JP2731565B2 - The distance measuring sensor - Google Patents

The distance measuring sensor

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、投光手段から検知エリアに投光される光ビームの被検知物体による反射光を、受光手段にて受光し、受光手段出力に基づいて検知エリア内の被検知物体までの距離を測定するようにした測距センサーに関するものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [INDUSTRIAL FIELD] The present invention, the reflected light by the detected object light beam is projected on the detection area from the light projecting means, and received by the light receiving means, light receiving means outputs it relates ranging sensor so as to measure the distance to the detected object in the detection area based on.

[従来の技術] 第1図は従来例のブロック図である。 [Prior Art] FIG. 1 is a block diagram of a conventional example. 発光部1は発光ダイオードや半導体レーザーのような発光素子よりなり、発光回路11により供給される駆動信号に応じて光信号を発生する。 Emitting portion 1 is made of light emitting elements such as light emitting diodes and semiconductor lasers, for generating an optical signal in response to the driving signal supplied by the light emitting circuit 11. 発振器12は、発光部1から出力される光信号の変調周波数f 0を発振し、発光回路11に供給すると共に、混合器22には局部発振周波数(f 0 −f Cを供給する。局部発振周波数(f 0 −f C )は変調周波数f 0とは僅かに周波数の異なる信号であり、f C ≪f 0である。受光部2 Oscillator 12 oscillates a modulation frequency f 0 of the optical signal output from the light emitting unit 1, and supplies to the light emitting circuit 11 supplies a local oscillation frequency (f 0 -f C to mixer 22. Local oscillator frequency (f 0 -f C) are different signals slightly frequency than the modulation frequency f 0, a f C «f 0. light receiving section 2
はシリコンフォトダイオードのような受光素子よりなり、受光された光信号の強度に応じた光電流を発生する。 Consists of a light receiving element such as a silicon photodiode, for generating a photocurrent corresponding to the intensity of the received light signal. 受光回路21は電流−電圧変換回路を含み、受光部2 Light receiving circuit 21 is a current - includes a voltage conversion circuit, the light receiving section 2
にて得られた光電流を電圧信号に変換する。 Converting the resulting photocurrent into a voltage signal at. 受光回路21 The light-receiving circuit 21
の出力は、混合器22にて局部発振周波数(f 0 −f C )と周波数混合され、低周波のビート信号に変換されて、位相比較部4に入力される。 The output of the mixer 22 local oscillator frequency (f 0 -f C) and is frequency mixing in, is converted into a low frequency beat signal is input to the phase comparator 4. 位相比較部4は発振器12から出力される周波数f Cの信号と、混合器22から得られた低周波のビート信号との位相差を比較的する。 The phase comparator 4 and the signal of frequency f C output from the oscillator 12, a relatively a phase difference between the low frequency beat signal obtained from the mixer 22.

この測距センサーにあっては、発光部1の前方に光路切換器3として、光路切換ミラー31を配している。 In the distance measuring sensor, as the optical path changer 3 in front of the light-emitting portion 1 is disposed an optical path switching mirror 31. この光路切換ミラー31はタイミング回路6の制御下にて回動制御される。 The optical path switching mirror 31 is rotated controlled under the control of the timing circuit 6. 光路切換ミラー31が発光部1からの光と略平行な方向Aに設定されると、発光部1からの光は反射物体8へ投光される。 When the optical path switching mirror 31 is set to light and substantially parallel direction A from the light-emitting portion 1, light from the light-emitting portion 1 is projected to the reflecting object 8. 反射物体8からの反射光は、ハーフミラー32を通過して受光部2に入射する。 Light reflected from the reflection object 8 passes through the half mirror 32 is incident on the light receiving portion 2. また、光路切換ミラー31が発光部1からの光に対して約45度の方向Bに設定されると、発光部1からの光は光路切換ミラー Further, when the optical path switching mirror 31 is set in the direction B of about 45 degrees with respect to the light from the light emitting portion 1, light from the light-emitting portion 1 is the optical path switching mirror
31にて反射され、ハーフミラー32にて再度反射されて、 31 is reflected by, and is reflected again by the half mirror 32,
受光部2に入射する。 It enters the light receiving portion 2.

このように、本測距センサーでは、発光部1からの光をそのまま反射物体8へ投光して、その反射光を受光部2に受光させる第1の光路と、発光部1からの光を外部へは出さずに全てを参照光として反射して受光部2へ直接受光させる第2の光路を選択することができる。 Thus, in the present ranging sensors, and projected directly to the reflective object 8 the light from the light emitting portion 1, the first optical path for receiving the reflected light to the light receiving portion 2, the light from the light emitting portion 1 a second optical path to be received directly reflected to the light receiving section 2 all as reference light without issuing the outside may be selected. これによって、時系列的に測距光と参照光を同一の受光部2 Thus, time series of reference light and distance measuring light identical light receiving section 2
に受光させることができるわけである。 It is not able to be received in.

タイミング回路6の出力f Kは、距離演算部5にも入力されており、距離演算部5は位相比較部4の出力が測距光によるものか、参照光によるものかを区別することができ、測距光受光時と参照光受光時の位相比較部4の出力の差分に応じて距離信号を出力する。 Output f K of the timing circuit 6 to the distance calculation unit 5 are inputted, the distance calculation unit 5 is able to distinguish whether the output of the phase comparator 4 is either due to distance measuring light, by the reference beam , and outputs a distance signal according to a difference of the output of the phase comparator 4 during the reference light receiving at the time of measuring light received. このように構成することによって、本来は2系統必要である受光部と受光回路を1系統化することができ、絶対位相変動特性のばらつきによる測距誤差を回避することができる。 By such a structure, originally it can be one system the light receiving circuit and the light receiving portion is required two systems, it is possible to avoid the ranging error due to variations in the absolute phase fluctuation characteristics.

次に時系列的に入射される測距光と参照光の信号処理について、第2図を用いて説明する。 Next, signal processing of the distance measuring light and the reference light to be time-sequentially incident will be described with reference to Figure 2. 第2図(a)は位相比較部4の位相比較出力と、距離演算部5から出力される距離信号、及びタイミング回路6の出力f Kを示しており、その一部分を時間軸を拡大して第2図(b)に示す。 Figure 2 (a) is the phase comparison output of the phase comparator 4, a distance signal output from the distance calculating unit 5, and shows the output f K of the timing circuit 6, a portion thereof to expand the time axis shown in FIG. 2 (b).

光路切換ミラー31をコントロールするタイミング回路6の出力f Kは、第2図(b)に示すように、ある一定の周期で“High"レベルとなり、このときに、第2の光路を選択するように光路切換ミラー31を切り換えて、受光部2に参照光を取り込むように動作する。 Output f K of the timing circuit 6 that controls the optical path changeover mirror 31, as shown in FIG. 2 (b), becomes a "High" level at a constant period in, in this case, to select the second optical path by switching the optical path switching mirror 31 operates to take in the reference light to the light receiving portion 2. 一方、位相比較部4は混合器22から得られる受光信号と発振器12からの低周波信号f Cの位相差を絶えず比較出力している。 On the other hand, the phase comparator 4 is constantly compared outputs the phase difference between the low frequency signal f C from the light receiving signal and the oscillator 12 obtained from the mixer 22. 光路切換ミラー31が第1の光路を選択しているとき、つまり測距光が入射しているときの電圧をVc、第2の光路を選択しているとき、つまり参照光が入射しているときの電圧をVrとすると、これらの出力は距離演算部5に時系列的に入力される。 When the optical path switching mirror 31 is selecting the first optical path, that is, when the distance measuring light is selecting voltage Vc, the second optical path when being incident, that the reference beam is incident when Vr of voltage when, these outputs are input time-sequentially distance calculator 5-fold. 距離演算部6は、タイミング回路6 The distance calculating unit 6, a timing circuit 6
からの信号f Kに同期して位相比較部4の出力をサンプリングすることにより、電圧Vcと電圧Vrを取り込み、その差分として距離信号Vl=Vc−Vrを出力する。 In synchronism with the signal f K from by sampling the output of the phase comparator 4 takes in the voltage Vc and the voltage Vr, and outputs a distance signal Vl = Vc-Vr as the difference. この距離信号Vlは、個々の回路素子や回路ブロックの絶対的位相変動を絶えず測定し、記憶しながら測距値補正を行っていることになるので、第2図(a)に示すような、位相変動が生じている場合においても、距離信号Vlは安定した出力となる。 This distance signal Vl is the absolute phase fluctuation of the individual circuit elements or circuit blocks constantly measured, it means that performs the distance measurement value correction while stored, as shown in FIG. 2 (a), even when the phase variation occurs, the distance signal Vl becomes stable output. なお、参照光受光時の位相比較部4の出力電圧Vrは、タイミング回路6からの出力f Kの周期毎に順次更新されているので、第2図(a)に示すような位相変動に対してタイミング回路6の出力f Kの周期は十分に小さく設定する必要があることは言うまでもない。 The output voltage Vr of the phase comparator 4 during the reference beam light is received, because it is sequentially updated in each cycle of the output f K from the timing circuit 6, with respect to the phase change as shown in FIG. 2 (a) it goes without saying that the period of the output f K of the timing circuit 6 must be set sufficiently small Te.

また、光路切換器3として、第3図に示すようなハーフミラー32,33とシャッター34,35を用いても良い。 Further, as the optical path changer 3, a half mirror may be used 32, 33 and the shutter 34 as shown in Figure 3. シャッター34,35としては、電圧印加によって光を遮断もしくは透過できるような光シャッターを使用する。 The shutter 34, 35, using an optical shutter that can block or transmit light by voltage application. 第1のシャッター34は参照光の光路中に配され、第2のシャッター35は測距光の光路中に配される。 The first shutter 34 is disposed in the optical path of the reference beam, the second shutter 35 is disposed in the optical path of the distance measuring light. タイミング回路6 The timing circuit 6
からの出力f Kは、第1のシャッター34に印加されると共に、インバータ36を介して第2のシャッター35に印加されている。 Output f K from, as well applied to the first shutter 34, which is applied to the second shutter 35 via the inverter 36. これにより、一方のシャッターは他方のシャッターとは反対の動作を行うものであり、時系列的に測距光と参照光を受光部2に交互に導くことができる。 Thus, one of the shutter is to carry out the opposite operation to the other shutter, the time series reference light and the distance measuring light can be guided alternately to the light receiving portion 2.

[発明が解決しようとする課題] 上述のように、第1図又は第3図に示す測距センサーでは、光路切換器3により発光部1からの光を反射物体8にて反射させて受光部2に入射させる第1の光路と、 [0007] As described above, in the distance measuring sensor shown in FIG. 1 or FIG. 3, the light receiving portion by reflecting light from the light emitting portion 1 by the reflection object 8 by the optical path switcher 3 first optical path to be incident on the 2,
発光部1からの光を受光部2に直接入射させる第2の光路とを時系列的に切り換えるようにしたので、測距光の受光回路系と参照光の受光回路系のばらつきを解消することができ、安定な測距が可能となるが、何等かの光路切換器3を新たに追加することが必要不可欠であり、そのコストダウンが望まれる。 Since the light from the light emitting portion 1 and to switch the second optical path to be incident directly on the light receiving portion 2 in time series, to eliminate variations in the light receiving circuit system of the reference light and the light receiving circuit system of the distance measuring light that can be, but stable distance measurement is possible, it is the essential need to add some kind of optical path switcher 3 new, its cost is desired.

ところで、光ビームの反射を利用した測距センサーにおいては、反射物体が何処に存在するか分からない場合や、反射物体までの距離と方向を測定したいような場合には、投光ビームを走査光学系により走査することが一般的である。 Incidentally, in the distance measuring sensor using a reflection of a light beam, and if you do not know whether there where the reflective object, if it is desired to measure the distance and direction to the reflecting object, scanning the projected beam optical it is common for scanning by the system. 本発明者らは、このような既存の走査光学系を利用して光路切換器を構成すれば、部品点数の削減が期待でき、測距センサーのコストダウンが可能になることに気付いた。 The present inventors have found that when configuring such existing optical path changer by utilizing the scanning optical system, reduce the number of parts can be expected, noticed that it enables cost reduction of the distance measuring sensor.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 The present invention has been made in view of such points,
その目的とするところは、個々の回路素子や回路ブロックの絶対的な位相変動特性にばらつきがあったとしても、安定な測距を可能とするための光路切換器を走査光学系と巧妙に兼用することにより部品点数の削減を図り、測距センサーのコストダウンを実現することにある。 It is an object of absolute even if there are variations in the phase change characteristic, also serves as the optical path changer for enabling a stable distance measurement and expertly scanning optical system of the individual circuit elements or circuit blocks aims to reduce the number of parts by is to achieve a cost reduction of the distance measuring sensor.

[課題を解決するための手段] 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第4図に示すように、発光部1からの光を反射物体にて反射させて受光部2に入射させる第1の光路と、発光部1 In the present invention [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problem, as shown in FIG. 4, the light from the light emitting portion 1 is reflected by the reflection object light receiving section 2 a first optical path to be incident on the light-emitting portion 1
からの光を受光部2に直接入射させる第2の光路とを時系列的に切り換える光路切換器と、発光部1の発光位相と受光部2の受光位相との位相差を求める位相比較部4 Phase comparator 4 for obtaining an optical path switcher for switching in time series and a second optical path for incident light directly to the light receiving unit 2, the phase difference of the light emission phase of the light-emitting portion 1 and the light receiving phase of the light receiving portion 2 from
と、第1の光路選択時と第2の光路選択時における位相比較部4の出力差に応じて距離信号を発生する距離演算部5とを有する測距センサーであって、発光部1からの光を反射物体上に走査させる走査光学系(光スキャナー When, a distance measuring sensor and a distance calculation unit 5 for generating a distance signal according to the output difference of the phase comparator 4 when the first optical path selection and when the second optical path selecting, from the light emitting portion 1 scanning optical system for scanning light onto reflective object (light scanner
37)と、走査光学系の走査角度を制御する駆動回路38 37), a drive circuit 38 for controlling the scanning angle of the scanning optical system
と、駆動回路38に接続されて走査光学系の走査角度が特定の角度であるときに距離演算部5に光路切換を示す信号を与えるタイミング回路6とを備え、前記光路切換器は、走査光学系の走査角度が前記特定の角度であるときに走査光学系からの投光ビームを受光器2に直接入射させるための光導波路(光ファイバー39)を含んで構成されていることを特徴とするものである。 When, and a timing circuit 6 to provide a signal indicative of the optical path switching to the distance calculation unit 5 when the scanning angle of the scanning optical system is connected to the drive circuit 38 is a specific angle, the optical path changer is a scanning optical that the scanning angle of the system is characterized in that the projection beam from the scanning optical system is configured to include an optical waveguide for causing the incident directly on the light receiving unit 2 (optical fiber 39) when the a particular angle it is.

[作用] 本発明によれば、既存の走査光学系を光路切換器として兼用するため、新たな部品を追加する必要がなく、光学系を簡単且つ安価に構成できるものである。 According to the action present invention, since also serves the existing scanning optical system as an optical path changer, it is not necessary to add new components, but which can easily and inexpensively constructed optical system.

[実施例] 第4図は本発明の一実施例のブロック図である。 [Example] FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of the present invention. 本実施例にあっては、光路切換器3として、光スキャナー37 In the present embodiment, as the optical path changer 3, the optical scanner 37
を用いている。 It is used. 光スキャナー37は、駆動回路38の制御下にて投光ビームを走査し、反射物体までの距離と方向を測定可能としたものである。 Optical scanner 37 scans the projected beam under the control of the drive circuit 38, in which the distance and direction to the reflecting object was measurable. そして、ある走査角度の方向に参照光受光用の光ファイバー39の一端を配置し、光ファイバー39の他端を受光部2に向けて配置する。 Then, there is disposed one end of the scan angle direction to the reference beam light receiving optical fibers 39, arranged towards the other end of the optical fiber 39 to the light receiving portion 2. 光ファイバー39に投光ビームが入射する走査角度においては、投光ビームは測距光とはならず、全部又は一部が参照光として受光部2へ導かれる構造とする。 In the scanning angle in the optical fiber 39 is projected beam incident projection beam does not become the distance measuring light, a structure in which all or part is led as reference light to the light receiving portion 2. タイミング回路6は駆動回路38に接続されており、光ファイバー39 The timing circuit 6 is connected to a drive circuit 38, an optical fiber 39
に光が入射するような走査角度に光スキャナー37が走査されたタイミングを判定し、そのタイミングに出力f Kを“High"レベルとする。 Light is determine when the optical scanner 37 is scanned in the scan angle such that the incident, and "High" level output f K to the timing. これによって、光スキャナー37 As a result, the optical scanner 37
を光路切換器3として使用することができる。 Can be used as the optical path changer 3.

本発明にあっては、測距光の走査に用いられる光スキャナー37を参照光を得るための光路切換器3として兼用するものであるから、第1図又は第3図の従来例に比べて大幅な部品点数の削減が期待でき、低コスト化が可能となる。 In the present invention, since it is intended that also serves as a light scanner 37 for use in scanning the distance measuring light as the optical path changer 3 for obtaining a reference light, as compared with the conventional example of FIG. 1 or FIG. 3 can be expected to reduce significantly the number of parts, the cost can be reduced.

[発明の効果] 本発明にあっては、上述のように、参照光と測距光を時系列的に同一の受光部に導くための光路切換器を備える測距センサーにおいて、発光部からの光を反射物体上に走査させる走査光学系と、走査光学系の走査角度を制御する駆動回路と、駆動回路に接続されて走査光学系の走査角度が特定の角度であるときに距離演算部に光路切換を示す信号を与えるタイミング回路とを備え、前記光路切換器は、走査光学系の走査角度が前記特定の角度であるときに走査光学系からの投光ビームを受光器に直接入射させるための光導波路を含んで構成されていることを特徴とするものであるから、測距光の走査に用いられる走査光学系を参照光を得るための光路切換器として兼用することができるものであり、したがって、光路切換器を In the [Effects of the Invention] The present invention, as described above, the distance measuring sensor having an optical path changer for guiding chronologically the same light-receiving portion and the reference light distance measuring light, from the light emitting portion a scanning optical system for scanning light onto the reflecting object, a drive circuit for controlling the scanning angle of the scanning optical system, is connected to the drive circuit to the distance calculation unit when the scanning angle of the scanning optical system is a particular angle and a timing circuit for providing a signal indicating the optical path switching, the optical path changer, since the projected light beam from the scanning optical system is incident directly on the light receiving unit when the scanning angle of the scanning optical system wherein a particular angle it since characterized in that is configured to include a light guide, which can also serve as an optical path changer for obtaining a reference light scanning optical system used for scanning the distance measuring light , therefore, the optical path switcher 備えることによる受光部や受光回路の1系統化、それによる部品点数の削減、コストの低減、ばらつきの解消による安定な測距、測距精度の改善といった数々の優れた効果を享受しながらも、光路切換器を新たに設けることによるコストアップは回避することができるという優れた効果がある。 One line of the light receiving portion and the light receiving circuit by comprising, it by reducing the number of components, cost reduction, stable distance measurement by elimination of variation, while enjoying the many excellent effects such improved range accuracy, cost due to newly provide a light path changer is an excellent effect that can be avoided.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は従来例のブロック図、第2図は同上の動作波形図、第3図は他の従来例のブロック図、第4図は本発明の一実施例のブロック図である。 Figure 1 is a block diagram of a conventional example, the operation waveform diagram of FIG. 2 ibid, FIG. 3 is a block diagram of another conventional example, FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of the present invention. 1は発光部、2は受光部、3は光路切換器、4は位相比較部、5は距離演算部、6はタイミング回路、37は光スキャナー、38は駆動回路、39は光ファイバーである。 1 is the light unit, 2 a light receiving portion, 3 is an optical path changer, 4 phase comparator, 5 distance calculator, 6 timing circuitry, the 37 optical scanner, the 38 driving circuit, 39 is an optical fiber.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−48880(JP,A) 実開 昭61−1183(JP,U) 実開 昭59−31070(JP,U) 実開 昭57−63276(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (56) references Patent Sho 58-48880 (JP, a) JitsuHiraku Akira 61-1183 (JP, U) JitsuHiraku Akira 59-31070 (JP, U) JitsuHiraku Akira 57- 63276 (JP, U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】発光部からの光を反射物体にて反射させて受光部に入射させる第1の光路と、発光部からの光を受光部に直接入射させる第2の光路とを時系列的に切り換える光路切換器と、発光部の発光位相と受光部の受光位相との位相差を求める位相比較部と、第1の光路選択時と第2の光路選択時における位相比較部の出力差に応じて距離信号を発生する距離演算部とを有する測距センサーであって、発光部からの光を反射物体上に走査させる走査光学系と、走査光学系の走査角度を制御する駆動回路と、駆動回路に接続されて走査光学系の走査角度が特定の角度であるときに距離演算部に光路切換を示す信号を与えるタイミング回路とを備え、前記光路切換器は、 1. A first optical path to be incident on the light receiving portion by reflecting light from the light emitting portion at the reflection object, time series and a second optical path to be incident directly on the light receiving portion of the light from the light emitting portion an optical path switching unit for switching the light emission phase of the light emitting portion and a phase comparator for determining the phase difference between the light receiving phase of the light receiving portion, the output difference of the phase comparator when the first optical path selection and when the second optical path selecting depending a distance measuring sensor and a distance calculator for generating the distance signal, a scanning optical system for the light from the light emitting portion is scanned on the reflecting object, a drive circuit for controlling the scanning angle of the scanning optical system, and a timing circuit for providing a signal indicating the optical path switching to the distance calculation unit when the scanning angle of the scanning optical system is connected to the drive circuit is a particular angle, the optical path switcher is
    走査光学系の走査角度が前記特定の角度であるときに走査光学系からの投光ビームを受光器に直接入射させるための光導波路を含んで構成されていることを特徴とする測距センサー。 Ranging sensor scanning angle of the scanning optical system is characterized in that the projection beam from the scanning optical system is configured to include an optical waveguide for causing the incident directly on the light receiving unit when the a particular angle.
  2. 【請求項2】前記特定の角度は走査光学系の走査可能な角度範囲の少なくとも一方の端部近傍に設定されていることを特徴とする請求項1記載の測距センサー。 2. A distance measuring sensor according to claim 1, wherein said specific angle, characterized in that it is set to at least one end portion of the scannable angle range of the scanning optical system.
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