JPH0367116A - 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、物体がら反射された赤外
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（Ｐ　Ｓ　Ｄ）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１ｍ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
１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。

Ｉ　、＝　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Ｐ
ＳＤ２４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−５／Ｌ）　　・・””　（４
）Ｉ２−ｋ　（ｃ／２＋ｆ−８／Ｌ）　　−−（５）と
変形され、この関係から Ｉ　Ｌ／　Ｉ　２　＝（ｃ／　２　　ｆ−８／　Ｌ）／
　（ｃ／　２　＋ｆ−５／　Ｌ）　　・−・・（６）の
関係が得られる’ｌ　ＱＴ　ｆｆ　Ｓは予め定まってい
るので、工、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
１ｍ測定装置が提案されている（実開昭６４−１５９０
７号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記の引用文献（実開昭６４−１５９０７号公
報）で示されているように、外光対策として発光素子を
一定周波数で点滅させ、その周波数の光を検波するとと
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う具体的な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、本発明の距１ｍ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検波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個の検波器と、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。

前記検波器のうちの一方の検波器の出力によってその一
方の検波器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ている。

（実施例） 第工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
応じて廓動回路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工□。

工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ＬＥ
Ｄ２０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、ＬＥＤ２０の点滅に
同期して検波を行なう検波回路であり、ＬＥＤ２０の点
滅周波数のみの信号を高精度に選択する。検波回路６，
７には平滑回路も含まれており、検波回路６，７の出力
信号は直流電圧となる。９は差動増幅器であり、再検波
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、一方の検波回路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
、検波器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、検波器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Ｉ□／工２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＠には検波器６と利得ＩＩＪ御回路８　（８ａ。

８ｂ、８ｃを含む）が具体的に示されている。

ＰＳＤ２４からの信号電流工□、工２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。

検波器６（検波器７も同じ構成であるので、検波器６に
ついてのみ説明する）は、二重平衡型検波器である。ト
ランジスタＱ９とＱＩＯのエミッタは定電流回路を経て
グランド（ＧＮＤ）レベルより低いＶｅｅ電源に接続さ
れ、トランジスタＱ９とＱ１０は差動増幅回路を構成し
ている。フィルター４の出力信号はトランジスタＱ９の
ベースに加えられ、トランジスタＱ１０のベースには基
準電圧Ｖ　ｒｅｆ、が加えられている。この差動増幅回
路で増幅された信号はトランジスタＱ５．Ｑ６からなる
差動増幅回路のエミッタと、トランジスタＱ７、Ｑ８か
らなる差動増幅回路のエミッタにそれぞれ加えられる。

トランジスタＱ６．Ｑ７のベースにはＬＥＤ２０を点滅
させる発振器２５からの信号が加えられており、トラン
ジスタＱ５．Ｑ８のベースには基準電圧Ｖｒｅｆｌが加
えられている。

トランジスタＱ６．Ｑ７は発振器２５からの信号によっ
てスイッチ動作をする。

この検波器６（検波器７でも同じ）では、トランジスタ
Ｑ５とＱ６の差動増幅回路と、トランジスタＱ７とＱ８
の差動増幅回路により全波整流された信号が増幅される
。コンデンサＣ１は整流された信号を直流信号に変換す
る平滑コンデンサである。

利得制御回路８　（８ａ、８ｂ、８ｃ）は抵抗Ｒ１２と
トランジスタＱ↓１．Ｑ１２．Ｑ１３．Ｑ１４を含み、
さらに増幅器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＜、ＰＳＤ２４からの出力電流Ｉ、、Ｉ、
が大きい場合、検波回路６，７の出力電圧が高くなる。

検波回路６の出力電圧が高くなることによりトランジス
タＱ１０のコレクタ電流が大きくなり、トランジスタＱ
１２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．Ｑ１４のコレク
タ電流も大きくなる。トランジスタＱ１３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、Ｑ２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＋Ｒ２’）／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には、ＰＳＤ２
４からの出力電流が小さくなり、検波回路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、Ｑ
ｌ、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検波回路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Ｑｌ。

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、これにより検
波回路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検波回路６，７の
出力が小さくなり、トランジスタＱ１３，１４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、これにより検波回路６゜７
の出力が上がる。

利得制御回路８を働かせる検波回路の出力信号として、
他方の検波回路７の出力信号を用いてもよい。

なお１発振器２５の後に分周器を設け、この分周器の出
力信号でＬＥＤ２０を踵動し、かつその分周器の出力を
検波回路６，７に加え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、かつ検波して測距演算に供すると
ともに、２つの検波出力の一方により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
でも安定した検波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。

【図面の簡単な説明】

第工図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
いた距離測定原理を示す光学配置図である。

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検波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個の検波器と、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
   、前記検波器のうちの一方の検波器の出力によってその
   一方の検波器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。