JP2791836B2 - Distance sensor - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、測距センサに関し、特
に受光素子として半導***置検出素子を使用した測距セ
ンサに係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring sensor, and more particularly to a distance measuring sensor using a semiconductor position detecting element as a light receiving element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、測距センサは、図２の如く、発
光素子（赤外線発光ダイオード：ＬＥＤ）１と、発光素
子１の光を受光する受光素子（ホトダイオード：ＰＤ）
２と、発光素子１および受光素子２を制御する制御装置
３とから構成されており、制御装置３は、発光素子１の
ＬＥＤ駆動を制御する駆動回路５と、受光素子２の出力
信号を演算処理する信号処理回路４とを備えている。2. Description of the Related Art Generally, as shown in FIG. 2, a distance measuring sensor includes a light emitting element (infrared light emitting diode: LED) 1 and a light receiving element (photodiode: PD) for receiving light from the light emitting element 1.
2 and a control device 3 for controlling the light emitting element 1 and the light receiving element 2. The control device 3 calculates a driving circuit 5 for controlling the LED driving of the light emitting element 1 and an output signal of the light receiving element 2. And a signal processing circuit 4 for processing.
【０００３】近年、測距センサの受光素子として、ホト
ダイオードを応用したＰＳＤ（Ｐosition Ｓensitive
Ｐhotodetector＝半導***置検出素子）が使用されてい
る。このＰＳＤは、入射する光スポットの位置により、
信号電流Ｉ1とＩ2のバランスが変化する。図３に、ＰＳ
Ｄを用いた測距センサの検出原理図を示す。In recent years, a PSD (Position Sensitive) using a photodiode as a light receiving element of a distance measuring sensor has been used.
Photodetector (semiconductor position detecting element) is used. This PSD depends on the position of the incident light spot.
The balance between the signal currents I 1 and I 2 changes. FIG.
3 shows a detection principle diagram of a distance measuring sensor using D. FIG.
【０００４】図３に示すように、赤外線発光ダイオード
１にて発光された光は、反射物（一例として人物）Ｍに
て反射し、ＰＳＤ２に入射する。この反射光がＰＳＤ２
に入射する位置（光スポット位置）は、人物Ｍとセンサ
との距離Ｌによって変化し、反射物Ｍが遠くなると（Ｌ
が長くなると）、反射光は図３の点線のようになり、Ｐ
ＳＤ２に入射する光のスポット位置も変化する。なお、
図３中、Ｌ１，Ｌ２は集光レンズである。As shown in FIG. 3, light emitted from the infrared light emitting diode 1 is reflected by a reflector (for example, a person) M and enters the PSD 2. This reflected light is PSD2
(Light spot position) changes depending on the distance L between the person M and the sensor.
Is longer), the reflected light becomes as shown by the dotted line in FIG.
The spot position of the light incident on SD2 also changes. In addition,
In FIG. 3, L1 and L2 are condenser lenses.
【０００５】ＰＳＤに入射する光スポット位置が変化す
ると、これに応じてＰＳＤの信号電流Ｉ1とＩ2のバラン
スが変化する。このＩ1とＩ2のバランスを前記信号処理
回路４にて検出することにより、反射物とセンサの距離
を検出することができる。When the position of the light spot incident on the PSD changes, the balance between the signal currents I 1 and I 2 of the PSD changes accordingly. By detecting the balance between I 1 and I 2 by the signal processing circuit 4, the distance between the reflection object and the sensor can be detected.
【０００６】ＰＳＤの信号電流Ｉ1とＩ2の信号処理回路
の一例を図４に示す。図４に示すように、ＰＳＤの信号
電流Ｉ1，Ｉ2を電流電圧変換回路部６にて電圧ＶO1，Ｖ
O2に変換する。次に、減算回路部７にてＶO2とＶO1の減
算を行いＩ2−Ｉ1に対応した出力電圧ＶOAを得、また加
算回路部８にてＶO1とＶO2の加算を行いＩ1＋Ｉ2に対応
した出力ＶOBを得ることができる。このＶOAとＶOBを、
マイクロコンピュータ等で演算処理することにより、Ｖ
OA／ＶOB＝（Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ1＋Ｉ2）を求めることが
できる。FIG. 4 shows an example of a signal processing circuit for the PSD signal currents I 1 and I 2 . As shown in FIG. 4, the signal currents I 1 and I 2 of the PSD are converted into voltages V O1 and V
Convert to O2 . Then, an output voltage V OA corresponding to I 2 -I 1 performs subtraction of V O2 and V O1 at subtraction circuit section 7, also performs addition of V O1 and V O2 at adder circuit 8 I An output V OB corresponding to 1 + I 2 can be obtained. These V OA and V OB are
By performing arithmetic processing with a microcomputer or the like, V
OA / V OB = (I 2 −I 1 ) / (I 1 + I 2 ).
【０００７】（Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ1＋Ｉ2）は、ＰＳＤに
入射する光の位置に対応しており、（Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ
1＋Ｉ2）により、ＰＳＤに入射する光のスポット位置が
わかる。ＰＳＤに入射する光のスポット位置がわかる
と、前述のように、センサと反射物Ｍとの距離Ｌがわか
る。このようにして、ＰＳＤの信号電流Ｉ1とＩ2を信号
処理回路４にて処理することにより、センサと反射物Ｍ
の距離Ｌを検出することができる。(I 2 −I 1 ) / (I 1 + I 2 ) corresponds to the position of the light incident on the PSD, and (I 2 −I 1 ) / (I
1 + I 2 ) indicates the spot position of the light incident on the PSD. When the spot position of the light incident on the PSD is known, the distance L between the sensor and the reflector M is known as described above. By processing the signal currents I 1 and I 2 of the PSD in the signal processing circuit 4 in this manner, the sensor and the reflector M are processed.
It is possible to detect the distance L.
【０００８】また、ＰＳＤの他の信号処理回路の例を図
５に示す。図５において、９は対数変換回路部、１０は
差動増幅回路部であって、この回路により、ｌｏｇ（Ｉ
1/Ｉ2）に対応した出力を得ることができる。Ｉ1/Ｉ
2は、ＰＳＤに入射する光のスポッ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
ポット位置がわかる。ＰＳＤに入射する光のスポット位
置がわかると、前述のように、センサと反射物Ｍとの距
離Ｌを検出することができる。FIG. 5 shows an example of another signal processing circuit of the PSD. In FIG. 5, reference numeral 9 denotes a logarithmic conversion circuit unit, and 10 denotes a differential amplifier circuit unit.
1 / I 2 ) can be obtained. I 1 / I
Numeral 2 corresponds to the spot position of the light incident on the PSD, and the spot position of the light incident on the PSD can be found from log (I 1 / I 2 ). When the spot position of the light incident on the PSD is known, the distance L between the sensor and the reflector M can be detected as described above.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従来の測距センサにお
いては、動作を制御するための制御機能が無く、常時、
反射物との距離測定、もしくは物体の有無検出を行って
いる。例えば、１秒に１回、あるいは１０秒に１回の頻
度で測距もしくは物体の有無検出を行えば良いような使
用状態の箇所であるにもかかわらず、常時動作してい
る。このため、必要以上の電流を消費してしまってお
り、経費（電気代）的にロスを生じる。あるいは、電池
寿命が短くなるため、電池駆動できない等の問題点があ
る。A conventional distance measuring sensor does not have a control function for controlling its operation.
It measures the distance to a reflective object or detects the presence or absence of an object. For example, the operation is always performed despite the use state where the distance measurement or the presence / absence detection of the object may be performed once every second or once every ten seconds. For this reason, an excessive amount of current is consumed, resulting in a loss in cost (electricity bill). Alternatively, there is a problem that the battery cannot be driven because the battery life is shortened.
【００１０】本発明は、上記に鑑み、任意の測距頻度
（単位時間当たりの測距動作時間）が得られるような測
距動作制御機能を付加し、消費電流を低減させることが
できる測距センサの提供を目的とする。In view of the above, the present invention adds a distance measuring operation control function for obtaining an arbitrary distance measuring frequency (ranging operation time per unit time), and can reduce current consumption. The purpose is to provide a sensor.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、図１の如く、発光素子１と、該発光素子１の光ス
ポットが入射すると入射位置に光エネルギーに比例して
電荷を発生する受光素子２と、該発光素子１および受光
素子２を制御する制御装置３とから構成され、外部制御
装置からの信号により前記制御装置３が作動する測距セ
ンサであって、前記制御装置３は、前記発光素子１の駆
動を制御する駆動回路５と、前記受光素子２の出力信号
を演算処理する信号処理回路４と、該駆動回路５および
信号処理回路４に接続され、これら両回路４，５に供給
される電源電圧Ｖccをスイッチングする電源スイッチ１
１と、該電源スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦを制御するス
イッチ制御回路１２とを備え、前記外部制御装置から前
記スイッチ制御回路１２に入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号
により測距の動作頻度が設定されるものである。According to item (1) above SUMMARY OF THE INVENTION are, as in FIG. 1, the light emitting element 1, the light spot the light emitting element 1 generates an electric charge in proportion to the light energy incident position and incident A distance measuring sensor comprising a light receiving element 2 and a control device 3 for controlling the light emitting element 1 and the light receiving element 2, wherein the control device 3 is operated by a signal from an external control device; A driving circuit 5 for controlling the driving of the light emitting element 1, a signal processing circuit 4 for performing an arithmetic operation on the output signal of the light receiving element 2, and connected to the driving circuit 5 and the signal processing circuit 4; Supply 5
Power switch 1 for switching power supply voltage Vcc
1 and a switch control circuit 12 for controlling ON / OFF of the power switch 11, and an operation frequency of distance measurement is set by an ON / OFF signal input from the external control device to the switch control circuit 12. Things.
【００１２】[0012]
【作用】上記課題解決手段において、スイッチ制御回路
１２により電源スイッチ１１がＯＮされたときのみ、信
号処理回路４および駆動回路５が駆動し所定の測距動作
を行う。一方、スイッチ制御回路１２により電源スイッ
チ１１がＯＦＦされると、測距動作を停止する。すなわ
ち、電源スイッチ１１がＯＮされたときにのみ電源電流
が流れ、電流を消費する。In the above means for solving the above problems, the signal processing circuit 4 and the drive circuit 5 are driven to perform a predetermined distance measuring operation only when the power switch 11 is turned on by the switch control circuit 12. On the other hand, when the power switch 11 is turned off by the switch control circuit 12, the distance measuring operation is stopped. That is, viewed power supply current flows when the power switch 11 is ON, the consumed current.
【００１３】[0013]
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る測距センサの
ブロック図である。なお、図２ないし図５に示した従来
技術と同一機能部品については同一符号を付している。FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring sensor according to an embodiment of the present invention. Note that the same reference numerals are given to the same functional components as those of the prior art shown in FIGS. 2 to 5.
【００１４】図示の如く、本実施例の測距センサは、発
光素子（赤外線発光ダイオード：ＬＥＤ）１と、発光素
子１の光スポットが入射すると入射位置に光エネルギー
に比例して電荷を発生する受光素子（半導***置検出素
子：Ｐosition ＳensitiveＰhotodetector（ＰＳＤ））
２と、該発光素子１および受光素子２を制御する制御装
置３とから構成されている。As shown in the figure, in the distance measuring sensor of the present embodiment, when a light emitting element (infrared light emitting diode: LED) 1 and a light spot of the light emitting element 1 enter, an electric charge is generated at the incident position in proportion to the light energy. Light receiving element (semiconductor position detecting element: Position Sensitive Photodetector (PSD))
2 and a control device 3 for controlling the light emitting element 1 and the light receiving element 2.
【００１５】そして、制御装置３は、前記発光素子１の
駆動を制御するＬＥＤ駆動回路５と、前記受光素子２の
出力信号を演算処理する信号処理回路４と、該駆動回路
５および信号処理回路４に接続された電源スイッチ１１
と、該電源スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイ
ッチ制御回路１２とを備えている。すなわち、制御装置
３は、信号処理回路４およびＬＥＤ駆動回路５の電源ス
イッチ１１をＯＮ／ＯＦＦすることができるスイッチ制
御回路１２を内蔵している。The control device 3 includes an LED driving circuit 5 for controlling the driving of the light emitting element 1, a signal processing circuit 4 for arithmetically processing an output signal of the light receiving element 2, the driving circuit 5 and the signal processing circuit. Power switch 11 connected to 4
And a switch control circuit 12 for controlling ON / OFF of the power switch 11. That is, the control device 3 has a built-in switch control circuit 12 that can turn on / off the power switch 11 of the signal processing circuit 4 and the LED drive circuit 5.
【００１６】前記スイッチ制御回路１２は、入力端子Ｖ
IN、出力端子ＶOUTを有しており、該両端子ＶIN，ＶOUT
が外部の制御装置（マイクロコンピュータ）（図示せ
ず）に接続されており、外部制御装置からの信号により
動作がコントロールされる。なお、前記駆動回路５およ
び信号処理回路４の構成については、従来技術と同様の
構成であるので省略する。The switch control circuit 12 has an input terminal V
IN , an output terminal V OUT , and both terminals V IN , V OUT
Is connected to an external control device (microcomputer) (not shown), and the operation is controlled by a signal from the external control device. Note that the configurations of the drive circuit 5 and the signal processing circuit 4 are the same as those of the related art, and will not be described.
【００１７】上記構成において、スイッチ制御回路１２
により電源スイッチ１１がＯＮされたときのみ、信号処
理回路４および駆動回路５が駆動し所定の測距動作を行
う。一方、スイッチ制御回路１２により電源スイッチ１
１がＯＦＦされると、測距動作を停止する。すなわち、
電源スイッチ１１がＯＮされたときにのみ電源電流が流
れ、電流を消費する。In the above configuration, the switch control circuit 12
Only when the power switch 11 is turned on, the signal processing circuit 4 and the driving circuit 5 are driven to perform a predetermined distance measuring operation. On the other hand, the power switch 1 is
When 1 is turned off, the distance measuring operation is stopped. That is,
See power supply current flows when the power switch 11 is ON, the consumed current.
【００１８】このスイッチ制御回路１２の動作は、外部
制御装置からの入力信号によりコントロールされる。例
えば、入力信号がＨ（Ｈｉｇｈ）のとき、電源スイッチ
１１がＯＦＦ状態になり、入力信号がＬ（Ｌｏｗ）のと
き、電源スイッチ１１がＯＮ状態になるというように、
入力信号にてスイッチ制御回路１２の動作をコントロー
ルする。したがって、この入力端子ＶINに入力するＨ，
Ｌ信号を任意にコントロールすることにより、測距セン
サの使用状況にあわせて、測距頻度を任意に設定するこ
とができる。The operation of the switch control circuit 12 is controlled by an input signal from an external control device. For example, when the input signal is H (High), the power switch 11 is turned off, and when the input signal is L (Low), the power switch 11 is turned on.
The operation of the switch control circuit 12 is controlled by an input signal. Therefore, H, which is input to this input terminal V IN ,
By controlling the L signal arbitrarily, it is possible to arbitrarily set the distance measurement frequency in accordance with the use condition of the distance measurement sensor.
【００１９】例えば、（i）測距センサを手洗い用手検
出センサに使用したとき（手を検出したとき、水を出
す）１秒間に１回（例えば１００ｍｓ）のみ動作するよ
うに設定すれば、消費電流は、常時動作させる場合と比
較して１／１０となる。これにより、電池寿命が常時動
作させる場合に比して１０倍となる。For example, (i) when the distance measuring sensor is set to operate only once (for example, 100 ms) per second when the distance measuring sensor is used as a hand detecting sensor for hand washing (when a hand is detected, water is discharged), The current consumption is 1/10 as compared with the case of always operating. As a result, the battery life is ten times that of a case where the battery is constantly operated.
【００２０】（ii）測距センサを小便器用人体検出用セ
ンサに使用したとき（人体を検出したとき水洗する）１
０秒間に１回（例えば１００ｍｓ）のみ動作するように
設定すれば、消費電流は、常時動作させる場合と比較し
て１／１００となる。よって、電池寿命は常時動作させ
る場合に比して１００倍となる。(Ii) When the distance measuring sensor is used as a human body detecting sensor for a urinal (washing is performed when a human body is detected) 1
If it is set to operate only once in 0 second (for example, 100 ms), the current consumption becomes 1/100 as compared with the case of always operating. Therefore, the battery life is 100 times that of a case where the battery is constantly operated.
【００２１】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。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that many modifications and changes can be made to the above-described embodiment within the scope of the present invention.
【００２２】上記実施例においては、スイッチのＯＮ／
ＯＦＦ動作を制御する信号を外部より入力する構成につ
いて述べたが、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する
信号を、測距センサ内に内蔵しておく構成としても良
い。In the above embodiment, the switch ON / OFF
Although the configuration for inputting the signal for controlling the OFF operation from the outside has been described, the configuration may be such that the signal for controlling the ON / OFF operation of the switch is built in the distance measurement sensor.
【００２３】また、測距センサについて述べたが、反射
型あるいは透過型ホトインタラプタのような、光量の大
小にて物体の有無を検出するセンサにおいても、本発明
の構成を使用しても良い。Although the distance measuring sensor has been described, the configuration of the present invention may be used in a sensor such as a reflection type or transmission type photo interrupter which detects the presence or absence of an object based on the amount of light.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、測距動作をＯＮ／ＯＦＦさせることができる機
能を測距センサに内蔵することにより、測距センサの低
消費電流化を図ることができる。このように、低消費電
流化を図ることができるから、経費（電気代）低減を図
ることができる。As is clear from the above description, according to the present invention, the function of turning on / off the distance measuring operation is incorporated in the distance measuring sensor, thereby reducing the current consumption of the distance measuring sensor. be able to. As described above, current consumption can be reduced, so that cost (electricity cost) can be reduced.
【００２５】また、外部制御装置からスイッチ制御回路
に入力される入力信号により測距動作のＯＮ／ＯＦＦを
任意に制御できるので、制御装置全体での消費電流をな
くすことが可能となる。しかも、測距センサの使用状況
にあわせて、最適の測距頻度（単位時間当たりの測距動
作時間）を設定することが可能となる。そのため、測距
頻度によっては、電池（バッテリー）寿命の延命化を実
現でき、電池駆動が可能になる。Further, a switch control circuit is provided from an external control device.
Since arbitrarily controllable ON / OFF of the distance measuring operation by an input signal inputted to, I the current consumption of the entire control device
It is possible to comb. Moreover, in accordance with the usage of the distance measuring sensor, the distance measurement dynamic per optimum distance measurement frequency (unit time
Operation time) can be set. Therefore, the life of the battery (battery) can be extended depending on the distance measurement frequency, and the battery can be driven.
【図１】図１は本発明の一実施例に係る測距センサのブ
ロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring sensor according to one embodiment of the present invention.
【図２】図２は従来の測距センサのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a conventional distance measuring sensor.
【図３】図３はＰＳＤを用いた測距センサの検出原理図
である。FIG. 3 is a detection principle diagram of a distance measuring sensor using a PSD.
【図４】図４は測距センサの信号処理回路の構成を示す
電気回路図である。FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a configuration of a signal processing circuit of the distance measuring sensor.
【図５】図５は同じく他の信号処理回路の構成を示す電
気回路図である。FIG. 5 is an electric circuit diagram showing a configuration of another signal processing circuit.
１ 発光素子 ２ 受光素子 ３ 制御装置 ４ 信号処理回路 ５ 駆動回路 １１ 電源スイッチ １２ スイッチ制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light-emitting element 2 Light-receiving element 3 Control device 4 Signal processing circuit 5 Drive circuit 11 Power switch 12 Switch control circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−280430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−49278（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−132629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−81222（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−56513（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−161883（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 3/06 G01S 17/08──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-280430 (JP, A) JP-A-60-49278 (JP, A) JP-A-3-132629 (JP, A) JP-A 57-280 81222 (JP, A) Fully open sho 61-56513 (JP, U) Fully open sho 60-161883 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01C 3/06 G01S 17 / 08
Claims (1)
入射すると入射位置に光エネルギーに比例して電荷を発
生する受光素子と、該発光素子および受光素子を制御す
る制御装置とから構成され、外部制御装置からの信号に
より前記制御装置が作動する測距センサであって、前記
制御装置は、前記発光素子の駆動を制御する駆動回路
と、前記受光素子の出力信号を演算処理する信号処理回
路と、該駆動回路および信号処理回路に接続され、これ
ら両回路に供給される電源電圧をスイッチングする電源
スイッチと、該電源スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する
スイッチ制御回路とを備え、前記外部制御装置から前記
スイッチ制御回路に入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号により
測距の動作頻度が設定されることを特徴とする測距セン
サ。And 1. A light emitting device, the light spot of the light emitting element is composed of a light receiving element that generates charges in proportion to the light energy incident position and the incident, and a control unit for controlling the light emitting element and a light receiving element A distance measuring sensor in which the control device is operated by a signal from an external control device, wherein the control device includes a driving circuit for controlling driving of the light emitting element, and a signal processing for arithmetically processing an output signal of the light receiving element. Connected to the driving circuit and the signal processing circuit ;
And a switch control circuit for controlling ON / OFF of the power switch, and an ON / OFF signal input to the switch control circuit from the external control device. A distance measurement operation frequency is set by the distance measurement sensor.
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| JPS62280430A (en) * | 1986-05-27 | 1987-12-05 | 東陶機器株式会社 | Water feed controller |
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