JPH0587582U - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号レベルが変動している場合でも、高精度
かつ高速に距離測定を行えるようにする。 【構成】 ＣＰＵ１００は、ピークホールド回路１０に
よって検出された受信信号のレベルに応じて、カウンタ
９から供給された距離情報を補正する。また、別の構成
では、受信信号の受信タイミングを検出する比較器の閾
値を、受信信号レベルに応じて変化させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、測定対象物に対して光を射出し、測定対象物からの反射光を受けて 、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、安全性の向上や自動化・省力を目的として、移動体に距離測定装置を塔 載し、距離情報を利用する要求が増加してきている。具体的な代表例として、ロ ボット、自動車、および電車等の衝突防止用センサや、工場ラインの搬送車にお ける停止位置制御システムに使用されているセンサが挙げられる。

【０００３】 これらの用途に適した距離センサの例として、光パルスの往復時間測定による レンジファインダ−や、強度変調光の位相差測定による距離センサが挙げられる 。前者は、測定対象物に対して光パルスを出射し、測定対象物からの反射光を受 光するまでに要する時間を測定し、光の速度より測定対象物までの距離を求める ものである。後者は、強度変調光を測定対象物に対して出射し、測定対象物から の反射光と出射光との位相差を測定することにより距離を求めるものである。

【０００４】 近年、これらの距離センサにおいて、測定値の高精度化およびリアルタイム性 がより一層要求されて来ている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述のセンサにおける距離測定誤差の大きな要因の１つに、受信信 号レベル差に起因する誤差がある。すなわち、同じ距離からの反射光であっても 、信号レベルが異なると、信号の位相やスル−レ−トが変化するため、結果とし て、測定距離が異なってしまう現象である。

【０００６】 従来、この種の誤差を抑えるために、例えば、特公昭５１−８３３８号公報、 特公昭５１−８３３９号公報および特公昭５１−８３４０号公報に記載されてい るように、光路内に光量調整器を設け、受信信号の大きさを所定量に制御する方 法があった。

【０００７】 しかし、この方法においては、光量調整器の応答速度によっては、距離測定に 要する時間が長くなる。また、測定距離の高精度化を図るには、より正確な光量 調整が必要となるため、必然的に光量調整時間が長くなり、また装置全体が高価 なものとなる。さらに、この方法では、信号レベルのフィ−ルドバックが必要な ため、測距中の信号自身には光量調整が行えず、光量自体が変動している場合は 測定誤差が大きくなる問題がある。

【０００８】 本考案は、これら従来の問題を解決するためになされたものであり、信号レベ ルが変動している場合でも、高精度かつ高速に距離測定が可能な距離測定装置を 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】

本考案の第１の距離測定装置は、測定対象物に対して光を射出し、測定対象物 からの反射光を受けて、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 、反射光に応じた受信信号を発生する受信信号発生手段（例えば、図１の実施例 の受光素子６およびアンプ７）と、受信信号を受けて、測定対象物までの距離情 報を出力する距離情報出力手段（例えば、図１の実施例のコンパレータ８および カウンタ９）と、受信信号のレベルを検出するレベル検出手段（例えば、図１の 実施例のピークホールド回路１０およびＡ／Ｄコンバータ１１）と、このレベル 検出手段によって検出されたレベルに応じて、距離情報を補正する補正手段（例 えば、図１の実施例のＣＰＵ１００）とを備えることを特徴とする。

【００１０】 本考案の第２の距離測定装置は、測定対象物に対して光を射出し、測定対象物 からの反射光を受けて、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 、反射光に応じた受信信号を発生する受信信号発生手段（例えば、図３の実施例 の受光素子３６および増幅器３７）と、受信信号を閾値と比較し、受信信号が閾 値に一致したときに受信タイミング信号を発生する比較手段（例えば、図３の実 施例の比較器３８）と、この比較手段から受信タイミング信号を受けて、測定対 象物までの距離情報を出力する距離情報出力手段（例えば、図３の実施例の時間 計測回路３１）と、受信信号のレベルを検出するレベル検出手段（例えば、図３ の実施例のピークレベル検出回路４０およびＡ／Ｄコンバータ４１）と、このレ ベル検出手段によって検出されたレベルに応じて、比較手段の閾値を補正する補 正手段（例えば、図３の実施例の演算制御装置２００）とを備えることを特徴と する。

【００１１】

【作用】

本考案の第１の距離測定装置においては、反射光に応じた受信信号に基づいて 、測定対象物までの距離情報が出力され、受信信号のレベルが検出され、この検 出されたレベルに応じて、距離情報が補正される。従って、信号レベル差に起因 する測定距離誤差をなくすことができるので、高精度に距離測定を行うことがで きる。また、従来のように、受信信号レベルを所定量に制御する事が不要となる から、高速に距離測定を行うことができる。

【００１２】 本考案の第２の距離測定装置においては、反射光に応じた受信信号が発生され 、この受信信号のレベルが検出され、この検出されたレベルに応じて、比較手段 の閾値が補正される。従って、信号レベル差に起因する測定距離誤差をなくすこ とができるので、高精度に距離測定を行うことができる。また、従来のように、 受信信号レベルを所定量に制御する事が不要となるから、高速に距離測定を行う ことができる。

【００１３】

【実施例】

図１は、本考案の距離測定装置の一実施例の構成を示す。パルス発振器１は、 ＣＰＵ１００から点灯許可信号２１を受けると、点灯タイミング信号２２をレー ザドライバ２に出力するとともに、クロック信号２７をカウンタ９に出力する。

【００１４】 レーザドライバ２は、点灯タイミング信号２２の立ち上がりに同期して幅の短 い点灯パルス２３を半導体レ−ザ３に供給し、半導体レーザ３を点灯させる。半 導体レ−ザ３からの出射光は、送光レンズ４を透過し、測定対象物（図示せず） で反射され、受光レンズ５によって受光素子６に集光される。

【００１５】 これにより、受光素子６は、電気信号である受信パルス信号を出力し、この信 号は、アンプ７で増幅される。アンプ７から出力される受信パルス信号２４は、 コンパレ−タ８およびピ−クホ−ルド回路１０に供給される。コンパレ−タ８は 、受信パルス信号２４を、デジタル信号である受光タイミング信号２５に変換し 、カウンタ９に出力する。カウンタ９は、点灯タイミング信号２２をスタ−ト信 号とし、受光タイミング信号２５をストップ信号として、その間のパルス発振器 からのクロック信号２７の数をカウントし、得られた計数値を距離デ−タ２８と してＣＰＵ１２に供給する。

【００１６】 一方、ピ−クホ−ルド回路１０は、アンプ７から入力された受信パルス信号２ ４の最大値をホ−ルドして、信号２４のレベルに対応した直流電圧信号２６をＡ ／Ｄコンバータ１１に出力する。Ａ／Ｄコンバ−タ１１は、入力された直流電圧 信号をディジタル信号に変換して、これを受信パルスレベル信号２９としてＣＰ Ｕ１００に供給する。ＣＰＵ１００は、受信パルスレベル信号２９が示すレベル に応じて、カウンタ９から送られた距離データを補正する。

【００１７】 図２は、測距状態におけるＣＰＵ１００の動作を示すフロ−チャ−トである。 以下、図２を参照して、図１の実施例の動作を説明する。まず、測距スタ−ト指 令が外部より入力されると、ＣＰＵ１００は、パルス発振器１に点灯許可信号２ １を出力し（ステップＳ１）、コンパレ−タ８からの受光タイミング信号２５の 入力待ちとなる。ただし、測定対象物が存在しない場合に対応するため、点灯許 可信号２１を出力してからの経過時間を監視し、設定された時間を越えても受光 タイミング信号２５が入力されない場合（ステップＳ３のＮＯ）は、受信信号が ないと判断し、測定を終了する。

【００１８】 次に、受光タイミング信号２５の入力がある（ステップＳ２のＹＥＳ）と、Ｃ ＰＵ１００は、カウンタ９から距離デ−タ２８を取り込む（ステップＳ４）とと もに、受信パルスレベル信号２９を取り込む（ステップＳ５）。さらに、取り込 んだ受信パルスレベル信号２９から、信号レベル差に起因する距離の誤差補正量 を決定し（ステップＳ６）、取り込んだ距離デ−タ２８から誤差補正量を加算ま たは減算して（ステップＳ７）、測定距離を求めて出力する（ステップＳ８）。

【００１９】 図３は、本考案の距離測定装置の別の実施例を示す。この実施例の特徴は、受 信光量に応じて、受信信号の受信タイミングを検出する比較器の閾値レベルを制 御する点にある。

【００２０】 演算制御装置２００が、デ−タバス３０を介して時間計測回路３１に距離測定 指令を与えると、時間計測回路３１は、レーザ駆動回路３２に点灯タイミング信 号を出力する。これによりレーザ駆動回路３２は、光源である半導体レ−ザ３３ を発光させ、半導体レーザ３３は、送信光学系３４を介して測定対象物（図示せ ず）へ光パルスを出射する。

【００２１】 測定対象物から反射された光パルスは、受信光学系３５を介して受光素子３６ によって検出される。検出された光信号は、受光素子３６よって光電変換され、 増幅器３７によって増幅され、受信パルス信号として、比較器３８およびピーク レベル検出回路４０に供給される。比較器３８は、測定対象物からの反射光パル スの受信タイミングを検出するためのものである。時間計測回路３１は、点灯タ イミング信号を出力した時点から、比較器３８から受光タイミング信号を受ける 時点までの時間を計測し、計測した時間をデータバス３０を介して演算制御装置 ２００に出力する。

【００２２】 ピ−クレベル検出回路４０は、受信パルス信号のピ−クレベルを検出し、受信 パルス信号レベルに応じた直流電圧信号をＡ／Ｄコンバータ４１に供給する。Ａ ／Ｄコンバ−タ４１は、入力された直流電圧信号をディジタル信号に変換する。 この信号は、受信パルス信号のピ−クレベルを示すものであり、デ−タバス３０ を介して演算制御装置２００に供給される。

【００２３】 演算制御装置２００は、このようにして入力されたディジタル信号が示すレベ ルに応じて、比較器３８の閾値を、デ−タバス３０およびＤ／Ａコンバータ４２ を介して、設定する。設定値は、予め記憶された特性デ−タにより、比較器３８ の閾値からピ−クまでの時間が一定となるべき値である。

【００２４】 図４は、図３の距離測定装置の比較器３８の閾値と受信タイミング信号の発生 時点との関係を示すグラフである。図４において、５０は、光量大の時の受信パ ルス信号波形を、５１は、光量小の時の受信パルス信号波形を、５２は、比較器 ３８の従来の固定閾値レベルを、５３は、受信光量大に適合した比較器３８の閾 値レベルを、５４は、受信光量小に適合した比較器の閾値レベルを示す。

【００２５】 従来構成であると、比較器３８における受信タイミング検出のための閾値が、 参照番号５２で示される固定値Ｖｔｈであるため、受信光量大の時の受信パルス 信号５０が閾値Ｖｔｈをクロスするポイントからこの受信パルス信号５０のピ− クレベルポイントまでの時間ｔ（Ｐ１）と、受信光量小の時の受信パルス信号５ １が閾値Ｖｔｈをクロスするポイントからこの受信バルス信号５１のピ−クレベ ルポイントまでの時間ｔ（Ｐ２）とが異なってしまっていた。

【００２６】 これに対し、図３の本考案の実施例によれば、比較器３８における受信タイミ ング検出のための閾値が可変であるため、受信光量大の時は、比較器３８の閾値 を、参照番号５３で示される閾値Ｖｔｈ１とし（すなわち、閾値を大きくし）、 受信光量小の時は、比較器３８の閾値を、参照番号５４で示される閾値Ｖｔｈ２ とする（すなわち、閾値を小さくする）ことによって、受信光量大の時の受信パ ルス信号５０が閾値Ｖｔｈ１をクロスするポイントから受信パルス信号５０のピ −クレベルポイントまでの時間ｔ（ＣＯＭＰ）と、受信光量小の時の受信パルス 信号５１が閾値Ｖｔｈ２をクロスするポイントから受信パルス信号５１のピ−ク レベルポイントまでの時間ｔ（ＣＯＭＰ）とが同一となり、受信光量レベル差に 起因する時間計測誤差すなわち距離測定誤差が解消されることとなる。

【００２７】

【考案の効果】

本考案の第１の距離測定装置によれば、測定対象物からの反射光に応じた受信 信号のレベルを検出して、このレベルに応じて距離情報を補正するようにしたの で、信号レベル差に起因する測定距離誤差をなくすことができるから、高精度に 距離測定を行うことができる。また、従来のように、受信信号レベルを所定量に 制御する事が不要となるから、高速に距離測定を行うことができる。さらに、実 際に距離測定に使用する受信信号と、距離誤差補正に用いた受信信号が同一であ るため、従来の受信信号レベルを所定量に制御する方式に比較して、より高精度 な測定が実現できる。

【００２８】 また、本考案の第２の距離測定装置によれば、受信信号の受信タイミングを検 出する比較器の閾値を、受信信号レベルに応じて変化させるようにしたので、受 信光量の変動に伴う時間計測誤差を補正でき、それ故、距離測定誤差を低減でき 、従って、高精度な距離測定が可能となる効果がある。

【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の距離測定装置のＣＰＵ１００の一動作例
を示すフロ−チャ−トである。。

【図３】本考案の距離測定装置の別の実施例を示すブロ
ック図である。

【図４】図３の距離測定装置の比較器３８の閾値と受信
タイミング信号の発生時点との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ パルス発振器 ２ レーザドライバ ３ 半導体レ−ザ ４ 送光レンズ ５ 受光レンズ ６ 受光素子 ７ アンプ ８ コンパレ−タ ９ カウンタ １０ ピ−クホ−ルド回路 １１ Ａ／Ｄコンバ−タ ３０ デ−タバス ３１ 時計計測回路 ３２ レーザ駆動回路 ３３ 半導体レ−ザ ３４ 送信光学系 ３５ 受信光学系 ３６ 受光素子 ３７ 増幅器 ３８ 比較器 ４０ ピ−クレベル検出回路 ４１ Ａ／Ｄコンバータ ４２ Ｄ／Ａコンバータ １００ ＣＰＵ ２００ 演算制御装置

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物に対して光を射出し、測定対
   象物からの反射光を受けて、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、 前記反射光に応じた受信信号を発生する受信信号発生手
   段と、 前記受信信号を受けて、前記測定対象物までの距離情報
   を出力する距離情報出力手段と、 前記受信信号のレベルを検出するレベル検出手段と、 前記レベル検出手段によって検出されたレベルに応じ
   て、前記距離情報を補正する補正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】 前記距離情報出力手段が、前記測定対象
   物に対して光を射出した時点から、前記受信信号を受け
   る時点までの時間を測定して、測定対象物までの距離情
   報を出力す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】 測定対象物に対して光を射出し、測定対
   象物からの反射光を受けて、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、 前記反射光に応じた受信信号を発生する受信信号発生手
   段と、 前記受信信号を閾値と比較し、前記受信信号が前記閾値
   に一致したときに受信タイミング信号を発生する比較手
   段と、 前記比較手段から前記受信タイミング信号を受けて、前
   記測定対象物までの距離情報を出力する距離情報出力手
   段と、 前記受信信号のレベルを検出するレベル検出手段と、 前記レベル検出手段によって検出されたレベルに応じ
   て、前記比較手段の閾値を補正する補正手段とを備える
   ことを特徴とする距離測定装置。
4. 【請求項４】 前記距離情報出力手段が、前記測定対象
   物に対して光を射出した時点から、前記受信タイミング
   信号を受ける時点までの時間を測定して、測定対象物ま
   での距離情報を出力することを特徴とする請求項３記載
   の距離測定装置。