JPH03111788A - 光学式測距装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、投光手段から検知エリアに投光される光ビー
ムの被検知物体による反射光を受光手段で受光し、受光
手段出力に基づいて距離を測定するようにした光学式測
距装置に関するものである６［従来の技術］ 従来、この種の光学式測距装置は、第６図に示すように
、所定周波数の基準信号ｆ０を発生する第１の発振回路
１と、上記基準信号ｆｏによって肩度変調された光ビー
ムＰを検知エリアに投光する発光素子３と、上記光ビー
ムＰの被検知物体Ｘによる反射光を受光する第１の受光
素子５ａと、発光素子３から投光される光ビームＰを参
照光Ｐ′として直接受光する第２の受光素子５ｂと、周
波数変換用信号ｆｏ−ｆｃを発生する第２の発振回路８
と、両受光素子５ａ、５ｂ出力にそれぞれ周波数変換用
信号ｆｃを混合する第１、第２の混合回路９ａ、９ｂと
、再混合回路９ａ、９ｂ出力ｆｃ’　　ｆｃの位相を比
較して位相差信号を出力する位相比較回路１０と、位相
比較回路１０出力を積分して測距信号を出力する積分回
路１１と、積分回路１１から出力される測距信号と基準
電圧Ｖｒとを比較して物体検知信号（０，Ｎ１０ＦＦ出
力）を出力する電圧比較回路１２とで構成されている０
図中、２は発光素子３を駆動する駆動回路、６ａ、６ｂ
は電流信号を電圧信号に変換する■／Ｖ変換回路であり
、参照光Ｐ゛は、ハーフミラ−４ａおよび全反射ミラー
４ｂを介して受光素子５ｂに入射させるようにしている
。なお、積分回路１１出力は、アナログ出力として出力
されるようにしている。

いま、発光素子３から基準信号ｆ。（周波数ｔｏ＞で輝
度変調された光ビームＰが検知エリアに投光され、この
光ビームＰの被検知物体Ｘによる反射光Ｒが受光素子５
ａにて受光される。ここに、受光素子５ａにて受光され
る受光信号波形は、発光素子３から投光される投光信号
波形に対して位相のずれた信号となり、この位相ずれθ
ｄは被検知物体Ｘまでの距離に対応しており、被検知物
体Ｘまでの距Ｍｌ［ｍ］は次式で表される。

１＝ｃθｄ　／　４　ｙｔ　ｆ　ｏ　　［ｍ　］　−−
−（１）但し、Ｃは光速　［ｍ／ｓ］ したがって、位相差θｄを測定すれば、被検知物体Ｘま
での距離ｌを求めることができる。

しかしながら、実際の構成においては、発光素子３、受
光素子５ａ、および信号処理系の位相変動（経時的変動
、温度、湿度変化による変動）を補正する必要があり、
このため光ビームＰの一部を参照光Ｐ°として受光素子
５ｂにて受光し、測距光系と同一の回路（Ｉ／Ｖ変換回
路６ｂ、混合回路９ｂ）にて信号処理を行うことにより
位相比較基準信号ｆｃを形成し、信号処理系の位相変動
に起因する測距誤差を少なくするようにしている。

つまり、参照光Ｐ°と測距光である反射光Ｒとの相対的
位相比較を行うことにより、発光素子３、受光素子５ａ
、Ｉ／Ｖ変換回路６ａ、混合回路９ａにて発生する絶対
的位相変動を打ち消すようにしている。

ところで、測距分解能は、輝度変調周波数ｆ。

によって大きく左右され、位相分解能△θｄが２π／１
０００において、測距分解能△Ｉが１０ｍｍとなるよう
にするには、輝度変調周波数ｆ０を次式のように設定す
る必要がある。

ｆｏ＝ｃ△θｄ／４π△ｌ・・・・・・・・・・・・（
２）＝１５［ＭＨｚ］ このような高い周波数の信号を信号処理して位相比較を
精度良く行うために、混合回路９ａ、９ｂを設けて周波
数変換（ｆ０→ｆｃ）するとともに、位相比較結果を積
分回路１１にて適当な時定数で積分して距離ｌに応じた
電圧を出力するようにしている。

［発明が解決、しようとする課題］ しかしながら、上述の従来例にあっては、輝度変調周波
数ｆ０が数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波であるため、
空間的なシールドを施しても電源ラインあるいはアース
ラインを介して信号が漏れ、受光回路系へ誘導ノイズ信
号として現れ、測距性能に悪影響を与えるという問題が
あった。すなわち、誘導ノイズ信号レベルが受光信号レ
ベルよりも大きくなると、本来受光信号がもっている位
相＋′？Ｔ報が失われ、誘導ノイズ信号の位相情報が検
出されてしまい誤った距離情報が得られるという問題が
あった。つまり、被検知物体Ｘまでの距′＃！、１が遠
くなったり、被検知物体Ｘの反射率が低い場合には、受
光信号レベルが低下して誘導ノイズ信号の位相情報に基
づいた距離情報が得られることになり、測距誤差が生じ
ることになる。この誘導ノイズ信号は、かなり厳重なシ
ールドおよび電源ラインのバイパスを行っても完全に取
り除くのは困難であった。

一方、積分回路１１から出力される測距信号（アナログ
出力）を基準電圧Ｖｒと比較して被検知物体Ｘがある距
離内に存在するかどうかを判定して物体検知信号を出力
（ＯＮ１０ＦＦ出力）する場合において、受光信号レベ
ルが低下して受光回路系のノイズレベルと同程度になる
と、その位相情報は多くのノイズ成分を含むことになり
、そのノイズ成分によって電圧比較回路１２が誤動作し
、物体検知信号がＯＮ、ＯＦＦを繰り返えすという問題
があった。なお、この問題は、電圧比較回路１２にヒス
テリシス特性を持たせても簡単に解決しない（ノイズ成
分の位相は最悪±３６０ｄｅｇに達する場合がある）も
のである。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、誘導ノイズ信号による誤測距を防止
することができる光学式測距装置を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光学式測距装置は、所定周波数の基準信号を発
生する第１の発振回路と、上記基準信号によって輝度変
調された光ビームを検知エリアに投光する発光素子と、
上記光ビームの被検知物体による反射光を受光する第１
の受光素子と、発光素子から投光される光ビームを参照
光として直接受光する第２の受光素子と、周波数変換用
信号を発生する第２の発振回路と、両受光素子出力にそ
れぞれ周波数変換用信号を混合する第１、゛°第２の混
合回路と、両混合回路出力の位相を比較して位相差信号
を出力する位相比較回路と、位相比較回路出力を積分し
て測距信号を出力する積分回路とよりなる光学式測距装
置において、基準信号を位相シフトさせたシフト基準信
号を出力する位相シフト回路と、第１の受光素子出力に
上記シフト基準信号を加算して第１の混合回路に出力す
る加算器とを設け、シフト基準信号のシフト位相および
レベルを誘導ノイズ信号がキャンセルされるように設定
したものである。

また、請求項２のものは、積分回路出力が基準電圧以上
になったときに物体検知信号を出力する電圧比較回路を
設けるとともに、基準信号を位相シフトさせた第２のシ
フト基準信号を出力する第２の位相シフト回路と、第２
のシフト基準信号を第１の受光素子出力に加算する加算
器を設け、第２のシフト基準信号のシフト位相およびレ
ベルを適当に設定し、第１の受光素子出力のレベルが低
いときにおける引き込み位相を、電圧比較回路から物体
検知信号が出力されないように設定したものである。

［作　用］ 本発明は上述のように構成されており、所定周波数の基
準信号によって輝度変調された光ビームを検知エリアに
投光し、上記光ビームの被検知物体による反射光を第１
の受光素子にて受光するとともに、発光素子から投光さ
れる光ビームを参照霊５−１て箪９の受光素子にて直接
受光し１両受光素子出力をそれぞれ周波数変換して位相
比較し、この位相差信号を積分して測距信号を出力する
ようにした従来例と同様の光学式測距装置において、基
準信号を位相シフトさせたシフト基準信号を第１の受光
素子出力に加算して第１の混合回路に出力する加算器を
設け、シフト基準信号のシフト位相およびレベルを誘導
ノイズ信号がキャンセルされるように設定したものであ
り、誘導ノイズ信号による誤測距を防止することができ
るようになっている。

また、積分回路出力が基準電圧以上になったときに物体
検知信号を出力する電圧比較回路を設けたものにおいて
、基準信号を位相シフトさせた第２のシフト基準信号を
第２の位相シフト回路にて形成し、第２のシフト基準信
号を第１の受光素子出力に加算するとともに、第２のシ
フト基準信号のシフト位相およびレベルを適当に設定し
て第１の受光素子出力のレベルが低いときにおける引き
込み位相を、電圧比較回路から物体検知信号が出力され
ないように設定すれば、受光信号レベルが低くなった場
合において物体検知信号がＯＮ、ＯＦＦを繰り返すとい
う誤動作を防止することができる。

［実施例］ 第１図は本発明一実施例を示すもので、従来例と同様の
光学式測距装置において、基準信号を位相シフトさせた
シフト基準信号を出力する位相シフト回路１３と、第１
の受光素子出力に上記シフト基準信号を加算して第１の
混合回路９ａに出力する加算器７とを設け、シフト基準
信号のシフト位相およびレベルを誘導ノイズ信号がキャ
ンセルされるように設定したものであり、他の構成およ
び動作は前記従来例と同様である。

以下、実施例の動作について説明する。いま、被検知物
体Ｘが存在しない場合には、発振回路１から出力される
基準信号ｆ０、位相シフト回路１３出力、Ｔ／Ｖ変換回
路６ａ出力、加算器７出力は、第２図に示すようになっ
ており、Ｉ／Ｖ変換回路６ａ出力は誘導ノイズ信号の位
相とレベルを示しており、位相シフト回路７出力は上記
誘導ノイズ信号と逆位相で同一レベルとなるように設定
される。したがって、位相シフト回路１３出力とＩ／Ｖ
変換回路６ａ出力とを加算器７にて加算することにより
誘導ノイズ信号が打ち消され、被検知物体Ｘが存在しな
い場合における位相情報はアットランダムになり、従来
例のように誘導ノイズ信号の位相に漸近することがなく
、誤測距が防止できることになる。

第３図は他の実施例を示すもので、積分回路１１出力が
基準電圧Ｖｒ以上になったときに物体検知信号を出力す
る電圧比較回路１２を設けた場合において、基準信号を
位相シフトさせた第２のシフト基準信号を出力する第２
の位相シフト回路１３ｂを設けるとともに、第２のシフ
ト基準信号を第１の受光素子５ａ出力（実施例では丁／
Ｖ変換回路６ａ出力）に加算器１４．７を用いて加算し
、第２のシフト基準信号のシフト位相およびレベルを適
当に設定し、第１の受光素子５ａ出力のレベルが低いと
きにおける引き込み位相を、電圧比較回路１２から物体
検知信号が出力されないように設定したものであり、他
の構成および動作は前記実施例と同一である。ここに、
第１の位相シフト四Ｎ　１３　ａは基準信号ｆ０の位相
およびレベルを制御して誘導ノイズ信号を打ち消す信号
を作成するようになっており、一方、第２の位相シフト
回路１３ｂは、基準信号の位相とレベルとを制御し、受
光信号レベルが低下した場合に、引き込まれる位相と、
どの程度のレベルから引き込まれていくかのレベルを設
定し、電圧比較回路１２から物体検知信号が出力されな
いようにしている。

以下、上記実施例の動作について説明する。いま、被検
知物体Ｘが存在しない場合の各部の信号波形は第４図に
示すようになっており、Ｉ／Ｖ変換回路６ａ出力は誘導
ノイズ信号の位相とレベルとを示している０位相シフト
回路１３ａでは、前記実施例と同様に、この位相と逆位
相で同一レベルのシフト基準信号を形成し、このシフト
基準信号を加算器７によってＩ／Ｖ変換回路６ａ出力に
加算することにより誘導ノイズ信号を打ち消すよＡ　　
１．”　７’ｌ”−Ｓ”ｒ　　１．％　　ス、　　　　
　　−ｔｒ　　　　１ｆｔｔ日　Ｓｔ　　７　ｋ　　面
Ｒ久　ＩＱｈＦは、基準信号ｆ０の位相を適当にシフト
するとともにレベルを適当に設定した第２のシフト基準
信号を形成し、この第２のシフト基準信号を加算器１４
および加算器７を介してＴ／Ｖ変換回路６ａ出力に加算
することにより、受光信号のレベルが低下したときに引
き込まれる位相と、引き込まれるレベルを設定できるよ
うにしている。すなわち、位相シフト回路１３ｂによっ
て漸近する受光信号レベルと位相を任意に設定でき、こ
の位相を電圧比較回路１２から物体検知信号が出力され
ないように設定することにより、受光信号レベルが低い
場合において物体検知信号がＯＮ、ＯＦＦを繰り返すこ
とがないようにしている。

以上のように、被検知物体Ｘが存在せず、受光信号レベ
ルが極小の場合における漸近する受光レベルと位相を任
意に設定することにより、受光信号レベルの低下時の誤
動作を防止できるようになっており、第５図は上述の実
施例と従来例との動作比較説明図である。いま、同一距
離からの反射光ｐ／７′１那４μ喜壱（気ｆｚＪす「　
プδシ専行、８１７ベｌし清（Ｉキ下１　す１場合にお
ける測距信号と基準電圧Ｖｒとの関係を示しており、Ｂ
は受光信号が支配的な領域、Ｃは受光系の位相ノイズが
支配的な領域を示している。

ここに、第５図（ａ）の従来例の場合、領域Ｃにおける
測距信号は基準電圧Ｖｒを越えるので誤動作が生じるこ
とになる。

一方第５図（ｂ）に示す本実施例の場合、領域りにおけ
る漸近位相情報を位相シフト回路１３ｂによって基準電
圧Ｖｒを越えないように設定しておくことにより、上述
のような誤動作を防止できるようになっている。

［発明の効果コ 本発明は上述のように構成されており、所定周波数の基
準信号によって輝度変調された光ビームを検知エリアに
投光し、上記光ビームの被検知物体による反射光を第１
の受光素子にて受光するとともに、発光素子から投光さ
れる光ビームを参照光として第２の受光素子にて直接受
光し、両受光素子出力をそれぞれ周波数変換して位相比
較し、この位相差信号を積分して測距信号を出力するよ
うにした従来例と同様の光学式測距装置において、基準
信号を位相シフトさせたシフト基準信号を第１の受光素
子出力に加算して第１の混合回路に出力する加算器を設
け、シフト基準信号のシフト位相およびレベルを誘導ノ
イズ信号がキャンセルされるように設定したものであり
、誘導ノイズ信号による誤測距を防止することができる
という効果がある。

また、積分回路出力が基準電圧以上になったときに物体
検知信号を出力する電圧比較回路を設けたものにおいて
、基準信号を位相シフトさせた第２のシフト基準信号を
第２の位相シフト回路にて形成し、第２のシフト基準信
号を第１のシフト基準信号に加算するとともに、第２の
シフト基準信号のシフト位相およびレベルを適当に設定
して第１の受光素子出力のレベルが低いときにおける引
き込み位相を、電圧比較回路から物体検知信号が出力さ
れないように設定すれば、受光信号レベルが低くなった
場合において物体検知信号がＯＮ。

ＯＦＦを繰り返すという誤動作を防止することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の回路図、第２図は同上の動作
説明図、第３図は他の実施例の回路図、第４図および第
５図は同上の動作説明図、第６図は従来例の回路図、第
７図は同上の動作説明図である。 １は発振回路、２は駆動回路、３は発光素子、４ａはハ
ーフミラ−１４ｂは全反射ミラー、５ａ。 ５ｂは受光素子、６ａ、６ｂはＩ／Ｖ変換回路、７は加
算器、８は発振回路、９ａ、９ｂは混合回路、１０は位
相比較回路、１１は積分回路、１２は電圧比較回路、１
３．１３ａ、１３ｂは位相シフト回路、１４は加算器で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定周波数の基準信号を発生する第１の発振回路
   と、上記基準信号によって輝度変調された光ビームを検
   知エリアに投光する発光素子と、上記光ビームの被検知
   物体による反射光を受光する第１の受光素子と、発光素
   子から投光される光ビームを参照光として直接受光する
   第２の受光素子と、周波数変換用信号を発生する第２の
   発振回路と、両受光素子出力にそれぞれ周波数変換用信
   号を混合する第１、第２の混合回路と、両混合回路出力
   の位相を比較して位相差信号を出力する位相比較回路と
   、位相比較回路出力を積分して測距信号を出力する積分
   回路とよりなる光学式測距装置において、基準信号を位
   相シフトさせたシフト基準信号を出力する位相シフト回
   路と、第１の受光素子出力に上記シフト基準信号を加算
   して第１の混合回路に出力する加算器とを設け、シフト
   基準信号のシフト位相およびレベルを誘導ノイズ信号が
   キャンセルされるように設定したことを特徴とする光学
   式測距装置。
2. （２）積分回路出力が基準電圧以上になったときに物体
   検知信号を出力する電圧比較回路を設けるとともに、基
   準信号を位相シフトさせた第２のシフト基準信号を出力
   する第２の位相シフト回路と、第２のシフト基準信号を
   第１の受光素子出力に加算する加算器を設け、第２のシ
   フト基準信号のシフト位相およびレベルを適当に設定し
   、第１の受光素子出力のレベルが低いときにおける引き
   込み位相を、電圧比較回路から物体検知信号が出力され
   ないように設定したことを特徴とする請求項１記載の光
   学式測距装置。