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HOME > 技術情報 > 距離センサまるわかりガイド-距離センサの基礎知識

距離センサとは?

センサ内部の光源(LEDやレーザダイオード)から照射された光が、測定対象物にあたると反射され、センサの受光素子で受光されます。その反射された光を評価・演算し、距離に換算して出力するセンサが距離センサです。
測定原理としては、受光素子にPSDやC-MOSを用いて距離変化による受光素子の結像位置を距離に換算する"三角測距式"と、光が照射されてから受光されるまでのわずかな時間を測定し、その時間差を距離に換算するタイム・オブ・フライト式があります。
一般的に、ミクロンオーダーで近距離(数十mm〜数百mm)を測定するものを変位センサ、長距離(数百mm〜数m)をミリ単位で測定するものを距離センサと呼びます。

距離測定の技術

三角測距方式

光源からの投光は投光レンズを介し対象物に照射されます。対象物よりの反射光は受光レンズによって、一次元状で受光位置が特定できるPSDやCMOSといった受光素子上に集光されます。対象物の測定器からの距離位置の変化に伴い、一次元受光素子上の結像位置は距離と比例的に変化します。この一次元受光素子上の受光位置を解析し、距離を測定する方式を言います。

CMOS方式
Complementary metal Oxide Semi-conductorの略、一次元的に並列された非常に高分解能な画素により構成される受光素子を用い、各画素ごとに受光量を検出し、距離換算します。
採用製品:CD5シリーズ、CD33シリーズ、OD1000シリーズ等
PSD方式
Position Sensing Deviceの略、受光位置が、アナログ出力値AおよびBの演算により、アナログ的に検出できる受光素子を用いた距離測定方式。
タイム・オブ・フライト

光源からの投光が、対象物によって反射し受光されるまでの時間を計測し、演算処理により距離に換算する測定方式です。時間の計測方法により、以下の各種方式があります。

位相差測距方式

投光光源のレーザ・ダイオードは連続的にAM変調を受けたレーザ光を投光します。投光された測定レーザはレンズより測定器外部に照射され、測定対象物によって反射され、レンズにより集光され受光部に受光されます。この間に、距離に応じたある一定時間が経過しますが、このことによって元の波と受光する波の間に位相差が発生します。物体が異なる距離で測定された場合、それに応じた異なる位相差が生じます。この位相差を演算することにより、距離を測定します。

パルス伝播

搬送波は単純にON/OFFのスイッチングを行います。電子回路により定義されたパルス幅のレーザ光が投光され、対象物によって反射され、センサ内の受光器で受光されます。投光と受光の間には、距離に比例した時間差が生じます。この時間差を、投受光のそれぞれをスタート/ストップのトリガとして単純にタイマで計測し、その値により距離を算出します。搬送波はレーザ・ダイオードによって生成されます。また超音波によっても、光速を音速に置き換えることによって、同様の距離測定が可能です。
採用製品:TOF-DL、DT50、DT35シリーズ等