JPH03293583A

JPH03293583A - 位相差計測装置

Info

Publication number: JPH03293583A
Application number: JP9720290A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takimasa; 宏章滝政; Kohei Tomita; 公平冨田; Tomiyoshi Yoshida; 吉田　富省; Iichi Hirao; 平尾　猪一
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1991-12-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、参照信号と計測信号との位相差を計測する
のに用いられる位相差計測装置に関連し、殊にこの発明
は、強度変調位相差法による距離測定装置に適用するの
に好適な位相差計測装置に関する。

〈従来の技術〉従来のその種距離測定装置では、第５図に示す如く、正
弦波状の駆動信号を発生する発振回路２を備え、この駆
動信号を発光ダイオードや半導体レーザなどの発光素子
３に与えてこれを駆動している。発光素子３からの投射
光は対象物４で反射され、その反射光がフォトダイオー
ドなどの受光素子５で受光され、光電変換されて受光信
号を得る。この受光信号は増幅器６により電流値が電圧
レベルに変換され、またその電圧レベルが増幅される。

発光素子３による投射光はモニタ用の受光素子７で受光
され、この受光信号が同様に増幅器８で電流／電圧変換
され、またその電圧レベルが増幅される。

各増幅器８，６の増幅出力は、それぞれ混合器９，１０
にて局部発振回路１１の発振出力と乗算することにより
低い周波数の参照信号Ａおよび計測信号Ｂを得る。この
参照信号Ａと計測信号Ｂとの間には対象物４までの距離
Ｌ１に応じた位相差δが生じている。

参照信号Ａおよび計測信号Ｂは自動利得調整機能を有す
る増幅器１２．１３で増幅されて比較器１４．１５に与
えられ、各比較器１４．１５で２値化処理されて第６図
（１）（２）に示すようなパルス信号Ｃ，Ｄが生成され
る。これらパルス信号Ｃ，Ｄはゲート信号発生部１６に
人力され、パルス信号Ｃ，Ｄの排他的論理和演算により
第６図（３）に示すようなゲート信号Ｅが生成される。

このゲート信号Ｅは前記位相差δに対応するパルス幅Ｗ
を有しており、このパルス幅Ｗをカウンタなとで計測す
ることにより前記位相差δ、すなわち距離Ｌ１を算出す
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉上記構成の距離測定装置１の場合、ゲート信号Ｅは参照
信号Ａの各信号周期につき１個生成されるのみであるか
ら、この１個のゲート信号Ｅによる算出値を距離計測値
として採用することは計測精度上問題がある。そこで計
測精度を高めるのに、複数のゲート信号Ｅによる各算出
値につきその平均値を求め、その平均値を距離計測値と
して採択することが行われているが、この平均演算のた
めに多くの信号周期にわたる信号処理を行う必要がある
ため、距離測定時間が長くなるという問題がある。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、参照
信号と計測信号との位相差を精度良く、また短い時間で
計測できる位相差計測装置を提供することを目的とする
。

く問題点を解決するための手段〉この発明にかかる位相差計測装置は、所定の信号周期の
参照信号を生成する参照信号生成手段と、参照信号の信
号レベルとこの参照信号と位相差を有する計測信号の信
号レベルとに対し異なるレベルの複数種のしきい値をそ
れぞれ設定して比較処理するための複数の比較手段と、
同レベルのしきい値が与えられる対をなす比較手段から
の出力に基づき参照信号と計測信号との位相差をそれぞ
れ算出する位相差算出手段とを含んだものである。

〈作用〉参照信号の各信号周期毎にしきい値の設定レベル数に応
じて複数回の位相差の算出が行われるので、位相差の計
測精度が高められ、しかも算出値の平均値を求めるにも
処理時間が短縮される。

〈実施例〉第１図はこの発明が適用実施された距離測定装置２１の
電気的構成例を示している。

この距離測定装置２１は正弦波形の駆動信号を発生する
発振回路２２を備え、この駆動信号を、発光ダイオード
や半導体レーザなどの発光素子２３に与えてこれを駆動
する。発光素子２３からの投射光は対象物２４で反射さ
れ、その反射光はフォトダイオードなどの受光素子２５
で受光され、光電変換されて受光信号を得る。この受光
信号は増幅器２６により電流値が電圧レベルに変換され
、またその電圧レベルが増幅される。

発光素子２３による投射光は、モニタ用の受光素子２７
で受光され、得られた受光信号が同様に増幅器２８で電
流／電圧変換され、また電圧レベルが増幅される。各増
幅器２８．２６からの増幅出力は、それぞれ混合器２９
．３０にて局部発振回路３１の発振出力と乗算すること
により低い周波数の参照信号Ａおよび計測信号Ｂを得る
。

各混合器２９．３０からの参照信号Ａおよび計測信号Ｂ
は自動利得調整機能を有する増幅器３２．３３で増幅さ
れて比較器３４〜３９に与えられ、各比較器で２値化処
理されてパルス信号が生成される。これら比較器のうち
、比較器３４．３７、比較器３５．３８および、比較器
３６．３９をそれぞれ対となし、各対の比較器にはしき
い値レベル発生器５３，５４．５５により、それぞれ共
通なしきい値レベルＶｒ　１゜Ｖｒ２．Ｖｒ３が設定さ
れる。対をなす各比較器３４．３７；３５，３８；３６
，３９からのパルス信号はそれぞれゲート信号発生部４
０゜４１．４２に入力され、排他的論理和演算によりゲ
ート信号Ｆ、Ｇ、Ｈが生成されて演算部４５へ出力され
る。

一方、前記増幅器３３による受光信号Ｂの増幅出力は整
流器４３で整流されて比較器４４へ与えられ、整流出力
の大きさが比較器４４で予め定める信号レベルの最大値
や最小値と比較されてパルス信号に変換され、各ゲート
信号発生部４０，４１．４２に禁止信号として与えられ
る。この禁止信号は、前記反射光に基づく増幅器３３か
らの信号のレベルが過大または過少となったときに各ゲ
ート信号発生部４０，４１゜４２の出力動作を禁止する
ためのものである。

演算部４５はゲート信号Ｆ、Ｇ、Ｈを入力して距離Ｌ１
に比例する位相差δを計測して、距離信号を出力するた
めのもので、第２図にこの演算部４５の構成例が示しで
ある。

同図において、前記ゲート信号発生部４０４１．４２か
ら出力されるゲート信号Ｆ、　Ｇ。

Ｈは、カウンタ４６，４７．４８にイネーブル信号とし
てそれぞれ入力される。各カウンタ４６．４７．４８は
ゲート信号Ｆ、Ｇ、Ｈの期間中、クロック信号発生部４
９より与えられるクロック信号ＣＫを計数する。各カウ
ンタ４６８４７．４８の計数出力は加算器５０で加算さ
れ、その加算出力は係数器５２から出力される定数（こ
の実施例では３）で除算器５１において除算されて平均
値が算出される。そしてこの平均値が距離信号として出
力される。

第３図はこの実施例の動作を説明するタイムチャートで
ある。

第３図（１）は信号周期がＴ２の参照信号Ａの波形を示
し、また第３図（２）は参照信号Ａと位相差δを有する
計測信号Ｂの波形を示す。

この参照信号Ａおよび計測信号Ｂの各信号レベルに対し
、前記比較器３４〜３９において、異なるしきい値レベ
ルＶｒｌ、Ｖｒ２．Ｖｒ３゜によって、参照信号Ａおよ
び計測信号Ｂが各信号周期Ｔ２毎にそれぞれ２値化され
る。対をなす各比較器３４．３７　；３５，３８　；３
６．３９からの２値化出力は、各対毎にゲート信号発生
部４０，４１．４２に入力されて排他的論理和演算が行
われ、第３図（３）〜第３図（５）に示すゲー信号Ｆ、
Ｇ、Ｈが出力される。

各ゲート信号Ｆ、Ｇ、Ｈのパルス幅Ｗ３゜Ｗ４．Ｗ５に
つき、前記カウンタ４６，４７゜４８は計数動作を行い
、それぞれの計数出力が加算器５０で加算される。この
加算出力は除算器５１で除算されて平均値が求められ、
この平均値が距離信号として出力される。

この実施例の場合、各信号周期Ｔ２毎に位相差δの計測
動作を３回行っており、距離計測における計測精度が格
段に向上される。すなわち計測時間が一定であるとする
と、しきい値レベルをＮ個有する場合、計測誤差は従来
例の１／４Ｎとなり、計測精度が向上される。また計測
精度が一定であるとすると、計測時間は従来例の１／Ｈ
になる。なお前記除算器５１による各信号周期Ｔ２毎の
平均値出力を複数の信号周期にわたり求めて、その平均
値を算出し、その算出値を距離信号とすることもできる
。

第４図は、この発明の他の実施例である距離測定装置２
１ａの構成を示している。

この距離測定装置２１ａは、前述の実施例と基本構成に
おいて類似するもので、対応する部分に同一の参照符号
が付しである。この実施例では、比較器３４，３５．３
６にしきい値レベルＶｒｌ、Ｖｒ２．Ｖｒ３を設定する
ために、増幅器３２からの参照信号への増幅出力を最大
値のピークホールド回路５６と最小値のピークホールド
回路５７とに与え、各ピークホールド回路５６．５７に
よるピークホールド出力の電位差を直列抵抗５８〜６１
により３段階に抵抗分割するようにしである。従って比
較器３４゜３５．３６には増幅器３２からの増幅出力と
ともに、各抵抗の各接続点における電圧が、しきい値レ
ベルＶｒｌ、Ｖｒ２．Ｖｒ３として与えられる。

一方、比較器３７，３８．３９にしきい値レベルＶｒｌ
、Ｖｒ２．Ｖｒ３を設定するために、増幅器３３からの
計測信号Ｂの増幅出力を最大値のピークホールド回路６
２と最小のピークホールド回路６３とに与え、各ピーク
ホールド回路６２．６３によるピークホールド出力の電
位差を直列抵抗６４〜６７により３段階に抵抗分割する
ようにしである。従って比較器３７゜３８．３９には増
幅器３３からの増幅出力とともに、各抵抗の各接続点に
おける電圧が、しきい値レベルＶｒｌ、Ｖｒ２．Ｖｒ３
として与えられる。

この実施例においても前述の実施例と同様な作用効果を
実現できる。更に、この実施例では参照信号Ａおよび計
測信号Ｂの振幅が変化しても、前記しきい値レベルＶｒ
ｌ、Ｖｒ２゜Ｖｒ３はその振幅に対応して変化するので
、常に良好な距離計測動作が行える。

〈発明の効果〉この発明は上記の如く、参照信号の信号レベルとこの参
照信号と位相差を有する計測信号の信号レベルとに対し
異なるレベルの複数種のしきい値をそれぞれ設定して複
数の比較手段にて比較処理すると共に、同レベルのしき
い値が与えられる対をなす比較手段からの出力に基づき
位相差算出手段にて参照信号と計測信号との位相差をそ
れぞれ算出するようにしたから、参照信号の各信号周期
毎にしきい値の設定レベル数に応じて複数回の位相差の
算出が行われる。これにより位相差の計測精度が高めら
れ、しかも位相差の算出値の平均値を求めるにも処理時
間の大幅な短縮が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が実施された距離測定装置の電気的構
成を示すブロック図、第２図は演算部の構成例を示すブ
ロック図、第３図はこの実施例の動作を説明するタイム
チャート、第４図はこの発明の他の実施例にかかる距離
測定装置の電気的構成を示すブロック図、第５図は従来
の距離測定装置の電気的構成を示すブロック図、第６図
は従来例の動作を説明するタイムチャートである。２Ｌ　２１ａ・・・・距離測定装置２２・・・・発振回路２３・・・・発光素子２５、２７・・・・受光素子３４、３５．３６　；　３７．３８．３９・・・・比較
器５３、５４．５５・・・・しきい値レベル発生器４０
、４Ｌ　４２・・・・ゲート信号発生部４５・・・・演
算部怜許出願人オ　　ム　　ロ　　ン　株　式：第３図ニー爽うンｔｐｔｌｔ４ｔｔｌｚ劇シーグログＩムナイ
ート第図ｊψ１ν１い＃Ｉ瀝オフ７”ｏ、ｙ図５

Claims

【特許請求の範囲】所定の信号周期の参照信号を生成する参照信号生成手段
と、参照信号の信号レベルとこの参照信号と位相差を有する
計測信号の信号レベルとに対し異なるレベルの複数種の
しきい値をそれぞれ設定して比較処理するための複数の
比較手段と、同レベルのしきい値が与えられる対をなす比較手段から
の出力に基づき参照信号と計測信号との位相差をそれぞ
れ算出する位相差算出手段とを含んで成る位相差計測装
置。