JPH0465691A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は距離測定装置に関し、特に、光学的手法による
強度変調位相差法を用いた距離測定装置に関する。

［従来の技術］ 第４図は、従来の距離測定装置の機能構成を示す概略ブ
ロック図であり、強度変調位相差法により被測定体との
距離りの測定を行うような構成となっている。

図において、距離測定装置は、投光側に発振器１４、レ
ーザダイオード（ＬＤ）ｌｂ１前記ＬＤ１ｂの近傍に設
けられたフォトダイオード（ＰＤ）２ｃおよび増幅器Ａ
Ｐ３を含み、受光側に′受光用のＰＤ２ｄ、増幅器ＡＰ
４を含み、さらに局部発振器１５、投光側および受光側
ビート発生部１６および１９、投光側および受光側ＢＰ
Ｆ　（バンド・パス・フィルタ）１７および２０、ＡＧ
Ｃ（Ａｕｔｏ　　Ｇａ１ｎ　　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路２
１、投光側および受光側コンパレータ１８および２２、
ゲート発願−２□３、クロック発生部２４および持相差
カウント部２５を含む。

前記発振器１４および局部発振器１５は、たとえば水晶
発振器などであり、固有の周波数レベルで発振する。ま
た発振器１４は、その出力段に接続されたＬＤｌｂの発
光強度を変調するための強度変調周波数ｆｆｆｉを有し
て発振し、さらに、局部発振器１５は局部発振周波数ｆ
Ｌ１を有して発振している。

投光側に設けられたＬＤｌｂは、その前段に接続された
発振器１４から与えられる強度変調周波数ｆ。の周波数
レベルに応じて発光強度に変調が加えられるように、そ
の発光が制御される。

なお、投光側に設けられた発光素子はレーザダイオード
に限定されず、ＬＥＤ　（発光ダイオード）であっても
よい。

前記ＬＤ１ｂの近傍に設けられ、ＬＤｌｂの発光を受光
し、その発光強度に応じて光電変換し電気信号を出力す
るＰＤ２ｃはその出力信号を次段に接続された増幅器Ａ
Ｐ３に与える。

□また、前記ＬＤ１ｂから発光された強度変調光は被測
定体に照射され、その照射面で反射される。

この反射光は受光側に設けられたＰＤ２ｄの受光面に入
射し、応じて光電変換されて、その受光信号は次段に接
続された増幅器ＡＰ４に与えられる。

増幅器ＡＰ３およびＡＰ４は、与えられる信号を、以降
の信号処理が容易と゛なるように所定ゲインで信号増幅
し、増幅器ＡＰ３は参照信号ｒ１を出力し、増幅器ＡＰ
４は受光信号Ｓ１をａカする。

投光側ビート発生部１６および受光側ビート発生部１９
は、前記参照信号ｒ１および前記受光信号ｓ１をそれぞ
れ入力し、前記局部発振器１５の出力する発振信号（局
部発振周波数ｆＬｔ）により、うなり（ビート）を発生
させる。このごとによって、参照信号ｒ１および受−光
信号Ｓ１について、それぞれ周波数変調を行なって参照
ビート信号ｒｂｌおよび受光ビート信号ｓｂｌをそれぞ
れ出力する。

投光側ＢＰＦ１７および受光側ＢＰＦ２０は前記参照ビ
ート信号ｒｂｌおよび受光ビート信号Ｓｂ１をそれぞれ
入力し、その帯域成分のみを通過させて次段の回路に与
える。

受光側に設けられたＡＧＣ回路２１は、予め設定された
基準信号ＶＢを入力しており、前段に接続された受光側
ＢＰＦ２０から与えられる帯域制限された受光ビート信
号ｓｂｌのゲイン調整を行なう。すなわち、受光信号が
所定の振幅を有するように基準信号Ｖ、Ｂに基づいてゲ
イン調整する。

投光側コンパレータ１８および受光側コンパレータ２２
は、それぞれ前段に接続された回路から与えられる信号
を２値化処理して、参照２値信号Ｒ１および受光２値信
号Ｓ１を出力する。

ゲート発生部２３は、前記参照２値信号Ｒ１および受光
２値信号Ｓ１を同時に入力し、応じて両信号を位相差、
すなわち両信号の入力期間の差を検出してゲート信号Ｇ
１を出力する。

クロック発生部２４は、所定周期を有してクロックパル
スを発生し、このクロ・ンク信号は次段番こ接続された
位相差カウント部２５に与えられる。

位相差カウント部２５は、前記ゲート信号Ｇ１の信号入
力期間を前記クロックパルスに基づいてカウントし、そ
のカウント値ｎ０を被測定体との距離りに関するデータ
として装置外部に出力する。

以上のように、投光側に設けられたしＤｌから強度変調
されて発せられるレーザ光は、被測定体の表面に照射さ
れ、その照射面で反射される。その反射光は、受光側に
設けられたＰＤ２ｄで受光される。前記受光用のＰＤ２
ｄで受光されて、その受光強度に応じて光電変換されて
得られた受光信号の位相成分には、前記投光側から発せ
られたレーザ光に対して所定の位相遅れ分が含まれる。

この位相遅れ分は、該距離測定装置と被測定体との距離
りの往復分に相当し、この位相遅れ分は後段に接続され
たゲート発生部２３においてパルス状のゲート信号Ｇ１
として抽出される。この詳細については後述する。

次に、第４図に示された距離測定装置の被測定体との距
離りの測定の動作について説明する。

投光側に設けられた発振器１４は強度変調周波数ｆ０に
より発振開始する。この発振信号は投光用のＬＤｌｂに
発光駆動信号として与えられる。

これに応じて、ＬＤｌｂは、与えられる強度変調周波数
ｆ。の・周波数レベルに応じて、その発光強度に変調が
加えられながら被測定体にレーザ光を照射する。

このＬＤｌｂによる強度変調されたレーザ光は、その近
傍に設けられたＰＤ２ｃにより受光されて、その受光強
度に応じて光電変換されて、得られた電気信号は次段の
増幅器ＡＰ３に与えられる。増幅器ＡＰ３は、与、えら
れる信号を以降の信号処理が容易となるように増幅処理
した後、次段に接続された投光側ビート発生部１６に参
照信号ｒ１として与える。

上述のように、投光側のＬＤｌｂから発せられたレーザ
光は、被測定体表面に照射されると、その照射面で反射
される。その反射光は、ます受光側に設けられたＰＤ２
ｄの受光面において受光され、ここでいわゆる光電変換
されて、次段の増幅器ＡＰ４に受光強度に応じた電気信
号が与えられる。増幅器ＡＰ４は与えられる受光信号を
以降の信号処理が容易となるように増幅処理した後、次
段に接続された受光側ビート発生部１９に受光信号とし
て与える。

以上のように、投光側ビート発生部１６には強度変調周
波数ｆ１を有する参照信号ｒ１が与えられ、受光側ビー
ト発生部１９には同様にして受光信号Ｓ１が与えられて
いる。このとき、局部発振器１５は局部発振周波数ｆＬ
１で発振しており、この発振信号は投光側および受光側
ビート発生部１６および１９に同時に与えられる。した
がって、投光側ビート発生部１６では強度変調周波数ｆ
□を有する参照信号ｒ１と局部発振周波数ｆＬｔを有す
る局部発振信号とが混合処理されて、うなり（ビート）
が発生される。つまり、いわゆるヘテロダイン変換処理
をして、参照信号ｒ１について周波数変調を行なって参
照ビート信号ｒｂｌを出力しているわけである。

また、同様に受光側ビート発生部１９では、強度変−周
波数１．ａ＋有する受光信号Ｓ１と局部発振周波数ｆ’
Ｌ１を有する局部発振信号とが混合されて、うなり（ビ
ート）が発生される。つまり、前記ヘテロゲイン変換処
理をして、受光信号Ｓ１について陶波数変調を行なって
受光ビート信号Ｓｂ１を出力している。

゛なお、前記投光側および受光側ビート発生部１６おま
び１９において発生されるビート信号ｒｂ１お上びｓ’
ｂｌ’はミそれぞれビート周波数ｆｂ。

を有すると想定する。

次にζ投光側ピート発生部１６の出力する参照ビート信
号ｒ”ｂ’ｌは、投光側ＢＰＦｉ７に与えられ、戯じて
信号中の雑音成分が除去されてその帯域成分が投光側゛
コンパレータ１８に与えられる。

投光側コンパレータ１８では、予め設定された信□号レ
ベルを境にして、前段□に接続された投光側ＢＰＦ１７
から与えられる信号を２値化処理′し、参照２値信号Ｒ
１をゲート発生部２３に与える。

同様にして、受光側ビート発生部１９で発生する受光ビ
ート信号ｓｂｌは、受光側Ｂ　Ｐ　Ｆ−２０で信号中の
雑音成分が除去されてその帯域成分が次段のＡＧＣ回路
２１に与えられる。ＡＧＣ回路２１においては、基準信
号ＶＢに基づいて前段に接続された受光側ＢＰＦ２０か
ら与えられる信号をゲイン調整する。つまり、受光信号
の振幅（受光強度）を常時、一定に保持するようにゲイ
ン調整している。その後、ゲイン調整された信号を受光
側コンパレータ２２に与える。

受光側コンパレータ２２においては、前述の投光側コン
パレータ１８と同様にして、予め設定された信号レベル
を境にして、与えられる信号を２値化処理し、受光２値
信号Ｓ１をゲート発生部２３に与える。

ゲート発生部２３は、与えられる信号Ｒ１およびＳｌに
基づいてゲート信号Ｇ１を生成し位相差カウント部２５
にａ力する。このゲート発生部２３によるゲート信号Ｇ
１の発生の動作について以下に説明する。

第５図（ａ）ないしくｅ）は、前掲第４図に示された距
離測定装置の各回路の入出力信号の波形を示す概略図で
ある。

第５図（ａ）は、前掲第４図に示される参照信号ｒ１の
波形を示す概略図である。

第５図（ｂ）は、前掲第４図に示される受光信号Ｓ１の
波形を示す概略図である。

第５図（Ｃ）は、前掲第４図に示される参照２値信号Ｒ
１の波形を示す概略図である。

第５図（ｄ）は、前掲第４図に示される受光２値信号Ｓ
１の波形を示す概略図である。

第５図（ｅ）は、前掲第４図に示されるゲート信号Ｇ１
の波形を示す概略図である。

なお、各図ともに、縦軸には信号レベルがとられ、横軸
には同一スケールの時間経過がとられている。

第５図（ａ）および（ｂ）に示されるように、参照信号
ｒ１および受光信号Ｓ１は、同一周波数（ｆｌ）を有し
た正弦波状信号であり、受光信号Ｓ１は参照信号ｒ１よ
りも所定位相差分だけ遅延されていることがわかる。こ
の位相差分は、投光が被測定体の距離りを往復して受光
されるまでに要する時間に相当している。

さらに、第５図（Ｃ）および（ｄ）に示される、参照２
値信号Ｒ１および受光２値信号Ｓ１は、前述の参照信号
ｒ１および受光信号ｓ１の振幅を所定信号レベルに基づ
いて２値化処理して得られた２値信号である。

第５図（ｅ）に示されるゲート信号Ｇ１は、ゲート発生
部２３の出力する信号である。つまり、ゲート発生部２
３は、参照２値信号Ｒ１および受光２値信号Ｓ１が同時
に与えられる。したがって、参照２値信号Ｒ１の信号立
上りのタイミングに応じて、その出力をアクティブにす
ることにより、ゲート信号Ｇ１の信号レベルを“ＨＩＧ
Ｈ”に設定させて出力し、直後に入力する受光２値信号
Ｓ１の信号立上りのタイミングに応じて、その出力をネ
ガティブにすることにより、ゲート信号Ｇ１の信号レベ
ルをＬＯＷ″に変化させて出力するように動作している
。したがって、ゲート信号Ｇ１は２値信号Ｒ１とＳｌの
位相差、すなわち受光信号＄１の参照信号ｒ１に対する
位相遅れ分を示す信号成分となる。

ここで、第４図に示された距離測定装置における測定距
離の算出方法について説明を加える。

上述したように、投光側のＬＤｌｂは強度変調周波数ｆ
、ｎによりその発光強度に変調が加えられながら被測定
体にレーザ光照射する。この光照射に応じて発生する被
測定体からの反射光は、該装置の受光側に設けられたＰ
Ｄ２ｄに入射する。このとき、投光側の参照信号ｒ１と
受光側の受光信号ｓｌとの位相差をφ（ｄ　ｅ　ｇ）と
想定すれば、被測定体までの距離りは、 Ｌ　＝　１／２　ｘφ／３６０°Ｘ　ｃ　／　ｆ　ｍ（
ただし、Ｃ：光速）　　・・・（１）と算出できる。

以上のように、被測定距離りは、上式（１）で求められ
るわけである。そこで、ゲート発生部２３から出力され
るゲート信号Ｇ１を次段に接続された位相差カウント部
２５に与える。これによって、位相差カウント部２５は
クロック発生部２４から与えられる所定周期のクロック
パルスに同期してゲート信号Ｇ１の信号入力期間を計数
し、計数したカウント値ｎ０を距離りに相当するデータ
として外部に出力する。

したがって、たとえば、ビート信号ｒｂｌもしくはｓｂ
ｌの１周期期間から得られるクロック発生部２４のクロ
ックパルスに同期したカウント値をＮと想定した場合、
ゲート信号Ｇ１から得られる前記カウント値ｎＱから位
相差φを容易に算出できる。つまり、位相差φを次式（
２）より求めることができる。

φ＝　ｎ　ｏ　／　Ｎ　ｘ　３６０°　　　−（２）そ
の後、式（１）と各定数および式（２）で求められる位
相差φを、さらにマイクロコンピュータなどに与えれば
被測定距離りを容易に求めることができる。

以上のように、第４図に示された従来の距離測定装置に
おいては、受光信号ｓ１の投光側の参照信号ｒ１に対す
る位相遅れ（位相差（φ）期間）を一定周期のクロック
パルスによりカウントし、そのカウント値に基づいて被
測定距離りの測定を行なうようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来の距離測定装置にお
いては、投光側の投光を強度変調駆動するための信号波
形が正弦波状であるために、この変調用に発振された駆
動信号が、受光側の回路系にクロストーク信号として漏
れ込み、これが原因となって受光信号に位相ずれを発生
させるという問題があった。これを図面を参照して詳細
に説明する。

第６図は、前掲第４図に示された従来の距離測定装置に
おけるクロ、ストーク信号による影響を説明する図であ
る。

第６図において、”実線は本来の受光信号の概略波形を
示す。また、点線は前記回路内部で漏れ込むクロストー
ク信号の概略波形である。さらに、−点鎖線は前記本来
の受光信号が前記クロストーク信号により位相ずれを起
した場合の信号波形を示している。

前述したように、受光信号の位相成分には、本来、被測
定体との距離に相当する位相遅れ（投光側の投光信号と
比較した位相遅れ）成分のみが含まれていることに基づ
いて距離測定している。しかしながら、第４図に示され
た従来の距離測定装置によれば、受光信号は、回路内部
において発振信号によって漏れ込むクロストーク信号成
分により第６図に示されるようにさらなる位相ずれを含
むことになり、前記被測定距離に相当する位相遅れ分に
誤差が生ずることになる。したがって、距離測定の精度
が低下するという問題がある。

また、前述したように従来の距離測定装置では、投光側
の投光信号および受光側の受光信号について、同様に周
波数変調処理（ヘテロダイン変換処理）をして、その後
の信号処理がより容易になるようにビート（うなり）信
号を発生させている。

しかしながら、このビート信号については、特に、［受
光側の受光信号の振幅■ビート信号振幅］という比例関
係があり、受光信号についてはＡＧＣ回路などのゲイン
調整部が必要不可欠であった。

そのため、どうしても回路構成が複雑にならざるを得な
いという問題があった。つまり、受光側の受光強度を一
定（被測定体からの反射光強度に依存しない）に保持す
る必要があった。

それゆ１えに二本発明の目的は一回路内部における他の
信号成分の漏れ込み（クロストーク信号）による測定精
度の低下を防ぎ、かつ、投光強度を大きくして被測定距
離の長距離化を図ることのできる距離測定装”置を提供
することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係□る゛距離測定装置は、被測定体との距離を
測′定する′距離測定装置である。詳細には、前記被測
定体に所定デユーティ比を有して強度変調された光信号
を□投光する投光手段と・、前記被測定体で反射された
強度変調光を受光するように設けられ、受光強度に応じ
て光電変換し、受光信号を出力する受光手段と、所定周
波数で発振する局部発振手段と、前記投光信号を、前記
発振手段による発振信号に応じて周波数変調する第１の
変調手段と、前記受光信号を、前記発振手段による発振
信号に応じて周波数変調す゛る第２の変調手段と、前記
第１変調手段による第１変調信号と、前記第２変調手段
による第２変調信号との位相差を検出する位相差検出手
段と、さらには、前記位相差検出手段により検出された
前記位相差を、前記被測定体との距離データに変換する
変換手段とを備えて構成される。

［作用］ 本発明に係る距離測定装置は上述のように構成されるの
で、前記投光手段により、パルス光を被測定体に照射す
ることにより、前記受光手段によって得られる受光信号
も、パルス信号としている。

したがって、受光側の回路内部への投光側の信号漏れ込
み（クロストーク）によって発生する測定精度の低下を
防止できる。

［実施例コ 以下、本発明Φ一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。

本実施例による距離測定装置は、強度変調位相差法を用
いて距離測定する。詳細には、投光側に備えられた発光
素子を、その発光がパルス状に変調されるように駆動す
る。また、投光側および受光側に設けられた各信号の増
幅系をスイッチング動作して増幅するようにしくリニア
に増幅する必要がないので）、さらに、局部発振器の発
振信号を正弦波状にして、投光側からの受光信号への信
号漏れ込み（クロストーク）による測定精度の低下を防
止するとともに、投光強度を大きくできることによって
被測定距離の長距離化を図っている。

第１図は、本発明の一実施例による距離測定装置の機能
構成を示す概略図であり、強度変調位相差法により被測
定体との距離りの測定を行なうような構成となっている
。

図において、距離測定装置は、投光側に発振器３、レー
ザダイオード（ＬＤ）ｌａ、前記ＬＤ１ａの近傍に設け
られ、ＬＤｌａの発光を受光し、その発光強度をモニタ
し光電変換して出力するフォトダイオード（ＰＤ−）２
ａ、増幅器ＡＰＩを含み、受光側には受光用のＰＤ２ｂ
、増幅器ＡＰ２を含み、さらに、局部発振器４、投光側
および受光側ビード発生部５゛および８、投光側および
受光側バンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）６および９、
投光側および受光側コンパレータ７および１０、ゲート
発生部１１、クロック発生部１２および位相差カウント
部１３を含む。

前記発振器３および局部発振器４は、たとえば水晶発振
器などから構成されており、固有の周波数レベルで安定
発振している。特に、前記発振器３は、ＬＤｌａの発光
強度を変調するための強度変調周波数を有して（所定デ
ユーティ比、たとえば５０％を有して）パルス発振して
いる。このパルス発振信号は、次段に接続された投光用
のＬＤｌａを、その発光強度が方形波状になるように強
度変調駆動する。また、局部発振器４は所定の局部発振
周波数を有する正弦波状の信号を発振している。

投光側に設けられたＬＤｌａは、与えられる強度変調周
波数の周波数レベルに応じて、その発光強度に変調が加
えられるようにして投光駆動される。

前記ＬＤ１ａの近傍に設けられた受光用のＰＤ２ａは、
前記ＬＤ１ａの投光を受光し、その受光強度に応じて光
電変換して電、気信号を次段に接続された増幅器ＡＰＩ
に与える。

受光側に設けられた受光用のＰＤ２ｂは、前記ＬＤ１ａ
から投光されたレーザ光が、被測定体の照射面に照射さ
れ、応じて反射された光を受光するように設けられる。

このＰＤ２ｂの受光面に入射し、その受光強度に応じて
光電変換されて得られた受光信号は、次段に接続された
増幅器ＡＰ２に与えられる。

増幅器ＡＰＩおよびＡＰ２は、与えられる信号を次段以
降の信号処理が容易をなるように所定ゲインを有して増
幅処理する。このようにして増幅処理して得られた参照
信号ｒおよび受光信号Ｓは次段に接続された投光側ビー
ト発生部５および受光側ビート発生部８にそれぞれ与え
られる。

投光側ビート発生部５および受光側ビート発生部８は、
与えられる参照信号ｒおよび受光信号Ｓを、局部発振器
４が出力する局・部発振信号によりいわゆるヘテーロダ
イン変換処理し、参照信号ｒ・および受光信号Ｓについ
てうなり（ビート）を発生させてそれぞれ周波数変調を
行なう。このようにして得られた参照ビート信号ｒｂお
よび受光ビート信号ｓｂは、次段に接続された投光側Ｂ
ＰＦ６および受光側ＢＰＦ９にそれぞれ与えられる。

投光側ＢＰＦ６および受光側ＢＰＦ９は、与えられる参
照ビート信号ｒｂおよび受光ビート信号ｓｂのそれぞれ
について、その帯域成分のみを通過させるように動作す
る。

□投光側コンパレータ７および受光側コンパレータ１０
は、前段に接続された投光側ＢＰＦ６および受光側ＢＰ
Ｆ９からそれぞれ与えられる信号を予め設定された所゛
定、信号レベルを用いて２値化処理し、参照２値信号Ｒ
および受光２値信号Ｓをそ、れぞれ出□力する。

ゲート発生部１１は、前記参照２値信号Ｒおよび受光２
値信号Ｓを入力し、応じてゲート信号Ｇを出力する。

クロック発生部１２′は所定周期でクロックパルスを発
振し、この発振されたクロック信号は、次段に接続され
た位相差カウント部１３に与えられている。

位相差カウント部１３は、前記クロックパルス信号およ
びゲート信号Ｇを同時に入力しており、ゲート信号Ｇの
入力期間を前記クロックパルス信号でカウントし、その
カウント値ｎを被測定距離に相当゛するデータとして装
置外部に出力している。

以上のように、第１図に示される距離測定装、置によれ
ば、投光側のＬＤｌａから強度変調されて発せられた方
形波状のレーザ光は、被測定体表面に照射され、応じて
反射される。その反射光は受光側に設けられたＰＤ２ｂ
の受光面で受光されて、その受光レベルに応じて光電変
換される。前記ＰＤ２ｂで受光される反射光の投光に対
する位相遅れ分は、後段に接続されたゲート発生部１１
においてパルス状のゲート信号Ｇとして得られている。

このように、第１図に示される距離測定装置は、受光さ
れる受光信号の投光側の投光信号に対する位相遅−゛れ
分に基づいて被測定体までの距離を測定するように構成
されている。

次に、前掲第１図に示された距離測定装置の距離測定の
動作について説明する。

まず、発振器３は、たとえばデユーティ比５０％を有し
てパルス発振する。その発振信号は、次段に接続された
投光用のＬＤｌａに駆動信号として与えられて、応じて
ＬＤｌａはその投光が方形波状になるように変調駆動さ
れる。また、このＬＤｌａの投光は、その近傍に設けら
れたＰＤ２　ａによって受光され、その受光強度に応じ
て光電変換される。この光電変換により得られた電気信
号は、次段に接続された増幅器ＡＰＩに与えられる。

増幅器ＡＰＩは、与えられる信号を次段以降の信号処理
が容易となるように増幅処理して、参照信号ｒとして次
段の投光側ビート発生部５に与えている。

さて、投光側のＬＤｌａから発せられた方形波状に変調
された光信号は、被測定体表面に照射され、応じてその
照射面において反射される。その反射光は受光側のＰＤ
２ｂで受光され、ここでいわゆるその受光強度に応じて
光電変換されて、次段ノ増幅器ＡＰ２に受光レベルに応
じた電気信号が与えられる。゛増幅器ＡＰ２は与えられ
る受光信・号を次段以降の信号処理が容易となるように
増幅処理する。増幅処理して得られた受光信号Ｓは、受
光側ビート発生部８に与えられる。

以上のように、投光側ビート発生部５には発振器３の強
度変調周波数（デユーティ比５０％）を有する参照信号
ｒが与えられ、受光側ビート発生部８にも同様に、発振
器３の強度変調周波数（デユーティ比５０％）を有した
受光信号Ｓが与えられる。このとき、局部発振器４は所
定の局部発振周波数で安定発振しており、この正弦波状
の発振信号は投光側および受光側ビート発生部５および
８に同時に与えられる。したがって、投光側ビー′ト発
生部５では方形波状のデユーティ比５０％を有する参照
信号ｒと正弦波状の局部発振信号とが混合されて、うな
り（ビード）が発生される。また、同様に受光側ビート
発生部８では、・強度変調周波数（デユーティ比５０％
）を有する方形波状１の受光信号Ｓと局部発振周波数を
有する正弦波状の局部発振信号とが混合されて、うなり
（ビート）が発生される。つまり、この投光側および受
光側ビート発生部５および８では、いわゆるヘテロゲイ
ン変換処理が行なわれて、参照信号ｒおよび受光信号Ｓ
について、次段以降の信号処理が容易となるように周波
数変調している。

このようにして得られた参照ビート信号ｒｂおよび受光
ビート信号ｓｂはそれぞれ投光側ＢＰＦ６および受光側
ＢＰＦ９にそれぞれ与えられる。

さて、投光側ＢＰＦ６は、与えられる信号中の雑音成分
を除去して、その帯域成分のみが次段の投光側コンパレ
ータ７に与えられるように動作して・いる。投光側コン
パレータ７では、予め定められた信号レベルを境にして
、与えられる信号を２値化処理し、参照２値信号Ｒを次
段のゲート発生部１１に出力している。

同様に、受光側ビート発生部８で発生された受光ビート
信号ｓｂは、受光側ＢＰＦ９で信号中の雑音成分が除去
され帯域成分のみが次段の受光側コンパレータ１０に与
えられる。受光側コンパレ−タ１０では、予め定められ
た信号レベルを境にして与えられる信号を２値化処理し
、受光２値信号Ｓをゲート発生部１１に出力する。

ゲート発生部１１は、与えられる参照２値信号Ｒおよび
受光２値信号Ｓとに基づいてゲート信号Ｇを生成し、こ
れを次段に接続された位相差カウント部１３に出力して
いる。このゲート発生部１１のゲート信号Ｇ発生の動作
について図面を参照して説明する。

第２図（ａ）ないしくｅ）は、前掲第１図に示された距
離測定装置の各回路の入出力信号の波形を示す概略図で
ある。

策２図（ａ）は、前掲第１図に示され茗参照信号ｒの波
形を示す概略図である。

第２図（ｂ）は、前掲第１図に示される受光信号Ｓの波
形を示す概略図である。

第２図（Ｃ）は、前掲第１図に示される参照２値信号Ｒ
の波形を示す概略図である。

第２図（”ｄ）は、前掲第１図に示される受光２値信号
Ｓの波形を示す概略図である。

第２図（ｅ）は、前掲第１図に示されるゲート信号Ｇの
波形を示す概略図である。

なお、各図ともに縦軸には各信号レベルがとられ、横軸
には同一スケールの時間経過がとられている゛。

第２図（ａ）および（ｂ）に示されるように、参照信号
ｒおよび受光信号Ｓは、同一周波数（デユーティ比５０
％）の方形波として表わされ、受光信号Ｓは参照信号ｒ
よりも所定位相差分だけ遅延していることがわかる。こ
の位相差分は、投光が、被測定体との距離りを往復して
受光されるまでの時間に相当している。

さらに、第２図（Ｃ）および（ｄ）に示されるように、
参照２値信号Ｒおよび受光２値信号Ｓは、前述の参照信
号ｒおよび受光信号Ｓの振幅を所定レベルを基準にして
２値化処理して得られた２値信号である。したがって、
ゲート発生部１１、では第２図（Ｃ）および（ｄ）に示
されるような参照２値信号Ｒおよび受光２値信号Ｓを同
時に入力して、第２図（ｅ）に示されるようなゲート信
号Ｇをａカしている。つまり、参照２値信号Ｒの信号立
上りのタイミングに応じて、その・出力をアクティブに
することによりゲート信号Ｇを信号レベル“ＨＩＧＨ”
に設定させて出力し、直後に入力する受光２値信号Ｓの
信号立上りのタイミングに応じてその出力をネガティブ
にすることにより、ゲート信号Ｇを信号レベル”ＬＯＷ
”に変化させて出力するように動作してい□る。したが
って、ゲート信号Ｇは、与えられる２値信号ＲとＳの位
相差、すなわち受光信号Ｓの参照信号に対する位相遅れ
分を示す信号となる。

第１図を参照して、ゲート発生部１１から出力されたゲ
ート信号Ｇ（第２図（ｅ）参照）は、次段に接続された
位相差カウント部１３に与えられる。

位相差カウント部１３では、クロック発生部１２から与
えられる所定周期のクロックパルスに基づいて、ゲート
信号Ｇの信号入力期間をカウントし、そのカウント値ｎ
を装置外部に出力する。つまり、このカウント値ｎが被
測定体との距離りに関するデータを示すことになる。

ところで、投光側で得られる参照信号ｒと受光−側で得
られる受光信号Ｓとの位相差、φ（ｄ　ｅ　ｇ）を想定
すれば、被測定体までの距離りは、Ｌ＝１／２Ｘφ／３
６０°Ｘ　ｃ　／　Ｆ　ｍ（ただし、Ｃ−；光速、Ｆｍ
；発振器３の周波数）・・・（３） と算出できる。

そこで、ゲート発生部１１から出力されるゲート信号Ｇ
は、次段の位相差カウント部１３において、クロック発
生部１２から与えられる所定周期のクロックパルスに同
期してゲート信号Ｇの信号入力期間を、たとえばビート
信号ｒｂもしくはＳｂの１周期期間から得られるクロッ
ク発生部１２のクロックパルスに同期したカウント値を
Ｎと想定した場合、前記カウント値ｎから前記位相差φ
を容易に算出できる。つまり、位相差φを次式（４）よ
り求めることができる。

φ＝ｎ／ＮＸ３６０°−（４） その後、式（３）と各定数および式（４）で求められる
位相差φをマイクロコンピュータなどに与えれば距離り
が容易に求まるわけである。

以上のように、第１図に示される距離測定装置において
は、受光信号Ｓの投光側の参照信号ｒに対する位相遅れ
（位相差（φ）期間）を一定周期のクロックパルスによ
りカウントし、そのカウント値に基づいて被測定距離り
の測定を行なうようにしている。

以上のように、第１図に示される距離測定装置の距離測
定動作によれば、投光側に設けられた発振器３は所定デ
ユーティ比５０％を有して発振し、次段に接続されたＬ
Ｄｌａをパルス点灯させている。したがって、このパル
ス発光はモニタ用のＰＤ２ａで受光されて、ここで光電
変換されて増幅ＡＰＩに与えられる。また、前記ＬＤ１
ａから投光されたパルス光は被測定体に照射され、その
照射面からの反射光（パルス光）は受光側に設けられた
ＰＤ２ｂで受光されて得られた光電変換される。この光
電変換された信号は増幅器ＡＰ２に与えられる。このよ
うに、これらの投光信号および受光信号は、所定デユー
ティ比を有したパルス信号なので、その増幅処理を行な
う増幅器ＡＰＩならびにＡＰ２についても、与えられる
信号をリニアに増幅する必要はなく、与えられる信号に
同期してスイッチング形式で信号増幅処理するような機
−能を備えればよい。したがって、増幅器ＡＰＩおよび
ＡＰ２の回路構成は簡単となる。

また、前記増幅器ＡＰＩおよびＡＰ２から出力されたパ
ルス信号を、投光側ビート発生部５および受光側ビート
発生部８において局部発振器４からの正弦波状の局部発
振信号を用いてヘテロダイン変換処理することによって
、投光信号および受光信号を周波数変調処理している。

その後、投光側ＢＰＦ６および受光側ＢＰＦ９ならびに
投光側コンパレータ７および受光側コンパレータ１０さ
らにゲート発生部１１を介してゲート信号Ｇを得るよう
にしている。このように、局部発振器４の発振する正弦
波状の信号は、はぼ一定の信号レベルに保つよう安定発
振されているので、受光側の信号について、ゲイン調整
を行なう必要がない。

つまり、受光側の信号処理回路についてゲイン調整回路
を削除できる。これは、［受光ビート信号ｓｂの出力レ
ベル■局部発信器４の局部発振信号の出力・レベル］で
あり、受光ビート信゛号ｓｂの出力レベルは一受光信号
Ｓの信号レベルとは無関係であることに起因する。ただ
し、受光信号Ｓの信号レベルならびに参照信号ｒの信号
レベルは、投光側ビート発生部５および受光側ビート発
生部８に設けられた乗算器のダイオード（図示せず）を
導通（ＯＮ）させるだけの信号レベルは最低必要であり
、この必要信号レベルは、前段に接続された一一器ＡＰ
ＩおよびＡＰ２の出力段で得られるように構成されてい
る。

第３図は、前掲第１図に示された本発明の一実施例によ
る距離測定装置におけるクロストーク信号の影響を説明
する図である。

図中、実線は本来の受光信号の概略波形を示す。

また、点線は前記回路内部で漏れ込むクロストーク信号
９概略波形を示す。

第３図に示されるように、受光信号の位相成分にはクロ
ストーク信号による位相ずれは発生せず（受光信号のゼ
ロク、ロス点は不変である）、また、図中ので示される
ように、前記クロストーク信号成分が受光信号のわずか
なノイズのみとして影響して、いる。

したがって、受光信号の位相成分には、本来の被測定体
との被測定距離りに相当する位相遅れ（投光側の投光信
号と比較した位相遅れ）成分のみが含まれることになり
、正確に距離測定できることになる。つまり、ゲート発
生部１１において得られるゲート信号Ｇは前記位相遅れ
成分のみを含むので、位相差カウント部１３はこのゲー
ト信号Ｇの入力期間をクロック発生部１２の所定周期の
パルス信号に同期してカウントすることにより、被測定
距離りに相当する正確なカウント値ｎを８カすることが
できる。

［発明の効果コ 本発明によれば、強度変調位相差法を用いた距離測定装
置において、投光手段における投光信号を所定デユーテ
ィ比を有した方形波状の信号とし、また、前記投光信号
に応じて得られる受光手段における受光信号も、前記所
定デユーティ比を有した方形波状の受光信号として得ら
れる。したがって、第１および第２変調手段による周波
数変調処理における前記投光信号から受光信号への漏れ
込み（クロストーク）による測定精度の悪化を防ぎ、か
つ、投光側における投光強度を大きくできるので、被測
定距離の長距離化を容易に図ることができる。

さらに、前述したように投光信号および受光信号はそれ
ぞれ所定デユーティ比の方形波信号として得られるので
１、信号処理回路に設けられる増幅系回路も、スイッチ
ング動作するような簡単な回路構成でよいという利点が
ある。さらに、受光側の回路には、受光信号の振幅を調
整するようなゲイン調整回路が不要となり、該装置の回
路構成がさらに簡単化されるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による距離測定装置の機能
構成を示す概略図である。第２図（ａ）ないしくｅ）は
、第１図に示された距離測定装置の各回路の入出力信号
の波形を示す概略図である。 第３図は、第１図に示された本発明の一実施例による距
離測定装置におけるクロストーク信号の影響を説明する
図である。第４図は、従来の距離測定装置の機能構成を
示す概略図である。第５図（ａ）ないしくｅ）は、第４
図に示された距離測定装置の各回路の入出力信号の波形
を示す概略図である。第６図は一１第４図に示された従
来の距離測定装置におけるりｐストーク信号による影響
を説明する図である。 図において１ａはＬＤ（レーザダイオード）、２ａおよ
び２ｂはＰＤ（フォトダイオード）、３は発振器、４は
局部発振器、５および８は投光側および受光側ビート発
生部、６および９は投光側および受光側ＢＰＦ、７およ
び１０は投光側および受光側コンパレータ、１１はゲー
ト発生部、１２はクロック発生部、１３は位相差カウン
ト部、ｒおよびＳは参照および受光信号、ＲおよびＳは
参照および受光２値信号、Ｇはゲート信号、ｎはカウン
ト値である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 ｙり２図 地５図 已６０ 本来・受光化５ ７ｏスト−２化号 ２ｏスト−２信５１：Ｊリイ立不目■゛れ゛（Ｔ；受光
信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定体との距離を測定する距離測定装置であって、 前記被測定体に所定デューティ比を有して強度変調され
   た光信号を投光する投光手段と、前記被測定体で反射さ
   れた前記強度変調光を受光するように設けられ、受光強
   度に応じて光電変換し、受光信号を出力する受光手段と
   、 所定周波数で発振する局部発振手段と、 前記投光信号を、前記発振手段による発振信号に応じて
   周波数変調する第１の変調手段と、前記受光信号を、前
   記発振手段による発振信号に応じて周波数変調する第２
   の変調手段と、前記第１変調手段による第１変調信号と
   、前記第２変調手段による第２変調信号との位相差を検
   出する位相差検出手段と、 前記位相差検出手段により検出された前記位相差を前記
   被測定体との距離データに変換する変換手段とを備えた
   、距離測定装置。