JP2581480B2 - Distance sensor - Google Patents

Distance sensor

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JP2581480B2
JP2581480B2 JP7103000A JP10300095A JP2581480B2 JP 2581480 B2 JP2581480 B2 JP 2581480B2 JP 7103000 A JP7103000 A JP 7103000A JP 10300095 A JP10300095 A JP 10300095A JP 2581480 B2 JP2581480 B2 JP 2581480B2
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distance
output
light
signal
unit
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弘明 中西
秀裕 福本
国春 柴田
英俊 松本
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Omron Corp
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Omron Tateisi Electronics Co
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は検出対象までの距離を光
学的に測定する距離センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance sensor for optically measuring a distance to an object to be detected.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来例えば特開昭57-44809号に示されて
いるように、物体までの距離を検出する装置として三角
法による距離測定装置が知られている。この装置では発
光ダイオード等の投光素子を平行な光ビームとして距離
を検出すべき方向に照射しており、物体からの反射光を
照射位置を検出することができる受光素子、例えば位置
検出素子(PSD;ポジションセンシティブディバイ
ス)が設けられ、その出力の両端に得られる電流出力に
基づき例えばその比を算出することによって物体までの
距離に対応したアナログ信号を得るようにしている。
2. Description of the Related Art As disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-44809, a distance measuring device based on a trigonometric method is known as a device for detecting a distance to an object. In this device, a light emitting element such as a light emitting diode is irradiated as a parallel light beam in a direction in which a distance is to be detected, and a light receiving element capable of detecting an irradiation position with reflected light from an object, for example, a position detecting element A position sensitive device (PSD) is provided, and an analog signal corresponding to the distance to the object is obtained by calculating, for example, the ratio based on the current output obtained at both ends of the output.

【0003】又距離センサの受光部より得られる距離出
力を所定レベルで弁別して所定の距離との遠近を検出す
る場合には、距離センサの出力を比較器に与え、その閾
値に基づいて所定の距離との遠近を判別して距離判別信
号を得る距離センサも用いられている。
When the distance output obtained from the light receiving portion of the distance sensor is discriminated at a predetermined level to detect the distance from a predetermined distance, the output of the distance sensor is supplied to a comparator, and a predetermined value is determined based on the threshold value. A distance sensor that determines a distance from a distance and obtains a distance determination signal is also used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかるにこのような従
来の距離センサによれば、距離出力が安定状態にあるか
不安定状態かを識別することができなかった。そして検
出する物体が設定距離の近傍の不安定領域にあれば、温
度変動や光軸のずれ等によって出力が容易に反転する可
能性があるという欠点があった。
However, according to such a conventional distance sensor, it has not been possible to discriminate whether the distance output is in a stable state or an unstable state. If the object to be detected is located in an unstable area near the set distance, there is a disadvantage that the output may be easily inverted due to temperature fluctuation, optical axis shift or the like.

【0005】本発明はこのような従来の距離センサの問
題点に鑑みてなされたものであって、距離センサにおい
ても設定された距離の近傍の不安定領域にあるか又は設
定距離と十分離れた安定領域にあるかを判別できるよう
にすることを技術的課題とする。
The present invention has been made in view of such a problem of the conventional distance sensor, and the distance sensor is also located in an unstable area near the set distance or sufficiently away from the set distance. It is a technical object to be able to determine whether or not it is in a stable region.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は投光素子を有す
る投光部と、投光部と所定間隔を有するように配置され
物体からの反射光を受光し受光位置に対応させた出力信
号を得る受光部と、受光部の出力に基づいて物体までの
距離に対応した信号を演算して出力する演算部と、演算
部からの出力を所定の第1の閾値で弁別して物体が所定
距離より遠いか近いかを判別する判別部と、を有する距
離センサであって、第1の閾値の近傍の上下に設定され
た閾値で演算部からの出力を弁別して所定距離の前後の
不安定領域に物体が存在することを検出し、判別部の判
別結果の余裕度の有無を示す信号を得る不安定領域検出
部と、を有することを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a light projecting section having a light projecting element, and an output signal arranged at a predetermined distance from the light projecting section to receive reflected light from an object and correspond to a light receiving position. A calculation unit that calculates and outputs a signal corresponding to the distance to the object based on the output of the light reception unit; and discriminates the output from the calculation unit with a predetermined first threshold to determine whether the object has a predetermined distance. A discriminating unit for discriminating whether the distance is farther or closer, wherein an unstable area before and after a predetermined distance by discriminating an output from the calculating unit with a threshold value set above and below the first threshold value And an unstable area detecting section that detects the presence of an object in the area and obtains a signal indicating whether or not there is a margin in the discrimination result of the discriminating section.

【0007】[0007]

【作用】このような特徴を有する本発明によれば、投光
部より検出領域に光を投光し受光部の受光素子に得られ
る受光位置によって物体までの距離に対応した信号が出
力される。そしてその受光信号は判別手段に与えられ所
定距離との遠近が判別される。又第1の閾値の近傍の上
下に設定された閾値で演算部からの出力を弁別し、この
範囲内にあるときに不安定領域に物体が存在するため、
これを出力するようにしている。
According to the present invention having the above features, a signal corresponding to the distance to the object is output according to the light receiving position obtained by projecting light from the light projecting unit to the detection area and being obtained by the light receiving element of the light receiving unit. . Then, the light receiving signal is given to the determining means, and the distance from a predetermined distance is determined. Also, the output from the calculation unit is discriminated by thresholds set above and below the first threshold, and when the object is within this range, the object is present in the unstable region.
This is output.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の一実施例による距離センサの
構成を示す図である。本図に示すように距離センサは投
光部として投光素子1と集束レンズ2を有しており、投
光素子1の光が集束レンズ2を介して平行な光ビーム3
として物体4までの距離を検出すべき方向に照射され
る。そして集束レンズ2から所定距離を隔てて光ビーム
3と所定角度を持って交差するように配置された反射光
を集光する集光レンズ5と、その背後に一次元の位置検
出素子(PSD)6が設けられる。位置検出素子6はそ
の中心にバイアス用電源7が接続されており、光の照射
位置に対応して素子の両端に相異なる2つの電流出力を
与えるものである。位置検出素子6の夫々の電流出力は
I/V変換器8,9に与えられ、その電圧信号が割算回
路10に与えられる。こうすれば物体までの距離に対応
した反射光の受光位置によって割算回路10より位置信
号を得ることができる。ここで集光レンズ5及び位置検
出素子6は反射光を受光し受光位置に対応させた出力信
号を得る受光部を構成しており、I/V変換器8,9及
び割算回路10は受光部の出力に基づいて物体までの距
離信号を演算して出力する演算部を構成している。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a distance sensor according to one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the distance sensor has a light projecting element 1 and a converging lens 2 as a light projecting unit, and the light of the light projecting element 1 is converted into a parallel light beam 3 via the converging lens 2.
Is irradiated in the direction in which the distance to the object 4 is to be detected. A condensing lens 5 for condensing reflected light, which is arranged to intersect the light beam 3 at a predetermined angle at a predetermined distance from the converging lens 2, and a one-dimensional position detecting element (PSD) behind the condensing lens 5 6 are provided. The position detecting element 6 has a bias power supply 7 connected to the center thereof, and provides two different current outputs to both ends of the element in accordance with the light irradiation position. The respective current outputs of the position detecting element 6 are applied to I / V converters 8 and 9, and the voltage signals thereof are applied to a dividing circuit 10. In this way, a position signal can be obtained from the division circuit 10 based on the position of the reflected light received corresponding to the distance to the object. Here, the condenser lens 5 and the position detecting element 6 constitute a light receiving section for receiving the reflected light and obtaining an output signal corresponding to the light receiving position, and the I / V converters 8, 9 and the dividing circuit 10 receive the reflected light. And a calculating unit configured to calculate and output a distance signal to the object based on the output of the unit.

【0009】さて割算回路10の出力はコンパレータ1
1〜13に与えられる。コンパレータ11は物体までの
距離信号を所定の第1の閾値Vref1で弁別することによ
り物体が設定された距離より近いか遠い状態にあるかを
判別する判別手段を構成している。又コンパレータ12
及び13は閾値Vref1の上下に夫々第2,第3の閾値V
ref2, Vref3が設定され、設定距離の近傍の不安定な領
域にあるか又はこの範囲外にあるかどうかによって余裕
度の有無を判別する不安定領域検出部を構成している。
コンパレータ12,13の出力は排他的論理和回路14
に与えられ、いずれか一方から出力が得られるときに不
安定状態を検出するようにしている。又I/V変換器
8,9の出力は加算器15に与えられて加算され、その
出力がコンパレータ16,17に与えられる。コンパレ
ータ16は割算回路10の入力レベルが十分高く距離出
力が得られる受光量に達しているかどうかを判別するも
のであって、受光量の閾値Vref4が設定される。又コン
パレータ17は更にそれより高いレベルに閾値Vref5が
設定され、安定した割算出力が得られる状態かどうかを
判別するものである。コンパレータ16の出力は受光出
力信号として外部に出力され、又コンパレータ17は安
定受光信号の出力として外部に与えられる。
The output of the dividing circuit 10 is the comparator 1
1-13. The comparator 11 constitutes a discriminating means for discriminating a distance signal to the object by a predetermined first threshold value Vref1 to determine whether the object is closer or farther than the set distance. Comparator 12
And 13 are the second and third thresholds V above and below the threshold Vref1, respectively.
ref2 and Vref3 are set, and constitutes an unstable area detection unit that determines whether or not there is a margin depending on whether the area is in an unstable area near the set distance or outside this range.
The outputs of the comparators 12 and 13 are output from an exclusive OR circuit 14
And an unstable state is detected when an output is obtained from one of them. The outputs of the I / V converters 8 and 9 are provided to an adder 15 for addition, and the output is provided to comparators 16 and 17. The comparator 16 determines whether or not the input level of the division circuit 10 is sufficiently high to reach a light receiving amount at which a distance output can be obtained, and a threshold Vref4 of the light receiving amount is set. Further, the comparator 17 determines whether or not the threshold Vref5 is set to a higher level and a stable split calculation power is obtained. The output of the comparator 16 is externally output as a light receiving output signal, and the comparator 17 is externally provided as a stable light receiving signal output.

【0010】さて本発明では図2及び図3に示すように
物体までの距離に対応して距離信号と受光信号及びそれ
らの不安定出力が得られる。即ち物体までの距離が図2
(a)に示すように時間と共に変化するものとすれば、
割算回路10からの距離信号がコンパレータ11に設定
された閾値Vref1を越える場合には図2(b)に示すよ
うな距離判別信号が得られる。そしてコンパレータ12
の閾値Vref2又はコンパレータ13の閾値Vref3より高
いレベルであれば、夫々コンパレータ12,13より出
力が得られるためその排他的論理和出力として図3
(c)に示すように不安定出力が得られる。この信号が
オンの状態では閾値Vref2, Vref3の間にあって図2
(b)の距離信号が不安定な領域にあることを示してお
り、この出力がオフでは設定した距離より十分近いか又
は遠く距離判別信号の信頼性が高い状態であることが示
される。
In the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, a distance signal, a light receiving signal, and an unstable output thereof are obtained corresponding to the distance to the object. That is, the distance to the object is
If it changes with time as shown in (a),
When the distance signal from the dividing circuit 10 exceeds the threshold value Vref1 set in the comparator 11, a distance determination signal as shown in FIG. 2B is obtained. And the comparator 12
If the level is higher than the threshold value Vref2 of the comparator 13 or the threshold value Vref3 of the comparator 13, the output is obtained from the comparators 12 and 13, respectively.
An unstable output is obtained as shown in FIG. When this signal is on, it is between the threshold values Vref2 and Vref3,
(B) indicates that the distance signal is in an unstable region, and when this output is off, it indicates that the distance determination signal is sufficiently close or farther than the set distance and the reliability of the distance determination signal is high.

【0011】次に図3(a)は受光量の時間的変化を示
すグラフであり、加算器15の出力である受光量が設定
値Vref4を越えていればコンパレータ16より受光出力
が得られ、割算回路10からの出力が意味のある信号で
あることが示される。受光量が設定値Vref4より高い閾
値Vref5を越えるときには図3(c)に示すように安定
受光信号が得られる。従って受光量も安定領域にあるこ
とが示される。これらの出力は例えば発光ダイオード等
によってそのまま表示してもよく、距離判別信号,安定
状態,不安定状態等を点灯,点滅,消灯することによっ
て表示してもよい。又図1に破線で示すように排他的論
理和回路14とコンパレータ17の出力とをアンド回路
18に与え、これらの論理積をとって安定表示を行うよ
うにしてもよい。又コンパレータ11の閾値Vref1を変
更する際にはその上下の閾値Vref2,Vref3を同時に連
動させて変更するようにしてもよく、又閾値Vref4を設
定する際にはそれより高いレベルの閾値Vref5を同時に
設定できるようにしてもよい。
Next, FIG. 3A is a graph showing a temporal change of the received light amount. If the received light amount output from the adder 15 exceeds the set value Vref4, a light received output is obtained from the comparator 16. This indicates that the output from the division circuit 10 is a meaningful signal. When the amount of received light exceeds a threshold value Vref5 higher than the set value Vref4, a stable received light signal is obtained as shown in FIG. Accordingly, it is shown that the amount of received light is also in the stable region. These outputs may be displayed as they are, for example, by a light emitting diode or the like, or may be displayed by turning on, blinking, or extinguishing a distance determination signal, a stable state, an unstable state, and the like. Also, as shown by a broken line in FIG. 1, the exclusive OR circuit 14 and the output of the comparator 17 may be supplied to an AND circuit 18 to obtain a logical product of them and perform stable display. When the threshold value Vref1 of the comparator 11 is changed, the upper and lower threshold values Vref2 and Vref3 may be simultaneously changed in conjunction with each other, and when the threshold value Vref4 is set, a higher level threshold value Vref5 is simultaneously set. It may be settable.

【0012】尚本実施例では距離信号を得る判別手段の
閾値の上下に閾値を設定した2つのコンパレータを用い
それらの排他的論理和を与えるようにしているが、夫々
のコンパレータの出力と距離判別信号との排他的論理和
によっていずれの側に近いかを判別して出力してもよ
い。
In this embodiment, two comparators having threshold values set above and below the threshold value of the determination means for obtaining the distance signal are used to give an exclusive OR of them. It is also possible to determine which side is closer by exclusive OR with the signal and output it.

【0013】又本実施例は位置検出素子(PSD)の両
端の電流出力を電圧信号に変換し割算回路に与えること
によって距離信号を得るようにしているが、それらの加
算出力と減算出力とを割算回路に与えて距離信号を得る
ようにしてもよく、加算出力といずれか一方のI/V変
換出力とを割算回路に与えることによって距離信号を得
るようにしてもよい。
In this embodiment, the current output at both ends of the position detecting element (PSD) is converted into a voltage signal and applied to a dividing circuit to obtain a distance signal. May be given to a division circuit to obtain a distance signal, or the addition signal and one of the I / V conversion outputs may be given to a division circuit to obtain a distance signal.

【0014】更に本実施例は受光素子として位置検出素
子を用いた距離センサを示しているが、受光センサとし
てMOSイメージセンサやCCDセンサを用いてもよ
い。この場合には距離信号の安定/不安定状態のみを検
出するものとする。
Further, in this embodiment, a distance sensor using a position detecting element as the light receiving element is shown, but a MOS image sensor or a CCD sensor may be used as the light receiving sensor. In this case, only the stable / unstable state of the distance signal is detected.

【0015】[0015]

【発明の効果】そのため本発明によれば、判別手段より
得られる距離判別信号だけでなくその周囲の不安定領域
にあるかどうかを判別することによって物体が設定距離
より十分近いか遠いかを判別することができる。従って
所定距離を通過する物体を検出するとき等には物体がな
いときに背景を検出しないようにあらかじめ背景だけの
とき距離信号が「遠」状態で安定状態に設定しておくこ
とができる。こうすれば温度ドリフト等によって距離判
別出力が変動しても物体が検出されなければ「遠」信号
を出力できるため、誤動作を防ぐことが可能となる。
Therefore, according to the present invention, it is determined whether the object is sufficiently close or farther than the set distance by determining not only the distance determination signal obtained from the determination means but also whether or not the object is in an unstable area around the signal. can do. Therefore, when an object passing a predetermined distance is detected, the background signal can be set in advance in a stable state with the distance signal being “far” so that the background is not detected when there is no object. In this way, even if the distance discrimination output fluctuates due to temperature drift or the like, a "far" signal can be output if no object is detected, so that malfunction can be prevented.

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

【図1】本発明の一実施例による距離センサの構成を示
すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a distance sensor according to one embodiment of the present invention.

【図2】物体までの距離の変化に対する距離センサの距
離信号とそれに対する距離判別信号,不安定出力を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing a distance signal of a distance sensor with respect to a change in a distance to an object, a distance determination signal corresponding thereto, and an unstable output.

【図3】受光量の変化に対する受光出力とその安定出力
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a light receiving output and a stable output with respect to a change in a light receiving amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 投光素子 6 位置検出素子 8,9 I/V変換器 10 割算回路 11〜13,16,17 コンパレータ 14 排他的論理和回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projection element 6 Position detection element 8, 9 I / V converter 10 Division circuit 11-13, 16, 17 Comparator 14 Exclusive OR circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 英俊 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−186709(JP,A) 特開 昭62−9212(JP,A) 特開 昭62−150115(JP,A) 実開 昭62−141712(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Hidetoshi Matsumoto, Inventor Omron Corporation 9212 (JP, A) JP-A-62-150115 (JP, A) JP-A-62-141712 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 投光素子を有する投光部と、前記投光部
と所定間隔を有するように配置され物体からの反射光を
受光し受光位置に対応させた出力信号を得る受光部と、
受光部の出力に基づいて物体までの距離に対応した信号
を演算して出力する演算部と、前記演算部からの出力を
所定の第1の閾値で弁別して物体が所定距離より遠いか
近いかを判別する判別部と、を有する距離センサであっ
て、 前記第1の閾値の近傍の上下に設定された閾値で演算部
からの出力を弁別して前記所定距離の前後の不安定領域
に物体が存在することを検出し、前記判別部の判別結果
の余裕度の有無を示す信号を得る不安定領域検出部と、
を有することを特徴とする距離センサ。
A light-emitting unit having a light-emitting element; a light-receiving unit arranged at a predetermined distance from the light-emitting unit to receive reflected light from an object and obtain an output signal corresponding to a light-receiving position;
A calculation unit that calculates and outputs a signal corresponding to the distance to the object based on the output of the light receiving unit, and determines whether the object is farther or shorter than a predetermined distance by discriminating the output from the calculation unit with a predetermined first threshold value And a discriminating unit that discriminates between the first and second thresholds. An unstable area detection unit that detects the presence of the signal, and obtains a signal indicating whether or not there is a margin in the determination result of the determination unit;
A distance sensor comprising:
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