FR2503873A1

FR2503873A1 - Ultrasonic distance measuring circuit for photographic camera - uses oscillator to discharge large value capacitor through step-up transformer to transducer for signal transmission

Info

Publication number: FR2503873A1
Application number: FR8206305A
Authority: FR
Inventors: Hiroshi Makino; Katsuji Ishikawa; Wataru Hasegawa
Original assignee: West Electric Co Ltd
Current assignee: West Electric Co Ltd
Priority date: 1981-04-10
Filing date: 1982-04-09
Publication date: 1982-10-15
Also published as: JPS57164729U

Abstract

The arrangement includes a large value capacitor (3) charged from a battery (1) through a resistor (2). The capacitor is discharged in an oscillating manner into a step up transformer (4) whose primary (4a) is switched by a transistor (5) driven from an oscillator (7) when a button is pressed to activate the circuit. The transformer output drives the ultrasonic transducer (6). The reflected signal from an object (P) is applied to a gate (8) closed during the transmission period. The signal is amplified (9) and a circuit (10) compares the amplitude with a reference value. The output of the comparator and oscillator are applied to a counter (11) to determine the time interval between the time the oscillator commenced and the time when the comparator produced an output. This value is releated to the target object range.

Description

La présente invention concerne un dispositif perfectionné de mesure à distance par ultrasons destiné à être utilisé, par exemple, dans un appareil photographique ou une caméra vidéo ou analogue. The present invention relates to an improved device for remote measurement by ultrasound intended for use, for example, in a photographic camera or a video camera or the like.

Ces dernières années, dans le domaine des appareils de photographie fixes, on a développé et largement utilisé, un dispositif de mesure automatique de distance par ultrasons, qui transmet une onde ultrasonore à une image photographique et reçoit l'onde réfléchie. Mais un système de mesure de distance par ultrasons de cette nature a l'inconvénient que son transducteur, pour la transmission de l'onde ultrasonore, nécessite un certain temps transitoire instable entre l'impression du signal ultrasonore et la transmission à l'état stable de l'onde ultrasonore à cause de ses caractéristiques mécaniques, ce qui a pour effet de produire des ondes ultrasonores transitoires d'intensité instable qui peuvent induire une certaine erreur dans la distance mesurée. In recent years, in the field of still cameras, an automatic ultrasonic distance measuring device has been developed and widely used, which transmits an ultrasonic wave to a photographic image and receives the reflected wave. But an ultrasonic distance measurement system of this nature has the disadvantage that its transducer, for the transmission of the ultrasonic wave, requires a certain unstable transient time between the printing of the ultrasonic signal and the transmission in the stable state. of the ultrasonic wave because of its mechanical characteristics, which has the effect of producing transient ultrasonic waves of unstable intensity which can induce a certain error in the measured distance.

Le problème cité ci-dessus des dispositifs classiques de mesure de distance par ultrasons sera étudié ultérieurement avec davantage de détails. Dans un dispositif de l'art antérieur, le circuit générateur d'ondes ultrasonores est alimente directement par une pile ou une source de tension analogue en courant continu. Comme cela a déjà été indiqué,l'intensité de l'onde ultrasonore de sortie croit progressivement suivant la courbe X de la figure 1 conformément à la caractéristique mécanique du transducteur. The above-mentioned problem of conventional ultrasonic distance measuring devices will be studied later in more detail. In a device of the prior art, the ultrasonic wave generator circuit is supplied directly by a battery or a similar voltage source in direct current. As already indicated, the intensity of the output ultrasonic wave increases progressively along the curve X of FIG. 1 in accordance with the mechanical characteristic of the transducer.

Lorsque la tension de la source de courant continu est inférieure à celle du cas cité ci-dessus, l'intensité de l'onde ultrasonore de sortie croit plus progressivement, comme cela est représenté par la courbe Y de la figure 1.When the voltage of the direct current source is lower than that of the case cited above, the intensity of the output ultrasonic wave increases more gradually, as is represented by the curve Y of FIG. 1.

Comme l'appareil de mesure de distance par ultrasons mesure la distance par la propre mesure de la durée s'écoulant entre la transmission de l'onde ultrasonore et la réception de l'onde ultrasonore réfléchie par un objet, la précision de la mesure dépend de la précision de la mesure de cette durée. Il est difficile de procéder à une mesure précise d'une durée car l'intensité de l'onde ultrasonique croit au stade initial de la génération, nécessitant un temps instable T avec la tension de source plus basse,
1 ou un temps T2 avec la tension de source plus élevée, pour que l'intensité de l'onde ultrasonore atteigne un état constant.Le système de réception du dispositif de mesure de distance par ultrasons est construit de façon à détecter l'onde ultrasonore réfléchie ayant une intensité supérieure à un niveau prédéterminé de façon à séparer l'onde ultrasonore réfléchie véritable des bruits de fond. Par conséquent, si l'accroissement progressif de l'intensité de l'onde ultrasonore n'est pas uniforme pendant la période ascendante jusqu'à l'obtention du niveau d'intensité prédéterminé, alors le temps de détection de l'onde ultrasonore réfléchie varie en fonction de la durée de l'ascension, ce qui se traduit par une mesure de distance imprécise. En d'autres termes, de façon à obtenir une mesure de distance fiable et précise, il faut que la courbe de croissance de l'intensité de l'onde ultrasonore soit raide et uniforme.Since the ultrasonic distance measuring device measures the distance by its own measurement of the time elapsing between the transmission of the ultrasonic wave and the reception of the ultrasonic wave reflected by an object, the accuracy of the measurement depends the precision of the measurement of this duration. It is difficult to make a precise measurement of a duration because the intensity of the ultrasonic wave increases at the initial stage of generation, requiring an unstable time T with the lower source voltage,
1 or a time T2 with the higher source voltage, so that the intensity of the ultrasonic wave reaches a constant state.The reception system of the ultrasonic distance measuring device is constructed so as to detect the ultrasonic wave reflected having an intensity higher than a predetermined level so as to separate the true reflected ultrasonic wave from the background noises. Therefore, if the gradual increase in the intensity of the ultrasonic wave is not uniform during the ascending period until the predetermined intensity level is obtained, then the detection time of the reflected ultrasonic wave varies according to the duration of the ascent, which results in an imprecise distance measurement. In other words, in order to obtain a reliable and precise distance measurement, the growth curve of the intensity of the ultrasonic wave must be steep and uniform.

Dans le système de mesure de distance par ultrasons de l'art antérieur, la croissance de l'intensité de l'onde ultrasonore n'est pas commandée d'une façon aussi uniforme et, par conséquent, la précision de la mesure de distance n'est pas très élevée.In the prior art ultrasonic distance measurement system, the growth of the intensity of the ultrasonic wave is not controlled as uniformly and, therefore, the accuracy of the distance measurement n is not very high.

Par conséquent,la présente invention a pour ob jet un dispositif de mesure de distance par ultrasons capa- ble de mesurer des distances avec précision en prévoyant un moyen permettant une ascension uniforme de l'intensité de l'onde ultrasonore par utilisation d'une capacité qui a pour rôle de fournir une quantité d'énergie électrique régulée avec précision au moyen générateur d'ondes ultrasonores. Consequently, the object of the present invention is an ultrasonic distance measuring device capable of measuring distances precisely by providing a means allowing a uniform rise in the intensity of the ultrasonic wave by using a capacitance. which has the role of supplying a quantity of electrical energy regulated with precision by means of generator of ultrasonic waves.

La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels
La figure 1 est un diagramme de courbes d'intensité d'ondes ultrasonores à partir du-moment où il y a fermeture d'un moyen générateur d'ondes ultrasonores dans le cas d'un dispositif classique et d'un dispositif de la présente invention;
La figure 2 est un schéma de circuit d'une partie principale d'un dispositif, donné à titre d'exemple, de mesure de distance selon la présente invention; et
La figure 3 est une courbe de temps représentant des formes d'onde dans diverses parties du circuit de la figure 2.The present invention will be understood from the following description given in conjunction with the accompanying drawings in which
FIG. 1 is a diagram of curves of intensity of ultrasonic waves from the moment when there is closure of a means generating ultrasonic waves in the case of a conventional device and of a device of the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram of a main part of a device, given by way of example, of distance measurement according to the present invention; and
Figure 3 is a time curve showing waveforms in various parts of the circuit of Figure 2.

Un dispositif de mesure de distance par ultrasons selon la présente invention comprend un condensateur de grande capacité qui sera chargé par une source de tension en courant continu et sert à fournir une quantité prédéterminée précise d'énergie à un moyen générateur d'ondes ultrasonores. An ultrasonic distance measuring device according to the present invention comprises a large capacity capacitor which will be charged by a DC voltage source and serve to supply a precise predetermined amount of energy to an ultrasonic wave generating means.

La figure 2 représente une partie principale d'un mode de réalisation de la présente invention où un condensateur 3 de grande capacité est branché aux bornes d'une source de tension en courant continu 1, une résistance en série 2 étant intercalée. L'enroulement primaire 4a d'un transformateur élévateur 4 est branché en série avec un circuit collecteur-émetteur d'un transistor chopper 5 aux bornes du condensateur 3; la base du transistor 5 est reliée à une borne de sortie d'un oscillateur 7. L'en roulement secondaire 4b du transformateur 4 est relié a un transducteur à ultrasons 6 pour en assurer la commande. Une porte 8 est reliée au transducteur 6 de façon à recevoir une sortie électrique basée sur la conversion ultrason/intensité électrique de l'onde ultrasonore réfléchie par ltob- jet.La porte 8 est fermée lorsque le signal ultrasonore est envoyé à l'enroulement secondaire 4b du transformateur 4 au transducteur 6, de sorte qu'un amplificateur 9 relié à ce dernier reçoit un signal basé seulement sur l'onde ultrasonore réfléchie. Un comparateur 10 compare le niveau d'intensité du signal basé sur l'onde ultrasonore réfléchie à un niveau de référence et émet une sortie lorsque le niveau du signal est supérieur au niveau de référence prédéterminé. La sortie du comparateur 10 et la sortie de l'oscillateur 7 sont appliquées à un circuit de comptage du temps 11 qui compte la durée s'écoulant entre le moment où commencent les oscillations de l'oscillateur 7 et le moment où le comparateur 10 émet une sortie. FIG. 2 represents a main part of an embodiment of the present invention in which a capacitor 3 of large capacity is connected to the terminals of a DC voltage source 1, a resistor in series 2 being inserted. The primary winding 4a of a step-up transformer 4 is connected in series with a collector-emitter circuit of a chopper transistor 5 at the terminals of the capacitor 3; the base of transistor 5 is connected to an output terminal of an oscillator 7. The secondary bearing 4b of transformer 4 is connected to an ultrasonic transducer 6 to control it. A door 8 is connected to the transducer 6 so as to receive an electrical output based on the ultrasound / electric intensity conversion of the ultrasonic wave reflected by the jet. Door 8 is closed when the ultrasonic signal is sent to the secondary winding 4b from the transformer 4 to the transducer 6, so that an amplifier 9 connected to the latter receives a signal based only on the reflected ultrasonic wave. A comparator 10 compares the signal intensity level based on the reflected ultrasonic wave with a reference level and outputs when the signal level is higher than the predetermined reference level. The output of comparator 10 and the output of oscillator 7 are applied to a time counting circuit 11 which counts the time elapsing between the moment when the oscillations of oscillator 7 begin and the moment when comparator 10 emits output.

Le fonctionnement du circuit est décrit en liaison avec les figures 1 et 3. The operation of the circuit is described in conjunction with Figures 1 and 3.

Dans le circuit, le condensateur 1 de grande capacité, par exemple, de 1.000 pF est chargé par un courant continu provenant de la source 1 par l'intermédiaire d'une résistance 2 de, par exemple 50 ohms, à une tension de,par exemple 9V, qui est voisine de la tension aux bornes (par exemple 9 V) de la source de courant continu. Lorsqu'on appuie sur un bouton de mise en marche, par exemple, sur le bouton d'obturateur d'un appareil photo, ou lorsqu'on fait appel à un moyen permettant un fonctionnement périodique du dispositif, l'oscillateur 7 est actionné, un commutateur de cet oscillateur se ferme à un instant t2 (figure 1); l'oscillateur 7 commence à osciller et émet un signal ultrasonore de plusieurs dizaines de KHz qui est appliqué à la base du transistor 5 comme cela est représenté en figure 3(a). Alors, lors de chaque période d'impulsion du transistor 5, le courant de décharge circule dans le transformateur 4 à partir du condensateur 3 comme cela est représenté en figure 3(b). Par conséquent, un signal de sortie ultrasonore croissant est appliqué au transducteur 6 par l'enroulement secondaire 4b. Comme le transducteur présente une certaine caractéristique de montée due à sa caractéristique de résonance mécanique, l'intensité de l'onde ultrasonore émise,par décharge du courant du condensateur 3 chargé à 9 V, s'élève comme indiqué par la partie montante de la courbe Z de la figure 1. Comme on le comprendra, la courbe Z a une partie stabilisée après l'instant t .La courbe Z correspond à l'enveloppe de la période p t2-t3 de la figure 3(c); la figure 3(c) représentant un cycle complet de l'émission d'une onde ultrasonore et de la réception de l'onde réfléchie. Dans la période t2 t t3, le niveau de l'intensité décroît progressivement à partir de l'instant tp où la valeur est maximum jusqu'à l'instant t3 conformément à la diminution de la tension du condensateur 3 pendant la poursuite de la décharge. Le niveau maximum A et le niveau ultérieur de l'onde ultrasonore sont définis sensiblement par la valeur de la charge du condensateur 3 à la'instant t2 qui précède immédiatement la décharge.La valeur de la charge est régulée de manière presque constante quelle que soit la variation de la résistance interne et de la valeur de l'énergie restante de la pile 1, étant donné qu'une pile, telle qu'une pile au mercure, a une force électromotrice tres constante quelle que soit la variation de sa résistance interne pendant la décharge au cours de sa durée de vie. Ainsi, une onde ultrasonore d'intensité régulée à l'instant initial t2,puis jusqu'à l'instant t3, est émise comme indiqué en figure 3(c). Comme la tension du condensateur diminue dans le temps,entre t2 et t3, la pente descendante de la tension compense la caractéristique de montée du transducteur, et par conséquent le temps s'écoulant entre le départ de l'oscillation ultrasonique dans l'oscillateur 7 et la valeur de crête de l'onde est raccourci.Si nécessaire, un moyen approprié peut être prévu, tel qu'un circuit,ayant pour but de réguler la charge du condensateur 3. En utili sant un condensateur 3 de capacité élevée, par exemple de lOOOpF, la durée T3 (figure 1) nécessaire pour obtenir une intensité stabilisée peut être rendue inférieure à la durée T2 correspondant au fonctionnement classique. A l'instant t3, l'oscillation ultrasonique de l'oscillateur 7 cesse et,par conséquent, le signal ultrasonore n'est plus ap pliqué au transducteur 6 à l'instant t3, comme représenté en figure 3(b). Mais, pendant une courte durée, à l'issue de l'instant t3, une onde ultrasonique s' atténuant reste présente par suite de la caractéristique d'inertie mécanique du transducteur 6 comme représenté par la figure 3(c). In the circuit, the capacitor 1 of large capacity, for example, of 1000 pF is charged by a direct current coming from the source 1 via a resistor 2 of, for example 50 ohms, at a voltage of, by example 9V, which is close to the voltage at the terminals (for example 9 V) of the direct current source. When a start button is pressed, for example, on the shutter button of a camera, or when a means is used allowing periodic operation of the device, the oscillator 7 is actuated, a switch of this oscillator closes at an instant t2 (FIG. 1); the oscillator 7 begins to oscillate and emits an ultrasonic signal of several tens of KHz which is applied to the base of the transistor 5 as shown in FIG. 3 (a). Then, during each pulse period of the transistor 5, the discharge current flows in the transformer 4 from the capacitor 3 as shown in Figure 3 (b). Therefore, an increasing ultrasonic output signal is applied to the transducer 6 by the secondary winding 4b. As the transducer has a certain rise characteristic due to its mechanical resonance characteristic, the intensity of the ultrasonic wave emitted, by discharging the current of the capacitor 3 charged at 9 V, rises as indicated by the rising part of the curve Z of figure 1. As will be understood, curve Z has a part stabilized after time t. Curve Z corresponds to the envelope of the period p t2-t3 of figure 3 (c); FIG. 3 (c) representing a complete cycle of the emission of an ultrasonic wave and of the reception of the reflected wave. In the period t2 t t3, the level of the intensity decreases progressively from the instant tp where the value is maximum until the instant t3 in accordance with the decrease in the voltage of the capacitor 3 during the continuation of the discharge . The maximum level A and the subsequent level of the ultrasonic wave are defined substantially by the value of the charge of the capacitor 3 at the instant t2 which immediately precedes the discharge. The value of the charge is regulated almost constantly whatever the variation of the internal resistance and the value of the remaining energy of the battery 1, since a battery, such as a mercury battery, has a very constant electromotive force whatever the variation of its internal resistance during discharge during its lifetime. Thus, an ultrasonic wave of intensity regulated at the initial instant t2, then until the instant t3, is emitted as indicated in FIG. 3 (c). As the capacitor voltage decreases over time, between t2 and t3, the downward slope of the voltage compensates for the rise characteristic of the transducer, and therefore the time elapsing between the start of the ultrasonic oscillation in oscillator 7 and the peak value of the wave is shortened. If necessary, suitable means can be provided, such as a circuit, intended to regulate the charge of the capacitor 3. By using a capacitor 3 of high capacity, by example of lOOOpF, the duration T3 (FIG. 1) necessary to obtain a stabilized intensity can be made less than the duration T2 corresponding to conventional operation. At time t3, the ultrasonic oscillation of the oscillator 7 stops and, consequently, the ultrasonic signal is no longer applied to the transducer 6 at time t3, as shown in FIG. 3 (b). However, for a short time, at the end of time t3, an attenuating ultrasonic wave remains present as a result of the mechanical inertia characteristic of the transducer 6 as shown in FIG. 3 (c).

L'onde ultrasonore est réfléchie par un objet p et l'onde ultrasonore réfléchie est reçue par le transducteur 6 qui émet une sortie électrique répondant à cette onde comme représenté en figure 3(c) (petite onde à partir de l'instant t5). Comme tonde ultrasonore émise a une énergie régulée par la charge du condensateur 3, l'énergie de l'onde ultrasonore réfléchie est également régulée et une détection stable se trouve assurée. La sortie électrique du transducteur 6 est transmise par la porte 8 à l'amplificateur 9 et appliquée au comparateur 10. Comme la porte 8 est conçue pour laisser passer le signal pendant le temps s'écoulant après l'instant t4,celui-ci est appliqué au comparateur 10. Le comparateur 10 a un niveau de référence prédéterminé et compare le signal d'entrée de façon à le discriminer vis-à-vis des bruits.Au moment où il y a détection du fait que le signal d'entrée est supérieur au niveau de reférence, le comparateur 10 envoie un signal de sortie au circuit de comptage de temps 11, lequel compte le temps s'écoulant entre l'instant t2 et l'instant t5. The ultrasonic wave is reflected by an object p and the reflected ultrasonic wave is received by the transducer 6 which emits an electrical output responding to this wave as shown in Figure 3 (c) (small wave from time t5) . As the ultrasonic probe emitted has an energy regulated by the charge of the capacitor 3, the energy of the reflected ultrasonic wave is also regulated and stable detection is ensured. The electrical output of the transducer 6 is transmitted by the gate 8 to the amplifier 9 and applied to the comparator 10. As the gate 8 is designed to let pass the signal during the time elapsing after the instant t4, this is applied to comparator 10. Comparator 10 has a predetermined reference level and compares the input signal so as to discriminate it against noise. At the moment when there is detection of the fact that the input signal is above the reference level, the comparator 10 sends an output signal to the time counting circuit 11, which counts the time elapsing between the instant t2 and the instant t5.

Comme le niveau de l'onde ultrasonique émise et sa courbe d'atténuation sont régulés de manière uniforme par le condensateur 3 pour l'alimentation du moyen générateur d'ondes ultrasonores (4, 5, 6) et que la durée de montée effective de l'onde ultrasonore comprise entre l'oscillation de départ et la stabilisation de l'intensité ultrasonore, est raccourcie, la mesure de distance peut être faite avec précision par rapport à un dispositif classique où un transformateur élévateur est relié directement à une source de tension en courant continu.As the level of the ultrasonic wave emitted and its attenuation curve are uniformly regulated by the capacitor 3 for supplying the means generating ultrasonic waves (4, 5, 6) and the effective rise time of the ultrasonic wave between the initial oscillation and the stabilization of the ultrasonic intensity is shortened, the distance measurement can be made with precision compared to a conventional device where a step-up transformer is connected directly to a voltage source in direct current.

En d'autres termes, la précision du dispositif de la présente invention est améliorée en adoptant un condensateur 3 de grande capacité, qui est branché de façon à fournir un courant de décharge au transformateur-élévateur 4 de valeur élevée au commencement,puis diminuant progressivement pendant la poursuite de la décharge. Ainsi,la caractéristique de montée de l'onde ultrasonore est améliorée d'une manière telle qu'-il y a raccourcissement de la durée instable s'écoulant entre le démarrage de l'oscillateur 7 et l'instant où l'intensité de l'onde ultrasonore atteint une valeur de crête. In other words, the accuracy of the device of the present invention is improved by adopting a capacitor 3 of large capacity, which is connected so as to supply a discharge current to the step-up transformer 4 of high value at the beginning, then gradually decreasing while the discharge continues. Thus, the rise characteristic of the ultrasonic wave is improved in such a way that there is a shortening of the unstable duration elapsing between the start of the oscillator 7 and the instant when the intensity of the ultrasonic wave reaches a peak value.

La présente invention est intéressante en ce sens que l'appareil photographique n'est soumis à aucun des effets nefastes des bruits ou aux fluctuations de tension, car la charge du condensateur 3 s'effectue par l'intermédiaire de l'impédance 2. Lorsqu'un inducteur est utilisé comme impédance en série 2, la fonction de suppression des bruits est meilleure
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. The present invention is advantageous in the sense that the camera is not subjected to any of the harmful effects of noise or voltage fluctuations, since the charging of the capacitor 3 takes place via the impedance 2. When an inductor is used as impedance in series 2, the noise suppression function is better
The present invention is not limited to the exemplary embodiments which have just been described, it is on the contrary liable to modifications and variants which will appear to those skilled in the art.

Claims

1 - Ultrasonic distance measuring device comprising

- a means generating ultrasonic signals (5 + 4a),

an ultrasonic transducer (6) for emitting an ultrasonic wave produced by the means generating ultrasonic signals and receiving the reflected ultrasonic wave, and producing an electrical signal, and

a means (11) for counting the time elapsing between the emission of the ultrasonic wave and the reception of the reflected ultrasonic wave,

characterized in that it comprises

- a capacitor (3) for supplying a current to the means generating ultrasonic signals (5 + 4a), this capacitor being connected so as to be charged via an impedance (2) from a source of direct current energy (1).

2 - Device according to claim 1, characterized in that the impedance (2) is a resistance.

3 - Device according to claim 1, characterized in that the capacitor (3) is connected in series to a primary winding (4a) of a step-up transformer (4) and to a collector-emitter circuit of a chopper transistor ( 5) controlled by an oscillator (7), the secondary winding (4b) of the step-up transformer (4) being connected to the ultrasonic transducer (6).