DE68922421T2 - Abstandsmessgerät. - Google Patents

Description

Beschreibung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abstandsmeßgerät zum optischen genauen Messen des Abstandes eines festzustellenden Objekts nach einem Triangulierverfahren und insbesondere auf ein Abstandsmeßgerät, bei welchem die Lichtmenge des reflektierten Lichts auf einem bestimmten Wert gehalten wird.
• Es ist beispielsweise, wie in JP-A-57-44809 gezeigt, eine Distanzmeßvorrichtung unter Verwendung des Triangulierverfahrens, wie in Fig. 17 gezeigt, als Vorrichtung zur Feststellung des Abstandes eines Objekts bekannt. Gemäß einer solchen Vorrichtung wird von einer Lichteinstrahlvorrichtung, wie etwa einer Leuchtdiode oder dergleichen, abgegebenes Licht unter Verwendung einer Kollimationslinse 2 in ein parallellichtbündel 3 umgewandelt. Das Lichtbündel 3 wird in der Richtung, in der ein Abstand festgestellt werden soll, eingestrahlt. Eine Kondensorlinse 5 ist vorgesehen, um das Licht festzustellen, das von einem Objekt 4 reflektiert wird, das an einer Stelle vorliegt, welche in einem gewissen Abstand von der Linse 2 entfernt ist. Eine positionsempfindliche Vorrichtung (im folgenden als PEV abgekürzt) 6, die Ströme an beiden Enden auf der Grundlage der Lagefeststellpositionen abgibt, ist hinter der Kondensorlinse 5 angeordnet. Wenn das Objekt 4 das Lichtbündel an einer Stelle innerhalb eines bestimmten Abstandsbereiches von der Vorderfläche der Linse 2 unterbricht, wird das am Objekt 4 diffus reflektierte Licht durch die Kondensorlinse 5 kovergent gemacht und trifft auf der PEV 6 auf. Daher ändert sich die Lage des reflektierten Lichts, das auf die PEV 6 aufgetroffen ist, abhängig vom Abstand der Linse 2 zum feststellenden Objekt 4. Eine Vorspannungsquelle 7 ist mit der PEV 6 verbunden, und es werden zwei analoge Ströme, die den Lichtauftreffpositionen entsprechen, an beiden Enden der PEV 6 erzeugt. Die Ausgangssignale werden I/V- (Strom-Spannungs-) - Wandlern 8 und 9 eingegeben. Die I/V-Wandler 8 und 9 wandeln die von der PEV 6 ausgegebenen Ströme in Spannungssignale um und führen diese einer Subtrahierschaltung 10 und einer Addierschaltung 11 zu. Eine Dividierschaltung 12 dividiert die Ausgabe der Subtrahierschaltung 10 durch die Ausgabe der Addierschaltung 11, wodurch ein normiertes Signal ausgegeben wird, das der Lichtnachweislage unabhängig von der Summe der festgestellten Lichtmengen entspricht. Das Ausgangssignal wird beispielsweise einer Vergleichsschaltung 13 eingegeben. Die Vergleichsschaltung 13 stellt ein Signal fest, das einen bestimmten Schwellenwert überschreitet und gibt ein Nachweissignal auf eine Signalverarbeitungsschaltung 14 aus. Die Lichteinstrahlvorrichtung 1 wird durch eine Lichteinstrahlungsvorrichtungs-Ansteuerschaltung 16 mit einer Impulsausgabe eines Impulsoszillators 15 eingeschaltet. Die Ausgabe des Impulsoszillators 15 wird auch auf die Signalverarbeitungsschaltung 14 gegeben. Wenn ein Nachweissignal für eine Impulsschwingungsperiode eingegeben wird, gibt die Signalverarbeitungsschaltung 14 das Nachweissignal über eine Ausgangsschaltung 17 nach außen aus.
• Gemäß einer solchen herkömmlichen Abstandsmeßvorrichtung wird das Lagenachweissignal durch Dividieren der Ausgabe der Subtrahierschaltung durch die Ausgabe der Addierschaltung mittels der Dividierschaltung gewonnen. Es besteht daher der Nachteil, daß ein Fehlerbetrag sich in Abhängigkeit vom Lichtmengenwert stark ändert. Das heißt, daß trotz der Herleitung eines genauen Lagefeststellungssignals, wenn das Lichtmengenniveau ausreichend groß ist, sich das Lagenachweissignal infolge einer geringen Schwankung der Ausgabedifferenz der I/V-Wandler 8 und 9 stark ändert, wenn die in die PEV 6 eintretende Lichtmenge klein ist. Daher besteht der Nachteil, daß die Meßgenauigkeit mit der Lichtmenge variiert. Wenn die Verstärkungen der I/V-Wandler 8 und 9 zur Umwandlung der Lichtnachweisstromsignale in Spannungssignale erhöht werden, um das Eingabeniveau der Dividierschaltung zu erhöhen, kommt es zu einer Sättigung des Eingabeniveaus, wenn ein Objekt an einer nahen Stelle vorliegt und der Lichtempfindlichkeitspegel ansteigt, so daß eine genaue Divisionsausgabe nicht hergeleitet werden kann. Daher besteht das Problem, daß die Schwankung des Eingabeniveaus der Dividierschaltung groß ist und Fehler leicht auftreten.
• Da die Schwankung des Eingangswerts der Dividierschaltung groß ist, besteht andererseits das Problem, daß Fehler leicht auftreten, wenn nicht eine Dividierschaltung mit großem dynamischen Bereich und hoher Ansprechsgeschwindigkeit verwendet wird.
• Im Falle des Aufbaus der Dividierschaltung unter Verwendung eines Log-Verstärkers sind beide Eingaben ferner auf Eingaben mit gleichen Vorzeichen beschränkt. Ein Objekt kann daher nur in einem Halbbereich der PEV 6 festgestellt werden, derart, daß die Differenz zwischen den Ausgaben der I/V-Wandler 8 und 9 stets positiv ist. Es besteht also der Nachteil, daß die Nutzungseffizienz der PEV 6 niedrig ist und sich ihre Auflösung verschlechtert.
• Ein Distanzmeßgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus EP-A-0 140 650 bekannt.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, daß die Lage eines Objekts unter Halten der Lichtnachweismenge der positionsempfindlichen Vorrichtung auf einem bestimmten Wert genau festgestellt werden kann und daß auch, wenn die Reflexionslichtmenge des Objekts groß ist, die Lichtnachweismenge sicher auf einem bestimmten Wert gehalten werden kann.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, daß durch Halten der Lichtnachweismenge der positionsempfindlichen Vorrichtung auf einem bestimmten Wert die Lage eines Objekts exakt festgestellt werden kann, ohne daß eine hohe Ansprechgeschwindigkeit einer Dividierschaltung erforderlich ist.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß eine Änderung der Lichtnachweismenge einer lichtempfindlichen Vorrichtung unabhängig vom Oberflächenzustand oder der Lage eines Objekts reduziert wird und die Position eines Objekts auf der Grundlage eines Verhältnisses von zwei Strömen der lichtempfindlichen Vorrichtung genau festgestellt werden kann.
• Eine Abstandsmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch Patentanspruch 1 definiert.
• Gemäß der Erfindung ist das Lichteinstrahlimpulssignal die Ausgabe, deren Wert allmählich zunimmt. Die reflektierte Lichtmenge nimmt ebenfalls zu, und man erhält ein Lichtnachweissignal, welches mit der Zeit zunimmt. Daher erreichen für ein Objekt, bei welchem die reflektierte Lichtmenge groß ist, die Ausgaben, die von der lichtempfindlichen Vorrichtung gewonnen werden, den Schwellenwert der Vergleichsmittel in einer kurzen Zeit. Da die Lichteinstrahlung in kurzer Zeit nach dem Beginn der Lichteinstrahlung, während der Änderungsbetrag relativ klein ist, beendet wird, liegt kaum eine Zeitverzögerung des Anhaltens der Lichtabgabe vor. Die Lichteinstrahlung wird vor Sättigung der Dividierschaltung beendet und die Lage des Objekts festgestellt.
• Selbst wenn ein Signal, bei welchem der Spitzenwert des Lichteinstrahlimpulssignals groß ist, verwendet wird, kann daher die Schwankung des lichtempfindlichen Niveaus auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und die Effizienz der Lichteinstrahlsteuermittel läßt sich verbessern. Das Eingangssignal, welches auf die Dividierschaltung gegeben wird, die in den Lagesignalnachweismitteln verwendet wird, wird nicht gesättigt, und einer der beiden Eingaben der Dividierschaltung wird nahezu auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Seine Fehlergröße kann also vermindert und der Abstand zu einem Objekt festgestellt werden.
• Es ist bzw. sind in den Zeichnungen
• Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches den Aufbau eines Abstandsmeßgeräts gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 2 ein Schaltbild, welches den detaillierten Aufbau einer Lichteinstrahlsteuerschaltung und ihrer Peripherieschaltungen in der ersten Ausführungsform zeigt,
• Fig. 3a bis 3g Wellenformdiagramme, welche eine Wellenform in jedem Abschnitt dieser Ausführungsform zeigen,
• Fig. 4a und 4b Wellenformdiagramme, welche ein weiteres Beispiel der Signalwellenformen zeigen,
• Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches den Aufbau eines Abstandsmeßgeräts gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 6 ein Schaltbild, welches den Detailaufbau einer Lichteinstrahlsteuerschaltung und ihrer peripheren Schaltungen in der zweiten Ausführungsform zeigt,
• Fig. 7a bis 7h Wellenformdiagramme, welche eine Wellenform in jedem Abschnitt der zweiten Ausführungsform zeigen,
• Fig. 8a bis 8d Wellenformdiagramme, welche die Beziehung zwischen dem Lichteinstrahlimpuls und dem Lichtnachweissignal zeigen,
• Fig. 9 ein Schaltbild, welches den Detailaufbau einer Lichteinstrahlsteuerschaltung und ihrer peripheren Schaltungen in der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 10a bis 10h Wellenformdiagramme, welche eine Wellenform in jedem Abschnitt der dritten Ausführungsform zeigen,
• Fig. 11 ein Schaltbild, welches den Detailaufbau einer Lichteinstrahlsteuerschaltung und ihrer peripheren Schaltungen in der vierten Ausführungsform zeigt,
• Fig. 12a bis 12h Wellenformdiagramme, welche eine Wellenform in jedem Abschnitt der vierten Ausführungsform zeigen,
• Fig. 13 ein Blockschaltbild, welches den Aufbau eines Abstandsmeßgeräts gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 14 ein Schaltbild, welches den Detailaufbau einer Lichteinstrahlsteuerschaltung und ihrer peripheren Schaltungen in der fünften Ausführungsform zeigt,
• Fig. 15a bis 15f Wellenformdiagramme, welche eine Wellenform in jedem Abschnitt der fünften Ausführungsform zeigen,
• Fig. 16 ein Blockschaltbild, welches den Gesamtaufbau eines Abstandsmeßgeräts gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
• Fig. 17 ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel eines herkömmlichen Abstandsmeßgeräts zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
• Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau der ersten Ausführungsform eines Abstandsmeßgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 1 sind die gleichen Teile und Komponenten wie diejenige bei dem in Fig. 17 gezeigten herkömmlichen Gerät mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei der ersten Ausführungsform wird das von der Lichteinstrahlvorrichtung 1 abgegebene Licht ebenfalls unter Verwendung der Kollimationslinse 2 in das Parallellichtbündel 3 umgewandelt. Das Lichtbündel 3 wird in der Richtung eingestrahlt, in der der Abstand zu einem nachzuweisenden Objekt festzustellen ist. Die Kondensorlinse 5 zum Nachweisen des am Objekt reflektierten Lichts ist an einer Stelle angeordnet, die in einem bestimmten Abstand von der Kollimationslinse 2 entfernt liegt. Die eindimensionale lichtempfindliche Vorrichtung 6 ist hinter der Kondensorlinse 5 angeordnet. Die Vorspannungsquelle 7 ist mit einer gemeinsamen Elektrode der lichtempfindlichen Vorrichtung (PEV) 6 verbunden. Zwei Analogströme werden von Anschlüssen an beiden Enden der PEV 6 in Entsprechung zu den Lichtauftreffpositionen abgegeben. Die Stromausgaben der PEV 6 werden auf I/V-Wandler 8 und 9 gegeben. Die I/V-Wandler 8 und 9 wandeln die von beiden Enden der PEV 6 abgeleiteten Stromausgaben in Spannungssignale um und geben diese auf die Subtrahierschaltung 10 bzw. Addierschaltung 11. Die Ausgabe der Subtrahierschaltung 10 wird über eine Abtast-Halte-(S/H-)Schaltung 20 der Vergleichsschaltung 13 eingegeben. Ein bestimmter Wert Vrefl, der einem festzustellenden Abstand in einem Abstandsmeßbereich entspricht, wird in der Vergleichsschaltung 13 eingestellt. Wenn ein Signal eines Werts, der den bestimmten Wert Vrefl überschreitet, eingegeben wird, gibt die Vergleichsschaltung 13 ein Objektnachweissignal auf die Signalverarbeitungsschaltung 14 aus.
• Das Abstandsmeßgerät hat in dieser Ausführungsform einen Impulsoszillator 21 zum intermittierenden Erzeugen eines Trapezsignals. Ein Ausgangssignal des Impulsoszillators 21 wird einer Vergleichsschaltung 22 und einer Lichteinstrahlsteuerschaltung 23 eingegeben. Die Ausgabe der Addierschaltung 11 wird auf eine Vergleichsschaltung 24 gegeben. Ein bestimmter Schwellenwert Vref&sub2; wird an der Vergleichsschaltung 24 eingestellt. Nur wenn die Additionsausgabe der Addierschaltung 11 den bestimmten Wert Vref&sub2; überschreitet, gibt die Vergleichsschaltung 24 ein Steuersignal auf die Lichteinstrahlsteuerschaltung 23 aus. Die Lichteinstrahlsteuerschaltung 23 bildet Lichteinstrahlsteuermittel zum direkten Übertragen der Ausgabe des Impulsoszillators 21 auf eine Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16a, bis das Signal von der Vergleichsschaltung 24 eingegeben wird. Die Ansteuerschaltung 16a steuert die Lichteinstrahlvorrichtung 1 intermittierend an. Die Ansteuerschaltung 16a, Lichteinstrahlvorrichtung 1 und Kollimationslinse 2 bilden einen Lichteinstrahlabschnitt, der das Parallellichtbündel in Richtung eines Nachweisbereichs einstrahlt. Die Vergleichsschaltung 22 wandelt das trapezförmige Ausgangssignals des Oszillators 21 in ein Rechteckwellensignal um, und ihre Ausgabe wird der Signalverarbeitungsschaltung 14 und der Lichteinstrahlsteuerschaltung 23 eingegeben. Die Signalverarbeitungsschaltung 14 weist auf: eine Gate-Schaltung 14a, die dazu dient, unter Verwendung der Rechteckwellenausgabe der Vergleichsschaltung 22 als Gate-Steuersignal die Ausgabe der Vergleichsschaltung 13 durchzulassen; eine Integrierschaltung 14b zum Integrieren der Ausgabe der Gate- Schaltung 14a mit einer bestimmten Zeitkonstanten; und eine Vergleichsschaltung 14c zum Diskriminieren der Ausgabe der Integrierschaltung 14b mit einem bestimmten Schwellenwert Vref&sub3;. Wenn das Nachweissignal mehrere Male kontinuierlich von der Vergleichsschaltung 13 erhalten wird, gibt die Signalverarbeitungsschaltung 14 ein Objektnachweissignal auf die Ausgangsschaltung 17. Die Ausgangsschaltung 17 gibt das Nachweissignal als ein Ausgangssignal, wie etwa eine Relaiskontaktausgabe, eine Offenkollektorausgabe oder dergleichen, nach außen ab.
• Die Lichteinstrahlsteuerschaltung 23 wird nun weiter in einzelnen beschrieben. Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, welches den Detailaufbau der Lichteinstrahlsteuerschaltung 23 und ihrer peripheren Schaltungen zeigt. In dem Schaltbild wird die Ausgabe des Impulsoszillators 21 der Vergleichsschaltung 22 und der Basis eines Transistors Tr&sub1; eingegeben. Die Vergleichsschaltung 22 wandelt das Trapezsignal des Impulsoszillators 21 in die Rechteckwelle um und gibt ihre Ausgabe auf den einen Eingangsanschluß einer Exklusiv-ODER- Schaltung (im folgenden als EOR-Schaltung bezeichnet) 31. Eine Ausgabe der Vergleichsschaltung 24 zum Vergleichen der Ausgabe der Addierschaltung 11 mit dem vorbestimmten Schwellenwert Vref&sub2; wird auf den anderen Eingangsanschluß der EOR- Schaltung 31 gegeben. Die EOR-Schaltung 31 gibt ein Exklusiv-ODER-Signal auf einen Zeitgebereingang T eines DT-Flipflops 32. Das invertierte Signal des L-Pegels, d.h., das Signal des H-Pegels, wird auf einen Dateneingangsanschluß D des DT-Flipflops 32 gegeben. Andererseits wird das DT-Flipflop 32 durch eine Abfallflanke des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 22 zwangsrückgesetzt. Das DT-Flipflop 32 gibt seine Q-Ausgabe auf die Basis eines Transistors Tr&sub2;. Der Transistor Tr&sub2; ist zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr&sub1; angeschlossen. Wenn der Transistor Tr&sub2; durchgeschaltet wird, wird der Transistor Tr&sub1; zwangsgesperrt. Eine Lichtquelle ist mit dem Kollektor des Transistors Tr&sub1; über die Lichteinstrahlvorrichtung 1, beispielsweise eine Leuchtdiode, verbunden. Der Transistor Tr&sub1; arbeitet als Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16a und steuert die Lichteinstrahlvorrichtung 1 intermittierend an.
• Die Arbeitsweise der Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Zeitdiagramme der Fig. 3a bis 3g beschrieben. Fig. 3a zeigt das Oszillationssignal des Impulsoszillators 21, und das Oszillationssignal wird in ein Rechteckwellensignal, wie es in Fig. 3b gezeigt ist, durch die Vergleichsschaltung 22 umgewandelt. Das Rechteckwellensignal wird dann als Digitalsignal der Signalverarbeitungsschaltung 14 und der EOR-Schaltung 31 eingegeben. Daher gibt, wie in Fig. 3c gezeigt, die EOR-Schaltung 31 ein Signal aus, wie es in dem Diagramm von der Zeit t&sub1; an gezeigt ist. Zur Zeit t&sub1; ist die Q-Ausgabe des DT-Flipflop 32 auf L-Pegel, wie in Fig. 3d gezeigt, und der Transistor Tr&sub2; gesperrt. Wenn die Ausgabe des Impulsoszillators 21 auf den Transistor Tr&sub1; gegeben wird, fließt also ein Ansteuerstrom durch die Lichteinstrahlvorrichtung 1, wie er in Fig. 3e gezeigt ist. Wenn das Objekt 4 in einem vorgegebenen Nachweisbereich auf dem optischen Weg des Lichtbündels 3 vorliegt, wird das vom Objekt 4 diffus reflektierte Licht über die Kondensorlinse 5 auf die PEV 6 übertragen. Die an beiden Enden der PEV 6 erhaltenen Ströme werden durch die I/V-Wandler 8 und 9 in die Spannungssignale umgewandelt. Die Spannungssignale werden mit der Addierschaltung 11 addiert, so daß ein Signal, wie es in Fig. 3f gezeigt ist, an der Addierschaltung 11 abgenommen wird. Der Gradient des Additionssignals ist in Entsprechung zum Abstand vom nachzuweisenden Objekt 4 oder seinem Oberflächenzustand, beispielsweise Farbe, Glanz oder dergleichen, unterschiedlich.
• Zur Zeit t&sub2;, wenn der Wert des Additionssignals den voreingestellten Schwellenwert Vref&sub2; in der Vergleichsschaltung 24 überschreitet, wird eine Ausgabe, wie sie in Fig. 3g gezeigt ist, an der Vergleichsschaltung 24 erhalten, und die Ausgabe der EOR-Schaltung 31 wird invertiert. Wie in Fig. 3d gezeigt, wird daher, da das DT-Flipflop 32 durch eine Abfallflanke der invertierten Ausgabe gesetzt wird, der Transistor Tr&sub2; durchgeschaltet, der Basisstrom des Transistors Tr&sub1; wird dem Transistor Tr&sub2; eingegeben, und die Ansteuerung der Lichteinstrahlvorrichtung 1 beendet. Daher wird, wenn die Ausgabe der Addierschaltung 11 den vorbestimmten Schwellenwert Vref&sub2; erreicht, die Lichteinstrahlung beendet.
• Bei dieser Ausführungsform wird, da der Nenner (die Ausgabe der Addierschaltung 11) als Divisor für die Teilung der Ausgabe der Subtrahierschaltung 10 stets auf einen vorbestimmten Schwellenwert Vref&sub2; gesetzt ist, die Dividierschaltung überflüssig. Die Ausgabe der Subtrahierschaltung 10 zur Zeit t&sub2; gibt direkt das Lagesignal des Gegenstands an. Mit anderen Worten wird die Ausgabe der Subtrahierschaltung 10 auf die S/H-Schaltung 20 gegeben und zur Zeit t&sub2;, die der Abfallflanke der Ausgabe der Vergleichsschaltung 24 entspricht, gehalten und auf die Vergleichsschaltung 13 gegeben. Wenn der Wert des gehaltenen Signals den in der Vergleichsschaltung 13 eingestellten vorbestimmten Schwellenwert Vref&sub1; überschreitet, ist es möglich, zu diskriminieren, daß das Objekt innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Die Ausgabe der Vergleichsschaltung 13 wird auf die Signalverarbeitungsschaltung 14 gegeben und es erfolgt durch die Gate-Schaltung 14a der Signalverarbeitungsschaltung 14 eine Prüfung daraufhin, ob die Ausgabe der Vergleichsschaltung erhalten wird oder nicht. Wenn das Vergleichssignal hergeleitet wird, wird ein Eingangssignal auf die Integrierschaltung 14b gegeben, und ihr Ausgangspegel steigt an. Daher erreicht nur, wenn die Ausgabe der Vergleichsschaltung 13 auf die Integrierschaltung 14b über die Gate-Schaltung 14a einige kontinuierliche Perioden lang übertragen wird, der Ausgangssignalwert den Schwellenwert Vref&sub3; der Vergleichsschaltung 14c, so daß das Objektnachweissignal ausgegeben werden kann.
• Wenn die Lichtabgabe der Lichteinstrahlvorrichtung 1 aufhört, nimmt die Ausgabe der Addierschaltung 11 ab, so daß die Ausgabe der Vergleichsschaltung 24 ebenfalls aufhört. In Fig. 3g ist die Zeitbreite zwischen der Zeit t&sub2; und Zeit t&sub3; geringfügig übertrieben dargestellt. Danach wird das DT- Flipflop 32 durch die Abfallflanke der Ausgabe der Vergleichsschaltung 22 zurückgesetzt.
• Wenn die Nachweismenge des am Objekt 4 reflektierten Lichts groß ist, wird die Lichteinstrahlung in einer kurzen Zeit nach dem Beginn der Lichteinstrahlung beendet. Wenn die vom Objekt gewonnene diffus reflektierte Lichtmenge wegen eines großen Abstandes des Objekts oder seines Oberflächenzustands klein ist, wird die Lichteinstrahlung nach einer relativ langen Zeit nach dem Beginn der Lichteinstrahlung beendet. Wenn andererseits die Lichtmenge extrem klein ist und die Summe der Stromausgaben, die an beiden Enden der PEV 6 gewonnen werden, nicht den Schwellenwert Vref&sub2;&sub1; der Vergleichsschaltung 24 erreichen, wird die Lichteinstrahlung nicht angehalten und ein Abtastsignal wird auch nicht gegeben, so daß das Objektnachweissignal nicht ausgegeben wird.
• Bei der Ausführungsform wird das Trapezsignal vom Impulsoszillator 21 ausgegeben und die Lichteinstrahlvorrichtung angesteuert, bis die Ausgabe der Addierschaltung den vorgegebenen Schwellenwert für die Zeitdauer erreicht, bis das Ausgangssignal des Oszillators den Spitzenwert erreicht. Ein Impulsoszillator, der ein Dreieckswellen-Impulssignal erzeugt, kann ebenfalls verwendet werden.
• Die Ausgabe des Oszillators kann auch auf eine Rechteckwellenausgabe eingestellt werden. In einem solchen Fall kann durch direktes Aufgeben der Ausgabe des Rechteckwellenoszillators auf die Signalverarbeitungsschaltung 14 und EOR- Schaltung 31 die Lichteinstrahlung beendet werden, wenn ein bestimmter Lichtnachweispegel erreicht ist. Wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt, kann, wenn die Lichteinstrahlung durchgeführt wird, diese durch den vorgegebenen Reflexionslichtpegel nicht genau beendet werden, da die an der Addierschaltung 11 erhaltene Ausgabe nahezu simultan mit der Ansteuerung der Lichteinstrahlvorrichtung ebenfalls ansteigt. Die Relexionslichtmenge wird jedoch nahezu konstant und eine große Änderung, wie beim herkömmlichen Gerät, kann beseitigt werden. Daher ist es in diesem Fall anstelle der Abtast- Halte-Schaltung notwendig, das Lagesignal, das die Lage des Objekts ausgibt, unter Verwendung der Dividierschaltung zum Dividieren der Ausgabe der Subtrahierschaltung 10 durch die Ausgabe der Addierschaltung 11 in einer Weise ähnlich wie beim vorstehenden herkömmlichen Gerät auszugeben. Da jedoch der Reflexionslichtmengenpegel, welcher als Nenner der Dividierschaltung verwendet wird, sich nicht so sehr ändert, sondern nahezu konstant ist, läßt sich eine Schwankung beim Nachweis der Lage vermindern.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
• Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau eines Abstandsmeßgeräts gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In diesem Schaltbild sind gleiche Teile und Komponenten wie diejenigen in der vorstehenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. In dieser Ausführungsform werden die Ausgaben der Subtrahierschaltung 10 und Addierschaltung 11 auf eine Dividierschaltung 40 gegeben und die subtrahierte Ausgabe wird durch die addierte Ausgabe dividiert. Die Ausgabe der Dividierschaltung 40 wird auf die Vergleichsschaltung 13 gegeben. Die Ausgabe der Addierschaltung 11 wird auf eine Vergleichsschaltung 41 als Vergleichsmittel gegeben. Ein vorgegebener Schwellenwert Vref&sub4; wird in der Vergleichsschaltung 41 eingestellt. Wenn der Eingangssignalpegel den bestimmten Schwellenwert Vref&sub4; überschreitet, gibt die Vergleichsschaltung 41 eine Vergleichsausgabe auf eine Lichteinstrahlsteuerschaltung 42. Andererseits hat das Abstandsmeßgerät der zweiten Ausführungsform eine Oszillator 43 zur Erzeugung eines Rechteckwellensignals zu jeder vorgegebenen Periode. Das Rechteckwellenausgangssignal wird auf die Signalverarbeitungsschaltung 14 und die Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 gegeben. Die Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 bildet Lichteinstrahlsteuermittel zur Aufgabe eines Signals, dessen Wert allmählich zunimmt, auf die Lichteinstrahlvorrichtungs-Ansteuerschaltung 16b bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Signal von der Vergleichsschaltung 41 zu jeder Schwingungsperiode des Oszillators 43 gegeben wird, und zum Anhalten der Erzeugung eines solchen Signals, wenn die Vergleichsausgabe gegeben wird. Der Aufbau der Signalverarbeitungsschaltung 14 und Ausgangsschaltung 17 sind ähnlich denjenigen bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform. Die Subtrahierschaltung 10, Addierschaltung 11 und Dividierschaltung 14 bauen Lagesignalnachweismittel zur Ausgabe des die Lage eines Objekts angebenden Lagesignals durch eine Ausgabeverteilung der PEV 6 auf.
• Die Lichteinstrahlsteuerschaltung 42, der Oszillator 43 und periphere Schaltungen derselben werden in weiteren Einzelheiten unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben. In dem Schaltbild umfaßt der Oszillator 43 einen Operationsverstärker 51 und einen Transistor Tr&sub3; und ist ein Rechteckwellengenerator zur Erzeugung des Rechteckwellensignals. Die Ausgabe des Oszillators 43 wird auf Basen von Transistoren Tr&sub4; und Tr&sub5; der Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 gegeben. Die Vergleichsausgabe der Vergleichsschaltung 41 wird auf eine ODER-Schaltung 52 und über einen Inverter 53 auch auf einen invertierenden Setzeingang eines RS-Flipflop 54 gegeben. Eine Q-Ausgabe des Flipflop 54 wird auf die ODER-Schaltung 52 gegeben. Das RS-Flipflop 54 wird durch eine Abfallflanke des Rechteckwellensignals rückgesetzt. Der Transistor Tr&sub4; wird zur Steuerung eines mit der Spannungsquellenseite verbundenen Transistors Tr&sub6; vorgesehen. Der Transistor Tr&sub6; ist parallel zu einem Kondensator C&sub1; angeschlossen, und sein Kollektoranschluß ist mit Masse über eine Konstantstromquelle 55 verbunden. Eine Klemmenspannung des Kondensators C&sub1; ist mit einem Eingangsanschluß eines Spannungsfolgers 56 verbunden. Der Ausgang des Spannungsfolgers 56 ist über einen Transistor Tr&sub7; mit einem Kondensator C&sub2; verbunden. Der Spannungsfolger 56 ist zur Gewinnung eines Übertragungsimpulssignals einer Wellenform vorgesehen, bei welcher der Wert ansteigt und die Änderungsgeschwindigkeit des Werts ebenfalls zu jeder Schwingungsperiode des Oszillators 43 ansteigt, indem der Kondensator C&sub2; allmählich aufgeladen wird. Eine Anschlußklemmenausgabe des Kondensators C&sub2; wird auf die Ansteuerschaltung 16b gegeben. Die Ansteuerschaltung 16b weist einen Spannungsfolger 57 und Transistoren Tr&sub8; und Tr&sub9; auf. Der Spannungsfolger 57 steuert die Lichteinstrahlvorrichtung 1, wie etwa eine Leuchtdiode, über den Transistor Tr&sub8; mit dem Lichteinstrahlimpulssignal an. Der Transistor Tr&sub9; ist zwischen dem Ausgang des Spannungsfolgers 57 und Masse angeschlossen. Ein Ausgangssignal der ODER-Schaltung 52 wird auf die Basis des Transistors Tr&sub9; gegeben. Die ODER-Schaltung 52 beendet die Lichteinstrahlimpulse, wenn die Vergleichsausgabe gegeben wird.
• Die Arbeitsweise der Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Wellenformdiagramme beschrieben. Fig. 7a zeigt eine Oszillationsausgabe des Oszillators 43 (Kollektorausgabe des Transistors Tr&sub3;). Ansprechend auf die Oszillationsausgabe wird beispielsweise der Transistor Tr&sub4; zu Zeitintervallen von der Zeit t&sub4; bis zur Zeit t&sub6;, t&sub7; bis t&sub9; und dergleichen gesperrt und zu Zeitintervallen von der Zeit t&sub6; bis zur Zeit t&sub7;, t&sub9; bis t&sub1;&sub0; und dergleichen durchgeschaltet. Wenn der Transistor Tr&sub4; sperrt, sperrt der Transistor Tr&sub6; ebenfalls, so daß der Kondensator C&sub1; durch die Konstantstromquelle 55 aufgeladen wird. Die Klemmenspannung des Kondensators C&sub1; (Klemmenspannung auf der Seite der Stromquelle 55) nimmt daher nach den Zeiten t&sub4;, t&sub7; und t&sub1;&sub0;, wie in Fig. 7b gezeigt, ab. Für eine Zeitdauer, wenn der Transistor Tr&sub4; im AUS-Zustand ist, d.h. für die Zeitintervalle von der Zeit t&sub4; bis zur Zeit t&sub6;, t&sub7; bis t&sub9; und dergleichen nimmt die Klemmenspannung des Kondensators C&sub1; ab. Wenn die Ladezeitkonstante des Kondensators C&sub1; auf einen ausreichend großen Wert eingestellt wird, läßt sich ein Dreieckswellensignal mit einer nahezu linearen Form gewinnen, wie es in dem Diagramm gezeigt ist. Das Dreieckswellensignal wird über den Spannungsfolger 56 und Transistor Tr&sub7; auf den Kondensator C&sub2; gegeben, so daß der Kondensator C&sub2; geladen wird. Die Klemmenspannung des Kondensators C&sub2; resultiert daher in einem Signal, dessen Anstiegsgeschwindigkeit von den Zeiten t&sub4;, t&sub7;, t&sub1;&sub0; und dergleichen, wie in Fig. 7c gezeigt, allmählich zunimmt. Man erhält daher ein Lichteinstrahlimpulssignal, wie es in Fig. 7d gezeigt ist, an der Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16b, und die Lichteinstrahlvorrichtung 1 wird angesteuert.
• Wenn das Objekt 4 im Nachweisbereich auf dem optischen Weg des Lichtbündels 3 vorliegt, wird vom Objekt 4 diffus reflektiertes Licht erhalten. Die Stromsignale, die von der lichtempfindlichen Vorrichtung 6 ausgegeben werden, werden durch die I/V-Wandler 8 und 9 in Spannungssignale umgewandelt, und diese werden auf die Addierschaltung 11 gegeben. Ein Lichtnachweissignal, wie es in Fig. 7e gezeigt ist, wird an der Addierschaltung 11 abgeleitet. Das Lichtnachweissignal wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert Vref&sub4; verglichen, der in der Vergleichsschaltung 41 eingestellt worden ist. Wenn der Signalpegel den Schwellenwert Vref&sub4; überschreitet, wird der Transistor Tr&sub9; über die ODER-Schaltung 52 durchgeschaltet, und der Lichteinstrahlimpulssignalwert wird zu Zeiten t&sub5; und t&sub8;, wie in Fig. 7d gezeigt, auf null gesetzt. Gleichzeitig wird das RS-Flipflop 54 der Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 invertiert und eine Q- Ausgabe hergeleitet. Da das RS-Flipflop 54 zu Zeiten t&sub6;, t&sub9; und dergleichen entsprechend der Anstiegsflanke der Ausgabe des Oszillators 43 zurückgesetzt wird, wird die Q-Ausgabe des RS-Flipflop 54 für die Zeitintervalle von t&sub5; bis t&sub6; und von t&sub8; bis t&sub9; auf H-Pegel gehalten. Daher kann, da die Additionsausgabe auf einem nahezu konstanten Wert beendet wird, das Lagesignal, das die Lage eines Objekts angibt, durch Dividieren der Ausgabe der Subtrahierschaltung zu dieser Zeit durch die Ausgabe der Addierschaltung 11 mit der Dividierschaltung 40, d.h. auf der Grundlage der Ausgabeverteilung der PEV 6 gewonnen werden.
• Bei dieser Ausführungsform wird ein Lichteinstrahlimpulssignal verwendet, dessen Wert zunimmt und dessen Zunahmegeschwindigkeit allmählich vom Ausgangspunkt der Lichte instrahlung zunimmt. In den vergrößerten Diagrammen des Lichteinstrahlimpulses und seines Lichtnachweissignales, die in den Fig. 8a und 8b gezeigt sind, erreicht also, wenn angenommen wird, daß die Lichteinstrahlimpulse für das Zeitintervall von t&sub1;&sub1; bis t&sub1;&sub3; erzeugt werden, in einem Fall, wo ein Objekt mit einer extrem hohen Reflektivität nahe an der Abstandsmeßvorrichtung angeordnet ist, der Ausgangswert der Addierschaltung 11 den Schwellenwert Vref&sub4; in einer kurzen Zeit nach dem Anfangspunkt der Lichteinstrahlung, und die Lichteinstrahlung wird beendet. Im allgemeinen wird sicherlich eine gewisse Verzögerungszeit in der Schaltung für das Zeitintervall, nachdem der Ausgangswert der Addierschaltung 11 den Schwellenwert Vref&sub4; erreicht hat, bewirkt, bis die Lichteinstrahlung tatsächlich beendet wird. Wenn jedoch die Reflexionslichtmenge deutlich groß ist und der Signalwert den Schwellenwert Vref&sub4; für das Zeitintervall von t&sub1;&sub1; bis t&sub1;&sub2;, das der ersten Hälfte des Lichteinstrahlimpulses entspricht, erreicht, ist die Änderungsgeschwindigkeit des Pegels nicht so groß. Das Fehlerausmaß infolge der Verzögerungszeit Δt des Beendens des Lichteinstrahlimpulses ist daher klein. Im Falle der Verwendung eines Dreieckswellen-Lichteinstrahlimpulses, wie in Fig. 8c gezeigt, überschreitet jedoch, da die Änderungsgeschwindigkeit des Wertes groß ist, auch wenn der Lichteinstrahlimpuls mit der gleichen Verzögerungszeit Δt, nachdem der Lichtnachweissignalwert den Schwellenwert Vref&sub4; erreicht hat, beendet wird, der Lichtnachweissignalpegel den Schwellenwert Vref&sub4; für die Zeitdauer, bis die Lichteinstrahlung tatsächlich beendet wird, wie in Fig. 8d gezeigt, erheblich, und eines der beiden Eingangssignale der Dividierschaltung nimmt zu.
• Zurückkehrend zu den Fig. 5 bis 7h, wird die Ausgabe der Dividierschaltung 40 auf die Vergleichsschaltung 13 gegeben. Wenn der Ausgangssignalpegel den Schwellenwert Vref&sub1; der Vergleichsschaltung 13 überschreitet, ist es möglich, zu diskriminieren, ob ein Objekt innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt. Die Ausgabe der Vergleichsschaltung 13 wird auf die Signalverarbeitungsschaltung 14 gegeben. Die Arbeitsweisen der Signalverarbeitungsschaltung 14 und Ausgangsschaltung 17 sind ähnlich den in der ersten Ausführungsform beschriebenen.
• Die Transistoren Tr&sub4;, Tr&sub5; werden zu den Zeiten t&sub6; und t&sub9; durchgeschaltet, wenn die Übertragungsperiode jeweils endet. Der Kondensator C&sub1; kann entladen werden.
• In der Ausführungsform wird ein parabolisches Übertragungsimpulssignal durch Aufladung des Kondensators C&sub2; mit dem Dreieckswellensignal gewonnen. Ein ähnlicher Effekt kann jedoch auch durch Verwendung verschiedener Arten von Lichteinstrahlimpulssignalen gewonnen werden, bei denen jeweils die Zunahmegeschwindigkeit allmählich zunimmt.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
• Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die dritte Ausführungsform einer Lichteinstrahlsteuerschaltung und einer Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung zeigt. In dem Schaltbild sind Teile und Komponenten wie die in der ersten und zweiten Ausführungsform gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der dritten Ausführungsform wird ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform die Ausgabe der Addierschaltung 11 über die Vergleichsschaltung 41 auf die Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 gegeben. Die Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 weist einen Operationsverstärker 61 zum Integrieren der Klemmenspannung an einem Kondensator C&sub3; auf. Die Ausgabe des Oszillators 43 wird auf einen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 gegeben. Der Kondensator C&sub3; und PNP-Transistoren Tr&sub1;&sub0; und Tr&sub1;&sub1; sind zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Operationsverstärkers 61 angeschlossen. Der Ausgang des Oszillators 43 ist mit der Basis des Transistors Tr&sub1;&sub0; verbunden. Die Integrierschaltung wird durch die Oszillationsausgabe in Gang gesetzt oder angehalten. In einer Weise ähnlich der der vorstehenden Ausführungsform wird die Ausgabe der Vergleichsschaltung 41 auf die ODER-Schaltung 52 und über Inverter 53 auf das RS-Flipflop 54 gegeben. Der Q-Ausgang des Flipflop 54 ist mit der Basis eines Transistors Tr&sub1;&sub1; über die ODER-Schaltung 52 verbunden. Die Ausgabe der Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 wird auf die Basis eines Transistors Tr&sub1;&sub2; der Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16c gegeben. Da die Basis-Emittercharakteristik des Transistors Tr&sub1;&sub2;, wie durch die Diodencharakteristik gezeigt, exponentiell ist, wird durch Anderung der Spannung zwischen Basis und Emitter wie eine Dreieckswelle ein exponentielles Lichteinstrahlimpulsstromsignal am Transistor Tr&sub1;&sub2; erhalten. Die Leuchtdiode 1 als Lichteinstrahlvorrichtung wird durch das exponentielle Lichteinstrahlimpulssignal angesteuert. In der Ausführungsform bauen die Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 und die Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16, die Lichteinstrahlsteuermittel zur Erzeugung eines Lichteinstrahlimpulses auf, bei welchem eine Zunahme-Geschwindigkeit des Wertes allmählich vom Anfangspunkt der Lichteinstrahlung jede bestimmte Periode zunimmt.
• Die Fig. 10a bis 10h sind Wellenformdiagramme, welche die Arbeitsweise der Ausführungsform zeigen. In den Diagrammen wird die Ausgabe des Oszillators 43 auf den Operationsverstärker 61 der Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 gegeben. Ein Dreieckswellensignal, wie es in Fig. 10b gezeigt ist, wird am Verstärker 61 ausgegeben. Da das Dreieckswellensignal dem Transistor Tr&sub1;&sub2; der Ansteuerschaltung 16c eingegeben wird, können exponentielle Lichteinstrahlimpulssignale, wie sie in Fig. 10c und 10d gezeigt sind, gewonnen werden. Wenn ein Objekt in der Nähe der Abstandsmeßvorrichtung vorliegt und die am Objekt reflektierte Lichtmenge groß ist und der Additionsausgangssignalwert den Schwellenwert Vref&sub4; erreicht, wird der Transistor Tr&sub1;&sub1; über die ODER-Schaltung 52 durchgeschaltet und die Aufladung des Kondensators C&sub3; beendet, so daß der Übertragungsimpuls bald beendet werden kann.
• Bei der Ausführungsform wird ein exponentielles Signal als Lichteinstrahlimpulssignal verwendet. Verschiedene Arten von Lichteinstrahlsteuersignalen, bei denen jeweils die Zunahmengeschwindigkeit des Werts allmählich zunimmt, können jedoch offensichtlich ebenfalls verwendet werden.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
• Die Fig. 11 und 12a bis 12h zeigen die vierte Ausführungsform der Erfindung. Obwohl der Gesamtschaltungsaufbau des Abstandsmeßgeräts der vierten Ausführungsform im Grundsatz der gleiche wie der in Fig. 5 gezeigte ist, unterscheidet er sich in Bezug auf die folgenden Punkte. Das heißt, anstelle der Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 und der Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16b, die in Fig. 5 gezeigt sind, sind eine Lichteinstrahlsteuerschaltung 42A und eine Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16d in der vierten Ausführungsform vorgesehen, und ein praktisches Beispiel der Schaltungen 42A und 16d ist in Fig. 11 gezeigt. In Fig. 11 sind gleiche Teile und Komponenten wie die oben beschriebenen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibungen sind hier weggelassen. Da die Fig. 12a bis 12h den Fig. 7a bis 7h entsprechen, werden nach Möglichkeit in diesen Diagrammen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
• Die Lichteinstrahlsteuerschaltung 42A baut die Lichteinstrahlsteuermittel zur Ausgabe eines Signales auf, dessen Wert allmählich zunimmt, bis das Signal der Vergleichsschaltung 41 zu jeder Oszillationsperiode des Oszillators 43 gegeben wird, und zum Geben des Signals auf die Ansteuerschaltung 16d und zur Aufrechterhaltung des Ausgabepegels bis zu einer bestimmten Zeit (bis zum Ende der Oszillationsperiode), wenn die Vergleichsausgabe gegeben wird. Die Ansteuerschaltung 16b steuert die Lichteinstrahlvorrichtung 1 intermittierend an.
• Bei Vergleich der Fig. 6 und 11 ist der Transistor Tr&sub9;, welcher durch die ODER-Schaltung 52 gesteuert wird, bei der Ansteuerschaltung 16b weggelassen. Anstelle des Transistors Tr&sub9; ist ein Transistor Tr&sub1;&sub4; in der Steuerschaltung 42A vorgesehen. Der Transistor Tr&sub1;&sub4; ist zum Transistor Tr&sub4; parallel geschaltet und wird durch die Ausgabe der ODER-Schaltung 52 gesteuert. Der Transistor Tr&sub6; wird durch die Transistoren Tr&sub4; und Tr&sub1;&sub4; gesteuert.
• Die Arbeitsweise der Ausführungsform wird nun beschrieben. Beispielsweise wird durch die Oszillationsausgabe des Oszillators 43 der Transistor Tr&sub4; für die Zeitintervalle von t&sub4; bis t&sub6;, von t&sub7; bis t&sub9; und dergleichen gesperrt und für die Zeitintervalle von t&sub6; bis t&sub7;, von t&sub9; bis t&sub1;&sub0; und dergleichen durchgeschaltet. Wenn der Transistor Tr&sub4; gesperrt wird, wird der Transistor Tr&sub6; ebenfalls gesperrt, so daß der Kondensator C&sub1; durch die Konstantstromquelle 55 geladen wird. Die Klemmenspannung am Kondensator C&sub1; nimmt daher nach den Zeiten t&sub4;, t&sub7; und t&sub1;&sub0;, wie in Fig. 12b gezeigt, ab. Die Klemmenspannung wird über den Spannungsfolger 56 und Transistor Tr&sub7; auf den Kondensator C&sub2; gegeben, und der Kondensator C&sub2; wird geladen. Wie durch unterbrochene Linien in Fig. 12c gezeigt, resultiert die Klemmenspannung des Kondensators C&sub2; in einem Signal, dessen Zunahmegeschwindigkeit allmählich von den Zeiten t&sub4;, t&sub7; und t&sub1;&sub0; an zunimmt. Man erhält also ein Lichteinstrahlimpulssignal, wie es durch unterbrochene Linien in Fig. 12d gezeigt ist, an der Ansteuerschaltung 16d, und die Lichteinstrahlvorrichtung 1 wird angesteuert. Wenn das Objekt 4 im Nachweisbereich vorliegt, erhält man vom Objekt 4 diffus reflektiertes Licht. Infolgedessen werden die an beiden Enden der PEV 6 gewonnenen Ausgangsströme durch die I/V-Wandler 8 und 9 in Spannungssignale umgewandelt. Die Spannungssignale werden durch die Addierschaltung 11 addiert, so daß ein Lichtnachweissignal, wie es in Fig. 12e gezeigt ist, an der Addierschaltung 11 erhalten wird. Das Lichtnachweissignal wird mit dem in der Vergleichsschaltung 41 eingestellten Schwellenwert Vref&sub4; verglichen. Wenn der Signalwert den Schwellenwert Vref&sub4; überschreitet, wird das RS- Flipflop 54 der Lichteinstrahlsteuerschaltung 42A invertiert. Die Q-Ausgabe des Flipflops 54 wird also zu dem Zeitpunkt erhalten, zu dem das addierte Lichtnachweissignal den Schwellenwert Vref&sub4;, wie in den Fig. 12f und 12g gezeigt, überschreitet. Da das RS-Flipflop 54 zu Zeiten t&sub6;, t&sub9; und dergleichen, die der Anstiegsflanke des Ausgangssignals des Oszillators 43 entsprechen, zurückgesetzt wird, wird die Q- Ausgabe auf H-Pegel für die Zeitintervalle von t&sub5; bis t&sub6;, von t&sub8; bis t&sub9; und dergleichen gehalten. Da der Transistor Tr&sub1;&sub4; über die ODER-Schaltung 52 zu den Zeiten t&sub5; und t&sub8; durchgeschaltet wird, zu denen das Flipflop 54 gesetzt und der Transistor Tr&sub6; durchgeschaltet wird, wird die Aufladung des Kondensators C&sub1; beendet. Die Klemmenspannung des Kondensators C&sub1; wird also auf eine Wellenform gesetzt, wie sie durch durchgehende Linien in Fig. 12b gezeigt ist. In Entsprechung hierzu wird auch die Klemmenspannung des Kondensators C&sub2; auf eine Wellenform gesetzt, wie sie durch durchgehende Linien in Fig. 12c gezeigt ist. Folglich wird, wie durch durchgehende Linien in Fig. 12d gezeigt ist, das tatsächliche Lichteinstrahlimpulssignal auf einem konstanten Wert für die Zeitdauer, nachdem die Vergleichsschaltung 41 die Ausgabe erzeugt hat, bis ihre Übertragungsperiode endet (bis die Ausgabe des Oszillators 43 ansteigt), d.h. für die Zeitintervalle von t&sub5; bis t&sub6;, von t&sub8; bis t&sub9; und dergleichen, gehalten. Daher werden, da der Eingabewert der PEV 6 in der Ausführungsform ebenfalls konstant gehalten wird, die Additionsausgabe und Subtraktionsausgabe, die sich für die Zeitintervalle von t&sub5; bis t&sub6;, von t&sub8; bis t&sub9; und dergleichen nicht ändern, auf die Dividierschaltung 40 gegeben. Da die Eingangssignale der Dividierschaltung 40 nicht schwanken, besteht keine Notwendigkeit, eine Dividierschaltung mit hoher Ansprechgeschwindigkeit zu verwenden. Da die Additionsausgabe nahezu konstant ist, läßt sich das Lagesignal, das die Lage eines Objekts angibt, an der Dividierschaltung 40 unter Verwendung einer gewöhnlichen Dividierschaltung, ohne daß ein breiter Dynamikbereich benötigt wird, gewinnen. Da der Transistor Tr&sub5; zu den Zeiten t&sub6;, t&sub9; und dergleichen, wenn jede Periode beendet ist, durchgeschaltet wird, kann der Kondensator C&sub2; entladen werden.
• Bei dieser Ausführungsform wird das RS-Flipflop 54 durch die Ausgabe der Vergleichsschaltung 41 gesetzt und die Aufladung des Kondensators C&sub1; beendet und der Pegel des Lichteinstrahlimpulses gehalten. Falls der Transistor Tr&sub1;&sub4; durch die Ausgabe der Vergleichsschaltung 41 direkt gesteuert würde, ergäbe sich der Nachteil, daß der lichtempfindliche Wert bald auf Vref&sub4; oder niedriger nach dem Beenden des Entladevorgangs reduziert wird, die Vergleichsausgabe nachhinkt und die Lichteinstrahlung wieder aufgenommen wird. Gemäß dem Aufbau der Ausführungsform ist ein solcher Nachteil jedoch beseitigt.
• Bei der Ausführungsform wird eine Dreieckswelle gebildet, indem der erste Kondensator für jede Lichteinstrahlperiode aufgeladen und der zweite Kondensator auf der Grundlage der Dreieckswelle aufgeladen wird, womit ein parabolischer Lichteinstrahlimpuls gewonnen wird, dessen Spannungswert proportional zum Quadrat der Zeit zunimmt. Die Dreieckswelle kann jedoch auch direkt verwendet werden, oder es kann auch die exponentielle Wellenform als Lichteinstrahlimpulssignal verwendet werden.
• Ferner wird in der Ausführungsform das Verhältnis der Additionsausgabe und Subtraktionsausgabe mit der Dividierschaltung 40 berechnet und als Lagesignal verwendet. Es ist jedoch auch möglich, die beiden I/V-Umwandlungsausgaben, welche an den beiden Enden der PEV 6 erhalten werden, auf die Dividierschaltung 40 zu geben und das Lagesignal durch das Verhältnis dieser Ausgangssignale zu gewinnen. Andererseits kann durch Durchführen der Division zwischen der Ausgabe der Addierschaltung und der Ausgabe einer der beiden I/V-Wandler 8 und 9, beispielsweise der Ausgabe des I/V- Wandlers 9, das Lagesignal ebenfalls gewonnen werden.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
• Fig. 13 zeigt die fünfte Ausführungsform. In dem Schaltbild sind gleiche Teile und Komponenten wie die in Fig. 5 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei ihre Beschreibung weggelassen ist. Bei Vergleich der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform mit der Schaltung der Fig. 5 sind die Subtrahierschaltung 10 und Addierschaltung 11 nicht vorgesehen. Die Gate-Schaltung 14a der Signalverarbeitungsschaltung 14 wird durch das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 41 gesteuert. Die Stromausgaben der PEV 6 werden auf die I/V-Wandler 8 und 9 gegeben. Die I/V-Wandler 8 und 9 wandeln die Stromausgaben, die an beiden Enden der PEV 6 erhalten werden, in die Spannungssignale VA und VB um. Die Ausgangssignale VA und VB werden auf die Dividierschaltung 40 gegeben. Die Dividierschaltung 40 dividiert das Ausgangssignal VB durch das Ausgangssignal VA, um beispielsweise das Verhältnis VB/VA zu berechnen und damit ein Abstandssignal zu gewinnen, das dem Abstand zu einem Objekt entspricht. Die Ausgabe der Dividierschaltung 40 wird auf die Vergleichsschaltung 13 gegeben.
• Die Abstandsmeßvorrichtung der Ausführungsform weist den Oszillator 43 zum intermittierenden Erzeugen eines Rechteckwellensignals auf. Die Ausgabe des Oszillators wird auf die Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 gegeben. Die Ausgabe eines der I/V-Wandler, vorzugsweise die Ausgabe VA des I/V-Wandlers 8, der an einer Stelle angeordnet ist, die von der Lichteinstrahlvorrichtung 1 wegliegt, wird auf die Vergleichsschaltung 41 gegeben. Der vorbestimmte Schwellenwert Vref&sub4; ist in der Vergleichsschaltung 41 eingestellt. Wenn der Ausgangssignalwert des I/V-Wandlers 8 der Schwellenwert Vref&sub4; oder geringer ist, gibt die Vergleichsschaltung 41 ein Steuersignal auf die Lichteinstrahlschaltung 45.
• Ein Aufbau der Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 ist in Fig. 14 gezeigt. Die Steuerschaltung 45 ist im wesentlichen in der gleichen Weise wie die in Fig. 9 gezeigte Schaltung aufgebaut, mit Ausnahme eines Unterschiedspunkts dahingehend, daß der Schwellenwert Vref&sub4; und die Ausgabe des I/V- Wandlers 8 der Vergleichsschaltung 41 zur Steuerung des Flipflop 54 und der ODER-Schaltung 52 eingegeben werden.
• Die Arbeitsweise der Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Zeitdiagramme beschrieben. Fig. 15a zeigt ein Oszillationssignal des Oszillators 43. Das Oszillationssignal wird auf den Operationsverstärker 61 der Lichteinstrahlsteuerschaltung 45 gegeben und ein Dreieckswellensignal, wie es in Fig. 15b gezeigt ist, ausgegeben. Da das Dreieckswellensignal auf den Transistor Tr&sub1;&sub2; der Lichteinstrahlvorrichtung-Steuerschaltung 16c geben wird, kann ein exponentielles Lichteinstrahlimpulssignal, wie in Fig. 15c, welche die Kollektorspannung des Transistors Tr&sub1;&sub2; veranschaulicht, gezeigt, intermittierend gewonnen werden. Wenn die Reflexionslichtmenge des Objekts groß ist, wird zu Zeiten t&sub2;&sub1; und t&sub2;&sub2;, wenn die Ausgabe des I/V-Wandlers 8 den Schwellenwert Vref&sub4; (die invertierte Ausgabe ist in Fig. 15d gezeigt) erreicht, der Transistor Tr&sub1;&sub1; über die ODER-Schaltung 52 durchgeschaltet, womit das Aufladen des Kondensators C&sub1; beendet wird. Der Lichteinstrahlimpuls kann also bald beendet werden. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 61 und die Kollektorspannung des Transistors Tr&sub1;&sub2; ändern sich also, wie durch durchgehende Linien in Fig. 15b und 15c gezeigt. Wenn die Lichteinstrahlung an einem bestimmten Wert beendet wird, kann, da der Wert von einem der beiden Eingangssignale der Dividierschaltung 40 nahezu konstant wird, der Abstand des Objekts auf der Grundlage des Verhältnisses der Ausgaben der I/V-Wandler 8 und 9 zu dieser Zeit festgestellt werden. Die Ausgabe der Dividierschaltung 40 wird auf die Vergleichsschaltung 13 gegeben und daraufhin überprüft, ob sie den Schwellenwert Vref&sub1; überschreitet oder nicht. Die Ausgabe der Vergleichsschaltung 13 wird der Signalverarbeitungsschaltung 14 eingegeben und der vorstehende Prozeß durchgeführt.
• Bei der Ausführungsform wird die Lichteinstrahlung beendet, wenn die Ausgabe des I/V-Wandlers 8 als die Lichtstromausgabe auf der von der Lichteinstrahlvorrichtung 1 entfernten Seite den vorgegebenen Wert erreicht. Dies ist so, weil, wenn das Objekt 4 in einer noch näheren Position vorliegt, seine Reflexionslichtmenge groß ist, es aber wirksam ist, die Sättigung der Dividierschaltung 40 zu verhindern, indem die Lichteinstrahlung auf der Basis der Ausgabe VA des I/V-Wandlers 8, dessen Ausgabewert zu dieser Zeit zunimmt, zu beenden. Die Lichteinstrahlung kann jedoch auch auf der Grundlage der Ausgabe des I/V-Wandlers 9 beendet werden. Die Dividierschaltung 40 kann offensichtlich ein Lagesignal auf der Basis nicht nur des Verhältnisses VB/VA, sondern auch des Verhältnisses VA/VB ausgeben.
SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
• Fig. 16 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau eines Abstandsmeßgeräts gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. In Fig. 16 sind gleiche Teile und Komponenten wie die in der fünften Ausführungsform gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. In der sechsten Ausführungsform werden die Ausgaben der I/V-Wandler 8 und 9 auf die Addierschaltung 11 gegeben. Die Addierschaltung 11 addiert die Ausgaben VA und VB der I/V-Wandler 8 und 9 und gibt ihre Additionsausgabe auf Dividierschaltung 40. Die Ausgabe des I/V-Wandlers 8 wird auf die Dividierschaltung 40 gegeben. Ähnlich wie bei der fünften Ausführungsform wird ein vorbestimmter Schwellenwert Vref&sub4; in der Vergleichsschaltung 41 eingestellt. Wenn der Eingangssignalwert der Schwellenwert Vref&sub4; oder niedriger ist, gibt die Vergleichsschaltung 41 eine Vergleichsausgabe auf die Lichteinstrahlsteuerschaltung 42. Die Abstandsmeßvorrichtung in dieser Ausführungsform weist einen Oszillator 43 zur Erzeugung eines Rechteckwellensignals mit einer bestimmten Periode auf. Die Ausgabe des Oszillators 43 wird auf die Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 gegeben. Die Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 bildet die Lichteinstrahlsteuermittel zur Ausgabe eines Impulssignals, dessen Wert allmählich zunimmt, bis das Signal von der Vergleichsschaltung 41 zu jeder Oszillationsperiode des Oszillators 43 gegeben wird, und zur Aufgabe des Impulssignals auf die Lichteinstrahlvorrichtung-Ansteuerschaltung 16b und zum Beenden der Erzeugung des Impulssignals, wenn die Vergleichsausgabe gegeben wird.
• Der Aufbau des Oszillators 43, der Lichteinstrahlsteuerschaltung 42 und der Ansteuerschaltung 16b ist der gleiche wie der in Fig. 6 gezeigte. Die Arbeitsweise der Abstandsmeßvorrichtung in der sechsten Ausführungsform ist die gleiche wie die in den Fig. 7a bis 7h gezeigte. Wenn die Vergleichsausgabe der Vergleichsschaltung 41 erhalten wird, wird das Resultat der Division, d.h. VA/(VA + VB), zwischen der Additionsausgabe (VA + VB) der Addierschaltung 11 und der Ausgabe VA des I/V-Wandlers 8 auf die Vergleichsschaltung 13 gegeben. Das Ergebnis des Vergleichs wird der Signalverarbeitungsschaltung 14 über die Gate-Schaltung 14a eingegeben.
• Obwohl die Division der Additionsausgabe des I/V-Wandlers 8 und 9 und der Ausgabe VA des I/V-Wandlers 8 durch die Dividierschaltung 41 in der Ausführungsform ausgeführt wird, kann die Ausgabe VB des anderen I/V-Wandlers 8 auch durch die Additionsausgabe dividiert werden.

Claims (8)

1. Abstandsmeßgerät mit Lichteinstrahlmitteln (1, 2), welche eine Lichteinstrahlvorrichtung (1) aufweisen und ein Parallellichtbündel in einen Nachweisbereich einstrahlen, und Lichtnachweismitteln (5, 6) mit einer positionsempfindlichen Vorrichtung (6), welche eine optische Achse so angeordnet aufweist, daß sie eine optische Achse der Lichteinstrahlmittel unter einem bestimmten Winkel kreuzt, und welche von einem Objekt (4) diffus reflektiertes Licht empfängt und wenigstens zwei Ströme ausgibt, die Lichtnachweispositionen entsprechen, wobei ein Abstand zum Objekt auf der Grundlage der Lichtnachweispositionen der positionsempfindlichen Vorrichtung nachgewiesen wird, gekennzeichnet durch Lichteinstrahlsignalerzeugungsmittel (21, 42, 42A, 43, 45) zum Erzeugen, mit einer bestimmten Periode, eines Lichteinstrahlsignals, bei welchem der Signalwert mit dem Verlauf der Zeit vom Anfangspunkt der Lichteinstrahlsignalerzeugung zunimmt,

Vergleichsmittel (24, 41) zum Vergleichen des Werts der Ausgangsströme der positionsempfindlichen Vorrichtung mit einem bestimmten Schwellenwert jedesmal, wenn das Einstrahlungssignal mit der bestimmten Periode erzeugt wird, und Erzeugen eines Vergleichsausgangssignals, wenn der Wert des Ausgangsstromes der positionsempfindlichen Vorrichtung den bestimmten Schwellenwert erreicht, und

Positionssignalnachweismittel (13, 14, 20, 40) zum Ausgeben eines auf eine Position des Objekts bezüglichen Signals auf der Grundlage einer bestimmten Beziehung zwischen den Ausgangs strömen der positionsempfindlichen Vorrichtung, welche zu einer Zeit erhalten werden, zu der der Wert des Ausgangsstromes der positionsempfindlichen Vorrichtung den bestimmten Schwellenwert erreicht.

2. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ferner Lichteinstrahlsteuermittel (23, 42, 45) zum Beenden der Lichteinstrahlung durch die Lichteinstrahlmittel, wenn das Vergleichsausgangssignal von den Vergleichsmitteln erzeugt wird, aufweist.

3. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ferner Lichteinstrahlsteuermittel (42A) zum Halten des Lichteinstrahlsignals auf seinem Wert zu einer Zeit, wenn das Vergleichsausgangssignal von den Vergleichsmitteln erzeugt wird, aufweist.

4. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Addiermittel (11) zum Addieren der von der positionsempfindlichen Vorrichtung erhaltenen Stromausgangssignale, und dadurch, daß

die Vergleichsmittel (24, 41) ein Additionsausgangssignal der Addiermittel mit dem bestimmten Schwellenwert vergleichen und das Vergleichsausgangssignal erzeugen, wenn der Wert des Additionsausgangssignals den bestimmten Schwellenwert überschreitet.

5. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinstrahlsignalerzeugungsmittel ein Lichteinstrahlsignal erzeugen, bei welchem eine Zunahmegeschwindigkeit des Werts vom Anfangspunkt der Lichte instrahlsignalerzeugung allmählich zunimmt.

6. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

Addiermittel (11) zum Addieren der von der positionsempfindlichen Vorrichtung gewonnenen Stromausgangssignale, dadurch, daß

die Vergleichsmittel (41) ein Additionsausgangssignal der Addiermittel mit dem bestimmten Schwellenwert vergleichen und das Vergleichsausgangssignal erzeugen, wenn der Wert des Additionsausgangssignals den bestimmten Schwellenwert überschreitet, und

die Positionssignalnachweismittel (13, 14, 40) das auf die Position des Objekts bezügliche Signal auf der Grundlage eine Verteilung der Stromausgangssignale, die von der positionsempfindlichen Vorrichtung durch Aufgeben der Stromausgangssignale auf eine Dividierschaltung (40) gewonnen werden, ausgeben.

7. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß

die Vergleichsmittel (41) irgendeines der von der positionsempfindlichen Vorrichtung gewonnenen Stromausgangssignale mit dem bestimmten Schwellenwert vergleichen und das Vergleichsausgangssignal erzeugen, wenn das Stromausgangssignal den bestimmten Schwellenwert überschreitet,

die Lichteinstrahlsignalerzeugungsmittel ein Lichteinstrahlsignal erzeugen, bei welchem die Zunahmegeschwindigkeit des Werts vom Anfangspunkt der Lichte instrahlsignalerzeugung an allmählich zunimmt, und durch

eine Dividierschaltung (40) zum Berechnen eines Verhältnisses der Ausgangsströme der positionsempfindlichen Vorrichtung, die zu einer Zeit erhalten werden, wenn die Lichteinstrahlung beendet wird.

8. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß

die Lichteinstrahlsignalerzeugungsmittel ein Lichteinstrahlsignal erzeugen, bei welchem eine Wertzunahmegeschwindigkeit des Werts vom Anfangspunkt der Lichteinstrahlerzeugung allmählich zunimmt, durch

Lichteinstrahlsteuermittel (42) zum Beenden der Lichteinstrahlung durch die Lichteinstrahlmittel, wenn das Vergleichsausgangssignal von den Vergleichsmitteln erzeugt wird, und durch

eine Dividierschaltung (40) zum Ausgeben eines auf eine Position des Objekts bezüglichen Signals auf der Grundlage eines Verhältnisses des Additionsausgangssignals der Addiermittel und irgendeines der Stromausgangssignale der positionsempfindlichen Vorrichtung.