パルス幅出力距離センサ【POLOLU-4071】

LiDARベースの小型距離センサです。サーボ制御で用いられるパルス信号を使って、最大130 cmの範囲内にある物体を検知します。デジタルマイクロコントローラーのピンを使用して、各ハイパルスの長さを計り、測定された距離をエンコードすることができます。動作電圧は3.0 Vから5.5 Vです。2.54 mmピン間隔なので、標準的なブレッドボードや2.54 mmユニバーサル基板で簡単に使用できます。

最大測距距離130 cmは、検知に適した環境で反射率の高い物体に対して測距する場合の可能値です。反射率の低い物体や、検知の難しい環境では測距距離が短くなります。

本製品は短距離LiDARモジュールを使用し、目に安全な赤外線レーザー光パルスが直近の物体に到達し、反射して戻ってくるのに、どれだけかかるかを計測します(分解能1 mm)。センサが有効な状態なら、距離を連続測定し、ハイパルスの幅に変換して出力します。結果は単一のデジタル入力を使用して、マイコンによって計測できます。

測定距離 d(単位 mm)とパルス幅 t(単位 s)の関係
T = 9～10 ms

d = ( 2 mm / 1 us) * (t - 1000 us)
= 2(t-1000)
t = 1000 us + d ( 1 us / 2 mm )
= 1000 us + d/2

タイミング不確かさ(uncertainty)は約±5%です。物体がセンサに接近すると出力パルス幅は1.0 msに近づき、130 cm離れた検出物体はパルス幅が1.65 msになります。無検出ではパルス幅は2.0 msになります。検知する物体との距離により、パルス周期Tは約 9 msから10 msになります。

最大検出距離は物体の反射率と周辺の照明条件に依存します。Pololu社によるテストでは、センサは130 cm離れた白色用紙や、80 cm離れた印刷物を確実に検出できました。センサ表面から1 mmの距離にある物体の検知が可能ですが、有効最短距離は約4 cmです。4 cmよりも近い距離では正確な値が得られません。

【センサの使用方法】

本モジュールの使用には、接続が三つ(VIN、GND、OUT)必要です。ピンは 2.54 mmピッチのスルーホールから取り出せ、2.54 mmピンソケット(別売)が使えます。VINピンは3 V ～ 5.5 V電源に、GNDは0 Vに接続します。OUTピンはデジタルパルスを出力します。パルスのロー/ハイレベルは0 V/VINです。

ボード裏面の赤色LEDは、物体検出時にも点灯します(物体が接近すると、LEDは明るくなります)。

オプションのENABLEピンをローにすると消費電流が約0.4 mAの低電力状態になります。このピンは、シルクスクリーンに「EN」と印刷された裏面の表面実装パッドから取り出せます。ENABLEピンはVINにプルアップされているため、デフォルトでセンサを有効にします。

#2またはM2ネジ取り付け用ホール1個があります。

●仕様

・動作電圧:3.0 V ～ 5.5 V
・消費電流:30 mA(有効時、標準値)、約 0.4 mA(無効時)
・最大距離:約 130 cm(良好な照明条件下で反射率が高い物体の場合)
物体の反射率が低い、または周辺の照明環境が悪い場合、最大距離は減少します。
・最小距離:4 cm(正確な値)、1 mm(検知のみ)
・リフレッシュレート:100 Hz ～110 Hz (10 ms ～ 9 ms周期)
・視野角(FOV):15° (標準値)
物体の反射率と周辺条件により変化
・出力タイプ:デジタルパルス幅
・サイズ:21.6 × 8.9 × 3.5 mm
・重量:0.4 g