JPH0562883U - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光量が大きく変動しても、広い範囲の距離
を測定できるようにする。 【構成】 演算処理回路１００は、ピーク検出回路１８
によって検出された受光信号のピーク値に応じて、受光
器１８の出力信号のピーク値が適正範囲内に入るよう
に、受光器１２のゲイン調整回路２２を制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光パルスを使用する距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、無人搬送車やロボットの制御用として、あるいは車の衝突防止用として 、比較的長い距離をリアルタイムで測定可能な距離センサの需要が高まっており 、その一つとしてレ−ザ測距装置の開発が進められている。

【０００３】 レ−ザ測距装置は、光パルスの伝搬時間を利用したものであり、光源より発せ られた光パルスが測定対象物で反射し、再び戻って来るまでの時間を測定するこ とにより距離を求めている。測定対象物までの距離（Ｌ）と伝搬時間（Ｔ）の関 係はＴ＝（２Ｌ）／Ｃで表される（ただし、Ｃは光速である）。

【０００４】 図３は、従来のレ−ザ測距装置の測定系を示す。まず、トリガ発生回路２から 出力されたトリガ信号により、パルス駆動回路４がオンになり、光源６に給電さ れ、光源６から光パルスが発せられる。この光パルスは、送光系（図示せず）を 介して測定対象物に向けて出射される。

【０００５】 一方、時間測定回路１６は、回路２からトリガ信号を受けると、測定を開始す る。測定対象物からの反射光は、図示しない受光系を介して受光器１２で検出さ れ、増幅回路１４で増幅された後、時間測定回路１６に供給される。これにより 、回路１６は、時間測定を終了させる。回路１６で測定された時間Ｔと、前述の 関係より測定対象物までの距離Ｌが求められる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

前述のレ−ザ測距装置では、受光器１２で検出される光量は、距離によって大 きく変化するとともに、測定対象物の反射率や大きさにも依存するため、受光量 の変動範囲は非常に広くなる。

【０００７】 しかしながら、通常の増幅回路１４では、このような広い変動範囲には対応で きず、例えば予想される最小光量に合わせてゲインを設定した場合には、比較的 近距離では受光波形が飽和してしまい、その結果、測定誤差が大きくなるという 問題があった。

【０００８】 本考案は、このような状況に鑑みてなされたものであり、受光量が大きく変動 しても、広い範囲の距離を測定できる距離測定装置を提供することを目的とする 。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、光源から出射された光パルスを、測定対象物に向けて送光し、前記 測定対象物からの反射光パルスを受光して、光パルスの伝搬時間を測定すること により測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、受光器のゲイン を変化させることができるゲイン可変回路（例えば、実施例のゲイン調整回路２ ２）と、受光器の出力信号のピーク値を検出するピーク検出回路（例えば、実施 例のピーク検出回路１８）と、このピーク検出回路によって検出されたピーク値 に応じて、受光器の出力信号のピーク値が所定範囲内に入るように、ゲイン可変 回路を制御する制御手段（例えば、実施例の演算処理回路１００）とを備えるこ とを特徴とする。

【００１０】 受光器は、アバランシュフォトダイオード（例えば、図２のＡＰＤからなる受 光器１２）であることが好ましく、ゲイン可変回路は、受光器に対するバイアス 量を変化させることにより受光器のゲインを変化させるバイアス回路（例えば、 実施例の可変電圧バイアス源２６）であることが好ましい。

【００１１】 制御手段は、演算処理回路を含んで構成することが好ましく、この場合、ピー ク検出回路の出力をディジタル信号に変換して演算処理回路に供給するアナログ ／ディジタル変換回路を備えることが好ましい。

【００１２】

【作用】

上記構成の本考案の距離測定装置においては、受光パルスのピーク値が検出さ れ、検出されたピーク値に応じて、受光パルスのピーク値が所定範囲すなわち適 正範囲内に入るように、受光器のゲインが制御される。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例について図面を参照して詳しく説明する。図１は本考案 による距離測定装置の実施例を示す。トリガ発生回路２は、トリガ信号を出力す る。パルス駆動回路４は、トリガ信号を受けると、オンに切り換えられて電流パ ルスを光源６に供給し、光源６から光パルスを発生させる。この例では、光源６ として、半導体レ−ザが使用されている。一方、時間測定回路１６Ｃは、演算処 理回路１００から測距モード信号を受けているときには、トリガ発生回路２から トリガ信号を受けると、時間測定を開始する。

【００１４】 光パルスは、送光系８により測定対象物へ向けて送光される。測定対象物で反 射した光の一部は、受光系１０を介して受光器１２にて検出される。この実施例 では、受光器１２は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）により構成され ている。受光器１２は、ゲイン調整回路２２によって調整されたゲインで受光パ ルスを電気信号である受光信号に変換する。受光器１２から出力される受光信号 は、増幅回路１４で増幅された後、時間測定回路１６Ｃおよびピ−ク検出回路１ ８へ入力される。

【００１５】 時間測定回路１６Ｃは、前述のように、演算処理回路１００から測距モード信 号を受けているときには、トリガ信号を受けると同時に時間測定を開始し、受光 信号を受けると時間測定を終了する。このようにして測定された光パルスの伝搬 時間は、演算処理回路１００に供給される。演算処理回路１００は、供給された 伝搬時間測定値に基づいて、測定対象物までの距離を計算する。

【００１６】 一方、ピ−ク検出回路１８は、受光信号のピ−ク値を検出し、Ａ／Ｄ変換回路 ２０に出力する。Ａ／Ｄ変換回路２０は、受けたピーク値をディジタル信号に変 換して、演算処理回路１００に供給する。演算処理回路１００は、ゲイン調整モ ードにあるときには、受光信号のピ−ク値が適正範囲のレベルになるように、ゲ イン調整回路２２にゲイン指定信号を出力し、すなわちゲイン調整回路２２を制 御して、受光器１２のゲインを調整する。なお、ここで言う適正範囲のレベルと は、距離測定可能であり且つ測距誤差が大きくならない範囲の信号レベルをいう 。

【００１７】 図２は、ゲイン調整回路２２の一構成例を示す。受光器すなわちアバランシェ フォトダイオード（ＡＰＤ）１２に直列に負荷抵抗２３が接続され、この直列回 路に可変バイアス電圧源２６が並列に接続されている。可変バイアス電圧源２６ は、演算処理回路１００からのゲイン指定信号に従って出力電圧を変化させる。

【００１８】 受光器１２が光パルスを受けると、受光器１２にパルス電流が発生する。この パルス電流の値は、受光器１２に加えられるバイアス量、即ち可変バイアス電圧 源２６の出力電圧に依存する。従って、可変バイアス電圧源２６の出力電圧を、 演算処理回路１００からのゲイン指定信号によって制御することにより、受光器 １２のゲインすなわち受光信号の値の調整が可能となる。

【００１９】 次に、図１の実施例の動作を説明する。動作は、ゲイン調整モ−ドと測距モ− ドの２つのモ−ドから成っている。まず、ゲイン調整モ−ドから説明する。この モードでは、演算処理回路１００から時間測定回路１６Ｃに測距モード信号が供 給されないので、時間測定回路１６Ｃは、時間測定を行わない。

【００２０】 まず、トリガ発生回路２が、トリガ信号を出力する。パルス駆動回路４は、ト リガ信号を受けると、オンに切り換えられて電流パルスを光源６に供給し、光源 ６から光パルスを発生させる。

【００２１】 光パルスは、送光系８により測定対象物へ向けて送光される。測定対象物で反 射した光の一部は、受光系１０を介して受光器１２にて検出される。受光器１２ は、受光パルスを電気信号である受光信号に変換して出力する。受光信号は、増 幅回路１４で増幅された後、ピ−ク検出回路１８へ入力される。

【００２２】 ピ−ク検出回路１８は、受光信号のピ−ク値を検出し、Ａ／Ｄ変換回路２０に 出力する。Ａ／Ｄ変換回路２０は、受けたピーク値をディジタル信号に変換して 、演算処理回路１００に供給する。演算処理回路１００は、受光信号のピ−ク値 が適正なレベルになるように、ゲイン調整回路２２にゲイン指定信号を出力し、 受光器１２のゲインを調整する。

【００２３】 光源６からの光パルスの出射および演算処理回路１００によるゲインの制御は 、受光信号のピ−ク値が適正範囲のレベルになるまで繰り返される。ピ−ク値が 適正範囲のレベルになったら、演算処理回路１００は、ゲイン調整モ−ドから測 距モ−ドに切り換え、時間測定回路１６Ｃに測距モード信号を出力し、測距を開 始する。

【００２４】 測距モ−ドにおいては、まず、トリガ発生回路２が、トリガ信号を出力する。 パルス駆動回路４は、トリガ信号を受けると、オンに切り換えられて電流パルス を光源６に供給し、光源６から光パルスを発生させる。一方、時間測定回路１６ Ｃは、トリガ発生回路２からトリガ信号を受けると、時間測定を開始する。

【００２５】 光パルスは、送光系８により測定対象物へ向けて送光される。測定対象物で反 射した光の一部は、受光系１０を介して受光器１２にて検出される。受光器１２ は、ゲイン調整回路２２によって調整されたゲインで受光パルスを電気信号であ る受光信号に変換して出力する。受光器１２から出力される受光信号は、増幅回 路１４で増幅された後、時間測定回路１６Ｃへ入力される。

【００２６】 時間測定回路１６Ｃは、前述のように、トリガ信号を受けると同時に時間測定 を開始し、受光信号を受けると時間測定を終了する。このようにして測定された 光パルスの伝搬時間は、演算処理回路１００に供給される。演算処理回路１００ は、供給された伝搬時間測定値に基づいて、測定対象物までの距離を計算する。

【００２７】 なお、上記実施例においては、光源として、半導体レーザを使用したが、ヘリ ウムネオンレーザ等他の光源も使用できる。

【００２８】 また、受光器のゲインを可変にする回路も、図２の構成に限定されず、種々の 構成をとることができる。

【００２９】

【考案の効果】

以上のように、本考案によれば、受光パルスのピーク値を検出し、受光パルス のピーク値が所定範囲すなわち適正範囲内に入るように、受光器のゲインを制御 するようにしたので、受光量が大きく変動しても、広い距離範囲において高精度 の距離測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の距離測定装置の一実施例の構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１の受光器がアバランシェフォトダイオード
である場合のゲイン調整回路２２の一構成例を示す回路
図である。

【図３】従来のレ−ザ測距装置の測定系を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１６Ｃ 時間測定回路 １８ ピ−ク検出回路 ２０ Ａ／Ｄ変換回路 ２２ ゲイン調整回路 ２６ 可変バイアス電圧源 １００ 演算処理回路

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射された光パルスを、測定対
   象物に向けて送光し、前記測定対象物からの反射光パル
   スを受光器で受光して、前記光パルスの伝搬時間を測定
   することにより前記測定対象物までの距離を測定する距
   離測定装置において、 前記受光器のゲインを変化させることができるゲイン可
   変回路と、 前記受光器の出力信号のピーク値を検出するピーク検出
   回路と、 前記ピーク検出回路によって検出されたピーク値に応じ
   て、前記受光器の出力信号のピーク値が所定範囲内に入
   るように、前記ゲイン可変回路を制御する制御手段とを
   備えることを特徴とする距離測定装置。
2. 【請求項２】 前記受光器が、アバランシュフォトダイ
   オードであり、前記ゲイン可変回路が、前記受光器に対
   するバイアス量を変化させることにより前記受光器のゲ
   インを変化させるバイアス回路であることを特徴とする
   請求項１記載の距離測定装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段が、演算処理回路を含んで
   構成され、前記ピーク検出回路の出力をディジタル信号
   に変換して前記演算処理回路に供給するアナログ／ディ
   ジタル変換回路を備えることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の距離測定装置。