JP2731565B2 - Distance sensor - Google Patents
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Description
【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 Application Field] The present invention receives light reflected by a detection object of a light beam projected from a light projecting unit to a detection area by a light receiving unit, and outputs the light from the light receiving unit. The present invention relates to a distance measuring sensor for measuring a distance to a detected object in a detection area based on the distance measurement.
［従来の技術］ 第１図は従来例のブロック図である。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。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f0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（f0−fCを供給す
る。局部発振周波数（f0−fC）は変調周波数f0とは僅か
に周波数の異なる信号であり、fC≪f0である。受光部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。受光回路21は電流−電圧変換回路を含み、受光部２
にて得られた光電流を電圧信号に変換する。受光回路21
の出力は、混合器22にて局部発振周波数（f0−fC）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。位相比較部４は発振器12から出
力される周波数fC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。[Prior Art] FIG. 1 is a block diagram of a conventional example. The light emitting unit 1 includes a light emitting element such as a light emitting diode or a semiconductor laser, and generates an optical signal according to a driving signal supplied by the light emitting circuit 11. The oscillator 12 oscillates the modulation frequency f 0 of the optical signal output from the light emitting unit 1 and supplies the same to the light emitting circuit 11 and supplies the mixer 22 with the local oscillation frequency (f 0 −f C. The frequency (f 0 −f C ) is a signal slightly different in frequency from the modulation frequency f 0, and f c ≪f 0 .
Comprises a light receiving element such as a silicon photodiode, and generates a photocurrent according to the intensity of the received optical signal. The light receiving circuit 21 includes a current-voltage conversion circuit,
The photocurrent obtained in is converted into a voltage signal. Light receiving circuit 21
Is frequency-mixed with the local oscillation frequency (f 0 −f C ) by the mixer 22, converted into a low-frequency beat signal, and input to the phase comparator 4. The phase comparator 4 makes the phase difference between the signal of the frequency f C output from the oscillator 12 and the low frequency beat signal obtained from the mixer 22 relatively.
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。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。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。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。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
31にて反射され、ハーフミラー32にて再度反射されて、
受光部２に入射する。In this distance measuring sensor, an optical path switching mirror 31 is disposed as an optical path switch 3 in front of the light emitting section 1. The rotation of the optical path switching mirror 31 is controlled under the control of the timing circuit 6. When the optical path switching mirror 31 is set in the direction A substantially parallel to the light from the light emitting unit 1, the light from the light emitting unit 1 is projected on the reflecting object 8. The light reflected from the reflecting object 8 passes through the half mirror 32 and enters the light receiving unit 2. When the optical path switching mirror 31 is set in the direction B at about 45 degrees with respect to the light from the light emitting section 1, the light from the light emitting section 1
Reflected at 31 and reflected again at half mirror 32,
The light enters the light receiving unit 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。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
に受光させることができるわけである。As described above, in the distance measuring sensor, the light from the light emitting unit 1 is directly projected on the reflecting object 8 and the reflected light is received by the light receiving unit 2, and the light from the light emitting unit 1 is transmitted to the reflecting object 8. It is possible to select a second optical path for reflecting the entire light as the reference light without directing the light to the outside and causing the light receiving unit 2 to directly receive the light. As a result, the distance measuring light and the reference light are transmitted in time series to the same
That is, it is possible to receive light.
タイミング回路６の出力fK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。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。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 in accordance with the difference between the outputs of the phase comparison unit 4 when receiving the distance measuring light and when receiving the reference light. With this configuration, the light receiving unit and the light receiving circuit, which originally require two systems, can be integrated into one system, and a distance measurement error due to a variation in the absolute phase fluctuation characteristic can be avoided.
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。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fK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。Next, signal processing of the ranging light and the reference light that are incident in time series will be described with reference to FIG. 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 It is shown in FIG.
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fK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。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fCの位相差を絶えず比較出力している。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。距離演算部６は、タイミング回路６
からの信号fK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。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。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fK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fK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。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 Then, the optical path switching mirror 31 is switched to operate to take in the reference light into the light receiving unit 2. 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. When the optical path switching mirror 31 selects the first optical path, that is, the voltage when the distance measuring light is incident is Vc, and when the second optical path is selected, that is, the reference light is incident. Assuming that the voltage at this time is Vr, these outputs are input to the distance calculation unit 5 in time series. The distance calculation unit 6 includes a timing circuit 6
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. Since the distance signal Vl is obtained by constantly measuring and storing absolute phase fluctuations of individual circuit elements and circuit blocks and performing distance measurement value correction, as shown in FIG. Even when a phase change occurs, the distance signal Vl has a stable output. 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。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。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。タイミング回路６
からの出力fK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。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。Further, half mirrors 32, 33 and shutters 34, 35 as shown in FIG. As the shutters 34 and 35, optical shutters capable of blocking or transmitting light by applying a voltage are used. The first shutter 34 is arranged in the optical path of the reference light, and the second shutter 35 is arranged in the optical path of the distance measuring light. Timing circuit 6
Output f K from, as well applied to the first shutter 34, which is applied to the second shutter 35 via the inverter 36. Accordingly, one shutter performs an operation opposite to that of the other shutter, and the ranging light and the reference light can be alternately guided to the light receiving unit 2 in time series.
［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、
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。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the distance measuring sensor shown in FIG. 1 or FIG. 3, the light from the light emitting unit 1 is reflected by the reflecting object 8 by the optical path switch 3 and the light receiving unit A first optical path to be incident on the second optical path;
Since the second optical path for directing the light from the light emitting unit 1 directly to the light receiving unit 2 is switched in a time series, it is possible to eliminate the variation between the light receiving circuit system for the distance measuring light and the light receiving circuit system for the reference light. Although stable distance measurement is possible, it is indispensable to add a new optical path switching device 3 and its cost reduction 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。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。By the way, in a distance measuring sensor using reflection of a light beam, when it is not known where a reflecting object exists, or when it is desired to measure a distance and a direction to the reflecting object, the projection light beam is scanned by a scanning optical system. It is common to scan with a system. The present inventors have realized that if an optical path switching device is configured using such an existing scanning optical system, the number of components can be reduced, and the cost of the distance measuring sensor can be reduced.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
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。The present invention has been made in view of such a point,
The purpose is to use the optical path switcher and the scanning optical system to enable stable ranging even if the absolute phase fluctuation characteristics of individual circuit elements or circuit blocks vary. Therefore, the number of parts can be reduced and the cost of the distance measuring sensor can be reduced.
［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
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
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
37）と、走査光学系の走査角度を制御する駆動回路38
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。[Means for Solving the Problems] In the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, as shown in FIG. A first optical path to be incident on the
Path switching device that switches in time series a second optical path that causes light from the light to directly enter the light receiving unit 2, and a phase comparison unit 4 that obtains a phase difference between the light emitting phase of the light emitting unit 1 and the light receiving phase of the light receiving unit 2.
And a distance calculation unit 5 that generates a distance signal in accordance with the output difference of the phase comparison unit 4 when the first optical path is selected and when the second optical path is selected. Scanning optical system that scans light onto a reflective object (optical scanner
37) and a drive circuit 38 for controlling the scanning angle of the scanning optical system
And a timing circuit 6 connected to the drive circuit 38 to provide a signal indicating switching of the optical path to the distance calculation unit 5 when the scanning angle of the scanning optical system is a specific angle. When the scanning angle of the system is the specific angle, an optical waveguide (optical fiber 39) for directly projecting the light beam from the scanning optical system to the light receiver 2 is included. 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。[Operation] According to the present invention, since the existing scanning optical system is also used as an optical path switch, there is no need to add new components, and the optical system can be configured simply and inexpensively.
［実施例］ 第４図は本発明の一実施例のブロック図である。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
を用いている。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。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。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。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
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fKを
“High"レベルとする。これによって、光スキャナー37
を光路切換器３として使用することができる。Embodiment FIG. 4 is a block diagram of one embodiment of the present invention. In the present embodiment, an optical scanner 37 is used as the optical path switch 3.
Is used. The optical scanner 37 scans the light beam under the control of the drive circuit 38 and can measure the distance and direction to the reflecting object. Then, one end of the reference light receiving optical fiber 39 is arranged in the direction of a certain scanning angle, and the other end of the optical fiber 39 is arranged facing the light receiving section 2. At the scanning angle at which the light beam enters the optical fiber 39, the light beam does not become the distance measuring light, and the whole or a part thereof is guided to the light receiving unit 2 as the reference light. The timing circuit 6 is connected to the drive circuit 38 and the optical fiber 39
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. This allows the optical scanner 37
Can be used as the optical path switch 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 the optical scanner 37 used for scanning of the distance measuring light is also used as the optical path switch 3 for obtaining the reference light, compared with the conventional example shown in FIG. 1 or FIG. A significant reduction in the number of parts can be expected, and cost reduction can be achieved.
［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。[Effects of the Invention] According to the present invention, as described above, in the distance measuring sensor including the optical path switch for guiding the reference light and the distance measuring light to the same light receiving unit in time series, A scanning optical system for scanning light on the reflecting object, a driving circuit for controlling the scanning angle of the scanning optical system, and a distance calculating unit connected to the driving circuit when the scanning angle of the scanning optical system is a specific angle. A timing circuit for providing a signal indicating an optical path switching, wherein the optical path switching unit is configured to cause the light beam from the scanning optical system to directly enter the light receiver when the scanning angle of the scanning optical system is the specific angle. Since it is characterized by including the optical waveguide of (1), the scanning optical system used for scanning the distance measuring light can also be used as an optical path switch for obtaining reference light. And thus the optical path switch While providing a number of excellent effects such as the integration of the light receiving unit and light receiving circuit by providing it, reduction of the number of components, cost reduction, stable distance measurement by eliminating variation, improvement of distance measurement accuracy, There is an excellent effect that the cost increase by newly providing the optical path switch can be avoided.
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。 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。FIG. 1 is a block diagram of a conventional example, FIG. 2 is an operation waveform diagram of the above example, FIG. 3 is a block diagram of another conventional example, and FIG. 4 is a block diagram of one embodiment of the present invention. 1 is a light emitting unit, 2 is a light receiving unit, 3 is an optical path switch, 4 is a phase comparator, 5 is a distance calculator, 6 is a timing circuit, 37 is an optical scanner, 38 is a drive circuit, and 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) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-58-48880 (JP, A) Japanese Utility Model Showa 61-1183 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 59-31070 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 57- 63276 (JP, U)
Claims (2)
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、
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。1. A first optical path in which light from a light emitting section is reflected by a reflecting object and is incident on a light receiving section, and a second optical path in which light from the light emitting section is directly incident on the light receiving section is time-series. An optical path switcher that switches between the light path of the light emitting section and the light receiving phase of the light receiving section; and a phase comparison section that determines the phase difference between the first optical path and the second optical path. A distance measurement sensor having a distance calculation unit that generates a distance signal in accordance with the scanning optical system that scans the light from the light emitting unit onto the reflecting object, and a driving circuit that controls the scanning angle of the scanning optical system, A timing circuit that is connected to a drive circuit and provides a signal that indicates light path switching to the distance calculation unit when the scanning angle of the scanning optical system is a specific angle, the light path switching device comprising:
A distance measuring sensor comprising an optical waveguide for directly projecting a light beam from the scanning optical system to a light receiver when the scanning angle of the scanning optical system is the specific angle.
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. The distance measuring sensor according to claim 1, wherein said specific angle is set near at least one end of an angle range in which the scanning optical system can scan.
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1989
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