JP5350331B2 - Distance sensor - Google Patents
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Description
本発明は、送信波と反射波との位相差に基づいて測定対象物までの計測距離を算出する距離センサに関する。 The present invention relates to a distance sensor that calculates a measurement distance to a measurement object based on a phase difference between a transmitted wave and a reflected wave.
位相方式の距離センサでは、送信波と、この送信波が測定対象物で反射された反射波との位相差から、測定対象物までの距離を算出する(例えば、特許文献1参照)。 In the phase-type distance sensor, the distance to the measurement object is calculated from the phase difference between the transmission wave and the reflected wave reflected by the measurement object (see, for example, Patent Document 1).
位相方式の距離センサでは、送信波の周波数によって計測可能な最大距離(いわゆる「距離レンジ」)が決まる。具体的には、低周波数であるほど、波長が長いため、距離レンジが大きくなる。その一方、高精度に距離を計測するためには、送信波の周波数を高周波とする必要がある。つまり、測定対象物までの実際の距離によって、当該距離を測定可能であるとともに、測定精度が最も良いと思われる距離レンジは異なる。そこで、如何にして距離レンジを切り替えるか、また、如何にして適切な距離レンジを検出するかが問題である。 In a phase-type distance sensor, the maximum distance (so-called “distance range”) that can be measured is determined by the frequency of the transmission wave. Specifically, the lower the frequency, the longer the wavelength, and the greater the distance range. On the other hand, in order to measure the distance with high accuracy, it is necessary to set the frequency of the transmission wave to a high frequency. That is, depending on the actual distance to the object to be measured, the distance can be measured, and the distance range considered to have the best measurement accuracy differs. Therefore, how to switch the distance range and how to detect an appropriate distance range are problems.
また、位相方式の距離センサでは、高精度の距離測定のためには、送信波と反射波との位相差の検出を、より高精度に行う必要がある。しかし、空間を伝播する反射波には雑音(ノイズ)が重畳されている場合が多く、雑音除去が必要である。 Further, in the phase type distance sensor, it is necessary to detect the phase difference between the transmitted wave and the reflected wave with higher accuracy in order to measure the distance with high accuracy. However, noise (noise) is often superimposed on the reflected wave propagating in space, and noise removal is necessary.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、位相方式の距離センサにおける適切な距離レンジへの切り替えを実現することである。また、第2の目的は、適切な距離レンジの検出を可能とすることである。更に、第3の目的は、送信波と反射波との位相差の正確な検出を可能とすることである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to realize switching to an appropriate distance range in a phase-type distance sensor. The second purpose is to enable detection of an appropriate distance range. A third object is to enable accurate detection of the phase difference between the transmitted wave and the reflected wave.
上記課題を解決するための第1の形態は、
所定の基準周波数のクロック信号を分周する分周比を変更可能な分周器(例えば、図3の分周器4)を有し、前記分周器で分周された分周信号から送信波を生成して送信する送信部(例えば、図3の発光部6)と、
前記送信波の反射波を受信する受信部(例えば、図3の受光部8)と、
前記受信部で受信された前記反射波を、前記分周信号を用いて同期検波する同期検波部(例えば、図3の遅延回路22、及び、ミキサ24,26)と、
前記同期検波部により同期検波された信号から直流成分を抽出する直流成分抽出部(例えば、図3のLPF28,30)と、
前記直流成分抽出部により抽出された直流成分に基づいて、前記送信波と前記反射波との位相差を検出する位相差検出部(例えば、図3の制御部40)と、
前記分周器の分周比を変更制御することで、前記送信波の波長を変化させる分周比制御部(例えば、図3の制御部40)と、
前記位相差検出部により検出された位相差に基づいて、測定対象物までの計測距離を算出する距離算出部(例えば、図3の制御部40)と、
を備えた距離センサ(例えば、図3の距離センサ100)である。
The first form for solving the above problem is
A frequency divider (for example,
A receiving unit (for example, the
A synchronous detector (for example, the
A DC component extraction unit (for example,
A phase difference detection unit (for example, the
A frequency division ratio control unit (for example, the
A distance calculation unit (for example, the
Is a distance sensor (for example, the
この第1の形態によれば、送信波と反射波との位相差に基づいて、測定対象物までの計測距離を算出する距離センサにおいて、所定の基準周波数のクロック信号を分周した分周信号から送信波が生成されるが、このクロック信号を分周する分周器の分周比が変更制御される。これにより、分周器の分周比を変更するだけで、送信波の周波数、すなわち距離レンジを簡単に変更できる。また、分周器の分周比のみを変更制御すれば良いため、送信波を生成するための発振器として、発振周波数が固定である1つの発振器のみで済む。 According to the first embodiment, in the distance sensor that calculates the measurement distance to the measurement object based on the phase difference between the transmitted wave and the reflected wave, the divided signal obtained by dividing the clock signal having the predetermined reference frequency. From this, a transmission wave is generated, and the frequency division ratio of the frequency divider that divides the clock signal is controlled to be changed. Thus, the frequency of the transmission wave, that is, the distance range can be easily changed by simply changing the frequency dividing ratio of the frequency divider. Further, since only the frequency division ratio of the frequency divider needs to be changed and controlled, only one oscillator having a fixed oscillation frequency is sufficient as an oscillator for generating a transmission wave.
また、第2の形態として、第1の形態の距離センサであって、
前記同期検波部と前記直流成分抽出部とで2位相ロックインアンプ回路(例えば、図3の2位相ロックインアンプ20)を構成し、
前記位相差検出部は、前記直流成分抽出部で抽出された2つの直流成分の正負の組合せと、当該直流成分とを用いて前記位相差を検出する、
距離センサを構成しても良い。
Further, as a second form, the distance sensor of the first form,
The synchronous detection unit and the DC component extraction unit constitute a two-phase lock-in amplifier circuit (for example, the two-phase lock-in
The phase difference detection unit detects the phase difference using a positive / negative combination of two DC components extracted by the DC component extraction unit and the DC component.
A distance sensor may be configured.
この第2の形態によれば、分周信号を用いた反射波の同期検波、及び、同期検波された信号からの直流成分の抽出は、2位相ロックインアンプ回路を用いて実現される。これにより、雑音に強い、正確な位相差の検出が実現される。 According to the second embodiment, the synchronous detection of the reflected wave using the frequency-divided signal and the extraction of the DC component from the synchronously detected signal are realized using the two-phase lock-in amplifier circuit. Thus, accurate phase difference detection that is resistant to noise is realized.
また、第3の形態として、第1又は第2の形態の距離センサであって、
前記受信部で受信された前記反射波の位相を補正する移相部(例えば、図5の移相回路12)を備えるとともに、
前記同期検波部は、前記移相部により移相された前記反射波を同期検波し、
所定の校正処理を実行する際に、前記位相差検出部により検出された位相差が所定の校正用位相差条件を満たすように、前記移相部の移相量を調整して距離計測を校正する構成制御部、
を備えた、
距離センサを構成しても良い。
Further, as a third form, the distance sensor of the first or second form,
A phase shift unit (for example, the
The synchronous detection unit synchronously detects the reflected wave phase-shifted by the phase shift unit,
When performing a predetermined calibration process, the distance measurement is calibrated by adjusting the phase shift amount of the phase shift unit so that the phase difference detected by the phase difference detection unit satisfies a predetermined calibration phase difference condition. A configuration control unit,
With
A distance sensor may be configured.
この第3の形態によれば、校正処理の実行によって距離計測の校正がなされることにより、より正確な距離計測が実現される。 According to the third embodiment, the distance measurement is calibrated by executing the calibration process, thereby realizing more accurate distance measurement.
また、第4の形態として、第1〜第3の何れかの形態の距離センサであって、
分周比毎に当該分周比とした場合の計測に好適な好適距離範囲が予め定められており(例えば、図7の分周比切替テーブル44)、
前記分周比制御部は、前記分周比が、前記計測距離を含む前記好適距離範囲に対応する分周比となるように、前記分周比の変更制御と前記距離の算出とを繰り返し行う、
距離センサを構成しても良い。
Further, as a fourth form, the distance sensor according to any one of the first to third forms,
A suitable distance range suitable for measurement when the division ratio is used for each division ratio is determined in advance (for example, the division ratio switching table 44 in FIG. 7).
The division ratio control unit repeatedly performs the division ratio change control and the distance calculation so that the division ratio becomes a division ratio corresponding to the preferred distance range including the measurement distance. ,
A distance sensor may be configured.
この第4の形態によれば、分周器の分周比毎に、当該分周比とした場合の計測に好適な好適距離範囲が予め定められており、分周比が計測距離を含む好適距離範囲に対応する分周比となるように、分周比の変更制御と距離の算出とが繰り返し行われる。つまり、算出された計測距離に応じて、好適と思われる距離レンジに変更される。 According to this 4th form, the suitable distance range suitable for the measurement at the time of setting the said frequency division ratio for each frequency division ratio of the frequency divider is determined in advance, and the frequency division ratio preferably includes the measurement distance. The division ratio change control and the distance calculation are repeatedly performed so that the division ratio corresponds to the distance range. That is, the distance range is changed to a suitable distance range according to the calculated measurement distance.
また、第5の形態として、第4の形態の距離センサであって、
前記制御部は、前記分周比を変更可能な最大値に変更して前記計測距離を仮算出し、当該仮算出した計測距離を含む前記好適距離範囲に対応する分周比に変更して前記計測距離を算出する、
距離センサを構成しても良い。
Further, as a fifth form, the distance sensor of the fourth form,
The control unit temporarily calculates the measurement distance by changing the division ratio to a changeable maximum value, and changes the division ratio to a suitable division range including the provisionally calculated measurement distance. Calculate the measurement distance,
A distance sensor may be configured.
この第5の形態によれば、分周器の分周比を変更可能な最大値に変更して計測距離を仮算出し、この仮算出した計測距離を含む好適距離範囲に対応する分周比に変更して、再度、計測距離が算出される。すなわち、先ず、最大の距離レンジで仮計測を行った後、この仮計測での計測距離から、最適な距離レンジに変更して本計測を行う。これにより、効率よく適切な距離レンジを検出して計測を行うことができる。 According to the fifth aspect, the measurement distance is provisionally calculated by changing the frequency division ratio of the frequency divider to the maximum changeable value, and the frequency division ratio corresponding to the preferred distance range including the provisionally calculated measurement distance The measurement distance is calculated again. That is, first, provisional measurement is performed in the maximum distance range, and then the measurement distance in the provisional measurement is changed to the optimum distance range to perform the main measurement. Thereby, an appropriate distance range can be detected efficiently and can be measured.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下では、本発明を適用した光波距離センサについて説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, a lightwave distance sensor to which the present invention is applied will be described, but embodiments to which the present invention can be applied are not limited thereto.
[概要]
図1は、本実施形態における距離センサ100による距離計測の概要図である。この距離センサ100は、赤外線やレーザ光等の光波を用いた光波距離センサであり、位相方式によって測定対象物200までの距離Lを計測する。
[Overview]
FIG. 1 is a schematic diagram of distance measurement by the
すなわち、図1(a)に示すように、光波である送信波を測定対象物200に向けて射出し、測定対象物200で反射された反射波を受信する。そして、図1(b)に示すように、この送信波と受信した反射波との位相差φから、測定対象物200までの距離Lを算出する。測定対象物200までの距離Lは、L=(C・φ/2πf)/2、と算出される。ここで、「C」は光速であり、C≒3×108m/s、である。
That is, as shown in FIG. 1A, a transmission wave that is a light wave is emitted toward the
また、送信波と反射波との位相差φから距離Lを算出するため、1つの送信周波数のみで距離Lを算出する場合には、位相差φは、送信周波数の1周期以内となる。このため、測定可能な最大距離Lm(いわゆる「距離レンジ」)は、理論的には、送信波の周波数fによって決まり、Lm=λ/2=C/(2・f)、となる。例えば、送信波の周波数を「50MHz」とすると、波長λは「6m」であり、測定可能な最大距離Lmは「3m」となる。 Further, since the distance L is calculated from the phase difference φ between the transmission wave and the reflected wave, the phase difference φ is within one cycle of the transmission frequency when the distance L is calculated using only one transmission frequency. For this reason, the maximum measurable distance Lm (so-called “distance range”) is theoretically determined by the frequency f of the transmission wave and is Lm = λ / 2 = C / (2 · f). For example, when the frequency of the transmission wave is “50 MHz”, the wavelength λ is “6 m” and the maximum measurable distance Lm is “3 m”.
また、位相方式の距離センサによる測定距離Lの算出精度は、送信波の周波数によって異なり、具体的には、送信波の周波数が高いほど、算出精度が良い。 The calculation accuracy of the measurement distance L by the phase-type distance sensor differs depending on the frequency of the transmission wave. Specifically, the calculation accuracy is better as the frequency of the transmission wave is higher.
図2は、送信波の周波数の違いによる測定距離Lの算出精度の違いを説明するための図である。図中、上側は、周波数faの送信波及び受信波を示し、下側は、周波数faより高い周波数fb(=3・fa)の送信波及び受信波を示している。 FIG. 2 is a diagram for explaining the difference in calculation accuracy of the measurement distance L due to the difference in the frequency of the transmission wave. In the drawing, the upper side shows a transmission wave and a reception wave having a frequency fa, and the lower side shows a transmission wave and a reception wave having a frequency fb (= 3 · fa) higher than the frequency fa.
同じ距離Lを測定する場合、周波数fが異なると波長λが異なることにより、送信波と反射波との位相差φは異なる。具体的には、高周波であるほど、位相差φが大きくなる。図2では、周波数fbの場合の位相差φbのほうが、周波数faの場合の位相差φaよりも大きく、φb=3・φa、となっている。 When the same distance L is measured, the phase difference φ between the transmitted wave and the reflected wave differs depending on the wavelength λ when the frequency f is different. Specifically, the higher the frequency, the larger the phase difference φ. In FIG. 2, the phase difference φb at the frequency fb is larger than the phase difference φa at the frequency fa, and φb = 3 · φa.
二つの信号の位相差φを検出する場合、その位相差φが小さいほど、その検出誤差が発生し易い。つまり、送信波の周波数fが低周波であるほど、位相差φの検出誤差が発生し易く、測定距離Lの算出精度が低下する。逆に言えば、送信波の周波数fが高周波であるほど、位相差φの検出誤差が発生しにくく、測定距離Lの算出精度が向上する。 When detecting the phase difference φ between two signals, the smaller the phase difference φ, the easier the detection error. That is, as the frequency f of the transmission wave is lower, a detection error of the phase difference φ is more likely to occur, and the calculation accuracy of the measurement distance L is reduced. In other words, as the frequency f of the transmission wave is higher, the detection error of the phase difference φ is less likely to occur and the calculation accuracy of the measurement distance L is improved.
[原理]
図3は、本実施形態における距離センサ100の原理構成図である。図3に示すように、本実施形態の距離センサ100は、2位相ロックインアンプを用いて送信波と受信波との位相差φを検出するものであり、原理的には、発振器2と、分周器4と、発光部6と、受光部8と、BPF10と、2位相ロックインアンプ20と、制御部40とを備えて構成される。
[principle]
FIG. 3 is a principle configuration diagram of the
発振器2は、例えば、水晶振動子を有して構成され、基準周波数fの基準信号F1を生成する。
For example, the
分周器4は、発振器2から出力された基準信号F1の周波数fを1/Nに分周し、送信信号VTとして出力する。この分周器4の分周比Nは、「N=2n(nは正数)」であり、制御部40によって変更制御される。
The
発光部6は、例えば、レーザダイオード等の発光素子を有して構成され、分周器4から出力された送信信号VTの周波数で強度変調された光信号を、送信波として射出する。つまり、周波数が「f/N」の送信波が射出される。
Emitting
受光部8は、例えば、フォトダイオード等の受光素子を有して構成され、受光した光波を電気信号に変換し、受信信号VRとして出力する。
The
BPF10は、受信信号VRに対して、所定帯域の信号を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断する。このBPF10の中心周波数foは、受信信号VRから、送信波と同じ周波数である反射波の信号のみを抽出するため、制御部40によって、fo=f/N、に設定される。
BPF10 is the received signal V R, is passed through a signal of a predetermined band, for blocking an out-of-band frequency components. The center frequency fo of this BPF10 from the received signal V R, for extracting only the signal of the reflected wave at the same frequency as the transmission wave, the
2位相ロックインアンプ20は、分周器4から出力される送信信号VTを「参照信号」とし、受信信号VRを「計測信号」として、受信信号VRを送信信号VTで同期検波(位相検波)し、直交する二つの直流信号X,Yを出力する。この2位相ロックインアンプ20は、原理的には、遅延回路22と、ミキサ24,26と、LPF28,30とを有して構成される。
2 phase lock-in
遅延回路22は、送信信号VT(参照信号)の位相を「π/2(90°)」だけ遅らせる。
The
ミキサ24は、BPF10から出力された信号と、送信信号VT(参照信号)とを乗算(合成)して出力する。ミキサ26は、BPF10から出力された信号と、遅延回路22から出力された信号とを乗算する。
The
LPF28は、ミキサ24の出力信号に対して、所定の低帯域の信号を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断する。このLPF28のカットオフ周波数fcは、制御部40によって、fc=f/2N、に設定される。
The
LPF30は、ミキサ26の出力信号に対して、所定の低帯域の信号を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断する。このLPF30のカットオフ周波数fcは、制御部40によって、fc=f/2N、に設定される。
The
この距離センサ100において、発振器2が生成する基準信号F1を、F1=sin(ωt)、とすると、分周器4の出力信号、すなわち送信信号VT(参照信号)は、VT=sin(ωt/N)、となる。そして、遅延回路22の出力信号Dは、D=sin(ωt/N−π/2)=cos(ωt/N)、となる。
In this
また、送信信号VTと受信信号VRとの位相差を「φ」とすると、受信信号VRは、VR=sin(ωt/N−φ)、となる。この受信信号VRは、そのまま、BPF10を通過する。
Further, when the phase difference between the transmitted signal V T and the received signal V R and "phi", the received signal V R is, V R = sin (ωt / N-φ), and becomes. The received signal V R is directly passed through the
そして、ミキサ24の出力信号MIX1は、次式(1)となる。
MIX1=sin(ωt/N)×sin(ωt/N−φ)
=−(cos(2ωt−φ)−cosφ)/2 ・・(1)
この信号MIX1は、LPF28を通過することで高周波成分が遮断される。そして、LPF28の出力信号Xは、X=(cosφ)/2、となる。
The output signal MIX1 of the
MIX1 = sin (ωt / N) × sin (ωt / N−φ)
= − (Cos (2ωt−φ) −cosφ) / 2 (1)
The signal MIX1 is blocked from high frequency components by passing through the
また、ミキサ26の出力信号MIX2は、次式(2)となる。
MIX2=cos(ωt/N)×sin(ωt/N−φ)
=(sin(2ωt−φ)+sinφ)/2 ・・(2)
この信号MIX2は、LPF30を通過することで高周波成分が遮断される。そして、LPF30の出力信号Yは、Y=(sinφ)/2、となる。
Further, the output signal MIX2 of the
MIX2 = cos (ωt / N) × sin (ωt / N−φ)
= (Sin (2ωt−φ) + sinφ) / 2 (2)
The high frequency component of the signal MIX2 is blocked by passing through the
従って、これらの信号X,Yから、送信信号VTと受信信号VRとの位相差φは、式(3)となる。
φ=tan−1(Y/X) ・・(3)
Thus, these signals X, the Y, the phase difference φ between the transmitted signal V T and the received signal V R, the equation (3).
φ = tan −1 (Y / X) (3)
ところで、送信信号VTと受信信号VRとの実際の位相差φrは、「0≦φr<2π(360°)」である。しかし、上式(3)によって算出される位相差φは、「−π/2(−90°)≦φ≦π/2(90°)」の値である。このため、算出した位相差φを、実際の位相差φrとなるように補正する必要がある。具体的には、信号X,Yの正負の組み合わせによって、算出した位相差φを補正する。 However, the actual phase difference [phi] r of the transmission signal V T and the received signal V R is "0 ≦ φr <2π (360 ° ) ". However, the phase difference φ calculated by the above equation (3) is a value of “−π / 2 (−90 °) ≦ φ ≦ π / 2 (90 °)”. For this reason, it is necessary to correct the calculated phase difference φ so as to be the actual phase difference φr. Specifically, the calculated phase difference φ is corrected by a positive / negative combination of the signals X and Y.
図4は、実際の位相差φrと信号X,Yの正負との関係を示す図である。図4では、横軸を送信信号VTと受信信号VRとの実際の位相差φrとして、信号X,Yそれぞれと、この信号X,Yから算出される位相差φと、実際の位相差φrとを示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the actual phase difference φr and the positive and negative of the signals X and Y. In Figure 4, the actual phase difference φr of the horizontal axis and the transmission signal V T and the received signal V R, the signal X, and Y, respectively, the signal X, a phase difference φ being calculated from the Y, the actual phase difference φr.
図4に示すように、「0≦φr<π/2(90°)」では、φ=φr、であるが、「π/2(90°)≦φr<2π(360°)」では、φ≠φr、となっている。具体的には、「π/2(90°)≦φr<3π/2(270°)」では、φ=φr−π(180°)、であり、「3π/2≦φr<2π」では、φ=φr−2π、となっている。このため、実際の位相差φrとなるよう、算出した位相差φを補正する必要がある。信号X,Yそれぞれの値の正負の組合せは象限毎に異なるので、この信号X,Yの値の正負の組合せから、必要な補正量Δφを判断する。 As shown in FIG. 4, when “0 ≦ φr <π / 2 (90 °)”, φ = φr, but when “π / 2 (90 °) ≦ φr <2π (360 °)”, φ ≠ φr. Specifically, in “π / 2 (90 °) ≦ φr <3π / 2 (270 °)”, φ = φr−π (180 °), and in “3π / 2 ≦ φr <2π”, φ = φr−2π. For this reason, it is necessary to correct the calculated phase difference φ so that the actual phase difference φr is obtained. Since the positive and negative combinations of the values of the signals X and Y differ for each quadrant, the necessary correction amount Δφ is determined from the positive and negative combinations of the values of the signals X and Y.
[構成]
図5は、上述の原理構成を実現する距離センサ100の構成図である。図5によれば、距離センサ100は、発振器2と、分周器4と、発光部6と、受光部8と、BPF10と、移相回路12と、2位相ロックインアンプ20と、A/D変換部14と、制御部40とを備えて構成される。
[Constitution]
FIG. 5 is a configuration diagram of the
発振器2は、基準信号F1として、周波数fの方形波を発生する。
The
移相回路12は、BPF10から出力された信号(受信信号VR)の位相を変更する。この移相回路12による移相量θは変更可能であり、送信信号VTと受信信号VRとの位相ずれを調整する距離計測の校正処理によって決定される。
The
校正処理は、例えば、距離Lが明らかな測定対象物に対する距離計測を行いながら、制御部40が移相回路12の移相量θを徐々に変化させ、算出される距離Lが実際の距離Lに一致するときの移相量θを探す処理である。この校正処理は、製品出荷前にメーカ側で実施することにしても良いし、販売後、校正を行う施設で定期/不定期に実施することにしても良いし、或いは、ユーザ側が実施することにしても良い。何れの場合も、制御部40が、算出される距離Lが正しい距離となるよう、移相回路12の移相量θを変更設定する。
In the calibration process, for example, the
また、校正処理は、光波の発信/受信にかかる両者の遅延時間が補償されているのであれば、次のようにしてもよい。すなわち、発光部6に入力される送信信号VTを、受光部8の出力の直後に短絡可能な短絡回路を設ける。そして、制御部40が、校正処理の実行の際に、この短絡回路によって送信信号VTと受信信号VRとを短絡し、算出される計測距離Lがゼロになるよう、移相回路12の移相量θを調整・設定する。
Further, the calibration process may be performed as follows as long as the delay time of both transmission and reception of light waves is compensated. That is, a transmission signal V T which is input to the
2位相ロックインアンプ20は、遅延回路22と、反転増幅器32と、PSD(Phase Sensitive Detecter)34,36と、LPF28,30とを有して構成される。
The two-phase lock-in
反転増幅器32は、移相回路12から出力される信号の極性(正負のレベル)を反転する。
The inverting
PSD34は、送信信号VT(参照信号)の極性に応じて接点を切り替えるスイッチ素子を有し、移相回路12の出力信号の非反転信号/反転信号を切り替えて出力する。LPF28は、PSD34の出力信号に対して、所定の低帯域の周波数成分を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断する。
The
PSD36は、遅延回路22の出力信号の極性に応じて接点を切り替えるスイッチ素子を有し、移相回路12の出力信号の非反転信号/反転信号を切り替えて出力する。LPF30は、PSD36の出力信号に対して、所定の低帯域の周波数成分を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断する。
The
A/D変換部14は、LPF28,30それぞれから出力される信号X,Yを、デジタル信号に変換する。
The A /
制御部40は、CPU等の演算装置を有して構成され、測定対象物までの距離Lを計測する距離計測処理を実行する。この距離測定処理では、先ず、分周器4の分周比Nを、最大値Nmaxに設定する。また、設定した分周比Nに合わせて、BPF10の中心周波数foを設定するとともに、LPF28,30のカットオフ周波数fcを設定する。中心周波数foは、fo=f/N、で与えられ、カットオフ周波数fcは、fc=f/2N、で与えられる。
The
次いで、測定対象物までの距離Lを測定する。すなわち、A/D変換部14から出力された信号X,Yをもとに、上式(3)に従って、送信信号VTと受信信号VRとの位相差φを算出する。続いて、信号X,Yの正負の組合せをもとに、位相差補正テーブル42に従って、算出した位相差φを補正する。
Next, the distance L to the measurement object is measured. That, A /
図6は、位相差補正テーブル42のデータ構成の一例を示す図である。図6によれば、位相差補正テーブル42は、信号Xの値の正負42aと、信号Yの値の正負42bとの組合せそれぞれに、位相差φの補正量42cを対応付けて格納している。この位相差補正テーブル42は、制御部40内に記憶されている。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a data configuration of the phase difference correction table 42. According to FIG. 6, the phase difference correction table 42 stores the
そして、この位相差φから計測距離Lを算出し、初回測定距離Lxとする。計測距離Lは、L=(C・φ・N)/(2・ω)、で与えられる。初回計測距離Lxを算出すると、続いて、分周比切替テーブル44に従って、この初回測定距離Lxに対応する最適な分周比Nを判断する。 Then, the measurement distance L is calculated from the phase difference φ and is set as the initial measurement distance Lx. The measurement distance L is given by L = (C · φ · N) / (2 · ω). When the initial measurement distance Lx is calculated, the optimum frequency division ratio N corresponding to the initial measurement distance Lx is subsequently determined according to the frequency division ratio switching table 44.
図7は、分周比切替テーブル44のデータ構成の一例を示す図である。図7に示すように、分周比切替テーブル44は、距離センサ100に設定可能な分周比44aと、好適距離範囲44bとを対応付けて格納している。好適距離範囲44bを定める「e」は、測定距離Lに対して見込む誤差を表す誤差マージンであり、「0.0<e≦1.0」の値で、例えば距離センサ100の利用者によって任意に与えられる。例えば、誤差マージンe=0.9とは、測定距離Lに対して「10%(=0.1=1.0−0.9)」の誤差が含まれることを表す。この分周比切替テーブル44は、制御部40内に記憶されている。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a data configuration of the frequency division ratio switching table 44. As shown in FIG. 7, the frequency division ratio switching table 44 stores a
制御部40は、初回測定距離Lxが含まれる好適距離範囲に対応する分周比Nを、最適な分周比Nと判断する。そして、最適と判断した分周比Nに、分周器4の分周比Nを変更するとともに、変更後の分周比Nに合わせて、LPF28,30のカットオフ周波数fcを変更する。その後、測定対象物までの距離Lを再算出して、計測結果として出力する。
The
ここで、分周比切替テーブル44で定められる「分周比N」と「好適距離範囲」の対応関係は、次のように決められる。図8は、分周比Nと好適距離範囲との対応関係の一例を示す図である。図8では、上から順に、誤差マージンe=1.0、誤差マージンe=0.9、誤差マージンe=0.5、のそれぞれの場合を示している。但し、設定可能な分周比Nは「N=1,2,4,8,16」であり、基準周波数fは「f1=50MHz」であるとする。 Here, the correspondence relationship between the “frequency division ratio N” and the “suitable distance range” determined in the frequency division ratio switching table 44 is determined as follows. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between the frequency division ratio N and the preferred distance range. FIG. 8 shows, in order from the top, cases of error margin e = 1.0, error margin e = 0.9, and error margin e = 0.5. However, the settable division ratio N is “N = 1, 2, 4, 8, 16”, and the reference frequency f is “f1 = 50 MHz”.
図8に示すように、設定可能な分周比Nそれぞれに、互いに重ならない好適距離範囲が対応付けられる。この好適距離範囲は、分周比Nの距離レンジと、距離センサ100による測定距離に対して見込む誤差とに応じて定められる。
As shown in FIG. 8, a suitable distance range that does not overlap each other is associated with each settable division ratio N. This preferred distance range is determined according to the distance range of the frequency division ratio N and the error expected for the distance measured by the
すなわち、誤差を見込まない場合(誤差マージンe=1.0)、ある分周比Nに対応する好適距離範囲は、この分周比Nでの距離レンジを最大値とし、その一段階下の分周比N(=N/2)での距離レンジを最小値とする範囲として定められる。 That is, when an error is not expected (error margin e = 1.0), the preferred distance range corresponding to a certain frequency division ratio N has a maximum distance range at the frequency division ratio N, and is one level lower than that. It is determined as a range in which the distance range at the circumferential ratio N (= N / 2) is the minimum value.
例えば、分周比N=16の距離レンジは「48m」であり、分周比N=8の距離レンジは「24m」である。従って、分周比N=16には「24〜48m」が好適距離範囲として対応付けられる。 For example, the distance range of the frequency division ratio N = 16 is “48 m”, and the distance range of the frequency division ratio N = 8 is “24 m”. Accordingly, “24 to 48 m” is associated with the frequency division ratio N = 16 as the preferred distance range.
同様に、分周比N=8には、「12〜24m」が好適距離範囲として対応付けられ、分周比N=4には、「6〜12m」が好適距離範囲として対応付けられ、分周比N=2には、「3〜6m」が好適距離範囲として対応付けられ、分周比N=1には、「0〜3m」が好適距離範囲として対応付けられる。 Similarly, “12 to 24 m” is associated with the frequency division ratio N = 8 as a suitable distance range, and “6 to 12 m” is associated with the frequency division ratio N = 4 as the suitable distance range. “3 to 6 m” is associated with the circumferential ratio N = 2 as a preferred distance range, and “0 to 3 m” is associated with the circumferential ratio N = 1 as the preferred distance range.
そして、誤差を見込む場合には、誤差を見込まない場合(誤差マージンe=1.0)での好適距離範囲の最小値及び最大値を、誤差を見込んだ値に変更した範囲となっている。 When the error is expected, the minimum value and the maximum value of the preferable distance range in the case where the error is not expected (error margin e = 1.0) are changed to values that allow the error.
例えば、測定距離Lに対して「50%」の誤差を見込む場合には(誤差マージンe=0.5)、分周比N=16(最大値Nmax)については、誤差を見込まない場合の好適距離範囲の最小値である「24m」に対して「50%」の誤差を見込んだ「12m(=24−24×0.5)」を最小値とする。すなわち、分周比N=16には、好適距離範囲として「12〜48m」が対応付けられている。 For example, when an error of “50%” is expected with respect to the measurement distance L (error margin e = 0.5), the frequency division ratio N = 16 (maximum value Nmax) is preferable when no error is expected. “12 m (= 24−24 × 0.5)” that allows for an error of “50%” with respect to “24 m” that is the minimum value of the distance range is set as the minimum value. That is, “12 to 48 m” is associated with the frequency division ratio N = 16 as a preferable distance range.
その次に大きい分周比N=8(=16/2)については、分周比N=16の好適距離範囲と重ならないよう、好適距離範囲の最大値については、分周比N=16の最小値「12m」とし、最小値については、誤差を見込まない場合の最小値「12m」に対して、「50%」の誤差を見込んだ「6m(=12−12×0.5)」とする。すなわち、分周比N=8には、好適距離範囲として「6〜12m」が対応付けられている。 For the next largest division ratio N = 8 (= 16/2), the maximum value of the preferred distance range is set to the division ratio N = 16 so as not to overlap with the preferred distance range of the division ratio N = 16. The minimum value is “12 m”, and the minimum value is “6 m (= 12−12 × 0.5)” with an error of “50%” compared to the minimum value “12 m” when no error is expected. To do. That is, “6 to 12 m” is associated with the frequency division ratio N = 8 as the preferred distance range.
同様に、分周比N=4には、好適距離範囲として「3〜6m」が対応付けられ、分周比N=2には、好適距離範囲として「1.5〜3m」が対応付けられ、分周比N=1には、好適距離範囲として「0〜1.5m」が対応付けられている。 Similarly, the frequency division ratio N = 4 is associated with “3 to 6 m” as the preferred distance range, and the frequency division ratio N = 2 is associated with “1.5 to 3 m” as the suitable distance range. The frequency division ratio N = 1 is associated with “0 to 1.5 m” as a preferred distance range.
なおここで、誤差を見込んだ分周比Nと好適距離範囲との対応付けに、分周比Nの最大値Nmaxの好適距離範囲を優先させるのは、本実施形態における処理手順として、先ず、分周器4の分周比Nを最大値Nmaxに設定した後、最適な分周比Nを判断して変更するからである。
Here, as a processing procedure in the present embodiment, the priority distance range of the maximum value Nmax of the frequency division ratio N is given priority over the correspondence between the frequency division ratio N and the suitable distance range in which an error is expected. This is because the optimum frequency division ratio N is determined and changed after setting the frequency division ratio N of the
[処理の流れ]
図9は、制御部40が実行する距離測定処理の流れを説明するフローチャートである。図9によれば、制御部40は、先ず、分周器4の分周比Nを、最大値Nmaxに設定する(ステップA1)。また、設定した分周比Nに合わせて、BPF10の中心周波数foを設定するとともに、LPF28,30それぞれのカットオフ周波数fcを設定する(ステップA3)。
[Process flow]
FIG. 9 is a flowchart for explaining the flow of the distance measurement process executed by the
次いで、信号X,Yをもとに、送信信号VTと受信信号VRとの位相差φを算出し(ステップA5)、位相差補正テーブル42を参照して、信号X,Yの値の正負の組合せに応じて、この算出した位相差φを補正する(ステップA7)。そして、この位相差φをもとに、初回測定距離Lxを算出(仮算出)する(ステップA9)。 Then, the signal X, Y to the original, calculates the phase difference φ between the transmitted signal V T and the received signal V R (step A5), with reference to the phase difference correction table 42, the signal X, the values of Y The calculated phase difference φ is corrected according to the positive / negative combination (step A7). Based on this phase difference φ, the initial measurement distance Lx is calculated (temporary calculation) (step A9).
続いて、分周比切替テーブル44を参照して、算出した初回測定距離Lxに対応する最適な分周比Nを判断する(ステップA11)。そして、最適と判断した分周比Nに、分周器4の分周比Nを更新するとともに(ステップA13)、変更後の分周比Nに合わせて、BPF10の中心周波数fo、及び、LPF28,30それぞれのカットオフ周波数fcを更新する(ステップA15)。
Subsequently, the optimal frequency division ratio N corresponding to the calculated initial measurement distance Lx is determined with reference to the frequency division ratio switching table 44 (step A11). Then, the frequency division ratio N of the
その後、同様に、信号X,Yから送信信号VTと受信信号VRとの位相差φを再算出し(ステップA17)、算出した位相差φを補正し(ステップA19)、補正した位相差φをもとに、測定距離Lを再算出する(ステップA21)。 Thereafter, similarly, signals X, to re-calculate the phase difference phi between the transmission signal V T and the received signal V R from Y (step A17), calculated by correcting the phase difference phi (step A19), the corrected phase difference Based on φ, the measurement distance L is recalculated (step A21).
[作用・効果]
このように、本実施形態の距離センサ100は、送信信号VTを「参照信号」とし、受信信号VRを「計測信号」とする2位相ロックインアンプ20を有して構成され、この2位相ロックインアンプ20によって、送信信号VTと受信信号VRとの位相差φが算出される。そして、距離計測を行う際には、先ず、分周器4の分周比Nを最大値Nmaxに設定し、このときに算出した測定距離Lxに応じて分周器4の分周比Nを最適な分周比Nに変更した後、再度、測定距離を算出する。これにより、測定対象物200までの実際の距離に応じた、適切な距離レンジの自動的な切り替えが実現される。また、2位相ロックインアンプ20によって位相差φが正確に検出され、高精度の距離計測が実現される。
[Action / Effect]
Thus, the
[変形例]
なお、本発明の適用可能な実施形態、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
[Modification]
It is to be noted that the present invention is not limited to the applicable embodiments and the above-described embodiments, and can of course be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
(A)分周比の切り替え
例えば、距離センサ100における分周器4それぞれの分周比Nの切り替えを、距離レンジを一段階ずつ下げるように変更することにしても良い。
(A) Switching of frequency dividing ratio For example, switching of the frequency dividing ratio N of each
図10は、距離レンジを一段階ずつ下げるように分周比Nを変更する場合の距離計測処理のフローチャートである。図10に示すように、先ず、分周器4の分周比Nを、最大値Nmaxに設定するとともに(ステップB1)、この分周比Nに合わせて、BPF10の中心周波数fo、及び、LPF28,30それぞれのカットオフ周波数fcを設定する(ステップB3)。
FIG. 10 is a flowchart of the distance measurement process when the frequency division ratio N is changed so as to lower the distance range step by step. As shown in FIG. 10, first, the frequency division ratio N of the
次いで、このときの信号X,Yから位相差φを算出し(ステップB5)、算出したφを、信号X,Yそれぞれの値の正負の組合せをもとに、位相差補正テーブル42に従って補正する(ステップB7)。そして、補正後の位相差φをもとに、測定対象物までの測定距離Lxを算出する(ステップB9)。 Next, the phase difference φ is calculated from the signals X and Y at this time (step B5), and the calculated φ is corrected according to the phase difference correction table 42 based on the positive / negative combination of the values of the signals X and Y. (Step B7). Based on the corrected phase difference φ, the measurement distance Lx to the measurement object is calculated (step B9).
そして、現在の分周比Nが「2」以上であり(ステップB11:YES)、且つ、算出した測定距離Lxが、現在の分周比Nに対応する好適距離範囲の最小値「(N/2)・Lmin・e」以下ならば(ステップB13:YES)、分周比Nを、一段階小さくするように変更する(ステップB15)。その後、ステップB3に戻り、同様に、測定対象物までの測定距離を再算出する。 The current division ratio N is “2” or more (step B11: YES), and the calculated measurement distance Lx is the minimum value “(N / 2) · Lmin · e ”or less (step B13: YES), the frequency division ratio N is changed to be decreased by one step (step B15). Thereafter, the process returns to step B3, and similarly, the measurement distance to the measurement object is recalculated.
一方、現在の分周比Nが「1」となった場合(ステップB11:NO)、或いは、算出した測定距離Lxが、現在の分周比Nに対応する好適距離範囲の最小値「(N/2)・Lmin・e」より大きいならば(ステップB13:NO)、現在の分周比Nが好適な分周比Nであると判断して(ステップB17)、最後に算出した測定距離Lxを、測定結果として出力する。 On the other hand, when the current frequency division ratio N is “1” (step B11: NO), or the calculated measurement distance Lx is the minimum value “(N / 2) · Lmin · e ”(step B13: NO), it is determined that the current division ratio N is a suitable division ratio N (step B17), and the measurement distance Lx calculated at the end is determined. Is output as a measurement result.
例えば、短い距離Lを計測する場合には、最大分周比Nmaxでの測定距離Lの算出誤差が大きいことが予想され、最適な分周比Nを誤って検出する可能性が生じ得る。そこで、このように距離レンジを一段階ずつ下げるように分周比Nを変更することで、最適な分周比Nの検出をより正確に行い、測定距離Lの算出誤差を軽減することができる。 For example, when measuring a short distance L, it is expected that the calculation error of the measurement distance L at the maximum frequency division ratio Nmax is large, and there is a possibility that the optimum frequency division ratio N is erroneously detected. Therefore, by changing the division ratio N so that the distance range is lowered step by step in this way, the optimum division ratio N can be detected more accurately and the calculation error of the measurement distance L can be reduced. .
また更に、この場合、距離レンジを一段階ずつ下げるように分周比Nを変更しながら全ての距離レンジにおいて測定距離Lを算出することで、送信信号VTの半波長λ/2を超える距離Lについても測定することができ、より高精度な距離計測が実現される。 Furthermore, the distance in this case, the distance range by calculating the measured distance L in all distance range while changing the frequency division ratio N to decrease by one step, more than half wavelength lambda / 2 of the transmission signal V T L can also be measured, and more accurate distance measurement is realized.
図11は、送信信号VTの半波長λ/2を超える距離Lの測定を説明するための図である。図中、上側は、送信信号VTの周波数f1/Nを「周波数fa(波長λa)」とした場合を示し、下側は、送信信号VTの周波数f1/Nを、周波数faより高い「周波数fb(波長λb)」とした場合を示している。 Figure 11 is a diagram for explaining the measurement of the distance L exceeding the half-wavelength lambda / 2 of the transmission signal V T. In the figure, upper, a frequency f1 / N of the transmission signal V T shows the case of the "frequency fa (wavelength [lambda] a)", the lower side, the frequency f1 / N of the transmission signal V T, higher than the frequency fa " The frequency fb (wavelength λb) ”is shown.
上述のように、送信信号と受信信号との位相差φから測定対象物までの距離Lを測定するため、算出される距離Lは、L<λ/2、となる。つまり、実際の距離Lsを測定する場合、上側に示すように、Ls<(λa/2)、のとき、算出される距離Lは「Ls」であるが、下側に示すように、Ls>(λb/2)、のときに算出される距離Lは「Ls−λb/2」となって正しくない。 As described above, since the distance L from the phase difference φ between the transmission signal and the reception signal to the measurement object is measured, the calculated distance L is L <λ / 2. That is, when the actual distance Ls is measured, as shown in the upper side, when Ls <(λa / 2), the calculated distance L is “Ls”, but as shown in the lower side, Ls> The distance L calculated at (λb / 2) is “Ls−λb / 2”, which is not correct.
しかし、実際の距離Lsが送信信号Vtの半波長λ/2を超えない分周比Nの下限(送信信号VTの周期が反転しない限界分周比NL)を判定することができるならば、この下限を下回る分周比Nでの測定距離Lについては、そのときの送信信号VTの波長λ/2分の距離を加算して補正することで、より正確な測定距離Lを算出することが可能となる。 However, if the lower limit of the frequency division ratio N (the limit frequency division ratio N L at which the cycle of the transmission signal V T is not inverted) can be determined so that the actual distance Ls does not exceed the half wavelength λ / 2 of the transmission signal Vt. , the measurement distance L in the frequency division ratio N below this lower limit, it is corrected by adding the wavelength lambda / 2 minutes distance of the transmitted signal V T at that time is calculated more accurately measured distance L It becomes possible.
図12は、実際の距離Lsが送信信号Vtの半波長λ/2を超える場合の、測定距離Lの補正を説明する図である。図中、上側は、送信信号VTが周波数fbの場合を示し、下側は、送信信号VTが周波数fc(>fb)の場合を示しており、ともに、送信信号VTの半波長λ/2が、実際の距離Lsより短い。上側に示すように、周波数fbの場合には、算出される距離Lは「Ls−λb/2」であり、半波長「λb/2」を加算して補正する。また、下側に示すように、周波数fcの場合には、算出される距離Lは「Ls−3・λc/2」であり、半波長λc/2の3倍の長さ「3・λc/2」を加算して補正する。
FIG. 12 is a diagram for describing correction of the measurement distance L when the actual distance Ls exceeds the half wavelength λ / 2 of the transmission signal Vt. In the figure, upper, transmit signal V T indicates the case of frequency fb, the lower shows the case where the transmission signal V T is the frequency fc (> fb), both half-wavelength λ of the transmitted signal V T / 2 is shorter than the actual distance Ls. As shown on the upper side, in the case of the frequency fb, the calculated distance L is “Ls−λb / 2”, and correction is performed by adding the half wavelength “λb / 2”. As shown on the lower side, in the case of the frequency fc, the calculated distance L is “Ls−3 · λc / 2”, which is three times the half wavelength λc / 2, “3 · λc /
このとき、算出した距離Lに補正が必要か否かは、距離レンジを一段階ずつ下げるように分周比Nを変更してゆく過程で、ある分周比Nでの測定距離Lxが、該分周比Nに対応する好適距離範囲内であるか否かによって判断可能である。すなわち、実際の距離Lsが送信信号VTの半波長λ/2を超えない分周比Nの下限(限界分周比NL)を判断することで実現可能である。そして、分周比Nがこの限界分周比NLを下回る場合、すなわち算出した計測距離Lに補正が必要な場合に、送信信号VTの半波長λ/2の何倍の距離を加算するかは、ここまでに算出された大凡の距離から判断することができる。 At this time, whether or not the calculated distance L needs to be corrected depends on whether the measured distance Lx at a certain frequency division ratio N is a process of changing the frequency division ratio N so as to lower the distance range step by step. The determination can be made based on whether the distance is within a preferable distance range corresponding to the frequency division ratio N. That is, it can be realized by determining the lower limit (limit frequency dividing ratio N L ) of the frequency dividing ratio N that the actual distance Ls does not exceed the half wavelength λ / 2 of the transmission signal V T. Then, when the frequency division ratio N is lower than the limit frequency division ratio N L , that is, when the calculated measurement distance L needs to be corrected, how many times the half wavelength λ / 2 of the transmission signal V T is added. This can be determined from the approximate distance calculated so far.
図13は、全ての距離レンジにおいて計測距離を算出する計測処理を説明するフローチャートである。同図に示すように、先ず、分周器4の分周比Nを最大値Nmaxに設定するとともに(ステップC1)、この分周比Nに合わせて、BPF10の中心周波数fo、及び、LPF28,30それぞれのカットオフ周波数fcを設定する(ステップC3)。
FIG. 13 is a flowchart for explaining measurement processing for calculating measurement distances in all distance ranges. As shown in the figure, first, the frequency division ratio N of the
次いで、このときの信号X,Yから位相差φを算出し(ステップC5)、算出したφを、信号X,Yそれぞれの値の正負の組合せをもとに、位相差補正テーブル42に従って補正する(ステップC7)。続いて、補正後の位相差φをもとに、測定対象物までの測定距離Lxを算出する(ステップC9)。そして、算出した測定距離Lxを、現在の分周比Nと対応付けて記憶しておく(ステップC11)。 Next, the phase difference φ is calculated from the signals X and Y at this time (step C5), and the calculated φ is corrected according to the phase difference correction table 42 based on the positive / negative combination of the values of the signals X and Y. (Step C7). Subsequently, the measurement distance Lx to the measurement object is calculated based on the corrected phase difference φ (step C9). The calculated measurement distance Lx is stored in association with the current frequency division ratio N (step C11).
そして、現在の分周比Nが「2」以上であり(ステップC13:YES)、且つ、算出した測定距離Lxが、現在の分周比Nに対応する好適距離範囲の最小値「(N/2)・Lmin・e」以上ならば(ステップC15:YES)、現在の分周比Nを、周期反転の限界分周比NLとして更新する(ステップC17)。そして、距離レンジが一段階小さくなるよう、分周比Nを変更する(ステップC19)。その後、ステップC3に戻り、同様に、測定対象物までの測定距離Lxを算出する。 The current division ratio N is “2” or more (step C13: YES), and the calculated measurement distance Lx is the minimum value “(N / 2) · Lmin · e ”or more (step C15: YES), the current frequency division ratio N is updated as the limit frequency division ratio N L for period inversion (step C17). Then, the frequency division ratio N is changed so that the distance range is reduced by one step (step C19). Thereafter, the process returns to step C3, and similarly, the measurement distance Lx to the measurement object is calculated.
そして、現在の分周比Nが「1」となったならば(ステップC13:NO)、記憶しておいた各分周比Nでの測定距離Lと限界分周比NLとをもとに、最終的な測定距離Lを決定・出力する(ステップC21)。 If the current frequency division ratio N becomes “1” (step C13: NO), the stored measurement distance L and the limit frequency division ratio NL at each frequency division ratio N are stored. The final measurement distance L is determined and output (step C21).
(B)距離センサ
また、上述の実施形態では、距離センサ100を光波距離センサとしたが、例えば、電磁波や超音波を用いた距離センサ等、位相方式の距離センサであれば、同様に本発明を適用可能である。
(B) Distance sensor In the above-described embodiment, the
100 距離センサ
2 発振器、4 分周器、6 発光部
8 受光部、10 BPF、12 移相回路
20 2位相ロックインアンプ
22 遅延回路、24,26 ミキサ、28,30 LPF
32 反転増幅器、34,36 PSD
14 A/D変換器、40 制御部
200 測定対象物
DESCRIPTION OF
32 inverting amplifier, 34, 36 PSD
14 A / D converter, 40
Claims (5)
前記送信波の反射波を受信する受信部と、
前記受信部で受信された前記反射波を、前記分周信号を用いて同期検波し、直交する2つの直流成分を抽出する2位相ロックインアンプ回路部と、
前記2つの直流成分によって示される位相を、前記2つの直流成分の正負の組合せに基づく位相補正量で補正して、前記送信波と前記反射波との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部により検出された位相差に基づいて、測定対象物までの計測距離を算出する制御部と、
を備えた距離センサ。 A transmitter having a frequency divider capable of changing a frequency dividing ratio for dividing a clock signal having a predetermined reference frequency, and a transmitter that generates and transmits a transmission wave from the frequency-divided signal divided by the frequency divider;
A receiver for receiving a reflected wave of the transmission wave;
A two-phase lock-in amplifier circuit unit that synchronously detects the reflected wave received by the receiving unit using the divided signal and extracts two orthogonal DC components;
A phase difference detection unit that detects a phase difference between the transmitted wave and the reflected wave by correcting a phase indicated by the two DC components with a phase correction amount based on a positive / negative combination of the two DC components ;
Based on the phase difference detected by the phase difference detection unit, a control unit that calculates a measurement distance to the measurement object;
Distance sensor equipped with.
前記2位相ロックインアンプ回路部は、前記移相部により移相された前記反射波を同期検波し、
前記制御部は、所定の校正処理を実行する際に、前記位相差検出部により検出された位相差が所定の校正用位相差条件を満たすように、前記移相部の移相量を調整して距離計測を校正する制御を行う手段を有する、
請求項1に記載の距離センサ。 Further comprising a phase shifter for a given amount of phase shift phase shift the received the reflected wave of the phase at the receiving unit,
The two-phase lock-in amplifier circuit unit synchronously detects the reflected wave phase-shifted by the phase-shift unit,
The control unit adjusts the phase shift amount of the phase shift unit so that the phase difference detected by the phase difference detection unit satisfies a predetermined calibration phase difference condition when executing a predetermined calibration process. A means for performing control to calibrate the distance measurement,
The distance sensor according to claim 1 .
前記制御部は、前記分周比が、前記計測距離を含む前記好適距離範囲に対応する分周比となるように、前記分周比の変更制御と前記距離の算出とを繰り返し行う、
請求項1又は2に記載の距離センサ。 A suitable distance range suitable for measurement when the division ratio is used for each division ratio is determined in advance.
The control unit repeatedly performs the change control of the division ratio and the calculation of the distance so that the division ratio becomes a division ratio corresponding to the suitable distance range including the measurement distance.
The distance sensor according to claim 1 or 2 .
請求項3に記載の距離センサ。 The control unit temporarily calculates the measurement distance by changing the division ratio to a changeable maximum value, and changes the division ratio to a suitable division range including the provisionally calculated measurement distance. Calculate the measurement distance,
The distance sensor according to claim 3 .
請求項1〜4の何れか一項に記載の距離センサ。 The distance sensor as described in any one of Claims 1-4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010135796A JP5350331B2 (en) | 2010-06-15 | 2010-06-15 | Distance sensor |
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