JPH0367114A - 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離測定の原理を第４
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工□ｔ　Ｉ２が流
れる。

■、＝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ＰＳＤ２４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４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２１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−８／Ｌ）　　−・＝　（４）
Ｉ２＝ｋ　（ｃ／２＋ｆ−８／Ｌ）　　−・＝　（５）
と変形され、この関係から Ｉ□／Ｉ、＝（ｃ／２−ｆ−５／Ｌ）／（ｃ／２＋ｆ−
５／Ｌ）　−・・（６）の関係が得られるｏ　Ｃｐ　ｆ
ｙ　Ｓは予め定まっているので、Ｉ□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１ｉＬ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、測距対象までの距離りが短い
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、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、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Ｉ１１＠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−工５９
０７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１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決定する抵
抗回路にトランジスタを用いたアナログ回路を含み、前
記整流・平滑回路のうちの一方の整流・平滑回路の出力
によってその一方の整流・平滑回路出力が一定になるよ
うに前記アナログ＠路の抵抗値を制御する利得制御回路
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
００ＫＨｚ）の信号を発振する発振器２５からの信号に
応じて駆動回路２６を経て駆動される。ＬＥＤ２０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＠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ｌｉｔ■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、例えばタンクｒｇＪ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
１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（ｉ号は、例えばカメ・
う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
制御回路８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３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の出力は測距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Ｉ１とＩ２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ｘｘ／ｘｚ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Ｉ、、　Ｉ２はそれぞれ電流
を電圧に変換し、増幅を行なう増幅器を経て、利得可変
の増幅器２，３の演算増幅器の非反転入力端子にそれぞ
れ入力されている。

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Ｒ５を介して電源Ｖｃｃ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Ｖｅｅ電源に接続され、抵抗Ｒ５とダイオードＤ
１の接点がトランジスタＱ６のベースに接続され、その
１−ランジスタＱ６のコレクタが電源Ｖｅｃ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Ｄ２を
介して接地され、抵抗Ｒ６を介して差動増幅器９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はトランジスタＱｌｌ、Ｑ１２゜Ｑ１３
．Ｑ１４を含み、さらに増幅器２の利得を決める抵抗Ｒ
２に並列に接続されたトランジスタＱｌ、Ｑ２と、増幅
器３の利得を決める抵抗Ｒ４に並列に接続されたトラン
ジスタＱ３．Ｑ４を含んでいる。

次に、第２図の実施例の動作について説明する。

測距対象が近い場合など、ＰＳＤ２４への入射光量が強
くてＰＳＤ２４からの出力電流Ｉ、、Ｉ。

が大きい場合、整流・平滑回路６，７の出力電圧が高く
なる。整流・平滑回路６の出力電圧が高くなることによ
りトランジスタＱｌｌのコレクタ電流が大きくなり、ト
ランジスタＱ１２のコレクタ電流も大きくなり、これと
カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１３．Ｑ
１４のコレクタ電流も大きくなる。トランジスタＱ１４
のコレクタ電流は増幅器２の利得を決める抵抗Ｒ２に並
列に接続されたトランジスタＱｌ、Ｑ２のベースに流れ
込み、トランジスタＱｌ、Ｑ２のコレクターエミッタ間
の抵抗が小さくなる。抵抗Ｒ２とトランジスタＱｌ、Ｑ
２の合成抵抗値をＲ２’とすると、トランジスタＱｌ、
Ｑ２のコレクターエミッタ間抵抗が小さくなることによ
ってＲ２’が小さくなる。増幅器２の利得は（Ｒ１＋Ｒ
２’）／Ｒ１であるので、増幅器２の出力が小さくなる
。増幅器３側においても同様にして出力が小さくなる。

逆に、測距対象物までの距離が大きい場合など、ＰＳＤ
２４への入射光量が弱い場合には、ＰＳＤ２４からの出
力電流が小さくなり、整流・平滑回路６の出力電圧が低
くなる。これによってトランジスタＱ１３，１４のコレ
クタ電流が小さくなり。

トランジスタＱｌ、Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４の各ベースに流れ
込む電流が小さくなり、トランジスタＱｌ。

Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４のコレクターエミッタ間抵抗が大きく
なる。これにより、増幅器２においては抵抗Ｒ２とトラ
ンジスタＱｌ、Ｑ２の合成抵抗が大きくなり、増幅器２
の出力が大きくなる。増幅器３側においても同様にして
出力が大きくなる。

以上の動作をまとめると、測距対象が近く、ＰＳＤ２４
の信号が大きい場合は整流・平滑回路６゜７の出力が大
きくなり、トランジスタＱ１３．１４のコレクタ電流が
大きくなってトランジスタＱ１、Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４のコ
レクターエミッタ間抵抗が小さくなり、増幅器２，３の
利得が小さくなり、これにより整流・平滑回路６，７の
出力が下がる。逆に、測距対象が遠くなってＰＳＤ２４
の信号が小さい場合は整流・平滑回路６，７の出力が小
さくなり、トランジスタＱ工３，１４のコレクタ電流が
小さくなってトランジスタＱｌ、Ｑ２゜Ｑ３．Ｑ４のコ
レクターエミッタ間抵抗が大きくなり、増幅器２，３の
利得が大きくなり、これにより整流・平滑回路６，７の
出力が上がる。

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・平滑回路７の出力信号を用いてもよ
い。

実施例では、整流・平滑回路６，７の整流同格は半波整
流を行なうものであるが、全波整流を行なうものを用い
てもよい。

なお１発振器２５の後に分局器を設け、この分周器の出
力信号でＬＥＤ２０ｔｉ−ＩＭ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、　’ａｑ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、測距信号
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＠は一実施例を概略的に示すブロック図、第２図は
同実施例を具体的に示す回路図、第３図は実施例におけ
るＡＧＣ特性を示す図、第４図は発光素子とＰＳＤを用
いた距ｍ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４６゜７・・・・・・整流・平滑＠路、８・・・・
・・利得制御回路、２０・・・・・・ＬＥＤ、２４・・
・・・・ＰＳＤ。 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
   幅器の利得を決定する抵抗回路にトランジスタを用いた
   アナログ回路を含み、前記整流・平滑回路のうちの一方
   の整流・平滑回路の出力によってその一方の整流・平滑
   回路出力が一定になるように前記アナログ回路の抵抗値
   を制御する利得制御回路とを備えた距離測定装置。