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3duilab 2022年03月30日作成
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スイッチングフォトリフレクタ(非接触空間センサー)

スイッチングフォトリフレクタ(非接触空間センサー)

概要

スイッチングフォトリフレクタは2019年に私が発明した非接触空間センサーのセンシング方式です。その核心はSPIでADコンバータを読む事です。しくみは簡単なのですが、針先のような瞬間に計測する独特のロジックは非常に珍しく、認識しにくいと思います。今回はこのセンサーの制御について詳しく解説します。

動画1(ロジック)

ここに動画が表示されます

動画2(反射光)

ここに動画が表示されます

しくみ

反射光は距離に比例せず、瞬間の測定は不安定ですが、下記の処理で自然な感じに見えます。

1.ADコンバータ※をSPIで読むと同時に赤外線LEDを10uSオーバードライブ
 ※MCP3208 https://www.microchip.com/en-us/product/MCP3208
2. 赤外線LED OFF/ONの2回反射光を読み、その差を距離データとします。
3. 8個のセンサーで順に上記2.を実行します。
4.センサー起動時に自然光の強さを測定し距離データから引いて校正します。

ADコンバータ読み取りフローチャート

キャプションを入力できます
  ※初期値:起動時の自然光の強さ

ロジック(未検出)

未検出

ロジック(検出中)

検出中
ADコンバータ値が未検出より上がり(左に移動)約16倍に

本体基板

キャプションを入力できます

終わりに

他の電子工作に比べ処理が複雑ですが1サイクル(最短約1mS)毎に8個の距離データを取得できます。このデータによる制御で解像度約1センチの非接触スイッチや非接触タッチパネル、魔法の地図など近未来製品を創り出すことができます。

これらの試作品は真似が難しく独自の分野を生み出す力があります。感染症対策や非接触入力装置の他、日本が得意とする電子機器や模型などと相性が良いです。回路図はユーザーマニュアルから、ソフトウェアはwebsiteのUser Guideから公開しています。

日本が外国との開発競争に勝つには斬新な製品を創り出すしかありません。これらの試作品を製品化して世界で使ってもらい、電機産業を復活させたいと思います。このようなストーリーを創りたい、21世紀を生きる子供たちのために。力を貸してもらえませんか。

ここに動画が表示されます

リンク

スポンサー様募集中 https://interactive-hand-sensor.com/root/mail
website https://interactive-hand-sensor.com/root/
発売中 https://www.switch-science.com/catalog/6495/
ユーザーズマニュアル(回路図) https://interactive-hand-sensor.com/root/user-manual
ツイッター https://twitter.com/TakahiroMaeda3
インスタグラム開発履歴 https://www.instagram.com/3duilab/?hl=ja

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赤外線フォトリフレクタを利用した次世代の非接触空間センサー「双方向ハンドセンサー」を開発しています。電子回路と組込みソフトウェアのエンジニアです。事故で指先を失いました(冬山で凍傷になって)😁 動画まとめ https://imgur.com/user/3duilab/posts  website https://interactive-hand-sensor.com/root/
  • 3duilab さんが 2022/03/30 に 編集 をしました。 (メッセージ: 初版)
  • Opening
    Uta-Aoyaのアイコン画像 Uta-Aoya 2022/03/31

    非接触空間センサー、興味深く見させていただきました。
    使い方の動画を見て「Qwiic - VL53L5CX搭載 ToF測距センサ」にも似たものを感じましたが、使用する際においてのお互いの得意/不得意を整理して記載いただけると、より深く理解できると感じました。

    ・Qwiic - VL53L5CX搭載 ToF測距センサ
    https://www.switch-science.com/catalog/7611/
    ・動画:使用例
    https://www.youtube.com/watch?v=sVQ8IyNzz74

    3duilabのアイコン画像 3duilab 2022/04/01

    Uta-Aoya様、コメントありがとうございます。
    Qwiicのセンサーは主にYouTube動画から考察しました。
    (YouTube以外の測定条件もあると思います)

    非接触センサー Qwiic-VL53L5CX搭載LIDAR 非接触空間センサー
    測定方法 光の往復時間 反射光の強さ
    光の性質 赤外線レーザー 普通の赤外線
    測定精度 高い 低い(相対的測定のみ)
    測定距離 4メーター 約20センチ
    速度 遅い 速い(リアルタイムで制御可能)
    配置 1点から放射状に測定 直線(8個)又は平面(8X8個など)状に配置し直線的に上空を測定
    センサー単体価格(円) 3,368 11,000

    まとめると、
    Qwiic-VL53L5CX搭載LIDAR:
    距離測定が正確、画像は不鮮明でやや遅いです。AIカメラに近い気がします。
    メーカーで性能が保証されており、情報が多いです。

    非接触空間センサー:
    距離精度を捨てて実用性とスピードを取っています。
    反射光の強さが距離に比例しない、電圧波形の歪、周辺の光の影響で距離測定はできません。
    高速な検出が特徴で紙飛行機制御などのリアルタイム制御ができます。
    認知されていないので、電子工作の上級者、プロエンジニア向けです。

    気が付かなかった重要な質問です。ありがとうございました。

    1 件の返信が折りたたまれています
  • Opening
    Uta-Aoyaのアイコン画像 Uta-Aoya 2022/04/10

    ありがとうございます!
    回答が遅れましたが、とてもわかりやすかったです。

    0 件の返信が折りたたまれています
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