JP2001183458A - Distance sensor - Google Patents

Distance sensor

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JP2001183458A
JP2001183458A JP37296999A JP37296999A JP2001183458A JP 2001183458 A JP2001183458 A JP 2001183458A JP 37296999 A JP37296999 A JP 37296999A JP 37296999 A JP37296999 A JP 37296999A JP 2001183458 A JP2001183458 A JP 2001183458A
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light
circuit
frequency pulse
frequency
pulse signal
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Tadanori Miyauchi
忠徳 宮内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance sensor that uses an inexpensive LED as a light- projecting element and satisfies practical performance both in measured distance and response speed, for preventing collision of automobiles. SOLUTION: High-frequency pulse beams f1, f2 are irradiated by switching frequency from a projector 1, and reflected light from a detected object 2 is received by a light-receiving element 3 and mixed with mixing waves f2, f1 having frequency difference corresponding to an intermediate frequency f3. The beat down signal is compared with an intermediated frequency signal f3 as a phase reference by a phase difference detecting circuit 14, and respective phase delays corresponding to reciprocating distances 2L are measured. A phase delay difference measured between a f1 irradiation time and a f2 irradiation time is determined by a difference detecting circuit 20, and extracted as a detection signal of a distance L. The switching between f1 and f2 is performed at a synchronous time, thereby the duty ratio of the light-projecting element 1 is set below 1/50 radiate a pulse beam with a high crest value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は自動車の衝突防止等に利
用できる光を用いた距離センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance sensor using light which can be used for preventing collision of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の車社会への移行に伴い、交通事故
による死傷者の数は著しく増大し、深刻な社会問題とな
っている。この対策の一つとして車間距離を計測するセ
ンサの開発が進められている。
2. Description of the Related Art With the shift to the automobile society in recent years, the number of casualties due to traffic accidents has increased remarkably, which has become a serious social problem. As one of the countermeasures, development of a sensor for measuring a distance between vehicles has been advanced.

【0003】このセンサは、自動車の走行中に、衝突の
可能性がある車両や障害物を検出し、ブレーキをかける
等の処置を速やかに行わせるために使用される。したが
って、その検知エリアは、所定の幅(角度範囲)で、自
車の前方に百数十メートル以上離れた位置まで広がるも
のとする必要があり、高速応答性も求められる。
This sensor is used to detect a vehicle or an obstacle that may cause a collision while the vehicle is running, and to promptly take measures such as applying a brake. Therefore, it is necessary that the detection area has a predetermined width (angle range) and extends to a position more than one hundred and several tens of meters in front of the vehicle, and high-speed response is also required.

【0004】現在、注目されているセンサは、60GH
Zや76GHZ帯のミリ波を利用したものである。この注
目の理由は、ミリ波を採用すると、その波長が短いこと
から上述した検知エリアを設定するためのアンテナを車
載可能な大きさにでき、電波を用いることから車両の色
の影響を受けず、安定した検出が行えることである。
[0004] At present, a sensor of interest is 60 GH.
It uses millimeter waves in the Z and 76 GHz bands. The reason for this attention is that when millimeter waves are used, the wavelength is short, so the antenna for setting the above-mentioned detection area can be made large enough to be mounted on a vehicle, and the use of radio waves does not affect the vehicle color. That is, stable detection can be performed.

【0005】このミリ波レーダーは、例えばFM−CW
方式で製作される。このFM−CW方式は、送信波を三
角波又はそれに近い波形でFM変調し、目標から反射し
て戻って来た受信波と送信波の一部をミキシングするこ
とで、車間距離と相対速度に応じて生じる受信波の送信
波に対する周波数差をビート信号として取出し、これを
測定して、車間距離と相対速度を求める。しかし、ミリ
波を使用したセンサは、60GHZや76GHZ帯で動作
させるために特殊な部品を使用するので高価になり、一
般車両に装備させることが困難な問題がある。
[0005] This millimeter wave radar is, for example, an FM-CW.
Produced by the method. In the FM-CW method, a transmission wave is FM-modulated with a triangular wave or a waveform close thereto, and a part of the reception wave and the transmission wave that are reflected back from the target and mixed are mixed according to the inter-vehicle distance and the relative speed. The frequency difference between the received wave and the transmitted wave is extracted as a beat signal, and measured to determine the inter-vehicle distance and the relative speed. However, a sensor using a millimeter wave is expensive because it uses special components to operate in the 60 GHz and 76 GHz bands, and has a problem that it is difficult to mount it on a general vehicle.

【0006】また、光波を利用するセンサとして、放射
したレーザ光が前方の車両で反射して戻るまでの伝播遅
延時間を計測し、前方の車両までの距離を求める車載用
衝突防止装置が提案されている(特開平6−13159
8)。レーザ光を用いるのは、細く絞られ拡散し難いレ
ーザ光を用いることによって、日中でも観測可能な強度
の大きい反射光を得るためである。しかし、レーザビー
ムを使用した場合は、検知エリアをカバーするために、
パルス状のスポット光で、検知エリアを掃引する必要が
ある。このため、レーザスポットの掃引・放射機構とし
て、パルスモータ等の光学系を回動させる機構を設ける
必要がある。さらに、レーザ光の伝播遅延時間を計測す
る装置も複雑で高価になることから、このレーザ光を用
いる装置を低コストに提供することは困難である。
As a sensor utilizing light waves, an on-vehicle collision prevention device has been proposed which measures a propagation delay time until a radiated laser beam is reflected by a preceding vehicle and returns to determine a distance to the preceding vehicle. (JP-A-6-13159)
8). The reason for using the laser light is to obtain a reflected light with a high intensity that can be observed even during the day by using a laser light that is narrowed down and hardly diffuses. However, when using a laser beam, to cover the detection area,
It is necessary to sweep the detection area with a pulsed spot light. Therefore, it is necessary to provide a mechanism for rotating an optical system such as a pulse motor as a laser spot sweeping / radiating mechanism. Further, since a device for measuring the propagation delay time of laser light is complicated and expensive, it is difficult to provide a device using this laser light at low cost.

【0007】また、レーザ光は人間の目に直接入射する
と危険な性質を持つため、目に入っても安全なレーザ光
を用いたアイセーフレーザと呼ばれるものも開発されて
いる。しかし、この場合はセンサが特に高額となり、車
載用のセンサとしての実用化は到底できない。
[0007] Further, since laser light has a dangerous property when it enters the human eye directly, an eye-safe laser using laser light that is safe to enter the eye has been developed. However, in this case, the sensor is particularly expensive, and practical use as a vehicle-mounted sensor cannot be achieved at all.

【0008】LEDを用いた光波距離計(特開平10−
160842)もある。これは検知物体に向けてLED
から出る光波を照射し、その反射波の位相遅れを測定し
て距離を測定するもので、この距離計は、温度による増
幅器の増幅率変化等により測定値が変動するため、距離
計内に設けた参照用光路の距離を、同一の発光素子と受
光素子で測定したときの位相遅れの測定値で補正を行な
っている。
[0008] A lightwave distance meter using an LED (Japanese Unexamined Patent Publication No.
160842). This is the LED facing the sensing object
The distance meter measures the distance by measuring the phase delay of the reflected wave by irradiating the light wave emitted from the distance meter.This distance meter is installed in the distance meter because the measured value fluctuates due to changes in the amplification factor of the amplifier due to temperature. The distance of the reference optical path is corrected by the measured value of the phase lag when the same light emitting element and light receiving element are measured.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】LEDを用いた光波距
離計は、ミリ波レーダーやレーザ光を用いる距離計に比
べて、衝突防止用のセンサとして実用可能な低価格での
製造が可能である。
An electro-optical distance meter using an LED can be manufactured at a low price that can be practically used as a sensor for preventing collision, as compared with a distance meter using a millimeter wave radar or a laser beam. .

【0010】しかし、上記従来の光波距離計を自動車の
衝突防止用センサとして製造しようとしても、測定距離
と応答速度の両者において、実用性能を満たすことがで
きない。
However, even if the conventional lightwave distance meter described above is manufactured as a collision prevention sensor for an automobile, practical performance cannot be satisfied in both the measured distance and the response speed.

【0011】必要な測定距離が得られないのは、LED
の発光量が小さいためである。自動車の衝突防止に用い
ようとすれば、日中で百数十メートル以上離れた先行車
両に向け、衝突の可能性がある所定の範囲に向けて、そ
の反射光を受光できる程度のレベルで光を照射しなけれ
ばならない。しかし、LEDの一般的な駆動方法では、
十分な光量を照射できない。
The required measurement distance cannot be obtained because of the LED
This is because the amount of light emission is small. If it is used to prevent collisions of automobiles, it is necessary to aim at a level that can receive the reflected light toward a preceding vehicle that is more than a hundred and several tens of meters away in the daytime and into a predetermined range where there is a possibility of collision. Must be irradiated. However, in a general driving method of the LED,
Cannot illuminate enough light.

【0012】必要な応答速度が得られないのは、上記従
来の光波距離計が、測定用と参照用の光路切換えに所定
の時間を必要とすること、及び、測定光と参照光の受光
レベルを一定に保つために備える機械絞りやAGCが、
探知物の照射位置の向きや色の変化に伴う反射光量の変
化に追従できないからである。
The required response speed cannot be obtained because the conventional lightwave distance meter requires a predetermined time for switching between the optical path for measurement and the optical path for reference, and the light receiving levels of the measurement light and the reference light. Mechanical aperture and AGC to keep the pressure constant
This is because it is impossible to follow a change in the amount of reflected light due to a change in the direction of the irradiation position or the color of the detected object.

【0013】したがって、上記従来の光波距離計は自動
車の衝突防止には応用できない。
[0013] Therefore, the above-mentioned conventional lightwave distance meter cannot be applied to collision prevention of automobiles.

【0014】なお、上記光波距離計において、前記FM
−CW方式を採用することも考えられるが、LEDで発
光制御可能な周波数領域において、投光ビーム周波数を
連続的に変えようとすると、上記ミリ波帯に比べて、か
なり低い周波数領域で動作する広帯域の増幅器が必要に
なり、このような増幅器を得ることができないため、実
現不能である。
In the above-described lightwave distance meter, the FM
Although it is conceivable to adopt the -CW method, in the frequency range where the light emission can be controlled by the LED, if the light beam frequency is continuously changed, it operates in a frequency range considerably lower than the above-mentioned millimeter wave band. This is not feasible because a wideband amplifier is required and such an amplifier cannot be obtained.

【0015】そこで、本発明は衝突防止に使用できる高
速応答性と遠距離まで広がった検知エリアを持つ光波を
用いた距離センサを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a distance sensor using a light wave having a high-speed response and a detection area extending to a long distance, which can be used for collision prevention.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1にかか
る距離センサは、所定の検出範囲に向けて高周波パルス
光を照射する投光器と、投光器の照射範囲内の探知物の
反射光を検出する受光器と、この受光器の出力を混合用
の高周波パルス信号と混合する混合回路と、第1の高周
波パルス信号f1,第2の高周波パルス信号f2,第1
及び第2の高周波パルス信号の周波数差を持つ中間周波
パルス信号f3を生成するパルス信号発生回路と、高周
波パルス信号f1,f2を切換え、その一方を投光器に
供給し、他方を混合回路に供給する切換回路と、混合回
路の出力を増幅する中間周波増幅器と、中間周波増幅器
の出力を前記中間周波パルス信号f3と位相比較する位
相比較回路と、切換回路による高周波パルス信号f1,
f2の切換えによって得られる位相比較回路の各出力の
差分を、投受光器から探知物までの距離の検出信号とし
て取出す差検出回路とを具備したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a distance sensor for irradiating high-frequency pulsed light toward a predetermined detection range, and detecting reflected light of a detection object within the irradiation range of the light projector. A first high-frequency pulse signal f1, a second high-frequency pulse signal f2, and a first high-frequency pulse signal f2.
A pulse signal generating circuit for generating an intermediate frequency pulse signal f3 having a frequency difference between the second high frequency pulse signal and the second high frequency pulse signal, and switching between the high frequency pulse signals f1 and f2, one of which is supplied to the projector and the other of which is supplied to the mixing circuit. A switching circuit, an intermediate frequency amplifier for amplifying the output of the mixing circuit, a phase comparison circuit for comparing the output of the intermediate frequency amplifier with the intermediate frequency pulse signal f3, and a high frequency pulse signal f1,
and a difference detection circuit for extracting a difference between outputs of the phase comparison circuit obtained by switching of f2 as a detection signal of a distance from the light emitting and receiving device to the detection object.

【0017】本発明の請求項2にかかる発明は、請求項
1に記載した距離センサにおいて、第1,第2の高周波
パルス信号f1,f2、及び中間周波パルス信号f3の
各周波数が、共通の原発振高周波パルス信号f0の周波
数の整数分の1に定められ、パルス信号発生回路が、原
発振高周波パルス信号f0を、カウンタ式の分周回路に
よって分周して、第1及び第2の高周波パルス信号f
1,f2,及び中間周波パルス信号f3を生成するもの
であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the distance sensor according to the first aspect, each of the first and second high-frequency pulse signals f1 and f2 and the intermediate frequency pulse signal f3 has a common frequency. The frequency of the original oscillation high-frequency pulse signal f0 is determined to be an integer fraction of the frequency of the original oscillation high-frequency pulse signal f0, and the pulse signal generation circuit divides the frequency of the original oscillation high-frequency pulse signal f0 by a counter-type frequency dividing circuit. Pulse signal f
1, f2, and an intermediate frequency pulse signal f3.

【0018】本発明の請求項3にかかる発明は、請求項
1又は2に記載した距離センサにおいて、切換回路によ
る切換えが、第1の高周波パルス信号f1,第2の高周
波パルス信号f2、及び中間周波パルス信号f3の位相
が一致した時点で行われ、位相比較回路による位相比較
のタイミングが周波数切換え後の中間周波増幅器の出力
が安定する時点に定められていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the distance sensor according to the first or second aspect, the switching by the switching circuit is performed by the first high-frequency pulse signal f1, the second high-frequency pulse signal f2, and the intermediate signal. It is performed when the phase of the frequency pulse signal f3 coincides, and the timing of the phase comparison by the phase comparison circuit is determined at the time when the output of the intermediate frequency amplifier after the frequency switching is stabilized.

【0019】本発明の請求項4にかかる発明は、請求項
1〜3のいずれか1項に記載した距離センサにおいて、
差検出回路で検出した探知物までの距離を示す信号と、
この信号を微分して得た相対速度信号とを用い、衝突の
危険性の有無を一定の基準で判定して衝突防止信号を出
力するコンパレータを具備したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the distance sensor according to any one of the first to third aspects,
A signal indicating the distance to the detected object detected by the difference detection circuit,
Using a relative velocity signal obtained by differentiating this signal, a comparator that determines whether or not there is a danger of collision based on a predetermined reference and outputs a collision prevention signal is provided.

【0020】本発明の請求項5に記載した距離センサ
は、投光装置と受光装置を対向配置し、投光装置の投光
器から高周波パルス光を受光装置の受光器に向けて照射
し、この受光信号の位相遅れから投光器から受光器まで
の距離を測定し、この距離が所定範囲内にあるとき、投
光装置と受光装置の間に物体が存在しないことを判定す
る距離センサであって、投光装置が、所定の検出範囲に
向けてパルス光を照射する投光器と、第1の高周波パル
ス信号f1及び第2の高周波パルス信号f2を生成する
パルス信号発生回路と、この2つの高周波パルス信号f
1,f2を投光器に切換え供給する切換回路を具備し、
受光装置が、前記投光器から発射されたパルス光を検出
する受光器と、受光器の出力に混合用の高周波パルス信
号を混合する混合回路と、第1の高周波パルス信号f
1,第2の高周波パルス信号f2,第1及び第2の高周
波パルス信号の周波数差を持つ中間周波パルス信号f3
を生成するパルス信号発生回路と、混合回路に、第1及
び第2の高周波パルス信号f1,f2を切換え供給する
切換回路と、受光器に入射する高周波パルス光の周波数
と異なる周波数の高周波パルス信号f1,f2が混合回
路に供給されるように切換回路を切換える同期引き込み
回路と、混合回路の出力を増幅する中間周波増幅器と、
中間周波増幅器の出力を、前記中間周波パルス信号f3
と位相比較する位相比較回路と、切換回路による高周波
パルス信号f1,f2の切換えによって得られる位相比
較回路の各出力の差分を、投受光器間の距離検出信号と
して取出す差検出回路と、この距離検出信号が投光装置
と受光装置の離隔間隔に対応させて設定した距離範囲内
にあるとき物体なしの判定出力をする出力回路とを具備
したことを特徴とする。
In a distance sensor according to a fifth aspect of the present invention, a light emitting device and a light receiving device are arranged to face each other, and high-frequency pulse light is emitted from the light emitting device of the light emitting device toward the light receiving device of the light receiving device. A distance sensor that measures a distance from a light emitter to a light receiver based on a signal phase delay and determines that there is no object between the light emitter and the light receiver when the distance is within a predetermined range. An optical device that irradiates a pulse light toward a predetermined detection range, a pulse signal generating circuit that generates a first high-frequency pulse signal f1 and a second high-frequency pulse signal f2, and the two high-frequency pulse signals f
A switching circuit for switching and supplying 1, f2 to the projector;
A light receiving device for detecting a pulse light emitted from the light emitter, a mixing circuit for mixing a high frequency pulse signal for mixing with an output of the light receiver, a first high frequency pulse signal f
1, a second high frequency pulse signal f2, an intermediate frequency pulse signal f3 having a frequency difference between the first and second high frequency pulse signals
, A switching circuit for switching and supplying the first and second high-frequency pulse signals f1 and f2 to the mixing circuit, and a high-frequency pulse signal having a frequency different from the frequency of the high-frequency pulse light incident on the light receiver a synchronization pull-in circuit for switching the switching circuit so that f1 and f2 are supplied to the mixing circuit, an intermediate frequency amplifier for amplifying the output of the mixing circuit,
The output of the intermediate frequency amplifier is converted to the intermediate frequency pulse signal f3.
A phase comparison circuit that compares the phases of the signals with each other, a difference detection circuit that extracts a difference between the outputs of the phase comparison circuit obtained by switching the high-frequency pulse signals f1 and f2 by the switching circuit as a distance detection signal between the light emitting and receiving devices; An output circuit that outputs a determination of no object when the detection signal is within a distance range set in accordance with a separation distance between the light projecting device and the light receiving device.

【0021】上記請求項1〜5に記載した距離センサ
は、夫々、次の構成を、任意の組合わせで追加すること
ができる。
In the distance sensors according to the first to fifth aspects, the following configurations can be added in any combination.

【0022】投光器の発光素子にLEDを用い、切換回
路から投光器に供給される高周波パルス信号f1,f2
のデューティ比を1/50以下に定める(請求項6)。
An LED is used as a light emitting element of the projector, and high frequency pulse signals f1 and f2 supplied from the switching circuit to the projector.
Is set to 1/50 or less (claim 6).

【0023】受光器の受光素子に、可変容量ダイオード
を構成要素として持つ共振回路を直列接続し、高周波パ
ルス信号f1,f2の切換えに連動して、可変容量ダイ
オードに供給する直流電圧を変えることにより、共振回
路の共振周波数を受光する高周波パルス信号の周波数に
同調させる(請求項7)。
A resonant circuit having a variable capacitance diode is connected in series to the light receiving element of the light receiver, and the DC voltage supplied to the variable capacitance diode is changed by interlocking the switching of the high frequency pulse signals f1 and f2. The resonance frequency of the resonance circuit is tuned to the frequency of the high frequency pulse signal to be received (claim 7).

【0024】受光器の受光素子にアバランシェフォトダ
イオードを使用し、このアバランシェフォトダイオード
に、混合用の第1又は第2の高周波パルス信号f1,f
2を電圧として供給することにより、受光した高周波パ
ルス光の増幅と混合を同時に行わせる(請求項8)。
An avalanche photodiode is used as a light receiving element of the light receiver, and the avalanche photodiode is provided with first or second high frequency pulse signals f1 and f for mixing.
By supplying 2 as a voltage, amplification and mixing of the received high-frequency pulsed light are performed simultaneously (claim 8).

【0025】位相差検出回路として、位相基準である中
間周波パルス信号f3に同期させて発生した鋸歯状波
を、混合回路の出力する中間周波パルス信号の立上がり
又は立ち下がりのタイミングで、サンプルホールドして
位相検出を行うものを用いる(請求項9)。
As a phase difference detection circuit, a saw-tooth wave generated in synchronization with the intermediate frequency pulse signal f3 as a phase reference is sampled and held at the rising or falling timing of the intermediate frequency pulse signal output from the mixing circuit. A phase detector that performs phase detection is used (claim 9).

【0026】[0026]

【実施形態】本発明の距離センサを、衝突防止センサと
して構成したものを、第1の実施形態として説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A description will be given of a first embodiment in which a distance sensor according to the present invention is configured as a collision prevention sensor.

【0027】図1において、1は投光器、2は探知物、
3は受光器である。投光器1は、前方にレンズを配置し
たLED等の投光素子から構成され、前方を走行する車
両の後尾等の探知物2を確実に照射できる範囲に高周波
パルス光を照射する。受光器3は、投光器1の照射範囲
内にある探知物2の反射光を検出し、光電変換をするも
ので、レンズとフォトトランジスタ等の受光素子から構
成される。
In FIG. 1, 1 is a floodlight, 2 is a detection object,
3 is a light receiver. The light projector 1 is configured by a light emitting element such as an LED having a lens disposed in front thereof, and irradiates high frequency pulsed light to a range in which a detection object 2 such as a tail of a vehicle traveling ahead can be reliably irradiated. The light receiver 3 detects reflected light of the detection object 2 within the irradiation range of the light projector 1 and performs photoelectric conversion, and includes a lens and a light receiving element such as a phototransistor.

【0028】4はパルス信号発生回路で、原発振器5の
発振する高周波パルス信号f0を、1/N1分周器6、
1/N2分周器7、1/N3分周器8で分周して、第1
の高周波パルス信号f1,第2の高周波パルス信号f
2,及び第1及び第2の高周波パルス信号の周波数差を
持つ中間周波パルス信号f3を生成する。これら第1,
第2の高周波パルス信号f1,f2、及び中間周波パル
ス信号f3の各周波数は、共通の原発振高周波パルス信
号f0の周波数の整数分の1に定められている。また、
1/N1分周器6、1/N2分周器7、1/N3分周器
8は、分周比に対応する数のパルスをカウントしたと
き、1発のパルスを出力するカウンタ式の分周器を用い
ている。このような分周を行なうと、得られるパルス信
号f1,f2、f3に、PLL回路を用いたときに生じ
るジッタ(位相の揺らぎ)が発生せず、位相測定によっ
て距離測定を行なう本発明の測定精度を高く維持でき
る。また、図2に示すような位相の一致タイミングも高
精度に知ることができる。
Reference numeral 4 denotes a pulse signal generation circuit which converts a high-frequency pulse signal f0 oscillated by the original oscillator 5 into a 1 / N1 frequency divider 6,
The frequency is divided by the 1 / N2 divider 7 and the 1 / N3 divider 8,
High-frequency pulse signal f1 and second high-frequency pulse signal f
An intermediate frequency pulse signal f3 having a frequency difference between the second and first and second high frequency pulse signals is generated. These first,
Each frequency of the second high-frequency pulse signals f1 and f2 and the intermediate frequency pulse signal f3 is determined to be an integer fraction of the frequency of the common original oscillation high-frequency pulse signal f0. Also,
The 1 / N1 frequency divider 6, the 1 / N2 frequency divider 7, and the 1 / N3 frequency divider 8 output a single pulse when counting the number of pulses corresponding to the frequency division ratio. A frequency divider is used. When such frequency division is performed, the pulse signals f1, f2, and f3 obtained do not have jitter (phase fluctuation) generated when a PLL circuit is used, and the distance is measured by phase measurement according to the present invention. High accuracy can be maintained. In addition, the phase matching timing as shown in FIG. 2 can be known with high accuracy.

【0029】9は2入力2出力の切換回路で、第1の高
周波パルス信号f1と第2の高周波パルス信号f2を2
つの入力端子で受け、2つの出力端子からf4,f5と
して出力する。このf4,f5の出力は、図3に示すよ
うに、所定の間欠期間を挟んで行われ、各出力期間の途
中で出力方向が切換えられる。また、この間欠期間後の
出力の開始時点と、出力方向の切換時点は、図2に示す
ようにf1,f2,f3の位相が一致した時点としてい
る。
Reference numeral 9 denotes a two-input / two-output switching circuit which converts the first high-frequency pulse signal f1 and the second high-frequency pulse signal f2 into two.
It receives at one input terminal and outputs it as f4 and f5 from two output terminals. The outputs of f4 and f5 are performed with a predetermined intermittent period as shown in FIG. 3, and the output direction is switched in the middle of each output period. Further, the output start time after the intermittent period and the output direction switching time are the times when the phases of f1, f2 and f3 match as shown in FIG.

【0030】このように間欠期間を挟み、位相が一致し
た時点で切換を行なうのは、通電の休止時間を十分に大
きく取るためである(位相を一致させると後述する理由
により、出力期間を短縮できる)。これによって、デュ
ーティ比を例えば2%以下とすることにより、発光パル
ス電流の大ききを、LEDの最大許容電流(連続定格)
の例えば数百倍とすることができ、低価格のLEDで、
日中に百数十m以上前方を走行する車両に、必要な照射
面積を確保しながら十分な反射光量が得られる強さの光
を照射できる。
The reason why the switching is performed at the time when the phases match with the intermittent period in between is to take a sufficiently long pause time of energization (if the phases match, the output period is shortened for the reason described later). it can). Thus, by setting the duty ratio to, for example, 2% or less, the magnitude of the light emission pulse current is increased by the maximum allowable current (continuous rating)
For example, it can be several hundred times, and with a low-cost LED,
It is possible to irradiate a vehicle traveling ahead by more than a hundred tens of meters during the day with light having an intensity sufficient to obtain a sufficient amount of reflected light while securing a necessary irradiation area.

【0031】10はゲート回路で、パルス信号発生回路
4の出力する中間周波パルス信号f3を1/N4分周器
11で分周した信号から動作タイミングを決定するゲー
ト信号G1,G2,G3を生成する。ゲート信号G1
は、第1の高周波パルス信号f1と第2の高周波パルス
信号f2を切換え、f4,f5として出力する切換回路
9の切換信号として用いられる。ゲート信号G2,G3
は、位相測定をするタイミングを決めるものである。
Reference numeral 10 denotes a gate circuit, which generates gate signals G1, G2 and G3 for determining the operation timing from a signal obtained by dividing the intermediate frequency pulse signal f3 output from the pulse signal generation circuit 4 by the 1 / N4 frequency divider 11. I do. Gate signal G1
Is used as a switching signal of a switching circuit 9 that switches between the first high-frequency pulse signal f1 and the second high-frequency pulse signal f2 and outputs the signals as f4 and f5. Gate signals G2, G3
Determines the timing of the phase measurement.

【0032】12は受光器3の出力を増幅する高周波増
幅器で、内部の共振回路の共振周波数を投光周波数に対
応させて切換えるため、前記ゲート信号G1が入力され
ている。
Reference numeral 12 denotes a high-frequency amplifier for amplifying the output of the light receiver 3, to which the gate signal G1 is input in order to switch the resonance frequency of the internal resonance circuit in accordance with the light emission frequency.

【0033】13はヘテロダイン検波を行なう混合回路
で、高周波増幅器12で増幅した受光出力f6と高周波
パルス信号f5を混合してビートダウン信号を生成す
る。受光出力f6は、投光器1から距離2Lに応じた位
相遅れを伴って、受光器3に入射した高周波パルス光
(信号)f4であり、高周波パルス信号f5は、切換回
路9から位相遅れなく入力されるものである。高周波パ
ルス信号f4,f5は、第1,第2の高周波パルス信号
f1,f2が、切換回路9によって交互に入れ代えられ
たものであり、ビートダウン信号(中間周波信号)の周
波数は一定となる。
Reference numeral 13 denotes a mixing circuit for performing heterodyne detection, which mixes the received light output f6 amplified by the high-frequency amplifier 12 and the high-frequency pulse signal f5 to generate a beat-down signal. The received light output f6 is a high-frequency pulse light (signal) f4 incident on the light receiver 3 with a phase delay corresponding to the distance 2L from the projector 1, and the high-frequency pulse signal f5 is input from the switching circuit 9 without phase delay. Things. The high-frequency pulse signals f4 and f5 are obtained by alternately replacing the first and second high-frequency pulse signals f1 and f2 by the switching circuit 9, and the frequency of the beat-down signal (intermediate frequency signal) becomes constant. .

【0034】14は中間周波増幅器で、混合回路13の
出力するビートダウン信号を増幅し、f7として出力す
る。
An intermediate frequency amplifier 14 amplifies the beatdown signal output from the mixing circuit 13 and outputs the amplified signal as f7.

【0035】15は位相比較回路で、中間周波増幅器1
4の出力f7を、位相基準として用いられる前記中間周
波パルス信号f3と位相比較し、位相遅れに対応する電
圧信号V1を出力する。この位相比較のタイミングは、
ゲート回路10から出力されるゲート信号G2,G3の
発生期間であり、このゲート信号G2,G3の論理和を
ORゲート16で取り、この論理和信号で開くANDゲ
ート17を通して、中間周波パルス信号f3が供給され
る。このゲート信号G2,G3の発生タイミングは、図
3に示すように、中間周波増幅器14の出力f7が安定
するタイミング(照射開始後、及びf4,f5の周波数
切換後の各安定時点)に一致させてある。
Reference numeral 15 denotes a phase comparison circuit, which is an intermediate frequency amplifier 1
4 is compared with the intermediate frequency pulse signal f3 used as a phase reference, and a voltage signal V1 corresponding to a phase delay is output. The timing of this phase comparison is
This is a period during which the gate signals G2 and G3 output from the gate circuit 10 are generated. The OR of the gate signals G2 and G3 is obtained by the OR gate 16, and the intermediate frequency pulse signal f3 is passed through the AND gate 17 opened by the OR signal. Is supplied. As shown in FIG. 3, the generation timings of the gate signals G2 and G3 are made to coincide with the timing when the output f7 of the intermediate frequency amplifier 14 is stabilized (after the start of irradiation and after the switching of the frequencies of f4 and f5). It is.

【0036】18,19は第1及び第2のメモリで、位
相比較回路15の出力する電圧信号V1を、ゲート信号
G2,G3の立ち下がりのタイミングで記憶する。20
は差検出回路で、メモリ18,19に記憶された電圧信
号V2,V3(高周波パルス信号f1,f2の切換えに
よって得られる位相比較回路15の各出力)の差分を取
り、投光器1及び受光器3から探知物2までの距離Lを
表わす距離検出信号V4として出力する。
Reference numerals 18 and 19 denote first and second memories which store the voltage signal V1 output from the phase comparator 15 at the falling timing of the gate signals G2 and G3. 20
Is a difference detection circuit that calculates the difference between the voltage signals V2 and V3 (each output of the phase comparison circuit 15 obtained by switching the high-frequency pulse signals f1 and f2) stored in the memories 18 and 19, and outputs the difference between the light emitter 1 and the light receiver 3. Is output as a distance detection signal V4 representing the distance L from the object to the detection object 2.

【0037】21は微分回路で、差検出回路20の出力
を微分し、自車と探知物2との相対速度信号V5として
出力する。22はコンパレータで、距離検出信号V4と
相対速度信号V5の入力を受け、衝突の危険性があるか
否かを判定する。危険性があるとき衝突警告信号V6を
出力する。この衝突警告信号V6が発生すると、表示灯
23と、ブザー24が動作する。
Numeral 21 denotes a differentiating circuit for differentiating the output of the difference detecting circuit 20 and outputting it as a relative speed signal V5 between the vehicle and the detected object 2. A comparator 22 receives the input of the distance detection signal V4 and the relative speed signal V5, and determines whether or not there is a danger of collision. When there is a danger, a collision warning signal V6 is output. When the collision warning signal V6 is generated, the indicator lamp 23 and the buzzer 24 operate.

【0038】上記図1の距離センサAにおいて、投光器
1及び受光器3から検知物2までの距離Lが測定できる
原理について説明する。
The principle by which the distance L from the light emitter 1 and the light receiver 3 to the object 2 can be measured by the distance sensor A shown in FIG. 1 will be described.

【0039】図4に示すように、投光器1から発射した
周波数f1(=ω1/2π)の送信波VPと、これが探
知物2に当たり反射して受光器3に戻る受信波VRとの
位相関係は次のようになる。
As shown in FIG. 4, the phase relationship between the transmitted wave VP having the frequency f1 (= ω1 / 2π) emitted from the light projector 1 and the received wave VR which is reflected on the detection object 2 and returns to the light receiver 3 is as follows. It looks like this:

【0040】投光器1から発射される送信波VPを VP=A・cos〔ω1・t1+φ1〕……(1) (但し、φ1はt1時の位相)とすると、これが探知物
2で反射して受光器3に入射する受信波VRは、 VR=B・cos〔ω1・t1+φ1+2πN+φR〕……(2) と表される。
If the transmission wave VP emitted from the projector 1 is VP = A · cos [ω1 · t1 + φ1] (1) (where φ1 is the phase at t1), this is reflected by the detection object 2 and received. The received wave VR incident on the device 3 is expressed as follows: VR = B · cos [ω1 · t1 + φ1 + 2πN + φR] (2)

【0041】但し、2πN+φRは、t1の時点で、先
行して照射されている送信波が、投光器1から受光器3
までの往復路2Lにおいて起こしている位相変化で、2
πN+φR=(2L)/C・2πf1である。但し、C
は光速αR=ω1・t1+φ1+2πN+φRとおく
と、(2)式は、VR=B・cosαR……(2)′と
表せる。
However, 2πN + φR means that at the time point t1, the previously irradiated transmission wave is transmitted from the projector 1 to the receiver 3
The phase change occurring in the round trip path 2L up to
πN + φR = (2L) / C · 2πf1. Where C
Is the speed of light αR = ω1 · t1 + φ1 + 2πN + φR, Equation (2) can be expressed as VR = B · cosαR (2) ′.

【0042】混合回路13に入力されるミキシング波
(高周波パルス信号f5)は、 VM=C・cos(ω2・t1+φ2) (但し、φ2はt1時のミキシング波の位相)と表わ
せ、β2=ω2・t1+φ2とおくと、 VM=C・cosβ2となる。……(3) ミキシングによって生じる合成波Vcは、 Vc=VR×VM=B・cosαR・C・cosβ2=
(1/2)B・C〔cos(αR+β2)+cos(α
R−β2)〕……(4)となる。中間周波増幅器14
は、ミキシングによって生じる合成波VCから、各波の
周波数差を持つ成分を取り出すので、中間周波増幅器1
4の出力f7は、 f7=D・cos(αR−β2)と
なり、前記αRとβ2を代入すると、 f7=D・cos〔(ω1・t1+φ1+2πN+φ
R)−(ω2・t1+φ2)〕=D・cos〔(ω1−
ω2)・t1+(φ1−φ2)+(2πN+φR)〕…
…(5)となる。
The mixing wave (high-frequency pulse signal f5) input to the mixing circuit 13 is expressed as VM = C · cos (ω2 · t1 + φ2) (where φ2 is the phase of the mixing wave at t1), and β2 = ω2 · If t1 + φ2, VM = C · cosβ2. (3) The composite wave Vc generated by the mixing is as follows: Vc = VR × VM = B · cosαR · C · cosβ2 =
(1/2) BC [cos (αR + β2) + cos (α
R-β2)] (4). Intermediate frequency amplifier 14
Extracts the component having the frequency difference of each wave from the composite wave VC generated by the mixing.
4 is f7 = D · cos (αR−β2). By substituting αR and β2, f7 = D · cos [(ω1 · t1 + φ1 + 2πN + φ)
R) − (ω2 · t1 + φ2)] = D · cos [(ω1−
ω2) · t1 + (φ1−φ2) + (2πN + φR)]
... (5).

【0043】(5)式を見ると、送信してから反射波が
戻って来るまでに受信波VRに生じる位相遅れ(2πN
+φR)が、周波数(角速度)をω1−ω2と低下させ
ている中間周波増幅器14の出力f7に、そのまま存在
していることがわかる。
According to the equation (5), the phase delay (2πN) occurring in the received wave VR from the transmission to the return of the reflected wave is shown.
+ ΦR) is found as it is in the output f7 of the intermediate frequency amplifier 14 that reduces the frequency (angular velocity) to ω1−ω2.

【0044】位相比較回路15は、図2に示すように、
f1,f2と同期しているf3と比較して、上記(5)
式の位相を測定する。すなわち、(ω1−ω2)・t1
の項を0として、φD=(φ1−φ2)+(2πN+φ
R)……(6)を測定する。
As shown in FIG. 2, the phase comparison circuit 15
Compared with f3 synchronized with f1 and f2, the above (5)
Measure the phase of the equation. That is, (ω1−ω2) · t1
Is defined as 0, φD = (φ1−φ2) + (2πN + φ
R)... (6) is measured.

【0045】この測定値φDは、ゲート信号G2の立ち
下がりのタイミングで、第1のメモリ18に記憶され
る。
This measured value φD is stored in the first memory 18 at the falling timing of the gate signal G2.

【0046】次に、f1とf2の位相を、前記同様にφ
1、φ2に保って(これは、例えば、図2に示すよう
に、φ1=φ2=0とすることにより一致させる)、送
信波f4の周波数(角速度)をf1(ω1)からf2
(ω2)に切換えると、中間周波増幅器14の出力VE
は、 VE=E・cos〔(ω2−ω1)・t1+(φ2−φ
1)+(2πM+φS)〕……(7)となる。
Next, the phase of f1 and f2 is changed by φ as described above.
1, while keeping the same by setting φ1 = φ2 = 0 as shown in FIG. 2, for example, and changing the frequency (angular velocity) of the transmission wave f4 from f1 (ω1) to f2
(Ω2), the output VE of the intermediate frequency amplifier 14
Is VE = E · cos [(ω2−ω1) · t1 + (φ2−φ
1) + (2πM + φS)] (7)

【0047】位相比較回路15によって、測定される
式の位相は、 φE=(φ2−φ1)+(2πM+φS)……(8)と
なる。このφEは、ゲート信号G3の立ち下がりのタイ
ミングで、第2のメモリ19に記憶される。
The phase of the equation measured by the phase comparison circuit 15 is φE = (φ2−φ1) + (2πM + φS) (8) This φE is stored in the second memory 19 at the falling timing of the gate signal G3.

【0048】差検出回路20によって、メモリに記憶さ
れたφD、φEの差を取ると、 Δφ=φD−φE=(φ1−φ2)+(2πN+φR)
−〔(φ2−φ1)+(2πM+φS)〕=2π(N−
M)+(φR−φS)……(9)となる。
When the difference between φD and φE stored in the memory is calculated by the difference detection circuit 20, Δφ = φD−φE = (φ1−φ2) + (2πN + φR)
− [(Φ2−φ1) + (2πM + φS)] = 2π (N−
M) + (φR−φS) (9)

【0049】このように差を取ることは、図5に示すよ
うに、ω1の光が2Lの往復距離の間を進む間の位相変
化(2πN+φR)と、ω2の光が2Lの往復距離の間
を進む間の位相変化(2πM+φS)の差を取ることを
意味し、この差Δφは、実際には照射されないω3(=
ω1−ω2)の仮想光が2Lの往復距離の間を進むとき
の位相変化を表わす。
As shown in FIG. 5, the difference between the phase difference (2πN + φR) while the light of ω1 travels between the reciprocating distances of 2L and the difference of the light of ω2 between the reciprocating distances of 2L as shown in FIG. Means that the difference of the phase change (2πM + φS) is obtained while the difference Δφ is equal to ω3 (=
ω1-ω2) represents a phase change when the virtual light travels between 2L reciprocating distances.

【0050】すなわち、Δφ=(2L)/C・(2πω
3)であり、 L=Δφ・C/4π・ω3 ……(10) 但し、Cは光速 となって、Δφより、直接、距離Lを求めることができ
る。
That is, Δφ = (2L) / C · (2πω
L = Δφ · C / 4π · ω3 (10) where C is the speed of light, and the distance L can be obtained directly from Δφ.

【0051】なお、位相検出回路15は、図5の2πN
と2πMを0として、φDとφEを測定するので、常に
φR>φsとはならない。そのため、図5に示すように
φR<φSとなっているときは、Δφ=φR+2π−φ
Sの計算を行う。
Note that the phase detection circuit 15 has a function of 2πN in FIG.
Since φD and φE are measured with 0 and 2πM being 0, φR> φs does not always hold. Therefore, when φR <φS as shown in FIG. 5, Δφ = φR + 2π−φ
S is calculated.

【0052】上述したようにLを求めると、温度ドリフ
ト等による位相ずれを除去して、高い測定精度を確保で
きる。温度ドリフトによる位相ずれは、投光素子と受光
素子及びその初段アンプに発生し、特に発熱量が大きい
投光素子の温度ドリフトが大きい。本発明では、送信波
f4の周波数をf1とf2に切換えて、前記(6)式と
(8)式のφDとφEを測定する。φDとφEに重畳す
る温度ドリフトによる誤差分は、φDとφEの測定が略
同時刻に行われるので略同一とみなせ、(9)式のΔφ
=φD−φEの演算により、これらが相殺されることに
より取り除かれる。
When L is obtained as described above, a phase shift due to a temperature drift or the like is removed, and high measurement accuracy can be secured. The phase shift due to the temperature drift occurs in the light emitting element, the light receiving element, and the first-stage amplifier, and the temperature drift of the light emitting element, which generates a large amount of heat, is particularly large. In the present invention, the frequency of the transmission wave f4 is switched between f1 and f2, and φD and φE in the above equations (6) and (8) are measured. The error due to the temperature drift superimposed on φD and φE can be considered to be substantially the same since the measurements of φD and φE are performed at substantially the same time, and Δφ in equation (9) is used.
= ΦD−φE, these are eliminated by being offset.

【0053】送信波の周波数をf1からf2に切換えた
とき、ノイズの大きさが僅かに変動する可能性がある。
この変動分は上記方式では取り除けない。この変動±φ
Nは、例えば、受光時に、受光素子とこの出力を増幅す
る初段アンプに発生するホワイトノイズによって生じ
る。このノイズ変動による誤差を軽減するため、上記
(10)式に代え、次のような演算方式を採用すること
ができる。
When the frequency of the transmission wave is switched from f1 to f2, the magnitude of the noise may slightly fluctuate.
This variation cannot be removed by the above method. This variation ± φ
N is generated, for example, by white noise generated in the light receiving element and the first-stage amplifier that amplifies the output when receiving light. In order to reduce the error due to the noise fluctuation, the following arithmetic method can be adopted instead of the above equation (10).

【0054】(9)式によれば、図5の(2πN+φ
R)と(2πM+φS)の差分を求めることができる。
(2πN+φR)と(2πM+φS)の差が2π以内で
あると仮定すると、この差分Δφから、φR,φS,
N,Mを独立した値として求めることができる。これは
f1,f2,f1−f2の周波数が既知であることによ
る。 そこで、L=(2πN+φR)・C/4π・ω1 または、L=(2πM+φS)・C/4π・ω2 という演算式を用いて演算を行う。これらの式におい
て、変動±φNによる誤差率は、±φN/(2πN+φ
R)、又は±φN/(2πM+φS)となり、(9)式
の場合と比較して、Lに与える誤差を大きく減少させ、
さらに測定精度を向上することができる。
According to equation (9), (2πN + φ in FIG. 5)
R) and (2πM + φS).
Assuming that the difference between (2πN + φR) and (2πM + φS) is within 2π, from this difference Δφ, φR, φS,
N and M can be obtained as independent values. This is because the frequencies f1, f2, and f1-f2 are known. Therefore, the calculation is performed using an arithmetic expression of L = (2πN + φR) · C / 4π · ω1 or L = (2πM + φS) · C / 4π · ω2. In these equations, the error rate due to the variation ± φN is ± φN / (2πN + φ
R) or ± φN / (2πM + φS), and the error given to L is greatly reduced as compared with the case of Expression (9).
Further, measurement accuracy can be improved.

【0055】位相検出回路15で測定可能な最大検出角
は360°であり、ω3の1波長で2Lの往復距離を測
定するとして、検出可能な最大距離LMAXは、f1=
4.5MHZ、f2=4.05MHZのとき、C(光速)=
3×108(m)であるので、 LMAX=〔(3×108)/2〕・{1/〔(4.5
−4.05)×106〕}=333(m)となる。
The maximum detection angle that can be measured by the phase detection circuit 15 is 360 °, and assuming that a reciprocating distance of 2 L is measured at one wavelength of ω3, the maximum detectable distance LMAX is f1 =
When 4.5 MHz and f2 = 4.05 MHz, C (speed of light) =
Since 3 × 108 (m), LMAX = [(3 × 108) / 2] · {1 / [(4.5
−4.05) × 106]} = 333 (m).

【0056】図1の距離センサAについて、さらに説明
を加える。図1の高周波増幅器12は、例えば図6に示
すように構成できる。図6において、25は受光器3の
受光素子と直列接続されたLC並列共振回路で、この受
光素子との直列回路の両端に直流電源(+V)を接続
し、この共振回路25の両端に現われる電圧が、高周波
増幅回路26に受光信号として入力される。共振回路2
5には直流分をカットするための結合コンデンサ27を
介して可変容量ダイオード28が並列接続され、共振回
路25の共振周波数を変化させるようにしている。可変
容量ダイオード28の容量を変える電圧は、2つの電圧
調整器29,30と、これらの調整電圧を受け、一方の
電圧を選択的に可変容量ダイオード28に供給する切換
えスイッチ31から供給される。切換えスイッチ31の
切換えは、前記ゲート信号G1によって行われる。この
切換えは、共振回路25の共振周波数を、受光する高周
波パルス信号の周波数に一致させるもので、受光素子の
直列回路の直流抵抗を小さくして外乱光による飽和を防
止するとともに、信号周波数のインピ−ダンスを大きく
して感度を向上させたものである。本発明では、高周波
パルス信号の受信を行い、その立ち上がりと立ち下がり
のタイミングを捉えればよく、飽和による波形歪みは問
題とならないため高周波増幅回路26による増幅は十分
に行なう。
The distance sensor A shown in FIG. 1 will be further described. The high-frequency amplifier 12 of FIG. 1 can be configured as shown in FIG. 6, for example. In FIG. 6, reference numeral 25 denotes an LC parallel resonance circuit connected in series with the light receiving element of the light receiving device 3, and a DC power supply (+ V) is connected to both ends of the series circuit with the light receiving element and appears at both ends of the resonance circuit 25. The voltage is input to the high frequency amplifier circuit 26 as a light receiving signal. Resonant circuit 2
5, a variable capacitance diode 28 is connected in parallel via a coupling capacitor 27 for cutting a direct current component, so that the resonance frequency of the resonance circuit 25 is changed. The voltage that changes the capacitance of the variable capacitance diode 28 is supplied from two voltage regulators 29 and 30 and a changeover switch 31 that receives these adjustment voltages and selectively supplies one of the voltages to the variable capacitance diode 28. The changeover of the changeover switch 31 is performed by the gate signal G1. This switching is to make the resonance frequency of the resonance circuit 25 coincide with the frequency of the high-frequency pulse signal to be received. The DC resistance of the series circuit of the light receiving elements is reduced to prevent saturation due to disturbance light and to reduce the signal frequency impedance. -The dance is enlarged to improve the sensitivity. In the present invention, the high-frequency pulse signal is received, and the rising and falling timings of the high-frequency pulse signal need only be detected. Since the waveform distortion due to saturation is not a problem, the amplification by the high-frequency amplifier circuit 26 is sufficiently performed.

【0057】中間周波増幅回路14の出力f7は、その
共振回路のQに従い、位相を変化させながら、安定状態
に向かって振幅を変化させるというものであり、位相の
測定はこの振幅の安定を待つ必要がある。この安定に要
する時間に対応させて1回の投光時間を決め、この投光
時間中の測定タイミングを、ゲート信号G2,G3によ
って決定するのである。しかし、f7が十分に安定する
まで待つと、1回の投光時間が長くなる。測定時間を短
縮し、投光素子のデューティ比を下げる観点から、投光
時間を短くすることが好ましい。デューティ比を下げる
と、照射パルスの波高値を大きくすることができ、より
遠距離の測定が可能になるからである。そこで、完全に
安定する前、例えばf7の振幅が80%まで立上ったと
きを一応の安定点とみなして測定を行ない、投光時間を
どの程度に短縮できるか考える。
The output f7 of the intermediate frequency amplifying circuit 14 changes the amplitude toward a stable state while changing the phase according to the Q of the resonance circuit, and the phase measurement waits for the stabilization of this amplitude. There is a need. One light emission time is determined corresponding to the time required for the stabilization, and the measurement timing during the light emission time is determined by the gate signals G2 and G3. However, if one waits until f7 is sufficiently stabilized, one light projection time becomes longer. From the viewpoint of shortening the measurement time and reducing the duty ratio of the light emitting element, it is preferable to shorten the light emitting time. This is because when the duty ratio is reduced, the peak value of the irradiation pulse can be increased, and measurement at a longer distance becomes possible. Therefore, before complete stabilization, for example, when the amplitude of f7 rises to 80% is regarded as a tentative stable point, measurement is performed, and how much the light projection time can be reduced is considered.

【0058】まず、振幅において1/1000の精度が
得られる時間を計算する。これは、従来の光波距離計に
おいて採用されている精度であり、1−e−tの式にお
いて、0.999が得られる時間を計算すればよい。こ
の結果は、ta=6.91となる。次に、同じ式を用い
て振幅が80%(0.8)まで立ち上がる時間を計算す
る。この結果は、tb=1.61となる。これらの比t
b/taは0.23となり、従来方式に比べて、23%
以下に短縮できることができる。次に、このような短縮
が実際に可能であるか考察する。
First, a time at which an accuracy of 1/1000 is obtained in amplitude is calculated. This is the accuracy used in the conventional lightwave distance meter, and it is sufficient to calculate the time to obtain 0.999 in the expression of 1-et. The result is ta = 6.91. Next, the time for the amplitude to rise to 80% (0.8) is calculated using the same equation. This results in tb = 1.61. These ratios t
b / ta is 0.23, which is 23% as compared with the conventional method.
It can be shortened to the following. Next, we consider whether such a shortening is actually possible.

【0059】投光周波数f1で行われる投光開始時のf
7信号の立上りは、その前が無信号状態であるので一定
の立上り特性を示す。しかし、投光周波数をf2に切換
えたときのf7信号の立上り特性は、f1とf2の位相
関係に応じて大きくばらつく。例えば、中間周波増幅回
路14のQを100とすると、最初のf1信号の立上り
に要する時間は85μs程度となるが、これをf2に切
換えたとき、f1とf2の位相が180°ずれていたと
すると、共振器の周波数とビート信号の周波数が一致し
ているため、図3に点線で示すように一旦0レベル近く
まで低下し、その後の立ち上がりに140μs程度かか
る。このように切換後の立上り特性が、大きくばらつく
状態では、前記投光時間の短縮はできない。
F at the start of light emission at the light emission frequency f1
The rising edge of the seven signals shows a constant rising characteristic because there is no signal before that. However, the rising characteristic of the f7 signal when the light emission frequency is switched to f2 greatly varies depending on the phase relationship between f1 and f2. For example, assuming that the Q of the intermediate frequency amplifier circuit 14 is 100, the time required for the first rise of the f1 signal is about 85 μs, but when this is switched to f2, if the phases of f1 and f2 are shifted by 180 °. Since the frequency of the resonator coincides with the frequency of the beat signal, as shown by the dotted line in FIG. 3, the frequency temporarily drops to near 0 level, and the subsequent rise takes about 140 μs. In the state where the rising characteristics after switching greatly vary, the light projection time cannot be reduced.

【0060】しかし、図2に示すように、f1とf2の
位相が一致したときに切換えを行うと、f7は図3に実
線で示すように安定状態を保ち、この特性は一定とな
る。これによって、例えば80%まで立ち上がったとき
に測定するという上記投光時間の短縮が可能になる。こ
のように投光時間の短縮を行うと、位相測定値は、少し
小さくなるが、測定タイミングが決まり小さくなる比率
も一定となるので、後で補正すればよい。
However, as shown in FIG. 2, when switching is performed when the phases of f1 and f2 match, f7 maintains a stable state as shown by the solid line in FIG. 3, and this characteristic becomes constant. This makes it possible to reduce the light projection time, for example, when measuring up to 80%. When the light projection time is shortened in this way, the phase measurement value is slightly reduced, but the measurement timing is determined and the rate of reduction is constant, so that correction may be performed later.

【0061】上記時間短縮を行なうと、相対距離の測定
精度が僅かに低下する可能性があるが、同じ距離を測っ
たとき同じ計測値が得られるいう繰り返し精度は高く保
たれる。これは、本発明を衝突防止装置に利用する場
合、好ましい条件となる。衝突防止装置は、前車との相
対速度の計測精度が高いことが重要であり、相対距離を
測定したときの繰り返し精度が高いということは、この
相対距離を微分して得られる相対速度差の精度が高いと
いうことになるからである。
When the time is shortened, the accuracy of measuring the relative distance may slightly decrease, but the repetition accuracy that the same measurement value is obtained when the same distance is measured is kept high. This is a preferable condition when the present invention is applied to a collision prevention device. It is important for the anti-collision device to have high accuracy in measuring the relative speed with respect to the preceding vehicle, and high repeatability when measuring the relative distance means that the relative speed difference obtained by differentiating this relative distance is high. This is because the accuracy is high.

【0062】図1の位相比較回路15は、例えば図7に
示すような回路を使用できる。この回路15の動作波形
を図8に示す。この回路15は、鋸歯状波発生器32で
位相基準である中間周波パルス信号f3と同相の鋸歯状
波を生成し、中間周波増幅器14の出力f7のゼロクロ
ス点をコンパレータ33で取出して矩形波に変換し、微
分回路34で検出した矩形波の立ち下がりのタイミング
で、サンプルホールド回路35により、前記鋸歯状波を
サンプリングし、このサンプル値を積分回路36で積分
したものを、A/Dコンバータ37でデジタル化してV
1として出力する。この回路15の位相測定は、ビート
信号の安定する期間に一致させたゲート信号G2,G3
の発生時に行われる。
As the phase comparison circuit 15 in FIG. 1, for example, a circuit as shown in FIG. 7 can be used. FIG. 8 shows operation waveforms of the circuit 15. This circuit 15 generates a sawtooth wave having the same phase as the intermediate frequency pulse signal f3 as a phase reference by the sawtooth wave generator 32, extracts the zero cross point of the output f7 of the intermediate frequency amplifier 14 by the comparator 33, and converts the zero cross point into a rectangular wave. The sampling and holding circuit 35 samples the sawtooth wave at the falling edge of the rectangular wave detected by the differentiating circuit 34 and integrates the sampled value by the integrating circuit 36 to obtain an A / D converter 37. Digitize with V
Output as 1. The phase of the circuit 15 is measured by adjusting the gate signals G2 and G3 matched with the period during which the beat signal is stabilized.
Is performed at the occurrence of.

【0063】電圧V1は、前記(6)(8)式のφD,
φEを表わすもので、このゲート信号G2,G3の各立
ち下がりのタイミングで、図1に示す第1及び第2のメ
モリ18,19に取り込み記憶される。この記憶方式
は、例えば、最も古いデータを廃棄しつつ、新しいデー
タを記憶して、一定期間のデータを保持するものとす
る。
The voltage V1 is φD,
It represents φE, and is taken in and stored in the first and second memories 18 and 19 shown in FIG. 1 at the falling timing of the gate signals G2 and G3. In this storage method, for example, old data is discarded, new data is stored, and data for a certain period is retained.

【0064】図1の差検出回路20は、第1及び第2の
メモリ18,19に記憶されたデータの移動平均の差を
探知物2までの距離Lを表わす信号として出力する。こ
の値は、略同時刻の測定値の差であるので、投光素子、
受光素子、及び各増幅器における温度による特性変動の
影響が相殺され、これらの影響を受けないものとなって
いる。この相殺は、探知物との速度差によるドプラー効
果による位相ずれをも解消できるものである。このよう
に測定された距離を表わす信号は、差分を取ることによ
って、温度等による外乱の影響を受け難くなっているの
で、繰り返し精度が高く、さらに、測定も高速に行える
ことから、微分回路21で微分することによって、自車
と探知物2との相対速度信号V5を精度高く得ることが
できる。
The difference detection circuit 20 of FIG. 1 outputs the difference between the moving averages of the data stored in the first and second memories 18 and 19 as a signal representing the distance L to the detection object 2. Since this value is a difference between the measured values at substantially the same time, the light emitting element,
The influence of the characteristic fluctuation due to the temperature in the light receiving element and each amplifier is canceled out, and the influence is not received. This cancellation can also eliminate the phase shift due to the Doppler effect due to the speed difference from the detected object. Since the signal representing the distance measured in this way is hardly affected by disturbance due to temperature or the like by taking the difference, the repeatability is high, and the measurement can be performed at high speed. , It is possible to accurately obtain a relative speed signal V5 between the vehicle and the detection object 2.

【0065】このようにして得た距離検出信号V4と相
対速度信号V5は、コンパレータ22に入力され、衝突
の危険性があるか否かが判定される。この比較・判定
は、空走距離を考慮に入れ、走行速度と制動距離の関係
から行われる。危険性があるとき衝突警告信号V6が発
生し、表示灯23と、ブザー24が動作する。この衝突
警告信号V6はブレーキ操作等の制御信号として使用す
ることもできる。
The distance detection signal V4 and the relative speed signal V5 obtained as described above are input to the comparator 22 to determine whether there is a danger of collision. This comparison / judgment is performed from the relationship between the traveling speed and the braking distance, taking into account the idling distance. When there is a danger, the collision warning signal V6 is generated, and the indicator light 23 and the buzzer 24 operate. The collision warning signal V6 can be used as a control signal for a brake operation or the like.

【0066】上記第1及び第2のメモリ18,19、差
検出回路20、微分回路21、コンパレータ22は、コ
ンピュータによるソフトウェア処理によって構成するこ
とが実際的である。
It is practical that the first and second memories 18 and 19, the difference detecting circuit 20, the differentiating circuit 21 and the comparator 22 are constituted by software processing by a computer.

【0067】上記図1の実施形態において、使用されて
いた受光器3の受光素子,高周波増幅器12、混合回路
13は、アバランシェフォトダイオードを使用すること
によって、これらの部分を単一部品とし、小型化を図る
ことができる。この場合の実施形態である距離センサB
を図9に示す。
In the embodiment of FIG. 1, the light receiving element of the light receiver 3, the high-frequency amplifier 12, and the mixing circuit 13 used in the embodiment of FIG. Can be achieved. Distance sensor B according to the embodiment in this case
Is shown in FIG.

【0068】図9において、図1と同一符号を付した部
分は、同一物を表わす。アバランシェフォトダイオード
38は、受光素子として使用され、その出力は、中間周
波増幅器14に出力される。アバランシェフォトダイオ
ード38は、空乏層内に高電界を形成しておくと、入射
光によって発生した電子が加速され原子と衝突すること
によって二次電子を生成するというアバランシェフォト
現象を利用したもので、高周波増幅器の機能を同時に持
つ。高電界を発生させる電圧として、ミキシングする高
周波パルス信号を用いれば、混合器としての機能をも同
時に持たせられる。そこで、高電圧発生回路39をセン
サ内に設け、切換回路9から出力される高周波パルス信
号f5で開かれて、高電圧発生回路39の出力電圧をア
バランシェフォトダイオード38に印加する電圧加算器
40を設ける。
In FIG. 9, the portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 represent the same components. The avalanche photodiode 38 is used as a light receiving element, and its output is output to the intermediate frequency amplifier 14. The avalanche photodiode 38 utilizes an avalanche photo phenomenon in which, when a high electric field is formed in the depletion layer, electrons generated by incident light are accelerated and collide with atoms to generate secondary electrons. It also has the function of a high-frequency amplifier. If a high-frequency pulse signal to be mixed is used as a voltage for generating a high electric field, a function as a mixer can be provided at the same time. Therefore, a high voltage generating circuit 39 is provided in the sensor, and a voltage adder 40 which is opened by the high frequency pulse signal f5 output from the switching circuit 9 and applies the output voltage of the high voltage generating circuit 39 to the avalanche photodiode 38 is provided. Provide.

【0069】上記図1の実施形態及び図9の実施形態
は、本発明を衝突防止装置として構成したものであった
が、本発明は、対向式の光電スイッチに適用することが
できる。
Although the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 9 constitute the present invention as a collision preventing device, the present invention can be applied to a facing photoelectric switch.

【0070】対向式の光電スイッチは、投光器と受光器
を対向させ、投光器から照射した光が受光器に入射する
か否かによって、投光器と受光器の間にある物体の有無
を検知する。この場合に、多数の光電スイッチが同一構
内に配置されていると、他の光電スイッチの投光器の光
が、誤って自己の受光器に入射した場合、誤動作するお
それがある。
The opposing photoelectric switch has a light emitter and a light receiver opposed to each other, and detects the presence or absence of an object between the light emitter and the light receiver based on whether or not light emitted from the light emitter enters the light receiver. In this case, if a large number of photoelectric switches are arranged in the same premises, a malfunction may occur if the light from the projector of another photoelectric switch accidentally enters its own light receiver.

【0071】そこで、本発明の距離検出機能を利用し、
設定した距離の範囲内にある光電スイッチから受光した
場合のみ、投受光器間に物体がないことを示す信号を出
力させる。
Therefore, utilizing the distance detection function of the present invention,
Only when light is received from the photoelectric switch within the set distance range, a signal indicating that there is no object between the light emitting and receiving devices is output.

【0072】この場合の実施形態を図10及び図11に
示す。図10は投光装置Cの構成図であり、所定の検出
範囲に向けてパルス光を照射する投光器1と、第1の高
周波パルス信号f1及び第2の高周波パルス信号f2を
生成するパルス信号発生回路4と、この2つの高周波パ
ルス信号f1,f2を投光器1に切換え供給する切換回
路9を持つものを使用する。これらの構成要素は、図1
で説明した実施形態と同一符号で表した同一の部品によ
って構成されるものである。
An embodiment in this case is shown in FIG. 10 and FIG. FIG. 10 is a configuration diagram of the light projecting device C. The light projecting device 1 irradiates a pulse light toward a predetermined detection range, and a pulse signal generating device that generates a first high-frequency pulse signal f1 and a second high-frequency pulse signal f2. A circuit having a circuit 4 and a switching circuit 9 for switching and supplying the two high-frequency pulse signals f1 and f2 to the projector 1 is used. These components are shown in FIG.
Are constituted by the same parts represented by the same reference numerals as those of the embodiment described in FIG.

【0073】また、図11は受光装置Dの構成図であ
り、図1の回路の内で受光信号の処理に関係する回路部
分(共通部分に同一符号を付している)を取出して構成
されている。但し、この受光装置Dは、対向する投光装
置Cから照射される高周波パルス信号の照射及び切換の
タイミングを知ることができないため、受光器3に入射
する高周波パルス光の周波数と異なる周波数の高周波パ
ルス信号f1,f2が混合回路13に供給されるように
切換回路9を切換える同期引き込み回路41を備えてい
る。この同期引き込み回路41は、中間周波増幅器14
の出力が一定のレベルを超えたことをレベル検出器42
で検出することにより、投光装置Cからの高周波パルス
光の入射を検出し、タイマー回路43でタイミングを測
って、ゲート回路10に、周波数切換のためのタイミン
グ信号を供給する。この受光装置Dは、投光装置Cと受
光装置Dの間に物体があるか否かを判断するものである
ので、差検出回路20の出力は、コンパレータ22で所
定のしきい値と比較されて、物体有無の判定が行われ
る。この判定結果は、表示灯23と外部出力用の制御出
力回路44に出力される。
FIG. 11 is a block diagram of the light receiving device D, which is constructed by taking out circuit portions (common portions having the same reference numerals) related to the processing of the light receiving signal from the circuit of FIG. ing. However, since the light receiving device D cannot know the timing of the irradiation and switching of the high frequency pulse signal emitted from the opposing light projecting device C, the high frequency of the high frequency pulse light different from the frequency of the high frequency pulse light incident on the light receiver 3 A synchronization pull-in circuit 41 that switches the switching circuit 9 so that the pulse signals f1 and f2 are supplied to the mixing circuit 13 is provided. The synchronization pull-in circuit 41 includes the intermediate frequency amplifier 14
Level detector 42 detects that the output of
, The incidence of high-frequency pulsed light from the light projecting device C is detected, the timing is measured by the timer circuit 43, and a timing signal for frequency switching is supplied to the gate circuit 10. Since the light receiving device D determines whether there is an object between the light emitting device C and the light receiving device D, the output of the difference detection circuit 20 is compared with a predetermined threshold value by the comparator 22. Then, the presence or absence of the object is determined. This determination result is output to the indicator light 23 and the control output circuit 44 for external output.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明の請求項1にかかる発明は、測定
精度を決定する光の変調周波数f1及びf2を高く取
り、各周波数毎に、照射と反射光の受光を行って探知物
までの距離に応じて発生する位相遅れを検出し、この位
相遅れの差分を取ることにより距離に対する位相変化を
大きくして測定を行う。したがって、長距離測定にもか
かわらず、高精度の測定が可能になる。また、この測定
方式では、差分を取ることにより温度ドリフト等による
ノイズが同時に除去され、温度補正等の処理が不要であ
るため高速な測定が可能になる。
According to the first aspect of the present invention, the modulation frequencies f1 and f2 of the light that determine the measurement accuracy are set high, and irradiation and reflected light are received for each frequency to reach the detection object. The phase lag generated according to the distance is detected, and the phase change with respect to the distance is increased by taking the difference of the phase lag to perform the measurement. Therefore, high-precision measurement is possible in spite of long-distance measurement. In addition, in this measurement method, noise due to temperature drift or the like is removed at the same time by taking the difference, and processing such as temperature correction is unnecessary, so that high-speed measurement becomes possible.

【0075】本発明の請求項2にかかる発明は、カウン
タ式の分周器によって、第1,第2の高周波パルス信号
f1,f2、及び中間周波パルス信号f3を作り、位相
の揺らぎであるジッタを発生させない。これによって、
距離検出を位相測定によって行なう本発明装置の測定精
度を高くすることができる。
According to the invention of claim 2 of the present invention, the first and second high-frequency pulse signals f1 and f2 and the intermediate frequency pulse signal f3 are generated by a counter-type frequency divider, and the jitter, which is a phase fluctuation, is generated. Does not occur. by this,
The measurement accuracy of the device of the present invention in which the distance detection is performed by phase measurement can be improved.

【0076】本発明の請求項3に記載した発明は、中間
周波増幅器出力が安定するまでの時間を短縮して、投光
素子のデューティ比をさらに小さくし、これにより投光
素子の発光量を増大して、測定距離を延ばすことができ
る。
According to the third aspect of the present invention, the time required for the output of the intermediate frequency amplifier to stabilize is reduced, and the duty ratio of the light emitting element is further reduced, whereby the light emission amount of the light emitting element is reduced. It can increase the measurement distance.

【0077】本発明の請求項4にかかる発明は、車両の
衝突防止に必要な出力を発生する構成を提供するもので
ある。
The invention according to claim 4 of the present invention provides a configuration for generating an output necessary for preventing collision of a vehicle.

【0078】本発明の請求項5にかかる発明は、複数の
対向式の光電スイッチが多数配置されている工場等にお
いて、その干渉による誤動作を、投受光器間の距離を検
出の要素として加えることにより防止できる。
According to a fifth aspect of the present invention, in a factory or the like where a plurality of opposing photoelectric switches are arranged, a malfunction due to the interference is added as a factor of detecting the distance between the light emitting and receiving devices. Can be prevented.

【0079】本発明の請求項6にかかる発明は、日中で
も長距離測定が可能な大光量のパルス光の照射を、安価
なLEDによって達成できる。
According to the invention of claim 6 of the present invention, irradiation of a large amount of pulse light capable of measuring a long distance even during the day can be achieved by an inexpensive LED.

【0080】本発明の請求項7にかかる発明は、受光器
の受光素子に、可変容量ダイオードを構成要素として持
つ共振回路を直列接続することにより、受光感度を高く
することができる。
In the invention according to claim 7 of the present invention, the light receiving sensitivity can be increased by connecting in series a resonance circuit having a variable capacitance diode as a component to the light receiving element of the light receiving device.

【0081】本発明の請求項8にかかる発明は、受光器
の受光素子にアバランシェフォトダイオードを使用する
ことにより小型化を可能にする。
The invention according to claim 8 of the present invention enables downsizing by using an avalanche photodiode for the light receiving element of the light receiving device.

【0082】本発明の請求項9にかかる発明は、位相測
定をアナログ的に行なうことにより、位相比較回路を簡
素化し低コスト化を図ることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, by performing the phase measurement in an analog manner, the phase comparison circuit can be simplified and the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】衝突防止センサとして構成した本発明の距離セ
ンサの構成を示す回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a distance sensor of the present invention configured as a collision prevention sensor.

【図2】図1の装置における周波数切換のタイミング
図。
FIG. 2 is a timing chart of frequency switching in the apparatus of FIG. 1;

【図3】図1の装置の要部信号波形図。FIG. 3 is a signal waveform diagram of a main part of the apparatus of FIG. 1;

【図4】投光器から発射した送信波と、この反射波を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing a transmission wave emitted from a projector and a reflected wave thereof.

【図5】図1の距離センサにおいて、送信波ω1,ω2
の位相遅れと、距離Lを表わす信号として実測されるΔ
φとの関係を示す図。
FIG. 5 shows transmission waves ω1, ω2 in the distance sensor of FIG.
And the Δ which is actually measured as a signal representing the distance L
The figure which shows the relationship with (phi).

【図6】高周波増幅器の回路例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit example of a high-frequency amplifier.

【図7】位相比較回路の構成例を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase comparison circuit.

【図8】図7の回路の信号波形図。FIG. 8 is a signal waveform diagram of the circuit of FIG. 7;

【図9】アバランシェフォトダイオードを使用した本発
明の実施形態を示す回路図。
FIG. 9 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention using an avalanche photodiode.

【図10】本発明を対向式光電スイッチとして構成する
場合の投光装置の回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram of a light emitting device when the present invention is configured as a facing photoelectric switch.

【図11】図10の対向式光電スイッチの受光装置の回
路図 1 投光器 2 探知物 3 受光器 4 パルス信号発生回路 9 切換回路 10 ゲート回路 12 高周波増幅器 13 混合回路 14 中間周波増幅器 15 位相比較回路 18,19 第1及び第2のメモリ 20 差検出回路 28 可変容量ダイオード 32 鋸歯状波発生器 33 コンパレータ 35 サンプルホールド回路 37 A/Dコンバータ 38 アバランシェフォトダイオード
11 is a circuit diagram of the light receiving device of the opposing photoelectric switch shown in FIG. 10. 1 Floodlight 2 Detected object 3 Light receiver 4 Pulse signal generation circuit 9 Switching circuit 10 Gate circuit 12 High frequency amplifier 13 Mixing circuit 14 Intermediate frequency amplifier 15 Phase comparison circuit 18, 19 First and second memories 20 Difference detection circuit 28 Variable capacitance diode 32 Sawtooth wave generator 33 Comparator 35 Sample hold circuit 37 A / D converter 38 Avalanche photodiode

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA06 BB05 CC11 DD01 FF12 FF13 GG07 GG12 HH02 HH12 JJ01 JJ15 JJ18 KK01 PP22 QQ13 QQ23 QQ25 QQ47 SS09 SS15 UU05 5J084 AA05 AB01 AC02 AD02 BA19 BA36 CA03 CA10 CA24 CA42 CA43 CA54 CA55 CA56 CA69 CA70 DA01 EA22 EA29 Continued on front page F term (reference) 2F065 AA06 BB05 CC11 DD01 FF12 FF13 GG07 GG12 HH02 HH12 JJ01 JJ15 JJ18 KK01 PP22 QQ13 QQ23 QQ25 QQ47 SS09 SS15 UU05 5J084 AA05 AB01 AC02 AD02 CA19 CA43 CA69 EA22 EA29

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の検出範囲に向けて高周波パルス光
を照射する投光器と、投光器の照射範囲内の探知物の反
射光を検出する受光器と、この受光器の出力を混合用の
高周波パルス信号と混合する混合回路と、 第1の高周波パルス信号f1,第2の高周波パルス信号
f2,第1及び第2の高周波パルス信号の周波数差を持
つ中間周波パルス信号f3を生成するパルス信号発生回
路と、 高周波パルス信号f1,f2を切換え、その一方を投光
器に供給し、他方を混合回路に供給する切換回路と、 混合回路の出力を増幅する中間周波増幅器と、中間周波
増幅器の出力を前記中間周波パルス信号f3と位相比較
する位相比較回路と、 切換回路による高周波パルス信号f1,f2の切換えに
よって得られる位相比較回路の各出力の差分を、投受光
器から探知物までの距離の検出信号として取出す差検出
回路とを具備したことを特徴とする距離センサ。
1. A projector for irradiating high-frequency pulsed light toward a predetermined detection range, a light-receiving device for detecting reflected light of a detection object within an irradiation range of the light-emitting device, and a high-frequency pulse for mixing the output of the light-receiving device. A mixing circuit for mixing with the signal; a pulse signal generating circuit for generating an intermediate frequency pulse signal f3 having a frequency difference between the first high frequency pulse signal f1, the second high frequency pulse signal f2, and the first and second high frequency pulse signals A switching circuit for switching the high-frequency pulse signals f1 and f2, one of which is supplied to the projector and the other of which is supplied to the mixing circuit; an intermediate frequency amplifier for amplifying the output of the mixing circuit; A phase comparator for comparing the phase with the frequency pulse signal f3, and a difference between respective outputs of the phase comparator obtained by switching the high frequency pulse signals f1 and f2 by the switching circuit, Distance sensor, characterized by comprising a differential detection circuit for taking out a detection signal of the distance al detection object.
【請求項2】 第1,第2の高周波パルス信号f1,f
2、及び中間周波パルス信号f3の各周波数が、共通の
原発振高周波パルス信号f0の周波数の整数分の1に定
められ、 パルス信号発生回路が、原発振高周波パルス信号f0
を、カウンタ式の分周回路によって分周して、第1及び
第2の高周波パルス信号f1,f2,及び中間周波パル
ス信号f3を生成するものであることを特徴とする請求
項1に記載した距離センサ。
2. The first and second high-frequency pulse signals f1, f
2, and each frequency of the intermediate frequency pulse signal f3 is determined to be an integer fraction of the frequency of the common original oscillation high frequency pulse signal f0.
Is divided by a counter-type frequency dividing circuit to generate first and second high-frequency pulse signals f1, f2, and an intermediate frequency pulse signal f3. Distance sensor.
【請求項3】 切換回路による切換えが、第1の高周波
パルス信号f1,第2の高周波パルス信号f2、及び中
間周波パルス信号f3の位相が一致した時点で行われ、
位相比較回路による位相比較のタイミングが周波数切換
え後の中間周波増幅器の出力が安定する時点に定められ
ていることを特徴とする請求項1又は2に記載した距離
センサ。
3. The switching by the switching circuit is performed when the phases of the first high-frequency pulse signal f1, the second high-frequency pulse signal f2, and the intermediate frequency pulse signal f3 match,
3. The distance sensor according to claim 1, wherein the timing of the phase comparison by the phase comparison circuit is determined at a time point when the output of the intermediate frequency amplifier is stabilized after the frequency is switched.
【請求項4】 差検出回路で検出した探知物までの距離
を示す信号と、この信号を微分して得た相対速度信号と
を用い、衝突の危険性の有無を一定の基準で判定して衝
突防止信号を出力するコンパレータを具備したことを特
徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載した距離セ
ンサ。
4. A signal indicating a distance to a detected object detected by a difference detection circuit and a relative speed signal obtained by differentiating the signal are used to determine whether or not there is a danger of collision on a predetermined basis. The distance sensor according to claim 1, further comprising a comparator that outputs a collision prevention signal.
【請求項5】 投光装置と受光装置を対向配置し、投光
装置の投光器から高周波パルス光を受光装置の受光器に
向けて照射し、この受光信号の位相遅れから投光器から
受光器までの距離を測定し、この距離が所定範囲内にあ
るとき、投光装置と受光装置の間に物体が存在しないこ
とを判定する距離センサであって、 投光装置が、所定の検出範囲に向けてパルス光を照射す
る投光器と、第1の高周波パルス信号f1及び第2の高
周波パルス信号f2を生成するパルス信号発生回路と、
この2つの高周波パルス信号f1,f2を投光器に切換
え供給する切換回路を具備し、 受光装置が、前記投光器から発射されたパルス光を検出
する受光器と、受光器の出力に混合用の高周波パルス信
号を混合する混合回路と、第1の高周波パルス信号f
1,第2の高周波パルス信号f2,第1及び第2の高周
波パルス信号の周波数差を持つ中間周波パルス信号f3
を生成するパルス信号発生回路と、混合回路に、第1及
び第2の高周波パルス信号f1,f2を切換え供給する
切換回路と、受光器に入射する高周波パルス光の周波数
と異なる周波数の高周波パルス信号f1,f2が混合回
路に供給されるように切換回路を切換える同期引き込み
回路と、混合回路の出力を増幅する中間周波増幅器と、
中間周波増幅器の出力を、前記中間周波パルス信号f3
と位相比較する位相比較回路と、切換回路による高周波
パルス信号f1,f2の切換えによって得られる位相比
較回路の各出力の差分を、投受光器間の距離検出信号と
して取出す差検出回路と、この距離検出信号が投光装置
と受光装置の離隔間隔に対応させて設定した距離範囲内
にあるとき物体なしの判定出力をする出力回路とを具備
したことを特徴とする距離センサ。
5. A light-emitting device and a light-receiving device are arranged opposite to each other, and high-frequency pulse light is emitted from the light-emitting device of the light-emitting device toward the light-receiving device of the light-receiving device. A distance sensor that measures a distance and determines that there is no object between the light emitting device and the light receiving device when the distance is within a predetermined range. A projector for irradiating pulse light, a pulse signal generating circuit for generating a first high-frequency pulse signal f1 and a second high-frequency pulse signal f2,
A switching circuit for switching the two high-frequency pulse signals f1 and f2 to the light emitter; a light-receiving device detecting a pulse light emitted from the light emitter; and a high-frequency pulse for mixing in an output of the light receiver. A mixing circuit for mixing the signals, and a first high-frequency pulse signal f
1, a second high frequency pulse signal f2, an intermediate frequency pulse signal f3 having a frequency difference between the first and second high frequency pulse signals
, A switching circuit for switching and supplying the first and second high-frequency pulse signals f1 and f2 to the mixing circuit, and a high-frequency pulse signal having a frequency different from the frequency of the high-frequency pulse light incident on the light receiver a synchronization pull-in circuit for switching the switching circuit so that f1 and f2 are supplied to the mixing circuit, an intermediate frequency amplifier for amplifying the output of the mixing circuit,
The output of the intermediate frequency amplifier is converted to the intermediate frequency pulse signal f3.
A phase comparison circuit for comparing the phase with the output signal, a difference detection circuit for extracting a difference between outputs of the phase comparison circuit obtained by switching of the high-frequency pulse signals f1 and f2 by a switching circuit as a distance detection signal between the light emitting and receiving devices, A distance sensor, comprising: an output circuit that outputs a determination of no object when a detection signal is within a distance range set in accordance with a distance between the light emitting device and the light receiving device.
【請求項6】 投光器の発光素子がLEDであり、切換
回路から投光器に供給される高周波パルス信号f1,f
2のデューティ比が1/50以下に定められていること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載した距
離センサ。
6. The high frequency pulse signals f1 and f supplied from the switching circuit to the light projector, wherein the light emitting element of the light projector is an LED.
The distance sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein a duty ratio of 2 is set to 1/50 or less.
【請求項7】 受光器の受光素子に、可変容量ダイオー
ドを構成要素として持つ共振回路が直列接続され、高周
波パルス信号f1,f2の切換えに連動して、可変容量
ダイオードに供給する直流電圧を変えることにより、共
振回路の共振周波数を受光する高周波パルス信号の周波
数に同調させることを特徴とする請求項1〜6のいずれ
か1項に記載した距離センサ。
7. A resonance circuit having a variable capacitance diode as a constituent element is connected in series to the light receiving element of the light receiver, and changes a DC voltage supplied to the variable capacitance diode in conjunction with switching of the high frequency pulse signals f1 and f2. The distance sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the resonance frequency of the resonance circuit is tuned to the frequency of a high-frequency pulse signal that receives light.
【請求項8】 受光器の受光素子にアバランシェフォト
ダイオードを使用し、このアバランシェフォトダイオー
ドに、混合用の第1又は第2の高周波パルス信号f1,
f2を電圧として供給することにより、受光した高周波
パルス光の増幅と混合を同時に行わせることを特徴とす
る請求項1〜7のいずれか1項に記載した距離センサ。
8. An avalanche photodiode is used as a light receiving element of the light receiver, and the avalanche photodiode is provided with a first or second high-frequency pulse signal f1 for mixing.
The distance sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein by supplying f2 as a voltage, amplification and mixing of the received high-frequency pulsed light are performed simultaneously.
【請求項9】 位相差検出回路が、位相基準である中間
周波パルス信号f3に同期させて発生した鋸歯状波を、
混合回路の出力する中間周波パルス信号の立上がり又は
立ち下がりのタイミングで、サンプルホールドして位相
検出を行なうものであることを特徴とする請求項1〜8
のいずれか1項に記載した距離センサ。
9. A saw-tooth wave generated by a phase difference detection circuit in synchronization with an intermediate frequency pulse signal f3 as a phase reference,
9. A phase detection circuit which samples and holds the phase at the rising or falling timing of the intermediate frequency pulse signal output from the mixing circuit to detect the phase.
A distance sensor according to any one of the above.
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