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KR20120017889A - Optical sensor for distance measurement and its module - Google Patents

Optical sensor for distance measurement and its module Download PDF

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KR20120017889A
KR20120017889A KR1020100080821A KR20100080821A KR20120017889A KR 20120017889 A KR20120017889 A KR 20120017889A KR 1020100080821 A KR1020100080821 A KR 1020100080821A KR 20100080821 A KR20100080821 A KR 20100080821A KR 20120017889 A KR20120017889 A KR 20120017889A
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light
distance
light emitting
light receiving
distance measuring
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KR1020100080821A
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Korean (ko)
Inventor
최용선
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광전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 거리 측정 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 발광 및 수광소자를 이용한 거리 측정 센서 및 그 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 거리측정 센서는 거리 측정을 위하여 대상물체로 광을 방출하는 발광소자와; 상기 발광소자와 대상물체의 광로 사이에 형성되는 렌즈부와; 상기 대상물체로부터 광을 수광하는 복수의 광-전압 변환소자가 배열된 수광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 거리측정센서는 포토다이오드를 이용하는 새로운 형태의 거리센서가 제공하며, 검지체의 반사율에 따라 차이를 없앨 수 있으며 광-전압 변환 소자의 사용으로 추가적인 외부 회로 없이 작은 크기의 거리측정 센서가 가능하여 다양한 분야에 적용이 가능하다.
The present invention relates to a distance measuring sensor, and more particularly, to a distance measuring sensor and a module using light emitting and light receiving elements.
Distance measuring sensor of the present invention and the light emitting device for emitting light to the object for distance measurement; A lens unit formed between the light emitting element and the optical path of the object; And a light receiving unit in which a plurality of photo-voltage conversion elements for receiving light from the object are arranged.
The distance sensor of the present invention is provided by a new type of distance sensor using a photodiode, and can eliminate the difference according to the reflectance of the detector. It is possible to apply to various fields.

Description

거리 측정용 광센서 및 그 모듈{PHOTO SENSOR FOR DISTANCE AND MODULE THEREOF} Optical sensor for distance measurement and its module {PHOTO SENSOR FOR DISTANCE AND MODULE THEREOF}

본 발명은 거리 측정 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 발광 및 수광소자를 이용한 거리 측정 센서 및 그 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a distance measuring sensor, and more particularly, to a distance measuring sensor and a module using light emitting and light receiving elements.

청소용 로봇과 같은 분야에서는 거리 측정이 중요한 기술적 요소가 된다. 거리 측정에는 초음파를 이용한 측정 방식이나 광을 이용한 측정 방식이 알려져 있다. In areas such as cleaning robots, distance measurement is an important technical factor. As the distance measurement, a measuring method using ultrasonic waves and a measuring method using light are known.

삼성전자주식회사에서 출원한 공개특허 2009-39208호에서는 적외선 센서를 이용한 거리측정용 모듈을 개시하고 있다. 공개된 거리 측정용 모듈은 도 1에서 도시된 바와 같이, 대상물체(170)로 적외선을 방출하는 적외선 LED(115)와 상기 방출되는 적외선을 평행광으로 형성하는 발광부 렌즈(111)로 구성되는 발광부(110)와, 상기 대상물체로부터 반사된 적외선을 집광시키는 수광부 렌즈(151)와 상기 집광된 적외선을 통해 상기 대상물체까지의 거리를 측정하는 PSD(Position Sensing Device) 센서(155)로 구성되는 수광부(150)를 포함하고, 상기 발광부에서 방출되는 적외선의 광축과 상기 수광부로 집광되는 적외선의 광축이 일정 각도를 유지하도록 상기 발광부와 수광부가 배치된다. Patent Publication No. 2009-39208 filed by Samsung Electronics Co., Ltd. discloses a distance measuring module using an infrared sensor. As shown in FIG. 1, the disclosed module for distance measurement includes an infrared LED 115 emitting infrared light to an object 170 and a light emitting part lens 111 forming the emitted infrared light as parallel light. It consists of a light emitting unit 110, a light receiving unit lens 151 for condensing infrared light reflected from the object and a Position Sensing Device (PSD) sensor 155 for measuring the distance to the object through the focused infrared light And a light receiving unit 150, wherein the light emitting unit and the light receiving unit are disposed to maintain a predetermined angle between the optical axis of the infrared light emitted from the light emitting unit and the optical axis of the infrared light collected by the light receiving unit.

이러한 PSD를 이용한 거리측정방식은 광에 의해 생성되는 장벽에 의해 위치에 따라 채널간 다른 저항값을 나타내는 특성을 이용하는 방법으로서, 광입사 위치 검지가 쉽고 정확하지만 소자를 만들기 어렵고, 강한 빛에서는 여러 개의 장벽이 생성되어 도리어 정확도가 떨어지는 문제가 있고, 저항을 측정하기 위한 별도의 추가적인 회로가 필요하다. 이러한 PSD를 이용한 거리측정 방식은 1차원적인 위치만 측정가능하다는 문제가 있다. The PSD is a method of measuring the resistance value between channels depending on the location of the barrier caused by light. It is easy and accurate to detect the location of light incident, but it is difficult to make a device. Barriers are created, resulting in less accuracy, and additional circuitry is needed to measure resistance. The distance measurement method using the PSD has a problem that only one-dimensional position can be measured.

또한, 종래의 측정 방식들은 반사체의 반사정도에 따라 측정값이 달라지는 문제가 있어 왔다. In addition, conventional measurement methods have a problem in that the measured value varies depending on the degree of reflection of the reflector.

이에 따라, 단순 거리뿐만 아니라 편향정도를 측정할 수 있고, 반사체의 반사정도에 따른 오차를 배제할 수 있으며, 제조하기 편리한 새로운 거리 측정 방법에 장치에 대한 요구가 계속되고 있다. Accordingly, there is a demand for an apparatus for a new distance measuring method which can measure not only a simple distance but also a degree of deflection, an error according to the degree of reflection of a reflector, and which is convenient to manufacture.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 광 소자를 이용한 새로운 거리측정 센서 및 모듈을 제공하는 것이다. The problem to be solved in the present invention is to provide a new distance measuring sensor and module using an optical element.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 거리측정과 편향성을 측정할 수 있는 새로운 거리측정 센서 및 그 모듈을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a new distance measuring sensor and its module capable of measuring distance measurement and deflection.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 추가적인 회로 없이 출력되는 전압을 이용하여 광을 이용하여 거리 측정이 가능한 센서를 개발하여, 제품의 단순화로 인한 생산성 향상 및 제품 소형화를 이루는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to develop a sensor that can measure the distance using light using the output voltage without additional circuitry, to achieve productivity improvement and product miniaturization due to the simplification of the product.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 거리측정센서 및 그 모듈은 거리 측정을 위하여 대상물체로 광을 방출하는 발광소자와; 상기 발광소자와 대상물체의 광로 사이에 형성되는 렌즈부와; 상기 대상물체로부터 광을 수광하는 복수의 광-전압 변환소자가 배열된 수광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the distance sensor and the module according to the present invention includes a light emitting device for emitting light to the object for distance measurement; A lens unit formed between the light emitting element and the optical path of the object; And a light receiving unit in which a plurality of photo-voltage conversion elements for receiving light from the object are arranged.

이론적으로 한정된 것은 아니지만, 대상물체와의 거리가 변함에 따라 수광부에서 대상물체의 반사광이 비취는 위치가 달라지게 되고, 이로 인해, 수광부에 배열된 각각의 광-전압 변환소자의 출력이 변화를 측정하여 대상물체의 위치를 측정할 수 있게 되는 것이다. Although not limited in theory, as the distance to the object changes, the position at which the reflected light of the object is reflected in the light receiving unit is changed, and thus, the output of each photo-voltage conversion element arranged in the light receiving unit measures the change. It will be possible to measure the position of the object.

본 발명에 있어서, 상기 복수의 광-전압 변환소자는 대상 물체로부터 반사되는 반사광에 의해서 전압 신호가 출력되는 소자를 사용할 수 있다. 발명의 실시에 있어서, 상기 광-전압 변환소자는 광량에 의해서 출력되는 전류량이 변화하는 포토 다이오드와 전류량을 전압으로 변환소자로 이루어질 수 있다. In the present invention, the plurality of light-to-voltage conversion elements may use a device that outputs a voltage signal by the reflected light reflected from the target object. In the practice of the invention, the photo-voltage converter may be composed of a photodiode in which the amount of current outputted by the amount of light changes and the amount of current converted into a voltage.

본 발명에 있어서, 상기 광-전압 변환소자는 2 이상의 광-전압 변환소자가 발광소자와 인접한 위치에서부터 멀어지는 방향으로 연접하여 배열될 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 광-전압 변환소자는 직사각형 형태의 소자들이 연접하여 인접위치에서 멀어지는 방향으로 직선으로 배열될 수 있다. 상기 직사각형 형태의 소자들은 1열 이상, 바람직하게는 1열, 2열, 또는 3열로 배열됨으로서 대상물체와의 거리와 좌우 편향, 즉 좌표를 측정할 수 있게 된다. In the present invention, the photo-voltage converter may be arranged in contact with two or more photo-voltage converters in a direction away from the position adjacent to the light emitting device. In the embodiment of the present invention, the photo-voltage conversion element may be arranged in a straight line in a direction away from the adjacent position by connecting the elements of the rectangular shape. The rectangular elements may be arranged in one or more columns, preferably in one, two, or three columns, thereby measuring distance and left and right deflection, that is, coordinates, with the object.

본 발명에 있어서, 상기 대상물체와 광-전압 변환소자 사이의 광로에는 대상물체로부터 반사되는 반사광을 광-전압 변환소자의 표면에 집광시킬 수 있는 렌즈가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 반사광은 렌즈를 통과하여 광-전압 변환소자의 표면에 스팟 형태로 집광되는 것이 좋다. 상기 스팟의 크기는 각각의 광-전압 변환소자의 넓이를 고려하여 조절될 수 있다. In the present invention, it is preferable that a lens for condensing the reflected light reflected from the object on the surface of the light-voltage conversion element is formed in the optical path between the object and the light-voltage conversion element. The reflected light may pass through the lens and be focused on the surface of the light-to-voltage conversion element in the form of a spot. The spot size may be adjusted in consideration of the width of each photo-voltage conversion element.

본 발명에 있어서, 상기 거리측정센서 및 모듈은 대상물체와의 거리가 가까울 경우에는 반사각이 넓어 발광소자로부터 원격지에 위치한 변환소자에 집광되고, 대상물체와의 거리가 멀어질 경우 반사각이 좁아 발광소자로부터 인접지에 위치한 변환소자에 집광이 이루어지게 된다.In the present invention, the distance measuring sensor and the module when the distance to the object is close, the reflection angle is wide and is focused on the conversion element located at a remote location from the light emitting element, when the distance to the object is far away the reflection angle is narrow light emitting device From the condensation is made to the conversion element located adjacent to.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 거리측정센서 및 모듈은 인쇄회로기판 또는 리드프레임으로 이루어진 기판; 상기 기판의 일측에 실장된 발광다이오드로 이루어진 발광부; 발광된 광을 대상물체로 집광시키는 발광측 집광렌즈, 대상물체로부터 반사된 광을 수광부로 집광시키는 수광측 집광렌즈, 상기 수광측 집광렌즈로부터 광을 수광하는 병렬적으로 연결된 복수의 광-전압 변환소자로 이루어진 수광부; 및 상기 발광부와 수광부를 광학적으로 격리시키는 이격부를 포함하여 이루어진다. In the practice of the present invention, the distance measuring sensor and the module comprises a printed circuit board or a lead frame; A light emitting unit including a light emitting diode mounted on one side of the substrate; A light emitting side condensing lens for condensing the emitted light to an object, a light receiving side condensing lens for condensing light reflected from the object to a light receiving unit, and a plurality of parallel-connected light-to-voltage conversions for receiving light from the light receiving side condensing lens A light receiving unit comprising an element; And a spacer that optically isolates the light emitting portion and the light receiving portion.

발광 다이오드는 적외선 다이오드를 사용할 수 있으며, 평행광을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 이격부는 상부에 렌즈가 설치될 수 있는 슬릿이 형성된 검은색 사출물을 이용하여 구현할 수 있으며, 몰드 형태로 구현하는 것도 가능하다. The light emitting diode may use an infrared diode, and it is preferable to use parallel light. The separation unit may be implemented by using a black injection molding formed with a slit in which a lens may be installed on the upper portion, or may be implemented in a mold form.

본 발명은 일 측면에 있어서, 거리측정센서 및 그 모듈이 거리 측정을 위하여 대상물체로 광을 방출하는 발광소자와; 상기 대상물체로부터 광을 수광하는 복수의 수광소자가 연접하여 설치되고, 상기 수광소자들은 상기 대상물체와의 거리에 따라 수광소자의 출력이 변화하는 것을 특징으로 한다. In accordance with an aspect of the present invention, a distance measuring sensor and a module thereof include: a light emitting device emitting light to an object for distance measurement; A plurality of light receiving elements that receive light from the object are connected to each other, and the light receiving elements are characterized in that the output of the light receiving element changes in accordance with the distance to the object.

본 발명에 있어서, 상기 거리측정센서 및 그 모듈은 반사광의 입사되는 영역이 대상물체와의 거리가 멀어짐에 따라 발광소자에서 먼곳에 위치한 수광소자로부터 인접한 곳에 위치한 수광소자로 이동하게 된다. 이에 따라, 발광소자에서 멀리 위치한 수광소자들의 출력은 줄어들고 발광소자에 인접한 수광소자들의 출력은 증가하게 된다. In the present invention, the distance measuring sensor and the module is moved from the light receiving element located far from the light emitting element to the light receiving element located far from the light emitting element as the incident region of the reflected light is far from the target object. Accordingly, the output of the light receiving elements located far from the light emitting device is reduced and the output of the light receiving elements adjacent to the light emitting device is increased.

본 발명에 의해서 포토다이오드를 이용하는 새로운 형태의 거리센서가 제공되었다. 본 발명에 따른 거리센서는 검지체의 반사율에 따라 차이를 없앨 수 있으며 광-전압 변환 소자의 사용으로 추가적인 외부 회로 없이 작은 크기의 거리측정 센서가 가능하여 다양한 분야에 적용이 가능하다.The present invention provides a new type of distance sensor using a photodiode. The distance sensor according to the present invention can eliminate the difference according to the reflectance of the detector and can be applied to various fields by using the photo-voltage conversion element, which enables a small sized distance measuring sensor without additional external circuit.

도 1은 종래 기술에 따른 거리센서를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 거리 센서의 단면을 이용한 개념도이다.
도 3은 인쇄회로기판에 2개의 수광센서를 배열된 상태의 평면도이다.
도 4는 도 3의 수광부의 회로도이다.
도 5는 도 3의 수광부에서 거리에 따라 광이 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 인쇄회로기판에 2개의 수광센서를 2열로 배열한 상태의 평면도이다.
도 7은 도 6의 수광부의 회로도이다.
도 8은 도 6의 수광부에서 거리와 좌표에 따라 광이 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 인쇄회로기판에 3개의 수광센서를 배열한 상태의 평면도이다.
도 10은 도 9의 수광부의 회로도이다.
도 11은 검지체 거리와 전압 출력값 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 검지체 거리에 따른 광소자간의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 4개의 수광센서가 2열로 배열된 거리 센서의 평면 및 회로도이다.
도 5는 수광센서의 광이동을 설명하는 설명도이다.
도 6은 수광센서의 광출력을 나타내는
1 is an explanatory diagram showing a distance sensor according to the prior art.
2 is a conceptual diagram using a cross section of a distance sensor according to the present invention.
3 is a plan view of two light receiving sensors arranged on a printed circuit board.
4 is a circuit diagram of the light receiver of FIG. 3.
FIG. 5 is a diagram illustrating that light moves in accordance with a distance in the light receiving unit of FIG. 3.
6 is a plan view of a state in which two light receiving sensors are arranged in two rows on a printed circuit board.
FIG. 7 is a circuit diagram of the light receiver of FIG. 6.
FIG. 8 is a view illustrating that light moves in accordance with a distance and coordinates in the light receiving unit of FIG. 6.
9 is a plan view of three light receiving sensors arranged on a printed circuit board.
FIG. 10 is a circuit diagram of the light receiver of FIG. 9.
11 is a graph showing the relationship between the detector distance and the voltage output value.
12 is a graph showing the difference between optical elements according to the detector distance.
4 is a plan view and a circuit diagram of a distance sensor in which four light receiving sensors are arranged in two rows.
5 is an explanatory diagram illustrating the light movement of the light receiving sensor.
Figure 6 shows the light output of the light receiving sensor

이하, 실시예을 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 상세하게 기재되어 있다하더라도 발명을 예시하기 위한 것이며, 발명의 내용을 한정하기 위한 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. Although the present invention has been described in detail, it is intended to illustrate the invention and is not intended to limit the content of the invention.

도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 거리측정센서(100)는 인쇄회로기판(10)에 발광 소자(11)와 두 개의 광-전압 변환 소자(12,13)이 실장되고, 발광소자(11)과 광-전압 변환소자(12,13)의 둘레에는 상호간의 광전달과 외란광을 방지하기 위해서, 사출물커버(14)가 형성되고, 사출물 커버의 상단에는 광의 통과를 위한 슬릿이 형성되고, 슬릿에 발광부 렌즈(15)와 수광부 렌즈(16)이 각각 형성된다.As shown in FIG. 2, in the distance measuring sensor 100 according to the present invention, a light emitting device 11 and two photo-voltage conversion devices 12 and 13 are mounted on a printed circuit board 10. An injection molding cover 14 is formed around the 11 and the photo-voltage conversion elements 12 and 13 to prevent mutual light transmission and disturbance light, and a slit for passing light is formed at the upper end of the injection molding cover. The light emitting part lens 15 and the light receiving part lens 16 are respectively formed in the slit.

발광소자(11)에서 발광된 광은 발광부 렌즈(15)를 통과하여 반사부재(20)에서 반사되어 수광부 렌즈(16)를 통과하여 광-전압 변환소자(13)로 입사하게 된다. 반사 부재(20)의 거리가 멀어지게 되면, 반사된 광은 수광부 렌즈(16)를 통과하여 광-전압 변환소자(12)로 입사하게 된다. The light emitted from the light emitting element 11 passes through the light emitting unit lens 15, is reflected by the reflecting member 20, passes through the light receiving unit lens 16, and enters the light-voltage conversion element 13. When the distance of the reflective member 20 increases, the reflected light passes through the light receiving part lens 16 and enters the light-voltage conversion element 12.

도 3 내지 도 5에서 도시된 바와 같이, 광-전압 변환 소자는 기준이 되는 구동 전압(303)과 GND(304)를 인가하고 소자의 분리된 수광면(12,13)에 들어온 광의 양에 비례한 전압으로 변환하여 개별의 전압 출력 단자(305,306)를 이용하여 출력한다. 전압으로 변환된 광에 대해 차동증폭기를 통해 2개의 수광면의 출력이 비교된 전압출력단자(307)이 형성된다. 거리 환산은 반사부재(20)의 거리에 따른 수광면에 조사되는 빛의 위치를 파악으로 거리로 환산한다. As shown in FIGS. 3 to 5, the photo-voltage conversion element applies a driving voltage 303 and a GND 304 as a reference and is proportional to the amount of light entering the separated light receiving surfaces 12 and 13 of the element. It converts to one voltage and outputs it using the individual voltage output terminals 305 and 306. The voltage output terminal 307 is formed by comparing the outputs of the two light receiving surfaces through the differential amplifier with respect to the light converted into voltage. The distance conversion is converted into a distance by grasping the position of the light irradiated to the light-receiving surface according to the distance of the reflective member 20.

발광소자(11)에서 발광부 렌즈(15)를 통해 빛이 나아게 되고 반사 부재(20) 표면에 반사된 빛은 수광부 렌즈(16)를 통해 광-전압 변환소자의 수광면(301,302) 위에 초점이 형성되고 반사 부재(20)의 거리가 멀어질 수록 발광소자(11)에 인접한 방향으로 초점이 이동한다. The light from the light emitting element 11 is better through the light emitting lens 15 and the light reflected on the surface of the reflective member 20 is focused on the light receiving surfaces 301 and 302 of the light-voltage conversion element through the light receiving lens 16. Is formed, and as the distance of the reflective member 20 increases, the focus moves in a direction adjacent to the light emitting element 11.

이러한 현상으로 광-전압 소자의 전압 출력단자(305,306)은 도 11에 도시된 바와 같이 반사부재(20) 거리가 멀어지게 되면 발광소자(11)에 인접한 광-전압 소자(12)의 수광면 출력이 상대적으로 증가한다. 수광면(12,13)에 입사된 광의 위치는 아래 수식을 이용하여 예측할 수 있다.As a result, the voltage output terminals 305 and 306 of the photo-voltage device have the light-receiving surface output of the photo-voltage device 12 adjacent to the light emitting device 11 when the distance of the reflecting member 20 increases, as shown in FIG. 11. This increases relatively. The position of the light incident on the light receiving surfaces 12 and 13 may be estimated using the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

광 입사 위치 = [수광면(12)출력 - 수광면(13)출력] / 전체 출력Light incident position = [light receiving surface (12) output-light receiving surface (13) output] / total output

위의 수식을 적용하여 계산하게 되면 도 12와 같이 변환된다. 빛의 입사 위치는 -1에서 1의 범위 내에 존재하게 되며 도 12에 표시된 선형적인 구간의 값을 이용하여 거리를 환산한다. 상기 수식을 이용하면 검지체의 반사율에 관계없이 동일한 값이 나오기 때문에 반사부재(20)의 종류와 관계없이 동일한 거리를 산출할 수 있다.When calculated by applying the above formula is converted as shown in FIG. The position of incidence of light is within the range of -1 to 1 and the distance is converted using the value of the linear section shown in FIG. By using the above equation, since the same value is obtained regardless of the reflectance of the detector, the same distance can be calculated regardless of the type of the reflecting member 20.

본 발명의 다른 실시에서, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 4 개의 광-전압변환 소자의 수광면(308, 309, 310, 311)이 형성된 경우에, 광-전압 소자에 기준이 되는 구동 전압(303)과 GND(304)를 인가하고, 소자의 분리된 수광면(308,309,310,311)에 들어온 광의 양에 비례한 전압으로 변환하여 개별의 전압 출력 단자(312, 313, 314, 315)를 이용한다. 전압으로 변환된 광에 대해 차동증폭기를 통해 전압 출력 단자(316)은 상측 수광면(308, 309)와 하측 수광면(310,311)의 합을 차동 증폭하여 출력하고, 전압 출력 단자(317)은 좌측 수광면(308, 310)와 우측 수광면(309,311)의 합을 차동 증폭하여 출력한다.In another embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6 to 8, when the light receiving surfaces 308, 309, 310, and 311 of the four photo-voltage conversion elements are formed, the reference to the photo-voltage element is used. The driving voltage 303 and the GND 304 are applied and converted to voltages proportional to the amount of light entering the separated light receiving surfaces 308, 309, 310, and 311 of the device to use individual voltage output terminals 312, 313, 314, and 315. . The voltage output terminal 316 differentially amplifies the sum of the upper light receiving surfaces 308 and 309 and the lower light receiving surfaces 310 and 311 through the differential amplifier, and outputs the voltage output terminal 317 to the left through the differential amplifier. The sum of the light receiving surfaces 308 and 310 and the right light receiving surfaces 309 and 311 are differentially amplified and output.

거리의 환산은 발광소자(11)에서 발광부 렌즈(15)를 통해 빛이 나아게 되고 반사 부재(20) 표면에 반사된 빛은 수광부 렌즈(16)를 통해 광-전압 변환소자의 수광면(308, 309, 310, 311) 위에 초점이 형성되고 반사 부재(20)의 거리가 멀어질 수록 발광소자(11)에 인접한 방향, 즉 수광면(308,310)으로 초점이 이동한다. 이러한 현상으로 광-전압 소자의 전압 출력단자(312, 313, 313, 314)는 반사부재(20)의 거리가 멀어지게 되면 발광소자(11)에 인접한 광-전압 소자(308, 310)의 수광면 출력이 증가한다. 수광면(308, 309, 310, 311)에 입사된 광의 위치는 이를 이용하여 예측할 수 있다. 즉, 거리에 관한 빛의 입사 위치는 발광소자측 수광면(308, 310)의 출력합에서 다른 수광면(309, 311)의 출력 합을 전체 출력으로 나누어 계측할 수 있게 된다. 또한, 반사 부재(20)가 동일한 거리에서 이동할 경우, 광의 위치는 상하로 이동할 수 있게 되며, 이 경우에는 빛의 상하 입사 위치는 상부 수광면(308, 309) 출력 합에서 하부 수광면(310,311) 출력합과의 차를 전체출력으로 나누어 계측할 수 있다. 이에 따라, 반사부재(20)의 거리와 좌우 움직임까지 측정할 수 있게 된다. In terms of distance, the light is better through the light emitting unit lens 15 in the light emitting element 11, and the light reflected on the surface of the reflecting member 20 is received through the light receiving unit lens 16. As the focal point is formed on the 308, 309, 310, and 311, and the distance of the reflective member 20 increases, the focal point moves in a direction adjacent to the light emitting element 11, that is, the light receiving surfaces 308 and 310. As a result, the voltage output terminals 312, 313, 313, and 314 of the photo-voltage device receive light from the photo-voltage devices 308 and 310 adjacent to the light emitting device 11 when the distance of the reflective member 20 increases. The output increases. The position of light incident on the light receiving surfaces 308, 309, 310, and 311 may be predicted using this. That is, the incident light on the distance position is able to be measured by dividing the sum output of the other light-receiving surface (309, 311) at the output the sum of the light-emitting element-side light-receiving surface (308, 310) to a full output. In addition, when the reflective member 20 moves at the same distance, the position of the light may move up and down, and in this case, the up and down incident position of the light may be the lower light receiving surface 310, 311 at the sum of the outputs of the upper light receiving surface 308, 309. The difference between the sum of the output and the total output can be measured. Accordingly, the distance and the left and right movement of the reflective member 20 can be measured.

본 발명의 다른 실시예에서, 출력값을 디지털 값으로 출력하여 반사부재와의 거리를 계측할 수 있도록 하기 위해서, 차동증폭기 출력이 빛의 분포가 바뀌는 시점(수식상에 "0")에서 출력이 반전되므로, 상기 출력상의 변화로 일정 거리를 검지할 수 있게 된다. 이에 따라, 도 9에서 도시된 바와 같은 수광면의 배치에 따라 4종류의 구간(비검지, 장거리, 중거리, 단거리)에 대한 출력이 가능하게 된다. 발광소자(11)쪽 기준 수광면(318)보다 검지 수광면(319, 320) 출력이 높으면 상이 반전되는데 빛이 수광면에 없는 경우 차동증폭기를 통한 출력단(321, 322)의 상은 동일하며 검지체가 장거리인 경우 기준 수광면(318)보다 검지 수광면(320)의 빛이 들어오게 되면 출력단(322)의 상이 변하게 되고 검지체가 중거리에 들어오게 되면 기준 수광면(318)보다 검지 수광면(319,320)이 높기 때문에 출력단(321, 322)은 비검지 상태의 상과 반대의 상이 출력되며 검지체가 단거리에 위치하게 되면 빛의 상이 한쪽의 검지 수광면(319)에 형성되어 한쪽 출력단(321)에서만 비검지 상태의 상과 반대의 상이 출력된다.In another embodiment of the present invention, in order to output the output value as a digital value so that the distance to the reflecting member can be measured, the output of the differential amplifier is inverted at the time when the distribution of light changes ("0" in the formula). Thus, a certain distance can be detected by the change in the output. Accordingly, four types of sections (non-detection, long distance, medium distance, and short distance) can be output according to the arrangement of the light receiving surface as shown in FIG. 9. When the output of the detection light receiving surfaces 319 and 320 is higher than the reference light receiving surface 318 on the light emitting element 11 side, the image is reversed. When the light is not on the light receiving surface, the phases of the output terminals 321 and 322 through the differential amplifier are the same, In the case of a long distance, when the light of the detection light receiving surface 320 comes in than the reference light receiving surface 318, the image of the output terminal 322 is changed, and when the detector enters the medium distance, the detection light receiving surfaces 319 and 320 are larger than the reference light receiving surface 318. Because of this high, the output stages 321 and 322 output images opposite to those in the undetected state, and when the detector is located at a short distance, an image of light is formed on one detection light receiving surface 319 so that only one output terminal 321 is undetected. The phase opposite to that of the state is output.

Claims (11)

거리 측정을 위하여 대상물체로 광을 방출하는 발광소자와;
상기 발광소자와 대상물체의 광로 사이에 형성되는 렌즈부와;
상기 대상물체로부터 광을 수광하는 복수의 광-전압 변환소자가 배열된 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.
A light emitting device emitting light to the object for distance measurement;
A lens unit formed between the light emitting element and the optical path of the object;
And a light receiving unit in which a plurality of light-voltage conversion elements for receiving light from the object are arranged.
제1항에 있어서, 상기 광-전압 변환소자는 2 이상의 광-전압 변환소자가 발광소자와 인접한 위치에서부터 멀어지는 방향으로 연접하여 배열된 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.2. The module for distance measurement sensors according to claim 1, wherein the photo-voltage converter is arranged by connecting two or more photo-voltage converters in a direction away from a position adjacent to the light emitting device. 제1항에 있어서, 상기 광-전압 변환소자는 직사각형 형태의 소자들이 연접하여 2 이상의 소자들이 2열 이상 배열되는 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.The distance measuring module of claim 1, wherein the photo-voltage conversion device is a rectangular type of devices connected to each other so that two or more devices are arranged in two or more columns. 제1항에 있어서, 상기 대상물체와 광-전압 변환소자 사이의 광로에 대상물체로부터 반사되는 반사광을 광-전압 변환소자의 표면에 집광시킬 수 있는 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.The distance measuring sensor according to claim 1, wherein a lens for condensing the reflected light reflected from the object on the surface of the light-voltage conversion element is formed in an optical path between the object and the light-voltage conversion element. module. 제1항에 있어서, 상기 거리측정센서용 모듈은 대상물체와의 거리가 멀어질수록 발광소자로부터 인접하게 위치한 변환소자에 집광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.The distance measuring module according to claim 1, wherein the distance measuring module is focused on a conversion element located adjacent to the light emitting device as the distance from the target object increases. 인쇄회로기판 또는 리드프레임으로 이루어진 기판;
상기 기판의 일측에 실장된 발광다이오드로 이루어진 발광부;
발광된 광을 대상물체로 집광시키는 발광측 집광렌즈,
대상물체로부터 반사된 광을 수광부로 집광시키는 수광측 집광렌즈,
상기 수광측 집광렌즈로부터 광을 수광하는 병렬적으로 연결된 복수의 광-전압 변환소자로 이루어진 수광부; 및
상기 발광부와 수광부를 광학적으로 격리시키는 이격부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.
A printed circuit board or a substrate made of a lead frame;
A light emitting unit including a light emitting diode mounted on one side of the substrate;
A light emitting side condenser lens for condensing the emitted light onto an object;
A light-receiving-side condenser lens for condensing the light reflected from the object to the light-receiving unit;
A light receiving unit including a plurality of light-voltage conversion elements connected in parallel to receive light from the light receiving side light collecting lens; And
And a separation part for optically separating the light emitting part and the light receiving part.
제6항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 적외선 다이오드이며, 상기 이격부는 상부에 렌즈가 설치될 수 있는 슬릿이 형성된 검은색 사출물인 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.The module for distance measuring sensors according to claim 6, wherein the light emitting diode is an infrared diode, and the separation part is a black injection molded product having a slit in which a lens can be installed. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 수광부 기판에는 차동 증폭된 전압 출력단이 형성되는 것을 특징으로 하는 거리측정센서용 모듈.8. The module for distance measuring sensors according to claim 6 or 7, wherein the light receiving unit substrate is provided with a differentially amplified voltage output terminal. 인쇄회로기판 또는 리드프레임으로 이루어진 기판;
상기 기판에 실장되어 거리 측정을 위하여 대상물체로 광을 방출하는 발광소자와;
상기 기판에 실장되어 상기 대상물체로부터 반사된 반사광을 수광하는 복수의 수광소자가 설치되고, 여기서 상기 수광소자들은 상기 대상물체와의 거리에 따라 수광소자의 출력이 변화하는 특징으로 하는 거리측정용 모듈.
A printed circuit board or a substrate made of a lead frame;
A light emitting device mounted on the substrate and emitting light to an object for distance measurement;
A plurality of light receiving elements mounted on the substrate to receive the reflected light reflected from the target object is provided, wherein the light receiving element is a distance measuring module, characterized in that the output of the light receiving element is changed in accordance with the distance to the target object .
제9항에 있어서, 상기 대상물체 거리가 멀어짐에 따라 상기 반사광의 비추는 영역이 발광소자에서 먼곳에 위치한 수광소자로부터 인접한 곳에 위치한 수광소자로 이동하는 것을 특징으로 하는 거리측정용 모듈. 10. The distance measuring module of claim 9, wherein, as the object object distance increases, the reflecting area of the reflected light moves from a light receiving element located far from the light emitting element to a light receiving element located adjacent to the light emitting element. 제9항에 있어서, 대상물체의 거리는 발광소자에 인접한 수광면의 출력과 다른 수광면의 출력의 차를 전체 출력으로 나눈 값을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 거리측정용 모듈.
The distance measuring module according to claim 9, wherein the distance of the object is measured by dividing the difference between the output of the light receiving surface adjacent to the light emitting element and the output of the other light receiving surface by the total output.
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WO2019066527A3 (en) * 2017-09-28 2019-05-23 크루셜텍(주) Distance measuring sensor

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