JPH1194542A5 - - Google Patents

Description

【０００２】
【従来の技術】半導体位置検出器（Position Sensitive Detector；ＰＳＤ）は、ホトダイオードを応用した入射スポット光の受光位置を検出するセンサである。

図１は、実施の形態に係る測距モジュールを示す。本モジュールは、ハウジングＨｓ内に配置された半導体位置検出器（ＰＳＤ）１を備える。ＰＳＤ１は、ｎ型Ｓｉからなる半導体基板１ｃと、半導体基板１ｃの長手方向に沿って半導体基板１ｃの表面に形成されたｐ型Ｓｉからなる高抵抗基幹導電層１ｆと、基幹導電層１ｆから半導体基板１ｃの幅方向に沿い基幹導電層１ｆを横切って延びたｐ型Ｓｉからなる複数の低抵抗分枝導電層１ｅと、半導体基板１ｃの表面の基幹導電層１ｆを覆うとともに分枝導電層１ｅを含む受光領域に光が入射可能なように半導体基板１ｃの長手方向に沿って延びた２つの開口を有する遮光膜１ｄと、半導体基板１ｃの裏面に高濃度ｎ型Ｓｉからなるコンタクト層１ｂを介して形成された裏面電極１ａと、基幹導電層１ｆの両端部に形成された一対の位置信号電極１Ｂ，１Ｃとを備える。

本モジュールは、ＰＳＤ１の長手方向に直交する線分に平行に隣接し、ハウジングＨｓ内に配置された遠距離測定用発光ダイオード（第１発光素子）２Ａ，２Ｃと、その近傍に配置された第１発光素子２Ａ，２Ｃの出力モニター用のホトダイオード（受光素子）２Ｂと、第１発光素子２Ａ，２Ｃから出力された光の通過経路上に配置されて通過光を平行光束とするようにハウジングＨｓに固定された投光レンズ５と、ＰＳＤ１の受光面に対向する位置に設けられハウジングＨｓに固定された受光レンズ４及び外乱光をカットする光学フィルタ６とを備える。また、受光レンズ４と投光レンズ５の光軸は平行であり、ＰＳＤ１と第１発光素子２Ａ，２Ｃの表面がこれらの光軸と垂直である。

タイミング発生回路２１は、外部から供給されるパルスクロック信号ＣＬＫを分周することにより、３つの発光素子２Ａ、２Ｃ、３Ａのそれぞれの発光を制御するドライブパルス信号ＬＥＤ１〜３を生成する。本実施の形態では、図４に示されるように、ＣＬＫ信号パルス１６個ごとに発光素子２Ａ，２Ｃ、３Ａのそれぞれのパルス信号を切り換えて出力している。また、タイミング発生回路２１は、各発光素子信号のパルスの立ち上がり前にサンプルホールド制御用のＳ／Ｈ＿Ａ信号（図中ではＡ）をパルス出力し、各発光素子信号のパルス信号の終了前に同じくサンプルホールド制御用のＳ／Ｈ＿Ｂ信号（図中ではＢ）をパルス出力し、各発光素子信号終了後の所定時間後にサンプルホールド終了を示すＶＡＬＩＤ信号をサンプルホールド回路３０〜３３に出力している。また、信号ＬＥＤ１に対応したパルス信号をＳＹＮＣ信号として外部に出力している。

コンピュータ４２は、デジタル出力（ｇａｉｎ Ｘ，Ｙ）をデコーダ４１に出力する。デコーダ４１から出力されたアナログ制御信号は、ＰＳＤ１の出力の増幅率を制御する増幅器２６，２７，３６，３７及び発光素子に供給される駆動電流の供給電流を制御する切換器２３に入力され、それぞれの出力飽和が生じないようにされる。

すなわち、反射率の異なる被測定物に対して、ダイナミックレンジが飽和してしまうのを防ぐために、コンピュータ４２は、それぞれの発光素子２Ａ，２Ｃ，３Ａの発光時の制御回路１１の出力を１回測定して記憶し、出力飽和が起こらないように共通のダイナミックレンジを決定し、デコーダ４１の指定するゲイン切換の増幅率を固定する（例えば５Ｖ定電源を用いる場合、０．１Ｖ〜４Ｖにコントロールする）。ゲイン切換の増幅率が決まり、ダイナミックレンジが決まったら、ｎ回の測距を行い、第１発光素子２Ａ又は２Ｃ点灯時のＰＳＤ１の差信号（ＰＳＤΔ＝Ｉ_B−Ｉ_A）、第１発光素子２Ａ又は２Ｃ点灯時のＰＳＤ１の和信号（ＰＳＤΣ＝Ｉ_A＋Ｉ_B）、第２発光素子３Ａ点灯時のＰＳＤ１の和信号（近接Σ）から発光素子非点灯時の基準信号分のリファレンス電圧１Ｖを引いた信号出力をコンピュータ４２に記憶し、ｎ回の平均値を求めｎ回平均値を元に測距演算を行う。なお、この得られたｎ回の平均値の出力結果をそれぞれＰＳＤΔ⁺、ＰＳＤΣ⁺、近接Σ⁺とし、これらの距離依存性を図５に示す。

以上のように、本測距モジュールは、ハウジングＨｓ内に配置され受光面上の入射光位置に応じて２つの電流を出力するＰＳＤ１と、ハウジングＨｓに設けられ被測定物１５に光を照射する第１発光素子２Ａと、ハウジングＨｓに設けられ第１発光素子２Ａから被測定物１５に照射される光よりも低い指向性の光を被測定物１５に照射する第２発光素子３Ａと、ＰＳＤ１の受光面１Ａに対向するとともに第１及び第２発光素子２Ａ，３Ａから出射され被測定物１５で反射された光を受光面１Ａに導く位置に設けられたレンズ４と、第１及び第２発光素子２Ａ，３Ａを異なる時刻に発光させるとともに、第１発光素子発光時にＰＳＤから出力される電流の和及び差に基づいて所定距離以上にある被測定物までの距離が求められ、和、差及び第２発光素子発光時にＰＳＤから出力される電流の和に基づいて所定距離よりも近い被測定物までの距離が求められる信号を出力する制御回路１１とを備える。