JPH0695020B2 - Distance detector - Google Patents
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- JPH0695020B2 JPH0695020B2 JP62152881A JP15288187A JPH0695020B2 JP H0695020 B2 JPH0695020 B2 JP H0695020B2 JP 62152881 A JP62152881 A JP 62152881A JP 15288187 A JP15288187 A JP 15288187A JP H0695020 B2 JPH0695020 B2 JP H0695020B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体位置検出器に入射する光点の位置にもと
づいて、被測定物までの距離を検出する距離検出装置に
関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a distance detection device that detects a distance to an object to be measured based on the position of a light spot incident on a semiconductor position detector.
従来、半導体位置検出器に入射する光点の位置にもとづ
いて、被測定物までの距離を検出する距離検出装置が知
られている。Conventionally, there is known a distance detection device that detects a distance to an object to be measured based on the position of a light spot incident on a semiconductor position detector.
第8図は従来の一般的な半導体位置検出器の構成図であ
り、第9図は第8図の半導体位置検出器を用いた一般的
な距離検出装置の構成図である。第9図に示されるよう
に、距離検出装置は光源1、投光レンズ2、受光レンズ
3および半導体位置検出器4を有し、被測定物5までの
距離を半導体位置検出器4上の光点位置SPから求められ
るようになっている。そこで、まず半導体位置検出器4
の構成と作用について説明する。FIG. 8 is a block diagram of a conventional general semiconductor position detector, and FIG. 9 is a block diagram of a general distance detecting device using the semiconductor position detector of FIG. As shown in FIG. 9, the distance detecting device has a light source 1, a light projecting lens 2, a light receiving lens 3 and a semiconductor position detector 4, and the distance to the DUT 5 is measured by the light on the semiconductor position detector 4. It is calculated from the point position SP. Therefore, first, the semiconductor position detector 4
The configuration and operation of will be described.
第8図において、半導体位置検出4はN+型半導体層41
と、高抵抗のN型半導体層42と、抵抗率が均一なP型半
導体層43とが順次に積層されて形成されている。N型半
導体層42およびP型半導体層43はフォトダイオードを構
成しており、N+型半導体層41にはフォトダイオードに逆
バイアスの電圧を印加するための共通電極44が設けられ
ている。また、P型半導体層43の両端部には一対の電極
45,46が設けられている。この半導体位置検出器4の共
通電極44に所定の電圧を印加し、第8図中の位置SPのと
ころに光点として光が入射したとすると、位置SPの下方
のP型半導体層43とN型半導体層42とのPN接合部には電
子‐正孔対が生じ、これにより光点の入射エネルギーに
比例した光電流I0が共通電極44からP型半導体層43に向
かって流れる。In FIG. 8, the semiconductor position detector 4 is an N + type semiconductor layer 41.
And a high-resistance N-type semiconductor layer 42 and a P-type semiconductor layer 43 having a uniform resistivity are sequentially laminated. The N-type semiconductor layer 42 and the P-type semiconductor layer 43 form a photodiode, and the N + -type semiconductor layer 41 is provided with a common electrode 44 for applying a reverse bias voltage to the photodiode. In addition, a pair of electrodes is provided on both ends of the P-type semiconductor layer 43.
45,46 are provided. When a predetermined voltage is applied to the common electrode 44 of the semiconductor position detector 4 and light is incident as a light spot at the position SP in FIG. 8, the P-type semiconductor layer 43 and the N below the position SP are formed. An electron-hole pair is generated at the PN junction with the type semiconductor layer 42, whereby a photocurrent I 0 proportional to the incident energy of the light spot flows from the common electrode 44 toward the P type semiconductor layer 43.
ところで、電極45,46間の距離をcとし、その間のP型
半導体層43の抵抗をRcとし、さらに光点入射位置SPと電
極46との間の距離をxとし、その間のP型半導体層43の
抵抗をRxとすれば、光電流I0は光点入射位置SPのところ
で、P型半導体層43の有する抵抗によって分割される。
すなわち、電極45への電流IAおよび電極46への電流I
Bは、電極45と光点入射位置SPとの間のP型半導体層43
の抵抗(Rc−Rx)と、電極46と光点入射位置SPとの間の
P型半導体装置43の抵抗Rxのそれぞれに反比例するよう
に分割され、 IA=I0・[Rx/Rc] IB=I0・[(Rc−Rx)/Rc] …(1) のようになる。By the way, the distance between the electrodes 45 and 46 is c, the resistance of the P-type semiconductor layer 43 between them is R c , the distance between the light spot incident position SP and the electrode 46 is x, and the P-type semiconductor between them is If the resistance of the layer 43 is R x , the photocurrent I 0 is divided by the resistance of the P-type semiconductor layer 43 at the light spot incident position SP.
That is, the current I A to electrode 45 and the current I to electrode 46
B is a P-type semiconductor layer 43 between the electrode 45 and the light spot incident position SP.
(R c −R x ) and the resistance R x of the P-type semiconductor device 43 between the electrode 46 and the light spot incident position SP are divided in inverse proportion to each other, and I A = I 0 [R x / R c] I B = I 0 · [(R c -R x) / R c] ... to become like (1).
前述のように、P型半導体層43の抵抗率は均一に分布し
ているので、抵抗Rx,Rcは距離x,cにそれぞれ同じ比例定
数で比例する。従って、上記(1)式は、 IA=I0・x/c IB=I0・[(c−x)/c] …(2) のように表現される。上記(2)式からわかるように、
電流IA,IBを電極45,46から取出し、所定の演算回路(図
示せず。)において所定のアナログ演算処理を施すこと
で、電極46から光点入射位置SPまでの距離xを求めるこ
とができる。As described above, since the resistivity of the P-type semiconductor layer 43 is evenly distributed, the resistances R x and R c are proportional to the distances x and c with the same proportional constant. Therefore, the equation (1) is expressed as I A = I 0 · x / c I B = I 0 · [(c−x) / c] (2) As can be seen from the above formula (2),
Obtaining the currents I A and I B from the electrodes 45 and 46 and performing a predetermined analog calculation process in a predetermined calculation circuit (not shown) to obtain the distance x from the electrode 46 to the light spot incident position SP. You can
次に、第9図を参照して従来の距離検出装置の構成と作
用を説明する。Next, the configuration and operation of the conventional distance detecting device will be described with reference to FIG.
同図において、距離検出装置は被測定物5を照射するた
めの光を出力する光源1と、光源1で出力された光を被
測定物5に集光させる投光レンズ2と、被測定物5で反
射された光を集光させる受光レンズ3と、受光レンズ3
により集光された反射光が光点として入射し、その光点
入射位置SPを検出する前述の半導体位置検出器4とから
構成されている。ここで、光源1は発光ダイオードある
いは半導体レーザからなっている。また、受光レンズ3
は投光レンズ2に対して基線長Bだけ間隔をあけて配置
されており、半導体位置検出器4は受光レンズ3に対し
て焦点距離fだけ間隔をあけて配置されている。なお、
受光レンズ3の光軸Aは半導体位置検出器4の電極46と
整合しておらず、電極46から距離x0だけ間隔をあけてい
るとする。In the figure, the distance detection device includes a light source 1 that outputs light for irradiating an object to be measured 5, a light projecting lens 2 that condenses the light output from the light source 1 onto the object to be measured 5, and an object to be measured. A light-receiving lens 3 for condensing the light reflected at 5, and a light-receiving lens 3
The reflected light condensed by the light enters as a light spot, and is composed of the above-mentioned semiconductor position detector 4 which detects the light spot incident position SP. Here, the light source 1 is composed of a light emitting diode or a semiconductor laser. Also, the light receiving lens 3
Are spaced apart from the light projecting lens 2 by a base line length B, and the semiconductor position detector 4 is spaced apart from the light receiving lens 3 by a focal length f. In addition,
It is assumed that the optical axis A of the light receiving lens 3 is not aligned with the electrode 46 of the semiconductor position detector 4 and is spaced from the electrode 46 by a distance x 0 .
第9図の距離検出装置において、被測定物5が投光レン
ズ2から距離Lのところに位置し、このとき受光レンズ
3からの光点が半導体位置検出器4の位置SPのところ
(電極46)から距離xのところ)に入射したとすると、
距離xは第9図に基づき、被測定物5までの距離Lに対
して x−x0=x1=f・B/L …(3) として求められる。従って、前述の(2)式の電流IA,I
Bに所定のアナログ演算処理を施して距離xが求まるの
で、上記(3)式を用いて被測定物5までの距離Lを検
出することができる。In the distance detecting device of FIG. 9, the DUT 5 is located at a distance L from the light projecting lens 2, and the light spot from the light receiving lens 3 is at the position SP of the semiconductor position detector 4 (electrode 46). ) To a distance x)),
Based on FIG. 9, the distance x is calculated as x−x 0 = x 1 = f · B / L (3) with respect to the distance L to the DUT 5. Therefore, the currents I A and I in the above equation (2)
Since the distance x is obtained by performing a predetermined analog calculation process on B , it is possible to detect the distance L to the object to be measured 5 by using the equation (3).
ところで、従来の距離検出装置では、上記の距離Lを求
めるアナログ演算処理は、所定のアナログ割算器(図示
せず。)により、電流IAおよび電流IBの差と、電流IAお
よび電流IBの和との割算を行なうことによってなされて
いた。すなわち、電流IA,IBを (IA−IB)/(IA+IB) =1−2x/c …(4) のように割り算の演算処理を行なうことにより、前述の
距離xを求めることができる。そこで、前述の(3)式
と(4)式から距離xを消去すると、 (IA−IB)/(IA+IB) =1−2x0/c−2f・B(c・L) …(5) の関係が得られるので、電流演算値(IA−IB)/(IA+
IB)は被測定物5までの距離Lに反比例していることが
わかり、従って間接的に距離Lを求めることができる。By the way, in the conventional distance detection device, the analog calculation process for obtaining the distance L is performed by a predetermined analog divider (not shown), and the difference between the current I A and the current I B and the current I A and the current I B. It was done by dividing it with the sum of I B. That is, the currents I A and I B are divided by the calculation processing of (I A −I B ) / (I A + I B ) = 1−2x / c (4) You can ask. Therefore, clearing the distance x from the above equation (3) and (4), (I A -I B) / (I A + I B) = 1-2x 0 / c-2f · B (c · L) Since the relationship of (5) is obtained, the calculated current value (I A −I B ) / (I A +
It is found that I B ) is inversely proportional to the distance L to the object to be measured 5, and thus the distance L can be indirectly obtained.
このため従来の距離検出装置では、電流演算値(IA−
IB)/(IA+IB)からのアナログ演算値によって直接に
距離Lを検出することはできず、電流演算値(IA−IB)
/(IA+IB)と距離Lとの(5)式に示すような反比例
関係を変換テーブルとしてあらかじめ用意しなければな
らないので、メモリ等の装置に要するコストが上昇して
いた。また、この変換テーブルに基づき、装置内臓のマ
イクロプロセッサが電流演算値(IA−IB)/(IA+IB)
に対応した距離Lをソフトウェア処理によって検出する
ようになっていたので、距離Lを検出するまでの処理速
度が遅くなり、例えば産業用ロボットの視覚センサのよ
うな高速応答が望まれる用途に適用するには限界があっ
た。Therefore, in the conventional distance detection device, the calculated current value (I A −
I B) / (I A + I B) can not be detected directly on the distance L by the analog arithmetic value from the current calculated value (I A -I B)
Since the inverse proportional relationship between / (I A + I B ) and the distance L as shown in the equation (5) must be prepared in advance as a conversion table, the cost required for a device such as a memory is increased. Further, based on this conversion table, the microprocessor current calculated value of the device visceral (I A -I B) / ( I A + I B)
Since the distance L corresponding to is detected by software processing, the processing speed until the distance L is detected becomes slow, and it is applied to the application such as a visual sensor of an industrial robot where a high speed response is desired. There was a limit.
そこで本発明は、簡単な構成で高速かつ容易に被測定物
までの距離を検出することのできる距離検出装置を提供
することを目的とする。Therefore, it is an object of the present invention to provide a distance detection device that has a simple structure and can detect the distance to an object to be measured at high speed and easily.
本発明は、被測定物に光を入射させる光源と被測定物か
らの反射光が光点として入射される半導体層の両端に一
対の電極を設けて構成される半導体位置検出器と、反射
光が光として入射されたときに半導体層に流れる光電流
と一対の電極の一方から取り出される電流との割り算を
行なう演算手段とを備え、割り算結果から被測定物まで
の距離に正比例したものとなっていることにより、割り
算結果から被測定物までの距離を直接検出可能となって
いる距離検出装置において、半導体位置検出器は、一対
の電極の一方に接続された固定もしくは半固定抵抗を有
し、一対の電流に流れる光電流の分割比は、固定のもし
くは半固定抵抗により設定可能であることを特徴とす
る。The present invention is a semiconductor position detector configured by providing a pair of electrodes at both ends of a semiconductor layer on which a light source for making light incident on a DUT and a reflected light from the DUT are incident as light spots, and a reflected light Is provided with a calculation means for dividing the photocurrent flowing through the semiconductor layer when the light is incident as light and the current extracted from one of the pair of electrodes, and is directly proportional to the distance from the division result to the DUT. Therefore, in the distance detection device that can directly detect the distance from the division result to the DUT, the semiconductor position detector has a fixed or semi-fixed resistance connected to one of the pair of electrodes. The split ratio of the photocurrent flowing through the pair of currents can be set by a fixed or semi-fixed resistor.
本発明の構成によれば、被測定物からの反射光が光点と
して入射されると半導体位置検出器には光電流が現れ、
この電流は一対の電極と光点入射位置との距離に応じて
分割され、それぞれ一対の電極より取り出される。そこ
で、演算手段は全体の光電流と一対の電極の一方から取
り出される電流との割り算を行い、この結果から被測定
物までの距離を高速に導くように作用する。なお、一対
の電極の一方に固定ないし半固定抵抗を接続すれば、検
出可能な距離の範囲(測距範囲)を任意に設定すること
ができる。According to the configuration of the present invention, when the reflected light from the DUT is incident as a light spot, a photocurrent appears in the semiconductor position detector,
This current is divided according to the distance between the pair of electrodes and the light spot incident position, and is extracted from the pair of electrodes. Therefore, the calculation means divides the total photocurrent and the current taken out from one of the pair of electrodes, and operates from this result to quickly derive the distance to the object to be measured. If a fixed or semi-fixed resistor is connected to one of the pair of electrodes, the detectable distance range (distance measuring range) can be set arbitrarily.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施例にもとづき
詳細に説明する。なお、図面の説明において同一要素に
は同一符号を付し、重複する説明を省略する。Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
第1図は本発明の一実施例に係る距離検出装置の基本構
成図である。図示の通り、距離検出装置は光源一と、こ
の発光光束を集光する投光レンズ2と、この投光レンズ
2に対して基線長Bだけ隔てて配置された受光レンズ3
と、受光レンズ3からの光を受ける半導体位置検出器4
と、この半導体位置検出器4からの光電流を受けて後述
の演算を行なう演算回路20により構成される。そして、
演算回路20は分割された電流IA,IBを電圧信号VB,VBに変
換するI/V変換器21A,21Bと、電圧信号VA,VBを加算する
加算器22と、電圧信号VAと電圧信号の和VA+VBの割り算
を行なうアナログ割算器23を有している。FIG. 1 is a basic configuration diagram of a distance detecting device according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the distance detecting device includes a light source 1, a light projecting lens 2 that collects the emitted light flux, and a light receiving lens 3 that is arranged at a distance of a baseline length B from the light projecting lens 2.
And a semiconductor position detector 4 that receives light from the light receiving lens 3.
And a calculation circuit 20 which receives a photocurrent from the semiconductor position detector 4 and performs a calculation described later. And
The arithmetic circuit 20 includes I / V converters 21A and 21B that convert the divided currents I A and I B into voltage signals V B and V B , an adder 22 that adds the voltage signals V A and V B , and a voltage It has an analog divider 23 that divides the sum V A + V B of the signal V A and the voltage signal.
上記の構成によれば、演算回路20の出力(VA+VB)/VA
は(IA+IB/IAに比例し、かつ(IA+IB)/IAは後述の
如く第1図中のc,f,b,LFにより定まる数値を比例定数と
する距離Lに等しくなるので、被測定物5までの距離L
を簡単に求めることが可能である。そこで、距離検出の
原理から、本発明に係る第1図の距離検出装置の構成と
作用を、順次に詳細に説明する。According to the above configuration, the output of the arithmetic circuit 20 (V A + V B ) / V A
Is (I A + proportional to I B / I A, and (I A + I B) / I A is c in FIG. 1 as described later, f, b, a distance to a numerical value proportional constant determined by L F L Is equal to, the distance L to the DUT 5 is
Can be easily obtained. Therefore, from the principle of distance detection, the configuration and operation of the distance detection device of FIG. 1 according to the present invention will be sequentially described in detail.
距離検出装置において、測距範囲を任意に設定可能とす
ることは重要なことである。たとえば、無人搬送車の走
行路、援助装置への応用(特公昭60−81609号公報)の
場合には、測距範囲を遠距離側に設定する必要がある。
これに対して、レーザー加工機等において加工部の位置
検出に応用する場合には、測距範囲は被測定物に対して
近接して設定し、高分解能の距離検出をすることが必要
となる。In the distance detection device, it is important that the distance measuring range can be set arbitrarily. For example, in the case of application to a traveling path of an automatic guided vehicle or an assisting device (Japanese Patent Publication No. Sho 60-81609), it is necessary to set the distance measuring range to the far side.
On the other hand, when it is applied to the position detection of the processing part in a laser processing machine or the like, it is necessary to set the distance measuring range close to the object to be measured and to detect the distance with high resolution. .
第2図は測距範囲をLNからLFに設定した時の距離検出用
光学系を示す図である。光源1の発光光束を投光レンズ
2によって集光し、被測定物5を照射する。被測定物5
からの反射光は投光レンズ2に対して基線長Bだけ隔て
て配置された受光レンズ3により集光される。半導体位
置検出機4は受光レンズ3から距離fの集光位置(光点
位置)に配置されている。FIG. 2 is a diagram showing the distance detecting optical system when the distance measuring range is set from L N to L F. The luminous flux emitted from the light source 1 is condensed by the light projecting lens 2 and the object to be measured 5 is irradiated. DUT 5
The reflected light from is collected by the light-receiving lens 3 which is arranged at a distance of the base line length B from the light-projecting lens 2. The semiconductor position detector 4 is arranged at a condensing position (light spot position) at a distance f from the light receiving lens 3.
ここで、測距範囲内の最至近距離および最遠距離をそれ
ぞれLNおよびLFとし、被測定物5までの距離をLとす
る。また、受光レンズ3の光軸から半導体位置検出器4
の受光部の一方の端までの距離をxFとし、被測定物5か
らの反射光が受光レンズ3によって集光される光点SPの
位置から受光レンズ3の光軸までの距離をxとし、光点
SPの位置から半導体位置検出器4の受光部の一方の端ま
での距離をx1とし、半導体位置検出器4の受光部の長さ
(一対の電極の間隔)をcとすると、それぞれ以下の関
係式が成り立つ。Here, the closest distance and the farthest distance within the distance measuring range are L N and L F , respectively, and the distance to the DUT 5 is L. In addition, the semiconductor position detector 4 from the optical axis of the light receiving lens 3
Let x F be the distance to one end of the light receiving part, and let x be the distance from the position of the light spot SP at which the reflected light from the DUT 5 is condensed by the light receiving lens 3 to the optical axis of the light receiving lens 3. , Light spot
Assuming that the distance from the position of SP to one end of the light receiving portion of the semiconductor position detector 4 is x 1 and the length of the light receiving portion of the semiconductor position detector 4 (interval between a pair of electrodes) is c, The relational expression holds.
第3図は半導体位置検出器4の一方の電極に抵抗RxFを
付加させた図である。電極46から光点入射位置SPまでの
距離をx1とし、この部分のP型半導体層の抵抗をRx1と
し、半導体位置検出器4の受光部の長さをcとし、この
抵抗をRcとし、光点入射位置で発生した電流をI0とす
る。また、付加抵抗をRxFを第2図に示すxFに対応させ
ると、この値は下記の(10)式の関係になる。 FIG. 3 is a diagram in which a resistance R xF is added to one electrode of the semiconductor position detector 4. The distance from the electrode 46 to the light spot incident position SP is x 1 , the resistance of the P-type semiconductor layer in this portion is R x1 , the length of the light receiving portion of the semiconductor position detector 4 is c, and this resistance is R c And the current generated at the light spot incident position is I 0 . Further, when R xF of the additional resistance is made to correspond to x F shown in FIG. 2, this value has the relation of the following equation (10).
ここで電極45,46から取出される電流をそれぞれIA,IBと
する時には、その値は下記の(11)式及び(12)式より
求めることができる。 When the currents drawn from the electrodes 45 and 46 are I A and I B , respectively, the values can be obtained from the following equations (11) and (12).
そこで、第1図の演算回路20のアナログ割算部にて(1
3)式の演算を実行させると、下記(13)式のようにな
る。 Therefore, in the analog division section of the arithmetic circuit 20 in FIG.
When the operation of the expression (3) is executed, it becomes the following expression (13).
ここで、(8)式よりx=x1+xFであるから、これを
(13)式に代入すると、次の(14)式を得ることができ
る。 Here, since x = x 1 + x F from the equation (8), by substituting this into the equation (13), the following equation (14) can be obtained.
(14)式の右辺のカッコ内では全て定数となるので、ア
ナログ割算部の出力は被測定物5までの距離Lに比例し
ていることがわかる。 Since all of the parentheses on the right side of the equation (14) are constants, it can be seen that the output of the analog division section is proportional to the distance L to the DUT 5.
以上、詳細に述べたきた様に、任意の測定範囲に対して
(10)式で示す付加抵抗RxFの値を決定すれば、(14)
式で示すアナログ割算部の出力値は被測定物5までの距
離Lに比例していることがわかる。As described above in detail, if the value of the additional resistance R xF shown in the equation (10) is determined for an arbitrary measurement range, (14)
It can be seen that the output value of the analog division unit represented by the equation is proportional to the distance L to the DUT 5.
第4図は前述の(14)式の演算を実行するためのアナロ
グ演算回路の基本構成を示す図である。まず、半導体位
置検出器4に図示しない被測定物からの反射光が入射す
る。要求される測定範囲に対して、第2図に示す基線長
Bおよび受光レンズ3から半導体位置検出器4までの距
離fを設定し、(10)式で示される関係式より付加抵抗
RxFの値を求める。この付加抵抗RxFにより電流IAおよび
IBの分割比率を変えれば、(14)式で示すアナログ割算
部の出力が測定範囲内で距離に比例した出力になる。FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of an analog arithmetic circuit for executing the arithmetic operation of the equation (14). First, reflected light from an object to be measured (not shown) enters the semiconductor position detector 4. For the required measurement range, set the base line length B shown in FIG. 2 and the distance f from the light receiving lens 3 to the semiconductor position detector 4, and add the additional resistance from the relational expression shown by the equation (10).
Calculate the value of R x F. This additional resistance R xF causes the current I A and
If the division ratio of I B is changed, the output of the analog division section shown in equation (14) becomes an output proportional to the distance within the measurement range.
第4図において、半導体位置検出器4から取出された電
流IAおよびIBについては、オペアンプU1およびU2で電流
‐電圧変換と増幅を行ない、電圧値VAおよびVBを得る。
次いで、オペアンプU3により信号電圧値の和(VA+VB)
を演算し、オペアンプU4で信号電圧VAを反転させる。次
に、アナログ割算器23で(VA+VB)/VAを実行すると、
その出力値は(IA+IB)/IAの演算結果と等価になり、
距離Lに比例した値にすることができる。In FIG. 4, the currents I A and I B taken out from the semiconductor position detector 4 are subjected to current-voltage conversion and amplification by the operational amplifiers U 1 and U 2 to obtain voltage values V A and V B.
Then, the sum of the signal voltage values (V A + V B ) is obtained by the operational amplifier U 3.
And the operational amplifier U 4 inverts the signal voltage V A. Next, when (V A + V B ) / V A is executed by the analog divider 23,
The output value is equivalent to the operation result of (I A + I B ) / I A ,
It can be set to a value proportional to the distance L.
第5図は本発明の演算処理に利用した演算回路の具体例
のブロック図である。光源1′は発光ダイオードあるい
は半導体レーザを用いて構成され、パルス信号φ3をト
ランジスタTR2のベースに入力させると光源1′はこれ
に同期してパルス点燈する。そこで、この発光光束を投
光レンズで被測定物上に集光すると、被測定物からの反
射光は受光レンズにより半導体位置検出器4上に集光さ
れる。半導体位置検出器4に設けられた一対の電極のう
ちの一方は、付加抵抗RxFを介してグランドに接続され
る。FIG. 5 is a block diagram of a specific example of the arithmetic circuit used for the arithmetic processing of the present invention. Light source 1 'is constituted by using light emitting diodes or semiconductor lasers, when the input pulse signal phi 3 to the base of the transistor TR 2 light sources 1' pulse point lamp in synchronization therewith. Therefore, when the emitted light flux is condensed on the object to be measured by the light projecting lens, the reflected light from the object to be measured is condensed on the semiconductor position detector 4 by the light receiving lens. One of the pair of electrodes provided in the semiconductor position detector 4 is connected to the ground via the additional resistance R xF .
受光レンズにより集光された光が半導体位置検出器4に
入射すると、光点位置で光電流が発生し、P型半導体層
で分割された電流のうち、IBは付加抵抗RxFを経て流れ
る。他方の電流IAは抵抗R1にて電流‐電圧変換される。
変換後の信号電圧VAはコンデンサC1で容量結合されてお
り、光源1′がパルス点燈した時のAC成分のみが伝達さ
れ、オペアンプU1にて非反転増幅される。半導体位置検
出器4の共通電極44は抵抗R2を介してVcc(プラス電
源)に接続されているので、光電流は抵抗R2で電流‐電
圧変換される。この変換後の信号電圧(−VA−VB)はコ
ンデンサC2を介してオペアンプU2に入力する。オペアン
プU2は反転増幅するようになっており、この出力はVA+
VBになる。When the light condensed by the light-receiving lens is incident on the semiconductor position detector 4, photoelectric current is generated in the light spot position, among the current divided by the P-type semiconductor layer, I B flows through the additional resistor R xF . The other current I A is current-voltage converted by the resistor R 1 .
The converted signal voltage V A is capacitively coupled by the capacitor C 1 , and only the AC component when the light source 1 ′ is pulsed is transmitted and is non-inverted and amplified by the operational amplifier U 1 . Since the common electrode 44 of the semiconductor position detector 4 is connected to V cc (positive power supply) through the resistor R 2, the photocurrent current resistor R 2 - is voltage conversion. The signal voltage (−V A −V B ) after this conversion is input to the operational amplifier U 2 via the capacitor C 2 . The operational amplifier U 2 is designed to perform inverting amplification, and this output is V A +
Become V B.
なお、図中のU3〜U6はサンプルホールド回路であり、こ
こで信号成分のみが抜き取られる。これは、一般に半導
体位置検出器4には光源1′からの光の反射光だけでな
く、太陽光や室内照明光などの外乱光も入射してくるこ
とを考慮したものである。すなわち、半導体位置検出器
4ではこの外乱光も光電変換されてしまい、重畳された
電流が取り出されることになる。そこで、この中から信
号成分のみを抜き取るために、一対のサンプルホールド
回路と差動オペアンプを用いている。It should be noted that U 3 to U 6 in the figure are sample hold circuits, in which only signal components are extracted. This is because, in general, not only the reflected light from the light source 1 ', but also ambient light such as sunlight or indoor illumination light is incident on the semiconductor position detector 4. That is, in the semiconductor position detector 4, this ambient light is also photoelectrically converted, and the superimposed current is taken out. Therefore, in order to extract only the signal component from this, a pair of sample hold circuits and a differential operational amplifier are used.
第6図は演算回路の信号波形を示す図である。第5図の
サンプルホールド回路U3およびU5は、第6図に示すパル
ス信号φ1でサンプリングを実行する。すなわち、この
信号φ1のタイミングにより、第5図に示す光源1′が
パルス点燈する直前の電圧値が、サンプルホールド回路
U3およびU4に記憶されることになる。これに対して、サ
ンプルホールド回路U5およびU6はパルス信号φ2でサン
プリングを実行する。第6図から明らかな如く、この信
号φ2のタイミングでは光源1′がパルス点燈してお
り、従ってVAあるいはVA+VBか立ち上がったときの電圧
レベルがホールドされることになる。そこで、差動オペ
アンプU7およびU8により、サンプルホールド回路U3とU4
あるいはU5とU6の出力の差分をとる。このようにすれ
ば、信号電圧VAあるいはVA+VBを抜き取ることができ
る。アナログ割算器23により(VA+VB)/VAの演算を実
行すると、この出力値は(IA+IB)/IAの演算値と等価
になり、距離Lに比例したアナログ出力を得ることがで
きる。FIG. 6 is a diagram showing signal waveforms of the arithmetic circuit. The sample hold circuits U 3 and U 5 in FIG. 5 perform sampling with the pulse signal φ 1 shown in FIG. That is, at the timing of this signal φ 1 , the voltage value immediately before the light source 1 ′ shown in FIG.
It will be stored in U 3 and U 4 . On the other hand, the sample and hold circuits U 5 and U 6 execute sampling with the pulse signal φ 2 . As is clear from FIG. 6, this signal is phi 2 timing and the light source 1 'is pulsed point lights, therefore the voltage level at the time of standing up or V A or V A + V B will be held. Therefore, the sample-hold circuits U 3 and U 4 are connected by the differential operational amplifiers U 7 and U 8.
Alternatively, take the difference between the outputs of U 5 and U 6 . In this way, the signal voltage V A or V A + V B can be extracted. When the calculation of (V A + V B ) / V A is executed by the analog divider 23, this output value becomes equivalent to the calculation value of (I A + I B ) / I A , and an analog output proportional to the distance L is obtained. Obtainable.
なお、第5図に示す回路において、オペアンプU9は参照
電圧Vrefと信号電圧VAのレベルを比較し、光源1′の駆
動電流を制御するのに用いている。すなわち、VA<Vref
の時、トランジスタTr1のベース電位を持ち上げ、光源
1′に流れる駆動電流が大きくなり発光出力が大きくな
る。そこで、オペアンプU9及びトランジスタTr1を付加
することにより、アナログ割算器23の分母側の値VAは計
測時に常に一定の電圧レベルを保つことができ、演算精
度を向上させることがでる。In the circuit shown in FIG. 5, the operational amplifier U 9 is used for comparing the levels of the reference voltage V ref and the signal voltage V A and controlling the drive current of the light source 1 ′. That is, V A <V ref
At this time, the base potential of the transistor Tr 1 is raised, the driving current flowing through the light source 1'becomes large, and the light emission output becomes large. Therefore, by adding the operational amplifier U 9 and the transistor Tr 1 , the value V A on the denominator side of the analog divider 23 can always maintain a constant voltage level during measurement, and the calculation accuracy can be improved.
第7図に本発明の演算出力と従来の演算出力とを示す。
最至近距離200mmの付近では、受光レンズによって集光
されたスポット光が半導体位置検出器の受光部から若干
はずれているために、出力が直線上からはずれている
が、他の距離ではほぼ直線上になっている。FIG. 7 shows the arithmetic output of the present invention and the conventional arithmetic output.
In the vicinity of the closest distance of 200 mm, the output deviates from a straight line because the spot light condensed by the light receiving lens is slightly deviated from the light receiving part of the semiconductor position detector, but at other distances it is almost linear. It has become.
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々
の変形が可能である。The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications can be made.
例えば、演算回路の具体的構成は種々の回路構成とする
ことができる。また、半導体位置検出器の受光部の大き
さを適切に設定し、同じシリコン基板上に第5図に示す
R1,R2およびRxFを形成すれば、Rc,R1,R2およびRxFの温
度特性を同じにすることができ、温度変化に対する信号
電流IAおよびIBの分割比の安定化が可能になる。For example, the specific configuration of the arithmetic circuit can be various circuit configurations. Moreover, the size of the light receiving part of the semiconductor position detector is appropriately set and shown in FIG. 5 on the same silicon substrate.
By forming the R 1, R 2 and R xF, R c, R 1 , can be the temperature characteristics of R 2 and R xF same, stable splitting ratio of the signal current I A and I B to a temperature change Becomes possible.
以上、詳細に説明したように本発明によれば、半導体位
置検出器に流れた光電流と、半導体位置検出器の一対の
電極のうちの一方に流れた電流との割り算を行なうよう
にしているので、この割算結果から被測定物の距離を直
接に得ることができ、被測定物までの距離を高速に検出
することができる効果がある。また、一対の電極のうち
の一方に固定抵抗あるいは半固定抵抗を付加すれば、任
意に設定された測距範囲に対して距離を直接に求めるこ
とが可能になる。As described above in detail, according to the present invention, the photocurrent flowing through the semiconductor position detector and the current flowing through one of the pair of electrodes of the semiconductor position detector are divided. Therefore, the distance to the object to be measured can be directly obtained from the division result, and the distance to the object to be measured can be detected at high speed. Further, if a fixed resistance or a semi-fixed resistance is added to one of the pair of electrodes, it becomes possible to directly obtain the distance with respect to an arbitrarily set distance measuring range.
第1図は本発明の一実施例に係る距離検出装置の構成
図、第2図は測距範囲をLNからLFに設定した時の半導体
位置検出器上での光点位置を説明するための図、第3図
は本発明の演算処理を説明するための付加抵抗RxFとxF
を説明するための図、第4図は本発明の演算を実行する
ための回路の基本構成図、第5図は本発明の実施例に使
用した演算回路の具体例のブロック図、第6図は演算回
路の信号波形図、第7図は測距特性を比較するための
図、第8図は従来の半導体位置検出器の構成図、第9図
は従来の距離検出装置の一例の構成図である。 1,1′…光源、2…投光レンズ、3…受光レンズ、4…
半導体位置検出器、5…被測定物、20…演算回路、23…
アナログ割算器、41…N+型半導体層、42…N型半導体
層、43…P型半導体層、44…共通電極、45,46…一対の
電極。FIG. 1 is a block diagram of a distance detecting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates a light spot position on a semiconductor position detector when a distance measuring range is set from L N to L F. 3 and FIG. 3 are additional resistances R xF and x F for explaining the arithmetic processing of the present invention.
FIG. 4 is a basic configuration diagram of a circuit for executing the operation of the present invention, FIG. 5 is a block diagram of a specific example of the arithmetic circuit used in the embodiment of the present invention, and FIG. Is a signal waveform diagram of an arithmetic circuit, FIG. 7 is a diagram for comparing distance measurement characteristics, FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional semiconductor position detector, and FIG. 9 is a configuration diagram of an example of a conventional distance detection device. Is. 1, 1 '... light source, 2 ... light projecting lens, 3 ... light receiving lens, 4 ...
Semiconductor position detector, 5 ... DUT, 20 ... Arithmetic circuit, 23 ...
Analog divider, 41 ... N + type semiconductor layer, 42 ... N type semiconductor layer, 43 ... P type semiconductor layer, 44 ... Common electrode, 45, 46 ... Pair of electrodes.
Claims (3)
測定物からの反射光が光点として入射される半導体層の
両端に一対の電極を設けて構成される半導体位置検出器
と、前記反射光が光点として入射されたときに前記半導
体層に流れる光電流と前記一対の電極の一方から取り出
される電流との割り算を行なう演算手段とを備え、前記
割り算結果が前記被測定物までの距離に正比例したもの
となっていることにより、前記割り算結果から被測定物
までの距離を直接検出可能となっている距離検出装置に
おいて、 前記半導体位置検出器は、前記一対の電極の一方に接続
された固定もしくは半固定抵抗を有し、前記一対の電極
に流れる光電流の分割比は、前記固定のもしくは半固定
抵抗により設定可能であることを特徴とする距離検出装
置。1. A light source for making light incident on an object to be measured, and a semiconductor position detector comprising a pair of electrodes at both ends of a semiconductor layer on which reflected light from the object to be incident is incident as a light spot. A calculation means for dividing a photocurrent flowing through the semiconductor layer and a current extracted from one of the pair of electrodes when the reflected light is incident as a light spot, and the division result is the measured object. In the distance detection device that is directly proportional to the distance to the object to be measured from the division result, the semiconductor position detector is one of the pair of electrodes. A distance detection device, comprising a fixed or semi-fixed resistor connected to, and a division ratio of a photocurrent flowing through the pair of electrodes can be set by the fixed or semi-fixed resistor.
取り出される電流の和を前記光電流として割り算を行な
うことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の距離検
出装置2. The distance detecting device according to claim 1, wherein the arithmetic means divides the sum of currents extracted from both of the pair of electrodes as the photocurrent.
対極となる共通電極を有し、前記演算手段は前記共通電
極から取り出される電流を前記光電流として割り算を行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の距離
検出装置。3. The semiconductor position detector has a common electrode serving as a counter electrode of the pair of electrodes, and the arithmetic means divides a current extracted from the common electrode as the photocurrent. The distance detection device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62152881A JPH0695020B2 (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Distance detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62152881A JPH0695020B2 (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Distance detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63315907A JPS63315907A (en) | 1988-12-23 |
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Family
ID=15550159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62152881A Expired - Fee Related JPH0695020B2 (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Distance detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0695020B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60244802A (en) * | 1984-05-21 | 1985-12-04 | Mitsubishi Electric Corp | Distance measuring instrument |
-
1987
- 1987-06-19 JP JP62152881A patent/JPH0695020B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63315907A (en) | 1988-12-23 |
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