JPH034190A - 光距離センサ - Google Patents

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〕 本発明は、パルス化したレーザ光等の光波を用い、発射
パルス光を目標物へ照射し、この目標物からの反射パル
ス光を受信パルス光として受光し、発射パルス光と受信
パルス光との間の時間差に基づき目標物までの距離を求
める光距離センサに関するものである。

〔従来の技術〕

従来における光距離センサの構成を第５図に示す。同図
において、１は光源（レーザダイオード。

ＬＥＤ等）であり、この光源ｌよりパルス光が発射され
る。光源ｌから発射されたパルス光（発射パルス光）は
、その一部が光ファイバ・ハーフミラ−等２により抽出
され、モニタ用光検出器３へ与えられる。そして、この
モニタ用光検出器３においてその受光々量に応じた電気
信号に変換され、この電気信号が増幅器４により増幅さ
れて、電圧比較器５へ与えられる。電圧比較器５には闇
値電圧Ｖａが設定されており、増幅器４より与えられる
電気信号（以下、この電気信号をスタート系電気信号と
呼ぶ）の値（電圧値）が闇値電圧Ｖａと比較され、スタ
ート系電気信号の値が闇値電圧Ｖａを越えることによっ
て得られるｒＨＪレベルの比較出力が、時間差計数器６
のスタートパルスとして用いられる。

一方、光源ｌから発射されたパルス光は、その大部分が
送光レンズ７にて平行光に変換され、図示せぬ目標物体
へ照射される。この目標物体へ照射された発射パルス光
は、目標物体にて反射し反射パルス光として、受光レン
ズ８を介し光検出器９の受光面上に集光される。すなわ
ち、目標物体からの反射パルス光が受信パルス光として
光検出器９にて受光される。そして、この受光された受
信パルス光が光検出器９においてその光量に応じた電気
信号に変換され、この電気信号が増幅器ｌＯにより増幅
されて電圧比較器１１へ与えられる。

電圧比較器１１には闇値電圧ｖｂが設定されており、増
幅器１０より与えられる電気信号（以下、この電気信号
をストップ系電気信号と呼ぶ）の値（電圧４ｒｉ）が闇
値電圧ｖｂと比較され、ス）７プ系電気信号の値が闇値
電圧ｖｂを越えることによって得られるｒＨＪレベルの
比較出力が、時間差計数器６のストップパルスとして用
いられる。時間差計数器６は、電圧比較器５を介して与
えられるスタートパルスと電圧比較器１１を介して与え
られるストップパルスとの入来時間差を計数し、この計
数結果を目標物体までの距離データとして出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このように構成された光距離センサにお
いては、電圧比較器１１に与えられるストップ系電気信
号の振幅が、目標物体までの距離や反射率などによって
大幅に変化する。そして、この振幅の変化によって、ス
トップ系電気信号の立ち上がり時間が有限であることか
ら、スタートパルスとストップパルスとの入来時間差が
変化する。

第６図は、ストップ系電気信号（同図（ｂ））の振幅が
闇値電圧ｖｂに比して極端に大きい場合すなわち受信光
量が極端に大きい場合を示し、この場合、ストップパル
ス（同図（ｄ））はストップ系電気信号の立ち上がり開
始時点で発生すると考えてよい。なお、同図（ａｌはス
タート系電気信号、同図（Ｃ１はスタートパルスを示す
。

第７図は、ストップ系電気体号の振幅と閾値電圧ｖｂと
かは−等しい場合すなわち受信光量が小さい場合を示し
、この場合、ストップ系電気信号の立ち上がり時間に依
存した大きな時間遅れ誤差ΔＴが発生する。

そして、従来は、この時間遅れ誤差ΔＴを少なくするた
めに、機械式絞り、濃度可変減衰器等光学式のものが用
いられていたが、機械式であるために、装置が大型・複
雑化し、応答が遅い、信鎖性が低下する等の難点があっ
た。また、ピンダイオードを用いた自動振幅調整器等、
非機械式のものも考えられているが、最大減衰量が１／
３ｏ程度と小さく、減衰量が変化すると周波数帯域幅が
変化し、それにより信号波形が変化し誤差要因となる等
の欠点があった。

（課題を解決するための手段〕 本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、互いにその偏向軸を直交させて第１および第２の偏
向手段を配置し、この第１および第２の偏向手段の間に
印加電圧に応して通過光の偏向方向を回転する偏向方向
回転手段を配置し、第１の偏向手段、偏向方向回転手段
、第２の偏向手段を経て与えられる受信パルス光をその
光量に応じた電気信号に変換し、この変換された電気信
号のピーク振幅に応じて偏向方向回転手段への印加電圧
を制御し、そのピーク振幅を一定化ならしめるようにし
たものである。

〔作用〕

したがってこの発明によれば、受信光量に拘わらず、ス
トップ系電気信号の振幅を一定として得ることができる
ようになる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光距離センサを詳細に説明する。

第１図はこの光距離センサの一実施例を示す要部構成図
であり、第５図と同一符号は同一あるいは同等構成要素
を示す。同図において、１３および１４は受光レンズ８
と光検出器９との間に互いにその偏向軸を直交させて配
置された第１および第２の偏向板、１２はこの偏向板１
３と１４との間に挿入配置されたＰＬＺＴ素子、１５は
増幅器１０の出力すなわちストップ系電気信号を分岐入
力としそのピーク振幅に比例した直流信号（直流電圧）
を出力するピーク検出器、１６は予め設定される振幅設
定バイアス電圧よりピーク検出器１５の出力電圧を減算
しその差電圧を誤差増幅器１７へ与える減算器である。

ＰＬＺＴ素子１２はＰＬＺＴ基板１２−１とこの基板１
２−１上に形成されたくし形薄膜電極１２−２および１
２−３よりなり、誤差増幅器１７において増幅される差
電圧が、くし形薄膜電極１２−２および１２−３を介し
てＰＬＺＴ基板１２−１に印加されるものとなっている
。また、ＰＬＺＴ基板１２−１は、圧電材料として知ら
れているチタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ　（Ｚｉ、Ｔｉ）０
３のｐｂの一部をランタンｌ、ａで置換した透光性を有
する圧電材料からなり、ＰＬＺＴ素子１２の周囲温度を
検知すべく温度センサ１８が配置され、この温度センサ
１８の検知出力が誤差増幅器１７へ与えられるものとな
っている。

このようにそのストップ系電気信号の生成部を構成して
なる光距離センサにおいて、ＰＬＺＴ基板１２−１に電
圧が印加されていない場合には、ＰＬＺＴ素子１２によ
って光の偏向方向は影響されず、偏向板１３を経て与え
られＰＬＺＴ素子１２を通過する光は、偏向板１４によ
って遮断される。

ＰＬＺＴ基板１２−１に電圧が印加され始めると、ＰＬ
ＺＴ素子１２内で光の偏向方向が回転し、その偏向方向
の回転された通過光が偏向板１４を通過し始める。ＰＬ
ＺＴ基板１２−１に半波長電圧が印加されると、ＰＬＺ
Ｔ素子１２の偏向方向はπ／２回転して偏向板１４の偏
向軸と一致し、光の透過量は最大となる。第２図にＰＬ
ＺＴ基板１２−１への印加電圧と透過率との関係を示す
。

一方、受光レンズ８を介し、偏向板１ｌ−ＰＬＺＴ素子
１２−偏向板１４を経て光検出器９に集光される受信パ
ルス光は、光検出器９においてその光量に応じた電気信
号に変換され、増幅器ＩＯにより増幅されてストップ系
電気信号となる。このストップ系電気信号はピーク検出
器１５へ分岐入力され、そのピーク振幅に比例した直流
電圧に変換される。そして、このストップ系電気信号の
ピーク振幅に比例した直流電圧と振幅設定バイアス電圧
との減算が減算器１６において行われ、その減算結果と
しての差電圧が誤差増幅器１７へ与えられる。そして、
この差電圧が誤差増幅器１７にて増幅され、ＰＬＺＴ基
板１２−１への印加電圧となる。すなわち、ストップ系
電気信号のピーク振幅が予め定められる設定値よりも大
きくなると、誤差増幅器１７の出力電圧すなわちＰＬＺ
Ｔ基板１２−１への印加電圧が降下して透過率が低下し
、ストップ系電気信号のピーク振幅を下げるものとして
作用する。ストップ系電気信号のピーク振幅が設定値よ
りも小さくなると、ＰＬＺＴ基板１２１への印加電圧が
上昇して透過率がアンプし、ストップ系電気信号のピー
ク振幅を上げるものとして作用する。このような自動振
幅調整動作により、目標物体からの反射光量すなわち受
信光量が大幅に変化しても、ストップ系電気信号のピー
ク振幅は常に一定として得られるものとなり（第３図参
照）、ピーク振幅の変化に起因した誤差を最小にするこ
とができ、高精度に目標物体までの距離を測定すること
ができるようになる。なお、第３図に点線で示した特性
は、自動振幅調整動作を行わない場合のピーク振幅の変
化特性である。

そして、本実施例によれば、最大減衰ｆｆ１１１５００
程度の実現が可能であり、非機械式で且つ光量を自動的
に変化させるため、周波数帯域幅に影響を与えないとい
う特有の効果を奏する。

なお、ＰＬＺＴ素子１２の周囲温度を温度センサ１８に
よって検知し、この温度センサ１８の検知出力を誤差増
幅器１７へ与えることにより、温度が高い場合にはＰＬ
ＺＴ５板１２−１への印加電圧をより高くし、温度が低
い場合にはＰＬＺＴ基板１２−１への印加電圧をより低
くして、ＰＬＺＴ素子１２の半波長電圧の周囲温度によ
る変化（第４図参照）を補正し、これにより自動振幅調
整動作を温度無依存により実現するものとしている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による光路層センサによると
、互いにその偏向軸を直交させて第１および第２の偏向
手段を配置し、この第１および第２の偏向手段の間に印
加電圧に応して通過光の偏向方向を回転する偏向方向回
転手段を配置し、第１の偏向手段、偏向方向回転手段、
第２の偏向手段を経て与えられる受信パルス光をその光
量に応じた電気信号に変換し、この変換された電気信号
のピーク振幅に応じて偏向方向回転手段への印加電圧を
制御し、そのピーク振幅を一定化ならしめるようにした
ので、受信光量に拘わらず、ストップ系電気信号の振幅
を一定として得ることが可能となり、このストップ系電
気信号のピーク振幅の変化に起因した誤差を最小にして
高精度に目標物までの距離を求めることができるように
なり、従来の機械式のものに比して、装置の大型・複雑
化が避けられ、応答が速く、信転性が向上する。また、
最大減衰量１１５００程度の実現が可能となり、且つ周
波数帯域幅に影響を与えず、従来の同種非機械式のもの
に比して格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る光路層センサの一実施例を示す要
部構成図、第２図はこの光路層センサに用いるＰＬＺＴ
基板への印加電圧と透過率との関係を示す図、第３図は
この光路層センサにおける受信光量に対するストップ系
電気信号のピーク振幅を示す図、第４図はＰＬＺＴ素子
の半波長電圧の温度依存性を示す図、第５図は従来の光
路層センサを示す構成図、第６図はこの光路層センサに
おいてそのストップ系電気信号の振幅が闇値電圧ｖｂに
比して極端に大きい場合を説明する図、第７図はストッ
プ系電気信号の振幅と閾値電圧ｖｂとがはソ゛等しい場
合を説明する図である。 ｌ・・・光源、６・・・時間差計数器、９・・光検出器
、１２・・・ＰＬＺＴ素子、１３，１４・・・偏向板、
１５・・・ピーク検出器、１６・・・減算器、１７・・
・誤差増幅器、。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発射パルス光を目標物へ照射し、この目標物からの反射
   パルス光を受信パルス光として受光し、前記発射パルス
   光と前記受信パルス光との間の時間差に基づき目標物ま
   での距離を求める光距離センサにおいて、互いにその偏
   向軸を直交させて配置された第１および第２の偏向手段
   と、この第１および第２の偏向手段の間に配置され印加
   される電圧に応じて通過光の偏向方向を回転する偏向方
   向回転手段と、前記第１の偏向手段、前記偏向方向回転
   手段、前記第２の偏向手段を経て与えられる前記受信パ
   ルス光をその光量に応じた電気信号に変換する光検出手
   段と、この光検出手段の変換する電気信号のピーク振幅
   に応じて前記偏向方向回転手段への印加電圧を制御しそ
   のピーク振幅を一定化ならしめる自動振幅調整手段とを
   備えてなる光距離センサ。