JPH01206212A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は三角測量法により検出対象までの距離を光学的
に正確に測定する距離測定装置に関し、特に反射光の光
量を一定のレベルに保つようにした距離測定装置に関す
るものである。

〔従来技術〕

従来例えば特開昭５７−４４８０９号に示されているよ
うに、物体までの距離を検出する装置として第４図に示
すような三角法による距離測定装置が用いられている。

この装置では発光ダイオード等の投光素子１の光を集束
レンズ゛２を用いて平行な光ビーム３として距離を検出
すべき方向に照射しており、レンズ２から所定路離隔て
た位置の物体４からの反射光を受光する集光レンズ５と
その後方に光の照射位置に基づいて両端に異なった電流
出力を与える位置検出素子（ＰＳＤ；ポジションセンシ
ティブデイバイス）６が設けられる。そして物体４がレ
ンズ２の前面から所定路離隔てた位置でこの光ビーム３
を遮断した場合には、拡散反射光が集光レンズ５によっ
て集光され位置検出素子６に照射される。従ってレンズ
２から検知対象物体４までの距離によって位置検出素子
６上に照射される反射光の位置が変化する。位置検出素
子６にはバイアス用電源７が接続され、光の照射位置に
応じて異なる２つのアナログ電流出力を両端より外部に
与えるものであって、夫々の出力はＩ／Ｖ変換器８．９
に与えられる。Ｉ／Ｖ変換器８．９は位置検出素子６か
らの電流出力を電圧信号に変換し減算回路１０及び加算
回路１１に与える。そして除算回路１２は減算回路１０
．加算回路１１の出力を除算することによって受光量の
総和にかかわらず正規化して受光位置に対応した信号と
して出力するようにしている。その出力は例えば比較回
路１３に与えられている。比較回路１３は所定の閾値レ
ベルを越える信号を検出して信号処理回路１４に与える
。又投光素子１はパルス発振回路１５の出力によって投
光素子ドライブ回路１６を介してパルス点灯されており
、そのパルス発振回路１５の出力が信号処理回路１４に
伝えられる。

信号処理回路１４はパルス発振周期の間に検知信号が与
えられたときに出力回路１７を介して検知信号を外部に
出力するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるにこのような従来の距離測定装置によれば、加算
回路と減算回路の出力を除算回路によって除算して位置
検知信号を得るようにしている。

そのため光量レベルによってその誤差が大きく変化する
という欠点があった。即ち光量レベルが十分大きければ
正確な位置検知信号が得られるが、位置検出素子６に入
射する光量が低ければＩ／Ｖ変換器８．９の出力差のわ
ずかの変動によって位置信号が大きく変化することとな
る。従って測定精度が光量によって変化するという欠点
がある。

又除算回路の入力のレベル変動が大きいためダイナミッ
クレンジの広い、しかも応答速度の速い除算回路を用い
なければ誤差を生じ易くなるという問題点があった。

本発明はこのような従来の距離測定装置の問題点に鑑み
てなされたものであって、位置検出素子の受光量を一定
のレベルに保つことによって除算回路に高速応答性を要
求することなく正確に位置検出素子の出力分布により物
体の位置を検出できるようにすることを技術的課題とす
る。

〔発明の構成と効果〕

（課題を解決するための手段） 本発明は投光素子を有し平行な光ビームを検出領域に向
かって照射する投光部と、投光部の光軸より一定角度を
持って交叉するように配置され、物体からの拡散反射光
を受光し、照射位置によってその両端に異なった電流出
力を与える位置検出素子を有する受光部と、を具備し、
位置検出素子の受光位置に基づいて物体までの距離を検
出する距離測定装置であって、第１図に示すように、位
置検出素子の両端に得られる光信号を加算する加算手段
と、加算手段の出力を所定の閾値レベルと比較する比較
手段と、出力が徐々に増加する投光パルス信号を所定周
期毎に発生し、比較手段より所定の閾値レベルを越える
信号が得られたときに投光パルス信号をそのレベルで保
持する投光制御手段と、位置検出素子の両端に得られる
光信号の出力を除算回路に与えることによりその分布に
基づいて物体までの位置を出力する位置信号検出手段と
、具備することを特徴とするものである。

（作用） このような特徴を有する本発明によれば、出力が徐々に
増加する投光パルス信号によって投光素子を断続的に駆
動して投光部より平行な光ビームを検出領域に照射して
いる。そして検出領域の物体より反射光が得られれば位
置検出素子のいずれかの位置に受光信号が得られるが、
その両端の光信号を加算手段により加算すると共に、そ
の加算値を所定の閾値レベルを有する比較手段によって
比較するようにしている。そして比較出力が一定値を越
えたときに投光素子の駆動をその時点の投光パルス信号
のレベルでその周期間保持するようにしている。そして
反射光をほぼ一定としてそのときの位置検出素子の出力
分布に基づいて物体の位置を検出するようにしている。

（発明の効果） そのため本発明によれば、拡散反射光の光信号の和をほ
ぼ一定値に保つことができ位置信号検出手段より物体の
位置を検出することができる。そのとき位置検出素子の
両端の出力比を除算回路に与えて除算するようにしてい
るが、投光パルスに所定レベルで保持がかけられそのレ
ベルがその周期の終了まで保持されるため、除算回路の
入力は大きく変動することがない。従って除算回路は広
いダイナミックレンジや高速応答性を要求されることが
なく、通常の除算回路を用いても高精度の位置検出信号
を得ることができるという効果が得られる。

〔実施例の説明〕

第１図は本発明の一実施例による距離測定装置の構成を
示すブロック図であり、従来例と同一部分は同一符号を
用いて示している。さて本実施例な光ビーム３として距
離を検出すべき方向に照射しており、集束レンズ２から
所定距離を隔てて反射光を受光する集光レンズ５を配置
する。そしてその背後には従来例と同一の一次元の位置
検出素子６を設ける。位置検出素子６には従来例と同様
にその中心にバイアス用電源７が接続されており、光の
照射位置に対応して両端の端子に相異なる２つのアナロ
グ電流出力を与えるものである。位置検出素子６の夫々
の電流出力はＩ／Ｖ変換器８゜９に与えられる。Ｉ／Ｖ
変換器８，９は位置検出素子６の両端より得られる電流
出力を電圧信号に変換し、夫々の出力を減算回路１０及
び加算手段である加算回路１１に与える。加算回路１１
及び減算回路１０の出力は除算回路２ｏに与えられ減算
出力が加算出力によって除算される。そしてその出力は
比較回路１３に与えられる。比較回路１３には使用者が
距離測定範囲中に設定した所定のレベルＶｒｅｆｌが設
定されており、そのレベルを越える信号が与えられれば
物体検知信号を信号処理回路１４に与えるものである。

又加算回路１１の出力は比較手段である比較回路２１に
与えられる。比較回路２１は所定の閾値Ｖｒｅｆ２が設
定されており、入力信号がこのレベルを越えるときに比
較出力を投光制御回路２２に与えるものである。又本実
施例の距離測定装置は方形波信号を所定周期毎に発生す
る発振回路２３を有しており、その出力が信号処理回路
１４と投光制御回路２２に与えられる。投光制御回路２
２は比較回路２１より信号が与えられるまで発振回路２
３の出力を所定周期毎に徐々に増加する信号として投光
素子ドライブ回路１６に与え、比較出力が与えられたと
きにその出力レベルを維持する投光制御手段を構成して
いる。投光素子ドライブ回路１６は前述した従来例と同
様に、投光素子１を断続的に駆動するものである。投光
素子ドライブ回路１６．投光素子１及び集束レンズ２は
平行な光ビームを検出領域に向かって照射する投光部を
構成している。信号処理回路１４は発振回路２３の方形
波信号をゲート信号として比較回路１３の出力を入力す
るゲート回路１４ａ、ゲート回路１４ａの出力を所定の
時定数で積分する積分回路１４ｂ、及びその出力を所定
の閾値レベルＶｒｅｆ３で弁別する比較回路１４ｃを有
しており、複数回連続して比較回路１３より信号が得ら
れたときに物体検知信号を出力回路１７に与えるもので
ある。

出力回路１７は例えばリレー接点出力やオープンコレク
タ出力等の出力信号として外部に出力する。

ここで減算回路１０及び除算回路２０は位置検出素子６
の出力分布によって物体までの位置を出力する位置信号
検出手段２４を構成している。

次に投光制御回路２２９発振回路２３とその周辺回路に
ついて第２図を参照しつつ更に詳細に説明する。本図に
おいて発振回路２３は演算増幅器３１とトランジスタＴ
ｒｉによって構成され方形波信号を発生する方形波発生
回路であり、その出力は投光制御回路２２のトランジス
タＴ　ｒ２．　Ｔ　ｒ３のベースに与えられる。又比較
回路２１の比較出力はオア回路３２及びインバータ３３
を介してＲＳフリップフロップ３４のセット入力端に与
えられる。ＲＳフリップフロップ３４は方形波信号の立
下りによってリセットされ比較出力をその周期間保持す
るものであって、そのＱ出力はオア回路３２に与えられ
る。オア回路３２の出力はトランジスタＴｒ２と並列に
接続されたトランジスタＴｒ４のベースに接続されてい
る。トランジスタＴｒ２．　Ｔｒ４は電源側に接続され
たトランジスタＴｒ５を制御するものである。トランジ
スタＴｒ５はコンデンサＣ１に並列に制御され、そのコ
レクタ端子が定電流源３５を介して接地されている。そ
してコンデンサＣ１の端子電圧はボルテージフォロワ３
６の入力端に接続され、その出力がトランジスタＴｒ６
を介してコンデンサＣ２に接続される。ボルテージフォ
ロワ３６はコンデンサＣ２を徐々に充電することによっ
て各周期毎に変化率が徐々に上昇する波形となる送信パ
ルス信号を得るものであって、コンデンサＣ２の端子出
力は投光素子ドライブ回路１６に与えられる。投光素子
ドライブ回路１６はボルテージフォロワ３７とトランジ
スタＴｒ７から成り立っており、投光素子１、例えば発
光ダイオードを投光パルス信号で駆動するものである。

次に本実施例の動作について波形図を参照しつつ説明す
る。第３図（ａ）は発振回路２３の発振出力（トランジ
スタＴｒｉのコレクタ出力）を示しており、この信号に
よってトランジスタＴｒ２が例えば時刻ｔ、〜ｈ、ｔａ
〜ｔ６−・−・−の間にオフ、ｔ、〜Ｌ＊、　ｔｂ〜ｔ
７の間にオンとなる。トランジスタＴｒ２がオフ状態で
は同時にトランジスタＴｒ５もオフとなるため、定電流
源３５によってコンデンサＣ１が充電される。従ってコ
ンデンサＣＩの端子電圧は第３図（ｂｌに示すように時
刻ｊｌｔ　ｔｔ、　ｔｔ以後に低下する。

そしてこの実施例の距離測定装置の前面に物体が存在し
ない場合にはトランジスタＴｒ２がオフの期間、即ち時
刻ｔ、〜１．．１４〜ｔ　ｂ−・−・の間第２図（ｂ）
に破線で示すようにコンデンサＣ１の端子電圧が低下す
ることとなる。そして充電の時定数を十分大きいものと
しておけば図示のようにほぼ直線形の三角波信号を得る
ことができる。この信号はボルテージフォロワ３６及び
トランジスタＴｒ６を介してコンデンサＣ２に与えられ
、コンデンサＣ２が充電される。従ってコンデンサＣ２
の端子電圧は第３図（Ｃ）に破線で示すように時刻ｔ＋
、　ｔｉ、　Ｌ＋・・−・−・−よりその上昇率が徐々
に増加する信号となる。従って投光素子ドライブ回路１
６より第３図（ｄ）に破線で示すような投光パルス信号
が得られ、投光素子１が付勢される。そして第１図に示
すように物体４が光ビーム３上の所定の検知領域に存在
する場合には、物体４から拡散反射光が得られ、集光レ
ンズ５を介して位置検出素子６に検出信号が与えられる
。そのとき位置検出素子６の両端に得られる電流がＩ／
Ｖ変換器８．９によって電圧信号に変換されて加算回路
１１によって加算されるため、加算回路１１より第３図
（ｅ）に示す受光信号が得られる。この信号が比較回路
２１に設定された閾値Ｖ　ｒｅｆ２で弁別され、このレ
ベルを越えるときには投光制御回路２２のフリップフロ
ップ３４が反転する。従って第３図ｆｆ）、　（ｇ）に
示すように閾値Ｖｒｅｆ２を越える時点ではフリップフ
ロップ３４よりＱ出力が得られる。このフリップフロッ
プ３４は発振回路２３の出力の立上り時刻ｔ３．　ｔ６
・・・−にはリセットされるため、時刻ｔ、とｔ３．　
ｔ４と１６−−−−−・−・の間の時刻ｔ２〜ｔ３．時
刻ｔ４〜ｔ、までｒＨＪレベルを保つこととなる。そし
てフリップフロップ３４がセットされる時刻ｔｔ、　ｔ
ｓにはオア回路３２を介してトランジスタＴｒ４がオン
となるため、コンデンサＣ１の充電中においても充電が
停止される。

従ってコンデンサＣ１の端子電圧は第３図山）に実線で
示す波形となり、これに対応してコンデンサＣ２の端子
電圧も第３図（Ｃ）に実線で示す波形となる。従って第
３図（ｄ）に実線で示すように実際の投光パルス信号は
比較回路２１が比較出力を与えた後その送信周期が終了
するまでの時刻、即ち時刻も２〜１．、１．〜ｔ６−・
・−・の間は一定のレベルを保つこととなる。従って位
置検出素子６の入力レベルも一定となるため、本実施例
では除算回路２０にｔ２〜ｔ、、　ｔｓ〜ｔ　６−−−
−−−−の量変化しない加算出力と減算出力が夫々与え
られることとなる。このように除算回路２０の入力が変
動しないため速い応答性を有する除算回路を用いる必要
がなく、又加算出力はほぼ一定となっているので広いダ
イナミックレンジを要することなく通常の除算回路を用
いて正確に物体までの位置信号を除算回路２０より得る
ことができる。除算回路２０の出力は比較回路１３に与
えられ、その閾値Ｖｒｅｆｌを越える場合には所定範囲
内に物体が位置するかどうかを判別することができる。

そして比較回路１３の出力は信号処理回路１４に与えら
れ、信号処理回路１４のゲート回路１４ａによって比較
回路１３の出力が得られるかどうかが判別される。この
範囲内に比較信号が得られた場合には、積分回路１４ｂ
に入力が与えられその出力が上昇する。従って連続する
数周期に渡ってゲート回路１４ａを介して比較回路１３
の出力が積分回路１４ｂに伝えられたときにのみ、比較
回路１４ｃの閾値レベルＶｒｅｆ３に達することとなっ
て物体検知信号を出力することができる。そして各周期
が終了する時刻１．、１．・・−−−一−にはトランジ
スタＴｒ３が導通ずるため、コンデンサＣ２を放電させ
ることができる。

さて物体４からの受光光量が多い場合には投光開始後短
時間で投光パルスが保持されることとなり、物体が遠い
か又はその表面状態によって物体から得られる拡散反射
光が少ない場合には、投光開始後長時間を経てその投光
レベルが固定される。

又光量が極めて少なく位置検出素子６の両端に得られる
電流出力が低い場合には、送信パルスは停止されず除算
回路２０によって除算処理のみが行われ物体の位置信号
が出力されることとなる。

尚本実施例では比較回路２１の出力によってフリップフ
ロップ３４をセットし、その周期間のコンデンサＣ１の
充電を停止して投光パルスのレベルを保持するようにし
ている。これは比較回路２１の出力によって直接トラン
ジスタＴｒ４を制御すれば受光レベルがＶｒｅｆ２以下
となって比較出力が立下り、再び投光が開始されること
となる。そのため各周期内で一旦投光が停止されればそ
の周期の終了まで一定の投光レベルを保持するようにし
たものである。

又本実施例は各投光周期毎にコンデンサを充電して三角
波を形成し、それに基づいてコンデンサを充電すること
によって投光パルスの開始毎に時間の自乗に比例して電
圧が増加する放物線状の信号を用いて投光パルスとして
いるが、三角波を直接用いてもよく、又指数関数型の波
形を用いて投光パルス信号とすることも可能である。

更に本実施例は位置信号検出手段２４として減算回路１
０と除算回路２０を用い加算出力と減算出力との比を除
算回路２０で求めて位置信号としているが、位置検知素
子６の両端より得られる２つのＩ／Ｖ変換出力をそのま
ま除算回路２０に与え、その出力比によって位置信号を
得るようにすることもできる。又加算回路といずれか一
方のＩ／■変換器の出力、例えばＩ／Ｖ変換器９の出力
との除算を行うことによって位置信号とすることも可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による距離測定装置の構成を
示すブロック図、第２図は本実施例の投光制御回路とそ
の周辺回路の詳細な構成を示す回路図、第３図は本実施
例の各部の波形を示す波形図、第４図は従来の距離測定
装置の一例を示すブロック図である。 １・−・−投光素子　　２．５・・・−・レンズ　　６
−・−−一−−位置検出素子　　８．９・−・−・−１
／Ｖ変換器　　１０・・・・・−・減算回路　　１１・
・−一−−−加算回路　　１２゜２０・−・−・除算回
路　　１３．２１−・・−比較回路１４−・・・−・信
号処理回路　　１６−・・−・・−投光素子ドライブ回
路　　２２−−−−−−・投光制御回路　　２３・・・
−発振回路　　２４−・・−位置信号検出手段　　Ｔｒ
ｌ〜Ｔ　ｒ　１−−−−−一トランジスタ　　Ｃ１、Ｃ
２−−−−−−コンデンサ 特許出願人　　　立石電機株式会社 代理人　弁理士　岡本宜喜（他１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光素子を有し平行な光ビームを検出領域に向か
   って照射する投光部と、 前記投光部の光軸より一定角度を持って交叉するように
   配置され、物体からの拡散反射光を受光し、照射位置に
   よってその両端に異なった電流出力を与える位置検出素
   子を有する受光部と、を具備し、前記位置検出素子の受
   光位置に基づいて物体までの距離を検出する距離測定装
   置であって、前記位置検出素子の両端に得られる光信号
   を加算する加算手段と、 前記加算手段の出力を所定の閾値レベルと比較する比較
   手段と、 出力が徐々に増加する投光パルス信号を所定周期毎に発
   生し、前記比較手段より所定の閾値レベルを越える信号
   が得られたときに投光パルス信号をそのレベルで保持す
   る投光制御手段と、 前記位置検出素子の両端に得られる光信号の出力を除算
   回路に与えることによりその分布に基づいて物体までの
   位置を出力する位置信号検出手段と、具備することを特
   徴とする距離測定装置。