JP3955039B2 - 超音波距離センサ - Google Patents
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Description
以下、添付の図面を参照しつつ、実施の形態にかかる超音波距離センサ100の構成及び動作について説明する。
(1-1)全体構成
図1は、超音波距離センサ100の構成を示す図である。超音波距離センサ100は、正弦波状に出力レベルが変化する超音波信号を使用して、当該超音波距離センサ100から対象物である光学系ユニット20までの距離(請求項1に記載の対象物までの距離に相当する)を、非接触な状態で検出し、当該測定距離に比例した電位の距離検出信号Dを出力する。以下、当該距離のことを測定距離という。当該距離検出信号Dは、例えば、光学系ユニット20のぶれによる位置移動を修正するアクチュエータ16の駆動信号に使用される。
送受信器1は、光学系ユニット20に対して超音波信号(以下、射出波という)を射出し、当該射出波が光学系ユニット20に当たり、反射して戻ってくる超音波信号(以下、反射波という)の受信を行う。
PLL回路10は、射出波と反射波との、それぞれの振幅が0の位置で、位相が一致するように、射出波の波長を調節すると共に、射出波の波長を特定する駆動信号V2(請求項1に記載の駆動信号に相当する)と、射出波と反射波との位相状態を表すPDO信号(請求項2に記載の状態信号に相当する)とを出力する。駆動信号V2及びPDO信号の生成については、後に説明する。以下、PLL回路10の構成及び動作について説明する。
(1-4-1)位相比較回路と積分回路
位相比較回路4及び積分回路5の説明を行った後、図2を参照しつつ電圧制御発振器7の詳細な説明を行う。
図2は、電圧制御発振器7の構成を示す図である。電圧制御発振器7は、いわゆるコルピッツ型発振回路であり、入力される駆動信号V2の電位レベルに応じた波長の正弦波信号Sを出力する。即ち、射出波の波長は、積分回路5の出力する駆動信号V2の電位レベルにより特定される。
再び、図1を参照しつつ出力回路11について説明する。上述するように、PLL回路10の積分回路5は、射出波の波長に応じた電位レベルの駆動信号V2を出力する。出力回路11では、光学系ユニット20が振動していない(振動によりぶれていない)場合であって、射出波と反射波との位相が、射出波の1/2波長の長さで同期した場合の駆動信号V2の値を基準駆動電位V2refとし、射出波と反射波との位相が同期した場合の駆動信号V2の値を、上記基準駆動電位V2refの値により割り算した値を、距離検出信号Dとして出力する。距離検出信号Dの値は、光学系ユニット20が振動していない(振動によりぶれていない)場合であって、射出波と反射波との位相が、射出波の1/2波長の長さで同期した場合に、特定の電位、例えば、1.0Vに設定される。
図4(a)〜図4(c)は、上述したPLL回路10により実行される位相同期処理の内容を解りやすく説明するための図である。測定距離が、射出波の1/2波長の長さよりも短い(光学系ユニット20までの位置が近い)場合、一致する場合、長い(光学系ユニット20までの位置が遠い)場合の3つの場合における反射波の様子を示す図である。
以上に説明したように、超音波距離センサ100では、射出波として、正弦波状に変化する超音波信号を用いることにより、測定距離を、リアルタイムで検出することができる。このため、超音波距離センサ100は、従来技術の欄で説明したパルス式の超音波距離センサに比べて、時間的に高速な距離測定の要求される回路への用途にも向いている。
Claims (1)
- 超音波信号を用いて、対象物までの距離を検出する超音波距離センサであり、該センサまでの距離を調節するアクチュエータ手段を備えている対象物の位置を、検出した距離に基づいて調節する超音波距離センサであって、
PLL回路部と、出力回路と、を含んでおり、
PLL回路部が、送信部と、受信部と、位相比較回路と、を含んでおり、送信部が、正弦波状にレベルが変位する超音波信号を、対象物に対して射出するものであり、受信部が、対象物に当たって反射した射出波を、送信部が超音波信号を射出する位置で、反射波として受信するものであり、位相比較回路が、射出波と反射波の位相差に基づいて求まる送信部から対象物までの第1距離が射出波の波長に基づいて定まる第2距離(例えば、n/2波長)より短い場合に、第1距離と第2距離とが同じになるまで射出波の波長を短くするPDO信号を出力し、第1距離が第2距離よりも長い場合に、射出波の波長を長くするPDO信号を出力するものであり、上記送信部が、位相比較回路の出力するPDO信号に基づいて定まる波長の超音波信号を出力するものであり、
出力回路が、増幅・演算手段と、合焦検出・スイッチ手段と、を含んでおり、増幅・演算手段が、送信部が射出している射出波の波長に基づいてアクチュエータ手段の駆動信号Dを生成するものであり、合焦検出・スイッチ手段が、上記PDO信号のレベルが遷移した時の駆動信号をアクチュエータ手段に出力するものであり、一定時間後、次に上記PDO信号のレベルが遷移するまでの間、駆動信号Dの値を保つものであり、
上記受信部が、受信素子と、増幅器と、A/D変換回路と、を含んでおり、受信素子が受信した超音波をアナログ信号に変換して増幅器に出力するものであり、増幅器が、入力されるアナログ信号を増幅してA/D変換回路に出力するものであり、A/D変換回路が、入力される増幅後のアナログ信号をディジタル信号Rに変換して位相比較回路に出力するものであり、
上記送信部が、送信素子と、積分回路と、電圧制御発振器と、増幅器と、A/D変換回路と、を含んでおり、積分回路が、位相比較回路が出力するPDO信号を積分した信号V2を、電圧制御発振器に出力するものであり、電圧制御発振器が、入力される信号V2に基づく波長のアナログ信号Sを、増幅器とA/D変換回路とに出力するものであり、増幅器が、入力される信号Sを増幅して送信素子に出力するものであり、送信素子が、入力される増幅後の信号Sに基づく超音波を射出するものであり、A/D変換回路が信号Sをディジタル信号Vに変換して位相比較器に出力するものであり、
上記位相比較回路が、入力される信号Rの位相に対する信号Vの位相の遅延時間に基づくPDO信号を出力するものであり、
増幅・演算手段が、PLL回路部の積分回路が出力
する信号V2に基づいて駆動信号を生成するものであり、
合焦検出・スイッチ手段が、合焦検出回路と、出力スイッチと、を含んでおり、合焦検出回路が、位相比較回路が出力するPDO信号がHighレベルから、又は、Lowレベルから切り換った時に、一定時間だけ出力スイッチをオンに切り換えるものであり、出力スイッチが、オンに切り換えられている間、オンに切り換えられた時に増幅・演算手段が出力している駆動信号を出力するものであり、且つ、オフにされた後、次にオンに切り換えられるまでの間、直前にオンに切り換えられた時の駆動信号の値を維持するものであり、上記一定時間が、出力スイッチがオンに切り換わり、駆動信号に基づくアクチュエータ手段による対象物の移動が終わるまでの時間よりも長いものである、
ことを特徴とする超音波距離センサ。
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