JPH0367113A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は赤外光を物体に向けて投光し、物体から反射さ
れた赤外光を受光して三角測量方式により距離を測定す
る距離測定装置に関するものである。

このような距離測定装置は、各種カメラ、測量機器、位
置検出センサ、ロボット、物体検知器。

衝突防止器、自動ドアなどに利用することができる。

（従来の技術） 赤外光を物体に向けて投光し、物体から反射された赤外
光を受光してその受光位置に応じた信号を出力する位置
検出素子（ＰＳＤ）を使用した距離測定装置が用いられ
ている。

そのような距離測定装置における距＊ｍ定の原理を第６
図を用いて説明する。

発光素子であるＬＥＤ２０をある周波数をもつ正弦波又
は矩形波として断続的に発光させる。この光をレンズ２
工から距離りにある測距対象２２に当て、その乱反射し
た光をレンズ２１から距離Ｓだけ離れたレンズ２３に入
射させ、ＰＳＤ２４に当てる。このとき、ＰＳＤ２４か
らは光の当たった位置に対応した電流Ｉ、、　Ｉ、が流
れる。

１　、　＝　ｋ　（ｃ　／　２−　ｄ　）　　　　−−
（１）Ｉ　、　＝　ｋ　（ｃ　／　２　＋　ｄ　）　　
　　−−−−−−（２）の関係がある。ここでｋは距離
に依存する定数、ＣはＰＳＤ２４の長さ、ｄはＰＳＤ２
４上に結ばれるスポット光の中心からのずれ量である。

一方、第６図に示されるように。

Ｓ／Ｌ＝ｄ／ｆ　　　　　　　・・・・・・（３）の関
係がある。Ｓは投光レンズ２工と受光レンズ２３の間の
距離、Ｌは投光レンズ２１から測距対象２２までの距離
、ｆは受光レンズ２３からＰＳＤ２４までの距離である
。上記の（１）、（２）式は Ｉ、＝ｋ　（ｃ／２−ｆ−ｓ／Ｌ）　　−”・（４）工
２＝ｋ　（ｃ／２＋ｆ−８／Ｌ）　　・・・・・・　（
５）と変形され、この関係から Ｉ、／ｌ２＝（ｃ／２−ｆ−Ｓ／Ｌ）／（ｃ／２＋ｆ’
Ｓ／Ｌ）　”””　（６）の関係が得られる。ｃ、　ｆ
、　Ｓは予め定まっているので、■□と工２の比を検出
することによって距離りが一義的に決定される。

この距離測定原理では、ＰＳＤ２４の出力の比を測距信
号とし、その値はＰＳＤ２４上でのスポット光のずれ量
ｄによって決まるので、比較的精度のよい測距が行なわ
れる。

しかし、それでも測距対象までの距離りが１０ｍ程度よ
り遠くなると、ＰＳＤ２４の出力が小さくなり、精度が
著しく悪くなる。また、測距対象までの距＠Ｌが短い場
合でも、外光が強い場合などでは正確に測距できなくな
る。

これらの問題を改善するためには１発光素子の出力を上
げることが考えられるが、それでは発光素子の寿命を縮
めることになる。

他の方法として１発光素子をある周波数で点滅させ、そ
の周波数の光を検波して外光と識別し、さらに利得制御
回路を用いて測距対象が遠距離の場合にＰＳＤ２４の出
力が小さくなれば増幅器の利得を自動的に増大させる距
離測定装置が提案されている（実開昭６４−１５９０７
号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） 上記の引用文献（実開昭６４−１５９０７号公報）で示
されている距離測定装置では、検波器を用いているため
、測距精度はよいが、測距信号が安定するのに時間がか
かり、動作速度が遅くなる。

本発明は、外光対策として発光素子を一定周波数で点滅
させ、その周波数の光をフィルターで取り出すとともに
、増幅器の利得を自動的に変化させることによって正確
な距離測定を行ない、かつ、動作速度を速くした距離測
定装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） そのため５本発明の距離測定装置は、一定周波数で点滅
して赤外光を物体に向けて投光する発光素子と、物体か
ら反射された赤外光を受光してその受光位置に応じた信
号を出力する位置検出素子と、位置検出素子の再出力信
号をそれぞれ増幅する２個の増幅器と、各増幅器の出力
信号に含まれる前記発光素子の点滅周波数帯の信号を通
過させる２個のフィルターと、各フィルターを通過した
信号を整流し、平滑化して発光素子からの赤外光成分に
応じた信号のみを取り出してこれを測距演算に供する２
個の整流・平滑回路と、前記各増幅器の利得を制御する
利得制御回路とを備え、前記利得制御回路は、一方の整
流・平滑回路の出力と基準電圧との大小比較を行なうウ
ィンドウ・コンパレータと、このウィンドウ・コンパレ
ータの出力をアップ・ダウン制御入力とするアップ・ダ
ウンカウンタと、前記各増幅器の利得を決定する抵抗値
を前記アップ・ダウンカウンタの出力により選択する選
択回路とを備えている。

（実施例） 第１図は本発明を概略的に表わしたものである。

発光素子であるＬＥＤ２０は近赤外光を物体に向けて投
光する。ＬＥＤ２０は一定周波数（例えば数１０〜数１
００　Ｋ　Ｈｚ　）の信号を発振する発振器２５からの
信号に応じて陣動回路２６を経て駆動される。ＬＥＤ２
０からの赤外光は測距対象で反射されてＰＳＤ２４の受
光面上に測距対象までの距離に対応した位置にスポット
光として入射する。

２．３は利得可変の増幅器であり、ＰＳＤ２４からのス
ポット光の位置に対応した信号電流Ｉ　ｔｙ■２をそれ
ぞれ入力し増幅する。４，５はそれぞれ増幅器２，３の
出力信号からＬＥＤ２０の点滅周波数成分を通過させる
フィルターである。フィルター４，５はＬＥＤ２０の点
滅周波数帯を通過周波数とするバンドパスフィルターで
あり１例えばタンク回路やセラミックフィルターなどを
用いることができる。６，７はそれぞれフィルター４゜
５の出力信号を入力し、整流し平滑化して直流電圧信号
とする整流・平滑回路である。９は差動増幅器であり、
両整流・平滑回路６，７の出力信号の差分が測距信号と
して取り出される。この測距信号は、例えばカメラにお
ける自動焦点調節などに用いられる。

８は利得制御回路であり、一方の整流・平滑回路６（又
は７）の出力信号が利得制御回路８に入力される。利得
制御回Ｎ８では制御信号が作られ、この制御信号は増幅
器２，３の利得を制御する。

これにより増幅器２，３の利得が自動利得制御（ＡＧＣ
）され、第５図に示されるように、整流・平滑回路６（
又は７）の出力は増幅器２，３に入力する電流が変化し
てもそれに対応した変化分が少なくなる。このことは、
整流・平滑回路６．７の出力はｍ珪対象までの距離にあ
まり影響しないことを意味し、遠方の測距であっても精
度が確保される。（６）式に示されるように、測距信号
は電流工、と工２の絶対値ではなく、比で決まるので、
制御利得の大小にかかわらず電流比Ｉｔ／Ｉｚは保たれ
るため、測距に影響はない。

次に、第２図を用いて具体的な構成を説明する。

第２図には整流・平滑回路６と利得制御回路８を具体的
にしたものが示されている。

ＰＳＤ２４からの信号電流工１，１□はそれぞれ電流を
電圧に変換し、増幅を行なう増＃器を経て。

利得可変の増幅器２，３のそれぞれの演算増幅器の非反
転入力端子に入力されている。

整流・平滑回路６（整流・平滑回路７も同じ構成である
ので、整流・平滑回路６についてのみ説明する）では、
フィルター４の出力端子がトランジスタＱ５のベースに
接続され、そのトランジスタＱ５のエミッタがダイオー
ドＤ１と抵抗ＲＩＯを介して電源Ｖｃｅに接続され、そ
のトランジスタＱ５のコレクタが接地（ＧＮＤ）レベル
より低いＶｅｅｆｉ源に接続され、抵抗ＲＩＯとダイオ
ードＤ１の接烹がトランジスタＱ６のベースに接続され
、そのトランジスタＱ６のコレクタが電源Ｖｃｅに接続
され、そのトランジスタＱ６のエミッタがダイオードＤ
２を介して接地され、抵抗Ｒ１１を介して差動増幅器９
の一方の入力端子に接続されている。Ｃ１は平滑コンデ
ンサである。

利得制御回路８を構成するために、一方の整流・平滑回
路６の出カイ３号Ｖ。１を入力とし、基４！！電圧との
大小比較を行なうウィンドウ・コンパレータ３０が設け
られ、ウィンドウ・コンパレータ３０の出力をアップ・
ダウン制御入力とするアップ・ダウンカウンタ３１が設
けられている。増幅器２の利得を決定するために、抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の直列抵抗回路が演算増幅器の出力端
子と反転入力端子の間に接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ
２゜Ｒ３にはそれぞれ選択回路を構成するスイッチＳＷ
１．．ＳＷ２．ＳＷ３が並列に接続されＣいる。

増幅器３においても同様であり、抵抗Ｒ４，Ｒ５゜Ｒ６
の直列抵抗回路が演算増幅器の出力端子と反転入力端子
の間に接続されており、抵抗Ｒ４，Ｒ５、Ｒ６にはそれ
ぞれ選択回路を構成するスイッチＳＷ４．ＳＷ５．ＳＷ
６が並列に接続されている。

抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は重みづけがなされており、その
比は、例えばＲ１：Ｒ２：　Ｒ３＝１　：　２　：４で
ある。他方の増幅器３の抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６について
も同様であり、その比は、例えばＲ４：Ｒ５：Ｒ６＝１
：２：４である。

スイッチＳＷＩとＳＷ４はアップ・ダウンカウンタ３１
の出力０１によりオン・オフ制御され、スイッチＳＷ２
とＳＷ５はアップ・ダウンカウンタ３１の出力０２によ
りオン・オフ制御され、スイッチＳＷ３とＳＷ６はアッ
プ・ダウンカウンタ３１の出力ｏ３によりオン・オフ制
御される。各スイッチ５ＷＩ−８Ｗ６はアップ・ダウン
カウンタ３１の出力がハイレベルのときにオフとなり。

ローレベルのときにオンとなる。

アップ・ダウンカウンタ３１では、ウィンドウ・コンパ
レータ３０から入力される信号がアップ信号のときはハ
イレベル出力信号が０１→０２→０３の方向に移動し、
逆にダウン信号のときはハイレベル出力信号が０３→０
２→０１の方向に移動する。

ウィンドウ・コンパレータ３０の具体的な一例を第３図
に示す。

入力端子Ａは基準電圧Ｖｒを入力する端子であり、定電
流源４３．抵抗４４，４５及び定電流源４６の直列回路
の抵抗４４．４５間の接続点に接続されている。定電流
源４３と抵抗４４の接続点はコンパレータ４７の反転入
力端子に接続され。

抵抗４５と定電流源４６の接続点はコンパレータ４８の
反転入力端子に接続されている。コンパレータ４７，４
８の非反転入力端子には入力端子Ｂによって整流・平滑
回路６の出力Ｖ。、が入力される。コンパレータ４７，
４８の出力端子はＡＮＤゲート４９に接続され、ＡＮＤ
ゲート４９の出力Ｃがアップ・ダウンカウンタ３１のダ
ウン動作を行なわせる信号となる。コンパレータ４７，
４８の出力端子はまた、ＮＯＲゲート５０に接続され、
ＮＯＲゲート５０の出力りがアップ・ダウンカウンタ３
１のアップ動作を行なわせる信号となる。

第３図のウィンドウ・コンパレータにおいて、定電流源
４３．４６の電流をＩとし、抵抗４４゜４５の抵抗値を
Ｒとすれば、このウィンドウ・コンパレータの高レベル
側スレッショルドレベルはＶ　ｒ　＋　Ｉ・Ｒとなり、
低レベル側スレッショルドレベルはＶｒ−Ｉ・Ｒとなる
。コンパレータ４７゜４８は端子Ｂから入力される■。

、を各スレッショルドレベルと比較し、ゲート４９．５
０を介して端子Ｃ，Ｄによりダウン信号やアップ信号を
出力する。

コンパレータ４７，４８の出力、端子Ｃ，Ｄの信号レベ
ル及びアップ・ダウンカウンタ３１の動作を下表に示す
。

ウィンドウ・コンパレータ３０の動作をさらに図で説明
すると、第４図に示されるようになる。

いま、基準電圧ＶｒをＦとし、ハイレベル側スレッショ
ルドレベルをＥ、ローレベル側スレッショルドレベルを
Ｇとする。Ｖゆ、が例えばＶｌの状態にあったとすれば
、上表からウィンドウ・コンパレータ３０によってアッ
プ・ダウンカウンタ３工をダウン動作させる信号が出力
される。逆に、ｖ、ｉが例えばｖ２の状態にあったとす
れば、上表からウィンドウ・コンパレータ３０によって
アップ・ダウンカウンタ３１をアップ動作させる信号が
出力される。ｖｏ、が例えばｖＯのように、レベルＥと
Ｇの間にあれば、ウィンドウ・コンパレータ３０からの
信号はアップもダウンもさせないものとなる。

次に１本実施例の動作について説明する。

第２図において、測距対象が近い場合など、ＰＳＤ２４
への入射光が強＜、ＰＳＤ２４からの出力電流Ｉ０．Ｉ
、が大きい場合、整流・平滑回路６の出力信号Ｖ　Ｏｉ
は大きくなり、ウィンドウ・コンパレータ３０からはダ
ウン信号が出力され、アップ・ダウンカウンタ３１の出
力は０３→０２→０１の方向に移動し、これにより増幅
器２，３において利得を決定する抵抗がＲ３→Ｒ２→Ｒ
１の方向に切り換えられ、増幅器２，３の利得が小さく
なる。これにより、整流・平滑回路６，７の出力信号が
小さくなり、やがて整流・平滑回路６の出力信号ｖｏ、
がウィンドウ・コンパレータ３０の２つのスレッショル
ドレベルＥとＧの間に入るようになると、ウィンドウ・
コンパレータ３０からの出力によってはアップ・ダウン
カウンタ３１−の状態が変化しなくなる。

逆に、測距対象が遠い場合など、ＰＳＤ２４への入射光
が弱＜、ＰＳＤ２４からの出力電流Ｉｌｌ工２が小さい
場合、整流・平滑回路６の出力信号■、１は小さくなり
、ウィンドウ・コンパレータ３０からはアップ信号が出
力され、アップ・ダウンカウンタ３１の出力は０１→Ｑ
２→０３の方向に移動し、これにより増幅器２，３にお
いて利得を決定する抵抗がＲ１→Ｒ２→Ｒ３の方向に切
り換えられ、増幅器２，３の利得が大きくなる。これに
より、整流・平滑回路６，７の出力信号が大きくなり、
やがて整流・平滑回路６の出力信号■。□がウィンドウ
・コンパレータ３０の２つのスレッショルドレベルＥと
Ｇの間に入るようになると、ウィンドウ・コンパレータ
３０からの出力によってはアップ・ダウンカウンタ３工
の状態が変化しなくなる。

利得制御回路８を働かせる整流・平滑回路の出力信号と
して、他方の整流・平？ｌｔ回路７の出力信号Ｖｏ、を
用いてもよい。

なお、発振器２５の後に分周器を設け、この分周器の出
力（４号でＬＥＤ２０を駆動するようにしてもよい。

また、フィルター４，５はスイッチでキャパシタを切り
換えてフィルター特性をもたせるようにしたスイッチド
・キャパシタ・フィルターによっても構成することがで
きる。

発光素子としてＬＥＤ以外の素子を用いてもよい。

（発明の効果） 本発明では、ＰＳＤの２つの出力信号をそれぞれ増幅し
、フィルターに通し、かつ、整流及び平滑して測距演算
に供するとともに、２つの整流・平滑回路出力の一方に
よりＰＳＤの２つの出力を増幅する２つの増幅回路の利
得を制御するようにして、測距対象が近距離にある場合
でも遠距離にある場合でも安定した出力を得るようにし
て、測距範囲を遠距離にまで延ばすことができる装置を
実現することができるようになる。

本発明ではまた、検波器を用いていないので、測距７３
号をすばやく安定させて動作速度を速めることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を概略的に示すブロツク図、第２図は
同実施例を具体的に示す回路図、第３図はウィンドウ・
フンパレータの一例を示す回路図、第４図はウィンドウ
・コンパレータの動作を示す図、第５図は実施例におけ
るＡＧＣ特性を示す図、第６図は発光素子とＰＳＤを用
いた距離測定原理を示す光学配置図である。 ２．３・・・・・・増幅器、４，５・・・・・・フィル
ター、６７・・・・・整流・平滑回路、８・・・・・・
利得制御回路、２０・・・・・・ＬＥＤ、２４・・・・
・・ＰＳＤ、３０・・・・・・ウィンドウ・コンパレー
タ、３１・・・・・・アップ・ダウンカウンタ、Ｒ１−
Ｒ６・・・・・・抵抗、ＳＷＩ〜ＳＷ６・・・・・・ス
イッチ。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定周波数で点滅して赤外光を物体に向けて投光
   する発光素子と、物体から反射された赤外光を受光して
   その受光位置に応じた信号を出力する位置検出素子と、
   位置検出素子の両出力信号をそれぞれ増幅する２個の増
   幅器と、各増幅器の出力信号に含まれる前記発光素子の
   点滅周波数帯の信号を通過させる２個のフィルターと、
   各フィルターを通過した信号を整流し、平滑化して発光
   素子からの赤外光成分に応じた信号のみを取り出してこ
   れを測距演算に供する２個の整流・平滑回路と、前記各
   増幅器の利得を制御する利得制御回路とを備え、前記利
   得制御回路は、一方の整流・平滑回路の出力と基準電圧
   との大小比較を行なうウィンドウ・コンパレータと、こ
   のウィンドウ・コンパレータの出力をアップ・ダウン制
   御入力とするアップ・ダウンカウンタと、前記各増幅器
   の利得を決定する抵抗値を前記アップ・ダウンカウンタ
   の出力により選択する選択回路とを備えている距離測定
   装置。