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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