JP5191107B2 - Ranging device - Google Patents
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Description
本発明は、測距装置に関し、特に光を用いて目標との距離を測定する測距装置に関する。 The present invention relates to a distance measuring device, and more particularly to a distance measuring device that measures a distance from a target using light.
目標との距離を測定する測距装置は、例えばカメラが被写体との距離を測定するために用いられるなど、多くの工業製品に利用されている。このような距離を測定するための装置が特許文献1〜3に開示されている。
上記特許文献のいずれも発光するタイミングを取得する回路と、受光したタイミングを取得する回路とが別の回路となっているため、それらの回路の電気的特性の違いや、温度変化などによる電気的特性の変化により、測定精度が低下する。また、外光による影響を受けることで測定精度が低下することもあり得る。 In any of the above-mentioned patent documents, the circuit for acquiring the light emission timing and the circuit for acquiring the light reception timing are different circuits. Measurement accuracy decreases due to changes in characteristics. In addition, measurement accuracy may be reduced due to the influence of external light.
このように従来の技術では、測定精度が低下し、目標との高精度な距離が得られない場合があるという問題点があった。 As described above, the conventional technique has a problem that the measurement accuracy is lowered and a high-accuracy distance from the target may not be obtained.
本発明は上記問題点に鑑み、高精度に目標との距離を得ることができる測距装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a distance measuring device that can obtain a distance from a target with high accuracy.
上記目的を達成するために第1の発明は、光を受光し、前記光の強さに応じたレベルの信号を出力する受光手段と、前記受光手段に対し直接発光する第1の発光手段と、前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光する第2の発光手段と、前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記第1の発光手段及び前記第2の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第1の発光手段を発光させることにより前記受光手段が受光した第1のタイミングを取得し、前記第1の発光手段の発光を停止させた後、かつ前記第1の発光手段の発光を開始させる前記第1の発光手段への発光信号の出力から所定時間経過後に前記第2の発光手段を発光させる発光信号を出力して前記第2の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第2のタイミングを取得し、前記第1のタイミング、前記第2のタイミング及び前記所定時間に基づいて、前記第1のタイミングの取得から前記第2のタイミングの取得までの時間から前記所定時間を減算した差により前記目標との距離を算出する。
In order to achieve the above object, the first invention is a light receiving means for receiving light and outputting a signal of a level corresponding to the intensity of the light, and a first light emitting means for directly emitting light to the light receiving means. Based on the signal output from the light receiving means, the second light emitting means for emitting light to the target and the timing at which the light receiving means has received so that the light receiving means can receive the reflected light from the target. And control means for controlling start and stop of light emission of the first light emitting means and the second light emitting means,
The control means acquires the first timing at which the light receiving means has received light by causing the first light emitting means to emit light, stops light emission of the first light emitting means, and then the first light emission. Reflection by causing the second light emitting means to emit light by outputting a light emission signal for causing the second light emitting means to emit light after a lapse of a predetermined time from the output of the light emission signal to the first light emitting means for starting the light emission of the means. The second timing when the light receiving means receives light is acquired, and the second timing is acquired from the acquisition of the first timing based on the first timing, the second timing, and the predetermined time. The distance to the target is calculated by the difference obtained by subtracting the predetermined time from the time until .
ここで、第1の発明では、受光手段は光を受光し、前記光の強さに応じたレベルの信号を出力し、第1の発光手段は、前記受光手段に対し直接発光し、第2の発光手段は、前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光し、制御手段は、前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記第1の発光手段及び前記第2の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う。そして、前記制御手段は、前記第1の発光手段を所定時間発光させることにより前記受光手段が受光した第1のタイミングを取得し、前記第1の発光手段の発光を停止させた後、かつ前記第1の発光手段の発光を開始させる前記第1の発光手段への発光信号の出力から所定時間経過後に前記第2の発光手段を発光させる発光信号を出力して前記第2の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第2のタイミングを取得し、前記第1のタイミング、前記第2のタイミング及び前記所定時間に基づいて、前記第1のタイミングの取得から前記第2のタイミングの取得までの時間から前記所定時間を減算した差により前記目標との距離を算出するので、高精度に目標との距離を得ることができる測距装置を提供することができる。 Here, in the first invention, the light receiving means receives light, outputs a signal of a level corresponding to the intensity of the light, the first light emitting means directly emits light to the light receiving means, and the second The light emitting means emits light to the target so that the light receiving means can receive the reflected light from the target, and the control means determines the timing at which the light receiving means has received light based on the signal output by the light receiving means. And the start and stop of the light emission of the first light emitting means and the second light emitting means are controlled. The control means acquires the first timing when the light receiving means receives light by causing the first light emitting means to emit light for a predetermined time, stops light emission of the first light emitting means, and A light emission signal for causing the second light emitting means to emit light is output after a predetermined time has elapsed since the output of the light emission signal to the first light emitting means for starting the light emission of the first light emitting means, and the second light emitting means is caused to emit light. The second timing at which the light receiving means receives the reflected light is obtained, and the second timing is acquired from the acquisition of the first timing based on the first timing, the second timing, and the predetermined time . since the difference obtained by subtracting the predetermined time from the time of up to acquisition timing to calculate the distance to the target, to provide a distance measuring apparatus which can highly accurately obtain the distance between the target That.
また、第1の発明は、前記受光手段から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、前記増幅手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記増幅手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第1のタイミング及び第2のタイミングを取得する。 In the first invention, an amplification means for amplifying a signal output from the light receiving means in a state where a change edge of the signal is inclined, a level of the signal output from the amplification means, and a predetermined threshold value are obtained. A comparison means for outputting a signal when the level of the signal output from the amplification means exceeds the predetermined threshold, and the control means is configured to output the signal according to the signal output from the comparison means. The first timing and the second timing are acquired.
ここで、所定の閾値をノイズの影響を受けないレベルとして予め定めておくことで、ノイズの影響を受けない測距装置を提供することができる。 Here, by predetermining a threshold of Jo Tokoro as not subject level to noise, it is possible to provide a distance measuring apparatus which is not affected by noise.
また、第1の発明は、前記受光手段から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、前記増幅された信号のレベルを前記第1の発光手段が発光する前に保持するレベル保持手段と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第1のタイミング及び第2のタイミングを取得する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an amplifying means for amplifying the signal output from the light receiving means with the change edge of the signal inclined, and the first light emitting means emits the level of the amplified signal. Level holding means for holding before subtracting, subtracting means for subtracting the level held by the level holding means from the level of the amplified signal, and outputting a signal of the level obtained thereby, and the subtracting means And a comparison means for comparing the level of the signal output from the signal with a predetermined threshold and outputting a signal when the level of the signal output from the subtraction means exceeds the predetermined threshold. The means acquires the first timing and the second timing based on the signal output from the comparison means.
ここで、増幅された信号のレベルを前記第1の発光手段が発光する前に保持することで、外光信号のレベルを保持することができるため、外光信号の影響を受けない測距装置を提供することができる。 Here, by maintaining the level of amplified signals before said first light emitting means emits light, it is possible to hold the level of the ambient light signal is not affected by the external light signal ranging An apparatus can be provided.
また、第2の発明は、発光手段と、前記発光手段の発光による光を導光する導光手段と、前記導光手段により導光された光である副光を受光した後に、前記発光手段の発光による光が目標により反射された光である反射光を受光し、受光したタイミングを示すタイミング取得用信号を、受光した光の強さに応じたレベルの信号として出力する受光手段と、前記副光及び前記反射光が前記受光手段により受光されたタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段と、前記受光手段が出力する信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段と、前記増幅手段が出力した信号に基づく信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、前記受光手段への前記副光の入射を遮光する副光遮光手段と、前記受光手段への前記反射光を含む光を遮光する反射光遮光手段と、を有し、前記制御手段は、前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第1の発光を開始させ、前記比較手段が前記第1の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させることにより、前記第1の発光が開始されてから前記比較手段が前記第1の発光による信号の出力を停止するまでの時間である遅延時間を測定し、前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第2の発光を開始させ、前記比較手段が前記第2の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させることにより、前記第2の発光が開始されてから前記比較手段が前記第2の発光による信号の出力を停止するまでの時間である反射時間を測定し、前記遅延時間、及び前記反射時間に基づき、前記目標との距離を算出する。 According to a second aspect of the present invention, the light emitting means, the light guiding means for guiding the light emitted by the light emitting means, and the light emitting means after receiving the secondary light that is the light guided by the light guiding means. Light receiving means for receiving reflected light, which is light reflected by the target, and outputting a timing acquisition signal indicating the received timing as a signal of a level corresponding to the intensity of the received light; and Control means for acquiring timing at which the sub light and the reflected light are received by the light receiving means based on a signal output from the light receiving means, and controlling start and stop of light emission of the light emitting means; Amplifying means for amplifying the signal output by the means in a state where the change edge of the signal is inclined, and the level held by the level holding means from the level of the signal based on the signal output by the amplifying means. The subtracting means for subtracting the signal and outputting the signal of the level obtained thereby, the level of the signal output by the subtracting means and a predetermined threshold value are compared, and the level of the signal output by the subtracting means is the predetermined level Comparing means for outputting a signal when the threshold value is exceeded, a secondary light shielding means for shielding the incident of the secondary light to the light receiving means, and a reflected light for shielding the light including the reflected light to the light receiving means A light shielding means, and the control means causes the light emitting means to start the first light emission in a state where the light is shielded by the reflected light light shielding means, and the comparison means outputs a signal from the first light emission. When the output is detected, the light emission of the light emitting means is stopped, so that a delay time from the start of the first light emission until the comparison means stops outputting the signal by the first light emission. Measure and The second light emission is started by the light-emitting means while being blocked by the auxiliary light-shielding means, and the light-emitting means stops emitting light when it is detected that the comparison means has output a signal from the second light emission. By measuring the reflection time, the reflection time, which is the time from when the second light emission is started to when the comparison unit stops outputting the signal by the second light emission, is measured. Based on this, the distance to the target is calculated.
ここで、当該測距装置における回路遅延を求め、その回路遅延を用いて距離を算出するので、より正確な距離を算出することができる。 Here, determine the circuit delay in those the distance measuring apparatus, it is possible so to calculate the distance using the circuit delay, it calculates a more accurate distance.
また、第2の発明は、前記受光手段が外光を受光したことにより出力した外光信号が前記増幅手段により増幅された信号のレベルを保持するレベル保持手段と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、を更に有し、前記比較手段は、前記減算手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided level holding means for holding the level of a signal obtained by amplification of the external light signal output by the light receiving means by receiving the external light, and the level of the amplified signal. Subtracting means for subtracting the level held by the level holding means and outputting a signal of the level obtained thereby, and the comparing means is a signal based on the signal output by the subtracting means. Are compared with a predetermined threshold value, and a signal is output when the level of the signal output from the subtracting means exceeds the predetermined threshold value.
ここで、増幅された外光信号のレベルを保持することができるため、外光信号の影響を受けない測距装置を提供することができる。 Here, it is possible to hold the level of amplifier has an outer optical signal, it is possible to provide a distance measuring apparatus which is not affected by the external light signal.
また、第2の発明における前記制御手段は、前記遅延時間を測定する際に実行される前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第1の発光を開始させる動作から、前記比較手段が前記第1の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記遅延時間を測定し、該複数の前記遅延時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる遅延時間とする。 Further, the control means in the second invention, from the operation of starting the first light emission to the light emitting means in a state where it is shielded by the reflected light shielding means executed when measuring the delay time, When the comparison means detects that the first light emission signal has been output, a series of operations up to the operation of stopping the light emission of the light emission means are repeatedly performed, thereby measuring a plurality of the delay times, The average value of the delay times is used as the delay time used when calculating the distance to the target.
ここで、遅延時間を複数求め、その複数の遅延時間の平均値を回路遅延として距離を算出するので、より正確な距離を算出することができる。 Here, it obtains a plurality of delay time, since calculating the distance an average value of the plurality of delay time as a circuit delay, it is possible to calculate a more accurate distance.
また、第2の発明における前記制御手段は、前記反射時間を測定する際に実行される前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第2の発光を開始させる動作から、前記比較手段が前記第2の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記反射時間を測定し、該複数の前記反射時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる反射時間とする。 Further, the control means in the second invention, from the operation of starting the second light emission to the light emitting means in a state where it is shielded by the sub-light shielding means executed when measuring the reflection time, When the comparison unit detects that the second light emission signal is output, a series of operations until the light emission unit stops light emission is repeatedly performed, thereby measuring a plurality of the reflection times. The average value of the reflection times is used as the reflection time used when calculating the distance to the target.
ここで、第2の発光を繰り返し動作することで、目標との距離を正確に算出できると共に、移動する目標に対して、逐次距離を算出可能となる。更に本構成により測距装置における最短の時間で連続して距離を測定することが可能となる。 Here, by repeatedly operating the second light emission, the distance to the target can be accurately calculated, and the distance can be sequentially calculated for the moving target. Furthermore, this configuration makes it possible to continuously measure the distance in the shortest time in the distance measuring device.
なお、第1及び第2の発明における変化エッジとは、増幅手段に入力される信号が正極性の場合は立ち上がりエッジを意味し、増幅手段に入力される信号が負極性の場合は立ち下がりエッジを意味する。 Note that the change edge of the first and second inventions, if the signal supplied to the amplifying means of positive polarity refers to the rising edge, falling edge when the signal inputted to the amplifying means is negative Means an edge.
本発明によれば、高精度に目標との距離を得ることができる測距装置を提供することができる、という効果が得られる。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a distance measuring device that can obtain a distance from a target with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、3つの実施形態について説明する。また、該3つの実施形態では、本発明の光として赤外光を適用した場合について説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る測距装置の構成を示す図である。同図に示されるように、測距装置は、制御部10、発光回路12、主赤外発光素子14、発光光学系16、受光光学系18、副赤外発光素子20、撮像素子22、増幅回路24、比較器26、及び時間計測回路28を含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, three embodiments will be described. In the three embodiments, a case where infrared light is applied as the light of the present invention will be described.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to the first embodiment. As shown in the figure, the distance measuring device includes a
制御部10は、発光回路12に各発光素子による発光の開始、及び停止を指示したり、比較器26が信号を出力しているか否かを検出したり、時間計測回路28の制御や、測距装置全体の制御を行う役割を有する。発光回路12は、制御部10の指示に応じて、主赤外発光素子14及び副赤外発光素子20を駆動するための駆動信号を出力する。具体的に発光回路12は、駆動信号として主赤外発光素子14に主赤外発光信号を出力し、副赤外発光素子20に副赤外発光信号を出力することにより各発光素子を発光させる。主赤外発光素子14は、発光回路12からの駆動信号に応じて赤外光を目標に対して発光する。発光光学系16は、主赤外発光素子14が発光した赤外光を透過して目標に対して集光する役割を有する。副赤外発光素子20は、発光回路12からの副赤外発光信号に応じて撮像素子22の受光面に対して直接赤外光を入射させるもので、この副赤外発光素子20が発光する赤外光を以下の説明では副光と表現する。
The
受光光学系18は、主赤外発光素子14により射出された赤外光が目標により反射された光である反射光を撮像素子22の受光面に結像する。撮像素子22は、赤外光の波長範囲に感度を有し、反射光、副光、反射光と副光以外の外光を受光し、受光した光の強さに応じたレベルの信号であり、かつ受光したタイミングを示すタイミング取得用信号を出力するもので、撮像素子22として例えばCMOSイメージセンサやCCDエリアセンサ等の各種光電変換素子を用いることができる。なお、タイミング取得用信号は、副光を受光したことにより出力される撮像素子到達副赤外発光信号、主赤外光を受光したことにより出力される撮像素子到達主赤外発光信号、及び外光を受光したことにより出力される外光信号がある。 The light receiving optical system 18 forms an image on the light receiving surface of the image sensor 22 of reflected light, which is light reflected by the target from the infrared light emitted from the main infrared light emitting element 14. The imaging element 22 has sensitivity in the wavelength range of infrared light, receives reflected light, secondary light, external light other than reflected light and secondary light, and is a signal having a level corresponding to the intensity of the received light. In addition, a timing acquisition signal indicating the timing of light reception is output, and various photoelectric conversion elements such as a CMOS image sensor and a CCD area sensor can be used as the image sensor 22. The timing acquisition signal includes an image sensor arrival sub-infrared light emission signal output by receiving the sub-light, an image sensor arrival main infrared light emission signal output by receiving the main infrared light, and an external There is an external light signal output by receiving light.
増幅回路24は、撮像素子22が出力したタイミング取得用信号を、該タイミング取得用信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅し、その増幅信号を増幅回路出力信号として出力する。なお、以下の説明においては、全て正極性の場合についての説明となるため、変化エッジは立ち上がりエッジとなる。
The
比較器26は、増幅回路出力信号のレベルと、予め定められた計測レベルaとを比較し、増幅回路出力信号のレベルが計測レベルを超えた場合、所定のハイ(High;H)レベルの信号(以下、H信号と表現する)を比較器出力信号として出力する。この計測レベルaは、増幅回路出力信号からノイズを除去するためのものである。従ってそのレベルは、該ノイズの影響を受けないレベルとして予め定められている。時間計測回路28は、距離を測定するための時間を計測するものである。
The
次に、以上のように構成された測距装置で目標までの距離を測定する際に実行される処理を、図2のタイムチャートを用いて説明する。同図に示されるタイムチャートは、副赤外発光信号、主赤外発光信号、撮像素子到達主赤外発光信号、増幅回路出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。 Next, processing executed when the distance to the target is measured with the distance measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the time chart of FIG. The time chart shown in the figure shows the levels of the sub-infrared light emission signal, main infrared light emission signal, image sensor arrival main infrared light emission signal, amplifier circuit output signal, and comparator output signal.
制御部10は、まず副赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路12を制御する。それに応じて主赤外発光素子14は、上記所定の期間に応じた期間だけ発光する。更に制御部10は、副赤外発光信号を出力してから時間t1経過後に主赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路12を制御する。
First, the
上記副赤外発光信号により副光が射出されると、撮像素子22により副光が直接受光されて、該撮像素子22から撮像素子到達副赤外発光信号が出力される。そして、該信号は増幅回路24で増幅されて、同図に示されるような、立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。増幅回路出力信号が計測レベルaを越えると、比較器26は比較器出力信号としてH信号を出力する。この信号は、増幅回路出力信号が計測レベルa以下となるまで出力される。
When sub-light is emitted by the sub-infrared light emission signal, the sub-light is directly received by the image sensor 22, and the image sensor-arrival sub-infrared light emission signal is output from the image sensor 22. Then, the signal is amplified by the
同様に主赤外光が射出されると、撮像素子22により反射光が受光されて、該撮像素子22から撮像素子到達主赤外発光信号が出力される。そして、該信号は増幅回路24で増幅されて、同図に示されるような立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。増幅回路出力信号が計測レベルaを越えると、比較器26は先ほどと同様に比較器出力信号としてH信号を出力する。この信号は、増幅回路出力信号が計測レベルa以下となるまで出力される。
Similarly, when main infrared light is emitted, reflected light is received by the image sensor 22 and an image sensor arrival main infrared light emission signal is output from the image sensor 22. Then, the signal is amplified by the
以上説明したタイムチャートにおいて、上述した副光を発光してから、撮像素子22が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をt2とし、主赤外光を発光してから撮像素子22が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をt3とする。 In the time chart described above, the time from when the sub-light is emitted until the image sensor 22 outputs the main infrared light emission signal reaching the image sensor is t2, and the main infrared light is emitted and then the image sensor is emitted. Let t3 be the time until 22 outputs the image sensor arrival main infrared light emission signal.
この時間t3は、赤外光が発光され、目標により反射され、戻ってくるまでの時間であるため、時間t3が求まると目標との距離が求まる。同図に示されるようにt1+t3=t2という関係があり、時間t1は予め定められた時間であるので既知であり、時間t2も実測で求まるため既知である。従って、赤外光の速度をcとしたとき、目標との距離Lはc×(t3)/2を算出することにより求めることができる。なお、この距離Lは制御部10が算出するが、距離Lを求めるためのt1は制御部10が予め保持しており、時間t2、及び時間t3は、時間計測回路28と比較器26からの出力信号に基づき得ることができる。
This time t3 is the time from when infrared light is emitted, reflected by the target, and returned, so when the time t3 is obtained, the distance from the target is obtained. As shown in the figure, there is a relationship of t1 + t3 = t2, and the time t1 is known because it is a predetermined time, and the time t2 is also known because it is obtained by actual measurement. Therefore, when the speed of the infrared light is c, the distance L from the target can be obtained by calculating c × (t3) / 2. This distance L is calculated by the
以上説明したタイムチャートに示されるように、本実施の形態では、時間を計測する2回の赤外光の発光を同一の主赤外発光素子14、及び発光回路12で行い、赤外光の受光に関しても、同一の撮像素子22、増幅回路24、比較器26、時間計測回路28で信号処理を行うため、それら部品の電気的特性にばらつきは無く、また温度変動、及び経時変動等の影響を受けないため、高精度な目標との距離を得ることができる測距装置を提供することができる。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について説明する。以下の説明において、既に説明した符号についての説明は省略する。また、第1の実施形態で用いた信号と同一の信号は、第1の実施形態での信号と同じ信号である。
As shown in the time chart described above, in this embodiment, the infrared light is emitted twice by the same main infrared light emitting element 14 and the
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the following description, description of the already described reference numerals is omitted. Further, the same signal as the signal used in the first embodiment is the same signal as the signal in the first embodiment.
図3は、第2の実施形態に係る測距装置の構成を示す図である。同図に示されるように、測距装置は、第1の実施形態での構成に加え、増幅回路24と比較器26との間にホールド回路30、及び減算増幅器(オペアンプ)により構成された減算器32が直列に接続された構成となっている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the distance measuring apparatus according to the second embodiment. As shown in the figure, in addition to the configuration of the first embodiment, the distance measuring device includes a
ホールド回路30は、撮像素子22が外光における赤外光を受光したことにより出力された信号が増幅された外光信号のレベルを保持するもので、保持するタイミングは、制御部10により通知される。このタイミングは、副光を発光する直前に制御部10より通知されるので、外光信号のレベル(以下、外光レベルと記す)をサンプリングすることが可能となっており、ホールド回路30は、ホールドしたレベルの信号をホールド回路出力信号として出力する。
The
また、このホールド回路30は、減算器32の反転入力端子に接続される。減算器32に対し、ホールド回路30は、状態がホールド状態ではない場合、増幅回路24から出力された増幅回路出力信号をそのままホールド回路出力信号として出力する。なお、このホールド回路30に代えて、ローパスフィルタを用いるようにしても良い。
The
減算器32は、増幅回路24の出力端子が非反転入力端子に接続され、増幅回路24から出力された増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路30から出力されたホールド回路出力信号のレベルを減算した減算結果のレベルの信号を減算器出力信号として出力する。比較器26は、その信号のレベルと計測レベルaとを比較する。
The subtracter 32 has the output terminal of the
次に、以上のように構成された測距装置で目標までの距離を測定する際に実行される処理を、図4のタイムチャートを用いて説明する。同図に示されるタイムチャートは、副赤外発光信号、主赤外発光信号、撮像素子到達主赤外発光信号、増幅回路出力信号、ホールドタイミング信号、ホールド回路出力信号、減算器出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。なお、上記ホールドタイミング信号は、制御部10からホールド回路30に出力される信号である。
Next, processing executed when the distance to the target is measured with the distance measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the time chart of FIG. The time chart shown in the figure includes a sub-infrared light emission signal, a main infrared light emission signal, an image sensor arrival main infrared light emission signal, an amplifier circuit output signal, a hold timing signal, a hold circuit output signal, a subtractor output signal, and The level of the comparator output signal is shown. The hold timing signal is a signal output from the
まず、制御部10は、ホールドタイミング信号をホールド回路30に出力する。これにより、ホールド回路30は、外光レベルの信号を出力する。次に制御部10は、副赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路12を制御する。それに応じて主赤外発光素子14は、上記所定の期間に応じた期間だけ発光する。更に制御部10は、副赤外発光信号を出力してから時間t1経過後に主赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路12を制御する。
First, the
副光が射出されると、撮像素子22により副光が直接受光されて、該撮像素子22から撮像素子到達副赤外発光信号が出力される、そして、該信号は増幅回路24で増幅されて、同図に示されるような、立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。なお、この増幅回路出力信号は、第2の実施形態の場合、外光レベルに副光を受光したことにより得られた信号のレベルが加わったレベルの信号となる。
When the sub-light is emitted, the sub-light is directly received by the image sensor 22, and an image sensor-arrival sub-infrared light emission signal is output from the image sensor 22. The signal is amplified by the
この増幅回路出力信号とホールド回路出力信号は、減算器32に入力され、減算器32は、増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路出力信号のレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を減算器出力信号として出力する。 The amplifier circuit output signal and the hold circuit output signal are input to the subtractor 32. The subtractor 32 subtracts the level of the hold circuit output signal from the level of the amplifier circuit output signal, and obtains a signal having a level obtained thereby. Output as subtractor output signal.
減算器出力信号のレベルが計測レベルaを越えると、比較器26は比較器出力信号としてH信号を出力する。この信号は、減算器出力信号が計測レベルa以下となるまで出力される。
When the level of the subtractor output signal exceeds the measurement level a, the
また、主赤外光が射出されると、撮像素子22により反射光が受光されて、該撮像素子22から撮像素子到達主赤外発光信号が出力される。そして、該信号は増幅回路24で増幅されて、同図に示されるような立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号が出力される。
When the main infrared light is emitted, the reflected light is received by the image sensor 22, and an image sensor arrival main infrared light emission signal is output from the image sensor 22. Then, the signal is amplified by the
この増幅回路出力信号とホールド回路出力信号は、減算器32に入力し、減算器32は、増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路出力信号のレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を減算器出力信号として出力する
減算器出力信号が計測レベルaを越えると、比較器26は比較器出力信号としてH信号を出力する。この信号は、減算器出力信号が計測レベルa以下となるまで出力される。
The amplifier circuit output signal and the hold circuit output signal are input to the subtractor 32. The subtractor 32 subtracts the level of the hold circuit output signal from the level of the amplifier circuit output signal, and obtains a signal having a level obtained thereby. Output as subtractor output signal When the subtractor output signal exceeds the measurement level a, the
以上説明したタイムチャートにおいて、上述した副光を発光してから、撮像素子22が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をt2とし、主赤外光を発光してから撮像素子22が撮像素子到達主赤外発光信号を出力するまでの時間をt3とする。 In the time chart described above, the time from when the sub-light is emitted until the image sensor 22 outputs the main infrared light emission signal reaching the image sensor is t2, and the main infrared light is emitted and then the image sensor is emitted. Let t3 be the time until 22 outputs the image sensor arrival main infrared light emission signal.
この時間t3は、赤外光が発光され、目標により反射されて、戻ってくるまでの時間であるため、時間t3が求まると目標との距離が求まる。同図に示されるようにt1+t3=t2という関係があり、時間t1は予め定められた時間であるので既知であり、時間t2も実測で求まる。従って、赤外光の速度をcとしたとき、目標との距離Lはc×(t3)/2を算出することにより求めることができる。なお、この距離Lは、制御部10が算出するが、距離Lを求めるためのt1は制御部10が予め保持しており、t2、t3は、時間計測回路28と比較器26からの信号で得ることができる。
This time t3 is the time from when infrared light is emitted, reflected by the target, and returned, so when the time t3 is obtained, the distance from the target is obtained. As shown in the figure, there is a relationship of t1 + t3 = t2, and the time t1 is known because it is a predetermined time, and the time t2 is also obtained by actual measurement. Therefore, when the speed of the infrared light is c, the distance L from the target can be obtained by calculating c × (t3) / 2. The distance L is calculated by the
以上説明したタイムチャートに示されるように、本実施の形態では、時間を計測する2回の赤外光の発光を同一の主赤外発光素子14、及び発光回路12で行い、赤外光の受光に関しても、同一の撮像素子22、増幅回路24、比較器26、時間計測回路28、ホールド回路30、減算器32で信号処理を行うため、それら部品の特性にばらつきは無く、また温度変動、及び経時変動等の影響を受けないため、目標との高精度な距離を得ることができる測距装置を提供することができる。
[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態について説明する。以下の説明において、既に説明した符号についての説明は省略する。また、第1、2の実施の形態で用いた信号と同一の信号は、第1、2の実施の形態での信号と同じ信号である。
As shown in the time chart described above, in this embodiment, the infrared light is emitted twice by the same main infrared light emitting element 14 and the
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In the following description, description of the already described reference numerals is omitted. Further, the same signal as the signal used in the first and second embodiments is the same signal as the signal in the first and second embodiments.
図5は、第3の実施形態に係る測距装置の構成を示す図である。同図に示されるように、測距装置は、第2の実施形態における副赤外発光素子20を用いずに、赤外発光素子40により発光されて導光管34を介する光を副光として用いる構成となっている。更に第3の実施形態では、撮像素子22への副光を遮光する副遮光板36、撮像素子22への反射光を含む光を遮光する主遮光板38、及び周期測定回路42を含む構成となっている。周期測定回路42は、比較器26と制御部10との間に直列に接続されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to the third embodiment. As shown in the figure, the distance measuring device does not use the sub infrared light emitting element 20 in the second embodiment, but uses the light emitted from the infrared light emitting element 40 and passing through the light guide tube 34 as the sub light. It is a configuration to use. Furthermore, in the third embodiment, a configuration including a sub-light-shielding plate 36 that shields sub-light to the image sensor 22, a main light-shield plate 38 that shields light including reflected light to the image sensor 22, and a
上記導光管34として、例えばミラー、ハーフミラー、プリズム、又は光ファイバーを用いることができる。また、主遮光板38、副遮光板36は、機械的なシャッターを用いるようにしても良い。周期測定回路42は、後述するTsを求める回路であり、この回路ではパルスをカウントすることで周期を求めるようにしても良いし、PLL回路内の発信器と同期させて、その周波数から周期を算出するようにしても良い。
As the light guide tube 34, for example, a mirror, a half mirror, a prism, or an optical fiber can be used. The main light shielding plate 38 and the sub light shielding plate 36 may use mechanical shutters. The
次に、以上のように構成された測距装置で実行される処理を、図6、図7のタイムチャートを用いて説明する。上記構成で実行される処理は2つあり、1つは図6に示される遅延時間を求める処理で、もう1つは図7に示される目標との距離を求める処理である。 Next, processing executed by the distance measuring apparatus configured as described above will be described with reference to time charts of FIGS. There are two processes executed in the above configuration, one is a process for obtaining the delay time shown in FIG. 6, and the other is a process for obtaining the distance from the target shown in FIG.
まず、図6のタイムチャートを用いて遅延時間を求める処理について説明する。同図に示されるタイムチャートは、赤外発光信号、撮像素子出力信号、減算器出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。このうち、赤外発光信号は、発光回路12が赤外発光素子40を駆動するための信号である。また、撮像素子出力信号は、副光または反射光を撮像素子22が受光した際に出力される信号である。
First, processing for obtaining the delay time will be described using the time chart of FIG. The time chart shown in the figure shows the levels of the infrared light emission signal, the image sensor output signal, the subtractor output signal, and the comparator output signal. Among these, the infrared light emission signal is a signal for the
図6において、赤外発光信号による発光は、導光管34を介する副光であり、同図に示される処理は、反射光を含む光が遮光されている状態、すなわち、主遮光板38が閉じている状態で実行される処理である。 In FIG. 6, light emission by the infrared light emission signal is secondary light that passes through the light guide tube 34, and the processing shown in FIG. 6 is performed in a state where light including reflected light is blocked, that is, the main light blocking plate 38 This process is executed in the closed state.
制御部10は、まず赤外発光信号を所定時間ハイレベルにするように発光回路12を制御する。
First, the
この発光により、撮像素子22により副光が受光されて、該撮像素子22から撮像素子出力信号が出力される。そして、該信号は増幅回路24で増幅されて、立ち上がりエッジが傾斜された状態の信号が出力される。増幅された信号は、ホールド回路30、及び減算器32に出力され、減算器32は、同図に示されるように、ホールド回路30からの出力される信号のレベルを減算したレベルの信号を減算器出力信号として出力する。
Due to this light emission, the image sensor 22 receives secondary light, and an image sensor output signal is output from the image sensor 22. Then, the signal is amplified by the
減算器出力信号のレベルが計測レベルaを越えると、比較器26は比較器出力信号を出力する。この信号は、減算器32が出力した信号が計測レベルa以下となるまで出力される。この比較器出力信号が出力されると、制御部10はその比較器出力信号を検出し、発光回路12に発光を停止させる。このとき、制御部10が発光停止を指示されてから、実際に赤外発光素子40が発光を停止するまで遅延が生じる。発光停止を指示した制御部10は、比較器26からH信号が出力されなくなると発光回路12に再び発光を指示するが、この場合も実際に赤外発光素子40が発光するまで遅延が生じる。
When the level of the subtractor output signal exceeds the measurement level a, the
以降、上記処理が繰り返される。このタイムチャートにおいて、上述した副光が発光されてから、撮像素子22が撮像素子出力信号を出力するまでの時間をt1とし、減算器32から減算器出力信号が出力されてから比較器出力信号が出力されるまでの時間をt2とし、比較器出力信号が出力されたことにより制御部10が副光の発光停止を通知してから、実際に赤外発光が停止されるまでの時間をt3とする。
Thereafter, the above process is repeated. In this time chart, the time from when the sub-light is emitted until the image sensor 22 outputs the image sensor output signal is defined as t1, and the subtracter output signal is output from the subtractor 32 and the comparator output signal is output. T2 is the time until the output of the comparator is output, and the time from when the
この場合、副光が発光されている時間は、t1+t2+t3となる。また、制御部10により発光停止が指示されてから実際に発光が停止するまで時間t3だけ遅延するので、同様に制御部10により発光が指示されてから、実際に赤外発光素子40が発光するまで時間t3だけ遅延する。また、赤外発光信号の出力開始タイミングの周期Tsと、比較器出力信号の出力開始タイミングの周期とが等しいため、同図に示されるように、周期Tsは、以下のようになる。
Ts=2(t1+t2+t3)
この周期Tsは、測距装置の回路遅延時間であり、同図に示されるように繰り返し実行することで、Tsは測距装置の遅延周期となる。このTsを多くサンプリングして、それらの平均値を改めてTsとするようにしても良い。
In this case, the time during which the auxiliary light is emitted is t1 + t2 + t3. In addition, since the
Ts = 2 (t1 + t2 + t3)
This period Ts is a circuit delay time of the distance measuring device, and Ts becomes a delay period of the distance measuring device by repeatedly executing as shown in FIG. A large number of Ts may be sampled, and the average value thereof may be changed to Ts.
このTsを用いて距離を測定する処理を、図7のタイムチャートを用いて説明する。同図に示されるタイムチャートは、ホールドタイミング信号、ホールド回路出力信号、赤外発光信号、撮像素子出力信号、減算器出力信号、及び比較器出力信号のレベルを示している。 The process of measuring the distance using Ts will be described with reference to the time chart of FIG. The time chart shown in the figure shows levels of a hold timing signal, a hold circuit output signal, an infrared light emission signal, an image sensor output signal, a subtractor output signal, and a comparator output signal.
なお、赤外発光信号により発光された光は、受光光学系18から受光するための光であり、同図に示される処理は、副光が遮光されている状態、すなわち、副遮光板36が閉じている状態で実行される処理である。 The light emitted by the infrared light emission signal is light for receiving light from the light receiving optical system 18, and the process shown in FIG. This process is executed in the closed state.
まず、制御部10は、ホールドタイミング信号をホールド回路30に出力する。これにより、ホールド回路30は、外光レベルの信号を出力する。次に制御部10は、赤外発光信号を所定期間ハイレベルにするように発光回路12を制御する。それに応じて赤外発光素子40は、上記所定の期間に応じた期間だけ発光する。
First, the
赤外発光素子40が発光することで目標により反射された反射光は、撮像素子22により受光されて、該撮像素子22から撮像素子出力信号が出力される。このとき、発光されてから反射光が到達するまでの時間Δtが加わるため、撮像素子出力信号の出力が開始されるタイミングは、上記遅延時間t1からさらにΔtだけ遅延することとなる。 The reflected light reflected by the target as the infrared light emitting element 40 emits light is received by the image sensor 22 and an image sensor output signal is output from the image sensor 22. At this time, since a time Δt from when the light is emitted until the reflected light arrives is added, the timing at which the output of the image sensor output signal is started is further delayed by Δt from the delay time t1.
撮像素子出力信号は増幅回路24で増幅されて立ち上がりエッジが傾斜した状態の増幅回路出力信号となり、この増幅回路出力信号とホールド回路出力信号は、減算器32に入力され、減算器32は、増幅回路出力信号のレベルから、ホールド回路出力信号のレベルを減算し、これによって得られるレベルの減算器出力信号を同図に示されるように出力する。減算器出力信号のレベルが計測レベルaを越えるまでの遅延時間は上記時間t2である。
The image sensor output signal is amplified by the
上記減算器出力信号のレベルが計測レベルaを越えると、比較器26はH信号を出力する。この信号は、減算器出力信号のレベルが計測レベルa以下となるまで出力される。このとき、比較器出力信号が出力されたことにより制御部10が副光の発光停止を指示する。この発行停止の指示から、実際に発光が停止されるまでの遅延時間は時間t3である。
When the level of the subtractor output signal exceeds the measurement level a, the
従って、赤外発光素子40が発光してから次に発光するまでの時間Tkは、以下のようになる。
Tk=Ts+2Δt
時間Tkは実測で求められ、時間Tsは図6で説明した処理で求められるため、時間Δtが定まる。従って、赤外光の速度をcとしたとき、目標との距離Lはc×Δt/2を算出することで求めることができる。なお、この距離Lは、制御部10が算出するが、上記Tsは、図6で説明した遅延時間を求める処理を実行した際に制御部10が保持し、Tkは、時間計測回路28と周期測定回路42からの信号に基づき得ることができる。
Therefore, the time Tk from when the infrared light emitting element 40 emits light to when it emits next time is as follows.
Tk = Ts + 2Δt
Since the time Tk is obtained by actual measurement, and the time Ts is obtained by the processing described with reference to FIG. 6, the time Δt is determined. Therefore, when the speed of the infrared light is c, the distance L from the target can be obtained by calculating c × Δt / 2. Note that the distance L is calculated by the
以上説明したタイムチャートに示されるように、本実施の形態では、時間を計測する2回の赤外光の発光を同一の主赤外発光素子14、及び発光回路12で行い、赤外光の受光に関しても、同一の撮像素子22、増幅回路24、比較器26、時間計測回路28、ホールド回路30、減算器32で信号処理を行うため、それら部品の特性にばらつきは無く、また温度変動、及び経時変動等の影響を受けず、さらに回路遅延時間を考慮したものとなっているため、目標との高精度な距離を得ることができる測距装置を提供することができる。
As shown in the time chart described above, in this embodiment, the infrared light is emitted twice by the same main infrared light emitting element 14 and the
以上説明した3つの実施形態によれば、光を受光し、前記光の強さに応じたレベルの信号を出力する受光手段(撮像素子22)と、前記受光手段に対し直接発光する第1の発光手段(主赤外発光素子14)と、前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光する第2の発光手段(副赤外発光素子20)と、前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記第1の発光手段及び前記第2の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段(制御部10)と、を有し、前記制御手段は、前記第1の発光手段を所定時間発光させることにより前記受光手段が受光した第1のタイミングを取得し、前記第1の発光手段の発光を停止させた後に前記第2の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第2のタイミングを取得し、前記第1のタイミング、前記第2のタイミング及び前記所定時間に基づいて前記目標との距離を算出する。 According to the three embodiments described above, the light receiving means (imaging element 22) that receives light and outputs a signal having a level corresponding to the intensity of the light, and the first light that directly emits light to the light receiving means. A light emitting means (main infrared light emitting element 14), a second light emitting means (sub-infrared light emitting element 20) for emitting light to the target so that the light receiving means can receive reflected light from the target; Control means (control unit) that acquires the timing at which the light receiving means receives light based on the signal output by the light receiving means and controls the start and stop of light emission of the first light emitting means and the second light emitting means. 10), and the control means obtains the first timing received by the light receiving means by causing the first light emitting means to emit light for a predetermined time, and stops the light emission of the first light emitting means. And then emitting the second light emitting means. To obtain a second timing at which the light receiving means has received the reflected light by which to calculate the distance to the target based on the first timing, the second timing and the predetermined time.
また、前記受光手段(撮像素子22)から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段(増幅回路24)と、前記増幅手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記増幅手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段(比較器26)と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第1のタイミング及び第2のタイミングを取得する。 In addition, amplifying means (amplifying circuit 24) for amplifying the signal output from the light receiving means (imaging element 22) with the change edge of the signal inclined, a level of the signal output from the amplifying means, and a predetermined level And comparing means (comparator 26) for outputting a signal when the level of the signal output from the amplifying means exceeds the predetermined threshold, and the control means The first timing and the second timing are obtained from the signal output from the comparison means.
また、前記受光手段(撮像素子22)から出力された信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段(増幅回路24)と、前記増幅された信号のレベルを前記第1の発光手段が発光する前に保持するレベル保持手段(ホールド回路30)と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段(減算器32)と、前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段(比較器26)と、を更に有し、前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第1のタイミング及び第2のタイミングを取得する。 An amplification means (amplifying circuit 24) for amplifying a signal output from the light receiving means (imaging element 22) in a state where a change edge of the signal is inclined; and a level of the amplified signal is set to the first level. A level holding means (hold circuit 30) that holds before the light emitting means emits light, and a level held by the level holding means is subtracted from a level of the amplified signal, and a signal of a level obtained thereby is obtained. The subtracting means (subtractor 32) for output and the level of the signal output from the subtracting means are compared with a predetermined threshold, and the signal is output when the level of the signal output from the subtracting means exceeds the predetermined threshold. And a comparison unit (comparator 26) for outputting the first timing and the second timing based on a signal output from the comparison unit.
また、発光手段(赤外発光素子40)と、前記発光手段の発光による光を導光する導光手段(導光管34)と、前記導光手段により導光された光である副光を受光した後に、前記発光手段の発光による光が目標により反射された光である反射光を受光し、受光したタイミングを示すタイミング取得用信号を、受光した光の強さに応じたレベルの信号として出力する受光手段(撮像素子22)と、前記副光及び前記反射光が前記受光手段により受光されたタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得すると共に、前記発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う制御手段(制御部10)と、前記受光手段が出力する信号を、該信号の変化エッジが傾斜した状態で増幅する増幅手段(増幅回路24)と、前記増幅手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段(比較器26)と、前記受光手段への前記副光の入射を遮光する副光遮光手段(副遮光板36)と、前記受光手段への前記反射光を含む光を遮光する反射光遮光手段(主遮光板38)と、を有し、前記制御手段は、前記反射光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第1の発光を開始させ、前記比較手段が前記第1の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させることにより、前記第1の発光が開始されてから前記比較手段が前記第1の発光による信号の出力を停止するまでの時間である遅延時間を測定し、前記副光遮光手段により遮光されている状態で、前記発光手段に第2の発光を開始させ、前記比較手段が前記第2の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させることにより、前記第2の発光が開始されてから前記比較手段が前記第2の発光による信号の出力を停止するまでの時間である反射時間を測定し、前記遅延時間、及び前記反射時間に基づき、前記目標との距離を算出する。 Further, the light emitting means (infrared light emitting element 40), the light guiding means (light guide tube 34) for guiding the light emitted by the light emitting means, and the auxiliary light which is the light guided by the light guiding means. After receiving the light, the reflected light, which is the light reflected by the target from the light emitted from the light emitting means, is received, and the timing acquisition signal indicating the received timing is used as a signal of a level corresponding to the intensity of the received light. The light receiving means (imaging element 22) to output, the timing at which the sub light and the reflected light are received by the light receiving means are acquired based on the signal output by the light receiving means, and the light emission of the light emitting means is started. And a control means (control unit 10) for controlling the stop, an amplifying means (amplifying circuit 24) for amplifying a signal output from the light receiving means in a state where a change edge of the signal is inclined, and an output from the amplifying means. Signal A comparison means (comparator 26) for comparing the level of the signal based on the predetermined threshold value and outputting a signal when the level of the signal output from the subtraction means exceeds the predetermined threshold value; Sub-light shielding means (sub-light shielding plate 36) for shielding the incident of the secondary light, and reflected light shielding means (main light shielding plate 38) for shielding the light including the reflected light to the light receiving means. When the control means detects that the light emitting means starts the first light emission while being blocked by the reflected light shielding means, and the comparison means outputs a signal by the first light emission, By stopping the light emission of the light emitting means, a delay time, which is a time from when the first light emission is started to when the comparison means stops outputting the signal by the first light emission, is measured, and the sub-light Shaded by light shielding means Then, the second light emission is started by causing the light emission means to start the second light emission, and when the comparison means detects that the signal from the second light emission is output, the light emission means stops the light emission. The reflection time, which is the time from the start until the comparison unit stops outputting the signal by the second light emission, is measured, and the distance to the target is calculated based on the delay time and the reflection time. .
また、前記受光手段(撮像素子22)が外光を受光したことにより出力した外光信号が前記増幅手段により増幅された信号のレベルを保持するレベル保持手段(ホールド回路30)と、前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段(減算器32)と、を更に有し、前記比較手段は、前記減算手段が出力した信号に基づく信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する。 Also, the level holding means (hold circuit 30) that holds the level of the signal amplified by the amplifying means for the external light signal output when the light receiving means (imaging device 22) receives the external light is amplified. Subtracting means (subtractor 32) for subtracting the level held by the level holding means from the level of the received signal and outputting a signal of the level obtained thereby, the comparing means comprising: The level of the signal based on the signal output from the subtracting means is compared with a predetermined threshold, and a signal is output when the level of the signal output from the subtracting means exceeds the predetermined threshold.
また、前記制御手段(制御部10)は、前記遅延時間を測定する際に実行される前記反射光遮光手段(主遮光板38)により遮光されている状態で、前記発光手段(赤外発光素子40)に第1の発光を開始させる動作から、前記比較手段(比較器26)が前記第1の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段の発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記遅延時間を測定し、該複数の前記遅延時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる遅延時間とする。 Further, the control means (control unit 10) is configured to block the light emitting means (infrared light emitting element) while being shielded by the reflected light shielding means (main light shielding plate 38) that is executed when the delay time is measured. 40) a series of operations from an operation of starting the first light emission to an operation of stopping the light emission of the light emitting means when it is detected that the comparison means (comparator 26) outputs a signal by the first light emission. Are repeatedly executed, and a plurality of the delay times are measured, and an average value of the plurality of the delay times is set as a delay time used when calculating the distance to the target.
また、前記制御手段(制御部10)は、前記反射時間を測定する際に実行される前記副光遮光手段(副遮光板36)により遮光されている状態で、前記発光手段(赤外発光素子40)に第2の発光を開始させる動作から、前記比較手段(比較器26)が前記第2の発光による信号を出力したことを検出すると前記発光手段に発光を停止させる動作までの一連の動作を繰り返し実行することにより、複数の前記反射時間を測定し、該複数の前記反射時間の平均値を、前記目標との距離を算出する際に用いる反射時間とする
また、上述した各実施形態での撮像素子を、複数の撮像素子を一列に並べたラインセンサ、あるいは2次元的に並べてエリアセンサとしても良い。
Further, the control means (control unit 10) is configured to block the light emitting means (infrared light emitting element) while being shielded by the secondary light shielding means (secondary light shielding plate 36) executed when the reflection time is measured. 40) a series of operations from the operation of starting the second light emission to the operation of causing the light emitting device to stop the light emission when detecting that the comparison means (comparator 26) outputs a signal by the second light emission. By repeatedly executing the above, the plurality of reflection times are measured, and the average value of the plurality of reflection times is set as the reflection time used when calculating the distance to the target. The image sensor may be a line sensor in which a plurality of image sensors are arranged in a line, or a two-dimensional array area sensor.
10 制御部
12 発光回路
14 主赤外発光素子
16 発光光学系
18 受光光学系
20 副赤外発光素子
22 撮像素子
24 増幅回路
26 比較器
28 時間計測回路
30 ホールド回路
32 減算器
34 導光管
36 副遮光板
38 主遮光板
40 赤外発光素子
42 周期測定回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記受光手段に対し直接発光する第1の発光手段と、
前記受光手段が目標からの反射光を受光可能なように、前記目標に対し発光する第2の
発光手段と、
前記受光手段が受光したタイミングを、該受光手段が出力した信号に基づいて取得する
と共に、前記第1の発光手段及び前記第2の発光手段の発光の開始及び停止の制御を行う
制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記第1の発光手段を発光させることにより前記受光手段が受光した第1のタイミング
を取得し、前記第1の発光手段の発光を停止させた後、かつ前記第1の発光手段の発光を開始させる前記第1の発光手段への発光信号の出力から所定時間経過後に前記第2の発光手段を発光させる発光信号を出力して前記第2の発光手段を発光させることによる反射光を前記受光手段が受光した第2のタイミングを取得し、前記第1のタイミング、前記第2のタイミング及び前記所定時間に基づいて、前記第1のタイミングの取得から前記第2のタイミングの取得までの時間から前記所定時間を減算した差により前記目標との距離を算出する測距装置。 A light receiving means for receiving light and outputting a signal of a level corresponding to the intensity of the light;
First light emitting means for emitting light directly to the light receiving means;
A second light emitting means for emitting light to the target so that the light receiving means can receive reflected light from the target;
Control means for obtaining the timing at which the light receiving means has received light based on a signal output by the light receiving means, and controlling the start and stop of light emission of the first light emitting means and the second light emitting means;
Have
The control means includes
The first timing when the light receiving means receives light is obtained by causing the first light emitting means to emit light, the light emission of the first light emitting means is stopped, and the light emission of the first light emitting means is started. The light receiving means receives the reflected light generated by outputting the light emitting signal for causing the second light emitting means to emit light after a predetermined time has elapsed from the output of the light emitting signal to the first light emitting means. Is obtained from the time from the acquisition of the first timing to the acquisition of the second timing based on the first timing, the second timing and the predetermined time. A distance measuring device that calculates a distance from the target based on a difference obtained by subtracting a predetermined time .
幅手段と、
前記増幅手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記増幅手段が出力
した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、
を更に有し、
前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第1のタイミング及び第2
のタイミングを取得する請求項1に記載の測距装置。 Amplifying means for amplifying the signal output from the light receiving means with the change edge of the signal inclined;
Comparing means for comparing the level of the signal output from the amplifying means with a predetermined threshold and outputting a signal when the level of the signal output from the amplifying means exceeds the predetermined threshold;
Further comprising
The control means is configured to output the first timing and the second timing according to a signal output from the comparison means.
The distance measuring device according to claim 1, wherein the timing is acquired.
幅手段と、
前記増幅された信号のレベルを前記第1の発光手段が発光する前に保持するレベル保持
手段と、
前記増幅された信号のレベルから、前記レベル保持手段により保持されているレベルを
減算し、これによって得られるレベルの信号を出力する減算手段と、
前記減算手段が出力した信号のレベルと、所定の閾値とを比較し、前記減算手段が出力
した信号のレベルが前記所定の閾値を越えた場合に信号を出力する比較手段と、
を更に有し、
前記制御手段は、前記比較手段が出力した信号により、前記第1のタイミング及び第2
のタイミングを取得する請求項1に記載の測距装置。 Amplifying means for amplifying the signal output from the light receiving means with the change edge of the signal inclined;
Level holding means for holding the level of the amplified signal before the first light emitting means emits light;
Subtracting means for subtracting the level held by the level holding means from the level of the amplified signal and outputting a signal of the level obtained thereby;
Comparing means for comparing the level of the signal output by the subtracting means with a predetermined threshold, and outputting a signal when the level of the signal output by the subtracting means exceeds the predetermined threshold;
Further comprising
The control means is configured to output the first timing and the second timing according to a signal output from the comparison means.
The distance measuring device according to claim 1, wherein the timing is acquired.
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