センサ１を提供することができる。
As described above, the number of capacitors (C1 to C4) used for accumulating negative charges remains four even if the light emission period T is lengthened and the division number N (= 8) for equally dividing the light emission period T is increased. It is constant. For this reason, it is possible to increase the number of divisions while suppressing an increase in circuit scale. Therefore, even if the light emission period T is increased and the number of divisions N is increased, it is possible to prevent the negative charges from overflowing in the capacitors (C1 to C4) while suppressing an increase in circuit scale. Therefore, it is possible to provide the
上記第１実施形態では、図４のグラフ、および図５のグラフを用いて位相差φを算出した例について説明したが、これに代えて、次のように、図６のグラフＧ３と図７のフローチャートとを用いて位相差φを算出する。 In the first embodiment, the example in which the phase difference φ is calculated using the graph of FIG. 4 and the graph of FIG. 5 has been described, but instead of this, the graph G3 of FIG. The phase difference φ is calculated using the flowchart of FIG.
グラフＧ３は、角度θと位相差φとが１対１で特定される関係を示す。グラフＧ３は、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の間の大小関係によって、図５のグラフＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃを変換したものである。図７のフローチャートは、グラフＧ３で用いる角度θを求めるための処理を示すものである。 The graph G3 shows a relationship in which the angle θ and the phase difference φ are specified on a one-to-one basis. The graph G3 is obtained by converting the graphs G2a, G2b, and G2c in FIG. 5 according to the magnitude relationship between the negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4. The flowchart of FIG. 7 shows a process for obtaining the angle θ used in the graph G3.
まず、図７のステップＳ１００において、（Ｑ１−Ｑ３）および（Ｑ２−Ｑ４）を上記数１の式に代入して角度θを求める。
First, in step S100 in FIG. 7, (Q1-Q3) and (Q2-Q4) are substituted into the
負電荷量Ｑ２が負電荷量Ｑ４以上であるときには（Ｑ２≧Ｑ４）、ステップＳ１１０においてＹＥＳと判定する。この場合、角度θに４５度を足した角度（θ＋４５）を角度θとする（ステップＳ１２０）。 When the negative charge amount Q2 is greater than or equal to the negative charge amount Q4 (Q2 ≧ Q4), YES is determined in step S110. In this case, an angle (θ + 45) obtained by adding 45 degrees to the angle θ is set as the angle θ (step S120).
ここで、角度θ（＝θ＋４５）が零よりも大きいときには、上記ステップＳ１２０で求められた角度θと図６中のグラフＧ３とを用いて位相差φを求める。 Here, when the angle θ (= θ + 45) is larger than zero, the phase difference φ is obtained using the angle θ obtained in step S120 and the graph G3 in FIG.
角度θ（＝θ＋４５）が零よりも小さいときには、上記ステップＳ１００で求められた角度θに３６０度を足した角度（θ＋３６０）を角度θ（＝θ＋３６０）とする（ステップＳ１４０）。この角度θ（＝θ＋３６０）と図６中のグラフＧ３とを用いて位相差φを求める。 When the angle θ (= θ + 45) is smaller than zero, an angle (θ + 360) obtained by adding 360 degrees to the angle θ obtained in step S100 is set as an angle θ (= θ + 360) (step S140). The phase difference φ is obtained using this angle θ (= θ + 360) and the graph G3 in FIG.
負電荷量Ｑ２が負電荷量Ｑ４未満であるときには（Ｑ２＜Ｑ４）、ステップＳ１１０においてＮＯと判定する。この場合、角度θに２２５度を足した角度（θ＋２２５）を角度θとする（ステップＳ１２１）。 When the negative charge amount Q2 is less than the negative charge amount Q4 (Q2 <Q4), NO is determined in step S110. In this case, an angle (θ + 225) obtained by adding 225 degrees to the angle θ is set as the angle θ (step S121).
ここで、角度θ（＝θ＋４５）が零よりも大きいときには、上記ステップＳ１２１で求められた角度θと図６中のグラフＧ３とを用いて位相差φを求める。 Here, when the angle θ (= θ + 45) is larger than zero, the phase difference φ is obtained using the angle θ obtained in step S121 and the graph G3 in FIG.
角度θ（＝θ＋２２５）が零よりも小さいときには、上記ステップＳ１００で求められた角度θに３６０度を足した角度（θ＋３６０）を角度θとする（ステップＳ１４０）。この角度θ（＝θ＋３６０）と図６中のグラフＧ３とを用いて位相差φを求める。 When the angle θ (= θ + 225) is smaller than zero, an angle (θ + 360) obtained by adding 360 degrees to the angle θ obtained in step S100 is set as the angle θ (step S140). The phase difference φ is obtained using this angle θ (= θ + 360) and the graph G3 in FIG.
このように負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に基づいて位相差φを求めることができる。 Thus, the phase difference φ can be obtained based on the negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4.
上記第１実施形態では、分割期間ｔ１にてコンデンサＣ１に負電荷を蓄積し、分割期間ｔ３にてコンデンサＣ２に負電荷を蓄積し、分割期間ｔ５にてコンデンサＣ３に負電荷を蓄積し、分割期間ｔ７にてコンデンサＣ４に負電荷を蓄積するようにした例について説明したが、次のようにしてもよい。 In the first embodiment, negative charge is accumulated in the capacitor C1 in the divided period t1, negative charge is accumulated in the capacitor C2 in the divided period t3, and negative charge is accumulated in the capacitor C3 in the divided period t5. Although an example in which negative charge is accumulated in the capacitor C4 during the period t7 has been described, the following may be performed.
すなわち、次の発光期間（発光パルス幅）ｔａの条件が成立する場合には、発光周期を分割する分割数Ｎは５以上であるならば（Ｎ≧５）、８以外でもよく、またコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４において負電荷を蓄積する分割期間は、上述した分割期間（ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７）に限らない。 That is, when the condition of the next light emission period (light emission pulse width) ta is satisfied, if the division number N for dividing the light emission period is 5 or more (N ≧ 5), it may be other than 8, and the capacitor C1 , C2, C3, and C4 are not limited to the divided periods (t1, t3, t5, and t7) described above.
以下、図８を用いて発光期間ｔａの条件について説明する。発光期間ｔａの条件は、以下の数式１〜数式８で表される。このため、数式１〜数式８が成立する場合には、発光期間ｔａの条件が成立することになる。つまり、数式１〜数式８が成立するならば、上記数１の式に負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を代入して角度θを求め、この求めた角度θから位相差φを求め、さらに位相差φを上記数２の式に代入して距離ｄを求めることができる。以下、発光周期ＴをＮ個に等分割してＮ個の分割期間が設定されているものとする。
Hereinafter, the conditions of the light emission period ta will be described with reference to FIG. The conditions of the light emission period ta are expressed by the following
図８において、露光期間Ｓ１は、Ｎ個の分割期間のうちコンデンサＣ１に負電荷を蓄積する分割期間である。露光期間Ｓ２は、Ｎ個の分割期間のうちコンデンサＣ２に負電荷を蓄積する分割期間である。露光期間Ｓ３は、Ｎ個の分割期間のうちコンデンサＣ３に負電荷を蓄積する分割期間である。露光期間Ｓ４は、Ｎ個の分割期間のうちコンデンサＣ４に負電荷を蓄積する分割期間である。 In FIG. 8, an exposure period S1 is a divided period in which negative charges are accumulated in the capacitor C1 among N divided periods. The exposure period S2 is a divided period in which negative charges are accumulated in the capacitor C2 among the N divided periods. The exposure period S3 is a divided period in which negative charges are accumulated in the capacitor C3 among the N divided periods. The exposure period S4 is a divided period in which negative charges are accumulated in the capacitor C4 among the N divided periods.
発光期間ｔａ≧（露光期間Ｓ３の開始時刻Ｓ３ａ−露光期間Ｓ１の終了時刻Ｓ１ｂ）・・・・・・数式１
発光期間ｔａ≧（露光期間Ｓ４の開始時刻Ｓ４ａ−露光期間Ｓ２の終了時刻Ｓ２ｂ）・・・・・・数式２
発光期間ｔａ≧（露光期間Ｓ１の開始時刻Ｓ１ａ−露光期間Ｓ３の終了時刻Ｓ３ｂ）・・・・・・数式３
発光期間ｔａ≧（露光期間Ｓ２の開始時刻Ｓ２ａ−露光期間Ｓ４の終了時刻Ｓ４ｂ）・・・数式４
発光期間ｔａ≦（露光期間Ｓ３の終了時刻Ｓ３ｂ−露光期間Ｓ１の開始時刻Ｓ１ａ）・・・数式５
発光期間ｔａ≦（露光期間Ｓ４の終了時刻Ｓ４ｂ−露光期間Ｓ２の開始時刻Ｓ２ａ）・・・数式６
発光期間ｔａ≦（露光期間Ｓ１の終了時刻Ｓ１ｂ−露光期間Ｓ３の開始時刻Ｓ３ａ）・・・数式７
発光期間ｔａ≦（露光期間Ｓ２の終了時刻Ｓ２ｂ−露光期間Ｓ４の開始時刻Ｓ４ａ）・・・数式８
ここで、数式１中の（露光期間Ｓ３の開始時刻Ｓ３ａ−露光期間Ｓ１の終了時刻Ｓ１ｂ）は、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ３の開始時刻Ｓ３ａと、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ１の終了時刻Ｓ１ｂとの間の期間を示す。Ｌは、１＜Ｌ≦Ｍを満たす整数とする。
Light emission period ta ≧ (start time S3a of exposure period S3−end time S1b of exposure period S1)
Light emission period ta ≧ (start time S4a of exposure period S4−end time S2b of exposure period S2)
Light emission period ta ≧ (start time S1a of exposure period S1−end time S3b of exposure period S3)
Light emission period ta ≧ (start time S2a of exposure period S2−end time S4b of exposure period S4)
Light emission period ta ≦ (End time S3b of exposure period S3−Start time S1a of exposure period S1)
Light emission period ta ≦ (End time S4b of exposure period S4−Start time S2a of exposure period S2) Equation 6
Light emission period ta ≦ (end time S1b of exposure period S1−start time S3a of exposure period S3) Equation 7
Light emission period ta ≦ (end time S2b of exposure period S2−start time S4a of exposure period S4) Expression 8
Here, (the start time S3a of the exposure period S3−the end time S1b of the exposure period S1) in
数式２中の（露光期間Ｓ４の開始時刻Ｓ４ａ−露光期間Ｓ２の終了時刻Ｓ２ｂ）は、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ４の開始時刻Ｓ４ａと、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ２の終了時刻Ｓ２ｂと間の期間を示す。
In
数式３中の（露光期間Ｓ１の開始時刻Ｓ１ａ−露光期間Ｓ３の終了時刻Ｓ３ｂ）は、（Ｌ＋１）回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ１の開始時刻Ｓ１ａと、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ３の終了時刻Ｓ３ｂとの間の期間を示す。
In
数式４中の（露光期間Ｓ２の開始時刻Ｓ２ａ−露光期間Ｓ４の終了時刻Ｓ４ｂ）は、（Ｌ＋１）回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ２の開始時刻Ｓ２ａと、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ４の終了時刻Ｓ４ｂとの間の期間を示す。
In
数式５中の（露光期間Ｓ３の終了時刻Ｓ３ｂ−露光期間Ｓ１の開始時刻Ｓ１ａ）は、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ３の終了時刻Ｓ３ｂと、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ１の開始時刻Ｓ１ａとの間の期間を示す。
In
数式６中の（露光期間Ｓ４の終了時刻Ｓ４ｂ−露光期間Ｓ２の開始時刻Ｓ２ａ）
は、（Ｌ＋１）回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ４の終了時刻Ｓ４ｂと、（Ｌ＋１）回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ２の開始時刻Ｓ２ａとの間の期間を示す。
In Expression 6, (end time S4b of exposure period S4−start time S2a of exposure period S2)
Indicates a period between the end time S4b of the exposure period S4 within the (L + 1) th light emission cycle T and the start time S2a of the exposure period S2 within the (L + 1) th light emission cycle T.
数式７中の（露光期間Ｓ１の終了時刻Ｓ１ｂ−露光期間Ｓ３の開始時刻Ｓ３ａ）は、（Ｌ＋１）回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ１の終了時刻Ｓ１ｂと、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ３の開始時刻Ｓ３ａとの間の期間を示す。 In Expression 7, (end time S1b of the exposure period S1−start time S3a of the exposure period S3) is equal to the end time S1b of the exposure period S1 within the (L + 1) th light emission period T and within the Lth light emission period T. The period between the start time S3a of the exposure period S3 is shown.
数式８中の（露光期間Ｓ２の終了時刻Ｓ２ｂ−露光期間Ｓ４の開始時刻Ｓ４ａ）は、（Ｌ＋１）回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ２の終了時刻Ｓ２ｂと、Ｌ回目の発光周期Ｔ内の露光期間Ｓ４の開始時刻Ｓ４ａとの間の期間を示す。 In Expression 8, (the end time S2b of the exposure period S2−the start time S4a of the exposure period S4) is the end time S2b of the exposure period S2 within the (L + 1) th light emission period T and the light emission period T within the Lth light emission period T. The period between the start time S4a of the exposure period S4 is shown.
なお、開始時刻Ｓ３ａは、露光期間Ｓ３が開始される時刻である。終了時刻Ｓ１ｂは、露光期間Ｓ１が終了する時刻である。開始時刻Ｓ４ａは、露光期間Ｓ４が開始する時刻である。終了時刻Ｓ２ｂは、露光期間Ｓ２が終了する時刻である。 The start time S3a is the time when the exposure period S3 is started. The end time S1b is the time when the exposure period S1 ends. The start time S4a is the time when the exposure period S4 starts. The end time S2b is the time when the exposure period S2 ends.
開始時刻Ｓ２ａは、露光期間Ｓ２が開始する時刻である。終了時刻Ｓ４ｂは、露光期間Ｓ４が終了する時刻である。開始時刻Ｓ２ａは、露光期間Ｓ２が開始する時刻である。終了時刻Ｓ４ｂは、露光期間Ｓ４が終了する時刻である。開始時刻Ｓ３ａは、露光期間Ｓ３が開始する時刻である。終了時刻Ｓ１ｂは、露光期間Ｓ１が終了する時刻である。終了時刻Ｓ２ｂは、露光期間Ｓ２が終了する時刻である。開始時刻Ｓ４ａは、露光期間Ｓ４が開始する時刻である。 The start time S2a is the time when the exposure period S2 starts. The end time S4b is the time when the exposure period S4 ends. The start time S2a is the time when the exposure period S2 starts. The end time S4b is the time when the exposure period S4 ends. The start time S3a is the time when the exposure period S3 starts. The end time S1b is the time when the exposure period S1 ends. The end time S2b is the time when the exposure period S2 ends. The start time S4a is the time when the exposure period S4 starts.
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、分割期間ｔ１にてコンデンサＣ１が負電荷を蓄積し、分割期間ｔ３にてコンデンサＣ２が負電荷を蓄積し、分割期間ｔ５にてコンデンサＣ３が負電荷を蓄積し、分割期間ｔ７にてコンデンサＣ４が負電荷を蓄積するようにした例について説明したが、これに代えて、本第２実施形態では、次のように、図９に示すように、コンデンサＣ１〜Ｃ４で負電荷を蓄積する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the capacitor C1 accumulates negative charges in the divided period t1, the capacitor C2 accumulates negative charges in the divided period t3, and the capacitor C3 accumulates negative charges in the divided period t5. Although the example in which the capacitor C4 stores negative charges in the period t7 has been described, instead of this, in the second embodiment, as shown in FIG. 9, the capacitors C1 to C4 are as follows. Accumulate negative charge.
本実施形態では、発光源制御回路１１は、発光期間ｔａと停止期間ｔｂとをそれぞれ同一時間（例えば、１００ｎｓｅｃ）に設定する。さらに、時間軸上で発光周期Ｔを８（＝Ｎ≧５）等分に分割した８個の分割期間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８）が設定されている。
In the present embodiment, the light emission
分割期間ｔ１において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ１が蓄積する。分割期間ｔ３において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ２が蓄積する。分割期間ｔ６において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ３が蓄積する。分割期間ｔ８において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ４が蓄積する。そして、分割期間ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ７において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を電源ＶＢに破棄する。
In the divided period t1, the capacitor C1 accumulates negative charges moved from the
このようにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が蓄積される。 In this way, the negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4 are accumulated in the capacitors C1, C2, C3, and C4.
これに伴い、距離演算回路１５は、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を検出する。さらに、距離演算回路１５は、上記第１実施形態と同様に、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を上記数１の式に代入して角度θを求め、この角度θに基づいて位相差φを求め、この位相差φを上記数２の式に代入して距離ｄを算出する。したがって、上記第１実施形態と同様に、回路規模の増加を抑えつつ、測定可能である最大距離を長くすることを可能にする距離センサ１を提供することができる。
Accordingly, the
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、発光周期Ｔを８等分して８個の分割周期を設定した例について説明したが、これに代えて、本第３実施形態では、発光周期Ｔを６等分して６個の分割周期を設定した例について図１０を参照して説明する。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the example in which the light emission period T is divided into eight and eight division periods are set has been described. Instead, in the third embodiment, the light emission period T is divided into six. An example in which six division periods are set will be described with reference to FIG.
本実施形態の発光周期Ｔは、図１０に示すように、発光期間ｔａと停止期間ｔｂとが１対１の比率になる周期である。発光周期Ｔは、６等分に分割した分割周期ｔ１〜ｔ６が設定されている。本実施形態の発光期間ｔａおよび停止期間ｔｂとしてそれぞれ例えば、７５ｎｓｅｃが設定されている。 As shown in FIG. 10, the light emission period T of the present embodiment is a period in which the light emission period ta and the stop period tb are in a ratio of 1: 1. As the light emission period T, division periods t1 to t6 divided into six equal parts are set. For example, 75 nsec is set as the light emission period ta and the stop period tb in the present embodiment, respectively.
分割期間ｔ１において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ１が蓄積する。分割期間ｔ２において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ２が蓄積する。分割期間ｔ３において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ３が蓄積する。分割期間ｔ４において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ４が蓄積する。そして、分割期間ｔ５、ｔ６において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を電源ＶＢに破棄する。
In the divided period t1, the capacitor C1 accumulates negative charges moved from the
このようにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が蓄積される。さらに、距離演算回路１５は、上記第１実施形態と同様に、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を検出し、この検出した負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を上記数１の式に代入して角度θを求める。そして、この角度θに基づいて位相差φを求め、この位相差φを上記数２の式に代入して距離ｄを算出する。したがって、上記第１実施形態と同様に、回路規模の増加を抑えつつ、測定可能である最大距離を長くすることを可能にする距離センサ１を提供することができる。
In this way, the negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4 are accumulated in the capacitors C1, C2, C3, and C4. Further, the
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、発光周期Ｔを８等分して８個の分割期間を設けた例について説明したが、これに代えて、本第４実施形態では、発光周期Ｔを５等分して５個の分割周期を設定した例について図１１を参照して説明する。
(Fourth embodiment)
In the first embodiment, the example in which the light emission period T is equally divided into eight to provide eight divided periods has been described. Instead, in the fourth embodiment, the light emission period T is equally divided into five. An example in which five division periods are set will be described with reference to FIG.
本実施形態では、図１１に示すように、発光期間ｔａを２とし、停止期間ｔｂを３とする比率になるように発光期間ｔａおよび停止期間ｔｂが設定されている。発光周期Ｔは、５等分に分割した分割周期ｔ１〜ｔ５が設定されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the light emission period ta and the stop period tb are set so that the light emission period ta is 2 and the stop period tb is 3. As the light emission period T, division periods t1 to t5 divided into five equal parts are set.
分割期間ｔ１において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ１が蓄積する。分割期間ｔ２において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ２が蓄積する。分割期間ｔ３において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ３が蓄積する。分割期間ｔ４において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ４が蓄積する。そして、分割期間ｔ５において、受光ダイオード３０の受光に伴って受光ダイオード３０から移動される負電荷を電源ＶＢに破棄する。
In the divided period t1, the capacitor C1 accumulates negative charges moved from the
このようにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が蓄積される。 In this way, the negative charge amounts Q1, Q2, Q3, and Q4 are accumulated in the capacitors C1, C2, C3, and C4.
さらに、距離演算回路１５は、上記第１実施形態と同様に、負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を検出し、この検出した負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を上記数１の式に代入して角度θを求める。そして、この角度θに基づいて位相差φを求め、この位相差φを上記数２の式に代入して距離ｄを算出する。したがって、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, the
なお、図１１中Ｓ１はコンデンサＣ１が負電荷を蓄積する分割期間である。Ｓ２はコンデンサＣ２が負電荷を蓄積する分割期間である。Ｓ３はコンデンサＣ３が負電荷を蓄積する分割期間である。Ｓ４はコンデンサＣ４が負電荷を蓄積する分割期間である。 In FIG. 11, S1 is a divided period in which the capacitor C1 accumulates negative charges. S2 is a divided period in which the capacitor C2 accumulates negative charges. S3 is a divided period in which the capacitor C3 accumulates negative charges. S4 is a divided period in which the capacitor C4 accumulates negative charges.
（第５実施形態）
上記第４実施形態では、発光期間ｔａを２とし、停止期間ｔｂを３とする比率になるように発光期間ｔａおよび停止期間ｔｂを設定した例について説明したが、これに代えて、本第５実施形態では、図１２に示しように、発光期間ｔａを３とし、停止期間ｔｂを２とする比率になるように発光期間ｔａおよび停止期間ｔｂを設定してもよい。発光周期Ｔは、５等分に分割した分割周期ｔ１〜ｔ５が設定されている。本実施形態において、発光期間ｔａおよび停止期間ｔｂの間の比率以外は、上記第４実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
(Fifth embodiment)
In the fourth embodiment, the example in which the light emission period ta and the stop period tb are set so that the light emission period ta is 2 and the stop period tb is 3 has been described. In the embodiment, as shown in FIG. 12, the light emission period ta and the stop period tb may be set so that the light emission period ta is 3 and the stop period tb is 2. As the light emission period T, division periods t1 to t5 divided into five equal parts are set. In the present embodiment, except for the ratio between the light emission period ta and the stop period tb, it is the same as that of the fourth embodiment, and the description thereof is omitted.
なお、図１２中Ｓ１はコンデンサＣ１が負電荷を蓄積する分割期間である。Ｓ２はコンデンサＣ２が負電荷を蓄積する分割期間である。Ｓ３はコンデンサＣ３が負電荷を蓄積する分割期間である。Ｓ４はコンデンサＣ４が負電荷を蓄積する分割期間である。 In FIG. 12, S1 is a divided period in which the capacitor C1 accumulates negative charges. S2 is a divided period in which the capacitor C2 accumulates negative charges. S3 is a divided period in which the capacitor C3 accumulates negative charges. S4 is a divided period in which the capacitor C4 accumulates negative charges.
（他の実施形態）
上記第１〜５の実施形態では、複数周期に亘って受光ダイオード３０から移動される負電荷をコンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄積した例について説明したが、これに代えて、受光ダイオード３０から移動される負電荷を一周期分コンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄積し、このコンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄積される負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に基づいて距離センサ１と被検出体２０との間の距離を求めてもよい。
(Other embodiments)
In the first to fifth embodiments, the example in which the negative charges moved from the
上記第１〜５の実施形態では、距離演算回路１５が負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をコンデンサ毎に時分割で検出する例について説明したが、これに限らず、距離演算回路１５が負電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をコンデンサ毎に並列的に検出してもよい。
In the first to fifth embodiments, the example in which the
上記第１〜５の実施形態では、リセットトランジスタ３５および転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとして、ｎＭＯＳトランジスタを用いた例について説明したが、これに代えて、リセットトランジスタ３５および転送トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとして、ｎＭＯＳトランジスタ以外のｐＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタなどの半導体スイッチ素子を用いてもよい。
In the first to fifth embodiments, the example in which the nMOS transistor is used as the
同様に、増幅トランジスタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、および選択トランジスタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄとして、ｎＭＯＳトランジスタ以外のｐＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタなどの半導体スイッチ素子を用いてもよい。
Similarly, semiconductor switching elements such as pMOS transistors and bipolar transistors other than nMOS transistors may be used as the
なお、本発明は上記した第１〜５の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記第１〜５の実施形態において、実施形態の構成要素の個数等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the first to fifth embodiments described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. In the first to fifth embodiments, when numerical values such as the number of components of the embodiment are mentioned, it is particularly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. Except in some cases, the number is not limited.
１ 距離センサ
１０ 発振回路
１１ 発光源制御回路（発光源制御手段）
１２ 発光源
１３ 画素
１４ 画素制御回路（第１〜５の制御手段）
１５ 距離演算回路（距離演算手段）
３０ 受光ダイオード（受光素子）
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ コンデンサ（第１〜第４コンデンサ）
３５ リセットトランジスタ（第５トランジスタ）
DESCRIPTION OF
12
15 Distance calculation circuit (distance calculation means)
30 Light-receiving diode (light-receiving element)
C1, C2, C3, C4 capacitors (first to fourth capacitors)
35 Reset transistor (5th transistor)
Claims (8)
前記発光源の出射光のうち被検出体によって反射される反射光を受光する受光素子（３０）と、を備え、
時間軸上で前記一周期をＮ（≧５）等分に分割したＮ個の分割期間が設定されており、
前記Ｎ個の分割期間のうち第１の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第１のコンデンサ（Ｃ１）と、
前記Ｎ個の分割期間のうち前記第１の分割期間後の第２の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第２のコンデンサ（Ｃ２）と、
前記Ｎ個の分割期間のうち前記第２の分割期間後の第３の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第３のコンデンサ（Ｃ３）と、
前記Ｎ個の分割期間のうち前記第３の分割期間後の第４の分割期間にて前記受光素子の受光に伴って前記受光素子から移動される負電荷を蓄積する第４のコンデンサ（Ｃ４）と、
前記第１、第２、第３、第４のコンデンサのそれぞれに蓄積される負電荷量に基づいて、当該距離センサと前記被検出体との間の距離を算出する距離演算手段（１５）と、を備えることを特徴とする距離センサ。 The light emission period and the stop period are alternately repeated periodically with a period obtained by adding a light emission period for emitting light from the light emission source (12) and a stop period for stopping emission of light from the light emission source as one period. A light source control means (11) for controlling the light source;
A light receiving element (30) for receiving the reflected light reflected by the detection object out of the light emitted from the light emitting source,
N divided periods obtained by dividing the one period into N (≧ 5) equal parts on the time axis are set,
A first capacitor (C1) for accumulating negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in the first divided period among the N divided periods;
A second capacitor (C2) for accumulating negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in a second divided period after the first divided period among the N divided periods. When,
A third capacitor (C3) for accumulating negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in a third divided period after the second divided period among the N divided periods. When,
A fourth capacitor (C4) that accumulates negative charges moved from the light receiving element in response to light reception by the light receiving element in a fourth divided period after the third divided period among the N divided periods. When,
Distance calculating means (15) for calculating the distance between the distance sensor and the detected object based on the amount of negative charge accumulated in each of the first, second, third and fourth capacitors; A distance sensor comprising:
前記一周期を８等分に分割した８個の分割期間が設定されており、
前記８個の分割期間のうち、１番目の分割期間を前記第１の分割期間とし、３番目の分割期間を前記第２の分割期間とし、５番目の分割期間を前記第３の分割期間とし、７番目の分割期間を前記第４の分割期間とすることを特徴とする請求項１に記載の距離センサ。 Each time length of the light emission period and the stop period is set at a ratio of 5 when the light emission period is 3;
Eight division periods are set by dividing the one period into eight equal parts,
Of the eight divided periods, the first divided period is the first divided period, the third divided period is the second divided period, and the fifth divided period is the third divided period. The distance sensor according to claim 1, wherein the seventh divided period is the fourth divided period.
前記一周期を８等分に分割した８個の分割期間が設定されており、
前記８個の分割期間のうち、１番目の分割期間を前記第１の分割期間とし、３番目の分割期間を前記第２の分割期間とし、６番目の分割期間を前記第３の分割期間とし、８番目の分割期間を前記第４の分割期間とすることを特徴とする請求項１に記載の距離センサ。 The light emission period and the stop period are set to the same period,
Eight division periods are set by dividing the one period into eight equal parts,
Of the eight divided periods, the first divided period is the first divided period, the third divided period is the second divided period, and the sixth divided period is the third divided period. The distance sensor according to claim 1, wherein the eighth divided period is set as the fourth divided period.
前記一周期を６等分に分割した６個の分割期間が設定されており、
前記６個の分割期間のうち、１番目の分割期間を前記第１の分割期間とし、２番目の分割期間を前記第２の分割期間とし、３番目の分割期間を前記第３の分割期間とし、４番目の分割期間を前記第４の分割期間とすることを特徴とする請求項１に記載の距離センサ。 The light emission period and the stop period are set to the same period,
Six divided periods are set by dividing the one period into six equal parts,
Of the six divided periods, the first divided period is the first divided period, the second divided period is the second divided period, and the third divided period is the third divided period. The distance sensor according to claim 1, wherein a fourth divided period is the fourth divided period.
前記一周期を５等分に分割した５個の分割期間が設定されており、
前記５個の分割期間のうち、１番目の分割期間を前記第１の分割期間とし、２番目の分割期間を前記第２の分割期間とし、３番目の分割期間を前記第３の分割期間とし、４番目の分割期間を前記第４の分割期間とすることを特徴とする請求項１に記載の距離センサ。 Each time length of the light emission period and the stop period is set at a ratio of 3 when the light emission period is 2,
Five division periods are set by dividing the one period into five equal parts,
Of the five divided periods, the first divided period is the first divided period, the second divided period is the second divided period, and the third divided period is the third divided period. The distance sensor according to claim 1, wherein a fourth divided period is the fourth divided period.
前記一周期を５等分に分割した５個の分割期間が設定されており、
前記５個の分割期間のうち、１番目の分割期間を前記第１の分割期間とし、２番目の分割期間を前記第２の分割期間とし、３番目の分割期間を前記第３の分割期間とし、４番目の分割期間を前記第４の分割期間とすることを特徴とする請求項１に記載の距離センサ。 Each time length of the light emission period and the stop period is set at a ratio of 2 when the light emission period is 3,
Five division periods are set by dividing the one period into five equal parts,
Of the five divided periods, the first divided period is the first divided period, the second divided period is the second divided period, and the third divided period is the third divided period. The distance sensor according to claim 1, wherein a fourth divided period is the fourth divided period.
前記受光素子と前記第２のコンデンサとの間に配置されている第２のスイッチ（４０ｂ）と、
前記受光素子と前記第３のコンデンサとの間に配置されている第３のスイッチ（４０ｃ）と、
前記受光素子と前記第４のコンデンサとの間に配置されている第４のスイッチ（４０ｄ）と、
前記受光素子と電源との間に配置されている第５のスイッチ（３５）と、
前記第１の分割期間にて前記第１〜第５のスイッチのうち前記第１のスイッチをオンして前記受光素子からの負電荷を前記第１のスイッチを通して前記第１のコンデンサに移動させる第１の制御手段と、
前記第２の分割期間にて前記第１〜第５のスイッチのうち前記第２のスイッチをオンして前記受光素子からの負電荷を前記第２のスイッチを通して前記第２のコンデンサに移動させる第２の制御手段と、
前記第３の分割期間にて前記第１〜第５のスイッチのうち前記第３のスイッチをオンして前記受光素子からの負電荷を前記第３のスイッチを通して前記第３のコンデンサに移動させる第３の制御手段と、
前記第４の分割期間にて前記第１〜第５のスイッチのうち前記第４のスイッチをオンして前記受光素子からの負電荷を前記第４のスイッチを通して前記第４のコンデンサに移動させる第４の制御手段と、
前記一周期のうち前記第１〜第４の分割期間以外の他の分割期間にて前記第１〜第５のスイッチのうち前記第５のスイッチをオンして前記受光素子からの負電荷を前記第５のスイッチを通して前記電源側に移動させる第５の制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに距離センサ。 A first switch (40a) disposed between the light receiving element and the first capacitor;
A second switch (40b) disposed between the light receiving element and the second capacitor;
A third switch (40c) disposed between the light receiving element and the third capacitor;
A fourth switch (40d) disposed between the light receiving element and the fourth capacitor;
A fifth switch (35) disposed between the light receiving element and a power source;
In the first divided period, the first switch among the first to fifth switches is turned on, and the negative charge from the light receiving element is moved to the first capacitor through the first switch. 1 control means;
The second switch among the first to fifth switches is turned on in the second divided period, and the negative charge from the light receiving element is moved to the second capacitor through the second switch. Two control means;
The third switch among the first to fifth switches is turned on in the third divided period, and the negative charge from the light receiving element is moved to the third capacitor through the third switch. 3 control means;
In the fourth division period, the fourth switch among the first to fifth switches is turned on, and the negative charge from the light receiving element is moved to the fourth capacitor through the fourth switch. 4 control means;
The fifth switch among the first to fifth switches is turned on in the other divided period other than the first to fourth divided periods in the one cycle, and the negative charge from the light receiving element is Fifth control means for moving to the power supply side through a fifth switch;
The distance sensor according to claim 1, further comprising: a distance sensor.
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