JP2523018B2 - 光距離センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルス化したレーザ光等の光波を用い、発
射パルス光を目標物へ照射し、この目標物からの反射パ
ルス光を受信パルス光として受光し、発射パルス光と受
信パルス光との間の時間差に基づき目標物までの距離を
求める光距離センサに関するものである。

〔従来の技術〕

従来における光距離センサの構成を第５図に示す。同
図において、１は光源（レーザダイオード,LED等）であ
り、この光源１よりパルス光が発射される。光源１から
発射されたパルス光（発射パルス光）は、その一部が光
ファイバ・ハーフミラー等２により抽出され、モニタ用
光検出器３へ与えられる。そして、このモニタ用光検出
器３においてその受光々量に応じた電気信号に変換さ
れ、この電気信号が増幅器４により増幅されて、電圧比
較器５へ与えられる。電圧比較器５には閾値電圧Vaが設
定されており、増幅器４より与えられる電気信号（以
下、この電気信号をスタート系電気信号と呼ぶ）の値
（電圧値）が閾値電圧Vaと比較され、スタート系電気信
号の値が閾値電圧Vaを越えることによって得られる
「Ｈ」レベルの比較出力が、時間差計数器６のスタート
パルスとして用いられる。

一方、光源１から発射されたパルス光は、その大部分
が送光レンズ７にて平行光に変換され、図示せぬ目標物
体へ照射される。この目標物体へ照射された発射パルス
光は、目標物体にて反射し反射パルス光として、受光レ
ンズ８を介し光検出器９の受光面上に集光される。すな
わち、目標物体からの反射パルス光が受信パルス光とし
て光検出器９にて受光される。そして、この受光された
受信パルス光が光検出器９においてその光量に応じた電
気信号に変換され、この電気信号が増幅器10により増幅
されて電圧比較器11へ与えられる。電圧比較器11には閾
値電圧Vbが設定されており、増幅器10より与えられる電
気信号（以下、この電気信号をストップ系電気信号と呼
ぶ）の値（電圧値）が閾値電圧Vbと比較され、ストップ
系電気信号の値が閾値電圧Vbを越えることによって得ら
れる「Ｈ」レベルの比較出力が、時間差計数器６のスト
ップパルスとして用いられる。時間差計数器６は、電圧
比較器５を介して与えられるスタートパルスと電圧比較
器11を介して与えられるストップパルスとの入来時間差
を計数し、この計数結果を目標物体までの距離データと
して出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このように構成された光距離センサに
おいては、電圧比較器11に与えられるストップ系電気信
号の振幅が、目標物体までの距離や反射率などによって
大幅に変化する。そして、この振幅の変化によって、ス
トップ系電気信号の立ち上がり時間が有限であることか
ら、スタートパルスとストップパルスとの入来時間差が
変化する。

第６図は、ストップ系電気信号（同図（ｂ））の振幅
が閾値電圧Vbに比して極端に大きい場合すなわち受信光
量が極端に大きい場合を示し、この場合、ストップパル
ス（同図（ｄ））はストップ系電気信号の立ち上がり開
始時点で発生すると考えてよい。なお、同図（ａ）はス
タート系電気信号、同図（ｃ）はスタートパルスを示
す。

第７図は、ストップ系電気信号の振幅と閾値電圧Vbと
がほゞ等しい場合すなわち受信光量が小さい場合を示
し、この場合、ストップ系電気信号の立ち上がり時間に
依存した大きな時間遅れ誤差ΔＴが発生する。

そして、従来は、この時間遅れ誤差ΔＴを少なくする
ために、機械式絞り、濃度可変減衰器等光学式のものが
用いられていたが、機械式であるために、装置が大型・
複雑化し、応答が遅い、信頼性が低下する等の難点があ
った。また、ピンダイオードを用いた自動振幅調整器
等、非機械式のものも考えられているが、最大減衰量が
1/30程度と小さく、減衰量が変化すると周波数帯域幅が
変化し、それにより信号波形が変化し誤差要因となる等
の欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解決するためになされたも
ので、互いにその偏光軸を直交させて配置されて第１お
よび第２の偏光手段を配置し、この第１および第２の偏
光手段の間に印加電圧に応じて通過光の偏光方向を回転
する偏光方向回転手段を配置し、第１の偏光手段，偏光
方向回転手段，第２の偏光手段を経て与えられる受信パ
ルス光をその光量に応じた電気信号に変換し、この変換
された電気信号のピーク振幅に応じて偏光方向回転手段
への印加電圧を制御し、そのピーク振幅を一定化ならし
めるようにしたものである。

〔作用〕

したがってこの発明によれば、受信光量に拘わらず、
ストップ系電気信号の振幅を一定として得ることができ
るようになる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光距離センサを詳細に説明する。

第１図はこの光距離センサの一実施例を示す要部構成
図であり、第５図と同一符号は同一あるいは同等構成要
素を示す。同図において、13および14は受光レンズ８と
光検出器９との間に互いにその偏光軸を直交させて配置
された第１および第２の偏光板、12はこの偏光板13と14
との間に挿入配置されたPLZT素子、15は増幅器10の出力
すなわちストップ系電気信号を分岐入力としそのピーク
振幅に比例した直流信号（直流電圧）を出力するピーク
検出器、16は予め設定される振幅設定バイアス電圧より
ピーク検出器15の出力電圧を減算しその差電圧を誤差増
幅器17へ与える減算器である。

PLZT素子12はPLZT基板12−１とこの基板12−１上に形
成されたくし形薄膜電極12−２および12−３よりなり、
誤差増幅器17において増幅される差電圧が、くし形薄膜
電極12−２および12−３を介してPLZT基板12−１に印加
されるものとなっている。また、PLZT基板12−１は、圧
電材料として知られているチタン酸ジルコン酸鉛Pb（Z
i,Ti）O₃のPbの一部をランタンLaで置換した透光性を有
する圧電材料からなり、PLZT素子12の周囲温度を検知す
べく温度センサ18が配置され、この温度センサ18の検知
出力が誤差増幅器17へ与えられるものとなっている。

このようにそのストップ系電気信号の生成部を構成し
てなる光距離センサにおいて、PLZT基板12−１に電圧が
印加されていない場合には、PLZT素子12によって光の偏
光方向は影響されず、偏光板13を経て与えられPLZT素子
12を通過する光は、偏光板14によって遮断される。PLZT
基板12−１に電圧が印加され始めると、PLZT素子12内で
光の偏光方向が回転し、その偏光方向の回転された通過
光が偏光板14を通過し始める。PLZT基板12−１に半波長
電圧が印加されると、PLZT素子12の偏光方向はπ/2回転
して偏光板14の偏光軸と一致し、光の透過量は最大とな
る。第２図にPLZT基板12−１への印加電圧と透過率との
関係を示す。

一方、受光レンズ８を介し、偏光板13−PLZT素子12−
偏光板14を経て光検出器９に集光される受信パルス光
は、光検出器９においてその光量に応じた電気信号に変
換され、増幅器10により増幅されてストップ系電気信号
となる。このストップ系電気信号はピーク検出器15へ分
岐入力され、そのピーク振幅に比例した直流電圧に変換
される。そして、このストップ系電気信号のピーク振幅
に比例した直流電圧と振幅設定バイアス電圧との減算が
減算器16において行われ、その減算結果としての差電圧
が誤差増幅器17へ与えられる。そして、この差電圧が誤
差増幅器17にて増幅され、PLZT基板12−１への印加電圧
となる。すなわち、ストップ系電気信号のピーク振幅が
予め定められる設定値よりも大きくなると、誤差増幅器
17の出力電圧すなわちPLZT基板12−１への印加電圧が降
下して透過率が低下し、ストップ系電気信号のピーク振
幅を下げるものとして作用する。ストップ系電気信号の
ピーク振幅が設定値よりも小さくなると、PLZT基板12−
１への印加電圧が上昇して透過率がアップし、ストップ
系電気信号のピーク振幅を上げるものとして作用する。
このような自動振幅調整動作により、目標物体からの反
射光量すなわち受信光量が大幅に変化しても、ストップ
系電気信号のピーク振幅は常に一定として得られるもの
となり（第３図参照）、ピーク振幅の変化に起因した誤
差を最小にすることができ、高精度に目標物体までの距
離を測定することができるようになる。なお、第３図に
点線で示した特性は、自動振幅調整動作を行わない場合
のピーク振幅の変化特性である。

そして、本実施例によれば、最大減衰量1/500程度の
実現が可能であり、非機械式で且つ光量を自動的に変化
させるため、周波数帯域幅に影響を与えないという特有
の効果を奏する。

なお、PLZT素子12の周囲温度を温度センサ18によって
検知し、この温度センサ18の検知出力を誤差増幅器17へ
与えることにより、温度が高い場合にはPLZT基板12−１
への印加電圧をより高くし、温度が低い場合にはPLZT基
板12−１への印加電圧をより低くして、PLZT素子12の半
波長電圧の周囲温度による変化（第４図参照）を補正
し、これにより自動振幅調整動作を温度無依存により実
現するものとしている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による光距離センサによる
と、互いにその偏光軸を直交させて配置されて第１およ
び第２の偏光手段を配置し、この第１および第２の偏光
手段の間に印加電圧に応じて透過光の偏光方向を回転す
る偏光方向回転手段を配置し、第１の偏光手段，偏光方
向回転手段，第２の偏光手段を経て与えられる受信パル
ス光をその光量に応じた電気信号に変換し、この変換さ
れた電気信号のピーク振幅に応じて偏光方向回転手段へ
の印加電圧を制御し、そのピーク振幅を一定化ならしめ
るようにしたので、受信光量に拘わらず、ストップ系電
気信号の振幅を一定として得ることが可能となり、この
ストップ系電気信号のピーク振幅の変化に起因した誤差
を最小にして高精度に目標物までの距離を求めることが
できるようになり、従来の機械式のものに比して、装置
の大型・複雑化が避けられ、応答が速く、信頼性が向上
する。また、最大減衰量1/500程度の実現が可能とな
り、且つ周波数帯域幅に影響を与えず、従来の同種非機
械式のものに比して格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光距離センサの一実施例を示す要
部構成図、第２図はこの光距離センサに用いるPLZT基板
への印加電圧と透過率との関係を示す図、第３図はこの
光距離センサにおける受信光量に対するストップ系電気
信号のピーク振幅を示す図、第４図はPLZT素子の半波長
電圧の温度依存性を示す図、第５図は従来の光距離セン
サを示す構成図、第６図はこの光距離センサにおいてそ
のストップ系電気信号の振幅が閾値電圧Vbに比して極端
に大きい場合を説明する図、第７図はストップ系電気信
号の振幅と閾値電圧Vbとがほゞ等しい場合を説明する図
である。 １……光源、６……時間差計数器、９……光検出器、12
……PLZT素子、13,14……偏光板、15……ピーク検出
器、16……減算器、17……誤差増幅器、。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発射パルス光を目標物へ照射し、この目標
   物からの反射パルス光を受信パルス光として受光し、前
   記発射パルス光と前記受信パルス光との間の時間差に基
   づき目標物までの距離を求める光距離センサにおいて、 互いにその偏光軸を直交させて配置された第１および第
   ２の偏光手段と、 この第１および第２の偏光手段の間に配置され印加され
   る電圧に応じて通過光の偏光方向を回転する偏光方向回
   転手段と、 前記第１の偏光手段，前記偏光方向回転手段，前記第２
   の偏光手段を経て与えられる前記受信パルス光をその光
   量に応じた電気信号に変換する光検出手段と、 この光検出手段の変換する電気信号のピーク振幅に応じ
   て前記偏光方向回転手段への印加電圧を制御しそのピー
   ク振幅を一定化ならしめる自動振幅調整手段と を備えてなる光距離センサ。